Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Khai thác mỏ (mã số: 9520603) của tác giả Đào Trọng Cường, được thực hiện tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Đức Dư (năm 2017), mang tiêu đề: "Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác và tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh".

  • Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu: Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng chiếm tỷ trọng khoảng 5 ÷ 8% 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 than khai thác từ đối tượng vỉa này chiếm khoảng 7 ÷ 8% tổng sản lượng của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV). Tại các mỏ hầm lò, công tác khai thác các vỉa than này chủ yếu vẫn duy trì các công nghệ khai thác thủ công như công nghệ khai thác dạng buồng hoặc công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng. Các công nghệ này bộc lộ nhiều hạn chế về sản lượng, năng suất lao động thấp, chi phí mét lò chuẩn bị lớn và tỷ lệ tổn thất tài nguyên cao (từ 30 ÷ 40%, một số sơ đồ lên tới 40 ÷ 55%). Một số mỏ đã đưa vào thử nghiệm tổ hợp cơ giới hóa đồng bộ 2ANSH và giàn chống mềm loại ZRY. Tuy nhiên, thời gian áp dụng chưa dài, thiếu cơ sở khoa học đồng bộ trong việc xác định điều kiện áp dụng cũng như chưa xây dựng mô hình toán - kinh tế để tối ưu hóa các thông số hình học của hệ thống khai thác nhằm hạ thấp giá thành sản xuất.
  • Mục tiêu nghiên cứu: Lựa chọn được công nghệ khai thác hợp lý và tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh, nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và năng suất lao động trong khai thác than hầm lò.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ khai thác và hệ thống khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng.
    • Phạm vi nghiên cứu: Về không gian, đề tài giới hạn tại các vỉa than dày trung bình, dốc đứng thuộc các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh (bao gồm các công ty than Vàng Danh, Mạo Khê, Hồng Thái, Uông Bí, Nam Mẫu; trong đó đối tượng thiết kế thử nghiệm cụ thể là vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái). Về mặt kỹ thuật, luận án tập trung nghiên cứu tối ưu hóa hai thông số chính là chiều cao tầng khai thác ($H_t$) và chiều dài theo phương cột khai thác ($L_p$) cho công nghệ lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm ZRY.
  • Luận điểm khoa học (Giả thuyết nghiên cứu):
    1. Đối với điều kiện các vỉa than dày trung bình dốc đứng vùng Uông Bí, nguyên tắc ưu tiên lựa chọn công nghệ khai thác là áp dụng công nghệ cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY và công nghệ chia cột theo hướng dốc, cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH.
    2. Trong công nghệ khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY: Chiều cao tầng 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, và tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, chi phí thiết bị.
    3. Trong điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái, chiều cao tầng khai thác tối ưu được xác định khoảng $H_t = 75 \div 80\text{ m}$, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu khoảng $L_p = 650 \div 700\text{ m}$.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tác giả đã điểm cứu toàn diện các công trình nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn về công nghệ khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới và tại Việt Nam:

Các công nghệ khai thác trên thế giới

  • Hệ thống khai thác bằng giàn chống cứng (Щитовая система разработки): Được nghiên cứu, thử nghiệm tại Liên Xô (cũ) từ những năm 1930, áp dụng rộng rãi tại Đông Âu và Trung Quốc từ thập niên 1960. Văn bản tổng hợp các số liệu áp dụng tại các mỏ thuộc Liên Xô: mỏ Kiselovsk (dày 3,0 ÷ 4,0 m, dốc 56 ÷ 63°, năng suất 5,96 ÷ 10,68 T/công, tổn thất 24%), mỏ Taibinsk (dày 3,6 ÷ 4,1 m, dốc 66 ÷ 69°, tổn thất 25,8%), mỏ Ziminka 1-2 (dày 4,0 ÷ 4,2 m, dốc 70°, sản lượng 9.431 T/tháng, tổn thất 30%), mỏ Koksovai-1 (dày 2,8 ÷ 3,1 m, dốc 70 ÷ 78°, tổn thất 12,4%), mỏ Kalininka, Hầm lò số 13, Treliabinsk.
  • Hệ thống cơ giới hóa đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than (ANSH, ASHM - АНЩ, АЩМ): Phát triển thành công tại bể than Donbass (Ukraina) từ những năm 1960, công suất lò chợ 2ANSH có thể đạt 250.000 T/năm, khấu theo hướng dốc với chiều rộng cột 40 ÷ 60 m, chiều dài dốc 100 ÷ 300 m.
  • Hệ thống cột dài theo phương, cơ giới hóa đồng bộ: Sử dụng các tổ hợp KGU, AK-3 (АК-3, КГУ) của Liên Xô cho góc dốc 35 ÷ 90°, sử dụng máy khấu Komsomoles, Temp-1, A-70, KND, Poisk-2 cho sản lượng 560 ÷ 700 T/ca; các biến thể tự động hóa KGU-D, KGU-M điều khiển từ ngoài lò chợ.
  • Các công nghệ khác: Hệ thống dạng buồng nổ mìn lỗ khoan dài đường kính lớn bằng máy khoan БГА-4В, УБВ-1,25, УБВ-600 (Nga, Ba Lan, Đông Đức, Anh) cho năng suất 12 T/ca nhưng tổn thất 40 ÷ 60%; công nghệ khấu than bằng máy cưa than theo hướng dốc hoặc theo phương để phòng ngừa hiện tượng cú đấm mỏ; công nghệ khai thác than bằng sức nước (Nga, Trung Quốc).

Các công nghệ khai thác trong nước

  • Hệ thống khai thác dạng buồng (buồng - thượng chéo và buồng - thượng): Phổ biến tại Vàng Danh, Nam Mẫu, Mạo Khê, Hồng Thái, Uông Bí, Quang Hanh, Mông Dương; tổn thất than rất lớn (40 ÷ 55%), chi phí gỗ 30 ÷ 40 $\text{m}^3/1000\text{T}$, năng suất lao động 3,0 ÷ 4,0 T/công.
  • Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng (DVPT): Sử dụng giá thủy lực di động (TLDĐ), chiếm 3,43% tổng sản lượng khai thác hầm lò; năng suất lao động 2,0 ÷ 3,6 T/công, tổn thất than 32 ÷ 40%, chi phí mét lò chuẩn bị 28 ÷ 48 m/1000T.
  • Thử nghiệm giàn chống cứng: Đề tài cấp nhà nước 12A-02-07 (1986 - 1991) do TS. Ninh Quang Thành làm chủ nhiệm, áp dụng giàn chống cứng không phân mảng tại vỉa 8 vách khu Tây Vàng Danh (sản lượng 47 T/ngày, tổn thất 54,69%) và giàn chống vòm thép SVP-27 tại vỉa 6 Tràng Khê mỏ Mạo Khê (sản lượng 48 T/ngày, tổn thất > 50%).
  • Thử nghiệm giàn chống mềm xà thép chữ I tại Vàng Danh (2001 - 2004): Áp dụng tại vỉa 8 dốc khu Tây, lò chợ xiên chéo dài 40 m, sản lượng 50 T/ngày, năng suất lao động 1,55 T/công, tổn thất than 31%.
  • Thử nghiệm lò chợ bậc chân khay chèn lò kiểu Kakuchi của Nhật Bản tại Mạo Khê (2006): Tại mức -25/+30 vỉa 8 Tây, sản lượng cao nhất 1.395 T/tháng, năng suất lao động 0,47 T/công, chi phí đá chèn 730 $\text{m}^3/1000\text{T}$.
  • Thử nghiệm tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH tại Mạo Khê và Hồng Thái (2008 - 2015): Tại Mạo Khê (vỉa 8 cánh Bắc mức -80/+25) đạt tổng sản lượng 226.460 T, năng suất 4,0 ÷ 5,6 T/công, tổn thất 12 ÷ 19%; tại Hồng Thái (vỉa 12 mức +200/+350) sản lượng bình quân 59.000 T/năm, tổn thất 3,7 ÷ 12,5%.
  • Thử nghiệm giàn chống mềm ZRY20/30L tại Công ty than Hồng Thái (từ tháng 8/2015): Tại vỉa 9b khu Tràng Khê II, đạt sản lượng 293 T/ngày đêm, năng suất lao động 5,5 T/công, giảm tỷ lệ tổn thất than xuống 16,3%.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù công nghệ 2ANSH và giàn mềm ZRY đã bước đầu khẳng định tính ưu việt, thực tiễn áp dụng tại vùng Uông Bí vẫn gặp trở ngại do chưa xác định cụ thể phạm vi và điều kiện địa chất - kỹ thuật áp dụng; các thông số của hệ thống khai thác lò chợ giàn mềm ZRY (như chiều cao tầng, chiều dài cột theo phương) trước đó chỉ áp dụng theo kinh nghiệm hoặc thiết kế định tính, chưa được tối ưu hóa toán học gắn với chi phí giá thành sản xuất trực tiếp trên một tấn than.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Lý thuyết khai thác mỏ hầm lò và điều khiển áp lực mỏ: Dựa trên các nguyên lý sập đổ đất đá vách, sự hình thành vòm cân bằng áp lực mỏ trên không gian khai thác dốc đứng; nguyên lý làm việc của giàn chống mềm dịch chuyển tự trượt theo trọng lượng bản thân và áp lực đất đá phá hỏa.
  • Lý thuyết tối ưu hóa kinh tế - mỏ: Xây dựng hàm mục tiêu giá thành sản xuất trực tiếp trên một tấn than $f(H_t, L_p) \to \min$, tổng hợp từ các hàm thành phần chi phí: đào và duy trì lò chuẩn bị, khấu than, vận tải, thông gió, khấu hao và dịch chuyển thiết bị, thoát nước và an toàn mỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng kết hợp kỹ thuật mỏ:

  • Phương pháp tổng hợp, đánh giá tài liệu: Phân tích kinh nghiệm áp dụng các sơ đồ khai thác vỉa dốc trong và ngoài nước.
  • Phương pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất: Phân tích địa tầng, tính chất cơ lý đá vách - đá trụ, địa chất thủy văn, khí mỏ và tính tự cháy của than tại các mỏ vùng Uông Bí.
  • Phương pháp thống kê, phân tích, so sánh: Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (năng suất lao động, chi phí vật liệu, tỷ lệ tổn thất, suất tiêu hao mét lò) của các hệ thống khai thác.
  • Phương pháp tính toán giải tích: Tính toán hộ chiếu chống giữ, xác định tải trọng áp lực mỏ tác dụng lên giàn chống ZRY và cột thủy lực đơn chuyên dùng.
  • Phương pháp mô hình toán - kinh tế và lập trình thuật toán: Thiết lập mô hình giải tích chi phí, xây dựng giải thuật và phần mềm tính toán tối ưu hóa đa biến xác định chiều cao tầng $H_t$ và chiều dài cột theo phương $L_p$.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu địa chất, địa tầng, cơ lý đá và trữ lượng vỉa than từ Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) và các công ty than vùng Uông Bí (Hồng Thái, Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Uông Bí).
  • Số liệu quan trắc, khảo sát thực tế và báo cáo nghiệm thu kỹ thuật các đề tài thử nghiệm của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ (Đề tài 12A-02-07, dự án thử nghiệm tổ hợp 2ANSH, dự án thử nghiệm giàn mềm ZRY20/30L).

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 này hệ thống hóa các sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dốc đứng trên thế giới (giàn chống cứng, tổ hợp ANSH, KGU, buồng nổ mìn đường kính lớn, máy cưa than, khai thác thủy lực) và tại Việt Nam. Tác giả tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật thực tế đạt được từ các công nghệ truyền thống và các dạng thử nghiệm trong nước:

Chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế HTKT buồng - thượng chéo HTKT buồng - thượng HTKT lò dọc vỉa phân tầng HTKT giàn chống cứng (Vàng Danh / Mạo Khê) HTKT cơ giới hóa 2ANSH (Hồng Thái / Mạo Khê) HTKT giàn mềm ZRY20/30L (vỉa 9b Tràng Khê II)
Công suất lò chợ (T/năm) 40.000 ÷ 60.000 40.000 ÷ 70.000 30.000 ÷ 45.000 15.000 ÷ 18.000 50.000 ÷ 96.325 90.900
Năng suất lao động (T/công) 3,5 ÷ 4,0 3,0 ÷ 4,0 2,0 ÷ 3,6 2,7 ÷ 3,9 3,1 ÷ 5,6 5,5
Tổn thất than (%) 40 ÷ 50 45 ÷ 55 32 ÷ 40 > 50 ÷ 54,69 3,7 ÷ 19 16,3
Chi phí gỗ ($\text{m}^3/1000\text{T}$) 30 ÷ 40 35 ÷ 40 25 ÷ 35 20,0 ÷ 36,4 29,1 ÷ 35,8 5,3
Chi phí thuốc nổ (kg/1000T) 300 ÷ 400 350 ÷ 400 78 ÷ 167 355 ÷ 400 Không nổ mìn lò chợ 112
Chi phí mét lò chuẩn bị (m/1000T) 30 ÷ 40 30 ÷ 40 28 ÷ 48 58,3 ÷ 62,0 5,2 ÷ 11,4 16,7

Chương 1 khẳng định sự cần thiết phải nghiên cứu tối ưu hóa các thông số cho công nghệ lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY - công nghệ có tiềm năng lớn về hạ giá thành và giảm tổn thất than.

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

  • Đặc điểm địa chất và phân bố trữ lượng: Tổng trữ lượng các vỉa dày trung bình ($m = 1,5 \div 3,5\text{ m}$), dốc đứng ($\alpha > 45^\circ$) vùng Uông Bí là 54,6 triệu tấn. Luận án phân tích chi tiết tính chất cơ lý đá vách, đá trụ (độ bền nén, kéo, mức độ ổn định), mức độ chứa khí nổ mêtan, nguy cơ cháy nội sinh và địa chất thủy văn.
  • Xây dựng điều kiện áp dụng: Luận án xây dựng bảng tiêu chí phân loại điều kiện áp dụng cho từng công nghệ:
    • HTKT dạng buồng: Chỉ áp dụng tận thu các khu vực vỉa biến động mạnh, trữ lượng nhỏ lẻ, phay phá kiến tạo phức tạp, than không tự cháy.
    • HTKT giàn chống cơ giới hóa đồng bộ 2ANSH: Áp dụng cho vỉa có chiều dày $1,5 \div 2,2\text{ m}$, góc dốc $\alpha = 55 \div 90^\circ$, đường phương và góc dốc tương đối ổn định, đá vách sập đổ trung bình đến dễ sập đổ, không chịu ảnh hưởng của nước ngầm và nước mặt.
    • HTKT lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY: Áp dụng cho vỉa dày $1,6 \div 4,5\text{ m}$, góc dốc $\alpha = 45 \div 90^\circ$, đá vách từ bền vững trung bình đến dễ sập đổ, có thể thích ứng tốt với vỉa có biến động nhẹ về đường phương và chiều dày.
  • Định hướng lựa chọn: Đề xuất nguyên tắc ưu tiên thay thế các sơ đồ khai thác thủ công bằng công nghệ lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY và tổ hợp 2ANSH trên toàn vùng Uông Bí.

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

  • Mô hình toán - kinh tế: Tác giả thiết lập hàm mục tiêu chi phí sản xuất trực tiếp trên một tấn than theo hai biến độc lập là chiều cao tầng khai thác ($H_t$) và chiều dài theo phương cột khai thác ($L_p$).
  • Cấu trúc hàm mục tiêu: Bao gồm các hàm thành phần chi phí: đào và duy trì lò dọc vỉa vận tải, lò dọc vỉa thông gió, lò thượng khởi điểm, cúp tháo than; chi phí lắp đặt, tháo dỡ và khấu hao giàn chống ZRY; chi phí khấu than bằng khoan nổ mìn; chi phí vận tải máng trượt và cào; chi phí thông gió và quản lý áp lực mỏ.
  • Thuật toán và phần mềm tối ưu hóa: Xây dựng phần mềm chạy thuật toán dò tìm điểm cực tiểu của hàm chi phí trong miền ràng buộc kỹ thuật mỏ.
  • Quy luật phụ thuộc của các thông số tối ưu:
    • Chiều cao tầng tối ưu ($H_t$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa ($\alpha$), tỷ lệ thuận với chi phí đào/xén lò chuẩn bị, và tỷ lệ nghịch với chi phí đầu tư thiết bị giàn chống.
    • Chiều dài cột theo phương tối ưu ($L_p$) tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa, tỷ lệ thuận với chi phí đào lò, và tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than ($m$) cũng như 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

  • Điều kiện kỹ thuật vỉa 9b: Chiều dày vỉa trung bình $m = 2,7\text{ m}$; góc dốc vỉa trung bình $\alpha = 48^\circ$; đá vách là bột kết xen kẽ cát kết độ bền trung bình.
  • Thông số thiết kế tối ưu được lựa chọn:
    • Chiều cao tầng khai thác tối ưu: $H_t = 75 \div 80\text{ m}$ (thay cho mức 40 ÷ 45 m trước đây).
    • Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu: $L_p = 650 \div 700\text{ m}$.
    • Góc dốc lò chợ xiên chéo duy trì ở mức $28 \div 30^\circ$, chiều dài tuyến lò chợ $80 \div 100\text{ m}$.
  • Hộ chiếu công nghệ và thiết bị:
    • Khấu than bằng khoan nổ mìn phân đoạn (bước khấu 0,8 m; khay khấu dài 10 ÷ 20 m), nổ mìn từ dưới lên.
    • Chống giữ lò chợ bằng hệ thống giàn mềm ZRY20/30L liên kết xích, kết hợp với các cột thủy lực đơn chuyên dụng (CTLĐ) tại chân và đầu lò chợ; than tự chảy trượt trên máng xuống cúp tháo than.
  • Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật thiết kế lò chợ:
    • Sản lượng lò chợ đạt: 293 ÷ 334 T/ngày đêm (tương đương công suất $90.000 \div 100.000\text{ T/năm}$).
    • Năng suất lao động trực tiếp: 5,5 T/công.
    • Chi phí mét lò chuẩn bị: 16,7 m/1000T.
    • Tỷ lệ tổn thất than công nghệ: giảm xuống mức 16,3%.
    • Giá thành sản xuất trực tiếp và giá thành phân xưởng giảm rõ rệt so với công nghệ lò dọc vỉa phân tầng và buồng khấu truyền thống.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Xây dựng được bộ tiêu chí khoa học và điều kiện địa chất - kỹ thuật áp dụng cho các loại hình công nghệ khai thác vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại bể than Quảng Ninh.
  2. Xây dựng thành công phương pháp luận, mô hình toán - kinh tế và giải thuật xác định bộ thông số tối ưu (chiều cao tầng khai thác $H_t$ và chiều dài theo phương cột khai thác $L_p$) cho công nghệ lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm ZRY theo tiêu chí giá thành sản xuất nhỏ nhất.
  3. Làm sáng tỏ quy luật tương tác giữa các yếu tố địa chất mỏ (góc dốc, chiều dày vỉa) và chi phí sản xuất (đào lò, thiết bị) tác động đến quy mô hình học tối ưu của hệ thống khai thác.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Xác lập cơ sở khoa học để các mỏ hầm lò vùng Uông Bí chuyển đổi từ các công nghệ khai thác thủ công năng suất thấp, tổn thất cao sang công nghệ hiện đại hơn (giàn mềm ZRY và tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH).
  2. Hoàn thiện đồ án thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY áp dụng trực tiếp cho vỉa 9b khu Tràng Khê - Công ty Than Hồng Thái với chiều cao tầng tối ưu $H_t = 75 \div 80\text{ m}$ và chiều dài cột $L_p = 650 \div 700\text{ m}$, đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật vượt trội và cải thiện an toàn lao động.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đối với công nghệ giàn mềm ZRY: Cần kiểm soát nghiêm ngặt góc dốc tuyến lò chợ ở dải $28 \div 30^\circ$ để đảm bảo than tự trượt nhưng không gây trượt lật giàn chống; tăng cường công tác thoát nước tầng trên để ngăn chặn hiện tượng lầy lội, lún nền và tụt lở vách.
  • Đối với công nghệ tổ hợp 2ANSH: Cần trang bị đồng bộ 02 tổ hợp cho một khu vực khai thác (01 tổ hợp hoạt động khấu than, 01 tổ hợp lắp đặt chờ tại diện mới) nhằm giảm thiểu thời gian chuyển diện, duy trì sản lượng liên tục.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các thông số tối ưu và mô hình toán - kinh tế trong luận án được xây dựng và kiểm chứng thực tế chủ yếu dựa trên điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ của vùng Uông Bí (đặc biệt là vỉa 9b khu Tràng Khê, Mạo Khê, Vàng Danh). Chưa đánh giá đầy đủ cho các khu vực vỉa có tính chất cơ lý đá vách đặc biệt phức tạp hoặc biến động phay phá kiến tạo dày đặc tại các vùng than khác.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu áp dụng mô hình tối ưu hóa thông số hệ thống khai thác cho các vỉa dốc đứng tại vùng Hòn Gai và Cẩm Phả; nghiên cứu hoàn thiện cơ giới hóa khâu phá vỡ than (thay thế khoan nổ mìn bằng thiết bị khấu chuyên dụng) trong lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên ngành Khai thác mỏ: Tham khảo phương pháp thiết lập mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa tham số công nghệ mỏ, giải thuật tính toán và cơ học đá lò chợ dốc đứng.
    • Kỹ sư mỏ, cán bộ kỹ thuật tại các mỏ than hầm lò thuộc TKV và Tổng công ty Đông Bắc: Sử dụng trực tiếp quy trình công nghệ, hộ chiếu khoan nổ mìn, hộ chiếu chống giữ giàn mềm ZRY và điều kiện áp dụng tổ hợp 2ANSH.
    • Các nhà quản lý kỹ thuật, chuyên gia lập dự án đầu tư mỏ: Tham khảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật thực tế để lập báo cáo khả thi đổi mới công nghệ khai thác vỉa than dốc đứng.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Chương 2 (Bảng điều kiện áp dụng các công nghệ khai thác vỉa dốc) và Chương 3 - Chương 4 (Mô hình toán tối ưu hóa chi phí và thiết kế kỹ thuật chi tiết lò chợ ZRY vỉa 9b).

Câu hỏi thường gặp

1. Trữ lượng và tỷ trọng khai thác của các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí là bao nhiêu?

Tổng trữ lượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại vùng Uông Bí đạt khoảng 54,6 triệu tấn, chiếm khoảng 5 ÷ 8% tổng trữ lượng than của toàn bể than Đông Bắc (Quảng Ninh). Hàng năm, sản lượng khai thác từ các vỉa này đóng góp từ 7 ÷ 8% tổng sản lượng than khai thác hầm lò của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV).

2. Các công nghệ khai thác truyền thống (dạng buồng, lò dọc vỉa phân tầng) có những nhược điểm kỹ thuật chính nào?

Công nghệ khai thác dạng buồng (buồng - thượng, buồng - thượng chéo) có tỷ lệ tổn thất than rất cao (40 ÷ 55%), tiêu hao mét lò chuẩn bị lớn ($30 \div 40\text{ m}/1000\text{T}$), chi phí gỗ cao ($30 \div 40\text{ m}^3/1000\text{T}$) và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn nghiêm trọng khi công nhân xử lý kẹt than trong buồng. Công nghệ lò dọc vỉa phân tầng có năng suất lao động thấp ($2,0 \div 3,6\text{ T/công}$), tổn thất than từ $32 \div 40%$, và hệ thống thông gió cục bộ phức tạp.

3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của giàn chống mềm ZRY trong lò chợ xiên chéo như thế nào?

Mỗi bộ giàn ZRY gồm: xà dẫn hướng (1), xà nóc (2), xà che chắn (3), xà đuôi (4), kích điều khiển xà đuôi (5) và hệ thống thủy lực. Các giàn được liên kết bằng xích dọc theo tuyến lò chợ dốc $28 \div 30^\circ$, che chắn tới 95% diện tích không gian làm việc. Giàn tự di chuyển hạ xuống dưới theo hướng tiến gương sau mỗi luồng khoan nổ mìn ($0,8\text{ m}$) nhờ trọng lượng bản thân và áp lực của khối đất đá sập đổ phía sau. Kích thủy lực ở xà đuôi cho phép thay đổi chiều cao làm việc để thích ứng với biến động chiều dày vỉa.

4. Kết quả thực tế đạt được khi áp dụng thử nghiệm giàn mềm ZRY20/30L tại vỉa 9b khu Tràng Khê II là gì?

Thực tế áp dụng tại mức +30/+95 vỉa 9b cho thấy: sản lượng khai thác đạt 293 T/ngày đêm (tương đương công suất $90.900\text{ T/năm}$); năng suất lao động trực tiếp đạt 5,5 T/công; chi phí thuốc nổ giảm còn $112\text{ kg}/1000\text{T}$; chi phí gỗ giảm mạnh xuống $5,3\text{ m}^3/1000\text{T}$; chi phí mét lò chuẩn bị còn $16,7\text{ m}/1000\text{T}$; và tỷ lệ tổn thất than giảm xuống còn 16,3% (so với mức thiết kế 21,0% và mức > 35% của công nghệ cũ).

5. Luận án đã xác định các thông số hình học tối ưu nào cho lò chợ giàn mềm ZRY tại vỉa 9b Tràng Khê?

Luận án xác định chiều cao tầng khai thác tối ưu là $H_t = 75 \div 80\text{ m}$ (tăng đáng kể so với mức $40 \div 45\text{ m}$ trước thử nghiệm) và chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu là $L_p = 650 \div 700\text{ m}$. Các thông số này được giải từ mô hình toán - kinh tế nhằm tối thiểu hóa hàm chi phí giá thành sản xuất trực tiếp trên một tấn than khai thác.

Kết luận

Luận án của tác giả Đào Trọng Cường đã giải quyết trọn vẹn vấn đề lựa chọn công nghệ khai thác và tối ưu hóa thông số hệ thống khai thác cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại vùng Uông Bí - Quảng Ninh. Bằng việc kết hợp phương pháp mô hình toán - kinh tế với các dữ liệu thực nghiệm mỏ, công trình đã xác lập cơ sở khoa học vững chắc để mở rộng công nghệ lò chợ xiên chéo giàn mềm ZRY và tổ hợp cơ giới hóa 2ANSH. Kết quả nghiên cứu áp dụng cụ thể tại vỉa 9b khu Tràng Khê (Công ty Than Hồng Thái) cho thấy sự cải thiện vượt bậc về năng suất lao động, mức độ an toàn và giảm thiểu tổn thất tài nguyên than hầm lò. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao đối với ngành kỹ thuật khai thác mỏ tại Việt Nam.