1 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên Ths Phạm Ngọc Huynh Ths Nguyễn Văn Vớ Ths Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH MỞ VỈA VÀ KHAI THÁC THAN HẦM LÕ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI B[.]
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên: Ths Phạm Ngọc Huynh Ths Nguyễn Văn Vớ Ths Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH MỞ VỈA VÀ KHAI THÁC THAN HẦM LÕ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - NĂM 2013 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên: Ths Phạm Ngọc Huynh Ths Nguyễn Văn Vớ Ths Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH MỞ VỈA VÀ KHAI THÁC THAN HẦM LÕ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - NĂM 2013 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình "Mở vỉa Khai thác than Hầm lò", biên soạn dựa theo đề cương chương trình chi tiết học phần Bộ mơn Khai thác mỏ Hầm lị thơng qua Trong q trình biên soạn, chúng tơi tích cực tham khảo kinh nghiệm quý báu trải qua nhiều năm giảng dạy học phần giảng viên Bộ mơn Khai thác Hầm lị trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh Bên cạnh đó, chúng tơi tham khảo có chọn lọc tài liệu có liên quan trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ, phịng Kỹ thuật Cơng nghệ Cơng ty khai thác than Hầm lị Quảng Ninh, đồng thời cố gắng cập nhật giới thiệu tài liệu nước tiên tiến áp dụng phù hợp với điều kiện khai thác than hầm lò Việt Nam tương lai gần Giáo trình dùng làm tài liệu để giảng dạy giảng viên, học tập cho Sinh viên - Học sinh chuyên ngành Khai thác mỏ Hầm lị Xây dựng Cơng trình Ngầm & Mỏ, làm tài liệu tham khảo cho Sinh viên chuyên ngành khác có liên quan như: Trắc địa mỏ, Khai thác mỏ Lộ thiên, Quản trị kinh doanh, Máy mỏ, Cơ điện mỏ, Tự động hóa… Chúng tơi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên Bộ mơn Khai thác Hầm lị - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh có ý kiến đóng góp thiết thực q trình biên soạn giáo trình Dù sao, giáo trình biên soạn lần đầu tiên, khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp thiết thực từ bạn đọc kết cấu, nội dung, quan điểm khoa học để chỉnh biên, sửa chữa lần tái lần sau hồn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin gửi theo địa chỉ: Bộ mơn Khai thác Mỏ Hầm lị - Khoa Mỏ Cơng trình - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Chúng xin chân thành cảm ơn tiếp thu ý kiến góp ý hữu ích bạn đọc! Quảng Ninh, tháng năm 2013 Nhóm tác giả PHẦN MỞ ĐẦU I Nhập mơn Để khai thác khống sàng khoáng sản rắn, giới người ta sử dụng ba phương pháp sau: - Phương pháp Khai thác Lộ thiên: Là phương pháp tách phá, xúc bốc, vận chuyển đất đá vây quanh khoáng sản để thu hồi, khai thác khoáng sản, phục vụ cho kinh tế Quốc dân Phương pháp sử dụng để khai thác loại khoáng sản nằm gần mặt đất, hệ số bóc (tỷ số khối lượng đất đá cần bóc để khai thác đơn vị khối lượng khống sản) khơng lớn hệ số bóc giới hạn, phụ thuộc vào giá trị sử dụng khống sản có ích, mức độ giới hóa tiến khoa học kỹ thuật sở sản xuất quốc gia - Phương pháp Khai thác Hầm lò: Là phương pháp đào đường lò từ mặt đất đến gặp khống sàng (các vỉa than) cơng trình xây dựng bản, đào đường lò than để phân chia vỉa than thành phần có kế hoạch khai thác phần một, sau tiến hành khai thác (khấu) than Phương pháp sử dụng để khai thác loại khoáng sản nằm sâu mặt đất, khai thác lộ thiên khơng có hiệu kinh tế - Phương pháp Khai thác đặc biệt (các Phương pháp Địa cơng nghệ như): Khí hóa than Học phần “Mở vỉa Khai thác than Hầm lò” trang bị cho Sinh viên kiến thức để lựa chọn phương án bố trí đường lò mỏ than hợp lý nhất: Vừa đảm bảo mang lại hiệu kinh tế, vừa khả thi kỹ thuật, vừa đảm bảo an toàn suốt trình khai thác II Bài mở đầu Các giả thuyết thành tạo than Trước người ta thường quan niệm là: Than khoáng chất cứng, màu đen, cháy người ta giải thích thành tạo than theo giả thuyết: - Than dịch thể màu đen xâm nhập vào đá trầm tích - Than dầu mỏ đơng đặc lại (vì than dầu mỏ cháy được) - Than núi lửa phun lên đốt cháy rừng nhiệt đới vùi lấp chúng Tuy nhiên giả thuyết khơng giải thích q trình thành tạo than khơng có sở lý luận Đến cuối kỷ 16 đầu kỷ 17, nhà bác học Lêvianov (người Nga) sau khảo sát hàng nghìn mẫu than nhiều mỏ than thấy đất đá vây quanh vỉa than có hóa thạch thực vật đến kết luận: Than tạo thành từ nguồn gốc thực vật qua q trình biến đổi hố học: 4C6H10O5 C9H6O + 7CH4 + 8CO2 +3H2O Và trải qua giai đoạn: Ở vùng thực vật phát triển mạnh có hoạt động thăng trầm vỏ trái đất (khi vỏ trái đất hạ xuống thực vật bị phá huỷ vùi lấp, mục nát tạo thành lớp mùn xốp, tác dụng vi khuẩn kỵ khí thành phần hữu thực vật bị phân hủy lớp mùn xốp biến thành than bùn bị vùi lấp, vỏ trái đất nâng lên than bùn bị nén ép tác dụng nhiệt độ, áp suất liên kết lại với nhau, lượng nước giảm, hàm lượng Cácbon tăng lên tùy theo mức độ biến chất mà trình thành tạo loại than khác từ than bùn biến chất thành than nâu, than đá, than bán Ant‟raxit than Ant‟raxit Tuỳ theo chu kỳ, cường độ, biên độ hoạt động kiến tạo dẫn đến cấu tạo nằm vỉa than khác khác phức tạp Qua khảo sát nhà nghiên cứu khoảng mét chiều dày lớp mùn gỗ tạo thành lớp than dày khoảng 0,2 mét Điều kiện tạo thành vỉa than là: - Ở vùng khí hậu địa hình, khí hậu, thời tiết thuận lợi có rừng (thực vật) phát triển phong phú - Có hoạt động thăng trầm vỏ trái đất (một lần hạ xuống tạo thành vỉa (hay lớp) than Chiều dày vỉa (hay lớp) than phụ thuộc vào lượng thực vật bị vùi lấp, vỉa than (lớp than) thành tạo lớp đá trầm tích (đá kẹp) xen kẽ Khái niệm vỉa than yếu tố nằm vỉa - Vỉa than: Là nơi tập trung tích tụ than lịng đất, giới hạn hai mặt song song gần song song với nhau: Mặt gọi mặt vách (mái hay nóc); lớp đá nằm phía mặt vách gọi đá vách; mặt gọi mặt trụ (đáy hay nền); lớp đá nằm phía mặt trụ gọi đá trụ Mặt địa hình Mặt vách Mặt trụ Đá trụ Đá vách Lớp đá kẹp v Hình Hình dáng, cấu tạo vỉa than lòng đất - Các yếu tố nằm vỉa Vỉa than xác định yếu tố sau: Phía mặt địa hình tự nhiên có (P) mặt phẳng nằm ngang Các yếu tố nằm vỉa xác định: D v mv D' A S B C Mặt trụ vỉa P Mặt vách vỉa mv - Chiều dày vỉa Lớp đá kẹp v - Góc dốc vỉa AB - Đường phương vỉa Hình Các yếu tố nằm cấu tạo vỉa than DC - Đường dốc vỉa D‟C- Đường hướng dốc vỉa + Đường phương vỉa S; mét (đường AB): Là giao tuyến mặt phẳng nằm ngang với bề mặt vỉa than (có thể mặt vách hay mặt trụ vỉa) Người ta mô tả vỉa than bình đồ đường phương trụ vỉa (gọi bình đồ đẳng trụ vỉa than) bình đồ đường phương vách vỉa (gọi bình đồ đẳng vách vỉa than), hay đồng thời đường phương bên vách đường phương bên trụ (gọi bình đồ tính trữ lượng vỉa than; bình đồ tính trữ lượng người ta biểu diễn đường đẳng vách nét liền mảnh, đường đẳng trụ nét đứt mảnh) + Đường dốc H (đường DC): Là đường nằm bề mặt vỉa than (có thể mặt vách hay mặt trụ vỉa) vng góc với đường phương hướng xuống phía + Đường hướng dốc (đường D‟C): Là hình chiếu đường dốc mặt phẳng nằm ngang (biểu diễn hướng cắm vỉa than bình đồ) + Chiều dày vỉa (mv, mét): Là khoảng cách vng góc từ mặt trụ vỉa sang mặt vách vỉa vị trí kháo sát Chiều dày hữu ích vỉa tổng chiều dày lớp than, không kể chiều dày lớp đá kẹp có mặt vỉa than + Góc dốc vỉa (v, độ): Là góc hợp đường dốc hình chiếu mặt phẳng nằm ngang (P) góc hợp bề mặt vỉa than với mặt phẳng nằm ngang vị trí khảo sát + Lộ vỉa vỉa than: Là phần vỉa than tiếp giáp với mặt địa hình tự nhiên nằm lớp đất phủ phong hóa hay lớp trầm tích đệ tứ (Q) Có vỉa than khơng tiếp giáp với mặt đất, đồ địa hình địa chất người ta biểu diễn đường lộ vỉa + Đá kẹp: Là lớp đá nằm bên vỉa than (xen mặt vách trụ vỉa) Với vỉa than nằm ngang (có v = 00) vỉa có góc dốc thẳng đứng (có v = 900) bình đồ khơng thể đường phương đường hướng dốc Phân loại vỉa than theo điều kiện khai thác 3.1 Phân loại theo chiều dày góc dốc + Theo cách phân loại nước giới vỉa than phân thành loại: - Phân loại theo chiều dày vỉa than: + Vỉa mỏng mv < 0,5m + Vỉa mỏng mv < 1,3m + Vỉa dày trung bình 1,3m mv 3,5m + Vỉa dày mv > 3,5m - Phân loại theo góc dốc vỉa than: + Vỉa + Vỉa thoải + Vỉa dốc nghiêng + Vỉa dốc đứng v 50 50 < v 250 250 < v 450 v > 450 + Theo cách phân loại Việt Nam: Được quy định Điều 73 “Quy phạm K thuật Khai thác Hầm lò than diệp thạch 18 - TCN - - 2006” vỉa than phân loại sau: - Phân loại theo chiều dày vỉa than: + Vỉa than có chiều dày mỏng khi: mv < 0,7 m + Vỉa than có chiều dày mỏng khi: mv = 0,71 m ÷ 1,20 m + Vỉa than có chiều dày trung bình khi: mv = 1,21 m ÷ 3,50 m + Vỉa than dày: mv > 3,5 m - Phân loại theo góc dốc vỉa than: + Vỉa thoải: α < 150 + Vỉa nghiêng: α = 150 ÷ 350 + Vỉa dốc nghiêng: α = 350 ÷ 550 + Vỉa dốc đứng: α > 550 3.2 Phân loại theo cấu tạo - Vỉa có cấu tạo đơn giản vỉa than bên vỉa khơng có lớp đá kẹp - Vỉa có cấu tạo phức tạp vỉa than bên vỉa có lẫn lớp đá kẹp Các thành phần than 4.1 Phân tích thành phần hố học than Trong thành phần than gồm nguyên tố hoá học sau: Cácbon (C), Hyđrơ (H2), Oxy (O2), Nitơ (N2), Phốt (P), Lưu huỳnh (S) - Các bon (C): nguyên tố quan trọng than đá, than chất cao hàm lượng Các bon nhiều than có nhiệt lượng cao - Hyđrơ (H2): có than khoảng 5% Than chứa nhiều Hyđrô cháy sinh lửa dài (Hàm lượng chất bốc cao; than lửa dài) - Ôxy (O2): Ôxy than thường tồn dạng hợp chất, muối ôxyt, than cháy thu nhiệt, làm giảm nhiệt lượng than - Nitơ (N2): Nitơ không cháy nên không phát nhiệt (thường dạng hợp chất NH3, HNO3) Trong than hàm lượng Nitơ nhỏ, lượng Nitơ lớn làm giảm cách tương đối thành phần chất cháy than, làm hạn chế tốc độ cháy than - Lưu huỳnh (S), Phốt (P): loại than chứa Lưu huỳnh Phốt với hàm lượng nhỏ (hàm lượng nguyên tố tăng, có hại q trình luyện kim) tồn dạng Sulfua, Sulfat, Photforis hợp chất hữu Lưu huỳnh cháy tạo thành SO2 toả nhiệt Lưu huỳnh nguyên tố có hại cho sức khoẻ người thiết bị q trình sử dụng than Qua q trình phân tích thành phần hóa học than người ta thu kết bảng: Ngoài yếu tố kể người ta cịn ý đến chất khí có than CH4, CO2, N2, H2, H2S, khí hiếm; ta cần ý đến khí CH4 gây cháy, nổ; khí H2S, CO2 gây nhiễm độc gây ngạt (khi hàm lượng đủ lớn) Bảng Thành phần hóa học loại than Hàm lƣợng Than bùn Than nâu Than đá (%) Than Ant’raxit(%) Than củi (%) Nguyên tố (%) (%) C 50 - 60 60 - 70 75 - 90 90 - 95 50 H2 5–6 4-5 - O2 30 - 40 10 - 30 - 10 1-2 - N 1-3 - - - - S, P Còn lại Còn lại Còn lại Cịn lại - 4.2 Phân tích thành phần cơng nghệ than Thành phần công nghệ than bao gồm: nước (độ ẩm), chất bay (chất bốc), độ tro - Độ ẩm (W, %): Đặc trưng cho lượng nước chứa than Độ ẩm chứa than cao nhiệt lượng than giảm ngược lại Nguyên nhân gây độ ẩm than: Là lượng nước có thành tạo than, q trình trầm tích nước xâm nhập vào vỉa than; trình khai thác, vận chuyển, bảo quản - Độ tro (A, %): Là thành phần không cháy cịn lại đốt cháy hồn tồn kilơgam than, độ tro chất lượng than tốt - Chất bốc (V, %): Là thành phần bay than (gồm chất khí như: CH4, H2, CO ) chưng cất than nhiệt độ 800 8500C, chất bốc có ảnh hưởng tới q trình cháy than, chất bốc nhiều than xốp, dễ bắt lửa, dễ cháy - Độ Kok: Là phần rắn lại sau chưng cất than nhiệt độ 800 8500C (Thực chất lượng tro thành phần cháy than trạng thái rắn) - Nhiệt lượng (Q, Kcal/kg): Là khả sinh nhiệt đốt cháy hồn tồn kilơgam than Đây tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng than Bảng Một số thành phần công nghệ số loại than Thành phần Than bùn Than nâu Than đá Than Ant’raxit Than củi W (%) 40 – 50 10 - 40 1–8 1-2 - V (%) 70 45 - 55 10 - 50 - 8000-8500 3000 - 4500 Q, (kcal/kg) 2500 - 4500 3000 - 7000 7000 - 8000 4.3 Công dụng than Than cần cho tất ngành kinh tế quốc dân: Công nghiệp, lượng, nông nghiệp, giao thơng vận tải, quốc phịng, sản xuất vật liệu xây dựng chất đốt phục vụ đời sống nhân dân xuất năm qua đổi lấy lượng ngoại tệ đáng kể Qua khảo sát để sản xuất ra: - Để sản xuất kw điện cần 0,4 - 0,5 kg than (có nhiệt lượng 7000 kcal/kg) - Để sản xuất gang cần 0,2 than Kok - Để sản xuất thép cần 0,6 than Kok - Để sản xuất đồng cần 1,8 than Kok - Để sản xuất nhôm cần 12 than Kok - Để vận chuyển 1000 tấn.km hàng hóa tầu hỏa cần 12 kg than đá - Trong công nghiệp dệt để sản xuất 3,5 vạn sợi Vinilon cần triệu than 0,46 triệu 7,5 vạn dầu - Từ than người ta chế khoảng 350 loại sản phẩm khác Sơ lƣợc lịch sử khai thác than Việt Nam Ở nước ta phát than vào đầu kỷ thứ 19 vùng núi Yên Lãng Đến ngày 10 tháng năm 1840 (ngày 06 tháng chạp năm Kỷ Hợi) vua Minh Mạng phê chuẩn cho phép mở mỏ khai thác than vùng núi Yên Lãng (Đông Triều) Đến ngày 27 tháng năm 1884 (ngày 06 tháng năm Giáp Thân) Triều đình Huế ký văn tự bán khu mỏ cho Pháp khai thác thời hạn 100 năm Đến ngày 24 tháng năm 1888 Pháp thành lập „„Công ty Pháp mỏ than Bắc Kỳ” (Sociéte Francaice des Charbonnnages du Tonkin viết tắt là: S.F.C.T.) tiến hành khai thác chủ yếu vùng Quảng Ninh: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Hà Tu, Cẩm Phả Mông Dương Đã khai thác khoảng 50 triệu than chất lượng tốt, chủ yếu khai thác thủ công Đến năm 1955 ta tiếp quản cải tạo lại mỏ cũ, thăm dò bổ xung, cải tạo mở rộng quy mô sản xuất mỏ than Hầm lị với cơng nghệ chủ yếu bán giới hóa thử nghiệm số cơng nghệ tiên tiến Thiết kế xây dựng số mỏ đáp ứng cho phát triển kinh tế đất nước Sự phân bố than Việt Nam Than Việt Nam thành tạo chủ yếu kỷ T‟riats thống bậc Nori-Rêti (T3-n-r), kỷ Đệ Tam (Tr) Than có tuổi T‟riats phân bố chủ yếu ở: vùng Đơng Bắc (Móng Cái, ng Bí, Bố Hạ, Tuyên Quang); vùng Tây Bắc: (Từ ven sông Đà đến Điện Biên Phủ); vùng Phấn Mễ (Thái Nguyên); Nho Quan (Ninh Bình); Khu cũ Than có tuổi Đệ Tam phân bố chủ yếu Cao Bằng; Na Dương (Lạng Sơn); vùng dọc sông Hồng (Phú Thọ, Lào Cai); vùng dọc sông Cả (Con Cuông, Khe Bố) vùng trũng Hà Nội Trữ lượng chủ yếu phân bố: Vùng Quảng Ninh chủ yếu than Ant‟raxit chiếm 95% tổng trữ lượng than Ant‟raxit nước (đến dự báo khoảng tỷ đến mức -500) Vùng trũng Hà Nội chủ yếu than nâu với trữ lượng 200 tỷ tấn: Phân bố suốt từ Gia Lâm (Hà Nội) đến Tiền Hải (Thái Bình) Tập trung ba khu vực Khối Châu (Hưng n), Đơng Quan, Vũ Thư (Thái Bình) 10 PHẦN I- MỞ VỈA VÀ CHUẨN BỊ RUỘNG THAN Chƣơng 1- RUỘNG MỎ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP CHUẨN BỊ RUỘNG THAN 1.1 Ruộng mỏ 1.1.1 Khái niệm, hình dáng, kích thƣớc, cách xác định 1.1.1.1 Khái niệm mỏ ruộng mỏ * Mỏ hầm lị (Xí nghiệp mỏ Hầm lò): Là đơn vị sản xuất độc lập Nhà nước cho phép quản lý, khai thác toàn phần khống sàng khống sản có ích phương pháp Hầm lò Người ta phân chia mỏ hầm lò làm hai loại: - Mỏ độc lập: Là đơn vị sản xuất đảm nhận tất q trình sản xuất mỏ hầm lị: (Mở vỉa, chuẩn bị, khai thác, sàng tuyển, sửa chữa thiết bị ) - Mỏ phụ thuộc: Là đơn vị sản xuất đảm nhận số khâu trình sản xuất mỏ hầm lò: (Mở vỉa, chuẩn bị, khai thác, khơng sàng tuyển, sửa chữa thiết bị ) * Ruộng mỏ: Là tồn khống sàng khống sàng có kích thước nhỏ, phần khống sàng khống sàng có kích thước lớn mỏ hay một khu độc lập mỏ đảm nhận khai thác 1.1.1.2 Hình dáng, kích thước ranh giới ruộng mỏ + Hình dáng ruộng mỏ phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất kiến tạo khu vực +200 +100 a) +0 -100 - 200 +200 +100 b) +0 -100 - 20 Hình 1-1 Hình dạng ruộng mỏ - Nếu địa hình phẳng, nằm vỉa ổn định theo phương theo hướng dốc hình dạng ruộng mỏ có hình chữ nhật đường đẳng vách (đẳng trụ) đường thẳng song song cách hình 1-1.a 11 - Nếu địa hình khơng phẳng, nằm vỉa khơng ổn định hình dạng ruộng mỏ phức tạp, khác hình 1-1.b + Kích thước ruộng mỏ xác định thông số: - Chiều dài theo phương ruộng mỏ: Ký hiệu S (m); chiều dài theo phương ruộng mỏ thay đổi từ vài trăm mét đến vài nghìn mét - Chiều dài theo hướng dốc ruộng mỏ kí hiệu H (m) (kích thước từ biên giới phía đến biên giới phía ruộng mỏ) - Chiều sâu chơn vùi vỉa than (biên giới phía ruộng mỏ) - Số lượng vỉa ruộng mỏ (nv) - Diện tích mặt đất giao quyền sử dụng Ranh giới ruộng mỏ bao gồm giới hạn phía trên, giới hạn phía giới hạn theo phương vỉa Ngoài đồ địa chất mỏ giới hạn biên giới ruộng mỏ theo hướng Đông, Tây, Nam, Bắc tọa độ mốc biên giới mỏ địa hình thực tế Kích thước ruộng mỏ xác định dựa vào cấu tạo địa chất (các đứt gẫy kiến tạo), chi phí để khai thác than sơ tối ưu hóa kích thước ruộng mỏ 1.1.2 Phân loại ruộng mỏ + Phân loại theo hình dáng ruộng mỏ: +200 +100 a) GiÕng má +0 -100 - 20 +200 +100 b) +0 -100 GiÕng má - 20 Hình 1-2 Phân loại ruộng mỏ theo vị trí đường lị a) Ruộng mỏ hai cánh; b) Ruộng mỏ cánh 12 - Khi khu vực địa hình phẳng, khơng có phay phá, uốn nếp, góc dốc vỉa ổn định theo phương theo hướng dốc Khi ruộng mỏ có dạng hình chữ nhật vng vắn, đường phương vỉa đường thẳng song song cách gọi Ruộng mỏ gọi đơn giản hình 1-1.a - Ngược lại ruộng mỏ có dáng hình gọi ruộng mỏ phức tạp hình 1-1.b + Phân loại theo số vỉa ruộng mỏ: - Nếu ruộng mỏ có vỉa gọi vỉa đơn - Nếu ruộng mỏ có nhiều vỉa gọi cụm vỉa + Phân loại theo vị trí đường lị bố trí ruộng mỏ: - Nếu vị trí đường lị mở vỉa bố trí khu vực trung tâm theo phương ruộng mỏ khai thác hai phía đường lị gọi ruộng mỏ hai cánh hình 1-2.a - Nếu vị trí đường lị mở vỉa bố trí phía theo phương ruộng mỏ gọi ruộng mỏ cánh hình 1-2.b 1.2 Trữ lƣợng - Tổn thất - Sản lƣợng - Tuổi mỏ 1.2.1 Trữ lƣợng 1.2.1.1 Khái niệm Trữ lượng địa chất (Zđc; tấn): Là khối lượng khống sản có ích (than) nằm lòng đất bên biên giới ruộng mỏ; xác định sở từ kết q trình thăm dị địa chất tài liệu quan trọng để thiết kế khai thác mỏ, xác định quy mô sản xuất, thời gian tồn mỏ 1.2.1.2 Phân loại - Phân cấp trữ lượng Dựa vào điều kiện kinh tế - kỹ thuật, trữ lượng địa chất chia làm hai loại: - Trữ lượng bảng cân đối: Là trữ lượng thỏa mãn yêu cầu tiêu chuẩn công nghiệp điều kiện kinh tế - kỹ thuật khai thác đem lại lợi nhuận - Trữ lượng bảng cân đối: Là trữ lượng chưa thỏa mãn yêu cầu tiêu chuẩn công nghiệp điều kiện kinh tế - kỹ thuật chưa cho phép khai thác; khai thác chưa có lãi (chiều dày, góc dốc, độ tro, nhiệt lượng, chiều sâu chơn vùi ) Giữa trữ lượng bảng cân đối ngồi bảng cân đối có quan hệ mật thiết với nhau; nghĩa có điều kiện kỹ thuật cơng nghệ phát triển trữ lượng bảng cân đối nghiên cứu đưa vào bảng cân đối để huy động khai thác * Dựa vào mức độ chi tiết cơng trình thăm dị, trữ lượng địa chất phân thành bốn cấp: - Trữ lượng cấp A: Là trữ lượng xác thăm dị tỷ mỷ cơng trình hào, hố, giếng, lị, lỗ khoan Qua hiểu cách xác số lượng, chất lượng, yếu tố nằm khoáng sản phạm vi định - Trữ lượng cấp B: Là trữ lượng có mức độ xác trữ lượng cấp A, cơng trình thăm dị thưa nên biết nằm vỉa, sơ đánh giá số lượng, chất lượng khoáng sản, chưa đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật để yêu cầu khai thác 13 - Trữ lượng cấp C1: Là trữ lượng xác định sở thăm dò hào, hố lẻ tẻ từ đồ địa chất mà suy đoán nằm vỉa, số lượng, chất lượng khoáng sản biết cách khái quát - Trữ lượng cấp C2: Là trữ lượng không chắn chủ yếu dựa vào tài liệu địa chất có nội suy Trữ lượng C2 dùng để tham khảo thiết kế Mới Bộ Tài nguyên Môi trường Ban hành“Quy định số: 06/2006/QĐBTNMT (Hà Nội; ngày 07 tháng năm 2006) Phân cấp trữ lượng tài nguyên khoáng sản rắn”, tóm tắt sau: Giải thích từ ngữ: Tài ngun khống sản rắn tích tụ tự nhiên khoáng chất rắn bên bề mặt vỏ trái đất, có hình thái, số lượng chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu để khai thác, sử dụng loại khống chất từ tích tụ đem lại hiệu kinh tế thời điểm tương lai Tài nguyên khoáng sản rắn chia thành: Tài nguyên khoáng sản rắn xác định tài nguyên khoáng sản rắn dự báo Tài nguyên khoáng sản rắn xác định tài nguyên khoáng sản rắn đánh giá, khảo sát, thăm dò xác định vị trí, diện phân bố, hình thái, số lượng, chất lượng, dấu hiệu địa chất đặc trưng với mức độ tin cậy nghiên cứu địa chất từ chắn đến dự tính Tài ngun khống sản rắn dự báo tài nguyên khoáng sản rắn dự báo trình điều tra địa chất tài nguyên khoáng sản sở tiền đề dấu hiệu địa chất thuận lợi cho thành tạo khoáng sản với độ tin cậy từ suy đoán đến đoán Trữ lượng khoáng sản rắn phần tài nguyên khoáng sản rắn xác định thăm dò việc khai thác, chế biến chúng mang lại hiệu kinh tế điều kiện thực tiễn thời điểm tính trữ lượng Phân loại trữ lượng tài nguyên khoáng sản rắn: Trữ lượng tài nguyên khoáng sản rắn phân loại sở phối hợp nhóm thơng tin: a) Mức độ hiệu kinh tế phân làm mức: Có hiệu kinh tế, có tiềm hiệu kinh tế chưa rõ hiệu kinh tế b) Mức độ nghiên cứu khả thi phân làm mức: Nghiên cứu khả thi, nghiên cứu tiền khả thi nghiên cứu khái quát c) Mức độ nghiên cứu địa chất phân làm mức có độ tin cậy khác nhau: Chắc chắn, tin cậy, dự tính dự báo Cấp trữ lượng tài ngun khống sản rắn có tên gọi theo mã số gồm chữ số Trong đó: a) Chữ số đầu thể mức độ hiệu kinh tế: Số - Có hiệu kinh tế; số - Có tiềm hiệu kinh tế số - Chưa rõ hiệu kinh tế b) Chữ số thứ hai thể mức độ nghiên cứu khả thi: Số - Nghiên cứu khả thi; số - Nghiên cứu tiền khả thi; số - Nghiên cứu khái quát 14 c) Chữ số thứ ba thể mức độ tin cậy nghiên cứu địa chất: Số - Chắc chắn; số - Tin cậy; số - Dự tính; số - Dự báo Đối với mức dự báo phân thành phụ mức: Suy đoán (ký hiệu a) đoán (ký hiệu b) Phân cấp trữ lượng tài nguyên khoáng sản rắn: Tài nguyên khoáng sản rắn phân làm nhóm: Tài ngun khống sản rắn xác định tài nguyên khoáng sản rắn dự báo Bảng 1-1 Phân cấp trữ lượng tài nguyên khoáng sản rắn Mức độ Dự báo nghiên cứu địa chất Mức độ Chắc chắn Tin cậy Dự tính hiệu Suy đốn Phỏng đốn kinh tế Trữ lượng 111 Có hiệu kinh tế Trữ lượng 121 Trữ 122 lượng Tài nguyên 211 Có tiềm hiệu kinh tế Tài nguyên Chưa rõ hiệu kinh tế 221 Tài nguyên 222 Tài nguyên 331 Tài nguyên 332 Tài nguyên 333 Tài nguyên Tài nguyên 334a 334b Nhóm tài ngun khống sản rắn xác định phân thành loại: Trữ lượng tài nguyên a) Loại trữ lượng phân thành cấp: - Cấp trữ lượng 111; - Cấp trữ lượng 121; - Cấp trữ lượng 122 15 b) Loại tài nguyên phân thành cấp: - Cấp tài nguyên 211; - Cấp tài nguyên 221; - Cấp tài nguyên 222; - Cấp tài nguyên 331; - Cấp tài nguyên 332; - Cấp tài nguyên 333 Nhóm tài nguyên khoáng sản rắn dự báo phân thành cấp: - Cấp tài nguyên 334a; - Cấp tài nguyên 334b - Nghiên cứu khả thi - Nghiên cứu tiền khả thi - Nghiên cứu khái quát Kèm theo Quyết định số: 06/2006 có Phụ lục “Hướng dẫn chuyển đổi cấp trữ lượng cấp tài nguyên” từ cấp A, B, C1 C2 cấp trữ lượng phân theo Quy định Quyết định số: 06/2006/QĐ-BTN&MT 1.2.1.3 Phương pháp tính trữ lượng Với vỉa than có cấu trúc, cấu tạo đơn giản người ta thường dùng phương pháp khối địa chất để tính trữ lượng cho ruộng mỏ Thực chất phương pháp tính thể tích khối nhân với trọng lượng thể tích than Nếu gọi Zđc trữ lượng địa chất ruộng mỏ ta có: - Trường hợp vỉa đơn trữ lượng địa chất tính theo công thức: Zđc = V ; (1-1) Trong đó: V - Thể tích vỉa than, m - Trọng lượng thể tích than, tấn/m3 Khi vỉa than nằm nghiêng: m3 V = S.H.mtb ; (1-2) Trong đó: S- Chiều dài theo phương vỉa than, m H - Chiều dài theo hướng dốc vỉa than, m mtb - Chiều dày trung bình vỉa than, m m tb m1 m2 mn nct m ; m i (1-3) n n Trong đó: m1, m2, , mn- Chiều dày vỉa xác định qua cơng trình thăm dị; m ct ct nct - Số cơng trình thăm dị Zđc = S.H.mtb.; Hay: (1-4) Zđc = S.H.p ; (1-5) 16 p = mtb. ; tấn/ m2 (trữ lượng đơn vị diện tích vỉa than) - Trường hợp cụm vỉa: Khi ruộng mỏ có nv vỉa trữ lượng địa chất ruộng mỏ tổng trữ lượng vỉa cộng lại: n Zđc = Zđc1 + Zđc2 + Zđc3+ +Zđci + + Zđcn = Z i 1 đci ; (1-6) nv - Số vỉa ruộng mỏ 1.2.1.4 Vai trò trữ lượng mỏ Trữ lượng mỏ thông số quan trọng, ảnh hưởng đến thời gian tồn mỏ, sản lượng hàng năm mỏ quy mô khai thác mỏ, vốn đầu tư xây dựng hiệu sử dụng vốn đầu tư Độ xác trữ lượng đảm bảo cho trình khai thác ổn định tránh rủi ro trình khai thác sau Để tiến hành thiết kế xây dựng mỏ mới, cải tạo mở rộng mỏ hoạt động, phải xuất phát từ trữ lượng bảng cân đối ruộng mỏ Trữ lượng phải Hội đồng trữ lượng Quốc gia phê duyệt Theo quy định trước trữ lượng bảng cân đối bao gồm cấp A, B, C1 chia thành hai nhóm cho phép thiết kế mỏ - Nhóm 1: Khống sàng có cấu tạo đơn giản Trữ lượng lập dự án khai thác trữ lượng cấp (A+B) 50%.(A + B + C1), trữ lượng cấp A phải lớn 20% - Nhóm 2: Khống sàng có cấu tạo địa chất phức tạp, loại lập dự án khai thác trữ lượng cấp B 50%.(A + B + C1) Đối với mỏ than: than có cấu tạo dạng vỉa xếp vào nhóm (khống sàng có cấu tạo đơn giản) Hiện để quản lý chặt chẽ tài nguyên khoáng sản, Nhà nước giao khu vực có cấp trữ lượng C1, C2 cho mỏ quản lý khai thác Để đảm bảo khai thác khu vực có hiệu việc thăm dị bổ xung để nâng cấp trữ lượng mỏ cần thiết, ngồi q trình đào lò chuẩn bị việc cập nhật yếu tố địa chất nguồn tài liệu tốt để nâng cấp trữ lượng cho ruộng mỏ 1.2.2 Tổn thất - Sản lƣợng Tuổi mỏ 1.2.2.1 Tổn thất Trong q trình khai thác người ta khơng thể lấy hết toàn trữ lượng bảng cân đối ruộng mỏ Vì vậy, phần trữ lượng bảng cân đối cịn lại nằm lịng đất khơng khai thác gọi tổn thất Tổn thất chia làm hai loại: + Tổn thất chung mỏ (gọi tổn thất vĩnh viễn): Là trữ lượng để lại làm trụ bảo vệ cơng trình mặt địa hình phạm vi ruộng mỏ, trụ bảo vệ đường lò mở vỉa, trụ bảo vệ biên giới mỏ, trụ bảo vệ xung quanh đới phá huỷ địa chất (bên cạnh phay phá), trụ bảo vệ vùng ao, hồ, sông, suối Lượng tổn thất tận thu (khấu vét) kết thúc khai thác ruộng mỏ 17 + Tổn thất khai thác: Là tổn thất phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ thống khai thác, phương pháp khấu than, chiều dày vỉa, trình độ kỹ thuật cơng tác mỏ, tổn thất để lại trụ bảo vệ đường lị chuẩn bị, tổn thất q trình vận tải Để đánh giá mức độ khai thác trữ lượng khống sản có ích người ta sử dụng hệ số khai thác (C) đặc trưng cho mức độ tổn thất, giá trị hệ số phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ dao động phạm vi rộng Khi thiết kế lấy sơ giá trị hệ số sau: - Đối với vỉa mỏng: C = 0,9 0,92 - Đối với vỉa dày trung bình: C = 0,85 0,88 - Đối với vỉa dốc thoải: C = 0,82 0,85 - Đối với vỉa dốc đứng: C = 0,75 0,8 Bởi vậy, thiết kế người ta sử dụng trữ lượng nhỏ trữ lượng địa chất bảng cân đối gọi trữ lượng công nghiệp (ZCN) ZCN = Zđc.C ; (1-7) Trong đó: Zđc - Trữ lượng địa chất bảng cân đối, C - Hệ số khai thác trữ lượng Hệ số C tỷ lệ phần khối lượng khống sản trữ lượng bảng cân đối khai thác tính theo cơng thức: C= Z CN Z đc (1-8) 1.2.2.2 Sản lượng tuổi mỏ Sản lượng mỏ là: Khối lượng khoáng sản có ích xí nghiệp mỏ khai thác đơn vị thời gian (tháng, quý, năm hay kỳ kế hoạch) Sản lượng hàng năm mỏ cịn gọi Cơng suất mỏ; (tấn/năm) Sản lượng mỏ đóng góp vào tổng sản lượng khai thác than đất nước nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân Hiện nước ta hàng năm tiêu thụ khối lượng đáng kể tổng sản lượng than khai thác Công suất thiết kế (sản lượng hàng năm) mỏ có ảnh hưởng lớn tới tham số mỏ như: Sơ đồ mở vỉa, phương pháp chuẩn bị, hệ thống khai thác, công nghệ khai thác, hệ thống vận tải, thơng gió, sơ đồ cơng nghệ mặt mỏ vốn đầu tư xây dựng Hiệu sử dụng, thời hạn thu hồi vốn đầu tư tiêu kinh tế - kỹ thuật mỏ Tuổi mỏ: Là thời gian tồn xí nghiệp mỏ kể từ vào khai thác đảm bảo công suất thiết kế khai thác hết trữ lượng công nghiệp ruộng mỏ Như sản lượng tuổi mỏ có mối quan hệ tỷ lệ nghịch chúng thông số quan trọng công tác thiết kế mỏ Tuổi mỏ tính theo cơng thức: T= Z CN ; A năm 18 (1-9) Trong đó: ZCN - Trữ lượng công nghiệp mỏ, A- Sản lượng hàng năm (Công suất) mỏ; tấn/năm Để đảm bảo sản xuất có hiệu cao nhất, cần phải xác định sản lượng mỏ tối ưu (sản lượng đảm bảo khai thác có giá thành sản phẩm nhỏ nhất), toán phức tạp xác định theo phương pháp sau đây: - Phương pháp thống kê: Căn vào số liệu thống kê quan hệ sản lượng mỏ giá thành khai thác than loạt xí nghiệp sản xuất ổn định có điều kiện, người ta đưa số liệu lên đồ thị tìm cực trị nhờ phương trình tốn học gần - Phương pháp phương án: Dựa trữ lượng công nghiệp ruộng mỏ người ta tiến hành thiết kế mỏ với nhiều giá trị công suất khác (mỗi phương án ứng với giá trị công suất mỏ) So sánh phương án với phương diện kinh tế lựa chọn phương án có chi phí giá thành khai thác than nhỏ để áp dụng - Phương án giải tích: Người ta thiết lập mối quan hệ công suất mỏ chi phí phương trình tốn học tiến hành giải phương trình để tìm công suất tối ưu mỏ Theo giáo sư: P.Z Dviagin công suất tối ưu mỏ xác định theo công thức: Ao C1 E.K 1' C1 K E.K Z CN ; tấn/năm (1-10) Trong đó: C1, K, K1‟, K2- Các hệ số tính toán theo số liệu thống kê mỏ sản xuất E- Hệ số hiệu tương đối vốn đầu tư sản xuất bản, E = 0,1 - Hệ số cố định phụ thuộc vào sản lượng lò chợ Như tuổi mỏ tối ưu mỏ (To) xác định: To = Z CN ; Ao năm (1-11) Thời gian tồn thực tế mỏ cần phải kể đến thời gian xây dựng đưa mỏ vào sản xuất đạt công suất thiết kế (t1) thời gian khấu vét (t2) Do thời gian tồn thực tế mỏ là: năm Tm= To + t1 + t2 ; (1-12) Theo quy định Liên Xô cũ, thời gian xây dựng đưa mỏ vào sản xuất đạt công suất thiết kế (t1) thời gian khấu vét (t2) tính sau: Thời gian xây dựng đưa mỏ vào sản xuất đạt công suất thiết kế (t1) quy định theo công suất (quy mô mỏ) sau: Khi công suất mỏ Am = (0,6 1,2) 106 ; tấn/năm t1 2năm Khi cơng suất mỏ Am = (1,2 3) 106 Khi công suất mỏ Am 3.106 ; tấn/năm t1 3năm ; tấn/năm t1 5năm 19 Đối với mỏ khai thác độ sâu 800 mét, t1 xác định theo thiết kế (trong lịch trình thi cơng cơng trình mỏ) Thời gian khấu vét (t2): Thời gian khấu vét t2 lấy 20% thời gian khai thác tầng (hay mức) cùng, tức vỉa thoải t2 năm; vỉa dốc đứng t2 ; năm Theo kinh nghiệm nước, thời gian tồn mỏ dài hay ngắn phụ thuộc vào công suất mỏ: Cơng suất mỏ nhỏ 1,2.106 tấn/năm thời gian tồn mỏ không 25 50 năm Cơng suất mỏ lớn 1,2.106 tấn/năm thời gian tồn mỏ phải lớn 40 50 năm Ở Việt Nam “Quy phạm K thuật Khai thác Hầm lò than diệp thạch 18 - TCN - – 2006 phân loại mỏ sau: Điều 14 mỏ phân loại theo công suất thiết kế sau: Loại lớn: Từ 1000000 tấn/năm trở lên Loại trung bình: Từ 500000 1000000 tấn/năm Loại nhỏ: Dưới 500000 tấn/năm Điều 15 Tuổi thọ thiết kế mỏ xác định tối thiểu sau: Loại lớn: 20 năm Loại trung bình: 15 năm Loại nhỏ: năm Để phản ánh đầy đủ điều kiện: Địa chất mỏ, trữ lượng công nghiệp, tăng chiều sâu khai thác, số lượng 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 lượng lị chợ Sản lượng hàng năm mỏ xác định theo công thức: An K t K v K s Z CN md K a mt ; tấn/năm (1-13) Trong đó: Kt- Độ tin cậy sơ đồ cơng nghiệp mỏ, gương lị, vận tải ngầm, trục tải, mặt mỏ Kv- Hệ số kể đến ảnh hưởng số lượng vỉa, ruộng mỏ số vỉa khai thác đồng thời mđ- 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 lị chợ Ks- Hệ số tính đến sản lượng lò chợ điều kiện khai thác gương 1.3 Các phƣơng pháp chuẩn bị ruộng than 20 ... NỘI BỘ) QUẢNG NINH - NĂM 2 013 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình "Mở vỉa Khai thác than Hầm lò" , biên soạn dựa theo đề cương chương trình chi tiết học phần Bộ mơn Khai thác mỏ Hầm lị thơng qua Trong q trình. .. (Thái Bình) 10 PHẦN I- MỞ VỈA VÀ CHUẨN BỊ RUỘNG THAN Chƣơng 1- RUỘNG MỎ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP CHUẨN BỊ RUỘNG THAN 1. 1 Ruộng mỏ 1. 1 .1 Khái niệm, hình dáng, kích thƣớc, cách xác định 1. 1 .1. 1 Khái niệm... (các vỉa than) cơng trình xây dựng bản, đào đường lò than để phân chia vỉa than thành phần có kế hoạch khai thác phần một, sau tiến hành khai thác (khấu) than Phương pháp sử dụng để khai thác