Bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ: Phần 1 (Dùng cho trình độ Thạc sĩ)

Phần 1 của bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ (Dùng cho trình độ Thạc sĩ) cung cấp cho học viên những nội dung về: những vấn đề cơ bản của tác dụng phá vỡ đất đá bằng nổ mìn và nguyên tắc tính toán lượng thuốc nổ; điều khiển mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn;... Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

BÀI GIẢNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN TRONG KHAI THÁC MỎ

(DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ)

Quảng Ninh, 2018

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN

TRONG KHAI THÁC MỎ

Quảng Ninh, năm 2018

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN

VỀ TÁC DỤNG PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN

VÀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN LƯỢNG THUỐC NỔ

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1.1 Phân loại lượng thuốc nổ

Khối lượng thuốc chuẩn bị để nổ được chứa trong lỗ khoan, trong buồng mìn hay đắp ngoài đối tượng phá vỡ gọi là lượng thuốc nổ Người ta phân chúng thành các loại sau:

- Theo vị trí đặt thuốc: Lượng thuốc phân làm hai loại là lượng thuốc đắp

ngoài và lượng thuốc phân bố ở bên trong lỗ khoan hoặc buồng mìn Lượng thuốc đắp ngoài dùng chủ yếu để đập vỡ đất đá và quặng quá cỡ, còn lượng thuốc bên trong với mục đích phá vỡ đất đá để khai thác khoáng sản

- Theo cấu trúc, lượng thuốc được phân thành: Lượng thuốc tập trung và

lượng thuốc dài Lượng thuốc dài là lượng thuốc khi tăng chiểu dài của nó bán kính vùng phá vỡ hướng tâm không tăng lên Lượng thuốc dài có:

Người ta còn phân biệt lượng thuốc dài thành:

Lượng thuốc liên tục (không phân chia thành từng đoạn) và lượng thuốc phân đoạn (phân thành từng phần bởi các khoảng trống không khí, bua hoặc nước)

- Theo đặc tính lượng thuốc, người ta phân thành:

+ Lượng thuốc nén ép: Chỉ phá vỡ đất đá ở xung quanh lượng thuốc, trên

bề mặt tự do không xuất hiện sự phá vỡ (hình 1.1.a)

+ Thuốc làm vỡ lở: Khi nổ đất đá xung quanh lượng thuốc và trên bề mặt

hiện: 1,2,3 là ký hiệu lượng thuốc, 1  2  , 3 là hình dạng của buồng nổ hoặc phễu

nổ tương ứng

Hình 1.1- Sơ đồ tác dụng nổ những lượng thuốc khác nhau

Hình 1.2- Những phương pháp thay đổi đặc tính tác dụng nổ

1.1.2 Hình dạng và những yếu tố của phễu nổ

Hình dạng của phễu nổ phụ thuộc vào tính chất của môi trường Đối với lượng thuốc tập trung đơn độc, để đơn giản cho tính toán người ta coi phễu nổ

có dạng hình nón tròn xoay và đỉnh là trung tâm lượng thuốc

Những yếu tố của phễu nổ bao gồm (hình 1.3)

Hình 1.3- Những yếu tố của phễu nổ

- Chiều sâu đặt thuốc (đường kháng nhỏ nhất) W: khoảng cách ngắn nhất

từ trung tâm lượng thuốc đến bề mặt tự do;

- Góc mở rộng của phễu nổ 2; - Bán kính phễu nổ r;

- Bán kính tác dụng nổ R; - Chỉ số tác dụng nổ n:

w

r tg

n > 1, khi 2α > 900, r > w gọi là nổ mạnh

n <1, khi 2α < 900, r < w gọi là nổ yếu

Chỉ số n phản ánh đặc tính nổ của lượng thuốc, mục đích nổ mạnh hay yếu và là chỉ số có ý nghĩa quan trọng trong tính toán nổ mìn

1.1.3 Các vùng tác dụng nổ

- Tại vị trí đặt thuốc, khi nổ dưới tác dụng của sóng đập và khí nổ tạo thành vùng nén ép (hoặc nghiền nát) Trong vùng này đất đá bị nén ép và nghiền nát mạnh, tại vị trí đặt thuốc tạo thành buồng nổ có kích thước nhất định

- Ngoài vùng nghiền nát là vùng tơi vụn (hoặc vùng tạo thành nứt nẻ) Trong vùng này đất bị đập vỡ, bị phân chia bởi nhiều nứt nẻ mà cấu trúng không

bị thay đổi

Khi phá vỡ đất đá cứng bằng nổ mìn thì vùng phá vỡ là vùng có ý nghĩa thực tế, đó là tổ hợp của vùng nén ép và vùng tơi vụn Bán kính vùng này gọi là bán kính phá vỡ hay bán kính tác dụng nổ

- Sau giới hạn vùng phá vỡ, năng lượng nổ gây ra tác dụng chấn động trong đất đá Vùng có xuất hiện tác dụng đó gọi là vùng chấn động

Khi nổ mìn (trừ nổ mìn ép) đều phát ra sóng đập không khí Sóng đập không khí có thể có tác dụng phá hoại nhất định

1.2 TÁC DỤNG PHÁ VỠ KHI NỔ LƯỢNG THUỐC ĐƠN ĐỘC

Theo cơ cấu quá trình phá vỡ, đất đá được chia thành 3 nhóm: đất đá mềm yếu, đất đá cứng đặc và đất đá nứt nẻ

1.2.1 Cơ cấu phá vỡ đất đá mềm yếu bằng nổ mìn

Đất đá mềm yếu bao gồm cát, sét, đất thịt v.v…, nó có độ bền nén và cắt nhỏ, độ dẻo được thể hiện rõ Năng lượng nổ dùng để phá vỡ loại đất đá này không đáng kể Khi nổ năng lượng chủ yếu dùng để tạo buồng xung quanh lượng thuốc hoặc tạo thành phễu nổ, nghĩa là dùng để nén nền đất, mở rộng buồng mìn hoặc truyền cho đất đá động năng nhất định để văng xa

Khi nổ, tại thời điểm ban đầu tạo thành buồng hình cầu xung quanh lượng thuốc và nó chứa đầy khí nổ Sau đó buồng nổ có dạng quả lê mà trục của nó trùng với hướng đường cản nhỏ nhất (hình 1.4) Do các phần khác nhau của đất

đá có sức kháng chuyển dịch khác nhau mà hình dạng của buồng nổ thay đổi Phần dưới của buồng mở rộng yếu, trong khi đó kích thước của phần trên tăng lên, bề dầy lớp đất đá ở trên buồng giảm đi Buồng nổ được tiếp tục mở rộng và phần trên bị phá vỡ, các phần tử đất đá chuyển động tung lên Sau khi hết năng lượng dự trữ thì đất đá rơi xuống và tạo thành phễu hở có gờ ở miệng

Hình 1.4- Trình tự phá vỡ đất đá bằng nổ mìn

1-7 các pha dịch chuyển của đất đá Một phần đất đá lăn xuống dưới và phễu có góc dốc tự nhiên đặc trưng cho từng loại đất, thể tích phễu khi đó giảm đi

1.2.2 Cơ cấu phá vỡ đất đá cứng đồng nhất bằng nổ mìn

Tốc độ kích nổ của chất nổ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ lan truyền sóng ứng suất trong đất đá Vì vậy bề mặt đất đá tiếp thu tác dụng nổ đồng thời trên toàn bộ diện tích tiếp xúc lượng thuốc với đất đá

Trên bề mặt ranh giới giữa lượng thuốc và đất đá sóng kích nổ chuyển thành sóng đập với biên độ lớn hơn Sóng đập nghiền nát đất đá rất mạnh trong điều kiện nén các phía không đều đặn Càng xa lượng thuốc thì biên độ sóng đập càng giảm Tại những điểm của môi trường cách lượng thuốc khoảng 56 lần bán kính lượng thuốc thì sóng đập chuyển thành sóng đàn hồi Tốc độ lan truyền của nó nhỏ hơn tốc độ lan truyền sóng đập và bằng tốc độ âm trong môi trường đất đá

Ứng suất trên mặt sóng nổ cao hơn nhiều so với độ bền của đất đá về nén,

do đó sau khi sóng nổ truyền qua đất đá bị đập vỡ, thường kết cấu ban đầu của

nó bị phá vỡ Vùng này được đặc trưng là vùng tác dụng dẻo khi nổ Nó thường giới hạn trong khoảng 10 – 12 lần bán kính lượng thuốc Trong vùng này sau khi sóng nổ truyền qua, khí nổ với áp lực cực lớn (2070).108 N/m2 gây ra tác dụng phá vỡ nhất định

Dưới tác dụng của sóng và khí nổ đất đá gần lượng thuốc bị nén ép và chuyển dịch nhanh sau mặt sóng ứng suất Do đó mà tạo thành vùng biến dạng mạnh với hệ thồng nhiều nứt nẻ cắt nhau (hình 1.5)

Hình 1.5 Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc

a Vùng nghiền nát b Vùng tạo thành nứt nẻ

Càng xa lượng thuốc thì ứng suất trên mặt sóng nổ càng giảm và ở khoảng cách nhất định nhỏ hơn sức kháng nén của đất đá, khi đó đặc tính biến dạng và phá vỡ môi trường thay đổi

Hình 1.6 Sơ đồ tạo thành nứt nẻ hướng tâm và nứt nẻ

vòng xung quanh lượng thuốc

Dưới tác dụng của sóng ứng suất và khí nổ (lan truyền từ lượng thuốc), theo đường hướng làm phát sinh ứng suất nén và theo hướng tiếp tuyến phát sinh ứng suất kéo, do đó trong đất đá xuất hiện những nứt nẻ hướng tâm (hình 1.6.a)

Ngoài ra đất đá bị biến dạng dưới tác dụng áp lực cao, bán kính các vùng xung quanh lượng thuốc r1 và r2 tăng lên Khi đó theo hướng tiếp tuyến đất đá chịu tác dụng của ứng suất kéo, ứng suất này làm phát triển nứt nẻ hướng tâm

Sự mở rộng khí nổ có ảnh hưởng nhất định đến sự mở rộng khe nứt Qua thí nghiệm người ta đã xác định rằng khi nổ lượng thuốc nổ không nạp bua thì

3040% sản phẩm khí nổ xâm nhập vào nứt nẻ, còn khi nổ lượng thuốc có bua thì hơn 70% Tuy nhiên hiện nay chưa có khả năng xác định ảnh hưởng định lượng của khí nổ đến hiệu quả phá vỡ trong khối đá

Càng xa lượng thuốc thì ứng suất kéo tiếp tuyến càng giảm và sẽ nhỏ hơn sức kháng của đất đá Vì vậy đến một khoảng cách nhất định thì đất đá không bị phá vỡ mà các phần tử của nó chỉ chuyển dịch dao động mà thôi

Sau khi giảm áp lực khí nổ ở trung tâm nổ thì đất đá không bị nén và nó chuyển dịch về phía trung tâm lượng thuốc, do đó bán kính của buồng hình cầu giảm và đất đá kề với buồng đó chịu ứng suất kéo theo đường hướng tâm Điều

đó tạo ra nhứng nứt nẻ vòng trong đất đá (hình 1.6.b)

Khi nghiên cứu sơ đồ tác dụng nổ nén ép, giáo sư Pakrobski đã phân chia thành 4 giai đoạn tác dụng của sản phẩm kích nổ

1 Giai đoạn 1: Sóng kích nổ (v = 4 - 6 km/s), truyền trên bề mặt tiếp xúc

giữa thuốc với đất đá, sau đó nó chuyển thành sóng đập ( v = 3 – 5 km/s), ứng suất trên mặt sóng vượt giới hạn bền nén của đất đá

Sóng đập phá vỡ đất đá thành những phần tử có kích thước nhỏ Tại thời điểm mà tốc độ lan truyền của sóng đập bằng tốc độ của sóng dọc:

) 2 1 )(

1 (

) 1 (

2 Giai đoạn 2: Buồng nổ chứa đầy sản phẩm nổ và vùng đất đá bị đập

nhỏ được mở rộng, áp lực khí trong buồng nổ chuyển qua đất đá bị đập vỡ thành mặt trước của sóng đàn hồi Trong quá trình lan truyền sóng đàn hồi ứng suất bị giảm dần Tại thời điểm khi biên độ mặt trước sóng đàn hồi giảm bằng trị số bền động lực của đất đá thì bắt đầu giai đoạn 3

3 Giai đoạn 3: Hình thành một số vùng biến dạng và phá vỡ đất đá: vùng

đập nhỏ đất đá do tác dụng của sản phẩm nổ, vùng nứt nẻ hướng tâm, vùng biến dạng đàn hồi

Ở giai đoạn 3 người ta quan sát được mặt trước của sóng đàn hồi, mặt tạo thành nứt nẻ hướng tâm và mặt nghiền nhỏ đất đá Cuối giai đoạn 3, trong vùng lân cận lượng thuốc phát sinh trạng thái ứng suất biến dạng cân bằng và từ sóng đàn hồi phát sinh sóng chấn động, biên độ của nó biến đổi theo quy luật:

*

;

r

r r r

r= r/r2 ; r2  r  ro;

r2 - Bán kính cuối cùng của vùng đập nhỏ đất đá;

ro - Bán kính ngoài của vùng nứt nẻ hướng tâm Nếu r = ro thì quan hệ giữa

ro và r2 có dạng:

k

nd

r r

k

nd m

t k d r







2 2

4 Giai đoạn 4: Do tác dụng nổ mà tạo thành những nứt nẻ vòng tiếp tuyến

trong vùng nứt nẻ hướng tâm và vùng biến dạng đàn hồi Nứt nẻ vòng được tạo thành trong những điều kiện sau đây: Từ buồng nổ, tại thời điểm nhất định, sản phẩm nổ theo các vết nứt truyền vào khí quyển nên áp lực giảm đáng kể, giải phóng cho đất đá khỏi bị nén trong vùng nứt nẻ hướng tâm vùng biến dạng đàn hồi Khi đó các phần tử đất đá chuyển động về phía trung tâm lượng thuốc xuất hiện ứng suất kéo hướng tâm Do ảnh hưởng của ứng suất này mà phát sinh nứt

nẻ vòng quanh buồng nổ

Trong trường hợp nổ nén ép lượng thuốc dài quá trình phá vỡ đất đá gây

ra hiện tượng tương tự

Khi nổ do không bị ngăn cản và dưới tác dụng của sóng ứng suất các phần

tử đất đá ở gần bề mặt tự do được chuyển dịch tự do về phía bề mặt đó và kéo theo tất cả các phần tử xa bề mặt tham gia vào sự chuyển động này Khi đó bắt đầu lan truyền sóng phản xạ theo đất đá Trên mặt sóng phản xạ (còn gọi là sóng căng) phát sinh ứng suất kéo Như vậy sóng căng là sóng nén được phản xạ từ

bề mặt tự do và được lan truyền từ lượng thuốc ảo (hình 1.7)

Hình 1.7 Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở bề mặt tự do

1- Lượng thuốc; 2- Sóng tới (nén) 3- Lượng thuốc ảo; 4- Sóng phản xạ

Trị số lượng thuốc ảo giống trị số lượng thuốc thật, nhưng nó được phân

bố bên ngoài cách bề mặt tự do một khoảng bằng đường kháng nhỏ nhất của lượng thuốc thật Vì sức kháng kéo của đất đá nhỏ hơn 1030 lần sức kháng nén nên đất đá ở bề mặt tự do bị phá vỡ do sóng phản xạ với tạo thành nứt nẻ tiếp tuyến và phễu vỡ lở bề mặt

Toàn bộ thể tích đất đá trong phễu nổ bị đập vỡ do sự phá vỡ lan truyền từ

bề mặt vào sâu trong khối đá cộng với sự phá vỡ xảy ra xung quanh lượng thuốc

Giáo sư Khanukaiev đã tìm ra các thông số của sóng ứng suất lan truyền trong đất đá khi nổ bằng cách sau (hình 1.8):

Hình 1.8 Sơ đồ xác định các thông số của sóng ứng suất

trong đất đá khi nổ lượng thuốc

1- Lượng thuốc nổ; 2- Đát trích

Trên những thành thẳng đứng của giếng (kích thước 4x4x3m) chứa đầy nước, khoan lỗ khoan để chứa thuốc nổ và cách thành giếng 5 – 8 cm ở trong nước bố trí đát trích để ghi lại các thông số của sóng khúc xạ Thông số của sóng ứng suất tìm được theo công thức:

n n

C C

C k

1.2.3 Cơ cấu phá vỡ đất đá nứt nẻ bằng nổ mìn

Đất đá nứt nẻ bị phá vỡ do tác dụng của áp lực khí nổ và của sóng ứng suất Sự phá vỡ được lan truyền ngược nhau từ buồng mìn và từ bệ mặt tự do

Dưới tác dụng áp lực cao của khí nổ tại vị trí đặt thuốc tạo thành buồng

nổ, vùng đất đá bị phá vỡ phân bố xung quanh buồng đó

Những khe nứt của đất đá là những bề mặt phân chia, nó cản trở sự lan truyền sóng ứng suất và sự lan truyền quá trình phá vỡ Ở bề mặt của nỗi nứt nẻ ứng suất trong sóng giảm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của nó (hình 1.9)

Hình 1.9- Sơ đồ giảm trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc trong đất đá nứt nẻ

1- Đất đá không nứt nẻ; 2- Đất đá nứt nẻ; 3- Bề mặt nứt nẻ trong đất đá

Do đó ứng suất trong đất đá nứt nẻ ở xa lượng thuốc giảm rất nhiều, còn những nứt nẻ từ lượng thuốc được lan truyền đến một khoảng cách nhỏ hơn so với trong đất đá không nứt nẻ Ngoài giới hạn của khối tiếp xúc với lượng thuốc, đất đá bị phá vỡ chủ yếu do sự va đập cơ học của khối Vì vậy trong đất đá tạo thành một số tâm phá vỡ dưới tác dụng của sóng phản xạ và khí nổ

Như vậy trong đất đá nứt nẻ có 2 cơ cấu phá vỡ khi nổ: những khối nứt nẻ chứa lượng thuốc nổ hoặc ở gần trực tiếp với nó bị phá vỡ bởi sóng, còn những khối phân bố ngoài giới hạn vùng tác dụng của sóng bị phá vỡ bởi động năng va đập cơ học

Khi chiều sâu đặt lượng thuốc lớn, trên bề mặt tự do phát sinh dao động chấn động Cuối giai đoạn tác dụng nổ, những phần tử hướng tâm có trạng thái ứng suất biến dạng, cũng như biên độ chuyển dịch của các phần tử bề mặt trên lượng thuốc có giá trị lớn hơn 2 lần so với chúng ở độ sâu W dưới lượng thuốc

Tốc độ và biên độ dịch chuyển các phần tử ở trên bề mặt tăng lên, khi đạt trị số W nhất định thì trên bề mặt đất đá bị vỡ lở

*

7 , 0

r

r W

1- Mặt tự do 2- Lượng thuốc 3- Buồng nổ 4- Biên độ cực đại của sóng chấn động

5- Sóng chấn động nén tại thời điểm t1 và t2

6- Sóng phản xạ căng tại thời điểm t3

Đối với lượng thuốc dài thì:

2 2

* 0 , 7  

k

nd

r r

Nếu W  2r0 thì tạo thành những nứt nẻ vòng, những nứt nẻ này tạo ra phễu nổ văng xa và làm vỡ đất đá

Như vậy khi nổ lượng thuốc gần bề mặt tự do có thể phân thành 4 trường hợp:

- W > r*: Nổ nén ép, không thể hiện sự phá vỡ nào trên bề mặt

- r*  W > 2r0: Đất đá trên bề mặt tự do bị vỡ lở

- 2r0  W > 2 r 0 : Đất đá ở bề mặt tự do bị vỡ lở và tạo thành nứt nẻ theo đường kháng nhỏ nhất (vùng nứt nẻ hướng tâm và vùng đập võ nhỏ đất đá có dạng quả lê)

- W  2 r.0 : Tạo ra phễu văng xa

1.3 PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ ĐỒNG THỜI VÀI LƯỢNG THUỐC

Trong công nghiệp mỏ ít sử dụng nổ những lượng thuốc đơn độc vì vậy cần biết đặc điểm tác dụng khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc

Thí nghiệm nổ trên mô hình cho thấy trước khi trường ứng suất gặp nhau môi trường xung quanh mỗi lượng thuốc thể hiện như khi nổ từng lượng 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 cường độ đập vỡ đất đá theo đường nối các lượng thuốc và theo hướng của đường kháng nhỏ nhất

Khi sóng ứng suất gặp nhau thì trạng thái ứng suất của môi trường thay đổi nhiều Khi nghiên cứu một phân tố của môi trường trên đường nối các lượng thuốc cạnh nhau (1.11a) ta thấy theo hướng vuông góc với đường đó chịu sự tác dụng của ứng suất kéo lớn hơn so với khi nổ lượng thuốc đơn độc Điều đó làm tăng tác dụng nổ và tạo thành nứt nẻ chính theo đường nối hai lượng thuốc mà đất đá xung quanh nó không bị nghiền nát mạnh, đặc biệt khi hệ số khoảng cách giữa các lỗ khoan nhỏ

Hình 1.11 Sơ đồ trạng thái ứng suất những phần khác nhau của đất đá

khi nổ đồng thời hai lượng thuốc

a- Trên đường nối hai lượng thuốc b- ở sâu trong đất đá giữa hai lượng thuốc Thí nghiệm đã xác định rằng bán kính phá vỡ các khối nứt nẻ theo đường nối các lượng thuốc tăng lên 1,6 2 lần Những khối đất bị phá vỡ chủ yếu bằng

nứt nẻ Cuối kẽ nứt của khối này trùng với đầu kẽ nứt của khối tiếp theo Hiệu quả này được sử dụng để nổ mìn tạo biên khi đào lò và khi chọn sơ đồ nổ vi sai trên mỏ lộ thiên

Có những vùng đất đá phân bố giữa các lỗ khoan và bề mặt tự do xảy ra

sự bù trừ ứng suất và trạng thái ứng suất bị yếu đi so với khi nổ lượng thuốc đơn độc Trong những vùng này (hình 1.11b) đất đá bị đập vỡ kém nhất

Khi hệ số khoảng cách m > 1 thì thể tích của vùng này là nhỏ nhất Khi tiến hành nổ mìn cần giảm kích thước những vùng đập vỡ kém Điều đó sẽ đạt được bằng cách tăng hệ số khoảng cách (m > 2) và nổ lượng thuốc theo thời gian khác nhau

Khi nổ đồng thời những lượng thuốc dài No1 và No2 thì trong mặt phẳng phân bố chúng ứng suất nén hướng tâm r1và r2cũng như ứng suất kéo tiếp tuyến 1 và   2trùng nhau về hướng, dấu Vì vậy nứt nẻ giữa các lượng thuốc

No1 và No2 trong mặt phẳng phân bố chúng được tạo thành với mức độ mạnh nhất

Càng xa mặt phẳng phân bố các lượng thuốc thì ứng suất r1 và 1 phát sinh trong đất đá do nổ lượng thuốc nổ No1 sẽ không trùng với ứng suất tương ứng r2và   2 do lượng thuốc nổ No2 sinh ra Do đó ứng suất tổng sẽ giảm đi

Ta nghiên cứu ứng suất tổng phát sinh trong đất đá tại các điểm trên nửa vòng tròn có đường kính bằng khoảng cách giữa các lượng thuốc và tâm là điểm giữa của khoảng cách ấy Trên vòng tròn này ứng suất r1sẽ trùng hướng với ứng suất 2, còn   1 sẽ trùng hướng với ứng suất r2 Vì vậy ứng suất tổng sẽ giảm

nổ thay đổi Trong trường hợp này đất đá được tách ra khỏi nguyên khối với sự đập vỡ không đáng kể ở gần các lượng thuốc Khi a > 3r0 thì đất đá bị đập vỡ như khi nổ những lượng thuốc đơn độc

Vùng thứ nhất(a  2,8r0) được sử dụng khi nổ tạo biên và khi khai thác đá khối, còn vùng thứ 2 (a > 3r0) đập vỡ đất đá

Qui luật nêu trên chỉ ra rằng: Nâng cao chất lượng đập vỡ đất đá bằng cách bố trí các lượng thuốc gần nhau và nâng cao chỉ tiêu thuốc nổ chỉ có thể được thực hiện trong một giới hạn nhất định đối với mỗi loại đất đá Khi tiếp tục

bố trí các lượng thuốc gần nhau hơn thì có thể giảm chất lượng đập vỡ và tăng tỷ

lệ cỡ hạt lớn

1.4 PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ VI SAI

Nổ vi sai là nổ liên tiếp hàng loạt hay từng lượng thuốc riêng với thời gian dãn cách tính bằng phần nghìn giây Đôi khi phương pháp này gọi là phương pháp mili giây

Những yếu tố chủ yếu quyết định hiệu quả nổ vi sai là thời gian dãn cách

và trình tự phá vỡ đất đá Nó thay đổi tùy thuộc vào tính chất đất đá, sơ đồ phân

bố lượng thuốc, nhiệm vụ nổ (đập vỡ, chuyển dịch,…)

Khi nổ vi sai xảy ra sự tác dụng lẫn nhau của các lượng thuốc cạnh nhau

Nổ vi sai tạo ra kết quả tốt là do sự giao thoa của sóng ứng suất, sự tạo thành mặt tự do phụ, sự va đập của các cục đá bay khi nổ những lượng thuốc cạnh nhau

Khi thời gian dãn cách nhỏ xảy ra sự giao thoa của sóng ứng suất, thời gian dãn cách trung bình – tạo thành mặt tự do phụ, thời gian dãn cách lớn – va đập của các cục đá bay Như vậy tất cả những yếu tố kể trên được nghiên cứu như những yếu tố thành phần của một quá trình thống nhất

Dưới đây, chúng ta sẽ nghiên cứu những dạng cơ bản tác dụng tương hỗ khi nổ vi sai các lượng thuốc và vai trò của chúng trong việc cải thiện chất lượng phá vỡ đất đá

1.4.1 Sự giao thoa của sóng ứng suất

Sự giao thoa của sóng ứng suất xảy ra trong trường hợp hướng chuyển dịch các phần tử của đợt nổ trước và sau trùng nhau Khi đó tổng chuyển dịch, ứng suất và cường độ phá vỡ đất đá tăng lên

Sóng ứng suất (hình 1.12) từ lượng thuốc lan truyền đến bề mặt tự do và phản xạ lại tạo thành sóng căng, sóng này lan truyền sâu vào khối đất đá

Lượng thuốc Q2 cần nổ tại thời điểm khi sóng căng của lượng thuốc thứ nhất đi qua vị trí phân bố lượng thuốc Q2 Khi đó lượng thuốc Q2 tác dụng dễ dàng hơn và hiệu quả phá vỡ đất đá tăng lên Thời gian dãn cách (s) để đảm bảo giao thoa sóng ứng suất được xác định theo công thức của giáo sư G.I.Pakrôpski:

m v

W a t

2 2

4





Vì vậy, sử dụng hiệu quả giao thoa ứng suất để tăng cường độ đập vỡ yêu cầu lựa chon thời gian dãn cách chính xác (đến 0,1 ms), do tốc độ sóng ứng suất, cường độ nứt nẻ và khoảng cách giữa các lượng thuốc thay đổi nên sử dụng hiệu quả này trong điều kiện thực tế tiến hành công tác nổ rất khó khăn

1.4.2 Tạo thành mặt tự do phụ

Mặt tự do phụ khi nổ loạt trước đảm bảo tạo thành sóng phản xạ trong đất

đá khi nổ loạt sau Điều đó làm tăng hiệu quả phá vỡ, làm yếu khối đá và làm dễ dàng cho sự phá vỡ, đất đá chuyển dịch về phía bề mặt tự do

Khi nổ lượng thuốc, thể tích phá vỡ tăng tỷ lệ với số lượng mặt tự do (hình 1.13)

Hình 1.13 Sự thay đổi điều kiện tác dụng nổ phụ thuộc vào số lượng mặt tự do

Q 1

Q 2

Q 1 ’

W 2

2

1

W

1- Sóng nén (sóng tới) 2- Sóng kéo (sóng phản xạ)

Hình 1.14 Sơ đồ tạo thành mặt tự do phụ khi nổ vi sai

1- Lượng thuốc nổ tức thời, 2- Lượng thuốc nổ sau Đập vỡ đất đá thường xảy ra với sự tăng thể tích ban đầu chuyển dịch về phía mặt tự do Khi chiều rộng khe hở không đủ sự phá vỡ sẽ khó khăn vì lúc đó sau khi nổ loạt trước đất đá gây sức kháng phụ cho đợt nổ sau Vì vậy chiều rộng khe hở giữa phần đất đá bị phá vỡ và không bị phá vỡ cần tỷ lệ với đường kháng nhỏ nhất và hệ số nở rời của đất đá

Chiều rộng cần thiết để nhận được mặt tự do theo số liệu thực nghiệm bằng (1/201/30)W, (hình 1.14)

Thời gian dãn cách giữa các đợt nổ được lựa chọn xuất phát từ điều kiện: với thời gian đó phần đất đá được tách ra khỏi nguyên khối đến khoảng cách đủ

để khe hở trở thành mặt tự do, nghĩa là:

Trong đó:

t1- Thời gian lan truyền sóng ứng suất từ lượng thuốc đến mặt tự do, ms;

t2- Thời gian tạo thành nứt nẻ theo biên lăng trụ phá vỡ, ms;

t3- Thời gian chuyển dịch đất đá để tạo thành khe hở đủ rộng, ms

Thường t1 = 12 ms và nhỏ hơn nhiều so với t2 và t3 Vì vậy có thể lấy:

W

δ

Đối với đất đá có mật độ 2,2 2,8 g/cm3 và lỗ khoan đường kính 220 

250 mm t3 = 10 15 ms

Như vậy thời gian dãn cách bằng 25  35 ms Nổ thí nghiệm ở các xí nghiệp mỏ cho thấy rằng thời gian dãn cách trên gần với trị số hợp lý và nó giảm khi độ cứng đất đá tăng

Thời gian dãn cách khi nổ trong đường lò chuẩn bị (ms) có thể được xác định theo công thức thực nghiệm

6 , 9

6 5 ,

1.4.3 Sự va đập của các cục đá bay

Hiện tượng này xảy ra khi những phần khác nhau của khối đá bị phá vỡ bằng nổ có tốc độ và hướng chuyển động khác nhau Khi các cục đá va chạm nhau sẽ xảy ra sự đập vỡ phụ Thực nghiệm đã chỉ ra rằng: chất lượng đập vỡ tốt nếu hướng bay của các cục đá cắt nhau với góc không nhỏ hơn 90o Trong trường hợp nổ theo hàng đất đá mặt trước của các đợt nổ sau (tốc độ 2060 m/s)

va đập với đất đá mặt sau của đợt nổ trước (tốc độ 36 m/s)

Theo tính toán, khi tốc độ chuyển động khác nhau từ 15m/s trở lên sẽ đập

vỡ các cục đá va chạm nhau Nếu nổ với chỉ tiêu thuốc nổ lớn thì sự khác nhau

về tốc độ sẽ lớn, đặc biệt khi nổ theo sơ đồ rạch và đối nhau

Khi nổ vi sai, quá trình phá vỡ đất đá bằng những lượng thuốc của đợt đầu tương tự như sự phá vỡ khi nổ một lượng thuốc Do tác dụng nổ mà lăng trụ (phễu nổ) bị đập vỡ, dưới tác dụng áp lực dư của sản phẩm nổ lăng trụ đó được chuyển dịch Lúc này đất đá ở trong tình trạng ứng suất Khi nổ những lượng thuốc đợt 2 và các đợt tiếp theo với thời gian dãn cách nhỏ trong đất đá phát sinh tình trạng phức tạp về sự giao thoa của sóng ứng suất Thời gian đất đá ở trong trạng thái ứng suất tăng lên, tác dụng chấn động giảm đi (do nổ đồng thời một số lượng nhỏ các lượng thuốc) và hậu xung giảm

1.5 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN TÁC DỤNG PHÁ VỠ KHI NỔ MÌN

1.5.1 Khái niệm chung

Bản chất của phương pháp được áp dụng để tính toán tác dụng phá vỡ khi

nổ lượng thuốc nổ là xác định chỉ tiêu thuốc nổ tính toán cho 1 m3 (1T) đất đá (hoặc quặng) và xác định khối lượng đất đá (hoặc quặng) bị phá vỡ khi nổ

Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào tính chất của đất đá (độ cứng và độ nứt nẻ) phương pháp tiến hành nổ (lỗ khoan lớn, lỗ khoan nhỏ, mìn buồng,…) và mục đích nổ (đâm xuyên, đập vỡ, văng xa…) Trị số của chỉ tiêu thuốc nổ được xác định trên cơ sở phân tích các đợt nổ công nghiệp, ở xí nghiệp mỏ người ta thành lập bảng phân loại đất đá theo độ nổ của chúng (thường từ 38 loại) và đối với mỗi loại được giới thiệu chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng

Khi xác định thể tích đất đá được phá vỡ thường người ta sử dụng phương pháp tính cơ bản và coi khối đất đá được nổ có dạng hình học nào đấy Nhưng thể tích thực tế của đất đá phá vỡ không phù hợp với tính toán, do đó chỉ tiêu thuốc nổ đưa vào công thức tính toán khác với chỉ tiêu thuốc nổ thực tế Để đơn giản ta sử dụng khái niệm chỉ tiêu thuốc nổ tính toán có tính đến những điều nêu trên, vì rằng độ không chính xác đó không ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng khi

nổ

Chúng ta sẽ nghiên cứu những nguyên tắc chung tính toán lượng thuốc tập trung và lượng thuốc dài khi nổ làm tơi vụn và văng xa đất đá, trên cơ sở đó sẽ trình bày những phương pháp tính toán lượng thuốc đối với những điều kiện cụ thể

1.5.2 Tính toán đối với lượng thuốc tập trung làm tơi đất đá

Giả thiết rằng phễu nổ có dạng hình nón, góc đỉnh của nó là 90o Đó là phễu nổ tiêu chuẩn

Thể tích của nó (m3) bằng thể tích hình nón:

V =

3

1 r2W Đối với phếu tiêu chuẩn: n = 1, r = W, nếu lấy  = 3 ta sẽ được:

V=

3

1

3W2W = W3 Khi đó công thức tính lượng thuốc nổ có dạng:

Trong đó qt- Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán đối với phễu nổ tiêu chuẩn

Chỉ tiêu thuốc nổ này lấy làm tiêu chuẩn, nó đặc trưng cho độ nổ của đất

đá Ở các xí nghiệp mỏ người ta tiến hành phân loại đất đá theo độ nổ, trong đó chỉ tiêu thuốc nổ được xác định trong điều kiện tiêu chuẩn

Khi n < 1 đất đá bị phá vỡ với chỉ tiêu thuốc nổ nhỏ hơn, còn khi n > 1 đất

đá bị phá vỡ với chỉ tiêu thuốc nổ lớn hơn so với khi nổ trong điều kiện tiêu chuẩn, vì rằng chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào chỉ số tác dụng nổ vì vậy người

ta đưa hàm số chỉ số tác dụng nổ vào những công thức tính toán, hàm số này kể đến sự thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ thực tế so với tiêu chuẩn (khi phễu nổ là tiêu chuẩn) Như vậy công thức tính lượng thuốc nổ có dạng:

Liên hiệp công nghiệp nổ mìn toàn Liên Xô đã xác định rằng đối với lượng thuốc nổ làm tơi vụn đất đá có thể lấy f(n) = 0,33, nghĩa là trị số của lượng thuốc tập trung làm tơi vun đất đá được tính:

Có rất nhiều công thức xác định trị số của hàm số f(n), nhưng đa số chúng không được sử dụng trong thực tế Thường là chỉ tiêu thuốc nổ được tra theo bảng và làm chính xác trong quá trình tiến hành công tác nổ mìn có kể đến tính chất của đất đá và nhiệm vụ nổ

1.5.3 Tính toán đối với lượng thuốc tập trung văng xa đất đá

Khi xây dựng đập chắn nước và đôi khi trên mỏ lộ thiên người ta sử dung lượng thuốc làm văng xa phần lớn đất đá ra khỏi biên giới phễu nổ hoặc chuyển dịch chúng tới một khoảng cách nhất định

Sử dụng phương pháp này ở một loạt mỏ để đào hào đã cho phép giảm thời gian xây dựng và giá thành của chúng

Khi tính toán lượng thuốc văng xa thường sử dụng công thức của Bôreckov:

Trong đó f(n)= 0,4+0,6n3 là hàm số chỉ số tác dụng nổ

Khi nổ văng xa n được lấy trong giới hạn từ 1,5 2,0

Khi W > 25m, giáo sư Pakrôvski đã đưa vào công thức Bôreckov hệ số điều chỉnh W/ 25

Q = (0,4+0,6n3)qt W/ 25W3 (1.14)

Sở dĩ phải đưa hệ số điều chỉnh vào là vì cần thiết phải nâng trọng tâm khối nổ trong phễu đến độ cao H

H = W/3 + W/4 = 7W/12 Trong đó:

W/3 – Khoảng cách từ trọng tâm khối nổ đến bề mặt tự do, m;

W/4- Chiều cao tối thiểu cần thiết để nâng trong tâm lên khỏi mặt tự do đảm bảo văng xa bình thường, m;

Khi tăng W trị số tốc độ văng xa cần phải tăng lên để đảm bảo nâng trọng tâm của khối văng xa đến độ cao lớn hơn so với những trị số W nhỏ (hình 1.15)

Hình 1.15 Sơ đồ giải thích việc đưa hệ số điều chỉnh của G.I Pakrôvski

vào công thức của M.M Bôreckov

1.5.4 Tính toán đối với lượng thuốc dài đập vỡ đất đá

Đối với lượng thuốc dài đơn độc thể tích đất đá bị phá vỡ tỷ lệ với W2 Đối với lượng thuốc khai thác tầng (hình 1.16) thì thể tích đó được tính như sau:

W = a WH

Ta biết rằng m = a/W, như vậy:

V = m W2H Trong đó:

nó (tính theo đường kính lượng thuốc) khi thuốc nổ chuẩn có thể là đặc trưng độ

nổ của đất đá Sơ bộ trị số W(m) đối với những lượng thuốc đơn độc có thể xác định theo công tức Đavưđôv

- Mật độ thuốc nổ trong lỗ khoan, g/cm3

e - Khả năng công nổ tương đối của thuốc nổ (đối với amônít N06JV);

- Mật độ đất đá, g/cm3

Đối với lượng thuốc đơn độc amônít N06JV thì W = 3540dt Trị số đường kháng nhỏ nhất bằng bán kính phá vỡ đất đá của lượng thuốc có đường kính xác định nếu lt/dt  2030 (lt- chiều dài lượng thuốc) Khi tỷ số lt/dt nhỏ thì bán kính phá vỡ giảm (hình 1.17)

Thường người ta tiến hành nổ một loạt lượng thuốc phân bổ trong 1 hay nhiều hàng Khi đó trị số đường kháng nhỏ nhất có thể tăng lên Mức độ tác dụng lẫn nhau của các lượng thuốc phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng và dãn cách thời gian khi nổ Khi nổ tức thời và m0,6 thì đường kháng nhỏ nhất giới hạn tăng đến 20%, khi nổ vi sai dãn cách lớn và m 1,2 thì trị số đường kháng nhỏ nhất không tăng (so với khi nổ đơn độc)

Lượng thuốc nổ được tính như sau:

Q1 = qV = qmW2H Theo sức chứa của lỗ khoan thì lượng thuốc nổ được tính:

Q2 = p(L-lb) Trong đó:

p- Sức chứa của 1m lỗ khoan, kg/m;

L- Chiều sâu lỗ khoan, m;

lb- Chiều dài bua, m

Ta có:

Q1 = Q2, nếu lb = 0,75W thì: qmHW2 +0,75pW – pL = 0 Khi m = 1 ta nhận được:

W =

qH

p qPHL

p

2

75 , 0 4

56 ,

 - Hệ số chứa đầy vật liệu nổ của lỗ khoan

Đa số những công thức khác nhau được dẫn ra từ những công thức trên, chỉ khác nhau bởi những trị số của các hệ số hoặc viết dưới dạng khác mà thôi

Đối với lượng thuốc dài nằm ngang thì thể tích đất đã bị phá vỡ là:

V = W2(lt+W)

Và lượng thuốc được tính:

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN

2.1 MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ BẰNG NỔ MÌN

Mức độ đập vỡ đất đá ảnh hưởng nhiều đến năng suất và hiệu quả của những khâu tiếp sau khoan nổ mìn Đối với mỗi loại đất đá, loại thiết bị, điều kiện mỏ cụ thể có mức đội đập vỡ hợp lý bằng khoan nổ mìn, khi đó giá thành bóc 1 m3 đất đá là nhỏ nhất

2.1.1 Mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn và phương pháp xác định

Mức độ đập vỡ đầy đủ nhất (độ cục) được đặc trưng bởi thành phần cỡ hạt của đống đá nổ mìn Trên các mỏ lộ thiên, để đánh giá chất lượng nổ người ta sử dụng những chỉ tiêu sau đây: Tỷ lệ đá quá cỡ, số lượng cục đá quá cỡ trong 1 m3đất đá nổ mìn, tỷ lệ những cục bị nghiền nhỏ, đường kính trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn Thực tế ở các mỏ đã chỉ ra rằng: ảnh hưởng chủ yếu nhất đến chất lượng nổ mìn là tỷ lệ đá quá cỡ, vì nó quyết định đến năng suất và độ tin cậy khi làm việc của các thiết bị xúc bốc, vận tải cũng như những chi phí để đập

vỡ lần 2

Ở mỏ người ta thường sử dụng những phương pháp sau đây để xác định tỷ

lệ đập vỡ:

1 Tính riêng từng cục đá quá cỡ (buộc phải phá vỡ lần 2)

2 Phương pháp đo diện tích: tỷ lệ đá quá cỡ được xác định:

% 100

3 Phương pháp đo số lượng: Tính số lượng cục đá quá cỡ trên diện tích

đo, khi đó số lượng cục đá quá cỡ trong 1 m3 được xác định:

S S

n n N

.

.

Trong đó:

n- Số lượng cục đá quá cỡ trên diện tích đo S

Tỷ lệ đá quá cỡ được tính theo công thức:

Vh = N.Vcp (2.3) Trong đó: Vcp - thể tích trung bình của hòn đá quá cỡ

4 Phương pháp đo đường thẳng: trên đống đá nổ mìn cách nhau 810 m người ta căng dây và đo chiều dài của tất cả các cục đá mà dây đi qua Tỷ lệ đá quá cỡ được xác đinh như sau:

 - Tổng chiều dài đường đo, m

5 Phân tích bằng sàng: đường kính trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn

được xác định theo công thức:

100

. i

i cp

C1, C2- Chi phí khoan nổ lần 1 cho 1 m3 đất đá, đ/m3;

C3, C4- Chi phí khoan nổ lần 2 cho 1 m3 đất đá, đ/m3;

C5- Chi phí xúc bốc, đ/m3;

C6- Chi phí vận tải, đ/m3;

C7- Chi phí thải đá, đ/m3;

Các chi phí trên đều liên quan đến kích thước trung bình của cỡ hạt đống

đá nổ mìn (dcp) Trị số này hợp lý (dhl) khi đảm bảo C nhỏ nhất

Rõ ràng khi năng xuất xúc bốc tăng, C5 giảm thì năng suất vận tải và thải đất đá cũng sẽ tăng, C6 và C7 cũng giảm

Với mức độ đập vỡ đất đá hợp lý đảm bảo: C  min

1

Trong đó: Ld- Chiều rộng của đáy gầu xúc Đối với máy xúc -4,6, vận tải ô tô thì dhl = 0,250,30 m

2.2 PHÂN LOẠI NHỮNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÁC DỤNG NỔ ĐỂ ĐẢM BẢO MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ HỢP LÝ

Có thể phân loại những phương pháp điều khiển mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn như sau:

1 Điều khiển tác dụng nổ của lượng thuốc riêng biệt trong vùng đập vỡ điểu chỉnh bằng cách thay đổi:

Chỉ tiêu thuốc nổ;

Đường kính lượng thuốc;

Loại chất nổ sử dụng;

Kết cấu lượng thuốc;

Hướng khởi nổ lượng thuốc liên tục;

Trình tự khởi nổ từng phần lượng thuốc phân đoạn;

Chất lượng bua và chiều dài của nó

Khi thay đổi đặc tính tác dụng của lượng thuốc trong vùng đập vỡ điều chỉnh sẽ thay đổi phần năng lượng truyền vào vùng đập vỡ thực tế không điều chỉnh, do đó sẽ thay đổi tỷ số kích thước giữa các vùng và cường độ đập vỡ đất

đá

2 Điều khiển tác dụng nổ lượng thuốc lên vùng đập vỡ thực tế không điều chỉnh đạt được do sự tác dụng lẫn nhau của các hàng hoặc các nhóm lượng thuốc bằng cách thay đổi:

Mạng phân bổ lỗ khoan và số lượng hàng lỗ khoan;

Giãn cách thời gian vi sai và trình tự nổ các lượng thuốc;

Chiều cao tầng và sơ đồ phân bổ lỗ khoan trên tầng;

Phương pháp điều khiển mức độ đập vỡ đất đá có thể được phân thành 2 nhóm:

Nhóm 1: Bao gồm những phương pháp đảm bảo cường độ đập vỡ bất kỳ

theo yêu cầu, đó là: Chỉ tiêu thuốc nổ, đường kính và mạng phân bổ lỗ khoan

Nhóm 2: Bao gồm những phương pháp cho phép thay đổi cường độ đập

vỡ trong giới hạn nhất định và không loại trừ tỷ lệ đá quá cỡ lớn Với những phương pháp này có thể giảm tỷ lệ đá quá cỡ lớn hơn 10 20% so với ban đầu

Đó là những phương pháp: Sử dụng các loại thuốc nổ khác nhau; sử dụng lượng thuốc phân đoạn, nổ vi sai trong lỗ khoan, nổ những lố khoan gần nhau từng đôi một, nổ mìn tầng cao, sử dụng thuốc nổ phối hợp, lựa chọn sơ đồ nổ vi sai, tạo thành khe chắn, nổ trong môi trường nén…

Những quá trình chủ yếu khi tạo màn chắn là:

- Truyền sóng nổ và sóng phá hủy với mặt sóng, biện độ, chiều dài và tần

số khác nhau đến bề mặt bên trong (gần vị trí nổ) của màn chắn

- Lan truyền trong màn chắn sóng khúc xạ Màn chắn là môi trường có mức độ phân tán khác nhau

- Sự khúc xạ của sóng từ mặt ngoài (xa vị trí nổ) của màn chắn vào vùng bảo vệ

- Sự phản xạ và nhiễu xạ sóng tại những điểm góc của màn chắn, bù thêm năng lượng vùng phá hủy và vùng bảo vệ

Sự phân loại được tiến hành dựa vào kiểu màn chắn, vị trí xảy ra quá trình ảnh hưởng đến khả năng làm việc của màn chắn, dạng năng lượng màn chắn, phương pháp tác dụng và đặc tính của quá trình tạo màn chắn

2.3.1.2 Phân loại theo kiểu màn chắn

Nhiệm vụ điều khiển tác dụng nổ nhờ màn chắn có thể phân làm 2 loại: Tạo khe sơ bộ và tạo lớp đất đá bị phá vỡ Cần nhấn mạnh rằng trong những điều kiện mỏ - địa chất thuận lợi có thể tạo khe và lựa chọn phù hợp những lỗ khoan chắn sóng Thông thường khi nổ những lượng thuốc màn chắn phát sinh hốc liên tục chứa đầy vật liệu phá vỡ với mức độc rời rạc khác nhau

Thực tế khẳng định rằng nếu tăng độ cứng đất đá ít nứt nẻ từ 48 đến

1012 hiệu quả tạo màn chắn tăng 2025% Do đặc tính nứt nẻ của đất đá có

độ cứng khác nhau liên quan đến đặc tính tạo màn chắn nên nó là dấu hiệu phân loại màn chắn (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ và mức độ tạo màn chắn

Loại đất đá Độ nứt nẻ Khoảng cách các vết nứt, m Hiệu quả tạo màn chắn

2.3.1.3 Phân loại theo vị trí diễn ra quá trình ảnh hưởng đến khả năng làm việc của màn chắn

Khi nổ mìn tạo màn chắn người ta phân chia các quá trình xẩy ra trong khối đá, trên bề mặt của nó, phía sau vùng “Phá hủy – màn chắn – bảo vệ”, trong màn chắn

Trong nhiều trường hợp, bên cạnh hiện tượng phản xạ và khúc xạ sóng nổ, ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả màn chắn là độ gần và hình dạng bề mặt do,

sự nhiễu xạ tại những điểm góc của màn chắn, độ ẩm môi trường…

Những quá trình xảy ra trong khối đá và trên bề mặt của nó thường được phát sinh và phát triển cục bộ… Những quá trình liên quan đến tạo màn chắn thuộc về những dạng khác nhau của tác dụng sóng (sóng phẳng, cong, khối, mặt, sóng tới, phản xạ, khúc xạ…)

Màn chắn có thể phân bố gần, trung bình và xa vùng nổ, kích thước của nó được xác định bởi khối lượng thuốc nổ và tính chất đất đá Vùng gần sóng có biên

độ, tần số cao và chiều dài bước sóng nhỏ Trong đó người ta phân ra vùng nén có cường độ nén và đập vỡ đất đá mạnh Giới hạn của vùng này được xác định:

RC = (2001000)rt (2.10) Hiện tượng chắn sóng nổ có thể xảy ra ở sâu trong khối (ở đây lan truyền sóng khối), và trên bề mặt khối (ở đây lan truyền sóng mặt có biên độ nhỏ)

2.3.1.4 Phân loại các quá trình tạo màn chắn theo dạng năng lượng

Sự thay đổi trạng thái vật lý của khối đá và đặc tính màn chắn thường do tác dụng của năng lượng và sự chuyển hóa từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác Sự phân loại các quá trình xảy ra khi tạo màn chắn theo các dạng năng lượng tác dụng lên màn chắn có những khó khăn nhất định, vì vấn đề phân loại chính các dạng năng lượng không hoàn toàn rõ ràng Vì vậy cho đến nay chưa hoàn thiện sự phân loại tổng quát

Để phân loại sự tạo thành màn chắn hiệu quả, quan trọng là những dạng năng lượng sau đây: cơ, nhiệt, điện, hóa, điện tử… Màn chắn cũng được phân loại tương ứng với nó

2.3.1.5 Phân loại theo phương pháp tác động

Những yếu tố kể đến khi tạo màn chắn gây ra sự thay đổi từ từ hoặc đột biến những đặc tính và những thông số tạo màn chắn Với những trị số tới hạn của các đặc tính và thông số hiệu quả tạo màn chắn có thể giảm đáng kể Tác động thực tế có thể phân theo những dấu hiệu sau:

- Điều kiện phát sinh những yếu tố tác động: áp lực mỏ, nhiệt độ và sự thay đổi của nó, sự dao động, độ ổn định của khối đá…;

- Đặc tính ảnh hưởng đến môi trường xung quanh;

- Dạng thay đổi môi trường: thay đổi thuận nghịch và không thuận nghịch;

- Đặc tính thay đổi theo thời gian: tác động cố định hoặc theo quy luật, tác động ngẫu nhiên…;

- Đặc tính chế độ tạo màn chắn: màn chắn cố định hoặc tạm thời…

Những quá trình lý – hóa tổng quát nhất xảy ra khi tạo màn chắn trong đất

đá là quá trình kích nổ trong chất nổ, lan truyền sóng ứng suất và sóng chấn động, sự bay đá, đập vỡ lần 2 do va đập, nén ép vật liệu màn chắn

Trong mỗi trường hợp cụ thể có thể xảy ra những quá trình vật lý khác nhau ảnh hưởng đến hiệu quả tạo màn chắn

Muốn có màn chắn độ tin cậy cao cần thiết phải khắc phục những sai sót trong thiết kế và tạo màn chắn Có thể phân những sai sót trong thiết kế thành 2 nhóm:

1 Những sai sót trong sơ đồ nguyên tắc tạo màn chắn, kết cấu của màn chắn, kết cấu lượng thuốc tạo màn chắn, chế độ công nghệ nổ tạo màn chắn, không chú ý kiểm tra chất lượng khe tạo thành và vùng đất đá tơi vụn;

2 Những sai sót kết cấu và công nghệ, mà muốn khắc phục đòi hỏi nghiên cứu sâu về các quá trình vật lý – kỹ thuật xảy ra

Để giải quyết đồng bộ những vấn để nêu trên cần thiết phải phân loại những phương pháp điều khiển tác dụng nổ nhờ một màn chắn một cách tổng quát (theo Bảng 2.2)

Những phương pháp loại 1 được sử dụng nhằm mục đích nâng cao hiệu quả phá vỡ và giảm tác dụng chấn động có hại Những phương pháp loại 2 sử dụng để giảm tác dụng chấn động có hại không chỉ đối với những công trình trong vùng tác dụng nổ, mà còn đối với khối đá trong vùng bảo vệ Những phương pháp loại 3 đặc biệt quan trọng khi nổ ở chiều sâu lớn Phương pháp cuối cùng là tổng hợp của những phương pháp nêu trên

Bảng 2.2 Phân loại những phương pháp điều khiển tác dụng nổ nhờ màn chắn

1.2- Thay đổi khối lượng phá

vỡ

1.3- Thay đổi mức độ và độ đập vỡ đều đặn

1.4- Thay đổi dạng phễu văng

xa

Sử dụng tạo nứt nẻ sơ bộ trên biên phá vùng phá vỡ Sử dụng vùng đất đá vỡ vụn có mức độ phân tán lớn

Sử dụng tạo màn chắn phẳng và cong trên mỏ lộ thiên và hầm lò 3- Phương

Sử dụng khe và hốc nhận được trong quá trình nổ màn chắn Sử dụng những nứt nẻ tự nhiên Thay đổi hướng phát triển biến dạng

4- Tạo màn

chắn tổng

hợp

4.1- Điều chỉnh mật độ phát triển nứt nẻ

4.2- Kết hợp các loại 1 và 2 4.3- Kết hợp các loại 1 và 3 4.4- Kết hợp các loại 2 và 3

Kết hợp tạo khe sơ bộ và những lớp đất đá vỡ vụn khác nhau

2.3.2 Xác định hiệu quả phá vỡ và mức độ chắn sóng của màn chắn tổng hợp

Trong thực tế nổ mìn thường xảy ra phá vỡ đất đá vùng gần đối tượng cần bảo vệ Khi đó phải nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá, đồng thời giảm tác dụng nguy hại của sóng chấn động không chỉ cho công trình trong vùng tác dụng nổ

mà còn cho khối đá trong vùng bảo vệ Muốn vậy sử dụng phương pháp chắn sóng chấn động bằng những lớp đất đá vỡ vụn, cho phép nâng cao hiệu quả phá

vỡ bằng nổ Cho đến nay, những hiện tượng vật lý liên quan tới quá trình chắn sóng chưa được nghiên cứu đầy đủ, những phương pháp tính toán các thông số tạo màn chắn ít thấy xuất hiện trong sách vở

A.Vôlôk đã đề nghị sử dụng màn chắn tổng hợp để nâng cao hiệu quả công tác nổ: phối hợp màn chắn thường với màn chắn loại mới có những thông

số hình học và động lực thay đổi

Bản chất của màn chắn sóng tổng hợp là tạo ra trên biên khu vực phá vỡ những vùng chứa đầy vật liệu tơi vụn với mật độ và tốc độ lan truyền sóng thấp Trong trường hợp chung hiệu quả phá vỡ và mức độ chắn sóng được đánh giá bằng tỷ số thế năng tốc độ khối khi có và không có màn chắn ở trên cùng một khoảng cách

2.3.3 Xác định những thông số chủ yếu khi nổ tạo màn chắn

Thông số cơ bản của phương pháp nêu trên là khoảng cách Re từ màn chắn tổng hợp đến hàng lỗ khoan gần nó nhất Xác định đúng đắn vị trí (sai số không vượt quá 1517%) cho phép tăng mức độ đập vỡ đất đá khi đồng thời giảm tác dụng chấn động

Khoảng cách từ màn chắn đến những lượng thuốc chính được xác định:

k k

 - Giới hạn bền tách của đất đá đối với sóng khối;

k- Hệ số thực nghiệm, bằng 1/2 đối với lượng thuốc hình trụ và 3/2 đối với lượng thuốc tập trung;

2 2

2 2

) ) 1 ( )(

) 1 (

k k k h h

k k e

n n

C n C

n

C C

20 2 , 2

3 1

gV Q r

t

t k

