Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở khu vực nam bộ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN TUẤN THÀNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC LỘ THIÊN HỢP LÝ CHO CÁC MỎ ĐÁ VẬT LIỆU XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Ở KHU VỰC NAM BỘ Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 Cơng trình hồn thành tại: Bộ môn Khai thác Lộ thiên Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Mạnh Xuân, Hội Khoa học Công nghệ Mỏ VN TS Lê Văn Quyển, Hội Kỹ thuật nổ mìn Việt Nam Phản biện 1: PGS.TS Hồ Sĩ Giao, Hội Khoa học Công nghệ Mỏ VN Phản biện 2: GS.TS Nhữ Văn Bách, Hội Kỹ thuật nổ mìn Việt Nam Phản biện 3: TS Lưu Văn Thực, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường Trường Đại học Mỏ - Địa chất, vào hồi…….giờ ……….ngày……….tháng………năm 2021 Có thể tìm thấy luận án tại: - Thư viện Quốc gia Hà Nội - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sau ngày miền Nam giải phóng 1975, đặc biệt năm đầu kỷ 21, nhằm thỏa mãn nhu cầu vật liệu xây dựng ngày tăng để phục vụ cho kế hoạch phát triển hạ tầng, bước đại hóa cơng nghiệp hóa đất nước, việc thăm dị, tìm kiếm đá xây dựng ngồi đá vôi khu vực Nam Bộ trở nên cấp thiết Ngày hình thành hàng loạt mỏ khai thác đá xây dựng đặc biệt khu vực đông Nam Bộ tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu Theo số liệu thống kê ba tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đồng Nai Bình Dương có 67 mỏ hoạt động khai thác đá xây dựng thơng thường (khơng tính mỏ khai thác đá vơi đá granit) Diện tích mặt mỏ (kích thước biên giới mỏ), chiều sâu khai thác trữ lượng khai thác mỏ quy định giấy phép khai thác Phần lớn độ sâu khai thác theo giấy phép khai thác mức từ -30 m đến -50 m, số mỏ từ -60 m đến - 150 m Việc cấp giấy phép thăm dò khai thác bộc lộ nhiều bất cập, thể chỗ khu vực có điều kiện khai thác chất lượng khoáng sản mỏ lại cấp với diện tích độ sâu khai thác khơng phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững ngành Chưa đảm bảo hiệu khai thác tài nguyên khoáng sản theo khía cạnh tiết kiệm, mang lại lợi ích tối đa cho xã hội Như số mỏ cấp với diện tích lớn chiều sâu khai thác lại nhỏ, ngược lại mỏ cấp với diện tích khai thác nhỏ chiều sâu khai thác lại lớn Việc cho phép tăng độ sâu khai thác theo đợt mà không độ sâu khai thác cuối thiếu sở khoa học, gây khó khăn cho công tác quy hoạch phát triển ngành khai thác đá vật liệu xây dựng vùng dẫn đến tình trạng khai thác không mang lại hiệu kinh tế cao khơng tận thu tối đa tài ngun khống sản từ lòng đất Đối với mỏ cụm mỏ cấp phép khai thác gặp vấn đề tương tự khơng có nghiên cứu chiều sâu khai thác có hiệu cho mỏ đá xây dựng khu vực Đề tài ''Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ'' vấn đề khoa học có tính thời cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ với ba trường hợp đặc biệt sau đây: - Mỏ khai thác với biên giới mặt xác định - Mỏ chưa khai thác - Cụm mỏ nằm liền kề khu vực quy hoạch phát triển khai thác đá xây dựng Đối tượng nghiên cứu Xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy Phạm vi nghiên cứu Các mỏ đá xây dựng khu vực Nam Bộ, tập trung vào mỏ có dạng quy cách bình đồ (dạng hình chữ nhật dạng gần trịn) Nội dung nghiên cứu - Phân tích đánh giá cơng trình nghiên cứu cơng bố liên quan đến nội dung luận án - Nghiên cứu yếu tố tự nhiên, kỹ thuật, kinh tế kỹ thuật kinh tế xã hội ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ - Nghiên cứu trình tự phù hợp để khoanh định biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ - Nghiên cứu xác định biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ cho trường hợp: + Mỏ khai thác + Mỏ chưa khai thác (được xác định giai đoạn thiết kế mỏ) + Cụm mỏ khu vực quy hoạch khai thác địa phương - Vận dụng kết nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ Thường Tân III Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành nội dung luận án, phương pháp nghiên cứu sau áp dụng: Phương pháp khảo sát, thu thập phân tích số liệu; Phương pháp giải tích; Phương pháp phân tích hình học mỏ; Phương pháp phương án, so sánh; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp sử dụng công nghệ thông tin Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài luận án 7.1 Ý nghĩa khoa học Góp phần bổ sung sở khoa học vào lĩnh vực thiết kế biên giới mỏ lộ thiên, đặc biệt khoáng sàng đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy 7.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài tài liệu tham khảo bổ ích cho quan tư vấn, thiết kế, quản lý việc lập quy hoạch phát triển vùng nguyên liệu đá xây dựng nhằm nâng cao hiệu khai thác, tận dụng tốt tài nguyên từ lòng đất, đảm bảo phát triển bền vững ngành khai thác đá vật liệu xây dựng khu vực Nam Bộ Các luận điểm bảo vệ 8.1 Luận điểm 1: Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khai thác phụ thuộc vào kích thước mặt mỏ (biên giới mỏ) ghi giấy phép khai thác, chi phí để khai thác chế biến đá, giá trị đá xác định sở tổng lợi nhuận thu lớn mỏ đạt đến chiều sâu 8.2 Luận điểm 2: Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy chưa khai thác (xác định giai đoạn thiết kế mỏ) cần gắn liền với việc chọn diện tích mặt mỏ hợp lý xác định sở lợi nhuận riêng tính cho 1m2 diện tích mặt mỏ đạt giá trị lớn 8.3 Luận điểm 3: Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy cụm mỏ quy hoạch để khai thác phụ thuộc vào số mỏ kích thước mỏ, xác định sở hiệu khai thác toàn cụm mỏ lợi nhuận riêng tính cho 1m2 diện tích cụm mỏ đạt trị số lớn Những điểm của đề tài luận án - Đề xuất trình tự khoanh định biên giới mỏ phù hợp để xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ - Đề xuất sử dụng tỷ số chiều dài chiều rộng mặt mỏ để xác định chu vi mặt mỏ tối ưu với diện tích mặt mỏ cho trước nhằm xác định chiều sâu khai thác hợp lý - Đề xuất sử dụng tiêu chí "Lợi nhuận riêng lớn tính cho 1m2 diện tích mặt mỏ diện tích cụm mỏ" để xác định diện tích mỏ chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ 10 Cấu trúc luận án Mở đầu Chương Phân tích, đánh giá tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan đến nội dung đề tài luận án Chương Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu hợp lý mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy Chương Nghiên cứu xác định chiều sâu hợp lý cho mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Chương Áp dụng kết nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá Thường Tân III Kết luận kiến nghị Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đến luận án NCS Tài liệu tham khảo, Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Hầu hết mỏ lộ thiên khai thác khoáng sản rắn nằm mức thoát nước tự chảy áp dụng công nghệ khai thác xuống sâu phải tiến hành xác định chiều sâu mỏ khai thác có hiệu (chiều sâu khai thác cuối cùng, chiều sâu khai thác giới hạn hay chiều sâu khai thác hợp lý) Sự khác cách tiếp cận để xác định chiều sâu khai thác hiệu phụ thuộc vào yếu tố có tính đặc trưng điều kiện tự nhiên thân khoáng sản như: Chiều dày lớp đất phủ nằm thân khoáng; Sự tồn lớp đá bóc nằm vách trụ thân khoáng; Chiều dày, chiều dài độ dốc thân khoáng; Chất lượng khoáng sản phân bố chất lượng khoáng sàn thân khoáng Sự khác điều kiện tự nhiên mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy, đặc biệt mỏ đá khu vực Nam Bộ so với mỏ than, quặng phi quặng là: Chiều dày lớp đất phủ không lớn khơng có; Khơng có đá bóc có không đáng kể; Chiều dày ngang vỉa đá lớn; Giá trị khống sản khơng cao Về tiêu chí để xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên có nhiều cách tiếp cận khác dựa vào hiệu kinh tế khai thác khoáng sàng Việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên theo tiêu chí chia thành hai nhóm: Nhóm truyền thống nhóm phi truyền thống 1.1 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo phương thức truyền thống Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định sở so sánh hệ số bóc giới hạn (Kgh) với hệ số bóc khác như: - Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg - Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Ktb - Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg kết hợp với nguyên tắc Kgh ≥ Ktb - Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ KT - Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+KSx 1.2 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo phương thức phi truyền thống sử dụng phần mềm ứng dụng khai thác mỏ - Xác định biên giới mỏ lộ thiên thuật tốn hình nón động - Xác định biên giới mỏ lộ thiên phương pháp phương án với việc sử dụng phần mềm COMFAR Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ xác định sở so sánh lợi nhuận thu phương án chiều sâu dự kiến khai thác khác có tính đến tác động yếu tố thời gian khơng tính đến yếu tố (ΔL = max ΔL ≥ 0, ΔL tổng lợi nhuận thu phương pháp đem so sánh) 1.3 Xác định biên giới mỏ mỏ đá dùng làm vật liệu xây dựng Ở nước ta vài chục năm gần khu vực Nam Bộ, đặc biệt vùng đơng Nam Bộ hình thành hàng loạt mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát nước nước tự chảy Biên giới mỏ quy định giấy phép khai thác Trong chiều sâu khai thác cho phép lấy theo chiều sâu thăm dị, khơng quy định chiều sâu khai thác cuối mỏ Diện tích cấp cho mỏ tùy tiện khơng có sở khoa học Nghiên cứu vấn đề nước ta it - Trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật tác giả Võ Minh Đức đề xuất cơng thức tính chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật với kích thước mặt mỏ bị hạn chế Chiều sâu mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng xác định xác định theo biểu thức (1.17) vào chiều rộng mặt mỏ Bm cho trước khơng xác chưa tính đến tác động chiều dài mặt mỏ Lm - Tại hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc tổ chức năm 2011, tác giả Võ Minh Đức đề xuất công thức xác định độ sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng có diện tích bề mặt bị hạn chế khai thác xuống sâu Phân tích tính tốn tác giả báo cho ta nhận xét: + Việc xây dựng cơng thức tính chiều sâu hợp lý cịn thiếu chi phí bản: Chi phí vân tải tầng, chi phí vận tải từ miệng mỏ đến trạm chế biến, chi phí nước chi phí khác + Khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ V hàm số chiều sâu khai thác H, khơng thể hình thành cơng thức đơn giản để tính chiều sâu khai thác hợp lý mỏ biểu thức (1.23) trình bầy báo - Trong luận án tiến sĩ nghiên cứu sinh Hoàng Cao Phương thực có phần nội dung xác định đơn vị khối lượng đá xây dựng dùng làm vật liệu xây dựng thông thường hợp lý đem đấu giá để quyền khai thác có đề cập tới việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ kích thước mặt mỏ khơng bị hạn chế Tiếp cận cần phù hợp với điều kiện cụ thể yêu cầu thực tế việc lập quy hoạch khai thác chế biến đá xây dựng khu vực Nam Bộ tương lai 1.4 Kết luận chương Việc xác định biên giới mỏ lộ thiên (hay chiều sâu khai thác cuối mỏ lộ thiên) nhà khoa học nghiên cứu từ thập niên đầu kỷ XX ngày phát triển, chủ yếu sâu vào lĩnh vực khai thác than quặng loại Nghiên cứu vấn đề cho khoáng sàng đá xây dựng cịn q ỏi Việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên theo phương thức truyền thống lấy hệ số bóc loại so với hệ số bóc giới hạn khơng thể vận dụng để xác định chiều sâu chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy do: - Các mỏ đá xây dựng khu vực khơng có đá bóc nên khơng thể dùng hệ số bóc để so sánh với hệ số bóc giới hạn - Ngồi việc coi chi phí khai thác khống sản (a, đ/m3) chi phí bóc đá (b, đ/m3) có giá trị không đổi việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý theo phương thức truyền thống hay phi truyền thống không phù hợp với điều kiện khai thác mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy nước ta - Thêm vào việc lấy kích thước đáy mỏ làm ban đầu để khoanh định biên giới mỏ lộ thiên cho mỏ quặng than không phù hợp với điều kiện địa chất thực tế mỏ đá xây dựng khu vực Đông Nam mà đặc thù vỉa đá có chiều dày ngang lớn Do cần tiếp tục tiến hành nghiên cứu, hoàn thiện bổ sung thêm sở lý thuyết cho lĩnh vực có tính đến đặc thù khống sàng đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy - khơng có đá bóc đá bóc khơng đáng kể chiều dày nằm ngang thân khoáng sản lớn khoáng sàng đá xây dựng khu vực đông Nam Bộ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU HỢP LÝ CỦA MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên khai thác khoáng sản đá xây dựng, theo tiêu kinh tế - kỹ thuật phân thành hai nhóm yếu tố ảnh hưởng: - Nhóm thứ bao gồm yếu tố khơng thay đổi hay thay đổi vào chiều sâu mỏ giá thành số khâu dây chuyền công nghệ khai thác chế biến đá sử dụng đồng thiết bị cho trước điều kiện mỏ địa chất xác định (khoan nổ, xúc bốc, nghiền - sàng đá) - Nhóm thứ hai bao gồm yếu tố trực tiếp ảnh hưởng tới chiều sâu khai thác hợp lý, tức yếu tố hàm số chiều sâu khai thác 2.1 Nhóm yếu tố ảnh hưởng gián tiếp Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều sâu khai thác hợp lý mỏ có ý nghĩa quan trọng tiêu giá thành khâu sản xuất mỏ thường xác định gián tiếp qua thông số phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ khả giới hóa cơng tác khai thác Nếu giá thành khai thác chế biến đá thành phẩm giảm chiều sâu khai thác hợp lý mỏ tăng lên 2.1.1 Giá thành khoan nổ mìn Chi phí nổ mìn thường chiếm 60 - 70% chi phí khoan nổ mìn 1m3 đá chi phí mua thuốc nổ phương tiện nổ chiếm chủ đạo Bởi việc cải thiện chi phí nổ mìn cần hướng tới việc xác định thơng số nổ mìn, chọn phương pháp điều khiển nổ phù hợp chọn thuốc nổ, tính tốn tiêu thuốc nổ hợp lý có vai trị quan trọng đặc biệt 2.1.2 Giá thành xúc bốc 1m3 đá Giá thành xúc bốc 1m3 đá phụ thuộc vào kiểu loại máy xúc sử dụng suất chúng Năng suất máy xúc phụ thuộc nhiều vào công tác khoan nổ mìn, yếu tố cần quan tâm cỡ đá, kích thước đống đá, độ phẳng tầng dự trữ đống đá nổ mìn Cỡ đá trung bình đảm bảo tổng chi phí sản xuất nhỏ sử dụng để tính tốn chi phí khoan nổ mìn, xúc bốc chế biến đá xây dựng cần kiểm tra lại khả lọt qua miệng bun ke cho vào máy đập Khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá, điều kiện địa chất khai thác xác định, chi phí khoan nổ mìn, xúc bốc nghiền sàng đá coi không đổi lấy theo mức tiên tiến trung bình khu vực 2.1.3 Giá thành khâu chế biến đá Khâu chế biến đá xây dựng thông thường bao gồm khâu đập sàng phân loại Giá thành đập - sàng 1m3 đá phụ thuộc vào kiểu máy đập áp dụng, sàng phân loại, tính chất đá cỡ đá đưa vào đập 2.2 Nhóm yếu tố ảnh hưởng trực tiếp Nhóm yếu tố ảnh hưởng trực tiếp xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ bao gồm yếu tố mà chúng thay đổi chiều sâu mỏ thay đổi khoảng cách vận tải, lượng nước mưa nước ngầm chảy vảo mỏ, diện tích đất đai phải đền bù để tổ chức khai trường đối tượng phụ trợ 2.2.1 Khoảng cách vận tải Khoảng cách vận tải đá xây dựng trung bình từ chiều sâu khai thác đến trạm nghiền-sàng bố trí mặt đất bao gồm khoảng cách đường ôtô chạy trung bình đáy mỏ Lvto , bờ mỏ H Kd mặt đất từ miệng i mỏ đến trạm nghiền-sàng L (H=x+ho) Lvt = 0,5[Lvto + ( x  hO ) Kd] + L , m i (2.7) Trong đó: H = x+h o - chiều cao bờ mỏ, m; x - chiều sâu khai thác, m; h o - chiều dày lớp đất phủ, m; i - độ dốc đường hào, đvtp; K d - hệ số kéo dài tuyến đường 2.2.2 Lượng nước mưa chảy vào mỏ việc bơm nước mưa khỏi mỏ Lượng nước mưa phải bơm khỏi mỏ lên cao trung bình x  ho để khai thác 1m3 đá xây dựng phụ thuộc vào diện tích mặt mỏ Sm (m2) lượng nước mưa trung bình năm F (m) xác định theo biểu thức : Qm'  Q x  h0 S m F ( x  h0 ) , m3.m  Ad (2.22) Trong đó: Ad - Sản lượng năm mỏ m3/năm 2.2.3 Lượng nước ngầm chảy vào mỏ việc bơm nước ngầm khỏi mỏ Lượng nước ngầm cần bơm khỏi mỏ với chiều cao trung bình x  ho để khai thác 1m3 đá xây dựng phụ thuộc vào chiều cao mức nước ngầm, bán kính hạ thấp mực nước, hệ số thẩm thấu, kích thước mặt mỏ… xác định theo biểu thức: Qn'  365.q0 x  h0 , m3.m Ad (2.26) Trong qo - lượng nước ngầm chảy vào mỏ, m3/ngày 2.2.4 Góc dốc kết thúc bờ mỏ Góc dốc kết thúc bờ mỏ có ý nghĩa lớn việc xác định chiều sâu mỏ lộ thiên Chúng phụ thuộc vào độ ổn định bờ mỏ chức bờ Độ ổn định bờ mỏ phụ thuộc vào tính chất lý đất đá cấu thành bờ độ kiên cố đất đá, độ nứt nẻ, tính phân lớp, góc dốc lớp nham thạch chiều cao bờ Trong khai thác đá xây dựng góc dốc bờ mỏ tăng tăng khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ khai thác đến độ sâu kích thước mặt mỏ 2.2.5 Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ đá xây dựng bao gồm diện tích dùng để tổ chức khai trường, diện tích đất dùng để làm bãi thải diện tích bố trí mặt cơng nghiệp có cụm nghiền sàng Hiệu việc sử dụng đất đai khai thác mỏ đá đánh giá tỷ số diện tích đất mặt mỏ phải đền bù khối lượng đá thu được: S m  0,35Pm ( x  h0 )  0,38( x  h0 ) S  , m2/m3 Vxd ' m (2.37) 11 Gxd - Giá trị 1m3 đá xây dựng, đ/m3; Cxd - Chi phí để khai thác chế biến 1m3 đá xây dựng, đ/m3; ΔL2 = Vp(Gp-Cp) - Hiệu kinh tế thu (có thể dương âm) khai thác sử dụng đất phủ, đồng; Vp - Khối lượng đất phủ phải bóc, m3; Gp - Giá bán 1m3 đất phủ, đ/m3; Cp - Chi phí để bóc 1m3 đất phủ, đ/m3 Khi đất phủ bán giá bán đất phủ lớn chi phí để bóc chúng ΔL2>0, cịn giá bán đất phủ nhỏ chi phí bóc đất phủ trị số ΔL < a) b) Biên giới đáy mỏ Biên giới mỏ Chọn chiều sâu khai thác Chọn chiều sâu khai thác Xác định biên giới mặt đất mỏ Xác định biên giới mặt đất mỏ Xác định khối lượng khống sản đá bóc biên giới mỏ Xác định khối lượng khống sản đá bóc biên giới mỏ Hình 3.1: Các trình tự khoanh định biên giới mỏ lộ thiên Trình tự (a) ngày thường áp dụng rộng rãi để xác định biên giới mỏ cho mỏ than quặng Trình tự (b) để xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng 3.3 Các bước xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ Khi sử dụng trình tự khoanh định biên giới mỏ cho mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức nước tự chảy (Hình 3.1b) chiều sâu mỏ xác định theo hai bước: - Bước thứ - Chiều sâu mỏ quy định theo điều kiện kỹ thuật - Bước thứ hai - Chiều sâu mỏ quy định theo điều kiện kinh tế (xác định theo chiều sâu khai thác hợp lý) 3.3.1 Xác định chiều sâu mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng theo điều kiện kỹ thuật Điều kiện kỹ thuật mỏ hạn chế chiều sâu mỏ lộ thiên kích thước mặt mỏ (diện tích chu vi) xác định kích thước cho phép đáy mỏ Kích thước phải đảm bảo cho cơng tác mỏ hoạt động đáy mỏ bình thường 12 Đối với mỏ có kich thước mặt mỏ hình chữ nhật, chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật bị hạn chế kích thước theo chiều rộng mặt mỏ Bm (m) chiều rộng đáy mỏ cho phép B d (m) theo chiều dài mặt mỏ Lm (m) chiều dài cho phép đáy mỏ Ld (m), tức là: (Hình 3.2): Hk = Bm  Bd  Bm  Bd ,m  ctg   ctg   K    L m  L d  Lm  L d , m  2ctg  d K2 (a) (3.2) (b) Đối với mỏ có chu vi mặt mỏ gần trịn bình đồ với bán kính quy đổi R= Sm  (m); chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật xác định theo biểu thức (Hình 3.3): Hk = ( R  Rd ) ,m ctg  Hình 3.2 Sơ đồ xác định chiều sau mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật mặt mỏ có dạng hình chữ nhật (3.3) Hình 3.3 Sơ đồ xác định chiều sâu mở tính theo điều kiện kỹ thuật mặt mot có dạng gần trịn bình đồ 3.3.2 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy xác định tiến hành tính tốn thơng số để hoàn thành hàm mục tiêu (3.1) 3.4 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá khai thác Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy tối đa chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật Để xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng cần phải tiến hành tính tốn hàng loạt thơng số Các thơng số phụ thuộc vào chiều sâu mỏ khối lượng đá xây dựng, giá thành trung bình khai thác 1m3 đá xây dựng sở để thực hàm mục tiêu (3.1) đặt kích thước biên giới mỏ biết 13 3.4.1 Xác định khối lượng lớp đất phủ Khối lượng lớp đất phủ xác định cho hai trường hợp mặt mỏ có kích thước hình chữ nhật gần trịn bình đồ Khi mặt mỏ có kích thước hình chữ nhật, khối lượng đất phủ xác định: Vp = BmLmh0 - 0,5K3(Bm+Lm)ho2+0,5K32h03 , m3 (3.7) Trong đó: Bm, Lm - chiều rộng chiều dài mặt mỏ, m; ho - chiều dày lớp đất phủ, m; K3 = 2ctg  ;  - góc ổn định lớp đất phủ, độ 3.4.2 Xác định khối lượng đá xây dựng Khối lượng đá xây dựng xác định cho hai trường hợp mặt mỏ có kích thước hình chữ nhật gần trịn bình đồ Khi mặt mỏ có kích thước hình chữ nhật, khối lượng đá xây dựng xác định theo biểu thức: Vxd = S o  S od  S S od H * k , m3 Trong đó: So - Diện tích mặt mỏ tính theo đá xây dựng, m2 So = Sm - 0,5K3Pmh0 + K32h02 , m2 Sod - Diện tích đáy mỏ chiều sâu khai thác x, m2 Sod = So - x [K2Bm + K1Lm - h0(K2K3 + K1K3)] + K0(x)2 , m2 Trong đó: Pm - chu vi mặt mỏ, m; K1 = (ctg  + ctg  ); K0 = K1K2; (3.9) (3.11) (3.13) K2 = 2ctg  d ;  ,  ,  d - góc bờ mỏ hai phía đầu mỏ, độ 3.4.3 Xác định chi phí khai thác chế biến đá xây dựng Chi phí để khai thác chế biến 1m3 đá xây dựng (tính cho nguyên khối) bao gồm: chi phí khoan nổ mìn (Ckn), xúc bốc (Cxb), vận tải (Cvt), nghiền sàng (Cns), thoát nước (Ctn), đền bù đất đai (Cdm), bảo vệ môi trường (Cmt), tiền đấu giá để quyền khai thác (Cg), loại thuế phí (Ctp), chi phí quản lý (Cql) chi phí khác (Ck) Cxd = Ckn+Cxb+Cvt+Cns+Ctn+Cdm+Cmt+Cg+Ctp+Cql+Ck , đ/m3 (3.19) Đối với mặt mỏ có kích thước hình chữ nhật bình đồ, chi phí Cxd tính theo biểu thức: Cịn mặt mỏ có dạng gần trịn bình đồ: 14 Trong đó: Sc- cước vận tải, đ/m3.km; Cbn - chi phí để bơm 1m3 nước lên cao 1m, đ/m3.m; Sd - giá đền bù 1m2 đất, đ/m2; Ckd - chi phí khơng thay đổi theo chiều sâu mỏ, đ/m3; Ctd - chi phí thay đổi theo chiều sâu mỏ, đ/m3 (vận tải, thoát nước, đền bù đất đai) 3.4.4 Xác định giá trị khoáng sản đá xây dựng, đất phủ Giá trị 1m3 đá xây dựng (nguyên khối) xác định sở tỷ lệ loại đá thành phẩm thu sau trình đập - sàng giá bán chúng Gxd = G1  + G2  + …+ Gn  n , đ/m3 Trong đó: 1 ,  ,  n (3.35) - Tỷ lệ loại đá thành phẩm thu nghiền - sàng 1m đá nguyên khối, đv; G1 , G2 , Gn - Gía bán loại đá thành phẩm tương ứng, đ/m3 3.4.5 Trình tự tiến hành xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ Trong phần luận án tiến hành xác định thông số cần thiết phục vụ cho việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ bao gồm khối lượng đất phủ Vp (Vp'), khối lượng đá xây dựng Vxd (Vxd'), chi phí để khai thác chế biến đá xây dựng Cxd , chi phí để khai thác đất phủ Cp , giá trị đá xây dựng Gxd đất phủ Gp 15 Hình 3.8: Giao diện chương trình tính tốn xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức nước tự chảy Các cơng thức để tính tiêu nói phức tạp tính cho hai trường hợp mặt mỏ có dạng hình chữ nhật có dạng gần trịn bình đồ, nên khơng thể dùng phương pháp giải tích để tính trực tiếp chiều sâu khai thác hợp lý mỏ Bởi vậy, luận án sử dụng phương pháp phương án chọn số chiều sâu mỏ theo hướng tăng liên tiếp, chiều sâu mỏ dự kiến khai thác tiến hành tính tốn thơng số để hồn thành hàm mục tiêu (3.1) Khi ứng dụng phương tiện tin học sử dụng sơ đồ khối (Hình 3.7) phần mềm tốn học Mathematica 12 (phụ lục 4) để giải tốn (Hình 3.8) 3.5 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy chưa khai thác Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng chưa khai thác nội dung quan trọng thiết kế khai thác mỏ lộ thiên Cho dù chủ đầu tư xin giấy phép cấp mỏ quan có thẩm quyền phân lô tổ chức đấu giá để quyền khai thác, kích thước mặt mỏ thơng số chủ đạo việc khoanh định biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức nước tự chảy Việc chọn kích thước mặt mỏ 16 trường hợp cần cân nhắc kỹ lưỡng, có sơ sở khoa học nhằm đảm bảo khai thác có hiệu tận thu tối đa tài ngun khống từ lịng đất 3.5.1 Nghiên cứu mối quan hệ diện tích chu vi mặt mỏ (biên giới mỏ lộ thiên) với khối lượng đá xây dựng thu hồi biên giới mỏ Đối với mặt mỏ có dạng hình chữ nhật bình đồ, diện tích mặt mỏ chu vi chúng khác Dưới tiến hành khảo sát số trường hợp cụ thể thể phụ thuộc khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ Vxd với chu vi mặt mỏ biểu thị qua tỷ số K m = Lm Các thơng số giá trị dùng để khảo sát bao gồm: ho = 0, Bm Bd = 30 m, Ld = 180 m, β = 45o, γ1 = 42o, γ2 = 38o, γd = 42o Phạm vi khảo sát với diện tích mặt mỏ Sm từ 90.000 m2 đến 700.000 m2 phù hợp với quy mô khai thác mỏ đá khu vực Nam Bộ, cịn trị số Km = 1,05÷2,0 Kết khảo sát trình bầy phần phụ lục Từ kết khảo sát rút nhận xét chủ yếu sau đây: Khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ (V xd) tăng, tăng tỷ số Km đạt trị số lớn tương ứng với trị số Km (ký hiệu Kmc), sau tăng trị số Km (Km > Kmc) khối lượng Vxd giảm dần Tỷ số Km lớn, khối lượng đá xây dựng Vxd giảm mạnh Khi khảo sát cho thấy diện tích mặt mỏ lớn, tỷ số K m lớn, khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ giảm mạnh Đây điều cần cân nhắc cấp có thẩm quyền cấp giấy phép khai thác cho doanh nghiệp mỏ Khơng nên cấp mỏ với chu vi mỏ có chiều dài lớn so với chiều rộng mỏ, làm giảm đáng kể khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ giảm dần chiều sâu mỏ khai thác Tỷ số Km tương ứng với khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ đạt trị số lớn (Km = Kmc) có xu hướng tiến dần tới diện tích mặt mỏ tăng lên Thêm vào đó, chênh lệch khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ so với trị số lớn khơng nhiều tăng hay giảm trị số Km khoảng định Do đó, công tác thiết kế lập dự án khai thác mỏ thuận lợi ta chọn trị số Km nằm giới hạn chấp nhận đảm bảo độ xác cần thiết tính tốn Nếu gọi Kmo trị số tối đa cho phép tỷ số chiều dài mặt mỏ chiều rộng mỏ giới hạn lựa chọn trị số K m là: < Km ≤ Kmo (3.39) Trị số Kmo xác định sỏ chiều sâu mortinhs theo yếu tố kỹ thuật thỏa mãn hai điều kiện hạn chế chiều dài chiều rộng mặt mỏ kích thước đáy mỏ biết (Ld, Bd) 17 Kmo = Với Bmo = L  ( Bmo  Bd ) K Lmo = d Bmo Bmo  ( Ld  KBd )  ( Ld  KBd )  KS m 2K (3.42) ,m (3.45) Còn chiều dài mặt mỏ tính tốn: Lmo = Kmo Bmo hay Lmo = Trong K = Sm ,m Bmo (3.46) K2 ; Sm - diện tích mặt mỏ, m2 K1 3.5.2 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ chưa khai thác (xác định giai đoạn thiết kế mỏ lộ thiên) Chiều sâu khai thác hợp lý xác định sở lợi nhuận thu từ việc khai thác đá xây dựng đến chiều sâu đạt trị số lớn Lợi nhuận thu lại phụ thuộc vào khối lượng đá xây dựng thu hồi giá thành khai thác chế biến đá với chất lượng đá cho trước Khối lượng đá khai thác chi phí khai thác lại phụ thuộc vào kích thước mặt mỏ chiều sâu khai thác Bởi việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ trường hợp cần phải kết hợp với việc xác định diện tích mặt mỏ hợp lý Trình tự tiến hành sau: - Chọn số phương án diện tích mặt mỏ S m1, Sm2,…, Smn - Đối với phương án diện tích mặt mỏ tiến hành xác định chiều rộng mặt mỏ Bmo chiều dài mặt mỏ Lmo (theo biểu thức 3.45 3.46) - Tiến hành xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho phương án diện tích mặt mỏ (chiều sâu khai thác hợp lý H*k tổng lợi nhuận ΔL) - Tiến hành xác định lợi nhuận tính cho 1m2 diện tích mặt mỏ cho phương án diện tích mặt mỏ LR = L Sm - Chiều sâu khai thác diện tích mặt mỏ coi hợp lý L R = max Luận án tiến hành khảo sát tính tốn để xác định chiều sâu khai thác diện tích mặt mỏ hợp lý cho trường hợp mỏ chưa khai thác (các số liệu dùng để tính tốn phụ lục 2) Kết tính tốn thể (Hình 3.9) 18 Hình 3.9 Sự phụ thuộc chiều sâu hợp lý mỏ lợi nhuận riêng LR vào diện tích mặt mỏ 1- Đường cong biểu diễn phụ thuộc chiều sâu khai thác hợp lý vào diện tích mặt mỏ; 2- Đường cong biểu diễn phụ thuộc lợi nhuận riêng vào diện tích mặt mỏ Từ (Hình 3.9) cho thấy: chiều sâu khai thác hợp lý mỏ tăng dần theo diện tích mặt mỏ sau đạt tới trị số lớn bắt đầu giảm dần tăng diện tích mặt mỏ Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ giảm tăng diện tích mặt mỏ chi phí vận tải chi phí nước tăng Lợi nhuận riêng tính cho 1m2 mặt mỏ thay đổi theo diện tích mặt mỏ có quy luật tương tự Trong điều kiện cho diện tích mỏ từ 48ha đến 60ha cho lợi nhuận tính cho m2 diện tích mặt mỏ có trị số cao nhất, thể mức độ hiệu khai thác cao mỏ cấp theo diện tích 3.6 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ cụm mỏ chưa khai thác Đối với diện tích quy hoạch để khai thác bố trí đầy số mỏ, chiều sâu khai thác hợp lý phụ thuộc vào kích thước mặt mỏ mỏ (diện tích chu vi) điều kiện khai thác chất lượng khoáng sản xác định Hiệu kinh tế đánh giá chung cho toàn cụm mỏ phụ thuộc vào số mỏ bố trí cụm mỏ Với diện tích quy hoạch bố trí hai mỏ, ba mỏ, bốn mỏ nhiều tiến hành xác định kích thước mặt mỏ mỏ Trên sở xác định tỷ số Km theo cơng thức: n L Km = mi n B (3.47) mi ... nghiên cứu chiều sâu khai thác có hiệu cho mỏ đá xây dựng khu vực Đề tài '' ''Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực. .. chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng 3.3 Các bước xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ Khi sử dụng trình tự. .. HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU HỢP LÝ CỦA MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên khai thác khoáng sản đá xây dựng,