Khó khăn của công nghệ khai thác bằng sức n−ớc:
Khó khăn lớn nhất khi áp dụng công nghệ khai thác sức n−ớc là gặp vùng quặng có chứa hàm l−ợng đá +16 mm cao, tầng keo kết rắn chắc, hoặc những nơi tầng quặng quá mỏng lúc đó súng nước làm việc không có hiệu quả. Ngoài ra còn có khó khăn phải ngừng sản xuất khi m−a lớn gây úng lụt hố bơm khai thác.
Vấn đề tồn tại của công nghệ này:
Tổn thất trữ lượng: Do thiếu thiết bị hỗ trợ nên trước đây thường để lại một nêm quặng dưới đáy hố bơm bùn. Mặt khác do chia lô chia khoảnh khai thác không có kế hoạch và không có thiết bị phụ trợ nên không khai thác hết các đê bao.
Chi phí sản xuất cao do xây dựng cơ bản th−ờng xuyên lớn ch−a hợp lý bao gồm di chuyển thiết bị súng bắn nước, bơm, đào chuẩn bị hố khai thác,
đắp đê bao hố khai thác, công tác chống lụt và tháo khô mỏ kéo dài thời gian và nặng nhọc; chi phí điện năng cao làm tăng chi phí sản xuất.
Điều kiện lao động không đ−ợc cải thiện do năng suất thấp, công tác khai thác và quản lý sản xuất nhỏ lẻ manh mún gặp nhiều khó khăn.
Khai thác bằng tàu cuốc:
Sơ bộ nhận thấy có một số tồn tại cơ bản đã đ−ợc bộc lộ nh− sau :
+ Công nghệ chuẩn bị quặng đã không đạt yêu cầu. Quặng ch−a đ−ợc
đánh tơi tốt nhờ sàng quay, do vậy không thể thực hiện đ−ợc công đoạn tuyển có hiệu quả.
+ Thiết bị tuyển khoáng đặt trên cùng sàn tàu cuốc không thích hợp về
điều kiện làm việc của một số thiết bị công nghệ chính (VD nh− bàn đãi cần làm việc ở mặt phẳng tĩnh).
Đó là các nguyên nhân lớn, ngoài ra khâu cung cấp n−ớc, khâu thải cát
đá sỏi và thải bùn đều không phù hợp với yêu cầu làm việc của công nghệ thiết bị tuyển đặt trên tàu.
Ch−ơng 5
Lựa chọn đồng bộ thiết bị và công nghệ khai thác áp dụng tại công ty cổ phần cromit cổ định thanh hoá - tkv 5.1. Lựa chọn đồng bộ thiết bị áp dụng cho mỏ crômit Cổ định.
Việc lựa chọn thiết bị cơ giới cho khai thác và thiết bị tuyển phải phù hợp với tính chất cơ lý của mỏ nhằm tăng tuổi thọ của thiết bị, dễ bảo trì, bảo dưỡng, phụ tùng thay thế có sẵn trên thị trường, đáp ứng được nhu cầu sản xuất lâu dài, mang lại hiệu quả kinh tế.
Có 3 phương án lựa chọn đồng bộ thiết bị:
5.1.1. Ph−ơng án 1:
Khai thác bằng sức n−ớc: dùng súng bắn n−ớc tạo dòng cao áp thành dòng nước làm tơi đất đá, bắn phá gương tầng, tạo dòng bung quặng tự chảy về hố bơm bùng, dùng máy bơm bùn cát, bơm bùn quặng trong đ−ờng ống có
áp x−ởng tuyển.
5.1.2. Ph−ơng án 2:
Khai thác hỗn hợp, xúc bốc vận chuyển bằng cơ giới về x−ởng tuyển trung gian để xử lý đá to, vận chuyển bùn quặng về bể cô đặc, tuyển trọng lực
2.1.3. Ph−ơng án 3:
Dùng tàu quốc khai thác và tuyển quặng đồng thời, thiết bị tuyển đặt trên tàu.
5.2. Lựa chọn công nghệ khai thác, vận chuyển, chế biến áp dụng cho mỏ cromít Cổ Định.
5.2.1. Công nghệ khai thác.
5.2.1.1. Cơ sở lựa chọn
- Căn cứ vào sản l−ợng khai thác quặng nguyên khai hàng năm của mỏ:
40.000 tấn/năm (quặng sau tuyển hàm l−ợng Cr2O3 40%).
- Căn cứ vào đặc điểm địa hình mỏ tương đối là bằng phẳng. Địa hình dốc nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam, do vậy sử dụng công nghệ khai thác bằng sức n−ớc là phù hợp hơn cả.
5.2.1.2. Các ph−ơng án khai thác.
Phụ thuộc vào điều kiện địa chất của vỉa quặng ở cromit Cổ Định, áp dụng một số công nghệ khai thác:
a. Ph−ơng án 1 (PA1)
Khai thác bằng sức n−ớc: dùng súng bắn n−ớc tạo dòng cao áp thành dòng nước làm tơi đất đá, bắn phá gương tầng, tạo dòng bung quặng tự chảy về hố bơm bùng, dùng máy bơm bùn cát, bơm bùn quặng trong đ−ờng ống có
áp x−ởng tuyển.
* Ưu nh−ợc điểm:
- Phù hợp với quy mô sản xuất của mỏ khi có yêu cầu thay đổi sản l−ợng và đễ dàng đáp ứng yêu cầu sản l−ợng và địa hình khai thác phức tạp.
- Khi chiều dày vỉa thay đổi, vẫn khai thác bình thường, dễ dàng xử lý tận thu quặng.
- Diện tích đất chiếm dụng do đổ thải ít, ít ảnh hưởng đến môi trường.
- Điều hành và tổ chức sản xuất đơn giản.
- Điều kiện sản xuất an toàn.
- Khối l−ợng và thời gian XDCB nhỏ.
- Tiêu hao n−ớc cho khai thác, vận chuyển nhỏ.
• Nh−ợc điểm:
- Cản trở dòng bùn quặng về hố bơm khai thác.
- Yêu cầu công tác điều hành sản xuất phải nhịp nhàng.
b. Ph−ơng án 2 (PA2):
Khai thác hỗn hợp, xúc bốc vận chuyển bằng cơ giới về x−ởng tuyển trung gian để xử lý đá to, vận chuyển bùn quặng về bể cô đặc, tuyển trọng lực.
* ¦u ®iÓm:
- Phù hợp với quy mô sản xuất của mỏ khi có yêu cầu thay đổi sản l−ợng và đễ dàng đáp ứng yêu cầu sản l−ợng và địa hình khai thác phức tạp.
- Khi chiều dày vỉa thay đổi, vẫn khai thác bình thường, dễ dàng xử lý tận thu quặng.
- Diện tích đất chiếm dụng do đổ thải ít, ít ảnh hưởng đến môi trường -
áp dụng để khai thác các địa hình phức tạp, chủ động công tác khai thác tại các thân quặng mỏng và lẫn nhiều đá.
* Nh−ợc điểm:
- Vốn đầu t− thiết bị lớn.
- Tổ chức sản xuất phức tạp c. Ph−ơng án 3 (PA3):
Dùng tàu quốc khai thác và tuyển quặng đồng thời, thiết bị tuyển đặt trên tàu.
* ¦u ®iÓm.
- Tàu cuốc là một thiết bị khai thác cơ giới hóa cao, khai thác liên tục nên công suất khai thác rất lớn.
- Có thể khai – tuyển liên hoàn trên tàu.
- Công nghệ này thích hợp với các khu vực quặng chứa ít sét.
- Khai thác đ−ợc quặng dạng sình lầy, ngâm d−ới n−ớc, có nhiều hố sâu tàng trữ bùn n−ớc.
- Khắc phục đ−ợc tình trạng m−a lụt khi khai thác bằng súng bắn n−ớc.
- Khắc phục đ−ợc khó khăn của thiết bị cơ giới khi tham gia đào quặng và vận chuyển về hố bơm cố định để làm tơi.
- Sử dụng hệ thống bãi thải trong và dùng nước lưu hồi
* Nh−ợc điểm:
- Không sử lý đ−ợc sét bentonít lẫn trong quặng Quặng ch−a đ−ợc đánh tơi tốt nhờ sàng quay, do vậy không thể thực hiện đ−ợc công đoạn tuyển có hiệu quả. Vì vậy công nghệ chuẩn bị quặng đã không đạt yêu cầu.
- Thiết bị tuyển khoáng đặt trên cùng sàn tàu cuốc không thích hợp về
điều kiện làm việc của một số thiết bị công nghệ chính (VD nh− bàn đãi cần làm việc ở mặt phẳng tĩnh).
- Đó là các nguyên nhân lớn, ngoài ra khâu cung cấp n−ớc, khâu thải cát đá sỏi và thải bùn đều không phù hợp với yêu cầu làm việc của công nghệ thiết bị tuyển đặt trên tàu. Mặt khác khi tầu quốc hoạt động sẽ khuấy sét lẫn trong quặng hoà tan vào trong nước sẽ làm nước bị vẩn đục không thể cấp n−ớc cho tuyển khoáng đ−ợc.
5.2.1.3. Lựa chọn ph−ơng án khai thác.
Trên cơ sở phân tích các −u nhực điểm của 3 ph−ơng án trên ph−ơng án khai thác bằng tầu quốc là không phù hợp với điều kiện khai thác của mỏ vì
vậy ta chọn ph−ơng án 1 và ph−ơng án 2.
5.2.1.4. Lựa chọn hệ thống khai thác.
Căn cứ vào −u nh−ợc điểm của từng hệ thống khai thác, trên cơ sở phân tích những điều kiện địa hình, địa chất mỏ, đề án lựa chọn hệ thống khai thác PA2 làm hệ thống khai thác áp dụng tại mỏ cromit Cổ Định.
Với sản l−ợng khai thác hàng năm dự kiến (cả quặng và đá bóc trung bình 405.000 m3/năm), ph−ơng án mở vỉa trình tự khai thác áp dụng, hệ thống khai thác này sẽ đảm bảo an toàn, hiệu quả, đảm bảo sản l−ợng khai thác theo thiết kế (khi cần tăng sả l−ợng có thể bố trí thêm các khu vực khai thác).
Hình 5-1: Sơ đồ công nghệ khai thác 5.2.1.5. Tính toán các thông số hệ thống khai thác (HTKT) A. Hệ thống khai thác sức n−ớc.
- Đất quặng sau khi dùng súng bắn nước, bắn phá tầng đất quặng, thấm rã đất quặng thành bùn quặng.
- Hệ thống khai thác dùng HTKT gương tầng đối diện, bùn quặng sau khi bị bắn phá, thấm rã sẽ tự chảy theo các máng gỗ về hố bơm bùn. Tại đây bùn quặng đ−ợc chảy qua sàng song, sàng thải loại đá to, chất vào xe cải tiến chuyển ra bãi thải, quặng to đ−ợc nhặt thủ công (tr−ớc sàng lắp súng n−ớc con
để rửa quặng và đất đá).
Bùn quặng đ−ợc bơm về x−ởng tuyển, tuyển trọng lực bằng vít xoắn.
Xóc bèc
Vận tải bằng ôtô
Bãi thải
X−ởng chế biến
Đá thải
Bãi thải n−ớc Quặng sản phẩm Gạt gom đất thải
Quặng Khai thác sức n−ớc Gạt gom quặng
Bơm bùn
Sàng ống, tuyển
Bảng 5.1: Các thông số cơ bản của hệ thống khai thác
TT Thông số Ký
hiệu
Đơn vị
Giá trị
1 Chiều cao tầng khai thác h m 6-12
2 Chiều cao tầng kết thúc khai thác Hk m 10-20
3 Chiều rộng khoảnh khai thác Bmin m 200
4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc khai thác bk m 5-6 5 Góc nghiêng sườn tầng khai thác α độ 65
6 Góc nghiêng s−ờn tầng khi kết thúc khai
thác αkt độ
45
7 Góc nghiêng bờ công tác ϕct độ 26-53
8 Góc nghiêng bờ mỏ γkt độ 26-35
9 B−íc di chuyÓn sóng n−íc As m 6-7
10 Chiều dài tuyến công tác trạm bơm ph−ơng Lk m 50- 200
B. Hệ thống khai thác bằng cơ giới.
a. Chiều cao tầng khai thác, h.
Chiều cao tầng khai thác phụ thuộc vào chiều dày thân quặng, chiều cao khai thác của súng n−ơc và chiều cao xúc hiệu quả của thiết bị xúc khi xúc trực tiếp. Từ thực tế sản xuất tại các mỏ khai thác quặng ở Việt Nam có điều
kiện tương tự chọn chiều cao tầng khai thác trong bóc đất đá là h = 10m, xúc quặng h = 5m.
b. Góc nghiêng s−ờn tầng khai thác, α.
Thực tế tại các mỏ khai thác quặng có điều kiện địa chất tương tự, chọn góc nghiêng s−ờn tầng khi khai thác là: ∝ = 650.
c. Góc nghiêng bờ công tác, ϕ.
Để đảm bảo điều kiện an toàn và hiệu quả, hệ thống khai thác áp dụng tại mỏ cromit Cổ Định, góc nghiêng bờ công tác sẽ dao động trong khoảng: 30-350.
d. Chiều rộng dải khấu (A).
Mỏ khai thác xúc bốc đất đá thải và quặng trực tiếp trong nguyên khối, chiều rộng dải khấu phải đảm bảo với số chiều rộng luồng xúc hợp lý. Xét các mỏ có điều kiện khai thác t−ơng tự, chọn chiều rộng dải khấu A = 12-15m.
e. Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu (Bmin).
Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu phải đảm bảo cho thiết bị vận tải và khai thác có thể hoạt động bình thường, an toàn và hiệu quả. Theo thực tế
điều kiện địa hình mỏ và căn cứ vào điều kiện làm việc an toàn của các thiết bị mỏ hoạt động trên các mỏ có điều kiện tương tự chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu tại mỏ cromit Cổ Định phải đảm bảo: Bmin = 20m.
f. Chiều dài tuyến công tác: (Lxmin).
Chiều dài tuyến công tác đ−ợc xác định theo điều kiện đảm bảo khối l−ợng khai thác hàng năm và phù hợp với kích th−ớc biên giới khai tr−ờng.
Đối với mỏ có công suất khai thác nhỏ, điều kiện địa hình khai thác thân quặng tương đối bằng phẳng chiều dài tuyến công tác được xác định theo chiều dài giới hạn khai tr−ờng: Lxmin= 30-50m.
g. ChiÒu cao tÇng kÕt thóc: (Hkt).
Tiến hành chập tầng khi kết thúc khai thác mỏ với chiều cao tầng kết thúc khai thác là Hkt= 10 ữ 20m.
h. Chiều rộng mặt tầng kết thúc: (bkt).
Theo quy phạm hiện hành chiều rộng mặt tầng kết thúc (đai bảo vệ) không đ−ợc nhỏ hơn 0,2 lần chiều cao tầng kết thúc nhằm đảm bảo độ ổn định bờ mỏ. Căn cứ vào điều kiện ĐCCT thực tế ở mỏ cromit Cổ Định chọn chiều rộng mặt tầng kết thúc khai thác: bkt = 5m.
i. Góc nghiêng s−ờn tầng khi kết thúc: (αkt).
Góc nghiêng s−ờn tầng khi kết thúc khai thác: αkt = 650 k. Góc nghiêng bờ mỏ khi kết thúc: (γkt).
T−ơng ứng với chiều cao tầng và góc nghiêng s−ờn tầng khi kết thúc nêu trên, góc nghiêng bờ mỏ khi kết thúc khai thác là: γkt = 26-350
Bảng 5.2: Tổng hợp các thông số của hệ thống khai thác cơ giới
TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Gía trị
1 Chiều cao tầng khai thác h m 5-10
2 Chiều cao tầng kết thúc khai thác Hkt m 10-20
3 Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu Bmin m 20 4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc khai thác bkt m 5
5 Góc nghiêng sườn tầng khai thác α độ 65
6 Góc nghiêng s−ờn tầng khi kết thúc khai
thác αkt độ 65
7 Góc nghiêng bờ công tác ϕct độ 26-53
8 Góc nghiêng bờ mỏ γkt độ 26-35
9 Chiều rộng dải khấu A m 12-14
10 Chiều dài tuyến công tác Lkt m 30-50
5.2.1.6. Tính toán các khâu công nghệ.
A. Khai thác bằng sức n−ớc.
a. Năng suất khai thác sức n−ớc.
Trên cơ sở kế hoạch khai thác theo sản l−ợng tinh quặng bằng sức n−ớc:
At = 20.000 tÊn/n¨m
+ Hàm l−ợng yêu cầu quặng β = 40%.
+ Thùc thu tuyÓn ε = 55%
+ Thể trọng đất quặng γđq = 1,3 tấn/m3.
+ Hàm l−ợng quặng crômit trong đất quặng khai thác đã tính tổn thất và làm nghèo: α = 2,77%.
Năng suất quặng nguyên khai khai thác bằng SNL đ−ợc xác định theo công thức.
t t
q r
A A
ε α
β
*
* ) 1 (
*
= − (tÊn/n¨m)
Thay số vào xác định đ−ợc: Aq = 526.500 tấn /năm.
Aq = 405.000 m3/n¨m = 70,31 m3 /h.
b. Công nghệ khai thác sức n−ớc.
Với đặc tính cơ lý đá của đất quặng vùng Cổ Định và thực tế sản xuất nhiều năm qua chọn chỉ tiêu tiêu hao n−ớc q = 8m3/m3.
Các thông số của hệ thống khai thác nh− sau:
Bán kính 1 hố khai thác: R = 100m.
Diện tích 1 hố khai thác: Shb = 20.000m2.
Chiều cao tầng (một tầng hết chiều dày thân quặng, trung bình) h = 9m.
Độ dốc công tr−ờng khai thác i = 4%.
Chiều rộng khoảnh khai thác: B = 200m.
Khoảng cách từ miệng súng đến gương tầng: L = (0,8 – 1,2); H ≈ 9,0m.
Từ các thông số trên xác định đ−ợc khối l−ợng một hố khai thác:
V ≈180.000m3/01hè.
Số lần dịch chuyển hố bơm khai thác trong năm:
.k1
V
n=Aq (lÇn) Trong đó: Aq: Sản l−ợng khai thác hàng năm Aq: 405.000 m3/năm.
V: Khối l−ợng trung bình 1 hố khai thác V ≈ 180.000m3/hố.
k1: hệ số điều hòa do chiều dầy thân quặng thay đổi.
Thay số xác định đ−ợc số lần dịch chuyển hố trong năm n từ 2 - 3 lần/năm.
Sơ đồ công nghệ khai thác xem hình 2.
c. Lựa chọn súng n−ớc cho khai thác.
Để đáp ứng yêu cầu khai thác hàng năm và đặc tính kỹ thuật của súng nước, chọn loại súng ΓMH 250C hoặc tương đương có đặc tính kỹ thuật:
Đ−ờng kính miệng súng (mm): 52, 65, 75, 90 , 105.
Chiều dài chung : 3.355 mm Chiều dài thân: 2.283 mm
Góc quay trong mặt phẳng ngang: 3600. Gãc n©ng : 270.
Góc hạ: 270.
Trọng l−ợng có miệng súng: 187 kg.
áp lực cho phép: 15 pa.
d. Công tác làm tơi đất đá.
Công tác làm tơi đất đá tại moong đ−ợc chia ra làm hai công đoạn:
Công đoạn 1: Làm tơi trực tiếp tại g−ơng tầng
Đất đá tại gương tầng được làm tơi bằng súng bắn nước ΓMH 250C hoặc t−ơng đ−ơng có áp lực dòng n−ớc yêu cầu H0= 8-10 at với chỉ tiêu tiêu hao n−íc q = 8m3/ m3.
Tốc độ đầu vòi: v=0.945. 2.9,81.100 = 44m/s.
Lưu lượng nước yêu cầu cho khai thác Q = Aq. q = 70,31 . 8 ≈ 562,5 m3/h
Chọn vòi súng có đ−ờng kính d = 75mm.
Lưu lượng nước qua miệng súng; Q = 3,28 * d2* H0
nÕu H0 = 8at, d = 75mm th× Q ≈ 595 m3/h
Số súng n−ớc ΓMH 250C cần thiết: Công tác 01 chiếc, chuẩn bị công tác 01 chiếc, tổng số cần 02 súng.
Công đoạn 2: Vữa quặng từ g−ơng tầng qua máng dẫn về sàng song, cỡ hạt < 20mm chảy vào hố bơm bùn quặng, cỡ hạt trên sàng song > 20mm dùng vòi sùy hoặc súng bắn nước nhỏ tiếp tục bắn phá đánh tơi với áp lực nước 4-5 at, chỉ tiêu tiêu hao nước cho khâu đánh tơi giai đoạn 2 tại khai tr−êng qs = 0,5 - 1m3/m3.
Chọn dùng súng bắn n−ớc nhỏ SQ 50 (hoặc vòi sùy) có đ−ờng kính miệng súng d = 26mm đến 30mm. Lưu lượng nước qua miệng vòi sùy:
Q = 3,28 . d2 . H0
Víi H0 = 5at; d = 30 mm th× Q ≈ 75m3/h.
Số l−ợng súng nhỏ (vòi sùy) yêu cầu: 02 chiếc: 1 chiếc làm việc, 1 chiếc dự phòng).
e. Lựa chọn bơm cấp n−ớc cho súng bắn n−ớc.
Lưu lượng nước cần thiết được xác định như sau:
Qb = Qkt + Qth + Qs ( m3/h)
Qkt: L−ợng n−ớc qua miệng súng thực tế cho khai thác, Qkt = 562,9 m3/h.
Qth: lượng nước ngấm vào đất .
Qs: Lượng nước đánh tơi tại sàng song, Qs = 78 m3/h.
Thay số xác định đ−ợc: Qb = 640,9 m3/h.
áp lực yêu cầu: HYC = H0 + ∑Htt (mcn).
Trong đó: H0: áp lực yêu cầu để phá vỡ đất đá, H0 = 81 mcn.
∑Htt: tổn thất áp lực trên đ−ờng ống, trong ống hút, ….
Với chiều dài dự kiến từ trạm bơm đến súng bắn nước L = 500m thì
∑Htt ≈ 25 m cn.
Vậy áp lực yêu cầu đối với máy bơm H = 106 mcn.
Chọn bơm 1250-125 (của Nga hoặc tương đương) có đặc tính kỹ thuật nh− sau:
Lưu lượng Q = 1150 – 1250 m3/h.
ChiÒu cao ®Èy H = 106 – 125 mcn.
Công suất động cơ điện: 500 – 630 Kw.
Kích th−ớc bơm: 1438 x 1240 x 1105.
Khối l−ợng bơm: 1284 kg.
Số l−ợng bơm1250-125 cần thiết 1 chiếc, số chuẩn bị sản xuất 1 chiếc.
Số l−ợng đ−ờng ống cần thiết:
d = 500 mm ®−êng èng hót: 40 m d = 300 mm vận chuyển n−ớc sạch cho khai thác: 1000 m.
d = 100 mm cấp n−ớc cho vòi sùy: 100 m.
d = 32 mm cấp n−ớc làm mát cho máy bơm bùn: 100 m.
f. Tính toán vận tải vữa quặng khai thác súng lớn.
* Tỷ trọng vữa:
Tỷ trọng vữa đ−ợc xác định theo công thức:
/ 3
1 ; ) 1 (
. tÊn m
q m
q
d m
v − +
+
=γ − γ
Trong đó: γd : trọng l−ợng riêng của đất quặng, γd = 2,7 tấn/m3. m: độ rỗng của đất đá, m = 0,25 – 0,4; chọn m = 0,35 q: chỉ tiêu tiêu hao n−ớc.