Điều kiện địa chất khoáng sàng khác nhau, cần có những hệ thống khai thác và những công nghệ khai thác phù hợp để công tác khai thác đạt hiệu quả cao nhất cả về mặt kinh tế và mặt kỹ thuật.
Các đặc điểm địa chất của vỉa 13 công ty cổ phần than Quang Hanh
- Cấu trúc vỉa : cấu trúc vỉa 13 rất ổn định, về cấu tạo vỉa mức độ là đơn giản. Có một vài lớp đá kẹp mỏng không đáng kể, không ảnh hưởng nhiều đến công tác khai thác, cũng như chất lượng than khai thác được.
- Chiều dày vỉa : vỉa 13 có chiều dày trung bình 2,85 m, chiều dày này tương đối ổn định, ít có sự thay đổi.
- Góc dốc vỉa : góc dốc trung bình của vỉa là 170 - Chiều dài theo phương : 2400m
- Tính tự cháy : than của vỉa 13 không có tính tự cháy.
- Tỷ trọng trung bình của than : = 1,45 T/m3
- Tính chất cơ lý : than vỉa 13 thuộc loại than antraxit,độ kiên cố f = 1,5.
- Vỉa không có nóc giả, vách trụ vỉa than là bột kết, cát kết,đôi chỗ có cả sạn kết bền vững. Các tính chất của các loại đá vách, đá trụ được thể hiện trong bảng
- Khu vực thiết kế được xếp hạng I về độ xuất khí CH4
T
T Lớp đất đá Loại đất đá Thể trọng f Chiều dày
1 Vách trực tiếp Bột kết 2.6 T/m3 4 5 5m
2 Vách cơ bản Cát kết 2.7 T/m3 5 7 7m
3 Trụ Cát kết 2.7T/m3 5 7 -
III.2. Lựa chọn hệ thống khai thác
III.2.1. Những yêu cầu khi lựa chọn hệ thống khai thác - Mức độ an toàn cao
- Điều kiện lao động của công nhân phải thuận lợi
SV: Nguyễn Thiên Cường 60 Lớp: Khai thác H – K57
- Đạt công suất lớn, năng suất lao động cao - Tổn thất tài nguyên là nhỏ nhất
- Có khả năng cơ giới hóa cao - Giá thành khai thác thấp
- Sơ đồ thông gió, vận tải đơn giản - Chi phí bảo vệđường lò nhỏ nhất III.2.2. Lựa chọn hệ thống khai thác
Để khai thác các vỉa dày trung bình, thoải và nghiêng, các công ty than hầm lò thường áp dụng các hệ thống khai thác : chia các lớp nghiêng khấu lần lượt các lò chợ lớp vách xuống lớp trụ; chia lớp nghiêng khai thác lò chợ lớp vách, khai thác lò chợ lớp trụ hạ trần than lớp giữa; khai thác toàn bộ chiều dầy vỉa bằng lò chợ lớp trụ, hạ trần than nóc; cột dài theo phương lò chợ tầng; liền gương lò chợ tầng. Phương pháp khấu than chủ yếu bằng khoan nổ mìn, mức độ cơ giới hóa thấp, tập trung chủ yếu ở khâu vận tải và bốc rót than. Các khâu công nghệ chính như đào lò, khấu than, chống giữ lò chợ chưa được cơ giới hóa ở mức độ cần thiết. Tuy nhiên, vài năm trở lại đây, các công ty than hầm lò đã bắt đầu phát triển các loai vì chống thủy lực (cột thủy lực đơn, giá thủy lực và giá khung di động), đồng thời phát triển thêm các lò chợ bán cơ giới, cơ giới hóa đồng bộ, bước đầu cho kết quả tốt.
Căn cứ vào đặc điểm điều kiện địa chất của khu vực, hiện trạng việc áp dụng các hệ thống khai thác để tiến hành khai thác các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng tại Việt Nam, để khai thác vỉa 13 đồ án đề xuất các phương án hệ thống khai thác áp dụng như sau :
Phương án 1:Hệ thống khai thác cột dài theo phương, lò chợ tầng bám trụ, thu hồi than nóc
Phương án 2:Hệ thống khai thác liền gương, lò chợ tầng bám trụ, thu hồi than nóc
III.2.2.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, lò chợ tầng, bám trụ, thu hồi than nóc
a. Sơ đồ hệ thống khai thác Hình III.1
b. Công tác chuẩn bị
Bản chất của hệ thống khai thác cột dài theo phương là công tác chuẩn bị và công tác khấu than được tiến hành nối tiếp. Hướng dịch chuyển của gương lò chợ từ biên giới về trung tâm ruộng mỏ.
Xuất phát từ cặp lò đường lò dọc vỉa vận tải, dọc vỉa thông gió, sau đó đào các lò song song đầu và song song chân để nối thông các lò song song này với lò dọc vỉa vận tải ta đào các họng sao. Các đường lò dọc vỉa được đào ra đến tận biên giới của khu vực khai thác, tại biên giới đào các thượng cắt tạo lò chợ ban đầu.
c. Vận tải
SV: Nguyễn Thiên Cường 61 Lớp: Khai thác H – K57
Than từ lò chợ xuống lò song song chân, qua họng sáo xuống lò dọc vỉa. Tại đây than được băng tải hoặc tầu điện ắc quy kéo ra xuyên vỉa vận tải tới giếng đứng chính, qua hệ thống thùng kíp ở sân giếng lên mặt bằng sân công nghiệp mức +27.
d. Thông gió
Khu vực mỏ khai thác được áp dụng phương pháp thông gió hút, trạm quạt thông gió được đặt tại mặt bằng sân công nghiệp mức +27.
e. Thoát nước
Nước tự chảy từ các đường lò, lò chợ tới hầm bơm, tại các hầm bơm nước được bơm lên mặt bằng
III.2.2.2. Hệ thống khai thác liền gương, lò chợ tầng, bám trụ, thu hồi than nóc a. Sơ đồ hệ thống khai thác
Hình III.2
b. Công tác chuẩn bị
Bản chất của hệ thống khai thác liền gương là công tác chuẩn bị và khấu than ở lò chợ được tiến hành đồng thời. Gương lò chuẩn bị và gương lò chợ cùng hướng tiến từ trung tâm ra biên giới. Gương lò dọc vỉa vận tải luôn vượt trước gương lò chợ một khoảng tối thiểu là 50m, với mục đích trao đổi goòng, dồn toa, chất tải than ở lò chợ và đào lò dọc vỉa vận chuyển.
Công tác chuẩn bị tương tự như hệ thống khai thác cột dài theo phương. Tuy nhiên các đường lò dọc vỉa và song song chân, song song đầu không đào ra tận biên giới mà chỉ đào vượt trước một đoạn so với tiến độ dịch chuyển gương của lò chợ.
c. Vận tải
Tương tự phương án I d. Thông gió Tương tự phương án I
e. Thoát nước Tương tự phương án I
III.2.2.3. So sánh về mặt kỹ thuật
So sánh kỹ thuật hai hệ thống khai thác
HKTK Ưu điểm Nhược điểm
Cột dài theo
phương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc
Đường lò nằm trong khối than nguyên, hoặc đất đá ổn định nên chi phí bảo vệ nhỏ
Có điều kiện thăm dò thêm vỉa, có thể dự báo được những sự cố về bục nước, khí mỏ đảm bảo khả năng khai thác điều hòa Trong QTKT, lò thông gió sẽ được bỏ dần do đó, ta có thể thu hồi một phần than ở trụ bảo vệ
Khối lượng công việc chuẩn bị lớn Vốn đầu tư ban đầu lớn
Mạng đường lò chuẩn bị đào trước ra biên giới mỏ nên thông gió trong quá trình đào lò gặp khó khăn
SV: Nguyễn Thiên Cường 62 Lớp: Khai thác H – K57
Sơ đồ vận tải và thông gió đơn giản, đường lò đào trong khối than nguyên nên rò gió ít
Các đường lò chuẩn bị được đào trước sẽ làm giảm bớt khí CH4 nguy cơ cháy nổ sẽ ít hơn
Liền gương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc
Khối lượng đào lò chuẩn bị ít
Thời gian bước vào sản xuất nhanh
Sơ đồ thông gió đơn giản
Sử dụng các thiết bị khấu than và vận tải trong lò chợ triệt để hơn
Khi khai thác ra biên giới ruộng mỏ, các đường lò chuẩn bị nằm trong khu vực đó khai thác, chịu áp lực lớn nên chi phí bảo vệ lớn
Rò gió nhiều dẫn đến chi phí thông gió lớn
Việc đi lại của công nhân khó khăn, vận chuyển vật liệu phức tạp Không có khả năng thăm dò thêm vỉa, khi gặp sự cố về địa chất, thiết bị sẽ làm ngừng trệ sản xuất dẫn đến sản lượng giảm
Đường lò tồn tại lâu,áp lực tăng mạnh, có thể bị sập đổ từng phần Tổn thất than nhiều (do để lại nhiều trụ bảo vệ)
Qua phân tích so sánh về mặt kỹ thuật giữa 2 phương án ta nhận thấy cả 2 phương án đều có những ưu nhược điểm riêng. Phương án 1 có nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với phương án 2. Tuy nhiên, để có thể đưa ra một phương án tối ưu, ta tiếp tục tiến hành so sánh về mặt kinh tế giữa 2 phương án
III.2.2.4. So sánh về mặt kinh tế
Ở đây đồ án chỉ đề cập đến việc so sánh chi phí bảo vệ lò. Đây là sự khác nhau lớn nhất về kinh tế của hai phương án. Đồ án tiến hành tính toán chi phí bảo vệ lò vận chuyển và thông gió của một tầng
III.2.2.4.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc
Theo quá tình khai thác từ biên giới về trung tâm ruộng mỏ chiều dài các đường lò giảm dần nên chi phí bảo vệ lò được tính theo công thức sau :
R1 = 2
t.
r .l . n . N
, đồng trong đó :
N - số cánh khai thác của một tầng; N = 2
n – số đường lò cần bảo vệ trong một cánh; n = 2 l- chiều dài đường lò trong một cánh; l = 1200m
SV: Nguyễn Thiên Cường 63 Lớp: Khai thác H – K57
r- đơn giá bảo vệ lò, với lò than; r = 840 00đồng
t- thời gian bảo vệ đường lò; được xác đinh theo công thức sau:
t=12.n'
l
= 0,65 năm trong đó :
n’ – tiến độ lò chợ trong tháng; n’= c.nt.r’, m/tháng nt – số ngày làm việc trong tháng; nt = 25 ngày.
r’-tiến độ lò chợ sau một ngày, tạm lấy bằng bước khấu r’ = 1,2m
c- hệ số tính đến sự ngưng trệ sản xuất do điều kiện địa chất kỹ thuật, c
=0,85
n’ = 0,85.25.1,2 = 25,5 (m/tháng) Thay vào công thức (III-1) ta tính được chi phí bảo vệ lò :
R1= 43 680 000 đ = 43,68 (triệu đồng)
III.2.2.4.2. Hệ thống khai thác liền gương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc Theo quá trình khai thác từ trung tâm ra biên giới ruộng mỏ, chiều dài biến thiên l1 luôn tăng còn chiều dài vùng áp lực tựa l2 và đoạn vượt trước l3 thì không thay đổi nhưng vị trí của chúng luôn chuyển dịch về phía trước
Đoạn l3 ( đoạn vượt trước ) bằng 50m Đoạn l2 ( vùng áp lực tựa ) bằng 75m Đoạn l1 biến thiên cho đến bằng 1200m
Thời gian bảo vệ các đoạn lò cũng như tính toán ở trên và bằng 0,65 năm.
Chi phí bảo vệ lò của phương án này được xác định theo công thức R2 = 2
..
.n t N
(r1.l1+r2.l2+r3.l3), đồng trong đó :
r1 : đơn giá bảo vệ lò ở vùng áp lực ổn định; r1 = 84 000đ/m.năm r2 : đơn giá bảo vệ lò ở vùng áp lực tựa; r2 = 10r1 = 420 000đ/m.năm r3 : đơn giá bảo vệ lò ở vùng vượt trước; r3 = 42 000đ/m.năm
R2 = 87 360 000 đồng = 87,36 triệu đồng - Kết luận
HTKT cột dài theo phương, khai thác lớp trụ, hạ trần than nóc có chi phí bảo vệ đường lò bằng một nửa so với HTKT liền gương , khai thác lớp trụ, hạ trần than nóc
III.2.2.5. So sánh về thời gian bước vào sản xuất
Ở đây đồ án chỉ xét đến thời gian đào lò vận tải và thông gió của một tầng chứ không tính đến thời gian đào lò cắt. Với lò chuẩn bị đào trong đá, ta chọn tốc độ đào lò là 100 m/tháng
III.2.2.5.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc
Thời gian đưa lò chợ vào sản xuất là :
SV: Nguyễn Thiên Cường 64 Lớp: Khai thác H – K57
t2 = 1200 / 100 = 12 tháng
III.2.2.5.2. Hệ thống khai thác liền gương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc Khi gương lò vượt trước gương lò chợ 50m thì chuẩn bị đưa lò chợ vào hoạt động. Vậy thời gian đưa lò chợ vào sản xuất là :
t1 = 50 / 100 = 0,5 tháng
Thời gian bước vào sản xuất của phương án 2 nhanh hơn của phương án 1 là 11,5 tháng
III.2.2.6. Kết luận
Qua so sánh hai hệ thống khai thác về các mặt kỹ thuật, kinh tế, thời gian bước vào sản xuất, đồán nhận thấy hệ thống khai thác cột dài theo phương lò chợ tầng bám trụ thu hồi than nóc có nhiều ưu điểm hơn, nhược điểm của nó là thời gian bước vào sản xuất lâu, nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách đẩy nhanh tiến độ đào lò. Do đó hệ thống khai thác này được chọn áp dụng vào vỉa 13
III.3.1. Chiều dài lò chợ
Chiều dài lò chợđược xác định bằng công thức : Lc = ht -∑hbv -∑hlcb
trong đó :
ht – chiều cao tầng theo độ dốc; ht = sin
h
α = = 170 (m)
Các tầng trong khu khai thác có chiều cao giống nhau nên ht của các tầng bằng nhau
∑hlcb – tổng chiều rộng đường lò dọc vỉa vận tải và dọc vỉa thông gió,
∑ = 6m.
∑hbv – tổng chiều cao các trụ bảo vệ của tầng
- Trụ bảo vệ được xác định theo công thức của prôtdiakonvo :
f H L hbv Cos .
5αξ
=
trong đó :
SV: Nguyễn Thiên Cường 65 Lớp: Khai thác H – K57
L – chiều dài lò chợ, sơ bộ ta chọn L= 120 m α – góc dốc của vỉa, α = 170
f – hệ số kiên cố của đất đá vách, f = 2.
ζ – hệ số tính đến sự kiên cố của đá vách và trụ, ζ = 1
H – độ sâu khai thác, tính từ mặt đất đến đường lò cần bảo vệ ; H = 77m
Thay số vào công thức ta được hbv = 13,6 (m).
để đảm bảo an toàn ta chọn chiều cao trụ bảo vệ theo hướng dốc là 14m.
Vậy ta được: Lc = 170 – 14 – 6 = 150m.
Kiểm tra chiều dài lò chợ theo điều kiện thông gió
Ở đây ta kiểm tra chiều dài lò chợ 1 cách tượng trưng với công nghệ khấu bằng máy khấu, chống giữ bằng dàn tự hành
60. max.a .m . . . . . . ,
t tg
c
L V m
r m q n c φ
= γ
trong đó :
φ : hệ số thu hẹp tiết diện, φ = 0,95
Vmax : tốc độ gió cho phép lớn nhất trong lò chợ, Vmax = 4m/s a – chiều rộng nhỏ nhất của luồng khai thác,a = 3,5 m
mt : chiều dầy trung bình của vỉa, mt = 2,85 m
q : lưu lượng gió cung cấp cho mỏ. mỏ xếp loại 1 nên q = 1 m3/phút.
r – tiến độ 1 chu kỳ, r = 2,4 m
mc – chiều dày lớp khấu, mc = 2,6 m
n – số chu kỳ trong ngày đêm, n = 1 chu kỳ γ : tỷ trọng của than, γ = 1,45 t/m3
SV: Nguyễn Thiên Cường 66 Lớp: Khai thác H – K57
c – hệ số khai thác, c = 0,9
= = 279 m.
Như vậy chiều dài lò chợ ta chọn đảm bảo thông gió Vậy chiều dài lò chợ thiết kế thỏa mãn yêu cầu thông gió III.3.2. Chiều dày lớp khấu
Với những công nghệ dự kiến sẽ sử dụng trong đồ án, ta đưa ra những đánh giá sơ bộ về chiều dày lớp khấu. Với chiều dày 2,85 m của vỉa 13 :
Khấu lớp trụ dày 2,2 m, hạ trần thu hồi than nóc 0,65 m đối với lò chợ khấu bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng các loại cột thủy lực, giá thủy lực di động, giá khung di động
Khấu lớp trụ dày 2,6m, hạ trần thu hồi than nóc 0,25 m đối với lò chợ cơ giới hóa.
III.3.3. Tiến độ lò chợ
Do đặc điểm lò chợ vỉa 13 có thể chống giữ được bằng nhiều công nghệ khác nhau, do đó tiến độ lò chợ phải phù hợp với từng công nghệ
- Công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động, ta chọn tiến độ lò chợ tối đa trong chu kỳ là r = 0,8 m
- Công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá khung di động, ta chọn tiến độ lò chợ tối đa trong chu kỳ là r = 0,8 m
- Công nghệ khấu than bằng máy khấu, chống giữ bằng dàn tự hành, ta chọn tiến độ lò chợ tối đa trong chu kỳ là r = 2,4 m. Tiến độ 1 luồng khấu rk = 0,6 m
III.3.4. Số lò chợ hoạt động đồng thời
Nlc = Am / Alc
SV: Nguyễn Thiên Cường 67 Lớp: Khai thác H – K57
Alc = 300 . k . Lc .r . γ . ( mk . ck + mt . ct )
Trong đó :
Nlc – số lò chợ hoạt động đồng thời
Am - sản lượng năm của mỏ, Am = 1 500 000 tấn Alc – sản lượng năm của lò chợ (tấn)
k – hệ số không điều hòa sản xuất, k = 0,85 Lc – chiều dài lò chợ, Lc = 150 m
r – chiều rộng luồng khấu một chu kỳ γ – tỷ trọng của than, γ = 1,45 T/m3
mk – chiều dầy lớp khấu, m ck – hệ số khai thác
mt – chiều dầy lớp than nóc, m ct – hệ số thu hồi
Khi tính số lò chợ hoạt động đồng thời, ta chọn khai thác vỉa 13, vậy những lò chợ khác cũng phải nằm trên các vỉa có điều kiện tương đương vỉa 13. Dưới đây là các thông số về vỉa và 1 số công nghệ khai thác :
SV: Nguyễn Thiên Cường 68 Lớp: Khai thác H – K57
Khấu bằng khoan nổ mìn,
chống giữ bằng giá thủy
lực di động
Khấu bằng khoan nổ mìn,
chống giữ bằng giá khung di động
Khấu bằng máy khấu, chống giữ bằng dàn tự
hành
mk 2,2 2,2 2,6
ck 0,95 0,95 0,95
mt 0,65 0,65 0,25
ct 0,7 0,75 0,8
PHẦN CHUYÊN ĐỀ
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHỐNG GIỮ LÒ CHỢ HỢP LÝ CHO VỈA 13 - CÔNG TY THAN QUANG HANH
III.4. Công nghệ khai thác
Quy trình công nghệ khai thác than ở lò chợ là một khâu rất quan trọng. Nó là yếu tố cần thiết giúp mỏ phát triển tăng sản lượng khai thác hàng năm, góp phần nâng cao đời sống người thợ mỏ
Trước kia các mỏ than hầm lò nói chung và công ty than Quang Hanh nói riêng chủ yếu khai thác thủ công, khấu gương bằng khoan nổ mìn, sử dụng gỗ chống giữ lò chợ. Qua thực tế sản xuất cho thấy các lò chợ chống gỗ có năng suất lao động thấp, không gian làm việc và điều kiện thông gió khó khăn, chi phí gỗ cho một tấn than lớn. Đặc biệt về điều kiện bảo vệ môi trường, phương pháp chống SV: Nguyễn Thiên Cường 69 Lớp: Khai thác H – K57
gỗ có ảnh hưởng xấu tới môi trường do phải chặt phá gỗ rừng để làm vì chống.
Do đó thời gian gần đây, các mỏ hầm lò đã từng bước áp dụng các công nghệ khai thác mới theo hướng từng bước cơ giới hoá vào sản xuất nhằm giảm gỗ chống lò, nâng cao sản lượng, năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.
Công nghệ cơ giới hoá khai thác bằng các loại máy khấu liên hợp đi với các loại vì chống thuỷ lực được áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nước công nghiệp phát triển. Phụ thuộc vào mức độ trang bị kỹ thuật, các lò chợ dài thường được phân chia ra như sau:
- Lò chợ dài khấu than bằng phương pháp truyền thống khoan nổ mìn thủ công, chống lò bằng các loại cột gỗ, sắt và vì chống thuỷ lực (cột thuỷ lưc đơn và xà hộp, giá thuỷ lực di động hoặc giá khung).
- Lò chợ dài bán cơ giới hoá: Khấu than bằng các loại máy khấu, chống giữ lò chợ bằng các loại cột chống sắt vì chống thuỷ lực (cột thuỷ lực đơn, xà hộp, giá thuỷ lực di động).
- Lò chợ dài cơ giới hoá đồng bộ, khấu than bằng các loại máy khấu đi với dàn tự hành.
Việc lựa chọn công nghệ chống giữ hợp lý là một vấn đề khó khăn nhằm đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực, cũng như đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật, đây cũng là chuyên đề được nghiên cứu trong đồ án này, kết hợp với những đánh giá bên trên, đồ án đề xuất 4 phương án chống giữ có thể áp dụng vào sản xuất đối với vỉa 13 công ty cổ phần than Quang Hanh như sau :
Phương án I –Công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động
Phương án II –Công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá khung di động
Phương án III –Công nghệ khấu than bằng máy khấu, chống giữ bằng dàn tự hành
CÔNG NGHỆ KHAI THÁC KHẤU BẰNG KHOAN NỔ MÌN CHỐNG GIỮ BẰNG GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
1 – Giới thiệu công nghệ
a. Các thông số của hệ thống khai thác
SV: Nguyễn Thiên Cường 70 Lớp: Khai thác H – K57