Giáo trình Tối ưu thiết kế mỏ hầm lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Tối ưu thiết kế mỏ hầm lò" tiếp tục cung cấp cho học viên những kiến thức về: xác định các tham số cơ bản của mỏ; thiết kế khu khai thác; lựa chọn và thiết kế sân ga hầm trạm;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tối ưu thiết kế mỏ hầm lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 4 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MỎ Các tham số định lượng cơ bản của mỏ gồm công suất (A), tuổi mỏ (T), trữ lượng khoáng sản (Zcn), kích thước theo phương (S), kích thước theo hướng dốc (H). Một số tham số có mối quan hệ đương nhiên: Zcn = A .T; tấn Mối quan hệ đơn giản trên có ý nghĩa rất quan trọng trong thiết kế mỏ. Từ những quan hệ này ta có thể xác định một số tham số khác: T = ; năm 4.1. Công suất mỏ Công suất (A) (sản lượng) mỏ là khối lượng khoáng sản khai thác được trong một năm (T/năm ). Công suất mỏ là một tham số định lượng quan trọng nhất vì công suất mỏ là yếu tố quyết định đến chi phí đầu tư xây dựng cơ bản và các chi phí khác. Khi công suất của mỏ lớn chi phí đầu tư xây dựng cơ bản tăng nhưng chi phí khai thác cho một tấn trữ lượng lại giảm. Công suất mỏ ảnh hưởng tới tất cả các tham số định tính và định lượng của sơ đồ công nghệ mỏ. Các sơ đồ mở vỉa, vận tải, thông gió, tổ hợp công nghệ trên sân công nghiệp. Kích thước giếng và các đường lò, chủng loại và công suất của các thiết bị mỏ. Nhưng nếu công suất của mỏ quá lớn thì thời gian xây dựng cơ bản kéo dài, khi đó mỏ sẽ chậm đạt được công suất thiết kế theo kế hoạch hoặc không đạt được công suất thiết kế dẫn đến sử dụng vốn đầu tư xây dựng cơ bản không có hiệu quả. Ngược lại nếu công suất của mỏ quá nhỏ thời gian tồn tại của mỏ dài và không đạt được các chỉ tiêu tiên tiến về kỹ thuật và kinh tế, hiệu quả và lợi nhuận của xí nghiệp nhỏ. Chính vì vậy bài toán xác định công suất mỏ đã được nhiều nhà khoa học có tên tuổi trên thế giới với nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải quyết vấn đề này. 4.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất mỏ 4.1.1.1. Đặc điểm điều kiện mỏ - địa chất Trữ lượng khoáng sản (Quy định theo thông tư số 60/2017/TT-BTNMT ngày 08 tháng 12 năm 2017 về phân cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản rắn) và các yếu tố thế nằm của vỉa than là điều kiện cơ bản để xác định công suất mỏ. 66
Thông thường: Trữ lượng khoáng sản càng lớn, vỉa dày, dốc bằng, dốc thoải, độ chứa khí nhỏ, tính chất cơ lý đất đá ổn định...công suất của mỏ lớn. Ngược lại khi cấu tạo địa chất phức tạp nhiều phay phá, đứt gẫy vỉa không ổn định làm cho chiều dài khu khai thác, chiều dài lò chợ bị hạn chế không thể cơ giới hoá...công suất mỏ sẽ không thể lớn được. 4.1.1.2. Khả năng kỹ thuật và tổ chức Kỹ thuật và công nghệ khai thác luôn luôn phát triển làm cho công suất của lò chợ, công suất khu khai thác cũng không ngừng tăng theo sự phát triển của khoa học kĩ thuật và công nghệ. Khả năng tổ chức bố trí dây chuyền công nghệ và tổ chức sản xuất hợp lý cũng đóng một vai trò rất lớn ảnh hưởng trực tiếp đến công suất mỏ. 4.1.1.3. Điều kiện của nền kinh tế quốc dân và khu vực Tình hình kinh tế của đất nước và yêu cầu phát triển toàn diện của nền kinh tế quốc dân luôn gắn liền với yêu cầu nhất định đối với tốc độ và quy mô xây dựng mỏ. Yêu cầu này ảnh hưởng lớn đến việc xác định công suất mỏ . Điều kiện kinh tế của khu vực cũng ảnh hưởng rất lớn đối với việc xác định công suất mỏ: Ví dụ khi khu vực tiêu thụ than ít, điều kiện kinh tế khó khăn mặc dù điều kiện mỏ - địa chất thuận lợi thì thường cũng nên xây dựng các mỏ nhỏ và trung bình trước. 4.1.2. Phương pháp xác định công suất mỏ 4.1.2.1. Phương pháp giải tích Căn cứ vào điều kiện mỏ - địa chất, kỹ thuật công nghệ, khả năng kinh tế và tổ chức để làm cơ sở xác định. Trước đây để xác định công suất mỏ người ta thường sử dụng công thức của giáo sư Dviagin: ;tấn (4.1) Trong đó: E- Hệ số hiệu quả tương đối của vốn đầu tư xây dựng cơ bản; E = 0,1 C1, K1, K2, k- Các hệ số tính toán theo các số liệu thông kê của các mỏ đang sản xuất và theo thiết kế. 67
- Hệ số cố định tính đến sự thay đổi của các tham số chi phí trong các điều kiện đã cho, qua kết quả thống kê hệ số  phụ thuộc vào sản lượng hàng tháng của lò chợ theo quan hệ tuyến tính. Qua công thức cho thấy các tham số hầu như mang tính chất thống kê nên trong công thức không phản ánh đầy đủ đến điều kiện mỏ - địa chất (mói chỉ xét đến giá trị của trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ). Sự thay đổi chiều sâu khai thác, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất kiến tạo, số vỉa than trong ruộng mỏ, khoảng cách giữa các vỉa, chiều dầy các vỉa… đồng thời các yếu tố kinh tế, kỹ thuật công nghệ cũng ảnh hưởng rất lớn đền công suất mỏ nhưng chưa được đề cập đến trong quá trình khảo sát. Để phản ánh đầy đủ các điều kiện: Địa chất mỏ, trữ lượng công nghiệp, sự tăng chiều sâu khai thác, số lượng vỉa trong ruộng mỏ và số vỉa khai thác đồng thời, tổng chiều dày các vỉa than trong ruộng mỏ và tổng chiều dày các vỉa khai thác đồng thời, độ chứa khí, góc dốc của vỉa và sản lượng lò chợ... công suất của mỏ (trong giai đoạn sản xuất) có thể xác định theo công thức: ; tấn/năm Trong đó: Kt - Độ tin cậy của sơ đồ công nghiệp mỏ, gương lò, vận tải dưới ngầm, trục tải, mặt mỏ... Kv - Hệ số kể đến ảnh hưởng của số lượng vỉa, trong ruộng mỏ và số vỉa khai thác đồng thời. md - Tổng chiều dày các vỉa khai thác đồng thời, m. mt - Tổng chiều dày các vỉa trong ruộng mỏ, m. Ka- Hệ số tính đến độ sâu khai thác và góc dốc của vỉa. Ks- Hệ số tính đến sản lượng và điều kiện khai thác của các gương lò chợ. 4.1.2.2. Phương pháp thống kê Sử dụng phương pháp thống kê để xác định công suất mỏ không có tác dụng tính toán và không cho phép xác định giá trị nhất định của công suất mỏ mà chỉ xác định hiệu quả kinh tế của công suất mỏ trên cơ sở các số liệu thông kê từ các mỏ với công suất hoạt động khác nhau và cho hiệu quả kinh tế tương ứng kết quả là công suất mỏ được xác định trong một phạm vi giá trị hợp lý nào đó. 68
Cần phải lấy các mỏ đã xây dựng hoặc đã cải tạo đang sản xuất ổn định trong thời gian 15  20 năm làm đối tượng nghiên cứu. Các điều kiện mỏ - địa chất của các mỏ đó gần giống với mỏ thiết kế. Số mỏ phải lấy sao cho trên trục hoành (trục ox, biểu thị giá trị công suất của các mỏ) có từ 3  5 giá trị. Phạm vi thay đổi của công suất mỏ không nên quá rộng, cho nên số mỏ phải lấy từ 15  25 mỏ. Tiêu chuẩn hiệu quả kinh tế biểu diễn trên trục tung (trục oy) có thể lấy là: Vốn (suất) đầu tư xây dựng cơ bản, giá thành hay năng suất lao động làm tiêu chuẩn tối ưu. Phương pháp thống kê có thể giải trên máy tính điện tử hoặc lập bảng để giải thủ công (như đã nghiên cứu ở Chương 2). 4.1.2.3. Phương pháp chỉ thị của cấp trên Căn cứ vào khả năng tiêu thụ, sử dụng, năng lực sản xuất của các khâu sản xuất các mỏ mà cấp trên giao. 4.2. Tuổi mỏ – các giai đoạn phát triển của mỏ 4.2.1. Tuổi mỏ Tuổi mỏ (năm): Là thời gian từ khi mỏ đi vào khai thác đảm bảo sản lượng thiết kế đến khi khai thác hết trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ. Tuổi mỏ có quan hệ với công suất mỏ và trữ lượng công nghiệp T= ; năm (4.2) Hiện nay các mỏ than của các nước trên thế giới thường được thiết kế với công suất từ 2 3 triệu tấn/năm. Đối với các mỏ nằm ở những vùng trữ lượng lớn, điều kiện địa chất thuận lợi công suất có thể được thiết kế từ 4,5 6 triệu tấn/năm cùng với việc áp dụng các công nghệ tiên tiến, hiện đại sẽ đảm bảo các chỉ tiêu năng suất lao động và giá thành khai thác là tốt hơn cả. Ở Việt Nam do điều kiện địa chất khoáng sàng than phức tạp các mỏ hiện nay đang hoạt động phần lớn đã được xây dựng từ trong kháng chiến chống Pháp vậy sản lượng mỏ dao động trong khoảng 300 600 nghìn tấn/năm. Trong giai đoạn từ những năm 1995 đến 2010 một số mỏ được cải tạo để nâng công suất lên từ 1,5 2,0 triệu tấn/năm. Đặc biệt trong những năm gần đây một số mỏ đã được thiết kế điều chỉnh nâng và hoạt động với công suất lớn hơn 2,5 triệu tấn như Hà Lầm, Núi Béo, Vàng Danh, Khe Chàm. 69
Từ quan hệ tuổi mỏ và công suất mỏ nên ta có thể tính được thời gian tồn tại thực tế của mỏ là : Tt = T+ t1 + t2 ; năm (4.3) Trong đó: t1 - Thời gian xây dựng mỏ (đưa mỏ vào khai thác đạt sản lượng thiết kế; theo Thông tư số 26/2016/TT-BCT về “Quy định nội dung lập, thẩm định và phê duyệt dự án đầu tư xây dựng, thiết kế xây dựng và dự toán xây dựng công trình mỏ khoáng sản” và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT ). Khi sản lượng từ 0,6 1,2 triệu tấn/năm thì t1 2 năm Khi sản lượng từ 1,2 3 triệu tấn/năm thì t1 3 năm Những mỏ có độ sâu khai thác lớn hơn 800m thời gian xây dựng mỏ t1 lấy theo lịch trình thi công (theo thiết kế). t2 - Thời gian khấu vét - Thường thời gian khấu vét t 2 không quy định cụ thể nhưng không lớn hơn 20 % thời gian khai thác tầng (mức) dưới cùng; nghĩa là đối với các vỉa dốc thoải t2 2 3 năm ; đối với các vỉa dốc đứng t2 1 2 năm . 4.2.2. Các giai đoạn phát triển của mỏ Các giai đoạn phát triển mỏ được tính từ khi mỏ bắt đầu từ khi xây dựng cơ bản, giai đoạn khai thác và cho đến khi kết thúc khấu vét (đóng cửa mỏ), chính bằng thời gian tồn tại thực tế của mỏ, bao gồm thời gian xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, thời gian đào các công trình mở vỉa; thời gian chuẩn bị (mở diện khai thác); thời gian khai thác hết trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ, thời gian khai thác tận thu và hoàn nguyên môi trường. Tuỳ theo điều kiện cụ thể lịch trình phát triển các công trình mỏ có thể bố trí theo một trong hai sơ đồ sau: sơ đồ bố trí nối tiếp và sơ đồ bố trí song song. Sơ đồ 1: bố trí lịch trình phát triển các công trình mỏ theo sơ đồ nối tiếp: Với sơ đồ này sau khi xây dựng cơ bản toàn bộ các công trình mới đưa mỏ vào khai thác. Ưu điểm: Công tác mở vỉa không ảnh hưởng đến công tác chuẩn bị và khai thác cho nên việc tổ chức sản xuất trong các giai đoạn đơn giản. 70
Nhược điểm: - Thời gian xây dựng cơ bản lớn, thời gian tồn tại của mỏ lớn; - Vốn đầu tư xây dựng cơ bản ban đầu lớn; - Tồn đọng vốn, hiệu quả sử dụng vốn đầu tư thấp; - Nhiều công trình khi sử dụng đã phải sửa chữa. Sơ đồ này nên áp dụng trong điều kiện: - Trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ nhỏ, khi khai thác vỉa đơn; - Ruộng mỏ chỉ có một tầng hay một mức khai thác; - Dùng trong các mỏ phụ thuộc (công tác xây dựng cơ bản, thi công các công trình mở vỉa do các công ty, xí nghiệp xây dựng mỏ đảm nhận). Sơ đồ 1. Bố trí theo sơ đồ nối tiếp Công trình mỏ Thời gian thi công Xây dựng cơ bản Chuẩn bị và khai thác Khai thác tận thu Hoàn nguyên môi trường Sơ đồ 2. Bố trí theo sơ đồ song song Công trình mỏ Thời gian thi công Xây dựng cơ bản Chuẩn bị và khai thác Khai thác tận thu Hoàn nguyên môi trường Với sơ đồ sơ đồ bố trí song song thì sau khi mỏ đi vào xây dựng cơ bản cho đến khi chuẩn bị đủ diện để đưa mỏ vào khai thác đảm bảo sản lượng thiết kế người ta tiến hành khai thác đồng thời với quá trình xây dựng cơ bản các giai đoạn tiếp theo cứ như thế cho đến khi khai thác hết trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ và tận thu rồi hoàn nguyên môi trường. Sơ đồ bố trí song song có ưu điểm: 71
- Thời gian xây dựng cơ bản ban đầu ngắn. Sớm đưa mỏ vào sản xuất rút ngắn được thời gian tồn tại của nó. - Vốn đầu tư xây dựng cơ bản ban đầu nhỏ. - Khi mỏ đi vào sản xuát có thể sử dụng lợi nhuận thu được trong quá trình khai thác giai đoạn trước để đầu tư xây dựng cơ bản các giai đoạn tiếp sau nên hiệu quả sử dụng vốn đầu tư cao. Nhược điểm : Mỏ vừa khai thác vừa xây dựng cơ bản cho nên các công việc bị ảnh hưởng lẫn nhau, việc tổ chức sản xuát trở nên phức tạp. Sơ đồ này thường được áp dụng trong điều kiện: Khi khai thác một cụm vỉa có trữ lượng công nghiệp khá lớn; ruộng mỏ có nhiều tầng, nhiều mức. Hiện nay các mỏ hầm lò trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đều bố trí sơ đồ này. 4.3. Xác định kích các thước tối ưu của ruộng mỏ 4.3.1. Đặt vấn đề Trong trường hợp khoáng sàng có trữ lượng nhỏ thì kích thước của ruộng mỏ căn cứ vào điều kiện tự nhiên mà không cần phải tính toán phân chia, xác định. Trong trường hợp khoáng sàng có trữ lượng lớn mà khi đó một mỏ đảm nhận khai thác sẽ không hợp lý về kĩ thuật và kinh tế thì khoáng sàng cần phân chia thành nhiều ruộng mỏ thì cần phải xác định kích thước của ruộng mỏ. Khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí cấu thành giá thành khai thác một tấn than với sự thay đổi kích thước của ruộng mỏ, một số chi phí thì tăng lên, một số chi phí khác thì giảm đi và một số chi phí thì không đổi. Ví dụ: Khi chiều dài theo phương của ruộng mỏ tăng thì chi phí vận tải ở lò dọc vỉa vận chuyển, chi phí năng lượng thông gió cũng tăng, chi phi phí đầu tư xây dựng cơ bản sẽ giảm, chi phí sản xuất ở các khu khai thác thì không đổi. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng tới việc tổ chức sản xuất được thuận lợi và liên tục do ít phụ thuộc vào công tác chuyển diện sản xuất. Từ đó ta thấy rằng khi kích thước của ruộng mỏ thay đổi thì giá thành khai thác một tấn than cũng thay đổi theo. Như vậy, trong ruộng mỏ nếu được mở vỉa bằng một sơ đồ mở vỉa nào đó và với một công suất đã được xác định thì sẽ có một 72
kích thước (theo phương S và theo hướng dốc H) của ruộng mỏ đảm bảo cho giá thành khai thác một tấn than là nhỏ nhất. Kích thước của ruộng mỏ thoả mãn điều kiện nêu trên được gọi là kích thước tối ưu. Hình 4.1. Sơ đồ mở vỉa cho một vỉa than dốc thoải 73
Xác định kích thước tối ưu của ruộng mỏ trên có sở các nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ có thể dùng phương pháp giải tích. Thực chất của phương pháp này là xây dựng một biểu thức toán học biểu thị mối quan hệ giữa chi phí khai thác một tấn than (là hàm số) với kích thước ruộng mỏ (là biến số cần tìm). Sau đó xác định giá trị của biến số để hàm đạt giá trị cực tiểu. Khi đó giá trị kích thước ruộng mỏ cần tìm là giá trị tối ưu. Để xác định kích thước tối ưu của ruộng mỏ ta xét một ví dụ cụ thể: Xác định kích thước hợp lý của ruộng mỏ khi khai thác một vỉa than đơn dốc thoải, mở vỉa bằng một cặp giếng nghiêng bố trí ở trung tâm giếng được đào theo hướng dốc của vỉa, ruộng than chia tầng, mỏ có công suất là A tấn/năm (hình 4.1). Như vậy ta đã biết: Sơ đồ mở vỉa và công suất (A) của mỏ cần xác định kích thước theo phương (S) và theo hướng dốc (H) của ruộng mỏ trong điều kiện trên. Từ công suất (A) của mỏ ta có thể xác định chiều dài theo hướng dốc của tầng khai thác để đảm bảo sản lượng. Chiều dài nghiêng của tầng được xác định trên cơ sở biết công suất A: ; mét (4.4) Trong đó : Acb - Sản lượng than khai thác khi đào lò chuẩn bị; tấn/năm; k - Hệ số dự trữ sản lượng k = 1,15 1,2; ne - Số lò chợ (số cánh trên tầng ) khai thác đồng thời; v - Tốc độ dịch chuyển lò chợ trong năm; m/năm; p = m1 .; tấn /m2 - Năng suất của vỉa; m1 - Chiều dày lớp khấu (chiều cao lò chợ); m;  - Trọng lượng thể tích của than; T/m3; c - Hệ số khai thác trong lò chợ c = 0,9  0,95; l - Tổng chiều dài theo hướng dốc của các trụ bảo vệ và các đường lò dọc vỉa bố trí trong tầng; m. Chiều dài theo hướng dốc của ruộng mỏ ta có thể xác định là: H = n.h; mét Trong đó: 74
n - Số tầng bố trí trong ruộng mỏ; tầng Do kích thước theo hướng dốc (H) của ruộng mỏ được xác định bởi số tầng (n) cho nên bài toán xác định kích thước của ruộng mỏ được đưa về bài toán xác định chiều dài theo phương (S) và số tầng bố trí trong ruộng mỏ (n) hay nói cách khác S và n là giá trị của các tham số (biến số) cần tìm. 4.3.2. Xây dựng phương trình hàm mục tiêu Từ sơ đồ mở vỉa như hình vẽ ta xác định các chi phí khai thác có liên quan đến kích thước của ruộng mỏ là S và n. Hay nói cách khác hàm mục tiêu theo biến S và n chính là hàm chi phí. 4.3.2.1. Chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp Trong điều kiện mỏ được mở vỉa bằng một sơ đồ mở vỉa nhất định với công suất cố định thì chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp có một giá trị nhất định (theo thiết kế mẫu). Cmb = B ; đồng (4.5) Trong đó: Cmb - Chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, đồng; B - Giá trị bằng tiền khi xây dựng mặt bằng sân công nghiệp 4.3.2.2. Chi phí đào giếng Cg= ( )kg; đồng (4.6) Trong đó: Cg - Chi phí đào giếng, đồng; Ho - Chiều sâu từ mặt đất đến mức thông gió của tầng trên cùng, mét;  - Góc dốc của vỉa (góc dốc của giếng), độ;  Kg - Chi phí đào một mét giếng chính và giếng phụ, đ/mét; Kg = Kch + Kph Kch - Chi phí đào một mét giếng chính, đ/m; Kph - Chi phí đào một mét giếng phụ, đ/m; 4.3.2.3. Chi phí đào sân giếng: Cs Cs = n. D ; đồng (4.7) Trong đó: 75
Cs - Chi phí đào sân giếng, đồng; D - Chi phí đào các đường lò, hầm trạm ở một sân giếng, đồng/sân. 4.3.2.4. Chi phí đào các đường lò dọc vỉa tầng Cd = ( n+ 1 ) S.kd; đồng (4.8) Trong đó: Cd – Chi phí đào các đường lò dọc vỉa, đồng; S - Chiều dài theo phương của ruộng mỏ, m; kd- Chi phí đào lò dọc vỉa; đ/m. 4.3.2.5. Chi phí bảo vệ giếng Trong sơ đồ mở vỉa bằng giếng nghiêng thứ tự khai thác được tiến hành từ trên xuống. Cho nên sau khi giếng đào hết tầng thứ nhất sẽ đưa mỏ vào khai thác và tiếp tục đào sâu thêm giếng xuống tầng thứ hai cùng với quá trình khai thác tầng thứ nhất và cứ như vậy để đảm bảo cho công tác khai thác được liên tục. Vì vậy chi phí bảo vệ giếng được tính theo công thức. Cbg = ( ).n.t.rg; đồng (4.9) Trong đó: Cbg - Chi phí bảo vệ giếng, đồng; t- Thời gian khai thác hết một tầng, năm; rg - Chi phí bảo vệ 1mét giếng nghiêng chính và giếng nghiêng phụ trong 1 năm, đ/m – năm. rg = rch + rph rch - Chi phí bảo vệ một mét giếng chính 1 năm, đ/m – năm; rph - Chi phí bảo vệ một mét phụ 1 năm, đ/m – năm. 4.3.2.6. Chi phí bảo vệ các đường lò dọc vỉa của tầng Cbd =( ).n = (rd, + rd,, ) = .rd; đồng (4.10) Trong đó: Cbd - Chi phí bảo vệ các đường lò dọc vỉa, đồng;  rd - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa vận chuyển và thông gió trong 1 năm, đ/năm; 76
rd = rd, + rd,, rd, - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa vận chuyển trong một năm, đ/m.năm; rd,, - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa thông gió trong một năm, đ/m.năm. 4.3.2.7.Chí phí vận tải khoáng sản ở giếng nghiêng Cvg = n.z.qg ; đồng (4.11) Trong đó: Cvg - Chi phí vận tải khoáng sản ở giếng nghiêng, đồng; z - Là trữ lượng công nghiệp của một tầng, tấn/tầng; qg- Đơn giá vận tải ở giếng nghiêng; đ/tấn.m; 4.3.2.8. Chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển Cvd= n.2 . ; đồng (4.12) Trong đó: Cvd - Chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển, đồng; qd - Đơn giá vận tải ở lò dọc vỉa vận chuyển, đ/t.m. 4.3.2.9. Chi phí thoát nước Trong chi phí thoát nước mỏ thì chi phí điện năng chiếm một tỷ lệ rất lớn còn các chi phí khác chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Đồng thời chi phí điện năng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi chiều sâu thoát nước và lưu lượng nước cần bơm; cho nên khi xác định kích thước của ruộng mỏ ta chỉ cần xét đến chi phí điện năng thoát nước. Ctn = z.kn.n .Cn; đồng (4.13) Trong đó: Ctn - Chi phí thoát nước, đồng; kn - Hệ số thoát nước, m3/tấn; Cn - Chi phí điện năng để bơm 1m3 nước lên cao 1 m theo giếng, đ/m3-m; Chi phí thoát nước ở các đường lò dọc vỉa tầng không cần xét đến; ở đây thoát nước tự nhiên (nước tự chảy trong các rãnh nước). Chi phí thi công rãnh nước được tính trong chi phí đào lò, chi phí bảo vệ rãnh nước được tính trong chi phí bảo vệ lò. 77
Chú ý: Trên đây ta mới chỉ xét đến các loại chi phí chủ yếu có ảnh hưởng đến kích thước của ruộng mỏ. Để đơn giản ta không xét đến chi phí vận tải, trục tải vật liệu và đất đá thải, chi phí thông gió, chi phí bảo vệ lò trong quá trình đào, chi phí bảo vệ lò dọc vỉa vận chuyển tầng phía sau gương lò chợ... Trong điều kiện cụ thể nếu các chi phí này có ảnh hưởng lớn đối với kích thước của ruộng mỏ thì phải xác định chúng để đưa vào quá trình khảo sát phương pháp tính toán tương tự. Cộng tất cả các chi phí trên và chia cho trữ lượng công nghiệp của ruộng mỏ. Zcn = A.T = A.n.t = A.n = n.z = n.h.S.p.c ; tấn (4.14) Trong đó: t- Thời gian khai thác hết một tầng, năm; Ta được tổng các chi phí tính cho một tấn than khai thác là: Đặt làm thừa số chung ( + Nhóm các số hạng lại và đặt các hệ số: 78
Đặt: Thay giá trị các hệ số C1, C2 , C3, C4 , C5 , C6 vào hàm F(s,n) ta được hàm chi phí có dạng: F(s,n) = (4.15) Khi S và n đạt giá trị tối ưu tại S = So; n = no thì tổng chi phí khai thác một tấn than là nhỏ nhất tức là F (so,no) min. Ta đặt F (s,n) = . f (s,n ) Trong đó h, A là một hằng số; như vậy nếu hàm f(s,n) đạt cực tiểu tại giá trị S0, n0 thì hàm F(so,no) cũng đạt giá trị cực tiểu tại giá trị (S0, n0). Về mặt toán học hàm f(s,n) là hàm có hai biến số là S và n vì vậy việc xác định kích thước hợp lý của ruộng mỏ dẫn đến việc giải bài toán khảo sát hàm f(s,n) tìm giá trị cực tiểu của hàm khi biến số đạt giá trị So và no. 4.3.3. Khảo sát hàm mục tiêu Việc khảo sát hàm f(s,n) để tìm giá trị S =So và n=no để f(so,no) min có thể thực hiện bằng phương pháp đồ thị hay phương pháp giải tích. 79
4.3.3.1. Phương pháp đồ thị Hàm mục tiêu có ba giá trị thay đổi là: S, n và f(s,n) cho nên hàm f(s,n) biểu diễn một mặt trong hệ trục toạ độ không gian ba chiều. Nhưng trong hàm có biến số n là một số nguyên dương, có số giá trị không nhiều lắm ta có thể khắc phục việc xây dựng mặt biểu diễn hàm f(s,n) trong không gian bằng cách xây dựng một họ đường cong đánh dấu để khảo sát. Bằng cách: Cho n lần lượt các giá trị. Với n = 1 ta có f(s,1) = C1S + Với n = 2 ta có f(s,2) = C1S + Với n = 3 ta có f(s,3) = C1S + ..... Với giá trị n = ni Vẽ họ đường cong f(s,1); f(s,2); f(s,3) ... f(s, ni) trên hệ trục toạ độ phẳng mỗi đường cong biểu thị quan hệ giữa chi phí khai thác một tấn than với chiều dài theo phương S của ruộng mỏ tương ứng với số tầng bố trí trong ruộng mỏ là: n=1; n=2 ; n=3 ... và n = ni cho tới khi được một đường cong có tung độ nhỏ nhất tương ứng với số tầng n=no (tối ưu) và từ đó ta cũng có thể xác định kích thước theo phương tối ưu là S = So trên đồ thị. Hình 4.2. Đồ thị xác định kích thước tối ưu của ruộng mỏ 80
4.3.3.2. Phương pháp giải tích Trong hàm mục tiêu f(s,n) = Chiều dài theo phương của ruộng mỏ (S) là một biến số liên tục (là một số dương bất kỳ), còn số tầng trong ruộng mỏ (n) là một biến số rời rạc (là một số nguyên dương). Cho nên về mặt lý thuyết toán học không thể dùng phương pháp giải tích để xét cực trị của hàm. Tuy nhiên, trong thực tế ta có thể coi n là một biến số liên tục; vì vậy có thể dùng phương pháp giải tích để xét cực trị của hàm. Cho nên kết quả tìm được giá trị của n thường là một số không nguyên; người ta phải làm tròn bằng phương pháp gần đúng. Kết quả gần đúng đó vẫn đủ đảm bảo đáp ứng cho thực tế thiết kế. Theo nguyên tắc nêu trên để tìm giá trị chiều dài theo phương S = So và số tầng n = no trong ruộng mỏ tương ứng với chi phí để khai thác một tấn than là nhỏ nhất (f(so,no) min ) ta lần lượt tiến hành theo trình tự sau: - Đạo hàm riêng bậc nhất của hàm số f(s,n) theo S và n và cho bằng không được hệ phương trình như sau: Hay: Hàm hai biến có cực tiểu đảm bảo đồng thời cả ba điều kiện sau (xét cụ thể hàm f(s,n) đang khảo sát thì): Điều kiện 1: Điều kiện 2: 81
Điều kiện 3: Vì vậy hàm f(s,n) trên có cực tiểu. Giải hệ phương trình trên bằng phương pháp thế thông thường dẫn tới giải phương trình bậc 5 một ẩn số vì vậy ta có thể giải hệ phương trình trên bằng phương pháp đồ thị: Từ hai phương trình trong hệ ta có : (4.16) (4.17) Hình 4.3. Đồ thị xác định giá trị S0 và n0 Vẽ hai đường cong S1 và S2 trên cùng đồ thị bằng cách lần lượt cho n các giá trị khác nhau ta có các giá trị S1(n) và S2(n) tương ứng. Giá trị toạ độ điểm M (So,no) giao điểm của hai đường cong S1(n) và S2(n) là chiều dài theo phương So và số tầng no tối ưu của ruộng mỏ trong mô hình khảo sát (hình 4.3). Khi đó các giá trị kích thước tối ưu là: So= và no= Trong quá trình thiết kế mỏ có thể một trong hai kích thước của ruộng mỏ là S hoặc n đã biết trước. Ví dụ kích thước theo phương của ruộng mỏ được giới hạn bởi các công trình của các mỏ lân cận hoặc các điều kiện địa chất kiến tạo. Trong trường hợp này ta chỉ cần thay giá trị S vào công thức tính no ta sẽ được số tầng tối ưu tương ứng: 82
(4.18) Nếu như đã biết số tầng n ta chỉ cần thay giá trị của n vào công thức tính So ta sẽ được chiều dài theo phương tối ưu tương ứng: (4.19) Sau khi đã tính được các kích thước tối ưu của ruộng mỏ là So và no ta có thể tích được trữ lượng địa chất của ruộng mỏ. Zo = So.no.h..m; tấn Trữ lượng công nghiệp: Zcn= So.no.h..m.c; tấn Và tuổi mỏ là To = ; năm Nhận xét: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của ruộng mỏ. - Từ công thức So = thay các giá trị C1, C2 , C3 (từ cách đặt theo biểu thức 4.15) vào ta có: Ta thấy trong các điều kiện như nhau tiến độ lò chợ trong năm là v có giá trị càng lớn thì kích thước theo phương của ruộng mỏ cũng càng lớn tỷ lệ này có quan hệ phi tuyến xác định bằng mối quan hệ (khi khai thác đồng thời hai cánh). Trong biểu thức trên giá trị trong căn có tử số biểu thị các chi phí đầu tư xây dựng cơ bản (chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, chi phí đào giếng, chi phí đào sân ga). Giá trị của các chi phí này càng lớn thì kích thước theo phương của ruộng mỏ cũng càng lớn . Mẫu số biểu thị các chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ và chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển tầng). Giá trị các chi phí này càng lớn thì kích thước theo phương của ruộng mỏ càng nhỏ. 83
- Từ công thức thay các giá trị C3, C4 ,C5 (từ cách đặt theo biểu thức 4.15) vào ta được: Số tầng no bố trí trong ruộng mỏ sẽ lớn khi tốc độ dịch chuyển v của lò chợ càng lớn tỷ lệ này quan hệ theo mối quan hệ phi tuyến ; chi phí xây dựng cơ bản (chi phí đào lò dọc vỉa, chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, chi phí đào giếng) càng lớn thì số tầng trong ruộng mỏ càng lớn; chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ giếng, vận tải ở giếng, thoát nước) càng lớn thì số tầng trong ruộng mỏ càng ít đi tức là kích thước theo hướng dốc càng nhỏ. - Trong thiết kế mỏ có thể dùng phương pháp trên để xác định kích thước tối ưu của ruộng mỏ khi khai thác một cụm vỉa và mở vỉa bằng bất kỳ một sơ đồ mở vỉa nào. Dạng chung của hàm mục tiêu để xác định kích thước của ruộng mỏ đều có dạng. f(s,n) = C1S + Chúng chỉ khác nhau về giá trị của các hệ số C1, C2, C3, C4, C5và C6 trong hàm số. Công thức tính và giá trị các hệ số C i phụ thuộc vào sơ đồ mở vỉa và giá trị của các tham số chi phí. Trong một số trường hợp hàm f(s,n) có thể có nhiều hơn 6 hệ số như trong sơ đồ mà chúng ta khảo sát trên. 4.4. Xác định số ruộng mỏ trong khoáng sàng có kích thước theo phương là hữu hạn 4.4.1. Đặt vấn đề Giả sử có một vùng khoáng sàng đã được thăm dò và xác định được chiều dài theo phương là S thoả mãn điều kiện So < S < 2So Trong đó: So - Kích thước theo phương tối ưu của ruộng mỏ được xác định theo phương pháp nghiên cứu ở mục 4.3. (với So = ) 84
Vấn đề đặt ra là: "Vùng khoáng sàng này sẽ thiết kế cho một mỏ khai thác có chiều dài theo phương của ruộng mỏ là S hay chia khoáng sàng thành hai ruộng mỏ, mỗi ruộng mỏ có chiều dài theo phương là S/2.” 4.4.2. Giải quyết vấn đề Để giải quyết vấn đề đặt ra cần xác định tổng chi phí để khai thác một tấn than theo hai trường hợp (khi số tầng khai thác như nhau và số tầng khai thác khác nhau) làm tiêu chuẩn để so sánh. Tổng chi phí để khai thác một tấn than có quan hệ kích thước của ruộng mỏ được biểu diễn qua hàm chi phí có dạng chung như kết quả đã nghiên cứu là: f(s,n) = C1S + - Trường hợp 1:Giả sử trong hai phương án nêu trên có số tầng khai thác là như nhau. Khi đó chi phí để khai thác một tấn than khi so sánh chỉ phụ thuộc vào S các số hạng tự do trong hàm sẽ không cần xét đến trong biểu thức. Vì vậy hàm chi phí để so sánh giữa hai phương án sẽ có dạng: f(s,n) = C1S + Khi chiều dài theo phương của ruộng mỏ là S hàm chi phí sẽ là: f(s,n) = C1S + Khi chiều dài theo phương của ruộng mỏ là S/2 hàm chi phí sẽ là: f( )= So sánh chi phí theo hai phương án trên. Nếu f(s,n) > f( ) thì: Khi đó: S > Hay S > thì nên chia khoáng sàng thành hai ruộng mỏ để khai thác mỗi ruộng mỏ có chiều dài theo phương là S/2. - Nếu f(s,n)  f( ,n) tương tự ta tính được S < .So thì khoáng sàng được khai thác bằng một ruộng mỏ với chiều dài theo phương của ruộng mỏ là S 85