Bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ: Phần 2 (Dùng cho trình độ Thạc sĩ)

CHƯƠNG 4
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN
KHAI THÁC VẬT LIỆU XÂY DỰNG
4.1. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN VĂNG ĐỊNH HƯỚNG
KHI KHAI THÁC ĐÁ VƠI
4.1.1. Khái niệm về phương pháp nổ mìn văng định hướng
Phương pháp khai thác khơng vận tải nói chung và phương pháp khai thác
không vận tải trên tầng khấu theo lớp xiên nói riêng đều sử dụng năng lượng
chất nổ để vận chuyển đất đá trên một khoảng cách nhất định. Trong những
trường hợp này các yếu tố của hệ thống khai thác liên quan chặt chẽ với các
thông số khoan nổ mìn. Phương pháp nghiên cứu ở đây thực chất là áp dụng
cơng nghệ nổ mìn định hướng để hất phần lớn đất đá xuống chân tuyến và tạo hệ
thống tầng trên núi đảm bảo hiệu quả và an toàn cho cơng tác khoan nổ mìn tiếp
theo. Việc tính tốn các thông số hệ thống khai thác ở đây phải gắn liền với việc
tính các thơng số nổ mìn văng xa định hướng.
Khi nổ mìn văng xa định hướng sử dụng 2 phương pháp: nổ mìn buồng và
nổ lượng thuốc phẳng. Ưu điểm cơ bản của phương pháp nổ lượng thuốc phẳng
so với nổ mìn buồng là cải thiện tốt những thông số như hướng văng và độ tập
trung của đất đá sau khi nổ. Hướng văng được đặc trưng bởi hệ số fv (là tỷ số
giữa khối lượng đá văng theo hướng đã định và toàn bộ khối lượng đất đá được
chuyển trên bề mặt tự do). Độ tập trung của đống đá sau khi nổ (f t) là tỷ số giữa
khối lượng đất đá được văng đến vị trí đã định và toàn bộ khối lượng đất đá
được chuyển dịch trên bề mặt tự do. Hệ số f t đối với sơ đồ lượng thuốc phẳng
trong những điều kiện thuận lợi có thể lớn hơn 90%.
Chúng ta so sánh đặc điểm chuyển động của đất đá khi nổ mìn buồng và
nổ lượng thuốc phẳng (hình 4.1)

Hình 4.1. Sơ đồ văng khi nổ lượng thuốc phẳng và tập trung ở sườn dốc
64

- Khi nổ mìn buồng lượng thuốc được nạp tập trung.
- Với hệ thống lượng thuốc phẳng thì các lượng thuốc được phân bố trong
cùng một mặt phẳng. Trong hình vẽ đường nét đứt thể hiện quỹ đạo chuyển
động của đất đá khi nổ mìn buồng, cịn đường nét liền là quỹ đạo chuyển động
của đất đá khi nổ lượng thuốc phẳng.
Khi nổ mìn buồng đất đá được văng về tất cả mọi phía, do đó một phần
đáng kể đọng lại trong giới hạn mỏ - với địa hình như hình 4.1 thì chỉ phần đất
đá trong giới hạn bóc văng ra khỏi giới hạn mỏ và vẫn còn đất đá trong giới hạn
phải dọn bằng máy gạt. Rõ ràng trong những điều kiện nhất định, hướng bay ban
đầu của nó vng góc với mặt phẳng lượng thuốc. Khi thay đổi góc nghiêng và
khối lượng cần thiết của lượng thuốc thì có thể đạt được độ xa và hướng theo
u cầu. Mặt khác khi nổ lượng thuốc nổ phẳng thì hệ số tác dụng nổ hữu ích
lớn hơn so với khi nổ mìn buồng vì khi đó tồn bộ khối nổ chuyển động với tốc
độ như như nhau (trừ một phần nhỏ thể tích của nó ở 2 đầu lượng thuốc), cịn
khi nổ mìn buồng thì có sự khác nhau lớn về građian tốc độ làm phát sinh lực
ma sát biến năng lượng chuyển động tịnh tiến thành biến dạng dẻo và nhiệt. Hơn
nữa khi nổ mìn buồng trong điều kiện khai thác đá vôi không thể tạo được tầng
theo mong muốn. Như vậy sử dụng phương pháp nổ hệ thống lượng thuốc
phẳng có nhiều ưu việt về khả năng hất đất đá về 1 phía, về mức độ tập trung
của đống đá, về chất lượng đập vỡ và tạo tầng theo thiết kế.
4.1.2. Đặc điểm nổ lượng thuốc phẳng khi chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau
Đặc điểm chuyển động của đất đá khi nổ lượng thuốc phẳng phụ thuộc
chủ yếu vào tỷ số giữa các kích thước của lượng thuốc, khối lượng của nó, chiều
sâu đặt thuốc và góc nghiêng của lượng thuốc. Kết quả nghiên cứu của
A.A.Trenhigôpski cho thấy (hình 4.2):

L

Hình 4.2. Sơ đồ đá bay khi nổ lượng thuốc tác dụng phẳng
1- Cột thuôc nổ; 2- Thể tích buồng khí nổ

3- Ranh giới khi nổ khí đạt được áp lực khí quyển
65


- Nếu khối lượng của lượng thuốc phẳng tương đối nhỏ, chiều dài và chiều
rộng của nó lớn hơn nhiều so với bề dày của lớp đất đá cần nổ văng thì ranh giới
phân chia giữa sản phẩn nổ và đất đá chuyển dịch sẽ song song với mặt phẳng
lượng thuốc. Khi đó tất cả các phần tử của đất đá (trừ một phần rất nhỏ kề sát 2
đầu lượng thuốc), Được chuyển động với tốc độ như nhau về hướng và độ lớn.
Có thể coi rằng biên thể tích đất đá trong suốt quá trình chuyển dịch song song
với vị trí ban đầu của nó trước khi nổ. Trường hợp này xảy ra khi:
Y

L
4
quw

(4.1)

X 

B
4
quw

(4.2)

Trong đó:
L và B- Chiều dài và chiều rộng hệ thống lượng thuốc phẳng;
q- Chỉ tiêu thuốc nổ;

u- Thể tích riêng của sản phẩm nổ khi mở rộng đoạn nhiệt đến áp suất khí
quyển (u = 1 m3/kg);
w- Chiều dầy lớp đất đá cần nổ.
Các thông số không thứ nguyên X và Y tương đối nhỏ mà chỉ tiêu thuốc
nổ lớn thì buồng khí ở giai đoạn cuối của sự mở rộng có dạng lồi, do đó đất đá
được bay theo phương hướng tâm với tốc độ giảm từ tâm lượng thuốc phẳng đến
các đầu đống đá tạo thành sau khi nổ có dạng elip.
2  Y<4 và 2  X<4
(4.3)
- Nếu kích thước lượng thuốc nhỏ và chỉ tiêu thuốc nổ rất lớn thì đặc tính
văng xa khi nổ lượng thuốc phẳng tương tự như khi nổ lượng thuốc tập trung,
trong trường hợp này có:
Y<2 và X<2
(4.4)
4.1.3. Xác định những yếu tố của hệ thống khai thác và các thơng số
khoan nổ mìn
Đối với phương pháp khai thác nêu trên thường sử dụng phương pháp nổ
mìn văng xa định hướng với hệ thống lượng thuốc phẳng, việc xác định các
thông số được tiến hành theo lý thuyết nổ văng xa định hướng của
A.A.Tenhigốpki.
Ta tính toán cho trường hợp thứ nhất, tức là tuân theo điều kiện (4.1) và
(4.2), vì trong trường hợp này đất đá bay với tốc độ tương đối nhỏ có thể bỏ qua
ảnh hưởng của lực cản khơng khí.
a- Chỉ tiêu thuốc nổ:
Ta ký hiệu tọa độ trọng tâm của đống đá sau khi nổ so với trọng tâm khối
nổ là D và S. Đất đá đồng thời tham gia 2 chuyển động. Ta gọi thời gian chuyển
66


động của trọng tâm khối nổ nừ khi nổ đến khi rơi xuống mặt nằm ngang là T,

trong thời gian đó trọng tâm chuyển động theo đường OP. Đường này gọi là độ
xa nghiêng: DH = VoT (Vo là tốc độ văng ban đầu). Với gia tốc không đổi, trọng
tâm được chuyển theo đường PO1 = L và L = 0,5.g.T2 (g là gia tốc rơi tự do).
Từ đó ta có:
Vo  DH

g
2L

(4.5)

Thực tế để tính tốn có thể sử dụng 2 thông số D và S.
DH 

D
; L = S+D cotg 
Sin

Khi đó:
Vo 

1
gDf  ,  
2

Trong đó: f  ,   
Với:  

(4.6)

1

  ctg sin 2 

S
D

(4.7)
(4.8)

Tốc độ V0 và chỉ tiêu thuốc nổ q có mối liên hệ:
1
V02  qet
2

(4.9)

Trong đó:
 - Mật độ đất đá;
et- Năng lượng riêng của chất nổ;
 - Hệ số tác dụng nổ hữu ích. (Đối với đất đá cứng trung bình có thể lấy

 =0,3)

Từ cơng thức (4.6) và (4.9) ta có:
q  f  ,  

g
D
4et

(4.10)

b- Góc nghiêng của lượng thuốc phẳng (của lỗ khoan):
Phương pháp nổ mìn lỗ khoan nghiêng cải thiện chất lượng đập vỡ đất đá,
có hiệu quả khi chuyển dịch đất đá bằng nổ mìn. Trong nhiều trường hợp thực tế
hiệu quả văng cực đại với lỗ khoan nghiêng 45o. Ta so sánh trường hợp:
  45 o và   90 o (hình 4.3).
Nghiên cứu 1 phân tố đất đá nằm trên độ cao H1 (nửa chiều dài lỗ khoan),
độ văng cực đại khi   45 o là:
D45 

2et
q
g

(4.11)

67


Hình 4.3. Sơ đồ đá bay khi nổ lượng thuốc thẳng đứng a,
và lượng thuốc nghiêng b.
Nếu véctơ tốc độ ban đầu song song với phương nằm ngang (lỗ khoan
đứng) thì độ xa là:
D0 

4et
H 1q
g

(4.12)

Từ đó ta có:
etq
. Nếu  = 2500kg/m3
gH 1
J
kg
 = 0,3, et=4,3.106 kg , H1=10m và q=0,3  1,0 3
m
D45

D0

Thì: D45/D0 = 1,25  2,3.
Như vậy cùng 1 chỉ tiêu thuốc nổ thì độ văng xa khi sử dụng lỗ khoan
nghiêng lớn hơn trung bình 2 lần so với lỗ khoan đứng.
Nhược điểm của lỗ khoan đứng là đất đá ở nửa phần dưới của tầng bay với
góc âm so với phương nằm ngang, vì vậy nó rơi gần vùng nổ mà khơng chuyển
đến độ xa dự định. Trị số hợp lý  0 phụ thuộc vào điều kiện địa hình khi sử
dụng sơ đồ khai thác không vận tải, phụ thuộc vào thông số S và D, vào hàm
f(  ,  ).
Như trên ta đã biết chỉ tiêu thuốc nổ tỷ lệ với f(  ,  ). (Hình 4.4) thể hiện
biểu đồ hàm số f(  ,  ) theo  và  có thể là dương (nếu trọng tâm khối nổ trên
trọng tâm đống đá sau khi nổ), có thể âm (nếu trọng tâm khổi nổ thấp hơn trọng
tâm đống đá).
Từ biều đồ thấy rằng hàm số f(  ,  ) có cực tiểu ứng với góc nghiêng hợp
lý (đường nét đứt), chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng sẽ cực tiểu. Vì vậy để đảm bảo
giá thành nhỏ nhất khi sử dụng lượng thuốc phẳng cần lựa chọn góc nghiêng

 hợp lý. Trị số  0 dao động trong giới hạn từ 13o  75o khi thay đổi  từ -2 đến
2. Từ biểu đồ ta thấy nếu vị trí rơi của đất đá cao hơn vị trí nổ thì chỉ tiêu thuốc
nổ tăng và giá thành công tác nổ cũng sẽ tăng.

68


Hình 4.4. Đồ thị hàm góc nghiêng  và hệ số  -f ( ( ,  )
c- Kết cấu cột thuốc và bua:
- Khi nạp bua bình thường (hình 4.5a) thì tồn bộ đất đá nằm trên đường
A-A nhờ xung lượng theo phương thẳng đứng, do đó thể tích này khơng văng
vào bị trí dự định.

Hình 4.5. Sơ đồ đá bay khi nạp thuốc mìn một phần (a)
và nạp toàn bộ lỗ khoan (b); 1- Bua; 2- Thuốc nổ
- Khi nạp lỗ khoan đầy chất nổ thì khối lượng đất đá văng trực tiếp đến vị
trí dự định tăng đáng kể (hình 4.5b). Tuy nhiên nếu khơng có bua hoặc chiều dài
bua nhỏ thì hao phí năng lượng nổ đáng kể qua miệng lỗ khoan.
69


Như vậy bua phải đáp ứng yêu cầu không phụt, tăng hiệu quả nổ. Khi
chiều dài nhỏ, bua phải có khả năng “tự khóa”. Tính chất “tự khóa” của bua có
trong trường hợp khi nó được phân bố thành một số đoạn nhỏ bằng những
“lượng thuốc khóa”.
Bua “tự khóa” (cịn gọi là “bua tích cực”) cần đồng thời đáp ứng 2 điều
kiện:
- Nó phải chứa 1  2 “lượng thuốc khóa”.
- Chiều dài lb khơng nhỏ hơn 0,5b.
d- Khoảng cách giữa các hàng và các lỗ:

- Khi nổ hệ thống lượng thuốc phẳng đất đá được tách ra theo mặt phẳng
phân bố các lượng thuốc, trong trường hợp khoảng cách giữa các lượng thuốc
không vượt quá một giới hạn nào đấy thì xảy ra sự trùng hợp các buồng khí và
tất cả đất đá phân bố giữa bề mặt lượng thuốc và mặt tự do được văng đến giới
hạn nhất định. Kết quả thực nghiệm nổ cho thấy rằng sẽ nhận được mặt phẳng
tách đất đá nếu khoảng cách lượng thuốc không vượt quá trị số sau:
2

A = wn 3

(4.13)

Trong đó:
n- Chỉ số tác dụng nổ;
w- Chiều sâu đặt thuốc (đường kháng nhỏ nhất).
Trong thực tế có thể lây m = a/w = 0,8  1,2
- Từ hình 5.5b, để nhận được iB cực đại ta có thể sử dụng công thức:
iB 

UB
sin 2 b
 1
.
U
4
H

b 41  i B 

H

sin 2

Trong đó:
IB- Chỉ số chuyển dịch bằng nổ;
UB- Khối lượng đất đá được chuyển dịch đến vị trí dự định;
U- Toàn bộ khối lượng đất đá được phá vỡ bằng nổ;
b- Khoảng cách giữa các hàng;
H- Chiều cao tầng nổ.
Nếu iB = 0,9 thì
b
0,4

H sin 2

Từ đó ta có: b  H .

0,4
sin 2

(4.14)

e- Số lượng lỗ khoan 1 đợt nổ:
70


- Trị số B của hệ thống lượng thuốc phẳng bằng chiều dài lỗ khoan:
`

B = Llk =

H
; w = b.sin 
sin 

b
0,4

H sin 2

Như vậy, theo công thức (4.2) ta có
Llk
5

4
quw qutg 

x

Có nghĩa là:

q

(4.15)

5
4utg

(4.16)

- Trị số L trong cơng thức (4.1) được tính như sau:

L = a.N
Trong đó:
a- Khoảng cách giữa các lỗ khoan;
N- Số lượng các lỗ khoan trong hàng.
Như vậy:

Y

a.N
 4 từ đó
quw

N

4quw
a

f- Trình tự nổ và thời gian giãn cách:
Khi nổ nhiều hàng phải đảm bảo điều kiện: nổ hàng trước không cản trở
đến sự văng xa của hàng sau. Điều đó đạt được khi nổ mìn vi sai theo trình tự
bắt đầu từ hàng 1.
Thời gian dãn cách t cần đảm bảo cho sản phẩm nổ của đợt nổ trước kịp
mở rộng đến áp suất khí quyển. Ta ký hiệu thời gian mở rộng sản phẩm nổ là t’
và t = t’.
Trị số t’ được tính như sau:
t' 

Ct H k
V

Trong đó:
Hk- chiều dày buồng khí theo hướng vng góc với mặt phẳng lượng
thuốc khi mở rộng đoạn nhiệt sản phẩm nổ đến áp suất khi quyển;
V- Tốc độ ban đầu của đất đá;
Ct- Hệ số tính đến sự chuyển động của đất đá khơng tức thời mà nó xảy ra
trong tồn bộ q trình mở rộng buồng khí. Ta đã biết:
H k  quw ; V 

2et



q

71


t  C t uw

q
2et

(4.17)

Ta so sánh thời gian giãn cách giữa 2 trường hợp: nổ tơi vụn và nổ văng
với các thông số w = 5m,  =2500kg/m3, q = 0,8 kg/m3, et = 4,3.106j/kg, U =
1m3/kg. Ct = 1,5;  = 0,3. Ta nhận được t = 210 ms, trong khi đó nếu nổ tơi vụn
thì t = 25 ms. Rõ ràng rằng để đảm bảo hiệu quả văng xa cực đại thì thời gian
giãn cách giữa các đợt nổ tăng lên 10 lần so với nổ tơi.
g- Đường cản và đường kính lỗ khoan

Đường kháng theo chân tầng có thể tính theo cơng thức:
W  53k t d





1,6  0,5m 

(4.18)

Trong đó:
d- Đường kính lỗ khoan;
kt- Hệ số nứt nẻ của đất đá (kt = 1,0  1,3);
 - Mật độ lượng thuốc, kg/dm3;
m- Hệ số làm gần các lỗ khoan.
Thực tế thưởng lấy:
W = (30  40)d
(4.19)
Rõ ràng đường kháng w có quan hệ chặt chẽ với đường kính d.
Đường kính lỗ khoan được sử dụng để lựa chọn phương pháp nổ, các
thông số nổ, lựa chọn loại máy khoan, sơ đồ cơ giới hóa cơng tác nổ mìn… Lựa
chọn đường kính lỗ khoan là một trong những nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế công
tác khoan nổ mìn. Khi lựa chọn cần tính đến những yếu tố sau:
1- Đánh giá định lượng về việc cải thiện mức độ đập vỡ đất đá khi giảm
đường kính lượng thuốc trong các loại đất đá có độ nổ khác nhau.
2- Đánh giá năng suất và giá thành khoan khi khoan những lỗ khoan có
đường kính khác nhau trong đất đá có độ cứng khác nhau.
3- Đánh giá khả năng kích nổ của chất nổ trong lượng thuốc nổ đường
kính khác nhau và một loạt những yếu tố khác.

Yếu tố 2 và 3 thực hiện với mục đích đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật,
tuy nhiên để kết luận chung về lĩnh vực sử dụng hợp lý lỗ khoan thì cần phải chú
ý đến yếu tố thứ 1. Đây là yếu tố chủ yếu, vì nếu thiếu nó thì sẽ dẫn đến kết luận
như nhau và hợp lý là chỉ tăng đường kính lỗ khoan.
Với cùng một điều kiện thì cường độ đập vỡ đất đá tỷ lệ với đường kính lỗ
khoan:
Dcp=k.d
(4.20)
Trong đó:
72


dcp- Kích thước trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn;
k- Hệ số tỷ lệ;
Rõ ràng về phương diện tăng cường độ đập vỡ đất đá thì sử dụng lỗ khoan
đường kính nhỏ là hợp lý, cịn xét về những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác thì sử
dụng lỗ khoan đường kính lớn là phù hợp.
Trường Đại học Mỏ Matxcova đã hồn thiện phương pháp lựa chọn đường
kính lỗ khoan dựa trên cơ sở so sánh chỉ tiêu thuốc nổ khi nổ trong nguyên khối
và khi nổ những cục đá quá cỡ bằng lượng thuốc trong lỗ khoan nhỏ. Chỉ tiêu
thuốc nổ khi nổ khối và khi nổ những cục riêng biệt được tính với cùng một loại
chất nổ cùng một loại kích thước cục, nó tn theo quy luật:
q0
 a  bd cp
q' 0

Trong đó:
q0- Chỉ tiêu thuốc nổ (a mơ nít No6) khi nổ trong khối, kg/m3;
q’0- Chỉ tiêu thuốc nổ những cục riêng biệt, kg/m3;
dcp-Đường kính trung bình của khối nứt trong ngun khối, m;

a,b- Những hệ số thực nghiệm, bằng tương ứng 0,4 và 1. Phân tích thấy
rằng: độ đập vỡ đất đá kém đi nếu tăng độ khối (giảm độ nứt nẻ) của đất đá. Vì
vậy đối với đất đá nứt nẻ cần chọn lỗ khoan đường kính nhỏ để có khả năng tăng
độ đập vỡ khi nổ.
Đường kính lỗ khoan được lựa chọn có tính đến loại đất đá theo mức độ
nứt nẻ, theo độ cứng và kích thước cho phép của cỡ hạt đất đá nổ (bảng 4.1).
Bảng 4.1. Đường kính lỗ khoan hợp lý theo loại đất đá
và kích thước cho phép của cục đá.
Độ khối
(cấp nứt nẻ)
của đất đá

Khối nhỏ
(I  II)

Khối trung
bình (III)
Khối lớn
(IV  V)

Tỷ số giữa kích
thước khối nứt trong
nguyên khối và kích
thước của cục hợp
quy cách

1

12

2

Tác dụng nổ
u cầu

Đường
kính
khoan,
mm

Tách khối
nứt ra khỏi
ngun khối
250
khơng cần
đập vỡ
Đập vỡ khối
nứt lớn ít
190  250
nhất thành 2
phần
Đập vỡ mạnh
những khối
150
nứt nẻ lớn

73

Nâng
chất

lượng
nổ u
cầu

Sơ đồ nổ vi
sai thích
hợp

Thấp

Qua hàng

Trung
bình

Sơ đồ rạch
và đường
chéo với m
lớn (m=a/w)

Trung
bình và
cao

nt


Trên những mỏ nhỏ, Để phù hợp với năng suất của máy, khối lượng công
tác mỏ và để sử dụng có hiệu quả thiết bị khoan, đường kính lượng thuốc (mm)
được xác định theo công thức (4.21).

d = 125. 4 P
(4.21)
Trong đó: P- Sản lượng hàng năm của mỏ, triệu m3
4.2. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN KHI KHAI THÁC ĐÁ KHỐI
4.2.1. Đặc điểm của công tác khoan nổ mìn khi khai thác đá khối
Khi sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để khai thác đá khối cần đảm bảo
sau khi nổ mìn đá cịn lại trong ngun khối và khối đá được tách ra không bị
phá hủy, kết cấu của nó được bảo tồn.
Các thơng số khoan nổ mìn khi phá hủy đất đá được xác định nhằm mục
đích đập vỡ đều đặn đất đá thành những cục có kích thước nhất định.
Khi khai thác đá khối, cơng tác khoan nổ mìn được sử dụng với mục đích
hồn toàn khác. Ở đây năng lượng chất nổ cắt đá theo các mặt được định vị
trước bằng các lỗ khoan, tách khối đá ra khỏi nguyên khối và phải bảo tồn tính
ngun vẹn của nó.
Như vậy khi sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để khai thác đá khối cần
đảm bảo khi nổ tạo ra mặt tách bằng phẳng nối các lỗ khoan, khối đá khơng bị
phá hủy, khơng có nứt nẻ nhỏ và ứng suất dư trong khối do nổ mìn gây ra.
Với đặc điểm và mục đích đó, khi khai thác đá khối, các thơng số khoan
nổ mìn cơ bản cần xác định hợp lý là:
- Khoảng cách a (m) giữa các lỗ khoan;
- Lượng thuốc nạp trong 1 lỗ khoan Q (g) và cấu trúc của nó;
- Chỉ tiêu thuốc nổ mặt qm (kg/m2): chỉ tiêu thuốc nổ mặt là chi phí thuốc
nổ để tạo ra một đơn vị diện tích mặt tách.
Hiện nay người ta thường sử dụng thuốc đen, kíp điện hoặc dây nổ để nổ
mìn tách khối. Trong trường hợp này mức độ chính xác khi khoan ảnh hưởng
lớn đến chất lượng và hiệu quả khai thác.
4.2.2. Xác định các thông số cơ bản khi khoan nổ mìn tách đá khối
4.2.2.1. Xác định khoảng cách giữa các lỗ khoan
Mục đích nổ mìn khai thác đá khối là tạo ra mặt cắt nối các lỗ khoan. Chất
lượng của mặt cắt phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách a giữa các lỗ khoan. Rõ

ràng khoảng cách giữa các lỗ khoan càng nhỏ thì càng dễ tạo mặt nứt theo ý
muốn khi nổ nhưng khi đó chi phí khoan nổ quá lớn làm tăng giá thành khai
thác.
Ở Thụy Điển, khi khai thác đá khối thường sử dụng chất nổ guirit với
đường kính thỏi thuốc là 17 và 11 mm. Khi đó khoảng cách giữa các lỗ khoan
được xác định bằng thực nghiệm phù hợp với từng loại đá (bảng 4.2).
74


Bảng 4.2. Khoảng cách giữa các lỗ khoan khi nổ mìn tách đá khối (ở Thụy Điển)
Loại đá

Granit
Điabaz
Đá hoa

Đường kính thỏi thuốc gurit,mm

17
11
17
11
11

Khoảng cách giữa các lỗ khoan, m
0,35  0,40
0,15  0,25
0,35  0,40
0,15  0,25
0,2  0,25

Ở Nga, khi nổ mìn khai thác đá khối thường sử dụng dây nổ. Trong trường
hợp này khoảng cách giữa các lỗ khoan thường được xác định theo công thức
thực nghiệm sau:
a = 3.N1/2.d-3/2. Cp-1/2,
Trong đó:
N- Số sợi dây nổ trong lỗ khoan;
d- Đường kính lỗ khoan;
Cp- Tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá.
Khoảng cách giữa các lỗ khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ
yếu là tính chất cơ lý của đá, việc xác định trị số a hợp lý cần tn theo ngun
tắc: tính tốn sao cho a lớn nhất nhưng khi nổ vẫn phải đảm bảo mặt tách bằng
phẳng (đảm bảo chất lượng khi giá thành nhỏ nhất). Muốn vậy ta xuất phát từ
nguyên lý phá vỡ đất đá khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc gần nhau (hình 4.6).

Hình 4.6. Biểu đồ ứng suất khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc
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 rất rõ ràng về tác dụng phá vỡ
đất đá theo đường nối các lượng thuốc và theo hướng của đường kháng nhỏ
75


nhất. Khi nghiên cứu một phân tố của đất đá nằm trên đường nối các lượng
thuốc cạnh nhau, ta thấy theo hướng vng góc với đường đó chịu tác dụng ứng
suất kéo lớn hơn so với nổ một lượng thuốc đơn độc. Điều đó làm tăng tác dụng
nổ và tạo thành nứt nẻ chính theo đường nối 2 lượng thuốc mà đất đá xung
quanh không bị nghiền nát, đặc biệt khi khoảng cách giữa các lỗ khoan nhỏ.
Khi nổ đồng thời 2 lượng thuốc N1 và N2 thì trong mặt phẳng phân bố
chúng ứng suất nén hướng tâm  r1 và  r2 cũng như ứng suất kéo tiếp tuyến   1

và   2 trùng nhau về hướng và dấu. Vì vậy nứt nẻ giữa các lượng thuốc N 1 và
N2 trong mặt phẳng phân bố chúng được tạo thành với mức độ mạnh nhất, do đó
đất đá được tách ra theo mặt phẳng ấy.
Ta đã biết mối liên quan giữa ứng suất kéo và ứng suất nén phát sinh trong
đất đá khi nổ là:
 

Trong đó:

-


1 

r

(4.22)

Hệ số pốt xơng (đối với đất đá



= 0  0,3).

Ứng suất nén phát sinh khi nổ giảm dần theo khoảng cách tính từ tâm
lượng thuốc theo quy luật:
r 

P
rk

(4.23)

Trong đó:
P- Áp lực của sản phẩm khí nổ tại vị trí đặt thuốc nổ, KG/cm2;
r- Khoảng cách dẫn tính từ tâm lượng thuốc.
r

R
r0

(4.24)

Trong đó:
R- Khoảng cách tính từ tâm lượng thuốc;
r0- Bán kính lượng thuốc;
k- Hệ số phụ thuộc vào tính chất đất đá (k=1,0  1,5).
Thay (4.23) vào (4.22) ta được:
 



P
 Pr0k

.
1  r k 1  Rk
.

(4.25)

Trên biểu đồ ứng suất, tại điểm giữa A (R = a/2) có    là nhỏ nhất, tại đó
đất đá sẽ bị nứt theo đường N1 N2 nếu đảm bảo điều kiện:
     k
(4.26)
Trong đó:
 k - Giới hạn bền kéo của đất đá, KG/cm2. Tại A ta có:

76


      1    2  2.
    2 ( k 1).


1 



Pr0k
1   (a / 2) k
.

.



Pr0k
2 .
.

  k
1  ak
k 1

 a k  2 k 1.

(4.27)



.

(4.28)

Pr0k

1    k

 a  2.r0 k

2P
1    k

(4.29)

Để khi nổ đất đá xung quanh lỗ khoan không bị phá hủy, khối không bị
rạn nứt cần đảm bảo điều kiện:
P   n
(4.30)
Trong đó:

 n - Giới hạn bền nén của đất đá, KG/cm2.
Thay (4.30) vào (4.29) ta có:
a  2r0 k

2  k
1    k

(4.31)

4.2.2.2. Xác định lượng thuốc trong lỗ khoan
Ta đã biết áp lực nổ P phụ thuộc nhiều vào mật độ nạp  theo cơng thức:

P

P0V0T
, kg/cm2
2731   

(4.32)

Trong đó:
P0- Áp suất khí quyển khi nhiệt độ 0oC, P0= 1,01 kg/cm2;
V0- Thể tích khí nổ khi nhiệt độ 0oC và áp suất P0;
T- Nhiệt độ nổ, 0K;
 - Mật độ nạp thuốc, g/cm3
 - Thể tích riêng của các phần tử sản phẩm khí nổ (  =0,001 V0).
Theo điều kiện (4.30) ta có:
P0V0T
  n

2731   

Từ đó suy ra:


273 n
273  n  P0V0T

(4.33)

77


Căn cứ vào  (g/cm3) và đường kính lỗ khoan d (cm) ta xác định được
sức chứa của 1m lỗ khoanh:
P  100.

d 2
4

  78,5d 2  , g/m

Và lượng thuốc nạp tính cho 1m lỗ khoan là:
Pk = k.P
Trong đó:
K

(4.34)

(4.35)

lt 1  lb
là hệ số nạp thuốc trong lỗ khoan

l
l

Ở đây:
l- Chiều dài lỗ khoan, m;
lb- Chiều dài bua, m;
Như vậy lượng thuốc nạp cho 1 lỗ khoan được xác định:
Q= P(1- lb) = Pk.l, g/lỗ;
(4.36)
4.2.2.3. Xác định chỉ tiêu thuốc nổ mặt
Chỉ tiêu thuốc nổ mặt là chi phí thuốc nổ để tạo ra 1 đơn vị diện tích mặt
tách:
qm 

 Q , g/m2;
S

(4.37)

Trong đó:
 Q - Tổng chi phí thuốc nổ, g;

 S - Tổng diện tích mặt tách, m2.
Cách khác, ta có thể xác định qm theo công thức sau:
qm =

Q
, g/m2
a.l

(4.38)

Khi xác định được qm hợp lý thì lượng thuốc nổ trong lỗ khoan có thể tính
theo cơng thức:
Q = qmal, g
(4.39)
Nếu đất đá càng khó tách thì qm càng lớn, khi đó cần giảm a và tăng Q. Nổ
khối được tiến hành trong điều kiện có 3 mặt tự do: ABHE, HEKI, AEKD (hình
4.7). Khi nổ, năng lượng chất nổ sẽ tách 3 mặt còn lại (ABCD, BCIH, IKDC) và
  
đồng thời phát sinh các lực đẩy F , P, Q tác dụng vào khối đá và đẩy nó dịch


chuyển theo hướng n với tổng lực N (hình 4.8).

78


Hình 4.7. Nổ mìn khai thác đá khối trong điều kiện 3 mặt tự do

Hình 4.8. Tổng hợp lực tác dụng
ở góc khối đá khi nổ tách

Hình 4.9. Đá lưu lại ở góc
sau khi nổ tách

Hình 4.10. Phân chia 3 khu vực
(I. II. III) trên khối đá

Hình 4.11. Vị trí đặt thuốc
trong 3 khu vực

Rõ ràng những phần tử của khối đá nằm gần góc C chịu sức cản (lực giữ)
lớn cả 3 mặt nên khó tách, những phần cịn lại chỉ chịu lực giữ 2 mặt nên dễ tách
hơn. Do đó, nếu năng lượng chất nổ phân bố ở góc khơng đủ lớn thì góc của
khối khơng bị tách theo 3 mặt yêu cầu, mà bị cắt theo mặt XYZ hợp với phương
79




n của tổng hợp lực N một góc  nhất định và lưu lại ở góc một khối hình chóp
tam giác CXYZ (chiếm 10  20% thể tích của khối đá cần nổ tách) (hình 4.9)

Như vậy, để đảm bảo khơng bị lưu góc và mặt tách được bằng phẳng cần
tiến hành:
- Phân chia các mặt tách thành 3 khu vực I, II, III với các thông số khác
nhau ở mỗi khu vực: khu vực I (sát góc) khó tách; khu vực II khó tách trung
bình; khu vực III (gần mặt tự do) dễ tách (hình 4.10).
- Khoảng cách a tăng dần và chỉ tiêu thuốc nổ mặt q m giảm dần khi chuyển
từ khu vực I và qua II sang III.
- Vị trí đặt thuốc khác nhau trong 3 khu vực (hình 4.11)
Kết hợp tính tốn lý thuyết và thực nghiệm ta có được trị số hợp lý của các
thơng số khoan nổ mìn khi tách khối ở mỏ đá Phú Lộc (tỉnh Thừa Thiên - Huế)
như bảng sau (bảng 4.3):
Bảng4.3. Các thơng số khoan nổ mìn khi tách đá khối (mỏ đá Phú Lộc)

Thông số
Khu vực

a,m

Pk, g/m

Qm, g/m2

I
0,07
25/45
150/300
II
0,10
20/40
100/200
II
0,10
15/35
75/150
(Ghi chú: Tử số ứng với mặt đứng, mẫu số ứng với mặt nằm ngang)
4.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN BUỒNG KHI ĐÀO HÀO
MỞ VỈA KHAI THÁC ĐÁ VƠI
Ta đã biết đất đá là một môi trường phức tạp, không đồng nhất và các mặt
cắt ngang của tuyến đường trên sườn dốc cũng rất đa dạng.
Để tiến hành hình học hóa phễu nổ và thuận lợi cho việc tính toán lý
thuyết, ta đưa ra những giả thuyết như sau:
- Mơi trường tiến hành cơng tác nổ mìn buồng là mơi trường đồng nhất,
đẳng hướng.

- Hình dạng mặt cắt ngang của đường trên sườn dốc là hình tam giác.
Khi áp dụng kết quả tính tốn lý thuyết vào thực tế cần điều chỉnh bằng
cách đưa vào những hệ số thực nghiệm.
Mặt cắt ngang của đường có dạng hình tam giác IOC (xem hình vẽ 4.12),
nó bao gồm những yếu tố sau đây:
B: Bề rộng mặt đường, m;
H: Độ cao cần phá vỡ, m;
 : Góc nghiêng tự nhiên của sườn núi, độ;

 : Góc nghiêng của mái dốc taluy, độ.

80


Hình 4.12. Mặt cắt ngang của đường hào trên sườn dốc
Mục đích và nhiệm vụ của cơng tác nổ mìn buồng tạo nền đường là sau
khi nổ đường biên của phễu nổ phù hợp với đường biên thiết kế của đường.
Muốn vậy ta phải nghiên cứu xác định giá trị tối ưu các thơng số của phễu nổ.
Ta có thể phân phễu nổ thành 2 phần:
a. Phần chủ động KOC chịu tác động trực tiếp của áp lực khí nổ và sóng
ứng suất, bị phá vỡ và dịch chuyển phụ thuộc trực tiếp vào các thơng số nổ mìn
buồng.
b. Phần bị động KOI chịu tác động gián tiếp của tác dụng nổ. Ta có thể coi
vùng này như “vùng đập vỡ khơng điều khiển”, nó có thể sụt lở hay không là tùy
thuộc vào cấu trúc địa chất của đất đá.
Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, phễu nổ hình thành phải có cạnh OC nằm
ngang và OC = B, khi đó mối quan hệ hình học của các yếu tố được xác định
như sau:
1. Chỉ số tác dụng nổ n và đường cản ngắn nhất W:
n = r/W = cotg 

(4.40)

W = B.sin  , m

(4.41)

2. Các yếu tố của phễu nổ:
Theo quan hệ hình học ta có thể xác định:
IC  IM  MC  W cot g (    )  W cot g
 B sin  cot g      cot g  , m
IO 
H

W cot g    
W

,m
cos   
sin   
W sin 
B sin  . sin 

,m
sin     2. sin    

(4.42)
(4.43)
(4.44)

Xét khối lượng đất đá thông qua diện tích các tam giác của phễu, ta được:
- Diện tích phễu: S IOC

B 2 sin . sin 
, m2

2. sin    

- Diện tích phần chủ động: SKOC= B2.sin  .cos  , m2

81

(4.45)
(4.46)


- Diện tích phần bị động:
SKOI =

1 2
.B .sin2  cotg -    cotg  , m2
2

(4.47)

Điều kiện tối ưu của phễu nổ là thủ tiêu hoàn toàn phần đập vỡ bị động,
nghĩa là SKOI = 0.
1 2
.B .sin2  cotg -    cotg  = 0
2

Khi đó:

SKOI =

Suy ra:

cotg -    cotg = 0
cotg  -    cotg

Và





(4.48)

2

Điều kiện (4.48) là điều kiện nổ thuận lợi nhất và có hiệu quả nhất.
Khi    / 2 : Một phần đất đá nằm ngoài phạm vi thiết kế bị phá vỡ, hình
thành góc dốc mái taluy  '   , độ ổn định được tăng cường nhưng chi phí nổ
tăng lên.
Khi    / 2 : Một phần đất đá trong giới hạn thiết kế không bị phá vỡ, đòi
hỏi phải xử lý tiếp. Trong trường hợp này cần phối hợp nổ mìn buồng với nổ
mìn lượng thuốc phẳng.
Xuất phát từ chỉ số tác dụng nổ n, ta có thể xác định được các thông số
khác của phương pháp nổ mìn buồng phù hợp với điều kiện cụ thể khi nổ làm
đường.

+ Xác định lượng thuốc nổ:
Q = f(n)qcV, kg
(4.49)
Trong đó:
qc- Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn, kg/m3;
f(n)- Hàm số chỉ số tác dụng nổ;
V- Thể tích phễu nổ, m3.
Với phễu nổ chuẩn có n = 1 và r = W, khi đó V  W3.
Như vậy, với điều kiện phễu nổ chuẩn ta có:
Q = qcW3, kg
(4.50)
Với những điều kiện khác thì:
Q = f(n)qcW3 , kg
(4.51)
Khi nổ mìn buồng tạo nền đường trên sườn dốc, lượng thuốc nổ là hàm số
của nhiều biến số. Ta có thể biểu diễn như sau:
Q = F f(n) , q, W,
Ở đây:

82

 , E ..., kg

(4.52)


 - Góc nghiêng của sườn dốc, độ;
E- Tính chất của mơi trường đất đá.
Như vậy, có thể xác định lượng thuốc nổ mìn buồng tạo đường trên sườn
dốc theo cơng thức:

Q = f(n).q.W3.K , kg
(4.53)
Trong đó:
K- Hàm số các thông số nổ sườn dốc.
Các thông số trong công thức (4.53) được xác định như sau:
- Hàm số chỉ số tác dụng nổ f(n): Có nhiều tác giả đưa ra các công thức để
xác định f(n)
Theo Boreskov: f(n) = 0,4  0,6n3
1  n2 

Theo Pokrovaski: f(n) = 
 2 

2

Qua thực tế, so sánh với tính tốn lý thuyết, ta thấy khi nổ mìn buồng tạo
nền đường trên sườn dốc, hợp lý là:
f(n) = n2
(4.54)
- Đường cản ngắn nhất W: Khi nổ một lượng thuốc, đường cản W được
xác định như sau:
W  B. sin  

B
1  n2

,m

(4.55)

Trong trường hợp  quá lớn ta cần bố trí 2 lượng thuốc. Khi đó đường
cản được xác định theo mối quan hệ sau:
W1
 1  n2 1
W2

(4.56)

- Chỉ tiêu lượng thuốc nổ q: Với phương pháp nổ mìn buồng tạo nền
đường trên sườn dốc, chỉ tiêu thuốc nổ có thể được xác định theo công thức:
q = C.qc , kg/m3
(4.57)
Trong đó:
qc- Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn, kg/m3;
C- Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào điều kiện tiến hành công tác nổ và
nhiệm vụ cơng tác nổ mìn (C có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn 1);
- Hàm số các thông số nổ sườn dốc K: Với lượng thuốc nổ văng khi mặt tự
do nằm ngang, Pokrovski đưa ra hệ số:
2

1

K v  0,75  n  1  0,02W 
n


83


Khi ta tiến hành nổ trên sườn dốc (   0) thì trị số K giảm đi do ảnh hưởng

của góc nghiêng  . Khi đó có thể xác định:
KK

cos 
v

2


1

 0,75  n  1  0,02W 
n




cos 

(4.58)

Như vậy, lượng thuốc khi nổ mìn buồng tạo nền đường trên sườn dốc
được tính theo cơng thức:
2


1

Q  C.q c . W .n 0,75  n  1  0,02W 
n




3

2

cos 

, kg

(4.59)

+ Khoảng cách giữa các buồng mìn a:
- Khi nổ một hàng buồng mìn:
a = 0,5.(n+1).W , m
(4.60)
- Khi nổ 2 hàng buồng mìn
a = 0,25.(n+1)(W1+W2) , m
(4.61)
Như trên đã nói, khi H quá lớn cần phối hợp nổ mìn buồng với nổ mìn
lượng thuốc phẳng. Với lượng thuốc phẳng, khoảng cách giữa các lỗ khoan
được xác định theo công thức:
ap = Wp. n 2p / 3 , m
Trong đó:
Wp- Đường kháng đối với lượng thuốc phẳng, m;
Np = 1  1,25. Chỉ số tác dụng nổ của lượng thuốc phẳng.
Lượng thuốc cho 1 lỗ khoan được xác định:
Qp = qp. W p3 .n 3p , kg
Ở đây: qp- Chỉ tiêu thuốc nổ, kg/m3.

Như vậy, trên cơ sở phân tích hình học và nghiên cứu q trình hình thành
phễu nổ, ta đã xây dựng được phương pháp xác định và xác lập được các cơng
thức tính tốn các thơng số cơ bản của phương pháp nổ mìn buồng tạo nền
đường trên sườn dốc.
Phương pháp này có hiệu quả cao khi thi công xây dựng các tuyến đường
qua sườn núi có đất đá cứng phải áp dụng phương pháp nổ mìn để phá vỡ chúng.

84


CHƯƠNG 5
TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC
Từ cuối thế kỷ 19, trên thế giới người ta đã quan tâm đến cơng tác nổ mìn
dưới nước.
Giai đoạn đầu của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu chủ yếu quá
trình vật lý và cơ học xảy ra khi nổ mìn dưới nước, từ đó rút ra các thơng số cần
thiết giúp cho việc tính tốn các loại vũ khí sử dụng với mục đích quân sự trên
sông biển.
Vào những thập kỷ 60 – 80 của thế kỷ 20, hàng loạt các cơng trình được
xây dựng trên biển đã đòi hỏi phải sử dụng nhiều năng lượng nổ để phá đá dưới
nước, đặc trung là phá đá ngầm khơi thông luồng lạch, mở luồng tàu, đào hào
đặt đường ống và dây cáp, đào hố móng cơng trình, đào sâu cảng…
Điều đó đã thúc đẩy việc hồn thiện lý thuyết và thực tế, cũng như công
nghệ và kỹ thuật nổ mìn dưới nước.
Ở Việt Nam, trong chiến tranh, Mỹ đã thả hàng nghìn tấn bom đạn, thủy
lơi xuống sơng ngịi và cửa biển nhằm phá hủy hệ thống cầu cống bến cảng của
chúng ta. Vì vậy nghiên cứu nổ mìn dưới nước bắt đầu từ đây với mục đích khắc
phục vũ khí hủy diệt của địch cũng như phá các chướng ngại vật dưới nước, phá
đá khơi thơng luồng lạch phục vụ cho mục đích giao thơng, quân sự…
Sau ngày giải phóng đất nước, do nhu cầu xây dựng và phát triển kinh tế,

chúng ta đã sử dụng nhiều năng lượng nổ để phá đá dưới nước. Tuy nhiên,
chúng ta chưa có một cơng trình nghiên cứu hoàn chỉnh nào về vấn đề này, mà
mới chỉ áp dụng những kinh nghiệm nổ mìn dưới nước của nước ngồi với quy
mơ nhỏ.
Dưới đây tác giả trình bày đặc điểm nổ mìn dưới nước, và những yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng nổ mìn phá đá dưới nước trong những điều kiện khác
nhau nhằm nâng cao hiệu quả của cơng tác này.
5.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA Q TRÌNH NỔ MÌN PHÁ ĐÁ DƯỚI NƯỚC
Khi nổ mìn phá vỡ đất đá ở trên cạn thường trong điều kiện có một hoặc
nhiều bề mặt tự do. Cịn khi nổ mìn phá đá dưới nước khơng có bề mặt tự do.
Đối với nổ mìn trên cạn mặt tự do tiếp xúc với khơng khí, cịn đối với nổ mìn
dưới nước cùng điều kiện thì mặt tự do tiếp xúc với nước.
Như vậy, một thơng số đặc trưng cho điều kiện nổ mìn dưới nước là chiều
cao lớp nước phía trên khối đá (lớp nước lèn). Thơng số đó có liên quan đến áp
lực thủy tĩnh và có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nổ.
Chỉ tiêu tổng quát phản ánh ảnh hưởng của môi trường đến sức đề kháng
tác dụng nổ là độ cứng truyền âm:
K =  .C , g/cm2.s;
(5.1)
85


Trong đó:
 - Mật độ đất đá, g/cm3;

C- Tốc độ truyền âm trong đất đá, cm/s.
Nếu độ cứng truyền âm tăng thì ý nghĩa của sóng ứng suất trong q trình
phá vỡ đất đá tăng lên khi nổ trong mơi trường nước, nếu tỷ số độ cứng truyền
âm của đất đá và của nước càng lớn thì hiệu quả phá vỡ do sóng ứng suất phát
sinh khi nổ càng cao.

5.1.1. Nổ lượng thuốc trong lỗ khoan
Ỏ giai đoạn đầu của quá trình nổ, áp lực thủy tĩnh ảnh hưởng đến quá trình
phá vỡ do hạn chế được sự mở rộng nứt nẻ, đảm bảo sự truyền sóng hồn tồn
theo tất cả các điểm trong đất đá. Nhưng khi đất đá chuyển động dưới tác dụng
nổ thì áp lực thủy tĩnh có ảnh hưởng xấu vì khi đó cần phải có năng lượng phụ
đề khắc phục nó. Quan trọng nhất khi đó là tạo ra điều kiện để dịch chuyển tự do
đất đá dưới nước.
Điều đó đạt được bằng cách:
+ Tạo ra buồng khí khi nổ những lượng thuốc trước mặt sườn tầng (hình
5.1.a).
+ Sử dụng màn bong bóng khí làm giảm mật độ và sức kháng của nước
(hình 5.1.b).
Căn cứ vào đặc điểm nêu trên, chúng ta cần xác định các thơng số hợp lý
khi nổ mìn phá đá dưới nước.

Hình 5.1. Phương pháp giảm áp lực thủy tĩnh của nước trên bề mặt khối nổ
1- Dây nổ; 2- Lượng thuốc nổ; 3- Lượng thuốc trong nước;
4- Giới hạn của bong bóng khí; 5- Màn bong bóng; 6- Ống để truyền khí nén

5.1.2. Nổ lượng thuốc đắp ngồi
Nổ lượng thuốc đắp ngoài trên bề mặt đất đá sẽ phát sinh sóng đập thủy
lực phức tạp hơn. Sơ đồ lan truyền sóng tại thời điểm nhất định khi nổ lượng
thuốc tập trung thể hiện hình 5.2. Trong sơ đồ này giả thiết rằng khởi nổ lượng
thuốc bằng dây nổ từ mặt nước. Ngồi sóng chủ yếu nêu trên, trong nước cịn
lan truyền sóng phát sinh do nổ dây nổ và sóng chấn động.
86


Hình 5.2. Sơ đồ lan truyền sóng khi nổ lượng thuốc
1- Lượng thuốc; 2- Dây nổ; 3- Mặt sóng tới; 4- Mặt sóng lan truyền do nổ; 5Mặt sóng khúc xạ trong nước của sóng chấn động.

Ở đây sóng mạnh nhất là sóng 3. Trong các loại đất đá khác nhau, để xác
định nó có thể sử dụng nguyên tắc năng lượng của R.Koul. Cơ sở của nguyên
tắc này là coi năng lượng thuốc nổ được phản xạ từ bán khơng gian cứng sẽ làm
tăng cường độ sóng tới. Để đánh giá phần năng lượng này ta tính đến hệ số phản
xạ:
K px

 C .  Ct .  t
  d d
 C d . d  Ct .  t





2

(5.2)

Trong đó:
 d ,  t - Mật độ đất đá và thuốc nổ, kg/m3
C d , C t - Tốc độ âm trong đất đá và tốc độ kích nổ của thuốc nổ, m/s.

Cơng thức trên đúng với giả thiết năng lượng phụ phát sinh do sự phản xạ
âm thanh của sóng kích nổ từ biên phân chia cứng - lỏng.
Trong trường hợp lượng thuốc nổ tập trung, áp lực cực đại và năng lượng
riêng của sóng đập thủy lực có thể tính theo cơng thức:
P  Kp



3

Q / r





(5.3)

E  K e .Q / r 2

(5.4)

Ở đây:
P- Áp lực sóng đập thủy lực;
E- Năng lượng riêng của sóng đập thủy lực, J/m2;
Q- Khối lượng thuốc nổ, kg;
r- Khoảng cách từ vị trí nổ đến điểm quan sát, m;
  1  K px

Kp, Ke,  - Những hệ số phụ thuộc vào tính chất thuốc nổ;
5.1.3. Tác dụng nổ dưới nước đến môi trường xung quanh
Tác dụng có hại tới mơi trường xung quanh khi nổ dưới nước là sóng đập
thủy lực, áp lực chấn động và ô nhiễm môi trường… Nổ những lượng thuốc đắp
87


ngồi có tác dụng bất lợi nhất. Tác dụng của sóng thủy lực do nổ lượng thuốc

trong lỗ khoan chỉ bằng 10  14% so với khi nổ lượng thuốc đắp ngoài.
Phương pháp duy nhất để giảm tác dụng chấn động khi nổ là giảm tổng
khối lượng thuốc nổ hoặc sử dụng nổ vi sai. Để giảm áp lực của sóng thủy lực
hiệu quả nhất là tạo ra màn bong bóng.
5.2. NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY LUẬT
PHÂN BỐ XUNG LƯỢNG TRUYỀN VÀO ĐẤT ĐÁ KHI NỔ MÌN PHÁ
ĐÁ DƯỚI NƯỚC
Phương trình tổng qt mơ tả quy luật phân bố xung lượng truyền vào đất
đá dọc theo lỗ khoan có dạng:
ix  

 ( x)

 Pt .dt

(5.5)

0

Trong đó:
 x  - Thời gian tác dụng của áp lực nổ;

P(t)- Hàm áp lực sản phẩm nổ có tác dụng lên thành lỗ khoan;
t- Biến số thời gian phụ thuộc vào tọa độ của mặt phân cách sản phẩm nổ
và bua;
x- Tọa độ của mặt phân cách.
Phương trình (5.1) được áp dụng cho cả trường hợp nổ mìn trên cạn và nổ
mìn dưới nước. Nhìn vào phương trình này chúng ta thấy quy luật phân bố xung
lượng phụ thuộc vào hàm P(x, t) và  x  , mà cả hai tham số này đều phụ thuộc
vào các yếu tố cơ bản sau: đặc tính bua, đặc tính chất nổ, đặc tính đất đá và điều

kiện nước lèn. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hiệu quả tuyền năng lượng phá
vỡ đất đá thể hiện trong sơ đồ hình 5.3 và 5.4.
Các yếu tố chung ảnh hưởng đến quy luật phân bố xung lượng khi nổ mìn
trên cạn và dưới nước:
- Đặc tính bua: Mật độ và chiều dài bua là một đặc tính quan trọng ảnh
hưởng đến hàm áp lực nổ và thời gian tác động của áp lực nổ, khi mật độ bua
hoặc chiều dài bua tăng làm cho hàm áp lực nổ suy giảm chậm hơn và kéo dài
thời gian tác dụng nổ và ngược lại. Đây là yếu tố chúng ta có thể chủ động điều
chỉnh để nâng cao hệ số truyền năng lượng vào đất đá.
- Loại thuốc nổ: Các đặc tính thuốc nổ có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm áp
lực nổ và thời gian tác dụng nổ. Tuy nhiên việc điều chỉnh yếu tố này để nâng
cao hệ số sử dụng nặng lượng chỉ đạt được trong một giới hạn nhất định vì
chủng loại ít và sự thay đổi thuốc ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và hiệu quả
nổ xét cả góc độ kinh tế.
- Loại đất đá: Tính chất của đất đá liên quan đến quá trình dãn nở buồng
mìn và sự lan truyền ứng suất trong nó. Tuy nhiên trong đa số các bài toán
88