Khi hƣớng cắm phá đá dọc theo hƣớng phân lớp của vỉa đá, mặt tầng và sƣờn tầng thƣờng không bằng phẳng do sự cắt nhau của các loại đá trên mặt tầng. Chất lƣợng nổ mìn theo hƣớng phá đá này khá tốt, tuy nhiên số đƣờng cần nên đƣợc tăng lên để ngăn ngừa đƣợc sự thoát khi rất mạnh dọc theo các khe nứt, nhƣng khoảng cách các lỗ mìn nên đƣợc giảm xuống để đảm bảo sự đập vỡ hiệu quả giữa các lỗ mìn.
2.1.1.3. Tính chất cơ lý của đất đá mỏ
Độ kiên cố có đất đá mỏ (tuy nhiên trong cùng một mỏ các thành phần đất đá hồn tồn có mức độ kiên cố khác nhau), độ dẻo, độ giịn, độ mài mịn, độ dính, độ hạt, độ chứa nƣớc, mật độ của đất đá, độ nở rời,... Thí dụ trong tính chất cơ lý của đất đá thì trong đất đá yếu vai trị của thể tích khí nổ là quan trọng, đất đá có mật độ thấp sẽ bị phá vỡ dễ dàng và cần đến số lƣợng năng lƣợng tƣơng đối thấp, trong khi các loại đất đá có mật độ cao thì cần số lƣợng năng lƣợng cao để đạt mức độ đập vỡ.
Nhìn chung đất đá tại mỏ đồng PhaThem đất đá có độ kiên cơ thay đổi f=
8÷15, thể trọng trung bình 2,6 T/m3. Vào mùa khơ đất đá có đặc tính giịn cịn mùa
mƣa thì bề ngồi đất đá có độ dẻo do ảnh hƣởng của nƣớc mặt. 2.1.1.4. Khí hậu và địa chất thủy văn
Điều kiện khí hậu và địa chất thủy văn gây khó khăn cho cơng tác nổ mìn tại mỏ cũng nhƣ hiệu quả của cơng tác nổ mìn nhƣ: cơng tác khoan, cơng tác nạp mìn... Việc gây trƣợt lở tạo ra các khe nứt làm thay đổi cấu trúc và tính chất của đất đá gây ảnh hƣởng làm thay đổi hiệu quả cơng tác nổ mìn và chúng ta phải có sự điều chỉnh trong quá trình khai thác để mang lại hiệu quả theo yêu cầu.
Tại mỏ đồng PhaThem, nƣớc ngầm đƣợc tháo khô dựa trên bản đồ địa chất, đội tiến hành khoan các lỗ khoan nằm với độ dốc 4% xuyên qua mạch nƣớc.
Hình 2.6. Các lỗ khoan tháo khơ 2.1.2. Các yếu tố có thể điều khiển đƣợc
2.1.2.1. Các thông số của hệ thống khai thác
a. Chiều cao tầng (HT)
Chiều cao tầng đƣợc xác định dựa trên tính chất cơ lý của đất đá và loại thiết bị xúc bốc đƣợc lựa chọn. Khi tăng chiều cao tầng đến mức hợp lý ngoài việc cải thiện đƣợc chế độ cơng tác mỏ nói chung cịn làm tăng năng suất khoan (do giảm công tác phụ trợ khi khoan), tăng suất phá đá, tăng bán kính vùng đập vỡ của loại thuốc nổ (do tăng chiều cao cột thuốc), giảm chiều sâu khoan thêm, giảm chi phí thuốc nổ, giảm phƣơng tiện... Khi chiều cao tầng vƣợt quá chiều cao hợp lý, đống đá sau khi nổ trở nên quá cao, khơng đảm bảo cho thiết bị làm việc an tồn, tăng mức độ ảnh hƣởng của hậu xung,...
Tại mỏ đồng PhaThem, đã xác định chiều cao khai thác của mỗi tầng cố định H= 9,5 † 10 m trong suất tuổi mỏ.
b. Chiều rộng khoảnh khấu (A) và chiều dài khu vực xúc (L)
Hai thông số này đặc trƣng cho kích thƣớc khu vực cần nổ. Trong một vụ nổ thì khối lƣợng đá quá cỡ thƣờng xảy ra từ các lỗ mìn hàng cuối cùng là đặc trƣng,
do sự dịch chuyển và phá hủy các tảng đá không đƣợc nổ từ bề mặt liền kế. Đá quá cỡ trong đống đá nổ cũng có nguồn gốc từ bề mặt do của các lỗ mìn hàng ngồi, nơi có các khối đá lớn đã bị long ra hoặc bị rạn nứt từ những vụ nổ trƣớc, nó khơng bị ảnh hƣởng của năng lƣợng sóng nổ hoặc sự lan truyền nứt nẻ trong khối đá.
Thực tế cho thấy quy mơ vụ nổ càng nhỏ thì tỷ lệ phần trăm đá quá cỡ sinh ra từ các vụ nổ càng lớn. Các bãi mìn lớn, tốt nhất các bãi mìn dài và nếu rộng đến mức có thể (có nhiều hàng nổ mìn) thì mang lại hiệu quả về mức độ đập vỡ và khối lƣợng đá nổ ra là lớn nhất, giảm đƣợc tỷ lệ đá quá cỡ.
Theo mối quan hệ giữa hàng mìn (n) và tỷ lệ đá quá cỡ nhƣ công thức sau: Vn= ( ) =V0
( ) , ; (2.1)
Trong đó: Vn – lƣợng đá quá cỡ tƣơng ứng với n hàng mìn, %; V0 – lƣợng đá quá
cỡ tƣơng ứng với hàng mìn đầu tiên, %; V2 – lƣợng đá quá cỡ tƣơng ứng với hàng
mìn thứ 2 hoặc các hàng mìn tiếp theo, %; n - số hàng mìn.
Thơng thƣờng ở các mỏ = 0,3, khi đó cơng thức (2.1) có dạng:
Vn=V0 ( ) , %
Qua công thức về mối quan hệ ta thấy nếu tăng số hàng mìn (n) tức là tăng
chiều rộng khoảnh khấu (A) thì lƣợng đá quá cỡ (Vn) giảm, tuy nhiên theo điều kiện
khai thác cụ thể của mỏ mà ta điều chỉnh, kết hợp giữa chiều rộng khoảnh khấu (A) và chiều dài luồng xúc (L) sao cho hợp lý.
2.1.2.2. Ảnh hƣởng của loại chất nổ sử dụng
Hiệu quả sử dụng chất nổ đƣợc đánh giá thông qua chất lƣợng phá vỡ sau khi nổ, do đó lựa chọn loại chất nổ sử dụng phải phù hợp với mơi trƣờng tiến hành cơng tác nổ mìn, nhiệm vụ kỹ thuật, tính chất của đất đá và đảm bảo an tồn khi nổ.
Q trình kích nổ thuốc nổ có đặc điểm: Tốc độ cao, tỏa nhiệt và thốt khí. Vì vậy, khi nổ chất nổ tạo ra công suất rất lớn, năng lƣợng nổ gây đập vỡ thể hiện dƣới hai dạng là: Khả năng công phá và sức công phá. Khả năng công phá phụ thuộc vào nhiệt lƣợng nổ của loại chất nổ, thể hiện tác dụng nổ ở phạm vị rộng, dùng chỉ tiêu của khả năng nổ để quy đổi chất nổ khi tính tốn các thơng số nổ mìn.
Cịn sức cơng phá của loại chất nổ thể hiện tác dụng nổ ở phạm vị hẹp, sức công phá của loại chất nổ phụ thuộc vào tốc độ kích nổ và mật độ chất nổ.
Mỗi loại thuốc nổ có đặc tính chung và riêng, để phân biệt ngƣời ta dùng các đại lƣợng nhƣ: nhiệt lƣợng nổ (năng lƣợng riêng của chất nổ), tốc độ kích nổ, mật độ của chất nổ, khả năng công nổ, sức công phá và khả năng chịu nƣớc.
Mỗi loại chất nổ của đặc tính năng lƣợng nổ khác nhau, khi nổ chúng tạo ra xung lực ở các dạng khác nhau, xung lực nổ hình thành nên mơi trƣờng ứng suất trong môi trƣờng nổ. Với mỗi loại mỗi tƣờng nổ cần một xung lực nổ thích hợp ứng với một loại chất nổ nào đó để đạt đƣợc hiệu quả nổ cao nhất.
Năng lƣợng chất nổ có ảnh hƣởng quan trọng tới mức độ đập vỡ đất đá. Các loại chất nổ hạt thơ có thời gian tác dụng nổ dài, có vùng phản ứng hóa học rộng thì hiệu quả tốt hơn.
Hình 2.7. Sự thay đổi áp lực khi nổ theo thời gian
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 ô vuông, 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 cơng 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 Chỉ tiêu thc n, kg/m3 Đ -ờn g kính cì h¹t, m
Bị chi phối bởi đặt tính 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