Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu hoàn thiện một số thông số công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ hạ trần than ở vỉa dày dốc thoải và nghiêng tại các mỏ hầm lò vùng quảng ninh

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu hoàn thiện thông số công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ hạ trần than tại mỏ hầm lò Quảng Ninh.

• Tác giả: Nông Việt Hùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Vũ Chí
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Khai Thác Mỏ
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoàn Thiện Thông Số Công Nghệ Khai Thác Lò Chợ Cơ Giới Hóa Đồng Bộ Tại Mỏ Hầm Lò Quảng Ninh
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ Ở CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
• 1.2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT - KỸ THUẬT MỎ ĐẾN QUÁ TRÌNH THU HỒI THAN NÓC
• 1.3. HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN THAN Ở VỈA DÀY, THOẢI VÀ NGHIÊNG VÙNG QUẢNG NINH
• 1.4. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN THAN Ở VỈA DÀY, THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI MỘT ĐIỀU KIỆN CỤ THỂ
• KẾT LUẬN CHUNG- KIẾN NGHỊ. KẾT LUẬN CHUNG- KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ khai thác lò chợ

Công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ tại các mỏ hầm lò Quảng Ninh đã được áp dụng với nhiều thành công. Việc sử dụng thiết bị cơ giới hóa giúp nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu rủi ro trong quá trình khai thác. Theo nghiên cứu, các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng là những điều kiện lý tưởng cho việc áp dụng công nghệ này. Đặc biệt, việc khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc thu hồi than, giảm thiểu tổn thất và nâng cao an toàn lao động. "Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ là giải pháp công nghệ then chốt trong việc nâng cao năng suất lao động, sản lượng khai thác và mức độ an toàn".

1.1. Kinh nghiệm khai thác trong nước

Tại Việt Nam, việc khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ đã được triển khai tại nhiều mỏ than lớn. Các mỏ như Hà Lầm, Nam Mẫu, và Vàng Danh đã áp dụng công nghệ này với những kết quả khả quan. Theo quy phạm kỹ thuật khai thác hầm lò, các vỉa than được phân loại theo chiều dày và góc dốc, từ đó xác định phương pháp khai thác phù hợp. Việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa đã giúp tăng sản lượng khai thác, tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để tối ưu hóa quy trình này.

1.2. Kinh nghiệm khai thác quốc tế

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã áp dụng công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ với những thành công nhất định. Các nước như Trung Quốc, Nga và Mỹ đã phát triển các công nghệ tiên tiến, giúp nâng cao hiệu quả khai thác than. Việc áp dụng các thiết bị hiện đại, cùng với quy trình khai thác hợp lý, đã giúp họ tối ưu hóa sản lượng và giảm thiểu tổn thất. "Kinh nghiệm từ các quốc gia này có thể là bài học quý giá cho Việt Nam trong việc phát triển công nghệ khai thác than".

II. Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố địa chất kỹ thuật

Yếu tố địa chất và kỹ thuật mỏ có ảnh hưởng lớn đến quá trình thu hồi than nóc. Các yếu tố như áp lực mỏ, cấu trúc địa chất, và tính chất của than đều cần được xem xét kỹ lưỡng. Nghiên cứu cho thấy, quy luật dịch chuyển của than nóc có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cả độ dày của vỉa và góc dốc. "Các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ cần được phân tích để đưa ra các giải pháp khai thác hợp lý". Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và nâng cao hiệu quả thu hồi than.

2.1. Quy luật dịch chuyển của than nóc

Quy luật dịch chuyển của than nóc là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình khai thác. Khi khai thác ở các vỉa dày, dốc thoải và nghiêng, việc nắm bắt quy luật này sẽ giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc thiết kế lò chợ. "Hiểu rõ quy luật dịch chuyển của than nóc sẽ giúp giảm thiểu tổn thất và nâng cao hiệu quả khai thác".

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thu hồi than nóc

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình thu hồi than nóc, bao gồm áp lực mỏ, độ dày của vỉa, và góc dốc. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp xác định được các thông số công nghệ hợp lý cho lò chợ. "Các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ cần được xem xét để tối ưu hóa quy trình khai thác".

III. Hoàn thiện thông số công nghệ khai thác

Việc hoàn thiện thông số công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả khai thác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc lựa chọn chiều cao lớp than hạ trần và bước thu hồi than hạ trần là những yếu tố quan trọng. "Xác định thông số công nghệ hợp lý sẽ giúp nâng cao mức độ an toàn lao động và hiệu quả khai thác". Các thông số này cần được điều chỉnh dựa trên điều kiện địa chất cụ thể của từng mỏ.

3.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm. Việc khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu địa chất là rất quan trọng để đưa ra các thông số công nghệ chính xác. "Phương pháp nghiên cứu cần được thiết kế để đảm bảo tính chính xác và khả thi trong thực tế".

3.2. Xây dựng mô hình và thí nghiệm mô phỏng

Xây dựng mô hình và tiến hành thí nghiệm mô phỏng là bước quan trọng trong việc hoàn thiện thông số công nghệ. Các mô hình này sẽ giúp dự đoán được hiệu quả của các thông số khác nhau trong quá trình khai thác. "Mô hình và thí nghiệm mô phỏng sẽ cung cấp những thông tin quý giá cho việc tối ưu hóa quy trình khai thác".

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc hoàn thiện thông số công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả khai thác than tại các mỏ hầm lò Quảng Ninh. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện quy trình khai thác, từ đó nâng cao sản lượng và an toàn lao động. "Kết quả nghiên cứu có thể đóng góp vào chương trình xây dựng hướng phát triển công nghệ cơ giới hóa khai thác tại các mỏ than hầm lò Việt Nam".

4.1. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật

Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hóa quy trình khai thác là rất cần thiết. Các giải pháp này cần dựa trên các kết quả nghiên cứu và thực tiễn tại các mỏ. "Giải pháp kỹ thuật cần được thiết kế để phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể của từng mỏ".

4.2. Kiến nghị về chính sách

Cần có các chính sách hỗ trợ cho việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa trong khai thác than. Các chính sách này sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của ngành than, đồng thời nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất. "Chính sách hỗ trợ sẽ là động lực quan trọng cho sự phát triển bền vững của ngành than Việt Nam".

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận - kiến nghị. Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đặng Vũ Chí, PGS.TS Phùng Mạnh Đắc, Bộ môn khai thác Hầm lò, Hội khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam. Lời cảm ơn Tác giả luận án xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác Hầm lò, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, đặc biệt là PGS.TS Đặng Vũ Chí, PGS.TS Phùng Mạnh Đắc, những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu. Tác giả luận án cũng đã nhận được nhiều đóng góp quý báu, sự ủng hộ, giúp đỡ và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp, ban lãnh đạo Viện KHCN mỏ-Vinaco min cơ quan NCS công tác, Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam, lãnh đạo và tập thể các đơn vị trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, đặc biệt là Mỏ than Hà Lầm đã tạo điều kiện giúp đỡ NCS có thực nghiệm hoàn chỉnh kiểm chứng Luận án nghiên cứu đưa vào thực tế sản xuất.

TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ Ở CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1. KINH NGHIỆM KHAI THÁC VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TRONG NƯỚC Căn cứ Quy phạm kỹ thuật khai thác hầm lò than và diệp thạch 18-TCN-5- 2006, theo đặc điểm chiều dày và góc dốc, các vỉa than được phân chia theo từng nhóm như sau [4]: - Theo chiều dày: vỉa rất mỏng (0,7m); vỉa mỏng (0,71 ÷ 1,20m); vỉa trung bình (1,21 ÷ 3,5m); vỉa dày (>3,5m). - Theo góc dốc: vỉa thoải (<15º); vỉa nghiêng (15 ÷ 35º); vỉa dốc nghiêng (35 ÷ 55º); vỉa dốc đứng (55º). Với mục tiêu nghiên cứu hoàn thiện một số thông số của sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa dày, thoải đến nghiêng.

Đối tượng nghiên cứu là vỉa than có chiều dày dốc thoải và nghiêng và góc dốc < 35 độ. Phần lớn các vỉa than này phân bố tại các mỏ than Hà Lầm, Nam Mẫu, Vàng Danh, Núi Béo, Hạ Long, Khe chàm và Thống Nhất và chiếm khoảng 44,41% tổng trữ lượng đã được quy hoạch. Chi tiết xem bảng 1. Tổng hợp trữ lượng than tại các mỏ hầm lò lớn vùng Quảng Ninh và tỷ lệ trữ lượng than trong các vỉa dày, dốc thoải và nghiêng Trữ lượng toàn Trữ lượng vỉa dày, dốc thoải TT Tên mỏ Tỷ lệ % mỏ, 1000 tấn đến nghiêng, 1000 tấn 1 Mạo Khê 74.786 0 0 Mạo Nam Uông Bí Vàng Hà Lầm Núi Béo Dương Quang Thống Hạ Long Khe Mông Khê Mẫu Danh Huy Hanh Nhất Chàm Dương Trữ lượng toàn mỏ, 1000 tấn Vỉa dày, dốc thoải đến nghiêng, 1000 tấn Hình 1.

Mối tương quan giữa tổng trữ lượng than tại các mỏ với trữ lượng than tại các vỉa dày, dốc thoải và nghiêng Trữ lượng toàn mỏ, 630.10 3 T; 100% Trữ lượng vỉa dày, dốc thoải đến nghiêng; 280.Tỷ lệ trữ lượng vỉa dày, thoải đến nghiêng với tổng trữ lượng toàn mỏ Phân tích bảng 1.1và biểu đồ trên cho thấy trữ lượng các khu vực vỉa dày thoải đến nghiêng chiếm một tỷ trọng tương đối lớn so với tổng trữ lượng của các mỏ, trong đó tập trung cao tại mỏ Hà Lầm, Núi Béo và Hạ Long. Trong những năm vừa qua, việc áp dụng cơ giới hóa đồng bộ khi khai thác các vỉa than tại các mỏ hầm lò Việt Nam vẫn còn hạn chế. Với điều kiện vỉa dày, dốc thoải và nghiêng thì Công nghệ cơ giới hóa khai thác hạ trần được triển khai trong ngành mỏ 6 Việt Nam theo cả hai mô hình bao gồm máy khấu kết hợp với giàn chống có kết cấu thu hồi 01 máng cào (than hạ trần và than khấu gương được vận tải chung trên 01 tuyến máng cào đặt tại luồng gương) hay máy khấu kết hợp với giàn chống có kết cấu thu hồi 02 máng cào (than gương và than thu hồi vận tải độc lập thông qua máng cào gương đặt tại luồng gương và máng cào thu hồi nằm phía phá hỏa). Trong đó, công nghệ cơ giới hóa đồng bộ sử dụng máy khấu với giàn chống có kết cấu thu hồi 01 máng cào được triển khai tại Công ty than Vàng Danh từ năm 2008, tiếp đó tại Công ty than Nam Mẫu từ năm 2010; công nghệ cơ giới hóa đồng bộ sử dụng máy khấu với giàn chống có kết cấu thu hồi 02 máng cào được triển khai tại Công ty than Hà Lầm từ năm 2015 đến nay.

Chi tiết kết quả áp dụng đạt được các công nghệ như sau: 1. Kinh nghiệm áp dụng Công nghệ CGH đồng bộ, lò chợ sử dụng máy khấu kết hợp với giàn chống có kết cấu thu hồi 01 máng cào [4]. Khái quát quá trình triển khai áp dụng Công nghệ CGH đồng bộ hạ trần thu hồi than nóc đã được triển khai tại lò chợ II-8-2 khu giếng Vàng Danh từ tháng 01/2008 ÷ 12/2013 theo hai giai đoạn, trong đó: - Giai đoạn I (từ ngày 01/12/2007÷ 27/3/2008): thực hiện có tính chất thử nghiệm nhằm mục tiêu khẳng định khả năng làm việc và sự phù hợp của giàn chống cơ giới hóa với điều kiện địa chất mỏ Vàng Danh, lò chợ có chiều dài 45m, chiều dài theo phương khu khai thác 30m. Trong giai đoạn I, lò chợ lắp đặt tổng cộng 30 giàn chống tự hành Vinaalta do Công ty Cổ phần Chế tạo máy phối hợp với Công ty ALTA của Cộng hoà Séc sản xuất tại Việt Nam và sử dụng máy khấu MG-200W1, máng cào SGB-620/110x2 sản xuất tại Trung Quốc cùng các thiết bị đi kèm được tiếp nhận từ Công ty than Khe Chàm.Sản lượng khai thác được của giai đoạn I là 21.341 tấn với một số thông số công nghệ chính như chiều cao khấu gương 2,5m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 5,0m và bước thu hồi than hạ trần là 0,63m.

- Giai đoạn II (từ 16/6/2008 - 12/2013) lò chợ được triển khai đồng bộ với chiều dài 120m, theo đó lò chợ được lắp thêm 50 giàn chống, nâng tổng số giàn chống trong lò chợ là 80 giàn và các đồng bộ thiết bị của lò chợ được nhập khẩu từ Cộng hoà Séc gồm: máy khấu MB-450E, máng cào DSS-260/2x90, máy chuyển tải DSS-190, máy nghiền,. Một số thông số công nghệ chính giai đoạn này là: chiều cao khấu gương 2,8m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 4,7m và bước thu hồi than hạ trần là 0,8m. Do điều kiện địa kỹ thuật mỏ biến động phức tạp, trang thiết bị chưa đồng bộ, chất lượng thiết bị chưa hoàn chỉnh. Quá trình khai thácgiai đoạn 2 xảy ra một số sự cố làm gián đoạn sản xuất với thời gian dừng lớn, nguyên như điều kiện trụ vách trong lò chợ biến động khi vỉa thu hẹp lại khấu đá răng cắt máy khấu không cắt được phải khấu căn tẩy nổ mìn;thiết bị máy khấu bị hỏng phải khấu thủ công từ 12/5/2011 - 3/6/2011, sau đó phải dừng lò chợ để sửa chữa thiết bị, thay thế các vật tư thiết bị hư hỏng; thời 7 gian dừng lò chợ từ 14/11/2011 - 15/6/2012 để cắt ngắn 40m đầu lò chợ do đá trụ nổi cục bộ với chiều cao 1,6  3,0 m; dừng hoạt động từ ngày 10/7/2012 đến 7/8/2012 để hàn, sửa chữa máng cào lò chợ DSS-260; dừng lò chợ từ 8/7/2012 đến 24/8/2012 do lượng nước chảy vào lò chợ lớn (lớn nhất vào ngày 19/8/2012, lên tới 394 m3/h),.

Các sự cố nêu trên đã xảy ra các hỏng hóc mang tính dây chuyền làm cho đồng bộ thiết bị hoạt động không còn hiệu quả nên từ tháng 11/2012, các bên đã thống nhất dừng khai thác lò chợ để thu rút thiết bị ra ngoài mặt bằng, thời gian thu rút từ tháng 01/2013 - 12/2013. Như vậy, tính từ tháng 1/2008 đến tháng 12/2013 công nghệ cơ giới hóa khai thác tại Công ty than Vàng Danh đã triển khai với thời gian tổng cộng là 6 năm. Trong đó, thời gian dừng khai thác để sửa chữa là 1 năm 3 tháng (từ tháng 6/2011 đến hết tháng 8/2012); thời gian hoạt động khai thác và có sửa chữa thiết bị thường kỳ là 3 năm 8 tháng; thời gian thực hiện thu hồi hệ thống thiết bị lò chợ là 13 tháng (từ tháng 12/2012 đến 12/2013). Tổng sản lượng khai thác được là 459.Thống kê sản lượng theo từng tháng xem bảng 1.

Tổng hợp sản lượng khai thác của lò chợ CGHtại mỏ Vàng Danh Năm Sản lượng than khai thác (tấn) Tháng 2008 2009 2010 2011 2012 Tháng 1 8.342 Tháng 2 (sản lượng 16.767 tính theo Tháng 3 14.828 giai đoạn I - Tháng 4 21.802 NSLĐ 10,0 10,2 10,8 3,6 5,5 Năng suất lao động trung bình: 9,5 tấn/công Tổng sản lượng than khai thác giai đoạn II: 458.939 (tấn) 8 Từ kinh nghiệm tại Công ty than Vàng Danh, tháng 8/2010công nghệ cơ giới hóa sử dụng giàn thu hồi 01 máng cào tiếp tục được triển khai tại Công ty than Nam Mẫuvới một số thông số công nghệ chính như chiều cao khấu gương 2,8m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 3,9m và bước thu hồi than hạ trần là 0,8m. Tính đến thời điểm tạm dừng khai thác chuyển thiết bị ra ngoài mặt bằng để trung tu bảo dưỡng (tháng 6/2015), công nghệ cơ giới hóa khai thác tại Công ty than Nam Mẫu đã triển khai được 59 tháng, trong đó 49 tháng lò chợ hoạt động, 10 tháng lò chợ chuyển diện và tháo chuyển thiết bị. Công nghệ đã được triển khai tại 04 lò chợ (03 lò chợ tại vỉa 6 và 01 lò chợ tại vỉa 5), tổng sản lượng khai thác được là 665. Chi tiết sản lượng theo các tháng xem bảng sau.

Tổng hợp sản lượng khai thác của lò chợ CGH tại mỏ Nam Mẫu Năm Sản lượng khai thác (tấn) Tổng cộng Tháng 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Tháng 1 23. Đánh giá kết quả áp dụng Tổng hợp kết quả áp dụng trong những năm vừa qua cho thấy tại mỏ Vàng Danh sản lượng khai thác đạt từ 2.640 tấn/tháng, trung bình 12.139 tấn/tháng; công suất lò chợ đạt từ 128.476 tấn/nămm, trung bình 145.673 tấn/năm; NSLĐ đạt từ 3,6 ÷ 10,8 tấn/công, trung bình 9,5 tấn/công. Tại mỏ Nam Mẫu sản lượng khai thác đạt từ 1.540 tấn/tháng, trung bình 11.847 tấn/tháng; công 9 suất lò chợ đạt từ 64.201tấn/năm, trung bình 142.486tấn/năm; NSLĐ đạt từ 3,1 ÷ 11,3 tấn/công, trung bình 7,2 tấn/công. Tổng hợp kết quả đánh giá xem bảng 1.

Bảng tổng hợp kết quả áp dụng CGH hạ trần than nóc sử dụng giàn tự hành loại 1 máng cào Các chỉ tiêu cơ bản Vàng Danh Nam Mẫu Trung bình 2.500 Sản lượng tháng (tấn/tháng) 12.201 Công suất lò chợ (tấn/năm) 204.