Kế hoạch thiết kế nổ mìn khai thác đá trôi trong mỏ ngầm
Giới thiệu Thiết kế nổ mìn cho khai thác trôi dạt hầm lò là một phần quan trọng của quy trình khai thác. Tính hợp lý của thiết kế ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả khai thác, chi phí, an toàn và tác động đến đá xung quanh. Một kế hoạch nổ mìn tối ưu có thể tăng tốc độ khai thác, kiểm soát rung động nổ mìn, bảo vệ sự ổn định của đá xung quanh và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác sau này. Bài viết này, dựa trên nhiều tài liệu tham khảo, phác thảo các yếu tố chính và phương pháp thực tế để thiết kế nổ mìn cho khai thác trôi dạt hầm lò.
Chuẩn bị sơ bộ cho thiết kế nổ mìn Phân tích điều kiện địa chất: Tìm hiểu chi tiết về địa chất của mỏ, bao gồm loại đá, độ cứng và sự phân bố của các khe nứt và đứt gãy. Ví dụ, sự nứt nẻ và đứt gãy có thể ảnh hưởng đến sự lan truyền sóng ứng suất và sự vỡ đá. Thông tin địa chất chính xác cần được thu thập thông qua khảo sát thực địa, dữ liệu lỗ khoan và điều tra địa vật lý. Các loại đá và độ cứng khác nhau đòi hỏi các thông số nổ mìn khác nhau; đá cứng thường cần liều nổ cao hơn và bố trí lỗ khoan phù hợp.
Xác định các yêu cầu kỹ thuật: Làm rõ kích thước đường trượt, hình dạng mặt cắt ngang và hướng đào. Ví dụ, đường trượt tròn và hình chữ nhật yêu cầu thiết kế nổ mìn khác nhau; các góc trong đường trượt hình chữ nhật có thể cần bố trí lỗ khoan đặc biệt để kiểm soát hình dạng. Xem xét tốc độ đào trước cần thiết—việc đào nhanh hơn có thể đòi hỏi kỹ thuật nổ mìn hiệu quả hơn và kết hợp các thông số.
Thiết kế bố trí lỗ nổ Thiết kế lỗ khe:
Lựa chọn phương pháp khoan rãnh: Các phương pháp khoan rãnh phổ biến bao gồm khoan rãnh hình nêm và khoan rãnh lỗ thẳng. Khoan rãnh hình nêm phù hợp với đá mềm vừa đến mềm: các lỗ khoan góc cạnh tạo ra một mặt tự do hình nêm để tiến hành nổ mìn tiếp theo. Khoan rãnh lỗ thẳng được sử dụng cho đá cứng, trong đó các lỗ rỗng song song tạo ra một mặt tự do và khoảng trống bù trừ trong khi các lỗ tích điện xung quanh thực hiện quá trình phá vỡ. Các kỹ thuật khoan rãnh tiên tiến, chẳng hạn như khoan rãnh khoang và nổ rãnh bắn mảnh vỡ (CCFT), đã được nghiên cứu và áp dụng; ví dụ, thiết kế khoan rãnh song song với các lỗ ném kép (P-DFH) giúp tăng cường sức mạnh của thuốc nổ đáy và tạo ra một vụ nổ hai giai đoạn tạo thành một khoang rãnh hoàn chỉnh hơn, khắc phục những hạn chế của phương pháp khoan dày đặc truyền thống.
Xác định thông số lỗ khoan: Xác định độ sâu, khoảng cách và góc của lỗ khoan. Độ sâu lỗ khoan thường lớn hơn 15%–20% so với các lỗ khoan nổ khác để đảm bảo việc khoan hiệu quả. Đối với đá cứng trung bình, góc khoan hình nêm có thể là 60°–75°, với khoảng cách 0,5–1,0 m tùy thuộc vào đặc tính của đá. Đối với khoan lỗ thẳng, khoảng cách giữa các lỗ rỗng và lỗ khoan đã nạp đạn thường là 0,2–0,5 m.
Lỗ phụ (lỗ thoát nước): Được đặt giữa các lỗ rãnh và các lỗ chu vi để tăng thể tích khe và tạo mặt thoáng tốt hơn cho các khối thuốc nổ chu vi. Khoảng cách giữa các lỗ phụ thường lớn hơn một chút so với các lỗ chu vi, và khối thuốc nổ có thể tương đối lớn hơn. Đối với đá cứng trung bình, khoảng cách giữa các lỗ phụ có thể là 0,6–0,8 m, với lượng thuốc nổ được điều chỉnh theo đặc điểm của đá.
Lỗ chu vi (đường đồng mức): Được sử dụng để kiểm soát biên dạng trôi dạt và đảm bảo mặt cắt ngang đáp ứng kích thước thiết kế. Khoảng cách lỗ chu vi và lượng thuốc nổ là yếu tố quan trọng để kiểm soát biên dạng. Mô phỏng số và thử nghiệm thực địa cho thấy trong một số điều kiện nhất định—ví dụ, tại các vùng trôi dạt sâu của mỏ phosphate Kaiyang—khoảng cách lỗ chu vi S = 0,70 m, mật độ thuốc nổ tuyến tính β = 0,9 kg/m3 và hệ số tách rời ζ = 2,5 mang lại kết quả nổ đường đồng mức tốt với tỷ lệ vỡ tràn/vỡ dưới thấp nhất. Việc sử dụng đầm cát trong các lỗ chu vi giúp giảm thiểu hư hại cho đá xung quanh và cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng nổ.
Thiết kế Thông số Nổ mìn Tính toán lượng thuốc nổ: Lượng thuốc nổ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả nổ mìn và thường được xác định bởi tính chất của đá, đường kính lỗ, độ sâu lỗ và khoảng cách giữa các lỗ. Các công thức thực nghiệm phổ biến bao gồm công thức thể tích và công thức tiêu thụ thuốc nổ trên một đơn vị thể tích. Ví dụ, công thức thể tích Q = qV, trong đó Q là lượng thuốc nổ, q là lượng thuốc nổ tiêu thụ trên một đơn vị thể tích đá, và V là thể tích đá cần nổ. Lượng thuốc nổ tiêu thụ q trên một đơn vị thể tích đá phụ thuộc vào độ bền của đá và thường nằm trong khoảng 0,3–1,5 kg/m³.
Trình tự bắn và thời gian trễ: Trình tự bắn và thời gian trễ hợp lý có thể kiểm soát độ rung nổ mìn và cải thiện khả năng phá vỡ. Thông thường, các lỗ khoan được bắn trước, sau đó đến các lỗ phụ, và cuối cùng là các lỗ chu vi. Thời gian trễ nên tính đến khả năng phá vỡ và thời gian ném đá cũng như giảm rung động. Ví dụ, độ trễ giữa các lỗ khoan và lỗ phụ có thể là 25–50 ms, và độ trễ giữa các lỗ phụ và lỗ chu vi là 50–100 ms. Có thể sử dụng mô phỏng số và thử nghiệm thực địa để tối ưu hóa thời gian trễ nhằm cải thiện khả năng phân mảnh và giảm rung động.
Lựa chọn vật liệu và thiết bị nổ mìn Lựa chọn thuốc nổ: Chọn loại thuốc nổ phù hợp với điều kiện mỏ. Đối với khai thác trôi dạt ngầm, thuốc nổ có độ an toàn cao và sức công phá trung bình, chẳng hạn như thuốc nổ nhũ tương, thường được sử dụng. Thuốc nổ nhũ tương có khả năng chống thấm nước tốt và hiệu suất ổn định, phù hợp với hầu hết các hoạt động nổ mìn ngầm. Trong các mỏ than có khí, chỉ nên sử dụng thuốc nổ được phê duyệt cho phép khai thác theo quy định an toàn.
Lựa chọn kíp nổ và kích nổ: Các thiết bị kích nổ phổ biến bao gồm kíp nổ điện và kíp nổ ống xung kích (không dùng điện). Kíp nổ điện vận hành đơn giản và đáng tin cậy nhưng có thể nguy hiểm trong môi trường có dòng điện rò. Kíp nổ ống xung kích có khả năng chống tĩnh điện và dòng điện rò, được sử dụng rộng rãi trong các vụ nổ ngầm. Trong môi trường nổ phức tạp, kíp nổ điện tử có thể được sử dụng; chúng cho phép kiểm soát thời gian chính xác, cải thiện hiệu quả và an toàn của vụ nổ.
Dự đoán và Đánh giá Hiệu ứng Nổ mìn: Dự đoán mô phỏng số: Sử dụng phần mềm mô phỏng số (ví dụ: ANSYS/LS-DYNA) để xây dựng mô hình số của nổ mìn trôi dạt. Bằng cách nhập các thông số cơ học của đá, bố trí lỗ khoan và thông số nổ mìn, mô phỏng sự vỡ vụn, văng và rung động của đá trong quá trình nổ mìn. Ví dụ, mô phỏng có thể đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp tạo rãnh và thông số nổ mìn khác nhau đến kết quả đào và cung cấp cơ sở để tối ưu hóa thiết kế.
Đánh giá thử nghiệm thực địa: Tiến hành thử nghiệm thực địa quy mô nhỏ trước khi đào toàn bộ. Đánh giá hiệu quả nổ mìn bằng cách quan sát sự phân mảnh đá, hình thành mặt cắt trôi và đo độ rung nổ mìn. Điều chỉnh và tối ưu hóa thiết kế dựa trên kết quả thử nghiệm để đảm bảo hiệu suất thi công đạt yêu cầu trong xây dựng quy mô lớn.
Biện pháp an toàn Xác định khoảng cách an toàn: Thiết lập khoảng cách an toàn nổ mìn dựa trên khối lượng thuốc nổ và đặc tính của đá. Đánh dấu và bảo vệ các khu vực cấm trong khoảng cách an toàn để ngăn chặn sự tiếp cận trái phép. Đối với nổ mìn ngầm, khoảng cách an toàn thường nằm trong khoảng 100–300 m, với các giá trị cụ thể được tính toán theo từng trường hợp.
Thông gió và kiểm soát bụi: Việc phun cát tạo ra khí và bụi cần được loại bỏ ngay lập tức. Sử dụng quạt thông gió cục bộ, ống dẫn và các thiết bị thông gió khác để đảm bảo chất lượng không khí đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn. Ngoài ra, hãy phun nước và phun sương để giảm thiểu bụi cho công nhân.
Kiểm soát rung động nổ mìn: Giảm tác động rung động nổ mìn lên đá và các công trình xung quanh bằng cách tối ưu hóa các thông số nổ mìn—kiểm soát kích thước thuốc nổ, sử dụng trình tự và độ trễ nổ mìn phù hợp. Ở những khu vực nhạy cảm với rung động, việc tách trước, nổ mìn đều và các kỹ thuật kiểm soát khác có thể hạn chế rung động hơn nữa.
Kết luận: Thiết kế phương án nổ mìn cho khai thác trôi dạt mỏ hầm lò là một nhiệm vụ phức tạp và có hệ thống, đòi hỏi phải xem xét các điều kiện địa chất, yêu cầu kỹ thuật, vật liệu nổ mìn và các biện pháp an toàn. Thông qua bố trí lỗ khoan hợp lý, thiết kế thông số nổ mìn chính xác, lựa chọn thuốc nổ và hệ thống kích nổ phù hợp, cùng với các quy trình an toàn nghiêm ngặt, có thể đạt được hiệu quả, an toàn và kinh tế trong khai thác trôi dạt. Mô phỏng số và thử nghiệm thực địa nên được sử dụng để dự đoán và đánh giá hiệu suất nổ mìn, đồng thời liên tục tối ưu hóa thiết kế để đáp ứng các điều kiện cụ thể của từng mỏ, đồng thời cải thiện hiệu suất khai thác và lợi nhuận kinh tế.
