Bài giảng các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên phần 1 trường đh công nghiệp quảng ninh

Sự phát triển của khoa học-công nghệ, của kinh tế-kỹ thuật là nhân tố quyết định quá trình mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ KTLT, nhờ nó mà đối tượng của KTLT ngày càng nhiều hơn v

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

BỘ MÔN KỸ THUẬT MỎ LỘ THIÊN - KHOA MỎ - CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MỎ LỘ THIÊN

(Dành cho sinh viên bậc Đại học)

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Quảng Ninh, 2020

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Đối tượng và điều kiện áp dụng phương pháp khai thác mỏ lộ thiên

1.1.1 Đối tượng của khai thác mỏ lộ thiên

Khai thác lộ thiên (KTLT) là một dạng hoạt động công nghệ nhằm thu hồi các khoáng sản có ích (KSCI) ở thể rắn từ lòng đất (bao gồm cả dưới và trên mặt đất) nhằm sử dụng vào các mục đích kinh tế khác nhau của Con người Đối tượng của KTLT là tất cả những khoáng sàng (nơi tập trung một hay một số KSCI ở trạng thái tự nhiên có khả năng khai thác được) có chứa KSCI có thể khai thác được trong những điều kiện kinh tế - kỹ thuật cụ thể Đặc điểm công nghệ nổi bật của KTLT là phải bóc đi một khối lượng đất đá khá lớn (có thể tới hàng chục lần) so với khối lượng KSCI thu hồi được, bởi vậy có thể nói, đối tượng tác động trực tiếp của KTLT là đất đá mỏ và KSCI Tuy nhiên, trong điều kiện cụ thể về địa chất thủy văn

và thời tiết khí hậu nước ta - mưa nhiều, lưu lượng nước ngầm lớn, thì đối tượng của KTLT còn là nước mỏ nữa Thí dụ, nước thải của mỏ than Cọc Sáu hàng năm lên tới 910 triệu m3, còn của mỏ sắt Thạch Khê theo tính toán, thì có thể tới 3 triệu m3/ngày-đêm

Sự phát triển của khoa học-công nghệ, của kinh tế-kỹ thuật là nhân tố quyết định quá trình mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ KTLT, nhờ nó mà đối tượng của KTLT ngày càng nhiều hơn về số lượng và phong phú hơn về chủng loại: Nhờ kỹ thuật gia công chế biến hiện đại mà nhiều loại quặng nghèo (có chất lượng kém) đã được huy động để thu hồi bằng KTLT như vonfram Núi Pháo, apatit Lào Cai loại III,…; Nhiều thân khoáng có chiều sâu vùi lấp lớn đã được khai thác bằng phương pháp lộ thiên (mà trước đây không thể) như phần trữ lượng than từ mức -150-300 m của các khoáng sàng than Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn,…; Không ít những khoáng sàng có điều kiện tự nhiên hết sức phức tạp đã được đưa vào các dự

án KTLT mà điển hình là sắt Thạch Khê - một khoáng sàng có điều kiện tự nhiên không thuận lợi: mưa nhiều, thân khoáng nằm sát mép biển, quặng phân bố sâu dưới mực nước biển tới

125750 m, lớp đất phủ mềm yếu, nước ngầm nhiều và có mối quan hệ thủy lực với nước biển, tiềm ẩn nhiều sự cố, rủi ro về môi trường,…

Các đối tượng KTLT thường có tính biến động cao về đặc điểm hóa, lý và cơ học Điều

đó dẫn đến những khó khăn trong việc lựa chọn công cụ cũng như phương thức để tác động lên nó một cách hiệu quả Cuộc đại nhảy vọt của khoa học công nghệ trong nửa cuối của Thế

kỷ XX đã giúp cho ngành KTLT vượt qua được những trở ngại đó Ngày nay người ta đã chế tạo được những máy móc đa năng, có công suất từ nhỏ đến lớn và rất lớn, có nhiều tính năng

kỹ thuật phù hợp với mọi đối tượng tác động; nhiều loại vật tư kỹ thuật tiên tiến, tương thích với mọi yêu cầu sử dụng;… mà chúng sẽ được lần lượt nghiên cứu trong các nội dung các chương sau

1.1.2 Đặc điểm của khai thác lộ thiên

Trên mỏ lộ thiên, các công trình khai đào đều được tiến hành ngoài trời, do vậy so với khai thác hầm lò thì khai thác lộ thiên có những đặc điểm sau:

a) Điều kiện lao động tốt do mọi công việc được tiến hành ngoài trời, có đầy đủ ánh sáng và khí trời, có không gian thao tác rộng lớn Tạo điều kiện để đảm bảo sức khoẻ và nâng cao năng suất lao động cho công nhân

b) Điều kiện không gian cho phép sử dụng thiết bị hiện đại, có năng suất cao và khả năng cơ giới hoá - tự động hoá Ngày nay trên các mỏ lộ thiên lớn người ta sử dụng các loại máy xúc tay gàu và máy xúc thuỷ lực được trang bị các hệ thống điều khiển, tra dầu mỡ, phát hiện hỏng hóc, tự động, trang bị hệ thống định vị toàn cầu GPS, có dung tích gàu 1225 m3

và hơn, ô tô tải trọng 75240 tấn hoặc những máy xúc nhiều gàu kiểu khung xích và kiểu rôtor hiện đại có năng suất giờ đạt tới 3200 m3/giờ và hơn

c) Thời gian xây dựng mỏ ngắn So với mỏ hầm lò có sản lượng tương đương thì thời gian xây dựng của mỏ lộ thiên thường chỉ bằng 2530 % hoặc nhỏ hơn, do có thể tiến hành song song các công việc trong xây dựng, sử dụng được các thiết bị lớn có năng suất cao để thi

công các hạng mục công trình Vốn đầu tư xây dựng của mỏ lộ thiên cũng nhỏ hơn nhiều so với mỏ hầm lò có sản lượng tương đương trong vùng

d) Tổn thất tài nguyên ít vì không cần để lại các trụ bảo vệ như ở hầm lò, điều kiện địa chất rõ ràng nên không bỏ sót tài nguyên, dễ khai thác chọn lọc, có điều kiện để tận thu tài nguyên Tổn thất tài nguyên trung bình trên các mỏ lộ thiên là 68 %, có nơi chỉ 24 %, trong khi đó của các mỏ hầm lò là 1824 %, cá biệt có nơi trên 60 %

e) Chịu ảnh hưởng của thời tiết khí hậu Đặc biệt đối với nước ta - một vùng khí hậu nhiệt đới Ảnh hưởng của mùa mưa là rất xấu đối với các mỏ lộ thiên, nhất là những mỏ đang khai thác dưới mức thoát nước tự chảy Mùa mưa hàng năm kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, gây ra những sự cố trầm trọng trên các mỏ than: ngập lụt, đường sá hư hỏng, bờ mỏ bị sụt lở, đất đá và bùn lấp đầy mỏ, Về mùa sương mù (từ tháng 2 đến tháng 4), ở các mỏ vùng núi cao, thường rất khó khăn trong việc quan sát, nhất là những ngày hanh khô, sương mù và bụi làm cho tầm nhìn của tài xế chỉ còn lại vài ba mét Nắng to về mùa hè cũng ảnh hưởng khá nhiều đến sức khỏe của người lao động

g) Về mặt môi trường, các mỏ lộ thiên thường gây nhiều tác động xấu, làm suy giảm chất lượng không khí, đất, nước, cảnh quan khu vực, hơn so với khai thác hầm lò Khai thác lộ thiên thường chiếm diện tích lớn đất đai (để mở khai trường và làm bãi thải), làm biến dạng địa hình, địa mạo, cảnh quan khu vực Các bãi thải ở phía nam của các mỏ Đèo Nai, Cọc Sáu

đã vùi lấp hàng trăm hecta đất đai trồng trọt hai bên Quốc lộ 18 ở khu vực phía đông thị xã Cẩm Phả và buộc phải di chuyển Quốc lộ 18 xuống sát mép biển Mặt khác nữa, khối lượng đất đá thải của mỏ lộ thiên rất lớn, thường trôi dạt xuống phía dưới hạ lưu, gây bồi lấp các nguồn nước chảy, trôi lấp diện tích cây rừng, sa mạc hoá đất đai canh tác,làm ô nhiễm nguồn nước, Các khí độc hại và bụi do nổ mìn, do hoạt động của các động cơ chạy điêzen phát thải vào không khí, làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của cộng đồng dân cư quanh vùng và xa hơn, là góp phần làm gia tăng khí nhà kính của trái đất

1.1.3 Những khoáng sản được khai thác bằng phương pháp KTLT

Thiết bị mỏ ngày càng được cải tiến, tổ chức công tác trên mỏ ngày càng được hoàn thiện làm cho giá thành khai thác ngày càng hạ đã cho phép mở rộng phạm vi áp dụng phương pháp khai thác lộ thiên Phạm vi ứng dụng của KTLT chủ yếu đối với khoáng sản lộ ra mặt đất, bị vùi lấp không sâu; có điều kiện địa chất phức tạp; những khoáng sàng nguy cơ về nổ bụi, khí nổ và tự cháy; với khoáng sàng ngập nước và bị vùi lâp dưới nước

Tuy nhiên mức độ hiệu quả của phương pháp KTLT phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của vỉa như chiều dày, góc cắm, chiều dầy lớp đất phủ và tính chất cơ lý của nó; điều kiện về địa hình, địa chất thuỷ văn và khí hậu Các đặc trưng cấu tạo của khoáng sàng bao gồm:

a) Địa hình: bình nguyên, sườn dốc, đỉnh núi, đồi mấp mô Vứa nằm trên đỉnh núi, bên

sườn núi chỉnh hợp hoặc không chỉnh hợp với địa hình (Hình 1.1 - a, b, k, m, n, l)

b) Vị trí vỉa: trực tiếp lộ ra ngoài hay bị phủ một lớp đất không dầy lắm (Hình 1.1- c, d,

k, n, l) Những khoáng sàng kiểu hỗn hợp (nằm trên núi và dưới sâu) thường được KTLT ở phần trên còn phần dưới thì khai thác bằng phương pháp hầm lò

c) Góc cắm của vỉa: gọi là vỉa dốc thoải khi góc cắm của vỉa   10o, vỉa dốc xiên khi

=1030o, vỉa dốc đứng khi  30o

d) Chiều dày của vỉa: vỉa mỏng nếu tiến hành khai thác bằng một tầng; vỉa trung bình

nếu tiến hành khai thác bằng hai tầng hoặc 2 phân tầng; vỉa dày nếu khai thác bằng từ ba phân

tầng trở lên

e) Hình dáng của vỉa: vỉa có kích thước theo phương và độ dốc lớn trong khi chiều dày

của nó không lớn lắm: dạng vỉa, dạng tấm, dạng mạch; vỉa có kích thước gần giống nhau theo mọi hướng: dạng khối, dạng ổ, dạng thấu kính; vỉa có kích thước dài theo một phương gọi là

dạng ống

Hình 1.1 Những dạng thế nằm chủ yếu của khoáng sản f) Cấu tạo của vỉa: Vỉa gọi là đơn giản nếu nó có cấu tạo đồng nhất, không có các lớp

đá kẹp xen kẽ Trường hợp đó, dùng phương pháp khai thác không chọn lọc và tiến hành bóc

toàn bộ chiều dày của vỉa

Vỉa gọi là phức tạp khi có uốn nếp mạnh, có nhiều đứt gãy kiến tạo, vỉa có hướng cắm

và góc cắm thay đổi mạnh trong phạm vi một khai trường,… Vỉa phức tạp nếu nó chứa các loại khoáng sản khác nhau, chất lượng khác nhau (đúng tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn), xen kẽ

đá kẹp thì phải dùng phương pháp khai thác chọn lọc để tách riêng từng KSCI có hàm lượng đúng tiêu chuẩn và đất đá làm bẩn Việc khai thác chọn lọc theo từng loại KSCI được tiến hành trên cơ sở thăm dò khai thác chi tiết

Những yếu tố kể trên có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn quy trình công nghệ,

kỹ thuật và thiết bị để tiến hành khai thác

1.2 Khái niệm về khoáng sản có ích và chất lượng của chúng

1.2.1 Khoáng sản có ích

Khoáng sản có ích (KSCI) là những tài nguyên thiên nhiên, có nguồn gốc thạch học từ lòng đất, có thể khai thác và chế biến một cách hiệu quả để sử dụng vào những mục đích khác nhau của Con Người

Ngày nay khái niệm KSCI không chỉ dùng cho những tài nguyên khai thác từ lòng đất,

mà còn mở rộng cho những tài nguyên thiên nhiên lắng đọng từ đáy biển và thềm lục địa (như các kết hạch sắt, mangan, titan…), cho các chất hoà tan trong nước và cho bản thân nước nữa Khái niệm về KSCI cũng mang tính chất tương đối Đất sét, đá vôi là các KSCI trong công nghiệp xi măng, nhưng khi chúng nằm lẫn trong đất đá phủ trên các vỉa khoáng sản khác thì chúng là đá thải Bản thân đất đá phủ của một mỏ khoáng sản nào đó khi được sử dụng vào mục đích có lợi như san nền, lấp ao hồ, đem nung vôi (nếu là đá vôi), rải đường, làm vật liệu

đổ bê tông,… thì chúng cũng được coi như một KSCI và được đưa vào bảng cân đối khi làm

kế hoạch sản xuất của xí nghiệp mỏ Một loại khoáng sản nào đó trong điều kiện tự nhiên và

kỹ thuật mỏ này được coi là KSCI, nhưng trong điều kiện tự nhiên và kỹ thuật mỏ khác thì lại được coi là đất đá thải khi không thể khai thác và sử dụng chúng có hiệu quả về mặt kinh tế Khoáng sản apatit loại III có hàm lượng 712 % P2O5 của Lào Cai là một ví dụ cho trường hợp nói trên

Vậy thì bản chất tự nhiên (thành phần hoá học, thạch học, tính chất cơ lý,…) nào đó chưa đủ để kết luận nó là KSCI hay không mà còn phải kèm theo khả năng khai thác và sử

dụng chúng nữa Do vậy, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nói chung, của Ngành Mỏ (kỹ thuật khai thác, chế biến) nói riêng, danh mục các KSCI ngày càng nhiều lên về số lượng và phong phú thêm về chủng loại Để thuận tiện trong sử dụng và ngắn gọn về mặt tin học, đôi khi người ta gọi tắt KSCI là khoáng sản

Thông thường người ta phân loại KSCI thành khoáng sản kim loại,khoáng sản phi kim loại và khoáng sản làm nhiên liệu

* Các khoáng sản kim loại bao gồm:

- Quặng kim loại đen: chứa các kim loại sắt (Fe), mangan (Mn), crôm (Cr), titan (Ti),…

- Quặng kim loại mầu: chứa các kim loại đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), nhôm (Al), thiếc (Sn), niken (Ni), antimon (Sb),…

- Quặng kim loại quý: chứa các kim loại vàng (Au), bạc (Ag), platin (Pt),

- Quặng kim loại phóng xạ: chứa các kim loại uran (U), thori (Th),…

- Quặng kim loại hiếm và nhẹ: chứa các kim loại ziricôni (Zr), niobi (Nb), gecmani (Ge), scandi (Sc), cadimi (Cd), hafini (Hf), tantali (Ta), bêrili (Be), liti (Li),…

* Các khoáng sản phi kim loại bao gồm:

- Vật liệu xây dựng: đá vôi, đá granit, sét, cát, sỏi,…

- Nguyên vật liệu cho luyện kim: đá vôi (CaCO3), đôlômit (CaCO3.MgCO3), fluôrit (CaF2), grafit (than chì), đất chịu lửa, cao lanh, manhêgit (MgCO3),…

- Nguyên liệu cho công nghiệp hóa và thực phẩm: phốtphorit, apatit, lưu huỳnh, pyrit, muối khoáng,…

- Nguyên liệu cho công nghiệp khác: amian, sợi đá, tan (hoạt thạch), barit, kim cương, mica, silic, pecmatit, côrinđôn (Al2O3),…

* Khoáng sản nhiên liệu: bao gồm than bùn, than nâu, than đá, diệp thạch cháy, dầu mỏ,

khí đốt

1.2.2 Chất lượng của khoáng sản có ích

Khi đề cập đến một loại KSCI nào đó thì điều kiện đầu tiên phải nói đến đó là chất lượng của nó Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng của KSCI là khác nhau cho từng chủng loại

và từng mục đích sử dụng Đối với than, tiêu chuẩn chất lượng là độ tro, độ ẩm, nhiệt năng,…; đối với khoáng sản khác là thành phần khoáng vật, hàm lượng, thành phần có ích, có hại và một số tính chất khác Đá vôi khi dùng để rải đường thì cần quan tâm đến tính chất cơ

lý của nó như sức bền kháng nén, hệ số hút nước, hệ số biến mềm,… nhưng khi dùng để sản xuất cacbua - canxi thì phải chú ý tới thành phần hóa học của nó

Một cách khái quát người ta có định nghĩa: chất lượng của một loại KSCI nào đó là tổng

hợp các tính chất xác định về mức độ thuận lợi và hiệu quả kinh tế khi sử dụng nó cho một mục đích nhất định

Chất lượng của KSCI được biểu thị trong hai nhóm: có ích và có hại Trong khoáng sản manhêtit, hàm lượng Fe3O4 là thuộc nhóm chất lượng có ích, còn hàm lượng lưu huỳnh, phôt pho là thuộc nhóm có hại

Người ta phân chất lượng KSCI thành chất lượng tuyệt đối và chất lượng tiêu thụ Chất lượng tuyệt đối được đặc trưng bằng tổng hợp các chỉ tiêu có tính chất khách quan như thành phần hoá học, tính chất cơ lý, đặc trưng công nghệ,… chất lượng tiêu thụ của KSCI được đặc trưng bởi một hay một số chỉ tiêu nào đó theo yêu cầu sử dụng

Thí dụ: đối với đá vôi khi dùng rải nền đường sắt, người ta quan tâm đến độ cứng và độ mài mòn, khi dùng để nung vôi thì hàm lượng CaCO3 là chỉ tiêu cơ bản, khi dùng để trang trí thì hình thức đường vân, màu sắc và khả năng mài bóng là chỉ tiêu hàng đầu

Để đánh giá chất lượng KSCI người ta thường dùng chỉ tiêu chất lượng tổng hợp, trong

đó có kể đến ảnh hưởng của thành phần có ích cũng như có hại đối với giá trị chung của sản phẩm cuối cùng:

G

b q a

q q

n

1

m

1 j j i

i

Trong đó: qi ; qj - chỉ tiêu chất lượng thực tế của thành phần có ích thứ i và có hại thứ j trong khoáng sản có ảnh hưởng đến giá trị sản phẩm cuối cùng với tỷ lệ tương ứng ai và bj; G

- giá trị của sản phẩm cuối cùng Các giá trị ai và bj được xác định bằng phương pháp thống kê trên cơ sở các chỉ tiêu chất lượng các thành phần riêng biệt đối với giá thành sản phẩm cuối cùng

Thí dụ: sau khi phân tích giá thành gang phụ thuộc vào hàm lượng sắt (Fe) và các tạp chất khác lẫn trong khoáng sản người ta thấy ảnh hưởng của chúng đối với giá thành theo các

tỷ trọng tương ứng như sau: SiO2 - 26 %; lưu huỳnh - 7,7 %; phôtpho - 5,1 % và oxit nhôm - 3,2 % thì khoáng sản này có chỉ tiêu chất lượng tổng hợp là:

G

q 03 , 0 q 05 , 0 q 08 , 0 q , 0 q 58 , 0

q Fe  SiO 2  S p Al O 3

Khoáng sản đủ chất lượng là khi các chỉ tiêu chất lượng thành phần có ích và có hại không vượt qua giới hạn chỉ tiêu định mức tương ứng:

qi qoi và qj qoj

Trong đó: qoi, qoj chỉ tiêu chất lượng định mức thành phần có ích thứ i và có hại thứ j của loại khoáng sản đó (%)

Các chỉ tiêu chất lượng định mức và thành phần có ích và có hại của từng loại khoáng sản là những chỉ tiêu rất quan trọng, được xác định cho từng loại khoáng sản trong những điều kiện kinh tế và kỹ thuật cụ thể khi tiến hành khai thác và sử dụng chúng

1.3 Chỉ tiêu chất lượng của một số KSCI thông dụng

1.3.1 Khoáng sản sắt

Hàm lượng nhỏ nhất của sắt khi đưa vào luyện đối với các loại khoáng sản được quy định như sau: khoáng sản hêmatít - manhêtít là 5660 %, manhêtít (Fe3O4) 5658 %, khoáng sản sắt nâu (limônit) 4550 %, quăczit - sắt 5064 %, siđêrit (FeCO3) 3335 %

Khi giảm hàm lượng sắt trong khoáng sản sắt chứa silic xuống 1 % thì năng suất của lò cao giảm 45 % và tiêu hao cốc tăng 2,7 %

Lưu huỳnh và phốtpho là những tạp chất có hại Khi nấu khoáng sản trực tiếp thì hàm lượng lưu huỳnh không quá 0,20,3 %, khi qua thiêu kết là dưới 3 %

Hàm lượng phốtpho trong khoáng sản khi dùng cho lò Besme không quá 0,03 %, cho lò Mactanh 0,15 %, còn cho lò Tomát 0,81,2 %

Độ ẩm cho phép tuỳ thuộc vào loại khoáng sản và bằng 533 %, kích thước cỡ hạt

5150 mm, tỷ lệ bột khoáng sản không lớn hơn 1030 %

Khoáng sản có chứa chất kiềm (CaO và MgO) làm tăng hiệu quả của lò cao, do giảm được tiêu hao các chất trợ dung

1.3.2 Khoáng sản mangan

Khoáng sản mangan dùng trong công nghiệp luyện kim đen và màu, để chế tạo thép cácbon, thép đặc biệt, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của mangan khi dùng luyện kim là thành phần hoá học của nó Khoáng sản oxit mangan chứa 1940 % Mn, 45 % SiO2, 0,10,3 P,

524 % CaO Nếu là khoáng sản sắt-mangan dùng cho luyện kim không qua tuyển thì hàm lượng sắt và mangan trong khoáng sản không được nhỏ hơn 4050 %

1.3.3 Khoáng sản đồng

Khoáng sản đồng trong công nghiệp luyện kim màu, dùng để chế tạo đồng nguyên chất

và các hợp kim của nó Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của khoáng sản đồng là hàm lượng đồng (Cu), thành phần khoáng vật, độ cứng và thành phần cỡ hạt Khoáng sản có hàm lượng đồng lớn hơn 2 % thì được gọi là giàu Khoáng sản có chất lượng trung bình hàm lượng chứa trên 1

% đồng Khoáng sản chứa từ 0,71 % đồng là khoáng sản nghèo Khi hàm lượng dưới 0,7 % thì gọi là khoáng sản rất nghèo

Trong các loại khoáng sản đồng công nghiệp thì các loại khoáng sản đồng đa kim đồng - chì - kẽm và đồng-niken là có giá trị công nghiệp lớn hơn cả

1.3.4 Khoáng sản đa kim chì - kẽm

Trong khoáng sản này thường chứa bạc đồng, thiếc, coban, cátmi, vàng và một số thành phần khác Theo thành phần có ích người ta chia ra làm 5 loại chính: kẽm, chì-kẽm, đồng-chì-kẽm, thiếc-chì-kẽm và asen-chì-kẽm

Khoáng sản chứa trên 4 % chì hoặc 47 % chì kẽm được gọi là khoáng sản giàu Gọi là khoáng sản nghèo khi chứa 1,22 % kẽm hoặc dưới 4 % chì-kẽm Khi tỷ lệ giữa chì và kẽm

từ 1/5 đến 1/2 thì tổng hàm lượng của chúng trong khoáng sản đa kim không được dưới 3 %

1.3.5 Khoáng sản nhôm

Khoáng sản nhôm chủ yếu trong công nghiệp là bauxit Bauxit làm nguyên liệu ban đầu

để chế tạo oxit nhôm (Al2O3), sau đó dùng phương pháp điện phân để thu hồi nhôm nguyên chất

Chỉ tiêu chất lượng của khoáng sản nhôm là hàm lượng Al2O3 trong bauxit không dưới

28 %, các tạp chất có hại là oxit silic, canxit, đôlômit, siđêrit, pyrit,…, bauxit dùng để sản xuất vật liệu chịu lửa phải chứa trên 46 % Al2O3

1.3.6 Than đá

Khoảng 70 % than đá khai thác được dùng làm nhiên liệu Phần còn lại dùng vào việc luyện cốc, chế tạo sản phẩm tổng hợp, khí than,…

Đặc trưng chất lượng của than là các chỉ tiêu: hàm lượng cácbon, oxy, nitơ, độ tro, độ

ẩm, tỷ lệ chất bay hơi khi nung, hàm lượng lưu huỳnh, nhiệt lượng, tính thiêu kết, trọng lượng riêng, độ nóng chảy của tro

Chất lượng của than được quy định bởi sự phân loại công nghiệp và tiêu chuẩn tiêu thụ Thí dụ, đối với than đá là tỷ lệ chất bay hơi và tính thiêu kết; đối với than antraxit là tỷ lệ chất bay hơi và nhiệt năng; đối với than bùn là hàm lượng cácbon và độ ẩm, Bảng 1.1 cho thấy chất lượng than của hai vỉa chính ở mỏ Cọc Sáu

Bảng 1.1 Chất lượng than của vỉa dày và vỉa G mỏ Cọc Sáu

Vỉa than

Các chỉ tiêu

(W, %)

Chất bốc (V, %)

Nhiệt lượng (Q, kcal/kg)

Lưu huỳnh (S, %)

Độ tro (A, %) Vỉa dày

Vỉa G

12,53 9,27

2,35 1,89

5,85 6,82

8476

8367

0,42 0,40

1.3.7 Đôlômit

Đôlômit dùng để sản xuất vật liệu chịu lửa, chất cách điện, vật liệu mài, chất trợ dung trong luyện kim…

Yêu cầu về chất lượng đôlômit dùng trong luyện kim là: hàm lượng MgO không nhỏ hơn 1719 %; SiO2 không lớn hơn 6 %; Fe2O3+MnO không lớn hơn 5 %, tỷ lệ bột có kích thước nhỏ hơn 25 mm không vượt quá 3 %, không có lưu huỳnh và phốtpho, sức bền kháng nén tạm thời không nhỏ hơn 30 MPa

1.3.8 Đá vôi

Đá vôi là nguyên liệu phổ biến dùng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp: Xây dựng (sản xuất vôi và ximăng), luyện kim (chất trợ dung), hoá chất (chế tạo axêtylen, amôniắc, nước đá khô, phân bón,…), giao thông vận tải…

Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của đá vôi là tính chất cơ lý (độ mài mòn, độ cứng, độ bền nén, độ ngậm nước, hệ số biến mềm, trọng lượng riêng,…) và thành phần hoá học của nó

Bảng 1.2 Giới thiệu chỉ tiêu tổng hợp của đá vôi Việt Nam

Khối lượng

riêng (t/m3)

Tỷ trọng Độ rỗng (%)

Độ ngậm nước (%) biến mềm Hệ số

Sức kháng nén, MPa

2,662.96 2,71 1,21,25 0,20,4 0,750,9 4375 53

Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của đá vôi là tính chất cơ lý (độ mài mòn, độ cứng, độ bền nén, độ ngậm nước, hệ số biến mềm, trọng lượng riêng,…) và thành phần hoá học của nó Khi dùng để rải đường người ta quan tâm tới các chỉ tiêu độ bền nén (> 4060 MPa), hệ

số hút nước ( 3 %), hệ số biến mềm (0,60,7), trọng lượng riêng (< 2,1 t/m3)… Khi dùng sản xuất cacbua canxi thì hàm lượng CaO > 53 %, SiO2 < 1,5 %, Mg < 1,0 %, SO3  1,0 %,…

Bảng 1.3 Giới thiệu các chỉ tiêu về hàm lượng và cỡ hạt

Giới hạn dao

động

Hàm lượng các oxit

SiO2 Fe2O3 Al2O3 > 0,7 mm 0,70,4 mm 0,40,1 mm

1.3.9 Đất sét chịu lửa và cao lanh

Đất sét chịu lửa và cao lanh dùng để sản xuất các vật liệu chịu lửa, làm các lớp đệm lót trong các lò luyện kim Chỉ tiêu chất lượng của nó là thành phần hoá học, thành phần khoáng vật (hàm lượng Al2O3, silic, sắt, titan, chất kiềm…) nhiệt độ nóng chảy

1.3.10 Cát thạch anh

Cát thạch anh dùng trong vật liệu chịu lửa, dùng trong xây dựng, công nghiệp thủy tinh, công nghiệp điện tử…

Khi dùng làm vật liệu chịu lửa lót trong các lò luyện thép thì nhiệt độ nóng chảy của cát không được nhỏ hơn 1650oC với hàm lượng SiO2 9095 %; tạp chất có hại của cát là Al2O3 Chỉ tiêu chất lượng tổng hợp của cát là thành phần khoáng vật, thành phần hoá học và

cỡ hạt của nó

Cát Vân Hải có chất lượng rất tốt, được sử dụng trong công nghiệp thuỷ tinh cao cấp, được các khách hàng trong và ngoài nước ưa thích

1.4 Khái niệm về đất đá mỏ

Theo quan điểm địa chất học thì thuật ngữ “đá” được dùng để chỉ tất cả các vật liệu tự nhiên tạo nên vỏ trái đất, trừ nước, tồn tại ở các thể cứng và đặc sít (đá xây dựng, đá balast, ), mềm (đá phấn) rời rạc (cát, sỏi), xốp và nhẹ (than, bùn), lỏng (dầu mỏ)

Trong khai thác mỏ, đất đá mỏ là tập hợp tự nhiên các khoáng vật từ vỏ trái đất bao quanh và nằm lẫn trong thân khoáng mà phải loại bỏ trong quá trình khai thác để thu hồi KSCI

Theo nguồn gốc thành tạo, người ta phân chia đất đá mỏ thành: đá macma, đá trầm tích và đá biến chất

Đá macma là những đá được thành tạo do sự đông cứng của dung nham nóng chảy từ lòng đất phun ra ngoài hoặc nằm lại trong vỏ trái đất, bao gồm 2 loại: đá xâm nhập và đá phun trào Một số đá xâm nhập thường gặp như granit, sienit, điôrit, gabrô, đá phun trào như trachit, bazan, điaba,

Đá trầm tích là những đá được tạo thành do sự lắng đọng của các sản phẩm phá huỷ của các đá có trước dưới tác dụng ngoại sinh và qua quá trình lèn nén (lý học) và xi măng hoá (hoá học) Các đá trầm tích thường gặp trong khai thác mỏ như đá vôi, đôlômit, cát kết, dăm kết, thạch cao, laterit,

Đá biến chất là sản phẩm của sự biến đổi các đá macma và trầm tích dưới tác dụng của các quá trình nội sinh (nhiệt độ và áp suất) xảy ra ở các độ sâu khác nhau trong vỏ trái đất Các đá biến chất thường gặp trong khai thác mỏ như quaczit, cẩm thạch (còn gọi là đá hoa - marble), gơnai,

1.4.1 Đặc điểm chung của đất đỏ mỏ

Đỏ macma xõm nhập thường nằm sõu trong vỏ trỏi đất chịu ỏp lực lớn của cỏc lớp đỏ nằm trờn và quỏ trỡnh nguội từ từ, do vậy mà thường cú cấu trỳc tinh thể lớn, đặc sớt, cú mật

độ lớn, cường độ khỏng nộn cao, ớt hỳt nước

Đỏ macma phỳn xuất được phun trào lờn trờn mặt đất, đụng cứng nhanh trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất thấp, làm cho cỏc khoỏng khụng kịp kết tinh, hoặc chỉ kết tinh được một

bộ phận với kớch thước tinh thể bộ, chưa hoàn chỉnh, phần lớn cũn lại tồn tại ở dạng vụ định hỡnh, cỏc chất khớ và hơi nước khụng kịp thoỏt ra, để lại nhiều lỗ rỗng làm cho đỏ xốp và nhẹ Căn cứ và hàm lượng oxit silic, đỏ macma được chia ra thành cỏc loại: macma axit (SiO2 > 65 %), macma trung tớnh (SiO2 = 6555 %), macma bazơ (SiO2 =5545 %) và macma siờu bazơ (SiO2 < 45 %)

Đỏ trầm tớch được tạo thành từ quỏ trỡnh lắng đọng cỏc sản phẩm phong hoỏ của cỏc đỏ

cú trước, trải qua cỏc thời kỳ địa chất dưới tỏc động của ỏp suất và quỏ trỡnh hoỏ học mà chỳng tạo thành từng lớp rừ rệt và cú chiều dày, mầu sắc, cỡ hạt, độ bền, khỏc nhau tuỳ theo thành phần cấu tạo Độ bền nộn của đỏ trầm tớch, theo phương vuụng gúc với cỏc lớp luụn lớn hơn so với độ bền nộn theo phương song song với lớp Đỏ trầm tớch thường cú độ khỏng nộn thấp hơn, độ hỳt nước cao hơn và dễ gia cụng hơn so với đỏ macma

Tớnh chất của đỏ biến chất do tỡnh trạng biến chất và thành phần của đỏ gốc quyết định

Đỏ biến chất từ macma do tỏi kết tinh và sắp xếp lại cấu trỳc dạng phiến (trừ đỏ hoa và quaczit) nờn thường yếu hơn cỏc đỏ gốc tạo ra chỳng, trong khi đú thỡ quỏ trỡnh tỏc động của

ỏp lực và sự tỏi kết tinh lại làm cho cỏc đỏ biến chất từ dỏ trầm tớch trở nờn cú độ bờn cao hơn

so với đỏ gốc Tỏc dụng biến chất khụng chỉ làm thay đổi cấu trỳc của đỏ mà cũn làm thay đổi thành phần khoỏng vật của đỏ

1.4.2 Đặc trưng cụng nghệ của đỏ cứng và cứng vừa

Đất đỏ thuộc loại cứng bao gồm phần lớn cỏc đỏ biến chất, cỏc đỏ phỳn xuất và một phần cỏc đỏ trầm tớch như thạch anh, granit, cỏc đỏ bazan, gabrụ, cỏt kết (sa thạch) silic, cuội kết (cụnglụmờrat), cú giới hạn bền nộn một trục mẫu bóo hoà nước là 2050 MPa Đất đỏ thuộc loại cứng vừa bao gồm cỏc đỏ phỳn xuất và biến chất bị phong hoỏ, cỏc đỏ trầm tớch nguyờn sinh như đỏ phiến sột, đỏ phiến sột thạch pha cỏt, sa thạch - vụi, dăm kết, alờvrụlit, Giới hạn bền nộn một trục trờn mẫu bóo hoà nước của đất đỏ cứng vừa là đặc trưng cụng nghệ của đất đỏ cứng và cứng vừa là phải làm tơi sơ bộ trước khi xỳc búc

Theo mức độ nứt nẻ, người ta phõn đất đỏ cứng và cứng vừa thành 5 loại (Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Phõn loại đất đỏ theo mức độ nứt nẻ trong nguyờn khối

Cấp

nứt nẻ

Mức độ nứt nẻ

Khoảng cỏch trung bỡnh cỏc

kẽ nứt, cm

Số khe nứt

Tỷ lệ % cỏc khối nứt

cú kớch thước, cm

I

II

III

IV

V

Mạnh 10  15 2  10 1070 < 30 < 5

1.4.3 Đặc trưng công nghệ của đá tơi vụn

Do kết quả của nổ mỡn, hoặc phỏ vỡ bằng cơ giới hay bởi cỏc lực tự nhiờn khỏc (sụt lở, phong hoỏ, ) đỏ cứng trở thành tơi vụn và do vậy sẽ thuận lợi cho việc xỳc búc và vận chuyển chỳng Cỏc đặc trưng cụng nghệ của đỏ tơi vụn là độ dớnh kết, cỡ hạt và độ bền trong mẫu của chỳng Theo độ dớnh kết, người ta phõn đỏ tơi vụn làm 3 cấp:

Cấp I: Đỏ ở dạng rời, cú nhiều khe hở khụng khớ xen giữa cỏc cục đỏ Khi đắp đống, đỏ

cú xu hướng lăn và tạo thành sườn dốc rừ nột Hệ số nở rời Kr 1,41,65

Cấp II: Đá ở dạng rời - hơi dính kết, có ít khe hở không khí xen kẽ Khi đắp đống không

có sườn dốc rõ nét, Kr = 1,21,3

Cấp III: Đá bị phá vỡ nhưng không hoàn toàn tách khỏi nhau Độ nứt nẻ tăng lên nhưng vẫn duy trì được sự dính kết giữa chúng Đống đá có sườn dốc thẳng đứng, Kr = 1,031,05 Theo cỡ hạt, đá được phân làm 5 cấp (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Phân loại đất đá theo cỡ hạt

I

II III

IV

V

1.4.4 Đặc trưng công nghệ của đá đặc sít, mềm và bở rời

Đá đặc sít bao gồm đất sét cứng, đá phấn, diệp thạch sét, diệp thạch vôi,

Độ bền nén một trục 520 MPa Ở nguyên khối chúng có thể duy trì được độ dốc tới

6070o với chiều cao 1012 m Với các thiết bị xúc bóc có lực cắt lớn hơn 0,30,4 MPa thì có thể xúc trực tiếp mà không cần làm tơi sơ bộ Góc nội ma sát bằng 1635o Lực dính kết 0,54 MPa

Đất đá mềm bao gồm các loại sét pha, cát pha, các đá biến chất hoặc phún xuất đã bị phân huỷ, Giới hạn bền nén một trục là 15 MPa Góc nội ma sát 1423o Lực dính kết 0,051 MPa Giữ được sườn dốc 5070o với chiều cao 515 m Có thể xúc bóc trực tiếp với lực cắt không nhỏ hơn 0,20,3 MPa Khi khô sẽ trở thành đá cứng vừa, nhưng khi gặp nước

sẽ bị trương nở và mềm trở lại

Đất đá chứa sét không đặc sít có độ bền nén không lớn hơn 1 MPa Góc nội ma sát nhỏ hơn 10o Lực dính kết không quá 0,05 MPa Loại đất này có độ ẩm cao, dễ thấm rã, khó tháo khô, đặc biệt không ổn định trong tình trạng bão hoà nước

Đất đá mềm tơi như sét, cát pha sét, bị mất lực dính kết tự nhiên nhưng khi trong khối lượng lớn thì lực dính kết có thể tăng lên 1530 % Mật độ và lực dính được tăng lên trong điều kiện độ ẩm không quá lớn, không có dòng nước ngầm và được đắp đống cao trong thời gian dài

Cát đồng nhất thuộc loại đá rời Góc dốc của chúng trong đống cũng như trong nguyên khối không vượt quá góc nội ma sát (1937o) Lực dính kết gần như không có Chỉ khi chúng nằm đông đặc và có độ hạt không đều thì lực dính kết mới đạt được dưới 0,030,05 MPa

1.5 Một số chỉ tiêu cơ lý của khoáng sản và đất đá mỏ

1.5.1 Sức cản phá vỡ của khoáng sản và đất đá mỏ

Hiện nay, phần lớn các mỏ đá vẫn quen dùng thang độ cứng (còn gọi là độ kiên cố) của giáo sư Prôtôđiacônôv f =

10

n



(n - ứng suất kháng nén một trục của đất đá, MPa) Thang độ cứng này không đặc trưng đầy đủ cho sức cản phá vỡ của đất đá mỏ trong các khâu khoan nổ mìn, xúc bóc, ,

Tuỳ theo phương thức phá vỡ đất đá mà người ta sử dụng các chỉ tiêu khác nhau để biểu thị cho sức cản phá vỡ của đá

Mức độ khó phá vỡ tổng quát của đất đá được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

Pd = 0,05Kn (n + c + k) + 0,5 (1-3) Trong đó: Kn - hệ số kể đến độ nứt nẻ của đất đá; n, c, k - ứng suất kháng nén, kháng cắt và kháng kéo của đất đá, MPa;  - khối lượng riêng của đất đá, t/m3