Thuốc nổ công nghiệp và khai thác đá bằng thuốc nổ: Cẩm nang thực địa về những phương pháp thực sự hiệu quả dưới lòng đất.

Nếu bạn làm việc trong ngành khai thác mỏ hoặc đào đất đủ lâu, bạn sẽ nhận ra rằng việc nổ mìn không chỉ là một kỹ năng — mà là ba kỹ năng. Thứ nhất là hóa học: biết những gì cần cho vào hố và tại sao. Thứ hai là hình học: vị trí đặt các hố, thứ tự và góc độ. Và thứ ba là khả năng phán đoán: biết khi nào đáp án trong sách giáo khoa không phù hợp với địa hình thực tế.

Hướng dẫn này sẽ đề cập đến hai điều đầu tiên. Điều thứ ba bạn sẽ phải tự mình học hỏi qua thời gian.

Phòng chế tạo chất nổ: Những vật dụng có sẵn và khi nào nên sử dụng?

Thuốc nổ công nghiệp được chia thành ba loại chính dựa trên phạm vi pháp lý cho phép sử dụng, và việc hiểu rõ các loại này sẽ giúp bạn tránh được những sai sót về giấy tờ có thể dẫn đến việc phải đóng cửa công trường.

Loại thứ nhất — chất nổ có thể sử dụng trên mọi địa hình, cho mọi mục đích. Đây là các loại thuốc nổ an toàn, đôi khi được gọi là thuốc nổ được phép sử dụng hoặc thuốc nổ mỏ than. Chúng được chế tạo để giảm thiểu nhiệt độ và thời gian cháy, có nghĩa là chúng có thể được sử dụng trong các mỏ than dưới lòng đất, nơi khí metan và bụi than khiến mỗi tia lửa đều tiềm ẩn nguy cơ gây thảm họa. Nếu bạn đang thực hiện việc nổ mìn ở bất kỳ nơi nào có nguy cơ khí gas, đây là loại thuốc nổ duy nhất bạn có thể sử dụng.

Loại hai — thuốc nổ kỹ thuật đa dụng. Được phép sử dụng trong đào hầm, khai thác đá và xây dựng trên bề mặt nơi không có khí dễ cháy hoặc bụi nguy hiểm. Không được phép sử dụng dưới lòng đất trong mỏ than.

Hạng ba — chỉ áp dụng cho bề mặt. Hố lộ thiên, mỏ đá, đường cắt. Đây là những loại vật liệu có công suất cao, độ nổ lớn, cực kỳ nguy hiểm nếu sử dụng trong môi trường ngầm kín. Hãy sử dụng chúng ở những nơi có bầu trời làm hệ thống thông gió.

Xét về thành phần hóa học, chất nổ chủ lực của ngành công nghiệp này là thuốc nổ gốc amoni nitrat — ANFO và các biến thể của nó. Chúng rẻ, dễ pha trộn tại chỗ và an toàn hơn khi sử dụng so với thuốc nổ gốc nitroglycerin của cả trăm năm trước. Nhược điểm: không có khả năng chống nước. Thả ANFO vào giếng khoan ẩm ướt, bạn chỉ tạo ra một loại bùn rất tốn kém. Đối với điều kiện ẩm ướt, bạn sẽ chuyển sang sử dụng thuốc nổ dạng gel nước hoặc nhũ tương, cả hai loại này đều có thể ngâm trong nước ngầm hàng giờ mà vẫn phát nổ một cách đáng tin cậy.

Thuốc nổ nhũ tương Chúng xứng đáng được nhắc đến đặc biệt vì chúng đã âm thầm trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các hoạt động nổ mìn quy mô lớn. Tốc độ nổ cao, khả năng chống nước tuyệt vời — thực tế là tốt hơn cả gel nước — và chúng có thể được bơm trực tiếp vào các lỗ khoan bằng hệ thống nạp cơ giới. Không cần phải xử lý hộp thuốc nổ bằng tay, ít người hơn ở gần khu vực khai thác, chu kỳ nạp ngắn hơn. Trong khai thác mỏ đá cứng dưới lòng đất, nơi mỗi phút ngừng hoạt động đều gây thiệt hại về tiền bạc, sự kết hợp này rất quan trọng.

Sổ tay quy tắc về chất nổ trong mỏ than

Các mỏ than có hệ thống phân loại an toàn riêng cho chất nổ, và việc đọc hệ thống này là bắt buộc. Quy tắc rất đơn giản: nguy cơ khí độc càng cao thì mức độ an toàn càng cao. Có năm cấp độ, được đánh số từ một đến năm.

Các mỏ có hàm lượng khí thấp, khai thác đá (không phải than), có thể sử dụng thuốc nổ loại 2. Ngay khi bạn khai thác than hoặc làm việc với vỉa than-đá hỗn hợp trong mỏ có hàm lượng khí thấp, bạn cần thuốc nổ loại 3 trở lên. Các mỏ có hàm lượng khí cao yêu cầu thuốc nổ loại 4. Và các mỏ từng xảy ra hiện tượng phun trào khí – loại mà khí metan phun ra từ vỉa than dưới áp suất cao mà không có cảnh báo – yêu cầu thuốc nổ loại 5, loại an toàn nhất hiện có.

Một quy tắc bất khả xâm phạm cần ghi nhớ: mọi phát nổ trong mỏ than phải sử dụng thuốc nổ cùng loại và cùng cấp độ an toàn. Không được trộn lẫn. Không được kiểu "à, chúng ta hết thuốc nổ cấp 4 rồi nên sẽ dùng vài viên thuốc nổ cấp 3 để hoàn thành lượt nổ này". Kiểu suy nghĩ đó giết người.

Ngòi nổ: Cò súng làm thay đổi mọi thứ

Nếu bạn đã làm trong ngành nổ mìn hơn một thập kỷ, bạn sẽ nhớ quá trình chuyển đổi từ kíp nổ chậm bằng pháo hoa sang kíp nổ điện tử. Quá trình này không hề suôn sẻ — những người kỳ cựu không tin tưởng vào hệ thống điện tử, và các hệ thống ban đầu gặp một số vấn đề về truyền tín hiệu dưới lòng đất. Nhưng ngành công nghiệp này phần lớn đã chuyển đổi thành công, và điều đó hoàn toàn có lý.

Kíp nổ điện tử mang lại độ chính xác về thời gian mà kíp nổ truyền thống không thể sánh kịp. Kíp nổ truyền thống có độ sai lệch tự nhiên vài mili giây ngay cả trong cùng một giá trị thời gian trễ danh nghĩa. Kíp nổ điện tử kích nổ trong vòng một phần nhỏ của mili giây so với thời gian đã lập trình, mọi lúc mọi nơi. Đối với các thiết kế nổ mìn dựa trên trình tự chính xác — nổ mìn êm ái cho chu vi đường hầm, kiểm soát rung động gần các công trình nhạy cảm — độ chính xác đó trực tiếp dẫn đến kết quả tốt hơn.

Một ưu điểm khác mà ít người nhắc đến: khả năng truy vết. Mỗi kíp nổ điện tử đều có một mã định danh duy nhất được ghi lại khi lập trình. Nếu có sự cố xảy ra — kích nổ hụt, ngắt mạch, hoặc phát hiện rung động bất thường — bạn có thể truy vết chính xác kíp nổ nào nằm ở vị trí nào trong chuỗi thao tác và chẩn đoán nguyên nhân. Còn với kíp nổ thông thường, bạn chỉ có thể đoán mò.

Một con số quan trọng đối với than đá dưới lòng đất: tổng thời gian trì hoãn kích nổ của kíp nổ điện tử trong mỏ than không được vượt quá 130 mili giây. Đó là khoảng thời gian để xảy ra hỏa hoạn và thoát hiểm. Nếu lâu hơn thế, nguy cơ gây cháy hỗn hợp khí metan-không khí sẽ tăng lên đáng kể.

Vị trí đặt các lỗ: Hình học nổ mìn trong đường hầm ngầm

Một đường hầm hoặc đường khai thác có ba loại lỗ, và mỗi loại có một nhiệm vụ riêng biệt. Nếu cân bằng sai, bạn sẽ tạo ra một mặt cắt lởm chởm, bị vỡ vụn hoặc để lại một mặt cắt hẹp khiến việc dọn dẹp mất thời gian gấp đôi.

Cắt lỗ Đầu tiên, họ sẽ khoan. Nhiệm vụ của họ là tạo ra một mặt phẳng trống – một thể tích rỗng mà phần còn lại của viên đá có thể hướng tới. Trong các đoạn khoan nhỏ, nơi độ sâu lỗ nông, các đường cắt xiên hoạt động tốt và dễ thiết lập hơn. Đối với các đoạn khoan sâu hơn và lớn hơn, các đường cắt thẳng với các lỗ thoát khí không tích điện là tiêu chuẩn – chúng khoan nhanh hơn với máy khoan jumbo cơ giới và cho phép bạn tiến độ tốt hơn mỗi vòng khoan.

Lỗ sản xuất — thường được gọi là lỗ khoan dễ dàng hoặc lỗ phá vỡ — đảm nhiệm phần việc nặng nhọc. Chúng chiếm phần lớn khối lượng đá, được bắn sau khi vết cắt đã mở ra, và chúng phá vỡ khối đá chính vào khoang mà vết cắt tạo ra. Khoảng cách đều đặn, tải trọng nhất quán và thời gian trễ thích hợp giữa các vòng là yếu tố phân biệt sự phân mảnh gọn gàng với một mớ hỗn độn các tảng đá quá khổ.

Lỗ chu vi Đây là nơi mà việc nổ mìn trở thành một nghệ thuật. Những lỗ này định hình hình dạng cuối cùng của đường hầm. Quá nhiều thuốc nổ sẽ dẫn đến hiện tượng phá vỡ quá mức – làm nổ tung đá vượt quá đường thiết kế, điều này có nghĩa là cần thêm hệ thống chống đỡ nền và nhiều bê tông hơn cho lớp lót. Quá ít thuốc nổ sẽ dẫn đến hiện tượng phá vỡ không đủ, điều này có nghĩa là cần một đội phá đá thứ hai quay lại và phá bỏ những chỗ bị tắc nghẽn. Kỹ thuật nổ mìn trơn tru – sử dụng hộp thuốc nổ đường kính nhỏ hơn, thuốc nổ tách rời, định thời gian điện tử chính xác – sẽ cho bạn những bức tường hoàn thiện với các vết khoan nửa thùng có thể nhìn thấy và tỷ lệ phá vỡ quá mức dưới 50%. Đó là tiêu chuẩn vàng.

Phun cát bề mặt: Những con số thực sự quan trọng

Về mặt lý thuyết, nổ mìn lộ thiên đơn giản hơn so với công tác khai thác hầm mỏ, nhưng quy mô lớn khiến mọi sai sót đều tốn kém. Một vụ nổ mìn theo kiểu bậc thang được thiết kế kém không chỉ lãng phí thuốc nổ mà còn để lại bề mặt không tốt cho lần nổ tiếp theo, tạo ra những tảng đá quá khổ cần phải đập vỡ thêm, và làm văng đá về phía bất cứ thứ gì trong khu vực nguy hiểm.

Đối với các tầng khai thác có chiều cao từ 8 đến 12 mét — kích thước lý tưởng cho hầu hết các hoạt động khai thác đá và khai thác lộ thiên — tỷ lệ khoảng cách lỗ khoan so với chiều cao vách đá nên nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,5. Việc khoan sâu hơn dưới đáy tầng khai thác nên chiếm từ 15% đến 25% chiều cao tầng để tránh bỏ sót phần chân vách đá. Chiều dài ống chèn phải ít nhất bằng chiều cao vách đá tại miệng giếng; ngắn hơn mức đó sẽ dẫn đến nguy cơ nổ tung, khiến vật liệu chèn và đá văng ra khỏi lỗ khoan như súng đại bác.

Trình tự kích nổ quan trọng hơn hầu hết mọi người nghĩ. Kích nổ theo hàng thẳng rất dễ đấu dây nhưng có xu hướng đẩy đống vật liệu vụn về phía trước và tạo ra sự phân mảnh không đồng đều. Kích nổ theo hình chữ V, trong đó trình tự bắt đầu từ giữa và tỏa ra hai bên, giữ cho đống vật liệu vụn chặt hơn và tạo ra sự phân mảnh tốt hơn nhờ va chạm giữa các hạt trong quá trình đẩy. Kích nổ chéo là phương pháp phổ biến nhất cho hầu hết các vụ nổ công nghiệp - phân mảnh tốt, đấu nối đơn giản, kết quả dễ dự đoán.

Vậy tất cả những điều này dẫn chúng ta đến đâu?

Kỹ thuật nổ mìn thực chất là một sơ đồ quyết định được ngụy trang dưới dạng danh sách kiểm tra. Địa tầng nào? Kích thước lỗ khoan là bao nhiêu? Có nước hay không? Có nguy cơ khí độc hay không? Trên mặt đất hay dưới lòng đất? Gần công trình hay ở nơi hoang vắng? Mỗi câu trả lời sẽ thay đổi lựa chọn thuốc nổ, thiết kế thời gian và các quy trình an toàn.

Và rồi có một câu hỏi đang ngày càng được quan tâm trong vài năm gần đây: liệu chúng ta có cần đến thuốc nổ thông thường nữa không? Đối với các dự án gần cơ sở hạ tầng nhạy cảm — đường cao tốc, đường sắt, đường ống dẫn, khu dân cư — công nghệ phá đá không dùng thuốc nổ ngày càng trở thành lựa chọn hàng đầu chứ không phải là phương án dự phòng. Các hệ thống sử dụng giãn nở khí thay vì kích nổ giúp loại bỏ đá văng, rung động và những rắc rối về giấy phép khi xử lý hàng hóa nguy hiểm loại 1. Khi không cần vùng cấm nổ có kích thước hàng trăm mét, tiến độ dự án và quan hệ với cộng đồng đều được cải thiện.

Hệ thống nổ mìn bằng oxy lỏng, sử dụng sự giãn nở do thay đổi pha của oxy lỏng thay vì kích nổ hóa học, đã tạo ra một chỗ đứng ngày càng lớn trong chính những ứng dụng này — phá dỡ đô thị, khai thác đá gần cơ sở hạ tầng, loại bỏ đá dưới nước. Không có đá văng, rung động tối thiểu, không có khí độc hại. Nó không thay thế hoàn toàn phương pháp nổ mìn truyền thống trong mọi trường hợp — một vụ nổ khai thác lộ thiên quy mô lớn vẫn cần một lượng lớn ANFO — nhưng đối với những công việc mà các hạn chế về nổ mìn là rào cản chính, đây là một lựa chọn đáng để tìm hiểu.

Tham khảo nhanh: Những con số cần ghi nhớ