TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - BÙI ĐÌNH THANH TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62.52.06.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016 Công trình hoàn thành tại: Bộ môn khai thác hầm lò Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Lê Như Hùng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: PGS.TS Đặng Vũ Chí Phản biện 2: PGS.TS Phùng Mạnh Đắc Phản biện 3: TS Nguyễn Khắc Thọ Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phường Đức Thắng, Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia Hà Nội, Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện khai thác than hầm lò chiếm tỷ trọng lớn ngành than Việt Nam (chiếm 60% sản lượng toàn ngành) năm tới chiếm ỷ trọng cao khai thác phương pháp lộ thiên không hiệu khai thác xuống sâu Do đó, để đạt mục tiêu sản lượng theo kế hoạch, thiết phải đổi công nghệ khai thác than hầm lò theo hướng áp dụng loại hình công nghệ giới hóa khâu sản xuất, đáp ứng tiêu chí như: công suất khai thác lớn; an toàn; trình độ công nghệ thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập trung, tự động hóa yêu cầu đòi hỏi triển khai nghiên cứu, phân tích, đề xuất, lựa chọn giải pháp kỹ thuật công nghệ phù hợp, tạo sở phát triển giới hóa đại hóa mỏ than Vùng than Cẩm Phả - Quang Ninh khoáng sàng than lớn, hàng năm đóng góp phần lớn tổng sản lượng than nước Các vỉa than dày, góc dốc thoải đối tượng phổ biến vùng than Hiện nay, để khai thác vỉa than này, mỏ chủ yếu áp dụng số công nghệ khai thác gồm: Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp Tuy nhiên, sản lượng lò chợ thấp, suất lao động chưa cao Đặc biệt, công tác thiết kế, quy hoạch lò chợ chưa có sở tính toán lựa chọn tham số công nghệ tối ưu, chưa phát huy tối đa hiệu áp dụng công nghệ Vì vậy, vấn đề nghiên cứu “Tối ưu hóa tham số số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” với mục tiêu nâng cao hiệu khai thác than cần thiết có ý nghĩa thiết thực để thực kế hoạch phát triển sản lượng ngành than Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa tham số số sơ đồ công nghệ lựa chọn khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh nhằm nâng cao hiệu khai thác Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài tham số số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải - Phạm vi nghiên cứu đề tài số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải phù hợp điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vùng Cẩm Phả - Quang Ninh Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện địa chất điều kiện khoáng sàng hầm lò theo điều kiện giới hóa khai thác - Phân tích, đánh giá điều kiện trang thiết bị, khả giới hóa mỏ hầm lò Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam - Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa tham số số sơ đồ công nghệ dốc thoải lựa chọn cho điều kiện vùng Cẩm Phả - Quang Ninh Phƣơng pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để thực luận án là: - Phương pháp tổng hợp; phương pháp kế thừa; phương pháp thống kê phương pháp đồ thị; mô hình hóa toán - kinh tế - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học đề tài: xây dựng phương pháp luận tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải với chi phí sản xuất thấp than nguyên khai 6.2 Giá trị thực tiễn đề tài: kết nghiên cứu góp phần xác định giá trị cụ thể tham số sơ đồ công nghệ khai thác theo điều kiện vỉa công nghệ áp dụng, giúp Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam lựa chọn giải pháp chuẩn bị ruộng mỏ hợp lý để giới hóa mỏ than hầm lò vùng Cẩm Phả Quảng Ninh nhằm phát triển bền vững, khai thác than có hiệu vùng Quảng Ninh Điểm luận án 7.1 Xây dựng thuật giải toán tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 7.2 Kết chạy máy tính cho phép đề xuất giá trị tối ưu tham số số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải mỏ Khe chàm III vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh Những luận điểm bảo vệ 8.1 Chi phí sản xuất phụ thuộc vào tham số như: chiều dài lò chợ chiều dài cột khấu: chiều dài lò chợ chiều dài cột khấu tăng lên đến giá trị định, chi phí sản xuất than thấp nhất, sau tiếp tục tăng giá trị tham số này, chi phí sản xuất tăng lên 8.2 Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III, với điều kiện địa chất vỉa công nghệ áp dụng, đề tài xác định chiều dài lò chợ giới hóa tối ưu 200m với chiều dài cột khấu tối ưu 500m 8.3 Trong trình tính toán tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ không hoàn toàn tương ứng với chi phí sản xuất nhỏ trường hợp chi phí đào lò chuẩn bị tính than cao so với trường hợp đạt kết tối ưu 8.4 Hệ số hoàn thành chu kỳ Kck = 0,75 Cấu trúc cảu luận án Nội dung luận án gồm chương, phần mở đầu kết luận, phụ lục, trình bày 133 trang đánh máy, nhiều bảng biểu hình vẽ minh họa, tham khảo nhiều tài liệu nước 10 Các ấn phẩm công bố Theo hướng nghiên cứu luận án công bố công trình đăng tạp chí chuyên ngành, hội nghị khoa học nước Chƣơng1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC 1.1 Hiện trạng áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải vùng than Quảng Ninh Các công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải áp dụng mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh gồm: Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp Thực tế sản xuất cho thấy, sản lượng than từ lò chợ khai thác vỉa dày thoải thường lớn 1,5 ÷ lần so với lò chợ khai thác vỉa dày trung bình điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khác Tuy nhiên, sản lượng lò chợ thấp (chỉ từ 120 ÷ 180 ngàn tấn/năm), suất lao động chưa cao (từ ÷ tấn/công-ca) Đồng thời, công nghệ khai thác truyền thống khoan nổ mìn thủ công đạt đến giới hạn công suất suất Để đáp ứng nhu cầu gia tăng sản lượng phát triển bền vững ngành than, việc nghiên cứu thay đổi công nghệ khai thác theo hướng giới hóa xu hướng tất yếu 1.2 Kinh nghiệm áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải nƣớc Kinh nghiệm giới cho thấy, để khai thác vỉa than dày, dốc thoải, có hai loại hình hệ thống khai thác chủ yếu là: khai thác chia lớp nghiêng khai thác lò chợ trụ hạ trần than Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng có ưu điểm mức độ tổn thất than nhỏ, nhiên hệ thống khai thác lại tồn số nhược điểm như: chi phí đào lò chuẩn bị lớn; gặp khó khăn việc trì ổn định lớp khấu đặc biệt trường hợp chiều dày vỉa biến động lớn Tại bể than Karagandinsk Kuznhetsk LB Nga áp dụng hệ thống khai thác chia lớp nghiêng để khai thác vỉa than dày đến 12m, sử dụng dàn chống tự hành Nga M142, M144, M145, M130, Pioma, chiều cao lớp khấu lên đến 5m Sản lượng lò chợ đạt trung bình 3.600 tấn/ngày-đêm Ngày nay, hầu áp dụng hệ thống khai thác lò chợ lớp trụ, hạ trần thu hồi than Hệ thống khai thác có ưu điểm sản lượng khai thác suất lao động cao, chi phí mét lò chuẩn bị nhỏ phụ thuộc vào mức độ biến động chiều dày vỉa Nhược điểm mức độ tổn thất than cao, đặc biệt chiều dày lớp than hạ trần lớn Tại nước Mỹ, Úc, Nam Phi áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ trụ, hạ trần thu hồi than với chiều dài lò chợ giới hóa đồng từ 190 ÷ 375m, chiều dài cột khấu lên đến 4km Kinh nghiệm áp dụng Trung Quốc cho thấy với khu vực than cứng (than đá) khu vực vỉa than có nhiều đá kép, chiều cao lớp than hạ trần hợp lý thường dao động khoảng ÷ 7,5 m, tương ứng chiều dày vỉa ÷ 10 m Nhìn chung công nghệ giới hóa khai thác lớp trụ hạ trần than đáp ứng tốt yêu cầu sản lượng, suất lao động đạt 10 T/công Đây công nghệ thử nghiệm cho hiệu khả quan khai thác vỉa than dày, thoải vùng Quảng Ninh Tuy nhiên, nhược điểm lớn công nghệ mức độ tổn thất than tương đối lớn, thường dao động khoảng 20 ÷ 30% tùy thuộc vào điều kiện cụ thể 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu tối ƣu hóa thông số công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải Khoa học mỏ giới từ lâu trọng đến vấn đề nghiên cứu tối ưu tham số công nghệ nhằm nâng cao hiệu khai thác hầm lò vỉa dốc thoải Trong số phải kể đến nhà khoa học, giáo sư đặt móng đầu tiên: B.I Boki, P.Z Dviagin, D.A Borixov Ngày vấn đề tối ưu hóa tham số mỏ thể nhều công trình nghiên cứu khoa học nhà khoa học hàng đầu LB Nga: Viện sĩ M.I Agosov,A.C Burtracov, A.C Malkin, L.A Putrcov, Giáo sư: A.M Kurnoxov, M.I Uxchinov, G.G.Lomonoxov, Tiến sĩ khoa học A.V.Xtarichkov, IuK Brumanov, v.v… Các nhà khoa học Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu tối ưu tham số mỏ hầm lò Trong phải kể đến công trình nghiên cứu GS TS Trần Văn Huỳnh, TS Vũ Cao Đàm, GS TSKH Lê Như Hùng, TS Ninh Quang Thành, PGS TS Đỗ Mạnh Phong, PGS TS Trần Văn Thanh, PGS TS Phùng Mạnh Đắc, TS Thái Hồng Phương, TS Nguyễn Anh Tuấn… Tuy nhiên công trình nghiên cứu chủ yếu đề cập tới vấn đề tối ưu tham số mỏ hầm lò, phục vụ cho thiết kế mỏ hầm lò, mà chưa sâu tối ưu hóa tham số số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải Qua phân tích ưu nhược điểm phương pháp tối ưu cho thấy: Phương pháp mô hình toán - kinh tế có ưu điểm đánh giá định lượng theo chuẩn tối ưu: Giá thành thấp nhất, chi phí nhỏ hay lợi nhuận lớn Vì để giải toán tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải cần phải áp dụng phương pháp mô hình toán - kinh tế 1.4 Nhận xét Kết tổng quan kết nghiên cứu tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải nước cho thấy, giới từ lâu nhà khoa học trọng vấn đề có nhiều công trình nghiên cứu quan trọng Tuy nhiên, đặc điểm chung nghiên cứu dựa nhiều thông số đầu vào mang tính đặc trưng vùng than, trình độ khoa học kỹ thuật, mức độ giới hóa nước đặc điểm kinh tế xã hội nước thời điểm nghiên cứu Các công trình nghiên cứu nước vấn đề tối ưu hóa tham số công nghệ khai thác tương đối mang tính định hướng chung Trên sở đánh giá trạng áp dụng công nghệ khai thác đối tượng vỉa than dày, dốc thoải vùng than Quảng Ninh, luận văn xác định mục tiêu định hướng nội dung nghiên cứu sau: Đề xuất số sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp đặc điểm điều kiện địa chất vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh Xây dựng phương pháp luận tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải, gồm: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu theo phương, chiều cao khấu gương chiều cao hạ trần Tính toán tối ưu hóa tham số công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải cho điều kiện cụ thể vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh Chƣơng ĐỀ XUẤT CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP ĐIỀU KIỆN CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 2.1 Đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ tổng hợp trữ lƣợng vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo địa tầng chứa than vùng Cẩm Phả Khu vực Cẩm Phả có cấu tạo địa tầng tương đối đơn giản với chiều dày trầm tích gồm từ ÷ vỉa than Các vỉa than thường có chiều dày lớn gồm nhiều phân vỉa Vách trụ vỉa/phân vỉa tập đá yếu, bền vững sét kết, sét kết than với chiều dày 0,5 ÷ 5,0 m dễ bị tách chẻ, sập lở Đặc điểm địa tầng trầm tích cấu tạo từ loại hạt thô đến hạt vụn mịn chia thành nhóm gồm: cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét kết than than Xi măng gắn kết chủ yếu thành phần silic, cacbonat sét nên khả bền vững loại đá có đặc điểm khác 2.1.2 Đặc điểm đá vách, đá trụ vỉa than Do đặc điểm trầm tích nhịp điển hình nên đá vách, đá trụ vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh thường thuộc loại mềm yếu Nằm sát vỉa than thường tập sét kết than, sét kết màu xám đen, xám, nứt nẻ mạnh, dễ tách chẻ, sập lở, trượt tiếp xúc đào lò khai thác Chiều dày tập đá yếu, bền vững thường từ 0,3 ÷ 5,0 m Nằm tập đá yếu, ổn định tập bột kết màu xám đen, xám, phân lớp mỏng, nứt nẻ mạnh,chiều dày từ 6,0 ÷ 25,0 m Đây tập đá dễ sập đổ trình khai tháclò chợ Tiếp theo tập đá trầm tích hạt thô cát kết, sạn kết, cuội kết, chiềudày từ 20 ÷ 60m, rắn chắc, bền vững, nứt nẻ trung bình đến mạnh Đây tập đá ổn định khai thác than 2.1.3 Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn Các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh chủ yếu nằm vùng đồi núi thấp, nhiều khu vực khai thác nằm mức thông thủy Đặc điểm địa chất thủy văn vùng nước trầm tích chứa than có liên quan chặt chẽ với nước mặt thay đổi theo mùa: mùa mưa, lưu lượng nước lò lớn gấp 15 ÷ 30 lần so với mùa khô đạt tới 5000 ÷ 6000 m3/giờ 2.1.4 Các điều kiện khác Theo “Báo cáo địa chất kết công tác thăm dò tỷ mỉ vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” Đoàn địa chất 9b Liên đoàn - Tổng cục địa chất thành lập Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản phê chuẩn năm 1980 Có số nếp uốn lớn sau: + Nếp lõm Bàng Nâu: Mặt trục nghiêng phía Nam với độ dốc 750  800 Độ dốc hai cánh không cân đối, cánh Nam độ dốc thay đổi từ 300 600, trung bình 450  500, sát lộ vỉa có chỗ dốc đến 700 + Nếp lõm 360: Độ dốc vỉa hai cánh thay đổi từ 300 - 400, dần phía Nam độ dốc vỉa tăng dần lên (450  500) Nếp lõm kéo dài 100  150m + Nếp lõm 375: phân bố diên tích khoảng gần 1km2, nếp lõm không hoàn chỉnh + Nếp lồi 480: Đường trục nếp lồi chạy song song với nếp lõm 360 cắm dốc đứng Hai cánh nếp lồi có cấu tạo cân đối, dốc khoảng 300 + Nếp lồi 2525: Mặt trục có hướng cắm phía Tây Nam, độ dốc 850 Trên cánh phía Đông Đông Nam có độ dốc thoải (250  350) + Nếp lõm Cao Sơn: Nếp lõm có xu hướng phát triển kế tục với nếp lõm Bàng Nâu + Nếp lồi E18: Nằm phía Bắc nếp lõm Cao Sơn, trục chạy theo hướng Tây-Đông Độ dốc hai cánh không cân xứng Cánh Nam dốc hơn(350-400) + Nếp lồi Vũ Môn: Độ dốc hai cánh thay đổi, cánh phía Tây dốc 20 300, cánh phía Đông dốc 300 - 400 - Độ chứa khí: Khu vực chứa than vùng Cẩm phả tồn đới khí sau: Đới Nitơ-Mêtan: chủ yếu phân bố từ bề mặt đến mức +40m Đới khí Mêtan-Nitơ: chủ yếu phân bố từ mức +40m đến mức -150m Đới Mêtan: chủ yếu phân bố từ mức -150 trở xuống Một vài nơi Cao Sơn, bề mặt đới Mêtan cao đến mức +50m, phía Nam phân khu Đá Mài mức -50m nâng dần lên mức +50m phiá Tây Nam Các phần đới Mêtan cao hơn, mức -150m thường tạo thành vòm kín 2.1.5 Tổng hợp trữ lượng khu vực vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả Luận án tiến hành đánh giá tổng hợp trữ lượng khu vực vỉa than dày, dốc thoải số công ty than hầm lò vùng Cẩm Phả Quảng Ninh gồm: Dương Huy, Quang Hanh, Khe Chàm Mông Dương Kết cho thấy, trữ lượng khu vực vỉa than dày, dốc thoải mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả khoảng 20.212 nghìn tấn, chiếm 4,9% tổng trữ lượng phạm vi đánh giá Trong đó, tập trung chủ yếu Công ty than Khe Chàm, khoảng 16.283 nghìn tấn, chiếm 80,6% trữ lượng vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả 11,8% tổng trữ lượng mỏ Tại công ty than Dương Huy, Quang Hanh Mông Dương, trữ lượng vỉa than dày, thoải tương đối ít, khoảng - triệu tấn, chiếm - 4% tổng trữ lượng mỏ (hình 2.1) Hình 2.1 Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả 2.1.6 Đánh giá tổng hợp trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải có khả áp dụng giới hóa khai thác vùng Cẩm Phả Trên sở kinh nghiệm khai thác giới hóa nước giới nước, đề tài tiến hành đánh giá phân loại khu vực vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh, xem có khả áp dụng công nghệ giới hóa phải thỏa mãn đồng thời tiêu chí như: - Chiều dài theo phương: Lp ≥ 200 m; - Độ biến động chiều dày vỉa: Vm ≤ 35%; - Độ biến động góc dốc vỉa: Vα ≤ 35%; - Tỷ lệ đá kẹp gương ≤ 10%; - Đá vách thuộc loại ổn định trung bình trở lên; - Trụ vỉa thuộc loại bền vững trung bình trở lên; - Khu vực có kích thước hình chữ nhật, trữ lượng công nghiệp không nhỏ 100.000 có xem xét đến chiều dày góc dốc vỉa lớn nhất, nhỏ khu vực đánh giá 11 nghiên cứu tối ưu hóa trình tính toán thiết kế lò chợ giới hóa khai thác vỉa dày, dốc thoải là: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu chiều cao khấu gương Chiều dài lò chợ lớn sản lượng than chu kỳ khai thác lớn, cho phép tập trung hóa sản xuất cao nâng cao công suất lò chợ, đồng thời giúp giảm chi phí chuẩn bị diện khai thác Tuy nhiên, chiều dài lò chợ giới hóa tăng lên ảnh hưởng xấu đến số tiêu như: chi phí đầu tư thiết bị chống giữ lò chợ lớn; công suất động thiết bị vận tải cao; thời gian thực chu kỳ khai thác tăng lên; tiến gương chậm dẫn đến chi phí tu, chống xén đường lò chuẩn bị tăng lên Chiều dài cột khai thác theo phương lớn thời gian giãn đoạn sản xuất chuyển diện chi phí chuyển diện giảm Tuy nhiên, chiều dài cột khai thác lớn kéo theo việc thi công đường lò chuẩn bị khó khăn, chi phí thông gió, vận tải đất đá từ gương đào vận tải nguyên vật liệu vào gương tăng lên khiến chi phí đào lò tăng cao Theo kinh nghiệm giới chiều dài cột khai thác thường không vượt 2000m Một số lò chợ Mỹ, Úc, Trung Quốc có chiều dài lò chợ đạt 2000 - 4000m Chiều cao khấu gương phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật loại tổ hợp thiết bị lò chợ kích thước tang cắt, chiều cao chống giữ chống, khả thông tải máng cào Ở luận án lựa chọn tổ hợp thiết bị có sẵn 3.2 Xây dựng phƣơng pháp tổng quát giải toán tối ƣu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải Luận án lựa chọn tiêu chuẩn tối ưu để giải toán tối ưu hóa mô hình toán - kinh tế chi phí sản xuất thấp tính than nguyên khai, tham số đưa vào xem xét chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu chiều cao khấu gương.Công thức chung để giải toán tối ưu hóa có dạng sau: (3.1) Trong đó: C - chi phí sản xuất than đến cửa lò, bao gồm giá thành phân xưởng chi phí đào lò chuẩn bị sản xuất, chi phí vận tải than từ chân lò chợ đến hệ thống vận tải chung mỏ, chi phí thông gió kiểm soát khí mỏ, chi phí thoát nước mỏ, chi phí xén lò; Lc - Chiều dài lò chợ giới hóa, m; 12 Lp - Chiều dài cột khai thác (lò chợ) theo phương, m; mk - Chiều cao khấu gương; xác định f(Lc,Lp,mk) - Hàm số tính toán chi phí sản xuất dựa Lc, Lp, mk yếu tố đầu vào (không liên quan đến Lc, Lp, mk) không đổi Luận án xây dựng giải thuật để giải phương trình (3.1) trợ giúp máy tính Theo đó, biến số Lc, Lp, mk cho trước miền biến giá trị cực đại giá trị cực tiểu: Lc = [Lc-min; Lc_max] Lp - [Lc-min; Lp_max] mk = [mk-min; mk_max = mv] Trong đó: mv - chiều dày vỉa than, m Thuật giải toán xây dựng ba vòng lặp, vòng lặp tương ứng với biến số nói Cụ thể sau: - Biến số chiều cao khấu gương mk xác định; - Với giá trị biến số mk, thực thay đổi biến số Lp miền biến cho trước; - Với giá trị cặp biến số (mk, Lp) thực thay đổi biến số Lc miền biến cho trước Giả sử biến số mk có n1 giá trị thay đổi, biến số Lp có n2 giá trị thay đổi, biến số Lc có n3 giá trị thay đổi, số lần tính toán hàm f(Lc,Lp,mk) n1 × n2 × n3 lần Sơ đồ khối thể giải thuật tổng quát giải toán tối ưu hóa nói thể hình 3.1 3.3 Xây dựng phƣơng pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa tham số sơ đồ công nghệ khai thác Mô hình toán - kinh tế tính toán chi phí sản xuất than dựa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải thực chất việc xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa biến số hệ số cho trước Chi phí sản xuất than tính toán theo công thức sau: ,đồng/tấn (3.2) Trong đó:Gpx - Giá thành phân xưởng;Cđl - Chi phí đào lò chuẩn bị sản xuất, tính bình quân năm;Cvt - Chi phí vận tải than năm;Ctg - Chi phí thông gió cho lò chợ năm;Ctn - Chi 13 phí thoát nước cho lò chợ năm;Cx - Chi phí chống xén lò chợ năm;Qnăm - Sản lượng lò chợ năm Giá thành phân xưởng cấu thành từ yếu tố chi phí là: vật liệu (Cvl), động lực (Cđ), tiền lương (Ctl), loại bảo hiểm (Cbh), khấu hao chi phí khác (Ck): , (3.3) Chi phí vật liệu gồm hai nhóm chi phí chính: - Nhóm chi phí tiêu hao xác định cho than nguyên khai, gồm chi phí theo định mức hành, tính toán thiết kế sơ đồ công nghệ khai thác (dầu nhũ hóa, nước sạch) - Nhóm chi phí chưa định mức cho than nguyên khai, như: vật tư cho thiết bị giới hóa chi phí vật tư phục vụ chuyển diện Các chi phí chủ yếu phụ thuộc vào số lượng, chủng loại thiết bị thời gian vận hành năm mà không phụ thuộc vào sản lượng lò chợ Việc tính toán chi phí dựa sở kinh nghiệm, thống kê từ lò chợ giới hóa hoạt động mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Chi phí động lực tiêu hao điện năng, tính toán dựa công suất tiêu thụ điện đồng thiết bị giới hóa (ATB) thời gian hoạt động thiết bị chu kỳ sản xuất (TTB_ck) chia cho sản lượng khai thác chu kỳ (Qck) Chi phí tiền lương tính đơn giá nhân công cho ca lao động chia cho suất lao động (NSLĐ) nhân công trực tiếp Các loại chi phí bảo hiệm tính theo tỷ lệ từ chi phí tiền lương theo quy định hành nhà nước Chi phí khấu hao tính từ tổng mức đầu tư lò chợ giới hóa, số năm khấu hao thiết bị sản lượng lò chợ năm Để đơn giản, toán mô hình hóa, chi phí khấu hao xem xét lấy tổng mức đầu tư thiết bị giới hóa, chi phí khác coi không ảnh hưởng lớn đến kết toán Chi phí khác lấy 3% tổng chi phí vật liệu, động lực, tiền lương, bảo hiểm khấu hao (kinh nghiệm thực tế) Chi phí đào lò tính dựa số mét lò chuẩn bị sản xuất đơn giá mét lò, có tính đến yếu tố: phương pháp đào chống, tiết diện đào, độ cứng than, chiều dài đường lò đào độc đạo, v.v Các chi phí vận tải, thông gió, thoát nước, chống xén tính toán tương tự dựa chiều dài đường lò 14 Thuật giải toán tối ưu hóa tham số (chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu, chiều cao khấu gương) sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải thể Phụ lục luận án Hình 3.1 Giải thuật tổng quát giải toán tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải 3.4 Nhận xét Trên sở phân tích, đánh giá ảnh hưởng yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ thông số thiết kế, luận án xác định tham số cần nghiên cứu tối ưu hóa trình tính toán thiết kế lò chợ giới hóa khai thác vỉa dày, dốc thoải là: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu chiều cao khấu gương Trong đó, vấn đề xác định chiều 15 cao khấu gương tối ưu phương pháp mô hình toán - kinh tế thực tế không khả thi, nhiên luận án đưa vào thuật giải tính toán để khẳng định luận điểm Luận án xây dựng phương pháp tổng quát để giải toán tối ưu hóa tham số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải, dựa phương pháp mô hình toán - kinh tế, với phương trình tổng quát có dạng: Trong đó: C - chi phí sản xuất than đến cửa lò; Lc, Lp, mk tương ứng tham số cần tối ưu, gồm: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu chiều cao khấu gương Luận án xây dựng sơ đồ khối thể thuật giải toán tối ưu hóa Để tính toán hàm số , luận án xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa tham số sơ đồ công nghệ khai thác hệ số cho trước như: chiều dày vỉa than, góc dốc vỉa, tỷ trọng độ cứng than, đặc tính đồng thiết bị, v.v Chƣơng NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI HÓA KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI TẠI MỎ THAN KHE CHÀM III Trữ lượng vỉa than dày thoải có khả áp dụng giới hóa vùng Cẩm Phả tập trung chủ yếu mỏ Khe Chàm III (81,2%) Hiện mỏ Khe Chàm III áp dụng tổ hợp máy khấu có mã hiệu MG-150/375-W, giàn chống ZFY-5000/16/28 máng cào SGZ630/220 - Đặc tính kỹ thuật máy khấu MG-150/375-W: Chiều dày vỉa 1,8 – 3,2m; Công suất: x 170 Kw; Đường kính tang khấu: 1,6m; Độ sâu cắt: 630mm; Độ dốc