BÀI GIẢNG MÔN HỌC

PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN – NỔ MÌN
GV. TS. TRẦN QUANG HIẾU

Bộ môn Khai thác Lộ thiên
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

HÀ NỘI - 2016


MỞ ĐẦU
Chất nổ là sản phẩm công nghiệp hoá học, ngược lại chất nổ là vật tư kỹ
thuật là nguyên liệu đặt biệt cho ngành công nghiệp. Chất nổ đã trợ giúp đắc lực cho
sự phát triển của một số ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp Mỏ nói
riêng. Không chỉ ở Việt Nam mà tất cả các nước trên thế giới đều sử dụng chất nổ
làm phương tiện có hiệu quả nhất để phá vỡ đất đá và khoáng sản cứng.
Cách đây gần 1000 năm, con người đã tìm ra chất nổ đen có thành phần
chủ yếu là Nitrat Kali (KNO3) kết hợp với lưu huỳnh (S) và than hoạt tính (C). Chất
nổ này đã nhanh chóng được ứng dụng trong quốc phòng để sát thương đối
phương, ứng dụng trong giao thông để phá vỡ các tảng đá dưới lòng sông ngăn cản
tàu bè đi lại và được úng dụng trong công nghiệp Mỏ. Cùng với sự phát triển của
các ngành khoa học khác, công nghiệp chế tạo sản xuất chất nổ liên tục phát triển.
Hiện nay ở nước ta có hai doanh nghiệp được Thủ tướng Chính phủ giao
nhiệm vụ sản xuất và kinh doanh cung ứng vật liệu nổ công nghiệp:
- Công ty Hoá chất mỏ thuộc Tập đoàn CN Than và khoáng sản Việt Nam.
- Tổng cục công nghiệp quốc phòng – Bộ Quốc Phòng có các nhà máy
Z131, Z113, Z115, Z121…

Vật liệu nổ công nghiệp là loại vật tư kỹ thuật đặc biệt do Nhà nước thống nhất
quản lý từ khâu sản xuất, cung ứng, sử dụng đến khâu xuất, nhập khẩu.
Theo thông tư số 23/2009/TT-BCN của Bộ Công nghiệp ngày 11/08/2009 quy định
về điều kiện người liên quan trực tiếp đến hoạt động vật liệu nổ công nghiệp, tiền chất thuốc
nổ; hồ sơ, thủ tục cấp Giấy chứng nhận đủ điều kiện sản xuất, Giấy phép kinh doanh, Giấy
phép xuất khẩu, nhập khẩu vật liệu nổ công nghiệp, tiền chất thuốc nổ; Giấy phép sử dụng
vật liệu nổ công nghiệp, dịch vụ nổ mìn.
Tài liệu nổ mìn được viết theo quy định tại QCVN 02:2008/BCT và các tài liệu về kỹ
thuật nổ mìn với mục đích đào tạo giám đốc điều hành và quản lý mỏ, chỉ huy nổ mìn, thợ
mìn, thủ kho và thợ vận chuyển VLNCN.
Nội dung tài liệu giới thiệu về cơ sở lý thuyết chất nổ, các chất nổ công nghiệp, tác
dụng nổ trong môi trường, nguyên tắc tính toán lượng thuốc, các biện pháp kỹ thuật an toàn
khi tiến hành công tác nổ mìn. Ngoài phần lý thuyết thi công nổ mìn người học còn phải thực
tập tại cơ sở sản xuất về các công việc nổ mìn.
Tài liệu đã được cập nhập thông tin và chỉnh sửa hàng năm để phù hợp với điều
kiện thực tế. Mặc dù đã cố gắng, song không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được
sự đóng góp giúp đỡ của quí độc giả và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!


PHẦN 1
TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ


CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ĐÁ MỎ CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ
CÔNG TÁC KHOAN – NỔ MÌN

1. Độ cứng: Đặc trưng bởi sức kháng chống lại sự xâm nhập của một vật thể
cứng vào đá mà không để lại sự biến dạng.
Độ cứng


Moh’s

MPa

Rất cứng
Cứng

6-7

> 200
120 - 200

Cứng vừa
Khá mềm

4.5 – 6
3 – 4.5

60 – 120
30 - 60

Mềm
Rất mềm

2–3
1-2

10 – 30
>10


2. Độ mài mòn: Là khả năng của đá mài mòn kim loại hoặc hợp kim cứng khi ma
sát với đá (phụ thuộc vào hàm lượng thạch anh có trong đá).
3. Độ dẻo: Là tính chất của đá thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác dụng
ngoại lực mà không bị phá hủy.
4. Độ giòn: Là tính chất của đất đá bị phá vỡ mà không bị biến dạng dẻo.

1.1


5. Độ dính: Đặc trưng bởi sức kháng của đất đá chống lại những lực muốn tách một
phần của nó ra khỏi nguyên khối.
6. Độ hạt: Đặc trưng bởi độ lớn của các hạt khoáng vật tạo thành đá.
Cỡ hạt lớn > 5mm; cỡ hạt trung bình 1 – 5 mm; cỡ hạt nhỏ < 1 mm;
7. Độ rỗng: Được đặc trưng bởi những lỗ hổng nhỏ nhất có trong đất đá.
8. Độ chứa nước: Được đặc trưng bởi tính chất của đá giữ và thoát nước khi
khai thác khoáng sáng.
9. Mật độ đất đá: Mật độ đất đá là khối lượng một đơn vị thể tích đất đá ở trạng
thái tự nhiên.
10. Độ nở rời: Là tính chất của đá khi ở trạng thái bị phá vỡ có thể tích lớn hơn
so với thể tích nguyên khối.
Tỷ số giữa thể tích đất đá tơi vụn với thể tích ban đầu của nó gọi là hệ
số nở rời (thường trong khoảng 1,35 – 1,6).
11. Độ ổn định: Là tính chất của sườn dốc đất đá giữ nguyên vị trí của nó mà
không bị phá hủy. Để tăng độ ổn định của sườn dốc đất đá cần
sử dụng phương pháp nổ mìn tạo biên.
1.2


12. Tính phân lớp: Là tính chất của đá tương đối dễ tách theo bề mặt phân chia


lớp.
13. Độ nứt nẻ: Đặc trưng tần số và sự phân bố nứt nẻ trong đá (nứt nẻ phân
chia đất đá thành từng khối có kích thước khác nhau).

1.3


Phương pháp đánh giá độ nứt nẻ:
1. Phương pháp đo bề mặt: căng dây dọc theo gương tầng với chiều
dài nhất định và đếm số lượng vết nứt cắt trong khoảng dây đó. Chỉ tính vết
nứt tự nhiên, không tính vết nứt nhân tạo. Sau đó tính độ nứt nẻ riêng.

1
n

dn L



n – số lượng vết nứt cắt qua trong khoảng dây đo;
L – chiều dài dây đo, m.

2. Phương pháp đo mẫu khoan: đo chiều dài những đoạn mẫu khoan

và đếm các phần của đoạn mẫu theo vết nứt tự nhiên. Sau đó xác định trị số nứt
nẻ riêng

n'
' 

l
n – số lượng các phần của đoạn mẫu theo vết nứt tự nhiên;
l – chiều dài đoạn mẫu, m.
1.4


3. Phương pháp truyền âm: Xác định chỉ số truyền âm: là tỷ số giữa
tốc độ sóng dọc trong nguyên khối và tốc độ sóng dọc trong từng khối nứt nẻ
riêng.

2

v 
Ai   n   1, 0
 vm 

vn – tốc độ sóng dọc truyền trong nguyên khối, m/s;
vm – tốc độ sóng dọc trong mẫu, m/s.
1.5


PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ MỎ
1. Phân loại đất đá theo độ kiên cố (độ cứng)
Cơ sở để phân loại dựa vào là hệ số độ kiên cố f, đặc trưng cho độ bền của đá
khi nén 1 trục (Protodiaconov, 1911).

f 

n
100




 n'
9,8.106

n – giới hạn bền nén, kg/cm2;
’n – giới hạn bền nén, N/m2

2. Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ
Đặc trưng bởi độ nứt nẻ riêng (số lượng các vết nứt trên 1 đơn vị
chiều dài đo) hoặc khoảng cách trung bình giữa các vết nứt.
3. Phân loại đất đá theo độ nổ

Dựa vào chỉ tiêu thuốc nổ (kg/m3) cần thiết để phá vỡ 1 m3 đất đá
trong điều kiện chuẩn (loại thuốc nổ chuẩn, số mặt tự do chuẩn, mức độ đập vỡ
chuẩn,...).

1.6


Bảng 1. Phân loại đất đá theo hệ số độ cứng của M.M. Protodiaconov (10 cấp)
Cấp đất
đá

Hệ số độ
cứng

Mức độ cứng


Loại đất đá

Góc nội
ma sát

I

20

Đá có mức độ
cứng rất cao

Đá badan, quăczit rất cứng và đặc.
Những loại đất đá khác đặc biệt cứng

87008

II

15

Đá rất cứng

Đá granit rất cứng, pocfia thạch anh, đá
phiến silic, cát kết và đá vôi cứng nhất

86011

III


10

Đá cứng

Granit đặc, cát kết và đá vôi rất cứng.
Vỉa quặng thạch anh, Conglomerat
cứng, đá hoa cứng, dolomit, pirit

84018

IIIa

8

Như trên

Đá vôi cứng, granit không cứng lắm, cát
kết cứng, đá hoa cứng, ddoolomit, pirit.

82053

IV

6

Đá tương đối
cứng

Cát kết thường, quặng sắt


80032

IVa

5

Như trên

Đá phiến chất cát, cát kết phiến

78041

V

4

Đá cứng trung
bình

Đá phiến sét cứng, cát kết, đá vôi không
cứng lắm, conglomerat mềm

75058

Va

3

Như trên


Đá phiến các loại, mắc nơ đặc

71034

VI

2

Đá tương đối
mềm

Đá phiến mềm, đá vôi rất mềm, đá phấn,
muối mỏ

63026
1.7


Bảng 2. Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ
Cấp

Mức độ

Độ nứt nẻ

Đường kính

Tỷ lệ % các khối có kích

Chỉ số truyền


nứt nẻ

nứt nẻ

riêng

TB các khối

thước lớn hơn (cm)

âm,

I

Nứt nẻ rất

nứt, m

30

40

50

Ai

10

≤ 0,1


<10

0

0

≤ 0.1

2-10

0,1-0,5

10-70

<30

>5

0,1-0,25

mạnh
II

Nứt nẻ
mạnh

III

Nứt nẻ TB


1-2

0,5-1,0

70-100

30-80

5-40

0,25-0,4

IV

Nứt nẻ ít

1-0,65

1 – 1,5

100

80-90

40-80

0.4-0,6

V


Nứt nẻ rất

<0.65

> 1,5

100

100

100

0,6-1.0

ít (đặc xít)

1.8


Bảng 3. Bảng phân loại đất đá theo độ nổ
Cấp đất
đá theo
độ nổ

Chỉ tiêu
thuốc nổ
q, kg/m3

K/c trung

bình giữa
các vết
nứt, m

I

0,15

II

Tỷ lệ % các khối có
kích thước lớn hơn
>500 mm

>1500 mm

Độ bền
của đá 106
(N/m2)

Mật độ
đấ đá
(g/cm3)

Cấp đá theo
phân loại của
Protodiaconov

<0,1


0-2

0

10-30

1,4-1,8

VII-VI

0,225

0,1-0,25

2-16

0

20-45

1,752,35

VII-VI

III

0,32

0,2-0,5


10-52

0-1

30-65

2,252.55

V-IV

IV

0,45

0,45-0,75

45-80

0-4

50-90

2.5-2,8

IV-IIIa

V

0,60


0,7-1.0

75-98

2-15,7

100-120

2,75-2,9

IIIa-III

VI

0,78

0.95-1,25

96-100

10-30

110-160

2,85-3,1

III-II

VII


0,99

1,2-1,5

100

25-47

145-205

2,95-3,2

II-I

VIII

1,235

1,45-1,7

100

43-63

195-250

3,15-3,4

I


1.9


4. Phân loại đất đá theo mức độ khó khoan (Tk)
Căn cứ vào tốc độ khoan đó, toàn bộ đất đá được chia làm 15 cấp:
Phân loại đất đá trên cơ sở chỉ tiêu khó khoan Tk: Có kể tới sức
kháng về nén, về cắt và dung trọng của đất đá.

Tk= 0,007(n + c) + 0,7d;
Theo trị số Tk, toàn bộ đất đá được chia làm 5 lớp với 25 cấp
Lớp 1: Tk= 1  5: dễ khoan;
Lớp 2: Tk= 6  10 độ khoan trung bình;
Lớp 3: Tk= 11  15: khã khoan;
Lớp 4: Tk= 16  20: rất khã khoan;
Lớp 5: Tk= 21  25: đặc biệt khó khoan.

1.10


Bảng 4. Phân loại đất đá theo độ khoan
Cấp đất đá theo giáo sư
M.M Prôtôđiakônốp
Cấp
đất đá
I
II
IIa
III
IIIa
IV

IVa
V
Va
VI
VIa
VII
VIIa

Hệ số
độ cứng
20
18
15
12
10
8-9
6-7
5
4
3
2
1,5
1,0
0,8

Cấp đất đá
theo độ khoan
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Tốc độ khoan (mm/ph) khi khoan bằng
choòng khoan

Thép

Hợp kim

12
15
20
26
30
40
50
65
85

110
150
200
250
325
425
550

31
40
50
60
75
90
110
130
160
200
250
300
350
400
500
600
1.11


PHẦN 2
CÔNG TÁC KHOAN



2.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
Quá trình khoan bao gồm việc phá vỡ đất đá ở gương lỗ khoan bằng

dụng cụ khoan và đưa sản phẩm phá vỡ lên khỏi miệng lỗ khoan.
Tính đa dạng của phương tiện và các phương pháp khoan đòi hỏi phải
phân loại chúng theo những đặc điểm khác nhau:
2.1.1. Phân loại

- Khoan cơ học: đất đá bị phá vỡ do phát triển trong nó ứng suất cơ.
Phương pháp khoan cơ học bao gồm: Khoan đập, khoan xoay, khoan đập – xoay,
khoan xoay - đập, khoan siêu âm, nổ tạo lỗ khoan, khoan điện - thủy lực và khoan
thủy lực.
- Khoan nhiệt (khoan vật lý): sự phá vỡ xảy ra do phát triển trong đất
đá ứng suất nhiệt. Phương pháp khoan nhiệt bao gồm: Khoan nhiệt, khoan
plazma, khoan điện – nhiệt, khoan siêu âm,

2.1


2.1.2. Búa khoan đập
Dùng để khoan lỗ nhỏ được phân ra như sau :
a. Theo tần số đập:
- Loại bình thường: n  2000 lần/phút
- Loại tần số cao: n> 2000 lần/phút
b. Theo nguyên tắc xoay choòng khoan
- Loại có cơ cấu xoay phụ thuộc (đập – quay)
- Loại có cơ cấu xoay độc lập (đập – xoay)
c. Theo phương pháp sử dụng
- Loại khoan tay (P hoặc )

- Loại khoan cột (K, kc)
- Loại khoan có giá đỡ (T)
d. Theo khối lượng
- Loại nhẹ : khối lượng m  18kg
- Loại trung bình : m = 20kg
- Loại nặng : m > 30kg
e. Theo loại năng lượng sử dụng
- Búa khoan đập hơi ép
- Búa khoan đập thủy lực
- Búa khoan đập chạy điện
Các loại máy khoan này ding trong các mỏ HL, LT. Khoan với đường kính
lỗ khoan nhỏ, Kthác với quy mô, sản lượng nhỏ, phá đá quá cỡ, phá mô chân tầng
v.v…
2.2


2.3




2.1.3. Máy khoan đập - xoay

Là những búa khoan và máy khoan có cơ cấu quay không phụ thuộc. Phổ biến là
các loại máy khoan trung bình và lớn đặt trên xe khoan di chuyển bằng bánh lốp hay xích.
- Loại nhẹ : CPU-160
- Loại nặng: CPU-200

Các loại máy khoan này có thể khoan được các lỗ khoan đường kính tương ứng
là 85 – 105mm, 160 mm, 200 mm và hơn thế nữa. Các thông số và đặc tính kỹ thuật xem

bảng….

Bảng 2.1. Các loại máy khoan đang dùng ở các mỏ lộ thiên Việt Nam
Loại, mã hiệu
Xoay cầu CBU - 250 MH

Đường kính đầu khoan, mm
243  269

Xoay cầu Igersoll - Rand DM 45 – E

200

Xoay cầu Igersoll - Rand DML/LP

230

Xoay cầu Drill tech S – 245

200

Đập – Xoay (đập - đáy) Roc L8 Atlascopco

165

Đập – xoay (đập - đỉnh) Pantera, Cha 1100

89 127

2.4



LM100/YD90






Ø 44mm TO 64mm
AIR CONSUMPTION 10
m3/min @ 6,9 bar
IDEAL FOR SMALL
JOBS IN CONFINED
PLACES

2.5




ECM350/VL140


Ø 64mm TO 102mm



AIR CONSUMPTION
21.2m3/min @ 7 bar




RUGGED FOR QUARRY
AND SITE DEVELOPMENT

2.6




ECM350/ARH


FOR DOWN HOLE
DRILLING
APPLICATION



Ø 105mm TO 140mm



CAPABILITY TO USE
WITH BOTH DRIFTER
AND/OR DHD ROCK
DRILLING

2.7