đồ án tốt nghiệp trường đại học mỏ địa chất đề tài khai thác mỏ quặng sắt thạch khê huyện thạch hà tỉnh hà tĩnh

Mỏ quặng sắt Thạch Khê nằm trên địa phận 3 xã Thạch Khê, Thạch Đỉnh và Thạch Hải thuộc huyện Thạch Hà - tỉnh Hà Tĩnh, cách thành phố Hà Tĩnh 8 km về phía Đông, trung tâm của mỏ cách bờ b

CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU MỎ VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐỊA

CHẤT CỦA KHOÁNG SÀNG 1.1 Vị trí và đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Mỏ quặng sắt Thạch Khê nằm trên địa phận 3 xã Thạch Khê, Thạch Đỉnh và Thạch Hải thuộc huyện Thạch Hà - tỉnh Hà Tĩnh, cách thành phố Hà Tĩnh 8 km

về phía Đông, trung tâm của mỏ cách bờ biển Đông khoảng 1,6 km Tọa độ địa

lý khu mỏ như sau:

Kéo dài từ 10555’30’’ đến 10559’00’’ độ kinh đông

Phía Nam mỏ có cảng nước sâu Vũng Áng cách mỏ khoảng 40 km, phục vụ tàu có trọng tải lớn

- Dải phía đông: Dải này nằm ven biển, nó có chiều rộng khoảng 1km và bao gồm các cồn cát tương đối lớn liên tiếp tạo thành một miền địa hình cao ngăn cách khu mỏ với biển Nơi cao nhất 19,65 m, phổ biến từ 10 ÷ 15 m

- Dải trung tâm: Dải này bao trùm toàn bộ diện tích có quặng, chiều rộng dải khoảng 1,5 km Địa hình bằng phẳng Độ cao phổ biến từ 6 ÷ 7 m Ở phía Nam

có một số cồn cát nhỏ, độ cao từ 10 ÷ 12 m

- Dải phía Tây và Tây Bắc: Dải này có chiều rộng khoảng 600 ÷ 700 m Nó gồm các cồn cát nhỏ, chạy nối tiếp nhau, tạo thành một miền hẹp kéo dài lên tận đồi Kiều Mộc Độ cao phổ biến từ 9 ÷ 12 m Riêng đồi Kiều Mộc có độ cao 66,91m Xa hơn nữa về phía Tây Bắc khu mỏ có núi Nam Giới cao 373 m

1.1.3.2 Đặc điểm mạng sông suối, ao, hồ

Mỏ sắt Thạch Khê chạy dài theo bờ biển Nó nằm giữa bờ biển Vịnh Bắc Bộ

và sông Thạch Đồng Sông này nối với sông Cửa Sót Khoảng 3 km về phía Tây Bắc khu mỏ là cửa sông Cửa Sót Cửa sông rộng thông ra biển Khi thủy triều dâng cao nhất mực nước tối thiểu ở cốt + 1,76 m Trong khu mỏ có hai hồ nhỏ Hiện nay, dọc theo sông Thạch Đồng và Rào Cái đã có hệ thống đê bảo vệ khu

mỏ từ phía Tây khỏi lũ lụt từ sông vào mùa mưa

1.1.3.1 Đặc điểm khí hậu:

Khí hậu của vùng mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới Từ tháng 1 đến tháng 5

là mùa khô Từ tháng 6 đến tháng 12 là mùa mưa Từ tháng 9 đến tháng 11 thường có những trận mưa kéo dài và gió bão Lượng mưa trung bình hàng năm

từ 2 500 đến 2 800 mm Lượng mưa trong tháng 4 khoảng 75,7 mm Lượng mưa trong tháng 10 khoảng 875,1 mm Lượng mưa tập trung chủ yếu từ tháng 6 đến tháng 12 với tổng lượng mưa đo được là 2 390,5 mm chiếm 89,1% tổng lượng mưa cả năm Số ngày có mưa trong năm là 124 đến 150 ngày Lượng mưa cực đại đo được trong 1 ngày đêm là 657 mm Lượng nước bốc hơi từ

1300 ÷ 1800 mm Vào mùa xuân và mùa thu nhiệt độ từ 16C ÷ 20C, mùa đông 6C ÷ 15C, còn vào mùa hè nhiệt độ lên tới 28C ÷ 38C

Tại khu mỏ có 3 hướng gió: Gió mùa đông bắc chủ yếu thổi từ tháng 9 đến tháng 11 với tốc độ cấp 4 ÷ 5 cho đến cấp 7 mang theo không khí lạnh và mưa phùn kéo dài hoặc mưa rào Gió Đông nam và gió Nam làm cho không khí mát

mẻ kéo dài từ tháng 1 đến tháng 8 Gió Tây làm cho không khí khô và ngột ngạt

1.1.6 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Tỉnh Hà Tĩnh nằm ở miền trung của Việt Nam, phía Bắc giáp tỉnh Nghệ An,

Nam giáp tỉnh Quảng Bình và Tây giáp Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào, phía

Đông giáp với biển Đông

Diện tích của tỉnh là 6 055 km2 Dân số 1270 000 người (2009) Tỉnh Hà Tĩnh có 1 thành phố là Hà Tĩnh, 1 thị xã là Hồng Lĩnh và 10 huyện, 80% địa bàn của tỉnh là địa hình đồi núi Dải hẹp dọc bờ biển có địa hình tương đối phẳng, có 104 nghìn ha là diện tích canh tác nông nghiệp Độ dài bờ biển là 137

km Vùng nước ven bờ biển có nhiều hải sản

Rừng phủ 165 nghìn ha, chủ yếu là rừng trên núi cao Có rừng Vũ Quang là

rừng nguyên sinh được bảo tồn

Ngoài mỏ Thạch Khê tỉnh còn có mỏ thiếc Sơn Kim cách Hà Tĩnh 115 km

về phía Tây, mỏ than Hương Khê và đá ốp lát, nhiều nơi có dấu hiệu vàng sa khoáng Trong tỉnh còn có nhiều khu mỏ vật liệu xây dựng (cát, sỏi và đá xây dựng) Mỏ đá granit ở gần khu mỏ Thạch Khê, rất thuận lợi cho sản xuất đá dăm đạt công suất 126 triệu m3/năm Trên địa bàn tỉnh có 170 đơn vị xây dựng, trong đó có 8 đơn vị là của nhà nước, 7 đơn vị xây dựng cầu - đường

Dân số ở tuổi lao động vào năm 2003 là 596 nghìn người Dự kiến mức tăng thêm 35 nghìn người vào năm 2005 và 68 nghìn người vào năm 2010 Lực lượng lao động không có tay nghề và trình độ chiếm 90%, làm ruộng 80%, chỉ

có 3,5% có trình độ trung cấp và 1% có trình độ đại học, hiện nay vấn đề tạo công ăn việc làm cho nhân dân là một nhiệm vụ cấp bách của tỉnh Việc xây dựng khu liên hợp khai thác - tuyển quặng và luyện kim sẽ tạo việc làm cho hàng chục nghìn lao động

1.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất, thiết kế khai thác mỏ

1.2.1 Công tác nghiên cứu địa chất khu mỏ từ 1960-1987

- Giai đoạn từ 1960-1964: Phát hiện, khoan kiểm tra và đo địa vật lý để xác

định sơ bộ điều kiện địa chất khu mỏ

- Giai đoạn 1970-1987: Tìm kiếm tỷ mỷ bằng khoan thăm dò; Thăm dò sơ

bộ; Thăm dò tỷ mỷ (1981-1984)

Việc thăm dò mỏ Thạch Khê do các chuyên gia Liên Xô và Việt Nam thực hiện Kết quả báo cáo thăm dò mỏ Thạch Khê đã được Hội đồng Xét duyệt trữ lượng Khoáng sản phê duyệt (số 153/QĐ-HĐ, ngày12/4/1985) Tổng trữ lượng địa chất toàn mỏ là 544.080.000 tấn, trong đó quặng gốc có 488.389.700 tấn và quặng Deluvi có 55.690.400 tấn Hàm lượng trung bình của quặng xem bảng 1.1 Chiều dài thân quặng tới 3.030 m, chiều rộng 200 ÷ 600 m, chiều dày thay đổi từ 22 ÷ 400 m Quặng nằm sâu từ – 42 m đến – 750 m

Bảng 1.1: Hàm lượng trung bình của quặng ở các độ sâu

Độ sâu

(m)

Trữ lượng, triệu tấn Fe -tổng, % Mn, % Zn, % S, % P, %

- 750 544,080 59,42 0,264 0,071 0,112 0,018

1.2.2 Công tác thiết kế khai thác mỏ

Luận chứng KT-KT do Liên Xô lập năm 1984-1985:

Luận chứng kinh tế - kỹ thuật xây dựng Khu liên hợp luyện kim công suất 1,5 triệu tấn/năm do Liên Xô lập năm 1985 chia làm 3 giai đoạn đầu tư như sau:

- Giai đoạn I: Nhà máy luyện thép lò điện sử dụng thép phế công suất

* Các báo cáo lập Giai đoạn từ năm 1991-1997:

+ Báo cáo tiền khả thi khai thác mỏ do Krup - Lohrho Pacific lập1990- 1991

Báo cáo do liên Công ty Krupp - Lohrho Pacific lập với công suất khai thác

là 10 triệu tấn quặng/năm Khai thác tới độ sâu –400 m đạt sản lượng là 304 triệu tấn Sản phẩm chủ yếu dùng cho xuất khẩu Tổng mức đầu tư ban đầu là

683 triệu USD Với giá quặng là 76,85 USD/tấn, dự án có tính khả thi, tỷ suất thu hồi nội bộ IRR = 14,4% Thời hạn hoàn vốn là 8,4 năm

+ Báo cáo TKKT khai thác mỏ do các Công ty Nhật Bản lập năm 1991

Nhóm các công ty của Nhật Bản do Công ty Nippon Steel đứng đầu cùng với Mitsui, Nichimen và Nissho Iwai đã lập Báo cáo tiền khả thi khai thác mỏ quặng sắt Thạch Khê với công suất 5 triệu tấn/năm Báo cáo đã trình Bộ Công nghiệp nặng tháng 12/1991

+ Báo cáo do UNIDO lập năm 1992

Báo cáo do UNIDO lập là báo cáo hỗ trợ cho Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi của Krupp - Lohrho Pacific đã sử dụng kết quả thăm dò của Việt Nam với công suất khai thác 10 triệu tấn/năm Mục tiêu xuất khẩu là chính và một phần cung cấp cho Lò cao

+ Báo cáo do Công ty Dr.Otto Gold và RE lập năm 1994

Trong giai đoạn 1 của Báo cáo nghiên cứu khả thi do Krupp - Lohrho chủ trì

đã thuê Công ty Tư vấn kỹ thuật Dr Otto Gold lập “Báo cáo đánh giá địa chất

và chất lượng mỏ quặng sắt Thạch Khê” và Công ty Rheinbraun Engineeri (RE của LB Đức) lập “Báo cáo tháo khô mỏ” Tổng chi phí cho thoát nước là 438,8 triệu USD Báo cáo của RE cho thấy về phương diện kỹ thuật vấn đề nước ngầm và nước mặt có thể kiểm soát được

+ Báo cáo khả thi chi tiết của Consortium lập 1995-1997

Dựa vào kết quả nghiên cứu của CTy Dr Otto Gold, RE và khảo sát hiện trường, Consortium gồm Krupp (Đức), Genrco (Nam Phi) và Mitsubisshi (Nhật Bản) đã phối hợp lập Báo cáo khả thi chi tiết khai thác mỏ Thạch Khê với công suất 10 triệu tấn/năm Sản phẩm chủ yếu dùng để xuất khẩu Nhưng khi phân tích xác định thấy hàm lượng kẽm (Zn) trong quặng Thạch Khê cao (0,07%) so với quặng thế giới nên việc xuất khẩu quặng sắt Thạch Khê gặp khó khăn, vì

vậy Consortium đã quyết định ngừng việc lập báo cáo khả thi chi tiết Dự án khai thác mỏ Thạch Khê

1.3 Đặc điểm cấu trúc địa chất.

1.3.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng mỏ

a Nếp uốn:

Trong phạm vi mỏ sắt Thạch Khê – Hà tĩnh, trên bản đồ địa chất tỷ lệ 1:5000 thể hiện rõ sự phức tạp của chế độ kiến tạo ở đây Trên phần phía Bắc, Tây Bắc quan sát cấu trúc của một nếp lồi không hoàn chỉnh, trục kéo dài theo Đông Bắc – Tây Nam Nhân của nếp lồi có sự tham gia của trầm tích D1-2 và granit, về phía Đông, Đông Nam thể hiện rõ cấu trúc cánh của một nếp lõm Tham gia vào cấu trúc đó có các đá hoa C1, C2 – P1 và T2-3

Chuyển tiếp giữa cấu trúc lồi sang cấu trúc lóm được thể hiện bằng bậc kiến tạo lớn gọi là đức gãy trước quặng (I) đức gãy đó tạo nên đới dập vỡ cà nát, rộng theo phương á kinh tuyến mà sau này là chỗ thuận lợi để tích tụ quặng và tạo thành thân quặng manhetit Thạch Khê

Nghiên cứu mẫu lõi khoan và kết quả phân tích mẫu thạch học thấy rõ các

đá trầm tích D1-2 phân bố ở nhân nếp lồi có thành phần phức tạp, thế nằm không

ổn định, có góc dốc thay đổi lớn (500 ÷ 100, cá biệt 750), đá bị vò nhàu uốn lượn mạnh Gần lên phía Bắc, Tây Bắc mức độ biến chất nhiệt mạnh, chiều dày đới phong hóa khá lớn Chuyển dần sang phía Đông, Đông Nam trong phạm vi cánh của nếp lõm các trầm tích trẻ tuổi C1, C2 – P1 và T2-3 có nếp uốn mềm mại hơn, đơn giản hơn, góc nghiêng tương đồi thoải (300 ÷ 450)

Chế độ kiến tạo phức tạp của vùng mỏ thể hiện rõ nét hơn quan những hệ thống đức gẫy ngang dọc mà dấu vết của chúng là những đới dăm kiến tạo, những quặng oxy hóa mạnh liệt những đới nâng cụt dạng bậc thang, những trũng sâu Nenogen ở trung tâm mỏ

b Đứt gẫy:

Dựa vào những đặc điểm của đứt gẫy có thể phân thành hai loại: Đứt gẫy trước quặng và đứt gẫy sau quặng

1 Đứt gãy trước quặng:

Đứt gãy trước quặng được coi là đứt gãy cổ nhất ở mỏ Do có những hoạt

động kiến tạo ở các giai đoạn sau và những quá trình biến chất nhiệt, biến chất tiếp xúc trao đổi xóa nhòa nên rất khó phát hiện Dấu hiệu của đứt gẫy cổ tìm được trên các mỗi lõi khoan qua các quán trình thăm dò Đây là một đới dăm kết tái kết tinh khá rộng (150 ÷ 200 m) chạy dài từ Bắc đến Nam, gặp trong nhiều lỗ khoan, LK 6, LK 47, LK 52, LK 94, LK 125, LK 230, LK 232 Thành phần của những mành dăm là đá hoa, đá sừng, xi măng là mùn đá và các khoáng vật quặng pirit, pirotin, manhetit Đứt gẫy có phương á kinh tuyến cắm

dốc về phía Tây, trên các mặt cắt địa chất thấy rõ cánh phía Tây nâng lên, cánh phía Đông hạ xuống, biên độ dịch chuyển đứng khoảng 80 ÷ 100m, biên độ dịch chuyển ngang khó xác định Đứt gẫy không cắt qua tầng T2-3, đới đạp vỡ

cà nát là điều kiện thuận lới cho việc tích tụ quặng và tạo nên thân quặng manhetit sau này

2 Đứt gãy sau quặng:

Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam, gần song song với đường

bờ, bao gồm: đứt gãy II1, II2 Hai đứt gẫy này cắm về hướng tây với góc dốc khoảng 400 ÷ 450 Do ảnh hưởng hoạt động của hai đứt gẫy này vùng mỏ được nâng dần lên từ Tây sang Đông theo dạng bậc thang Dấu hiệu của chúng là những dập vỡ cà nát, những đới dăm kết kiến tạo trong các lỗ khoan: Lk235, LK604, LK257, LK530, LK573A, LK554… Biên độ dịch chuyển của chúng khoảng 80 ÷ 100m

Hệ thống đứt gẫy thứ 2 được coi là những đứt gẫy trẻ nhất trong vùng mỏ, bao gồm III1, 2, 3, 4, 5, 6, Trong phạm vi mỏ phát triển đứt gẫy III4, chúng có phương Đông Bắc – Tây Nam, tất cả đều là những đứt gẫy thuận, có góc cắm thay đổi từ 450 ÷ 750 đến 800 (đứt gãy III4) Rất có thể những đứt gẫy này sinh thành trong kỷ nguyên Neogen và gây nên những nâng tụt khối tảng, vết tích của những đứt gẫy này để lại trong nhiều lỗ khoang, đặc biệt là phần bắc của thân quặng manhetit bị vỡ vụn, oxy hóa mãnh liệt Ngoài ra còn thể hiện bằng những đai mạch thạch anh trên đồi Kiều Mộc hoặc bằng sự phân chia thành hai phần của dị thường từ Bắc vào Nam Khê Đứt gẫy III4 chia thân quặng thành hai phần và là ranh giới giữa quặng manhetit nguyên sinh ở phía Nam và quặng manhetit bị ôxy hóa ở phía Bắc

Biên độ dịch chuyển đứng và ngang của những đứt gãy sau quặng không xác định được trọn ven, những quan sát trên các mặt cắt địa chất có thể đoán chúng có dịch chuyển đứng khoảng 50 ÷ 80 m và dịch chuyển ngang khoảng

100 m

1.3.2 Đặc điểm địa chất mỏ sắt Thạch Khê

Mỏ sắt Thạch Khê chiếm một phần diện tích tờ bản đồ địa chất vùng tỷ lệ

1:10000 Khối granit γ4T3 xuyên cắt các tầng trầm tích cổ tạo ra một đới biến chất tiếp xúc bao quanh khối quặng sắt Sau đây là những đặc điểm thạch học các tầng đá vây quanh thân quặng manhetit như sau:

mỏng, sọc dải mỏng, vò nhàu, uốn lượng mạnh, nhiều nơi có cấu tạo dạng dải, xen kẽ nhịp nhàng giữa đá phiến vôi silic, chiều dày các lớp thay đổi từ 1÷ 2 m đến 3 ÷ 4 m và lớn hơn Mức độ xen kẽ giữa đá sừng, đá hoa có sự thay đổi: Từ tuyến T 88 trở lên phía Bắc đá hoa màu xám, xám tối chiếm ưu thế, đá sừng chỉ

là những dải thưa thớt

Do có nguồn gốc từ trầm tích lục nguyên xen kẽ cacbonat nên thành phần đá sừng và đá hoa D1-2tk rất phức tạp Dựa vào thành phần thạch học có thể phân chia các đá chủ yếu của tầng thành các loại sau:

Oficanxit là đá hoa bị xecpentin hóa màu xám trắng, phớt lục cấu tạo khối

và phân lớp không rõ ràng Thành phần: canxit, xecpentin, ngoài ra có tismutcovit, piroxen, xpinen và manhetit

Các nguyên tố tham gia vào thành phần đá hoa D1-2tk gồm Al, Si, Mg, Ca,

Fe 3%, Mn, Ti chiếm từ 0,03% đến 0,05%, Co, Ni, Cu, Pb, Ga chiếm 0,001% Tính chất cơ lý của các loại đá sừng, đá hoa tầng D1-2tk xem bảng 1.2

2 Tầng đá hoa xen đá sừng (C1):

Đá hoa xen đá sừng C1 phát triển ở Đông Bắc mỏ và nằm ở phía Đông đứt gẫy cổ (I) Tầng gồm trầm tích cacbonat xen kẽ bột kết, đá phiến sét, phiến silic, phiến sét vôi đá vôi phân lớp mỏng đến vừa biến chất thành đá hoa và đá sừng màu xám, xám đen có grafit Thành phần đá tương đối phức tạp, mức độ biến chất của đá phụ thuộc vào vị trí của chúng so với thân quặng

Các loại đá chủ yếu của tầng:

- Đá sừng thạch anh cacbonat có màu xám sáng, cấu tạo khối đến phân lớp

kiến.trúc hạt biến tinh Thành phần gồm : thạch anh, cacbonat ít khoáng vật quặng

- Đá sừng thạch anh cacbonat anđaluzit - thành phần gồm thạch anh, cacbonat, anđaluzit, quặng

- Đá sừng cacbonat, volastonit, thành phần gồm: cacbonat, volaztonit khoáng vật quặng

Bảng 1.2: Tính chất cơ lý trung bình các loại đá sừng, tuổi cổ.

Loại đá

Dung trọng (g/cm3)

Tỷ trọng (g/cm3)

Cường độ kháng nén(kg/cm2)

Cường độ kháng kéo (kg/cm2)

Góc nội

ma sát (độ)

Lực dính kết (kg/cm2)

Đá sừng 2.66 2.74 886.00 261.00 280 45’ 511.50 Granit 2.59 2.66 1343.10 138.10 340 15’ 490.13

- Đá hoa tuổi (C2-P1) nằm ở phía Đông, Đông Nam thân quặng về phía Nam

bị phủ bởi tầng đá sừng T2-3 Đá có hướng cắm không ổn định nhìn chung về phía Tây Nam với góc cắm 400 ÷ 450, tầng nằm chỉnh hợp trên tầng C1 Quan

hệ đó quan sát được các lỗ khoan 82A, 82B

- Đá của tầng bao gồm trầm tích cacbonat đơn thuần bị hoa hóa, cục bộ từng phần chứa đôlômit, ở đáy thân quặng manhetit hoặc tại những đới phá hủy kiến tạo thường chứa nhiều bruxit thành đá hoa bruxit Rìa thân quặng trong đá thường có xâm tán quăng

- Đá hoa C2-P1 có màu xám trắng, trắng phớt hồng, hồng thịt, cấu tạo khối kiến trúc hạt vừa đến hạt thô, đá ít bị nứt nẻ, vỡ vụn, trừ những phần tiếp xúc với thân quặng hoặc trong đới cà nát kiến tạo Trong nhiều lỗ khoan quan sát hiện tượng hang hốc các tơ ( LK 271, LK 102A, LK 72A, LK 72B, LK 241…) Dựa vào đặc điểm thạch học và thành phần khoáng vật phân chia đá cacbonat C2-P1 thành các loại:

phần đá gồm Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Ti, Cu

4 Tầng đá sừng (T2-3):

Tầng trầm tích lục nguyên bị biến chất này nằm ở phía Nam thân quặng, xa hơn trong nếp lõm Nam Khê, có chiều dày khá lớn (lớn hơn 929m) Đá của tầng gồm: bột kết, cát kết, sét kết, đá phiến sét, phiến silic bị biến chất nhiệt mạnh

mẽ thành đá sừng màu xám, sám sẫm đến đen, cấu tạo phân lớp mỏng, vừa, trong một số lỗ khoan có cấu tạo dạng flic Đá có quan hệ trái khớp với tầng

C2 - P1 Ranh giới quan sát rõ trong nhiều lỗ khoan LK 50, LK 68, LK 115, LK554… Đá có hướng cắm chung về Tây Nam với góc dốc khoảng 300 ÷ 400, thể hiện rõ nét trên các mặt cắt Phía Tây đá có góc cắm dốc, phía Đông thoải Tầng đá sừng T2-3 giữ vai trò màn chắn trong quắng trình tạo quặng manhetit Thành phần đá nhìn chung rất phức tạp Dựa vào đặc điểm thạch học và thành phần khoáng vật có thể phân chia đá của tầng thành các loại:

- Đá sừng dạng phiến đốm vết và đốm sần có màu xám, hạt thô gặp trong một số lỗ khoan LK 41, LK 45, LK 56, LK 66… tại nhiều độ sâu khác nhau Thành phần chính: Thạch anh (35 ÷ 75%), fenpat (25%), ít biotit, cacbonat, x fen, prenit tuamalin, , apatit, ziricon

- Đá sừng (tường Hocblen và tướng piroxen) phổ biến khá rộng rãi trong

mỏ Chúng có nguồi gốc sét kết, bột kết ít cát kết xi măng và sét, máu sắc thay đổi từ xám, xám sẫm đến đen Theo thành phần khoáng vật bao gồm các loại: + Đá sừng thạch anh fenpat

+ Đá sừng thạch anh epodot – zoizit

Các nguyên tố tham gia vào thành phần hóa học của đá gồm: Al, Si, Mg,

Ca, Sr, Ba, Fe, V, Mn, Ti, Co,Ni, Cr, Cu, Ga, Be, Na, Y, Yb, Zn

B Đặc điểm biến chất tiếp xúc trao đổi (metaxomatit)

Đá biến chất tiếp xúc trao đổi phát triển mạnh mẽ trên phần phía Nam thân quặng, tập trung chủ yếu từ tuyến T 79, đến tuyến T 76 Ở phần phía Bắc ít gặp hơn, chỉ bắt gặp duy nhất trong lỗ khoan LK 110 trên tuyến T 90

Trên các mặt cắt địa chất các đá metaxomatit thường làm thành những riềm mỏng bao quanh thân quặng hoặc làm thành những thể sót rải rác trong thân quặng do manhetit thay thế chưa hoàn toàn Chiều dày riềm metaxomatit thay đổi từ vài chục em đến hàng chục mét, có nơi đạt đến gần 100m (LK50,LK 68) Chiều dày tăng dần về phía Đông thân quặng, khi thân quặng phát triển tiếp xúc

của tầng đá hoa C2-P1 và đá sừng T2-3 Ranh giới giữa metaomatit và đá vây quanh không rõ ràng, thường quan sát được sự biển đổi dần dần từ đá vây quanh vào phía than quặng (LK 3, LK 4, LK 50, LK 50A, LK 68…)

Đá metaxomatit ở mỏ sắt Thạch Khê thường có màu xám xanh đen phớt lục, xanh lục sẫm, nâu nhạt Cấu tạo khối, dòn, dễ vỡ kiến trúc hạt biến tinh, hạt vảy biến thành, tầm biến tinh ô mạng, tàn dư thay thế Thành phần khoáng vật của

đá bao gồm: piroxen, canxit, clorit, thạch anh, amfibon: thứ yếu có biotit, mutcovit, clorit, flogopit, fenpat, xecpentin, plagiocla, granat, epidot, vezuvian, hocblen, manhetit, oxit sắt Kết quả phân tích quang phổ cho thấy các nguyên tố tham gia vào thành phần của đá gồm: Al, Si, Mg, Ca, Fe, Ti, Co, Ni, Cr, Sz, Cu,

Ga, Be, Sr, Ba, V, P, Ag, Pb, Zn, Na, Y, Yb, Na, Se, Zn

Dựa vào thành phần khoáng vật phân đá metaxomatit thành:

+ đá skarn – piroxen

+ đá skarn – amfibon – canxit

+ đá tane – tremolit

1.3.3 Đặc điểm chung của thân quặng

Theo các nhà địa chất, mỏ sắt Thạch Khê có nguồn gốc Skarnơ, tham gia cấu trúc địa tầng của mỏ gồm các loại đá vôi, đá hoa, đá granit và đá

mêtaoxômatit, các trầm tích cát, cuội, sỏi, sét có tuổi từ Đề Vôn đến Đệ Tứ

Quặng sắt mỏ Thạch Khê gồm quặng deluvi, quặng gốc và những thân

quặng pha tạp khác

1 Thân quặng deluvi:

Là loại quặng thứ sinh, tạo thành trong quá trình phá hủy bào mòn than quặng gốc Quặng phân bố dưới dạng một hình rẻ quạt, từ trung tâm tuyến T 79, đáy kéo dài từ tuyến T 80 đến tuyến T 98 toả ra phía bờ biển với diện tích khoảng 2 km2 Thân quặng có xu thế nằm ngang, chiều dày từ 1,5 ÷ 100 m Bề mặt phân cách giữa quặng deluvi và quặng gốc khó xác định Quặng có thành phần phức tạp, các khoáng vật nguyên sinh và thứ sinh biến đổi không có quy luật Quặng có dạng cục và đã bị ôxy hoá mạnh

– Phần thân quặng phía Bắc:

Phần thân quặng phía Bắc có chiều dài 400 m, rộng từ 300  700 m, dày từ

22  273 m, nơi nông nhất là – 7,89 m nơi sâu nhất là – 415,14 m Thân quặng

nằm trong đới sụt lún của khu vực nên bị ôxy hoá mạnh, hình dáng thân quặng

có dạng “chân sứa” và phức tạp hơn ở phía Nam Căn cứ theo hàm lượng sắt, lưu huỳnh và mức độ ôxy hóa quặng của khu mỏ, những dạngquặng và chủng loại quặng được phân ra như sau:

- Quặng gốc giàu dạng hạt nhỏ tạo nên những quần thể lớn, độ dày thân quặng khá đồng đều Quặng ôxy hóa giàu ở dạng dải gãy không bằng phẳng là

Fe2O3 vụn góc cạnh lẫn trong đất sét Quặng gốc nghèo dạng phân tán

- Quặng nguyên khai chính là manhetit và có ít hematit Trong quặng giàu sunfua có pha lẫn pirit (FeS2) Trong quặng ôxy hóa những khoáng chất chính là hematit, manhetit, đôi khi có limônít và ôxit sắt ngậm nước Quặng deluvi về thành phần, chất lượng và tính chất cơ lý tương tự như quặng ôxy hóa

Những khoáng sản có lợi đồng hành trong mỏ là những đất đá lấy ra trong quá trình khai thác quặng sắt như: cát, đất sét, hỗn hợp cát, sỏi, đá, cacbonat Trong số đó có trữ lượng đất sét để làm gạch nung là 80 triệu m3, trữ lượng sỏi

là 11.650 m3 và đá cacbonat là 54 triệu tấn

– Phần thân quặng phía Nam:

Phần thân quặng phía Nam chủ yếu là quặng manhetit ít bị ôxy hoá Càng

về phía Nam, thân quặng càng chìm sâu, nơi sâu nhất đến –706,4 m, nơi nông nhất là –42,18 m Chiều rộng thân quặng từ 600  700 m, chiều dày từ 17,5  403,4 m, trung bình khoảng 150 m Nửa phía Đông thân quặng có dạng vỉa vát mỏng từ từ về phía Đông, chiều dày trung bình từ 70  80 m, rộng từ 200  400

m, dài trên 600 m Phần thân quặng phía Tây có hình dạng rất phức tạp, trên các mặt cắt địa chất chúng thể hiện dạng vỉa phân nhánh cắm về phía Tây với góc dốc từ 600700 Vách tiếp xúc với đá granit, trụ tiếp xúc với đá cacbonat và alumosilicat Trong cả 2 thân quặng trên, tỷ lệ đá kẹp trong thân quặng rất ít, chỉ khoảng 1%

Thành phần hóa học, tính chất cơ lý của đất đá và quặng sắt mỏ Thạch Khê xem bảng 1.3 và bảng 1.4

Bảng 1.3: Thành phần hóa học trung bình quặng deluvi

Tên nguyên tố Ký hiệu Đơn vị Quặng giàu Quặng nghèo

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của quặng sắt mỏ Thạch Khê

Thành phần Hàm lượng các chất trong quặng, %

Quặng Manhetit Quặng Ôxy hóa Thành phần chính

Bảng1.5: Tính chất cơ lý của các loại quặng

Tên quặng, đất đá Dung trọng,

tấn/m3

Độ ẩm tự nhiên,

%

Hệ số độ bền theo GS.M.M.Protodiakonov Quặng sơ khai giàu

1.4 Điều kiện địa chất thủy văn, địa chất công trình

1.4.1 Điều kiện địa chất thủy văn

Điều kiện địa chất thủy văn khi khai thác khu mỏ rất phức tạp, bởi có sự hiện diện của các yếu tố sau đây:

- Một vài tầng chứa nước và tổ hợp chứa nước có liên kết thủy lực với nhau

- Moong khai thác phân bổ ngay gần vịnh Bắc Bộ (cách 0,5 km từ chu tuyến cuối của mỏ đến hướng Đông Bắc) đây là nguồn nước chảy vào các tầng chứa nước

- Sông Thạch Đồng chảy qua phía Tây của moong khai thác cách 2 ÷ 3 km

- Điều kiện khí hậu phức tạp, mưa rào kéo dài trong thời kỳ có gió mùa Mức nước ngầm dao động phụ thuộc vào mức thủy triều lên xuống, vào mùa mưa và lượng mưa trong năm Lượng nước ngầm tăng mạnh vào mùa mưa (từ tháng 9 đến tháng 11) Mức nước trung bình ở sông thay đổi lúc có thủy triều lên

là 1,36 m, còn mức nước ngầm thay đổi 0,28 m Dao động của mức nước ngầm liên quan với thủy triều lên thể hiện rõ nét nhất ở vùng ven bờ

Những lớp đất đá cứng trong khu mỏ bị phá vỡ do kiến tạo thay đổi và phân chia thành những vùng đá vụn rộng lớn Những vùng này gắn liền với những khuvực có độ thấm nước cao và có nhiều hang Các tơ

1.4.2 Điều kiện địa chất công trình

Theo đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT), nham thạch trong khu mỏ có thể chia làm 2 loại: đất đá tầng phủ; quặng và đá vây quanh

1 Đặc điểm ĐCCT của đất đá tầng phủ

Tầng đất phủ theo thứ tự từ trên xuống gồm các phụ tầng sau: phụ tầng cát, cát pha sét, phụ tầng cát kết, cuội kết, phụ tầng sét, sét pha dăm vụn, phụ tầng bột kết, sét kết Tính chất cơ lý đất đá của tầng phủ xem bảng 1.8

2 Đặc điểm ĐCCT của quặng và đá vây quanh

a Quặng gồm 2 loại: quặng ôxy hoá và quặng gốc nguyên sinh Quặng ôxy

hoá thường vỡ vụn thành hòn, cục Còn quặng gốc nguyên sinh dạng khối nứt

nẻ yếu Riêng ở phần ven rìa hoặc các đới tiếp xúc với đá kẹp quặng bị nứt nẻ

mạnh

b Đá vây quanh, chia ra các loại sau: đá sừng, đá hoa, đá hoa xen đá sừng,

đábiến chất tiếp xúc trao đổi skarnơ (đá mêtaxômatit), đá granit

Tính chất cơ lý của quặng và đá vây quanh xem bảng 1.9

Bảng 1.9: Tính chất cơ lý của đá và quặng

Loại đá

Khối lượng riêng,

Trọng lượng riêng,

Cường độ kháng nén ,

Cường độ kháng kéo,

Góc nội ma sát, độ

Lực dính kết,

CHƯƠNG 2 NHỮNG SỐ LIỆU GỐC LÀM THIẾT KẾ 2.1 Các tài liệu địa chất

+ Tình hình địa chất công trình, địa chất thủy văn mỏ sắt Thạch Khê

Mỏ áp dụng chế độ công tác liên tục quanh năm 3 ca/ngày, 8h/ca

2.2.1.1 Với các loại thiết bị:

Số ngày làm việc trong năm của thiết bị được tính theo công thức sau:

Nt.bị = 365 – (Nsc + Llt + Nt + Ndt), (ngày/năm) (2.1) Trong đó:

Nsc: Số ngày sữa chữa trong năm, ngày

Nsc = N1 + N2 + N3+ N4, (ngày) (2.2) Với: N1: Số ngày đại tu thiết bị phân bố theo năm, 18 (ngày/năm)

N2: Số ngày trung tu thiết bị, 21(ngày/năm)

N3: Số ngày tiểu tu thiết bị, 12 (ngày/năm)

N4: Số ngày nghỉ bảo dưỡng thiết bị, 25 (ngày/năm)

Nsc = 18+ 20 + 12+ 25 = 76 (ngày/năm)

Llt: Số ngày nghỉ lễ, tết trong năm, 9 (ngày/năm)

Nt: Số ngày nghỉ do thời tiết trong năm, 15 (ngày/năm)

Ndt: Số ngày dự trữ trong năm, 15 (ngày/năm)

Như vậy số ngày làm việc trong năm của thiết bị:

Nt.bị= 365 – (75 + 9 + 15 + 15) = 250, (ngày/năm)

2.2.1.2 Với cán bộ, công nhân:

Số ngày làm việc của công nhân viên chức được tính theo công thức:

Nc = 365 – (Ncn + Np + Llt), (ngày/năm) (2.3) Trong đó:

Ncn: Số ngày nghỉ chủ nhật trong năm, 52 ngày/năm

Np: Số ngày nghỉ phép trong năm, 14 ngày/năm

Llt: Số ngày nghỉ lễ, tết trong năm, 9 ngày/năm

Nc = 365 – (52 + 14 + 9) = 290 (ngày/năm)

2.3 Các chủng loại thiết bị sử dụng

2.3.1 Thiết bị xúc bốc, vận tải, thải đá:

* Thiết bị xúc bốc: PC1250 LC – 7, PC750 LC – 6,Máy xúc ЭO 6123 (dùng để đào mương, rảnh)

* Thiết bị vận tải: Ôtô VOLVO A40D, CAT 773E, CAT 777D

* Thiết bị thải đá: Máy gạt D85EX-15R, D65E-12

2.3.2 Thiết bị khoan và vật liệu nổ:

+ Thiết bị khoan : Máy khoan CБЩ-250 (khoan đá), Máy khoan RockL8

(khoan quặng), máy khoan YYT28 (nổ mìn lần 2)

+ Vật liệu nổ: thuốc nổ ANFO (lỗ khoan khô) và ANFO chịu nước (lỗ khoan chứa nước)

Các thông số kỹ thuật các thiết bị xúc bốc, vận tải, thải đá xem Chương 5

2.3.3 Cung cấp năng lượng, nước và các công trình phụ trợ:

có 2 máy 16 MBA, bơm thoát nước: Loại 1D 1250-125, Loại CP 3312…

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH BIÊN GIỚI MỎ 3.1 Khái niệm

Để khai thác khoáng sàng, việc đầu tiên là xác định biên giới mỏ lộ thiên Biên giới mỏ có ảnh hưởng đến kết quả hoạt động sản xuất kinh doanh của mỏ sau này, cũng như ảnh hưởng đến quy hoạch mặt bằng xây dựng với các công trình khác

Tầng đất phủ theo thứ tự từ trên xuống gồm các phụ tầng sau: phụ tầng cát, cát pha sét, phụ tầng cát kết, cuội kết, phụ tầng sét, sét pha dăm vụn, phụ tầng bột kết, Biên giới mỏ lộ thiên bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên như chiều dày và góc cắm của vỉa, chất lượng khoáng sản khai thác, điều kiện địa hình, chiều dày lớp đất đá phủ, tính chất cơ lý của đất đá và các yếu tố kinh tế như giá trị khoáng sản, giá thành khai thác, các khâu công nghệ chế biến, vốn đầu tư cơ bản Để tiến hành xác định biên giới mỏ hợp lý người ta căn cứ vào chỉ tiêu hệ

số bóc đất đá và trị số giới hạn của nó để so sánh

3.2 Xác định hệ số bóc giới hạn

Hệ số bóc giới hạn (Kgh) là khối lượng đất đá phải bóc lớn nhất để thu hồi một đơn vị khối lượng quặng với giá thành bằng giá thành cho phép

Hệ số bóc giới hạn là chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng dung làm cơ sở

để xác xác định biên giới mỏ và lập lịch kế hoạch sản xuất hằng năm

Đối với mỏ sắt Thạch Khê có khoáng sàng Kgh được xác định xuất phát từ điều kiện đảm bảo lợi nhuận khi khai thác và chế biến làm giàu quặng

Hệ số bóc giới hạn được xác định theo công thức:

đ

0

C

) 1 (

Z

K , (m3/t) (3.1) Trong đó:

Z0 = 1.230.500 đ - giá quặng sau chế biến được bán tại mỏ

Cđ = 225.019,2 đ/m3 - giá thành bóc đất

cq = 518.931,4 đ/tấn - tổng chi phí khai thác, tuyển thuần túy

đc = 60% - hàm lượng trung bình quặng địa chất

r = 1,89% - tỷ lệ làm nghèo

t = 100% - hệ số thực thu sau tuyển

 = 59,5% - hàm lượng quặng thương phẩm

Thay các giá trị vào công thức (3.1), ta có:

225.019,2 595

, 0

518.931,4 595

, 0 ) 0189 , 0 1 ( 6 , 0 500 230 1

3.3 Lựa chọn nguyên tắc xác định biên giới mỏ

Việc lựa chọn nguyên tắc xác định biên giới mỏ căn cứ vào đặc điểm của vỉa quặng Với lớp đất phủ trung bình, do vậy khai thác vỉa quặng bằng phương pháp lộ thiên từ đó biên giới mỏ phụ thuộc vào chiều dài và chiều sâu của vỉa, các yếu tố kinh tế, giá trị của quặng, giá thành khai thác Căn cứ vào hai yếu tố chính:

+ Tổng chi phí khai thác khoáng sàng nhỏ nhất (lợi nhuận tối đa)

+ Trong gia đoạn sản xuất, giá thành khai thác phải nhỏ hơn hoặc tối đa bằng giá thành cho phép (tận thu tối đa tài nguyên)

Biên giới mỏ được xác định trên cơ sở các nguyên tắc cơ bản là khai thác có hiệu quả kinh tế và tận thu tối đa tài nguyên thông qua hệ số bóc biên giới và hệ

số bóc trung bình nhỏ hơn hoặc bằng hệ số bóc giới hạn:

Kbg  Kgh và Ktb  Kgh

3.4 Xác định biên giới mỏ trên cơ sở nguyên tắc đã chọn

Trên cơ sở tính chất cơ lý của đất đá, cấu tạo địa chất và điều kiện địa chất thủy văn khoáng sàng chọn góc nghiêng bờ dừng theo điều kiện ổn định β Việc xác định chiều sâu cuối cùng mỏ sắt Thạch Khê sử dụng bằng phương pháp đồ thị: đo vẽ trực tiếp trên 5 lát cắt dọc đặc trưng tuyến tuyến T 90, tuyến

T 86, tuyến T 81, tuyến T 78, tuyến T 74 Trình tự xác định xác định:

+ Trên mỗi lát cắt đặc trưng: tuyến T 90, tuyến T 86, tuyến T 81, tuyến T78, tuyến T 74, kẻ các đường nằm ngang với khoảng cách 24m (với tầng đất cát, mỗi tầng h = 12m), 30 m (với tầng đá gốc, mỗi tầng h = 15m)

+ Từ giao điểm các đường nằm ngày với vách và trụ vỉa, lần lượt từ trên xuống dưới kẻ các đường xiên biểu thị bờ dừng vách, trụ với góc ổn định đã chọn

+ Đo diện tích đất đá và quặng tương ứng cho các tầng và xác định hệ số bóc biên giới: Kbg =

số bóc biên giới với chiều sâu khai thác theo kết quả tính toán

Kết quả tính toán cho mỗi lát cắt

-100 -160 -220 -280 -340 -400 -460 -24 -48 -70

Hc = 550

Các thông số biên giới mỏ được trình bày dưới bảng 3.6

Bảng 3.6: Các thông số, chỉ tiêu cơ bản của biên giới khai trường

- Chiều rộng

m

m

3.650 2.100

651,4 353,5 64,0 2,4

Mặt cắt tính toán các tuyến : T 90, T 86, T 81, T 78, T 74; biên giới khai trường kết thúc khai thác xem bản vẽ TK – C3 – 01

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MỞ VỈA 4.1 Đặt vấn đề

Công tác mở vỉa nhằm mục đích tạo nên tuyến đường vận tải nối liền từ mặt bằng công nghiệp đến các tầng công tác, tạo nên mặt bằng công tác đầu tiên đảm bảo cho thiết bị xúc bốc, vận tải làm việc Việc mở vỉa khoáng sàng có quan hệ chặt chẽ với việc bố trí tổng mặt bằng khu mỏ và hệ thống khai thác sử dụng sau này Vị trí mở vỉa được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

- Có trữ lượng quặng chắc chắn; chất lượng tốt; điều kiện khai thác thuận lợi; hệ số bóc thời gian ban đầu thấp; cung độ vận tải ngắn; khối lượng bóc đất XDCB và chi phí đầu tư ban đầu nhỏ

- Đảm bảo thu hồi quặng nhanh, sớm đạt được, duy trì và nâng cao sản lượng theo yêu cầu

- Thuận lợi cho công tác khai thác, vận tải, đổ thải và thoát nước mỏ

LK 303), ta chọn phương pháp mở vỉa bằng hào trong bám vách vỉa

4.3 Vị trí mở vỉa và trật tự khai thác

4.3.1 Vị trí mở vỉa:

tuyến 81 và lỗ khoan LK 302 tuyến T 78 Với thiết bị xúc bốc được sử dụng là các máy xúc TLGN, hào mở vỉa đầu tiên được bắt đầu từ toạ độ:

Từ vị trí này dùng 2 máy xúc TLGN xúc với gương công tác phía dưới, di chuyển thụt lùi dọc theo hướng Bắc – Tây, Nam – Đông Nam đã được xác định (tim hào mở mỏ đầu tiên đi qua 2 lỗ khoan LK 223 thuộc tuyến T 79 và lỗ khoan LK 302 thuộc tuyến T 78)

dụng 2 MXTLGN khác cũng xuất phát từ tọa độ trên xúc phát triển về 2 phía theo hướng vuông góc với hướng di chuyển của 2 máy xúc trước

được sử dụng Chiều sâu hào  8  10 m, chiều rộng đáy hào phân tầng đầu tiên lấy b = 5  10 m, mở rộng ra đủ b  20  25 m đảm bảo cho ôtô quay đảo chiều khi vào nhận tải từ máy xúc xúc bốc đất đá các phân tầng dưới của hào

đưa các MXTLGN khác vào mở rộng tầng cho cả 2 phía, cứ tiếp tục như vậy đưa các MXTLGN vào làm việc nối tiếp nhau với điều kiện các máy xúc cách nhau 1 khoảng L  50 m (xem bản vẽ TK – C4 – 01)

và 3 máy xúc PC1250 LC – 7 có E = 5,2 m3 để chuẩn bị tầng mới với nhiệm vụ

cụ thể như sau:

phong; thời gian còn lại mới tham gia mở rộng hào và phân tầng

+ 2 máy xúc PC1250 LC – 7 m3 chủ yếu tiến hành xử lý

Trình tự máy xúc làm việc như sau:

+ Trong ngày đầu tiên (tính từ thời gian chuẩn bị tầng mới), máy xúc thủy lực gầu ngược (MXTLGN) số 1 tham gia đào hào tiên phong và phân tầng thứ nhất (5m) trong thời gian 1 tuần, 2 tuần tiếp theo mở rộng tầng và đào phân tầng thứ 2 Tuần cuối cùng của tháng đầu tiên đào hào tiên phong và phân tầng 3 + Ngày thứ 2, MXTLGN 2 tham gia mở rộng tầng và đào phân tầng 1 trong

1 tuần, tuần tiếp đào hào mở rộng và tiếp phân tầng 1, tiếp tục mở rộng hào và đào phân tầng 2

+ Sau 1 tháng, MXTLGN3 và MXTLGN4 tham gia đào hố và xử lý

Tương tự các MXTLGN1 và MXTLGN2 làm việc theo chu kỳ như trên

Để góp phần cho công tác tổ chức đào sâu đáy mỏ được thuận lợi và đơn giản hơn, đặc biệt là khi đào hố bơm và đào hào tiên phong cần đầu tư loại máy xúc TLGN PC750 LC - 6 có dung tích gầu E =3,5 m3 và có chiều sâu xúc tối đa càng lớn càng tốt và tối thiểu cần thiết là hx  8,5  9 m

thời tiết khí hậu của vùng và không gian khai trường mỏ quặng sắt Thạch Khê

Đặc biệt, khi bắt đầu bóc đất tầng đầu tiên đã phải công tác dưới mức thoát nước tự chảy Chính vì vậy, cần phải áp dụng công nghệ đào sâu đáy moong 2 cấp với đáy mỏ nhiều cấp có một số tầng đồng thời khai thác quặng và áp dụng máy xúc thủy lực gầu ngược (TLGN) chạy dầu diezel Mùa mưa tiến hành bóc đất đá và khai thác quặng ở các tầng trên cao, còn tầng dưới cùng được sử dụng làm hố chứa nước Đến những tháng chuyển mùa từ mùa mưa sang mùa khô, cần phải bơm cạn moong để vào đầu mùa khô có thể đưa các thiết bị xuống đáy moong tiến hành đào sâu và khai thác quặng

Trong thời gian mùa mưa, để đảm bảo công tác khai thác các tầng phía trên được thuận lợi vẫn cần phải tiến hành bơm nước để hạ mực nước tới mức cần thiết hợp lý

Trong điều kiện mỏ quặng sắt Thạch Khê với hướng xuống sâu của đáy mỏ

 = 600  700, để đảm bảo khả năng xuống sâu tối đa cần phải bố trí thiết bị chuẩn bị tầng mới cả 2 phía vách và trụ của thân quặng, tức là bờ mỏ được phát triển dần về 2 phía vuông góc với chiều dài của khai trường

Hình 4.1: Trình tự đào sâu đáy mỏ

cần thiết có, thể tức là phải sử dụng dây chuyền đồng bộ thiết bị (ĐBTB) và tổ chức công tác đào sâu đáy mỏ hợp lý

TLGN Khi tầng được chia thành 3 phân tầng với việc áp dụng máy xúc TLGN Chiều cao của phân tầng hpt = 5 m khi h = 15 m và hpt = 4 m khi h = 12 m Chiều dài đáy moong là L = 500 m

Khi đáy moong có chiều dài L < 500 m thì chuyển sang sử dụng đáy moong nghiêng

4.4 Thiết kế tuyến đường hào

4.4.1 Bán kính vòng cho phép của đoạn đường cong

Khi xe chạy trên đường cong dưới tác dụng của lực ly tâm, ôtô có xu hướng

-127,5 7

5

2

1 4

5

6

-100 -105 -110 -115 -120

20 m

2'

1,2 7: Trình tự đào sâu

trượt hoặc bị lật ra khỏi đường Vì vậy ta phải tính toán chọn bán kính vòng hợp

2, (m) (4.1)

Trong đó:

µ – Hệ số lực ngang, µ = 0,095

V – Vận tốc xe chạy ở đoạn đường vòng, V = 20 km/h

in – Độ dốc ngang của đường, in = 6%

Thay các giá trị trên vào công thức (4.1), ta có:

, (m) (4.2) Trong đó:

Lxe - chiều dài từ trục bánh xe sau tới chắn trước của ôtô, với xe VOLVOA40D, Lxe= 9,559 m

R – Bán kính đoạn đường cong, R = 20 m

9 2

20

20 1 ,

0 

= 5 (m)

Lấy E=5 m

Chú thích:

R: Bán kính đường cong tâm O E: Đoạn đường cong mở rộng

io: Độ dốc siêu cao

iomax: Độ dốc siêu cao lớn nhất

Hình 4.2: Bố trí đoạn đường cong

E R

O

i=i o

i=i omax

4.4.2 Độ dốc khống chế tuyến đường hào

Trong thời kỳ xây dựng cơ bản, đáy mỏ đạt mức - 60m, và cốt cao địa hình +7m thì chưa thiết kế đường không tải, tức là xe có tải và không tải chạy cùng một tuyến đường Do vậy lựa chọn độ dốc khống chế cho ôtô vận tải: i = 6,5%

4.4.3 Chiều dài tuyến đường hào

Ltt = kd 

o

C O

i

H

H 

, (m) (4.4) Trong đó:

H0 – Cốt cao tuyến hào, H0 = + 7 m

Hc – Độ sâu điểm cuối tuyến hào, Hc = - 550 m

io – Độ dốc khống chế tuyến hào, io = 6,5%

kd – Hệ số kéo dài tuyến, kd = 1,35

Thay các giá trị vào công thức (4.4), ta có:

Ltt = 1,35

065 , 0

) 550 (

7  

= 11430, (m)

Lấy Ltt = 1150 (m)

4.4.4 Số lần đổi tuyến đường hào

Số lần đổi tuyến đường hào xác định theo công thức:

Nđ

Lp

Ltt

 , (lần) (4.5) Trong đó:

Ltt – Chiều dài thực tế, Ltt = 1150 m = 11,5 km

Lp – Chiều dài theo phương, Lp = 3

Thay các giá trị vào công thức (4.5), ta có:

4.4.6 Chiều rộng đáy hào cơ bản

Chiều rộng đáy hào cơ bản cho 2 làn xe chạy được xác định theo công thức:

Bcb = Z + 2(A + N) + M + K, (m) (4.6) Trong đó:

Z – khoảng cách từ mép tầng đến mép mặt đường vận tải, chọn Z = 3 m

A – chiều rộng một làn xe chạy, với VOLVO A40D thì A = 3,432 m

N – chiều rộng lề đường, N = 1,2 m

M – khoảng cách giữa 2 làn xe, M = 1,5 m

K – chiều rộng rãnh thoát nước, K = 0,8 m

Thay các giá trị vào công thức (4.6), ta có:

Bcb = 3+ 2(3,432 + 1,2) +1,5 + 0,8 = 14,56 (m)

Lấy Bcb = 15 (m)

Chú thích:

Z: Khoảng cách từ mép tầng đến mép đường

A: Chiều rộng 1 làn xe

N: Chiều rộng lề đường

M: Khoảng cách giữa 2 làn xe

K – Chiều rộng rãnh thoát nước

4.4.7 Chiều rộng đáy hào chuẩn bị

Chú thích:

1: Máy xúc

2: Ôtô

m: Khoảng cách ôtô tới chân tầng

lo: Chiều dài ôtô

bo: Chiều rộng ôtô

Bch.b: Chiều rộng đáy hào chuẩn bị

Hình 4.4: Mặt cắt hào chuẩn bị

Chiều rộng đáy hào chuẩn bị được xác định theo điều kiện làm việc của ôtô

khi vào nhận tải theo sơ đồ đảo chiều, tính cho ôtô VOLVO– A40D như sau:

Bch.b = Ro +

2

1

bo + lo+ 2m, (m) (4.7) Trong đó:

Ro – bán kính vòng quay ôtô, ôtô VOLVO– A40D có Ro = 8,885 m

m – khoảng cách ôtô tới chân tầng hào, m = 1,5 m

Thay các giá trị vào công thức (4.7), ta có:

4.4.8 Khả năng thông xe

Với giả thiết tất cả các xe chạy với tốc độ như nhau và cách nhau một đoạn

đủ để hãm được, có thể xác định năng lực thông xe theo công thức sau:

at

L

k n V

N 1000   , (xe/h) (4.8) Trong đó:

V – vận tốc xe chạy, V = 20 km/h

n – số làn xe chạy cùng một hướng, n = 1 làn

k – hệ số điều hòa giữa các xe chạy, k = 0,7

Lat - khoảng cách an toàn giữa 2 xe chạy cùng chiều, Lat = 50 m

Thay các giá trị vào công thức (4.8), ta có:

50

7 , 0 20



4.5 Tính toán khối lượng đào hào cơ bản

4.5.1 Khối lượng hào trong:

Trong thời gian xây dựng cơ bản, đáy mỏ đạt mức – 60 m (5 tầng) và cốt cao địa hình trên mặt + 7 m Khối lượng hào trong được tính theo công thức:

15 065 , 0

35 ,

ctg = 81 360 (m3)

4.5.2 Khối lượng hào chuẩn bị

Hào chuẩn bị được đào cho từng tầng để tạo tuyến công tác đầu tiên và có hình dạng hoàn chỉnh Hào cơ bản được tính theo công thức:

Vch.b = (Bch.b+ hctgα )hLt, (m3) (4.10) Trong đó:

Bch.b – chiều rộng đáy hào chuẩn bị, Bch.b = 25 m

h – chiều cao tầng, h = 12 m

α – góc nghiêng thành hào chuẩn bị, α = 300

Lt – chiều dài tuyến công tác, Lt = 700 m

Thay các giá trị vào công thức (4.10), ta có:

Vch.b = (25 + 12ctg300 )12700 = 384 590 (m3)

4.5.3 Khối lượng hào dốc:

Khối lượng hào dốc tính từ cốt cao (+2) ÷ (-70) được xác định theo công thức:

0 0

cot 2

1

2  , (m3) (4.11) Trong đó:

Kd – hệ số kéo dài tuyến khi tiếp giáp trên mặt bằng, Kd = 1,35

io – độ dốc dọc vỉa của hào dốc cho phép, i0 = 6,5%

2

12 30

cot 2

1 12 2

15 065 , 0

35 , 1

g = 125 104 (m3)

4.5.4 Khối lượng hào cơ bản:

Vì không có hào ngoài nên khối lượng hào xây dựng cơ bản là tổng khối lượng hào trong và hào chuẩn bị:

V = Vt + Vch.b + Vd = 281 360 + 384 590 + 125 104 = 791 054 (m3)

4.5.5 Khối lượng xây dựng cơ bản

Khối lượng xây dựng cơ bản được tính toán dưới bảng 4.1

4.6 Bãi thải

4.6.1 Vị trí bải thải:

Bải thải mỏ trong thời gian XDCB gồm bãi thải sét và bải thải đất đá

Vị trí bải thải xem bản vẽ: TK – C15 – 01

4.6.2 Diện tích, dung tích yêu cầu

Tổng khối lượng đất đá thải và sét là 12 500 000 m3; trong đó khối lượng đất đá thải: 9 500 000 m3 và 3 000 000 m3 sét

4.6.3 Phương pháp xây dựng bải thải

Phương pháp xây dựng bải thải trình bày ở Chương 10

Bảng 4.1: Khối lượng xây dựng cơ bản mỏ

Tổng 9 000 000 500 000 3 000 000 12 500 000 41 200

CHƯƠNG 5

HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ ĐỒNG BỘ THIẾT BỊ

5.1 Khái niệm hệ thống khai thác (HTKT)

Hệ thống khai thác là trình tự xác định để hoàn thành các công tác chuẩn bị, xúc bốc và khai thác, đảm bảo cho mỏ lộ thiên hoạt động được an toàn, kinh tế

và thu hồi tới mức tối đa trữ lượng công nghiệp của quặng trong lòng đất

HTKT có liên quan chặt chẽ với việc sử dụng đồng bộ các thiết bị trong mỏ Mối liên hệ đó thể hiện ở sự phù hợp giữa các thông số của yếu tố hệ thống khai thác: chiều cao tầng, chiều rộng làm việc của tầng, chiều rộng tầng vận tải, độ dốc đường hào, chiều dài tuyến công tác, chiều dài luồng xúc… với các thông

số làm việc của thiết bị sử dụng

5.2 Lựa chọn hệ thống khai thác

Với đặc điểm địa chất khu vực, điều kiện cấu tạo và thế nằm của thân quặng, điều kiện khai thác mỏ đã được trình bày ở Chương 1, để tăng cường bóc đất XDCB, chọn HTKT xuống sâu, dọc, hai bờ công tác có vận tải và đổ bãi thải ngoài (theo phân loại HTKT của viện sỹ V.V Rjevxki)

5.3 Xác định các thông số làm việc của HTKT

sin sin

, ,

r

k , (m) (5.1) Trong đó:

45 65 sin 77 , 0 1 6 , 0 4 , 1

45 sin 65 sin

* Theo điều kiện an toàn:

+ Khi xúc trong đất đá mềm (đất cát) không cần làm tơi sơ bộ (khoan nổ mìn): h ≤ Hx.max = 12,265 m, (Hx.max: chiều cao xúc lớn nhất của máy xúc)

Chọn h = 12 (m)

+ Khi xúc trong đất đá nổ mìn: h ≤ 1,5Hx.max = 1,512,265 = 18,4 (m) Kết hợp 2 điều kiện trên để đảm bảo an toàn chọn chiều cao xúc trong đất

đá cứng h = 15 (m)

5.3.2 Chiều rộng khoảnh khai thác A

Chiều rộng khoảnh khai thác phụ thuộc chủ yếu vào các thông số làm việc của thiết bị xúc bốc, hình thức vận tải, phương thức khai thác Mỏ sắt Thạch Khê, sử dụng MXTLGN, và vận tải bằng ôtô

Chú thích:

A - Chiều rộng khoảnh khai thác X+A: Chiều rộng đống đá sau nổ mìn b: Khoảng cách giữa các hàng mìn

W ct : Đ.kháng chân tầng

h: Chiều cao tầng C: K.cách mép tầng đến tâm LK hàng ngoài cùng

* Khi khai thác trong đất đá mềm, chiều rộng khoảnh khai thác (Am) lấy bằng số nguyên lần chiều rộng một luồng xúc

+ Theo điều kiện xúc: Am.x = (1,5 ÷ 1,7)Rx,(m) (5.3) + Theo điều kiện dỡ: Am.d = Rx + Rd – C, (m) (5.4) Trong đó:

Rx, Rd – Bán kính xúc và dỡ của máy xúc Với máy xúc PC1250 LC – 7

Thay các giá trị trên vào công thức (5.3), (5.4), ta có:

Wct – đường kháng chân tầng, m Đất đá có độ nổ trung bình:

Wct = 36dk = 360,25 = 9 (m)

n – số hàng, n = 4

b –khoảng cách giữa các hàng lỗ khoan, mạng ô vuông có b = 9 m

Thay các giá trị trên vào công thức (5.5), ta có:

Am.c = 9 + (4 – 1)9 = 36 (m)

Vậy chọn chiều rộng khoảnh khai khai thác trong đất đá cứng được làm tơi bằng khoan nổ mìn Ac = 36 m

5.3.3 Chiều rộng mặt tầng công tác B min

Chiều rộng nhỏ nhất của mặt tầng công tác phải đảm bảo điều kiện hoạt

động dễ dàng cho các thiết bị xúc bốc và vận tải sử dụng trên mặt tầng công tác

* Chiều rộng mặt tầng khi khai thác trong đất đá mềm (không khoan nổ)

Bmin.m xác định theo công thức:

Bmin.m = A + T + C + Z (m) (5.6) Trong đó:

- A: chiều rộng dải khấu, A = 18 m

- T: chiều rộng tuyến vận tải T = 6 m

- C: khoảng cách an toàn, C = 2,5 m

- Z: chiều rộng của đai an toàn ở mép ngoài tầng, đất đá mềm, Z = 4,5 m

Thay các giá trị vào công thức (5.6), ta có:

Bmin.m = 18+ 6 + 2,5 + 4 = 30,5 (m)

Lấy Bmin.m = 30 (m)

Hình 5.2: Chiều rộng mặt tầng công tác khi vận tải bằng ôtô

a) Trong đất đá mềm; b) Trong đất đá cứng; 1–Trục đường; 2–Trục máy xúc đứng làm việc; h – Chiều cao tầng; A – Chiều rộng dải khấu; B – Chiều rộng mặt tầng công tác; C – Khoảng cách an toàn; Z – Chiều rộng đai an toàn mép ngoài tầng

* Chiều rộng mặt tầng khi khai thác trong đất đá cứng Bmin.c tính theo công thức:

Bmin.c = A + X + T + C + Z, (m) (5.7) Trong đó:

- Z – Chiều rộng của đai an toàn ở mép ngoài tầng, Z = 3 m

- A +X: Chiều rộng đống đá nổ mìn

A + X = Kv Kn Kϭ h q+ (n – 1)b, (m) (5.8) Với: Kv – hệ số kể đến độ văng xa của đất đá nổ mìn, phụ thuộc vào thời gian

vi sai Δt: khi Δt = 0,25 (s) thì Kv = 0,9

Kn – hệ số đặc trưng cho mức độ khó nổ Đất đá có mức khó nổ trung bình, chọn Kn = 2,5

Kϭ – hệ số kể đến góc nghiêng lỗ khoan, Kϭ = 1

q – chỉ tiêu thuốc nổ tính toán, q = 0,55 kg/m3

b – khoảng cách giữa các hàng lỗ khoan, b = 9 m

Z 1

Z

* Chiều dài luồng xúc:

Chiều dài luồng xúc là chiều dài do một máy xúc đảm nhiệm xúc bóc Chiều dài luồng xúc phụ thuộc vào năng suất làm việc của máy xúc, hình thức vận tải

sử dụng trên tầng Xác định theo công thức:

Lx =

A h

ENxkxno , (m) (5.9) Trong đó:

Tx - thời gian máy xúc làm việc trong một ngày đêm, Tx = 20 h

=

4 , 1

8 , 0

= 0,57 ( kxđ: hệ số xúc đầy) Thay các giá trị vào (5.9), ta có:

Lx =

36 15

20 20 60







5,22,140,570,85 = 240 (m)

* Chiều dài tuyến công tác L t :

Chiều dài tuyến công tác thường bằng chiều dài đường phương của khai trường cũng có thể nhỏ hơn hay lớn hơn Giá trị Lt trên các tầng có thể khác

nhau và trên 1tầng cũng thay đổi luôn trong quá trình phát triển của tuyến công

tác Khi vận tải bằngôtô, giá trị Lt hợp lý theo điều kiện kinh tế - kỹ thuật Khi vận tải bằng ôtô chiều dài tuyến công tác không nên vượt quá 3 ÷ 5 lần chiều dài luồng xúc

5.3.5 Chiều rộng đai vận tải và đai bảo vệ

Chiều rộng đai vận tải phụ thuộc vào tính chất cơ lý đất đá trên tầng, phương pháp và tổ chức khoan nổ, thời gian tồn tại, độ dốc bờ Chiều rộng đai bảo vệ không được nhỏ hơn 0,2h và cứ 15 mét trong đất mềm, 30 mét trong đất đá cứng theo chiều thẳng đứng phải để lại 1 đai bảo vệ và cứ 3 tầng thì để lại một đai dọn sạch có chiều rộng từ 6 ÷ 10 m

* Chiều rộng đai vận tải

bvt = Z + 2C + T + K, (m) (5.10) Trong đó:

Z – chiều rộng dải an toàn, Z = 3 m

T – chiều rộng vệt xe chạy, T = 7 m

C – khoảng cách an toàn từ mép ngoài bánh xe chạy đến rãnh thoát nước

và bờ an toàn, C = 1,5 m

K – chiều rộng rãnh thoát nước, mỏ sắt Thạch Khê điều kiện địa chất thủy văn phức tạp, lấy K = 0,7 m

Thay các giá trị vào (5.10), ta có: bvt = 3 + 21,5 + 7 + 0,7 = 13,7 (m)

Để đảm bảo an toàn lấy bvt = 14 (m)

* Chiều rộng đai dọn sạch

Chiều rộng đai dọn sạch phụ thuộc vào thiết bị dọn sạch trên tầng Với máy gạt DET-250, Máy gạt T-500 chọn chiều rộng đai dọn sạch bds = 8 m

* Chiều rộng đai bảo vệ:

Chiều rộng đai bảo vệ bbv ˃ 0,2h; (h: Chiều cao tầng)

- Đối với đất mềm (từ mặt đất đến tầng mức -48 m): bbv.m ˃ 0,212 = 1,2 m Lấy bbv.m = 1,5 (m)

- Đối với đất cứng: bbv.c > 0,215 = 3 (m)

Lấy bbv.c = 4 (m)

Chú thích:

a: Đai vận tải b: Đai bảo vệ Z: Chiều rộng dải an toàn C: Khoảng cách an toàn K: Chiều rộng rảnh thoát nước

α: Góc nghiêng sườn tầng ρ: Góc ổn định đất đá tầng

5.3.6 Góc nghiêng sườn tầng, góc bờ mỏ

Góc nghiêng sườn tầng và góc nghiêng bờ công tác phụ thuộc vào các yếu

tố tự nhiên: độ dốc và hướng cắm của vỉa, điều kiện địa chất thủy văn, tính chất

cơ lý của đất đá; yếu tố kỹ thuật: thời gian tồn tại, công dụng của bờ, phương pháp khai thác…

* Góc nghiêng sườn tầng:

Trong thiết kế, góc nghiêng của tầng chọn theo tính chất cơ lý đất đá Đối với các tầng đất mềm, chọn góc nghiêng sườn tầng α = 300 Đối với các tầng đất

đá cứng và cứng vừa, chọn góc nghiêng sườn tầng α = 650

* Góc nghiêng bờ không công tác (bờ dừng):

Góc nghiêng bờ dừng được chọn theo 2 điều kiện:

Góc nghiêng bờ không công tác xác định theo công thức:

j

b

h n

0 1

.

.

, (độ) (5.11)

Trong đó:

bvt - chiều rộng đai vận tải bvt = 14 m

bbv - chiều rộng đai bảo vệ, bbv = 1,5 m

bds - chiều rộng đai dọn sạch, bds = 8 m

n - số tầng trên 1 bờ Với đất đá mềm, n = 4; đất đá cứng n = 33 tầng

h - chiều cao tầng Với đất đá mềm h = 12m, đất đá cứng h = 15m

0

 - góc nghiêng sườn tầng Với đất cát, 0= 300; đất đá cứng, 0= 650

Thay các giá trị vào (5.11), ta được:

30 12 4 8 5 , 1 3 14

* Góc nghiêng bờ công tác φ

Góc nghiêng bờ công tác phải đảm bảo sao cho các tầng trên bờ có đủ chiều

rộng để thiết bị hoạt động dễ dàng Góc nghiêng bờ công tác tính theo công