Phương pháp nổ mìn vi sai dựa trên các tính chất về sự lan truyền sóng ứng suất ở khoảng cách ngắn. Theo Rossmanith, các thử nghiệm với quy mơ phịng thí nghiệm chỉ ra rằng sự tương tác của sóng ứng suất và các vết nứt tiếp theo có thể được sử dụng để làm tăng mức độ đập vỡ. Để tạo ra hiệu ứng giao thoa, thời gian vi sai phải ngắn hơn đáng kể so với thông thường. Tuy nhiên, do các đứt gãy của đá trong tự nhiên, thời gian trễ phải được lựa chọn dựa trên đặc tính cụ thể của đá tại khu vực nổ. Các thơng tin này khơng được xác định chính xác cho mỗi vụ nổ, nên việc thiết kế một vụ nổ với mục tiêu tương tác là rất khó. Đó cũng là lý do chính của việc khơng thể mơ hình hóa vụ nổ bằng phương pháp cơ học tính tốn [79].
Sóng ứng suất lan truyền trong khối đá gồm hai phần là sóng dọc P và sóng cắt S. Mỗi sóng đều có nửa chu kỳ đầu là nén và nửa chu kỳ sau là kéo. Ở khu vực gần xung quanh điểm nổ, 2 sóng này chồng lên nhau; khi lan rộng ra ngồi, chúng tách ra vì tốc độ sóng P lớn hơn sóng S. Với hai lỗ cách nhau một khoảng, sự tương tác cơ bản của các sóng ứng suất từ hai lỗ là: P1-P2, S1-S2, P1-S2, P2-S1. Sự tương tác có thể
xảy ra nhiều lần khi sử dụng thuốc nổ phù hợp, tạo dao động ứng suất trong khoảng thời gian đáng kể. Trường ứng suất và biến dạng do lỗ mìn phụ thuộc vào tốc độ sóng trong khối đá [80].
Katsabanis và cộng sự đã thực hiện các thử nghiệm trên các khối đá kích thước 92cm x 36cm x 21cm trong phịng thí nghiệm. Khoảng cách lỗ là 10,2 cm, đường kính lỗ 11mm, chiều sâu lỗ 18cm. Khoảng thời gian vi sai được thí nghiệm thay đổi trong dải 0-4000 micro giây. Kết quả cho thấy, mức độ đập vỡ giảm xảy ra khi nổ đồng thời (thời gian vi sai bằng 0), mức độ đập vỡ tăng dần khi thời gian vi sai tăng lên. Có ít sự thay đổi khi thời gian vi sai tăng từ 10 micro giây đến 1ms. Cục đá vỡ lại trở nên lớn hơn khi thời gian vi sai dài do các cục đá bị phân tách ổn định bởi các vết nứt [50][51]
Sjoberg [83] đã sử dụng các phương pháp mơ phỏng và các cơng cụ tính tốn để kiểm tra giả thuyết của Rossmanith trên mơ hình có đường kính lỗ là 311mm, chiều cao cột thuốc là 8m và 11m với các mức độ vi sai, lượng thuốc và khoảng cách các lỗ thay đổi. Sjoberg kết luận rằng, có một tác động nhỏ từ tương tác sóng ứng suất nhưng là cục bộ, khơng cải thiện đáng kể mức độ đập vỡ; và với thời gian vi sai tương đối dài khi sóng ứng suất đã đi qua lỗ thứ hai dẫn đến mức độ đập vỡ nhiều nhất.
Johansson và Ouchterlony [48] sử dụng các mơ hình mẫu trong phịng thí nghiệm để nghiên cứu việc sử dụng độ trễ ngắn để tạo ra tương tác sóng xung kích nhằm cải thiện mức độ đập vỡ. Mơ hình có 2 hàng, mỗi hàng 5 lỗ sâu 10mm, khoảng cách các hàng là 110mm. Dựa trên vận tốc sóng P đo được là 3800m/s thì thời gian sóng lan tới lỗ lân cận là khoảng 28 micro giây. Dải thời gian vi sai thí nghiệm nằm trong khoảng từ giá trị thời gian mà sóng P chưa đi đến lỗ liền kề đề giá trị thời gian mà sóng S đã đi qua lỗ liền kề, ứng với khoảng 0-146 micro giây. Họ phát hiện ra rằng, hàng lỗ thứ 2 có mức độ đập vỡ khác biệt đáng kể và đồng đều hơn so với hàng đầu tiên, vì sự xâm nhập ngược của các vết nứt từ hàng đầu tiên. Điều này cho thấy ứng suất trước đó trong khối đá đóng vai trị quan trọng làm thay đổi mức độ đập vỡ khi thực hiện một kích nổ tiếp theo.
Katsabanis và cộng sự [51] thực hiện lại các nghiên cứu trên một mẫu đá khác. Các khối đá có kích thước 60cm x 40cm x 25cm. Lỗ khoan có đường kính 12mm, sâu 23cm, cách nhau 10,5cm. Thời gian vi sai được thí nghiệm từ dưới 100micro giây trở lên. Kết quả cho thấy, thời gian vi sai rất ngắn tạo ra mức độ đập vỡ kém. Mức độ đập vỡ tối ưu đạt được khi tỉ lệ “thời gian vi sai/đường cản chân tầng” nằm trong khoảng từ 4ms/m tới 10ms/m. Thời gian vi sai dài hơn, mức độ đập vỡ trở nên thô hơn.
Johnson [49] nghiên cứu sự tác động của hiện tượng va chạm sóng xung kích trong khối đá và trong cột nổ. Các thí nghiệm được thực hiện trên các khối bê tơng nhỏ, chia thành ba nhóm, sử dụng các dây nổ 50gr/ft. Thử nghiệm thứ nhất, dây nổ xuyên qua tâm khối và kích nổ từ một đầu của khối bê tơng để khơng xảy ra va chạm sóng. Thử nghiệm thứ hai, dây nổ vẫn xuyên qua tâm khối nhưng được kích nổ ở hai đầu để tạo ra sự va chạm sóng nổ xuyên qua tâm khối bê tông. Thử nghiệm thứ 3 khơng có thuốc nổ ở tâm khối đá mà chỉ có ở 2 đầu. Kích nổ hai đầu để tạo ra sóng xung kích di chuyển qua khối bê tông và va chạm nhau ở trung tâm của khối. Việc kích nổ đồng thời và có thời gian vi sai đều được thực hiện. Thử nghiệm này tương tự những gì xảy ra giữa các lỗ nổ trong thực tế. Kết quả cho thấy, thử nghiệm thứ 2 tạo thành vết nứt xuyên tâm tương tự như thử nghiệm 1 nhưng có thêm một vết nứt ngang qua tâm. Đối với thử nghiệm thứ 3, tại trung tâm khối, nơi khơng có thuốc nổ nhưng có sự va chạm của sóng xung kích các mảnh vỡ lớn hơn. Như vậy, sự va chạm của sóng xung kích giữa các lỗ nổ làm giảm mức độ đập vỡ. Các hạt chuyển động theo hướng áp lực làm gia tăng mật độ bê tơng tại điểm xảy ra va chạm sóng, dẫn đến sự giảm mức đập vỡ và tăng mức độ văng.
Các kết quả thử nghiệm đó đi đến một kết luận rằng, mức độ đập vỡ tốt nhất đạt được khi sử dụng thời gian dãn cách vi sai dài hơn nhiều so với thời gian có thể tạo ra tương tác sóng, nhưng nếu dài q thì mức độ đập vỡ lại giảm [49].
Yang và Rai [98] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian vi sai giữa các hàng đối với mức độ đập vỡ và phân bố kích thước hạt trên quy mơ đầy đủ tại mỏ đá vôi
Century Cements ở Raipur, Ấn Độ. Hai mẫu thời gian vi sai được thử nghiệm là 17ms và 25ms tương ứng với tỉ lệ “thời gian vi sai/đường cản chân tầng” là 8ms/m và 12ms/m. Việc đo kích thước và phân bố cỡ hạt được thực hiện bằng phần mềm phân tích ảnh kỹ thuật số. Kết quả cho thấy, mẫu vi sai 17ms cho độ đập vỡ tốt hơn. Kết quả này cho thấy sự khác nhau về thời gian vi sai ảnh hưởng tới mức độ đập vỡ đất đá. Tuy nhiên, đây là hai mẫu thời gian vi sai trung bình, khơng đại diện cho phạm vi thời gian ngắn và dài.
1.4. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại cho nổ mìn ở trong nước và trên thế giới
Những năm gần đây, nhờ sự phát triển và hỗ trợ của công nghệ điện tử, các kỹ thuật điều khiển hiện đại đang thể hiện vai trò ngày một lớn hơn. Các kỹ thuật về máy học, và trí tuệ nhân tạo (AI) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ đời sống xã hội đến cơng nghiệp sản xuất, chế tạo. Và vì thế, lĩnh vực nổ mìn cũng khơng phải là ngoại lệ.
Trong phạm vi của đề tài, các nghiên cứu được công bố về giải pháp áp dụng công nghệ, kỹ thuật điều khiển hiện đại được quan tâm. Ngoải ra, việc ứng dụng những thiết bị hiện đại trong các vụ nổ mìn sẽ cho thấy mức độ ứng dụng kỹ thuật, công nghệ mới trong thực tế sản xuất. Kết quả nghiên cứu chỉ thực sự có giá trị khi được áp dụng vào thực tế.