2.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH
2.1.2.3. Ảnh hưởng của cỏc loại thuốc nổ sử dụng
Quỏ trỡnh kớch nổ thuốc nổ cú đặc điểm: tốc độ cao (gần như tức thời), toả nhiều nhiệt và thoỏt nhiều khớ, vỡ vậy khi nổ chất nổ tạo ra cũng rất lớn. Năng lượng nổ gõy đập vỡ đất đỏ thể hiện dưới hai dạng: khả năng cụng nổ (KNCN) và sức cụng phỏ (SCP), KNCN phụ thuộc vào nhiệt lượng nổ của thuốc nổ và chỳng tỷ lệ thuận với nhau. Để đỏnh giỏ KNCN người ta dựng thớ nghiệm trong bom chỡ và xỏc định KNCN bằng cm3. KNCN thể hiện tỏc dụng nổ ở phạm vi rộng. Dựng KNCN để quy đổi thuốc nổ khi tớnh toỏn cỏc thụng số nổ mỡn. Cũn SCP của thuốc nổ thể hiện tỏc dụng nổ ở phạm vi hẹp, SCP phụ thuộc vào tốc độ kớch nổ và mật độ thuốc nổ.
Mỗi loại thuốc nổ đều cú đặc tớnh chung và riờng. Để phõn biệt người ta dựng cỏc đại lượng: nhiệt lượng nổ (hay năng lượng riờng của thuốc nổ), tốc độ kớch nổ, mật độ thuốc nổ, khả năng cụng nổ, sức cụng phỏ, khả năng chịu nước. Mỗi loại thuốc nổ cú đặc tớnh năng lượng nổ khỏc nhau, khi nổ chỳng tạo ra xung nổ cú dạng khỏc nhau, chớnh xung nổ sẽ làm hỡnh thành một trường ứng suất trong đất đỏ. Với mỗi loại đất đỏ sẽ cần một xung lực nổ thớch hợp ứng với một loại thuốc nổ nào đú để đạt được hiệu quả đập vỡ cao nhất.
Mo.Eo
27 16
I (2.6)
Trong đú:
Mo: là khối lượng thuốc nổ, kg;
Eo: là năng lượng nổ của thuốc nổ trong lỗ khoan, Kcal; Eo = q.Mo, Kcal;
q: là năng lượng riờng của thuốc nổ, Kcal/kg. Suy ra ta cú: q 1 . E . 27 16 q . M . 27 16 I o o (2.7)
Từ cụng thức (2.4) ta thấy khi thuốc nổ cú năng lượng riờng nhỏ sẽ nhận được xung lớn tỏc dụng vào đất đỏ nếu như năng lượng chung Eo của thuốc nổ so sỏnh là như nhau.
Mặt khỏc khi 2 loại thuốc nổ cú ỏp lực nổ tối đa tỏc dụng lờn thành lỗ khoan khỏc nhau P1 P2 cú thể nhận được xung nổ như nhau (I1 = I2)
I1 = K1.P1.T1 I2 = K2.P2.T2 Trong đú:
P1, P2: là ỏp lực nổ tối đa ứng với loại thuốc nổ 1 và 2;
T1, T2: là thời gian tỏc dụng nổ của sản phẩm nổ lờn thành lỗ khoan tương ứng với thuốc nổ 1 và 2.
K1 và K2 hệ số, giả thiết K1 = K2, khi I1 = I2 ta cú:
1 2 2 1 P P T T (2.8)
Từ cụng thức (2.5) ta nhận thấy thời gian tỏc dụng của sản phẩm nổ tỷ lệ nghịch với ỏp lực nổ tối đa trong lỗ khoan.
Để nhận được xung nổ như nhau khi dựng hai loại thuốc nổ khỏc nhau thỡ ta phải nạp vào lỗ khoan một khối lượng thuốc nổ:
1 2 02 01 q q . M M (2.9) Trong đú:
M01, M01: tương ứng là khối lượng thuốc nổ 1 và 2;
q1, q2: tương ứng là năng lượng riờng của thuốc nổ 1 và 2.
Theo cỏc kết quả nghiờn cứu trước đõy đó tiến hành xỏc định mối quan hệ giữa tốc độ nổ (V) của chất nổ và bỏn kớnh vựng đập vỡ cú điều khiển (R0) theo cụng thức (2.10) và hỡnh 2.2: 0 t k Vd R = 2 1+ , m (2.10) Trong đú:
dt - Đường kớnh lượng thuốc, m;
- Khối lượng riờng thuốc nổ, kg/m3
; V - Tốc độ kớch nổ lượng thuốc, m/s;
k - Giới hạn bền kộo của đất đỏ, Pa;
à - Hệ số Poatxụng, đặc trưng cho mức độ chịu nộn của đất đỏ.
Hỡnh 2.2. Ảnh hưởng của tốc độ kớch nổ (V) đến bỏn kớnh vựng đập vỡ cú điều khiển (R0)
Hỡnh 2.3. Ảnh hưởng của tốc độ kớch nổ (V) thể tớch vựng đập vỡ đất đỏ cú điều khiển (Vdk)
Phõn tớch cỏc mối quan hệ trờn hỡnh 2.2 và 2.3. cho thấy, bỏn kớnh vựng đập vỡ cú điều khiển (R0) thay đổi khi thay đổi tốc độ kớch nổ (V) của loại thuốc nổ sử dụng. Sử dụng thuốc nổ cú V lớn dẫn đến tăng R0, làm cho tỷ lệ đỏ quỏ cỡ giảm, nhưng V lớn quỏ dẫn đến tỷ lệ đỏ cỡ hạt nhỏ chiếm đa số cũng khụng tốt. Ngược lại sử dụng thuốc nổ cú V nhỏ dẫn đến R0 giảm, làm cho tỷ lệ cỡ hạt lớn hay đỏ quỏ cỡ chiếm đa số cũng khụng tốt. Do vậy, trước khi tiến hành nổ mỡn ngoài việc chỳ ý lựa chọn loại thuốc nổ hợp lý chỳng ta cần phải quan tõm tới cỏc yếu tố tự nhiờn và thụng số khoan nổ mỡn.
2.1.2.4. Ảnh hưởng của cỏc thụng số khoan - nổ mỡn
a. Chỉ tiờu thuốc nổ q (kg/m3)
Khi nổ mỡn làm tơi đất đỏ trờn mỏ lộ thiờn thỡ chỉ tiờu thuốc nổ là lượng thuốc nổ cần thiết để đập vỡ 1 đơn vị thể tớch đất đỏ thành những cục cú kớch thước nhất định. Chỉ tiờu thuốc nổ phụ thuộc vào loại đất đỏ, loại thuốc nổ, chiều cao tầng, đường kớnh lỗ khoan, cỏc thụng số mạng nổ, phương phỏp nổ và yờu cầu mức độ đập vỡ. Chỉ tiờu thuốc nổ là đại lượng rất quan trọng, là
thụng số cơ bản điều khiển mức độ đập vỡ, quyết định tới giỏ thành và hiệu quả sản xuất núi chung.
Hỡnh 2.4. Mối quan hệ giữa chỉ tiờu thuốc nổ và độ cứng đất đỏ tớnh toỏn sử dụng trờn cỏc mỏ than lộ thiờn vựng Cẩm Phả, Quảng Ninh
Khi chỉ tiờu thuốc nổ khụng phự hợp cú thể gõy lóng phớ năng lượng để nghiền nỏt đất đỏ (nếu chỉ tiờu thuốc nổ quỏ cao) hoặc làm tăng kớch thước cỡ hạt (nếu chỉ tiờu thuốc nổ thấp), kộo theo đú là giảm năng suất tổ hợp đồng bộ thiết bị xỳc bốc – vận tải, nghiền đập và đổ thải (hỡnh 2.5).
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 thuốc nổ, kg/m3 Đ -ờn g kính cỡ hạt, m
Hỡnh 2.5. Mối quan hệ giữa chỉ tiờu thuốc nổ và đường kớnh cỡ hạt nổ mỡn
Nhỡn chung khi tăng chỉ tiờu thuốc nổ thỡ chất lượng đập vỡ tăng lờn, tạo điều kiện cho khõu xỳc bốc và cỏc khõu về sau làm việc hiệu quả hơn. Tuy
nhiờn với mỗi một loại đỏ thỡ chỉ tiờu thuốc nổ cũng chỉ cú thể tăng lờn đến một giỏ trị nhất định, mà khi tiếp tục tăng nữa thỡ chất lượng đập vỡ cũng khụng tăng lờn, mà ngược lại nú cũn làm cho chất lượng bói nổ xấu đi, do năng lượng cũn dư này sẽ dựng vào việc làm văng xa đất đỏ, gõy khú khăn cho cụng tỏc mỏ núi chung và cụng tỏc xỳc bốc núi riờng.
Vấn đề đặt ra là phải tớnh toỏn được chỉ tiờu thuốc nổ hợp lý, sỏt với thực tế trờn cơ sở mối quan hệ với nhiều đại lượng khỏc nhau về cả tự nhiờn, kỹ thuật và kinh tế.
b. Đường kớnh lượng thuốc nổ và đường khỏng chõn tầng (dk và W)
Đường kớnh lượng thuốc nổ là đại lượng xuất phỏt để tớnh chọn cỏc thụng số nổ mỡn khỏc. Giữa đường kớnh và đường khỏng cú mối quan hệ rất mật thiết, việc lựa chọn đường kớnh lượng thuốc thớch hợp và tỷ số W/dk hợp
lý sẽ mang lại hiệu quả nổ mỡn rừ rệt. Khi dk lớn thỡ mức độ tập trung năng
lượng nổ cao và ngược lại.
Đường khỏng của lượng thuốc nổ khi nổ mỡn trờn mỏ lộ thiờn, do kể tới khả năng của lượng thuốc nổ khắc phục sức khỏng lớn nhất ở mức nền tầng, người ta thường dựng khỏi niệm đường khỏng chõn tầng (Wct).
Thụng qua nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm người ta đó xỏc định được rằng: nếu cố định đường kớnh lỗ khoan và tăng dần trị số đường khỏng thỡ tiết diện phễu phỏ huỷ tăng lờn, đạt trị số cực đại sau đú giảm đến bỏn kớnh vựng phỏ huỷ hỡnh trụ trong mụi trường liờn tục nếu cứ tiếp tục tăng đường khỏng (Hỡnh 2.6).
Hỡnh 2.6. Sự thay đổi tiết diện vựng đập vỡ khi thay đổi tỷ số W/dk
0 y x W1 W2 0 y x 0 y x W3 y 0 x W4
(dk = const) W1< W2 < W3 < W4
Như vậy, giữa đường khỏng và đường kớnh lượng thuốc nổ cú mối quan hệ chặt chẽ thể hiện qua cụng thức:
Wct = Kw.dk (2.11) Ở đõy Kw là hệ số phụ thuộc vào tớnh chất đất đỏ (độ kiờn cố, độ nứt nẻ), phụ thuộc vào tớnh chất của lượng thuốc nổ (loại thuốc nổ, mật độ, nhiệt lượng,…), dk: đường kớnh lỗ khoan (m)
k ct w d W K (2.12)
Đối với mỗi loại đất đỏ sẽ tồn tại một trị số Kw hợp lý đảm bảo bỏn kớnh vựng đập vỡ là tối đa và hậu xung là tối thiểu. Đõy là điều rất quan trọng khi xỏc định cỏc thụng số bố trớ lượng thuốc nổ.
c. Chiều sõu khoan thờm, chiều cao cột thuốc và chiều dài bua
Ba đại lượng trờn cú quan hệ rất mật thiết với nhau và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nổ mỡn. Khi nổ mỡn lỗ khoan lớn trờn mỏ lộ thiờn, lỗ khoan thường được chia thành 3 phần chủ yếu theo chiều dài và mỗi phần cú một chức năng riờng:
- Chiều sõu khoan thờm Lkt vựng (III) cú chức năng chủ yếu để đảm bảo duy trỡ mức nền tầng theo thiết kế.
- Chiều dài bua Lb vựng (I) là phần lỗ khoan chứa vật liệu tạo ra sức khỏng chống phụt sản phẩm nổ ra khỏi lỗ khoan, giỳp quỏ trỡnh kớch nổ xảy ra hoàn toàn và nõng cao hiệu quả nổ, đảm bảo an toàn.
- Chiều cao cột thuốc cơ bản Ltcb vựng (II) cú nhiệm vụ chớnh là đập vỡ đất đỏ (hỡnh 2.7).
Trờn quan điểm nõng cao hệ số sử dụng lỗ khoan để nạp thuốc, phõn bố đồng đều năng lượng nổ và mở rộng vựng đập vỡ cú điều khiển thỡ cần phải giảm vựng (I) và vựng (III) đến mức tối thiểu và tăng vựng (II) đến mức tối
đa. Điều này liờn quan trực tiếp đến chiều cao tầng cần thiết tối thiểu để đảm bảo hiệu quả nổ.
h
Lb
Ltcb
Lkt
Hỡnh 2.7. Kết cấu cỏc phần chức năng cơ bản của lượng thuốc trong lỗ khoan khi nổ trờn tầng
d. Hệ số khoảng cỏch giữa cỏc lượng thuốc nổ
Khi nổ mỡn nhiều lượng thuốc nổ cạnh nhau, chất lượng đập vỡ khụng những phụ thuộc vào thụng số của mỗi lượng thuốc riờng biệt, mà nú cũn phụ thuộc vào tỏc dụng tương hỗ giữa cỏc lượng thuốc nổ. Nếu hệ số khoảng cỏch giữa cỏc lượng thuốc nổ (hệ số làm gần) m = a/Wct nhỏ quỏ sẽ tồn tại vựng ứng suất giảm, làm chất lượng đập vỡ kộm. Ngược lại nếu m lớn quỏ sẽ làm cho mặt tầng khụng bằng phẳng.
Ở đõy cần phõn biệt m và mtt, hệ số làm gần m là trị số ứng với sơ đồ mạng lỗ khoan trờn tầng theo vị trớ xỏc định của mặt tự do sườn tầng. Cũn khi nổ mỡn vi sai, do cú rất nhiều sơ đồ điều khiển nổ vi sai, cho nờn tỷ số khoảng cỏch giữa cỏc lượng thuốc nổ đồng thời (att) với đường khỏng giữa cỏc nhúm thuốc nổ đồng thời (Wtt) mới là trị số làm gần thực (mtt):
tt tt tt W a m (2.13) Trong đú:
att: Lượng thuốc nổ đồng thời, kg
Wtt: Đường khỏng giữa cỏc nhúm thuốc nổ đồng thời, m mtt: Trị số làm gần thực
Như vậy trị số m là xỏc định khi cú sơ đồ mạng lỗ khoan xỏc định, cũn mtt thỡ phụ thuộc vào sơ đồ vi sai sử dụng. Giỏ trị m khi nổ tức thời thường bằng m = (0,7 0,9), khi nổ vi sai m = (1 1,3); cũn trị số mtt tuỳ thuộc vào sơ đồ vi sai cú thể thay đổi từ 1,3 đến 4 cỏ biệt cú trường hợp đến 8.
e. Sơ đồ bố trớ mạng lỗ khoan trờn tầng
Đõy là sự bố trớ hỡnh học mạng lỗ khoan trờn bỡnh đồ. Cú nhiều sơ đồ phõn bố, để phõn biệt ta chỉ cần xem xột vị trớ tương đối của 4 lỗ khoan gần nhau:
+ Khi nổ mạng ụ vuụng thỡ 4 lượng thuốc nằm ở 4 đỉnh của hỡnh vuụng cú cạnh là a.
+ Khi nổ mạng chữ nhật thỡ 4 lượng thuốc nằm ở 4 đỉnh của hỡnh chữ nhật cú cạnh là a và b.
+ Khi nổ mạng tam giỏc đều thỡ 4 lượng thuốc nổ nằm ở 4 đỉnh của hỡnh thoi cạnh là a.
Rừ ràng phõn bố mạng lỗ khoan theo ụ vuụng hợp lý hơn theo hỡnh chữ nhật, mạng tam giỏc đều hợp lý hơn mạng tam giỏc cõn. Vỡ vậy ở đõy ta chỉ xột hai sơ đồ mạng ụ vuụng và mạng tam giỏc đều.
A B C D 01 02 R R R R A B C D R R R R 2R o a b Hỡnh 2.8. Sơ đồ xỏc định vựng đập vỡ đất đỏ nổ mỡn a- Mạng ụ vuụng, b- Mạng tam giỏc đều
Để khẳng định sơ đồ nào hợp lý hơn ta chỉ cần tớnh diện tớch phần trựng nhau (phần gạch chộo) trong hai sơ đồ, nếu sơ đồ nào cú phần diện tớch trựng nhau nhỏ hơn chứng tỏ sơ đồ đú hợp lý hơn. Bởi vỡ bố trớ mạng lỗ mỡn theo sơ đồ đú thỡ năng lượng nổ được phõn bố đều hơn, rộng hơn, thể tớch đỏ nổ ra lớn hơn, làm cho hiệu quả nổ tăng lờn.
Theo tớnh toỏn (với điều kiện cạnh của hỡnh tam giỏc đều và cạnh hỡnh vuụng là bằng nhau, đường kớnh của cỏc lượng thuốc nổ và điều kiện nổ theo 2 sơ đồ là như nhau). Tổng diện tớch phần trựng nhau trong sơ đồ mạng ụ vuụng cú giỏ trị là: Sv = 2,28R2. Tổng diện tớch phần trựng nhau trong sơ đồ tam giỏc đều cú giỏ trị: Stg = 0,9R2. So sỏnh ta thấy diện tớch phần trựng nhau trong sơ đồ bố trớ mạng lỗ khoan ụ vuụng lớn hơn sơ đồ bố trớ mạng lỗ khoan tam giỏc đều là 2,5 lần. Điều đú chứng tỏ bố trớ mạng lỗ khoan theo sơ đồ tam giỏc đều hợp lý hơn theo sơ đồ ụ vuụng.
Một đặc điểm nữa là khi nổ mỡn vi sai mạng tam giỏc đều sẽ thủ tiờu vựng ứng suất thấp (nếu dựng mạng ụ vuụng với sơ đồ vi sai qua hàng thỡ vẫn tồn tại vựng này). Như vậy sử dụng mạng tam giỏc đều là hợp lý hơn cả.
f. Ảnh hưởng của vị trớ điểm khởi nổ
Vị trớ điểm khởi nổ cũng cú ảnh hưởng đỏng kể tới chất lượng đập vỡ: Khi vị trớ điểm khởi nổ ở phớa trờn thỡ thời gian tỏc dụng nổ ngắn, hậu xung về phớa sau lượng thuốc tăng gõy khú khăn cho đợt khoan nổ lần sau, dễ để lại mụ chõn tầng.
Khi kớch nổ từ dưới lờn thỡ thời gian tỏc dụng nổ kộo dài, phần chõn tầng phỏ huỷ tốt vựng ứng suất phỏt sinh mạnh và cú hướng phỏ thuận lợi, tỏc dụng hậu xung giảm.