Chiến lược cải tiến hoạt động khoan nổ mìn dưới nước và phương pháp kỹ thuật

Một số biện pháp lý thuyết và kỹ thuật để cải thiện công tác khoan nổ mìn dưới nước

1 Giới thiệu

Người ta đều biết rằng các dự án khoan nổ mìn dưới nước khó thi công hơn vì có một lớp nước bên dưới bề mặt nước trong quá trình thi công, khiến không thể quan sát trực tiếp kết cấu bề mặt đá, các vết nứt karst và các điều kiện cấu trúc khác cũng như tác động của nổ mìn. Trạng thái dòng chảy bất lợi của ghềnh thác, dòng chảy chéo và xoáy nước trong khu vực nước, cũng như bùn và sỏi phủ trên bề mặt đá, làm cho dự án khoan nổ mìn dưới nước khó thi công hơn.

Nổ thuốc nổ là hiện tượng phản ứng hóa học tốc độ cao. Tốc độ nổ của thuốc nổ dân dụng thông thường có thể đạt tới 3500~5000m/s, kèm theo sự phát sinh các ứng suất lớn như sóng xung kích không khí, sóng xung kích nước và sóng địa chấn. Những ứng suất này có thể đe dọa và gây tổn hại đến sự an toàn của người, động vật, tàu thuyền và các tòa nhà gần điểm nổ, cần phải được chú ý đầy đủ.

Thuốc nổ khi nổ trong môi trường (đá) có hai đặc điểm chính. Thứ nhất là khi thuốc nổ nổ trong đá của lỗ khoan, chúng tạo ra nhiệt độ cao, áp suất cao và lực nổ tốc độ cao được đẩy ra theo hướng của đường kháng cự tối thiểu của điểm nổ. Đặc điểm này là cơ sở lý thuyết chính để tính toán lượng thuốc nổ và nổ định hướng; thứ hai là sau khi thuốc nổ nổ bên trong đá, chúng tạo ra các vòng tròn nén nghiền, ném các vòng tròn nghiền, nới lỏng các vòng tròn hư hỏng và các vòng tròn rung nứt từ bên trong ra bên ngoài. Đây là cơ sở lý thuyết để tính toán lượng thuốc nổ được sử dụng trong các lỗ nổ, khoảng cách giữa các lỗ nổ và khoảng cách giữa các hàng.

2 Lựa chọn đúng một số thông số liên quan đến tính toán lượng thuốc nổ trong lỗ nổ trong các dự án khoan ngầm và nổ mìn rạn san hô

Từ những năm 1970, nước tôi đã đưa giàn khoan xuống lỗ từ nước ngoài vào để khoan dưới nước và phá đá ngầm. Vì bộ phận va chạm (búa va chạm và mũi khoan kết hợp) của giàn khoan xuống lỗ luôn được đặt trên bề mặt và bên trong đá, nên năng lượng va chạm bị mất rất nhỏ và hiệu ứng khoan va chạm rất cao. Do đó, khoan và phá đá ngầm đã trở thành phương pháp thi công quan trọng nhất và hiệu quả nhất cho các dự án phá đá ngầm dưới nước ở các tuyến đường thủy.

Trong Thông số kỹ thuật về Kỹ thuật vận tải đường thủy, công thức tính toán lượng thuốc nổ trong lỗ nổ là:

Điện tích của hàng lỗ nổ đầu tiên Q=0,9baH.

Điện tích của hàng lỗ nổ phía sau Q=q.baH.

Trong công thức trên:

Q----lượng thuốc nổ (kg);

a----khoảng cách lỗ nổ (m);

b----khoảng cách hàng lỗ nổ (m);

H. ----Độ dày lớp đá đào thiết kế, bao gồm độ dày của giá trị siêu sâu được tính toán (m);

q. ----Lượng thuốc nổ tiêu thụ của đơn vị nổ phá rạn san hô dưới nước (kg/m3), là giá trị thực nghiệm, vui lòng tham khảo Bảng 2.3.2 của Thông số kỹ thuật về Kỹ thuật vận chuyển đường thủy để lựa chọn.

Công thức tính toán lượng nổ của lỗ nổ nêu trên chủ yếu được xác định bằng tích của lượng đá dăm sau khi nổ mìn, bao gồm tính toán lượng đá dăm siêu sâu, lượng nổ đơn vị của đá và hệ số kinh nghiệm. Công thức tính toán đơn giản và rõ ràng, nhưng để lượng nổ của lỗ nổ phù hợp với tình hình thực tế, tránh đá và gờ đá còn sót lại trong khu vực nổ mìn do lượng nổ của lỗ nổ, độ thô quá mức của đá sau khi nổ mìn, ảnh hưởng đến hiệu quả đào và loại bỏ xỉ, hoặc đá bị nghiền quá mức, làm tăng chi phí tiêu thụ thuốc nổ, phải lựa chọn đúng các thông số có liên quan sau.

2.1 Chiều dài lỗ nổ L. Các thông số

Trong "Specifications", độ cao đáy của lỗ khoan dưới nước phải giống với độ cao đáy của cùng một hàng lỗ khoan và chiều dài thuốc nổ phải bằng 2/3~4/5 độ sâu của lỗ khoan. Giá trị nhỏ hơn được sử dụng cho đá mềm và giá trị lớn hơn được sử dụng cho đá cứng. Vấn đề chính ở đây là liệu lượng thuốc nổ được tính toán của lỗ nổ có đáp ứng yêu cầu về thông số là chiều dài thuốc nổ bằng 2/3~4/5 độ sâu của lỗ nổ hay không. Trong thực hành thi công nổ mìn rạn san hô dưới nước, chiều dài thuốc nổ của lỗ nổ thường lớn hơn yêu cầu là 2/3~4/5 độ sâu của lỗ nổ vì đường kính lỗ nổ quá nhỏ hoặc tỷ lệ giữa đường kính thuốc nổ nạp dây và đường kính lỗ nổ nhỏ hơn 0,80. Nghĩa là, sau khi lỗ nổ được nạp, lỗ nổ không có đủ không gian cho chiều dài bịt kín và ngay cả độ sâu của lỗ nổ cũng không thể chứa được lượng thuốc nổ được tính toán. Khi chiều dài của thuốc nổ lỗ nổ quá dài, thường sẽ có đá và gờ đá còn sót lại trong khu vực nổ, dẫn đến nổ không hoàn toàn. Để thay đổi và khắc phục các vấn đề trên, các biện pháp chính là tăng đường kính lỗ nổ một cách thích hợp hoặc cải thiện chất lượng của bao bì cuộn thuốc nổ lỗ nổ, giảm độ dày của tre buộc bên ngoài cuộn một cách thích hợp hoặc sử dụng ống nhựa cứng làm bao bì cuộn để tăng hiệu quả đường kính của gói thuốc nổ và sử dụng đường kính của gói thuốc nổ ≥ 0,8 đường kính lỗ nổ.

2.2 Các thông số về độ sâu khoan nổ mìn h

Độ sâu khoan quá mức lỗ nổ là giá trị độ sâu khoan quá mức bên dưới độ dày của đá đào được thiết kế, bao gồm giá trị độ sâu quá mức được tính toán (0,2m đối với khoan trên cạn và 0,4m đối với khoan dưới nước). Nó được xác định bằng cách hình thành kích thước phễu nổ thiết kế dựa trên hệ số kinh nghiệm của đường kính lỗ nổ, khoảng cách, khoảng cách hàng và lượng thuốc nổ lỗ nổ. Giá trị độ sâu khoan quá mức h của "Specification" được chọn là tham số 1,0~1,5m. Tham số này vừa có cơ sở lý thuyết vừa có các yếu tố kinh nghiệm, nhưng trong thực tế thi công, khi chiều dài thuốc nổ lỗ nổ L xuất hiện. Khi giá trị lớn hơn 2/3~4/5 đường kính lỗ khoan, hiệu ứng nổ nói chung là kém. Để giải quyết mâu thuẫn này, đã có những nỗ lực để tăng độ sâu khoan quá mức lên 2,0~2,2 hoặc thậm chí lên 3~4m, do đó lượng thuốc nổ lỗ khoan làm tăng độ sâu khoan quá mức một cách mù quáng. Thực tế cho thấy không chỉ đá đáy bị nghiền quá mức mà các khối đá bề mặt cũng quá lớn, khiến việc đào và loại bỏ xỉ trở nên khó khăn, thậm chí thường phải nổ mìn lần hai, dẫn đến tăng đáng kể lượng thuốc nổ tiêu thụ và chi phí kỹ thuật khi nổ mìn rạn san hô dưới nước.

2.3 Điều chỉnh lượng thuốc nổ tiêu thụ và các thông số như khoảng cách lỗ nổ và khoảng cách hàng cho nổ mìn rạn san hô dưới nước

Do các yếu tố địa chất và địa hình phức tạp như độ cứng, phân tầng, kết cấu, vết nứt trong đá nóng chảy, độ sâu của nước, v.v. của đá ngầm, biện pháp đáng tin cậy và cơ bản nhất để đạt được lợi ích cao trong các dự án nổ mìn rạn san hô dưới nước là: trước khi thi công nổ mìn và đào đất quy mô lớn hoặc trong giai đoạn đầu thi công, tiến hành khoan nổ mìn và đào đất và thử nghiệm loại bỏ xỉ trên một diện tích nhỏ (100-600 mét vuông) các lớp đá để kịp thời kiểm tra hiệu quả thực tế sau khi nổ mìn. Nếu có các điều kiện bất lợi như độ thô quá mức của xỉ đá sau khi nổ mìn, hiệu quả đào đất và loại bỏ xỉ bằng máy thấp, nổ không hoàn toàn các phiến đá và gờ đá còn sót lại, nghiền nát quá mức xỉ đá sau khi nổ mìn và tiêu thụ thuốc nổ đơn vị quá mức, khoảng cách, khoảng cách hàng, độ sâu khoan quá mức và tiêu thụ thuốc nổ đơn vị của các lỗ nổ phải được điều chỉnh phù hợp theo tình hình thực tế cho đến khi đạt được lợi ích tốt sau khi nổ mìn.

3 Một số biện pháp kỹ thuật để cải thiện hiệu quả thực tế của việc nổ mìn phá rạn san hô dưới nước

3.1 Vị trí khoan

Trong kênh được thiết kế để nổ mìn rạn san hô dưới nước, việc bố trí chính xác vị trí của từng lỗ nổ mìn là biện pháp cơ bản để tránh nổ mìn bị bỏ sót hoặc lặp lại. Theo kinh nghiệm, tốt nhất nên sử dụng bản đồ địa hình kênh tỷ lệ 1/100~1/300 và máy toàn đạc để định vị và bố trí khoan. Không nên sử dụng thước thủy hoặc trực tiếp sử dụng thước dây để đo khoảng cách để định vị và bố trí, để đảm bảo vị trí lỗ nổ mìn cách vị trí thiết kế ≤0,2m. Nếu vị trí thực tế của lỗ nổ mìn là điều kiện địa chất xấu như rãnh karst và không thể khoan, thì cũng nên khoan ở vị trí thích hợp gần vị trí khoan đã định.

3.2 Các biện pháp giảm thiểu số lần nổ mìn

Trong các dự án khoan nổ mìn quy mô lớn, các vết nứt trong quá trình nổ mìn đá biên sau mỗi lần khoan nổ mìn sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất khoan bình thường tiếp theo và hiệu suất loại bỏ xỉ ở các mức độ khác nhau. Ví dụ, trong quá trình khoan nổ mìn hai tảng đá móng trụ cầu, mỗi tảng rộng vài chục mét vuông tại một bến tàu nhất định, hiệu suất khoan và đào cực kỳ thấp do biện pháp khoan 1~2 lỗ mỗi lần để nổ mìn nhiều lớp trên một diện tích nhỏ không phù hợp, thời gian thi công và chi phí cao hơn gấp 2 lần so với kế hoạch. Do đó, tăng cường biện pháp nổ mìn tải và dây và giảm thiểu số lần nổ mìn nổ mìn quy mô lớn là những biện pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu quả công việc.

3.3 Các biện pháp nâng cao độ chính xác của nổ mìn quy mô lớn

3.3.1 Để ngăn ngừa tình trạng nổ mù các gói thuốc nổ lỗ nổ do vấn đề về định lượng kíp nổ và kết nối đường dây, ngoài việc kiểm tra chặt chẽ định lượng kíp nổ và đường dây truyền tải điện trước khi nổ, thực tế đã chứng minh rằng khoảng cách giữa các gói thuốc nổ của mỗi lỗ nổ được nạp ít nhất hai dây nổ, đây là một trong những biện pháp hiệu quả để nâng cao tỷ lệ chính xác của nổ mìn rạn san hô dưới nước.

3.3.2 Trước mỗi lần nổ mìn diện tích lớn và nhiều lỗ khoan, phải thiết kế mạng lưới nổ mìn. Trong thiết kế mạng lưới, phải xem xét vật liệu của kíp nổ và dây nổ lỗ khoan, phương pháp kết nối đường dây và hiệu suất chống thấm của gói thuốc nổ. Phải tiến hành thử nghiệm mô phỏng nổ mìn để tối ưu hóa thiết kế mạng lưới kịp thời. Hiện nay, khi nổ mìn mạng lưới nhiều lỗ khoan, nhiều dây nổ nhựa thường được kết nối song song và sau đó nhóm với kíp nổ điện 8# hoặc kíp nổ đập để nổ. Do nhiều dây nổ nhựa được kết nối song song nên độ tin cậy của việc nổ bằng kíp nổ điện khó đảm bảo rằng tất cả chúng đều được kích nổ chính xác, để nâng cao tỷ lệ chính xác, có thể tăng số lượng kíp nổ điện hoặc có thể thêm các gói thuốc nổ nhỏ để nổ. Ngoài ra, mạng lưới nổ mìn quan trọng nhất sử dụng trực tiếp dây nổ và các biện pháp khác như kết nối song song hoặc nối tiếp với nhiều nhóm lỗ khoan để nổ đập.

3.3.3 Tại mặt nước khu vực nổ mìn có dòng chảy phức tạp, đặt hệ thống dây lưới nổ trên mặt nước nhiều phao để thuận tiện cho việc kết nối và kiểm tra hệ thống, tránh dòng điện mạnh làm đứt dây và từ chối nổ.

3.4 Các biện pháp sử dụng công nghệ phun bi vi sai

Công nghệ nổ mìn vi sai lệch với độ trễ tính bằng mili giây để nạp đạn vào lỗ nổ không chỉ làm giảm lượng thuốc nổ trong phần lớn nhất (viên đạn) xuống mức thấp nhất có thể để giảm hiệu quả mối đe dọa của sóng địa chấn và chấn động nước đối với sự an toàn của các tòa nhà và tàu thuyền gần đó, mà còn, khi nổ mìn vi sai lệch được thực hiện ở mỗi khu vực lớn có nhiều lỗ nổ, sóng địa chấn do nổ mìn mỗi lỗ nổ tạo ra được phân tán để giảm sự chồng chất của ứng suất địa chấn, có lợi cho việc nghiền đá và nâng cao hiệu quả loại bỏ xỉ cơ học.

4 Kết luận

Nổ mìn dưới nước là một dự án vận chuyển đường thủy đặc biệt với kỹ thuật khổng lồ. Trong quá trình thi công, việc thực hiện nghiêm ngặt và chính xác các thông số kỹ thuật " cho Kỹ thuật vận chuyển đường thủy" là một đảm bảo quan trọng để có được kỹ thuật dự án chất lượng cao và hiệu quả. Trong ứng dụng cụ thể của các thông số tính toán khác nhau và các biện pháp kỹ thuật trong "Specifications", các thử nghiệm quy mô nhỏ trước khi thi công hoặc trong thực tế thi công, tóm tắt và hiệu chỉnh liên tục theo các điều kiện khác nhau như địa chất công trình và mô hình nước tại mỗi địa điểm, có thể thu được các thông số và biện pháp kỹ thuật thực sự có giá trị.