Tổng quan nghiên cứu

Ngành than Việt Nam đang đối mặt với nhu cầu tăng sản lượng than để phục vụ công nghiệp, theo chiến lược phát triển ngành Than đến năm 2025 được Chính phủ phê duyệt. Mỏ than Mông Dương, thuộc Công ty Cổ phần Than Mông Dương - Vinacomin, nằm tại TP Cẩm Phả, Quảng Ninh, có trữ lượng than lớn với khoảng 122 triệu tấn tài nguyên, trong đó vỉa L7 khu Cánh Tây chiếm khoảng 65,8% trữ lượng khai thác thuận lợi. Tuy nhiên, điều kiện địa chất phức tạp, địa hình đồi núi thấp, các vỉa than dày và dốc thoải, cùng với công nghệ khai thác hiện tại chủ yếu thủ công hoặc cơ giới hóa mức độ thấp, đã hạn chế năng suất và an toàn lao động.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng công nghệ khai thác than tại mỏ Mông Dương và đề xuất áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ có thu hồi than nóc cho vỉa L7 khu Cánh Tây nhằm nâng cao sản lượng, năng suất lao động và đảm bảo an toàn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đặc điểm địa chất kỹ thuật khu vực thử nghiệm và lựa chọn công nghệ phù hợp trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2020.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp tài liệu tham khảo cho ngành khai thác mỏ hầm lò, đồng thời có giá trị thực tiễn giúp Công ty Than Mông Dương nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm tổn thất than và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân. Các chỉ số như năng suất lao động hiện tại khoảng 13-24 tấn/người/ca và sản lượng khai thác lò chợ đạt 150-170 nghìn tấn/năm cho thấy tiềm năng cải tiến công nghệ là rất lớn.

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 công nghệ khai thác than hầm lò, đặc biệt tập trung vào:

  • Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ và hạng nặng: Phân biệt theo trọng lượng và kích thước của vì chống, phù hợp với các điều kiện vỉa than khác nhau. Vì chống hạng nhẹ có trọng lượng 6-8 tấn, thích hợp cho vỉa dày trung bình và địa chất phức tạp; vì chống hạng nặng có trọng lượng 15-18 tấn, dùng cho vỉa rất dày và dốc thoải.
  • Mô hình khai thác lò chợ hạ trần: Bao gồm sơ đồ khai thác cột dài theo phương khấu toàn bộ chiều dày vỉa, khai thác chia lớp nghiêng và hạ trần thu hồi than nóc, giúp tối ưu hóa thu hồi than và giảm tổn thất.
  • Khái niệm về đặc điểm địa chất kỹ thuật mỏ: Địa tầng, cấu tạo vỉa than, đặc điểm đá vách, trụ vỉa, và ảnh hưởng của các đứt gãy, uốn nếp đến khai thác.

Các khái niệm chính gồm: chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, trữ lượng than, năng suất lao động, tổn thất than, và các chỉ tiêu cơ lý của đá (cường độ kháng nén, trọng lượng thể tích, góc ma sát).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, bao gồm:

  • Thu thập tài liệu: Tài liệu chuyên ngành khai thác mỏ hầm lò, báo cáo địa chất, thiết kế mỏ, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, quy hoạch ngành than Việt Nam.
  • Khảo sát điều kiện địa chất: Đánh giá đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất công trình, cấu tạo vỉa than, phân tích các chỉ tiêu cơ lý đá và than tại khu vực thử nghiệm.
  • Phân tích định tính và định lượng: So sánh các công nghệ khai thác hiện có, đánh giá khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ dựa trên các yếu tố địa chất và kỹ thuật.
  • Phương pháp thống kê và so sánh: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các công nghệ khai thác qua các chỉ tiêu như năng suất lao động, sản lượng, tổn thất than, chi phí sản xuất.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm dữ liệu từ 7 lò chợ đang khai thác tại mỏ Mông Dương, các thiết bị cơ giới hóa đồng bộ được áp dụng tại các mỏ trong nước và quốc tế. Phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm địa chất và quy mô khai thác phù hợp với công nghệ đề xuất. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2010 đến 2018, với các giai đoạn khảo sát, phân tích và thử nghiệm công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất mỏ Mông Dương: Vỉa than L7 có chiều dày trung bình 5,5 m, góc dốc trung bình 12º, biến động chiều dày 17%, biến động góc dốc 35%, thuộc loại ổn định trung bình. Trữ lượng than khu vực này khoảng 3 triệu tấn, chiếm 65,8% tổng trữ lượng khai thác thuận lợi. Đá vách chủ yếu là bột kết và cát kết với cường độ kháng nén trung bình 491,49 kG/cm² và 1118,32 kG/cm², trọng lượng thể tích 2,68-2,67 T/m³.

  2. Hiện trạng công nghệ khai thác tại mỏ Mông Dương: Chủ yếu sử dụng khoan nổ mìn kết hợp chống giữ bằng cột thủy lực đơn, giá thủy lực di động XDY hoặc giá xích. Năng suất lao động trung bình 13 tấn/người/ca, sản lượng lò chợ đạt 150-170 nghìn tấn/năm, tổn thất than khoảng 13,7%. Mức độ cơ giới hóa còn thấp, nhiều công đoạn thủ công, ảnh hưởng đến năng suất và an toàn.

  3. Hiệu quả công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ trên thế giới và Việt Nam: Tại các nước như Trung Quốc, Slovakia, Ba Lan, công nghệ này giúp tăng sản lượng từ 2,7 triệu tấn lên 6 triệu tấn/năm, năng suất lao động tăng từ 2,8 nghìn tấn lên 14,3 nghìn tấn/người/năm, tổn thất than giảm còn 5-10%. Tại Việt Nam, các mỏ như Than Khe Chàm, Than Vàng Danh đã áp dụng thành công công nghệ này với năng suất lao động tăng gấp 2-4 lần, chi phí giảm 28%, tỷ lệ thu hồi than hạ trần đạt 85%.

  4. Lựa chọn công nghệ phù hợp cho vỉa L7 khu Cánh Tây: Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ với thiết bị như dàn chống VINAALTA 2,0/3,15, máy liên hợp MB12-2V2P/R-450E và máng cào DSS 260 được đánh giá phù hợp với điều kiện địa chất và kỹ thuật khu vực. Công nghệ này có thể khai thác vỉa dày 2-8 m, góc dốc 0-35º, linh hoạt trong điều kiện địa chất biến động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ tại mỏ Mông Dương sẽ nâng cao đáng kể năng suất lao động và sản lượng khai thác, đồng thời giảm tổn thất than và chi phí sản xuất. So với công nghệ khoan nổ mìn truyền thống, công nghệ mới giảm số lượng công nhân trong lò chợ, cải thiện điều kiện làm việc và an toàn lao động.

Biểu đồ so sánh năng suất lao động và sản lượng khai thác giữa các công nghệ hiện tại và công nghệ đề xuất sẽ minh họa rõ hiệu quả vượt trội của công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ. Bảng tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cũng cho thấy chi phí dầu nhũ hóa giảm, tỷ lệ thu hồi than hạ trần tăng, góp phần giảm giá thành sản xuất.

So với các nghiên cứu trong ngành khai thác than hầm lò trên thế giới, kết quả phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ hiện đại, cơ giới hóa toàn diện nhằm tối ưu hóa khai thác và bảo vệ môi trường. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp với đặc điểm địa chất mỏ là yếu tố quyết định thành công, tránh các rủi ro kỹ thuật và tổn thất không cần thiết.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ tại vỉa L7 khu Cánh Tây: Thực hiện trong vòng 2 năm, tập trung đầu tư thiết bị dàn chống VINAALTA 2,0/3,15, máy liên hợp MB12-2V2P/R-450E và máng cào DSS 260. Chủ thể thực hiện là Công ty Cổ phần Than Mông Dương phối hợp với các nhà cung cấp thiết bị.

  2. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho công nhân và cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành thiết bị cơ giới hóa, an toàn lao động và bảo trì thiết bị trong 6 tháng đầu triển khai. Đảm bảo năng suất lao động tăng ít nhất 30% so với hiện tại.

  3. Xây dựng hệ thống quản lý và giám sát công nghệ khai thác mới: Áp dụng công nghệ thông tin để theo dõi tiến độ khai thác, hiệu suất thiết bị và an toàn lao động. Mục tiêu giảm tổn thất than xuống dưới 10% trong vòng 1 năm.

  4. Nghiên cứu và phát triển công nghệ thu hồi than nóc hiệu quả hơn: Tăng tỷ lệ thu hồi than nóc từ 75% lên 85% trong 3 năm tới, giảm thiểu tổn thất tài nguyên và nâng cao hiệu quả kinh tế.

  5. Tăng cường hợp tác nghiên cứu với các viện khoa học và doanh nghiệp trong và ngoài nước: Đẩy mạnh chuyển giao công nghệ, cập nhật các giải pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm nâng cao năng lực khai thác bền vững.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành khai thác mỏ hầm lò: Luận văn cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về đặc điểm địa chất, công nghệ khai thác và phương pháp nghiên cứu thực tiễn, hỗ trợ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

  2. Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật trong ngành than: Giúp hiểu rõ các công nghệ cơ giới hóa đồng bộ, lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể, nâng cao hiệu quả sản xuất và an toàn lao động.

  3. Quản lý doanh nghiệp khai thác than: Cung cấp cơ sở khoa học để ra quyết định đầu tư công nghệ, tối ưu hóa chi phí và nâng cao năng suất khai thác, đồng thời giảm thiểu rủi ro kỹ thuật.

  4. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia công nghệ khai thác mỏ: Tham khảo các kết quả phân tích, đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp kỹ thuật, làm cơ sở cho các nghiên cứu phát triển công nghệ mới trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ là gì?
    Là công nghệ khai thác than hầm lò sử dụng các thiết bị cơ giới nhẹ như dàn chống trọng lượng 6-8 tấn, máy liên hợp và máng cào, phù hợp với vỉa than dày trung bình và địa chất phức tạp. Ví dụ tại mỏ Vàng Danh, công nghệ này giúp tăng năng suất lao động lên 12,7 tấn/người/ca.

  2. Tại sao cần áp dụng công nghệ cơ giới hóa tại mỏ Mông Dương?
    Do điều kiện địa chất phức tạp, công nghệ hiện tại còn thủ công nhiều, năng suất thấp (khoảng 13 tấn/người/ca), tổn thất than cao (13,7%), áp dụng công nghệ mới giúp tăng sản lượng, giảm chi phí và nâng cao an toàn lao động.

  3. Các yếu tố địa chất nào ảnh hưởng đến lựa chọn công nghệ khai thác?
    Chiều dày vỉa, góc dốc, đặc điểm đá vách và trụ vỉa, sự hiện diện của đứt gãy và uốn nếp. Ví dụ, vỉa L7 có chiều dày trung bình 5,5 m, góc dốc 12º, đá vách bột kết ổn định trung bình, phù hợp với công nghệ cơ giới hóa hạng nhẹ.

  4. Hiệu quả kinh tế của công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ ra sao?
    Tại các mỏ áp dụng, năng suất lao động tăng gấp 2-4 lần, chi phí sản xuất giảm 28%, tỷ lệ thu hồi than hạ trần tăng lên 85%, góp phần tăng lợi nhuận và giảm giá thành than.

  5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn lao động khi áp dụng công nghệ mới?
    Đào tạo kỹ thuật vận hành, sử dụng thiết bị hiện đại có hệ thống điều khiển tự động, giám sát liên tục và áp dụng các biện pháp phòng ngừa sự cố như xử lý lò chợ bị lún, xô lệch giàn chống, đảm bảo môi trường làm việc an toàn.

Kết luận

  • Đặc điểm địa chất mỏ Mông Dương với vỉa L7 có điều kiện thuận lợi để áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ, giúp nâng cao hiệu quả khai thác.
  • Hiện trạng công nghệ khai thác tại mỏ còn nhiều hạn chế, năng suất lao động thấp, tổn thất than cao, cần đổi mới công nghệ để đáp ứng yêu cầu phát triển.
  • Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ hạng nhẹ đã được chứng minh hiệu quả tại nhiều mỏ trong và ngoài nước, phù hợp với điều kiện địa chất và kỹ thuật của mỏ Mông Dương.
  • Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ này tại vỉa L7 khu Cánh Tây trong vòng 2 năm, đồng thời nâng cao năng lực vận hành và quản lý công nghệ.
  • Kêu gọi các bên liên quan phối hợp nghiên cứu, đầu tư và đào tạo để hiện thực hóa mục tiêu nâng cao sản lượng, năng suất và an toàn lao động trong khai thác than hầm lò.

Hãy bắt đầu hành trình đổi mới công nghệ khai thác than tại mỏ Mông Dương để nâng cao hiệu quả và phát triển bền vững ngành than Việt Nam!