Nghiên cứu lựa chọn các thông số nổ mìn hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá khi thi công hố móng các công trình thủy điện

Do vậy khi thi công phần lộ đá tại các hố móng bằng phương pháp khoan - nổ mìn có các thông số luôn thay đổi và cấu trúc thuốc nổ cũng thay đổi vừa để đảm bảo phá vỡ đất đá đảm bảo theo

Tr-ờng đại học mỏ - địa chất

- -

Trần đình tú

NGHIấN CỨU LỰA CHỌN CÁC THễNG SỐ NỔ MèN HỢP Lí NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ

VỠ ĐẤT ĐÁ KHI THI CễNG HỐ MểNG CÁC

CễNG TRèNH THỦY ĐIỆN

luận văn thạc sỹ kỹ thuật

hà nội - 2014

bộ giáo dục và đào tạo tr-ờng đại học mỏ - địa chất

LêI CAM §OAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực; các luận điểm và kết quả nghiên cứu của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày… tháng … năm ………

Tác giả luận văn ký tên

Trần Đình Tú

CHƯƠNG 2: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THI NỔ MÌN HỐ

MÓNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

21

2.1 Những yếu tố tự nhiên và kỹ thuật có ảnh hưởng đến việc lựa chọn

các thông số khoan nổ mìn

22

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố về tổ chức, tiến độ thi công và kinh tế đến

hiệu quả công tác nổ mìn

51

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN

KHI THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

53

3.2 Tổng hợp mốt số phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ mìn

thi công hố móng công trình thủy điện

3.3 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý bằng phương pháp nổ mìn lỗ

khoan lớn khi thi công đào hố móng

3.4 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý tạo biên taluy hố theo thiết kế

hố móng

3.5 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý bằng lỗ khoan nhỏ khi thi công

đào hố móng phần sát biên đáy hố móng

3.6 Lựa chọn phương pháp điều kiển nổ các sơ đồ mạng nổ hợp lý

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TẾ 73

4.1 Ứng dụng kết quả nghiên cứu lựa chọn các thông số nổ mìn hợp lý để

nâng cao hiệu quả nổ mìn hố móng đập tràn - Công trình thủy điện

Xkaman 3

73

4.2 Ứng dụng kết quả nghiên cứu lựa chọn các thông số nổ mìn hợp lý để

nâng cao hiệu quả nổ mìn thi công hố móng nhà máy - Công trình thủy

NG - Nitroglycerin SCP - Sức công phá VLNCN - Vật liệu nổ công nghiệp VOD - Tốc độ nổ

Danh môc c¸c h×nh minh häa

Trang Hình 1.1: Máy khoan được sử dụng trong các công trình thủy điện 9

Hình 2.5b: Sơ đồ đấu ghép mạng nổ mìn bằng kíp vi sai với dây nổ 44 Hình 2.6: Sơ đồ và các thông số phân bố lỗ khoan trên bãi nổ 45

Hình 2.9: Sự thay đổi áp lực khí nổ theo thời gian 51 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí lỗ khoan khi thi công hố móng công trình 53

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ chuẩn vào độ bền

Hình 3.5: Sơ đồ các thông số nổ mìn của bãi nổ phá đá hố móng bằng

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí lỗ các lỗ khoan tạo biên taluy hố móng 67

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay, Trong các công trình xây dựng thủy lợi nói chung, thủy điện nói riêng, các công trình chính hầu như được đặt tại các vị trí có cấu trúc địa chất vững chắc đảm bảo độ ổn định công trình Do vậy khi thi công đào các hố móng công trình gồm có đào xúc đất và khoan - nổ mìn để phá vỡ đất đá theo đúng yêu cầu của thiết kế công trình để thi công hố móng công trình

Các hạng mục của trình thủy điện có khối lượng thi công đào xúc đất đá rất lớn Ngoài thi công bằng máy xúc để xúc đất và đá đào bằng máy còn có khối lượng lộ đá tại hố móng của các hạng mục phải thi công bằng khoan - nổ mìn để đảm bảo theo đúng yêu cầu của thiết kế Phần lộ đá tại các hố móng theo cấu trúc địa chất hầu như cơ bản có dạng lồi lõm, khu vực có độ nứt nẻ nhiều, khu vực liền khối, trên đá có độ cứng thấp như đá cấp 4 hoặc cấp 3, dưới có độ cứng lớn đá cấp 2, cấp 1 Do vậy khi thi công phần lộ đá tại các hố móng bằng phương pháp khoan - nổ mìn có các thông số luôn thay đổi và cấu trúc thuốc nổ cũng thay đổi vừa để đảm bảo phá vỡ đất đá đảm bảo theo đúng yêu cầu thiết kế

hố móng công trình để không phải bù vật liệu có tính chất tương tự và độ ổn định của móng công trình

Tuy nhiên, trong quá trình thi công khoan - nổ mìn tại các vị trí lộ đá hố móng của các hạng mục - công trình thủy điện không thể tránh khỏi phá vỡ cấu trúc ổn định nền móng công trình, tạo khe nứt và đổ bù vật liệu có tính chất tương tự làm tăng tổng mức đầu tư xây dựng công trình và tác động tiêu cực đến môi trường

Chính vì vậy việc quan tâm nâng cao hiệu quả khoan - nổ mìn và sử dụng chất nổ như thế nào cho hợp lý là một việc hết sức cần thiết Trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn cần đưa ra giải pháp lựa chọn thông số khoan - nổ mìn và sử dụng chất nổ do Việt Nam sản xuất để nổ mìn phá vỡ đất đá khi thi công các hố móng công trình đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Đối tượng nghiên cứu là công tác thi công khoan nổ - mìn và kết cấu thuốc nổ trong lỗ khoan để phá vỡ đất đá ở các hố móng khi thi công các công trình thủy điện

- Phạm vi nghiên cứu là lựa chọn các thông số khoan - nổ mìn hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá khi thi công các hố móng các công trình thủy điện

3 Mục đích của đề tài:

Đưa ra giải pháp lựa chọn các thông số khoan - nổ mìn hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá khi thi công các hố móng công trình thủy điện

4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Phân tích tính chất cơ lý đất đá tại các hố móng công trình và các phương pháp thi công khoan nổ mìn khi thi công các hố móng công trình thủy điện

- Đánh giá các lựa chọn các thông số khoan - nổ mìn hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá tại các hố móng công trình thủy điện

- Nghiên cứu những ảnh hưởng của thông số khoan – nổ mìn đến việc thi công các hố móng công trình thủy điện

- Nghiên cứu và đưa ra các giải pháp lựa chọn các thông số khoan - nổ mìn hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả khi thi công các hố móng công trình thủy điện

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích tổng hợp: phân tích đánh giá các phương pháp thi công khoan - nổ mìn khi thi công hố móng công trình trên cơ sở thực tế hiện nay đang sử dụng

- Phương pháp thu nhập thông tin: thu thập các tài liệu địa chất công trình

về tính chất cơ lý của đất đá và tài liệu mô tả địa chất tại các hố móng công trình

và phương pháp thi công khoan - nổ mìn tại các công trình thủy điện

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu nhập các thông tin như cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung nghiên cứu, thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan, phân tích số liệu thống kê

- Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến của các chuyên gia khi thi công các hố móng công trình thủy điên, địa chất công trình hố móng, tính chất

cơ lý của đất đá…

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả khi thi công các hố móng công trình thủy điện bằng phương pháp khoan - nổ mìn để phá vỡ đất đá tại các

hố móng công trình thủy điện, đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực đáp ứng theo

đúng yêu cầu của thiết kế đưa ra Ngoài ra còn có ý nghĩa rất lớn về giá trị kinh

tế của công trình

7 Cấu trúc của đề tài:

Toàn bộ đề tài được cấu trúc gồm: phần mở đầu, 4 chương chính, phần kết luận, tài liệu tham khảo, được trình bày cụ thể như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về công tác khoan - nổ mìn để phá vỡ đất đá

Chương 2: Những yếu tố ảnh hưởng đến thi nổ mìn hố móng công trình

thủy điện

Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn các thông số nổ mìn khi thi công hố

móng công trình thủy điện

Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC KHOAN - NỔ MÌN ĐỂ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ

Công tác khoan - nổ mìn có mục đích là phá vỡ cấu trúc liền khối của đất

đá trong nghành xây dựng và thi công xây dựng các hố móng công trình xây dựng như thủy lợi, thủy điện v.v

* Phương pháp nổ mìn để thi công các công trình thuỷ lợi là phương pháp thi công tiên tiến, có thể tăng nhanh được tốc độ thi công, giảm nhẹ, tiết kiệm sức lao động, giảm bớt việc sử dụng máy móc, thiết bị, công cụ để thi công

* Ưu điểm:

- Hoàn thành được công việc nhanh chóng bất kỳ loại đất đá nào

- Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu, thời tiết nên có thể tiến thành trong bất kỳ thời gian nào

* Nhược điểm: Đào đất nền giá thành đắt (đất cấp I, II)

Công tác thi công phức tạp, đòi hỏi yêu kỹ thuật an toàn cao

* Phạm vi ứng dụng trong xây dựng công trình thuỷ lợi nói chung, thủy điện nói riêng:

- Ứng dụng khai thác đá, đắp đê quây, đập v.v

- Ứng dụng trong thi công đường hầm tuyến năng lượng của công trình thủy điện, hầm dẫn dòng

- Đào phá nổ khi thi công hố móng

- Phá các công trình hư hỏng, nhổ các gốc cây v.v

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN - NỔ MÌN

1.1.1 Các phương pháp khoan

Quá trình khoan bao gồm việc phá vỡ đất đá ở gương lỗ khoan bằng dụng

cụ khoan và đưa sản phẩm phá vỡ lên miệng lỗ khoan

Có thể phân ra các phương pháp khoan sau đây

- Khoan xoay

- Khoan đập

- Khoan đập - xoay

- Khoan xoay - đập

Để làm tơi đất đá khi thi công hố móng các công trình thủy điện thường

dùng các loại máy khoan thủy lực tự hành khoan xoay - đập là chủ yếu

- Để tác dụng có hiệu quả khi nổ phá tuỳ theo điều kiện và mục đích mà chọn các phương pháp nổ phá khác nhau Trong nghành xây dựng các công trình xây dựng khi thi công các hố móng của các công trình thủy lợi nói chung và thủy điện nói riêng được phân loại như sau:

1.1.2.1 Phương pháp nổ mìn lỗ khoan ( nhỏ) con:

- Là sử dụng phương pháp nổ mìn có các yếu tố kỹ thuật như sau:

+ Đường kính lỗ khoan : < 75mm

+ Độ sâu lỗ khoan: < 5m

- Phạm vi ứng dụng: Khai thác vật liệu, đào biên đáy móng, đào đường hầm, đào lớp đất đá bảo vệ v.v Khi khối lượng không lớn, yêu cầu mặt kỹ thuật cao

- Ưu điểm: Thi công khoan trong điều kiện địa hình chật hẹp, khó khăn ban đầu, các khu vực có khối lượng cần khoan nổ phá nhỏ, có thể dùng đào móng với độ chính xác cao, ít ảnh hưởng đến nền móng và mái đào yêu cầu Vốn đầu

tư ban đầu ít

- Nhược điểm: Không thi công khoan nổ được các khu vực có điều kiện địa hình chật hẹp, vốn đầu tư ban đầu lớn

1.1.2.3 Phương pháp nổ mìn với cấu trúc lượng thuốc nạp phân đoạn không khí hoặc bua:

- Theo phương pháp này người ta không nạp thuốc nổ tập trung hết về phía đáy lỗ khoan mà người ta phân khối thuốc thành nhiều đoạn nạp thuốc giữa các đoạn nạp giấy gọi là phân đoạn không khí (Nếu VL lấp cát thì phân đoạn thường)

Sau khi nổ phá đất đá nổ phá đồng đều hơn, ít đá quá cỡ

- Nguyên lý làm việc (giải thích hiện tượng)

Khi nổ phá nhờ có khoảng trống nên thể tích bằng nổ tăng lên Áp lực buồng nổ giảm xuống, làm tăng thời gian của áp suất nổ Năng lượng được phân bố đều đặn hơn và làm giảm trị số áp suất cực đại Cột không khí đó giống như một phương tiện hiệu chỉnh năng lượng phân bố theo chiều sâu lỗ khoan nên đất đá được phá vỡ đều không vỡ vụn

1.1.2.3 Phương pháp nổ mìn với cấu trúc lượng thuốc nạp các loại thuốc khác nhau trong lỗ mìn

Theo phương pháp này trong lỗ khoan được nạp các loại thuốc khác nhau

do cấu trúc đất đá có tính chất cơ lý khác nhau Ứng với mỗi loại tính chất cơ

lý của đất đá nập một loại thuốc tương ứng có sức công phá khác nhau

Phương pháp này đòi hỏi khu vực phá nổ được khảo sát địa chất tương đối chính xác và được xác định và mô tả trên các mặt địa chất về tính chất cơ lý của từng lớp đất đá

1.1.1.4 Phương pháp nổ mìn vi sai

Khi nổ 1 lỗ mìn, nhiều lỗ mìn, nhiều hàng mìn thường có 3 cách nổ:

+ Nổ tức thời: Tất cả các lỗ hay nhiều hàng 1 lúc

+ Nổ cách quãng trung bình: Các lỗ, hàng mìn cho nổ trước sau theo thứ

2 Phát thứ 2 nổ đúng lúc phát thứ 1 tạo mặt thoáng tự do cho nó

3 Bảo đảm không phá hoại các nổ mìn chưa nổ, làm câm bao thuốc sau

Ưu điểm:

- Đất đá được đập vỡ nhiều hơn, lượng đá quá cỡ ít

- Có thể dùng mạng lưới lỗ khoan xiên hơn sẽ giảm được số mét

lỗ khoan và tiết kiệm thuốc nổ

- Có thể nổ đất đá văng tập trung tại vị trí cần thiết

- Có tác dụng giảm địa chấn nên cho phép sử dụng những vụ nổ lớn đ ể đẩy nhanh được tốc độ thi công

Khi nổ mìn vi sai thường sử dụng kíp điện vi sai, rơ le vi sai và phi điện qua đó chúng ta có thể khống chế được thời gian gây nổ giữa các khối thuốc trong một lỗ khoan, nhiều lỗ, hàng lỗ khoan v.v Đây là phương pháp thi công thực tế được ứng dụng rộng rãi

1.2 CÁC LOẠI CHẤT NỔ

1.2.1 Phân loại chất nổ công nghiệp

1.2.1.1 So sánh tính chất của các loại chất nổ công nghiệp

Các loại chất nổ hợp chất hoá học và chất nổ hỗn hợp cơ học được mô tả

rõ đặc điểm bởi các tính chất khác nhau, các tính chất này xác định rằng chúng

sẽ áp dụng vào các điều kiện cụ thể Các tính chất này bao gồm:

a Mật độ:

Một trong những yếu tố chủ yếu trong việc lựa chọn sử dụng một loại chất

nổ công nghiệp là mật độ của nó Một sự thay đổi mật độ chất nổ nhỏ có thể có một sự ảnh hưởng lớn đến các tính chất nổ, độ nhạy và do đó ảnh hưởng lớn đến

hiệu suất chất nổ Trong một số trường hợp mật độ của một loại chất nổ tăng lên, năng lượng riêng và tốc độ nổ tăng lên Tuy nhiên, nếu mật độ tăng lên vượt quá mật độ tới hạn Pth quá trình nổ ổn định sẽ không xảy ra Hiện tượng này được gọi là hiện tượng “nén tắt” và nó xảy ra khi thể tích của các bóng khí, các vi cầu không khí hoặc khoảng trống có trong chất nổ không đủ để cung cấp đủ các

“điểm nóng” để phản ứng nổ xảy ra

Phần lớn các loại chất nổ nhũ tương và các loại chất nổ chứa nước (Slurry, Watergel có chứa các khoảng trống ở dạng vi cầu thuỷ tinh hoặc các bóng khí và chúng thoả mãn được hai mục đích: điều chỉnh các thông số hiệu suất và độ nhạy của chất nổ Đa số các loại chất nổ nhũ tương, các loại chất nổ công nghiệp có mật độ trong phạm vi từ 0,81,7 g/cm3 Các loại chất nổ có mật

độ nhỏ hơn 1 g/cm3

sẽ lơ lửng trong nước, vì vậy, trong các lỗ mìn chứa đầy nước yêu cầu một loại chất nổ có mật độ lớn hơn 1 g/cm3

Lượng thuốc nổ chứa trên một mét lỗ khoan có đường kính dK và mật độ nạp  được xác định như sau:

10 7 , 854 10 d ,

4

d

Trong đó:  - mật độ nạp thuốc, g/m3; dk - đường kính lỗ khoan, mm

b Khả năng công nổ và năng lượng nổ:

Khả năng công nổ được xác định bằng khả năng phá vỡ môi trường khi

nổ Có nhiều phương pháp xác định khả năng công nổ của chất nổ khác nhau như phương pháp thử trong mẫu chì của Trauzl, trong mẫu đất đá của Baron, trên con lắc xạ kích và gần đây là phương pháp thử nghiệm dưới mặt nước

Hiện nay đa số các nhà sản xuất chất nổ đều công bố khả năng công nổ theo trọng lượng và khả năng công nổ theo thể tích (cả tuyệt đối và tương đối cho các sản phẩm của họ)

Khả năng công nổ theo trọng lượng (At) được xác định bằng số năng lượng nổ trên một đơn vị khối lượng chất nổ Phương pháp đơn giản nhất là sử dụng nhiệt lượng nổ lý thuyết của chất nổ (Q, cal/g; kcal/kg) được tính toán trên

cơ sở các thành phần nổ Ví dụ, đối với chất nổ ANFO (94,5%/5,5%) giá trị Q=906 kcal/kg

Khả năng công nổ theo thể tích (AV) được xác định bằng số năng lượng

nổ trên một đơn vị thể tích và có đơn vị là kcal/m3

, cal/cm3 Vì chi phí trên một đơn vị thể tích lỗ mìn được khoan là đóng vai trò quan trọng nên thông thường người ta mong muốn chứa tối đa năng lượng nổ trong thể tích lỗ khi có thể Do

vậy, đối với hầu hết các công tác nổ mìn, khả năng công nổ theo thể tích quan trọng hơn khả năng công nổ theo trọng lượng Hai giá trị này được liên hệ với nhau qua mật độ nạp chất nổ

AV = Pe.AT (1.2) Đối với ANF với mật độ nạp Pe=0,85 g/cm3 thì khả năng công nổ theo thể tích là:

AV = 0,85 x 906 = 770 cak/cm3 = 770 kcal/m3Giá trị khả năng công nổ tương đối theo trọng lượng eT của một loại chất

nổ được xác định khi so sánh với khả năng công nổ theo trọng lượng của thuốc

nổ chuẩn (phổ biến hiện nay là ANFO, Zecno 79/21), công thức xác định như sau:

TC

T T

A

A

e  (1.3)

AT, ATC - Khả năng công nổ theo trọng lượng của chất nổ sử dụng và chất

nổ chuẩn Giả sử cho một loại chất nổ nào đó có nhiệt lượng nổ bằng 890 cal/g

và mật độ 1,3 g/cm3, khả năng công nổ tương đối của chất nổ này so với ANFO được ký hiệu là eT được xác định bằng:

eT = 890/906 = 0,9823 Mặt khác, khả năng công nổ tương đối theo thể tích được xác định

TC TC

T v

A

Ae

nổ này có thể đập vỡ đất đá tốt hơn ANFO Tuy nhiên không có sự tương quan 1:1 giữa tổng năng lượng cung cấp và mức độ đập vỡ đem lại

Hiện nay, đa số loại chất nổ sản xuất ở nước ta đều công bố giá trị khả năng công nổ, được xác định trên mẫu chì Trauzl, sức công phá (mm) để biểu thị năng lượng của các loại chất nổ đã sản xuất, hầu hết các loại chất nổ chứa nước

và chất nổ nhũ tương đều không công bố giá trị nhiệt lượng nổ Q

Công thức được sử dụng để tính toán khả năng công nổ tương đối theo trọng lượng là:

3 / 1

2 TC TC

2 d Ì

VV

e   (1.5)

d Áp lực nổ:

Là áp lực lý thuyết lớn nhất đạt được trong vùng phản ứng và được đo tại mặt phẳng CJ trong thỏi chất nổ áp lực nổ là một hàm số của mật độ nổ và bình phương tốc độ nổ và có thể tính toán theo công thức:

Trong đó: P - áp lực nổ, N/m2

; Pe - Mật độ của chất nổ, kg/m3; Vd - Tốc độ

nổ, m/s

Các chất nổ công nghiệp thường có áp lực nổ thay đổi trong khoảng

5002000 MPa Nhìn chung, trong các đất đá cứng và đất đá bất kỳ mức sự đập

vỡ đạt được dễ dàng với chất nổ có áp lực cao, vì mối quan hệ trực tiếp giữa sự thay đổi áp lực và cơ cấu phá vỡ đất đá

e Độ bền hoá học:

Chất nổ thường là các hoá chất ổn định và không bị phân huỷ dưới các điều kiện áp suất bình thường Độ bền của các loại chất nổ là khả năng của chất nổ giữ không thay đổi tính chất hoá học trong thời gian bảo quản lớn nhất của chất

nổ đó, trong thời hạn đó tác dụng của nó đối với công tác nổ không bị giảm xuống

f Độ chịu nước:

Là khả năng chống lại sự thâm nhập của nước khi đặt vào trong nước mà không bị hỏng Khả năng chịu nước thay đổi theo thành phần của chất nổ và nói chung có quan hệ tỷ lệ với nitroglycerin, TNT hoặc các chất phụ gia thêm vào Các chất nổ như Watergels, nhũ tương, TNT là các loại chất nổ chịu nước hoàn toàn Các muối ôxy hoá như Amoni nitrat trong ANFO làm giảm khả năng chịu nước vì chúng hút ẩm mạnh

g Độ nhạy của chất nổ:

Là khả năng tiếp thu xung lượng bên ngoài gây kích nổ lượng thuốc Việc xác định độ nhạy có thể chia thành hai nhóm theo các tác động đến chất nổ Các tác động không được điều khiển Độ nhạy được đo bởi sự làm nổ dể dàng chất nổ bởi nhiệt, ma sát, và đập hoặc sóng đập không khí Độ nhạy theo nhóm này trên quan điểm an toàn cho sử dụng và do nổ phụ thuộc, nó quyết định các đặc tính cất giữ và sử dụng chất nổ

Các tác động được điều khiển: Độ nhạy được xác định theo sự công nhận khi chất nổ được kích nổ bởi một kíp nổ Thí nghiệm kiểm tra độ nhạy với kíp

nổ cường độ số 8 (là kíp nổ công nghiệp tiêu chuẩn) để đo năng lượng tối thiểu yêu cầu để khởi nổ và được sử dụng để phân loại chất nổ không nhạy với kíp nổ

Độ nhạy của một loại chất nổ xác định các yêu cầu để kích nổ cho nó: Kích

cỡ mồi nổ và hiệu suất nặng lượng yêu cầu

h Khí nổ:

Trong một số loại chất nổ công nghiệp, khí nổ sẽ tạo ra hơi nước, nitơ, cacbon đioxit, các chất rắn và các chất lỏng Trong số các chất khí vô hại đã đề cập, thường

có một tỷ lệ phần trăm nào đó là các khí độc như cacbon oxit và các ôxit nitơ Theo

tỉ lệ tương quan các loại khí nổ vô hại và khí độc, tỷ lệ phân loại sử dụng để thiết lập mức độ độc hại đối với công tác đào hố móng sau khi mìn nổ

1.2.1.2 Các loại chất nổ công nghiệp

Các loại chất nổ công nghiệp được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo mức độ nguy hiểm khi bảo quản và vận chuyển, theo điều kiện an toàn khi

sử dụng, theo thành phần, theo đặc tính tác dụng lên môi trường xung quanh, theo trạng thái vật lý

Các loại chất nổ công nghiệp được phân chia thành các loại sau:

* Chất nổ trên cơ sở nitroglycerin

* Chất nổ trên cơ sở amon nitrat

* Chất nổ hồn hợp cơ học dạng khô

* Chất nổ hỗn hợp chứa nước

* Chất nổ nhũ tương

* Các loại chất nổ an toàn (Cho mỏ than hầm lò nguy hiểm về khí và bụi nổ)

* Chất nổ chế tạo mồi nổ đúc và mồi nổ bao gói

Các thành phần của chất nổ hồn hợp cơ học được kể đến là:

* Các chất oxy hoá: Các chất oxy hoá cung cấp ôxy để ôxy hoá các chất cháy mang lại cân bằng ôxy và gồm các muối nitrat như: amoni nitrat (AN) và canxi nitrat (CN)

* Các chất cháy: gồm có dầu nhiên liệu, cacbon, bột nhôm, TNT, thuốc đen, hoặc một số nguyên liệu cácbon đóng vai trò là chất làm nhạy và chất hút

ẩm

* Các chât thấm hút là các sản phẩm như bột gỗ, mùn cưa, bông và xenluloza, các chất này kết hợp với các thành phần chất nổ dạng lỏng như nitroglycerin

* Các chất ổn định: gồm có các chất làm chậm sự bùng cháy, gelatin, các chất làm đặc, nước, chất gôm, các chất chuyển nhũ tương và các chất đóng đông

1.2.1.3 Chất nổ trên cơ sở nitroglycerin

Đây là các loại chất nổ có thành phần cơ bản là nitroglycerin (NG) và được xếp vào các loại chât nổ mạnh Theo hàm lượng có thể chia thành các loại sau:

- Loại có hàm lượng NG cao (lớn hơn 15%), gồm có đinamit dẻo (>40%)

và đinamit nửa dẻo (15-40%)

- Loại có hàm lượng NG thấp (nhỏ hơn 15%)

Các loại chất nổ nhóm này có tên thương mại ở Nga: Đinamit, đêtônít, pabêđit, v.v Ở các nước phương Tây hiện đang sử dụng 3 loại cơ bản là garanular đinamit, gelatin và semigelatin Các chất nổ này có ưu điểm là độ nhạy và sức công phá cao, nhưng nhược điểm là nguy hiểm khi bảo quản và sử dụng, giá thành cao

1.2.1.4 Các loại chất nổ hỗn hợp dạng khô

Chất nổ hỗn hợp dạng khô là dạng phổ biến của các loại chất nổ hỗn hợp

cơ học Theo định nghĩa chất nổ hỗn hợp cơ học là một hỗn hợp của các chất cháy và chất ôxy hoá Chất ôxy hoá trong các loại chất nổ này là amoni nitrat,

nó được hỗn hợp với các loại chất cháy khác nhau, có thể chia thành:

Chất nổ đơn giản không chứa Trôtyl: amoni nitrat có dạng hỗn hợp với các cháy lỏng như: Dầu nhiên liệu, dầu khoang và các chất cháy cứng nghiền nhỏ Hiện nay ANFO là chất nổ được sử dụng rộng rãi nhất, với 94.5% hàm lượng amoni nitrat và 5,5% dầu nhiên liệu Các loại chất nổ này không có khả năng chịu nước

Chất nổ chứa Trôtyl: Có hai loại là dạng bột và dạng hạt Chất nổ dạng hạt có độ tời rời tốt, không đóng cục, không chịu nước (gramonit, zecno granilit), một số loại có khả năng chịu nước (gramonal) có ký hiệu riêng để phân biệt Dạng bột thường được đóng thành thỏi với đường kính khác nhau, loại này

thường có khả năng chịu nước tốt, nổ trong lỗ khoan đường kính nhỏ (ví dụ: Amonit No.6JV, Amonal)

Đặc tính của các loại chất nổ hỗn hợp dạng khô có sự thay đổi lớn với đường kính lỗ mìn, tỷ trọng, độ kín khít của lượng thuốc, kích thước hạt thuốc

nổ, các trạng thái có nước và kích thước thỏi mồi nổ sử dụng để khởi nổ

* ANFO đặc hoặc ANFO chịu nước của Việt Nam

a Watergels (còn gọi là Sluries):

Các loại chất nổ chứa nước (Watergels hoặc Slurries) được dựa trên cơ sở dung dịch bão hoà nước của AN (hoặc với natri nitrat) với các chất cháy (TNT), các chất gôm và làm đặc quánh bằng các chất liên kết để giữ các chất rắn ở thể huyền phù, mang lại một mức độ dính kết vừa ý và độ chịu nước lớn nhất Khi

đã đặc quánh hoàn toàn, Watergels có tính chất như cao su dạng đặc ổn định Chúng có thể được nạp trực tiếp vào trong các lỗ mìn bằng cách bơm trước khi chúng bị đóng đông hoàn toàn hoặc sử dụng ở dạng bao gói chất nổ dạng gel đặc quánh

Watergels được làm nhạy bởi các bóng khí và đôi khi là các chất cháy tăng nhạy dễ bay hơi khác Các chất cháy tích cực gồm có bột nhôm và các sản phầm chưng cất Ngoài sự góp phần làm ổn định của nó ra, hàm lượng nước làm giảm mối nguy hiểm về độ nhạy với tia lửa, ma sát và va đập

Để thay đổi mật độ, các hoá chắt khí hoá (bóng khí) có thể được tiến hành, thường là với dung dịch nitơ hoặc thêm vào các sản phẩm có tỷ trọng thấp, các

vi cầu thuỷ tinh, nhôm dạng hạt được thêm vào như một chất tăng nhạy, làm tăng khả năng công nổ theo trọng lượng và theo thể tích tới 18% nhôm theo trọng lượng đã được cung cấp để tăng hiệu suất năng lượng và tới 20% nước được sử dụng trong hỗn hợp

Sự tặng mật độ và giảm nhiệt độ có thể giảm đáng kể độ nhạy của Watergels và sẽ ảnh hưởng đến tốc độ nổ và các đặc tính hiệu suất khác Bằng cách thay đổi loại và khối lượng chất cháy, Watergels có thể bị biển đổi phạm vi khả năng công nổ theo trọng lượng và theo thể tích Các loại chất nổ Watergels

có độ chịu nước rất tốt, mật độ và khả năng công nổ theo thể tích cao, cân bằng ôxy bằng không, độ khớp nối với lỗ mìn tốt Nếu các sản phẩm chất nổ Watergels được trộn để nạp ngay tại vị trí, có sự thuận lợi là mật độ và công suất của chất nổ thay đổi với các điều kiện nạp hoặc theo các yêu cầu địa chất

b Chất nổ nhũ tương (Emulsion):

Chất nổ nhũ tương là một hợp chất gồm hai pha có chứa các giọt cực nhỏ các muối nitrat hoà tan bão hoà nước (chủ yếu là AN) được phân tán trong dầu nhiên liệu, chất sáp hoặc paraffin được sử dụng là chất chuyển thể nhũ tương Chất nổ nhũ tương có độ chịu nước cao vì mỗi giọt nhỏ AN/ nước bão hoà được vây quanh bởi một màng mỏng dầu đẩy được nước Kích thước các giọt này cực nhỏ và bề dày bằng microment của màng mỏng dầu mang lại một diện tích tiếp xúc lớn giữa dung dịch chất cháy và chất ôxy hoá và các thành phần chất cháy của pha nhũ tương rất cao và có thể đạt được mức độ liên kết lớn hơn nhiều so với một

số hỗn hợp các thành phần chất rắn Vì hỗn hợp này rất gắn kết nên các sản phẩm chất nổ nhũ tương hầu như đồng nhất và mang lại hiệu quả nổ cao

Các khoảng trống trong hỗn hợp nhũ tương có dạng bóng khí hoặc các vi cầu thuỷ tinh đóng cứng có vai trò là các chât làm nhạy chủ yếu trong các loại chất nổ nhũ tương Các chất khí hoá tạo bóng khí, thường là dung dịch nitơ, hoặc là các vi cầu thuỷ tinh được thêm vào để tăng độ nhạy

Các loại chất nổ nhũ tương có mật độ từ 1,151,45 g/cm3, tốc độ nổ 4,25,7 km/s chúng có thể được trộn ngay tại vị trí trên các xe tải chuyên dụng hoặc được cung ứng ở dạng bao gói hoặc phân phối ở dạng rời để bơm lại khi được yêu cầu

c ANFO đặc (Heavy ANFO):

ANFO đặc là một sản phẩm chất nổ gồm 4550% amoni nitrat thể nhũ tương hỗn hợp với ANFO với tỷ lệ thích hợp để tạo ra một sản phẩm có mật độ và khả năng công nổ theo thể tích cao hơn ANFO (hoặc chất cháy lỏng), trong khi chất nhũ tương không chứa chất rắn (TNT) Pha nhũ tương gồm các giọt cực nhỏ dầu và chất ôxy hoá ở trạng thái dung dịch hoà tan, giống như mỡ và có độ chịu nước cao Vì là chất lỏng dạng sệt nên chất nhũ tương có thể thay thế không khí trong các khe hở giữa các hạt ANFO và ngăn cản ANFO bị hoà tan khi có nước

Với việc điều chỉnh nhanh tỉ lệ ANFO và nhũ tương, một phạm vi các sản phẩm ANFO nặng được sản xuất dễ dàng đáp ứng cho các vị trí mà ANFO gặp

khó khăn Chất nổ này có thể được sử dụng để nạp (hoặc bơm trực tiếp) cho các

lỗ mìn có ít nước hoặc các lỗ mìn đã bơm nước trước khi nạp

d Mỗi nỗ đúc sẵn và mồi nổ bao gói:

Một lượng thuốc nổ mồi là một lượng thuốc nổ được kích nổ bằng một kíp nổ và nó lại khởi nổ cho các chất nổ hợp chất và các chất nổ hỗn hợp không nhạy với kíp nổ Một mồi nổ đúc sẵn gồm một chất nổ mạnh và nhạy với kíp nổ Các loại mồi nổ đúc sẵn được đúc theo các hình dạng và trọng lượng cụ thể, sử dụng chất nổ TNT và PENT, được thiết kế để khởi nổ tốt bởi một kíp nổ

Các mồi nổ bao gói thường được sử dụng gần đấy của lỗ mìn ở mức chân tầng để tăng thêm năng lượng nổ ở phần đường cản vượt quá này Chúng cũng được đặt trong cột thuốc ở các vùng đất đá khó phá vỡ hoặc đặt liên tục trong cột thuốc chính để đảm bảo quá trình nổ liên tục

1.2.2 Các loại chất nổ sử dụng ở nước ta

Các loại chất nổ hiện đang được cung cấp tại nước ta chủ yếu là các loại vật liệu nổ sản xuất trong nước, chọn Zernôgrunulit 79/21 là thuốc nổ chuẩn, các tính chất của các loại chất nổ đang sử dụng ở nước ta được trình bày trong bảng 1.4

Qua bảng ta thấy, hầu hết các loại chất nổ đang sử dụng đều có khả năng công nổ theo trọng lượng thấp (so với Zecnô 79/21), đa số các loại chất nổ nhũ tương và chất nổ Waterrgel có khả năng công nổ theo thể tích cao hơn hoặc bằng với Zecnô 79/21 Khả năng nạp thuốc cơ giới của các sản phẩm chất nổ ở nước ta còn kém Trừ ANFO có thể sử dụng để bơm trực tiếp vào lỗ mìn (nhưng vẫn còn ít sử dụng), các chất nổ còn lại đều sản xuất ở dạng rời và dạng bao gói nên thời gian nạp mìn khá dài

Các sản phẩm chất nổ đã đáp ứng được nhu cầu đặt ra gồm:

1 ANFO, ANFO nặng, ANFO chịu nước: là hỗn hợp của AN và dầu nhiên liệu

2 Watergels (hay Slurries) hỗn hợp giữa AN bão hoà nước với dầu nhiên liệu và chất cháy làm nhạy

Các sản phẩm trên đều có thể sản xuất trên các xe tải chuyên dụng và nạp trực tiếp cho các lỗ mìn với các tỷ lệ phối trộn linh hoạt để cho các sản phẩm chất nổ có mật độ, đặc tính năng lượng phù hợp từng vị trí đất đá cần nổ ANFO nạp cơ giới hoá bằng khí nén có mật độ nạp cao hơn (0,9 g/cm3), do đó năng lượng nổ cũng cao hơn khi nạp thủ công (đổ, rót thủ công chỉ đạt 0,85 g/cm3

)

Bảng 1.1: Tính chất của các loại chất nổ do Việt Nam sản xuất đang sử dụng trên thị trường nước ta hiện nay

TT Loại chất nổ

Đ/k cho phép tối thiểu

d min

(mm)

Mật độ ủ (g/cm 3 )

Tốc độ kích nổ

V d( (km/

s)

Nhiệt lượng nổ

Q (kcal/kg)

Khả năng công nổ

A (cm 3 )

Sức công phá S (mm)

Độ nhạy khởi nổ

Độ chụi nước

Khả năng công nổ tương đối (thuốc nổ chuẩn: Zernôgranulit

79/21)

Điều kiện

sử dụng

Theo trọng lượng

e T = A T /A TC

Theo thể tích

A T x p

e v =

A TC x p

CHƯƠNG 2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THI CÔNG NỔ MÌN

HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

Đặt vấn đề

Các yếu tố ảnh hưởng khi thi công các hố móng các công trình thủy điện gồm có các yếu tố tự nhiên và yếu tố kỹ thuật Yếu tố tự nhiên gồm có: có điều kiện địa hình, tính chất cơ lý của đất đá cần phá bằng phương pháp khoan - nổ mìn vv Yếu tố kỹ thuật gồm: Đường biên đáy thiết kế hố móng ( cao trình hố móng), các thông số nổ mìn gồm có khoang cách giữa các lỗ khoan, khoảng các giữa các hàng lỗ khoan vv Do vậy khi thi công các nhà thầu thi công phải xem xét các yếu tố trên để công tác khoan nổ mìn theo đúng yêu cầu của thiết kế và giảm thiểu đổ bù vật liệu có tính chất tương tự (bê tông đổ bù cùng mác), công các cậy dọn thu công và đồng thời giảm chi phí xây dựng công trình Tổng quan công tác thi công hố móng công trình thủy điện xem hình 2.1

Hình 2.1 Hình ảnh hố móng công trình thủy điện Xeekaman 3

2.1 NHỮNG YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KHOAN NỔ MÌN

2.1.1 Ảnh hưởng yếu tố tự nhiên đối với việc lựa chọn các thông số khoan nổ mìn

2.1.1.1 Điều kiện địa chất hố móng

Các công trình thủy điện được làm trên các lưu vực của các con sông có lưu lượng và độ dốc của lòng sông lớn Do vậy cấu trúc địa chất làm các công trình thủy điện gồm các đới phong hóa, đới bán phong hóa, đá gốc của địa tầng và thường có hoạt động của kiến tạo địa chất như đứt gẫy tạo nên các đới đá gốc bị vò nhàu, nén

ép

Hố móng các công trình thủy điện yêu cầu xây dựng trên nền đá gốc hoặc bán phong hóa có cường độ chịu ép cao Do vậy để thi công các hố móng các công trình thủy điện phải đào bỏ phần đá để các hố móng đạt yêu cầu theo thiết kế bằng phương pháp khoan nổ mìn

Sự phân bố các lớp đá và góc cắm cũng như góc phương vị của chúng cần được chú ý nhiều hơn nữa trong việc thiết kế hộ chiếu khoan nổ mìn, đặc biệt là việc

sử dụng hợp lý năng lượng chất nổ trong bãi mìn có các lớp đá khác nhau trong quá trình đào hố móng theo yêu cầu thiết kế

2.1.1.2 Điều kiện tự nhiên, tính chất cơ lý và độ bền của đất đá hố móng

a Điều kiện tự nhiên

* Điều kiện địa hình

- Hố móng các công trình thủy điện gồm có hố móng đập tràn, hố móng đập dâng, hố móng nhà máy Các công trình hố móng của công trình thủy điện có diện tích tương đối rộng > 7.500m2

với kích thước chiều dài > 150, rộng từ >50m Nên điều kiện về mặt bằng thi công tương đối thuận lợi

* Điều kiện khí hậu

Các công trình thủy điện thường được xây dựng trong vùng có điều kiện khí hậu tương đối khắc nhiệt Khí hậu được chia ra làm 2 mùa rõ rệt: Mùa mưa thường kéo dài và có lưu lượng mưa tương đối lơn Mùa khô ít mưa, nhiệt độ không khí thấp, đây là giai đoạn thuận lợi nhất cho các công tác thi công xây dựng các hạng mục của công trình thủy điện như đào hố móng các công trình, đổ bê tông, lắp đặt thiết bị vv Nhưng do yêu cầu tiến độ nên công tác xây dựng được thực hiện liên tục

để đảm bảo đúng theo tiến độ đã lập Do vậy trong mùa mưa thường gây nhiều khó

khăn cho công tác khai thác thi công các hạng mục của công trình thủy điện, đặc biệt

là công tác thi công các hố móng các hạng mục công trình của công trình thủy điện trong đó có công tác khoan và công tác nạp chất nổ, nổ mìn khi thi công các hố móng

b Điều địa chất thủy văn

Nhìn chung ở các các công thủy điện thường tồn tại 2 tầng chứa nước:

Tầng chứa nước không áp: Phân bố hạn chế, nguồn cung cấp chủ yếu là

nước mưa thông qua các đới phá hủy kiến tạo Tầng này tồn tại tủy theo mùa mưa và mùa khô và thường nằm trên trụ vỉa Hố móng có cấu trúc lõm thì tầng này ảnh hưởng trực tiếp tới công tác phá đá Nham thạch chúa nước chủ yếu là cuội, sạn kết, cát kết nứt nẻ

Tầng chứa có áp: Thường nằm dưới trụ, thuộc loại có áp cục bộ do ảnh hưởng của các phay phá Lưu lượng nước ngầm thay đổi gây ra các hiện tượng đảy nổi kết cấu hố móng công làm giãn nứt kết cấu của các hạng mục công trình như hiện tượng bục nước ở các tuyến hầm dẫn dòng, hầm năng lượng

Các công trình thủy điện có diện tích chiếm dụng lớn và các hạng mục công trình trải dài 5-10km, nên có điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn tại các hạng mục công trình khác nhau Do vậy các hạng mục của công trình thủy điện cần thiết phải có sự xác định rõ ràng mức địa chất thủy văn Trên cơ sở đó khi thi công các hố móng các hạng mục công trình bằng phương pháp khoan nổ mìn cần căn cứ vào các yếu tố địa chất thủy văn của các hạng mục công trình để xác định độ chứa nước của mỗi lỗ mìn để thuận tiện cho công tác bơm nước và nạp chất nổ

c Những tính chất của đất đá

+ Cường độ kháng nén: Cường độ kháng của đá được đặc trưng bởi sức kháng chống lại sự xâm nhập của vật thể khác vào nó mà không để lại biến dạng

+ Độ mài mòn: Là khả năng hoặc tính chất của đất đá mài mòn kim loại, hợp kim cứng và những vật thể khác nhau khi ma sát với nó

+ Độ dòn: Là tính chất của đất đá bị phá vỡ không biến dạng dẻo Tính chất dẻo và dòn của cùng loại đất đá thể hiện khác nhau tùy thuộc vào tốc độ tác dụng của tải trọng và sức công phá Khi khoan và nổ mìn gặp các đá có độ dòn gây khó khăn cho công tác khoan

+ Độ dai: Độ dai đặc trưng cho sức kháng của đất đá chống lại những lực, muốn tác nó ra khỏi nguyên khối, Yếu tố này được đặc trưng bởi thông số lực dính kết (C) của các hạt thành tạo cấu trúc đá Nếu tăng độ dai của đá thì hiệu quả của khoan nổ mìn giảm làm tăng chi phí khoan và chi phí thuốc nổ

+ Độ hạt: Độ hạt được đặc trưng bởi độ lớn của các khoáng vật tạo thành đất đá có liền khối và nứt lẻ nhiều được đặc trưng bở y

Căn cứ vào độ lớn của hạt khoáng vật người ta phân đất đá ra làm ba loại: Đất đá hạt lớn có đường kính hạt lớn hơn 5mm

Đất đá hạt trung bình có đường kính 1-5mm

Đất đá hạt nhỏ có đường kính hạt nhỏ hơn 1mm

Khi hạt khoáng vật càng nhỏ và chất gắn kết càng bền thì đất đá càng khó phá vỡ khi khoan và nổ mìn

+ Độ chứa nước: Độ chứa nước được dặc trưng bởi tính chất của đất đá giữ và thoát nước Trong các loại đá có độ rỗng và độ nứt nẻ mạnh, khi đã bão hòa nước, thường đặt ra các vấn đề cần chú ý đến việc lựa chọn chất nổ không bị thay đổi bởi nước (chịu nước) Mặt khác, nước cũng ảnh hưởng đến đất đá như sau:

- Làm tăng tốc độ truyền sóng đàn hồi trong đất đá rỗng và đất đá nứt nẻ

- Làm giảm độ bền nén và bền kéo của đất đá khi sự ma sát giữa các phần

vỡ quá mức lớn

- Độ nở rời: Là tính chất của đất đá khi ở trạng thái phá vỡ có thể tích lớn hơn so với thể tích nguyên khối Tỷ số giữa thể tích đất đá tơi vụn với thể tích ban đầu của nó gọi là hệ số nở rời Đất đá có độ cứng, dính, độ mài mòn lớn thì

có hệ số nở rời lớn nhất

- Độ nứt nẻ: Độ nứt nẻ được đặc trưng bởi tần số và sự phân bố nứt nẻ trong khối đá Đa số các loại đất đá tự nhiên có các vi khe nứt và các khe nứt

lớn, các khe nứt này ảnh hưởng nhất định đến các tính chất tự nhiên và tính chất

cơ học của đất đá và do đó ảnh hưởng đến các kết quả nổ mìn

Những khe nứt của đất đá là những bề mặt phân chia, nó cản trở sự lan truyền sóng ứng suất và lan truyền quá trình phá vỡ, Các khe nứt có thể chặt khít, mở rộng hoặc được nhồi đầy bởi các vật liệu như sét hoặc nước, dẫn đến các mức độ truyền năng lượng nổ khác nhau trong khối đá, ở bề mặt của mỗi bề mặt khe nứt ứng suất giẩm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của chính nó Do

đó ứng suất trong đất đá 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 đất đá không nứt nẻ (xem phụ lục 1), giúp cho việc lựa chọn đường kính lỗ khoan hợp lý, ccas thông số phân bố mạng lỗ khoan, loại thuốc nổ và chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý

+ Mật độ đất đá: Mật độ đất đá là khối lượng của một đơn vị thể tích đất

đá ở trạng thái tự nhiên Mật độ đất ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ

Mật độ và độ bền của đất đá thường có mối quan hệ khá sâu sắc Nhìn chung, các loại đá có mật độ thấp thì biến dạng và bị phá vỡ khá dễ dàng và cần đến số lượng năng lượng tương đối thấp, trong khi các loại đất đá có mật độ cao cần số lượng năng lượng nổ cao hơn để đạt được mức độ đập vỡ, dịch chuyển mong muốn

+ Tính phân lớp: là tính chất của đất đá tương đối dễ tách ra theo bề mặt phân chia lớp Khi khoan trong đất đá phân lớp cần bố trí vuông góc với bề mặt lớp, bởi vì khi đó hiệu quả nổ sẽ tăng lên và xác suất trong lỗ khoan sẽ giảm đi

+ Độ rỗng được đặc trưng bởi các lỗ hổng nhỏ nhất có trong đất đá Có hai loại độ rỗng là : Độ rỗng giữa các hạt tinh thể hay độ rỗng thành tạo, và độ rỗng do sự hòa tan hoặc các thành hệ chuyển tiếp

Các lỗ rỗng thành tạo phân bố đều trong khối đá và gây ra hai tác dụng là:

- Làm giảm dần năng lượng sóng ứng suất

- Làm giảm độ bền nén động lực, do đó làm tăng sự nghiền nát và tỷ lệ phần trăm hạt mịn

Khi đập vỡ các loại đất đá có độ rồng lớn, năng lượng khí nổ sửu dụng chủ yếu Do đó các biện pháp có thể sử dụng thích hợp trong các loại đất đá này là:

- Sử dụng loại chất nổ có tỷ lệ Ek/Eu (năng lượng khí nổ/ năng lượng sóng ứng suất) cao

- Tăng năng lượng Ek nhằm giảm Eu bằng biện pháp nạp phân đoạn

- Duy trì khí nổ ở áp lực cao với chiều cao và vật liệu nạp bua thích hợp

Độ rỗng do các thành hệ chuyển tiếp được sinh ra bởi các khoảng trống và các lỗ hổng do kết quả của sự phá hủy và vật liệu tạo thành đá bởi nước ngầm (hiện tượng castơ) Các khoảng rỗng lớn hơn nhiều và sự phân bố của chúng ít đồng đều hơn so với độ rỗng giữa các hạt tinh thể

Các lỗ hổng phân cắt các lỗ mìn không chỉ gây cản trở ngại cho công tác khoan do tổn thất và tắc nghẽn choong khoan, mà còn ảnh hưởng đến hiệu quả

nổ mìn, đặc biệt nếu các loại chất nổ bao gói lỏng lẻo hoặc chất nổ có khả năng bơm được sử dụng Nếu lố mìn không bị phân cắt bởi các lỗ hổng, hiệu suất phá

vỡ của lỗ mìn cũng giảm do sự lan truyền bán kính nứt nẻ bị gián đoạn bởi các

lỗ hổng Áp lực khí nổ cũng giảm nhanh khi các lỗ mìn có đường thông với các

lỗ hổng, làm ngắt quãng quá trình mở rộng bán kính nứt nẻ, trong khi khí nổ thoát vào các khoảng rỗng

+ Độ bền nén (L) và độ bền kéo một trục (L) được sử dụng ban đầu khi biểu thị các thông số của khối đá được nổ Hino (1959) đã đưa ra chỉ số độ khó

nổ IB xác định được tỷ số giá trị Chỉ số độ khó nổ IBcàng lớn thì sự đập vỡ khối

đá càng dễ dàng hơn

Một số nghiên cứu (Rinehart 1958, Persson và nnk 1970) đã yêu cầu đưa vào xem xét độ bền động lực của đất đá Độ bền động lực của đất đá có giá trị lớn hơn (5-13) lần độ bền của đất đá khi nén một trục Khi đất đá có độ bền nén động lực thấp, một tỷ lệ lơn năng lượng được sử dụng ngay lập tức vào việc nghiền nát và làm biến dạng đất đá xung quanh lỗ mìn Với đất đá có độ bền nén động lực cao, vùng nghiền nát xung quanh lỗ mìn rất nhỏ (vài milimet) và một

tỷ lệ lớn năng lượng sóng ứng suất của chất nổ được sử dụng trong việc tạo ra mạng lưới các nứt nẻ

Độ bền kéo của đất đá thấp hơn nhiều độ bền nén của đá Bởi vậy, độ bền kéo đóng vai trò làm “yếu nhanh” đất đá lớn hơn trong quá trình đấp vỡ khối đá

+ Cấu trúc địa chất của khối được đặc trưng bởi phân lớp, góc phương vị

và góc dốc của lớp đá, cấu trúc phân lớp của khối đá ảnh hưởng tới các vụ nổ mìn khi thi công nổ phá đá

Đặc tính cấu trúc của khối đá có thể thuận lợi hoặc không thuận lợi trong việc dự báo kết quả nổ mìn Những trạng thái thuận lợi xuất hiện khi cấu trúc của

đá gần nhau (gần với cỡ hạt đập vỡ mong muốn) và chặt khít, ở đó năng lượng chất nổ nó không bị tổn thất hoặc thoát ra ngoài Các trạng thái không thuận lợi xuất hiện khi năng lượng nổ không giữi lại hoặc sự lan truyền sóng ứng suất trong khối đá bị gián đoạn do sự mở rộng khe nứt giữa các bề mặt lớp đá

Một yếu tố quan tâm là thiết kế vụ nổ dựa vào việc điều khiển cấu trúc của khối đá Khối đá sẽ được thiết kế tùy theo hướng phá vỡ với sự chú ý đến thế nằm của đá

Hình 2.2 Hướng phá đá so thế nằm của đá

a Hướng phá đá thuận với hướng thế nằm của đá

b Hướng phá đá ngược với hướng thế nằm của đá

c Hướng phá đá dọc theo thế nằm của đá

Khi hướng phá đá cùng hướng với thế nằm của đá “thuận” (hình 2.2a) sẽ khai thác hiệu quả năng lượng của chất nổ do có tác dụng của sóng nén, sóng phản xạ tác dụng váo mặt yêu nhất của các lớp đá từ phía mặt tự do Sự dịch chuyển của đất đá nổ như mong muốn và thường không để lại mô chân tầng sau khi nổ Nhược điểm chính khi hướng cắm “thuận” là hậu sung nhiều có thế gây hiện tượng “các lỗ” cho các lỗ mìn hàng sau dịch chuyển của lớp đá theo mặt yếu của chúng

Khi hướng phá đá ngược hướng thế nằm của đá “nghịch” (hình 2.2.b), thuận lợi chủ yếu là giảm tác dụng hậu xung, nhưng nhược điểm là hướng ứng suất nén và sóng phản xạ tác dụng lên khối đá đều không thuận lợi, nguy cơ xuất hiện mô chân tầng và đá treo có thể xuất hiện ở hàng sau cùng

Khi hướng phá đá dọc theo hướng phân lớp của đá (hình 2.2.c), mặt tầng

và sườn tầng thường không bằng phẳng do sự cắt nhau của các loại đá trên mặt tầng Chất lượng nổ mìn theo hướng phá đá này khá tốt, tuy nhiên trị số đương cản nên được tăng lên để ngăn ngừa sự thoát rất nhanh của khí nổ dọc theo các

khe nứt nhưng khoảng cách giữa các lỗ mìn nên được giảm xuống đề đảm bảo

sự đập vỡ hiệu quả giữa các lỗ mìn

*Phân loại đất đá

Việc phân loại đất đá có ý nghĩa rất lớn trong công tác khoan nổ mìn phá

vỡ đất đá Bởi vì nếu biết được cấp, loại đất đá, độ cứng của nó sẽ ta sẽ lựa chọn được máy khoan, phướng pháp khoan nổ mìn, xây dựng định mức khoan nổ mìn

và chi phí nguyên vật liệu hợp lý và đem lại hiệu quả kinh tế cao vv…

- Phân loại đất đá dùng cho công tác đào phá đá của ngành xây dựng xem bảng 2.1 sau

Bảng 2.1 Phân loại đất đá của ngành xây dựng

STT Cấp đá Cường độ chịu nén

1 Đá cấp I Đá cứng, có cường độ chịu ép > 1.000kg/cm 2

2 Đá cấp II Đá tương đối cứng , có cường độ chịu ép > 800kg/cm 2

3 Đá cấp III Đá trung bình, có cường độ chịu ép > 600 kg/cm 2

4 Đá cấp IV Đá tương đối mềm, giòn dễ dập, cường độ chịu ép ≤ 600 kg/cm 2

- Phân loại đất đá theo hiện tượng phong hoá là hiện tượng địa chất vật lý phổ biến trong vùng, các đới phong hóa từ trên xuống được áp dụng để phân loại đất đá khi khảo sát các công trình xây dựng và được nêu trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Phân chia các đới phong hóa

Đất cấp 3 chiếm 20% Đất cấp 4 chiếm 80%

Đất cấp 4 chiếm 70%

Đá cấp 4 chiếm 30%

<30cm)

Đá cấp 4 chiếm 100%

- Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ

Ta biết rằng, độ nứt nẻ của đất đá được đặc trưng bởi nứt nẻ riêng hay số lượng các vết nứt của tất cả các hệ thống trong một đơn vị chiều dài đo)

Vì vậy theo mức độ nứt nẻ hoặc tỷ lệ các khối lớn (thể tích của các khối lớn nằm trong nguyên khối phụ thuộc vào nứt nẻ cúa đất đá) mà người ta phân đất đá thành 5 loại (xem bảng 2.3)

Bảng 2.3 Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ

Đường kính trung bình của khối,m

Tỷ lệ phần trăm của khối có kích thước lớn hơn,cm Chỉ số

n - Số lượng vết nức đi qua dây đo

L - Chiều dài dây đo, m Trên mỗi lần được đo lặp lại theo không ít hơn hai lần Khi đó chỉ tính những vết nứt tự nhiên không tính vết nức nhân tạo

- Phương pháp đo mẫu khoan: là phương pháp dựa trên cơ sở đo chiều dài những đoạn mẫu khoan, những đoạn này được phân chia thành từng phần nhỏ theo những vết nứt tự nhiên Sau đó xác định trị số riêng theo công thức

l - Chiều dài đoạn mẫu

L - Số lượng các phần của đoạn mẫu theo vết nứt tự nhiên Phương pháp truyền âm: là xã định tỷ số giữa tốc độ sóng dọc trong nguyên khối và tốc độ sóng dọc trong từng khối nứt nẻ riêng

Mức độ nứt nẻ được đánh giá bởi chỉ số truyền âm (Ai) như sau:

2

) (

Vm

Vn

Trong đó:

Vn - Tốc độ sóng dọc trong nguyên khối , m/s

Vm - Tốc đọ sóng dọc trong mẫu, m/s (chỉ số Ai xem trong bảng

2.1)

Qua cách phân loại này ta thấy rằng - mức độ nứt nẻ không phải là đặc trưng tuyệt đối, nó có thể thay đổi những yếu tố khác nhau tác dụng vào đất đá Yếu tố cơ bản nhất đó là ảnh hưỏng của các đợt nổ mìn trước làm giảm chất lượng đập vỡ đất đá Khi đó yêu cầu phải sử dụng những phương pháp nổ mìn đặc biệt như nổ vi sai nhiều hàng, nổ trong môi trường nén

- Phân loại đất đá theo giáo sư MMProtodiaconop

Cơ sở của sự phân loại này là dựa vào hệ số cứng đất đá (f) Nó đặc trưng cho độ bền của đất đá khi nén lên một trục Nếu đất đá có độ bền nén là 100kg/cmd( hay 9,8.106N/md) thì độ cứng là f=1; nếu độ bền nén là 1000kg/cmd

( hay 9,8.107N/md) thì độ cứng của đất đá là f=10 vv Như vậy hệ số độ cứng được tính theo công thức

9,8.106

' 100

n n

 ’ – là giới hạn bền nén tính theo đơn vị N/m2

Như vậy MMProtodiaconop đã coi hệ số độ cứng đặc trưng cho đất đá trong tất cả các quá trình sản xuất, nghĩa là đất đá loại này cứng hơn loại đất đá kia bao nhiêu lần khi nổ vv và kết quả phân loại này đất đá được phân ra thành

10 cấp (từ I-X) Trong mỗi cấp III,IV,VI và VII có hai phân cấp đất đá cứng nhất thuộc cấp I, đất đá yếu nhất thuộc cấp X (xem bảng 2.4)

Bảng phân loại này được công bố vào năm 1911, nhưng cho đến nay vẫn được sử dụng trong công nghiệp mỏ Song bảng phân loại này có ưu nhược điểm

là khi xây dựng định mức trong công tác khoan, nổ mìn hợp lý thì bảng phân loại này áp dụng sẽ không hợp lý Muốn vậy chúng ta phải áp dụng bảng phân loại đất đá theo độ khoan và độ nổ sẽ trình bày sau đây:

- Phân loại đất đá theo độ khoan của giáo sư A.Pxukhanop và viện Hàn lâm khoa học Nga dựa theo cơ sở nghiên cứu của XuKhanop viên Hàn lâm khoa học Nga đã hoàn thiện bảng phân loại đất đá theo độ khoan Độ khoan được đặc trưng bởi tốc độ khoan thuần túy trông điều kiện chuẩn - loại búa khoan tay IIP-

19, áp lực khí nén là 4.5KG/cm2 với đặc tính kỹ thuật của dụng cụ khoan là đường kính mũi khoan 42mm, mũi hình dạng chữ thập, góc sắc lưỡi khoan là

900, chiều dài choong khoan (cần khoan) là 1m, chiều sâu lỗ khoan 1m, qua

nhiều lần thực nghiệm ở nhiều điều kiện khác nhau, người ta đã thiết lập được bảng phân lại đất đá theo độ khoan (xem bảng 2.5)

Như vậy theo cách phân loại này thì người ta dựa vào chỉ số độ khoan để phân loại đất đá Chỉ số độ khoan bao gồm tốc độ khoan thuần túy và số mũi khoan (đầu choong) tiêu thụ và tốc độ khoan thuần túy

Như vậy theo cách phân loại này thi ưu điểm dùng để định mức được công tác khoan, năng suất lao động và chỉ tiêu hao mũi khoan, song có nhược điểm là khi xác định chỉ số độ khoan ở điều kiện khác điều kiện chuẩn thì phải dùng hệ số điều chỉnh và bảng phân loại này chỉ phù hợp cho loại máy khoan đập hơi ép

Bảng 2.4 Phân loại đất đá của Protodiaconop

Cấp

đất đá Hệ số cứng (f) Mức độ cứng Loại đất đá

Góc nội (φ) ma sát trong

0 58

0 26

0 19

Bảng 2.5 Phân loại đất đá theo độ khoan

Cấp đất đá theo

Protodiaconop

Hệ số độ cứng (f)

Cấp đất

đá theo độ khoan

Tốc độ khoan (mm/ph) khi khoan bằng mũi khoan

Tiêu thụ mũi khoan (cai/m)

*Phân loại đất đá theo độ nổ

Cơ sở của phương pháp phân loại này là dựa theo độ nổ( đối với loại thuốc

nổ nhất định theo điều kiện chuẩn) Khi đó đất đá được phá vỡ thành từng cục có

độ lớn xác định và với mỗi loại chỉ tiêu thước nỏ khác nhau sẽ làm tahy đổi độ cục sau khi nổ, nghĩa là nó ảnh hưởng đến tính chất của đất đá như độ nứt nẻ và

độ bền của khối nứt

Để tiến hành xây dựng bảng phân loại đất đá theo độ nổ, người ta tiến hành thi nghiệm ở điều kiện chuẩn như sau- chiều cao tầng 12-15m, góc dốc sườn tầng 65-700, đường kính lỗ khoan 243-269mm, loại thuốc nổ gramonit, 79/21, sơ đồ

nổ vi sai nhiều hàng theo đường chéo, chiều sâu khoan thêm là dm, chiều dài bua 6m Khi nổ cần đảm bảo tỷ lệ các cục lớn (1000m) gần bằng 0

Trên cơ sở nguyên tắc này, tất cả các đất đá có thể chia thành 10 cấp theo độ

nổ (xem bảng 2.6)

Theo bảng này ta thấy rằng đất đá được chia thành loại dễ nổ, loại có độ nổ trung bình và loại khó nổ, rất khó nổ Đôi khi trong bảng phân loại có đưa vào cấp trung gian, so sánh những loại đất đá giống nhau về dặc tính nổ thấy rằng chỉ tiêu thuốc nổ của chúng có thể khác nhau hai lần hoặc lớn hơn nữa Như vậy bảng phân loại này có khả năng đánh giá khách quan mức độ khó khăn khi nổ những đất đá khác nhau có tính chất cơ lý, khe nứt khác nhau và thông qua đó ta

sẽ tìm được chỉ tiêu thuốc nổ tương đối hợp lý cho mỗi loại đá cụ thể

Bảng 2.6 Phân loại đất đá theo độ nổ

Tỷ lệ (%) các khối nứt có kích

thước Độ bền nén

của đất đá N/m 2 .10 6

Mật đọ đất đá g/cm 3

Cấp đất đá theo bảng của Protodiaconop

Giới hạn

của cấp

Chỉ số trung bình >500mm >1500mm

2.1.1.3 Trình tự thi công các hố móng công trình thủy điện

Các công trình hố móng của công trình thủy điện có điều kiện địa chất tương đối phước tạp và được phân thành các lớp đất đá theo thứ tự từ trên mặt địa hình đến đáy hố móng Trên mặt bằng hố móng thường là lớp đất cấp I -> cấp II hoặc III -> lớp đá bán phong hóa cấp 4 ( xúc bằng máy xúc hoặc đá cấp 4

nổ mìn) -> lớp đá nổ mìn ( đá cấp III, đá cấp II hoặc cấp đá I) tùy theo địa chất của hố móng Do vậy hố móng các công trình thủy điện có trình tự thi công từ trên mặt địa hình xuống đáy hố móng Phần đất và đá xúc bóc băng máy xúc sẽ được thi công với máy xúc kết hợp với ô tô vận chuyển trực tiếp Phần đá cứng phải nổ mìn có quy trình thi: Đo vẽ địa hình lộ đá -> mô tả địa chất ( hệ thống khe nứt, thế nằm của đá và tên đá) -> khoan nổ mìn -> xúc bốc -> ô tô

2.1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ VỚI VIỆC LỰA CHỌN THÔNG SỐ KHOAN NỔ MÌN

2.1.2.1 Các thông số hệ thống khai thác

* Chiều cao tầng: Khi tăng chiều cao tầng hợp lý ngoài việc nâng cao hiệu

quả làm việc của máy khoan, năng suất khoan và giảm chi phí khoan (do giảm công tác phụ trợ khi khoan), tăng suất phá đá, tăng bán kính vùng đập vỡ của lượng thuốc (do chiều cao cột thuốc nổ), giảm chiều sâu khoan thêm, giảm chi phí thuốc nổ và phương tiện nổ Khi chiều cao tầng vượt quá chiều cao hợp lý, đống đá sau khi nổ mìn vượt quá chiều cao làm việc của máy móc thiết bị làm tăng mức độ mất an toàn, tăng mức độ ảnh hưởng của hậu xung Nhìn chung chiều cao tầng khi nổ phá hố móng công trình thủy điện phụ thuộc vào biên thiết

kế và chiều sâu thiết kế hố móng, thường dao động 2- 8m chiều cao tầng bắt đầu thi công chiều cao tầng cao hơn so với giai đoạn thi công gần biên đáy thiết kế của hố móng Đáy hố móng chiều cao tầng khoan nổ mìn dao động từ 1,7-2m với mục đích làm giảm nổ phá đất đá vượt qua biên đáy hố móng đồng thời giảm vật liệu bê tông bù cùng mác khi nổ phá quá biên đáy hố móng

* Chiều rộng khoảnh khấu (A) và chiều dài xúc (L): Hai thông số này đặc

trưng cho kích thước khu vực cần nổ Trong nổ mìn hố móng các hạng mục công trình của công trình thủy điện hai thông số này phụ thuộc vào kích thước thiết kế của hố móng công trình

* Góc ghiêng sườn tầng: Góc nghiêng sườn tầng phụ thuộc vào yếu tố tự

nhiên và kỹ thuật ( điều kiện địa chất công trình, tính chất cơ lý của đất đá, phương pháp khai thác ) Trong thiết kế góc nghiêng sườn tầng thường được

chọn theo tính chất cơ lý của đất đá trong tầng, góc nghiêng sườn tầng là chỉ tiêu liên quan liên quan trực tiếp đến đường kháng chân tầng (W) khi nổ mìn Thực tế cho thấy góc nghiêng sườn tầng nhỏ thì đường kháng chân tầng lớn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phá vỡ đất đá của lỗ mìn hàng ngoài cùng

2.1.2.2 Các thông số của thiết bị thi công khoan nổ mìn

* Đường kính lỗ mìn: Đường kính lỗ mìn bị chi phối bởi đặc tính của đất

đá nổ, mức độ vỡ yêu cầu và so sánh kinh tế giữa các loại thiết bị khoan khác nhau Đường kính lỗ mìn ảnh hưởng khá quan trọng đến tác dụng nổ của các loại chất nổ sử dụng Vì vậy, cần có sự nghiên cứu để đưa ra các biện pháp nhằm phát huy hiệu quả nổ của các loại chất nổ khác nhau trong các trị số đường kính

lỗ mìn đang sử dụng, áp dụng theo công thức:

d  125 4 P,mm (2.5) Trong đó: P- Khối lượng đất đá yêu cầu phá nổ trong năm, m3

* Dung tích gầu xúc: Dung tích gầu xúc có liên quan chặt chẽ đến mức độ

yêu cầu Đối với mỗi trị số dung tích gầu xúc khác nhau cần xác định mức độ đập vỡ hợp lý, điều này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhất khi xem xét mối quan hệ của toàn bộ quá trình thi công hố móng (khoan, nổ, xúc bốc, vận chuyển ) Khi đó ta xác định được chi phí khoan nổ thấp nhất và mức độ đập vỡ tối ưu nhất

Đối với các công trình thủy điện, yêu cầu của công tác khoan nổ mìn là phá vỡ đất đá hố móng phải đảm bảo yêu cầu theo đường biên đã thiết kế Do vậy yêu cầu về kích thước cỡ hạt của đá nổ mìn rất ít bị ảnh hưởng do công trình thủy điện thường sử dụng các thiết bị đảm bảo xúc bốc với các cỡ đá có kích thước lớn và đá sau khi nổ mìn được sử dụng làm các hạng mục như đắp đập vv Do vậy ảnh hưởng chủ yếu của thiết kế đường biên hố móng và một phần nhỏ của thiết bị xúc bốc và vận chuyển

Máy xúc đường kĩnh cỡ hạt dh≤(0.7-0.8)3

E; m ( 2.6) Thùng vận tải đường kính cỡ hạt dh≤ 0.53

Trong đó:

- E: dung tích gầu xúc: m3

- V: Dung tích thùng vận tải , m3Hiện tại ở các công trình thủy điện khi thi công các hạng mục công trình

sử dụng phương pháp nổ thường sử dụng mạng lỗ khoan hình vuông, tam giác