PHỨC TẠP
Công tác mở vỉa quan hệ chặt chẽ trong thiết kế xây dựng tổng mặt bằng cơng nghiệp mỏ. Các cơng trình cơng nghiệp, phụ trợ và nhà cửa của mỏ có thể xây dựng tập trung hoặc phân tán ở nhiều vị trí khác nhau. Ngồi ra có thể có một số cơng trình xây dựng riêng lẻ ngồi phạm vi công nghiệp (trạm cung cấp nước, kho vật liệu nổ, các cơng trình sử lý mơi trường...). Tất cả các khu tập trung hay riêng lẻ đó được nối liền với mạng lưới giao thơng ngồi mỏ bằng một hệ thống đường sá và các cấu trúc công nghiệp. Bản vẽ phối hợp tất cả các khu vực cơng trình cơng nghiệp và hệ thống liên lạc giữa các cơng trình đó trên phạm vi khu mỏ được gọi là tổng mặt bằng công nghiệp mỏ khai thác vật liệu xây dựng.
Dựa vào tính chất phục vụ mà chia ra các loại cơng trình như sau:
-Cơng trình vận chuyển trên sân cơng nghiệp bao gồm:Hệ thống đường sắt (đường bộ, đường sắt, băng truyền...).
- Các cơng trình cung cấp năng lượng: Trạm xăng, điện... - Các cơng trình phục vụ sản xuất: Hệ thống điện, thông tin...
- Các khu vệ sinh công nghiệp và bảo vệ môi trường: Hố bùn lắng đọng, cống rãnh thốt nước.
- Khu hành chính văn phịng.
Nội dung của công tác mở vỉa nói chung và mở vỉa cho mỏ VLXD nói riêng là tạo nên hệ thống đường giao thông vận tải nối từ các điểm tiếp nhận trên mặt đất tới các tầng cơng tác (tầng bóc đá và tầng khai thác khống sản), đảm bảo việc vận chuyển khối lượng mỏ ra khỏi mỏ đến các trạm tiếp nhận và đưa các vật tư, thiết bị vào làm việc. Tuỳ theo điều kiện địa hình cụ thể mà có thể có các phương pháp mở vỉa khác nhau:Mở vỉa bằng hào; Mở vỉa khơng có hào; Mở vỉa bằng hầm lị; Mở vỉa bằng phương pháp hỗn hợp.
2.1.1. Các phương pháp mở vỉa chủ yếu được áp dụng cho các mỏ đá vôi làm nguyên liệu sản suất xi măng làm nguyên liệu sản suất xi măng
2.1.1.1. Mở vỉa bằng hào cơ bản, vận tải bằng ô tô
Các phương pháp mở vỉa cơ bản bằng hào cơ bản và vận tải bằng ôtô trên các mỏ đá vôi làm nguyên liệu sản xuất xi măng ở nước ta được trình bày trong bảng 2.1 đồng thời so sánh các thông số cơ bản.
Bảng 2.1. Mở vỉa bằng hào cơ bản vận tải bằng ô tô với điều kiện khác nhau
TT Tiêu chí so sánh Vỉa khai thác trên cao
Vỉa khai thác xuống sâu 1 Thiết diện hào Hình thang, tam giác Hình thang, tam giác 2 Độ dài Phụ thuộc vào độ cao
của núi
Phụ thuộc vào vị trí của vỉa so với mặt đất, góc cắm vỉa... 3 Rộng Phụ thuộc vào loại thiết bị và số làn xe chạy 4 Dốc dọc Trung bình 10 12%
(có tải xuống dốc)
Trung bình 6 8% (có tải lên dốc) 5 Thi cơng
Trong q trình thi cơng có thể tận thu được sản
phẩm
Khó thu hồi được sản phẩm có ích khi thi cơng 6 Nền đường Đào; đắp (tuy từng chỗ
theo địa hình) Chủ yếu là đào đường
2.1.1.2. Mở vỉa bằng máng trượt
Thường sử dụng cho các mỏ khai thác đá làm vật liệu xây dựng hoặc làm nguyên liệu sản xuất xi măng áp dụng HTKT theo lớp đứng hoặc lớp xiên xúc chuyển hoặc gạt chuyển.
2.1.1.3. Mở vỉa bằng hào dốc -Mở vỉa bằng hầm lò
Thường dùng cho các mỏ đá khai thác trên núi cao với địa hình phức tạp và độ dốc lớn.
2.1.1.4. Mở vỉa khơng có hào
Được sử dụng khi khai thác mỏ vật liệu ngậm nước hay nằm dưới nước và dùng máy xúc gầu treo.
2.1.1.5. Công tác đào hào và tổ chức đào hào
Nội dung của công tác tổ chức đào hào bao gồm: Chọn thiết bị đào hào và phương pháp đào hào, lập trình tự thi cơng tồn tuyến đường hào nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả công tác đào hào.
Đối với các mỏ đá khai thác trên cao (núi đá) thì cơng tác đào hào chủ yếu là làm đường và tạo mặt bằng khai thác đầu tiên khi mở tầng mới bắt đầu.
Đối với các mỏ khai thác xuống sâu thì cơng tác đào hào chủ yếu làm đường và đào hào chuẩn bị cho 1 tầng mới.
2.1.2. Tạo mặt bằng khai thác đầu tiên và xén chân tuyến khi mở vỉa
Việc bạt ngọn núi để tạo nên các tầng khai thác đầu tiên hầu như bắt buộc với các phương pháp khai thác khác nhau khi khai thác các mỏ vật liệu xây dựng ở sườn núi. Tiến hành bạt ngọn có thể bằng nhiều phương pháp: Nổ mìn lỗ nhỏ kết hợp với máy ủi, cắt tầng nhỏ khấu theo lớp đứng, nổ mìn buồng hoặc nổ mìn định hướng.
Đối với HTKT cắt tầng nhỏ khấu theo lớp đứng hoặc xúc chuyển qua sườn núi (qua máng) ngồi cơng tác bạt ngọn núi còn phải tiến hành xén chân tuyến và tạo ra mặt bằng tiếp nhận đá ở chân núi. Xén chân tuyến nhằm tạo ra độ dốc để đá tự lăn xuống chân núi, còn mặt bằng tiếp nhận đá làm nhiệm vụ tiếp nhận đá để máy xúc chuyển đá vào phương tiện vận tải.
2.1.3. Xác định khối lượng xây dựng cơ bản mỏ
Khối lượng XDCB mỏ bao gồm khối lượng các cơng trình mỏ được hoàn thành trong thời kỳ xây dựng mỏ (tính đến thời điểm đưa mỏ vào sản xuất), bao gồm các khối lượng: Đào hào cơ bản, đào hào chuẩn bị (hay tạo mặt bằng khai thác đầu tiên), xén chân tuyến và tạo mặt bằng tiếp nhận đá ở chân núi nếu có, và phát triển tầng đến vị trí đảm bảo đưa mỏ vào sản xuất.
2.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH NÚI CAO, PHỨC TẠP ẢNH TỚI CÔNG TÁC MỞ VỈA MỎ ĐÁ VÔI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
Đối với các mỏ đá vôi ở khu vực miền Bắc chủ yếu có địa hình núi hiểm trở (đỉnh núi có độ cao lớn, diện tích khu vực khai thác mỏ phức tạp có độ chênh cao địa hình lớn giữa các khu vực trong mỏ), cấu trúc địa chất phức tạp (phân bố chất lượng đá vôi khơng đồng đều). Trong khi đó, các mỏ đá vơi khu vực miền Nam có địa hình bằng phẳng, thân khống sàng đá chủ yếu nằm
dưới sâu.
Trong điều kiện mỏ đá có địa hình núi phức tạp như hình 2.1, thì có thể áp dụng nhiều phương án mở vỉa khác nhau để đảm bảo an toàn và yêu cầu sản lượng để cung cấp nguyên liệu sản xuất xi măng.
a)
b)
c)
Hình 2.1. Các dạng địa hình núi cao, phức tạp ảnh hưởng tới phương án mở vỉa
Bên cạnh các thơng số địa hình núi cao, phức tạp (độ cao, độ chênh cao, góc dốc sườn núi, số đỉnh núi trong khu mỏ) thì chất lượng đá vơi phân bố theo khu vực và độ cao cũng ảnh hưởng lớn tới phương án và hiệu quả kinh tế khi mở vỉa mỏ đá vôi làm nguyên liệu sản xuất xi măng. Trong một số trường hợp cụ thể, mỏ đá phải mở vỉa bằng lị bằng, giếng đứng như hình 2.2.
Hình 2.2. Phương án mở vỉa bằng lò bằng và giếng đứng trên mỏ đá Santa Augusta, Nice, CH Pháp
2.3. CHẤT LƯỢNG ĐÁ VÔI ẢNH HƯỞNG TỚI CÔNG TÁC MỞ VỈA MỎ ĐÁ VÔI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG MỎ ĐÁ VÔI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
2.3.1. Nguyên liệu đá cấp cho quá trình sản xuất xi măng
Tóm tắt q trình sản xuất xi măng có 4 giai đoạn sản xuất chính bao gồm: Khai thác nguyên liệu đá vôi từ mỏ đá; Trung hoà và phối trộn các ngun liệu khống khác như đá vơi, đá sét, silíc,...; Q trình nung hỗn hợp nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng là "clinker”; Nghiền clinker, đóng bao và phân phối cho thị trường.Quá trình sản xuất xi măng được biểu diễn trên hình 2.3.
- Giai đoạn 1: Khai thác nguyên liệu đá vôi từ mỏ đá. Xi măng sử dụng
các nguyên liệu thô gồm: Canxi, silic, sắt và nhơm. Những thành phần này có trong đá vơi, đất sét và cát. Xi măng có hỗn hợp cát và đất sét với tỉ lệ nhỏ. Trong cát và đất sét thì có thể đáp ứng nhu cầu về silic, sắt và nhôm. Nguyên liệu thô được tách chiết từ các núi đá vơi sau đó thơng qua băng chuyền được vận chuyển đến các Nhà máy. Ngoài ra cịn có rất nhiều ngun liệu thơ khác được sử dụng trong q trình sản xuất xi măng. Ví dụ như đá phiến, tro bay, vảy thép cán và bôxit những nguyên liệu thô này được mang lại từ nhiều nguồn khác nhau bởi vì lượng yêu cầu nhỏ. Trước khi vận chuyển đến nhà máy thì khối đá lớn được nghiền nhỏ ra và làm cho kích thước của đá tương đương với kích thước của các viên sỏi.
- Giai đoạn 2: Trung hoà và phối trộn các nguyên liệu khống. Ngun
liệu thơ từ quặng sẽ được chuyển đến phịng thí nghiệm của Nhà máy, ở đây sẽ giúp Nhà máy phân tích, phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vơi và đá sét trước khi bắt đầu nghiền. Theo tỉ lệ thơng thường thì 80% là đá vơi và 20% là đá sét. Sau đó nghiền hỗn hợp nhờ vào các con lăn quay và bàn xoay. Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp. Con lăn sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn và khi đó thì con lăn đã hồn thành nhiệm vụ. Hỗn hợp nguyên liệu thô sẽ được dự trữ trong đường ống sau khi đã nghiền hỗn hợp thành bột mịn.
Hình 2.3. Sơ đồ quá trình sản xuất xi măng - Giai đoạn 3: Quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu. - Giai đoạn 3: Quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu.
+ Trước khi nung: Sau khi được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu được đưa vào buồng trước khi nung. Buồng này chứa một chuỗi các buồng xốy trục đứng, ngun liệu thơ đi qua đây và vào trong lò nung. Buồng trước nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc làm này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho Nhà máy thân thiện với môi trường hơn.
+ Giai đoạn trong lị: Lị khá lớn và có thể xoay được và nó cũng được
coi là phần quan trọng nhất của quá trình sản xuất xi măng. Trong lị nhiệt độ có thể lên tới 14500C. Nhiệt độ này đạt được là bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là phản ứng khử cacbon và phản ứng này cịn thải ra khí CO2. Nhiệt độ cao
trong lò làm cho nguyên liệu nhão ra. Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 tạo ra thành phần chính trong xi măng (CaSiO3). Lò nhận nhiệt từ bên ngồi nhờ khí tự nhiên hoặc than đá. Khi nguyên liệu ở phần thấp nhất của lị nung thì nó sẽ hình thành lên sỉ khơ.
- Giai đoạn 4: Nghiền clinker, đóng bao và phân phối cho thị trường. + Làm mát và nghiền thành phẩm: Sau khi ra khỏi lò, sỉ sẽ được làm
mát nhờ vào khí cưỡng bức, sỉ sẽ tỏa ra lượng nhiệt hấp thụ được từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt mà sỉ tỏa ra sẽ được thu lại quay trở vào lò, việc làm này giúp tiết kiệm được năng lượng. Tiếp đến là giai đoạn nghiền hồn chỉnh, nó chính là các viên bi sắt, giúp nghiền bột mịn ra, và loại bột mịn mà chúng ta nhìn thấy và đang sử dụng chính là xi măng.
+ Đóng bao và vận chuyển: Sau khi nghiền thành bột chúng được đóng
bao với trọng lượng từ 20-40 kg/túi, sau đó chúng được đi phân phối tới các cửa hàng rồi đến tay người tiêu dùng.
2.3.2. Xác định hàm lượng và trữ lượng các nguyên liệu khoáng cho quá trình sản xuất xi măng trình sản xuất xi măng
Trên các mỏ đá vôi làm nguyên liệu sản xuất xi măng, chất lượng đá vôi khai thác ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng và quá trình sản xuất xi măng. Các khâu công nghệ khai thác đá vôi từ khâu khoan, nổ, xúc bốc, vận tải và đập nghiền đá cung cấp ngun liệu khống cho q trình sản xuất xi măng thì chất lượng đá vơi khơng thay đổi ở từng khu vực khai thác. Để đảm bảo chất lượng đá nguyên khai (các thành phần nguyên liệu khoáng) cần có kế hoạch khai thác hợp lý phục vụ sản xuất xi măng, đặc biệt là đá vơi thường có chất lượng thấp, hàm lượng thành phần hóa khơng ổn định, bị xen kẹp nhiều thấu kính đất đá phi nguyên liệu (đá vôi silic, đôlômit,…).
Chất lượng đá vôi được đánh giá thơng qua cơng tác thăm dị và lấy mẫu phân tích thành phần hố cơ bản 4 chỉ tiêu nguyên liệu khoáng (CaO, MgO, MKN (mất khi nung) và CKT (cặn khơng tan)) và hóa toàn phần 12 chỉ tiêu nguyên liệu khoáng (gồm CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, SO3, P2O5, Na2O5, K2O, Mn2O3, TiO2, MKN) được tiến hành dựa trên cơ sở đặc điểm thành phần đá, mức độ phong hố và chiều dày của lớp đất đá đó; cho nên chiều dài mẫu ln có sự thay đổi để phù hợp với điều kiện thực tế của mỏ.
Trên thực tế các mỏ đá vôi làm nguyên liệu sản xuất xi măng, hàm lượng các nguyên liệu phân bố không đều cả về chiều rộng và chiều sâu cho phép khai thác. Do đó, trong q trình khai thác cần xác định chính xác hàm lượng và trữ lượng trên từng khu vực khai thác, từng tầng khai thác để đáp ứng yêu cầu về chất lượng, sản lượng các nguyên liệu đầu vào của Nhà máy sản xuất xi măng.
2.3.3. Xác định hàm lượng và trữ lượng các nguyên liệu khoáng trên các khu vực khai thác khu vực khai thác
Cơng tác lấy mẫu phân tích thành phần hố cơ bản 4 chỉ tiêu (gồm CaO, MgO, MKN và CKT) và toàn phần 12 chỉ tiêu (gồm CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, SO3, P2O5, Na2O5, K2O, Mn2O3, TiO2, MKN) được tiến hành dựa trên cơ sở đặc điểm thành phần đá, mức độ phong hoá và chiều dày của lớp đất đá đó; cho nên chiều dài mẫu ln có sự thay đổi để phù hợp với điều kiện thực tế của mỏ. Vì vậy, để tăng độ chính xác, các giá trị hàm lượng trung bình sẽ được tính theo cơng thức trung bình gia quyền:
Trong đó: Ctb: Hàm lượng trung bình của cơng trình hoặc của các cơng trình, %; C1, C2,…, Cn: Hàm lượng của từng mẫu đơn trong một cơng trình hay hàm lượng của cơng trình trong khối tính trữ lượng, %; l1, l2,…, ln: Chiều dài của từng mẫu đơn trong một cơng trình hay chiều dài của từng cơng trình trong một khối tính trữ lượng, m; n: Tổng số mẫu đơn đạt chỉ tiêu tính trữ lượng trong một cơng trình hay tổng số cơng trình tham gia tính trữ lượng trong khối.
Hàm lượng trung bình các thành phần hoá cơ bản trong khối trữ lượng được tính theo phương pháp trung bình cộng hàm lượng của cơng trình mẫu mặt và khoan trong khối trữ lượng.Theo TCVN 6072:1996, nguyên liệu để sản xuất xi măng pc lăng - đá vơi phải thoả mãn quy định: Hàm lượng canxi cácbonat (CaCO3) không nhỏ hơn 85% và hàm lượng magiê cácbonat (MgCO3) không lớn hơn 5%. Trong đó hàm lượng canxi cácbonat (CaCO3) được tính chuyển từ hàm lượng canxi oxit (CaO) (xác định theo TCVN 141: 1986) nhân với hệ số
n n n n n tb ) l ... l l ( l C ... l C l C ( C 1 2 1 2 2 1 1 1
1,7857. Hàm lượng magiê cácbonat (MgCO3) được tính chuyển từ hàm lượng magie oxit (MgO) (xác định theo TCVN 141:1986) nhân với hệ số 2,10.Thông thường, trong sản xuất cần cân bằng lượng canxi cácbonat (CaCO3) và silíc oxit (SiO2) bởi vì chúng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng yêu cầu của quá trình sản xuất xi măng. Thực tế, để sản xuất 1 tấn clinker cho sản xuất xi măng thì cần khoảng 1,6 tấn các nguyên liệu khoáng chủ yếu như CaCO3, SiO2, Al2O3 và Fe2O3. Trong đó bao gồm 1,2-1,3 tấn CaCO3 và còn lại các nguyên liệu khoáng khác.
Trong phạm vi nghiên cứu này, mơ hình tối ưu được giới thiệu như cơng cụ lập kế hoạch khai thác ngắn hạn cho các mỏ đá vôi làm xi măng, đồng thời mô hình tập trung tính tốn cân bằng các đối tượng nguyên liệu khoáng và kiểm soát nguyên liệu đầu vào trên mỏ đá trong quá trình sản xuất xi măng.Căn cứ vào kế hoạch khai thác và phạm vi khai thác của mỏ ta xác định hàm lượng và trữ lượng các nguyên liệu khoáng khu vực khai thác trùng với diện tích khai thác từng năm của mỏ đã thiết kế. Trong diện tích khai thác đó hàm lượng tại mỗi vị trí cũng khác nhau. Để thuận tiện trong tính tốn ta chia diện tích khai thác của từng năm làm 3 khu vực khai thác, mỗi khu vực khai thác tương ứng với một gương khai thác. Theo kết quả phân tích các thơng số trong từng lỗ