Tổng quan nghiên cứu

Ngành khai thác than hầm lò đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Công ty than Thống Nhất - TKV quản lý các dự án khai thác hầm lò lớn tại khu Lộ Trí với tổng trữ lượng khoảng 58,96 triệu tấn tính đến đầu năm 2019. Kế hoạch duy trì sản lượng trên 2 triệu tấn/năm đặt ra thách thức lớn về năng suất lao động, công suất mỏ và an toàn lao động. Hiện nay, công nghệ khai thác thủ công chiếm 100% và đã đạt giới hạn về công suất, năng suất lao động thấp, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cao. Bối cảnh khó khăn trong thu hút và giữ chân lao động hầm lò càng làm nổi bật nhu cầu áp dụng công nghệ cơ giới hóa.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào đánh giá công nghệ khai thác vỉa dày thu hồi than nóc đang áp dụng tại Công ty than Thống Nhất, phân tích ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng và đề xuất các thông số hợp lý nhằm tăng hiệu quả khai thác, giảm tổn thất than. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các vỉa dày, dốc thoải tại khu Lộ Trí, trong giai đoạn từ năm 2014 đến 2019, với ý nghĩa nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí và tăng cường an toàn trong khai thác than hầm lò.

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 than hầm lò, đặc biệt tập trung vào:

  • Lý thuyết cơ giới hóa khai thác than hầm lò: Phân tích các sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, chia lớp nghiêng, hạ trần thu hồi than nóc, áp dụng cho vỉa dày và dốc thoải.
  • Mô hình đánh giá điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ: Bao gồm các yếu tố như chiều dày vỉa, góc dốc, đặc tính đá vách, đá trụ, lớp đá kẹp, độ biến động chiều dày và góc dốc, ảnh hưởng đến khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa.
  • Khái niệm về tổn thất than và hiệu quả thu hồi than: Tỷ lệ tổn thất than trong khai thác và các biện pháp giảm thiểu tổn thất thông qua công nghệ cơ giới hóa.

Các khái niệm chính bao gồm: chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, hệ số biến đổi chiều dày (Vm), hệ số biến đổi góc dốc (Vα), đá vách, đá trụ, đá kẹp, tổn thất than, năng suất lao động, và công suất lò chợ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, thu thập, thống kê và phân tích số liệu thực tế từ các dự án khai thác hầm lò tại khu Lộ Trí do Công ty than Thống Nhất quản lý. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 11 lò chợ có khả năng cơ giới hóa với tổng trữ lượng huy động khoảng 10,199 triệu tấn than. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí điều kiện địa chất kỹ thuật phù hợp với cơ giới hóa như chiều dày vỉa > 2,2 m, góc dốc ≤ 25°, độ cứng than từ F1 đến F3, và không có phay phá kiến tạo lớn.

Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ thống kê và toán học xác suất để đánh giá mức độ biến động chiều dày, góc dốc, đặc tính đá vách, đá trụ và ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2014 đến 2019, tập trung đánh giá hiện trạng công nghệ, phân tích điều kiện địa chất và đề xuất thông số kỹ thuật cho công nghệ cơ giới hóa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công nghệ khai thác và năng suất lao động: Công nghệ khai thác thủ công chiếm 100% tại Công ty than Thống Nhất, năng suất lao động trung bình chỉ khoảng 3,5 tấn/công nhân/ngày, thấp hơn nhiều so với các mỏ áp dụng cơ giới hóa (tăng gấp 2,5 đến 4 lần). Tỷ lệ tổn thất than hiện đạt khoảng 23,8% đến 32%, cao hơn so với mức tổn thất 15-20% của công nghệ cơ giới hóa đồng bộ.

  2. Khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa: Tổng trữ lượng than có khả năng cơ giới hóa tại khu Lộ Trí là khoảng 7 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở các phân vỉa 6b, 5c, 4c, 3c thuộc khu I và khu II. Các lò chợ có chiều dày vỉa trung bình từ 6,5 đến 13 m, góc dốc trung bình từ 14° đến 26°, phù hợp với điều kiện áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ.

  3. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công nghệ cơ giới hóa: Tại các mỏ áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ như Than Khe Chàm và Than Vàng Danh, năng suất lao động tăng từ 7 tấn đến 23,8 tấn/công nhân/ca, sản lượng lò chợ tăng 1,7 lần, chi phí nhân công giảm 2,4 lần, tỷ lệ thu hồi than hạ trần tăng 10%, giá thành phân xưởng giảm 9,2%, tỷ suất lợi nhuận/doanh thu tăng 1,3 lần.

  4. Đặc điểm địa chất và ảnh hưởng đến công nghệ: Địa chất khu Lộ Trí phức tạp với nhiều đứt gãy, đá vách và đá trụ có độ bền trung bình đến bền vững, lớp đá kẹp chiếm tỷ lệ từ 11% đến 28%. Độ biến động chiều dày vỉa và góc dốc vỉa trong phạm vi ≤ 35% thuận lợi cho áp dụng cơ giới hóa. Lưu lượng nước ngầm lớn (lên đến 927 m³/h tại mức -140) đòi hỏi công tác thoát nước hiệu quả để đảm bảo an toàn khai thác.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ khai thác thủ công hiện tại tại Công ty than Thống Nhất đã đạt giới hạn về năng suất và công suất, đồng thời tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động. Việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ, đặc biệt là công nghệ hạ trần thu hồi than nóc, có thể nâng cao năng suất lao động gấp 2,5 đến 4 lần, giảm tổn thất than từ 23-32% xuống còn khoảng 15-20%, đồng thời giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả kinh tế.

So sánh với các mỏ trong nước và quốc tế, công nghệ cơ giới hóa đồng bộ đã chứng minh hiệu quả vượt trội về năng suất và an toàn. Tuy nhiên, điều kiện địa chất phức tạp tại khu Lộ Trí, đặc biệt là sự biến động lớn về góc dốc và chiều dày vỉa, cùng với lưu lượng nước ngầm cao, đòi hỏi phải lựa chọn thiết bị và sơ đồ công nghệ phù hợp, đồng thời tăng cường công tác khảo sát, thăm dò và quản lý nước mỏ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh năng suất lao động, tỷ lệ tổn thất than giữa công nghệ thủ công và cơ giới hóa, bảng tổng hợp trữ lượng và điều kiện địa chất các lò chợ có khả năng cơ giới hóa, cũng như biểu đồ lưu lượng nước ngầm theo mùa tại khu Lộ Trí.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ cho các lò chợ có điều kiện phù hợp: Ưu tiên triển khai tại các phân vỉa 6b, 5c, 4c, 3c khu I và khu II Lộ Trí với tổng trữ lượng huy động khoảng 2 triệu tấn, nhằm tăng năng suất lao động lên gấp 3 lần trong vòng 3-5 năm tới. Chủ thể thực hiện là Công ty than Thống Nhất phối hợp với các đơn vị tư vấn và nhà cung cấp thiết bị.

  2. Tăng cường công tác khảo sát, thăm dò địa chất và thủy văn: Đánh giá chi tiết biến động chiều dày, góc dốc, đặc tính đá vách, đá trụ và lưu lượng nước ngầm để lựa chọn thiết bị cơ giới hóa phù hợp, giảm thiểu rủi ro trong khai thác. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, do Viện Khoa học Công nghệ Mỏ và các đơn vị chuyên môn đảm nhiệm.

  3. Nâng cao công tác quản lý và thoát nước mỏ: Đầu tư hệ thống bơm thoát nước công suất lớn, kiểm soát lưu lượng nước ngầm, đặc biệt tại mức sâu -140, nhằm đảm bảo an toàn và ổn định khai thác. Mục tiêu giảm lưu lượng nước gây ảnh hưởng xuống dưới 800 m³/h trong 2 năm tới.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực lao động vận hành công nghệ cơ giới hóa: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì thiết bị cơ giới hóa, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc để thu hút và giữ chân lao động lành nghề. Kế hoạch triển khai liên tục trong 3 năm, do Công ty than Thống Nhất phối hợp với các trường đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư khai thác mỏ than: Nhận diện các điều kiện địa chất kỹ thuật và lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và an toàn lao động.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành khai thác mỏ: Tài liệu tham khảo về phương pháp đánh giá khả năng cơ giới hóa, phân tích điều kiện địa chất và ứng dụng công nghệ khai thác hiện đại.

  3. Các đơn vị tư vấn và cung cấp thiết bị khai thác than: Cơ sở dữ liệu chi tiết về đặc điểm địa chất, trữ lượng và yêu cầu kỹ thuật để thiết kế, cung cấp thiết bị phù hợp với điều kiện thực tế.

  4. Cơ quan quản lý ngành than và chính sách phát triển công nghiệp: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ khai thác than hiện đại, nâng cao năng suất và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần áp dụng công nghệ cơ giới hóa trong khai thác than hầm lò?
    Công nghệ cơ giới hóa giúp tăng năng suất lao động gấp 2,5 đến 4 lần, giảm tổn thất than từ 23-32% xuống còn khoảng 15-20%, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc và an toàn lao động, phù hợp với xu hướng phát triển ngành than hiện nay.

  2. Điều kiện địa chất nào ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng áp dụng cơ giới hóa?
    Chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, đặc tính đá vách và đá trụ, cùng với mức độ biến động chiều dày và góc dốc là các yếu tố quyết định khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa hiệu quả.

  3. Làm thế nào để giảm thiểu tổn thất than trong khai thác?
    Áp dụng công nghệ hạ trần thu hồi than nóc, sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ và thiết kế sơ đồ khai thác phù hợp giúp tăng tỷ lệ thu hồi than, giảm tổn thất do trụ bảo vệ và đá vách.

  4. Khó khăn chính khi áp dụng cơ giới hóa tại khu Lộ Trí là gì?
    Địa chất phức tạp với nhiều đứt gãy, biến động lớn về góc dốc và chiều dày vỉa, cùng với lưu lượng nước ngầm cao, đòi hỏi thiết bị và công nghệ phải linh hoạt, đồng thời cần quản lý nước mỏ hiệu quả.

  5. Thời gian dự kiến để triển khai công nghệ cơ giới hóa tại Công ty than Thống Nhất?
    Dự kiến trong vòng 3-5 năm sẽ triển khai đồng bộ các lò chợ cơ giới hóa tại các phân vỉa phù hợp, đồng thời hoàn thiện công tác khảo sát, đào tạo và quản lý khai thác.

Kết luận

  • Công nghệ khai thác thủ công tại Công ty than Thống Nhất đã đạt giới hạn về năng suất và an toàn, cần thiết phải chuyển đổi sang cơ giới hóa đồng bộ.
  • Tổng trữ lượng than có khả năng áp dụng cơ giới hóa tại khu Lộ Trí khoảng 7 triệu tấn, tập trung ở các phân vỉa 6b, 5c, 4c, 3c.
  • Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ giúp tăng năng suất lao động gấp 2,5-4 lần, giảm tổn thất than và chi phí nhân công, nâng cao hiệu quả kinh tế.
  • Điều kiện địa chất phức tạp và lưu lượng nước ngầm cao đòi hỏi lựa chọn thiết bị phù hợp và tăng cường công tác quản lý nước mỏ.
  • Khuyến nghị triển khai công nghệ cơ giới hóa đồng bộ trong 3-5 năm tới, đồng thời nâng cao năng lực lao động và hoàn thiện công tác khảo sát địa chất.

Hành động tiếp theo: Công ty than Thống Nhất cần phối hợp với các đơn vị chuyên môn để triển khai dự án cơ giới hóa, đồng thời đầu tư vào công tác đào tạo và quản lý khai thác nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn.