Trong cơ chế thị trường với những cuộc đấu tranh nghiệt ngó về giỏ cả, buộc cỏc mỏ lộ thiờn phải thực hiện cỏc biện phỏp nõng cao chất lượng sản phẩm mỏ và giảm chi phớ sản xuất, cũng như giảm vốn đầu tư cơ bản bằng cỏch ỏp dụng cỏc giải phỏp mới trong kỹ thuật và cụng nghệ khai thỏc mà phương phỏp điều khiển thuộc tớnh cấu trỳc độ bền của đất đỏ búc là một trong những giải phỏp đú. Trong điều kiện mỏ cú đất đỏ cứng vừa thỡ cú thể tiến hành xỳc búc trực tiếp mà khụng cần nổ mỡn nhờ xử lý khối đỏ bằng dung dịch làm mềm trờn cơ sở cỏc hoạt chất bề mặt, cũn đối với mỏ cú đất đỏ cứng thỡ tiến hành chuẩn bị bằng cỏch phối hợp khoan nổ với dung dịch làm mềm. Bằng cỏch đú cho phộp giảm đỏng kể chi phớ khoan nổ, cải thiện chất lượng đỏ cho khõu xỳc bốc, nõng cao năng suất mỏy xỳc, giảm chi phớ năng lượng, cải thiện cỏc chỉ tiờu mụi sinh và dẫn đến giảm chi phớ sản xuất.
Hiện nay, trờn cỏc mỏ khai thỏc lộ thiờn, hơn 80 % khối lương đất đỏ mỏ cần phải làm tơi sơ bộ để cú thể xỳc bốc bằng cỏc mỏy xỳc hiện cú. Việc làm tơi đất đỏ bằng khoan - nổ mỡn phải sử dụng một chỉ tiờu thuốc nổ tới 0,40,5 kg/m3, đồng thời phải cần tới một số lượng lớn thiết bị khoan, phương tiện vận tải và cụng nhõn phục vụ làm cho chi phớ khoan -
nổ chiếm từ 2530 % giỏ thành chung. Hơn nữa khi tiến hành nổ mỡn sẽ làm ảnh hưởng xấu
đến chất lượng khoỏng sản khai thỏc do sự trộn lẫn đất đỏ và KSCI ở lớp tiếp xỳc giữa chỳng. Cụng tỏc khoan, đặc biệt là nổ mỡn cú ảnh hưởng xấu đến mụi trường xung quanh. Kết quả thực nghiệm trờn cỏc mỏ lộ thiờn nước ngoài cho thấy cứ 1m3 đất đỏ nổ mỡn tung vào khớ quyển trung bỡnh 20 g bụi, 1 kg thuốc nổ phỏt tỏn vào khớ quyển 100 lớt khớ độc hại. Cỏc chất độc hại từ bói mỡn cú thể lan xa với khoảng cỏch trờn 20 km. Khối lượng của đỏm mõy bụi khớ khi nổ mỡn chứa với lượng thuốc nổ trờn 30 tấn đạt trờn 19 triệu m3. Chiều dài phõn bố
của đỏm mõy đạt từ 715 km và lớn hơn. trong đỏm mõy cú chứa khớ độc lớn nhất là ụxit
nitơ, khớ độc này tồn tại trong khớ quyển tới 15 ngày. Mặt khỏc, để đảm bảo an toàn khi tiến hành nổ mỡn yờu cầu phải ngừng sản xuất mỏ theo chu kỳ và chuuyển thiết bị ra khỏi vựng ảnh hưởng của cụng tỏc nổ mỡn, dẫn đến giảm năng suất thiết bị. Rừ ràng là bằng phương phỏp giảm độ bền của đất đỏ để cú thể xỳc bốc trực tiếp mà khụng cần làm tơi sơ bộ bằng nổ mỡn, dẫn đến giảm chi phớ nguyờn vật liệu và cải thiện đỏng kể điều kiện sinh thỏi của khu vực.
Đất đỏ mỏ là cỏc vật thể xốp cú nguồn gốc tự nhiờn với cấu trỳc và thành phần hoỏ học rất đa dạng. Sự tỏc động tương hỗ của cỏc vật thể xốp này xảy ra trong mụi trường biến tớnh nhờ thuộc tớnh đặc biệt của bề mặt. Trong cỏc khoảng trống của đất đỏ xuất hiện cỏc quỏ trỡnh thấm, tẩm ướt, sự hấp phụ, sự ngưng kết mao dẫn, cỏc hiện tương điện động học v.v… Cỏc quỏ trỡnh trao đổi đú phụ thuộc vào tớnh chất cơ lý đất đỏ mỏ, cũng như tớnh quy luật và cơ chế hấp phụ của cỏc quỏ trỡnh phỏ huỷ, biến dạng đất đỏ mỏ.
Sự tỏc động tương hỗ của cỏc phần tử chất lỏng trờn bề mặt đất đỏ dẫn đến sự thay đổi lực tương tỏc giữa cỏc phần tử, cấu trỳc và độ bền của hệ thống xốp. Do vậy, khi bổ sung chất phụ gia vào mụi trường phõn tỏn này sẽ làm thay đổi điện tớch hay tớnh hỏo nước bề mặt của cỏc phõn tử. Cỏc chất phụ gia này cú thể là muối, ụxit, chất kiềm hoặc chất hoạt tớnh bề mặt hữu cơ.
Vai trũ của chất hoạt tớnh bề mặt trong quỏ trỡnh tỏc động qua lại hoỏ - lý của cỏc dung dịch nước với bề mặt đất đỏ rất đa dạng. Trước hết, chất hoạt tớnh bề mặt làm tăng tớnh hỏo nước của bề mặt đất đỏ, tạo khả năng thấm ướt bề mặt vật liệu, đặc biệt là cỏc lỗ nhỏ, đảm bảo sự hỡnh thành cỏc màng mỏng thấm ướt và hấp thụ nước trong đất đỏ. Bằng cỏch như vậy, chỳng tạo ra khả năng vận chuyển nước và nhờ cỏc cation hyđrỏt hoỏ chưa trong đú mà dón tới sự hỡnh thành màng dung dịch thấm ướt, điều này làm xuất hiện cỏc lực bề mặt. Sự hấp thụ phõn tử hay ion chất hoạt tớnh bề mặt trờn bề mặt đất đỏ cú thể tạo khả năng dẻo hoỏ vật liệu.
Sự tỏc động qua lại của đất đỏ mỏ với mụi trường nước xảy ra nhờ quỏ trỡnh thấm và hỳt. Dung dịch nước khi thấm theo cỏc kẽ nứt, do sự mao dẫn làm lấp đầy khụng gian lỗ hổng của đất đỏ. Trong quỏ trỡnh thấm và hỳt của dung dịch trờn bề mặt vật liệu đất đỏ hỡnh thành một màng thấm ướt làm thay đổi mật độ dung dịch và cú thể dẫn đến thay đổi cấu trỳc của đất đỏ xốp.
Thực nghiệm chỉ ra rằng để xử lý cỏc bề mặt phớa trong và phớa ngoài nhằm lấp đầy khoảng trống trong đất đỏ mỏ, đồng thời làm mềm cú hiệu quả chỳng cần sử dụng dung dịch nước cú ứng suất thấm ướt cao tuỳ theo từng loại đất đỏ cụ thể. Cỏc dung dịch đú cú thể là dung dịch chứa chất hoạt tớnh bề mặt và cỏc chất phụ gia khỏc cú chứa cỏc cation và nồng độ pH cao.
Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy việc làm mềm alờvrụlit cú thể đạt 50 %, cũn đất đỏ cứng khụng lớn hơn 35 %. Khi đú hệ số dũn của đất đỏ (tỷ số giữa độ bền nộn và độ bền kộo) sau quỏ trỡnh tỏc động làm mềm của dung dịch được tăng lờn.
Ngồi ra, sự bóo hồ cỏc lỗ rỗng của đất đỏ làm giảm tương đối mức độ tạo thành bụi khi phỏ huỷ. Sự giảm độ bền của đất đỏ bằng dung dịch làm mềm cũng dẫn đến làm giảm đỏng kể sự mài mũn cỏc dụng cụ phỏ huỷ đất đỏ. Ở ỏp suất nhất định cú thể làm giảm sự mài mũn kim loại khoảng 2 lần, cũn hợp kim cứng 5 lần.
Cỏc thực nghiệm cụng nghiệp trờn cỏc mỏ lộ thiờn của Nga cho thấy, mặc dự khụng dựng khoan nổ mỡn, nhưng chi phớ năng lượng cho khõu xỳc bốc giảm xuống nhiều. Năng lượng trung bỡnh phỏ huỷ khối đỏ khớ làm mềm bằng phương phỏp hoỏ - lý khụng vượt quỏ 65 kWh/t, trong khi làm tơi bằng phương phỏp khoan nổ mỡn là 90 kWh/t, cũn đối với đỏ nguyờn khối là lớn hơn 180 kWh/t. Năng suất mỏy xỳc rụto tăng từ 3200 lờn 4300 t/h khi khai thỏc khối đỏ được làm mềm bằng phương phỏp hoỏ - lý. Sự tạo thành bụi khi phỏ huỷ và xỳc bốc cũng giảm tới 3035 %.
Để chuẩn bị cho xỳc bốc đất đỏ cứng trong trường hợp làm mềm bằng phương phỏp hoỏ - lý khụng đạt được mức độ cần thiết cho mỏy xỳc làm việc cần sử dụng phương phỏp phối hợp - đú là làm mềm bằng phương phỏp hoỏ lý kết hợp khoan nổ mỡn. Trong trường hợp này mức tiết kiệm thuốc nổ cú thể đạt tới 3035 %, cải thiện được điều kiện sinh thỏi, giảm khối lượng khoan, cải thiện được chất lượng chuẩn bị đống đỏ cho để xỳc bốc (giảm cỡ hạt đất đỏ tới 30 % so với khoan nổ mỡn thụng thường), giảm chi phớ năng lượng, cải thiện cỏc chỉ tiờu sinh thỏi và dẫn đến giảm chi phớ sản xuất. Khi đú sự làm mềm hoỏ - lý được xem như là một trong những yếu tố điều khiển cỏc thụng số khoan nổ mỡn nhằm mục đớch nõng cao hiệu quả khoan - nổ, giảm ảnh hưởng xấu tới mụi trường sinh thỏi.
Thực tế cũng cho thấy phương phỏp làm mềm đất đỏ bằng hoạt tớnh bề mặt sẽ giữ cấu trỳc vĩ mụ, nờn đảm bảo giảm tổn thất và làm bẩn khoỏng sản cú ớch trong quỏ trỡnh khai thỏc.Với mục đớch để xỏc định mức độ làm mềm và cỏc thụng số cụng nghệ mẫu, trờn một số mỏ khai thỏc lộ thiờn của LB Nga đó tiến hành thử nghiệm chuẩn bị đất đỏ cứng để xỳc bốc bằng phương phỏp kết hợp và đưa ra trật tự tiến hành cựng cỏc thụng số cơ bản sau:
1 - Khu vực xỳc được khoan thành cỏc lỗ khoan theo mạng 8x8 m (thay cho mạng 6.5x6,5 m). Giữa cỏc mạng lỗ khoan nổ mỡn tiến hành khoan cỏc lỗ khoan phụ với độ sõu bằng 1/3 chiều cao tầng.
2 - Dung dịch làm mềm bao gồm khối lượng chất hoạt tớnh bề mặt là 0,1 % NaCl hay Na2CO3 là 0,5 % (phụ thuộc vào hàm lượng cacbonat cú trong đất đỏ). Chỉ tiờu của dung dịch đối với cụng nghệ đó nờu khụng vượt quỏ 12 l/m3 đất đỏ. Dung dịch được chia theo lỗ khoan phụ.
3 - Giữ nguyờn khu vực trong ngày sau khi nạp dung dịch.
4 - Nạp thuốc nổ vào trong cỏc lỗ khoan. Chỉ tiờu thuốc nổ giảm từ 0,41 kg/m3 xuống cũn 0,28 kg/m3 nhờ mở rộng mạng lỗ khoan.
5 - Tiến hành nổ mỡn.
6 - Cú thể tiến hành xỳc búc bằng MTTG. Bằng phương phỏp này cú thể tiết kiệm cho cụng tỏc khoan là 10 % và thuốc nổ là 3040 % so với phương phỏp thụng thường.
Đõy là một trong những giải phỏp cụng nghệ mới làm tơi đất đỏ khụng chỉ giảm chi phớ cho việc búc 1m3 đất đỏ, gúp phần nõng cao hiệu quả khai thỏc mà cũn là một trong những giải phỏp tớch cực nhằm giảm thiểu ụ nhiễm mụi trường khai thỏc mỏ lộ thiờn. Sự ra đời của giải phỏp cụng nghệ này được coi như là một đột biến lớn làm thay đổi về chất đầu tiờn của dõy truyền sản xuất trờn mỏ lộ thiờn.