CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC ĐÁ KHỐI CỦA
1.4. TỔNG HỢP VỀ HIỆN TRẠNG VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC
1.4.2. Tổng hợp về công nghệ khai thác
Nhìn chung, công nghệ khai thác ở đa số các mỏ là dùng khoan nổ mìn, điều này phù hợp vì hầu hết các mỏ hiện tại mới chỉ là khai thác đá tảng lăn với kích thước tảng từ vài mét khối đến hàng trăm mét khối, áp dụng công nghệ khoan nổ mìn để tách sẽ phù hợp với địa hình, vốn đầu tƣ thấp, giá thành thấp và sản lƣợng cao. Tuy nhiên, do hầu nhƣ chƣa có sách, tài liệu hay công trình nghiên cứu sâu nào về khai thác đá khối ở Việt Nam trước đây, nên các mỏ chỉ là học hỏi lẫn nhau ở các mỏ gần nhau, thực tế chất lƣợng nổ đa số là chƣa hoàn thiện, số lƣợng bãi nổ không thành công còn nhiều, gây ra chi phí vô ích, dẫn đến giá thành cao, lãng phí tài nguyên.
Có thể tổng kết công nghệ khai thác đá khối ở khu vực Trung và Nam Bộ hiện nay bao gồm các công nghệ khai thác sau:
1.4.2.1. Tách đá thủ công:
Các thông số tách đá khối bằng thủ công có thể khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc, độ bền, hướng mặt yếu dễ tách của đá.
Sử dụng bộ nêm thủ công 03 cái để tách và sửa mặt đá. Sau khi tạo ra đƣợc rãnh ban đầu dọc theo mạch tách, nêm thủ công tác dụng vào rãnh một lực nhất định làm đá tách ra khỏi nguyên khối theo mặt yếu.
Phương pháp này chỉ thích hợp với quy mô mỏ nhỏ lẻ, sản lượng rất thấp, chủ yếu để tách đá mồ côi và những đá có độ bền thấp. Thường chỉ sử dụng cho những khối đá tảng lăn nhỏ, có thể tích vài mét khối.
1.4.2.2. Tách đá bằng phương pháp khoan nêm:
Bản chất của phương pháp khoan nêm được trình bày trong tiểu mục 2.4.7.1.
Để tách đá theo hướng xác định, cần lựa chọn số lượng lỗ khoan, khoảng cách, và chiều sâu khoan phù hợp với đặc điểm cấu trúc của đá, kích thước của khối. Để đảm bảo chất lượng tách đá có thể tăng đường kính, giảm khoảng cách giữa các lỗ khoan đến 100mm, tăng chiều sõu khoan đến ẵ hay 1/3 chiều cao mặt tỏch. Thụng thường, để tạo mặt tách bằng phẳng như ý muốn, người ta thường xen kẽ giữa các
lỗ khoan ngắn là các lỗ khoan sâu hơn gọi là lỗ khoan “dẫn” có chiều sâu khoan lớn hơn, đến 9/10 chiều cao (hoặc chiều rộng) block đá.
Sử dụng búa khoan cầm tay các loại của Trung Quốc nhƣ YT23, YT24, YT28 để khoan lỗ. Sau khi khoan, khối đá đƣợc tách ra khỏi nguyên khối bằng nêm phối hợp dạng cân hoặc lăng trụ với 02 lá thép hai bên.
Tách đá khối bằng phương pháp khoan nêm có năng suất thấp, giá thành cao, công việc nặng nhọc. Ƣu điểm là đơn giản, cơ động, lợi dụng đƣợc tối đa các kẽ nứt tự nhiên, có khả năng áp dụng trong điều kiện địa chất mỏ phức tạp, tách đƣợc khối đá có độ bền bất kỳ. Phương pháp này được hầu hết các mỏ sử dụng để tách lần 2 ra các block tiêu chuẩn trước khi đưa về nhà máy cưa cắt, hoặc để cắt gọt đầu block.
Để khoan nêm đạt hiệu quả tốt thì đường cản nhỏ nhất phải ≥ 01 mét.
1.4.2.3. Tách đá bằng bột nở:
Trong những năm gần đây, người ta đã nghiên cứu sử dụng bột nở để thay thế nêm. Bản chất của phương pháp này được trình bày trong tiểu mục 2.4.7.3.
Để tách đá bằng bột nở, cần khoan sâu đến 85-90% chiều sâu (hoặc chiều rộng) của block đá. Khoảng cách lỗ khoan phụ thuộc vào đường kính lỗ. Đối với đường kính lỗ 30mm là 15 – 20cm, với đường kính lỗ 40mm thì là 25 – 30cm, với lỗ 50mm thì là 35 – 40cm. Thông thường, đối với cỡ đường kính lỗ khoan 40mm, thì chỉ tiêu nạp là 1,5kg/m lỗ khoan. Thời gian tác dụng trương nở tách đá đạt hiệu quả tốt nhất thông thường là từ 4 – 6 giờ.
Phương pháp này được các mỏ áp dụng để tách lần 2 ra block, cắt gọt sửa block, và cả tách lần 1 với các tảng đá mồ côi có kích thước đến vài chục mét khối.
1.4.2.4. Tách đá bằng phương pháp nhiệt:
Kỹ thuật dùng dòng nhiệt cao sử dụng để tạo ra các bề mặt tự do cần thiết khi tiến hành bóc tách các khối đá thuộc họ granite. Nguyên lý hoạt động của thiết bị này đƣợc trình bày trong nhóm tiểu mục 2.4.4. Chiều dày phá hủy mỗi lần dòng nhiệt đi qua khoảng 6mm, và chiều rộng khoảng 10cm. Tốc độ cắt, tùy theo loại đá granite mà thay đổi từ 1 – 1,5m2/h.
Phương pháp này được sử dụng trong giai đoạn đầu của gương khai thác nhằm tạo ra những bề mặt tự do cho việc bóc tách khối đá đầu tiên, mà không sợ gây ra sự nứt rạn đối với khối đá. Nhược điểm chính của phương pháp này là tổn thất đá hơi lớn, bị hạn chế khi dùng cho đá đồng chất, phát bụi làm ảnh hưởng đến người vận hành và môi trường.
Ở khu vực trước đây có mỏ đá trắng Suối Lâu có sử dụng thiết bị này để khai thác, nhưng do chi phí cao, hao tổn lớn, lại ảnh hưởng đến công nhân vận hành và môi trường nên hiện nay không còn sử dụng, mà thay bằng phương pháp cưa đĩa.
1.4.2.5. Tách đá bằng phương pháp cưa cắt:
a. Tách đá bằng phương pháp cưa đĩa:
Phương pháp cưa đĩa mới được mỏ đá trắng Suối Lâu nghiên cứu ứng dụng vào khai thác đá granite hiện nay, phối hợp với khoan nêm.
Cưa đĩa ở đây là phương pháp có cải tiến, dùng các đầu segment có gắn những hạt kim cương gắn lên vành lưỡi cưa để cắt đá. Do đó, có thể cắt được các loại đá có độ cứng bất kỳ, khác với cƣa đĩa truyền thống chỉ cắt đƣợc đá có độ cứng ≤ 250kg/cm2.
Đĩa làm bằng thép carbon chất lƣợng cao hay thép hợp kim dày 10 – 20mm.
Chiều sâu cưa ăn vào đá có thể đạt tới 40% đường kính đĩa, ở mỏ Suối Lâu cưa được đến 1,2m, đạt yêu cầu về kích thước block đá tiêu chuẩn loại 1 cho máy cưa đĩa trong nhà máy cƣa xẻ do giảm phần bìa bắp. Năng suất của máy cƣa đĩa có thể đạt 4 – 20m3/h. Thực tế tại mỏ đá trắng Suối Lâu, nếu làm việc 01 ca/ngày và liên tục thì có thể đạt 500m3/tháng/máy.
Ƣu điểm của máy cƣa đĩa kiểu này là nâng cao rõ rệt tỷ lệ thu hồi khối lên đến 90%, đá không bị vỡ vụn, chất lƣợng nguyên khối của đá đƣợc nâng cao rất nhiều, thứ phẩm, khói, bụi ít, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cấu tạo đơn giản, chắc chắn trong vận hành, mạch cắt nhỏ, năng suất cao, chi phí thấp.
Nhược điểm của cưa đĩa là hệ số sử dụng đường kính đĩa nhỏ, do đó, để đạt yêu cầu kích thước block đá chuẩn thì đòi hỏi đường kính đĩa lớn, máy cồng kềnh, đòi hỏi lượng nước làm mát lớn.
Tại mỏ đá trắng Suối Lâu sử dụng máy cưa đĩa cắt 01 hướng theo chiều thẳng đứng, còn mặt ngang thì sử dụng phối hợp tách bằng phương pháp khoan nêm.
Thông số khoan nêm là anêm = 0,1m, Lnêm = 0,2m, sử dụng bộ nêm ba lá để nêm sau khi cắt đường dọc thẳng đứng, cuối cùng là cắt ngang ra các block.
b. Tách đá bằng phương pháp cưa cáp kim cương:
Phương pháp cưa cáp kim cương đang được áp dụng ở mỏ đá đen Sơn Hòa.
Quy trình cưa cắt như sau: trước tiên phải khoan 01 lỗ thẳng đứng và một lỗ nằm ngang của khối đá cần cƣa cắt, hai lỗ này phải thông với nhau, để xỏ dây cáp và làm cho cáp kim cương tạo thành một đường khép kín; luồn dây cáp kim cương vào lỗ, đầu đuôi nối thành một dạng vô cực, và lắp trên bánh chính của máy khởi động, sau đó dùng cơ cấu chạy để siết chặt dây cáp kim cương, khởi động máy thì bánh chính xoay chuyển, làm dây cáp kim cương vận động, và tùy theo sự di động của cơ cấu chạy, dây cáp kim cương trước sau siết chặt rãnh cưa và tiến hành quá trình cưa. Đối với rãnh cưa thì lúc nào cũng phải có nước, để làm lạnh cáp và loại bỏ bột đá.
Tại mỏ đá đen Sơn Hòa đạt năng suất 42m2/ca, với tiêu hao cáp đạt 24m2/m đối với loại cáp Winster của Đức.
Ưu điểm của cưa cáp kim cương là đơn giản trong cơ cấu và tổ chức phục vụ, nhận được các khối đá có kích thước cần thiết và hình dáng đúng quy cách, năng lượng dùng để tách đá không lớn. Cho phép cưa được diện tích tương đối rộng, có thể tới 200m2 cho một lần đặt máy, theo các mặt phẳng nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, mạch cƣa của cáp nhỏ (khoảng 11mm), tốc độ cƣa cao, độ thu hồi khối lớn, yêu cầu kỹ thuật đối với nhân viên không cao,
Nhược điểm của phương pháp này là công tác chuẩn bị lớn, cần nguồn nước làm mát lớn, giá thành cáp kim cương cao, dẫn đến chi phí cáp cao, thường chiếm 60 – 70% giá thành chung của sản phẩm. Tuy nhiên, theo sự phát triển của kỹ thuật chế tạo, và sử dụng rộng rãi hơn, thì giá thành sẽ đƣợc hạ thấp.
1.4.2.6. Tách đá bằng phương pháp khoan nổ mìn:
a. Tách đá bằng kíp điện thường:
Phương pháp tách đá bằng kíp điện thường được sử dụng để tách các tấm bìa mỏng, sửa block đá. Khoan sâu bằng 85 – 90% chiều cao block, thả kíp, miệng nhét bua, và đấu mạng nổ tách sửa block.
b. Tách đá bằng kíp điện thường và dây nổ:
Hầu hết các mỏ đá khối trong khu vực đều đang áp dụng và là phương pháp tách đá khối chủ yếu hiện nay ở các mỏ. Sử dụng phương pháp tách đá bằng kíp điện thường và dây nổ cho việc tách khối lần 1 ra khỏi khối nguyên và tách block lần 2, với kích thước khối đá từ vài mét khối đến vài chục mét khối.
Phương pháp khoan nổ như sau:
- Thông số khoan: Các lỗ khoan đƣợc khoan với khoảng cách lỗ từ 20 – 45cm, chiều sâu lỗ khoan phải đạt 90 – 95% chiều cao (hoặc chiều rộng) khối đá, đường kính lỗ khoan 35 – 42mm. Chú ý hàng lỗ khoan ngang phải khoan đều và thẳng hàng trên một mặt phẳng cho dễ tách, sử dụng giá khoan tự chế bằng gỗ (An Giang, Đồng Nai) hoặc khung sắt có ống thủy lực phía trên để đẩy đầu búa khoan (Phú Yên), để phục vụ cho việc khoan ngang dễ dàng và đạt yêu cầu. Khi khoan, có thể khoan hơi nghiêng xuống (Bình Định, Gia Lai, Bình Thuận), hoặc cũng có thể khoan ngang (An Giang, Đồng Nai, Ninh Thuận); có thể khoan sát mặt dưới của tầng (An Giang), hoặc cũng có thể chừa lại cách mặt tầng một ít (thường là 10cm) (Đồng Nai, Ninh Thuận).
- Thông số nạp nổ: dây nổ thường sử dụng loại 12g/m và dùng loại dây nổ chịu nước có vỏ bọc nhựa màu đỏ của Việt Nam, có thể nạp 1, 2, hoặc 3 sợi trong 01 lỗ tùy theo lực tách yêu cầu; đối với tách block lần 2 thường sử dụng dây đơn và cũng tùy theo lực tách cần thiết mà chiều dài dây nổ nạp trong lỗ có thể dài hoặc ngắn.
Thường sử dụng công nghệ nạp bua nước để lực tách phân bố đồng đều hơn, mặt đá tách ra sẽ phẳng hơn. Miệng lỗ có thể nạp bua rắn (Bình Định, Đồng Nai, Gia Lai…), hoặc cũng có thể chỉ dùng bua nước (An Giang). Dùng kíp điện tức thời số 8 (K8) để khởi nổ. Đấu mạng trên mặt có thể dùng dây nổ rải mặt và dùng 01 kíp để
khởi nổ, hoặc cũng có thể dùng kíp rải mặt cho mỗi lỗ. Thông thường nếu tách khối có 03 mặt thoáng thì hàng ngang và 02 hàng thẳng đứng đều đƣợc khởi nổ đồng thời.
Phương pháp này hiện đang được sử dụng phổ biến là do có những ưu điểm nhƣ thuận tiện trong thao tác nạp nổ, thời gian chuẩn bị và nạp nổ nhanh, năng lượng nổ phân bố đồng đều trong lỗ khoan, an toàn, ít ảnh hưởng đến môi trường, và phù hợp với yêu cầu công việc hiện nay do đa số mới chỉ khai thác đá tảng lăn, cần lực tách không lớn, giảm răn nứt trên mặt tách của khối đá phá ra.
c. Tách đá bằng kíp điện thường và thuốc nổ công nghiệp:
Phương pháp này được sử dụng nhiều trước đây tại các mỏ đá khối miền Đông Nam Bộ và Trung Bộ, nhƣng hiện nay đã ít sử dụng hơn và đƣợc thay thế bằng phương pháp tách bằng kíp điện + dây nổ.
Thuốc nổ được chế tạo lại thành từng thỏi theo cách làm giảm đường kính lượng thuốc xuống tối đa, thường là 10mm, kíp điện thường được đặt vào trong thỏi thuốc, và đấu dây mạng nổ điện. Sử dụng bua nước để nạp, miệng lỗ có nhét bua rắn. Lượng thuốc trong lỗ nhiều hay ít tùy theo lực tách yêu cầu, sử dụng phương pháp nạp phân đoạn để phân bố đồng đều hơn năng lƣợng thuốc nổ trong lỗ khoan.
Phân bố lượng thuốc trong các lỗ khoan cùng mặt tách ở trường hợp này là so le nhau, theo hướng phân bổ đồng đều hơn năng lượng thuốc nổ trên mặt tách.
Phương pháp này cho lực tách ra mạnh hơn phương pháp trên, song có nhược điểm là thời gian chuẩn bị và nạp nổ lâu, năng lƣợng nổ phân bố không đều bằng phương pháp tách bằng dây nổ + kíp điện thường, khi có mìn câm do kíp hoặc đấu dây mạng thì hỏng cả khối đá tách ra. Có khả năng tách đƣợc các khối đá rất lớn.
d. Tách đá bằng kíp điện thường, dây nổ và thuốc nổ công nghiệp:
Nội dung tương tự phương pháp trên. Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng ở một số mỏ, khi cần phải có lực tách mạnh.
Thông số khoan: đường kính lỗ 36 – 42mm, khoảng cách lỗ 20 – 50mm, chiều sâu lỗ khoan (0,8 – 0,95)H, hoặc (0,9 – 0,95)B.
Thông số nổ: Thuốc nổ công nghiệp được sử dụng kèm theo ở đây thường là AD1, ít hơn là nhũ tương khi cần nạp lỗ có nước, và đôi khi sử dụng cả Anfo (mỏ đá xám Phước Hòa).
Tùy theo lực tách yêu cầu ở từng điểm, từng mặt tách mà nạp thêm thuốc vào lỗ, mỗi đoạn thuốc nạp có khối lượng khoảng vài mươi gram, thông thường vài lỗ khoan nạp dây mới có 01 lỗ nạp thêm thuốc. Nếu cần phải nạp thuốc nhiều thì sử dụng phương pháp nạp phân đoạn so le như trên đã nói, có thể phân đoạn bằng bua nước hoặc bua rắn, miệng lỗ khoan thường phải bít bằng bua rắn; các lỗ khoan chỉ nạp dây nổ thì dùng bua nước, có thể bít miệng bằng bua hoặc không.
Mặt tách đứng thường nạp nhẹ hơn mặt ngang, chiếm khoảng 50% lượng thuốc nạp ở mặt ngang do cần lực tách nhẹ hơn.
Dùng dây nổ rải mặt để nối mạng, và khởi nổ bằng 01 kíp điện tức thời số 8.
Phương pháp nạp này có lực tách mạnh hơn các phương pháp trên, song cần phải tính toán chính xác lƣợng thuốc và cấu trúc lƣợng thuốc nạp để giảm thiểu răn nứt bề mặt khối đá tách ra. Phương pháp này có khả năng tách được các khối đá rất lớn, đến vài trăm và thậm chí trên một ngàn mét khối.
e. Tách đá bằng kíp điện thường, dây nổ, thuốc nổ công nghiệp và thuốc đen khói:
Phương pháp này đã và đang sử dụng ở một số ít mỏ đá khối như mỏ đá con tằm An Giang (Đông Nam núi Cấm).
Tương tự phương pháp nạp trên về các thông số khoan và nổ. Chỉ thay cho phần lớn thuốc nổ công nghiệp bằng lƣợng thuốc đen khói tự chế ở mỏ. Các lƣợng thuốc và bua được chế thành thỏi và chuẩn bị sẵn trước khi nạp để phục vụ cho việc nạp nổ đƣợc thuận tiện, chính xác, và nhanh chóng.
Điểm khác với phương pháp trên là lượng thuốc nạp chỉ phân đoạn bằng bua rắn và bố trí không so le nhau, các lỗ khoan chỉ nạp dây nổ thì sử dụng bua nước và không bít miệng.
Phương pháp tách đá này có ưu điểm là lực tách và đẩy mạnh, bảo toàn được độ nguyên khối của khối đá tách ra mà độ hở ra của khối đá khi nổ tách vẫn đạt yêu
cầu đảm bảo để xe cơ giới dễ lật ra, tách được khối đá với kích thước rất lớn.
Nhược điểm của phương pháp này là kém an toàn, mặt đá tách ra bị ố đen ở các vị trí nạp thuốc đen khói, tuy nhiên, khi đƣa vào chế biến cũng sẽ phải loại bỏ phần bìa bắp bên ngoài nên thực tế cũng không ảnh hưởng đến chất lượng đá và độ thu hồi khối.
1.4.2.7. Tách đá bằng phương pháp phối hợp:
Các mỏ đá khối bắt đầu khai thác vào đá gốc cũng thường sử dụng phương pháp phối hợp khi tách đá lần 1 nhƣ: cƣa đĩa phối hợp với khoan nêm (mỏ đá trắng Suối Lâu), khoan nêm phối hợp khoan nổ mìn (mỏ đá đen núi Đen, các mỏ ở Bình Định, Gia Lai), sử dụng thiết bị cắt đá tia lửa phối hợp khoan nêm…