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


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

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

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

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

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

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

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 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 tỏc n mỡn v nõng cao hiu qu sn xut kinh doanh,
m bo hiu qu u t cụng 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


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

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


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



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

Mức độ đập vỡ: Để phá vỡ đất đá đạt được kích thước của các cục đá
sau khi nổ đến một giá trị nào đó, cần phải chi phí một khối lượng năng
lượng phù hợp. Chi phí năng lượng riêng, nghĩa là năng lượng cần thiết để
phá vỡ một đơn vị thể tích đất đá. Đặc trưng cho chi phí năng lượng riêng
gọi là chỉ tiêu thuốc nổ. Chi phí năng lượng tăng thì MĐĐV tăng, đến một
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 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


Trong đó: q2- 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