CHƯƠNG 5 TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC
6.2. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP GIẢM TÁC DỤNG NGUY HẠI KHI NỔ MÌN KHA
6.2.2. Sử dụng hợp lý năng lượng nổ
Hệ số tác dụng nổ hữu ích phụ thuộc vào điểu kiện địa chất và kỹ thuật mỏ, loại chất nổ lựa chọn, kết cấu lượng thuốc, hiệu quả chứa nó trong khối đá, đặc tính tác dụng tương hỗ của các lượng thuốc và trình tự khởi nổ nó theo khơng gian và theo thời gian.
6.2.2.1. Ảnh hưởng tính chất của chất nổ
Đặc tính quan trọng nhất của chất nổ quyết định mức độ tác dụng nguy hại khi nổ là nhiệt lượng nổ, thể tích khí nổ và tốc độ kích nổ. Trong nhiều trường hợp tính đúng đắn của việc lựa chọn và tính tốn được đánh giá bằng kết quả cuối cùng của tác dụng nổ.
Khi xác định hiệu quả sử dụng của một loại chất nổ nào đấy cần căn cứ vào khối lượng và chất lượng phá vỡ, còn khi nghiên cứu tác dụng chấn động thì phải tính đến sự thay đổi tốc độ của khối đá ở những khoảng cách khác nhau.
Một điều quan trọng cần chú ý là tính chất của chất nổ lựa chọn phải phù hợp với tính chất đất đá, nhiệm vụ kỹ thuật, đảm bảo an tồn khi nổ (chấn động, đá văng, khí độc, sóng đập khơng khí nhỏ nhất)
Hệ số chuyển năng lượng của lượng thuốc nổ thành sóng ứng suất càng cao khi tỷ số độ cứng truyền âm của đất đá và của chất nổ gần bằng 1:
CPcn.cn /(CPdd) = 1,0
Quan hệ này khẳng định rằng: khi tăng mật độ chất nổ và do đó tăng mật độ thể tích năng lượng của nó, hệ số sử dụng hữu ích năng lượng nổ sẽ tăng.
Để tiến hành có hiệu quả cơng tác nổ mìn đập vỡ đất đá yếu, nứt nẻ, độ dính nhỏ, thường sử dụng chất nổ cơng suất nhỏ, nghĩa là tốc độ kích nổ thấp, mật độ năng lượng (hay nhiệt lượng) tương đối thấp, cân bằng ôxy gần bằng khơng, thể tích khí nổ lớn.
Trong đất đá cứng, hợp lý là sử dụng chất nổ có tốc độ kích nổ cao, có khả năng hình thành ở thành lỗ khoan một khối lượng lớn các vết nứt. Trong trường hợp này phần lớn đất đá bị phá vỡ là do sóng ứng suất.
Những loại chất nổ khác nhau tạo ra ứng suất và tốc độ dao động nền đất khác nhau (hình 6.7). Vì vậy tác dụng chấn động của chất nổ có thể được đánh giá bằng khoảng cách quy đổi hiệu quả:
Re = KRn Trong đó:
R- Khoảng cách quy đổi; m/kg1/3; K = 1/e3- Hệ số tỷ lệ;
e
n - Chỉ số mũ;
e- Nhiệt lượng nổ của chất nổ sử dụng so với nhiệt lượng nổ của amonit No6 JV.
Hình 6.7. Tốc độ dao động nền đất khi nổ trong đá cát kết cứng với các loại chất nổ. 1- Iphơzanit; 2- Granulit AC-8; 3- Amonit N06 JV
6.2.2.2. Ảnh hưởng của sự phân bố lượng thuốc trong khối đá và số lượng bề mặt tự do của nó
Khi nổ những bãi mìn dài, khối lượng cho phép của các lượng thuốc tăng lên khi tính đến hệ số phân tán, nó lớn hơn Kp lần so với lượng thuốc tập trung, khi đó có thể giảm Kp lần bán kính nguy hiểm về chấn động.
Thực tế cho thấy, cùng khối lượng và hình dạng lượng thuốc nhưng hiệu quả tác dụng khác nhau: số bề mặt tự do càng lớn thì nổ lượng thuốc càng dễ dàng và thể tích đất đá bị phá vỡ càng lớn, biên độ và tốc độ dao động của các phần từ đất đá càng giảm.
Tăng thể tích phá vỡ khơng chỉ do tác dụng của sóng đồng thời trên một số mặt tự do, mà còn do tăng cường sự giao thoa của sóng đối và sóng phản xạ. Đất đá ở gần bề mặt tự do có sức kháng tách nhỏ hơn, dẫn đến giảm chi phí năng lượng cho 1 đơn vị thể tích đất đá bị phá vỡ.
Thực nghiệm cho thấy sự thay đổi tốc độ dao động của nền đất đá tỷ lệ với sự thay đổi Re, có thể tính theo cơng thức:
K2 = (n0/2)2 Trong đó:
K2- Hệ số thay đổi tương đối của tốc độ chuyển dịch khi số lượng mặt tự do khác nhau;
n0- Số lượng mặt tự do.
Trong trường hợp này: Re = 0,25n02R
Số lượng bề mặt tự do có thể tăng lên trong một số trường hợp bằng cách tạo khe sơ bộ hay nổ mìn tạo biên. Phương pháp tạo mặt tự do phụ có thể được sử dụng khi bảo vệ những cơng trình gần cũng như xa, vì rằng các thơng số động lực của sóng chấn động có thể giảm trực tiếp tại vùng hình thành nó.
Khi giảm chiều sâu đặt thuốc trong khối đá thì cơng nổ lượng thuốc được giảm nhẹ, chỉ số tác dụng nổ tăng, đất đá bị phá vỡ thành những cục nhỏ hơn, độ bay xa tăng lên, sóng chấn động giảm đi.
Để giảm tác dụng nguy hại khi nổ mìn địi hỏi phải xác định các thông số phân bố lượng thuốc trong khối đá hợp lý.
6.2.2.3. Kết cấu lượng thuốc có hiệu quả
Những lượng thuốc có kết cấu phổ biến là: lưu cột khơng khí, khe hở vịng khơng khí, phân đoạn bua, lượng thuốc phối hợp.
Đặc tính thay đổi tốc độ dao động chấn động khi nổ lượng thuốc phân đoạn có thể giải thích bằng sự tác dụng lâu hơn của sản phẩm khí nổ lên thành lỗ khoan. Khối đá được truyền năng lượng lớn, do đó nó biến dạng nhanh hơn. Tốc độ tách khối đá bị phá vỡ tăng lên.
Các thơng số của sóng chấn động khi nổ lượng thuốc liên tục và phân đoạn được so sánh theo kết quả đo dao động chấn động khi nổ trong đá cát kết, alêvrơlit, granit, diorit… trong vùng bán kính quy đổi từ 3350 m/kg1/3. Kết quả đo cho thấy: khi nổ lượng thuốc phân đoạn bằng khơng khí tốc độ dịch chuyển gần lượng thuốc cao hơn so với khi nổ lượng thuốc liên tục. Chỉ số tắt dao động cũng cao hơn . Ra xa lượng thuốc tốc độ dịch chuyển gần nhau hơn và ở khoảng cách 1540m/kg1/3 thực tế nó khơng bằng nhau. Ra xa hơn nữa thì tốc độ chuyển dịch khi nổ lượng thuốc phân đoạn khơng khí trở nên nhỏ hơn so với khi nổ lượng thuốc liên tục (hình 6.8).
Phân tích sự thay đổi áp lực trong buồng mìn khi nổ lượng thuốc lưu cột khơng khí đã cho thấy: đập vỡ và giảm tác dụng chấn động có hiệu quả khi chiều dài cột khí bằng 0,30,4 chiều dài lượng thuốc.
6.2.2.4. Sơ đồ khởi nổ lượng thuốc hợp lý
Trình tự nổ các lượng thuốc và thời gian giãn cách vi sai ảnh hưởng lớn đến tác dụng nguy hại khi nổ mìn khai thác mỏ. Khi nổ các lượng thuốc trong lỗ khoan, chấn động mạnh nhất xảy ra ở hướng vng góc với bề mặt chứa các lượng thuốc.
Biên độ dao động giảm theo khoảng cách, ở khoảng cách 20100m tốc độ dao động theo hướng lan truyền sóng lớn hơn 3,4 đến 5 lần so với hướng ngược lại, đến khoảng cách 3001000m thì lớn hơn 2,5 đến 3,0 lần, cịn đến 2000m nó lớn hơn 1,2 đến 2,4 lần. Như vậy khi thay đổi diện làm việc tùy thuộc vào khoảng cách đến đối tượng cần bảo vệ, tác dụng chấn động có thể giảm 5 đến 1,8 lần.
Tính ưu việt khi nổ vi sai thể hiện rõ khi chọn thời gian giãn cách hợp lý (hình 6.9). Theo biểu đồ hình 6.9, khi nổ tức thời tốc độ dao động cực đại (c=1.0), ứng với thời gian giãn cách =1020; 50, 70, 105, 140ms có tốc độ dao động nhỏ nhất (c = 0,600,63).
Hình 6.9. Sự thay đổi hệ số giảm tốc độ dao động khi nổ vi sai
Kết quả thực nghiệm cho phép coi rằng: có sự thay đổi tác dụng chấn động khi nổ với thời gian giãn cách khác nhau là do:
- Giảm khối lượng thuốc nổ đồng thời, giảm khối lượng đá trong đó hình thành sóng chấn động, dự trữ năng lượng đàn hồi giảm.
- Tăng nhanh sự phá vỡ đất đá trong vùng lượng thuốc 1 do năng lượng của lượng thuốc 2 lan truyền vào nó.
- Có sự giao thoa của dao động được lan truyền từ những lượng thuốc khác nhau khi nổ vi sai.
Để giảm đáng kể tác dụng chấn động khi sử dụng có hiệu quả nhất năng lượng nổ, cần đảm bảo:
- Nổ lượng 2 vào thời điểm khi khối đá do nổ lượng thuốc 1 chưa bị phá vỡ hoàn toàn, trong trường hợp này năng lượng sóng ứng suất do nổ lượng thuốc 2 có khả năng phá vỡ nhanh hơn và tốt hơn khối đá gần lượng thuốc 1.
- Nổ với thời gian giãn cách sao cho sự giao thoa của sóng lan truyền từ những lượng thuốc khác nhau tạo ra sự giảm mức độ dao động chấn động. Trong trường hợp này thời gian giãn cách bằng nửa chu kỳ dao động là lý tưởng nhất.
- Sự thay đổi tốc độ chuyển dịch khi nổ vi sai có thể đánh giá bằng hệ số thay đổi chấn động C. Trong trường hợp phân bố đều các lượng thuốc trong nhóm thì sự thay đổi tốc độ dao động được xác định bằng khối lượng thuốc trong nhóm (Qhh=Q/N) và bằng sự giao thoa chấn động từ những nhóm lượng thuốc khác nhau. Tốc độ dao động giảm mạnh nhất (5 lần) khi tăng số lượng nhóm từ 1 đến 12, nếu tiếp tục tăng số nhóm thì tốc độ giảm sẽ chậm lại, khi tăng số nhóm từ 12 đến 30 tốc độ dao động chỉ giảm 2 lần.
Thực nghiệm đã khẳng định: Tốc độ dao động của nền đất giảm mạnh nhất khi thời gian giãn cách (ms)
=105/Cp
và phù hợp với nó, khối lượng chung của lượng thuốc là: Q = QhhNt
Trong đó:
t = 0,31,0- Cơng thức trên được sử dụng khi số nhóm N6.
Nổ vi sai nhiều hàng khi khởi nổ liên tiếp các lượng thuốc trong hàng sử dụng có hiệu quả trong những trường hợp sau đây:
- Đảm bảo nổ các nhóm lượng thuốc với thời gian giãn cách không đổi. Điều kiện cần thiết là thời gian kích nổ các lượng thuốc trong hàng nhỏ hơn nhiều so với độ chậm giữa các hàng.
- Nổ liên tục các nhóm lượng thuốc khi chi phí thuốc nổ khơng đổi trong 1 đơn vị thời gian. Trong trường hợp này thời gian kích nổ lượng thuốc cuối cùng nhóm 1 trùng với lượng thuốc đầu nhóm 2.
- Nổ liên tục các nhóm lượng thuốc với chi phí thuốc nổ thay đổi trong 1 đơn vị thời gian, nó có khả năng khi thời gian kích nổ các lượng thuốc trong hàng vượt thời gian giữa các hàng.
Khi nổ với thời gian chậm không đổi sẽ giảm đáng kể dao động chấn động (trường hợp 1), 2 trường hợp cịn lại chấn động giảm khơng đáng kể.
6.2.2.5. Định vị tác dụng nổ
Định vị tác dụng nổ nhằm mục đích giới hạn ảnh hưởng nổ trực tiếp tại khu vực chịu sự phá vỡ. Khi đó nghiên cứu hạn chế tác dụng sóng ứng suất khối liền kề, hạn chế sóng đập khơng khí với mục đích giảm các thơng số của sóng hoặc khắc phục đá văng ra khỏi giới hạn theo tính tốn.
Nổ mìn tạo biên đảm bảo tính nguyên vẹn của bề mặt tách và khối đá ngồi biên. Nổ mìn tạo biên khơng chỉ nhằm mục đích nhận được mặt tách đều đặn mà cịn khắc phục nứt nẻ trong khối đá.
Có 2 phương pháp nổ tạo biên: nổ tạo biên thông thường và nổ tạo khe sơ bộ. Mục tiêu của chúng là như nhau, nhưng lĩnh vực sử dụng chúng khác nhau, khoảng cách giữa các lỗ mìn khi nổ tạo biên nhỏ hơn nhiều so với phương pháp nổ bình thường. Điều kiện quyết định hiệu quả của nổ mìn tạo biên là tạo ra chất nổ có những tính chất đặc biệt.
Hiện nay phương pháp nổ mìn tạo biên được sử dụng rộng rãi khi đào lò, làm đường, đào hào, tạo mặt dốc, khai thác đá khối, tạo bờ dừng mỏ lộ thiên.
Áp dụng phương pháp này có thể giảm nhiều tác dụng chấn động khi nổ (hình 6.10). Khe sơ bộ 1 giới hạn kích thước tâm chấn động 2 và giảm tác dụng chấn động khi nổ những lượng thuốc chính 3.
Hình 6.10. Sơ đồ hình thành tâm chấn động khi nổ tạo khe sơ bộ
Khi xác định khối lượng thuốc cho phép trong 2 đợt nổ vi sai cũng như nổ tức thời cần thiết sử dụng quan hệ khối lượng thuốc tương đương.
Re=KeR Trong đó:
Ke- Hệ số tương đương (Ke=0,75 đối với lượng thuốc biên, 0,63 đối với lượng thuốc tạo khe, 1,58 đối với lượng thuốc chính làm tơi đất đá).
2) Hạn chế tác dụng nguy hại bằng cách phát triển hợp lý cơng tác mỏ
Tính nguy hại về tác dụng nổ và những biện pháp bảo vệ luôn bên cạnh vị trí nổ và cơng trình cần bảo vệ. Sự phát triển hợp lý công tác mỏ là điều kiện quan trọng làm giảm sự nguy hại do nổ mìn đến mức nhỏ nhất khi có những cơng trình cần bảo vệ ở gần vị trí nổ.
Ở những mỏ lộ thiên có diện tích lớn thì phần trung tâm ở xa bờ mỏ, khi đó sự phân tán và hướng phát nổ không ảnh hưởng nhiều đến các cơng trình xung quanh. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, vấn đề quan trọng là thiết kế hướng phát triển công tác mỏ hợp lý và lựa chọn hướng khởi nổ sao cho tác dụng nguy hại khi nổ mìn là nhỏ nhất.
Ảnh hưởng định hướng khi nổ các khối đá thể hiện trong phạm vi bán kính nhỏ hơn 4 lần chiều dài của khối. Điều đó có khả năng xảy ra khi những đối tượng cần bảo vệ là những cơng trình được phân bố trực tiếp trên bở mỏ.
3) Sử dụng vật chắn để định vị tác dụng nổ
Đề giảm tác dụng của sóng khơng khí và đá bay, đặc biệt trong điều kiện chật hẹp có thể sử dụng các loại vật chắn khác nhau.
Độ văng xa của cục đá khi nổ có thể giảm do áp dụng những biện pháp cơng nghệ, nghĩa là bằng cách thay đổi các thông số khoan nổ cũng như chắn bằng bề mặt đất đá đã bị phá vỡ trước. Thơng thường có thể sử dụng tổ hợp các biện pháp.
Khi lựa chọn biện pháp bảo vệ đối tượng cần tính tốn khoảng cách từ trung tâm nổ đến cơng trình, kết cấu cơng trình, mức độ yêu cầu đảm bảo an toàn, chế độ làm việc của cơng trình, nhịp độ cần thiết thực hiện cơng việc, loại vật liệu để chắn.
Những nguyên tắc cơ bản điều chỉnh công nghệ là:
- Giảm chỉ tiêu thuốc nổ sao cho hàm số của chỉ số tác dụng nổ bằng 0,20,25.
- Đảm bảo chiều dài bua khi chỉ tiêu thuốc nổ không đổi.
- Lựa chọn trình tự khai thác, khi đó cơng trình cần bảo vệ phân bố đằng sau hay bên sườn khởi nổ.
- Sử dụng những sơ đồ hình nêm, hình thang định hướng theo đối tượng cần bảo vệ, đảm bảo an toàn nhất về đá văng.
- Nổ có thành chắn, thành chắn đó là đống đá chưa xúc cho phép khắc phục nguy hiểm do đá bay.
Những nguyên tắc nêu trên chỉ nhằm giảm độ văng xa của đá. Để giảm triệt để nó cần đặt vật chắn ở gần bề mặt đất đá bị phá vỡ.
Thực tế nổ trong những điều kiện chật hẹp thường sử dụng những dạng chắn sau đây: tấm chắn, tường chắn, hoặc phối hợp.
Tác dụng của sóng đập khơng khí vào thành chắn thực tế không đáng kể nếu chiều sâu đặt thuốc vượt quá 1,2 m/kg1/3. Tuân thủ điều đó cũng làm yếu va đập của cục đá vào thành chắn.
6.2.2.6. Sử dụng chắn sóng để bảo vệ cơng trình
1) Chắn sóng chấn động
Màn chắn sóng chấn động là lớp đất đá, vật liệu khác hoặc khơng khí có độ cứng truyền âm khác với đất đá nổ mìn, được tạo ra giữa vùng tác dụng nổ và cơng trình cần bảo vệ. Khi có màn chắn sóng, cường độ chấn động giảm là do sóng phản xạ từ mặt trong màn chắn và tắt trong chính màn chắn. Tốc độ dao
động sau màn chắn thường giảm 23 lần. Điều đó cho phép tăng khối lượng