Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành khai thác mỏ than tại Quảng Ninh, việc nâng cao công suất và hiệu quả khai thác các vỉa than dốc có chiều dày trung bình và góc dốc lớn là một thách thức kỹ thuật quan trọng. Từ năm 2016, Công ty than Uông Bí đã áp dụng công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY nhằm giải quyết các hạn chế của các công nghệ khai thác truyền thống như lò dọc vỉa phân tầng và đào lò thượng tận thu than, vốn có sản lượng thấp, năng suất lao động kém và tổn thất than cao (khoảng 30-45%). Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là hoàn thiện giải pháp công nghệ tăng công suất lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY tại khu vực V8 (43) thuộc Mỏ Tràng Bạch, Công ty than Uông Bí, nhằm giảm tổn thất than xuống còn khoảng 16,8%, nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc, đảm bảo an toàn lao động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực lò chợ 8(43)-3 với chiều dài lò chợ từ 100 đến 150m, trong điều kiện địa chất đặc trưng của vùng Tràng Khê, Quảng Ninh. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần tăng sản lượng khai thác than vỉa dốc, giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho Công ty than Uông Bí cũng như khả năng nhân rộng công nghệ cho các mỏ hầm lò khác trong vùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật khai thác mỏ hầm lò, đặc biệt là công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo và cơ chế chống giữ bằng giàn chống mềm ZRY. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết khai thác lò chợ xiên chéo: Mô hình khai thác theo phương xiên chéo giúp tận dụng tối đa chiều dài lò chợ, giảm tổn thất than và tăng năng suất lao động. Khái niệm chính bao gồm chiều dài lò chợ theo phương và theo hướng dốc, góc dốc vỉa, và cơ chế khoan nổ mìn khấu gương.

  2. Lý thuyết giàn chống mềm ZRY: Giàn chống mềm là tổ hợp các vì chống liên kết bằng xích, có khả năng điều chỉnh chiều rộng chống giữ phù hợp với chiều dày vỉa than từ 2,0 đến 3,0 mét và góc dốc từ 45º đến 60º. Các khái niệm chính gồm cấu tạo giàn chống (xà nóc, xà che chắn, xà đuôi), nguyên lý hoạt động xilanh-piston thủy lực, và cơ chế di chuyển giàn theo tiến độ khai thác.

Các thuật ngữ chuyên ngành quan trọng: lò chợ xiên chéo, giàn chống mềm ZRY20/30L, khoan nổ mìn, tổn thất than, năng suất lao động, góc dốc vỉa, chiều dày vỉa, công suất lò chợ.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, kết hợp phân tích thống kê và thực nghiệm thực tế tại Công ty than Uông Bí. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ dữ liệu khai thác lò chợ 8(43)-3 trong giai đoạn 2016-2017 với chiều dài lò chợ từ 100 đến 150m. Phương pháp chọn mẫu là lấy toàn bộ số liệu khai thác thực tế, bao gồm sản lượng, năng suất lao động, chi phí vật tư, tổn thất than và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phương pháp thống kê mô tả, so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa các giai đoạn khai thác và so sánh với các công nghệ khai thác truyền thống. Thực nghiệm được tiến hành qua việc áp dụng công nghệ giàn chống mềm ZRY20/30L tại lò chợ 8(43)-3, theo dõi và đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật, an toàn và hiệu quả kinh tế.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7/2016 đến tháng 8/2017, bao gồm hai giai đoạn khai thác với chiều dài lò chợ lần lượt là 100m và 150m. Các công tác chuẩn bị, khoan nổ mìn, vận tải than, thông gió và thoát nước được tổ chức đồng bộ theo sơ đồ công nghệ hoàn thiện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng sản lượng và năng suất lao động:

    • Giai đoạn 1 (lò chợ 100m) đạt sản lượng trung bình 8.739 tấn/tháng, năng suất lao động trung bình 5,4 tấn/công, tương đương 78% và 87% mức thiết kế.
    • Giai đoạn 2 (lò chợ 150m) đạt sản lượng trung bình 13.035 tấn/tháng, năng suất lao động trung bình 8,3 tấn/công, vượt trội so với giai đoạn 1.
    • So với công nghệ khai thác truyền thống, sản lượng tăng gấp 1,5-3 lần, năng suất lao động tăng 1,3-2 lần.

  2. Giảm tổn thất than:

    • Tổn thất than giảm xuống còn khoảng 16,8%, thấp hơn nhiều so với mức 30-45% của các công nghệ khai thác vỉa dốc khác trong cùng điều kiện.

  3. Giảm chi phí và giá thành khai thác:

    • Chi phí mét lò chuẩn bị giảm từ 7,6 đến 9,3 m/1000 tấn than, thấp hơn 2-5 lần so với công nghệ truyền thống.
    • Giá thành phân xưởng giảm từ 340.185 đồng/tấn (giai đoạn 1) xuống còn 286.000 đồng/tấn (giai đoạn 2), thấp hơn 43-68% so với các công nghệ khác.

  4. Cải thiện điều kiện an toàn và làm việc:

    • Quy trình khai thác đơn giản, giàn chống cấu tạo đơn giản, thiết bị ít, giúp nâng cao an toàn lao động.
    • Lò chợ được thông gió theo mạng chung, không phải thông gió cục bộ, cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY20/30L phù hợp với điều kiện địa chất vỉa than dốc có chiều dày trung bình từ 2,0 đến 3,0 mét và góc dốc từ 45º đến 60º tại khu vực Tràng Khê. Việc tăng chiều dài lò chợ từ 100m lên 150m đã góp phần nâng cao công suất và năng suất lao động, đồng thời giảm giá thành khai thác.

So sánh với các công nghệ khai thác truyền thống như lò dọc vỉa phân tầng và đào lò thượng tận thu than, công nghệ giàn chống mềm ZRY cho thấy ưu thế vượt trội về hiệu quả kinh tế kỹ thuật và an toàn lao động. Các biểu đồ sản lượng và năng suất lao động theo tháng thể hiện xu hướng tăng ổn định, trong khi biểu đồ chi phí cho thấy sự tiết giảm đáng kể.

Tuy nhiên, một số tồn tại như khó khăn trong bố trí khay khấu đồng thời do hình dạng lò chợ xiên chéo, hiệu quả lưới che chắn thấp, và khó khăn khi có nước chảy vào lò chợ cần được khắc phục để tối ưu hóa công nghệ. Các sự cố kỹ thuật như đứt chốt, đứt xích giàn chống cũng được xử lý kịp thời, đảm bảo khai thác ổn định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hoàn thiện quy trình khoan nổ mìn

    • Tăng số hàng khoan từ 4 lên 5 hàng, giữ khoảng cách lỗ khoan 2,5m để nâng cao hiệu quả phá vỡ gương than, giảm công tác căn cuốc chỉnh gương.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật khai thác, thời gian: quý III năm 2024.

  2. Tối ưu hóa bố trí khay khấu và vận tải than

    • Thiết kế lại bố trí khay khấu theo kiểu bậc thang phù hợp với hình dạng lò chợ xiên chéo, đồng thời cải tiến hệ thống vận tải để tăng số lượng khay khấu đồng thời, nâng cao sản lượng.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án, kỹ sư khai thác, thời gian: quý IV năm 2024.

  3. Nâng cao hiệu quả lưới che chắn giàn chống

    • Nghiên cứu sử dụng vật liệu lưới mới có độ bền cao, khả năng di chuyển cùng giàn chống để giảm nguy cơ rơi đất đá và thuận tiện thu hồi giàn.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng kỹ thuật, thời gian: quý I năm 2025.

  4. Xử lý và kiểm soát nước mỏ trong lò chợ

    • Triển khai hệ thống thoát nước và bơm hút nước hiệu quả trước khi khai thác, tránh ảnh hưởng đến công tác khoan nổ mìn và vận tải than.
    • Chủ thể thực hiện: Ban an toàn mỏ, thời gian: liên tục trong quá trình khai thác.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực công nhân và quản lý

    • Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành giàn chống mềm, an toàn lao động và quản lý khai thác lò chợ xiên chéo.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng đào tạo, thời gian: định kỳ hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia khai thác mỏ

    • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY, áp dụng vào thực tế để nâng cao hiệu quả khai thác.
    • Use case: Thiết kế và vận hành lò chợ tại các mỏ than có điều kiện địa chất tương tự.

  2. Ban lãnh đạo và quản lý các công ty than

    • Lợi ích: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công nghệ mới, ra quyết định đầu tư và nhân rộng công nghệ.
    • Use case: Lập kế hoạch phát triển sản xuất và nâng cao năng suất lao động.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khai thác mỏ

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích số liệu thực tế và ứng dụng công nghệ mới trong khai thác mỏ.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ, tiến sĩ.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước và các viện nghiên cứu

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hỗ trợ phát triển công nghệ khai thác mỏ an toàn, hiệu quả.
    • Use case: Đánh giá và cấp phép công nghệ khai thác mới, hỗ trợ các dự án đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ giàn chống mềm ZRY có phù hợp với mọi loại vỉa than không?
    Công nghệ phù hợp với vỉa than có chiều dày từ 2,0 đến 3,0 mét và góc dốc từ 45º đến 60º, có cấu tạo vỉa đơn giản, ít đá kẹp. Vỉa có chiều dày hoặc góc dốc ngoài phạm vi này cần đánh giá kỹ trước khi áp dụng.

  2. Làm thế nào để giảm tổn thất than khi khai thác bằng giàn chống mềm ZRY?
    Tổn thất than được giảm nhờ thiết kế giàn chống phù hợp với chiều dày vỉa, quy trình khoan nổ mìn chính xác và vận hành giàn chống hiệu quả. Tổn thất tại Công ty than Uông Bí chỉ còn khoảng 16,8%, thấp hơn nhiều so với công nghệ truyền thống.

  3. Có những khó khăn nào khi áp dụng công nghệ này trong thực tế?
    Một số khó khăn gồm bố trí khay khấu đồng thời bị hạn chế do hình dạng lò chợ xiên chéo, hiệu quả lưới che chắn thấp, và khó khăn khi có nước chảy vào lò chợ. Các vấn đề này cần được cải tiến kỹ thuật và quản lý chặt chẽ.

  4. Công nghệ này có thể áp dụng cho các mỏ khác trong vùng Quảng Ninh không?
    Có thể áp dụng cho các mỏ có điều kiện địa chất tương tự như Công ty than Uông Bí, đặc biệt là các vỉa than dốc có chiều dày và góc dốc phù hợp. Việc nhân rộng cần đánh giá kỹ các yếu tố địa chất và kỹ thuật.

  5. Làm thế nào để nâng cao năng suất lao động khi sử dụng giàn chống mềm ZRY?
    Nâng cao năng suất thông qua đào tạo công nhân vận hành thành thạo, tối ưu hóa quy trình khoan nổ mìn, bố trí khay khấu hợp lý và kéo dài chiều dài lò chợ từ 100m lên 150m hoặc hơn, đồng thời cải tiến hệ thống vận tải than.

Kết luận

  • Công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY20/30L tại Công ty than Uông Bí đã nâng cao sản lượng khai thác lên đến 13.035 tấn/tháng và năng suất lao động trung bình 8,3 tấn/công, vượt trội so với công nghệ truyền thống.
  • Tổn thất than giảm xuống còn khoảng 16,8%, góp phần tiết kiệm tài nguyên và nâng cao hiệu quả kinh tế.
  • Chi phí khai thác và giá thành phân xưởng giảm đáng kể, từ 340.185 đồng/tấn xuống còn 286.000 đồng/tấn khi kéo dài lò chợ lên 150m.
  • Công nghệ cải thiện điều kiện làm việc và an toàn lao động nhờ quy trình đơn giản, thiết bị ít và thông gió chung hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện quy trình khoan nổ mìn, tối ưu hóa bố trí khay khấu, nâng cao hiệu quả lưới che chắn và kiểm soát nước mỏ để nhân rộng công nghệ cho các mỏ hầm lò khác trong vùng Quảng Ninh.

Hành động ngay hôm nay để áp dụng và tối ưu công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo sử dụng giàn chống mềm ZRY, góp phần nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp khai thác than!