110 Journal of Mining and Earth Sciences Vol 61, Issue 1 (2020) 110 115 Determining the length width ratio of the quarry exploited under sea level to recover maximally extraction reserves Thanh Tuan N[.]
110 Journal of Mining and Earth Sciences Vol 61, Issue (2020) 110 - 115 Determining the length-width ratio of the quarry exploited under sea level to recover maximally extraction reserves Thanh Tuan Nguyen* Office of Academic Affairs, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Received 08th Nov 2019 Accepted 13rd Jan 2020 Available online 28th Feb 2020 The boundary of the quarry exploited under sea level has a significant influence on mining design, especially the determination of extraction reserves For a quarry project, with the same given exploiting depth, the size and shape on the surface of the quarry will yield different mining alternatives and extraction reserves This paper proposed an approach for determining the length-width ratio of the quarry (with the surface area is rectangular) to achieve maximum reserves corresponding to the quarry boundary Keywords: Quarry, Boundary of quarry, Length-width ratio, Extraction reserves Copyright © 2020 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E-mail: nguyentuanthanh@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2020.61(1).12 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 61, Kỳ (2020) 110 - 115 111 Xác định tỷ số hợp lý chiều dài chiều rộng mặt mỏ nhằm thu hồi tối đa trữ lượng khai thác cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức nước tự chảy Nguyễn Tuấn Thành Phịng Đào tạo Đại học, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 08/11/2019 Chấp nhận 13/01/2020 Đăng online 28/2/2020 Đối với mỏ đá vật liệu xây dựng (VLXD) khai thác xuống sâu, mức thoát nước tự chảy, hình dạng kích thước mặt mỏ có ảnh hưởng không nhỏ tới công tác thiết kế khai thác, đặc biệt việc xác định trữ lượng khai thác mỏ Đối với dự án khai thác mỏ, với độ sâu khai thác cho trước với phương án kích thước mặt mỏ khác cho phương án có trữ lượng khai thác khác Bài báo đề xuất cách tiếp cận việc xác định tỷ số hợp lý chiều dài chiều rộng mặt mỏ (có diện tích mặt mỏ dạng hình chữ nhật) nhằm đạt trữ lượng khai thác tối đa phạm vi biên giới mỏ Từ khóa: Mỏ đá vật liệu xây dựng, Biên giới mỏ, Tỷ lệ chiều dài chiều rộng mỏ, Trữ lượng mỏ © 2020 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Theo quy định hành, giấy phép khai thác mỏ đá dùng để sản xuất vật liệu xây dựng thông thường quan có thẩm quyền địa phương cấp (Hồ Sĩ Giao nnk., 2009) Trong giấy phép khai thác có quy định thông số chủ yếu sau đây: Diện tích mặt mỏ, chiều sâu cho phép khai thác (chủ yếu dựa vào chiều sâu thăm dò), trữ lượng phép khai thác, có sản lượng thời gian phép khai thác Kèm theo thông số nêu trên, hồ sơ cấp phép cịn có đồ khu vực khai thác, có ghi tọa độ điểm góc đường polygon khép kín thể _ *Tác giả liên hệ E - mail: nguyentuanthanh@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2020.61(1).12 chu vi mặt mỏ (Trần Mạnh Xuân, 2001) Việc cấp giấy phép khai thác với nội dung liệt kê mang tính chất pháp lý mà chưa tính hết yếu tố kỹ thuật có ảnh hưởng đến việc tận dụng có hiệu tài nguyên từ lòng đất hiệu khai thác (Hồng Cao Phương, 2016) Với diện tích cấp mỏ, cách khái quát với diện tích mỏ dạng hình chữ nhật, hình thành kích thước chiều dài (Lm) chiều rộng (Bm) khác mặt mỏ (Lê Thị Thu Hoa Nguyễn Tuấn Thành, 2018) Đặt Km= Lm/Bm, tồn tỷ số Km hợp lý tương ứng với biên giới mỏ có trữ lượng khai thác tối đa Hiện giới có nhiều phần mềm ứng dụng mỏ, cho phép xác định tối ưu biên giới mỏ (Bùi Xuân Nam nnk., 2020), nhiên, chúng chủ yếu sử dụng hiệu cho mỏ quặng mỏ than, mà sử dụng cho mỏ 112 Nguyễn Tuấn Thành/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (1), 110 - 115 đá, đặc biệt mỏ đá vật liệu xây dựng (VLXD) khai thác mức thoát nước tự chảy Trong báo này, tác giả đề xuất cách tiếp cận công việc xác định tỷ số Km hợp lý tương ứng với biên giới mỏ có trữ lượng khai thác tối đa cho mỏ đá xây dựng có diện tích bề mặt hình chữ nhật, khai thác mức nước tự chảy Điều góp phần tận thu tối đa tài nguyên, góp phần phát triển bền vững ngành khai thác VLXD chế biến đá xây dựng nước ta Mối quan hệ diện tích mặt mỏ, chu vi mặt mỏ trữ lượng khai thác biên giới mỏ Khác với mỏ than quặng, mỏ đá xây dựng nói chung nằm mức nước tự chảy nói riêng, khối lượng đất đá phủ không nhiều, nên trữ lượng đá chiếm tỷ trọng chủ đạo phạm vi biên giới mỏ (Bùi Xuân Nam nnk., 2015) Một cách khái quát, trữ lượng khai thác mỏ đá (đối với mặt mỏ tương đối phẳng, đất phủ khơng có đất phủ, có dạng chữ nhật bình đồ - Hình 1) xác định biểu thức (1), chênh lệch diện tích mặt mỏ (Sm) diện tích đáy mỏ (Sdk) lớn 40%: 𝑉𝑥𝑑 = [𝑆𝑚 +𝑆𝑑𝑘 +√𝑆𝑚 𝑆𝑑𝑘 ] 𝐻𝐾 ; m3 (1) Trong đó: Sm = Bm Lm - diện tích mặt mỏ, m2; Lm Bm - chiều dài chiều rộng mặt mỏ, m; Sdk - diện tích đáy mỏ tương ứng với chiều sâu khai thác, có chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật Hk, m2 Sdk xác định theo biểu thức: 𝑆𝑑𝑘 = 𝑆𝑚 − (𝐾1 𝐿𝑚 + 𝐾2 𝐵𝑚 )𝐻𝑘 +𝐾1 𝐾2 𝐻𝑘2 ;m2 (3) Trong đó: K1 = ctgγ1+ ctgγ2; K2 = 2ctgγd ; γ1, γ2 - góc bờ mỏ theo trục ngang mỏ, độ; γd - góc dốc bờ mỏ theo trục dọc, độ Chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật (chiều sâu mỏ tối đa khai thác theo điều kiện kỹ thuật) xác định theo biểu thức: Chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật (chiều sâu mỏ tối đa khai thác theo điều kiện kỹ thuật) xác định theo biểu thức (4) 𝐻𝑘 = 𝐵𝑚 −𝐵𝑑 𝐾1 𝑚𝑖𝑛 { 𝐿𝑚−𝐿 𝑑 𝐾2 (4) Trong đó: Bd Ld - chiều rộng chiều dài đáy mỏ cho phép nhỏ đảm bảo hoạt động bình thường thiết bị vận tải đáy mỏ Khi sử dụng công nghệ khai thác máy xúc kết hợp với vận tải ơtơ Ld Bd thường xác định theo công thức: ℎ 𝐿𝑑 = 𝑖 + 2𝑅𝑞 , m (5) 𝐵𝑑 = 2𝑅𝑞 , m Hình Thơng số hình học đặc trưng mỏ đá (có dạng hình chữ nhật) khai thác xuống sâu mức thoát nước tự chảy Với trường hợp chênh lệch nhỏ 40% áp dụng biểu thức (2) tính trữ lượng sau: 𝑉𝑥𝑑 = [𝑆𝑚 +𝑆𝑑𝑘 ] 𝐻𝐾 ; m3 (2) Trong đó: h - chiều cao tầng, m; i - độ dốc đường hào, đvtp; Rq - bán kính vịng tối thiểu ô tô, m Như vậy, với diện tích mặt mỏ Sm, có nhiều phương án chiều rộng Bm chiều dài mặt mỏ Lm, dẫn đến tồn tỷ số Km = Lm/Bm khác Từ biểu thức (1), (3) (4), có nhận xét sau: diện tích mặt mỏ Sm chiều sâu khai thác Hk cho trước, trữ lượng khai thác biên giới mỏ tăng lên giảm tổng (K1Lm + K2Bm) tăng diện tích đáy mỏ Sdk Để khảo sát mối tương quan tỷ số Km trữ lượng mỏ, theo khảo sát tác giả(Báo cáo kết thăm dò cụm mỏ Châu Pha, Long Hương 2005 - 2010) điều kiện cụ thể sau: γ1 = 44o, γ2 = 38o, γd = 44o, Ld = 180 m, Bd = 30 m, Sm = 200.000 m2 Kết khảo sát thể Bảng 1, cho thấy mối quan hệ kích thước mặt mỏ đặc trưng tỉ số Km tới trữ lượng mỏ Nguyễn Tuấn Thành/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (1), 110 - 115 Từ Bảng nhận thấy: với diện tích mặt mỏ 200.000 m2, khối lượng đá biên giới mỏ Vxd đạt trị số lớn 13.345.664 m3, tương ứng với trị số Km nhỏ (1,0) Trữ lượng khai thác biên giới mỏ Vxd giảm tăng tỷ số Km Khi Km= 1,52 trị số Vxd giảm 11,24%; Km = 1,96 trị số Vxd giảm 18%; cịn Km =5 trị số Vxd giảm 45,5% Khi diện tích mặt mỏ có giá trị khác cho quy luật tương tự: trị số Km tăng, khối lượng đá xây dựng biên giới Vxd giảm mạnh Xác định tỷ số hợp lý chiều dài chiều rộng mặt mỏ để trữ lượng khai thác biên giới mỏ tối đa Để công tác thiết kế lập dự án khai thác mỏ đá xây dựng nằm mức nước tự chảy thuận lợi, chọn trị số Km nằm giới hạn chấp nhận đảm bảo độ xác cần thiết tính tốn Nếu gọi Kmc trị số tối đa cho phép tỷ số chiều dài chiều rộng mặt mỏ, giới hạn lựa chọn trị số Km phải thỏa mãn: 1