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 NAMLuận án tiến sĩ kỹ thuật



Ngời hớng dẫn khoa học
1. GS.TS. Nhữ văn bách
2. TS. NGUYN NG Ti

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

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

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


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

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
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 q
1
/q
cn
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

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/m
3
;
V- Thể tích đất đá cần phá vỡ, m
3
.
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

vo tớnh cht c lý ca mụi trng tin hnh cụng tỏc n, yờu cu c ht ng
ỏ sau khi n, loi cht n, cụng ngh v cỏc thụng s n mỡn khỏc.v.v
Mt s cụng thc tớnh toỏn ch tiờu thuc n nc ngoi ó c ỏp
dng cho mt s m Vit Nam, song cha sỏt vi iu kin thc t ca cỏc m bi
cỏc yu t nh hng n ch tiờu thuc n cha xỏc nh c chớnh xỏc.
T nhng kinh nghim khai thỏc nc ngoi v nhng hn ch cũn
tn ti trong cụng tỏc n mỡn ti cỏc m khai 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 m
3
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

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 (q
cn
) được xác định theo MĐĐV đất đá
yêu cầu (d
tb
) và mức độ nứt nẻ (d
max
) là cơ sở xác định chỉ tiêu thuốc nổ với

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

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

tơi đất đá
Hình 1.2b - Nổ mìn bằng lỗ khoan
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, N
o
6 JV, TNT và Zernôgranulit79/21, Grammônit.
- Cuối những năm 80 đến đầu những năm 90: do khủng hoảng ở Liên

đổi về công nghệ nổ mìn, tính toán thông số và xác định hiệu quả kinh tế kỹ
thuật của công tác nổ mìn.
10

Ở các mỏ, từ việc sử dụng phương tiện nổ điện (với kíp điện tức thời
hay vi sai) thuần túy hoặc kết hợp điện với dây nổ đã chuyển sang dùng hệ
thống dây truyền tín hiệu nổ với kíp nổ tức thời (hay vi sai ). Các phương tiện
mới này đầu tiên được nhập từ Úc sau đó là từ Ấn Độ, hiện nay phương tiện
nổ phi điện Việt Nam đã tự sản xuất được.
Phương pháp nổ vi sai với phương tiện nổ mới đã được áp dụng triệt để
ở các mỏ lộ thiên lớn, (Hình 1.4).

Hình 1.4- Phương tiện nổ phi điện được áp dụng tại mỏ đá vôi Ninh Dân
Phương tiện nổ mới gồm có: Hệ thống dây truyền tín hiệu nổ sơ cấp (từ
máy khởi nổ đến đầu bãi nổ) và thứ cấp (truyền tín hiệu nổ giữa các lỗ khoan,
truyền tín hiệu nổ đến từng mồi nổ đặt trong lỗ khoan) [9].
+ Loại sơ cấp ký hiệu LIL có chiều dài dây tín hiệu nổ 150, 300, 450
mét được gắn với kíp nổ tức thời.
+ Loại truyền tín hiệu nổ thứ cấp gồm hệ thống trên mặt ký hiệu TLD,
nhận tín hiệu nổ từ hệ thống sơ cấp đến từng miệng lỗ khoan. Hệ thống này
quyết định trình tự nổ vi sai giữa các lượng thuốc nổ trong bãi nổ. Chiều dài
dây tiêu chuẩn: 3,6m; 4,9m; 6,1m; 9m; 12m; 15m; 18m, được gắn với kíp nổ
vi sai còn đầu kia được bóp bẹp để chống ẩm và được gắn miếng nhựa ghi
thời gian chậm vi sai. Thời gian vi sai của kíp gồm: 5 ms, 9 ms, 17 ms, 25 ms,
42 ms, 65 ms và 100 ms.
11

Dây truyền tín hiệu nổ bên trong lỗ khoan ký hiệu LLHD, nhận tín hiệu
nổ từ hệ thống trên mặt để làm nổ các lượng thuốc nổ nằm trong lỗ khoan.
Dây có độ dài tiêu chuẩn 8,9m; 10m; 12m; 15m; 18m; 24m; 30m; 36m; 45m và

giá trị nào đó thì MĐĐV không tăng, ta gọi đó là hiện tượng bão hoà năng
lượng. Nếu tiếp tục tăng chi phí năng lượng riêng thì thì năng lượng tiêu
hao vô ích tăng lên cho việc văng xa đất đá, gây tác động mạnh địa chấn,
sóng không khí .v.v.v. Vì vậy để đánh giá chất lượng của một vụ nổ người
ta dùng khái niệm MĐĐV, hay thành phần cỡ hạt của đống đá nổ. 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.
MĐĐV phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, một trong những yếu
tố cơ bản đó là chỉ tiêu thuốc nổ. Bản chất vật lý của sự thay đổi MĐĐV
khi thay đổi chỉ tiêu thuốc nổ đã được nhiều tác giả nghiên cứu (Hình 1.5,
1.6), [3], [4], [17], [18], [26], [30], [31].
Trên hình 1.5 ta nhận thấy rằng khi chỉ tiêu thuốc nổ tăng thì
MĐĐV ở giai đoạn đầu tăng mạnh sau đó giảm dần và bước vào trạng thái
bão hoà năng lượng nổ. Nếu cứ tiếp tục tăng chỉ tiêu thuốc nổ thì năng lượng
sẽ tiêu phí vô ích cho việc văng xa đất đá cường độ đập vỡ thay đổi không
đáng kể và đường cong có dạng gần song song với trục hoành .
Khi đường kính lượng thuốc nhỏ (d <150mm) đường cong đi thấp hơn và
trong một số trường hợp có thể sát với trục hoành. Khi đường kính lượng thuốc
(d >250mm) đường cong ở vị trí cao hơn và thực tế chỉ tiêu thuốc nổ bất kỳ trong
trường hợp này cũng không thể loại trừ tỉ lệ đá quá cỡ.
13 Hình 1.5- Tỉ 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- Tỉ lệ đá quá cỡ trong vùng đập vỡ thực tế không điều khiển với
đường kính lượng thuốc d
1
, d

Kết quả thực nghiệm này có thể được xác định bằng công thức.
q
2
= 0,144/q , kg/t

Trong đó: q
2
- Chỉ tiêu thuốc nổ cho đập vỡ lần 2; kg/tấn; q- Chỉ tiêu thuốc nổ
cho đập vỡ lần 1, kg/tấn.
Chỉ tiêu thuốc nổ không chỉ ảnh hưởng đến chi phí thuốc nổ cho đập vỡ
lần hai, mà trực tiếp ảnh hưởng đến chi phí cho công tác khoan và giá thành