Mỏ Maidenwell nằm trờn đường Brooklands gần Maidenwell, cỏch Kingaroy 29 km về phớa Nam và cỏch Maidenwell 10 km về phớa Tõy Bắc nước Úc. Mỏ được khai thỏc để phục vụ cả lĩnh vực cụng nghiệp và nụng nghiệp, cụ thể là trong nụng nghiệp sử dụng làm chất phụ gia cũn trong cụng nghiệp sử dụng như một chất điều hũa đất.
Mỏ diatomit Maidenwell ở Úc được khai thỏc bằng phương phỏp lộ thiờn, một lớp phủ trờn bề mặt lớp quặng được gom gạt và búc bỏ bằng mỏy gạt và mỏy xỳc, từ đú lớp quặng diatomit được lộ ra. Sau đú, sử dụng mỏy xỳc hoặc mỏy cạp để xỳc đưa về kho bói. Khi tỏch quặng ra khỏi tầng, thường khụng sử dụng thuốc nổ vỡ nú là một loại quặng mềm, dễ phỏ vỡ. Cụng tỏc vận tải tại mỏ được sử dụng vận tải bằng ụ tụ. Địa hỡnh khu mỏ tương đối bằng phẳng nờn việc vận chuyển quặng về kho chứa rất đơn giản và nhanh gọn.
Hỡnh 2.7. Vận tải quặng diatomit tại mỏ Maidenwell, Úc [11]
2.1.2. Cụng nghệ khai thỏc diatomit tại Việt Nam
Mỏ diatomit Hũa Lộc đó được tỡm kiếm thăm dũ và cú điều kiện địa chất thuận lợi nhất và trữ lượng tập trung nhất để khai thỏc và từ những năm 1990 đó được Bộ Tài nguyờn và Mụi trường cấp phộp khai thỏc dài hạn cho
Cụng ty Cổ phần Khoỏng sản Phỳ Yờn với tổng diện tớch 66 ha (hiện đơn vị chỉ cũn quản lý 11,6 ha). Mỏ đó được đưa vào khai thỏc một phần diện tớch từ nhiều năm trước đõy, mỏ sử dụng phương phỏp lộ thiờn với cụng nghệ khai thỏc chu yếu là thủ cụng kết hợp thiết bị cơ giới (thiết bị ụ tụ và mỏy xỳc), tuyển chọn bằng thủ cụng, sấy nghiền, đúng bao [1].
Cụng tỏc khai thỏc diatomit Hoà Lộc bắt đầu được tiến hành từ năm 1992. Sản lượng khai thỏc thời kỳ 1992ữ1997 trung bỡnh là 1.500 m3/năm đến 2.000 m3/năm. Theo thống kờ do đơn vị quản lý mỏ phối hợp cung cấp từ năm 1992 đến thỏng 6 năm 1998 Cụng ty CP khoỏng sản Phỳ Yờn đó khai thỏc được trờn 12.300 tấn diatomit, khối lượng đất bốc là 8.300 m3. Số lượng quặng khai thỏc hàng năm như bảng 2.2.
Bảng 2.2. Thống kờ sản lượng khai thỏc diatomit Phỳ Yờn [1]
STT Năm Sản lượng khai thỏc theo quý (m
3) Đất bốc I II III IV Tổng 1 1992 300 500 400 300 1500 900 2 1993 400 550 600 400 1950 1100 3 1994 350 600 500 300 1750 850 4 1995 400 500 600 400 1900 1200 5 1996 450 500 600 500 2050 1350 6 1997 400 600 500 500 2050 1400 7 6/1998 500 600 - - 110 1500
Giai đoạn từ 2008 đến năm 2016 Cụng ty Cổ phần khoỏng sản Phỳ Yờn đó đầu tư đưa thiết bị mỏy xỳc vào khai thỏc, vận chuyển bằng ụ tụ cú trọng tải nhỏ. Kết quả hoạt động khai thỏc quặng diatomit cụ thể sản lượng tổng hợp theo bảng 2.3.
Bảng 2.3. Bảng thống kờ sản lượng khai thỏc đến năm 2015 [1] STT Năm Sản lượng, tấn 1 Trước năm 2008 207.746 2 2011 2.175 3 2012 723 4 2013 2.803 5 2014 1.710 6 2015 2.343 Tổng 217.500
Kết quả cho thấy tỡnh hỡnh khai thỏc diatomit Hoà Lộc núi riờng, tỉnh Phỳ Yờn núi chung khụng ổn định và thấp, sản lượng diatomit khai thỏc hàng năm từ trước đến nay của cỏc mỏ khụng đỏng kể so với trữ lượng mỏ.
Ngoài hai đơn vị được cấp phộp nờu trờn, thời gian qua cũn nhiều tư nhõn và hộ gia đỡnh tham gia vào việc khai thỏc và chế biến trỏi phộp diatomit dưới nhiều hỡnh thức khỏc nhau.
Hỡnh 2.9. Xe mỳc cỡ lớn tại bói khai thỏc diatomit thuộc địa bàn huyện Tuy An, tỉnh Phỳ Yờn [12]
Tỡnh trạng khai thỏc và chế biến trỏi phộp này khụng những diễn ra tại tỉnh Phỳ Yờn mà cũn xảy ra tại 2 tỉnh cú khoỏng sản diatomit là Lõm Đồng và Kon Tum. Gõy ra nhiều hệ lụy khụng tốt và ảnh hưởng xấu đến đời sống xó hội và hủy hoại tài nguyờn và cảnh quan mụi trường.
2.2. Lựa chọn cụng nghệ khai thỏc quặng diatomit
2.2.1. Lựa chọn hệ thống khai thỏc
Hệ thống khai thỏc (HTKT) mỏ lộ thiờn là hệ thống cỏc cụng tỏc mỏ trong giới hạn một khai trường hoặc một khu vực mỏ. Hệ thống khai thỏc nhằm đảm bảo cho mỏ hoạt động được an toàn, hiệu quả, kinh tế, đảm bảo được sản lượng theo yờu cầu. Thu hồi tối đa cỏc tài nguyờn khoỏng sản, bảo vệ đất đai và mụi trường xung quanh.
Mỏ diatomit Hũa Lộc Phỳ Yờn thuộc nhúm mỏ đơn giản được cấu trỳc bởi gồm 3 thõn quặng dạng lớp, cú kớch thước lớn và trung bỡnh, thế nằm
tương đối ngang (4°ữ5°), phõn bố trờn nền địa hỡnh đồi nỳi thoải. Cấu trỳc địa chất đơn giản, hệ số chứa sột > 0,8; hệ số biến thiờn chiều dày và hàm lượng <0,4; chiều dày ổn định; hàm lượng thành phần cú ớch (SiO2) phõn bố đồng đều trong khu vực mỏ cú chứa thành phần sột rất kết dớnh và trơn trượt. Do vậy, khi tổ chức khai thỏc cỏc đơn vị quản lý mỏ thường gặp khú khăn khi đưa cỏc thiết bị cơ giới vào vận hành trong sản xuất do gặp hiện tượng lầy lội vào mựa mưa, thiết bị rất khú di chuyển và quỏ trỡnh sản xuất thường bị giỏn đoạn, khụng liờn tục và ổn định nờn sản lượng khai thỏc cỏc năm thấp chưa đỏp ứng nhu cầu thị trường. Vỡ vậy, việc cần lựa chọn giải phỏp cụng nghệ hợp lý cú hệ thống khai thỏc đơn giản, cú khả điều hũa được khối lượng cụng tỏc cụng tỏc mỏ, cụng tỏc chuẩn bị đường hào, mặt tầng khai thỏc phự hợp, cụng tỏc xỳc bốc và khả năng vận chuyển tập trung cú tớnh ổn định khụng phụ thuộc điều kiện thời tiết, yếu tố khú khăn lầy lội do tớnh ngậm nước của đặc điểm quặng diatomit.
Trờn cơ sở cỏc yếu tố đặc điểm địa chất nờu trờn, hệ thống khai thỏc được chọn là: Hệ thống khai thỏc dọc 1 hoặc 2 bờ cụng tỏc, bói thải ngồi.
2.2.2. Nghiờn cứu lựa chọn cỏc thụng số của hệ thống khai thỏc
2.2.2.1. Chiều cao tầng
Chiều cao tầng chọn theo thụng số làm việc của mỏy xỳc; với loại mỏy xỳc Komatsu PC600-8R, chiều cao tầng h = 10 m;
2.2.2.2. Chiều rộng đai vận chuyển và đai bảo vệ theo điều kiện kỹ
thuật
* Chiều rộng đai vận chuyển được tớnh theo cụng thức:
Bvc = Z + T + K, m (2.1) Trong đú:
+ Đối với lớp trầm tớch đệ tứ : Z1 = 3 m; + Đối với lớp đỏ bazan: Z2 = 2 m;
T - Chiều rộng vệt xe chạy, T = 3,5 m; K - Chiều rộng rónh thoỏt nước, K = 0,5 m; Thay số được :
+ Đối với lớp trầm tớch đệ tứ Bvc1 = 3 + 3,5 + 0,5 = 7 m; + Đối với lớp đỏ bazan: Bvc2 = 2 + 3,5 + 0,5 = 6 m; * Chiều rộng đai bảo vệ được tớnh theo cụng thức:
Bbv = Z + K , m (2.2)
+ Đối với lớp trầm tớch đệ tứ: Bbv1 = 3 + 0,5 = 3,5 m;
+ Đối với lớp đỏ bazan: Bbv2 = 2 + 0,5 = 2,5 m;
Kiểm tra theo điều kiện an toàn: Bbv ≥ .h
3
1 = 3,5 m, chọn lại Bbv = 4 m.
2.2.2.3. Gúc nghiờng sườn tầng, gúc nghiờng bờ cụng tỏc * Gúc nghiờng sườn tầng:
Căn cứ vào tớnh chất đất đỏ mỏ, chọn gúc nghiờng sườn tầng cho cỏc lớp đất đỏ như sau:
- Đối với lớp trầm tớch đệ tứ: α1 = 550; - Đối với lớp đỏ bazan: α2 = 650.
* Gúc nghiờng bờ cụng tỏc:
- Gúc nghiờng bờ cụng tỏc theo điều kiện địa chất:
dc γ = artan ( K tgϕ + h C . . γ λ ), độ (2.3) Trong đú: dc γ - Gúc nghiờng bờ moong, độ;
K - Hệ số an toàn (lấy K = 1,5);
λ - Hệ số mềm yếu của đất đỏ (lấy λ = 0,1);
ϕ - gúc ma sỏt trong tự nhiờn của lớp (kiến nghị lấy giỏ trị nhỏ nhất), ϕ
= 38°14’;
C - lực dớnh kết tự nhiờn của lớp (kiến nghị lấy giỏ trị nhỏ nhất), C = 122 t/m2;
γ - khối lượng thể tớch tự nhiờn, γ = 2,72 t/m3;
H - chiều cao bờ moong khai thỏc, H = 150 m (tớnh vị trớ sõu nhất của khai trường).
Thay số được gúc nghiờng bờ cụng tỏc tớnh theo điều kiện địa chất là 28°. - Gúc nghiờng bờ mỏ theo điều kiện kỹ thuật:
Gúc nghiờng bờ mỏ theo điều kiện kỹ thuật được tớnh theo cụng thức: tgγkt = ∑B +∑B +nhtgα h n bv vc . . . (2.4) Trong đú: n - Số tầng trờn bờ mỏ, tầng;
h - Chiều cao tầng khai thỏc, h = 10 m;
kt
γ - Gúc nghiờng bờ mỏ theo điều kiện kỹ thuật, độ; α - Gúc nghiờng sườn tầng khai thỏc, độ;
Bvc - Chiều rộng đai vận chuyển, m. Thay số được kết quả như trong bảng 2.4.
Bảng 2.4. Bảng tớnh gúc nghiờng bờ mỏ STT Cỏc thụng số chớnh Đơn vị Lớp trầm STT Cỏc thụng số chớnh Đơn vị Lớp trầm tớch đệ tứ Lớp đỏ bazan 1 Chiều cao tầng m 10 10 2 Số nhúm tầng khai thỏc tầng 4 10 3 Gúc nghiờng sườn tầng độ 55 65
4 Chiền rộng đai bảo vệ m 4 4
5 Chiều rộng đai vận chuyển m 7 6
6 Số đai vận chuyển đai 3 10
7 Số đai bảo vệ đai 3 10
8 Gúc nghiờng bờ cụng tỏc theo điều kiện
kỹ thuật độ 33,3 34,3
Như vậy, γdc< γkt, thiết kế tớnh toỏn cỏc thụng số hệ thống khai thỏc dựa trờn gúc nghiờng bờ mỏ theo điều kiện địa chất: γm =γdc = 28°.
2.2.2.4. Chiều rộng dải khấu
Chọn vị trớ mỏy đứng là vị trớ trung tõm luồng xỳc và sử dụng 1 luồng xỳc thỡ với đặc tớnh kỹ thuật của mỏy xỳc Komatsu PC600-8R (Bỏn kớnh xỳc lớn nhất Rxmax = 12,56 m, chiều rộng dải khấu được chọn như sau:
- Đối với lớp trầm tớch đệ tứ: A1,2 ≤ 1,7Rxmax = 21,35 m; - Đối với lớp đỏ bazan: Xột theo điều kiện nổ mỡn:
A3 = (n-1).b + WCT , m (2.5) Trong đú:
WCT - Đường cản chõn tầng, WCT = 2,7 m; n - Số hàng lỗ khoan, chọn n = 3 hàng. Vậy A3 = 8,5 m.
Từ 2 điều kiện trờn, chọn chiều rộng dải khấu A = 8,5ữ21,35 m.
2.2.2.5. Chiều rộng mặt tầng cụng tỏc
Bd = A + X + C1 + T + C2 + Z, m (2.6) Trong đú:
A - Chiều rộng dải khấu, A = 8,5 m (đối với lớp đỏ bazan) và 21,35 m (đối với lớp trầm tớch đệ tứ);
X - Chiều rộng của đống quặng (đất đỏ) bắn ra khỏi mộp tầng cũ, m
X = B - A, m (2.7)
B - Chiều rộng của đống quặng (đất đỏ) nổ mỡn khi khấu dải khấu, m B = Kv.Kn.Ki .h. qt + (n - 1).b, m (2.8) Kv - Hệ số bay xa của cục quặng (đất đỏ) sau khi nổ mỡn, Kv = 0,9; Kn - hệ số kể đến sự khú nổ của quặng (đất đỏ), Kn = 2,5;
Ki - hệ số kể đến gúc nghiờng của lỗ khoan so với mặt phẳng nằm ngang, Ki = 1 + 0,5sin( 90 - δ) = 1+ 0,5 sin(90 - 60) = 1,25;
qt - Chỉ tiờu thuốc nổ, qt = 0,42 kg/m3;
Vậy chiều rộng của đống quặng (đất đỏ) nổ mỡn khi khấu dải khấu là: B = 20 m.
Chiều rộng của đống quặng bắn ra khỏi mộp tầng cũ: X = 11,5 m; C1 - Khoảng cỏch an toàn tớnh từ mộp dưới của đống đỏ đến đường vận tải, C1 = 1,5 m;
C2 - Khoảng cỏch từ đường vận tải đến mộp lăng trụ trượt lở của tầng, C2 = 1,5 m;
Z - Chiều rộng đai an toàn, m;
- Đối với lớp trầm tớch đệ tứ α1 = 55°; Z1 = 3 m; - Đối với lớp đỏ bazan: α2 = 65°; Z2 = 2 m;
T - Chiều rộng vệt xe chạy, T = 3,5 m (với ụ tụ Huyndai 16 tấn); Vậy chiều rộng mặt tầng cụng tỏc đầu tiờn:
- Đối với lớp trầm tớch đệ tứ:
Bd = 21,35 + 1,5 + 3,5 + 1,5 + 3 = 30,85 m - Đối với lớp đỏ bazan:
Bd = 20 + 1,5 + 2,5 + 1,5 + 2 = 27,5 m
2.2.2.6. Chiều dài tuyến cụng tỏc mỏ
Ta cú chiều dài tuyến cụng tỏc thớch hợp là: L = 100ữ120 m
Qua nghiờn cứu, lựa chọn và tớnh toỏn, đề tài đó lựa chọn được cỏc thụng số hệ thống khai thỏc như trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Bảng cỏc thụng số hệ thống khai thỏc
TT Cỏc thụng số Ký hiệu vị tớnh Đơn Giỏ trị
1
Gúc nghiờng sườn tầng + Đối với lớp trầm tớch đệ tứ + Đối với đỏ bazan
α độ 55 65
2
Chiều cao tầng khai thỏc
+ Đối với quặng và lớp trầm tớch đệ tứ
+ Đối với đỏ bazan
HKT m 5
3
Chiều rộng dải khấu
+ Đối với lớp trầm tớch đệ tứ + Đối với đỏ bazan
A m 21,35
8,5
4
Chiều rộng mặt tầng cụng tỏc + Đối với lớp trầm tớch đệ tứ + Đối với đỏ bazan
Bd m 30,85
27,5
5 Chiều rộng đai bảo vệ m 4
6 Chiều rộng đai vận tải m 6ữ7
7 Chiều dài tuyến khai thỏc Lx m 50ữ100
Ghi chỳ:
1 - Gương mỏy xỳc; H- Chiều cao tầng khai thỏc; 2 - Mỏy xỳc thủy lực gầu ngược; h1- Chiều cao phõn tầng trờn; 3 - ễ tụ tự đổ;
h2- Chiều cao phõn tầng dưới; 4 - Nền tầng mỏy xỳc đứng; Bct- Chiều rộng mặt tầng cụng tỏc; 5 - Nền tầng mỏy xỳc chất tải; 6- Mỏy ủi.
Hỡnh 2.10. Sơ đồ cụng nghệ khai thỏc quặng diatomit lựa chọn
A-A 10.00 55° 5.00 0.24 1.00 B-B 55° 5.00 1.00 A A B 21.35 30.85 C C 21.35 30.85 C-C 10.00 55° 5.00 1.00 1.00 0.24
2.3. Cỏc giải phỏp cụng nghệ chớnh được chọn.
2.3.1. Cụng nghệ xỳc bốc
2.3.1.1. Những vấn đề chung về cụng nghệ xỳc bốc chọn lọc
Khõu xỳc bốc là một trong những khõu cụng nghệ chủ chốt ở mỏ, nú quyết định sản lượng hàng năm cũng như tỉ lệ tổn thất và làm nghốo trong mỏ. Ngày nay, ở cỏc mỏ quặng người ta thường dựng cụng nghệ xỳc bốc chọn lọc để giảm tỉ lệ tổn thất và làm nghốo quặng.
* Xỳc chọn lọc đơn giản
Xỳc chọn lọc đơn giản: Là kiểu xỳc lấy riờng từng loại quặng khỏc nhau theo tuyến tầng và chiều rộng mà khụng phõn theo chiều cao, xỳc chọn lọc đơn giản gồm 2 kiểu như sau:
- Xỳc theo khoảnh hẹp: Xỳc theo từng loại đất đỏ, quặng, chiều rộng mỗi khoảnh phụ thuộc vào chiều rộng nằm ngang từ loại quặng và đất đỏ. Năng suất mỏy xỳc giảm từ 17ữ22% so với xỳc khụng chọn lọc, phương phỏp xỳc này phải dựng phương phỏp nổ mỡn om. Để đạt được hiệu quả, tiến hành xỳc theo những thứ tự phự hợp với điều kiện của gương.
- Xỳc chọn lọc theo tuyến: Là lựa chọn xỳc cỏc khu vực cú kiểu quặng xỳc tỏch đất đỏ trước sau đú tiến hành xỳc quặng. Trong trường hợp này, năng suất mỏy xỳc giảm 35ữ40% so với xỳc khụng chọn lọc.
* Xỳc chọn lọc phức tạp
- Làm sụt lở cú điều khiển: Là tạo hố tiếp nhận ở gương sau đú làm sụt lở cú điều khiển cho quặng chảy vào hố tiếp nhận.
- Xỳc riờng: Xỳc riờng từng loại đất đỏ và quặng, thứ tự xỳc bốc quyết định phần lớn chất lượng quặng.
Sự kết hợp hài hũa giữa cỏc thiết bị xỳc bốc cú đặc tớnh cụng nghệ khỏc nhau và tớnh cơ động khỏc nhau trờn cựng một block cụng tỏc cho phộp hỡnh thành phương ỏn xỳc bốc khỏc nhau trong vựng tiếp xỳc phự hợp với điều
kiện địa chất mỏ từng block khai thỏc. Dấu hiệu để phõn biệt giữa cỏc phương phỏp xỳc bốc trong vựng tiếp xỳc là vị trớ tương đối giữa mặt gương cụng tỏc và mặt tiếp xỳc giữa đất đỏ và quặng (chỳng cú thể song song với nhau, cắt nhau hay một phần song song cũn phần kia theo chiều cao của tầng). Một trong những thụng số quan trọng dựng để hỡnh thành gương xỳc chọn lọc là chiều cao xỳc chọn lọc của mỏy xỳc (Hc). Nú phụ thuộc vào kiểu mỏy xỳc, cỏc thụng số làm việc của nú, vị trớ mỏy xỳc trong gương, phương phỏp xỳc và chất. Khi cỏc yếu tố này đó xỏc định thỡ chiều cao xỳc chọn lọc phụ thuộc