Nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm giảm hệ số bóc cho mỏ than tây nam đá mài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT VŨ ĐỨC TUÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ NHẰM GIẢM HỆ SỐ BĨC CHO MỎ THAN TÂY NAM ĐÁ MÀI CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC MỎ MÃ SỐ: 60.53.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Vũ Đình Hiếu Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi, hướng dẫn TS Vũ Đình Hiếu Các số liệu tổng hợp, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác TÁC GIẢ Vũ Đức Tuân MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG KHAI THÁC CỦA MỎ TÂY NAM ĐÁ MÀI – CÔNG TY CỔ PHẦN TÂY NAM ĐÁ MÀI 1.1.Vị trí địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Địa hình, sơng suối 1.1.3 Khí hậu 1.1.4 Đặc điểm kinh tế xã hội 1.2 Cơng tác nghiên cứu địa chất, thăm dị 1.3 Cấu trúc địa chất 1.3.1 Địa tầng 1.3.2 Kiến tạo 1.4 Đặc điểm cấu tạo vỉa than 10 1.5 Chất lượng than 12 1.5.1 Đặc tính vật lý, thạch học than 12 1.5.2 Đặc tính kỹ thuật 12 1.6 Đặc điểm địa chất thủy văn địa chất cơng trình 15 1.6.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 15 1.6.2 Đặc điểm địa chất cơng trình 21 1.7 Trữ lượng than địa chất 24 1.7.1 Tài liệu sở tính trữ lượng 24 1.7.2 Ranh giới tính trữ lượng 24 1.7.3 Chỉ tiêu tính trữ lượng 25 1.7.4 Phương pháp tính trữ lượng 25 1.7.5 Kết tính trữ lượng 25 1.7.5.1 Phương án I: đáy mỏ mức -100m 26 1.7.5.2 Phương án II: đáy ỏ mức -150m 26 Chương CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ SỐ BÓC CỦA MỎ 31 2.1 Các yếu tố tự nhiên 31 2.1.1 Ảnh hưởng yếu tố nằm 31 2.1.2 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên 31 2.1.3 Ảnh hưởng tính chất lý đá đến thơng số HTKT hệ số bóc mỏ 33 2.2 Ảnh hưởng hệ thống khai thác đến hệ số bóc mỏ 35 2.2.1 Chiều cao tầng khai thác (h) 35 2.2.2 Chiều rộng mặt tầng công tác (Bmin) 37 2.2.3 Chiều rộng dải khấu (A) 39 2.2.4 Góc nghiêng bờ cơng tác () 40 2.3 Ảnh hưởng đồng thiết bị đến hệ số bóc mỏ 44 2.3.1 Nguyên tắc lựa chọn ĐBTB khai thác mỏ 44 2.3.2 Nghiên cứu, xác định phạm vi làm việc hợp lý thiết bị khai thác 46 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP NHẰM GIẢM HỆ SỐ BÓC CHO MỎ THAN TÂY NAM ĐÁ MÀI 59 3.1 Phương hướng phát triển Công ty cổ phần than Tây Nam Đá Mài – Vinacomin 59 3.1.1 Tình hình chung toàn ngành 59 3.1.2 Phương hướng phát triển Tây Nam Đá Mài 60 3.1.3 Đánh giá chung 61 3.2 Các giải pháp hệ thống khai thác 61 3.2.1 Hiện trạng hệ thống khai thác thông số hệ thống khái thác 61 3.2.2 Lựa chọn HTKT hợp lý nhằm giảm hệ số bóc cho mỏ 61 3.2.3 So sánh việc lựa chọn HTKT 66 3.3 Các giải pháp đồng thiết bị 67 3.3.1 Hiện trạng đồng thiết bị 67 3.3.2 Lựa chọn đồng thiết bị hợp lý nhằm giảm hệ số bóc cho mỏ than Tây Nam Đá Mài 71 3.4 So sánh hai phương án 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐBTB: Đồng thiết bị ĐCCT: Địa chất cơng trình HĐQT: Hội đồng Quản trị HTKT: Hệ thống khai thác MXTLGN: Máy xúc thủy lực gàu ngược TDSB: Thăm dò sơ TDTM: Thăm dò tỉ mỷ DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Tọa độ ranh giới Mỏ Tây Nam Đá Mài 11 Bảng 1.2: Thống kê đặc điểm vỉa than 20 Bảng 1.3: Kết tính độ tro trung bình (AkTB) hàng hóa (AkHH) 21 Bảng 1.4: Lưu lượng nước chảy vào mỏ phương án -150 29 Bảng 1.5: Lưu lượng nước chảy vào mỏ phương án -200 30 Bảng 1.6: Tổng hợp tiêu lý đá 31 Bảng 1.7: Bảng tổng hợp kết tiêu lý vách vỉa than 33 Bảng 1.8: Bảng tổng hợp kết tiêu lý trụ vỉa than 34 Bảng 1.9: Trữ lượng theo phương án I 36 Bảng 1.10: Trữ lượng theo phương án II 36 Bảng 1.11: Trữ lượng theo phương án III 37 Bảng 1.12: Tổng hợp trữ lượng ranh giới khai trường tính theo tầng Phương án I- Đáy -100 Bảng 1.13: Tổng hợp trữ lượng ranh giới khai trường tính theo tầng Phương án II- Đáy -150 Bảng1.14: Tổng hợp trữ lượng ranh giới khai trường tính theo tầngphương án III- Đáy -200 38 39 40 Bảng 2.1: Chiều rộng đống đá phụ thuộc vào chiều cao tầng 50 Bảng 2.2: Chiều rộng đống đá phụ thuộc vào chiều rộng dải khấu 51 Bảng 2.3: Chiều rộng dải khấu phụ thuộc vào bán kính xúc máy xúc 52 Bảng 2.4: Góc nghiêng bờ công tác phụ thuộc vào chiều rộng mặt tầng 55 Bảng 2.5: Góc nghiêng bờ cơng tác phụ thuộc vào chiều cao tầng 55 Bảng 6: Quan hệ đường kính lỗ khoan theo độ tạo khối 60 Bảng 2.7: Sự phối hợp hợp lý kiểu máy xúc máy khoan 61 Bảng 2.8: Sự phối hợp hợp lý kiểu máy xúc máy khoan theo mức độ phân cấp đất đá 62 Bảng 2.9: Lựa chọn máy khoan theo yếu tố kỹ thuật máy khoan 64 Bảng 3.1: Sản lượng Tây Nam Đá Mài 75 Bảng 3.2: Chiều cao tầng phụ thuộc vào đường kính lỗ khoan 77 Bảng 3.3: Chiều rộng dải khấu theo điều kiện nổ mìn 78 Bảng 4: Bmin phụ thuộc chiều rộng đống đá nổ mìn dải vận tải 79 Bảng 5: Các thông số HTKT phương án 81 Bang 3.6: thông số kỹ thật Xe Komatsu HD 325-6 86 Bảng 3.7: Dung tích gàu xúc hợp lý với thông số tuyến công tác 89 Bảng 3.8: Bảng thông số kỹ thuật MXTLGN Komatsu PC – 1250 – 8R 90 Bảng 3.9: Quan hệ tỷ lệ Vo/E hợp lý với dung tích gàu xúc 92 Bảng 3.10: Giá trị Vo qo ô tô với dung tích gàu xúc theo cự ly vận tải 92 Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật Xe ô tô komatsu 465 93 Bảng 3.12: Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào chiều cao tầng 95 Bảng 3.13: Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào dung tích gàu xúc 96 Bảng 3.14: thông số kỹ thuật máy khoan DML 97 Bang 3.15 Tổng hợp thiết bị phương án 100 Bảng 3.16: bảng tổng hợp tiêu kinh tế kỹ thuật 102 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1: Sơ đồ xúc mức máy đứng 68 Hình 2.2: Sơ đồ xúc hỗn hợp 69 Hình 2.3: Sơ đồ xúc than phân lớp 70 Hình 3.1: Chiều rộng mặt tầng cơng tác 79 Hình 3.2: Mặt cát ngang vỉa 82 Hình 3.3: Máy khoan Tam Rock CHA 1100 83 Hình 3.4: Máy xúc HITACHI 870 84 Hình 3.5: Xe ơtơ Komatsu 325- 85 Hình 3.6: Máy xúc komatsu PC 1250-8R 90 Hình 3.7: Xe tơ komatsu HD465 93 Hình 3.8: Mối quan hệ đường kính lỗ khoan kích cỡ hạt đá 96 Hình 3.9: Máy khoan DML d230 97 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài - Mỏ Tây Nam Đá Mài thuộc khống sản Khe Chàm nằm địa phận phường Mơng Dương, Thành phố Cẩm Phả, Tỉnh Quảng Ninh, nằm cách thành phố Cẩm Phả khoảng 5km phía bắc nằm bên trái đường quốc lộ 18A từ Hạ Long Mông Dương.Theo định số 833/QĐHĐTV ngày 17/4/2012 V/v:giao ranh giới mỏ để công ty cổ phần than Tây Nam Đá mài – Vinacomin tổ chức khai thác lộ thiên cánh tây tuyến thăm dò IX khu Tây Nam Đá Mài đến -200m - Theo công suất thiết kế mỏ : Than từ 000 000 tấn/năm đến 000 000 tấn/năm Đất đá bóc 27 000 000 m3/năm đến 48 000 000 m3/năm - Trong điều kiện kinh tế kho khăn việc nâng cao hiệu khai thác,tiết kiệm tối đa chi phí điều kiện cần thiết doanh nghiệp - Từ nhu cầu cấp thiết việc tăng sản lượng mỏ giảm giảm hệ số bóc cách tối đa tăng hiệu kinh tế cho toàn mỏ than Tây Nam Đá Mài tương lai, tác giả lựa chọn đề tài “Giảm hệ số bóc cho tồn mỏ đáp ứng nhu cầu tăng sản lựơng cho mỏ than Tây Nam Đá Mài.” Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu đánh giá đặc điểm địa chất mo - Đề xuất cac thông số khai thác,công nghệ hợp lý nhằm tăng hiệu khai thác - Đề xuất áp dụng đề tài vào kế hoạch khai thác mỏ Tây Nam Đá Mài thời gian tới Đối tuợng nghiên cứu - Khu mỏ Tây Nam Đá Mài thuộc Công ty cổ phần than Tây Nam Đá Mài- Vinacomin Phạm vi nội dung - Nghiên cứu,đề xuất công nghệ khai thác hợp lý nhằm giảm hệ số bóc cho tồn mỏ đáp ứng nhu cầu tăng sản lựơng cho mỏ than Tây Nam Đá Mài Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập tài liệu - Phương pháp khảo sát điều kiện địa chất - Phương pháp thơng kê phân tích kết - Phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 ý nghĩa khoa học - Làm sở lý luận nghiên cứu,đề xuất công nghệ khai thác hợp lý nhằm giảm hệ số bóc cho tồn mỏ đáp ứng nhu cầu tăng sản lựơng cho mỏ 6.2 ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu luận văn sở đề xuất phương án khai thác hợp lý phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật, công nghệ mỏ Tây Nam Đá Mài Cấu trúc luận văn - Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương, phần kết luận trình bầy 88 trang với 12 hình vẽ, 39 bảng 75 Bảng 3.8: Bảng thông số kỹ thuật MXTLGN Komatsu PC – 1250 – 8R TT Tên thơng số Tiêu chuẩn kỹ thuật Dung tích gầu 6,7 m3 Loại gầu xúc Gầu gia cường đặc biệt, dung xúc đá, có Chiều sâu đào tối đa 7900 mm Chiều cao đổ tải tối thiểu 8450 mm Tầm với đào cao tối thiểu 14070 mm Chiều rộng xích 1000 mm Lực đào lớn gầu xúc 502 KN Khả leo dốc tối đa 70 %, độ Tốc độ di chuyển lớn 3,2 km/h Động Komatsu SA6D170E-5, động Diezel kỳ, làm mát nước phun nhiên 10 Động liệu trực tiếp, làm mát sau Động đồng hãng chế tạo thiết bị Komatsu, có tubơ tang áp Cabin kín, điều hịa nhiệt độ, kết cấu chống ồn, chống rung, chống đá văng, 11 Cabin ghế ngồi điều chỉnh nhiều vị trí, trang bị radio, thiết bị cứu hỏa, hệ thống kiểm tra mã lỗi b Chọn thiết bị vận tải Sự phối hợp máy xúc ô tô lựa chọn sở tỷ số dung tích gàu xúc máy (E) dung tích thùng xe (Vo) khối lượng đất đá gàu E.Kx. tải trọng ô tô q Khi đất đá cứng phá vỡ tỷ số Vo/E không nhỏ Trên thực tế: Vo/E = 4÷6 khoảng cách vận tải tơ L=1÷1,5 km Vo/E = 6÷10 khoảng cách vận tải ô tô L < km Vo/E = 8÷12 khoảng cách vận tải tơ L=7÷8 km 76 Điều giải thích tính hợp lý việc giảm chết tơ có tải trọng lớn chờ nhận tải Bảng 3.9: Quan hệ tỷ lệ Vo/E hợp lý với dung tích gàu xúc Dung tích gàu xúc Khoảng cách vận tải, km E, m3 1÷2 3÷4 5÷6 7÷8 5,2 6,2 7,6 9,6 4,7 5,7 7,3 9,3 10 4,7 5,7 7,3 9,3 12 4,3 5,3 6,8 8,7 15 4,3 5,3 6,8 8,7 Như vậy, với dung trọng đất đá vùng Quảng Ninh trung bình 2,6 t/m3 giá trị dung tích thùng xe ô tô (Vo) tải trọng xe (qo) phụ thuộc vào dung tích gàu xúc khoảng cách vận tải Bảng 3.10: Giá trị Vo qo ô tơ với dung tích gàu xúc theo cự ly vận tải Dung Khoảng cách vận tải, km tích gàu 1÷2 3÷4 5÷6 7÷8 xúc E, m3 Vo,m3 qo,tấn Vo,m3 qo,tấn Vo,m3 qo,tấn Vo,m3 qo,tấn 11 29 15 39 17 45 19 50 17 45 23 59 26 69 29 76 10 21 55 28 73 33 85 36 94 12 25 65 33 87 39 101 43 112 15 31 81 41 107 48 124 53 138 Nhận thấy Xe tơ Komatsu HD 465 đáp ứng điều kiện 77 Hình 3.7: Xe ô tô komatsu HD465 Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật Xe ô tô komatsu 465 Thông số kỹ thuật HD465-7R Động Số liệu SAA6D170E-5 Công suất động (kW/HP) (SAE) 533/715 Trọng tải xe (kg) 102600 Trọng tải (tấn) Dung tích thùng (SAE) (m3) Tốc độ tối đa (km/h) 58 34.2 70 78 c Khâu làm tơi đất đá Đối với mỏ lộ thiên lớn Việt Nam đất đá có độ cứng trung bình f = 7÷14, mức độ nứt nẻ chủ yếu cấp II, III chưa có điều tra tốc độ truyền âm đất đá, phù hợp sử dụng phương pháp làm tơi đá khoan nổ mìn Các yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn thiết bị khoan sau: - Phương pháp khoan: Cấu tạo, cấu trúc tính chất lý, mức dộ nứt nẻ, độ khó khoan đất đá cần khoan Điều kiện địa hình, đặc điểm ĐCTV khu vực cần khoan - Đường kính lỗ khoan theo yếu tố: Chiều cao tầng; sản lượng mỏ; dung tích gàu xúc - Chi phí máy giá thành khoan nổ m3 nhỏ đảm bảo sản lượng mỏ nâng cao suất cho khâu xúc bốc * Lựa chọn phương pháp khoan - Độ khó khoan, khó nổ đất đá mỏ Độ khó khoan Pk khó nổ (theo tiêu thuốc nổ chuẩn qc) đất đá mỏ V.V.Rjevski xác định theo biểu thức Pk  0,007( n   c )  0,7 qc  [0,1k n ( n   c   k )  4 ]1 / Trong đó: δn, δk: độ bền nén, kéo đất đá, kg/cm2;  c : độ bền cắt, kg/cm ; : khối lượng riêng đất đá, kg/cm3; Kn: hệ số ảnh hưởng mức độ nứt nẻ * Lựa chọn đường kính lỗ khoan - Đường kính lỗ khoan theo chiều cao tầng khai thác theo công thức (3.1) Kết tính tốn thể bảng 3.10 79 Bảng 3.12: Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào chiều cao tầng TT Chiều cao tầng, m Đường kính lỗ khoan, mm 12 120÷180 15 150÷225 17,5 175÷260 19 190÷285 20 200÷300 25 250÷375 - Đường kính lỗ khoan dung tích gàu xúc Đường kĩnh lỗ khoan dung tích gàu xúc quan hệ thơng qua tiêu kích thước cỡ hạt trung bình hợp lý cho máy xúc hoạt động có hiệu Đối với đất đá dễ nổ khó nổ vừa kích thước trung bình hợp lý cỡ hạt cỡ mìn theo dung tích gàu xúc tính theo công thức d th  (0,15  0,2)3 E , mm (3.5) Bảng 3.13: Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào dung tích gàu xúc TT Dung tích gàu xúc, Đường kính cỡ hạt Đường kính lỗ m3 trung bình, m khoan, mm 0,256÷0,342 120÷200 0,300÷0,400 170÷250 10 0,323÷0,421 175÷250 12 0,343÷0,458 200÷300 15 0,370÷0,493 240÷345 Giữa đường kính lỗ khoan kích cỡ trung bình đá nổ mìn biểu diễn quan hệ sau: 80 d, cm 160 120 80 60 3 100 200 300 dLK, mm Đường kính cỡ hạt lớn Đường kính cỡ hạt trung bình Hình 3.8: Mối quan hệ đường kính lỗ khoan kích cỡ hạt đá Qua thông số lựa chọn máy khoan DML đường kính 230 mm đáp ứng điều kiện 81 Hình 3.9: Máy khoan DML d230 Bảng 3.14: thông số kỹ thuật máy khoan DML TT Tên thông số Tiêu chuẩn kỹ thuật Xe mang hệ thống di chuyển - Kết cấu khung - Trọng tải định mức - Công suất hai động di chuyển - Áp suất xuống xích Khả lên dốc, xuống dốc Tháp khoan Khung thép hình hộp chữ nhật gia cường 45.360 kg 175 HP 0,725 bar 50%, (~260) 82 - Kết cấu tháp khoan Kết cấu ống thép chữ nhật theo tiêu chuẩn ASTM A500 GRB - Chiều cao tháp 12,3 m - Đường kính xilanh 140 mm Ống khoan (Cần khoan) - Chiều dài 9,1 m - Đường kính cần khoan 170÷194 mm - Số cần theo máy 04 cần Đầu khoan xoay - Dải tốc độ ÷ 100v/phút - Moomen xoắn tối đa 160 7.050 Nm v/phút - Động đầu xoay Hai động thủy lực - Bộ giảm tốc 15:1 - Trọng lượng đầu xoay - Thanh dẫn hướng dầu xoay - Kéo đầu xoay Bằng Nylatron, thay Kéo xuống cáp kéo lên xích Hệ thống dẫn tiến - Kiểu cấu Hai xilanh thủy lực - Tốc độ dẫn tiến 44,5 m/ph - Tốc độ kéo 62,5 m/ph - Lực kéo lùi lại 9.979 kg - Áp lực tối đa lên mũi khoan 27.217 kg - Thay đổi áp lực lên mũi khoan 1.179 kg Máy nén khí Có thể thay đổi từ ÷mức tối đa 83 - Kiểu Một cấp, trục vít ngâm dầu khơng đối xứng - Lưu lượng 34 m3/phút (tại 7,6bar) - Kiểu vòng bi Con lăn - Bơi trơn dầu khí nén Bơm dầu kiểu bánh Động dẫn động máy - Kiểu Diezel Turbo - Công suất động 525 HP 1800v/phút Khả khoan - Chiều sâu khoan lớn 54,9 m - Đường kính lỗ khoan 230 mm - Khả khoan đất đá cứng Khoan đất đá cứng f = 9÷13 10 Cabin Kín, cách âm (độ ồn