NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NỔ MÌN CẮT CÁC KHỐI ĐÁ LỚN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
------------ ------------

DƯƠNG NGÔ HIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NỔ MÌN CẮT CÁC
KHỐI ĐÁ LỚN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số

: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI VĂN VỊNH

HÀ NỘI – 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
------------ ------------

DƯƠNG NGÔ HIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NỔ MÌN CẮT CÁC
KHỐI ĐÁ LỚN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số

: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI VĂN VỊNH

HÀ NỘI - 2011


Lun vn Thc s k thut

1

Chuyờn ngnh: Xõy dng cụng trỡnh thy

Lời cảm ơn

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy
với đề tài Nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cắt các khối đá lớn trong xây dựng
công trình thủy lợi thủy điện được hoàn thành với sự quan tâm và giúp
đỡ tận tình của quý thầy cô giáo trong khoa công trình, bộ môn Công nghệ
và quản lý xây dựng, cán bộ trường Đại học Thủy lợi, cùng các đồng

nghiệp và bạn bè.
Tác giả Xin chân thành cảm ơn Quý cơ quan, Quý thầy cô, đồng
nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội được hoc tập, trau dồi, nâng
cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Phó
giáo sư - Tiến sĩ Bùi Văn Vịnh đã dành nhiều tâm huyết, hết lòng dìu dắt,
giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để tác giả vượt qua các trở ngại hoàn
thành luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cản ơn đến các đơn vị, cá nhân đã truyền
đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố để luận văn này hoàn
thành được tốt hơn.
Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô, qúy đồng nghiệp và bạn bè góp ý
xây dựng để tác giả có thể tiếp tục học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 11 tháng 3 năm 2011
Tác giả

Dương Ngô Hiệp
Hc viờn: Dng Ngụ Hip

Lp CH16C2


2

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 7
T
2

T
2

1. Tính cấp thiết của đề tài: ........................................................................... 7
T
2

T
2

2. Mục đích của đề tài: .................................................................................. 8
T
2

T
2

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................. 8
T
2

T
2

4. Kết quả dự kiến đạt được: ......................................................................... 8

T
2

T
2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI
T
2

- THỦY ĐIỆN ................................................................................................... 9
T
2

1.1. Giới thiệu chung về công nghệ nổ mìn trong xây dựng thủy lợi - thủy
T
2

điện…………………………………………………………………………9
T
2

1.1.1. Tình hình chung về ứng dụng phương pháp nổ mìn trong xây dựng
T
2

thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam. .............................................................. 9
T
2

1.1.2. Một số khái niệm về lý thuyết nổ mìn. ......................................... 12
T
2

T
2

1.1.2.1. Hiện tượng nổ phá .................................................................. 12
T
2

T
2

1.1.2.2. Sóng nổ................................................................................... 14
T
2

T
2

1.1.2.3. Sóng phản xạ .......................................................................... 14
T
2

T
2

1.1.2.4. Vận tốc lan truyền sóng ......................................................... 14
T

2

T
2

1.1.2.5. Chất nổ ................................................................................... 15
T
2

T
2

1.1.2.6. Nhiệt lượng nổ ....................................................................... 15
T
2

T
2

1.1.2.7. Áp lực khí nổ ......................................................................... 15
T
2

T
2

1.1.2.8. Mật độ chất nổ, mật độ nạp mìn và hệ số nạp mìn ................ 16
T
2

T
2

1.1.2.9. Áp lực và vận tốc hạt môi trường khi nổ trong đất đá ........... 17
T
2

T
2

1.2. Các phương pháp nổ mìn cơ bản ......................................................... 18
T
2

T
2

1.2.1. Phương pháp nổ mìn lỗ nông ........................................................ 18
T
2

T
2

1.2.2. Phương pháp nổ mìn lỗ sâu ........................................................... 19
T
2

T
2

1.2.3. Phương pháp nổ mìn bầu .............................................................. 20
T
2

T
2

1.2.4. Phương pháp nổ mìn buồng (hầm) ............................................... 25
T
2

Học viên: Dương Ngô Hiệp

T
2

Lớp CH16C2


3

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

1.2.5. Phương pháp nổ mìn ốp ................................................................ 26
T
2

T
2

1.2.6. Phương pháp nổ mìn vi sai............................................................ 26
T
2

T
2

1.2.7. Phương pháp nổ mìn tạo viền ....................................................... 27
T
2

T
2

1.2.8. Phương pháp nổ mìn định hướng .................................................. 28
T
2

T
2

1.2.9. Phương pháp nổ phân đoạn ........................................................... 28
T
2

T
2

1.2.10. Phương pháp nổ mìn bao thuốc hình dài .................................... 30
T
2

T
2

1.3. Kỹ thuật an toàn trong nổ mìn ............................................................ 30
T
2

T
2

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NỔ MÌN CẮT CÁC KHỐI ĐÁ
T
2

LỚN TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA NÓ .................................................................... 34
T
2

2.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 34
T
2

T
2

2.2. Nguyên tắc tính toán xác định các thông số cơ bản của khối thuốc nổ
T
2

để cắt các khối đá lớn theo yêu cầu đặt ra trong xây dựng thủy lợi – thủy
điện………………………………………………………………………..36
T
2

2.2.1. Nghiên cứu một số tính chất đá ảnh hưởng tới nổ mìn................. 36
T
2

T
2

2.2.2. Nguyên tắc tính toán xác định các thông số cơ bản của khối thuốc
T
2

nổ để cắt khối đá lớn theo yêu cầu đặt ra trong xây dựng thủy lợi, thủy
điện……………………………………………………………………..45
T
2

2.2.2.1. Yêu cầu của phương án .......................................................... 45
T
2

T
2

2.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế của phương pháp nổ tạo viền ..................... 53
T
2

T
2

2.3.1. Điều kiện của bài toán ................................................................... 53
T
2

T
2

2.3.2. Sơ đồ tính toán .............................................................................. 53
T
2

T
2

2.3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế ............................................................. 54
T
2

T
2

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NỔ MÌN CẮT CÁC KHỐI ĐÁ
T
2

LỚN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA NÓ TẠI CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI HỒ TREO LŨNG PHÌN, ĐỒNG VĂN TỈNH HÀ GIANG .... 57
T
2

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


4

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

3.1. Giới thiệu chung về công trình cấp nước sinh hoạt xã Lũng Phìn,
T
2

huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang................................................................. 57
T
2

3.1.1. Điều kiện tự nhiên ......................................................................... 57

T
2

T
2

3.1.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................. 57
T
2

T
2

3.1.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo .................................................... 60
T
2

T
2

3.1.1.3. Đặc điểm địa chất ................................................................... 60
T
2

T
2

3.1.1.4. Địa chất thủy văn ................................................................... 64
T
2

T
2

3.1.2. Quy mô, thông số các hạng mục công trình ................................. 65
T
2

T
2

3.2. Phân tích lựa chọn các giải pháp áp dụng cho công trình bằng phương
T
2

pháp nổ mìn cắt các khối đá lớn. Tính toán lựa chọn các thông số nổ
mìn………………………………………………………………………...70
T
2

3.2.1. Các phương án thi công tạo lòng hồ chứa - công trình cấp nước
T
2

sinh hoạt Lũng Phìn ................................................................................ 70
T
2

3.2.2. Phân tích các phương án thi công đào lòng hồ chứa - công trình
T

2

cấp nước sinh hoạt Lũng Phìn ................................................................. 72
T
2

3.2.2.1. Thi công bằng phương pháp nổ mìn cắt các khối đá ............. 73
T
2

T
2

3.2.2.2. Thi công bằng phương pháp nổ mìn thông thường (để lại lớp
T
2

bảo vệ)……………………………………………………………….77
T
2

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 83
T
2

T
2

4.1- Những kết quả đạt được của luận văn ................................................. 83
T

2

T
2

4.2- Phương hướng tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng ................................. 83
T
2

Học viên: Dương Ngô Hiệp

T
2

Lớp CH16C2


5

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng phân loại đất đá của giáo sư M.M Prodiakonov ................... 37
T
2

T
2

Bảng 2.2: Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ .............................................. 39
T
2

T
2

Bảng 2.3 : Phân loại đất đá theo độ nổ ........................................................... 42
T
2

T
2

Bảng 2.4: Giá trị sai số m∆' ứng với các trị số [σ ]n và số lần thí nghiệm ........ 48
T
2

T
2

T
2

T
2

T
2

T
2

Bảng 2.5: Giá trị các hệ số hiệu chỉnh ............................................................ 50
T
2

T
2

Bảng 2.6: Giá trị của sai số ma ....................................................................... 51
T
2

T
2

Bảng 2.7: Hiệu quả kinh tế của phương án nổ mìn tạo viền trước trong thi
T
2

công đào móng tràn xả lũ, công trình Hòa Bình (Sông Đà) ........................... 55
T
2

Bảng 2.8: Hiệu quả kinh tế phương án nổ mìn tạo viền trước trong thi công
T
2

kênh dẫn dòng bờ phải công trình thủy điện Hòa Bình (Sông Đà) ................ 55
T
2

Bảng 2.9: Đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án nổ mìn trong hai công
T
2

trình Cratnôiac và Tiacây, năm 1963 (Liên Xô) ............................................. 56
T
2

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


6

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

THỐNG KÊ CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Thuốc nổ mìn dạng thỏi, và thuốc nổ nhũ tương P113L ................ 11
T
2

T

2

Hình 1.2: Máy khoan tự hành của Trung Quốc, Thụy Điển ........................... 11
T
2

T
2

Hình 1.3: Biện pháp nổ mìn thi công công trình............................................. 14
T
2

T
2

Hình 1.4: Bố trí nổ mìn lỗ nông khi đào theo bậc thang................................. 18
T
2

T
2

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí và tính toán nổ mìn lỗ sâu ........................................... 20
T
2

T
2

Hình 1.6: Sơ đồ bố trí mìn hầm....................................................................... 25
T
2

T
2

Hình 1.7: Sơ đồ diễn giải tổng hợp sóng ứng suất .......................................... 27
T
2

T
2

Hình 1.8: Sơ đồ nạp thuốc phân đoạn không khí ............................................ 29
T
2

T
2

Hình 2.1: Các dạng địa hình cần nổ mìn ......................................................... 35
T
2

T
2

Hình 2.2: Sơ đồ ứng suất kéo khi nổ hai lỗ mìn liền nhau 0 1 , 0 2 – Vị trí các lỗ
T

2

R

R

R

R

mìn tạo viền ..................................................................................................... 49
T
2

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán các phương án nổ mìn ........................................... 53
T
2

T
2

Hình 3-1: Mặt bằng bố trí tổng thể hồ chứa.................................................... 67
T
2

T
2

Hình 3-2: Cắt dọc hồ chứa nước ..................................................................... 68
T

2

T
2

Hình 3-3: Trình tự các bước nổ mìn cắt khối đá ............................................. 71
T
2

T
2

Hình 3-4: Bố trí các lỗ mìn cho hai phương án nổ mìn tạo lòng hồ chứa ...... 73
T
2

T
2

Hình 3-5: Công trình hoàn thiện bằng giải pháp nổ mìn cắt đá (tạo viền trước)
T
2

T
2

......................................................................................................................... 76

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


7

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

PHẦN MỞ ĐẦU
Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cắt các khối đá lớn trong
xây dựng công trình thủy lợi – thủy điện”.
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong những năm gần đây việc ứng dụng năng lượng nổ phá trong xây
dựng nói chung và trong xây dựng thủy lợi, thủy điện nói riêng ngày càng
phát triển. Việc thi công các công trình bằng phương pháp nổ mìn là giải pháp
thi công tiên tiến, rút gọn thời gian thi công, sử dụng ít máy móc nhân lực,
khắc phục được những ảnh hưởng bất lợi của thời tiết, sử dụng được ở những
hiện trường chật hẹp đạt hiệu quả kinh tế cao và trong nhiều trường hợp nó
mang tính tất yếu. Tuy nhiên nổ mìn thi công cũng có những mặt hạn chế và có
thể gây ra những tác hại lớn nếu không có những nghiên cứu ứng dụng đầy đủ.
Đối với những công trình cụ thể, việc thi công nổ mìn cũng cần có các
phương án khác nhau vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm địa chất,
địa hình, yêu cầu tính năng của thuốc nổ, điều kiện về thi công, yêu cầu về
tiếng ồn với vùng lân cận.
Hiện nay tại thế giới và tại Việt Nam đã đạt được nhiều thành tự về
nghiên cứu ứng dụng nổ. Một trong những lý thuyết nổ được áp dụng hiệu
quả trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện là phương pháp nổ mìn cắt.
Hàng loạt các trường hợp nổ mìn cắt đã chứng tỏ khả năng nổ cắt các khối đá
lớn theo yêu cầu đặt ra mà không cần dùng đến các phương tiện máy móc,

làm giảm chi phí thi công, đẩy nhanh tiến độ thi công công trình so với bất cứ
một biện pháp thi công nào khác.
Nổ mìn cắt các khối đá lớn trong thi công công trình được đánh giá là
một giải pháp thi công tiên tiến, có nhiều ưu điểm nổi bật như rút ngắn thời
gian thi công, nâng cao năng suất lao động vì có thể cơ giới hóa một phần

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

8

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

hoặc toàn bộ công việc đào đá có khối lượng lớn, giảm bớt các công việc
nặng nhọc, đảm bảo sử dụng hợp lý hơn các máy, thiết bị thi công.
Ở Việt Nam công tác nổ mìn trong xây dựng đã được áp dụng từ lâu và
trong những năm gần đây người ta đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp nổ
mìn cắt các khối đá lớn và việc đánh giá hiệu quả kinh tế của nó chưa đầy đủ.
Rõ ràng là việc việc nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cắt các khối đá lớn
trong xây dựng thủy lợi – thủy điện và đánh giá hiệu quả kinh tế của nó
là thực sự cần thiết. Đề tài này có ý nghĩa khoa học và có tính thực tiễn rõ rệt.
2. Mục đích của đề tài:
- Nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cắt các khối đá lớn trong xây dựng thủy
lợi – thủy điện.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế của công nghệ nổ mìn cắt các khối đá lớn
trong xây dựng thủy lợi – thủy điện.

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và
ngoài nước có liên quan đến đề tài;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết;
- Áp dụng tính toán đối với từng giải pháp;
- Phân tích đánh giá kết quả, lựa chọn giải pháp;
4. Kết quả dự kiến đạt được:
- Kết quả nghiên cứu tính toán thuộc đề tài là cơ sở cho việc thiết kế thi
công nổ mìn cắt các khối đá lớn cho công trình Thủy lợi Hồ treo xã Lùng
Phìn, huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang.
- Là tài liệu tham khảo và nghiên cứu ứng dụng nổ mìn để thi công các
công trình thủy lợi - thủy điện tiếp theo.
- Kiểm tra đánh giá kết quả thực tế tại công trình Thủy lợi Hồ treo xã
Lùng Phìn, huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang.
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


9

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG
THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN
1.1. Giới thiệu chung về công nghệ nổ mìn trong xây dựng thủy lợi - thủy
điện.
1.1.1. Tình hình chung về ứng dụng phương pháp nổ mìn trong xây dựng

thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam.
Công nghệ nổ mìn đã hình thành và phát triển rộng rãi cùng với sự phát
triển của các ngành khoa học kỹ thuật khác, đã đáp ứng được công tác khai
thác vật liệu xây dựng và ứng dụng trong thi công các công trình. Ở Việt
Nam, công tác khai thác đá làm vật liệu xây dựng và đào hồ móng công trình
bằng phương pháp nổ mìn đã được áp dụng ở hầu hết các công trình xây
dựng, giao thông, thủy lợi…
Giải pháp nổ mìn để thi công các công trình thuỷ lợi là phương pháp thi
công tiên tiến, có thể tăng nhanh được tốc độ thi công, giảm nhẹ, tiết kiệm sức
lao động, giảm bớt việc sử dụng máy móc, thiết bị, công cụ để thi công.
Ưu điểm: Hoàn thành được công việc nhanh chóng bất kỳ loại đất đá
nào.
Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu, thời tiết nên có thể tiến thành
trong bất kỳ thời gian nào.
Nhược điểm: Đào đất nền giá thành đắt (đất cấp I, II).
Đòi hỏi thợ có chuyên môn tay nghề cao.
Công tác an toàn phức tạp.
Phạm vi ứng dụng trong xây dựng công trình thuỷ lợi:

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

10 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Ứng dụng khai thác đất, đá, đắp đê quây, đập, trong thi công đường
hầm, đào (cắt) đất đá theo một biên được định sẵn v.v…

Các dạng nổ mìn: Để phá tơi đất đá, để lấp đất (dùng mìn để nổ văng
khu đất từ vị trí nơi này sang nơi khác), để nén đất.
Cho đến nay, việc ứng dụng nổ mìn để khai thác đá phục vụ xây dựng
công trình đã và đang thi công như công trình thủy điện Thác Bà (Yên Bái),
thủy điện Hòa Bình (Hòa Bình), hồ chứa sông Quao (Bình Thuận), thủy điện
Quảng Trị (Quảng Trị), thủy điện Tuyên Quang (Tuyên Quang), hồ chứa
nước Cửa Đạt (Thanh Hóa), thủy điện Sơn La (Sơn La)…Các công trình đã
và đang đào hố móng bằng phương pháp nổ mìn như tràn xả lũ Núi Cốc (Thái
Nguyên), đập tràn thủy điện Hàm Thuận – Đam Mi (Bình Thuận), tràn xả lũ
thủy điện Hòa Bình (Hòa Bình), cống lấy nước Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), tràn xả lũ
sông Quao (Bình Thuận), tràn xả lũ sông Hinh (Phú Yên), tràn Ialy (Gia Lai),
tràn Trị An (Đồng Nai), móng đập bê tông không tràn và móng đập tràn thủy
điện Tuyên Quang (Tuyên Quang), tràn xả lũ Cửa Đạt (Thanh Hóa) và một số
công trình khác.
Hiện nay các đơn vị sản xuất vật liệu nổ công nghiệp của Việt Nam đã
sản xuất được nhiều loại thuốc nổ có sức công phá tương đối mạnh, chịu
nước, an toàn trong vận chuyển, bảo quản và sử dụng cũng như các loại vật
liệu gây nổ phù hợp với yêu cầu nổ mìn trong xây dựng các công trình trong
nước như thuốc nổ nhũ tương chịu được nước P113L đường kính thỏi thuốc
90mm, thuốc nổ Amônít, Đanamít, Trôtin...

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

11 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Hình 1.1: Thuốc nổ mìn dạng thỏi, và thuốc nổ nhũ tương P113L
Công tác khoan: Khoan đá là một việc quan trọng trong công tác nổ
mìn và tương đối nặng nhọc. Vì các máy khoan khi làm việc theo nguyên lý
xung kích, mài mòn hay cắt đất đá và được phân loại nguyên lý làm việc hoặc
theo chiều sâu và bán kính hố khoan và điều kiện địa hình. Các loại máy
khoan tự hành hiện đại do Nhật Bản, Đức… sản xuất đã được các đơn vị thi
công sử dụng trong việc khoan lỗ mìn, góp phần đáng kể trong việc nâng cao
năng suất của công tác khoan nổ. Ngoài ra, trên các công trường xây dựng của
Việt Nam đã và đang sử dụng rất nhiều chủng loại máy xúc và các thiết bị thi
công hiện đại đáp ứng được công tác xúc chuyển kịp thời sản phẩm đá sau khi
nổ phá.

Hình 1.2: Máy khoan tự hành của Trung Quốc, Thụy Điển
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


12 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Tuy vậy thực tế ứng dụng nổ mìn trong xây dựng thủy lợi ở Việt Nam
còn biểu lộ những điểm yếu về trình độ hiểu biết kỹ thuật nổ mìn, về sự lựa
chọn phương pháp nổ phá, về quản lý kỹ thuật và tổ chức thi công nổ mìn …
đã dẫn đến những hậu quả xấu cho công trình, gây trở ngại và làm chậm tiến
trình thi công, làm tăng giá thành xây dựng công trình. Trong khi đó, các
công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, các tài liệu tham khảo về
thiết kế và thi công nổ mìn cũng như việc tổng kết, đánh giá, kết luận hay các
kiến nghị về những kết quả ứng dụng nổ mìn ở nước ta còn quá ít, chưa đáp

ứng được yêu cầu cần thiết của việc ứng dụng những tiến bộ của kỹ thuật nổ
mìn trong xây dựng thủy lợi hiện nay.
1.1.2. Một số khái niệm về lý thuyết nổ mìn.
1.1.2.1. Hiện tượng nổ phá
Sự biến đổi hóa học của thuốc nổ dưới dạng tác dụng của ngoại lực (bị
đập, gặp tia lửa, nhiệt độ cao), có thể phân giải trong khoảng thời gian cực
ngắn với một tốc độ cực lớn, thành một vật chất ổn định mới, đồng thời sinh
ra một lượng thể khí và nhiệt năng rất lớn, do đó sinh ra áp lực cực lớn. Áp
lực lớn đó sinh ra sóng xung kích rất mạnh, phá hoại môi trường xung quanh.
Hiện tượng biến đổi hóa học của thuốc nổ đó gọi là hiện tượng nổ phá.
Tốc độ phân giải thuốc nổ rất cao có thể đạt mấy nghìn mét trong một giây,
nhiệt độ từ 1500 – 45000C, thể tích khối khí phát sinh ra so với thể tích
P

P

nguyên thể của gói thuốc cao hơn một vạn lần, sinh ra một áp lực vượt quá
100.000atm, do đó sức công phá là rất lớn.
Theo đó chia phạm vi môi trường chịu tác dụng của nổ phá làm bốn
vùng được giới hạn bởi 4 mặt cầu có tâm là tâm nổ:

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

13 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Trong đó:
Vùng nén ép (nát vụn): Môi trường này chịu tác dụng mạnh của sóng
xung kích.
Vùng vỡ tung: Môi trường bị phá thành từng mảng. Nếu gần mặt đất nó
sẽ bị văng đi với một khoảng cách nhất định.
Vùng long rời: Sóng xung kích đã giảm đi nhiều, áp suất giảm. Môi
trường bị phá vỡ thành từng mảng lớn không văng đi được.
Vùng chấn động: Áp suất nhỏ không đủ phá vỡ kết cấu đá, chỉ đủ để
gây ra chấn động.

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

14 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Hình 1.3: Biện pháp nổ mìn thi công công trình
1.1.2.2. Sóng nổ
Sóng lan truyền trong môi trường được hình thành do năng lượng của
thuốc nổ gây ra gọi là sóng nổ. Sóng nổ lan truyền trong không khí gọi là
sóng xung kích trong không khí. Sóng nổ lan truyền gây dao động trong môi
trường đất đá gọi là sóng chấn động hay sóng địa chấn.
1.1.2.3. Sóng phản xạ
Sóng phản xạ là sự giãn nở của đất đá được lan truyền từ mặt thoáng
trở lại. Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở mặt thoáng.
Phần lớn các loại đất đá có khả năng chịu lực nén rất lớn, nhưng khả
năng chịu kéo rất kém, dù ứng suất kéo có trị số không lớn. Do đó, vùng ở

gần mặt thoáng bị phá hoại mạnh nhất khi nổ mìn trong môi trường bán vô
hạn (có mặt thoáng)
1.1.2.4. Vận tốc lan truyền sóng

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


15 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Vận tốc lan truyền sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau mỗi
đơn vị thời gian. Trong lý thuyết đàn hồi người ta đã chứng minh được vận
tốc lan truyền sóng như sau:
Với sóng dọc :

Vd =

Với sóng ngang:

Vn =

R

R

R

R

1

αρ

=

E

ρ

G

ρ

(1.1)

(1.2)

Trong đó:
α : hệ số đàn hồi phục thuộc vào môi trường
E : suất đàn hồi của môi trường
ρ : Khối lượng riêng của môi trường
G: Suất trượt của môi trường
1.1.2.5. Chất nổ
Chất nổ là một hợp chất hóa học hay một hỗn hợp cơ học có khả năng
nổ được dưới tác dụng của xung lực bên ngoài (đốt nóng, ma sát, va đập, kích
nổ…)
1.1.2.6. Nhiệt lượng nổ

Nhiệt lượng nổ là số khối lượng nhiệt sinh ra khi phân hủy một đơn vị
trọng lượng hay một đơn vị thể tích chất nổ. Chính nhiệt lượng nổ thoát ra khi
nổ sẽ sinh ra công làm nén ép và phá vỡ, dịch chuyển môi trường.
Nhiệt lượng nổ lý thuyết được xác định dựa vào định luật Ghess: Hiệu
quả nhiệt của hệ thống khi biến đổi hóa học chỉ phục thuộc vào trạng thái đầu
và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian.
1.1.2.7. Áp lực khí nổ
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


16 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Áp lực khí nổ trong buồng mìn (N/m2) được xác định từ định luật
P

P

Booimarioot và Guyluytsắc với sự bổ xung của Vandecvan:
P=

P0 .V0 .T
273(V − α )

(1.3)

Trong đó:

P 0 : Áp lực khí quyển ở 00C (1,01.105 N/m2)
R

R

P

P

P

P

P

P

V 0 : Thể tích khí nổ ở 00C (m3/kg)
R

R

P

P

P

P

T: Nhiệt độ nổ (0K)
P

P

V: Thể tích buồng mìn (m3)
P

P

α : Thể tích riêng của phân tử sản phẩm khí nổ, đối với khí lí tưởng thì
α = 0. Nhưng đối với khí thực thì trị số α đóng vai trò quan trọng (đặc biệt là
kể đến mật độ nạp mìn). Thường thì α = 0,001V 0
R

1.1.2.8. Mật độ chất nổ, mật độ nạp mìn và hệ số nạp mìn
Mật độ chất nổ là tỷ số giữa trọng lượng của chất nổ và thể tích của nó
chiếm chỗ. Phụ thuộc vào trạng thái vật lý: lớn nhất khi ép, dạng sệt, nhỏ nhất
ở dạng rời.
Mật độ rời Δ 1 : là tỷ số trọng lượng của chất nổ với thể tích của nó
R

R

chiễm chỗ ở trạng thái tự nhiên.
Mật độ rời Δ 2 : là tỷ số trọng lượng của chất nổ trên với thể tích của
R

R

buồng mìn.
Mật độ tiêu chuẩn: là mật độ có hiệu quả nhất ứng với 1 loại chất nổ
nào đó.
Hệ số nạp mìn: là thể tích của thuốc nổ trong buồng mìn và thể tích của
buồng mìn, hệ số này tăng cực đại bằng 1.
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


17 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1.1.2.9. Áp lực và vận tốc hạt môi trường khi nổ trong đất đá
Trong quá trình nổ dưới mặt đất khi sóng truyền tới mặt thoáng của đất
sóng nổ được đặc trưng bởi ba mặt gián đoạn sau:
- Sóng xung kích
- Mặt gián đoạn mạnh – dừng
- Mặt gián đoạn yếu
Áp lực ở đầu sóng xung kích khoảng vài chục atm. Dưới tác dụng của
tải trọng lớn như vậy đất đá có tính chất giống như chất khí (theo nghĩa rộng).
Điểm khác nhau là sau khi tải trọng đã giảm thì chất khí trở lại nguyên trạng
thái ban đầu, còn đất sẽ bị phá hoại hoặc là chịu những biến dạng dẻo còn dư
rất lớn.
Phần lớn năng lượng nổ hao tán vào việc phá hủy, nén chặt đất và
không hoàn lại. Vì vậy áp lực tại đầu sóng giảm rất nhanh, ở khoảng cách
bằng 2 – 3 lần bán kính R 0 áp lực chỉ còn vài ngàn atm.
R

R

Lúc này bắt đầu diễn ra những thay đổi định lượng của quá trình kích
động sóng. Vì dưới tác dụng của những ứng suất lớn tốc độ truyền sóng nên
có biên độ cao sẽ nhỏ hơn tốc độ truyền âm (khác nhau với chất lỏng lý tưởng
không có tính nhớt và không chịu nén). Do đó biểu đồ áp lực ở vùng nén sẽ
biến dạng, đất đá ở đầu sóng bị phá hủy, thay vào đó áp lực lại bắt đầu tăng
dần. Vùng ứng suất lớn nhất sẽ tiến chậm hơn sóng tải trọng.
Khi sóng nén càng cách xa tâm nổ thì ứng suất cực đại của sóng càng
giảm, do đó trạng thái phá hủy hoặc biến dạng sẽ thay thế bằng trạng thái đàn
dẻo và sau cùng là hoàn thành đàn hồi. Vì vậy ta thường chia thành 3 vùng
trong các hiện tượng nổ ngầm:
- Vùng gần tâm nổ
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


18 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

- Vùng trung gian
- Vùng xa trung tâm
1.2. Các phương pháp nổ mìn cơ bản
Để tận dụng có hiệu quả năng lượng của thuốc nổ, tùy theo mục đích và
điều kiện thực tế có thể áp dụng các phương pháp nổ khác nhau
1.2.1. Phương pháp nổ mìn lỗ nông
Phương pháp này khoan lỗ mìn nhỏ vào trong đất đá, sử dụng bao
thuốc được nạp trong lỗ khoan có đường kính nhỏ hơn 85mm và chiều sâu lỗ

khoan không quá 5m.
Phương pháp nổ mìn lỗ nông được dùng để đào đường hầm, đào các
giếng đứng, giếng nghiêng, lò ngang, các hầm thuốc, nhà thuốc trong thi công
nổ phá lớn và nổ phá định hướng. Trong thi công lộ thiên dùng để mở đường,
khai thác vật liệu đá, khai thác mỏ cho đến công tác xới đất, khai thác gỗ, phá
gốc cây, đào hố móng công trình trong nền đá, đào lớp bảo vệ, phá đá quá cỡ.
Phương pháp này cho phép chúng ra có thể đào những hố đào với độ chính
xác cao, khối đá ở ngoài phạm vi thiết kế ít bị hư hại.
b

lkt

α

W

lbt

l

H

llb

a

Hình 1.4: Bố trí nổ mìn lỗ nông khi đào theo bậc thang

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

19 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là hiệu suất thấp, lượng công
tác khoan lớn. Phương pháp này rất không kinh tế, nhưng do thi công thuận
tiện và có sự hỗ trợ của búa máy, búa hơi nên vẫn được dùng nhiều ở các nơi
không gian hẹp trong các công trường giao thông, thủy lợi, thủy điện và trong
các hầm mỏ khai thác than.
1.2.2. Phương pháp nổ mìn lỗ sâu
Phương pháp này là một trong những phương pháp nổ phá đại qui mô,
sử dụng bao thuốc có đường kính lỗ khoan lớn hơn 85mm, chiều dài lỗ khoan
sâu hơn 5m. Trong thực tế người ta có thể dùng các lỗ khoan sâu 15 – 25m,
đường kính 106 -250mm và có phương thẳng đứng. Trường hợp cần thiết có
thể dùng lỗ khoan nghiêng hoặc nằm ngang.
Phương pháp có ưu điểm là giá thành rẻ hơn so với nổ mìn lỗ nông do
các chi phí về khoan, thuốc nổ, thiết bị gây nổ và nhân công thấp hơn. Thích
hợp hơn với việc cơ giới hóa khâu bốc xúc và vận chuyển đá nhất là đối với
các loại xe máy lớn, đảm bảo xe máy có năng suất cao. Do đó có thể thi công
với tốc độ lớn.
Một số vấn đề còn tồn tại của phương pháp:
- Cần có thiết bị khoan lớn
- Cỡ đá sinh ra do nổ phá lớn, đá quá cỡ nhiều
- Khả năng gây chấn động, nứt nẻ lớn. Trong trường hợp cần
thiết phải chừa lại lớp bảo vệ có chiều dày lớn và việc bóc bỏ lớp đá
tầng bảo vệ sau này tương đối chậm và tốn kém

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

20 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí và tính toán nổ mìn lỗ sâu
Phương pháp này chủ yếu được dùng để nổ phá đất đá địa hình bậc
thang. Trong các mỏ khai thác quặng phương pháp nổ phá này là cơ bản nhất.
Trong thi công đường bộ, đường sắt thì ít dùng. Phương pháp này thích hợp
với vùng đá yếu, trong vùng đá cứng phải dùng máy khoan có công suất lớn.
1.2.3. Phương pháp nổ mìn để lại lớp bảo vệ
Tầng bảo vệ nằm giữa khối đá cần nổ phá và đường viền thiết kế của
khối đào (đáy và thành vách), sau khi nổ sẽ hoàn thiện bằng nổ nhỏ và cậy
bẩy thủ công. Chiều dày của tầng bảo vệ cần chừa lại được xác định phụ
thuộc vào hình thức, quy mô của vụ nổ tầng trên và yêu cầu cần bảo vệ nền và
thành vách của từng loại nhóm công trình v.v…
Ưu điểm của phương pháp này là thi công đơn giản có thể áp dụng
được với mọi loại hình thức móng công trình có kích thước và điều kiện địa
chất khác nhau. Đặc biệt nó rất phù hợp trong điều kiện cung cấp các thiết bị
máy khoan cỡ lớn bị hạn chế.

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

21 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Nhược điêm: thời gian thi công bị chậm trễ, phải sử dụng nhiều nhân
lực, không phát huy được khả năng cơ giới hóa trong khâu bốc xúc, vận
chuyển (khi thic công tầng bảo vệ). Mặt khác, việc xác định chiều dày hợp lý
của tầng bảo vệ khá phức tạp và đòi hỏi chính xác.
Xác định phạm vi tầng bảo vệ:
Việc xác định phạm vi của tầng bảo vệ chủ yếu dựa trên các cơ sở sau
đây:
- Đảm bảo đáy và thành vách hố móng không bị phá hoại, đảm bảo an
toàn cho người và máy móc trong quá trình thi công (trượt lở mái) và đảm
bảo an toàn cho công trình lâu dài (ổn định và chống thấm).
- Giá thành xây dựng giảm.
Theo qui phạm “ thi công và nghiệm thu khoan nổ mìn các công trình
đất đá” cuả Bộ Thủy lợi (QP, TL, D.3.74), chiều dày của tầng bảo vệ được
xác định nhu sau:
- Điều 2 – 18: khi chiều sâu hố móng, kênh mương và các loại hố đào
khác lớn hơn 2 mét thì các công việc nổ mìn tại đó phải tiến hành ít nhất
thành hai tầng (lớp), chiều cao của lớp bảo vệ phía dưới phải được xác định
tùy theo khối lượng của quả mìn đã sử dụng ở tầng trên, chiều cao tầng bảo vê
lấy bằng: 0.1 đôi với công trình nhóm I; 0.25 – nhóm II; 0.5 – nhóm III, chiều
dài tính toán của đường cản nhỏ nhất của những quả mìn đó nhưng không nhỏ
hơn 1 mét.
Trong tất cả các trường hợp còn lại chiều dày của lớp bảo vệ trên mái
được giảm đi 50%, nhưng không được nhỏ hơn 1 mét tính theo pháp tuyến
của mặt mái.

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2


22 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Nghiên cứu gần đây phạm vi vùng phá hoại và nứt nẻ do tác dụng của
nổ mìn sẽ khác nhau theo các phương và tùy thuộc vào các hình thức nổ phá,
đặc điểm về địa chất nơi nổ phá v.v… Do vậy, việc quy định chiều dày của
tầng bảo vệ cho những nhóm công trình khác nhau ở những vị trí cần bảo vệ
khác nhau và với những hình thức nổ phá cân nghiên cứu đầy đủ đến phạm vi
các vùng phá hoại, nứt nẻ tương ứng để xác định cho hợp lý.
Khi khoan nổ cắt tầng (nổ mìn trong lỗ khoan):
- Khi nổ một lỗ mìn hoặc một hàng lỗ mìn (đồng thời) với điều kiện có
một mặt thoáng (ví dụ: nổ một hàng mìn ở biên móng trước thì sự phá hoại
đất đá ở đáy và xung quanh lỗ khoan có thể chia một cách tương đối thành ba
vùng như sơ đồ hình 1-6 duới đây

Hình: 1.6: Sơ đồ các vùng phá hoại đất đá khi nổ mìn có một mặt thoáng
(I) – Vùng phá hoại dưới đáy lỗ khoan;
(II) – Vùng phá hoaijxung quanh bao thuốc nổ;
(III) – Vùng hình thành phễu nổ mìn;
Việc xác định phạm vi các vùng phá hoại trên đây có thể tính toán theo
các công thức lý luận hoặc công thức lý luận hoặc công thức kinh nghiệm,
theo các quan điểm về xung lượng nổ phá, theo định luật bảo toàn năng
Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

23 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

lượng, theo vận tốc chuyển động tới hạn của đất v.v… với phương pháp nổ
thông thường.
- Khi nổ đào móng với một hàng lỗ mìn có hai mặt thoáng, việc xác
định đúng phạm vi các vùng phá hoại là rất cần thiết, nhằm xác định một cách
hợp lý chiều dày tầng bảo vệ chừa loại ở dưới đáy lỗ khoan, ở chân mái và
trên bề mặt của mái móng (hay của thành vách của hố đào). Phạm vi các vùng
tác dụng trong khối đá do nổ phá gây ra có thể được phân chia theo sơ đồ của
GF.I.Pacropxki

Hình 1.7: Các vùng tác dụng trong khối đá do nổ phá gây ra
(I) – Vùng phá hoại; (II) – Vùng nút nẻ;

(III) – Vùng chấn động;

(IV) – Vùng dao động
Phạm vi các vùng tác dụng do nổ mìn được xác định tùy thuộc vào đặc
trưng của đá nổ phá và đường kính của bao thuốc nổ - có thể tham khảo bảng
kinh nghiệm sau đây

Học viên: Dương Ngô Hiệp

Lớp CH16C2