Các giải pháp công nghệ khai thác các mỏ lộ thiên có điều kiện phức tạp
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC MỎ LỘ THIÊN
CÓ ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP
TS. Lưu Văn Thực, TS. Đoàn Văn Thanh
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
Biên tập: TS. Lưu Văn Thực
Tóm tắt:
Các loại khoáng sản như: Than, đồng, sắt, titan trong tầng cát đỏ có điều kiện khai thác phức tạp.
Các mỏ than khai thác xuống sâu, chiều cao bờ mỏ lớn, phay phá đứt gãy nhiều, than có nhiều lớp đá
kẹp; các mỏ quặng đồng, sắt thân quặng có cấu tạo phức tạp, khai thác phải khoan nổ mìn, một số mỏ
có nền đất yếu; Titan trong tầng cát đỏ vùng Bình Thuận có hàm lượng thấp, chiều sâu khai thác lớn và
hoàn toàn dưới mức thoát nước tự chảy. Để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản, đáp ứng
nhu cầu an ninh năng lượng và phát triển kinh tế quốc dân, cần lựa chọn các giải pháp công nghệ khai
thác phù hợp với điều kiện của các mỏ như: Lựa chọn đồng bộ thiết bị (ĐBTB) khai thác hợp lý, công
nghệ khai thác chọn lọc, công nghệ khoan nổ mìn (KNM), v.v…
1. Mở đầu
nghiêng bờ công tác j = 13÷260. ĐBTB gồm: Máy
Việt Nam là Quốc gia có các loại khoáng sản khoan có d = 89÷250 mm, máy xúc có dung tích
đa dạng và phong phú, trong đó phần lớn được gàu từ 3,5÷12 m3, ô tô có tải trọng 37÷130 tấn.
khai thác bằng công nghệ lộ thiên. Các khoáng Ngoài ra, mỏ Cao Sơn đang vận hành tuyến băng
sản khai thác bằng công nghệ khai thác lộ thiên tải đá ra bãi thải Bàng Nâu công suất 20 triệu m3/
(KTLT) đóng góp lớn cho nền kinh tế đất nước năm.
như: Than, đồng, sắt, bauxit, Titan,… Tuy nhiên,
Các mỏ than lộ thiên đang gặp nhiều khó khăn
các mỏ KTLT gặp không ít khó khăn, thách thức như: Chiều cao nâng tải và cung độ vận tải lớn
như: Tài nguyên ngày càng cạn kiệt, bảo vệ môi (từ 4÷7 km), Ksx =10,7÷16,7 m3/T, phay phá đứt
trường ngày càng chặt chẽ và nghiêm ngặt, các gãy nhiều, than có nhiều lớp đá kẹp. Đây là những
mỏ than khai thác xuống sâu, chiều cao bờ lớn, thách thức lớn cho các mỏ trong những năm tới.
phay phá đứt gãy nhiều, nhiều lớp đá kẹp; các
mỏ quặng đồng, sắt cấu tạo phức tạp, khai thác
2.2. Các mỏ quặng đồng
Khoáng sản quặng đồng ở nước ta phân bố
phải khoan nổ mìn (KNM), một số mỏ có nền đất chủ yếu ở vùng Tây Bắc, đặc biệt là tỉnh Lào Cai,
yếu; titan trong tầng cát đỏ vùng Bình Thuận có các vùng khác chỉ có những mỏ và điểm quặng
hàm lượng thấp, chiều sâu khai thác lớn. Chính đơn lẻ, có quy mô nhỏ và ít có ý nghĩa kinh tế.
vì vậy, cần nghiên cứu hoàn thiện các giải pháp Mỏ quặng đồng Sin Quyền và Tả Phời đang được
công nghệ khai thác (CNKT) phù hợp với điều kiện KTLT đến mức -188 và mức +110. Tổng trữ lượng
phức tạp của các mỏ.
2. Hiện trạng khai thác
2.1. Khai thác than
huy động vào khai thác khoảng 38,81 triệu tấn,
công suất các mỏ từ 1,0÷2,2 triệu tấn/năm. Các
mỏ sử dụng HTKT dọc, một hoặc hai bờ công
Khai thác than lộ thiên ở nước ta chủ yếu do tác có vận tải, đổ thải bãi thải ngoài hoặc trong.
Tập đoàn TKV đảm nhiệm, tập trung chủ yếu tại Các thông số HTKT: Chiều cao tầng H = 5÷12 m;
các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai, Tây Nam Đá chiều rộng mặt tầng công tác Bmin = 25÷48 m; góc
Mài, Hà Tu, Na Dương, Khánh Hòa. Sản lượng nghiêng bờ công tác j = 22÷320. ĐBTB gồm: Máy
các mỏ từ 1,5¸4,5 triệu tấn/năm, khối lượng đá khoan có đường kính d = 165÷250 mm, MXTLGN
bóc 10÷40 triệu m3/năm. Các mỏ sử dụng hệ E = 2,7÷5,0 m3, ô tô có tải trọng q = 55÷60 tấn.
thống khai thác (HTKT) dọc, một hoặc hai bờ công
Các mỏ có thân quặng dốc đứng, cấu tạo dạng
tác có vận tải, khai thác với bờ công tác cao. Các mạch, thấu kính, quặng có nhiều lớp kẹp, đất đá
thông số HTKT như: Chiều cao tầng H = 5÷16 m; và quặng có độ kiên cố lớn f = 9÷12. Với điều kiện
chiều rộng mặt tầng công tác Bmin = 25÷50 m; góc như trên sẽ là các yếu tố khó khăn, phức tạp cho
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
19
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
quá trình khai thác ở các mỏ.
2.3. Các mỏ quặng sắt
Theo quy hoạch ngành than, các mỏ than lộ
thiên như: Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn, Khánh
Các mỏ quặng sắt phân bố chủ yếu ở các tỉnh Hòa,... sẽ khai thác xuống sâu đến mức -300
từ miền Trung trở ra. Hiện nay, trên cả nước có ÷ -350 m, khối lượng đất đá bóc từ 20÷40 triệu
216 mỏ. Tổng trữ lượng và tài nguyên đã đánh m3/n, chiều cao nâng tải từ 400÷500 m, cung độ
giá, thăm dò khoảng 1,0 tỷ tấn, trong đó 70% tại từ 4,0÷7,0 km. Mỗi công nghệ vận tải đều có ưu,
mỏ Thạch Khê. Sản lượng của một số mỏ như: Kíp nhược điểm riêng và phạm vi áp dụng khác nhau,
Tước, Quý Xa, Nà Rụa đạt từ 100¸1000 ngàn tấn/ phụ thuộc kích thước hình học mỏ, công suất mỏ,
năm (Lưu Văn Thực, 2014). Công nghệ và thiết dạng khoáng sàng, chiều cao nâng tải, cung độ
bị khai thác của các mỏ ở mức trung bình, một vận tải. Phạm vi sử dụng các công nghệ vận tải
số thiết bị cũ và lạc hậu. ĐBTB gồm: Máy khoan được phân chia thành các vùng theo độ sâu khai
d =105¸200 mm, một số mỏ sử dụng máy khoan thác (Hình 1) [6].
đập xoay có đường kính nhỏ, MXTLGN E=0,8¸4,0
Phạm vi sử dụng các công nghệ vận tải được
thể hiện trong bảng 1.
m3 kết hợp với ô tô tải trọng 15¸40 tấn.
Các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên
Từ phân tích ở trên cho thấy: Mỏ than Cao Sơn,
phức tạp: Địa tầng phía trên gồm trầm tích đệ tứ, Na Dương, có kích thước khai trường, công suất
neogen và các tàn tích, đây là các loại đất yếu, độ lớn, thời gian khai thác dài,… áp dụng Công nghệ
bão hoà thấp, một số mỏ có nhiều hang karst. Hầu vận tải liên hợp ô tô-băng tải dốc- băng tải thường
hết các mỏ phải khai thác xuống sâu dưới mức kết hợp với máy nghiền. Băng tải thường có độ
thoát nước tự chảy, điều kiện tự nhiên và địa chất dốc lớn nhất β = 18°; băng dốc β = 30÷35°; mỏ
thủy văn (ĐCTV) phức tạp, các thân quặng thay Khánh Hòa có chiều cao bờ mỏ lớn từ 300÷350
đổi khá mạnh trong từng khu vực, từng độ sâu của m, kích thước khai trường hẹp, nên áp dụng hình
mỏ. Nhiều mỏ có chiều cao bờ tới 150¸550 m, hệ thức vận tải ô tô-trục tải; các mỏ còn lại áp dụng
số bóc giai đoạn đầu lớn, dẫn tới tăng chi phí sản hình thức vận tải ô tô đơn thuần.
xuất và hạn chế khả năng tăng sản lượng.
3.1.2. Công nghệ nổ mìn trong môi trường đất
2.4. Khai thác quặng titan trong tầng cát đỏ đá ngậm nước
Việt Nam có nguồn tài nguyên titan khá phong
Những năm tới sản lượng than KTLT từ 17÷20
phú, phân bố ở nhiều vùng trong cả nước, nhưng triệu tấn/năm, đất bóc từ 150÷180 triệu m3/năm.
tập trung chủ yếu ở vùng Nam Trung Bộ. Hiện Để đạt được sản lượng trên, các mỏ phải tiếp tục
nay, tổng trữ lượng và tài nguyên titan của nước mở rộng và khai thác xuống sâu, lượng nước mặt
ta là 650 triệu tấn quặng tinh ilmenit, trong đó và nước ngầm chảy vào mỏ lớn, làm gia tăng tỉ lệ
quặng titan sa khoáng ven biển là chủ yếu. Quặng thuốc nổ (TN) chịu nước. Theo thống kê tỷ lệ TN
titan sa khoáng ven biển gồm: Sa khoáng trong chịu nước từ 40÷60% và có xu thế gia tăng hàng
tầng cát xám và sa khoáng trong tầng cát đỏ. Titan năm từ 8÷15% (bảng 2). Các tầng khu vực đáy mỏ
trong tầng cát đỏ khu Lương Sơn, tỉnh Bình Thuận tỉ lệ thuốc chịu nước từ 70÷100%. Hàng năm các
với trữ lượng cấp 121+122 là 42,63 triệu tấn tổng mỏ than lộ thiên sử dụng từ 27÷35 ngàn tấn TN
KVN, hiện nay Tập đoàn TKV đang tiến hành lập chịu nước, với giá thành cao gấp 2 lần thuốc nổ
dự án đầu tư.
không chịu nước.
Quặng Titan tầng cát đỏ có chiều dày trung bình
Một số giải pháp công nghệ nổ mìn trong môi
69,2m, hàm lượng KVN 0,855%, hàm lượng sét trường đất đá ngập nước theo hướng như: Sử
trong quặng 12%, cát quặng có độ mịn cao, nguồn dụng TN không chịu nước trong ống PVC hoặc
nước ngầm rất hạn chế. Trong khu mỏ không có túi nilon; chủ động bơm hút nước lỗ khoan và nạp
sông suối lớn chảy qua, chủ yếu là mương xói hoàn toàn TN chịu nước hoặc phối hợp TN không
nhỏ bắt nguồn từ các đồi thấp trong vùng, thường chịu nước; hạ thấp mực nước ngầm bằng các
xuyên cạn kiệt nước.
lỗ khoan ngang; kết cấu lượng TN phù hợp với
3. Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp tính chất đất đá và điều kiện khai thác; áp dụng
CNKT hợp lý đối với các mỏ lộ thiên có điều phương pháp nổ và phương tiện nổ hợp lý.
kiện phức tạp
3.1.3. Khai thác chọn lọc các vỉa than có cấu
tạo phức tạp
1. Công nghệ khai thác chọn lọc vỉa than có
3.1. Công nghệ khai thác than
3.1.1. Công tác vận tải
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
20
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 1. Các vùng sử dụng hình thức vận tải hợp lý trong khai trường
Bảng 1. Phạm vi sử dụng các công nghệ vận tải trong khai trường mỏ lộ thiên [6]
Điều kiện sử dụng
Công
nghệ
vận tải
Năng
suất,
tr t/
Vật liệu vận
tải; Loại
mỏ
Đặc điểm địa
chất mỏ
Đặc điểm
khí hậu
Độ sâu K/C vận
Đặc điểm kỹ thuật mỏ
mỏ, m
tải, km
năm
Đất đá cứng Khoáng sàng có
và độ cục thế nằm phức
lớn; Dạng tạp, vỉa dạng bất
sâu và dạng kỳ, thành phần
Kích thước lớn, giảm nhanh
theo độ sâu, tuyến công tác
dịch chuyển nhanh, tốc độ khô, ít mưa
xuống sâu lớn
Khí hậu
Ô tô
10÷30 80÷180
1,5÷3
cao
không đồng nhất
Ô tô -
Đường
sắt
Khoáng sàng có Kích thước lớn, tuyến công
thế nằm phức tác dịch chuyển nhanh, tốc
tạp, vỉa lớp dày độ xuống sâu lớn
Dạng sâu và
dạng cao
Khí hậu
khô, ít mưa
200÷
30÷50
1,2÷1,5
0,8÷1
250
Đất
đá Khoáng sàng có Kích thước TB, đất đá các
mềm, cứng thế nằm phức tầng dưới không lớn, khó bố Khí hậu ôn
Ô tô -
50÷80 80÷700
Băng tải vừa và cứng tạp, vỉa dạng bất trí và phát triển tuyến đường
hoà, khô
dễ đập vỡ
kỳ
ô tô
Đất đá cứng Khoáng sàng có
kích thước thế nằm phức
Kích thước bình đồ hạn
chế, độ sâu lớn, bờ mỏ ổn
định có góc dốc lớn
Ô tô -
Khí hậu bất
kỳ
100÷
10÷15
0,6÷0,8
Trục tải cục
lớn; tạp, vỉa dốc
đứng
400
Dạng sâu
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
21
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Bảng 2. Khối lượng thuốc nổ sử dụng của các mỏ than lộ thiên thuộc Tập đoàn TKV
Các chỉ tiêu theo năm khai thác
2018
2019
TT
Tên các mỏ
KL
Tỷ lệ
Tỷ lệ
TN chịu
nước
(%)
Chỉ tiêu
TN
Chỉ tiêu KL TN
Đất bóc
TN sử TN chịu Đất bóc
TN
sử dụng
(103 m3)
dụng
nước
(%)
(103 m3)
(kg/m3)
(kg/m3) (103 kg)
(103 kg)
1
2
3
4
5
6
7
Cao Sơn
Cọc Sáu
Đèo Nai
28.000
23.000
19.800
0,50
0,46
0,49
0,41
0,44
0,21
0,30
13.888
10.511
9.742
8.160
14.080
1.187
1.290
40,40
44,50
42,50
56,00
44,00
31,00
70,00
37.800
25.217
22.000
23.115
35.414
5.751
0,50
0,46
0,49
0,41
0,44
0,21
0,30
18.749
11.524
10.824
9.431
42,00
45,00
43,00
57,00
45,00
32,00
70,00
Tây Nam Đá Mài 20.000
Hà Tu
32.000
5.650
4.300
15.582
1.208
Na Dương
Khánh Hòa
4.400
1.320
cấu tạo phức tạp dốc nghiêng: Với những vỉa than
có góc cắm 120 £ γ <350. Để khai thác loại gương
này cần phải KNM đất đá vách với chiều cao bằng
chiều cao tầng (h) hoặc phân tầng (ht), sau đó tiến
hành bóc tam giác đá treo trên vách vỉa và khai
thác than trong phạm vi chiều cao ht bằng cách
chia thành 2 lớp khấu. Một số sơ đồ CNKT như
sau [2]:
- Trường hợp vỉa có chiều dày Mn < Mnmx
:
+ Sau khi KNM hào chuẩn bị, sử dụng
MXTLGN đào hào chuẩn bị có chiều cao bằng
ht/2, chiều rộng trong đá vách cần phải thỏa mãn
cả 2 điều kiện:
x ³ Rxmin + Rq + k, m và x ³ b0 – Mn, m
(1)
MXTLGN chất tải lên ô tô đứng cùng mức
hoặc khác mức, còn MXTLGT đứng ở dưới khai
thác than, bóc đá kẹp và chất lên ô tô đứng cùng
mức (Hình 2). Ưu điểm của sơ đồ này là đảm bảo
được tỷ lệ than cục, chất lượng than cao, nhưng
có nhược điểm là khối lượng chuẩn bị trên mỗi
phân tầng lớn.
- Khi than có chất lượng xấu, ít than cục và
góc cắm của vỉa g = 12¸200 có thể dùng MXTLGN
bóc tam giác đá bám trên vách vỉa và dùng máy
gạt đẩy than, đá kẹp xuống chân phân tầng, sau
đó dùng MXTLGN để xúc bốc và chất tải lên ô tô
đứng cùng mức (Hình 3). Sơ đồ này có ưu điểm là
khối lượng chuẩn bị trên mỗi phân tầng nhỏ, tăng
được tốc độ xuống sâu, nhược điểm là làm giảm
chất lượng than và tăng chi phí sản xuất.
Hình 2. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc nghiêng,
khi Mn < Mnmx, phối hợp giữa MXTLGN & GT
MXTLGN đứng trên nóc vỉa, xúc phía dưới và
chất vào ôtô đứng ở mức dưới với chiều rộng đáy
hào trong đá vách thỏa mãn 2 điều kiện:
x ³ Rxmin + Rq + k – (Mn - Mnt ), m
x ³ b0 – Mn, m
(2)
(3)
Khi khai thác lớp than bám trụ cần sử dụng
MXTLGT khấu theo gương dọc tầng và chất tải
lên ô tô đứng cùng mức. Trong trường hợp này khi
khai thác dưới mức thoát nước tự chảy, đáy mỏ
cần được thoát nước tốt (Hình 4).
2. Công nghệ khai thác chọn lọc vỉa phức tạp
dốc đứng: Áp dụng cho những vỉa có góc cắm g
³ 350 và bao gồm các lớp đá kẹp có đủ chiều dày
phải xúc chọn lọc. Đối với loại gương này, sau
khi KNM, công tác đào hào chuẩn bị vách vỉa và
- Trường hợp vỉa có chiều dày Mnmx £ Mn < Mnôtô
nhưng Mnt < Mnmx
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
22
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 3. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc nghiêng (khi
Hình 6. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc, đứng,
khi Mnmx £Mn ôtô, Mnt < Mnm phối hợp giữa
MXTLGN>
γ = 12¸200), phối hợp giữa MXTLGN và máy gạt
khai thác than của mỗi phân tầng được tiến hành
trên toàn bộ chiều cao phân tầng ht. Một số sơ đồ
CNKT như sau [2]:
- Trường hợp vỉa có chiều dày Mn < Mnmx: Sau
khi tiến hành KNM, MXTLGN đào hào chuẩn bị
trong phân tầng, chiều rộng trong đá vách thỏa
mãn 2 điều kiện:
x ³ Rxmin + Rq + k – (Mn – Mnt), m (4)
x ³ b0 – Mn, m
(5)
MXTLGN chất tải lên ô tô đứng cùng mức, còn
MXTLGT đứng ở dưới khai thác than, đá kẹp và
chất tải lên ô tô đứng cùng mức (Hình 5).
-Trường hợp vỉa có chiều dày Mnmx £ Mn<Mnôtô
nhưng Mnt < Mnmx: Để khai thác dạng vỉa này có thể
bố trí MXTLGN đứng trên nóc vỉa, tiến hành khai
thác than theo gương phía dưới và chất tải lên ô
tô đứng ở mức dưới, với chiều rộng đáy hào trong
đá thỏa mãn 2 điều kiện:
Hình 4. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc nghiêng,
khi Mnmx £ Mn <Mn ôtô, Mnt < Mnmx
x ³ Rx min + Rq + k – (Mn – Mnt), m
x ³ b0 – Mn, m
(6)
(7)
Khi khai thác lớp than bám trụ cần phải sử
dụng MXTLGT khấu theo gương dọc tầng và chất
tải lên ô tô đứng cùng mức (Hình 6).
Trong đó: h- chiều cao tầng, m; ht- chiều cao
phân tầng, m; g- góc dốc của vỉa, độ; Mn- chiều
dày vỉa, m; x- chiều rộng đáy hào, m; b0- chiều
rộng đáy hào chuẩn bị, m; Rxmin- bán kính xúc nhỏ
nhất, m; k- khoảng hở cần thiết giữa đuôi máy xúc
và sườn tầng, k = 0,4¸0,6 m, Mnt- chiều dày lớp
than bám trụ, Rq- bán kính quay máy xúc, m; Mnmx
-
chiều rộng máy xúc, m; Mnoto- chiều rộng ô tô, m.
3.2. Công nghệ khai thác các mỏ quặng
đồng, sắt có điều kiện phức tạp
Hình 5. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc đứng, khi
Mn < Mnmx, phối hợp giữa MXTLGN & GT
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
23
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
3.2.1. Lựa chọn ĐBTB cho các mỏ quặng lộ
thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp
Điều kiện (9) được áp dụng để đánh giá khả
năng chịu tải của nền đất yếu so với áp lực của
Các loại ô tô thường có áp lực lên nền lớn máy xúc.
hơn so với máy xúc. Do vậy, với các mỏ có tầng
- Lựa chọn dung tích gàu xúc: Khi áp dụng
đất yếu và ĐCTV phức tạp, trong tổ hợp ĐBTB CNKT với góc nghiêng bờ công tác lớn, kết cấu
máy xúc-ô tô, trước tiên lựa chọn loại ô tô có tải bờ công tác gồm một hoặc một số nhóm tầng và
trọng không gây phá hủy hoặc chi phí gia cố nền trên mỗi nhóm tầng có thể bố trí các máy xúc làm
đường thấp nhất, sau đó sẽ lựa chọn loại máy xúc việc theo một số sơ đồ khấu đuổi theo 1 hướng,
có dung tích gàu phù hợp với tải trọng ô tô, cung dung tích gàu xúc được xác định theo điều kiện
độ vận tải và điều kiện của mỏ. Để đáp ứng yêu sau [3]:
cầu trên cần đánh giá khả năng chịu tải của nền
đường dưới tác động áp lực của thiết bị khai thác.
Khả năng chịu tải của các lớp đất đá trong diện
tích làm việc của thiết bị được xác định [3]:
, kG/cm2 (8)
, (10)
Trong đó: Pa- áp lực tính toán của thiết bị lên
nền, kG/cm2; Pđ- khả năng chịu tải của nền, kG/
cm2;Kdt- hệ số dự trữ, Kdt = 1,2.
Trong đó: Vn- khối lượng đất bóc m3/n; Ktg- hệ
số sử dụng thời gian ca của máy xúc; Kxđ- hệ số
xúc đầy gàu; Nca- Số ca làm việc trong năm; Tca-
thời gian làm việc trong ca, giờ; Kcn- hệ số ảnh
hưởng công nghệ trong quá trình xúc, Tx- thời
gian chu kỳ xúc, phút; Lti, LKi- tương ứng là chiều
dài tuyến công tác và chiều dài bloc máy xúc của
nhóm thứ i, m; Kr- hệ số nở rời đất đá.
1. Lựa chọn ô tô: Ưu tiên chọn loại ô tô có
Paô £ Pgh nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng đến hệ
thống đường vận tải. Tuy nhiên, với các mỏ có sản
lượng lớn cần sử dụng loại ô tô có tải trọng lớn,
do vậy quá trình khai thác cần phải gia cố đường
vận tải trên nền đất yếu. Đối với mỗi loại đất sẽ xác
định được sức chịu tải (Pgh), khi đó cho phép lựa
chọn loại ô tô phù hợp với nền đất yếu.
2. Lựa chọn máy xúc: Khi lựa chọn máy xúc
hợp lý cho các mỏ lộ thiên có điều kiện tự nhiên
phức tạp ngoài việc dựa vào các yếu tố: Lực tác
dụng lên gàu đủ lớn để đảm bảo xúc được đất
đá, quặng phù hợp với các thông số của HTKT,...
còn phải đảm bảo lực tác động nên nền phải nhỏ
hơn hoặc bằng với khả năng chịu tải của nền đất
yếu [3].
3. Quan hệ giữa thiết bị xúc bốc – vận tải: ĐBTB
tối ưu phải đảm bảo quá trình vận hành tổ hợp đạt
hiệu quả, xác định theo biểu thức [3]:
, m3 (11)
Trong đó: q0- tải trọng ô tô, tấn, L- cung độ vận
tải, km; V- dung tích thùng ô tô, m3; tdx- thời gian
dừng của máy xúc do sự trao đổi các ô tô nhận tải
ở gương, phút; tdt, tm- tương ứng là thời gian dỡ tải
và ma nơ của ô tô, phút.
Mức độ hợp lý của các tổ hợp xúc bốc – vận
tải được đánh giá thông qua cường độ làm việc
của máy xúc và cường độ làm việc của các ô tô.
Cường độ làm việc của các thiết bị được xác định
- Khả năng chịu tải đối với các tầng đất yếu và
điều kiện ĐCTV phức tạp dưới tác động của máy
xúc:
, kG/cm2 (9)
Trong đó: H- chiều cao xích, m; B- chiều rộng trên cơ sở thời gian các máy xúc chất đầy lên các
bản xích, m; Pax- Áp lực của máy xúc tác động lên ô tô và thời gian chu kỳ của ô tô, thông qua hệ số
mặt đất được xác định; kG/cm2; L- khoảng cách [3]:
giữa 2 tâm của bánh xích trước và sau, m; A1, D1-
hệ số không thứ nguyên; γ1- là trọng lượng thể tích
của đất nền của trụ đỡ, t/m3; C- lực dính kết của
tầng đất yếu, kG/cm2.
,
(12)
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
24
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Trong đó: Khl- hệ số đánh giá cường độ làm để tránh làm văng xa, làm xáo trộn các ranh giới
việc của tổ hợp máy xúc - ô tô; Nx, No- số máy xúc, tiếp xúc giữa đá và quặng; nổ nhiều hàng để giảm
ô tô cần thiết, chiếc, T0- thời gian chu kỳ ô tô, phút, sự dịch chuyển ranh giới tự nhiên giữa đá và
txđ- thời gian xúc đầy ô tô, phút.
quặng; nổ mìn trong môi trường nén; nổ mìn phân
Khi Khl = 1 thì ĐBTB là tối ưu; khi Khl > 1 Trường đoạn cột thuốc,... Mối quan hệ giữa hệ số nở rời
hợp này số ô tô trong tổ hợp nhiều hơn yêu cầu, kr, lượng thuốc nổ Q và khoảng cách giữa các lỗ
hoặc dung tích gàu xúc nhỏ không tương ứng với khoan (a) được xác định [4]:
tải trọng ô tô và cung độ vận tải; khi Khl < 1 trường
hợp này máy xúc có dung tích gàu lớn hơn cần
thiết so với tải trọng của ô tô hoặc số ô tô trong tổ
hợp ít hơn yêu cầu.
Từ các kết quả phân tích trên cho thấy dung
tích gàu xúc hợp lý phải thỏa mãn đồng thời các
điều kiện (10), (11), (12):
(13)
Khi nổ mìn trong môi trường nén ép, chiều rộng
cần thiết của tường chắn được xác định theo biểu
thức:
3.2.2. Công nghệ KNM đáp ứng yêu cầu khai
thác chọn lọc quặng
(14)
Để giảm tổn thất và làm nghèo đối với các mỏ
quặng sắt, đồng có thể áp dụng một số phương
pháp nổ mìn sau:
Trong đó: Kx- hệ số tơi xốp của đất đá; W-
đường kháng chân tầng, m; q- chỉ tiêu thuốc nổ
sử dụng, kg/m3; Eo- năng lượng nổ riêng của TN,
KGm/kg; Eđ- mô đun đàn hồi của đất đá nổ mìn;
Cd- tốc độ sóng dọc trong đất đá bị phá vỡ, m/s;
k– hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chỉ tiêu TN,
k = 0,04¸0,2.
Khi áp dụng công nghệ nổ mìn giữ nguyên
ranh giới tự nhiên thân quặng, hệ số nở rời giảm
15¸20%, tỷ lệ tổn thất giảm 10¸15% và tỷ lệ làm
nghèo giảm 30% so với công nghệ nổ mìn bình
thường. Sơ đồ nguyên tắc nổ mìn giữ nguyên
ranh giới tự nhiên thân quặng đối với các trường
hợp (Hình 7).
1. Phương pháp KNM tách các lớp quặng và
đá phân bố trên cùng khu vực tầng: Đối với thân
quặng có góc cắm dốc nghiêng và dốc đứng, khi
quặng và đá phân bố trên cùng tầng có thể sử
dụng biện pháp nổ mìn theo lớp nghiêng với góc
tiếp xúc đến 65¸900 để tách lớp đất đá và quặng
phân bố trên cùng một tầng. Sử dụng các lỗ khoan
có d <165 mm và song song với hướng cắm của
thân quặng.
2. Phương pháp nổ mìn giữ nguyên ranh giới
tự nhiên của thân quặng: Áp dụng phương pháp
nạp lượng TN có đặc tính tác dụng nổ vừa phải
a, Các thân quặng phân bố chỉnh hợp
b, Các thân quặng phân bố bất chỉnh hợp
Hình 7. Sơ đồ nổ mìn đồng thời giữ nguyên ranh giới tự nhiên trường hợp thân quặng có cấu trúc
phức tạp hoặc mỏ có chùm thân quặng phân bố gần nhau
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
25
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 8. Sơ đồ CNKT sử dụng MXTLGN bóc đất đá và
Hình 9. Sơ đồ công nghệ khai thác khi chiều dày
quặng có vách và trụ chỉnh hợp, khi đáy mỏ lầy lội
thân quặng tăng dần theo chiều sâu
Hình 10. Sơ đồ CNKT các thân quặng có thế nằm
chỉnh hợp, mỏ có ĐCTV phức tạp, đáy mỏ lầy lội
Hình 11. Sơ đồ CNKT các thân quặng có thế nằm
bất chỉnh hợp, đáy mỏ lầy lội
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
26
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
3. Phương pháp nổ mìn theo phân tầng: Khi nếu Mn không thỏa mãn điều kiện (16), máy xúc sẽ
trên gương tầng có cả đá và quặng (với thân xúc gương hỗn hợp. Trường hợp chiều dày thân
quặng có γ < 120), sẽ chia thành phân tầng đá và quặng giảm dần, sẽ khai thác quặng trước, bóc
phân tầng quặng và điều khiển nổ riêng biệt, công đất đá hai bên sau.
tác KNM, xúc bốc tiến hành lần lượt từ trên xuống
2. Trường hợp mỏ có các thân quặng phân bố
dưới. Ngoài ra, còn có thể áp dụng phương pháp gần nhau hoặc thân quặng có cấu tạo địa chất
nổ phân đoạn không khí, nổ mìn tách theo dải cụt. phức tạp:
3.2.3. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ CNKT chọn
a. Khi các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp
lọc hợp lý đối với các mỏ quặng có cấu trúc địa (Hình 10): Áp dụng công nghệ KNM giữ nguyên
chất phức tạp
ranh giới tự nhiên thân quặng. Phương pháp nổ
mìn vi sai phi điện, tiến hành nổ đồng thời đá vách
1. Khi mỏ (khai trường) có một thân quặng:
a. Khi thân quặng có vách và trụ chỉnh hợp với và các thân quặng. Nếu Mn từng thân quặng thỏa
nhau, điều kiện ĐCTV của mỏ phức tạp, đáy mỏ mãn điều kiện (16), MXTLGN sẽ xúc riêng gương
luôn lầy lội: MXTLGN đứng ở trên xúc ở dưới và đất đá và quặng riêng. Trường hợp Mn của các
chất tải vào ô tô đứng cùng mức (Hình 8). Khi khai thân quặng không thỏa mãn điều kiện (16), máy
thác quặng: MXTLGN xúc theo gương dọc tầng; xúc sẽ xúc gương hỗn hợp
khi đào hào chuẩn bị máy xúc có thể xúc theo
gương dọc tầng hoặc đầu hào; khi xúc bốc đất đá hợp (Hình 11): Căn cứ vào sự phân bố của các
bên trụ thì xúc theo gương bên hông [3]. thân quặng lựa chọn trình tự KNM hợp lý, sử dụng
b. Khi các thân quặng có thế nằm bất chỉnh
- Đối với các thân quặng dốc đứng phải bóc cả đá vách, đá trụ làm tường chắn để giảm thiểu sự
bờ trụ thì chiều rộng mặt tầng bên trụ vỉa (b1) phải thay đổi cấu trúc của thân quặng. Khi đáy mỏ bị lầy
đủ rộng để máy xúc quay khi xúc bốc và dỡ tải lội áp dụng sơ đồ MXTLGN xúc gương phía dưới
phải thoả mãn điều kiện:
chất tải lên ô tô cùng mức.
Các mỏ quặng có cấu trúc phức tạp, lựa chọn
CNKT hợp lý có ý nghĩa quyết định các chỉ tiêu về
b1 ³ 0,5d + Rq + k + Z , m (15)
Trong đó: Rq- bán kính quay của thân máy xúc,
m; k- khoảng hở cần thiết giữa đuôi máy xúc và
sườn tầng, m.
- Đối với các thân quặng dốc nghiêng: Chiều
rộng nằm ngang của thân quặng phải đảm bảo để
ô tô vào nhận tải theo sơ đồ quay đảo chiều:
2 , m (16)
Mn ³ Rv + 0,5L0 + Z1 + Z
Trong đó: Rv- bán kính vòng nhỏ nhất của ô tô,
m; L0- chiều dài ô tô, m; Z1, Z2- khoảng cách an
toàn từ mép và chân tầng đến đường ô tô, m.
Nếu Mn không thỏa mãn điều kiện (16), máy
xúc sẽ xúc theo gương hỗn hợp cả đá vách và
quặng, gương đất đá tiến trước một đoạn, sau đó
máy xúc quay lại xúc quặng.
b. Khi các thân quặng có vách và trụ bất chỉnh
hợp:
Với các thân quặng có chiều dày tăng dần (Hình
9), tiến hành bóc đất đá hai bên thân quặng trước,
khai thác quặng sau. Khi tháo khô tốt MXTLGN
xúc gương phía dưới, chất tải vào ô tô dưới mức
máy đứng. Nếu Mn thỏa mãn điều kiện (16) thì
máy xúc sẽ xúc gương đá và gương quặng riêng;
Hình 12. Sơ đồ CNKT bằng súng bắn nước kết hợp
với tầu cuốc
1- Súng bắn nước; 2– trạm bơm; 3 – tuyến đường
ống vận tải; 4– tầu cuốc; 5- tuyến đường ống nổi;
6– xưởng tuyển nổi di động; 7– đường ống vận tải
cát thải; 8– thiết bị thải cát; 9– máy gạt.
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
27
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
A
A2 A1
A
A3
D
α
h
TÇng I
TÇng II
TÇng III
S«ng Luü
H
gT
B3 B2
B1
B
C
C1
A
Lmax
Hình 13. Sơ đồ trình tự khai thác–đổ thải theo chu trình kín
khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên cũng như quá trình tuyển; Tiết kiệm năng lượng và các chi
các kinh tế kỹ thuật của doanh nghiệp. phí cho công tác chế biến Titan. Nhược điểm:
3.3. Công nghệ khai thác Titan tầng cát đỏ Phương pháp này tiêu hao lượng nước lớn.
khu Bình Thuận
3.3.1. Nghiên cứu đề xuất một số công nghệ
khai thác phù hợp với điều kiện khu mỏ
3.3.2. Nghiên cứu đề xuất trình tự khai thác
Việc lựa chọn trình tự khai thác phù hợp cần
đặc biệt quan tâm đến sử dụng hợp lý nguồn nước
Theo quy hoạch mỏ Lương Sơn, sẽ khai thác từ các sông, suối trong khu vực. Khu vực Lương
với công suất 200 ngàn tấn KVN/năm tương đương Sơn có điều kiện thủy văn rất hạn chế, trong khi
160 ngàn tấn ilmenit/năm, khối lượng cát quặng 21,5 đó nguồn nước này cũng rất cần thiết cho sự phát
triệu tấn/năm. Mỏ khai thác hoàn toàn dưới mức triển các ngành kinh tế khác.
thoát nước tự chảy, nguồn nước hạn chế. Do đó, để
Để giảm khối lượng XDCB, tiến hành khai thác
đảm bảo hiệu quả kinh tế, khai thác mỏ gắn liền với theo hình thức chia khoảnh, trong mỗi khoảnh
lợi ích phát triển xã hội khu vực, CNKT phải đảm bảo tuyển thô và CTPHMT được thực hiện theo chu
một số tiêu chí sau:
trình kín (Hình 13). Chiều rộng moong khai thác
- Giảm chi phí sản xuất: Rút ngắn tối đa cung ban đầu được xác định theo công thức [1]:
độ vận tải, bố trí các xưởng tuyển di động theo các
gương khai thác;
, m (17)
B3C = Lmax + 2A
v
- Sử dụng tiết kiệm hiệu quả tài nguyên nước:
CNKT phải sử dụng tối đa lượng nước tuần hoàn
để đảm bảo sự phát triển hài hòa, bền vững.
- Tái tạo sử dụng bền vững nguồn tài nguyên
Lmax =1,1ꢁ
ꢀH , m
(18)
wmꢂꢃ
Trong đó: Lmax – khoảng lắng lớn nhất của cát
đất: CTPHMT cần phải được thực hiện lồng ghép thải, m; V- tốc độ xả thải, cm/s; wmin – tốc độ lắng
với quá trình đổ thải đất đá nhằm tái tạo nguồn tài của hạt, tính cho hạt có kích thước d = 0,5 mm,
nguyên đất, phục vụ mục tiêu phát triển lâu dài và cm/s; H– chiều cao tầng thải, m; A– chiều rộng dải
bền vững.
Với đặc thù điều kiện mỏ Lương Sơn, đề xuất
khấu, m.
4. Kết luận
CNKT sử dụng súng bắn nước kết hợp với tàu
cuốc.
Đối với các mỏ than, quặng đồng, sắt, titan
trong tầng cát đỏ có điều kiện khai thác phức tạp,
Sử dụng các súng bắn nước trực tiếp vào để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng
gương tầng, tạo ra dòng bùn quặng tự chảy sản, đáp ứng nhu cầu an ninh năng lượng và phát
xuống hố thu. Tại đây, bùn quặng được bơm về triển kinh tế quốc dân cần áp dụng các giải pháp
các xưởng tuyển nổi. Đối với tầng cát quặng dưới CNKT phù hợp như trên đã trình bày.
cùng sẽ sử dụng tầu cuốc, đất đá được phá vỡ
dưới tác dụng của cơ cấu làm tơi, sau đó được
bơm hút về xưởng tuyển nổi (Hình 12).
Tài liệu tham khảo:
[1] Lê Công Cường, 2015. Nghiên cứu CNKT
và các thông số của moong khai thác ban đầu cho
Ưu điểm: Tính liên tục của quy trình công nghệ, mỏ sa khoáng titan-zircon trong tầng cát đỏ khu
tự động hóa cao; khai thác tiến hành đồng thời vực Lương Sơn, Bình Thuận. Thông tin Khoa học
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
28
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Công nghệ Mỏ số 11, 111-113.
[4] Мосинец В. Н (1975), Разрушение горных
[2] Lưu Văn Thực, 2011. Nghiên cứu các giải пород, Недра, Москва.
pháp kỹ thuật và CNKT theo hướng hiện đại hoá
[5] Яковлев В. Л., Яковлев В. А,
tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Đề tài 2018. Формирование транспортных систем
Trọng điểm quốc gia, Hà Nội, 320 trang.
карьеров с учетом
адаптации к изменяю-
[3] Lưu Văn Thực, 2014. Luận án Tiến sĩ kỹ щимся условиям разработки глубокозалегаю-
thuật “Nghiên cứu công nghệ khai thác các mỏ щих сложноструктурных месторождений.
quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy Институт горного дела УрО РАН (Россия, г.
trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở Việt Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58).
Nam”, Trường ĐH Mỏ-Địa chất, 198 trang.
Solutions on the mining technology for open-pit mines with complex conditions
Dr. Luu Van Thuc, Dr. Doan Van Thanh - Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology
Abstract:
Minerals such as coal, copper, iron and titanium in the red sand layer are under complicated mining
conditions. The coal mines are being exploited deeply, while the berm heights are high, a lot of faults
and coal with partition rocks; the copper and iron ore mines have complicated ore body structures,
which needs to exploited by the drilling and blasting; some mines have soft ground; Titanium’s content
in the red sand layer in Binh Thuan is low, a great depth of exploitation and is completely below the level
of gravity drainage. In order to efficiently exploit the mineral resources and to meet the needs of energy
security and national economic development, it is necessary to choose mining technology solutions
suitable to the conditions of mines such as: Selection of the rational synchro mining equipment, the
selective mining technology, the drilling and blasting technology, etc ...
KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
29
11 trang
12780
Free
Bạn đang xem tài liệu "Các giải pháp công nghệ khai thác các mỏ lộ thiên có điều kiện phức tạp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- cac_giai_phap_cong_nghe_khai_thac_cac_mo_lo_thien_co_dieu_ki.pdf
