Nghiên cứu công nghệ khai thác các mỏ quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn phức tạp ở Việt Nam

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU VĂN THỰC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC MỎ QUẶNG SẮT LỘ THIÊN DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN PHỨC TẠP Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI: 2014 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU VĂN THỰC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC MỎ QUẶNG SẮT LỘ THIÊN DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN PHỨC TẠP Ở VIỆT NAM Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62520603 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯT. PGS.TS Hồ Sĩ Giao i lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là đúng sự thật và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 08 tháng 3 năm 2014 Lu Vn Thc ii MỤC LỤC TT Nội dung Trang MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC SẮT LỘ THIÊN Ở VIỆT NAM VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 5 1.1 Hiện trạng công tác khai thác quặng sắt ở VN 5 1.1.1 Tình hình khai thác và sản lượng các mỏ sắt VN 5 1.1.2. Công nghệ khai thác 6 1.1.3 Thiết bị sử dụng trong các khâu công nghệ 7 1.1.4 Quy hoạch phát triển ngành khai thác quặng sắt VN 9 1.2. Tiềm năng trữ lượng quặng sắt VN 10 1.3. Đặc điểm tự nhiên các khoáng sàng quặng sắt VN 10 1.3.1 Đặc điểm phân bố các khoáng sàng sắt VN 10 1.3.2. Đặc điểm về nguồn gốc thành tạo 14 1.3.3 Đặc điểm cấu trúc các thân quặng 15 1.3.4. Đặc điểm ĐCCT - ĐCTV các khoáng sàng sắt VN 15 1.4. Phân loại mức độ phức tạp các mỏ quặng sắt theo yếu tố tự nhiên 17 1.5 Tổng quan về công tác nghiên cứu công nghệ khai thác quặng sắt ở VN 20 1.6. Một số nét về công nghệ khai thác quặng sắt trên thế giới 26 1.6.1 Phân bố trữ lượng và tình hình khai thác quặng sắt trên thế giới 26 1.6.2 Kinh nghiệm khai thác các mỏ quặng sắt trên thế giới 28 1.6.3 Một số nghiên cứu về khai thác mỏ quặng lộ thiên trên thế giới 31 1.7 Kết luận 33 Chương 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÓ TIỀM NĂNG ÁP DỤNG CHO CÁC MỎ QUẶNG SẮT LỘ THIÊN Ở VIỆT NAM 36 2.1 Khái quát vần đề 36 2.2 Công nghệ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy 38 2.2.1 Khái quát về khai thác dưới mức thoát nước tự chảy 38 2.2.2 Các thông số cơ bản của đáy mỏ hai cấp khi khai thác dưới mức thoát nước tự chảy 39 2.2.3 Đào sâu đáy mỏ và khai thác quặng bằng MXTLGN 43 2.3 Công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn 49 2.3.1 Cơ sở thực tiễn và khoa học 49 2.3.2 Trình tự phát triển công trình mỏ 50 iii 2.4 Công nghệ khai thác chọn lọc các mỏ quặng sắt 50 2.5 Tiềm năng sử dụng các thiết bị cho các mỏ quặng sắt lộ thiên VN 55 2.5.1 Thiết bị cho khâu chuẩn bị đất đá 55 2.5.2 Thiết bị cho khâu xúc bốc 57 2.5.3 Thiết bị cho khâu vận tải 59 2.6 Kết luận 61 Chương 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CHO CÁC MỎ QUẶNG SẮT LỘ THIÊN TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN PHỨC TẠP VIỆT NAM 63 3.1 Nghiên cứu hoàn thiện công tác đào sâu cho các mỏ quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy 63 3.1.1 Khái quát về đào sâu đáy mỏ lộ thiên 63 3.1.2 Nghiên cứu các giải pháp tăng tốc độ đào sâu đáy mỏ quặng sắt lộ thiên khi khai thác dưới mức thoát nước tự chảy bằng MXTLGN 63 3.2 Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác với góc bờ công tác cao cho các mỏ quặng sắt lộ thiên VN 70 3.2.1 Ý nghĩa của việc nâng cao góc nghiêng bờ công tác 70 3.2.2 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới góc nghiêng bờ công tác và khả năng nâng cao góc nghiêng bờ công tác khi khai thác các mỏ quặng sắt dưới mức thoát nước tự chảy 71 3.3 Nghiên cứu khai thác với đáy mỏ hai cấp đối với các mỏ có điều kiện ĐCTV phức tạp 79 3.3.1 Áp dụng công nghệ khai thác đáy mỏ hai cấp đối với các mỏ có chiều dài đường phương lớn 79 3.3.2 Lựa chọn công nghệ phân khu vực khai thác theo mùa 80 3.4 Nghiên cứu xây dựng các sơ đồ công nghệ khai thác chọn lọc đối với các thân quặng (gốc) có cấu trúc địa chất phức tạp 82 3.4.1 Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng 82 3.4.2 Các nguyên nhân gây lên tổn thất và làm nghèo quặng trong quá trình khai thác lộ thiên 83 3.4.3 Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới tổn thất và làm nghèo khi khai thác mỏ quặng sắt lộ thiên 84 3.4.4 Công nghệ KNM khai thác chọn lọc thân quặng sắt gốc 85 3.4.5 Xác định chiều cao xúc chọn lọc của MXTL 90 3.4.6 Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng vùng tiếp xúc giữa đất đá và quặng khi khai thác 94 iv 3.4.7 Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ khai thác chọn lọc hợp lý đối với các mỏ quặng sắt có cấu trúc địa chất phức tạp 97 3.5 Nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp lý cho các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp 108 3.5.1 Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến lựa chọn ĐBTB 108 3.5.2 Nghiên cứu lựa chọn thiết bị xúc bốc – vận tải hợp lý đối với các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp 109 3.5.3 Quan hệ giữa thiết bị xúc bốc – vận tải 127 3.5.4 Xác định số ô tô hợp lý khi phục vụ một máy xúc 132 3.5.5 Nghiên cứu xác định tổ hợp thiết bị xúc – bốc vận tải hợp lý 133 3.6 Kết luận 137 Chương 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO MỎ QUẶNG SẮT THẠCH KHÊ 138 4.1 Đặc điểm chung mỏ quặng sắt Thạch Khê 138 4.1.1 Vị trí địa lý, địa hình, khí hậu khu mỏ 138 4.1.2 Đặc điểm địa chất khu mỏ 138 4.1.3 Kích thước khai trường 139 4.1.4 Hiện trạng khu mỏ 139 4.2 Xác định góc nghiêng bờ công tác hợp lý đối với tầng đá cứng 139 4.3 Xác định chiều cao xúc chọn lọc đối với các MXTLGN 141 4.4 Xác định ĐBTB xúc bốc - vận tải hợp lý 143 4.4.1 Xác định loại ô tô phù hợp với các lớp đất yếu 143 4.4.2 Xác định loại máy xúc phù hợp với tải trọng ô tô và công suất mỏ 147 4.5 Kết luận 149 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 151 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO 155 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. ĐBTB: Đồng bộ thiết bị 2. ĐCĐLCT Địa chất động lực công trình 3. ĐCCT: Địa chất công trình 4. ĐCTV: Địa chất thủy văn 5. KNM: Khoan nổ mìn 6. KTLT: Khai thác lộ thiên 7. HTKT: Hệ thống khai thác 8. MXTL Máy xúc thủy lực 9. MXTLGN: Máy xúc thủy lực gầu ngược 10. MXTLGT: Máy xúc thủy lực gầu thuận 11. VN Việt Nam vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Thông số HTKT một số mỏ 6 2 Bảng 1.2 Các chỉ tiêu biên giới khai trường và kế hoạch khai thác một số mỏ quặng sắt 11 3 Bảng 1.3 Trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng sắt ở VN 12 4 Bảng 1.4 Tổng hợp trữ lượng, chất lượng của một số mỏ quặng sắt lớn 12 5 Bảng 1.5 Phân loại các mỏ quặng sắt trên cơ sở điều kiện địa chất và ĐCTV 18 6 Bảng 1.6 Trữ lượng quặng sắt ở một số nước thế giới 27 7 Bảng 1.7 Công suất và kích thước khai trường một số mỏ quặng sắt trên thế giới 28 8 Bảng 2.1 Bảng phân loại HTKT mỏ lộ thiên của V.V.Rjepxki 37 9 Bảng 3.1 Quan hệ tỷ lệ giữa các yếu tố với tốc độ xuống sâu 64 10 Bảng 3.2 Quan hệ giữa chiều cao tầng đất và chiều cao phân tầng quặng 66 11 Bảng 3.3 Quan hệ giữa tốc độ xuống sâu và chiều dài blốc máy xúc 67 12 Bảng 3.4 Quan hệ giữa năng suất máy xúc và tốc độ xuống sâu yêu cầu 69 13 Bảng 3.5 Quan hệ giữa t β với các thông số 77 14 Bảng 3.6 Loại máy xúc phụ thuộc chiều cao tầng 118 15 Bảng 3.7 Khả năng chịu tải của nền đất yếu mỏ Thạch Khê đối với các loại máy xúc 120 16 Bảng 4.1 Các thông số cơ bản biên khai trường mỏ Thạch Khê 139 17 Bảng 4.2 Xác định giá trị góc nghiêng bờ công tác mỏ Thạch Khê theo yếu tố địa kỹ thuật thay đổi 140 18 Bảng 4.3 Chiều cao xúc chọn lọc của MXTLGN phụ thuộc vào góc cắm thân quặng 142 19 Bảng 4.4 Các chỉ tiêu tổn thất và làm nghèo quặng mỏ Thạch Khê 142 20 Bảng 4.5 Một số chỉ tiêu cơ bản của các lớp đất yếu mỏ Thạch Khê 143 21 Bảng 4.6 Áp lực của một số ô tô CAT đối với các tầng đất yếu mỏ Thạch Khê 145 22 Bảng 4.7 Áp lực của một số ô tô Komatsu đối với các tầng đất yếu mỏ Thạch Khê 146 vii 23 Bảng 4.8 ĐBTB máy xúc – ô tô phù hợp với mỏ Thạch Khê 148 24 Bảng 4.9 Các tổ hợp thiết bị máy xúc – ô tô mỏ Thạch Khê 148 25 Bảng 4.10 Tổ hợp thiết bị máy xúc bốc – ô tô hợp lý mỏ Thạch Khê 149 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Ảnh hưởng của nước ngầm đến độ ổn định tầng cát tại mỏ sắt Thạch Khê 22 2 Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác tầng đất yếu MXTLGN đứng ở phân tầng giữa chất tải lên ôtô dưới mức máy đứng tại mỏ sắt Thạch Khê 22 3 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của HTKT đáy mỏ hai cấp 42 4 Hình 2.2 Sơ đồ xác định các thông số của HTKT đáy mỏ hai cấp 42 5 Hình 2.3 Sơ đồ trình tự đào sâu đáy mỏ khi sử dụng MXTLGN chuẩn bị tầng mới và khấu quặng theo phân tầng còn bóc đất đá trên toàn bộ chiều cao tầng 44 6 Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ đào sâu đáy mỏ, chuẩn bị tầng mới và khấu quặng theo phân tầng khi sử dụng 4 MXTLGN 45 7 Hình 2.5 Biểu đồ chuẩn bị tầng mới theo L = f(T) 48 8 Hình 2.6 Các phương án bố trí thiết bị xúc bốc trên tầng khi sử dụng công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn 51 9 Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ dùng MXTLGN xúc chọn lọc thân quặng mỏng dốc nghiêng và dốc đứng 52 10 Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ khi dùng MXTLGN xúc chọn lọc thân quặng dày dốc nghiêng và dốc đứng 53 11 Hình 2.9 Sơ đồ dọn vách thân quặng theo lớp xiên bằng MXTLGN 54 12 Hình 2.10 Sơ đồ khấu khoáng sản đối với chùm thân quặng mỏng dốc đứng 55 13 Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa h và V t 65 14 Hình 3.2 Đồ thị quan hệ giữa V s với L K và h (L K1 < L K2 <L K3 ) 65 15 Hình 3.3 Đồ thị quan hệ giữa V C và h 66 16 Hình 3.4 Đồ thị quan hệ giữa L K và h 68 17 Hình 3.5 Đồ thị quan hệ giữa B min và V s 68 18 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ giữa Q x với V s và L ct 70 19 Hình 3.7 Đồ thị quan hệ giữa γ với V s và V n 70 20 Hình 3.8 Sơ đồ xác định B min khi đất đá không cần KNM 72 21 Hình 3.9 Sơ đồ xác định B min khi đất đá phải làm tơi sơ bộ bằng KNM 72 [...]... dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn phức tạp của Việt Nam là cần thiết và cấp bách 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Trên cơ sở đặc điểm điều kiện tự nhiên của các mỏ quặng sắt lộ thiên, lựa chọn sơ đồ công nghệ khai thác và đồng bộ thiết bị xúc bốc – vận tải phù hợp với các mỏ quặng sắt khai thác dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp. .. - Nghiên cứu về đặc điểm tự nhiên của các mỏ quặng sắt có tác động đến cơ hội phát triển ngành công nghiệp khai thác quặng sắt VN; - Nghiên cứu công nghệ khai thác có tiềm năng áp dụng cho các mỏ quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN; - Nghiên cứu các giải pháp công nghệ khai thác phù hợp với điều kiện của các mỏ quặng sắt lộ thiên dưới. .. công nghệ khai thác chọn lọc Tuy nhiên, đề tài chưa nghiên cứu sâu các mỏ có điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp - Năm 2010, nghiên cứu sinh đã thực hiện đề tài Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác chọn lọc các mỏ quặng sắt lộ thiên Việt Nam Đề tài đã phân tích, đánh giá cấu trúc địa chất của các vỉa quặng sắt khai thác lộ thiên ở các mỏ; đánh giá các yếu tố tự nhiên (điều kiện địa chất và ĐCTV,... chung và cho mỏ sắt Thạch Khê nói riêng, nhằm đáp ứng yêu sản lượng và nâng cao hiệu quả khai thác cho doanh nghiệp 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là các mỏ quặng sắt lộ thiên khai thác dưới 3 mức thoát nước tự chảy có điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN, chú trọng mỏ sắt Thạch Khê 4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ khai thác quặng sắt lộ thiên; ... cầu, các đặc điểm tự nhiên như nguồn gốc thành tạo, tính chất cơ lý đất đá, điều kiện ĐCTV là cơ sở để lựa chọn công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng cho mỏ lộ thiên 4 7.2 Khai thác dưới mức thoát nước tự chảy và điều kiện ĐCTV phức tạp là các yếu tố có ảnh hưởng đến góc nghiêng của bờ công tác trên mỏ lộ thiên 7.3 Để giảm tổn thất và làm nghèo cho các mỏ khai thác lộ thiên đặc biệt là các mỏ quặng sắt. .. và yếu tố địa chất và ĐCTV, làm cơ sở để lựa chọn công nghệ và thiết bị khai thác phù hợp cho các mỏ; 8.2 Đã xây dựng được phương pháp xác định góc nghiêng bờ công tác cho HTKT có góc nghiêng bờ công tác lớn khi khai thác dưới mức thoát nước tự chảy phù hợp với điều kiện tự nhiên các mỏ quặng sắt VN; 8.3 Đã xây dựng được các sơ đồ khai thác chọn lọc phù hợp với điều kiện tự nhiên phức tạp của các mỏ. .. [25] Trong thời gian tới, hầu hết các mỏ quặng sắt nước ta sẽ khai thác các vỉa quặng gốc và xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy Khi đó các mỏ sẽ gặp phải những khó khăn như: Độ bền nén, độ nguyên khối của đất đá và quặng tăng, khai thác với hai bờ công tác, chiều cao bờ mỏ lớn, số tầng công tác nhiều, cường độ khai thác lớn, điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp Nếu các mỏ khai thác với công nghệ, các. .. Mỏ- Vinacomin thực hiện đề tài Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác các mỏ quặng sắt (gốc) lộ thiên Việt Nam [25] Trên cơ sở đánh giá hiện trạng công nghệ, thiết bị khai thác của các mỏ, điều kiện tự nhiên và quy hoạch khai thác quặng sắt đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề tài đã đề cập đến lựa chọn ĐBTB khai thác, công nghệ khai thác với góc bờ công tác lớn, công nghệ đào sâu đáy mỏ, công. .. khai thác mỏ lộ thiên nói chung và khai thác quặng sắt lộ thiên trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp nói riêng 6.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học để các Công ty khai thác quặng sắt lộ thiên tham khảo, nhằm đưa ra được những giải pháp công nghệ và kỹ thuật thích hợp, khắc phục những khó khăn do điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp trong quá trình khai thác, đảm... mưa, nước ngầm một số mỏ xem Phụ lục 1 1.4 Phân loại mức độ phức tạp các mỏ quặng sắt theo yếu tố tự nhiên Đối với mỏ quặng sắt, điều kiện ĐCTV và ĐCCT của các mỏ được xác định bởi các yếu tố: Cấu trúc địa chất, hình dạng và thế nằm vỉa quặng, mức độ sũng nước mỏ, tính chất cơ lý của quặng và đất đá vây quanh, các quá trình ĐCĐLCT, địa hình địa mạo, đặc điểm thuỷ văn nước mặt và quan hệ của nó với nước . việc Nghiên cứu công nghệ khai thác đối với các mỏ quặng sắt lộ thiên dư ới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn phức tạp của Việt Nam là cần thiết và cấp. khai thác quặng sắt VN; - Nghiên cứu công nghệ khai thác có tiềm năng áp dụng cho các mỏ quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN;. tạp ở VN; - Nghiên cứu các giải pháp công nghệ khai thác phù hợp với điều kiện của các mỏ quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN. 5. Phương