Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá mức độ tác hại và hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải rắn phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nhằm mục tiêu đánh giá mức độ ảnh hưởng và tác động tới môi trường của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò; hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phù hợp với điều kiện sản xuất, kinh tế của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá mức độ tác hại và hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải rắn phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT HOÀNG HÙNG THẮNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TÁC HẠI VÀ HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62.52.06.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2016
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: GS. TSKH Lê Như Hùng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: PGS.TS Phùng Mạnh Đắc Phản biện 2: PGS.TS Bùi Xuân Nam Phản biện 3: TS.Trần Tú Ba Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đức Thắng - Quận Bắc Từ Liêm - Hà Nội. Vào hồi giờ phút ngày tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất
1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Khai thác và chế biến khoáng sản ở Việt Nam đóng góp quan trọng vào sự tăng trưởng kinh tế của đất nước. Đặc điểm của khai thác và chế biến khoáng sản thường tạo ra khối lượng lớn các chất thải bao gồm: chất thải rắn (CTR), nước thải và khí bụi thải. Khối lượng CTR có thể gấp hàng chục lần khối lượng khoáng sản thu hồi được. Các loại chất thải này nếu không được quản lý sẽ là nguồn gây tác động đến môi trường. Trên thực tế nhiều khu vực như Quảng Ninh, Thái Nguyên, Lao Cai, Hà Giang v.v…đã và đang phải gánh chịu hậu quả của các hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản. Để hạn chế các tác động của các nguồn thải rắn trong hoạt động khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh góp phần thực hiện “Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020” đã được Chính phủ phê duyệt, Luận án: “Nghiên cứu đánh giá mức độ tác hại và hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh” là cần thiết, đáp ứng yêu cầu cần thiết của thực tế về xử lý CTR hiện nay tại các mỏ khai thác than hầm lò 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá mức độ ảnh hưởng và tác động tới môi trường của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò; - Hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phù hợp với điều kiện sản xuất, kinh tế của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu là CTR phát sinh trong khai thác tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Phạm vi nghiên cứu là các mỏ khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng quan về CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò và các giải pháp xử lý. - Đánh giá mức độ tác hại của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh. - Nghiên cứu lựa chọn và hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp thống kê, phương pháp chuyên gia, phân tích
2 tổng hợp. 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Xác định rõ mức độ ảnh hưởng tới môi trường của CTR phát sinh trong khai thác mỏ than hầm lò. Tổng hợp và đánh giá khả năng sử dụng của chất thải sau khai thác than hầm lò. - Đề xuất công nghệ xử lý CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò hợp lý với điều kiện và khả năng áp dụng. 7. CÁC LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ + CTR phát sinh phát sinh trong khai thác than hầm lò có ảnh hưởng xấu đáng kể tới môi trường vùng than Quảng Ninh. Tùy thuộc tính chất, CTR sau khai thác than hầm lò có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng góp phần vào việc giảm chi phí xử lý và ô nhiễm tới môi trường. + Lựa chọn công nghệ xử lý CTR phải căn cứ vào điều kiện, tính chất và tốc độ phát thải của chất thải đồng thời phải phù hợp với điều kiện áp dụng của mỏ. + Hoàn thiện công nghệ xử lý CTR tại các mỏ than hầm lò bằng việc đổ thải tập trung theo lớp với thông số, trình tự phù hợp đảm bảo giảm chi phí, nâng cao ổn định bãi thải, giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường. 8. CÁC ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN +Xác định mối quan hệ giữa thành phần, khối lượng CTR trong quá trình khai thác chế biến than với điều kiện địa chất, công suất, công nghệ khai thác tại các mỏ than hầm lò; + Đánh giá tác hại của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò đến môi trường nước, môi trường không khí, môi trường đất và hệ sinh thái cảnh quan; + Đề xuất phương pháp lựa chọn và các giải pháp kỹ thuật hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải rắn phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật của Việt Nam + Đã xây dựng mô hình toán học xác định các thông số bãi thải hợp lý và hoàn thiện công nghệ đổ thải tại các bãi thải mỏ hầm lò đảm bảo các tiêu chuẩn về môi trường đáp ứng khối lượng và chi phí nhỏ nhất. 9. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án gồm 127 trang đánh máy A4, nhiều bảng biểu và hình vẽ minh họa, tham khảo nhiều tài liệu trong và ngoài nước, được sắp xếp theo trình tự sau:
3 Chương 1: Tổng quan về CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò và các giải pháp xử lý. Chương 2: Đánh giá mức độ tác hại của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh. Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn và hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò.. Chương 4: Tính toán áp dụng hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải rắn là đất đá thải bằng đổ thải tập trung tại bãi thải vỉa 6, 7 mỏ than Mạo Khê. 10. CÁC ẤN PHẨM CÔNG BỐ Theo hướng nghiên cứu, Luận án đã công bố 12 công trình đăng trong Tạp chí Công nghiệp mỏ, Thông tin Khoa học Công nghệ mỏ, các Hội thảo khoa học trong và ngoài nước. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ 1.1. CTR và môi trường 1.1.1. Khái niệm CTR CTR bao gồm tất cả các chất thải dạng rắn phát sinh do các hoạt động của con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúng không còn hữu ích hay khi con người không muốn sử dụng nữa 1.1.2. CTR trong công nghiệp - CTR phát sinh từ các khu công nghiệp, khu chế xuất, khu công nghệ cao - CTR từ hoạt động khai thác khoáng sản: Than, bô xít, khoáng sản khác - CTR từ các ngành công nghiệp khác: từ ngành dầu khí, đóng mới, sửa chữa tàu biển, nhiệt điện, bia, giải khát.. 1.1.3. Tác động của CTR tới môi trường Ô nhiễm môi trường không khí: do CTR sản sinh ra các chất khí (CH4 - 63.8%, CO - 33.6%, và một số khí khác) Ô nhiễm môi trường nước: giảm diện tích tiếp xúc của nước với không khí dẫn tới giảm DO trong nước Ô nhiễm môi trường đất: được tích lũy dưới đất trong thời gian dài, gây ra nguy cơ tiềm tàng đối với môi trường Tác động của CTR đến sức khỏe người dân: ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe con người, đặc biệt đối với người dân sống gần khu vực
4 làng nghề, khu công nghiệp, bãi chôn lấp chất thải Tác động của CTR đối với phát triển kinh tế - xã hội: Chi phí xử lý CTR ngày càng lớn; Ảnh hưởng đến du lịch và nuôi trồng thủy sản do CTR; Xung đột môi trường do CTR 1.2. Quản lý CTR trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Quản lý CTR trên thế giới Ngăn ngừa, giảm thiểu chất thải; Sử dụng lại và tái chế quay vòng; Cải thiện và giám sát sự tiêu huỷ, loại bỏ những CTR còn lại 1.2.2. Quản lý CTR ở Việt Nam Các chính sách của Nhà nước về CTR: Luật bảo vệ môi trường 2005, Nghị định 59/2007/NĐ-CP, Nghị định 04/2009/NĐ-CP 1.3. CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh 1.3.1. Hiện trạng và kế hoạch phát triển ngành than Mức tăng trưởng sản lượng sản xuất và tiêu thụ bình quân than trong các năm qua tương ứng là 10,8% và 11,7% Kế hoạch: sản lượng than khai thác hầm lò sẽ tăng dần từ 21,4 triệu tấn năm 2013 lên 27,0 triệu tấn năm 2015 và đạt 37,0 triệu tấn năm 2020, chiếm khoảng 60% tổng sản lượng toàn ngành 1.3.2. Công nghệ khai thác than hầm lò và dòng thải Công nghệ khai thác than hầm lò và dòng thải tại Quảng Ninh xem hình 1.1. Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ khai thác hầm lò và dòng thải
5 1.4. Khái quát về các giải pháp xử lý chất rắn phát sinh trong khai thác than hầm lò trong và ngoài nước 1.4.1. Một số giải pháp xử lý CTR tại các mỏ than trên thế giới - Xử lý CTR làm vật liệu xây dựng: gạch nung, nguyên liệu xi măng, vật liệu chịu lửa, vật liệu nhẹ.. - Xử lý CTR làm các công trình giao thông, nông nghiệp và chèn lò - Đổ thải tập trung 1.4.2. Một số giải pháp xử lý CTR tại các mỏ than hầm lò trong nước - Nghiên cứu xử lý đất đá thải để sản xuất vật liệu xây dựng - Nghiên cứu xử lý đất đá thải mỏ than hầm lò để sản xuất bột nhẹ - Nghiên cứu sử dụng đất đá thải để chèn lò - Nghiên cứu thu hồi than từ đá xít thải mỏ than - Đổ thải tập trung và hoàn thổ bãi thải 1.5. Kết luận chương 1 Khối lượng CTR trực tiếp khi khai thác hầm lò là đất đá thải do quá trình đào lò xây dựng cơ bản và sàng tuyển than. Ngoài ra, còn một lượng CTR khác do quá trình phục vụ khai thác như: săm lốp, nhựa, bao bì....CTR khi khai thác khoáng sản ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường như: nguồn nước, không khí, chiếm dụng đất đai... Tại các nước phát triển, công tác quản lý và xử lý CTR được nghiên cứu và thực hiện triệt để tùy thuộc tính chất của CTR sử dụng hiệu quả cho các nhu cầu khác. CTR phát sinh do quá trình khai thác hầm lò cũng đã được quan tâm nghiên cứu như: Nghiên cứu sản xuất gạch từ xít thải qui mô phòng thí nghiệm; thử nghiệm tận thu than từ xít thải nhà máy tuyển trên dây chuyền công nghiệp; Nghiên cứu xử lý đất đá thải mỏ than hầm lò để sản xuất bột nhẹ, làm vật liệu chèn lò; đổ thải tập trung ... Với khối lượng than khai thác hầm lò ngày càng tăng, đồng nghĩa với lượng CTR cũng tăng theo có thể tăng mức độ ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí, môi trường đất... Chính vì vậy, Luận án: Nghiên cứu đánh giá mức độ tác hại và hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh” là cần thiết, đáp ứng yêu cầu về môi trường và phát triển bền vững ngành sản xuất khai thác than vùng Quảng Ninh, thiết thực phục vụ Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030.
6 CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TÁC HẠI CỦA CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 2.1. CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1.1. Nguồn gốc phát sinh CTR - Khối lượng CTR phát sinh do đào lò đá hàng năm của một mỏ than hầm lò được tính theo công thức (2.1): CTRđl = đ. M. Sbq, tấn/năm (2.1) Trong đó: M - Tổng khối lượng các đường lò đào trong đá trong năm, m/năm; Sbq: Tiết diện bình quân các đường lò đào trong đá, m2. - Khối lượng CTR phát sinh trong quá trình sàng tuyển chế biến hàng năm của mỏ căn cứ vào thực tế có thể được tính theo công thức CTRcb = A.(1 - N), tấn/năm (2.2) Trong đó: A: Khối lượng than nguyên khai đưa vào chế biến hàng năm, tấn; N: Tỷ lệ thu hồi than sạch. 2.1.2. Thành phần và tính chất cơ lý của đất đá thải mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh - Thành phần đất đá thải: khi đào lò tại các mỏ than hầm lò Quảng Ninh chủ yếu gồm: cát, bột kết và sét kết. Tính chất cơ lý: khối lượng thể tíchγ γTN = 2,062÷2,37; γBH = 2,180÷2,523; Góc ma sát trong của đất đá thải φ=20÷30o Thành phần hạt: Từ mặt bãi thải xuống độ sâu khoảng 3 m tập trung chủ yếu các loại đá đường kính hạt < 15mm chiếm 40 - 50%; - Dọc theo sườn dốc trở xuống, tỷ lệ cấp hạt nhỏ trong thành phần của sườn bãi thải giảm dần, đến khu vực giữa sườn bãi thải thì tỷ lệ cỡ hạt đất đá đường kính > 500 mm chiếm trên 60%; - Những loại đất đá đường kính lớn tập trung ở phía dưới của sườn dốc. Khu vực sát chân bãi thải thường tập trung các loại đá có đường kính trên 500mm. 2.1.3. Quy mô phát thải CTR Quy mô phát thải CTR ngày càng tăng xem hình 2.1. 2.2. Tác động đến môi trường của CTR phát sinh trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh
7 Hình 2.1. Khối lượng đất đá thải của mỏ hầm lò TKV 2.2.1. Tác động đến môi trường nước - Nước mặt: Tạo chấn rắn lơ lửng, tăng độ đục, giảm mắt xích trong chuỗi thức ăn của thủy sinh vật, giảm độ pH - Nước ngầm: có thể tạo ra những vỉa nước ngầm mới trong các lớp đất đá ở bãi thải - Nước biển ven bờ: gia tăng độ đục và các chất cặn lơ lửng 2.2.2. Tác động đến môi trường không khí Gia tăng nồng độ bụi khi vận chuyển, bốc rót, sàng tuyển than... dẫn đến suy giảm chất lượng không khí 2.2.3. Tác động đến môi trường đất và hệ sinh thái cảnh quan Tác động đến môi trường đất: trôi đất, lấp dòng chảy, thay đổi độ cao địa hình; tăng độ chênh cao tương đối giữa các dạng địa hình âm và dương; độ dốc các bãi thải đều vượt quá 25o, đây là độ dốc ở mức nguy hiểm, gây ra các quá trình động lực địa hình rất mạnh mẽ mà nguy hiểm nhất là quá trình xói mòn; Thay đổi cấu tạo đất đá cấu tạo đất đá và lớp thổ nhượng. Thay đổi Độ liên kết ảnh hưởng nhiều đến tầng nước ngầm; chiếm dụng diện tích bề mặt khi đổ thải. Tác động đến hệ sinh thái cảnh quan: vùi lấp lớp phủ thực vật, là làm giảm số lượng cá thể động vật hoang dã khu vực; thất thoát nguồn thuỷ hải sản 2.2.4. Ảnh hưởng của bãi thải sườn núi tới môi trường Trượt lở tại mép tầng; Trượt lở theo sườn tầng; Trượt lở theo khối chuyển động bề mặt; Trượt lở do tác dụng dòng nước 2.3. Kết luận chương 2 CTR là đất đá thải phát sinh trong khai thác than hầm lò, ngày
8 càng tăng theo sự phát triển sản lượng cũng như quy mô khai thác của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Với khối lượng phát thải lớn, việc xử lý CTR bằng phương pháp đổ thải tập trung sẽ ảnh hưởng tác hại đến môi trường sau: - Tác động do chiếm dụng đất: thường chiếm dụng diện tích lớn, có ảnh hưởng không nhỏ đến việc quy hoạch các khu vực chức năng của quy hoạch ngành than. - Tác động đến địa hình, địa mạo: Phức tạp hóa địa hình, tăng độ tương phản, tăng độ chênh cao tương đối giữa các dạng địa hình âm và dương, giảm thế năng địa hình,… Bãi thải làm thay đổi độ dốc tự nhiên của địa hình khu vực sẵn có. Đồng thời, khi sụt lún cũng tạo nên những vùng trũng, nếp lõm, đứt gãy hoặc tổng hợp các dạng trên tại các bề mặt tương ứng với từng mức độ, từng dạng sụt lún. Cùng với chế độ nhiệt ẩm đặc trưng miền nhiệt đới gió mùa ảnh hưởng rất tiêu cực tới diện mạo cảnh quan. Đây là một tác động tiềm tàng và lâu dài mà ít được để ý tới. - Tác động do sụt lún, trượt lở làm xấu cảnh quan: Bãi thải thường có chiều cao và độ dốc lớn, trên bề mặt bãi thải hầu hết chưa có thực vật che phủ nên khả năng sụt lún, xói mòn, trượt lở từ bãi thải có nguy cơ cao. - Tác động do bồi lấp sông suối: Do độ bở rời của đất đá thải nên ảnh hưởng của bãi thải đến các suối lân cận (bồi lấp suối) là rất rõ. Để hạn chế tối thiểu các tác động đến môi trường do CTR gây ra cần nghiên cứu, xây dựng hoàn thiện công nghệ xử lý bằng nhiều phương pháp tùy thuộc tính chất, khối lượng, khả năng tài chính của doanh nghiệp và nhu cầu thực tế. Trong đó hoàn thiện công nghệ đổ thải tập trung cần được thực hiện trước nhằm: đảm bảo an toàn môi trường, chi phí thấp và sẵn sàng đáp ứng nhu cầu làm nguyên liệu đầu vào của các công nghệ xử lý khác. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VÀ HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ 3.1. Lựa chọn công nghệ xử lý CTR 3.1.1. Cơ sở pháp lý liên quan đến định hướng xử lý CTR. - Chiến lược quản lý CTR các đô thị và khu công nghiệp Việt Nam; Luật Bảo vệ môi trường; Nghị định 80/2006/NĐ - CP .....
9 3.1.2. Các căn cứ lựa chọn công nghệ xử lý CTR - Thành phần, tính chất và khối lượng CTR; Điều kiện tự nhiên của khu vực; Phong tục tập quán; Yêu cầu mức độ kỹ thuật, vệ sinh môi trường; Trình độ KHKT và năng lực cán bộ, nhân công; Nhu cầu của thị trường về sử dụng các sản phẩm từ việc xử lý CTR; Khả năng tài chính (vốn đầu tư, vận hành, duy tu sửa chữa). 3.1.3. Yêu cầu khi lựa chọn công nghệ - Phù hợp với điều kiện tự nhiên của khoáng sàng, có thể thay đổi nội dung theo đặc điểm điều kiện tự nhiên, địa chất mỏ; - Có độ tin cậy cao về kỹ thuật, hiệu quả kinh tế, an toàn và bảo vệ tốt môi trường; là công nghệ sạch thân thiện với môi trường; - Phù hợp với quy mô sản lượng mỏ, nội dung cũng như tính chất của các khâu công nghệ, mục đích sử dụng; - Có tính khả thi cao, phù hợp với khả năng cung ứng thiết bị cũng như trình độ và năng lực quản lý vận hành ở Việt Nam. 3.1.4. Các nguyên tắc và tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý CTR Nguyên tắc lựa chọn công nghệ: + Công nghệ tiên tiến và những kinh nghiệm trong xử lý CTR ở trong và ngoài nước; + Đơn giản nhưng không lạc hậu, bảo đảm xử lý có hiệu quả, an toàn và không gây ô nhiễm môi trường; + Giá thành có thể chấp nhận trong điều kiện của địa phương; + Tận thu những giá trị của CTR để tái tạo tài nguyên. - Các tiêu chí cơ bản để đánh giá công nghệ khi lựa chọn + Tiêu chí kỹ thuật: Sự thích hợp với điều kiện thực tế của địa phương (khối lượng, thành phần, tính chất CTR, điều kiện tự nhiên, tài chính, trình độ phát triển kinh tế - xã hội và khoa học kỹ thuật, nhu cầu của thị trường tiêu thụ sản phẩm.v.v...); + Tiêu chí môi trường: Mức độ và hiệu quả giải quyết nhiệm vụ vệ sinh môi trường của công nghệ ; + Tiêu chí kinh tế: có hiệu quả 3.2. Các phương pháp lựa chọn công nghệ xử lý CTR. Có nhiều phương pháp lựa chọn công nghệ xử lý CTR, trong đó thường dùng: Phương pháp cho điểm – trình bày ở Bảng 3.1. Cột ngang gồm điểm số tầm quan trọng và các công nghệ xử lý CTR; Cột dọc gồm các tiêu chí lựa chọn.Kết quả, công nghệ có tổng số điểm lớn nhất (600 điểm) sẽ được chọn.
10 Bảng 3.1. Đánh giá lựa chọn công nghệ xử lý CTR 3.3. Phương pháp và công nghệ xử lý CTR phát sinh từ mỏ than hầm lò 3.3.1. Phương pháp xử lý CTR - Quá trình tiền xử lý: đập, nghiền, cắt, sàng, phân loại, tách từ,... - Các quá trình nhiệt phân: khí hóa, đốt, nung,... - Các quá trình sinh học: làm phân hữu cơ, biogas. - Chôn lấp hợp vệ sinh. 3.3.2. Nghiên cứu và đánh giá khả năng sử dụng của đất đá thải phát sinh từ mỏ than tại Việt Nam - Nghiên cứu sử dụng đất đá thải để chèn lò: xít thải từ các xưởng tuyển với kích thước cỡ hạt từ 0÷120 mm, hàm lượng sét < 10% sử dụng làm vật liệu chèn lò.
11 - Sản xuất gạch nung từ CTR xít thải : thành phần khoáng vật của đá xít thải có thể sản xuất gạch có mác 75-100 với sơ đồ công nghệ sản xuất gạch từ xít thải ở hình 3.1. Nguyên liệu đá xít Hệ thống nghiền mịn Hệ thống, làm ẩm, ủ, thải nhà máy tuyển chuẩn bị nguyên liệu chế biến tạo hình Kho chứa sản phẩm gạch Lò sấy, nung Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch từ xít thải - Sản xuất gạch bock tự chèn: Sơ đồ công nghệ xem hình 3.2. Xỉ tro bay Đánh tơi Sữa Khuấy Vôi Vôi vôi trộn tôi củ Đá xít n/m Xối Nghiền Trộn phối ủ tuyển than nước sàng liệu liệu Bảo dưỡng ở Bảo dưỡng ép Trộn Đem đi sân bãi trong nhà gạch liệu sử dụng Chất Trộn Nước Xi măng màu màu Các phụ gia khác Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ xử lý đá xít sản xuất gạch block tự chèn Quá trình sản xuất bột nhẹ từ đá vôi theo phương pháp cacbonat hóa được tiến hành theo các giai đoạn sau: Nguyên liệu (đá vôi) → Nung (vôi sống) → Tôi vôi (hyđrat hóa) → Làm sạch sữa vôi → Cacbonat hóa sữa vôi → Tách sản phẩm huyền phù → Lọc tách nước → Sấy → Nghiền → Làm nguội → Đóng bao.
12 3.4. Lựa chọn và hoàn thiện công nghệ xử lý CTR phát sinh từ mỏ than hầm lò Quảng Ninh 3.4.1. Lựa chọn công nghệ xử lý CTR là đất đá thải Nhu cầu sử dụng gạch của địa phương đến năm 2020 khoảng 1 tỷ viên/năm và cần đến 1,5 triệu m3 đất sét tương ứng có thể sử dụng là 0,7 triệu m3. Khối lượng xít thải làm gạch hơn nhiều CTR của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Như vậy, vấn đề đặt ra sử dụng xít thải làm VLXD chưa phù hợp với điều kiện kinh tế và đặc điểm các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Trong khi hiện nay các mỏ than hầm lò vẫn sử dụng công nghệ xử lý chất thải này bằng đổ tại các bãi thải. Vì vậy, NCS tập trung nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đổ thải của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nhằm tăng độ ổn định, giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường, chi phí thấp và sẵn sàng đáp ứng nhu cầu đầu vào cho các công nghệ khác khi thực tế cần. 3.4.2. Cơ sở khoa học của thiết kế bãi thải chứa CTR là đất đá thải Sự hình thành tầng thải trong quá trình đổ thải bằng ô tô Quá trình rót tải của ô tô trên mặt tầng thải các nhà khoa học Liên Bang Nga đã chia dòng vật liệu (đất đá) thành 3 phần Hình 3.3: - Thành phần đất đá dạng bột, mịn có đường kính cỡ hạt (dc, m) nhỏ hơn kích thước của các lỗ hổng (dn, m); - Thành phần đất đá hạt nhỏ và trung bình có đường kính cỡ hạt và lớn hơn kích thước của các lỗ hổng (dc ≥ dn) sẽ trượt trên mặt tầng thải dưới tác dụng của trọng lực - Thành phần đất đá cỡ hạt lớn, thành phần này sẽ trượt dọc theo sườn tầng thải dưới tác dụng của trọng lượng hạt và phân bố tại chân tầng thải Sự phân bố cỡ hạt đất đá tại các khu vực tầng thải quyết định các thông số: khối lượng riêng, lực dính kết, góc nội ma sát.... Phân bố cỡ hạt đất đá và hệ số nở rời trên tầng thải Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của chiều cao tầng thải đến sự phân bố của thành phần cỡ hạt TSKH Лаптев Ю. В đã tiến hành làm thực nghiệm, đo vẽ thành phần cỡ hạt tại hiện trường trong điều kiện đất đá có cùng mức độ đập vỡ khi chiều cao tầng thải thay đổi từ 10÷50 m (hình 3.4) Xây dựng hàm quan hệ giữa kích thước cỡ hạt trung bình tại các khu vực từ mặt xuống chân tầng thải và thể hiện theo các công thức (3.1)÷(3.5):
13 A-A dc, m 0,2 0,45 0,8 Q0 TL, % 60 30 10 0 1,0 KÝch th í c cì h¹t ®Êt ®¸(dc, m) A 1 q2 Qj T 0,8 q1 x j H L B 0,6 4 3  C 0,4 2 dtb 1 0,2 b A A 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Cao ®é ®¬n vÞ(h/H) Hình 3.3. Mô tả sự phân tách Hình 3.4. Sự phân bố thành các thành phần cỡ hạt đất đá phần cỡ hạt khi chiều cao tầng khi đổ thải theo chu vi thải thay đổi (1- H = 10 m; 2- H = 20 m; 3- H = 30 m; 4- H = 50 m Khi h = 0,2H: dtb=0,2435.e0,00037*H (R2= 0,78) (3.1) Khi h = 0,4H: dtb=0,2394.e0,0079*H (R2= 0,85) (3.2) Khi h = 0,6H: dtb=0,225.e0,0184*H (R2= 0,98) (3.3) Khi h = 0,8H: dtb=0,2984.e0,0197*H (R2= 0,91) (3.4) Khi h = 1H: dtb=0,542.e0,0079*H (R2= 0,97) (3.5) Tỷ lệ thành phần cỡ hạt lớn tại các vị trí trên tầng thải theo công thức 3.6: 2 h  h  A  74,8  67,34  i   43,98  i  (3.6) H H Sự phụ thuộc khối lượng riêng đất đá vào cao độ tầng thải Khối lượng riêng đất đá phụ thuộc từng khu vực tầng thải, chiều cao và số lớp đổ thải trong tầng xác định theo công thức 3.7 và Hình 3.5.   A  i   H  a ( H .hH )b   d  0,31( H .hH )0,153   H  a ( H .hH )b   Kr  100 (3.7)
14 Hình 3.5. Sự thay đổi khối lượng riêng đất đá tại các cao độ khác nhau trong tầng thải Từ Hình 3.5 cho thấy: với cùng loại đất đá thải, khối lượng riêng trung bình sẽ tăng khi tăng chiều cao tầng. Khi cùng chiều cao tầng thải nếu đổ theo lớp thì khối lượng riêng lớn đáng kể. Mối quan hệ giữa lực dính kết đất đá theo chiều cao bãi thải : được tính toán và thể hiện trên hình 3.6. Hình 3.6. Sự thay đổi lực dính kết đất đá tại các cao độ khác nhau trong tầng thải trong điều kiện đất đá khô và đất đá bão hòa nước Hệ số ổn định bãi thải - Phương pháp tính hệ số ổn định Fellenius: Tổng lực tác động giữa các blốc trong khối đất đá đối với một điểm bất kỳ đều phải bằng 0. - Giá trị hệ số an toàn như sau: Trong thời gian xây dựng n ≥1,1- 1,3; Trong thời kỳ hoàn thiện n ≥ 1,3 - Khi góc dốc sườn tầng α = 35o, hệ số ổn định n quan hệ với chiều cao tầng theo quan hệ : n = 1,521H-0,12 (R2 = 0,99) - Quan hệ giữa hệ số ổn định với chiều cao tầng thải, cỡ hạt đất đá trung bình theo công thức (3.8): n = 0,208.H-0,117.dtb+ 2,039.H-0,181 (3.8)
15 3.4.3. Cơ sở kinh tế khi đổ thải - Đổ theo tầng cao: ô tô đổ thải theo từng bloc trên mặt tầng - Đổ theo lớp: Chia tầng thành nhiều lớp, mỗi lớp có chiều dày t m, đổ thải theo bloc trên mỗi lớp từ dưới lên trên (xem Hình 3.7) a b Hình 3.7 . Sơ đồ công nghệ đổ thải: a – theo tầng cao; b – theo lớp Tổng khoảng cách trên hào dốc, tầng và quay đổ được xác định theo công thức 3.9÷3.10. Tầng cao: H   m 1     n 1   dt  nt .  n.b.   i    m.l.   j    nt .d q 0, 08   i 1     j 1   (3.9) Theo lớp:      mla 1 nla 1 nlt 1 1 H H (3.10) dtl  (1   ...  ) H   nla .b.  i    mla .l.  j    nlt .d q . 0, 08 2 t t  i 1   j 1   t Trong đó: H- chiều cao tầng,m; t- chiều dày lớp, m; m- Số lượng block theo chiều rộng; n- Số lượng block theo chiều dài; l- chiều dài bloc đổ thải, m; b- chiều rộng bloc đổ thải, m; nt- tổng số khối block trong tầng thải; nl- số lớp thải; nla- sô bloc theo chiều dài lớp; mla- số bloc theo chiều rộng lớp; nlt – tổng số bloc tại mỗi lớp Chiều dài gạt khi đổ thải Thông số đổ thải bằng ô tô và máy gạt thể hiện trên Hình 3.8 Hình 3.8. Sơ đồ xác định các dtg thông số đổ thải d   h0ctg h0   lớp theo tầng H  Bề dày 1 lần đổ thải từ ô tô xuống sườn tầng theo công thức:
16 4q.tg (2ho  H )2   (2.ho  H ) bo . r (3.11) d ,m 2tg Khối lượng gạt của 1 lần ô tô đổ xác định theo công thức: M g  bo . d 2.tg  2ho .d  , m3 (3.12) Chiều dài 1 lần gạt xác định theo công thức: 4q.tg (2ho  H )2   H) bo . r Lg  ,m (3.13) 2tg Chiều cao tầng thải hợp lý: Xác định trên cơ sở đơn giá vận tải nâng của ô tô (Gô) và gạt (Gg) nhỏ nhất Tùy thuộc loại ô tô với ô tô tải trọng q=58 tấn thì H = 10-15m; với q= 15 tấn thì H = 4-6 m (xem Hình 3.9) a) Khi sử dụng ô tô q= 15 tấn b)Khi sử dụng ô tô q= 58 tấn Hình 3.9. Quan hệ giữa đơn giá vận tải nâng và gạt theo chiều cao lớp thải khi sử dụng ô tô tải trọng khác nhau So sánh hiệu quả kinh tế khi đổ thải Chi phí tạo bãi thải theo tầng cao (Gtc) và theo lớp (Gl) bao gồm: chi phí vận tải + chi phí gạt + chi phí đền bù. Chi phí vận tải trong quá trình đổ thải xác định theo công thức (3.14): Cvtbt = dt.gt, đồng (3.14) Chi phí gạt bãi thải xác định theo công thức (3.15): Cgbt = Vg.Cg, đồng (3.15) Chi phí đền bù được xác định theo công thức (3.16): Cđb = L.B.Cb, đồng (3.16)
17 Trong đó: Vg - khối lượng gạt trên bãi thải, m3; gt- đơn giá vận tải, đ/tkm; Cg - đơn giá gạt, đ/m3; Cb - chi phí đền bù giải phóng mặt bằng, đ/m2 Tổng chi phí đổ thải của 1 bãi thải có kích thước: H, B, L khi đổ thải theo tầng cao (Gtc) tính toán theo công thức (3.17): Gtc = L.B.H..dt.gt + 0,3.L.B.H.Cg + L.B.Cb (3.17) Tổng chi phí đổ thải của 1 bãi thải có kích thước: H, B, L khi đổ thải theo lớp (Gl) tính toán theo công thức (3.18): Gl = L.B.H..dtl.gt + 0,3.k.L.B.H.Cg + .L.B.Cb (3.18) Trong đó: k- hệ số kể đến thời gian gạt của công nghệ. Chênh lệch giữa chi phí đổ theo tầng cao và lớp tính toán theo (3.19):  H2  (3.19) G  Gl  Gtc  L.B.  H  g t ( d tl  d t )  (1   ).Cb  0, 3.C g (  H )  t  Chênh lệch chi phí tính cho 1 m3 đất đá thải của công nghệ đổ thải theo lớp và tầng cao tính toán theo công thức (3.20): G C H G1    gt (dtl  dt )  (1  ). b  0,3.Cg .(  1) (3.20) L.B.H H t Chiều cao tầng hợp lý khi đổ theo lớp Ho tính theo công thức (3.31) 0,3Cg  .gt .Co  0,3Cg  ( .gt .Co  0,3Cg )2  4.(1).Cb ( .gt .Ao  ) H0  t ,m 0,3Cg 2( .gt .Ao  ) t (3.21) Với các thông số đầu vào: L = 1000m; B = 500m; H = 50m; Ô tô CAT 773F đổ thải (lên dốc và xuống dốc) và máy gạt có công suất 275 kW gạt phụ trợ. Khối lượng vận tải và chi phí đổ thải theo các phương án đổ thải theo lớp h = 5÷50m được tính toán và thể hiện ở hình 3.10÷ 3.11.
18 a- Khi vận tải lên dốc b- Khi vận tải xuống dốc Hình 3.10. Khối lượng vận tải các phương án đổ thải Từ các hình cho thấy: khi tăng chiều cao lớp đổ thải, khối lượng vận tải (T.km) và tổng chi phí vận tải tăng khi ô tô vận tải lên dốc và ngược lại khi vận tải xuống dốc. Chi phí vận tải với chiều cao lớp đổ thải t = 5m thấp nhất. Như vậy, công nghệ vận tải đổ theo lớp là công nghệ đổ thải hợp lý nhất cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. a- Khi vận tải lên dốc b- Khi vận tải xuống dốc Hình 3.11. Tổng chi phí các phương án đổ thải 3.5. Hoàn thiện công nghệ đổ thải 3.5.1. Lựa chọn các thông số của tầng thải Yêu cầu n ≥ 1,3 chọn: t = 5m ;  = 35 ; Chiều rộng 1 block o tính toán bằng bề rộng thùng xe: b= bo với ô tô CAT 773F thì bo = 3,66 m 3.5.2. Sơ đồ công nghệ đổ thải Sau khi tạo hào dốc với chiều cao h = 5 m, ô tô sẽ đổ thải trên mặt hào dốc theo phương pháp chu vi tại mỗi block. Khối lượng đất đá đổ trực tiếp xuống sườn tầng thải khoảng 70% khối lượng tải của ô tô; 30% đất đá còn lại đổ trên mặt lớp và sử dụng máy gạt gạt xuống. Khi lớp tất cả các block lớp đầu tiên đã được đổ đầy sẽ làm hào dốc nối lớp 1 lên lớp thứ 2 với chiều cao 5m. Công nghệ đổ thải ở lớp 2 tương tự lớp 1. Mặt tầng lớp 1 sẽ để lại đai an toàn với chiều rộng 3