CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VỈA DÀY
2.2. Công nghệ khai thác ở các vỉa dày dốc thoải nghiêng
2.2.2. Công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải, nghiêng ở Việt Nam
Hiện nay, để khai thác các vỉa dày m ≥ 3,5 m, α ≤ 350, ta có thể áp dụng nhiều công nghệ khai thác, chống giữ khác nhau, xem hình 2.14.
Hình 2.14. Sơ đồ công nghệ khai thác và chống giữ vỉa dày m ≥ 3,5 m, α ≤ 350 Một số mỏ than tại vùng than Quảng Ninh khi khai thác các vỉa dày người ta đang áp dụng các sơ đồ công nghệ sau:
- Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp nghiêng theo vỉa khấu than lò chợ lớp vách và lớp trụ, thu hồi than lớp giữa, tách phá than bằng khoan nổ mìn;
với sơ đồ công nghệ này thì chống giữ lò chợ lớp vách bằng cột thủy lực đơn xà khớp; chống giữ lò chợ lớp trụ bằng cột thủy lực đơn xà hộp, giá thủy lực di động, giàn tự hành, giá khung di động; lớp vách phá hỏa toàn phần, lớp trụ
Công nghệ khai thác và chống giữ vỉa dày m ≥ 3,5 m, α ≤ 350
Khấu toàn bộ
chiều dày vỉa Chia lớp
Lò chợ dài
Lò chợ ngắn
Chia lớp nghiêng
Chia lớp bằng
Chia lớp ngang nghiêng
Vì chống cơ khí hóa
Vì chống tổ hợp
Vì chống đơn
thu hồi than hạ trần; thứ tự khai thác lò chợ lớp vách trước và vượt trước lò chợ lớp trụ từ 60 đến 80m.
- Sơ đồ công nghệ khai thác khai thác cột dài theo phương hạ trần thu hồi than, với sơ đồ công nghệ này thì khấu lò chợ bám trụ, tách phá than bằng khoan nổ mìn; chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn xà hộp, giá thủy lực di động, giàn tự hành, giá khung di động; phá hỏa toàn phần có thu hồi than hạ trần.
Để làm rõ hơn, sau đây tác giả khái quát công nghệ khai thác và chống giữ đã áp dụng ở một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh trên cơ sở áp dụng công nghệ chống giữ lò chợ là giá khung di động và giá thủy lực di động.
2.2.2.1. Công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng giá khung di động loại ZH/1600/16/24Z ở Công ty than Mạo Khê
Để khai thác các vỉa dày dốc thoải, thì ở Mạo Khê áp dụng hệ thống chia lớp nghiêng theo vỉa, lò chợ liền gương, chống giữ bằng giá khung di động cho vỉa 6 Đông tầng -25/-80.
Vỉa 6 Đông có chiều dày trung bình 6,16 m, góc dốc trung bình 300. Vách trực tiếp là sét kết mềm yếu, phân lớp mỏng từ 0,08 1,2m, chiều dày vách trực tiếp từ 3 6m, đôi chỗ xuất hiện vách giả là lớp sét than dày trung bình 1,0m. Vách cơ bản là lớp cát kết có chiều dày trung bình 60m, hệ số kiên cố f = 7 8. Trụ trực tiếp là lớp sét kết xen kẽ chỉ than phân lớp mỏng, chiều dày trung bình 1,5 m tương đối mềm bở, dễ trương lở khi gặp nước và gây hiện tượng bùng nền. Trụ cơ bản là lớp bột kết và cát kết.
Vỉa 6 Đông tầng -80 -25 áp dụng hệ thống khai thác chia lớp. Lò chợ lớp trụ chống giữ bằng giá khung di động loại ZH/1600/16/24Z.
Sơ đồ khai thông và chuẩn bị xem hình 2.15 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật lò chợ xem bảng 2.5
Hình 2.15. Sơ đồ khai thông và chuẩn bị lò chợ vỉa 6 cánh Đông mức-85 -25 Công ty than Mạo
Bảng 2.5- Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật lò chợ lớp trụ vỉa 6 cánh Đông mức -80 -25 Công ty than Mạo Khê
TT TÊN CHỈ TIÊU Đơn vị Theo thiết
kế Thực hiện Chiều cao trung bình của lớp KT m 3,8 3,8
- Chiều cao khấu gương lò chợ m 2,2 2,2
1
- Chiều cao thu hồi than hạ trần m 1,6 1,6
2 Góc dốc vỉa trung bình độ 34 28
3 Trọng lượng thể tích của than t/m3 1,63 1,63
4 Chiều dài lò chợ trung bình m 100 107
5 Chiều dài theo phương khu KT m 750 750
6 Chiều rộng luồng khấu m 0,8 0,8
7 Tiến độ khai thác một chu kỳ m 0,8 0,8
8 Vật liệu chống gương Giá khung di động ZH/1600/16/24Z
9 Sản lượng than KT một chu kỳ t/ck 400 392
10 Số ca hoàn thành một chu kỳ ca 3 2,6
11 Hệ số hoàn thành chu kỳ 0,95 0,95
12 Sản lượng ngày đêm của lò chợ t 720 500
13 Sản lượng tháng của lò chợ t/tháng 18.000 15.420
14 Công suất lò chợ t/năm 210.000 185.000
15 Số công nhân lò chợ một chu kỳ người 99 94 16 Năng suất lao động trực tiếp t/công 7,27 4,2 17 Chi phí thuốc nổ cho 1000t than kg 140 115
18 Chi phí kíp nổ cho 1000t than cái 537 480 19 Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000t than kg 12,8 60
20 Tổn thất than do công nghệ % 29,2 30
2.2.2.2. Công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động GK/1600/1.6/2.4/HT ở Công ty than Hà Lầm
Ở Hà Lầm có các vỉa: V7, V10, V11, V14 là những vỉa có chiều dày trung bình trên 5m, góc dốc của vỉa nhỏ hơn 350.
Trước đây, để khai thác các vỉa trên Hà Lầm áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp nghiêng theo vỉa, chống giữ lò chợ bằng gỗ, cột ma sát+ xà kim loại. Từ năm 1999 đưa giá thủy lực di động và từ năm 2008 đưa giá khung di động GK/1600/1.6/2.4/HT vào chống giữ lò chợ với sơ đồ công nghệ hạ trần than nóc, chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động tại các lò chợ: LC V14 (-20 ÷ -10) khu 5 (Llc=70m); LC V14 (-70 ÷ -50) khu 2 (Llc=80m); LC V10 (-20 ÷ ±0) khu 7 (Llc=70m); LC V10 (±0 ÷ +30) khu 6 (Llc=80m); LC V10 (-30 ÷ ±0) khu 4 (Llc=70m); chống giữ cho lò chợ bằng giá khung di động ở các lò chợ: LC V10 (-36 ÷ +12) Khu 3; LC V10 (-65 ÷ - 45) Khu 3; LC V10 (-30 ÷ ±0) Khu 7.
Vỉa 10 có chiều dày thay đổi từ 1,65 ÷ 24,07 m, trung bình 5,12 m; góc dốc từ 5 ÷ 750, trung bình 270; Đá vách trực tiếp là bột kết dày 5,13 ÷ 11,2 m, trung bình 9 m, cường độ kháng nén trung bình δn = 664,19 KG/cm2; Vách cơ bản là cát kết dày 13 ÷ 22 m, cường độ kháng nén trung bình δn = 936,86 KG/cm2; Trụ trực tiếp chủ yếu là sét kết dày 2 ÷ 7 m, cường độ kháng nén 460 ÷ 801 KG/cm2, trung bình 582 KG/cm2.
Vỉa 11 có chiều dày từ 0,48 ÷ 43,03 m, trung bình 9,07 m; góc dốc từ 5 ÷ 600, trung bình 250; Đá vách trực tiếp là bột kết dày 5 ÷ 17 m, trung bình 11 m; Vách cơ bản là cát kết dày 10 ÷ 30 m, cường độ kháng nén trung bình δn =
969,75 KG/cm2; Trụ trực tiếp là bột kết có cường độ kháng nén 265 ÷ 1978 KG/cm2, trung bình 809,8 KG/cm2.
Sơ đồ khai thông và chuẩn bị xem hình 2.16
Hình 2.16. Sơ đồ khai thông và chuẩn bị cho lò chợ V10 khu III mức -36 +12 Công ty than Hà Lầm
Bảng 2.6- Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật lò chợ mức -36 +12 V10 khu III- Cty than Hà Lầm
TT TÊN CHỈ TIÊU Đơn vị Theo thiết
kế Thực hiện 1 Chiều cao trung bình của lớp KT m 7,0 7,0
- Chiều cao khấu gương lò chợ m 2,2 2,2
- Chiều cao thu hồi than hạ trần m 4,8 4,8
2 Góc dốc vỉa trung bình độ 14 14
3 Trọng lượng thể tích của than t/m3 1,42 1,53
4 Chiều dài lò chợ trung bình m 150 110 x 2
5 Chiều dài theo phương khu KT m 275 275
6 Chiều rộng luồng khấu m 0,8 0,8
7 Tiến độ khai thác một chu kỳ m 0,8 0,8
8 Vật liệu chống gương GK/1600/1.6/2.4/HT
9 Sản lượng than KT một chu kỳ t/ck 929 1323
10 Số ca hoàn thành một chu kỳ ca 2 2,5
11 Hệ số hoàn thành chu kỳ 0,95 0,95
12 Sản lượng ngày đêm của lò chợ t/ng.đ 1.394 794 13 Sản lượng tháng của lò chợ KT t/tháng 33.108 19.600
14 Công suất lò chợ t/năm 350.000 235.000
15 Số công nhân lò chợ một chu kỳ người 88 185 16 Năng suất lao động trực tiếp t/công 10,5 7,0 17 Chi phí thuốc nổ cho 1000t than kg 118 135 18 Chi phí kíp nổ cho 1000t than cái 356 364 19 Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000t than kg 8 98
20 Tổn thất than do công nghệ % 22 22,3
2.2.2.3. Công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng giá giá thủy lực di động XDY-1T2/LY ở Công ty than Nam Mẫu
Vỉa 6a mức +180/+190 T.IIA T.I có chiều dày trung bình 3,5 m. Góc dốc vỉa trung bình 12. Than thuộc loại bán Antraxit mầu đen, ánh kim, cấu tạo phân lớp mỏng đến dày và cấu tạo khối, than trong vỉa thường cứng dòn thường dễ vỡ, trong than có phát triển nhiều khe nứt vuông góc với mặt lớp, lớp than cứng thường nằm ở trụ vỉa, độ kiên cố của than f = 1-:-3, trong vỉa có 1 lớp kẹp đá sát trụ vỉa.
Đá vách vỉa bao gồm các tập lớp bột kết và sét kết xen kẽ, sát vách vỉa thường là bột kết, tiếp theo là cát kết. Bột kết màu xám đen hạt to đến nhỏ, lượng cát tương đối nhiều, trong tập lớp đá vách có kẹp một số lớp than mỏng và chỉ thạch cao. Bột kết có kết cấu rắn chắc có nhiều kẽ nứt phân lớp không rõ ràng, chiều dày trung bình 6m, cường độ kháng nén trung bình n = 352KG/cm2, dung trọng = 2,58T/m3. Cát kết màu xám đen hạt mịn, kết cấu rắn chắc có nhiều kẽ nứt, chiều dày trung bình 3m, cường độ bền nén trung bình n = 907KG/cm2, dung trọng = 2,64T/m3.
Đá trụ vỉa là loại bột kết rắn chắc, thuộc loại ổn định trung bình, chiều dày thay đổi từ 4,03 -:- 9,59 m trung bình 6,0 m.
Sơ đồ khai thông và chuẩn bị xem hình 2.17.
Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật xem bảng 2.7.
Hình 2.17. Sơ đồ khai thông và chuẩn bị lò chợ vỉa6a cánh Đông mức +180 +190 T.IIA-:- T.I Công ty than Nam Mẫu
Bảng 2.7- Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật lò chợ vỉa 6a mức +180-:- +190 T.IIA-:- T.I Công ty than Nam Mẫu
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Số lượng
Chiều dầy vỉa trung bình m 3,5
- Chiều cao khấu m 2,2
1
- Chiều dầy thu hồi m 1,3
2 Góc dốc trung bình độ 12
3 Trọng lượng thể tích của than T/m3 1,65
4 Chiều dài lò chợ trung bình m 85
5 Chiều dài theo phương khu khai thác m 270
6 Chiều rộng luồng khấu m 0,8
7 Tiến độ chu kỳ m 0,8
8 Vật liệu chống gương Gía thuỷ lực di động XDY - 1T2/LY
9 Sản lượng 1 chu kỳ Tấn 350
10 Sản lượng lò chợ 1 tháng Tấn 6500
11 Sản lượng lò chợ 1 năm Tấn 78000
12 Số công nhân lò chợ 1 chu kỳ người 112 13 Năng suất lao động trực tiếp T/công 3,125 14 Chi phí thuốc nổ cho 1000 T than Kg/1000T 121,43 15 Chi phí kíp nổ cho 1000 T than Kíp/1000t 485,701 16 Chi phí lưới thép cho 1000 T than Kg/1000T 544 17 Chi phí gỗ cho 1000 T than m3/ 1000T 12,6 18 Chi phí dầu nhũ tương cho 1000 T than Kg/1000T 173,8
19 Tổn thất than do công nghệ % 12
2.2.2.4. Công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn kết hợp với xà hộp ở Công ty than Thống Nhất
Phân vỉa 6B lò một phân vỉa có cấu tạo phức tạp, ở phân khu Bắc chiều dày vỉa thay đổi (theo cả đường phương và hướng dốc) từ 16,5m 29,5m, trung bình 19,5m. Góc dốc thay đổi từ 120 250, trung bình 210.
Lò chợ lớp 1(-35 -:- +8) PV6B cánh Bắc áp dụng công nghệ chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn kết hợp với xà hộp, hạ trần than nóc.
Sơ đồ khai thông và chuẩn bị xem hình 2.18.
Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật xem bảng 2.8.
Hình 2.18. Sơ đồ khu vực lò chợ lớp 1 (-35 -:- +8) PV6B cánh Bắc- Cty Than Thống Nhất
Bảng 2.8: Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ lớp 1 (-35 -:- +8) PV6B cánh Bắc khu Lộ Trí, Công ty than Thống Nhất
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Số lượng
1 Chiều dầy vỉa trung bình m 4,65
2 - Chiều cao khấu m 2,2
3 - Chiều dầy thu hồi m 2,45
4 Góc dốc độ 12 -:- 25
5 Chiều dài lò chợ trung bình m 90
6 Chiều dài theo phương khu khai thác m 270
7 Chiều rộng luồng khấu m 0,7
8 Tiến độ chu kỳ m 1,4
9 Vật liệu chống gương Gía thuỷ lực di động XDY-1T2/LY
10 Sản lượng 1 chu kỳ Tấn 727
11 Số chu kỳ một ngày đêm Chu kỳ 0,75
12 Số chu kỳ một tháng Chu kỳ 17
13 Sản lượng lò chợ 1 tháng Tấn 12 359
14 Sản lượng lò chợ 1 năm Tấn 150 000
15 Số công nhân lò chợ 1 chu kỳ người 112
16 Năng suất lao động trực tiếp T/công 6,96 17 Chi phí thuốc nổ cho 1000 T than Kg/1000T 99 18 Chi phí kíp nổ cho 1000 T than Kíp/1000t 495 19 Chi phí lưới thép cho 1000 T than Kg/1000T 486 20 Chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000 T than m/ 1000T 8 21 Chi phí dầu nhũ tương cho 1000 T than Kg/1000T 185,7
22 Tổn thất than do công nghệ % 17,32
Trong các loại hình công nghệ khai thác vỉa dày thì tính sập đổ của đá vách vỉa ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả áp dụng công nghệ khai thác hạ trần.
Đá vách dễ sập đổ là điều kiện thuận lợi để thực hiện sơ đồ khai thác lò chợ hạ trần, vì khi đó sẽ giảm đáng kể tải trọng tác dụng lên gương lò chợ. Nếu đá vách bền vững, khó sập đổ thì sau khi hạ trần than chúng sẽ bị treo theo kết cấu dầm ngàm; đá vách treo càng dài thì áp lực tựa lên trần than và gương lò càng lớn. Khi đó có thể thực hiện công nghệ khai thác chia lớp nghiêng - hạ trần, vì có thể tiếp cận được vách vỉa để tác động phá sập vách cưỡng bức; tuy nhiên loại đá vách này khi sập đổ thường xuất hiện các khối, tảng lớn gây tải trọng động, có thể làm xô lệch vì chống lò chợ và làm thủng, rách lớp lưới ngăn cách.
Cùng với tính chất đá vách, chiều dày trần than ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi: chiều dày trần than mỏng mà vách cứng, khó sập đổ thì tổn thất than lớn; khi vỉa than rất dày thì tổn thất than hạ trần cũng tăng cao. Điều đó cho thấy sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ hạ trần đạt hiệu quả tốt đến một giới hạn chiều dày vỉa nhất định, khi chiều dày vỉa lớn hơn cần áp dụng công nghệ khai thác khác, chẳng hạn khai thác chia lớp, hoặc chia lớp - hạ trần.
Ở vùng Quảng Ninh, các vỉa than có chiều dày m ≥ 5m, độ dốc nhỏ ≤ 350 được áp dụng các hệ thống khai thác sau đây:
- Hệ thống khai thác chia cột dài theo phương: với hệ thống khai thác này trước đây đã từng chống lò chợ bằng gỗ, thu hồi than nóc (Hà Lầm); sau đó sử dụng cột thủy lực đơn xà hộp, hiện nay thường sử dụng các loại Giá thủy lực di động hoặc giá khung di động để chống giữ và hạ trần than nóc. Áp dụng ở Nam Mẫu, Hà Lầm…
+ Ưu điểm:
- Khối lượng đường lò chuẩn bị nhỏ, chi phí đào lò thấp.
- Dễ khắc phục khi chiều dày vỉa thay đổi.
- Giảm bớt số lần chuyển diện khai thác, tiết kiệm chi phí lắp đặt và di chuyển lò chợ.
- Giảm bớt khối lượng công việc, giảm thấp chi phí bảo dưỡng đường lò, vật liệu hơn so với khai thác chia lớp.
- Nâng cao tỉ lệ than cục, nâng cao giá trị của than nguyên khai.
- Giảm bớt chi phí vận hành thiết bị ( như máy khấu than).
- Có lợi cho sản xuất và điều khiển tập trung của mỏ, có lợi cho thực hiện mục tiêu giảm nhân công, nâng cao hiệu quả.
- Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành.Theo thông kê tư liệu cho thấy, khai thác hạ trần nâng cao được hiệu quả công việc gấp 25 lần khai thác chia lớp.
- Đối với vỉa dày có độ dày thay đổi lớn thì càng có lợi cho việc nâng cao tỉ lệ thu hồi, nâng cao tỉ lệ vận dụng tài nguyên.
+ Nhược điểm:
- Tổn thất than lớn, đối với vỉa có độ dày ổn định thích hợp cho khai thác hết chiều dày và khai thác chia lớp, thì tỉ lệ thu hồi của lò chợ hạ trần cơ giới hoá tổng hợp thấp, bình thường khoảng 80 85%.
- Bụi than nhiều, bình thường cao hơn khai thác phân tầng 13 lần.
- Khó khăn khi điều khiển đá vách.
* Hệ thống chia lớp nghiêng: khi áp dụng hệ thống khai thác chia lớp nghiêng theo vỉa thì bố trí lò chợ ở lớp vách và lớp trụ, thu hồi than lớp giữa.
Lò chợ lớp vách chống giữ bằng cột thủy lực đơn xà khớp, cột thủy lực đơn +xà hộp, giá thủy lực di động; còn lớp trụ sử dụng giá thủy lực di động hoặc giá khung di động. Áp dụng ở Nam Mẫu, Thống Nhất, Mạo Khê, Hà Lầm.
Trong hệ thống khai thác chia lớp nghiêng theo vỉa thông thường hướng khấu của lò chợ là khấu dật (cột dài theo phương), chỉ có duy nhất ở Mạo Khê là khấu đuổi (liền gương)
+ Ưu điểm:
- Thuận lợi cho khâu điều khiển đá vách.
- Tổn thất than nhỏ.
+ Nhược điểm:
- Khối lượng đường lò chuẩn bị lớn. tăng khối lượng công việc, tăng chi phí bảo dưỡng đường lò, vật liệu hơn so với khai thác không chia lớp.
- Khi chiều dày và độ dốc của vỉa thay đổi thì việc chia lớp gặp khó khăn.
- Khi than, đá trụ có tính trương nở thì nước ở lớp đã khai thác phía trên ngấm xuống lớp phía dưới làm giảm chất lượng than, gây khó khăn cho công tác chống giữ.
2.2.2.5.Nhận xét chung
1. Tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh khai thác các vỉa dày có độ dốc đến 350 đã và đang áp dụng các sơ đồ công nghệ khai thác khấu toàn bộ chiều dày vỉa, khấu lớp trụ hạ trần than nóc và chia lớp nghiêng hạ trần than lớp giữa hoặc hạ trần than ở các lớp, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ gương khai thác bằng vì chống gỗ, vì chống ma sát, cột thuỷ lực đơn kết hợp xà kim loại, giá thuỷ lực di động và giá khung di động. Tại mỏ than Khe Chàm đã tiến hành áp dụng công nghệ khai thác khấu toàn bộ chiều dày vỉa, sử dụng cơ giới hoá bằng máy com bai kết hợp giá thuỷ lực di động và dàn chống tự hành. Các kinh nghiệm đạt được trên là tiền đề trong việc áp dụng cơ giới hoá đồng bộ khai thác vỉa dày có độ đốc đến 350 vùng Quảng Ninh.
2. Quá trình phát triển công nghệ khai thác vỉa dày, độ dốc đến 350 ở các nước có nền công nghiệp khai thác than phát triển trên thế giới luôn được hoàn thiện và đổi mới. Về cơ bản các sơ đồ hệ thống khai thác áp dụng không khác so với các sơ đồ hệ thống khai thác đã và đang áp dụng ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Tuy nhiên khấu than và chống giữ được cơ giới hoá toàn bộ bằng máy khấu com bai kết hợp dàn chống tự hành có hoặc không có kết