Bài giảng cơ sở khai thác mỏ lộ thiên

Chia sẻ: Nguyễn Thế Cường | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

449
lượt xem 103
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoáng sản có ích được phân bố trên vỏ trái đất không giống nhau; ở sâu trong lòng đất, vùi lấp nông dưới mặt đất, nằm rải rác dưới đáy biển,... dưới dạng rắn, đặc xít, bở rời, lỏng, khí,...Do vậy, để thu hồi chúng cần phải áp dụng các loại hình công nghệ khác nhau với những phương tiện thiết bị kĩ thuật khác nhau.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng cơ sở khai thác mỏ lộ thiên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN KHAI THÁC LỘ THIÊN ---------------------------- KS. TRẦN ĐÌNH BÃO BÀI GIẢNG CƠ SỞ KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN HÀ NỘI - 2010
CHƯƠNG I NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP KTLT I.1. CÁC LOẠI HÌNH KHAI THÁC MỎ Khoáng sản có ích được phân bố trên vỏ trái đất không giống nhau; ở sâu trong lòng đất, vùi lấp nông dưới mặt đất, nằm rải rác dưới đáy biển,... dưới dạng rắn, đặc xít, bở rời, lỏng, khí,...Do vậy, để thu hồi chúng cần phải áp dụng các loại hình công nghệ khác nhau với những phương tiện thiết bị kĩ thuật khác nhau. Loại hình thứ 1: Khai thác lộ thiên (KTLT) có lịch sử phát triển lâu đời, gắn liền với lịch sử phát triển xã hội loài người. Loại hình KTLT được áp dụng để khai thác những khoáng sàng có vỉa vùi lấp không sâu dưới mặt đất, cho phép thu hồi khoáng sản có ích bằng những công trình mỏ đào trực tiếp trên mặt đất, trong những điều kiện kinh tế kĩ thuật nhất định. Hình 1.1 Khai thác mỏ lộ thiên Loại hình thứ 2: Khai thác hầm lò (KTHL). Khi khoáng sản có ích nằm sâu trong lòng đất, do những hạn chế về kĩ thuật hoặc kinh tế, không thể áp dụng KTLT thì người ta phải thu hồi chúng thông qua các hệ thống đường lò, giếng đứng hoặc giếng nghiêng, đào sâu vào lòng đất. Hình 1.2 Các loại hình khai thác hầm lò, sức nước, lỗ khoan
Loại hình thứ 3 của ngành mỏ là khai thác bằng lưới vớt hoặc bằng thiết bị hút, bơm, cào,...đặt trên các tàu nổi hoặc tầu ngầm để thu hồi khoáng sản có ích dạng rời rạc, dạng kết hạch như cát, sỏi, titan, sắt, mangan,... và dạng hoà tan như muối natri, manhê,... và nhiều quặng quí khác ở đáy biển và đại dương. Loại hình thứ 4 của ngành mỏ là thu hồi khoáng sản có ích từ lòng đất thông qua các lỗ khoan để khai thác dầu mỏ, khí đốt và nước sạch, muối mỏ, than, lưu huỳnh cũng như một số kim loại khác (bằng cách hoá lỏng khoáng sản). I. 2 KHÁI NIỆM VỀ KHAI THÁC LỘ THIÊN 1. Định nghĩa về mỏ lộ thiên - Phương diện kĩ thuật: Để tiến hành khai thác khoáng sản bằng phương pháp lộ thiên, từ mặt đất, ở ngoài hoặc ở trong biên giới mỏ người ta đào các hào và các công trình mỏ cần thiết phục vụ mục đích lấy khoáng sản và đá bóc từ lòng đất đồng thời vận chuyển chúng đến kho chứa hoặc bãi thải. Tổng hợp các hào hố và các công trình đó gọi là mỏ lộ thiên. - Phương diện hành chính: Mỏ lộ thiên là một đơn vị hành chính, một đơn vị kinh doanh độc lập, chịu trách nhiệm khai thác một phần hay toàn bộ khoáng sàng bằng phương pháp lộ thiên. 7 8 5 3 2 10 9 4 1 6 Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của một mỏ lộ thiên Các ký hiệu: 1– Khai trường MLT ; 2– Hệ thống đường hào cơ bản; 3 – Ga (vận tải) ; 4– Khu chứa KSCI ; 5 – Xưởng cơ khí ; 6– Bãi thải dất đá ; 7– Nhà máy (xưởng tuyển) ; 8– Biên giới đất đai của mỏ; 9– Mặt bằng sân công nghiệp; 10– Biên giới MLT.
2. Các thành phần và thông số cơ bản của mỏ lộ thiên 2.1. Tầng và phân tầng Tầng là quá trình khai thác lộ thiên được tiến hành từ trên xuống dưới theo từng lớp, lớp trên vượt trước lớp dưới 1 khoảng nhất định, tạo thành dạng bậc thang, mỗi bậc thang như vậy gọi là một tầng. Phân tầng là một phần của tầng được chia theo chiều cao. Việc chia tầng thành phân tầng có nhiều mục đích khác nhau: + Để tăng cường độ khai thác. + Giảm tổn thất và làm nghèo khoáng sản khi khai thác vỉa mỏng, thoải. + Nâng cao độ ổn định của sườn tầng khi khai thác qua các lớp đá yếu. - Các thành phần của tầng: + Mặt tầng (mặt tầng trên và mặt tầng dưới); + Sườn tầng; + Mép tầng (mép trên của tầng và mép dưới của tầng); + Góc dốc sườn tầng; + Chiều rộng và chiều cao của tầng. - Phân loại: có 2 loại tầng: + Tầng công tác: tầng trên đó có tiến hành công tác khai thác và bóc đá, nói cách khác, trên tầng công tác có bố trí các thiết bị mỏ làm việc như máy khoan, máy xúc, thiết bị vận tải và các thiết bị phụ trợ khác, do đó mặt tầng công tác phải đủ rộng. + Tầng không công tác: tầng trên đó không tiến hành công tác khai thác và bóc đá, tuỳ vào chức năng nhiệm vụ của từng tầng mà người ta gọi là đai vận tải, đai bảo vệ, đai dọn sạch, Chiều rộng mặt tầng không công tác nhỏ hơn rất nhiều so với chiều rộng mặt tầng công tác. Hình 1.4. Các yếu tố của tầng 1-Mặt trên của tầng; 2-Mặt dưới của tầng; 3-Sườn tầng trong đất đá; 4-Mép trên của tầng; 5-Mép dưới của gương xúc; 6-Mép trên của gương xúc; 7-Sườn tầng trong quặng; 8- máy xúc tay gàu; 9- Ôtô tự đổ.
2.2. Bờ mỏ - Khái niệm: Tập hợp tất cả các tầng về một phía của mỏ gọi là bờ mỏ. - Phân loại: + Bờ công tác là bờ mỏ trên đó có các tầng đang công tác. Trên bờ công tác có thể có một số tầng không làm việc hoặc đã ở vị trí kết thúc. + Bờ không công tác: trên đó có các tầng không làm việc (còn gọi là bờ dừng), nếu ở vị trí kết thúc (biên giới mỏ) thì gọi là bờ kết thúc. Góc tạo bởi đường xiên nối từ chân tầng thấp nhất tới mép tầng cao nhất với đường thẳng nằm ngang gọi là góc bờ mỏ. Góc của bờ công tác gọi là góc công tác (j), góc của bờ dừng gọi là góc dừng (g), nếu ở vị trí kết thúc mỏ gọi là góc kết thúc (gkt). 5 1 2 6 8 a Hk Hc j 9 7 gc gt 4 3 m Hình 1.5. Các yếu tố của khai trường mỏ lộ thiên Trong đó: 1,2- biên giới trên của khai trường mỏ, m ; 1-4 ; 2-3- bờ kết thúc của mỏ, m ; 3-4- kích thước cuối cùng của đáy khai trường (đáy mỏ), (biên giới đáy mỏ) ; 2,7- bờ không công tác của mỏ ; 5- tầng không công tác của mỏ ; 6- tầng công tác của mỏ ; 8- đai vận tải ; α- góc nghiêng sườn tầng, độ ; φ- góc nghiêng bờ công tác, độ ; gV, gT- góc bờ vách và bờ trụ khi kết thúc khai thác mỏ, độ; mV-
2.3. Biên giới mỏ - Biên giới mỏ là vị trí không gian của mỏ lộ thiên. - Biên giới của mỏ được xác định thông qua: + Đường giới hạn trên mặt đất. + Đường giới hạn đáy mỏ. + Chiều sâu khai thác. (kết thúc) + Bờ mỏ.(kết thúc) - Biên giới mỏ đến lúc kết thúc khai thác gọi là biên giới cuối cùng, chiều sâu mỏ lúc đó gọi là chiều sâu khai thác cuối cùng của mỏ, bờ mỏ ứng với chiều sâu kết thúc gọi là bờ kết thúc. 3. Các giai đoạn khai thác của mỏ LT Để khai thác khoáng sàng bằng phương pháp lộ thiên phải tiến hành qua các giai đoạn sau: - Giai đoạn XDM: Tuỳ theo qui mô, điều kiện tự nhiên và kĩ thuật mà giai đoạn này có thể kéo dài 2 đến 3 năm hoặc hơn. + Tháo khô mỏ, chuẩn bị mặt bằng (di dời các công trình trên mặt, nắn sông suối,...). + Xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp (khu dân cư, văn phòng xí nghiệp, kho tàng, nhà xưởng,...). + Lắp đặt thiết bị (thiết bị khai thác,xưởng sửa chữa, đường dây điện, đường dây thông tin,... và các thiết bị phụ trợ khác). + Mở vỉa khoáng sàng (xây dựng tuyến đường hào ra vào mỏ, tạo tuyến công tác đầu tiên, bóc khối lượng đất ban đầu,..) - Giai đoạn đưa mỏ vào sản xuất và đạt sản lượng thiết kế: Giai đoạn này mỏ bắt đầu hoạt động kinh doanh với sản lượng ban đầu nhỏ hơn sản lượng thiết kế, đồng thời tiếp tục đầu tư bổ sung để hoàn thành nốt một số công trình như: + Lắp đặt thêm thiết bị + Mở thêm tuyến công tác + Hoàn thiện mặt bằng công nghiệp. Giai đoạn này kéo dài cho tới khi hoàn tất các công việc xây dựng cơ bản và mỏ đạt sản lượng thiết kế. - Giai đoạn sản xuất bình thường: Thời gian của giai đoạn này tuỳ thuộc trữ lượng mỏ và qui mô sản xuất của mỏ. Sản lượng mỏ (quặng và đất đá) của giai đoạn này có thể không đổi trong suốt quá trình sản xuất hoặc thay đổi theo từng thời gian nhất định (đối với mỏ có tuổi thọ lớn). - Giai đoạn kết thúc mỏ: Nội dung công việc của giai đoạn này là:
+ Tận thu phần tài nguyên còn lại ở dưới đáy mỏ và dưới các trụ bảo vệ; + Tháo dỡ thiết bị và nhà xưởng; + Phục hồi đất đai, khắc phục các hậu quả gây ra do hoạt động của mỏ đối với môi trường sinh thái. 4. Các đặc điểm của KTLT so với KTHL 4.1. Ưu điểm - An toàn lao động cao và điều kiện sản xuất tốt do không gian khai thác rộng. - Năng suất lao động trong các mỏ lộ thiên cao hơn, giá thành khai thác 1 đơn vị sản phẩm thấp hơn do mỏ lộ thiên có khả năng cơ giới hoá cao, sử dụng các thiết bị khai thác có năng suất cao... - Thời gian xây dựng mỏ lộ thiên nhỏ hơn thời gian xây dựng mỏ hầm lò có cùng công suất. Chi phí cho xây dựng cơ bản nhỏ hơn so với xây dựng mỏ hầm lò. - Dễ dàng tiến hành khai thác chọn lọc, có thể tiến hành tách riêng các loại quặng khác nhau trong quá trình khai thác, vì vậy giảm được tổn thất và làm nghèo khoáng sản. - Được phép khai thác những khoáng sản mà phương pháp KTHL không được phép khai thác (mỏ có khí và bụi nổ, khí độc...). 4.2. Nhược điểm của phương pháp KTLT - Phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và thời tiết. - Khó khăn trong việc bố trí bãi thải để chứa đất đá bóc của mỏ. - Cần thiết phải đầu tư chi phí cơ bản lớn trong một thời gian ngắn. 5. Phân loại mỏ lộ thiên 5.1.Theo điều kiện địa hình mặt đất - Mỏ có điều kiện địa hình bằng phẳng. - Mỏ có điều kiện địa hình sườn dốc. - Mỏ có điều kiện địa hình đỉnh núi. - Mỏ có điều kiện địa hình dồi núi mấp mô. 5.2. Theo vị trí tương đối giữa mặt đất với thân quặng - Mỏ có thân quặng lộ ra trên mặt đất. - Mỏ có thân quặng bị vùi lấp nông. - Mỏ có thân quặng bị vùi lấp sâu 5.3. Theo góc cắm của khoáng sàng - Mỏ có thân quặng nằm ngang và dốc thoải khi góc cắm nhỏ hơn 80-100). - Mỏ có thân quặng dốc nghiêng (góc cắm từ 100¸ 25 -300). - Mỏ có thân quặng dốc đứng (góc cắm ≥ 250 ¸ 300)
5.4. Theo chiều dày thân quặng - Mỏ có thân quặng rất mỏng (m ≤ 2 - 3m) - Mỏ có thân quặng mỏng khi khai thác bằng 1 tầng hoặc 2 phân tầng. - Mỏ có thân quặng dày trung bình khi khai thác bằng 2 tầng hoặc nhiều phân tầng. - Mỏ có thân quặng dày khi tiến hành khai thác từ 3 tầng hoặc nhiều phân tầng. 5.5. Theo hình dáng thân quặng - Mỏ có thân quặng dạng ổ (kích thước 3 hướng gần như nhau). - Mỏ có thân quặng dạng vỉa (kích thước 2 hướng thì lớn, hướng còn lại kém phát triển). - Mỏ có thân quặng dạng ống, trụ (kích thước phát triển chủ yếu theo 1 hướng). 5.6. Theo cấu tạo - Mỏ có cấu tạo đơn giản (thân quặng đồng nhất, không có đá kẹp xen lẫn). - Mỏ có cấu tạo phức tạp (thân quặng gồm nhiều loại có chất lượng khác nhau hoặc có đá kẹp xen kẽ khoáng sản, cần thiết phải tiến hành khai thác chọn lọc). 5.7. Theo thành phần hoá học - Mỏ kim loại đen (sắt, mangan, crôm, titan,...)(thạch khê, Cổ định, ven biển Bình Định) - Mỏ kim loại màu (đồng, chì, kẽm, nhôm, niken...) ( Đồng Sin Quyển, bauxit, niken Bản Phúc ) - Mỏ kim loại quí (vàng , bạc, platin) ( - Mỏ quặng phóng xạ (uran, tôri) - Mỏ kim loại hiếm và nhẹ (tiricôni, tântn, liti,...) - Mỏ vật liệu xây dựng (đá vôi, đá granit, đất sét, cát sỏi,...) - Mỏ nguyên liệu luyện kim (đá vôi, đôlômit, grafit, đất chịu lửa, cao lanh,...) - Mỏ nguyên liệu công nghiệp (barit, nguyên liệu cách điện và quang học, kim cương, mica,...) - Mỏ nguyên liệu cho công nghiệp hoá học và thực phẩm (phôtphorit, apatit, lưu huỳnh, pirit, muối khoáng vật,... - Mỏ nhiên liệu: than bùn, than đá, than nâu, diệp thạch cháy,.. Tuỳ theo địa hình mặt đất, chiều sâu vùi lấp thân quặng, góc cắm và chiều dày của thân quặng, cũng như hình dạng và thành phần hoá học của nó mà người ta lựa chọn phương pháp khai thác và thiết bị sử dụng cho mỏ lộ thiên.
Hình 1.6. Những dạng thế nằm chủ yếu của khoáng sản 6. Sơ đồ công nghệ và phương tiện cơ giới hoá trên mỏ lộ thiên 6.1. Sơ đồ công nghệ Tháo khô và thoát Chuẩn bị đất đá và nước quặng để xúc bốc Xúc và bốc lên phương tiện vận tải Vận tải Đổ thải vào bãi thải Gia công chế biến Chất vào kho thành phẩm Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ khai thác 6.2. Phương tiện cơ giới hoá trên mỏ lộ thiên + Các phương tiện cơ giới hoá là thiết bị cơ bản tiến hành công tác mỏ. - Mục đích: + Cơ giới hiện đại thì mới có khả năng khai thác khoáng sản bằng phương pháp lộ thiên với quy mô lớn.
+ Việc hoàn thiện cơ giới hoá làm giảm nhẹ lao động của công nhân, tăng năng suất lao động, giảm chi phí khai thác tính cho 1 tấn khoáng sản và tăng mức tiết kiệm của phương pháp KTLT - Mức độ và hình thức cơ giới hoá công tác mỏ được xác định: + Bằng các kết quả kinh tế của phương pháp lộ thiên. + Chiều sâu và các thông số khác của mỏ. + Sản lượng của nó, phương pháp mở vỉa và hệ thống khai thác. - Nguyên tắc tiến hành cơ giới hoá: từ đơn giản đến phức tạp, từ cơ khí hoá từng khâu riêng biệt tới cơ khí hoá toàn bộ quá trình công nghệ. - Sơ đồ cơ giới hoá: Sự kết hợp các thiết bị và máy móc được thực hiện cơ giới hoá quá trình sản xuất từ khi bắt đầu đến khi kết thúc. - Đặc điểm cơ bản của cơ giới hoá toàn bộ là: + Số lượng, công suất và các thông số làm việc của thiết bị trong các khâu công nghệ liền nhau có mối quan hệ và sự phối hợp hợp lý. + Các mối quan hệ này được xác định theo thông số của máy, công suất, cũng như đơn giá và mức tiết kiệm của chúng. - Những sơ đồ cơ giới hoá được xác định bởi các yếu tố sau: + Phương pháp tiến hành công tác mỏ; + Độ cứng của đất đá; + Quy mô công tác mỏ, những yếu tố thế nằm của khoáng sản. 6.2.1. Khâu làm tơi đất đá và khoáng sản có ích +Có thể dùng phương pháp cơ giới: dùng máy xúc, máy xới, …; + Bằng khoan nổ mìn công nghệ sử dụng là máy khoan kết hợp với chất nổ và phương tiện nổ với đất đá có độ cứng f = (7¸14); + Phương pháp thuỷ lực: dùng súng bắn nước, ống thẩm thấu, …; + Phương pháp vật lý: dùng xung điện, siêu âm, …; + Phương pháp hoá học: chất trương nở, … 6.2.2. Khâu xúc bốc Việc xúc bốc đất đá hoặc khoáng sản có 2 nhiệm vụ: + Xúc đất đá đã được làm tơi ở gương tầng vào thùng của phương tiện vận tải thường bằng máy xúc. + Xúc đất đá mềm và tơi không cần làm tơi sơ bộ, máy xúc sẽ xúc bốc trực tiếp từ khối nguyên. Để cơ giới hoá khâu xúc bốc:
+ Dùng máy xúc: máy xúc một gầu-máy xúc tay gầu, máy gầu treo, máy xúc nhiều gầu kiểu xích hay kiểu rôto, máy xúc tải, máy chất tải,... + Các thiết bị xúc bốc thuỷ lực: máy xúc thuỷ lực gầu thuận, gầu ngược, máy bốc, có dung tích từ 1¸2 đến 35¸100 m3, máy bơm bùn, súng bắn nước, tàu cuốc, …, máy khoan xoắn ruột gà,… 6.2.3. Khâu vận tải Được tiến hành vận chuyển khoáng sản, đất đá từ gương khai thác đến kho chứa khoáng sản hoặc là bãi thải bằng: + Đường sắt: sử dụng các loại đầu máy hơi nước, điện ácquy, điện cần vẹt, điêzen, …; + Ôtô: ôtô tự lật, ôtô kéo moóc, ôtô cần vẹt,..; + Vận tải liên tục: bằng băng tải, vận tải bằng sức nước, trục kíp,… 6.2.4. Khâu thải đá Việc đổ đất đá thải vào bãi thải gọi là công tác thải đá. Công tác thải đá sử dụng: máy xúc (một gầu hoặc nhiều gầu), tàu gạt, thiết bị thải chuyên dùng (cầu thải đá, công sơn thải đá,), máy ủi và các thiết bị khác… Một số mỏ lộ thiên còn đảm nhận khâu gia công, chế biến quặng như: với mỏ than thì tuyển, phân loại,.. ; mỏ quặng thì tuyển, làm giàu chất lượng, phân loại, …; mỏ đá thì nghiền sàng, phân loại theo cỡ,… Hình 1.8. Các quá trình sản xuất trên mỏ lộ thiên
1- khu vực bóc tầng phủ; 2- khu vực xúc bốc tầng đất mền trên mặt; 3- khu vực khoan và nổ mìn; 4- khu vực xúc bốc và vận tải; 5- khu vực xúc bốc và đổ thải của máy xúc cần dài; 6- khu vực xúc bốc quặng; 7- khu vực đổ thải và hoàn thổ. I.3. KHOÁNG SẢN VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA CHÚNG 1. Định nghĩa khoáng sản Khoáng sản có ích (KSCI) là những tài nguyên thiên nhiên, có nguồn gốc thạch học từ lòng đất, có thể khai thác và chế biến một cách hiệu quả để sử dụng vào mục đích khác nhau của con người. Một cách cụ thể với khai thác lộ thiên thì KSCI là những khoáng chất và đất đá thu hồi được trong quá trình khai thác lộ thiên, được sử dụng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua quá trình gia công chế biến, phục vụ cho các mục đích khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, NCKH, quốc phòng, ... Ngày nay KSCI không chỉ là những tài nguyên khai thác từ lòng đất, mà còn mở rộng cho những tài nguyên lắng đọng từ đáy biển và thềm lục địa (kết hạch sắt, magan, titan, …) cho tới các hoá chất hoà tan trong nước và bản thân nước nữa. Sự phân biệt giữa khoáng sản và đất bóc (đá thải) chỉ là tương đối. Với sự tiến bộ của công nghệ khai thác và chế biến nhiều loại đất đá bóc bắt đầu được sử dụng như khoáng sản và số lượng này ngày càng tăng. KSCI đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Quy mô khai thác và chế biến chúng phản ánh trình độ sản xuất vật chất, sự giàu có và sự phát triển kinh tế của một quốc gia. Theo thành phần hoá học và mục đích sử dụng người ta chia ra các loại khoáng sản sau đây: a- Khoáng sản chứa kim loại (quặng) gồm có: - Quặng kim loại đen: chứa sắt, măng gan, crôm, titan; - Quặng kim loại màu: chứa đồng, chì, kẽm, nhôm, niken, thuỷ ngân; - Quặng kim loại quý: chứa vàng, bạc, platin; quặng phóng xạ chứa uranium, tôli; - Quặng chứa kim loại quí hiếm và nhẹ: tilicôni, tantala, … b- Khoáng sản phi kim loại + Dùng làm vật liệu xây dựng : granít, đá vôi, đá sét, cát sỏi, … ; + Nguyên liệu dùng cho công nghiệp : đá vôi đônômit, fluôrit, grafit, manhêtít, đất sét, cao lanh,…, + Nguyên liệu dùng cho nông nghiệp: atbét, barit; + Nguyên liệu cách điện và quang học: kim cương, mica …
+ Nguyên liệu cho công nghiệp hoá học và thực phẩm: Fôtforit, apatit, lưu huỳnh, pirit, muối khoáng. c- Nhóm khoáng sản nhiên liệu Dùng làm nguyên liệu chất đốt: than đá, than bùn, diệp thạch, than nâu. 2. Các chỉ tiêu chất lượng một số khoáng sản thông dụng - Chất lượng khoáng sản là tổng hợp các tính chất xác định mức độ thuận lợi hay khó khăn và hiệu quả kinh tế khi sử dụng. vd : + Chỉ tiêu chất lượng than: độ tro, độ ẩm, cỡ hạt than, nhiệt năng, tạp chất khoáng vật, lưu huỳnh, chất bốc. + Chỉ tiêu chất lượng quặng: đó là thành phần hoá học, thành phần khoáng vật và một số tính chất khác. - Tính chất có ích: một số tính chất thể hiện chất lượng của khoáng sản. - Tính chất có hại: một số tính chất khác làm phức tạp hoặc làm đắt thêm khi khai thác và chế biến nó Phân loại chất lượng của KSCI: a- Chất lượng tuyệt đối: được đặc trưng bằng tổng hợp các chỉ tiêu có tính chất khách quan như thành phần hoá học, tính chất cơ lý, đặc trưng công nghệ,... b- Chất lượng tiêu thụ (chất lượng yêu cầu): được đặc trưng bởi một hay một số chỉ tiêu nào đó theo yêu cầu sử dụng. c- Chất lượng toàn phần: được đặc trưng cho cả quá trình khai thác, vận tải, chế biến, tiêu thụ KSCI, ... thông qua chi phí toàn phần cho 1 tấn KSCI thương phẩm. Ctp = Ckt + Cvt + Ccb --> Cmin , đồng/tấn ; (1) Trong đó: Ctp - chí phí toàn phần cho một tấn KSCI thương phẩm, đồng/tấn ; Ckt - chi phí khai thác, đồng/tấn ; Cvt- chi phí vận tải, đồng/tấn ; Ccb- chi phí chế biến, đồng/tấn. 3. Các phương pháp xác định chất lượng của khoáng sản 3.1. Phương pháp so sánh riêng phần (phương pháp vi phân) Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng thực tế và chất lượng quy định theo tính chất có ích và tính chất có hại của một khối lượng khoáng sản nhất định. Nếu ta gọi (n) là số lượng tính chất có ích trong KSCI thì (i = 1, 2, 3, ... n), trong đó (i) là tính chất có ích thứ i khi xem xét của KSCI. Còn (m) là số lượng tính chất có hại trong KSCI thì (j = 1, 2, 3, ... m), trong đó (j) là tính chất có hại thứ j khi xem xét của KSCI. KSCI có chất lượng khi:
qci ³ qcđmi và qchj £ qchđmj ; (2) Trong đó: qci , qcđmi - chỉ tiêu chất lượng thực tế và định mức của thành phần có ích thứ i, %; qchj , qchđmj - chỉ tiêu chất lượng thực tế và định mức của thành phần có hại thứ j, %. 3.2. Phương pháp đánh giá tổng hợp (toàn phần) Dựa trên cơ sở tính toán các chỉ tiêu chất lượng khác nhau thể hiện ảnh hưởng của chúng đến kết quả sản xuất và hiệu quả của nền kinh tế quốc dân. Là phương pháp so sánh giữa giá trị thực tế toàn phần KSCI và giá trị của sản phẩm cuối cùng theo yêu cầu: n m å q c i .a i - å q ch j .b j i =1 j =1 qtp = ,%; (3) Z Trong đó: qtp - chỉ tiêu chất lượng thực tế toàn phần của KSCI, % ; ai, bi- giá trị của thành phần có ích thứ i và có hại thứ j , đồng ; Z- giá thành của sản phẩm cuối cùng theo yêu cầu, đồng. KSCI đạt chất có chất lượng: qtp ³ 1 và khi các chỉ tiêu chất lượng thành phần có ích và có hại không vượt quá giới hạn chỉ tiêu định mức tương ứng: qci ³ qcđmi và qchj £ qchđmj . Ví dụ: Chỉ tiêu chất lượng của một số KSCI thông dụng: - Quặng sắt: hàm lượng nhỏ nhất của sắt khi đưa ra luyện đối với các loại quặng được quy định như sau: + Quặng Hematít-manhêtít (Fe3O4): 56¸60% ; + Quặng sắt đôlônit: 45¸50%; + Quặng quăczit: 50¸64 %; + Quặng Siđêrit (FeCO3): 33¸35%; - Quặng đồng: có hàm lượng đồng (Cu) lớn hơn 2% là quặng giàu, 1¸2 % có hàm lượng trung bình, 0,7¸1% có hàm lượng nghèo, < 0,7 % có hàm lượng rất nghèo. - Đá vôi: Nếu dùng để rải đường thì sn > (400¸600) kG/cm2, hệ số hút nước W £ 3%, hệ số biến mền (0,6¸0,7), trọng lượng riêng g £ 2,1 tấn/m3,.... Nếu dùng để sản xuất Cacbua - Canxi thì hàm lượng CaO > 53%, SiO2 < 1,5%, Mg
cám 6a- 40%, cám 6b- 45%; cục 2a- 8%, cục 2b- 10%, cục 3- 5%, cục 4a- 6%, cục 4b- 12%, cục 5a- 7%, cục 5b- 12%, cục xô (>25mm)- 13%. I.4. ĐẤT ĐÁ MỎ 1. Định nghĩa Những khoáng chất và đất đá thu hồi được trong quá trình khai thác mà không phải là KSCI thì gọi là đất đá mỏ. Đất đá mỏ rất đa dạng, nói chung có thể chia làm hai loại: đá gốc và đá phủ. Đá gốc thường có chiều dày lớn, đặc sít và có độ cứng lớn bao gồm 3 loại đá: đá mác ma, đá biến chất và đá trầm tích. Đá phủ là lớp đất đá phong hoá có chiều dày không lớn, thường bở rời do quá trình phong hoá tại chỗ, hoặc bồi tích, sườn tích. Những đặc trưng cơ bản của đất đá mỏ là: mật độ, độ rỗng, độ ẩm, độ mài mòn, độ dính kết, độ dòn, độ ổn định, độ kiên cố, hệ số nở rời,… Những đặc trưng đó là cơ sở để lựa chọn phương pháp và phương tiện kỹ thuật để phá vỡ và tách chúng ra khỏi nguyên khối để xúc bốc, chuyên chở và chất chúng vào bãi thải. Đối với ngành KTLT tất cả đất đá được chia thành ba nhóm: (theo Viện sĩ Liên Xô B.B Pjievxki): + Nhóm 1- Đất đá cứng và cứng vừa (ở trạng thái tự nhiên); + Nhóm 2- Đất đá đã bị phá vỡ hay đất đá tơi vụn (thành tạo từ nhóm trên do quá trình tự nhiên, nhân tạo); + Nhóm 3- Đất đá đặc sít, mềm và bở rời. Mỗi một nhóm đất đá nói trên đòi hỏi những phương pháp và phương tiện khác nhau để khai thác chúng. 2. Tính chất của đất đá cứng và cứng vừa Đất đá thuộc loại cứng bao gồm phần lớn các đá biến chất, đá trầm tích (thạch anh), granít,…, sa thạch, silic, … giới hạn bền nén một trục trên mẫu bão hoà nước là 500 kG/cm2. Đất đá loại cứng vừa gồm các loại đất đá biến chất bị phong hoá, các đá trầm tích nguyên sinh như đá phiến sét thạch, phiến sét thạch pha cát, sa thạch vôi, dăm kết, … giới hạn bền nén một trục trên mẫu bão hòa nước là 200¸500 kG/cm2. Đặc trưng công nghệ của đất đá cứng và cứng vừa là phải làm tơi sơ bộ trước khi khai thác.
Bảng 1: Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ trong nguyên khối Kh.cách Tỉ lệ % các khối nứt T.bình Số khe Cấp nứt có kích thước, cm Mức độ nứt nẻ nứt trên 1 nẻ các kẽ nứt, m cm 30 70 100 I Rất mạnh ≤ 10 > 10
4. Tính chất của đá đặc sít, mềm và bở rời Đất đá đặc sít bao gồm đất sét cứng, đá phấn than nâu và than đá, quặng chứa sét. Độ bền nén một trục từ 50¸200 kG/cm2. Với các thiết bị xúc bốc có lực cắt lớn hơn 3¸4 kG/cm2 thì có thể xúc trực tiếp mà không cần làm tơi sơ bộ. Đất đá mềm bao gồm các loại sét pha, cát pha, than mềm, các đá biến chất, … đã bị phân huỷ,…giới hạn bền nén một trục là 10¸15 kG/cm2, có thể xúc bóc trực tiếp với lực cắt không nhỏ hơn 2¸3 kg/cm2, khi khô sẽ trở thành đá cứng vừa, nhưng khi gắp nước sẽ bị trương nở và mềm trở lại. Đất đá chứa sét không đặc sít có độ bền nén không lớn hơn 10 kG/cm2. Loại đất này có độ ẩm cao, dễ thấm rã, khó tháo khô, đặc biệt không ổn định trong tình trạng bão hoà nước. Đất đá mềm tơi như sét á sét, cát pha sét, … bị mất lực dính kết tự nhiên khi có độ ẩm cao. Loại đất đá này mật độ và lực dính kết được tặng lên trong điều kiện độ ẩm không quá lớn, không có dòng nước ngầm và được đắp đống cao trong thời gian dài. Cát đồng nhất thuộc loại đất đá rời, lực dính hầu như không có.
CHƯƠNG II BIÊN GIỚI MỎ LỘ THIÊN II.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BIÊN GIỚI MLT VÀ HỆ SỐ BÓC ĐẤT ĐÁ 1. Biên giới mỏ lộ thiên 1.1. Khái niệm - Việc khai thác KSCI có thể tiến hành bằng: + Phương pháp Lộ thiên, + Phương pháp Hầm lò + Phương pháp phối hợp cả Lộ thiên và Hầm lò. - Những khoáng sàng có thể khai thác hoàn toàn bằng khai thác lộ thiên: + Vỉa dốc thoải hay nằm ngang, chiều dày lớp đất phủ không lớn; + Hoặc khi vỉa có chiều dày lớn, khi thân quặng dạng ổ, dạng thấu kính, quặng tập trung thành khối nằm gần mặt đất. Þ thì áp dụng phương pháp khai thác Lộ thiên là có hiệu quả kinh tế nhất. + Ngoài ra, phương pháp khai thác lộ thiên còn được áp dụng để khai thác những khoáng sàng có cấu tạo đặc biệt, không thể khai thác bằng hầm lò như khoáng sàng chứa quặng có tính tự bốc cháy, khoáng sàng có cấu tạo địa chất quá phức tạp, khoáng sàng chứa loại quặng đòi hỏi yêu cầu khắt khe về khai thác chọn lọc. - Những khoáng sàng có thể khai thác phối hợp giữa phương pháp khai thác lộ thiên và hầm lò: + Khoáng sàng có vỉa (hoặc mạch) cắm dốc và dốc đứng. + Thân quặng ngày càng ăn sâu vào lòng đất. Tuy nhiên, dù khoáng sàng được khai thác chỉ bằng phương pháp Lộ thiên hay hỗn hợp cả Lộ thiên và Hầm lò thì chiều sâu khai thác cuối cùng của mỏ Lộ thiên là xác định tuỳ theo điều kiện tự nhiên, kĩ thuật và kinh tế của khoáng sàng đó và của ngành khai thác mỏ nói chung. Chiều sâu đó được gọi là biên giới theo chiều sâu của mỏ lộ thiên. 1.2. Phân loại biên giới mỏ Lộ thiên Trong thực tế có thể xảy ra 3 trường hợp: biên giới theo điều kiện tự nhiên, biên giới theo điều kiện kỹ thuật và biên giới theo điều kiện kinh tế. - Biên giới theo điều kiện tự nhiên là phạm vi cuối cùng mà mỏ lộ thiên có thể khai thác được toàn bộ phần trữ lượng trong cân đối của khoáng sàng mà vẫn mang lại hiệu quả kinh tế và không vượt ra ngoài khả năng kỹ thuật được trang bị. Biên giới này thường gặp khi khai thác những khoáng sàng có thân quặng nằm nông gần mặt đất, các khoáng sàng VLXD có cấu tạo dạng khối nổi trên mặt đất. Các trường hợp này, việc xác định BGM đơn giản và nhanh chóng.
- Biên giới mỏ theo điều kiện kỹ thuật: là phạm vi cuối cùng của khoáng sàng có thể tiến hành khai thác bằng phương pháp lộ thiên trong điều kiện trang thiết bị – kỹ thuật cho phép. - Biên giới mỏ theo điều kiện kinh tế: là phạm vi cuối cùng mà mỏ lộ thiên có thể mở rộng phạm vi hoạt động tới đó với một hiệu quả kinh tế nhất định, theo điều kiện giá thành quặng khai thác không vượt quá giá thành cho phép. Biên giới theo điều kiện kinh tế là biên giới hợp lý của mỏ lộ thiên mà người ta cần xác định khi tiến hành thiết kế một mỏ mới hay cải tạo, mở rộng một mỏ cũ. Tuy nhiên, do tác động của yếu tố thời gian và tiến bộ kỹ thuật vào các chỉ tiêu kinh tế, nên việc xác định biên giới hợp lý cho những mỏ lộ thiên có trữ lượng và thời gian tồn tại lớn sẽ thiếu chính xác. Bởi vậy người ta đưa ra khái niệm biên giới tạm thời và biên giới triển vọng. Biên giới tạm thời: là biên giới của 1 giai đoạn sản xuất trong một số năm nhất định (thường 8 ÷ 12 năm). Với những mỏ lộ thiên có thời gian tồn tại lớn, người ta có thể phân chia quá trình sản xuất ra nhiều giai đoạn, ngăn cách nhau bằng biên giới tạm thời, sao cho hiệu quả hoạt động kinh tế của mỗi giai đoạn và của cả quá trình tồn tại của mỏ lộ thiên là lớn nhất. Biên giới triển vọng: của mỏ lộ thiên là biên giới cuối cùng xác định cho mỏ, trong đó đã quan tâm tới tác động của yếu tố thời gian và tiến bộ kỹ thuật tới quá trình hoạt động kinh tế và kỹ thuật của mỏ trong tương lai. Biên giới triển vọng của mỏ lộ thiên là cơ sở để quyết định qui mô đầu tư xây dựng và sản xuất của mỏ, sơ đồ bố trí tổng mặt bằng và mặt bằng công nghiệp mỏ, định hướng về qui mô và chất lượng các công trình xây dựng và là cơ sở để làm thủ tục pháp lý về tài nguyên và đất đai cho mỏ lộ thiên. 2. Hệ số bóc đất đá 2.1. Khái niệm - Một trong những đặc điểm quan trọng của phương pháp KTLT là: + Để thu hồi được KSCI từ lòng đất, cần phải bóc đất đá phủ nằm phía trên và xung quanh thân khoáng sản. Vd: Lớp đất phủ càng dầy, vỉa nằm càng dốc thì khối lượng đất đá phải bóc càng lớn. + Vốn đầu tư cơ bản và chi phí sản xuất thường xuyên của MLT phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa khối lượng đất đá phải bóc và khối lượng khoáng sản thu hồi được. + Mỏ lộ thiên càng thu được lợi nhuận lớn khi tỷ số đó càng nhỏ. Ngược lại, lợi nhuận mỏ lộ thiên càng giảm khi tỷ số đó càng lớn và đến một mức độ nào đó thì mỏ lộ thiên buộc phải ngừng hoạt động do tỷ số đó quá lớn, làm cho giá thành khai thác vượt quá giá thành cho phép. Tỷ số giữa khối lượng đất đá bóc với khối lượng khoáng sản thu hồi được tương ứng khi khai thác gọi là hệ số bóc đất đá (HSB), kí hiệu là K. V K= (m3/m3, T/T, m3/T); Q
Trong công nghiệp than thường dùng đơn vị m3/T, trong công nghiệp sắt và VLXD dùng đơn vị T/T, trong khai thác kim loại màu và phi kim loại thường dùng m3/m3, trong thiết kế BGM thường dùng đơn vị m3/m3. - Ý nghĩa hệ số bóc: + Giá trị HSB thể hiện mức độ thuận lợi hay khó khăn về điều kiện tự nhiên, thể hiện trình độ khoa học kỹ thuật của ngành công nghệ mỏ. + HSB là cơ sở để so sánh- đánh giá kinh tế trong KTLT, là cơ sở để xác định biên giới mỏ, lập lịch khai thác dài và ngắn hạn cho mỏ cũng như để xây dựng kế hoạch giá thành cho mỏ trong từng giai đoạn sản xuất kinh doanh. M m ho ho H Hc Vk2 Vk1 V Q k2 Q Q k1 gv gt gv gt Hình 2.1.Hệ số bóc trung bình Hình 2.2. Hệ số bóc biên giới ho ho Vo Qo VT j j H H a QT gv gt gv gt Hình 2.3. Hệ số bóc thời gian Hình 2.4. Hệ số bóc ban đầu 2.2. Phân loại HSB 2.2.1. Hệ số bóc trung bình HSB trung bình là tỷ số giữa khối lượng đất đá phải bóc với khối lượng khoáng sản khai thác được trong toàn bộ phạm vi biên giới mỏ lộ thiên (hình 2.1) åV KTB = , m3/m3; åQ Trong đó: