7.2. CHỈ TIÊU HÀM LƯỢNG THÀNH PHẦN CÓ ÍCH VÀ CÓ HẠI
7.2.2. Hàm lượng biên (hàm lượng mẫu đơn)
Hàm lượng biên của thành phần có ích là hàm lượng mẫu đơn giới hạn tối thiểu làm ranh giới phân chia giữa quặng công nghiệp với quặng không đạt giá trị công nghiệp hoặc giữa quặng và đá vây quanh, hay hàm lượng biên là hàm lượng thành phần có ích trong mẫu cuối cùng (mẫu ven rìa) được đưa vào ranh giới tính trữ lượng.
Khác với chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu, hàm lượng biên không phải là hàm lượng trung bình, hàm lượng biên là hàm lượng cụ thể của từng mẫu được sử dụng để khoanh ranh giới ngoài của thân quặng công nghiệp và hoàn toàn không đặc trưng cho trữ lượng bên trong của thân quặng. Như vậy, hàm lượng công nghiệp tối thiểu là khái niệm đồng nghĩa với hàm lượng trung bình có thật trong thân quặng, còn hàm lượng biên giúp cho khoanh nối thân quặng đơn giản, có lợi cho khai thác hơn.
Đối với thân quặng có ranh giới rõ ràng với đá vây quanh và hàm lượng thành phần có ích lớn hơn hoặc bằng hàm lượng công nghiệp tối thiểu và phân bố đồng đều thì không nhất thiết sử dụng hàm lượng biên trong khoanh nối thân quặng công nghiệp, trong trường hợp này ranh giới thân quặng tự nhiên trùng với ranh giới thân quặng công nghiệp. Trường hợp thân quặng có ranh giới không rõ ràng với đá vây quanh và hàm lượng biến đổi mạnh, thì việc sử dụng hàm lượng biên để khoanh nối thân quặng công nghiệp có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Bởi lẽ khi thay đổi chỉ tiêu hàm lượng biên sẽ dẫn đến thay đổi về kích thước (quy mô), hình dạng và cấu trúc nội bộ thân quặng cũng như thay đổi về hàm lượng trung bình thành phần có ích và cũng thay đổi về tài nguyên, trữ lượng quặng. Đối với nhiều mỏ khoáng sản kim loại phải dùng chỉ tiêu hàm lượng biên
chủ yếu do tính chất phân bố thành phần có ích trong thân quặng (hoặc trong mỏ) và do yếu tố địa chất khai thác mỏ, chứ không phải vì yếu tố kinh tế.
Ví dụ 5: Mỏ niken silicat Uran (theo A.P. Prokophev, 1973) là một thí dụ nêu lên sự cần thiết phải sử dụng hàm lượng biên để khoanh nối thân quặng công nghiệp. Theo yêu cầu, đối với mỏ này hàm lượng công nghiệp tối thiểu đối với Ni là 1,1%. Nếu sử dụng chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu để khoanh nối thì các thân quặng có kích thước rất nhỏ và không thể khai thác độc
lập trong thân quặng được (hình 7.1). Trong trường hợp này, người ta sử dụng chỉ tiêu hàm lượng biên để khoanh nối thân quặng công nghiệp, tức cho phép đưa vào ranh giới thân
Hình 7.1. Một phần sơ đồ mỏ Niken silicat (theo A.P. Prokophev, 1973)
1- Các khu quặng được khoanh theo hàm lượng Niken 1,1%;
2- Khu quặng được khoanh theo hàm lượng Niken 0,7%;
3- Các công trình thăm dò
168 quặng công nghiệp các mẫu có hàm lượng nikel thấp hơn hàm lượng công nghiệp tối thiểu, nhưng phải bảo đảm hàm lượng trung bình thực tế trong khối tính hay của thân quặng phải lớn hơn hàm lượng công nghiệp tối thiểu (>1,1% Ni). Với phương pháp đó khoanh được thân quặng nikel công nghiệp có quy mô lớn, cấu trúc đơn giản và thuận lợi để khai thác độc lập (hình 7.1).
b. Một số quan điểm về hàm lượng biên
Phương pháp xác định hàm lượng biên là phức tạp và thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau. Vấn đề về hàm luợng biên trong thời gian dài được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, trong đó đáng chú ý là các công trình của A.B. Kajdan, 1974 [7], E.O. Pogrebitski, 1974 [8].
Năm 1974, A.B. Kajdan đã tổng hợp các quan điểm khác nhau của nhiều nhà nghiên cứu về khái niệm hàm lượng biên trong khoanh nối và đánh giá thân quặng công nghiệp.
Trong công trình này ông đã nhấn mạnh rằng: vấn đề xác định hàm lượng biên là khó khăn, hiện còn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau, có thể quy nạp về 3 nhóm có quan điểm khá rõ ràng, đó là:
- Nhóm quan điểm thứ nhất: do A.Ph. Grauman, A.P. Kuznhetxov, G.A. Gatov và đại đa số các nhà nghiên cứu về phương pháp thăm dò mỏ ở Liên Xô (cũ) đều cho rằng hàm lượng công nghiệp tối thiểu và hàm lượng biên là hai chỉ tiêu kinh tế độc lập nhau và ít nhiều bổ sung cho nhau. Hàm lượng biên được xác định xuất phát từ nguyên tắc tương đương về giá trị, tức là giá trị nguyên liệu lấy ra từ quặng, với hàm lượng đó tương đương với sự tốn kém cần thiết để khai thác và tuyển chọn chúng, còn hàm lượng công nghiệp tối thiểu được xác định bằng cách tính toán như thế nào đó để cho giá trị của nguyên liệu thu hồi được từ quặng không những chỉ bù đắp lại những chi phí thăm dò khai thác và tuyển luyện mà còn bảo đảm tăng thêm vốn đầu tư xây dựng xí nghiệp mỏ.
- Nhóm quan điểm thứ hai: do X.P. Podiacov đề xuất năm 1927, sau đó được B.X.
Levonhit, A.V. Leviski, A.P. Prokophev và A.B. Kajdan và nhiều người khác cho rằng việc đặt chỉ tiêu hàm lượng biên vào vị trí tương đương với chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu như A.Ph. Grauman và những người theo quan điểm của ông là hoàn toàn không hợp lý.
Theo các tác giả, cần xem hàm lượng công nghiệp tối thiểu là chỉ tiêu kinh tế địa chất chủ yếu, là chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - địa chất tổng hợp, còn hàm lượng biên là khái niệm địa chất - không gian thứ yếu và thiếu ý nghĩa kinh tế độc lập.
- Nhóm quan điểm thứ ba: do B.I. Nikiphorov, N.V. Volodomonov và một số nhà kinh tế địa chất đề xuất. Theo dòng quan điểm này, hàm lượng biên là chỉ tiêu kinh tế -địa chất thứ nhất là điều kiện tiên quyết cần thiết và đủ để khoanh ranh giới thân quặng công nghiệp.
Trong ba nhóm quan điểm nêu trên, phần lớn các nhà địa chất thăm dò thừa nhận và tiếp tục nghiên cứu bổ sung cho nhóm quan điểm thứ hai.
Thực tiễn công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác mỏ đã chỉ ra:
- Hàm lượng công nghiệp tối thiểu trong một thân quặng cụ thể phụ thuộc chặt chẽ vào các tính chất tự nhiên của khoáng sàng, vào điều kiện thế nằm và cấu tạo bên trong của thân quặng, vào trang thiết bị kỹ thuật sản xuất và mức độ tổ chức sản xuất, vào đặc điểm địa lý tự nhiên, điều kiện địa lý kinh tế và hàng loạt các yếu tố quan trọng khác. Đây là chỉ số khái quát chung quan trọng nhất, tổng hợp tất cả các yếu tố xác định giá trị thực tế của khoáng sản.
- Trong thực tế thăm dò và tính trữ lượng khoáng sản, không phải khi nào cũng dùng hàm lượng biên để khoanh nối ranh giới thân quặng công nghiệp. Trong thực tế, hàm lượng biên chỉ sử dụng trong những trường hợp khi việc khoanh ranh giới thân quặng theo hàm lượng công nghiệp tối thiểu dẫn đến làm giảm trữ lượng quặng hoặc gây ra tổn thất nhiều về trữ lượng quặng hoặc kim loại. Ví dụ: do việc khoanh ranh giới thân quặng theo hàm lượng
169 công nghiệp tối thiểu dẫn đến việc phân chia thân quặng địa chất thành từng khu vực nhỏ, từng ổ quặng hoặc thấu kính quặng làm giảm đi điều kiện khai thác mỏ, giảm năng xuất trong khai thác mỏ và như vậy sẽ tăng giá thành khai thác, hoặc không có khả năng tổ chức khai thác.
- Đối với khoáng sản cần thiết phải sử dụng hàm lượng biên, thì giữa hàm lượng biên và hàm lượng công nghiệp tối thiểu (hàm lượng trung bình tối thiểu) có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau và cũng rất phức tạp. Khi thay đổi hàm lượng biên (Cb) sẽ dẫn đến sự thay đổi chất lượng quặng, thay đổi hình thái, kích thước và cấu trúc bên trong của thân quặng và trong nhiều trường hợp làm thay đổi năng suất sản xuất của xí nghiệp và cuối cùng là thay đổi trạng thái kinh tế khai thác mỏ. Do vậy trong một số trường hợp cần thiết, kèm theo sự thay đổi giá trị của hàm lượng biên, phải xem xét lại và thay đổi chỉ tiêu về hàm lượng công nghiệp tối thiểu. Nói cách khác việc xác định hàm lượng biên (Cb) và hàm lượng công nghiệp tối thiểu (CCN) cho khoáng sản cần xác định đồng thời.
- Trong thực tế, một số nước phương tây thường không sử dụng khái niệm hàm lượng biên, mà chỉ sử dụng khái niệm hàm lượng công nghiệp tối thiểu.
c. Một số phương pháp xác định hàm lượng biên
* Phương pháp lựa chọn theo các phương án hàm lượng biên
Đây là phương pháp truyền thống để lập cơ sở lựa chọn chỉ tiêu hàm lượng biên hợp lý. Tiêu chuẩn cơ bản để lựa chọn chỉ tiêu hàm lượng biên là dựa vào đặc trưng phân bố của thành phần có ích, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và hiệu quả khai thác mỏ. Giá trị hợp lý của hàm lượng biên là dao động trong khoảng từ hàm lượng thành phần có ích trong đuôi quặng (theo tài liệu nghiên cứu mẫu công nghệ hoặc đuôi quặng trong nhà máy tuyển) đến hàm lượng công nghiệp tối thiểu, tức: Cđq ≤ Cb ≤ CCN
Trong đó: + Cđq - Hàm lượng thành phần có ích trong đuôi quặng;
+ CCN -Hàm lượng công nghiệp tối thiểu;
+ Cb - Hàm lượng biên.
- Theo I.Đ. Kozan [10], khi quặng và đá vây quanh có ranh giới rõ ràng thì không cần thiết sử dụng chỉ tiêu hàm lượng biên. Trong trường hợp thân quặng không có ranh giới rõ ràng với đá vây quanh, để khoanh nối thân quặng công nghiệp cần sử dụng hàm lượng biên.
Trong trường hợp này hàm lượng công nghiệp tối thiểu đặc trưng cho hàm lượng thấp nhất cho phép đối với khối quặng, còn hàm lượng biên phụ thuộc vào mẫu khoanh ranh giới ngoài rìa thân quặng và hoàn toàn không đặc trưng cho trữ lượng công nghiệp của thân quặng.
Kích thước, hình dáng thân quặng cũng như hàm lượng trung bình trong chúng phụ thuộc vào trị số hàm lượng biên. Hàm lượng biên càng thấp thì kích thước thân quặng càng lớn, cấu trúc càng đơn giản, trữ lượng chung của thân quặng càng lớn. Ngược lại khi hàm lượng biên cao sẽ làm thân quặng bị phức tạp hoá, nhưng lại tăng hàm lượng trung bình trong thân quặng. Do đó tìm giá trị hàm lượng biên là vấn đề không phải dễ dàng, không thể xác định được theo công thức toán học. Hàm lượng biên phải được xác định trong mỗi trường hợp cụ thể, trên cơ sở phân tích tỉ mỉ những đặc điểm của khoáng sản có chú ý đến chỉ số kinh tế - kỹ thuật. Do đó tốt nhất xác định theo phương pháp phương án tối ưu. Trong khi so sánh các phương án khác nhau, người ta phân tích những thay đổi các thông số địa chất và kinh tế - kỹ thuật từ phương án này đến phương án khác để lựa chọn cho hợp lý.
- Theo E.O. Pogretbitski, 1974 [8], hàm lượng biên chỉ nên sử dụng trong trường hợp khi khoanh nối thân quặng theo hàm lượng công nghiệp tối thiểu dẫn đến làm giảm nhiều trữ lượng và chia cắt thân quặng thành nhiều khu vực có kích thước nhỏ, gây khó khăn trong khai thác. Giữa hàm lượng công nghiệp tối thiểu, hàm lượng biên và hàm lượng trung bình có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Sự thay đổi hàm lượng biên dẫn đến sự thay đổi bản chất về chất lượng của thân quặng, năng xuất sản xuất của xí nghiệp, điều kiện khai thác và kinh tế mỏ. Do
170 đó cả ba chỉ tiêu này phải được xem xét đồng thời. Dựa vào tài liệu thăm dò khoanh nối thân quặng theo một số phương án về hàm lượng biên, việc lựa chọn phương án và số lượng của chúng phụ thuộc vào đặc điểm của khoáng sản. Nếu quặng hóa phức tạp có thể khoanh nối theo 4 ÷ 5 phương án, một trong số phương án đó lấy chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu trên một mỏ khoáng đã thăm dò khai thác có đặc điểm tương tự.
Trong thực tiễn công tác thăm dò, xác định chỉ tiêu hàm lượng biên không phải dễ dàng, bởi lẽ giữa Cb và các yếu tố địa chất, yếu tố kinh tế - kỹ thuật có quan hệ phức tạp, hiện chưa có khả năng khái quát hóa mối quan hệ phụ thuộc này dưới dạng công thức toán học. Để xác định hàm lượng biên phương pháp phổ biến là dùng phương án tối ưu như đề cập trên.
Bản chất của phương pháp các phương án hàm lượng biên là tiến hành khoanh nối thân quặng theo một số giá trị khác nhau của hàm lượng biên, thông thường người ta tiến hành 4 ÷ 5 phương án, giá trị hàm lượng biên nằm trong khoảng từ hàm lượng thành phần có ích trong đuôi quặng đến hàm lượng công nghiệp tối thiểu. Tương ứng với mỗi phương án hàm lượng biên tiến hành tính toán các thông số địa chất công nghiệp và các thông số kinh tế - kỹ thuật, sau đó so sánh đánh giá để lựa chọn hàm lượng biên tối ưu.
Theo V.M. Bzunov, 1971, khi so sánh các phương án hàm lượng biên để chọn phương án hàm lượng biên tối ưu cần phân tích và so sánh các yếu tố sau:
- Hình dáng kích thước thân quặng, khả năng áp dụng hệ thống khai thác tối ưu nhất trong các phương án khác nhau.
- Trữ lượng chung của quặng và kim loại, hàm lượng trung bình thành phần có ích trong quặng.
- Hệ số thu hồi trong khai thác.
- Hệ số thu hồi trong tuyển.
- Hệ số bốc đất phủ (Kp) trong khai thác lộ thiên.
- Giá thành khai thác và tuyển luyện nguyên liệu.
- Tổng vốn đầu tư và tỷ trọng vốn đầu tư.
- Năng suất hàng năm của xí nghiệp khai thác.
- Lợi nhuận thu được trong khai thác v.v...
Phương pháp có ưu điểm là thể hiện đầy đủ đặc điểm địa chất thân quặng, hình dạng, cấu trúc của thân quặng, mức độ tập trung trữ lượng trên bình đồ và trên mặt cắt địa chất;
nhưng có nhược điểm là khối lượng tính toán lớn. Ngày nay, với sự trợ giúp của các phân mềm chuyên dụng cài đặt trên máy tính thì phương pháp có thể thực hiện dễ dàng.
* Phương pháp thống kê Để xác định giới hạn dưới của hàm lượng biên, người ta có thể dùng phương pháp thống kê theo đề nghị của A.P. Prokophev, 1973. Bản chất của phương pháp thống kê là từ tập mẫu phân tích cơ bản (đơn vị tính là
%, g/T hay kg/m3), tiến hành xây dựng toán đồ phân bố hàm lượng, cũng gọi phương pháp đồ thị. Sau đó tiến hành xây dựng đường cong lũy tích như ví dụ về hàm lượng của Ni thể hiện trên hình 7.2. Sau đó, tại vị trí trên trục tung có giá trị bằng hàm lượng công nghiệp tối thiểu (ở đây lấy là 1,1%
Ni), ta kẻ đường thẳng song song với Hình 7.2. Xác định giới hạn của hàm lượng biên thành phần có ích trong mẫu
(theo A.P. Prokophev, 1973)
171 trục hoành. Lúc đó, diện tích giới hạn bởi đường cong và trục hoành được phân thành hai phần: phần trên cao hơn mức hàm lượng công nghiệp tối thiểu (S1) và dưới nhỏ hơn hàm lượng công nghiệp tối thiểu (S2). Như vậy, để bảo đảm có được hàm lượng trung bình bằng hàm lượng công nghiệp tối thiểu, cần xác định diện tích nằm trên mức hàm lượng công nghiệp tối thiểu (S2) phải bằng một phần diện tích nào đó nằm ở dưới mức hàm lượng công nghiệp tối thiểu (S3). Khi chọn được diện tích như thế, dựa vào trục tung ta sẽ xác định được hàm lượng biên cần thiết.
Trong thí dụ đã nêu ở hình 7.2 hàm lượng biên xác định được là 0,7% Ni. Tương tự có thể xác định được cho tất cả các hàm lượng thành phần có ích.
Nếu mẫu lấy trong mỏ phân bố khá đều đặn, thì tỷ lệ số lượng mẫu có hàm lượng thành phần có ích trong khoảng nào đó sẽ tương ứng với khối lượng quặng ở cấp hàm lượng đó trong mỏ (trong khối tính), còn tích số giữa số lượng mẫu thuộc cấp cấp đó với hàm lượng trung bình của thành phần có ích ở cấp này sẽ phản ánh khối lượng kim loại trong quặng trong mỏ (trong khối tính). Như vậy, cả trữ lượng quặng, lẫn trữ lượng kim loại đều sẽ không ngừng tăng lên theo mức độ giảm hàm lượng biên lựa chọn. Nhưng việc tăng trữ lượng quặng trong nhiều trường hợp không tương ứng với việc tăng trữ lượng kim loại. Tính chất không tương ứng của việc biến đổi trữ lượng quặng với trữ lượng kim loại thường phản ảnh khá rõ ràng khi thay đổi hàm lượng biên. Tính chất biến đổi của trữ lượng quặng, trữ lượng kim loại và hàm lượng trung bình thành phần có ích dễ dàng phản ánh trên các đồ thị tương ứng và dựa vào đó ta chọn được trị số tối ưu của hàm lượng biên (hình 7.3). Như vậy, hàm lượng thay đổi từ Cgb
đến Cmin cần được phân tích thống kê thật cẩn thận, vì giá trị hàm lượng biên phải tìm nằm trong khoảng giới hạn này.
Ví dụ: ở một mỏ quặng vàng, dựa trên cơ sở số liệu lấy mẫu tính trữ lượng quặng và kim loại và được sắp xếp bằng tỷ lệ phần trăm tương đối theo cấp hàm lượng. Căn cứ vào các số liệu đó, chúng ta lập đường biểu diễn sự phân bố trữ lượng quặng và kim loại như trên hình 7.3. Dựa vào hình 7.3 thấy rõ hàm lượng biên hợp lý nhất là nằm trong khoảng 1,5÷2,5g/m3, bởi lẽ dưới hàm lượng đó, trữ lượng
quặng sẽ tăng khá nhanh, nhưng trữ lượng kim loại tăng không đáng kể.
Các phương pháp thống kê xác định hàm lượng biên không trả lời cụ thể về một trị số có lợi nhất, bởi lẽ chúng chỉ dựa trên sự phân tích chỉ tiêu số lượng (số lượng mẫu, đại lượng hàm lượng thành phần có ích, số lượng trữ lượng quặng, số lượng trữ lượng kim loại). Các phương pháp này không tính toán được và cũng không phản ánh được sự phân bố các thành phần có ích trong thân quặng (hàm lượng cao thường nằm tập trung ở phần trung tâm thân quặng, vai trò các tầng chắn, sự phân bố dạng ổ của các hợp phần có
ích, việc có mặt các lớp đá kẹp v.v.). Bởi vậy, các biện pháp thống kê nên được xem như là biện pháp phụ trợ, phải được kiểm tra và xác nhận bằng cách khoanh trực tiếp các thân quặng ở trên bình đồ và trên các mặt cắt theo một số phương án hàm lượng biên của hợp phần có ích dự kiến.
Hình 7.3. Sự phân bố trữ lượng quặng (1) và kim loại (2) theo các cấp trữ lượng
(theo A.P. Prokophev, 1973)