Hình 1 .4 Hệ trục tọa độ dùng cho mơ tả sóng chấn động nổ mìn
Hình 1.13 Một dạng máy nổ mìn điện đang được sử dụng trong thực tế ở
Việt nam
Ngồi các ví dụ được mơ tả ở Hình 1.12, cịn có một vài trường hợp ứng dụng cơng nghệ khơng mang tính liên quan trực tiếp, ví dụ như giám sát môi trường. Tuy nhiên, các công nghệ mới được áp dụng trong nước đa phần vẫn còn ở mức thử nghiệm và nghiên cứu, giá thành thiết bị cao. Hầu hết là các thiết bị thu thập dữ liệu, dữ liệu mang tính rời rạc, cục bộ, số lượng ít, nên được sử dụng chỉ mang tính kiểm tra. Các kết quả thu được chưa giúp ích nhiều vào việc cải thiện chất lượng cho các
vụ nổ, hoặc nâng cao tính năng của các phương tiện nổ. Kết quả là nhiều phương tiện nổ kiểu cũ vẫn đang được sử dụng (Hình 1.13), độ chính xác của thời gian vi sai thấp (sai số là 1-2ms – theo QCVN-2019 [19]). Thực tế cũng cho thấy một số thông số của vụ nổ không khớp với sổ sách (đặc biệt là khoảng cách) và thiết kế trong hộ chiếu.
1.4.3. Nhận xét
Dễ dàng nhận thấy, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và kỹ thuật điều khiển hiện đại cho nổ mìn của Thế giới vượt xa so với trong nước. Điều đó đặt ra giả thiết về việc áp dụng các thành tựu nghiên cứu, phát triển của thế giới cho nổ mìn ở Việt Nam. Tuy nhiên, với tính đặc thù của nổ mìn khai thác, địa chất và địa hình đóng vai trị vơ cùng quan trọng, làm cho các kết quả nghiên cứu ở khu vực này khó có thể áp dụng cho khu vực khác. Các kết quả mà thế giới có được cũng nhờ sự nghiên cứu tại mỗi khu vực, đối tượng trong thời gian dài. Trong một số trường hợp, giá thành cao của hệ thống thiết bị đồng bộ, hiện đại cùng các kỹ thuật và công nghệ phụ trợ đi kèm làm cho chúng không phù hợp với hiện trạng khai thác ở Việt Nam.
Để giải quyết bài toán này, cần sự vào cuộc của các nhà khoa học trong nước với nhiều lĩnh vực khác nhau, đi đầu là lĩnh vực điều khiển để tận dụng sự phát triển của thời đại cơng nghệ. Cùng với đó là cơng tác tập hợp, lưu trữ và quản lý dữ liệu trước nổ, sau nổ một cách có hệ thống làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên sâu.
1.5. Kết luận tổng quan
Qua quá trình nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu thực tế, tác giả nhận thấy, nổ mìn vi sai trên mỏ lộ thiên ở Việt Nam hiện nay đang được áp dụng phổ biến. Các nghiên cứu về kỹ thuật nổ vi sai đã giúp cho các vụ nổ được thực hiện khá tốt. Tuy nhiên, việc xác định thời gian vi sai bằng công thức thực nghiệm hoặc tra bảng rồi hiệu chỉnh, sử dụng các phương tiện nổ kiểu cũ, không linh hoạt làm cho việc thiết kế và thực hiện các vụ nổ cịn có sự hạn chế nhất định so với trình độ của Thế giới.
Từ kinh nghiệm của thế giới, để áp dụng kỹ thuật điều khiển mới cho nổ mìn vi sai ở Việt Nam: Trước tiên, cần quan tâm tới việc nâng cao khả năng thu thập dữ liệu nổ. Sau đó, phân tích dữ liệu của các vụ nổ trước để tính tốn, lựa chọn các thơng số cho các vụ nổ sau, nhằm khắc phục các khuyết điểm đã gặp của vụ nổ trước. Đồng thời đảm bảo điều khiển tốt thời gian vi sai giữa các lỗ khoan. Tăng độ chính xác trong việc tính khoảng thời gian vi sai, hoặc thay đổi một cách chủ động để khắc phục sai số của q trình thi cơng.
Vì lý do đó, đề tài hướng tới mục tiêu “ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại trong nổ mìn vi sai cho khai thác lộ thiên ở Việt Nam”.
Chất lượng của một vụ nổ mìn vi sai chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Quan tâm tới tất cả các yếu tố là một bài tốn rất lớn mang tính tổng thể liên quan đến nhiều lĩnh vực chuyên mơn. Trong phạm vi nghiên cứu của mình, tác giả giả thiết rằng các thông số nổ là không đổi, giá trị thời gian vi sai lúc này phụ thuộc hồn tồn vào đất đá khu vực nổ. Khi đó, mục tiêu nghiên cứu là xây dựng giải pháp để nhận dạng hiện trạng khu vực nổ, từ đó xác định giá trị thời gian vi sai hợp lý.
Nổ mìn khai thác là bài toán về tận dụng tối đa năng lượng nổ với từng dạng cấu trúc và tính cơ lý của đất đá mỗi khu vực khai thác. Năng lượng nổ tạo nên sóng ứng suất để phá vỡ cấu trúc đất đá, và sóng chấn động lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan truyền của sóng ứng suất quanh điểm nổ và hiện trạng đất đá là các thông số quan trọng trong việc lựa chọn giá trị thời gian vi sai.
Sóng ứng suất và sóng chấn động có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Sóng chấn động lan truyền trong đất đá, nên phụ thuộc hoàn toàn vào hiện trạng đất đá. Tức là, tính chất cơ lý của đất đá khu vực nổ có thể được nhận dạng một cách gián tiếp qua vận tốc lan truyền sóng chấn động sau nổ. Nói cách khác, phân tích đầy đủ các dữ liệu về sóng chấn động có thể cung cấp những thông tin quan trọng cho việc lựa chọn thời gian vi sai.
- Bước 1 : Lựa chọn khu vực nghiên cứu để thu thập dữ liệu sóng chấn động. - Bước 2 : Phân tích dữ liệu để xác định vận tốc lan truyền sóng chấn động - Bước 3 : Xử lý, lọc bỏ các dữ liệu khơng chính xác. Xác định xu thế biến đổi
của dữ liệu.
- Bước 4 : Xây dựng mơ hình nhận dạng mối quan hệ giữa vận tốc lan truyền sóng và giá trị thời gian vi sai với mức độ chấn động.
- Bước 5 : Sử dụng mơ hình để đề xuất giá trị thời gian vi sai hợp lý và dự báo mức độ chấn động cho khu vực nghiên cứu.
- Bước 6 : Thiết kế hệ thống thực nghiệm với mục tiêu áp dụng giải pháp mơ hình lý thuyết vào thực tế.
Trên cơ sở quy trình xác định được, các bước thực hiện nghiên cứu được trình bày ở các phần tiếp theo.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VẬN TỐC LAN TRUYỀN CỦA SĨNG CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN
2.1. Đặt vấn đề
Sóng ứng suất và sóng chấn động là kết quả chuyển đổi của năng lượng nổ. Chúng không xuất hiện đồng thời, mà lần lượt. Theo đó, sóng chấn động là giai đoạn diễn ra sau khi sóng ứng suất kết thúc. Nếu như sóng ứng suất lan truyền đi với tốc độ cao ở khoảng ngắn trong phạm vi bãi nổ nên khơng thể đo được thì sóng chấn động lan rộng ra xung quanh khu vực nổ và hồn tồn có thể đo được. Thời gian sóng lan truyền từ điểm nổ đến điểm đo là tổng thời gian lan truyền của sóng ứng suất và sóng chấn động. Do đó, có một mối quan hệ chặt chẽ giữa vận tốc sóng ứng suất và vận tốc trung bình đo được (từ đây gọi chung là vận tốc lan truyền sóng chấn động). Nói cách khác, có thể định hình một cách tương đối vận tốc sóng ứng suất từ vận tốc sóng chấn động.
Mặt khác, sóng chấn động lan truyền từ điểm nổ đến điểm đo trong môi trường đất đá khu vực nổ. Nên, vận tốc lan truyền sóng chấn động chính là thơng tin mô tả một cách gián tiếp hiện trạng đất đá.
Như vậy, xác định vận tốc lan truyền sóng chấn động chính là bài tốn quyết định cho việc xác định thời gian vi sai hợp lý.
Trong thực tế các vụ nổ mìn ở Việt Nam, sóng chấn động chỉ được đo với mục đích giám sát mức độ ảnh hưởng của các vụ nổ tới cơng trình lân cận. Dữ liệu được quan tâm duy nhất là vận tốc dao động lớn nhất của các hạt đất đá tại điểm đo. Việc đo tốc độ lan truyền sóng chấn động chưa bao giờ được thực hiện do chưa từng có yêu cầu nghiên cứu, khảo sát và cũng chưa có thiết bị có khả năng đáp ứng. Vì vậy, để thực hiện mục tiêu đặt ra, tác giả bước đầu phải thu thập các dữ liệu sóng chấn động từ hệ thống thiết bị và kỹ thuật đo giám sát mức độ chấn động đang được áp dụng. Các dữ liệu này sau đó sẽ được sử dụng để nghiên cứu xây dựng phương pháp và thực hiện phân tích nhằm xác định vận tốc lan truyền của sóng.
2.2. Thu thập dữ liệu sóng chấn động nổ mìn
Do q trình diễn ra vụ nổ rất nhanh, nên mỗi vụ nổ chỉ thu được tối đa một dữ liệu. Để đảm bảo cho việc phân tích có đầy đủ nhất, mỗi dữ liệu phải là một bộ số liệu mô tả tốt nhất tồn bộ q trình rung động của đất đá sau nổ. Các dữ liệu lại được đồng bộ với nhau. Ngồi ra, để việc phân tích có ý nghĩa, cần thực hiện với ít nhất hai khu vực có điều kiện khác nhau. Như vậy, quá trình thu thập dữ liệu cần đảm bảo một số nguyên tắc nhất định, và dữ liệu sẽ được ghi chép với hai khu vực có cấu trúc, tính chất đất đá khác nhau.
2.2.1. Nguyên tắc thu thập dữ liệu
Công tác ghi chép dữ liệu cần đáp ứng một số nguyên tắc sau:
- Dữ liệu sóng chấn động được thu thâp để phân tích là các bộ dữ liệu ghi chép đầy đủ và liên tục theo thời gian về quá trình dao động của các hạt đất đá do ảnh hưởng của nổ mìn.
- Các vụ nổ mìn được theo dõi và ghi chép dữ liệu sóng chấn động phải là các vụ nổ mìn vi sai được thực hiện trên cùng một khu vực.
- Thiết đo và ghi chép dữ liệu là các thiết bị đo rung chấn chuyên dụng, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Hướng lắp đặt thiết bị đo so với hướng khởi nổ; Phương pháp, quy trình đo khơng đổi.
Ngồi ra, một số thơng tin khác cũng rất cần thiết cho q trình phân tích như: tổng số lỗ khoan; số hàng; số lỗ khoan trong 1 hàng; khoảng cách hàng, khoảng cách giữa các lỗ; dạng sơ đồ vi sai; các loại thời gian vi sai được sử dụng, vị trí vụ nổ, vị trí điểm đo, khoảng cách điểm nổ đến điểm đo, kiểu dạng địa hình.
2.2.2. Xác định khu vực nghiên cứu và giải pháp đo, ghi dữ liệu
Có hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình thu thập dữ liệu gồm:
- Nổ mìn là một lĩnh vực rất nguy hiểm, do đó chịu sự quản lý chặt chẽ của nhà nước cả về việc thực hiện lẫn giám sát.
- Các mỏ khai thác lộ thiên ở Việt Nam thơng thường chỉ đo chấn động khi có u cầu của cơ quan có thẩm quyền chứ khơng thực hiện đo thường xuyên.
Đây là 2 trở ngại lớn khiến nghiên cứu không thể chủ động thực hiện các vụ nổ mìn tại các mỏ để tiến hành đo, khảo sát và thử nghiệm. Trong điều kiện đó, tác giả lựa chọn giải pháp sử dụng những bộ dữ liệu theo dõi mức chấn động tại các cơng trình lân cận khu vực nổ. Từ đó tiêu chí để lựa chọn khu vực, đối tượng là những mỏ nằm gần khu dân cư bắt buộc phải đo giám sát mức chấn động nổ thường xuyên; hoặc những mỏ đang phải thực hiện đo giám sát theo yêu cầu của cơ quan quản lý.
Cùng với các nguyên tắc ghi chép dữ liệu đã xác định, tác giả lựa chọn ghi chép dữ liệu tại hai mỏ lộ thiên có 2 dạng cấu trúc đất đá khác nhau để thực hiện giải pháp phân tích. Đó là khu vực khai thác lộ thiên thuộc mỏ than Núi Béo, và mỏ đá vôi Hồng Sơn thuộc công ty xi măng Bút Sơn (Bảng 2-1).
Bảng 2-1 Các thông tin cơ bản về đối tượng nghiên cứu
1 Nơi đo, ghi dữ liệu
Khu vực khai thác lộ thiên, Mỏ than Núi Béo.
Địa chỉ: thành phố Hạ Long, Quảng Ninh
Mỏ đá vôi Hồng Sơn, Công ty xi măng Bút Sơn.
Địa chỉ: Huyện Kim Bảng, Hà Nam
2 Kiểu vụ nổ Nổ vi sai toàn phần Nổ vi sai toàn phần 3 Thiết bị đo,
ghi dữ liệu
Máy đo chấn động Blastmate III
Máy đo chấn động Blastmate III 4 Đơn vị thực
hiện
Cơng ty hố chất mỏ Cẩm Phả Trung tâm nghiên cứu Cơ Điện Mỏ.
2.2.3. Đo, ghi dữ liệu tại mỏ than Núi Béo
Khu vực khai trường khai thác lộ thiên, thuộc mỏ than Núi Béo, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh có vị trí nằm ngay cạnh khu dân cư (Hình 2.1). Do đó mỏ Núi Béo phải thực hiện yêu cầu bắt buộc theo dõi mức độ chấn động với tất cả các vụ nổ ở địa điểm nhà dân gần nhất, nhằm đảm bảo an sinh cho người dân xung quanh mỏ. Các vụ nổ tại đây không được quá lớn, và bắt buộc sử dụng chung một kiểu sơ đồ vi sai và loại kíp vi sai (Hình 2.3). Dựa vào điều kiện đó, tác giả thực hiện thu thập dữ
liệu tại mỏ than Núi béo. Các thông tin về việc ghi lưu dữ liệu được mô tả trong Bảng 2-2 và các Hình 2.1, một số kết quả đo được thể hiện trong Hình 2.2.
Bảng 2-2 Một số thơng tin về q trình ghi lưu dữ liệu chấn động khu vực vỉa khai thác lộ thiên, mỏ than Núi Béo
Khu vực nổ mìn Mỏ than Núi Béo, Quảng Ninh (Hình 2.1). Điểm đặt máy đo
chấn động
Nhà ơng Phạm Đình Thu, tổ 9, khu 7, phường Hà Tu, thành phố Hạ Long, Quảng Ninh (tiếp giáp danh giới mỏ).
Thiết bị đo Máy đo rung động Blastmate III Thời gian ghi 2 – 3 giây.
Hướng đặt máy đo Ngược hướng khởi nổ
Đơn vị đo Cơng ty hố chất mỏ Cẩm Phả (Hình 2.1)