Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu đề tài là Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quang Ninh nhằm nâng cao hiệu quả khai thác than, phục vụ Quy hoạch phát triển Ngành than đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÙI ĐÌNH THANH TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ- QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÙI ĐÌNH THANH TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ- QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62.52.06.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH. LÊ NHƯ HÙNG HÀ NỘI - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Bùi Đình Thanh
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC . 5 1.1. Hiện trạng áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải tại vùng than quảng ninh ......................................................................................... 5 1.2. Kinh nghiệm áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải trên thế giới .......................................................................................................... 19 1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải ............................................................ 22 1.4. Kết luận, mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..................................... 32 CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP ĐIỀU KIỆN CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH ............................................................................................. 35 2.1. Đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất- kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ lượng các vỉa dày, dốc thoải vùng cẩm phả- quảng ninh........................ 35 2.2. Đề xuất một số công nghệ khai thác phù hợp điều kiện vỉa dày, dốc thoải vùng cẩm phả- quảng ninh ............................................................. 44 2.3. Đề xuất đồng bộ thiết bị cơ giới hóa khai thác vỉa dày thoải .......... 51 2.4. Kết luận ............................................................................................ 58
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH ............................................................. 60 3.1. Nghiên cứu xác định các tham số cần tối ưu hóa của sơ đồ công nghệ khai thác ......................................................................................... 60 3.2. Xây dựng phương pháp tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải ..................... 72 3.3. Xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa trên các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác ................................................... 75 3.3. Kết luận ............................................................................................ 82 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI HÓA KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI TẠI MỎ THAN KHE CHÀM III ...................................................... 84 4.1. Xây dựng các điều kiện tính toán .................................................... 85 4.2. Tối ưu hóa chiều dài lò chợ khi biết trước chiều dài cột khai thác và chiều cao khấu gương ........................................................................... 101 4.3. Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều dài lò chợ và chiều cao khấu gương ........................................................................... 103 4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa chiều cao khấu gương và chi phí sản xuất khi biết trước các kích thước lò chợ ............................................. .106 4.5. Tối ưu hóa các tham số của lò chợ cơ giới hóa theo yếu tố chi phí sản xuất nhỏ nhất................................................................................... 107 4.6. Kết luận .......................................................................................... 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 110 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 113 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 117
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT XV Xuyên vỉa TB Tây Bắc ZHF Giá thủy lực di động kiểu ZHF LAC Fast Lagrangian Analyis of Continua UDEC The Universal Distinct Element Code CNKT Công nghệ khai thác CLTĐ Cột thủy lực đơn HDIB Xà kim loại kiểu HDJB GTLDĐ Giá thủy lực di động HDFBC Xà hộp SNG Khối các nước thuộc Nga XDY Giá thủy lực di động kiểu XDY VINAALTA Giàn chống tự hành kiểu VINAALTA 2ANSH Giàn chống tự hành kiểu 2ANSH OKU Cột chống pha hỏa kiểu OKU Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai QCVN01:2011/BCT thác than hầm CNKT Công nghệ khai thác HTKTCDTP Hệ thống khai thác cột dài theo phương
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ hạ trần than nóc.. 9 Hình 1.2. Mặt cắt gương lò chợ theo các loại vật liệu chống giữ ..................... 9 Hình 1.3. Giá thủy lực di động XDY-1T2/LY ................................................ 10 Hình 1.4. Giá thủy lực di động có xích ZH1800/16/24ZL ............................. 10 Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ sử dụng dàn tự hành Vinaalta, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc ...................................... 12 Hình 1.6. Lò chợ cơ giới hóa đồng bộ tại Công ty than Nam Mẫu ................ 13 Hình 1.7. Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng có lớp đệm nhân tạo .......... 15 Hình 1.8. Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng - hạ trần ................................ 18 Hình 1.9. Sơ đồ CNKT CGH chia lớp nghiêng, hạ trần thu hồi lớp giữa ...... 20 Hình 1.10. Sơ đồ CNKT chia lớp nghiêng với chèn lò toàn phần ................. 20 Hình 1.11. Sơ đồ CNKT cột dài theo phương, CGH khấu than lớp trụ hạ trần thu hồi than nóc tại Trung Quốc ..................................................................... 21 Hình 2.1. Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả ................................................................................................. 42 Hình 2.2. Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả ................................. 43 Hình 2.3. Công nghệ CGH khai thác hạ trần than nóc ................................... 45 Hình 2.4. Công nghệ cơ giới hóa khai thác chia lớp nghiêng,hạ trần thu hồi than lớp giữa .................................................................................................. .49 Hình 2.5. Dàn chống tự hành kiểu “che- chống” có kết cấu thu hồi than nóc sử dụng 1 máng cào ............................................................................................. 52 Hình 2.6. Dàn chống tự hành kiểu “chống - che” có kết cấu thu hồi than nóc, sử dụng 2 máng cào ......................................................................................... 54
Hình 3.1. Mối quan hệ giữa chiều dài lò chợ với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than......................................................... 67 Hình 3.2. Mối quan hệ giữa chiều dài cột khai thác theo phương với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than .................................. 69 Hình 3.3. Mối quan hệ giữa chiều cao khấu gương với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than......................................................... 70 Hình 3.4. Giải thuật tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải ......................................... 74 Hình 4.1. Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của SĐCN cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải ................................................................... 100 Hình 4.2. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ khi biết trước chiều dài cột khai thác và chiều cao khấu (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........... 102 Hình 4.3. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài lò chợ ............... 103 Hình 4.4. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều dài lò chợ và chiều cao khấu (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ...... 104 Hình 4.5. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài cột khấu (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........................................................................ 105 Hình 4.6. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều cao khấu gương (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ......................................................................... 106 Hình 4.7. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ, chiều dài cột khai thác theo yếu tố chi phí sản xuất nhỏ nhất (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........ 108
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng hợp một số chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than nóc ................. 8 Bảng 1.2: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT CGH đồng bộ sử dụng dàn tự hành Vinaalta, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc ......... 13 Bảng 1.3: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT chia lớp nghiêng .. 16 Bảng 2.1: Bảng tính chất cơ lý đá mỏ vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh ............. 37 Bảng 2.2: Tổng hợp trữ lượng địa chất vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh ...................................................................... 41 Bảng 2.3: Tổng hợp trữ lượng các khu vực vỉa than dày, dốc thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả .......... 43 Bảng 2.4: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có kết cấu kiểu “che - chống” sử dụng một máng cào......................................... 53 Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có kết cấu “chống - che” sử dụng hai máng cào .................................................. 55 Bảng 2.6: Bảng so sánh ưu, nhược điểm các loại dàn chống tự hành ............ 56 Bảng 4.1: Các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa .................................... 99
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm qua, sản lượng khai thác than trong nước đã tăng trưởng với tốc độ cao. Những thành tựu đạt được là kết quả của quá trình triển khai áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm từng bước nâng cao mức độ cơ giới hóa các khâu trong quá trình sản xuất. Theo Điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, sản lượng khai thác sẽ tăng nhanh từ 44,1 triệu tấn năm 2014 lên 58,2 triệu tấn năm 2020 và đạt khoảng 68,9 triệu tấn vào năm 2030. Trong đó, sản lượng than khai thác hầm lò sẽ liên tục tăng cao, từ 20,9 triệu tấn năm 2014 lên 48,6 triệu tấn vào năm 2030, tương ứng tăng khoảng 2,3 lần so với hiện nay và chiếm hơn 70% tổng sản lượng toàn ngành. Như vậy, trong tương lai các mỏ hầm lò sẽ là các đơn vị đóng góp sản lượng khai thác than chủ yếu. Do đó, để đạt được mục tiêu sản lượng theo kế hoạch, nhất thiết cần đổi mới công nghệ khai thác than hầm lò theo hướng áp dụng các loại hình công nghệ cơ giới hóa các khâu sản xuất, đáp ứng các tiêu chí cơ bản của mỏ hiện đại như: công suất khai thác lớn; an toàn; trình độ công nghệ và thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập trung, tự động hóa... yêu cầu đòi hỏi triển khai các nghiên cứu, phân tích, đề xuất, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp, tạo cơ sở định hướng phát triển cơ giới hóa và hiện đại hóa các mỏ than. Một trong những điều kiện vỉa than tương đối phổ biến ở vùng than Đông Bắc nói chung, vùng Cẩm Phả nói riêng là đối tượng vỉa than dày thoải. Hiện nay, để khai thác đối tượng vỉa than dày, góc dốc thoải, các công nghệ khai thác được áp dụng chủ yếu tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là: Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ
2 công, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp giữa. Các lò chợ áp dụng những sơ đồ công nghệ khai thác nói trên hiện nay cơ bản đã đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật yêu cầu, đóng góp tỷ lệ lớn trong sản lượng khai thác ngành than hàng năm. Thực tế sản xuất cho thấy, sản lượng than từ các lò chợ khai thác vỉa dày thoải thường lớn hơn 1,5 ÷ 2 lần so với lò chợ khai thác vỉa dày trung bình trong cùng các điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khác. Tuy nhiên, sản lượng các lò chợ còn thấp (chỉ từ 120 ÷ 180 ngàn tấn/năm), năng suất lao động chưa cao (từ 2 ÷ 6 tấn/công-ca). Vì vậy, vấn đề nghiên cứu “Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” với mục tiêu nâng cao hiệu quả khai thác than là rất cần thiết và có ý nghĩa thiết thực để thực hiện kế hoạch phát triển sản lượng ngành than. 2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quang Ninh nhằm nâng cao hiệu quả khai thác than, phục vụ Quy hoạch phát triển Ngành than đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải phù hợp điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vùng Cẩm Phả - Quang Ninh.
3 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện địa chất và điều kiện các khoáng sàng hầm lò theo điều kiện cơ giới hóa khai thác. - Phân tích, đánh giá điều kiện trang thiết bị, khả năng cơ giới hóa của các đơn vị hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam. - Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ dốc thoải lựa chọn cho điều kiện các vỉa than vùng Cẩm Phả - Quang Ninh. 5. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp khảo sát, tổng hợp, kế thừa các tài liệu; - Phương pháp phân tích, thống kê và phương pháp đồ thị; - Phương pháp mô hình hóa toán - kinh tế; - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài 6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: xây dựng được phương pháp luận tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải với tiêu chí tối ưu là chi phí sản xuất thấp nhất trên mỗi tấn than nguyên khai. 6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần xác định giá trị cụ thể của các tham số trong sơ đồ công nghệ khai thác theo điều kiện vỉa và công nghệ áp dụng, giúp Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam lựa chọn các giải pháp chuẩn bị ruộng mỏ hợp lý để cơ giới hóa ở các mỏ than hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh nhằm phát triển bền vững, khai thác than có hiệu quả vùng Quảng Ninh
4 7. Những điểm mới của luận án 7.1. Xây dựng thuật giải bài toán tối ưu hóa các tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. 7.2. . Kết quả chạy máy tính đã cho phép đề xuất giá trị tối ưu các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải tại mỏ Khe chàm III vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. 8. Luận điểm khoa học 8.1. Chi phí sản xuất phụ thuộc vào các tham số như: chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu: khi chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu tăng lên đến một giá trị nhất định, chi phí sản xuất than là thấp nhất, sau đó nếu tiếp tục tăng giá trị các tham số này, chi phí sản xuất sẽ tăng lên. 8.2. Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III, chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối ưu là 200m với chiều dài cột khấu tối ưu là 500m. 8.3. Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ nhất không hoàn toàn tương ứng với chi phí sản xuất nhỏ nhất do trong trường hợp chi phí đào lò chuẩn bị tính trên mỗi tấn than cao hơn so với trường hợp đạt kết quả tối ưu. 8.4. Hệ số hoàn thành chu kỳ Kck = 0,75 9. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, 138 trang, bao gồm 24 hình vẽ và 10 bảng biểu.
5 Chương 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC 1.1. HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA DÀY, DỐC THOẢI TẠI VÙNG THAN QUẢNG NINH Trong những năm qua, sản lượng khai thác than trong nước đã tăng trưởng với tốc độ cao. Những thành tựu đạt được là kết quả của quá trình triển khai áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm từng bước nâng cao mức độ cơ giới hóa các khâu trong quá trình sản xuất. Theo Điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, sản lượng khai thác sẽ tăng nhanh từ 44,1 triệu tấn năm 2014 lên 58,2 triệu tấn năm 2020 và đạt khoảng 68,9 triệu tấn vào năm 2030. Trong đó, sản lượng than khai thác hầm lò sẽ liên tục tăng cao, từ 20,9 triệu tấn năm 2014 lên 48,6 triệu tấn vào năm 2030, tương ứng tăng khoảng 2,3 lần so với hiện nay và chiếm hơn 70% tổng sản lượng toàn ngành. Như vậy, trong tương lai các mỏ hầm lò sẽ là các đơn vị đóng góp sản lượng khai thác than chủ yếu. Do đó, để đạt được mục tiêu sản lượng theo kế hoạch, nhất thiết cần đổi mới công nghệ khai thác than hầm lò theo hướng áp dụng các loại hình công nghệ cơ giới hóa các khâu sản xuất, đáp ứng các tiêu chí cơ bản của mỏ hiện đại như: công suất khai thác lớn; an toàn; trình độ công nghệ và thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập trung, tự động hóa... yêu cầu đòi hỏi triển khai các nghiên cứu, phân tích, đề xuất, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp, tạo cơ sở định hướng phát triển cơ giới hóa và hiện đại hóa các mỏ than.
6 Một trong những điều kiện vỉa than tương đối phổ biến ở vùng than Đông Bắc nói chung, vùng Cẩm Phả nói riêng là đối tượng vỉa than dày thoải. Hiện nay, để khai thác đối tượng vỉa than dày, góc dốc thoải, các công nghệ khai thác được áp dụng chủ yếu tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là: Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp giữa. 1.1.1. Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ và hạ trần than nóc, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng vì chống thủy lực, điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hỏa toàn phần được áp dụng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh như Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Dương Huy, Thống Nhất, Mông Dương, Khe Chàm v.v để khai thác các vỉa có chiều dày từ 3 ÷ 10m, góc dốc đến 45o, đá vách từ dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, đá trụ có tính chất bất kỳ (thuận lợi hơn khi đá trụ từ bền vững trung bình trở lên). Miền áp dụng công nghệ phổ biến nhất là chiều dày vỉa từ 3,5 ÷ 7,5 m, góc dốc vỉa đến 35o. Các mỏ đã áp dụng công nghệ này cho điều kiện vỉa có góc dốc đến 45o gồm Nam Mẫu, Đồng Vông, Công ty 86, Cẩm Thành, Quang Hanh, Khe Chàm, Mông Dương. Theo sơ đồ công nghệ này, khu vực áp dụng được chuẩn bị bằng các đường lò dọc vỉa vận tải và lò dọc vỉa thông gió được đào trong than bám theo trụ vỉa, tại biên giới khu vực đào lò thượng nối giữa lò dọc vỉa vận tải với lò dọc vỉa thông gió để làm thượng khởi điểm khai thác lò chợ. Chiều dài lò chợ từ 80 ÷ 150m, chiều dài cột khai thác theo hướng khấu than phụ thuộc nhiều vào yếu tố địa chất (các đứt gãy địa chất chia cắt ruộng mỏ, sự biến động của yếu tố chiều dày và góc dốc ảnh hưởng đến điều kiện áp dụng công nghệ),
7 phổ biến trong khoảng 200 ÷ 600m. Để sử dụng lại lò dọc vỉa vận tải làm lò thông gió khi khai thác tầng hoặc phân tầng dưới trong quá trình khai thác lò chợ tiến hành đào thêm lò song song chân. Lò chợ được chống giữ bằng các loại vì chống thủy lực như giá thủy lực di động, giá khung thủy lực di động dạng phân thể, giá khung thủy lực dạng chỉnh thể, giá thủy lực di động có xích. Chiều cao chống giữ lò chợ từ 1,8  2,2 m với giá thủy lực di động và giá khung thủy lực di động dạng phân thể (hành trình của cột từ 1,6  2,4 m); từ 2,3  3,0 m khi sử dụng giá khung thủy lực dạng chỉnh thể (hành trình của cột từ 2,1  3,2 m). Khoảng cách giữa các vì chống theo hướng dốc là 1,0 m. Trong quá trình khai thác theo dõi, xác định bước sập đổ thường kỳ của đá vách để tiến hành chống giữ tăng cường. Quá trình khai thác lò chợ trụ, hạ trần than nóc tại các mỏ Hà Lầm, Vàng Danh cho thấy, theo chu kỳ cứ 5 ÷ 7 luồng khấu, ở gương lò lại xuất hiện những hiện tượng có áp lực lớn, biểu hiện sự gãy của đá vách có tính chu kỳ. Công tác khai thác lò chợ gồm khấu than bằng khoan nổ mìn với chiều cao gương khấu phổ biến nhất là 2,2 m. Thiết bị khoan lỗ mìn là các máy khoan điện hoặc máy khoan khí nén cầm tay. Thuốc nổ sử dụng là các loại thuốc nổ an toàn sản xuất trong nước. Phương tiện nổ là kíp điện vi sai an toàn hầm lò loại và máy nổ mìn phòng nổ. Trong mỗi chu kỳ sản xuất, sau khi di chuyển phương tiện chống giữ, trần than sẽ tự sập đổ hoặc sẽ thực hiện khoan nổ hạ trần phần than vách phía sau khu vực chống giữ; than hạ trần được thu hồi sang luồng gương. Điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần. Than khai thác từ lò chợ được vận tải qua máng trượt hoặc máng cào lò chợ xuống máng cào ở lò dọc vỉa vận tải (hoặc song song chân) sau đó đổ vào hệ thống vận tải chung của mỏ. Thông gió cho lò chợ bằng hạ áp chung của mỏ theo sơ đồ thông gió hút hoặc đẩy. Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được của công nghệ xem bảng 1.1.
8 Bảng 1.1: Tổng hợp một số chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than nóc Đơn TT Tên chỉ tiêu Giá trị vị Giá khung Giá khung Giá thủy Giá thủy Vật liệu chống thủy lực di thủy lực di 1 lực di lực di động giữ động phân động chỉnh động có xích thể thể Chiều dày vỉa 2 m 3,2 ÷ 6,3 3,2 ÷ 6,0 3,0 ÷ 9,8 3,6 ÷ 7,8 than Chiều cao khấu 3 m 2,2 2,2 2,2 2,2 gương Chiều cao hạ 4 1,0 ÷ 4,9 1,0 ÷ 4,8 0,8 ÷ 7,6 1,4 ÷ 5,6 trần ≤ 35 5 Góc dốc vỉa độ 20 ÷ 40 10 ÷ 30 25 ÷ 32 (35  45)* 6 Chiều dài lò chợ m 60 ÷ 150 50 ÷ 130 60 ÷ 150 50 ÷ 140 60000 ÷ 50000 ÷ 80000 ÷ 80000 ÷ 7 Công suất lò chợ T/năm 180000 150000 250000 200000 Năng suất lao 8 T/công 3,0 ÷ 5,5 3,0 ÷ 5,0 3,3 ÷ 9,0 5,8 ÷ 7,2 động Chi phí gỗ cho 9 m3 1,95 ÷ 5,4 1,3 ÷ 2,4 1,5 ÷ 4,6 - 1000 T than Chi phí lưới thép 10 kg 503 ÷ 675 412 ÷ 734 - - cho 1000 T than Chi phí thuốc nổ 11 kg 98 ÷ 120 117 ÷ 184 60 ÷150 100 ÷ 146 cho 1000 T than Chi phí kíp nổ 12 cái 490 ÷ 558 517 ÷ 645 250 ÷ 500 500 ÷ 680 cho 1000 T than Chi phí dầu nhũ 13 hoá cho 1000 T kg 150 ÷ 243 108 ÷ 167 35 ÷ 120 114 ÷ 154 than Tổn thất than 14 % 18 ÷ 27 17 ÷ 25 20 ÷ 28 20 ÷ 28 theo công nghệ Nam Mẫu, Thống Hầu hết Đồng Vông, Hầu hết Địa điểm áp Nhất, D- 15 các mỏ 86, Cầm các mỏ dụng ương Huy, hầm lò Thành, Khe hầm lò Đông Bắc Chàm
9 * Một số mỏ như Quang Hanh, Mông Dương đã chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực trong điều kiện vỉa có góc dốc từ 35  45o Lß däc vØ a th«ng giã MÆt c ¾t a - a a Lß däc vØ a th«ng giã 60÷150 m 0÷45 b ° b Lß däc vØ a vËn t¶i a Lß däc vØ a vËn t¶i 2,2 m MÆt c ¾t b - b 3,0÷10,0 m Hình 1.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ hạ trần than nóc 2200 2200 1600 1710 a. Chống giữ lò chợ bằng giá thủy b. Chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động lực di động có xích 2200 2200 1950 2000 c. Chống giữ lò chợ bằng giá khung d. Chống giữ lò chợ bằng giá khung thủy lực di động dạng chỉnh thể thủy lực di động dạng phân thể Hình 1.2. Mặt cắt gương lò chợ theo các loại vật liệu chống giữ
10 Một số thiết bị chính được sử dụng trong các lò chợ áp dụng sơ đồ công nghệ gồm: Giá thủy lực di động loại XDY-1T2/LY, XDY-1T2/Hh/Lr; giá khung thủy lực di động phân thể loại GK/1600/1.6/2.4/HTD, ZH1600/16/24F; giá khung thủy lực di động chỉnh thể loại ZH1600/16/24Z, GK/1600/1.6/2.4/HT; giá thủy lực di động có xích; máy khoan điện cầm tay loại ZM-12, máy khoan khí nén cầm tay loại ZQS-35, máng cào SKAT-80 hoặc SGB-420, SGB-620. Hình 1.3. Giá thủy lực di động Hình 1.4. Giá thủy lực di động có XDY-1T2/LY xích ZH1800/16/24ZL Quá trình áp dụng công nghệ tại các mỏ hầm lò cho thấy, ưu điểm của công nghệ là phù hợp với điều kiện địa chất các vỉa dày thoải đến nghiêng có điều kiện địa chất phức tạp. Nhược điểm của công nghệ là công tác khấu than, chống giữ, điều khiển áp lực mỏ thực hiện hoàn toàn bằng thủ công mức độ tổn thất than trong hạ trần còn cao (trung bình khoảng 30%). Không chủ động trong công tác điều khiển đá vách.
11 1.1.2. Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ và hạ trần than nóc, cơ giới hóa khai thác bằng máy khấu than và dàn chống tự hành có kết cấu hạ trần được đưa vào áp dụng tại vỉa 8 khu Giếng Vàng Danh từ tháng 10/2007. Trên cơ sở kinh nghiệm và kết quả đạt được tại Vàng Danh, đầu năm 2010, sơ đồ công nghệ khai thác này tiếp tục được triển khai áp dụng tại 6 khu I Than Thùng mỏ than Nam Mẫu. Điều kiện áp dụng công nghệ là các vỉa dày, thoải đến nghiêng, mức độ biến động về chiều dày và góc dốc từ ổn định trung bình trở lên, đá vách thuộc loại dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, đá trụ từ bền vững trung bình trở lên. Các khu vực áp dụng công nghệ được chuẩn bị tương tự như sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ và hạ trần than nóc, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ các loại giá chống thủy lực. Lò chợ sử dụng đồng bộ thiết bị cơ giới hoá, khấu gương bằng máy khấu với chiều cao khấu gương 2,8 m, hạ trần thu hồi than phần chiều dày vỉa còn lại, chống giữ lò chợ bằng dàn tự hành có kết cấu hạ trần than nóc. Sau mỗi chu kỳ khấu gương tiến hành di chuyển máng cào và dàn chống, phần than nóc tự sập đổ. Thu hồi than hạ trần qua cửa sổ tháo than, máng thu hồi của dàn chống tự hành xuống máng cào luồng gương lò chợ. Công tác điều khiển đá vách bằng phương án phá hỏa toàn phần, sử dụng phương pháp tự sập đổ “không thực hiện phá hỏa cưỡng bức hay chèn lò hoặc để lại trụ than phía sau lò chợ”. Các thiết bị chính trong dây chuyền thiết bị cơ giới hóa đồng bộ bao gồm: dàn chống VINALTA-2.0/3.15, máy khấu than MB12 2V2P-450E, máng cào DSS 260 - 2 x 132kW - 120, máy nghiền DUK 2P1, máy chuyển tải DSS 190, trạm bơm dung dịch nhũ hóa HA80/320 P1, trạm bơm phun sương