66 Chƣơng 4 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MỎ Các tham số định lƣợng cơ bản của mỏ gồm công suất (A), tuổi mỏ (T), trữ lƣợng khoáng sản (Zcn), kích thƣớc theo phƣơng (S), kích thƣớc theo hƣớng dốc (H[.]
Chƣơng XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MỎ Các tham số định lƣợng mỏ gồm cơng suất (A), tuổi mỏ (T), trữ lƣợng khống sản (Zcn), kích thƣớc theo phƣơng (S), kích thƣớc theo hƣớng dốc (H) Một số tham số có mối quan hệ đƣơng nhiên: Zcn = A T; Mối quan hệ đơn giản có ý nghĩa quan trọng thiết kế mỏ Từ quan hệ ta xác định số tham số khác: T = Z cn ; năm A 4.1 Công suất mỏ Cơng suất (A) (sản lƣợng) mỏ khối lƣợng khống sản khai thác đƣợc năm (T/năm ) Công suất mỏ tham số định lƣợng quan trọng cơng suất mỏ yếu tố định đến chi phí đầu tƣ xây dựng chi phí khác Khi cơng suất mỏ lớn chi phí đầu tƣ xây dựng tăng nhƣng chi phí khai thác cho trữ lƣợng lại giảm Công suất mỏ ảnh hƣởng tới tất tham số định tính định lƣợng sơ đồ công nghệ mỏ Các sơ đồ mở vỉa, vận tải, thơng gió, tổ hợp cơng nghệ sân cơng nghiệp Kích thƣớc giếng đƣờng lị, chủng loại công suất thiết bị mỏ Nhƣng công suất mỏ lớn thời gian xây dựng kéo dài, mỏ chậm đạt đƣợc công suất thiết kế theo kế hoạch không đạt đƣợc công suất thiết kế dẫn đến sử dụng vốn đầu tƣ xây dựng khơng có hiệu Ngƣợc lại công suất mỏ nhỏ thời gian tồn mỏ dài không đạt đƣợc tiêu tiên tiến kỹ thuật kinh tế, hiệu lợi nhuận xí nghiệp nhỏ Chính tốn xác định cơng suất mỏ đƣợc nhiều nhà khoa học có tên tuổi giới với nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu giải vấn đề 4.1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến công suất mỏ 4.1.1.1 Đặc điểm điều kiện mỏ - địa chất Trữ lƣợng khoáng sản (Quy định theo thông tƣ số 60/2017/TT-BTNMT ngày 08 tháng 12 năm 2017 phân cấp trữ lƣợng tài nguyên khoáng sản rắn) yếu tố nằm vỉa than điều kiện để xác định cơng suất mỏ 66 Thơng thƣờng: Trữ lƣợng khống sản lớn, vỉa dày, dốc bằng, dốc thoải, độ chứa khí nhỏ, tính chất lý đất đá ổn định công suất mỏ lớn Ngƣợc lại cấu tạo địa chất phức tạp nhiều phay phá, đứt gẫy vỉa không ổn định làm cho chiều dài khu khai thác, chiều dài lị chợ bị hạn chế khơng thể giới hố cơng suất mỏ khơng thể lớn đƣợc 4.1.1.2 Khả kỹ thuật tổ chức Kỹ thuật công nghệ khai thác luôn phát triển làm cho cơng suất lị chợ, cơng suất khu khai thác không ngừng tăng theo phát triển khoa học kĩ thuật công nghệ Khả tổ chức bố trí dây chuyền cơng nghệ tổ chức sản xuất hợp lý đóng vai trị lớn ảnh hƣởng trực tiếp đến công suất mỏ 4.1.1.3 Điều kiện kinh tế quốc dân khu vực Tình hình kinh tế đất nƣớc yêu cầu phát triển toàn diện kinh tế quốc dân gắn liền với yêu cầu định tốc độ quy mô xây dựng mỏ Yêu cầu ảnh hƣởng lớn đến việc xác định công suất mỏ Điều kiện kinh tế khu vực ảnh hƣởng lớn việc xác định cơng suất mỏ: Ví dụ khu vực tiêu thụ than ít, điều kiện kinh tế khó khăn điều kiện mỏ - địa chất thuận lợi thƣờng nên xây dựng mỏ nhỏ trung bình trƣớc 4.1.2 Phƣơng pháp xác định công suất mỏ 4.1.2.1 Phƣơng pháp giải tích Căn vào điều kiện mỏ - địa chất, kỹ thuật công nghệ, khả kinh tế tổ chức để làm sở xác định Trƣớc để xác định công suất mỏ ngƣời ta thƣờng sử dụng công thức giáo sƣ Dviagin: Am C1 E.K1 ;tấn C1 k E.K Z cn (4.1) Trong đó: E- Hệ số hiệu tƣơng đối vốn đầu tƣ xây dựng bản; E = 0,1 C1, K1, K2, k- Các hệ số tính tốn theo số liệu thơng kê mỏ sản xuất theo thiết kế 67 - Hệ số cố định tính đến thay đổi tham số chi phí điều kiện cho, qua kết thống kê hệ số phụ thuộc vào sản lƣợng hàng tháng lò chợ theo quan hệ tuyến tính Qua cơng thức cho thấy tham số hầu nhƣ mang tính chất thống kê nên công thức không phản ánh đầy đủ đến điều kiện mỏ - địa chất (mói xét đến giá trị trữ lƣợng công nghiệp ruộng mỏ) Sự thay đổi chiều sâu khai thác, mức độ phức tạp điều kiện địa chất kiến tạo, số vỉa than ruộng mỏ, khoảng cách vỉa, chiều dầy vỉa… đồng thời yếu tố kinh tế, kỹ thuật công nghệ ảnh hƣởng lớn đền công suất mỏ nhƣng chƣa đƣợc đề cập đến trình khảo sát Để phản ánh đầy đủ điều kiện: Địa chất mỏ, trữ lƣợng công nghiệp, tăng chiều sâu khai thác, số lƣợng vỉa ruộng mỏ số vỉa khai thác đồng thời, tổng chiều dày vỉa than ruộng mỏ tổng chiều dày vỉa khai thác đồng thời, độ chứa khí, góc dốc vỉa sản lƣợng lị chợ công suất mỏ (trong giai đoạn sản xuất) xác định theo cơng thức: Am K t K v K s Z CN md K a ; tấn/năm mt Trong đó: Kt - Độ tin cậy sơ đồ cơng nghiệp mỏ, gƣơng lị, vận tải dƣới ngầm, trục tải, mặt mỏ Kv - Hệ số kể đến ảnh hƣởng số lƣợng vỉa, ruộng mỏ số vỉa khai thác đồng thời md - Tổng chiều dày vỉa khai thác đồng thời, m mt - Tổng chiều dày vỉa ruộng mỏ, m Ka- Hệ số tính đến độ sâu khai thác góc dốc vỉa Ks- Hệ số tính đến sản lƣợng điều kiện khai thác gƣơng lò chợ 4.1.2.2 Phƣơng pháp thống kê Sử dụng phƣơng pháp thống kê để xác định công suất mỏ khơng có tác dụng tính tốn khơng cho phép xác định giá trị định công suất mỏ mà xác định hiệu kinh tế công suất mỏ sở số liệu thông kê từ mỏ với công suất hoạt động khác cho hiệu kinh tế tƣơng ứng kết công suất mỏ đƣợc xác định phạm vi giá trị hợp lý 68 Cần phải lấy mỏ xây dựng cải tạo sản xuất ổn định thời gian 15 20 năm làm đối tƣợng nghiên cứu Các điều kiện mỏ - địa chất mỏ gần giống với mỏ thiết kế Số mỏ phải lấy cho trục hoành (trục ox, biểu thị giá trị cơng suất mỏ) có từ giá trị Phạm vi thay đổi công suất mỏ không nên rộng, số mỏ phải lấy từ 15 25 mỏ Tiêu chuẩn hiệu kinh tế biểu diễn trục tung (trục oy) lấy là: Vốn (suất) đầu tƣ xây dựng bản, giá thành hay suất lao động làm tiêu chuẩn tối ƣu Phƣơng pháp thống kê giải máy tính điện tử lập bảng để giải thủ công (nhƣ nghiên cứu Chƣơng 2) 4.1.2.3 Phƣơng pháp thị cấp Căn vào khả tiêu thụ, sử dụng, lực sản xuất khâu sản xuất mỏ mà cấp giao 4.2 Tuổi mỏ – giai đoạn phát triển mỏ 4.2.1 Tuổi mỏ Tuổi mỏ (năm): Là thời gian từ mỏ vào khai thác đảm bảo sản lƣợng thiết khai thác hết trữ lƣợng cơng nghiệp ruộng mỏ Tuổi mỏ có quan hệ với công suất mỏ trữ lƣợng công nghiệp T= Z cn ; năm A (4.2) Hiện mỏ than nƣớc giới thƣờng đƣợc thiết kế với công suất từ triệu tấn/năm Đối với mỏ nằm vùng trữ lƣợng lớn, điều kiện địa chất thuận lợi công suất đƣợc thiết kế từ 4,5 triệu tấn/năm với việc áp dụng công nghệ tiên tiến, đại đảm bảo tiêu suất lao động giá thành khai thác tốt Ở Việt Nam điều kiện địa chất khoáng sàng than phức tạp mỏ hoạt động phần lớn đƣợc xây dựng từ kháng chiến chống Pháp sản lƣợng mỏ dao động khoảng 300 600 nghìn tấn/năm Trong giai đoạn từ năm 1995 đến 2010 số mỏ đƣợc cải tạo để nâng công suất lên từ 1,5 2,0 triệu tấn/năm Đặc biệt năm gần số mỏ đƣợc thiết kế điều chỉnh nâng hoạt động với công suất lớn 2,5 triệu nhƣ Hà Lầm, Núi Béo, Vàng Danh, Khe Chàm 69 Từ quan hệ tuổi mỏ công suất mỏ nên ta tính đƣợc thời gian tồn thực tế mỏ : Tt = T+ t1 + t2 ; năm (4.3) Trong đó: t1 - Thời gian xây dựng mỏ (đƣa mỏ vào khai thác đạt sản lƣợng thiết kế; theo Thông tƣ số 26/2016/TT-BCT “Quy định nội dung lập, thẩm định phê duyệt dự án đầu tƣ xây dựng, thiết kế xây dựng dự tốn xây dựng cơng trình mỏ khống sản” Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT ) Khi sản lƣợng từ 0,6 1,2 triệu tấn/năm t1 năm Khi sản lƣợng từ 1,2 triệu tấn/năm t1 năm Những mỏ có độ sâu khai thác lớn 800m thời gian xây dựng mỏ t1 lấy theo lịch trình thi cơng (theo thiết kế) t2 - Thời gian khấu vét - Thƣờng thời gian khấu vét t2 không quy định cụ thể nhƣng không lớn 20 % thời gian khai thác tầng (mức) dƣới cùng; nghĩa vỉa dốc thoải t2 năm ; vỉa dốc đứng t2 năm 4.2.2 Các giai đoạn phát triển mỏ Các giai đoạn phát triển mỏ đƣợc tính từ mỏ xây dựng bản, giai đoạn khai thác kết thúc khấu vét (đóng cửa mỏ), thời gian tồn thực tế mỏ, bao gồm thời gian xây dựng mặt sân công nghiệp, thời gian đào công trình mở vỉa; thời gian chuẩn bị (mở diện khai thác); thời gian khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp ruộng mỏ, thời gian khai thác tận thu hồn ngun mơi trƣờng Tuỳ theo điều kiện cụ thể lịch trình phát triển cơng trình mỏ bố trí theo hai sơ đồ sau: sơ đồ bố trí nối tiếp sơ đồ bố trí song song Sơ đồ 1: bố trí lịch trình phát triển cơng trình mỏ theo sơ đồ nối tiếp: Với sơ đồ sau xây dựng tồn cơng trình đƣa mỏ vào khai thác Ƣu điểm: Công tác mở vỉa không ảnh hƣởng đến công tác chuẩn bị khai thác việc tổ chức sản xuất giai đoạn đơn giản 70 Nhƣợc điểm: - Thời gian xây dựng lớn, thời gian tồn mỏ lớn; - Vốn đầu tƣ xây dựng ban đầu lớn; - Tồn đọng vốn, hiệu sử dụng vốn đầu tƣ thấp; - Nhiều cơng trình sử dụng phải sửa chữa Sơ đồ nên áp dụng điều kiện: - Trữ lƣợng công nghiệp ruộng mỏ nhỏ, khai thác vỉa đơn; - Ruộng mỏ có tầng hay mức khai thác; - Dùng mỏ phụ thuộc (công tác xây dựng bản, thi cơng cơng trình mở vỉa cơng ty, xí nghiệp xây dựng mỏ đảm nhận) Sơ đồ Bố trí theo sơ đồ nối tiếp Cơng trình mỏ Thời gian thi cơng Xây dựng Chuẩn bị khai thác Khai thác tận thu Hoàn ngun mơi trƣờng Sơ đồ Bố trí theo sơ đồ song song Cơng trình mỏ Thời gian thi cơng Xây dựng Chuẩn bị khai thác Khai thác tận thu Hồn ngun mơi trƣờng Với sơ đồ sơ đồ bố trí song song sau mỏ vào xây dựng chuẩn bị đủ diện để đƣa mỏ vào khai thác đảm bảo sản lƣợng thiết kế ngƣời ta tiến hành khai thác đồng thời với trình xây dựng giai đoạn nhƣ khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp ruộng mỏ tận thu hồn ngun mơi trƣờng Sơ đồ bố trí song song có ƣu điểm: 71 - Thời gian xây dựng ban đầu ngắn Sớm đƣa mỏ vào sản xuất rút ngắn đƣợc thời gian tồn - Vốn đầu tƣ xây dựng ban đầu nhỏ - Khi mỏ vào sản xuát sử dụng lợi nhuận thu đƣợc trình khai thác giai đoạn trƣớc để đầu tƣ xây dựng giai đoạn tiếp sau nên hiệu sử dụng vốn đầu tƣ cao Nhƣợc điểm : Mỏ vừa khai thác vừa xây dựng công việc bị ảnh hƣởng lẫn nhau, việc tổ chức sản xuát trở nên phức tạp Sơ đồ thƣờng đƣợc áp dụng điều kiện: Khi khai thác cụm vỉa có trữ lƣợng cơng nghiệp lớn; ruộng mỏ có nhiều tầng, nhiều mức Hiện mỏ hầm lị giới nói chung Việt Nam nói riêng bố trí sơ đồ 4.3 Xác định kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ 4.3.1 Đặt vấn đề Trong trƣờng hợp khống sàng có trữ lƣợng nhỏ kích thƣớc ruộng mỏ vào điều kiện tự nhiên mà khơng cần phải tính tốn phân chia, xác định Trong trƣờng hợp khống sàng có trữ lƣợng lớn mà mỏ đảm nhận khai thác khơng hợp lý kĩ thuật kinh tế khống sàng cần phân chia thành nhiều ruộng mỏ cần phải xác định kích thƣớc ruộng mỏ Khi khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí cấu thành giá thành khai thác than với thay đổi kích thƣớc ruộng mỏ, số chi phí tăng lên, số chi phí khác giảm số chi phí khơng đổi Ví dụ: Khi chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ tăng chi phí vận tải lị dọc vỉa vận chuyển, chi phí lƣợng thơng gió tăng, chi phi phí đầu tƣ xây dựng giảm, chi phí sản xuất khu khai thác khơng đổi Ngồi cịn ảnh hƣởng tới việc tổ chức sản xuất đƣợc thuận lợi liên tục phụ thuộc vào cơng tác chuyển diện sản xuất Từ ta thấy kích thƣớc ruộng mỏ thay đổi giá thành khai thác than thay đổi theo Nhƣ vậy, ruộng mỏ đƣợc mở vỉa sơ đồ mở vỉa với cơng suất đƣợc xác định có 72 kích thƣớc (theo phƣơng S theo hƣớng dốc H) ruộng mỏ đảm bảo cho giá thành khai thác than nhỏ Kích thƣớc ruộng mỏ thoả mãn điều kiện nêu đƣợc gọi kích thƣớc tối ƣu Hình 4.1 Sơ đồ mở vỉa cho vỉa than dốc thoải 73 Xác định kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ có sở nghiên cứu nhà khoa học mỏ dùng phƣơng pháp giải tích Thực chất phƣơng pháp xây dựng biểu thức toán học biểu thị mối quan hệ chi phí khai thác than (là hàm số) với kích thƣớc ruộng mỏ (là biến số cần tìm) Sau xác định giá trị biến số để hàm đạt giá trị cực tiểu Khi giá trị kích thƣớc ruộng mỏ cần tìm giá trị tối ƣu Để xác định kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ ta xét ví dụ cụ thể: Xác định kích thƣớc hợp lý ruộng mỏ khai thác vỉa than đơn dốc thoải, mở vỉa cặp giếng nghiêng bố trí trung tâm giếng đƣợc đào theo hƣớng dốc vỉa, ruộng than chia tầng, mỏ có cơng suất A tấn/năm (hình 4.1) Nhƣ ta biết: Sơ đồ mở vỉa công suất (A) mỏ cần xác định kích thƣớc theo phƣơng (S) theo hƣớng dốc (H) ruộng mỏ điều kiện Từ công suất (A) mỏ ta xác định chiều dài theo hƣớng dốc tầng khai thác để đảm bảo sản lƣợng Chiều dài nghiêng tầng đƣợc xác định sở biết công suất A: h A Acb k ne v p.c l ; mét (4.4) Trong : Acb - Sản lƣợng than khai thác đào lò chuẩn bị; tấn/năm; k - Hệ số dự trữ sản lƣợng k = 1,15 1,2; ne - Số lò chợ (số cánh tầng ) khai thác đồng thời; v - Tốc độ dịch chuyển lò chợ năm; m/năm; p = m1 ; /m2 - Năng suất vỉa; m1 - Chiều dày lớp khấu (chiều cao lò chợ); m; - Trọng lƣợng thể tích than; T/m3; c - Hệ số khai thác lò chợ c = 0,9 0,95; l - Tổng chiều dài theo hƣớng dốc trụ bảo vệ đƣờng lò dọc vỉa bố trí tầng; m Chiều dài theo hƣớng dốc ruộng mỏ ta xác định là: H = n.h; mét Trong đó: 74 n - Số tầng bố trí ruộng mỏ; tầng Do kích thƣớc theo hƣớng dốc (H) ruộng mỏ đƣợc xác định số tầng (n) tốn xác định kích thƣớc ruộng mỏ đƣợc đƣa toán xác định chiều dài theo phƣơng (S) số tầng bố trí ruộng mỏ (n) hay nói cách khác S n giá trị tham số (biến số) cần tìm 4.3.2 Xây dựng phƣơng trình hàm mục tiêu Từ sơ đồ mở vỉa nhƣ hình vẽ ta xác định chi phí khai thác có liên quan đến kích thƣớc ruộng mỏ S n Hay nói cách khác hàm mục tiêu theo biến S n hàm chi phí 4.3.2.1 Chi phí xây dựng mặt sân công nghiệp Trong điều kiện mỏ đƣợc mở vỉa sơ đồ mở vỉa định với cơng suất cố định chi phí xây dựng mặt sân cơng nghiệp có giá trị định (theo thiết kế mẫu) Cmb = B ; đồng (4.5) Trong đó: Cmb - Chi phí xây dựng mặt sân công nghiệp, đồng; B - Giá trị tiền xây dựng mặt sân công nghiệp 4.3.2.2 Chi phí đào giếng Cg= ( H0 n.h )kg; đồng sin (4.6) Trong đó: Cg - Chi phí đào giếng, đồng; Ho - Chiều sâu từ mặt đất đến mức thơng gió tầng cùng, mét; - Góc dốc vỉa (góc dốc giếng), độ; Kg - Chi phí đào mét giếng giếng phụ, đ/mét; Kg = Kch + Kph Kch - Chi phí đào mét giếng chính, đ/m; Kph - Chi phí đào mét giếng phụ, đ/m; 4.3.2.3 Chi phí đào sân giếng: Cs Cs = n D ; đồng Trong đó: 75 (4.7) Cs - Chi phí đào sân giếng, đồng; D - Chi phí đào đƣờng lò, hầm trạm sân giếng, đồng/sân 4.3.2.4 Chi phí đào đƣờng lị dọc vỉa tầng Cd = ( n+ ) S.kd; đồng (4.8) Trong đó: Cd – Chi phí đào đƣờng lị dọc vỉa, đồng; S - Chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ, m; kd- Chi phí đào lị dọc vỉa; đ/m 4.3.2.5 Chi phí bảo vệ giếng Trong sơ đồ mở vỉa giếng nghiêng thứ tự khai thác đƣợc tiến hành từ xuống Cho nên sau giếng đào hết tầng thứ đƣa mỏ vào khai thác tiếp tục đào sâu thêm giếng xuống tầng thứ hai với trình khai thác tầng thứ nhƣ để đảm bảo cho công tác khai thác đƣợc liên tục Vì chi phí bảo vệ giếng đƣợc tính theo cơng thức Cbg = ( Ho n 1 ).n.t.rg; đồng h Sin (4.9) Trong đó: Cbg - Chi phí bảo vệ giếng, đồng; t- Thời gian khai thác hết tầng, năm; rg - Chi phí bảo vệ 1mét giếng nghiêng giếng nghiêng phụ năm, đ/m – năm rg = rch + rph rch - Chi phí bảo vệ mét giếng năm, đ/m – năm; rph - Chi phí bảo vệ mét phụ năm, đ/m – năm 4.3.2.6 Chi phí bảo vệ đƣờng lò dọc vỉa tầng , , rd S t rd, S t n.S t , n.S t Cbd =( ).n = (rd + rd,, ) = rd; đồng 2 2 (4.10) Trong đó: Cbd - Chi phí bảo vệ đƣờng lị dọc vỉa, đồng; rd - Chi phí bảo vệ mét lị dọc vỉa vận chuyển thơng gió năm, đ/năm; 76 rd = rd, + rd,, rd, - Chi phí bảo vệ mét lò dọc vỉa vận chuyển năm, đ/m.năm; rd,, - Chi phí bảo vệ mét lị dọc vỉa thơng gió năm, đ/m.năm 4.3.2.7.Chí phí vận tải khống sản giếng nghiêng Cvg = n.z.qg ( Ho n 1 h) ; đồng Sinα (4.11) Trong đó: Cvg - Chi phí vận tải khoáng sản giếng nghiêng, đồng; z - Là trữ lƣợng công nghiệp tầng, tấn/tầng; qg- Đơn giá vận tải giếng nghiêng; đ/tấn.m; 4.3.2.8 Chi phí vận tải khống sản lị dọc vỉa vận chuyển z S Cvd= n.2 q d n.z.S q d ; đồng (4.12) Trong đó: Cvd - Chi phí vận tải khống sản lò dọc vỉa vận chuyển, đồng; qd - Đơn giá vận tải lò dọc vỉa vận chuyển, đ/t.m 4.3.2.9 Chi phí nƣớc Trong chi phí nƣớc mỏ chi phí điện chiếm tỷ lệ lớn cịn chi phí khác chiếm tỷ lệ nhỏ Đồng thời chi phí điện chịu ảnh hƣởng trực tiếp chiều sâu thoát nƣớc lƣu lƣợng nƣớc cần bơm; xác định kích thƣớc ruộng mỏ ta cần xét đến chi phí điện nƣớc Ho 1 n h Cn; đồng sin α Ctn = z.kn.n (4.13) Trong đó: Ctn - Chi phí nƣớc, đồng; kn - Hệ số nƣớc, m3/tấn; Cn - Chi phí điện để bơm 1m3 nƣớc lên cao m theo giếng, đ/m3-m; Chi phí nƣớc đƣờng lị dọc vỉa tầng khơng cần xét đến; nƣớc tự nhiên (nƣớc tự chảy rãnh nƣớc) Chi phí thi cơng rãnh nƣớc đƣợc tính chi phí đào lị, chi phí bảo vệ rãnh nƣớc đƣợc tính chi phí bảo vệ lị 77 Chú ý: Trên ta xét đến loại chi phí chủ yếu có ảnh hƣởng đến kích thƣớc ruộng mỏ Để đơn giản ta khơng xét đến chi phí vận tải, trục tải vật liệu đất đá thải, chi phí thơng gió, chi phí bảo vệ lị q trình đào, chi phí bảo vệ lị dọc vỉa vận chuyển tầng phía sau gƣơng lị chợ Trong điều kiện cụ thể chi phí có ảnh hƣởng lớn kích thƣớc ruộng mỏ phải xác định chúng để đƣa vào trình khảo sát phƣơng pháp tính tốn tƣơng tự Cộng tất chi phí chia cho trữ lƣợng cơng nghiệp ruộng mỏ Zcn = A.T = A.n.t = A.n S = n.z = n.h.S.p.c ; 2v (4.14) Trong đó: t- Thời gian khai thác hết tầng, năm; Ta đƣợc tổng chi phí tính cho than khai thác là: F ( s , n) S K d 2v B.2v nD2v Ho 2v Kg nh n 1 AnS AnS AnS Sin AnS r nt nzq g Ho Ho n Snt n nzS h rd h qd Ant Sin Ant nz Sin nz g Đặt k n cn nz H o n 1 h nz Sin h làm thừa số chung A F (s, n) h 2vB K g H o 2v K g 2v 2.v.D 2.v.K d 2.v.K d rg H o ( A hnS h.Sin n.S S h.S h h.n hSin r g r n r S A.q g d g H o h.Sinα 2h A.q g A.q g n + A.qd S A.k n cn H A.cn k n A.k n cn n ) 4.h h.Sin 2 Nhóm số hạng lại đặt hệ số: F ( s , n) h rd A.q d A 2.h 4.h 2vH o K g .S 2.v. K g 2vD 2vB h S h h.Sin rg A.q g A.K n C n 2 A.q g H o h.Sin A.q g r H r .n 2vKd 2vKd g o g h n h h.Sin A.K n C n H o A.K n C n h.Sin 78 n.S Đặt: r d 2h Aq d C1 4h 2vK g 2vD C2 h 2vB 2v K g H o C3 h h.Sinα r g Aq g AK n C n C4 2vKd C5 h 2vKd rg H o rg A.q g H o A.q g AK n C n H o AK n C n C6 h h.Sin h.Sin h.Sin Thay giá trị hệ số C1, C2 , C3, C4 , C5 , C6 vào hàm F(s,n) ta đƣợc hàm chi phí có dạng: F(s,n) = C C C h C1 S C n C6 A S nS n (4.15) Khi S n đạt giá trị tối ƣu S = So; n = no tổng chi phí khai thác than nhỏ tức F (so,no) Ta đặt F (s,n) = h f (s,n ) A Trong h, A số; nhƣ hàm f(s,n) đạt cực tiểu giá trị S0, n0 hàm F(so,no) đạt giá trị cực tiểu giá trị (S0, n0) Về mặt toán học hàm f(s,n) hàm có hai biến số S n việc xác định kích thƣớc hợp lý ruộng mỏ dẫn đến việc giải toán khảo sát hàm f(s,n) tìm giá trị cực tiểu hàm biến số đạt giá trị So no 4.3.3 Khảo sát hàm mục tiêu Việc khảo sát hàm f(s,n) để tìm giá trị S =So n=no để f(so,no) thực phƣơng pháp đồ thị hay phƣơng pháp giải tích 4.3.3.1 Phƣơng pháp đồ thị Hàm mục tiêu có ba giá trị thay đổi là: S, n f(s,n) hàm f(s,n) biểu diễn mặt hệ trục toạ độ không gian ba chiều Nhƣng hàm có biến số 79 n số nguyên dƣơng, có số giá trị khơng nhiều ta khắc phục việc xây dựng mặt biểu diễn hàm f(s,n) không gian cách xây dựng họ đƣờng cong đánh dấu để khảo sát Bằng cách: Cho n lần lƣợt giá trị Với n = ta có f(s,1) = C1S + C C3 C 1C 4 C S 1S Với n = ta có f(s,2) = C1S + C C3 C 2C 4 C S 2S Với n = ta có f(s,3) = C1S + C2 C3 C 3C C S 3S Với giá trị n = ni Vẽ họ đƣờng cong f(s,1); f(s,2); f(s,3) f(s, ni) hệ trục toạ độ phẳng đƣờng cong biểu thị quan hệ chi phí khai thác than với chiều dài theo phƣơng S ruộng mỏ tƣơng ứng với số tầng bố trí ruộng mỏ là: n=1; n=2 ; n=3 n = ni đƣợc đƣờng cong có tung độ nhỏ tƣơng ứng với số tầng n=no (tối ƣu) từ ta xác định kích thƣớc theo phƣơng tối ƣu S = So đồ thị Hình 4.2 Đồ thị xác định kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ 4.3.3.2 Phƣơng pháp giải tích Trong hàm mục tiêu f(s,n) = C S + C2 C3 C + + n.C + +C S n.S n 80 Chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ (S) biến số liên tục (là số dƣơng bất kỳ), số tầng ruộng mỏ (n) biến số rời rạc (là số nguyên dƣơng) Cho nên mặt lý thuyết toán học khơng thể dùng phƣơng pháp giải tích để xét cực trị hàm Tuy nhiên, thực tế ta coi n biến số liên tục; dùng phƣơng pháp giải tích để xét cực trị hàm Cho nên kết tìm đƣợc giá trị n thƣờng số không nguyên; ngƣời ta phải làm tròn phƣơng pháp gần Kết gần đủ đảm bảo đáp ứng cho thực tế thiết kế Theo nguyên tắc nêu để tìm giá trị chiều dài theo phƣơng S = So số tầng n = no ruộng mỏ tƣơng ứng với chi phí để khai thác than nhỏ (f(so,no) ) ta lần lƣợt tiến hành theo trình tự sau: - Đạo hàm riêng bậc hàm số f(s,n) theo S n cho không đƣợc hệ phƣơng trình nhƣ sau: C C f C 22 32 s S nS C C f 32 C 25 n Sn n Hay: S S C C2 C1 n.C1 C3 C n C5 Hàm hai biến có cực tiểu đảm bảo đồng thời ba điều kiện sau (xét cụ thể hàm f(s,n) khảo sát thì): Điều kiện 1: f 2C 2C 0 S S nS Điều kiện 2: f 2C 2C 0 n Sn n 3C C C 2 f 2 f 2 f C C 4 C C Điều kiện 3: n.S n n S S S n Vì hàm f(s,n) có cực tiểu 81 Giải hệ phƣơng trình phƣơng pháp thơng thƣờng dẫn tới giải phƣơng trình bậc ẩn số ta giải hệ phƣơng trình phƣơng pháp đồ thị: Từ hai phƣơng trình hệ ta có : S1 S2 C C3 C nC1 (4.16) C3 C n C (4.17) Hình 4.3 Đồ thị xác định giá trị S0 n0 Vẽ hai đƣờng cong S1 S2 đồ thị cách lần lƣợt cho n giá trị khác ta có giá trị S1(n) S2(n) tƣơng ứng Giá trị toạ độ điểm M (So,no) giao điểm hai đƣờng cong S1(n) S2(n) chiều dài theo phƣơng So số tầng no tối ƣu ruộng mỏ mơ hình khảo sát (hình 4.3) Khi giá trị kích thƣớc tối ƣu là: So= C C5 C C2 no= C1 no C1 C4 S 0C4 Trong trình thiết kế mỏ hai kích thƣớc ruộng mỏ S n biết trƣớc Ví dụ kích thƣớc theo phƣơng ruộng mỏ đƣợc giới hạn cơng trình mỏ lân cận điều kiện địa chất kiến tạo Trong trƣờng hợp ta cần thay giá trị S vào công thức tính no ta đƣợc số tầng tối ƣu tƣơng ứng: no C5 C3 C SC 82 (4.18) Nếu nhƣ biết số tầng n ta cần thay giá trị n vào công thức tính So ta đƣợc chiều dài theo phƣơng tối ƣu tƣơng ứng: So C C3 C1 nC1 (4.19) Sau tính đƣợc kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ So no ta tích đƣợc trữ lƣợng địa chất ruộng mỏ Zo = So.no.h..m; Trữ lƣợng công nghiệp: Zcn= So.no.h..m.c; Và tuổi mỏ To = Z cn ; năm A Nhận xét: Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến kích thƣớc ruộng mỏ - Từ công thức So = C C3 thay giá trị C1, C2 , C3 (từ cách đặt theo C1 nC1 biểu thức 4.15) vào ta có: B Kg Ho h hSin S o 2v rd 2h k g D .n h Aq d n 4h Ta thấy điều kiện nhƣ tiến độ lị chợ năm v có giá trị lớn kích thƣớc theo phƣơng ruộng mỏ lớn tỷ lệ có quan hệ phi tuyến xác định mối quan hệ 2v (khi khai thác đồng thời hai cánh) Trong biểu thức giá trị có tử số biểu thị chi phí đầu tƣ xây dựng (chi phí xây dựng mặt sân cơng nghiệp, chi phí đào giếng, chi phí đào sân ga) Giá trị chi phí lớn kích thƣớc theo phƣơng ruộng mỏ lớn Mẫu số biểu thị chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ chi phí vận tải khống sản lò dọc vỉa vận chuyển tầng) Giá trị chi phí lớn kích thƣớc theo phƣơng ruộng mỏ nhỏ - Từ công thức no C5 C thay giá trị C3, C4 ,C5 (từ cách đặt theo C S C biểu thức 4.15) vào ta đƣợc: 83 K d S B K g H o h h h.Sin no 2.v rg A.q g A.K n C n .S 2 Số tầng no bố trí ruộng mỏ lớn tốc độ dịch chuyển v lò chợ lớn tỷ lệ quan hệ theo mối quan hệ phi tuyến 2v ; chi phí xây dựng (chi phí đào lị dọc vỉa, chi phí xây dựng mặt sân cơng nghiệp, chi phí đào giếng) lớn số tầng ruộng mỏ lớn; chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ giếng, vận tải giếng, nƣớc) lớn số tầng ruộng mỏ tức kích thƣớc theo hƣớng dốc nhỏ - Trong thiết kế mỏ dùng phƣơng pháp để xác định kích thƣớc tối ƣu ruộng mỏ khai thác cụm vỉa mở vỉa sơ đồ mở vỉa Dạng chung hàm mục tiêu để xác định kích thƣớc ruộng mỏ có dạng f(s,n) = C1S + C C3 C C n C S nS n Chúng khác giá trị hệ số C1, C2, C3, C4, C5và C6 hàm số Cơng thức tính giá trị hệ số Ci phụ thuộc vào sơ đồ mở vỉa giá trị tham số chi phí Trong số trƣờng hợp hàm f(s,n) có nhiều hệ số nhƣ sơ đồ mà khảo sát 4.4 Xác định số ruộng mỏ khống sàng có kích thƣớc theo phƣơng hữu hạn 4.4.1 Đặt vấn đề Giả sử có vùng khống sàng đƣợc thăm dò xác định đƣợc chiều dài theo phƣơng S thoả mãn điều kiện So < S < 2So Trong đó: So - Kích thƣớc theo phƣơng tối ƣu ruộng mỏ đƣợc xác định theo phƣơng pháp nghiên cứu mục 4.3 (với So = C3 C2 ) nC1 C1 Vấn đề đặt là: "Vùng khoáng sàng thiết kế cho mỏ khai thác có chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ S hay chia khoáng sàng thành hai ruộng mỏ, ruộng mỏ có chiều dài theo phƣơng S/2.” 84 4.4.2 Giải vấn đề Để giải vấn đề đặt cần xác định tổng chi phí để khai thác than theo hai trƣờng hợp (khi số tầng khai thác nhƣ số tầng khai thác khác nhau) làm tiêu chuẩn để so sánh Tổng chi phí để khai thác than có quan hệ kích thƣớc ruộng mỏ đƣợc biểu diễn qua hàm chi phí có dạng chung nhƣ kết nghiên cứu là: f(s,n) = C1S + C C C3 C n C6 S nS n - Trƣờng hợp 1:Giả sử hai phƣơng án nêu có số tầng khai thác nhƣ Khi chi phí để khai thác than so sánh phụ thuộc vào S số hạng tự hàm khơng cần xét đến biểu thức Vì hàm chi phí để so sánh hai phƣơng án có dạng: f(s,n) = C1S + C2 C3 S nS Khi chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ S hàm chi phí là: f(s,n) = C1S + C2 C3 S nS Khi chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ S/2 hàm chi phí là: s f( , n ) = C1S 2C2 2C S nS So sánh chi phí theo hai phƣơng án s Nếu f(s,n) > f( , n ) thì: C 1S + Khi đó: S > Hay S > C C C S 2C 2C + > + + S nS S nS C3 C2 nC1 C1 S o nên chia khống sàng thành hai ruộng mỏ để khai thác ruộng mỏ có chiều dài theo phƣơng S/2 s - Nếu f(s,n) f( ,n) tƣơng tự ta tính đƣợc S < So khống sàng đƣợc khai thác ruộng mỏ với chiều dài theo phƣơng ruộng mỏ S s - Nếu f(s,n) = f( ,n ) tức S = So chi phí để khai thác than theo hai phƣơng án nhƣ việc lựa chọn phƣơng án cần xét đến điều kiện 85 ... thời gian từ mỏ vào khai thác đảm bảo sản lƣợng thiết khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp ruộng mỏ Tuổi mỏ có quan hệ với cơng suất mỏ trữ lƣợng công nghiệp T= Z cn ; năm A (4 .2) Hiện mỏ than nƣớc... thủ công (nhƣ nghiên cứu Chƣơng 2) 4.1 .2. 3 Phƣơng pháp thị cấp Căn vào khả tiêu thụ, sử dụng, lực sản xuất khâu sản xuất mỏ mà cấp giao 4 .2 Tuổi mỏ – giai đoạn phát triển mỏ 4 .2. 1 Tuổi mỏ Tuổi mỏ. .. Ruộng mỏ có tầng hay mức khai thác; - Dùng mỏ phụ thuộc (công tác xây dựng bản, thi công cơng trình mở vỉa cơng ty, xí nghiệp xây dựng mỏ đảm nhận) Sơ đồ Bố trí theo sơ đồ nối tiếp Cơng trình mỏ