Tài liệu 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 NGUYỄN ĐÌNH 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 LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt Hµ néi – 2014 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc Má - §Þa chÊt NGUYỄN ĐÌNH 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 Ngµnh: Khai thác mỏ M· sè: 62520603 LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt Ng−êi h−íng dÉn khoa häc 1. GS.TS. Nh÷ v¨n b¸ch 2. TS. NGUYỄN ĐĂNG TẾ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Đình An ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VÀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN 6 1.1. Tổng quan về công nghệ nổ mìn trong ngành khai thác mỏ 6 1.2. Vai trò ý nghĩa của chỉ tiêu thuốc nổ trong công tác nổ mìn 11 1.3. Một số khái niệm về chỉ tiêu thuốc nổ 16 1.4. Tổng quan về các thông số nổ mìn khi khai thác lộ thiên 19 1.5. Tổng quan các công trình nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ 22 1.6. Đánh giá chung về các công trình nghiên cứu chỉ tiêu thuốc nổ 32 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHỈ TIÊU THUỐC NỔ 37 2.1. Yêu cầu của công tác nổ mìn ở các mỏ khai thác đá VLXD 37 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổ 38 2.3. Một số nhận xét đánh giá về mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh hưởng 48 CHƯƠNG 3: MỐI QUAN HỆ GIỮA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI ĐỘ NỔ VÀ MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN 49 3.1. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ 49 3.2. Phân loại đất đá theo độ nổ cho các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam 61 iii 3.3. Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ 68 3.4. Mức độ đập vỡ đất đá hợp lý bằng nổ mìn 69 3.5. Đánh giá mđđv đất đá hợp lý bằng nổ mìn 73 3.6. Mức độ đập vỡ hợp lý ở các mỏ khai thác đá VLXD 75 3.7. Phương pháp xác định mức độ đập vỡ yêu cầu ở một số mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam 80 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU THUỐC NỔ NHẰM ĐẢM BẢO MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ CHO MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC ĐÁ VẬT LIỆU XÂY DỰNG CỦA VIỆT NAM 81 4.1. Nghiên cứu xác lập mức độ quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh hưởng 81 4.2. Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý khi nổ mìn khai thác đá VLXD 113 4.3. Xây dựng chương trình tính toán chỉ tiêu thuốc nổ, thông số nổ mìn và sơ đồ đấu ghép mạng nổ 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 PHỤ LỤC LUẬN ÁN iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Mức độ đập vỡ: MĐĐV Vật liệu xây dựng: VLXD Vật liệu nổ công nghiệp: VLNCN v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh các yếu tố đầu vào khi xác định đường cản chân tầng của các tác giả Bảng 1.2: Khả năng công nổ tương đối của chất nổ Bảng 1.3: Giá trị đại lượng ϕ1 (10-6 m2/J) ứng với các nhóm đất đá Bảng 1.4: Giá trị đại lượng K7 ứng với các nhóm đất đá và dung tích gầu xúc Bảng 3.1: Phân loại đất đá của giáo sư M.M Prôtôđiakônốv Bảng 3.2: Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ Bảng 3.3: Phân loại đất đá theo độ khoan Bảng 3.4: Phân loại đất đá theo độ nổ của Trường Đại học Mỏ Matxcơva Bảng 3.5: Các thông số đặc trưng để xác định độ nổ Bảng 3.6: Phân loại độ kiên cố của đất đá theo Moh Bảng 3.7: Các thông số đặc trưng để xác định độ nổ Bảng 3.8: Bảng xác định chỉ tiêu thuốc nổ Bảng 3.9: Phân loại đất đá cho các mỏ lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh Bảng 3.10: Kết quả thực nghiệm xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q0 Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy nghiền Bảng 4.1: §Æc tÝnh kü thuËt chÊt næ sö dông trong khai th¸c má lé thiªn Bảng 4.2: Các loại kíp nổ thường sử dụng tại Việt Nam Bảng 4.3: Các loại kíp nổ điện vi sai sử dụng tại Việt Nam Bảng 4.4: Các loại dây nổ sử dụng tại Việt Nam Bảng 4.5: Các loại kíp nổ vi sai phi điện sử dụng tại Việt Nam Bảng 4.6: Giá thành khoan 1 m khoan ứng với một số đường kính lỗ khoan Bảng 4.7 : Lựa chọn loại chất nổ theo chi phí trên một đơn vị năng lượng nổ nhỏ nhất CE → min (theo thứ tự ưu tiên). Bảng 4.8: Thứ tự lựa chọn chất nổ ứng với nhóm đất đá theo chi phí khoan nổ nhỏ nhất (CK + CN → min). vi Bảng 4.9: Khả năng khắc phục đường cản chân tầng khi thay đổi khoảng cách giữa các lượng thuốc (Không thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ) Bảng 4.10: Chỉ tiêu thuốc nổ q, (kg/m3) phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa các lượng thuốc Bảng 4.11: Thành phần cỡ hạt của đống đá nổ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ và kết cấu lượng thuốc Bảng 4.12: Thành phần của sản phẩm khí nổ phụ thuộc vào xung khởi nổ Bảng 4.13: Sản phẩm khí độc phụ thuộc vào môi trường nổ Bảng 4.14: Đặc tính năng lượng của hai loại chất nổ Bảng 4.15: Hệ số chuyển đổi khi sử dụng chất nổ Bảng 4.16: Kết quả đo thành phần cỡ hạt Bảng 4.17: Số liệu thực nghiệm tại mỏ đá vôi Ninh Dân Bảng 4.18: Số liệu thực nghiệm tại mỏ đá Thường Tân IV Bảng 4.19: Số liệu thí nghiệm tại mỏ đá vôi Yên Duyên Bảng 4.20. Kết quả nổ thực nghiệm xác định hệ số k1 Bảng 4.21: Mối quan hệ của độ kiên cố f với chỉ tiêu thuốc nổ qcn và q1 Bảng 4.22: Mức độ thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ khi cấu tạo lượng thuốc khác nhau vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1a - Nổ định hướng bằng lượng thuốc phẳng Hình 1.1b - Nổ định hướng bằng buồng mìn về hai phía Hình 1.1c - Nổ định hướng bằng buồng mìn về một phía Hình 1.2a - Nổ mìn buồng làm tơi đất đá Hình 1.2b - Nổ mìn bằng lỗ khoan làm tơi đất đá Hình 1.3- Nổ mìn khai thác đá khối Hình 1.4- Phương tiện nổ phi điện được áp dụng tại mỏ đá vôi Ninh Dân Hình 1.5- Tỉ lệ các cục đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với đường kính lượng thuốc khác nhau trong đất đá nổ đồng nhất Hình 1.6- Tỉ lệ đá quá cỡ phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ đối với các loại đất đá có độ nổ khác nhau Hình 1.7- Chỉ tiêu thuốc nổ lần hai phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ lần 1 Hình 1.8- Sự thay đổi chi phí sản xuất phụ thuộc vào chỉ tiêu thuốc nổ Hình 1.9- Sự thay đổi giá thành sản xuất vào chỉ tiêu thuốc nổ Hình 1.10- Biểu đồ V = f(q) xác định chỉ tiêu thuốc nổ q Hình 1.11- Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén của đất đá và khoảng cách trung bình giữa các khe nứt Hình 1.12- Quy luật phân bố cỡ hạt Hình 2.1- Ảnh hưởng của độ kiên cố của đất đá tới chỉ tiêu thuốc nổ Hình 2.2- Sự phụ thuộc chỉ tiêu thuốc nổ vào cấp nứt nẻ của đất đá từ cấp I÷ V Hình 2.3- Mối quan hệ giữa năng suất máy xúc và tỉ lệ đá quá cỡ Hình 2.4- Mức độ phá vỡ nền tầng phụ thuộc vào chiều sâu khoan thêm Hình 2.5- Sự thay đổi áp lực theo thời gian Hình 2.6- Một số sơ đồ nổ vi sai phi điện Hình 3.1- Đồ thị xác định chỉ tiêu thuốc nổ Hình 3.2- Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ khó khoan viii Hình 3.3- Sự phân bố các mỏ đá ở Việt Nam Hình 3.4- Một số hình ảnh nổ mìn thực nghiệm Hình 3.5- Sơ đồ khối xác định chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn Hình 3.6- Giao diện phần mềm xác định mức độ khó nổ cho các mỏ đá Hình 3.7- Giá thành các khâu sản xuất và tổng chi phí phụ thuộc vào MĐĐV Hình 3.8- Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí các khâu khoan (Ck), nổ (Cn), xúc (Cx), vận tải (Cvt), khoan nổ lần 2 (Ckn2) và chi phí tổng của cả dây chuyền tính trên 1m3 đá nổ vào kích thước cục trung bình của đống đá (Dtb) Hình 3.9- Sơ đồ khối chương trình xác định MĐĐV đất đá hợp lý bằng nổ mìn Hình 4.1- So sánh giá thành các loại chất nổ công nghiệp (giá bán năm 2011). Hình 4.2- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m3) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn dK = 115 mm, dung tích gầu xúc E = 2,5- 3,5 m3. Hình 4.3- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m3) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn dK = 250 mm, dung tích gầu xúc E = 8 m3. Hình 4.4- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m3) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn dK = 115 mm, dung tích gầu xúc E = 3,5 m3. Hình 4.5- Quan hệ giữa đường cản và đường kính lượng thuốc, W = k.d Hình 4.6- Sự phụ thuộc của chỉ tiêu thuốc nổ vào khoảng cách các lượng thuốc Hình 4.7- Sự phụ thuộc của chỉ tiêu thuốc nổ vào khoảng cách tương đối giữa các lượng thuốc chỉ tiêu thuốc nổ và cấu tạo lượng thuốc Hình 4.8- Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào kích thước trung bình của cục đá Hình 4.9- Sơ đồ minh họa hàm số chỉ tiêu thuốc nổ q và các yếu tố ảnh hưởng Hình 4.10- Phương pháp xác định hàm qcn = f(dtb) Hình 4.11- Giao diện phần mềm để xác định thành phần cỡ hạt Hình 4.12- Đồ thị biễu diễnsự phân bố thành phần cỡ hạt Hình 4.13- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá vôi Ninh Dân ix Hình 4.14- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá Thường Tân IV Hình 4.15- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độ đập vỡ tại mỏ đá vôi Yên Duyên. Hình 4.16- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ số q1/qcn và độ kiên cố của đất đá Hình 4.17- Mối quan hệ chỉ tiêu thuốc nổ giữa lượng thuốc liên tục và phân đoạn không khí (Mỏ đá vôi Ninh Dân) Hình 4.18- Sơ đồ khối của chương trình phần mềm thiết kế hộ chiếu nổ mìn Hình 4.19- Giao diện khai báo thông tin chung của mỏ Hình 4.20- Giao diện tính chỉ tiêu thuốc hợp lý Hình 4.21- Giao diện tính toán thông số nổ mìn Hình 4.22- Giao diện sơ đồ đấu ghép mạng nổ Hình 4.23- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ phi điện Hình 4.24- Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng phương tiện nổ điện Hình 4.25. Giao diện hộ chiếu nổ mìn 1 MỞ ĐẦU Hiện nay và trong tương lai tới tốc độ của ngành công nghiệp khai khoáng phát triển mạnh mẽ, dự báo kế hoạch trong những năm tới sản lượng than đạt 60 triệu tấn/năm, sản lượng ximăng đạt trên 70 triệu tấn/năm. Để đạt được sản lượng này phải phá vỡ hàng trăm triệu m3 đất đá có độ kiên cố f = 8 ÷ 14. Công tác phá vỡ đất đá cứng hiện nay ở nước ta cũng như các nước trên thế giới chủ yếu sử dụng phương pháp nổ mìn. Với chỉ tiêu thuốc nổ trung bình q = 0,35kg/m3 thì chúng ta phải sử dụng hàng năm một khối lượng thuốc nổ khá lớn từ 120.000 ÷ 150.000 tấn thuốc nổ để phá vỡ khối lượng nói trên. 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Khai thác mỏ nói chung và khai thác lộ thiên nói riêng, công tác nổ mìn là một khâu rất quan trọng nó có ảnh hưởng trực tiếp tới các khâu công nghệ xúc bốc, vận tải, nghiền sàng. Ngày nay chúng ta đã đạt được nhiều thành tựu trong việc nghiên cứu lý thuyết nổ mìn và vật liệu nổ cho ngành khai thác mỏ. Đã và đang có rất nhiều công trình nghiên cứu để hoàn thiện các thông số nổ mìn nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá. Để phá vỡ thể tích đất đá nào đó, từ thế kỷ 17 người ta đã đưa ra công thức tổng quát có dạng: Q = q.V, kg Trong đó: Q- Lượng thuốc nổ cần tính, kg; q- Chỉ tiêu thuốc nổ, kg/m3; V- Thể tích đất đá cần phá vỡ, m3. Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số rất quan trọng. Chi phí thuốc nổ để phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá theo yêu cầu và nhiệm vụ của công tác nổ gọi là chỉ tiêu thuốc nổ. Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số nổ mìn phụ thuộc 2 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 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 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định chỉ tiêu tiêu thuốc nổ hợp lý nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá tối ưu ở một số mỏ khai thác đá VLXD, chủ yếu là ở một số mỏ đá khai thác VLXD của Việt Nam. - Phạm vi nghiên cứu là công tác nổ mìn ở các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu về công nghệ nổ mìn trong khai thác mỏ, chỉ tiêu thuốc nổ và các thông số nổ mìn. - Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng tới chỉ tiêu thuốc nổ. - Nghiên cứu mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ và mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn. - Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để thực hiện luận án là: - Phương pháp tổng hợp; phân tích so sánh; kế thừa; thống kê và phương pháp đồ thị. - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN Chỉ tiêu thuốc nổ là một thông số nổ mìn quan trọng, có ảnh hưởng và quan hệ mật thiết đến các thông số nổ mìn khác. Xác định các thông số nổ mìn hợp lý sẽ quyết định chất lượng và hiệu quả công tác nổ mìn của mỏ. Kết quả nghiên cứu là: xây dựng được phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ có cơ sở khoa học, căn cứ vào mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ 4 với những yếu tố ảnh hưởng, đảm bảo sử dụng thuận lợi khi nổ mìn khai thác đá vật liệu xây dựng. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho những mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu tác động môi trường khai thác. 7. NHỮNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ 1. Chỉ tiêu thuốc nổ là thông số cơ bản đóng vai trò quan trọng khi nổ mìn khai thác đá VLXD. Các yếu tố ảnh hưởng đến nó được chia thành hai nhóm: Nhóm biến số và nhóm hệ số. 2. Chỉ tiêu thuốc nổ công nghệ (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. 5 9. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận án gồm hơn 140 trang đánh máy, nhiều bảng biểu và hình vẽ minh họa, tham khảo nhiều tài liệu trong và ngoài nước, được bố trí theo trình tự sau: Chương 1- Tổng quan tình hình nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ và các thông số nổ mìn. Chương 2- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới chỉ tiêu thuốc nổ. Chương 3- Mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ với độ nổ và mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn Chương 4- Nghiên cứu xác định chỉ tiêu thuốc nổ nhằm đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ khai thác đá vật liệu xây dựng của Việt Nam 10. CÁC ẤN PHẨM CÔNG BỐ Theo hướng nghiên cứu của luận án đã công bố 15 công trình đăng trong tạp chí ngành mỏ, hội thảo khoa học trong và ngoài nước. 11. LỜI CÁM ƠN Luận án được thực hiện tại Bộ môn Khai thác Lộ thiên, Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới dự hướng dẫn của NGƯT.GS.TS. Nhữ Văn Bách và TS. Nguyễn Đăng Tế. Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng SĐH, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác lộ thiên Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ tận tình cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ. Tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo Chi nhánh Công ty Công nghiệp Hóa chất mỏ Bình Dương, Mỏ đá vôi Ninh Dân – Công ty xi măng Sông Thao, Mỏ đá vôi Văn Xá – Công ty xi măng LUCK Việt Nam , Mỏ đá Thường Tân IV,… đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và tiến hành nổ mìn thực nghiệm. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đối với các ý kiến góp ý bổ ích và sự giúp đỡ của các nhà khoa học và các đồng nghiệp trong và ngoài Trường. 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VÀ CÁC THÔNG SỐ NỔ MÌN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỔ MÌN TRONG NGÀNH KHAI THÁC MỎ Nổ mìn là một dạng năng lượng dùng để phá vỡ đất đá cứng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như giao thông, thuỷ lợi, xây dựng và đặc biệt là ngành Khai thác mỏ với một khối lượng lớn. Khi khai thác những khoáng sản có ích bằng phương pháp lộ thiên hay hầm lò, hầu hết đều gặp đất đá có độ kiên cố f = 6 ÷ 14, và 70% khoáng sản cần phá vỡ (mà chủ yếu phá vỡ bằng nổ mìn). Chỉ tính riêng ngành Khai thác mỏ lộ thiên, để lấy được một tấn than cần phải phá vỡ 8 ÷ 10 m3 đất đá cứng, để sản xuất được 1 tấn ximăng cũng phải phá vỡ 1 tấn đá vôi. Theo kế hoạch sản xuất từ năm 2015 hàng năm ta khai thác khoảng 60 triệu tấn than và sản xuất khoảng 70 trệu tấn ximăng. Để đạt sản lượng đó phải phá vỡ hàng trăm triệu m3 đất đá. Trong sản xuất mỏ lộ thiên phải qua các khâu công nghệ chính khoan nổ mìn, xúc bốc, vận tải, gia công chế biến. Tuỳ thuộc vào hệ thống khai thác, phương pháp mở vỉa, đồng bộ thiết bị, yêu cầu mục đích nổ mìn mà trong công nghệ sản xuất mỏ lộ thiên có các dạng công nghệ nổ mìn: Nổ mìn định hướng (Hình 1.1), nổ mìn buồng hay lỗ khoan làm tơi đất đá (Hình 1.2a, 1.2b), nổ mìn trong khai thác đá khối [2], [3], [10], [12], [13] (Hình 1.3).v.v.v. Trong các công nghệ nổ mìn nói trên thì nổ mìn bằng lỗ khoan lớn thẳng đứng hay nghiêng để phá vỡ đất đá trên các tầng là phương pháp chủ yếu. Lịch sử và quá trình phát triển của công tác khoan nổ mìn có quan hệ 7 chặt chẽ với việc sản xuất chất nổ. Sơ khai khi chế tạo ra thuốc nổ người ta sử dụng vào mục đích quân sự, sau đó mới được ứng dụng vào sản xuất. Phải đến giữa thế kỷ XVI người ta mới sử dụng nổ mìn trong ngành khai thác mỏ [1], [3], [10]. Hình 1.1a - Nổ định hướng bằng lượng thuốc phẳng Hình 1.1b - Nổ định hướng bằng buồng mìn về hai phía Hình 1.1c - Nổ định hướng bằng buồng mìn về một phía Ở Việt Nam, phương pháp phá vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn đã được áp dụng từ lâu trong công nghiệp mỏ. Ở các mỏ lộ thiên và hầm lò không ngừng sử dụng những phương pháp và kinh nghiệm tiên tiến của các nước trên thế giới để nâng cao hiệu quả và chất lượng của công tác khoan nổ mìn. 8 Hình 1.2a - Nổ mìn buồng làm Hình 1.2b - Nổ mìn bằng lỗ khoan tơi đất đá làm tơi đất đá Hình 1.3- Nổ mìn khai thác đá khối Việc sử dụng thuốc nổ ở các mỏ khai thác lộ thiên được chia làm 3 giai đoạn [4], [22], [23]: - Giai đoạn trước những năm 80: chủ yếu sử dụng thuốc nổ của Liên Xô cũ như Amônit M11, No 6 JV, TNT và Zernôgranulit79/21, Grammônit. - Cuối những năm 80 đến đầu những năm 90: do khủng hoảng ở Liên Xô, Đông Âu và sự xâm nhập của thị trường các nước Úc, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc nên thuốc nổ thời kỳ này chủ yếu là Powergel, Energal, Anfo của Úc, WJ của Trung Quốc, Superdye của Ấn Độ. Trong nước cũng bắt đầu sản xuất một số loại thuốc nổ như: TNT, Zernôgranulit 79/21, Amônit phá đá 9 số 1, Sofanit, thuốc nổ chịu nước dạng Watergel (TFD-15 hoặc TNP-1). Các mỏ lộ thiên lớn chủ yếu dùng Powergel, ANFO, TNT và Zecnôgranulit 79/21. Từ năm 1997 đến nay, do trong nước đã bắt đầu sản xuất được một số loại thuốc nhũ tương như EE-31, NT-13, ANFO chịu nước và các loại thuốc không chịu nước: ANFO thường, AD-1, Zernôgranulit 79/21 và một số loại thuốc khác nên xu hướng ở các mỏ chủ yếu chuyển sang tiêu thụ các loại thuốc do Việt Nam sản xuất. - Việc sử dụng thuốc nổ do Việt Nam ngày càng nhiều đặt ra cho chúng ta hai vấn đề đáng quan tâm: + Thứ nhất là tính năng kỹ thuật và những đặc tính năng lượng của chất nổ cụ thể về nhiệt lượng nổ, mật độ, khả năng công nổ và sức công phá, khả năng kích nổ ổn định và tốc độ kích nổ, độ bền nước, độ bền hoá - lý... + Thứ hai là giá thành thuốc nổ, nghĩa là phải tính toán xem thuốc nổ sử dụng có lợi về kinh tế sau khi đã cân nhắc về kỹ thuật. Việc lựa chọn chất nổ sử dụng ở các mỏ lộ thiên trong thời gian qua hầu như chưa có sự tìm hiểu so sánh thận trọng các vấn đề nêu trên như: tỷ lệ sử dụng thuốc nổ chịu nước vẫn chiếm phần lớn (từ 50÷ 80%), việc dùng thuốc nổ nội địa và nhập ngoại chưa có cơ sở so sánh đầy đủ, chưa chú ý đến tỷ lệ thuốc nổ, việc tính toán tỷ lệ chi phí phương tiện nổ theo tỷ lệ thuốc nổ (trước đây vẫn cho tỷ lệ 7 ÷ 10%) chưa được chú ý, vì vậy kết quả không đúng với thực tế. Ngoài ra việc tính toán quy đổi thuốc nổ trong quá trình sử dụng cũng là vấn đề chưa được các mỏ quan tâm, chưa dựa trên cơ sở khoa học, vì vậy kết quả tính toán thông số và chất lượng nổ không theo ý muốn. Với sự thay đổi vật liệu nổ dùng ở các mỏ lộ thiên đã dẫn đến việc thay đổi về công nghệ nổ mìn, tính toán thông số và xác định hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công tác nổ mìn.