Nghiên cứu các thông số và công nghệ khai thác của hệ thống khai thác chia lớp ngang áp dụng cho vỉa dày dốc ở công ty than hạ long

Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác các vỉa than dày dốc ở mỏ than hầm lò trên thế giới và 1.1 Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác các vỉa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

- -

VŨ VĂN ĐIỀN

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC

CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHIA LỚP NGANG

ÁP DỤNG CHO VỈA DÀY DỐC Ở CÔNG TY THAN HẠ LONG

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

- -

VŨ VĂN ĐIỀN

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC

CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHIA LỚP NGANG

ÁP DỤNG CHO VỈA DÀY DỐC Ở CÔNG TY THAN HẠ LONG

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 60520603

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS TRẦN XUÂN HÀ

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực và kết quả trong luận văn chưa từng có ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Vũ Văn Điền

Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai

thác các vỉa than dày dốc ở mỏ than hầm lò trên thế giới và

1.1 Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác

các vỉa than dày dốc ở mỏ than hầm lò trên thế giới 14

1.1.3 Các hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng 17 1.1.4 Hệ thống khai thác bằng giàn chống cứng 20 1.1.5 Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng 22 1.1.6 Hệ thống khai thác chèn lò sử dụng máy Combai 23 1.1.7 Đồng bộ thiết bị cơ giới hóa trong các HTKT vỉa dày dốc 25 1.2 Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác

các vỉa than dày dốc ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 27 1.2.1 Đặc điểm chung về các mỏ than vỉa dày dốc vùng QN 27 1.2.2 Các hệ thống khai thác và công nghệ khia thác vỉa dày dốc ở

Chương

2

Nghiên cứu, đề xuất các thông số và công nghệ khai thác

chia lớp ngang áp dụng cho vỉa dày dốc tại Công ty Than

2.2 Hiện trạng các thông số và công nghệ khai thác vỉa dày dốc 49

2.2.3 Các chỉ tiêu KT-KT các công nghệ hiện tại 53 2.2.4 Đánh giá kết quả áp dụng các công nghệ khai thác hiện tại 54 2.3 Nghiên cứu đề xuất các thông số và công nghệ khai thác chia

2.3.1 Lựa chọn khu vực tính toán thiết kế lò chợ thử nghiệm 55

2.3.4 Lựa chọn thiết bị đồng bộ với giàn chống tự hành 65 2.4 Kiểm tra khả năng lún vì chống vào nền lò chợ 68

Đánh giá hiệu quả áp dụng công nghệ CGH hệ thống khai

thác chia lớp ngang áp dụng cho vỉa dày dốc tại khu mỏ

Hà Ráng - Công ty than Hạ Long

72

3.1 Tính toán hộ chiếu khoan nổ mìn khai thác 72

3.3 Tính toán một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 77

3.3.3 Sản lượng khai thác ngày đêm 77

3.3.10 Chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than 80

3.3.12 Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000 tấn than 81

3.4.2 Di chuyển dàn chống lần thứ nhất (tiến độ 1,4 m) 84 3.4.3 Khoan, nạp nổ mìn các lỗ khoan hạ trần than 86

3.4.6 Chống chuyển đổi từ vì thép sang vì gỗ ở lò DVPT 87 3.5 Đánh giá hiệu quả áp dụng công nghệ mới ở khu mỏ Hà Ráng

3.5.3 Đánh giá khả năng làm việc của đồng bộ thiết bị CGH 94

CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Vinacomin, TKV Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Tổng hợp trữ lượng vỉa dày dốc vùng Quảng Ninh 27

2.1 Tổng hợp đặc điểm các vỉa than khu mỏ Hà Ráng 41

2.3 Tổng hợp hàm lượng của các chất khí theo mức cao 45

2.4 Tổng hợp TLĐC từ mức LV ÷ - 300 (V.19 ÷ V.7) 47 2.6 Tổng hợp TLĐC từ mức +50 ÷ -100 (V.16 ÷ V.10) 47

2.8 Khối lượng thực hiện khai thác vỉa dày dốc 53 2.9 Các chỉ tiêu KT-KT cơ bản công nghệ hiện tại 54 2.10 Đặc tính kỹ thuật của dàn chống tự hành KDT-2 62 2.11 Đặc tính kỹ thuật của trạm bơm dung dịch nhũ hoá 65 2.12 Đặc tính KT của thùng chứa dung dịch nhũ hoá 66

2.14 Đặc tính kỹ thuật của bàn điều khiển NOVA-13 67

3.1 Các chỉ tiêu KT-KT tính toán công nghệ KDT-2 83

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng - thượng chéo 16 1.3 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng - lưu than 17 1.4 Sơ đồ công nghệ khai thác bằng lò DVPT kết hợp máy khoan 18 1.5 Sơ đồ công nghệ CGH lò DVPT sử dụng máy Combai 19 1.6 Sơ đồ công nghệ khai thác lò DVPT sử dụng lỗ khoan dài 20 1.7 Sơ đồ công nghệ khai thác bằng giàn chống cứng 21 1.8 Sơ đồ công nghệ khai thác bằng giàn chống cứng với α < 550 21 1.9 Sơ đồ gương khai thác bằng giàn chống cứng 22 1.10 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng 23 1.11 Sơ đồ công nghệ khai thác chèn lò sử dụng máy Combai 24

1.14 Cột chống thủy lực đơn, giá thủy lực di động và giàn tự hành 26 1.15 Giàn chống có kết cấu thu hồi than hạ trần ở nóc và nền LC 27 1.16 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng - lò thượng chéo áp dụng tạo

Công ty Than Vàng Danh, Mạo Khê và một số mỏ hầm lò khác 29 1.17 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng cúp áp dụng tạo Công ty

1.18 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp bằng ở Công ty Hà Lầm 31 1.19 Sơ đồ công nghệ khai thác giàn chống cứng không phân mảng

1.20 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng sử dụng vì

2.3 Sơ đồ khai thông công nghệ KĐT - 2 58 2.4 Sơ đồ công nghệ sử dụng giàn chống KĐT - 2 59

3.3-7 Quy trình công nghệ khai thác lò chợ bằng giàn chống KDT-2 88-92

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất các khoáng sàng than khai thác bằng phương pháp hầm lò tại vùng Quảng Ninh cho thấy, tổng trữ lượng các khu vực vỉa thuộc loại dày trên 3,5m, góc dốc trên 450 chiếm 10-:-12% tổng trữ lượng khoáng sàng (khoảng 116,6 triệu tấn)

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu lựu chọn và áp dụng các công nghệ khai thác vỉa dày dốc đã được nhà nước và Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam đặt

ra từ rất lâu Hiện nay, để khai thác các vỉa than dày dốc ở vùng than Quảng Ninh, các Công ty khai thác hầm lò chủ yếu áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác

lò dọc vỉa phân tầng, chia lớp ngang nghiêng (hoặc ngang bằng) chống giữ tăng cường tại gương khấu bằng giá thủy lực di động loại XDY, khấu than ở gương bằng khoan nổ mìn Thực hiện áp dụng các sơ đồ công nghệ chính trong khai thác như khấu than, tải than trên máng cào, di chuyển vì chống vẫn phải thực hiện thủ công và việc phối hợp giữa các khâu công nghệ chưa được thực hiện một cách nhịp nhàng, liên tục Ngoài ra một số ít mỏ đã đổi mới một số khâu trong sơ đồ công nghệ như: tại Công ty than Vàng Danh, trong năm 2007 đã đưa vào thử nghiệm giàn chống tự hành loại KDT-1 để thay thế cho giá TLDD Song

do việc đầu tư thiết bị không đồng bộ nên chưa giải quyết được nhiều những nhược điểm của sơ đồ công nghệ khai thác lò DVPT hiện đang áp dụng nên chưa nâng cao sản lượng khai thác và năng suất lao động, môi trường làm việc chưa được cải thiện nhiều, tổn thất than vẫn cao Do đó, để đáp ứng được yêu cầu tăng sản lượng, cải thiện môi trường làm việc, tăng mức độ an toàn trong lao động… cần phải khắc phục những nhược điểm của các sơ đồ công nghệ khai thác truyền thống tại các Công ty khai thác than hầm lò vùng than Quảng Ninh theo chiều hướng cơ giới hóa đồng bộ khai thác

Với xu thế phát triển của ngành than trong những năm tới đòi hỏi sản lượng khai thác than phục vụ cho nền kinh tế quốc dân ngày càng tăng do đó việc nghiên cứu và đề xuất những hệ thống khai thác và công nghệ khai thác hợp

lý để khai thác các phần vỉa than dày dốc là rất cần thiết

Trong bối cảnh đó việc lựa chọn đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật:

“Nghiên cứu các thông số và công nghệ khai thác của hệ thống khai thác chia lớp ngang áp dụng cho vỉa than dày dốc ở Công ty than Hạ Long” là một

việc làm có tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Lựa chọn sơ đồ hệ thống khai thác với các thông số hợp lý và chọn công nghệ khai thác phù hợp trong điều kiện vỉa dày, dốc trên 450 ở Công ty than Hạ Long - TKV

- Áp dụng thử nghiệm công nghệ cơ giới hóa có lựa chọn và tính toán các thông số kỹ thuật, để nâng cao sản lượng khai thác, năng suất lao động, mức độ

an toàn lao động và giảm tổn thất than

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu là các vỉa than dày dốc tại khu mỏ Hà Ráng - Công

ty than Hạ Long - TKV

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về các HTKT vỉa dày, dốc áp dụng trên thế giới và ở vùng than Quảng Ninh

- Nghiên cứu đề xuất các thông số và công nghệ khai thác hợp lý của HTKT chia lớp ngang

- Tính toán các số liệu để áp dụng thử nghiệm ở vỉa dày dốc khu mỏ Hà Ráng - Công ty than Hạ Long - TKV

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các nội dung nghiên cứu trên, đề tài đã lựu chọn sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm:

- Phương pháp thống kê, phân tích và đánh giá tổng hợp nhằm phân tích, đánh giá trữ lượng than, điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ gắn với phạm vi áp dụng của công nghệ

- Phương pháp phân tích so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật các phương án công nghệ

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kết hợp với thu thập số liệu thực tiễn của các công nghệ khai thác hiện có, các đặc điểm, điều kiện địa chất và điều kiện công nghệ của mỏ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đánh giá các công nghệ khai thác vỉa dày

dốc trong nước và các nước có nền công nghiệp khai thác phát triển

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để áp dụng công nghệ khai thác cơ giới hóa khai thác vỉa than dày dốc tại khu mỏ Hà Ráng Công ty than Hạ Long - TKV và áp dụng công nghệ này cho các vỉa than dày dốc ở Việt Nam

7 Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các công trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong và ngoài nước Các tài liệu tham khảo; các bài giảng tại thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất, đề tài nghiên cứu Viện KHCN

Mỏ - Vinacomin và tài liệu thu thập tại các Công ty: Hạ Long,Vàng Danh, Hà Lầm, Quang Hanh, Dương Huy và Mông Dương… theo các mức khai thác và thăm dò địa chất

Ngoài phần mở đầu và kết luận kiến nghị, luận văn gồm 3 chương Nội dung của luận văn được trình bày trong 98 trang đánh máy vi tính với 17 bảng biểu

và 33 hình vẽ Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Xuân Hà

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, ban lãnh đạo phòng đào tạo sau đại học, khoa Mỏ, tập thể thầy cô bộ môn Khai thác hầm lò và đặc biệt là thầy PGS.TS Trần Xuân Hà đã giành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành bài luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ mỏ - Vinacomin và các bạn đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương I

TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC

VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY DỐC

Ở MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VÙNG QUẢNG NINH

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY DỐC Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI

1.1.1 Hệ thống khai thác vỉa dày dốc

Theo tính chất của các hệ thống và phạm vi áp dụng có thể phân chia các

hệ thống khai thác vỉa dày dốc thành hai loại:

a) C¸c hÖ thèng khai th¸c toµn bé chiÒu dµy vØa bao gåm c¸c hÖ thèng chñ yÕu:

- Hệ thống khai thác bằng giàn dẻo

- Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng

- Hệ thống khai thác sử dụng chèn lò

1.1.2 Các hệ thống khai thác dạng buồng

a) Hệ thống khai thác buồng: được áp dụng phổ biến ở Liên Xô (cũ) đối

với khoáng sàng có điều kiện địa chất phức tạp, nhiều phay phá Các thông số của hệ thống khai thác: chiều dài buồng từ 3050 m, chiều rộng buồng 4,06,0

m, chiều rộng trụ bảo vệ giữa các cột 4.05,0m (thường được thu hồi khi khấu dật) Các công việc khai thác được tiến hành đồng thời trong một buồng Nhược điểm cơ bản của hệ thống là thông gió cho khu vực khai thác rất khó khăn, do không cơ giới hóa xúc bốc than trong buồng và khi khấu thu hồi trụ than bảo vệ nên tốc độ tiến gương và chiều dài buồng khấu bị hạn chế Các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật đạt thấp, tổn thất than 2835% Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng

b) Hệ thống khai thác buồng - lò thượng chéo: được áp dụng thử nghiệm

ở liên xô (cũ) trong điều kiện vỉa có chiều dày 5,2m , góc dốc 70800, vách trực tiếp là đá dễ sập đổ

Bản chất của hệ thống là ở chỗ tầng được chuẩn bị khai thác bằng các lò thượng đào chéo 40450 với lò dọc vỉa tầng Các thượng nối với nhau bằng các

lò liên lạc (phỗng) tạo thành các cột nhỏ kích thước: Cao từ 1012m và rộng từ

78m Tất cả các đường lò được đào bám trụ vỉa Công tác khấu than được lập trong các cột nhỏ theo hướng từ trên xuống với khoảng cách vượt trước của các cột trên và dưới là 1520m Than được khấu bằng phương pháp khoan nổ mìn Phía dưới cột than nổ mìn đặt cược chắn bảo vệ, đảm bảo cho công nhân luôn luôn ở trong vị trí an toàn để điều chỉnh tháo than

So với hệ thống chia lớp nghiêng, hệ thống khai thác bằng các lò thượng chéo cho các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn, sản lượng trung bình ngày đêm, năng suất lao động tăng từ 1,61,8 lần, chi phí gỗ giảm 3 lần Hệ thống khai thác

lò thượng chéo đảm bảo an toàn cho công nhân khai thác, bởi vì tất cả các công đoạn trong công tác khấu than đều thực hiện trong khu vực có vì chống của các đường lò chuẩn bị

Nhược điểm chính của hệ thống là khối lượng các đường lò chuẩn bị lớn (tới 47m/1.000 tấn), tổn thất than cao Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.2)

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác cách buồng - lò thượng chéo

c) Hệ thống khai thác buồng - lưu than: Được áp dụng rộng rãi ở bể than

Kuzơbat (Liên xô cũ) trong những điều kiền vỉa dày từ 5,06,0m (với các vỉa có chiều dày không ổn định) góc dốc  > 450 đá vách thuộc loại bền vững Công tác chuẩn bị buồng khấu than bằng cách đào các lò thượng Công việc khấu than tiến hành bằng cách khoan nổ mìn theo hướng dốc từ dưới lên hoặc từ các lò thượng buồng Than được giữ lại và tháo từ từ, sau đó tiến hành công tác hạ vách Trong rộng mỏ trình tự chuẩn bị và khai thác như sau: Một buồng chuẩn

bị, kế tiếp là buồng khấu than, tiếp theo là buồng lưu than sau đó là buồng tháo than và phá hỏa đá vách Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng - lưu than 1.1.3 Các hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng

a) Công tác khai thác lò dọc vỉa phân tầng kết hợp với máy khoan đường kính lớn (PSO): ra đời đã lâu và được áp dụng phổ biến tại Liên Xô (cũ) để khai

thác các vỉa dày dốc trong điều kiện địa chất phức tạp Tuy nhiên công nghệ áp dụng hiệu quả cho các vỉa than có chiều dày 3,08,0m góc dốc >450, vách vỉa bền vững trung bình đến bền vững

Hệ thống khai thác được chuẩn bị bằng cách theo chiều dốc chia khu vực thành các tầng khai thác và trong mỗi tầng theo phương chia thành các cột Việc khai thác trong mỗi cột của tầng được thực hiện bằng cách đào các lò dọc vỉa phân tầng bám trụ đến hết chiều dài 1 cột khai thác Khoảng cách giữa các lò dọc vỉa phân tầng phụ thuộc vào khả năng khoan bắn, nổ mìn khai thác ở mỗi lò dọc vỉa phân tầng Việc khai thác trong mỗi cột được tiến hành theo từng dải bằng cách khoan nổ mìn lần lượt từng giải ở mỗi lò dọc vỉa phân tầng Than nổ

ra ở mỗi dải của lò dọc vỉa phân tầng tự trượt trên trụ vỉa xuống chân buồng, được rót lên thiết bị vận tải chân và đưa ra ngoài Công suất khai thác khu vực

đạt 5,06,0 nghìn tấn/năm, năng suất lao động phân xưởng 815 tấn/công, tổn thất than 3545% Cơ giới hóa khai thác bằng cách sử dụng các máy com bai đào lò chuẩn bị hoặc sử dụng thủy lực để khai thác Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ khai thác bằng lò dọc vỉa phân tầng kết hợp

với máy khoan đường kính lớn (PSO)

b) Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa lò dọc vỉa phân tầng sử dụng máy combai đào lò: Công tác chuẩn bị khai thác được tiến hành bằng cách từ lò dọc vỉa vận

tải đào cặp thượng trung tâm cách nhau 1020m nối thông với lò dọc vỉa thông gió Sau đó từ thượng tâm mở các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau 6,08,0m tới biên giới khai thác của khai trường Công tác đào lò và khâu than hạ tầng được thực hiện bằng các máy com bai đào lò Việc di chuyển máy com bai giữa các phân tầng đươc thực hiện bằng cách thi công các thượng chéo giữa các phân tầng đảm bảo cho máy khấu có thể tự di chuyển được (hình 1.5)

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa lò dọc vỉa phân tầng

sử dụng máy com bai đào lò

c) Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng sử dụng lỗ khoan dài: Tại các

nước như: Nga, Thủy Điển, Pháp, Trung Quốc, Ba Lan đã tiến hành khai thác các vỉa than dày dốc đứng theo sơ đồ hệ thống phá nổ dọc vỉa phân tầng bằng các lỗ khoan dài Trong công nghệ này, theo đường phương vỉa, khoáng sàng than được chia thành các cột khai thác bởi các lò thượng cột đào bám trụ vỉa Trong phạm vi mỗi cột khai thác, đào các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau

830m Trình tự khai thác khấu giật từ biên giới về lò thượng và theo các phân tầng từ trên xuống dưới Công tác khấu than thực hiện bằng việc nổ các lỗ mìn dài được khoan từ lò dọc vỉa phân tầng Than phá nổ được cơ giới hóa xúc bốc lên thiết bị vận tải ở lò dọc vỉa để vận chuyển ra lò thượng cột phía trước Công nghệ khai thác đơn giản , cho sản lượng và năng suất cao, hiệu quả lớn, nhưng phức tạp trong vấn đề nạp nổ Tại Thủy Điển người ta dùng hơi ép nạp thuốc nổ dạng bột vào trong lồ khoan Tại Ba Lan và Pháp, sử dụng các phương pháp và phương tiện nạp mìn đặc biệt cho các lỗ khoan dài ở Trung Quốc tiến hành nạp mìn bằng phương pháp thủ công Tại Ba Lan hiện nay đã áp dụng phổ biến công nghệ khai thác sử dụng lỗ khoan dài đốc với các vỉa dốc và cơ giới hóa hoàn toàn từ khâu đào chống lò chuẩn bị đến việc khoan, nạp nổ mìn, và chống tăng cường lò chuẩn bị Công nghệ khai thác phá nổ dọc vỉa phân tầng sử dụng lỗ khoan dài được áp dụng cho các vỉa than dày 3,510m, góc  >350, nhưng hiệu quả khi vỉa có chiều dày 3,56,0m; góc dốc  >350; đá vách vỉa trung bình đến

bền vững Công nghệ khai thác này thích ứng với điều kiện địa chất mỏ phức tạp Ưu điểm của hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng là năng suất lao động cao (tăng 1,52,5 lần so với khai thác chia lớp nghiêng), chi phí gỗ thấp Nhược điểm của hệ thống khai thác là khối lượng chuẩn bị lớn, tổn thất than cao (tới 50%) nguy cơ cháy nội sinh cao ở các vỉa than có tính tự cháy Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng

sử dụng lỗ khoan dài 1.1.4 Hệ thống khai thác bằng giàn chống cứng

Công nghệ khai thác bằng giàn chống cho các vỉa than dốc được áp dụng rộng rãi tác các nước thuộc SNG và các nước khác như: Bungari, Tiệp Khắc, Ba Lan, Triều Tiên, Trung Quốc, vv Công tác chuẩn bị tiến hành chia tầng khai thác thành các cột khấu theo độ dốc phí trên các cột khấu lắp dặt dàn chống tạo thành mặt phẳng chống đỡ đất đá phía trên để công nhân làm việc dưới dàn Giàn dịch chuyển theo độ dốc từ lò thông gió xuống lò vận tải của tầng Vỉa than được khấu hết toàn bộ chiều dày cùng một lúc Chiều dài của cột khấu theo chiều cao của tầng 80100m hay một phân tầng 4050m, chiều ngang của cột khấu theo phương chiều dài giàn chống thông thường 24, 30, 36m, giữa các cột theo phương để lại trụ bảo vệ dày 1,52,0m Để chuẩn bị khu khai thác, đào lò thông gió và vận tải của tầng, giữa 2 mức vận tải và thông gió nối với nhau bằng các thượng đi lại và rót than, dưới giàn giữa và các thượng đầu và thượng cuối giàn nối với nhau bằng lò nối phục vụ đi lại và thông gió Giàn lắp ráp ở lò thông gió bằng vì chống riêng Khi lắp ráp dưới giàn tạo một rãnh để người đi

lại và thông gió, sau khi lắp ráp xong, tạo gối đệm bằng nổ mìn, phá vỡ đất đá trên giàn và điều khiển đưa giàn về vị trí làm việc, tưa vào trụ than ở phía trụ và vách vỉa Sơ đồ công nghệ khai thác (hình 1.7)

Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ khai thác bằng giàn chống cứng

Tùy theo điều kiện góc dốc vỉa người ta chế tạo ra các loại giàn chống khác nhau, tổng hợp các loại hình công nghệ khai thác bằng giàn chống có thể chia làm hai nhóm chính:

- Nhóm thứ nhất: Giàn chống không có đế trượt được sử dụng để khai

thác vỉa có góc độ >550 Giàn được cấu tạo từ các dầm bằng gỗ, sắt giàn thẳng hoặc cong được ghép lại với nhau bằng 1 hay nhiều lớp tạo thành giàn không phân mảng hoặc giàn phân mảng, cấu tạo thường có nhiều lớp (hình 1.8)

- Nhóm thứ hai: Giàn chống có đế trược được sử dụng để khai thác những

vỉa có góc độ <550 Giàn chống được cấu tạo từ các dầm thẳng hoặc cong, bằng gỗ hoặc sắt ghép lại thành mảng giàn chính che chắn đất đá phá hỏa, dịch chuyển giàn nhờ bổ sung thêm hệ thống kết cấu chân đế phía trụ (hình 1.9.)

Hình 1.9 Sơ đồ gương khai thác bằng giàn chống cứng

Hệ thống khai thác sử dụng giàn chống thường được áp dụng tromg điều kiện vỉa có chiều dày 1,515,0m, thuộc loại từ tương đối ổn định đến ổn định Kinh nghiệm vùng mỏ Kuzơbat áp dụng phổ biến và có hiệu quả cao ở vỉa dày 3,06,0m vỉa có góc dốc từ 40900 (áp dụng phổ biến và có hiệu quả khi độ dốc vỉa trên 550 Đối với vỉa có góc dốc <550 giàn chống có bố trí thêm để trượt ở phía trụ) Khu vực vỉa có góc dốc thuộc loại ổn định trở lên Đá trụ vỉa từ bền vững trung bình trở lên đối với vỉa có độ dốc nhỏ 550, đất đá trụ không có hiện tượng trương nở, bùng nền, trượt nền Đá vách từ ổn định trung bình đến ổn định Than có độ cứng trung bình Trường hợp than quá cứng phải dùng lượng thuốc mìn lớn để phá trụ, điều đó dễ ảnh hưởng đến kết cấu của giàn Than mềm khó duy trì được gối tựa ổ trụ và vách sau mỗi lần đào rãnh nổ mìn dưới giàn Tuy nhiên tính chất cơ học của than không phải là những ảnh hưởng mang tính

chất quyết định

1.1.5 Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng

Hệ thống khai thác được áp dụng đối với các vỉa có góc dốc càng lớn càng dày vỉa lớn hơn 6,0m, vỉa biến động chiều dày, góc dốc bất kỳ Đất đá vách và trụ vỉa từ bền vững trung bình trở lên

Công tác chuẩn bị được tiến hành bằng cách chia khu vực khai thác thành 2 cánh, mỗi cánh chia tầng thành các phân tầng với chiếu cao 6,08,0m, bằng các

lò dọc vỉa bám trụ (hoặc bám vách) Hệ thống khai thác được chuẩn bị bằng một đường lò dọc vỉa đối với trường hợp vỉa có chiều dày nhỏ hơn 10,0m và bằng 2

đường lò (bám vách và bám trụ) đối với trường hợp vỉa có chiều dày lớn hơn 10,0m Việc đào các đường lò dọc vỉa phân tầng được thực hiện bằng máy com bai đào lò hoặc thủ công Sau khi đào xong lò dọc vỉa phân tầng tiến hành đào cúp mở lò chợ để khai thác phân tầng nó; cúp mở lò chợ nằm ngang (hoặc nghiêng) và được đào từ lò dọc vỉa phân tầng sang vách vỉa (hoặc trụ vỉa) tại thượng khởi điểm, tiến hành lắp đặt vì chống để chống giữ gương khai thác Công tác khai thác được tiến hành khấu giật từ biên giới khai thác cánh về thượng trung tâm Chiều cao phân tầng (6,0 đến 8,0m) được khấu gương với chiều cao cho phép (2,0 3,0m) tùy thuộc vào thiết bị chống giữ và khấu gương phần than còn lại sẽ tiến hành hạ trần thu hồi than nóc qua lò chợ Công tác thông gió được tiến hành bằng cách sử dụng quạt thông gió cục bộ đối với trường hợp chuẩn bị bằng 1 đường lò và bằng hạ áp chung trong trường hợp bố trí 2 đường lò chuẩn bị Công tác vận tải tại lò dọc vỉa phân tầng được sử dụng máng cào hoặc băng tải Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng (hình 1.10)

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng, lớp bằng 1.1.6 Sơ đồ công nghệ khai thác sử dụng chèn lò và máy com bai đào lò

Hệ thống khai thác được áp dụng đối với vỉa có góc dốc 60900 chiều dày vỉa 3,04,0m đá vách trụ vỉa than thuộc loại bền vững trung bình, lực cắt của than nhỏ hơn 250kg/cm

Công tác chuẩn bị được tiến hành bằng cách chia tầng khai thác với chiều cao 80120m thành các cột có chiều rộng 400m Trong mỗi cột, từ lò dọc vỉa đá mức thông gió đào cúp xuyên vỉa tại trung tâm của cột và từ lò dọc vỉa đá mức vận tải đào cúp xuyên vỉa vận tải tại biên giới 2 cánh của cột Tại trung tâm cột đào thượng thông gió, vận chuyển nối thông mức vận tải và thông gió chia cột thành 2 cánh Công tác khai thác được tiến hành bằng máy com pai đào lò và theo chiều dốc lò chợ từ dưới lên bằng cách đào lò khởi điểm sát lò dọc vỉa vận tải Sau khi khai thác hết 1 luồng khấu tiến hành chèn đá từ trên xuống dưới và máy com pai chuyển sang khấu cánh đối diện Các lò thượng vận chuyển than, thông gió và thoát nước được hình thành trong quá trình khai thác Hệ thống khai thác có ưu điểm là độ an toàn cao, tổn thất than nhỏ (710%), sản lượng khai thác 6065T/ngày đêm, năng suất lao động 13,0T/công Tuy nhiên hệ thống khai thác còn tồn tại nhược điểm là vật liệu và kỹ thuật chèn lò phải đảm bảo nghiêm ngặt để máy com bai không bị lún nền trong quá trình di chuyển Sơ

đồ công nghệ khai thác (hình 1.11)

Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ khai thác chèn lò sử dụng máy combai

1.1.7 Đồng bộ thiết bị cơ giới hóa trong các hệ thống khai thác vỉa dày dốc

Như trên đã tổng quát, hiện nay trên thế giới khả năng áp dụng cơ giới hóa đối với các vỉa dày dốc còn hạn chế và gặp nhiều khó khăn Phần lớn các sơ đồ công nghệ khai thác vẫn sử dụng khoan nổ mìn Cơ giới hóa khấu than trong các

sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc được thực hiện phần lớn trong công tác đào lò, trong khai thác 1 số sơ đồ công nghệ đã sử dụng máy com bai đào lò, dùng máy com bai khấu than dạng lò chợ dài được áp dụng rất ít trong một số hệ thống khai thác chia lớp khi vỉa có chiều dày rất lớn

Cơ giới hóa trong công tác vận tải, trong các sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc sử dụng khoan nổ mìn, cơ giới hóa được thực hiện tại khâu vận tải bằng cách sử dụng hệ thống vận tải liên tục gồm máng cào và băng tải

Đối với công tác khoan nổ mìn, trên thế giới đang phát triển theo hướng thay thế các máy khoan điện bằng các máy khoan khí ép hoặc thủy lực, công tác nạp mìn sử dụng máy nạp mìn chạy khí nén Ví dụ tại Ba Lan trong công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng sử dụng lỗ khoan dài, đồng bộ thiết bị chủ yếu thực hiện bao gồm: máy khoan kiểu đứng VPS-01, trạm bơm thủy lực và thiết bị nạp, nổ mìn NP-1

Đối với các hệ thống khai thác chia lớp khi chiều dài lò chợ lớn hơn sử dụng các thiết bị đồng bộ cơ giới hóa như các gương lò chợ dài từ máy khấu, vật liệu chống giữ đến hệ thống vận tải Phương pháp cơ giới hóa khấu than được phát triển theo từng giai đoạn phát triển, sơ khai từ phương pháp cơ giới sử dụng búa chèn trong các gương khai thác tiến đến sử dụng các máy khai thác như máy đánh gạch, máy bào than và máy khấu com bai Đối với các gương lò chợ chia lớp trong hệ thống khai thác vỉa dày dốc thường sử dụng máy khấu com bai (hình 1.12.) trong nhiều phạm vi áp dụng điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khác nhau

Hình 1.12 Hình ảnh máy com bai có tang khấu theo cạnh gương lò (a)

và máy combai có tang khấu trực diện gương lò (b)

Hình 1.13 Hình ảnh máy combai và máng cào uốn

Cùng với phương pháp khấu than, phương tiện chống giữ gương khai thác được phát triển phù hợp với trình độ phát triển kỹ thuật khai thác than hầm lò, từ các phương pháp chống giữ truyền thống bằng vì chống gỗ tiến đến kim loại hóa chống giữ gương khấu than và cơ giới hóa các phương tiện chống giữ gương khấu than Với tiến độ phát triển công nghệ cơ giới hóa khai thác hầm lò, tại các nước có nền công nghiệp than như Mỹ, úc, CHLB Nga, Trung Quốc, Ba lan đưa vào sử dụng với các thiết bị chống giữ chủ yếu như vì neo trong sơ đồ gương khấu ngắn, giàn chống tự hành trong sơ đồ gương khấu dài Ngoài ra, ở mức độ cơ giới phương tiện chống giữa thấp hơn sử dụng các vì chống thủy lực (cột chống thủy lực đơn, giá thủy lực di động) Loại hình chống giữ này được phát triển nhiều ở Trung Quốc, CHLB Nga, trên (hình 1.14) thể hiện một số hình ảnh phương tiện chống giữ gương khai thác

Hình 1.14 Cột chống thủy lực đơn (a), giá thủy lực di động (b)

và giàn tự hành (c)

Tại các nước có nền công nghiệp than phát triển, nhằm khai thác các vỉa than đã đưa vào sử dụng các giàn cơ giới hóa khai thác lò chợ với các vì chống thủy lực, các giàn này cho phép cơ giới hóa đồng bộ các quá trình khấu than, chống giữ và điều khiển đá vách, vận tải than gương khai thác, di chuyển máng cào gương, cung cấp điện và hệ thống chống bụi cho các vỉa có độ dốc đến 450

và chiều dày vỉa từ 0,96,3m Giàn chống có vai trò chống giữ và che chắn không gian lò chợ, đồng thời còn là điểm tựa để dịch chuyển máng cào theo tiến

độ khấu gương Có thể coi giàn chống là một thiết bị thủy lực, có khả năng tự di chuyển, khả năng chịu tải lớn và linh hoạt trong chống giữ với mức độ an toàn vượt trội so với các loại vì chống trước nó Với việc sử dụng giàn tự hàn chính

là đã thực hiện cơ giới hóa hoàn toàn khâu chống giữ trong lò chợ Hiện nay về

cơ bản giàn chống có kết cấu thu hồi than hạ trần được chế tạo theo hai kiểu hỗn hợp chắn - đỡ hoặc đỡ chắn; đồng thời cũng có tương ứng 2 loại cửa sổ thu hồi than Loại cửa sổ thu hồi than bố trí phía trên (gần nóc lò chợ) , sử dụng một máng cào trong lò chợ Loại cửa sổ thu hồi than bố trí phía dưới (sát nền lò chợ)

sử dụng 2 máng cào (hình 1.15)

Hình 1.15 Giàn chống có kết cấu thu hồi than hạ trần ở nóc (a)

và ở nền lò chợ (b)

Để đảm bảo các diện chuẩn bị cho các lò chợ cơ giới hóa khai thác, cần đẩy

nhanh tốc độ đào chống lò chuẩn bị trong than và trong đá bằng cách đưa vào áp dụng các thiết bị cơ giới hóa như máy combai đào lò, máy khoan, thiết bị bốc xúc cơ giới, đồng bộ chuyển tải với tốc độ đào lò đã đạt 100150m/tháng và

lò than 200250m/tháng Ngoài ra trong một số hệ thống khai thác gương lò

ngắn đã sử đụng máy com bai đào lò trong việc khấu gương khai thác

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY DỐC Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH

1.2.1 Đặc điểm chung về các vỉa than dày, dốc vùng Quảng Ninh

Các khoáng sàng có trữ lượng than thuộc loại dày dốc trên 450 lớn tại các

mỏ hầm lò Quảng Ninh như Mạo Khê -Tràng Khê, Hầm Lầm, Vàng Danh, Than

Thùng-Yên Tử, Hòn Gai, Hà Ráng, Dương Huy và Mông Dương Kết quả đánh giá sẽ cho thấy các kết quả định lượng cụ thể đối với các khu vực đánh giá tỷ mỉ

và định hướng chung cho toàn bộ các khu vực khoáng sàng vỉa dày trung bình lớn hơn 3,5m; góc dốc lớn hơn 450 theo giới hạn đánh giá là 116.564,9 nghìn tấn, chiếm khoảng 10-:-12% tổng trữ lượng khoáng sàng (bảng 1.1)

Stt Tên khoáng sàng

hoặc Công ty Tên vỉa than

Mức đánh giá

Trữ lượng (10 3 T)

Tỷ lệ

%

1 Mạo Khê - Tràng Khê 6; 7; 8; 9; 9A; 9B -150-:-LV 30.013,00 25,75

2 Vàng Danh 4; 5; 6 ; 7; 8 -150-:-+260 13.389,20 11,49

3 Than Thùng – Yên Tử 4; 5; 6; 6A; 7; 7 trụ; 8 -150-:-+290 36.535,50 31,34

4 Suối Lại – Hòn Gai 10 (7); 11(8); 14(10) -150-:-LV 10.116,30 8,68

Bảng 1.1 Tổng hợp trữ lượng vỉa dày dốc vùng Quảng Ninh

Qua bảng tổng hợp trữ lượng theo các phạm vi đánh giá tại các khoáng sàng than bằng phương pháp hầm lò Quảng Ninh cho thấy: trữ lượng các khu vực vỉa đày dốc tập trung lớn nhất tại khoáng sàng Than Thùng – Yên Tử (chiếm 31,34%) và Mạo Khê-Tràng Khe (25,75%) tiếp đến là các khoáng sàng Vàng Danh (11,49%), Hà Lầm (9,74%), Hòn Gai-Suối Lại (8,68%) Hà Ráng (7,94%)… Đây là các khu vực khoáng sàng cần ưu tiên xem xét lựu chọn và đầu

tư áp dụng công nghệ cơ giới hóa vào khai thác

1.2.2 Các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác vỉa dày dốc ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

a) Các công nghệ khai thác buồng

Giai đoạn trước đây các công nghệ khai thác buồng được sử dụng chủ yếu

để khai thác tất cả các vỉa dày dốc than các hầm lò vùng Quảng Ninh: Vàng Danh, Mạo Khê, Uông Bí, Quang Hanh và Mông Dương Ưu điểm của công nghệ là chi phí giá thành của một tấn khai thác thấp hơn so với công nghệ khai

thác Có khả năng khai thác tại các khu vực không thể áp dụng khai thác lò chợ dài Nhược điểm của công nghệ là có tổn thất than lớn (45 50%) Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản đạt được trong quá trình áp dụng các công nghệ khai thác buồng Sản lượng khai thác trung bình 1 ngày đêm 100120T, công suất khai thác 30.00040.000 T/năm, năng suất lao động trực tiếp 4,05,0 T/công.ca, chi phí thuốc nổ 300400kg/1.000T, chi phí kíp nổ 700 kíp/1.000T, chi phí mét

lò chuẩn bị cho 1.00T than khai thác 3040m, chi phí gỗ cho 1.000T than khai thác 3035m3, tổn thất than 4550%

Xuất phát từ tình hình thực tế áp dụng các công nghệ khai thác dạng buồng nêu trên cho thấy: Các công nghệ khai thác dạng buồng được áp dụng phổ biến tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh bởi vì sơ đồ công nghệ đơn giản, đầu tư ban đầu ít mà mang lại hiệu quả kinh tế cao, mặt khác nó lại phù hợp với khu vực có điều kiện địa chất phức tạp mà ở đó công nghệ khai thác khác áp dụng không có hiệu quả Bản chất của các công nghệ là an toàn trong khai thác vì không có người làm việc trong không gian khai thác, song do chưa nắm vững được điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ, chưa có đủ các tài liệu kỹ thuật cùng với sự vi phạm quy trình công nghệ nên đã gây nên mất an toàn trong khai thác Cũng vì những

lý do trên hiện nay Tập đoàn CN than - Khoáng sản Việt Nam đã có chủ trương hạn chế công nghệ khai thác khấu buồng và thay thế vào đó là các công nghệ khai thác an toàn hiệu quả hơn

Trên hình 1.16 và 1.17 giới thiệu sơ đồ công nghệ khai thác buồng thượng tại Công ty than Mạo Khê và Vàng Danh

Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng lò thượng chéo áp dụng tại Công ty than Vàng Danh, Mạo Khê và một số mỏ hầm lò khác

Hình 1.17 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng cúp áp dụng

tại Công ty than Mạo Khê và một số mỏ hầm lò khác

b) Công nghệ khai thác chia lớp bằng

Công nghệ này được áp dụng ở mỏ Hà Lầm, Tân Lập và một số mỏ khác vùng Quảng Ninh (hình 1.18) Công nghệ khai thác được áp dụng để khai thác các vỉa dày dốc có điều kiện địa chất phức tạp Công nghệ khai thác này có ưu điểm là có khả năng khai thác các vỉa dày dốc trong điều kiện địa chất phức tạp, khối lượng đào các lò thượng dốc ít, an toàn trong khai thác Nhược điểm: Năng suất lao động thấp, lò chợ chống bằng vì chống gỗ và cũi lợn gỗ nên công tác thu hồi khó khăn Số lượng đào các đường lò chuẩn bị nhiều Tổn thất than trong khai thác lớn nhất là trong công tác thu hồi than hạ trần Công nghệ khai thác được áp dụng tại vỉa 14 Tây phay K mỏ Hà Lầm Chiều dày vỉa biến đổi từ 11,8230,0; góc dốc vỉa 25400 Khu vực áp dụng thử nghiệm đầu tiên tại phân tầng +7+12 với chiều cao khấu gương lò chợ 2,2m, chiều dày lớp than hạ trần 2,8m; khấu gương bằng khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng gỗ, giữ các phân tầng khai thác được ngăn cách bằng lưới thép Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được như sau: Chiều dài lò chợ 5070m; sản lượng khai thác 420T/chu kỳ; năng suất lao động 3,0T/công; chi phí thuốc nổ 73kg/1.000T; chi phí gỗ 30m3/1.000T; chi phí lưới théo 500kg/1.000T; tỷ lệ thu hồi than hạ trần 7580%

Hình 1.18 Sơ đồ công nghệ khai thác che lớp bằng ở Công ty than Hà Lầm

Trong những năm gần đây công nghệ khai thác này đã được áp dụng nhiều

ở các công ty khai thác than Hầm Lò vùng Quảng Ninh, đầy là công nghệ mang tính khả thi cao và dễ có khả năng áp dụng cơ giới hóa trong khai thác Để mở rộng áp dụng cho loại hình công nghệ này một số mỏ áp dụng các loại vì chống

có sức kháng tải cao để chống giữ gương lò chợ như các loại vì chống thủy lực như: giá thủy lực di động XDY, giá khung thủy lực di động HDT, giàn tự hành Nghiên cứu sử dụng lưới thép và nóc giả nhân tại để tăng khả năng thu hồi than nóc, đặc biệt là nghiên cứu xác định chiều cao hạ trần hợp lý để đảm bảo khai thác, hạ tầng thu hồi than hiệu quả và an toàn

c) Công nghệ khai thác bằng giàn chống

Công nghệ khai thác bằng giàn chống cứng đã được nghiên cứu và đưa vào

áp dụng trong thực tế những năm trước đây ở Công ty than Vàng Danh, Mạo Khê

Tại Công ty than Vàng danh đã áp dụng công nghệ dàn chống cứng phân mảng tại vỉa 8 vách Tây Vàng Danh giai đoạn 9/1991 đến 12/1991 (hình 2.4.) Sản lượng than 47T/ngày đêm; chi phí thuốc nổ 355kg/1.000T; chi phí gỗ 20m3/1.000T; chi phí mét lò chuẩn bị 58,3/1.000T; năng suất công nhân lao động trực tiếp 3,9T/công Tổng sản lượng khai thác được từ công nghệ đạt 11.100 tấn, tỷ lệ tổn thất than 54,69% Tuy nhiên do dự kiến áp dụng công nghệ đòi hỏi các khu vực phải có độ biến động chiều dày và góc dốc nhỏ nên khi áp dụng trong thực tế sản xuất khó khăn cho công tác điều khiển hạ giàn dẫn đến sản lượng khai thác và năng suất lao động thấp, tỷ lệ tổn thất than lớn

Hình 1.19 Sơ đồ công nghệ khai thác giàn chống cứng không phân mảng áp dụng tại vỉa 8 Tây Vàng Danh

Từ tháng 2/1001  4/2004 Công ty than Vàng Danh đã áp dụng công nghệ giàn chống mềm tại vỉa 8 dốc khu tây Vàng Danh nhằm thay thế công nghệ giàn chống cứng phân mảng và công nghệ khấu buồng truyền thống sản lượng than khai thác được khi áp dụng công nghệ là 25.100 tấn, tổn thất than 31% So với công nghệ khai thác than bằng giàn chống cứng phân mảng, công nghệ khai thác bằng giàn chống mềm đã giải quyết được vấn đề giản tổn thất than Tuy nhiên các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được thấp: Sản lượng khai thác 50T/ngày đêm, năng suất lao động 1,55T/công, chi phí thuốc nổ 395kg/1.000T; chi phí mét lò chuẩn bị 57m/1.000T Mặt khác cũng như các công nghệ khai thác bằng giàn chống nói chung để công tác hạ giàn được thuận lợi đều phải đòi hỏi vỉa than có

độ biến động chiều dày, góc dốc nhỏ Đá vách đá trụ thuộc loài bền vững trung bình trở lên Than thuộc loại cứng không bị tụt đổ trong quá trình hạ giàn Do vậy trong điều kiện địa chất phức tạp vùng Quảng Ninh, công nghệ khai thác bằng giàn chống chỉ có thể áo dụng tại một số ít khu vực có điều kiện địa chất

kỹ thuật mỏ thuận lợi

d) Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng kết hợp với máy khoan đường kính lớn (PSO)

Đã áp dụng ở Công ty than Mông Dương, Vàng Danh, gần đây nhất áp dụng tại Công ty than Quang Hanh Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng kết hợp với lỗ khoan đường kính lớn, áp dụng hiệu quả cho các vỉa than có chiều dày 3,55m, góc dốc >450, vách vỉa bền vững trung bình đến bền vững Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản đạt được của công nghệ như sau: Sản lượng ngày đêm 120T/ngày đêm, công suất khai thác 35.000T/năm, năng suất lao động 3,50T/công, chi phí gỗ cho khai thác 25m3/1.000T, tổn thất than 35%

e) Cụng nghệ khai thỏc chia lớp ngang nghiờng

Giai đoạn gần đõy, cỏc Cụng ty than hầm lũ vựng Quảng Ninh (Vàng Danh, Mạo Khờ, Uụng Bớ, Hà Lầm, Hũn Gai, Hạ Long, Quang Hanh, Mụng Dương )

đó ỏp dụng đại trà cụng nghệ khai thỏc chia lớp ngang nghiờng, lớp bằng và lũ dọc vỉa phõn tầng sử dụng vỡ chống thủy lực để khai thỏc cỏc vỉa dày dốc (hỡnh 1.20 và 1.21) Nhỡn chung cụng nghệ khai thỏc chia lớp ngang nghiờng, lớp bằng

và lũ dọc vỉa phõn tầng đó giải quyết được vấn đề lựa chọn cụng nghệ hợp lý đối với cỏc vỉa dày dốc trong điều kiện hiện nay của cỏc cụng ty than hầm lũ như tăng sản lượng khai thỏc, năng suất lao động, giảm chi phớ gỗ và tăng mức độ an toàn lao động sản lượng từ cỏc loại hỡnh cụng nghệ này chiếm 13,57% tổng sản lượng khai thỏc hầm lũ Một số chỉ tiờu kinh tế - kỹ thuật cơ bản đạt được với chiều dày vỉa 3,58,0m; gúc gốc vỉa >450; chiều dài theo phương 150700m; cụng suất khai thỏc một phõn tầng 40.00050.000T/năm ; năng suất lao động 2,54,0T/người.ca; chi phớ một lũ chuẩn bị 2030m/1.000T ; chi phớ thuốc nổ

100150kg/1.000T; tổn thất than 2030%

Hình 1.20 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng sử dụng vì chống thủy lực áp dụng tại hầu hết các Công ty khai thác than hầm lò

Hình 1.21 Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng bắn rút

chống tăng cường lò dọc vỉa bằng vì chống thủy lực

1.3 NHẬN XÉT

- Để khai thác các vỉa than dầy trên 3,5m và góc dốc trên 450, ở các mỏ than hầm lò trên thế giới đã và đang áp dụng nhiều hệ thống khai thác khác nhau: từ hệ thống khai thác buồng (nhiều phương án); các hệ thống khai thác lò chợ DVPT; hệ thống khai thác sử dụng giàn chống cứng; hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng, ngang bằng Các hệ thống khai thác đó đã mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật đáng nghi nhận, song tổn thất than còn khá lớn và mức độ an toàn lao động chưa cao

- Trong những năm qua, để giải quyết vấn đề an toàn và tổn thất than, các

mỏ than hầm lò đều định hướng đổi mới công nghệ khấu than, chống giữ lò chợ, vận tải than, đặc biệt là đẩy mạnh cơ giới hóa

- Ở vùng than Quảng Ninh trong nhiều năm qua cũng đã triển khai áp dụng nhiều hệ thống khai thác khác nhau để khai thác các vỉa dày dốc song nhìn chung hiệu quả chưa cao Trong thời gian gần đây, hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng đã từng bước cơ giới hóa các khâu do đó đã có những tín hiệu đáng mừng

Chương II

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC THÔNG SỐ

VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CHIA LỚP NGANG ÁP DỤNG CHO VỈA THAN DÀY DỐC TẠI CÔNG TY THAN HẠ LONG - TKV

Các vỉa than dày dốc ở Công ty than Hạ Long chỉ tập trung ở khu mỏ Hà Ráng

vì vậy công trình nghiên cứu của luận văn chỉ đề cập đến khu vực này

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, KỸ THUẬT KHU MỎ HÀ RÁNG

2.1.1 Vị trí địa lý

Khu mỏ Hà Ráng có vị trí gần Trung Tâm vùng chứa than Hòn Gai - Cẩm Phả, thuộc Phường Quang Hanh, xã Dương Huy, thị xã Cẩm Phả và Làng Vũ Oai, Thát Cát huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh

Khu vực nằm trong tọa độ địa lý:

X = 2324825  2326840

Y = 723990  726460 Diện tích thăm dò khu mỏ Hà Ráng - Tây Ngã Hai khoảng 29 km2 (tương

tự ranh giới lập báo cáo tổng hợp năm 2009 do Công ty VITE thành lập)

Ranh giới địa chất khu thăm dò:

+ Phía Nam là đứt gãy F.A

+ Phía Bắc là đứt gẫy Bắc Huy

+ Phía Tây là đứt gẫy F.H và ranh giới mỏ

+ Phía Đông là đứt gãy F.D và ranh giới mỏ

2.1.2 Điều kiện tự nhiên khu mỏ

b) Địa hình, sông suối

- Địa hình: Địa hình khu mỏ Hà Ráng tương đối phức tạp, bề mặt bị phân

cắt mạnh, tạo nên diện địa hình cao thấp khác nhau Phía Tây khu mỏ là đỉnh núi cao từ 200  399,20 m (đỉnh núi Hà Ráng), độ dốc địa hình từ 300  500, cây cối phát triển mạnh Phía Đông Bắc khu mỏ, núi thấp dần có độ cao từ 100 m trở xuống, sườn núi thoải, cây to ít phát triển, đồi trọc là chủ yếu Đặc điểm chung địa hình khu mỏ Hà Ráng là cao dần từ Đông Bắc đến Tây Nam

- Mạng sông suối: Mạng suối trong khu mỏ Hà Ráng phát triển mạnh và

dày, chia làm hai miền như sau:

Miền phía Nam đến Tây Nam, các suối bắt nguồn từ các đỉnh núi cao (Đại hiệp Khâu và Hà Ráng) chảy xuống suối Hà Ráng, rồi ra sông Diễn Vọng Các suối có nước chảy mạnh, vì độ dốc lòng suối lớn, sâu, lộ nhiều đá gốc

Miền phía Bắc, Đông Bắc và Trung tâm có hệ thống suối thưa và thoải, các suối bắt nguồn từ sườn núi phía Tây Nam rồi chảy vào sông Diễn Vọng, đây

là các hệ thống suối cạn chỉ có dòng chảy vào mùa mưa

- Năm 1999, Công ty Địa chất mỏ lập báo cáo tổng hợp tài liệu địa chất

- Năm 2004, Công ty Phát triển Tin học, Công nghệ và Môi trường đã tiến hành chỉnh lý tài liệu địa chất khu vực Do tình hình địa chất thực tế có nhiều thay đổi so với báo cáo năm 1999

- Năm 2006, Báo cáo tổng hợp tài liệu địa chất và tính lại trữ lương khu

mỏ Hà Ráng - Tây Ngã Hai - Cẩm Phả - Quảng Ninh do Công ty Địa chất mỏ thành lập và đã được Tập đoàn CN Than - Khoáng sản Việt Nam phê duyệt tại quyết định số 1204/QĐ-TM ngày 02/6/2006

- Báo cáo tổng hợp tài liệu, tính lại trữ lượng và chuyển đổi cấp trữ lượng, cấp tài nguyên mỏ than Hà Ráng, thị xã Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh do Công ty

cổ phần Tin học, Công nghệ, Môi trường Than - Khoáng sản Việt Nam (VITE) lập và đã được Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản phê duyệt tại quyết định

số 112/QĐ-HĐKS/CĐ ngày 14/10/2010 (Báo cáo chuyển đổi)

Từ 2010 đến nay, Công ty than Hạ Long đã tiến hành khoan thăm dò bổ sung theo các phương án khoan thăm dò bổ sung đã được duyệt từ năm 2009 Điều chỉnh dự án được lập trên cơ sở tài liệu “Báo cáo chuyển đổi” có cập nhật kết quả thăm dò bổ sung, hiện trạng khai thác mỏ tính đến 31/12/2012

750 Chiều dày địa tầng khoảng từ 500 - 600m

Các đá trầm tích bở rời hệ Đệ Tứ, phân bố rộng khắp khu mỏ, chủ yếu trầm tích sông, suối , lũ tích, tàn tích Thành phần chủ yếu: cuội, sạn, cát, sét và mùn thực vật Chiều dày từ 3-6m

2.1.5 Kiến tạo

Cấu trúc phân khu Hà Ráng là một đơn tà, hướng kéo dài từ Đông Bắc - Tây Nam Độ dốc của đơn tà thay đổi mạnh từ 450  850, ở trung tâm, độ dốc đất đá từ 750  850, dần dần xuống theo phương kéo dài về hai đầu, phần gần

Hà Mọt - Ngã Hai chỉ còn 450  600, có nhiều ý kiến cho rằng đây là một cánh của nếp lồi Đồng Là, vấn đề này chưa giải quyết được Nếu đem so sánh các vùng lân cận như khu Bắc Bàng Danh thuộc vùng Hòn Gai, khu Đông Ngã Hai thuộc Công ty than Quang Hanh, thì phân khu Hà Ráng có nhiều đặc điểm cấu tạo của vùng chuyển tiếp của hai vùng than Hòn Gai và Cẩm Phả Các trầm tích của khu Hà Ráng chủ yếu là tướng hạt mịn và hạt thô xen kẽ nhau, theo chu kỳ hoàn chỉnh mà chủ yếu là tướng Pruluvi, chiếm phần lớn trên cột địa tầng Về các đặc điểm kiến tạo, là một vùng uốn nếp mạnh, các uốn nếp trên cùng một cánh nếp lõm cũng khá phức tạp, góc dốc đất đá lớn, mức độ phá hủy đất đá khá mạnh

Trên các cánh của đơn tà, nếp lồi, nếp lõm của đứt gãy thuận nghịch phát triển mạnh, làm dịch chuyển các lớp đất đá và các vỉa than

a) Nếp uốn

Trong giới hạn khu mỏ đã phát hiện đơn tà Hà Ráng có hướng Đông Bắc - Tây nam với chiều dài 4  5 km, chiều rộng trung bình 1  2 km Đơn tà Hà Ráng có mức độ chứa than kém, chủ yếu là các vỉa sét và sét than ở phần cuối

của địa tầng Đất đá trong khu vực mỏ Hà Ráng có phương kéo dài theo hướng Tây Nam - Đông Bắc, góc dốc thay đổi từ 65  800 Trên mặt nằm nghiêng các lớp đá và vỉa than bị uốn lượn phức tạp, tạo thành các nếp uốn nhỏ, hẹp thay đổi phức tạp theo đường hướng dốc và đường phương

Riêng khu Đá Bạc các đá và vỉa than có cấu trúc một nếp lõm, kéo dài theo hướng Đông Bắc - Tây Nam Cánh phía Tây Bắc có độ dốc thoải hơn từ 35

 500, cánh Đông Nam có độ dốc từ 35  690, phần trung tâm của nếp lõm phình

ra và tóp lại ở hai đầu Nếp uốn bị các đứt gãy F.A, F.B, F.T cắt xén và làm dịch chuyển với cự ly nhỏ

Nếp lồi Đồng Lá có trục phân bố ở phía Đông, kéo dài theo phương á kinh tuyến Nếp lồi được giới hạn bởi đứt gãy F.7 ở phía Bắc và đứt gãy F.5 ở phía Tây, trục nếp lồi gần như đối xứng, hai cánh có độ dốc thay đổi từ 450 

550

b) Đứt gãy

Song song với các hoạt động uốn nếp, các hệ thống đứt gãy đã xuất hiện trong các pha kiến tạo khác nhau làm nên sự dịch chuyển địa tầng đất đá và các vỉa than Trong khu mỏ Hà Ráng có thể phân thành hai hệ thống đứt gãy chính

Hệ thống đứt gãy á kinh tuyến và hệ thống đứt gãy á vĩ tuyến Cụ thể như sau:

- Đứt gãy nghịch A-A: Nằm ở phía Nam khu mỏ, chạy theo phương á vĩ tuyến Mặt trượt cắm Nam với góc dốc 750 Đới hủy hoại ước khoảng 10  15

m Đứt gãy A-A bị các đứt gãy trẻ hơn, có phương á kinh tuyến cắt qua làm xe dịch đi với biên độ 65  120 m Biên độ của đứt gãy theo mặt trượt, hiện nay chưa có công trình nào xác định chắc chắn

Đứt gãy A-A cắt qua các vỉa than từ vỉa 3 đến vỉa 13 Nhìn chung đứt gãy A-A có phương chạy gần song song với đường phương vỉa, chỉ trừ đầu Tây Nam của các vỉa 7 đến vỉa 11 bị đứt gãy cắt qua Một số hào đào bắt gặp đứt gãy, hay

có biểu hiện của đứt gãy như: H.459, 403, 154

- Đứt gãy nghịch F.B: Nằm ở phía Tây khu mỏ, phương kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Mặt trượt cắm về Đông Bắc với góc dốc từ 360 

700 Đứt gãy cắt qua và làm xê dịch các vỉa than từ vỉa 10 đến vỉa 19

- Đứt gãy nghịch F.A: Nằm ở trung tâm khu mỏ, có hướng á kinh tuyến, cắt qua đứt gãy F.C và các vỉa than từ vỉa 8 đến vỉa 15 Đới hủy hoại của đứt gãy F.A khoảng 10 m Mặt trượt đứt gãy cắm về Tây với độ dốc từ 500  650

Một số hào đào đã gặp đứt gãy như: H2621, 2029 và tại lỗ khoan 10 đã gặp đới hủy hoại của đứt gãy ở độ sâu từ 174,0  229,0 m Biên độ dịch chuyển của đứt gãy khoảng 100  150 m

- Đứt gãy nghịch F.C: Nằm ở trung tâm khu mỏ, chạy theo phương Đông Bắc - Tây Nam Đứt gãy này được giới hạn từ đứt gãy F.5 đến Khe Hùm Mặt trượt cắm Đông Nam với góc dốc từ 500  600 Đứt gãy này bị các đứt gãy có sau xuyên cắt, dịch chuyển tạo thành nhiều đoạn Hào 2612 có biểu hiện đứt gãy

và lỗ khoan 11B , lỗ khoan 27 tuyến V đã khoan qua đứt gãy này

- Đứt gãy F.N: Nằm ở phía Tây Nam khu mỏ, có phương Tây Bắc - Đông Nam, phạm vi phân bố hẹp, duy trì ngắn, mặt trượt cắm Đông Bắc, góc dốc 600 Được phát hiện qua khai thác hai lò mức +50 thuộc vỉa 13 và vỉa 14 của khu mỏ than Hà Ráng

- Đứt gãy thuận F.M: Nằm ở phía Tây Nam khu mỏ, có phương Tây Bắc

- Đông Nam Mặt trượt cắm Đông Bắc, với góc dốc 650, được phát hiện qua khai thác tại hai lò mức +50 thuộc vỉa 13 và vỉa 14 của khu mỏ than Hà Ráng

2.1.6 Đặc điểm vỉa than

Địa tầng chứa than khu mỏ Hà Ráng chứa 18 vỉa than: V5, V6, V6a, V7, V7a, V8, V9, V9a, V10, V11, V12, V13, V14, V14a, V15, V16, V17, V18 Trong đó có các vỉa có giá trị công nghiệp: V10, V11, V12, V13, V14, V15, V16 được huy động trong dự án này

- Vỉa 10: Nằm trên, cách vách vỉa 9 từ 90m  120m, được lộ ra gần đứt gãy F.C và phát triển về phía Tây Nam Chiều dày vỉa thay đổi từ 0,55m (H.2517) đến 12,4m (H.2551), trung bình 4,03m Chiều dày riêng than thay đổi

từ 0,55m đến 11,2m, trung bình 3,69m Vỉa có từ 0 đến 3 lớp đá kẹp với chiều dày lớp kẹp thay đổi từ 0,0m đến 1,33m, trunh bình 0,34m Vỉa 10 có 9 công trình khống chế vỉa Đá vách trụ vỉa thường là bột kết, sét kết Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi 20,43% đến 26,65% trung bình 20,43% Độ tro hàng hoá trung bình là 26,53%

- Vỉa 11: Lộ ra trên diện rộng từ Đông Bắc - Tây Nam khu mỏ Chiều dày vỉa có thay đổi theo xu hướng dày nhất ở đoạn giữa vỉa (trung tâm khu mỏ) và vát mỏng dần về hai phía Đông Bắc và Tây Nam Chiều dày vỉa thay đổi từ 1,15m (LK.HR6-T.VII) đến 7,23m (LK.29-T.III), trung bình 3,17m Chiều dày riêng than thay đổi từ 1,15m đến 6,14m, trung bình 2,96m Vỉa có 2 lớp đá kẹp

với chiều dày thay đổi từ 0m đến 1,09m, trung bình 0,21m Vỉa 11 thuộc loại vỉa

có cấu tạo tương đối phức tạp Vách trụ vỉa là sét kết Vỉa 11 có 9 công trình khống chế Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi từ 6,83 đến 39,57%, trung bình 26,47%; độ tro hàng hoá thay đổi từ 6,83% đến 39,67% trung bình 27%

- Vỉa 12: Tồn tại gần song song với vỉa 11 Vỉa có chiều hướng dày và ổn định ở phần trung tâm, vát mỏng về 2 phía Đông bắc và Tây Nam Chiều dày vỉa thay đổi từ 0,34m (LK.HR8 - T.VIB và T.Trục) đến 11,06m (H.2520), trung bình 4,14m Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,26m đến 7,0m, trung bình 3,51m Vỉa có số lớp kẹp thay đổi trong phạm vi từ 0 đến 4 lớp với chiều dày lớp kẹp thay đổi từ 0m đến 4,4m trung bình 0,63m Vỉa 12 có 11 công trình khống chế

Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi từ 1,77 đến 23,02%, trung bình 13,30%; Độ tro hàng hoá thay đổi từ 9,92% đến 23,02%, trung bình 16,24%

- Vỉa 13: Vỉa lộ ra chủ yếu từ trung tâm, kéo dài về phía Tây Nam Từ trung tâm về phía Bắc chỉ lộ ra một số đoạn lộ vỉa ngắn Chiều dày vỉa thay đổi

từ 0,12 (LK.11B - T.V) đến 12,95m (H.2504), trung bình 3,41m Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,12m đến 11,95m, trung bình 3,17m Vỉa có cấu tạo tương đối phức tạp, từ không có lớp đá kẹp đến 5 lớp với chiều dày thay đổi từ 0 đến 1,4m, trung bình 0,23m Vỉa có 33 công trình khống chế Đá vách trụ vỉa là sét kết, bột kết Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi từ 5,95 đến 35,45% trung bình 23,41%; Độ tro hàng hoá thay đổi từ 6,67% đến 35,4%, trung bình 23,77%

- Vỉa 14: Lộ ra trên diện rộng từ Đông Bắc - Tây Nam, xu hướng phát triển về phía Tây Nam Chiều dày vỉa thay đổi từ 0,4m (H.4062) đến 15,82m (H.2515) trung bình 6,08m Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,4m đến 10,92m, trung bình 5,29m Vỉa có cấu tạo phức tạp, từ 0 đến 6 lớp đá kẹp với chiều dày thay đổi từ 0 -:- 4,9m, trung bình 0,78m, đá kẹp là sét kết, bột kết Đá vách trụ vỉa thường là bột kết, đôi chỗ là cát kết Vỉa có 22 công trình khống chế Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi từ 5,29 đến 39,26% trung bình 26,28%; Độ tro hàng hoá thay đổi từ 5,95% đến 38,74%, trung bình 27,15% Vỉa 14 được lấy làm vỉa đánh dấu để đồng danh các vỉa than khác của khu mỏ Hà Ráng

- Vỉa 15: Vỉa lộ ra từ Đông Bắc - Tây Nam, ở trung tâm vỉa bị uốn lượn, tạo thành một nếp lồi rộng khoảng 200m Chiều dày vỉa thay đổi từ 0,45m (LK.HR11 - T.VI)) đến 6,4 (H.114) trung bình 2,56m Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,45m đến 6,2m, trung bình 2,39m Phần trung tâm vỉa có chiều dày ổn định Vỉa có cấu tạo phức tạp, số lớp kẹp nhiều nhất là 3, với chiều dày thay đổi

từ 0 đến 0,85m trung bình 0,17m Đá vách trụ vỉa là bột kết, sét kết Vỉa có 11 công trình khống chế được than Độ tro trung bình cân vỉa thay đổi từ 26,04 đến