Xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho một số mỏ vật liệu xây dựng khu vực nghệ an hà tĩnh

Vì vậy đề tài: Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc hợp lý cho một số mỏ VLXD khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh" là hết sức cần thiết nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả khoa

Lê đức ánh

xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho

một số mỏ Vật liệu xây dựng khu vực nghệ an - hμ tĩnh

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hμ Nội, 2008

gs -TS nh÷ v¨n b¸ch

Hμ Néi, 2008

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i

C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng

®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy 08 th¸ng 8 n¨m 2008

T¸c gi¶ luËn v¨n

Lª §øc ¸nh

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Chương 1: hiện trạng công tác khai thác vμ

1.1 Tính chất cơ lý một số loại đá VLXD ở Việt Nam 4

1.2 Tình hình phân bố và sản lượng khai thác các mỏ khai

1.3 Công nghệ khai thác và đồng bộ thiết bị 6

1.4 Dự báo về nhu cầu sử dụng chất nổ trong khai thác đá

Chương 2: cơ sở khoa học vμ các quan điểm xác

2.1 Vai trò ý nghĩa của chỉ tiêu thuốc nổ trong nổ mìn 12

2.2.3 Chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng với phễu nổ chuẩn 18

2.3 Phân tích và đánh giá các công trình nghiên cứu chỉ tiêu

2.3.1 Đánh giá về các công trình nghiên cứu của các tác giả ở nước

2.5 Nội dung nghiên cứu đề tài của luận văn 33

Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn phương pháp

xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý

34

3.1 Bản chất vật lý của quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn 34

3.1.2 Quá trình phá vỡ đất đá cứng đồng nhất 36

3.2 Nghiên cứu xác lập mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ

3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn chất nổ lấy làm tiêu chuẩn, phương pháp

tính đổi khi thay đổi chất nổ sử dụng 47

3.2.2 Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với

3.2.3 Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các

3.2.4 Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các

3.2.5 Nghiên cứu xác lập mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với

3.2.6 Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với

3.3 Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xác định chỉ tiêu

4.3 Hiện trạng và đánh giá công tác khoan nổ mìn của mỏ đá

4.4.3 Khoảng cách giữa các hàng lỗ khoan 94

4.5.3 Công ty TNHH Xuân Quỳnh – Mỏ đá vôi xây dựng Lèn

4.5.4 Công ty TNHH Thanh Xuân – Mỏ đá vôi Lèn Chùa, Quỳnh

4.5.5 Công ty TNHH Kim Long Vang – Mỏ đá vôi Lèn Hội Sơn,

4.5.8 Công ty Khai thác đá vôi Yabashi Việt Nhật - Đá vôi trắng

Châu Cường, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ 100

4.5.9

Công ty Khai thác đá vôi Hoàng Mai A – Nhà máy ximăng

Nghi Sơn, thị trấn Hoàng Mai, huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ

danh mục các bảng

Bảng 1.1 Bảng đặc tính cơ lý của một số loại đá làm VLXD 4

Bảng 1.2 Bảng sản lượng khai thác một số mỏ VLXD tại Việt Nam

(không tính mỏ đá cung cấp cho ximăng) 6

Bảng 1.3 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hoàng Thạch 7

Bảng 1.4 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hồng sơn - Đồng

Bảng 1.5 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hồng sơn - Đồng

Bảng 2.1 Bảng hệ số qui chuyển của thuốc nổ 20

Bảng 2.2 Bảng chỉ tiêu thuốc nổ đang áp dụng

tại các mỏ tại Nghệ An và Hà Tĩnh 29

Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật một số chất nổ sản xuất tại Việt Nam 44

Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật một số chất nổ nước ngoài nhập vào Việt

Bảng 3.3 Bảng so sánh tính năng kỹ thuật của chất nổ

lấy làm tiêu chuẩn của Việt Nam và nước ngoài 48

Bảng 3.4 Đặc tính năng lượng của hai loại chất nổ Trôtyl và Amônít 49

Bảng 3.5 Bảng hệ số chuyển đổi khi sử dụng chất nổ 50

Bảng 3.6 Chỉ tiêu thuốc nổ q, kg/m

3 phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa các lượng thuốc: m = a/W 59

Bảng 3.7 Thành phần cỡ hạt của đống đá nổ phụ thuộc vào chỉ tiêu

Bảng 3.8 Bảng thành phần của sản phẩm khí nổ phụ thuộc vào xung

Bảng 3.9 Bảng sản phẩm khí độc phụ thuộc vào môi trường nổ 74

Bảng 4.1 Bảng liệt kê thiết bị khai thác tại mỏ Hoàng Mai B 87

Bảng 4.2 Bảng các thông số khoan nổ mìn mỏ Hoàng Mai B 88

Bảng 4.3,

4.4, 4.5 Chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho mỏ Hoàng Mai B 91 -92

Bảng 4.6 Bảng các thông số nổ mìn tại mỏ Hoàng Mai sau khi

Bảng 4.7

đến 4.14

chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho một số mỏ khác trên địa bàn

danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 2.1

Tỉ lệ các cục đá lớn (quá cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ

đối với đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá đồng

nhất

12

Hình 2.2

Tỉ lệ đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với các

loại đất đá có độ nổ khác nhau I, II, III, IV - Cấp đất đá theo

độ nổ

12

Hình 2.3 Chỉ tiêu thuốc nổ lần hai phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 14 Hình 2.4 Sự thay đổi chi phí sản xuất phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ 15 Hình 2.5 Sự thay đổi giá thành sản xuất theo chỉ tiêu thuốc nổ 16 Hình 2.6 Biểu đồ V = f(q) xác định chỉ tiêu thuốc nổ q 21 Hình 2.7 Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén

của đất đá và khoảng cách trung bình giữa các khe nứt 23

Hình 3.1 Trình tự phá vỡ đất đá mềm bằng nổ mìn 35 Hình 3.2 Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc 37

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của chỉ tiêu thuốc nổ vào

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Đối với mỗi quốc gia, khai thác khoáng sản luôn là một ngành công nghiệp quan trọng bởi nó cung cấp nguyên, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp khác trong nền kinh tế quốc dân

Trên lãnh thổ nước ta có rất nhiều loại kháng sản quan trọng và giàu tiềm năng như: dầu khí, than đá, vật liệu xây dựng (VLXD), sắt, bauxit, apatit, cromit, nước Việt nam có những khoáng sản có trữ lượng được xếp vào top 10 của thế giới như bauxit, apatit, cromit Và có những khoáng sản thuộc loại lớn trong khối ASEAN như, than, imenhit, VLXD, cát công nghiệp

Trong quá trình công nghiệp và hiện đại hoá đất nước, ngành sản suất vật liệu xây dựng nói chung của Việt Nam đang có những tăng trưởng mạnh mẽ.Trong đó ngành khai thác đá VLXD là một trong ngành có vai trò rất quan trọng không thể thiếu trong việc cung cấp nguồn nguyên liệu cho các ngành sản xuất ximăng, xây dựng, giao thông, thuỷ điện và nhiều ngành kinh tế khác

Tỉnh Nghệ An thuộc miền Trung Việt Nam là một tỉnh rất giàu tiềm năng để phát triển ngành khai thác mỏ VLXD Hiện trên địa bàn tỉnh có tới gần 50 khu vực mỏ với qui mô vừa và nhỏ Tuy nhiên những năm gần đây đã xuất hiện những mỏ khai thác đá phục vụ sản suất xi măng có công suất vào loại lớn như mỏ khai thác đá vôi Hoàng Mai – thuộc Công ty xi măng Hoàng Mai có sản lượng 1.800.000 tấn/năm, mỏ đá vôi ximăng Nghi Sơn sản lượng 2.400.000 tấn/năm Do qui mô khai thác của các mỏ VLXD thông thường nhỏ cũng như chưa được chú trọng đầu tư thiết bị khai thác nên hầu hết các mỏ này sử dụng dây truyền khai thác còn ở mức khiêm tốn, lạc hầu Điều kiện khai thác mỏ chưa thật sự đảm bảo, công nghệ khai thác lạc hậu do đó hiện tượng mất an toàn thường xuyên xảy ra và chi phí sản suất không hợp lý dẫn

đến giá thành sản suất còn cao, sử dụng quá nhiều lao động thủ công

Khâu nổ mìn trên các mỏ đá - khâu đầu tiên và quan trọng nhất trong dây truyền khai thác đá có tính chất quyết định đến sản lượng, năng suất và

an toàn trong khai thác còn bỏ ngỏ, tuỳ tiện Trong đó việc sử dụng thuốc nổ, liều lượng, loại thuốc nổ phương pháp nổ mỗi mỏ đều chọn theo kinh nghiệm, thiếu khoa học, dẫn đến lãng phí và gây mất an toàn, chất lượng nổ mìn không cao Tỷ lệ đá phải sử lý lần hai quá mức cho phép Vì vậy đề tài:

Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc hợp lý cho một

số mỏ VLXD khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh" là hết sức cần thiết nhằm nâng

cao chất lượng, hiệu quả khoan nổ mìn khi khai thác đá VLXD của các mỏ, giảm thiểu ô nhiễm và các tác động xấu do nổ mìn gây ra, đồng thời làm cơ

sở cho công tác quản lý vật liệu nổ công nghiệp (VLNCN) trên địa bàn

2 Mục đích của đề tài:

Phân tích mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với những yếu tố ảnh hưởng nhằm xây dựng phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ để áp dụng cho các mỏ khai thác VLXD nói chung và một số mỏ của tỉnh Nghệ An – Hà Tĩnh nói riêng

3 Phạm vi nghiên cứu: Luận văn chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu phương

pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho các mỏ khai thác đá VLXD lộ thiên khu vực Nghệ An – Hà Tĩnh

4 Nội dung nghiên cứu:

- Đánh giá hiện trạng khai thác và nổ mìn ở các mỏ khai thác VLXD nói chung và các mỏ khai thác VLXD ở Nghệ An – Hà Tĩnh nói riêng

- Phân tích và phân loại những yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ để xây dựng phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ mìn khai thác VLXD;

- áp dụng phương pháp đề xuất để xác định những thông số nổ mìn hợp

lý cho mỏ đá vôi Hoàng Mai thuộc Công ty Xi măng Hoàng Mai; lập bảng chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho một số mỏ khác trong khu vực

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thống kê, thu thập số liệu thực tiễn để minh chứng cho kết quả nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá những kết quả đã nghiên cửutong lĩnh vực xác định chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ mìn

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với khảo sát thực tế để đề xuất phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:

Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số có ảnh hưởng và quan hệ mật thiết

đến các thông số khoan nổ khác Việc xác định chỉ tiêu thuốc nổ hơp lý sẽ làm tăng chất lượng đập vỡ đất đá, tăng năng suất của thiết bị xúc bóc vận tải, nghiền đập, tăng tuổi thọ sử dụng thiết bị Điều đó đồng nghĩa với hiệu quả sản suất tăng cao, tiết kiệm chi phí dẫn đến hạ giá thành trong sản suất

Với việc sử dụng thuốc nổ do Việt Nam sản xuất làm tiêu chuẩn tính toán chỉ tiêu thuốc nổ sẽ thuận lợi hơn cho các cơ sở sản xuất khi dùng chất

nổ Việt Nam Với hàng chục triệu m3 đất đá cần phá vỡ bằng chất nổ, việc tính toán hợp lý giảm chỉ tiêu thuốc nổ sẽ làm giảm đáng kể khối lượng thuốc

nổ được sử dụng, đồng thời nó sẽ là cơ sở cho các cơ quan quản lý Nhà nước

về VLNCN quản lý chặt chẽ hơn quá trình lưu thông, sử dụng, tránh thất thoát, đầu cơ và sử dụng VLNCN sai mục đích

7 Cấu trúc của Luận văn: Luận văn gồm có 4 chương, 24 bảng biểu và 22

Chương 1 hiện trạng công tác khai thác vμ khoan nổ mìn trên

các mỏ VLXD ở Việt Nam 1.1 tính chất cơ lý một số loại đá VLXD ở Việt Nam

Hầu hết các mỏ đá dùng làm VLXD của Việt Nam phân bố trong địa hình phức tạp, các mỏ đá thường có độ cao và dộ dốc lớn, hiểm trở, việc mở vỉa và khai thác gặp rất nhiều khó khăn Công tác nổ mìn bạt ngọn và tạo tuyến lên đỉnh núi với khối lượng lớn

Các đặc tính cơ lý của một số loại đá dùng làm VLXD của Việt Nam

được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Bảng đặc tính cơ lý của một số loại đá làm VLXD

Sức kháng nén (kg/cm 2 ) T

T Loại đá

Trọng lượng thể tích (10 3 kg/m 3 )

Độ hút nước (%)

Hệ số mài mòn (%)

Hiện nay ở nước ta có rất nhiều mỏ khai thác đá lộ thiên với nhiều chủng loại, phục vụ đa dạng trong các ngành công nghiệp như: xây dựng, giao thông, thủy lợi, hóa chất, làm nguyên liệu sản xuất xi măng,… Đá đôlômit phục vụ công

nghiệp luyện kim, khai thác đá vôi phục vụ công tác công nghiệp hoá chất, khai thác đá khối, đá hoa trang trí v.v Trong số đó khai thác đá làm VLXD chiếm số lượng lớn nhất ( 80%)

Cả nước ta hiện có trên 600 mỏ và các điểm mỏ khai thác VLXD được phân bố đều khắp trên cả 3 miền Bắc - Trung - Nam, nhưng tập trung nhiều nhất là các tỉnh phía Bắc: 20 tỉnh với 350 điểm mỏ; Miền Nam: 13 tỉnh với

130 khu vực mỏ Miền Trung: 10 tỉnh với 120 khu vực mỏ

Theo thống kê số lượng mỏ ở miền Bắc có sản lượng khai thác lớn hơn 100.000m3 đá nguyên khai/năm (không kể những mỏ khai thác đá phục vụ cho sản xuất ximăng) có 20 mỏ, chiếm tỷ lệ 6% trong tổng số khu vực mỏ

đang hoạt động Điển hình là các mỏ: Đồng Giao (Ninh Bình), Đồng Ao (Hà Nam), Tân Vinh (Lương Sơn - Hoà Bình), áng Dâu (Hải Dương), Yên Cư (Quảng Nam) Các mỏ còn lại qui mô khai thác nhỏ công suất khai thác dao

đá Tân Hạnh công suất khai thác 1.400.000 m3/năm, mỏ Bình Hoá 1.500.000

m3/năm, mỏ Tân Bản 1.200.000 m3/năm số lượng còn lại dao động 300.000 ữ 900.000 m3/năm Trong tổng số 33 triệu m3 đá khai thác trong cả nước thì sản lượng khai thác khu vực miền Nam chiếm 2/3 (khoảng 20 triệu m3)

Sản lượng khai thác của một số mỏ VLXD (không tính mỏ cung cấp cho nhà máy xi măng) tại các tỉnh được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Bảng sản lượng khai thác một số mỏ VLXD tại Việt Nam

(không tính mỏ đá cung cấp cho ximăng)

Nhóm 1: Các mỏ áp dụng công nghệ khai thác cơ giới theo lớp bằng vận tải

trực tiếp và lớp xiên gạt chuyển hoặc xúc chuyển, khai thác trên hoặc dưới mức

thoát nước tự chảy và các mỏ khai thác xuống sâu tập trung chủ yếu tại các tỉnh

Bình Dương (12 mỏ) Đồng Nai (20 mỏ) Đặc trưng của các mỏ này thường là phải

bóc một lớp đất dày 3 ữ 10 m

Tại các mỏ này thiết bị khai thác, vận chuyển làm việc trực tiếp trên các tầng có chiều cao dao động h = 5 ữ 10m Đồng bộ thiết bị sử dụng trên các mỏ rất đa dạng nhưng chủ yếu tập trung một số loại sau:

- Khâu khoan - nổ mìn: sử dụng máy khoan đường kính D = 75 ữ 150

mm, như các loại BMK-5 (Nga), máy khoan đập - xoay TAMROCK của các hãng Atlas Copco, Furukawa (Nhật Bản)

- Khâu xúc bốc : chủ yếu sử dụng máy xúc thuỷ lực gầu ngược dung tích E = 1,1 ữ 1,5 m3 do các hãng của Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ sản suất

- Khâu vận tải sử dụng các loại ôtô tự đổ, tải trọng 10 ữ 15 tấn do các hãng Huyndai, Kamaz, Dawoo sản suất

Thông số của hệ thống khai thác của một số mỏ khai thác đá vôi lớn ở Việt Nam thể hiện trong bảng 1.3, 1.4 và 1.5

Bảng 1.3 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hoàng Thạch

5 Khoảng cách giữa các lỗ khoan a m 3,2 ữ 3,4

6 Khoảng cách giữa các hàng khoan b m 2,8 ữ 3,0

Bảng 1.4 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hồng sơn - Đồng Giao

5 Khoảng cách giữa các lỗ khoan a m 3,5

6 Khoảng cách giữa các hàng khoan b m 3,0

Bảng 1.5 Thông số hệ thống khai thác mỏ đá vôi Hoàng Mai

Nhóm 2: Các mỏ khai thác theo lớp xiên cắt tầng nhỏ hoặc lớp xiên

khấu tự do Số lượng các mỏ áp dụng biện pháp khai thác này tập trung chủ yếu là các mỏ có công suất khai thác nhỏ hơn 100.000 m3/năm chiếm 85% sản lượng các mỏ đang khai thác VLXD Thiết bị khai thác chủ yếu trên tầng thường là máy khoan tay, các thiết bị khai thác khác như xúc, ôtô tập trung dưới chân tuyến Chủng loại thiết bị sử dụng chủ yếu của các mỏ này gồm:

- Máy khoan sử dụng loại khoan tay của Liên xô (cũ), Nhật bản, Trung Quốc, đường kính lỗ khoan từ D = 32 ữ 45 mm Một số mỏ có sử dụng loại BMK- 5 nhưng số lượng không đáng kể

- Thuốc nổ và phụ kiện nổ: Các mỏ đá sử dụng phổ biến các loại thuốc

nổ trong nước sản suất gồm các loại: ANFO, AD1, nhũ tương, sôfanit Phụ kiện nổ gồm dây nổ, dây điện, kíp điện, kíp visai, dây cháy chậm và kíp nổ thường Phương pháp khởi nổ dùng phổ biến là đốt, điện nổ tức thời hoặc nổ chậm Một số mỏ lớn đã dùng phương pháp nổ mìn vi sai kíp nổ phi điện

- Khâu xúc: Chủ yếu sử dụng loại máy xúc có dung tích gàu nhỏ E = 0,5 ữ 0,7m3 hoặc tới 1,2m3 do Nhật Bản, Hàn Quốc sản xuất Nhiều mỏ sử dụng lực lượng thủ công để bốc đất đá

- Khâu vận tải: sử dụng các loại ôtô có tải trọng thấp q = 5 ữ 10 tấn, nhiều mỏ sử dụng chủ yếu là xe công nông tự chế

Trên địa bàn Nghệ An – Hà Tĩnh nói riêng cũng như các tỉnh phía Bắc

và Miền Trung nói riêng hầu hết các mỏ VLXD khai thác thuộc nhóm này

Nhận xét:

- Quá trình nổ mìn theo phương pháp này làm giảm đáng kể khối lượng vật liệu nổ sử dụng, do sử dụng quá nhiều lao động thủ công, hệ thống khai thác áp dụng không đảm bảo an toàn cho người lao động, sử dụng trọng lực

(rơi tự do của đá) để phá vỡ đá Theo thống kê trên các mỏ VLXD trên địa bàn tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một số mỏ khác khu vực miền Trung, chỉ tiêu thuốc

nổ thực tế sử dụng cho phương pháp khai thác này khoảng 0,15 đến 0,3 kg/m3, trong khi đó, chỉ tiêu thuốc nổ cho loại khoáng sản này tại các mỏ lớn như: Hoàng Mai: 0,42; Nghi Sơn: 0,35, …

- An toàn trong khai thác mỏ VLXD theo hệ thống khai thác nêu trên đã

được cảnh báo từ lâu, nhưng do công nghệ khai thác lâu đời của công nhân, khai thác đơn giản, rẻ tiền, không đòi hỏi sự hiểu biết về công nghệ nên vẫn còn tồn tại gắn kết với tư tưởng của người “làm đá”, đặc biệt là khai thác với quy mô nhỏ

1.4 Dự báo về nhu cầu sử dụng chất nổ trong khai thác đá VLXD của Việt Nam

Trong tổng đồ phát triển của ngành xây dựng đến năm 2010 thì nhu cầu đá cho sản suất xi măng là 15 triệu m3, cho xây dựng là 30 ữ 40 triệu m3 và khoảng 10 triệu m3 cho các ngành giao thông, thuỷ lợi và các ngành kinh tế khác Như vậy khối lượng đá khai thác từ nay đến 2010 ước khoảng 60 ữ 65 triệu m3

Nếu chỉ tiêu thuốc nổ dùng cho khai thác đá trung bình q = 0,3 ữ 0,32 kg/m3, thì lượng thuốc nổ sử dụng để khai thác đá vôi ước tính cần khoảng 20.800 tấn Đây là khối lượng không nhỏ

Nhận xét:

+ Hiện nay công tác khai thác đá VLXD của Việt Nam nói chung còn nhiều bất cập như: qui mô khai thác nhỏ, thiết bị khai thác chưa đồng bộ, năng suất thấp, điều kiện lao động của người lao động và mức độ an toàn trong sản suất thấp

+ Phương pháp nổ mìn đơn giản, việc tính toán chỉ tiêu thuốc và sử dụng vật liệu nổ chưa được chú ý nên còn gây lãng phí và chất lượng nổ mìn không cao

+ Qui trình thực hiện thi công khoan, nổ mìn và tính toán khoảng cách an toàn chưa được coi trọng nên còn gây nguy cơ mất an toàn và làm ảnh hưởng đến các công trình dân sinh và công nghiệp gần khu vực khai thác

Chương 2 cơ sở khoa học vμ các quan điểm xác định

chỉ tiêu thuốc nổ

1.1 Vai trò ý nghĩa của chỉ tiêu thuốc nổ trong nổ mìn

Để đánh giá hiệu quả phá vỡ bằng nổ mìn thì một trong những chỉ tiêu cơ bản là độ cục của đống đá nổ hay mức độ đập vỡ Chất lượng nổ hợp lý

được đánh giá bằng thành phần cỡ hạt của đống đá sau khi nổ mìn

Mức độ đập vỡ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, một trong những yếu tố cơ bản đó là chỉ tiêu thuốc nổ Bản chất vật lý của sự thay đổi mức độ

đập vỡ khi thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ đã được nhiều tác giả nghiên cứu (hình 2.1, 2.2)

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.210

Hình 2.1: Tỉ lệ các cục đá lớn (quá cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với

đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá đồng nhất

1, 2- Tỉ lệ đá quá cỡ trong vùng đập vỡ thực tế không điều khiển

với đường kính lượng thuốc d1, d2

Trên hình 2.1 ta nhận thấy rằng khi chỉ tiêu thuốc nổ tăng thì mức độ

đập vỡ ở giai đoạn đầu tăng mạnh sau đó giảm dần và bước vào trạng thái bão hoà năng lượng nổ Nếu cứ tiếp tục tăng chỉ tiêu thuốc nổ thì năng lượng sẽ

tiêu phí vô ích cho việc văng xa đất đá cường độ đập vỡ thay đổi không đáng

kể và đường cong có dạng gần song song với trục hoành

Hình 2.2: Tỉ lệ đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với các loại đất đá

có độ nổ khác nhau I, II, III, IV - Cấp đất đá theo độ nổ

Khi đường kính lượng thuốc nhỏ (d < 150 mm) đường cong đi thấp hơn

và trong một số trường hợp có thể sát với trục hoành Khi đường kính lượng thuốc (d >250 mm) đường cong ở vị trí cao hơn và thực tế chỉ tiêu thuốc nổ bất

kỳ trong trường hợp này cũng không thể loại trừ tỉ lệ đá quá cỡ

Đường cong cắt trục tung tại điểm đặc trưng cho tỉ lệ các khối nứt quá

cỡ trong nguyên khối trước khi nổ Tuỳ thuộc vào mức độ nứt nẻ của đất đá và kích thước cho phép các cục đá mà trị số này có thể thay đổi từ 100% đến 0%

Khi tiến hành xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý là thay đường cong trên biểu đồ bằng những đoạn thẳng Trong trường hợp này sai số hoàn toàn cho phép Lựa chọn chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý là nhiệm vụ quan trọng để đạt được mức độ đập vỡ hợp lý

Theo tác giả Kutuzov và Potnhiakov thì chi phí thuốc nổ để đập vỡ lần 2 cũng thay đổi khi chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 thay đổi (hình 2.3) Kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhận thấy chỉ tiêu thuốc nổ để phá vỡ quặng thay đổi từ 0,2

ữ 0,6 kg/tấn thì chi phí thuốc nổ đập vỡ cho lần 2 giảm 67 %, còn khi tăng chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 từ 0,6 ữ 1,0 kg/tấn thì chi phí khoan nổ cho đập vỡ lần 2 giảm còn 41%

00.2

0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 kg/tấn

kg/tấn

0.40.60.8

Hình 2.3: Chỉ tiêu thuốc nổ lần hai phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ lần 1

Kết quả thực nghiệm này có thể đ−ợc xác định bằng công thức:

q2 = 0,144/q

Trong đó:

q2 - chỉ tiêu thuốc nổ cho đập vỡ lần 2, kg/tấn

q - chỉ tiêu thuốc nổ cho đập vỡ lần 1, kg/tấn

kg/tấnChỉ tiêu thuốc nổ q

0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.005

0.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040

Hình 2.4: Sự thay đổi chi phí sản xuất phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ

1- Chi phí khoan, 2- Chi phí lao động, 3- Tổng chi phí sản xuất

Chỉ tiêu thuốc nổ không chỉ ảnh hưởng đến chi phí thuốc nổ cho đập vỡ lần hai, mà trực tiếp ảnh hưởng đến chi phí cho công tác khoan và giá thành sản phẩm Trên hình 2.4 giới thiệu sự thay đổi chi phí sản xuất phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ của tác giả Kutuzov

Các công trình nghiên cứu của một số tác giả khác cũng khẳng định

điều này Trên (hình 2.5) giới thiệu mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và giá thành sản xuất (khoan nổ, xúc bốc, vận tải) Như vậy trên cơ sở lý luận và thực tiễn ta khẳng định rằng vai trò của chỉ tiêu thuốc nổ có ỹ nghĩa rất lớn trong công tác nổ mìn, vì vậy việc xác định giá trị hợp lý của chỉ tiêu thuốc nổ là rất cần thiết, đáp ứng được nhu cầu của thực tế sản xuất ở mỏ hiện nay

Hình 2 5: Sự thay đổi giá thành sản xuất theo chỉ tiêu thuốc nổ

2.2 Một số khái niệm về chỉ tiêu thuốc nổ

Để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế và xác định các giá trị phù hợp với điều kiện địa chất – mỏ khi tiến hành công tác nổ mìn, tác giả nêu lại một

số khái niệm về chỉ tiêu thuốc nổ sau đây:

2.2.1 Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán (q)

Đây là giá trị phải tìm để tính toán thiết kế ban đầu hay tiến hành những

vụ nổ đầu tiên trong điều kiện cụ thể theo yêu cầu mục đích của công tác nổ mìn Một số tác giả khác thường coi đây là chỉ tiêu thuốc nổ

Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán là chi phí thuốc nổ cần thiết để phá vỡ một

đơn vị cần tính để phá vỡ theo yêu cầu mục đích của công tác nổ

Như vậy, tuỳ thuộc vào yêu cầu mục đích của công tác nổ mà đơn vị cần tính để phá vỡ có thứ nguyên khác nhau là đơn vị đo thể tích, diện tích, hay chiều dài

Ví dụ: Khi tiến hành công tác nổ mìn ở mỏ lộ thiên chuẩn bị đất đá cho máy xúc, ta có định nghĩa: chỉ tiêu thuốc nổ tính toán là chi phí thuốc nổ cần

thiết để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá nguyên khối thành độ cục nhất định,

ký hiệu là q, thứ nguyên là kg/m3, hay g/cm3

Tuỳ theo yêu cầu và mục đích của công tác nổ về thành phần cỡ hạt, tính chất cơ lý của đối tượng cần nổ mà giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ tính toán khác nhau

Khi khai thác đá khối có kích thước định hình ta dùng lượng thuốc phẳng thì chỉ tiêu thuốc nổ tính toán là chi phí thuốc nổ cần thiết để phá một

đơn vị diện tích, như vậy thứ nguyên là kg/m2, g/cm2

Khi yêu cầu công tác nổ cần phá vỡ sập một khối đá hay như một bức tường gạch, bêtông thì chỉ tiêu thuốc nổ tính theo bề dày của khối đá hay bức tường, có nghĩa là đơn vị đo chiều dài, lúc đó q có thứ nguyên là kg/m hay g/m

2.2.2 Chỉ tiêu thuốc nổ thực tế (q th )

Khái niệm này giúp cho các xí nghiệp quản lý sản xuất tốt hơn, đồng thời là giá trị thực tiễn để áp dụng cho công tác nổ mìn trong những điều kiện tương tự Bởi vì giá trị chỉ tiêu thuốc nổ thực tế chỉ tính được sau khi đã hoàn tất công tác nổ mìn và xúc bốc

Q - Lượng thuốc nổ tiêu thụ thực tế, kg

V - Thể tích đất đá nguyên khối thực tế phá được, m3

Thông thường giá trị chỉ tiêu thuốc nổ tính toán và chỉ tiêu thuốc nổ thực tế thường khác nhau tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý đất đá, kích thước vùng

đập vỡ không điều khiển và công tác tổ chức quản lý sản xuất

2.2.3 Chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng với phễu nổ chuẩn, q c

Để đặc trưng cho mức độ nổ mạnh, yếu, thông qua hình dạng và kích thước của phễu nổ, người ta lấy phễu nổ tiêu chuẩn để làm cơ sở tính toán, do

2.2.4 Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn , q 0

Chất lượng công tác nổ mìn được đánh giá bằng thành phần cỡ hạt của

đống đá nổ trong những điều kiện nổ thực tế, vậy chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn là chi phí thuốc nổ cần thiết để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá nguyên khối trong những điều kiện nổ chuẩn nhằm tạo nên cỡ hạt theo yêu cầu

Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q0 là một thông số quan trọng có ảnh hưởng

đến việc tính toán các thông số nổ mìn khác Phương pháp xác định q0 tác giả

sẽ trình bày ở phần sau

2.2.5 Chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, q hl

Ta biết rằng mức độ đập vỡ hợp lý của công tác nổ mìn được đánh giá bằng tổng chi phí cho các khâu công nghệ là nhỏ nhất (ΣC → min) Với quan

điểm này thì chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, qhl là chi phí thuốc nổ cần thiết để đập

vỡ một đơn vị thể tích đất đá đảm bảo tổng chi phí là nhỏ nhất

Trong thực tế khi thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ, dẫn đến việc thay đổi chi phí cho các khâu công nghệ tiếp theo Mức độ thay đổi đó có thể tạo ra nhiều giá trị dẫn đến tổng chi phí nhỏ Vì vậy, trong điều kiện cụ thể về công nghệ, thiết bị và của công tác nổ mìn mà xác định giá trị hợp lý của chỉ tiêu thuốc

nổ

Trên đây tác giả trình bày một số khái niệm về chỉ tiêu thuốc nổ trong

những điều kiện nổ khác nhau Luận văn "Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc hợp lý trong công tác nổ mìn cho một số mỏ VLXD khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh" cũng là nội dung chính đi tìm giá trị qhl

2.3 Phân tích vμ đánh giá các công trình nghiên cứu chỉ tiêu thuốc nổ

2.3.1 Đánh giá về các công trình nghiên cứu của các tác giả ở nước ngoài

2.3.1.1 Phương pháp xác địnhvhỉ tiêu thuốc nổ theo kích thước cỡ hạt yêu cầu (B.N Kutuzov)

Chỉ tiêu thuốc nổ cần thiết để đảm bảo tỉ lệ những cục có kích thước nhất định được tính theo những công thức sau:

(0,6 3,3.10 ) 0,5 ,

13,

2 3

4

B k c o

d d d f

( )( ) e,

d

d6,2dd10.3,36,0345,010

.77,0

2

k

o d c o

3 n

+σ

(2.4) Trong đó:

do- kích thước trung bình của các khối nứt nẻ, m

dc- đường kính lượng thuốc, mm

dk- kích thước cỡ hạt hợp quy cách, m

kB = Qc/Qb

Qc- đặc tính năng lượng của thuốc nổ gramônit 79/21

Qb- đặc tính năng lượng của chất nổ sử dụng

γd- mật độ đất đá, T/m3

e- khả năng công bố tương đối của chất nổ (bảng 2.1)

σn- giới hạn bền nén của đất đá, N/m2

f- hệ số độ kiên cố của đất đá theo M.M Protôđiakônôv

Bảng hệ số qui chuyển của thuốc nổ

Bảng 2.1

Loại thuốc nổ Hệ số quy

chuyển (e) Loại thuốc nổ

Hệ số quy chuyển (e)

Theo B.N.Kutuzôv, chỉ tiêu thuốc nổ đảm bảo tỉ lệ đá quá cỡ gần bằng 0

được tiến hành 2 lần nổ với chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau (q1 và q2 ), tỷ lệ đá quá cỡ

tương ứng là VH1 và VH2 Dựng biểu đồ VH = f(q) (dạng tuyến tính), giao điểm

của đường biểu diễn với trục hoành (q,0) làm điểm ứng với tỉ lệ quá cỡ bằng 0,

(q- chỉ tiêu thuốc nổ cần tìm) Điểm cắt trục tung phù hợp với q = 0 và tỉ lệ đá

quá cỡ bằng tỉ lệ các khối nứt quá cỡ (VHM) trong nguyên khối (hình 2.6)

q 0

HM 2 1

H HM

HM 1

V V

V

q V

V

V q q

2 H 1 H

2 H 1 1 H 2

V V

V q V q q

1e

cp c j , , 3 , 2 ,

dcp - Kích thước trung bình của cỡ hạt yêu cầu, m;

ϕc - Hằng số đập vỡ chuẩn của đất đá, m2/J; ϕc được xác định bằng con

đường thực nghiệm hoặc theo biểu đồ (hình 2.7)

2.3.1.3 Phương pháp xác định theo chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn (V.V Rzepski)

Trên cơ sở chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn qc (dùng để phân loại đất đá theo mức độ khó nổ mìn), V.V Rzepski đã xác định chỉ tiêu thuốc nổ thiết kế theo công thức:

q = qck1 k2 k3 k4 k5 k6 , g/m3 (2.9)

0 5.10 7

10.10 7

15.10 7

20.10 7

1 2

3

4 5

σđá N/m2

ϕ 10 m /J -5 2

0.3m 0.5m 0.7m 1m 1.5m 2m

Hình 2.7: Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén

của đất đá và khoảng cách trung bình giữa các khe nứt

Trong đó:

k1- hệ số chuyển đổi chất nổ (so với amônit No6JV )

k2- hệ số tính đến mức độ đập vỡ yêu cầu (k2 = 0,5/dcp)

k3- hệ số tính đến mức độ nứt nẻ đất đá (k3 = 0,85 + 0,9)

k4- hệ số tính đến mức độ tập trung của lượng thuốc (k4 = 0,7ữ1,4)

k5- hệ số tính đến ảnh hưởng của thể tích đất đá nổ mìn (chiều cao tầng)

k6- hệ số kể đến ảnh hưởng của số lượng bề mặt tự do (k6 = 1ữ10)

Qua 3 phương pháp đặc trưng trên ta thấy mỗi phương pháp đều tồn tại những nhược điểm nhất định Nhược điểm của phương pháp xác định theo thành phần cỡ hạt là coi mối quan hệ VH = f(q) có dạng đường thẳng Thực tế mối quan hệ đó có dạng phi tuyến và khó có thể xác định được q để khi đó tỉ

lệ đá quá cỡ bằng 0, vì nó luôn tồn tại vùng đập vỡ không điều chỉnh liên quan

đến sự phát sinh đá quá cỡ Đối với phương pháp xác định theo năng lượng chất nổ thì việc xác định các hệ số k và đặc biệt ϕc rất phức tạp, còn đối với phương pháp xác định theo chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn thì xác định các hệ số

chuyển đổi khó khăn, đặc biệt để tính qc cần phải biết chính xác một loạt những chỉ tiêu cơ lý của đất đá

2.3.1.4 Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q 0 theo phương trình Gôđen-Andrép

Như ta đã biết, mức độ đập vỡ đất đá được đánh giá đầy đủ nhất bằng thành phần cỡ hạt của đống đá nổ mìn Chỉ tiêu này phụ thuộc vào độ bền, độ nứt nẻ của đất đá, đặc tính của chất nổ, phương pháp nổ mìn và các thông số

nổ mìn (đặc biệt là chỉ tiêu thuốc nổ)

Quy luật phân bố cỡ hạt của đống đá nổ mìn đã được nhiều người nghiên cứu Tuỳ vào loại đất đá và chỉ tiêu thuốc nổ mà đường cong phân phối

có dạng 1,2 hoặc 3 (hình 2.8) Đa số các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương trình RôzinRamler để miêu tả sự phân bố độ cục của đống đá nổ mìn (như L.I.Barôn, C.M.Xirochuc, V.M.Kuznhesôv, I.P.Oxanhit, P.K.Mironốv, v.v ):

( )

n ax

23

1- Đối với đất đá dễ nổ, 2- Đối với đất đá có độ nổ trung bình,

3- Đối với đất đá khó nổ

Để phù hợp với thực tế và phản ánh đầy đủ quy luật phân bố cỡ hạt của

đống đá nổ mìn chúng ta có thể sử dụng phương trình Gôđen - Andrép:

m

max )

x (

Hệ số m không những phụ thuộc vào loại đất đá mà còn phụ thuộc nhiều vào chi phí năng lượng nổ, nghĩa là m = f(q) Cùng một loại đất đá, nếu

nổ với q lớn thì m < 1, q trung bình thì m = 1 và q nhỏ thì m > 1 Như vậy trị

số m tỉ lệ nghịch với chỉ tiêu thuốc nổ q và có thể đặt:

q

q

ở đây có thể gọi q0 là chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn (kg/m3): nếu q = q0 thì

m = 1 và cỡ hạt phân bố đều, đường biểu diễn P = f(x) có dạng đường thẳng, nếu q < q0 thì m > 1 và thể hiện nổ yếu (cỡ hạt lớn chiếm tỉ lệ lớn); nếu q > q0thì m < 1 là thể hiện nổ mạnh (cỡ hạt nhỏ chiếm tỉ lệ lớn)

Cuối cùng ta có công thức thể hiện quy luật phân bố cỡ hạt của đống đá

nổ mìn như sau:

( )

q q

max x

0

L

X

Từ quy luật trên ta có thể dễ dàng xác định được tỉ lệ các loại cỡ hạt bất

kỳ và tỉ lệ đá quá cỡ Khi đó tỉ lệ các cục đá có kích thước x < x0 là:

q q

max

0 x

max

0 x

max

0 0

x 0 x

0

0

x1VP

V

1 xi xi i

0 0

L

1P

P

Như vậy, kích thước trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn bằng trị số diện tích giới hạn bởi 3 đường: trục tung (x = 0), đường song song với trục hoành (P = 1) và đường phân bố độ cục (P = f(x)) Do đó:

max 0

max

L x

L

X L

dx P L

qq

LqX

0

max 0 trb

trb max

Để xác định q cần biết: Lmax (theo mức độ nứt nẻ của đất đá), Xtrb (theo kích thước yêu cầu hợp lý của cỡ hạt ) và q0 (xác định bằng nổ thực nghiệm) Phương pháp xác định qonhư sau:

- Đối với mỗi loại đất đá nổ 2 đợt thí nghiệm với chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau q1 và q2 , xác định đặc tính phân bố cỡ hạt với kích thước x ≤ x0

1 0

q q

max

0 2

q q

max

0 1

L

XP

L

XP

2

2

1 2 1 0

L

Xlgqq

P

Plgqqq

ư

2.3.2 Đánh giá về các công trình nghiên cứu của các tác giả ở Việt Nam

ở Việt Nam chưa có công trình nào nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ, Nhưng theo tính toán và thống kê của tác giả tại một số mỏ khai thác đá VLXD và làm xi măng trên địa bàn tỉnh Nghệ An - Hà Tĩnh, chỉ tiêu thuốc nổ

được áp dụng tại một số mỏ khai thác đá VLXD được thể hiện trên bảng 2.2

B¶ng 2.2 B¶ng chØ tiªu thuèc næ ®ang ¸p dông

t¹i c¸c má t¹i NghÖ An vµ Hµ TÜnh

TT Tên đơn vị

Loại khoáng sản

Loại thuốc

nổ

Phương pháp nổ mìn

Độ cứng (f)

Đường kính lỗ khoan (mm)

Chỉ tiêu thuốc

nổ thực

tế (kg/m 3 )

1 Công ty Cổ phần Tân Thành ryolit Đá AĐ1

Nổ mìn điện, dây cháy chậm

11 - 13 32 0.3-0.4

2 Công ty CP Phát triển khoáng sản 4 Đá vôi trắng ANFO - sofanit

Nổ mìn điện, dây

3 Công ty TNHH Việt Sơn Đá vôi AĐ1

Nổ mìn điện, nổ mìn

ốp 6 - 7 32 0,2

4 Công ty TNHH

Kim Long Vang Đá vôi

ANFO - Nhũ tương

Nổ mìn điện, nổ mìn

Nổ mìn điện, nổ mìn

ốp

6 - 7 0,3 0,22

6 Công ty CP Khoáng sản Nghệ An Đá vôi trắng

ANFO - Nhũ tương

Nổ mìn điện, nổ mìn

ốp

6 36 0,2

7 Xí nghiệp sản xuất VLXD Hồng Lam granit Đá ANFO - AĐ1

Nổ mìn điện, dây cháy chậm

ANFO - AĐ1

Nổ mìn điện, dây cháy chậm

11 - 13 32 - 42 0,21 - 0,3

9 Công ty CP Chiến Thắng granit Đá AĐ1

Nổ mìn điện, dây cháy chậm 11 - 13 32 - 42

0,25 - 0,3

10 XN Đá 45-Công ty CP Đường bộ Nghệ

an

Đá granit AĐ1

Nổ mìn điện, dây cháy chậm

11 - 13 42 0,3

11 Xưởng mỏ - Công ty XM Hoàng Mai Đá vôi ANFO - sofanit Vi sai phi điện 6 - 7 102 0,47

12 Mỏ đá Xi măng Hoàng Mai A Đá vôi ANFO AĐ1 - Vi sai phi điện 6 - 7 75 - 90 0,31 -0,39

13 Công ty TNHH

Thành Nam Đá vôi

ANFO - sofanit

Nổ mìn điện, 6 - 7 30 0,3