CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC ĐÁ KHỐI BẰNG KHOAN NỔ MÌN
3.2. CÁC NGUYÊN LÝ NỔ TÁCH ĐÁ KHỐI
3.4.1. Các yếu tố tự nhiên
3.4.1.1. Tính chất cơ lý của đá:
Tính chất cơ lý của đất đá, trước hết thể hiện ở độ bền nén, kéo, và cắt. Đất đá có độ bền nén, kéo càng lớn thì càng khó phá hủy. Trong đất đá mỏ, giới hạn bền kéo thường nhỏ hơn giới hạn bền nén vài lần đến vài chục lần, vì vậy nó sẽ dễ bị phá hủy nếu phát sinh ứng suất kéo khi nổ. Đối với nổ tách đá khối cũng chính là sử dụng ứng suất kéo khi nổ lớn hơn giới hạn bền kéo của đất đá mà tách theo mặt phẳng dự tính. Cường độ kháng kéo của đá là một tính chất quan trọng cần được xác định, có ảnh hưởng đến việc tính chọn các thông số khoan nổ tách. Theo Hino (1959) đã đƣa ra khái niệm Chỉ số độ khó nổ IB, đƣợc xác định bằng tỷ số n/k, giá trị chỉ số độ khó nổ càng lớn thì đá càng dễ tách hơn.
Một số nghiên cứu (Rinehart, 1958; Persson và nnk, 1970) đã yêu cầu đƣa vào xem xét độ bền động lực của đất đá. Độ bền động lực của đất đá có giá trị lớn hơn (5-13) lần độ bền của đất đá khi nén một trục. Khi đất đá có độ bền nén động lực thấp, một tỷ lệ năng lƣợng lớn khi nổ đƣợc sử dụng ngay lập tức vào việc nghiền nát, và làm biến dạng đất đá xung quanh lỗ mìn. Yếu tố này cần được lưu ý và nghiên cứu sâu hơn để sử dụng nó trong tính toán nổ tách nhằm đạt hiệu quả nổ cao nhất.
Mật độ đất đá cũng có ảnh hưởng đến công tác nổ tách, thông thường các loại đá có mật độ thấp sẽ dễ tách hơn và cần năng lƣợng nổ thấp hơn để có thể tách rời, và ngƣợc lại.
Độ bền nén và độ mài mòn, hay độ đồng nhất về thành phần của đá đều có ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp tách đá khối phù hợp.
3.4.1.2. Độ nứt nẻ và hướng nứt của đá:
Độ nứt nẻ là một chỉ tiêu quan trọng trong khai thác đá, đặc biệt là đá khối.
Trong báo cáo thăm dò địa chất các mỏ đá khối, thì việc đo đạc và đánh giá các hệ thống nứt nẻ chính, cũng nhƣ tính toán độ nứt nẻ là bắt buộc và rất cần thiết, từ đó đánh giá sơ lƣợc tổng thể về độ thu hồi khối của mỏ.
Trong khai thác, độ nứt nẻ của khối đá có ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp tách đá. Ngoài độ nứt nẻ, hướng khe nứt, và góc phối hợp giữa các hệ thống khe nứt chính cũng có ảnh hưởng lớn đến độ thu hồi khối. Khoảng cách khe nứt sẽ quyết định đến độ khối hay kích cỡ block đá khai thác đƣợc.
Trong tách đá khối bằng phương pháp khoan nổ mìn, khoảng cách hệ thống khe nứt chính, góc phối hợp giữa các hệ thống khe nứt chính, góc phương vị, góc dốc của hệ thống khe nứt sẽ có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn hướng mở vỉa khai thác, tính chọn các thông số hệ thống khai thác ( chiều cao tầng, chiều rộng khoảnh khai thác, chiều rộng mặt tầng công tác, … ). Góc dốc khe nứt chính là 90o (thẳng đứng), và 0o (nằm ngang) là thuận lợi nhất cho việc thu hồi khối, nhƣng thực tế đại đa số là khe nứt xiên, nhất là trường hợp góc xiên từ 30o đến 60o, loại khe nứt này gây bất lợi cho việc thu hồi khối và công tác khai thác, đặc biệt là khi có sự phối hợp của nhiều hệ thống khe nứt kiểu này. Khi khai thác những loại đá quý hiếm, thường người ta phải quan sát thật kỹ các khe nứt tự nhiên của khối đá cần tách trước khi quyết định bố trí mạng lỗ khoan và thông số khoan.
3.4.1.3. Độ phân lớp, phân phiến, và hướng cắm của phân lớp:
Yếu tố này có ảnh hưởng đến công tác khai thác đá khối đối với những khoáng sàng đá trầm tích, biến chất.
Tương tự như khe nứt, sự phân lớp trong khối đá được đặc trưng bởi chiều dày, góc phương vị và góc dốc của các lớp đá. Nổ trong đất đá phân lớp, phân phiến sẽ khó hơn, năng lƣợng nổ không đƣợc giữ lại hoặc sự lan truyền sóng ứng suất trong khối đá bị gián đoạn do sự mở rộng khe nứt giữa các bề mặt phân lớp, làm ảnh hưởng đến chất lượng mặt tách; ngay cả khi các bề mặt phân lớp không tồn tại khe nứt thì nó cũng làm yếu đi sóng ứng suất trên quá trình lan truyền trong khối đá, ảnh
hưởng đến chất lượng nổ tách. Vì trên quan điểm năng lượng sóng nổ thì môi trường phân lớp làm tăng hệ số hấp thụ năng lượng sóng ứng suất, và làm giảm tác dụng của sóng.
Một vấn đề có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả nổ tách cần lưu ý, đó là sự phù hợp của góc lỗ khoan với góc dốc mặt lớp, và hướng tách so với hướng mặt lớp. Khi góc dốc của lỗ khoan vuông góc với góc dốc mặt lớp, hoặc trùng với góc dốc mặt lớp thì sẽ dễ khoan và chất lƣợng khoan sẽ tốt hơn, còn khi góc phối hợp này là góc xiên, đặc biệt là độ xiên lớn, từ 30o – 60o thì khi khoan sẽ rất dễ bị lệch lỗ khoan, nhất là khi chiều dài lỗ khoan lớn, làm cho các lỗ khoan sẽ không phân bố trên cùng một mặt phẳng, ảnh hưởng đến chất lượng mặt tách khi nổ.
Hướng tách so với hướng mặt lớp sẽ có ảnh hưởng đến chất lượng nổ và tính toán các thông số khoan nổ, từ đó quyết định đến việc lựa chọn hướng mở vỉa và khai thác hiệu quả nhất. Có 04 trường hợp điển hình như sau:
- Hướng cắm mặt lớp thuận với hướng tách: trường hợp này sẽ dễ tách, nhưng cần lưu ý khi tính toán nạp nổ vì có thể xảy ra chấn động nền đá ảnh hưởng không tốt đến việc khai thác các khối đá tầng dưới.
- Hướng cắm mặt lớp nghịch với hướng tách: trường hợp này sẽ khó tách nhất, vì hướng của sóng ứng suất tác dụng lên khối đá sẽ không thuận lợi.
- Hướng cắm mặt lớp (góc phương vị của lớp) vuông góc với hướng tách: chất lượng nổ tách ra khá tốt, tuy nhiên trị số đường cản không được lấy quá mỏng để ngăn ngừa sự thoát rất nhanh của khí nổ dọc theo khe nứt mặt phân lớp, và khoảng cách lỗ mìn nên giảm xuống để đảm bảo hiệu quả nổ tách.
- Hướng cắm mặt lớp (góc phương vị của lớp) tạo với hướng tách một góc xiên:
trường hợp này sẽ ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả nổ tách, mặt tách nổ ra sẽ dễ bị lồi lõm, và dễ xảy ra hiện tượng lưu góc.
3.4.1.4. Độ hạt và cấu trúc của đá:
Đá có cấu tạo bởi thành phần hạt càng lớn, và càng không đồng đều thì càng khó tách, và mặt tách ra sẽ gồ ghề hơn. Đá càng mịn hạt và càng đồng đều thì càng dễ tách hơn và cần chỉ tiêu thuốc nổ thấp hơn.
Sơ đồ 3-4. Hướng tách so với hướng phân lớp
a). Hướng cắm thuận; b). Hướng cắm nghịch; c). Hướng cắm song song;
d). Hướng cắm vuông góc với mặt tự do.
Cấu trúc của đá dạng hạt đồng nhất là dễ tách nhất, nếu đất đá có cấu tạo dạng dãy hay các hạt to nhỏ đan xen kiểu móc gắn kết vào nhau thì khó tách hơn, trường hợp này sẽ làm tăng độ dai của đá, và khó tạo đƣợc mặt tách bằng phẳng hơn, ví dụ:
đá con tằm monzonite ở Đông Nam núi Cấm – An Giang.
3.4.1.5. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy văn:
Do khai thác đá khối khoan chủ yếu trong đá liền khối nên sự ảnh hưởng của điều kiện thủy văn chủ yếu là nước mặt và nước mưa. Nước tĩnh trong lỗ khoan sẽ làm giảm hiệu quả nổ do thành phần dễ hòa tan bị hòa tan làm thay đổi thành phần và tính chất của thuốc nổ. Biết đƣợc điều kiện địa chất thủy văn giúp ta có biện pháp xử lý để đạt được hiệu quả nổ cao như: sử dụng thuốc nổ chịu nước, chứa
(a) (b)
(c) (d)
nước, làm bão hòa thành phần dễ hòa tan, sử dụng vỏ cách nước khi dùng thuốc nổ không chịu nước, tháo khô lỗ khoan trước khi nạp thuốc…