Khai thác các vỉa than dốc đứng sẽ gặp khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với các vỉa dốc thoải và dốc nghiêng cả về mặt kết cấu hệ thống khai thác, phương pháp đào và chống giữ các đường lò chuẩn bị, công nghệ khai thác và phương pháp chống giữ khoảng trống khai thác, điều khiển đá vách, vận tải than, điều kiện làm việc và mức độ an toàn của công nhân, đặc biệt là trong gương khai thác v..v... Hiện nay, để khai thác một lượng than lớn ở các vỉa dốc
đứng đang sử dụng các hệ thống khai thác gương lò chợ ngắn.
Trung Quốc: Năm 2004 khai thác đ−ợc 1,2 tỷ tấn than, là n−ớc có sản l−ợng lớn nhất thế giới, 95% tổng số l−ợng than ( 1.14 tỷ tấn) đ−ợc khai thác bằng phương pháp hầm lò, trong đó 60% ( 684 triệu tấn) được khai thác bằng công nghệ g−ơng lò chợ ngắn.
Nga: Năm 2004 khai thác đ−ợc 271 triệu tấn than, trong số đó 43% sản lượng than ( 117 triệu tấn) khai thác bằng phương pháp hầm lò, trong đó 25%
( 29 triệu tấn khai thác bằng công nghệ g−ơng lò chợ ngắn).
ấn Độ: Năm 1994 khai thác khoảng 250 triệu tấn, trong đó 25% ( 62 triệu tấn) khai thác hầm lò nh−ng 94% ( 58 triệu tấn) khai thác bằng công nghệ buồng cột với mức độ cơ giới hoá thấp.
Nam Phi: Năm 1994 khai thác đ−ợc 200 triệu tấn, trong đó 60% ( 120 triệu tấn) khai thác bằng phương pháp hầm lò, trong số đó 92% ( 110 triệu tấn) khai thác bằng công nghệ buồng cột.
28
úc ( Australia): Năm 1994 khai thác đ−ợc 230 triệu tấn than, trong đó 30% ( 70 triệu tấn) khai thác bằng ph−ơng pháp hầm lò. Trong số than khai thác bằng ph−ơng pháp hầm lò thì 38% ( 26 triệu tấn) khai thác bằng công nghệ buồng cột.
Mỹ ( USA): Là nước có sản lượng khai thác than đứng thứ 2 thế giới.
Năm 1994 Mỹ khai thác đ−ợc 940 triệu tấn, trong đó 40% ( 376 triệu tấn) khai thác bằng ph−ơng pháp hầm lò. Công nghệ khai thác lò chợ ngắn cũng đ−ợc
áp dụng phổ biến.
Nh− vậy, sản l−ợng than hàng năm trên thế giới đ−ợc khai thác từ các vỉa dốc đứng chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng số l−ợng than khai thác đ−ợc. Sau
đây là một số công nghệ khai thác mà các nước trên thế giới áp dụng để khai thác các vỉa dốc đứng.
2.1.1. Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phá nổ phân tầng.
Đặc điểm của công nghệ khai thác lò chợ dọc vỉa phân tầng là khai thác theo đ−ờng ph−ơng, tầng đ−ợc chia thành các khu khai thác và theo h−ớng dốc
đ−ợc chia thành các phân tầng ngắn và ngăn cách giữa chúng là các lò dọc vỉa phân tầng, kích thước theo độ dốc của phân tầng phụ thuộc vào công nghệ và thiết bị khấu than. Khi khai thác bằng khoan nổ mìn thường từ 5 đến 7 mét.
Các phân tầng có thể đ−ợc khấu đồng thời nhiều phân tầng, khấu toàn bộ các phân tầng hoặc khấu nối tiếp các phân tầng. Khoảng cách giữa g−ơng giữa hai phân tầng liền kề từ 20 đến 30 mét. Công nghệ khấu than thường áp dụng bằng khoan nổ mìn nhờ các lỗ khoan dài đ−ợc khoan từ các lò dọc vỉa phân tầng.
Hệ thông này áp dụng để khai thác các vỉa than có góc dốc của vỉa α > 35°, đá trụ có độ bền vững từ trung bình trở lên.
29
1 3
a
a
Mặt cắt a- a
5-7m
120-140m 2
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phá nổ phân tầng 1- Lò dọc vỉa phân tầng; 2- Lò th−ợng trung gian;
3- Các lỗ mìn phá nổ phân tầng thu hồi than.
- −u ®iÓm:
+ Công nghệ khấu than đơn giản, năng suất lao động cao.
+ Chi phí gỗ nhỏ, tính linh hoạt cao và có thể áp dụng đ−ợc cho điều kiện địa chất phức tạp và không ổn định.
- Nh−ợc điểm:
+ Tỷ lệ đất đá lẫn trong than lớn trong quá trình tháo than, tổn thất than lớn do để lại trụ bảo vệ.
+ Khối l−ợng lò chuẩn bị lớn, không có khả năng cơ giớ hoá để nâng cao sản l−ợng.
2.1.2. Công nghệ khai thác vỉa dày, dốc đứng bằng cột dài theo độ dốc dùng giàn chống cứng tự dịch chuyển.
Công nghệ khai thác vỉa dày, dốc đứng bằng cột dài theo độ dốc dùng giàn chống cứng, bản chất là loại hình công nghệ khai thác g−ơng lò chợ ngắn dịch chuyển theo độ dốc từ trên xuống. Khấu than trong gương lò chợ bằng
30
khoan nổ mìn, không có công tác chống khoảng trống khai thác, công nhân làm việc trong g−ơng d−ới sự bảo vệ của giàn chống.
Trong công nghệ này tầng đ−ợc chia thành ruộng khấu một hoặc hai cánh có chiều dài theo ph−ơng t−ơng ứng 250 -:- 300m và 400 -:- 600m. Từ lò dọc vỉa mức thông gió và lò dọc vỉa vận tải của tầng, mỗi cánh của ruộng mỏ
đ−ợc chia thành các cột giàn chốngcó chiều rộng theo ph−ơng 24 -:- 30m.
Trong mỗi cột được đào các lò dốc cách nhau theo phương 6m, riêng các lò dốc ngăn cách giữa 2 cột khoảng cách theo ph−ơng 6 -:- 8m và đ−ợc liên hệ với nhau bằng các lò nối cách nhau theo độ dốc 8m.
+ Công tác vận tải: Than khai thác tự tr−ợt theo lò dốc tháo than xuống lò dọc vỉa vận tải, phần òcn lại đ−ợc tải xuống lò dốc bằng thủ công hoặc tời cào.
Lò dọc vỉa thông gió
Lò dốc ngăn cách 2 cột
Lò dốc phục vụ tải than thông gió trong cột
Các Lò nối Giàn chống cứng
Lò dọc vỉa vận tải
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc đứng bằng cột dài theo độ dốc
dùng giàn chống cứng
+ Công tác thông gió: Gió sạch từ lò vận chuyển đi vào các lò dốc lên thông gió cho g−ơng khai thác, gió bẩn theo lò nối gần nhất lên lò dốc và theo lò dọc vỉa thông gió thoát ra ngoài.
31
+ Công tác thoát n−ớc: N−ớc tự chảy qua các lò dốc xuống lò dọc vỉa vận tải, chảy qua hệ thống rãnh n−ớc của các lò dọc vỉa, xuyên vỉa.v.v… ra ngoài.
- −u điểm của công nghệ khai thác này là: Năng suất lao động cả công nhân khu khai thác cao có thể đạt tới 5,5-:-13 tấn/công. Quá trình khai thác không có công tác chống lò, an toàn trong sản xuất, khắc phục đ−ợc độ dốc của vỉa.
- Nh−ợc điểm: Khối l−ợng đào lò chuẩn bị lớn, tổn thất than lớn 25-:-35%, đối với các vỉa than tự cháy phải có cách ly từng khu vực khai thác.
Công nghệ khai thác này chỉ áp dụng đ−ợc cho các vỉa có chiều dày ổn
định không có hiện t−ợng phình ra hoặc thắt lại để đảm bảo giàn chống dịch chuyển theo độ dốc đ−ợc thuận lợi, chiều dày của vỉa chỉ đ−ợc phép thay đổi trong phạm vi 10%.
2.1.3. Công nghệ khai thác chia cột dài theo ph−ơng, khai thác các dải theo hướng dốc từ dưới lên, lưu than
Trong công nghệ khai thác này, gương lò khai thác được đặt theo hướng phương và chuyển dịch theo hướng dốc kết hợp với việc lưu than trong khoảng đã
khai thác ( hình 2.3). Chiều dài theo h−ớng dốc của một tầng 100 ữ 200 m và nó lại đ−ợc chia thành các phân tầng có chiều dài 20 ữ 30 m đ−ợc chia thành các dải có chiều rộng 4 ữ 12 m.
32
1
2
3
20 -:- 30m
4 -:- 12m
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ khai thác chia cột dài theo phương, khai thác các dải theo h−ớng dốc
1- G−ơng nổ mìn; 2- Lò dọc vỉa thông gió;
3- Lò dọc vỉa vận tải trung gian.
Việc khấu than ở các dải đ−ợc tiến hành từ lò song song bằng ph−ơng pháp khoan nổ mìn theo hướng dốc từ dưới lên với tới độ 1,5 ữ 1,7 m. Trong quá trình khấu, ng−ời ta dựng hàng cột chống cách dải ch−a khai thác khoảng 1 m để tạo lối đi lại, khi kết thúc dải khấu thì lối này đ−ợc nối thông với lò thông gió. Sau mỗi lần nổ mìn, cần phải tháo sơ bộ khoảng 1/3 khối l−ợng để thường xuyên đảm bảo khoảng không gian tự do để cho công nhân làm việc.
Trong mỗi phân tầng luôn hình thành ba dải, một dải đang khấu, một dải lưu than tạm thời và dải đang tháo than.
- −u ®iÓm:
+ Khối lượng đường lò chuẩn bị ít, giảm được khó khăn khi đào lò dốc.
33
+ Giảm đ−ợc toàn bộ công tác chống giữ lò chợ, giảm đ−ợc chi phí gỗ (18 ữ 35 m3/1000 T than).
+ Giảm đ−ợc tổn thất than do không phải để lại các trụ bảo vệ giữ các dải.
+ Năng suất lao động cao.
- Nh−ợc điểm:
+ Khó khăn trong việc bảo vệ lối đi lại và điểm tiếp giáp với g−ơng khai thác.
+ Khi chiều dầy và góc dốc vỉa không ổn định sẽ gây tổn thất than lớn do không tháo hết than.
+ Mức độ an toàn lao động không cao.
Công nghệ khai thác này đ−ợc áp dụng để khai thác các vỉa than không sũng nước có góc dốc α = 50 ữ 55°, than rắn chắc hoặc có độ kiên cố trung bình, chiều dầy vỉa m = 1,2 ữ 4 m, chiều dày và góc dốc phải ổn định trong phạm vi tầng và phân tầng, đá vách ổn định từ trung bình trở lên, than không có tính tự cháy.
2.1.4. Công nghệ khai thác cho các vỉa dày, dốc đứng sử dụng phương pháp nổ mìn trong các lỗ khoan sâu.
Công nghệ này đ−ợc áp dụng trong hệ thống cột dài theo ph−ơng, tách phá than trong lò chợ bằng ph−ơng pháp nổ mìn trong các lỗ khoan sâu. Ph−ơng pháp này cho phép không phải chống và không cần ng−ời có mặt trong lò chợ. Để khai thác ng−ời ta khoan các hàng lỗ mìn theo suốt chiều dài lò chợ. Các hàng lỗ khoan đặt cách nhau 1,0 ữ 1,5 m (thậm chí từ 2 ữ 3 m) theo ph−ơng vỉa. Để nổ mìn phá than g−ơng ng−ời ta sử dụng hai cách nạp thuốc: phân đoạn và tập trung (hình cột liền). Khi nạp thuốc nổ phân đoạn, ng−ời ta dùng các thỏi thuốc amônít, các thỏi thuốc đ−ợc nối với nhau bằng dây nổ, nút lỗ
34
khoan bằng n−ớc. Khi nạp thuốc hình cột, ng−ời ta dùng các thỏi thuốc amônít và nút bằng đất sét. L−ợng tiêu hao thuốc nổ đ−ợc xác định theo độ kiên cố của than, chiều dày vỉa và các yếu tố khác ( hình vẽ 2.4 và 2.5). Với công nghệ khấu này, năng suất lao động của công nhân ở khu vực trong một ca đạt đến 12 tấn; chi phí gỗ chống giảm xuống đến 3 m3 cho 1000 tấn than. Giá thành 1 tấn than giảm gần 5 lần so với giá thành khi áp dụng công nghệ thông th−ờng có chống g−ơng lò. Công nghệ khai thác đ−ợc áp dụng trong các điều kiện mức độ biến đổi chiều dày và góc của vỉa từ ổn định trung bình trở lên. Đá
vách, đã trụ trực tiếp từ ổn định trung bình trở lên. Than có độ cứng bÊt kú.
100 ÷150 m 100 ÷150 m
400 ÷600 m
2 ữ 3 m 2 m 2 ữ 3 m Lỗ khoan khai thác (dài)
20÷ 40 m
20÷ 40 m
8 ữ12 m Lò th−ợng cột
Lò DV thông gió
Lò DV vận tải
6 ÷ 8 m
4 ÷6 m
Lò DV trung gian Lò song song
Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ khai thác cho các vỉa dày, dốc đứng sử dụng phương pháp nổ mìn trong các lỗ khoan sâu (không cần chống đỡ gương lò chợ)
35
Hình 2.5. Sơ đồ công nghệkhai thác cho các dày, dốc đứng sử dụng phương pháp nổ mìn trong các lỗ khoan sâu (khấu g−ơng lò chợ dạng buồng)
- −u ®iÓm:
+ Năng suất lao động cao, chi phí gỗ giảm do không phải chống giữ g−ơng lò chợ, giá thành tấn than thấp hơn so với các công nghệ khai thác truyền thống có chống giữ gương lò chợ. Mức độ an toàn tương đối đảm bảo.
- Nh−ợc điểm:
+ Tổn thất than lớn do để lại trụ bảo vệ, chi phí mét lò trên tấn than lớn.
+ Không áp dụng đ−ợc cho những vỉa có độ biến đổi về chiều dày, góc dốc lớn.
+ Khó khăn trong công tác đào các lò th−ợng chia khối do độ dốc lớn.