Các giải pháp công nghệ khai thác các mỏ lộ thiên có điều kiện phức tạp

Nội dung text: Các giải pháp công nghệ khai thác các mỏ lộ thiên có điều kiện phức tạp

1. 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 3 như: Tài nguyên ngày càng cạn kiệt, bảo vệ môi (từ 4÷7 km), Ksx =10,7÷16,7 m /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 2.2. Các mỏ quặng đồng mỏ quặng đồng, sắt cấu tạo phức tạp, khai thác 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. huy động vào khai thác khoảng 38,81 triệu tấn, 2. Hiện trạng khai thác công suất các mỏ từ 1,0÷2,2 triệu tấn/năm. Các 2.1. Khai thác than 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
2. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ quá trình khai thác ở các mỏ. Theo quy hoạch ngành than, các mỏ than lộ 2.3. Các mỏ quặng sắt 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 m3 kết hợp với ô tô tải trọng 15¸40 tấn. thể hiện trong bảng 1. 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 3.1. Công nghệ khai thác than tạo phức tạp 3.1.1. Công tác vận tải 1. Công nghệ khai thác chọn lọc vỉa than có 20 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
3. 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 Năng Vật liệu vận nghệ Đặc điểm địa Đặc điểm suất, Độ sâu K/C vận tải; Loại Đặc điểm kỹ thuật mỏ vận tải chất mỏ khí hậu tr t/ mỏ, m tải, km mỏ năm Đất đá cứng Khoáng sàng có Kích thước lớn, giảm nhanh và độ cục thế nằm phức theo độ sâu, tuyến công tác Khí hậu Ô tô lớn; Dạng tạp, vỉa dạng bất 10÷30 80÷180 1,5÷3 dịch chuyển nhanh, tốc độ khô, ít mưa sâu và dạng kỳ, thành phần xuống sâu lớn cao không đồng nhất Ô tô - Khoáng sàng có Kích thước lớn, tuyến công Dạng sâu và Khí hậu 200÷ Đường thế nằm phức tác dịch chuyển nhanh, tốc 30÷50 1,2÷1,5 dạng cao khô, ít mưa 250 sắt tạp, vỉa lớp dày độ xuống sâu lớn Đất đá Khoáng sàng có Kích thước TB, đất đá các Ô tô - mềm, cứng thế nằm phức tầng dưới không lớn, khó bố Khí hậu ôn 50÷80 80÷700 0,8÷1 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 bình đồ hạn Ô tô - kích thước thế nằm phức Khí hậu bất 100÷ chế, độ sâu lớn, bờ mỏ ổn 10÷15 0,6÷0,8 Trục tải cục lớn; tạp, vỉa dốc kỳ 400 định có góc dốc lớn Dạng sâu đứng KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN 21
4. 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 Chỉ tiêu Chỉ tiêu KL TN Đất bóc TN sử TN chịu Đất bóc TN chịu TN TN sử dụng (103 m3) dụng nước (103 m3) nước (kg/m3) (kg/m3) (103 kg) (103 kg) (%) (%) 1 Cao Sơn 28.000 0,50 13.888 40,40 37.800 0,50 18.749 42,00 2 Cọc Sáu 23.000 0,46 10.511 44,50 25.217 0,46 11.524 45,00 3 Đèo Nai 19.800 0,49 9.742 42,50 22.000 0,49 10.824 43,00 4 Tây Nam Đá Mài 20.000 0,41 8.160 56,00 23.115 0,41 9.431 57,00 5 Hà Tu 32.000 0,44 14.080 44,00 35.414 0,44 15.582 45,00 6 Na Dương 5.650 0,21 1.187 31,00 5.751 0,21 1.208 32,00 7 Khánh Hòa 4.300 0,30 1.290 70,00 4.400 0,30 1.320 70,00 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: ³ ³ x Rxmin + Rq + k, m và x b0 – Mn, m (1) MXTLGN chất tải lên ô tô đứng cùng mức Hình 2. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc nghiêng, hoặc khác mức, còn MXTLGT đứng ở dưới khai khi M < M , phối hợp giữa MXTLGN & GT thác than, bóc đá kẹp và chất lên ô tô đứng cùng n nmx mức (Hình 2). Ưu điểm của sơ đồ này là đảm bảo MXTLGN đứng trên nóc vỉa, xúc phía dưới và được tỷ lệ than cục, chất lượng than cao, nhưng chất vào ôtô đứng ở mức dưới với chiều rộng đáy có nhược điểm là khối lượng chuẩn bị trên mỗi hào trong đá vách thỏa mãn 2 điều kiện: phân tầng lớn. ³ x Rxmin + Rq + k – (Mn - Mnt ), m (2) - Khi than có chất lượng xấu, ít than cục và ³ x b0 – Mn, m (3) góc cắm của vỉa g = 12¸200 có thể dùng MXTLGN Khi khai thác lớp than bám trụ cần sử dụng bóc tam giác đá bám trên vách vỉa và dùng máy MXTLGT khấu theo gương dọc tầng và chất tải gạt đẩy than, đá kẹp xuống chân phân tầng, sau lên ô tô đứng cùng mức. Trong trường hợp này khi đó dùng MXTLGN để xúc bốc và chất tải lên ô tô khai thác dưới mức thoát nước tự chảy, đáy mỏ đứng cùng mức (Hình 3). Sơ đồ này có ưu điểm là cần được thoát nước tốt (Hình 4). khối lượng chuẩn bị trên mỗi phân tầng nhỏ, tăng 2. Công nghệ khai thác chọn lọc vỉa phức tạp được tốc độ xuống sâu, nhược điểm là làm giảm dốc đứng: Áp dụng cho những vỉa có góc cắm g chất lượng than và tăng chi phí sản xuất. ³ 350 và bao gồm các lớp đá kẹp có đủ chiều dày £ - Trường hợp vỉa có chiều dày Mnmx Mn < Mnôtô phải xúc chọn lọc. Đối với loại gương này, sau nhưng Mnt < Mnmx khi KNM, công tác đào hào chuẩn bị vách vỉa và 22 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
5. 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, ¸ 0 £ γ = 12 20 ), phối hợp giữa MXTLGN và máy gạt khi Mnmx Mn ôtô, Mnt < Mnm phối hợp giữa MXTLGN> 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: ³ x Rxmin + Rq + k – (Mn – Mnt), m (4) ³ x 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 Hình 4. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc nghiêng, bố trí MXTLGN đứng trên nóc vỉa, tiến hành khai £ khi Mnmx Mn <Mn ôtô, Mnt < Mnmx 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: ³ x Rx min + Rq + k – (Mn – Mnt), m (6) ³ x b0 – Mn, m (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 g phân tầng, m; - 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. Hình 5. Sơ đồ CNKT vỉa phức tạp dốc đứng, khi 3.2. Công nghệ khai thác các mỏ quặng M < M , phối hợp giữa MXTLGN & GT n nmx đồng, sắt có điều kiện phức tạp KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN 23
6. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 3.2.1. Lựa chọn ĐBTB cho các mỏ quặng lộ Điều kiện (9) được áp dụng để đánh giá khả thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp 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: P - áp lực tính toán của thiết bị lên a Trong đó: V - khối lượng đất bóc m3/n; K - hệ nền, kG/cm2; P - khả năng chịu tải của nền, kG/ n tg đ số sử dụng thời gian ca của máy xúc; K - hệ số cm2; K - hệ số dự trữ, K = 1,2. xđ dt dt xúc đầy gàu; N - Số ca làm việc trong năm; T - 1. Lựa chọn ô tô: Ưu tiên chọn loại ô tô có ca ca thời gian làm việc trong ca, giờ; K - hệ số ảnh P £ P nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng đến hệ cn aô gh hưởng công nghệ trong quá trình xúc, T - thời thống đường vận tải. Tuy nhiên, với các mỏ có sản x gian chu kỳ xúc, phút; L , L - tương ứng là chiều lượng lớn cần sử dụng loại ô tô có tải trọng lớn, ti Ki dài tuyến công tác và chiều dài bloc máy xúc của do vậy quá trình khai thác cần phải gia cố đường nhóm thứ i, m; K - hệ số nở rời đất đá. vận tải trên nền đất yếu. Đối với mỗi loại đất sẽ xác r 3. Quan hệ giữa thiết bị xúc bốc – vận tải: ĐBTB định được sức chịu tải (P ), khi đó cho phép lựa gh tối ưu phải đảm bảo quá trình vận hành tổ hợp đạt chọn loại ô tô phù hợp với nền đất yếu. hiệu quả, xác định theo biểu thức [3]: 2. Lựa chọn máy xúc: Khi lựa chọn máy xúc hợp lý cho các mỏ lộ thiên có điều kiện tự nhiên , m3 (11) 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 Trong đó: q - tải trọng ô tô, tấn, L- cung độ vận hơn hoặc bằng với khả năng chịu tải của nền đất 0 tải, km; V- dung tích thùng ô tô, m3; t - thời gian yếu [3]. dx dừng của máy xúc do sự trao đổi các ô tô nhận tải - Khả năng chịu tải đối với các tầng đất yếu và ở gương, phút; t , t - tương ứng là thời gian dỡ tải điều kiện ĐCTV phức tạp dưới tác động của máy dt m và ma nơ của ô tô, phút. xúc: Mức độ hợp lý của các tổ hợp xúc bốc – vận tải được đánh giá thông qua cường độ làm việc , kG/cm2 (9) của máy xúc và cường độ làm việc của các ô tô. Cường độ làm việc của các thiết bị được xác định 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 , (12) của đất nền của trụ đỡ, t/m3; C- lực dính kết của tầng đất yếu, kG/cm2. 24 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
7. 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 (13) 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 Khi nổ mìn trong môi trường nén ép, chiều rộng tích gàu xúc hợp lý phải thỏa mãn đồng thời các cần thiết của tường chắn được xác định theo biểu điều kiện (10), (11), (12): 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 Trong đó: Kx- hệ số tơi xốp của đất đá; W- pháp nổ mìn sau: đường kháng chân tầng, m; q- chỉ tiêu thuốc nổ 1. Phương pháp KNM tách các lớp quặng và 3 sử dụng, kg/m ; Eo- năng lượng nổ riêng của TN, đá phân bố trên cùng khu vực tầng: Đối với thân KGm/kg; Eđ- mô đun đàn hồi của đất đá nổ mìn; quặng có góc cắm dốc nghiêng và dốc đứng, khi Cd- tốc độ sóng dọc trong đất đá bị phá vỡ, m/s; quặng và đá phân bố trên cùng tầng có thể sử k– hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chỉ tiêu TN, dụng biện pháp nổ mìn theo lớp nghiêng với góc k = 0,04¸0,2. tiếp xúc đến 65¸900 để tách lớp đất đá và quặng Khi áp dụng công nghệ nổ mìn giữ nguyên phân bố trên cùng một tầng. Sử dụng các lỗ khoan ranh giới tự nhiên thân quặng, hệ số nở rời giảm có d <165 mm và song song với hướng cắm của 15¸20%, tỷ lệ tổn thất giảm 10¸15% và tỷ lệ làm thân quặng. nghèo giảm 30% so với công nghệ nổ mìn bình 2. Phương pháp nổ mìn giữ nguyên ranh giới thường. Sơ đồ nguyên tắc nổ mìn giữ nguyên tự nhiên của thân quặng: Áp dụng phương pháp ranh giới tự nhiên thân quặng đối với các trường nạp lượng TN có đặc tính tác dụng nổ vừa phải hợp (Hình 7). 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
8. 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 Hình 11. Sơ đồ CNKT các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp, mỏ có ĐCTV phức tạp, đáy mỏ lầy lội bất chỉnh hợp, đáy mỏ lầy lội 26 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
9. 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 1. Khi mỏ (khai trường) có một thân quặng: mìn vi sai phi điện, tiến hành nổ đồng thời đá vách 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 b. Khi các thân quặng có thế nằm bất chỉnh 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 - 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 b1 ³ 0,5d + Rq + k + Z , m (15) CNKT hợp lý có ý nghĩa quyết định các chỉ tiêu về 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: M n ³ Rv + 0,5L0 + Z1 + Z 2 , m (16) 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 Hình 12. Sơ đồ CNKT bằng súng bắn nước kết hợp 9), tiến hành bóc đất đá hai bên thân quặng trước, với tầu cuốc khai thác quặng sau. Khi tháo khô tốt MXTLGN 1- Súng bắn nước; 2– trạm bơm; 3 – tuyến đường xúc gương phía dưới, chất tải vào ô tô dưới mức ống vận tải; 4– tầu cuốc; 5- tuyến đường ống nổi; máy đứng. Nếu Mn thỏa mãn điều kiện (16) thì 6– xưởng tuyển nổi di động; 7– đường ống vận tải máy xúc sẽ xúc gương đá và gương quặng riêng; cát thải; 8– thiết bị thải cát; 9– máy gạt. KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN 27
10. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ A Ranhmá giíi A3 A2 A1 A D Ranhmá giíi α TÇng I h S«ng Luü TÇng II H TÇng III 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 3.3.2. Nghiên cứu đề xuất trình tự khai thác 3.3.1. Nghiên cứu đề xuất một số công nghệ Việc lựa chọn trình tự khai thác phù hợp cần khai thác phù hợp với điều kiện khu mỏ 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 = + , m (17) gương khai thác; B3C Lmax 2A - Sử dụng tiết kiệm hiệu quả tài nguyên nước: v Lmax = 1,1 H , m (18) CNKT phải sử dụng tối đa lượng nước tuần hoàn wm để đảm bảo sự phát triển hài hòa, bền vững. - Tái tạo sử dụng bền vững nguồn tài nguyên 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. khấu, m. Với đặc thù điều kiện mỏ Lương Sơn, đề xuất 4. Kết luận CNKT sử dụng súng bắn nước kết hợp với tàu Đối với các mỏ than, quặng đồng, sắt, titan cuốc. 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 Tài liệu tham khảo: dưới tác dụng của cơ cấu làm tơi, sau đó được [1] Lê Công Cường, 2015. Nghiên cứu CNKT bơm hút về xưởng tuyển nổi (Hình 12). 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 28 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
11. 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