6.2 .Tình hình khai thác lộ thiên một số khống sản chín hở Việt Nam
6.4. Những bước tiếp cận ban đầu đối với phương tiện kỹ thuật hiên đại của các mỏ lộ thiên Việt
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, Ấn 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 toàn trong vận chuyển, bảo quản và sử dụng, đơn giản trong thi cơng. 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 cịn 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 còn 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 ơng 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 cơng 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. Ngoài 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 (f7 - 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 công 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 thông số cơ bản (công 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).
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 giúp các mỏ lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy giải quyết khó khăn trong việc đào sâu đáy mỏ do không phải đưa thiết bị xúc bốc và vận tải xuống làm việc ở đáy hào chuẩn bị lầy lội. Hà Tu là mỏ than đầu tiên của TKV áp dụng công nghệ đào sâu này (năm 1996). Ngồi MXTL, mỏ Núi Béo cịn áp dụng thử nghiệm dùng máy bốc bánh lốp để xúc đất đá thay thế cho máy xúc ở những tầng có đất đá mềm. Theo kết quả đánh giá năm 2002 của Cơng ty Núi Béo thì giá thành xúc đất đá bằng máy bốc CAT-992C, dung tích 10,7 m3 chỉ bằng 75,8 % so với khi dùng máy xúc EKG-5A. Ngày nay, trên các mỏ than lộ thiên của TKV đã có các loại MXTG, MXTL có dung tích gàu 10-12 m3.
Một số mỏ có điều kiện như Bình Trị (Cơng ty xi măng Sao Mai), Hà Tiên (Công ty xi măng Hà Tiên II) dùng máy xúc nhiều gàu khung xích để khai thác sét. Máy xúc nhiều gàu RE-1 năng suất 200 t/h của Công ty Sao Mai được điều khiển tự động hồn tồn: từ khâu xúc bóc, di chuyển máy, dịch chuyển ray, dịch chuyển băng tải, đánh tơi, trộn... Nhưng nhìn chung, điều kiện để áp dụng công nghệ này ở nước ta không nhiều và quy mô không lớn.
Trong khâu công nghệ vận tải, do số lượng thiết bị nhiều và phân tán nên các mỏ lộ thiên lớn vẫn áp dụng hình thức vận tải theo chu trình kín với các loại ơtơ tải trọng lượng từ 18-32 tấn. Sau năm 90 một số mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh bắt đầu đầu tư các loại ơ tơ có tải trọng lớn và có đặc tính kỹ thuật hồn thiện hơn. Mở đầu là mỏ Cọc Sáu đầu tư 15 ô tô CAT-769 tải trọng 36,3 tấn. Đầu năm 2000 mỏ Cao Sơn đầu tư một ơtơ BenlA3-7555E tải trọng 55 tấn. Tiếp đó, năm 2001 cơng ty Cọc Sáu, Đèo Nai, Núi Béo, Đông Bắc,... được trang bị 67 ô tô BenlA3-7548D lắp động cơ Deutz của Đức, trọng tải 42 tấn. Năm 2002 Cao Sơn được trang bị tiếp 4 ô tô HD-465-5 của hãng Komatsu tải trọng 55 tấn và 3 ô tô CAT-773E tải trọng 58,16 tấn. Hiện nay trên mỏ Cao Sơn đang sử dụng các ơ tơ có tải trọng 91-96 tấn của các hãng Komatsu và Caterpillar. Để phù hợp với điều kiện địa hình vận tải than (moong sâu, đường lầy lội và dốc, cung độ vận tải lớn,...) từ năm 1997-2002, Công ty than Hà Tu đã mạnh dạn đầu tư 11 ô tô khung mềm 4066C của hãng TEREX tải trọng 36 tấn và của hãng VOLVO tải trọng 32,5 tấn.
Hoạt động của các thiết bị trong thời gian đã qua, mang lại những hiệu quả đáng kể, góp phần làm thay đổi quy mơ và chất lượng công nghệ khai thác lộ thiên trên các mỏ khai thác vật liệu xây dựng, quặng các loại và than, tạo tiền đề và kinh nghiệm để công nghệ khai thác lộ thiên tiếp tục những chuyển biến mới trong thời gian sắp tới. Khi mà những yêu cầu của hội nhập ngày càng bức bách và chặt chẽ hơn.
Con đường phát triển tất yếu của công nghệ khai thác lộ thiên Việt Nam cũng khơng ngồi xu thế chung của cơng nghệ khai thác lộ thiên trên thế giới mà trong đó có một nội dung quan trọng là mở rộng cơng suất của thiết bị nhằm mục đích: Tăng khả năng làm việc chắc chắn, an toàn và năng suất cao, trình độ cơ giới hố và tự động hố cao nên cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động và ít ảnh hưởng đến mơi trường, có điều kiện tập trung hố sản suất từ đó làm tăng hiệu quả công tác quản lý và điều hành sản suất trên mỏ, có điều kiện áp dụng các cơng nghệ - kỹ thuật có hiệu quả cao như khấu theo lớp dốc đứng, mở rộng mạng lưới bãi mìn và quy mơ bãi mìn, điều hành vận tải theo chu trình hở, giảm các khâu phụ trợ như san ủi mặt tầng, đào hào dốc, làm đường, di chuyển đường điện, đào hào thoát nước,... giảm nhẹ bộ máy quản lý và nhân viên vận hành sửa chữa thiết bị máy móc, từ đó dẫn đến hạ giá thành khoan nổ, nâng cao năng suất thiết bị xúc bốc và vận tải, cuối cùng là làm tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh cho mỏ lộ thiên.