1- Lƣợng thuốc hạt nhỏ và lèn chặt 2- Lƣợng thuốc rời thô
2.1.2.3. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp điều khiển nổ
Có nhiều phƣơng pháp làm nổ lƣợng thuốc nổ, mỗi phƣơng pháp nổ khác nhau sẽ mạng lại chất lƣợng đập vỡ và hiệu quả nổ khác nhau. Vì mỗi phƣơng pháp có mức độ sử dụng năng lƣợng nhất định vào mục đích phá vỡ bằng cách điều khiển
t, Giây P, Kg/cm2 1 2 x t1 t2 0
về kết cấu không gian của các lƣợng thuốc nổ hoặc giãn cách thời gian nổ giữa các lƣợng thuốc nổ.
+ Theo hình dạng thì ngƣời ta chia các phƣơng pháp nổ lƣợng thuốc nổ nhƣ: phƣơng pháp nổ lƣợng thuốc dài, lƣợng thuốc nổ phẳng.
+ Theo thời gian thứ tự kích nổ trong một lƣợng thuốc nổ và giữa các lƣợng các nổ thì có các phƣơng pháp nổ: Phƣơng pháp nổ mìn tức thời, nổ mìn chậm và nổ mìn vi sai.
Để phù hợp với điều kiện mỏ quặng với vấn đề điều khiển nâng cao hiệu quả nổ mìn và giảm tổn thất quặng thì tác giả chỉ đề cập đến phƣơng pháp nổ mìn vi sai với lƣợng thuốc nổ liên tục hoặc phân đoạn.
Để phát huy hiệu quả nổ mìn vi sai, cần xác định những yếu tố quyết định
đến hiệu quả nổ nhƣ thời gian giãn cách giữa các đợt nổ t và chọn đƣợc sơ đồ vi
sai phù hợp.
2.1.2.4. Ảnh hƣởng của sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan
Là sự bố trí hình học mạng lỗ khoan trên bình đồ mà có nhiều sơ đồ phân bố. Tuy nhiên sơ đồ có nó ra sao và sơ đồ bố trí nào là tối ƣu nhất thì chƣa có căn cứ xác định. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu tìm ra việc phân bố các lƣợng thuốc nổ trong khối đến q trình phá hủy để từ đó chọn đƣợc sơ đồ bố trí hợp lý nhất đảm bảo sử dụng tối đa năng lƣợng nổ để đập vỡ.
+ Khi nổ mạng ơ vng thì 4 lƣợng thuốc nằm ở 4 đỉnh của hình vng có cạnh là a.
+ Khi nổ mạng chữ nhật thì 4 lƣợng thuốc nằm ở 4 đỉnh của hình chữ nhật có cạnh là a và b.
+ Khi nổ mạng tam giác đều thì 4 lƣợng thuốc nổ nằm ở 4 đỉnh của hình thoi cạnh là a.
Rõ ràng phân bố mạng lỗ khoan theo ô vuông hợp lý hơn theo hình chữ nhật, mạng tam giác đều hợp lý hơn mạng tam giác cân. Vì vậy ở đây ta chỉ xét hai sơ đồ mạng ô vuông và mạng tam giác đều.
A B C D 01 02 R R R R A B C D R R R R 2R o a b Hình 2.8. Sơ đồ xác định vùng đập vỡ đất đá nổ mìn a- Mạng ơ vng, b- Mạng tam giác đều
Một đặc điểm nữa là khi nổ mìn vi sai mạng tam giác đều sẽ thủ tiêu vùng ứng suất thấp (nếu dùng mạng ô vuông với sơ đồ vi sai qua hàng thì vẫn tồn tại vùng này). Nhƣ vậy sử dụng mạng tam giác đều là hợp lý hơn cả.
2.1.2.5. Ảnh hƣởng của vị trí điểm khởi nổ
Vị trí khởi nổ cũng có ảnh hƣởng đáng kể tới chất lƣợng đập vỡ bởi các nguyên nhân sau:
- Khi điểm kích nổ ở phía trên (kích nổ từ phía trên xuống) thì mặt có trƣờng
sóng ứng suất nén phát triển từ mép phía trên của lƣợng thuốc nổ đến mặt tự do và dọc theo lƣợng thuốc. Mặt sóng phản xạ kéo sẽ xuất hiện ở phần tầng trên sớm hơn, vì vậy đất đá sẽ bị phá hủy từ trên xuống. Điều này tác động không tốt đến chất lƣợng đập vỡ vì thời gian tác dụng ngắn, hậu xung về phía sau lƣợng thuốc tăng gây khó khăn cho đợt khoan nổ sau. Phần chân tầng chất lƣợng đập vỡ kém để lại mô chân tầng.
- Khi kích nổ từ dƣới lên (điểm kích nổ ở dƣới) thì mặt của trƣờng ứng suất
phát từ mép dƣới lƣợng thuốc nổ ra phía chân tầng và dọc theo lƣợng thuốc nổ lên miệng lỗ mìn và mặt sóng này phù hợp với mặt sƣờn tầng. Với chiều cao tầng bình thƣờng thì mặt sóng ứng suất nén đạt tới mức chân tầng sớm hơn so với mép tầng
trên, mặt sóng ứng suất kéo phân bố đều đặn hơn, phần chân tầng phá hủy tốt vì ứng suất phát sinh mạnh và có hƣớng phá thuận lợi, tác dụng hậu xung giảm.
Hình 2.9. Sơ đồ kích nổ lƣợng thuốc dài
a. Điểm khởi nổ ở phía trên b. Điểm khởi nổ từ dƣới lên
1. Sóng nén (tới) 2. Sóng phản xạ kéo
2.1.2.6. Ảnh hƣởng của công tác khoan
Công tác khoan cũng là một yếu tố có ảnh hƣởng đến hiệu quả của cơng tác nổ mìn. Nếu cơng tác khoan khơng đúng theo hộ chiếu thiết kế thì sẽ ảnh hƣởng rất lớn làm xấu chất lƣợng đập vỡ. Trên thực tế công tác khoan dù đã đƣợc dựa trên hộ chiếu khoan nổ thiết kế rồi mới tiến hành khoan nhƣng luôn tồn tại sai số khi so với hộ chiếu thiết kế. Các yếu tố dẫn đến có sai số nhƣ là: tính chất cơ lý của đất đá, điều kiện địa chất, phƣơng pháp khoan, các yếu tố kỹ thuật của máy khoan và ngƣời điều khiển khoan.
2.1.2.7. Ảnh hƣởng của các thơng số nổ mìn
Trong thơng số nổ mìn các thơng số quan trọng nhất nhƣ: chỉ tiêu thuốc nổ, đƣờng kính lƣợng thuốc, đƣờng cản chân tầng và cơ hạt yêu cầu là nhƣng thơng số có liên quan trực tiếp và ảnh hƣởng đến việc xác định các thông số khác, chúng là những thông số xuất phát làm cơ sở để tính tốn các thơng số tiếp theo.
a. Chỉ tiêu thuốc nổ q (kg/m3)
Khi nổ mìn trong khai thác thì chỉ tiêu thuốc nổ là lƣợng thuốc nổ cần thiết để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá thành những cục có kích thƣớc nhất định. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào tính chất cơ lý có mơi trƣờng tiến hành công tác nổ, đƣờng
b
a 2
kính lỗ khoan, cỡ hạt yêu cầu, các thông số mạng nổ, loại thuốc nổ sử dụng và phƣơng pháp điều kiển nổ. Chỉ tiêu thuốc nổ cũng là thông số cơ bản điều khiển mức độ đập vỡ, quyết định đến giá thành và hiệu quả sản xuất mỏ nói chung.
Để xác định lựa chọn đƣợc chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, chúng ta phải nghiên cứu, tính tốn trên cơ sở mối quan hệ với nhiều đại lƣợng khác về cả yếu tố tự nhiên, yếu tố kỹ thuất và kinh tế.
Hình 2.10. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và độ cứng đất đá tính tốn sử dụng trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, Việt Nam
Khi chỉ tiêu thuốc nổ không phù hợp có thể gây lãng phí năng lƣợng để nghiền nát đất đá (nếu chỉ tiêu thuốc nổ quá cao) hoặc làm tăng kích thƣớc cỡ hạt (nếu chỉ tiêu thuốc nổ thấp), kéo theo đó là giảm năng suất tổ hợp đồng bộ thiết bị xúc bốc – vận tải, nghiền đập và đổ thải (hình 2.13).
Hình 2.11. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và đƣờng kính cỡ hạt nổ mìn
b. Đƣờng kính lỗ khoan dk 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 ChØ tiªu thc nỉ, kg/m3 Đ -ờn g kính cỡ hạt, m
B chi phi bi t tớnh của đất đá nổ, mức độ đập vỡ yêu cầu và sự so sánh kinh tế giữa các loại thiết bị khoan khác nhau. Đƣờng kính lỗ khoan có ảnh hƣởng lớn đến tác dụng nổ của loại chất nổ sử dụng cũng nhƣ làm cơ sở để xác định các thơng số nổ mìn. Vì vậy cần có sự nghiên cứu để đƣa ra kết quả nhằm phát huy hiệu quả của loại chất nổ trong vị trí các lỗ khoan đang sử dụng.
Trƣớc đây có nhiều tác giả cho rằng đƣờng kính lỗ khoan nhỏ thì nhận đƣợc kết quả mức độ đập vỡ tốt nhất, tuy nhiên kết luận này chỉ đúng khi nổ các lƣợng thuốc đơn độc. Khi tăng đƣờng kính lỗ khoan lên thì giảm đƣợc chi phí khoan, chi phí phƣơng tiện nổ, mạng lƣới lỗ khoan mở rộng (do tăng đƣợc W, a, b) và giảm đƣợc các công tác phụ trợ.
Đƣờng kính lỗ khoan là thơng số cơ bản để xác định các thông số nhƣ: đƣờng cản chân tầng (W). Từ đƣờng cản chân tầng ta xác định các thông số tiếp theo nhƣ: Khoảng cách giữa các lỗ khoan (a) và khoảng cách giữa các hàng lỗ khoan (b). Thực tế trong cơng tác nổ mìn đã xác định mối quan hệ giữa đƣờng kính và đƣờng cản chân tầng nhỏ nhất và mối quan hệ này đƣợc coi là mối quan hệ tuyến tính.
W = k . dk , m; (2.4)
Trong đó: W- đƣờng cản chân tầng, m; dk- đƣờng kính lỗ khoan, m; k - hệ số tuyến
tính phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá, tính chất của chất nổ sử dụng.
Mỗi quan hệ giữa W và dk (hình 2.14) cho thấy: Đƣờng kính tăng thì đƣờng
cản tăng và mức độ đập vỡ đất đá sẽ kém đi. Đƣờng kính giảm thì đƣờng cản giảm và trong nhiều trƣờng hợp đã tiêu thụ vùng đập vỡ không bịđiều khiển và là phƣơng pháp tốt nhất để nâng cao hiệu quả chất lƣợng đập vỡ.
c. Đƣờng cản chân tầng (Wct)
Đƣờng cản chân tầng là khoảng cách theo phƣơng nằm ngang tính từ trục lƣợng thuốc nổ của hàng lỗ mìn ngồi cùng tới mép của chân tầng do kể tới khả năng của lƣợng thuốc nổ khắc phục sức kháng lớn nhất ở nền tầng.
Thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ngƣời ta đã xác định đƣợc rằng: nếu cố định đƣờng kính lỗ khoan và tăng dần trị số đƣờng kháng thì tiết diện phễu phá huỷ tăng lên, đạt trị số cực đại sau đó giảm đến bán kính vùng phá huỷ hình trụ trong mơi trƣờng liên tục nếu cứ tiếp tục tăng đƣờng kháng (Hình 2.12).
Hình 2.12. Sự thay đổi tiết diện vùng đập vỡ khi thay đổi tỷ số W/dk (dk=const)W1<W2<W3<W4
Khi tăng đƣờng cản chân tầng thì bán kính vùng phá hủy ở bề mặt tự do tăng lên và đặt trị số cực đại khi chỉ số tác dụng nổ n=1, nếu cứ tiếp tục tăng W thì bán kính vùng đập vỡ sẽ giảm đi.
Hình 2.13. Biểu đồ mối quan hệ giữa bán kính vùng đập vỡ tƣơng đƣơng R/r0với chỉ số tác dụng nổ n và trị số W/r0
1- Mối quan hệ giữa n với W/r0, 2- Mối quan hệ giữa R/r0 với W/r0
Trong đó: r0- bán kính lƣợng thuốc nổ, m; W- đƣờng cản chân tầng, m; R – bán kính tác dụng nổ, m.
Khi chọn đƣờng cản chân tầng quá lớn thì lăng trụ đá cần phá vỡ q lớn do đó khi nổ thì sóng ứng suất không đủ lớn để tạo ra khe nứt và phá vỡ đất đá bên phía mặt tự do, năng lƣợng nổ khơng thể thốt ra ngồi mặt thống tự do của sƣờn tầng.
0 y x W1 W 2 0 y x 0 y x W3 y 0 x W4 W/r0 R/ro, n 4 0 6 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 100 1 2
Đồng thời áp lức sinh ra trong các lỗ mìn rất lớn gây giãn nổ đột ngột toàn bộ năng lƣợng nổ bùng lên phía miệng lỗ mìn, lỗ mìn sẽ trở thành hố nổ. Năng lƣợng nổ tổn hao vào trong khơng khí một cách vơ ích, làm tăng sóng va đập khơng khí, làm giảm sức công phá của năng lƣợng truyền nổ vào khối đã dẫn đến hiệu quả nổ kém.
Khi lựa chọn đƣờng cản chân tầng nhỏ dẫn đến việc thốt khí nổ sớm và sự văng đá với tốc độ cao về phía mặt tự do, đẩy cách mảnh đá phóng đi một cách khơng điều khiển đƣợc, làm tăng sóng đập khơng khí, tiếng ồn và đá bay.
a. Đƣờng cản chân tầng nhỏ b. Đƣờng cản chân tầng lớn
c. Đƣờng cản chân tầng tốt
Hình 2.14. Ảnh hƣởng của đƣờng cản đến hiệu quả nổ mìn
Khi nổ lƣợng thuốc nổ (LTN) đặt trong lỗ khoan đạt trên tầng mỏ lộ thiên, chúng ta chia các thành phần trong lỗ làm 3 phần. Ba đại lƣợng này gắn bó chặt chẽ với nhau, tỷ lệ giữa chúng phản ánh tính hợp lý của các thơng số khoan nổ mìn, có ảnh hƣởng đến hiệu quả nổ mìn và thực hiện mỗi chức năng khác nhau:
Hình 2.15. Kết cấu lƣợng thuốc nổ trong lỗ mìn trên tầng
Chiều sâu khoan thêm (Lkt), chiều cao cột thuốc (Lt), và chiều dài bua (Lb)
- Chiều dài bua (Lb): Chiều dài bua (Lb) là phần tiếp giáp với lƣợng thuốc pháp trên lên miệng lỗ nhằm tạo sức cản chống phụt sản phẩm khí nổ, giúp q trình kích nổ xảy ra hồn tồn, tăng thời gian tác dụng nổ, tăng xung lƣợng nổ, giảm khí độc, giảm sóng đập khơng khí và đá văng xa, đảm bảo an tồn và nâng cao hiệu quả nổ mìn.
Chiều dài bua phụ thuộc vào áp lực nổ, chiều cao cột thuốc, đƣờng kính lỗ khoan và đặc tính của loại vật liệu làm bua. Chiều dài bua phải tăng lên khi tăng chiều cao cột thuốc, tăng áp lực nổ trung bình trong lỗ khoan, tăng kích thƣớc của vật liệu làm bua, tăng mật độ nạp bua và tăng hệ số ma sát trong của vật liệu làm bua. Nếu chiều dài bua quá lớn sẽ giảm sự văng xa của đất đá, tăng hệ số sử dụng năng lƣợng của chất nổ, khi đó chiều dài lƣợng thuốc nổ giảm đi dẫn đến bán kính vùng đập vỡ giảm, phải thu hẹp mạng lƣới lỗ khoan. Thực tế và lý thuyết cho rằng nếu sử dụng bua có chất lƣợng hợp lý sẽ tăng hiệu quả đập vỡ từ 10-20%. Khi giảm chiều dài bua thì chiều dài cột thuốc tăng lên thì chất lƣợng đập vỡ sẽ kém ở phần tầng phía trên.
- Chiều sâu khoan thêm Lkt: Là phần lỗ khoan sâu hơn mức nền tầng, với mục đích để tập trung năng lƣợng nổ khắc phục sức kháng lớn nhất ở nền tầng và tạo ra
h
Lb
Ltcb
nền tầng bằng phẳng theo đúng thiết kế, không để lại mô chân tầng và phá hủy nền tầng dƣới. Chiều sâu khoan thêm rất cần thiết và chúng ta phải nghiên cứu xác định một trị số hợp lý và nên xác định chiều sâu khoan thêm khơng hợp lý thì sẽ làm giảm hiệu quả cơng tác nổ mìn: Nếu chiều sâu khoan thêm khơng đủ lớn thì việc tạo nền tầng không đảm bảo, để lại mô chân tầng, phát sinh những khối lƣợng đá quá cỡ, gây khó khăn cho cơng tác xúc bốc và làm phát sinh cho công tác lần 2. Nếu chiều sâu khoan thêm q lớn gây tăng chi phí khoan vơ ích, lãng phí thuốc nổ và năng lƣợng nổ, tạo ra sóng chân động mạnh, gây nứt nẻ cho nền tầng phía dƣới và làm giảm hiệu quả nổ mìn cho các đợt nổ mìn tiếp theo.
- Chiều cao cột thuốc, Lt: Chiều cao cột thuốc là thông số kết cấu của lƣợng thuốc nổ rất quan trọng, khi nổ mìn lỗ khoan lớn thì chiều cao cột thuốc thể hiện mức độ phân bố đồng điều năng lƣợng nổ trong khối đá. Khi tăng chiều cao cột thuốc thì bán kính vùng đập vỡ tăng lên.
Theo quan điểm hiện đại, giảm chi phí khoan nổ khi đƣờng kính khơng thay
đổi (dk = const) thì giảm bằng cách mở rộng mạng lƣới lỗ khoan ra đến giới hạn tới
đá, khi đó chiều cao cột thuốc sẽ tăng lên, bán kính vùng đập vỡ tăng và giảm đƣợc chỉ tiêu thuốc nổ.
Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ở nhiều mỏ của Liên Xô cũ cho thấy mức độ đập vỡ phụ thuộc nhiều vào chiều cao cột thuốc và mang đặc tính cực trị, nghĩa là sẽ luôn tồn tại một trị số chiều cao cột thuốc lớn nhất mà nếu tăng chiều cao cột thuốc lớn hơn hoặc giảm đi nhỏ hơn thì chất lƣợng đập vỡ sẽ xấu đi và trị số hợp lý của Lt nằm trong khoảng (35 † 45) dk (dk- là đƣờng kính lỗ khoan).
Theo B.X. Kantơ thì chiều cao cột thuốc có ảnh hƣởng đến chỉ tiêu thuốc nổ,
suất phá đá, độ mở tối đá có phễu nổ. Các đại lƣợng phụ thuộc vào tỷ số Lt/W và
đạt cực đại khi tỷ số Lt/W 2 và tất nhiên chiều cao cột thuốc tối ƣu vẫn cịn phụ
Hình 2.16. Ảnh hƣởng của chiều cao cột thuốc tƣơng đối (Lt/W)
1. Chỉ số tác dụng nổ; 2. Suất phá đá S, (m3/m);