Tổng quan luận án

Trữ lượng các vỉa than có chiều dày trung bình và góc dốc đứng chiếm tỷ trọng khoảng 5% đến 8% trong tổng trữ lượng than tại bể than Đông Bắc (Quảng Ninh), tập trung chủ yếu ở vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54 triệu tấn. Hàng năm, sản lượng khai thác từ nhóm vỉa này đóng góp khoảng 7% đến 8% tổng sản lượng của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV). Các vỉa than dày trung bình, dốc đứng là đối tượng có điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ phức tạp, gây nhiều trở ngại cho việc áp dụng cơ giới hóa đồng bộ và các sơ đồ khai thác quy mô lớn.

Thực tế sản xuất tại các mỏ hầm lò vùng Uông Bí cho thấy phần lớn diện tích vỉa than dạng này vẫn áp dụng các công nghệ khai thác thủ công như công nghệ khai thác dạng buồng hoặc hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng. Những công nghệ này bộc lộ nhiều hạn chế: năng suất lao động thấp, chi phí mét lò chuẩn bị lớn, điều kiện an toàn lao động khó kiểm soát và tỷ lệ tổn thất than cao (từ 30% đến 40%, một số khu vực buồng lên tới 45% - 55%). Mặc dù một số công nghệ như cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống 2ANSH và hệ thống lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY đã bước đầu được đưa vào thử nghiệm, song thời gian áp dụng chưa dài, thiếu cơ sở dữ liệu khoa học về điều kiện biên ứng dụng và chưa được tối ưu hóa các thông số kỹ thuật - hình học của hệ thống khai thác nhằm đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định rõ:

  1. Nghiên cứu đánh giá và xây dựng điều kiện áp dụng hợp lý các loại hình công nghệ khai thác cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh.
  2. Xây dựng mô hình toán - kinh tế và phương pháp tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY.
  3. Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY với bộ thông số kỹ thuật tối ưu cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái, nhằm nâng cao sản lượng, năng suất lao động, mức độ an toàn và giảm tỷ lệ tổn thất tài nguyên.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là công nghệ khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh, với số liệu và thực nghiệm kiểm chứng được thu thập và thực hiện đến năm 2017.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan toàn diện các công trình nghiên cứu và thực tiễn áp dụng hệ thống khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng trên thế giới và tại Việt Nam:

Trên thế giới:

  • Hệ thống khai thác bằng giàn chống cứng: Được thử nghiệm tại Liên Xô (cũ) từ những năm 1930 và áp dụng rộng rãi tại Đông Âu, Trung Quốc từ thập niên 1960. Các mỏ áp dụng tiêu biểu tại Liên Xô cũ gồm Kiselovsk, Taibinsk, Chernaia gora, Hầm lò số 13, Ziminka 1-2, Kalininka, Koksovai-1, ArtiomUgol, Cheliabinsk với các kết cấu giàn phân mảng, không phân mảng, giàn vòm có đế trượt.
  • Hệ thống khai thác bằng giàn chống, cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than: Tổ hợp kiểu ANSH, ASHM (như 2ANSH) áp dụng tại bể than Donbass (Ukraina) từ thập niên 1960, sau đó nhân rộng tại Đông Âu, Trung Quốc.
  • Hệ thống khai thác cột dài theo phương cơ giới hóa đồng bộ: Sử dụng các tổ hợp giàn tự hành KGU (1KGU, 2KGU, 3KGU, KGU-D, KGU-M) kết hợp máy khấu tay ngắn (Komsomoles, Temp-1, A-70, KND, Poisk-2) tại Liên Xô cũ, hoặc các tổ hợp cơ giới hóa tại Tây Ban Nha, Cộng hòa Séc, Trung Quốc áp dụng cho vỉa có góc dốc trên 55°.
  • Các công nghệ đặc thù khác: Hệ thống khai thác dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài đường kính lớn (máy khoan lồng BTA-4B, VBB-1.25, VBB-600) tại Nga, Ba Lan, Đông Đức cũ, Anh; công nghệ khấu than bằng máy cưa than theo hướng dốc và theo phương nhằm ngăn ngừa hiện tượng phụt than khí và cú đấm mỏ tại Nga, Ba Lan, Trung Quốc; công nghệ khai thác than bằng sức nước tại Liên bang Nga và Trung Quốc.

Tại Việt Nam:

  • Giai đoạn 1986 - 1991: Đề tài cấp nhà nước 12A-02-07 do TS. Ninh Quang Thành chủ nhiệm đã thử nghiệm giàn chống cứng tại vỉa 8 vách khu Tây Vàng Danh (giàn gỗ phẳng không phân mảng) và vỉa 6 khu Tràng Khê mỏ Mạo Khê (giàn vòm thép SVP-27).
  • Hệ thống khai thác dạng buồng và lò dọc vỉa phân tầng (DVPT): Được áp dụng tại các mỏ Vàng Danh, Nam Mẫu, Mạo Khê, Hồng Thái, Uông Bí, Hòn Gai, Hạ Long, Quang Hanh, Mông Dương với vật liệu chống giữ là giá thủy lực di động (TLDĐ) hoặc gỗ.
  • Giai đoạn 2001 - 2004: Thử nghiệm hệ thống cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo bằng giàn chống mềm (kết cấu từ các xà thép chữ I nối ghép mảng, cáp thép và lưới thép B40, phên tre) tại vỉa 8 dốc khu Tây mỏ Vàng Danh.
  • Năm 2006: Thử nghiệm hệ thống cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay kết hợp chèn lò toàn phần kiểu Kakuchi của Nhật Bản tại vỉa 8 Tây XV 56-I mỏ Mạo Khê.
  • Giai đoạn 2008 - 2012: Thử nghiệm cơ giới hóa đồng bộ tổ hợp giàn chống 2ANSH tại vỉa 8 cánh Bắc mức -80/+25 mỏ Mạo Khê và vỉa 12 mức +200/+350 Tràng Khê mỏ Hồng Thái.
  • Năm 2015: Thử nghiệm hệ thống khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY (mã hiệu ZRY20/30L) tại mức +30/+95 vỉa 9b khu Tràng Khê II mỏ Hồng Thái.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả lựa chọn giải quyết là: Thiếu các nghiên cứu định lượng xác định phạm vi điều kiện địa chất - kỹ thuật áp dụng tối ưu cho các công nghệ tiên tiến (đặc biệt là giàn mềm ZRY và tổ hợp 2ANSH) tại vùng than Uông Bí; chưa có mô hình giải tích - kinh tế toán để xác định chuẩn xác các thông số kích thước hình học không gian (chiều cao tầng khai thác, chiều dài cột khai thác theo phương) của hệ thống lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY nhằm tối thiểu hóa giá thành sản xuất trực tiếp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng nền tảng lý thuyết áp lực mỏ, công nghệ khai thác than hầm lò và lý thuyết tối ưu hóa kinh tế mỏ. Khung phân tích kinh tế mỏ dựa trên nguyên lý xác định hàm mục tiêu giá thành sản xuất trực tiếp trên một tấn than ($S \to \min$), trong đó hàm chi phí là tổng hợp của các hàm chi phí thành phần phụ thuộc vào các thông số kích thước hình học của hệ thống khai thác.

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể được tác giả kết hợp:

  • Phương pháp tổng hợp, đánh giá tài liệu: Thu thập và hệ thống hóa tài liệu kỹ thuật, số liệu vận hành của các hệ thống khai thác vỉa dốc trong nước và quốc tế.
  • Phương pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất: Phân tích số liệu địa tầng, cơ lý đá vách - trụ, chiều dày vỉa, góc dốc, điều kiện địa chất thủy văn, địa chất công trình, khí mỏ và nguy cơ cháy nội sinh tại các mỏ hầm lò vùng Uông Bí.
  • Phương pháp thống kê, phân tích, so sánh: Xử lý số liệu sản lượng, năng suất, suất tiêu hao vật liệu (thuốc nổ, kíp nổ, gỗ, dầu nhũ hóa), chi phí mét lò chuẩn bị và tỷ lệ tổn thất than của các mỏ thực tế.
  • Phương pháp tính toán giải tích và mô hình toán - kinh tế: Xây dựng phương trình chi phí và giải thuật toán học tìm cực trị hàm số để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu. Tác giả đã lập trình phần mềm chuyên dụng tính toán tối ưu hóa thông số hệ thống khai thác.

Dữ liệu đầu vào phục vụ nghiên cứu được trích xuất từ báo cáo địa chất, hồ sơ thiết kế kỹ thuật, định mức kinh tế kỹ thuật và số liệu thống kê sản xuất thực tế tại Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), Công ty Than Mạo Khê, Công ty Than Hồng Thái và Công ty Than Vàng Danh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác các vỉa than dày trung bình dốc đứng và công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác

Chương 1 tổng hợp các sơ đồ khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới và thực tế áp dụng tại Việt Nam, đồng thời điểm luận các hướng nghiên cứu tối ưu hóa thông số mỏ. Tác giả phân tích chi tiết ưu nhược điểm và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của từng công nghệ:

Bảng tổng hợp so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các công nghệ khai thác qua số liệu thực tế được ghi nhận trong văn bản:

Công nghệ khai thác / Địa điểm Chiều dày vỉa (m) Góc dốc vỉa (độ) Sản lượng (T/ngày hoặc T/năm) NSLĐ trực tiếp (T/công) Tổn thất than (%) Mét lò chuẩn bị (m/1000T) Suất tiêu hao vật liệu chính
HTKT dạng buồng (Buồng - thượng / Buồng - thượng chéo) Trung bình Dốc đứng 40.000 - 70.000 T/năm 3,0 - 4,0 40 - 55 30 - 40 Thuốc nổ: 300 - 400 kg/1000T; Gỗ: 30 - 40 $m^3$/1000T
HTKT lò dọc vỉa phân tầng (Vàng Danh, Mạo Khê, Uông Bí...) 2,5 - 4,8 45 - 70 25.000 - 45.000 T/năm 2,0 - 3,6 32 - 40 28 - 48 Thuốc nổ: 78 - 167 kg/1000T; Kíp: 160 - 348 cái/1000T
Giàn chống cứng (Thử nghiệm Vàng Danh - Mạo Khê 1991) 3,5 - 3,7 62 - 75 47 - 48 T/ngày 2,7 - 3,9 >50 (54,69) 58,3 - 62,0 Thuốc nổ: 355 - 400 kg/1000T; Gỗ: 20 - 36,4 $m^3$/1000T
Giàn chống mềm thép chữ I (Vàng Danh 2001 - 2004) 2,5 - 3,5 82 50 T/ngày 1,55 31 57,0 Thuốc nổ: 395 kg/1000T
Chèn lò Kakuchi (Mạo Khê 2006) 2,0 - 2,8 60 1.395 T/tháng 0,47 Không nêu Không nêu Đá chèn: 730 $m^3$/1000T; Gỗ: 54 $m^3$/1000T
CGH đồng bộ tổ hợp 2ANSH (Mạo Khê) 2,2 58 Đạt max 226.460 T/năm 4,0 - 5,6 12 - 19 7,1 - 11,4 Gỗ: 35,8 $m^3$/1000T; Dầu nhũ hóa: 52,1 kg/1000T
CGH đồng bộ tổ hợp 2ANSH (Hồng Thái) 2,0 50 59.000 T/năm (max 96.325) 3,1 - 5,6 3,7 - 12,5 5,2 - 8,8 Gỗ: 29,1 $m^3$/1000T; Dầu nhũ hóa: 52,0 kg/1000T
Giàn mềm ZRY20/30L (Hồng Thái, vỉa 9b Tràng Khê II) 2,7 48 293 T/ngày (90.900 T/năm) 5,5 16,3 (12,6 - 16,3) 16,7 Thuốc nổ: 112 kg/1000T; Gỗ: 5,3 $m^3$/1000T

Chương 1 rút ra nhận định: Các công nghệ thủ công truyền thống gây lãng phí tài nguyên và mất an toàn; trong khi đó, công nghệ giàn mềm ZRY và tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH thể hiện rõ các ưu điểm kỹ thuật nhưng đòi hỏi phải nghiên cứu sâu về tối ưu hóa thông số và phạm vi thích dụng.

Chương 2: Nghiên cứu lựa chọn hệ thống khai thác và công nghệ khai thác hợp lý cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh

Chương 2 tập trung khảo sát điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vùng Uông Bí:

  • Đánh giá đặc điểm địa tầng, tính chất cơ lý của đất đá vách - trụ (độ bền nén, góc ma sát trong, độ kiên cố).
  • Phân tích đặc tính địa chất thủy văn, hàm lượng khí mêtan ($CH_4$), bụi nổ và nguy cơ tự cháy của than trong các vỉa dày trung bình dốc đứng.
  • Tổng hợp phân bố trữ lượng vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí theo các mỏ và theo các miền chiều dày vỉa.

Trên cơ sở phân tích ảnh hưởng của các yếu tố địa chất mỏ đến công nghệ khai thác, tác giả xây dựng bộ tiêu chí và điều kiện áp dụng cụ thể cho từng loại hình công nghệ:

  1. Hệ thống khai thác dạng buồng: Chỉ nên áp dụng hạn chế cho các vỉa có cấu tạo địa chất biến động mạnh, vỉa bị phân cắt thành các khối nhỏ phân tán, trữ lượng nhỏ không đủ điều kiện lập diện lò chợ dài hạn.
  2. Hệ thống khai thác bằng giàn chống, cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH: Áp dụng hiệu quả cho các vỉa than dày từ 1,5 đến 2,5 m; góc dốc vỉa từ 45° đến 90°; đường phương vỉa tương đối ổn định; đá vách bền vững trung bình đến ổn định, vỉa ít biến động chiều dày và không bị ảnh hưởng mạnh bởi nước ngầm.
  3. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY: Áp dụng cho vỉa than có chiều dày từ 1,6 đến 4,5 m (tương ứng với các dải làm việc của giàn ZRY16/25L, ZRY20/30L, ZRY35/45L); góc dốc vỉa từ 45° đến 75°; đá vách thuộc loại sập đổ từ dễ đến trung bình; cho phép áp dụng tại các khu vực vỉa có biến động nhẹ về chiều dày và góc dốc nhờ khả năng co duỗi xà đuôi bằng kích thủy lực và liên kết xích mềm dẻo giữa các giàn chống.

Từ đó, luận án xác lập nguyên tắc định hướng công nghệ vùng Uông Bí: Ưu tiên lựa chọn công nghệ lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY và công nghệ chia cột theo hướng dốc sử dụng tổ hợp 2ANSH.

Chương 3: Tối ưu hoá các thông số của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng

Chương 3 xây dựng mô hình toán - kinh tế nhằm tối ưu hóa các thông số kích thước cơ bản của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY:

  • Hai thông số mục tiêu cần tối ưu hóa: Chiều cao tầng khai thác ($H_t$) và Chiều dài theo phương của cột khai thác ($L_c$).
  • Tiêu chí tối ưu: Hàm giá thành sản xuất trực tiếp trên một tấn than đạt giá trị nhỏ nhất ($S(H_t, L_c) \to \min$).

Cấu trúc mô hình chi phí bao gồm:

  • Chi phí khấu và vận tải than trong lò chợ.
  • Chi phí vật liệu chống giữ và khấu than (giàn mềm ZRY, cột thủy lực đơn, thuốc nổ, kíp nổ, dầu nhũ hóa, lưới thép).
  • Chi phí đào, chống và duy trì hệ thống đường lò chuẩn bị (lò dọc vỉa vận tải, dọc vỉa thông gió, cúp tháo than, cúp đi lại, thượng cắt khởi điểm).
  • Chi phí khấu xén, duy trì đường lò và chi phí chuyển diện khai thác, lắp đặt, thu hồi giàn chống.

Tác giả đã xây dựng thuật toán, thiết lập giao diện phần mềm tối ưu hóa chuyên dụng và tiến hành khảo sát các bài toán:

  1. Tối ưu hóa chiều cao tầng ($H_t$) khi biết trước chiều dài cột khai thác ($L_c$): Khảo sát đồ thị hàm số $f(H_t)$, xác định điểm cực tiểu của giá thành sản xuất.
  2. Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác ($L_c$) khi biết trước chiều cao tầng ($H_t$): Khảo sát đồ thị hàm số $f(L_c)$, xác định độ dài cột hợp lý.
  3. Tối ưu hóa đồng thời cả hai thông số ($H_t, L_c$): Xác định cặp thông số $(H_t, L_c)$ tương thích cho từng điều kiện địa chất cụ thể.

Các quy luật tương quan được luận án rút ra từ phân tích giải tích và đồ thị:

  • Chiều cao tầng tối ưu ($H_t$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than và chi phí đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị.
  • Chiều dài cột khai thác tối ưu ($L_c$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than và chi phí đầu tư thiết bị.

Chương 4: Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái

Chương 4 áp dụng các kết quả nghiên cứu lý thuyết và mô hình tối ưu vào thiết kế cụ thể cho vỉa 9b khu Tràng Khê thuộc Công ty Than Hồng Thái:

  • Đặc điểm khu vực: Chiều dày vỉa than trung bình 2,7 m; góc dốc trung bình 48°; đá vách là bột kết xen kẽ cát kết có độ bền trung bình; đá trụ là sét kết và bột kết.
  • Xác lập thông số tối ưu: Sau khi đưa các thông số điều kiện biên địa chất, đơn giá định mức và giá thành công đoạn sản xuất của mỏ Hồng Thái vào phần mềm tối ưu hóa, kết quả xác định:
    • Chiều cao tầng khai thác tối ưu: $H_t = 75 \div 80\text{ m}$.
    • Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu: $L_c = 650 \div 700\text{ m}$.
  • Hệ thống khai thông và chuẩn bị: Bố trí các lò dọc vỉa thông gió, dọc vỉa vận tải, cúp tháo than vượt trước gương lò chợ (khoảng cách cúp 6 - 8 m, dài 5 - 10 m), thượng khởi điểm xiên chéo với góc dốc gương lò chợ khống chế từ 28° đến 30°.
  • Hộ chiếu công nghệ và chống giữ:
    • Thiết bị chống giữ: Giàn chống mềm ZRY20/30L kết hợp các cột thủy lực đơn chuyên dụng gia cố đầu và chân lò chợ.
    • Công tác khấu: Khoan nổ mìn gương lò theo khay khấu dài 10 - 20 m từ dưới lên trên, bước khấu 0,8 m.
    • Hạ giàn và thoát than: Giàn chống tự dịch chuyển hạ xuống nhờ tự trọng và áp lực đất đá phá hỏa phía trên; than tự trượt theo máng trượt dốc xuống các cúp tháo than về lò dọc vỉa vận tải.
    • Thông gió: Thông gió hạ áp theo mạng thông gió chung của mỏ.
  • Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật: Tính toán giá thành phân xưởng và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ thiết kế, khẳng định tính khả thi và ưu thế kỹ thuật vượt trội so với các phương án khai thác thủ công trước đây.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Xây dựng cơ sở khoa học và hệ thống tiêu chí phân định điều kiện địa chất - kỹ thuật áp dụng cho các loại hình công nghệ khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng trong điều kiện mỏ hầm lò Việt Nam.
  2. Xây dựng phương pháp luận, giải thuật và phần mềm mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa đồng bộ các thông số kích thước hình học không gian (chiều cao tầng $H_t$ và chiều dài theo phương cột khai thác $L_c$) cho hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY theo tiêu chí giá thành sản xuất nhỏ nhất.
  3. Xác lập các quy luật biến thiên của chiều cao tầng và chiều dài cột khai thác tối ưu theo góc dốc vỉa, chiều dày vỉa than và cơ cấu chi phí đào lò, chống xén, thiết bị.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Luận chứng và đề xuất định hướng áp dụng công nghệ hợp lý cho các mỏ hầm lò vùng Uông Bí: Ưu tiên áp dụng công nghệ lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY và công nghệ cơ giới hóa đồng bộ chia cột theo hướng dốc sử dụng tổ hợp 2ANSH.
  2. Hoàn thiện bộ thiết kế kỹ thuật công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY cho vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái với các thông số tối ưu xác định ($H_t = 75 \div 80\text{ m}$, $L_c = 650 \div 700\text{ m}$), giúp hạ giá thành khai thác trực tiếp, giảm tổn thất than xuống dưới 17% và nâng cao an toàn lao động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế và phạm vi chưa mở rộng của luận án gồm:

  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm và kiểm chứng tối ưu hóa các thông số tập trung chủ yếu vào đối tượng vỉa than dày trung bình dốc đứng tại khu vực Uông Bí (Quảng Ninh), chưa mở rộng khảo sát cho các bể than hoặc vùng than khác có đặc tính cơ lý đá vách - trụ đặc thù hơn.
  • Mô hình toán - kinh tế xây dựng dựa trên đơn giá định mức sản xuất hầm lò hiện hành của TKV tại thời điểm nghiên cứu (năm 2017); khi các yếu tố về chi phí năng lượng, nhân công và định mức vật tư thay đổi lớn, cần cập nhật lại thông số đầu vào trong phần mềm tối ưu.
  • Các hướng nghiên cứu tiếp theo được gợi mở từ luận án bao gồm: Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cơ cấu khấu tự động hoặc bán tự động kết hợp với giàn mềm ZRY để thay thế công tác khoan nổ mìn thủ công; nghiên cứu đồng bộ hóa hệ thống 02 tổ hợp giàn chống 2ANSH (01 khai thác, 01 lắp đặt chờ) nhằm loại bỏ thời gian gián đoạn sản xuất khi chuyển diện.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành có giá trị cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Khai thác mỏ, Kỹ thuật địa chất hầm lò: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa thông số mỏ, phương pháp luận nghiên cứu công nghệ khai thác vỉa dốc đứng.
  • Kỹ sư thiết kế, cán bộ quản lý kỹ thuật tại các mỏ than hầm lò (TKV, Tổng công ty Đông Bắc): Sử dụng các điều kiện áp dụng biên, quy trình công nghệ giàn mềm ZRY, tổ hợp 2ANSH và phần mềm tối ưu hóa để lập thiết kế khai thác thực tế cho các vỉa than dốc.
  • Nhà hoạch định chính sách kỹ thuật và quản lý tài nguyên khoáng sản: Sử dụng các số liệu thực tế về tỷ lệ tổn thất tài nguyên, năng suất lao động và định mức tiêu hao vật liệu của từng công nghệ để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật an toàn và quy định cấp phép áp dụng công nghệ trong khai thác hầm lò.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao công nghệ khai thác giàn mềm ZRY lại khắc phục được các nhược điểm của công nghệ giàn chống mềm xà thép chữ I từng thử nghiệm tại Vàng Danh?
Giàn chống mềm ZRY có kết cấu chuyên dụng gồm xà dẫn hướng, xà nóc, xà che chắn và xà đuôi được điều khiển bằng kích thủy lực, giúp diện tích che chắn không gian làm việc đạt tới 95% và có thể thay đổi kích thước chống giữ linh hoạt qua các vùng biến động chiều dày vỉa. Ngược lại, giàn chống mềm xà thép chữ I tại Vàng Danh cấu tạo thủ công, nặng, khó điều khiển khi vỉa biến động, phải thu hồi xà ở đuôi chuyển lên đầu giàn và có năng suất lao động rất thấp (chỉ 1,55 T/công).

2. Tổ hợp cơ giới hóa đồng bộ 2ANSH có ưu điểm và hạn chế chính nào khi vận hành tại các mỏ than Mạo Khê và Hồng Thái?

  • Ưu điểm: Mức độ cơ giới hóa cao, công suất lớn (có thể đạt trên 200.000 T/năm), năng suất lao động đạt 4,0 - 5,6 T/công, chi phí mét lò chuẩn bị thấp (5,2 - 11,4 m/1000T) và tổn thất than thấp (3,7 - 19%).
  • Hạn chế: Khả năng thích ứng thấp với biến động chiều dày vỉa than; nhạy cảm với nước ngầm mặt (gây bùn lầy, tụt nóc, kẹt than); việc giữ hậu thượng thông gió bằng cũi gỗ liền vì làm tăng chi phí gỗ; đặc biệt do mỏ chỉ trang bị 01 tổ hợp nên thời gian dừng sản xuất khi chuyển diện kéo dài.

3. Tại sao các hệ thống khai thác dạng buồng bị TKV hạn chế áp dụng cho vỉa dày trung bình dốc đứng?
Hệ thống dạng buồng có tỷ lệ tổn thất than rất lớn (từ 40% đến 55%), chi phí mét lò chuẩn bị cao (30 - 40 m/1000T), dẫn đến năng suất và sản lượng khai thác thấp. Về mặt an toàn, khi xảy ra tắc than hoặc than chưa sập đổ sau nổ mìn, công nhân dễ vi phạm quy trình chui vào trong buồng để xử lý nổ mìn đợt hai, gây nguy cơ tai nạn sập đổ than đá nghiêm trọng.

4. Kết quả tính toán tối ưu hóa thông số cho vỉa 9b khu Tràng Khê, mỏ Hồng Thái đạt giá trị cụ thể là bao nhiêu?
Kết quả tính toán tối ưu hóa trên mô hình toán - kinh tế cho vỉa 9b khu Tràng Khê (vỉa dày trung bình 2,7 m, góc dốc 48°) xác định: Chiều cao tầng khai thác tối ưu $H_t = 75 \div 80\text{ m}$; Chiều dài theo phương của cột khai thác tối ưu $L_c = 650 \div 700\text{ m}$.

Kết luận

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Đào Trọng Cường đã giải quyết trọn vẹn bài toán khoa học và thực tiễn trong việc lựa chọn công nghệ và tối ưu hóa hệ thống khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại vùng Uông Bí - Quảng Ninh. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa khảo sát thực tế, thống kê so sánh và mô hình toán - kinh tế, công trình đã xác lập nguyên tắc ưu tiên ứng dụng công nghệ giàn mềm ZRY và tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH thay thế các công nghệ thủ công cũ. Bộ thông số kỹ thuật tối ưu và thiết kế hoàn chỉnh cho vỉa 9b khu Tràng Khê (Công ty Than Hồng Thái) cung cấp luận cứ khoa học tin cậy, góp phần trực tiếp vào mục tiêu nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu tổn thất than và bảo đảm an toàn lao động trong ngành mỏ hầm lò Việt Nam.