7. Cấu trỳc luận văn
2.2. CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CễNG NGHỆ
2.2.1 Loại thuốc nổ và chỉ tiờu thuốc nổ
2.2.1.1 Loại thuốc nổ
Năng lƣợng của chất nổ cú ảnh hƣởng quan trọng tới mức độ đập vỡ đất đỏ, đặc biệt là cỏc lỗ khoan cú đƣờng kớnh khụng lớn.
Dựng chất nổ rời, thụ cú cụng suất trung bỡnh và thời gian tỏc dụng nổ dài thỡ hiệu quả tốt, đặc biệt trong đất đỏ trung bỡnh và yếu. Trong loại đất đỏ cứng và dũn thỡ cần dựng loại thuốc nổ cú cụng suất mạnh.
Đất đỏ cú f=412 thỡ dựng loại chất nổ cú năng lƣợng nổ thấp, cú vựng phản ứng húa học rộng nhƣ Anfo, Gralulit, AĐ-1...
Đất đỏ cú f=1016 thỡ nờn sử dụng kết hợp, phần dƣới lỗ khoan sử dụng thuốc nổ cú năng lƣợng nổ lớn, phần trờn lỗ khoan sử dụng thuốc cú năng lƣợng thấp.
Ta cú biểu đồ thay đổi ỏp lực nổ theo thời gian đƣợc trỡnh bày ở Hỡnh 2.4.
1 2 t1 t2 P (kg/cm ) n t (sec) 2
Hỡnh 2.4 Biểu đồ thay đổi ỏp lực nổ theo thời gian
1- Lƣợng thuốc nhỏ và lốn chặt 2- Lƣợng thuốc rời, thụ
Chỉ tiờu thuốc nổ cú ảnh hƣởng rất lớn đến kết quả đập vỡ của đất đỏ, đến thành phần cỡ hạt. Khi tăng chỉ tiờu thuốc nổ thỡ tỷ lệ đỏ quỏ cỡ giảm, đƣờng kớnh lỗ khoan càng nhỏ thỡ thể tớch vựng đập vỡ khụng điều chỉnh càng nhỏ. Nhƣ vậy, khi cần tăng cƣờng mức độ đập vỡ đất đỏ thỡ hợp lý là tăng chỉ tiờu thuốc nổ và giảm đƣờng kớnh lỗ khoan. Nhƣng thực tế cần ỏp dụng chỉ tiờu thuốc nổ đảm bảo mức độ đập vỡ hợp lý, nghĩa là khi đú tổng chi phớ cho cỏc khõu khoan- nổ- xỳc bốc- vận tải- thải đỏ là nhỏ nhất.
Đối với đất đỏ cú độ nứt nẻ khỏc nhau, khi thay đổi chỉ tiờu thuốc nổ nhƣng đƣờng kớnh lƣợng thuốc khụng thay đổi thỡ lƣợng đỏ quỏ cỡ phỏt sinh thể hiện nhƣ hỡnh 2.5. Trục tung biểu diễn tỷ lệ cỏc khối nứt nẻ quỏ cỡ (>700 mm) trong nguyờn khối trƣớc khi nổ. Khi thay đổi kớch thƣớc cho phộp của cục đỏ thỡ tỷ lệ này thay đổi; gúc nghiờng của đƣờng thẳng và tỷ lệ đỏ quỏ cỡ trong vựng đập vỡ khụng điều khiển cũng thay đổi.
Vỡ vậy lựa chọn chỉ tiờu thuốc nổ hợp lý là nhiệm vụ quan trọng để đạt đƣợc mức độ đập vỡ theo yờu cầu.
d2 d1 2 1 q, kg/m3 V,% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Hỡnh2.5: Tỷ lệ cỏc cục đỏ lớn (quỏ cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiờu thuốc nổ đối
với đường kớnh lượng thuốc khỏc nhau trong đất
đỏ nổ đồng nhất
1,2- Tỷ lệ đỏ quỏ cỡ trong vựng đập vỡ thực tế khụng điều chỉnh với đường kớnh lượng thuốc d1 và d2
1,2 1 0,8 0,4 0,6 0,2 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 V,% 3 q, kg/m I, II III IV V I, II III IV V
2.2.1.2 Ảnh hưởng cấu tạo lượng thuốc
Khi thay đổi cấu tạo lƣợng thuốc, từ lƣợng thuốc cú cấu tạo liờn tục sang lƣợng thuốc cú cấu tạo phõn đoạn đó tăng đƣợc mức độ đập vỡ và cỡ hạt nhận đƣợc đồng đều hơn. Mụi trƣờng để phõn chia cú thể là đất, nƣớc, khụng khớ.
Sử dụng cấu tạo lƣợng thuốc phõn đoạn làm giảm ỏp lực mặt đầu súng và tăng đƣợc thời gian ỏp dụng nổ. Chớnh vỡ vậy mà mức độ đập vỡ đƣợc cải thiện hơn, đất đỏ bị nghiền vỡ vụn cũng giảm đi. Cũng do cú sự phõn đoạn mà giảm đƣợc mật độ, khối lƣợng nạp bua, giảm tỏc dụng địa chấn.
Trong đất đỏ khụng đồng nhất thỡ phõn bố đoạn thuốc vào phần đất đỏ cứng.
2.2.1.3 Đường kớnh lượng thuốc nổ và đường khỏng
Đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ là đại lƣợng xuất phỏt để tớnh chọn cỏc thụng số nổ mỡn khỏc. Giữa đƣờng kớnh và đƣờng khỏng cú mối quan hệ rất mật thiết, việc lựa chọn đƣợc đƣờng kớnh lƣợng thuốc thớch hợp và tỷ số w/dk hợp lý sẽ đem lại hiệu quả nổ mỡn rừ rệt.
Đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ đặc trƣng cho mức độ tập trung năng lƣợng nổ trong một đơn vị chiều dài lỗ khoan. Khi dk lớn thỡ mức độ tập trung năng lƣợng nổ cao và ngƣợc lại.
Hỡnh 2.6: Tỷ lệ cỏc cục đỏ lớn (quỏ cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiờu thuốc
nổ đối với cỏc loại đất đỏ cú độ nổ khỏc nhau.
I, II, III, IV, V- Cấp đất đỏ cú độ nổ khỏc nhau.
Xột về sự phõn bố đồng đều năng lƣợng nổ trong toàn bộ thể tớch khối đỏ thỡ rừ ràng dk càng lớn thỡ sự phõn bố năng lƣợng nổ càng khụng đều:
những vựng gần sỏt với lƣợng thuốc sẽ bị nghiền nỏt mạnh mẽ, cũn ở xa thỡ đất đỏ đƣợc đập vỡ khụng tốt. Điều đú cũng đồng nghĩa với khả năng điều khiển đập vỡ khú khăn hơn khi dựng đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ lớn.
Ảnh hƣởng của đƣờng kớnh lƣợng thuốc tới chất lƣợng và hiệu quả đập vỡ cũn tựy thuộc vào tớnh chất của đất đỏ mỏ. Trong đất đỏ cú cấu trỳc tảng lớn (ớt nứt nẻ), kiờn cố, do tốc độ phỏt triển khe nứt nhỏ thỡ cần giảm đƣờng kớnh lỗ khoan để đảm bảo mức độ đập vỡ đồng đều. Trong đất đỏ nứt nẻ, phõn lớp mạnh, (cú hệ số hấp thụ năng lƣợng súng cao) thỡ cần tăng dk, vỡ nếu tăng dk thời gian tỏc dụng nổ tăng, tốc độ phỏt triển khe nứt tăng và do đú quỏ trỡnh đập vỡ sẽ đƣợc tăng cƣờng.
Đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ cũn liờn quan đến suất phỏ đỏ của một một dài lỗ khoan, tới giỏ thành khõu khoan. Khi tăng đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ, suất phỏ đỏ tăng và giỏ thành khoan tớnh cho một một khối đỏ nổ ra giảm đi.
Ngoài ra đƣờng kớnh lƣợng thuốc (đƣờng kớnh lỗ khoan) cũn liờn quan chặt chẽ với đồng bộ thiết bị mỏ, cỏc thụng số hệ thống khai thỏc với cụng suất mỏ.
Nhƣ vậy để nõng cao hiệu quả nổ núi riờng và hiệu quả sản xuất núi chung phải lựa chọn đƣợc đƣờng kớnh lƣợng thuốc hợp lý trờn cơ sở tớnh chất cơ lý, năng suất mỏy khoan, điều kiện địa chất đất đỏ, cỏc thụng số của hệ thống khai thỏc, mức độ đập vỡ yờu cầu.
Đƣờng khỏng của lƣợng thuốc nổ khi nổ mỡn trờn mỏ lộ thiờn, do kể tới khả năng của lƣợng thuốc nổ khắc phục sức khỏng lớn nhất ở mức nền tầng, ngƣời ta thƣờng dựng khỏi niệm đƣờng khỏng chõn tầng (Wct)
Thụng qua nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm ngƣời ta đó xỏc định đƣợc rằng: nếu cố định đƣờng kớnh lỗ khoan và tăng dần trị số đƣờng khỏng thỡ tiết diện phần phỏ hủy tăng lờn, đạt trị số cực đại sau đú giảm đến bỏn kớnh
vựng phỏ hủy hỡnh trụ trong mụi trƣờng liờn tục nếu cứ tiếp tục tăng đƣờng khỏng.
Khi tăng W thỡ bỏn kớnh vựng phỏ hủy ở bề mặt tự do tăng lờn và đạt trị số tối đa khi chỉ số tỏc dụng nổ n=1. Nếu tiếp tục tăng W thỡ bỏn kớnh vựng phỏ hủy giảm đi.
Nhƣ vậy, giữa đƣờng khỏng và đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ cú mối quan hệ chặt chẽ thể hiện quả cụng thức:
Wct=K.dk
Ở đõy K là hệ số phụ thuộc vào tớnh chất đất đỏ ( độ kiờn cố, độ nứt nẻ), phụ thuộc vào tớnh chất của lƣợng thuốc nổ (loại thuốc nổ, mật độ, nhiệt lƣợng ..
Đối với mỗi loại đất đỏ sẽ tồn tại một trị số K hợp lý đảm bảo bỏn kớnh vựng đập vỡ là tối đa và hậu xung là tối thiểu. Đõy là điều rất quan trọng khi xỏc định cỏc thụng số bố trớ lƣợng thuốc nổ.
Khoảng cỏch từ trục lỗ mỡn tới bề mặt tự do hay cũn gọi là đừờng cản cú mối quan hệ với tỏc động đập vỡ đất đỏ của lƣợng thuốc nổ. Khi nổ mỡn, khoảng cỏch đƣờng cản thay đổi cú thể xảy ra cỏc trƣờng hợp sau:
+ Nếu đƣờng cản quỏ ngắn: sẽ gõy ra khả năng khớ nổ với ỏp lực mạnh dễ dàng thoỏt ra phớa bề mặt tự do, gõy ra sự thoỏt khớ nổ sớm, dẫn đến xuất hiện súng đập khụng khớ và đỏ bay (Hỡnh 2.7a). Do đú, gõy lóng phớ năng lƣợng nổ và làm giảm năng lƣợng nổ hữu ớch sử dụng trong việc đập vỡ đất đỏ.
+ Nếu đƣờng cản quỏ lớn, phần lớn năng lƣợng nổ sẽ bị sử dụng lóng phớ trong việc nghiền nỏt ngay lập tức đất đỏ xung quanh lỗ mỡn và truyền năng lƣợng vào đất đỏ dƣới dạng súng chấn động (Hỡnh 2.7b). Do sự dịch chuyển thiếu mặt tự do, sự mở rộng cỏc nứt nẻ bởi khớ nổ khụng thể xuất hiện, do vậy, mức độ đập vỡ và độ tơi vụn của đống đỏ nổ xấu hơn.
+ Nếu trị số đƣờng cản hợp lý, trị số này đủ để kiềm chế khớ nổ, bắt buộc nú phải thực hiện tỏc dụng hữu ớch đập vỡ đất đỏ. Khoảng cỏch này cũng
phải đủ ngắn để súng nổ gõy ra sự nứt nẻ và sự đập vỡ khối đỏ nổ (Hỡnh 2.7c). Rừ ràng, đõy là trị số lý tƣởng mong muốn, vỡ ngay trong cựng một khu vực nổ, cỏc tớnh chất của đỏ cú thể thay đổi và tỏc động tới cỏc thụng số lý tƣởng yờu cầu.
Hỡnh 2.7 ảnh hưởng của đường cản tới quỏ trỡnh nổ mỡn. 2.2.1.4 Ảnh hưởng của cỏc thụng số hệ thống khai thỏc
a. Chiều cao tầng
Thụng số quan trọng nhất của hệ thống khai thỏc: chiều cao tầng (H) cú ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả cụng tỏc khoan nổ. Khi tăng chiều cao tầng đến mức hợp lý khụng những cải thiện đƣợc cụng tỏc mỏ núi chung, nú cũn làm tăng năng suất khoan, tăng suất phỏ đỏ của một một dài lỗ khoan, tăng bỏn kớnh vựng đập vỡ của lƣợng thuốc (do tăng chiều cao cột thuốc), giảm chiều sõu khoan thờm (tăng hệ số sử dụng một khoan), giảm cụng tỏc phụ trợ khi khoan, giảm chi phớ thuốc nổ và phƣơng tiện nổ ... Tất nhiờn khi đất đỏ khú nổ mà tăng chiều cao tầng quỏ mức sẽ làm giảm hiệu quả đập vỡ ở khu vực nền tầng. Thụng thƣờng chiều cao tầng cú liờn quan đến cụng suất, kớch thƣớc làm việc của thiết bị khai thỏc, loại đất đỏ, đƣờng kớnh lỗ khoan ...
Kớch thƣớc khu vực cần nổ: chiều dài L và chiều rộng A. Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bói nổ khụng hợp lý sẽ làm giảm hiệu quả nổ. Khi L nhỏ và A lớn sẽ làm giảm hiệu quả nổ do sức cản bờn sƣờn lớn. Ngƣợc lại, khi L lớn và A nhỏ chất lƣợng đập vỡ khụng tốt do ảnh hƣởng của hàng đầu tiờn lớn (đỏ quỏ cỡ và mụ chõn tầng thƣờng phỏt sinh ở hàng đầu tiờn). Vỡ vậy phải chọn tỷ số L/A hợp lý mới đem lại hiệu quả nổ, trị số này cú liờn quan đến chiều dài khu vực xỳc, chiều rộng khoảnh khai thỏc, chiều rộng mặt tầng khai thỏc.
2.2.1.5 Ảnh hưởng của gúc nghiờng lỗ khoan
Khi sử dụng lỗ khoan nghiờng thỡ chất lƣợng đập vỡ tốt hơn và tạo đƣợc gúc nghiờng sƣờn tầng hợp lý cú thể giảm đƣợc chiều sõu khoan thờm và chỉ tiờu thuốc nổ trong lỗ khoan. Sử dụng lỗ khoan nghiờng thỡ vựng giảm năng suất của mỏy xỳc lớn hơn so với lỗ khoan thẳng đứng, do đống đỏ nổ mỡn cú xu hƣớng thoải hơn. Lỗ khoan nghiờng khi thi cụng khoan và nạp mỡn sẽ khú hơn Vùng năng xuất thấp (a) Vùng năng xuất thấp b)
Hỡnh 2.8 Sự hỡnh thành đống đỏ khi sử dụng lỗ khoan đứng và nghiờng
I: Vựng giảm năng suất của mỏy xỳc a- Lỗ khoan đứng; b- Lỗ khoan nghiờng
2.2.1.6 Ảnh hưởng của chiều sõu khoan thờm, chiều cao cột thuốc và chiều dài bua
Ba thụng số này gắn bú chặt chẽ với nhau, tỷ lệ giữa chỳng sẽ phản ỏnh tớnh hợp lý của cỏc thụng số khoan nổ và đƣơng nhiờn ảnh hƣởng tới hiệu quả nổ mỡn.
Khi nổ lƣợng thuốc đặt trong lỗ khoan lớn trờn tầng mỏ lộ thiờn cú thể chia lỗ khoan làm 3 phần theo chiều cao mà mỗi phần thực hiện một chức năng nhất định:
Chiều sõu khoan thờm Lkt chủ yếu là để đảm bảo duy trỡ mức nền tầng theo thiết kế.
Chiều dài bua Lb là phần lỗ khoan chứa vật liệu bua tạo ra sức khỏng chống phụt sản phẩm ra khỏi lỗ khoan, giỳp quỏ trỡnh kớch nổ xảy ra hoàn toàn và nõng cao hiệu quả nổ, đảm bảo an toàn.
Phần chiều cao cột thuốc cơ bản LTCB thực hiện chức năng chớnh là đập vỡ khối đỏ.
Trờn quan điểm nõng cao hệ số sử dụng lỗ khoan để nạp thuốc, phõn bố đồng đều năng lƣợng nổ và mở rộng vựng đập vỡ cú điều khiển. Điều này liờn quan trực tiếp đến chiều cao tầng cần thiết tối thiểu để đảm bảo hiệu quả nổ.
Dƣới đõy sẽ xột tới vai trũ cũng nhƣ ảnh hƣởng của cỏc thụng số này tới hiệu quả nổ:
a. Chiều sõu khoan thờm
Đõy là phần của lỗ khoan đƣợc khoan sõu hơn mức nền tầng, dựng để tập trung năng lƣợng nổ khắc phục sức khỏng lớn của đất đỏ ở mức nền tầng, giỳp cho việc tạo tầng bằng phẳng ở mức thiết kế (khụng bị nõng nờn).
Chiều sõu khoan thờm là cần thiết, nhƣng nếu lựa chọn khụng hợp lý sẽ làm giảm hiệu quả cụng tỏc khoan nổ vỡ: Tăng chi phớ khoan vụ ớch (đặc biệt khi giỏ thành khoan cao), tạo ra súng chấn động mạnh và phần mặt tầng tiếp
theo sẽ bị phỏ hủy mạnh bởi cỏc khe nứt, gõy khú khăn cho cụng tỏc khoan tiếp theo, làm tăng suất đỏ quỏ cỡ ở cỏc tầng tiếp theo.
Lựa chọn chiều sõu khoan thờm hợp lý cần phải căn cứ vào loại đất đỏ, điều kiện địa chất, đƣờng kớnh lƣợng thuốc nổ. Chỉ cú thể giảm tỷ lệ khoan thờm bằng cỏch tăng chiều cao tầng (nổ mỡn tầng cao), sử dụng thuốc nổ cú cụng suất cao ở phần chõn tầng, dựng sơ đồ vi sai thớch hợp hoặc dựng chiều sõu khoan thờm ở hàng trong giảm so với hàng ngoài khi cỏc thụng số hàng trong nhỏ hơn.
Khi nổ phỏ vỡ đất đỏ thỡ phần khú phỏ vỡ nhất là phần chõn tầng, ở đú đũi hỏi phải cú năng lƣợng nổ lớn để thắng đƣợc sức cản và bứt đứt đƣợc khối đỏ cần phỏ vỡ ra khỏi phần đỏ nguyờn khối. Cú nhƣ vậy mới đạt đƣợc độ tơi xốp ở chõn đống đỏ và tạo bề mặt ở nền tầng bằng phẳng vỡ lẽ đú ta phải tiến hành khoan thờm.
Nếu chiều sõu khoan thờm khụng đủ: Kết quả nổ mỡn sẽ làm cho nền tầng nõng lờn, để lại mụ chõn tầng( phần đỏ ở chõn đống đỏ nổ mỡn rất chặt gõy khú khăn cho khõu bốc xỳc và cú thể khụng xỳc đƣợc). Hỡnh 2.9 thể hiện rừ nguyờn nhõn để lại mụ chõn tầng do chiều sõu khoan thờm quỏ nhỏ.
Phần mô chân tầng
Phần tạo thành các khe nứt
Hỡnh 2.10 Nứt nẻ tạo ra khi nổ mỡn do chọn chiều sõu khoan thờm quỏ lớn.
b.Chiều dài bua và vật liệu bua
Phần trờn cựng của lỗ khoan chứa vật liệu bua nhằm ngăn năng lƣợng nổ thoỏt ra, làm quỏ trỡnh nổ xảy ra hoàn toàn, tăng thời gian tỏc dụng nổ (tăng xung nổ), giảm khớ độc, súng đập khụng khớ và đỏ văng.
Chiều cao cột bua phụ thuộc vào loại đất đỏ, ỏp lực nổ, chiều cao cột thuốc, cỏc thụng số mạng lỗ khoan và đặc tớnh vật liệu làm bua. Chiều dài bua phải tăng lờn khi tăng chiều cao cột thuốc, tăng ỏp lực trung bỡnh trong lỗ khoan, tăng đƣờng kớnh lỗ khoan. Chiều dài bua cú thể giảm nếu giảm ỏp lực trung bỡnh, tăng kớch thƣớc cục vật liệu bua, tăng mật độ nạp bua, tăng hệ số ma sỏt trong của vật liệu làm bua.
Thực tế và lý thuyết cho thấy nờn dựng bua cú chất lƣợng tốt sẽ tăng đƣợc hiệu quả nổ từ 10 20 %.
Khi giảm đƣợc chiều dài bua sẽ tăng chiều cao phần nạp thuốc, giảm vựng đập vỡ kộm ở phần tầng phớa trờn.
c b
a
a: chiều dài bua quỏ nhỏ b: chiều dài bua hợp lý c : chiều dài bua quỏ lớn
Hỡnh 2.11 Ảnh hưởng của chiều cao cột bua đến chất lượng nổ
c. Chiều cao cột thuốc
Chiều cao cột thuốc là thụng số kết cấu rất quan trọng của lƣợng thuốc nổ. Khi nổ mỡn lỗ khoan lớn thỡ chiều cao cột thuốc thể hiện mức độ phõn bố