[Tóm tắt] Luận án 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

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc Má - §Þa chÊt nguyÔn §×nh An 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 Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62520603 tãm t¾t LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt hµ néi - 2014 C«ng tr×nh hoµn thµnh t¹i: Bé m«n Khai th¸c lé thiªn, Khoa Má, Tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: 1. GS.TS. Nh÷ V¨n B¸ch, Tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt 2. TS. Nguyyễn Đăng Tế, VINACONEX Ph¶n biÖn 1: TSKH Nguyễn Thanh Tuân Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam Ph¶n biÖn 2: TS Nguyễn Phụ Vụ . Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam Ph¶n biÖn 3: TS Nguyễn Sỹ Hội Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam LuËn ¸n sÏ ®−îc b¶o vÖ tr−íc Héi ®ồng đánh giá luËn ¸n cÊp Tr−êng, häp t¹i: Tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt, Phường Đức Thắng, Quận Bắc Từ Liêm, Hµ Néi. Vµo håi ...... giê ...... ngµy ....... th¸ng ....... n¨m ......... 2014. Cã thÓ t×m hiÓu luËn ¸n t¹i Th− viÖn Quèc gia Hµ Néi, hoÆc Th− viÖn tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt 1 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. Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số nổ mìn 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 vào tính chất cơ lý của môi trường tiến hành công tác nổ, yêu cầu cỡ hạt đống đá sau khi nổ, loại chất nổ, công nghệ và các thông số nổ mìn khác.v.v Một số công thức tính toán chỉ tiêu thuốc nổ ở nước ngoài đã được áp dụng cho một số mỏ Việt Nam, song chưa sát với điều kiện thực tế của các mỏ bởi các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ chưa xác định được chính xác. Từ những kinh nghiệm khai thác ở nước ngoài và những hạn chế còn tồn tại trong công tác nổ mìn tại các mỏ khai thác lộ thiên nói chung và đặc biệt tại các mỏ khai thác đá vật liệu xây dựng (VLXD) ở nước ta, ta thấy việc 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 là rất cấp thiết. Với hàng chục triệu m3 đất đá cần phá vỡ bằng chất nổ, nếu việc tính toán hợp lý giảm được 1 ÷ 2% chỉ tiêu thuốc nổ thì sẽ làm giảm đáng kể khối lượng thuốc nổ được sử dụng. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho các đơn vị sản xuất chủ động hơn trong công tác nổ mìn và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, đảm bảo hiệu quả đầu tư công nghệ mới, an toàn hơn với con người và môi trường xung quanh. Vì vậy đề tài luận án: “Nghiªn cøu x¸c ®Þnh chØ tiªu thuèc næ nh»m ®¶m b¶o møc ®é ®Ëp vì ®Êt ®¸ hîp lý cho mét sè má khai th¸c vËt liÖu x©y dùng cña ViÖt Nam”, mang tính cấp thiết, đáp ứng yêu cầu thực tế hiện nay trong công nghiệp mỏ ở Việt Nam. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Trên cơ sở vật liệu nổ do Việt Nam sản xuất, kết hợp với lý thuyết, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước và kết quả 2 thực nghiệm về mối quan hệ của các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ, tác giả đề xuất phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá tối ưu cho một số mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho công tác nổ mìn. 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 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. 3 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 (qcn) được xác định theo MĐĐV đất đá yêu cầu (dtb) và mức độ nứt nẻ (dmax) là cơ sở xác định chỉ tiêu thuốc nổ với điều kiện nổ bất kỳ. Quan hệ giữa qcn và dtb 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, qcn. 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. 9. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận án gồm hơn 145 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. 4 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 Khi khai thác những khoáng sản có ích bằng phương pháp lộ thiên hay hầm lò, hầu hết đều gặp đất đá có độ cứng f = 6 ÷ 14, và 70% khoáng sản cần phá vỡ. Phương pháp phá vỡ hiện nay chủ yếu là phương pháp khoan nổ mìn với công nghệ nổ mìn lỗ khoan lớn và lỗ khoan con. 1.2. VAI TRÒ Ý NGHĨA CỦA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ TRONG CÔNG TÁC NỔ MÌN Một trong những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn 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, nghiền sàng) mà xác định thành phần cỡ hạt của đống đá nổ sao cho đạt hiệu quả cao nhất. Thông số nổ mìn quyết định MĐĐV là chỉ tiêu thuốc nổ. 1.3. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ CHỈ TIÊU THUỐC NỔ 1.3.1. Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán, ký hiệu q Đây là giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ để tính toán, thiết kế ban đầu hay tiến hành những vụ nổ đầu tiên trong điều kiện cụ thể theo yêu cầu mục đích của công tác nổ mìn. Một số tác giả khác, thường coi đây là chỉ tiêu thuốc nổ. 1.3.2. Chỉ tiêu thuốc nổ thực tế, qth Khái niệm này giúp cho các xí nghiệp quản lý sản xuất tốt hơn, đồng thời là giá trị thực tiễn để áp dụng cho công tác nổ mìn trong những điều kiện tương tự. Bởi vì giá trị chỉ tiêu thuốc nổ thực tế chỉ tính được sau khi đã hoàn tất công tác nổ mìn và xúc bốc. 1.3.3. Chỉ tiêu thuốc nổ tạo phễu nổ chuẩn, qc Chỉ tiêu thuốc nổ tạo phễu nổ tiêu chuẩn là chi phí thuốc nổ để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá nguyên khối tạo nên phễu nổ tiêu chuẩn. 1.3.4. Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn , q0 Chất lượng công tác nổ mìn được đánh giá bằng thành phần cỡ hạt của đống đá nổ, vậy chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn là chi phí thuốc nổ cần thiết để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá nguyên khối nhằm tạo nên cỡ hạt theo yêu cầu (trong điều kiện nổ chuẩn). 5 1.3.5. Chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, qhl Với quan điểm này thì chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý (qhl) là chi phí thuốc nổ cần thiết để đập vỡ một đơn vị thể tích đất đá dẫn đến tổng chi phí các khâu công nghệ là nhỏ nhất. 1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN KHI KHAI THÁC LỘ THIÊN Khi nổ mìn ở mỏ lộ thiên có 2 loại thông số nổ mìn: Các thông số mạng lỗ khoan và các thông số của lượng thuốc nổ. 1.5. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ TIÊU THUỐC NỔ Các công trình nghiên cứu chủ yếu được tổng hợp như sau: - Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo kích thước cỡ hạt yêu cầu (Kuznetsov, B.N Kutuzov). - Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo năng lượng chất nổ (I.P.Oxanhit và P.X. Mirônov). - Phương pháp xác định theo chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn (V.V. Rjevxki). - Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo quy luật phân bố cỡ hạt đống đá nổ mìn. 1.6. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CHỈ TIÊU THUỐC NỔ 1.6.1. Một số nhận xét các công trình nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ đã được công bố 1- Các công trình nghiên cứu đều thừa nhận chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số cơ bản có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đập vỡ đất đá và giá thành sản phẩm. 2- Hầu hết các công trình đã đánh giá đúng đắn về mặt định tính các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ. Các yếu tố ảnh hưởng có thể phân chia thành các nhóm sau: Nhóm 1: Các yếu tố đặc trưng môi trường tiến hành công tác nổ như tính chất cơ lý của đất đá : độ cứng f, độ nứt nẻ, độ cứng truyền âm, mật độ đất đá..v.v.. Nhóm 2. Các yếu tố về loại chất nổ được sử dụng làm chuẩn. Tuỳ theo từng nước có ngành công nghiệp chất nổ phát triển, tuỳ theo điều kiện nổ và tính chất đất đá mà các tác giả chọn chất nổ làm tiêu chuẩn có thể là AmônítN06 hoặc ANFO. Nhóm 3: Các thông số của mạng nổ mìn cũng được các tác giả quan tâm, đặc biệt đường kính lượng thuốc d. Các thông số khác 6 thường được các tác giả thừa nhận về mặt định tính, còn về giá trị định lượng chỉ thay đổi bằng cách nhân với hệ số tỉ lệ nào đó tuỳ theo điều kiện nổ cụ thể hoặc lấy theo giá trị kinh nghiệm. Nhóm 4: Các phương pháp điều khiển nổ như nổ vi sai, phân đoạn, nổ tầng cao, nổ trong môi trường nén thường được các tác giả đánh giá bằng một hệ số thực nghiệm. 3- Phương pháp nghiên cứu và thành lập công thức của các tác giả trên thường qua 3 bước. Bước 1: Nghiên cứu về mặt lý thuyết các mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Bước 2: Tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc thí nghiệm công nghiệp để xác định một số giá trị định lượng. Bước 3: Thiết lập mối quan hệ cụ thể của chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu liên quan, một số yếu tố ảnh hưởng ít hay không xác định được có thể chuyển thành hệ số kinh nghiệm. 1.6.2. Những vấn đề tồn tại trong các công trình nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ a- Lựa chọn loại chất nổ lấy làm tiêu chuẩn để tính toán, các tác giả chưa đề cập đầy đủ đến các yếu tố đặc trưng cho đặc tính năng lượng của chất nổ. b- Với sự ra đời của phương pháp nổ mìn vi sai (1934 ÷ 1935), phương tiện nổ phi điện (1970 ÷ 1973) và việc áp dụng nó đã mang lại hiệu quả lớn cho các mỏ khai thác lộ thiên. Nổ mìn vi sai phi điện (vi sai toàn phần) có phương tiện nổ hiện đại, nó hơn hẳn phương pháp nổ mìn vi sai với những phương tiện nổ khác bởi những ưu điểm sau: - Có khả năng điều chỉnh được MĐĐVđất đá do tăng thời gian tác dụng nổ trong khối đá, tăng vùng đập vỡ điều chỉnh. - Có khả năng mở rộng mạng lưới lỗ khoan (do tạo ra bề mặt tự do mới) mà vẫn đảm bảo chất lượng đập vỡ, điều đó góp phần làm giảm chi phí khoan do tăng suất phá đá. - Sơ đồ đấu ghép mạng nổ bằng phương tiện nổ phi điện là sơ đồ linh hoạt, uyển chuyển nhất, dễ dàng thay đổi được hướng truyền nổ và hướng truyền sóng chấn động, đảm bảo an toàn cho những công trình xung quanh. - Giảm được chỉ tiêu thuốc nổ mà vẫn cải thiện được chất lượng đập vỡ. - Quy mô nổ mìn có thể tăng lên và điều khiển được tác dụng chấn động. 7 Nổ mìn vi sai phi điện cải thiện được chất lượng đập vỡ, và giảm thiểu những tác dụng có hại đến môi trường (nhất là tác dụng chấn động), nhưng cơ sở khoa học về hiệu quả đập vỡ đất đá của nó vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện trong điều kiện nước ta. c- Đất đá là đối tượng để phá vỡ bằng nổ mìn là môi trường phức tạp không đồng nhất đẳng hướng. Quá trình nổ xảy ra một cách cực kỳ nhanh chóng nên việc xác định trạng thái ứng xuất của từng chất điểm ở từng điểm là vô cùng khó khăn. Việc sử dụng vật liệu tương đương để mô hình hoá mẫu nổ, sau đó lấy hệ số kinh nghiệm để chuyển đổi sang môi trường thực trong công tác nổ mìn cụ thể, nên thường dẫn đến các trị số sai số lớn. d- Các công thức thiết lập thường phức tạp hoặc quá nhiều các hệ số kinh nghiệm làm giảm khả năng ứng dụng trong thực tế. e- Thông qua việc phân tích tổng quan ở trên, nhận thấy các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đều khẳng định rằng MĐĐV (thể hiện qua đường kính trung bình cỡ hạt) có ảnh hưởng quan trọng tới chỉ tiêu thuốc nổ. Hiện nay chưa có công trình nào đi sâu nghiên cứu giải quyết về vấn đề này đầy đủ, phù hợp với điều kiện thực tế ở các mỏ khai thác đá VLXD ở nước ta. Vì vậy có thể rút ra một số vấn đề cần thiết nghiên cứu tiếp theo như sau: Xây dựng phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho các mỏ khai thác đá VLXD ở nước ta trên cơ sở: Áp dụng phương pháp nổ mìn vi sai sử dụng phương tiện nổ phi điện với loại chất nổ do Việt Nam sản xuất (ANFO); MĐĐV đất đá yêu cầu ở các mỏ khai thác đá VLXD. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHỈ TIÊU THUỐC NỔ 2.1. YÊU CẦU CỦA CÔNG TÁC NỔ MÌN Ở CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VLXD - Kích thước cỡ hạt của đống đá nổ mìn phải đồng đều, ít đá quá cỡ. - Kích thước đống đá (chiều cao, chiều rộng) phải phù hợp với thiết bị xúc bốc, vận tải, đảm bảo năng suất và an toàn cho thiết bị, phù hợp với thông số của HTKT. - Đảm bảo mặt tầng bằng phẳng, ít hậu xung, nâng cao hệ số sử dụng mét khoan hữu ích. - Xuất phát từ đặc điểm của công tác nổ mìn, phải đảm bảo tuyệt đối an toàn cho người, nhà cửa và các công trình khác do tác dụng của sóng chấn động, sóng đập không khí và đá văng. 8 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHỈ TIÊU THUỐC NỔ - Các yếu tố đặc trưng cho môi trường tiến hành công tác nổ. - Các yếu tố về công nghệ kỹ thuật: Ảnh hưởng của các thông số nổ mìn; Ảnh hưởng của loại thuốc sử dụng; Ảnh hưởng của phương pháp điều khiển nổ. 2.3. MỘT SỐ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ VỀ MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ có thể được phân làm 2 nhóm: - Nhóm biến số: Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp, có tính thay đổi liên tục đến chỉ tiêu thuốc nổ là: + Tính chất cơ lý của đất đá, được đặc trưng bởi hệ số độ kiên cố f và độ nứt nẻ của đất đá. + MĐĐV yêu cầu, tức là thành phần cỡ hạt của đống đá nổ, được đặc trưng bằng kích thước trung bình của cục đá. - Nhóm hệ số: Các yếu tố có ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ ở mức độ nhất định, tùy thuộc vào điều kiện nổ, cụ thể là: + Loại chất nổ sử dụng; + Phương pháp điều khiển nổ. + Công nghệ - kỹ thuật khi tiến hành công tác nổ. CHƯƠNG 3: MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI ĐỘ NỔ CỦA ĐẤT ĐÁ VÀ MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN 3.1. MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI ĐỘ NỔ CỦA ĐẤT ĐÁ Đất đá là đối tượng tác động trực tiếp của công tác khoan nổ mìn. Độ nổ đặc trưng cho mức độ khó nổ mìn của đất đá và được xác định bằng chỉ tiêu thuốc nổ trong điều kiện chuẩn cụ thể. Chỉ tiêu thuốc nổ càng lớn thì mức độ khó nổ mìn của đất đá càng cao và ngược lại. 3.2. PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ MỎ Việc Phân loại đất đá mỏ có ý nghĩa thực tế lớn khi tiến hành công tác mỏ trên quan điểm lựa chọn máy khoan, phương pháp nổ, xây dựng định mức khai thác và chi phí nguyên vật liệu cho công tác khoan nổ mìn. 3.2.1. Cơ sở phân loại đất đá theo độ nổ Cơ sở để phân loại đất đá theo độ nổ là chỉ tiêu thuốc nổ, đối với loại chất nổ nhất định, trong điều kiện nhất định và đất đá được phá vỡ thành những cục có độ lớn xác định. 9 3.2.2. Phân loại đất đá theo độ nổ cho một số mỏ khai thác đá VLXD ở Việt Nam 3.2.2.1. Nội dung phương pháp phân loại Phân loại đất đá theo độ nổ dựa vào chỉ tiêu thuốc nổ qo. Với chỉ tiêu thuốc nổ qo, cỡ hạt của đống đá nổ mìn phân bố chuẩn theo đường thẳng. Phương pháp xác định qo như sau: Đối với mỗi loại đất đá nổ 2 đợt thí nghiệm với chỉ tiêu thuốc nổ khác nhau q1 và q2 , xác định đặc tính phân bố cỡ hạt với kích thước x ≤ x0 ( P1 và P2) tương ứng với 2 đợt nổ, xác định q0 như sau: ( ) max 0 12 2 1 21 0 L Xlgqq P Plgqq q − = , kg/m3 (3.1) Trong đó: P1, P2- Tỷ lệ phần trăm cỡ hạt có kích thước x ≤ x0 tương ứng với 2 đợt nổ q1 và q2. 3.2.2.2. Kết quả phân loại đất đá theo độ nổ cho một số mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam Phương pháp này đã được tiến hành thử nghiệm tại một số mỏ đá vôi: Mỏ đá vôi Ninh Dân – Thanh Ba – Phú Thọ thuộc Công ty xi măng Sông Thao, Mỏ đá vôi Văn Xá – Thừa Thiên Huế thuộc Công ty xi măng LUKS Việt Nam, mỏ khai thác đá VLXD Thường Tân IV – Bình Dương, với điều kiện thực tế là sử dụng đường kính lỗ khoan từ 76 đến 105mm, chiều cao tầng 7 ÷ 15 m, dung tích gầu xúc E = 2 ÷ 5 m3, sử dụng phương pháp nổ mìn visai (phương tiện nổ phi điện), thuốc nổ AD-1, tỷ lệ các cục lớn (quá cỡ) trong đống đá sau khi nổ < 2÷3% . Qua kết quả nổ thử nghiệm và kết hợp với các phương pháp phân loại đất đá theo độ kiên cố của M.M.Prôtôđiacônov, bảng phân loại đất đá theo độ nổ của GS.TS. Nhữ Văn Bách, TS.Lê Văn Quyển và các tác giả khác, ta có thể phân loại đất đá theo độ nổ cho một số mỏ khai thác đá VLXD ở Việt Nam như sau (Bảng 3.1): Bảng 3.1: Phân loại đất đá theo độ nổ q0 < 0,3 Dễ nổ q0 = 0,31 ÷ 0,38 Trung bình q0 = 0,39 ÷ 0.46 Khó nổ q0 = 0,47 ÷ 0,55: Rất khó nổ q0 > 0,56 Đặc biệt khó nổ 10 3.2.3. Xây dựng chương trình phần mềm phân loại đất đá theo độ nổ cho các mỏ khai thác đá VLXD Việt Nam Hình 3.1- Sơ đồ khối xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn Hình 3.2- Giao diện phần mềm xác định mức độ khó nổ cho các mỏ đá 3.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VÀ MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ 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 (Dtb). MĐĐV đất đá với cùng điều kiện nổ, chỉ tiêu thuốc nổ lớn thì Dtb nhỏ. 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. 3.3.1. Mức độ đập vỡ đất đá hợp lý bằng nổ mìn 3.3.1.1. Khái niệm chung về mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của nước ngoài thì kích thước cục đá cho phép lớn nhất theo điều kiện xúc được xác định: ( )3cp E8,07,0D ÷= , m (3.2) Trong đó: Dcp - kích thước cục cho phép lớn nhất, m; E- dung tích gầu xúc, m3. Kích thước cục đá cho phép lớn nhất theo điều kiện nghiền đập được xác định như sau: Dcp = (0,7 ÷ 0,8)B, m (3.3) Trong đó: B- Kích thước nhỏ nhất của cửa tháo Bunke, m. MĐĐV đất đá bằng nổ mìn được xác định bằng đường kính cỡ hạt đống đá nổ mìn: 11 100 D D iitb ∑ γ = (3.4) Trong đó: Di - kích thước trung bình của cỡ hạt thứ i; iγ - tỷ lệ cỡ hạt thứ i, %. 3.3.1.2. Xác định MĐĐV đất đá bằng nổ mìn Có thể xác định MĐĐVđất đá bằng nổ mìn theo các phương pháp sau: - Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ bằng phương pháp năng lượng xác suất. - Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ theo phương pháp bán thực nghiệm của V.M. Kuzơnhetxôv. - Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ theo phương pháp của B.N. Kutuzôv. - Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ bằng phương pháp bình quân từ tỷ lệ cỡ hạt đo được trong thực tế. 3.3.1.3. Đánh giá MĐĐV đất đá hợp lý bằng nổ mìn MĐĐV đất đá bằng nổ mìn được coi là hợp lý (MĐĐV hợp lý) khi nó đảm bảo tổng chi phí cho một đơn vị sản phẩm khai thác là tối thiểu. minKEC n 1i i n 1i i →+ ∑∑ == ; (3.5) Trong đó: Ci - chi phí sản xuất tính cho một mét khối đất đá tương ứng của các khâu: khoan nổ lần 1, xúc, vận tải, phá đá quá cỡ, đ/m3; Ki - chi phí cơ bản tính cho một mét khối đất đá tương ứng của các khâu: khoan, xúc, vận tải, nghiền sàng, đ/m3; E - Hệ số hiệu quả vốn đầu tư. 3.3.1.4. MĐĐV vỡ hợp lý ở các mỏ khai thác đá VLXD Để xác định mức độ đập vỡ hợp lý theo điều kiện kỹ thuật cho các mỏ khai thác đá VLXD có thể sử dụng các phương pháp sau: - Theo dung tích gầu xúc: 3 tb E)2,015,0(d ÷= (3.6) Trong đó: E- dung tích gầu xúc, m3 - Xác định kích thước cục trung bình Dtb theo phương pháp của B.N. Kutuzôv. 12 3 o qc cp tb V V 14 D D         − = (3.7) Trong đó: Vqc - tỷ lệ đá quá cỡ khi nổ,%; Vo - tỷ lệ khối nứt tự nhiên trong nguyên khối có kích thước lớn hơn kích thước cục đá cho phép, %. Qua kết quả thống kê và phân tích số liệu nhận thấy đối với các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, xác định MĐĐV yêu cầu theo điều kiện kỹ thuật sử dụng công thức (3.7) là phù hợp. Ở đây kích thước cục đá cho phép Dcp xác định theo điều kiện nghiền sàng. Kích thước cục đá vào lớn nhất phụ thuộc vào loại máy nghiền và năng suất của máy. 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 4.1. NGHIÊN CỨU XÁC LẬP MỨC ĐỘ QUAN HỆ CỦA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Để xác định được chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý đối với điều kiện thực tế của các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh hưởng khi tiến hành công tác nổ mìn. 4.1.1. Nghiên cứu xác lập mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và loại chất nổ Để lựa chọn loại chất nổ hợp lý cẩn căn cứ vào: - Thứ nhất là tính năng kỹ thuật và những đặc tính năng lượng của chất nổ, cụ thể là 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 hay không sau khi đã cân nhắc về kỹ thuật. Khi xác định chỉ tiêu thuốc nổ với loại chất nổ sử dụng khác với chất nổ chuẩn cần phải kể đến hệ số quy đổi thuốc nổ vì đặc tính năng lượng của chất nổ là khác nhau. 13 4.1.2. Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với tính chất cơ lý của đất đá Từ thực tế công tác nổ mìn, từ kết quả thực nghiệm của nhiều công trình nghiên cứu và từ cơ sở lý thuyết ta có thể khẳng định đây là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng trực tiếp và lớn nhất đối với việc tính toán chỉ tiêu thuốc nổ. Trong số các tính chất cơ lý đặc trưng cho môi trường đất đá có ảnh hưởng đến việc phá vỡ bằng năng lượng nổ như: độ kiên cố, độ nứt nẻ, mật độ, độ giòn, độ dính, độ dẻo, độ rai, độ hạt, độ nở rời, tính phân lớp Nhiều công trình nghiên cứu của nhiều tác giả đã đi đến kết luận mức độ ảnh hưởng của độ kiên cố, độ nứt nẻ, mật độ đến chỉ tiêu thuốc nổ là mạnh nhất. 4.1.3. Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các thông số nổ mìn 4.1.3.1. Mối quan hệ chỉ tiêu thuốc nổ với đường kính lượng thuốc Việc lựa chọn đường kính lượng thuốc hợp lý có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ đập vỡ và gía thành sản phẩm. Tuy nhiên với yêu cầu cụ thể về mức độ đập vỡ thì xu hướng nên tăng tối đa đường kính lượng thuốc bởi vì đường kính lớn thì khả năng khắc phục đường cản lớn, do đó mở rộng được mạng lưới lỗ khoan, giảm được chi phí khoan và tăng chỉ tiêu suất phá đá. 4.1.3.2. Mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với khoảng cách giữa các lượng thuốc Qua kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các thông số nổ mìn như đường kính lượng thuốc, đường cản chân tầng, khoảng cách giữa các lượng thuốc, khoảng cách tương đối giữa các lượng thuốc có thay đổi nhưng không lớn còn tuỳ thuộc vào yêu cầu mục đích của công tác nổ mìn. 4.1.4. Nghiên cứu xác lập mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các phương pháp điều khiển nổ Khi tính toán chỉ tiêu thuốc nổ người ta không tính phương pháp nổ là một biến số của hàm số chỉ tiêu thuốc nổ mà chỉ là một hệ số thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện tiến hành công tác nổ. 14 4.1.5. Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với MĐĐV Đây là một yêu tố quan trọng trong việc xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý. Qua các kết quả nghiên cứu ta có thể khẳng định rằng mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với đường kính trung bình cỡ hạt là hàm tuyến tính (Hình 4.1) nghĩa là: 0 M0 d0 q0 KÝch th−íc trung b×nh cña côc ®¸ d , mtb C h Ø t i ª u t h u è c n æ q , k g / m 3 q, kg/m 3 d , mtb q = ad + btb Hình 4.1- Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào kích thước trung bình của cục đá q = ϕ (dtb) = adtb + b (4.1) 4.1.6. Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với việc bảo vệ môi trường sinh thái Để bảo vệ môi trường, cần thiết phải: - Lựa chọn loại chất nổ và phương tiện nổ phù hợp với tính chất cơ lý của đất đá để đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng tối đa và lượng khí độc sinh ra tối thiểu. - Tính toán giá trị hợp lý của chỉ tiêu thuốc nổ. - Sử dụng kỹ thuật-công nghệ nổ mìn thích hợp. 4.2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU THUỐC NỔ HỢP LÝ KHI NỔ MÌN KHAI THÁC ĐÁ VLXD 4.2.1. Phân tích, đánh giá và phân loại các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu thuốc nổ, chủ yếu nhất là: - Đặc tính năng lượng chất nổ; Tính chất cơ lý của đất đá; Mức độ đập vỡ; Các thông số nổ mìn; Bảo vệ môi trường sinh thái. Mức độ quan hệ của từng yếu tố đến chỉ tiêu thuốc nổ có khác nhau. Căn cứ vào tính chất đó ta có thể phân chia thành hai nhóm. - Nhóm 1: Các yếu tố ảnh hưởng có sự thay đổi liên tục, có nghĩa là khi thay đổi giá trị của yếu tố ảnh hưởng thì giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ cũng thay đổi. Các yếu tố đó ta coi như biến số của hàm số chỉ tiêu thuốc nổ, gồm: + Các yếu tố đặc trưng cho môi trường đất đá nổ như độ cứng f, độ nứt nẻ và mật độ đất đá. + Mức độ đập vỡ, được đặc trưng bằng kích thước trung bình (đường kính trung bình) của cục đá trong đống đá sau nổ mìn. - Nhóm 2: Các yếu tố ảnh hưởng có sự thay đổi ít, có nghĩa là thay đổi giá trị điều kiện của yếu tố thì giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ 15 chịu ảnh hưởng trong một khoảng nhất định. Các yếu tố này được tính đến như một hệ số ảnh hưởng, bao gồm: Loại chất nổ sử dụng khác với chất nổ lấy làm tiêu chuẩn; Các phương pháp điều khiển nổ; Các thông số nổ mìn; Mức độ tác động môi trường. Nếu như chỉ tiêu thuốc nổ là một hàm số Y thì các yếu tố ảnh hưởng là những biến số x1, x2, Có thể biểu diễn hàm số đó dưới dạng: Y = f(x1, x2,.) (4.2) 4.2.2. Lựa chọn loại chất nổ lấy làm tiêu chuẩn Căn cứ vào yêu cầu và đặc điểm của các mỏ khai Hình 4.2- Sơ đồ minh họa hàm số chỉ tiêu thuốc nổ q và các yếu tố ảnh hưởng x1, x2- là các biến số; k1, k2.. Là các hệ số ảnh hưởng thác VLXD, tác giả chọn loại chất nổ ANFO do Việt Nam sản xuất làm thuốc nổ tiêu chuẩn để tính toán. 4.2.3. Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ 4.2.3.1. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ của công tác nổ mìn (MĐĐV) Qua quá trình thực nghiệm, cũng như theo lý thuyết phá vỡ đất đá bằng nổ mìn, quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với kích thước cỡ hạt là một hàm số tuyến tính, có thể biểu diễn dưới dạng sau đây: qcn = adtb + b (4.2) Trong đó: a, b- Là hai hệ số tìm bằng thực nghiệm; dtb - Kích thước cục đá yêu cầu ứng với chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ qcn. Để xác định mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và kích thước cỡ hạt tác giả đã tiến hành nổ thực nghiệm tại mỏ đá vôi Ninh Dân thuộc Công ty xi măng Sông Thao, mỏ đá Thường Tân IV- Bình Dương và thu thập số liệu tại mỏ đá Yên Duyên thuộc Công ty xi măng Bỉm Sơn và một số mỏ khác, phương pháp tiến hành như sau: - Các mỏ tiến hành thu thập số liệu có độ cứng đất đá thay đổi từ f = 6 ÷ 12 và nứt nẻ thuộc cấp II. III và IV. - Sau mỗi đợt nổ tiến hành chụp ảnh đống đá sau khi nổ và theo dõi quá trình xúc, sử dụng phần mềm Autocad và Spit - Desktop để xác định thành phần cỡ hạt của đống đá nổ mìn (Hình 4.3), kết quả đo cỡ hạt thể hiện ở bảng 4.1 và đồ thị biểu diễn sự phân bố thành phần cỡ hạt được trình bày ở hình 4.4. - Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ. 16 Bảng 4.1: Kết quả đo thành phần cỡ hạt Hình 4.3- Giao diện phần mềm để xác định thành phần cỡ hạt - Từ kết quả thực nghiệm tại một số mỏ đá vôi tác giả đã xây dựng mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ được thể hiện trên (Hình 4.5, 4.6, 4.7). Hình 4.4- Đồ thị biễu diễn sự phân bố thành phần cỡ hạt Hình 4.5- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá vôi Ninh Dân Hình 4.6- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá Thường Tân IV Hình 4.7- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá vôi Yên Duyên. 17 Qua kết quả thực nghiệm ta nhận thấy: nếu các yếu tố ảnh hưởng khác được cố định như độ cứng, trọng lượng riêng, độ nứt nẻ, lọai chất nổ,... mà chỉ có sự thay đổi về cỡ hạt (mức độ đập vỡ), ta nhận thấy: - Khi dtb ≈ 0 thì qcn = qmax = b - Khi qcn = 0 → 0 = admax + b → max max d b a a bd −=→−= Trong đó: dmax – Đường kính khe nứt cực đại trong nguyên khối. Do đó công thức (4.2) sẽ là: b d dbq max tb cn +−= (4.3) - Theo kết quả thống kê từ các vụ nổ ở các mỏ khai thác đá VLXD thì chỉ tiêu thuốc nổ lớn nhất qmax là 0,8 kg/m3. Khi đó qcn = qmax = 0,8kg/m3 → b = 0,8, như vậy công thức (4.3) có dạng như sau: 8,0 d d8,0q max tb cn +−= (4.4) Công thức (4.4) xác định chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ qcn được thiết lập từ kết quả nổ thực nghiệm tại một số mỏ khai thác VLXD của Việt Nam, vì vậy phạm vi ứng dụng của công thức (4.4) là các mỏ khai thác VLXD có độ kiên cố f = 6 ÷ 12, độ nứt nẻ cấp II, III và IV. 4.2.3.2. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào độ cứng f Tính chất cơ lý của đất đá được đặc trưng bằng hệ số độ kiên cố f. Hệ số độ kiên cố tăng thì giá trị chỉ tiêu thuốc nổ tăng. Kể đến hệ số ảnh hưởng của độ kiên cố sử dụng hệ số k1, ta có: q1 = k1.qcn (4.5) Trên cơ sở phân tích số liệu từ các đợt nổ thực nghiệm và thống kê ta xác định định được mối quan hệ giữa độ kiên cố đất đất đá với chỉ tiêu thuốc nổ qcn và q1 (Bảng 4.2). Bảng 4.2: Mối quan hệ của độ kiên cố f với chỉ tiêu thuốc nổ qcn và q1 §é cøng (f) 6 7 8 9 10 11 12 ChØ tiªu thuèc næ công nghệ qcn, (kg/m3) 0,25 0,28 0,32 0,35 0,40 0,45 0,48 ChØ tiªu thuèc næ q1, (kg/m3) 0,25 0,304 0,354 0,397 0,465 0,535 0,582 TØ sè q1/qcn 1 1,07 1,10 1,13 1,16 1,18 1,21 18 Từ số liệu bảng 4.2 ta xác định được mối quan hệ giữa tỉ số q1/qcn với độ kiên cố của đất đá như sau: q1/qcn = 0,635.f0,262 (4.6) Ở đây tỉ số q1/qcn chính là hệ số k1 cần tìm. Từ công thức (4.6) ta nhận thấy f0,262 tương đương với căn bậc 4 của f, như vậy từ công thức (4.6) ta có: 4 1 f635,0k ×= (4.7) Công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ có dạng: cn 4 cn11 qf635,0qkq ××=×= (4.8) 4.2.3.3. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào khối lượng riêng của đất đá Kể đến ảnh hưởng của khối lượng riêng của đất đá γđ ta nhân với hệ số k2, như vậy công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ như sau: q2 = k2.q1 (4.9) Đối với các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, khối lượng riêng của đất đá trung bình là 2,6 t/m3. Qua kết quả nghiên cứu lý thuyết và kết quả nổ thực nghiệm hệ số k2 được xác định như sau: 6,2 k đ2 γ = (4.10) Thay (4.10) vào (4.9) ta được: cn 4đ 2 qf635,06,2 q ×××γ= (4.11) 4.2.3.4. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào loại thuốc nổ sử dụng Kể đến ảnh hưởng của loại chất nổ sử dụng ta nhân với hệ số k3 k3 = Qtc/Q (4.12) Trong đó: Q- Nhiệt lượng nổ của chất nổ sử dụng, Kcal/kg; Qtc- Nhiệt lượng nổ của chất nổ lấy làm tiêu chuẩn ANFO. Công thức tính chỉ tiêu thuốc nổ có dạng: cn 4đ 33 qf635,06,2 kq ×××γ×= (4.13) 4.2.3.5. Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào phương pháp điều khiển nổ và cấu trúc lượng thuốc Qua kết quả thực nghiệm và thống kê số liệu tại một số mỏ khác nhận thấy các phương pháp điều khiển nổ áp dụng đều giảm được chỉ tiêu thuốc nổ so với phương pháp nổ tức thời với lượng thuốc tập trung, do đó hệ số kể đến phương pháp điều khiển nổ k4 <1, cụ thể 19 như sau: k4 = 0,85 ÷ 0,9 khi nổ mìn vi sai phi điện; k4 = 0,8 ÷ 0,85 khi nổ mìn vi sai phi điện với kết cấu lượng thuốc phân đoạn. Hệ số kể đến phương pháp điều khiển nổ thay đổi từ 0,8 ÷ 0,9 tùy thuộc vào phương tiện nổ sử dụng và kết cấu của lượng thuốc. Như vậy công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ sẽ là: cn 4đ 343 qf635,06,2 kkq ×××γ××= (4.14) 4.2.3.6. Ảnh hưởng của các thông số nổ mìn Ảnh hưởng của các thông số nổ mìn đến chỉ tiêu thuốc nổ cũng như ảnh hưởng chỉ tiêu thuốc nổ đến môi trường sinh thái không có quan hệ trực tiếp, chỉ xác định thông qua các biện pháp kỹ thuật - công nghệ, và do đó khi lựa chọn giá trị chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, các yếu tố trên không thể hiện trong tính toán. Từ các công thức (4.4 ÷ 4.14) ta lập được công thức cuối cùng xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý như sau: 43 đ max tb4 hl kk6,2 )8,0 d d 8,0(f653,0q ××γ×+−×= ,kg/m3 (4.15) Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nêu trên đã thể hiện được tính ưu việt như: - Phương pháp xây dựng có căn cứ khoa học phù hợp với lý thuyết về phá vỡ đất đá bằng nổ mìn và phù hợp với kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước. - Bản chất của phương pháp đã thể hiện một cách cụ thể ảnh hưởng của các yếu tố lấy làm biến số, các yếu tố ảnh hưởng không liên tục đã đưa vào hệ số, giá trị các hệ số được xác định bằng thực nghiệm. Công thức tính chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý đáp ứng được các yêu cầu, mục đích khác nhau của công tác nổ mìn như khi thay đổi cỡ hạt của đống đá nổ, thay đổi tính chất cơ lý đất đá, điều kiện nổ .v.v. Công thức cũng được thiết lập từ điều kiện thực tế của Việt Nam như loại chất nổ sử dụng, kết quả nhiều vụ nổ của một số mỏ khai thác đá VLXD. 4.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU THUỐC NỔ, THÔNG SỐ NỔ MÌN VÀ SƠ ĐỒ ĐẤU GHÉP MẠNG NỔ Trên cơ sở nghiên cứu tác giả đã xây dựng chương trình phần mềm tính toán chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, tính toán các thông số nổ mìn 20 và sơ đồ đấu ghép mạng nổ. Chương trình được viết bằng ngôn ngữ lập trình VBA/Excel giúp cho người kỹ sư dễ dàng sử dụng để tính toán các thông số nổ mìn và lập hộ chiếu nổ mìn một cách nhanh chóng, chính xác và tin cậy. 4.3.1. Cấu trúc phần mềm Phần mềm thiết kế hộ chiếu nổ mìn gồm 4 phần: - Phần 1: Thông tin chung - Phần 2: Xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý - Phần 3: Xác định các thông số nổ mìn - Phần 4: Vẽ sơ đồ đấu ghép mạng nổ 4.3.2. Giới thiệu một số giao diện và kết quả tính toán bằng phần mềm đã được lập Hình 4.8- Sơ đồ khối của chương trình phần mềm thiết kế hộ chiếu nổ mìn Hình 4.9- Giao diện khai báo thông tinh chung của mỏ Hình 4.10- Giao diện tính chỉ tiêu thuốc hợp lý Hình 4.11- Giao diện sơ đồ đấu ghép mạng nổ 21 ÐKN 400400400400400 400400400400400 17 17 17 17 42 42 42 42 42 Hình 4.12- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ phi điện Hình 4.13- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ điện . Hình 4.14. Giao diện hộ chiếu nổ mìn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1. Phá vỡ đất đá bằng nổ mìn là khâu đầu tiên trong quy trình công nghệ khai thác mỏ, đặc biệt là khai thác đá VLXD. Thông số nổ mìn cơ bản nhất ảnh hưởng đến hiệu quả nổ mìn là chỉ tiêu thuốc nổ, nó quyết định đến chất lượng đống đá sau nổ mìn và mức độ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. 2. Có rất nhiều yếu tố về tự nhiên và kỹ thuật – công nghệ ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ. Các yếu tố này được phân thành hai 22 nhóm: nhóm biến số và nhóm hệ số. Với điều kiện cụ thể, chỉ tiêu thuốc nổ được xác định trên cơ sở mối quan hệ định lượng của nó với 2 nhóm yếu tố đã nêu trên. 3. Hai yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến chỉ tiêu thuốc nổ là độ nổ của đất đá và MĐĐV đất đá yêu cầu. - Độ nổ được đặc trưng bằng chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q0 (khi đó cỡ hạt đống đá nổ mìn phân bố theo đường thẳng). Khi phân loại đất đá theo độ nổ ở các mỏ khai thác đá VLXD có thể sử dụng chương trình phần mềm do tác giả xây dựng. - MĐĐV đất đá yêu cầu ở các mỏ đá VLXD có thể xác định theo điều kiện kỹ thuật (sử dụng công thức của GS. Kutuzov, với Dcp tính theo điều kiện nghiền sàng). 4. Đối với điều kiện nổ mìn ở các mỏ đá VLXD của Việt Nam, hợp lý là lựa chọn chất nổ ANFO do Việt Nam sản xuất làm thuốc nổ chuẩn. Hệ số chuyển đổi được tính theo chỉ tiêu năng lượng của chất nổ sử dụng so với năng lượng nổ của ANFO. 5. Chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ (qcn) được xác định theo MĐĐV đất đá yêu cầu (dtb) và mức độ nứt nẻ (dmax) là cơ sở để xác định chỉ tiêu thuốc nổ với điều kiện bất kỳ. Quan hệ giữa qcn và dtb là quan hệ tuyến tính (qcn = adtb + b). 6. Chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý khi khai thác đá VLXD được xác định bằng con đường lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, xuất phát từ chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ qcn. Các yếu tố độ kiên cố, độ nứt nẻ, mật độ đất đá, MĐĐV đất đá được đưa vào công thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ như những biến số, còn những yếu tố khác đưa vào dưới dạng các hệ số. 7. Trên cơ sở công thức tính chỉ tiêu thuốc nổ đã đề xuất, có thể tiến hành tính toán thông số nổ mìn, lập hộ chiếu nổ mìn theo chương trình phần mềm đã được tác giả xây dựng trong luận án. KIẾN NGHỊ Để ứng dụng có hiệu quả những kết quả nghiên cứu vào thực tế cần tổ chức triển khai công tác nổ mìn thực nghiệm cho nhiều mỏ khai thác đá VLXD để bổ sung dữ liệu cho việc tính toán chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý. Các sản phẩm khoa học của luận án cần được sự quan tâm, phối hợp của các mỏ khai thác đá VLXD để ứng dụng trong công tác nổ 23 mìn phục vụ sản xuất nâng cao hiệu quả công tác nổ mìn và giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường. DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 1. Nguyễn Đình An (2004). Nghiên cứu lựa chọn chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho mỏ lộ thiên Việt Nam. Tuyển tập báo cáo HNKH lần thứ 16 Trường ĐH Mỏ - Địa chất. Tr.37-41 2. Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình An, Nhữ Văn Phúc (2006). Nổ mìn đảm bảo kích thước cỡ quặng II ở mỏ Apatit Lào Cai. Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số chuyên đề ngành KTLT. Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội. Tr. 11-14 3. Nguyễn Đình An, Bùi Xuân Nam (2006). Mô phỏng trình tự nổ mìn visai trên máy vi tính. Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số chuyên đề ngành KTLT. Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội. Tr. 74-75 4. Nhữ Văn Bách, Lê Văn Quyển, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Đình An, Nhữ Văn Phúc (2006). Những biện pháp giảm thiểu tác dụng chấn động khi nổ mìn ở mỏ than Núi Béo. Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 14 Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội. Tr. 58-62 5. Nguyễn Đình An, Trần Khắc Hùng (2010). Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho các mỏ khai thác vật liệu xây dựng. Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 5. Hội Khoa học Công nghệ mỏ Việt Nam. Hà Nội. Tr. 36-38. 6. Nguyễn Đình An, Nhữ Văn Bách, Trần Quang Hiếu, Nhữ Văn Phúc (2010). Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả và giảm những tác động có hại đến môi trường khi nổ mìn ở mỏ đá vôi Văn Xá thuộc Công ty HH xi măng LUKS (Việt Nam). Báo cáo Hội nghị Khoa học kỹ thuật mỏ lần thứ 19, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Tr. 3-9. 7. Nguyễn Đình An, Trần Quang Hiếu, Trần Khắc Hùng (2011). Một số phương pháp xác định vận tốc dao động cực đại gây ra bởi chấn động nổ mìn trong khai thác mỏ lộ thiên. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 22. Hội Khoa học và công nghệ 8. Nguyễn Duy Thành, Nguyễn Đình An, Tôn Thất Hàm, Đinh Ngọc Hùng, (2011). Thực trạng công tác khai thác đá làm vật liệu xây dựng trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 22. Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam. Nha Trang - Việt Nam. Tr. 229-232. 24 9. Nguyễn Đình An (2011). Một số phương pháp phân loại theo độ. Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 6. Hội Khoa học Công nghệ mỏ Việt Nam. Hà Nội. Tr. 45-47. 10. Nguyen Dinh An, Tran Khac Hung (2011). Reduce of ground vibration in blasting at Nui Beo surface coal mine. Proceedings of The International Symposium on Earth Science and Technology 2011, 6-7 December 2011, Kyushu University, Fukuoka, Japan 11. Nguyen Dinh An , Nhu Van Bach, Nguyen Van Sang, Tran Khac Hung, Tran Dinh Bao (2012). Determination of reasonable powder factor for Vietnam limestone quarries. The 2nd International Conference on Advances in Mining and Tunneling. Hanoi, August 23-25, 2012. Publishing House for Science and Technology. P. 350- 352 (ISBN 978-604-913-081-6). 12. Nhu Van Bach, Nguyen Dinh An, Le Qui Thao (2012). Analyzing the factors affecting to the vibration when blasting with non-electric detonators. The 2nd International Conference on Advances in Mining and Tunneling. Hanoi, August 23-25, 2012. Publishing House for Science and Technology. P. 338-340 (ISBN 978-604-913-081-6). 13. Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình An, Lê Quí Thảo, Trần Đình Bão (2012). Hoàn thiện công nghệ khoan lỗ khoan đường kính lớn áp dụng cho các mỏ khai thác đá lộ thiên ở Việt Nam. Báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 20, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội - Việt Nam. Tr. 141. 14. Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình An, Bùi Xuân Nam, Trần Khắc Hùng (2012). Phương pháp xác định tốc độ dao động của nền đất khi nổ mìn vi sai phi điện. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 38. Trường ĐH Mỏ - Địa chất. Hà Nội. Tr. 25-28. 15. Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình An, Trần Khắc Hùng (2012) – “Nghiên cứu lựa chọn điểm khởi nổ và trình tự nổ nhằm giảm tác dụng chấn động khi nổ vi sai phi điện”. Tạp chí công nghiệp mỏ, số 2. Tr. 19 – 23.