Tổng quan nghiên cứu

Ngành khai thác than hầm lò tại Việt Nam, đặc biệt là vùng Quảng Ninh, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế quốc gia. Theo dự báo, nhu cầu tiêu thụ than trong nước sẽ đạt khoảng 70-75 triệu tấn vào năm 2020 và vượt 100 triệu tấn vào năm 2025. Để đáp ứng nhu cầu này, các mỏ than hầm lò cần mở rộng quy mô, nâng cao năng lực khai thác và áp dụng công nghệ hiện đại. Luận văn tập trung nghiên cứu hiện trạng công tác mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ tại khu Lộ Trí thuộc Công ty Than Thống Nhất – TKV, với mục tiêu đề xuất phương án cải tạo, mở rộng nhằm đảm bảo sản lượng khai thác 2,5 triệu tấn/năm.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phần khoáng sàng than khu Lộ Trí, với đối tượng là công tác mở vỉa, chuẩn bị ruộng mỏ và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động này. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng hàm mục tiêu xác định kích thước ruộng mỏ hợp lý, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong việc định hướng thiết kế, tính toán và áp dụng các phương án khai thác phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn lao động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về khai thác mỏ hầm lò, tập trung vào:

  • Lý thuyết khai thác cột dài theo phương: Phương pháp khai thác than bằng lò chợ với hệ thống chống giữ bằng giá thủy lực hoặc giá khung di động, áp dụng phá hoả toàn phần để điều khiển đá vách.
  • Mô hình mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ: Phân loại sơ đồ mở vỉa như mở vỉa bằng giếng đứng, giếng nghiêng, lò bằng và phương pháp kết hợp; các phương pháp chuẩn bị ruộng mỏ như chia cánh, chia tầng, chia khối (blốc) và chia khoảnh.
  • Khái niệm chính: Kích thước ruộng mỏ, trữ lượng địa chất và công nghiệp, công suất mỏ, điều kiện địa chất – thủy văn, công nghệ khai thác, vận tải và thông gió mỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

  • Thu thập tài liệu: Tổng hợp dữ liệu địa chất, kỹ thuật, kinh tế từ các dự án, báo cáo và tài liệu chuyên môn của Công ty Than Thống Nhất – TKV và các mỏ than vùng Quảng Ninh.
  • Phân tích, thống kê và tổng hợp số liệu: Đánh giá hiện trạng công tác mở vỉa, chuẩn bị ruộng mỏ, công nghệ khai thác, vận tải, thông gió và thoát nước.
  • Phương pháp toán học xác suất: Xây dựng hàm mục tiêu xác định kích thước ruộng mỏ hợp lý, giải phương trình hàm mục tiêu bằng phương pháp đồ thị và giải tích.
  • Cỡ mẫu và timeline: Dữ liệu thu thập từ các phân xưởng khai thác, các tuyến lò và hệ thống vận tải trong khu Lộ Trí, nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công tác mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ: Khu Lộ Trí được khai thông bằng các giếng nghiêng và hệ thống lò dọc, xuyên vỉa ở các mức -35 và -140. Sản lượng khai thác hiện tại đạt khoảng 1,4 triệu tấn/năm, với 12 phân xưởng khai thác than nguyên khai và 2 phân xưởng đào lò chuẩn bị. Hệ thống vận tải than chủ yếu sử dụng băng tải B800 và B1000, vận tải người và vật tư qua giếng nghiêng bằng tời trục và xe goòng.

  2. Đặc điểm địa chất và trữ lượng than: Khu Lộ Trí có 5 vỉa than chính với chiều dày từ 0,35m đến 43,86m, góc dốc trung bình khoảng 30-33 độ. Trữ lượng địa chất huy động tầng từ -35 đến -350 đạt khoảng 44.356 nghìn tấn, trữ lượng công nghiệp than nguyên khai khoảng 40 nghìn tấn. Đá vách và trụ vỉa than chủ yếu là bột kết, sét kết với độ bền trung bình đến cao, tuy nhiên có nhiều lớp kẹp phức tạp gây khó khăn cho công tác chống giữ lò.

  3. Ảnh hưởng của yếu tố tự nhiên và công nghệ: Địa hình đồi núi, địa chất phức tạp với nhiều đứt gãy và uốn nếp làm chia cắt ruộng mỏ thành các khu khai thác nhỏ, gây khó khăn cho cơ giới hóa và tổ chức sản xuất. Công tác mở vỉa bằng giếng nghiêng có ưu điểm về kỹ thuật thi công đơn giản nhưng chi phí vận tải, thông gió và bảo vệ giếng cao do chiều dài giếng lớn.

  4. Hiệu quả công nghệ và tổ chức sản xuất: Công ty Than Thống Nhất đã áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo phương, sử dụng công nghệ khoan nổ mìn kết hợp chống giữ bằng giá thủy lực di động, nâng cao năng suất và an toàn lao động. Tuy nhiên, hệ thống vận tải và thông gió hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu sản lượng 2,5 triệu tấn/năm, cần cải tạo và mở rộng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xác định kích thước ruộng mỏ hợp lý là yếu tố then chốt để tối ưu hóa chi phí đào lò, vận tải và thông gió, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác. So sánh với các mỏ than khác trong vùng như Mạo Khê và Nam Mẫu, khu Lộ Trí có điều kiện địa chất phức tạp hơn, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phù hợp hơn.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa kích thước ruộng mỏ và chi phí khai thác sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả của hàm mục tiêu xây dựng. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật từ năm 2015 đến 2017 cho thấy sự cải thiện trong hệ số mét lò xây dựng cơ bản và hệ số thu hồi than sạch, phản ánh hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật đã áp dụng.

Việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa nhẹ và tăng cường đào lò bằng khoan nổ mìn đã góp phần giảm tổn thất than và nâng cao năng suất lao động. Tuy nhiên, các hạn chế về vận tải than và thông gió vẫn là thách thức lớn cần được giải quyết để đáp ứng mục tiêu sản lượng đề ra.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đầu tư cải tạo hệ thống vận tải than: Nâng cấp băng tải chính mức -140 và mở rộng hệ thống vận tải goòng tại các tuyến lò xuyên vỉa để đảm bảo lưu lượng vận tải than đạt 2,5 triệu tấn/năm. Thời gian thực hiện dự kiến trong 2 năm, chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án và Phòng Kỹ thuật Công ty Than Thống Nhất.

  2. Áp dụng công nghệ đào lò cơ giới hóa cao: Sử dụng máy khoan thủy lực, máy xúc cơ giới và thiết bị chống giữ lò hiện đại nhằm tăng năng suất đào lò chuẩn bị, giảm tổn thất than và nâng cao an toàn lao động. Thời gian triển khai trong 1-2 năm, do Phòng Kỹ thuật phối hợp với các phân xưởng đào lò thực hiện.

  3. Cải tiến hệ thống thông gió và thoát nước: Đầu tư thêm các trạm quạt hút công suất lớn, bố trí máy bơm chìm di động tại các điểm đọng nước để đảm bảo thông gió và thoát nước hiệu quả, giảm thiểu nguy cơ tai nạn và gián đoạn sản xuất. Thời gian thực hiện 1 năm, do Phòng An toàn và Phòng Kỹ thuật phối hợp thực hiện.

  4. Tăng cường công tác thăm dò địa chất và đánh giá trữ lượng: Tiếp tục khoan thăm dò chi tiết để cập nhật dữ liệu địa chất, đánh giá chính xác trữ lượng và điều kiện khai thác, làm cơ sở cho việc lập kế hoạch khai thác và mở rộng ruộng mỏ hợp lý. Thời gian liên tục trong quá trình khai thác, do Phòng Địa chất và Ban Quản lý dự án thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia khai thác mỏ: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu chi tiết về công tác mở vỉa, chuẩn bị ruộng mỏ và các giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp, giúp nâng cao hiệu quả khai thác.

  2. Ban lãnh đạo các công ty than hầm lò: Tham khảo để xây dựng kế hoạch đầu tư, cải tạo hệ thống vận tải, thông gió và áp dụng công nghệ mới nhằm đáp ứng mục tiêu sản lượng và an toàn lao động.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khai thác mỏ: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và thực tiễn khai thác than hầm lò tại Việt Nam, đặc biệt là vùng Quảng Ninh.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các chính sách phát triển ngành than bền vững, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao việc xác định kích thước ruộng mỏ lại quan trọng?
    Việc xác định kích thước ruộng mỏ hợp lý giúp tối ưu chi phí đào lò, vận tải và thông gió, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác và giảm tổn thất than. Ví dụ, hàm mục tiêu trong luận văn cho thấy kích thước ruộng mỏ ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sản xuất.

  2. Các yếu tố địa chất nào ảnh hưởng đến công tác mở vỉa?
    Địa hình đồi núi, cấu tạo địa chất phức tạp với nhiều đứt gãy, uốn nếp và lớp đá kẹp ảnh hưởng đến việc bố trí cửa lò, phân chia khu khai thác và lựa chọn phương pháp chống giữ lò. Điều này làm tăng chi phí và độ phức tạp trong khai thác.

  3. Công nghệ khai thác nào đang được áp dụng tại khu Lộ Trí?
    Khu Lộ Trí áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo phương, sử dụng lò chợ chống giữ bằng giá thủy lực di động, khấu than bằng khoan nổ mìn và điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hoả toàn phần, giúp nâng cao năng suất và an toàn.

  4. Những khó khăn chính trong công tác vận tải than hiện nay là gì?
    Hệ thống vận tải hiện tại chưa đáp ứng được sản lượng 2,5 triệu tấn/năm do tuyến lò xuyên vỉa chính và khu vực quang lật rót than chưa đủ công suất, gây ách tắc và tăng chi phí vận chuyển. Cần nâng cấp băng tải và mở rộng hệ thống vận tải goòng.

  5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn trong khai thác than hầm lò?
    Cần áp dụng công nghệ chống giữ lò hiện đại, hệ thống thông gió hiệu quả, quan trắc khí mỏ liên tục và đào lò chuẩn bị đúng kỹ thuật. Công ty Than Thống Nhất đã thực hiện tốt các biện pháp này, giảm thiểu tai nạn và bệnh nghề nghiệp.

Kết luận

  • Đề tài đã phân tích và đánh giá chi tiết hiện trạng công tác mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ tại khu Lộ Trí – Công ty Than Thống Nhất – TKV, xác định các yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu quả khai thác.
  • Xây dựng hàm mục tiêu xác định kích thước ruộng mỏ hợp lý, làm cơ sở cho việc lập kế hoạch và thiết kế công tác mở vỉa, chuẩn bị ruộng mỏ.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật cải tạo hệ thống vận tải, thông gió, áp dụng công nghệ đào lò cơ giới hóa và tăng cường thăm dò địa chất nhằm đáp ứng sản lượng 2,5 triệu tấn/năm.
  • Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác than hầm lò tại Việt Nam, đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp vùng Quảng Ninh.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, theo dõi đánh giá hiệu quả và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp với thực tế sản xuất. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện để đạt được mục tiêu đề ra.