Nghiên cứu lựa chọn thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ Apatit Lào Cai

ng cắm nghịch 1- Hướng của lực tác dụng; 2- Sóng phản xạ kéo; 3- Sóng nén 72 II.1.3 - Điều kiện địa chất thuỷ văn Các nguồn nước ngầm và nước mặt đều có ảnh hưởng đến hiệu quả nổ mìn, bởi nó là nguồn tạo nước cho các lỗ khoan. Nước ngầm vận động mạnh sẽ làm rửa trôi những thành phần dễ hoà tan của chất nổ, dẫn tới giảm hiệu quả nổ. Vì vậy để biết được điều kiện ĐCTV giúp ta có được biện pháp xử lý để vẫn đạt được hiệu quả nổ mìn cao II.2- Các yếu tố kỹ thuật công nghệ. II.2.1- Loại thuốc nổ và chỉ tiêu thuốc nổ 1- Loại thuốc nổ: Năng lượng của chất nổ có ảnh hưởng quan trọng tới mức độ đập vỡ đất đá, đặc biệt là các lỗ khoan có đường kính không lớn. Dùng chất nổ rời, thô có công suất trung bình và thời gian tác dụng nổ dài thì hiệu quả tốt, đặc biệt trong đất đá trung bình và yếu. Trong loại đất đá cứng và dòn thì cần dùng loại thuốc nổ có công suất mạnh. Đất đá có f=4÷12 thì dùng loại chất nổ có năng lượng nổ thấp, có vùng phản ứng hóa học rộng như anfo, gralulit, AĐ-1... Đất đá có f=10÷16 thì nên sử dụng kết hợp, phần dưới lỗ khoan sử dụng thuốc nổ có năng lượng nổ lớn, phần trên lỗ khoan sử dụng thuốc có năng lượng thấp. 1 t, sec 2 Hình II.2- Sự thay đổi áp lực nổ theo thời gian 1- Lượng thuốc nhỏ và lèn chặt; 2- Lượng thuốc rời, thô 2- Chỉ tiêu thuốc nổ Chỉ tiêu thuốc nổ có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả đập vỡ của đất đá, đến thành phần cỡ hạt. Khi tăng chỉ tiêu thuốc nổ thì tỷ lệ đá quá cỡ giảm, đường kính lỗ khoan càng nhỏ thì thể tích vùng đập vỡ không điều chỉnh càng nhỏ. Như vậy, khi cần tăng cường mức độ đập vỡ đất đá thì hợp lý là tăng chỉ tiêu thuốc nổ và giảm đường kính lỗ khoan. Nhưng thực tế cần áp dụng chỉ tiêu thuốc nổ đảm bảo mức độ đập vỡ hợp lý, nghĩa là khi đó tổng chi phí cho các khâu khoan- nổ- xúc bốc- vận tải- thải đá là nhỏ nhất. Đối với đất đá có độ nứt nẻ khác nhau, khi thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ nhưng đường kính lượng thuốc không thay đổi thì lượng đá quá cỡ phát sinh thể hiện như hình II.3. Trục tung biểu diễn tỷ lệ các khối nứt nẻ quá cỡ (>700 mm) trong nguyên khối trước khi nổ. Khi thay đổi kích thước cho phép của cục đá thì tỷ lệ này thay đổi; góc nghiêng của đường thẳng và tỷ lệ đá quá cỡ trong vùng đập vỡ không điều khiển cũng thay đổi. Vì vậy lựa chọn chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý là nhiệm vụ quan trọng để đạt được mức độ đập vỡ theo yêu cầu. úx t1 t2 ρ kG/cm2 73 d2 d1 2 1 q, kg/m3 V,% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,2 0,60,4 0,8 1 1,2 1,210,80,4 0,60,2 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 V,% 3q, kg/m I, II III IV V I, II III IV V II.2.2- Cấu tạo lượng thuốc Bảng VII.3- Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ AD-1 STT Thông số kỹ thuật Đơn vị Số lượng 1 Thành phần chế tạo (%) - Nitrat amon chịu nước % 82±1,5 - Trotyl C4H5(NO2)3 % 14±1,5 - Bột gỗ % 4±1,5 2 Thành phần kỹ thuật Độ ẩm % 0,3 Hình II.3- Tỷ lệ các cục đá lớn (quá cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá nổ đồng nhất 1,2- Tỷ lệ đá quá cỡ trong vùng đập vỡ thực tế không điều chỉnh với đường kính lượng thuốc d1 và d2 Hình II.4- Tỷ lệ các cục đá lớn (quá cỡ) phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với các loại đất đá có độ nổ khác nhau I, II, III, IV, V- Cấp đất đá có độ nổ khác nhau 74 Mật độ g/cm3 0,95±1,10 Tốc độ nổ km/giây 3,6±3,9 Sức nổ cm3 350±360 Sức phá Mm 13±15 Khoảng cách truyền nổ cm 4 3 Thời hạn bảo đảm tháng 6 Khi thay đổi cấu tạo lượng thuốc, từ lượng thuốc có cấu tạo liên tục sang lượng thuốc có cấu tạo phân đoạn đã tăng được mức độ đập vỡ và cỡ hạt nhận được đồng đều hơn. Môi trường để phân chia có thể là đất, nước, không khí. Sử dụng cấu tạo lượng thuốc phân đoạn làm giảm áp lực mặt đầu sóng và tăng được thời gian áp dụng nổ. Chính vì vậy mà mức độ đập vỡ được cải thiện hơn, đất đá bị nghiền vỡ vụn cũng giảm đi. Cũng do có sự phân đoạn mà giảm được mật độ, khối lượng nạp bua, giảm tác dụng địa chấn. Trong đất đá không đồng nhất thì phân bố đoạn thuốc vào phần đất đá cứng II.2.3- Chiều cao tầng Bản chất của phương pháp này là khoan một số hàng lỗ khoan qua 2 hay 3 tầng làm cho chiều sâu lỗ khoan tăng lên gấp 2 đến 3 lần so với bình thường. Tăng chiều cao tầng thì tăng được thời gian tác dụng nổ nghĩa là tăng được phần năng lượng sinh ra công hữu ích, đồng thời giảm được khối lượng khoan và chiều sâu nạp bua. Đặc biệt hiệu quả nổ mìn được nâng cao khi áp dụng nổ mìn vi sai bên trong lỗ khoan, nổ nhiều hàng hay trong môi trường nén. Nổ mìn tầng cao còn giảm được khó khăn cho máy xúc khi xúc khối đá nổ tiếp giáp với khối đá chưa nổ. Do tăng được thời gian tác dụng nổ nên chất lượng đập vỡ được cải thiện hơn và giảm tỷ lệ đá quá cỡ. II.2.4- ảnh hưởng của phương pháp nổ 1- Phương pháp nổ tập trung tức thời Lượng thuốc nổ được bố trí liên tục trong lỗ khoan thẳng đứng hoặc nằm nghiêng, kích nổ đồng thời. Để nâng cao chất lượng đập vỡ cần tăng chiều dài nạp thuốc, kéo dài thời gian tác dụng nổ. Xong bị hạn chế vì cần phải đảm bảo chiều dài bua để nổ không bị phụt bua. Khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc, do phải đảm bảo mặt tầng công tác bằng phẳng nên các thông số mạng nổ mìn không được mở rộng. Nếu tăng khoảng cách giữa các lỗ khoan thì vùng đất đá không bị đập vỡ ở nền tầng tăng lên. Mặt khác khi nổ nhiều hàng, những hàng phía trong do bí mặt tự do nên khoảng cách giữa các hàng phải thu hẹp và cần tăng chỉ tiêu thuốc nổ cho các hàng trong. 2- Phương pháp nổ mìn vi sai Nổ mìn vi sai là nổ thứ tự từng lượng thuốc hoặc từng nhóm lượng thuốc với thời gian giãn cách bằng phần nghìn giây. Nổ mìn vi sai làm cho đất đá được đập vỡ đồng đều, giảm được chiều rộng đống đá sau khi nổ mìn, giảm được chỉ tiêu thuốc nổ do việc mở rộng mạng lưới lỗ khoan, nâng cao suất phá đá, giảm được khối lượng công tác khoan và giảm tác dụng địa chấn. 3- Phương pháp nổ mìn phân đoạn Phương pháp nổ mìn phân đoạn là thay đổi cấu tạo lượng thuốc liên tục trong lỗ khoan thành hai hay nhiều đoạn thuốc. Giữa các lượng thuốc được ngăn cách bởi môi trường đất, nước, không khí. 75 Phương pháp nổ mìn phân đoạn làm cho năng lượng thuốc nổ được phân bố đồng đều hơn trong đất đá, áp lực mặt đầu sóng giảm, đồng thời tăng được thời gian tác dụng nổ, do đó giảm được tác dụng nghiền vụn đất đá, giảm tác dụng địa chấn, tăng mức độ đập vỡ và cải thiện được thành phần cỡ hạt của đống đá nổ. 4- Phương pháp nổ mìn vi sai bên trong lỗ khoan Phương pháp nổ mìn vi sai bên trong lỗ khoan là lượng thuốc bên trong lỗ khoan được phân thành hai đoạn và điều khiển nổ phần trên hoặc phần dưới trước, cách nhau một khoảng thời gian tính bằng phần nghìn giây. Phương pháp nổ mìn vi sai bên trong lỗ khoan làm tăng được thời gian tác dụng nổ, do đó mức độ đập vỡ được tăng lên. II.2.5- Thời gian vi sai bên trong lỗ khoan và hướng khởi nổ lượng thuốc Nổ mìn vi sai bên trong lỗ khoan không những đã tận dụng được ưu điểm của phương pháp phân đoạn lượng thuốc mà còn phát huy được tác dụng lẫn nhau giữa các lượng thuốc khi điều khiển nổ. Điều đó làm tăng được thời gian tác dụng nổ là nguyên nhân cơ bản để cải thiện mức độ đập vỡ. Có thể khởi nổ phần trên trước hoặc phần dưới trước với thời gian dãn cách 25%0. Thực nghiệm cũng đã chứng minh hướng khởi nổ lượng thuốc cũng có ảnh hưởng đến mức độ đập vỡ và phá mô chân tầng. Hướng khởi nổ từ trên xuống và hướng khởi nổ từ dưới lên có tác dụng khác nhau. Khi điểm kích nổ ở phía trên (kích nổ từ trên xuống): mặt của trường sóng ứng suất nén phát triển từ mép phía trên của lượng thuốc nổ đến mặt tự do và dọc theo lượng thuốc. Mặt sóng phản xạ kéo theo xuất hiện ở phần tầng trên sớm hơn, vì vậy đất đá sẽ bị phá huỷ từ trên xuống. Điều này tác động không tốt đến chất lượng đập vỡ vì thời gian tác dụng ngắn, hậu xung về phía sau lượng thuốc gây khó khăn cho đợt nổ sau. Phần chân tầng chất lượng đập vỡ kém, dễ để lại mô chân tầng. Hướng khởi nổ từ dưới lên (Kích nổ từ dưới lên): Mặt của trường sóng ứng suất nén phát triển từ mép dưới lượng thuốc nổ ra phía chân tầng và dọc theo thuốc nổ lên miệng lỗ khoan. Mặt sóng này phù hợp với mặt sườn tầng. Với chiều cao tầng bình thường thì mặt sóng ứng suất kéo cũng đều đặn hơn. Mặt khác thời gian tác dụng nổ kéo dài hơn, phần chân tầng phá huỷ tốt vì ứng suất phát sinh mạnh và có hướng phá thuận lợi, tác dụng hậu xung giảm. (a) (b) Hình II.5- Thay đổi trạng thái ứng suất theo hướng khởi nổ a: Từ trên xuống; b: Từ dưới lên II.2.6 - ảnh hưởng của bua đến chất lượng nổ Giảm được tổn thất năng lượng trong quá trình kích nổ lượng thuốc và đảm bảo cho phản ứng nổ phân hủy được hoàn toàn. 76 Tăng chiều dài hiệu quả của sóng đập, do đó tăng cường được mức độ đập vỡ đất đất đá. - Tăng thời gian tác dụng nổ của khí nổ vào tường cản của buồng mìn và tăng thời hạn tác dụng của xung lượng nổ. - Bảo đảm hoàn toàn phản ứng nổ lần 2, do đó giảm được lượng khí độc phát sinh vào bầu không khí nổ. - Giảm tác dụng địa chấn. II.2.7 - Dùng lỗ khoan phụ Để đảm bảo nâng cao chất lượng đập vỡ, đôi khi người ta dùng các lỗ khoan phụ có đường kính và chiều sâu nhỏ. II.2.8 - Đường kính lượng thuốc và đường cản chân tầng Đường kính lỗ khoan (d) là một thông số cơ bản rất quan trọng. Tại công ty Apatit Việt Nam nói chung và đồi 1 Cam Đường 3 nói riêng, do điều kiện không cho phép nên đường kính lỗ khoan thường được ấn định không thay đổi và là thông số xuất phát để tính các thông số khác. Theo kết quả đánh giá: + Đường kính lỗ khoan càng nhỏ thì mức độ đập vỡ đá càng tốt nhưng mạng lưới lỗ khoan bị thu hẹp. + Đường kính lỗ khoan tăng thì chi phí cho công tác khoan giảm, mạng lưới lỗ khoan được mở rộng (do tăng được W, a, b) dẫn đến cỡ hạt thay đổi rất lớn. Độ nứt nẻ nhỏ (khoảng cách giữa các vết nứt ≥1m) mà giảm đường kính lượng thuốc từ 200mm đến 100mm, hoặc từ 100mm đến 50 mm thì độ cục đất đá thay đổi rất lớn. Còn khi độ nứt nẻ lớn (khoảng cách giữa các vết nứt từ 0,3 đến 0,5 m) mà giảm đường kính từ 200mm đến 100mm thì hiệu quả đập vỡ giảm đáng kể. Điều này được giải thích là độ nứt nẻ lớn (độ cục của khối nhỏ) thì vùng đập vỡ có điều kiện có kích thước hạn chế, vì vậy khi giảm đường kính từ 200mm đến 100mm thì không ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi tỷ số giữa các vùng đập vỡ có điều kiện và vùng đập vỡ không có điều kiện. Thực tế trong công tác nổ mìn đã xác định đường cản chân tầng và đường kính lỗ khoan có mối quan hệ với nhau thông qua đặc tính của đất đá. W=k.d Trong đó k: hệ số tuyến tính phụ thuộc vào đặc tính của đất đá d: Đường kính lỗ khoan Nếu đường kính tăng thì đường cản chân tầng cũng tăng dần đến mức độ đập vỡ kém đi vì một số cục đá sẽ vỡ theo vết nứt tự nhiên. Đường kính giảm thì đường cản chân tầng giảm trong nhiều trường hợp đã thủ tiêu vùng đập vỡ không điều kiện, đó là biện pháp tốt nhất để nâng cao chất lượng đập vỡ đất đá. Đối với mỗi loại đất đá nhất định, nếu tỷ số W/d cố định thì kết quả đập vỡ có thể không tốt. Bởi vì với đường kính bất kỳ khi tăng W thì mức độ đập vỡ kém đi. Kết quả ảnh hưởng của việc chọn đường kháng chân tầng đến chất lượng đập vỡ của đất đá. Khi ta chọn W quá lớn thì lượng trụ đá cần phá vỡ quá lớn. Khi nổ sóng ứng suất không đủ khả năng xé rách đất đá tạo thành khe nứt, do đó năng lượng nổ không thoát ra ngoài mặt thoáng tự do của sườn tầng được. Đồng thời áp lực khí nổ sinh ra trong lỗ nổ rất lớn 77 gây dãn nở đột ngột làm cho toàn bộ năng lượng nổ tổn hao vào trong không khí một cách vô ích, làm tăng sóng va đập không khí, làm giảm sức công phá của năng lượng truyền vào khối đá để phá vỡ đất đá đến hiệu quả nổ mìn kém. Mặt khác nếu chọn đường cản chân tầng quá nhỏ thì khi nổ, sóng ứng suất nhanh chóng xé rách đá tạo thành khe nứt lớn, năng lượng phát ra ngoài mặt thoáng trước khi nó góp phần vào việc làm tăng thời hạn tác dụng nổ để phá vỡ đất đá. Đặc biệt làm giảm sự tác động tương hỗ giữa các vụ nổ, tăng độ văng xa, đá bay của đất đá sẽ không thể điều chỉnh được gây mất an toàn, lãng phí thuốc nổ. f 1 f 2 f 3 W d (a) (b) Hình II.7- ảnh hưởng của đường cản chân tầng tới mức độ đập vỡ đất đá a- Chọn W quá nhỏ b- Chọn W quá lớn II.2.9 - ảnh hưởng của quy mô vụ nổ đến chất lượng đập vỡ của đất đá Chiều rộng bãi mìn lớn dẫn đến số hàng lỗ khoan tăng lên, chất lượng đập vỡ nói chung là tốt. Nhưng khi chiều rộng bãi mìn lớn, chiều dài khu vực nổ ngắn thì chất lượng vụ nổ kém đi do vụ nổ có khuynh hướng dồn lên và không chuyển tới. Xu hướng này tạo ra độ vỡ vụn xấu và gây hại cho thềm bắn kế tiếp. Mặt khác, khi chiều rộng bãi mìn tăng thì khu vực đầu bãi mìn tăng sẽ gây nhiều nứt nẻ. II.2.10 - Mạng lỗ khoan sử dụng Ta có thể sử dụng mạng ô vuông, chữ nhật, tam giác cân, tam giác đều. Sử dụng hình chữ nhật khó đảm bảo mặt tầng bằng phẳng, phân bố năng lượng nổ không đều, không phát huy được hệ số sử dụng bán kính phá huỷ, chất lượng đập vỡ kém, để lại mô chân tầng. Nếu sử dụng mạng tam giác cân cũng có nhược điểm nêu trên, song xét về mặt phân bố năng lượng nổ thì tương đối hợp lý hơn, hệ số sử dụng bán kính phá huỷ lớn hơn. II.2.11 - Hệ số làm gần các lỗ khoan và khoảng cách giữa các lỗ khoan Hình II.6- Quan hệ giữa đường cản và đường kính lượng thuốc đối với các loại đất đá. f1<f2<f3 78 Hệ số làm gần các lỗ khoan biểu thị mối quan hệ giữa khoảng cách các lỗ khoan a với đường kháng chân tầng W (m = a/W). Đây cũng là một thông số quan trọng có ảnh hưởng tới chất lượng đập vỡ, hiệu quả công tác nổ mìn. Khi nổ 2 hay nhiều lượng thuốc luôn luôn xảy ra tác dụng tương hỗ của 2 trường ứng suất do 2 lượng thuốc nổ gần nhau tạo nên. Tác dụng này tốt hay xấu phụ thuộc vào việc bố trí các lượng thuốc nổ, nghĩa là phụ thuộc vào m. Nếu tăng m quá lớn sẽ không phát huy được tác dụng tương hỗ, sẽ để lại mô chân tầng giữa hai lượng thuốc. II.2.12- ảnh hưởng của góc nghiêng lỗ khoan Khi sử dụng lỗ khoan nghiêng thì chất lượng đập vỡ tốt hơn và tạo được góc nghiêng sườn tầng hợp lý. Sử dụng lỗ khoan nghiêng thì vùng giảm năng suất của máy xúc lớn hơn so với lỗ khoan thẳng đứng, do đống đá nổ mìn có xu hướng thoải hơn. 1 (a) 1 (b) Hình II.8- Sự hình thành đống đá khi sử dụng lỗ khoan đứng và nghiêng 1: Vùng giảm năng suất của máy xúc a- Lỗ khoan đứng; b- Lỗ khoan nghiêng II.2.13- ảnh hưởng của chiều sâu khoan thêm Khi nổ phá vỡ đất đá thì phần khó phá vỡ nhất là phần chân tầng, ở đó đòi hỏi phải có năng lượng nổ lớn để thắng được sức cản và bứt đứt được khối đá cần phá vỡ ra khỏi phần đá nguyên khối. Có như vậy mới đạt được độ tơi xốp ở chân đống đá và tạo bề mặt ở nền tầng bằng phẳng vì lẽ đó ta phải tiến hành khoan thêm (a) (b) Hình II.9- ảnh hưởng của chiều sâu khoan thêm tới mức độ đập vỡ đất đá a- Chiều sâu khoan thêm nhỏ sẽ để lại mô chân tầng b- Chiều sâu khoan thêm lớn sẽ gây ra hiện tượng nứt nẻ nền tầng II.3- yếu tố tổ chức, kinh tế - Quy mô bãi mìn: Rõ ràng khi tăng quy mô bãi nổ mìn thì giảm được chi phí phụ nhưng lại bị hạn chế khả năng thi công và thời gian cho phép nạp nổ và có liên quan đến tổ chức toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất. - Nếu cơ giới hoá nổ mìn lấp bua thì quy mô bãi nổ tăng lên. Nếu nạp mìn, lấp bua thủ công thì quy mô hiện tại ở mỏ là chấp nhận được. Tuy nhiên nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Để công tác nạp mìn lấp bua nhanh chóng và đảm bảo thì cần chú ý: Kiểm tra năng lực nổ mìn, lấp bua tuỳ thuốc nổ sử dụng. - Công tác chuẩn bị: Chuẩn bị mồi nổ, thuốc nổ và bua phải tính toán sao cho an toàn và tiện lợi. Phải nạp hết lượng thuốc và bua theo tính toán. 79 - Cuối cùng là kiểm tra và đấu ghép mạng nổ theo sơ đồ đã chọn. Nếu hoàn tất công việc này một cách nhanh chóng và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là bước quyết định quan trọng cuối cùng ảnh hưởng tới hiệu quả nổ mìn. Mọi cố tính chọn thông số sẽ trở lên vô nghĩa nếu khâu hoàn thiện cuối cùng này không được chú trọng. - Vấn đề kinh tế là vấn đề quan trọng vì nó quyết định tới giá thành sản phẩm. Việc lựa chọn các thông số nổ mìn, việc chọn loại thuốc nổ và phương tiện nổ, phương pháp nổ mìn cơ giới hoá hay thủ công cũng đều phải dựa vào đơn giá và tính toán kinh tế làm sao đem lại hiệu quả cao nhất cho từng khâu và cho toàn bộ dây truyền sản xuất của mỏ. II.4- mức độ đập vỡ và phương pháp xác định II.4.1- Mức độ đập vỡ Mức độ đập vỡ ảnh hưởng nhiều đến năng suất và hiệu quả của những khâu tiếp theo sau khoan nổ mìn. Mức độ đập vỡ đầy đủ nhất (độ cục) được đặc trưng bởi thành phần cỡ hạt của đống quặng sau nổ mìn trên các mỏ lộ thiên, để đánh giá chất lượng nổ người ta sử dụng những chỉ tiêu sau đây: - Tỷ lệ đá quá cỡ, số lượng cục đá quá cỡ trong 1m3 đất đá nổ mìn, tỉ lệ những cục bị nghiền nhỏ, đường kính trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn. Đường kính trung bình này phụ thuộc tỉ lệ thành phần các loại cỡ hạt, nó được xác định theo công thức. cm; 100 dd ii cp ∑ γ = Trong đó: di: Đường kính trung bình của cỡ hạt loại thứ i; cm γi: Tỉ lệ cỡ hạt loại thứ i; % Tuỳ theo mục đích khai thác và sử dụng đối với từng loại quặng mà dcp khác nhau. Đối với quặng 2 ở đồi 1 Cam Đường3- mỏ Apatit Lào Cai, kích cỡ quặng sau khi nổ mìn phải đảm bảo 25 ÷ 250mm, tỉ lệ quặng vỡ vụn (có kích thước nhỏ hơn 25mm tối đa là 20%). Đây là một yêu cầu rất khắt khe, đòi hỏi phải có phương pháp và các thông số nổ mìn hợp lý để đảm bảo yêu cầu trên. II.4.2- Phương pháp xác định Người ta có thể dùng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp để xác định mức độ đập vỡ. Phương pháp trực tiếp phải đo, đếm trực tiếp hoặc gián tiếp ở đống đá nổ. Phương pháp gián tiếp thông qua chi phí cụ thể cho đập vỡ lần hai như: chi phí kíp, thuốc nổ... 1- Phương pháp tuyến tính Tiến hành đo hàng loạt tuyến trên đống đá nổ mìn. Số lượng tuyến đo càng lớn thì độ chính xác càng cao. Trên mỗi tuyến ta xác định tổng chiều dài các cục đá quá cỡ nằm trên tuyến và chiều dài tuyến đó. Số lượng đá quá cỡ tính theo tỷ lệ % và tính theo công thức: %100 L L V t qc qc = Vqc: Tỷ lệ đá quá cỡ tính theo % Lqc: Tổng chiều dài cục đá quá cỡ, m Lt: Tổng chiều dài tuyến đo, m 2- Phương pháp hình học 80 Khác với phương pháp tuyến tính ở chỗ là phương pháp hình học đo theo diện tích. Số lượng đá quá cỡ có thể tích: %100 S S V d qc qc = Sqc: Tổng diện tích các cục đá quá cỡ trong diện tích đo. Sd: Tổng diện tích đo Chương 3 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp nổ mìn III.1. Những phương pháp nổ mìn có thể áp dụng cho đồi 1 Cam Đường 3 III.1.1. Phương pháp nổ mìn tập trung tức thời Nếu gọi một cách đầy đủ thì đây là phương pháp nổ mìn với lượng thuốc có kết cấu liên tục, kích nổ đồng thời. Phương pháp này hiện nay vẫn được dùng ở nhiều mỏ. Đây là phương pháp đơn giản, có thể áp dụng trong mọi điều kiện. Lượng thuốc nổ được bố trí liên tục trong lỗ khoan thẳng đứng hoặc nằm nghiêng. Để kích nổ đồng thời hàng loạt lượng thuốc có thể dùng mạng nổ điện, dây nổ hoặc kết hợp mạng nổ điện với dây nổ. Sau đây là cơ sở lý thuyết của phương pháp nổ mìn tập trung tức thời: Trong phạm vi một lượng thuốc nổ, khi kích nổ sóng lan truyền trong đất đá dưới dạng sóng ứng suất ở hai đầu lượng thuốc sóng ứng suất lan truyền theo mặt cầu, ở đoạn giữa lượng thuốc sóng lan truyền theo mặt trụ. Đất đá ở phần tiếp xúc với lượng thuốc dưới tác dụng của áp lực nổ cực lớn sẽ bị đập vỡ và nghiền vụn, càng ra xa năng lượng thuốc bố trí gần mặt tự do, sóng ứng suất truyền tới bề mặt đó và phản xạ lại dưới dạng sóng kéo. Biểu đồ áp lực trong lỗ khoan có đặc điểm sau: áp lực nổ tăng rất nhanh tới trị số cực đại (Pmax), sau đó giảm đi rất nhanh trong thời gian ngắn do khí nổ xâm nhập vào khe nứt tạo ra và bị phụt khỏi miệng lỗ khoan. Tác dụng nổ thể hiện mạnh ở khu vực gần lượng thuốc (hình III.1 – vùng I), vùng này còn gọi là vùng đập vỡ có điều khiển. Ngoài vùng I đất đá bị phá vỡ yếu hơn và có tính chất ngẫu nhiên, chủ yếu do trọng lực và sự va đập của đất đá. Vùng này được gọi là vùng đập vỡ không điều chỉnh (vùng II). Để nâng cao chất lượng đập vỡ cần tăng thể tích vùng đập vỡ có điều chỉnh, giảm vùng đập vỡ không điều chỉnh. Điều này có thể giải quyết bằng cách tăng chiều cao cột thuốc, kéo dài thời gian tác dụng nổ. Xong phương pháp này bị hạn chế vì cần đảm bảo chiều dài bua để khi nổ không bị phụt bua. Khi nổ đồng loạt nhiều lượng thuốc, do phải đảm bảo mặt tầng bằng phẳng nên các thông số mạng nổ mìn không được mở rộng. Nếu tăng khoảng cách giữa các lỗ khoan thì vùng đất đá không bị đập vỡ ở nền tầng tăng lên. Mặt khác khi nổ nhiều hàng, những hàng phía trong do bí mặt tự do nên khoảng cách giữa các hàng phải thu hẹp và cần phải tăng chỉ tiêu thuốc nổ cho các hàng trong. Khi lượng thuốc bố trí trong lỗ khoan thẳng đứng, do sức kháng của đất đá theo chiều sâu lỗ khoan khác nhau (phần nền tầng có sức kháng lớn nhất), cho nên sau khi nổ mìn thường để lại mô chân tầng. Điều này có thể khắc phục bằng cách bố trí lỗ khoan nghiêng. III.1.2- Phương pháp nổ mìn phân đoạn 81 Đây là phương pháp nổ mìn với lượng thuốc nổ có kết cấu không liên tục. Giữa các phần của lượng thuốc được lấp đầy bằng các vật liệu như: cát, đất, nước hoặc bằng khoảng trống không khí (hình III.1, III.2). Đặc điểm của phương pháp này là lượng thuốc nổ được phân bố đồng đều hơn trong đất đá, thể tích vùng đập vỡ được tăng lên. Nếu giữa các phần của lượng thuốc nổ có bố trí khoảng trống không khí thì gọi là phương pháp nổ mìn lưu cột không khí. ( a) ( b) ( c) Hình III.1- Kết cấu lượng thuốc nổ a- Liên tục; b- Phân đoạn không khí; c- Phân đoạn cát (a) (b) (c) Hình III.2- Sự thay đổi vùng đập vỡ có điều khiển khi thay đổi kết cấu lượng thuốc a- Liên tục; b- Phân đoạn không khí; c- Phân đoạn cát I- Vùng đập vỡ có điều khiển; II- Vùng đập vỡ không điều khiển Ngoài tác dụng phân bố đều năng lượng theo không gian, phương pháp nổ lưu cột không khí còn có khả năng điều khiển năng lượng nổ theo thời gian do có sự thay đổi quá trình khí động lực học trong lỗ khoan. Điều đó có tác dụng giảm áp lực ban đầu, kéo dài thời gian tác dụng nổ trong môi trường, tạo ra sự giao thoa của sóng nổ. Khi nổ lưu cột không khí, sản phẩm khí nổ hoà vào khoảng trống làm cho áp lực và nhiệt độ nổ ban đầu giảm, sự va đập của 2 dòng sản phẩm khí nổ từ hai trung tâm nổ xảy ra giữa khoảng trống không khí làm tăng áp lực ở vùng này. Sau tác dụng tương hỗ đó sóng va đập phản xạ lại và chuyển động ngược trở lại. Cứ như vậy sóng đập sẽ tác dụng nhiều lần vào môi trường làm cho môi trường ở trong trạng thái ứng suất động. Do đó môi trường sẽ liên tục nhận năng lượng dưới dạng xung lực phụ, thời gian tác dụng nổ kéo dài, giảm năng lượng bị tổn thất, giảm đáng kể đất đá bị nghiền vụn và đá quá cỡ, đống đá nổ gọn hơn, tác dụng chấn động và hậu xung giảm. Để phát huy tác dụng tích cực của phương pháp này, điều quan trọng là lựa chọn chính xác chiều cao cột không khí và tỉ lệ giữa lượng thuốc chính và phụ. Chiều cao cột không khí phụ thuộc vào loại đất đá, đường kính lỗ khoan, chiều cao cột thuốc trong lỗ khoan và xác định như sau: - Đối với đất đá khó nổ: 82 hkk = (5 ÷ 10)d; m - Đối với đất đá có độ nổ trung bình: hkk = (11 ÷ 12)d; m - Đối với đất đá dễ nổ hkk = (13 ÷ 16).d; m Nếu lượng thuốc nổ được phân chia làm nhiều đoạn thì chiều dài tổng cộng của các khoảng trống không khí được xác định như sau: - Đối với đất đá có f ≤ 6 hkk = (0,3 ÷ 0,6).lt; m - Đối với đất đá có f = 7 ÷ 12 hkk = (0,2 ÷ 0,29).lt; m - Đối với đất đá có f > 12 hkk = (0,12 ÷ 0,19).lt; m Trong đó: hkk- Chiều cao cột không khí, m d- Đường kính lỗ khoan lt- Chiều cao cột thuốc, m Theo kinh nghiệm, tỉ lệ giữa lượng thuốc chính và phụ được tính như sau: Qc / Qf = 1,85 ÷3,0 III.1.3- Phương pháp nổ mìn vi sai Phương pháp nổ mìn vi sai là nổ liên tiếp hàng loạt hay từng lượng thuốc riêng với thời gian dãn cách tính bằng phần nghìn giây (%oS) hoặc mili giây. Đôi khi phương pháp này gọi là phương pháp mili giây. Cơ sơ lý thuyết của phương pháp này như sau (hình III.3): 1 2 3 5 4 IV IV III II Hình III.3- Sơ đồ tác dụng của nhóm các lượng thuốc trong môi trường khi nổ mìn vi sai I; II; III; IV; V- Thứ tự nổ các LTN với khoảng chậm vi sai là 0,25; 0,50; 0,75, 100%oS 1- Lượng thuốc nổ; 2- Sóng nén; 3- Sóng phản xạ; 4- Khe nứt được tạo ra; 5- Mặt tự do mới Khi nổ lượng thuốc thứ nhất tác dụng nổ trong khối đá I diễn ra như phương pháp nổ tức thời. Sau khoảng thời gian vi sai (t) ứng suất tạo ra do nổ lượng thuốc 1 vẫn còn tồn tại trong khối đá II tiếp tục kích nổ lượng thuốc 2. Như vậy, trong khối đá II sẽ đồng thời chịu tác dụng của 2 trường ứng suất do hai lượng thuốc 1 và 2 tạo ra. Do đó trong khối đá II thời gian tác dụng nổ kéo dài hơn, đồng thời còn có sự giao thoa của sóng ứng suất, ở các khối đá III, IV và V quá trình diễn ra cũng tương tự. 83 Mặt khác, khi nổ lượng thuốc trước sẽ tạo ra mặt tự do mới, tạo điều kiện thuận lợi cho nổ lượng thuốc sau. Mặt tự do có tác dụng tạo ra sóng phản xạ làm cho khối đá bị vỡ mạnh hơn. Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh rằng thể tích đất đá bị phá vỡ tăng tỉ lệ với số lượng mặt tự do (hình III.4). Hình III.4- ảnh hưởng số mặt tự do tới thể tích đất đá Ngoài ra, do khống chế thứ tự nổ các lượng thuốc khác nhau nên tốc độ và hướng chuyển động của các khối đá khác nhau, điều đó tạo ra quá trình đập vỡ phụ khi đất đá bay va đập với nhau. Như vậy, bằng phương pháp nổ vi sai có thể điều khiển được cơ chế phá huỷ đất đá. Đất đá ở trạng thái ứng suất lâu hơn, chụi tác dụng của nhiều trường ứng suất hơn. Việc tạo ra bề mặt tự do mới cho các lượng thuốc sau đã khắc phục được hạn chế của phương pháp nổ tức thời. Do đó có thể giảm chỉ tiêu thuốc nổ, mở rộng mạng lưới lỗ khoan mà vẫn đảm bảo chất lượng đập vỡ tốt. Tác dụng đập vỡ phụ sẽ phát huy hiệu quả khi lựa chọn sơ đồ vi sai thích hợp. Ngoài ra các phương pháp này còn có tác dụng giảm chấn động, giảm khoảng cách đá bay, nó có ý nghĩa quan trọng khi tiến hành nổ mìn gần các đối tượng bảo vệ. Để phát huy tốt những ưu điểm của phương pháp nổ vi sai cần thiết phải xác định chính xác thời gian dãn cách vi sai lựa chọn sơ đồ nổ phù hợp. Thời gian dãn cách vi sai được xác định tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá, các thông số bố trí lượng thuốc và mục đích nổ mìn. Có thể xác định thời gian dãn cách vi sai theo 3 quan điểm: - Theo quan điểm giao thoa của sóng ứng suất thì thời gian dãn cách vi sai là nhỏ nhất. G.I.Pakrôpski nêu ra điều kiện phát huy hiệu quả giao thoa của sóng ứng suất là: sự kích nổ lượng thuốc sau cần diễn ra tại thời điểm sóng phản xạ tạo ra do nổ lượng thuốc trước khi đi qua nó (hình III.5), theo quan điểm này thì: ms; v W4a t y 22 + = Trong đó: a- Khoảng cách giữa các lượng thuốc, m w- Đường kháng chân tầng Vy- Tốc độ lan truyền sóng dọc trong đất đá, m/s - Theo quan điểm mặt tự do mới thì thời gian dãn cách vi sai trung bình: Để tạo mặt tự do mới (hình III.6), A.N Khanukaep giới thiệu công thức xác định t như sau: ms; VV w V w2 t cptpp δ ++= Trong đó: Vp- Tốc độ lan truyền sóng ứng suất, m/s Vtp- Tốc độ phát triển khe nứt trong môi trường, m/s Vcp- Tốc độ mở rộng khe nứt, m/s δ- Bề rộng khe hở được coi là mặt tự do mới, m 84 Ta có: m;W. 30 1 20 1       ÷=δ Hình III.5- Sơ đồ giao thoa của sóng ứng suất khi nổ mìn vi sai 1- Sóng nén; 2- Sóng phản xạ kéo Hình III.6- Sơ đồ tạo thành mặt tự do phụ khi nổ vi sai 1, 2- Thứ tự nổ - Theo quan điểm va đập của đá bay thì thời gian dãn cách vi sai là lớn nhất Hiện tượng va đập xảy ra khi những phần khác nhau của khối đá bị phá vỡ có tốc độ và hướng chuyển động khác nhau. Khi chọn sơ đồ hợp lý thì hiệu quả va đập sẽ tăng lên. Thông thường người ta xác định thời gian dãn cách vi sai theo công thức thực nghiệm của Langephor: t = k.W; ms trong đó: k – Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất đá k = 3- Đối với đất đá rất cứng k = 4- Đối với đất đá cứng k = 5- Đối với đất đá cứng trung bình k = 6- Đối với đất đá mềm yếu III.2. Lựa chọn phương pháp nổ mìn hợp lý cho mỏ Apatít Lao Cai Những phương pháp nổ mìn nêu trên có những ưu nhược điểm sau đây: III.2.1. Phương pháp nổ tập trung tức thời Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện song nó có những hạn chế sau đây: - Khó điều khiển mức độ đập vỡ, thể tích vùng đập vỡ, thể tích vùng đập vỡ điều chỉnh nhỏ, tỉ lệ đá bị nghiền nát và đá quá cỡ lớn. - Các thông số mạng lưới nổ mìn không được mở rộng làm giảm suất phá đá, cần tăng chỉ tiêu thuốc nổ cho những hàng trong nên chi phí thuốc nổ tăng lên. - Quy mô đợt nổ không lớn, điều này làm tăng chi phí phụ cho mỗi đợt nổ mìn. III.2.2. Phương pháp nổ mìn lưu cột không khí Khi áp dụng phương pháp này có khó khăn là: phải tính toán chính xác chiều cao cột khí và tỉ lệ giữa lượng thuốc chính và phụ, việc thi công phức tạp do phải để lại khoảng trống không khí. Phương pháp này có nhiều ưu việt, đó là: - Có khả năng điều khiển mức độ đập vỡ do tăng được thể tích vùng đập vỡ điều chỉnh, kéo dài thời gian tác dụng nổ, tác dụng đập vỡ đất đá đồng đều, ít đỡ quá cỡ. 85 - Giảm tác dụng chấn động và hậu xung - Giảm được chi phí thuốc nổ mà chất lượng đập vỡ vẫn đảm bảo III.2.3. Phương pháp nổ mìn vi sai Dây là phương pháp nổ mìn tiên tiến, nó hơn hẳn phương pháp nổ mìn tức thời bởi những ưu điểm sau: - Có khả năng điều chỉnh được mức độ đập vỡ đất 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. - 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. Điều này rất có ỹ nghĩa khi nổ gần các công trình bảo vệ. Khó khăn chính khi sử dụng phương pháp nổ vi sai là phải tính toán chính xác thời gian dãn cách vi sai, lựa chọn sơ đồ nổ thích hợp, đấu ghép mạng nổ phức tạp hơn. Thông qua việc đánh giá các phương pháp nổ mìn ở trên, kết hợp với thực tế ở mỏ chúng ta thấy cần ưu tiên hàng đầu việc sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai. Phương pháp này thực tế đã được áp dụng ở mỏ. Vấn đề quan trọng là phải chọn sơ đồ nổ vi sai và các thông số nổ mìn vi sai hợp lý để đảm bảo hiệu quả cao nhất. Về kết cấu lượng thuốc, tốt nhất là lưu cột không khí. Trong trường hợp khó khăn có thể phân đoạn bằng bua (cát, đất, sét....). Về kết cấu của bua, có thể sử dụng bua thuốc nổ (bua tích cực) để phát huy tác dụng của bua và nâng cao chất lượng đập vỡ vùng gần miệng lỗ khoan. Như vậy :Để nâng cao hiệu quả nổ mìn quặng 2 ở đồi1 hợp lí là sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai với kết cấu lượng thuốc phân đoạn. III.3. Lựa chọn sơ đồ bố trí lỗ khoan và sơ đồ nổ thích hợp III.3.1. Lựa chọn sơ đồ nổ vi sai có thể áp dụng cho mỏ Sơ đồ nổ vi sai ảnh hưởng lớn tới chất lượng đập vỡ, kích thước đống quặng nổ ra và tác dụng chấn động. Lựa chọn sơ đồ nổ thích hợp phụ thuộc vào mục đích nổ, tính chất cơ lý của quặng, điều kiện thế nằm của vỉa, hướng phát triển công trình, các thông số của hệ thống khai thác và qui mô khai thác. Các sơ đồ nổ vi sai có thể áp dụng cho mỏ (hình III.7): - Sơ đồ thứ tự theo hàng: Đây là sơ đồ đơn giản nhất khi thi công, đảm bảo tính chắc chắn khi nổ. Sơ đồ này thích hợp khi tuyến công tác có chiều dài lớn. - Sơ đồ theo đường chéo: Có thể sử dụng sơ đồ này trong đất đá có mức độ khó nổ bất kỳ khi cần giảm chấn động, hậu xung, giảm chiều rộng đống đá khi chiều dài tuyến công tác lớn. - Sơ đồ qua hàng qua lỗ: Sơ đồ này tạo ra mặt tự do lớn, chất lượng đập vỡ tốt. Nó được sử dụng tốt trong đất đá có cấu trúc phức tạp. Cả 2 sơ đồ này có nhược điểm là đấu ghép phức tạp, khi nổ tạo ra đống đá có chỗ quá cao, có chỗ quá thấp gây khó khăn cho công tác xúc bốc. 86 0 0 3 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 4 1 2 2 2 5 0 3 3 0 0 00 11 22 1 0 0 1 3 3 6 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4 4 4 2 5 5 a) b) d) e) c) f) H×nh2.7- S¬ ®å næ vi sai a) Qua hµng; b) R¹ ch räc; c) § - êng chÐo d) Qua hµng qua lç; e) Nª m tam gi¸ c d¹ ng sãng f) Nª m thang dang sãng α α Qua kết quả phân tích ở trên, để phù hợp với điều kiện tự nhiên, cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của quặng, hệ thống khai thác và quy mô của mỏ tác giả đề nghị ưu tiên sử dụng sơ đồ qua hàng qua lỗ và sơ đồ qua hàng. Những sơ đồ này đơn giản mà đáp ứng được yêu cầu của công tác nổ mìn ở mỏ còn khi sử dụng phương tiện nổ phi điện thì sử dụng sơ đồ vi sai theo từng lỗ khoan. III.3.2. Lựa chọn sơ đồ bố trí lỗ khoan Sơ đồ bố trí lỗ khoan (mạng lưới lỗ khoan) có ảnh hưởng tới quá trình phá vỡ đất đá. Chọn sơ đồ bố trí lỗ khoan thích hợp sẽ sử dụng tối đa năng lượng nổ vào mục đích đập vỡ đất đá góp phần giảm chi phí khoan nổ. Khi nổ mìn trên tầng mỏ lộ thiên, có thể sử dụng nnhững mạng lỗ khoan sau đây - Mạng ô vuông, - Mạng chữ nhật, - Mạng tam giác đều, - Mạng tam giác cân, Hình III.7- Sơ đồ nổ vi sai a- Qua hàng; b- Rạch rọc; c- Đường chéo d- Qua hàng qua lỗ; e- Nêm tam giác f- Nêm thang dạng sóng 87 a) c) e) d) b) A B C D 01 02 R R R R A B C D RR RR 2R o H×nh 2.8- a, b, c)- S¬ ®å bè trÝ m¹ ng lç khoan: Vu«ng, tam gi¸ c c©n, tam gi¸ c ®Òu d, e)- S¬ ®å x¸ c ®Þnh vï ng ®Ëp vì t- ¬ng øng ví i m¹ ng « vu«ng vµ m¹ ng tam gi¸ c ®Òu Sử dụng hình chữ nhật khó đảm bảo mặt tầng bằng phẳng, phân bố năng lượng nổ không đều, không phát huy được hệ số sử dụng bán kính phá huỷ, chất lượng đập vỡ kém, để lại mô chân tầng. Nếu sử dụng mạng tam giác cân cũng có nhược điểm nêu trên, song xét về mặt phân bố năng lượng nổ thì tương đối hợp lý hơn, hệ số sử dụng bán kính phá huỷ lớn hơn. Để dễ so sánh ta xét 2 trường hợp cụ thể mà các lỗ khoan phân bố đồng đều đối xứng: mạng ô vuông và mạng tam giác đều. Theo kết quả nghiên cứu của M.P. Drukôvanui thì việc bố trí các lỗ khoan ở đỉnh đa đều có số cạnh càng ít thì hệ số sử bán kính phá huỷ càng lớn. n 180 sin2 R aK 0 n == Trong đó: K- Hệ số sử dụng bán kính vùng phá huỷ R- Bán kính vùng phá huỷ của lượng thuốc n- Số cạnh của đa giác đều R- Bán kính vùng phá huỷ lượng thuốc Trị số K lớn nhất khi bố trí các lượng thuốc ở đỉnh của tam giác đều. Khi bố trí các lỗ khoan ở đỉnh của tam giác đều thì thể tích phá huỷ tăng so với khi bố trí lỗ khoan ở đỉnh hình vuông là 29,9%. Điều đó khẳng định mạng lỗ khoan tam giác đều hợp lý hơn cả. Hình III.8- a, b, c- Sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan: Vuông, tam giác cân, tam giác đều d, e- Sơ đồ xác định vùng đập vỡ tương ứng với mạng ô vuông và mạng tam giác đều 88 Đối với mạng ô vuông có sự phân bố năng lượng nổ không đồng đều: vùng đất đá nằm trên đường nối hai lượng thuốc bị nghiền nát mạnh, còn vùng nằm trên đường chéo đất đá bị đập vỡ kém nhất. Qua sự phân tích trên, với điều kiện cụ thể của đồi 1 Cam Đường3 cũng như mỏ Apatit Lào Cai. - Khi sử dụng sơ đồ vi sai theo hàng bố trí mạng lỗ khoan tam giác đều. - Khi sử dụng sơ đồ vi sai qua hàng qua lỗ bố trí lỗ khoan theo mạng ô vuông. N 10 N 30 N 20 N 40 N 20 N 20 N 10 1 1 2 2 a) b) Hình III.9- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ a- Mạng tam giác với sơ đồ rạch, b- Mạng ô vuông với sơ đồ qua hàng qua lỗ 1- Lỗ khoan, 2- Dây nổ N01, N02... N04 – Số hiệu kíp nổ tương ứng với thời gian vi sai Chương 4 Xác định các thông số nổ mìn hợp lý IV.1- Khái niệm Các thông số nổ mìn là các thông số được tính toán để thi công nổ mìn cho một đối tượng đất đá cần phá vỡ nhất định. Như vậy ở đây ta có thể coi chiều cao tầng H; góc nghiêng sườn tầng α là những thông số của hệ thống khai thác. Ta dựa vào những yếu tố của HTKT đã có sẵn để xác định các thông số nổ mìn. - Các thông số của lượng thuốc nổ: chỉ tiêu thuốc nổ, đường kính lượng thuốc, chiều cao cột thuốc, chiều cao cột bua phân đoạn, kết cấu và chiều dài bua, chiều sâu khoan thêm. - Các thông số mạng lưới bố trí lượng thuốc: đường kháng chân tầng, hệ số làm gần các lỗ khoan, khoảng cách giữa các lỗ, khoảng cách giữa các hàng. 89 -Thông số đặc trưng khi nổ vi sai: Thời gian dãn cách nổ vi sai IV.2- Xác định các thông số nổ mìn IV.2.1- Phương pháp xác định đường kính lỗ khoan Đường kính lỗ khoan là một thông số chính của mạng nổ và là thông số xuất phát để tính toán các thông số khác của mạng nổ. Từ đường kính lượng thuốc ta sẽ xác định được đường cản chân tầng W, từ đó xác định được khoảng cách giữa các lỗ khoan a, khoảng cách giữa các hàng mìn b... Đối với đồi 1 Cam Đường 3 nói riêng và mỏ Apatit nói chung thiết bị khoan sẵn có phục vụ cho công tác khoan nổ mìn là loại máy khoan CBY-100r có đường kính, d = 105mm. Vấn đề đặt ra là chọn được phương pháp nổ mìn thích hợp nhằm nâng cao chất lượng đập vỡ trong điều kiện sử dụng lỗ khoan trung bình, phù hợp với đồng bộ thiết bị và hệ thống khai thác hiện tại mà mỏ đã có. IV.3 - Vị trí của điểm khởi nổ Ta thấy đối với quặng 2 ở đồi 1 thì việc sử dụng khởi nổ lượng thuốc từ dưới lên là hợp lý hơn cả. IV.3.1 - Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán Chỉ tiêu thuốc nổ cần thiết để đảm bảo tỉ lệ những cục có kích thước nhất định được tính theo những công thức: ( ) b 5 2 cp ko 34 q kd 5,0d.d10.3,36,0f.13,0q        +γ= − ; kg/m3 Trong đó: do- Kích thước trung bình của các khối nứt nẻ do=(0,3÷0,4)m dc- Đường kính lượng thuốc dc=0,105 m dk- Kích thước cỡ hạt hợp quy cách dk= 0,25 m kb = Qc/Qb (Qc- đặc tính năng lượng của thuốc nổ gramônit 79/21, Qb-đặc tính năng lượng của chất nổ sử dụng) kb=1,18 γq- Mật độ quặng 2 γq = 2,95 T/m3 ( ) 18,1 25,0 5,0105,0.33,010.3,36,01095,2.13,0q 5 2 34       += − q= 0,63kg/m3 Do nổ mìn lỗ khoan nghiêng nên chỉ tiêu thuốc nổ có thể lấy giảm 5÷15% so với lỗ khoan đứng. Hay q=0,56kg/m3 IV.3.2- Xác định đường cản chân tầng Đường cản chân tầng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể chia các yếu tố phụ thuộc làm 3 nhóm - Các yếu tố đặc trưng cho môi trường nổ và nhiệm vụ công tác nổ như: tính chất cơ lý đá, các yếu tố của hệ thống khai thác, mức độ đập vỡ và kích thước của đống đá. - Các yếu tố đặc trưng cho lượng thuốc, loại chất nổ sử dụng, đường kính và cấu tạo lượng thuốc. - Các yếu tố đặc trưng cho sự phân bố lượng thuốc trong khối đá nổ và phương pháp điều khiển nổ. 90 Hiện nay có nhiều công thức xác định đường cản chân tầng, song những công thức đó vẫn chưa đề cập đến các nhân tố ảnh hưởng của nó, có thể chia làm 2 loại sau + Dạng thứ nhất: Được lập nên dựa trên các kết quả thực nghiệm. + Dạng thứ hai: Kết hợp các yếu tố hình học với thực nghiệm. * Các công thức xác định đường cản chân tầng thường được biểu diễn dưới dạng hàm số như sau: W=(k,a,dk,m,h,...) Trong đó: a: Khoảng cách giữa các lỗ khoan trong hàng k: Các hệ số ảnh hưởng dk: Đường kính lỗ khoan m: Hệ số khoảng cách h: Chiều cao tầng Để đảm bảo chất lượng đập vỡ tốt, khi nổ trong đất đá khó nổ cần giảm w, trong đất đá dễ nổ có thể tăng W. W = K.d; m K- Hệ số phụ thuộc vào độ cứng và độ nứt nẻ của đất đá - Đất đá khó nổ K = 25 ÷ 35 - Đất đá khó nổ trung bình K = 35 ÷40 - Đất đá dễ nổ K = 40 ÷ 45 Để đảm bảo sự phá vỡ đất đá bình thường ở chân tầng đường kháng cực đại được xác định theo công thức: m; γ ∆d.53KW t= Kt: Hệ số nứt nẻ Kt = 1,0 ÷ 1,2 d: Đường kính lỗ khoan ∆: Mật độ lượng thuốc, kg/m3 Theo điều kiện nạp hết thuốc nổ trong lỗ khoan mà đảm bảo không bị phụt bua, có thể tính W theo những công thức mqH2 p75,0mqpHL4p56,0 W 2 −+ = ; m p: trọng lượng thuốc nổ trên một mét dài lỗ khoan (m) ∆Π= . 4 d.p 2 k ; kg/m Trong đó ∆: mật độ nạp mìn ∆=900 kg/m3 dk: Đường kính lỗ khoan d=0,105m m/kg8,7900. 4 105,0.p 2 = Π = m: Hệ số khoảng cách m=1 a: Khoảng cách giữa các lỗ khoan L: Chiều dài lỗ khoan L=12,2 m H: Chiều cao tầng H=10 m IV.3.5- Số hàng lỗ khoan (n) 91 Giữa chiều rộng bãi nổ với chiều rộng khoảnh khai thác có mối quan hệ phụ thuộc, bề rộng khoảnh khai thác thường quyết định bề rộng bãi nổ (B) và chúng phù hợp với số hàng mìn: Từ công thức A=B=Wct+(n-1).b (mối tương quan giữa A và B) 1 b WB n ct + − = Số lỗ khoan cần thiết tính cho một đợt nổ n. a LN = ; lỗ L: Chiều dài tuyến công tác n: Số hàng lỗ khoan a: Khoảng cách giữa các lỗ khoan IV.3.6- Chiều sâu khoan thêm, chiều dài bua và chiều dài lỗ khoan Chiều sâu khoan thêm dùng để chứa lượng thuốc nổ lớn ở phần dưới và có tác dụng tăng cường phá vỡ đất đá ở mức chân tầng, không để lại mô chân tầng sau khi nổ. Chiều sâu khoan thêm có thể xác định theo những công thức sau: - Theo đường kháng chân tầng: Lkt = (0,2 ÷ 0,4)W; m - Theo đường kính lỗ khoan: Lkt = (10 ÷ 15)d; kg - Theo chiều cao tầng: Lkt = (0,1 ÷ 0,2).H; kg Chiều dài bua ảnh hưởng đến sự bay xa của đất đá, đến chiều rộng của đống đá và đến hiệu quả sử dụng năng lượng nổ để phá vỡ đất đá. Nếu tăng chiều dài bua sẽ giảm sự văng xa của đất đá, tăng hệ số sử dụng năng lượng chất nổ. Tuy nhiên khi đó chiều dài lượng thuốc trong lỗ khoan phải giảm đi dẫn đến phải thu hẹp mạng lưới lỗ khoan. Vì vậy cần chọn chiều dài bua theo điều kiện an toàn (không bị phụt bua) và theo tính chất công nghệ của đống đá. Vật liệu bua thông thường là: cát, sét, đất, mùn khoan. Một số trường hợp đặc biệt sử dụng nước để làm vật liệu bua. Thực nghiệm đã khẳng định bua với thành phần 60% đá dăm (cỡ hạt 20 ÷ 25mm) với 40% cát là bua “lý tưởng”. Với bua thông thường, để đảm bảo điều kiện không bị phụt, chiều dài bua được xác định; Lb ≥ 0,75.W; m Hoặc: Lb= (20 ÷ 30).d; m Khi nổ lưu cột không khí thì chiều dài bua có thể giảm Lb = (0,5 ÷ 0,6).W; m Có thể dùng áp lực nổ của lượng thuốc nổ phụ đặt giữa cột bua để tăng độ nút chặt của bua (gọi là bua thuốc nổ hay là bua tích cực). Khi nổ bua tích cực sẽ tăng cường sức kháng cắt của vật liệu bua với thành lỗ khoan và do đó làm tăng thời gian tác dụng sản phẩm nổ. Trong trường hợp này chiều dài bua có thể giảm. Vậy chiều dài lỗ khoan là m);LH( sin 1L ktk +β= Trong đó: β- Góc nghiêng thành lỗ khoan β=640 IV.3.7- Hệ số làm gần các lỗ khoan và khoảng cách giữa các lỗ khoan Hệ số làm gần các lỗ khoan biểu thị mối quan hệ giữa khoảng cách các lỗ khoan a với đường kháng chân tầng W (m = a/W). Đây cũng là một thông số quan trọng có ảnh hưởng tới chất lượng đập vỡ, hiệu quả công tác nổ mìn. 92 Khi nổ 2 hay nhiều lượng thuốc luôn luôn xảy ra tác dụng tương hỗ của 2 trường ứng suất do 2 lượng thuốc nổ gần nhau tạo nên. Tác dụng này tốt hay xấu phụ thuộc vào việc bố trí các lượng thuốc nổ, nghĩa là phụ thuộc vào m. Nếu tăng m quá lớn sẽ không phát huy được tác dụng tương hỗ, sẽ để lại mô chân tầng giữa hai lượng thuốc. Để đảm bảo chất lượng nổ mìn phải chọn m hợp lý tuỳ theo loại đất đá và phương pháp nổ mìn áp dụng. Khi nổ tức thời m = 0,8 ÷ 1, khi nổ vi sai: m = 1 ÷ 1,3. Khoảng cách giữa các lỗ khoan được xác định theo đường kháng chân tầng và hệ số làm gần lỗ khoan: a = m.W; m IV.4- Các thông số cấu trúc của lượng thuốc IV.4.1- Xác định lượng thuốc trong lỗ khoan Q = Qc + Qf ; kg Trong đó: Qc- Lượng thuốc chính ở phần đáy lỗ khoan Qf- Lượng thuốc phụ phần trên cột không khí - Lượng thuốc trong lỗ khoan + Hàng ngoài: Q = q.a.W.H ; kg + Hàng trong: Q = q.a.b.H ; kg - Lượng thuốc phụ: Qc / Qf = 1,85 ÷3,0 IV.4.2. Xác định chiều cao cột không khí Lkk = (0,17 ÷ 0,4). Lt; kg IV.4.3- Chiều cao cột thuốc thực tế khoan (m) - Chiều cao cột thuốc hàng ngoài m, p QL 11tt = - Chiều cao cột thuốc hàng trong m, p QL 22tt = - Kiểm tra chiều cao cột thuốc Lt< Lk-Lb-Lkk , m Vậy chiều cao cột thuốc trong và ngoài phải đảm bảo nạp hết vào lỗ khoan đảm bảo không phụt bua. IV.4.4- Thời gian giãn cách vi sai Thời gian giãn cách vi sai được xác định theo công thức t = k.W; ms Trong đó: k – Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất đá k = 3- Đối với đất đá rất cứng k = 4- Đối với đất đá cứng k = 5- Đối với đất đá cứng trung bình k = 6- Đối với đất đá mềm yếu IV.4.5- Góc nghiêng lỗ khoan Lỗ khoan nghiêng có ưu điểm hơn so với lỗ khoan thẳng đứng vì nó khắc phục được những khuyết điểm của lỗ khoan thẳng đứng về chất lượng đập vỡ đống đá. ưu điểm của lỗ khoan xiên là: 93 + Việc phân bố năng lượng đều hơn trong toàn bộ khối đá do đường kháng như nhau trên toàn bộ lỗ khoan + Hậu xung về phía sau là tối thiểu. + Giảm thể tích vùng đập vỡ không điều kiện ở gần cột bua. + Có thể gia tăng mạng lưới lỗ khoan thêm một chút mà chất lượng đập vỡ vẫn tốt. Nhược điểm lớn của lỗ khoan nghiêng là: năng suất giảm đi, công tác thi công gặp nhiều khó khăn đòi hỏi kỹ thuật cao. Lỗ khoan nghiêng phát huy hiệu quả cao nhất khi α=β Lkt Ltc Lkk Ltp Lb H Hình IV.2- Cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan Hkk: Chiều cao cột bua phân đoạn Ltc: Chiều cao cột thuốc chính Ltp: Chiều cao cột thuốc phụ Lb: Chiều dài bua α: Góc nghiêng sườn tầng β: Góc nghiêng thành lỗ khoan IV.5- Suất phá đá trung bình ( )[ ] k tb L.n b.1nW.H.aS −+= ; m3/m a: Khoảng cách giữa các lỗ mìn, m b: Khoảng cách giữa các hàng mìn, m W: Đường cản chân tầng, m n: Số hàng mìn Các thông số nổ mìn hợp lý đảm bảo kích cỡ quặng 2 ở khai trường đồi 1 được xác định theo phương pháp nêu trên và được tính ở bảng IV.1 α β Bộ môn Khai thác lộ thiên Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đinh Hoan Lớp: Khai thác K50 94 Bảng IV.1- Tổng hợp thông số nổ mìn cho quặng 2 Giá trị STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Phương pháp xác định Mạng ô vuông Mạng tam giác 1 Chiều cao tầng H m Dựa vào tính chất cơ lý đá và đồng bộ thiết bị sử dụng 10 10 2 Đường kính lỗ khoan dk mm Theo điều kiện đồng bộ của mỏ 105 105 3 Chỉ tiêu thuốc nổ q Kg/m3 ( ) b 5 2 cp ko 34 d kd 5,0d.d10.3,36,0f.13,0q        +γ= − Dùng lỗ khoan nghiêng giảm 5÷15% so với khoan đứng 0,56 0,56 4 Lượng thuốc nổ trên 1 m dài lỗ khoan p Kg/m ∆ Π = . 4 d.p 2 k 7,8 7,8 5 Đường cản chân tầng Wct m mqH2 p75,0mqpHL4p56,0 W 2 −+ = 3,4 3,4 6 Góc nghiêng lỗ khoan β độ Lựa chọn theo tính chất quặng 64 64 7 Khoảng cách giữa các lỗ khoan a m a=m.Wct 3,4 3,4 8 Khoảng cách giữa các hàng lỗ khoan b m b=a (b=a.sin60 0) 3,4 3 9 Chiều sâu khoan thêm Lkt m Lkt=(5÷15).dk 1 1 10 Chiều dài khoan Lk m )LH( sin 1L ktk +β= 12,2 12,7 11 Chiều dài bua Lb m Lb = (0,5 ÷ 0,6).W 1,8 1,8 12 Hướng khởi nổ lượng thuốc Từ đáy lỗ khoan lên mặt tự do Bộ môn Khai thác lộ thiên Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đinh Hoan Lớp: Khai thác K50 95 13 Số hàng lỗ khoan n Hàng 1 b WB n ct + − = 3 3 14 Số lỗ khoan cần thiết cho một đợt nổ N Lỗ n.a LN = 105 105 15 Hệ số làm gần lỗ khoan m W a m = 1 1 16 Lượng thuốc nổ trong 1 lỗ khoan hàng ngoài Q1 kg Q1=q.a.W.H 64,7 64,7 17 Lượng thuốc nổ trong 1 lỗ khoan hàng trong Q1 kg Q1=k.q.a.b.H 64,7 57,1 18 Chiều dài lượng thuốc nổ hàng ngoài (trong) Ltt m p QL tt = 8,3 8,3 (7,3) 19 Lượng thuốc chính ở phần đáy lỗ khoan hàng ngoài (trong) Qc Kg 46,3 46,3 (40,8) 20 Lượng thuốc phụ ở phần trên cột không khí hàng ngoài (trong) Qf kg Q=Qc+Qf )385,1(Q Q f c ÷= 18,4 18,4 (16,3) 21 Chiều cao cột không khí hàng ngoài (trong) hkk m Lkk = (0,17 ÷ 0,4). Lt 1,4 1,4 (1,3) 22 Suất phá đá trung bình Stb m3/m ( )[ ] k tb L.n b.1nW.H.aS −+= 10,5 10,5 23 Thời gian vi sai t %o S t = k.W 17 17 96 Kết luận và kiến nghị Kết luận: Phần chuyên đề đã giải quyết những yêu cầu đặt ra giúp nâng cao hiệu quả nổ phá đá quặng 2 đảm bảo kích cỡ của đồi 1 Cam Đường 3 Việc lựa chọn và tính toán các thông số (Bảng IV.1) đều có giảm so với các thông số tại mỏ đang dùng, nhưng hiệu quả nổ cao hơn do sử dụng lỗ khoan nghiêng, dùng phương pháp nổ mìn vi sai với lượng thuốc phân đoạn. Do vậy đã giảm được đá quá cỡ đảm bảo yêu cầu kích cỡ của khách hàng. Kiến nghị: Qua thực tế tại mỏ, nhận thấy công tác nổ mìn chưa có hiệu quả cao do còn phát sinh đá quá cỡ. Vì vậy để giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong khoan nổ mìn, em xin đề nghị sử dụng lỗ khoan nghiêng có phân đoạn không khí và dùng phương pháp nổ mìn vi sai cho đất đá và quặng có độ cứng trung bình và cứng. Để bản đồ án có hiệu quả cao và có thể áp dụng vào thực tiễn khai thác quặng ở đồi 1 Cam Đường 3. Em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để cho bản đồ án được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn khai thác lộ thiên, cán bộ công nhân viên Công ty TNHH một thành viên Apatit Việt Nam và toàn thể các bạn đồng nghiệp và đặc biệt là GS. TS. Lê Quang Hồng đã hướng dẫn tận tình để bản đồ án của em được hoàn thành đúng thời hạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Tài liệu tham khảo 1- Các quá trình sản xuất trên mỏ lộ thiên TG: GS.TS. Trần Mạnh Xuân 2- Thiết kế mỏ lộ thiên TG: PGS.TS Hồ Sỹ Giao 3- Phá vỡ đất đá bằng phương pháp khoan nổ mìn TG: Nguyễn Đình ấu- Nhữ Văn Bách 4- Bài giảng kỹ thuật an toàn khai thác mỏ lộ thiên TG: TS. Nguyễn Sỹ Hội 5- Cẩm nang công nghệ và thiết bị mỏ TG: TS. Nguyễn Tuấn Lộc và nnk 6- Bài giảng khai thác mỏ quặng bằng phương pháp lộ thiên TG: GS.TS. Trần Mạnh Xuân 7- Kinh tế và quản trị doanh nghiệp công nghiệp TG: Nhâm Văn Toán 8- Địa chất khoáng sàng Apatit Lào Cai khu Ngòi Đom- Đông Hồ TG: Liên đoàn địa chất 204 9- Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ TG: GS. TS. Nhữ Văn Bách 10- Khai thác mỏ vật liệu xây dựng TG: Hồ Sỹ Giao- Nguyễn Sỹ Hội- Trần Mạnh Xuân