Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chia lớp ngang nghiêng lò chợ khấu khoan nổ mìn chống giá thủy lực di động cho khu cao thắng công ty than hòn gai

Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng lò chợ sử dụng giá thuỷ lực di động phát huy được khả năng khai thác cho các vỉa có chiều dày và góc dốc biến đổi lớn.. Ở một số nước trên thế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN XUÂN THẮNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ

CHIA LỚP NGANG NGHIÊNG LÒ CHỢ KHẤU KHOAN NỔ MÌN CHỐNG GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG CHO KHU CAO THẮNG - CÔNG TY THAN

HÒN GAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN XUÂN THẮNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ

CHIA LỚP NGANG NGHIÊNG LÒ CHỢ KHẤU KHOAN NỔ MÌN CHỐNG GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG CHO KHU CAO THẮNG - CÔNG TY THAN

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, do chính tác giả thực hiện và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Xuân Thắng

1.1.4 Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng 13

1.1.6 Hệ thống khai thác dàn chống mềm lò chợ xiên chéo 17

1.1.7 Hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dung thiêt bị cơ

1.1.8 Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng 20 1.2 Tình hình khai thác các vỉa dày dốc tại Việt Nam 22 1.2.1 Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng ở Mông Dương 22

1.2.2 Công nghệ khai thác bằng dàn chống cứng ở Vàng Danh

1.2.3 Công nghệ khai thác buồng – Lò thượng 24 1.2.4 Công nghệ khai thác bằng dàn chống mềm ở Vàng danh 24

1.2.6 Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng 25

Chương 2

Đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng sử dụng giá thủy lực di động tại khu Cao Thắng

29

2.1 Điều kiện địa chất khu II, III – Vỉa 14 Bắc Bàng Danh 29

Chương 3 Xác định và hoàn thiện một số thong số của công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng 34

3.1.1 Xác định chiều cao lớp than đệm theo yếu tố kỹ thuật 34

3.1.2 Chiều cao lớp than đệm theo yếu tố kỹ thuật 41

3.1.2.3 Lưạ chọn chiều cao lớp than đệm hợp lý theo yếu tố kinh

3.2.1 Thời gian đào lò chuẩn bị trong sản xuất 51

3.2.2 Thời gian khai thacscuar khu khai thác 52

Chương 4 Triển vọng áp dụng của công nghệ và hướng hoàn thiện 56

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống khai thác dàn chống cứng 16 Bảng 1.2 Chỉ tiêu công nghệ của hệ thống khai thác dàn chống mềm 18

Bảng 1.3

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc áp dụng tại Việt Nam

27

Bảng 1.4 Kết quả thực hiện một số chỉ tiêu của công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng tại Quảng Ninh 28

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu đạt được tại Cao Thắng khi áp dụng thử nghiệm 30 Bảng 2.2 Một số kết quả sản xuất đạt được trong năm 2013 31 Bảng 2.3 Một số kết quả sản xuất đạt được đầu năm 2014 31 Bảng 3.1 Chiều cao lớp than đệm tối đa khi độ cứng F =1 36

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hệ thống khai thác buồng – lưu than 10 Hình 1.2 Sơ đồ khai thác các lỗ khoan đường kính lớn 11 Hình 1.3 Hệ thống khai thác lò thượng chéo 13 Hình 1.4 Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng 14 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống khai thác dàn chống cứng 15 Hình 1.6 Hệ thống khai thác dàn chống mềm – lò chợ xiên chéo 17

Hình 1.7 Hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dung thiết bị

Hình 1.8 Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng 21

Hình 2 1 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ đào lò và sản lượng khai

Hình 2.2 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ đào lò và sản lượng khai

thác lò chợ từ tháng 1 đến tháng 3 năm 2004 32 Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa chiều cao lớp than đệm với סּk và khoảng cách vì chống 40

Hình 3.2 Đồ thị quan hệ giữa chiều cao lớp than đệm với סּn và

Hình 3.4 Tháo than dưới giá thủy lực di động khi h< Htc 47 Hình 3.5 Tháo than dưới giá thủy lực di động khi h>Htc 48 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ giữa chiều cao hạ trần và giá trị hàm Y 50

Hình 3.7 Đồ thị quan hệ giữa chiều cao tầng , chiều dài khu

khai thác và chiều dày vỉa khi khai thác mét cánh 55 Hình 3.8 Đồ thị quan hệ giữa chiều cao tầng , chiều dài khu

khai thác và chiều dày vỉa khi khai thác hai cánh 55

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thực tế sản xuất và kết quả thăm dò, nghiên cứu đánh giá các vỉa than

ở Quảng Ninh khẳng định : đặc điểm điều kiện địa chất – kỹ thuật mỏ khoáng sàng thuộc loại rất phức tạp Đặc biệt, các vỉa than phức tạp về góc dốc gây khó khăn cho việc lựa chọn sơ đồ công nghệ khai thác Sự phức tạp này nó thể hiện ngay trong một vỉa với các góc dốc khác nhau giữa các khu, cánh với mức độ biến đổi lớn

Kết quả đánh giá cho thấy gần 35% tổng trữ lượng của vùng than Quảng Ninh phân bố ở các vỉa dốc nghiêng và dốc đứng, trong đó vỉa dốc đứng ( >450

) chiếm khoảng 5 8 % Đối với khai thác hầm lò tại Việt Nam hiện nay thì việc áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày – dốc là một trong những vấn đề cần được quan tâm

Để đáp ứng yêu cầu trên, Viện khoa học công nghệ mỏ đã tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm nhiều công nghệ khai thác khác nhau trên thế giới vào khai thác tại Quảng Ninh như : Hệ thống khai thác buồng - lưu than, hệ thống khai thác các lò thượng chéo, hệ thống khai thác dàn chống cứng , hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo (dàn chống mềm ), Một trong những thành công bước đầu phải nói đến công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng tại các vỉa có chiều dày 5 8 m, góc dốc vỉa từ 450

đến 80 0 Tuy nhiên, trong quá trình áp dụng sơ đồ công nghệ này còn bộc lộ nhiều thiếu sót cần được đúc rút và hoàn thiện nhằm đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật, an toàn cũng như hiệu quả kinh tế

Với yêu cầu trên, mục đích của luận án là tập trung nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng để phục vụ khai thác các vỉa dày m = 5 8 m, = 450

80 0 tại Quảng Ninh

2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là khu II, III - Vỉa 14 - Xí nghiệp than Cao Thắng và một số vỉa than tại Quảng Ninh có điều kiện địa chất tương tự

Các vấn đề cần đề cập đến của luận vănbao gồm :

+ Phân tích trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật để đi đến việc chọn chiều cao lớp than đệm hợp lý nhằm giảm tổn thất than trong quá trình khai thác và có lợi về mặt kinh tế

+ Xác định chiều dài cánh khai thác phù hợp với thực tế sản xuất trên

cơ sở công nghệ đào lò bằng khoan nổ mìn, vận tải than lò chợ và lò chuẩn bị bằng máy cào

+ Đề xuất áp dụng công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng lò chợ

sử dụng giá thuỷ lực di động cho vỉa hoặc khu có điều kiện địa chất tương tự tại vùng than Quảng Ninh

3 Các nội dung nghiên cứu chính

- Tổng quan về hệ thống khai thác áp dụng cho vỉa dày dốc trên thế giới

và các hệ thống khai thác đã áp dụng tại Quảng Ninh

- Phân tích để chọn lựa công nghệ khai thác có lợi cho các vỉa dày từ 5

8 m dốc đứng Việc phân tích trên dựa trên kết quả sản xuất và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được ở Xí nghiệp than Cao Thắng (Nay là công trường Cao Thắng) và một số đơn vị trong Tập đoàn công nghiệp Than – Khoáng sản Việt nam

- Xác định một số thông số cơ bản của công nghệ khai thác chia lớp ngang - nghiêng lò chợ sử dụng giá thuỷ lực thu hồi than nóc như : Chiều cao lớp than đệm, chiều dài khu khai thác, khoảng cách giữa các cửa tháo than khi thu hồi than

Trong luận văn đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu bao gồm : thống kê - phân tích đánh giá tổng hợp qua tài liệu và thực tế, tính toán

lý thuyết

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Việc áp dụng công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng lò chợ sử dụng giá thuỷ lực di động sẽ mang lại giá trị kinh tế lớn Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng lò chợ sử dụng giá thuỷ lực di động phát huy được khả năng khai thác cho các vỉa có chiều dày và góc dốc biến đổi lớn

- Hoàn thiện công nghệ và xác định các thông số tổn thất than khi khai thác Trên cơ sở đó đề xuất các thông số hợp lý cho sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng lò chợ sử dụng giá thuỷ lực di động

5 Những điểm mới của luận văn

- Luận án đã đưa ra được chiều cao tối đa và tối thiểu của lớp than hạ trần trong sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng

- Xác đinh được mối tương quan giữa chiều dài khu khai thác theo chiều dày vỉa và theo chiều dài hướng dốc khu vực khai thác

6 Khối lƣợng và cấu trúc luận án nhƣ sau :

Luận án được cấu trúc gồm phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận Nội dung của luận án được trình bày trong 68 trang đánh máy vi tính khổ 210

x 297 mm với 8 bảng và 19 hình vẽ

Bản luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS TS KH Lê Như Hùng,các thầy giáo trong Bộ môn Khai thác Hầm lò, với sự giúp đỡ của các cán bộ kỹ thuật, nghiệp vụ trong Công ty than Hòn Gai, Viện Khoa học Công nghệ mỏ, các bạn đồng nghiệp trong lớp Cao học khoá 27 – Khai thác

mỏ ( 2014 - 2015 )

Tác giả xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC CÁC VỈA DÀY – DỐC

TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI QUẢNG NINH

1.1 Tình hình khai thác các vỉa dày dốc trên thế giới

Ở một số nước trên thế giới như Trung Quốc Mỹ, Pháp, Canađa, Balan, Nga, để khai thác các vỉa than dốc có chiều dày từ trung bình trở lên, các hệ thống khai thác gương lò ngắn thường được sử dụng là : hệ thống khai thác buồng – lưu than, hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng, hệ thống khai thác lò thượng chéo, hệ thống khai thác các lỗ khoan sâu đường kính lớn, Phương pháp khấu than chủ yếu là khoan nổ mìn Trong một số điều kiện cho phép người ta dùng sức nước để khai thác

Các hệ thống khai thác gương lò ngắn thường được áp dụng cho các vỉa dày dốc đạt được chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tương đối khả quan như : sản lượng khai thác, năng suất lao động, chỉ tiêu gỗ , vật liệu nổ cho 1000 tấn than giảm, Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn là tổn thất than khi khai thác cao

1.1.1 Hệ thống khai thác buồng – lưu than

Hệ thống khai thác này được áp dụng tương đối rộng rãi ở bể than Kuzơbat ( Liên bang Nga ) trong các điều kiện vỉa dày từ 5 14 m , chiều dày vỉa không ổn định, góc dốc vỉa > 450, đá vách vỉa thuộc loại bền vững

Bản chất của công nghệ khai thác này như sau :

Để chuẩn bị khai thác người ta chia tầng thành các phân tầng ngắn được ngăn cách bởi các lò dọc vỉa phân tầng, chiều cao theo độ dốc của phân tầng nằm trong khoảng 20 25 m, chiều dài của blốc nằm trong khoảng 50 60m Khoảng cách giữa các đường lò dốc theo phương từ 8 12m Các đường lò dốc này ( thường là bám trụ vỉa ) được đào thông thẳng lên đến lò dọc vỉa thông gió

Sơ đồ chuẩn bị đường lò được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1 Hệ thống khai thác buồng – lưu than

Công tác khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn cùng với lưu

than trong buồng Tại các lò dốc này người ta tiến hành khoan các mũi khoan

dài 2,5 3,5 m lên hông, nóc lò Các lỗ khoan được nạp thuốc và nổ đồng

thời Khi đó lò dốc sẽ trở thành trung tâm của buồng chứa than đã nổ ra Giữa

các buồng người ta để lại trụ bảo vệ có chiều dày từ 1,5 đến 3,0m để ngăn

cách đất đá khi tiến hành tháo than ở buồng liền kề Chiều dày của trụ than

này phụ thuộc vào độ bền vững của đá vách trực tiếp và tính chất cơ lý của than

Ưu điểm của hệ thống khai thác:

+ Do việc chia tầng ngắn và chiều dài của blốc ngắn nên hệ thống khai

thác này khắc phục được sự phức tạp của vỉa như : uốn nếp, chiều dày không

ổn định,

+ Công tác đào lò trong một blốc được tiến hành đồng thời với việc đào

lò và tháo than ở buồng khác nên sản lượng khai thác của blốc cao, điều hoà

được chế độ sản xuất

+ Không phải để lại trụ bảo vệ lò dọc vỉa thông gió nên giảm được phần nào tổn thất than

Nhược điểm của hệ thống khai thác:

+ Hệ số mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than quá lớn (45 53m/ 1000T) + Thi công các lò thượng theo trụ vỉa gặp nhiều khó khăn đặc biệt là vỉa than có độ cơ lý kém bền vững

+ Công tác bảo dưỡng, xén sửa các lò thông gió, thượng gió và vận tải của khu lớn do thời gian tồn tại dài

+ Chất lượng than giảm do quá trình tháo than tại buồng có lẫn đá vách

Các lỗ khoan dài được khoan từ lò dọc vỉa trên các các phân tầng có chiều cao 35 40m Chiều dài lỗ khoan và số lỗ khoan phụ thuộc vào chiều cao tầng và chiều dày vỉa sao cho đạt được độ bở rời của than Theo phương của vỉa khoan các lỗ khoan thành dãy theo mặt cắt vuông góc với vỉa cách nhau 2,5 3,0m

Khấu than bằng cách nổ đồng thời hai dãy lỗ khoan từ phía buồng đang khấu, chiều rộng buồng khấu 6,0m

Ưu điểm của hệ thống khai thác :

+ Công tác cơ giới khi khoan làm giảm được khối lượng mét lò đào Nhược điểm của hệ thống khai thác :

+ Tổn thất than tương đối lớn, nhất là những vỉa có vách vỉa dễ sập đổ + Chi phí mét khoan cho 1000 tấn khai thác lớn

1.1.3 Hệ thống khai thác lò thƣợng chéo

Hệ thống khai thác này được áp dụng ở cộng hoà liên bang Nga (Vỉa III

mỏ số 3 – Nam Buturinka – vùng Treliabin ) trong điều kiện vỉa có chiều dày

5 6 m, góc dốc vỉa = 70 800, vách trực tiếp là đất đá dễ sập đổ

Khu vực khai thác được chia theo độ dốc 80m, theo phương 160m Tầng khai thác được chuẩn bị bằng các lò thượng chéo 40 450

với lò dọc vỉa phân tầng ( mục đích là để giảm độ dốc của thượng – các thượng này còn được gọi là thượng xương cá ) Các thượng được đào bám trụ vỉa và được nối với nhau bằng các lò liên lạc (phỗng ) tạo thành các cột nhỏ kích thước 10

12m cao và 10 15m rộng

Sơ đồ hệ thống khai thác xem hình vẽ 1.3

Than được khấu bằng phương pháp khoan nổ mìn theo phân đoạn Phía dưới cột than đang khoan nổ mìn đặt cược chắn bảo vệ ( thường là cũi gỗ hoặc cụm cột ) Công tác khai thác được tiến hành từ mức thông gió xuống mức vận chuyển Khi lấy hết than thì khoan bắn rút than cả thượng chính

Hình 1.3 Hệ thống khai thác lò thượng chéo

Ưu điểm của hệ thống khai thác:

+ Sản lượng khai thác trung bình ngày đêm cao, năng suất lao động của công nhân cao

+ Đảm bảo an toàn cho người công nhân luôn ở vị trí an toàn, điều tiết tháo than

Nhược điểm của hệ thống khai thác:

+ Khối lượng đường lò chuẩn bị lớn ( 45 53 m/1000 T )

+ Tổn thất công nghệ cao ( 40% )

+ Chi phí bảo vệ lò thượng của khu và dọc vỉa vận tải lớn

1.1.4 Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng

Hệ thống khai thác này được áp dụng ở Pháp, Nga cho các vỉa có chiều dày trên 3,5m, góc dốc > 45 0 Bản chất của hệ thống là : tầng với chiều cao

40 50m được chia thành các phân tầng cách nhau 6 8 m theo hướng dốc, dọc theo phương cách nhau 50m đào một lò thượng tháo than Khấu than bằng khoan nổ mìn ( hoặc sức nước ) tại các phân tầng theo thứ tự từ trên xuống hoặc đồng thời tại một số phân tầng, than khấu ra đưa thẳng xuống lò vận tải của tầng Người ta có thể dùng choòng dài có đường kính lớn để

khoan gần hết chiều cao tầng với khoảng cách theo phương là 6 8m để tạo điều kiện thuận lợi khi tháo than

Sơ đồ của hệ thống khai thác được thể hiện qua hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng

Ưu điểm của hệ thống khai thác:

+ Năng suất lao động cao

+ Khấu than an toàn + Giá thành khai thác than hạ hơn khai thác thông thường

Nhược điểm của hệ thống khai thác :

+ Khối lượng đường lò chuẩn bị lớn + Tổn thất than lớn > 40%

1.1.5 Hệ thống khai thác dàn chống cứng

Hệ thống khai thác này được áp dụng ở Nga ( vùng Kuzơbat ) , Trung Quốc với các vỉa có chiều dày m = 2,5 14 m, góc dốc vỉa = 55 900, vỉa phải có độ ổn định về góc dốc Đặc trưng của hệ thống khai thác dùng dàn chống cứng là khai thác thay vì chống bằng những mảng vật liệu di chuyển từ trên xuống theo mức độ khấu than Mảng chống dưới tác động của trọng lượng bản thân, trọng lượng đất đá phía trên mà di chuyển khi mất điểm tựa

phía dưới Tuỳ theo tính chất của đá vách, đá trụ, góc dốc vỉa, mức độ ổn định của chiều dày mà người ta tiến hành thiết kế mảng chống sao cho phù hợp, dễ vận hành và điều khiển

Sơ đồ chuẩn bị xem hình 1.5

lỗ khoan được mở rộng làm bun ke chứa

Công tác khấu than bằng khoan nổ mìn ở dưới dàn chống Việc điều khiển dàn chống theo đường dích - zắc Than sau khi phá nổ theo các lỗ khoan xuống lò dọc vỉa vận tải của tầng

Khi khai thác các vỉa dày trên 8,0 m người ta dùng dàn chống kép Trong trường hợp này người ta đào hai lò dốc tháo than và lắp hai mảng chống phủ kín cả chiều dày vỉa Công tác khấu than được tiến hành ở lớp vách trước Giữa các lớp để lại trụ bảo vệ có chiều dày 2,0m

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống dàn chống cứng xem bảng 1.1

Bảng 1.1.Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống khai thác dàn chốngcứng

Chiều dày vỉa

(m)

2,5 3,5 3,5 6,0 3,5 6 6 9 9 9

Sản lượng tháng lò

chợ (T/tháng) 5700 9300 9000 13200 11900 11900 Năng suất lao động

Nhược điểm của hệ thống khai thác:

+ Tổn thất than lớn ( trung bình 30% ) do để lại trụ bảo vệ giữa các cột Tổn thất than càng lớn khi tiến hành khai thác các vỉa dày lớn hơn 9m

+ Chỉ sử dụng được ở các vỉa ổn định về chiều dày và góc dốc Góc dốc vỉa phải lớn hơn 550

1.1.6 Hệ thống khai thác dàn chống mềm lò chợ xiên chéo

Hệ thống khai thác này được áp dụng tại Trung Quốc sử dụng để khai thác vỉa dày từ 2,5 7,0m, góc dốc vỉa từ 60 750, đá trụ vỉa ổn định, đá vách không có nước ngấm Cách chuẩn bị cũng tương tự như hệ thống khai thác dàn chống cứng là khai thác từng cột dài theo chiều dốc, tuy nhiên chiều cao của tầng trong hệ thống này nằm trong khoảng 30 40m Lò chợ được cắt chéo theo phương tạo thành một góc 25 300

với mục đích là giảm độ dốc

và tạo điều kiện vận tải bằng tự trượt

Khi chiều dày của vỉa lớn hơn 7,0m người ta tiến hành lắp hai dàn chống: bên vách và bên trụ Lò chợ bên vách được tiến trước so với lò chợ bên trụ vỉa

B

Hình 1.6 Hệ thống khai thác dàn chống mềm – lò chợ xiên chéo

Dàn chống được cấu tạo bởi các thanh sắt I hoặc CBII nằm chồng lên nhau theo lớp (đặt dọc theo lò chợ và vuông góc với phương của vỉa) Các thanh sắt trên được liên kết với các sợi cáp bằng gông đặc biệt Phía trên dàn chống được phủ một lớp lưới thép và phên tre, mục đích là ngăn đất đá vụn rơi vào gương

Công tác khấu than bằng khoan nổ mìn hạ hào theo chiều dài lò chợ Than sau khi phá nổ theo máng trượt tại lò chợ xuống lò vận tải của tầng

Để đảm bảo chiều cao lò chợ và góc nghiêng của dàn chống người ta đưa ra phương pháp khai thác lò đơn có chống bổ sung cột thuỷ lực DZ – 22 Trong lò chợ cứ 5 xà thép thì bổ sung một cột chống thuỷ lực Ví dụ : tại mỏ Triệu Cách Trang ( Trung Quốc ) đã áp dụng phương pháp trên để khai thác vỉa có chiều dày 6,0m, góc dốc vỉa 50 550, chiều dài lò chợ theo phương 200m, chiều cao thẳng đứng 30m Việc áp dụng phương pháp trên tạo điều kiện thuận lợi cho công tác hạ dàn chống, an toàn cho công nhân, khi khai thác không gặp sự cố nào, sản lượng lò chợ đạt trên 5.000 Tấn/tháng Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống khai thác được thể hiện qua bảng 1.2

Bảng 1.2 Chỉ tiêu công nghệ của hệ thống khai thác dàn chống mềm

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Hào đơn Hào kép

1 Sản lượng khai thác Tấn/tháng 25.916 29.833

5 Chi phí mét lò m/1000 Tấn 30 35 18 21

Ưu điểm của hệ thống khai thác :

+Giảm khối lượng đào lò chuẩn bị Giảm chỉ tiêu gỗ tiêu hao cho

1000 Tấn than nguyên khai

+ Công tác vận tải than thuận lợi nhờ lò chợ xiên chéo và dốc

+ Công tác điều khiển áp lực mỏ tương đối đơn giản

+ Công nhân yên tâm làm việc dưới sự che chở của dàn chống

Nhược điểm của hệ thống khai thác :

+ Năng suất lao động thấp do không gian lò chợ chật hẹp

+ Việc hạ dàn bằng khoan nổ mìn đôi khi khó sử lý ở phía vách và trụ

vỉa làm dàn chống hạ không đều trên tuyến lò chợ

1.1.7 Hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dùng thiết bị cơ

giới hoá đồng bộ

Tại Liên bang Nga khi khai thác các vỉa dốc đứng = 35 900, chiều

dày vỉa m = 1,5 5,5 người ta thường đưa vào sử dụng các dàn chống cơ giới

hoá đồng bộ như các loại dàn 1 AXM ( 1A M ), ANX (AH ), AK – 3K,

Công tác chuẩn bị như sau :

Khu khai thác chia thành từng cột theo chiều dốc bởi các lò thượng

Khi khai thác cột đầu tiên thì người ta mới đào lò dốc kế tiếp nhằm mục đích

nối với lò thông gió và nó được kéo dài dần xuống lò vận chuyển Buồng lắp

đặt dàn chống nằm dưới lò thông gió

Sơ đồ chuẩn bị khai thác xem hình vẽ 1.7

Công tác khấu than được tiến hành theo chiều dốc từ mức thông gió

xuống mức vận chuyển trên từng cột Việc khấu than sử dụng thiết bị máy

bào – máng cào hay máy liên hợp cắt than Dàn chống làm nhiệm vụ khấu

than, chống lò và điều khiển áp lực Công tác điều khiển áp lực mỏ bằng phá

hoả toàn phần

Ưu điểm của hệ thống khai thác :

+ Công tác khấu chống và điều khiển áp lực mỏ đơn giản

+ Sử dụng ít công nhân trong lò chợ, năng suất lao động cao, ít tốn gỗ

+ An toàn khi khai thác các vỉa có nguy cơ bắn phụt đất đá

Nhược điểm của hệ thống khai thác :

+ Chiều dày tối đa của vỉa là 5,5m

+ Chi phí đầu tư cho dàn thiết bị lớn

+ Không áp dụng được ở các vỉa có phay phá, điều kiện địa chất phức tạp

Hình 1.7 Hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dùng thiết bị

cơ giới hoá đồng bộ

1.1.8 Hệ thống khai thác chia lớp ngang – nghiêng

Tại vỉa Bobriun – Mỏ Fandinsentom – Luarckhi (Pháp ), khi khai thác các vỉa có chiều dày từ 2 đến 20m, góc dốc từ 25 đến 600

người ta dùng hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng – thu hồi than lớp giữa

Sơ đồ hệ thống khai thác xem hình vẽ 1.8

Cách chuẩn bị của hệ thống khai thác này như sau :

Khu khai thác được chuẩn bị bởi lò dọc vỉa thông gió và dọc vỉa vận tải Từ lò thượng của khu khai thác tiến hành đào các dọc vỉa phân tầng với khoảng cách từ 6 đến 8m Công tác khai thác được tiến hành từ lò dọc vỉa phân tầng trên cùng Gương khấu than được tạo ra bằng cách đào lò ngách với chiều dài từ 5 đến 8,0m Ở chiều cao 2,0 2,6m tiến hành khấu than bằng khoan nổ mìn, phần than lớp đệm được thu hồi dưới lớp lưới chắn Công tác điều khiển áp lực mỏ bằng phá hoả toàn phần

Lß däc vØa ph©n tÇng

Lß chî GTL

6,93

15

Hình 1.8 Hệ thống khai thác chia lớp ngang - nghiêng

Vận tải than lò ngách bằng thủ công, vận tải than tại lò dọc vỉa phân tầng bằng máng cào

Ưu điểm của hệ thống khai thác :

+ Áp dụng được ở những vỉa có biến động lớn về chiều dày và góc dốc,

có nhiều phay phá địa chất , than có tính tự cháy

+ Công tác điều khiển áp lực mỏ đơn giản

Nhược điểm của hệ thống khai thác :

+ Thông gió tại các gương lò ngách bằng quạt cục bộ nên gương lò khai thác nóng ( nhiệt độ nằm trong khoảng 28 290C ) Khó áp dụng cho các vỉa

có mức độ thoát khí lớn ( > 5m3

CH4/ 1 Tấn than nguyên khai ) + Không áp dụng được cho các vỉa có độ bền đá vách, đá trụ yếu và chứa nước hoặc các vỉa có chứa nước, bị ảnh hưởng lớn của nước ngầm và nước mặt

+ Gương lò chật hẹp khó tiến thoái khi có sự cố về bục nước Có một lối thoát duy nhất từ gương lò khai thác ( sự cố này chưa gặp ở bất kể đơn vị nào trong khi áp dụng loại hình công nghệ này )

+ Số lượng mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than nguyên khai cao ( nằm trong khoảng 22 25 m/ 1000 T than nguyên khai )

Qua phân tích trên ta nhận thấy rằng :

+ Công nghệ khai thác các vỉa dày dốc trên thế giới đã phát triển mạnh

và toàn diện

+ Tuỳ từng điều kiện địa chất của vỉa mà người ta quyết định lựa chọn

hệ thống khai thác sao cho phù hợp với điều kiện về kỹ thuật , công nghệ hiện

có trong nước

+ Hướng hoàn thiện của công nghệ là : đưa công tác cơ giới hoá vào lò chợ, khai thác triệt để tài nguyên, giảm chỉ tiêu sử dụng gỗ chống lò, đưa ra các thông

số của công nghệ phù hợp với điều khiện địa chất của vỉa, khu vực,

1.2 Tình hình khai thác các vỉa dày dốc tại Việt Nam

Ở Việt Nam công tác khai thác than vỉa dày dốc đã được lãnh đạo Liên hiệp than Hòn gai, Bộ Mỏ và Than quan tâm trong những năm 1960 1970 Đầu những năm 1980 bộ đã cử đoàn cán bộ sang Liên bang Nga để tham quan, nghiên cứu công nghệ thác thác vỉa dày dốc Đến nay công nghệ khai thác các vỉa dày dốc vẫn được quan tâm hàng đầu Các công nghệ đã và đang

DVPT tương đối phù hợp với khu mỏ Mông Dương, không đòi hỏi phải đầu

tư nhiều Bản chất của công nghệ này là đào các lò dọc vỉa phân tầng ngang hoặc nghiêng có sử dụng máy khoan đường kính lớn để vận tải, thông gió trong quá trình đào lò chuẩn bị Sau khi chuẩn bị xong mỗi cột theo phương

50 60 m tiến hành phá nổ từng dải khấu theo độ dốc bằng việc khoan bắn các dải khấu ở các lò chuẩn bị, mỗi dải khấu có chiều dài theo phương 1,0m

Ưu điểm của công nghệ :

+ Không cần chống giữ lò chợ ,

+ Giảm chi phí vật liệu,

+ Đảm bảo an toàn lao động

Hạn chế của công nghệ này là phải đầu tư máy khoan có đường kính lớn để khoan thượng trong không gian chật hẹp cuả đường lò hoặc phải đào các lò thượng dốc rất khó khăn

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ được thể hiện qua bảng 1.3

1.2.2 Công nghệ khai thác bằng dàn chống cứng ở Vàng Danh - Mạo Khê

Đối với công ty than Vàng Danh, khai thác áp dụng dàn chống phẳng với điều kiện khu vực chiều dày vỉa 3,0m, góc dốc 72 750, độ biến động góc dốc V = 19% Đá vách, trụ thuộc loại ổn định trung bình Hệ số đá kẹp K1 = 3,1%, than antraxit với f = 2 3

Đối với công ty than Mạo Khê khai thác áp dụng dàn vòm ở vỉa 6 ( trong năm 1989 - 1990 ) Điều kiện khu vực, chiều dày vỉa 3,5m, góc dốc vỉa 62 650 Độ biến động góc dốc V = 13,7% Đá vách, trụ thuộc loại ổn định trung bình đến yếu, than bán antraxit mềm f < 1

Bản chất của công nghệ : Khu vực khai thác được hình thành từ các tầng lò thông gió và lò vận tải Chiều cao tầng và phân tầng phụ thuộc vào địa chất và khả năng kỹ thuật khoan định hướng cũng như đào chống các lò thượng, chiều cao tầng giao động 40 100m trong mỗi tầng theo phương chia

thành các cột khai thác bằng các lò thượng dốc nối giữa lò thông gió và vận tải Dàn chống lắp ở lò thông gió và dưới nó là công tác khấu than tiến hành bằng khoan nổ mìn, than khấu ra tự chảy qua các thượng dốc xuống lò vận tải chân ra ngoài Số lò thượng dốc tháo than phụ thuộc vào chiều dài dàn và phương tiện vận tải ở dưới dàn bằng thủ công hay cơ giới

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ được thể hiện qua bảng 1.3

1.2.3 Công nghệ khai thác buồng - lò thƣợng

Công nghệ này được áp dụng nhiều ở tất cả các đơn vị trong than Việt Nam như : Vàng Danh, Bảo Đài, Nó được áp dụng cho các vỉa có chiều dày

4 6m, góc dốc > 409 ; vách, trụ trực tiếp ổn định từ trung bình trở lên

Ưu điểm của công nghệ này là năng suất lao động cao, giá thành khai thác giảm Song nhược điểm là phải đào khối lượng lớn các lò thượng, tổn thất khai thác cao, đòi hỏi quy trình công nghệ nghiêm ngặt ( công tác chỉ đạo, giám sát chặt chẽ khi thi công và thu hồi than )

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ được thể hiện qua bảng 1.3

1.2.4 Công nghệ khai thác bằng dàn chống mềm ở Vàng Danh

Công nghệ này đưa vào nhằm thay thế cho công nghệ bắn buồng ở Vàng Danh Sơ đồ chuẩn bị được thể hiện như đã trình bày ở hình 1.6

Công nghệ đã được áp dụng thử nghiệm ở Vỉa 8, đã kết thúc giai đoạn I tháng 8/2002 và đang áp dụng cho lò chợ thứ 2 mức +270 +300

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ được thể hiện qua bảng 1.3

1.2.5 Công nghệ khai thác buồng neo

Công nghệ khai thác buồng neo đươc áp dụng hiệu quả cho các vỉa than

có chiều dày 3 8m, góc dốc < 450, vách vỉa bền vững trung bình đến bền vững, đá vách phân lớp và ít nứt nẻ

Bản chất công nghệ: Ruộng mỏ được chia ra thành các buồng khai thác Trong các buồng khai thác công tác khấu than được tiến hành ở hai lớp theo phương hoặc theo hướng dốc Lớp trên tiến trước lớp dưới 3 4m Điểm khác

biệt so với công nghệ khai thác buồng bình thường là tiến hành lắp đặt vì neo giữ đá vách theo tiến độ khai thác lóp vách Lớp trụ khai thác không cần chống hoặc được che chắn phía sau

Việc áp dụng công nghệ khai thác buồng neo đã được Viện khoa học công nghệ mỏ cùng với mỏ Than Thùng tiến hành áp dụng côngnghệ khai thác buồng neo tại mức + 300 +310 - Vỉa 6 Khu vực vỉa 6 có chiều dày vỉa trung bình 5,7 m, góc dốc vỉa 300, vách trực tiếp là acgilit dày 2 3 m, vách

cơ bản là alêvrôlít và sa thạch cứng chắc chiều dày 17 20 m Tổng sản lượng khai thác 7.932 Tấn, năng suất lao động 4,8 Tấn/công ca, chi phí gỗ : 22,0 m3/1000Tấn, chi phí neo kim loại 76 chiếc/1000 Tấn, tổn thất than 36,3%

1.2.6 Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng

Công nghệ được áp dụng cho các vỉa dày >5m, góc dốc > 350, đá vách trực tiếp từ kém ổn định trở lên, đá vách cơ bản sập đổ trung bình

Bản chất của sơ đồ công nghệ khai thác : Khu vực khai thác được chia thành các tầng khai thác và các cột khai thác Trong mỗi tầng khai thác được chia nhỏ thành các phân tầng với chiều cao 5 9m bằng các lò dọc vỉa phân tầng bám vách hoặc bám trụ vỉa Công tác chuẩn bị các đường lò khai thác phụ thuộc vào chiều dày vỉa, đối với các vỉa có chiều dày nhỏ hơn 10,0m tiến hành chuẩn bị bằng một hệ thống đường lò chuẩn bị bám vách , bám trụ vỉa hoặc đi giữa vỉa, đối với các vỉa có chiều dày lớn hơn 10,0m cần chuẩn bị bằng hai hệ thống đường lò riêng biệt: bám vách và bám trụ Tại mỗi phân tầng tiến hành đào thượng khới điểm ở biên giới và lắp đặt vì chống thuỷ lực ( hoặc cột thuỷ lực nạp trong và xà hộp - với những nơi khó cải tạo mạng điện hoặc khó khăn trong công tác đầu tư giá thuỷ lực ) Công tác khai thác được tiến hành lần lượt từ trên xuống dưới theo chiều dốc Trong mỗi phân tầng khấu chống lò chợ với chiều cao 2,0 2,2m, sau đó tiến hành hạ trần thu hồi than giữa các lớp khấu Khấu than bằng khoan nổ mìn thủ công, vận tải than

khai thác từ lò chợ qua lò dọc vỉa phân tầng bằng máng cào ra thượng trung

tâm cột khai thác xuống lò vận chuyển chính và ra ngoài mặt bằng Công tác

thông gió được tiến hành bằng phương pháp thông gió cục bộ đối với các vỉa

có chiều dày nhỏ hơn 10,0m và thông gió bằng hạ áp chung của mỏ đối với

các vỉa có chiều dày lớn hơn 10,0m

Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ xem bảng 1.4

Các đơn vị trong Tập đoàn Công nghiệp than – Khoáng sản Việt Nam

đang áp dụng công nghệ này là :

+ Công ty than Hòn Gai : Hiện tại các đơn vị hầm lò trong công ty đều

áp dụng công trên như : Lò chợ +29 - Vỉa 13 (Giáp Khẩu ), Lò chợ +112 -

Vỉa 14 - Bắc Bàng Danh ( Cao Thắng )

+ Công ty than Dương Huy : áp dụng công nghệ từ tháng 6/2002 tại

Vỉa 14 - Đông Bắc

Ngoài ra, một số đơn vị đang chuẩn bị đưa vào áp dụng công nghệ như

: Công ty than Vàng Danh, Xí nghiệp than Thành Công, Công ty than Đông Bắc,

Như vậy có thể thấy rằng:

+ Việc áp dụng công nghệ vào khai thác các vỉa dày dốc tại Việt Nam

đã được quan tâm và chú trọng phát triển đa dạng Nó đã tạo điều kiện thuận

lợi cho công tác thử nghiệm các loại hình công nghệ vào các vỉa có điều kiện

địa chất khác nhau, nhằm chọn lựa một công nghệ phù hợp

+ Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng đã được áp dụng rộng

rãi và đã thành công ở một số đơn vị thành viên của than Việt Nam và kết quả

chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của nó đảm bảo việc khai thác là có lợi về kinh tế

Việc quan tâm đúng mức tới loại hình công nghệ này sẽ mang lại nhiều

ứng dụng trong thực tế sản xuất nhằm : khai thác khác triệt để tài nguyên và

giải quyết các vấn đề về công nghệ cho các đơn vị sản xuất khi gặp các vỉa

khó khai thác bằng các loại hình công nghệ truyền thống.0

Bảng 1.3 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc áp dụng tại Việt Nam

Khối lƣợng Dọc vỉa

phân tầng

Dàn chống cứng

Buồng thƣợng

Dàn chống mềm

4 Điều kiện bền vững đá vách - Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình

5 Điều kiện bền vững đá trụ Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình

6 Sản lượng lò chợ ngày đêm Tấn/ng.đ 100 150 100 150 100 200 177,5

8 Chi phí gỗ cho 1000 Tấn than m3/1000Tấn 30 35 20 35 30 35 10,7

9 Chi phí thuốc nổ cho 1000 Tấn than kg/1000Tấn 450 350 400 150 200 215

10 Chi phí kíp nổ cho 1000 Tấn than cái/1000Tấn 700 750 500 600 400 500 341

11 Năng suất lao động trực tiếp Tấn/công 3,5 4,0 3,5 4,0 3,5 4,0 2,46

Bảng 1.4 Kết quả thực hiện một số chỉ tiêu của công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng tại Quảng Ninh

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT VÀ KINH TẾ CỦA CÔNG NGHỆ

KHAI THÁC CHIA LỚP NGANG NGHIÊNG SỬ DỤNG GIÁ THUỶ

LỰC DI ĐỘNG TẠI KHU CAO THẮNG

2.1 Điều kiện địa chất khu II, III - Vỉa 14 - Bắc Bàng Danh

Vỉa 14 có diện phân bố rộng trong toàn bộ giới hạn khoáng sàng Vỉa

có cấu tạo phức tạp, chiều dày tương đối ổn định, chiều dày tổng quan của vỉa

thay đổi từ 2,41 15,74m, trung bình là 8,17m Chiều dày tính trữ lượng thay

đổi từ 2,31 15,74m, trung bình là 7,38m Vỉa 14 có từ 0 4 lớp kẹp, các lớp

kẹp có chiều dày 0,2 2,13m, trung bình là 0,92m

Vỉa 14 là vỉa có độ dốc biến thiên đáng kể Phần phía Tây vỉa có độ dốc

từ 30 350 Phía cực Đông và đáy động tụ vỉa rất thoải độ dốc vỉa từ 20

300, khu vực trung tâm từ tuyến IV đến tuyến IVA

(mức +50 lên lộ vỉa ) có độ dốc thay đổi từ 45 650 Trong kỳ kế hoạch khai thác năm 2000 2002, Xí

nghiêp than Cao Thắng tiến hành đào lò mức +50 lên lộ vỉa ở khu II và nhận

thấy rằng vỉa rất dốc ( > 450) và chiều dày vỉa biến động từ 5 8,5m Tại các

đoạn cục bộ độ dốc của vỉa lên đến 750

2.2 Lựa chọn công nghệ

Để tiến hành khai thác Khu Cao Thắng đã tiến hành đào lò chuẩn bị

theo hệ thống khai thác khấu buồng thượng Tuy nhiên cách chuẩn bị trên đã

không được các cấp có thẩm quyền phê duyệt do tính nguy hiểm tiềm ẩn của

hệ thống Nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất, Khu Cao Thắng đã áp dụng công

nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng - sử dụng giá thuỷ lực di động do Viện

khoa học Công nghệ mỏ đề xuất và nghiên cứu và kết quả thu được khá khả quan