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 - Quảng Ninh

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu đề tài 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.

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 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

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
1 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
2 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.
3 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
4 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 (
5 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
6 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:
7 - 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
8 Bảng 2.1. TH trữ lượng các vỉa than dày TB, dốc đứng vùng Uông Bí Chiều dày (m) Tổng cộng Tỷ lệ TT Tên mỏ 1,21÷2,2m 2,21÷3,5m (1000T) % 1 Mạo Khê 14.990,5 28.624,3 43.614,7 79,8% 2 Nam Mẫu 1.932,9 3.455,8 5.388,7 9,9% 3 Uông Bí 0,0 1.728,2 1.728,2 3,2% 4 Vàng Danh 168,6 3.327,4 3.496,1 6,4% 5 Hồng Thái 143,4 272,0 415,4 0,8% Tổng cộng 17.235,4 37.407,7 54.643,1 100% 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 < 6,0m, ổn định đến không ổn < 6,0m, ổn định đến không ổn 1 Chiều dày vỉa định định ≥ 45º, ổn định đến không ổn ≥ 45º, ổn định đến không ổn 2 Góc dốc vỉa định định 3 Cấu tạo vỉa Từ đơn giản đến phức tạp 4 Đá vách vỉa Đá vách trực tiếp bất kỳ Đá vách trực tiếp bất kỳ 5 Đá trụ vỉa Đá trụ trực tiếp bất kỳ Đá trụ trực tiếp bất kỳ Tính chất cơ học 6 Than có độ cứng bất kỳ Than có độ cứng bất kỳ của than Mức độ phá hủy Có thể áp dụng ở các khu vực có nhiều phay phá đứt gẫy,tuy 7 kiến tạo nhiên sẽ làmgiảm hiệu quả khai thác. Ghi chú(ưu tiên Áp dụng để khai thác tận thu Áp dụng để khai thác tận thu 8 áp dụng) các khu vực nhỏ lẻ các khu vực có trữ lượng lớn
9 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 TT Thông số Điều kiện áp dụng 1 Chiều dày vỉa < 6,0 m, ổn định đến ổn định trung bình 2 Góc dốc vỉa ≥ 450, ổn định đến ổn định trung bình 3 Cấu tạo vỉa Từ đơn giản đến phức tạp 4 Đá vách vỉa Đá vách trực tiếp bất kỳ 5 Đá trụ vỉa Đá trụ trực tiếp bất kỳ Tính chất cơ 6 Than có độ cứng bất kỳ học của than Mức độ phá hủy Có thể áp dụng ở các khu vực có nhiều phay phá đứt gẫy,tuy 7 kiến tạo nhiên sẽ làmgiảm hiệu quả khai thác. Vật liệu chống Giá thủy lực di động loại XDY-1T2/LY của Trung Quốc hoặc 8 giữ gương khấu 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 TT Thông số Điều kiện áp dụng 1 Chiều dày vỉa 1,2  2,2 m 2 Góc dốc vỉa 40  90° 3 Cấu tạo vỉa Đơn giản. Vỉa ít, hoặc không có đá kẹp 4 Đá kẹp và than có chỉ tiêu độ cứng f45º, tương đối ổn định 3 Cấu tạo vỉa Đơn giản, vỉa ít, hoặc không có đá kẹp 4 Độ cứng của than Than có độ cứng bất kỳ
10 TT Một số yếu tố Thông số - Điều kiện 5 Đá vách trực tiếp Sét kết, bột kết có độ ổn định từ TB trở lên 6 Đá trụ trực tiếp của vỉa Tập sét kết và bột kết, bền vững trung bình 7 Mức độ phay phá Phay phá nhỏ hoặc không có phay phá Khu vực khai thác không hoặc ít bị ảnh hưởng của 8 Điều kiện địa chất thủy văn 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.
11 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. 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 TT Tên các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều cao tầng khai thác m 60 ÷ 80 2 Chiều dài theo phương cột khai thác m 60 ÷ 80 Khoảng cách giữa các thượng chéo 3 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện m 7,5 ÷ 8 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện m 10 ÷ 12 4 Chiều dài buồng khấu m 3,5 ÷ 5,0
12 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 TT Tên các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài theo phương cột khai thác m 60 ÷ 80 2 Chiều cao tầng khai thác m 60 ÷ 80 3 Chiều cao phân tầng khai thác m 20 ÷ 30 Khoảng cách giữa các thượng khai thác 4 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện m 7,5 ÷ 8,0 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện m 10 ÷ 12 5 Chiều dài buồng khấu m 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 TT Tên các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài theo phương cột khai thác m 60 ÷ 80 2 Chiều cao tầng khai thác m 60 ÷ 80 Chiều cao phân tầng khai thác 3 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai điện m 7,0 ÷ 8,0 - Nổ mìn sử dụng kíp vi sai phi điện m 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 TT Tên các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều cao tầng khai thác m 100 ÷ 150 2 Chiều rộng cột khai thác (chiều dài lò chợ) m 40 ÷ 60 3 Chiều rộng trụ bảo vệ lò DVVT m 10 ÷ 15 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 TT Tên các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều cao tầng khai thác m 65 2 Chiều dài theo phương của cột khai thác m 200 3 Khoảng cách giữa các cúp tháo than - đi lại m 6 4 Chiều cao trụ bảo vệ lò dọc vỉa vận tải m 10
13 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.
14 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 TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian giao ca, chuẩn bị sản xuất Phút/ca 60 2 Thời gian khoan lỗ mìn 1 đợt khấu Phút/đợt 30 3 Thời gian nạp mìn 1 đợt khấu Phút/đợt 30 4 Thời gian nổ mìn, thông gió 1 đợt khấu Phút/đợt 30 5 Thời gian tải than, căn chỉnh 1 đợt khấu Phút/đợt 90 6 Thời gian vận chuyển giàn ZRY Phút/ca 60 7 Thời gian 1 lần chuyển diện Tháng/lần 1,5 8 Hệ số hoàn thành chu kỳ - 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;
15 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
16 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 TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 Chiều dày vỉa trung bình m 2,7 2 Góc dốc vỉa trung bình Độ 55 3 Chiều cao tầng khai thác tối đa m 170 4 Chiều dài theo phương của cột tối đa m 650 5 Tỷ trọng than T/m3 1,72 6 Số nhân công làm việc trong 1 ngày đêm Người 63 7 Chi phí vật liệu cho 1 tấn than nguyên khai (Cvl) Đồng/tấn 49.940 8 Chi phí động lực cho 1 tấn than nguyên khai (Cđ) Đồng/tấn 18.216 9 Chi phí tiền lương cho 1 tấn than nguyên khai (Ctl) Đồng/tấn 161.346 10 Chi phí bảo hiểm cho 1 tấn than nguyên khai (Cbh) Đồng/tấn 13.421 11 Tỷ lệ chi phí khác (N1) % 7,04 12 Tỷ lệ chi phí xén lò/chi phí đào lò (N2) % 15,56 13 Chi phí vận tải chung (Cvt_c) Đồng/tấn 30.434 14 Chi phí thông gió (Ctg) Đồng/tấn 16.500 15 Chi phí thoát nước (Ctn) Đồng/tấn 14.045 16 Chi phí sản xuất chung (Cc) Đồng/tấn 258.458 17 Đơn giá thiết bị giàn chống mềm ZRY (Gtb) trđ/giàn 108 18 Đơn giá đào lò chuẩn bị sản xuất (Gđl) trđ/mét 13,86 19 Đơn giá vận tải than cự ly 300 m (Gvt × 1000) Đồng/T 2.580 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:
17 (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.
18 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.