Các yếu tố kỹ thuật và công nghệ

10. Cấu trúc của luận văn

2.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả công tác nổ mìn khai thác đá xây dựng

2.2.2. Các yếu tố kỹ thuật và công nghệ

2.2.2.1. Ảnh hưởng của loại thuốc nổ sử dụng.

Mỗi loại thuốc nổ có đặc tính năng lượng nổ khác nhau, khi nổ chúng tạo ra xung nổ có dạng khác nhau, chính xung nổ sẽ làm hình thành một trường ứng suất trong đất đá. Với mỗi loại đất đá sẽ cần một xung lực nổ thích hợp ứng với một loại thuốc nổ thuốc nổ nào đó để hiệu quả đập vỡ cao nhất.

Khi thuốc nổ có năng lượng riêng nhỏ sẽ nhận dược xung lớn tác dụng vào đất đá nếu như năng lượng chung E0 của thuốc nổ so sánh là như nhau.

Thời gian tác dụng của sản phẩm nổ tỷ lệ nghịch với áp lực nổ tối đa trong lỗ khoan (Hình 2-3).

P P1 P2

T1 T2 T

Hình 2.3. Thời gian tác dụng nổ tỷ lệ nghịch với áp lực nổ trong lỗ khoan

1. ứng với áp lực nổ lớn 2. ứng với áp lực nổ nhỏ

Để nhận được xung nổ như nhau khi dùng 2 loại thuốc nổ khác nhau thì ta phải nạp vào lỗ khoan một khối lượng thuốc nổ:

1 t

2 2 t

1 e

Q e

Q = (2-1)

Q1, Q2 - tương ứng là khối lượng thuốc nổ 1 và 2, kg et1, et2 - là năng lượng riêng của thuốc nổ 1và 2.

2.2.2.2. Ảnh hưởng của các thông số hệ thống khai thác(HTKT)

- Thông số quan trọng nhất của hệ thống khai thác: Chiều cao tầng (H) có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả công tác khoan nổ. Khi tăng chiều cao tầng đến

mức hợp lý không những cải thiện được công tác mỏ nói chung, nó còn làm tăng năng suất khoan, tăng suất phá đá của 1 mét dài lỗ khoan, tăng bán kính vùng đập vỡ của lượng thuốc (do tăng chiều cao cột thuốc), giảm chiều sâu khoan thêm (tăng hệ số sử dụng mét khoan), giảm công tác phụ trợ khi khoan, giảm chi phí thuốc nổ và phương tiện nổ,…

- Kích thước khu vực cần nổ: chiều dài L và chiều rộng A. Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bãi nổ không hơp lý sẽ làm giảm hiệu quả nổ. Khi L nhỏ và A lớn sẽ làm giảm hiệu quả nổ do sức cản bên sườn lớn. Ngược lại khi L lớn và A nhỏ chất lượng đập vỡ không tốt do ảnh hưởng của hàng đầu tiên lớn (đá quá cỡ và mô chân tầng thường phát sinh ở hàng đầu tiên). Vì vậy phải chọn tỷ số L/A hợp lý mới đem lại hiệu quả nổ, trị số này có liên quan đến chiều dài khu vực xúc, chiều rộng khoảnh khai thác, chiều rộng mặt tầng công tác.

- Số hàng mìn (n): đây là đại lượng liên quan chặt chẽ với các đại lượng trên, đặc biệt nó liên quan đến chiều rộng khoảnh khai thác A (chiều rộng bãi nổ). Riêng với công tác khoan nổ nếu tăng n sẽ là tăng chất lượng nổ, tăng năng suất khoan và hệ số sử dụng mét khoan. Khi số hàng mìn quá nhỏ (chẳng hạn 1hàng) thì tỷ lệ mô chân tầng và đá quá cỡ sẽ lớn, năng suất khoan giảm, bởi vì hàng ngoài bao giờ cũng chịu ảnh hưởng của các đợt nổ trước, đá quá cỡ và mô chân tầng thường phát sinh chủ yếu ở hàng ngoài. Nếu tăng số hàng mìn lên thì tỷ lệ đá quá cỡ sẽ giảm đi theo quan hệ:

n V n V n V

n V Vn V

) 1 ( ) 1

1

( 0

2

0 2

0

− +

− =

= + (2-2)

Thường 0,3

0 2 ≈ V

V khi đó (2-2) có dạng:

n V n

Vn o1+0,3( −1)

= (2-3) Vn là suất đá quá cỡ tương ứng với n hàng mìn,%.

Vo là suất đá quá cỡ ở hàng đầu tiên ,%.

V2- suất đá quá cỡ ở hàng thứ 2 hoặc ở các hàng tiếp theo,%.

n- số hàng mìn.

Theo (2-3), nếu tăng n thì Vn sẽ giảm, tuy nhiên phải kết hợp với các đại lượng trên để chọn n hợp lý đảm bảo hiệu quả chung.

2.2.2.3. Ảnh hưởng của các thông số lượng thuốc nổ a. Chỉ tiên thuốc nổ q (kg/m3).

Khi nổ mìn làm tơi trên mỏ lộ thiên thì chỉ tiêu thuốc nổ là lượng thuốc cần thiết để đập vỡ 1 đơn vị thể tích đất đá thành những cục có kích thước nhất định. Chỉ tiêu thuốc nổ là đại lượng rất quan trọng, là thông số cơ bản điều khiển mức độ đập vỡ, quyết định tới giá thành và hiệu quả sản xuất nói chung.

Vấn đề đặt ra là phải tính chọn được chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, sát với thực tế trên cơ sở mối quan hệ với nhiều đại lượng khác nhau về cả tự nhiên, kỹ thuật, kinh tế.

a1. Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo kích thước cỡ hạt yêu cầu.

1/ Chỉ tiêu thuốc nổ cần thiết đảm bảo tỉ lệ những cục có kích thước nhất định

Hoặc

Trong đó:

d0 – kích thước trung bình của các khối nứt nẻ, m;

dc – đường kính lượng thuốc, mm;

dk- kích thước cỡ hạ hợp quy cách, m;

kB =Qc/Qb ; Qc- Đặc tính năng lượng của thuốc nổ gramônit 79/21;

B k c

d k

d d d f

q

5 2

0

4 3 0,5

) 10

. 3 , 3 6 , 0 ( .

13 ,

0 





 + 

= γ −

( )( ) . ,

6 , 10 2

. 3 , 3 6 , 0 345 , 0 10

. 77 ,

0 5

2 0 0

3

8 e

d d d

d q

k d c

n 



 

 + 

+

= − − γ

σ

Qb- Đặc tính năng lượng của chất nổ sử dụng.

γd – mật độ đất đá, T/m3 ;

σn – giới hạn bên nén của đất đá, N/m2

e – khả năng công nổ tương đối của chất nổ (tham khảo trên bảng 2.1) Bảng 2.1. Khả năng công nổ e của mọt số loại thuốc nổ thường dùng

Loại thuốc nổ e Loại thuốc nổ e

TNT Trung Quốc 1,15 TNT - AD 1,0

Nhũ tương Wj,EE31 1,24 Powergel 2560 1,08

Zéchnô 79/21 0,98 Energan 2620 1,02

Amôtit AD 0,99 Energan 2624 1,0

TNT hạt (Quốc phòng) 1,0 AnFo 1,1

TNT cốm (Quốc phòng 1,0 Watergel TFD - 15 1,07

Akavatôn M- 15 0,76 Gramônit 50/50 B 1,01

Gramônal A - 45 0,79 Iphơganit T - 80 1,08

Gramônal A – 8 0,80 Gramônal A- 50 1,08

Amônit scanưi №1 0,80 Akvatol 65/35 1,10

Aliumôtol 0,83 Iphơganit T - 60 1,10

Granulit AC – 8 0,89 Granulit M 1,13

Amônal ổn định nước 0,90 Akavatol AB 1,20

Aktôn MG 0,93 Granulôtol 1,20

Akvatôl ABM 0,95 Iphơzanit T -20 1,20

Amônit №6 1,00 Gramônit 30/70 B 1,26

Gramônit 79/21 1,00 Karbatol 15 T 1,42

2/ Theo B.N.Kutuzôv, chỉ tiêu thuốc nổ đảm bảo tỉ lệ đá quá cỡ gần bằng 0 được xác định như sau: Trong mỗi loại đất đá tiến hành hai lần nổ với các chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau (q1 và q2), tỷ lệ đá quá cỡ tương ứng là VH1 và VH2. Dựng biểu đồ VH = f(q) (dạng tuyến tính), giao điểm của đường biểu diễn với trục hoành (q,0) làm điểm tương ứng với tỉ lệ quá cỡ bằng 0, (q – chỉ tiêu thuốc nổ cần tìm). Điểm cắt trục tung phù hợp với q = 0 và tỉ lệ đá quá cỡ bằng tỉ lệ các khối nứt quá cỡ (VHM) trong nguyên khối (hình 2.4).

Theo quan hệ ta có :

Hoặc

a2. Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo năng lượng chất nổ Chỉ tiêu thuốc nổ tính theo công thức:

Trong đó :

e – chỉ tiêu năng lượng để phá vỡ 1m3 đất đá, J/kg e0 – năng lượng riêng của chất nổ sử dụng, J/kg

Trong đó :

2 2

1

1 .

H HM

HM H

HM HM

V V

V q V

V V q q

= −

= −

2 1

2 1 1

2

H H

H H

V V

V q V

q q

−

= −

cp c j d e k

....ϕ

3 , 2 , 1

= 1

e 0

q = e

Hình. 2.4.

k1,2,3….j là hệ số kể đến tính chất của lượng thuốc nổ sử dụng, đường kính lỗ khoan, số lượng bề mặt tự do, số hàng lỗ khoan vv…;

φ – hằng số đập vỡ chuẩn của đất đá, m2/J, φc được xác định bằng con đường thực nghiệm hoặc theo biểu đồ trên hình 2.5.

Hình 2.5. Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén đất đá và khoảng cách trung bình giữa các khe nứt

a3. Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ thuốc nổ chuẩn

Trên cơ sở chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn qc (dung để phân loại đất đá theo mức độ khó nổ mìn), V.V.Rezepski đã xác định chỉ tiêu thuốc nổ thiết kế theo công thức:

q = qck1k2k3k4k5k6, g/m3 Trong đó :

k1 : hệ số chuyển đổi chất nổ (so với amônit №6 JV);

k2 : hệ số tính đến mức độ đập vỡ yêu cầu (k2 = 0,5/dcp) k3 : hệ số tính đến mức độ nứt nẻ đất đá (k3 = 1,2l + 0,2)

k4 : hệ số tính đến mức độ tập trung của lượng thuốc (k4 = 0,7÷1,4) k5 : hệ số tính đến ảnh hưởng của thể tích đất đá nổ mìn (chiều cao tầng) k6 : hệ số kể đến ảnh hưởng của số lượng bề mặt tự do (k6 = 1÷10)

a4. Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý theo mức độ đập vỡ yêu cầu và độ nứt nẻ của đất đá

Như ta đã biết, mức độ đập vỡ đất đá được đánh giá đầy đủ nhất bằng thành phần cỡ hạt của đống đá nổ mìn. Chỉ tiêu này phụ thuộc vào độ bền, độ nứt nẻ của đất đá, đặc tính của chất nổ, phương pháp nổ mìn và các thông số nổ mìn (đặc biệt là chỉ tiêu thuốc nổ)

Quy luật phân bố cỡ hạt của đống đá nổ mìn đã được nhiều nhà nghiên cứu. Tùy vào loại đất đá và chỉ tiêu thuốc nổ mà đường cong phân bố có dạng 1,2 hoặc 3 như trên hình 2.6.

Hình 2.6. Quy luật phân bố cỡ hạt

1. Đối với đất đá dễ nổ

2. Đối với đất đá dễ nổ trung bình 3. Đối với đất đá khó nổ

Xác định được chỉ tiêu thuốc nổ theo công thức sau:

Trong đó:

Lmax : theo mức độ nứt nẻ của đất đá

Xtrb : theo kích thước yêu cầu hợp lý của cỡ hạt q0 : xác định bằng nổ thực nghiệm

Qua 4 phương pháp đặc trưng trên ta thấy: mỗi phương pháp đều tồn tại những nhược điểm nhất định của nó. Nhược điểm của phương pháp 1 là coi mối quan hệ VH = f(q) có dạng đường thẳng. Thực tế, mối quan hệ đó có dạng phi







 −

= 0 max 1 Xtrb

q L

tuyến và khó có thể xác định được q để khi đó tỉ lệ quá cỡ bằng 0, vì nó buộc tồn tại vùng đập vỡ không điều chỉnh liên quan đến sự phát sinh đá quá cỡ. Đối với phương pháp 2 thì việc xác định các hệ số k và đặc biệt φc rất phức tạp, còn đối với phương pháp 3 thì xác định các hệ số chuyển đổi khó khăn, đặc biệt để tính qc cần phải biết chính xác một loạt những chỉ tiêu cơ lý của đất đá.

b. Đường kính lượng thuốc nổ và đường kháng(dk và W)

Đường kính lượng thuốc nổ là đại lượng xuất phát để tính chọn các thông số nổ mìn khác. Giữa đường kính và đường kháng có mối quan hệ rất mật thiết, việc lựa chọn được đường kính lượng thuốc thích hợp và tỷ số W/dk hợp lý sẽ đem lại hiệu quả nổ mìn rõ rệt.

Xét về sự phân bố đồng đều năng lượng nổ trong toàn bộ thể tích khối đá thì rõ ràng dk càng lớn thì sự phân bố năng lượng nổ càng không đồng đều:

những vùng gần sát với lượng thuốc sẽ bị nghiền nát mạnh mẽ, còn ở xa thì đất đá được đập vỡ không tốt. Điều đó cũng đồng nghĩa với khả năng điều khiển đập vỡ khó khăn hơn khi dùng đường kính lượng thuốc nổ lớn.

Ảnh hưởng của đường kính lượng thuốc tới chất lượng và hiệu quả đập vỡ còn tùy thuộc vào tính chất của đất đá mỏ. Trong đất đá có cấu trúc đá tảng lớn (ít nứt nẻ), kiên cố, tốc độ phát triển khe nứt nhỏ thì cần giảm đường kính lỗ khoan để đảm bảo mức độ đập vỡ đồng đều. Trong đất đá nứt nẻ, phân lớp mạnh (có hệ số hấp thụ năng lượng sóng cao) thì cần tăng dk, vì nếu tăng dk thời gian tác dụng nổ tăng, tốc độ phát triển khe nứt tăng và do quá trình đập vỡ sẽ được tăng cường.

Đường kính lượng thuốc nổ còn liên quan đến suất phá đá của một mét dài lỗ khoan, tới giá thành khâu khoan. Khi tăng đường kính lượng thuốc nổ, suất phá đá tăng và giá thành tính cho một mét khối đá nổ ra giảm đi.

Ngoài ra đường kính lượng thuốc nổ (đường kính lỗ) còn liên quan chặt chẽ với đồng bộ thiết bị mỏ, các thông số hệ thống khai thác, với công suất mỏ.

Như vậy để nâng cao hiệu quả nổ nói riêng và hiệu quả sản xuất nói chung phải lựa chọn được đường kính lượng thuốc hợp lý trên cơ sở tính chất cơ lý, năng suất máy khoan, điều kiện địa chất đất đá, các thông số của hệ thống khai thác, mức độ đập vỡ yêu cầu.

Như vậy, giữa đường kháng và đường kính lượng thuốc nổ có mối quan hệ chặt chẽ thể hiện qua công thức:

Wct= Kw.dk (2-4) Trong đó Kwlà hệ số phụ thuộc vào tính chất đất đá (độ kiên cố, độ nứt nẻ), phụ thuộc vào tính chất của lượng thuốc nổ (loại thuốc nổ, mật độ, nhịêt lượng…) (2-5) Đối với mỗi loại đất đá sẽ tồn tại một trị số Kw hợp lý đảm bảo bán kính vùng đập vỡ là tối đa và hậu xung là tối thiểu. Đây là điều rất quan trọng khi xác định các thông số bố trí lượng thuốc nổ.

c. Chiều sâu khoan thêm, chiều cao cột thuốc và chiều dài bua

Khi nổ lượng thuốc đặt trong lỗ khoan lớn trên tầng mỏ lộ thiên có thể chia lỗ khoan làm 3 phần theo chiều cao mà mỗi phần thực hiện một chức năng nhất định:

- Chiều sâu khoan thêm Lkt (III) chủ yếu là để đảm bảo duy trì mức nền tầng theo thiết kế.

- Chiều dài bua Lb (I) là phần lỗ khoan chứa vật liệu bua tạo ra sức kháng chống phụt sản phẩm ra khỏi lỗ khoan, giúp quá trình kích nổ xảy ra hoàn toàn và nâng cao hiệu quả nổ, đảm bảo an toàn.

- Phần chiều cao cột thuốc cơ bản (II) thực hiện chức năng chính là đập vỡ khối đá (hình 2.8).

0 20 1 2 3

40 60

20 40 60 80 100

n R/r0

W/r0

1

2

Hình 2.7. Biểu đồ quan hệ giữa bán kính vùng đập vỡ tương đối (R/r0) và chỉ số tác

dụng nổ (n) với trị số (W/r0)

I

III II H

Lb

Ltcb

Lkt

Hình 2.8. Kết cấu các phần chức năng cơ bản của lượng thuốc trong

lỗ khoan khi nổ trên tầng.

k ct

w d

K =W

Trên quan điểm nâng cao hệ số sử dụng lỗ khoan để nạp thuốc, phân bố đồng đều năng lượng nổ và mở rộng vùng đập vỡ có điều khiển thì cần phải giảm vùng I và vùng III đến mức tối thiểu và tăng vùng II đến mức tối đa. Điều này liên quan trực tiếp đến chiều cao tầng cần thiết để đảm bảo hệu quả nổ.

- Chiều sâu khoan thêm Lkt

Đây là phần của lỗ khoan được khoan sâu hơn mức nền tầng, dùng để tập trung năng lượng nổ khắc phục sức kháng lớn của đất đá ở mức nền tầng giúp cho việc tạo nền tầng bằng phẳng ở mức thiết kế (không bị nâng lên) .

Lựa chọn chiều sâu khoan thêm hợp lý cần phải căn cứ vào loại đất đá, điều kiện địa chất, đường kính lượng thuốc nổ. Chỉ có thể giảm tỷ lệ khoan thêm bằng cách tăng chiều cao tầng, dùng sơ đồ vi sai thích hợp hoặc dùng chiều sâu khoan thêm ở hàng trong giảm so với hàng ngoài khi các thông số hàng trong nhỏ hơn.

- Chiều dài bua và vật liệu bua Lb:

Phần trên cùng của lỗ khoan chứa vật liệu bua nhằm ngăn năng lượng nổ thoát ra, làm quá trình nổ xảy ra hoàn toàn, tăng thời gian tác dụng nổ (tăng xung nổ), giảm khí độc, sóng đập không khí và đá văng.

Chiều cao cột bua phụ thuộc vào loại đất đá, áp lực nổ, chiều cao cột thuốc, các thông số mạng lỗ khoan và đặc tính vật liệu làm bua. Chiều dài bua phải tăng lên khi tăng chiều cao cột thuốc, tăng áp lực trung bình trong lỗ khoan, tăng đường kính lỗ khoan. Chiều dài bua có thể giảm nếu giảm áp lực trung bình, tăng kích thước cục vật liệu bua, tăng mật độ bua, tăng hệ số ma sát trong các vật liệu làm bua.

Thực tế và lý thuyết cho thấy nếu dùng bua có chất lượng tốt sẽ tăng được hiệu quả nổ từ 10- 20%.

Khi giảm được chiều dài bua sẽ tăng chiều cao phần nạp thuốc, giảm vùng đập vỡ kém ở phần tầng phía trên.

- Chiều cao cột thuốc Lt: Chiều cao cột thuốc là thông số kết cấu rất quan trọng của lượng thuốc nổ. Khi nổ mìn lỗ khoan lớn thì chiều cao cột thuốc thể hiện mức độ phân bố đồng đều năng lượng nổ trong khối đá.

Theo quan điểm hiện đại, muốn giảm chi phí khoan nổ (khi dk= const) thì giảm chi phí khoan đơn vị bằng cách mở rộng mạng lưới lỗ khoan đến giới hạn tối đa. Khi đó chiều cao cột thuốc sẽ tăng lên, bán kính đập vỡ tăng và sẽ giảm được chỉ tiêu thuốc nổ.

Khi sử dụng HTKT bình thường thì tốt nhất nên tính toán các thông số sao cho chiều cao cột thuốc là tối đa.

Kết hợp cả 3 đại lượng: chiều sâu khoan thêm, chiều cao cột thuốc và chiều dài bua, để đảm bảo hiệu quả thì chiều cao cột thuốc cơ bản (phần II) phải tối đa: Lượng thuốc cơ bản≥(0,5÷0,6)Lk(Lk là chiều sâu lỗ khoan) .Theo nghiên cứu của tác giả, để đảm bảo hiệu quả cao khi nổ LTCB ≥(31÷35)dk và chiều cao tầng tối thiểu ứng với các loại đất đá như sau:

Với đất đá dễ nổ : H ≥(63÷65)dk.

Với đất đá độ nổ trung bình H≥(56÷60).dk (2-6) Với đất đá khó nổ H≥(51÷55)dk

d. Hệ số khoảng cách giữa các lượng thuốc nổ (m)

Khi nổ nhiều lượng thuốc nổ cạnh nhau, chất lượng đập vỡ không những phụ thuộc vào thông số của mỗi lượng thuốc riêng biệt, mà nó còn phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ giữa các lượng thuốc. Nếu m =

Wct

a nhỏ quá sẽ tồn tại vùng ứng suất giảm, làm chất lượng đập vỡ kém. Ngược lại nếu m lớn quá sẽ làm cho mặt tầng không bằng phẳng.

Dưới đây cần phân biệt: m là trị số ứng với sơ đồ mạng lỗ khoan trên tầng theo vị trí xác định của mặt tự do sườn tầng, còn khi nổ mìn vi sai, do có vô số sơ đồ điều khiển nổ vi sai cho nên tỷ số khoảng cách giữa các lượng thuốc nổ đồng thời (att) với đường kháng giữa các nhóm lượng thuốc nổ đồng thời (Wtt) mới là trị số làm gần thực.

¨ W m a

tt

tt = tt (2-7) Như vậy trị số m là xác định khi sơ đồ mạng lỗ khoan xác định, còn mtt phụ thuộc vào sơ đồ vi sai sử dụng. Giá trị m khi nổ tức thời thường bằng 0,7-