giải pháp tổ chức kỹ thuật hợp lý để nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi nổ mìn

1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, để pháp triển nền kinh tế nói chung, ngành khai thác khoáng
sản nói riêng một cách bền vững, vấn đề nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi
nổ mìn ở các mỏ lộ thiên và mỏ hầm lò ngày càng được quan tâm và chú
trọng hơn. Như chúng ta đã biết công tác khoan nổ mìn đóng vai trò rất quan
trọng đối với ngành công nghiệp mỏ. Bài tiểu luận này nhằm tìm ra các giải
pháp kỹ thuật hợp lý để nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi nổ mìn ở các mỏ
lộ thiên và hầm lò.
Công tác khoan nổ mìn khi khai thác ở các mỏ đa phần còn chưa đảm
bảo điều kiện tối ưu nhất, còn để sóng chấn động, bụi nổ, đá văng, sóng đập
không khí, khí độc và tiếng ồn ảnh hưởng tới môi trường và khu dân cư xung
quanh khu mỏ.
Việc nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp khoan nổ nhằm nâng cao chất
lượng đập vỡ đất đá, đồng thời giảm tác động có hại tới môi trường mang tính
cấp thiết và được triển khai thực hiện sẽ có nhiều tác động tích cực về kinh
tế - xã hội, sức khỏe người dân và môi trường xung quanh ruộng mỏ.
Do đó, đề tài luận văn ‘‘ Nghiên cứu các giải pháp tổ chức kỹ thuật hợp
lý để nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi nổ mìn ở mỏ lộ thiên và hầm lò „ mà
học viên lựa chọn để giải quyết là vấn đề có tính thực tiễn và cấp thiết của
ngành khai thác Than ở Quảng Ninh.

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đề xuất được các giải pháp tổ chức kỹ thuật hợp lý để nâng cao mức độ
đập vỡ đất đá khi nổ mìn ở mỏ lộ thiên và hầm lò.


2

3. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
Công tác khoan nổ mìn ở các mỏ lộ thiên và hầm lò.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đánh giá hiện trạng công tác khoan nổ mìn và các tác động của công
tác khoan nổ mìn đến môi trường khi khai thác mỏ.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nổ mìn và các tác động đến môi trường.
Các giải pháp có thể nâng cao hiệu quả đập vỡ đất đá, đồng thời giảm
tác động có hại tới môi trường nằm gần khu mỏ và đề xuất giải pháp phù hợp
cho mỏ.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Sử dụng hệ các phương pháp :
- Phương pháp danh mục các điều kiện môi trường;
- Phương pháp mô hình hóa;
- Phương pháp so sánh kế thừa;
- Phương pháp nghiên cứu khảo sát thực địa;
- Phương pháp thu thập số liệu;
- Phương pháp phân tích, tổng hợp và dự báo thông tin; ...
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học : Đóng góp thêm cơ sở khoa học khi đưa ra các giải
pháp tổ chức kỹ thuật hợp lý để nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi nổ mìn ở
mỏ lộ thiên và hầm lò.
Ý nghĩa thực tiễn : Nâng cao mức độ đập vỡ đất đá khi nổ mìn ở mỏ lộ
thiên và hầm lò giúp cho công tác thiết kế nổ mìn ở mỏ đạt hiệu quả và an
toàn.

7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN


3

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ NỔ MÌN, CÁC YẾU
TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ MÌN Ở MỎ
LỘ THIÊN VÀ HẦM LÒ.
CHƯƠNG 2 : CÁC GIẢI PHÁP TỔ CHỨC KỸ THUẬT HỢP LÝ ĐỂ
NÂNG CAO MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ MÌN Ở MỎ LỘ THIÊN
VÀ HẦM LÒ.


4

CH¦¥NG 1
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ NỔ MÌN, CÁC YẾU TỐ ẢNH
HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ KHI NỔ MÌN Ở
MỎ LỘ THIÊN VÀ HẦM LÒ
I.

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÁC DỤNG NỔ MÌN.

1. Bản chất vật lý của quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn.
Khác với quá trình phá vỡ đất đá bằng phương pháp cơ học hay các
phương tiện khác, bản chất vật lý của quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn có
những đặc trưng riêng. Để có thể xác định đúng đắn chỉ tiêu thuốc nổ cũng
như thông số nổ mìn khác ta cần nghiên cứu bản chất của những đặc trưng đó.
Đất đá là đối tượng chịu tác động trực tiếp của năng lượng sinh ra khi
nổ chất nổ. Năng lượng đó được đặc trưng bởi nhiệt lượng nổ, thể tích sản
phẩm khí nổ, áp lực và sóng ứng suất. Đất đá là môi trường không đồng nhất
có kiến tạo phức tạp, có tính chất cơ lý khác nhau.
Theo đặc tính cơ lý đất đá có thể chia làm 3 loại theo giá trị độ cứng
âm thanh. Độ cứng âm thanh bằng tích số của mật độ đất đá với tốc dộ của
sóng dọc lan truyền tròn đất đá đó.

+ Loại 1 : Đất đá mềm yếu gồm đất, sét pha, cát kết có độ cứng âm
thanh < 5.105g/cm2.s
+ Loại 2 : Đất đá có độ cứng trung bình, có độ cứng âm thanh từ
5.105g/cm2.s ®Õn 15.105g/cm2.s
+ Loại 3 : Đất đá cứng, đồng nhất có độ cứng âm thanh
>15.105g/cm2.s.
1. Qúa trình phá vỡ đất đá mềm yếu


5

Tùy theo loại đất đá mà vai trò các yếu tố của năng lượng chất nổ phát
huy tích cực hay không tích cực. Người ta tiến hành nghiên cứu trường hợp
nằng bằng mô hình hóa máy nổ.
Dùng một thùng có tường làm bằng thủy tinh hữu cơ có quang tính
mạch, trong chứa đầy cát. Lượng thuốc nổ là azit chì đặt bên trong cát cách
tường từ 20 – 50mm. Qúa trình nổ được quay lại bằng máy quay phim nhanh,
có tốc độ ảnh 4000 ảnh/s.
Trình tự phá vỡ được giới thiệu trên hình 1.1
Khi nổ tạo nên hốc hình cầu xung quanh lượng thuốc và chứa đầy sản
phẩm khí nổ. Diễn biến tiếp theo hình cầu phát triển biến dạng thành hình quả
lê không đối xứng có trục dài theo đường kháng nhỏ nhất.
Sự thay đổi kích thước của hốc phụ thuộc vào sức kháng dịch chuyển
của các phần đất đá, phần dưới của hốc được mở rộng nhanh lan truyền tới bề
mặt tự do của môi trường và hình thành phễu nổ.
Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra vai trò phá vỡ đất đá mềm yếu là do áp
lực của sản phẩm khí nổ, còn tác dụng của sóng ứng suất đóng vai trò không
đáng kể.
Điều này cũng dễ dàng giải thích được là khi nổ mìn phá vỡ đất đá
mềm yếu nên quan tâm tới thể tích của sản phẩm khí nổ hươn là nhiệt lượng

hay tốc độ kích nổ.
Hình 1.1 : Trình tự phá vỡ đất đá mềm yếu bằng nổ mìn.
Từ 1 – 6 : Quá trình dịch chuyển của đất đá.


6

1. Qúa trình phá vỡ đất đá cứng đồng nhất
Tốc độ kích nổ của chất nổ lớn hơn nhiều so với tốc độ
lan truyền của 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
không đều. Càng xa lượng thuốc thì biên độ sóng đập càng
giảm. Tại những điểm của môi trường cách lượng thuốc
khoảng 5 đến 6 lần bán kính lượng thuốc đập chuyển thành
sóng đàn hồi. Tốc độ lan truyền của nó nhỏ hơn tốc độ lan
truyền sóng đập.


7

Ứng suất trên bề mặt sóng nổ cao hơn nhiều so với độ
bền nén của đất đá. Do đó, sau khi sóng nổ truyền qua đất đá
bị phá vỡ, vùng này được đặc trưng là vùng tác dụng dẻo khi
nổ. Trong vùng này sau khi sóng nổ truyền qua, khí nổ với áp
lực cực lớn (20 ®Õn 70.108 N/m2) gây ra tác dụng phá vỡ.
Dưới tác dụng của sóng và khí nổ, đất đá ở gần lượng

thuốc bị nén ép và chuyển dịch nhanh sau sóng ứng suất. Do
đó mà tạo thành vùng biến dạng mạnh với hệ thống nhiều nứt
nẻ cắt nhau. Hình 1.2

a

b

Hình 1.2. Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc
a- Vùng nghiền nát;
b- Vùng tạo thành nứt nẻ.
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 môi trường được
thay đổi.


8

Dưới tác dụng của sóng ứng suất và khí nổ lan truyền
theo đường hướng tâm làm phát sinh ứng suất nén và theo
hướng tiếp tuyến phát sinh ứng suất kéo, vì độ bền kéo của
đất đá nhỏ hơn nhiều so với độ bền nén, nên khi gặp trạng
thái ứng suất kéo tiếp tuyến thì đất đá bị tách ra tạo thành
nứt nẻ hướng tâm như hình 1.3

r

1

r

2

Hình 1.3. Sơ đồ tạo thành nứt nẻ hướng tâm
Sự mở rộng khí nổ có ảnh hưởng nhất định tới sự mở rộng khe nứt. Qua
thí nghiện đã xác định được khi nổ lượng thuốc nổ không nạp bua thì 30%
đến 40% sản phẩm khí nổ xâm nhập vào khe nứt, còn nạp bua thì 70%. Tuy
nhiên 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 khả năng 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 dịch chuyển dao động.


9

Sau khi giảm áp lực khí nổ ở trung tâm nổ thì đất đá không bị nén nữa
mà 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 gây ra những nứt nẻ vòng tròn trong đất đá xung quanh lượng
thuốc nổ.
Những đặc tính của đất đá cứng đồng thời bị phá vỡ chủ yếu do tác
dụng của sóng ứng suất, điều này được kiểm chứng bằng thực nghiệm nổ phá
vỡ đất đá trong ống có tường dày và được nghiên cứu kiểm chứng bằng mô
hình hóa mẫu nổ. Khe hở giữa các lỗ khoan và ống chứa đầy nước, khi nổ kết
quả là ống còn nguyên và khối đá bị vỡ. Điều này chứng tỏ rằng sự phá hủy
xảy ra do tác dụng trực tiếp của sóng ứng suất đến vùng đất đá bao quanh
lượng thuốc, tiếp theo đó là vùng đất đá bị phá vỡ bởi các hệ thống vết nứt
hướng tâm và tiếp tuyến. Sự phá vỡ lan truyền từ trung tâm lượng thuốc đến

bề mặt tự do và ngược lại. Do đó, dưới tác dụng nổ trong buồng mìn hình
thành một cái hốc mà đất đá bao quanh bị biến dạng mạnh. Trong vùng này
đất đá bao quanh bị phá hủy và chuyển thành trạng thái dẻo. Sau giới hạn của
vùng biến dajgn dẻo thì chỉ có sóng đàn hồi lan truyền. Hình dạng của mật
đầu sóng nén phụ thuộc vào tính chất của đất đá và loại thuốc nổ. Đất đá như
vậy thường bị phá vỡ bởi các khe nứt, khi đó sóng lan truyền từ trung tâm
lượng thuốc tới khe nứt gọi là sóng tới, sau đó tạo nên sóng phản xạ và lan
truyền ngược lại hình 1.4.
Qúa trình lan truyền của sóng phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của đất
ddass và kẽ nứt. Như vậy, đối với loại đất đá này bị phá vỡ đồng thời bởi hai
yếu tố là sóng ứng suất và áp lực khí nổ.
c. Qúa trình phá vỡ đất đá cứng nứt nẻ


10

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 bề mặt tự do,
dưới tác dụng áp lực cao của khí nổ tại vị trí đặt thuốc nổ 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 quá trình phá vỡ đất đá. Trên bề mặt của mỗi nứt nẻ
ứng suất trong sóng giảm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của nó như
hình 1.5.
Do đó ứng suất trong đất đá nứt nẻ ở xa lượng thuốc giảm rất nhiều,
còn những ứng suất từ lượng thuốc được lan truyền đến một khoảng cách nhỏ
hơn so với đất đá không nứt nẻ.

W

Hình 1.4. Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở bề mặt tự do
1- Lượng thuốc ảo;
2- Lượng thuốc thực;
3- Sóng tới (nén);
4- Sóng phản xạ.
Như vậy, đất đá nứt nẻ có 2 cơ cấu phá vỡ khi nổ: những
khối nứt nẻ lượng thuốc nổ hoặc ở gần trực tiếp với nó bị phá


11

vỡ bởi sóng. Còn những khối phân bố ngoài giới hạn vùng tác
dụng của sóng bị phá vỡ bởi động năng va đập cơ học và phá
vỡ mang tính ngẫu nhiên.
Khi chiều sâu đại lượng thuốc lớn, trên bề mặt tự do phát
sinh sóng chấn động, cuối giai đoạn tác dụng nổ các phần tử
hướng tâm của trạng thái ứng suất biến dạng, cũng như biên
độ dịch chuyển 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.

3
3

LTN

1

r

r

2

0

r (m)

Hình 1.5. Sơ đồ giá trị 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.


12

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=

O,7.r. .σ nd
= r*
σk

( 1-1)

Trong đó:
r* - bán kính vùng đập vỡ không điều chỉnh;
r- khoảng cách từ lượng thuốc tới mặt thoáng.
Sóng chấn động truyền đến bề mặt tự do thì phản lại

dưới dạng sóng kéo hình 6.
Khi chiều sâu lượng thuốc đủ lớn thì ứng suất hướng tâm
trong sóng phản xạ nhỏ hơn 6k. Khi giảm W thì trị số 6r tăng
và khi W = r thì 6r =6k và đất đá vỡ lở do sóng phản xạ.
Khi nổ trong khối nứt nẻ thì bề mặt vết nứt xảy ra quá
trình vỡ nở đất đá nếu chiều rộng của nứt nẻ > 1mm. Do nứt
nẻ có thể phân bố dưới những góc nứt khác nhau so với
hướng sóng tới. Từ đó có thể xảy ra sự vỡ nở đất đá trên bề
mặt nứt nẻ.
2. Lý thuyết về khoan nổ mìn.
1. Khoảng cách an toàn các mảnh đá văng khi nổ mìn
Khoảng cách an toàn đảm bảo cho người tránh khỏi các mảnh đá văng
được xác định theo thiết kế hoặc hộ chiếu nổ mìn. Khi nổ mìn các lỗ khoan
lớn làm tơi đất đá (chỉ số tác động nổ n<1 ) bán kính vùng nguy hiểm do đá
văng R được xác định theo công thức :
2d
R=
, m
W'
( 1-2 )


13

Trong đó:
d – đường kính lỗ khoan, mm;
W – chiều sâu nhỏ nhất của lỗ mìn ( là đường ngắn nhất tính từ điểm
phía trên của lỗ mìn đến mặt tự do, xác định theo :
W’=C sin α + L. Cosα, m
( 1-3)

C – khoảng cách từ miệng lỗ khoan tới mép tầng, m;
L – Chiều dài nút lỗ khoan ( bua ), m;
α– góc nghiêng của sườn tầng với mặt phẳng ngang, độ.

1

r

3

2

4

5

6

Hình 1.6. Sơ đồ phản xạ sóng chấn động từ bề mặt tự
do
1- Mặt tự do;
2- Lượng thuốc nổ;
3- Khí nổ;
4- Biểu đồ cực đại của sóng chấn động
5- Sóng chấn động nén tại thời điểm t1,t2;
6- Sóng phản xạ căng tại thời điểm t3.


14

2. Khoảng cách an toàn do tác động của sóng đập không khí khi nổ mìn
Việc xác định khoảng cách an toàn rmin do tác động của sóng không
khí đối với người theo yêu cầu công việc phải tiếp cận tối đa tới chỗ nổ mìn
tính theo công thức :
rmin = 153 Q , m

(1-4)
Trong đó:
Q – khối lượng vật liệu nổ được sử dụng (kg) khi nổ đồng thời.
3. Khoảng cách an toàn về chấn động khi nổ mìn
Khoảng cách an toàn về chấn động đối với nhà và công trình do nổ 1
phát mìn tập trung được tính theo công thức :
rc = K cα Q , m

( 1-5)
Trong đó:
rc – khoảng cách an toàn, m;
Kc- hệ số phụ thuộc và tính chất đất nền của công trình cần bảo vệ,
Kc=8;
α – hệ số phụ thuộc vào chỉ số tác dụng nổ, lấy α = 1,2.
3.

Các yếu tố ảnh hưởng tới nổ mìn.

Hiệu quả công tác nổ mìn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, khi thay đổi các
yếu tố này sẽ làm thay đổi hữu ích năng lượng nổ dẫn đến làm thay đổi hiệu
quả công tác nổ mìn. Ta có thể phân loại các yếu tố này ra làm 3 nhóm sau :
- Các yếu tố tự nhiên: Tính chất cơ lý của đất đá, điều kiện địa chất
thủy văn, địa chất công trình,…

15

- Cỏc yu t k thut: Loi thuc n s dng, cỏc phng phỏp n, cỏc
thụng s n, phng phỏp iu khin n,
- Cỏc yu t t chc, kinh t.
Hiu qu ca cụng tỏc n mỡn ph thuc vo nhiu yu t. c chia ra
c th nh sau:

các yếu tố ảnh hởng
đến hiệu quả nổ
mìn
Yếu tố
tự

Công tác
khoan

Yếu tố
nhân

Các thông
số nổ mìn

Thuốc nổ sử
dụng

Phơng pháp
điều khiển

Công tác
tổ chức

1. Cỏc yu t t nhiờn
Trong cụng tỏc khoan n thỡ hiu qu n ph thuc vo cỏc tớnh cht
khỏc nhau ca t ỏ. Khi khoan vựng phỏ hy cú kớch thc nh, hiu qu
khoan n ph thuc vo tớnh cht vi mụ ca t ỏ, cng, mi mũn,
ht, dớnh ca nú. Cũn khi n mỡn trờn m l thiờn, do ng kớnh lng
thuc ln, khi ú hiu qu n mỡn ph thuc vo tớnh cht v mụ ca t ỏ
nh bn, nt n,...


16

Về ảnh hưởng của độ nứt nẻ tới hiệu quả đập vỡ đất đá khi nổ mìn thì
có nhiều quan điểm.
- Theo M.M.Pr«t«®iac«nèp thì có sự có mặt của nứt nẻ trong đất
đá sẽ cải thiện rõ rệt độ nổ của đất đá, kết luận này chỉ đúng khi đất đá nứt nẻ
mạnh.
- Theo L.I.Baron thì nứt nẻ lại là môi trường làm giảm tác dụng phá
hủy của sóng ứng suất làm giảm thời gian tác dụng của khí nổ trong đất đá do
khí nổ sẽ phụt sớm ra ngoài không khí và nó sẽ làm giảm chất lượng đập vỡ.
- Theo A.N.Khanukaep, nếu khe nứt chứa đầy không khí, nó sẽ làm
giảm sóng ứng suất đi 25 lần so với truyền động trong đất đá liền khối.
Một vấn đề nữa có ảnh hưởng tới mức độ đập vỡ khi nổ trong tầng đất
đá phân lớp là hướng cắm của phân lớp so với mặt sườn tầng. Trường hợp
hướng cắm thuận lợi thì dưới tác dụng của lực nổ và sóng ứng suất nén tạo ra
hướng phá đá có hiệu quả, còn hướng cắm nghịch thì hướng phá của lực nổ,
ứng suất nén và kéo đều không thuận tiện, dễ để lại chân tầng
Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến mức độ đập vỡ của đất đá bao gồm:

- Độ kiên cố của đất đá : ảnh hưởng đến mức độ đập vỡ và kích thước
cục đá khi nổ mìn.
- Độ nứt nẻ : tỷ lệ phần trăm của khe nứt trong đất đá nguyên khối được
đặc trưng bởi các thông số như kích thước khe nứt d0, khoảng cách trung bình
các khe nứt. Độ nứt nẻ trong đất đá ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nổ mìn,
qây thất thoát năng lượng nổ khi nổ mìn.
- Độ giòn : Là tính chất của đất đá khi bị phá vỡ không có biến dạng
dẻo, khi nổ mìn coi đất đá như vật thể giòn.


17

- Độ dẻo : Khi nổ mìn mà chỉ làm cho đất đá thay đổi hình dạng mà
không bị phá hủy do tác động của ngoại lực. Độ dẻo của đất đá lớn sẽ gây khó
khăn cho công tác đập vỡ đất đá, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả nổ mìn.
- Tính phân lớp : là sự hình thành tự nhiên của đất đá được phân chia
theo lớp khác nhau. Khi nổ mìn trong đất đá có tính chất phân lớp thì nó dễ bị
tách ra theo bề mặt phân lớp. Đất đá phân lớp dày sẽ ảnh hưởng đến
muwswsc độ đập vỡ đất đá và tỷ lệ đá quá cỡ khi nổ mìn, đại lượng đặc trưng
cho tính phân lớp là bề dày phân lớp m và hướng phân lớp.
- Nước ngầm : ảnh hưởng đến việc lựa chọn sử dụng loại thuốc nổ, chất
nổ. Khi trong lỗ khoan có nước ngầm lớn làm cho mật độ nạp thuốc không
đúng yêu cầu, chiều cao cột thuốc không liên tục do sức đẩy của nước trong
lỗ ảnh hưởng đến mức độ đập vỡ của đất đá.
2. Các yếu tố kỹ thuật, công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng nổ mìn
a. Ảnh hưởng của những loại thuốc nổ
Việc lụa chọn loại thuốc nổ phù hợp với đất đá mỏ và điều kiện địa
chất thủy văn là vấn đề rất quan trọng. Nó vừa đảm bảo chất lượng đập vỡ,
vừa đem lại hiệu quả cao cho công tác nổ mìn. Vì vậy cần xem xét khi vực nổ
kỹ lưỡng trước khi lựa chọn loại thuốc nổ và phương tiện nổ.

Mỗi loại thuốc nổ có đặc tính chung và riêng khác nhau. Để phân biệt
người ta dùng các đại lượng
+ Tốc độ nổ
+ Mật độ nạp thuốc
+ Khả năng công nổ
+ Khả năng chịu nước
Mỗi loại thuốc nổ có đặc tính năng lượng khác nhau và khi nổ cũng
tạo ra các xung nổ có đặc tính khác nhau, chính xung nổ sẽ làm hình thành


18

một trường ứng suất trong đá. Với mỗi loại đất đá sẽ cần một xung lực nổ
thích hợp mang lại hiệu quả cao nhất.
Xung lực nổ theo K.P.Stanhiucovich
I=

16
. M 0 .E 0
17

( 1-6)

Trong đó:
M0 – khối lượng thuốc nổ;
E0 – năng lượng nổ của thuốc nổ trong lỗ khoan;
E0 = q.M0

(1-7)

Q – năng lượng của thuốc nổ;
I =

16
.M 0 . q
27

( 1-8)

Từ công thức trên : khi nổ thuốc nổ có năng lượng nhỏ sẽ nhận được
xung lượng lớn tác dụng vào đá, nếu năng lượng chung (E) của các loại thuốc
nổ khác nhau tác dụng lên lỗ khoan với một áp lực nổ tối đa khác nhau. Khi
đso có thể nhận được xung nổ như sau :
I1 = K1 .P1 .T1

( 1-9)

I2 = K2 .P2 .T2

( 1-10)

Trong đó:
P1 ,P2 – là áp lực nổ tối đa khi nổ loại thuốc nổ 1 và 2;
T1 ,T2- là thời gian tác dụng nổ của sản phẩm đến thành lỗ khoan của
thuốc nổ 1 và 2;
Gỉa thiết K1 vµ K2 , khi I1 = I2 , ta có:

T1
P
= 1

T2 P2

( 1-11)


19

Từ công thức (1-11) ta thấy thời gian tác dụng của sản phẩm nổ tỉ lệ
nghịch với áp lực nổ tối đa trong lỗ khoan.
Để nhận được xung nổ như nhau khi dung hai loại thuốc nổ khác nhau
thì phải nạp vào lỗ khoan một lượng thuốc nổ:

M 01 = M 02 . q 2 q1

( 1-12)

M01, M02- Tương ứng là năng lượng riêng của thuốc nổ 1 vfaf 2 hình
djang xung nổ sẽ ảnh hưởng lớn tới cơ học phá hủy đất dá. Khi thời gian đặt
lực lớn xung nổ có dạng dài, mặc dù lực nhỏ nhưng sự phá hủy diễn ra do tác
dụng chủ yếu của sóng phản xạ vì vậy chất lượng đập vỡ tốt (đặc trưng là
thuốc nổ có năng lượng nổ trung bình và thấp có chiều rộng vùng phản ứng
hóa học lớn như các loại thuốc nổ dạng hạt: Zecnooganulit, Anfo,…). Còn đối
với thuốc nổ có đặc tính thuốc nổ cao như Ten, Hecxogen,...thì dù đặc trưng
đặt lực lớn nhưng thời gian xung lượng nhỏ vì vậy một trong số loại đất đá nó
chỉ gây phá hủy do sóng nén từ trung tâm lượng thuốc nổ và từ sóng phản xạ
không đáng kể nên chất lượng đập vỡ kém.
Việc thay đổi loại thuốc nổ sẽ thay đổi hình dạng xung nổ và vì vậy nó
làm thay đổi đặc tish chuyển năng lượng nổ thành năng lượng sóng. Nghiên
cứu của P.Koyl và C.Tomac đối với 4 loại thuốc nổ thông thường Am«nit
N0- 6JV, Zecn«granulit80/20, §ªt«nit vµ Igdanit (tương đương với

Anfo) đã đi tới hết luận sau.
Với mỗi loại thuốc nổ đặc tính truyền thuốc nổ năng lượng nổ thành
năng lượng sóng là khác nhau:
- Khả năng truyền năng lượng nổ thành năng lượng sóng là lớn nhất
- Sau đó đến Đetonit (20%), Zecnograulit 80/20 (16.5%) và nhỏ nhất là
Igdanit (12.5%).


20

Vic iu khin nng lng n thnh nng lng súng l cú kh nng
do la chn thuc n phự hp vi th tớch ca t ỏ m. Trong t ỏ cú h
s hp th nng lng ln nng lng súng thỡ s dng Iganit hoc Anfo s cú
hiu qu hn.
Tóm lại, việc lựa chọn loại thuốc nổ phù hợp với loại đất
đá mỏ là một vấn đề quan trọng vừa đảm bảo chất lợng
đập vỡ vừa đem lại chất lợng cao trong công tác nổ. Nói
chung là đất đá cứng chắc, ít nứt nẻ có đặc tính năng lợng
cao, khả năng chuyển năng lợng nổ thành năng lợng sóng là
lớn. còn trong đất đá mềm, dai thì nên chọn loại thuốc nổ rẻ
tiền có năng lợng thấp. Còn đất đá loại trung bình thì nên
chọn loại thuốc nổ có hệ số chuyển năng lợng nổ thành năng
lợng sóng loại trung bình.
2. ảnh hởng của các thông số nổ mìn
a. Đờng kính lỗ khoan (dk)
Là một thông số cơ bản để xác định mức độ đập vỡ
đất đá, qui mô của các thiết bị khoan, xúc bốc vận tải và
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công tác khoan nổ. Đờng
kính lỗ khoan ổn định, không thay đổi là thông số cơ bản
để tính các thông số khác.

Theo kết quả đánh giá, đờng kính lỗ khoan càng nhỏ
thì mức độ đập vỡ đất đá càng tốt nhng mạng lới lỗ khoan
bị thu hẹp lại, chi phí khoan tăng lên. Khi đờng kính lỗ
khoan tăng thì mạng lới lỗ khoan đợc mở rộng, chi phí cho
công tác khoan giảm. Đờng kính lỗ khoan tăng đến một giới
hạn nhất định thì độ vỡ vụn của đất đá sẽ xấu đi.


21

Thành phần cỡ hạt của đất đá phụ thuộc vào đờng
kính lợng thuốc. Đối với đất đá nứt nẻ, nhiều khi thay đổi
đờng kính lợng thuốc thì cỡ hạt sẽ thay đổi lớn. Độ nứt nẻ
nhỏ (khoảng cách giữa các vết nứt 1) giảm đờng kính lợng
thuốc từ 200ữ100 mm hoặc 100ữ50 thì độ cục thay đổi
lớn, khoảng cách các vết nứt từ 0,3 ữ0,5 m mà giảm đờng
kính từ 200 ữ100 mm thì hiệu quả đập vỡ giảm đáng kể.
b. Sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan
Sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan là sự bố trí hình học mạng
lỗ khoan trên bình đồ, nó ảnh hởng lớn đến công tác nổ
mìn ở chỗ nếu lựa chọn đợc sơ đồ bố trí các lợng thuốc nổ
hợp lý sẽ đảm bảo sử dụng tối đa năng lợng nổ để đập vỡ
nhằm giảm chi phí khoan đến mức thấp nhất.
Có nhiều sơ đồ bố trí mạng nh sau:
- Khi nổ mạng ô vuông: 4 lợng thuốc nằm ở đỉnh của
hình vuông
- khi nổ mạng hình chữ nhật: 4 lợng thuốc nằm ở 4
đỉnh của hình chữ nhật
- Khi nổ mạng tam giác đều: 4 lợng thuốc ở 4 đỉnh của
hình bình hành

22

2R

R

R

R

C

B

O1

O
R

A

C

B

D

R

A

R

a) Sơ đồ mạng ô vuông vuâng vuông

R

O2

D

R

b) Sơ đồ mạng tam giác đều

Hình 1.7. Sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan trên tầng

Việc bố trí nh vậy có ảnh hởng đến chất lợng đập vỡ và
hiệu quả nổ mìn. Tuy nhiên cơ sở của nó ra sao và sơ đồ
bố trí thế nào là tối u thì cha có cơ sở, nhng hiện nay xu hớng sử dụng mạng tam giác đều vẫn là phổ biến nhất bởi vì
mạng này sẽ phân bố một cách đồng đều hơn. Hình 1.7.
c. Đờng cản chân tầng (Wct)
Lựa chọn đờng cản chân tầng quá lớn hay quá nhỏ đều
không hợp lý, bởi vì đến khi nổ nó sẽ không phát huy hết đợc sóng ứng suất, dễ để lại mô chân tầng hoặc sóng nổ quá
lớn khi W nhỏ sẽ làm giảm sự tác động tơng hỗ giữa các lỗ
nổ, độ văng xa, độ văng của đất đá sẽ không điều chỉnh
đợc. Vì vậy cần phải tính toán lựa chọn đờng cản chân
tầng hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả công tác nổ mìn.

d. Chỉ tiêu thuốc nổ (qtc)
Chỉ tiêu thuốc nổ là thông số quan trọng trong công tác
nổ mìn, chỉ tiêu thuốc nổ là lợng thuốc nổ cần thiết để
đập vỡ một đơn vị thể tích đất đá thành những cục có


23

kích thớc nhất định. Để xác định chỉ tiêu thuốc nổ phải
dựa vào sự tiêu phí năng lợng của thuốc nổ để khắc phục
độ bền nén, kéo, cắt của đất đá và khắc phục lực trọng
trờng, đồng thời truyền cho đất đá một động năng nhất
định, đó là ảnh hởng của trọng lợng thể tích. Khi tăng chỉ
tiêu thuốc nổ thì chất lợng đập vỡ đất đá tốt hơn nhng chỉ
tiêu thuốc nổ chỉ tăng đến một giới hạn nào đó do sự bão
hoà năng lợng nổ của đất đá, nếu cứ tăng chỉ tiêu thuốc nổ
thì chỉ tăng đông năng cho đất đá mà thôi.
e. Chiều sâu khoan thêm (Lkt)
Đây là phần của lỗ khoan đợc khoan sâu hơn để tập
trung năng lợng nổ khắc phúc sức kháng lớn của đất đá ở
mức nền tầng, giúp cho việc tạo nền tầng bằng phẳng và
không bị nâng lên. Nh vậy, chiều sâu khoan thêm cũng là
một thông số quan trọng, nó phụ thuộc vào sức kháng của
đất đá, đờng kháng chân tầng và lợng thuốc nổ. Bởi vậy,
việc xác định chiều sâu khoan thêm là rất cần thiết, nếu
lựa chọn hợp lý sẽ làm tăng đáng kể cho hiệu quả khoan nổ,
tránh đợc chi phí khoan vô ích, làm tăng hệ số sử dụng hữu
ích năng lợng nổ giảm đợc sóng chấn động. Với mỗi loại đất
đá và đờng kính lợng thuốc nhất định thì chiều sâu khoan
thêm là xác định. Do đó, muốn giảm tỉ lệ khoan thêm chỉ

có thể khi tăng chiều cao tầng, sử dụng thuốc nổ có công
suất lớn ở phần chân tầng hoặc dùng sơ đồ nổ vi sai thích
hợp.
f. Chiều cao cột bua (Lb)


24

Chiều dài bua ảnh hởng đến sự bay xa của đất đá khi
nổ, đến bề rộng của đống đá và hiệu quả phá vỡ đất đá
khi nổ mìn. Chiều dài cột bua phụ thuộc vào áp lực nổ,
chiều cao cột thuốc, các thông số mạng lỗ khoan và đặc
tính vật liệu bua. Chiều dài bua phải tăng lên khi chiều cao
cột thuốc tăng hoặc khi áp lực trung bình tron lỗ khoan tăng
hoặc khi đờng kính lỗ khoan tăng lên và ngợc lại.
Thực tế và lý thuyết đã chứng minh rằng: Sử dụng bua
có chất lợng tốt và chiều cao hợp lý sẽ nâng cao đợc hiệu quả
nổ mìn lên từ 10ữ20%, giảm đợc chi phí thuốc nổ do việc
ngăn chặn đợc năng lợng nổ thất thoát ra ngoài, thúc đẩy
kích nổ hoàn toàn và giải phóng năng lợng tối đa.
g. Chiều cao cột thuốc (Lt)
Đây là một thông số kết cấu rất quan trọng của lợng
thuốc nổ. Khi nổ mìn lỗ khoan lớn thì chiều cao cột thuốc
thể hiện mức độ phân bố đồng đều năng lợng nổ trong
khối đá. Khi tăng chiều cao cột thuốc thì bán kính vùng đập
vỡ sẽ tăng lên, giảm vùng đập vỡ không điều khiển. Vì thế
nên tính toán sao cho chiều cao cột thuốc là tối đa. Tuy nhiên
trị số tối u của chiều cao cột thuốc còn phụ thuộc vào đặc
tính của thuốc nổ, tính chất cơ lý và cấu trúc của đất đá.
Do vậy, vấn đề đặt ra là phải xác định hợp lý chiều cao cột

thuốc để vừa đạt đợc chất lợng đập vỡ đất đá vừa đảm bảo
về vấn đề chi phí kinh tế.
h. Hệ số khoảng cách (m)


25

Giá trị m có ảnh hởng tới sự bố trí mạng lới lỗ khoan và
do đó nó ảnh hởng tới chất lợng đập vỡ đất đá. Nếu tăng m
hợp lý thì sẽ tăng đợc suất phá đá và giảm đợc khối lợng đá
quá cỡ với chỉ tiêu thuốc không đổi. Tăng hệ số khoảng cách
m đối với đất đá có thế nằm không đồng nhất và nghiêng
thì dễ để lại mô chân tầng và làm cho mặt tầng không
bằng phẳng.
i. Vị trí điểm khởi nổ
Khi kích thích nổ từ trên xuống: Mặt của trờng sóng
ứng suất nén phát triển từ mép trên của lợng thuốc nổ đến
mặt tự do và dọc theo lợng thuốc xuống dới. Mặt song phản
xạ kéo xuất hiện trên mặt sớm vì đất đá bị phá huỷ từ trên
xuống. Vì vậy chất lợng phá huỷ không tốt do thời gian tác
dụng nổ ngắn làm sinh ra nhiều đá quá cỡ. Phần đất đá
trên tầng bị phá huỷ kem vì ứng suất phát sinh ở đây yếu.
Khi kích nổ từ dới lên: Mặt của trờng sóng ứng suất nén
phát triển từ mép dới lợng thuốc nổ ra từ phía chân tầng và
dọc theo lợng thuốc nổ lên phía trên mặt lỗ khoan. Mặt sóng
này phù hợp với mặt sờn tầng. Với chiều cao tầng bình thờng
thì mặt song ứng suất nén đặt tới mức chân tầng sớm hơn
so với mức tầng trên. Vì vậy mặt sóng ứng suất phản xạ kéo
dài hơn, phần chân tầng phá huỷ tốt vì sóng ứng suất phát
sinh mạng và có hớng phá đá thuận lợi, giảm hậu xung. Hình

1.8.