Tổng quan luận án
Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng chiếm tỷ trọng từ 5% đến 8% trong tổng trữ lượng bể than Đông Bắc (Quảng Ninh), tập trung chủ yếu ở vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54,6 triệu tấn. Hàng năm, sản lượng khai thác từ các đối tượng vỉa này đóng góp khoảng 7% đến 8% tổng sản lượng than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV). Tại các mỏ hầm lò, việc khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng chủ yếu sử dụng các công nghệ khai thác (CNKT) thủ công như hệ thống khai thác (HTKT) dạng buồng hoặc HTKT lò dọc vỉa phân tầng (DVPT). Các công nghệ này bộc lộ nhiều hạn chế: sản lượng và năng suất lao động (NSLĐ) thấp, chi phí khai thác cao và tỷ lệ tổn thất than lớn (từ 30% đến 40%, cá biệt công nghệ buồng lên tới 40% đến 55%). Một số giải pháp công nghệ mới như cơ giới hóa (CGH) đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH và lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY bước đầu được thử nghiệm nhưng chưa được theo dõi, đánh giá đầy đủ và chưa được tối ưu hóa các thông số kỹ thuật mỏ.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
- Lựa chọn được CNKT hợp lý cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh.
- Tối ưu hóa các thông số của HTKT các vỉa than dày trung bình, dốc đứng nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và NSLĐ trong khai thác than hầm lò.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: CNKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng.
- Phạm vi nghiên cứu: Các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh; vị trí tính toán và thiết kế thử nghiệm cụ thể tại vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái.
Nội dung nghiên cứu chính:
- Nghiên cứu điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh.
- Phân tích, đánh giá, lựa chọn CNKT phù hợp điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng khu vực Uông Bí.
- Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan các công trình quốc tế về khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng:
- HTKT bằng giàn chống cứng: Nghiên cứu và thử nghiệm tại Liên Xô từ những năm 1930, áp dụng rộng rãi tại Đông Âu và Trung Quốc từ những năm 1960. Công nghệ này áp dụng tại các bể than Donbass (Ukraina), vùng than Quý Châu (Trung Quốc), với các mỏ tiêu biểu như Kiselovsk, Taibinsk, Trernaia gora, Ziminka, Kalininka, Koksovai-1, Treliabinsk. Kết cấu giàn gồm giàn phẳng phân mảng, giàn không phân mảng, giàn chữ Г, giàn vòm và giàn vòm có đế trượt.
- HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ: Sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than kiểu ANSH, ASHM (АНЩ, АЩМ), phổ biến là tổ hợp 2ANSH phát triển từ những năm 1960 tại bể Donbass.
- HTKT cột dài theo phương CGH đồng bộ: Áp dụng các tổ hợp tự hành kiểu KGU (1KGU, 2KGU, 3KGU, KGU-D, KGU-M) và AK-3 kết hợp với máy khấu Komsomoles, Temp-1, A-70, KND, Poisk-2; mở rộng áp dụng tại Tây Ban Nha, Séc, Trung Quốc cho góc dốc trên 55°.
- HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài đường kính lớn: Áp dụng tại Nga, Ba Lan, Đông Đức và Anh bằng các loại máy khoan lồng БГА-4В, УБВ-1,25, УБВ-600.
- CNKT bằng máy cưa than và CNKT bằng sức nước: Áp dụng tại Nga, Ba Lan, Trung Quốc trong các vỉa than có nguy hiểm về phụt khí hoặc địa chất phức tạp.
Tổng quan các công trình nghiên cứu và thử nghiệm trong nước:
- Đề tài cấp Nhà nước 12A-02-07 do TS. Ninh Quang Thành làm chủ nhiệm (1986–1991): Thử nghiệm giàn chống cứng bằng gỗ tại vỉa 8 vách Tây Vàng Danh và giàn chống thép SVP-27 dạng vòm tại vỉa 6 Tràng Khê (Mạo Khê).
- Đề tài cấp Bộ do ThS. Trần Tuấn Ngạn chủ nhiệm (2004): Nghiên cứu áp dụng giàn chống không phân mảng, giàn có đế trượt, giá thủy lực di động (TLDĐ) và nổ mìn lỗ khoan lớn.
- Đề tài cấp Bộ do TS. Nguyễn Anh Tuấn chủ nhiệm (2006): Nghiên cứu công nghệ chèn lò toàn phần kiểu Kakuchi (Nhật Bản) tại vỉa 8 Tây mỏ Mạo Khê.
- Đề tài cấp Bộ do TS. Nhữ Việt Tuấn chủ nhiệm (2009): Nghiên cứu nâng cao chiều cao phân tầng trong sơ đồ lò DVPT.
- Đề tài cấp Bộ do TS. Nguyễn Anh Tuấn chủ nhiệm (2009): Đánh giá hiệu quả tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH tại mỏ Mạo Khê (vỉa 8 Bắc) và Hồng Thái (vỉa 12 Tràng Khê).
- Đề tài thử nghiệm công nghệ giàn mềm ZRY20/30L của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ phối hợp với Công ty Than Hồng Thái (2015) tại mức +30/+95 vỉa 9b Tràng Khê II.
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Các công trình trong nước trước đây chủ yếu tối ưu hóa thông số kỹ thuật theo phương pháp so sánh phương án đơn lẻ hoặc đúc kết từ kinh nghiệm thực tiễn, chưa khái quát hóa cho nhiều điều kiện địa chất khác nhau. Luận án giải quyết bài toán xây dựng phương pháp luận và giải thuật tối ưu hóa các thông số cơ bản (chiều cao tầng khai thác, chiều dài theo phương cột khai thác) của HTKT lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY bằng phương pháp giải tích và mô hình toán - kinh tế.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết tối ưu hóa trong khai thác mỏ:
- Kế thừa các nguyên lý tối ưu hóa mỏ hầm lò của các nhà khoa học: B.I. Bokiy, L.D. Seviakov (bài toán số nguyên), A.S. Popov, P.Z. Zviagin, M.I. Agoshkov, A.M. Kournoosov, E.I. Shemiakin, K.N. Trubetskoy, M.V. Kurlenia, A.D. Ruban, A.M. Timoshenko, V.M. Sikora, V.I. Klimov.
- Hệ thống nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam: GS. Trần Văn Huỳnh, TS. Vũ Cao Đàm, TSKH. Lê Như Hùng (phương pháp kết hợp tối ưu cục bộ và tối ưu tổng hợp), TS. Ninh Quang Thành, PGS. Đỗ Mạnh Phong, PGS. Trần Văn Thanh, PGS. Phùng Mạnh Đắc, TS. Thái Hồng Phương, TS. Nguyễn Anh Tuấn.
Khung phân tích và phương pháp toán áp dụng:
- Phương pháp tiếp nhận lời giải phức tạp: Xây dựng ma trận đánh giá điều kiện địa chất $A = (J_{ij}){n \times m}$, hàm đánh giá tổng hợp chất lượng $K{TH} = \sum_{i=1}^n K_i$ hoặc $K_{TH} = \prod_{i=1}^n K_i$ với điểm tiêu chuẩn $K_i = J_{ij} / J_{ij}^{CH}$. Hàm tổng hợp có tính đến trọng số $m_i$: $$K_{TH} = f(K_i, m_i) = \sum_{i=1}^n k_i m_i$$ Trọng số $m_i$ được xác định theo biến cố chi phí $S_i$: $$m_i = \frac{S_i}{\sum_{i=1}^n S_i}$$ Kết hợp phương pháp chuyên gia Delphi với nhóm từ 10 đến 12 chuyên gia qua 3 vòng đánh giá, sử dụng kỹ thuật xử lý toán học bằng phương pháp trội, phương pháp bậc và tương quan cặp.
- Phương pháp giải tích:
- Hàm một biến: $f(x) = a x + b/x + c \to \min$
- Hàm hai biến: $f(S, n) = C_1 S + \frac{C_2}{nS} + \frac{C_3}{S} + C_4 n + \frac{C_5}{n} + C_6 \to \min$
- Phương pháp mô hình toán - kinh tế: Hàm mục tiêu chi phí quy đổi đơn vị: $$F(X, Y) = C + E_{HK} K \to \min$$ Trong đó: $Y$ là véc tơ điều kiện ban đầu (chiều dày, góc dốc vỉa, cơ lý đất đá); $X$ là tập hợp các thông số tối ưu cần tìm (chiều cao tầng, chiều dài cột khai thác, công suất, HTKT). Bài toán $n$ biến được phân rã thành $n$ bài toán một biến: $$\min \sum_{i=1}^n F_i(X_i, Y), \quad X_i \in D_i$$
Nguồn tư liệu và dữ liệu: Số liệu khảo sát thực tế tại các mỏ than vùng Uông Bí (Hồng Thái, Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Uông Bí) và các mỏ than Hòn Gai, Hạ Long, Quang Hanh, Mông Dương; báo cáo sản xuất và các đề tài nghiên cứu lưu trữ tại Viện Khoa học Công nghệ Mỏ và Tập đoàn TKV.
Nội dung chính theo từng chương
Luận án có khối lượng 126 trang, bao gồm 28 bảng biểu và 28 hình vẽ, được cấu trúc thành 4 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 này phân tích toàn diện các CNKT vỉa than dốc đứng trên thế giới và ở Việt Nam, đồng thời tổng kết cơ sở lý thuyết tối ưu hóa tham số mỏ.
| Tên mỏ (Liên Xô cũ) | Chiều dày vỉa (m) | Góc dốc vỉa (độ) | Loại giàn chống | Chiều dài giàn (m) | Sản lượng (T/tháng) | Năng suất lao động (T/công) | Tỷ lệ tổn thất (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kiselovsk | 3,0–4,0 | 56–63 | Phân mảng | 24–36 | 6.406 | 5,96–10,68 | 24,0 |
| Taibinsk | 3,6–4,1 | 66–69 | Phân mảng | 24–36 | 6.905 | 5,52–12,28 | 25,8 |
| Trernaia gora | 3,2–4,6 | 60–72 | Phân mảng | 30–34 | 3.171 | 4,59–7,50 | - |
| Hầm lò số 13 | 2,9–3,7 | 54–58 | Không phân mảng | 24–34 | 4.544 | 4,32–10,32 | - |
| Ziminka 1-2 | 4,0–4,2 | 70 | Không phân mảng | 24–33 | 9.431 | 7,12–9,68 | 30,0 |
| Kalininka | 3,5–4,7 | 68–72 | Không phân mảng | 24–36 | 4.093 | 5,40–8,52 | - |
| Koksovai-1 | 2,8–3,1 | 70–78 | Không phân mảng | 18–30 | 4.610 | 3,46–4,58 | 12,4 |
| Kalininka | 1,8–2,0 | 72 | Giàn vòm | - | 4.243 | 3,59–5,46 | - |
| Treliabinsk | 3,5–4,0 | >60 | Không phân mảng | 27 | 4.240 | - | - |
Thực trạng các CNKT thủ công và bán cơ giới tại Việt Nam được tổng hợp qua các bảng số liệu:
| Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật | Đơn vị | HTKT Buồng - thượng | HTKT Buồng - thượng chéo |
|---|---|---|---|
| Công suất lò chợ | T/năm | 40.000–70.000 | 40.000–60.000 |
| Năng suất lao động trực tiếp | T/công | 3,0–4,0 | 3,5–4,0 |
| Chi phí thuốc nổ | kg/1000T | 350–400 | 300–400 |
| Chi phí kíp nổ | cái/1000T | 800–900 | 700–900 |
| Chi phí mét lò chuẩn bị | m/1000T | 30–40 | 30–40 |
| Chi phí gỗ | $\text{m}^3$/1000T | 35–40 | 30–40 |
| Tỷ lệ tổn thất than | % | 45–55 | 40–50 |
| Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật | Đơn vị | Vàng Danh | Mạo Khê | Uông Bí | Hòn Gai | Hạ Long |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vật liệu chống giữ | - | Giá TLDĐ | Giá TLDĐ | Giá TLDĐ | Giá TLDĐ | Giá TLDĐ |
| Chiều dày vỉa | m | 3,0–4,8 | 3,0–4,5 | 2,5–3,5 | 2,5–4,0 | 3,5–4,5 |
| Góc dốc vỉa trung bình | độ | 60–70 | 60–65 | 55–65 | 45–55 | 55–60 |
| Chiều dài cột theo phương | m | 70–80 | 70–80 | 70–80 | 70–80 | 70–80 |
| Chiều cao phân tầng | m | 10–12 | 7–8 | 8–10 | 8 | 8–9 |
| Công suất khai thác | T/năm | 30.000–45.000 | 30.000–45.000 | 30.000–45.000 | 30.000–45.000 | 30.000–45.000 |
| Năng suất lao động | T/công | 2,5–3,5 | 2,8–3,6 | 2,2–2,5 | 2,3–2,7 | 2,0–3,2 |
| Chi phí thuốc nổ | kg/1000T | 78–85 | 136–142 | 132–152 | 112–130 | 98–167 |
| Chi phí kíp nổ | cái/1000T | 184–197 | 214–227 | 287–348 | 186–209 | 160–282 |
| Chi phí mét lò chuẩn bị | m/1000T | 41–48 | 28–35 | 30–35 | 32–35 | 32–38 |
| Tỷ lệ tổn thất than | % | 32–36 | 34–37 | 34–36 | 33–38 | 37–40 |
Các thử nghiệm giàn chống cứng năm 1991 ghi nhận sản lượng 48 T/ngày (Mạo Khê) và 47 T/ngày (Vàng Danh) nhưng tổn thất than cao (>50% và 54,69%), chi phí mét lò chuẩn bị lớn (62,0 m/1000T và 58,3 m/1000T). Thử nghiệm giàn mềm chữ I (2001–2004 tại Vàng Danh) đạt sản lượng 50 T/ngày, NSLĐ 1,55 T/công, tổn thất than 31%. Thử nghiệm chèn lò Kakuchi năm 2006 tại Mạo Khê đạt sản lượng cao nhất 1.395 T/tháng, NSLĐ 0,47 T/công, chi phí đá chèn $730\text{ m}^3/1000\text{T}$, chi phí gỗ $54\text{ m}^3/1000\text{T}$.
| Chỉ tiêu KT-KT của tổ hợp 2ANSH | Đơn vị | Mạo Khê (Vỉa 8 Bắc) | Hồng Thái (Vỉa 12 Tràng Khê) |
|---|---|---|---|
| Chiều dày trung bình vỉa | m | 2,2 | 2,0 |
| Góc dốc trung bình vỉa | độ | 58 | 50 |
| Trọng lượng thể tích than | $\text{T/m}^3$ | 1,52 | 1,56 |
| Chiều dài theo hướng dốc một cột | m | 130 | 205 |
| Chiều cao khấu lò chợ | m | 2,2 | 2,0 |
| Chiều rộng luồng khấu | m | 0,63 | 0,63 |
| Tiến độ khai thác 1 ngày-đêm | m | 1,33 | 0,51 |
| Sản lượng lò chợ 1 ngày-đêm | Tấn | 100–400 | 200–400 |
| Sản lượng khai thác 1 tháng | Tấn | 4.000–8.207 | 4.000–7.068 |
| Công suất lò chợ trung bình | T/năm | 50.000 (tổng đạt 226.460 T) | 59.000 (cao nhất đạt 96.325 T) |
| Năng suất lao động | T/công | 4,0–5,6 | 3,1–5,6 |
| Chi phí gỗ cho 1000T than | $\text{m}^3$ | 35,8 | 29,1 |
| Chi phí mét lò chuẩn bị cho 1000T | m | 7,1–11,4 | 5,2–8,8 |
| Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000T | kg | 52,1 | 52,0 |
| Chi phí răng khấu cho 1000T | cái | 3 | 3 |
| Tổn thất than theo công nghệ | % | 12–19 | 3,7–12,5 |
Chỉ tiêu thực tế của công nghệ giàn mềm ZRY20/30L tại mức +30/+95 vỉa 9b khu Tràng Khê II (Hồng Thái):
| Chỉ tiêu KT-KT của giàn mềm ZRY20/30L | Đơn vị | Thiết kế | Thực tế |
|---|---|---|---|
| Chiều dày vỉa | m | 2,7 | 2,7 |
| Góc dốc vỉa | độ | 48 | 48 |
| Sản lượng khai thác 1 ngày-đêm | Tấn | 334 | 293 (có giai đoạn >400) |
| Sản lượng khai thác 1 tháng | Tấn | 8.325 | 8.325 |
| Công suất khai thác lò chợ | T/năm | 90.900 | 90.900 |
| Nhân công khai thác 1 ngày-đêm | Công | 63 | 39 |
| Năng suất lao động trực tiếp | T/công | 5,3 | 5,5 |
| Chi phí thuốc nổ cho 1000T than | kg | 142 | 112 |
| Chi phí kíp nổ cho 1000T than | cái | 472 | 444 |
| Chi phí gỗ cho 1000T than | $\text{m}^3$ | - | 5,3 |
| Chi phí lưới nhựa cho 1000T than | kg | 5,0 | 5,0 |
| Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000T than | kg | 25,6 | 40,5 |
| Mét lò chuẩn bị cho 1000T than | m | 17,3 | 16,7 |
| Tổn thất than | % | 21,0 | 16,3 (12,6–16,3) |
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 phân tích đặc điểm địa chất kỹ thuật mỏ khu vực Uông Bí và thực hiện phân loại, so sánh để lựa chọn giải pháp công nghệ:
- Đánh giá các yếu tố địa chất: Chiều dày vỉa biến động, góc dốc lớn ($>45^\circ$), vách trụ có độ bền vững từ trung bình đến yếu, tính chất cơ lý than và mức độ nứt nẻ kiến tạo.
- Xác lập nguyên tắc lựa chọn công nghệ theo hướng giảm tổn thất than, nâng cao mức độ an toàn và năng suất.
- Kết luận lựa chọn: Ưu tiên áp dụng CNKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY (ZRY16/25L cho vỉa dày 1,6–2,5 m; ZRY20/30L cho vỉa dày 2,0–3,0 m; ZRY35/45L cho vỉa dày 3,5–4,5 m); kết hợp CNKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH cho các diện vỉa có điều kiện địa chất phù hợp.
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 thiết lập mô hình toán kinh tế và thuật toán giải tích để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu của HTKT giàn mềm ZRY:
- Thiết lập hàm mục tiêu chi phí khai thác đơn vị theo các biến số hình học và kinh tế mỏ.
- Xác định quy luật tương quan:
- Chiều cao tầng khai thác tối ưu ($H_t$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị.
- Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu ($L_p$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than và chi phí 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 cụ thể hóa kết quả nghiên cứu lý thuyết vào đối tượng vỉa 9b khu Tràng Khê:
- Áp dụng các công thức và giải thuật tối ưu từ Chương 3 cho điều kiện vỉa 9b.
- Xác định bộ thông số tối ưu: Chiều cao tầng khai thác tối ưu $H_t = 75 \div 80\text{ m}$; chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu $L_p = 650 \div 700\text{ m}$.
- Thiết kế chi tiết sơ đồ chuẩn bị, sơ đồ thông gió bằng hạ áp chung, hệ thống vận tải máng trượt và cúp tháo than, quy trình khấu than nổ mìn dải khấu $10 \div 20\text{ m}$, tiến độ luồng khấu $0,8\text{ m}$, hạ giàn tự dịch chuyển nhờ áp lực đất đá phá hỏa và tự trọng.
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:
- Xây dựng điều kiện áp dụng cho các loại hình CNKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng trong điều kiện mỏ hầm lò Việt Nam.
- Xây dựng phương pháp luận và giải thuật tối ưu hóa các thông số kỹ thuật ("chiều cao tầng khai thác", "chiều dài theo phương cột khai thác") cho HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY bằng phương pháp mô hình toán - kinh tế và giải tích.
- Xác lập các quy luật tương quan giữa thông số hình học khai trường ($H_t, L_p$) với các yếu tố địa chất (chiều dày, góc dốc vỉa) và chi phí kinh tế mỏ (chi phí thiết bị, chi phí đào xén lò).
Những đóng góp mới về mặt thực tiễn:
- Đề xuất lựa chọn hợp lý công nghệ khai thác cho vùng Uông Bí: Ưu tiên CNKT lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY và CNKT CGH đồng bộ tổ hợp 2ANSH.
- Thiết kế thành công HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái với các thông số tối ưu: $H_t = 75 \div 80\text{ m}$, $L_p = 650 \div 700\text{ m}$.
- Nâng cao các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong khai thác vỉa dốc đứng: Giảm tổn thất than xuống mức 12,6% ÷ 16,3% (so với 30% ÷ 55% của công nghệ truyền thống), tăng NSLĐ trực tiếp lên 5,5 T/công, giảm chi phí mét lò chuẩn bị xuống 16,7 m/1000T.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất:
- Tránh tác động của nước ngầm và nước mặt chảy vào lò chợ (bài học từ mỏ Mạo Khê và Hồng Thái ở các giai đoạn trước).
- Đối với công nghệ 2ANSH, cần xem xét sử dụng đồng thời 02 tổ hợp (01 khai thác, 01 lắp đặt chờ) để hạn chế thời gian gián đoạn sản xuất khi chuyển diện.
- Đồng bộ hóa khâu vận tải lò dọc vỉa vận tải, tránh sử dụng phương tiện gián đoạn làm hạn chế công suất lò chợ.
- Mở rộng áp dụng HTKT lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY cho các vỉa than có điều kiện địa chất tương tự tại các mỏ hầm lò thuộc TKV.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Đối tượng nghiên cứu và cơ sở dữ liệu thực nghiệm tập trung chủ yếu vào các vỉa than dày trung bình, dốc đứng khu vực Uông Bí - Quảng Ninh (chủ yếu là mỏ Hồng Thái, Mạo Khê, Vàng Danh).
- Giải thuật tối ưu hóa thông số hình học chuyên sâu cho loại hình HTKT lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY, chưa mở rộng giải tích cho tất cả các loại hình HTKT dốc đứng khác.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Nghiên cứu mở rộng ứng dụng và hoàn thiện mô hình tính toán cho các điều kiện vỉa có biến động lớn về uốn nếp kiến tạo, chiều dày và góc dốc.
- Nghiên cứu các giải pháp cơ giới hóa khâu phá vỡ than kết hợp trong lò chợ giàn mềm ZRY nhằm thay thế phương pháp khoan nổ mìn truyền thống.
- Nghiên cứu kiểm soát địa chất thủy văn và xử lý nước ngầm phục vụ khai thác vỉa dốc đứng.
Giá trị tham khảo
Giá trị đối với các đối tượng sử dụng:
- Cán bộ kỹ thuật và đơn vị quản lý mỏ (TKV, các công ty than Uông Bí, Hồng Thái, Mạo Khê, Vàng Danh): Tham khảo các thông số thiết kế thực tế, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và quy trình lắp đặt, vận hành giàn mềm ZRY và tổ hợp 2ANSH để lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện mỏ.
- Kỹ sư thiết kế mỏ: Sử dụng mô hình toán - kinh tế và phương pháp giải tích để tính toán chiều cao tầng ($H_t$) và chiều dài cột ($L_p$) tối ưu khi lập dự án khai thác các vỉa than dốc đứng.
- Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên chuyên ngành Khai thác mỏ hầm lò: Sử dụng làm tài liệu tham khảo về phương pháp tối ưu hóa thông số HTKT mỏ và tổng quan các công nghệ khai thác vỉa dốc đứng trên thế giới và ở Việt Nam.
Phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Bảng tổng hợp số liệu so sánh kinh tế - kỹ thuật của các loại hình HTKT ở Chương 1.
- Phương pháp luận, giải thuật xây dựng hàm mục tiêu chi phí quy đổi ở Chương 3.
- Bản thiết kế thông số công nghệ lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY vỉa 9b Tràng Khê ở Chương 4.
Câu hỏi thường gặp
1. Trữ lượng than vỉa dày trung bình, dốc đứng tại khu vực Uông Bí chiếm tỷ trọng bao nhiêu?
Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại bể than Đông Bắc chiếm từ 5% đến 8% tổng trữ lượng toàn bể, trong đó tập trung lớn nhất tại vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54,6 triệu tấn. Hàng năm sản lượng khai thác từ các vỉa này chiếm khoảng 7% đến 8% tổng sản lượng của TKV.
2. Nhược điểm lớn nhất của các công nghệ khai thác vỉa dốc truyền thống (dạng buồng và lò dọc vỉa phân tầng) là gì?
Các công nghệ truyền thống có sản lượng và NSLĐ thấp (NSLĐ buồng đạt 3,0–4,0 T/công; lò DVPT đạt 2,0–3,6 T/công), chi phí mét lò chuẩn bị lớn (30–48 m/1000T), chi phí vật liệu gỗ cao và tỷ lệ tổn thất than rất lớn (lò DVPT từ 32% đến 40%, công nghệ buồng từ 40% đến 55%). Ngoài ra, công nghệ buồng tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn khi công nhân vào xử lý tắc than trong buồng.
3. Chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế thực tế đạt được của lò chợ giàn mềm ZRY20/30L tại mỏ Hồng Thái là bao nhiêu?
Tại mức +30/+95 vỉa 9b khu Tràng Khê II, lò chợ ZRY20/30L đạt sản lượng trung bình 293 T/ngày-đêm (giai đoạn cao điểm đạt trên 400 T/ngày-đêm), công suất đạt 90.900 T/năm, NSLĐ trực tiếp đạt 5,5 T/công (vượt thiết kế 5,3 T/công), mét lò chuẩn bị 16,7 m/1000T, và tỷ lệ tổn thất than giảm xuống 16,3% (dao động từ 12,6% đến 16,3%).
4. Quy luật tương quan giữa các thông số tối ưu của HTKT giàn mềm ZRY được luận án xác lập như thế nào?
Trong CNKT lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY: Chiều cao tầng khai thác tối ưu ($H_t$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò và tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị. Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu ($L_p$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; đồng thời tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than và chi phí thiết bị.
5. Bộ thông số khai thác tối ưu thiết kế cho vỉa 9b khu Tràng Khê (Công ty Than Hồng Thái) có giá trị cụ thể là bao nhiêu?
Đối với điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, chiều cao tầng khai thác tối ưu được xác định là $H_t = 75 \div 80\text{ m}$, và chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu là $L_p = 650 \div 700\text{ m}$.
Kết luận
Luận án đã giải quyết yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong khai thác than hầm lò đối với các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại khu vực Uông Bí - Quảng Ninh. Bằng việc kết hợp phương pháp giải tích và mô hình toán - kinh tế, luận án đã xác lập cơ sở khoa học để tối ưu hóa hai thông số then chốt là chiều cao tầng khai thác và chiều dài cột khai thác theo phương cho công nghệ lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY. Kết quả thiết kế áp dụng cho vỉa 9b khu Tràng Khê (Công ty Than Hồng Thái) với chiều cao tầng $H_t = 75 \div 80\text{ m}$ và chiều dài theo phương $L_p = 650 \div 700\text{ m}$ đã chứng minh hiệu quả qua việc giảm tỷ lệ tổn thất than xuống 12,6% ÷ 16,3% và nâng cao năng suất lao động. Đây là cơ sở khoa học và thực tiễn để Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam nhân rộng áp dụng công nghệ giàn mềm ZRY và tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH nhằm thay thế các công nghệ thủ công truyền thống.