TÍNH TỐN, LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN
HỢP LÝ CHO MỎ QUẶNG ĐỒNG PHATHEM,TỈNH VIÊNG CHĂN, CHDCND LÀO
3.1. VỀ NHỮNG YÊU CẦU CỤ THỂ CỦA CÔNG TÁC NỔ MÌN TẠI MỎ
ĐỒNG PHA THEM
Đối với mỏ đồng PhaThem có những yêu cầu có thể nhƣ sau:
- Kích cỡ hạt của đống đá nổ mìn phải đồng đều, đất đá ít q cỡ. Yêu cầu này phải đòi hỏi lựa chọn đƣợc mức độ đập vỡ phù hợp, đảm bảo hiệu quả khoan nổ mìn nói riêng và hiệu quả sản xuất mỏ nói chung, cần phải căn cứ vào chủng loại thiết bị khoan, xúc bốc, vận tải và nghiền sàng để lựa chọn mức độ đập vỡ hợp lý. Yêu cầu về kích thƣớc cỡ hạt cũng dịi hỏi cần áp dụng kỹ thuật nổ mìn để nâng cao hiệu quả đập vỡ. Kích thƣớc cỡ hạt nổ mìn hợp lý đối với mỏ đồng PhaThem: đối với quặng cỡ hạt yêu cầu ≤ 0.55 m; đối với đất đá cỡ hạt yêu cầu ≤ 1.2 m.
- Kích thƣớc của đống đá phải phù hợp và đảm bảo khả năng làm việc hiệu quả của thiết bị xúc bốc và vận tải, phải đảm bảo năng suất, phải an toàn cho các thiết bị làm việc.
- Đảm bảo mặt tầng bằng phẳng, ít hậu xung, nâng cao hệ số sử dụng mét khoan hữu ích. Để thỏa mãn đƣợc yêu cầu này cần phải tính lựa chọn các thơng số nổ mìn cũng nhƣ kết cấu lƣợng thuốc nổ, sơ đồ mang nổ, điểm khởi nổ, hƣớng điều khiển, thời gian vi sai càng cần phải đảm bảo hợp lý. Ngồi ra cịn phải đảm bảo tuyệt đối an toàn cho con ngƣời, thiết bị, nhà xƣởng và hạn chế tác động suất đến môi trƣờng. - Chi phí khoan nổ mìn phải tối ƣu nhất, góp phần giảm giá thành dây chuyền sản xuất để mang lại hiệu quả kinh tế nhất cho mỏ.
- Trong chƣơng này, tác giả sẽ tiến hành xác định các thơng số nổ mìn hợp lý với điều kiện tự nhiên kỹ thuật và cơng nghệ với mục đích đảm bảo cỡ hạt yêu cầu lớn nhất ≤ 55 cm với quặng và đối với đất đá cỡ hạt yêu cầu là ≤ 120 cm và chi phí khoan nổ cũng phải đảm bảo mức độ hợp lý cho mỏ đồng PhaThem.
3.2. LỰA CHỌN LOẠI CHẤT NỔ VÀ PHƢƠNG TIỆN NỔ PHÙ HỢP CHO MỎ MỎ
3.2.1. Lựa chọn loại thuốc nổ phù hợp
- Lựa chọn theo tiêu chuẩn:
+ Chi phí khoan nổ tính cho một đơn vị năng lƣợng nổ là nhỏ nhất.
+ Chi phí khoan nổ nhỏ nhất với điều kiện đảm bảo chất lƣợng đập vỡ nhƣ nhau. + Chi phí để bóc 1m3 đất đá là tối thiểu (phần này sẽ đƣợc tính tốn trong phần mức độ đập vỡ hợp lý).
Khi lựa chọn thuốc nổ cần chú ý: Loại thuốc nổ có cơng suất lớn sẽ tạo ra dạng xung nổ có đặc trƣng đạt lực lớn nhƣng thời gian tồn tại của xung ngắn. Cịn thuốc nổ có cơng suất lớn hoặc thấp sẽ tạo ra xung nổ có đặc trƣng đạt lực lớn nhƣng thời gian tồn tại của xung ngằn. Cịn chất nổ có cơng suất trung bình hoặc thấp (thƣờng là chất nổ dạng hạt, có chiều rộng vùng phản ứng hóa học lớn). Đặc biệt nếu năng lƣợng chung là bằng nhau thì dùng thuốc nổ có cơng suất trung bình hoặc thấp sẽ tạo ra xung lực nổ lớn hơn (theo K.P Stanhiucôvich). Đây là vấn đề rất đang quan tâm khi lựa chọn thuốc nổ.
Đất đá tại mỏ đồng PhaThem có độ kiên cố f = 8 † 15, dung trọng trung bình 2,6 T/m3, tồn tại nứt nẻ và hàng karts. Vào mùa khơ đất đá có đặc tính giịn, cịn mùa mƣa thì bề ngồi đất đá có độ dẻo do ảnh hƣởng có nƣớc mặt. Để đảm bảo chất lƣợng đập vỡ và an tồn mơi trƣờng thì theo tác giả chọn loại chất nổ cho công tác nổ tại mỏ đồng PhaThem là thuốc nổ nhũ tƣơng là phù hợp nhất.
Bảng 3.1. Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ nhũ tƣơng
Các thông số Đơn vị Giá trị
Mật độ (density) g/cc 1.15
Áp lực nổ Bar 20662
Nhiệt lƣợng nổ MJ/Kg 3.87
Khả năng công nổ tƣơng đối theo trọng lƣợng, RWS % ANFO 100%
Khả năng công nổ tƣơng đối theo thể tích, RBS % ANFO 100%
3.2.2. Lựa chọn phƣơng tiện và phƣơng pháp nổ mìn phù hợp cho mỏ
Để khởi nổ cho một lƣợng thuốc nổ và nhiều lƣợng thuốc nổ bằng phƣơng pháp nổ mìn vi sai, nâng cao đƣợc hiệu quả đập vỡ và đảm bảo an tồn thì có thể sử dụng các loại phƣơng tiện nổ sau:
- Mạng kíp điện vi sai. - Dây nổ với kíp điện vi sai - Hệ thống kíp nổ phi điện
- Hệ thống kíp nổ phi điện + dây nổ
Với các phƣơng tiện nổ nêu thì tác giả chọn mạng hệ thống kíp nổ phi điện với phƣơng pháp nổ mìn vi sai phi điện để nổ mìn tại mỏ đồng PhaThem, CHDCND Lào.
Đây là phƣơng pháp nổ mìn tiên tiến nhất đá đƣợc áp dụng phổ biến trên các mỏ lộ thiên lớn và mang lại hiệu quả hơn hẳn so với các phƣơng pháp khác bởi những ƣu điểm sau:
- Có khả năng điều khiển mức độ đập vỡ, nâng cao hệ số sử dụng hữu ích năng lƣợng nổ do trong thời gian tác dụng nổ trong khối đá, mở rộng vùng đập vỡ có điều khiển.
- Có khả năng mở rộng mạng lƣới lỗ khoan mà vẫn đảm bảo chất lƣợng đập vỡ do tạo thêm đƣợc bề mặt tự do mới, các hàng trong không cần tăng chỉ tiêu thuốc nổ nên giảm đƣợc chi phí khoan nổ.
- Có khả năng điều khiển đƣợc kích thƣớc của đống đá nổ, hƣớng phá đá sao cho có lợi nhất nhờ sơ đồ vi sai và thời gian vi sai giãn cách thích hợp. Điều này góp phần nâng cao chất lƣợng đập vỡ do loại trừ vùng ứng suất thấp, giảm mô chân tầng, tăng cƣờng độ đập vỡ phụ giữa các khối đá bay nghịch hƣớng do sử dụng sơ đồ điều khiển thích hợp.
- Quy mơ nổ mìn tăng lên, giảm chấn động, giảm sóng đập khơng khí và đá văng xa. Đây là vấn đề hết sức cần thiết khi nổ các bãi nổ hoặc các mỏ nằm gần các khu dân cƣ, các cơng trình xí nghiệp.
3.3. LỰA CHỌN THỜI GIAN VI SAI VÀ SƠ ĐỒ NỔ MÌN 3.3.1. Thời gian vi sai
Trong việc tính tốn và lựa chọn thời gian vi sai có nhiều quan điểm khác nhau nhƣng có hai quan điểm chính để xác định thời gian vi sai nhƣ sau:
- Để phát huy đƣợc sự giao thoa, cộng hƣởng của sóng ứng suất do lƣợng thuốc nổ liên tiếp tạo ra là thời gian vi sai nhỏ nhất (vài phần ngàn giây).
- Phát huy đƣợc vai trò tạo mặt tự do phụ của lƣợng thuốc nổ trƣớc tạo ra cho lƣợng thuốc nổ sau thì thời gian vi sai lớn hơn (vài chục phần ngàn giây).
- Có nhiều tác giả đƣa ra công thức xác định thời gian vi sai khi nổ mìn lỗ khoan lớn trên tầng mỏ lộ thiên.
- Theo G.I. PAKROVKI thì thời gian vi sai trên cơ sở tạo ra sự giao thoa của sóng tới sóng phản xạ giữa hai lƣợng thuốc nổ gần nhau trong hàng:
d t v w a24. 2 ; s (3.1)
Trong đó: a- Khoảng cách giữa hai lƣợng thuốc nổ gần nhau, m; w- Đƣờng cản nhỏ nhất, m; vd- Tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá, (m/s).
- Theo K. N. KHATRUC thì thời gian vi sai trên cơ sở tạo ra sóng ứng suất của hai lƣợng thuốc gần nhau trong hang:
, s (3.2)
Trong đó: R0 – Bán kính lƣợng thuốc nổ, m; C0 – Tốc độ sóng dọc trong đá, m/s.
- Cũng theo K.N. KHATRUC thì thời gian vi sai trên cơ sở tạo ra mặt tự do phụ của hai lƣợng thuốc gần nhau trong hàng.
. √
(3.3)
Trong đó: P và pcn– Mật độ đất đá và mật độ chất nổ, T/m3; (W- Đƣờng cản
chân tầng, Ro- bán kính lƣợng thuốc nổ).
- Theo M.PH. DRUCƠVANƢI và N.V. ĐUPNƠP có thể xác định thời gian vi sai trên cơ sở tạo mặt tự do phụ theo công thức kinh nghiệm:
(3.4) Trong đó: W – Đƣờng cản nhỏ nhất, Cm; K – Hệ số phụ thuốc vào loại đất đá.
+ Với đất đá đặc biệt kiên cố (Granit, Feriơtít), K = 3; + Với đất đá kiên cố (Cát kết, quặng sắt), K = 4;
+ Với đất đá kiên cố trung bình (Đá vơi, Secpentin), K = 5; + Với đất đá mềm (Alêvrôlit, Acgilit), K = 6;
Khi nổ mìn vi sai nhiều hàng thì thời gian vi sai là:
T = (1,15 ÷ 1,3) ; (3.5) Dựa trên các công thức và căn cứ vào cơng tác nổ mìn ở các mỏ lộ thiên nói chung và các mỏ quặng nói riêng cho thấy thời gian vi sai nằm trong khoảng 17 ms đến 100 ms là phù hợp cho việc tạo ra mặt tự do phụ và giao thoa ứng suất. Do vậy, trong luận văn này tác giả lựa chọn thời gian vi sai hợp lý cho các sơ đồ nổ vi sai là 17ms và 42ms hoặc 17ms và 65ms.
3.3.2. Chọn các sơ đồ nổ mìn thích hợp
Sơ đồ nổ mìn vi sai ảnh hƣởng lớn tới chất lƣợng đập vỡ, kích thƣớc đống đá nổ ra và tác dụng chấn động. Lựa chọn sơ đồ nổ mìn thích hợp phụ thuộc vào mục đích nổ, tính chất của đất đá, hƣớng phát triển cơng trình, các thơng số của hệ thống khai thác và qui mô công suất khai thác.
Ngày nay phƣơng tiện khống chế vi sai rất đa dạng, có tính linh hoạt và độ tin cậy cao vì vậy cho phép khống chế vi sai theo rất nhiều sơ đồ và phát huy tối đa tác dụng nổ vi sai nếu ta hiểu và sử dụng đúng.
Các sơ đồ có thể sử dụng khi sử dụng phƣơng pháp nổ vi sai phi điện:
- Trong trƣờng hợp nổ trên tầng có mặt tự do ở đầu bãi thì nên đặt điểm khởi nổ ở đầu bãi nổ, nếu bãi nổ dài mà khơng có mặt tự do ở đầu bãi thì đặt điểm khởi nổ ở giữa bãi hàng ngoài cùng, nếu trong điều kiện khơng có mặt tự do thì có thể điều khiển đi theo 1 phía hoặc trung tâm và muốn giảm chấn động để nhỏ hơn khi sử dụng sơ đồ có thể làm lệch pha giữa 2 nhánh (Hình 3.1)
b)
c)
a. Sơđồ nổ khi có hai mặt tự do; b.Sơđồ mạng tam giác c. sơ đồ hàng ngang d. Sơ đồ hàng dọc
e.Sơ đồ đấu ghép mạng nổ vi sai phi điện khi đào hào
Hình 3.1. Sơ đồ hai nhánh lệch pha về thời gian vi sai
c) d)
a)
a. Sơ đồ nổ khi có 2 mạt tự do
- Trình tự khởi nổ trong một bãi nổ cũng có tác dụng làm giảm sóng chấn động, muốn giảm sóng chấn động phía nào thì phải đặt điểm khởi nổ ở phía đấy, nghĩa là hƣớng khởi nổ phải ngƣợc chiều với hƣớng về đối tƣợng cần bảo vệ. Điều khiển cho hƣớng đi của sóng chấn động có pha lệch (hình 3.2.)
Hinh 3.2. Sơ đồ quan hệ giữa hƣớng khởi nổ với tác dụng chấn động
Qua kết quả phân tích ở trên, để phù hợp với điều kiện tự nhiên, cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, hệ thống khai thác và quy mô của mỏ chọn ƣu tiên sử dụng sơ đồ vi sai qua từng lỗ mìn và các sơ đồ đã nêu trên (hình 3.1 và 3.2) để tạo ra hiểu quả tốt nhất của phƣơng pháp nổ mìn vi sai, giảm chấn động, sóng va đập khơng khí, đá văng do nổ mìn gây ra.
Cơng trình cần bảo vệ
Cơng trình cần bảo vệ
3.4. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ CHO MỎ ĐỒNG PHATHEM PHATHEM
Các thông số nổ mìn trên tầng mang lại mức độ đập vỡ theo mong muốn đƣợc xác định cho mỏ dựa trên cơ sở các công thức khoa học và phƣơng pháp thực nghiệm để rút ra kết quả tính tốn hợp lý. Kết quả của công tác nổ mìn bị ảnh hƣởng trực tiếp từ tính chất cơ lý của đất đá, cấu trúc khối đá và các thơng số nổ mìn thiết kế.
3.4.1. Phƣơng pháp tính tốn xác định các thơng số nổ mìn
a. Chiều cao tầng (H, m)
Cho đến thời điểm hiện nay mỏ đồng PhaThem đã khai thác 4 năm rồi với chiều cao tầng khai thác đƣợc xác định là H = 9,5 †10 m.
b. Đƣờng kính lỗ khoan (dk, mm)
Đƣờng kính lƣợng thuốc là một thơng số đặc trƣng cho mức độ tập trung năng lƣợng nổ trong một đơn vị chiều dài lỗ khoan. Khi đƣờng kính lƣợng thuốc nổ lớn thì mức độ tập trung năng lƣợng nổ cao và ngƣợc lại.
Theo Ông Muhammad Arshad Rajpot cho rằng đƣờng kính lỗ khoan đóng một vai trị rất quan trọng trong việc phân bố năng lƣợng nổ trong một vụ nổ. Nó ảnh hƣởng lớn đến mức độ đập vỡ đất đá. Đƣờng kính lỗ khoan đƣợc lựa chọn trên cơ sở của loại máy có sẵn và các yếu tố có thể điều khiển đƣợc trong cơng tác nổ mìn.
Căn cứ vào cỡ hạt yêu cầu, tính chất cơ lý của đất đá, tính phân lớp, nứt nẻ, điều kiện khai thác, các thông số của hệ thống khai thác, tính đồng bộ thiết bị và điều kiện cụ thể. Hiện tại mỏ đang sử dụng 2 loại máy khoan có đƣờng kính 127 mm và 152 mm. Tác giả đề nghị sử dụng đƣờng kính lỗ khoan 127 mm để khoan nổ quặng và đƣờng kính lỗ khoan 152 mm khoan nổ đất đá tại mỏ.
c. Kích thƣớc cỡ hạt (Dcp, mm)
+ Theo kết quả nghiên cứu của thực nghiệm của Liên Xơ cũ thì kích thƣớc cỡ hạt cho phép lớn nhất với điều kiện đảm bảo cho thiết bị xúc bốc tại mỏ.
+ Kích thƣớc cục đá cho phép lớn nhất đảm bảo cho thiết bị vận tải bằng ô tô đƣợc xác định theo:
Dcp ≤ 0,5√ , m; (3.7)
+ Kích thƣớc cục đá cho phép lớn nhất khi đƣa vào máy nghiền đập
Dcp ≤ (0,8 † 0,85). B, m; (3.8)
Trong đó: Dcp - Kích thƣớc cục đá cho phép lớn nhất, m; E – Dung tích gầu xúc, m3; V – Dung tích thùng xe, m3; B – Kích thƣớc nhỏ nhất của tiếp nhận của máy đập, cm;
Với mỏ đồng Pha Them kích thƣớc cơ hạt quặng sau khi nổ đƣợc xác định theo công thức (3 - 10) và cỡ hạt yêu cầu thực tế là Dmax= 55 cm đối với quặng Dcp= 120 cm đối với đất đá thải.
d. Đƣờng kháng chân tầng (W, mm)
Đƣờng kháng chân tầng xác định cho đất đá và quặng theo các điều kiện sau:
+ Điều kiện đảm bảo chất lƣợng vùng đập vỡ và bán kính vùng đập vỡ tối đa:
Wct = Kw . dk, m; (3.9)
+ Theo điều kiện kể tới tác động tƣơng hỗ giữa các lƣợng thuốc gần nhau:
Wcp = 53 . Kt . dk√ ( ), m; (3.10)
+ Theo điều kiện lƣợng thuốc nổ tính tốn ra phải nạp hết vào lỗ khoan và đảm bảo điều kiện không phụt bua:
m mqH mqPLH P P W ; 2 4 56 , 0 75 , 0 2 (3.11)
Trong đó: P - mật độ nạp trên 1 m lỗ khoan, kg/dm3; m - Hệ số thu gần lỗ khoan m
= a/w; H - chiều cao tầng, m;L - chiều sâu lỗ khoan, m; γd- Dung trọng của đất đá,
Kg/dm3; - Mật độ nạp thuốc nổ trong lỗ khoan, Kg/m3; Kt- Hệ số kể tới độ nứt nẻ của đất đá, Kt = 1 ÷ 1,25;Kw- Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất đá và lƣợng thuốc nổ,Kw= (30 ÷ 40).
W ≥ Hcotgα + C, m; (3.12) Trong đó: α- góc nghiêng sƣờn tầng, độ; C- Khoảng cách an tồn tính từ trục lỗ khoan hàng ngoài tới mép trên tầng, m.
Hệ số quy đổi thuốc nổ theo khả năng công nổ, e=
. (Ach- khả năng
công nổ của thốc nổ chuẩn, Att- khả năng công nổ của thuốc nổ dùng thực tế).
P- Sức chứa thuốc nổ trong 1 mét dài lỗ khoan, Kg/m, xác định theo công thức:
P = 0,785 . , Kg/m; (3.13)
Trong dó: dk- Đƣờng kính lỗ khoan, m; - Mật độ của loại chất nổ tính bằng, kg/m3; Kn- Hệ số tính đến điều kiện nạp mìn mà nếu thuốc nổ rời thì Kn = 1 và nếu là thuốc nổ bao gió thì Kn = (dt – là đƣờng kính thỏi thuốc, m); Lk – Chiều sâu khoan, Lk = H + Lkt, m; q – Chỉ tiêu thuốc nổ, Kg/m3; m – Hệ số làm gần các lƣợng