10. Cấu trúc của luận văn
3.2. Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác nổ mìn khai thác
3.2.2.4. Xác định các thông số nổ mìn
1/ Sức chứa thuốc nổ nạp trong 1 m lỗ khoan (P):
P = 7,85.dk2.∆ , kg/m;
Trong đó : ∆ = 0,85, g/ cm3; mật độ nạp thuốc của AD-1 dạng bột Khi dk = 105 mm. Vậy: P ≈ 7,0 kg/m
Trong một số trường hợp khi đất đá dễ nổ và để nạp mìn nhanh chóng, ta có thể sử dụng AD-1 dạng thỏi đường kính = 90 dài 33cm nặng 2kg/thỏi. Do đó, P = 6kg/m.
Khi lỗ khoan ngập nước phía đáy lỗ, cần nạp phối hợp 2 loại thuốc nổ Nhũ tương và AD-1 hoặc nhũ tương với ANFO (lúc này cần tính P cho từng loại thuốc).
Khi lỗ khoan ngập nước hoàn toàn, cần nạp thuốc nổ Nhũ tương hoặc với ANFO chịu nước…
2/ Lượng thuốc nổ nạp trong lỗ khoan theo nguyên tắc trên mỏ lộ thiên:
+ Đối với một hàng ngoài (mạng ô vuông): Qt1 = q.a.W.h, kg Chọn q = 0,35, kg/m3 ; a = 4, m; W = 3,5, m; h = 10, m;
Ta được: Qt1 = 0,35.4.3,5.10 = 49, kg;
+ Đối với các hàng trong : Qt2 = q.a.b.h. = 0,35.4.4.10 = 56, kg;
Khi sử dụng mang tam giác đều ta có: Qt2 = 0,35. 4. 2.1,71.10 = 48,0, kg;
3/ Chiều dài cột thuốc nổ trong lỗ khoan:
Chiều dài cột thuốc nổ trong lỗ khoan lt =Qt/P, m; với Qt – lượng thuốc nạp trong một lỗ khoan, kg; P – sức chứa lượng thuốc trong 1 m lỗ khoan, kg/m;
+ Đối với hàng ngoài: lt1 = 49/7 = 7,0 ; m + Đối với các hàng trong mạng ô vuông: lt2 = 56/7 = 8,0, m;
+ Đối với các hàng trong mạng tam giác đều: lt2 = 48/7 = 6,8, m;
4 / Chiều dài cột bua:
Chiều dài cột bua được tính theo cách sau: lb = Lk – lt , m;
+ Đối với hàng ngoài: lb = 11 – 7 = 4,0, m;
+ Đối với các hàng trong mạng ô vuông: lb = 11 – 8 = 3,0, m;
+ Đối với các hàng trong mạng tam giác: lb = 11 – 6,8 = 4,2, m;
Khi kiểm tra điều kiện tính chiều dài cột bua theo các công thức ta thấy chiều dài cột bua chọn là hợp lý.
5/ Quy mô bãi nổ:
Do các mỏ đá trên địa bàn xã Thường Tân nằm trong vùng phát triển công nghiệp, gần khu dân cư sinh sống và căn cứ theo các công thức tính khoảng cách an toàn về chấn động và sóng va đập không khí, các cơ quan quản lý tỉnh Bình Dương tính toán và cho phép bãi nổ mìn lớn nhất là: Q = 2.000; kg/bãi.
3.2.3. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác nổ mìn khai thác đá tại các mỏ đá trên địa bàn xã Thường Tân.
Muốn nâng cao hiệu quả của công tác nổ mìn là phải sử dụng hợp lý năng lượng nổ. Hệ số tác dụng nổ hữu ích phụ thuộc vào điều 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 vả trình tự khởi nổ nó theo không gian và theo thời gian. Trên cơ sở tính toán và lựa chọn trên kết hợp với điều kiện địa chất và thực tế tại khu vực địa bàn xã Thường Tân chúng ta chọn các thông số nổ mìn khi nổ theo lý thuyết và kết hợp với thực tế như sau:
- Chỉ tiêu thuốc nổ: qt = 0,32 - 0,38, kg/m3; - Lượng thuốc nổ nạp trong 1 mét lỗ khoan: p = 6,0 - 7,0, kg/m;
- Lượng thuốc nổ nạp trong lỗ khoan:
+ Đối với hàng ngoài: Qt1 = 49 – 50, kg;
+ Đối với các hàng trong: Qt2 = 48 – 56, kg;
- Chiều dài cột thuốc trong lỗ khoan:
+ Đối với hàng ngoài: lt1 = 6,5 – 7,0, m;
+ Đối với các hàng trong: lt2 = 6.3 - 8,0, m;
- Chiều dài cột bua:
+ Đối với hàng ngoài: lb1 = 4,0 - 4,5, m;
+ Đối với các hàng trong: lb2 = 3,0 – 4,7; m Ngoài ra, khi tiến hành nổ phân đoạn không khí, để đảm bảo cho lỗ mìn khi nổ không bị phụt bua thì chiều dài bua phía trên tín chọn là: lbtr = 2,7, m;
Chiều dài lưu cột không khí sau khi tính chọn là: lkk = 1,2 – 1,8, m;
Đối với, chiều dài bua cho các lỗ hàng trong khi nổ phân đoạn không khí được tính chọn là: lbtr = 0,3 – 2,0 , m;
- Quy mô một bãi nổ: Q = 2.000, kg;
Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác nổ mìn khai thác đá tại các mỏ đá trên địa bàn xã Thường Tân được đưa ra như sau:
a/ Giải pháp thứ nhất : Thay đổi kết cấu lượng thuốc trong lỗ khoan
Chúng ta đã biết rằng, một trong những phương pháp để điều chỉnh mức độ đập vỡ đất đá và hiệu quả kinh tế khi tiến hành nổ mìn trên mỏ lộ thiên là thay đổi cấu trúc lượng thuốc và chủng loại chất nổ nạp trong lỗ khoan.
Trong thực tế, tùy thuộc vào loại đất đá, điều kiện địa chất khu vực cần phá nổ mà ta có thể xem xét để thay đổi cấu trúc lượng thuốc, loại chất nổ trong lỗ khoan và xác định các thông số của lỗ mìn cho hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả nổ mìn và giảm thiểu các tác động có hại đến môi trường khai thác mỏ.
Theo kết quả điều tra và nghiên cứu của GS.TS Nhữ văn Bách, TS. Lê Văn Quyển, TS. Lê Ngọc Ninh và một số tác giả khác thì cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan trên tầng mỏ là trật tự sắp xếp hay cách bố trí lượng thuốc trong lỗ khoan nhằm đảm bảo sự kích nổ hoàn toàn, nâng cao chất lượng và đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá theo yêu cầu.
Khi thay đổi lượng thuốc dài nạp liên tục đã lựa chọn từ trước (kết cấu, chiều cao, đường kính, hình dạng...) sẽ làm thay đổi một phần cơ chế phá huỷ đất đá của lượng thuốc nổ trong lỗ mìn (hình 3.2), đồng thời kéo theo sự thay đổi về bua mìn nạp trong lỗ khoan. Do đó, bua mìn cũng là một thông số liên quan đến cấu trúc của lượng thuốc nổ.
Hình 3.2.Vùng đập vỡ điều chỉnh thay đổi khi nổ phân đoạn không khí a/ nổ với lượng thuốc nổ dài liên tục b/ nổ phân đoạn không khí
Dựa vào các kết quả nghiên cứu và tình hình sử dụng lượng thuốc nổ ở thực tế mà ta phân ra nhiều kiểu cấu trúc của lượng thuốc trong lỗ khoan. Có thể thống kê phân loại các kiểu cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan theo 3 nhóm sau đây:
- Nhóm 1: Lượng thuốc nổ dài liên tục nạp trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan, nó không bị phân chia thành từng đoạn khác nhau (Hình 3.3). Theo nhóm này được chia thành nhiều kiểu nạp như sau:
1- Lượng thuốc nổ dài liên tục một loại chất nổ trong lỗ khoan: Đây là cấu trúc lượng thuốc theo phương pháp nổ truyền thống. Trong lỗ khoan chỉ nạp 1 loại chất nổ và bua mìn lấp về phí miệng lỗ khoan.
2- Lượng thuốc nổ dài liên tục nạp nhiều loại chất nổ trong lỗ khoan: Theo kiểu này, trong lỗ khoan được nạp từ 2 loại chất nổ trở lên và chúng không bị pha trộn lẫn nhau. Kiểu nạp thuốc nổ theo cấu trúc này xuất hiện trên thế giới cách đây hàng chục năm và bắt đầu thực hiện trên các mỏ lộ thiên Việt Nam từ những năm 2000. Ở đây, chất nổ phía dưới được gọi là lượng thuốc nổ đáy, thường là chất nổ mạnh hoặc chịu nước và chất nổ phía trên thường là chất nổ yếu, sạch hoặc kém chịu nước. Kiểu nạp này đã giảm được chi phí thuốc nổ mà vẫn giữ được mức độ đập vỡ đất đá so với kiểu nạp một loại chất nổ.
3- Lượng thuốc nổ dài liên tục nạp 2 loại chất nổ xen kẽ nhau trong lỗ khoan.
Đây là phương pháp do TS. Lê Văn Quyển đưa ra năm 2006. Lượng thuốc nổ được nạp phối hợp hai loại chất nổ mà ở giữa là nạp loại chất nổ đóng bao gói và xung quanh nạp loại thuốc nổ rời. Kiểu nạp này có thể nâng cao được hiệu quả nổ mìn nhưng biện pháp thi công phức tạp và tốn nhiều thời gian nạp.
4- Lượng thuốc nổ dài liên tục có đường kính khác nhau trong lỗ khoan. Đây là phương pháp do TS. Lê Ngọc Ninh đưa ra năm 2004 và đang được nhiều mỏ đá áp dụng do tiết kiệm được thuốc nổ và giảm được chấn động khi nổ mìn. Theo phương án này, chất nổ nạp trong lỗ khoan có thể nạp một loại hoặc nạp phối hợp 2 loại tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của tầng mỏ, có 3 dạng nạp như sau:
- Dạng 1: Lượng thuốc nổ nạp đáy có đường kính bằng đường kính lỗ khoan, lượng thuốc nổ trên có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan.
- Dạng 2: Lượng thuốc nổ nạp đáy có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ
khoan, lượng thuốc nổ trên có đường kính bằng đường kính lỗ khoan.
- Dạng 3: Lượng thuốc nổ nạp đáy có đường kính bằng đường kính lỗ khoan, lượng thuốc tiếp theo (phần giữa) có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan và lượng thuốc nổ trên cũng có đường kính bằng đường kính lỗ khoan 5- Lượng thuốc dài liên tục có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan: Kiểu cấu trúc này còn gọi là lượng thuốc nổ “ không khớp nối hoàn toàn”, nghĩa là tồn tại một khoảng trống không khí giữa lượng thuốc và thành lỗ khoan. Khi nổ với lượng thuốc nổ kiểu này sẽ giảm biên độ sóng đập và áp lực nổ ban đầu lên thành lỗ mìn nên kéo dài được thời gian lan truyền sóng trong đất đá và làm cho đất đá bị phá vỡ đều đặn hơn. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là thường để lại mô chân tầng.
6- lượng thuốc dài liên tục có túi ở phía đáy: Kiểu cấu trúc này chỉ sử dụng khi đường kháng chân tầng quá lớn. để tạo túi phía đáy, người ta cần sử dụng 1 lượng thuốc nổ nhỏ cho nổ trước để tạo thành túi nhằm nạp đủ lượng thuốc để phá nổ hết khối đá phía chân tầng
Hình 3.3. Một số cấu trúc lượng lượng thuốc nổ dài liên tục nạp trong lỗ khoan (1) - lượng thuốc nổ dài liên tục nạp 1 loại chất nổ; (2) - lượng thuốc nổ dài liên tục nạp nhiều loại chất nổ; (3) - lượng thuốc nổ dài liên tục nạp 2 loại chất nổ xen kẽ nhau; (4) - lượng thuốc nổ dài liên tục với lượng thuốc nạp phần trên có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan; (5)
1 2 3 4
5 6 7 8
- lượng thuốc nổ dài liên tục với lượng thuốc đáy có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan; (6) - lượng thuốc nổ dài liên tục với lượng thuốc phần giữa có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan; (7)- lượng thuốc nổ dài liên tục có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan; (8)- lượng thuốc nổ dài liên tục có túi phía đáy lỗ khoan.
- Nhóm 2: Lượng thuốc nổ nạp phân đoạn trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan được phân chia thành từng đoạn khác nhau bởi cột không khí, cột nước hoặc cột bua vật liệu rắn (Hình 3.3). Kiểu nạp này đã xuất hiện từ khá lâu trên mỏ lộ thiên và đã nâng cao hiệu quả nổ mìn, nhưng công tác nạp tương đối phức tạp nên chỉ áp dụng hợp lý cho các vụ nổ có quy mô nhỏ.
Trong nhóm này có thể chia thành 3 kiểu nạp như sau:
1- Lượng thuốc nạp phân đoạn bằng lưu cột không khí trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan được phân chia thành từng đoạn khác nhau bởi cột không khí. Lượng thuốc nổ nạp trong lỗ có thể nạp 1 hoặc 2 loại chất nổ. Chiều cao cột không khí cũng như tỷ lệ lượng thuốc trên và dưới sẽ được tính toán dựa trên nhiều công thức khác nhau.
Hình 3.4. Một số cấu trúc lượng lượng thuốc nổ nạp phân đoạn trong lỗ khoan (8) - lượng thuốc nổ nạp phân đoạn bằng lưu cột không khí; (9) - lượng thuốc nổ nạp phân đoạn bằng lưu cột bua vật liệu rắn; (10) - lượng thuốc nổ nạp phân đoạn bằng cột nước 2- Lượng thuốc nạp phân đoạn bằng cột bua trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan được phân chia thành từng đoạn khác nhau bởi cột bua vật liệu rắn (phoi khoan và đá dăm). Phần lớn phương pháp này được áp dụng khi nổ mìn trong đất đá phân lớp có độ cứng khác nhau hoặc khi lỗ khoan gặp các hốc nhỏ hay lớp đá bị cà nát, vò nhàu....
3- Lượng thuốc nạp phân đoạn bằng cột nước trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan được phân chia thành từng đoạn khác nhau bởi cột nước.
9 10 11
Đa số phương pháp này áp dụng khi nổ cho các lỗ khoan ngập nước. Khi nổ theo phương pháp này thường gặp khó khăn trong quá trình nạp thuốc nhưng mức độ đập vỡ đất đá đạt hiệu quả. cao và giảm được chấn động và sóng va đập không khí. khi nổ.
- Nhóm 3: Một số cấu trúc lượng thuốc đặc biệt trong lỗ khoan lớn
1- lượng thuốc có lõi bằng cột không khí hình trụ ở giữa hoặc bên hông: Đây là cấu trúc lượng thuốc do người Nga đưa ra (Hình 3.5.12,13 ). Bản chất của cấu trúc lượng thuốc theo kiểu này là người ta tạo ra lõi không khí hình trụ có đường kính nhỏ ở giữa cột thuốc hoặc bên hông cột thuốc dọc theo lỗ khoan. Kiểu cấu trúc này nâng cao được mức độ đập vỡ đất đá nhưng rất phức tạp khi thi công.
2. Lượng thuốc nổ dài hai đầu có cột không khí trong lỗ khoan. Đây cũng là cấu trúc lượng thuốc do người Nga đưa ra (Hình 3.5.14). Bản chất của cấu trúc lượng thuốc theo kiểu này ở phía đáy và đỉnh của cột thuốc người ta để lại 2 cột không khí. Kiểu này dùng để nổ trong trường hợp đất đá ở phía chân và mặt tầng mềm yếu bở rời.
Hình 3.5. Một số cấu trúc lượng lượng thuốc nổ đặc biệt trong lỗ khoan (12) - lượng thuốc có lõi không khí ở giữa; (13) - lượng thuốc có lõi không khí ở bên hông;
(14) - lượng thuốc có cột không khí ở 2 đầu; (15) - lượng thuốc trong lỗ khoan tạo biên; (16) - lượng thuốc có đường kính khác nhau và phân đoạn phía đỉnh trong lỗ khoan; (17) - lượng thuốc có đường kính khác nhau và phân đoạn phía đáy trong lỗ khoan.
16 17 15
14 A
12 13
3. Cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan tạo biên: Để tạo mặt biên chính xác và mặt biên tương đối nhẵn, các lỗ khoan biên thường phải khoan nghiêng theo một góc nhiêng nào đó theo thiết kế. Trong lỗ khoan lượng thuốc được buộc vào dây nổ và đặt cách nhau một khoảng trống không khí dài 20 -30 cm.
Ngoài ra, bên trong lỗ khoan cần bố trí thêm một thanh gỗ đặt về phía đường tạo biên (Hình 3.5.15)
4. Lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau và phân đoạn trong lỗ khoan (hình 3.5.16,17): Đây là kiểu cấu trúc lượng thuốc do TS. Lê Ngọc Ninh cùng nhóm nghiên cứu của Đại học Mỏ - Địa chất đưa ra năm 2009, khi thực hiện nổ mìn tại các mỏ đá ở Việt Nam.
Trên cơ sở 17 kiểu cấu trúc trên, ta chọn kiểu cấu trúc lượng thuốc,cụ thể như sau:
- Khi đất đá phía trên của tầng chứa các lớp bột kết bị nứt nẻ, phía dưới là các lớp cát kết cứng hơn ít nứt nẻ, ta chọn cấu trúc lượng thuốc theo kiểu số (2), và (4) của hình 3.6 và nổ phối hợp 2 loại thuốc nổ (ANFO nạp phía trên, Nhũ tương nạp phía đáy lỗ khoan) như trên hình 3.6.
Hình 3.6. Nổ phối hợp 2 loại thuốc nạp liên tục trong đá bột kết và cát kết xen kẽ nhau
- Khi đất đá phía trên của tầng chứa các lớp bột kết ít nứt nẻ, phía dưới là các lớp cát kết cứng và bền vững hơn và các lớp có chều dày tương dôid đòng đều, ta chọn cấu trúc lượng thuốc theo kiểu số (3) hình 3.3 và nổ phối hợp 2 loại thuốc nổ xen kẽ nhau (hình 3.7)
Lớp bột kết nứt nẻ
Lớp cát kết
Hình 3.7. Nổ phối hợp 2 loại thuốc nổ xen kẽ trong đá bột và cát kết xen kẽ a1. Xác định các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan theo phương pháp nổ mìn với lượng thuốc được nạp phân đoạn bằng lưu cột không khí
Khi nổ phân đoạn không khí, thông thường, lượng thuốc nổ được phân vào phần khó nổ nhất trong đất đá không đồng nhất. Mỗi phần của lượng thuốc trong lỗ được khởi nổ bằng một mồi nổ riêng để bảo đảm sự kích nổ ổn định.
Có thể nổ đồng loạt hoặc nổ vi sai các lượng thuốc trong lỗ, nhờ các loại kíp thường và kíp vi sai…
Theo những số liệu của viện sĩ N.V Mennhicôv và tiến sĩ L.N Martrencô thì nổ mìn phân đoạn không khí có khả năng cải thiện chất lượng đập vỡ đất đá tốt nhất do giảm được mật độ nạp trong lỗ khoan và áp lực ban đầu của sản phẩm khí nổ ở mặt tiếp xúc giữa đất đấ với lượng thuốc, do đó giảm được sự nghiền nát đất đá ở vùng gần lượng thuốc, đồng thời, khi nổ lượng thuốc phía trên hãm sản phẩm nổ của lượng thuốc phía dưới nên làm tăng thời gian tác dụng nổ trong đá. Ngoài ra xung lượng nổ của phần năng lượng để nghiền nát đất đá giảm đi, hệ số sử dụng năng lượng để đập vỡ đất ở vùng xa lượng thuốc tăng lên, do vậy đất đá được đập vỡ đều đặn hơn. Mặt khác, trong khoảng không khí ở lỗ khoan xảy ra sự va chạm nhau của 2 dòng khí nổ, dẫn đến tăng áp lực và đập vỡ đất đá đều đặn hơn tại vị trí lỗ khoan không nạp thuốc.
Trong thực tế, người ta thường đặt cột không khí giữa hai lượng thuốc trên và dưới. Khi tính toán, người ta quan tâm nhiều đến chiều dài cột không khí
Lớp bột kết ít nứt nẻ
Lớp cát kết
lkk, chiều dài (l1), (l2) của lượng thuốc phía trên Q1, phía dưới Q2 , tỷ số η = Q1/ (Q1+ Q2) và chiều dài của đoạn bua trên cùng lb (hình 3.8)
a2. Xác định chiều cao cột không khí
Theo kinh nghiệm, nhiều tác giả đã đưa ra các công thức viết dưới dạng đơn giản hoặc phức tạp (hình 3.8). Theo công thức của N.V. Menhicôv đưa ra năm 1963 ta có: lkk = kβ.(0,15 ÷ 0,35) lt ,m
Trong đó: kβ = 1,0 ÷1,5 là hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng lỗ khoan β và hệ số kiên cố đất đá f;
lt - chiều dài lượng thuốc phía dưới.
Hình 3.8. Sơ đồ cấu trúc và xác định thông số của lỗ mìn khi nổ với lượng thuốc được phân đoạn bằng lưu cột không khí
a/ nổđồng thời b/ nổ vi sai từ trên xuống c/ nổ vi sai từ dưới lên 1- hướng khởi nổ; 2- bua vật liệu rắn; 3- lượng thuốc nổ trên và dưới;
4- cột không khí; 5- dây dẫn sóng nổ và kíp phi điện vi sai; 6- khối mồi nổ Một số tác giả khác đã đưa ra công thức tính đơn giản khác như sau:
- Khi đất đá mềm yếu thì: lkk = (0,3 ÷ 0,4).lt , m - Khi đất đá cứng thì: lkk = (0,15 ÷ 0,2).lt , m Theo M.F. Đrucôvanưi (1973) ta có:
lkk = t1(2Po)1/2.(V1- Vo)(k-1)/2.λ-1.[(k-1)ρcn]1/2.V1-(k-1)/2 , m Trong đó: t1- thời gian tác dụng của xung lượng nổ; Po- áp lực ban đầu trong buồng nổ lượng thuốc liên tục tương đương; λ- hệ số áp lực; V1, Vo- thể
1 2
3 4
6 b/
5
c/
1 lb
l1 llkk
l2
a/
Q
Q
Dây nổ