Tổng quan luận án
Công tác thăm dò và khai thác khoáng sản đá làm vật liệu xây dựng thông thường tại khu vực Nam Bộ, đặc biệt là vùng Đông Nam Bộ (gồm các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu), đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn vật liệu phục vụ xây dựng hạ tầng và phát triển kinh tế. Theo thống kê tại ba tỉnh nêu trên, có 67 mỏ đá xây dựng thông thường đang hoạt động (không bao gồm các mỏ đá vôi và đá granit). Phần lớn các mỏ được cấp phép khai thác ở độ sâu từ -30 m đến -50 m, một số mỏ được cấp phép từ -60 m đến -150 m.
Thực tế cấp phép thăm dò và khai thác bộc lộ nhiều điểm bất cập: trên cùng một khu vực có điều kiện địa chất và chất lượng đá tương đồng, các mỏ lại được cấp với diện tích và chiều sâu khai thác thiếu tính đồng bộ. Điển hình, mỏ Tân Mỹ A có diện tích mặt mỏ được cấp 64,6 ha nhưng chiều sâu khai thác chỉ ở mức -30 m, trong khi mỏ Thường Tân (Công ty TNHH Phan Thanh) có diện tích 17 ha nhưng chiều sâu khai thác lại đạt mức -50 m. Một số mỏ có độ sâu khai thác như nhau nhưng diện tích được cấp chênh lệch từ 3 đến 6 lần. Nhiều mỏ sau khi khai thác chạm mức sâu cho phép ban đầu đã xin nâng độ sâu theo từng đợt (như mỏ Thường Tân 3, Thường Tân 4, Tân Đông Hiệp) mà không có tính toán ranh giới chiều sâu kết thúc cuối cùng. Việc gia tăng chiều sâu thiếu căn cứ khoa học gây khó khăn cho quy hoạch dài hạn, làm giảm hiệu quả kinh tế và dẫn đến tổn thất tài nguyên khoáng sản.
Luận án "Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở khu vực Nam Bộ" do nghiên cứu sinh Nguyễn Tuấn Thành thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu về cơ sở phương pháp luận xác định biên giới mỏ cho loại hình khoáng sàng đặc thù này.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ cho 3 trường hợp cụ thể:
- Mỏ đang khai thác với biên giới trên mặt đã được xác định.
- Mỏ chưa khai thác (giai đoạn lập dự án thiết kế).
- Cụm mỏ nằm liền kề trong khu vực quy hoạch phát triển khai thác đá xây dựng.
Đối tượng nghiên cứu là chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý của các mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mỏ đá xây dựng tại khu vực Nam Bộ có hình dạng quy cách trên bình đồ (dạng hình chữ nhật và dạng gần tròn).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy bài toán xác định biên giới và chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên đã được phát triển qua nhiều giai đoạn với hai nhóm phương thức chính:
-
Nhóm phương thức truyền thống: Dựa trên việc so sánh hệ số bóc giới hạn ($K_{gh}$) với các loại hệ số bóc khác:
- Nguyên tắc $K_{gh} \ge K_{bg}$ (so sánh hệ số bóc biên giới với hệ số bóc giới hạn nhằm tìm độ sâu có mức tiết kiệm chi phí khai thác lộ thiên so với hầm lò đạt cực đại).
- Nguyên tắc $K_{gh} \ge K_{tb}$ (hệ số bóc trung bình).
- Nguyên tắc kết hợp $K_{gh} \ge K_{bg}$ và $K_{gh} \ge K_{tb}$.
- Nguyên tắc $K_{gh} \ge K_T$ do Viện sĩ V. V. Rzhevsky đề xuất, áp dụng cho các mỏ quy mô lớn nhằm khống chế giá thành thực tế không vượt quá giá thành cho phép ở mọi giai đoạn. GS.TS. Trần Mạnh Xuân phát triển thành nguyên tắc $K_{gh} \ge K_0 + K_T$ có tính đến hệ số bóc ban đầu ($K_0$) của lớp đất phủ.
- Nguyên tắc $K_{gh} \ge K_0 + K_{sx}$ do GS. A. I. Arsentiev đề xuất, sử dụng hệ số bóc sản xuất trung bình kết hợp hệ số bóc ban đầu.
- Công thức tổng quát xác định hệ số bóc giới hạn: $K_{gh} = (G_{cp} - a) / b$, trong đó $G_{cp}$ là giá thành cho phép, $a$ là chi phí khai thác khoáng sản, $b$ là chi phí bóc đất đá.
-
Nhóm phương thức phi truyền thống và ứng dụng tin học:
- Thuật toán hình nón động (Floating Cone Algorithm) dùng để tìm nón bóc đất đá tối ưu bao quanh các vi khối quặng sao cho tổng lợi nhuận không âm.
- Phương pháp phương án kết hợp phần mềm COMFAR, đánh giá hiệu quả kinh tế thông qua các chỉ tiêu giá trị hiện tại thuần (NPV) và tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR).
Đối với các khoáng sàng đá xây dựng:
- Trước đây, việc khai thác chủ yếu diễn ra ở phần nổi của các núi đá vôi cao hơn địa hình xung quanh, biên giới mỏ chỉ căn cứ vào chất lượng đá và an toàn sườn dốc.
- Về nghiên cứu chiều sâu mỏ đá xây dựng nằm sâu dưới mức địa hình: Võ Minh Đức (2012, 2014) đề xuất công thức tính chiều sâu kỹ thuật theo chiều rộng mặt mỏ ($B_m$) và kiểm tra theo điều kiện kinh tế ($G \ge C_{kn} + C_{xb} + C_v + C_d$). Tuy nhiên, cách tiếp cận này bộc lộ hạn chế do bỏ qua kích thước chiều dài mặt mỏ ($L_m$), chưa tính đến chi phí thoát nước, chi phí bảo vệ môi trường, thuế tài nguyên, tiền cấp quyền khai thác và cước vận tải từ miệng mỏ đến trạm nghiền sàng.
- Hoàng Cao Phương (2016) nghiên cứu xác định chiều sâu mỏ phục vụ công tác đấu giá quyền khai thác khoáng sản nhưng giả định kích thước mặt mỏ không bị hạn chế, chưa sát với thực tế quản lý đất đai tại Nam Bộ.
Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết là thiết lập mô hình tính toán chiều sâu khai thác hợp lý phù hợp với đặc thù mỏ đá xây dựng khu vực Nam Bộ: không có đất đá bóc trong thân khoáng ($b \approx 0$), chiều dày ngang thân khoáng rất lớn, chi phí khai thác thay đổi theo chiều sâu và diện tích mặt bằng bị khống chế nghiêm ngặt bởi ranh giới cấp phép.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết hình học mỏ lộ thiên kết hợp với lý thuyết tối ưu hóa kinh tế mỏ. Nguyên lý cốt lõi là chuyển đổi bài toán so sánh hệ số bóc (vốn không khả dụng vì không có đá bóc) sang bài toán cực trị kinh tế:
- Đối với mỏ đang khai thác có diện tích mặt mỏ cố định: Chiều sâu khai thác hợp lý là chiều sâu tại đó tổng lợi nhuận thu được từ toàn bộ khối lượng đá khai thác đạt giá trị cực đại ($\Delta L = \max$).
- Đối với mỏ chưa khai thác hoặc cụm mỏ: Chiều sâu khai thác hợp lý gắn liền với việc xác định kích thước mặt mỏ tối ưu sao cho chỉ tiêu "Lợi nhuận riêng tính trên 1 $\text{m}^2$ diện tích mặt mỏ" ($L_R$) đạt giá trị lớn nhất ($L_R = \max$).
Các phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận án bao gồm:
- Phương pháp khảo sát, thu thập và thống kê số liệu: Thu thập số liệu địa chất, địa chất thủy văn, các thông số kinh tế - kỹ thuật tại 67 mỏ đá khu vực Đông Nam Bộ.
- Phương pháp giải tích và hình học mỏ: Thiết lập các hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa thể tích đá khai thác ($V_{xd}$), khối lượng đất phủ ($V_0$), khoảng cách vận tải ($L_{vt}$), lưu lượng thoát nước mưa ($Q_m$) và nước ngầm ($Q_n$) với chiều sâu khai thác ($x$) và kích thước mặt mỏ ($B_m, L_m, R_m$).
- Phương pháp so sánh phương án: Đánh giá hiệu quả kinh tế giữa các kịch bản chiều sâu và diện tích cấp phép khác nhau.
- Phương pháp chuyên gia và ứng dụng công nghệ thông tin: Xây dựng thuật toán và chương trình máy tính để giải bài toán tối ưu phi tuyến xác định chiều sâu và diện tích mặt mỏ.
Nguồn dữ liệu sử dụng:
- Báo cáo kết quả thăm dò địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình của các mỏ đá tại các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu.
- Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, số liệu bơm hút nước thí nghiệm (tính toán theo phương pháp Dupuit) và thống kê chi phí thực tế tại mỏ đá Thường Tân III và cụm mỏ Thường Tân - Tân Mỹ.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung của đề tài luận án
Chương 1 hệ thống hóa toàn diện các lý thuyết xác định biên giới mỏ lộ thiên truyền thống và hiện đại. Tác giả phân tích các công thức giải tích tính chiều sâu mỏ theo nguyên tắc so sánh hệ số bóc:
$$H_K = \frac{C - a}{b} \cdot \frac{M}{\text{ctg}\gamma_v + \text{ctg}\gamma_t}$$
và nguyên tắc $K_{gh} \ge K_T$ của V. V. Rzhevsky và Trần Mạnh Xuân:
$$H_{KT} = \frac{M(1 - K_{gh})}{\text{ctg}\gamma_v + \text{ctg}\gamma_t} = H_K \left(1 - \frac{1}{K_{gh}}\right)$$
Luận án chỉ ra các phương pháp truyền thống trên không thể áp dụng cho các mỏ đá xây dựng khu vực Nam Bộ vì:
- Thân khoáng đá xây dựng có chiều dày ngang rất lớn, không xuất hiện đá bóc kẹp bên trong ($b = 0$).
- Các giả định chi phí khai thác $a$ và chi phí bóc đá $b$ không đổi theo chiều sâu không phản ánh đúng thực tế khi mỏ xuống sâu (chi phí nâng nước, vận tải tăng dần).
- Cách tiếp cận lấy kích thước đáy mỏ làm gốc để mở rộng lên mặt đất không phù hợp với thực tế cấp phép mặt bằng tại Việt Nam.
Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu hợp lý của mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy
Chương 2 phân loại và mô hình hóa toán học các yếu tố ảnh hưởng đến chiều sâu khai thác hợp lý thành hai nhóm:
1. Nhóm yếu tố ảnh hưởng gián tiếp (ít biến đổi theo chiều sâu):
- Chi phí khoan: Phụ thuộc vào giá máy, định mức ca và năng suất máy khoan đập xoay đường kính 105 mm (như BM-4, SBM-5).
- Chi phí nổ mìn: Chiếm 60 - 70% chi phí khoan nổ. Chỉ tiêu thuốc nổ tính theo công thức của Pokrovsky:
$$q = 0{,}1 \cdot \gamma \cdot f \cdot \sqrt{\frac{d_0}{d_k}} \cdot \frac{d_{cp}}{d_k} \cdot K_r$$
Kích thước cục đá trung bình hợp lý xác định theo công thức của V. V. Rzhevsky: $d_{cp} = 0{,}05 \sqrt[3]{E}$ (với dung tích gầu xúc $E$, chọn $d_{cp} = 0{,}23 \div 0{,}25\text{ m}$).
- Chi phí xúc bốc và chế biến nghiền sàng: Lấy theo giá trị trung bình tiên tiến của khu vực.
2. Nhóm yếu tố ảnh hưởng trực tiếp (hàm số của chiều sâu $x$):
- Khoảng cách vận tải: Đối với mỏ hình chữ nhật, khoảng cách vận tải từ gương tầng đến trạm nghiền sàng trên mặt đất được mô hình hóa theo chiều sâu $x$:
$$L_{vt} = 0{,}5 \left[ B_m + L_m + h_0\left(\frac{K_d}{i} - K_3\right) + x\left(\frac{K_d}{i} - K_4\right) \right] + L$$
- Thoát nước mưa: Lượng nước mưa cần bơm trên 1 $\text{m}^3$ đá khai thác:
$$Q_0' = \frac{S_m \cdot F}{A_d}$$
với chiều cao bơm trung bình là $(x + h_0)/2$.
- Thoát nước ngầm: Lưu lượng nước ngầm chảy vào mỏ $q_0$ tính theo công thức Dupuit cho dòng không áp:
$$q_0 = \frac{1{,}36 \cdot K \cdot (2H_{ch} - S) \cdot S}{\lg R - \lg r_0}$$
Lượng nước ngầm cần bơm tính cho 1 $\text{m}^3$ đá: $q_0' = \frac{365 \cdot q_0}{A_d}$.
- Góc dốc kết thúc bờ mỏ: Phụ thuộc điều kiện ổn định bờ dốc (Bảng 2.1) và cấu tạo đai bảo vệ, đai vận tải theo điều kiện kỹ thuật.
- Hệ số sử dụng đất đai ($K_đ$): Được định nghĩa bằng tỷ số giữa diện tích đất đai đền bù ($S_m$) và thể tích khoáng sản thu hồi ($V_{xd}$): $K_đ = S_m / V_{xd}$ ($\text{m}^2/\text{m}^3$). Khảo sát một mỏ diện tích $S_m = 150.000\text{ m}^2$ cho thấy khi tăng chiều sâu từ 10 m lên 100 m, hệ số $K_đ$ giảm mạnh từ 0,062 xuống 0,020 $\text{m}^2/\text{m}^3$ (Bảng 2.2).
| Chiều sâu mỏ (m) | Cứng và rất cứng ($f = 15 \div 20$) | Cứng và cứng vừa ($f = 8 \div 14$) | Tương đối cứng ($f = 3 \div 7$) | Cứng vừa và mềm ($f = 1 \div 2$) | Mềm và đất phủ |
|---|---|---|---|---|---|
| 90 | $60^\circ \div 68^\circ$ | $50^\circ \div 60^\circ$ | $43^\circ \div 50^\circ$ | $30^\circ \div 43^\circ$ | $25^\circ \div 30^\circ$ |
| 180 | $57^\circ \div 65^\circ$ | $48^\circ \div 57^\circ$ | $41^\circ \div 48^\circ$ | $28^\circ \div 41^\circ$ | $20^\circ \div 25^\circ$ |
Bảng 2.1: Góc dốc của bờ kết thúc theo điều kiện ổn định (độ)
| Chiều sâu khai thác (m) | Khối lượng đá thu hồi $V_{xd}$ ($\text{m}^3$) | Hệ số sử dụng đất $K_đ = S_m / V_{xd}$ ($\text{m}^2/\text{m}^3$) |
|---|---|---|
| 10 | 2.419.354 | 0,062 |
| 20 | 3.125.000 | 0,048 |
| 30 | 3.750.000 | 0,040 |
| 40 | 4.687.500 | 0,032 |
| 50 | 5.357.142 | 0,028 |
| 60 | 6.000.000 | 0,025 |
| 70 | 6.521.739 | 0,023 |
| 80 | 6.818.181 | 0,022 |
| 90 | 7.142.857 | 0,021 |
| 100 | 7.500.000 | 0,020 |
Bảng 2.2: Sự thay đổi của khối lượng đá xây dựng $V_{xd}$ và hệ số $K_đ$ theo chiều sâu với $S_m = 150.000\text{ m}^2$
Chương 3: Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ
Chương 3 trình bày các thuật toán và mô hình toán học giải quyết bài toán biên giới cho 3 trường hợp:
-
Trường hợp 1 - Mỏ đang khai thác (diện tích mặt bằng $S_m$ đã cố định):
- Xác định chiều sâu giới hạn kỹ thuật ($H_K$) dựa trên kích thước đáy mỏ tối thiểu đảm bảo an toàn cho thiết bị xúc bốc và quay đầu xe.
- Thiết lập hàm mục tiêu tổng lợi nhuận: $\Delta L(x) = D(x) - C(x) \to \max$, trong đó doanh thu $D(x)$ tính từ sản lượng đá thương phẩm sau chế biến và chi phí $C(x)$ bao gồm toàn bộ chi phí khai thác, chế biến, vận tải sâu, bơm thoát nước, đền bù đất, thuế tài nguyên, phí môi trường và tiền cấp quyền khai thác.
-
Trường hợp 2 - Mỏ chưa khai thác (giai đoạn thiết kế ban đầu):
- Nghiên cứu tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng mặt mỏ $K_m = L_m / B_m$. Khi $K_m = 1$ (mặt mỏ hình vuông hoặc tròn), chu vi mặt mỏ là nhỏ nhất, giúp giảm khối lượng góc dốc bờ biên và tối ưu hóa lượng đá thu hồi.
- Thiết lập chỉ tiêu hàm mục tiêu: Lợi nhuận riêng tính cho 1 $\text{m}^2$ diện tích mặt mỏ:
$$L_R = \frac{\Delta L(S_m, x)}{S_m} \to \max$$
- Trường hợp 3 - Cụm mỏ nằm liền kề trong khu vực quy hoạch:
- Phân tích tổn thất tài nguyên ở các bờ mỏ ngăn cách giữa các mỏ đơn lẻ. Khi gộp ranh giới hoặc hợp nhất khai thác trong một cụm mỏ, khối lượng trụ bảo vệ giảm đi đáng kể, cho phép tăng chiều sâu khai thác chung của toàn cụm.
- Hàm mục tiêu tối ưu hóa: Lợi nhuận riêng tính trên 1 $\text{m}^2$ diện tích toàn bộ cụm mỏ đạt cực đại.
Tác giả đã lập sơ đồ khối thuật toán tối ưu và xây dựng phần mềm tính toán chuyên dụng để tự động hóa quá trình xác định chiều sâu và kích thước tối ưu.
Chương 4: Áp dụng kết quả nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá Thường Tân III
Chương 4 áp dụng phương pháp luận đã xây dựng vào điều kiện thực tế tại mỏ đá Thường Tân III (thuộc cụm mỏ Thường Tân - Tân Mỹ, huyện Bắc Tân Uyên, tỉnh Bình Dương):
- Điều kiện tự nhiên và địa chất: Thân đá xây dựng có chất lượng tốt, thế nằm dạng khối lớn, lớp đất phủ mỏng ($h_0 \approx 2 \div 5\text{ m}$).
- Đặc điểm địa chất thủy văn: Kết quả bơm nước thí nghiệm xác định hệ số thẩm thấu $K$ và bán kính ảnh hưởng $R$ theo phương pháp Dupuit.
- Hiện trạng công nghệ: Mỏ đang áp dụng hệ thống khai thác lớp đứng cắt tầng, khoan đập xoay đường kính 105 mm, nổ mìn vi sai phi điện, xúc bốc bằng máy xúc thủy lực gầu ngược dung tích $1{,}6 \div 2{,}5\text{ m}^3$, vận tải bằng ô tô tự đổ trọng tải $15 \div 25$ tấn về trạm nghiền sàng trên mặt bằng.
- Kết quả tính toán: Xác định được chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ Thường Tân III đảm bảo thỏa mãn đồng thời các điều kiện ổn định bờ dốc kết thúc, cân đối giữa chi phí vận tải nâng cao - thoát nước ngầm và tổng lợi nhuận thu hồi khoáng sản, chứng minh tính khả thi của mô hình lý thuyết.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học
- Đã đề xuất trình tự và quy trình khoa học để khoanh định biên giới mỏ và xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ, khắc phục các bất cập của phương pháp so sánh hệ số bóc truyền thống.
- Đề xuất sử dụng tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng mặt mỏ ($K_m = L_m / B_m$) để xác định chu vi mặt mỏ tối ưu ứng với diện tích cho trước, phục vụ việc tối đa hóa thể tích đá khai thác trong biên giới.
- Đề xuất chỉ tiêu tối ưu mới: "Lợi nhuận riêng lớn nhất tính cho 1 $\text{m}^2$ diện tích mặt mỏ hoặc diện tích cụm mỏ" ($L_R = \max$) để đồng thời tối ưu hóa diện tích cấp phép và chiều sâu khai thác của mỏ chưa khai thác và cụm mỏ quy hoạch.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn và kiến nghị
- Cung cấp công cụ tính toán và phần mềm hỗ trợ các đơn vị tư vấn thiết kế mỏ xác định chính xác các thông số biên giới mỏ lộ thiên khi khai thác xuống sâu.
- Cung cấp luận cứ khoa học phục vụ các cơ quan quản lý Nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu) trong công tác thẩm định thiết kế cơ sở, quy hoạch các cụm mỏ tập trung và cấp phép khai thác khoáng sản hợp lý, tránh lãng phí tài nguyên đất đai và khoáng sản.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Luận án tập trung giải quyết bài toán cho các mỏ đá có hình dạng biên giới hình học tương đối quy cách (hình chữ nhật, hình vuông, gần tròn) trên địa hình bề mặt bằng phẳng.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng mô hình tính toán cho các thân khoáng có cấu trúc địa chất phức tạp, địa hình bề mặt chia cắt mạnh, hoặc các mỏ có sự đan xen phức tạp giữa các đới nứt nẻ và hang hốc karst ngập nước.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo cho:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Khai thác mỏ, Kỹ thuật Địa chất trong việc nghiên cứu biên giới mỏ lộ thiên và kinh tế mỏ.
- Các kỹ sư, chuyên gia tư vấn thiết kế mỏ tại các viện nghiên cứu và công ty tư vấn khai thác khoáng sản khi lập dự án đầu tư và thiết kế kỹ thuật các mỏ đá lộ thiên sâu.
- Các nhà quản lý nhà nước về khoáng sản tại các địa phương trong việc xây dựng quy hoạch vùng nguyên liệu và cấp phép khai thác khoáng sản đá xây dựng bền vững.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao các phương pháp xác định biên giới mỏ truyền thống dựa trên hệ số bóc giới hạn ($K_{gh}$) không áp dụng được cho mỏ đá xây dựng Nam Bộ? Các phương pháp truyền thống so sánh hệ số bóc dựa trên giả định có sự xuất hiện của đất đá bóc trong thân khoáng ($b > 0$) hoặc so sánh chi phí lộ thiên với hầm lò. Các mỏ đá xây dựng Nam Bộ có vỉa đá dày, hầu như không có đá bóc kẹp bên trong ($b \approx 0$), chi phí khai thác tăng dần theo chiều sâu và không áp dụng khai thác hầm lò, do đó tỷ số hệ số bóc không còn ý nghĩa so sánh.
2. Tiêu chí tối ưu được luận án sử dụng cho mỏ chưa khai thác là gì? Tiêu chí tối ưu được sử dụng là chỉ tiêu "Lợi nhuận riêng lớn nhất tính cho 1 $\text{m}^2$ diện tích mặt mỏ" ($L_R = \Delta L / S_m \to \max$). Tiêu chí này cho phép xác định đồng thời diện tích mặt bằng cần cấp phép và chiều sâu khai thác tương ứng nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trên một đơn vị diện tích đất sử dụng.
3. Tỷ số kích thước mặt mỏ $K_m = L_m / B_m$ ảnh hưởng như thế nào đến thể tích đá thu hồi? Khi tỷ số $K_m = 1$ (mặt mỏ hình vuông) hoặc mặt mỏ dạng tròn, chu vi đáy và mặt mỏ là nhỏ nhất đối với một diện tích $S_m$ cho trước. Điều này làm giảm thể tích đá bị mất do góc dốc bờ mỏ ở các cạnh biên, giúp tối đa hóa khối lượng đá khai thác thu hồi được trong biên giới mỏ.
4. Khai thác theo cụm mỏ liền kề mang lại lợi ích gì so với khai thác các mỏ độc lập? Khai thác theo cụm mỏ liền kề giúp triệt tiêu hoặc thu hẹp các đai bảo vệ và bờ dốc ngăn cách giữa các mỏ đơn lẻ. Việc này làm giảm khối lượng tài nguyên bị tổn thất trong lòng đất, cho phép mở rộng đáy mỏ và gia tăng chiều sâu khai thác chung của toàn cụm, nâng cao hiệu quả sử dụng đất đai và tổng lợi nhuận.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tuấn Thành đã giải quyết bài toán xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy tại khu vực Nam Bộ. Bằng việc xây dựng hệ thống mô hình toán học phản ánh sự phụ thuộc của chi phí vận tải, thoát nước và sử dụng đất vào chiều sâu khai thác, luận án đã đề xuất tiêu chí tối ưu hóa tổng lợi nhuận và lợi nhuận riêng trên đơn vị diện tích mặt bằng. Kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng tại mỏ đá Thường Tân III, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn phục vụ công tác thiết kế khai thác và quy hoạch phát triển bền vững ngành đá xây dựng.