Phõn tớch lựa chọn cỏc chỉ tiờu thành lập hộ chiếu khoan nổ mỡn

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NỔ MèN

3.3 Xõy dựng quy trỡnh lập hộ chiếu khoan nổ mỡn

3.3.1 Phõn tớch lựa chọn cỏc chỉ tiờu thành lập hộ chiếu khoan nổ mỡn

Trong phần trờn đó nờu ra những chỉ dẫn chung hay giải phỏp cú tớnh nguyờn lý. Đương nhiờn cũng cần lưu ý là khụng cú một kinh nghiệm nào được coi là tổng quỏt, cụ thể cỏc kinh nghiệm đú đó được đỳc rỳt từ kết quả nghiờn cứu và thi cụng ở cỏc nơi khỏc nhau, với loại thuốc nổ, phương tiện nổ khỏc nhau. Do vậy cỏc dữ liệu này chỉ cú ý nghĩa định hướng cho người sử dụng thiết kế. Để tổ chức thi cụng cụng trỡnh ngầm bằng phương phỏp khoan-nổ mỡn, cần xõy dựng hộ chiếu (sơ đồ) khoan nổ. Cỏc chỉ tiờu cơ bản phục vụ cho việc thiết kế hộ chiếu khoan nổ mỡn bao gồm:

- Tiến độ nổ, L0

- Lượng thuốc nổ đơn vị, q

- Chiều dài trung bỡnh lỗ khoan (lỗ mỡn) Ltb - Số lượng lỗ mỡn hay lỗ khoan trờn gương Nlm

Cho đến nay trờn thế giới cú rất nhiều kết quả nghiờn cứu đó được cụng bố liờn quan đến việc xỏc định cỏc chỉ tiờu này khi xõy dựng hộ chiếu khoan nổ. Cỏc kinh nghiệm được vận dụng ở Việt Nam thường là theo tài liệu và quy chuẩn của Liờn Xụ (hay Nga). Dưới đõy giới thiệu một số cỏch tớnh toỏn lựa chọn cỏc thụng số khoan nổ để đảm bảo đạt được hiệu quả nổ mỡn cao.

 Tiến độ nổ- Độ sõu lỗ mỡn L0

Tiến độ nổ mỡn là chiều dài đoạn hầm phỏ nổ được sau khi nổ, ký hiệu là L0. Núi chung trong thực tế tiến độ nổ phụ thuộc chủ yếu vào tiết diện ngang của đường hầm cần nổ, vào tớnh chất của khối đỏ và biện phỏp bảo vệ (chống tạm) được ỏp dụng. Việc xỏc định và xõy dựng chỉ tiờu tiến độ nổ hợp lý chủ yếu dựa trờn cơ sở phõn tớch tổng hợp ảnh hưởng của cỏc yếu tố kể trờn. Tuy nhiờn trong thực tế, tiến độ nổ cũn cú thể được xỏc định theo yờu cầu tiến độ thi cụng, trong mối quan hệ với cỏc thiết bị, kỹ thuật được sử dụng. Chẳng hạn để xỏc định tiến độ nổ cú thể dựa vào cỏc kớch thước của vựng được nổ, vào chiều dài cú thể thực hiện được của lỗ khoan cũng như vào diện tớch tiết diện vựng nổ. Tiến độ nổ mỡn

L0 = w

d

trước hết phụ thuộc vào chiều cao và chiều rộng của tiết diện được đào, trong đú giỏ trị kớch thước nhỏ cú tớnh quyết định, để đảm bảo khụng gõy phỏ vỡ ngoài tiết diện định đào.

Chẳng hạn như trờn hỡnh 3.7, với giả thiết gúc nổ tiờu chuẩn cú thể đạt được là 900, cú thể xỏc định sơ bộ tiến độ nổ theo biểu thức: 2 / min 0 w d L   L0: tiến độ nổ mỡn; w: đường cản; d: chiều rộng vựng được nổ mỡn

Hỡnh3-7. Mối liờn quan giữa chiều sõu hay tiến độ nổ cú thể và kớch thước

vựng phỏ nổ

Theo [7] cú thể chọn tiến độ nổ bằng 1/2 chiều rộng hay đường kớnh đối với cụng trỡnh ngầm tiết diện nhỏ, cũn đối với cụng trỡnh tiết diện vừa và lớn cú thể chọn bằng 2/3 chiều rộng hay đường kớnh khi sử dụng đột phỏ với cỏc lỗ khoan xiờn (đột phỏ hỡnh nờm, rẻ quạt…), bằng chiều rộng hay đường kớnh khi sử dụng đột phỏ với lỗ khoan thẳng song song.

Với kỹ thuật khoan hiện nay và kinh nghiệm thi cụng trờn thế giới thỡ để đảm bảo cỏc yờu cầu hợp lý tiến độ nổ thường khụng quỏ 4 đến 4,5m. Nếu chọn tiến độ nổ lớn hơn sẽ cho hiệu quả khụng cao vỡ mức độ chốn nộn của đỏ (sức cản) sẽ lớn và khoan càng sõu càng khú hơn, đồng thời cũng dễ gõy lẹm nhiều hơn.

Chẳng hạn với chiều dài cú thể khoan được là 5m và cú chỳ ý đến chiều dài thỏi thuốc, thụng thường trong thực tế cú thể chọn độ sõu nổ kinh tế là L0max= 4m. Kinh nghiệm thực tế cho thấy khi sử dụng kớp nổ vi sai và lỗ khoan song song cú thể tăng độ sõu nổ lờn thờm 50%, nhưng núi chung khụng nờn vượt quỏ 4m. Cho loại khối đỏ cú sức khỏng phỏ nổ trung bỡnh (độ nổ trung bỡnh), tiến độ nổ (L0 4m) cú thể tỡnh gần đỳng theo tiết diện cần nổ (tiết diện thiết kế) Stk:

- Khi sử dụng rạch phỏ huỷ khoan song song a = 0,75 Stk (3.14) Cỏc kết quả tớnh thể hiện trong bảng3.6.

Bảng3-6. Chiều sõu lỗ mỡn phụ thuộc vào dạng đột phỏ và diện tớch gương đào

Sđ (m2) 5 10 15 20 30 40 50 60

Đột phỏ khoan

nghiờng ( m) 1,3 1,6 1,9 2,2 2,7 3,2 3,6 4

Đột phỏ khoan

song song (m) 1,5 2,5 23 2,33,5 2,73,9 3,44 3,54 4 4 Đương nhiờn ở đõy cũng cần lưu ý đến loại khối đỏ, liờn quan với thời gian tồn tại ổn định khụng chụng (thời gian lưu khụng) và khẩu độ lưu khụng cho phộp, theo nguyờn tắc khối đỏ càng kộmổn định thỡ thời gian và khẩu độ lưu khụng càng nhỏ, hay núi cỏch khỏc là tiến độ nổ sẽ nhỏ hơn.

Tiến độ nổ tớnh theo tốc độ đào lũ trong một thỏng:

25 30 . . 0 T  T V L th ck , m (3.15) Trong đú:

Vth: tốc độ đào lũ trong một thỏng theo yờu cầu, m/thỏng Tck: thời gian một chu kỳ đào, giờ

T: thời gian làm việc trong mộtngày, giờ 25 30: số ngày làm việc trong một thỏng.

 Chiều dài trung bỡnh lỗ khoan- chiều sõu lỗ khoan Ltb

Liờn quan với thời gian khoan là chiều dài trung bỡnh lỗ khoan. Chiều dài trung bỡnh cỏc lỗ khoan thụng thường được xỏc định dựa vào một chỉ tiờu quan trọng liờn quan là hệ số chất lượng nổ, cũng được gọi là hệ số sử dụng lỗ mỡn

lm, định nghĩa bằng tỷ số giữa độ sõu nổ mỡn và chiều dài trung bỡnh lỗ khoan.

Ltb = N Li  ; lm= tb L L0 (3.16) Theo cỏc kết quả nghiờn cứu, giỏ trị thực tế cho hệ số chất lượng nổ:

- Đột phỏ rẻ quạt:lm = 0,7 đến 0,9 - Đột phỏ hỡnh nờmlm = 0,8 đến 0,98 - Đột phỏ hỡnh thỏplm = 0,8 đến 0,95

- Đột phỏ khoan song songlm1

 Số lượng lỗ mỡn hay lỗ khoan Llm

Số lượng lỗ khoan cựng vớichiều dài trung bỡnh lỗ khoan là những chỉ cơ sở liờn quan với việc chọn số lượng mỏy khoan cũng nhướac định thời gian khoan. Thực tế và xuất phỏt từ cỏc yờu cầu về nổ mỡn cho thấy số lượng lỗ khoan phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau:

- Hỡnh dạng và kớch thước tiết diện gương đào - Khả năng chống phỏ nổ của khối đỏ

- Phương phỏp nổ (nổ thường hay nổ tạo biờn) - Vị trớ nổ, cụ thể là số lượng mặt tự do

- Loại thuốc nổ được sử dụng

Việc xỏc định số lượng lỗ mỡn hay lỗ khoan cú thể dựa vào cỏc cụng thức thực nghiệm, dựa vào kinh nghiệm thực tế hoặc dựa vào chỉ tiờu chiều dài lỗ

khoan đơn vị Lđv (được xỏc lập theo kinh nghiệm hoặc qua nổ thớ nghiệm), tức là

chiều dài lỗ khoan cần thiết tớnh cho 1m3 khối đỏ định nổ. Ngoài ra số lượng lỗ khoan cũng được xỏc định sau khi xõy dựng sơ đồ nổ trờn cơ sở phõn bố lỗ khoan tuỳ theo khoảng cỏch giữa cỏc lỗ khoan, tớnh theo đường cản nắn nhất (w) tương ứng với loại thuốc nổ, đường kớnh thỏi thuốc và loại đỏ cũng như loại lỗ mỡn. Số lỗ mỡn trờn gương khụng phải là một con số khụng thể thay đổi. Sau khi lập hộ chiếu và tiến hành nổ thử nghiệm, nếu thấy kết quả chưa đạt được như mong muốn thỡ cần phải thay đổi, điều chỉnh số lỗ mỡn trờn gương hoặc ngay cả trong quỏ trỡnh thi cụng, số lượng lỗ mỡn cũng cú thể điều chỉnh cho phự hợp với điều kiện nổ mỡn (điều kiện địa chất,địa chất thuỷ văn...)

Theo kinh nghiệm, số lỗ mỡn được xỏc định cho ba trường hợp khỏc nhau * Trường hợp nổ toàn gương, cú một mặt tự do Nlm =c+kStk, cụ thể:

Bảng 3-7. Số lượng lỗ mỡn khi nổ toàn gương, một mặt tự do

Sức chống phỏ nổ-độ nổ Cụng thức

Dễ phỏ nổ Nlm =25+0,67Stk

Dễ nổ (khú nổ) trung bỡnh Nlm =31+1,0Stk

* Trường hợp nổ phỏ sau, với hai mặt tự do

Bảng 3-8. Số lượng lỗ mỡn với hai mặt tự do

Sức chống phỏ nổ-độ nổ Cụng thức

Dễ phỏ nổ Nlm =4+Stk

Khú nổ Nlm =5+1,3 S’tk

* Trường hợp nổ phỏ sau với ba mặt tự do Nlm = 2+0,5 S’’tk

Stk,S’tk, S’’tk là diện tớch phỏ nổ tương ứng cho ba trường hợp theo thiết kế. Chiều dài lỗ khoan đơn vị Lđv trước hết cú thể hiểu bằng tỷ số giữa tổng chiều dài cỏc lỗ khoan với thể tớch vựng khối đỏ (trạng thỏi nguyờn) định phỏ nổ Vn-pn: Lđv = pn n n i i V L   (3.17)

Nếu biết được Lđv (chẳng hạn theo kinh nghiệm), sẽ xỏc định được số lỗ mỡn Nlm Từ Lđv = n i i L / Vn-pn và Nlm =n i i L /Ltb cũng như Ltb=L0/klm và Vn-pn=Stk.Ltb cú Nlm = Lđv . Stk .klm (3.18)

Trong trường hợp khụng cú số liệu kinh nghiệm về chiều dài lỗ khoan đơn vị, cú thể ước lượng sơ bộ bằng cỏch thay cụng thức trờn vao Nlm, từ đú nhận được cỏc biểu thức cho cỏc trường hợp đào toàn gương, phỏ nổ sau với hai và ba mặt tự do.

Bảng 3-9. Số lượng lỗ mỡn với mặt tự do lớn hơn 2

Nổ toàn gương Phỏ nổ sau

Dễ nổ Lđv=25Stk.klm +0,67/klm Dễ nổ Lđv=4S’tk.klm +1/klm Khú nổ trung bỡnh Lđv=31Stk.klm +1,0/klm Khú nổ Lđv=5/S’tk.klm +1,2/klm 2 mặt tự do Khú nổ-rất khú nổ Lđv=38/Stk.klm +1,4/klm 3 mặt tự do Lđv=2/S’’tk.klm +0,5/klm

Hỡnh biểu diễn mối quan hệ giữa số lượng lỗ khoan, chiều dài lỗ khoan đơn vị với kớch thước tiết diện đào và mức độ nổ của đỏ.

Chiều dài lỗ khoan đơn vị cũng cú thể xỏc định theo cỏc biểu đồ thực nghiệm[4] trờn hỡnh3.8.

Hỡnh3-8. Mối quan hệ giữa chiều dài lỗ khoan đơn vị và diện tớch đường hầm

 Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn alm

Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn phụ thuộc vào đường cản W, dạng nổ đột phỏ, loại lỗ mỡn và cú nhiều cỏch xỏc định khỏc nhau.

Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn phỏ được lấy tương đương với đường cản ngắn nhất trong sơ đồ nổ, phụ thuộc vào loại đỏ, tiết diện dào, đặc biệt là loại thuốc nổ và đường kớnh thỏi thuốc. Chẳng hạn với đường kớnh thỏi thuốc dtt =35mm, đường cản và khoảng cỏch giữa cỏc lỗ khoan phỏ cú thể chọn trong khoảng 80cm đến 110cm.

Cỏc lỗ mỡn biờn được thiết kế cú khoảng cỏch nhỏ hơn so với cỏc lỗ mỡn phỏvà được nạp thuốc nổ với lượng ớt hơn cũng như sức cụng phỏ nhỏ hơn, với mục tiờu tạo biờn nhẵn, hạn chế phỏ huỷ khối đỏ ngoài biờn thiết kế. Chẳng hạn khi sử dụng cỏc thỏi thuốc cú đường kớnh nhỏ (vớ dụ 17 đến 25mm) khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn biờn với nhau cú thể là alm = 60cm, cũn khi sử dụng dõy nổ alm=40cm.

 Đường kớnh lỗ khoan

Cỏc hóng chế tạo thường cung cấp cỏc loại mỏy khoan với đường kớnh lỗ khoan nhỏ trong khoảng 36 đến 43mm, gần đõy cú đường kớnh 45mm và đường

kớnh lỗ khoan lớn 75 đến 200mm. (Cỏc mỏy khoan của Liờn Xụ cũ cú đường kớnh 32mm đến 38mm cho mỏy khoan nhẹ, đường kớnh 42mm đến 46 cho mỏy khoan nặng).

Núi chung cỏc đượng kớnh lỗ khoan trong xõy dựng cụng trỡnh ngầm khi sử dụng cỏc xe khoan thuỷ lực thường dao động trong khoảng 45 đến 52mm. Đụi khi cú thể cú đường kớnh 64mm.

Thực tế cụng tỏc nổ mỡn trờn thế giới đó chứng minh rằng: ở vựng tạo rạch nờn bố trớ lượng thuốc nổ lớn với đường kớnh lỗ khoan lớn, cỏc lỗ khoan biờn nờn khoan đường kớnh nhỏ, bố trớ cỏc lượng thuốc nổ với đường kớnh nhỏ. Như vậy năng lượng phỏ đỏ sẽ phõn bố đều trờn suốt chiều dài lỗ khoan làm tăng hiệu quả vi sai và hiệu quả tạo biờn, nhưng đồng thời cũng làm tăng mức độ phức tạp cho cụng tỏc khoan nổ mỡn.Điều này cú thể dễ dàng khắc phục khi sử dụng cỏc loại mỏy khoan thuỷ lực đời mới.

Thụng thường, việc xỏc định đường kớnh lỗ khoan được dựa trờn đường kớnh thỏi thuốc được sử dụng, phụ thuộc vào đường kớnh thỏi thuốc dt. Tỷ số giữa đường kớnh lỗ khoan với đường kớnh thỏi thuốc dK/dt cú ảnh hưởng tới mật độ nạp thuốc và do đú ảnh hưởng tới hiệu quả nổ mỡn. Để nạp thuốc được dễ dàng nờn chọn dK/dt = 1/2.

Để giảm lượng thuốc nổ đơn vị người ta cú thể dựng hai cỏch tăng đường kớnh thỏi thuốc dt, do đú sẽ giảm được số lỗ khoan NK trờn mặt gương đào xuống. Thực tế cho thấy nếu tăng dK thỡ tốc độ khoan sẽ giảm xuống rất nhiều, ảnh hưởng khụng ớt tới giỏ thành đào hầm. Để đảm bảo hiệu quả kinh tế nhất người ta thường dựng dt = 25 - 28mm và dK= 30 - 40mm.

 Đường kớnh thỏi thuốc

Nổ đột phỏ và phỏ: nờn dựng cỏc thỏi thuốc cú đường kớnh 30 – 38mm đụi khi đến 45mm, chiều dài thỏi thuốc đến 700mm, đụi khi dài hơn.