CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC ĐÁ KHỐI BẰNG KHOAN NỔ MÌN
3.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN KHI
3.5.1. Xác định khoảng cách giữa các lỗ khoan
Mục đích nổ mìn khai thác đá khối là tạo ra mặt cắt nối các lỗ khoan. Chất lƣợng tạo mặt cắt phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách a giữa các lỗ khoan. Rõ ràng khoảng cách giữa các lỗ khoan càng nhỏ thì càng dễ tạo mặt nứt theo ý muốn khi nổ, nhƣng khi đó chi phí khoan nổ quá lớn dẫn đến tăng giá thành khai thác.
Ở Thụy Điển, khi khai thác đá khối thường sử dụng chất nổ gurit với đường kính thỏi thuốc 17 và 11mm. Khi đó khoảng cách giữa các lỗ khoan đƣợc xác định bằng thực nghiệm phù hợp với từng loại đá ( xem bảng 3-2).
Bảng 3-2. Khoảng cách lỗ khoan khi nổ tách đá khối ở Thụy Điển [3]
Loại đá
Đường kính thỏi thuốc gurit, mm
Khoảng cách giữa các lỗ
khoan, m
Loại đá
Đường kính thỏi thuốc gurit, mm
Khoảng cách giữa các lỗ
khoan, m Granite
17 0,35 – 0,4 Diabaz 11 0,15 – 0,25
11 0,15 – 0,25 Đá hoa 11 0,2 – 0,25
Diabaz 17 0,35 – 0,4
Ở Liên Xô (trước đây) khi nổ mìn khai thác đá khối thường sử dụng dây nổ.
Trong trường hợp này, khoảng cách giữa các lỗ khoan thường được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
Trong đó: N là số sợi dây nổ trong lỗ khoan; d là đường kính lỗ khoan; Cp là tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá.
Khoảng cách giữa các lỗ khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là tính chất cơ lý của đất đá. Việc xác định trị số a hợp lý cần tuân theo nguyên tắc:
tính toán sao cho a lớn nhất nhƣng khi nổ vẫn phải đảm bảo mặt tách bằng phẳng ( đảm bảo chất lƣợng khi giá thành nhỏ nhất), muốn vậy ta xuất phát từ nguyên lý
phá vỡ đất đá khi nổ đồng thời theo nhiều lƣợng thuốc gần nhau ( xem sơ đồ 3-8).
Sơ đồ 3-8. Biểu đồ ứng suất khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc
Trước khi trường ứng suất gặp nhau, môi trường xung quanh mỗi lượng thuốc thể hiện nhƣ khi nổ từng lƣợng thuốc đơn độc, sau đó xảy ra sự giao thoa của sóng ứng suất rất phức tạp, và có sự khác nhau rõ ràng về tác dụng phá vỡ đất đá theo đường nối các lượng thuốc, và theo hướng của đường kháng nhỏ nhất. Khi nghiên cứu một phân tố của đất đá nằm trên đường nối các lượng thuốc cạnh nhau, ta thấy theo hướng vuông góc với đường đó chịu tác dụng của ứng suất kéo lớn hơn so với khi nổ một lƣợng thuốc đơn độc. Điều đó làm tăng tác dụng nổ, và tạo thành nứt nẻ chính theo đường nối 2 lượng thuốc mà đất đá xung quanh không bị nghiền nát, đặc biệt khi khoảng cách giữa các lỗ khoan nhỏ.
Khi nổ đồng thời 2 lƣợng thuốc N1 và N2 thì trong mặt phẳng phân bố chúng, ứng suất nén hướng tâm r1 và r2, cũng như ứng suất kéo tiếp tuyến 1 và 2
trùng nhau về hướng và dấu. Vì vậy, nứt nẻ giữa các lượng thuốc N1 và N2 trong mặt phẳng phân bố chúng đƣợc tạo thành với mức độ mạnh nhất, do đó đất đá đƣợc
r1
r2
1 2
1
2
=
2
1+
tách ra theo mặt phẳng ấy.
Ta đã biết mối liên quan giữa ứng suất kéo và ứng suất nén phát sinh trong đất đá khi nổ là:
Trong đó: là hệ số poisson ( đối với đất đá = 0 – 0,3).
Ứng suất nén khi nổ giảm dần theo khoảng cách tính từ tâm lƣợng thuốc theo quy luật:
Trong đó: - P là áp lực của sản phẩm khí nổ tại vị trí đặt thuốc, kg/cm2; - r là khoảng cách dẫn tính từ tâm lƣợng thuốc, r = R/ro; - k là hệ số phụ thuộc vào tính chất đất đá, k = 1,0 – 2,0.
Thay (2) vào (1), ta đƣợc:
Trên biểu đồ ứng suất, tại điểm giữa A ( R = a/2) có là nhỏ nhất, tại đó đất đá sẽ bị nứt theo đường N1, N2 nếu đảm bảo điều kiện:
≥ []k
Trong đó: []k là giới hạn bền kéo của đất đá, kg/cm2. Tại A, ta có:
Từ đó suy ra:
Cuối cùng:
Để khi nổ đất đá xung quanh lỗ khoan không bị phá hủy, khối đá không bị nứt cần đảm bảo điều kiện sau:
Trong đó: []n là giới hạn bền nén của đất đá, kg/cm2. Thay (3.13) vào (3.12), ta có: