Bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ: Phần 1 (Dùng cho trình độ Thạc sĩ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

BÀI GIẢNG
NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ
BẰNG NỔ MÌN TRONG KHAI THÁC MỎ
(DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ)

Quảng Ninh, 2018
1


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

NÂNG CAO HIỆU QUẢ
PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN
TRONG KHAI THÁC MỎ

Quảng Ninh, năm 2018
2


CHƯƠNG 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN
VỀ TÁC DỤNG PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN
VÀ NGUN TẮC TÍNH TỐN LƯỢNG THUỐC NỔ
1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1. Phân loại lượng thuốc nổ
Khối lượng thuốc chuẩn bị để nổ được chứa trong lỗ khoan, trong buồng
mìn hay đắp ngồi đối tượng phá vỡ gọi là lượng thuốc nổ. Người ta phân chúng
thành các loại sau:

- Theo vị trí đặt thuốc: Lượng thuốc phân làm hai loại là lượng thuốc đắp
ngoài và lượng thuốc phân bố ở bên trong lỗ khoan hoặc buồng mìn. Lượng
thuốc đắp ngồi dùng chủ yếu để đập vỡ đất đá và quặng quá cỡ, còn lượng
thuốc bên trong với mục đích phá vỡ đất đá để khai thác khoáng sản.
- Theo cấu trúc, lượng thuốc được phân thành: Lượng thuốc tập trung và
lượng thuốc dài. Lượng thuốc dài là lượng thuốc khi tăng chiểu dài của nó bán
kính vùng phá vỡ hướng tâm khơng tăng lên. Lượng thuốc dài có:
lt
> 3 (lt: chiều dài lượng thuốc, m; dt: đường kính lượng thuốc, m).
dt

Đối với các loại thuốc khác nhau, đường kính lượng thuốc khác nhau và
đất đá khác nhau thì trị số lt/ dt khác nhau. Do đó nguyên tắc này rất khó sử
dụng trong thực tế.
Người ta còn phân biệt lượng thuốc dài thành:
Lượng thuốc liên tục (không phân chia thành từng đoạn) và lượng thuốc
phân đoạn (phân thành từng phần bởi các khoảng trống không khí, bua hoặc
nước).
- Theo đặc tính lượng thuốc, người ta phân thành:
+ Lượng thuốc nén ép: Chỉ phá vỡ đất đá ở xung quanh lượng thuốc, trên
bề mặt tự do khơng xuất hiện sự phá vỡ (hình 1.1.a).
+ Thuốc làm vỡ lở: Khi nổ đất đá xung quanh lượng thuốc và trên bề mặt
bị phá vỡ (hình 1.1.b).
+ Lượng thuốc làm tơi vụn: khi nổ toàn bộ đất đá trong phễu nổ bị đập vỡ
(hình 1.1.c).
+ Lượng thuốc làm văng xa: Khi nổ đất đá bị đập vỡ và văng ra khỏi giới
hạn phễu nổ (hình 1.1.d).
Có thể thay đổi đặc tính tác dụng của lượng thuốc bằng cách: giữ nguyên
lượng thuốc nổ và giảm chiều sâu đặt lượng thuốc (hình 1.2.a) hoặc giữ nguyên
chiều sâu đặt thuốc và tăng khối lượng thuốc nổ (hình 1.2.b). Trên hình 1.2 thể

3


hiện: 1,2,3 là ký hiệu lượng thuốc, 1 2,3 là hình dạng của buồng nổ hoặc phễu
nổ tương ứng.

a)

b)

c)

d)

Hình 1.1- Sơ đồ tác dụng nổ những lượng thuốc khác nhau

Hình 1.2- Những phương pháp thay đổi đặc tính tác dụng nổ
1.1.2. Hình dạng và những yếu tố của phễu nổ
Hình dạng của phễu nổ phụ thuộc vào tính chất của môi trường. Đối với
lượng thuốc tập trung đơn độc, để đơn giản cho tính tốn người ta coi phễu nổ
có dạng hình nón trịn xoay và đỉnh là trung tâm lượng thuốc.
Những yếu tố của phễu nổ bao gồm (hình 1.3).

r

W
2α

R

Hình 1.3- Những yếu tố của phễu nổ
- Chiều sâu đặt thuốc (đường kháng nhỏ nhất) W: khoảng cách ngắn nhất
từ trung tâm lượng thuốc đến bề mặt tự do;
- Góc mở rộng của phễu nổ 2  ;
- Bán kính phễu nổ r;
- Bán kính tác dụng nổ R;
- Chỉ số tác dụng nổ n:
n  tg 

r
w

là chỉ số tác dụng nổ khi đó có:

n = 1, khi 2α = 900, r = w gọi là nổ tiêu chuẩn.
4


n > 1, khi 2α > 900, r > w gọi là nổ mạnh.
n <1, khi 2α < 900, r < w gọi là nổ yếu.
Chỉ số n phản ánh đặc tính nổ của lượng thuốc, mục đích nổ mạnh hay
yếu và là chỉ số có ý nghĩa quan trọng trong tính tốn nổ mìn.
1.1.3. Các vùng tác dụng nổ
- Tại vị trí đặt thuốc, khi nổ dưới tác dụng của sóng đập và khí nổ tạo
thành vùng nén ép (hoặc nghiền nát). Trong vùng này đất đá bị nén ép và nghiền
nát mạnh, tại vị trí đặt thuốc tạo thành buồng nổ có kích thước nhất định.
- Ngồi vùng nghiền nát là vùng tơi vụn (hoặc vùng tạo thành nứt nẻ).
Trong vùng này đất bị đập vỡ, bị phân chia bởi nhiều nứt nẻ mà cấu trúng không
bị thay đổi.

Khi phá vỡ đất đá cứng bằng nổ mìn thì vùng phá vỡ là vùng có ý nghĩa
thực tế, đó là tổ hợp của vùng nén ép và vùng tơi vụn. Bán kính vùng này gọi là
bán kính phá vỡ hay bán kính tác dụng nổ.
- Sau giới hạn vùng phá vỡ, năng lượng nổ gây ra tác dụng chấn động
trong đất đá. Vùng có xuất hiện tác dụng đó gọi là vùng chấn động.
Khi nổ mìn (trừ nổ mìn ép) đều phát ra sóng đập khơng khí. Sóng đập
khơng khí có thể có tác dụng phá hoại nhất định.
1.2. TÁC DỤNG PHÁ VỠ KHI NỔ LƯỢNG THUỐC ĐƠN ĐỘC
Theo cơ cấu quá trình phá vỡ, đất đá được chia thành 3 nhóm: đất đá mềm
yếu, đất đá cứng đặc và đất đá nứt nẻ.
1.2.1. Cơ cấu phá vỡ đất đá mềm yếu bằng nổ mìn
Đất đá mềm yếu bao gồm cát, sét, đất thịt v.v…, nó có độ bền nén và cắt
nhỏ, độ dẻo được thể hiện rõ. Năng lượng nổ dùng để phá vỡ loại đất đá này
không đáng kể. Khi nổ năng lượng chủ yếu dùng để tạo buồng xung quanh
lượng thuốc hoặc tạo thành phễu nổ, nghĩa là dùng để nén nền đất, mở rộng
buồng mìn hoặc truyền cho đất đá động năng nhất định để văng xa.
Khi nổ, tại thời điểm ban đầu tạo thành buồng hình cầu xung quanh lượng
thuốc và nó chứa đầy khí nổ. Sau đó buồng nổ có dạng quả lê mà trục của nó
trùng với hướng đường cản nhỏ nhất (hình 1.4). Do các phần khác nhau của đất
đá có sức kháng chuyển dịch khác nhau mà hình dạng của buồng nổ thay đổi.
Phần dưới của buồng mở rộng yếu, trong khi đó kích thước của phần trên tăng
lên, bề dầy lớp đất đá ở trên buồng giảm đi. Buồng nổ được tiếp tục mở rộng và
phần trên bị phá vỡ, các phần tử đất đá chuyển động tung lên. Sau khi hết năng
lượng dự trữ thì đất đá rơi xuống và tạo thành phễu hở có gờ ở miệng.

5


Hình 1.4- Trình tự phá vỡ đất đá bằng nổ mìn
1-7 các pha dịch chuyển của đất đá

Một phần đất đá lăn xuống dưới và phễu có góc dốc tự nhiên đặc trưng
cho từng loại đất, thể tích phễu khi đó giảm đi.
1.2.2. Cơ cấu phá vỡ đất đá cứng đồng nhất bằng nổ mìn
Tốc độ kích nổ của chất nổ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ lan truyền sóng
ứng suất trong đất đá. Vì vậy bề mặt đất đá tiếp thu tác dụng nổ đồng thời trên
toàn bộ diện tích tiếp xúc lượng thuốc với đất đá.
Trên bề mặt ranh giới giữa lượng thuốc và đất đá sóng kích nổ chuyển
thành sóng đập với biên độ lớn hơn. Sóng đập nghiền nát đất đá rất mạnh trong
điều kiện nén các phía khơng đều đặn. Càng xa lượng thuốc thì biên độ sóng đập
càng giảm. Tại những điểm của môi trường cách lượng thuốc khoảng 5  6 lần
bán kính lượng thuốc thì sóng đập chuyển thành sóng đàn hồi. Tốc độ lan truyền
của nó nhỏ hơn tốc độ lan truyền sóng đập và bằng tốc độ âm trong mơi trường
đất đá.
Ứng suất trên mặt sóng nổ cao hơn nhiều so với độ bền của đất đá về nén,
do đó sau khi sóng nổ truyền qua đất đá bị đập vỡ, thường kết cấu ban đầu của
nó bị phá vỡ. Vùng này được đặc trưng là vùng tác dụng dẻo khi nổ. Nó thường
giới hạn trong khoảng 10 – 12 lần bán kính lượng thuốc. Trong vùng này sau khi
sóng nổ truyền qua, khí nổ với áp lực cực lớn (20  70).108 N/m2 gây ra tác dụng
phá vỡ nhất định.
Dưới tác dụng của sóng và khí nổ đất đá gần lượng thuốc bị nén ép và
chuyển dịch nhanh sau mặt sóng ứng suất. Do đó mà tạo thành vùng biến dạng
mạnh với hệ thồng nhiều nứt nẻ cắt nhau (hình 1.5).

Hình 1.5. Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc
a. Vùng nghiền nát
b. Vùng tạo thành nứt nẻ
6


Càng xa lượng thuốc thì ứng suất trên mặt sóng nổ càng giảm và ở khoảng

cách nhất định nhỏ hơn sức kháng nén của đất đá, khi đó đặc tính biến dạng và
phá vỡ mơi trường thay đổi.

Hình 1.6. Sơ đồ tạo thành nứt nẻ hướng tâm và nứt nẻ
vòng xung quanh lượng thuốc
Dưới tác dụng của sóng ứng suất và khí nổ (lan truyền từ lượng thuốc),
theo đường hướng làm phát sinh ứng suất nén và theo hướng tiếp tuyến phát
sinh ứng suất kéo, do đó trong đất đá xuất hiện những nứt nẻ hướng tâm (hình
1.6.a).
Ngồi ra đất đá bị biến dạng dưới tác dụng áp lực cao, bán kính các vùng
xung quanh lượng thuốc r1 và r2 tăng lên. Khi đó theo hướng tiếp tuyến đất đá
chịu tác dụng của ứng suất kéo, ứng suất này làm phát triển nứt nẻ hướng tâm.
Sự mở rộng khí nổ có ảnh hưởng nhất định đến sự mở rộng khe nứt. Qua
thí nghiệm người ta đã xác định rằng khi nổ lượng thuốc nổ khơng nạp bua thì
30  40% sản phẩm khí nổ xâm nhập vào nứt nẻ, cịn khi nổ lượng thuốc có bua
thì hơn 70%. Tuy nhiên hiện nay chưa có khả năng xác định ảnh hưởng định
lượng của khí nổ đến hiệu quả phá vỡ trong khối đá.
Càng xa lượng thuốc thì ứng suất kéo tiếp tuyến càng giảm và sẽ nhỏ hơn
sức kháng của đất đá. Vì vậy đến một khoảng cách nhất định thì đất đá không bị
phá vỡ mà các phần tử của nó chỉ chuyển dịch dao động mà thơi.
Sau khi giảm áp lực khí nổ ở trung tâm nổ thì đất đá khơng bị nén và nó
chuyển dịch về phía trung tâm lượng thuốc, do đó bán kính của buồng hình cầu
giảm và đất đá kề với buồng đó chịu ứng suất kéo theo đường hướng tâm. Điều
đó tạo ra nhứng nứt nẻ vịng trong đất đá (hình 1.6.b)
Khi nghiên cứu sơ đồ tác dụng nổ nén ép, giáo sư Pakrobski đã phân chia
thành 4 giai đoạn tác dụng của sản phẩm kích nổ.
1. Giai đoạn 1: Sóng kích nổ (v = 4 - 6 km/s), truyền trên bề mặt tiếp xúc
giữa thuốc với đất đá, sau đó nó chuyển thành sóng đập ( v = 3 – 5 km/s), ứng
suất trên mặt sóng vượt giới hạn bền nén của đất đá.
7

Sóng đập phá vỡ đất đá thành những phần tử có kích thước nhỏ. Tại thời
điểm mà tốc độ lan truyền của sóng đập bằng tốc độ của sóng dọc:
E (1   )
 (1   )(1  2 )

C1 

Trong đó: (E- mơ đun đàn hồi của đất đá,  - hệ số Poatxong,  - mật độ
đất đá) thì sóng đập chuyển thành sóng đàn hồi và bắt đầu giai đoạn 2 của tác
dụng động lực sóng đàn hồi. Khi nổ lượng thuốc , ứng suất trên mặt sóng đàn
hồi lớn hơn giới hạn bền nén của đất đá, vì vậy mặt trước sóng đồng thời là bề
mặt phá vỡ đất đá.
2. Giai đoạn 2: Buồng nổ chứa đầy sản phẩm nổ và vùng đất đá bị đập
nhỏ được mở rộng, áp lực khí trong buồng nổ chuyển qua đất đá bị đập vỡ thành
mặt trước của sóng đàn hồi. Trong q trình lan truyền sóng đàn hồi ứng suất bị
giảm dần. Tại thời điểm khi biên độ mặt trước sóng đàn hồi giảm bằng trị số bền
động lực của đất đá thì bắt đầu giai đoạn 3.
3. Giai đoạn 3: Hình thành một số vùng biến dạng và phá vỡ đất đá: vùng
đập nhỏ đất đá do tác dụng của sản phẩm nổ, vùng nứt nẻ hướng tâm, vùng biến
dạng đàn hồi.
Ở giai đoạn 3 người ta quan sát được mặt trước của sóng đàn hồi, mặt tạo
thành nứt nẻ hướng tâm và mặt nghiền nhỏ đất đá. Cuối giai đoạn 3, trong vùng
lân cận lượng thuốc phát sinh trạng thái ứng suất biến dạng cân bằng và từ sóng
đàn hồi phát sinh sóng chấn động, biên độ của nó biến đổi theo quy luật:
r  

 nd


r

;r 

r
r*

(1.1)

Trong đó:
 nd - Giới hạn bền nén động lực của đất đá;
r- Bán kính mặt trước của sóng chấn động;
r* = (0,6  0,8) R- Bán kính vùng đập nhỏ đất đá cuối giai đoạn 2;
R- Bán kính cuối cùng vùng đập nhỏ đất đá.
Cuối giai đoạn 3 sự lan truyền ứng suất trong vùng nứt nẻ hướng tâm được
miêu tả bằng những quan hệ:
r 
(r



  dn
2

r
E

;      0

(1-2)

r
;         r )

Trong đó:
r = r/r2 ; r2  r  ro;

r2 - Bán kính cuối cùng của vùng đập nhỏ đất đá;
8


ro - Bán kính ngồi của vùng nứt nẻ hướng tâm. Nếu r = ro thì quan hệ giữa
ro và r2 có dạng:

r  r2

 nd
2 k

(1-3)

Về bản chất: ro là bán kính vùng tạo thành nứt nẻ, nghĩa là vùng bán kính
đập vỡ điều chỉnh; cịn r2 là bán kính buồng nổ tạo thành trong đất đá. Trị số
2r2/dt là hệ số mở rộng buồng mìn km, đối với đất đá cứng nó có giá trị từ 4  10.
Như vậy từ (1-3) ta có:
r 

dt km
2

 nd
2 k

(1-4)

4. Giai đoạn 4: Do tác dụng nổ mà tạo thành những nứt nẻ vòng tiếp tuyến
trong vùng nứt nẻ hướng tâm và vùng biến dạng đàn hồi. Nứt nẻ vòng được tạo
thành trong những điều kiện sau đây: Từ buồng nổ, tại thời điểm nhất định, sản
phẩm nổ theo các vết nứt truyền vào khí quyển nên áp lực giảm đáng kể, giải
phóng cho đất đá khỏi bị nén trong vùng nứt nẻ hướng tâm vùng biến dạng đàn
hồi. Khi đó các phần tử đất đá chuyển động về phía trung tâm lượng thuốc xuất
hiện ứng suất kéo hướng tâm. Do ảnh hưởng của ứng suất này mà phát sinh nứt
nẻ vòng quanh buồng nổ.
Trong trường hợp nổ nén ép lượng thuốc dài quá trình phá vỡ đất đá gây
ra hiện tượng tương tự.
Khi nổ do không bị ngăn cản và dưới tác dụng của sóng ứng suất các phần
tử đất đá ở gần bề mặt tự do được chuyển dịch tự do về phía bề mặt đó và kéo
theo tất cả các phần tử xa bề mặt tham gia vào sự chuyển động này. Khi đó bắt
đầu lan truyền sóng phản xạ theo đất đá. Trên mặt sóng phản xạ (cịn gọi là sóng
căng) phát sinh ứng suất kéo. Như vậy sóng căng là sóng nén được phản xạ từ
bề mặt tự do và được lan truyền từ lượng thuốc ảo. (hình 1.7)

Hình 1.7. Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở bề mặt tự do
1- Lượng thuốc; 2- Sóng tới (nén)
3- Lượng thuốc ảo; 4- Sóng phản xạ

9

Trị số lượng thuốc ảo giống trị số lượng thuốc thật, nhưng nó được phân
bố bên ngồi cách bề mặt tự do một khoảng bằng đường kháng nhỏ nhất của
lượng thuốc thật. Vì sức kháng kéo của đất đá nhỏ hơn 10  30 lần sức kháng nén
nên đất đá ở bề mặt tự do bị phá vỡ do sóng phản xạ với tạo thành nứt nẻ tiếp
tuyến và phễu vỡ lở bề mặt.
Tồn bộ thể tích đất đá trong phễu nổ bị đập vỡ do sự phá vỡ lan truyền từ
bề mặt vào sâu trong khối đá cộng với sự phá vỡ xảy ra xung quanh lượng
thuốc.
Giáo sư Khanukaiev đã tìm ra các thơng số của sóng ứng suất lan truyền
trong đất đá khi nổ bằng cách sau (hình 1.8):

Hình 1.8. Sơ đồ xác định các thơng số của sóng ứng suất
trong đất đá khi nổ lượng thuốc
1- Lượng thuốc nổ; 2- Đát trích
Trên những thành thẳng đứng của giếng (kích thước 4x4x3m) chứa đầy
nước, khoan lỗ khoan để chứa thuốc nổ và cách thành giếng 5 – 8 cm ở trong
nước bố trí đát trích để ghi lại các thơng số của sóng khúc xạ. Thơng số của sóng
ứng suất tìm được theo cơng thức:
Pt
k

(1.5)

2 n Cn
 n Cn   d Cd

(1.6)

t 
k

Trong đó:
 nCn và  d C d - Mật độ và tốc độ sóng dọc tương ứng trong nước và trong

đất đá;
k- Hệ số khúc xạ;
 t - Ứng suất hướng tâm trong đất đá;
Pt - Áp lực trong nước.

Tương tự có thể tiến hành đo trên các mẫu đất đá đặt trong giếng chứa
nước.

10


1.2.3. Cơ cấu phá vỡ đất đá nứt nẻ bằng nổ mìn
Đất đá nứt nẻ bị phá vỡ do tác dụng của áp lực khí nổ và của sóng ứng
suất. Sự phá vỡ được lan truyền ngược nhau từ buồng mìn và từ bệ mặt tự do.
Dưới tác dụng áp lực cao của khí nổ tại vị trí đặt thuốc tạo thành buồng
nổ, vùng đất đá bị phá vỡ phân bố xung quanh buồng đó.
Những khe nứt của đất đá là những bề mặt phân chia, nó cản trở sự lan
truyền sóng ứng suất và sự lan truyền q trình phá vỡ. Ở bề mặt của nỗi nứt nẻ
ứng suất trong sóng giảm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của nó (hình 1.9).
σ

3
1
1

2

2
t

Hình 1.9- Sơ đồ giảm trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc trong đất đá nứt nẻ
1- Đất đá không nứt nẻ; 2- Đất đá nứt nẻ; 3- Bề mặt nứt nẻ trong đất đá
Do đó ứng suất trong đất đá nứt nẻ ở xa lượng thuốc giảm rất nhiều, còn
những nứt nẻ từ lượng thuốc được lan truyền đến một khoảng cách nhỏ hơn so
với trong đất đá khơng nứt nẻ. Ngồi giới hạn của khối tiếp xúc với lượng thuốc,
đất đá bị phá vỡ chủ yếu do sự va đập cơ học của khối. Vì vậy trong đất đá tạo
thành một số tâm phá vỡ dưới tác dụng của sóng phản xạ và khí nổ.
Như vậy trong đất đá nứt nẻ có 2 cơ cấu phá vỡ khi nổ: những khối nứt nẻ
chứa lượng thuốc nổ hoặc ở gần trực tiếp với nó bị phá vỡ bởi sóng, cịn những
khối phân bố ngồi giới hạn vùng tác dụng của sóng bị phá vỡ bởi động năng va
đập cơ học.
Khi chiều sâu đặt lượng thuốc lớn, trên bề mặt tự do phát sinh dao động
chấn động. Cuối giai đoạn tác dụng nổ, những phần tử hướng tâm có trạng thái
ứng suất biến dạng, cũng như biên độ chuyển dịch của các phần tử bề mặt trên
lượng thuốc có giá trị lớn hơn 2 lần so với chúng ở độ sâu W dưới lượng thuốc.
Tốc độ và biên độ dịch chuyển các phần tử ở trên bề mặt tăng lên, khi đạt
trị số W nhất định thì trên bề mặt đất đá bị vỡ lở.
W* 

0,7r2 nd

k

 r*

(1.7)

Sóng chấn động truyền đến bề mặt tự do (hình 1.10) thì phản lại dưới dạng
sóng căng.

11


1- Mặt tự do
2- Lượng thuốc
3- Buồng nổ
4- Biên độ cực đại của sóng
chấn động
5- Sóng chấn động nén tại thời
điểm t1 và t2
6- Sóng phản xạ căng tại thời
điểm t3
Hình 1.10. Sơ đồ phản xạ sóng chấn động từ bề mặt tự do
Khi chiều sâu lượng thuốc đủ lớn thì ứng suất hướng tâm  r trong sóng
phản xạ nhỏ hơn  k . Khi giảm W trị số  r tăng và khi W* = r* thì  r =  k và đất
đá bị vỡ lở do sóng phản xạ.
Đối chiếu thấy r*  ro , do đó đất đá bị vỡ lở trước khi tạo thành nứt nẻ
hướng tâm.
Khi nổ trong khối nứt nẻ thì ở bề mặt vết nứt xảy ra quá trình vỡ lở đất đá
nếu chiều rộng của nứt nẻ  > 1mm (để đảm bảo sự phản xạ của sóng). Do nứt
nẻ có thể phân bố dưới những góc khác nhau so với hướng sóng tới và bề rộng
nứt nẻ có thể nhỏ hơn 1mm nên sự vỡ lở ở bề mặt nứt nẻ khơng phải lúc nào
cũng xảy ra. Từ đó có thể xảy ra sự vỡ lở đất đá trên bề mặt nứt nẻ. Trị số r * là
bán kính vùng đập vỡ không điều chỉnh, nghĩa là vùng trong đó có thể khơng
xảy ra sự phá vỡ.
Đối với lượng thuốc dài thì:


r*  0,7.r2 . nd
 k





2

(1.7)’

So sánh (1.7) và (1.7)’ thấy rằng bán kính vùng đập vỡ khơng điều chỉnh
khi nổ lượng thuốc nổ dài lớn hơn khi nổ lượng thuốc tập trung.
Tiếp tục giảm chiều sâu đặt thuốc cho đến khi W < r * thì sự phân bổ đối
xứng trạng thái ứng suất biến dạng gần lượng thuốc bị thay đổi. Vùng nứt nẻ
hướng tâm có dạng quả lê và theo hướng đường kháng nhỏ nhất nứt nẻ phát
triển mạnh (khi W = 2ro). Trên đường đó ứng suất kéo tiếp tuyến và hướng tâm
đạt được giá trị cực đại. Chính vì thế mà nứt nẻ phá vỡ phát sinh đầu tiên trên
đường kháng nhỏ nhất.
Nếu W  2r0 thì tạo thành những nứt nẻ vịng, những nứt nẻ này tạo ra
phễu nổ văng xa và làm vỡ đất đá.

12


Như vậy khi nổ lượng thuốc gần bề mặt tự do có thể phân thành 4 trường
hợp:
- W > r*: Nổ nén ép, không thể hiện sự phá vỡ nào trên bề mặt.
- r*  W > 2r0: Đất đá trên bề mặt tự do bị vỡ lở

- 2r0  W > 2.r0 : Đất đá ở bề mặt tự do bị vỡ lở và tạo thành nứt nẻ theo
đường kháng nhỏ nhất (vùng nứt nẻ hướng tâm và vùng đập võ nhỏ đất đá có
dạng quả lê).
-W 

2.r0 : Tạo ra phễu văng xa.

1.3. PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ ĐỒNG THỜI VÀI LƯỢNG THUỐC
Trong cơng nghiệp mỏ ít sử dụng nổ những lượng thuốc đơn độc. vì vậy
cần biết đặc điểm tác dụng khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc.
Thí nghiệm nổ trên mơ hình cho thấy trước khi trường ứng suất gặp nhau
môi trường xung quanh mỗi lượng thuốc thể hiện như khi nổ từng lượng thuốc
đơn độc, sau đó xảy ra sự giao thoa của sóng ứng suất rất phức tạp và có sự khác
nhau rõ ràng về cường độ đập vỡ đất đá theo đường nối các lượng thuốc và theo
hướng của đường kháng nhỏ nhất.
Khi sóng ứng suất gặp nhau thì trạng thái ứng suất của môi trường thay
đổi nhiều. Khi nghiên cứu một phân tố của môi trường trên đường nối các lượng
thuốc cạnh nhau (1.11a) ta thấy theo hướng vng góc với đường đó chịu sự tác
dụng của ứng suất kéo lớn hơn so với khi nổ lượng thuốc đơn độc. Điều đó làm
tăng tác dụng nổ và tạo thành nứt nẻ chính theo đường nối hai lượng thuốc mà
đất đá xung quanh nó khơng bị nghiền nát mạnh, đặc biệt khi hệ số khoảng cách
giữa các lỗ khoan nhỏ.

Hình 1.11. Sơ đồ trạng thái ứng suất những phần khác nhau của đất đá
khi nổ đồng thời hai lượng thuốc
a- Trên đường nối hai lượng thuốc
b- ở sâu trong đất đá giữa hai lượng thuốc
Thí nghiệm đã xác định rằng bán kính phá vỡ các khối nứt nẻ theo đường
nối các lượng thuốc tăng lên 1,6  2 lần. Những khối đất bị phá vỡ chủ yếu bằng
13

nứt nẻ. Cuối kẽ nứt của khối này trùng với đầu kẽ nứt của khối tiếp theo. Hiệu
quả này được sử dụng để nổ mìn tạo biên khi đào lị và khi chọn sơ đồ nổ vi sai
trên mỏ lộ thiên.
Có những vùng đất đá phân bố giữa các lỗ khoan và bề mặt tự do xảy ra
sự bù trừ ứng suất và trạng thái ứng suất bị yếu đi so với khi nổ lượng thuốc đơn
độc. Trong những vùng này (hình 1.11b) đất đá bị đập vỡ kém nhất.
Khi hệ số khoảng cách m > 1 thì thể tích của vùng này là nhỏ nhất. Khi
tiến hành nổ mìn cần giảm kích thước những vùng đập vỡ kém. Điều đó sẽ đạt
được bằng cách tăng hệ số khoảng cách (m > 2) và nổ lượng thuốc theo thời
gian khác nhau.
Khi nổ đồng thời những lượng thuốc dài No1 và No2 thì trong mặt phẳng
phân bố chúng ứng suất nén hướng tâm  r1 và  r 2 cũng như ứng suất kéo tiếp
tuyến   1 và   2 trùng nhau về hướng, dấu. Vì vậy nứt nẻ giữa các lượng thuốc
No1 và No2 trong mặt phẳng phân bố chúng được tạo thành với mức độ mạnh
nhất.
Càng xa mặt phẳng phân bố các lượng thuốc thì ứng suất  r1 và   1 phát
sinh trong đất đá do nổ lượng thuốc nổ No1 sẽ không trùng với ứng suất tương
ứng  r 2 và   2 do lượng thuốc nổ No2 sinh ra. Do đó ứng suất tổng sẽ giảm đi.
Ta nghiên cứu ứng suất tổng phát sinh trong đất đá tại các điểm trên nửa vịng
trịn có đường kính bằng khoảng cách giữa các lượng thuốc và tâm là điểm giữa
của khoảng cách ấy. Trên vòng tròn này ứng suất  r1 sẽ trùng hướng với ứng
suất   2 , còn   1 sẽ trùng hướng với ứng suất  r 2 . Vì vậy ứng suất tổng sẽ giảm
và bằng:
 1 =  r1 +   2 ;   2 =   1 +  r 2

Do những trị số  r và   khác nhau về dấu nên ứng suất tổng  1 và   2 về
trị số tuyệt đối sẽ nhỏ hơn ứng suất  r1 và   1 . Tại điểm cách đều các lượng
thuốc No1 và No2 có  r1 =  r 2 = -   1 = -   2 , nghĩa là tại điểm đó ứng suất tổng

bằng không. Như vậy khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc dài do sự tác dụng lẫn
nhau mà phát sinh ứng suất cực đại trong mặt phẳng chứa các lượng thuốc nổ,
còn tất cả những điểm còn lại ứng suất nhỏ hơn. Tại những điểm trùng với giao
tuyến của các bán kính hợp một góc 45o với mặt phẳng chứa các lượng thuốc
ứng suất bằng 0. Thực nghiệm chứng minh rằng khi khoảng cách giữa các lượng
thuốc a  3r0 (r0 là bán kính vùng đập vỡ điều chỉnh) thì thể hiện sự tác dụng lẫn
nhau của 2 lượng thuốc dài. Khi a  2,8r0 thì trạng thái ứng suất – biến dạng của
đất đá xung quanh lượng thuốc cũng như đặc tính tác dụng của sản phẩm kích
nổ thay đổi. Trong trường hợp này đất đá được tách ra khỏi nguyên khối với sự
đập vỡ không đáng kể ở gần các lượng thuốc. Khi a > 3r0 thì đất đá bị đập vỡ
như khi nổ những lượng thuốc đơn độc.
14


Vùng thứ nhất(a  2,8r0) được sử dụng khi nổ tạo biên và khi khai thác đá
khối, còn vùng thứ 2 (a > 3r0) đập vỡ đất đá.
Qui luật nêu trên chỉ ra rằng: Nâng cao chất lượng đập vỡ đất đá bằng
cách bố trí các lượng thuốc gần nhau và nâng cao chỉ tiêu thuốc nổ chỉ có thể
được thực hiện trong một giới hạn nhất định đối với mỗi loại đất đá. Khi tiếp tục
bố trí các lượng thuốc gần nhau hơn thì có thể giảm chất lượng đập vỡ và tăng tỷ
lệ cỡ hạt lớn.
1.4. PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ VI SAI
Nổ vi sai là nổ liên tiếp hàng loạt hay từng lượng thuốc riêng với thời gian
dãn cách tính bằng phần nghìn giây. Đơi khi phương pháp này gọi là phương
pháp mili giây.
Những yếu tố chủ yếu quyết định hiệu quả nổ vi sai là thời gian dãn cách
và trình tự phá vỡ đất đá. Nó thay đổi tùy thuộc vào tính chất đất đá, sơ đồ phân
bố lượng thuốc, nhiệm vụ nổ (đập vỡ, chuyển dịch,…).
Khi nổ vi sai xảy ra sự tác dụng lẫn nhau của các lượng thuốc cạnh nhau.
Nổ vi sai tạo ra kết quả tốt là do sự giao thoa của sóng ứng suất, sự tạo thành

mặt tự do phụ, sự va đập của các cục đá bay khi nổ những lượng thuốc cạnh
nhau.
Khi thời gian dãn cách nhỏ xảy ra sự giao thoa của sóng ứng suất, thời
gian dãn cách trung bình – tạo thành mặt tự do phụ, thời gian dãn cách lớn – va
đập của các cục đá bay. Như vậy tất cả những yếu tố kể trên được nghiên cứu
như những yếu tố thành phần của một quá trình thống nhất.
Dưới đây, chúng ta sẽ nghiên cứu những dạng cơ bản tác dụng tương hỗ
khi nổ vi sai các lượng thuốc và vai trò của chúng trong việc cải thiện chất lượng
phá vỡ đất đá.
1.4.1. Sự giao thoa của sóng ứng suất
Sự giao thoa của sóng ứng suất xảy ra trong trường hợp hướng chuyển
dịch các phần tử của đợt nổ trước và sau trùng nhau. Khi đó tổng chuyển dịch,
ứng suất và cường độ phá vỡ đất đá tăng lên.
Sóng ứng suất (hình 1.12) từ lượng thuốc lan truyền đến bề mặt tự do và
phản xạ lại tạo thành sóng căng, sóng này lan truyền sâu vào khối đất đá.
Lượng thuốc Q2 cần nổ tại thời điểm khi sóng căng của lượng thuốc thứ
nhất đi qua vị trí phân bố lượng thuốc Q2. Khi đó lượng thuốc Q2 tác dụng dễ
dàng hơn và hiệu quả phá vỡ đất đá tăng lên. Thời gian dãn cách (s) để đảm bảo
giao thoa sóng ứng suất được xác định theo công thức của giáo sư
G.I.Pakrôpski:
t

a 2  4W 2
vm

15


Trong đó:
a- Khoảng cách giữa các lượng thuốc, m;

W- Đường kháng nhỏ nhất, m;
Vm- Tốc độ lan truyền sóng ứng suất trong đất đá, m/s
Q1’
W

1
2

2
Q2

Q1

W
1- Sóng nén (sóng tới)
2- Sóng kéo (sóng phản xạ)

Hình 1.12- Sơ đồ giao thoa của sóng ứng suất
Khi nổ vi sai những lượng thuốc cạnh nhau
Thời hạn dao động đàn hồi trong đất đá sau khi nổ trong vùng phá vỡ
không vượt quá 6ms, trong khi đó thời gian giãn cách sử dụng thực tế để đảm
bảo đập vỡ tốt đất đá chiếm 20  70 ms. Trong đất đá nứt nẻ càng xa lượng
thuốc biên độ sóng ứng suất càng giảm đáng kể, và trị số của nó sẽ khơng đủ để
đập vỡ đất đá.
Vì vậy, sử dụng hiệu quả giao thoa ứng suất để tăng cường độ đập vỡ yêu
cầu lựa chon thời gian dãn cách chính xác (đến 0,1 ms), do tốc độ sóng ứng suất,
cường độ nứt nẻ và khoảng cách giữa các lượng thuốc thay đổi nên sử dụng hiệu
quả này trong điều kiện thực tế tiến hành công tác nổ rất khó khăn.
1.4.2. Tạo thành mặt tự do phụ
Mặt tự do phụ khi nổ loạt trước đảm bảo tạo thành sóng phản xạ trong đất

đá khi nổ loạt sau. Điều đó làm tăng hiệu quả phá vỡ, làm yếu khối đá và làm dễ
dàng cho sự phá vỡ, đất đá chuyển dịch về phía bề mặt tự do.
Khi nổ lượng thuốc, thể tích phá vỡ tăng tỷ lệ với số lượng mặt tự do (hình
1.13)

Hình 1.13. Sự thay đổi điều kiện tác dụng nổ
phụ thuộc vào số lượng mặt tự do

16


δ

W
1

2

Hình 1.14. Sơ đồ tạo thành mặt tự do phụ khi nổ vi sai
1- Lượng thuốc nổ tức thời, 2- Lượng thuốc nổ sau
Đập vỡ đất đá thường xảy ra với sự tăng thể tích ban đầu chuyển dịch về
phía mặt tự do. Khi chiều rộng khe hở không đủ sự phá vỡ sẽ khó khăn vì lúc đó
sau khi nổ loạt trước đất đá gây sức kháng phụ cho đợt nổ sau. Vì vậy chiều
rộng khe hở giữa phần đất đá bị phá vỡ và không bị phá vỡ cần tỷ lệ với đường
kháng nhỏ nhất và hệ số nở rời của đất đá.
Chiều rộng cần thiết để nhận được mặt tự do theo số liệu thực nghiệm
bằng (1/20  1/30)W, (hình 1.14).
Thời gian dãn cách giữa các đợt nổ được lựa chọn xuất phát từ điều kiện:
với thời gian đó phần đất đá được tách ra khỏi nguyên khối đến khoảng cách đủ
để khe hở trở thành mặt tự do, nghĩa là:

t = t1 + t2 + t3
(1.8)
Trong đó:
t1- Thời gian lan truyền sóng ứng suất từ lượng thuốc đến mặt tự do, ms;
t2- Thời gian tạo thành nứt nẻ theo biên lăng trụ phá vỡ, ms;
t3- Thời gian chuyển dịch đất đá để tạo thành khe hở đủ rộng, ms.
Thường t1 = 1  2 ms và nhỏ hơn nhiều so với t2 và t3. Vì vậy có thể lấy:
t = t2 + t3
Từ sự miêu tả hình học ta có:
t2 = W/vn.  .cos 
Trong đó:
vn- Tốc độ tạo thành nứt nẻ khi nổ, m/s;
 = 0,5  1,0 - Hệ số nứt nẻ;
 - Nửa góc đỉnh phễu nổ, trong tính tốn lấy  = 45o. Đối với đất đá có

vn = 1700  2000 m/s và lỗ khoan có đường kính 220  250 mm thì t2 =
15  10ms.
Nếu coi thể tích đất đá bị phá vỡ bằng nổ mìn được chuyển dịch như một
lăng trụ nguyên thì:
t3= 10-6W2  tg  /d
Trong đó:  - Mật độ đất đá, g/cm3.

17


Đối với đất đá có mật độ 2,2  2,8 g/cm3 và lỗ khoan đường kính 220 
250 mm t3 = 10  15 ms.
Như vậy thời gian dãn cách bằng 25  35 ms. Nổ thí nghiệm ở các xí
nghiệp mỏ cho thấy rằng thời gian dãn cách trên gần với trị số hợp lý và nó giảm
khi độ cứng đất đá tăng.

Thời gian dãn cách khi nổ trong đường lị chuẩn bị (ms) có thể được xác
định theo công thức thực nghiệm
t  31,5

W
4

C.

 64 C.   9,6

(1.9)

Trong đó: C- Tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá, m/s;
 - Mật độ đất đá, kg/m3.
Khi nổ những đoạn thuốc trong lỗ khoan với thời gian khác nhau là sự
phát triển nổ mìn vi sai. Khi đó mỗi phần của lượng thuốc không thể gây nổ
những phần khác, còn thời gian dãn cách lấy trong giới hạn 10  25ms. Sơ đồ nổ
như vậy cho phép cải thiện chất lượng đập vỡ đất đá và giảm tác dụng chấn
động khi nổ..
1.4.3. Sự va đập của các cục đá bay
Hiện tượng này xảy ra khi những phần khác nhau của khối đá bị phá vỡ
bằng nổ có tốc độ và hướng chuyển động khác nhau. Khi các cục đá va chạm
nhau sẽ xảy ra sự đập vỡ phụ. Thực nghiệm đã chỉ ra rằng: chất lượng đập vỡ tốt
nếu hướng bay của các cục đá cắt nhau với góc khơng nhỏ hơn 90 o. Trong
trường hợp nổ theo hàng đất đá mặt trước của các đợt nổ sau (tốc độ 20  60 m/s)
va đập với đất đá mặt sau của đợt nổ trước (tốc độ 3  6 m/s).
Theo tính tốn, khi tốc độ chuyển động khác nhau từ 15m/s trở lên sẽ đập
vỡ các cục đá va chạm nhau. Nếu nổ với chỉ tiêu thuốc nổ lớn thì sự khác nhau
về tốc độ sẽ lớn, đặc biệt khi nổ theo sơ đồ rạch và đối nhau.

Khi nổ vi sai, quá trình phá vỡ đất đá bằng những lượng thuốc của đợt đầu
tương tự như sự phá vỡ khi nổ một lượng thuốc. Do tác dụng nổ mà lăng trụ
(phễu nổ) bị đập vỡ, dưới tác dụng áp lực dư của sản phẩm nổ lăng trụ đó được
chuyển dịch. Lúc này đất đá ở trong tình trạng ứng suất. Khi nổ những lượng
thuốc đợt 2 và các đợt tiếp theo với thời gian dãn cách nhỏ trong đất đá phát sinh
tình trạng phức tạp về sự giao thoa của sóng ứng suất. Thời gian đất đá ở trong
trạng thái ứng suất tăng lên, tác dụng chấn động giảm đi (do nổ đồng thời một số
lượng nhỏ các lượng thuốc) và hậu xung giảm.
1.5. NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TỐN TÁC DỤNG PHÁ VỠ KHI NỔ MÌN

1.5.1. Khái niệm chung
Bản chất của phương pháp được áp dụng để tính toán tác dụng phá vỡ khi
nổ lượng thuốc nổ là xác định chỉ tiêu thuốc nổ tính tốn cho 1 m3 (1T) đất đá
(hoặc quặng) và xác định khối lượng đất đá (hoặc quặng) bị phá vỡ khi nổ.
18


Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào tính chất của đất đá (độ cứng và độ nứt
nẻ) phương pháp tiến hành nổ (lỗ khoan lớn, lỗ khoan nhỏ, mìn buồng,…) và
mục đích nổ (đâm xuyên, đập vỡ, văng xa…). Trị số của chỉ tiêu thuốc nổ được
xác định trên cơ sở phân tích các đợt nổ cơng nghiệp, ở xí nghiệp mỏ người ta
thành lập bảng phân loại đất đá theo độ nổ của chúng (thường từ 3  8 loại) và
đối với mỗi loại được giới thiệu chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng.
Khi xác định thể tích đất đá được phá vỡ thường người ta sử dụng phương
pháp tính cơ bản và coi khối đất đá được nổ có dạng hình học nào đấy. Nhưng
thể tích thực tế của đất đá phá vỡ khơng phù hợp với tính tốn, do đó chỉ tiêu
thuốc nổ đưa vào cơng thức tính toán khác với chỉ tiêu thuốc nổ thực tế. Để đơn
giản ta sử dụng khái niệm chỉ tiêu thuốc nổ tính tốn có tính đến những điều nêu
trên, vì rằng độ khơng chính xác đó khơng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng khi
nổ.

Chúng ta sẽ nghiên cứu những nguyên tắc chung tính tốn lượng thuốc tập
trung và lượng thuốc dài khi nổ làm tơi vụn và văng xa đất đá, trên cơ sở đó sẽ
trình bày những phương pháp tính tốn lượng thuốc đối với những điều kiện cụ thể.
1.5.2. Tính tốn đối với lượng thuốc tập trung làm tơi đất đá
Giả thiết rằng phễu nổ có dạng hình nón, góc đỉnh của nó là 90o. Đó là
phễu nổ tiêu chuẩn.
Thể tích của nó (m3) bằng thể tích hình nón:
V=

1
 r2 W
3

Đối với phếu tiêu chuẩn: n = 1, r = W, nếu lấy  = 3 ta sẽ được:
V=

1
3W2W = W3
3

Khi đó cơng thức tính lượng thuốc nổ có dạng:
Qt = qtW3
(1.10)
Trong đó qt- Chỉ tiêu thuốc nổ tính tốn đối với phễu nổ tiêu chuẩn.
Chỉ tiêu thuốc nổ này lấy làm tiêu chuẩn, nó đặc trưng cho độ nổ của đất
đá. Ở các xí nghiệp mỏ người ta tiến hành phân loại đất đá theo độ nổ, trong đó
chỉ tiêu thuốc nổ được xác định trong điều kiện tiêu chuẩn.
Khi n < 1 đất đá bị phá vỡ với chỉ tiêu thuốc nổ nhỏ hơn, còn khi n > 1 đất
đá bị phá vỡ với chỉ tiêu thuốc nổ lớn hơn so với khi nổ trong điều kiện tiêu
chuẩn, vì rằng chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào chỉ số tác dụng nổ. vì vậy người

ta đưa hàm số chỉ số tác dụng nổ vào những công thức tính tốn, hàm số này kể
đến sự thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ thực tế so với tiêu chuẩn (khi phễu nổ là tiêu
chuẩn). Như vậy cơng thức tính lượng thuốc nổ có dạng:
Q = f(n)qtW3
(1.11)
f(n)>1 khi n >1; f(n) = 1 khi n = 1; f(n) <1 khi n < 1
19


Liên hiệp cơng nghiệp nổ mìn tồn Liên Xơ đã xác định rằng đối với
lượng thuốc nổ làm tơi vụn đất đá có thể lấy f(n) = 0,33, nghĩa là trị số của lượng
thuốc tập trung làm tơi vun đất đá được tính:
Qtv = 0,33 qtw3
(1.12)
Có rất nhiều cơng thức xác định trị số của hàm số f (n), nhưng đa số chúng
không được sử dụng trong thực tế. Thường là chỉ tiêu thuốc nổ được tra theo
bảng và làm chính xác trong q trình tiến hành cơng tác nổ mìn có kể đến tính
chất của đất đá và nhiệm vụ nổ.
1.5.3. Tính tốn đối với lượng thuốc tập trung văng xa đất đá
Khi xây dựng đập chắn nước và đôi khi trên mỏ lộ thiên người ta sử dung
lượng thuốc làm văng xa phần lớn đất đá ra khỏi biên giới phễu nổ hoặc chuyển
dịch chúng tới một khoảng cách nhất định.
Sử dụng phương pháp này ở một loạt mỏ để đào hào đã cho phép giảm
thời gian xây dựng và giá thành của chúng.
Khi tính tốn lượng thuốc văng xa thường sử dụng công thức của
Bôreckov:
Q = (0,4+0,6n3)w3
(1.13)
Trong đó f(n)= 0,4+0,6n3 là hàm số chỉ số tác dụng nổ.
Khi nổ văng xa n được lấy trong giới hạn từ 1,5  2,0.

Khi W > 25m, giáo sư Pakrôvski đã đưa vào công thức Bôreckov hệ số
điều chỉnh W / 25 .
Q = (0,4+0,6n3)qt W / 25 W3

(1.14)

Sở dĩ phải đưa hệ số điều chỉnh vào là vì cần thiết phải nâng trọng tâm
khối nổ trong phễu đến độ cao H.
H = W/3 + W/4 = 7W/12
Trong đó:
W/3 – Khoảng cách từ trọng tâm khối nổ đến bề mặt tự do, m;
W/4- Chiều cao tối thiểu cần thiết để nâng trong tâm lên khỏi mặt tự do
đảm bảo văng xa bình thường, m;
Khi tăng W trị số tốc độ văng xa cần phải tăng lên để đảm bảo nâng trọng
tâm của khối văng xa đến độ cao lớn hơn so với những trị số W nhỏ (hình 1.15).

Hình 1.15. Sơ đồ giải thích việc đưa hệ số điều chỉnh của G.I Pakrôvski
vào công thức của M.M. Bôreckov
20


1.5.4. Tính tốn đối với lượng thuốc dài đập vỡ đất đá
Đối với lượng thuốc dài đơn độc thể tích đất đá bị phá vỡ tỷ lệ với W2.
Đối với lượng thuốc khai thác tầng (hình 1.16) thì thể tích đó được tính như sau:
W = a WH
Ta biết rằng m = a/W, như vậy:
V = m W2H
Trong đó:
H- Chiều cao tầng, m;
m- Hệ số khoảng cách lỗ khoan (đôi khi còn gọi là hệ số làm gần các lỗ

khoan).

Đối với lượng thuốc dài đường kính xác định thì tồn tại một trị số nào đó
của đường kháng mà vượt qua trị số đó thì chất lượng nổ mìn sẽ kém. Trị số của
nó (tính theo đường kính lượng thuốc) khi thuốc nổ chuẩn có thể là đặc trưng độ
nổ của đất đá. Sơ bộ trị số W(m) đối với những lượng thuốc đơn độc có thể xác
định theo cơng tức Đavưđơv.
W = 53kndt 

(1.15)

e

Trong đó:
kn = 1,0  1,2- Hệ số nứt nẻ của đất đá;
dt- Đường kính lượng thuốc, m;
21


 - Mật độ thuốc nổ trong lỗ khoan, g/cm3

e - Khả năng công nổ tương đối của thuốc nổ (đối với amơnít N06JV);
 - Mật độ đất đá, g/cm3.

Đối với lượng thuốc đơn độc amơnít N06JV thì W = 35  40dt. Trị số
đường kháng nhỏ nhất bằng bán kính phá vỡ đất đá của lượng thuốc có đường
kính xác định nếu lt/dt  20  30 (lt- chiều dài lượng thuốc). Khi tỷ số lt/dt nhỏ
thì bán kính phá vỡ giảm. (hình 1.17)
Thường người ta tiến hành nổ một loạt lượng thuốc phân bổ trong 1 hay
nhiều hàng. Khi đó trị số đường kháng nhỏ nhất có thể tăng lên. Mức độ tác

dụng lẫn nhau của các lượng thuốc phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng và
dãn cách thời gian khi nổ. Khi nổ tức thời và m  0,6 thì đường kháng nhỏ nhất
giới hạn tăng đến 20%, khi nổ vi sai dãn cách lớn và m  1,2 thì trị số đường
kháng nhỏ nhất khơng tăng (so với khi nổ đơn độc).
Lượng thuốc nổ được tính như sau:
Q1 = qV = qmW2H
Theo sức chứa của lỗ khoan thì lượng thuốc nổ được tính:
Q2 = p(L-lb)
Trong đó:
p- Sức chứa của 1m lỗ khoan, kg/m;
L- Chiều sâu lỗ khoan, m;
lb- Chiều dài bua, m.
Ta có:
Q1 = Q2, nếu lb = 0,75W thì: qmHW2 +0,75pW – pL = 0
Khi m = 1 ta nhận được:
W=

0,56 p 2  4qPHL  0,75 p
2qH

(1.16)

Lượng thuốc nổ trong lỗ khoan cũng có thể được tính:
Q3 = 10

d 2
4

H  7,85d 2 H

Ta có: Q1 = Q3, nghĩa là: qmW2H = 7,85d2 H
và: W = d
Trong đó:  

7,85
qm

(1.17)

lt
- Hệ số chứa đầy vật liệu nổ của lỗ khoan.
H

Đa số những công thức khác nhau được dẫn ra từ những công thức trên,
chỉ khác nhau bởi những trị số của các hệ số hoặc viết dưới dạng khác mà thôi.

22


Đối với lượng thuốc dài nằm ngang thì thể tích đất đã bị phá vỡ là:
V = W2(lt+W)
Và lượng thuốc được tính:
Q = f(n)qtW2(lt+W)
(1.18)

23


CHƯƠNG 2
ĐIỀU KHIỂN MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN

2.1. MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ BẰNG NỔ MÌN
Mức độ đập vỡ đất đá ảnh hưởng nhiều đến năng suất và hiệu quả của
những khâu tiếp sau khoan nổ mìn. Đối với mỗi loại đất đá, loại thiết bị, điều
kiện mỏ cụ thể có mức đội đập vỡ hợp lý bằng khoan nổ mìn, khi đó giá thành
bóc 1 m3 đất đá là nhỏ nhất.
2.1.1. Mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn và phương pháp xác định
Mức độ đập vỡ đầy đủ nhất (độ cục) được đặc trưng bởi thành phần cỡ hạt
của đống đá nổ mìn. Trên các mỏ lộ thiên, để đánh giá chất lượng nổ người ta sử
dụng những chỉ tiêu sau đây: Tỷ lệ đá quá cỡ, số lượng cục đá quá cỡ trong 1 m3
đất đá nổ mìn, tỷ lệ những cục bị nghiền nhỏ, đường kính trung bình của cỡ hạt
đống đá nổ mìn. Thực tế ở các mỏ đã chỉ ra rằng: ảnh hưởng chủ yếu nhất đến
chất lượng nổ mìn là tỷ lệ đá quá cỡ, vì nó quyết định đến năng suất và độ tin
cậy khi làm việc của các thiết bị xúc bốc, vận tải cũng như những chi phí để đập
vỡ lần 2.
Ở mỏ người ta thường sử dụng những phương pháp sau đây để xác định tỷ
lệ đập vỡ:
1. Tính riêng từng cục đá quá cỡ (buộc phải phá vỡ lần 2)
2. Phương pháp đo diện tích: tỷ lệ đá quá cỡ được xác định:
Vh 

 Sh
.100% .
s

(2.1)

Trong đó:
 S h - Tổng diện tích các cục đá quá cỡ trên bề mặt được đo, m2

 s - Tổng diện tích đo, m2

Trong trường hợp khó đo trực tiếp người ta dùng phương pháp đo diện
tích ảnh.
3. Phương pháp đo số lượng: Tính số lượng cục đá quá cỡ trên diện tích
đo, khi đó số lượng cục đá quá cỡ trong 1 m3 được xác định:
N

n. n

(2.2)

S. S

Trong đó:
n- Số lượng cục đá quá cỡ trên diện tích đo S.
Tỷ lệ đá q cỡ được tính theo cơng thức:
Vh = N.Vcp
(2.3)
Trong đó: Vcp - thể tích trung bình của hịn đá q cỡ.

24


4. Phương pháp đo đường thẳng: trên đống đá nổ mìn cách nhau 8  10 m
người ta căng dây và đo chiều dài của tất cả các cục đá mà dây đi qua. Tỷ lệ đá
quá cỡ được xác đinh như sau:
Vh 

 Lh
.100% ;

L

(2.4)

Trong đó:
 Lh - Tổng chiều dài các cục đá quá cỡ, m;
 L - Tổng chiều dài đường đo, m.

5. Phân tích bằng sàng: đường kính trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn
được xác định theo cơng thức:
d cp 

  i .d i
, cm
100

(2.5)

Trong đó:
d i - Đường kính cỡ hạt trung bình của loại thứ i nào đấy, cm;

 i - Tỷ lệ cỡ hạt loại i đó, %.

2.1.2. Mức độ đập vỡ đất đá hợp lý khi nổ mìn
Mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn ở đây được đặc trưng bởi đường kính
trung bình cỡ hạt đống đá nổ mìn.
Với mức độ đập vỡ hợp lý sẽ đảm bảo tổng chi phí cho một đơn vị sản
phẩm theo tất cả các khâu khai thác và đập vỡ cơ học là nhỏ nhất.
Giá thành bóc đất đá ở các mỏ than ở Việt Nam được tính:
C = C1 + C2+ C3+ C4+ C5+ C6+ C7

(2.6)
Trong đó:
C1, C2- Chi phí khoan nổ lần 1 cho 1 m3 đất đá, đ/m3;
C3, C4- Chi phí khoan nổ lần 2 cho 1 m3 đất đá, đ/m3;
C5- Chi phí xúc bốc, đ/m3;
C6- Chi phí vận tải, đ/m3;
C7- Chi phí thải đá, đ/m3;
Các chi phí trên đều liên quan đến kích thước trung bình của cỡ hạt đống
đá nổ mìn (dcp). Trị số này hợp lý (dhl) khi đảm bảo C nhỏ nhất.
Rõ ràng khi năng xuất xúc bốc tăng, C5 giảm thì năng suất vận tải và thải
đất đá cũng sẽ tăng, C6 và C7 cũng giảm.
Với mức độ đập vỡ đất đá hợp lý đảm bảo: C  min.
Theo Anhixtratơp thì:
d hl 

1
Ld
6,5

(2.7)

25