Luận văn nghiên cứu tác động của sóng nổ mìn khi đào hố móng nhà máy thủy điện nậm giê lai châu đến sự ổn định của các công trình xung quanh

Vì vậy, đối với từng công trình cụ thể và điều kiện địa chất địa hình khu vực, khi ứng dụng công nghệ nổ mìn phải tính toán xác định được tác động của sóng nổ, ứng với từng phương án nổ

Trang 1

THÁI MINH HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG NỔ MÌN KHI ĐÀO

HỐ MÓNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM GIÊ (LAI CHÂU)

ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH XUNG QUANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà N ội, 2010

Mang l■i tr■ nghi■m m■i m■ cho ng■■i dùng, công ngh■ hi■n th■ hi■ ■■ ■n online không khác gì so v■i b■n g■c B■n có th■ phóng to, thu nh■ tùy ý.

dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 2

THÁI MINH HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG NỔ MÌN KHI ĐÀO

HỐ MÓNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM GIÊ (LAI CHÂU)

ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH XUNG QUANH

Chuyên ngành: Công trình thủy

Trang 3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ……… ….

1 - Tính cấp thiết của Đề tài ……… …………

2 - Mục đích và phạm vi nghiên cứu ……….

2.1 - Mục đích ………

2.2 - Phạm vi nghiên cứu ………

3 - Phương pháp nghiên cứu ……….…………

4 - Những vấn đề cần giải quyết của luận văn ……….……….………

5 - Nội dung chính của Luận văn ………

CH ƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NỔ MÌN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ……….

1.1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỔ MÌN ……….……

1.1.1 - Khái quát về công nghệ nổ mìn ……….

1.1.2 - Các phương pháp nổ mìn ……….………

1.1.2.1 - Theo đường kính lỗ khoan ………

1.1.2.2 - Theo phương pháp điều chỉnh mức độ đập vỡ đất đá …. 1.1.2.3 - Theo đối tượng cần phá vỡ ……… …

1.2 - TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ………

1.2.1 - Nổ mìn khai thác đá ………

1.2.2 - Nổ mìn đào móng công trình thủy lợi ……….….………

1.2.3 - Nổ mìn định hướng đắp đập ………

1.2.4 - Một số ứng dụng khác ……… ……….

1.2.5 - Những vấn đề tồn tại ……… ……… ……

5

6

7

8

9

10

13

22

21

22

23

Trang 4

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÓNG NỔ KHI NỔ

MÌN PHÁ ĐÁ ……… ………

2.1 – MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ LÝ THUYẾT NỔ ………

2.1.1 - Sóng nổ ……… ………

2.1.2 - Sóng nổ xung kích ….……….…………

2.1.3 - Sự hình thành sóng nổ địa chấn ……….…………

2.1.4 - Phân loại sóng ……….

2.1.5 - Vận tốc lan truyền sóng ……… ……

2.1.6 - Chu kỳ và tần số ………

2.2 - ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT THOÁNG TỚI SÓNG NỔ ĐỊA CHẤN ………

2.3 - TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG NỔ KHI NỔ MÌN PHÁ ĐÁ ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH TRONG KHU VỰC VÀ VÙNG LÂN CẬN ……… ……

2.3.1 - Quy luật tác dụng của vụ nổ trong môi trường đất đá ……

2.3.1.1 - Áp lực của sản phẩm kích nổ ………

2.3.1.2 - Tiêu chuẩn đánh giá tác động của trường sóng nổ ……

2.3.2 - Tính toán xác định tác động của sóng nổ đến độ bền công trình ………

2.3.2.1 - Áp lực sóng xung kích tại một điểm trong không gian … 2.3.2.2 - Áp lực và vận tốc hạt môi trường khi nổ trong đất đá …. 2.3.3 – Thiết kế nổ mìn đào móng công trình

2.3.3 - Các chỉ tiêu ổn định của công trình ………

2.3.3.1 - Vận tốc giới hạn ………

2.3.3.2 - Áp lực của sóng nổ cho phép………

2.3.3.3 - Khoảng cách an toàn về sóng nổ địa chấn ……….

2.3.3.4 - Khoảng cách an toàn về sóng xung kích ………

25

28

29

31

37

39

40

42

45

48

52

57

58

60

Trang 5

Các ví dụ tính toán ……….

2.4 - CÁC BIỆN PHÁP NGĂN NGỪA ẢNH HƯỞNG CỦA

SÓNG NỔ ………

2.4.1 - Phương pháp nổ mìn vi sai ………

2.4.2 - Phương pháp tạo màng ngăn sóng địa chấn ……… ……

2.4.3 - Phương pháp nổ mìn tạo viền ……….

CH ƯƠNG 3 - NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỔ MÌN ĐÀO HỐ MÓNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM GIÊ NHẰM ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH CỦA TOÀ NHÀ 5 TẦNG -

KHU QUẢN LÝ DI TÍCH SƠN ĐỘNG TỈNH LAI CHÂU ………

3.1 - GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH ……….……

3.1.1 - Vị trí công trình ………

3.1.2 - Quy mô công trình ……… ………

3.1.3 - Mô tả sơ đồ công trình và sơ đồ bài toán ……….……

3.2 - NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỔ MÌN ĐÀO HỐ MÓNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM GIÊ NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO TOÀ NHÀ 5 TẦNG ………

3.2.1 - Bài toán đặt ra ……… ………

3.2.1.1 - Các sơ đồ nổ mìn dự kiến ……….

3.2.1.2 - Biện pháp ngăn ngừa tác động của sóng nổ ….………

3.2.2 - Chọn giải pháp nổ mìn ……… ………….

3.3 - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ……… ………

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ………

Kết luận ………

Kiến nghị ………

62

65

66

73

80

82

84

87

88

96

98

100

101

102

Trang 6

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong công tác thi công các công trình thủy lợi - thủy điện, việc ứng

dụng công nghệ nổ mìn đào phá đá hố móng công trình đang được ứng dụng

ngày càng rộng rãi Thực tế cho thấy phương pháp nổ mìn 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

Tuy nhiên trong quá trình ứng dụng công nghệ này tại một số công

trình đã để xảy ra không ít vấn đề bất cập Điển hình có thể nêu lên một số

công trình đã và đang ứng dụng công nghệ nổ mìn thi công làm ảnh hưởng

đến các công trình trong khu vực và vùng lân cận, ví dụ:

- Dự án thủy điện Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng (cuối năm 2006), đơn vị thi

công đã cho nổ mìn đào phá đá làm nứt tường và trần nhà 2, 3 tầng kiên cố

Vết nứt dài từ hàng chục cm đến hàng mét;

- Công trình nhà máy nhiệt điện Nông Sơn – Quảng Nam (năm 2007),

khi nổ mìn thi công đã làm ảnh hưởng đến nhà cửa của dân và làm vỡ bể chứa

nước công cộng của khu vực dân cư;

- Tháng 4/2009, UBND tỉnh Nghệ An cho phép Công ty TNHH Hiệp

Hòa nổ mìn phá đá hạ độ cao tại rú Mượu lấy mặt bằng xây dựng đã làm nứt

tường, trần và dầm khối nhà lớp học 3 tầng của Trường tiểu học xã Hưng

Đạo, hụyện Hưng Nguyên v.v…

Ứng dụng công nghệ nổ mìn có thể gây ra những tác động đến sự ổn

định của công trình trong khu vực và vùng lân cận Vì vậy, đối với từng công

trình cụ thể và điều kiện địa chất địa hình khu vực, khi ứng dụng công nghệ nổ

mìn phải tính toán xác định được tác động của sóng nổ, ứng với từng phương

án nổ phá nhằm tránh gây mất ổn định công trình khác, hạn chế thiệt hại về tài

Trang 7

sản của nhân dân và công cộng là một yêu cầu vừa có tính khoa học, vừa có

tính thực tiễn ở nước ta hiện nay

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về sóng nổ khi nổ mìn đào hố móng nhà

máy thủy điện Nậm Giê, đánh giá xác định tác động của nó đến sự ổn định

của tòa nhà 5 tầng - Khu quản lý di tích Sơn Động tỉnh Lai Châu là rất cần

thiết Trên cơ sở đó cần đưa ra được phương án thiết kế nổ mìn nhằm đảm

bảo được sự ổn định của tòa nhà và đảm bảo được tiến độ thi công nhà máy

thủy điện

2 - Mục đích và phạm vi nghiên cứu:

Từ việc sưu tầm, tổng hợp từ các công trình nghiên cứu, các báo cáo

khoa học, tài liệu về công tác nổ mìn và cơ sở lý luận về những tác động của

sóng nổ mìn phá đá đến độ bền của kết cấu công trình Trên cơ sở tổng hợp

các kết quả nghiên cứư đề xuất được giải pháp nổ mìn, tính toán xác định

được tác động của sóng nổ khi nổ mìn phá đá nhằm đảm bảo sự ổn định của

các công trình trong khu vực và vùng lân cận Từ đó ứng dụng kết quả nghiên

cứu cho từng công trình cụ thể

2.2 - Phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu xác định ảnh hưởng của sóng nổ khi nổ

mìn đào hố móng nhà máy thủy điện Nậm Giê đến sự ổn định của tòa nhà 5

tầng - Khu quản lý di tích Sơn Động tỉnh Lai Châu

3 - Phương pháp nghiên cứu

Sưu tầm, tổng hợp từ các công trình nghiên cứu, các báo cáo khoa học

kết hợp với tổng kết kinh nghiệm thực tế và một số kết quả ứng dụng nổ mìn

ở nước ta

Nghiên cứu cơ sở lý luận về ảnh hưởng của sóng nổ khi nổ mìn phá đá

thuộc phạm vi đề tài

Trang 8

Phân tích, đánh giá và kiến nghị các phương pháp tính toán các thông

số tác động của sóng nổ khi nổ mìn đến độ bền kết cấu nhằm bảo vệ các công

trình xung quanh

4 - Những vấn đề cần giải quyết của Luận văn

Nghiên cứu cơ sở lý luận về những tác động của sóng nổ khi nổ mìn

phá đá đến độ bền của kết cấu công trình lân cận

Đề xuất được giải pháp nổ mìn, tính toán xác định được tác động của

sóng nổ khi nổ mìn phá đá nhằm đảm bảo sự ổn định của các công trình trong

khu vực và vùng lân cận

Xác định ảnh hưởng của sóng nổ khi nổ mìn đào hố móng nhà máy

thủy điện Nậm Giê đến sự ổn định của tòa nhà 5 tầng Từ đó chọn giải pháp

nổ mìn và tính toán được các thông số nổ mìn phù hợp ứng với các biện pháp

ngăn ngừa tác động của sóng nổ

Luận văn gồm 102 trang (phần mở đầu, 3 chương, kết luận và phụ lục)

Chương 1 - Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

nổ mìn trong và ngoài nước

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết về sóng nổ khi nổ mìn phá đá

Chương 3 - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nổ mìn đào hố móng nhà

máy thủy điện Nậm Giê nhằm đảm bảo ổn định của toà nhà 5 tầng - Khu quản

lý di tích Sơn Động tỉnh Lai Châu

Kết luận và kiến nghị

Trang 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ NỔ MÌN 1.1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỔ MÌN

Thuốc nổ đen là hỗn hợp gồm Nitrakali + bột than + lưu huỳnh đã được

con người sử dụng từ cách đây hàng nghìn năm nhằm phục vụ các mục đích

khác nhau Đến nay, nhiều loại thuốc nổ mạnh đã được tìm kiếm và phát minh

thay thế thuốc nổ đen

Tính từ năm 1864, nhà hoá học người Nga Zinhin lần đầu tiên đã sáng

chế ra thuốc nổ Nitrôglyxêrin và cộng sự của ông là Pêtrusev đã nghiên cứu ra

thuốc nổ Đinamit với thành phần 75% Nitrôglyxêrin + 25% Cácbonat magiê

Đến khoảng năm 1862 kỹ sư Anphret Nôben người Thuỵ Điển đã tiếp tục

hoàn thiện loại thuốc nổ này Năm 1867 hai nhà hoá học Thụy Điển tên là

Onxen và Nocbin đã phát minh ra Nitơratamôn, nguồn nguyên liệu chủ yếu

tạo ra thuóc nổ Amônit, một loại thuốc nổ có nhiều ưu việt và được sử dụng

cho tới ngày nay

Để điều khiển và khống chế thuốc nổ, người ta đã chế tạo ra các

phưong tiện gây nổ như mồi lửa điện, dây cháy chậm (1831) và dây nổ (1879)

vv…

Đáp ứng nhu cầu của sự phát triển nền công nghiệp của các nước, hàng

loạt loại thuốc nổ và phương tiện gây nổ đã được tìm kiếm, chế tạo và sản

suất

Năm 1884 người Pháp đã sản suất thuốc nổ Amônit có thành phần 85%

Nitrôtamôn +12% Đimitronaphtalin + 3% Trinitrônaphtalin Đến năm 1954

người Mỹ phát minh ra thuốc nổ Anfo và phát triển nhanh chóng ra toàn thế

Trang 10

giới Loại thuốc nổ này có thành phần gồm 94% Nitratamon hạt xốp hình cầu,

đường kính từ 1 - 3mm + 56% dầu Diezen

Vào năm 1960 người Mỹ tiếp tục cho ra đời loại thuốc nổ ngậm nước

có tên là Watergel Loại thuốc nổ này có chứa 20% nước và chất tạo keo làm

đông đặc thành phần các chất ôxy hoá và các chất cháy Đây là loại thuốc nổ

có tỷ trọng cao, khả năng công nổ lớn, chịu nước tốt Tuy nhiên loại thuốc

này chỉ tốt trong lỗ khoan có đường kính lớn hơn 80mm, tính ổn định không

cao, giá thành đắt

Năm 1978 thuốc nổ Nhũ tương lần đầu tiên được sản suất tại Mỹ Đây

là loại thuốc nổ có nhiều ưu điểm nhất do có tỷ trọng lớn (1,25 – 1,3), khả

năng công nổ cao (330 – 340cm3), có khả năng chịu nước tới 72 giờ, nổ thích

hợp với mọi loại đất đá và nổ tốt trong lỗ khoan có đường kính từ 32mm trở

lên vv… nhung nó cũng có nhược điểm là công nghệ chế tạo phức tạp và vốn

đầu tư sản suất rất lớn

Song song với tiến bộ khoa học và nhu cầu phát triển của các ngành

công nghiệp, các loại thuốc nổ và các phụ kiện tương ứng lần lượt đã được

phát minh, chế tạo để phục vụ nổ mìn trong các ngành khai thác mỏ, xây

dựng, thuỷ lợi, giao thông vv… Ở Việt Nam cũng đã sản suất được nhiều loại

thuốc nổ công nghiệp và các phương tiện nổ

Việc phân loại các phương pháp nổ mìn có ý nghĩa quan trọng trong

việc tính toán lựa chọn loại thuốc nổ, phương tiện nổ, chỉ tiêu thuốc nổ, sơ đồ

nổ, quy mô công tác nổ mìn v.v…sao cho mỗi phương pháp nổ mìn thích hợp

với các điều kiện địa hình, địa chất, an toàn cho các đối tượng cần bảo vệ và

mang lại hiệu quả kinh tế cao Qua tổng kết nghiên cứu, các phương pháp nổ

mìn được phân loại theo các yếu tố sau:

Trang 11

1.1.2.1 - Phân loại theo đường kính lỗ khoan

Đường kính lỗ mìn là một yếu tố quan trọng, quyết định đến hiệu quả

nổ phá và chất lượng đập vỡ đất đá sau khi nổ, theo đường kính lỗ khoan có

các phương pháp sau:

Phương pháp này được sử dụng khi khối lượng công tác không lớn, khi

khai đào các đường hầm thuỷ công, đào móng công trình khai thác vật liệu

xây dựng, phá đá qúa cỡ vv… Đường kính lỗ khoan không lớn hơn 60mm và

chiều sâu đến 5m (hình 1.1)

Ưu điểm của phương pháp nổ mìn này là thi công đơn giản, đất đá phá

vỡ nhỏ, có khả năng áp dụng trong mọi điều kiện địa hình và địa chất phức

tạp, tính cơ động cao v.v… Phương pháp này cho phép đào những hố đào với

độ chính xác cao, tác động hậu xung nhỏ, đất đá ngoài phạm vi hố đào ít bị hư

hại Lỗ khoan có thể bố trí thẳng đứng, xiên hay nằm ngang Nhược điểm của

phương pháp này là khối lượng khoan lớn, giá thành cao, tốn nhiều nhân

Trang 12

công, tốc độ khoan nổ và xúc bốc chậm, trong nhiều trường hợp không đảm

bảo tiến độ thi công

Đây là phương pháp nổ mìn chủ yếu trong khai thác đá, đào móng công

trình, đào kênh, làm đưòng, đào các đường hầm thuỷ công có kích thước lớn

vv…Theo phương pháp này thì trên tầng khai thác các lỗ khoan được phân bố

từ một đến nhiều hàng với mạng khoan là ô vuông hay tam giác đều Các lỗ

khoan có đưòng kính lớn hơn 60mm và chiều sâu lớn hơn 2m

LRb R- Chi ều dài bua, m; LRkt R- Chi ều sâu khoan thêm, m;

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

Ưu điểm của phương pháp nổ mìn lỗ khoan lớn là hiệu quả nổ phá cao,

cho phép cơ giới hoá cao các khâu xúc bốc, vận tải nên đẩy nhanh tốc độ thi

công Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là cần thiết bị khoan

lớn, vốn đầu tư cao, gây chấn động mạnh, độ an toàn không cao và gây ô

nhiễm môi trường

Trang 13

1.1.2.2 - T heo phương pháp điều chỉnh mức độ đập vỡ đất đá

Người ta nghiên cứu ra nhiều phương pháp nổ mìn khác nhau nhằm

điều chỉnh mức độ đập vỡ đất đá và phù hợp với từng điều kiện địa hình, địa

chất của tầng nổ phá Tóm tắt một số phương pháp như sau:

Bản chất của phương pháp này các lỗ khoan lớn được khoan xuyên qua

hai hay ba tầng rồi cho nổ vi sai tạo rãnh Lượng thuốc trong các lỗ khoan tạo

rãnh thường lấy lớn hơn các lỗ khoan còn lại từ 20% - 25% Thực tế cho thấy

rằng khi chiều cao tầng tăng từ 15- 75m, thời gian tác dụng nổ trong đất đá

tăng 5- 6 lần do đó tăng đáng kể công nổ để đập vỡ đất đá Phương pháp nổ

này có hiệu quả trong đất đá cố độ nổ cấp I – III (đất đá cứng trung bình và

mềm) Khi nổ trong đất đá cứng có độ khối trung bình và lớn thì không có

hiệu quả

Bản chất của phương pháp này là nổ các lượng thuốc trong điều kiện

không có mặt tự do, nghĩa là mặt tự do của khối nổ bị phủ bởi một thể tích

nhất định đất đá bị phá vỡ ở đột nổ trước Để tiến hành nổ, người ta khoan các

hàng khoan với số lượng hàng nhỏ hơn 4 Đối với đất đá nứt nổ mạnh có f = 8

– 14, hợp lý là sơ đồ vi sai rãnh dọc hoặc rãnh ngang

Phương pháp nổ trong môi trường nến có ưu điểm là giảm tốc độ số lan

nổ, tăng năng suất thiết bị, tăng mức độ đập vỡ đất đá, điều chỉnh được thông

số của đống đá nổ, tạo ra điều kiện làm việc độc lập của các thiết bị khoan,

xúc bốc, vận tải vv…

c) Nổ mìn lượng thuốc nổ phân đoạn (lưu cột không khí)

Các nghiên cứu lý thuyết thực tiễn cho thấy cùng một thông số khoan

nổ và chỉ tiêu thuốc nổ, nổ phân đoạn lượng thuốc có khả năng cải thiện chất

lượng đập vỡ hơn so với lượng thuốc nổ liên tục do vùng đập vỡ điều chỉnh

Trang 14

được tăng lên Thông thường lượng thuốc nổ được phân vào phần khó nổ nhất

trong đất đá không đồng nhất Mỗi phần của lượng thuốc trong lỗ mìn được

khởi nổ bằng một ngòi nổ riêng hoặc bằng dây nổ để đảm bảo sự kích nổ ổn

định Có thể nổ đồng loạt hoặc nổ vi sai các lượng thuốc trong lỗ nhờ các loại

kíp thường, kíp nổ vi sai, rơ le vi sai hay các ngòi nổ vi sai phi điện Vật liệu

dùng để phân đoạn có thể là bua, nước, không khí Theo những số liệu của

Viện sĩ N.V.Mennhicốp và Tiến sĩ L.N Martrencoo thì nổ mìn phân đoạn

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

Nhìn chung, nổ mìn phân đoạn có ưu điểm là hiệu quả đập vỡ cao hơn

nhưng có nhược điểm là thi công phức tạp, khó cơ giới hoá phần nạp mìn và

giảm năng suất lao động của nhân công

Theo phương pháp này lỗ khoan được chia làm hào, phần dưới nạp

thuốc nổ và phần trên nạp bua mìn Các lượng thuốc được khởi nổ đồng loạt

bằng các kíp nổ tức thòi Phương pháp nổ này có ưu điểm là thi công đơn

giản, nhưng có nhược điểm là chất lượng đập vỡ đất không đều, tỷ lệ đá quá

cỡ lớn, gây chấn động mạnh

Nổ mìn vi sai là nổ thứ tự từng lượng thuốc hoặc từng nhóm lượng

thuốc với khoảng thời gian dãn cách rất nhỏ tính bằng phần ngàn dây (µs)

So với phương pháp nổ tức thời, phương pháp nổ vi sai đặc biệt có hiệu

quả trong đất đá từ độ khó nổ trung bình đến rất khó nổ

Phương pháp nổ vi sai được ứng dụng từ năm 1945 ở Mỹ, 1949 ở Anh,

1951 ở Nga và bắt đầu sử dụng ở Việt Nam 1962 Hiện nay nó được sử dụng

rất rộng rãi Nổ mìn vi sai rất có hiệu quả vì nó đập vỡ đất đá đồng đều hơn,

giảm đá quá vụn và đá quá cỡ, giảm được chỉ tiêu thuốc nổ, mạng lưới lỗ

khoan được mở rộng giảm tác dụng chấn động, đá văng và sóng đập không

khí

Trang 15

Về bản chất quá trình phá vỡ khi nổ mìn vi sai có rất nhiều tác giả

nghiên cứu, có nhiều quan điểm xung quanh vấn đề này, nhưng chung quy các

tác giả đều thống nhấy 3 yếu tố cơ bản sau đây tạo nên 3 tác dụng tích cực của

Để có sự giao thoa thì thời gian vi sai giữa các lượng thuốc nổ là nhỏ

nhất (khoảng 5µs) và để tạo ra mặt tự do phụ thì thời gian vi sai kớn hơn (từ

vài chục đến vài trăm µs) Tác dụng va đập phụ chủ yếu phụ thuộc vào sơ đồ

vi sai

Hiệu quả vi sai phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn thời gian vi sai sơ đồ

vi sai phù hợp

Theo quan điểm giao thoa sóng ứng suất thì hiện tưọng giao thoa sóng

ứng suất chỉ xảy ra trong trưòng hợp các phần tử đất đấ của đợt nổ trước và

đợt nổ sau trùng hướng, lúc đố các giá trị về chuyển dịch, trạng thía ứng suát

và cường độ phá vỡ tăng lên

Xét hai lượng thuốc nổ QR 1 R, QR 2 R đặt cách mặt tự do một khoảng là a

Lượng thuốc nổ QR 1 R, nổ trước, sóng ứng suất nén (tới) truyền từ tâm lượng

thuốc QR 1 R đến mặt tự do, sau đố phản xạ trơ lại Sóng phản xạ của lượng thuốc

thật QR 1 R giống như sóng tới của lượng thuốc ảo QR 1 R’ đặt đối diện với QR 1 R qua

mặt phân cách Để có sự giao thoa ứng suất thì điều khiển lượng thuốc QR 2 R nổ

ở thời điểm khi sóng phản xạ của lượng thuốc QR 1 Rđi qua nó

d t

v

w

a2 2

4 +

Trang 16

Theo quan điểm tạo mặt tự do phụ: Khi nổ lượng thuốc sẽ tạo ra mặt tự

do phụ cho lượng thuốc nổ sau Đất đá do lượng thuốc nổ sau đảm nhận sẽ dễ

dàng bị phá vỡ do xuất hiện sóng phản xạ kéo từ mặt tự do phụ và do sự dịch

chuyển trùng hướng thuận lợi Mức độ phá vỡ tăng lên tỷ lệ với số mặt tự do

Theo tính toán và thực nghiệm thì thời gian giãn cách thường thay đổi

từ 15 ÷ 35 hoặc tính theo công thức:

Với k là hệ số phụ thuộc vào hệ số độ cứng đất đá (đá rất cứng k = 3, đá

cứng k = 4, đá cứng vừa k = 5, đá mềm k = 6)

Các sơ đồ nổ vi sai rất đa dạng Trong thực tế, người ta thường nổ vi sai

qua hàng, đường chéo, qua hàng qua lỗ, nêm thang dạng sóng vv…(hình 1.3)

Hình 1.3 - Các sơ đồ vi sai

Trang 17

Hình 1.4 - Sơ đồ xác định thời gian vi sai để có sự giao thoa sóng ứng suất

Bản chất của phương pháp này là nổ lần lượt từng lượng thuốc đã phân

đoạn trong lỗ khoan Sơ đồ nổ sẽ khác nhau khi trình tự khởi nổ tư dưới lên

hay từ trên xuống Phương tiện để gây nổ các lượng thuốc là nhờ các kíp điện

vi sai hoặc rơ le vi sai kết hợp với dây nổ (hình 1.5)

Khi tiến hành nổ vi sai trong lỗ khoan sẽ tăng được thời gian tác dụng

nổ nên cải thiện được chất lượng đập vỡ đất đá và nếu nổ vi sai từ dưới lên thì

kết quả phá vỡ chân tầng tốt hơn và mức độ đập vỡ tăng lên Tuy nhiên

phương pháp này thi công rất phức tạp và không có khẳ năng cơ giới hoá [1 ],

[4]

Trang 18

Hình 1.5 - Sơ đồ nổ vi sai trong lỗ khoan

Bản chất của phương pháp này là nổ đồng thời, hai hay ba lỗ khoan

phân bố cách nhau (3 ÷ 5) lần đường kính lỗ khoan Chúng có tác dụng như

một lượng thuốc phẳng và truyền vào đất đá sóng ứng suất phẳng Khi truyền

trong đất đá, sóng này giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách mà không giảm tỷ lệ

nghịch với bình phương khoảng cách như lượng thuốc đơn độc Do đó đã bão

hoà năng lượng nổ lớn hơn và đập vỡ mạnh hơn, đều đặn hơn ở vị trí xa

lượng thuốc Thường thì đôi lỗ khoan gần nhau được khoan trong tất cả bãi nổ

bằng máy khoan có thể khoan đồng thời hai lỗ

Kết quả thực tế đã xác định rằng với mức độ đập vỡ yêu cầu và đều đặn

thi khi nổ hai lỗ khoan gần nhau, thể tích đất đá được phá vỡ tăng lên Đối với

Trang 19

đôi lỗ khoan gần nhau, trị số w được tính như đối với một lỗ khoan có sức

chứa 2P:

t q

Bản chất của phưong 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

nhằm chứa hết lượng thuốc yêu cầu hoặc tăng lượng thuốc nổ trong lỗ

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

Phương pháp nổ này được thực hiện khi đườn kháng chân tầng quá lớn, để nổ

một lượng thuốc đơn độc hoặc nổ hàng loạt Phương pháp nổ này có ưư điểm

là giảm được công tác khoan, tăng được quy mô nổ phá Song nó có nhược

điểm là độ tin cậy kém, khó tạo ra thể tích và vị trí của túi chính xác, khi nổ

sinh ra nhiều đá quá cỡ, vùng gần lượng thuốc đất đá bị nghiền nát mạnh,

vùng xa lượng thuốc đất đá bị phá vỡ thành những khối quá lớn

Bản chất của phương pháp này là giữa các lỗ khoan chính và bên cạnh

nó, người ta khoan các lỗ khoan phụ có chiều sâu và đường kính nhổ hơn

(thường là 60 – 100mm) Nhờ các lượng thuốc phụ này mà chất lượng đập vỡ

đất đá được cải thiện hơn (hình 1.6) Phương pháp này có nhược điểm là chi

phí cho công tác khoan cao, phức tạp khó sử dụng hai loại máy khoan.vv…

Trang 20

Hình 1.6 - Sơ đồ chuẩn bị nổ tầng khi sử dụng lỗ khoan trung gian

Trong trường hợp cho phép hoặc cần phá một khối lưọng đất đá lớn,

văng xa theo một cự ly nào đó, người ta tiến hành nổ mìn bưồng Theo

phương pháp này người ta tiến hành đào giếng đứng hay lò bằng đến vị trí cần

đặt thuốc sẽ đầo hầm để chứa một lượng thuốc nổ theo tính toán Việc xác

định các thông số khi nổ mìn buồng có thể tham khảo [1], [18]

Để khắc phục những nhược điểm của mỗi phươpng pháp nổ đồng thời

tăng hiệu quả phá vỡ và mức độ đập vỡ, trong thực tế người ta thường sử

dụng các phương pháp nổ mìn kết hợp sau:

- Phương pháp nổ mìn vi sai với nổ phân đoạn lượng thuốc;

- Nổ vi sai trong lỗ mìn với các sơ đồ nổ vi sai trên mặt tầng vv

1.1.2.3 – Phân loại theo đối tượng cần phá vỡ

Căn cứ vào đối tượng cần phá vỡ có các phương pháp nổ mìn sau:

a) Nổ mìn trên tầng

Bao gồm các phương pháp nổ mìn ở các mục 1.1.2.1; 1.1.2.2

Trang 21

Khi tiến hành nổ mìn lỗ khoan lớn, nổ mìn buồng hoặc lý do kỹ thuật

nào đó dẫn đến chất lượng đập vỡ đất đá kém và gây nhiều đá quá cỡ Để tiến

hành phá đá quá cỡ (phá nổ lần 2)

Phương pháp này làm giảm tác động phá huỷ theo hướng mong muốn,

được sử dụng rộng rãi trong xây dựng thuỷ lợi nhằm giư ổn định mái kênh,

mái đập…có hai phương pháp nổ mìn tạo biên:

- Phương pháp nổ tạo khe ban đầu: Theo phương pháp này thì người ta

tiến hành theo lỗ khoan những lỗ khoan nghiêng gần nhau, có đường kính

trung bình (60 ÷ 100mm) theo biên thiết kế của hố đào và tiến hành cho nổ

các lỗ mìn biên trước Khi nổ đồng thời các lỗ mìn gần nhau, có tác dụng

tương hỗ của sóng ứng suất kép tiếp truyền mà sự hình thành khe nứt giữa các

lỗ mìn biên được xảy ra trong mặt phẳng chứa các lỗ trục khoan

Mặt khác do tác dụng của áp suất hơi nổ phá, ở khe nứt chưa phát triển

đầy đủ đã xảy ra sự tách khối đá theo đường biên này và mở rộng khe nứt đó

Kết quả là tạo nên khe nứt trước, liên tục dọc theo mặt chứa các lỗ trục tạo

biên, nó có tác dụng ngăn sóng địa chấn khi nổ tơi khối đá, tạo ra được biên

giới khố đào theo ý mong muốn

- Phương pháp nổ tạo viền sau: Theo phương pháp này, đất đá được

phá vỡ từ ngoài vào đến biên thiết kế, nghĩa là các lỗ mìn biên được nổ sau

các lỗ mìn phá Các lỗ mìn biên được tạo bởi những giây thuốc phân đoạn

Khoảng cách giữa chúng có thể lấy từ (4,5 ÷ 9) lần đường kính lỗ khoan

Các thông số khi nổ mìn tạo viền có thể tham khảo [2], [8]

d) Nổ mìn đào hào

Đặc điểm của phương pháp này là sử dụng khối thuốc nổ hình dài được

nạp liên tục trong hào nhỏ Phương pháp này ứng dụng nhiều trong thuỷ lợi

để đào kênh, mương Nó có ưu điểm là thi công đơn giản, cho phéo cơ giới

Trang 22

hoá toàn bộ công tác nổ, hiệu quả phá nổ cao song có nhược điểm là gây mất

an toàn và bụi nhiều

VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

Trong những năm gần đây việc ứng dụng năng lượng nổ phá đá trong

xây dựng nói chung và trong xây dựng thuỷ lợi nói riêng rất phát triển Việc

thi công các công trình thủy lợi bằng phương pháp nổ mìn có thể áp dụng cụ

thể một số phương pháp sau

1.2.1 - Nổ mìn khai thác đá

Đặc điểm của nổ mìn khai thác đá là yêu cầu của đá sau khi nổ phải có

thành phần cấp phối phù hợp với khả năng làm việc của các công cụ bốc xúc,

vận chuyển các thiết bị, của các trạm nghiền sàng Nếu là khai thác đá cho

đập đá đổ, kè đá ngăn dòng thì thành phần cấp phối đá sau nổ mìn phải thoả

mãn yêu cầu của đập đá đổ hay kè đá ngăn dòng Mặt khác kích thước của

đống đá nổ ra còn phải phù hợp với điều kiện của máy xúc Để đạt được các

yêu cầu nói trên người ta thường điều khiến tác dụng nổ phá bằng các phương

pháp nổ mìn hiện đại như nổ mìn vi sai; thay đổi cấu tạo của các khối thuốc

nổ, nổ phá trong môi trường chịu nén

Nổ mìn đào móng các công trình thuỷ lợi về cơ bản cũng giống như nổ

mìn khai thác Song chúng còn những đặc điểm riêng là phải tạo ra hình khối

đào theo kích thước của móng công trình đã xác định đồng thời phải đảm bảo

đá ở đáy và mái của hố móng không bị phá hoại Mặt khác chúng phải thi

công đồng thời với một số hạng mục công trình khác Vì vậy việc dùng biện

pháp khoan nổ để đào móng cũng có những yêu cầu đặc biệt khác nổ khai

thác, làm đường, san mặt bằng

Trang 23

Để đào móng người ta thường dùng phương pháp nổ mìn lỗ khoan lớn

hoặc kết hợp cả hai phương pháp nổ mìn lỗ khoan lớn và nhỏ kết hợp phương

pháp nổ mìn hiện đại như nổ vi sai, nổ tạo viền hoặc nổ phân đoạn không khí

Thực tế ở Việt Nam việc đào móng công trình thuỷ lợi bằng phương

pháp nổ mìn đã đem lại hiệu quả tốt ở một số công trình như nhà máy thuỷ

điện Hoà Bình, Trị An, Ialy vv…

Phương pháp nổ mìn đã được áp dụng trong xây dựng các công trình

đầu mối công trình thuỷ lợi ở các vùng núi Trong trường hợp cho phép có thể

áp dụng phương pháp nổ mìn định hướng vào công tác xây dựng đập đất đá

Thí nghiệm nổ mìn định hướng đầu tiên vào năm 1929 ở Mỹ khi xây

dựng đập đá đổ cao 36,6m trên dòng sông Kôlôrađô, tại vị rí có vách gần như

là dựng đứng, đáy sông phủ một lớp bùn cát dày 25m Mìn được đặt ở một

trong các sườn dốc của khe cao hơn độ cao của đỉnh thiết kế của đập và đã

làm sập lở thành khe xuống sông Đống đá được tạo thành, phần lớn là các

khối ba zan lớn Mặt đập được sửa theo thiết kế bằng cơ giới thông thường ở

công trưòng đá lộ thiên và chuyển đá đến vị trí thi công

Việc đầm nén và cả các biện pháp và chống thấm nước đã không được

tiến hành Dòng thấm tăng cường qua thân đập có độ cao đến 20m đã gây sụt

mái hạ lưu đập và phá vỡ nhanh chóng khi công trình chưa được hoàn thành

Ở Liên Xô cũ, việc dùng mìn định hướng để chặn các dòng, xây dựng

các đê quai được thực hiện trên hệ thống tưới Tasken (năm 1942), các đập

trên sông Mơsowte (năm 1948) và sông Buađơzasaie (năm 1948) Các lần nổ

này khối lượng không lớn và được tiến hành ở đất hoàng thổ và đát pha sét

bằng phương pháp nổ các bao thuốc tập trung

Những thành tựu chủ yếu đạt trong lĩnh vực này là kết quả xây dựng

đập chống dòng bùn đá AnmAlinxca và đập đá đầu mối thuỷ lợi Bâiphzinxki

Trang 24

Ở đây tiến hành các lần nổ định hướng với thể tích, khối lượng bao thuốc

khác nhau, mức độ của các nhiệm vụ phái giải quyết trong quá trình thi công

cũng khác nhau Ở trong trường hợp thú nhất đảm bảo xây dựng đập chống

dòng bùn đá, cao 90m ở trường hợp thứ hai xây dựng đập chắn nước cao

60m Việc thực hiện thành công các công việc trên công trường đã khẳng định

khả năng dùng nổ mìn định hướng để xây dựng các đập khối có khối luợng

một vài triệu mét khối [16]

1.2.4 - Một số ứng dụng khác

Trong nhưng năm gần đây người ta đã và đang nghiên cứu và áp dụng

công nghệ nổ mìn để thi công kênh dẫn, nổ phá đê quai, làm đường đi qua

đầm lầy, v.v…

Sử dụng công nghệ nổ mìn trong xây dựng cơ bản nói chung và trong

xây dựng thuỷ lợi nói riêng là một phương pháp thi công tiên tiến có nhiều ưư

điểm nổi bật đã được thực tế kiểm nghiệm và chứng minh Nghiên cứu ứng

dụng nổ mìn trong xây dựng thuỷ lợi ngày càng được phát triển để thi công

đào hố móng công trình, đào kênh, khai thác đá làm vật liệu, đào đường hầm

thuỷ công và đạt được nhiều tiến bộ

Công tác nổ mìn khai thác hoặc đào móng các công trình cần thiết phải

có sự phối hợp nhịp nhàng giữa các khâu: Khoan, nổ mìn, xúc chuyển, xử lý

đá quá cỡ,và dọn dẹp mặt bằng Quy mô vụ nổ lớn do đó phải đảm bảo các

điều kiện an toàn cho móng công trình và các công trình lân cận Mặt khác

thời gian khoan không nên kéo dài để tránh gây khó khăn cho việc bảo quản

lỗ khoan và đảm bảo chất lượng lỗ khoan Do vậy cần phải xác định một cách

hợp lý về thời gian bố trí thi công cho từng công vịêc, xác định phạm vi đợt

nổ và chiều dài khoảnh đào, quy mô vụ nổ thích hợp, v.v…

Trang 25

Tuy nhiên, công tác nổ mìn trong xây dựng thuỷ lợi ở nước ta còn ở

giai đoạn đầu, các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm còn nhiều hạn chế, việc

tổng kết thực tiễn công tác nổ mìn ở các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn

chưa được quan tâm, nhất là về những tác động bất lợi của nổ mìn đối với các

công trình trong khu vực và vùng lân cận Các tài liệu hướng dẫn việc tính

toán các thông số nổ mìn và các ảnh hưởng của nổ mìn đối với công trình

xung quanh còn chưa chi tiết và chưa đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn sản

suất đảm bảo an toàn

Trang 26

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ SÓNG NỔ KHI NỔ MÌN PHÁ ĐÁ

2.1 – MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ LÝ THUYẾT NỔ

Sóng lan truyền trong môi trường được hình thành do năng lượng của

thuốc nổ gây ra gọi là sóng nổ Sóng nổ lan truyền trong không khí gọi là

sóng xung kích trong không khí Sóng nổ lan truyền gây dao động trong môi

trường đất đá gọi là sóng chấn động hay còn gọi là sóng địa chấn Sự giãn nở

của đất đá được lan truyền từ mặt thoáng trở lại tâm nổ gọi là sóng phản xạ

Sau đây sẽ đi sâu nghiên cứu sóng nổ xung kích và sóng nổ địa chấn

Nổ là một phản ứng hoá học hoặc hạt nhân có kết quả trong một

khoảng thời gian rất ngắn, tạo ra một năng lượng lớn và hình thành một vùng

áp lực nhiệt độ cao Trong trường hợp tổng quát thì sự phân bố áp lực và nhiệt

độ trên mặt giới hạn những thành phẩm nổ và môi trường bao quanh ở thời

điểm ban đầu là hoàn toàn bất kỳ, vì đặc điểm của phản ứng nổ không phụ

thuộc vào các tính chất của môi trường bao quanh Khi năng lượng nổ truyền

ra môi trường bao quanh sẽ xuất hiện những mặt, trên những mặt này có các

yếu tố thuỷ động (áp lực, mật độ, vận tốc) hoặc đạo hàm của chúng theo thời

gian và không gian bị gián đoạn Nếu bản thân các yếu tố này bị gián đoạn thì

ta có những mặt gián đoạn mạnh Còn nếu đạo hàm của chúng gián đoạn thì

ta có những mặt gián đoạn yếu Nếu áp lực và thành phần pháp tuyến véc tơ

vận đốc bị gián đoạn thì gián đoạn mạnh gọi là không dừng hay gọi là đầu

sóng xung kích Nếu chỉ có mật độ và nhiệt độ bị gián đoạn thì mặt gián đoạn

này gọi là sóng dừng Nhiệm vụ chủ yếu của lý thuyết nổ là nghiên cứu

chuyển động không dừng của chất lỏng (theo nghĩa rộng) ở khoảng giữa hai

Trang 27

mặt biên là mặt đầu sóng và mặt gián đoạn mạnh, hình 2.1 Trình bày sơ đồ

nổ trên không và chuyển động của các mặt gián đoạn

Khu vực bao quanh A và nằm trong mặt α là vùng các thành phẩm nổ

(khu vực 1) Trong khu vực 1 này môi trường thường ở trạng thái bị phá huỷ

hoàn toàn, áp lực lớn và nhiệt độ cao Khu vực 2 là vùng môi trường đã bị

kích động và các hạt đang ở trạng thái chuyển động không dừng Khu vực này

giới hạn bởi mặt đầu xung kích β Khu vực 3 là vùng còn lại ở trạng thái tĩnh

chưa bị kích động

Khu vực 1 – Vùng các thành phẩm nổ

Khu vực 2 – Vùng môi trường bị kích động

Khu vực 3 – Vùng môi trường chưa bị kích động

Đối với các công trình xây dựng ở gần khu vực nổ mìn, sóng xung kích

do mìn nổ gây ra có tác dụng rất quan trọng Trong môi trường có sóng xung

kích bao giờ cũng hình thành một vùng chịu nén với áp lực rất lớn, chuyển

động trong không gian với tốc độ siêu âm và không phụ thuộc vào các loại môi

trường và loại thuốc nổ

Trang 28

Khi sóng xung kích qua một điểm nào đó trong không gian thì áp lực,

mật độ và các yếu tố thuỷ động khác tăng lên đột ngột Những đại lượng này

sau đó sẽ thay đổi dần dần và sau một khoảng thời gian nhất định thì áp lực và

mật độ tại điểm nói trên trở nên nhỏ hơn các trị số tương ứng tại vùng chưa bị

kích động

Tính chất định tính của sự thay đổi áp lực tại sóng xung kích có thể

biểu diễn như hình 2.2

t: Thời gian tác dụng của áp lực thặng dư

S: Xung lượng toàn phần của áp lực tại điểm đang xét

Biểu đồ sóng xung kích gồm các vùng áp lực thặng dư dương (vùng

nén) và âm (vùng nở) Chiều dài vùng nén rất bé so với chiều dài vùng nở

Chiều dài vùng nén thường được gọi là bước sóng xung kích λ Thời gian tác

dụng của áp lực thặng dư gọi là chu kỳ của sóng, được ký hiệu là t

Trong các vụ nổ với khối lượng chất nổ lớn thì áp lực của sóng nổ sẽ

càng nhiều chu kỳ tắt nhanh với những đợt nén, nở nối tiếp nhau (hình 2.3)

Trang 29

Trong tính toán thường người ta chỉ chú ý đến 2 đợt nén nở đầu vì biên độ áp

lực ở vùng này lớn hơn các vùng sau rất nhiều

Hình 2.3 - Áp lực của sóng nổ theo thời gian

: Thời gian tác dụng của vùng nở

Tuy thời gian tác dụng của vùng nở dài hơn nhiều so với thời gian tác

>> pR 1 R) Cho nên nói chung áp lực nén gây tác hại nhiều hơn cả

Càng xa trung tâm nổ thì áp lực tại đầu sóng càng giảm Tại các vùng

rất xa thì sóng xung kích chuyển thành sóng truyền âm [9]

2.1.3 - Sự hình thành sóng nổ địa chấn

Để nghiên cứu vấn đề này ta giả thiết rằng môi trường nổ phá là hoàn

toàn đàn hồi, liên tục bao gồm các phân tử liên kết chặt chẽ với nhau Lúc

bình thường mỗi phân tử ở vị trí cân bằng bền Khi nổ phá bao thuốc nổ, năng

lượng của thuốc nổ truyền ra môi trường xung quanh Lúc đầu, phân tử A

cạnh bao thuốc tiếp nhận một phần năng lượng của bao thuốc dịch chuyển

khỏi vị trí cân bằng Vì các phần tử liên kết chặt chẽ với nhau nên phần tử B

(cạnh phần tử A) một mặt kéo phần tử A về vị trí cân bằng, nhưng do quán

tính, phần tử A lại chuyển động quá vị trí cân bằng và rồi lại được kéo lên nhờ

lực liên kết… Kết quả là phần tử A dao động quanh vị trí cân bằng Mặt khác,

Trang 30

bản thân phần tử B cũng bị năng lượng thuốc nổ kích động và do đó phần tử

B cũng dao động Hiện tượng vẫn tiếp tục xảy ra với các phần tử tiếp tục tạo

thành những dao động lan truyền trong môi trường Những dao động lan

truyền trong môi trường đàn hồi do tác động của năng lượng thuốc nổ gọi là

sóng nổ địa chấn

Càng xa trung tâm nổ năng lượng thuốc nổ càng giảm (Do mất dần

năng lượng để tạo dao động), do đó càng truyền xa biên độ sóng càng giảm

Vì giữa các phần tử của môi trường tồn tại ma sát nên dao động của mỗi

phần tử là dao động tắt dần theo thời gian Sự yếu dần của sóng khi lan truyền

ra xa và sự tắt dần theo thời gian của dao động của mỗi phần tử được biểu diễn

ở hình 2.4

Người ta gọi bao thuốc nổ gây kích động là nguồn sóng, phương truyền

sóng là tia sóng Không gian mà sóng truyền qua gọi là trường sóng

2.1.4 - Phân loại sóng

Dựa vào cách truyền sóng người ta chia ra các loại như sau:

Trang 31

2.1.4.1 - Sóng ngang

Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường

vuông góc với tia sóng

Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường

trùng với phương truyền sóng

Sóng rơle là sóng thường xuất hiện trên mặt thoáng của môi trường Khi

chịu tác dụng của sóng này, các phần tử đồng thời thực hiện cả dao động dọc

và dao động ngang Quý tích những điểm trong trường sóng mà ở đó các dao

động có cùng giá trị pha (nghĩa là những điểm có trùng trạng thái dao động)

được gọi là mặt sóng Giới hạn giữa phần môi trường mà sóng đã truyền qua

và phần môi trường chưa bị kích động gọi là mặt đầu sóng Ứng với những giá

trị pha khác nhau ta có họ các mặt sóng khác nhau Đối với môi trường đồng

chất và đẳng hướng mặt đầu sóng là mặt cầu, có tâm ở nguồn sóng Nếu

nguồn sóng ở rất xa phần môi trường mà ta đang khảo sát thì mặt sóng là

những mặt phẳng song song thẳng góc với tia sóng

Đặc trưng cho sự lan truyền sóng là vận tốc lan truyền sóng, chu kỳ và

tần số của sóng lan truyền

Trang 32

2.1.5 - Vận tốc lan truyền sóng:

Vận tốc lan truyền sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau mỗi

đơn vị thời gian Trong lý thuyết đàn hồi, người ta đã chứng minh được vận

tốc lan truyền sóng như sau [9]:

- Với sóng dọc:

p

E p

1 : Là suất đàn hồi của môi trường

p: Khối lượng riêng của môi trường

G: Suất trượt của môi trường

72 , 6 2

β

− ω

= ω

π

2 2 0

59 , 1 T

1 = ω − β (2.4) Trong đó:

r: Hệ số cản của môi trường

Trang 33

Người ta đã thiết lập được phương trình vi phân của dao động tắt dần như

sau:

0 dt

dx 2 dt

Khi ωR 0 R > β thì nghiệm của phương trình (1-6) có dạng [9]:

x = aR 0 eβt Rx cos(ω t + ϕ) (2.8) Nếu đặt (biên độ dao động) A = aR 0 R x R eβt Rthì rõ ràng biên độ dao động

giảm dần theo quy luật hàm số mũ

quanh thì môi trường sẽ bị biến dạng, nhưng không phải là biến dạng đàn hồi

Xét sự nổ của bao thuốc nằm rất sâu trong đất đá khi nổ phá bao thuốc

thì môi trường xung quanh được chia làm bốn vùng như sau:

Bao gồm vùng phân nén và phân vùng phá hoại:

+ Phân vùng nén:

Trang 34

Tại vùng xa trung tâm môi trường hầu như biến dạng đàn hồi vùng này

kéo dài khoảng 100RR 03 Rđến 1000RR 03 R[9]

Vùng tĩnh là vùng môi trường chưa bị kích động bởi sóng nổ Các phần

tử môi trường ở trạng thái "tĩnh"

Trang 35

2.2 - ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT THOÁNG TỚI SÓNG NỔ ĐỊA CHẤN

Khi sóng nén do nổ mìn dưới đất lan tới mặt thoáng thì đất sẽ chuyển

động với tốc độ lớn hơn so với lúc sóng chưa lan tới mặt thoáng và lúc này sẽ

hình thành sóng xung kích có biên độ ngang cấp với biên độ của sóng tới Tại

mặt thoáng các quá trình sẽ diễn biến theo những quy luật chung của sóng tạo

các sóng tới, sóng phản xạ và sóng khúc xạ

Phần lớn các loại đất đá có khả năng chịu ứng suất nén rất lớn nhưng dễ

bị phá huỷ do tác dụng của sóng kéo dù có trị số rất nhỏ Do đó, ở vùng sát

liền mặt thoáng là khu vực bị phá huỷ mạnh nhất Trong các đợt nổ nông tại

đó tạo thành một hố hình nón có kích thước RR h R (bán kính) và HR h R(chiều sâu)

Bán kính của hố này được tính theo công thức 2.11

) 6 , 0 4 , 0 (

3

4 , 0

10 75 , 6 2 , 1

Trang 36

Độ sâu của hố được tính theo công thức 2.14

Bằng suy luận lý thuyết và trên cơ sở các kết quả thực nghiệm Nhà cơ

học Xô viết G.Y.Pakropsky đã lập được công thức (2.15) có phạm vi ứng

dụng rộng rãi:

2 2 2 / 7

) 1 (

Tại các điểm ở vùng xa tâm nổ (100RR 03 R < R < 1000RR 03 R) vận tốc của đất

ở mặt thoáng đặc biệt quan trọng và dùng làm cơ sở tính toán các dao động

cưỡng bức nền móng công trình và có thể tính theo công thức của Cogobkuu:

) / ( ).

(

408

2 / 3 3

2 / 3

r n f

V r MAX γ

Trong đó: f(n) là hàm chỉ số nổ phá

1 1

2 1

6 , 0 4 , 0

2 7

, 1 )

>

=

n khi

n khi n

) / ( ).

(

16300

2 / 3 3

R n f

V r MAX = (2.20)

Công thức (2.20) có nhược điểm là không phân biệt sự khác nhau giữa

vận tốc hạt ở mặt thoáng và vận tốc hạt nằm sâu trong địa khối Còn công

thức (2.18) có hạn chế là chỉ tính được vận tốc hạt đất đá ở mặt thoáng

Công thức (2.21) sau đây sẽ khắc phục được nhược điểm của hai công

thức trên và được dùng phổ biến

Trang 37

) / (

2 / 1

R: khoảng cách từ điểm tính toán đến tâm nổ (m)

ε: hệ số phụ thuộc vào điều kiện nổ mìn và vị trí điểm tính toán tra theo bảng 2.1

KR r R: hệ số phụ thuộc vào điều kiện địa chất tra bảng 2.2

Nổ tơi trong điều kiện mỏ lộ thiên, công trình nằm trên mặt

2.3.1 - Những quy luật tác dụng của vụ nổ trong môi trường đất đá

Thế năng của chất nổ trong sau một thời gian vô cùng ngắn sễ chuyển

thành động năng mà vật tải đó là các sản phẩm khí của vụ nổ và sau khi có sự

giãn nở chúng được biến thành công và các sóng kích động trong môi trường

Trang 38

xung quanh với đặc trưng khác nhau Phụ thuộc vào tốc độ phân huỷ của chất

nổ, thời gian kích nổ của các lượng thuốc lỗ khoan lớn thẳng đứng không quá

3µs

Do vậy khi sơ đồ hoá sự tác dụng của một vụ nổ để gải quyết một số

bài toán thực tế người ta xem xét sự kích nổ như một quá trình túc thời

Theo lý thuyết thuỷ động lực, áp lực trên mặt sóng kích nổ PR a R là:

1

. 2+

=

CN

d cn đ n

của nó đối với các loại chất nổ công nghiệp là 2 ÷ 3, phụ thuộc vào mật

độ và tốc độ kích nổ của chúng)

Áp lực trung bình của của sản phẩm khí nổ trong buồng mìn nhỏ hơn 2

lần áp lực kích nổ Thông thường thì áp lực của sản phẩm khí nổ đạt tới hàng

nghìn và hàng trăm nghìn Mpa, chẳng hạn đối với thuốc nổ Amônit 6ЖB, áp

lực kích nổ vượt nhiều lần so với giới hạn độ bền của môi trường đất đá [19]

Phuơng trình trạng thái của sản phẩm khí nổ có dạng (2.23):

const V

Trang 39

Các loại sản phẩm khí nổ bị nén ép mạnh và nung nóng sau khi được

giãn nở, sẽ thực hiên một công cơ học để ép môi trường xung quanh, phá hoại

tính liên tục của nó, dịch chuyển và đập vỡ nó Áp lực trong phần đá ở gần

trực tiếp với tường của buồng nổ (PR a R), khi chất nổ lấp đầy nó tại tất cả các mặt

cắt, sẽ được áp lực trên mặt sóng kích nổ và bởi tỷ số của độ cứng truyền âm

của sản phẩm khí nổ và của đá:

p

d spkn

C D

P P

.

1

2

ρ

ρ +

Độ cứng truyền âm của các loại đá cứng ρ.CR p R được lấy xấp xỉ bằng độ

lớn của ρR spkn R.DR d R hoặc lớn hơn nó Những số liệu thực nghiệm đã khẳng định

điều đó Căn cứ theo các số liệu đã được dẫn ra trong công trình của mốt số

nhà nghiên cứu thì hệ số khúc xạ của áp lức sản phẩm khí nổ vào môi trường,

đối với các loại chất nổ công nghiệp xấp xỉ là 2; 1,5 và 1 trong các loại đá

cứng có độ kiên cố, tương ứng là loại kiên cố, loại trung bình và nhỏ

Khi có sự tồn tại trong buồng mìn, xung quanh khối chất nổ một khe

không khí (trường hợp đặc trưng đối với chất nổ tạo biên) thì sự truyền đạt áp

lực trở nên phức tạp Tuy vậy, đã có hàng loạt các số liệu chỉ ra rằng đối với

các loại đá cứng, các hệ số khúc xạ của áp lực vào đá cả trong trường hợp này

cũng nằm trong phạm vi 1÷2

Trang 40

2.3.1.2 - Tiêu chuẩn đánh giá tác động của trường sóng nổ

Người ta đã thu được nhiều kết quả đo cường độ của trưòng sóng một

vụ nổ, thông số được đo nhiều nhất là tốc độ chuyển dịch của môi truờng V

Bằng thực nghiệm M.A Xađôvxki đã xác lập được rằng có thể tính toán được

thông số này trong sự phu thuộc vào khoảng cách đến lượng thuốc nổ theo

một công thức dạng luỹ thừa [19]

lượng thuốc nổ tới điểm được xét

γ: Hệ số hiệu dụng của sự tắt dần của tốc độ dịch chuyển cùng với

khoảng cách; cụ thể là đối với các sóng nén, trong đới tạo khe nút ở

gần biên giới ngoài của nó và đối với các sóng khối trong đới các biến

dạng đàn hồi thì độ lớn của hệ số tắt dần xấp xỉ bằng 2 (theo

A.E.Adarcôvich)

Người ta chuyển đổi tốc độ dịch chuyển của môi trường sóng ứng suất

hướng tâm trong sóng theo công thức:

σR r R = ρ.c.v (2.26) Trong đó:

nứt, nó xấp xỉ với tốc độ của sóng đàn hồi dọc trong môi trường đó; còn trong

đới các dạng đàn hồi thì nó bằng tốc độ của sóng đàn hồi dọc, m/s

Với sự tính đến các tính chất của môi trường, người ta xác định được

ứng suất tiếp xúc:

µ

µ σ

στ

−

= 1

.

Trong đó: µ: Hệ số Poát - xông đối với đá

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tác Động Của Sóng Nổ Mìn Khi Đào Hố Móng Nhà Máy Thủy Điện Nậm Giê Lai Châu Đến Sự Ổn Định Của Các Công Trình Xung Quanh
Tác giả	Thái Minh Hoàng
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Kỹ Thuật
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	2,36 MB