CHƯƠNG 4. HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ TÁCH ĐÁ KHỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN NỔ MÌN ĐỐI VỚI MỘT SỐ MỎ ĐÁ
4.1. HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ TÁCH ĐÁ KHỐI Ở MỎ ĐÁ LẠC TÁNH, BÌNH THUẬN
4.1.3. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ tách đá khối
4.1.3.1. Hoàn thiện công nghệ khoan nổ tách đang sử dụng:
Với khâu khoan, nên sử dụng giá khoan ngang để đảm bảo chất lƣợng khoan tạo mặt phẳng tách ngang, khối đá tách ra mới có thể đạt yêu cầu chất lƣợng, tăng độ thu hồi khối; vấn đề tiếp theo là góc nghiêng lỗ khoan ngang, không nên khoan nghiêng nhiều nhƣ hiện tại, vì điều đó sẽ gây khó khăn cho việc cẩu lật băng đá ra khỏi nguyên khối bằng máy đào ở mỏ, chỉ nên khoan hơi nghiêng với góc độ nhỏ từ
0-2o là đủ; về thông số chiều sâu lỗ khoan ngang cũng cần xem lại, việc chỉ khoan với chiều sâu lkn = 0,9.B cùng với việc khoan nghiêng xuống, sẽ làm cho vùng mặt tách ngang ở dọc theo khu vực tiếp giáp với 02 mặt phẳng có chất lƣợng không cao, độ lồi lõm lớn, thậm chí còn gây ra gãy cạnh, làm giảm độ thu hồi khối, cần khoan các lỗ ngang đến mặt phẳng tách đứng để đảm bảo chất lƣợng tách của khối đá.
Việc sử dụng vật liệu nổ là dây nổ cũng chƣa đúng cách, việc để lại các đoạn dây trên mặt với chiều dài chỉ 10 – 15cm, làm cho đoạn nối với dây mạng trên mặt chỉ có chiều dài khỏang 10cm, trong khi để đảm bảo truyền nổ thì chiều dài đoạn nối phải là 25 - 30cm, dẫn đến việc truyền nổ không đảm bảo chắc chắn. Ngoài ra, ở một số trường hợp còn gặp việc sử dụng kíp nổ K8 để khởi nổ mạng khi ghép nối lại để hướng đáy kíp ngược với hướng truyền nổ, điều này cũng làm cho việc truyền nổ của mạng không đảm bảo, cần chú ý việc sử dụng vật liệu, phương tiện nổ hợp lý.
Về cách nạp nổ, mỏ này cũng nhƣ các mỏ khác trong khu vực hiện nay chƣa hề biết đến khái niệm hệ số không ngẫu hợp K, đây chính là điểm chủ yếu gây ra sự không ổn định về chất lƣợng băng đá tách ra, cũng nhƣ làm tăng độ rêm và tạo ra các khe nứt ở mặt băng đá. Chúng ta đều biết rằng, lõi dây nổ làm bằng thuốc nổ TEN (PETN), đây là loại chất khởi nổ nhóm 2 ( Ten, Tetryl, ghecxoghen, Petn), có sức công phá, khả năng công nổ, nhiệt lƣợng nổ, tốc độ nổ, nhiệt độ nổ đều lớn hơn nhiều so với các loại thuốc nổ công nghiệp chính khác như amonit, nhũ tương, ANFO ( xem phụ lục 1, 2, 3)…, nhƣng với khối lƣợng nhỏ, phổ biến là loại 12 g/m, thường khi sử dụng trong nổ mìn đá xây dựng thì sức ảnh hưởng của nó là không đáng kể, tuy nhiên trong nổ tách đá khối thì do sử dụng đường kính nhỏ, lượng thuốc ít, với mục tiêu nổ là bảo toàn độ nguyên khối của đá, nên sự ảnh hưởng của dây nổ thể hiện rõ rệt. Việc nạp tự do dây xuống đáy lỗ, nhất là khi nạp nhiều dây trong lỗ mà không buộc với nhau, sẽ làm cho đa số các đoạn dây nổ tiếp xúc trực tiếp với thành lỗ khoan, khi nổ sẽ làm cho khối đá ở những điểm dây tiếp xúc vách lỗ khoan có thể bị rêm nứt, mở rộng khe nứt có sẵn, tạo ra sự không ổn định về chất lƣợng khi nổ tách, đặc biệt là khi nạp nhiều dây trong lỗ, có thể dẫn đến tét một
đường dài dọc theo lỗ khoan và rêm sâu vào trong khối đá. Cần có biện pháp nạp để cố định dây nổ dọc theo trục giữa của lỗ khoan, tránh tiếp xúc với thành lỗ, khi đó chất lƣợng nổ sẽ tốt và ổn định hơn.
Sau đây, sẽ nghiên cứu tính toán hoàn thiện các thông số khoan nổ mìn cho trường hợp nổ tách trong điều kiện phổ biến nhất khi khai thác đá gốc là nổ tách với 3 mặt tự do bằng thuốc nổ công nghiệp.
4.1.3.2. Lựa chọn các thông số khoan:
Về đường kính lỗ khoan, trên thị trường hiện nay hầu hết sử dụng búa và vật tư khoan của Trung Quốc ( Tứ Xuyên, Quảng Tây, Sơn Đông), mũi khoan sử dụng phổ biến là các loại chữ nhất có đường kính ngoài gồm: 40mm, 38, 36, 34, và 32mm. Theo tiểu mục 3.4.2.6.b. đã phân tích, ta chọn đường kính ngoài mũi khoan nhỏ nhất để sử dụng là loại 32mm. Như vậy, đường kính lỗ khoan sẽ là:
Về kích thước block khoan tách lần 1 khi khai thác đá tảng lăn sẽ tùy thuộc vào kích thước và hình dạng tảng đá, khi khai thác đá gốc thì còn tùy thuộc vào khe nứt, địa hình, tính chất cơ lý, và yêu cầu của khâu chế biến để lựa chọn; ở đây đá có độ nguyên khối cao, ta xem nhƣ các yếu tố khác đều thỏa mãn, chỉ xem xét chủ yếu đến yêu cầu đầu vào của khâu chế biến. Tại đây, lắp đặt nhà máy cƣa cắt, sử dụng toàn bộ là cưa đĩa, kích thước block đá đưa vào cưa có quy cách: 1,35m x 1,5m x 2,8m; từ kích thước block yêu cầu, qua phân tích trong tiểu mục 3.4.2.3. và nhóm tiểu mục 3.5.5. ta tính chọn kích thước block tách ra lần 1 là: 4,5m x 12m x 28m, thể tích block đá tách lần 1 là 1.512 m3. Nhƣ vậy, các thông số khoan nhƣ sau:
- Chiều cao tầng và chiều sâu lỗ khoan đứng: 12 m.
- Đường cản và chiều sâu lỗ khoan ngang: 4,5 m.
Các băng đá tách lần 1 với thông số tính toán cho trường hợp chủ yếu là khối đá có 3 mặt tự do.
4.1.3.3. Lựa chọn loại thuốc nổ và phương tiện nổ sử dụng:
Theo tiểu mục 3.4.2.4. đã phân tích, căn cứ vào phụ lục 3, ta chọn loại thuốc nổ amonit N06 ( hoặc amonit N06 JV) để sử dụng cho mỏ và tính toán các thông số
khoan nổ khác, vì đây là loại thuốc nổ dạng bột có sức công phá và khả năng công nổ tương đối thấp, khả năng kích nổ tốt, đường kính tới hạn nhỏ, chỉ từ 10 – 12mm, được đóng thành thỏi có vỏ bọc cứng, vừa để giảm đường kính tới hạn vừa có tác dụng chịu nước, lại có thể giữ cho độ chặt nạp thuốc không đổi theo tính toán, phù hợp và đảm bảo hiệu quả nổ trong nổ tách đá khối chỉ sử dụng đường kính lỗ và đường kính thuốc rất nhỏ.
Do khả năng kích nổ của thuốc nổ tốt, nên ta chỉ cần sử dụng kíp điện thường K8 để làm phương tiện kích nổ cho thỏi thuốc là được. Trong trường hợp phải phân ra làm nhiều đoạn thuốc trong lỗ khoan thì cũng có thể dùng thêm phương tiện nổ là dây nổ có năng lượng thấp như loại dây nổ chịu nước IDL 6g/m của Ấn Độ để truyền sóng nổ xuống lỗ khoan, khi đó kíp chỉ dùng để khởi nổ mạng.
4.1.3.4. Lựa chọn phương pháp nổ:
Sử dụng phương pháp nổ điện tức thời để nổ tách.
Theo cấu trúc lƣợng thuốc, nhằm đảm bảo phân bố đều năng lƣợng nổ trên toàn chiều dài lỗ khoan, ta sử dụng phương pháp nổ phân đoạn bằng không khí hoặc nước để thuận tiện cho việc nạp nổ và phân bố năng lượng nổ đều hơn.
4.1.3.5. Tính chọn mật độ nạp, sức chứa của 01 mét lỗ khoan:
Thuốc nổ amonit N06 có thể tích khí nổ là 896.103 cm3/kg, và nhiệt độ nổ là 2960oK.
Theo công thức (3.17), ta có thể xác định mật độ nạp nhằm đảm bảo điều kiện không làm rạn nứt vách lỗ khoan, đảm bảo độ nguyên khối và nâng cao hệ số thu hồi nhƣ sau:
Sức chứa của 01 mét lỗ khoan đƣợc tính theo công thức (3.18):
4.1.3.6. Tính chọn đường kính lượng thuốc, và hệ số không ngẫu hợp:
Ta có thể tính được đường kính lượng thuốc theo mật độ nạp trên và đảm bảo không làm răn nứt vách lỗ khoan nhƣ sau:
- Ta đã biết công thức tính sức chứa thuốc của 01 mét lỗ khoan là:
- Từ đó, với sức chứa thuốc theo mật độ nạp yêu cầu (4.3), và mật độ nạp của thuốc nổ lựa chọn, ta có thể tính được đường kính lượng thuốc tương ứng là:
Sử dụng thỏi thuốc có vỏ bọc sẽ có hiệu quả hơn, do tính đến vỏ bọc thuốc và điều kiện nạp, có thể lấy tròn đường kính thỏi thuốc là 12mm.
Hệ số không ngẫu hợp K trong trường hợp này được xác định là:
4.1.3.7. Tính chọn khoảng cách lỗ nạp thuốc:
Do mỏ không có thí nghiệm chỉ tiêu cường độ bền kéo của đá, nên ta có thể tạm xác định chỉ tiêu này theo cường độ kháng nén. Theo GS. M.M. Protodiakonov thì khi không có thí nghiệm cường độ kháng kéo của đá ở mỏ, có thể xác định tạm cường độ kháng kéo thông qua cường độ kháng nén bằng công thức: []k 0,05 []n; qua các nghiên cứu về sau, HИИГД Kazakhstan CCP đề nghị hiệu chỉnh lại hệ số, và lấy bằng 0,0375. Ngoài ra, ta có thể tham khảo các chỉ tiêu thí nghiệm cho các loại đá ở Nga theo bảng 4-1.
Bảng 4-1. Bảng hệ số poisson của các loại đá
Loại đá Hệ số poisson,
Granite và granitoid địa máng Granite và granitoid tấm (Ukraine,
Baltic…)
47 42
0,22 0,22
Các đá magma khác (gabro, diabaz…) Quartzite, sa thạch
Đá vôi Marble Marble Đá vôi, dolomite
Scarnơ
30 27 22 17 19-20
20
0,35 0,15 0,3 0,35 0,28-0,3
0,23
Như vậy, theo HИИГД Kazakhstan CCP thì cường độ kháng kéo trung bình của đá là:
[]k = 0,0375 x 876 33 kg/cm2
Do đá của mỏ dòn, với kết quả tính sơ bộ trên và tham khảo các kết quả thực nghiệm ở bảng 4-1, ta chọn []k = 20 kg/cm2, tương ứng với tỷ số n là 42.
Cũng theo bảng 4-1, vì là đá granite, ta có thể lấy hệ số poisson cho đá là 0,22.
Theo công thức (3.14), ta có thể xác định khoảng cách lỗ khoan nạp thuốc:
Với r0 đã xác định theo hệ số không ngẫu hợp K hợp lý ở trên nhằm giảm áp lực mặt đầu sóng để bảo vệ khối đá dưới tác dụng của sóng ứng suất nén và áp lực khí nổ là 0,6 cm.
Hệ số k tùy thuộc vào loại đất đá, dao động từ 1 đến 2.
- Với k = 2:
- Với k = 1:
Nhƣ vậy, ta có thể lấy a = 6 – 30 cm, nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất, khi thực nghiệm, ta sẽ lấy theo số liệu tính toán từ cao xuống thấp.
Khoảng cách lƣợng thuốc trong lỗ khoan đứng để tính toán theo cách trên, tạm thời lấy theo số lớn nhất là 30cm, khoảng cách lỗ khoan ngang lấy nhỏ hơn và nằm trong khoảng dao động trên, vì mặt ngang khó tách hơn, có thể lấy an = 25 cm.
4.1.3.8. Tính chỉ tiêu thuốc nổ dài, lượng thuốc nạp 01 lỗ, và chỉ tiêu thuốc nổ mặt:
Nhƣ vậy đến đây là ta đã tính đƣợc 02 thông số khoan nổ quan trọng nhất trong nổ mìn tách đá khối nhƣ ở chương 3 đã xác định, đó là mật độ nạp thuốc = 0,083 g/cm3 có tác dụng điều chỉnh trị số ứng suất nén xung quanh quả mìn; và khoảng cách lỗ nạp thuốc a = 6 – 30cm có ảnh hưởng đến hiệu quả tổng hợp các ứng suất tiếp; từ các thông số quan trọng này, ta tiến hành tính toán điều chỉnh các thông số khoan nổ khác.
Lƣợng thuốc nạp tính cho 01m lỗ khoan hay chỉ tiêu thuốc nổ dài đƣợc xác định theo công thức (3.19), với hệ số nạp tương ứng đường kính lượng thuốc đã chọn k dao động từ 0,2 đến 0,85, với loại đá granite dòn, cường độ kháng nén không cao, và có chỉ số độ khó nổ cao nhƣ đá mỏ, có thể lấy k = 0,3 – 0,7, với hệ số nạp trung bình của hàng lỗ khoan đứng là k = 0,35, và của hàng lỗ ngang là k = 0,55, với độ lớn giảm dần từ góc ra ngoài mặt tự do, và sẽ đƣợc làm chính xác qua thực nghiệm:
Lƣợng thuốc nạp cho 01 m lỗ khoan hàng đứng trung bình là:
Lƣợng thuốc nạp cho 01 m lỗ khoan hàng ngang trung bình là:
Lƣợng thuốc nạp trung bình cho 01 lỗ khoan đứng đƣợc xác định theo công thức (3.20):
Lƣợng thuốc nạp trung bình cho một lỗ khoan ngang:
Tổng số lỗ khoan đứng là:
Chỉ tiêu thuốc nổ mặt trung bình của mặt phẳng đứng đƣợc xác định theo công thức (3.21) là:
Tổng số lỗ khoan ngang là:
Chỉ tiêu thuốc nổ mặt trung bình của mặt phẳng ngang là:
( Lưu ý: nếu có sử dụng dây nổ để truyền sóng nổ xuống lỗ thì phải tính đến lƣợng thuốc trong dây cộng thêm vào)
4.1.3.9. Lựa chọn cấu trúc lượng thuốc, phương pháp nạp:
Sau khi đã tính chọn các chỉ tiêu và a hợp lý, cần sử dụng cấu trúc lƣợng thuốc phân đoạn bằng nước hoặc không khí để phân bố đều năng lượng nổ trên suốt chiều dài lỗ khoan. Nhƣ nhóm tiểu mục 3.5.4. đã phân tích, nên phân bố lƣợng thuốc thành 03 khu vực từ góc ra ngoài, với chỉ tiêu nạp giảm dần từ góc ra ngoài;
ngoài ra, việc tính toán nạp phân đoạn nhằm phân bố đều năng lƣợng nổ trên suốt chiều dài trục lỗ khoan, còn phải tính toán phối hợp giữa vị trí đặt thuốc giữa các lỗ khoan để phân bố đều năng lƣợng trên mặt phẳng tách, với sự chú trọng đến việc ƣu tiên đặt đoạn thuốc dưới cùng ở đáy lỗ khoan.
Các thỏi thuốc nên đƣợc đặt sẵn ở nhà máy. Ở tâm của thỏi thuốc cần có lỗ để luồn được dây điện, hay dây nổ. Trong trường hợp không có thỏi thuốc như ý muốn, ta phải tự chế tạo lại thỏi thuốc nổ công nghiệp theo yêu cầu về hình dạng và kích thước của bãi nổ, việc này sẽ làm cho khâu chuẩn bị nổ hơi mất thời gian, nhƣng là rất cần thiết vì đây là khâu quyết định để ra sản phẩm, nếu không chuẩn bị kỹ dẫn tới khi nổ không đạt yêu cầu có thể làm cho hỏng khối đá, không thu hồi được, và tất cả chi phí của các giai đoạn trước xem như tổn thất vô ích. Việc nạp
thuốc để đảm bảo hệ số không ngẫu hợp K tính toán, có thể sử dụng vật liệu mềm dẻo có tính đàn hồi tốt để quấn, buộc vào 02 đầu thỏi thuốc rồi nạp xuống lỗ, nhằm định vị thỏi thuốc ở giữa trục lỗ khoan theo yêu cầu thiết kế.
Sơ đồ 4-1. Mô phỏng cách làm thỏi thuốc có khe hở xung quanh vách lỗ khoan 1- Lỗ luồn dây nổ hay kíp; 2- Thỏi thuốc; 3- Vật liệu quấn xung quanh 2 đầu
bằng vật liệu mềm dẻo, đàn hồi.
Sơ đồ 4-2. Cấu trúc lỗ khoan nạp thuốc
1
2
3
1
3 4
2
1. Lượng thuốc + kíp; 2. Dây điện; 3. Không khí (nước); 4. Bua rắn.