Nghiên cứu lựa chọn CNKT và tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực uông bí quảng ninh

69Chương 3: TỐI ƯU HOÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC LÒ CHỢ XIÊN CHÉO CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG .... Xuất phát từ từ thực tế nêu trên, c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

KHAI THÁC VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHO CÁC VỈA DẦY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC UÔNG BÍ - QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

KHAI THÁC VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHO CÁC VỈA DẦY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC UÔNG BÍ - QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS Đỗ Mạnh Phong

2 TS Trương Đức Dư

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu trình bày trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Đào Trọng Cường

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Ban lãnh đạo khoa Mỏ, phòng Đại học và sau đại học, tập thể thầy giáo bộ môn Khai thác hầm lò và nhất là PGS.TS Đỗ Mạnh Phong

và TS Trương Đức Dư đã giành rất nhiều công sức và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo các công ty hầm lò, các đơn vị nghiên cứu, tư vấn, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam và các bạn đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện luận án này

Tác giả

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC 5

1.1 Tổng quan về HTKT các vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới 5

1.1.1.HTKT bằng giàn chống 5

1.1.2 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than 9

1.1.3 HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào hoặc combai khấu than 10

1.1.4 HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn 12

1.1.5 Các CNKT khấu than bằng máy cưa than 13

1.1.6 CNKT bằng sức nước 15

1.2 Tổng quan về các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ở trong nước 17

1.2.1 Các HTKT dạng buồng 17

1.2.2 HTKT lò dọc vỉa phân tầng 20

1.2.3 HTKT bằng giàn chống tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê 23

1.2.4 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh 25

1.2.5 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay,

điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê 26

1.2.6 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH 28

1.2.7 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY 31

1.3 Tổng quan về công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng 37

1.3.1 Tổng quan về các phương pháp tối ưu hóa trong ngành mỏ 37

1.3.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng 45

1.4 Kết luận chương 1 48

Chương 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC HỢP LÝ CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG VÙNG UÔNG BÍ - QUẢNG NINH 51

2.1 Đánh giá đặc điểm địa chất - kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí 51

2.1.1 Đặc điểm địa tầng 51

2.1.2 Đặc điểm địa chất công trình 52

2.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 54

2.1.4 Đặc điểm khí mỏ, cháy nội sinh 54

2.1.5 Tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí 55

2.2 Nghiên cứu xây dựng điều kiện áp dụng các HTKT và CNKT cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng 57

2.2.1 Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn CNKT hợp lý 57 2.2.2 Xây dựng điều kiện áp dụng các loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng 59

2.3 Phân tích, đánh giá lựa chọn HTKT và CNKT phù hợp cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí 642.4 Kết luận chương 2 69Chương 3: TỐI ƯU HOÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC LÒ CHỢ XIÊN CHÉO CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG 713.1 Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa của HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng 713.1.1 Các thông số cơ bản của các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh 713.1.2 Lựa chọn CNKT cần tối ưu hóa các thông số của HTKT 803.1.3 Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa củaHTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 813.2 Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 843.2.1 Lựa chọn phương pháp tối ưu hóa 843.2.2 Xây dựng mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, sử dụng giàn mềm ZRY 863.3 Tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 1023.3.1 Tổng hợp một số đơn giá định mức, giá thành công đoạn sản xuất phục vụ tính toán 1023.3.2 Tối ưu hóa chiều cao tầng khi biết trước chiều dài cột khai thác 1043.3.3 Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều cao tầng 1073.3.4 Tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm loại ZRY theo tiêu chí giá thành sản xuất nhỏ nhất 1103.4 Kết luận chương 3 112

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHAI THÁC LÒ CHỢ XIÊN CHÉO, CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO ĐIỀU KIỆN VỈA 9B KHU

TRÀNG KHÊ, CÔNG TY THAN HỒNG THÁI 114

4.1 Đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vỉa 9b khu Tràng Khê, mỏ Hồng Thái 114

4.1.1 Tóm tắt đặc điểm địa chất khu vực 114

4.1.2 Đặc điểm vỉa than 9b khu Tràng Khê 116

4.1.3 Hiện trạng công tác khai thông, chuẩn bị, khai thác 117

4.1.4 Kích thước khai trường và tổng hợp trữ lượng khu vực 118

4.2.Hệ thống khai thác áp dụng cho vỉa 9B với các thông số tối ưu 119

4.2.1 Khai thông, chuẩn bị khai trường 119

4.2.2 Phương pháp khấu than, thiết bị chống giữ lò chợ và đồng bộ 120 4.2.3 Tính toán hộ chiếu chống giữ lò chợ 120

4.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 121

4.3.1 Tính toán một số chỉ tiêu KTKT lò chợ 121

4.3.2 Tính toán giá thành phân xưởng, giá thành sản xuất trực tiếp 123

4.4 Kết luận chương 4 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

2ANSH Tổ hợp cơ giới hóa khai thác 2ANSH

TKV Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

(Viết tắt tên giao dịch tiếng Việt) VINACOMIN Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

(Viết tắt tên giao dịch tiếng Anh)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại

một số mỏ thuộc Liên Xô (cũ) 8Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của các HTKT dạng buồng 20Bảng 1.3 Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT lò DVPT 22Bảng 1.4 Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại

các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê 24Bảng 1.5 Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của HTKT bằng giàn chống,

CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH tại Mạo Khê, Hồng Thái 29Bảng 1.6 Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của lò chợ ZRY20/30L tại vỉa

9b khu Tràng Khê II 36Bảng 2.1.Tính chất cơ lý đá các khu vực vỉa dày trung bình, dốc đứng

vùng Uông Bí - Quảng Ninh 53Bảng 2.2 Tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng

Uông Bí 55Bảng 2.3 Điều kiện áp dụng các HTKT dạng buồng 60Bảng 2.5 Điều kiện áp dụng HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử

dụng tổ hợp 2ANSH 62Bảng 2.6 Điều kiện áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ

xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY 64Bảng 2.7 Phân tích, so sánh ưu nhược điểm của các HTKT cho điều kiện

vỉa dày trung bình, dốc đứng 65Bảng 2.8 So sánh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của các HTKT

cho điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng 67Bảng 3.1 Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng chéo 73Bảng 3.2 Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng 75

Bảng 3.3 Các thông số cơ bản của HTKT lò dọc vỉa phân tầng 76Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của HTKT bằng giàn chống trong CNKT

CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH 78Bảng 3.5 Các thông số cơ bản của HTKT cột dài theo phương trong

CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 80Bảng 3.6 Các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa 91Bảng 3.7 Tổng hợp các điều kiện địa chất, kỹ thuật, kinh tế mỏ 103Bảng 4.1 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá trong địa tầng khu Tràng Khê -

Công ty than Hồng Thái 115Bảng 4.2 Tổng hợp các chỉ tiêu KTKT cơ bản của lò chợ 122Bảng 4.3 Giá thành phân xưởng khai thác lò chợ 123

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 HTKT bằng giàn chống 6

Hình 1.2.Cấu tạo một số loại giàn chống cứng 7

Hình 1.3 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp ANSH (АНЩ) 9

Hình 1.4 Sơ đồ HTKT cột dài theo phương,CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống KGU (КГУ) 11

Hình 1.5 HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn 13

Hình 1.6 CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo độ dốc 14

Hình 1.7 CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo phương 15

Hình 1.8 CNKT bằng sức nước 16

Hình 1.9 Sơ đồ HTKT buồng - thượng chéo 18

Hình 1.10 Sơ đồ HTKT buồng - thượng 19

Hình 1.11 HTKT lò dọc vỉa phân tầng 21

Hình 1.12 HTKT bằng giàn chống tại Vàng Danh, Mạo Khê 24

Hình 1.13 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh 26

Hình 1.14 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê 27

Hình 1.15 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH tại các mỏ Mạo Khê, Hồng Thái 28

Hình 1.16 Giàn chống mềm ZRY 32

Hình 1.17 Nguyên lý làm việc của giàn chống mềm ZRY 33

Hình 1.18 Khả năng thay đổi kích thước làm việc của giàn mềm ZRY 34

Hình 1.19 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY20/30L tại Công ty than Hồng Thái 35

Hình 2.1 Phân bố trữ lượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông

Bí theo các mỏ 56Hình 2.2 Phân bố trữ lượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông

Bí theo miền chiều dày vỉa 56Hình 3.1 Giải thuật của mô hình tối ưu hóa các thông số của HTKT cột

dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 101Hình 3.2 Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài

theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 102

Hình 3.3 Đồ thị hàm số f(H t) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất

với thông số chiều cao tầng H t 105Hình 3.4 Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa chiều cao tầng khi biết trước

chiều dài cột khai thác trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY 106

Hình 3.5 Đồ thị hàm số f(L p) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất

với thông số chiều dài cột khai thác theo phương L p 108Hình 3.6 Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi

biết trước chiều cao tầng trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY 109Hình 3.7 Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa các thông số chiều dài cột

khai thác, chiều cao tầng, trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY 111

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng chiếm tỷ trọng không nhỏ trong tổng trữ lượng bể than Đông Bắc (Quảng Ninh), khoảng 5 ÷ 8%, trong đó tập trung ở vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54,6 triệu tấn Hàng năm, sản lượng khai thác từ đối tượng vỉa dày trung bình, dốc đứng chiếm khoảng 7 ÷ 8 tổng sản lượng than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) [4]

Hiện nay, để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, các mỏ hầm lò chủ yếu vẫn áp dụng các CNKT thủ công như các CNKT dạng buồng; CNKT lò dọc vỉa phân tầng Các CNKT này có hiệu quả chưa cao, sản lượng

và NSLĐ thấp, chi phí khai thác lớn và đặc biệt là tỷ lệ tổn thất cao (30 ÷ 40%) [15] Những năm gần đây, một số mỏ vùng Uông Bí đã đưa vào áp dụng thử nghiệm các CNKT tiên tiến như: CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH, HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY, và đã bước đầu khẳng định tính ưu việt hơn hẳn các CNKT thủ công trong cùng điều kiện, qua đó mở ra triển vọng mở rộng áp dụng [4] Tuy nhiên, quá trình đưa vào áp dụng chưa lâu, cần tiến hành theo dõi, đánh giá, nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả áp dụng công nghệ

Xuất phát từ từ thực tế nêu trên, cần thiết phải thực hiện “Nghiên cứu lựa chọn CNKT và tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh” nhằm nâng cao sản lượng khai thác, NSLĐ, mức độ an toàn lao động

và giảm tổn thất trong khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng

2 Mục tiêu của đề tài

Lựa chọn được CNKT hợp lý và tối ưu hóa các thông số của HTKT các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng

Ninh, nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và NSLĐ trong khai thác than hầm lò

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án là CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng.Phạm vi nghiên cứu là của đề tài các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ các vỉa than dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh

- Phân tích, đánh giá, lựa chọn được CNKT phù hợp điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh

- Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp tổng hợp, đánh gia tài liệu;

- Phương pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất;

- Phương pháp thống kê, phân tích, so sánh;

- Phương pháp tính toán giải tích;

- Phương pháp mô hình toán - kinh tế

6 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

6.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài: Góp phần xây dựng điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng; Xây dựng được phương pháp luận, giải thuật bài toán tối ưu hóa các thông số “chiều cao tầng khai thác”, “chiều dài theo phương cột khai thác” trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY

6.2 Giá trị thực tiễn của đề tài: Đề xuất được các CNKT hợp lý cho điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh; Tối ưu hóa các thông số HTKT giúp nâng cao hiệu quả áp dụng CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY trong điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh

7 Những điểm mới của luận án

7.1 Xây dựng được điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng

7.2 Xây dựng phương pháp tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác các vỉa dày trung bình, dốc đứng

7.3 Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái với các thông

số tối ưu

8 Luận điểm khoa học

8.1 Đối với điều kiện các vỉa than dày trung bình dốc đứng vùng Uông

Bí, trong thời điểm hiện nay, đề xuất lựa chọn CNKT hợp lý theo nguyên tắc

ưu tiên áp dụng CNKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY; CNKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ

sử dụng tổ hợp 2ANSH

8.2 Trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY:Chiều cao tầng tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén

lò và tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị; Chiều dài theo phương cột khai thác tối

ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; và tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, chi phí thiết bị

8.3 Trong điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái,

chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảng H t = 75 ÷ 80 m, chiều dài theo phương

cột khai thác tối ưu khoảng L p = 650 ÷ 700 m

9 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, 126 trang, bao gồm 28 bảng biểu và 28 hình vẽ

Chương 1: Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai

thác các vỉa than dày trung bình dốc đứng và công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác

Chương 2: Nghiên cứu lựa chọn hệ thống khai thác và công nghệ khai

thác hợp lý cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh

Chương 3: Tối ưu hoá các thông số của hệ thống khai thác lò chợ xiên

chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng

Chương 4: Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ

bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ

CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC 1.1 Tổng quan về HTKT các vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới

Trong lịch sử phát triển ngành than thế giới, các vỉa than dày trung bình, dốc đứng luôn luôn là đối tượng có điều kiện khai thác khó khăn, phức tạp nhất, do các đặc điểm về chiều dày, góc dốc đều bất lợi để cho phép áp dụng các loại hình HTKT có mức độ cơ giới hóa cao, quy mô công suất lớn, giá thành rẻ Tuy nhiên, trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng lại không hề ít Có những bể than lớn trên thế giới mà trữ lượng các vỉa than trong điều kiện này chiếm tỷ lệ chủ yếu, như bể than Donbass (Ukraina), vùng than Quý Châu (Trung Quốc) [13] Do đó, trên thế giới,CNKT các vỉa than dày trung bình, dốc đứng đã được nghiên cứu phát triển và hoàn thiện rất đa dạng về loại hình, khác nhau từ hệ thống chuẩn bị, phương pháp khấu gương, chống giữ gương lò chợ, điều khiển áp lực mỏ, vận tải, thông gió, v.v Tổng quan và phân tích một số loại hình HTKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng phổ biến trên thế giới như sau:

1.1.1.HTKT bằng giàn chống

Nhằm khắc phục ảnh hưởng của góc dốc vỉa lớn, một trong những công nghệ khai thác vỉa than dốc đứng đã được nghiên cứu và thử nghiệm tại Liên

Xô (cũ) từ những năm 1930, áp dụng rộng rãi tại Đông Âu và Trung Quốc từ

những năm 1960, là HTKT bằng giàn chống(tiếng Nga: Щитовая система

разработки) [27]

Theo HTKT này, tầng khai thác được chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa thông gió và dọc vỉa vận tải đào từ xuyên vỉa trung tâm về phía biên giới khai

trường Từ biên giới khai trường, đào các thượng thông gió - vận tải chia ruộng mỏ thành các cột khai thác theo hướng dốc Các thông số cơ bản của HTKT bằng giàn chống gồm:chiều rộng cột từ 20 40 m, chiều dài theo hướng dốc từ 100  140 m, chiều rộng trụ bảo vệ giữa các thượng cột từ 1,5 ÷ 3,5 m phụ thuộc chiều dày vỉa Công tác khấu than được thực hiện bằng khoan nổ mìn theo hướng dốc vỉa, trong không gian dưới một hệ thống chống giữ đặc biệt - giàn chống cứng(phân mảng hoặc không phân mảng), là lớp che chắn cấu tạo từ các súc gỗ hoặc vì chống kim loại liên kết với nhau, bên trên trải các lớp gỗ phủ kín bề mặt để ngăn đất đá phá hỏa rơi xuống không gian làm việc của lò chợ (xem hình 1.1)

Hình 1.1 HTKT bằng giàn chống

Giàn chống cứng có kết cấu khá đa dạng, đơn giản và dễ chế tạo, được thiết kế phù hợp với từng điều kiện địa chất, đặc điểm thế nằm, góc dốc của vỉa than khai thác (xem hình 1.2) Đối với các vỉa than mỏng đến dày trung bình thường áp dụng giàn vòm, giàn chữ “Г”, v.v để tăng tiết diện không gian làm việc dưới giàn chống, kết cấu giàn thường nhẹ, gồm khung kim loại

và 1  2 lớp gỗ và lưới thép che chắn Đối với các vỉa than có chiều dày lớn hơn thường áp dụng loại giàn phẳng, dạng phân mảng hoặc không phân mảng, kết cấu gồm nhiều lớp để tăng độ kiên cố [24]

a) Giàn phân mảng

Hình 1.2.Cấu tạo một số loại giàn chống cứng

Công nghệ khai thác sử dụng giàn chống cứng như trên có ưu điểm là cho năng suất cao, công tác tổ chức khai thác đơn giản do không cần thực hiện các công tác chống giữ gương và điều khiển đá vách, vận tải than từ lò chợ xuống mức vận tải bằng tự chảy Nhược điểm của sơ đồ công nghệ này là

khối lượng đào lò chuẩn bị lớn, đặc biệt là phải đào nhiều thượng tháo than trong một cột khai thác, tỷ lệ tổn thất còn cao (25 - 30%) do phải để lại trụ than bảo vệ giữa các cột khai thác Điều kiện để áp dụng công nghệ khai thác này là góc dốc vỉa và đường phương vỉa trong phạm vi một cột khấu phải ổn định, đá vách, đá trụ từ ổn định trung bình đến ổn định Các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật đạt được khi áp dụng công nghệ khai thác sử dụng giàn chống cứng đối với các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại một số mỏ hầm lò thuộc Liên Xô cũ thể hiện trong bảng 1.1 [23]

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại

một số mỏ thuộc Liên Xô (cũ)

Tên mỏ

Chiều dày vỉa, m

Góc dốc vỉa, độ

Loại giàn chống

Chiều dài giàn, m

Sản lượng khai thác, T/tháng

Năng suất lao động, T/công

Tỷ lệ tổn thất, % Kiselovsk 3,0-4,0 56-63 Phân mảng 24-36 6.093-8.406 5,96-10,68 24 Taibinsk 3,6-4,1 66-69 Phân mảng 24-36 6.032-10.905 5,52-12,28 25,8 Trernaia gora 3,2-4,6 60-72 Phân mảng 30-34 3.143-6.171 4,59-7,5 -

Treliabinsk 3,5-4,0 >60 Không phân

1.1.2 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than

HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than kiểu ANSH, ASHM (АНЩ, АЩМ) được nghiên cứu phát triển và áp dụng thành công tại bể than Donbass từ những năm 1960, sau đó đã được áp dụng rộng rãi tại Liên Xô (cũ), nhiều nước Đông Âu và Trung Quốc

Hình 1.3 HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp ANSH (АНЩ)

Bản chất HTKT này kế thừa từ các HTKT bằng giàn chống Theo đó, khai trường mỏ cũng được chuẩn bị theo hệ thống khai thác chia cột theo hướng dốc Các thông số cơ bản của HTKT gồm: chiều rộng cột khai thác (theo đường phương) khoảng 40 ÷ 60 m, chiều dài cột khai thác (theo hướng

dốc vỉa) phụ thuộc vào chiều cao tầng khai thác, từ 100 ÷ 300 m Tổ hợp thiết

bị khấu - chống được lắp đặt tại lò dọc vỉa thông gió và khấu theo hướng dốc Trong quá trình khai thác sẽ chống giữ hậu thượng thông gió phía cột tiếp theo bằng hộ chiếu chống gỗ liền vì Công tác di chuyển giàn chống bằng tự trọng và sự hỗ trợ qua lại giữa các giàn chống liền kề thông qua kích thủy lực Công tác khấu than, tải than bằng máy bào chuyên dụng (xem hình 1.3)

Dây chuyền thiết bị CGH khai thác theo HTKT bằng giàn chống gồm

tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than, phổ biến nhất là tổ hợp 2ANSH Lò chợ 2ANSH có ưu điểm là công suất tương đối lớn (có thể đạt 250.000 tấn/năm [25]) so với các công nghệ khác trong cùng điều kiện, năng suất lao động cao, tỷ lệ tổn thất và chi phí mét lò chuẩn bị đều rất thấpdo không phải để lại trụ than bảo vệ và đào lại các thượng thông gió - vận tải giữa các cột khai thác Đặc biệt là CNKT có mức độ CGH rất cao, sử dụng ít lao động và có thể cho phép người lao động điều khiển tổ hợp từ phía ngoài lò chợ Nhược điểm chủ yếu của HTKT này là khả năng thích nghi thấp với biến động địa chất vỉa than, việc giữ hậu các thượng thông gió bằng chống gỗ liền

vì làm tăng chi phí gỗ

1.1.3 HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống

tự hành kết hợp máy bào hoặc combai khấu than

Hầu hết các sơ đồ HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ chỉ có điều kiện áp dụng hiệu quả với vỉa than dốc thoải đến nghiêng (α ≤ 35º) Tuy nhiên, một số đồng bộ thiết bị CGH đã được phát triển, thiết kế đặc biệt để khai thác đối tượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng.Có thể kể đến các tổ hợp AK-3, KGU (АК-3, КГУ) của Liên Xô (cũ) [22] Ngoài ra, những năm gần đây, tại tại Tây Ban Nha, Séc, Trung Quốc…đã chế tạo được các đồng bộ thiết bị CGH và áp dụng trong sản xuất sơ đồ HTKT cột dài theo phương với góc dốc lò chợ trên 55.Sơ đồ HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử

dụng các tổ hợp kiểu KGU của Liên Xô (cũ) được áp dụng để khai thác điều kiện vỉa than dày trung bình, góc dốc vỉa từ 35 ÷ 90º, đá trụ vỉa từ bền vững trung bình đến rất bền vững (xem hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ HTKT cột dài theo phương,CGH đồng bộ

sử dụng tổ hợp giàn chống KGU (КГУ)

Theo sơ đồ HTKT này, khu vực khai thác được chuẩn bị theo hệ thống cột dài theo phương.Các thông số cơ bản của HTKT gồm:chiều dài lò chợ khoảng 120 m, chiều dài theo phương của cột khai thác phụ thuộc vào điều kiện vỉa than, thường không nhỏ hơn 300 m Tổ hợp được lắp đặt tại thượng

khởi điểm và khấu than theo đường phương Có các loại tổ hợp 1KGU, 2KGU, 3KGU tương ứng với chiều dày vỉa từ 0,6 - 1,0 m; 0,75 - 1,2 m và 0,9

- 1,5 m Ngoài ra, còn có các tổ hợp KGU-D, KGU-M được tự động hóa hoàn toàn, cho phép người lao động điều khiển tổ hợp từ phía ngoài lò chợ Khấu than bằng các loại máy khấu tay ngắn như Komsomoles, Temp-1, A-70, KND

và Poisk-2 với trình tự khấu than từ dưới lên trên, di chuyển dọc tuyến lò chợ nhờ sự hỗ trợ của tời kéo chậm đặt ở lò dọc vỉa thông gió [22]

Ưu điểm của HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng các tổ hợp tự hành tương tự như KGU là chuẩn bị lò chợ theo phương tương đối đơn giản và cho phép tập trung hóa sản xuất cao (do chiều dài cột theo phương lớn), phương pháp khấu chống CGH do đó cho sản lượng tương đối tốt, từ

560 - 700 tấn/ca, năng suất lao động cao Nhược điểm chủ yếu của HTKT là

hệ thống thiết bị có trong lượng lớn, phức tạp, đòi hỏi tiêu hao năng lượng lớn

để vạn hành, đồng thời đòi hỏi tay nghề của công nhân rất cao Trường hợp tổ hợp sảy ra trục trặc về thiết bị giàn chống trong quá trình vận hành, việc sửa chữa, thay thế rất phức tạp và gần như không khả thi

1.1.4 HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn

HTKT dạng buồng, nổ mìn trong các lỗ khoan dài, đường kính lớn đã được áp dụng tại một số nước như Nga, Ba Lan, Đông Đức (cũ) và Anh để khai thác các vỉa than mỏng đến dày trung bình, dốc đứng Theo sơ đồ HTKT này, khu vực khai thác được chuẩn bị bởi các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau

20 ÷ 30 m Tại các lò dọc vỉa phân tầng tiến hành khoan các lỗ khoan dài, đường kính lớn, cách nhau 8 ÷ 12 m và nổ mìn để khấu than theo hướng từ biên giới khai trường về trung tâm (xem hình 1.5) [21]

Hình 1.5 HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn

Thiết bị để khoan các lỗ khoan dài, đường kính lớn là các kiểu máy khoan lồng БГА-4В, УБВ-1,25, УБВ-600 của Nga Công tác nổ mìn theo kiểu phân đoạn, sử dụng kíp vi sai phi điện an toàn hầm lò [21]

Ưu điểm của HTKT này là cho phép không phải chống giữ gương lò chợ và không cần người có mặt trong lò chợ NSLĐ của công nhân ở khu vực trong một ca đạt đến 12 tấn; chi phí gỗ chống giảm xuống đến 3 m3

cho 1000 tấn than Giá thành 1 tấn than giảm gần 5 lần so với giá thành khi áp dụng công nghệ thông thường có chống gương lò Nhược điểm của HTKT là tỷ lệ tổn thất than lớn, thường từ 40 ÷ 60%, chi phí mét lò chuẩn bị cao [21] Do

đó, HTKT này thường chỉ áp dụng để khai thác tận thu các trụ bảo vệ, các khu vực nhỏ lẻ, phân tán, điều kiện địa chất phức tạp

1.1.5 Các CNKT khấu than bằng máy cưa than

CNKT khấu than bằng máy cưa than được áp dụng tại một số nước như Nga, Ba Lan, Trung Quốc, chủ yếu với mục tiên ngăn ngừa nguy cơ cú đấm

mỏ khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, đá vách, đá trụ thuộc loại

bền vững, khó sập đổ Theo CNKT này, có hai hình thức chuẩn bị dải khấu theo hướng dốc, và theo đường phương

Với hình thức chuẩn bị theo HTKT bằng giàn chống, khu vực khai thác cũng được chia thành các phân tầng có chiều dài theo hướng dốc từ 40 ÷ 80

m Sau đó, người ta đào các lò thượng phân chia phân tầng thành các dải khấu theo hướng dốc vỉa và lắp đặt máy cưa để khấu than (xem hình 1.6) Các thông số cơ bản của HTKT gồm: chiều rộng dải khấu; chiều dài dải khấu theo hướng dốc; kích thước trụ bảo vệ giữ các dải khấu; kích thước họng sáo tháo than.Độ bền vững đá vách là yếu tố cơ bản để xác định chiều rộng dải khấu (4

 15 m) và chiều rộng trụ bảo vệ giữa các dải khấu (3  4 m) [21]

Hình 1.6 CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo độ dốc

Với hình thức chuẩn bị dải khấu theo đường phương, khu vực khai thác được chuẩn chi bằng các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau 20 ÷ 50 m Sau đó đào thượng cắt và lắp đặt máy cưa để khấu than theo phương (xem hình 1.7).Đồng thời, tiến trước gương khấu theo đường phương vỉa, đào các thượng nối thông mức vận tải, thông gió của dải khấu để lắp đặt các hệ thống liên động giữa hai tời ở hai đầu máy cưa (trường hợp sử dụng hai tời), hoặc để đường cáp từ puli dẫn hướng quay lại (trường hợp sử dụng một tời) Các thông số cơ bản của HTKT gồm: chiều dài gương khấu, chiều dài cột khấu theo phương

Hình 1.7 CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo phương

Máy cưa than cấu tạo từ các lưỡi cưa dạng cào hình con thoi, mỗi đầu được gắn vào một sợi dây cáp Thông qua hệ thống puli dẫn hướng dây cáp này được nối với hệ thống tời đặt tại lò dọc vỉa thông gió (đối với sơ đồ CNKT khấu theo phương có thể đặt tại lò dọc vỉa vận tải) Công tác khấu than bằng cách vận hành tời để lưỡi cưa di chuyển qua lại phá vỡ gương than Than vỡ ra tự trượt xuống họng sáo tháo than phía lò dọc vỉa vận tải [21]

Ưu điểm của CNKT khấu than bằng máy cưa than là không cần người làm việc trong gương khai thác, đặc biệt trong các vỉa có nguy hiểm về cú đấm mỏ và sập đổ đột ngột than và khí; đầu tư thiết bị khai thác không lớn và các công đoạn sản xuất đơn giản.Nhược điểm của công nghệ là không ổn định được các chỉ tiêu công nghệ theo thời gian; tổn thất than cao; phức tạp trong công tác thông gió và chi phí mét lò thượng cắt dải khấu cao Ngoài ra, CNKT chỉ áp dụng trong điều kiện than có độ cứng trung bình đến yếu; đá vách, đá trụ bền vững; than không dính vách, trụ; và khu vực không chịu ảnh hưởng của nước ngầm

1.1.6 CNKT bằng sức nước

CNKT bằng sức nước được phát triển áp dụng tại một số nước trên thế giới đặc biệt áp dụng rộng rãi tại LB Nga và Trung Quốc.Trong điều kiện địa

chất kỹ thuật mỏ phức tạp, mỏ có nguy hiểm về khí và bụi nổ, hoặc có nguy

cơ cháy nội sinh cao, hướng phát triển áp dụng khai thác bằng sức nước là một trong các hướng có triển vọng đối với CNKT không có người trong gương khai thác [21]

Các sơ đồ chuẩn bị cho CNKT bằng sức nước được xây dựng theo một

số phương án khác nhau phụ thuộc vào điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khu vực vỉa khai thác, đặc biệt theo điều kiện góc dốc vỉa Để khai thác các vỉa mỏng, dốc và dốc đứng bằng phương pháp sức nước thường áp dụng hệ thống chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa phân tầng (xem hình 1.8) Công tác khấu than được tiến hành theo phương pháp phá vỡ gương than bằng sức nước hoặc hỗn hợp cơ giới và sức nước [21]

Hình 1.8 CNKT bằng sức nước

CNKT khai thác bằng sức nước có ưu điểm hơn so với các CNKT thông thường khác nhờ giảm thiểu tối đa các công đoạn sản xuất, đơn giản hóa công tác khấu than, công suất khai thác cao, v.v và hiệu quả hơn khi áp dụng trong điều kiện địa chất phức tạp như độ chứa nước của vỉa cao, than có

tính tự cháy, mức độ phá huỷ kiến tạo cao Tuy nhiên,CNKT này cũng có nhiều nhược điểm như:Tổn thất than cao (trên 30 %); Hiệu quả phá than thấp, đặc biệt khi khoảng cách từ súng đến gương than trên 5  10 m, than có độ cứng lớn hoặc chứa nhiều sét; Chi phí mét lò chuẩn bị cao; Chi phí điện năng lớn (gấp 2  3 lần so với các CNKT thông thường); Giảm chất lượng than theo các yếu tố độ tro và kích thước cục; đòi hỏi phải đồng bộ trong toàn mỏ

về hệ thống vận tải than, môi trường làm việc ẩm ướt ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lao động [21]

1.2 Tổng quan về các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ở trong nước

Hiện nay, để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, các mỏ than hầm lò trong nước chủ yếu vẫn áp dụng các HTKT với CNKT thủ công như HTKT lò DVPT và các HTKT dạng buồng - cột Năm 2008, các công ty than Mạo Khê, Hồng Thái đã phối hợp với Viện KHCN Mỏ áp dụng công nghệ CGH đồng bộ khai thác chia cột theo hướng dốc, sử dụng tổ hợp 2ANSH kết hợp máy bào than Năm 2015, Công ty than Hồng Thái lại phối hợp với Viện KHCN Mỏ áp dụng thử nghiệm thành công HTKT với lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY tại mức +30/+90, vỉa 9b, khu Tràng Khê Tổng quan các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ở trong nước

cụ thể như sau:

1.2.1 Các HTKT dạng buồng

Các HTKT dạng buồng được sử dụng phổ biến tại hầu hết các mỏ hầm

lò như Vàng Danh, Nam Mẫu, Mạo Khê, Hồng Thái, Uông Bí, Quang Hanh

và Mông Dương, v.v để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, bao gồm hai sơ đồ HTKT chính là buồng - thượng chéo và buồng - thượng

Theo sơ đồ HTKT buồng - thượng chéo, khu vực khai thác được chuẩn

bị theo tầng bởi các đường lò dọc vỉa phân tầng, chiều cao tầng 40 ÷ 60m Theo phương, tầng được chia thành các cột bởi các đường lò thượng chính

đào nối thông hai mức thông gió và vận tải, khoảng cách giữa các thượng theo phương từ 12 ÷ 14m Tại các cột đào lò thượng chéo từ thượng chính của cột

về phía cột đã khai thác trước đó để chuẩn bị cho công tác khai thác.Công tác khai thác bằng cách phá nổ từng đoạn lò thượng chéo (hay còn gọi là buồng)

để thu hồi than (xem hình 1.9) [14]

Hình 1.9.Sơ đồ HTKT buồng - thượng chéo

Theo sơ đồ HTKT buồng - thượng, khu vực được chuẩn bị theo tầng bởi các đường lò dọc tầng, chiều cao tầng 60 ÷ 80m Theo phương, tầng được chia thành các cột bởi các đường lò thượng cột (thượng block), khoảng cách giữa các thượng cột theo phương từ 50 ÷ 60m Trong mỗi cột, tầng được chia thành các phân tầng, chiều cao phân tầng từ 10 ÷ 15m bằng các đường lò dọc vỉa phân tầng Trên các đường lò dọc vỉa phân tầng, đào các đường lò thượng bám trụ, khống chế độ dốc từ 25 ÷ 30º về phía lò dọc vỉa phân tầng phía trên liền kề để tiến hành khai thác (xem hình 1.10) [14]

Th n

ch

Ýnh

Lß nèi

M¸ng cµo M¸ng cµo

Lß DV th«ng giã

Lß nèi

Th n

ch

Ýnh

Lß däc vØa vËn t¶i

Th n

ch

Lß nèi

Th n

ch

Ýnh

Th n

ch

Ýnh

Lß däc vØa vËn t¶i

Khai th¸c th-îng chÐo

Khai th¸c th-îng chÝnh

Th n

.0 m

Hình 1.10 Sơ đồ HTKT buồng - thượng

Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản đạt được trong quá trình áp dụng các HTKT buồng như sau: Sản lượng khai thác trung bình 100 ÷ 120 T/ngày, công suất khai thác 30.000 ÷ 40.000 T/năm, NSLĐ trực tiếp 3,0 ÷ 4,0 T/công.ca, chi phí thuốc nổ 300 ÷ 400 kg/1000T, chi phí kíp nổ 700 ÷ 900 kíp/1000T, chi phí mét lò chuẩn bị 30 ÷ 40 m/1000T, chi phí gỗ 30 ÷ 40

m3/1000T, tổn thất than 40÷ 55% (chi tiết xem bảng 1.2) [14]

Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của các HTKT dạng buồng

Buồng - thượng Buồng - thượng chéo

1 Công suất lò chợ T/năm 40000  70000 40000  60000

2 Năng suất lao động T/công 3,0  4,0 3,5  4,0

để tổ chức khoan nổ mìn đợt hai khi than trong buồng sau nổ mìn chưa sập đổ hoặc có than đá to chèn làm kẹt dòng than ở phía trong buồng, gây tai nạn nghiêm trọng Và thực tế tai nạn lao động do nguyên nhân này đã xảy ra ở nhiều mỏ, và cũng chính vì nguyên nhân này mà Tập đoàn Công nghiệp Than

- Khoáng sản Việt Nam đã hạn chế áp dụng các HTKT dạng buồng

1.2.2 HTKT lò dọc vỉa phân tầng

HTKTlò dọc vỉa phân tầng được áp dụng ở hầu hết các mỏ hầm lò để khai thác các vỉa dày trung bình và dày (<6,0 m), dốc nghiêng đến dốc đứng; thuận lợi nhất là các vỉa than dốc đứng, tương đối ổn định theo đường phương vỉa, đá vách sập đổ trung bình đến dễ sập đổ, đá trụ có tính chất bất kỳ

Theo sơ đồ công nghệ này, theo chiều dốc, khu vực được chuẩn bị thành các tầng bởi các lò dọc vỉa vận tải, dọc vỉa thông gió tầng Theo

phương, tầng khai thác được chia thành các cột khai thác bởi các đường lò thượng cột nối thông mức thông gió - vận tải, khoảng cánh giữa các lò thượng cột từ 80 ÷ 100m Tùy theo góc dốc vỉa, lò thượng cột có thể đào vuông ke với đường phương vỉa hoặc đào bán xiên để giảm góc dốc Trong mỗi cột, tầng được chia thành các phân tầng bởi các đường lò dọc vỉa phân tầng, chiều cao phân tầng từ 7 ÷ 8 m(xem hình 1.11).Công tác khai thác được tiến hành lần lượt từng cột từ biên giới khai trường về trung tâm [15]

Hình 1.11 HTKT lò dọc vỉa phân tầng

Trong mỗi cột khai thác lần lượt các phân tầng từ trên xuống dưới theo chiều dốc vỉa.Công tác khai thác tại mỗi phân tầng được thực hiện bằng cách khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi phần than trên nóc lò Thiết bị sử dụng cho HTKT lò dọc vỉa phân tầng gồm: giá TLDĐ để chống giữ tăng cường phạm

vi gương khấu, máy khoan điện hoặc khí nén để khoan nổ mìn hạ trần than Các lỗ mìn hình dẻ quạt được khoan lên trần than phía sau các giá TLDĐ tại

lò dọc vỉa phân tầng Sau khi nổ mìn, than sẽ được thu hồi qua các cửa tháo than phía sau giá thủy lực và được vận tải bằng máng cào về phía lò thượng cột Khi đã thu hồi hết than, tiến hành cắt cầu máng cào và di chuyển giá về phía lò thượng cột và chuẩn bị chu kỳ khai thác tiếp theo

Đối với khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng, một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản đạt được của HTKT như sau: chiều dày vỉa ≤3,5 m; góc dốc vỉa >45o; chiều dài cột khấu theo phương 6080 m; công suất khai thác 25.000  45.000 T/năm; NSLĐ 2,5  3,6 T/người.ca; chi phí mét lò chuẩn bị 30  48 m/1000T; tổn thất than 32 40 % Hiện nay, sản lượng than khai thác bằng sơ đồ công nghệ lò DVPT chiếm 3,43 % tổng sản lượng khai thác hầm lò (chi tiết xem bảng 1.3) [15]

Bảng 1.3 Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT lò DVPT

Giá trị

Mạo Khê Vàng

Danh Uông Bí Hòn Gai Hạ Long

1 Vật liệu chống giữ Giá thủy lực di động

2 Chiều dày vỉa m 3,0 ÷ 4,8 3,0 ÷ 4,5 2,5 ÷ 3,5 2,5 ÷ 4,0 3,5 ÷ 4,5

3 Góc dốc vỉa trung bình độ 60 ÷ 70 60 ÷ 65 55 ÷ 65 45 ÷ 55 55 ÷ 60

4 Chiều dài theo phương

cột khai thác m 70 ÷ 80 70 ÷ 80 70 ÷ 80 70 ÷ 80 70 ÷ 80

5 Chiều cao phân tầng m 10 ÷ 12 7 ÷ 8 8 ÷ 10 8 8 ÷ 9

6 Công suất khai thác T/năm 30.000 ÷

45.000

35.000 ÷ 40.000

25.000 ÷ 30.000

25.000 ÷ 35.000

30.000 ÷ 35.000

7 Năng suất lao động T/công 2,5 ÷ 3,5 2,8 ÷ 3,6 2,2 ÷ 2,5 2,3 ÷ 2,7 2,0 ÷ 3,2

8 Chi phí thuốc nổ Kg/1000T 78 ÷ 85 136 ÷ 142 132 ÷ 152 112 ÷ 130 98 ÷ 167

9 Chi phí kíp nổ Cái/1000T 184 ÷ 197 214 ÷ 227 287 ÷ 348 186 ÷ 209 160 ÷ 282

10 Chi phí lò chuẩn bị m/1000T 41 ÷ 48 28 ÷ 35 30 ÷ 35 32 ÷ 35 32 ÷ 38

11 Tổn thất than % 32 ÷ 36 34 ÷ 37 34 ÷ 36 33 ÷ 38 37 ÷ 40

Ưu điểm của công nghệ là mức đầu tư ban đầu thấp; áp dụng linh hoạt trong các điều kiện địa chất phức tạp; mức độ an toàn lao động tương đối cao Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu của công nghệ là sản lượng và năng suất khai thác thấp, tỷ lệ tổn thất lớn Chiều cao tầng thấp (do hạn chế của công tác khoan nổ mìn) nên chi phí mét lò chuẩn bị lớn, các đường lò ảnh hưởng qua lại lẫn nhau gây nén, lún làm tăng chi phí chống xén Công tác thông gió cục

bộ dẫn đến điều kiện làm việc của người lao động cũng như công tác an toàn khí

mỏ hạn chế; các công tác thoát nước và vận tải phức tạp

1.2.3 HTKT bằng giàn chống tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê

Trong giai đoạn 1986 - 1991, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã triển khai thực hiện đề tài cấp nhà nước 12A-02-07 “Nghiên cứu công nghệ khai thác vỉa dày, dốc α> 350

các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh” do TS Ninh Quang Thành làm chủ nhiệm Quá trình thực hiện đề tài đã tiến hành áp dụng thử nghiệm công nghệ khai thác sử dụng giàn chống cứng tại các mỏ Vàng Danh và Mạo Khê từ tháng 9/1991  12/1991 [9]

Tại mỏ Vàng Danh áp dụng HTKT sử dụng giàn chống cứng không phân mảng tại vỉa 8 vách khu Tây Vàng Danh Vỉa than có chiều dày trung bình 3,5 m, góc dốc 75º Kích thước cột khai thác rộng 26 m, dài 33 m theo hướng dốc Giàn chống cấu tạo bằng gỗ, kích thước dài 24 m, rộng 2,7 m [9]

Tại mỏ Mạo Khê áp dụng HTKT sử dụng giàn chống cứng dạng vòm tại vỉa 6 khu Tràng Khê Vỉa than có chiều dày vỉa trung bình 3,7m, góc dốc trung bình 62º Cột khai thác rộng 24 m, dài 40 m theo hướng dốc Giàn chống chế tạo bằng thép SVP-27, kích thước dài 22 m, rộng 2,6 m [9]

Sơ đồ HTKT bằng giàn chống tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê (xem hình 1.12)

Hình 1.12 HTKT bằng giàn chống tại Vàng Danh, Mạo Khê

Kết quả áp dụng thử nghiệm tại mỏ Vàng Danh khai thác được 02 cột khấu, tại mỏ Mạo Khê được 01 cột khấu Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thực tế đạt được như sau [9]:

Bảng 1.4 Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống

tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê

Mạo Khê Vàng Danh

4 Chi phí mét lò chuẩn bị m/1000 T 62,0 58,3

5 Năng suất lao động trực tiếp T/công 2,7 3,9

6 Tổng sản lượng khai thác được từ công nghệ tấn 3.000 11.100

Dµn chèng cøng

Lß däc vØa vËn t¶i

Th-îng chia cét

Lç khoan §KL

Cóp th«ng giã

Cóp th«ng giã+®i l¹i

Quá trình áp dụng cho thấy, tại các vị trí đường phương và góc dốc vỉa

ổn định, việc điều khiển giàn chống dễ; khi đường phương vỉa thay đổi lớn hoặc góc dốc vỉa không ổn định, giàn chống bị cắm vào đá trụ khiến việc điều khiển giàn gặp khó khăn, dẫn đến sản lượng khai thác và năng suất lao động thấp Ngoài ra,chi phí mét lò chuẩn bị của công nghệ cao do phải đào nhiều thượng tháo than; cột khấu được thiết kế ngắn làm tăng tỷ lệ tổn thất than (do dưới mỗi cột khấu phải để lại 10  15 m trụ than bảo vệ lò dọc vỉa vận tải); kinh nghiệm của cán bộ, công nhân đối với công nghệ khai thác sử dụng giàn chống còn ít nên việc điều hòa, phối hợp trong các công đoạn sản xuất chưa đảm bảo cho mỗi chu kỳ khai thác.Điều kiện áp dụng công nghệ đòi hỏi khu vực ổn định đã trở thành yêu cầu khó khăn đối với điều kiện địa chất mỏ vùng Quảng Ninh,do đó sơ đồ HTKT này đã không được mở rộng áp dụng [9]

1.2.4 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh

Nhằm thay thế công nghệ giàn chống cứng phân mảng và công nghệ khấu buồng truyền thống,từ tháng 02/2001  04/2004 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ tiếp tục phối hợp với Công ty than Vàng Danh áp dụng thử nghiệm CNKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo,chống giữ bằng giàn chống mềm tại vỉa 8 dốc khu Tây Vàng Danh.Trong khu vực áp dụng thử nghiệm, vỉa than có chiều dày 2,5  3,5 m,trung bình 3,2 m, góc dốc trung bình 82º Giàn chống có chiều rộng 2,7 m, dài 63 m, lò chợ xiên chéo dài 40

m, chiều cao tầng khai thác 31,5 m (xem hình 1.13) [9]

Giàn chống mềm là loại giàn phẳng được cấu tạo bằng các xà thép chữ

I nối lại với nhau theo các mảng chiều dài 1,0 m bằng các gông và thanh định

vị bằng ray P33, các mảng và các xà thép liên kết tổng hợp bằng cáp thép Trên giàn chống trải một lớp lưới thép B 40 liên kết với nhau bằng các mối nối 4 Bên trên lưới phủ 2 lớp phên tre, tác dụng ngăn đất đá nhỏ lọt qua

giàn vào khoảng trống lò chợ.Trong quá trình khai thác các xà thép được thu hồi ở phần đuôi của giàn và lắp trở lại ở phần đầu giàn [9]

Hình 1.13 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ

bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh

So với HTKT sử dụng bằng giàn chống cứng phân mảng đã thử nghiệm tại Vàng Danh, HTKT sử dụng giàn chống mềm đã giải quyết được vấn đề giảm tổn thất than Tuy nhiên các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được khá thấp: sản lượng khai thác 50 T/ngày, NSLĐ 1,55 T/công, chi phí thuốc nổ 395 kg/1000 T, chi phí mét lò chuẩn bị 57 m/1000 T, tổn thất than 31% Mặt khác, cũng như các HTKT sử dụng giàn chống nói chung,công nghệ gặp nhiều khó khăn khi vỉa than có độ biến động lớn chiều dày, góc dốc, than mềm yếu Do vậy trong điều kiện địa chất phức tạp khu vực Uông Bí, HTKTsử dụnggiàn chống chỉ phù hợp với một số ít khu vực có điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ rất thuận lợi [9]

1.2.5 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê

Năm 2006, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã phối hợp với các chuyên gia Nhật Bản và Công ty than Mạo Khê nghiên cứu áp dụng thử nghiệm HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn lò toàn phần theo kiểu Kakuchi của Nhật Bản,

tại mức -25  +30 vỉa 8 Tây XV 56- I cánh Bắc Mạo Khê.Khu vực áp dụng thử nghiệm có chiều dày vỉa 2,0  2,8 m, góc dốc 60º Các đường lò chuẩn bị

cơ bản của sơ đồ bao gồm: Lò dọc vỉa thông gió, lò dọc vỉa vận tải và gương

lò chợ chéo vỉa với độ dốc khoảng 30º Lò chợ được bố trí chia thành các bậc chân khay với chiều dài 6  10 m (với chân lò vượt trước) Khấu than bằng khoan nổ mìn, chống lò bằng vì gỗ thìu ngang, không gian phía sau gương được chèn nấp bằng đá chèn có kích thước 50 x 50mm Chiều rộng mặt bậc chân khay 1,8  2,4 m Khi khấu than tiến hành nổ mìn tại mặt bậc chân khay theo hướng từ trên xuống dưới Khoảng cách các vì chống gỗ nhỏ hơn 1,2 m, khoảng cách giữa các cột chống trong một vì nhỏ hơn 1,8 m(hình 1.14) [12]

Hình 1.14 HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay,

điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê

Trong thời gian khai thác thử nghiệm, lò chợ đã khai thác được 5.000 tấn than, sản lượng khai thác cao nhất 1.395 T/tháng, NSLĐ 0,47T/Công,chi phí vật liệu chèn 730 m3/1000 tấn than; chi phí gỗ 54 m3/1000 tấn than Sau 4 tháng khai thác thử nghiệm, lò chợ đã dừng lại do gặp khu vực khai thác cũ

10000

M¸ng cµo SKAT-80

mÆt c¾t a - a (Tû LÖ: 1/50)

mÆt c¾t b - b (tû lÖ: 1/50)

10000

10000 1000

35°

2200

800 800