Khoan nổ mìn khi đào lò chuẩn bị

CHƯƠNG 9: NỔ MèN TRONG MỎ HẦM Lề

9.1 KHOAN NỔ MèN KHI ĐÀO Lề CHUẨN BỊ

9.1.2. Khoan nổ mìn khi đào lò chuẩn bị

Khi đào lò chuẩn bị có thể đào trong đá, trong than, lò có hình dạng, kích thước và diện tích tiết diện khác nhau. Tính chất cơ lý, cấu trúc của đất đá ở gương lò thay đổi theo chiều dài đường lò với các gương lò khác nhau. Điều kiện địa chất thủy văn, địa chất công trình cũng thay đổi. Do vậy tùy theo điều kiện cụ thể mà lựa chọn các giải pháp kỹ thuật các công tác khoan nổ cho hợp lý.

1. Nguyên tắc bố trí lỗ khoan:

Khi đào lò chuẩn bị thường chỉ có một mặt tự do. Do đó các lỗ khoan ở trên gương thường được chia thành ba nhóm (theo hình vẽ 9.1).

9-1a. Gương có tiết diện hình thang 9-1b. Gương có tiết diện vòm Hình 9.1. Nguyên tắc bố trí lỗ khoan ở gương lò khi đào lò chuản bị.

- Lỗ khoan tạo rạch (còn gọi là lỗ khoan đột phá): Thường được khoan nghiêng(đột phá nghiêng) hoặc khoan thẳng góc (đột phá thẳng góc) với gương lò. Có chiều sâu vượt chu kỳ tiến độ khoan nổ từ 20 - 30cm và được nạp nhiều thuốc nổ hơn các lỗ khoan khác. Lỗ khoan tạo rạch được nổ đầu tiên nhằm tạo nên mặt tự do phụ để các phát mìn sau nổ được tốt hơn. Ở gương lò đất đá mềm, diện tích hẹp thường dùng đột phá nghiêng. Khi đó đất đá văng mạnh có thể phá hỏng các vì chống sát gương. Ở gương lò đất đá cứng, gương có diện tích lớn có thể dùng đột phá nghiêng hoặc thẳng góc. Tùy theo diện tích gương, độ cứng và cấu trúc của đất đá ở gương mà lựa chọn phương pháp tạo rạch có hiệu quả, cấu tạo các lỗ khoan tạo rạch ở bảng 9.1.

Bảng 9.1. Cấu tạo các loại lỗ khoan tạo rạch

- Phía cuối lỗ khoan tập trung vào trục của đường lò, tạo thành khối tháp ở phần trung tâm của gương lò.

- Dùng trong đất đá cứng đồng nhất hoặc đất đá phần lớn có độ cứng khác nhau nhưng với các lớp dốc đứng.

Rạch hình tháp B - B

A

A

B B

A - A A

A B B

A - A

B - B

- Lỗ khoan được tạo thành ở trung tâm của gương lò nêm thẳng đứng

- Dùng trong đất đá đồng nhất, và trong đất đá có khe nứt đứng, trong các lò có chiều cao rộng không lớn.

- Lỗ khoan được tạo thành ở trung tâm của gương lò nêm thẳng ngang

- Dùng trong đất đá đồng nhất, và trong đất đá có khe nứt ngang, trong các lò có chiều cao rộng không lớn.

- Lỗ khoan được tạo thành ở nền tầng của lò nêm ngang

- Dùng trong đất đá có nứt nẻ thành lớp khi phá vỡ theo các kẽ nứt nẻ.

- Lỗ khoan được tạo thành ở phía nóc của gương lò nêm ngang

- Dùng trong đất đá có nứt nẻ thành lớp khi phá vỡ theo các kẽ nứt nẻ.

- Các lỗ khoan tạo thành nêm đứng ở bên hông của gương lò.

- Dùng trong các lớp đất đá dốc đứng khi đào lò song song.

- Các lỗ khoan được bố trí ở vị trí khác nhau, sao cho hình chiếu của nó trên mặt bằng cắt nhau.

- Đào trong lò xuyên vỉa trong than hoặc trong than với đất đá tơi xốp

Rạch nêm

đ ứng

Rạch nêm

ngang

Rạch nêm phíadưới

Rạch nêm phía trên

Rạch cái kéo Rạch bên hông

- Các lỗ khoan bố trí song song với nhau và thảng góc với mặt của gương lò.

- Trong đất đá đồng nhất có độ cứng trung bình và trên trung bình. Trong các đường lò có tiết diện không lớn.

- Các lỗ khoan bố trí song song với nhau trong một hàng ngang hoặc đứng.

Nạp thuốc cách lỗ khoan.

- Trong đất đá đồng nhất có độ cứng trung bình và trên trung bình. Trong các đường lò có tiết diện không lớn.

- Lỗ khoan khấu (còn gọi là lỗ khoan phá): thường được khoan thẳng góc với gương, đôi khi khoan nghiêng. Được nổ sau lỗ khoan đột phá, để mở rộng thể tích đất đá bị phá vỡ ở trên gương.Với các gương lò diện tích tiết diện nhỏ, đất đá mềm có thể có ít hoặc không có lỗ khoan này. Ngược lại với gương lò diện tích tích tiết diện lớn, đất đá cứng có rất nhiều lỗ khoan phá và nó phá phần lớn đất đá ở trên gương. Do đó nó được bố trí đều trên diện tích của gương .

- Lỗ khoan tạo biên: Thường được khoan nghiêng ra biên của gương một góc 70- 850. Được khoan vượt biên từ 100-150 mm trong đất đá cứng, chạm biên trong đất đá mềm. Nó được nổ sau cùng để sau khi nổ đường lò có tiết diện gần như thiết kế.

Do vậy thường được bố trí vào các điểm đặc biệt gương hoặc nghiêng vuông góc với đường biên, đường lối các tâm miệng lỗ khoan tạo thành tiết diện đặc trưng của gương lò. Miệng lỗ khoan cách biên từ 15- 20 cm. Các lỗ khoan biên ở phía nền thường được khoan vượt nền 15-20 cm để sau khi nổ nền lò tương đối bằng phẳng thuận tiện khi đặt đường vận tải (ray, máng cào).

2. Xác định các thông số khoan nổ:

a. Xác định số lỗ khoan ở trên gương: N, lỗ.

Số lỗ khoan ở trên gương phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Diện tích tiết diện, độ kiên cố của đất đá, chỉ tiêu thuốc nổ, đường kính lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan …có rất nhiều công thức xác định.

- Theo Prôtôđiacônốp:

Công thức gần đúng: N 2,7 f.S , lỗ (9-1) Công thức chính xác:

1 2

2 , 0

. 



 



 





S f S

n S

N lỗ, (9-2)

Trong đó:

f- Độ kiên cố của đất đá ở gương.

Rạch rãnh khe Rạch lăng trụ

S- Diện tích tiết diện của gương lò, m2 (được xác định theo các kích thước hình học của tiết diện gương).

n- Số lỗ khoan đơn vị; lỗ/ m2, phụ thuộc diện tích tiết diện S và độ kiên cố f - Theo Pocrốpski, số lỗ khoan trên gương được xác định theo yêu cầu nạp hết thuốc nổ. Như đã biết, lượng thuốc nổ trong một chu kỳ nổ được xác định:

QC = qt. S. lc. (9-3) Mặt khác:Qc .N.Lk (9-4) Vì chiều sâu lỗ khoan nhỏ, góc nghiêng lỗ khoan lớn, có thể coi Lk = Lc

Từ (9-3) và (9-4) có:

 S Qc qt.

 , lỗ (9-5) Trong đó:

qt – chỉ tiêu thuốc nổ thực tế, kg/m3.

 - Lượng thuốc nạp được trên 1m suốt chiều dài lỗ khoan, kg/m.

t

t a d

a d P

a    

 . .0,785 .

4 . .

. 2

 2

 , kg/m (9-6)

k t

L

a L , Hệ số nạp thuốc (hệ số lấp đầy lỗ khoan), a = 0,4 ÷ 0,7

d t

P0,785 2. - Lượng thuốc nổ nạp được trong 1m lỗ khoan, kg/m.

d- Đường kính lượng thuốc,m: Với bao thuốc: d = db (db đường kính bao thuốc).

∆t - Mật độ nạp thuốc, kg/m3.

Thay (9-6) vào (9-5) ta có:

t t t

t

t t

d a

S q d

a

S q a d

S N q

 

 



 . .

. 27 , 1 . 785 , 0 .

. 4 .

. . .

2 2

 2 , lỗ (9-7).

- Theo Ibraép: Số lỗ khoan được xác định có tính đến ảnh hưởng của loại lò, loại thuốc nổ và đường kính lượng thuốc:

b d

S a S f

N

b.

41  .

 , lỗ (9-8) Trong đó:

a hệ số phụ thuộc vào loại lò: Lò bằng a = 0,23 ÷ 0,3 Giếng đứng : a = 0,12 ÷ 0,15

b hệ số phụ thuộc loại thuốc nổ sử dụng: Đi na mít b = 1,2 ÷ 1,6; Amônít b = 0,8 ÷ 1,0

- Số lỗ khoan trên gương có thể tra theo bảng 9.2

Bảng 9.2. Số lỗ khoan đơn vị phụ thuộc vào tiết diện S và độ kiên cố f H.số

f

Diện tích tiết diện S, m2

2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14

2 2,64 2,51 2,37 2,29 2,09 1,96 1,82 1,68 1,55 1,55 1,50 1,50 4 2,78 2,65 2,51 2,37 2,23 2,11 1,96 1,82 1,68 1,68 1,63 1,60 5 2,92 2,79 2,65 2,51 2,39 2,23 2,09 1,95 1,81 1,81 1,76 1,70 6 3,07 2,93 2,78 2,55 2,51 2,37 2,23 2,09 1,95 1,95 1,90 1,30 8 3,35 3,21 3,00 2,92 2,78 2,64 2,50 2,35 2,21 2,20 2,15 2,05 10 3,63 3,59 3,25 3,20 3,05 2,91 2,77 2,62 2,48 2,35 2,30 2,20 15 4,33 4,19 4,04 3,89 3,74 3,59 3,44 3,30 3,14 2,84 2,70 2,55 20 5,04 4,89 4,73 4,58 4,42 4,27 4,12 3,96 3,84 3,50 3,35 3,19 - Số lỗ khoan trên gương có thể được xác định theo khả năng chứa thuốc của lỗ khoan khi đã chọn hệ số nạp thuốc và biết chiều dài lỗ khoan, đường kính lượng thuốc:

l c

q

N Q , lỗ (9-9) Trong đó: ql - Lượng thuốc nổ chứa được trong một lỗ khoan, kg/lỗ.

ql = a.p.Lk , kg/lỗ

k t k

t

l d L a d L

a

q . . .0,785 . . 4

. . 2

2







 

, kg/lỗ (9-10) Sau khi xác định được N phải làm tròn tăng, khi đó lượng thuốc thực tế của từng lỗ sẽ giảm.

* Xác định các nhóm lỗ khoan ở trên gương: Theo nguyên tắc bố trí lỗ khoan trên gương thì các lỗ khoan được chia thành ba nhóm và được xác định theo hình dạng, kích thước và diện tích gương, đường kính lượng thuốc và độ cứng của đất đá:

- Với các lỗ khoan đột phá phụ thuộc vào cấu trúc, độ cứng của đất đá và phương pháp đột phá lựa chọn: Nđp = 2 ÷ 6 lỗ

- Các lỗ khoan biên: Căn cứ vào hình dạng kích thước tiết diện, thường xác định số lỗ khoan ở biên ở hông và nóc gọi là lỗ khoan biên trên. Các lỗ khoan này thường được bố trí và nạp thuốc ít hơn do đất đá dễ bị phá vỡ hơn và được xác định:

 

1

  b

B

Nbt P , lỗ (9-11) Trong đó:

P- Chu vi tiết diện đường lò m: PC S , m (9-12 ) C- Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện gương;

C = 4 khi tiết diện hình vuông C = 4,2 khi tiết diện hình thang C = 3,86 khi tiết diện hình vòm B- Chiều rộng phía dưới nền lò, m

b- Khoảng cách giữa các lỗ khoan biên trên: b = ( 0,7 ÷ 0,8),m

- Các lỗ khoan khấu (phá) và biên nền:

Nk = N – (Ndf + Nbt), lỗ ( 9-13) Sau khi xác định sơ bộ số lượng lỗ khoan theo từng nhóm. Việc bố trí hợp lí các lỗ khoan trên gương được thực hiện trực tiếp trên gương (theo tỉ lệ bản vẽ). Các lỗ khoan biên thường được ưu tiên bố trí vào các điểm đặc biệt của biên cách biên từ 15

÷ 20 cm và nghiêng ra biên 1 góc 80÷ 850 với đường lò có tiết diện vòm, các lỗ khoan được bố trí vòng theo hình dạng của biên với tỉ lệ 1:2:3:4 khi đường kính lượng thuốc 32mm và 1:3:6 khi đường kính lượng thuốc 45mm.

b. Đường kính lỗ khoan: dk mm

Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào diện tích tiết diện, năng suất của các thiết bị sử dụng, loại chất nổ, tính chất cơ lí của đất đá. Đường kính lỗ khoan là một yếu tố ảnh hưởng lớn tới mức độ đập vỡ đất đá và khả năng tạo biên đường lò. Do vậy khi diện tích tiết diện nhỏ nên lựa chọn đường kính lỗ khoan nhỏ. Khi đã lựa chọn đường kính bao thuốc thì đường kính lỗ khoan được xác định:

dk = db + (3÷5) mm (9-13) Hoặc dk = (1,1÷1,15)db mm (9-14) Trong đó:

db - Đường kính của bao thuốc nổ sử dụng, mm

Ví dụ: khi dùng thuốc nổ AH1 có kích thước: 200g x Φ36mm x 200mm thì:

dk = 36 + 4 = 40 mm c. Chiều sâu lỗ khoan: Lk , m:

Chiều sâu lỗ khoan được xác định dựa theo chu kỳ tiến độ đào lò:



c ks

L  L , m (9-16) Trong đó:

Lc- Chiều sâu tiến độ đào lò, m η - Hệ số sử dụng lỗ khoan.

Ηệ số sử dụng lỗ khoan là tỉ số giữa chiều sâu tiến độ trong một chu kì nổ mìn và chiều dài trung bình của lỗ khoan. Hệ số sử dụng lỗ khoan phụ thuộc vào loại lò và độ cứng của đất đá:

η = η1 x η2

η1 hệ số phụ thuộc độ cứng của đất đá:

Đất đá cứng η1=0,8

Đất đá cứng trung bình η1=0,9 Đất đá mềm η1=1,0.

η2 hệ số phụ thuộc loại lò:

Lò hạ η2 = 0,8 Lò bằng η2 = 0,9 Lò thượng η2 = 1.

Khi lỗ khoan có góc nghiêng gần bằng 900 có thể lấy Lk gần bằng Lks. Khi lỗ khoan có góc nhỏ thì:

 sin

ks k

L  L , m ( 9- 17 ) d. Góc nghiêng lỗ khoan, β,độ.

Góc nghiêng lỗ khoan được xác định trực tiếp trên các mặt cắt đứng và ngang, vì các lỗ khoan có hướng chéo trong không gian. Giá trị góc nghiêng của một lỗ khoan gồm:

- βđ là góc nghiêng của lỗ được xác định trên mặt phẳng đứng.

- βng là góc nghiêng của lỗ xác định trên mặt phẳng nằm ngang.

Khi βđ = βng = 900, lỗ khoan đó khoan thẳng góc với mặt phẳng gương lò.

e. Chiều dài cột thuốc, Lt, m

t l l

t d

q P

L q

 

 0,785 2. , m (9-18) Có thể xác định chiều dài thuốc nổ Lt dựa theo quy cách tiêu chuẩn của bao thuốc nổ sử dụng. Ví dụ dùng AH1 có q = 0,3 kg/lỗ thỏi thuốc có quy cách 200g x Φ36mmx200mm thì Lt = 0,3m.

f. Chiều dài cột bua, Lb m

Phải lấp bua hết chiều dài còn lại của lỗ khoan, chiều dài bua thực tế là:

Lb = Lk – Lt, m (9-18 ) Chiều dài cột bua phải đảm bảo điều kiện kĩ thuật:

Lb ≥ 1/3 Lk (9-21)

Khi nổ trong gương lò có khí hoặc bụi nổ chiều dài bua được quy định:

- Với Lk=0,6÷1m thì Lb≥1/2 Lk,m (9-22) - Với Lk > 1m thì Lb≥0,5m (9-23) g. Chỉ tiêu thuốc nổ, qt, kg/m3.

Có nhiều công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ thực tế sử dụng. Các công thức đều được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm trong điều kiện nhất định. Do vậy khi sử dụng với điều kiện thực tế cụ thể phải điều chỉnh cho phù hợp. Chỉ tiêu thuốc nổ thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất cơ lý của đất đá, diện tích tiết diện gương, chiều sâu và đường kính lỗ khoan, loại thuốc nổ sử dụng… xin giới thiệu một số công thức sau:

+ Theo Prôtôđiacônốp:

1 2

2 , 0 4 ,

0 

 



 

 e f S

qt , kg/m3 (9-24)

Hoặc: qt 0,4e.2,7 f.S 1,1e f.S , kg/m3, (9-25) Với (9-24) sử dụng khi S > 12m2.

Trong đó:

e: hệ số chuyển đổi chất nổ theo khả năng công nổ,

e525P , (9-26) 525: Khả năng công nổ của chất nổ Đinanít 93%.

P: Khả năng công nổ của chất nổ thực tế sử dụng

+ Theo Pocropski qt = q1.fc.v.e.kd , kg/m3 (9-27) Trong đó: q1- Chỉ tiêu thốc nổ chuẩn kg/m3 q1=0,1f hoặc tra bảng 9.3

Bảng 9.3. Chỉ tiêu thuốc nổ q1 theo f

f 15-20 10-15 7-8 4-6 2-3 <2

q1 kg/m3 1,2÷1,5 1÷1,1 0,7÷0,8 0,4÷0,6 0,2÷0,3 0,15

fc- Hệ số tính đến cấu trúc của đất đá ở gương , f = 0,8 ÷1,4, đât đá độ dẻo lớn thì fc=2,0 .

v- Hệ số sức cản của đât đá theo chu vi gương:

V 6,S5



khi có mặt thoáng hoặc Sđ < 18m2. V =1,2 ÷ 1,5 khi có hai mặt thoáng hoặc Sđ >18m2

e - Hệ số chuyển đổi thuốc nổ theo khả năng sinh công;

e 380P

 380- Khả năng công nổ của chất nổ đinamit 62%

P - Khả năng công nổ của chất nổ thực tế sử dụng .

Kđ - Hệ số tính đến ảnh hưởng của đường kính lượng thuốc Kđ = 1 khi db = 30÷32 mm

Kđ = 1,1 khi db< 30÷32mm Kđ = 0,95 khi db> 30÷32mm

Trong thực tế với các điều kiện cụ thể của các mỏ, qua nhiều lần thí nghiệm đã xác định được chỉ tiêu thuốc thực tế sử dụng, do vậy không cần xác định lại qt theo các công thức trên

h. Lượng thuốc nổ cho một chu kỳ đào lò: Qc , kg

Qc = qt .V = qt.S.Lc (9-28) Trong đó: Lc - Chiều sâu tiến độ đào lò ,m .

Và lượng thuốc nổ cho cả đường lò là:

Q= qt.S.L, kg (9-29)

L: Chiều dài của đường lò cần đào,m.

i. Phân phối lượng thuốc cho các lỗ , ql, kg/lỗ.

Lượng thuốc nổ trung bình của một lỗ:

N

ql Qc , kg/ lỗ (9-30)

N - Số lỗ khoan đã xác định phải bố trí ở trên gương.

Khi đó lượng thuốc nổ được phân phối cho các nhóm lỗ khoan như sau:

+ Lỗ khoan đột phá : qlđ = (1,2÷ 1,25 ) ql kg/ lỗ (9-31) + Lỗ khoan khấu (phá) : qk = ql . kg/lỗ (9-32) + Lỗ khoan biên dưới : qbd = ql kg/ lỗ (9-33) + Lỗ khoan biên trên : qbt = 0,8 ql . kg/lỗ (9-33) Sau khi phân phối phải kiểm tra theo điều kiện:

c N

i

i Q

l q 

1

. (9-34)

3. Lựa chọn phương pháp điều khiển nổ:

Khi đào lò chuẩn bị do thường có một mặt tự do. Diện tích tiết diện hẹp hoặc rộng, tính chất cơ lý của đất đá phức tạp, thời gian tồn tại của đường lò dài hay ngắn, lò nguy hiểm khí hay bụi nổ ….mà có thể dùng các phương pháp nổ mặt nhẵn dể tạo biên, nổ đồng loạt hoặc nổ vi sai.

a. Nổ mìn mặt nhẵn:

Là phương pháp nổ tạo nên đường biên của lò sát với thiết kế, giữ được tính chất bền của đất đá nhờ đó đường lò bền vững hơn. Bản chất của phương pháp là khoan các lỗ khoan biên gần sát với biên đường lò, giảm khoảng cánh gữa các lỗ và được nạp thuốc sao cho khi nổ sẽ tách đất đá theo đường nối tâm các lỗ khoan do có sự giao thoa ứng suất. Để đạt được kết quả tốt có thể dùng chất nổ có đặc tính năng lượng thấp, để khe hở giữa thành lỗ khoan và thỏi thuốc từ 15÷20 mm hoặc nạp thuốc phân đoạn và cách ly chất nổ với đất đá phía biên lò bằng các vật liệu khác.

b. Nổ vi sai:

Trong thực tế sản xuất hiện nay, khi khoan nổ mìn ở lò chuẩn bị thường sử dụng phương pháp nổ vi sai theo nhóm các lượng thuốc nổ. Do vậy lò có diện tích mặt thoáng tương đối nhỏ, áp dụng nổ vi sai sẽ có các tác dụng sau:

- Tăng nhanh tiến độ đào lò, giảm thời gian cho công tác nổ. Sử dụng tốt cho các đường lò nguy hiểm và bụi nổ với thời gian khống chế vi sai vừa đủ để ít thay đổi mật độ và hàm lượng khí hoặc bụi ở gương do phát mìn trước gây ra.

- Giảm được chỉ tiêu khoan và thuốc nổ từ 10-20% do sử dụng tốt năng lượng nổ.

- Tăng được mức độ đập vỡ đất đá do tăng thời gian tác dụng nổ.

- Giảm tác dụng địa chấn, đảm bảo độ bền của đất đá ở hông và nóc lò, đồng thời tạo nên đường biên tốt hơn, giảm đá treo ở gương và hông lò.

- Tăng được hệ số sử dụng lỗ khoan từ 10 - 15% . Đống đá nổ ra gọn, giảm khối lượng các công tác phụ trợ, các vì sát gương ít bị hư hỏng.