CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT VỀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ
1.4 Yêu cầu về thi công và công tác khai thác vật liệu
1.4.3 Công tác vật liệu
Công tác về vật liệu để đắp đập đá đổ bao gồm: yêu cầu về cường độ của đá, yêu cầu về cấp phối đá và yêu cầu về trữ lượng của mỏ đá.
1.4.3.1 Yêu cầu về cường độ của đá
Vật liệu chính dùng để thi công đập đá đổ là đá. Tùy theo hình thức chống thấm cho đập có thể sử dụng thêm các loại vật liệu khác như cát, cuội sỏi, đất sét, xi măng…
Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu như sau:
Đối với đập có chiều cao > 60m yêu cầu cường độ kháng nén của đá R≥60 MPa; phần đá chịu tác dụng của sóng ở mái thượng lưu R≥80MPa;
Đối với đập có chiều cao từ 20 đến 60m yêu cầu cường độ kháng nén của đá R = (50 ÷ 60) MPa;
Đá đổ thường đòi hỏi cường độ cao, không lẫn đất; còn đất đá hỗn hợp thường đòi hỏi đá cường độ không cao.
Tuy vậy, gần đây với việc ứng dụng đầm rung cỡ lớn đắp đá đầm nén, yêu cầu về chất lượng đá đòi hỏi thấp hơn (R<60, thậm chí vùng mặt cắt đập ít chịu ảnh hưởng của nước R=30-40 như ở đập Tuyên Quang).
20 1.4.3.2 Yêu cầu về cấp phối của đá
Để đảm bảo chất lượng đắp đá đòi hỏi thành phần cấp phối của đá sau khai thác phải nằm trong phạm vi đường bao cấp phối cho phép. Theo Tolbot thành phần cấp phối hạt của đá xác định theo công thức sau:
P = 100� 𝑑𝑖 𝐷𝑚𝑎𝑥�
𝑥 (1-1)
Trong đó:
P là % lượng hạt có đường kính d < di
x : là số mũ, nằm trong khoảng (0,25 ÷ 0,55)
Dmax : đường kính viên đá lớn nhất trong cấp phối, tùy thuộc dung tích gầu và thùng xe ô tô vận chuyển.
Khi khai thác cần phải xác định cấp phối của đống đá sau khi đã nổ mìn ở hiện trường, để làm cơ sở cho công tác điều chỉnh cấp phối. Có nhiều cách điều chỉnh cấp phối cho công tác khai thác trong luận văn này tác giả không đi sâu các kết quả điều chỉnh cấp phối đã công bố của các tác giả. Mà chỉ giới thiệu một số các phương trình điều chỉnh cấp phối đã công bố.
Phương trình lý thuyết thứ 3 của Bond:
Phương trình lý thuyết thứ ba của Bond được sử dụng để xác định các thôngsố về cấp phối đá trong nổ mìn.
Ef = 10.Ec.
−
80 80
1 1
F
P
(1-2)
Trong đó :
Ef: Năng lượng yêu cầu để đập vỡ một đơn vị khối lượng vật liệu cần nổ phá (đá), (Kwh/tấn).
21
Ec: Chỉ số công của Bond; Ecđược xác định bằng năng lượng yêu cầu để phá vỡ đá có kích thước hữu hạn thành sản phẩm mà 80% sản phẩm này lọt qua mắt sàng 100mm đặc trưng cho độ bền của đá được phá vỡ do nổ mìn. Giá trị của chỉ số Ec có thể tính theo công thức kinh nghiệm của DaGamma (1983) như sau.
Ec = 15,42 + 27,35.
F50/W
(1-3)
F50: là kích thước vật liệu mà 50% sản phẩm (đá) lọt qua sàng đó, (m) W: là chiều dài đường cản ngắn nhất, (m)
Năng lượng yêu cầu (Ef) có thể được coi như là năng lượng đầu vào, được xác định từ loại thuốc nổ và chỉ tiêu thuốc nổ như sau.
1
. . 00365 , 0
ρ q
Ef = Es (1-4)
Es: Phần năng lượng thuốc nổ đã sử dụng để phá vỡ đá, ( %) q: Là chỉ tiêu thuốc nổ (kg/m3)
ρ1: Là mật độ của khối đá (tấn/m3)
P80, F80: Các kích cỡ sản phẩm đá nổ phá thiết kế yêu cầu và thực tế. Trong đó, chỉ số 80 có nghĩa là kích thước thành phẩm đá tương ứng với cỡ mắt sàng lọt qua 80% tổng số đá; Thông số F80có thể được xác định bằng kỹ thuật phân tích sự phân bố các cỡ đá ngoài hiện trường.
Phương trình Rosin – Rammler:
Phương trình Rosin- Rammler sử dụng để xác định đường cong biểu diễn sự phá vỡ đá từ giá trị P80 và hệ số đồng dạng của sự phân bố cấp phối, được xác định từ các thông số thiếtkế nổ mìn theo kinh nghiệm sau:
x = 1 - exp[- *
63,2
x )
S
(S n ] (1-5)
22 Trong đó :
Sx: Cỡ sàng mà thành phần x lọt qua trong đường cong lũy tích S63,2: Cỡ đá đặc trưng
n*: Số mũ đồng dạng (số mũ Rosin - Rammler), xác định dạng của đường cong.
Giá trị của n* có thể được xác định bằng công thức kinh nghiệm của Cunningham (1987) như sau:
n* =
H L L
L L W
s W
a W
d kt ct
1 . , . 0
1 . 1
5 , 0 . 0 , 14 2 , 2
1 , 5 0
, 0
+
−
−
−
− (1-6)
d: Đường kính lỗ mìn, (mm) W: Đường cản ngắn nhất, (m) a: Khoảng cách giữa các lỗ mìn, (m) Lkt: Chiều dài khoan thêm, (m)
Lct: Chiều dài cột thuốc nổ tính đến chân tầng, (m) L: Tổng chiều dài nạp thuốc nổ, (m)
s: Sai số cho phép (tiêu chuẩn) của độ chính xác về khoan lỗ, (m) H: Chiều cao tầng khoannổ, (m)
Cỡ đá đặc trưng S63,2 là một đặc điểm về toán học. Nó xác định xu thế của đường cong khi S = S63,2, do đó:
x = 1 - exp(-1) = 0,632 = 63,2% (1-7)
Sự phân bố tổng thể của cỡ đá được nổ phá ra có thể được xác định gần đúng bằng cách áp dụng lý thuyết thứ ba với phương trình Rosin - Sammler. Kích cỡ đặc trưng, S63,2 trong phương trình Rosin - Sammler có thể được xác định bằng việc đưa vào Sx = P80 và x = 80% nếu n* có thể biết.
23
Bảng 1.4 Cấp phối đá đắp đập chính San Gabriel (1939) cao 114m
TT
Đường kính đá (mm)
Tỷ lệ
(%)
1 (500 ÷ 150) 30
2 (150 ÷ 6) 30
3 (6 ÷ 0,1) 38
4 < 0,1 2
Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng lọc ngược ở phần chuyển tiếp như sau:
Hình1.4 Đường cong thành phần hạt (cấp phối hạt). D10, D30, D60 – Là đường kính mắt sàng mà đất đá lọt qua chiếm 10%, 30%, 60% khối lượng mẫu đất đá đem sàng.
Yêu cầu thoát nước thấm:
15 15
d
D ≥ (4 ÷ 5) (1-8)
Yêu cầu không xảy ra hiện tượng lớp vật liệu nhỏ bị cuốn trôi vào lỗ rỗng của lớp vật liệu lớn:
85 15
d
D ≤ (4 ÷ 5) (1-8)
Trong đó:
D15: đường kính của hạt vật liệu loại lớn có lượng lọt sàng là 15%
(lg)D (mm)
D10 D30 D60
Phan tram hat min hon
0 10 30 60 100
24
d15, d85: đường kính của loại vật liệu hạt nhỏ kế cận có lượng lọt sàng là 15% và 85%.
Phần chuyển tiếp thường có hệ số thấm K = 10-2 (cm/s) (tương đương đất cát bãi bồi ven sông)
Đối với đập tường lõi sét, phần chống thấm thường sử dụng đất sét K = (10-5 ÷ 10-7) (cm/s), độ ẩm: W = (22 ÷ 27) %, dung trọng: γk = (1,5 ÷ 1,6) (T/m3); độ mềm dẻo thích ứng với biến dạng của đập mà không bị nứt, dễ thi công, chống trượt tốt.
1.4.3.3 Yêu cầu về trữ lượng của mỏ đá
Để có cơ sở xác định trữ lượng mỏ đá cần xem xét đến các hệ số sử dụng và tổn thất liên quan đến công tác khai thác đá như:
a) Hệ số tơi xốp (nở rời) của đá sau nổ mìn: K = (1,470 ÷ 1,475) b) Lượng đá tổn thất:
Tổn thất tại mỏ: (3 ÷ 5)%, trung bình 4% khối lượng do bùn bụithải bỏ tại chân mỏ Tổn thất do vận chuyển: (1,5 ÷ 2,5)%, trung bình là 2% khối lượng
Tổn thất do lún: (0,5 ÷ 1,5) %.H với H là chiều cao đập; gần đúng là (0,5 ÷ 1,5) % khối lượng, trung bình là 1%
Trong trường hợp tính toán chi tiết có thể tính độ lún theo công thức của Lawton và
M. Lester:
S = 0,001.H3/2 (1-9)
Chú ý khi đập trên nền bồi tích thì H có kể đến chiều dày bồi tích, ví dụ đập Hòa Bình cao 123m, nền bồi tích dày 90m, tổng lún sau 20 năm khoảng 2,30m.
Trên cơ sở các tổn thất lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình có thể tính được tỷ lệ tận dụng đá như sau: [2]
Lớn nhất: 0,97.0,985.0,995 = 0,95 Trung bình: 0,96.0,98.0,99 = 0,93
25 Nhỏ nhất: 0,95.0,975.0,985 = 0,91
Trong trường hợp có bãi trung chuyển thì cần phải tính thêm tổn thất ở bãi trung chuyển và tổn thất vận chuyển một lần nữa.
c) Cách tính lượng đá cần khai thác để đắp đập:
Khi đã biết dung trọng của đá nguyên khai γc và dung trọng đá đắp theo thiết kế γtk
cùng với tỷ lệ tận dụng đá sau khi đã kể đến các tổn thất đá thì hoàn toàn có thể tính toán được khối lượng đá cần khai thác ở mỏ. Căn cứ vào đó để xác định trữ lượng mỏ khi kể đến các hệ số an toàn và dự trữ.
Ví dụ tính toán lượng đá nguyên khai tại mỏ để đắp đập:
Bảng 1.5 Cơ sở tính lượng đá cần thiết và yêu cầu về trữ lượng mỏ [2]
Dung trọng đá đắp đập
thiết kế (T/m3)
Khối lượng đá nguyên khai chưa
kể đến hao hụt
(Hệ số tận dụng là 100%)
Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận
dụng là 91%
Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận
dụng là 93%
Khối lượng đá nguyên khai khi hệ số tận
dụng là
95%
2,10 0,8511 0,9352 0,9151 0,8959
2,15 0,8711 0,9572 0,9366 0,9169
2,20 0,8913 0,9794 0,9584 0,9382
Ghi chú: dung trọng của đá nguyên khai là 2,65 (T/m3), tính cho trường hợp không có trung chuyển. Nếu chung chuyển phải tính thêm hao hụt ở bãi trữ và một lần vận chuyển.