Luận án 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

ần cỡ hạt mà khi đó tổng chi phí cho tất cả các khâu công nghệ là nhỏ nhất sẽ tương ứng với MĐĐV hợp lý. 3.4.2 Đánh giá MĐĐV đất đá bằng nổ mìn 3.4.2.1. Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ bằng phương pháp năng lượng xác suất Kích thước cục trung bình của đống đá nổ là một đại lượng đặc trưng cho MĐĐV đất đá bằng nổ, được xác định như sau [17]: Dtb = 1/ K1 .K2 .K3. K4. K5. K6 chϕ . et .qt ; (3.14) 71 Trong đó: K1 = 3/1 tt chch V V       ρ ρ là hệ số hiệu chỉnh về loại thuốc nổ sử dụng; tch,ρρ - tương ứng là mật độ của thuốc nổ chuẩn và thuốc nổ thực tế, kg/m3; Vch, Vt - tương ứng là tốc độ nổ của thuốc nổ chuẩn và thực tế, m/s; K2 = (dch /dt)1/2 là hệ số hiệu chỉnh về đường kính lượng thuốc nổ, dch là đường kính chuẩn, dt là đường kính lượng thuốc nổ thực tế; K3 - là hệ số hiệu chỉnh về số mặt tự do, K3 = 1 khi có 2 mặt tự do, K3 = 2 khi có 3 mặt tự do, nếu chỉ có 1 mặt tự do bên sườn và không có mặt tự do qua miệng lỗ khoan thì K3 = h/(h+ 25dk); h - là chiều cao tầng hay lớp phá huỷ, m; dk - là đường kính lỗ khoan, m; K4 – là hệ số hiệu chỉnh về hướng lỗ khoan, khi bố trí các lỗ khoan song song K4 = 1, rẻ quạt K4 = 0,7; K5 – là hệ số hiệu chỉnh về số hàng mìn, khi số hàng mìn nhỏ hơn 3 thì K5 = 0,81; lớn hơn 3 thì K5 =1; K6 – là hệ số hiệu chỉnh khi dùng đường kính lỗ khoan nhỏ hơn đường kính chuẩn. Điều này được giải thích bởi sự tăng năng lượng để đập vỡ đá liền khối so với đập vỡ khối theo khe nứt. K6 = 0,061 + 4,35 dk, dk là đường kính lỗ khoan lớn hay lỗ khoan nhỏ, m. chϕ - hằng số đập vỡ chuẩn, j/m3 3.4.2.2 Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ theo phương pháp bán thực nghiệm của V.M. Kuzơnhetxôv: Theo Kuzơnhetsôv, đường kính trung bình của cỡ hạt đống đá nổ mìn được xác định, [25]: Dtb = A 6 1 5 4 QQ V       , m (3.15) 72 Trong đó: A - hệ số đặc trưng cho loại đá; V - thể tích đá được phá vỡ do 1 lượng thuốc đảm nhiệm, m3; Q - khối lượng của một lượng thuốc nổ tính theo thuốc nổ chuẩn là TNT, kg. Từ (3.23) đặt Q/V = q , q - chỉ tiêu thuốc nổ, ta có: Dtb = A 6 1 5 4 Q q 1 , m. (3.16) 3.4.2.3. Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ theo phương pháp của B.N. Kutuzôv Giáo sư B.N. Kutudôv đã mô tả kích thước cục trung bình có quan hệ với kích thước cục đá quá cỡ có dạng, [4] [31]: Dtb = 3 o qc cp V V 14 D       − , m (3.17) Trong đó: Vqc - tỷ lệ đá quá cỡ khi nổ,%; Vo - tỷ lệ khối nứt tự nhiên trong nguyên khối có kích thước lớn hơn kích thước cục đá cho phép, %. Khi tỷ lệ đá quá cỡ Vqc bằng 2 ÷ 3% thì đa số các trường hợp có thể xem Dtb bằng 0,25 Dcp. Trong trường hợp này người ta cũng coi Vqc bằng 0 khi suất đá quá cỡ 2 ÷ 3%. 3.4.2.4. Xác định kích thước cục trung bình Dtb của đống đá sau nổ bằng phương pháp bình quân từ tỷ lệ cỡ hạt đo được trong thực tế Trong thực tế có thể sử dụng các phương pháp tuyến tính, hình học, định lượng (bằng phân tích ảnh) hay phân tích qua sàng để xác định thành phần và tỷ lệ cỡ hạt, khi đó kích thước cục trung bình được xác định theo công thức, [5], [32]: 100 DD iitb ∑ γ = (3.18) 73 Trong đó: Di - kích thước trung bình của cỡ hạt thứ i; iγ - tỷ lệ cỡ hạt thứ i, %. 3.5. ĐÁNH GIÁ MĐĐV ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ BẰNG NỔ MÌN Ở trên đã phân tích và chỉ ra rằng kích thước trung bình của cục đá sau khi nổ là đại lượng đặc trưng cho MĐĐV đất đá bằng nổ. Với mỗi một dây chuyền công nghệ độc lập sẽ tồn tại một giá trị Dtb hợp lý mà ở đó chi phí là thấp nhất, tương tự sẽ tồn tại các giá trị hợp lý khác nhau theo các dây chuyền công nghệ khác nhau. MĐĐV đất đá bằng nổ mìn được coi là hợp lý (MĐĐV hợp lý) khi nó đảm bảo tổng chi phí cho một đơn vị sản phẩm khai thác là tối thiểu, [3], [16], [32]: minKEC n 1i i n 1i i →∑+∑ == ; (3.19) Trong đó: Ci - chi phí sản xuất tính cho một mét khối đất đá tương ứng của các khâu: khoan nổ lần 1, xúc, vận tải, phá đá quá cỡ, đ/m3; Ki - chi phí cơ bản tính cho một mét khối đất đá tương ứng của các khâu: khoan, xúc, vận tải, phá đá qúa cỡ, đ/m3; E - Hệ số hiệu quả vốn đầu tư. Hiện nay trong điều kiện nền kinh tế thị trường các giá trị khấu hao, các chi phí sản xuất, chi phí sửa chữa,... được điều chỉnh thường xuyên theo sự biến động của thị trường. Việc điều chỉnh xác định sự thay đổi này được nhà nước, ngành tính toán cân đối và cũng có thể do chính đơn vị sản xuất hạch toán độc lập tự xác định một cách linh hoạt theo cơ chế thị trường, vì vậy việc đánh giá MĐĐV đất đá hợp lý được xác định theo điều kiện sau [3], [16], [32]: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 → min, (3.20) Trong đó: C - tổng chi phí của các khâu công nghệ; C1, C2 ,...C5 - tương ứng là: chi phí khoan, nổ lần 1 và lần 2, xúc, vận tải, nghiền sàng tính cho 1 m 3 đất đá, đ/m3. 74 MĐĐV đất đá tương ứng với chi phí nhỏ nhất được coi là MĐĐV tối ưu, còn giá trị nằm xung quanh vùng tối ưu gọi là MĐĐV hợp lý. Các công trình nghiên cứu của hàng loạt các tác giả Nga, Mỹ, Đức,... đã chứng minh giá trị chi phí của mỗi khâu phụ thuộc vào hàng loạt các thông số phản ánh điều kiện tự nhiên, kỹ thuật và công nghệ của mỏ như: chi phí khâu khoan phụ thuộc vào đơn giá khoan, loại máy khoan, loại đất đá, các thông số khoan nổ, MĐĐV đất đá Dtb,...; chi phí khâu nổ lần một phụ thuộc loại thuốc nổ sử dụng, đơn giá thuốc nổ và phương tiện nổ, các thông số khoan nổ, MĐĐV đất đá Dtb, ...; chi phí khâu xúc phụ thuộc vào loại máy xúc, dung tích gầu, năng suất xúc, đơn giá ca máy xúc, mức độ khó xúc, MĐĐV đất đá Dtb, ...; chi phí cho khâu vận tải ô tô phụ thuộc vào đơn giá của một ca xe, loại ô tô, năng xuất, MĐĐV đất đá Dtb,... ; chi phí cho khâu nghiền sàng phụ thuộc vào MĐĐV đất đá Dtb, đơn giá ca máy nghiền,...; chi phí khoan nổ lần 2 phụ thuộc vào giá thành một mét khối khoan nổ lần hai và tỷ lệ đá quá cỡ. Các nghiên cứu cũng chỉ ra năng suất của tất cả khâu phụ thuộc vào MĐĐV đất đá, tức là phụ thuộc vào Dtb,..., vì vậy chi phí của từng khâu và tổng chi phí của các khâu có thể xem như một hàm số đa biến có dạng sau [17]: C1 = f1(x1, x2, x3,..., Dtb); C2 = f2(x1, x2, x3,...,Dtb); C3 = f3(x1, x2, x3,...,Dtb); C4 = f4(x1, x2, x3,...,Dtb); C5 = f5(x1, x2, x3,...,Dtb) (3.21) Vì vậy hàm tổng chi phí tính cho một mét khối đất đá nổ cũng có dạng: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 = F(x1, x2, x3,...,Dtb) (3.22) Thay các giá trị ở (3.21) vào (3.22) khi đó điều kiện xác định MĐĐV đất đá hợp lý nhận được có dạng: 75 C = F(x1, x2, x3,...,Dtb) = f1(x1, x2, x3,..., Dtb) + f2(x1, x2, x3,..., Dtb) + f3(x1, x2, x3,..., Dtb) + + f4(x1, x2, x3,..., Dtb) + f5(x1, x2, x3,..., Dtb) → min (3.23) Trong đó: x1, x2, x3 - tương ứng là các biến độc lập đặc trưng cho các thông số về các điều kiện tự nhiên, kỹ thuật và công nghệ sản xuất mỏ; Dtb- đặc trưng cho MĐĐV đá sau khi nổ. 3.6. MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ HỢP LÝ Ở CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VLXD Như đã đề cập ở phần trên, MĐĐV (Dtb, tỷ lệ đá quá cỡ) có ảnh hưởng tới năng suất, hiệu quả của các khâu trong dây chuyền công nghệ sản xuất, đặc biệt là khâu xúc bốc, sau đó là khâu vận tải, nghiền sàng. Khi nổ với mức độ đập vỡ mạnh (DTB, tỷ lệ đá quá cỡ nhỏ) sẽ tăng năng suất và hiệu quả xúc bốc, vận tải, nghiền sàng,... nhưng đòi hỏi chi phí khoan nổ tăng mạnh. Còn khi nổ với mức độ đập vỡ yếu (Dtb, tỷ lệ đá quá cỡ lớn) sẽ làm giảm năng suất và hiệu quả các khâu tiếp sau, tăng chi phí đập vỡ lần hai, chi phí khoan nổ lần một giảm đi. Như vậy sẽ tồn tại vùng đập vỡ đảm bảo hiệu quả sản xuất chung của tất cả các khâu là tối đa, vùng đó gọi là vùng mức độ đập vỡ hợp lý, đó là vùng có tổng chi phí sản xuất chung là tối thiểu. - Đối với các mỏ khai thác đá VLXD kích thước cỡ hạt của đống đá nổ mìn phải đồng đều, ít đá quá cỡ. Yêu cầu này đòi hỏi phải lựa chọn MĐĐV phù hợp, đảm bảo hiệu quả khoan nổ nói riêng và hiệu quả sản xuất nói chung. Cần phải căn cứ vào chủng loại thiết bị khoan, xúc, vận tải và đặc biệt là thiết bị nghiền để lựa chọn MĐĐV. Đá quá cỡ ở đây cần phải xác định theo các thông số làm việc của thiết bị. Sau khi nổ lần 1 những cục đá có kích thước lớn hơn cho phép được coi là đá quá cỡ. Tỷ lệ đá quá cỡ của đống đá nổ mìn cần phải giảm thấp nhất, tối đa không được quá 5%. Để xác định mức độ đập vỡ hợp lý cho các mỏ khai thác đá VLXD có thể sử dụng các phương pháp sau: 76 - Theo dung tích gầu xúc: Theo kinh nghiệm thực tế và nghiên cứu lý thuyết cho thấy rằng dùng máy xúc tay gầu E = 4 ÷ 8 m3, phối hợp với ô tô tải trọng 27 ÷ 75 tấn đối với đất đá dễ nổ và khó nổ vừa, kích thước trung bình hợp lý của cục đá xác định như sau [20]: 3 tb E)2,015,0(d ÷= (3.24) Trong đó: E- dung tích gầu xúc, m3 - Xác định kích thước cục trung bình Dtb theo phương pháp của B.N. Kutuzôv. Phương pháp này kích thước cục trung bình được xác định theo công thức (3.17) - Sử dụng phương pháp đồ thị: Khi tăng kích thước trung bình của cục đá sau nổ thì chi phí xúc, chi phí vận tải và chi phí khoan nổ lần hai tăng theo. Từ các biểu thức tính chi phí khoan nổ lần 1, khoan nổ lần 2 và các chi phí xúc, vận tải, chi phí tổng cho cả dây chuyền sản xuất đã chọn có thể được phản ánh trên hình 3.8 [17]. Trên hình 3.9, sử dụng phương pháp hình học giải tích cho phép nhận được quy luật thay đổi trị số chi phí tổng thể của cả dây chuyền sản xuất mỏ phụ thuộc vào Dtb. Đồ thị quy luật chi phí tổng (Ct) trong miền khảo sát có dạng như một Parabol, có tồn tại điểm cực tiểu, tương ứng với tổng chi phí cho dây chuyền sản xuất mỏ là nhỏ nhất. Điểm cực tiểu đó tương ứng với một giá trị Dtb, giá trị này gọi là trị số MĐĐV đất đá tối ưu. 77 Hình 3.8- Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí các khâu khoan (Ck), nổ (Cn), xúc (Cx), vận tải (Cvt), khoan nổ lần 2 (Ckn2) và chi phí tổng của cả dây chuyền tính trên 1m3 đá nổ vào kích thước cục trung bình của đống đá (Dtb) [17] - Sử dụng phương pháp giải tích Ở trên đã trình bày phương pháp đồ thị giải tích để xác định MĐĐV đất đá tối ưu, thực tế khi cố định các tham số rời rạc thì hàm tổng chi phí là liên tục, khi đó hàm tổng chi phí có thể tìm được trị số cực tiểu theo phương pháp giải tích [17]. Khi đó giá trị Dtb là nghiệm của phương trình vi phân sau: 0 D C tb = ∂ ∂ , Vì hàm chi phí tổng là một hàm đa biến, các biến gồm cả biến liên tục và biến rời rạc, vì vậy phương pháp giải tích có hạn chế chỉ đưa ra được các giá trị tối ưu cục bộ (tối ưu có điều kiện). Vì vậy phương pháp này chỉ phù hợp khi tìm giá trị MĐĐV đất đá tối ưu của một đồng bộ thiết bị đã cho, các phương án thi công đã xác định. Trong trường hợp này để xác định giá trị Dtb tối ưu (Dtb.tu) toàn phần cần phải tính trị số tối ưu cục bộ cho từng phương án đồng bộ thiết bị cụ thể, sau đó tiến hành so sánh trị số tối ưu của các trường hợp khác nhau, đó là hạn chế khi sử dụng phương pháp giải tích đơn thuần. 78 - Xác định MĐĐV đất đá hợp lý bằng phương pháp số: Việc tính toán MĐĐV tối ưu hoàn toàn có thể thực hiện nhờ việc mô phỏng toàn bộ kết quả nghiên cứu bằng sơ đồ khối và giải trên máy vi tính. Khi đó tất cả các thông số, các điều kiện kỹ thuật, điều kiện địa chất,... đều được mô phỏng bằng số. Phương pháp số có ưu điểm cho phép tìm được trị số tối ưu toàn phần của tổ hợp tất cả các phương án có thể xảy ra với một cách nhanh chóng. Để thực hiện việc lập sơ đồ khối và giải bài toán trên, cần xác định các đại lượng có liên quan trong hàm tổng quát với điều kiện thực tế của các mỏ đá lộ thiên (Hình 3.9). Kết quả tính chọn MĐĐV đất đá hợp lý giúp ta xác định được chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý. Từ chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý có thể xác định được các thông số nổ mìn khác một cách dễ dàng bằng tính toán bình thường hoặc sử dụng chương trình được thiết lập trên máy vi tính [17]. 79 Hình 3.9- Sơ đồ khối chương trình xác định MĐĐV đất đá hợp lý bằng nổ mìn [17] 80 3.7. XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ ĐẬP VỠ HỢP LÝ THEO ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT Ở MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC ĐÁ VLXD CỦA VIỆT NAM Như đã trình bày ở trên việc xác định MĐĐV hợp lý là rất quan trọng nó quyết định tới giá thành và hiệu quả sản xuất nói chung. Qua kết quả thống kê và phân tích số liệu nhận thấy đối với các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, MĐĐV hợp lý (theo điều kiện kỹ thuật) xác định theo công thức (3.17) của GS B.N. Kutuzov là phù hợp. Ở đây kích thước cục đá cho phép Dcp xác định theo điều kiện nghiền sàng. Kích thước cục đá vào lớn nhất phụ thuộc vào loại máy nghiền và năng suất của máy. Trên bảng 3.11 giới thiệu một số loại thiết bị nghiền sàng đang sử dụng tại các mỏ đá hiện nay của Việt Nam. Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy nghiền Mã hiệu máy Cửa hạt liệu vào (mm) Cửa hạt liệu ra (mm) Năng xuất (t/h) PE400×600 350 40-100 15-60 PE500×750 425 50-100 50-100 PE600×900 480 65-160 60-130 PE750×1060 630 80-140 80-180 PE900×1200 750 95-165 140-260 PE1000×1200 850 195-265 315-550 PE1200×1500 1020 150-350 400-800 81 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 4.1. NGHIÊN CỨU XÁC LẬP MỨC ĐỘ QUAN HỆ CỦA CHỈ TIÊU THUỐC NỔ VỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Qua các chương trên đã nghiên cứu, xác định vai trò ý nghĩa của chỉ tiêu thuốc nổ trong công tác nổ mìn và mối quan hệ của nó với các yếu tố khi tiến hành công tác nổ. Nhiều công trình của nhiều tác giả đã nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ, hoặc những công trình khác có liên quan đến chỉ tiêu thuốc nổ, song việc xác định được chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý thường chỉ phù hợp với điều kiện nổ cụ thể nhất định. Việc ứng dụng các kết quả đó vào các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam còn nhiều hạn chế và đôi khi không đảm bảo độ chính xác. Nguyên nhân của nó, trước tiên phải kể đến đối tượng để phá vỡ là đất đá, là môi trường không đồng nhất, có nhiều tính chất cơ lý ảnh hưởng đến hiệu quả nổ. Mặt khác ngành khai khoáng phát triển lâu năm nhưng công nghiệp sản xuất chất nổ chưa tương xứng, khiến cho việc sử dụng chất nổ phù hợp với đặc tính năng lượng của nó, chưa có những phòng thí nghiệm tin cậy đảm bảo độ chính xác. Ví dụ theo tài liệu “Giới thiệu vật liệu nổ công nghiệp sản xuất trong nước” của Công ty Hoá chất mỏ và Công ty Vật tư công nghiệp Quốc phòng vẫn chưa có đặc tính kỹ thuật “nhiệt lượng nổ Q”, [23]. Bởi vì nhiệt lượng nổ là một đặc tính năng lượng quan trọng của chất nổ được tính toán khi chuyển đổi chất nổ sử dụng và lựa chọn loại chất nổ phù hợp với tính chất cơ lý của đất đá. Để xác định được chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý đối với điều kiện thực tế của các mỏ khai thác đá VLXD của Việt Nam, chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu 82 xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các yếu tố ảnh hưởng khi tiến hành công tác nổ mìn. 4.1.1 Nghiên cứu xác lập mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và loại chất nổ 4.1.1.1. Tình hình sử dụng vật liệu nổ cô