Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lựa chọn CNKT và tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHO CÁC VỈA DẦY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC UÔNG BÍ - QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội- 2017

Công trình được hoàn thành tại: Bộ Môn Khai thác hầm lò, Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS Đỗ Mạnh Phong 2. TS Trương Đức Dư

Phản biện 1: GS. TSKH. Lê Như Hùng Phản biện 2: TS. Phùng Quốc Huy Phản biện 3: TS. Trần Minh Nguyên

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm 2017

Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc Gia, Hà Nội - Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng chiếm tỷ trọng không nhỏ trong tổng trữ lượng bể than Đông Bắc (Quảng Ninh), khoảng 5 ÷ 8%, trong đó tập trung ở vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54,6 triệu tấn. Hàng năm, sản lượng khai thác từ đối tượng vỉa dày trung bình, dốc đứng chiếm khoảng 7 ÷ 8 tổng sản lượng than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV).

Hiện nay, để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, các mỏ hầm lò chủ yếu vẫn áp dụng các CNKT thủ công như các CNKT dạng buồng; CNKT lò dọc vỉa phân tầng. Các CNKT này có hiệu quả chưa cao, sản lượng và NSLĐ thấp, chi phí khai thác lớn và đặc biệt là tỷ lệ tổn thất cao (30 ÷ 40%). Những năm gần đây, một số mỏ vùng Uông Bí đã đưa vào áp dụng thử nghiệm các CNKT tiên tiến như: CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH, HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY đã bước đầu khẳng định tính ưu việt hơn hẳn các CNKT thủ công trong cùng điều kiện, qua đó mở ra triển vọng mở rộng áp dụng. Tuy nhiên, quá trình đưa vào áp dụng chưa lâu, cần tiến hành theo dõi, đánh giá, nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả áp dụng công nghệ.

Xuất phát từ từ thực tế nêu trên, cần thiết phải thực hiện “Nghiên cứu lựa chọn CNKT và tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh” nhằm nâng cao sản lượng khai thác, NSLĐ, mức độ an toàn lao động và giảm tổn thất trong khai tháccác vỉa than dày trung bình, dốc đứng. 2. Mục tiêu của đề tài

Lựa chọn được CNKThợp lý và tối ưu hóa các thông số của HTKT các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - QN, nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và NSLĐ trong khai thác than HL. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tàiluận án là CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng.Phạm vi nghiên cứu là của đề tàicác vỉa than dày

trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ các vỉa than dày trung

bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh.

- Phân tích, đánh giá, lựa chọn được CNKT phù hợp điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh.

- Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dày

trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí. 5. Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp:

- Phương pháp tổng hợp, đánh giá tài liệu; - Phương pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất; - Phương pháp thống kê, phân tích, so sánh; - Phương pháp tính toán giải tích; - Phương pháp mô hình toán - kinh tế. 6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài:Góp phần xây dựng điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng; Xây dựng được phương pháp luận, giải thuật bài toán tối ưu hóa các thông số “chiều cao tầng khai thác”, “chiều dài theo phương cột khai thác” trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY.

6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài:Đề xuất được các CNKT hợp lý cho điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh; Tối ưu hóa các thông số HTKT giúp nâng cao hiệu quả áp dụng CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY trong điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh. 7. Những điểm mới của luận án 7.1. Xây dựng được điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa

dày trung bình, dốc đứng.

7.2. Xây dựng phương pháp tối ưu hóa các thông số của HTKT

các vỉa dày trung bình, dốc đứng.

7.3. Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái với các thông số tối ưu. 8. Luận điểm khoa học

8.1. Đề xuất lựa chọn CNKT hợp lý theo nguyên tắc ưu tiên áp dụng CNKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY; CNKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH.

8.2. Trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY:Chiều cao tầng tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò và tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị; Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; và tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, chi phí thiết bị.

8.3. Trong điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảng Ht = 75 ÷ 80 m, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu khoảng Lp = 650 ÷ 700 m. 9. Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị,

126 trang, bao gồm 28 bảng biểu và 28 hình vẽ.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC

1.1. Tổng quan về HTKT các vỉa dày TB, dốc đứng trên thế giới 1.1.1.HTKT chia cột theo hướng dốc, sử dụng giàn chống cứng Các thông số cơ bản của HTKT: chiều rộng cột từ 20 40 m, chiều dài theo hướng dốc từ 100  140 m, chiều rộng trụ bảo vệ giữa các thượng cột từ 1,5 ÷ 3,5 m. 1.1.2. HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than

Các thông số cơ bản của HTKT: chiều rộng cột khai thác (theo đường phương) khoảng 40 ÷ 60 m, chiều dài cột khai thác (theo hướng dốc vỉa) phụ thuộc vào chiều cao tầng khai thác, từ 100 ÷ 300 m. 1.1.3. HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợpgiàn chống tự hành kết hợp máy bào hoặc combai khấu than Các thông số cơ bản của HTKT gồm: chiều dài lò chợ khoảng 120 m, chiều dài theo phương của cột khai thác phụ thuộc vào điều kiện vỉa than, thường không nhỏ hơn 300 m. 1.1.4. HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn Khu vực KT chuẩn bị bởi các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau 20 ÷ 30 m. 1.1.5. Các CNKT khấu than bằng máy cưa than KVKT được chia thành các phân tầng chiều dài theo hướng dốc từ 40 ÷ 80 m. KVKT được chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa phân tầng cách nhau 20 ÷ 50 m. 1.1.6. CNKT bằng sức nước Để khai thác các vỉa mỏng, dốc và dốc đứng bằng phương pháp sức nước thường áp dụng hệ thống chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa phân tầng. 1.2. Tổng quan về các HTKT vỉa dày TB, dốc đứng ở trong nước 1.2.1. Các HTKT dạng buồng Để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, bao gồm hai sơ đồ HTKT chính là buồng - thượng chéovà buồng - thượng. 1.2.2. HTKT lò dọc vỉa phân tầng HTKT lò dọc vỉa phân tầngđược áp dụng ở hầu hết các mỏ hầm lò để khai thác các vỉa dày trung bình và dày (<6,0 m). 1.2.3. HTKT chia cột theo hướng dốc, sử dụng giàn chống cứng tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê Tại mỏ Vàng Danh áp dụng HTKT sử dụng giàn chống cứng không phân mảng tại vỉa 8 vách khu Tây Vàng Danh. Tại mỏ Mạo Khê áp dụng HTKT sử dụng giàn chống cứng dạng vòm tại vỉa 6 khu Tràng Khê. 1.2.4. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh So với HTKTsử dụng bằng giàn chống cứng phân mảng đã thử nghiệm tại Vàng Danh, HTKT sử dụng giàn chống mềm đã giải quyết được vấn

đề giảm tổn thất than. Tuy nhiên, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được khá thấp, công nghệ gặp nhiều khó khăn khi vỉa than có độ biến động lớn chiều dày, góc dốc, than mềm yếu. 1.2.5. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê Năm 2006, Viện KHCN Mỏ đã phối hợp với các chuyên gia Nhật Bản và Công ty than Mạo Khê nghiên cứu áp dụng thử nghiệm HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn lò toàn phần theo kiểu Kakuchi của Nhật Bản 1.2.6. HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH Áp dụng 2ANSH tại Hồng Thái cũng tồn tại hạn chế như tại Mạo Khê, đó là chỉ sử dụng một dây chuyền, dẫn đến thời gian chuyển diện lâu, trong thời gian đó sản lượng đạt được thấp. 1.2.7. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY Giàn chống mềm ZRY được chế tạo với nhiều mã hiệu khác nhau tương ứng với từng miền chiều dày vỉa. Kết quả áp dụng thử nghiệm thành công công nghệ vỉa 9b, khu Tràng Khê II, Công ty than Hồng Thái. 1.3. Tổng quan về công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng 1.3.1. Tổng quan về các phương pháp tối ưu hóa trong ngành mỏ Việc tìm giải pháp tối ưu cho một vấn đề nào đó chiếm một vai trò hết sức quan trọng. Phương án tối ưu là phương án hợp lý nhất, tốt nhất, tiết kiệm chi phí, tài nguyên, nguồn lực mà lại cho hiệu quả cao. Để giải các bài toán tối ưu hóa các tham số của công nghệ khai thác mỏ thường áp dụng các phương pháp: Phương pháp tiếp nhận các lời giải phức tạp; Phương pháp giải tích (một hoặc hai biến); Phương pháp phương án; Phương pháp mô hình toán kinh tế. 1.3.2. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng Ở trong nước có các công trình như sau: 1) Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu khả năng phát triển công nghệ khai thác vỉa than độ dốc lớn theo hướng áp dụng các giàn chống (không phân

mảng, giàn chống có đế trượt, giá thuỷ lực di động) và phương pháp nổ mìn trong lỗ khoan dài đường kính lớn” do Viện KHCN Mỏ chủ trì thực hiện năm 2004, ThS. Trần Tuấn Ngạn chủ nhiệm đề tài. 2) Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu áp dụng công nghệ khai thác chèn lò phục vụ công tác điều khiển đá vách và bảo vệ các đối tượng công trình bề mặt trong điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh” do Viện KHCN Mỏ chủ trì thực hiện năm 2006, TS.Nguyễn Anh Tuấn chủ nhiệm đề tài. 3) Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chiều cao phân tầng trong sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dốc tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” do Viện KHCN Mỏ chủ trì thực hiện năm 2009, TS. Nhữ Việt Tuấn chủ nhiệm đề tài. 4) Đề tài cấp Bộ “Đánh giá hiệu quả và đề xuất hướng phát triển áp dụng công nghệ cơ giới hoá vỉa dốc mỏng bằng giàn chống tự hành 2ANSH tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” do Viện KHCN Mỏ chủ trì thực hiện năm 2009, TS. Nguyễn Anh Tuấn chủ nhiệm đề tài.

1.4. Kết luận chương 1

Luận án đã tổng quan các HTKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng ở trong và ngoài nước. Kết quả cho thấy, trên thế giới, các HTKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng đã được nghiên cứu phát triển rất đa dạng, đa phần có mức độ CGH tương đối cao ít phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp vùng Quảng Ninh.

Ở trong nước, một số công trình nghiên cứu đã đề cập và hoàn thiện các thông số của HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng cho một vài loại hình CNKT. Tuy nhiên, đặc điểm chung của các kết quả nghiên cứu nói trên là đều tiến hành tối ưu hóa các thông số của CNKT theo phương pháp phương án, hoặc lựa chọn dựa trên kinh nghiệm thực tiễn. Do đó, phương pháp luận hoặc kết quả nghiên cứu thường chỉ áp dụng được với một số trường hợp cụ thể, khó có khả năng khái quát để sử dụng cho bài toán công nghệ khác, hoặc điều kiện khác.

Xuất phát từ thực tế nêu trên, luận án xác định mục tiêu và nội dung

nghiên cứu gồm:

- Nghiên cứu lựa chọn CNKT phù hợp điều kiện địa chất - kỹ thuật

mỏ các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh;

- Xây dựng phương pháp tối ưu hóa các thông số của HTKT theo

công nghệ được lựa chọn.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HTKH VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC HỢP LÝ CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG VÙNG UÔNG BÍ - QUẢNG NINH 2.1. Đánh giá đặc điểm địa chất - kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí 2.1.1. Đặc điểm địa tầng Đặc điểm chung của địa tầng trầm tích chứa than vùng Uông Bí, Quảng Ninh gồm nhiều biến thể bởi các kiểu kiến trúc đặc biệt như dạng ẩn tinh, lấp đầy, cơ sở, biến tinh.

2.1.2. Đặc điểm địa chất công trình Tuy cùng một loại đá, nhưng các đặc trưng tính chất, trạng thái cũng rất khác nhau, mức độ biến thiên lớn, nên trong quá trình tổng hợp tài liệu chuyên đề đã lựa chọn những nét đặc trưng bằng phương pháp xác suất thống kê.

2.1.3. Đặc điểm địa chất thủy văn Đặc điểm địa chất thủy văn chính của vùng Uông Bí, Quảng Ninh là nước trong trầm tích chứa than có liên quan chặt chẽ với nước mặt và

thay đổi theo mùa: về mùa mưa, lưu lượng nước trong lò lớn gấp 15  30 lần so với mùa khô và đạt tới 5000  6000 m3/giờ. 2.1.4. Đặc điểm khí mỏ, cháy nội sinh Qua nghiên cứu, phân tích, nguyên nhân xảy ra cháy là do cháy nội sinh, do vỉa than có tính chất tự cháy.

2.1.5. Tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí tại bảng 2.1

Bảng 2.1. TH trữ lượng các vỉa than dày TB, dốc đứng vùng Uông Bí Chiều dày (m)

TT

Tên mỏ

1 Mạo Khê Nam Mẫu 2 Uông Bí 3 Vàng Danh 4 Hồng Thái 5 Tổng cộng

Tổng cộng (1000T) 43.614,7 5.388,7 1.728,2 3.496,1 415,4 54.643,1

2,21÷3,5m 28.624,3 3.455,8 1.728,2 3.327,4 272,0 37.407,7

1,21÷2,2m 14.990,5 1.932,9 0,0 168,6 143,4 17.235,4

Tỷ lệ % 79,8% 9,9% 3,2% 6,4% 0,8% 100% 2.2. Nghiên cứu xây dựng điều kiện áp dụng các HTKT và CNKT cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng 2.2.1. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn CNKT hợp lý

1. Yếu tố sản trạng vỉa 2. Yếu tố cấu tạo vỉa 3. Tính chất cơ lý của đá vách và trụ vỉa 4. Hệ số kiên cố của than 5. Mức độ phá huỷ kiến tạo vỉa than

2.2.2. Xây dựng điều kiện áp dụng các loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng bảng 2.2.

Bảng 2.2. Điều kiện áp dụng các HTKTdạng buồng

Điều kiện áp dụng

TT

Thông số

Buồng - thượng

Buồng - thượng chéo

Chiều dày vỉa

< 6,0m, ổn định đến không ổn định

Góc dốc vỉa

≥ 45º, ổn định đến không ổn định

Cấu tạo vỉa

Từ đơn giản đến phức tạp

Đá vách vỉa

Đá vách trực tiếp bất kỳ

Đá trụ vỉa

Đá trụ trực tiếp bất kỳ

Than có độ cứng bất kỳ

Tính chất cơ học của than

Mức độ phá hủy kiến tạo

Có thể áp dụng ở các khu vực có nhiều phay phá đứt gẫy,tuy nhiên sẽ làmgiảm hiệu quả khai thác.

Ghi chú(ưu tiên áp dụng)

Áp dụng để khai thác tận thu các khu vực nhỏ lẻ

Áp dụng để khai thác tận thu các khu vực có trữ lượng lớn

2. Điều kiện áp dụng HTKT lò dọc vỉa phân tầng xem bảng 2.3. Bảng 2.3. Điều kiện áp dụng HTKT lò dọc vỉa phân tầng Thông số Chiều dày vỉa

TT 1 2 Góc dốc vỉa 3 Cấu tạo vỉa 4 Đá vách vỉa 5 Đá trụ vỉa

Điều kiện áp dụng < 6,0 m, ổn định đến ổn định trung bình ≥ 450 , ổn định đến ổn định trung bình Từ đơn giản đến phức tạp Đá vách trực tiếp bất kỳ Đá trụ trực tiếp bất kỳ

Than có độ cứng bất kỳ

Tính chất cơ học của than Mức độ phá hủy kiến tạo Vật liệu chống giữ gương khấu

Có thể áp dụng ở các khu vực có nhiều phay phá đứt gẫy,tuy nhiên sẽ làmgiảm hiệu quả khai thác. Giá thủy lực di động loại XDY-1T2/LY của Trung Quốc hoặc của Việt Nam sản xuất

3. Điều kiện áp dụng HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng

bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH xem bảng 2.4. Bảng 2.4. Điều kiện áp dụng HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH

Thông số

TT 1

Chiều dày vỉa

Điều kiện áp dụng 1,2  2,2 m

2 Góc dốc vỉa Cấu tạo vỉa 3 4 Đá kẹp và than có chỉ tiêu độ cứng 5 Đá vách trực tiếp 6 Đá vách cơ bản 7 Đá trụ trực tiếp của vỉa 8 Mức độ phay phá

9 Điều kiện địa chất thủy văn

40  90° Đơn giản. Vỉa ít, hoặc không có đá kẹp f < 3 Sét kết, bột kết có độ ổn định từ TB trở lên Nhẹ đến trung bình Bền vững trung bình trở lên Phay phá nhỏ hoặc không có phay phá Khu vực khai thác không hoặc ít bị ảnh hưởng của nước mặt cũng như nước ngầm

4. Điều kiện áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ

xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY xem bảng 2.5. Bảng 2.5. Điều kiện áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY

Một số yếu tố

TT 1 2 3 4

Chiều dày vỉa (m) Góc dốc vỉa (độ) Cấu tạo vỉa Độ cứng của than

Thông số - Điều kiện 1,6 2,5; 2,0 ÷ 3,0; 2,5 ÷ 3,5; 3,5 ÷ 4,5 >45º, tương đối ổn định Đơn giản, vỉa ít, hoặc không có đá kẹp Than có độ cứng bất kỳ

Một số yếu tố

Đá vách trực tiếp Đá trụ trực tiếp của vỉa

TT 5 6 7 Mức độ phay phá

Điều kiện địa chất thủy văn

Thông số - Điều kiện Sét kết, bột kết có độ ổn định từ TB trở lên Tập sét kết và bột kết, bền vững trung bình Phay phá nhỏ hoặc không có phay phá Khu vực khai thác không hoặc ít bị ảnh hưởng của nước mặt cũng như nước ngầm

2.3. Phân tích, đánh giá lựa chọn HTKT và CNKT phù hợp cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí.

Luận án tiến hành phân tích, so sánh ưu nhược điểm của các HTKT cho điều kiện vỉa trung bình, đốc đứng với các công nghệ khai thác (Lò dọc vỉa phân tầng, các CNKT dạng buồng, CNKT lò chợ 2ANSH, giàn mềm kiểm ZRY) đồng thời so sánh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của các HTKT này với nhau từ đó đánh giá lựa chọn một số loại hình HTKT phù hợp với điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vùng Quảng Ninh như sau:

- Các HTKT dạng buồng - thượng cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

đạt được còn hạn chế

- HTKT buồng - lò thượng chéo chỉ phù hợp áp dụng tạm thời nhằm

đảm bảo nhu cầu sản lượng hàng năm theo kế hoạch của mỏ.

- HTKT lò dọc vỉa phân tầng cơ bản đã đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, mức độ kiểm soát an toàn tốt hơn các HTKT dạng buồng. Tuy nhiên các chỉ tiêu KTKT thậm chí còn thấp hơn, tổn thất than cao, chi phí gỗ lớn.

- HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH là loại hình công nghệ tiên tiến nhất, nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại hình CNKT thủ công. Tuy nhiên, điều kiện áp dụng CNKT này đòi hỏi rất khắt khe.

-HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY có những ưu điểm giống như sơ đồ CNKT chống giữ bằng giàn mềm ở mỏ Vàng Danh trước đây. Ngoài ra, do sử dụng loại giàn mềm ZRY có nhiều cải tiến so với giàn mềm trước đây nên có thể khắc phục được những hạn chế của sơ đồ công nghệ chống giữ bằng giàn mềm ở mỏ Vàng Danh.

2.4. Kết luận chương 2 Trữ lượng nằm trong miền chiều dày vỉa từ 1,21 ÷ 2,2 m khoảng 17,2 triệu tấn (chiếm 31,5%), trong miền chiều dày từ 2,21 ÷ 3,5 m khoảng 37,4 triệu tấn (chiếm 68,5%). Luận án đề xuất lựa chọn HTKT vùng Uông Bí như sau: - Ưu tiên áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY cho những khu vực có điều kiện phù hợp. - Áp dụng HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH cho những khu vực có điều kiện thuận lợi (vỉa than có chiều dày từ 1,2 ÷ 2,2 m, ít biến động về chiều dày và góc dốc;cấu tạo vỉa đơn giản; đá vách, đá trụ ổn định trung bình trở lên; trữ lượng tập trung; định hướng áp dụng tại vùng Mạo Khê, Hồng Thái, Uông Bí). - Áp dụng các HTKT dạng buồng, HTKT lò dọc vỉa phân tầng để khai thác tận thu các khu vực nhỏ lẻ, phân tán hoặc các điều kiện vỉa biến động phức tạp, phân tán, khó tập trung hóa sản xuất.

Tên các thông số

TT 1 2

Chiều cao tầng khai thác Chiều dài theo phương cột khai thác Khoảng cách giữa các thượng chéo - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện Chiều dài buồng khấu

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HOÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA HTKT LÒ CHỢ XIÊN CHÉO CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG 3.1. Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa củaHTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng 3.1.1. Các thông số cơ bản của các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh 1. Các thông số CB của HTKT buồng - thượng chéo xem bảng 3.1. Bảng 3.1. Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng chéo Giá trị 60 ÷ 80 60 ÷ 80 7,5 ÷ 8 10 ÷ 12 3,5 ÷ 5,0

Đơn vị m m m m m

2. Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng xem bảng 3.2.

Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng

Tên các thông số

TT 1 2 3

Chiều dài theo phương cột khai thác Chiều cao tầng khai thác Chiều cao phân tầng khai thác Khoảng cách giữa các thượng khai thác - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện Chiều dài buồng khấu

Đơn vị m m m m m m

Giá trị 60 ÷ 80 60 ÷ 80 20 ÷ 30 7,5 ÷ 8,0 10 ÷ 12 5 3,5 ÷ 5,0 3. Các thông số CB của HTKT lò dọc vỉa phân tầng xem bảng 3.3.

Bảng 3.3. Các thông số cơ bản của HTKT lò dọc vỉa phân tầng

Tên các thông số

TT 1 2

Chiều dài theo phương cột khai thác Chiều cao tầng khai thác Chiều cao phân tầng khai thác - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện

Đơn vị m m m m

Giá trị 60 ÷ 80 60 ÷ 80 7,0 ÷ 8,0 10 ÷ 12

4. Các thông số cơ bản của HTKT chia cột theo hướng dốc trong

CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH xem bảng 3.4.

Bảng 3.4. Các thông số cơ bản của HTKT chia cột theo hướng dốc trong CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH

Tên các thông số

Chiều cao tầng khai thác Chiều rộng cột khai thác (chiều dài lò chợ) Chiều rộng trụ bảo vệ lò DVVT

Đơn vị m m m

Giá trị 100 ÷ 150 40 ÷ 60 10 ÷ 15

TT 1 2 3

5. Xác định các thông số cơ bản của HTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY tại bảng 3.5.

Bảng 3.5. Các thông số cơ bản của HTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY

Tên các thông số

Chiều cao tầng khai thác Chiều dài theo phương của cột khai thác Khoảng cách giữa các cúp tháo than - đi lại Chiều cao trụ bảo vệ lò dọc vỉa vận tải

Đơn vị m m m m

Giá trị 65 200 6 10

TT 1 2 3 4

3.1.2. Lựa chọn CNKT cần tối ưu hóa các thông số của HTKT CNKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH đã được Viện Khoa học Công nghệ Mỏ nghiên cứu hoàn thiện và hiện nay triển khai tại Hồng Thái cho kết quả tương đối tốt. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY mới được đưa vào áp dụng thử nghiệm thành công tại Công ty than Hồng Thái (và gần đây là Công ty than Uông Bí). Tuy nhiên, việc thiết kế công nghệ thử nghiệm, cũng như lựa chọn các thông số của HTKT còn chủ yếu dựa trên kinh nghiệm tại Trung Quốc, chưa có các nghiên cứu sâu đánh giá hoàn thiện công nghệ, cũng như tối ưu hóa các thông số của HTKT. Trên cơ sở đó, luận án sẽ tập trung nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY. 3.1.3. Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa của HTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY Luận án lựa chọn nghiên cứu tối ưu hóa các thông số trong HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY, gồm: chiều cao tầng khai thác; chiều dài theo phương của cột khai thác. 3.2. Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 3.2.1. Lựa chọn phương pháp tối ưu hóa Để giải bài toán tối ưu hóa các thông số của HTKT có thể áp dụng một số phương pháp, gồm: Phương pháp tiếp nhận các lời giải phức tạp; Phương pháp giải tích (một hoặc hai biến); Phương pháp phương án; Phương pháp mô hình toán kinh tế. Trong đó, phương pháp mô hình toán - kinh tế phù hợp nhất với bài toán luận án đặt ra. 3.2.2. Xây dựng mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, sử dụng giàn mềm ZRY gồm 4 bước: Bước 1. Xây dựng mô hình định tính cho vấn đề đặt ra. Bước 2. Xây dựng mô hình toán học cho vấn đề đang xét.

Bước 3. Sử dụng các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bài toán hình thành trong bước 2. Bước 4. Kiểm chứng lại các kết quả tính toán thu được trong bước 3. 1. Xây dựng mô hình tổng quát và xác lập các điều kiện tính toán 1. Xây dựng mô hình tổng quát C = f(Ht,Lp) → min (3.1)

Trong đó: C - Giá thành sản xuất 1 tấn than; Ht - Chiều cao tầng khai thác, m; Lp - Chiều dài cột khai thác theo phương, m; f(Ht,Lp) - Hàm số tính toán chi phí sản xuất dựa trên Ht,Lp. Trong đó, các giá trị Ht,Lp được cho trước miền biến thiên bởi các giá trị cực tiểu và cực đại: Ht = [Ht-min; Ht_max] ; Lp - [Lc-min; Lp_max], đồng thời giả định các yếu tố đầu vào khác (không liên quan đến Ht,Lp) là không đổi. 2. Xác định chi phí thời gian cho từng công việc chính trong chu kỳ khai thác lò chợ thể hiện trong bảng 3.6.

Bảng 3.6. Các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa

Chỉ tiêu

Thời gian giao ca, chuẩn bị sản xuất Thời gian khoan lỗ mìn 1 đợt khấu Thời gian nạp mìn 1 đợt khấu Thời gian nổ mìn, thông gió 1 đợt khấu Thời gian tải than, căn chỉnh 1 đợt khấu Thời gian vận chuyển giàn ZRY Thời gian 1 lần chuyển diện

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 Hệ số hoàn thành chu kỳ

Đơn vị Phút/ca Phút/đợt Phút/đợt Phút/đợt Phút/đợt Phút/ca Tháng/lần -

Giá trị 60 30 30 30 90 60 1,5 0,9

2. Xây dựng hàm số quan hệ giữa giá thành sản xuất và các thông số cần tối ưu hóa Xây dựng hàm quan hệ phụ thuộc f(Ht,Lp) trong phương trình (3.1), từ đó tìm cực trị min của hàm số này.

Giá thành sản xuất 1 tấn than(C) ra đến cửa lò: C = Gpx + Cđl + Cvt + Ctg + Ctn + Cx + Cc đồng/tấn. (3.4)

Trong đó: Gpx - Giá thành phân xưởng, đồng/tấn; Cđl - Chi phí đào lò chuẩn bị sản xuất, đồng/tấn; Cvt - Chi phí vận tải than, đồng/tấn; Ctg - Chi phí thông gió cho lò chợ, đồng/tấn;

Ctn - Chi phí thoát nước cho lò chợ, đồng/tấn; Cx - Chi phí chống xén lò chợ, đồng/tấn; Ccd - Chi phí chuyển diện khai thác, đồng/tấn.

Cc - Chi phí chung

(3.49)

3. Xây dựng giải thuật của mô hình tối ưu hóa

Hình 3.1. Giải thuật của mô hình tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY Luận án đã tiến hành xây dựng chương trình phần mềm phục vụ tính toán giải quyết bài toán tối ưu hóa bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic

Hình 3.2. Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY

3.3. Tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 3.3.1. Tổng hợp một số đơn giá định mức, giá thành công đoạn sản xuất phục vụ tính toán tại bảng 3.7

Bảng 3.7. Tổng hợp các điều kiện địa chất, kỹ thuật, kinh tế mỏ

Chỉ tiêu

Đơn vị m Độ m m T/m3 Người Đồng/tấn Đồng/tấn Đồng/tấn Đồng/tấn % % Đồng/tấn Đồng/tấn Đồng/tấn Đồng/tấn trđ/giàn trđ/mét Đồng/T

Giá trị 2,7 55 170 650 1,72 63 49.940 18.216 161.346 13.421 7,04 15,56 30.434 16.500 14.045 258.458 108 13,86 2.580

TT 1 Chiều dày vỉa trung bình 2 Góc dốc vỉa trung bình 3 Chiều cao tầng khai thác tối đa 4 Chiều dài theo phương của cột tối đa 5 Tỷ trọng than 6 Số nhân công làm việc trong 1 ngày đêm 7 Chi phí vật liệu cho 1 tấn than nguyên khai (Cvl) 8 Chi phí động lực cho 1 tấn than nguyên khai (Cđ) 9 Chi phí tiền lương cho 1 tấn than nguyên khai (Ctl) 10 Chi phí bảo hiểm cho 1 tấn than nguyên khai (Cbh) 11 Tỷ lệ chi phí khác (N1) 12 Tỷ lệ chi phí xén lò/chi phí đào lò (N2) 13 Chi phí vận tải chung (Cvt_c) 14 Chi phí thông gió (Ctg) 15 Chi phí thoát nước (Ctn) 16 Chi phí sản xuất chung (Cc) 17 Đơn giá thiết bị giàn chống mềm ZRY (Gtb) 18 Đơn giá đào lò chuẩn bị sản xuất (Gđl) 19 Đơn giá vận tải than cự ly 300 m (Gvt × 1000) Thay các giá trị trong bảng 3.2 vào công thức (3.49) ta có:

(3.50)

3.3.2. Tối ưu hóa chiều cao tầng khi biết trước chiều dài cột khai thác Các giá trị cho trước bao gồm: - Chiều dài cột khai thác theo phương: Lp = 240m. - Chiều cao tầng tối thiểu: Ht_min = 10 m. - Chiều cao tầng tối đa: Ht_max= 170m. Thay giá trị Lp = 240m vào công thức (3.50) ta có hàm số f(Ht) phụ thuộc vào biến số chiều cao tầng (Ht) như sau:

(3.51)

Tiến hành khảo sát đồ thị hàm số f(Ht) trong công thức (4.2), cho thấy: - Khi biến số Ht → +10,0 thì f(Ht) → +∞: Lim Ht →+10 f (Ht) = +∞ - Khi biến số Ht → +∞ thì f(Ht) → +∞: Lim Ht →+∞ f (Ht) = +∞ Giải phương trình đạo hàm bậc nhất của hàm số: f’(Ht) = 0 có nghiệm Ht = 75 (m). Khi đó giá trị f(Ht) = 714.174 (đồng/tấn). Đồ thị hàm số f(Ht) trong công thức (3.51) với giá trị Ht = [0;200] thể hiện trong hình 3.3.

Hình 3.3. Đồ thị hàm số f(Ht) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất với thông số chiều cao tầng Ht

3.3.3. Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều cao tầng Các giá trị cho trước bao gồm: - Chiều cao tầng khai thác: Ht = 60m. - Chiều dài cột khai thác tối thiểu: Ht_min = 0,0 m. - Chiều dài cột khai thác tối đa: Ht_max= 650 m. Thay giá trị Ht = 60m vào công thức (3.50) ta có hàm số f(Lp) phụ thuộc vào biến số chiều dài cột khai thác(Lp) như sau:

(3.52)

Tiến hành khảo sát đồ thị hàm số f(Lp) trong công thức (4.3), cho thấy: - Khi biến số Lp → +0 thì f(Lp) → +∞: Lim Lp →+0 f (Lp) = +∞ - Khi biến số Lp → +∞ thì f(Ht) → +∞: Lim Lp →+∞ f (Lp) = +∞ Giải phương trình đạo hàm bậc nhất của hàm số: f’(Lp) = 0 có nghiệm Lp = 671 (m). Khi đó giá trị f(Lp) = 710.843 (đồng/tấn). Đồ thị hàm số f(Lp) trong công thức (3.52) với giá trị Lp = [0;2.000] thể hiện trong hình 3.5.

Hình 3.5. Đồ thị hàm số f(Lp) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất với thông số chiều dài cột khai thác theo phương Lp 3.3.4. Tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm loại ZRY theo tiêu chí giá thành sản xuất nhỏ nhất trong hình 3.7.

Hình 3.7.Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa các thông sốchiều dài cột khai thác, chiều cao tầng, trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY Kết quả tính toán bằng phần mềm cho thấy, chiều cao tầng khai thác tối ưu là Ht = 77m, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu là Lp = 660m. Khi đó, công suất lò chợ đạt 108.000 tấn/năm, NSLĐ đạt 6,1 tấn/công, giá thành sản xuất 708.684 đồng/tấn. Như vậy, chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảng 55 ÷ 60m, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu là Lp = 650m. Khi đó giá thành sản xuất một tấn than là thấp nhất, khoảng 700.000 ÷ 720.000đồng/tấn. Khi thay đổi các hệ số trong bảng 3.3 và tính toán kết quả tối ưu hóa các thông số bằng phần mềm cũng cho cho phép rút ra nhận xét rằng: - Chiều cao tầng khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, đơn giá đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với đơn giá thiết bị giàn chống mềm. - Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, đơn giá đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, đơn giá thiết bị giàn chống mềm.

3.4. Kết luận chương 3 Kết quả giải các bài toán tối ưu hóa cho phép rút ra một số kết luận sau: - Chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảngHt = 75 ÷ 80 m, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu khoảngLp = 650 ÷ 700 m. Khi đó, công suất lò chợ khoảng 105.000 ÷ 110.000 tấn/năm, NSLĐ đạt 6,1 tấn/công, giá thành sản xuất 700.000÷ 720.000 đồng/tấn. - Nếu chiều dài cột khai thác theo phương (Lp) được xác định trước bằng 240 m, thì chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảng 70 ÷ 80 m. Khi đó giá thành sản xuất một tấn than là thấp nhất, khoảng 700.000 ÷ 720.000 đồng/tấn. - Nếu chiều cao tầng khai thác (Ht) được xác định trước bằng 60m, thì chiều dài theo phương của cột khai thác tối ưu khoảng 650 ÷ 700 m. Khi đó giá thành sản xuất một tấn than là thấp nhất, khoảng 700.000 ÷ 720.000đồng/tấn. Mặt khác, thông qua việc giải bài toán tối ưu hóa các thông số HTKT lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm ZRY cũng cho phép rút ra nhận xét: - Chiều cao tầng khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, đơn giá đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với đơn giá thiết bị giàn chống mềm. - Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, đơn giá đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, đơn giá thiết bị giàn chống mềm.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HTKT LÒ CHỢ XIÊN CHÉO, CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO ĐIỀU KIỆN VỈA 9B KHU TRÀNG KHÊ, CÔNG TY THAN HỒNG THÁI 4.1. Đặc điểmđiều kiện địa chất -kỹ thuậtmỏ vỉa 9b khu Tràng Khê, mỏ Hồng Thái 4.1.1. Tóm tắt đặc điểm địa chất khu vực 4.1.2. Đặc điểm vỉa than 9b khu Tràng Khê vỉa 9b có chiều dày thay đổi từ 0,8 ÷ 5,1 m, trung bình 2,7 m, chiều dày riêng than thay đổi từ 0,8 ÷ 4,4 m, trung bình 2,1 m. 4.1.3. Hiện trạng công tác khai thông, chuẩn bị, khai thác * Hiện trạng công tác khai thông

- Mức thông gió khai thông bằng lò xuyên vỉa +200 đào từ mặt bằng địa hình với tổng chiều dài 70 m. - Mức vận tải được khai thông bằng lò xuyên vỉa vận tải mức +30, lò dọc vỉa đá mức +30 V9b-TKII và các cúp xuyên vỉa đá mức +30.

* Hiện trạng công tác chuẩn bị

- Mức thông gió +200 đã được chuẩn bị bằng lò dọc vỉa than mức +200 V9b cánh Tây đào từ vị trí lò xuyên vỉa +200 gặp vỉa đến tuyến T.IXA với tổng chiều dài 925 m. - Mức vận tải +30 đã được chuẩn bị bằng lò dọc vỉa than mức +30 V9b đào từ lò xuyên vỉa mức +30 V9b-12-TKII đến IIK644 với tổng chiều dài 644m và đoạn lò dọc vỉa than mức +30 V9b đào từ cúp đá số 3 mức +30 đến IIK176 với chiều dài 176 m.

* Hiện trạng công nghệ khai thác

Hiện nay, công tác khai thác đã kết thúc lò chợ mức +30/+95 cột số 1 phía Tây biên giới khai trường và chuyển diện sang cột khai thác số 2. 4.1.4. Kích thước khai trường và tổng hợp trữ lượng khu vực + Theo hướng dốc từ mức +30 lên +200 (chênh cao 170 m, tương ứng với chiều dài theo hướng dốc vỉa than khoảng 207 m). + Theo đường phương từ lò xuyên vỉa vận tải mức +30 về phía Tây đến ranh giới cột đã khai thác (khoảng 650 m). 4.2.Hệ thống khai thác áp dụng cho vỉa 9B với các thông số tối ưu 4.2.1. Khai thông, chuẩn bị khai trường - Tại ranh giới dừng khai thác (gần các xuyên vỉa đá +30 và +200) đào thượng thông gió - vận tải +30/+200 số 1 nối thông mức vận tải với mức thông gió; - Từ thượng thông gió - vận tải +30/+200 số 1, đào các lò dọc vỉa mức +85 và +140 về phía biên giới khai trường (chiều dài mỗi lò khoảng 650m) để phân chia khu vực khai thác thành 03 tầng khai thác (03 lò chợ): + Tầng khai thác +140/+200 (Lò chợ số 1): mức thông gió là lò dọc vỉa than +200, mức vận tải là lò dọc vỉa than +140; + Tầng khai thác +85/+140 (Lò chợ số 2): mức thông gió là lò dọc vỉa than +140, mức vận tải là lò dọc vỉa than +85;

nck = 0,025Lc = 0,025 x100 = 2,5 (ca/chu kỳ) + Tầng khai thác +30/+85 (Lò chợ số 3): mức thông gió là lò dọc vỉa than +85, mức vận tải là lò dọc vỉa than +30. 4.2.2. Phương pháp khấu than, thiết bị chống giữ lò chợ và đồng bộ Phương pháp khấu than trong lò chợ chống giữ bằng giàn mềm ZRY hoàn toàn bằng khoan nổ mìn. 4.2.3. Tính toán hộ chiếu chống giữ lò chợ + Tổng chiều dài cần chống giữ là: 100 + 20 + 15 = 135 m. Khoảng cách giữa các giàn chống trong lò chợ là 0,35 mm, tổng số giàn chống cần thiết là: 135/0,35 = 386 (bộ). + Số lượng cột thuỷ lực đơn tăng cường: 03 giá/cột. Tổng số cột cần thiết là 386/3 = 129 (cột). 4.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY 4.3.1. Tính toán một số chỉ tiêu KTKT lò chợ - Sản lượng khai thác một chu kỳ: Qck = Lcx r x mk x γ x k = 100 x 0,8 x 2,7 x 1,72 x 0,95 = 353 (T) - Số ca hoàn thành chu kỳ: - Sản lượng khai thác một ngày đêm:

381,2

(T/ngày-đêm) - Sản lượng khai thác trong một tháng: Qtháng=Qn.đnt = 381,225 = 9.529,5 (T/tháng) - Tốc độ tiến gương trong 1 tháng:

11,8 (m/tháng)

- Số lần chuyển diện 1 năm:

0,21 (lần/năm)

- Hệ số chuyển diện:

- Công suất khai thác:

Qnăm = Qthángnthkcd = 9.529,5120,97 = 111.323 (T/năm), làm tròn: Qnăm= 110.000 (T/năm).

- Năng suất lao động: NSLĐ = = 381,2/63 = 6,05 (T/công)

- Chi phí thuốc nổ cho 1000 tấn than:

Ct = 51/353 1000 = 144,5 (kg/1000 T). - Chi phí kíp nổ cho 1000 tấn than: Ck =170/353 1000 = 482 (kíp/1000 tấn) - Chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than:

=3,6(m/1000T)

Tổng hợp các chỉ tiêu KTKT cơ bản của lò chợ thể hiện trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Tổng hợp các chỉ tiêu KTKT cơ bản của lò chợ

Chỉ tiêu

Sản lượng than khai thác 1chu kỳ Sản lượng than khai thác 1 ngày đêm Sản lượng than khai thác 1 tháng

Công suất lò chợ

Đơn vị m Độ T/m3 T T T - T/năm Người T/công kg kíp m

Giá trị 2,7 55 1,72 353 381,2 9.529,5 0,97 110.000 63 6,05 144,5 482 3,6

TT 1 Chiều dày vỉa trung bình 2 Góc dốc vỉa trung bình 3 Tỷ trọng than 4 5 6 7 Hệ số chuyển diện lò chợ 8 9 Số nhân công làm việc trong 1 ngày đêm 10 Năng suất lao động trực tiếp 11 Chi phí thuốc nổ cho 1000 tấn than 12 Chi phí kíp nổ cho 1000 tấn than 13 Chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than 4.3.2. Tính toán giá thành phân xưởng, giá thành sản xuất trực tiếp Giá thành phân xưởng khai thác lò chợ thể hiện trong bảng 4.2.

Bảng 4.2. Giá thành phân xưởng khai thác lò chợ

TT Các yếu tố chi phí ĐVT

Đơn giá, đ

Định mức/1000T

Thành tiền, đ/tấn

I 1 2 3

TỔNG SỐ Vật liệu Thuốc nổ Kíp điện Dây nổ

kg cái m

34.500 11.540 850

144,5 482 1.779

408.453 49.940 4.989 5.562 1.512

TT Các yếu tố chi phí ĐVT

Đơn giá, đ

Định mức/1000T

Thành tiền, đ/tấn

Gỗ lò

Choòng khoan than Cầu máng cào Xích máng cào Đèn ắc quy lò

910.000 127.000 350.000 2.300.000 425.000 1.450.000 49.167 25.000

m3 cái cái cái m cái lít m3

3,6 6 5 1 8 2 25,6 93,1

% Kwh công đ đ

1.422 822,.864 68.448 15.032.891.640

12.810 196.08 196.08 110.000

4 5 Mũi khoan than 6 7 8 9 10 Chi phí dầu nhũ 11 Lưới thép 12 Chi phí sửa chữa 13 Vật tư khác II Động lực III Tiền lương IV Các loại bảo hiểm V Khấu hao cơ bản VII Chi phí khác

6.643 762 1.750 2.300 3.400 2.900 1.259 2.328 10.022 6.514 18.216 161.346 13.421 136.663 28.867

Giá thành sản xuất 1 tấn than:

C = Gpx + Cđl + Cvt + Ctg + Ctn + Cx + Cc = 719.141 đồng/tấn Như vậy, thiết kế lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê với các thông số hệ thống khai thác tối ưu: chiều cao tầng khai thác 60m; chiều dài theo phương cột khai thác 650m, cho kết quả tương đồng với kết quả tính toán bằng giải thuật tối ưu hóa. 4.4. Kết luận chương 4 Luận án đã tiến hành thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái và đánh giá hiệu quả kinh tế. Kết quả cho thấy, với các thông số tối ưu hóa, giá thành phân xưởng là 408.453 nghìn đồng/tấn, tương đương với giá thành phân xưởng hiện nay tại Công ty than Hồng Thái. Tuy nhiên, giá thành sản xuất trực tiếp một tấn than khoảng 719.141 đồng/tấn, giảm so với tính toán thực tế tại Hồng Thái.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. Kết luận 1. Trữ lượng các vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí là tương đối lớn (Khoảng 55 triệu tấn) chiếm khoảng 8,3% tổng trữ lượng than toàn vùng.

2. Hệ thống khai thác cột dài theo hướng dốc với cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống 2ANSH, hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY đã được áp dụng và đạt kết quả tương đối tốt. Song, cần phải theo dõi, đánh giá và hoàn thiện các công nghệ khai thác này nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế 3. Luận án đã đề xuất phạm vi áp dụng hợp lý cho các loại hình công nghệ như sau: - Ưu tiên áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY cho những khu vực có điều kiện phù hợp. - Áp dụng HTKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH cho những khu vực có điều kiện thuận lợi. - Áp dụng các HTKT dạng buồng, HTKT lò dọc vỉa phân tầng để khai thác tận thu các khu vực nhỏ lẻ, phân tán hoặc các điều kiện vỉa biến động phức tạp, phân tán, khó tập trung hóa sản xuất. 4. Xác định được các thông số hợp lý của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY: Chiều cao tầng tối ưu Ht = 75- 80m, chiều dài theo phương hợp lý Lp = 650-700m. 5. Tính toán hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn chống ZRY áp dụng cho vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái với các thông số tối ưu sẽ cải thiện đáng kể các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: công suất lò chợ 110.000 tấn/năm (so với thiết kế ban đầu và thực tế đạt được hiện nay là 90.000 tấn/năm), năng suất lao động 6,05 tấn/công (so với 5,5 tấn/công), chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than 3,6 m/1000T(so với 10,5 m/1000T), giá thành phân xưởng 408.453 nghìn đồng/tấn (so với 395.000 nghìn đồng/tấn), giá thành sản xuất trực tiếp khoảng 719.141 đồng/tấn (so với 935.000 đồng/tấn). II. Kiến nghị

Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, giúp ích cho các đơn vị sản xuất than hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh đồng thời cũng có thể là tài liệu phục vụ nghiên cứu, tư vấn, giảng dạy.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1. Lê Như Hùng, Lê Tiến Dũng, Đặng Quang Hưng, Đào Trọng Cường, Phan Duy Tĩnh (2010), “Xác định chiều sâu khai thác an toàn khi khai thác mỏ than Bình minh (đồng bằng Sông Hồng) bằng phương pháp hầm lò”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất (32), tr 61-65; 2. Đào Trọng Cường (2014), “Đổi mới khoa học công nghệ trong ngành than”, Tạp chí Khoa học và công nghệ (17), tr 6-8;

3. Đào Hồng Quảng, Trần Tuấn Ngạn, Nguyễn Ngọc Giang, Đào Trọng Cường (2016), “Kết quả áp dụng giàn chống mềm loại ZRY trong khai thác vỉa dốc tại Công ty Than Hồng Thái”, Tạp chí công nghiệp mỏ (4), tr 9-15;

4. Trương Đức Dư, Đặng Hồng Thắng, Phạm Văn Quân, Đào Trọng Cường (2016), “Nghiên cứu tính toán, thiết kế kết cấu chống giếng đứng mỏ than Hầm lò Núi Béo”, Hội nghị Khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXV Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, tr 327- 332;

5. Nguyễn Văn Thịnh, Trần Văn Thanh, Nguyễn Hồng Cường, Đặng Phương Thảo, Đinh Thị Thanh Nhàn (2016) “Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của nước đến công tác khai thác vỉa 12 - mỏ than Bắc Cọc Sáu”, Hội nghị Khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXV Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, tr 502-506;

6. Đỗ Trung Hiếu, Đào Trọng Cường (2016), “Phân tích nguyên nhân và cách phòng ngừa, xử lý sự cố thường gặp trong trạm bơm cấp dịch cho thiết bị chống thuỷ lực mỏ hầm lò”, Bản tin Cơ khí năng lượng - mỏ (5), tr 28-31;

7. Trần Ngô Huấn, Vũ Đình Mạnh, Đoàn Ngọc Cảnh, Đào Trọng Cường (2016) “Thiết bị bảo vệ quá nâng của hệ thống trục tải giếng đứng”, Thông tin khoa học công nghệ mỏ (6), tr 37-39.

8. Đào Trọng Cường (2017), “Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ giàn bằng giàn mềm ZRY trong điều kiện vỉa 9 B khu Tràng Khê – Công ty Than Hồng Thái”, Tạp chí Công thương (7), tr 219-223;

9. Đào Trọng Cường, Đỗ Mạnh Phong, Đặng Vũ Chí, Nguyễn Quế Thanh (2017), “Nghiên cứu xây dựng điều kiện áp dụng các loại hình công nghệ khai thác vỉa than dày trung bình và dốc đứng”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam (11), tr 60-64.