3.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP SXSH TRONG CÁC KHÂU CÔNG NGHỆ
3.2.1.2 Về sử dụng chất nổ
Những năm trƣớc đây, các mỏ lộ thiên lớn thƣờng sử dụng các loại thuốc nổ nhƣ ANFO thƣờng (dạng hạt rời), ANFO thƣờng đóng bao nilon 1 hoặc 2 lớp, ANFO chịu nƣớc, AD1 (dùng nổ mìn lỗ khoan nhỏ, mìn mồi…), Zécnơ 7921, TX-1A, NT-13, EE-31. Thông thƣờng, ANFO thƣờng là loại thuốc nổ đƣợc sử dụng nhiều nhất, thuốc nổ nhũ tƣơng và ANFO chịu nƣớc có tỷ lệ sử dụng gần tƣơng đƣơng (khoảng trên 21%), riêng đối với loại zécnơ 7921 rất ít đƣợc sử dụng vì chúng gây ơ nhiễm mơi trƣờng.
a. Thuốc nổ ANFO và Zécnô 7921 b. Thuốc nổ EE-31
Hình 3.3: Một số loại thuốc nổ tiên tiến
Qua quá trình nghiên cứu và thực tế cho thấy thuốc nổ ANFO thƣờng, ANFO chịu nƣớc và thuốc nổ nhũ tƣơng là những loại thuốc nổ vừa đáp ứng đƣợc nhu cầu về quy mô khai thác và cũng nhƣ yêu cầu BVMT của giải pháp SXSH.
Phương tiện nổ: Để khởi nổ cho một hoặc nhiều lƣợng thuốc nổ hiện nay
hầu hết các mỏ lộ thiên lớn đều sử dụng hệ thống truyền tín hiệu nổ. Đây là một phƣơng tiện nổ hiện đại đang đƣợc dùng phổ biến ở nƣớc ta và trên thế giới bời các ƣu điểm nhƣ đấu ghép đơn giản, chắc chắn, khống chế đƣợc các sơ đồ vi sai phức tạp nhất (4 lần đặt tải); chỉ cần thay đổi thời gian vi sai giữa các lỗ, các hàng ta sẽ có các sơ đồ vi sai rất đa dạng phát huy tối đa tác dụng của vi sai (vừa tạo ra sự cộng hƣởng ứng suất vừa phát huy đƣợc vai trị của mặt tự do). Chính vì thế mà hiệu quả đập vỡ cao. Mặt khác do tạo ra trình tự nổ hầu nhƣ không trùng lặp giữa các lƣợng thuốc nổ gần nhau và thậm chí cả bãi mìn mà làm giảm tác dụng chấn động đến mức tối thiểu. Dùng kíp dƣới lỗ có thời gian vi sai lớn sẽ khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của nổ mìn vi sai bằng dây nổ là không gây cắt dây trên mặt do đất đá dịch chuyển,… Nhƣợc điểm duy nhất của loại phƣơng tiện này là đơn giá đắt hơn so với các phƣơng tiện trên. Tuy nhiên nếu xét về hiệu quả tổng hợp (nâng cao chất lƣợng đập vỡ, giảm tác dụng có hại nói chung và chấn động nói riêng,…) thì dùng phƣơng tiện này là tốt hơn cả, chỉ có điều cần lƣu ý là khi dùng đƣờng kính lỗ khoan nhỏ q thì chi phí phƣơng tiện nổ sẽ
khá cao, vì vậy chỉ nên dùng khi đƣờng kính lỗ khoan 100mm. Ngồi sử dụng phƣơng tiện nổ này còn làm giảm đƣợc một cách đáng kể hậu xung, cƣờng độ sóng chấn động và sóng va đập khơng khí, điều đó đƣợc thể hiện trong các biểu thức xác định khoảng cách an toàn chấn động đối với nhà cửa, cơng trình và khoảng cách an tồn sóng va đập khơng khí
Rc=.Kc.√ t và Rk = Kk.Qt
Trong đó: Qt – Khối lƣợng thuốc của một lần nổ. Khi nổ vi sai thì lƣợng thuốc của một lần nổ trong một lỗ mìn hoặc một số lỗ mìn (nổ đồng loạt) nhỏ hơn nhiều so với tổng số lƣợng thuốc nổ của tồn bãi mìn.
Hình 3.4: Mồi nổ kíp phi điện
Trƣớc đây, các phƣơng tiện để điều khiển nổ vi sai bãi mìn trên mỏ lộ thiên là kíp nổ vi sai và rơ le vi sai đấu ghép với các phƣơng tiện khác theo sơ đồ. Để thay thế cho dây nổ, trong những năm gần đây ngƣời ta đã chế tạo loại dây dẫn sóng nổ. Dây dẫn sóng nổ có đặc điểm là lõi rỗng, trong chứa một loại bột hoạt tính để dẫn sóng nổ, đƣờng kính ngồi là 3 mm. Để thuận lợi cho việc đấu nối mạng nổ, hàng Dyno Wesfarmers đã chế tạo sẵn các loại ngòi nổ bao gồm dân dẫn sóng lắp sẵn kíp nổ và kẹp nối ở hai đầu và gọi là ngòi nổ phi điện.
Thông thƣờng các dây rải mặt thƣờng dùng loại ngịi có thời gian giãn cách nhỏ (t = 1775 ms), còn dây xuống lỗ dùng loại ngịi có thời gian giãn cách lớn (t = 300-600 ms), nhằm đảm bảo tín hiệu nổ truyền khắp hết các lỗ mìn trong bãi trƣớc khi lỗ mìn nổ sớm nhất hoạt động.
Nhờ phƣơng tiện nổ phi điện mà các bãi mìn đƣợc điều kiện nổ vi sai toàn phần (từng lỗ một), cƣờng độ sóng chấn động và sóng va đập khơng khí giảm tới 4060% và chất lƣợng đống đá nổ mìn tốt hơn, dẫn đến hạn chế một cách đáng kể tác động nổ mìn đến độ ổn định của bờ mỏ cũng nhƣ nền móng và nhà cửa xung quanh, giảm đọ rung, giảm đá bay và bụi, phù hợp với yêu cầu của SXSH.
Sự bố trí lƣợng thuốc nổ trong lỗ khoan và cấu trúc vật liệu làm bua cũng làm giảm đáng kể lƣợng bụi phát ra sau khi nổ mìn. Phƣơng pháp phổ biến hiện nay là sử dụng các túi nƣớc làm bua và nạp thuốc phân đoạn.
3.2.1.3 Phương pháp nổ mìn
Các phƣơng pháp nổ khác nhau sẽ tạo ra chất lƣợng phá vỡ và hiệu quả nổ mìn khác nhau, vì mỗi phƣơng pháp có mức độ sử dụng năng lƣợng nổ nhất định vào mục định phá đá bằng cách điều khiển về cấu trúc không gian của các lựng thuốc nổ hoặc về giãn cách thời gian nổ giữa các lƣợng thuốc khác nhau.
Theo kết cấu không gian của lƣợng thuốc nổ có các phƣơng pháp nổ lƣợng thuốc liên tục, phân đoạn bằng bua, phân đoạn bằng khơng khí, sự phối hợp giữa các loại thuốc nổ với nhau.Theo hình dạng có phƣơng pháp nổ lƣợng thuốc nổ dài, tập trung, phẳng.
Theo thử tự thời gian kích nổ trong một lƣợng thuốc và giữa các lƣợng thuốc có phƣơng pháp nổ tức thời, nổ chậm, nổ vi sai.
Thông thƣờng trên các mỏ lộ thiên lớn vùng tỉnh ViêngChăn hiện nay có 2 phƣơng pháp nổ mìn đƣợc sử dụng phổ biến nhất đó là phƣơng pháp nổ mìn tức thời lƣợng thuốc liên tục (hoặc phân đoạn), phƣơng pháp nổ mìn vi sai lƣợng thuốc liên tục (hoặc phân đoạn).
Phương pháp nổ mìn tức thời - lượng thuốc liên tục là phƣơng pháp nổ
động loạt các lƣợng thuốc nổ có kết cấu liên tục đặt trong lỗ khoan, phƣơng pháp này thƣờng sử dụng khi trên tầng chỉ có một hàng lỗ khoan ngồi cùng là có 2 mặt thống (mặt sƣờn tầng và mặt tầng), còn các hàng trong đều ở trạng thái bí mặt tự do (một mặt tự do), vì vậy tác dụng đập vỡ do sóng phản xa kéo là khơng đáng kể. Điều đó làm giảm hiệu quả đập vỡ, các thơng số nổ mìn phải thu hẹp lại. Do các hàng trong bí mặt tự do nên phải tăng chi phí thuốc nổ lên từ 15 - 20% vì vậy làm tăng chi phí khoan nổ. Mặt khác luôn tồn tại vùng ứng suất giảm nên chất lƣợng dập vỡ kém. Thời gian khối đá ở trọng trạng thái ứng suất rất ngắn, khối đa ở trong chế độ chịu tại nổ 1 lần do đó chất lƣợng đập vỡ kém, song chấn động và đá bay lớn.
Phương pháp nổ mìn vi sai - lượng thuốc liên tục: là cách điều khiển năng
lƣợng nổ có hiệu quả trên cơ sở kéo dài thời gian tác dụng nổ, tăng số lần đặt tải nổ, tạo ra mặt tự do mới, tạo ra sự va đập phụ khi đất đá dịch chuyển.
Tác dụng nổ vi sai phát huy hiệu quả theo quan điểm tạo ra mặt tự do phụ của lƣợng thuốc nổ trƣớc cho lƣợng thuốc nổ nổ sau. Mặt tự do mới làm phát sinh sóng phản xạ kéo ở khối do lƣợng thuốc nổ sau đảm nhiệm tạo điều kiện phá hủy thuận lợi và cƣờng độ phá hủy tăng. Khi nổ khối có càng nhiều mặt tự do thì thể tích phá hủy của lƣợng thuốc nổ tăng lên. Khi nổ vi sai nhờ sơ đồ vi sai tạo nhiều mặt tự do mà có thể tăng mạng thơng số. Giảm chỉ tiêu thuốc nổ mà chất lƣợng đập vỡ vẫn tốt.
Ngoài ra khi nổ vi sai còn tạo ra sự va đập phụ giữa các khối đất đá chuyển động với tốc độ và hƣớng khác nhau. Tác dụng va đập phụ làm tăng đáng kể mức độ đập vỡ khi dụng các sơ đồ vi sai phù hợp. Phƣơng pháp nổ mìn vi sai ƣu việt hơn hẳn phƣơng pháp nổ tức thời, khắc phục đƣợc những đƣợc điểm hạn chế của phƣơng pháp tức thời. Kết quả là mạng lƣới lỗ khaon đƣợc mở rộng, chỉ tiêu thuốc nổ giảm, giảm chấn động, chất lƣợng đập vỡ tốt hơn.
- Phương pháp nổ mìn phân đoạn khơng khí: là phƣơng pháp nổ lƣợng
thuốc nổ đƣợc phân chia bởi 1 hay một số khoảng trống khơng khí. Do dó năng lƣợng đƣợc phân bố đều theo thời gian và theo chiều dài lỗ khoan, áp lực nổ ban đầu giảm xuống, tạo ra cơ chế phá hủy do xung lực đập bụi.
Hình 3.5: Sơ đồ mô tả tác dụng nổ vi sai trên cơ sở
a) Tạo ra giao thoa sóng ứng suất; b) Tạo ra mặt tự do phụ (I, II và 1, 2 là
thứ tự nổ)
Khi có khoảng trống khơng khí, sản phẩm nổ sẽ hịa vào khoảng trống khơng khí làm cho áp lực định nhọn và nhiệt độ nổ ban đầu giảm đi, đồng thời kéo dài thời gian tác dụng nổ. Ngồi ra có sự va đập của hai dịng sản phẩm khí nổ từ hai trung tâm nổ xảy ra giữa khoảng trống khơng khí làm tăng áp lực vùng này lên. Cứ nhƣ vậy tạo ra sóng đập nhiều lần vào mơi trƣờng tạo ra trạng thái ứng suất động, điều này cũng góp phần tăng cƣờng độ phá hủy và kéo dài thời gian tác dụng nổ. Kết quả đất đá ở gần lƣợng thuốc nổ giảm độ nhiều vụn, năng lƣợng tiết kiệm này sẽ đập vỡ đất đá ở ra hơn, vì vậy làm cho đất đá đƣợc đập vỡ đồng đều, bán kính vùng đập vỡ đƣợc mở rộng; xung lực đập phụ cũng làm tăng cƣờng độ đập vỡ.
Để phát huy vai trị của khoảng trống khơng khí cần phải tính tốn, lựa chọn chiều cao khoảng trống phù hợp.
a) b) I I’ II a w w = (1/20 - 1/30)w 1 2 2
3.2.1.4 Về giảm thiểu bụi khi nổ mìn
Để chống bụi khi nổ mìn khối (nổ với khối lƣợng lớn) ở mỏ lộ thiên ngƣời ta thƣờng áp dụng các phƣơng pháp sau:
- Sử dụng túi chứa nƣớc ở miệng lỗ khoan, lƣợng nƣớc sử dụng trong trƣờng hợp này bằng 0,40,5 m2
đối với máy lỗ khoan. Trƣớc khi nổ mìn các lỗ khoan ngƣời ta cho nổ trong các túi nƣớc, các hạt nƣớc đƣợc tạo ra trong trƣờng hợp này sẽ đập bụi khi nổ mìn.
- Phƣơng pháp chén bua nƣớc cho các lỗ khoan có chứa thuốc nổ bằng cách đặt một số bua nƣớc tạo đƣợc nhờ các túi nilon chứa đầy nƣớc đƣa vào trong lỗ khoan. Khi nổ mìn các túi nƣớc bị vỡ trung và tạo ra nhiều hạt nƣớc nhỏ có tác dụng dập bụi.
- Làm ẩm đất đá khi nổ mìn đƣợc thực hiện cùng với cơng tác nổ mìn, có thể cƣỡng bức bằng vịi cao áp, thẩm thấu tự do, hay tƣới trực tiếp. Ngay sau khi nổ mìn ngƣời ta cũng dùng phƣơng pháp dập bụi bằng cách phun nƣớc với vòi phun cơng suất lớn.
Hình 3.6: Chống bụi bằng nƣớc khi nổ mìn
Ngồi ra các phƣơng pháp xử lý bụi khi nổ mìn kể trên, để giảm lƣợng bụi và ảnh hƣởng của chúng tới ngƣời lao động có thể sử dụng một số biện pháp và công nghệ tổ chức sau:
- Thiết kế khoan nổ mìn một cách hợp lý. Bản chất của phƣơng pháp này là tối ƣu hóa các thơng số nổ mìn nhằm đạt hiệu quả kinh tế và hiệu suất nổ mìn cao, đồng thời giảm chấn động và lƣợng bụi và khí thốt ra. Các thơng số đó gồm kích thƣớc, quy mơ bãi mìn, độ sâu lỗ mìn, phƣơng pháp nạp thuốc…
- Lựa chọn loại thuốc nổ và trình tự nổ mìn phù hợp.
- Hạn chế nổ mìn khi có gió cuốn bụi về khu dân cƣ, hoặc có gió lớn.
Hinh 3.7: Chống bụi bằng bằng bua nƣớc khi nổ mìn
1- Thuốc nổ; 2- Mồi nổ; 3- Bua cát; 4,7- Dây nổ; 5- Bua nước; 6- Kíp nổ
Khâu xúc bốc là nguồn sinh bụi rất mạnh, đặc biệt là máy xúc, sau đó là máy ủi, máy bốc bánh xích, bánh lốp…Để giảm bụi khí trên cơng trƣờng cần lƣu tâm tới những giải pháp cơng nghệ. Ngồi ra, chiều cao tháo tải và góc quay máy xúc cũng ảnh hƣởng rất lớn đến bụi phát sinh.
3.2.1.5 Sử dụng cơng nghệ khai thác khơng nổ mìn
Ngồi việc phá vỡ đất đá bằng phƣơng pháp tuyến thống (khoan - nổ mìn) trong những năm gần đây, một số hƣớng phát triển mới của công nghệ phá vỡ đất đá mà có thể giảm thiểu đƣợc sự phát thải bụi và khí độc hại vào mơi trƣờng, giảm thiểu chấn động nền móng và sóng va đập khơng khí là áp dụng cơng nghệ phá đá bằng phƣơng pháp hóa lý, sử dụng máy phay cắt, búa thủy lực (chủ yếu sử dụng cho phá đá quá cỡ, tây mô chân tầng…) và làm tới đất đá bằng máy xới, với các ƣu điểm:
Làm mềm đất đá mỏ bằng phương pháp hóa lý: trong điều kiện mỏ cụ thể,
cho phép tiến hành xúc bốc đất đá cứng vừa mà khơng cần nổ mìn bằng cách xử lý khối đá bằng dung dịch làm mềm trên cơ sở các chất hoạt tính bề mặt; cịn đối với đất đá cứng thì tiến hành chuẩn bị bằng cách phối hợp giữa phƣơng pháp khoan nổ với dung dịch làm mềm. Nhƣ vậy sẽ giảm đáng kể các chi phí các châu sản xuất tiếp theo nhƣ: giảm khối lƣợng khoan nổ, cải thiện chất lƣợng đất đá cho khâu xúc bốc, nâng cao năng suất máy xúc, giảm chi phí năng lƣợng, cải thiện các chỉ tiêu mơi sinh…
Theo thống kê, hiện nay có trên 80% khối lƣợng đất đá mỏ cần phải làm tới sơ bộ để có thể xúc đƣợc bằng cách máy xúc. Hầu hết khối lƣợng công việc này đƣợc thực hiện bằng khoan nổ mìn với chỉ tiêu thuốc nổ q = 0,4÷0,5 kg/m3
, đồng thời phải sử dụng một số lƣợng lớn thiết bị khoan, phƣơng tiện vận tải và cơng nhân phục vụ. Chi phí khoan nổ chiếm từ 25÷30% giá thành khai thác. Mặt khác, việc nổ mìn tại những khu vực đất đá giáp vách và các lớp đá kẹp (khi cần) có ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng đá khai thác do sự trộn lẫn của đất và đá ở đới tiếp xúc của chúng. Nhƣ vậy, bằng cách giảm độ bền của đất đá dẫn đến giảm các chi phí nguyên nhiên vật liệu, nâng cao hiệu quả chuẩn bị đất đá để xúc bốc và cải thiện đáng kể điều kiện sinh thải của khu vực.
Có thể sử dụng chất phá đá NPV - 7B bao gồm vôi sống và 2÷3 chất phụ gia khác trộn với tỷ lệ 3÷6% để phá vỡ đất đá thay cho chất nổ. Chất này đƣợc
trộn đều với nƣớc và nạp đầy lỗ khoan. Do phản ứng hóa học, chất này đơng kết và trƣơng nở tạo nên áp lực lớn tác động lên thành lỗ khoan. Khi áp lực này vƣợt quá độ bền kéo quả đất đá vây quanh thì bắt đầu xuất hiện các khe nứt. Các khe nứt phát triển mở rộng dần trong q trình hydrat hóa tiếp tục của hỗn hợp. Phƣơng pháp này đƣợc gọi là “công nghệ phá đá sạch, nhiệt độ thấp” và có ƣu điểm là khơng gây chấn động, khơng bụi, khơng có đá bay và khơng có khí độc hại phát thải vào môi trƣờng.
Kết quả thực nghiệm cho thấy việc làm mềm alêvơlit có thể đạt 50%, cịn đất đá cứng khơng lớn hơn 35%. Khi đó hệ số giịn của đất đá (tỷ số giữa độ bền nén và độ bến kéo) sau quá trình tác động làm mềm của dung dịch đƣợc tăng lên. Năng lƣợng trung bình phá hủy khối đá đƣợc làm mềm bằng phƣơng pháp hóa - lý khơng vƣợt q 65 kwh/t, trong khi làm tơi bằng phƣơng pháp khoan nổ mìn là 90 kwh/t, còn đối với đá nguyên khối là lớn hơn 180 kwh/t. Năng suất của máy xúc ô tô tăng từ 3200÷4300 t/h khi khai thác khối đá đƣợc làm mềm bằng phƣơng pháp hóa lý. Sự tạo thành bụi khi phá hủy xúc bốc giảm 30÷35%.