Bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ: Phần 2 (Dùng cho trình độ Thạc sĩ)

Phần 2 của bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ (Dùng cho trình độ Thạc sĩ) tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: phương pháp xác định các thông số nổ mìn khai thác vật liệu xây dựng; tăng cường chất lượng nổ mìn phá đá dưới nước; ảnh hưởng của công tác nổ mìn khi khai thác mỏ đến môi trường xung quanh;... Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN

KHAI THÁC VẬT LIỆU XÂY DỰNG

4.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN VĂNG ĐỊNH HƯỚNG KHI KHAI THÁC ĐÁ VÔI

4.1.1 Khái niệm về phương pháp nổ mìn văng định hướng

Phương pháp khai thác không vận tải nói chung và phương pháp khai thác không vận tải trên tầng khấu theo lớp xiên nói riêng đều sử dụng năng lượng chất nổ để vận chuyển đất đá trên một khoảng cách nhất định Trong những trường hợp này các yếu tố của hệ thống khai thác liên quan chặt chẽ với các thông số khoan nổ mìn Phương pháp nghiên cứu ở đây thực chất là áp dụng công nghệ nổ mìn định hướng để hất phần lớn đất đá xuống chân tuyến và tạo hệ thống tầng trên núi đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công tác khoan nổ mìn tiếp theo Việc tính toán các thông số hệ thống khai thác ở đây phải gắn liền với việc tính các thông số nổ mìn văng xa định hướng

Khi nổ mìn văng xa định hướng sử dụng 2 phương pháp: nổ mìn buồng và

nổ lượng thuốc phẳng Ưu điểm cơ bản của phương pháp nổ lượng thuốc phẳng

so với nổ mìn buồng là cải thiện tốt những thông số như hướng văng và độ tập trung của đất đá sau khi nổ Hướng văng được đặc trưng bởi hệ số fv (là tỷ số giữa khối lượng đá văng theo hướng đã định và toàn bộ khối lượng đất đá được chuyển trên bề mặt tự do) Độ tập trung của đống đá sau khi nổ (ft) là tỷ số giữa khối lượng đất đá được văng đến vị trí đã định và toàn bộ khối lượng đất đá được chuyển dịch trên bề mặt tự do Hệ số ft đối với sơ đồ lượng thuốc phẳng trong những điều kiện thuận lợi có thể lớn hơn 90%

Chúng ta so sánh đặc điểm chuyển động của đất đá khi nổ mìn buồng và

nổ lượng thuốc phẳng (hình 4.1)

Hình 4.1 Sơ đồ văng khi nổ lượng thuốc phẳng và tập trung ở sườn dốc

- Khi nổ mìn buồng lượng thuốc được nạp tập trung

- Với hệ thống lượng thuốc phẳng thì các lượng thuốc được phân bố trong cùng một mặt phẳng Trong hình vẽ đường nét đứt thể hiện quỹ đạo chuyển động của đất đá khi nổ mìn buồng, còn đường nét liền là quỹ đạo chuyển động của đất đá khi nổ lượng thuốc phẳng

Khi nổ mìn buồng đất đá được văng về tất cả mọi phía, do đó một phần đáng kể đọng lại trong giới hạn mỏ - với địa hình như hình 4.1 thì chỉ phần đất

đá trong giới hạn bóc văng ra khỏi giới hạn mỏ và vẫn còn đất đá trong giới hạn phải dọn bằng máy gạt Rõ ràng trong những điều kiện nhất định, hướng bay ban đầu của nó vuông góc với mặt phẳng lượng thuốc Khi thay đổi góc nghiêng và khối lượng cần thiết của lượng thuốc thì có thể đạt được độ xa và hướng theo yêu cầu Mặt khác khi nổ lượng thuốc nổ phẳng thì hệ số tác dụng nổ hữu ích lớn hơn so với khi nổ mìn buồng vì khi đó toàn bộ khối nổ chuyển động với tốc

độ như như nhau (trừ một phần nhỏ thể tích của nó ở 2 đầu lượng thuốc), còn khi nổ mìn buồng thì có sự khác nhau lớn về građian tốc độ làm phát sinh lực

ma sát biến năng lượng chuyển động tịnh tiến thành biến dạng dẻo và nhiệt Hơn nữa khi nổ mìn buồng trong điều kiện khai thác đá vôi không thể tạo được tầng theo mong muốn Như vậy sử dụng phương pháp nổ hệ thống lượng thuốc phẳng có nhiều ưu việt về khả năng hất đất đá về 1 phía, về mức độ tập trung của đống đá, về chất lượng đập vỡ và tạo tầng theo thiết kế

4.1.2 Đặc điểm nổ lượng thuốc phẳng khi chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau

Đặc điểm chuyển động của đất đá khi nổ lượng thuốc phẳng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa các kích thước của lượng thuốc, khối lượng của nó, chiều sâu đặt thuốc và góc nghiêng của lượng thuốc Kết quả nghiên cứu của A.A.Trenhigôpski cho thấy (hình 4.2):

Hình 4.2 Sơ đồ đá bay khi nổ lượng thuốc tác dụng phẳng

1- Cột thuôc nổ; 2- Thể tích buồng khí nổ 3- Ranh giới khi nổ khí đạt được áp lực khí quyển

L

- Nếu khối lượng của lượng thuốc phẳng tương đối nhỏ, chiều dài và chiều rộng của nó lớn hơn nhiều so với bề dày của lớp đất đá cần nổ văng thì ranh giới phân chia giữa sản phẩn nổ và đất đá chuyển dịch sẽ song song với mặt phẳng lượng thuốc Khi đó tất cả các phần tử của đất đá (trừ một phần rất nhỏ kề sát 2 đầu lượng thuốc), Được chuyển động với tốc độ như nhau về hướng và độ lớn

Có thể coi rằng biên thể tích đất đá trong suốt quá trình chuyển dịch song song với vị trí ban đầu của nó trước khi nổ Trường hợp này xảy ra khi:

Các thông số không thứ nguyên X và Y tương đối nhỏ mà chỉ tiêu thuốc

nổ lớn thì buồng khí ở giai đoạn cuối của sự mở rộng có dạng lồi, do đó đất đá được bay theo phương hướng tâm với tốc độ giảm từ tâm lượng thuốc phẳng đến các đầu đống đá tạo thành sau khi nổ có dạng elip

- Nếu kích thước lượng thuốc nhỏ và chỉ tiêu thuốc nổ rất lớn thì đặc tính văng xa khi nổ lượng thuốc phẳng tương tự như khi nổ lượng thuốc tập trung, trong trường hợp này có:

Ta tính toán cho trường hợp thứ nhất, tức là tuân theo điều kiện (4.1) và (4.2), vì trong trường hợp này đất đá bay với tốc độ tương đối nhỏ có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực cản không khí

a- Chỉ tiêu thuốc nổ:

Ta ký hiệu tọa độ trọng tâm của đống đá sau khi nổ so với trọng tâm khối

nổ là D và S Đất đá đồng thời tham gia 2 chuyển động Ta gọi thời gian chuyển

động của trọng tâm khối nổ nừ khi nổ đến khi rơi xuống mặt nằm ngang là T, trong thời gian đó trọng tâm chuyển động theo đường OP Đường này gọi là độ

xa nghiêng: DH = VoT (Vo là tốc độ văng ban đầu) Với gia tốc không đổi, trọng tâm được chuyển theo đường PO1 = L và L = 0,5.g.T2 (g là gia tốc rơi tự do)

Từ đó ta có:

L

g D

- Mật độ đất đá;

et- Năng lượng riêng của chất nổ;

- Hệ số tác dụng nổ hữu ích (Đối với đất đá cứng trung bình có thể lấy

b- Góc nghiêng của lượng thuốc phẳng (của lỗ khoan):

Phương pháp nổ mìn lỗ khoan nghiêng cải thiện chất lượng đập vỡ đất đá,

có hiệu quả khi chuyển dịch đất đá bằng nổ mìn Trong nhiều trường hợp thực tế hiệu quả văng cực đại với lỗ khoan nghiêng 45o Ta so sánh trường hợp:

Nghiên cứu 1 phân tố đất đá nằm trên độ cao H1 (nửa chiều dài lỗ khoan),

độ văng cực đại khi o

45



q g

e



 2

Hình 4.3 Sơ đồ đá bay khi nổ lượng thuốc thẳng đứng a,

và lượng thuốc nghiêng b

Nếu véctơ tốc độ ban đầu song song với phương nằm ngang (lỗ khoan đứng) thì độ xa là:

q H g

45

gH

q e D

Như trên ta đã biết chỉ tiêu thuốc nổ tỷ lệ với f( , ) (Hình 4.4) thể hiện biểu đồ hàm số f( , ) theo  và  có thể là dương (nếu trọng tâm khối nổ trên trọng tâm đống đá sau khi nổ), có thể âm (nếu trọng tâm khổi nổ thấp hơn trọng tâm đống đá)

Từ biều đồ thấy rằng hàm số f( , ) có cực tiểu ứng với góc nghiêng hợp

lý (đường nét đứt), chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng sẽ cực tiểu Vì vậy để đảm bảo giá thành nhỏ nhất khi sử dụng lượng thuốc phẳng cần lựa chọn góc nghiêng

 hợp lý Trị số  0 dao động trong giới hạn từ 13o 75o khi thay đổi  từ -2 đến

2 Từ biểu đồ ta thấy nếu vị trí rơi của đất đá cao hơn vị trí nổ thì chỉ tiêu thuốc

nổ tăng và giá thành công tác nổ cũng sẽ tăng

Hình 4.4 Đồ thị hàm góc nghiêng và hệ số -f ((  ,  )

c- Kết cấu cột thuốc và bua:

- Khi nạp bua bình thường (hình 4.5a) thì toàn bộ đất đá nằm trên đường A-A nhờ xung lượng theo phương thẳng đứng, do đó thể tích này không văng vào bị trí dự định

Hình 4.5 Sơ đồ đá bay khi nạp thuốc mìn một phần (a)

và nạp toàn bộ lỗ khoan (b); 1- Bua; 2- Thuốc nổ

- Khi nạp lỗ khoan đầy chất nổ thì khối lượng đất đá văng trực tiếp đến vị trí dự định tăng đáng kể (hình 4.5b) Tuy nhiên nếu không có bua hoặc chiều dài bua nhỏ thì hao phí năng lượng nổ đáng kể qua miệng lỗ khoan

Như vậy bua phải đáp ứng yêu cầu không phụt, tăng hiệu quả nổ Khi chiều dài nhỏ, bua phải có khả năng “tự khóa” Tính chất “tự khóa” của bua có trong trường hợp khi nó được phân bố thành một số đoạn nhỏ bằng những

“lượng thuốc khóa”

Bua “tự khóa” (còn gọi là “bua tích cực”) cần đồng thời đáp ứng 2 điều kiện:

- Nó phải chứa 12 “lượng thuốc khóa”

- Chiều dài lb không nhỏ hơn 0,5b

d- Khoảng cách giữa các hàng và các lỗ:

- Khi nổ hệ thống lượng thuốc phẳng đất đá được tách ra theo mặt phẳng phân bố các lượng thuốc, trong trường hợp khoảng cách giữa các lượng thuốc không vượt quá một giới hạn nào đấy thì xảy ra sự trùng hợp các buồng khí và tất cả đất đá phân bố giữa bề mặt lượng thuốc và mặt tự do được văng đến giới hạn nhất định Kết quả thực nghiệm nổ cho thấy rằng sẽ nhận được mặt phẳng tách đất đá nếu khoảng cách lượng thuốc không vượt quá trị số sau:

w- Chiều sâu đặt thuốc (đường kháng nhỏ nhất)

Trong thực tế có thể lây m = a/w = 0,81,2

- Từ hình 5.5b, để nhận được iB cực đại ta có thể sử dụng công thức:

H

b U

1

4 i B H



Trong đó:

IB - Chỉ số chuyển dịch bằng nổ;

UB- Khối lượng đất đá được chuyển dịch đến vị trí dự định;

U- Toàn bộ khối lượng đất đá được phá vỡ bằng nổ;

b- Khoảng cách giữa các hàng;

H- Chiều cao tầng nổ

Nếu iB = 0,9 thì

 2 sin

4 , 0



H b

Từ đó ta có:



2 sin

4 , 0

H

e- Số lượng lỗ khoan 1 đợt nổ:

- Trị số B của hệ thống lượng thuốc phẳng bằng chiều dài lỗ khoan:

 sin

H

; w = b.sin

 2 sin

4 , 0



H b

Như vậy, theo công thức (4.2) ta có

4 5

a- Khoảng cách giữa các lỗ khoan;

N- Số lượng các lỗ khoan trong hàng

Như vậy:  .  4

quw

N a

a

quw

N  4

f- Trình tự nổ và thời gian giãn cách:

Khi nổ nhiều hàng phải đảm bảo điều kiện: nổ hàng trước không cản trở đến sự văng xa của hàng sau Điều đó đạt được khi nổ mìn vi sai theo trình tự bắt đầu từ hàng 1

Thời gian dãn cách t cần đảm bảo cho sản phẩm nổ của đợt nổ trước kịp

mở rộng đến áp suất khí quyển Ta ký hiệu thời gian mở rộng sản phẩm nổ là t’

và t = t’

Trị số t’ được tính như sau:

V

H C

t'  t k

Trong đó:

Hk- chiều dày buồng khí theo hướng vuông góc với mặt phẳng lượng thuốc khi mở rộng đoạn nhiệt sản phẩm nổ đến áp suất khi quyển;

V- Tốc độ ban đầu của đất đá;

Ct- Hệ số tính đến sự chuyển động của đất đá không tức thời mà nó xảy ra trong toàn bộ quá trình mở rộng buồng khí Ta đã biết:

quw

H k  ; V e t q



 2





t t

e

q uw C t

2

Ta so sánh thời gian giãn cách giữa 2 trường hợp: nổ tơi vụn và nổ văng với các thông số w = 5m, =2500kg/m3, q = 0,8 kg/m3, et = 4,3.106j/kg, U = 1m3/kg Ct = 1,5;  = 0,3 Ta nhận được t = 210 ms, trong khi đó nếu nổ tơi vụn thì t = 25 ms Rõ ràng rằng để đảm bảo hiệu quả văng xa cực đại thì thời gian giãn cách giữa các đợt nổ tăng lên 10 lần so với nổ tơi

g- Đường cản và đường kính lỗ khoan

Đường kháng theo chân tầng có thể tính theo công thức:

d k

Rõ ràng đường kháng w có quan hệ chặt chẽ với đường kính d

Đường kính lỗ khoan được sử dụng để lựa chọn phương pháp nổ, các thông số nổ, lựa chọn loại máy khoan, sơ đồ cơ giới hóa công tác nổ mìn… Lựa chọn đường kính lỗ khoan là một trong những nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế công tác khoan nổ mìn Khi lựa chọn cần tính đến những yếu tố sau:

1- Đánh giá định lượng về việc cải thiện mức độ đập vỡ đất đá khi giảm đường kính lượng thuốc trong các loại đất đá có độ nổ khác nhau

2- Đánh giá năng suất và giá thành khoan khi khoan những lỗ khoan có đường kính khác nhau trong đất đá có độ cứng khác nhau

3- Đánh giá khả năng kích nổ của chất nổ trong lượng thuốc nổ đường kính khác nhau và một loạt những yếu tố khác

Yếu tố 2 và 3 thực hiện với mục đích đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, tuy nhiên để kết luận chung về lĩnh vực sử dụng hợp lý lỗ khoan thì cần phải chú

ý đến yếu tố thứ 1 Đây là yếu tố chủ yếu, vì nếu thiếu nó thì sẽ dẫn đến kết luận như nhau và hợp lý là chỉ tăng đường kính lỗ khoan

Với cùng một điều kiện thì cường độ đập vỡ đất đá tỷ lệ với đường kính lỗ khoan:

Trong đó:

dcp- Kích thước trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn;

k- Hệ số tỷ lệ;

Rõ ràng về phương diện tăng cường độ đập vỡ đất đá thì sử dụng lỗ khoan đường kính nhỏ là hợp lý, còn xét về những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác thì sử dụng lỗ khoan đường kính lớn là phù hợp

Trường Đại học Mỏ Matxcova đã hoàn thiện phương pháp lựa chọn đường kính lỗ khoan dựa trên cơ sở so sánh chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ trong nguyên khối

và khi nổ những cục đá quá cỡ bằng lượng thuốc trong lỗ khoan nhỏ Chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ khối và khi nổ những cục riêng biệt được tính với cùng một loại chất nổ cùng một loại kích thước cục, nó tuân theo quy luật:

cp bd a q

q



 0

0

'

Trong đó:

q0- Chỉ tiêu thuốc nổ (a mô nít No6) khi nổ trong khối, kg/m3;

q’0- Chỉ tiêu thuốc nổ những cục riêng biệt, kg/m3;

dcp-Đường kính trung bình của khối nứt trong nguyên khối, m;

a,b- Những hệ số thực nghiệm, bằng tương ứng 0,4 và 1 Phân tích thấy rằng: độ đập vỡ đất đá kém đi nếu tăng độ khối (giảm độ nứt nẻ) của đất đá Vì vậy đối với đất đá nứt nẻ cần chọn lỗ khoan đường kính nhỏ để có khả năng tăng

độ đập vỡ khi nổ

Đường kính lỗ khoan được lựa chọn có tính đến loại đất đá theo mức độ nứt nẻ, theo độ cứng và kích thước cho phép của cỡ hạt đất đá nổ (bảng 4.1)

Bảng 4.1 Đường kính lỗ khoan hợp lý theo loại đất đá

và kích thước cho phép của cục đá

Độ khối

(cấp nứt nẻ)

của đất đá

Tỷ số giữa kích thước khối nứt trong nguyên khối và kích thước của cục hợp quy cách

Tác dụng nổ yêu cầu

Đường kính khoan,

mm

Nâng chất lượng

nổ yêu cầu

Sơ đồ nổ vi sai thích hợp

Khối nhỏ

Tách khối nứt ra khỏi nguyên khối không cần đập vỡ

Khối trung

Đập vỡ khối nứt lớn ít nhất thành 2 phần

190  250 Trung

bình

Sơ đồ rạch

và đường chéo với m lớn (m=a/w) Khối lớn

Đập vỡ mạnh những khối nứt nẻ lớn

150

Trung bình và cao

nt

Trên những mỏ nhỏ, Để phù hợp với năng suất của máy, khối lượng công tác mỏ và để sử dụng có hiệu quả thiết bị khoan, đường kính lượng thuốc (mm) được xác định theo công thức (4.21)

d = 125.4

Trong đó: P- Sản lượng hàng năm của mỏ, triệu m3

4.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN KHI KHAI THÁC ĐÁ KHỐI 4.2.1 Đặc điểm của công tác khoan nổ mìn khi khai thác đá khối

Khi sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để khai thác đá khối cần đảm bảo sau khi nổ mìn đá còn lại trong nguyên khối và khối đá được tách ra không bị phá hủy, kết cấu của nó được bảo toàn

Các thông số khoan nổ mìn khi phá hủy đất đá được xác định nhằm mục đích đập vỡ đều đặn đất đá thành những cục có kích thước nhất định

Khi khai thác đá khối, công tác khoan nổ mìn được sử dụng với mục đích hoàn toàn khác Ở đây năng lượng chất nổ cắt đá theo các mặt được định vị trước bằng các lỗ khoan, tách khối đá ra khỏi nguyên khối và phải bảo toàn tính nguyên vẹn của nó

Như vậy khi sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để khai thác đá khối cần đảm bảo khi nổ tạo ra mặt tách bằng phẳng nối các lỗ khoan, khối đá không bị phá hủy, không có nứt nẻ nhỏ và ứng suất dư trong khối do nổ mìn gây ra

Với đặc điểm và mục đích đó, khi khai thác đá khối, các thông số khoan

nổ mìn cơ bản cần xác định hợp lý là:

- Khoảng cách a (m) giữa các lỗ khoan;

- Lượng thuốc nạp trong 1 lỗ khoan Q (g) và cấu trúc của nó;

- Chỉ tiêu thuốc nổ mặt qm (kg/m2): chỉ tiêu thuốc nổ mặt là chi phí thuốc

nổ để tạo ra một đơn vị diện tích mặt tách

Hiện nay người ta thường sử dụng thuốc đen, kíp điện hoặc dây nổ để nổ mìn tách khối Trong trường hợp này mức độ chính xác khi khoan ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả khai thác

4.2.2 Xác định các thông số cơ bản khi khoan nổ mìn tách đá khối 4.2.2.1 Xác định khoảng cách giữa các lỗ khoan

Mục đích nổ mìn khai thác đá khối là tạo ra mặt cắt nối các lỗ khoan Chất lượng của mặt cắt phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách a giữa các lỗ khoan Rõ ràng khoảng cách giữa các lỗ khoan càng nhỏ thì càng dễ tạo mặt nứt theo ý muốn khi nổ nhưng khi đó chi phí khoan nổ quá lớn làm tăng giá thành khai thác

Ở Thụy Điển, khi khai thác đá khối thường sử dụng chất nổ guirit với đường kính thỏi thuốc là 17 và 11 mm Khi đó khoảng cách giữa các lỗ khoan được xác định bằng thực nghiệm phù hợp với từng loại đá (bảng 4.2)

Bảng 4.2 Khoảng cách giữa các lỗ khoan khi nổ mìn tách đá khối (ở Thụy Điển)

a = 3.N1/2.d-3/2 Cp-1/2,

Trong đó:

N- Số sợi dây nổ trong lỗ khoan;

d- Đường kính lỗ khoan;

Cp- Tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá

Khoảng cách giữa các lỗ khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là tính chất cơ lý của đá, việc xác định trị số a hợp lý cần tuân theo nguyên tắc: tính toán sao cho a lớn nhất nhưng khi nổ vẫn phải đảm bảo mặt tách bằng phẳng (đảm bảo chất lượng khi giá thành nhỏ nhất) Muốn vậy ta xuất phát từ nguyên lý phá vỡ đất đá khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc gần nhau (hình 4.6)

Hình 4.6 Biểu đồ ứng suất khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc

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 rất rõ ràng về tác dụng phá vỡ đất đá theo đường nối các lượng thuốc và theo hướng của đường kháng nhỏ

nhất Khi nghiên cứu một phân tố của đất đá nằm trên đường nối các lượng thuốc cạnh nhau, ta thấy theo hướng vuông góc với đường đó chịu tác dụng ứng suất kéo lớn hơn so với nổ một lượng thuốc đơn độc Điều đó làm tăng tác dụng

nổ và tạo thành nứt nẻ chính theo đường nối 2 lượng thuốc mà đất đá xung quanh không bị nghiền nát, đặc biệt khi khoảng cách giữa các lỗ khoan nhỏ

Khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc N1 và N2 thì trong mặt phẳng phân bố chúng ứng suất nén hướng tâm r1 và r2cũng như ứng suất kéo tiếp tuyến 1

và 2 trùng nhau về hướng và dấu Vì vậy nứt nẻ giữa các lượng thuốc N1 và

N2 trong mặt phẳng phân bố chúng được tạo thành với mức độ mạnh nhất, do đó đất đá được tách ra theo mặt phẳng ấy

Ta đã biết mối liên quan giữa ứng suất kéo và ứng suất nén phát sinh trong đất đá khi nổ là:

Trong đó: - Hệ số poát xông (đối với đất đá  = 00,3)

Ứng suất nén phát sinh khi nổ giảm dần theo khoảng cách tính từ tâm lượng thuốc theo quy luật:

k r r

P



Trong đó:

P- Áp lực của sản phẩm khí nổ tại vị trí đặt thuốc nổ, KG/cm2;

r- Khoảng cách dẫn tính từ tâm lượng thuốc

R r

1

k k

a/ 2 ) (

Pr 1

k k

 

 k

k k

k a

4.2.2.2 Xác định lượng thuốc trong lỗ khoan

Ta đã biết áp lực nổ P phụ thuộc nhiều vào mật độ nạp  theo công thức:

P0- Áp suất khí quyển khi nhiệt độ 0oC, P0= 1,01 kg/cm2;

V0- Thể tích khí nổ khi nhiệt độ 0oC và áp suất P0;

0 0

Căn cứ vào  (g/cm3) và đường kính lỗ khoan d (cm) ta xác định được sức chứa của 1m lỗ khoanh:

l- Chiều dài lỗ khoan, m;

lb- Chiều dài bua, m;

Như vậy lượng thuốc nạp cho 1 lỗ khoan được xác định:

, , tác dụng vào khối đá và đẩy nó dịch chuyển theo hướng n

với tổng lực N

(hình 4.8)

Hình 4.7 Nổ mìn khai thác đá khối trong điều kiện 3 mặt tự do

Hình 4.8 Tổng hợp lực tác dụng

ở góc khối đá khi nổ tách

Hình 4.9 Đá lưu lại ở góc sau khi nổ tách

Hình 4.10 Phân chia 3 khu vực

(I II III) trên khối đá

Hình 4.11 Vị trí đặt thuốc trong 3 khu vực

Rõ ràng những phần tử của khối đá nằm gần góc C chịu sức cản (lực giữ) lớn cả 3 mặt nên khó tách, những phần còn lại chỉ chịu lực giữ 2 mặt nên dễ tách hơn Do đó, nếu năng lượng chất nổ phân bố ở góc không đủ lớn thì góc của khối không bị tách theo 3 mặt yêu cầu, mà bị cắt theo mặt XYZ hợp với phương

- Khoảng cách a tăng dần và chỉ tiêu thuốc nổ mặt qm giảm dần khi chuyển

từ khu vực I và qua II sang III

- Vị trí đặt thuốc khác nhau trong 3 khu vực (hình 4.11)

Kết hợp tính toán lý thuyết và thực nghiệm ta có được trị số hợp lý của các thông số khoan nổ mìn khi tách khối ở mỏ đá Phú Lộc (tỉnh Thừa Thiên - Huế) như bảng sau (bảng 4.3):

Bảng4.3 Các thông số khoan nổ mìn khi tách đá khối (mỏ đá Phú Lộc)

(Ghi chú: Tử số ứng với mặt đứng, mẫu số ứng với mặt nằm ngang)

4.3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN BUỒNG KHI ĐÀO HÀO

MỞ VỈA KHAI THÁC ĐÁ VÔI

Ta đã biết đất đá là một môi trường phức tạp, không đồng nhất và các mặt cắt ngang của tuyến đường trên sườn dốc cũng rất đa dạng

Để tiến hành hình học hóa phễu nổ và thuận lợi cho việc tính toán lý thuyết, ta đưa ra những giả thuyết như sau:

- Môi trường tiến hành công tác nổ mìn buồng là môi trường đồng nhất, đẳng hướng

- Hình dạng mặt cắt ngang của đường trên sườn dốc là hình tam giác Khi áp dụng kết quả tính toán lý thuyết vào thực tế cần điều chỉnh bằng cách đưa vào những hệ số thực nghiệm

Mặt cắt ngang của đường có dạng hình tam giác IOC (xem hình vẽ 4.12),

nó bao gồm những yếu tố sau đây:

B: Bề rộng mặt đường, m;

H: Độ cao cần phá vỡ, m;

: Góc nghiêng tự nhiên của sườn núi, độ;

: Góc nghiêng của mái dốc taluy, độ

Hình 4.12 Mặt cắt ngang của đường hào trên sườn dốc

Mục đích và nhiệm vụ của công tác nổ mìn buồng tạo nền đường là sau khi nổ đường biên của phễu nổ phù hợp với đường biên thiết kế của đường Muốn vậy ta phải nghiên cứu xác định giá trị tối ưu các thông số của phễu nổ

Ta có thể phân phễu nổ thành 2 phần:

a Phần chủ động KOC chịu tác động trực tiếp của áp lực khí nổ và sóng ứng suất, bị phá vỡ và dịch chuyển phụ thuộc trực tiếp vào các thông số nổ mìn buồng

b Phần bị động KOI chịu tác động gián tiếp của tác dụng nổ Ta có thể coi vùng này như “vùng đập vỡ không điều khiển”, nó có thể sụt lở hay không là tùy thuộc vào cấu trúc địa chất của đất đá

Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, phễu nổ hình thành phải có cạnh OC nằm ngang và OC = B, khi đó mối quan hệ hình học của các yếu tố được xác định như sau:

sin sin sin

sin sin

Khi đó: SKOI =

2

1

.B2.sin2  cotg -  cotg  = 0

Suy ra: cotg -  cotg  = 0

Điều kiện (4.48) là điều kiện nổ thuận lợi nhất và có hiệu quả nhất

Khi    / 2: Một phần đất đá nằm ngoài phạm vi thiết kế bị phá vỡ, hình thành góc dốc mái taluy  '   , độ ổn định được tăng cường nhưng chi phí nổ tăng lên

Khi    / 2 : Một phần đất đá trong giới hạn thiết kế không bị phá vỡ, đòi hỏi phải xử lý tiếp Trong trường hợp này cần phối hợp nổ mìn buồng với nổ mìn lượng thuốc phẳng

Xuất phát từ chỉ số tác dụng nổ n, ta có thể xác định được các thông số khác của phương pháp nổ mìn buồng phù hợp với điều kiện cụ thể khi nổ làm đường

Với phễu nổ chuẩn có n = 1 và r = W, khi đó V  W3

Như vậy, với điều kiện phễu nổ chuẩn ta có:

 - Góc nghiêng của sườn dốc, độ;

E- Tính chất của môi trường đất đá

Như vậy, có thể xác định lượng thuốc nổ mìn buồng tạo đường trên sườn dốc theo công thức:

Trong đó:

K- Hàm số các thông số nổ sườn dốc

Các thông số trong công thức (4.53) được xác định như sau:

- Hàm số chỉ số tác dụng nổ f(n): Có nhiều tác giả đưa ra các công thức để xác định f(n)

Theo Boreskov: f(n) = 0,40,6n3

Theo Pokrovaski: f(n) =

2 2

.

n

B B

qc- Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn, kg/m3;

C- Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào điều kiện tiến hành công tác nổ và nhiệm vụ công tác nổ mìn (C có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn 1);

- Hàm số các thông số nổ sườn dốc K: Với lượng thuốc nổ văng khi mặt tự

do nằm ngang, Pokrovski đưa ra hệ số:

n n

Khi ta tiến hành nổ trên sườn dốc ( 0) thì trị số K giảm đi do ảnh hưởng của góc nghiêng  Khi đó có thể xác định:





cos 2

cos

02 , 0 1

1 75 , 0

2 3

02 , 0 1

1 75 , 0

W q C

ap = Wp 2 / 3

p

n , m Trong đó:

Wp- Đường kháng đối với lượng thuốc phẳng, m;

Np = 11,25 Chỉ số tác dụng nổ của lượng thuốc phẳng

Lượng thuốc cho 1 lỗ khoan được xác định:

Qp = qp 3 3

. p

p n

W , kg

Ở đây: qp- Chỉ tiêu thuốc nổ, kg/m3

Như vậy, trên cơ sở phân tích hình học và nghiên cứu quá trình hình thành phễu nổ, ta đã xây dựng được phương pháp xác định và xác lập được các công thức tính toán các thông số cơ bản của phương pháp nổ mìn buồng tạo nền đường trên sườn dốc

Phương pháp này có hiệu quả cao khi thi công xây dựng các tuyến đường qua sườn núi có đất đá cứng phải áp dụng phương pháp nổ mìn để phá vỡ chúng

CHƯƠNG 5 TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC

Từ cuối thế kỷ 19, trên thế giới người ta đã quan tâm đến công tác nổ mìn dưới nước

Giai đoạn đầu của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu chủ yếu quá trình vật lý và cơ học xảy ra khi nổ mìn dưới nước, từ đó rút ra các thông số cần thiết giúp cho việc tính toán các loại vũ khí sử dụng với mục đích quân sự trên sông biển

Vào những thập kỷ 60 – 80 của thế kỷ 20, hàng loạt các công trình được xây dựng trên biển đã đòi hỏi phải sử dụng nhiều năng lượng nổ để phá đá dưới nước, đặc trung là phá đá ngầm khơi thông luồng lạch, mở luồng tàu, đào hào đặt đường ống và dây cáp, đào hố móng công trình, đào sâu cảng…

Điều đó đã thúc đẩy việc hoàn thiện lý thuyết và thực tế, cũng như công nghệ và kỹ thuật nổ mìn dưới nước

Ở Việt Nam, trong chiến tranh, Mỹ đã thả hàng nghìn tấn bom đạn, thủy lôi xuống sông ngòi và cửa biển nhằm phá hủy hệ thống cầu cống bến cảng của chúng ta Vì vậy nghiên cứu nổ mìn dưới nước bắt đầu từ đây với mục đích khắc phục vũ khí hủy diệt của địch cũng như phá các chướng ngại vật dưới nước, phá

đá khơi thông luồng lạch phục vụ cho mục đích giao thông, quân sự…

Sau ngày giải phóng đất nước, do nhu cầu xây dựng và phát triển kinh tế, chúng ta đã sử dụng nhiều năng lượng nổ để phá đá dưới nước Tuy nhiên, chúng ta chưa có một công trình nghiên cứu hoàn chỉnh nào về vấn đề này, mà mới chỉ áp dụng những kinh nghiệm nổ mìn dưới nước của nước ngoài với quy

mô nhỏ

Dưới đây tác giả trình bày đặc điểm nổ mìn dưới nước, và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nổ mìn phá đá dưới nước trong những điều kiện khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả của công tác này

5.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC

Khi nổ mìn phá vỡ đất đá ở trên cạn thường trong điều kiện có một hoặc nhiều bề mặt tự do Còn khi nổ mìn phá đá dưới nước không có bề mặt tự do Đối với nổ mìn trên cạn mặt tự do tiếp xúc với không khí, còn đối với nổ mìn dưới nước cùng điều kiện thì mặt tự do tiếp xúc với nước

Như vậy, một thông số đặc trưng cho điều kiện nổ mìn dưới nước là chiều cao lớp nước phía trên khối đá (lớp nước lèn) Thông số đó có liên quan đến áp lực thủy tĩnh và có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nổ

Chỉ tiêu tổng quát phản ánh ảnh hưởng của môi trường đến sức đề kháng tác dụng nổ là độ cứng truyền âm:

Trong đó:

- Mật độ đất đá, g/cm3;

C- Tốc độ truyền âm trong đất đá, cm/s

Nếu độ cứng truyền âm tăng thì ý nghĩa của sóng ứng suất trong quá trình phá vỡ đất đá tăng lên khi nổ trong môi trường nước, nếu tỷ số độ cứng truyền

âm của đất đá và của nước càng lớn thì hiệu quả phá vỡ do sóng ứng suất phát sinh khi nổ càng cao

5.1.1 Nổ lượng thuốc trong lỗ khoan

Ỏ giai đoạn đầu của quá trình nổ, áp lực thủy tĩnh ảnh hưởng đến quá trình phá vỡ do hạn chế được sự mở rộng nứt nẻ, đảm bảo sự truyền sóng hoàn toàn theo tất cả các điểm trong đất đá Nhưng khi đất đá chuyển động dưới tác dụng

nổ thì áp lực thủy tĩnh có ảnh hưởng xấu vì khi đó cần phải có năng lượng phụ

đề khắc phục nó Quan trọng nhất khi đó là tạo ra điều kiện để dịch chuyển tự do đất đá dưới nước

Hình 5.1 Phương pháp giảm áp lực thủy tĩnh của nước trên bề mặt khối nổ

1- Dây nổ; 2- Lượng thuốc nổ; 3- Lượng thuốc trong nước;

4- Giới hạn của bong bóng khí; 5- Màn bong bóng; 6- Ống để truyền khí nén

5.1.2 Nổ lượng thuốc đắp ngoài

Nổ lượng thuốc đắp ngoài trên bề mặt đất đá sẽ phát sinh sóng đập thủy lực phức tạp hơn Sơ đồ lan truyền sóng tại thời điểm nhất định khi nổ lượng thuốc tập trung thể hiện hình 5.2 Trong sơ đồ này giả thiết rằng khởi nổ lượng thuốc bằng dây nổ từ mặt nước Ngoài sóng chủ yếu nêu trên, trong nước còn lan truyền sóng phát sinh do nổ dây nổ và sóng chấn động

Hình 5.2 Sơ đồ lan truyền sóng khi nổ lượng thuốc

1- Lượng thuốc; 2- Dây nổ; 3- Mặt sóng tới; 4- Mặt sóng lan truyền do nổ; 5-

Mặt sóng khúc xạ trong nước của sóng chấn động

Ở đây sóng mạnh nhất là sóng 3 Trong các loại đất đá khác nhau, để xác định nó có thể sử dụng nguyên tắc năng lượng của R.Koul Cơ sở của nguyên tắc này là coi năng lượng thuốc nổ được phản xạ từ bán không gian cứng sẽ làm tăng cường độ sóng tới Để đánh giá phần năng lượng này ta tính đến hệ số phản xạ:

t t d d px

C C

C C

C ,C t- Tốc độ âm trong đất đá và tốc độ kích nổ của thuốc nổ, m/s

Công thức trên đúng với giả thiết năng lượng phụ phát sinh do sự phản xạ

âm thanh của sóng kích nổ từ biên phân chia cứng - lỏng

Trong trường hợp lượng thuốc nổ tập trung, áp lực cực đại và năng lượng riêng của sóng đập thủy lực có thể tính theo công thức:

 

 r Q K

2

/ Q r K

Ở đây:

P- Áp lực sóng đập thủy lực;

E- Năng lượng riêng của sóng đập thủy lực, J/m2;

Q- Khối lượng thuốc nổ, kg;

r- Khoảng cách từ vị trí nổ đến điểm quan sát, m;

px K



 1



Kp, Ke,  - Những hệ số phụ thuộc vào tính chất thuốc nổ;

5.1.3 Tác dụng nổ dưới nước đến môi trường xung quanh

Tác dụng có hại tới môi trường xung quanh khi nổ dưới nước là sóng đập thủy lực, áp lực chấn động và ô nhiễm môi trường… Nổ những lượng thuốc đắp

ngoài có tác dụng bất lợi nhất Tác dụng của sóng thủy lực do nổ lượng thuốc trong lỗ khoan chỉ bằng 1014% so với khi nổ lượng thuốc đắp ngoài

Phương pháp duy nhất để giảm tác dụng chấn động khi nổ là giảm tổng khối lượng thuốc nổ hoặc sử dụng nổ vi sai Để giảm áp lực của sóng thủy lực hiệu quả nhất là tạo ra màn bong bóng

5.2 NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY LUẬT PHÂN BỐ XUNG LƯỢNG TRUYỀN VÀO ĐẤT ĐÁ KHI NỔ MÌN PHÁ

0

x

dt t P x

x- Tọa độ của mặt phân cách

Phương trình (5.1) được áp dụng cho cả trường hợp nổ mìn trên cạn và nổ mìn dưới nước Nhìn vào phương trình này chúng ta thấy quy luật phân bố xung lượng phụ thuộc vào hàm P(x, t) và  x , mà cả hai tham số này đều phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau: đặc tính bua, đặc tính chất nổ, đặc tính đất đá và điều kiện nước lèn Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hiệu quả tuyền năng lượng phá

vỡ đất đá thể hiện trong sơ đồ hình 5.3 và 5.4

Các yếu tố chung ảnh hưởng đến quy luật phân bố xung lượng khi nổ mìn trên cạn và dưới nước:

- Đặc tính bua: Mật độ và chiều dài bua là một đặc tính quan trọng ảnh hưởng đến hàm áp lực nổ và thời gian tác động của áp lực nổ, khi mật độ bua hoặc chiều dài bua tăng làm cho hàm áp lực nổ suy giảm chậm hơn và kéo dài thời gian tác dụng nổ và ngược lại Đây là yếu tố chúng ta có thể chủ động điều chỉnh để nâng cao hệ số truyền năng lượng vào đất đá

- Loại thuốc nổ: Các đặc tính thuốc nổ có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm áp lực nổ và thời gian tác dụng nổ Tuy nhiên việc điều chỉnh yếu tố này để nâng cao hệ số sử dụng nặng lượng chỉ đạt được trong một giới hạn nhất định vì chủng loại ít và sự thay đổi thuốc ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và hiệu quả

nổ xét cả góc độ kinh tế

- Loại đất đá: Tính chất của đất đá liên quan đến quá trình dãn nở buồng mìn và sự lan truyền ứng suất trong nó Tuy nhiên trong đa số các bài toán

nghiên cứu về xung lượng truyền lên thành lỗ khoan đều bỏ qua yếu tố này vì sự dãn nở theo hướng bua lớn hơn nhiều so với dãn nở trong đá

- Qua phân tích chúng ta thấy rằng bua và thuốc nổ là hai yếu tố ảnh hưởng và có ý nghĩa trong việc điều chỉnh để nâng cao hiệu quả nổ đối với một loại đất đá nhất định

Hình 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến xung nổ khi mìn trên cạn

- Yếu tố có thể điều chỉnh được

_ Yếu tố không điều chỉnh được

Yếu tố riêng biệt ảnh hưởng đến quy luật phân bố xung lượng khi nổ mìn dưới nước:

- Chiều cao lớp nước lèn là một yếu tố cơ bản thể hiện bàn chất sự khác biệt giữa nổ mìn dưới nước so với trên cạn Nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về nổ mìn dưới nước và nổ phá đá kết cấu ở vị trí tiếp xúc giữa các môi trường đã chỉ rõ: nước lèn có tác dụng cản phá sự phụt thoát năng lượng vào không gian tạo ra hiệu ứng tăng trị số năng lượng truyền phá đá, nhưng đồng thời nó có tác dụng cản tốc độ di chuyển của đá theo hướng về phía

có nước lèn và tạo ra hiệu ứng giảm tác dụng cơ học

Hình 5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến xung nổ khi nổ mìn dưới nước

- Yếu tố có thể điều chỉnh được

_ Yếu tố không điều chỉnh được

Như vậy để nghiên cứu một cách toàn diện ảnh hưởng của lớp nước lèn đến hiệu quả phá đá thì cần phải giải quyết hai bài toán tương ứng với hai hiệu ứng trên

Đất đá Thuốc nổ Bua

Xung nổ

Đất đá Thuốc nổ Bua

Xung nổ

Lớp nước lèn

Tóm lại: Sau khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quy luật phân bố xung lượng khi nổ mìn phá đá dưới nước chúng ta xác định được các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hiệu quả phá đá dưới nước (đối với một loại đất đá nhất định), đó là bua, thuốc nổ và sự lèn của nước

Từ đó ta có thể nghiên cứu tìm ra những biện pháp nâng cao hiệu quả phá

đá và xác định các yếu tố nổ mìn hợp lý để tăng cường chất lượng đập vỡ đất đá khi nổ mìn dưới nước

5.3 NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN LƯỢNG THUỐC NỔ VÀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC

Có hai phương pháp chính được sử dụng khi nổ mìn phá đá dưới nước, đó là:

- Phương pháp nổ với lượng thuốc nổ đắp ngoài (nổ mìn ốp)

- Phương pháp nổ với lượng thuốc nổ trong lỗ khoan (nổ mìn trong lỗ khoan)

5.3.1 Tính toán lượng thuốc nổ đắp ngoài

Hình 5.5- Sơ đồ phân bố lượng thuốc nổ (a)

và mặt cắt ngang của đường hào tạo thành khi nổ (b)

1- Lượng thuốc chính; 2- Lượng thuốc phụ; 3- Đáy hào

a Khi đào sâu sông, cảng (xem hình vẽ 5.5), lượng thuốc nổ được xác định theo công thức:

- Đối với phương pháp này, chỉ tiêu thuốc nổ thường rất lớn, với nhóm đất

đá loại II X (phân loại theo CHUly) thì q = 12200 kg/m3

- Nếu chiều sâu phá vỡ W > 0,5 m thì chia ra làm nhiều lớp để nổ, số lớp được xác định như sau:

N1 = W/ (0,30,5);

Trong đó: (0,30,5) là chiều dày cực đại của mỗi lớp

- Khoảng cách giữa các lượng thuốc nổ đắp ngoài trong một hàng được xác định:

5.3.2 Tính toán lượng thuốc nổ trong lỗ khoan

Khi nổ có 1 mặt tự do, trục lượng thuốc nổ vuông góc với bề mặt đó, việc tính toán các thông số tùy thuộc vào chiều dày lớp nổ H nhỏ hơn hay lớn hơn chiều dày dẫn của lớp nổ Hd

Chiều dày dẫn được xác định:

Trong đó:

p- Sức chứa của 1 m lỗ khoan, kg/m;

q1- Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán, kg/m3

a) Trường hợp H < Hd

Chiều dài lượng thuốc nổ: lt = Q/p, m

Chiều sâu lỗ khoan:

l = H + lkt , m

Trong đó:

lkt- Chiều sâu khoan thêm: lkt = 0,5.q1.lt , m

- Khoảng cách giữa các lượng thuốc trong hàng: a = mH

m- Khoảng cách tương đối giữa các lượng thuốc, (m = 0,7 1,2)

lkt = 0,5q1,a, m

l = H + lkt , m

Q = P(1 – lb), kg Trong đó:

lb- Chiều dài bua, lb = (1520)D (D- đường kính lỗ khoan)

b = (0,91,0)a, m Khi phân bố mạng lỗ ô vuông thì

H q

Q b

Khi nổ mìn dưới nước để đào sâu cảng Cái Lân, dựa vào điều kiện cụ thể

về loại đất đá, chiều cao lớp đất đá cần phá nổ H và chiều cao lớp nước lèn HB,

các thông số được tính toán và trình bày ở bảng 5.2

Tóm lại, do đặc điểm của công tác nổ mìn dưới nước, các thông số của mạng lỗ khoan thu hẹp hơn và chỉ tiêu thuốc nổ phải tăng lên nhiều lần so với ở trên cạn

Bảng 5.2 Các thông số nổ mìn phá đá dưới nước (đào sâu cảng Cái Lân)

đá H (m)

Chiều sâu lỗ khoan l (m)

Chiều dài bua

l b , (m)

Chiều dài lượng thuốc l, (m)

Các thông số a=b=w (m)

Chỉ tiêu thuốc nổ

q (kg/m 3 )

5.4.1 Đặc điểm về tính an toàn khi nổ mìn dưới nước

Khi nổ mìn nói chung cần tính toán khoảng cách an toàn theo điều kiện sau: điều kiện đá văng; điều kiện tác dụng chấn động; điều kiện tác dụng của sóng đập không khí Sau khi tính toán theo các điều kiện trên, bán kính an toàn được lấy với trị số cao nhất

Khi nổ dưới nước, những yếu tố tác động có hại đến môi trường xung quanh bao gồm: sóng đập thủy lực, sóng chấn động, khí độc làm nhiễm bẩn môi trường Đối với những hồ chứa nước nhỏ còn tác dụng đáng kể của sóng trọng lực Tác dụng nguy hiểm nhất thể hiện khi nổ lượng thuốc đắp ngoài (lượng thuốc hở) Giá trị áp lực sóng đập thủy lực khi nổ lượng thuốc trong lỗ khoan chỉ bằng 1014% khi nổ lượng thuốc đắp ngoài

Khi nổ dưới nước, nguy hiểm nhất là tác dụng của sóng đập thủy lực Vì vậy, ngoài việc tính toán khoảng cách an toàn thông thường, cần phải tính khoảng an toàn cho các công trình và động vật dưới nước cần bảo vệ;

5.4.2 phương pháp tính toán khi nổ mìn dưới nước

5.4.2.1 Khoảng cách an toàn đối với động vật dưới nước

Theo kết quả nghiên cứu thì thông số nguy hiểm cho động vật dưới nước

là mật độ năng lượng trên mặt sóng đập thủy lực Đối với những loại động vật khác nhau thì mật độ an toàn khác nhau Đối với những loài có tính nhạy cảm cao thì mật độ năng lượng an toàn là 5030 j/m2, đối với loài nhạy cảm trung bình 160250 j/m2, đối với loài ít nhạy cảm 2.500 j/m2

Khi nổ mìn trong lỗ khoan với chiều dài bua không nhỏ hơn 5 lần đường kính lượng thuốc, bán kính an toàn đối với động vật dưới nước được tính theo công thức:

Trong đó:

Q- Khối lượng thuốc nổ đồng thời ,kg;

H- Chiều sâu của nước, m;

E- Mật độ năng lượng an toàn, J/m2

5.4.2.2 Khoảng cách an toàn đối với các công trình

Để đảm bảo an toàn cho các công trình nằm kề dưới mức (đập chắn, cánh cửa cống, van đập tràn…) thì áp lực tác dụng lên mặt công trình phát sinh khi nổ (p) phải nhỏ hơn hoặc bằng áp lực cho phép  p đối với công trình đó Nghĩa là phải thỏa mãn điều kiện:

1 2

3 2 3 2

1 2

1

10 391

58

A R

Q A

A R

10

53 ,

Q- Khối lượng thuốc nổ, kg;

A- Năng lượng riêng của loại thuốc nổ sử dụng, j/kg;

A1- Năng lượng riêng của Trôtin, j/kg

Các thông số và điều kiện của vụ nổ như sau: Nổ mìn trong lỗ khoan có:

d = 214 mm để phá đê quây cảng thượng lưu; tổng cộng lượng thuốc bằng

24.255 kg, trong đó có 21.800 kg granulôtôl và 2.455 kg amônít No6; khi nổ mực nước thượng lưu +88m, hạ lưu +56m; van cung đập tràn cách vị trí nổ 900

m, áp lực cho phép p van của cung là 6 kg/cm2 Khi tiến hành kiểm tra điều kiện trên, ta có Q = 24.255 kg, R = 900 m, đối với trôtin: A1 = 3455 kj/kg, đối với granulôtôl A = 3457 kj/kg,  p = 6 kg/cm2

* Sau khi thay giá trị tương ứng vào công thức Xađôvski, ta có:

P0  1.300.000 N/m2  13 KG/cm2

Khi nổ trong lỗ khoan thì áp lực sinh ra chỉ bằng (10 14%)P0, ta lấy p1 = 0,14p0 = 1,82 KG/cm2.Vì vậy, áp lực tác dụng lên van cung khi nổ phá đê quây là:

P1 = p1+P1 = 1,82 + 3,2 = 5,02 kg/cm2 Như vậy, ta có: p < p

* Theo Koul ta có:

P0 = 5,53.107 = 1.700.000 N/m2 = 17 KG/cm2

Khi nổ trong lỗ khoan thì p1 =0,14p0 = 0,14.17 = 2,38 KG/cm2 Do đó: p =

p1 + P1 = 2,38 + 3,2 = 5,58 KG/cm2 Nghĩa là, ở đây thỏa mãn điều kiện P< p Ngoài ra, ta cũng có thể xác định p0 theo biểu đồ do Enkhamr xây dựng với điều kiện nổ như trên, dựa vào biểu đồ ta xác định được p0 = 15,3 KG/cm2, do đó:

p1 =0,14p0 = 2,14 KG/cm2 và p = p1 + P1 = 5,34 KG/cm2 Nghĩa là vẫn thỏa mãn điều kiện p < p

Từ những kết quả trên , chúng ta có thể khẳng định: phương pháp tính toán kiểm tra an toàn nêu ra là đúng đắn Phương pháp này có thể áp dụng kiểm tra an toàn các công trình xây dựng dưới nước, tiếp xúc với nước khi nổ mìn dưới nước và vùng kề với nước

CHƯƠNG 6 ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TÁC NỔ MÌN KHI KHAI THÁC MỎ

ĐẾN MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH

6.1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TÁC NỔ MÌN ĐẾN MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH

Mục đích chính của công tác nổ mìn khi khai thác mỏ là phá vỡ đất đá thành những cục có kích thước nhất định phù hợp với mục đích khai thác và các thiết bị mỏ Thực tế cho thấy phần năng lượng chất nổ phục vụ cho mục đích trên chiếm tỷ lệ rất thấp, còn đa số năng lượng chất nổ biến thành những dạng công vô ích có tác động xấu đến môi trường

Đặc tính nguy hại gây ra do nổ mìn thể hiện ở sơ đồ hình 6.1 Lượng thuốc nổ phá vỡ khối lượng đất đá 1, kề với nó là khối lượng 2 ở trong trạng thái nén thể tích

Hình 6.1 Sơ đồ tác dụng đến môi trường xung quanh

khi nổ mìn trên mỏ lộ thiên

Sự tác dụng của sóng chấn động ảnh hưởng đến sườn dốc của bờ mỏ 3, ảnh hưởng đến khối đất đá 4 gần biên giới mỏ và mặt trượt 5 của góc ổn định, những công trình 6 trên sân công nghiệp mỏ lộ thiên và hầm lò, đường lò 7 và những công trình dân dụng 8

Khi tốc độ dao động của đất đá > 10 cm/s thì những tòa nhà có khả năng

bị phá hủy

Ngoài ra khi nổ còn văng xa đất đá, tạo sóng đập không khí, tạo khí độc và bụi gây ô nhiễm môi trường, nguy hiểm cho con người, thiết bị và những công trình xây dựng khác

6.1.1 Tác dụng chấn động khi nổ mìn

6.1.1.1 Nguy hiểm về chấn động khi nổ mìn

Công tác nổ mìn trong công nghiệp mỏ và xây dựng một phần được tiến hành gần các tòa nhà, các công trình công nghiệp và dân dụng, các đường lò, bờ

mỏ, đập nước… chấn động phát sinh khi nổ ảnh hưởng xấu đến kết cấu thiết bị công nghiệp đang hoạt động, các công trình, hệ thống thông tin liên lạc, …

Theo tác dụng, chấn động do nổ mìn và do động đất có nhiều điểm giống nhau Thực tế với chấn động khi nổ mìn, biên độ và tốc độ dịch chuyển có sự lặp lại ít hơn, nghĩa là có thời hạn dao động nền đất đá nhỏ hơn Tuy nhiên khi nổ một số lượng lớn các lượng thuốc liên tiếp với thời gian giãn cách nhỏ (vi sai) thời hạn dao động chung có thể tăng đến 12 s Điều đó trở nên nguy hiểm cho các công trình, vì rằng khi đó sẽ tăng đáng kể sự chuyển dịch và tốc độ dao động những chi tiết riêng của các công trình

Khi khai thác mỏ, việc lặp đi lặp lại công tác nổ mìn có ảnh hưởng rất lớn đến công trình, vì rằng công trình cũng như đất đá có khả năng giữ lại kết quả tác dụng của những đợt nổ trước ở mức độ nhất định Dĩ nhiên điều đó liên quan đến sự phát sinh và tích lũy những nứt nẻ nhỏ mà thực tế đầu tiên không có Dần dần công trình có thể bị phá hủy

Từ đó ta có thể kết luận rằng: để đảm bảo điều kiện an toàn, công tác nổ mìn cần thực hiện theo công nghệ có cơ sở khoa học về an toàn chấn động, có tính đến khả năng đất đá truyền chấn động cho các công trình, bờ mỏ, các đường

lò Khi thiết kế và xây dựng những xí nghiệp mới cần tính toán đánh giá nền đất trong mối quan hệ chấn động và tải trọng động bổ sung khi tác dụng sóng chấn động

6.1.1.2 Khái niệm chung về sóng chấn động

Khi nổ mìn ta quan sát thấy sự truyền sóng năng lượng từ lượng thuốc nổ vào đất đá xung quanh Từ tác dụng sóng đập của sản phẩm nổ mở rộng được lan truyền sóng dọc trong đất đá Khi đó những phần tử đất đá được chuyển động theo đường lan truyền sóng gây ra sự nén - kéo liên tiếp trong đất đá Vì vậy sóng dọc đôi khi còn gọi là sóng nén - kéo Ngoài sóng dọc trong đất đá còn lan truyền sóng ngang, nó gây cho các phần tử môi trường chuyển động theo hướng vuông góc với hướng lan truyền sóng Những sóng này gây ra sự biến dạng trượt trong đất đá, vì vậy nó còn được gọi là sóng trượt

Với sóng ngang những phần tử môi trường dao động theo quỹ đạo dạng elíp trong mặt phẳng tiếp xúc với mặt sóng Tỷ số giữa trục lớn và nhỏ của elíp

và đặc tính phân cực của sóng đối với môi trường đồng nhất không thay đổi

Tốc độ lan truyền của sóng dọc được xác định:



 2 1 1 10

g S

Gần bề mặt phân chia đất đá có thể phát sinh những sóng thuộc nhóm 2 gọi là sóng mặt, nó bao gồm: sóng Relei và sóng Liép

Sóng Relei đặc trưng bởi sự tương hỗ giữa biến dạng thể tích và biến dạng trượt Các phần tử bề mặt dao động trong những mặt phẳng thẳng đứng song song với hướng lan truyền sóng, theo quỹ đạo elíp với trục lớn dài gấp 1,5 lần trục nhỏ Tốc độ sóng Relei CR thường bằng 0,92 CS Xa bề mặt vào sâu trong môi trường, sóng Relei giảm dần Ở độ sâu bằng 1,5 2,0 lần chiều dài của sóng mặt, biên độ dao động nhỏ hơn 1020 lần so với trên mặt

Sóng Liép gây cho các phần tử mặt đất dao động trong mặt nằm ngang theo hướng vuông góc với hướng truyền sóng

Quỹ đạo dao động các phần tử có dạng rất phức tạp Trên hình 6.2 thể hiện quỹ đạo chuyển động các phần tử nền đất khi nổ tức thời lượng thuốc, trên quỹ đạo đó có đánh dấu những điểm ứng với những thời điểm khác nhau từ (01,0s)

Hình 6.2 Quỹ đạo chuyển động nền đất trong mặt phẳng nằm ngang

khi nổ lượng thuốc 4.400 kg ở khoảng cách 560 m

Những mốc thời gian trên quỹ đạo dao động của các phần tử khẳng định: những biên độ cực đại xuất hiện muộn hơn Thời hạn dao động phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực hiện nổ, tính chất đất đá tại vị trí quan sát và thời gian dãn cách khi nổ vi sai, nó được thay đổi từ 12 đến 1215s

6.1.1.3 Đánh giá tác dụng chấn động khi nổ mìn

Tiêu chuẩn tổng quát nhất đánh giá tác dụng chấn động khi nổ mìn là tốc

độ dao động riêng của các tòa nhà, các công trình dân dụng và công nghiệp, nó

là thông số chủ yếu quyết định tác dụng chấn động của các loại sóng khác nhau đối với công trình

Để xác định tốc độ chuyển dịch của nền đất có thể sử dụng công thức của Xađôvski

m R

Q k

m = 13- Phụ thuộc vào khoảng cách đến vị trí nổ;

k = 50600- Phụ thuộc vào tính chất của môi trường, các thông số đặc tính chất nổ và công nghệ nổ mìn;

Q- Khối lượng thuốc nổ đồng thời, kg;

R- Khoảng cách từ lượng thuốc đến điểm đo, m

Trên cơ sở những số liệu thực nghiệm, Xađôvski đã giới thiệu công thức tính tốc độ dao động của nền đất ở vùng trung bình và xa vị trí nổ như sau:

* Đối với lượng thuốc tập trung:

   1 , 5

3

3200 Q/R n

Lựa chọn tốc độ dao động cho phép Vcf xuất phát từ điều kiện sao cho khi

nổ lặp lại nhiều lần các công trình không bị hư hỏng hoặc tích lũy những biến dạng kín