Nghiên cứu một số giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các mỏ than lộ thiên lớn vùng cẩm phả quảng ninh

Tôi xin cam đoan: Luận văn Thạc sỹ “Nghiên cứu một số giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả- Quảng Ninh” là

-  -

TRẦN BÁ BÌNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CHO CÁC MỎ

THAN LỘ THIÊN LỚN VÙNG CẨM PHẢ- QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2015

Tôi xin cam đoan: Luận văn Thạc sỹ “Nghiên cứu một số giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả- Quảng Ninh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu trong luận văn Thạc sỹ đƣợc sử dụng trung thực Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội,ngày 5 tháng 3 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Bá Bình

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KỸ THUẬT CỦA CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN LỚN VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 3

1.1 Đặc điểm địa chất và kỹ thuật các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 3

1.1.1 Mỏ than Đèo Nai 3

1.1.2 Mỏ than Cọc Sáu 6

1.1.3 Mỏ than Cao Sơn 8

1.2 Thực trạng sử dụng ĐBTB ở các mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 11

1.2.1 Đánh giá hiện trạng sử dụng ĐBTB ở các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 11

1.2.2 Đánh giá thực trạng các tổ hợp ĐBTB ở các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 15

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ TRÊN CÁC MỎ LÔ THIÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 18

2.1 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trên các mỏ lộ thiên thế giới 18

2.1.1 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu chuẩn bị đất đá 18 2.1.2 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu xúc bóc 23

2.1.3 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu vận tải và thải đá 32

2.2 Phương hướng phát triển công nghệ - thiết bị trên các mỏ lộ thiên Việt Nam 34

2.2.1 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu chuẩn bị đất đá 34 2.2.2 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu xúc bóc 35

2.2.3 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu vận tải và thải đá 36

CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN LỚN VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 373.1 Nghiên cứu lựa chọn đồng bộ thiết bị và hệ thống khai thác hợp lý cho các

mỏ than lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 373.1.1 Nghiên cứu lựa chọn thiết bị khoan phù hợp với điều kiện và quy mô các mỏ 373.1.2 Nghiên cứu lựa chọn thiết bị xúc bốc phù hợp với điều kiện khai thác

và quy mô công suất của các mỏ 443.1.3 Tính toán lựa chọn các thông số của HTKT phù hợp với điều kiện tự nhiên và ĐBTB có công suất lớn 523.2 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phá vỡ đất đá tiên tiến cho các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 583.2.1 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phá vỡ đất đá bằng các phương pháp không cần khoan - nổ mìn 583.2.2 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khoan nổ - mìn tầng cao phù hợp với đồng bộ thiết bị có công suất lớn 623.2.3 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khoan - nổ mìn tiên tiến phù hợp với điều kiện địa chất thủy văn phức tạp khi các mỏ khai thác xuống sâu 643.3 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ vận tải phù hợp cho các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 693.3.1 Phân tích điều kiện khai thác, đặc điểm kích thước hình học mỏ, điều kiện vận tải 693.3.2 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ vận tải phù hợp với điều kiện khai thác của các mỏ 723.4 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ đổ thải hợp lý trong quá trình khai thác

mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 883.4.1 Lựa chọn công nghệ đổ thải và các giải pháp kỹ thuật hợp lý khi đổ thải bãi thải ngoài, đáp ứng yêu cầu cải tạo, phục hồi môi trường 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

MXTLGN Máy xúc thủy lực gầu ngƣợc

NPV Giá trị hiện tại thực

Vinacomin Tập đoàn công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu về biên giới khai trường mỏ than Đèo Nai 4

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ Cọc Sáu 7

Bảng 1.3.Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ Cao Sơn 10

Bảng 1.4 Các thông số cơ bản của HTKT mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả 10

Bảng 1.5 Các tổ hợp ĐBTB bóc đất đá trên các mỏ 15

Bảng 1.6 Các tổ hợp ĐBTB khai thác than trên các mỏ 16

Bảng 1.7 Hiện trạng các thông số HTKT của các mỏ 16

Bảng 2.1 Năng suất của các máy xới phụ thuộc vào Ve của đất đá, m3/năm 22

Bảng 2.2 Đặc tính kỹ thuật của một số máy xúc tay gàu lớn 24

Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của một số máy bốc của hãng Komatsu 26

Bảng 2.4 Những chiếc MXTL kỷ lục hiện nay 28

Bảng 2.5 Đặc tính kỹ thuật của một số chiếc MXTLGN cỡ lớn 28

Bảng 2.6 Đặc tính kỹ thuật một số một số máy phay cắt trên thế giới 32

Bảng 2.7 Những chiếc ô tô tải siêu lớn trong ngành mỏ thế giới 33

Bảng 2.8 Đặc tính kỹ thuật của một số ô tô tải cỡ lớn 33

Bảng 3.1 Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào chiều cao tầng 38

Bảng 3.2 Phân loại đá mỏ theo độ khó khoan, khó nổ 39

Bảng 3.3 Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào dung tích gầu xúc 41

Bảng 3.4 So sánh đặc tính kỹ thuật và hiệu quả của máy khoan thuỷ lực và xoay cầu 43

Bảng 3.5 Lựa chọn máy khoan của các mỏ 44

Bảng 3.6 Hệ số nở rời của đất đá trong gầu xúc theo cỡ hạt trung bình 45

Bảng 3.7.Hệ số xúc đầy gầu theo điều kiện xúc 45

Bảng 3.8 Hệ số xúc đầy gầu theo loại đất đá 46

Bảng 3.9 Dung tích gàu xúc hợp lý với các thông số của tuyến công tác 49

Bảng 3.10.Quan hệ giữa tỷ lệ Vo/E hợp lý với dung tích gàu xúc 49

Bảng 3.11 Giá trị Vo và qo của ô tô với dung tích gàu xúc theo cự ly vận tải 50

Bảng 3.12 Tổ hợp ĐBTB có công suất lớn phù hợp với các mỏ 50

Bảng 3.14 Chiều cao tầng theo thiết bị sử dụng và góc dốc sườn tầng 52

Bảng 3.15 Chiều cao tầng phù hợp với ĐBTB các mỏ 53

Bảng 3.16 Chiều rộng dải khấu phụ thuộc vào bán kính xúc của máy xúc 53

Bảng 3.17 Chiều rộng dải khấu theo điều kiện nổ mìn 54

Bảng 3.18 Chiều rộng dải khấu theo điều kiện nổ mìn 54

Bảng 3.19 Chiều rộng dải khấu phù hợp với điều kiện các mỏ 54

Bảng 3.20 Bmin phụ thuộc và chiều rộng đống đá nổ mìn và đường vận tải 55

Bảng 3.21 Bmin phụ thuộc và chiều rộng đống đá nổ mìn và đường vận tải 56

Bảng 3.22 Bmin khi áp dụng dải khấu cụt 56

Bảng 3.23 Bmin khi áp dụng dải khấu cụt 56

Bảng 3.24 Chiều dài blốc xúc đảm bảo đủ khối lượng mỏ đã nổ mìn 57

Bảng 3.25 Chiều rộng đai vận tải (phụ thuộc vào thiết bị vận tải) 57

Bảng 3.26 Thông số HTKT phù hợp với tổ hợp ĐBTB công suất lớn của các mỏ 58

Bảng 3.27 So sánh giá thành giữa các tổ hợp 61

Bảng 3.28 Phân loại thiết bị làm tơi cơ học và ĐBTB có thể sử dụng 61

Bảng 3.29: So sánh tỷ lệthành phần cỡ hạt khi sử dụng nổ mìn tầng cao khác nhau 63

Bảng 3.30 Các thông số của một số loại thuốc nổ dùng để nổ mìn nạp túi nilon 66

Bảng 3.31 Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của máy khoan thủy lực và xoay cầu 67

Bảng 3.32 Các thông số nổ mìn áp dụng trong điều kiện ngập nước của mỏ f = 10-12; nứt nẻ cấp III - IV, đường kính lỗ khoan D = 230-250 mm 68

Bảng 3.33 Các thông số nổ mìn áp dụng trong điều kiện ngập nước của mỏ f = 10-12; nứt nẻ cấp III - IV, đường kính lỗ khoan D= 200 mm 68

Bảng 3.34 Các thông số nổ mìn áp dụng trong điều kiện ngập nước của mỏ f = 10-12; nứt nẻ cấp III - IV, đường kính lỗ khoan D = 150-165 mm 68

Bảng 3.36 Công suất của các tuyến băng 74

Bảng 3.37 So sánh lựa chọn phương án vận tải đất đá 75

Bảng 3.38 Đặc tính kỹ thuật của máy nghiền có khả năng áp dụng cho mỏ 79

Bảng 3.39 Đặc tính kỹ thuật của tuyến băng tải mỏ 79

Bảng 3.40 Các thông số kỹ thuật của hệ thống băng tải than mỏ Cao Sơn 81

Bảng 3.41 Cung độ vận tải ô tô đơn thuần ở mỏ Cọc Sáu 83

Bảng 3.42 Cung độ vận tải liên hợp ô tô- trục tải mỏ Cọc Sáu 84

Bảng 3.43 Năng suất trục tải và trục nâng mức +15 85

Bảng 3.44 Năng suất trục tải và trục nâng mức -60 và -120 86

Bảng 3.45 Các chỉ tiêu chính của 2 phương án 87

Hình 2.2 Xe nạp thuốc nổ nhũ tương đang chuẩn bị nạp mìn 20

Hình 2.3 Minh họa một mạng nổ mìn vi sai phi điện 21

Hình 2.4 Minh họa chiếc máy xới CAT D11N đang làm việc 22

Hình 2.5 Đầu đập thủy lực Kurpp HM4000 phá đá 23

Hình 2.6 Minh họa chiếc máy xúc gầu cáp P&H 4100XPC 25

Hình 2.7 Minh họa chiếc MXGT 2570 – WS của hãng P&H 25

Hình 2.8 Minh họa một hệ thống xúc bốc, vận tải và thải đá liên tục 26

Hình 2.9 Minh họa chiếc máy bốc WA800-3 của Komatsu 27

Hình 2.10 Minh họa MXTLGN và MXTLGT Terex RH120E làm việc 29

trên mỏ lộ thiên 29

Hình 2.11 Máy liên hợp phay cắt Wirtgen làm việc với ô tô 31

Hình 2.12 Máy liên hợp phay cắt Voest - Alpine và gương cắt của nó 31

Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ giữa đường kính lỗ khoan và chiều cao tầng 40

Hình 3.2 Phạm vi áp dụng các phương pháp khoan hợp lý cho các mỏ than lộ thiên 42

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ xúc bốc đất đá trên bờ công tác 46

Hình 3.4 Sơ đồ xác định chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu trong đất đá cứng, phải làm tơi sơ bộ bằng nổ mìn (a- áp dụng dải khấu thông tầng; b- áp dụng dải khấu cụt) 55

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí lỗ khoan khi áp dụng nổ mìn tầng cao 62

Hình 3.6 Sơ đồ nạp thuốc nổ Anfo trong lỗ khoan sử dụng thiết bị dẫn 65

truyền ống nilon 65

Hình 3.7 Nạp thuốc nổ không chịu nước vào lỗ khoan có nước sử dụng 65

ống nilon trên khai trường mỏ than Cọc Sáu 65

Hình 3.8 Nạp thuốc nổ ANFO chịu nước được đóng gói 66

trong bao kết hợp thuốc nổ không chịu nước 66

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nhu cầu của thị trường về than cho nền kinh tế quốc dân ngày càng tăng Vì vậy các mỏ than phải tăng cường độ khai thác, tận thu tối đa tài nguyên đặc biệt là đối với các mỏ than lớn như Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn ở vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh Biên giới phía trên của các mỏ này ngày càng được mở rộng, khối lượng đất bóc ngày càng lớn, cung độ vận tải ngày càng

xa, chiều cao nâng tải lớn, trong khi đó diện tích sử dụng làm bãi thải ngày càng thu hẹp, dẫn đến làm giảm hiệu quả kinh tế các doanh nghiệp mỏ Bên cạnh đó vấn đề ô hiễm môi trường do các hoạt động khai thác cũng ngày càng tăng

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, đòi hỏi các mỏ phải đầu tư các loại thiết bị khai thác theo hướng hiện đại, làm việc chắc chắn, an toàn và mang lại hiệu quả cao, nhằm thay thế các loại thiết bị khai thác cũ, lạc hậu, không

cơ động, năng suất thấp và tiêu hao nhiên liệu lớn, gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ tiên tiến đã được nghiên cứu nhằm nâng cao chiều sâu khai thác, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đảm bảo an toàn và phát triển bền vững cũng cần được quan tâm

Chính vì vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu một số giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các mỏ lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” mà học viênlựa chọn để nghiên cứu là vấn

đề có tính cấp thiết rõ rệt

2 Mục tiêu của đề tài

Nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh (Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn)

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu một số giải pháp công nghệ có thể áp dụng cho các mỏ than lộ thiên lớn cùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu, số liệu;

- Phân tích đánh giá tổng hợp;

- Phương pháp kế thừa;

- Phương pháp so sánh và nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

- Bổ sung cơ sở khoa học trong việc đề xuất các giải pháp về công nghệ khai thác cho các mỏ than lộ thiên lớn

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường cho các

mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận kiến nghị, luận văn gồm 3 chương 94 trang 20 hình 60 bảng

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KỸ THUẬT CỦA CÁC

MỎ THAN LỘ THIÊN LỚN VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH

1.1 Đặc điểm địa chất và kỹ thuật các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

1.1.1 Mỏ than Đèo Nai

1.1.1.1 Đặc điểm cấu trúc các vỉa than

Trong khu mỏ có 2 chùm vỉa có giá trị khai thác là chùm vỉa Dày và chùm vỉa G

- Chùm vỉa Dày phân bố chủ yếu ở gần moong Lộ Trí Chùm vỉa Dày có chiều dày riêng than là 49m Góc cắm của vỉa giảm dần theo chiều sâu, phần cánh Nam từ 20÷300 và gần như nằm ngang ở khu Trung tâm và cánh Bắc

- Chùm vỉa G gồm 2 tập vỉa G1 và tập vỉa G2 Tập vỉa G1 có 3 vỉa là các vỉa GI, GIB, GIC Tại khu vực moong Lộ Trí vỉa GI nằm trên chùm vỉa Dày và cách vỉa Dày từ 100÷150m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 20÷400 Tập vỉa GI là đối tượng khai thác chính của mỏ than Đèo Nai

- Nằm trên tập GI từ 30÷50m là tập vỉa GII Tập GII phân bố chủ yếu ở Tây Bắc moong Lộ Trí, phía Bắc đứt gãy A2 và khu 2K Chiều dày của tập vỉa thay đổi mạnh cả theo phương lẫn hướng dốc từ 1-30m

1.1.1.2 Đặc điểm địa chất công trình, địa chât thủy văn

* Đặc điểm địa chất công trình

Đất đá trong khu mỏ bao gồm các loại: Cuội kết có hệ số kiên cố f=12÷15, sạn kết có hệ số kiên cố f=10÷12, cát kết có hệ số kiên cố f=13÷16, bột kết có hệ số kiên cố f=5÷9, sét kết có hệ số kiên cố f=1÷3 và sét than

* Đặc điểm địa chất thủy văn

Mức thoát nước tự nhiên của mỏ +30, từ mức +30 trở xuống nước được thoát ra ngoài bằng hệ thống bơm cưỡng bức Nước ngầm có mặt trong địa tầng chứa than Đèo Nai theo các kết quả nghiên cứu cấu trúc những năm 80 cho thấy: Địa tầng chứa than có 2 tầng chứa nước ngầm đó là tầng chứa nước ngầm trên than (vách chùm GII) và tầng chứa nước áp lực cục bộ trụ vỉa Dày (GI)

1.1.1.3 Đặc điểm, điều kiện kỹ thuật mỏ

a Hiện trạng khai thác

Mỏ than Đèo Nai hiện đang khai thác 2 khu vực: Moong Lộ Trí và Vỉa Chính, độ sâu khai thác khu vực moong Lộ Trí là +60m, moong Vỉa Chính là -85m, moong Vỉa Chính khai thác dưới mức nước tự chảy, hàng năm tốc độ xuống sâu thực hiện 12÷15m/năm Biên giới khai thác trên mặt khu vực moong Lộ Trí và trụ Bắc đã tiếp cận gần với biên giới kết thúc khai thác, góc dốc bờ công tác ở hai khu vực này thực hiện 24÷260

b Biên giới và trữ lượng khai trường

Khu công trường chính: Khai thác vỉa GI đến mức -330m trong giai đoạn đầu, giai đoạn tiếp lấy hết chùm vỉa GI3 dưới gầm Tả Ngạn của mỏ Cọc Sáu với mức sâu đáy mỏ là -345m

Khu moong Lộ Trí: Lấy hết than trong ranh giới Biên giới phía trên Tây

- Bắc được mở rộng sát hồ Ba Ra để lấy than tới mức +175m vỉa GI, Bắc A2 đáy khai trường lấy vét tới mức +15m

Vỉa GII.1 và GII.2: Riêng các vỉa GII.1, GII.2 được tiến hành khai thác đồng thời trong quá trình khai thác GI.3 công trường chính

Nam Lộ Trí khai thác vỉa Dày tới mức -150m trong giới hạn của ranh giới tài nguyên mỏ than Đèo Nai

Năm 2010 mỏ đạt sản lượng than khai thác đạt 2,5 triệu tấn than nguyên khai, với khối lượng đất bóc đạt 23,7 triệu m3, hệ số bóc 9,48 m3/tấn

Các chỉ tiêu về biên giới khai trường xem bảng 1.1 (tính đến tháng 01/01/2012)

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu về biên giới khai trường mỏ than Đèo Nai

- Khu Lộ Trí: gồm vỉa GIIa, b và GI2a, b Vỉa GI1 có chiều dày riêng than và trữ lượng lớn Tuy nhiên, để tạo điều kiện thoát nước khai trường khu moong và đảm bảo sản lượng theo yêu cầu cần phải tiến hành khai thác đồng thời các vỉa này

- Khu nam Lộ Trí: khai thác đồng thời hai khu Vỉa Chính và Lộ Trí với hướng bóc đất chung của bờ Bắc là từ phía Công trường chính tiến dần sang khu Lộ Trí còn hường vận tải đất đá thải và thoát nước có chiều ngược lại

d Hệ thống khai thác và đồng bộ thiết bị

- Hệ thống khai thác (HTKT): mỏ Đèo Nai áp dụng HTKT xuống sâu, dọc một bờ công tác, đất đá đổ bãi thải ngoài với việc áp dụng công nghệ khấu lớp đứng, và đào sâu đáy mỏ bằng máy xúc thủy lực gàu ngược (MXTLGN) Các thông số HTKT được thể hiện trong bảng 1.4

- Đồng bộ thiết bị (ĐBTB): sử dụng ĐBTB máy khoan xoay cầu chạy điện, máy khoan thủy lực có đường kính 105÷245 mm kết hợp với máy xúc gầu cáp và máy xúc thủy lực gầu ngược có dung tích gầu 3,5÷6,7 m3, vận tải bằng ô tô có tải trọng 27÷58 tấn cùng thiết bị phụ trợ sử dụng là máy ủi

1.1.2 Mỏ than Cọc Sáu

1.1.2.1 Đặc điểm các vỉa than trong khu mỏ

Mỏ than Cọc Sáu gồm các vỉa sau:

- Vỉa GIV: Có hướng cắm về phía Đông - Đông Nam Chiều dày phân vỉa trung bình 17,79 m Chiều dày riêng than của phân vỉa trung bình 12,55 m (than T1: 12.47 m) Góc dốc trung bình vỉa 33o

- Vỉa GIII: Chiều dày vỉa trung bình 9,27 m Chiều dày riêng than trung bình 4,39 m Góc dốc vỉa biến đổi từ 30  40o

- Vỉa GII: Là vỉa nằm trên của vỉa GIV, duy trì rất tốt ở khu Thắng Lợi, Nam Quảng Lợi và Tả Ngạn

1.1.2.2 Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn

* Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT)

Trong địa tầng chứa than có các loại loại nham thạch chủ yếu sau đây: cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, và sét kết có hệ số kiên cố f = 7,0  11,9

* Đặc điểm địa chất thuỷ văn (ĐCTV)

- Nước mặt: Hệ thống dòng chảy mặt trong khu vực mỏ than Cọc Sáu đều có hướng tiêu thoát nước ra biển bao gồm hệ thống các mương: Mương +180 m phía Đông, mương +90 m phía Đông, mương +30 m phía Đông,

mương +90 m phía Tây

- Nước ngầm:Nước ngầm nằm trong tầng phủ Đệ Tứ (Q), tầng chứa than (T3n-r) và trong các đới đứt gãy Tầng chứa nước ngầm trong trầm tích (T3n- r) có mực nước giao động theo mùa vào nước mưa mực nước cao hơn mùa khô từ 2  4 m, hệ số thấm trung bình của tầng K=0,038 m/ngày, độ cao mực nước ngầm H = +112 m

1.1.2.3 Đặc điểm, điều kiện kỹ thuật mỏ

a Hiện trạng khai thác

Công tác mỏ đang tiến hành tại hai khu: Đông Nam và Thắng Lợi

Khu Đông Nam: Đáy khai trường khu Đông Nam hiện ở mức -90 m Khu Thắng lợi: Công tác bóc đất đá được tập trung ở phía Đông và Đông Bắc, tại các tầng +45  +330 m và xử lý tụt lở Than khai thác chủ yếu ở các tầng -

120  +75 m

Hướng phát triển các khai trường chủ yếu là xuống sâu khu Đông Nam

và khu Thắng Lợi, Nam Quảng Lợi

Năm 2010 mỏ đạt sản lượng than khai thác đạt 3,85 triệu tấn than nguyên khai, với khối lượng đất bóc đạt 36,9 triệu m3, hệ số bóc 10,25 m3/tấn

b Biên giới và trữ lượng khai trường

Khu Bắc Tả Ngạn (Bắc phay B) khai thác hết trữ lượng của khối than nằm trong biên giới của khu -285

Khu Thắng Lợi khai thác mở rộng đến mức -375 với kích thước đáy mỏ đảm bảo các thông số kỹ thuật cho việc xuống sâu, lấy hết vỉa

Khu Đông Nam Thắng Lợi, Nam Quảng Lợi khai thác tối đa lấy hết ranh giới thăm dò

Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ Cọc Sáu xem bảng 1.2 (tính đến 01/01/2012)

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ Cọc Sáu

Khu Đ.Nam

của khu Bắc, gầm Tả Ngạn Công ty than Cọc sáu, Đèo Nai Đồng thời song song tiến hành khai thác và bóc đất khu Đông Nam và Nam Quảng Lợi nhằm điều hoà cho khu Thắng Lợi Bắc Tả Ngạn (Bắc phay B) được khai thác cuối cùng nhằm tận dụng không gian khai trường khu Thắng Lợi làm nơi đổ thải rút ngắn cung độ vận tải

d Hệ thống khai thác và đồng bộ thiết bị

- HTKT: Đối với khu vực Động tụ Bắc, ác tầng khai thác chủ yếu nằm

trong động tụ than, xúc trực tiếp không cần làm tơi sơ bộ bằng phương pháp khoan nổ - mìn, việc khai thác kết hợp chặt chẽ với công tác xuống sâu, chọn

HTKT có vận tải Thông số HTKT xem bảng 1.4

Đối với khu Thắng Lợi: chọn HTKT xuống sâu, dọc một bờ công tác, khấu theo lớp đứng đất đá được đổ ra bãi thải ngoài kết hợp bãi thải trong Thông số HTKT mỏ than Cọc Sáu xem bảng 1.4

- ĐBTB: sử dụng ĐBTB máy khoan xoay cầu chạy điện, máy khoan thuỷ

lực có đường kính 127  245 mm kết hợp với máy xúc gầu cáp và máy xúc thuỷ lực gầu ngược có dung tích gầu 1,8  10 m3, vận tải bằng ô tô có tải trọng 27  58 tấn cùng thiết bị phụ trợ sử dụng là máy gạt

1.1.3 Mỏ than Cao Sơn

1.1.3.1 Đặc điểm các vỉa than

Trong biên giới khu Cao Sơn có 8 vỉa than có giá trị công nghiệp: V10, V11, V12, V13-1, V13-2, V14-2, V14-4, V14-5 là đối tượng khai thác lộ thiên của mỏ Các vỉa có chiều dày thay đổi từ 0,28  24,17m, góc dốc trung bình khoảng 260

1.1.3.2.Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn

* Đặc điểm địa chất công trình:

Đất đá lớp phủ Đệ tứ có thành phần hạt từ 0,5  1 mm Dung trọng thay đổi từ 1,63  1,97 g/cm3 Trọng lượng thể tích thay đổi từ 2,5  2,75 g/cm3 Lớp

này rất dễ trượt, gây khó khăn cho khai thác

Đất đá trầm tích trong địa tầng chứa than bao gồm cuội, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết độ cứng trung bình fTB= 4,0  13,2

* Đặc điểm địa chất thuỷ văn:

- Nước mặt:Hệ thống nước mặt chỉ tồn tại trong mỏ ở những trận mưa và

được tiêu thoát tự nhiên theo mương rãnh chảy về phía Bắc đổ ra sông Mông

Dương

Gần khu mỏ có hai nguồn nước mặt đáng kể là hồ Bara và suối Khe Chàm: Lưu lượng suối Khe Chàm đo được lúc mưa to lớn nhất Qmax = 2688 l/s, nhỏ nhất 0,045 l/s, vào mùa mưa lũ còn lớn hơn rất nhiều, làm ngập lụt cả một phần thung lũng Đá Mài

- Nước ngầm:Nước ngầm nằm trong tầng phủ Đệ Tứ (Q), tầng chứa than (T3n-r) và trong các đới đứt gãy Tầng chứa nước ngầm trong trầm tích (T3n- r) có mực nước giao động theo mùa vào nước mưa mực nước cao hơn mùa khô từ 2  4 m

1.1.3.3 Đặc điểm, điều kiện kỹ thuật mỏ

a Hiện trạng khai thác

Hiện nay mỏ than Cao Sơn đang khai thác ở các khu vực sau:

* Khu Đông Cao Sơn: Hiện tại mỏ đang tiến hành khai thác vỉa 14-5 và vỉa 13-1 đáy mỏ khai thác đến mức -10 m;

* Khu Cao Sơn: Mỏ đang khai thác tại vỉa 14-5, đáy khai trường hiện tại đến mức -70m ở phía Tây Bắc Cao Sơn;

* Khu Nam Cao Sơn: Là khu vực mới đưa vào khai thác từ năm 2005, đáy khai trường hiện tại đến mức +325m;

Năm 2010 mỏ đạt sản lượng than khai thác đạt 3,83 triệu tấn than nguyên khai, với khối lượng đất bóc đạt 27 triệu m3, hệ số bóc 7,04 m3/tấn

b Biên giới khai trường

Phía Bắc lấy đến đứt gãy L-L (để lại trụ bảo vệ mặt bằng sân công nghiệp

mỏ Khe Chàm II-IV), phía Nam đến đứt gãy A-A, phía Tây Bắc đến đứt gãy

E-E

Biên giới dưới sâu: -325

Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ than Cao Sơn xem bảng 1.3 (tính đến 01/01/2014)

làm bãi thải tạm rút ngắn cung độ vận tải đồng thời giải quyết khó khăn trong vấn đề đổ thải của cụm mỏ Đèo Nai - Cọc Sáu - Cao Sơn

Bảng 1.3.Các chỉ tiêu biên giới khai trường mỏ Cao Sơn

- HTKT: Mỏ than Cao Sơn áp dụng HTKT xuống sâu, dọc, một (hai) bờ

công tác, đất đá đổ bãi thải ngoài và bãi thải trong với việc áp dụng công nghệ khấu theo lớp đứng, và đào sâu đáy mỏ bằng MXTLGN Thông số HTKT xem bảng 1.4

- ĐBTB: Sử dụng ĐBTB máy khoan xoay cầu chạy điện, máy khoan thuỷ

lực có đường kính 127  245 mm kết hợp với máy xúc gầu cáp và máy xúc thuỷ lực gầu ngược có dung tích gầu 1,3  12 m3, vận tải bằng ô tô có tải trọng

3 Chiều rộng giải khấu, m 13,15 13,15 13,15 13,15 13,15 15

1.2.1 Đánh giá hiện trạng sử dụng ĐBTB ở các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Hiện nay, các khâu công nghệ chính trong khai thác lộ thiên của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh bao gồm: Khoan nổ, xúc bốc, vận tải và đổ thải đã được các mỏ cơ giới hóa gần như toàn bộ và chỉ còn khâu nạp nổ trong khâu làm tơi sơ bộ vẫn tiến hành bằng phương pháp thủ công

* Khâu làm tơi sơ bộ: máy khoan xoay cầu CБШ (  = 200÷250 mm) và máy khoan thủy lực có  = 127÷250 mm

* Khâu xúc bốc: máy xúc có dung tích từ 3,5÷12 m3 xúc đất đá Công tác xuống sâu và khai thác than là các MXTLGN có dung tích gàu từ 2,5÷3,5 m3

* Khâu vận tải:

- Đất đá: Dùng ô tô tải trọng từ 27÷96 tấn;

- Than: Dùng chủ yếu là ô tô 16÷40 tấn hoặc phối hợp với ô tô - băng tải

* Khâu thải đá: Dùng máy gạt công suất từ 180÷320 HP

Các máy khoan có đường kính 127÷250 mm Thời gian đưa máy khoan xoay cầu thủy lực vào hoạt động lâu nhất là 10 năm và mới nhất là 02 năm Các máy khoan có chất lượng loại A, B và có một số loại C, năng suất cao đạt

từ 70.000÷77.600 mk/năm và vượt định mức vủa Vinacomin

Với khả năng linh hoạt cao, di chuyển dễ dàng, máy khoan thủy lực thích nghi làm việc trong điều kiên địa hình chật hẹp, dốc, làm việc theo chế độ khoan tự động và bán tự động, do tốc độ cắt, phá đất đá trên gương lỗ khoan lớn, áp suất khí nén thổi phoi cao vì thế làm tốc độ, năng suất khoan lớn, có khả năng khoan nghiêng dễ dàng

Công tác nổ mìn ở các mỏ từ năm 1997 trở lại đây sử dụng thuốc nổ sản xuất trong nước ở các xí nghiệp Bộ quốc phòng, Công ty Hóa chất Mỏ bao gồm: ANFO, Watergel, NT-13, Zecno 79/21, phụ kiện nổ của Úc và Ấn Độ

Sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai phi điện, sử dụng thuốc nổ thông thường trong các lỗ khoan có nước nhằm giảm chi phí nổ mìn

2 Khâu xúc bốc

Các mỏ vẫn sử dụng chủ yếu máy xúc ЭKΓ do Nga chế tạo Dung tích gàu xúc từ 4,6÷10 m3, chất lượng chủ yếu loại C, có 04 chiếc ЭKΓ-10 (E=10m3) loại A, B như ở mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu

Có những thời điểm sự kết hợp đồng bộ ЭKΓ-8U với ô tô < 40 tấn, ЭKΓ-10 kết hợp với ô tô < 58 tấn như ở các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu là chưa hợp lý vì theo thống kê của Nga năng suất của đồng bộ ЭKΓ-8U và ô tô 75 tấn gấp từ 2,36÷2,7 lần so với đồng bộ ЭKΓ-8U với ô tô 27÷40 tấn Đây cũng

là lý do dẫn tới năng suất máy xúc ЭKΓ-8U, 10 hiện nay của các mỏ còn thấp chưa đạt năng suất tối đa

Những năm gần đây các mỏ đã đầu tư MXTLGN với dung tích gàu từ 6,7÷12 m3 Qua thời gian hoạt động, MXTLGN đã chứng minh những ưu điểm nổi bật của mình: Áp lực trên nền nhỏ, cơ động, quỹ đạo mềm dẻo, xúc được ở vị trí dưới mức máy đứng và đã thể hiện là thiết bị không thể thiếu được khi các mỏ khai thác xuống sâu

Đối với các mỏ như: Đèo Nai, Cọc Sáu việc dùng đồng bộ ЭKΓ-4,6 và ЭKΓ-5 phối hợp với ô tô 40 tấn là tương đối phù hợp trong những năm trước

đây khi chiều sâu khai thác còn thấp, hệ số bóc nhỏ, chưa đòi hỏi cường độ khai thác lớn Hiện nay các mỏ càng xuống sâu, khai thác với hệ số bọc lớn thì đồng bộ trên không còn hợp lý và có một số nhược điểm dẫn tới giảm năng suất và giá thành khai thác cao Do đó đồng bộ thiết bị trên được các mỏ

sử dụng xúc bốc đất đá ở những tầng trên mức thoát nước tự chảy để tận dụng tối đa năng lực xúc bốc của máy xúc ЭKΓ

3 Khâu vận tải

Các mỏ than có cùng đặc điểm khai thác trên sườn núi đều đang khai thác dưới mức thoát nước tự chảy, hình thức vận tải chủ yếu bằng ô tô Việc khai thác xuống sâu ảnh hưởng rất lớn đến công tác vận tả do chiều cao nâng tải, cung độ vận tải lớn, số đoạn cua vòng tăng Các mỏ đều chia ra thành nhiều khu vực khai thác và có nhiều bãi thải, một số mỏ có thể tận dụng đổ thải trong

Hiện nay, các mỏ chủ yếu sử dụng hệ thống bãi thải ngoài với công nghệ

đổ thải sử dụng ô tô -máy ủi, khối lượng hàng năm khoảng 80÷100 triệu m3

Việc đổ thải bãi thải ngoài có nhược điểm cơ bản là chiếm dụng diện tích lớn, gây trượt lở bãi thải và bồi lấp hệ thống sông suối, ô nhiễm môi trường và ảnh

hưởng đến cảnh quan đô thị như các bãi thải nam Đèo Nai,… Công tác đổ thải hiện nay là một vấn đề phức tạp và cần thiết đối với tập đoàn than

5 Ổn định bờ mỏ

Trong những năm gần qua và hiện nay tại một số điểm mỏ xảy ra hiện tượng trượt lở bờ mỏ như bờ Nam và Đông bắc mỏ Cọc Sáu, mỏ Đèo Nai Các nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng tụt lở bờ mỏ là đất đá yếu, phay phá, tác động của nước ngầm, bờ mỏ ngày một nâng cao với góc dốc lớn, cắt vào chân bờ mỏ, phương pháp nổ mìn tạo biên chưa được áp dụng, chưa có các biện pháp gia cố bờ mỏ hữu hiệu Biện pháp xử lý cơ bản hiện nay là xuống đến đâu bóc xúc dọn dẹp đến đó

6 Công tác đào sâu và khai thác chọn lọc

Hiện nay, các mỏ đã và đang tiến hành khai thác than dưới mức thoát nước tự chảy Công tác đào sâu đáy mỏ có một số đặc điểm: Tiến hành theo mùa (từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau), trước mỗi mùa đào sâu phải bơm cạn nước và vét bùn

Công tác đào sâu đáy mỏ sử dụng máy xúc tay gàu có những nhược điểm

cơ bản: Áp lực lên nền lớn, dễ gây ra hiện tượng lầy lún khi di chuyển trên các tầng than đất ẩm ướt Chiều sâu đào dưới mức máy đứng nhỏ (<1,5m) nên việc đào hố bơm thu nước ở đáy mỏ rất phức tạp, mất nhiều thời gian và chỉ đạt độ sâu từ 3÷4 m dẫn đến việc tháo khô chưa triệt để, đáy mỏ vẫn lầy lội giảm năng suất thiết bị xúc

Do đặc tính ưu việt của MXTLGN đến nay các mỏ đã sử dụng để đào sâu đáy mỏ và khai thác than, dung tích gàu phổ biến từ 1,8÷3,5 m3

Ưu điểm nổi bật là đào nhanh các hố bơm (sâu 3÷7,5 m) ở các vị trí chính xác theo yêu cầu của khai thác, tạo điều kiện để tăng năng suất của các MXTLGN

* Nhận xét

Các thiết bị khai thác hiện tại ở các mỏ gồm nhiều chủng loại với các thông số làm việc khác nhau Các thiết bị như máy khoan xoay cầu và máy khoan thủy lực có đường kính d=127÷250 mm, máy xúc dung tích E≤6,7m3, ô

tô có tải trọng ≤58 tấn đều hoạt động có hiệu quả và đảm bảo được năng suất

theo định mức

Ngoài ra các mỏ đã đầu tư những loại thiết bị lớn như: máy xúc có dung tích E=8÷12 m3, ô tô có tải trọng q=91÷96 tấn Các loại thiết bị này theo đánh giá và thống kê tại một số mỏ, chúng chưa đạt được năng suất theo định mức của Tập đoàn ban hành Do một số nguyên nhân như: Chúng vẫn hoạt động trên các bờ mỏ với các thông số HTKT của các thiết bị có công suất nhỏ, số lượng ô tô phục vụ cho một tổ hợp chưa đủ

1.2.2 Đánh giá thực trạng các tổ hợp ĐBTB ở các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Hiện nay, các mỏ đang tồn tại nhiều loại tổ hợp ĐBTB hoạt động, cụ thể đối với từng mỏ như sau:

- Mỏ Cao Sơn: Máy khoan đường kính d = 200÷250mm, máy xúc E=2,0÷12m3, ô tô tải trọng q=27÷96 tấn, máy gạt công suất từ 220÷320 HP

- Mỏ Đèo Nai: Máy khoan đường kính d = 230÷250mm, máy xúc E=2,0÷6,7m3, ô tô tải trọng q=27÷91 tấn, máy gạt công suất từ 220÷320 HP

- Mỏ Cọc Sáu: Máy khoan đường kính d = 200÷243mm, máy xúc E=2,0÷10m3, ô tô tải trọng q=27÷91 tấn, máy gạt công suất từ 220÷320 HP Dựa trên kết quả thống kê các thiết bị khai thác của các mỏ như trên, quan hệ giữa các thiết bị trong tổ hợp ĐBTB và thực tế sử dụng các tổ ĐBTB

ở các mỏ, chia ra các tổ hợp ĐBTB bóc đất đá và than trên các mỏ này được thể hiện trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Các tổ hợp ĐBTB bóc đất đá trên các mỏ

TT Tên tổ hợp Máy xúc

(Dung tích, m3)

Ô tô (Tải trọng, tấn)

Máy khoan (Đường kính, mm)

Bảng 1.6 Các tổ hợp ĐBTB khai thác than trên các mỏ

(Dung tích, m3)

Ô tô (Tải trọng, tấn)

1 Chiều cao tầng khai thác, H m 10÷12 12÷15 12÷15 12÷15

2 Chiều cao phân tầng, h m 5÷6 6÷7,5 6÷7,5 6÷7,5

3 Chiều rộng mặt tầng công tác,

4 Chiều rộng dải khấu m 13÷15 13÷15 13÷15 13÷15

5 Chiều rộng đai vận tải m 9÷15 15÷20 20÷25 20÷27

6 Góc nghiêng sườn tầng độ 60÷70 60÷70 60÷70 60÷70

7 Góc nghiên bờ công tác độ 20÷32 20÷32 20÷32 20÷32

Từ các số liệu ở bảng 1.5 và bảng 1.7, nhận thấy rằng: trong quá trình khai thác các mỏ sử dụng các tổ hợp ĐBTB với các thông số HTKT như hiện nay đã mang lại hiệu quả kinh tế trong một số điều kiện nhất định Những ưu điểm này đạt được do sự phù hợp của các thiết bị khai thác với các thông số HTKT và các tổ hợp ĐBTB như: máy khoan có đường kính d=127÷250 mm, máy xúc có dung tích gàu E=3÷6,7 m3, ô tô có tải trọng q=27÷58 tấn, cùng với các thông số HTKT như: chiều cao tầng H=10÷15m, chiều rộng mặt tầng công tác Bmin = 30÷40m, góc nghiêng bờ công tác φ = 20÷300 Các tổ hợp thiết bị này đang hoạt động hiệu quả với các thông số HTKT như trên và đảm bảo được năng suất của ĐBTB

Trong những năm gần đây các mỏ đã tiến hành đầu tư một số loại thiết bị như: máy xúc có dung tích gàu E=6,7÷12 m3

, ô tô có tải trọng q=55÷96 tấn, các thiết bị này được coi là ĐBTB có công suất lớn Các loại thiết bị này đang

hoạt động trên những thông số HTKT được thiết kế cho những tổ hợp ĐBTB nhỏ, nên các loại thiết bị này hoạt động chưa đạt hiệu quả như mong muốn và chưa đạt được năng suất do Tập đoàn TKV đề ra

Hiện nay, các mỏ đều mở rộng quy mô và công suất khai thác, các thiết

bị khai thác được đầu tư qua nhiều năm, với chủng loại thiết bị có các thông

số làm việc khác nhau trong cùng một điều kiện mỏ Đi cùng với sự khác nhau về chủng loại, thông số làm việc dẫm đến làm ảnh hưởng tới các thông

số của HTKT Các thông số HTKT ảnh hưởng ngược lại tới hiệu quả làm việc của các thiệt bị khai thác lớn như:

* Chiều cao tầng

- Theo thiết kế, chiều cao tầng của một mỏ được tính toán phù hợp với các thiết bị trong các khâu: Khoan - nổ mìn, xúc bốc, vận tải, thải đá Khi chiều cao tầng đực tính toán và lựa chọn phù hợp sẽ làm tăng năng suất thiết

bị, giảm chi phí khoan, nổ, phụ kiện nổ, chỉ tiêu thuốc nổ, cung độ và khối lượng vận tải

- Thiết bị khai thác ảnh hưởng tới chiều cao tầng là máy xúc và máy khoan và ngược lại chiều cao tầng được lựa chọn phù hợp sẽ làm tăng hiệu quả làm việc của các thiết bị đó

- Chiều rộng dải vận tải phù hợp sẽ làm tăng khả năng lưu thông xe theo thiết kế, từ đó đảm bảo năng suất của thiết bị vận tải Ở một số mỏ hiện nay các loại xe có tải trọng lớn khi phải chạy trên đường có thông số của các xe có tải trọng nhỏ hơn sẽ làm giảm tốc độ, từ đó dẫn đến làm giảm năng suất của ô

tô

Ngoài các thông số chính của HTKT như trên, còn một số thông số như: Chiều dài tuyến công tác, chiều dài bloc xúc,… đều có ảnh hưởng tới hiệu quả làm việc của các thiết bị khai thác

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.1 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trên các mỏ lộ thiên thế giới

2.1.1 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu chuẩn bị đất

đá

Ba khâu công nghệ cơ bản trong dây chuyền sản xuất trên mỏ lộ thiên là chuẩn

bị đất đá, xúc bốc và vận tải Phương tiện kỹ thuật dùng cho các khâu này rất phong phú và đa dạng, bao gồm các thiết bị khoan, chất nổ và phương tiện nổ, các loại máy xúc và các thiét bị phụ trợ có chức năng tương tự, các phương tiện vận tải , các phương tiện thiết bị này ngày một hoàn thiện và phát triển, đặc biệt là vào nửa cuối thế kỷ XX

Để cơ giới hoá khâu chuẩn bị đất đá và quặng cho xúc bóc có thể dùng phương pháp cơ giới (dùng máy xúc điều khiển sụt lở tự nhiên, dùng máy xới, máy

ủi, máy nghiền đập - chất bốc), năng lượng chất nổ (máy khoan kết hợp với chất nổ

và phương tiện nổ), thuỷ lực (súng bắn nước, ống thẩm thấu), vật lý (âm điện, siêu âm), hoá học (chất trương nở),…

Về thiết bị khoan, có các loại máy khoan xoay, máy khoan đập xoay, máy khoan xoay cầu,… Trên các mỏ lộ thiên có đất đá cứng chủ yếu dùng hai loại máy khoan đập xoay và máy khoan xoay cầu

Đối với máy khoan đập xoay, trong những năm gần đây đã có 2 cải tiến quan trọng đó là thay thế đầu đập khí nén bằng đập thuỷ lực và đưa đầu đập xuống đáy lỗ khoan Việc thay thế đầu đập khí nén bằng đầu đập thuỷ lực đã làm tăng áp lực khoan từ 0,50,7 MPa lên 2530 MPa, nhờ đó tăng năng lượng một lần đập của pistông lên 5001000 J, tăng tần số đập lên 30005000 lần/phút Việc đưa đầu đập

bộ lớn trong công nghệ chế tạo máy khoan, làm tăng hiệu quả năng lượng đập của pistông lên gương lỗ khoan 1,31,6 lần, khắc phục hiện tượng chệch hướng lỗ khoan, giảm nguy cơ kẹt mũi khoan, tốc độ khoan của loại máy khoan này trong đất đá cứng có thể đạt tới 60 m/giờ

Hình 2.1 Máy khoan thủy lực ROC T35M của hãng Atlas - Copco

Đối với máy khoan xoay cầu, nhiều hãng máy mỏ lớn hơn như Ingersoll-Rand, Busirus-Erie, Tamrock, đã chế tạo được các máy khoan đường kính từ 160380

mm, khoan sâu đến 55 m, có trang bị hệ thống tự động điều kiển chế độ khoan, hệ thống định vị toàn cầu GPS để xác định chính xác vị trí lỗ khoan Tốc độ khoan của máy DM- 45/LP có thể đạt tới 42 m/h trong đá granít Đường kính máy khoan cầu 120A cũng của hãng P&H lên tới 387 mm, chiều sâu khoan một cần là 9,8 m,

Các hãng chế tạo máy khoan của LB Nga như Buzuluxki, Voronhetxki, cũng đang cải tiến các loại máy khoan CBS đã có theo hướng mở rộng đường kính lỗ khoan và nâng cao chiều sâu khoan Máy khoan xoay cầu - nhiệt CBS -250 MHP đã được đưa vào sử dụng trên các mỏ sắt lộ thiên vùng KMA để khoan đất đá cứng sâu tới 19 m mà không phải nối cần, phần nạp thuốc được mở rộng tới 400 mm bằng mũi khoan nhiệt kèm theo Theo ý kiến của các chuyên gia mỏ của LB Nga, thì tương lai phải chế tạo các máy khoan xoay cầu có đường kính tới 450mm hoặc lớn hơn và phải đạt được chiều sâu khoan 4560 mm

Về chất nổ, bên cạnh sự phát chế ANFO (1954) một loại chất nổ dễ chế tạo,

nguyên liệu phong phú có, sức công phá tốt, an toàn trong sản xuất, bảo quản và sử

dụng; giá rẻ (bằng 70% amônít) và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường Năm

1960 các nhà khoa học đã phát chế thành công chất nổ ngậm nước (Watergel) có tỷ

trọng tới 1,251,26 và sức công phá 320330 cm3 để nổ trong môi trường ngậm

nước Tuy nhiên loại chất nổ này có nhược điểm là đường kính tới hạn lớn (80 mm),

tính ổn định hoá học kém và đắt tiền Để khắc phục các nhược điểm trên các nhà

khoa học Mỹ đã nghiên cứu thành công chất nổ nhũ tương (Emusion

Explosivex-1978) với những ưu điểm nổi bật: tỷ trong 1,251,30; sức công phá 330340 cm3;

có khả năng chịu nước tới 72 giờ; không gây ô nhiễm môi trường; có đường kính

tới hạn nhỏ (32 mm), an toàn trong sản xuất, bảo quản và sử dụng, đặc biệt là từ khi

chế tạo được các bong bóng thuỷ tinh (chất tăng nhậy nằm trong chất nổ nhũ tương)

và giá rẻ hơn chất nổ ngậm nước Sự ra đời của chất nổ nhũ tương được đánh giá

như một đột phá trong công nghiệp chế tạo chất nổ công nghiệp của thế kỷ XX

Hình 2.2 Xe nạp thuốc nổ nhũ tương đang chuẩn bị nạp mìn

Để khởi nổ các lượng thuốc, năm 1970 Công ty Nitro-Nobel (Thụy Điển) đã

chế tạo và đưa ra thị trường hệ thống kích nổ vi sai phi điện thay thế cho các

phương tiện nổ truyền thống Sự kiện này được coi là một phát minh quan trọng

nhất trong công nghệ nổ mìn của thế kỷ XX Sử dụng phương tiện nổ phi điện có độ

tin cậy và độ an toàn cao, cho phép thiết kế sơ đồ nổ vi sai linh hoạt với số lượng

không hạn chế các lượng thuốc, không chịu tác động của dòng điện lạc và sóng điện

từ, đấu phép mạng nổ đơn giản, cho phép nổ vi sai ngay trong nỗ khoan, hiệu quả

phá vỡ đất đá cao, cỡ hạt đều, kích thước đống đá gọn, giảm hậu xung, giảm chi phí

chất nổ

Hình 2.3 Minh họa một mạng nổ mìn vi sai phi điện

Bên cạnh phương tiện nổ phi điện, sự ra đời của kíp nổ điện tử cũng có giá trị

lớn về khoa học, cho phép điều khiển vi sai tới từng nỗ mìn với mọi giãn cách thời

gian bất kỳ (12 ms), giảm tới mức nhỏ nhất lượng thuốc phát nổ tại một thời điểm,

giảm biên độ cực đại của chấn động so với khi điều khiển bằng kíp điện thường tới

77 % (kết quả đo tại công trình đường hầm Marin - Tây Ban Nha-7/2001)

Áp lực của những đòi hỏi khắt khe về bảo vệ môi trường ở những năm cuối

thế kỷ XX thúc đẩy các nhà khoa học đi tìm những giải pháp phá vỡ đất đá mà

không cần tới nổ mìn Chất phá đá NPV-7B, Dexpan, hệ thống phá đá CardoxTube,

phá đá bằng chất hoạt tính bề mặt, mở đầu cho công nghệ phá đá sạch ở nhiệt độ

thấp, không gây chấn động lớn, không bụi, không có đá bay, không xả khí độc vào

môi trường Tuy nhiên các giải pháp phá đá này chưa thể thay thế cho phương pháp

nổ mìn ở quy mô lớn Bên cạnh đó sự phát triển của công nghệ chế tạo máy đã tạo

tiền đề để tiếp tục hoàn thiện đầu đập thuỷ lực, máy xúc có răng gàu tích cực, máy

liên hợp phay cắt đá

tấn, công suất 6001100 Kw, có thể xới sâu 1,61,8 m trong đất đá có tốc độ truyền

âm dưới 30003500 m/s (Bảng 2.1) Các máy xới có công suất và trọng lượng trong

phạm vi đó phải kể đến là 10N, 11N của hãng Caterpillar, 275A, D375A,

D-475A, D-575A của hãng Komatsu, TT-300P-1-0,1; T-500P-1; T-50-01 của Nga,…

Tờ World Mining Equipment tháng 2/2000 thông báo rằng hãng Caterpillar vừa cho

ra đời loại máy xới mới D-11R có trang bị hệ thống tự động điều khiển lưỡi gạt và

bộ phận chuẩn đoán sự cố trong quá trình xới

Hình 2.4 Minh họa chiếc máy xới CAT D11N đang làm việc Bảng 2.1 Năng suất của các máy xới phụ thuộc vào V e của đất đá, m 3 /năm

Chiếc búa thuỷ lực được ra đời đầu tiên năm 1967 do hãng Krupp-Berco Bautechnik của CHLB Đức chế tạo Sau 4 lần cải tiến năm 1985, 1995, 1998 và năm 2000, các búa thuỷ lực Eco và Marathonra đã được trang bị thêm các bộ phận chống rung, chống ồn và bảo vệ an toàn để trở thành các phương tiện phá đá có

năng suất cao và điều khiển hiện đại Tới nay đã có nhiều hãng sản suất búa thuỷ lực để phá đá quá cỡ, cậy bẩy đá trong nguyên khối, trên mỏ lộ thiên như Atlas Copco, Stanley, Rammer, Indeco, Socomec, IR Motabert, Hitachi, Furukawa, lực đập của các loại búa lớn (HM-4000 của hãng Kurpp) có thể tới 65120 tấn Năng suất đập của búa HM-2600 là 180540 tấn/giờ và của HM-4000 là 230 680 tấn/h tuỳ theo độ cứng của đá Với năng suất trên búa thuỷ lực thực sự là một thiết bị khai thác đá trực tiếp mà không cần khoan nổ - mìn Búa thuỷ lực hiện đang sử dụng trên nhiều mỏ lộ thiên trên thế giới với tư cách là một thiết bị phá đá chủ yếu trong đồng

bộ thiết bị sử dụng của mỏ

Hình 2.5 Đầu đập thủy lực Kurpp HM4000 phá đá

2.1.2 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị trong khâu xúc bóc

Khâu xúc bóc và chất lên phương tiện vận tải có thể dùng máy xúc (máy xúc nhiều gàu, máy xúc một gàu, máy xúc tải, máy chất tải), máy khoan xoắn một gàu hoặc các thiết bị thuỷ lực (máy khuấy, máy bơm bùn, súng bắn nước, tàu cuốc) Phần lớn các mỏ lộ thiên thế giới ngày nay đều sử dụng máy xúc dung tích gàu 1015 m3 (Bảng 2.2) và hơn đồng bộ với ô tô tải trọng 75120 tấn và hơn Ngay ở LB Nga theo số lượng 1991 thì tổng dung tích gầu dưới 10 m3 chỉ chiếm có 18%, còn lại 82% là dung tích gàu từ 10100 m3

Bảng 2.2 Đặc tính kỹ thuật của một số máy xúc tay gàu lớn

than Wioming (Mỹ) Máy xúc này đã đạt kỷ lục về năng suất bóc đất đá 26,7 triệu

m3/năm

Hình 2.6 Minh họa chiếc máy xúc gầu cáp P&H 4100XPC

Tương tự như máy xúc tay gàu kéo cáp, sau 3 năm nghiên cứu thử nghiệm,

năm 2001 hãng chế tạo máy mỏ P&H (Hannisfeger) đã cho ra đời chiếc máy xúc

gàu treo 2570-WS chạy bằng động cơ dẫn động cơ khí có trang bị hệ thống chuẩn

đoán điện tử phát tín hiệu khi có sự cố hỏng hóc và hệ thống điều khiển hiện đại với

dung tích gầu 120 m3, chiều dài cần tới 128 m Trọng lượng tổng cộng của máy tới

7271 tấn

Hình 2.7 Minh họa chiếc MXGT 2570 – WS của hãng P&H

Xu hướng chuyển đổi các thiết bị xúc bóc và vận tải có cơ cấu công tác hoạt động theo chu kỳ sang thiết bị có cơ cấu công tác hoạt động liên tục tuy đã được khẳng định, nhưng tính phổ cập của chúng chưa cao mà chỉ hạn chế sử dụng trên một số mỏ (các mỏ than nâu, một vài mỏ sa khoáng ) hoặc ở một vài bộ phận sản xuất không chủ chốt (vận tải than trong mỏ, vận tải thành phẩm ở trạm gia công chế biến, ) trong khi đó thì xu hướng mở rộng công suất của thiết bị xúc bóc và tăng tải trọng thiết bị vận tải đang được các nhà chế tạo máy mỏ và người sử dụng hưởng ứng ngày càng đông với yêu cầu ngày một cao

Hình 2.8 Minh họa một hệ thống xúc bốc, vận tải và thải đá liên tục

Bên cạnh các thiết bị xúc bóc trên, thì máy bốc (Wheel Loader) đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên mỏ lộ thiên với chức năng như một thiết bị xúc bóc mới (Bảng 2.3), đặc biệt đối với các mỏ khai thác vật liệu xây dựng, mỏ có đất đá cứng nhưng được đập vỡ tốt

Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của một số máy bốc của hãng Komatsu

13

11

7,5 6,8

Năm 2001 hãng Komatsu vừa xuất xưởng một sêri WA-1200-3 để cung cấp

cho Australia, Mỹ, Canađa và trong nước sau khi đã thử nghiệm 3600 giờ hoạt động

với hệ số sử dụng thời gian 97% tại mỏ lộ thiên Graffin Coal mà làm việc vẫn tốt,

máy có dung tích gàu 30 m3, áp lực cột nước 1.274 KN, trọng lượng 200 tấn, chạy

bằng bánh lốp, thời gian chu kỳ xúc 31s, có hệ thống điện tử để điều khiển hoạt

động của động cơ, báo hiệu tình trạng làm việc của các chi tiết máy và điều khiển

hệ thống thuỷ lực

Hình 2.9 Minh họa chiếc máy bốc WA800-3 của Komatsu

Tuy nhiên sự kiện được coi là lớn làm thay đổi về chất của công nghệ khai

thác lộ thiên cuối thế kỷ qua là sự ra đời của máy thuỷ lực (MXTL) Từ chiếc

MXTL đầu tiên do hãng Demag chế tạo ra đời 1954 tới nay, trên thế giới đã có

nhiều hãng chế tạo MXTL như Oenstein Koppel, Liebherr (Đức), Orient, Caterpillar

(Mỹ), Ankerman, Volvo, Euclid (Thuỵ Điển), Polain (Pháp), Uran (Nga), Komatsu,

Hitachi, Kobelco (Nhật Bản), hãng Komatsu có tới 100 mã hiệu MXTL dung tích

gàu từ 0,833 m3, hãng Caterpillar có 50 mã hiệu với dung tích gầu 0,1827,5 m3,

hãng Hitachi có 40 mã hiệu với dung tích gầu 0,1125 m3 Bảng 2.4 giới thiệu những chiếc máy xúc thuỷ lực lớn nhất của hãng chế tạo máy mỏ nổi tiếng hiện nay Nhờ các hệ thống pistông thuỷ lực mà giữa gàu xúc với tay gàu, tay gàu với cần máy, cần máy với thân máy đều có thể quay tương đối với nhau, giúp cho tay gầu và gàu xúc MXTL có thể tạo nên quỹ đạo xúc bất kỳ, dẫn đến sử dụng lực xúc hợp lý, tiết kiệm năng lượng, giảm khối lượng máy, giảm mômen quán tính khi quay, rút ngắn thời gian chu kỳ xúc, xúc bóc chọn lọc và dọn sạch mặt tầng một cách dễ dàng,…

Bảng 2.4 Những chiếc MXTL kỷ lục hiện nay

17 27,5

324

326

Thuận Ngược PC8000-1 (KOMATSU)

Bảng 2.5 Đặc tính kỹ thuật của một số chiếc MXTLGN cỡ lớn

tiêu

1600-1

1600-SP-