01/08/2013

1.    GIỚI THIỆU
Công tác nổ mìn được xem là một trong những công đoạn chính trong khai thác mỏ do phương pháp khai thác bằng khoan nổ mìn được áp dụng rộng rãi đối với những vật liệu khác nhau và thiết kế mỏ khác nhau và được áp dụng tại mỏ hầm lò và lộ thiên. Hiển nhiên là, phương pháp khai thác này sử dụng thuốc nổ, sản phẩm được xem là một nguồn năng lượng dùng để phá vỡ đất đá. Sử dụng nguồn năng lượng này cần được tiến hành theo những cách thức khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng. Vì vậy, công tác thiết kế nổ cần được tiến hành phù hợp với mục tiêu nổ mìn. Trong bất kỳ trường hợp nào, hoạt động nổ mìn đều gây ra những tác động về môi trường, cần được quản lý và giảm thiểu tối đa. Những ảnh hưởng môi trường quan trọng nhất bao gồm: chấn động đất đá, va đập không khí, đá bay, sẽ được giới thiệu trong bài báo này.
Mới đây, một số tác giả đã cho rằng những ảnh hưởng này mang tính ngẫu nhiên nhưng có những phương pháp và kỹ thuật được áp dụng để dự báo và quản lý và giảm thiểu các ảnh hưởng môi trường. Các công cụ này cần được sử dụng trong thiết kế nổ mìn nhằm quản lý và giảm thiếu tối đa những ảnh hưởng nói trên. 
1.1. Tiêu chuẩn quốc tế ISO : 31010
Tiêu chuẩn ISO 31010:2010 mới ban hành gần đây đã cung cấp một phương pháp cấu trúc (structured process) xác định các đối tượng bị ảnh hưởng như thế nào, phân tích rủi ro về mặt hậu quả và tần suất trước khi đưa ra các phương pháp xử lý. Tiêu chuẩn quốc tế này hỗ trợ cho tiêu chuẩn ISO 31000, cung cấp những hướng dẫn cho việc lựa chọn và áp dụng các kỹ thuật hệ thống trong đánh giá rủi ro. Công tác đánh giả rủi ro được tiến hành theo đúng tiêu chuẩn quốc tế này góp phần vào các hoạt động đánh giá rủi ro khác. Mục tiêu của việc đánh giá rủi ro là cung cấp những thông tin và phân tích dựa trên các bằng chứng thực tế, từ đó quyết định phương pháp xử lý các rủi ro đặc biệt và cách lựa chọn những phương pháp tối ưu. 
2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ RỦI RO
Công tác đánh giá rủi ro cung cấp cho các nhà ra quyết định và các bên chịu trách nhiệm những hiểu biết về những rủi ro ảnh hưởng tới việc đạt được mục tiêu cũng như hiệu quả của việc kiểm soát tại chỗ. Công tác đánh giá rủi ro là một phương pháp tổng thể bao gồm việc nhận biết, phân tích và đánh giá rủi ro. Cách thức mà phương pháp này áp dụng là độc lập không chỉ với điều kiện của phương pháp quản lý rủi ro mà còn đối với các phương pháp và kỹ thuật được sử dụng để tiến hành đánh giá rủi ro. Công tác đánh giả rủi ro có thể yêu cầu một phương pháp kỷ luật kết hợp do các rủi ro có thể bao gồm các nguyên nhân và hậu quả trên một phạm vi lớn.
3. CÁC RỦI RO VỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG TÁC NỔ MÌN LỘ THIÊN 
Công tác nổ mìn là một trong những giai đoạn quan trọng nhất do sử dụng phương pháp dễ dàng nhất để phá vỡ đất đá. Lý do chính là, thuốc nổ hiện được xem như nguồn năng lượng mạnh nhất và cũng là sản phẩm rẻ nhất so sánh với búa hay máy nghiền thủy lực hoặc bất kỳ dụng cụ cơ khí nào sử dụng trong quá trình phá vỡ đất đá. Tuy nhiên, nếu công tác nổ mìn không được thiết kế phù hợp có khả năng dẫn đến những ảnh hưởng nguy hại về môi trường xung quanh. Những ảnh hưởng về môi trường quan trọng nhất có thể kể đến như gây chấn động đất đá, đá bay và áp suất không khí dư (va đập không khí).
3.1. Chấn động đất đá
Bất kỳ vụ nổ mìn nào trên mặt đất cũng gây ra sóng địa chấn. Sóng này phụ thuộc vào đặc tính của đất đá, tính chất địa kỹ thuật của khối đá và thiết kế vụ nổ. Hiển nhiên là, khối lượng thuốc nổ sử dụng càng lớn thì chấn động càng lớn và phụ thuộc vào khoảng cách từ vụ nổ đến khu vực có thể cảm thấy được, phạm vi chấn động đất sẽ giảm dần. Những ảnh hưởng của chấn động này có thể gây nguy hại đến công trình kiến trúc, thậm chí hủy hoại các công trình này và cũng có thể ảnh hưởng đến những người ở gần khu vực nổ mìn. Nhằm ngăn ngừa những ảnh hưởng này, các nước đã xây dựng những quy định đảm bảo an toàn cho con người và các công trình kiến trúc cùng các di tích lịch sử.
3.2. Đá bay
Hiện tượng đá bay được xác định là những mảnh đá vỡ trong một phạm vi không mong muốn do ảnh hưởng của vụ nổ mìn gây ra. Những hậu quả của đá bay có thể không quan trọng nếu như các mảnh đá bay này không gây ảnh hưởng đến bên ngoài các công trình xây dựng trong khu vực mỏ. Tuy nhiên, những mảnh vỡ này có thế gây nguy hại cho các cấu trúc bên trong và những thiết bị, máy móc hoặc các văn phòng mỏ.
3.3. Va đập không khí
Hiện tượng va đập không khí được định nghĩa là áp suất trong không khí quá cao do vụ nổ gây nên. Trong công tác nổ mìn trên mỏ lộ thiên, thuốc nổ phải được hạn chế trong khối đá, tuy nhiên, một phần năng lượng chuyển hóa thành dạng sóng và truyền ra ngoài không khí. Chính những sóng này gây nên áp suất dư trong không khí, có khả năng gây nguy hại cho các tòa nhà, chủ yếu là gây vỡ kính và cửa sổ.   
4. CÔNG NGHỆ ĐÁNH GIÁ RỦI RO 
Công nghệ sử dụng trong việc đánh giá rủi ro trong các hoạt động nổ mìn trên mỏ lộ thiên là Phân tích cây sai hỏng FTA (Fault Tree Analysis). Công nghệ này được Tiêu chuẩn ISO 31010 đặc biệt khuyến cáo áp dụng nhằm xác định xác suất trong đánh giá rủi ro.
FTA là một kỹ thuật bắt đầu với một biến cố không mong muốn (biến cố cao nhất – top event) và xác định mọi tính huống mà nó có thể xảy ra. Tất cả những điều này được thể hiện trên một sơ đồ hình cây. Các yếu tố nguyên nhân được xác định và tổ chức theo phép suy luận logic và được thể hiện bằng sơ đồ hình cây, mô tả các yếu tố nguyên nhân và mối quan hệ của chúng liên quan đến biến cố cao nhất. Nhờ việc ứng dụng sơ đồ cây sai hỏng mà có thể giảm thiểu hay loại bỏ các nguyên nhân/nguồn rủi ro tiềm ẩn. Những yếu tố được xác định trong cây sai hỏng có thể là những biến cố gắn liền với các lỗi phần cứng linh kiện, sai số chủ quan hoặc bất kỳ biến cố thích hợp, dẫn đến biến cố cao nhất.  
4.1. Đặc điểm của FTA
Kỹ thuật phân tích sơ đồ cây sai hỏng có thể được sử dụng một cách có chất lượng nhằm xác định các nguyên nhân và lộ trình tiềm ẩn, dẫn tới một lỗi/hư hỏng (biến cố cao nhất) hoặc được sử dụng một cách định lượng nhằm tính toán xác suất biến cố cao nhất. Trong bài viết này, các vấn đề về số lượng đã được đề cập đến. Nó có thể được sử dụng trong giai đoạn thiết kế của một hệ thống để xác định các nguyên nhân tiềm ẩn của lỗi và từ đó, lựa chọn các thiết kế khác nhau. Nó cũng có thể được sử dụng tại giai đoạn vận hành để xác định các lỗi chính xảy ra như thế nào và tầm quan trọng của những lộ trình khác nhau dẫn đến biến cố cao nhất. Một cây sai hỏng cũng có thể được sử dụng để phân tích một lỗi đã xảy ra nhằm thể hiện trên biểu đồ cách thức các biến cố khác nhau đồng thời gây ra lỗi.
4.1.1. Dữ liệu vào
Để phân tích định tính, cần có sự hiểu biết về hệ thống và các nguyên nhân gây lỗi, cũng như hiểu biết kỹ thuật về cách thức hệ thống có thể bị lỗi. Các biểu đồ chi tiết được xem là hữu ích trong việc trợ giúp phân tích. Để phân tích định lượng, cần có các số liệu về suất sự cố hay xác suất của tình trạng lỗi đối với mọi biến cố cơ bản trong cây sai hỏng.
4.1.2. Phương pháp
Các bước để triển khai một sơ đồ cây sai hỏng như sau:
– Biến cố cao nhất cần phân tích được định rõ. Điều này có thể là một lỗi hoặc có thể là một hậu quả lớn hơn của lỗi đó. Khi hậu quả được phân tích, cây sai hỏng có thế bao gồm một phân đoạn liên quan đến việc giảm nhẹ lỗi thực tế.
– Bắt đầu với biến cố cao nhất, các nguyên nhân hoặc dạng lỗi tức thời dẫn đến biến cố cao nhất được xác định. Mỗi một nguyên nhân/dạng lỗi được phân tích để xác định cách thức gây ra lỗi. 
– Sự nhận biết từng bước việc vận hành hệ thống không mong muốn được tiến hành lần lượt tới các mức độ hệ thống thấp hơn cho đến khi phân tích tiếp theo trở lên không hiệu quả. Trong một hệ thống phần cứng, điều này có thể là mức độ lỗi linh kiện. Các biến cố và những yếu tố nhân quả tại mức độ hệ thống thấp nhất đã được phân tích được xem như các biến cố cơ bản.
– Khi những xác suất có thể được ấn định cho các biến cố cơ bản thì xác suất của biến cố cao nhất có thể tính được. Để sự xác định số lượng có hiệu lực, cần chỉ ra rằng, đối với mỗi cổng, mọi số liệu đầu vào đều cần thiết và đầy đủ để tạo ra biến cố đầu ra. 
– Trong trường hợp không phải như vậy, cây sai hỏng không có hiệu lực đối với việc phân tích xác suất nhưng có thể là một công cụ hữu ích cho việc hiển thị các mối quan hệ nhân quả.
– Do là một phần của sự xác định số lượng, cây sai hỏng có thể cần được đơn giản hóa bằng cách sử dụng đại số học boole (boolean algebra) để tính toán đối với các dạng lỗi bản sao.
4.1.3. Dữ liệu ra
Các dữ liệu đầu ra từ quá trình phân tích cây sai hỏng là những hiển thị bằng hình ảnh cách thức biến cố cao nhất có thể xảy ra, cho thấy các lộ trình tương tác khi hai hoặc nhiều hơn các biến cố đồng thời phải xảy ra; một danh sách các bộ cắt cực tiểu (lộ trình riêng lẻ dẫn đến lỗi) với xác suất mà mỗi xác suất sẽ xảy ra (khi các số liệu sẵn sàng) và xác suất của biến cố cao nhất.
4.1.4. Hiệu quả của FTA
FTA cung cấp một phương pháp quy tắc mang tính hệ thống cao, nhưng đồng thời cho phép phân tích hàng loạt yếu tố, kể cả những mối tương tác của con người và các hiện tượng vật lý. Việc áp dụng phương pháp từ trên xuống (“top-down” approach) thu hút sự chú ý vào những ảnh hưởng của lỗi có liên quan trực tiếp đến biến cố cao nhất. FTA được xem là đặc biệt hữu ích đối với các hệ thống phân tích với nhiều tương tác và giao diện. Sự trình diễn bằng hình vẽ giúp cho sự nhận biết về tính năng của hệ thống và các yếu tố trở lên dễ dàng hơn. Phân tích logic các cây sai hỏng và việc nhận dạng các bộ cắt là hữu ích trong việc xác định các lộ trình lỗi đơn giản trong một hệ thống rất phức hợp, nơi mà có thể giám sát được quá trình kết hợp các biến cố dẫn đến biến cố cao nhất xảy ra.
5. PHÂN TÍCH CÂY SAI HỎNG
Trong phần này, việc phân tích cây sai hỏng FTA đã được tập trung vào ba ảnh hưởng môi trường chính là chấn động đất đá, đá bay và va đập không khí như đã giải thích phần trên.
5.1. Chấn động đất đá
Những chấn động đất đá do hoạt động nổ mìn tạo ra có thể gây phá hủy các cấu trúc xung quanh. Có bốn nguyên nhân chính có thể liên quan đến những vấn đề về chấn động đất đá. Thứ nhất, do một sai sót trong các kết quả nghiên cứu địa kỹ thuật sơ bộ dẫn đến những thông tin sai lệch về đặc tính của đá mà lượng thuốc nổ nạp quá mức có thể gây ra một xung lực lớn trong khối đá. Thứ hai, Việc tính toán sai thời gian trễ trong nổ mìn dẫn đến hậu quả là một vài lỗ mìn nổ đồng thời (độ trễ dưới 8 mili giây) tạo ra các sóng địa chấn gối nhau liên tục. Thứ ba, do thiếu năng lượng nổ nên không thể phá vỡ và dịch chuyển một khối lượng đất đá lớn. Do đó, toàn bộ năng lượng sẵn có sẽ chuyển thành các sóng địa chấn. Thứ tư, do những sai sót trong vận hành hoặc thiết kế khoan mà tạo ra các sóng địa chấn.
5.2. Đá bay 
Đá bay là hiện tượng các mảnh đá tự văng ra trong quá trình nổ mìn. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này có thể là do một sai sót trong thiết kế bua mìn, thiết kế nổ sai, tập trung nổ không theo thiết kế hoặc phân bố lớp đất đá không thuận lợi nên tạo ra một lớp mềm trong mặt nổ gây thất thoát năng lượng nổ.
5.3. Va đập không khí 
Ảnh hưởng về môi trường trong quá trình nổ mìn là áp suất không khí dư hay còn gọi là “va đập không khí”. Một vài nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này cũng tương tự như với hiện tượng đá bay do thiếu sự kìm hãm năng lượng nổ trong khối đá. Vì vậy, hiện tượng va đập không khí có thể gây bởi sự dẫn nổ không bị chặn trong quá trình phá hủy nổ trên tầng.
5.4. Miêu tả biến cố cơ bản
Về cơ bản, các biến cố cơ bản đối với mọi kịch bản có thể tóm tắt với ba nguyên nhân chính: thiếu các thông tin về khối đá, thiếu thông tin về công tác khoan và thiếu công tác theo dõi và giám sát.
5.4.1. Thông tin về khối đá
Những kết quả nghiên cứu về tính chất địa kỹ thuật giúp cung cấp các thông tin về khối đá bao gồm các tính chất về đất đá, loại đá, độ bền đất đá, các đứt gãy, khe nứt, độ hở khe nứt, vận tốc sóng địa chấn … Ngoài ra, các kỹ thuật tạo mặt cắt sử dụng tia laze trong không gian hai chiều (2D) hoặc ba chiều (3D) có thể cung cấp các thông tin về mặt nổ. Những kỹ thuật này tạo ra một mô hình số mặt nổ, tải về máy tính và được sử dụng để thiết kế sơ đồ nổ mìn.
Ngoài ra, những nghiên cứu sơ bộ về chấn động sẽ cung cấp các thông tin địa chấn từ khối đá. Từ đó, có thể dự báo được sự chuyển dịch của các sóng địa chấn trong đất đá. Rõ ràng những nghiên cứu này là cơ bản trong xử lý các hiện tượng chấn động đất đá.
5.4.2. Thông tin về công tác khoan
Độ chính xác của máy khoan rất cao và các chi tiết điện tử của máy sẽ cung cấp nhiều thông tin về các đặc tính khối đá. Ngoài độ bền khối đá, còn có thể xác định được độ lệch lỗ khoan trong quá trình khoan. Nhưng thông tin từ thợ khoan cũng quan trọng. Do vậy, việc sử dụng nhật ký khoan (Drill Log) để ghi chép các sự cố trong khi khoan là rất cần thiết. Nhật ký khoan có thể được sử dụng để phát hiện các lớp đất đá yếu, hang hốc, lỗ rỗng hay bất kỳ hiện tượng nào có thể gây ra sự cố trong quá trình khoan. Ngoài ra, nếu cần thông tin thêm về công tác khoan, có thể sử dụng đầu dò điện tử để kiểm tra độ lệch lỗ khoan và chiều dài khoan. Hệ thống bao gồm một đầu dò điện tử kết hợp với thiết bị đo độ nghiêng (nghiêng kế) hay la bàn để ghi lại góc khoan dọc theo lỗ khoan. Các số liệu do đầu dò cung cấp có thể được sử dụng kết hợp với mô hình mặt nổ (mô hình 2D hoặc 3D) trong tính toán lượng thuốc cho mỗi lỗ khoan.
5.4.3. Công tác theo dõi và giám sát
Một trong những nhân tố chính trong bất kỳ quá trình nào là công tác theo dõi nhằm đảm bảo công tác thiết kế được tiến hành hoàn hảo. Trong một số trường hợp, các nhà vận hành (thợ nổ mìn, thợ khoan … ) có thể bất cẩn, dẫn đến một số sự cố như nạp mìn lỗi, chiều dài lỗ khoan không phù hợp, thời gian trễ ngắn … 
Trong công tác nổ mìn, việc giám sát đóng một vai trò quan trọng. Thông thường, thợ vận hành không thể nhận biết được hết các đặc tính nổ mìn do nhiều sự kiện xảy ra chỉ trong một vài mili giây. Do vậy, cần sử dụng máy quay tốc độ cao để ghi hình trong quá trình nổ mìn, từ đó, có thể xem xét và thay đổi trong những đợt nổ tiếp theo. Trong những trường hợp đó, có thể sử dụng một phần mềm mô phỏng nổ mìn để dự báo kết quả nổ tiếp theo.
6. KẾT LUẬN
     Những ảnh hưởng về mặt môi trường trong công tác nổ mìn trên mỏ lộ thiên như chấn động đất đá, đá bay hay va đập không khí đã được nghiên cứu nhằm cung cấp một công cụ hữu ích cho bất kỳ kỹ thuật viên nào liên quan đến công tác nổ mìn, từ đó có thể tiên liệu và loại bỏ các biến cố có thể xảy ra.
Ngoài ra, công tác theo dõi và giám sát cũng là một trong những yếu tố chính giúp giảm bớt những rủi ro trong công tác nổ mìn lộ thiên thông qua việc thu thập và ghi chép các thông tin từ các cá nhân liên quan đến các hoạt động trước đó (như công tác khoan – nổ mìn)./.

Trung  Viện – Biên tập  và lược dịch