Nghiên cứu lựa chọn đồng bộ thiết bị hợp lý nhằm khai thác có hiệu quả các mỏ bauxit ở vùng quảng uyên và phục hoà cao bằng

1 Lê minh nam Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học mỏ - địa chất  Lê minh nam Nghiên cứu lựa chọn đồng thiết bị hợp lý nhằm khai thác có hiệu luận văn thạc sĩ kỹ thuật mỏ bauxit vùng quảng uyên phục hòa - cao luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà nội-2012 hà nội - 2012 Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học mỏ - địa chất  Lê minh nam Nghiên cứu lựa chọn đồng thiết bị hợp lý nhằm khai thác có hiệu mỏ bauxit vùng quảng uyên phục hòa - cao Chuyên ngành : Khai thác mỏ MÃ số : 60.53.05 luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ng-ời h-íng dÉn khoa häc TS: Ngun SÜ Héi Hµ Néi - 2012 LỜI CAM ĐOAN “ Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết luận án trung thực Kết cuối chưa công bố cơng trình khác” Hà Nội 3-2012 Người cam đoan MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, hình vẽ đồ thị Mở đầu Chƣơng Đặc điểm tự nhiên đặc điểm địa chất mỏ bauxite vùng Quảng Uyên Phục Hòa - Cao Bằng 10 1.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội 10 1.2 Đặc điểm cấu tạo địa chất vùng 15 1.3 Đặc điểm địa chất khoáng sản khu vực Quảng Uyên Phục Hòa 21 1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn địa chất cơng trình 31 1.5 Trữ lượng khu vực mỏ 32 Chƣơng Tổng quan trạng sử dụng xu hƣớng phát triển công nghệ, thiết bị mỏ lộ thiên Việt Nam 33 2.1 Tổng quan trạng khai thác, sử dụng công nghệ mỏ lộ thiên trạng khai thác, chế biến bauxit Việt Nam 33 2.1.1 Hiện trạng khai thác sử dụng công nghệ mỏ lộ thiên Việt Nam 33 2.1.2 Khai quát chung tình hình khai thác chế biến bauxit nước 38 2.2 Đánh giá chung trạng khai thác lộ thiên nước ta 41 2.3 Phương hướng phát triển công nghệ, thiết bị khai thác mỏ lộ thiên Việt Nam 43 2.3.1 Vấn đề lựa chọn đồng cho công nghệ 43 2.3.2 Công nghệ làm tơi đất đá 43 2.3.3 Công nghệ xúc bốc đất đá quặng 44 2.3.4 Công nghệ vận tải đất đá quặng 45 Chƣơng Nghiên cứu mối tƣơng quan ĐBTB với thông số HTKT công suất khai thác mỏ 46 3.1 Các nguyên tắc lựa chọn phân loại ĐBTB 46 3.1.1 Các nguyên tắc lựa chọn ĐBTB 46 3.1.2 Phân loại ĐBTB 47 3.1.3 Lựa chọn thiết bị khai thác 47 3.2 Mối tương quan ĐBTB với thông số HTKT 58 3.2.1 Chiều cao tầng (h) 58 3.2.2 Chiều rộng mặt tầng công tác 60 3.2.3 Chiều rộng dải khấu 61 3.2.4 Chiều dài tuyến công tác 62 3.2.5 Chiều dài block xúc 63 3.3 Mối quan hệ ĐBTB với công nghệ xúc bốc 65 Chƣơng Lựa chọn ĐBTB hợp lý đánh giá hiệu áp dụng cho mỏ bauxite vùng Quảng Uyên Phục Hòa 75 4.1 Đặc điểm tự nhiên kỹ thuật liên quan đến việc lựa chọn đồng thiết bị (ĐBTB) 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên đặc điểm địa chất 75 4.1.2 Chế độ làm việc công suất khai thác mỏ 75 4.1.3 Thông số hệ thống khai thác 76 4.1.4 Công nghệ khai thác 78 4.2 Lựa chọn đồng thiết bị hợp lý cho mỏ bauxite vùng Quảng Uyên Phục Hòa 82 4.2.1 Lựa chọn thiết bị làm tơi đất đá 83 4.2.2 Lựa chọn thiết bị xúc bốc 83 4.2.3 Lựa chọn thiết bị vận tải 84 4.2.4 Tính tốn sơ máy xúc tơ 85 4.2.5 Tính tốn giá thành khâu ĐBTB 87 Kết luận kiến nghị 91 Tài liệu tham khảo 96 DANH MỤC BẢNG Nội dung Trang Bảng 1.1 Trữ lượng mỏ 32 Bảng 2.1.Danh mục mỏ bauxit khai thác quy mô công nghiệp 38 Bảng 3.1 Các đặc tính kỹ thuật số loại xe tơ tự đổ có tải trọng từ 15-60 56 Bảng 3.2 Các đặc tính kỹ thuật số máy xúc tải có dung tích gầu E=1,6÷6,7 m3 giới 57 Bảng 3.3: Chiều cao tầng phụ thuộc vào khả xúc máy xúc 59 Bảng 3.4: Chiều rộng mặt tầng công tác phụ thuộc chiều rộng dải vận tải 60 Bảng 3.5: Chiều rộng dải khấu phụ thuộc vào bán kính xúc máy xúc 62 Bảng 3.6: Chiều dài luồng xúc phụ thuộc vào dung tích máy xúc 64 Bảng 3.7 Dung tích gàu xúc máy xúc cần thiết 68 Bảng 3.8 Dung tích gàu xúc máy xúc cần thiết phụ thuộc vào sản lượng đất bóc số nhóm tầng bờ cơng tác 70 Bảng 3.9 Dung tích gàu xúc máy xúc cần thiết phụ thuộc vào sản lượng đất bóc số nhóm tầng bờ công tác 71 Bảng 4.1: Các thông số hệ thống khai thác 82 Bảng 4.2 Dung tích gàu xúc máy xúc cần thiết phụ thuộc vào sản lượng đất bóc số nhóm tầng bờ công tác 85 Bảng 4.3 Giá trị Vo qo tơ vơi dung tích gàu xúc theo cự ly vận tải 86 Bảng 4.4 Tính tốn thông số cụm máy xúc- ô tô với khối lượng xúc bốc- vận chuyển : 650.000m3/năm 89 Bảng 4.5 Tính tốn thơng số cụm máy xúc- ô tô với khối lượng xúc bốc- vận chuyển : 987.000m3/năm 90 Bảng 4.6 Tính giá thành xúc bốc, vận tải 92 Bảng 4.7 Tính giá thành xúc bốc + vận tải với công suất 650.000 m3/năm 93 Bảng 4.8 Tính giá thành xúc bốc + vận tải với công suất 987.000 m3/năm 93 DANH MỤC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hình 3.1 Máy xúc tay gàu kéo cáp (MXTGC) 49 Hình 3.2: Máy xúc thuỷ lực (MXTL) 51 Hình 3.3: Quỹ đạo xúc MXTLGN (a) MXTLGT (b) 51 Hình 3-4: Máy xúc gàu treo 52 Hình 3.5 Hình ô tô 55 Hình 3.6: Đồ thị mối quan hệ chiều cao tầng với khả xúc máy xúc 59 Hình 3.7: Đồ thị quan hệ chiều rộng dải vận tải chiều rộng mặt tầng công tác 61 Hình 3.8: Biểu đồ phụ thuộc chiều rộng dải khấu vào bán kính máy xúc 62 Hình 3.9: Biểu đồ chiều dài luồng xúc phụ thuộc vào dung tích gầu máy xúc A = 20m, H = 15m 64 Hình 3.10 Các sơ đồ cơng nghệ xúc bốc đất đá theo phương thức khấu đuổi nhóm tầng 66 Hình 3.11 Sự phụ thuộc gàu xúc E vào chiều dài khu vực xúc: 69 Hình 3.12 Sự phụ thuộc dung tích gàu xúc E vào sản lượng đất đá Vn 70 Hình 3.13 Sự phụ thuộc dung tích gàu xúc E vào sản lượng đất đá Vn 71 Hình 3.14: Sơ đồ biểu diễn mối tương quan công suất thiết bị xúc bóc với quy mơ sản lượng mỏ 72 Hình 3.15: Sơ đồ biểu diễn mối tương quan công suất thiết bị khai thác với yếu tố kinh tế-kỹ thuật mỏ 73 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Cao Bằng khu vực có quặng bauxit lớn miền Bắc Việt Nam có chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu để chế biến tinh quặng bauxit đạt hàm lượng Al2O3 > 48%, hydroxit Nhôm, alumin sản phẩm chế biến từ bauxit khác phục vụ nhu cầu nước xuất Do cấu tạo địa chất, đặc thù thành tạo quặng bauxit khu vực chưa có công nghệ đồng thiết bị áp dụng phục vụ cho khai thác Đề tài nhằm giải nhu cầu để áp dụng khai thác tốt cho mỏ bauxit khu vực Quảng Uyên- Phục Hịa dạng mỏ tương tư Vì vậy, việc nghiên cứu khả để làm tăng hiệu công tác khai thác chế biến Nhằm đem lại hiệu kinh tế, tận thu hết tài nguyên khoáng sản Đề tài: “ Nguyên cứu lựa chọn Đồng thiết bị hợp lý nhằm khai thác có hiệu mỏ bauxit vùng Quảng Uuyên Phục Hòa- Cao Bằng” đặt giải nhằm góp phần đáp ứng yêu cầu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đông thiết bị mỏ bauxit Quảng Uyên Phục Hòa - Cao Bằng - Phạm vi nghiên cứu: nhóm mỏ bauxit khu vực huyện Quảng Uyên huyện Phục Hòa - Cao Bằng Mục đích + Nghiên cứu tính chất cấu tạo thành tạo khoáng sản + Nghiên cứu mối tương quan đồng thiết bị với yếu tố kinh tế-kỹ thuật mỏ Khả áp dụng đồng thiết bị hợp lý cho khống sản + Tính tốn khâu sản xuất dây chuyển cơng nghệ mỏ bauxit vùng Quảng Uyên Phục Hòa Tạo sở khoa học cho việc áp dụng Đồng thiết bị cho việc khai thác mỏ bauxit vùng Quảng Uyên Phục Hòa - Cao Bằng Nhiệm vụ nội dung nguyên cứu + Tổng hợp, phân tích điều kiện địa chất, địa hình khu vực, thời tiết, quy mô, sản lượng khu mỏ Để đưa giải pháp đồng thiết bị + Xác định, đề suất đồng thiết bị áp dụng cho loại khoáng sàng nghiên cứu + Nghiên cứu tính tốn đồng thiết bị phải chọn cho chi phí sản xuất nhất, hiệu kinh tế cao nhất, an toàn đảm bảo môi trường Kết cấu đồng thiết bị đơn giản tận dụng triệt để công suất đồng Phƣơng pháp nghiên cứu 5.1 Phƣơng pháp thống kê: Qua tài liệu nước để xác định sở khoa học cần thiết cho đề tài 5.2 Phƣơng pháp khảo sát: Khảo sát lấy số liệu mỏ bauxit có điều kiện địa chất địa hình tương tự, xử lý số liệu, đánh giá thực trạng, xác định điều kiện cụ thể để sử dụng đồng thiết bị phù hợp đạt hiệu kinh tế 5.3 Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích đánh giá lý thuyết ứng dụng kinh nghiệm xác định hiệu việc sử dụng thiết bị vận tải phù hợp với sản lượng khai thác bauxit dạng quặng tương tự mỏ khai thác đá giới, từ có giải pháp lựa chọn thiết bị vận tải phù hợp cho mỏ bauxit Việt Nam nói chung khu vực Quảng Un- Phục Hịa nói riêng 10 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học Luận văn góp phần xác lập việc áp dụng đồng thiết bị công tác khai thác cho dạng mỏ bauxit khu vực huyện Phục Hòa - Quảng Un mỏ bauxít có đặc tính địa chất, địa hình, cấu tạo tương tự địa bàn tỉnh Cao Bằng 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Là sở giúp cho đơn vị tư vấn chủ đầu tư tham khảo, áp dụng đồng thiết bị tiến hành đầu tư khai thác bauxit khu vực Phục HịaQuảng Un Góp phần vào việc nâng cao hiệu sản xuất, lợi ích kinh tế, đảm bảo an tồn mơi trường q trình khai thác Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận có độ dày khoảng 100 trang đánh máy vi tính, số vẽ, biểu bảng phụ lục kèm theo không kể mở đầu kết luận Với mong muốn đóng góp cơng sức thân vào nghiệp phát triển chung đất nước, với đề tài ” Nguyên cứu lựa chọn Đồng thiết bị hợp lý nhằm khai thác có hiệu mỏ bauxit vùng Quảng Uuyên Phục Hòa- Cao Bằng” tác giả nghiên cứu mỏ bauxít có đặc tính địa chất, địa hình, cấu tạo tương tự địa bàn tỉnh Cao Bằng nói chung vùng Quảng Un Phục Hịa - Cao Bằng nói riêng Đồng thời phân tích, đánh giá, lựa chọn đồng thiết bị nhằm nâng cao hiệu kinh tế, kỹ thuật bảo vệ môi trường khu vực Quảng Uyên Phục Hòa Luận văn hồn thành nhờ giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Sĩ Hội, thầy cô giáo Bộ môn Khai thác Lộ thiên trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội bạn đồng nghiệp cơng tác Cơng ty CP địa chất Khống sản công nghiệp Việt Nam 84 Bảng 4-1: Các thông số hệ thống khai thác TT Tên tiêu Đơn vị Kí hiệu Giá trị Chiều cao tầng công tác m h 8 Chiều rộng mặt tầng cơng tác tối thiểu m Bmin 28 Góc dốc sườn tầng cơng tác độ ct 55 Góc nghiêng sườn tầng kết thúc độ kt 45 Chiều rộng khoảnh khai thác m A 15 Chiều dài luồng xúc m Lx 300÷ 400 Chiều dài tuyến công tác m Lt 1200 4.1.4 Công nghệ khai thác Sơ đồ công nghệ khai thác mỏ sau: Dùng máy gạt gạt trực tiếp đất phủ vào bãi thải với khu vực có cự ly đổ thải ngắn cịn với khu vực có cự ly đổ thải dài dùng ôtô kết hợp với máy xúc; Khai thác quặng dùng máy gạt kết hợp máy xúc thuỷ lực bóc quặng lên ơtơ chở bãi chứa quặng đổ thẳng vào hố nhận nhà máy tuyển Khoảng cách từ khai trường khai thác đến nhà máy tuyển 1÷2km (Do kích thước khai trưởng mỏ lớn) Sau phát quang bề mặt, lớp đất trồng phía gạt gom xúc chở hoàn thổ block lân cận, đổ đống riêng chờ hoàn thổ Lớp đất phủ trực tiếp bề mặt thân quặng gạt xuống block phía khai thác xong (nếu phần sườn plato phía khai thác), gạt sang block bên cạnh khai thác xong (cùng phần đỉnh plato) Quặng máy xúc TLGN xúc trực tiếp lên ô tô chở xưởng tuyển Một số nơi chiều dày lớp quặng mỏng cần gạt gom thành đống tăng suất cho máy xúc xúc lên ô tô + Ở vị trí có quặng kết tảng cứng, khơng thể gạt xúc trực tiếp, tiến hành làm tơi sơ máy gạt có lắp lưỡi cày đá, đập 85 đầu đập thuỷ lực Sau làm tơi quặng xúc máy xúc TLGN lên ôtô vận chuyển trạm đập nhà máy tuyển Cơng tác hồn thổ tiến hành theo ngun tắc: Block sau khai thác hết quặng, đổ phần đất phủ trực tiếp bề mặt thân quặng vào (gạt đổ ô tô vào), san gạt tạo độ dốc thích hợp với bề mặt địa hình xung quanh Tiếp rải lớp đất trồng lên 4.2 Lựa chọn đồng thiết bị hợp lý cho mỏ bauxit vùng Quảng Uyên Phục Hòa Với công nghệ khai thác lựa chọn trên, đề án tập trung vào giải vấn đề lựa chọn mơ hình đồng thiết bị: máy xúc tơ Theo viện sỹ V.V.Rjevxki, trình tự tiến hành lựa chọn thiết bị đồng sau: Chọn kiểu máy xúc, phương pháp phá vỡ đất đá Khi biết dung tích gàu xúc E máy xúc khoảng cách vận tải L, tiến hành chọn dung tích thùng tơ hợp lý Vo Khi biết dung tích thùng ô tô, khối lượng riêng đất đá γ, hệ số xúc đầy gầu Kxđ hệ số nở rời Kr đất đá gàu xúc thùng xe ô tô, tiến hành tính trọng tải ô tô sau chọn kiểu tơ Tính chọn số lượng máy xúc làm việc phù hợp với công suất mỏ suất máy xúc Tính tốn số lượng ô tô phục vụ cho máy xúc phù hợp với khoảng cách vận tải Sau lựa chọn mơ hình đồng phù hợp với công suất khai thác mỏ thông số hệ thống khai thác Đề án tiến hành lựa chọn mơ hình đồng phù hợp tiêu chí là:‎“Yếu tố kinh tế”‎mơ‎ hình đồng có chi phí khai thác 1m3 đất đá nhỏ lựa chọn 4.2.1 Lựa chọn thiết bị làm tơi đất đá Như trình bày đất đá khu vực nghiên cứu thuộc dạng sa khoáng deluvi mềm yếu, khơng phải khoan nổ mìn mà xúc trực tiếp 86 máy xúc Nên đề án không cần thiết phải lựa chọn thiết bị để làm tơi đất đá 4.2.2 Lựa chọn thiết bị xúc bốc Trong khu vực nghiên cứu, địa hình thuộc dạng thung lũng đồi thoải, nên số tầng công tác chủ yếu tầng cơng tác, nhiều tầng công tác Do vậy, ta lựa chọn công nghệ xúc cho khu vực nghiên cứu là: Trong nhóm tầng bố trí máy xúc làm việc Trên sở phân tích đánh giá mối tương quan ĐBTB (chủ yếu máy xúc) với yếu tố kinh tế - kỹ thuật chương ta xác định dung tích gàu xúc thiết bị xúc bốc theo cơng thức: E Vn t x kr ,m 3600.T .k xd (4.7) Trong đó: E – Dung tích gàu xúc kxd – Hệ số xúc đầy gầu; kr – Hệ số nở rời đất đá; tx – Thời gian chu kỳ xúc; T – Thời gian làm việc năm η – Hệ số sử dụng thời gian Vn- Sản lượng đất đá bóc Từ cơng thức (4.7) tính E theo trường hợp khu vực mỏ có sản lượng đất bóc số nhóm tầng khác trình bày bảng (4.2) 87 Bảng 4.2 Dung tích gàu xúc máy xúc cần thiết phụ thuộc vào sản lượng đất bóc số nhóm tầng bờ cơng tác Số nhóm Sản lượng đất bóc Vn, 103m3/năm tầng 500 1000 1500 2,4 4,8 7,2 1,2 2,4 3,6 1,0 1,6 2,4 Với cơng suất xúc bốc mỏ là: 650.000 ÷987.000 m3/năm Máy xúc chọn có dung tích gàu E=1,6÷4,8 m3 4.2.3 Lựa chọn thiết bị vận tải Phương thức vận tải ôtô phù hợp với điều kiện đồi núi, kích thước khai trường chật hẹp mỏ lộ thiên vùng nghiên cứu cường độ khai thác vận tải ôtô lớn 1,52 lần phương thức vận tải khác; công nghệ vận tải ôtô linh hoạt, mềm dẻo Nhờ mà việc tăng sản lượng mỏ thuận lợi so với hình thức vận tải khác Quan hệ dung tích thùng ôtô (Vo) dung tích gàu xúc máy xúc (E) phụ thuộc vào khoảng cách vận tải (bảng 4-3) theo công thức kinh nghiệm: Vo  (4,5E  a)3 L , Trong đó: (4.8) E- Dung tích gàu xúc, m3 a- Hệ số phụ thuộc vào dung tích gàu máy xúc a=3 E≥4m3 a=2 E