CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NỔ MèN
3.2 Cỏc phương phỏp nổ mỡn phổ biến
3.2.3 Phương phỏp nổ mỡn tạo biờn
Trong thực tế thi cụng cỏc đường lũ trong mỏ, cỏc đường hầm, gian hầm, bờ hào, bờ dốc... đều cú thể ỏp dụng phương phỏp nổ mỡn tạo biờn. Phương phỏp này đặc biệt hiệu quả khi đào cỏc đường lũ trong khối đỏ cú hệ số kiờn cố từ trung bỡnh và lớn hơn. So với cỏc phương phỏp khoan nổ mỡn thụng thường, phương phỏp nổ mỡn tạo biờn cú những ưu điểm cơ bản sau đõy:
* Giảm được hệ số thừa tiết diện (thụng thường = 1,031,05). Nhờ đú giảm được chi phớ xỳc bốc, vận chuyển đất đỏ và cụng tỏc chốn lấp sau khung vỏ chống;
* Đất đỏ xung quanh đường lũ ớt bị nứt nẻ sõu vào bờn trong khối đỏ. Do đú, đường lũ cú độ ổn định cao hơn và làm cho chi phớ bảo dưỡng đường lũ giảm xuống.
Hiện nay cú rất nhiều cỏc tỏc giả đề xuất cỏc phương phỏp tớnh toỏn khỏc nhau trong quỏ trỡnh thiết kế cụng tỏc khoan nổ mỡn tạo biờn. Trong giỏo trỡnh này sẽ trỡnh bày một cỏch tổng hợp cỏc kết quả nghiờn cứu của cỏc tỏc giả trong và ngoài nước về phương phỏp nổ mỡn tạo biờn trong xõy dựng cỏc đường lũ co tiết diện đào tới 20m2. Ngoài ra, tại đõy cũng đề cập đến việc tớnh toỏn một số thụng số nổ mỡn tạo biờn cho cỏc đường hầm và hầm trạm tiết diện lớn và bờ dốc.
Đặc điểm của phương phỏp nổ mỡn tạo biờn so với phương phỏp khoan nổ mỡn thụng thường như sau:
* Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn thụng thường ngắn hơn. Do đú, tổng số lượng lỗ mỡn trong phương phỏp này tăng lờn;
* Lượng thuốc nạp trong mỗi lỗ mỡn tạo biờn nhỏ hơn. Vỡ vậy, cấu tạo của cỏc lỗ mỡn tạo biờn thụng thường cú dạng phõn đoạn khụng khớ hay phõn đoạn bằng cỏc vật liệu trơ (gỗ, tre,...);
* Đường kớnh của cỏc thỏi thuốc nổ nhỏ hơn khỏ nhiều so với đường kớnh của lỗ khoan;
* Nhúm cỏc lỗ mỡn tạo biờn đường lũ, ngoài phương phỏp thụng thường nổ sau cỏc nhúm lỗ mỡnđột phỏ và cụng phỏ, cũn cú thể được tiến hành nổ trước để tạo nờn khe (rónh nứt trước) dọc theo đường biờn xung quanh cụng trỡnh. Kinh nghiệm nước ngoài cho thấy, nhúm lỗ mỡn tạo biờn được nổ sau cựng chỉ hiệu quả khi đất tại gương lũ cú hệ số kiờn cố f 4. Khi f < 4, hiệu quả cụng tỏc khoan nổ mỡn tạo biờn sẽ lớn hơn khi nhúm cỏc lỗ mỡn tạo biờn được nổ đầu tiờn.
Đối với cỏc đường lũ trong mỏ, phương phỏp nổ mỡn tạo khe nứt trước ớt khi được ỏp dụng. Phương phỏp này được sử dụng chủ yếu trong điều kiện lộ thiờn để đào hào, bờ dốc cần tạo mặt nhẵn trước, hoặc khi thi cụng phần thõn cỏc đường hầm, gian mỏy, gian biến thế tại cỏc nhà mỏy thủy điện ngầm, hoặc cho cỏc đường hầm giao thụng hoặc cho cỏc mục đớch khỏc.
Trong những năm trước đõy, khi xõy dựng nhà mỏy thủy điện ngầm Hũa Bỡnh, người ta đó sử dụng phương phỏp nổ mỡn tạo khe trước và lưu lại phần đất đỏ nổ ra tại hai bờn hụng cụng trỡnh. Sau đú, tiến hành khoan nổ phần đất đỏ phớa trong bằng cỏc hố khoan đường kớnh lớn (đến 105 mm) như tại cỏc cụng trỡnh khai thỏc lộ thiờn. Trongtrường hợp này, khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn hay cỏc hố khoan dọc theo biờn cụng trỡnh lấy bằng 46 lần đường kớnh của chỳng. Khe nứt trước (tạo nờn dọc theo chu vi và tường của cụng trỡnh) sẽ cú tỏc dụng như một màn chắn súng va đập và ứng suất khi nổ mỡn phớa trong. Kết quả sẽ tạo ra những điều kiện thuận lợi để bảo vệ cho cụng trỡnh, ngăn ngừa được hiện tượng nứt nẻ mạnh của khối đỏ bao quanh cụng trỡnh, làm gia tăng thờm độ ổn định cho đường lũ.
Trong trường hợp muốn nổ tất cả cỏc lỗ mỡn tại gương đồng thời và tạo nờn khe nứt trước, cỏc lỗ mỡn thuộc nhúm biờn phải được nổ trước cỏc lỗ mỡn hai nhúm phớa trong một khoảng thời gian chậm nổ lớn hơn hoặc bằng 100 ‰ giõy (ms).
Thực tế nổ mỡn cho thấy, khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn cũn phụ thuộc vào hệ số kiờn cố của khối đỏ và giỏ trị đường cản ngắn nhất Wb (khoảng cỏch giữa miệng cỏc lỗ khoan tạo biờn đến miệng cỏc lỗ khoan nổ mỡn phỏ phớa trong). Trờn hỡnh 3.1 mụ tả khoảng cỏch cỏc lỗ mỡn tạo biờn và đường cản ngắn nhất giữa cỏc hàng lỗ mỡn trờn gương đào. Trờn hỡnh 3.2 mụ tả sự phụ thuộc giữa khoảng cỏch cỏc lỗ mỡn tạo biờn và đường cản ngắn nhất trong cỏc loại đất đỏ cú hệ số kiờn cố khỏc nhau.
Tuy nhiờn, người ta đó nhận thấy, khi đường cản ngắn nhất thay đổi trong khoảng 0,70,9 m, thỡ khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn cú thể lấy bằng 0,50,6 m. Ngoài ra, khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn cú thể chọn theo số liệu trờn bảng3-1 [2].
Hỡnh3-1. Đường cản ngắn nhất và khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn.
Hỡnh3-2. Sự phụ thuộc giữa khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn và đường cản ngắn
nhất.
Bảng3-1. Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn Hệ số kiờn cố của đỏ, f TT Cỏc thụng số
3 6 7 9 10 12 13 15 15 18
1 bb, cm 60 55 50 45 40
2 Wb, cm 75 60 55 50 50
Đường cản ngắn nhất và khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn và vũng lỗ mỡn phỏ ngoài cựng cú thể tớnh toỏn theo cụng thức:
m q a W b b b b * * , m (3.1) m q a W f f f f * * 1 , m (3.2) bb = m.Wb, m; (3.3) bf1 = m.Wf1, m; (3.4)
Trong đú: Wb, Wf1 - đường cản ngắn nhất giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn và vũng lỗ mỡn phỏ ngoài cựng; ab, af - hệ số nạp thuốc nổ cho cỏc lỗ mỡn tạo biờn và vũng lỗ mỡn phỏ; khi mỏ khụng nguy hiểm về khớ và bụi nổ ab = af = 0,60,7; khi mỏ nguy hiểm về khớ và bụi nổ ab = af = 0,60,66;b,f - lượng thuốc nổ nạp bỡnh quõn trờn 1 một chiều dài cho lỗ mỡn biờn và lỗ mỡn phỏ; bb, bf1 - khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn và vũng lỗ mỡn phỏ ngoài cựng; m - hệ số gần, lấy gần đỳng m = 1 (tại cỏc đường lũ dọc vỉa đỏ cho cỏc lỗ mỡn tạo biờnở hai phớa hụng lũ lấy m = 0,8; cho cỏc lỗ mỡn tại núc lấy m = 1,2); qb, qf - chỉ tiờu thuốc nổ cho nhúm lỗ mỡn tạo biờn và nhúm lỗ mỡn phỏ.
Lượng thuốc nổ nạp bỡnh quõn trờn 1 m chiều dài lỗ mỡn biờn b được tớnh theo cụng thức:
b = 0,785.db2..ab.k1, kg/m, (3.5)
trong đú: db - đường kớnh bao thuốc; - mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc; k1 - hệ số phõn bố ứng suất phụ thuộc vào hệ số cụng nổ (e). Nếu e > 1 ta lấy k1 = 0,625, cũn nếu e = 1 ta lấy k1 = 0,5.
Ngoài cụng thức(3.5), giỏ trịb cũn cú thể tớnh theo cụng thức:
1 2 * * * * 785 , 0 db ab k b , kg/m (3.6)
Trong đú: f - hệ số kiờn cố của đất đỏ; fc - hệ số cấu trỳc của đỏ trong gương lũ; e - hệ số xột tới sức cụng nổ; Sb - diện tớch phần đất đỏ được phỏ ra rại gương lũ bởi nhúm lỗ mỡn tạo biờn:
Sb = W.(P - C.W), m2; (3.7)
Trong đú: P- chu vi của đường lũ khụng kể nền lũ, m; W = Wb + (0,050,15), m - khoảng cỏch từ vũng phỏ ngoài cựng tới biờn đường lũ; (0,050,15) m -
khoảng cỏch từ miệng cỏc lỗ mỡn tạo biờn đến biờn thiết kế phụ thuộc vào cỏc loại thiết bị khoan lỗ mỡn (nếu sử dụng mỏy khoan cầm tay, thỡ khoảng cỏch này lấy bằng 0,050,1; nếu sử dụng xe khoan, thỡ khoảng cỏch này lấy bằng 0,10,15); khi đất đỏ tại gương cú hệ số f > 6 thỡ cỏc lỗ mỡn tạo biờn được bố trớ gần biờn thiết kế hơn và được khoan gần như song song với trục đường lũ; C - hệ số phụ thuộc vào hỡnh dạng đường lũ và giỏ trị của khoảng cỏch W (trờnbảng 3.2liệt kờ cỏc giỏ trị của hệ số C khi giỏ trị W thay đổi trong khoảng 0,51,0 m); Nb- số lượng cỏc lỗ mỡn tạo biờn.
Bảng 3-2. Bảng lựa chọn giỏ trị hệ số C Giỏ trị hệ số C với W, m TTHỡnh dạng tiết diện đường lũ 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1 Hỡnh chữ nhật và hỡnh vuụng 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2 Hỡnh vũm 0,785 0,863 0,942 1,020 1,099 1,177 1,255 1,333 1,411 1,489 1,567 3 Hỡnh thang 0,77 0,87 0,97 1,06 1,15 1,26 1,37 1,46 1,55 1,66 1,78 4 Hỡnh trũn* 1,57 1,725 1,884 2,04 2,198 2,353 2,512 2,667 2,826 2,98 3,14
Chỳ ý: * - Toàn bộ chu vi tiết diện đường lũ kể cả phần nền (P).
Ngoài cỏc cụng thức tớnh b ở trờn, người ta cũn cú thể lựa chọn b theo bảng 3.3. Bờn cạnh đú, để tớnh khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn người ta cũn cú thể sử dụng cụng thức:
bb = 0,01 + 1,9.Wb- 1,05.Wb2, m. (3.8)
Tuy nhiờn, (bb) tớnh theo cụng thức (3.8) thụng thường cú giỏ trị lớn hơn Wb, nghĩa là giỏ trị khụng phự hợp với bảng3.3.
Bảng 3-3. Bảng chọn giỏ trị b[2]
TT Chủng loại đất đỏ Granit Cỏt kết Đỏ phiến kết
1 Hệ số kiờn cố của đất đỏ, f 1214 810 46
2 Giỏ trịb, kg/m 0,45 0,35 0,30
Kinh nghiệm cho thấy, đường kớnh thỏi thuốc nổ nạp trong cỏc lỗ mỡn tạo biờn phải lấy nhỏ hơn hoặc bằng 32 mm (đụi khi cú thể lấy tới 36 mm). Đường kớnh cỏc lỗ khoan tạo biờn thụng thường lấy lớn hơn đường kớnh cỏc thỏi thuốc nổ từ 1216 mm. Độ chờnh lệch này càng lớn càng tốt, bởi vỡ nú sẽ tạo ra những
điều kiện giảm ỏp lực tại thành hố khoan và giảm được mức độ nứt nẻ vào trong khối đỏ xung quanh đường lũ. Theo tài liệu của Thụy Điển, độ chờnh này cú giỏ trị tương đối lớn khi sử dụng phương phỏp nổ mỡn tạo biờn ngay cả trong xõy dựng cụng trỡnh ngầm và xõy dựng cỏc cụng trỡnh lộ thiờn. Một số thụng số nổ mỡn tạo biờn của Thụy Điển thể hiện trờn bảng 3-4.
Bảng3-4. Cỏc thụng số nổ mỡn biờn của Thụy Điển
TT Đường kớnh lỗ khoan dk, mm Đường kớnh bao thuốc db, mm Giỏ trị b, kg/m Đường cản ngắn nhất Wb, mm Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn tạo biờn bb, mm 1 2532 11 0,07 0,45 0,35 2 2543 17 0,16 0,70,8 0,50,6 3 4851 17 0,16 0,80,9 0,60,7 4 48 22 0,30 1,0 0,8 5 64 22 0,36 1,01,1 0,80,9
Trong trường hợp tiết diện phần gương tạo rạch (phần I) cú chiều rộng lớn hơn 2,5.Wf1, chiều cao lớn hơn 1,5.Wf1, hoặc số lỗ mỡn trong nhúm cụng phỏ quỏ lớn cần phải bố trớ thờm cỏc vũng lỗ mỡn cụng phỏ phụ. Lỳc này, giỏ trị đường cản ngắn nhất và khoảng cỏch giữa cỏc lỗ mỡn của cỏc vũng lỗ mỡn này cũng phải lấy bằng vũng cụng phỏ đầu tiờn. Nghĩa là, Wf2 = Wf1 và bf2 = bf1. Ngoài ra, theo cỏc tỏc giả của Liờn Xụ cũ, khi hệ số gần m = 0,8; khi người ta sử dụng thuốc nổ cú sức cụng nổ bằng 265290 cm3
, đường kớnh thỏi thuục nổ bằng 28 mm (hoặc thuốc nổ cú sức cụng nổ bằng 130170 cm3
và đường kớnh thỏi thuốc nổ bằng 32 mm.
Cỏc chỉ tiờu thuốc nổ cho vựng tạorạch (vựng I) được tớnh theo cụng thức: qr = 3.qb =
r
S l1
, kg/m3 (3.9)
Trong đú: l1 - tiến độ của gương, l1 = .l; Sr - diện tớch phần gương của lỗ tạo rạch, m2. Nếu Sr < 1 m2, thỡ cỏc lỗ mỡn tạo rạch cần bố trớ theo nhúm rạch phỏ hủy. Nếu Sr > 1m2, thỡ cỏc lỗ mỡn tạo rạch cần bố trớ theo nhúm rạch phỏ tỏch
dạng hỡnh nờm (khi l1 = 1,51,8 m thỡ nờn bố trớ dạng nờm đơn, khi l1 > 1,8 m thỡ nờn bố trớ dạng nờm kộp đụi).
Cỏc lỗ mỡn tạo rạch được khoan sõu hơn cỏc lỗ mỡn cụng phỏ từ 2030 cm. Cỏc lỗ mỡn cụng phỏ nờn khoan sõu hơn cỏc lỗ mỡn biờn từ 1030 cm để tăng hệ số sử dụng lỗ mỡn. Theo kinh nghiệm của cỏc nước cú thể thiết kế cấu trỳc lượng thuốc nổ của cỏc lỗ mỡn tạo biờn như sau:
* Khi đất đỏ cú hệ số kiờn cố f 6, tại đỏy lỗ khoan biờn nờn bố trớ một thỏi thuốc nổ amonit cú sức cụng nổ bằng 260290 cm3
, đường kớnh thỏi thuốc bằng 36 mm, trọng lượng bằng 150200 gam. Cỏc thỏi thuốc nổ cũn lại cú đường kớnh bằng 28 mm.
* Cần phải sử dụng dõy nổ nối liền cỏc thỏi thuốc nổ, nhất là trong trường hợp bố trớ phõn đoạn khụng khớ. Lỳc đú người ta buộc cỏc thỏi thuốc nổ dọc theo dõy nổ nằm cỏch nhau một khoảng cần thiết theo tớnh toỏn.
* Chiều dài của phần phõn đoạn bằng khụng khớ hay cỏc vật liệu khớ trơ cú thể xỏc định bằng cụng thức: cm n d d l l a l k b td b kk .[ ( / ) 25 2 (3.10)
Trong đú: dtd - đường kớnh tương đương của lượng thuốc tớnh theo cụng thức: b b td a d 4 , cm (3.11)
nk - số lượng đoạn thuốc nổ được phõn đoạn tớnh theo cụng thức: nk =b,q1l , đoạn (3.12)
q1 - trọng lượng của thuốc nổ trong mỗi phõn đoạn (cú thể lấy bằng 1,0; 1,5; 2,0 hoặc 3,0 lần trọng lượng của một thỏi thuốc nổ); l - chiều dài của cỏc lỗ mỡn tạo biờn, cm.
* Ngoài việc sử dụng thuốc nổ cú sức cụng nổ thấp và chừa một khoảng hở giữa cỏc thỏi thuốc nổ với thành lỗ khoan tương đối lớn, người ta cũn bố trớ cỏc
vật liệu trơ (như gỗ) trong cỏc lỗ khoan để làm giảm tỏc dụng của lỗ mỡn vào đất đỏ xung quanh cụng trỡnh (hỡnh 3.3b).
Trờn hỡnh 3.3a. người ta sử dụng một nửa thanh gỗ trũn đặt sỏt thành lỗ khoan để hỡnh thành cấu trỳc lượng thuốc nổ. Biện phỏp này đóđược nhiều nước sử dụng khỏ phổ biến. Nếu đất đỏ dồng nhất, nờn bố trớ cấu trỳc lượng thuốc nổ như trờn hỡnh 3.3b. song tại đõy phải kết hợp với dõy nổ để đảm bảo nổ tốt cho cỏc thỏi thuốc nổ. Sau khi nổ thử nghiệm tại cỏc đường lũđỏ cú hệ số kiờn cố và diện tớch đường lũ khỏc nhau, cỏc nhà khoa học của cỏc nước Liờn Xụ cũ đóđưa ra cỏc dạng cấu trỳc lượng thuốc nổ trong cỏc lỗ mỡn tạo biờn thể hiện trờn cỏc hỡnh 3.4a,b,c,d.
Hỡnh3-3. Cấu trỳc lượng thuốc nổ với cỏc đoạn gỗ.
1 - Gỗ; 2- Cột khụng khớ lưu; 3- Thuốc nổ; 4- Bua mỡn; 5 - Dõy nổ.
Hỡnh3-4. Cấu trỳc lượng thuốc nổ trong cỏc lỗ mỡn biờn.
1 - Phõn đoạn khụng khớ; 2- Thuốc nổ Amonit No-6JV; 3 - Thuốc nổ Amonit nộn cứng; 4- Detonit 10A.
Trong trường hợp tiến hành nổ tạo khe trước cho thõn đường hầm (tường cỏc đường hầm khi đào theo gương thang bậc dưới, hoặc hạ cấp theo cỏc lớp ngang cho thõn gian mỏy, gian biến thế như cỏc tổ hợp của nhà mỏy thủy điện Hũa Bỡnh và Ialy) bằng cỏc hố khoan đường kớnh lớn tới 105 mm cú thể dựng hai dõy nổ buộc cỏc lượng thuốc phõn đoạn. Mỗi lượng thuốc nổ cú thể sử dụng bằng cỏch chập ba thỏi thuốc nổ đường kớnh 36 mm, hoặc sử dụng một thỏi
thuốc nổ cú đường kớnh bằng 90 mm. Sau đú chỳng được thả xuống hố khoan và phần trờn phải tiến hành lắp bua mỡn cẩn thận.
Từ những năm 1970, Bộ mụn Xõy dựng Cụng trỡnh Ngầm và Mỏ (Trường Đại học Mỏ - Địa chất) đó tiến hành nghiờn cứu ứng dụng phương phỏp nổ mỡn tạo biờn cho một số gương lũ đỏ tại mỏ than Hà Lầm và đó đạt được những kết quả tốt. Sau đú một số mỏ than khai thỏc vựng Quảng Ninh đó ỏp dụng phương phỏp này đào cỏc đường lũ đỏ. Năm 1986, mỏ than Khe Chàm đó thi cụng