Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học Mỏ - Địa chất NGUYN èNH AN NGHIấN CU XC NH CH TIấU THUC N NHM M BO MC P V T HP Lí CHO MT S M KHAI THC VT LIU XY DNG CA VIT NAM Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà nội 2014 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học Mỏ - Địa chất NGUYN èNH AN NGHIấN CU XC NH CH TIấU THUC N NHM M BO MC P V T HP Lí CHO MT S M KHAI THC VT LIU XY DNG CA VIT NAM Ngành: Khai thỏc m Mã số: 62520603 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học 1. GS.TS. Nhữ văn bách 2. TS. NGUYN NG T 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 ϕ 1 (10 -6 m 2 /J) ứng với các nhóm đất đá Bảng 1.4: Giá trị đại lượng K 7 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 q 0 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 C E → 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 (C K + C N → 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/m 3 ) phụ thuộc vào kho ảng 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 k 1 Bảng 4.21: Mối quan hệ của độ kiên cố f với chỉ tiêu thuốc nổ q cn và q 1 Bảng 4.22: Mức độ thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ khi cấu tạo lư ợng 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 thu ốc 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 (C k ), nổ (C n ), xúc (C x ), vận tải (C vt ), khoan nổ lần 2 (C kn2 ) và chi phí tổng của cả dây chuyền tính trên 1m 3 đá nổ vào kích thước cục trung bình của đống đá (D tb ) 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/m 3 ) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn d K = 115 mm, dung tích gầu xúc E = 2,5- 3,5 m 3 . Hình 4.3- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m 3 ) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn d K = 250 mm, dung tích gầu xúc E = 8 m 3 . Hình 4.4- Biểu đồ so sánh chi phí khoan nổ tổng cộng (đồng/m 3 ) ứng với loại chất nổ và đường kính lỗ mìn d K = 115 mm, dung tích gầu xúc E = 3,5 m 3 . 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 q cn = f(d tb ) 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 [...]... ngh mi, an ton hn vi con ngi v mụi trng xung quanh Vỡ vy ti lun ỏn: 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, mang tớnh cp thit, ỏp ng yờu cu thc t hin nay trong cụng nghip m Vit Nam 2 MC CH NGHIấN CU CA TI Trờn c s vt liu n do Vit Nam sn xut, kt hp vi lý thuyt, cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trong v ngoi nc v... tiờu thuc n hp lý nhm m bo mc p v t ỏ ti u cho mt s m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam nõng cao hiu qu kinh t k thut cho cụng tỏc n mỡn 3 3 I TNG V PHM VI NGHIấN CU - i tng nghiờn cu ca ti l xỏc nh ch tiờu tiờu thuc n hp lý nhm m bo mc p v t ỏ ti u mt s m khai thỏc ỏ VLXD, ch yu l mt s m ỏ khai thỏc VLXD ca Vit Nam - Phm vi nghiờn cu l cụng tỏc n mỡn cỏc m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam 4 NI DUNG NGHIấN... thỏc l thiờn núi chung v c bit ti cỏc m khai thỏc ỏ vt liu xõy dng (VLXD) nc ta, ta thy vic nghiờn cu xỏc nh ch tiờu thuc n nhm m bo mc p v t ỏ hp lý cho mt s m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam l rt cp thit Vi hng chc triu m3 t ỏ cn phỏ v bng cht n, nu vic tớnh toỏn hp lý gim c 1 ữ 2% ch tiờu thuc n thỡ s lm gim ỏng k khi lng thuc n c s dng Kt qu nghiờn cu s giỳp cho cỏc n v sn xut ch ng hn trong cụng... tuyn tớnh 3 Ch tiờu thuc n hp lý khi khai thỏc ỏ VLXD cn c xỏc nh bng cỏch kt hp lý thuyt vi thc nghim trờn c s mi quan h nh lng gia ch tiờu thuc n vi hai nhúm cỏc yu t nh hng v xut phỏt t ch tiờu thuc n cụng ngh, qcn 8 IM MI CA LUN N - ó xỏc nh ch tiờu thuc n cho cỏc m khai thỏc ỏ VLXD trờn c s s dng cht n do Vit Nam sn xut, phng phỏp n mỡn vi sai phi in v MV yờu cu khi khai thỏc ỏ VLXD - Cn c vo mi... c vo mi quan h gia ch tiờu thuc n 4 vi nhng yu t nh hng, m bo s dng thun li khi n mỡn khai thỏc ỏ vt liu xõy dng Kt qu nghiờn cu cú th ỏp dng cho nhng m khai thỏc ỏ VLXD ca Vit Nam, m bo hiu qu v gim thiu tỏc ng mụi trng khai thỏc 7 NHNG LUN IM BO V 1 Ch tiờu thuc n l thụng s c bn úng vai trũ quan trng khi n mỡn khai thỏc ỏ VLXD Cỏc yu t nh hng n nú c chia thnh hai nhúm: Nhúm bin s v nhúm h s 2 Ch... bo mc p v t ỏ hp lý cho mt s m khai thỏc ỏ vt liu xõy dng ca Vit Nam 10 CC N PHM CễNG B Theo hng nghiờn cu ca lun ỏn ó cụng b 15 cụng trỡnh ng trong tp chớ ngnh m, hi tho khoa hc trong v ngoi nc 11 LI CM N Lun ỏn c thc hin ti B mụn Khai thỏc L thiờn, Trng i hc M - a cht di d hng dn ca NGT.GS.TS Nh Vn Bỏch v TS Nguyn ng T Tỏc gi trõn trng cm n Ban Giỏm hiu, Phũng SH, Khoa M, B mụn Khai thỏc l thiờn... hao vụ ớch tng lờn cho vic vng xa t ỏ, gõy tỏc ng mnh a chn, súng khụng khớ v.v.v Vỡ vy ỏnh giỏ cht lng ca mt v n ngi ta dựng khỏi nim MV, hay thnh phn c ht ca ng ỏ n Ph thuc vo ng b thit b khai thỏc (dung tớch gu xỳc, phng thc vn ti) m yờu cu thnh phn c ht ca ng ỏ n sao cho t hiu qu cao nht MV ph thuc vo nhiu yu t khỏc nhau, mt trong nhng yu t c bn ú l ch tiờu thuc n Bn cht vt lý ca s thay i MV khi... [3] ng cong ct trc tung ti im c trng cho t l cỏc khi nt quỏ c trong nguyờn khi trc khi n Tu thuc vo mc nt n ca t ỏ v kớch thc cho phộp cỏc cc ỏ m tr s ny cú th thay i t 100% n 0% 14 Khi tin hnh xỏc nh ch tiờu thuc n hp lý l thay ng cong trờn biu bng nhng on thng Trong trng hp ny sai s hon ton cho phộp La chn ch tiờu thuc n hp lý l nhim v quan trng t c MV hp lý Theo tỏc gi Kutuzov v Potnhiakov thỡ... hp lý, qhl Ta bit rng MV hp lý ca cụng tỏc n mỡn m bo tng chi phớ cho cỏc khõu cụng ngh l nh nht (C min) Vi quan im ny thỡ ch tiờu thuc n hp lý, qhl l chi phớ thuc n cn thit p v mt n v th tớch t ỏ dn n tng chi phớ cỏc khõu cụng ngh l nh nht 19 Trong thc t khi thay i ch tiờu thuc n, dn n vic thay i chi phớ cho cỏc khõu cụng ngh tip theo Mc thay i ú cú th to ra nhiu giỏ tr dn n tng chi phớ nh Vỡ. .. QUAN V CễNG NGH N MèN TRONG NGNH KHAI THC M N mỡn l mt dng nng lng dựng phỏ v t ỏ cng c s dng ph bin trong nhiu lnh vc nh giao thụng, thu li, xõy dng v c bit l ngnh Khai thỏc m vi mt khi lng ln Khi khai thỏc nhng khoỏng sn cú ớch bng phng phỏp l thiờn hay hm lũ, hu ht u gp t ỏ cú kiờn c f = 6 ữ 14, v 70% khoỏng sn cn phỏ v (m ch yu phỏ v bng n mỡn) Ch tớnh riờng ngnh Khai thỏc m l thiờn, ly c mt tn . 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. 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. 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