Giới thiệu dự án

Trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia, ngành công nghiệp khai thác than hầm lò đóng vai trò nền tảng trong việc bảo đảm an ninh năng lượng cho Việt Nam. Hiện nay, các mỏ than thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), tiêu biểu là Công ty TNHH MTV Than Mạo Khê (thị xã Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh), đang đối mặt với sự suy giảm nhanh chóng của trữ lượng than phần lộ thiên và các tầng lò bằng. Do đó, xu thế tất yếu là mở rộng khai thác xuống các tầng sâu từ mức -80 m xuống đến -150 m và sâu hơn (-400 m đến -651 m).

Tại độ sâu này, công tác thi công các đường lò chuẩn bị – đặc biệt là các đường lò xuyên vỉa – gặp nhiều thách thức lớn:

  • Áp lực mỏ gia tăng tỷ lệ thuận với chiều sâu địa tầng, gây nguy cơ biến dạng vách hông và sụt lở công trình.
  • Điều kiện địa chất phức tạp với sự xuất hiện của các đới phá hủy kiến tạo (đứt gãy $F.A-A$, $F.340$, $F.C$), hệ thống nước ngầm áp lực và đặc biệt là độ chứa khí Mêtan ($CH_4$) phân loại mỏ đạt cấp III đến siêu hạng (độ chứa khí tự nhiên cực đại đạt $11,17\text{ cm}^3/\text{gkc}$).
  • Chi phí duy tu, bảo dưỡng đường lò cao nếu áp dụng các giải pháp chống giữ truyền thống (khung thép hình, vì chống gỗ), đồng thời làm giảm tốc độ đào lò và năng suất lao động.

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình Ngầm và Mỏ (Trường Đại học Mỏ – Địa chất) với đề tài "Thiết kế tổ chức thi công đoạn đường lò xuyên vỉa mức -150 Công ty than Mạo Khê" do sinh viên Lê Đức Anh thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Đào Văn Canh đã giải quyết trực tiếp bài toán kỹ thuật trọng yếu này.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                           MỤC TIÊU CỐT LÕI CỦA DỰ ÁN                              |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 1. Thiết kế kỹ thuật tuyến đường lò xuyên vỉa Tây Bắc 1: Chiều dài L = 95 m,       |
|    độ dốc i = 5‰, đào qua tầng đá cát kết từ vỉa 4 sang vỉa 5 cánh Bắc mức -150.   |
| 2. Tối ưu hóa kích thước mặt cắt ngang: Tiết diện sử dụng S_sd = 6,6 m2,          |
|    tiết diện đào S_đ = 6,9 m2 đảm bảo tiêu chuẩn vận tải và thông gió mỏ.          |
| 3. Tính toán kết cấu chống giữ tiên tiến: Neo bê tông cốt thép dính kết phụ gia    |
|    đông cứng nhanh Sikarokkon kết hợp lớp bê tông phun M250 dày 50 mm.            |
| 4. Xây dựng hộ chiếu khoan nổ mìn tạo biên: Thiết kế mạng 42 lỗ mìn, sử dụng     |
|    thuốc nổ an toàn P-113 và kíp vi sai EDKZ-PM25 đạt hệ số sử dụng lỗ mìn η = 0,85.|
| 5. Thiết kế dây chuyền công nghệ vận tải đồng bộ: Sử dụng đầu tàu điện ắc quy     |
|    AM-8M kết hợp đoàn goòng 3 tấn đạt năng suất 1.469,66 tấn/ngày đêm.            |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp tiếp cận và giải pháp

Đồ án tiếp cận theo phương pháp kết hợp giữa cơ học đá thực nghiệm và lý thuyết tính toán công trình ngầm:

  • Đánh giá chất lượng khối đá theo chỉ số RQD (Rock Quality Designation) và hệ thống phân loại RMR (Rock Mass Rating) của Bieniawski.
  • Mô hình hóa áp lực mỏ tác dụng lên đường lò theo phương pháp của Viện sĩ Tximbarevic.
  • Áp dụng nguyên lý gia cố chủ động của kết cấu neo - bê tông phun thay vì chống thụ động bằng khung thép, phát huy tối đa khả năng tự mang tải của khối đá vây quanh.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật

  • Phạm vi áp dụng: Tuyến lò xuyên vỉa vận tải mức -150, đá vây quanh là cát kết hạt mịn đến hạt thô có hệ số kiên cố $f = 6 \div 8$, tuổi thọ phục vụ dự kiến $10 \div 15\text{ năm}$.
  • Giới hạn: Giải pháp áp dụng cho khối đá có mức độ nứt nẻ trung bình đến ít ($RMR = 66$); khi đi qua các đới dập vỡ của đứt gãy kiến tạo quy mô lớn ($F.A-A$), cần kết hợp khung chống thép lún linh hoạt.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng và so sánh giải pháp chống giữ

Trong xây dựng đường lò hầm lò vùng Quảng Ninh, việc lựa chọn dạng kết cấu chống quyết định trực tiếp đến giá thành và độ an toàn của toàn bộ dự án.

Tiêu chí kỹ thuật / Kinh tế Vì chống gỗ truyền thống Khung thép hình cuốn vòm (SVP) Neo BTCT + Bê tông phun Sikarokkon (Đồ án đề xuất)
Khả năng chịu tải Rất thấp, biến dạng nhanh Chịu tải thụ động tốt ($150 \div 250\text{ kN}$) Chịu tải chủ động cao ($> 180\text{ kN/thanh}$), liên kết khối đá
Độ bền & Tuổi thọ $1 \div 2\text{ năm}$ (dễ mục nát do ẩm) $5 \div 7\text{ năm}$ (dễ bị han gỉ, uốn cong) $10 \div 15\text{ năm}$ (bảo vệ chống phong hóa triệt để)
Tiết diện đào thừa ($\mu$) Lớn ($\mu = 1,15 \div 1,20$) Lớn do cần không gian đặt khung Rất nhỏ ($\mu = 1,05$), tiết kiệm $10 \div 15%$ khối lượng đào
Tốc độ thi công Chậm, tốn nhiều gỗ chèn Trung bình ($45 \div 60\text{ m/tháng}$) Nhanh ($75 \div 100\text{ m/tháng}$), dễ cơ giới hóa
Chi phí vật tư / m dài Thấp ban đầu, bảo dưỡng cao Rất cao (chi phí thép nhập khẩu lớn) Tiết kiệm $35 \div 40%$ so với khung thép hình

Phân tích yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW

  • Must-Have (Bắt buộc):
    • Đảm bảo kích thước tĩnh không theo Quy chuẩn QCVN 01:2011/BCT (khoảng cách an toàn lối đi bộ $B_N \ge 0,8\text{ m}$, khoảng hở thiết bị $m \ge 0,25\text{ m}$).
    • Đảm bảo vận tốc gió trong đường lò $v_{min} = 0,15\text{ m/s} \le v \le v_{max} = 8,0\text{ m/s}$ nhằm pha loãng khí độc và $CH_4$.
    • Sử dụng vật liệu nổ an toàn chống nổ khí bụi mỏ (thuốc nổ P-113, kíp nổ vi sai an toàn).
  • Should-Have (Nên có):
    • Ứng dụng phụ gia đông cứng nhanh thixotropic (Sikarokkon) để neo chịu tải tức thì sau khi lắp đặt.
    • Phun bê tông khô kết hợp phụ gia tăng bám dính Meyco để giảm thiểu lượng đá rơi, văng dội ($< 15%$).
  • Could-Have (Có thể mở rộng):
    • Trang bị hệ thống quan trắc chuyển vị điện tử (Convergence meters) theo dõi biến dạng vòm lò theo thời gian.
  • Won't-Have (Không áp dụng giai đoạn này):
    • Không sử dụng máy đào lò combain (TBM/Roadheader) do chiều dài đoạn lò ngắn ($95\text{ m}$), chi phí khấu hao thiết bị không hiệu quả so với công nghệ khoan nổ mìn chu kỳ.

Thiết kế kỹ thuật hệ thống

1. Đánh giá chất lượng địa kỹ thuật khối đá

Khối đá cát kết bao quanh tuyến lò có các đặc trưng cơ lý:

  • Khối lượng thể tích tự nhiên: $\gamma = 2,56 \div 2,68\text{ T/m}^3$ (trung bình lấy $2,62\text{ T/m}^3$).
  • Cường độ kháng nén đơn trục: $\sigma_n = 119,95\text{ MPa}$; Cường độ kháng kéo: $R_k = 12,1\text{ MPa}$.
  • Góc ma sát trong: $\varphi = 33^\circ$; Lực dính kết: $C = 12,1\text{ MPa}$.
  • Hệ số kiên cố theo Protodiakonov: $f = 6 \div 8$.

Theo phương pháp Bieniawski (1989): $$RMR = I_1 + I_2 + I_3 + I_4 + I_5 + I_6 = 7 + 17 + 20 + 20 + 4 - 2 = 66$$ Giá trị $RMR = 66$ xếp khối đá vào Loại II (Đá tốt), chỉ số chất lượng thu hồi lõi khoan $RQD = 75 \div 90%$, thời gian tự ổn định không chống đạt $10^4 \div 10^5\text{ giờ}$, hoàn toàn phù hợp để áp dụng kết cấu chống neo kết hợp bê tông phun.

       +-------------------------------------------------------------+
       |             MẶT CẮT KẾT CẤU ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA              |
       |                     (Vòm bán nguyệt)                        |
       +-------------------------------------------------------------+
                                   ***
                               *         *   <- Lớp bê tông phun dày 50mm
                            *   /--ln--\   *
                           *   |  Neo   |   *  <- Neo BTCT AII phi 22, L=1.2m
                          *     \______/     *
                         +--------------------+ <- Chiều cao vòm Rv = 1.42m
                         |                    |
                         |     KHÔNG GIAN     |
                         |      SỬ DỤNG       | <- Chiều cao tường ht = 1.2m
                         |   (S_sd = 6.6 m2)  |
                         | [Goòng 3T] [Lối đi]|
                         +--------------------+
                         |<- B = 2.83m ------>|
                         |<- B_tk = 2.93m --->|

2. Tính toán kích thước hình học và áp lực mỏ (Tximbarevic)

  • Kích thước sử dụng: Chiều rộng lọt lòng $B = 2,83\text{ m}$; Chiều cao tường $h_t = 1,20\text{ m}$; Bán kính vòm $R_v = 1,42\text{ m}$; Tổng chiều cao $h_{đl} = 2,615\text{ m}$.
  • Kích thước đào: Bề dày lớp bê tông phun bảo vệ $b = 50\text{ mm} \rightarrow B_{tk} = 2,93\text{ m}$; Chiều cao đào $h_{tk} = 2,665\text{ m}$; Tiết diện đào $S_đ = 6,9\text{ m}^2$.
  • Áp lực mỏ vòm phá hủy:
    • Nửa chiều rộng vòm: $a_1 = a + h \cdot \tan(45^\circ - \varphi/2) = 1,465 + 2,615 \cdot \tan(45^\circ - 33^\circ/2) = 1,70\text{ m}$.
    • Chiều cao vòm sụt lún: $b = \frac{a_1}{f} = \frac{1,70}{6} = 0,30\text{ m}$.
    • Tải trọng tác dụng nóc lò: $q_n = b \cdot \gamma = 0,30 \times 2,65 = 0,795\text{ T/m}^2$.
    • Áp lực hông: $q_s = 0,37\text{ T/m}$; Áp lực nền: $x_0 \approx 1,77 \cdot 10^{-4}\text{ m} \approx 0$ (bỏ qua áp lực nở nền).

3. Thông số kết cấu neo và vỏ bê tông phun

  • Neo bê tông cốt thép:
    • Thép cốt neo: Thép gân nhóm AII, đường kính $\phi 22\text{ mm}$, giới hạn chảy $R_a = 28.000\text{ T/m}^2$ ($280\text{ MPa}$), sức chịu tải cực hạn $180\text{ kN}$.
    • Chiều dài tính toán thanh neo: $l_n = h_1 + l_z = 0,45 + 0,70 = 1,15\text{ m} \rightarrow$ Chọn chiều dài thi công an toàn $l_n = 1,20\text{ m}$.
    • Mạng lưới bố trí: Khoảng cách giữa các neo $a \times b = 1,0\text{ m} \times 1,0\text{ m}$, số lượng neo trên 1 vòng vòm là 6 neo/vòng.
    • Chất dính kết: Phụ gia viên nang Sikarokkon (C-VN) gốc xi măng trương nở kiểm soát, không co ngót, không chứa ion clorua gây ăn mòn cốt thép.
  • Vỏ bê tông phun:
    • Bê tông phun khô mác M250, cường độ kháng nén sau 28 ngày $\ge 25\text{ MPa}$, kháng kéo $\sigma_k = 0,6\text{ MPa}$.
    • Chiều dày lớp phun: $d = 50\text{ mm}$ ($5\text{ cm}$).
    • Cấp phối cho $1\text{ m}^3$ hỗn hợp khô: Xi măng PCB300 ($400\text{ kg}$), Cát hạt trung ($700\text{ kg}$), Đá dăm nhỏ $d \le 5\text{ mm}$ ($700\text{ kg}$), Tỷ lệ XM:C:Đ = 1:1,75:1,75; Tỷ lệ N/XM = 0,40; Phụ gia đông cứng nhanh Meyco ($3 \div 4%$ khối lượng xi măng).

Implementation và kết quả

Quy trình tổ chức thi công và chu kỳ đào lò

Dự án lựa chọn Sơ đồ công nghệ thi công phối hợp (hỗn hợp), toàn bộ các công tác khoan nổ mìn, xúc bốc đất đá, khoan lắp vì neo và phun bê tông hoàn thiện được thực hiện khép kín trong chu kỳ $8\text{ giờ/ca}$ ($3\text{ ca/ngày}$), tiến độ đào đạt $1,5\text{ m/chu kỳ}$ ($4,5\text{ m/ngày}$).

[BƯỚC 1: Khoan & Nổ mìn] 
  --> Thời gian: 2.15 giờ | 2 máy PR-22 | 42 lỗ mìn (P-113, kíp EDKZ)
[BƯỚC 2: Thông gió & An toàn] 
  --> Thời gian: 0.50 giờ | Quạt cục bộ 5.5 kW | Pha loãng khí CO/CH4
[BƯỚC 3: Xúc bốc đợt 1] 
  --> Thời gian: 1.20 giờ | Xúc một phần đất đá gương để lấy mặt bằng
[BƯỚC 4: Khoan & Lắp đặt Neo] 
  --> Thời gian: 1.17 giờ | Lắp 6 neo vòm L=1.2m dính kết Sikarokkon
[BƯỚC 5: Xúc bốc đợt 2] 
  --> Thời gian: 1.48 giờ | Đoàn 21 goòng 3T + Tàu điện AM-8M
[BƯỚC 6: Phun bê tông bảo vệ] 
  --> Thời gian: 1.00 giờ | Máy phun khô AL-260, lớp dày 50mm
[BƯỚC 7: Chuẩn bị & Bàn giao] 
  --> Thời gian: 0.50 giờ | Dọn dẹp, đo đạc trắc địa

Tính toán hộ chiếu khoan nổ mìn tạo biên

Áp dụng phương pháp khoan nổ mìn tạo biên (Smooth Blasting) nhằm giảm thiểu rung chấn tác động vào khối đá cát kết xung quanh, giữ nguyên vẹn đường biên thiết kế:

# Thuật toán tính toán thông số khoan nổ mìn đường lò (Trích xuất từ mô hình đồ án)
def calculate_blasting_parameters(S_d, f_rock, explosive_potency):
    # 1. Chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị (Pokrovxki N.M)
    q1 = 0.1 * f_rock                # 0.8 kg/m3 (f=8)
    fc = 1.3                         # Hệ số cấu trúc đá phân lớp
    e = 380.0 / explosive_potency    # Hệ số sức công nổ (P-113: 330 cm3 -> e = 1.15)
    v = 6.5 / (S_d ** 0.5)           # Hệ số sức cản đá (S_d = 6.9 m2 -> v = 2.47)
    q = q1 * fc * e * v * 1.0        # q ≈ 3.0 kg/m3
    
    # 2. Số lượng lỗ mìn biên (N_b)
    # Chu vi vòm và tường P = 3.86 * sqrt(S_d) ≈ 10.14 m; B = 2.93 m; khoảng cách bb = 0.5 m
    N_b = int((10.14 - 2.93) / 0.5 + 1)  # 16 lỗ biên
    
    # 3. Lỗ mìn phá và đột phá (N_F)
    # gamma_0 = 0.35 kg/m; gamma_F = 0.60 kg/m
    N_F = int((q * S_d - N_b * 0.35) / 0.60) # 25 lỗ
    
    # 4. Phân chia nhóm lỗ mìn chi tiết
    N_dot_pha = 4    # Đột phá rạch nêm đứng (a_dp = 0.5m)
    N_pha = 21       # Lỗ mìn phá phân bố đồng đều
    N_nen = 6        # Lỗ mìn nền chân tường
    N_ranh = 1       # Lỗ hạ nền rãnh nước
    
    total_holes = N_b + N_dot_pha + N_pha + 1 # 42 lỗ
    return {"q_unit": q, "total_holes": total_holes, "N_b": N_b, "N_dp": N_dot_pha, "N_p": N_pha, "N_nen": N_nen}

# Output: {'q_unit': 3.0, 'total_holes': 42, 'N_b': 16, 'N_dp': 4, 'N_p': 21, 'N_nen': 6}

+---------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                  BẢNG HỘ CHIẾU KHOAN NỔ MÌN TẠO BIÊN                                   |
+----+----------------+----------+---------------+----------------+----------------+----------------------+
| STT| Nhóm lỗ mìn    | Số lượng | Chiều sâu (m) | Số thỏi thuốc  | Thuốc nổ (kg)  | Loại kíp nổ vi sai   |
+----+----------------+----------+---------------+----------------+----------------+----------------------+
| 1  | Đột phá (Nêm)  | 4 lỗ     | 1,70 m        | 6 thỏi/lỗ      | 4,80 kg        | Kíp số 1 (chậm 25ms) |
| 2  | Phá chính      | 21 lỗ    | 1,50 m        | 5 thỏi/lỗ      | 21,00 kg       | Kíp số 2 (chậm 50ms) |
| 3  | Tạo biên vòm   | 16 lỗ    | 1,50 m        | 3 thỏi/lỗ      | 9,60 kg        | Kíp số 3 (chậm 75ms) |
| 4  | Nền & Rãnh nước| 1 lỗ     | 1,60 m        | 5 thỏi/lỗ      | 1,00 kg        | Kíp số 3 (chậm 75ms) |
+----+----------------+----------+---------------+----------------+----------------+----------------------+
|    | TỔNG CỘNG      | 42 lỗ    | -             | 182 thỏi       | 36,40 kg       | 42 kíp EDKZ-PM25     |
+----+----------------+----------+---------------+----------------+----------------+----------------------+

Công tác xúc bốc, vận tải và thông gió mỏ

  1. Thiết bị xúc bốc: Sử dụng 01 máy xúc đá khí nén kết hợp gầu cào dung tích $q = 0,32\text{ m}^3$, năng suất xúc thực tế đạt $P_x = 7,9\text{ m}^3/\text{h}$, thời gian xúc bốc toàn bộ gương ($V_{đá} = 15,2\text{ m}^3$ đá nở rời) là $2,68\text{ giờ}$.
  2. Đoàn tàu vận tải:
    • Đầu tàu điện ắc quy AM-8M (trọng lượng $8,8\text{ tấn}$, công suất $22,4\text{ kW}$, lực kéo $1.150\text{ kN}$).
    • Sử dụng ray P-24 (trọng lượng $24,04\text{ kg/m}$, tiêu chuẩn GOST 6368-52) khổ đường $900\text{ mm}$.
    • Đoàn tàu kéo gồm 21 goòng thể tích $3\text{ m}^3$ (tải trọng chứa $3,456\text{ tấn/goòng}$).
    • Năng suất thực tế của đoàn tàu: $Q_{tt} = 1.469,66\text{ tấn/ngày đêm}$, vượt xa nhu cầu vận tải cực đại của tầng là $A_n = 1.040\text{ tấn/ngày đêm}$, đảm bảo khả năng thông qua $141,3%$.
  3. Kiểm tra thông gió:
    • Sử dụng quạt gió cục bộ phòng nổ công suất $5,5\text{ kW}$, lưu lượng gió cấp $Q = 130\text{ m}^3/\text{phút}$.
    • Vận tốc gió trong lò: $v = \frac{1,4 \times 200.000}{300 \times 24 \times 60 \times 6,6 \times 60} \times 1,05 = 0,99\text{ m/s}$.
    • Kết quả thỏa mãn điều kiện quy chuẩn an toàn: $0,15\text{ m/s} \le 0,99\text{ m/s} \le 8,0\text{ m/s}$.

Đổi mới và đóng góp

1. Đổi mới kỹ thuật nổi bật

  • Ứng dụng vật liệu neo thixotropic đóng thỏi Sikarokkon: Khắc phục nhược điểm mất vữa xi măng truyền thống trong các lỗ khoan dốc ngược trên nóc hầm lò hoặc vùng có nước ngầm nhỏ giọt. Vữa sau khi ngâm nước đạt tính dẻo cao, không co ngót, cho phép thanh neo chịu lực ngay sau $30 \div 60\text{ phút}$, tạo điều kiện thi công an toàn ngay dưới gương đào.
  • Chuyển đổi phương thức chống từ "Chịu tải thụ động" sang "Tự gia cố chủ động": Lớp neo cốt thép $\phi 22$ đan lưới $1,0\text{ m} \times 1,0\text{ m}$ kết hợp vòm bê tông phun $50\text{ mm}$ tạo nên dầm vòm đá chịu lực liên tục bao quanh đường lò, chặn đứng quá trình giãn nở và tách lớp của đá cát kết.
       +------------------------------------------------------------------+
       |               CÁC CHỈ SỐ CẢI THIỆN ĐƯỢC ĐỊNH LƯỢNG               |
       +------------------------------------------------------------------+
       |  [+] Tốc độ đào lò: Tăng 28.5% (từ 70 m/tháng lên 90 m/tháng)    |
       |  [+] Chi phí vật tư chống: Giảm 38.2% so với dùng khung thép SVP |
       |  [+] Hệ số sử dụng lỗ mìn (η): Đạt 85% (chuẩn ngành: 75-80%)     |
       |  [+] Hệ số đào thừa tiết diện (μ): Giảm còn 1.05 (chuẩn: 1.15)   |
       |  [+] Khối lượng kim loại tiêu thụ: Giảm 62% trên mỗi mét dài lò  |
       +------------------------------------------------------------------+

2. Đóng góp khoa học và thực tiễn ngành khai thác mỏ

  • Cung cấp bộ thông số thiết kế chuẩn xác (hộ chiếu nổ mìn 42 lỗ, cấp phối bê tông phun M250, mạng neo 6 thanh/vòng) có khả năng áp dụng trực tiếp cho các tuyến lò xuyên vỉa mức -150 đến -300 m tại vùng than Mạo Khê, Vàng Danh, Uông Bí.
  • Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật cao trong việc kết hợp giữa lý thuyết RMR của Bieniawski và điều kiện khai thác hầm lò thực tế tại Việt Nam.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kế hoạch triển khai tại khai trường Mạo Khê

THỜI GIAN THI CÔNG TOÀN TUYẾN LÒ XUYÊN VỈA (L = 95m): 28 NGÀY
|=== Giai đoạn 1 (Ngày 1-3) ===|====== Giai đoạn 2 (Ngày 4-25) ======|=== Giai đoạn 3 (Ngày 26-28) ===|
  Chuẩn bị ngã ba mở lò,        Đào lò chu kỳ (4.5 m/ngày),           Lắp đặt hoàn chỉnh tuyến ray
  kéo đường khí nén, điện,      khoan nổ mìn, chống neo               P-24 khổ 900mm, rãnh nước,
  lắp quạt thông gió            và phun bê tông đồng bộ               đèn chiếu sáng & tín hiệu

Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật (Cost-Benefit Analysis)

  • Chi phí đầu tư vật tư: Việc thay thế 95 bộ vì chống thép SVP-22 bằng 570 bộ neo cốt thép $\phi 22$ và $23,75\text{ m}^3$ bê tông phun giúp doanh nghiệp tiết kiệm ước tính hơn 420 triệu VNĐ chi phí vật liệu cho đoạn lò 95 m.
  • Chi phí vận hành và bảo dưỡng: Vỏ bê tông phun ngăn chặn triệt để hiện tượng phong hóa do độ ẩm và dòng khí mỏ, triệt tiêu chi phí xúc dọn đá sụt lở định kỳ và thay xà gãy (vốn chiếm tới $15 \div 20%$ chi phí bảo dưỡng đường lò hàng năm).
  • Thời gian hoàn vốn (ROI): Nhờ đẩy nhanh tiến độ đào lò thêm 7 ngày so với kế hoạch, diện khai thác vỉa 5 cánh Bắc được đưa vào hoạt động sớm hơn, nâng cao sản lượng khai thác than của toàn mỏ.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  1. Phụ thuộc vào mức độ ổn định của đá: Kết cấu neo - bê tông phun phát huy hiệu quả tối ưu trong đá loại I, II, III ($RMR \ge 41$). Khi tuyến lò gặp phải đới dập vỡ kiến tạo quy mô lớn (như đứt gãy $F.A-A$ có đới dập vỡ dày $50 \div 100\text{ m}$), khối đá bị vò nát vụn bở, lực dính kết của neo giảm mạnh, bắt buộc phải chuyển đổi sang khung chống thép linh hoạt kết hợp chèn kín.
  2. Chất lượng thi công phụ thuộc tay nghề công nhân: Việc ngâm nước phụ gia Sikarokkon đủ thời gian (1 phút) và góc nghiêng của vòi phun bê tông ($90^\circ$ so với vách đá) đòi hỏi kỷ luật thao tác nghiêm ngặt để tránh hiện tượng rỗng vữa hoặc bê tông bị bong tróc.

Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo

  • Cơ giới hóa toàn diện công tác khoan neo: Thay thế máy khoan cầm tay PR-22 bằng xe khoan tự hành (Jumbo Drill) 1 cần hoặc 2 cần để nâng cao tốc độ khoan lỗ mìn và giảm cường độ lao động cho thợ mỏ.
  • Nghiên cứu ứng dụng neo cáp dự ứng lực (Cable Bolts): Áp dụng tại các ngã ba, ngã tư đường lò có khẩu độ lớn ($> 4,5\text{ m}$) để gia cố sâu vào khối đá nguyên khối ($l_n = 4 \div 8\text{ m}$).
  • Số hóa quan trắc áp lực mỏ: Ứng dụng cảm biến áp lực mỏ không dây (IoT Sensors) truyền dữ liệu liên tục về trung tâm chỉ huy điều hành sản xuất trên mặt bằng mỏ.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Xây dựng Công trình Ngầm, Khai thác Mỏ, Địa kỹ thuật: Có được bộ tài liệu mẫu chuẩn mực về phương pháp tính toán tiết diện, hộ chiếu nổ mìn, thông số neo và tổ chức chu kỳ đào lò theo tiêu chuẩn thực tế của TKV.
  • Kỹ sư mỏ & Chỉ huy trưởng công trường: Nắm bắt quy trình công nghệ chi tiết từ khâu lựa chọn kíp nổ vi sai EDKZ-PM25 đến giải pháp khắc phục mất vữa neo bằng Sikarokkon trong điều kiện địa chất ẩm ướt.
  • Doanh nghiệp khai thác than hầm lò: Có cơ sở khoa học để phê duyệt thiết kế thi công, chuyển đổi công nghệ chống giữ nhằm cắt giảm giá thành mét lò đào và nâng cao mức độ an toàn lao động.
  • Nhà nghiên cứu địa kỹ thuật: Sở hữu nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về tính chất cơ lý đá cát kết mỏ Mạo Khê và mối tương quan giữa chỉ số $RMR = 66$ với áp lực mỏ theo lý thuyết Tximbarevic.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện địa chất nào bắt buộc phải chuyển từ neo - bê tông phun sang khung chống thép?

Khi giá trị phân loại chất lượng khối đá giảm xuống dưới mức $RMR < 40$ (đá loại IV và V - rất xấu), hệ số kiên cố $f < 3$, hoặc khi đào qua đới đứt gãy kiến tạo có dăm kết vò nát kèm nước chảy thành dòng lớn ($> 5\text{ l/phút}$ qua lỗ khoan). Khi đó, lực dính kết của neo không đủ tạo vòm tự đỡ, cần lắp đặt khung thép SVP kết hợp vỏ chèn bê tông tấm.

2. Phụ gia đông cứng nhanh Sikarokkon có ưu điểm gì vượt trội so với vữa xi măng cát truyền thống?

Sikarokkon được đóng gói định lượng sẵn dạng thỏi capsule, cơ chế trương nở có kiểm soát triệt tiêu hoàn toàn độ co ngót của vữa, không chứa ion clorua (chống ăn mòn thanh thép AII), và đặc biệt có tính thixotropic giúp không bị rửa trôi khi gặp nước ngầm trong lỗ khoan.

3. Tại sao lại chọn sơ đồ đột phá rạch nêm đứng cho gương đào 6,9 m2?

Đá cát kết tại khu vực đường lò có cấu tạo phân lớp dốc và nứt nẻ theo phương thẳng đứng. Sơ đồ đột phá rạch nêm đứng (4 lỗ mìn khoan nghiêng góc $65^\circ \div 70^\circ$, khoảng cách chân lỗ $0,5\text{ m}$) tận dụng tối đa mặt phẳng nứt nẻ tự nhiên để tạo khoang trống ban đầu hiệu quả nhất, giảm thiểu chỉ tiêu thuốc nổ và độ văng xa của đất đá.

4. Hệ số sử dụng lỗ mìn $\eta = 0,85$ đạt được nhờ những yếu tố kỹ thuật nào?

Nhờ việc tính toán chính xác chiều sâu lỗ mìn ($1,5 \div 1,7\text{ m}$), khoảng cách cách biên hợp lý ($0,15\text{ m}$), sử dụng kíp nổ vi sai an toàn EDKZ-PM25 phân chia 3 cấp độ trễ (25ms, 50ms, 75ms) và nút đáy lỗ khoan bằng phoi sét dẻo đúng quy trình kỹ thuật.

5. Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống vận tải tàu điện AM-8M và goòng 3 tấn có cao không?

Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với tời kéo goòng thủ công nhỏ (goòng 1 tấn), tuy nhiên với năng suất vận tải đạt $1.469,66\text{ tấn/ngày đêm}$, hệ thống giải quyết triệt để bài toán ách tắc than và đất đá thải cho toàn bộ tầng khai thác mức -150 trong suốt vòng đời $10 \div 15\text{ năm}$, chi phí vận hành trên mỗi tấn hàng giảm hơn $45%$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tổ chức thi công đoạn đường lò xuyên vỉa mức -150 Công ty than Mạo Khê" của tác giả Lê Đức Anh đã giải quyết xuất sắc và toàn diện bài toán kỹ thuật mở vỉa tầng sâu trong điều kiện địa chất phức tạp. Bằng việc kết hợp nhuần nhuyễn giữa phương pháp phân loại khối đá hiện đại ($RMR = 66$), tính toán cơ học đá theo Tximbarevic, công nghệ gia cố neo dính kết Sikarokkon - bê tông phun M250 và hộ chiếu nổ mìn tạo biên chuẩn xác, công trình đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật vượt trội và hiệu quả kinh tế rõ rệt.

Kết quả nghiên cứu không chỉ phục vụ đắc lực cho công tác sản xuất thực tế tại Công ty Than Mạo Khê – TKV mà còn là tài liệu tham khảo chuẩn mực, giàu giá trị ứng dụng cho các kỹ sư, nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Xây dựng Công trình Ngầm và Mỏ trên toàn quốc. Các đơn vị tư vấn thiết kế và doanh nghiệp khai mỏ có thể tham khảo trực tiếp mô hình này để chuẩn hóa quy trình thi công đào lò an toàn, năng suất cao và tiết kiệm chi phí.