Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác vật liệu xây dựng của Việt Nam

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Mỏ - Địa chất





NGUYN èNH AN






NGHIấN CU XC NH CH TIấU THUC N
NHM M BO MC P V T
HP Lí CHO MT S M KHAI THC
VT LIU XY DNG CA VIT NAM


Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà nội 2014
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Mỏ - Địa chất





NGUYN èNH AN




NGHIấN CU XC NH CH TIấU THUC N
NHM M BO MC P V T
HP Lí CHO MT S M KHAI THC
VT LIU XY DNG CA VIT NAM



Ngành: Khai thỏc m
Mã số: 62520603


Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học
1. GS.TS. Nhữ văn bách
2. TS. NGUYN NG T


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Đình An




ii

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Mở đầu 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU
THUỐC NỔ VÀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN 6
1.1. Tổng quan về công nghệ nổ mìn trong ngành khai thác mỏ 6
1.2. Vai trò ý nghĩa của chỉ tiêu thuốc nổ trong công tác nổ mìn 11
1.3. Một số khái niệm về chỉ tiêu thuốc nổ 16
1.4. Tổng quan về các thông số nổ mìn khi khai thác lộ thiên 19
1.5. Tổng quan các công trình nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ 22
1.6. Đánh giá chung về các công trình nghiên cứu chỉ tiêu thuốc nổ 32
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI
CHỈ TIÊU THUỐC NỔ 37
2.1. Yêu cầu của công tác nổ mìn ở các mỏ khai thác đá VLXD 37
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ 38
2.3. Một số nhận xét đánh giá về mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với các
yếu tố ảnh hưởng 48
CHƯƠNG 3: MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI ĐỘ NỔ
VÀ MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN 49
3.1. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ 49
3.2. Phân loại đất đá theo độ nổ cho các mỏ khai thác đá VLXD của
Việt Nam 61
iii

3.3. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ 68
3.4. Mức độ đập vỡ đất đá hợp lý bằng nổ mìn 69
3.5. Đánh giá mđđv đất đá hợp lý bằng nổ mìn 73
3.6. Mức độ đập vỡ hợp lý ở các mỏ khai thác đá VLXD 75
3.7. Phương pháp xác định mức độ đập vỡ yêu cầu ở một số mỏ khai thác
đá VLXD của Việt Nam 80
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU THUỐC NỔ NHẰM ĐẢM
BẢO MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ CHO MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC
ĐÁ VẬT LIỆU XÂY DỰNG CỦA VIỆT NAM 81

4.1. Nghiên cứu xác lập mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các
yếu tố ảnh hưởng 81
4.2. Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý khi
nổ mìn khai thác đá VLXD 113
4.3. Xây dựng chương trình tính toán chỉ tiêu thuốc nổ, thông số nổ mìn
và sơ đồ đấu ghép mạng nổ 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143
PHỤ LỤC LUẬN ÁN





iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Mức độ đập vỡ: MĐĐV
Vật liệu xây dựng: VLXD
Vật liệu nổ công nghiệp: VLNCN

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh các yếu tố đầu vào khi xác định đường cản chân tầng của
các tác giả
Bảng 1.2: Khả năng công nổ tương đối của chất nổ
Bảng 1.3: Giá trị đại lượng ϕ

1
(10
-6
m
2
/J) ứng với các nhóm đất đá
Bảng 1.4: Giá trị đại lượng K
7
ứng với các nhóm đất đá và dung tích gầu xúc
Bảng 3.1: Phân loại đất đá của giáo sư M.M Prôtôđiakônốv
Bảng 3.2: Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ
Bảng 3.3: Phân loại đất đá theo độ khoan
Bảng 3.4: Phân loại đất đá theo độ nổ của Trường Đại học Mỏ Matxcơva
Bảng 3.5: Các thông số đặc trưng để xác định độ nổ
Bảng 3.6: Phân loại độ kiên cố của đất đá theo Moh
Bảng 3.7: Các thông số đặc trưng để xác định độ nổ
Bảng 3.8: Bảng xác định chỉ tiêu thuốc nổ
Bảng 3.9: Phân loại đất đá cho các mỏ lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh
Bảng 3.10: Kết quả thực nghiệm xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q
0

Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy nghiền
Bảng 4.1: §Æc tÝnh kü thuËt chÊt næ sö dông trong khai th¸c má lé thiªn
Bảng 4.2: Các loại kíp nổ thường sử dụng tại Việt Nam
Bảng 4.3: Các loại kíp nổ điện vi sai sử dụng tại Việt Nam
Bảng 4.4: Các loại dây nổ sử dụng tại Việt Nam
Bảng 4.5: Các loại kíp nổ vi sai phi điện sử dụng tại Việt Nam
Bảng 4.6: Giá thành khoan 1 m khoan ứng với một số đường kính lỗ khoan
Bảng 4.7 : Lựa chọn loại chất nổ theo chi phí trên một đơn vị năng lượng nổ
nhỏ nhất C

E
→ min (theo thứ tự ưu tiên).
Bảng 4.8: Thứ tự lựa chọn chất nổ ứng với nhóm đất đá theo chi phí khoan nổ
nhỏ nhất (C
K
+ C
N
→ min).
vi

Bảng 4.9: Khả năng khắc phục đường cản chân tầng khi thay đổi khoảng cách
giữa các lượng thuốc (Không thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ)
Bảng 4.10: Chỉ tiêu thuốc nổ q, (kg/m
3
) phụ thuộc vào kho
ảng cách
tương đối giữa các lượng thuốc
Bảng 4.11: Thành phần cỡ hạt của đống đá nổ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc
nổ và kết cấu lượng thuốc
Bảng 4.12: Thành phần của sản phẩm khí nổ phụ thuộc vào xung khởi nổ
Bảng 4.13: Sản phẩm khí độc phụ thuộc vào môi trường nổ
Bảng 4.14: Đặc tính năng lượng của hai loại chất nổ
Bảng 4.15: Hệ số chuyển đổi khi sử dụng chất nổ
Bảng 4.16: Kết quả đo thành phần cỡ hạt
Bảng 4.17: Số liệu thực nghiệm tại mỏ đá vôi Ninh Dân
Bảng 4.18: Số liệu thực nghiệm tại mỏ đá Thường Tân IV
Bảng 4.19: Số liệu thí nghiệm tại mỏ đá vôi Yên Duyên
Bảng 4.20. Kết quả nổ thực nghiệm xác định hệ số k
1

Bảng 4.21: Mối quan hệ của độ kiên cố f với chỉ tiêu thuốc nổ q
cn
và q
1

Bảng 4.22: Mức độ thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ khi cấu tạo lư
ợng
thuốc khác nhau

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1a - Nổ định hướng bằng lượng thuốc phẳng
Hình 1.1b - Nổ định hướng bằng buồng mìn về hai phía
Hình 1.1c - Nổ định hướng bằng buồng mìn về một phía
Hình 1.2a - Nổ mìn buồng làm tơi đất đá
Hình 1.2b - Nổ mìn bằng lỗ khoan làm tơi đất đá
Hình 1.3- Nổ mìn khai thác đá khối
Hình 1.4- Phương tiện nổ phi điện được áp dụng tại mỏ đá vôi Ninh Dân
Hình 1.5- Tỉ lệ các cục đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với
đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá nổ đồng nhất
Hình 1.6- Tỉ lệ đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thu
ốc nổ đối với các
loại đất đá có độ nổ khác nhau
Hình 1.7- Chỉ tiêu thuốc nổ lần hai phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ lần 1
Hình 1.8- Sự thay đổi chi phí sản xuất phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ
Hình 1.9- Sự thay đổi giá thành sản xuất vào chỉ tiêu thuốc nổ
Hình 1.10- Biểu đồ V = f(q) xác định chỉ tiêu thuốc nổ q
Hình 1.11- Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén của đất đá và
khoảng cách trung bình giữa các khe nứt

Hình 1.12- Quy luật phân bố cỡ hạt
Hình 2.1- Ảnh hưởng của độ kiên cố của đất đá tới chỉ tiêu thuốc nổ
Hình 2.2- Sự phụ thuộc chỉ tiêu thuốc nổ vào cấp nứt nẻ của đất đá từ cấp I÷ V
Hình 2.3- Mối quan hệ giữa năng suất máy xúc và tỉ lệ đá quá cỡ
Hình 2.4- Mức độ phá vỡ nền tầng phụ thuộc vào chiều sâu khoan thêm
Hình 2.5- Sự thay đổi áp lực theo thời gian
Hình 2.6- Một số sơ đồ nổ vi sai phi điện
Hình 3.1- Đồ thị xác định chỉ tiêu thuốc nổ
Hình 3.2- Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ khó khoan
viii

Hình 3.3- Sự phân bố các mỏ đá ở Việt Nam
Hình 3.4- Một số hình ảnh nổ mìn thực nghiệm
Hình 3.5- Sơ đồ khối xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn
Hình 3.6- Giao diện phần mềm xác định mức độ khó nổ cho các mỏ đá
Hình 3.7- Giá thành các khâu sản xuất và tổng chi phí phụ thuộc vào MĐĐV
Hình 3.8- Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí các khâu khoan (C
k
), nổ
(C
n
), xúc (C
x
), vận tải (C
vt
), khoan nổ lần 2 (C
kn2
) và chi phí tổng của cả dây
chuyền tính trên 1m
3

đá nổ vào kích thước cục trung bình của đống đá (D
tb
)
Hình 3.9- Sơ đồ khối chương trình xác định MĐĐV đất đá hợp lý bằng nổ mìn
Hình 4.1- So sánh giá thành các loại chất nổ công nghiệp (giá bán năm 2011).
Hình 4.2- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m
3
) ứng với loại
chất nổ và đường kính lỗ mìn d
K
= 115 mm, dung tích gầu xúc E = 2,5- 3,5 m
3
.
Hình 4.3- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m
3
) ứng với loại
chất nổ và đường kính lỗ mìn d
K
= 250 mm, dung tích gầu xúc E = 8 m
3
.
Hình 4.4- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m
3
) ứng với loại
chất nổ và đường kính lỗ mìn d
K
= 115 mm, dung tích gầu xúc E = 3,5 m
3
.
Hình 4.5- Quan hệ giữa đường cản và đường kính lượng thuốc, W = k.d

Hình 4.6- Sự phụ thuộc của chỉ tiêu thuốc nổ vào khoảng cách các lượng thuốc
Hình 4.7- Sự phụ thuộc của chỉ tiêu thuốc nổ vào khoảng cách tương đối giữa
các lượng thuốc chỉ tiêu thuốc nổ và cấu tạo lượng thuốc
Hình 4.8- Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào kích thước trung bình của cục đá
Hình 4.9- Sơ đồ minh họa hàm số chỉ tiêu thuốc nổ q và các yếu tố ảnh hưởng
Hình 4.10- Phương pháp xác định hàm q
cn
= f(d
tb
)
Hình 4.11- Giao diện phần mềm để xác định thành phần cỡ hạt
Hình 4.12- Đồ thị biễu diễnsự phân bố thành phần cỡ hạt
Hình 4.13- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ
đập vỡ tại mỏ đá vôi Ninh Dân
ix

Hình 4.14- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ
đập vỡ tại mỏ đá Thường Tân IV
Hình 4.15- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ
đập vỡ tại mỏ đá vôi Yên Duyên.
Hình 4.16- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ số q
1
/q
cn
và độ kiên cố của đất đá
Hình 4.17- Mối quan hệ chỉ tiêu thuốc nổ giữa lượng thuốc liên tục và phân
đoạn không khí (Mỏ đá vôi Ninh Dân)
Hình 4.18- Sơ đồ khối của chương trình phần mềm thiết kế hộ chiếu nổ mìn
Hình 4.19- Giao diện khai báo thông tin chung của mỏ
Hình 4.20- Giao diện tính chỉ tiêu thuốc hợp lý

Hình 4.21- Giao diện tính toán thông số nổ mìn
Hình 4.22- Giao diện sơ đồ đấu ghép mạng nổ
Hình 4.23- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ phi điện
Hình 4.24- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ điện
Hình 4.25. Giao diện hộ chiếu nổ mìn


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay và trong tương lai tới tốc độ của ngành công nghiệp khai
khoáng phát triển mạnh mẽ, dự báo kế hoạch trong những năm tới sản lượng
than đạt 60 triệu tấn/năm, sản lượng ximăng đạt trên 70 triệu tấn/năm. Để
đạt được sản lượng này phải phá vỡ hàng trăm triệu m
3
đất đá có độ kiên cố

f = 8 ÷ 14. Công tác phá vỡ đất đá cứng hiện nay ở nước ta cũng như các
nước trên thế giới chủ yếu sử dụng phương pháp nổ mìn.
Với chỉ tiêu thuốc nổ trung bình q = 0,35kg/m
3
thì chúng ta phải sử
dụng hàng năm một khối lượng thuốc nổ khá lớn từ 120.000 ÷ 150.000 tấn
thuốc nổ để phá vỡ khối lượng nói trên.
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Khai thác mỏ nói chung và khai thác lộ thiên nói riêng, công tác nổ mìn
là một khâu rất quan trọng nó có ảnh hưởng trực tiếp tới các khâu công nghệ
xúc bốc, vận tải, nghiền sàng.
Ngày nay chúng ta đã đạt được nhiều thành tựu trong việc nghiên cứu
lý thuyết nổ mìn và vật liệu nổ cho ngành khai thác mỏ. Đã và đang có rất

nhiều công trình nghiên cứu để hoàn thiện các thông số nổ mìn nâng cao hiệu
quả phá vỡ đất đá.
Để phá vỡ thể tích đất đá nào đó, từ thế kỷ 17 người ta đã đưa ra công
thức tổng quát có dạng:
Q = q.V, kg
Trong đó: Q- Lượng thuốc nổ cần tính, kg; q- Chỉ tiêu thuốc nổ, kg/m
3
;
V- Thể tích đất đá cần phá vỡ, m
3
.
Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số rất quan trọng. Chi phí thuốc nổ để
phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá theo yêu cầu và nhiệm vụ của công tác nổ
gọi là chỉ tiêu thuốc nổ. Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số nổ mìn phụ thuộc
2

vo tớnh cht c lý ca mụi trng tin hnh cụng tỏc n, yờu cu c ht ng
ỏ sau khi n, loi cht n, cụng ngh v cỏc thụng s n mỡn khỏc.v.v
Mt s cụng thc tớnh toỏn ch tiờu thuc n nc ngoi ó c ỏp
dng cho mt s m Vit Nam, song cha sỏt vi iu kin thc t ca cỏc m bi
cỏc yu t nh hng n ch tiờu thuc n cha xỏc nh c chớnh xỏc.
T nhng kinh nghim khai thỏc nc ngoi v nhng hn ch cũn
tn ti trong cụng tỏc n mỡn ti cỏc m khai thỏc l thiờn núi chung v c
bit ti cỏc m khai thỏc ỏ vt liu xõy dng (VLXD) nc ta, ta thy vic
nghiờn cu xỏc nh ch tiờu thuc n nhm m bo mc p v t ỏ
hp lý cho mt s m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam l rt cp thit. Vi
hng chc triu m
3
t ỏ cn phỏ v bng cht n, nu vic tớnh toỏn hp lý
gim c 1 ữ 2% ch tiờu thuc n thỡ s lm gim ỏng k khi lng thuc

n c s dng. Kt qu nghiờn cu s giỳp cho cỏc n v sn xut ch
ng hn trong cụng tỏc n mỡn v nõng cao hiu qu sn xut kinh doanh,
m bo hiu qu u t cụng ngh mi, an ton hn vi con ngi v mụi
trng xung quanh.
Vỡ vy ti lun ỏn: Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm
đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác vật liệu xây
dựng của Việt Nam, mang tớnh cp thit, ỏp ng yờu cu thc t hin nay
trong cụng nghip m Vit Nam.
2. MC CH NGHIấN CU CA TI
Trờn c s vt liu n do Vit Nam sn xut, kt hp vi lý thuyt, cỏc
cụng trỡnh nghiờn cu trong v ngoi nc v kt qu thc nghim v mi
quan h ca cỏc yu t nh hng n ch tiờu thuc n, tỏc gi xut
phng phỏp xỏc nh ch tiờu thuc n hp lý nhm m bo mc p v
t ỏ ti u cho mt s m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam nõng cao
hiu qu kinh t k thut cho cụng tỏc n mỡn.
3

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định chỉ tiêu tiêu thuốc nổ hợp
lý nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá tối ưu ở một số mỏ khai thác đá
VLXD, chủ yếu là ở một số mỏ đá khai thác VLXD của Việt Nam.
- Phạm vi nghiên cứu là công tác nổ mìn ở các mỏ khai thác đá VLXD
của Việt Nam.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu về công nghệ nổ mìn trong khai thác mỏ, chỉ tiêu thuốc
nổ và các thông số nổ mìn.
- Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng tới chỉ tiêu thuốc nổ.
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ và mức độ
đập vỡ đất đá bằng nổ mìn.
- Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ

đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để thực hiện luận án là:
- Phương pháp tổng hợp; phân tích so sánh; kế thừa; thống kê và
phương pháp đồ thị.
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số nổ mìn quan trọng, có ảnh hưởng và
quan hệ mật thiết đến các thông số nổ mìn khác. Xác định các thông số nổ
mìn hợp lý sẽ quyết định chất lượng và hiệu quả công tác nổ mìn của mỏ.
Kết quả nghiên cứu là: xây dựng được phương pháp xác định chỉ tiêu
thuốc nổ có cơ sở khoa học, căn cứ vào mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ
4

với những yếu tố ảnh hưởng, đảm bảo sử dụng thuận lợi khi nổ mìn khai thác
đá vật liệu xây dựng.
Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho những mỏ khai thác đá VLXD
của Việt Nam, đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu tác động môi trường khai thác.
7. NHỮNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ
1. Chỉ tiêu thuốc nổ là thông số cơ bản đóng vai trò quan trọng khi nổ
mìn khai thác đá VLXD. Các yếu tố ảnh hưởng đến nó được chia thành hai
nhóm: Nhóm biến số và nhóm hệ số.
2. Chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ (q
cn
) được xác định theo MĐĐV đất đá
yêu cầu (d
tb
) và mức độ nứt nẻ (d
max
) là cơ sở xác định chỉ tiêu thuốc nổ với

điều kiện nổ bất kỳ. Quan hệ giữa q
cn
và d
tb
là quan hệ tuyến tính.
3. Chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý khi khai thác đá VLXD cần được xác định
bằng cách kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên cơ sở mối quan hệ định
lượng giữa chỉ tiêu thuốc nổ với hai nhóm các yếu tố ảnh hưởng và xuất phát
từ chỉ tiêu thuốc nỏ công nghệ, q
cn
.
8. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Đã xác định chỉ tiêu thuốc nổ cho các mỏ khai thác đá VLXD trên cơ
sở sử dụng chất nổ do Việt Nam sản xuất, phương pháp nổ mìn vi sai phi điện
và MĐĐV yêu cầu khi khai thác đá VLXD.
- Căn cứ vào mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh
hưởng, đã tiến hành phân loại các yếu tố thành hai nhóm thuận lợi cho việc
tính toán chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý.
- Đã xây dựng được công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ trên cơ sở
phân nhóm những yếu tố ảnh hưởng một cách toàn diện.
- Đã xây dựng được phần mềm thiết kế hộ chiếu nổ mìn xuất phát từ
chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý.
5

9. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận án gồm hơn 140
trang đánh máy, nhiều bảng biểu và hình vẽ minh họa, tham khảo nhiều tài
liệu trong và ngoài nước, được bố trí theo trình tự sau:
Chương 1- Tổng quan tình hình nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ
và các thông số nổ mìn.

Chương 2- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới chỉ tiêu thuốc nổ.
Chương 3- Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ và mức độ đập
vỡ đất đá bằng nổ mìn
Chương 4- Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm đảm bảo
mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác đá vật liệu xây dựng
của Việt Nam
10. CÁC ẤN PHẨM CÔNG BỐ
Theo hướng nghiên cứu của luận án đã công bố 15 công trình đăng
trong tạp chí ngành mỏ, hội thảo khoa học trong và ngoài nước.
11. LỜI CÁM ƠN
Luận án được thực hiện tại Bộ môn Khai thác Lộ thiên, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất dưới dự hướng dẫn của NGƯT.GS.TS. Nhữ Văn Bách và
TS. Nguyễn Đăng Tế. Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng SĐH,
Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác lộ thiên Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp
đỡ tận tình cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ. Tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn
chân thành đến Ban lãnh đạo Chi nhánh Công ty Công nghiệp Hóa chất mỏ
Bình Dương, Mỏ đá vôi Ninh Dân – Công ty xi măng Sông Thao, Mỏ đá vôi
Văn Xá – Công ty xi măng LUCK Việt Nam , Mỏ đá Thường Tân IV,… đã
tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và tiến hành nổ
mìn thực nghiệm. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đối với các ý
kiến góp ý bổ ích và sự giúp đỡ của các nhà khoa học và các đồng nghiệp
trong và ngoài Trường.
6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU
THUỐC NỔ VÀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỔ MÌN TRONG NGÀNH KHAI THÁC MỎ
Nổ mìn là một dạng năng lượng dùng để phá vỡ đất đá cứng được sử

dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như giao thông, thuỷ lợi, xây dựng và đặc
biệt là ngành Khai thác mỏ với một khối lượng lớn.
Khi khai thác những khoáng sản có ích bằng phương pháp lộ thiên hay
hầm lò, hầu hết đều gặp đất đá có độ kiên cố f = 6 ÷ 14, và 70% khoáng sản
cần phá vỡ (mà chủ yếu phá vỡ bằng nổ mìn).
Chỉ tính riêng ngành Khai thác mỏ lộ thiên, để lấy được một tấn than
cần phải phá vỡ 8 ÷ 10 m
3
đất đá cứng, để sản xuất được 1 tấn ximăng cũng
phải phá vỡ 1 tấn đá vôi. Theo kế hoạch sản xuất từ năm 2015 hàng năm ta
khai thác khoảng 60 triệu tấn than và sản xuất khoảng 70 trệu tấn ximăng. Để
đạt sản lượng đó phải phá vỡ hàng trăm triệu m
3
đất đá. Trong sản xuất mỏ lộ
thiên phải qua các khâu công nghệ chính khoan nổ mìn, xúc bốc, vận tải, gia
công chế biến.
Tuỳ thuộc vào hệ thống khai thác, phương pháp mở vỉa, đồng bộ thiết
bị, yêu cầu mục đích nổ mìn mà trong công nghệ sản xuất mỏ lộ thiên có các
dạng công nghệ nổ mìn: Nổ mìn định hướng (Hình 1.1), nổ mìn buồng hay lỗ
khoan làm tơi đất đá (Hình 1.2a, 1.2b), nổ mìn trong khai thác đá khối [2],
[3], [10], [12], [13] (Hình 1.3).v.v.v.
Trong các công nghệ nổ mìn nói trên thì nổ mìn bằng lỗ khoan lớn
thẳng đứng hay nghiêng để phá vỡ đất đá trên các tầng là phương pháp chủ
yếu. Lịch sử và quá trình phát triển của công tác khoan nổ mìn có quan hệ
7

chặt chẽ với việc sản xuất chất nổ. Sơ khai khi chế tạo ra thuốc nổ người ta sử
dụng vào mục đích quân sự, sau đó mới được ứng dụng vào s
ản xuất.
Phải đến giữa thế kỷ XVI người ta mới sử dụng nổ mìn trong ngành khai thác

mỏ [1], [3], [10].

Hình 1.1a - Nổ định hướng bằng lượng thuốc phẳng

Hình 1.1b - Nổ định hướng bằng buồng mìn về hai phía

Hình 1.1c - Nổ định hướng bằng buồng mìn về một phía
Ở Việt Nam, phương pháp phá vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn đã được
áp dụng từ lâu trong công nghiệp mỏ. Ở các mỏ lộ thiên và hầm lò không
ngừng sử dụng những phương pháp và kinh nghiệm tiên tiến của các nước
trên thế giới để nâng cao hiệu quả và chất lượng của công tác khoan nổ mìn.

8



Hình 1.2a - Nổ mìn buồng làm

tơi đất đá
Hình 1.2b - Nổ mìn bằng lỗ khoan
làm tơi đất đá

Hình 1.3- Nổ mìn khai thác đá khối
Việc sử dụng thuốc nổ ở các mỏ khai thác lộ thiên được chia làm 3 giai
đoạn [4], [22], [23]:
- Giai đoạn trước những năm 80: chủ yếu sử dụng thuốc nổ của Liên
Xô cũ như Amônit M11, N
o
6 JV, TNT và Zernôgranulit79/21, Grammônit.
- Cuối những năm 80 đến đầu những năm 90: do khủng hoảng ở Liên

Xô, Đông Âu và sự xâm nhập của thị trường các nước Úc, Ấn Độ, Thái Lan,
Trung Quốc nên thuốc nổ thời kỳ này chủ yếu là Powergel, Energal, Anfo của
Úc, WJ của Trung Quốc, Superdye của Ấn Độ. Trong nước cũng bắt đầu sản
xuất một số loại thuốc nổ như: TNT, Zernôgranulit 79/21, Amônit phá đá
9

số 1, Sofanit, thuốc nổ chịu nước dạng Watergel (TFD-15 hoặc TNP-1). Các
mỏ lộ thiên lớn chủ yếu dùng Powergel, ANFO, TNT và Zecnôgranulit 79/21.
Từ năm 1997 đến nay, do trong nước đã bắt đầu sản xuất được một số
loại thuốc nhũ tương như EE-31, NT-13, ANFO chịu nước và các loại thuốc
không chịu nước: ANFO thường, AD-1, Zernôgranulit 79/21 và một số loại
thuốc khác nên xu hướng ở các mỏ chủ yếu chuyển sang tiêu thụ các loại
thuốc do Việt Nam sản xuất.
- Việc sử dụng thuốc nổ do Việt Nam ngày càng nhiều đặt ra cho chúng
ta hai vấn đề đáng quan tâm:
+ Thứ nhất là tính năng kỹ thuật và những đặc tính năng lượng của chất
nổ cụ thể về nhiệt lượng nổ, mật độ, khả năng công nổ và sức công phá, khả
năng kích nổ ổn định và tốc độ kích nổ, độ bền nước, độ bền hoá - lý
+ Thứ hai là giá thành thuốc nổ, nghĩa là phải tính toán xem thuốc nổ
sử dụng có lợi về kinh tế sau khi đã cân nhắc về kỹ thuật.
Việc lựa chọn chất nổ sử dụng ở các mỏ lộ thiên trong thời gian qua
hầu như chưa có sự tìm hiểu so sánh thận trọng các vấn đề nêu trên như: tỷ lệ
sử dụng thuốc nổ chịu nước vẫn chiếm phần lớn (từ 50÷ 80%), việc dùng
thuốc nổ nội địa và nhập ngoại chưa có cơ sở so sánh đầy đủ, chưa chú ý đến
tỷ lệ thuốc nổ, việc tính toán tỷ lệ chi phí phương tiện nổ theo tỷ lệ thuốc nổ
(trước đây vẫn cho tỷ lệ 7 ÷ 10%) chưa được chú ý, vì vậy kết quả không
đúng với thực tế. Ngoài ra việc tính toán quy đổi thuốc nổ trong quá trình sử
dụng cũng là vấn đề chưa được các mỏ quan tâm, chưa dựa trên cơ sở khoa
học, vì vậy kết quả tính toán thông số và chất lượng nổ không theo ý muốn.
Với sự thay đổi vật liệu nổ dùng ở các mỏ lộ thiên đã dẫn đến việc thay

đổi về công nghệ nổ mìn, tính toán thông số và xác định hiệu quả kinh tế kỹ
thuật của công tác nổ mìn.
10

Ở các mỏ, từ việc sử dụng phương tiện nổ điện (với kíp điện tức thời
hay vi sai) thuần túy hoặc kết hợp điện với dây nổ đã chuyển sang dùng hệ
thống dây truyền tín hiệu nổ với kíp nổ tức thời (hay vi sai ). Các phương tiện
mới này đầu tiên được nhập từ Úc sau đó là từ Ấn Độ, hiện nay phương tiện
nổ phi điện Việt Nam đã tự sản xuất được.
Phương pháp nổ vi sai với phương tiện nổ mới đã được áp dụng triệt để
ở các mỏ lộ thiên lớn, (Hình 1.4).

Hình 1.4- Phương tiện nổ phi điện được áp dụng tại mỏ đá vôi Ninh Dân
Phương tiện nổ mới gồm có: Hệ thống dây truyền tín hiệu nổ sơ cấp (từ
máy khởi nổ đến đầu bãi nổ) và thứ cấp (truyền tín hiệu nổ giữa các lỗ khoan,
truyền tín hiệu nổ đến từng mồi nổ đặt trong lỗ khoan) [9].
+ Loại sơ cấp ký hiệu LIL có chiều dài dây tín hiệu nổ 150, 300, 450
mét được gắn với kíp nổ tức thời.
+ Loại truyền tín hiệu nổ thứ cấp gồm hệ thống trên mặt ký hiệu TLD,
nhận tín hiệu nổ từ hệ thống sơ cấp đến từng miệng lỗ khoan. Hệ thống này
quyết định trình tự nổ vi sai giữa các lượng thuốc nổ trong bãi nổ. Chiều dài
dây tiêu chuẩn: 3,6m; 4,9m; 6,1m; 9m; 12m; 15m; 18m, được gắn với kíp nổ
vi sai còn đầu kia được bóp bẹp để chống ẩm và được gắn miếng nhựa ghi
thời gian chậm vi sai. Thời gian vi sai của kíp gồm: 5 ms, 9 ms, 17 ms, 25 ms,
42 ms, 65 ms và 100 ms.
11

Dây truyền tín hiệu nổ bên trong lỗ khoan ký hiệu LLHD, nhận tín hiệu
nổ từ hệ thống trên mặt để làm nổ các lượng thuốc nổ nằm trong lỗ khoan.
Dây có độ dài tiêu chuẩn 8,9m; 10m; 12m; 15m; 18m; 24m; 30m; 36m; 45m và

60m, một đầu gắn với kíp vi sai 200 ms, 400ms, 600ms, đầu kia cũng được bóp
bẹp lại chống ẩm và cũng có miếng nhựa ghi thời gian chậm vi sai của kíp. Kíp
vi sai phi điện với độ chậm lớn đảm bảo chắc nổ, an toàn cho cả bãi mìn.
Đặc điểm nổi bật khi sử dụng phương tiện nổ phi điện là kích nổ bằng
ống truyền sóng nổ là quá trình lan truyền sóng nổ thực hiện trong ống, không
bị khởi nổ bởi tĩnh điện, dòng điện rò và chịu được các tác động bên ngoài
như va đập, cọ sát. Đấu ghép đơn giản, chắc chắn, khống chế được các sơ đồ
vi sai phức tạp nhất, chỉ cần thay đổi thời gian vi sai giữa các lỗ, các hàng ta
sẽ có các sơ đồ vi sai rất đa dạng phát huy tối đa tác dụng của vi sai (vừa tạo
ra sự cộng hưởng ứng suất vừa phát huy được vai trò của mặt tự do). Dùng kíp
dưới lỗ có thời gian vi sai lớn sẽ khắc phục được nhược điểm của nổ mìn vi
sai bằng dây nổ là không gây cắt dây trên mặt do đất đá dịch chuyển. Mặt
khác do tạo ra trình tự nổ hầu như không trùng lặp giữa các LTN gần nhau và
thậm chí cả bãi mìn sẽ làm giảm tác dụng có hại đến môi trường như sóng
chấn động, sóng đập không khí và đá văng.
- Mồi nổ: thường dùng ở mỏ là loại PPP-400, Pentôlit hoặc VE 05.
- Máy khởi nổ phi điện (máy dập hạt nổ) trước đây được dùng phổ biến,
gần đây được thay thế bằng kíp điện hoặc kíp nổ thường với dây cháy chậm.
1.2. VAI TRÒ Ý NGHĨA CỦA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ TRONG CÔNG TÁC NỔ MÌN
Để đánh giá hiệu quả phá vỡ bằng nổ mìn thì một trong những chỉ tiêu
cơ bản là độ cục của đống đá nổ hay MĐĐV đất đá. Phụ thuộc vào đồng bộ
thiết bị khai thác (dung tích gầu xúc, phương thức vận tải) mà yêu cầu thành
phần cỡ hạt của đống đá nổ sao cho đạt hiệu quả cao nhất.
12

Mức độ đập vỡ: Để phá vỡ đất đá đạt được kích thước của các cục đá
sau khi nổ đến một giá trị nào đó, cần phải chi phí một khối lượng năng
lượng phù hợp. Chi phí năng lượng riêng, nghĩa là năng lượng cần thiết để
phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá. Đặc trưng cho chi phí năng lượng riêng
gọi là chỉ tiêu thuốc nổ. Chi phí năng lượng tăng thì MĐĐV tăng, đến một

giá trị nào đó thì MĐĐV không tăng, ta gọi đó là hiện tượng bão hoà năng
lượng. Nếu tiếp tục tăng chi phí năng lượng riêng thì thì năng lượng tiêu
hao vô ích tăng lên cho việc văng xa đất đá, gây tác động mạnh địa chấn,
sóng không khí .v.v.v. Vì vậy để đánh giá chất lượng của một vụ nổ người
ta dùng khái niệm MĐĐV, hay thành phần cỡ hạt của đống đá nổ. Phụ
thuộc vào đồng bộ thiết bị khai thác (dung tích gầu xúc, phương thức vận
tải) mà yêu cầu thành phần cỡ hạt của đống đá nổ sao cho đạt hiệu quả
cao nhất.
MĐĐV phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, một trong những yếu
tố cơ bản đó là chỉ tiêu thuốc nổ. Bản chất vật lý của sự thay đổi MĐĐV
khi thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ đã được nhiều tác giả nghiên cứu (Hình 1.5,
1.6), [3], [4], [17], [18], [26], [30], [31].
Trên hình 1.5 ta nhận thấy rằng khi chỉ tiêu thuốc nổ tăng thì
MĐĐV ở giai đoạn đầu tăng mạnh sau đó giảm dần và bước vào trạng thái
bão hoà năng lượng nổ. Nếu cứ tiếp tục tăng chỉ tiêu thuốc nổ thì năng lượng
sẽ tiêu phí vô ích cho việc văng xa đất đá cường độ đập vỡ thay đổi không
đáng kể và đường cong có dạng gần song song với trục hoành .
Khi đường kính lượng thuốc nhỏ (d <150mm) đường cong đi thấp hơn và
trong một số trường hợp có thể sát với trục hoành. Khi đường kính lượng thuốc
(d >250mm) đường cong ở vị trí cao hơn và thực tế chỉ tiêu thuốc nổ bất kỳ trong
trường hợp này cũng không thể loại trừ tỉ lệ đá quá cỡ.
13


Hình 1.5- Tỉ lệ các cục đá lớn (quá cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối
với đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá nổ đồng nhất
1, 2- Tỉ lệ đá quá cỡ trong vùng đập vỡ thực tế không điều khiển với
đường kính lượng thuốc d
1
, d

2
(d
1
< d
2
) [3]

Hình 1.6- Tỉ lệ đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thu
ốc nổ đối với các
loại đất đá có độ nổ khác nhau
( I, II, III, IV, V - Cấp đất đá theo độ nổ) [3]
Đường cong cắt trục tung tại điểm đặc trưng cho tỉ lệ các khối nứt quá
cỡ trong nguyên khối trước khi nổ. Tuỳ thuộc vào mức độ nứt nẻ của đất đá
và kích thước cho phép các cục đá mà trị số này có thể thay đổi từ

100% đến 0%.
14

Khi tiến hành xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý là thay đường cong trên
biểu đồ bằng những đoạn thẳng. Trong trường hợp này sai số hoàn toàn cho
phép. Lựa chọn chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý là nhiệm vụ quan trọng để đạt được
MĐĐV hợp lý.
Theo tác giả Kutuzov và Potnhiakov thì chi phí thuốc nổ để đập vỡ
lần 2 cũng thay đổi khi chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 thay đổi (Hình 1.6). Kết quả
nghiên cứu thực nghiệm nhận thấy chỉ tiêu thuốc nổ để phá vỡ quặng thay đổi
từ 0,2 ÷ 0,6 kg/tấn thì chi phí thuốc nổ đập vỡ cho lần 2 giảm 67%, còn khi
tăng chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 từ 0,6 ÷ 1 kg/tấn thì chi phí khoan nổ cho đập vỡ
lần 2 giảm còn 41% [31], [32].

Hình 1.7- Chỉ tiêu thuốc nổ lần hai phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ lần 1[31]

Kết quả thực nghiệm này có thể được xác định bằng công thức.
q
2
= 0,144/q , kg/t

Trong đó: q
2
- Chỉ tiêu thuốc nổ cho đập vỡ lần 2; kg/tấn; q- Chỉ tiêu thuốc nổ
cho đập vỡ lần 1, kg/tấn.
Chỉ tiêu thuốc nổ không chỉ ảnh hưởng đến chi phí thuốc nổ cho đập vỡ
lần hai, mà trực tiếp ảnh hưởng đến chi phí cho công tác khoan và giá thành