Luận án Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn trong công tác nổ mìn cho các mỏ khai thác đá vôi của nước CHDCND Lào

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Phonepaserth SOUKHANOUVONG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG CÔNG TÁC NỔ MÌN CHO CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI CỦA NƯỚC CHDCND LÀO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Phonepaserth SOUKHANOUVONG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG CÔNG TÁC NỔ MÌN CHO CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI CỦA NƯỚC CHDCND LÀO Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. NGƯT. BÙI XUÂN NAM 2. PGS.TS. TRẦN QUANG HIẾU Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào của các tác giả khác. Tác giả luận án Phonepaserth SOUKHANOUVONG ii LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn trong công tác nổ mìn cho các mỏ khai thác đá vôi của nước CHDCND Lào” là kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Mỏ- Địa chất, các nhà khoa học trong ngành mỏ, bạn bè, đồng nghiệp trong nước, quốc tế và sự ủng hộ từ gia đình. Với tình cảm chân thành, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Đảng ủy, Hội đồng trường, Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Mỏ, Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Khai thác lộ thiên cùng các thầy, cô giáo trong Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, công tác và nghiên cứu. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới NGƯT.GS.TS. Bùi Xuân Nam và PGS.TS. Trần Quang Hiếu là hai người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học đã luôn dành thời gian, công sức để hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận án đúng hạn. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh các chị trên bộ trên sở đang quản lý nhà Nước CHDCND Lào, Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, trung tâm Bồi dưỡng và Tư vấn nổ mìn - Hội Kỹ thuật nổ mìn Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Cơ Điện Mỏ thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất, mỏ đá vôi Phayu-CHDCND Lào và các đơn vị cá nhân đã tạo điều kiện và cung cấp tài liệu, số liệu trong quá trình nghiên cứu sinh (NCS) nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp trong nước và quốc tế đã giúp đỡ và hỗ trợ NCS trong quá trình nghiên cứu luận án. Tác giả luận án Phonepaserth SOUKHANOUVONG iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... x MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. THỰC TRẠNG CÔNG TÁC NỔ MÌN VÀ KHAI THÁC TẠI CÁC MỎ ĐÁ VÔI CỦA NƯỚC CHDCND LÀO ............................................................ 1 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG KHAI THÁC CỦA CÁC MỎ ĐÁ VÔI NƯỚC CHDCND LÀO ................................................................................... 1 1.1.1. Vị trí địa lý .............................................................................................. 1 1.1.2. Đặc điểm tự nhiên các mỏ đá vôi ............................................................. 2 1.1.3. Phân loại các mỏ đá vôi theo đặc điểm tự nhiên....................................... 3 1.1.4. Chất lượng và trữ lượng đá vôi ở nước CHDCND Lào ............................ 8 1.2. TỔNG QUAN HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐÁ VÔI TẠI CHDCND LÀO .. 12 1.2.1. Thực trạng công tác khai thác đá vôi tại nước CHDCND Lào................ 12 1.2.2. Phân loại các mỏ đá vôi của CHDCND Lào .......................................... 14 1.2.3. Công nghệ và thiết bị khai thác .............................................................. 17 1.3. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA VIỆC PHÂN LOẠI CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI TẠI CHDCND LÀO ..................................................................................... 19 1.4. THỰC TRẠNG CÔNG TÁC QUẢN LÝ VÀ HOẠT ĐỘNG NỔ MÌN KHAI THÁC MỎ ĐÁ VÔI TẠI CHDCND LÀO ............................................................ 21 1.4.1. Thực trạng công tác quản lý an toàn nổ mìn tại các mỏ đá vôi nước CHDCND Lào ....................................................................................................... 21 1.4.2. Thực trạng công tác nổ mìn tại mỏ đá vôi nước CHDCND Lào ............. 22 iv 1.5. THỰC TRẠNG CÔNG TÁC MẤT AN TOÀN, TAI NẠN LAO ĐỘNG TRONG HOẠT ĐỘNG NỔ MÌN Ở CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI TẠI CHDCND LÀO ..................................................................................................... 26 1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................... 34 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG TÁC QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC VỀ AN TOÀN TRONG HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐÁ VÔI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC CHDCND LÀO ...................................................... 35 2.1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ AN TOÀN NỔ MÌN TẠI CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI .......................................................... 35 2.1.1. Ở ngoài nước ......................................................................................... 35 2.1.2. Ở nước CHDCND Lào ......................................................................... 43 2.2 PHÂN TÍCH NHỮNG ƯU, NHƯỢC ĐIỂM TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC VỀ CÔNG TÁC AN TOÀN NỔ MÌN TRÊN CÁC MỎ ĐÁ VÔI TẠI NƯỚC CHDCND LÀO ......................................................................................... 49 2.2.1. Những ưu, nhược điểm trong hệ thống quản lý nhà nước về công tác an toàn nổ mìn trên các mỏ đá vôi tại nước CHDCND Lào ........................................ 49 2.2.2. Những tồn tại trong hệ thống quản lý nhà nước về công tác an toàn nổ mìn trên các mỏ đá vôi .......................................................................................... 50 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................... 56 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ QUẢN LÝ ĐẢM BẢO AN TOÀN NỔ MÌN CHO CÁC MỎ KHAI THÁC ĐÁ VÔI CỦA NƯỚC CHDCND LÀO ..................................................................................................... 58 3.1. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỔ VÀ CÔNG TÁC AN TOÀN NỔ MÌN ................................................................................................................. 58 3.1.1. Cơ cấu phá hủy đất đá cứng bằng nổ mìn .............................................. 58 3.1.2. An toàn về sóng chấn động và sóng đập không khí ................................ 60 3.1.3. An toàn về đá văng ................................................................................ 68 3.2. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐẢM BẢO AN TOÀN NỔ MÌN CHO CÁC MỎ ĐÁ VÔI NƯỚC CHDCND LÀO ................................................................................. 71 v 3.2.1. Tính toán, lựa chọn phương pháp và các thông số nổ mìn hợp lý ........... 72 3.2.2. Các giải pháp kỹ thuật nổ mìn đảm bảo an toàn ..................................... 76 3.2.3. Ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác nổ mìn ............................ 80 3.3. GIẢI PHÁP QUẢN LÝ ĐẢM BẢO AN TOÀN NỔ MÌN CHO CÁC MỎ ĐÁ VÔI NƯỚC CHDCND LÀO ................................................................................. 83 3.3.1. Phương pháp đánh giá rủi ro trong hoạt động nổ mìn tại các mỏ đá vôi . 83 3.3.2. Áp dụng phương pháp đánh giá rủi ro khi tiến hành nổ mìn các mỏ khai thác đá vôi tại CHDCND Lào ................................................................................ 85 3.3.3. Giải pháp tăng cường công tác quản lý và tuân thủ thực hiện các quy phạm an toàn nổ mìn trong khai thác các mỏ đá vôi tại CHDCND Lào ................. 87 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................... 89 CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ KỸ THUẬT ĐẢM BẢO AN TOÀN NỔ MÌN TẠI MỎ ĐÁ VÔI PHAYU CỦA NƯỚC CHDCND LÀO ..................................................................................................... 91 4.1. GIỚI THIỆU MỎ ĐÁ VÔI PHAYU CỦA NƯỚC CHDCND LÀO ............... 91 4.1.1. Đặc điểm tự nhiên, kỹ thuật của mỏ đá vôi Phayu ................................. 91 4.1.2. Hiện trạng công tác khai thác................................................................. 94 4.1.3. Hiện trạng công tác nổ mìn .................................................................... 95 4.1.4. Tính toán, xác định các thông số nổ mìn hợp lý đảm bảo an toàn cho mỏ99 4.1.5. Các thông số nổ mìn lần 2 ................................................................... 103 4.1.6. Phương pháp nạp mìn và lấp bua ......................................................... 104 4.2. XÂY DỰNG MA TRẬN ĐÁNH GIÁ RỦI RO, MẤT AN TOÀN TRONG HOẠT ĐỘNG KHOAN - NỔ MÌN TẠI MỎ ĐÁ VÔI PHAYU.......................... 106 4.3. CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ AN TOÀN NỔ MÌN CHO MỎ ĐÁ VÔI PHAYU ............................................................................................................... 111 4.3.1. Xây dựng quy trình khoan nổ mìn và lập hộ chiếu khoan, nổ mìn phù hợp cho mỏ đá vôi Phayu ........................................................................................... 111 4.3.2. Các giải pháp quản lý an toàn nổ mìn .................................................. 120 4.3.3. Thực hiện giám sát ảnh hưởng khi nổ mìn ........................................... 122 vi 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................................. 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH ................................................................................. 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 129 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATLĐ An toàn lao động ATVSLĐ An toàn, vệ sinh lao dông BVMT Bảo vệ môi trường BHLĐ Bảo hộ lao động BNN Bệnh nghề nghiệp CPM Cải tạo phục hồi môi trường CSDL Cơ sở dữ liệu DNKTĐ Doanh nghiệp khai thác đá ĐCTV Địa chất thủy văn ĐGRR Đánh giá rủi ro ĐTM Đánh giá tác đông môi trường HTKT Hệ thống khai thác ILO Tổ chức Lao động Quốc tế KVN Khoáng vật nặng KT-XH Kinh tế - Xã hội LĐTBXH Lao động - Thương binh và Xã hội LK Lỗ khoan MXTLGN Máy xúc thủy lực gầu ngược NCS Nghiên cứu sinh QCVN Quy chuẩn Việt Nam QLNN Quản lý nhà nước SEM Scanning Electron Microscopy SXSH Sản xuất sạch hơn TNHH Trách nhiệm hữu hạn TNLĐ Tai nạn lao động UBND Ủy ban nhân dân VLNCN Vận liệu nổ công nghiệp vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ nước CHDCND Lào .................................................................... 1 Hình 1.2. Đá vôi được khai thác tại các mỏ ở CHDCND Lào .................................. 3 Hình 1.3. Thống kê tiêu thụ đá vôi tại nước CHDCND Lào ................................... 13 Hình 1.4. Các thiết bị khai thác sử dụng trên mỏ đá vôi của CHDCND Lào ......... 18 Hình 1.5. Sơ đồ mối quan hệ giữa các yếu tố với việc phân loại mỏ ...................... 20 Hình 1.6. Các máy khoan và dụng cụ khoan sử dụng trên các mỏ đá vôi tại CHDCND Lào ....................................................................................................... 23 Hình 1.7. Kíp nổ điện sử dụng trên các mỏ đá vôi tại CHDCND Lào .................... 24 Hiện tại các loại chất nổ được sử dụng chủ yếu ở các mỏ đá vôi là ANFO chịu nước và ANFO thường, sử dụng thuốc nổ nhũ tương để nổ mìn và phá đá quá cỡ. ................... 24 Hình 1.8. Thuốc nổ sử dụng trên các mỏ đá vôi tại CHDCND Lào ........................ 25 Hình 1.9. Các máy nổ mìn điện sử dụng trên các mỏ đá vôi tại CHDCND Lào ..... 25 Hình 1.10. Sơ đồ đấu ghép mạng nổ tức thời với phương tiện nổ là kíp nổ điện..... 26 Hình 1.11. Vụ tai nạn chết người tại mỏ đá vôi Luangphang do tiêu hủy thuốc nổ sai quy phạm kỹ thuật ................................................................................................. 28 Hình 1.12. Nhà máy và nhà cửa bị ảnh hưởng do sóng chấn động và sóng đập không khí, đá văng do tiểu hủy thuốc nổ sai quy phạm ......................................... 28 Hình 1.13. Máy móc, thiết bị bị hư hỏng do công tác nổ mìn sai qui phạm kỹ thuật gây nên .................................................................................................................. 29 Hình 1.14. Biểu đồ Tỷ lệ TNLĐ chung về hoạt động khai thác khoáng sản cả nước CHDCND Lào giai đoạn 2015-2021 ...................................................................... 30 Hình 1.15. Phân loại tai nạn theo các khâu công nghệ ........................................... 31 Hình 1.16. Phân loại theo nguyên nhân gây TNLĐ ................................................ 32 Hình 1.17. Phân loại TNLĐ theo vị trí làm việc ..................................................... 32 Hình 1.18. Cơ cấu tuổi lao động và tuổi nghề của NLĐ ......................................... 33 trên các mỏ đá VLXD ở CHDCND Lào ................................................................ 33 Hình 2.1. Hệ thống quản lý ATVSLĐ theo ILO-OSH 2001 ................................... 36 Hình 2.2. Các Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia ban hành ở Việt Nam ........................ 37 viii Hình 2.3. Mô hình quản lý an toàn và sức khỏe trong các doanh nghiệp khai thác đá của các tác giả Trường Đại học mỏ J. Bennett ....................................................... 40 Hình 2.4. Hệ thống quản lý ATVSLĐ theo tiêu chuẩn OHSAS 18001:2007 [43] .. 41 Hình 2.5. Sơ đồ quản lý sử dụng VLNCN tại nước CHDCND Lào........................ 43 Hình 2.6. Hệ thống văn bản pháp luật về Chiến lược kinh tế -xã hội Quốc gia đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2025 được Thủ tướng Chính phủ Lào phê duyệt tại Quyết định ngày 16 tháng 3 năm 2016................................................................... 44 Hình 2.7. Luật Khoáng sản của nước CHDCND Lào ............................................. 45 Hình 2.8. Về Luật bảo vệ môi trường CHDCND Lào ngày 17/01/2013 ................. 46 Hình 2.9. Luật lao động và thương bình xã hội của nước CHDCND Lào ngày 24/12/2013 ............................................................................................................ 46 Hình 2.10. Giấy phép khai thác khoáng sản ........................................................... 46 Hình 2.11. Giấy phép quản lý chất nổ tại CHDCND Lào ....................................... 47 Hình 3.1. Sơ đồ tác dụng nổ trong môi trường rắn theo G.I Pakrốpski ................... 59 Hình 3.2. Sự thay đổi áp lực không khí sau mặt sóng đập ...................................... 67 Hình 3.3. Sơ đồ thể hiện quỹ đạo của các mảnh đá văng ........................................ 69 Hình 3.4. Sơ đồ và những thông số phân bố lỗ khoan lớn khi nổ mìn trên tầng ..... 73 Hình 3.5. Sơ đồ và các thông số phân bố lỗ khoan con khi nổ mìn trên tầng .......... 73 Hình 3.6. Sơ đồ xác định vùng đập vỡ với mạng ô vuông và tam giác đều............. 75 Hình 3.7. Sơ đồ hai nhánh lệch pha về thời gian vi sai ........................................... 77 Hình 3.8. Sơ đồ quan hệ giữa hướng khởi nổ với tác dụng chấn động .................... 78 Hình 3.9. Sơ đồ xác định khoảng cách an toàn đá bay ........................................... 79 Hình 3.10. Các vùng đập vỡ đất đá khi nổ lượng thuốc có đường kính d ............... 80 Hình 3.11. Đề xuất đưa vào quy định giám sát ảnh hưởng nổ mìn tại các mỏ đá vôi ở CHDCND Lào .................................................................................................... 82 Hình 3.12. Tiến trình đánh giá rủi ro tai nạn lao động ............................................ 83 Hình 3.13. Sơ đồ quản lý rủi ro khi tiến hành nổ mìn ............................................. 85 Hình 4.1. Bản đồ vị trí địa lý, địa hình mỏ đá vôi Phayu ........................................ 91 Hình 4.2. Tổng thể địa hình mỏ đá vôi Phayu ........................................................ 92 ix Hình 4.3. Đặc điểm địa chất thân đá vôi tại mỏ Phayu ........................................... 93 Hình 4.4. Hiện trạng khai thác mỏ đá vôi Phayu .................................................... 94 Hình 4.5. Sơ đồ công nghệ khai thác mỏ đá vôi Phayu .......................................... 95 Hình 4.6. Máy khoan được sử dụng trên mỏ đá vôi Phayu ..................................... 95 Hình 4.7. Các lỗ khoan thực hiện trên mỏ đá vôi Phayu ......................................... 96 Hình 4.8. Các loại thuốc nổ sử dụng trên mỏ Phayu............................................... 97 Hình 4.9. Các phương tiện nổ mìn tại mỏ .............................................................. 97 Hình 4.10. Sơ đồ nổ vi sai theo hàng, sử dụng kíp điện nổ vi sai ........................... 98 Hình 4.11. Sơ đồ nổ vi sai điện đang áp dụng trên mỏ đá vôi Phayu ...................... 98 Hình 4.12. Sơ đồ nổ vi sai phi điện đề xuất áp dụng cho mỏ đá vôi Phayu ............. 98 Hình 4.13. Sơ đồ mạng nổ lần 2 để phá đá quá cỡ ............................................... 104 Hình 4.14. Vụ nổ mìn thực hiện trên mỏ đá vôi Phayu......................................... 105 Hình 4.15. Xây dựng bảng nội quy an toàn, vệ sinh lao động (a) và quy trình khoan nổ mìn và lập hộ chiếu khoan, nổ mìn (b) cho mỏ đá vôi Phayu .......................... 111 Hình 4.16. Kho mìn tại mỏ đá vôi Phayu ............................................................. 121 Hình 4.17. Thợ mìn người Việt Nam tham gia công tác nổ mìn ở mỏ đá vôi Phayu ...... 122 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các mỏ có dạng núi đá vôi kết thành từng dãy ......................................... 3 Bảng 1.2. Các mỏ có dạng núi đá vôi kết thành cụm độc lập ................................... 4 Bảng 1.3. Các mỏ có dạng núi đá vôi đứng đơn độc ................................................ 5 Bảng 1.4. Các mỏ khai thác đá phục vụ cho sản xuất xi măng ................................. 6 Bảng 1.5. Các mỏ khai thác đá sản xuất VLXD thông thường ................................. 6 Bảng 1.6. Trữ lượng và dự báo các mỏ đá vôi của nước CHDCND Lào .................. 9 Bảng 1.7. Các mỏ có sản lượng khai thác lớn (> 1.000.000 m3/năm) ..................... 10 Bảng 1.8. Các mỏ có sản lượng khai thác trung bình (100.000÷1.000.000 m3/năm) .............................................................................................................................. 10 Bảng 1.9. Các mỏ có sản lượng khai thác nhỏ (< 100.000 m3/năm) ....................... 11 Bảng 1.10. Các mỏ đá vôi áp dụng công nghệ khai thác khấu theo lớp bằng (hoặc lớp xiên) vận tải trực tiếp ....................................................................................... 14 Bản