U 17t1 + 2Ĩt 2+ +u n7tn
6.3.2. Tình hình khai thác quặng
Xếp hàng về trữ lượng sắt sau Nga và các nước SNG (73,1 tỉ tấn) là Trung Quốc - 44 tỷ tấn, Braxin - 34 tỷ tấn, Canada - 26 tỷ tấn, Austrania - 21 tỷ tấn, Mỹ - 17 tỷ tấn, Ấn Độ - 13 tỷ tấn, Nam Phi - 9 tỷ tấn, Thụy Điển - 4,5 tỷ tấn, Pháp - 4 tỷ tấn....
Về sản lượng sắt, Nga và các nước SNG chiếm vị trí số 1 thế giới (454,6 triệu tấn/năm, năm 1990) với 100% là khai thác lộ thiên. Trong đó có 9 mỏ có sản lượng 10 triệu tấn/năm quặng sắt tiêu chuẩn.
Do chiều sâu mỏ lớn, cung độ vận chuyển xa, nên phần lớn các mỏ đều sử dụng hình thức vận tải liên hợp. Năm 1990, 24 mỏ sắt lộ thiên đã vận chuyển tới 89,3 triệu m3 đất đá. trong đó có tới 25% dùng hình thức vận tải liên tục, kết hợp với máy xúc roto để bóc đất đá mềm. Mỏ lớn nhất là mỏ Lêbêđinxki sản lượng quặng 43,65 triệu tấn/năm, đất bóc là 19,5 triệu m3/năm. Chiều sâu khai thác là 315m. Sau đó là mỏ Mikhailovxki - sản lượng quặng là 38,1 triệu tấn/năm và đất bóc là 26,5 triệu m3/năm. Mỏ Phương Nam thuộc Ucraina đứng thứ 3 về sản lượng - 35,6 triệu tấn/năm và đất bóc là 13,5 triệu m3/năm.
Các nước sản xuất quặng sắt lớn nhất, sau Nga là Trung Quốc, Braxin, Australia, Ản Độ, Canada, Mỹ, Nam Phi, Pháp, Liberia, Vênêduyêla, trong đó 85-98% là khai thác bằng phương pháp lộ thiên.
Các mỏ lộ thiên lớn của thế giới là Miltak - 60 triệu tấn/năm, Triemining- 30 triệu tấn/năm, Piter Michail - 28,8 triệu tấn/năm; Mibbing Tokonit - 28,7 triệu tấn/năm (Mỹ); Karchie - 45 triệu tấn/năm; Maunt Rait - 45 triệu tấn/năm (Canada); Kauer - 46 triệu tấn/năm; Puerto Ordaz - 14,2triệu tấn/năm (Vênêduyêla); Parabarđu - 40 triệu tấn/năm
về Mangan, bể quặng lớn nhất thế giới là Nikolovxki của Ucraina với các tầng quặng có chiều dày trung bình là 2 m, kéo dài 250km, trên chiều rộng gần 25 km dưới một tầng đất phủ dày 15-120m, trữ lượng tới 2,5 tỷ tấn. Tổng sản lượng các mỏ lộ thiên thuộc bể quặng này là 12,5 triệu tấn/năm.
Nga có khoảng 20 khống sàng mangan phân bố chủ yếu là vùng Sibêri dưới dạng quặng cácbônat chứa 26,5-27.7% Mn với trữ lượng đã được đánh giá là 100 triệu tấn.
Mangan còn được khai thác nhiều ở Pháp, Braxin, Australia, Ản Độ và Gana. Hầu hết mangan thế giới đều được khai thác bằng phương pháp lộ thiên với công nghệ không vận tải và một phần là vận tải, chỉ một ít trong số đó là phải dùng khoan- nổ mìn để làm tơi đất đá, cịn lại là xúc bóc bằng máy gầu treo, máy xúc rotor kết hợp công xôn băng tải.
Về crôm, Kadăctan là một trong những nước đứng đầu về trữ lượng (trên 330 triệu tấn) và sản lượng hàng năm (gần 2,5 triệu tấn/năm), đứng sau Nam Phi trữ lượng 3100 triệu tấn và Zimbabue - 1300 triệu tấn và trước các nước Trung Quốc - 250 triệu tấn, Ản Độ - 117 triệu tấn, Thổ Nhĩ Kỳ - 100 triệu tấn, Philipin 60 triệu tấn, Phần Lan - 50 triệu tấn, Irăc - 33 triệu tấn, Canada -16 triệu tấn và Braxin - 14,5 triệu tấn. Phần lớn các lớp khống sản crom đều có lớp đất phủ cứng nên phải làm tơi sơ bộ bằng khoan - nổ mìn và xúc bóc bằng máy xúc tay gàu. Một số ít cấu tạo dưới dạng sa khống thì được xúc bóc trực tiếp bằng máy xúc gầu treo hoặc dùng công nghệ khai thác sức nước.
về quặng nhơm, những nước có tiềm năng bauxit lớn là : Guinea (16 tỷ tấn), Australia (13,1 tỷ tấn), Brazil (4,4 tỷ tấn), Jamaika (4,5 tỷ tấn), sau đó là Ản Độ, Camơrun. Các nước có trữ lượng bauxit trung bình là : Mỹ, Na Uy, Iran, Tây ban nha, Italia, Canada,....Một số nước
có trữ lượng ngun liệu nhơm cũng khá lớn, nhưng không phải là bauxit như nefelin (natri aluminosilicatc- Na2O.2SiO2.Al2O3.2H2O), kianit (Al2SiO5), alunit (còn gọi là phèn chua - KAh(SO4)2 (OH)6 ),...về sản lượng bauxit hàng năm, dẫn đầu thế giới gồm có (số liệu năm 2004): Australia (56 triệu tấn), Brazil (18,5 tấn), Guinea (15,5 tấn), Trung Quốc (15,0 triệu tấn),....
Trữ lượng bauxit của Nga không lớn, chỉ vào khoảng 450 triệu tấn, do vậy ngồi bauxit, họ cịn dùng các loại quặng nefelin, đa khoáng nefelin-apatit và alunit làm nguyên liệu sản xuất nhôm. Các khống sản chứa nhơm lớn nhất của nước này tập trung ở phần lãnh thổ thuộc Châu Âu (tới 40% bauxit, 80% nefelin và 90% kianit) và ở Uran.
Trên 70% quặng đồng thế giới được khai thác bằng lộ thiên. Trữ lượng đồng thế giới tập trung nhiều ở Nam Mỹ và Trung Phi. Ở Nam Mỹ quặng đồng phân bố ở dọc bờ biển Thái Bình Dương trên chiều dài 4 ngàn km, có hàm lượng cao tới khoảng 0,4-3,5% Cu, phần được đánh giá là 309 triệu tấn, trong đó gần 82% nằm ở Chilê. Mỏ lớn nhất của Chilê là Chukikamata có sản lượng 3 triệu tấn/năm.
Ở Trung Phi, quặng đồng tập trung chủ yếu ở 2 nước Zambia và Zaia, trữ lượng ở đáy tới 145 triệu tấn, với hàm lượng 2,4-4-3,7% Cu. Các mỏ lộ thiên lớn nhất của Zambia là Chigola và Natranga, có sản lượng là 9 triệu tấn/năm và 5,7 triệu tấn/năm.
Ở Mỹ các mỏ đồng lộ thiên có sản lượng (triệu tấn/năm) lớn là Bingham - 39; Sierrita - 32; Berclie - 15,2 và Morensi - 18,7. Thụy Điển có mỏ Aitik, sản lượng 17,5 triệu tấn/năm. Nga có đồng ở Sibêri, ở Uran nhưng khơng nhiều. Udơbêkixtan có mỏ đồng Kalmakurxki sản lượng 19,86 triệu tấn/năm, mỏ Xaru -Treky sản lượng 3,6 triệu tấn,...
Các kim loại khác có các mỏ lộ thiên molipđen Soxrki (Nga) sản lượng 8,42 triệu tấn/năm, mỏ vônfram-molinđen Turưauxki( Nga) - 2,36 triệu tấn/năm, mỏ chì- kẽm Jairemxki (Nga) 1,86 triệu tấn/năm, mỏ kẽm Uch-Kulach - 1,35 triệu tấn/năm. Vơnfrram cịn có nhiều ở nước Canada, Mỹ, Australia, Trung Quốc, Chile....
Các số liệu về sản lượng vàng và kim cương không được công bố, trữ lượng vàng ở Nam Phi - 33 ngt; Mỹ - 8 ngt, Braxin - 3 ngt,... Kim cương có nhiều ở Nam Phi, Zair, Gana, Angơla, Namibia,... nói chung sản lượng khai thác kim cương ở Châu Phi hàng năm chiếm 95% sản lượng thế giới.
Phần lớn các mỏ quặng kim loại đen và mầu của thế giới đều có nguồn gốc thành tạo macma, có đất đá phủ cứng nên đều phải làm tơi sơ bộ bằng khoan - nổ mìn. xúc bóc bằng các loại máy xúc một gầu (loại tay gàu và thuỷ lực). Vận tải chủ yếu bằng ơ tơ (khoảng 80-85%), phần cịn lại là đường sắt. Băng tải chỉ được sử dụng một cách khiêm tốn ở một tỷ lệ khơng lớn. Các mỏ có nguồn gốc thành tạo sa khống dưới dạng aluvi, đêluvi thì sử dụng máy xúc gầu treo và máy xúc rotor để xúc bóc trực tiếp với cơng nghệ khai thác có hoặc khơng có vận tải.
6.4. Những bước tiếp cận ban đầu đối với phương tiện kỹ thuật hiên đại của các mỏ lộ thiên Việt Nam
Những chuyển biến mạnh mẽ về chất lượng, số lượng và quy mô trong ngành khai thác lộ thiên phải kể từ đầu những năm 90, khi mà chính sách mở cửa của nền kinh tế thị trường đã tạo cơ hội cho các doanh nghiệp mỏ tiếp cận với nền công nghiệp mỏ hiện đại của các nước phát triển.
Trên hầu hết các mỏ đá vôi thuộc công ty xi măng như Nghi Sơn, Hoàng thạch, Bỉm Sơn, Hoàng Mai, Bút Sơn, Hà Tiên, Sao Mai,... Đã xuất hiện những máy khoan lỗ mìn hiện đại như máy khoan đập - xoay có đầu đập thuỷ lực, đập đỉnh hoặc đập đáy, năng suất tới 60 m/h của hãng Atlas-Copco, Ingersoll-Rand, Tamrock, Fumkawa,... Búa thuỷ lực để đập đá quá cỡ thay vì cho nổ mìn cũng được sử dụng sử dụng rộng rãi trên nhiều mỏ. Chỉ riêng trong 2 năm 2001-2002, các mỏ than lộ thiên Quảng Ninh đã đầu tư mới 4 máy khoan đập - xoay, đầu
đập thuỷ lực, đường kính 127-152mm (PANTERA-1100 và PENTERA-1500) và 1 máy khoan thuỷ lực, đập đáy (TITON- 500), đường kính 165mm của hãng Tamrock, 1 máy khoan xoay cầu thuỷ lực đường kính 127-228 mm của hãng Ingersoll-Rand. Theo đánh gía chung của các nhà sử dụng thì các loại máy khoan này cơ động, có năng suất cao, giúp tạo ra cỡ hạt đất đá nổ mìn nhỏ và đều, tạo điều kiện để nâng cao năng suất cho thiết bị xúc bóc, khả năng tạo biên tốt, ít làm ảnh hưởng đến độ ổn định bờ mỏ.
Về chất nổ và vật liệu nổ thì ngay đầu năm 1990-1991 một số các mỏ vật liệu xây dựng và mỏ lộ thiên đã được làm quen với các loại thuốc nổ chống nước, thuốc nổ nhũ tương, thuốc nổ không độc hại (Powergel 2560, Powergel 2541, Energan 2640, Waterrgel TFD-15, WJ- 1989-90, ANFO,...) và các phương tiện nổ vi sai phi điện của Australia, Ản Độ, Trung Quốc, Thụy Điển và đã mang lại hiệu quả khả quan, nâng cao chất lượng đống đá nổ mìn, giảm thiểu các hiệu ứng về sóng chấn động, đá bay, khí và bụi nổ độc hại, an tồn trong vận chuyển, bảo quản và sử dụng, đơn giản trong thi công. Nhờ áp dụng cơng nghệ nổ mìn phi điện này mà mỏ đá Hoàng Thạch đã hạ thấp giá thành làm tơi 1m3 đá từ 5.491 đồng xuống còn 4.871 đồng, tức giảm 13,1% (số liệu 1997), tương tự mỏ than Hà Tu - giảm được 8%, Mỏ Đèo Nai - tỷ lệ đá quá cỡ giảm 5% xuống còn 3%, tỷ lệ phát mìn câm giảm từ 2% xuống 0%, suất phá đá của mét lỗ khoan tăng từ 33,48 m3/m lên 38,2 m3/m, mỏ Cao Sơn giảm tỷ tệ đá quá cỡ trung bình trong 5 năm (1993-1997) xuống cịn 2,47%.
Việc làm tơi đá bằng máy xới cũng đang được nhiều mỏ lộ thiên quan tâm. Theo kết quả thí nghiệm và đánh giá của ông J.S.Burdick nhà nghiên cứu chế tạo máy của hãng Caterpillar thì các mỏ sét và đá vơi của Cơng ty xi măng Bỉm Sơn có thể sử dụng máy xới D- 10N và D-11N để làm tơi đất đá thay cho nổ mìn. Mỏ than Núi Béo đã dùng máy xới D-10R tại tầng +96 Tây Vỉa 11 (năm 1998) với kết quả là giảm giá thành làm tơi lm3 đất đá còn 4.550 đồng bằng 96% so với khi làm tơi bằng phương pháp khoan - nổ mìn.
Trong những năm gần đây, việc làm tơi đất đá bằng máy xới thay cho công tác khoan nổ mìn truyền thống đã trở nên phổ biến. Việc sử dụng máy xới để chuẩn bị đất đá cho xúc bốc cho phép bóc chọn lọc có hiệu quả các vỉa quặng và lớp đất đá mỏng, giảm được tổn thất và làm bẩn KSCI trong quá trình khai thác, điều chỉnh tốt cỡ hạt của đất đá, loại trừ sóng chấn động tới bờ mỏ, nâng cao ổn định bờ mỏ, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất. Ngồi ra, khi làm tơi đất đá bằng máy xới còn làm tăng hiệu quả sử dụng của máy gạt, máy bốc và máy xúc. Máy xới làm việc có hiệu quả trong khai thác than, quặng phôtphorit, apatit, diệp thạch, cát kết, bột kết, đá vôi cứng vừa, đất đá nứt nẻ nhiều và có cấu tạo phân lớp.
Kinh nghiệm sử dụng cho thấy, hiệu quả làm tơi của máy xới phụ thuộc vào cơng suất máy, áp lực lên bánh xích máy xới, góc cắm của răng xới, độ bền và mức độ nứt nẻ của đất đá, thế nằm của lớp đá và hướng mặt lớp. Đối với đất đá có độ kiên cố nhỏ hoặc trung bình (f < 7 - 8), nứt nẻ mạnh từ cấp I-III với độ cứng âm học < 2000 m/s (đặc biệt là loại có độ cứng âm học dưới 1500 m/s) có thể sử dụng máy xới để làm tơi thay thế hồn tồn cơng tác khoan nổ mìn với giá thành rẻ hơn 50-60%.
Để xới loại đá cứng vừa, cần dùng máy xới có cơng suất lớn trên 200 kW, tới 400-500 kW. Lưỡi xới và bàn gạt được điều khiển bằng thuỷ lực. Máy xới được sử dụng phổ biến ở Nga, Đức, Mỹ, Nhật Bản,...Máy xới lớn nhất hiện nay là D-575A-3 có cơng suất 828 kW do hãng KOMATSU (Nhật Bản) chế tạo.
Máy xới làm tơi và vun đống đất đá, sau đó dùng máy bốc, máy xúc hoặc máy cạp đất xúc và chuyển tải ra bãi thải. Các yếu tố tự nhiên có ảnh hưởng tới khả năng xới của máy là độ rắn và sự nứt nẻ của nham thạch. Đá càng bền vững và càng ít nứt nẻ, càng địi hỏi máy có cơng suất lớn. Trước đây, máy xới chỉ có thể xới được nham thạch có tốc độ truyền âm trong khối dưới 2.300 m/s. Những thập niên qua máy xới ngày càng được hồn thiện với cơng suất ngày càng lớn, cho đến nay đã xới được những nham thạch có tốc độ truyền âm tới 3.800 m/s
(tốc độ truyền âm là một thông số vật lý tổng hợp của nham thạch - đá càng bền vững, càng ít nứt nẻ, tốc độ truyền âm càng lớn ).
Giữa tốc độ truyền âm của nham thạch và cơng suất động cơ của máy xới có mối quan hệ tương đối chặt chẽ (hệ số tương quan cao r = 0,93 ), được phản ánh trong công thức thống kê sau:
N = 0,19 Ve - 60 , kW
Trong đó Ve: Tốc độ truyền âm dọc của đất đá, m/s; (công thức thực nghiệm đúng trong giới hạn: 800 m/s <Ve<3500 m/s).
Mối tương quan giữa công suất động cơ trên máy xới với trọng lượng G (gồm cả bộ phận xới) của nó được biểu thị qua biểu thức:
G = 0,172N - 0,46 , tấn (với r = 0,98). (công thức này nghiệm đúng trong giới hạn: 223 kW<N<745 kW).
Như vậy máy xới cần có 2 thơng số cơ bản (cơng suất động cơ N và trọng lượng máy G) tương úng mới có thể xới được nham thạch với tính chất truyền ám (Ve) như trình bày ở bảng 6.4.
Bảng 6.4: Mối quan hệ giữa G, N với tốc độ truyền ám của đất đá
Các chỉ tiêu đơn vị Giá trị
T.độ truyền âm m/s 1200 1500 200 2500 300
c.suất động cơ kW 168 225 320 415 510
T.lượng máy tấn 28,4 38,2 54,6 70,9 87,3
Như vậy, khi đất đá có tốc độ truyền âm trên 2000 m/s thì các loại máy xới D- 9R, D- 10R, D-11R của Caterpillar hoặc D-275A, D-375A, D-475A. D- 575 A của Komatsu và các máy xới T-500,T-75-01 của Nga mới có thể xới được.
Công suất động cơ N không chỉ cho thấy khả năng xới các loại nham thạch với những tính chất kể trên mà cịn chỉ ra sản lượng có thể xới và vun đống trong inột năm (triệu tấn/năm) theo tiêu chuẩn chi phí quy đổi nhỏ nhất (Hình 6.1).
Ve , m / s
Hình 6.1. Sản lượng của máy xới phụ thuộc vào công suất máy N và tốc độ truyền âm Ve
Khâu xúc bóc ở nhiều mỏ lộ thiên khai thác vật liệu xây dựng, quặng các loại và than đã được đầu tư MXTLGN, MXTLGT, máy bốc bánh lốp để xúc bóc đất đá, quặng và than.
Trên các mỏ đá thường dùng MXTL và máy bốc bánh lốp dung tích gàu 3,2-5 m3, đặc biệt đối với các mỏ có cung độ vận tải ngắn dưới 1000 m thì máy bốc có thể đảm nhiệm ln chức năng xúc bóc và vận chuyển rất hiệu quả. Một số mỏ quặng như apatit Lào Cai, sắt Ngườm Cháng,... cũng đã đầu tư MXTLGN để tăng hiệu quả khai thác chọn lọc. Riêng các
mỏ than lộ thiên thuộc TKV trong 2 năm 2001-2002 đã đầu tư tới 24 MXTLGN có dung tích gầu 1,5-3,5 m3 và 2 MXTLGN dung tích gàu 5,2 m3 (CAT-5080B). Năm 2003 nhập thêm 4 MXTLGN dung tích gàu 4,5-7,5 m3. Các thiết bị này hoạt động với năng suất cao hơn hẳn so với máy xúc khác. Thí dụ năm 2002 ở mỏ Núi Béo năng suất xúc đất đá của chiếc CAT-365- BL (E=3,5 m3) là 1.096.138 m3 trong khi năng suất máy xúc EKG-5A (E=5 m3) là 639.508 m3. Ở Công ty Đông Bắc, năng suất của CAT-5090B (E=5,2 m3) đạt tới 3.200 m3/ca. Trong khi đó máy xúc EKG-5A chỉ đạt trung bình 1000 m3/ca. Ưu điểm cơ bản của MXTL là khả năng leo dốc cao, tới 35°, tốc độ di chuyển lớn, áp lực lên nền nhỏ (0,034 MPa) thời gian chu kỳ xúc nhỏ. Đặc biệt, đối với MXTLGN, có khả năng làm việc với gương dưới mức máy đứng, đã