Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vùng mỏ Thiếc Tam Đảo nói chung và Mỏ Thiếc Bắc Lũng nói riêng đã được các đoàn địa chất tiến hành khảo sát, thăm dò và đánh giá trữ lượng từ những năm 1960. Trên cơ sở đó, Mỏ Thiếc Bắc Lũng (nay là Xí nghiệp Thiếc Bắc Lũng) được thành lập và chính thức đi vào hoạt động khai thác từ năm 1984 với nhiệm vụ khai thác, chế biến quặng thiếc sa khoáng cung cấp cho Công ty Kim loại màu Thái Nguyên để luyện thiếc thỏi phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Sau hơn một thập kỷ khai thác, nguồn tài nguyên thiếc sa khoáng theo tài liệu địa chất cơ bản đã cạn kiệt, xí nghiệp phải chuyển sang giai đoạn khai thác tận thu từ năm 1996.

Để duy trì sản xuất, ổn định việc làm cho người lao động và bảo đảm cung cấp đủ nguồn nguyên liệu quặng cho các nhà máy luyện thiếc của Công ty Kim loại màu Thái Nguyên và Công ty Kim loại màu Tuyên Quang từ năm 2009 trở đi, việc chuyển hướng sang thăm dò và khai thác quặng thiếc gốc là yêu cầu cấp thiết. Mỏ Thiếc gốc Kỳ Lâm đã được Công ty Thăm dò và Khai thác Khoáng sản 109 tiến hành thăm dò trong 2 năm (1997–1998) và được Bộ trưởng Bộ Công nghiệp phê duyệt kết quả tại Quyết định số 1965/QĐ-CNCL ngày 18/9/1998. Mỏ được Nhà nước cấp quyền khai thác cho Xí nghiệp Thiếc Bắc Lũng (hiện nay là Công ty Cổ phần Kim loại màu Tuyên Quang). Do đặc thù mỏ thiếc gốc Kỳ Lâm có trữ lượng không lớn, hàm lượng không cao và các thân quặng phân bố rải rác, việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật mở vỉa và công nghệ khai thác hợp lý nhằm tận thu tối đa tài nguyên với chi phí tối ưu là bài toán kỹ thuật mỏ then chốt.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án tốt nghiệp được xác định cụ thể như sau:

  1. Mục tiêu tổng quát (Phần chung): Thiết kế mở vỉa và khai thác thân quặng I Mỏ Thiếc gốc Kỳ Lâm – Sơn Dương – Tuyên Quang từ mức cao độ +71 m đến +140 m, bảo đảm sản lượng khai thác đạt 6.000 tấn quặng nguyên khai/năm.
  2. Nhiệm vụ chuyên đề: Nghiên cứu, so sánh kinh tế – kỹ thuật để lựa chọn phương án mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ hợp lý cho Thân quặng I.
  3. Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
    • Đánh giá tổng quan điều kiện địa lý tự nhiên, cấu tạo địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình và phẩm chất quặng khu mỏ.
    • Xác định ranh giới khai trường, tính toán trữ lượng công nghiệp, công suất mỏ, chế độ làm việc và tuổi thọ mỏ.
    • Thiết kế phân chia ruộng mỏ thành các khối khai thác và lập lịch biểu khai thác chi tiết.
    • Thiết kế thi công đào lò mở vỉa: tính toán kích thước tiết diện lò, lập hộ chiếu chống giữ lò bằng vì gỗ, lập hộ chiếu khoan nổ mìn, tính toán mạng nổ điện vi sai, thông gió cục bộ và xúc bốc vận tải.
    • Xác định các giải pháp kỹ thuật về hệ thống khai thác, thông gió mỏ, an toàn lao động, vận tải, thoát nước, bố trí tổng mặt bằng công nghiệp và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế mỏ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Thân quặng I thuộc Mỏ Thiếc gốc Kỳ Lâm.
  • Phạm vi không gian: Khu vực mỏ thuộc Thôn Kỳ Lâm, thị trấn Sơn Dương, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang (nằm cách trung tâm huyện 1 km về phía Đông; tọa độ địa lý từ 105°23'42" đến 105°24'21" Kinh độ Đông và 21°40'57" đến 21°41'31" Vĩ độ Bắc). Phạm vi thiết kế mở vỉa và khai thác thân quặng I nằm ở độ cao tuyệt đối từ mức +71 m đến mức +140 m (thân quặng tồn tại từ mức +42 m đến +142 m), chiều dài theo phương 230 m, chiều sâu theo hướng cắm 60–70 m.
  • Phạm vi thời gian và tuổi thọ mỏ: Tuổi thọ thực tế của dự án khai thác là 6,4 năm (tương đương 76,2 tháng), bao gồm 8 tháng xây dựng cơ bản và đào lò chuẩn bị, 4,85 năm (58,2 tháng) khai thác ổn định đạt công suất thiết kế, và 10 tháng khấu vét tận thu và đóng cửa mỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết, cơ sở pháp lý và các mô hình tính toán kỹ thuật mỏ được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Văn bản pháp lý và tài liệu địa chất: Quyết định số 1965/QĐ-CNCL ngày 18/9/1998 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp; các báo cáo kết quả tìm kiếm, thăm dò địa chất của Đoàn Địa chất 109 (1968–1993), Đoàn Địa chất 110 (1989–1992), Công ty Thăm dò và Khai thác Khoáng sản 109 (1997–1998) và số liệu lưu trữ của Công ty Kim loại màu Thái Nguyên.
  • Lý thuyết áp lực mỏ và chống giữ công trình ngầm:
    • Áp lực đất đá tác dụng lên nóc lò được tính toán theo lý thuyết vòm cân bằng tự nhiên của Giáo sư M. M. Protodiakonov ($P_{noc} = \frac{4}{3} \frac{a^2 \cdot d}{f}$).
    • Áp lực đất đá tác dụng lên hông lò được xác định theo phương pháp của Giáo sư P. M. Tximbarevich (Ximbarevic).
    • Lý thuyết tính toán ổn định và khả năng chịu tải của trụ bảo vệ mỏ dựa trên hệ số kiên cố của đất đá và ứng suất nén nén dọc trục.
  • Lý thuyết nổ mìn và thông khí mỏ:
    • Tính toán chỉ tiêu tiêu hao thuốc nổ đơn vị theo công thức Protodiakonov ($q = 0,6e \cdot C \sqrt{\frac{f}{S}}$).
    • Tính toán kiểm tra mạng nổ điện nối tiếp và thiết bị kích nổ theo định luật Ohm.
    • Tính toán lưu lượng và hạ áp thông gió hầm lò theo tiêu chuẩn cung cấp không khí sạch cho công nhân ($6\text{ m}^3\text{/người/phút}$) và theo lượng thuốc nổ nổ đồng thời lớn nhất; kiểm tra vận tốc gió trong giới hạn cho phép ($0,15\text{ m/s} \le V \le 8\text{ m/s}$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế đã áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp số liệu địa chất: Xử lý mẫu khoáng tướng, mẫu hóa nhóm, mẫu cơ lý đất đá và bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1:50.000 (tờ 6052 II) để xác định đặc tính thạch học, hình thái thân quặng và phân cấp trữ lượng.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật mỏ: Áp dụng các công thức giải tích chuyên ngành để xác định trữ lượng công nghiệp ($Z_{cn} = Z_{cđ} \times C$), phân chia 12 khối khai thác, tính toán kích thước tiết diện hình học đường lò (hình thang, vòm bán nguyệt, chữ nhật) phù hợp với khổ thiết bị vận tải goòng BO-0,5 (khổ đường ray 600 mm).
  • Phương pháp so sánh kinh tế – kỹ thuật: Lập phương án, phân tích ưu nhược điểm kỹ thuật và tính toán tổng chi phí (chi phí đào lò, chi phí bảo vệ duy tu đường lò, chi phí vận tải) để so sánh định lượng giữa 3 phương án mở vỉa độc lập.
  • Phương pháp định mức lao động và lập biểu đồ tổ chức chu kỳ: Xác định khối lượng công việc, định mức lao động từng khâu (khoan nổ mìn, xúc bốc, vận tải, chống lò, đặt ray, ống gió) để thiết lập tổ thợ toàn năng 6 người/ca hoàn thành 1 chu kỳ đào lò/ca.

Nguồn dữ liệu sử dụng: Toàn bộ số liệu địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình và mẫu công nghệ được trích xuất từ tài liệu thăm dò mỏ thiếc gốc Kỳ Lâm của Công ty Thăm dò và Khai thác Khoáng sản 109 và Công ty TNHH Nhà nước MTV Kim loại màu Thái Nguyên.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp thi công

Trong nội dung chuyên đề về mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ cho Thân quặng I, tác giả đã đề xuất và tính toán thiết kế chi tiết các giải pháp kỹ thuật thi công ngầm:

Lựa chọn phương án mở vỉa tối ưu

Tác giả đề xuất và phân tích 3 phương án mở vỉa:

  • Phương án I (Phương án chọn): Mở vỉa bằng lò bằng xuyên vỉa trung tâm mức +88 m kết hợp cặp lò thượng chính mức +88 m lên mức +140 m để khai thác các khối quặng nằm trên mức thoát nước tự nhiên, và đào cặp lò hạ trung tâm từ mức +88 m xuống mức +71 m để khai thác phần quặng dưới mức thoát nước tự nhiên.
  • Phương án II: Mở vỉa bằng lò dọc vỉa chính vận tải mức +88 m cho phần trên và lò hạ trung tâm cho phần dưới.
  • Phương án III: Mở vỉa bằng giếng nghiêng chính từ mức +88 m xuống mức +71 m và các thượng chính khu vực.

Kết quả tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật cho thấy Phương án I có tổng chi phí thấp nhất (quy ước bằng 100%), trong khi Phương án II bằng 166% và Phương án III bằng 137%. Phương án I cho phép tận dụng tối đa điều kiện thoát nước tự nhiên cho phần lớn trữ lượng quặng phía trên mức +88 m, chiều sâu lò hạ nhỏ (17 m), khối lượng đào lò xây dựng cơ bản ít và thời gian đưa mỏ vào sản xuất nhanh nhất.

Thiết kế kích thước đường lò và hộ chiếu chống giữ

  • Lò cái dọc vỉa vận chuyển chính mức +88 m: Tiết diện hình thang, đào trong đất đá có hệ số kiên cố $f = 8 \div 12$. Chiều rộng đường lò $B = 1,65\text{ m}$ (tại vị trí cao 1,3 m), chiều cao trong khung chống $H = 1,80\text{ m}$. Diện tích tiết diện đào $S_đ = 3,96\text{ m}^2$, diện tích sử dụng $S_{sd} = 3,10\text{ m}^2$. Vận tốc gió qua lò đạt $V = 0,60\text{ m/s}$, nằm trong giới hạn an toàn ($0,15\text{ m/s} \le V \le 8\text{ m/s}$).
  • Các đường lò chuẩn bị khác: Lò dọc vỉa mức có $S_đ = 3,20\text{ m}^2$, $S_{sd} = 2,34\text{ m}^2$; giếng và lò thượng có $S_đ = 2,80\text{ m}^2$, $S_{sd} = 1,60\text{ m}^2$; đoạn mở rộng chân thượng có $S_đ = 4,00\text{ m}^2$, $S_{sd} = 2,89\text{ m}^2$.
  • Hộ chiếu chống giữ: Do đất đá vách và trụ có độ bền vững cao, tác giả lựa chọn kết cấu vì chống bằng gỗ tự nhiên (đường kính cột $d = 0,18\text{ m}$), chèn nóc và hông bằng ván xẻ dày $0,04\text{ m}$. Áp lực nóc tính toán $P_{noc} = 0,46\text{ tấn/m}$, áp lực hông $P_h = 0,047\text{ tấn/m}$. Bước chống lựa chọn là $L_{max} = 1\text{ m/vì}$.

Hộ chiếu khoan nổ mìn đào lò

  • Thiết bị và vật liệu nổ: Sử dụng máy khoan khí ép YN-18 (Trung Quốc) hoặc P-20 (Nga) có chân chống khí nén. Thuốc nổ sử dụng loại AD-1 (thỏi đường kính 32 mm, trọng lượng 200 g/thỏi, thể tích sinh công $360 \div 380\text{ cm}^3$, mật độ $0,95 \div 1,1\text{ g/cm}^3$). Phương tiện nổ gồm kíp điện vi sai (PM-25, PM-50, PM-75) và máy nổ mìn KBII (Nga).
  • Thông số gương nổ mìn: Chỉ tiêu thuốc nổ tính toán $q = 2,7\text{ kg/m}^3$. Chiều sâu lỗ khoan trung bình $1,2\text{ m}$, bước tiến gương đạt $1,0\text{ m/chu kỳ}$. Tổng số lỗ mìn trên gương ($S = 3,96\text{ m}^2$) là 20 lỗ, tổng khối lượng thuốc nổ nạp cho một chu kỳ là 10,8 kg (tương đương 54 thỏi thuốc). Bố trí gồm 3 nhóm:
    • Nhóm 1 (Lỗ tạo rạch đột phá): 4 lỗ, chiều dài khoan 1,25 m, góc nghiêng $75^\circ \div 80^\circ$, nạp 0,7 kg/lỗ (kíp PM-25).
    • Nhóm 2 (Lỗ phá): 6 lỗ, chiều dài khoan 1,17 m, góc nghiêng $90^\circ$, nạp 0,6 kg/lỗ (kíp PM-50).
    • Nhóm 3 (Lỗ tạo biên): 10 lỗ, chiều dài khoan 1,20 m, góc nghiêng $80^\circ$, nạp 0,43 kg/lỗ (kíp PM-75).
  • Kiểm tra mạng nổ: Đấu nối tiếp 20 kíp điện, điện áp nguồn nổ $U = 650\text{ V}$, chiều dài dây dẫn $l = 280\text{ m}$. Dòng điện thực tế qua mạng đạt $I_c = 15,9\text{ A}$, lớn hơn dòng điện an toàn cho phép kích nổ của kíp $[I_k] = 2,5\text{ A}$.

Giải pháp thông gió và xúc bốc vận tải đào lò

  • Thông gió cục bộ: Áp dụng phương pháp thông gió đẩy cục bộ bằng quạt gió QLT 4100-150 (lưu lượng $Q = 4.100\text{ m}^3\text{/h}$, hạ áp $H = 150\text{ mm H}2\text{O}$, công suất động cơ $N{đc} = 4,5\text{ kW}$) kết hợp ống gió vải bạt đường kính $\phi 250\text{ mm}$. Khoảng cách từ miệng ống gió đến gương lò từ $8 \div 10\text{ m}$; thời gian thông gió giải tỏa khói độc sau khi nổ mìn là 30 phút.
  • Xúc bốc và vận tải: Thể tích đất đá nổ rời sau 1 chu kỳ đào lò là $6,33\text{ m}^3$. Sử dụng goòng BO-0,5 (thể tích thùng goòng $0,5\text{ m}^3$, hệ số chất đầy $k = 0,9$), số lượng goòng cần xúc bốc là 14 goòng/chu kỳ. Tổ chức vận chuyển 2 goòng/chuyến, thực hiện 7 chuyến/ca với cự ly vận tải tối đa 200 m.
  • Tổ chức nhân sự: Thành lập đội thợ toàn năng 6 người/ca, đảm nhiệm toàn bộ các khâu khoan nổ, xúc bốc, vận tải, dựng vì chống, nối ống gió và đặt đường ray; hoàn thành trọn vẹn 1 chu kỳ đào lò ($1,0\text{ m}$) trong một ca làm việc 8 giờ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Đặc điểm và địa chất khu mỏ

Chương I trình bày chi tiết về địa lý tự nhiên, cấu tạo địa chất khu vực, đặc tính các thân quặng, phẩm chất khoáng sản, điều kiện địa chất thủy văn và địa chất công trình của Mỏ Thiếc gốc Kỳ Lâm:

  • Cấu tạo địa tầng và magma: Khu mỏ nằm ở sườn Tây Nam Tam Đảo, gồm hệ tầng Đạo Viện ($S-Dđv_{4-5}$) dày khoảng 1.000 m (chứa các đá biến đổi cà nát sinh quặng), hệ tầng Sông Cầu dày khoảng 600 m, hệ tầng Vân Lãng dày khoảng 500 m và trầm tích Đệ Tứ dày $10 \div 50\text{ m}$. Khối granit biotit Núi Điệng là nguồn sinh khoáng chính trong vùng.
  • Cấu tạo các thân quặng: Thân quặng I có dạng mạch, chiều dày thay đổi từ $0,4 \div 3,8\text{ m}$ (trung bình $1,51\text{ m}$), hàm lượng thiếc biến thiên từ $0,14% \div 3,50%\text{ Sn}$ (trung bình $0,75% \div 0,88%\text{ Sn}$), góc dốc $35^\circ \div 65^\circ$, phân bố ở độ cao tuyệt đối từ $+42\text{ m} \div +142\text{ m}$, chiều dài theo phương 230 m, chiều sâu theo hướng cắm $60 \div 70\text{ m}$. Ngoài ra mỏ còn có Thân quặng IA (dài 105 m, dày 1,04 m, hàm lượng 0,82% Sn), Thân quặng II (dài 230 m, dày 0,79 m, hàm lượng 0,59% Sn), Thân quặng IIA (dài 100 m, dày 1,14 m, hàm lượng 0,34% Sn) và 6 điểm quặng độc lập.
  • Phẩm chất quặng: Quặng thuộc thành hệ Sunfua – Caxiterit. Thành phần khoáng vật gồm Thạch anh ($40% \div 100%$, trung bình 90%), Xerixit và Calxit (12%), Caxiterit (0,7%), Pyrit và Pyrôtin (2%), Acsenôpyrit (1%), Limônit (8%), Ilmenit và Rutin (1%), Hyđrôhematit và Gôtit (0,5%). Tỷ trọng quặng trung bình $2,72\text{ g/cm}^3$, độ ẩm $1,70%$, tinh quặng sau tuyển đạt hàm lượng $60%\text{ Sn}$.
  • Địa chất công trình và thủy văn: Đá tuổi Silua – Devon có cường độ chịu nén từ $825 \div 1.250\text{ kg/cm}^2$, lực dính kết $C = 250 \div 370\text{ kg/cm}^2$, hệ số kiên cố $f = 8,3 \div 12,5$. Mực nước mặt phụ thuộc suối Kỳ Lâm và Hồ Kỳ Lâm (dung tích $100.000\text{ m}^3$). Đất đá ở độ sâu trên 30 m rất ổn định và ít chứa nước.
  • Tổng hợp trữ lượng thăm dò toàn mỏ:
STT Tên thân quặng Trữ lượng cấp C2 (tấn Sn) Trữ lượng cấp P1 (tấn Sn) Tổng trữ lượng C2 + P1 (tấn Sn)
1 Thân quặng I 192 66 258
2 Thân quặng IA 82 41 123
3 Thân quặng II 79 61 140
4 Thân quặng IIA 27 32 59
5 Sáu điểm quặng lẻ 87 45 132
Tổng Toàn mỏ 467 245 712

Chương II: Mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ

Chương II là nội dung chuyên đề trọng tâm của đồ án, tập trung tính toán các thông số công nghiệp của Thân quặng I và thiết kế kỹ thuật mở vỉa:

  • Trữ lượng công nghiệp và công suất: Hệ số khai thác trữ lượng $C = 0,85$ (tổn thất chung $T_{ch} = 15%$, gồm tổn thất do để lại trụ bảo vệ $t_t = 5%$ và tổn thất khai thác $t_{kt} = 10%$). Trữ lượng công nghiệp Thân quặng I đạt 29.100 tấn quặng nguyên khai với 258 tấn thiếc kim loại (hàm lượng bình quân $0,87%\text{ Sn}$). Sản lượng thiết kế mỏ là 6.000 tấn/năm, tuổi thọ mỏ thực tế là 6,4 năm.
  • Chế độ làm việc: Bộ phận sản xuất trực tiếp làm việc 3 ca/ngày, 8 giờ/ca, 26 ngày/tháng, 300 ngày/năm; bộ phận bảo vệ và thông gió làm việc liên tục 365 ngày/năm.
  • Phân chia ruộng mỏ và lịch biểu khai thác: Thân quặng I được chia thành 12 khối khai thác (từ I-1 đến I-12). Tiến độ khai thác hàng năm được xác định: Năm 1 đạt 6.000 tấn; Năm 2 đạt 6.000 tấn; Năm 3 đạt 6.000 tấn; Năm 4 đạt 6.000 tấn; Năm 5 đạt 5.100 tấn (tổng cộng 29.100 tấn quặng).
  • So sánh kinh tế 3 phương án mở vỉa:
STT Danh mục chi phí Phương án I Phương án II Phương án III
1 Chi phí đào lò 3.000 5.835 4.200
2 Chi phí bảo vệ đường lò 8.500 9.000 9.850
3 Chi phí vận tải 2.500 6.801,6 7.877,8
Tổng Tỷ lệ so sánh chi phí (%) 100% 166% 137%
  • Thi công đào lò: Chọn Phương án I (lò bằng xuyên vỉa +88 m và lò hạ +88 xuống +71 m), sử dụng vì chống gỗ hình thang bước chống 1 m, khoan nổ mìn bằng thuốc AD-1 với 20 lỗ mìn/gương, thông gió đẩy bằng quạt QLT 4100-150 và tổ chức đội thợ 6 người/ca.

Chương III: Khai thác

Chương III xác định các yếu tố địa chất ảnh hưởng và các thông số công nghệ khai thác tại gương:

  • Phân tích và lựa chọn hệ thống khai thác hầm lò phù hợp với thân quặng dạng mạch, góc dốc trung bình $60^\circ \div 65^\circ$, độ dày $0,4 \div 3,8\text{ m}$ và vách đá có độ kiên cố cao ($f = 11$).
  • Xác định chiều cao tầng khai thác thẳng đứng $H_c = 18\text{ m}$ (chiều cao theo hướng dốc $H_{td} = 20\text{ m}$).
  • Thiết kế quy trình khấu quặng bằng khoan nổ mìn, tháo quặng qua hệ thống phễu tháo quặng bố trí cách nhau 4 m (khoảng $10 \div 12$ phễu cho mỗi khối), vận chuyển bằng xe cải tiến và goòng.
  • Xác định các thông số chống giữ gương khai thác, phương pháp điều khiển vách đá và tổ chức chu kỳ sản xuất tại lò chợ nhằm bảo đảm năng suất và chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật.

Chương IV: Thông gió và an toàn

Chương IV thiết kế hệ thống thông gió tổng thể mỏ và các quy chuẩn an toàn lao động:

  • Lựa chọn sơ đồ thông gió chung cho toàn mỏ: gió sạch đi vào theo lò bằng xuyên vỉa mức +88 m, qua các lò dọc vỉa cấp gió cho các gương khai thác; gió thải gom qua các giếng nối, lò thượng và thoát ra ngoài mặt đất.
  • Tính toán tổng lưu lượng gió cần thiết cho các hộ tiêu thụ trong mỏ, tính hạ áp chung của mạng đường lò, lựa chọn quạt gió chính và động cơ điện phù hợp.
  • Tính toán các yếu tố chi phí thông gió cho 1 tấn quặng (chi phí xây dựng, mua sắm thiết bị, điện năng tiêu thụ, khấu hao và lương công nhân).
  • Thiết lập quy trình an toàn lao động trong các khâu: an toàn khoan nổ mìn, kiểm soát khí độc và bụi mỏ, an toàn vận tải goòng và tời trục, an toàn sử dụng điện hầm lò, phòng chống cháy nổ và trang bị bảo hộ lao động cá nhân.

Chương V: Vận tải và thoát nước

Chương V tính toán và lựa chọn thiết bị vận chuyển khoáng sản và hệ thống bơm thoát nước:

  • Hệ thống vận tải: Quặng ở các tầng trên mức +88 m được tháo qua phễu xuống lò dọc vỉa, dùng xe cải tiến và goòng BO-0,5 đẩy tay ra lò xuyên vỉa mức +88 m rồi vận chuyển ra sân công nghiệp. Quặng ở các tầng dưới mức +88 m được đưa ra sân ga lò hạ mức +71 m, dùng tời trục kéo lên mức +88 m để vận chuyển ra ngoài. Thống kê năng lực và số lượng thiết bị vận chuyển trong lò và ngoài mặt bằng.
  • Hệ thống thoát nước: Đối với các khu vực từ mức +88 m trở lên, nước ngầm và nước sinh công tự chảy theo độ dốc đường lò ($3%$) ra ngoài cửa lò. Đối với các mức dưới +88 m, nước chảy theo rãnh về hầm bơm trung tâm tại mức +71 m, sau đó dùng hệ thống máy bơm điện đẩy qua đường ống trong lò hạ lên lò xuyên vỉa +88 m ra mặt đất.

Chương VI: Mặt bằng và lịch trình thi công

Chương VI quy hoạch không gian mặt bằng sân công nghiệp và tiến độ xây dựng mỏ:

  • Thiết kế bố trí các công trình trên mặt bằng sân công nghiệp tại mức cao độ +88 m (trạm nén khí, trạm phân phối điện, kho vật liệu gỗ, xưởng sửa chữa cơ điện, nhà điều hành, bãi chứa quặng và hệ thống đường giao thông kết nối với tuyến đường dân sinh ra thị trấn Sơn Dương).
  • Lập khái toán khối lượng xây dựng cơ bản và lịch trình tổ chức thi công: thời gian đào lò mở vỉa và chuẩn bị mỏ là 8 tháng trước khi bước vào giai đoạn khai thác chính thức.

Chương VII: Kinh tế

Chương VII tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế của dự án khai thác:

  • Xác định biên chế tổ chức bộ máy quản lý và số lượng công nhân viên theo từng bộ phận sản xuất trực tiếp và phục vụ phụ trợ.
  • Tính toán năng suất lao động cho công nhân khai thác và công nhân toàn mỏ.
  • Khái toán tổng mức vốn đầu tư xây dựng cơ bản, mua sắm thiết bị và chi phí duy tu.
  • Xác định cơ cấu giá thành khai thác cho 1 tấn quặng nguyên khai, tính toán hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn đầu tư của dự án.

Kết quả và đóng góp

Đồ án tốt nghiệp đã đạt được các kết quả cụ thể dựa trên việc tính toán định lượng:

  • Xác lập đầy đủ các thông số công nghiệp của Thân quặng I: Đã khoanh định và tính toán trữ lượng công nghiệp đạt 29.100 tấn quặng nguyên khai (tương ứng 258 tấn Sn kim loại, hàm lượng bình quân $0,87%\text{ Sn}$). Xác lập công suất khai thác mỏ đạt 6.000 tấn quặng/năm với tuổi thọ thực tế là 6,4 năm, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho Xí nghiệp Thiếc Bắc Lũng.
  • Lựa chọn và thiết kế tối ưu phương án mở vỉa: Đã chứng minh bằng luận chứng kinh tế – kỹ thuật Phương án I (lò bằng xuyên vỉa mức +88 m kết hợp lò hạ mức +71 m) là giải pháp tối ưu, tiết kiệm chi phí từ $37% \div 66%$ so với các phương án đào giếng nghiêng hoặc lò dọc vỉa dài.
  • Hoàn thiện thiết kế thi công ngầm đồng bộ: Thiết lập chi tiết hộ chiếu đào lò dọc vỉa ($S_đ = 3,96\text{ m}^2$, vì chống gỗ bước 1 m), hộ chiếu khoan nổ mìn (20 lỗ mìn, tiêu hao 10,8 kg thuốc nổ AD-1/chu kỳ, tiến độ 1 m/chu kỳ), hệ thống thông gió đẩy cục bộ (quạt QLT 4100-150) và xúc bốc vận tải (14 goòng BO-0,5/chu kỳ) với tổ chức đội thợ toàn năng 6 người/ca.
  • Đóng góp kỹ thuật thực tiễn: Đồ án cung cấp một giải pháp công nghệ khai thác hầm lò hoàn chỉnh, khả thi về mặt kỹ thuật và tiết kiệm chi phí, phù hợp với đặc thù mỏ quặng kim loại màu có quy mô nhỏ, trữ lượng phân tán và thế nằm phức tạp tại vùng núi phía Bắc Việt Nam. Kết quả thiết kế trực tiếp phục vụ định hướng chuyển đổi sản xuất của Xí nghiệp Thiếc Bắc Lũng từ sa khoáng sang khai thác thiếc gốc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án: Do mức độ thăm dò địa chất ở các khối quặng tầng sâu (dưới mức +71 m) chủ yếu mới đạt cấp trữ lượng P1 với số lượng công trình thăm dò còn hạn chế, các tính toán thiết kế cho phần dưới mức +71 m còn mang tính dự báo, chưa đủ dữ liệu chi tiết về biến động chiều dày và hàm lượng quặng thực tế.
  • Hướng nghiên cứu và triển khai tiếp: Trong quá trình thi công đào lò chuẩn bị và khai thác các khối quặng phía trên mức +88 m, mỏ cần kết hợp công tác khoan và đào lò thăm dò bổ sung từ lòng đất để nâng cấp trữ lượng các khối cấp P1 lên cấp C2 và C1, làm cơ sở chính xác hóa thiết kế kỹ thuật khai thác cho các tầng sâu tiếp theo.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Khai thác Mỏ, Khai thác Hầm lò, Xây dựng Công trình ngầm và Mỏ – Địa chất:

  • Phần giá trị tham khảo chuyên sâu:
    • Quy trình tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật các phương án mở vỉa cho mỏ quặng dạng mạch có địa hình đồi núi dốc.
    • Phương pháp tính toán áp lực mỏ theo lý thuyết Protodiakonov và Ximbarevic áp dụng thiết kế vì chống gỗ.
    • Phương pháp lập hộ chiếu khoan nổ mìn gương lò hẹp, tính toán mạng nổ điện vi sai nối tiếp và thiết kế chu kỳ đào lò toàn năng trong khai thác mỏ hầm lò quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Trữ lượng công nghiệp và hàm lượng thiếc bình quân của Thân quặng I được tính toán trong đồ án là bao nhiêu?
Trữ lượng công nghiệp Thân quặng I là 29.100 tấn quặng nguyên khai, chứa 258 tấn thiếc kim loại với hàm lượng bình quân đạt 0,87% Sn (tính toán dựa trên hệ số khai thác trữ lượng $C = 0,85$ và tổn thất mỏ chung $T_{ch} = 15%$).

2. Vì sao tác giả lựa chọn Phương án I để mở vỉa Thân quặng I thay vì đào giếng nghiêng hay lò dọc vỉa dài?
Phương án I (mở vỉa bằng lò bằng xuyên vỉa trung tâm mức +88 m kết hợp lò hạ mức +71 m) có tổng chi phí thấp nhất (chỉ bằng 60,2% so với Phương án II và 73% so với Phương án III), tận dụng được khả năng tự chảy thoát nước cho toàn bộ khối quặng phía trên mức +88 m, giảm chiều sâu lò hạ xuống chỉ còn 17 m, mặt bằng sân công nghiệp thuận lợi và thời gian thi công chuẩn bị ngắn nhất (8 tháng).

3. Hộ chiếu khoan nổ mìn cho một chu kỳ đào lò dọc vỉa mức +88 m gồm bao nhiêu lỗ mìn và tiêu hao bao nhiêu thuốc nổ?
Gương lò có diện tích đào $3,96\text{ m}^2$ được bố trí 20 lỗ khoan (chiều sâu khoan trung bình 1,2 m), chia làm 3 nhóm: 4 lỗ đột phá tạo rạch (kíp PM-25, 0,7 kg/lỗ), 6 lỗ phá (kíp PM-50, 0,6 kg/lỗ) và 10 lỗ tạo biên (kíp PM-75, 0,43 kg/lỗ). Tổng lượng thuốc nổ AD-1 tiêu hao cho một chu kỳ đào lò là 10,8 kg (tương ứng 54 thỏi thuốc), bước tiến gương đạt 1,0 m/chu kỳ.

4. Chế độ làm việc và cơ cấu đội thợ thi công đào lò mở vỉa được thiết kế như thế nào?
Mỏ áp dụng chế độ làm việc 3 ca/ngày, 8 giờ/ca, 300 ngày/năm đối với lao động trực tiếp. Mỗi ca đào lò bố trí một đội thợ toàn năng gồm 6 người, đảm nhiệm toàn bộ các công đoạn khoan nổ, xúc bốc (14 goòng BO-0,5), vận chuyển, dựng 1 vì chống gỗ, lắp ray và nối ống gió để hoàn thành 1 chu kỳ đào lò trong 1 ca.

5. Thiết bị quạt gió cục bộ được chọn cho công tác đào lò có các thông số kỹ thuật nào?
Tác giả lựa chọn quạt thông gió đẩy cục bộ loại QLT 4100-150 với lưu lượng gió $Q = 4.100\text{ m}^3\text{/h}$, áp lực quạt $H = 150\text{ mm H}2\text{O}$, tốc độ quay 1.790 vòng/phút, công suất động cơ $N{đc} = 4,5\text{ kW}$, kết hợp ống dẫn gió bằng vải bạt đường kính $\phi 250\text{ mm}$ bảo đảm thời gian giải tỏa khói độc sau nổ mìn trong vòng 30 phút.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Huyên Huy Hoàng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật mở vỉa và khai thác Thân quặng I Mỏ Thiếc gốc Kỳ Lâm bảo đảm sản lượng 6.000 tấn/năm trong thời gian 6,4 năm. Tác giả đã giải quyết thành công bài toán lựa chọn phương án mở vỉa tối ưu bằng lò bằng xuyên vỉa kết hợp lò hạ, vừa tiết kiệm chi phí đầu tư vừa tận thu hiệu quả nguồn quặng thiếc trong điều kiện địa chất phức tạp. Toàn bộ các giải pháp kỹ thuật từ hộ chiếu đào chống lò, khoan nổ mìn, thông gió đến vận tải, thoát nước và tổ chức lao động đều được tính toán khoa học, bám sát số liệu thực địa và bảo đảm các quy chuẩn an toàn khai thác hầm lò.