Bài giảng thi công công trình thuỷ lợi: LÝ LUẬN CƠ BẢN VỀ NỔ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN CƠ BẢN

Tỏc dụng của mặt thoỏng Khi gần nguồn nổ cú mặt thoỏng, do hiện tượng súng phản xạ từ mặt thoỏng, sự gión nở của đỏ lan truyền từ mặt thoỏng trở lại gõy nờn ứng suất kộo cú tỏc dụng phỏ

CHƯƠNG 11 LÝ LUẬN CƠ BẢN VỀ NỔ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN CƠ

BẢN 11.1 Khái niệm chung

Hiện nay thuốc nổ công nghiệp được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng thuỷ lợi như đào móng, khai thác đá, xử lý nền,

Để nổ phá đạt hiệu quả cần xem xét đến các yếu tố sau:

11.1.1 Ảnh hưởng của địa hình

Nổ phá đất đá càng hiệu quả khi có càng nhiều mặt thoáng, nổ trên sườn dốc hiệu quả hơn trên mặt bằng, Khi đào móng hoặc khai thác đá cần chú ý lợi dụng điều kiện địa hình

11.1.2 Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn

Độ cứng, khối lượng riêng, mức độ nứt nẻ của đất đá ảnh hưởng rất lớn đến các thông số nổ phá;

Môi trường nước ngầm đòi hỏi phải có thuốc nổ chịu nước Mặt khác liên quan đến phương án bốc xúc và vận chuyển

11.1.3 Thuốc nổ và phương tiện gây nổ

Hiện nay có rất nhiều loại thuốc nổ và phương tiện gây nổ Ở Việt nam trước đây chủ yếu sử dụng sản phẩm của Nga hoặc Trung Quốc Hiện nay chủ yếu sử dụng sản phẩm vật liệu nổ công nghiệp trong nước của Bộ Quốc phòng

11.1.4 Điều kiện thi công

Đây là nhân tố mang tính quyết định thành bại của công tác nổ mìn, nó được hoàn thiện không ngừng về các mặt:

- Kỹ thuật thi công: tùy theo yêu cầu có thể nổ văng mạnh, văng yếu, yêu cầu về đập vỡ đất đá Ngoài ra còn phải chú ý đến mật độ nạp thuốc, phòng ẩm, vị trí kíp nổ,

- Kỹ thuật lấp bua;

- Kỹ thuật gây nổ

11.2 Lý luận cơ bản về nổ phá và nguyên lý tính toán khối thuốc nổ

11.2.1 Lý luận cơ bản về nổ phá

Khi thuốc nổ bị kích thích (va đập, tia lửa, nhiệt độ cao) phát sinh phản ứng hoá học, phản ứng nổ sinh ra khí, đồng thời sinh ra nhiệt 15004000oC, áp suất tăng lên 60008000atm Áp lực lớn gây ra sóng xung kích phá hoạ môi trường xung quanh;

Để nghiên cứu dễ dàng ta giả thiết: Môi trường là đồng đều, tức là tác dụng nổ phá gây ra theo mọi phương là như nhau:

- Mụi trường đỏ là vụ hạn;

- Bao thuốc dạng hỡnh cầu;

Trờn cơ sở đú tạm thời phõn chia phạm vi tỏc dụng của nổ phỏ làm 4 vựng giới hạn là 4 mặt cầu đồng tõm với tõm khối thuốc nổ Đất đỏ mỗi vựng chịu tỏc dụng ở mức độ khỏc nhau:

1- Vựng nộn ộp (vựng nỏt vụn);

2- Vựng văng đi: đất đỏ bị phỏ

vỡ và cú thể bị văng đi nếu ở gần mặt

thoỏng;

3- Vựng long rời: đất đỏ bị phỏ

vỡ kết cấu, hỡnh thành hệ thống khe

nứt;

4- Vựng chấn động: đất đỏ bị

dao động nhưng khụng bị phỏ vỡ kết

cấu

11.2.2 Tỏc dụng của mặt thoỏng và sự hỡnh thành phễu nổi

11.2.2.1 Tỏc dụng của mặt thoỏng

Khi gần nguồn nổ cú mặt thoỏng, do hiện tượng súng phản xạ từ mặt thoỏng, sự gión nở của đỏ lan truyền từ mặt thoỏng trở lại gõy nờn ứng suất kộo cú tỏc dụng phỏ hoại đất đỏ mạnh hơn nhiều so với súng nộn Như vậy mặt thoỏng cú tỏc dụng nõng cao hiệu quả đập vỡ đất đỏ

11.2.2.2 Sự hỡnh thành phễu nổ

Khi khoảng cỏch từ tõm bao thuốc nổ tới mặt thoỏng nhỏ hơn bỏn kớnh phỏ hoại

R thỡ một phần đất đỏ chuyển động về phớa mặt thoỏng Phương vận tốc chuyển động trựng với phương của bỏn kớnh phỏ hoại R Đất đỏ văng đi và hỡnh thành phễu nổ; Cỏc đặc trưng của phễu nổ:

- Đường cản ngắn nhất W: là khoảng cỏch ngắn nhất từ tõm khối thuốc nổ tới mặt thoỏng;

- Bỏn kớnh phỏ hoại R: là khoảng cỏch từ tõm bao thuốc tới mộp phễu nổ;

- Bỏn kớnh phễu nổ r: là khoảng cỏch từ tõm phễu nổ đến mộp phễu nổ;

- Độ sõu nhỡn thấy: là độ sõu của phễu nổ sau khi đất đỏ rơi trở lại phễu nổ và lấp

đi một phần;

Chỉ số tỏc dụng nổ phỏ:

Hình 11.2 Sơ đồ tác dụng của nổ phá

1 Vùng nén ép hay nát vụn; 2 Vùng văng

đi; 3 Vùng long rời; 4 Vùng chấn động

r

n 

- Khi n>1 gọi là

nổ văng mạnh

- n=1 gọi là nổ

văng tiờu chuẩn;

- 0,75<n<1 gọi

là nổ văng yếu;

- Khi n 0,75

đất đỏ chỉ bị phỏ vỡ nhưng khụng văng đi được gọi là nổ om;

- Trường hợp mặt đất khụng bị phỏ hoại gọi là nổ mỡn ngầm;

Trong xõy dựng thuỷ lợi dựng nổ mỡn văng mạnh theo một hướng nhất định gọi

là nổ mỡn định hướng dựng để đắp đập, đào kờnh, Nổ mỡn om dựng để đào múng, khai thỏc đỏ Đụi khi sử dụng nổ mỡn ngầm để tạo bầu cho bao thuốc hoặc chõn đế rộng cho cọc nhồi;

Theo kinh nghiệm nổ mỡn văng mạnh n=1,251,75 và khụng nờn cú n >3 vỡ khụng hiệu quả;

Độ sõu nhỡn thấy tớnh theo cụng thức kinh nghiệm: h=0,33W(2n-1)

11.2.2 Tớnh toỏn lượng thuốc nổ

11.2.2.1 Phõn loại bao thuốc:

Bao thuốc tập trung là bao thuốc cú hỡnh cầu, hỡnh lập phương, hỡnh trụ, lăng trụ nếu như chiều dài khụng vượt quỏ 5 lần chiều rộng nhỏ nhất của mặt cắt ngang bao thuốc và ngược lại gọi là bao thuốc hỡnh dài;

Trường hợp bao thuốc hỡnh T, I, +, thỡ sử dụng hệ số tập trung :

b

V

3 62 , 0





Trong đú:

V- Thể tớch bao thuốc;

b- Khoảng cỏch từ tõm bao thuốc đến điểm xa nhất của bao thuốc;

>0,41 là bao thuốc tập trung;

11.2.2.2 Tớnh lượng thuốc nổ với bao thuốc tập trung

Q=qV Trong đú:

r

Hình 11.4 Sơ đồ phễu nổ W- Đ ờng cản ngắn nhất; R- Bán kính phá hoại; r- Bán kính phễu nổ; h- Độ sâu nhìn thấy

Q- Khối lượng thuốc nổ (kg);

q- Chỉ tiêu thuốc nổ (lượng hao thuốc đơn vị) là lượng thuốc cần thiết để nổ phá 1m3 đá(kg/m3) q phụ thuộc vào loại thuốc nổ, loại đá, đặc điểm về cấu tạo địa chất của

đá, mức độ nứt nẻ, Đây là chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật rất quan trọng trong thiết kế nổ phá;

Thường chỉ tiêu thuốc nổ ứng với sức công phá của loại thuốc nổ nhất định Nếu dùng loại thuốc khác thì phải nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh:

1

1 v

v

e 

Trong đó:

v- Sức công phá của thuốc nổ có lượng hao thuốc đơn vị q đã biết;

v1- Sức công phá của thuốc nổ sẽ sử dụng;

V- Thể tích phễu nổ tiêu chuẩn: 2 3

3

1

W W r

V     

Do đó: Q  q  W3

Qua thực nghiệm rút ra công thức tổng quát cho nổ văng mạnh, văng yếu, nổ om như sau:

) (

3 f n W

q

Q    với f(n) là hàm số của chỉ số tác dụng nổ phá;

- Khi nổ văng mạnh:

0,4 0,6n3q W3

Khi W>25m thì nên dùng công thức sau:

W

- Khi nổ văng yếu:

3 3

7

3 4

W q

n









 



- Khi nổ om:

3 33

,

0 q W

Q   

11.2.2.3 Tính lượng thuốc nổ cho bao thuốc hành dài

- Trường hợp bao thuốc đặt vuông góc với mặt thoáng:

W

l

Hình 11.5 Bao thuốc hình dài đặt

vuông góc với mặt thoáng

Hình 11.6 Bao thuốc hình dài đặt song song với mặt thoáng

3 3

2 )

( )























h q n f W q n f Q

- Trường hợp bao thuốc đặt song song với mặt thoỏng:

l W q n f

Q  ( )   2  11.2.2.4 Kiểm tra điều kiện nạp thuốc

Thể tớch buồng chứa thuốc:

'



V b

Trong đú:

Vb- Thể tớch buồng thuốc (m3);

Q- Khối lượng bao thuốc (kg);

- Mật độ nạp thuốc (kg/m3): =

'

K



- Là mật độ thuốc nổ;

K- Hệ số xột đến điều kiện nạp thuốc K>1

11.3 Thuốc nổ và cách gây nổ

11.3.1 Các tính năng kỹ thuật của thuốc nổ

- Độ nhạy:

- Vận tốc nổ: Tốc độ lan truyền của phản ứng nổ trong khối thuốc nổ 20007500m/s, có loại có tới 9000m/s Vận tốc nổ càng cao áp lực ban đầu càng lớn Khả năng đập vỡ đá càng lớn;

- Tính ổn định: Vận tốc nổ không thay đổi, phản ứng nổ hoàn toàn hết thuốc nổ trong quả mìn;

- Mật độ thuốc nổ  và mật độ nạp thuốc :

+ Có một số loại thuốc nổ nếu  vượt quá một giới hạn nhất định thì không

nổ được;

+ Nổ mìn tạo viền đòi hỏi  và  hợp lý;

+ Nổ phân đoạn không khí;

+ Khả năng truyền nổ: Khả năng kích thích khối thuốc khác nổ theo gọi là khả năng truyền nổ Khả năng truyền nổ của thuốc nổ nói chung là tương đối tốt trong không khí nhưng kém trong môi trường đất đá;

+ Chỉ số cân bằng ôxy (ký hiệu là B): Là tỷ số giữa lượng ôxy thừa hay thiếu để ôxy hoá hoàn toàn các chất trong thành phần thuốc nổ Lượng ôxy thiếu sẽ tạo ra CO, thừa nhiều sẽ tạo ra oxit Nitơ NO, N2O đều là độc hại Chỉ số này rất quan trọng khi nổ đào đường hầm;

Ngoài ra còn xét đến các tính năng khác của thuốc nổ như sức công phá, đường kính giới hạn, nhiệt lượng, tính chịu nước,

11.3.2 Các yêu cầu đối với thuốc nổ dùng trong xây dựng thuỷ lợi

- Phải đủ mạnh;

- Không quá nhạy, dễ bảo quản và vận chuyển;

- Ổn định, khó biến chất, có thể bảo quản lâu trong điều kiện khó khăn;

- Kỹ thuật sử dụng đơn giản và an toàn khi nổ;

- Giá thành rẻ

11.3.3 Một số loại thuốc nổ thường dùng

Căn cứ vào tính năng, tác dụng người ta phân chia ra thành 3 loại:

- Loại 1: Khả năng đập vụn đá yếu nhưng có thể làm đá văng đi xa;

Loại 2: Khả năng đập vụn đá lớn nhưng khả năng làm văng xa yếu;

Loại 3: Thuốc nổ mạnh, độ nhạy cao thường dùng chế tạo kíp nổ, dây nổ;

Trước đây ở Việt Nam thường dùng thuốc nổ nhập của Liên xô như:

- Amônit: gồm NH4NO3 (Nitơrat Amôn) trộn thêm một số loại thuốc nổ khác và các chất dễ cháy Loại thuốc nổ này an toàn nhưng dễ hút ẩm làm giảm tác dụng nổ;

- Đinamit: gồm C3H5(ONO2)3 (nitrô glyxêrin) Loại thuốc nổ này có mật độ  lớn, không hút ẩm, có thể nổ trong nước, khả năng đập vỡ lớn có thể dùng phá đá rắn Nhưng loại thuốc này có nhược điểm lớn là đổ mồ hôi: các giọt nitrôglyxêrin tách ra nằm ở bề mặt, dễ nổ khi ở nhiệt độ <80C Thuốc không bảo quản được lâu;

- Trôtin: gồm C6H2(NO2)3CH3 gọi tắt là TNT (Trinitrô tôluen) Loại này ổn định

và an toàn nhưng sinh nhiều khí độc CO, ở Việt Nam và nhiều nước đã cấm dùng 11.3.4 Các thiết bị gây nổ

11.3.4.1 Dây cháy chậm: Dây cháy chậm sử dụng thuốc nổ đen, có tốc độ truyền nổ 1cm/s (chậm) Cấu tạo dây nổ gồm có lõi thuốc, bên ngoài bọc vải hoặc giấy có chống

ẩm bằng bitum

11.3.4.2 Kíp lửa

11.3.4.3 Kíp điện

- Theo thời gian

nổ chia ra 3 loại: kíp

tức thời, kíp vi sai,

kíp nổ chậm;

- Theo độ mạnh

chia ra 2 loại: kíp nổ

mạnh và kíp nổ

thường;

- Theo tính chất

an toàn chia ra 2 loại:

kíp an toàn (dùng cho

hầm mỏ nguy hiểm về

khí và bụi nổ) và kíp không an toàn (dùng cho mỏ không nguy hiểm về khí và bụi nổ);

- Khi nổ ở nơi có nhiệt độ cao dùng kíp chịu nhiệt Kíp diện nổ tức thời khác kíp lửa ở chỗ có dây tóc điện làm cháy thuốc bắt lửa và gây nổ kíp;

- Kíp vi sai và kíp nổ chậm có cấu tạo tương tự kíp tức thời, chỉ khác là có thêm khối thuốc cháy chậm để khống chế thời gian nổ chậm lại của kíp Thời gian nổ chậm lại tính bằng ms (nếu là kíp vi sai) và tính bằng sec nếu là kíp nổ chậm;

Các thông số cơ bản của kíp:

+ Cường độ dòng điện an toàn: đó là cường độ dòng điện không gây nổ được kíp,

có trị số 0,18A;

6,8-7,05mm

Thuèc måi næ

Thuèc b¾t löa D©y tãc ®iÖn

+

-Thuèc måi næ Thuèc b¾t löa

VÞ trÝ l¾p d©y ch¸y chËm

+ Cường độ dòng điện đảm bảo gây nổ kíp:

- Dòng 1 chiều: 1A khi nổ <100 kíp;

- 1,3A khi nổ < 300 kíp;

- Dòng xoay chiều: 2,5A;

+ Cường độ dòng điện lớn nhất cho phép: 5A;

+ Điện trở kíp: bao gồm điện trở dây tóc và dây điện dẫn ra;

+ Xung bốc lửa: là năng lượng cần thiết cho một đơn vị điện trở của dây tóc điện

để đảm bảo gây nổ kíp, đơn vị A2ms Xung bốc lửa phụ thuộc và tính chất về điện và nhiệt học của dây tóc và thuốc bắt lửa

11.3.4.4 Dây nổ

Dây nổ có hình dạng gần giống dây cháy chậm nhưng thường bề ngoài màu đỏ

để phân biệt với màu đen của dây cháy chậm;

Lõi dây nổ là thuốc mồi nổ như fuyminat thuỷ ngân Hg(ONC)2, tetrin

C6H2(NO2)3N 2

3

NO CH



Vận tốc truyền nổ 78km/s;

Dây nổ có thể truyền nổ trực tiếp với bao thuốc (không cần kíp nổ)

11.3.4.5 Máy nổ mìn

Máy nổ mìn kiểu tụ điện dùng phổ biến trong xây dựng Nguồn cung cấp điện cho máy là pin hoặc manhêtô quay tay Máy cung cấp điện cho kíp là dòng xung Ngoài ra còn có máy nổ mìn vi sai Cũng có thể gây nổ bằng ăcquy, điện xoay chiều dân dụng

11.3.5 Các phương pháp gây nổ

11.3.5.1 Gây nổ bằng kíp lửa và dây cháy chậm

Nhược điểm: Không khống chế được thời gian nổ và chất lượng của các quả mìn Các quả nổ trước dễ gây hư hỏng dây cháy chậm của quả nổ sau Khả năng an toàn không cao

11.3.5.2 Gây nổ bằng dây nổ

Có thể nối

mạng nổ theo 3

hình thức: kiểu

nối tiếp, kiểu

song song và

kiểu chùm;

1 2

2 1

>10cm

>10cm 10-15cm

H×nh 11.10 Mét sè liªn kÕt cña m¹ng d©y næ

1 D©y chÝnh; 2 D©y nh¸nh

KÝp

Ngoài ra cú thể dựng phối hợp cỏc kiểu trờn;

Khi nối mạng dõy nổ cần chỳ ý:

- Phải buộc chặt khi nối dõy nổ với nhau và khi nối kớp vào dõy nổ Khụng để dõy nổ bị gẫy, dập;

- Để tăng khả năng kớch nổ cú thể quấn hoặc thắt nỳt dõy nổ trong bao thuốc;

- Hướng truyền nổ thuận với

hướng nối dõy nổ;

Gõy nổ bằng dõy nổ an toàn, kỹ

thuật đơn giản và chất lượng cao,

nhưng giỏ dõy nổ đắt

11.3.5.3 Gõy nổ bằng điện

Mỗi quả mỡn được đặt 1 hoặc 2

kớp điện để kớch nổ Việc nối mạng

nổ theo nguyờn tắc như nối mạng

điện cho cỏc búng đốn;

a) Mắc nối tiếp;

b) Mắc song song;

c) Mắc hỗn hợp;

Mắc hỗn hợp cú thể mắc nối

tiếp cỏc mạng song song hoặc mắc

song song cỏc mạng nối tiếp;

Nổ bằng điện cú ưu điểm:

- Điều khiển từ xa, an toàn;

- Áp dụng được phương phỏp nổ vi sai, định hướng;

- Kiểm tra được mạng gõy nổ;

Tuy nhiờn việc xử lý mỡn cõm phức tạp;

Một số chỳ ý khi thiết kế mạng điện gõy nổ:

- Cường độ dũng điện qua kớp nổ phải bảo đảm điều kiện: IbđIk [I]I]max

Trong đú:

Ibđ- Cường độ bảo đảm gõy nổ kớp;

[I]I]max- Cường độ cho phộp lớn nhất qua kớp;

- Dũng điện qua mỗi kớp là như nhau Theo kinh nghiệm mỗi đợt nổ sử dụng kớp cựng một nhúm cú điện trở chờnh lệch <0,25;

1

3

3 1

2

Hình 11.9 Sơ đồ mắc dây nổ a) Nối tiếp; b) Song song; c) Chùm; 1 Bao thuốc; 2 Dây nổ; 3 Kíp

1 2

a)

b)

c)

- Nối dây chắc chắn, truyền điện tốt;

- Khi dùng máy nổ mìn kiểu tụ điện để kích nổ có thể kiểm tra theo điều kiện:

2

n

R

Trong đó:

Rc- Điện trở

của mạng gây nổ;

Rm- Điện trở

cho phép của mạng

ứng với loại máy nổ

mìn với mạng mắc

nối tiếp ();

n- Số mạng

mắc song song trong

mạng gây nổ

11.3.5.4 Gây nổ bằng mạng hỗn hợp kíp điện-dây nổ

11.4 Công tác khoan

Trong xây dựng thường dùng các loại khoan cơ học, theo nguyên lý làm việc có thể chia ra 3 loại:

- Máy khoan xung kích;

- Máy khoan xoay đập;

- Máy khoan xoay;

Để chọn máy khoan phù hợp cần căn cứ vào các yếu tố sau:

- Loại đất đá và đặc điểm địa chất, đá cứng thường dùng khoan xoay đập;

- Đường kính và độ sâu khoan;

- Điều kiện hiện trường và khả năng cung cấp thiết bị;

Các loại khoan thông thường: Khoan xung kích thủ công (choòng), khoan xung kích dùng hơi ép cầm tay hoặc có giá đỡ, các loại máy khoan xoay đập, khoan xoay 11.5 Các phương pháp nổ mìn cơ bản

11.5.1 Nổ mìn lỗ nông

Bao thuốc hình dài nạp trong lỗ khoan có đường kính d<85mm và chiều sâu H<5m;

1 2

4

3

5 +

-H×nh 11.12 M¹ng g©y næ hçn hîp ®iÖn-d©y næ 1 Nguån ®iÖn;

2 D©y dÉn chÝnh; 3 KÝp ®iÖn; 4 D©y næ; 5 Bao thuèc næ

Nổ mỡn lỗ nụng thường ứng dụng khi đào đường hầm, đào tầng bảo vệ của hố múng, phỏ đỏ quỏ cỡ Năng suất khụng cao, sử dụng khi khối lượng đào khụng lớn; 11.5.1.1 Tớnh toỏn cỏc

thụng số

- Đường cản ngắn

nhất:



e d

K

W 47 T    

Trong đú:

KT- Hệ số xột đến

điều kiện địa chất Đỏ

liền khối KT=0,9; đỏ nứt

nẻ, tầng nằm ngang

KT=1,1;

d- Đường kớnh bao thuốc (m);

- Mật thuốc nổ trong bao thuốc (kg/dm3);

e- Hệ số hiệu chỉnh:

360

V

V- Sức cụng phỏ của khối thuốc đang dựng;

- Khối lượng riờng của đỏ (kg/dm3);

- Khoảng cỏch giữa hai lỗ mỡn: a(0,81,5)W Khi gõy nổ bằng dõy chỏy chậm

và kớp lửa chọn trị số a lớn, khi gõy nổ bằng điện thỡ dựng trị số a bộ hơn;

- Khoảng cỏch giữa hai hàng mỡn: b0,85W khi nổ vi sai lấy b=W;

- Chiều sõu khoan thờm để trỏnh tạo mụ đỏ chõn tầng: lkt=10d; (trường hợp lớp đỏ nằm ngang thỡ khụng cần khoan thờm);

- Lượng thuốc nổ trong một lỗ khoan: Q=qWaH

Trong đú:

q- Lượng hao thuốc đơn vị (kg/m3);

H- Độ cao tầng nổ (m)

11.5.1.2 Bố trớ lỗ khoan và trỡnh tự thi cụng

Khi bố trớ lỗ khoan cần lưu ý:

- Thường W<(0,71)H, phương lỗ khoan khụng trựng với phương đường cản ngắn nhất;

b

Hình 11.20 Bố trí nổ mìn lỗ nông khi đào theo bậc thang