Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường trong một số mỏ lộ thiên việt nam

Xác định các thông số của lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau trong lỗ khoan 66 Chương 3- Nghiên cứu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm nhằm nâng cao hiệu quả

Trường đại học mỏ - Địa chất

Lê ngọc ninh

Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá

và bảo vệ môi trường ở một số mỏ lộ thiên Việt Nam

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

hà nội – 2009

Trường đại học mỏ - Địa chất

Lê ngọc ninh

Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá

và bảo vệ môi trường ở một số mỏ lộ thiên Việt Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật khai thác mỏ lộ thiên

Mã số: 62.53.05.01

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học gs.Ts nhữ văn bách

hà nội - 2009

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 ¸n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn ¸n

mục lục

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Chương 2- Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng

thuốc nổ nạp trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả

nổ và giảm thiểu những tác động có hại đến môi

hoặc lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau trong lỗ khoan

54

2.2.2 Xác định các thông số của lượng thuốc nổ có đường kính khác

nhau trong lỗ khoan

66

Chương 3- Nghiên cứu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp

với phoi khoan và đá dăm nhằm nâng cao hiệu quả

phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường

78

3.1 Khái niệm cơ bản về bua mìn trên mỏ lộ thiên 78

3.2 Vai trò nạp bua mìn trên mỏ lộ thiên 79

3.4 Những ảnh hưởng của bua mìn đến môi trường khi tiến hành nổ

mìn

82

3.5 Phân loại bua mìn và hiệu quả của nó 85

3.6 Một số phương pháp xác định thông số kỹ thuật của cột bua mìn 99 3.7 Nghiên cứu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá

dăm nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường

109

Chương 4- ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế 123

4.1 Xác định hiệu quả kinh tế khi nổ phối hợp hai loại thuốc nổ 123 4.2 Xác định hiệu quả kinh tế khi nổ với lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong cùng lỗ khoan

126

4.3 ứng dụng kết quả nghiên cứu nổ phối hợp hai loại thuốc nổ để

nâng cao hiệu quả nổ mìn tại một số mỏ lộ thiên

127

4.4 ứng dụng kết quả nghiên cứu nổ với lượng thuốc có đường kính

khác nhau trong lỗ khoan để nâng cao hiệu quả nổ mìn cho một

số mỏ đá lộ thiên

141

• Danh mục các công trình đ∙ công bố của tác giả 151

Việt Nam

37

Bảng 1.11 Nồng độ bụi cho phép tại nơi làm việc 51 Bảng 2.1 Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ của V.K Rubsôv 61 Bảng 2.2 Phân loại đất đá theo độ nổ của V.K Rubsôv 62 Bảng 2.3 Bảng tính đường kính lượng thuốc nạp nổ phần trên (d1) và

chiều dài (l1) của các lỗ mìn mỏ lộ thiên

Bảng 3.4 Các loại bua có cấu trúc đặc biệt 88 Bảng 3.5 Kết quả phân tích nước mỏ Cọc Sáu trước và sau khi xử lý bằng

Kabenlis

116

Bảng 3.6 Thống kê lượng phoi khoan xung quanh lỗ mìn và mặt tầng mỏ 118 Bảng 3.7 Xác định số lần nhồi bua theo đường kính lỗ khoan (với bua cát) 120 Bảng 3.8 Xác định số lần nhồi bua theo đường kính lỗ khoan ( với bua

hỗn hợp Kabenlis, phoi khoan và đá dăm dạng khô)

121

Bảng 4.1 Mức độ tiết kiệm chi phí khi nổ phối hợp ANFO hoặc

SOFANIT với những thuốc nổ khác

126

Bảng 4.2 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ than Cọc Sáu 129 Bảng 4.3 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ than Bàng Nâu 131 Bảng 4.4 Kết quả nổ mìn đối chứng tại mỏ than Bàng Nâu 132 Bảng 4.5 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ quặng Apatit -

Lao Cai

135

Bảng 4.6 Các thông số cơ bản của hệ thống khai thác tại một số mỏ đá 137 Bảng 4.7 Các thông số nổ mìn tại một số mỏ đá 137 Bảng 4.8 Kết qủa nổ mìn đối chứng tại một số mỏ đá vôi Việt Nam 139 Bảng 4.9 Bảng tính đường kính lượng thuốc nạp nổ phần trên (d1) và

chiều dài (l1) của các lỗ mìn đã và đang áp dụng tại mỏ đá lộ thiên Ao Ngươm

trụ ở giữa hoặc bên hông

27 Hình 1.9 Sơ đồ lỗ khoan được nạp bởi hai lượng thuốc xen kẽ nhau 28 Hình 1.10 Sơ đồ lỗ khoan nghiêng được nạp bởi hai loại thuốc nổ và

cách xác định thông số của lỗ mìn theo Stig Olofsson

30 Hình 1.11 Vị trí hợp lý của dây nổ trong lỗ mìn 33 Hình 1.12 Sự ảnh hưởng của khối lượng lõi thuốc (M1) trong dây nổ và

đường kính lỗ mìn (d) đối với tỉ lệ tổn thất năng lượng (δE)

Hình 1.18 Máy khoan thuỷ lực đập-xoay của hãng TamRock đang hoạt

động trên các tầng mỏt than lộ thiên vùng Quảng Ninh và lượng bụi thải ra phía sau máy

khoan khi đất đá cứng đồng nhất

59

Hình 2.4a Sơ đồ tính toán các thông số của 2 lượng thuốc nạp trong lỗ

khoan khi đất đá cứng đồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng

đến dốc đứng và hướng cắm từ trong ra ngoài

62

Hình 2.4b Sơ đồ tính toán các thông số của 2 lượng thuốc nạp trong lỗ

khoan khi đất đá cứng đồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng

đến đứng và hướng cắm từ ngoài vào trong

63

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán các thông số của 2 lượng thuốc nổ nạp trong

lỗ khoan khi đất đá không đồng nhất, phân thành nhiều lớp

64

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán các thông số của 2 lượng thuốc nổ nạp trong

lỗ khoan khi đất đá phần trên mềm yếu hơn phần dưới

65

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán các thông số của 2 lượng thuốc nổ nạp trong

lỗ khoan khi đất đá phần dưới mềm yếu hơn phần trên

65 Hình 2.8 Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc 67 Hình 2.9 Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đá cứng đồng nhất

68

Hình 2.10a Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đáđồng nhất, phân lớp

từ dốc nghiêng đến dốc đứng và hướng cắm từ trong ra ngoài

71

Hình 2.10b Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đáđồng nhất, phân lớp

từ dốc nghiêng đến đứng và hướng cắm từ ngoài vào trong

72

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đá không đồng nhất, phân thành nhiều lớp

73

Hình 2.12 Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đá phần trên mềm yếu hơn phần dưới

74

Hình 2.13 Sơ đồ tính toán các thông số của lượng thuốc nổ có đường

kính khác nhau trong lỗ khoan khi đất đá phần dưới mềm yếu hơn phần trên

75

Hình 2.14 Cách làm thỏi thuốc có khe hở xung quanh thành lỗ khoan 77 Hình 3.1 Sơ đồ các cấu trúc bua mìn trên mỏ lộ thiên 78 Hình 3.2 Sơ đồ mô tả thí nghiệm nổ phá đá quá cỡ bằng các loại bua 81 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả thí nghiệm nổ mìn ốp phá đá quá cỡ 81 Hình 3.4 Bụi thoát ra sau khi nổ mìn tại một số mỏ lộ thiên Việt Nam 83 Hình 3.5 Máy khoan thuỷ lực đập - xoay TamRock và đập - xoay

CБУ-100Г đang hoạt động trên các tầng mỏ lộ thiên Việt Nam và lượng bụi, phoi thải ra sau khi khoan

84

Hình 3.6 Khói và khí độc hại sinh ra trong các vụ nổ khi chất lượng

bua kém tại các mỏ lộ thiên ở Việt Nam

85

Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc cột bua có lượng thuốc khoá 92 Hình 3.8 Sơ đồ các cột bua có cấu trúc tự nêm 92

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn tốc độ phụt bua của các vật liệu khác nhau 94

Hình 3.10 Sơ đồ nạp thuốc và bua khi nổ lỗ mìn tạo biên trên mỏ lộ

thiên

96

Hình 3.11 Sơ đồ lỗ mìn được nạp bởi hai lượng thuốc nổ khác nhau và

bua hạt rời phía trên theo phương pháp của Stig Olofsson (Thụy Điển)

97

Hình 3.12 ảnh hưởng của lớp đất sét hay lớp đá bị vò nhàu đến cấu trúc

cột bua và chất lượng bua trong lỗ mìn 98 Hình 3.13 Sơ đồ xác định chiều dài cột bua liên tục hoàn chỉnh 99 Hình 3.14 Sơ đồ lỗ khoan được nạp bởi hai loại thuốc nổ theo tính toán

của Stig Olofsson (Thụy Điển)

Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc và xác định thông số của lỗ mìn khi nổ với

lượng thuốc được phân đoạn bằng một khoảng không khí

Hình 3.24 Sơ đồ tầng điện kép quanh hạt sét 114 Hình 3.25 Sơ đồ cấu tạo hạt keo SiO2 thứ sinh 115 Hình 3.26 Lượng phoi khoan lưu lại trên mặt tầng mỏ 118 Hình 3.27 Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần nhồi bua cát và mức độ

chặt của nó trong lỗ khoan có đường kính d = 40 mm

119

Hình 4.1 Sơ đồ tính toán chi phí thuốc nổ và phương tiện nổ trong lỗ 125 Hình 4.2 Khoan nổ và bóc xúc đất đá tại mỏ than Bàng Nâu 130 Hình 4.3 Khoan nổ mìn và bóc xúc quặng tại mỏ Apatit Lao Cai 134 Hình 4.4 Đá quá cỡ xuất hiện sau những vụ nổ kém chất lượng tại các

mỏ đá

137

Hình 4.5a Nổ đối chứng tại mỏ đá vôi Hoàng Mai (Nghệ An) 138 Hình 4.5b Nổ đối chứng tại mỏ đá vôi Hồng Sơn - Bút Sơn ( Hà Nam) 138 Hình 4.6 Phối hợp với Bộ Môn KTLT & các mỏ để tiến hành đo các

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, trong lĩnh vực nổ mìn, chúng ta đã đạt được nhiều thành tựu

về nghiên cứu lý thuyết nổ và vật liệu nổ công nghiệp Nhiều nhà khoa học đã

và đang nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp, các thông số nổ mìn hợp

lý nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá trên mỏ lộ thiên Tuy nhiên, việc áp dụng các công trình nghiên cứu vào thực tế là bài toán hết sức nan giải Một số trường hợp do chưa tính kỹ đến điều kiện phức tạp của cấu tạo địa chất khu vực cần phá nổ cũng như một số điều kiện kỹ thuật khác đã dẫn đến không hiệu quả khi nổ mìn

ở Việt Nam, một số mỏ than lộ thiên do đang khai thác xuống sâu và

điều kiện địa chất phức tạp nên các lỗ khoan thường chứa nước Một số mỏ này cũng đã tiến hành nổ mìn bằng cách sử dụng hai loại thuốc nổ nạp trong lỗ khoan với lượng thuốc nạp ở phía trên là ANFO và lượng thuốc nạp phía dưới

là thuốc nổ chịu nước nhằm mục đích giải quyết vấn đề lỗ khoan ngập nước Một số mỏ đá cũng đã áp dụng phương pháp nổ trên, nhưng việc xác định các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn chưa dựa theo cơ sở khoa học nào Do đó, kích thước của đất đá nổ ra chưa đáp ứng được theo mong muốn

Với những vấn đề đưa ra ở trên, ta thấy rằng:

- Việc sử dụng 2 loại thuốc nổ khác nhau trong lỗ khoan đã nâng cao

được hiệu quả nổ mìn cả về kinh tế và mức độ đập vỡ đất đá Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu và ứng dụng phương pháp nổ này trong thực tế vẫn còn một

số hạn chế sau: chưa làm sáng tỏ và đưa ra công thức xác định được chiều cao của mỗi cột thuốc nổ nạp trong lỗ mìn; việc sử dụng hai loại thuốc nổ trong lỗ khoan chưa phong phú, chỉ nêu ra được loại thuốc nổ nạp ở phía trên là thuốc

nổ ANFO và loại thuốc nổ nạp ở phía dưới là thuốc nổ chịu nước, trong khi ở thực tế, nếu cứ tuân theo việc sử dụng cấu trúc lượng thuốc theo phương pháp

này sẽ dẫn đến sai lầm khi đất phía trên của tầng thuộc loại khó nổ, nứt nẻ mạnh hoặc lỗ khoan ngập nước hay khô ráo hoàn toàn Những vấn đề còn tồn tại trên, sẽ được trình bày bằng những lý thuyết và thực nghiệm chứng minh trong luận án này

- Việc nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc phối hợp nạp trong lỗ khoan là nhiệm vụ khoa học hoàn toàn mới

Mặt khác, cho đến nay, trên Thế giới và ở Việt Nam cũng chưa quan tâm nhiều đến việc nổ mìn với lượng thuốc có đường kính khác nhau trong lỗ khoan Một số nhà khoa học, điển hình như HaGan, đã nghiên cứu đến phương pháp nổ với lượng thuốc có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan hay còn gọi là lượng thuốc “ không khớp nối” nhưng chưa đề cập đến việc xác định

đường kính của lượng thuốc Hiện tại, chúng ta đã biết rằng: khi tiến hành nổ mìn lưu cột không khí đã cải thiện được mức độ đập vỡ đất đá tốt hơn so với lượng thuốc nổ dài liên tục, nhưng khi áp dụng phương pháp này thì việc thi công lỗ mìn rất phức tạp do phải làm ống chống hay chạc để phân cách các lượng thuốc Trong luận án này, ngoài việc giới thiệu phương pháp nổ mìn phối hợp hai loại thuốc nổ nạp trong lỗ khoan và cách xác định các thông số về chiều cao của từng cột thuốc, luận án còn trình bày phương pháp nổ mìn hoàn toàn mới với việc xác định các thông số của lỗ mìn được nạp bởi hai lượng thuốc cùng chủng loại nhưng có đường kính khác nhau

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu về bua mìn trước đây cũng chưa quan tâm nhiều đến vai trò, tác dụng và chất lượng của bua mìn Trong khi đó, bua mìn là thông số liên quan nhiều đến hiệu quả phá vỡ đất đá cũng như việc hạn chế, phòng ngừa hoặc giải quyết các sản phẩm khí, bụi độc hại, chấn

động, đá văng khi nổ mìn Do vậy, việc nghiên cứu, tổng kết, phân loại bua, xác định các thông số của bua cũng như việc sáng chế ra vật liệu bua mới phù hợp cho từng loại đất đá, từng phương pháp nổ mìn trên mỏ lộ thiên của luận

án cũng là một việc cần thiết vì ngoài việc nâng cao hiệu quả đập vỡ đất đá, vật

liệu bua mới còn giảm thiểu được những tác động có hại đến môi trường

Tóm lại, các công trình nghiên cứu trước đây mới chỉ tập trung nghiên cứu: phương pháp nổ, các thông số nổ… mà chưa chú ý đến cấu trúc lượng thuốc cũng như xác định những thông số của nó, cấu trúc cột bua và vật liệu

làm bua tích cực trong lỗ khoan … Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá

và bảo vệ môi trường ở một số mỏ lộ thiên Việt Nam ” mang tính cấp thiết và

đáp ứng yêu cầu thực tại các mỏ lộ thiên Việt Nam

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu, tổng kết, đánh giá những phương pháp nổ mìn đã và đang ứng dụng trong trong khai thác lộ thiên

- Nghiên cứu xác định các thông số của các lượng thuốc nổ phối hợp nạp trong lỗ khoan; các thông số của lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau nạp trong lỗ khoan

- Nghiên cứu vật liệu bua mới làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan

và đá dăm nhằm nâng cao được hiệu quả phá vỡ đất đá và giảm thiểu được những tác động có hại đến môi trường, phù hợp với điều kiện thực tế ở các mỏ

lộ thiên, đặc biệt là một số mỏ lộ thiên tiêu biểu ở Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số của cấu trúc lượng

thuốc trong lỗ khoan, các thông số nổ mìn và bua mìn trên tầng mỏ lộ thiên

Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là một số mỏ lộ thiên tiêu biểu của Việt Nam như Cọc Sáu, Bàng Nâu, Apatit Lao Cai và một số mỏ khai thác đá phục vụ trong xây dựng

4 Nội dung nghiên cứu

Luận án tập trung đi sâu vào nghiên cứu 3 vấn đề chính, bao gồm: nghiên cứu các thông số của lỗ mìn được nạp bởi hai loại thuốc nổ khác nhau; nghiên cứu các thông số của lỗ mìn được nạp bởi lượng thuốc có đường kính

khác nhau; nghiên cứu xác định chiều cao cột bua theo mối quan hệ các thông

số nổ mìn và đưa ra loại bua mới, làm từ hợp chất Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm trên mặt tầng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp, thống kê các tài liệu kỹ thuật làm cơ sở cho việc nghiên cứu lý thuyết

- Lập luận, chứng minh trên lý thuyết và kết hợp với nổ mìn thực nghiệm

- Sử dụng một số dụng cụ đo để đánh giá chất lượng đập vỡ đất đá và mức độ

ảnh hưởng đến môi trường khi nổ mìn

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần phát triển phương pháp xác định các thông số nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường khai thác mỏ

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã và đang được áp dụng ở một số mỏ lộ thiên của Việt Nam một cách có hiệu quả trong những điều kiện sau:

+ Lỗ mìn đứng và khoan qua đất đá đồng nhất có độ cứng từ trung bình

7.2 Đối với lượng thuốc nổ phối hợp, chiều cao cột thuốc nổ phần trên (l1) phụ thuộc vào đường kính lỗ khoan (d), chiều cao cột bua (lb), khoảng cách giữa các lỗ khoan (a), mật độ nạp mìn (∆) và chỉ tiêu thuốc nổ (q) Khi lb, a, và

q tăng thì l1 tăng, khi d và ∆ tăng thì l1 giảm

7.3 Đối với lượng thuốc trong lỗ khoan cùng chủng loại chất nổ, đường kính của lượng thuốc phần trên (d1) có chiều cao (l1) phụ thuộc vào khoảng cách giữa các lỗ mìn (a), chiều dài bua (lb), chiều dài cột thuốc phía trên (l1), mật độ nạp mìn (∆) và chỉ tiêu thuốc nổ (q) Nếu tăng a, lb, q thì d1 tăng Nếu tăng ∆ và l1 thì d1 giảm

7.4 Vật liệu bua mìn có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả nổ mìn Vật liệu bua làm từ kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm có chất lượng tốt: sức kháng lớn, giảm tác động có hại đến môi trường khi nổ mìn Khi sử dụng loại bua này, chiều cao cột bua (lb) phụ thuộc vào khoảng cách a, đường kính lỗ

khoan d, mật độ nạp mìn (∆) và chỉ tiêu thuốc nổ (q)

8 Những đóng góp mới của luận án

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của lượng thuốc nổ phối hợp trong lỗ khoan với các thông số nổ mìn và tính chất đất đá của tầng, làm cơ sở

để thiết kế hộ chiếu nổ mìn một cách hợp lý, nâng cao được hiệu quả nổ mìn

và giảm thiểu được những tác động có hại của vụ nổ đến môi trường

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau trong lỗ khoan với các thông số nổ mìn và tính chất đất đá của tầng, làm cơ sở để thiết kế hộ chiếu nổ mìn hợp lý, nâng cao được hiệu quả nổ mìn và giảm thiểu được những tác động có hại đến môi trường

- Phân loại bua mìn trên mỏ lộ thiên một cách có hệ thống và khoa học; phân tích, đánh giá vai trò tác dụng của việc nạp bua mìn; tìm ra loại bua làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm, vừa nâng cao được hiệu quả phá

vỡ đất đá vừa bảo vệ được môi trường mỏ

Chương 1 Tổng quan về công tác nổ mìn và những tác động của

nó đến môi trường trên mỏ lộ thiên 1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển nổ mìn

Từ xưa, loài người đã khám phá ra thuốc nổ và biết sử dụng năng lượng của nó vào nhiều mục đích khác nhau Thuốc nổ đầu tiên có tên gọi là thuốc

nổ đen với thành phần: Nitratkali +Bột than + Lưu huỳnh Trong nhiều thế kỷ, thuốc đen được sử dụng trong quân sự và dân sự Nhưng từ cuối thế kỷ XVIII, thuốc đen được thay thế bằng nhiều loại thuốc nổ mạnh khác và lần lượt ra đời như sau:

Vào năm 1846, nhà hoá học người Nga, Zinhin là người đầu tiên sáng chế

ra thuốc nổ Nitrôglyxêrin Sau đó, một cộng sự của ông là đại uý Pêtrusev đã nghiên cứu ra thuốc nổ đinamit với thành phần: 75% Nitrôglyxeerin + 25% Cácbonat Magiê Trong những năm 1862-1863, kỹ sư Anphret Nôben (người Thuỵ Điển) tiếp tục hoàn thiện thuốc nổ này Năm 1867, hai nhà hoá học Thuỵ

Điển, Onxen và Nocbin phát minh ra Nitratamon, nguồn nguyên liệu chủ yếu

để chế tạo ra thuốc nổ Amônit (loại thuốc nổ có nhiều ưu việt hơn đinamit) Cũng trong khoảng thời gian kể trên, người ta đã chế tạo ra các phương tiện gây nổ như mồi lửa điện (1812) của Silinh người Nga, dây cháy chậm (1831) của Bicpha người Anh và dây nổ (1879) v.v

Từ thế kỷ XIX và thế kỷ XX cho đến nay, cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của nền công nghiệp trên thế giới, hàng loạt các loại thuốc nổ và phương tiện gây nổ tiên tiến ra đời, cụ thể như sau :

Từ năm 1884, người Pháp đã sản xuất ra thuốc nổ Amônit có thành phần 85% Nitratamôn + 12% Dinitronaphtalin + 3% Trinitronaphtalin

Người Anh cũng sản xuất thuốc nổ Amônit có thành phần 72% Nitratamôn + 4,5% Than củi + 23,5% Bột nhôm

Nhìn chung loại thuốc nổ này có nhiều ưu việt do nguyên liệu chế tạo phong phú, đơn giản, rẻ tiền, an toàn trong quá trình sản xuất, bảo quản và vận chuyển, song nó có nhược điểm là chịu nước kém, tỷ trọng thấp Cũng trong thời gian này, người Nga đã chế tạo ra loại thuốc nổ Trotin (1891), một trong những thành phần chủ yếu của thuốc nổ hiện đại ngày nay

Vào năm 1954 thuốc nổ ANFO được phát minh ở Mỹ và phát triển nhanh chóng ra toàn thế giới Loại thuốc nổ này có thành phần gồm: 94% Nitratamon hạt xốp hình cầu có đường kính từ 1ữ3 mm + 6% dầu Diezen Đây

là loại thuốc nổ có nhiều ưu điểm: nguyên liệu chế tạo phong phú, sản xuất

đơn giản, khả năng công nổ trung bình, ít gây ô nhiễm môi trường, giá thành thấp hơn các thuốc nổ khác Tuy nhiên, nó có nhược điểm: không chịu nước, không nổ được trong lỗ khoan có đường kính < 60 mm Để khắc phục nhược

điểm này, các nhà khoa học Mỹ đã nghiên cứu và cho ra đời loại thuốc nổ ANFO chịu nước bằng cách đưa thêm Gel chịu nước vào

Vào năm 1960, người Mỹ cho ra đời thuốc nổ ngậm nước Watergel, loại thuốc nổ này chứa tới 20% nước và chất tạo keo để làm đông đặc thành phần các chất ôxi hoá và các chất cháy Đây là loại thuốc nổ có tỷ trọng cao (1,25-1,26 g/cm3), khả năng công nổ lớn ( 320 ữ 330cm3) và chịu nước tốt Tuy nhiên, thuốc nổ này chỉ nổ tốt trong lỗ khoan có đường kính > 80 mm, tính ổn

định không cao, giá thành đắt

Vào năm 1978, thuốc nổ Nhũ tương lần đầu tiên được ra đời tại Mỹ Đây

là loại thuốc nổ có nhiều ưu điểm nhất do có tỷ trọng lớn (1,25 ữ 1,3 g/cm3), khả năng công nổ cao (330 ữ 340 cm3), có khả năng chịu nước tới 72 giờ, nổ thích hợp với mọi loại đất đá và nổ tốt trong các lỗ khoan có đường kính từ 32

mm trở lên.vv Nhưng dù sao, loại thuốc nổ này cũng có nhược đểm là công nghệ chế tạo phức tạp, vốn đầu tư để sản xuất rất lớn

Vào cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu và phát minh ra kíp vi sai điện tử và chất dẫn sóng kích nổ Chất dẫn sóng

kích nổ dùng để chế tạo ra dây dẫn sóng kích nổ hay còn gọi là dây dẫn tín hiệu nổ (lead line) Đây là bước đột phá và phát minh vĩ đại trong lĩnh vực nổ mìn

Ngày nay, trên thế giới đã và đang có nhiều nước sản xuất được rất nhiều chủng loại thuốc nổ và phụ kiện nổ đa dạng để phục vụ công tác nổ mìn trong các nghành công nghiệp Khai thác mỏ, Xây dựng, Giao thông và Lâm nghiệp v.v Đi đầu là các nước như Mỹ, Nga, Úc, Đức, Ba Lan, Trung Quốc, ấn Độ vv ở Việt Nam, chúng ta cũng đã sản xuất được nhiều loại thuốc nổ công nghiệp và các phụ kiện nổ mìn kể cả dây dẫn sóng kích nổ

Có thể nói, việc nghiên cứu, chế tạo và phát triển các loại thuốc nổ và phương tiện nổ đã nhanh chóng ứng dụng và tạo đà phát triển cho mọi nghành công nghiệp Đặc biệt, công tác nổ mìn được ứng dụng mạnh mẽ và là khâu quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất mỏ lộ thiên cũng như mỏ hầm lò

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nổ công nghiệp (VLNCN)

1.2.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng vật liệu nổ công nghiệp trên thế giới đến năm 2010

Theo đánh giá của các chuyên gia về thuốc nổ, hiện nay nhu cầu thuốc

nổ công nghiệp toàn thế giới đạt khoảng trên 6,5 triệu tấn/năm Nước đi đầu trong việc nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ vật liệu nổ là Mỹ Hàng năm, người

Mỹ sản xuất và sử dụng tới 2 triệu tấn thuốc nổ, Nga sản xuất khoảng 0,6 triệu tấn, Trung Quốc sản xuất khoảng 0,4 triệu tấn, các nước châu Âu sản xuất và tiêu thụ khoảng 0,4 triệu tấn Nhu cầu thuốc nổ công nghiệp các nước lân cận trong khu vực Đông Nam á ở mức độ không lớn: Thái Lan khoảng 30ữ40 ngàn tấn/năm, Inđônêxia khoảng 100 000 tấn/năm, Malaixia khoảng trên

20 000 tấn/năm, các nước Lào, Cămpuchia, Sigapo, mức độ tiêu thụ không

đáng kể

Để đáp ứng được nhu cầu VLNCN, các nước như: Mỹ, Thuỵ Điển, úc, Nga, Trung Quốc tập trung nghiên cứu và sản xuất thuốc nổ công nghiệp thế

hệ mới (thuốc nổ sạch) có thành phần cơ bản là Nitratamôn (NH4NO3) ở Mỹ hàng năm sản xuất trên 2 triệu tấn thuốc nổ công nghiệp thế hệ mới, trong đó 64,5 % là ANFO, 30,5 % là nhũ tương và 5 % là thuốc nổ có sức công phá rất mạnh

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng VLNCN ở Việt Nam đến năm 2010

Theo đánh giá của các chuyên gia về thuốc nổ của Việt Nam, nhu cầu sử dụng VLNCN theo các năm ngày càng tăng dần [14] Tuy nhiên về mặt định lượng việc dự báo nhu cầu VLNCN một cách chính xác là tương đối khó khăn,

do những thông tin ban đầu không đầy đủ và độ tin cậy thấp Hầu hết các đề

án quy hoạch phát triển ngành chưa được chính phủ phê duyệt Vì vậy việc dự báo nhu cầu VLNCN phải dựa trên các phương pháp khác nhau Có thể đưa ra tóm tắt dự báo nhu cầu VLNCN của các ngành có sử dụng VLNCN đến năm

2010 theo 2 kịch bản để so sánh nhằm đưa ra kết quả có độ tin cậy cao (bảng

1.1)

Cho đến nay, ở Việt Nam chưa có tài liệu nào thống kê một cách đầy đủ

về các loại chất nổ sử dụng cho khai thác lộ thiên Vì vậy, trong nội dung này, tác giả đã thống kê và giới thiệu tương đối đầy đủ các loại chất nổ đang sản

xuất tại Việt Nam (bảng 1.2)

Cùng với sự phát triển không ngừng về chế tạo chất nổ, hàng loạt các phương tiện nổ mìn tiên tiến ra đời Phương tiện nổ mìn là tổ hợp tất cả các vật dụng để làm nổ được lượng thuốc nổ công nghiệp theo yêu cầu Một trong những phương tiện quan trọng của tổ hợp vật dụng đó là chiếc kíp nổ Kíp nổ

có nhiều loại khác nhau tuỳ thuộc vào ý muốn để làm nổ chiếc kíp đó Dựa vào

tổ hợp các vật dụng để làm nổ được lượng thuốc mà người ta phân ra thành các phương pháp nổ mìn: bằng cách đốt, bằng điện, bằng dây nổ, bằng ngòi nổ phi

điện, bằng kíp điện tử… Trên các bảng 1.3, bảng 1.4, bảng 1.5 và 1.6 giới thiệu các loại phương tiện nổ đang sử dụng tại Việt Nam

Bảng 1.1 Tổng hợp dự báo nhu cầu VLN CN đến năm 2010 theo 2 kịch bản

Kịch bản I- Theo khả năng phát triển thực tế của các ngành có sử dụng VLNCN

B¶ng 1.2 ChÊt næ sö dông trong khai th¸c lé thiªn (xÕp theo vÇn A, B, C)

3,6

÷ 3,9 kÐm 32 6 Kh«

2 ANFO

(VN)

0,8

÷ 1,2

AN-NT(TQ)

0,95

÷ 1,0

N 0 6JV(Ng

a)

0,95

÷ 1,1

3,6

÷ 4,2

Nhò T−¬ng

lo¹i 1(TQ)

1,0

÷ 1,3

>16 320 1,35 KÝp

hay D©y næ

> 4,5 tèt 32 4÷

6

N−íc ch¶y

3,8

÷ 4,5

tèt 32 4÷

6

N−íc ch¶y

3,0

÷ 3,8

3,0

÷ 3,8

4,2

÷ 4,5

hay D©y næ

tÜnh

2 TNT-AD

(VN)

1,0

ữ 1,1

22 300 1,2 Kíp

hay Mồi nổ

4,0

ữ 4,4

4,0

ữ 4,4

kém 50 6 Nước

tĩnh

Bảng 1.3 Các loại kíp nổ thường sử dụng tại Việt Nam

Những thông số kỹ thuật cơ bản của kíp nổ thường (kíp đốt)

trong, mm Chiều dài kíp, mm

Chều dài phần tra dây cháy,

Bảng 1.4 Các loại kíp nổ điện vi sai sử dụng tại Việt Nam

Những thông số kỹ thuật cơ bản của kíp nổ điện vi sai

đồng

ữ

3 2,0 25, 50, 100, 125

Bảng 1.5 Các loại dây nổ sử dụng tại Việt Nam

Những thông số kỹ thuật cơ bản của dây nổ

mm

Trọng lượng lõi thuốc PENT, g/m

Tốc độ kích nổ nhỏ nhất, km/s

Khả năng chịu nước

Khả năng chị nhiệt

6 hoặc 10 6,8

hoặc7,0

Tốt -

Bảng 1.6 Các loại kíp nổ vi sai phi điện sử dụng tại Việt Nam

Những thông số kỹ thuật cơ bản của kíp nổ vi sai phi điện

Tuỳ thuộc

50, 75,

100, 125

……… 425…

1.2.3 Hiện trạng công tác sản xuất vật liệu nổ công nghiệp ở Việt Nam

Theo dữ liệu thống kê, hiện nay ở Việt Nam có 6 doanh nghiệp được

nhà nước cho phép sản xuất vật liệu nổ công nghiệp (VLNCN) là Công ty Hoá

chất mỏ thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam và 5 nhà

máy Z thuộc Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng Sản phẩm

được sản xuất theo danh mục của Bộ Công Thương công bố để đáp ứng nhu

cầu tiêu thụ trong nước Việc sản xuất vật liệu nổ công nghiệp có thể tóm tắt

sơ bộ như sau:

- Tại Công ty Công nghiệp Hoá chất mỏ có 4 dây chuyền sản xuất thuốc nổ với tổng công suất đạt khoảng 15 400 tấn/năm bao gồm: dây chuyền sản xuất thuốc nổ ANFO và ANFO chịu nước tại Quảng Ninh, với công suất thiết kế giai đoạn 1 là 6000 tấn/năm và giai đoạn 2 từ 8000 ữ 10 000 tấn/năm; dây chuyền sản xuất thuốc nổ AH-1 tại Quảng Ninh, với công suất thiết kế 300 tấn/năm; dây chuyền sản xuất thuốc nổ Zéc nô 79/21 tại Quảng Ninh, với công suất thiết kế 2 100 tấn/năm; dây chuyền sản xuất thuốc nổ ANFO và ANFO chịu nước tại Bà Rịa – Vũng Tàu với công suất thiết kế 3 000 tấn/năm Hiện tại, công ty Công nghiệp Hoá chất mỏ không sản xuất phụ kiện nổ mà chỉ sản xuất dây mìn điện với công suất 6 ữ 7 triệu m/năm

- Tại các nhà máy Z thuộc Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng hiện có 5 nhà máy sản xuất thuốc nổ và các phụ kiện nổ Các nhà máy này chủ yếu sản xuất thuốc nổ AĐ- 1; TNT tái chế; Watergel TFD- 15 và TNP-1; nhũ tương NT-13, EE-31, P 113 và P113L; Sofanit và ANFO chịu nước, cụ thể như sau:

+ Thuốc nổ AĐ-1: có 5 dây chuyền sản xuất tại các nhà máy: Z113 công suất

3000 tấn/năm, Z115 công suất 1500 tấn/năm, Z131 công suất 1000 tấn/năm, Z121 công suất 3000 tấn/năm, Z114 công suất 500 tấn/năm

+ Thuốc nổ TNT tái chế: có 3 dây chuyền sản xuất tại các nhà máy: Z113 công suất 2000 tấn/năm, Z115 công suất 1500 tấn/năm và Z131 công suất 1500 tấn/năm

+ Thuốc nổ Watergel TFD- 5 và TNP-1: có 2 dây chuyền sản xuất tại các nhà máy: Z115 công suất 3000 tấn/năm (sản xuất TFD-15), phân viện VLN- Viện

Vũ khí thuộc Trung tâm Khoa học kỹ thuật Công nghệ Quân sự – Bộ Quốc phòng công suất 200 ữ 600 tấn/năm

+ Thuốc nổ Nhũ tương: có 2 dây chuyền sản xuất tại các nhà máy: Z113 công suất 3000 tấn/năm (nhũ tương NT-13, P113 và P113 L), Z131 công suất 3000 tấn/năm (nhũ tương EE-31)

+ Thuốc nổ Sofanit (AFST-15) và ANFO chịu nước (ANFO- 15 WR) được sản xuất tại các nhà máy Z115, với công suất 4000 tấn/năm

Ngoài việc sản xuất thuốc nổ, các nhà máy Z còn sản xuất mồi nổ, với công suất 1600 tấn/ năm và các phụ kiện nổ như: kíp số 8 đạt 25 ữ 30 triệu cái/năm, kíp vi sai các loại đạt 2 ữ 3 triệu cái/năm, dây cháy chậm 10 triệu m/năm, dây nổ các loại 20 triệu m/năm

Nhìn chung, từ năm 1991 trở đi ngành sản xuất VLNCN ở Việt Nam ngày càng phát triển, từ chỗ VLNCN phải nhập khẩu hoàn toàn, đến nay đã tự sản xuất và cung cấp được 2/3 nhu cầu sử dụng của các ngành và bước đầu đã

đáp ứng được một số loại VLNCN trong đó có cả các loại VLN tiên tiến Đây

là tiến bộ bước đầu tạo thế chủ động để phát triển Ngành VLNCN ở nước ta

1.3 Các phương pháp nổ mìn với những cấu trúc lượng thuốc khác nhau trên mỏ lộ thiên

Khi nổ mìn ở mặt đất, có nhiều phương pháp để điều chỉnh mức độ đập

vỡ đất đá bằng mìn và giảm tác dụng có hại đến môi trường xung quanh, một trong những phương pháp đó là phương pháp thay đổi cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan Có thể thống kê được một số công trình nghiên cứu về cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan, được ứng dụng trong thực tiễn sản xuất như: lỗ khoan với lượng thuốc nổ dài liên tục; lỗ khoan với lượng thuốc nổ được phân thành nhiều đoạn (phân đoạn bằng cột không khí và bua), lỗ khoan mở rộng thành dạng túi ở phía đáy, nổ với lượng thuốc tập trung (mìn buồng, nổ ốp); lượng thuốc của lỗ khoan biên; lượng thuốc có lõi bằng cột không khí hình trụ

ở giữa hoặc bên hông; lỗ khoan được nạp bởi hai loại thuốc nổ nạp xen kẽ nhau, lỗ khoan được nạp bởi 2 loại thuốc nổ trên và dưới… Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc xác định các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan còn nhiều hạn chế Hơn nữa, có một số phương pháp hầu như chưa được áp dụng, vì phức tạp trong tính toán và thi công khi nạp nổ Trong chương 1 của luận án trình bày cụ thể nội dung từng phương pháp đưa ra

1.3.1 Phương pháp nổ mìn với lỗ khoan được nạp bởi lượng thuốc nổ dài

liên tục

Đây là phương pháp nổ mìn chủ yếu và mang tính truyền thống trên mỏ

lộ thiên Theo phương pháp này, có thể chia thành hai loại: nổ với lỗ khoan lớn

và nổ với lỗ khoan con

1.3.1.1 Nổ với lỗ khoan lớn

Theo phương pháp này, các lỗ khoan được phân bố từ một đến nhiều

hàng với mạng ô vuông hay tam giác đều Lỗ khoan thường có đường kính từ

80 ữ 320 mm, tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá và các thông số của tầng

mỏ (hình 1.1) Việc xác định các thông số nổ mìn dựa vào tính chất cơ lý của

đất đá, phương pháp nổ mìn và kích thước cục đá nổ ra theo yêu cầu Có thể

đưa ra cách xác định chiều cao và lượng thuốc nổ trong lỗ mìn như sau:

H - chiều cao tầng, m; Lk - chiều sâu lỗ khoan, m; lb - chiều dài bua, m; lt- chiều dài lượng

thuốc nổ, m; lkt - chiều sâu khoan thêm, m; W - đường kháng chân tầng, m; α - góc nghiêng

sườn tầng, độ; C- khoảng cách an toàn từ trục lỗ khoan đến mép trên sườn tầng, m; d- đường kính lỗ khoan, m

Nếu gọi Q1 là lượng thuốc nạp trong lỗ khoan hàng ngoài thì:

Q1= qt mW2H, kg (1.1) Với: m- là hệ số làm gần các lỗ khoan, qt- là chỉ tiêu thuốc nổ tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất cơ lý của đất đá, loại chất nổ, điều kiện

nổ, phương pháp khởi nổ Lượng thuốc nổ Q1 tính theo cách trên phải được tính toán sao cho phù hợp với cách xác định dựa theo đường kính lỗ mìn và mật độ thuốc nổ như sau:

(1.2)

kg

4

2 1

Với ∆- là mật độ của thuốc nổ nạp trong lỗ khoan, kg/m3

Khi nổ mìn lỗ khoan lớn có ưu điểm: hiệu quả phá nổ tương đối cao, chi phí nhân công ít, cho phép cơ giới hoá cao các khâu xúc bốc, vận tải nên đẩy nhanh được tốc độ thi công Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhiều nhược

điểm là: thiết bị khoan sử dụng lớn, vốn đầu tư cao, khi nổ gây chấn động và sóng va đập không khí mạnh, độ an toàn thấp và gây ô nhiễm môi trường

1.3.1.2 - Phương pháp nổ mìn lỗ khoan nhỏ

Phương pháp nổ mìn lỗ khoan nhỏ được sử dụng khi khối lượng công tác không lớn, khi khai thác chọn lọc, bề dày của của khoáng sản hữu ích nhỏ, khai thác đá thỏi hay đá xây dựng, khai thác đá quý và khi phá đá quá cỡ v.v Những lỗ khoan con thường khoan thẳng đứng, xiên hay nằm ngang với đường kính 32 ữ 70 cm và chiều sâu đến 5 m (hình 1.2 a, b, c)

Hình 1.2 Sơ đồ và các thông số phân bố lỗ khoan con trên tầng mỏ lộ thiên

a - khoan đứng b - khoan nghiêng c - khoan ngang

Có thể đưa ra cách xác định chiều cao cột thuốc và lượng thuốc nổ trong lỗ mìn con như sau:

lt = Lk - lb, m (lb được xác định theo kinh nghiệm và lấy bằng (1/3) Lk) Nếu gọi Q1 là lượng thuốc nạp trong lỗ khoan hàng ngoài thì trị số lượng thuốc

được xác định như đối với các lượng thuốc dài nạp liên tục:

Q1= qt aHW, kg (1.3) Với qt - chỉ tiêu thuốc nổ tính toán; H - chiều cao tầng hay chiều dày của lớp cần nổ, m; W - đường kháng theo chân tầng; a - khoảng cách giữa các

lỗ, được xác đinh theo phương pháp khởi nổ như sau:

+ Khi nổ bằng dây nổ và nổ điện: a = (1,2 ữ 1,5)W

+ Khi nổ mìn bằng cách đốt: a = (0,8 ữ 1,3)W

Cũng như đối với lỗ khoan lớn, lượng thuốc Q1 tính theo cách trên phải

được tính toán sao cho phù hợp với cách xác định lượng thuốc dựa theo đường kính lỗ khoan và mật độ thuốc nổ:

Khi nổ với lỗ khoan nhỏ, đất đá phá vỡ nhỏ và đều đặn, có khả năng áp dụng trong mọi điều kiện địa hình và địa chất phức tạp, đơn giản, tính cơ động cao và chấn động nhỏ Song có nhược điểm: khối lượng công khoan lớn khi cần thiết nạp nổ số lượng lớn lỗ khoan, giá thành cao, thi công phức tạp v.v

kg l

của viện sĩ N.V Mennhicôv và tiến sĩ L.N Martrencô thì nổ mìn phân đoạn

không khí có khả năng cải thiện chất lượng đâp vỡ đất đá tốt hơn

Hình 1.3 Vùng đập vỡ điều chỉnh khi nổ phân đoạn lượng thuốc

a/ - lượng thuốc liên tục b/ - phân đoạn bua c/ - phân đoạn không khí

Hình 1.4 Những lượng thuốc trong lỗ khoan được phân đoạn

bằng cột không khí a/ - cột không khí ở giữa b/ - cột không khí kết hợp với bua rắn c/ - hai cột không khí

Trong thực tế, người ta thường đặt cột không khí giữa hai lượng thuốc trên và dưới Khi tính toán, người ta quan tâm nhiều đến chiều dài cột không khí lkk, chiều dài(l1), (l2) của lượng thuốc phía trên Q1, phía dưới Q2 , tỷ số

η = Q1/ (Q1+ Q2) và chiều dài của đoạn bua trên cùng lb (hình 1.4)

1.3.2.1- Xác định chiều cao cột không khí

Theo kinh nghiệm, nhiều tác giả đã đưa ra các công thức viết dưới dạng

đơn giản hoặc phức tạp (hình 1.5) Theo công thức của N.V Menhicôv (1963):

lkk = kβ.(0,15 ữ 0,35) lt ,m (1.4)

Trong đó: kβ = 1,0 ữ1,5 là hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng lỗ khoan β

và hệ số kiên cố đất đá f; lt - chiều dài lượng thuốc phía dưới

Q 1

4

b/

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc và xác định thông số của lỗ mìn khi nổ với lượng

thuốc được phân đoạn bằng một khoảng không khí a/ nổ đồng thời b/ nổ vi sai từ trên xuống c/ nổ vi sai từ dưới lên

1- hướng khởi nổ; 2- bua vật liệu rắn hay lỏng; 3- lượng thuốc nổ trên và dưới; 4- cột không khí; 5- dây nổ; 6- rơ le vi sai; 7- mồi nổ ; 8- ống cách ly dây nổ

Một số tác giả khác đã đưa ra công thức tính đơn giản khác như sau:

- Khi đất đá mềm yếu thì: lkk = (0,3 ữ 0,4).lt, m (1.5)

1.3.2.2 Xác định độ lớn của các phần lượng thuốc

Để tính toán tỷ số η = Q2/ (Q1 +Q2) như trên hình 1.5a, có khoảng trên

10 công thức tính, điển hình là công thức của N.V Menhicôv và L.N Marchencô (1963): η = Q2 / (Q1+ Q2) = 0,6 ữ 0,7 (1.8)

Một số tác giả đề nghị tính tỷ số: Q1/(Q1+ Q2) = 0,25 ữ 0,35 (1.9)

- Theo M.X Acaev và B.G Tregubôv (1974), đề nghị tính:

l1 = 0,4D(2W.Vtb- C2.d)(C2 .Vtb)-1 (1.10)

l2 = 1,2W.D.C2-1 (1.11) Trong đó: D- tốc độ kích nổ của chát nổ; Vtb- tốc độ dịch chuyển trung bình của biên giới buồng nổ; C2- tốc độ âm thanh trong đá; d- đường kính lỗ mìn

1.3.2.3 Xác định chiều dài cột bua phía trên cùng

Chiều dài cột bua phía trên cùng khi nổ mìn phân đoạn không khí được xác định theo công thức của M X Acaev và B.G Tregubôv (1974) như sau:

lb = Lk-(lt- lk)=Lk- 0,4.D[d-Vtb-1+(2W.Vtb -C2.d).(C2.Vtb)-1+3W.C2-1 ] (1.12) Trong đó: Lk - chiều sâu lỗ khoan; D - tốc độ kích của lượng thuốc trong lỗ

Vtb- tốc độ của buồng nổ; C2 - tốc độ của sóng âm thanh trong đá;

kβ = 1,0 ữ1,5 là hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của lỗ khoan (β) và hệ

số kiên cố của đất đá (f)

Khi nổ phân đoạn không khí, khoảng trống không khí làm thay đổi đặc

tính tác dụng nổ cụ thể là:

+ Giảm được mật độ nạp trong lỗ khoan và áp lực ban đầu của sản phẩm khí

nổ ở mặt tiếp xúc giữa đất đấ với lượng thuốc, do đó giảm được sự nghiền nát

đất đá ở vùng gần lượng thuốc Khi nổ lượng thuốc phía trên hãm sản phẩm nổ

của lượng thuốc phía dưới nên làm tăng thời gian tác dụng nổ trong đá

+ Xung lượng nổ của phần năng lượng để nghiền nát đất đá giảm đi, hệ số sử

dụng năng lượng để đập vỡ đất ở vùng xa lượng thuốc tăng lên, do vậy đất đá

được đập vỡ đều đặn hơn

+ Trong khoảng không khí ở lỗ khoan xảy ra sự va chạm nhau của 2 dòng khí

nổ, dẫn đến tăng áp lực và đập vỡ đất đá đều đặn hơn tại vị trí lỗ khoan không

nạp thuốc

Nhìn chung, khi nổ mìn phân đoạn đều có nhiều ưu điểm về hiệu quả

đập vỡ sau khi nổ nhưng có nhược điểm là thi công rất phức tạp, khó cơ giới

hoá phần nạp và giảm năng suất lao động của thợ mìn

1.3.3 Phương pháp nổ mìn túi (hốc)

Bản chất của phương pháp nổ này là: phía đáy lỗ khoan dùng một lượng

thuốc nhỏ và cho nổ trước để mở rộng đáy lỗ thành hình dạng một cái túi (hình

1.6), nhằm chứa hết lượng thuốc yêu cầu hoặc tăng lượng thuốc nổ trong

lỗ khoan

Hình 1.6 Sơ đồ trình tự tạo túi khi nổ mìn túi

Thể tích của túi cần phù hợp với khối lượng thuốc nổ theo tính toán

Phương pháp nổ này được sử dụng khi đường kháng chân tầng quá lớn, để nổ

một lượng thuốc đơn độc hoặc nổ hàng loạt Khi áp dụng phương pháp nổ túi

có có ưu điểm: giảm được công tác khoan, tăng được quy mô nổ phá, song có nhược điểm: kết quả và độ tin cậy kém, khó tạo ra thể tích và vị trí của túi chính xác, khi nổ sinh ra nhiều đá quá cỡ, đất đá bị nghiền nát mạnh ở vùng gần lượng thuốc, vùng xa lượng thuốc đất đá bị phá vỡ thành những khối quá lớn, năng suất xúc bốc thấp, chi phí nổ lần hai lớn Vì vậy phương pháp nổ này ngày nay ít được sử dụng trên mỏ lộ thiên

1.3.4 Phương pháp nổ mìn buồng

Khi điều kiện địa hình của mỏ phức tạp hoặc cần phá một khối lượng

đất đá lớn văng theo một cự ly nào đó, ta tiến hành nổ mìn buồng Theo phương pháp này thì để nổ phá tầng, ta tiến hành đào giếng đứng hay lò bằng

đến vị trí cần đặt thuốc sẽ đào hầm để chứa một lượng thuốc nổ lớn theo tính toán Bình đồ các đường lò đào thường có dạng chữ T hoặc chữ L Tiết diện lò lấy với giá trị nhỏ nhất nhưng không nhỏ hơn 1,2 m2 đối với lò bằng và 1,0 m2

đối với giếng đứng Ngoài ra khi tiến hành đào hào, mở vỉa lớp quặng hay tạo kênh thoát nước, người ta tiến hành nổ mìn buồng văng đất đá từ trên xuống hay từ dưới lên Phương pháp nổ mìn buồng được ứng dụng rộng rãi trong ngành thuỷ lợi, giao thông, lâm nghiệp Ngày nay trên mỏ lộ thiên ít sử dụng phương pháp nổ này

1.3.5 Phương pháp nổ mìn tạo biên

Trên mỏ lộ thiên, khi nổ theo phương pháp biên làm giảm tác động phá huỷ theo hướng mong muốn, nó được sử dụng để tăng độ ổn định của bờ mỏ

và sử dụng rộng rãi trong thuỷ lợi nhằm giữ ổn định của bờ kênh, bờ đập v.v

Có hai phương pháp nổ tạo biên:

- Phương pháp nổ tạo khe ban đầu: Theo phương pháp này, những lỗ khoan nghiêng được khoan gần nhau, có đường kính trung bình (60 ữ 100 mm) theo biên thiết kế của bờ mỏ và tiến hành cho nổ các lỗ mìn biên trước (hình 1.7a) - Phương pháp nổ tạo biên sau cùng: Theo phương pháp này, đất đá được phá vỡ

từ ngoài vào đến biên thiết kế, các lỗ mìn biên được nổ sau các lỗ mìn phá (hình 1.7b) Các lỗ mìn biên được nạp bởi những dây thuốc phân đoạn có cấu trúc đặc biệt Các thông số khi nổ mìn tạo biên được đưa ra như sau:

+ Khoảng cách giữa các lỗ biên (a) có thể lấy (4,5ữ 9) lần đường kính lỗ Trên thực tế, khi đường kính lỗ khoan 100mm và đường kính lượng thuốc 32 mm thì khoảng cách giữa các lỗ khoan biên lấy(50 ữ 90) cm hoặc (4,5 ữ 9)d

+ Lượng thuốc trong lỗ khoan biên lấy bằng 0,4 ữ 0,6 kg đối với đất đá cứng, 0,2 ữ 0,3 kg đối với đất đá cứng trung bình, chiều dài bua lấy 2 ữ 4 m

+ Chiều sâu của lỗ khoan biên thường lấy bằng hoặc sâu hơn những lỗ khoan phá vỡ Khoảng cách giữa lỗ khoan biên và lỗ khoan phá từ (10 ữ 20)d

+ Các lỗ mìn biên được nạp bởi những dây thuốc phân đoạn Nếu góc nghiêng của lỗ khoan biên lớn hơn hay nhỏ hơn 55o thì dây thuốc được buộc vào thành

gỗ rồi thả xuống lỗ khoan Khi đó, cần để thanh gỗ giữa lượng thuốc và bề mặt biên Khi nổ tạo khe ban đầu, tốt nhất là nổ hàng lỗ tạo khe trước khi khoan hàng lỗ khoan phá vỡ trong khối Nếu việc này khó khăn thì nổ các lỗ khoan biên trước Thời gian vi sai là: 100 ms trong đất đá cứng trung bình và 75 ms trong đất đá cứng

1.3.6 Phương pháp nổ với lượng thuốc có lõi bằng cột không khí hình trụ ở giữa hoặc bên hông

Phương pháp nổ này được nghiên cứu và áp dụng ở Nga [11] (hình 1.8), hiện tại ở Việt Nam chưa được áp dụng Thông số của lượng thuốc lõi bằng cột không khí hình trụ ở giữa lỗ khoan được trình bày tóm tắt như sau :

+ Cách 1: Sử dụng các ống làm từ cát tông ép chặt có chiều dày 1 ữ 2 mm, với

đường kính khác nhau đặt trong lỗ khoan

+ Cách 2: Sử dụng dây nổ có lõi thuốc nhỏ đặt dọc trục lỗ mìn nhưng không gây kích nổ lượng thuốc Đồng thời, dọc theo thành lỗ khoan, bố trí sợi dây nổ chính khác có lõi thuốc bình thường và mồi nổ Sợi dây nổ có lõi thuốc nổ nhỏ

sẽ khởi nổ trước và tạo ra một lõi không khí dọc trục Sau một thời gian xác

1.3.7 Phương pháp nổ với lỗ khoan được nạp bởi hai loại thuốc xen kẽ nhau

Phương pháp nổ này được nghiên cứu và áp dụng ở một số nước trên thế giới (hình 1.9)

Lượng thuốc nổ bột đóng bao

Lượng thuốc nổ hạt rời nạp xen kẽ Bua

Hình 1.9 Sơ đồ lỗ khoan được nạp bởi hai loại thuốc nổ xen kẽ nhau Hiện tại ở Việt Nam, phương pháp nổ này ít được áp dụng, do tính phức tạp của nó khi tính toán và thi công Các thông số nổ mìn với cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan nêu trên được xác định như sau:

- Khối lượng thuốc nổ chung nạp trên 1m dài lỗ khoan là:

P d2 100 2 , kg / m (1.13)

n n)

100 (

1ρ

ρ ρ