LỜI NÓI ĐẦU
Việc sử dụng đồng bộ khoan nổ mìn có ý nghĩa và tầm quan trọng về
kinh tế kỹ thuật trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và đặc biệt đối với
ngành khai thác nói riêng. Lựa chọn tính toán hợp lý các giải pháp kỹ
thuật, tổ chức thi công phù hợp khoa học các công tác khoan nổ mìn;không
những có ý nghĩa về kinh tế, kỹ thuật mà còn có ý nghĩa to lớn về công tác
an toàn lao động - Bảo hộ lao động.
Giáo trình Khoan nổ mìn được biên soạn (theo chương trình đào tạo bậc
Cao đẳng, ngành Khai thác mỏ) với các nội dung chính sau:
- Phần I: Đất đá mỏ và công tác khoan.
- Phần II: Công tác nổ mìn.
Giáo trình được sử dụng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho giảng
viên, HS - SV ngành khai thác mỏ và tham khảo cho cán bộ kỹ thuật,
HS - SV các ngành khác.
Giáo trình được hoàn thành với sự cộng tác của Th.S. Nguyễn Văn Đức
(biên soạn chương 1), và các góp ý quý báu của Th.S. Khương Xuân Thiệp,
các tác giả xin chân thành cảm ơn.
Với sự nỗ lực của các tác giả, giáo trình đã được hoàn thành. Tuy nhiên
do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót.
Rất mong người đọc góp ý để Giáo trình được hoàn thiện hơn.
Quảng ninh, ngày 30 tháng 5 năm 2009
CHỦ BIÊN

Th.S. Hoàng Tuấn Chung

1


BÀI MỞ ĐẦU
1. Mục đích vai trò của công tác khoan nổ mìn:
Công tác khoan nổ mìn được sử dụng rộng rãi trong các ngành Khai thác

mỏ, Địa thuốc, Giao thông vận tải, Thuỷ lợi, Lâm nghiệp để làm tơi đất đá hoặc
phá vỡ các công trình xây dựng . . .
Đối với ngành khai thác:
- Trong công nghệ khai thác lộ thiên các quá trình sản suất chính được tiến
hành theo trình tự: làm tơi đất đá mỏ (chủ yếu bằng khoan nổ mìn) - xúc bốc vận tải - thải đá.
- Trong công nghệ khai thác hầm lò có sử dụng khoan nổ mìn thì các quá
trình sản xuất gồm: Khoan nổ - xúc bốc -vận tải - chống giữ.
Như vậy: Mục đích của công tác khoan nổ mìn trong ngành khai thác là sử
dụng năng lượng của thuốc nổ để làm tơi đất đá tạo điều kiện cho các khâu công
nghệ sau được tiến hành có hiệu quả, năng suất cao, giảm chi phí, tăng tuổi thọ
các thiết bị trong các khâu công nghệ, đồng thời an toàn cho công tác mỏ.
Khoan nổ mìn là khâu công nghệ đầu tiên trong các quá trình sản xuất. Do
vậy năng suất, chất lượng của nó sẽ ảnh hưởng tới năng suất chất lượng của các
thiết bị trong các khâu công nghệ sau đó.
Vì vậy cần phải có các giải pháp kỹ thuật tổng hợp để nâng cao hiệu quả
công tác khoan nổ mìn nhằm giảm giá thành và an toàn trong khai thác.
2. Sơ lược về sự phát triển công tác khoan nổ mìn:
Lịch sử phát triển công tác khoan nổ mìn liên quan chặt chẽ tới việc phát
minh sáng chế, sử dụng Vật liệu nổ, thiết bị khoan và tổ chức công tác
khoan nổ mìn.
a. Công tác khoan nổ mìn với việc sản xuất và sử dụng vật liệu nổ:
Thuốc nổ đầu tiên loài người dùng trong nhiều thế kỷ là thuốc nổ đen, ngay
từ thế kỷ thứ III (năm 226) ở các trận chiến được lịch sử ghi lại trong Tam quốc
diễn nghĩa. Tuy nhiên mãi tới năm 1245 Roger Ba Con ở Anh mới công bố phát
minh ra thuốc nổ đen, và từ đó thuốc nổ đen được đưa vào sử dụng để chế tạo
các vũ khí và trong các ngày hội.

2



- Giữa thế kỷ XVI, người Nga đã dùng thuốc nổ đen để phá các tảng đá dưới
lòng sông cho tầu qua lại.
- Năm 1489 ở Buđapet và năm 1552 tại Kazan thuốc nổ đen đã được sử
dụng để phá các lô cốt.
- Năm 1672 tại Đức đã sử dụng thuốc nổ đen để đào lò.
Cuộc đại cách mạng khoa học kỹ thuật của thế kỷ 19 đã cho ra đời nhiều
loại thuốc nổ và phương tiện nổ:
- Năm 1800 Govar đã sáng chế ra thuốc nổ Phuminat thuỷ ngân, là một
trong những thuốc nổ nhóm I sử dụng để chế tạo ra kíp nổ.
- Năm 1812 tại Nga, Siling lần đầu tiên sử dụng mồi lửa điện để khởi nổ
các thuốc nổ.
- Năm 1831 tại Anh, Bichphor đã phát minh ra dây cháy chậm.
- Năm 1853 ở Nga, Zinhin Và Pêtruxepski đã chế tạo ra thuốc nổ trên cơ sở
nitrôglyxêrin (tương tự thuốc nổ Đinamit).
- Năm 1866, kỹ sư Anphret Nôben người Thuỵ điển đã chế tạo ra thuốc nổ
Đinamít dẻo sử dụng rất thuận tiện trong công nghiệp.
- Năm 1867, hai nhà Hoá học của Thuỵ điển là Olxen và Norbin đã
phát minh ra loại thuốc nổ dựa trên cơ sở Nitrat Amôn.
- Năm 1879 nhà Bác học Pháp là Mexen đã giới thiệu phương tiện khởi nổ
trực tiếp lượng thuốc nổ đó là dây truyền sóng nổ (dây nổ).
- Năm 1887 bắt đầu sử dụng thuốc nổ mạch Têtrin, thuốc nổ này được sử
dụng làm thuốc nổ nhóm 2 ở đáy các kíp từ năm 1906.
- Từ năm 1891 bắt đầu sử dụng thuốc nổ Trôtin (TNT). Cuối thế kỷ XIX đã
chế tạo ra hai loại thuốc nổ mạch là Hecxogen và TEN.
- Cuối thế kỷ XX đã phát minh và sử dụng rộng rãi phương tiện nổ: Vật liệu
nổ phi điện và kíp mìn điện tử.
b. Công tác khoan nổ mìn với việc phát triển và hoàn thiện thiết bị khoan:
Trước Công nguyên, người Trung Quốc đã biết khoan để khai thác
các mỏ muối ăn. Khi đó để tạo lỗ khoan, người ta dùng choòng và búa
đục bằng tay.


3


Năm 1857, máy khoan khí nén ra đời. Năm 1861, máy khoan đập pit
tông được chế tạo, và cuối thế kỷ XIX máy khoan đập khí ép cầm tay mới
được sử dụng rộng rãi.
Năm 1935, Minhainơ đã chế tạo máy khoan xoay đầu tiên để khoan lỗ
khoan đường kính 150 mm. Năm 1938, Xiđôrenkô đã giới thiệu phương pháp
khoan bằng búa có đầu đập chìm. Từ năm 1950 trên các mỏ quặng vùng Antai
bắt đầu sử dụng máy khoan cầu có đường kính lỗ khoan 145 mm.
Từ giữa thế kỷ XX Liên xô (cũ) đã chế tạo và thử nghiệm một loạt các loại
máy khoan có đường kính lớn với các phương pháp khoan đa dạng. Các loại
máy khoan được sử dụng đa dạng trong các điều kiện địa chất mỏ khác nhau,
không ngừng được hoàn thiện để tiêu hao năng lượng thấp, có tốc độ khoan cao
như các loại máy khoan Đập - Xoay thuỷ lực: TAMROCK (Phần Lan),
FURUKAWA (Nhật) . . .
c. Công tác khoan nổ mìn với việc phát triển các phương pháp và quy mô nổ mìn:
Từ giữa thế kỷ XVII các kỹ sư quân sự Pháp đã sử dụng nhiều phương
pháp tính toán khi nổ mìn, có nhiều công thức đã được sử dụng trong
ngành khai thác tới ngày nay.
Năm 1749 Lômôlôxôp đã giải thích hiện tượng nổ và tác dụng nổ trong
môi trường.
Năm 1911, Giáo sư M.M Prôtôđiakônốp đã công bố bảng phân loại đất đá
theo công nghệ khoan nổ mìn có cơ sở khoa học, bảng phân loại này được sử
dụng thuận tiện và rộng rãi trong ngành mỏ cho tới ngày nay. Trong những năm
40 thế kỷ XX, XuKhanốp đã phân loại đất đá mỏ theo độ khoan, độ nổ. Cuối thế
kỷ XX, Rzepski đã phân loại đất đá theo mức độ khó khăn khi khoan và khi nổ.
Các phương pháp khởi nổ theo thời gian điều khiển nổ cũng được sử dụng
ngay từ năm 1952, với diện rộng dùng phương pháp nổ vi sai ở Nga. Phương

pháp này ngày càng được hoàn thiện do sử dụng các phương tiện nổ hiện đại và
chính xác cao về thời gian vi sai.
Từ năm 1952, tại Antưn - Tôpcanski đã tiến hành nổ mìn văng xa định
hướng để phá vỡ và dịch chuyển hơn 1 triệu m 3 đất đá với 1.600 tấn thuốc
nổ sử dụng.
Năm 1966 - 1967, tiến hành nổ văng xa định hướng đắp đập cao 84 m, bề
rộng phía trên 100 m, dưới 500 m, với tổng khối lượng đất đá 3 triệu m 3. Vụ nổ
4


được tiến hành tại Sông Anmatchimca được chia thành 2 đợt: đợt I (bờ phải) với
5290 tấn thuốc nổ, đợt II (bờ trái) với 3946 tấn.
Khối lượng thuốc nổ sử dụng tại các nước trên thế giới ngày một tăng theo
sự phát triển của các ngành công nghiệp. Từ năm 1962 lượng thuốc nổ công
nghiệp sản xuất tại các nước như sau:
- Mỹ

600.000 t/năm

- Nam Phi

120.000 t/năm

- Cộng hoà liên bang Đức

65.000 t/năm

- Nhật Bản

60.000 t/năm


- Bỉ

28.000 t/năm

- Thuỵ Điển

20.000 t/năm

Tỷ lệ thuốc nổ công nghiệp sử dụng vào các ngành khác nhau cũng khác
nhau, nhưng nhiều nhất là ngành mỏ. Trong năm 1970, với tổng số 1.200.000
tấn thuốc nổ sử dụng tại Mỹ được chia theo kết cấu sau:
- Mỏ than

40%

- Xây dựng, giao thông, thuỷ lợi

20%

- Khai thác đá

19%

- Mỏ kim loại

20%

- Địa thuốc


1%

d. Công tác khoan nổ mìn ở Việt Nam:
Ngay sau khi hoà bình lập lại, công tác khoan nổ mìn được chú trọng phát
triển phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, đặc biệt trong ngành khai thác mỏ. Về
công tác khoan, được sự giúp đỡ của các chuyên gia từ các nước anh em và con
đường viện trợ, chúng ta đã thừa hưởng những thành tựu tiến bộ trong kỹ thuật
công nghệ, vật liệu nổ của lĩnh vực khoan nổ mìn. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ
thuật và công nhân làm công tác khoan nổ mìn ngày càng đông về số lượng,
vững vàng về chuyên môn. Chúng ta đã mạnh dạn thay đổi thiết bị khoan có
năng suất thấp, tiêu hao năng lượng lớn, điều kiện vận hành phức tạp vất vả
bẳng các thiết bị khoan tiên tiến hiện đại năng suất lớn, tiêu hao năng lượng nhỏ,
cải thiện tốt điều kiện làm việc cho thợ vận hành. Về công tác nổ mìn:
- Đã chú trọng nghiên cứu chế tạo thành công nhiều loại thuốc nổ, từ đó chủ
động cung cấp cho các ngành công nghiệp trong nước, phá bỏ sự lệ thuộc vào
nước ngoài về vật liệu nổ công nghiệp.
5


- Thử nghiệm và sử dụng rộng rãi các phương pháp nổ mìn tiên tiến như nổ
mìn vi sai từng lỗ, nổ lưu cột không khí... nhờ đó nâng cao được hiệu quả nổ
mìn; nghiên cứu rà soát điều chỉnh các quy trình kỹ thuật, quy phạm và các tiêu
chuẩn an toàn trong công nghệ khoan nổ mìn; đảm bảo cho công tác khoan nổ
mìn an toàn tuyệt đối.
3. Đặc điểm của công tác khoan nổ mìn trong ngành khai thác:
Với mỗi khâu công nghệ có các đặc điểm đặc thù đặc trưng cho khâu công
nghệ đó. Để tiến hành thực hiện các giải pháp công nghệ đảm bảo hiệu quả và
an toàn cần phải nghiên cứu các đặc điểm cụ thể. Công nghệ khoan nổ mìn trong
ngành khai thác mỏ ngoài các đặc điểm chung còn có các đặc điểm đặc trưng cơ
bản sau:

a. Công tác khoan nổ mìn là công nghệ yêu cầu kỹ thuật phức tạp:
Khi lựa chọn - Tính toán, tổ chức thi công các công tác khoan nổ mìn cần
phải tính tới các điều kiện tự nhiên, điều kiện kỹ thuật, mục đích nổ... Để đạt
được hiệu quả cao nhất và an toàn tuyệt đối cần có sự lựa chọn sáng tạo, sát với
điều kiện thực tế. Không có giải pháp kỹ thuật nào là chung cho mọi điều kiện,
mục đích nổ.
b. Công tác khoan nổ mìn có nguy cơ mất an toàn cao:
Khi tiến hành tổ chức công tác khoan nổ mìn cần phải tuân thủ theo quy
trình kỹ thuật, quy định an toàn, các tiêu chuẩn an toàn. Qua thực tế công tác
khoan nổ mìn cho thấy:
- Nếu thực hiện nghiêm túc các quy định an toàn sẽ mang lại hiệu quả và
an toàn tuyệt đối.
- Ngược lại, nếu không tuân thủ các quy định an toàn sẽ gây ra hậu quả
khôn lường, không có thời gian rút kinh nghiệm, đó là các tai nạn kinh
hoàng và thương tâm.
c. Công tác khoan nổ mìn là công việc nặng nhọc và độc hại:
Khi tiến hành công tác khoan nổ mìn, các yếu tố có hại ảnh hưởng tác động
rất lớn tới sức khoẻ người lao động:
- Khi khoan: Cường độ lao động lớn, độ rung, tiếng ồn, bụi phát sinh có thể
sinh ra các bệnh nghề nghiệp như: viêm đa khớp, run nghề nghiệp, điếc nghề
nghiệp, các bệnh về phổi như Silicose, Antrasicose...
6


- Khi nổ mìn: Cơ thể dễ bị nhiễm độc do tiếp xúc với vật liệu nổ (các thuốc
nổ đều có tính độc) hoặc hít phải các sản phẩm khí nổ là khí độc sau khi nổ mìn.
Quá trình nhiễm độc xảy ra thông qua các đường: Hô hấp, bài tiết hoặc tiêu
hoá. Nhiễm độc có thể ở trạng thái cấp tính hoặc mãn tính.
Để hạn chế hoặc loại trừ các yếu tố có hại, người trực tiếp đảm nhận công
tác khoan nổ cần thực hiện nghiêm túc các quy trình kỹ thuật, quy định an toàn

và có ý thức cao về trang bị, sử dụng bảo hộ lao động.
d. Công tác khoan nổ mìn chiếm tỷ lệ lớn trong giá thành khai thác:
Chi phí của công tác khoan nổ mìn bao gồm khâu khoan: Dụng cụ khoan,
tiêu hao năng lượng, ca máy, tiền lương . . . Trong khâu nổ: Vật liệu nổ, nhân
công . . . Nếu sử dụng quá lớn thuốc nổ sẽ không sử dụng có hiệu quả năng
lượng nổ, ngược lại sẽ gây ra hậu quả xấu cho các công trình mỏ, giảm chất
lượng khoáng sản khai thác.
Do vậy cần phải có các giải pháp tổng hợp thích hợp với các điều kiện khác
nhau trong từng vụ nổ để nâng cao hiệu quả công tác khoan nổ, an toàn tuyệt đối
cho công tác mỏ.
4. Yêu cầu và nhiệm vụ của môn học:
a. Vị trí của môn học:
Kiến thức khoan nổ mìn nằm trong kiến thức giáo dục chuyên nghiệp ngành
khai thác mỏ, thuộc nhóm kiến thức cơ sở ngành, để tiếp thu các kiến thức
chuyên ngành được tốt hơn.
Để lập và thực hiện tốt các giải pháp kỹ thuật công nghệ khai thác, cần
nắm vững và vận dụng sáng tạo kiến thức, kỹ năng thái độ các công tác
khoan nổ mìn vào các điều kiện khác nhau. Như vậy môn học khoan nổ mìn
vừa là kiến thức cơ sở, vừa là kiến thức chuyên ngành khi chỉ thực hiện một
khâu công nghệ khoan nổ mìn.
b. Nhiệm vụ của môn học:
Môn học Khoan nổ mìn trang bị các kiến thức cơ bản sau đây:
- Nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đá mỏ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu
quả của công tác khoan nổ mìn, từ đó lựa chọn tính toán các thông số và giải
pháp công nghệ phù hợp, tổ chức thi công các công tác khoan nổ hợp lý.

7


- Nghiên cứu các phương pháp khoan và các loại máy khoan để lựa chon

thiết bị khoan phù hợp với yêu cầu của thực tế sản suất, đặc điểm kỹ thuật công
nghệ, tổ chức công tác khoan hiệu quả và an toàn.
- Nghiên cứu công tác nổ mìn: Hiểu rõ đặc tính kỹ thuật của vật liệu nổ công
nghiệp, lựa chọn tính toán các thông số nạp nổ hợp lý, tổ chức thi công công tác
nổ mìn đúng quy trình kỹ thuật, quy định an toàn và hiệu quả.
c. Mục tiêu của môn học:
Sau khi nghiên cứu xong kiến thức khoan nổ mìn, người học phải đạt được
các mục tiêu sau:
- Kiến thức: Hiểu và nắm vững các kiến thức về đất đá mỏ, các phương pháp
khoan, các loại thuốc nổ và đặc tính của nó, các phương pháp nổ mìn, các yếu tố
ảnh hưởng đến hiệu quả công tác khoan nổ mìn trong các điều kiện nổ khác
nhau. Tính toán thành thạo các thông số khoan nổ để lập hộ chiếu khoan nổ mìn.
Nắm vững các quy định an toàn trong bảo quản - vận chuyển - sử dụng vật liệu
nổ công nghiệp theo Quy chuẩn Việt Nam: 02/BCT: 2008.
- Kỹ năng:
+ Lựa chọn sáng tạo, tính toán chính xác tỷ mỷ các giải pháp khoan nổ mìn
trên cơ sở phân tích tổng quan các yếu tố tự nhiên, kỹ thuật, kinh tế, an toàn.
+ Lập và tổ chức thực hiện các hộ chiếu một cách thành thạo.
- Thái độ:
+ Cân nhắc, so sánh các giải pháp một cách khoa học. Xem xét đầy đủ các
điều kiện tự nhiên, điều kiện kỹ thuật công nghệ và điều kiện thực tế sản xuất.
+ Thường xuyên có ý thức an toàn trong mọi hành vi khi lập và thi công các
giải pháp kỹ thuật khoan nổ mìn.

8


PHẦN 1. ĐẤT ĐÁ MỎ VÀ CÔNG TÁC KHOAN
CHƯƠNG 1. ĐẤT ĐÁ MỎ
Đất đá mỏ là bao gồm toàn bộ đất đá thuộc đới thạch quyển vỏ trái đất được

tiến hành công tác khai thác mỏ. Như vậy đất đá mỏ bao gồm cả đất đá thải và
khoáng sản có ích.
Đất đá mỏ là đối tượng chính của công nghệ khoan nổ mìn.
1.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ MỎ ẢNH HƯỞNG TỚI KHOAN NỔ
MÌN:

1.1.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu các tính thuốc cơ lý của đất đá mỏ ảnh
hưởng đến công tác khoan nổ mìn:
Sức cản của từng loại đất đá mỏ khác nhau đối với cùng một loại thiết
bị. Với mỗi khâu công nghệ thì sức cản của đất đá cũng khác nhau. Sức cản
của đất đá tác động trực tiếp tới tính hiệu quả khi thực hiện các khâu công
nghệ, nó làm giảm năng suất, độ bền, tuổi thọ của thiết bị khai thác và làm
tăng giá thành khai thác.
Mục đích của công tác khoan nổ mìn là tạo trong khối đá lỗ khoan, nạp
thuốc nổ, khởi nổ để sử dụng năng lượng thuốc nổ phá vỡ làm tơi đất đá phục vụ
khai thác. Hiệu quả của công tác khoan nổ mìn bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián
tiếp bởi các tính thuốc cơ lý khác nhau của đất đá một cách phức tạp. Do vậy
việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đá có ý nghĩa to lớn nhằm:
- Lựa chọn, tính toán các giải pháp kỹ thuật trong công tác khoan phù
hợp như: phương pháp khoan, đường kính lỗ khoan, loại thiết bị khoan, các
thông số lỗ khoan . . .
- Lựa chọn, tính toán các phương pháp nổ mìn, loại thuốc nổ và phương
thức khởi nổ, tính toán các thông số nạp nổ mìn, tổ chức thi công hợp lý…
Tuy nhiên, trong điều kiện tự nhiên tính chất cơ lý của đất đá mỏ thay
đổi phức tạp không quy luật trên diện rộng. Vì vậy cần xác định các tính
chất cơ lý có tính đặc trưng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khoan nổ mìn.
Đồng thời các tính chất này cần xác định một cách định tính tương đối,
không thể xác định định lượng chính xác, nên khi tính toán, lựa chọn cần
xác định khoảng giá trị tiêu biểu trong điều kiện thực tế cụ thể và cần xem
xét lại đối với các điều kiện khoan nổ khác nhau.

9


1.1.2. Các tính chất cơ lý của đất đá mỏ:
Có nhiều tính chất lý học và cơ học của đá ảnh hưởng đến hiệu quả của công
tác khoan nổ mìn. Ở đây chỉ nghiên cứu một số tính chất tiêu biểu ảnh hưởng
lớn đến khoan nổ mìn.
1. Độ cứng:
Độ cứng của đất đá được đặc trưng bởi sức chống lại sự xâm nhập của vật
thể khác vào đất đá mà không để lại biến dạng.
Độ cứng của đất đá được thể hiện bằng hệ số độ cứng f (còn gọi là độ kiên
cố) thông thường đất đá càng cứng thì càng khó khoan và khó nổ.
2. Độ dẻo:
Độ dẻo là tính chất của đất đá thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác
dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ.
Khi khoan trong đất đá có độ dẻo lớn thường bị giắt choòng khi sử
dụng khoan đập. Khi nổ mìn trong đất đá độ dẻo lớn tiêu hao thuốc nổ lớn
hơn trong đất đá dòn.
3. Độ dòn:
Độ dòn là tính chất của đất đá bị phá vỡ không có biến dạng dẻo.
Tính chất dòn hay dẻo của đất đá chỉ là tương đối, nó phụ thuộc vào tốc độ
tác động của tải trọng và thay đổi với cùng một loại đất đá. Khi khoan nổ có thể
coi đất đá cứng là đất đá dòn.
Khi khoan để đất đá phá huỷ dưới dạng dòn cần tăng tốc độ của tải trọng.
4. Độ mài mòn:
Độ mài mòn của đất đá là khả năng của đất đá mài mòn kim loại, hợp kim
cứng và những vật thể khác khi ma sát với nó.
Các loại đất đá khác nhau thì có độ mài mòn khác nhau, phụ thuộc độ cứng
của khoáng vật tạo đá, độ nhám bề mặt của đá. Đất đá có độ mài mòn lớn sẽ mài
mòn nhanh chóng dụng cụ khoan, tăng chi phí công tác khoan.

5. Độ dính:
Độ dính của đất đá được đặc trưng bởi sức chống lại các lực muốn tách một
phần của nó ra khỏi nguyên khối. Đất đá có độ dính lớn sẽ gây khó khăn cho
công tác khoan nổ mìn, đặc biệt khi sử dụng khoan xoay.

10


6. Độ rỗng:
Độ rỗng được đặc trưng bởi những lỗ hổng nhỏ nhất có trong đá. Các lỗ
hổng này do xi măng gắn kết không lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt
khoáng vật. Theo cơ học đá đây là khuyết tật khi tạo đá.
Độ rỗng được thể hiện bằng hệ số độ rỗng:

n=

Vr
V r + Vv

(1-1)

Trong đó: Vr , Vv - Thể tích các lỗ rỗng và thể tích khoáng vật tạo đá.
7. Độ hạt:
Độ hạt được đặc trưng bởi độ lớn của các hạt khoáng vật tạo thành đá.
Theo kích thước hạt khoáng vật chia đất đá thành 3 loại:
- Đá hạt mịn

: hạt khoáng vật < 1 mm.

- Đá hạt trung bình


: hạt khoáng vật 1 - 5 mm.

- Đá hạt thô

: hạt khoáng vật > 5 mm.

Hạt khoáng vật càng nhỏ, xi măng gắn kết hạt càng dai chắc thì càng khó
khoan và nổ mìn.
8. Độ chứa nước:
Độ chứa nước được đặc trưng bởi tính chất của đất đá giữ và thoát
nước khi khai thác.
Độ chứa nước được biểu thị bởi độ bão hoà nước S n .
Sn =

Vn
;
Vr

(1-2)

Vn - Thể tích nước có trong đất đá.

Độ chứa nước liên quan tới việc lựa chọn phương pháp tháo khô đất đá, và
lựa chọn thuốc nổ phù hợp (chịu nước hay không chịu nước).
9. Độ ổn định:
Độ ổn định là tính chất đất đá giữ nguyên vị trí của nó trên sườn dốc. Đất đá
kém ổn định sẽ gây ra sập thành lỗ khoan, miệng lỗ khoan, gây khó khăn cho
quá trình nạp thuốc, làm tổn thất mét khoan hoặc mất lỗ khoan. Độ ổn định liên
quan tới việc lựa chọn đường kính lỗ khoan và hướng nghiêng của lỗ khoan.

10. Mật độ đất đá: γđ.
Mật độ của đất đá là khối lượng của một đơn vị thể tích đất đá ở trạng thái
tự nhiên, hay mật độ được xác định:
G

γđ = V , g/cm3
ngk

, Kg/dm3, T/m3.
11

(1-3)


Trong đó: G - khối lượng của đất đá có thể tích nguyên khối là Vngk .
Mật độ của một loại đất đá phụ thuộc rất lớn vào độ ẩm của đá.
- Than có γ t = 0,9 ÷ 1,8 T/m3 than có độ tro AK càng lớn thì γ t càng lớn.
- Đất đá trầm tích γđ = 2 - 2,5 T/m3.
- Đá vôi γđ = 2,3 - 3 T/m3.
Mật độ đất đá tạo nên áp lực mỏ, ảnh hưởng đến công tác thoát phoi khi
khoan, tiêu hao thuốc nổ lớn hơn đặc biệt khi nổ văng xa định hướng.
11. Độ nở rời:
Độ nở rời là tính chất của đất đá ở trạng thái bị phá vỡ có thể tích lớn hơn ở
trạng thái nguyên khối.
Độ nở rời được đặc trưng bởi hệ số nở rời (hệ số vỡ rời)
Kv =

Vvr
Vngk


(1-4)

Trong đó: Vvr - Thể tích đất đá khi bị vỡ rời có thể tích nguyên khối là Vngk .
Từ (1-3) và (1-4) có: γ vr =

γ ngk

(1-5)

K vr

Do Kv > 1 nên γ vr < γ ngk
Đất đá có độ vỡ rời lớn làm tăng kích thước đống đá nổ mìn.
Đất đá cứng, độ dính lớn, tính mài mòn cao có hệ số vỡ rời lớn.
12. Tính phân lớp:
Tính phân lớp là tính chất của đất đá tương đối dễ tách ra theo bề mặt phân
chia lớp. Mặt phân lớp này được hình thành khi tạo đá, do thay đổi quy luật, chu
kỳ tạo đá. Cơ học đá coi đây là khuyết tật khi tạo đá.
Trong khoan nổ mìn các mặt phân lớp gây ra kẹt choòng, cong trục lỗ
khoan do vậy khi khoan phải tránh mặt phân lớp, hoặc khoan vuông góc với
mặt phân lớp.
Mặt phân lớp còn tạo ra các tính chất cơ lý khác nhau của các lớp đá,
gây khó khăn cho công tác khoan khi lựa chọn chế độ khoan phù hợp, khó
khăn trong quá trình nổ mìn, mức độ đập vỡ không đồng đều, thể tích đất
đá phá vỡ nhỏ . . .
13. Độ nứt nẻ:
Được đặc trưng bởi tần số và sự phân bổ nứt nẻ trong đất đá. Hệ thống khe
nứt này phân chia đất đá thành từng khối có kích thước khác nhau. Các hệ thống
12



khe nứt được hình thành bởi khe nứt nguyên sinh (co dãn vì nhiệt khi tạo đá,
hoặc khe nứt thứ sinh (hoạt động kiến tạo, phong hoá, nổ mìn…)
Theo mức độ nứt nẻ hoặc tỷ lệ các khối lớn, đất đá được phân loại theo mức
độ nứt nẻ ở bảng 1-1.
Bảng 1-1. Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ.
Cấp
nứt
nẻ

I
II
III
IV
V

Mức độ nứt nẻ (độ Độ nứt
nẻ riêng
khối của đất đá
λ (m-1)
Nứt nẻ rất mạnh
(khối nhỏ)
Nứt nẻ mạnh
(khối trung bình)
Nứt nẻ trung bình
(khối lớn)
Nứt nẻ ít
(khối rất lớn)
Thực tế đặc sít
Khối cực kỳ lớn


> 10

Đường
kính TB
của khối

≤

0,1

Tỷ lệ(%) của các khối có
kích thước lớn hơn, cm
30

40

50

< 10

≈0

0

≤

0,1

2 - 10


0,1 - 0,5

10 - 70

< 30

>5

0,1- 0,25

1-2

0,5 -1,0

70-100

30 - 80

5 - 40

0,25- 0,4

1 - 0,65

1,0 - 1,5

100

80 - 90


40 - 80

0,4 - 0,6

< 0,65

> 1,5

100

100

100

0,6 - 1,0

Khi khoan trong khối đất đá có độ nứt nẻ lớn sẽ khó ổn định thành lỗ khoan,
miệng lỗ khoan, tổn thất áp lực khí nén và nước, thoát phoi kém tốc độ khoan
giảm, dễ bị kẹt choòng đặc biệt với các lỗ khoan nghiêng.
Khi nổ mìn khó khăn do nạp thuốc vì thành lỗ khoan không bằng phẳng, dễ
tắc lỗ khi có cục đá nứt nẻ bị đẩy ra. áp lực khí nổ nhỏ, tổn thất năng lượng kích
nổ, hiệu quả nổ không cao, mức độ đập vỡ không đồng đều sinh ra nhiều đá quá
cỡ, đá treo. Với các khe nứt lớn còn làm tăng tốc độ của nước ngầm cuốn trôi
thuốc nổ với các lỗ khoan có nước động, hoặc làm lộ tia lửa của phát mìn khi nổ
trong hầm lò nguy hiểm khí hoặc bụi nổ.
Do vậy khi nổ mìn trong đất đá nứt nẻ cần xét tới các yếu tố kỹ thuật và an
toàn. Đồng thời sử dụng các giải pháp tránh gây hậu xung cho đất đá của các
công trình mỏ, đảm bảo khả năng chịu tải của đá, tạo điều kiện thuận lợi khi tiến
hành công tác khoan nổ mìn lần sau.

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ MỎ:
13


1.2.1. Mục đích, ý nghĩa của việc phân loại đất đá mỏ:
Mỗi loại đất đá khác nhau có mức độ thuận lợi hay khó khăn khác nhau khi
tiến hành tác động các khâu công nghệ. Cũng như các công nghệ khác, trong
khoan nổ mìn cần phân loại đất đá mỏ nhằm:
- Lựa chọn thiết bị khoan, phương pháp khoan, loại thuốc nổ, phương pháp
nổ. tính toán các thông số khoan nổ phù hợp.
- Làm cơ sở xây dựng các định mức tiêu hao nguyên nhiên, vật liệu, ca máy
tiền lương hợp lý với từng loại đất đá mỏ.
Có nhiều phương pháp phân loại; Ở đây chỉ giới thiệu các phương pháp
phân loại thường được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác mỏ.
1. Phân loại đất đá của Giáo sư M.M. Prôtôđiakônôp:
Bảng phân loại đất đá mỏ của Giáo sư người Nga M.M. Prôtôđiakônôp
công bố vào năm 1911, được sử dụng rộng rãi trong công tác khoan nổ mìn
đến ngày nay.
Cơ sở của bảng phân loại này là hệ số độ cứng f (còn gọi là độ kiên cố
của đất đá).
Hệ số f được đặc trưng cho độ bền nén khi nén 1 trục. Nếu đất đá có độ bền
nén là δ n = 100 KG/cm2 (9.8.106 N/m2, Pa) thì có hệ số độ cứng f = 1.
( δ n = 100 KG/cm2 còn gọi là độ bền nén đơn vị).
Mối quan hệ giữa hệ số độ cứng f và độ bền nén một trục được xác định:
f =

δn
δ n′
=
100 9,81.10 6


Trong đó:

(1-6)

δ n - Độ bền nén khi nén 1 trục, KG/cm2.
δ n′ - Độ bền nén khi nén 1 trục, N/m2, (Pa).

Căn cứ vào hệ số độ cứng f, chia đất đá thành 10 cấp theo bảng 1-2.
Bảng 1-2. Phân loại đất đá của Giáo sư M.M. Prôtôđiakônôp.
Cấp
đất
đá

Hệ số
độ
cứng f

I

20

II

15

Mức độ cứng
Đất đá có độ
cứng rất cao
Đất đá rất

cứng

Loại đất đá
Bazan, quắcdít rất cứng và đặc. Những loại đất
đá khác đặc biệt cứng
Garnit rất cứng, pocfia thạch anh, đá phiến
silic, cát kết và đá vôi cứng nhất
14

Góc nội ma
sát ϕ độ
87008
86011


III

10

Đất đá cứng

IIIa

8

Như trên

IV

6


IVa

5

V

4

Va

3

VI

2

VIa

1,5

Như trên

VIIa
VIIb
VIII
IX

1,0
0,8

0,6
0,5

Đất đá mềm
Như trên
Đất mặt
Đất xốp

X

0,3

Đất chảy

Đất đá tương
đối cứng
Như trên
Đất đá cứng
trung bình
Như trên
Đất đá tương
đối mềm

Granit đặc, Cát kết và đá vôi rất cứng. Vỉa
quặng thạch anh cônglômêrit cứng - quặng sắt
rất cứng.
Đá vôi cứng, granit không cứng lắm, cát kết
cứng. Đá hoa cứng Đôlômít, Pirit

80018

82053

Cát kết thường, quặng sắt

80032

Đá phiến thuốc cát, cát kết phiến
Đá phiến sét cứng – Cát kết và đá vôi không
cứng lắm. Công lômêrat mềm
Đá phiến các loại (không cứng lắm) macnơ đặc.
Đá phiến mềm. Đá vôi rất mềm, đá phấn, muối
mỏ, thạch cao. Đất đóng băng, Antraxit. Mácnơ
thường, cát kết bị phá huỷ, cuội được gắn kết,
đất đá silic
Đất đá loại đá dăm. Đá phiến bị phá huỷ, cuội
dính kết, than đá cứng. Sét hoá cứng
Sét. Than đá mềm. Đất phủ cứng, đất pha sét
Sét pha cát nhẹ, sỏi, đất lót
Đất trồng trọt, than bùn, á sét nhẹ, cát ẩm
Cát, đá lở tích, sỏi nhỏ, đất đắp, than khai thác
Cát chảy, đất đầm lầy, đất lót chảy và các loại
đất chảy khác

78041
75058
71034
63026

56019
45000

38040
30058
26030
16042

Theo cách phân loại này cho thấy:
- Đất đá càng khó khoan sẽ càng khó nổ.
- Đất đá khoan khó bao nhiêu lần thì khó nổ bấy nhiêu lần.
- Đất đá này khó khoan hơn đất đá kia bao nhiêu lần thì cũng khó nổ
hơn bấy nhiêu lần.
Có thể dựa theo công thức kinh nghiệm để xác định mức độ khó phá vỡ
tổng quát:
Pđ = 0,05 Kn ( δ n + δ c + δ k ) ) + 0,5γ
(1-7)
Trong đó:
Kn- Hệ số kể đến độ nứt nẻ của đất đá.
δ n , δ c , δ k - Độ bền nén, cắt, kéo của đất đá, Mpa.
γ- Khối lượng thể tích, T/m3.
2. Phân loại đất đá theo độ khoan:
Giáo sư Viên sĩ A.P. Xu kha nốp (Viện mỏ thuộc Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô cũ) đã phân loại đất đá mỏ theo mức độ khó khoan.
Cơ sở của việc phân loại không dựa và các tính chất bền của đá, mà dựa vào
khả năng khoan, theo tốc độ khoan thuần tuý với các điều kiện tiêu chuẩn sau:
- Dùng máy khoan đập khí nén cầm tay ПP – 19.
- Áp lực khí nén: 4,5 Kg/cm2.
- Đường kính đầu choòng: 42 mm.
15


- Hình dáng đầu choòng chữ thập, góc sắc α = 90o.
- Chiều dài choòng khoan: 1 m.

Căn cứ vào kết quả khoan, phân loại đất đá mỏ theo các số liệu đặc trưng:
- Tốc độ khoan được, mm/phút.
- Số mũi khoan tiêu hao cho 1 m lỗ khoan; chiếc/m.
Chia đất đá thành 16 cấp theo mức độ khó khoan theo bảng (1-3).
Bảng 1-3. Phân loại đất đá theo độ khoan.
CÊp ®Êt ®¸ theo
M.M.
Pr«t«®iak«n«s.
CÊp
HÖ sè f
®Êt ®¸
I
20
18
II
15
IIa
12
III
10
IIIa
8-9

CÊp ®Êt
®¸ theo
®é
khoan
1
2
3

4
5
6
7
8

IV

6-7

9

IVa
V
Va
VI
VIa
VII
VIIa

5
4
3
2
1.5
1.0
0.8

10
11

12
13
14
15
16

Tiªu thô mòi
khoan, ch/m

§é khoan

§Æc biÖt khã khoan

RÊt khã khoan

Khã khoan
Khã khoan trung
b×nh

Trung b×nh
T¬ng ®èi dÔ khoan
DÔ khoan

Tèc ®é khoan,
mm/phót

Choßng
thÐp
50
37

25
14
11
7
4.5
3

Hîp kim
cøng
1.00
0.75
0.5
0.35
0.23
0.15
0.10
0.07

Choßng
thÐp
12
15
20
26
30
40
50
65

Hîp kim

cøng
31
40
50
60
75
90
110
130

2

0.05

85

160

1.4
1
1.7
0.5
0.35
0.25
0.15

0.04
0.03
0.025
0.020

0.018
0.015
0.010

110
150
200
250
325
425
550

200
250
300
350
400
500
600

Mức độ khó khoan của đất đã cũng có thể xác định theo công thức
kinh nghiệm:
Pk = 0,07 ( δ n + δ c ) + 0,7γ

(1-8)

Ta có: δ n , δ c - Độ bền nén, cắt của đất đá, Mpa.
3. Phân loại đất đá theo độ nổ:

16



Cơ sở để phân loại đất đá theo độ nổ là xác định chỉ tiêu thuốc nổ q tc
(tiêu hao thuốc nổ tiêu chuẩn) để phá vỡ 1 m 3 đất đá thành các cục có kích
thước đạt yêu cầu.
Các điều kiện tiêu chuẩn đó là:
- Khối đá hình lập phương có kích thước cạnh: 1m.
- Thuốc nổ dùng loại Amônit N0 6 JV.
- Lượng thuốc nổ đặt tại trung tâm khối đá.
Sơ đồ xác định qtc thể hiện ở hình 1-1.

dtb

dmax

Hình 1-1. Xác định tiêu hao thuốc nổ qtc.
Sau khi nổ xác định kích thước trung bình của các cục đá và so với kích
thước yêu cầu phải thoả mãn dtb ≤ d yc.
Nếu không thoả mãn phải tăng q tc. Căn cứ vào qtc phân loại đất đá theo mức
độ khó phá vỡ theo bảng 1-4.
Cũng có thể xác định qtc theo công thức thực nghiệm:
qtc = 0,2( δ n + δ c + δ k ) + 2γ, g/m3

(1-8)

Bảng 1-4. Phân loại đất đá theo mức độ khó phá vỡ.
Cấp

Mức độ


Tương ứng các chỉ tiêu

Loại
Pd

Pk

qtc, g/m3

I

Dễ nổ

Từ 1-5

1-5

1-5

< 10

II

Dễ nổ vừa

Từ 6-10

5.1-10

5.1-10


10.1-20

III

Khó nổ

Từ 11-15

10.1-15

10.1-15

20.1-30

IV

Khó nổ vừa

Từ 16-20

15.1-20

15.1-20

30.1-40

V

Rất khó


Từ 21-25

20.1-25

20.1-25

40.1-50

17


T thớ nghim trờn thy rng kớch thc cỏc cc ỏ ph thuc vo nhiu yu
t: loi thuc n s dng, cng ca t ỏ, khong cỏch trung bỡnh gia cỏc
khe nt
Do vy kt qu trờn ch s b phõn loi t ỏ theo mc khú n. Trong
thc t n mỡn tiờu hao thuc n khỏc hon ton kt qu trờn v ln hn rt
nhiu. Trong bng (1-5) l kt qu phõn loi khi n m l thiờn cú H= 12 ữ 15m ;
= 65 ữ 700 ; D = 243 ữ 269 mm, thuc n Gramụnit 79/21, n vi sai nhiu
hng theo ng chộo.
Bng 1-5. Kt qu phõn loi theo n m l thiờn.
Cấp
đấ
đá
theo

Chỉ tiêu thuốc nổ
Kg/m3
Giới hạn
của cấp


Chỉ
số
trung
bình

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX

0.12-0.8
0.18-0.27
0.27-0.38
0.38-0.52
0.52-0.68
0.68-0.88
0.88-1.10
1.10-1.37
1.37-1.68

0.15
0.225
0.32
0.45

0.60
0.78
0.99
1.235
1.525

X

1.68-2.03

1.855

Khoảng
cách
trung
bình giữa

< 0.1
0.1-0.25
0.2-0.5
0.45-0.75
0.70-1.00
0.95-1.25
1.20-1.50
1.45-1.70
1.65-1.90
1.85 và
hơn nữa

Tỷ lệ % của các

khối nứt có kích
thớc
>500
(mm)

>1.500
(mm)

0-2
2-16
10-52
45-80
75-98
96-100
100
100
100

0
0
0-1
0-4
2-15.7
10-30
25-47
43-63
58-78

100


75-100

Độ bền
nén của
đất đá
106

Mật độ
đất đá


Cấp đất
đá theo
Prô tô
điakônốp

10-30
20-45
30-65
50-90
80-120
110-160
145-205
195-250
235-300
285 và hơn
nữa

1.4-1.8
1.75-2.35

2.25-2.55
2.5-2.8
2.75-2.90
2.85-3.10
2.95-3.20
3.15-3.40
3.35-3.60
3.55 và hơn
nữa

VII-VI
VII-VI
V-IV
IV-IIIa
IIIa-III
III-II
II-I
I
I
I

1.3. PHN LOI MY KHOAN:

Quỏ trỡnh khoan c thc hin bng cỏch liờn tc phỏ hu t ỏ di ỏy l
khoan v a t ỏ phỏ hu ra khi l khoan (thoỏt phoi). Cú rt nhiu phng
phỏp phỏ hu t ỏ. Tu theo cỏch tip cn khỏc nhau s cú cỏc phng phỏp phõn
loi khỏc nhau. õy ch gii thiu mt s phng phỏp phõn loi c bn.
1.3.1. Theo cụng dng:
1. Mỏy khoan loi nh:
Dựng khoan cỏc l khoan nh cú ng kớnh d < (75 ữ 85) mm, chiu

sõu: Lk (2.5 ữ 5) m.
Thụng thng cỏc mỏy khoan ny khụng cú b phn di chuyn.
2. Mỏy khoan loi ln:
18


Dùng để khoan các lỗ khoan có đường kính lớn.
Có D > (75 ÷ 85) mm, chiều sâu lỗ khoan Lk > (2.5 ÷ 5) m.
1.3.2. Theo năng lượng sử dụng:
- Máy khoan nhiệt: Là máy sử dụng nhiệt để phá huỷ đất đá.
- Máy khoan điện: Là máy chủ yếu sử dụng năng lượng điện.
- Máy khoan khí nén: Là máy sử dụng năng lượng khí nén.
- Máy khoan thuỷ lực: Là máy chủ yếu sử dụng năng lượng thuỷ lực.
1.3.3. Theo nguyên lý phá vỡ đất đá bằng các lực cơ học:
1. Khoan đập:
Là máy khoan trong quá trình làm việc, dụng cụ khoan (đầu khoan) dưới tác
dụng của lực đập (và lực đẩy dọc trục) đập từng nhát vào đất đá ở đáy lỗ khoan.
Đất đá bị phá huỷ chủ yếu nhờ lực đập. Sau mỗi lần đập dụng cụ khoan được
nâng lên khỏi gương và xoay đi một góc nhỏ ω = 100- 300, rồi lại đập tiếp. Đất
đá bị phá vỡ gọi là phoi khoan được lấy ra khỏi gương lỗ khoan kịp thời nhờ khí
nén hoặc nước. Dùng để khoan trong đất đá có f = 6 ÷ 20.
Ví dụ: Máy khoan đập khí nén cầm tay, máy khoan đập cáp.
2. Khoan xoay:
Là máy khoan trong quá trình làm việc, mũi khoan (lưỡi cắt) dưới tác dụng
của lực đẩy dọc trục luôn luôn ép sát vào đất đá ở đáy lỗ khoan và được xoay
liên tục. Đất đá bị phá huỷ nhờ lực cắt theo đường xoắn vít và được lấy ra khỏi
gương nhờ khí nén, nước hoặc rãnh xoắn trên cần khoan. Dùng để khoan trong
đất đá có f < 8.
Ví dụ: Máy khoan xoay điện cầm tay trong hầm lò; máy khoan xoay ở lộ thiên.
3. Khoan đập - xoay:

Là máy khoan kết hợp nguyên lý phá vỡ đất đá của khoan đập và khoan
xoay. Trong quá trình làm việc dụng cụ khoan luôn áp sát vào đất đá, được đập
và xoay liên tục. Đất đá bị phá huỷ nhờ cả 2 lực: Đập và cắt nhưng chủ yếu là
lực đập. Dùng trong đất đá có f = 6 ÷ 18.
Ví dụ: Máy khoan TAMROC (Phần lan), FURUKAWA (Nhật), Atlas-copco
(Thuỵ điển) . . .
4. Khoan xoay - đập:
Là máy khoan kết hợp nguyên lý phá vỡ đất đá của khoan xoay và khoan
đập. Trong quá trình làm việc dụng cụ khoan luôn ép sát vào đất đá và xoay liên
tục, lực đập tạo lên lực động phá huỷ đất đá. Đất đá bị phá huỷ nhờ cả 2 lực là
lực cắt và lực đập nhưng chủ yếu là lực cắt. ở máy khoan xoay đập mô men xoắn
lớn hơn 8 - 10 lần so với máy khoan đập-xoay. Dùng để khoan đất đá có f ≤ 14.
Ví dụ: Máy khoan Pumer (Đức), Atlas-copco (Thuỵ điển)…
19


5. Khoan cầu:
Là một dạng khoan đặc biệt theo nguyên tắc phá vỡ đất đá bằng lực đập.
Máy khoan trong quá trình làm việc đầu khoan được nén với lực dọc trục rất lớn
và được xoay liên tục. Các răng hoặc chốt trên các nón của các phay lần lượt
đập vào đất đá ở gương, và bị phá huỷ nhờ lực đập. Phoi khoan được lấy ra khỏi
gương kịp thời nhờ hỗn hợp khí nén và nước.
Ví dụ: Các loại khoan cầu của Nga: SBS; Ingersoll; Bucgaus,Marion,
Gardner… của Mỹ, Hauserr (Đức).
1.3.4. Các cơ cấu sinh lực của khoan cơ học:
Các máy thực hiện khoan cơ học đều phải tạo ra hai hay ba dạng ngoại lực:
Lực đập, mô men và lực đẩy hướng trục (hình 1-2).
Poc >0
5


Poc >0

Pyd >0

MB

MB

4

Pyd >0

Pyd >0
3

2

2

2

3

1
Pyd
>0

2

Pyd >0

6
Poc >0

Poc >0

Poc >0

5
MB

5
MB

Pyd >0
2

2

7

Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý của những phương pháp khoan cơ học.
1- Cáp
2- Đầu khoan
3- Cơ cấu đập quay

4- Cần khoan
5- Động cơ xoay
6- Cơ cấu đập

7- Phay hình nón

Pyd- Năng lượng đập
MB- Mômen xoắn
Poc- Lực dọc trục

1. Cơ cấu đập:
Cơ cấu đập tạo ra xung lực đập để dụng cụ khoan phá huỷ đất đá. Có hai
dạng cơ cấu đập: đập kiểu búa và đập rơi tự do; đập kiểu búa dùng trong máy
khoan đập khí nén, đập-xoay, xoay đập; đập rơi tự do trong máy khoan đập cáp.
2. Cơ cấu quay:
Cơ cấu quay để truyền chuyển động quay và mô men xoắn cho dụng cụ khoan,
nó gồm hai bộ phận chính: động cơ và hộp số. Để truyền chuyển động quay và mô
men xoắn từ trục động cơ ra hộp số tới dụng cụ khoan, sử dụng mâm cặp hoặc các
khớp trượt.
3. Cơ cấu đẩy:

20


Các loại máy khoan nhỏ để tạo lực đẩy hướng trục, sử dụng lực đẩy bằng tay
người vận hành, hoặc khối lượng bản thân động cơ, dụng cụ khoan khi khoan các lỗ
khoan thẳng đứng. Các máy khoan lớn phải có cơ cấu đẩy như sau:
- Cơ cấu đẩy dùng thanh răng - bánh răng.
- Cơ cấu đẩy dùng cáp hoặc xích.
- Cơ cấu đẩy dùng vít đai ốc.
- Cơ cấu đẩy dùng xi lanh - pít tông
Các cơ cấu đẩy còn có tác dụng tháo lắp dụng cụ khoan nhờ hệ thống mâm cặp,
khi khoan các lỗ sâu theo chiều dài hành trình của bộ phận đẩy.
1.3.5. Làm sạch lỗ khoan:
Khi khoan, đất đá bị phá huỷ trên đáy lỗ khoan gọi là phoi khoan. Phoi có dạng
viên, bột, hạt hay bùn. Nếu không kịp thời lấy phoi ra khỏi lỗ khoan thì hiệu quả

khoan sẽ giảm. Vì vậy, song song với quá trình khoan phải liên tục thoát phoi ra khỏi
lỗ khoan. Quá trình này gọi là làm sạch lỗ khoan. Làm sạch càng triệt để thì năng
suất khoan càng cao. Có hai dạng thoát phoi:
- Thoát phoi tự nhiên: Khi khoan các lỗ khoan ngược trọng lượng phoi sẽ thắng
lực ma sát tự thoát ra khỏi lỗ khoan.
- Thoát phoi cưỡng bức: Làm sạch lỗ khoan nhờ dụng cụ, năng lượng khí nén
hoặc nước, các cơ cấu cơ khí. Các phương pháp đó là:
+ Dùng ống lấy phoi để thoát phoi dạng bùn theo định kỳ (gián đoạn). Cách này
lấy phoi không triệt để, phải dừng khoan.
+ Thoát phoi nhờ cánh xoắn: Các cánh xoắn được tạo lên trên cần khoan và phoi
được đẩy ngược ra miệng lỗ khoan theo cánh xoắn trong quá trình khoan.
+ Thoát phoi bằng nước: Phoi được nước bơm qua dụng cụ khoan tạo
thành bùn và được đẩy lên nhờ khe hở giữa thành lỗ khoan và dụng cụ
khoan. Nước còn có tác dụng làm mát đầu khoan trong quá trình khoan.
Phương pháp thoát phoi này thường thoát không hết phoi khi khoan lỗ khoan
sâu, làm tổn thất mét khoan, tiêu hao nước lớn.
+ Thổi phoi: Có 2 dạng thổi khô và thổi ướt. Sử dụng năng lương khí
nén, hoặc năng lượng khí nén và nước để thổi phoi theo khoảng hở giữa
thành lỗ khoan và dụng cụ khoan. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi
nhất trong các máy khoan.
+ Hút phoi: Phương pháp này ngược với phương pháp thổi nên ít được sử dụng.
Chỉ dùng khi khoan trong đất đá có bụi gây độc hại cho cơ thể người.

21


CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
1- Trình bày vai trò đặc điểm công tác khoan nổ mìn trong ngành khai thác, từ đó
xác định nhiệm vụ của môn học?
2- Tại sao phải nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đá ảnh hưởng đến hiệu quả

công tác khoan nổ mìn? Các tính chất đó là gì?
3- Tại sao phải phân loại đất đá mỏ theo công nghệ khoan nổ mìn? Lập bảng so sánh
các phương pháp phân loại gồm: Cơ sở, nội dung, lĩnh vực sử dụng, nhận xét ưu
nhược điểm của các phương pháp?
4- Trình bày các loại máy khoan theo nguyên tắc phá vỡ đất đá bằng các lực cơ học?
Các loại máy khoan đó có các cơ cấu tạo lực cơ học nào?
5- Hãy sắp xếp các loại đất đá có thông số sau theo mức độ khó khoan nổ tăng dần,
phù hợp với tiêu hao thuốc nổ thực tế qt và nhận xét?
σ

n1

= 200 Kg/cm2

qt1 = 1,4 Kg/ m3

σ

n2

= 800 Kg/cm2

qt2 = 1,2 Kg/m3

σ

n3

= 12.9,81,106 N/m2


qt3 = 0,2 Kg/ m3

σ

n4

= 1400 Kg/cm2

qt4 = 0,7 Kg/ m3

σ

n5

= 10.9,81,106 N/m2

qt5 = 0,6 Kg/m3

σ

n6

= 150 Kg/cm2

qt6 = 1,0 Kg/m3

σ

n7


= 6.9,81,106 N/m2

qt7 = 0,1 Kg/m3

6- Nếu 1 m3 than nguyên khai có γt = 1,5 T/m3, sau khi làm tơi có Vvr = 1,4 m3
than. Với 150 m3 than trên xác định Kvr, Vvr, và γvr ?

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP KHOAN ĐẬP
22


2.1. NGUYÊN LÝ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ CỦA KHOAN ĐẬP:

2.1.1. Nguyên tắc khoan đập:
Khi đập, đầu khoan tác dụng vào đất đá, tiến vào đất đá với độ sâu h và tạo
thành rãnh có chiều rộng là a, Hình (2-1).

α

h

4
1
2
3

ω

a


Hình 2-1. Sơ đồ phá vỡ đất đá khi khoan đập.
1- Vùng đập vỡ
2- Vùng vỡ lở
3- Vùng nứt nẻ
4- Lớp phá vỡ
Sau mỗi lần đập, dụng cụ khoan được nâng lên khỏi gương lỗ khoan và quay
đi một góc ω nhất định rồi lại đập tiếp tạo thành rãnh mới. Khi lực đập P và
chiều sâu phá vỡ h đủ lớn thì khối đất đá trong giới hạn góc ω bị đẩy trượt và
phá vỡ tại thời điểm tạo thành rãnh mới. Như vậy việc xác định góc quay ω hợp
lý rất quan trọng vì:
- Nếu góc quay ω quá nhỏ thì phần diện tích đất đá gần trung tâm chịu tác
dụng đập lại nhiều lần tốn công vô ích.
- Nếu góc quay ω quá lớn thì phần diện tích đất đá giữa hai lần đập sẽ
không bị phá huỷ.
Góc quay ω phụ thuộc vào góc sắc đầu khoan α, lực đập P, độ bền nén của
đất đá… Khi chế tạo máy góc quay ω đã được xác định theo kinh nghiệm (máy
khoan khí nén cầm tay).
Cơ cấu phá vỡ đất đá khi khoan đập gồm các vùng:
- Vùng 1: Khi năng lượng đập đủ lớn thì biên của vùng này có dạng tròn gọi
là vùng đập vỡ.
23


- Vùng 2: Là vùng đất đá bị phá vỡ bởi các vết nứt hướng tâm.
- Vùng 3: Tại đây đất đá không bị phá huỷ mà chỉ bị nứt do các vết nứt ở
vùng 2 kéo dài, vùng này gọi là vùng nứt nẻ
- Vùng 4: Đất đá bị phá vỡ bởi các vết nứt cong lộ ra mặt tự do, vùng này bị
phá vỡ do thắng độ bền cắt của đất đá. Vùng này gọi là vùng vỡ lở.
Khi tính toán trong khoan đập,có nhiều phương pháp tính khác
nhau, để xác định các thông số của khoan đập thường xác định các thông

số cơ bản một cách tương đối, ví dụ sau là một phương pháp tính.
Từ hình 2-1, dưới tác dụng của lực dọc trục P, đất đá bị phá vỡ trên diện
tích có chiều rộng là:
a = 2h.tg

Trong đó:

α
;m
2

(2-1)

α- góc sắc đầu khoan; độ.

Khi đó diện tích đất đá bị phá vỡ sau 1 lần đập sẽ là:
S1 = a.d = 2d .h.tg

α
;
2

(2-2)

Để phá vỡ đất đá và tiến sâu vào đất đá thì dụng cụ khoan phải cần
một lực là:
P = Fn + Fm;
Trong đó:

(2-3)


Fn- Lực để thắng độ bền nén của đất đá.
α
2

Fn = S1.σn = 2d .σ n .h.tg ;

(2-4)

Fm- Lực để khắc phục lực ma sát khi dụng cụ khoan tiến sâu vào đất đá.
Fm = 2.d.h.σn.fms;

(2-5)

fms- hệ số ma sát giữa thép và đất đá = 0,3 ÷ 0,5
Từ (2-3, 2-4, 2-5) ta có:
h=

P

α
2.d .σ n .(tg + f m )
2

;m

(2-6)

Khi đó công đập Ađ = P.h; thay P từ công thức (2-6) ta có công 1 lần đập là:
Ad = 2.d .h 2 .σ n (tg


α
+ f ms );
2

(2-7)

Và công đập trong 1 phút là:
At = P.h.n = 2.d .h 2 .σ n (tg
Trong đó:

α
+ f ms ).n;
2

n - số lần đập trong 1 phút.
24

(2-8)


Mặt khác thể tích đất đá bị phá vỡ sau 1 lần đập là:
V1 = S1.h = a.d.h = 2d .h 2 .tg

α
;
2

(2-9)


Như vậy thể tích đất đá bị phá vỡ trong 1 phút là:
α
2

Vf = V1.n = 2d .n.h 2 .tg ;
Khi đó tốc độ khoan được xác định:
v=

Vf
S

=

4.V f

π .d 2

=

8.h 2 .n.tg

π .d

α
2;

(2-10)

S- diện tích của gương khoan; S =


π .d 2
4

Từ công thức (2-7 vào ( 2-10) ta có:
v=

1,27. Ad .n.tg

α
2

α
d .σ n (tg + f ms )
2

;

(2-11)

2

Từ (2-11) cho thấy tốc độ khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Năng lượng 1
lần đập, tần số đập, đường kính lỗ khoan, độ bền nén của đất đá, góc sắc đầu
khoan… Tuy nhiên công thức này chỉ xác định tốc độ khoan một cách tương đối
gần đúng, vì vẫn chưa tính đến hiệu suất đập η:
η=

m1 ⋅ m2 (1 + k ) 2
;
(m1 + m2 ) 2


Trong đó:

(2-12)

m1, m2- Khối lượng của bộ phận đập và dụng cụ khoan.
k - Hệ số hồi phục k = 0,55 ÷ 0,56.

2.1.2. Dụng cụ khoan đập:
Dụng cụ của khoan đập là choòng khoan được chế tạo từ loại thép đặc biệt,
một đầu dùng để phá vỡ đất đá gọi là đầu khoan, còn đầu kia lắp với máy gọi là
đuôi choòng. Thân choòng có lỗ để dẫn khí nén hoặc nước tới đầu khoan để thổi
phoi. Thân choòng làm nhiệm vụ:
- Truyền lực dọc trục gồm lực đẩy và lực đập tới đầu khoan.
- Định hướng cho lỗ khoan.
- Thoát phoi.
1. Choòng khoan liền:
Được chế tạo từ loại thép đặc biệt gồm đầu khoan liền với thân choòng
như hình 2-2.
25