Chương 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC 1. HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA DÀY, DỐC THOẢI TẠI VÙNG THAN QUẢNG NINH Trong những năm qua, sản lượng khai thác than trong nước đã tăng trưởng với tốc độ cao. Những thành tựu đạt được là kết quả của quá trình triển khai áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm từng bước nâng cao mức độ cơ giới hóa các khâu trong quá trình sản xuất. Theo Điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, sản lượng khai thác sẽ tăng nhanh từ 44,1 triệu tấn năm 2014 lên 58,2 triệu tấn năm 2020 và đạt khoảng 68,9 triệu tấn vào năm 2030.
Trong đó, sản lượng than khai thác hầm lò sẽ liên tục tăng cao, từ 20,9 triệu tấn năm 2014 lên 48,6 triệu tấn vào năm 2030, tương ứng tăng khoảng 2,3 lần so với hiện nay và chiếm hơn 70% tổng sản lượng toàn ngành. Như vậy, trong tương lai các mỏ hầm lò sẽ là các đơn vị đóng góp sản lượng khai thác than chủ yếu. Do đó, để đạt được mục tiêu sản lượng theo kế hoạch, nhất thiết cần đổi mới công nghệ khai thác than hầm lò theo hướng áp dụng các loại hình công nghệ cơ giới hóa các khâu sản xuất, đáp ứng các tiêu chí cơ bản của mỏ hiện đại như: công suất khai thác lớn; an toàn; trình độ công nghệ và thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập trung, tự động hóa. yêu cầu đòi hỏi triển khai các nghiên cứu, phân tích, đề xuất, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp, tạo cơ sở định hướng phát triển cơ giới hóa và hiện đại hóa các mỏ than.
6 Một trong những điều kiện vỉa than tương đối phổ biến ở vùng than Đông Bắc nói chung, vùng Cẩm Phả nói riêng là đối tượng vỉa than dày thoải. Hiện nay, để khai thác đối tượng vỉa than dày, góc dốc thoải, các công nghệ khai thác được áp dụng chủ yếu tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là: Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp giữa. Công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ và hạ trần than nóc, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng vì chống thủy lực, điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hỏa toàn phần được áp dụng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh như Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Dương Huy, Thống Nhất, Mông Dương, Khe Chàm v.v để khai thác các vỉa có chiều dày từ 3 ÷ 10m, góc dốc đến 45o, đá vách từ dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, đá trụ có tính chất bất kỳ (thuận lợi hơn khi đá trụ từ bền vững trung bình trở lên). Miền áp dụng công nghệ phổ biến nhất là chiều dày vỉa từ 3,5 ÷ 7,5 m, góc dốc vỉa đến 35o.
Các mỏ đã áp dụng công nghệ này cho điều kiện vỉa có góc dốc đến 45o gồm Nam Mẫu, Đồng Vông, Công ty 86, Cẩm Thành, Quang Hanh, Khe Chàm, Mông Dương. Theo sơ đồ công nghệ này, khu vực áp dụng được chuẩn bị bằng các đường lò dọc vỉa vận tải và lò dọc vỉa thông gió được đào trong than bám theo trụ vỉa, tại biên giới khu vực đào lò thượng nối giữa lò dọc vỉa vận tải với lò dọc vỉa thông gió để làm thượng khởi điểm khai thác lò chợ. Chiều dài lò chợ từ 80 ÷ 150m, chiều dài cột khai thác theo hướng khấu than phụ thuộc nhiều vào yếu tố địa chất (các đứt gãy địa chất chia cắt ruộng mỏ, sự biến động của yếu tố chiều dày và góc dốc ảnh hưởng đến điều kiện áp dụng công nghệ), 7 phổ biến trong khoảng 200 ÷ 600m. Để sử dụng lại lò dọc vỉa vận tải làm lò thông gió khi khai thác tầng hoặc phân tầng dưới trong quá trình khai thác lò chợ tiến hành đào thêm lò song song chân.
Lò chợ được chống giữ bằng các loại vì chống thủy lực như giá thủy lực di động, giá khung thủy lực di động dạng phân thể, giá khung thủy lực dạng chỉnh thể, giá thủy lực di động có xích. Chiều cao chống giữ lò chợ từ 1,8 2,2 m với giá thủy lực di động và giá khung thủy lực di động dạng phân thể (hành trình của cột từ 1,6 2,4 m); từ 2,3 3,0 m khi sử dụng giá khung thủy lực dạng chỉnh thể (hành trình của cột từ 2,1 3,2 m). Khoảng cách giữa các vì chống theo hướng dốc là 1,0 m. Trong quá trình khai thác theo dõi, xác định bước sập đổ thường kỳ của đá vách để tiến hành chống giữ tăng cường.
Quá trình khai thác lò chợ trụ, hạ trần than nóc tại các mỏ Hà Lầm, Vàng Danh cho thấy, theo chu kỳ cứ 5 ÷ 7 luồng khấu, ở gương lò lại xuất hiện những hiện tượng có áp lực lớn, biểu hiện sự gãy của đá vách có tính chu kỳ. Công tác khai thác lò chợ gồm khấu than bằng khoan nổ mìn với chiều cao gương khấu phổ biến nhất là 2,2 m. Thiết bị khoan lỗ mìn là các máy khoan điện hoặc máy khoan khí nén cầm tay. Thuốc nổ sử dụng là các loại thuốc nổ an toàn sản xuất trong nước.
Phương tiện nổ là kíp điện vi sai an toàn hầm lò loại và máy nổ mìn phòng nổ. Trong mỗi chu kỳ sản xuất, sau khi di chuyển phương tiện chống giữ, trần than sẽ tự sập đổ hoặc sẽ thực hiện khoan nổ hạ trần phần than vách phía sau khu vực chống giữ; than hạ trần được thu hồi sang luồng gương. Điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần. Than khai thác từ lò chợ được vận tải qua máng trượt hoặc máng cào lò chợ xuống máng cào ở lò dọc vỉa vận tải (hoặc song song chân) sau đó đổ vào hệ thống vận tải chung của mỏ.
Thông gió cho lò chợ bằng hạ áp chung của mỏ theo sơ đồ thông gió hút hoặc đẩy. Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được của công nghệ xem bảng 1.1: Tổng hợp một số chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than nóc Đơn TT Tên chỉ tiêu Giá trị vị Giá khung Giá khung Giá thủy Giá thủy Vật liệu chống thủy lực di thủy lực di 1 lực di lực di động giữ động phân động chỉnh động có xích thể thể Chiều dày vỉa 2 m 3,2 ÷ 6,3 3,2 ÷ 6,0 3,0 ÷ 9,8 3,6 ÷ 7,8 than Chiều cao khấu 3 m 2,2 2,2 2,2 2,2 gương Chiều cao hạ 4 1,0 ÷ 4,9 1,0 ÷ 4,8 0,8 ÷ 7,6 1,4 ÷ 5,6 trần ≤ 35 5 Góc dốc vỉa độ 20 ÷ 40 10 ÷ 30 25 ÷ 32 (35 45)* 6 Chiều dài lò chợ m 60 ÷ 150 50 ÷ 130 60 ÷ 150 50 ÷ 140 60000 ÷ 50000 ÷ 80000 ÷ 80000 ÷ 7 Công suất lò chợ T/năm 180000 150000 250000 200000 Năng suất lao 8 T/công 3,0 ÷ 5,5 3,0 ÷ 5,0 3,3 ÷ 9,0 5,8 ÷ 7,2 động Chi phí gỗ cho 9 m3 1,95 ÷ 5,4 1,3 ÷ 2,4 1,5 ÷ 4,6 - 1000 T than Chi phí lưới thép 10 kg 503 ÷ 675 412 ÷ 734 - - cho 1000 T than Chi phí thuốc nổ 11 kg 98 ÷ 120 117 ÷ 184 60 ÷150 100 ÷ 146 cho 1000 T than Chi phí kíp nổ 12 cái 490 ÷ 558 517 ÷ 645 250 ÷ 500 500 ÷ 680 cho 1000 T than Chi phí dầu nhũ 13 hoá cho 1000 T kg 150 ÷ 243 108 ÷ 167 35 ÷ 120 114 ÷ 154 than Tổn thất than 14 % 18 ÷ 27 17 ÷ 25 20 ÷ 28 20 ÷ 28 theo công nghệ Nam Mẫu, Thống Hầu hết Đồng Vông, Hầu hết Địa điểm áp Nhất, D- 15 các mỏ 86, Cầm các mỏ dụng ương Huy, hầm lò Thành, Khe hầm lò Đông Bắc Chàm 9 * Một số mỏ như Quang Hanh, Mông Dương đã chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực trong điều kiện vỉa có góc dốc từ 35 45o Lß däc vØ a th«ng giã MÆt c ¾t a - a a Lß däc vØ a th«ng giã m b Lß däc vØ a vËn t¶i a Lß däc vØ a vËn t¶i 2,2 m MÆt c ¾t b - b 3,0÷10,0 m Hình 1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ hạ trần than nóc 2200 2200 1600 1710 a. Chống giữ lò chợ bằng giá thủy b.
Chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động lực di động có xích 2200 2200 1950 2000 c. Chống giữ lò chợ bằng giá khung d. Chống giữ lò chợ bằng giá khung thủy lực di động dạng chỉnh thể thủy lực di động dạng phân thể Hình 1. Mặt cắt gương lò chợ theo các loại vật liệu chống giữ 10 Một số thiết bị chính được sử dụng trong các lò chợ áp dụng sơ đồ công nghệ gồm: Giá thủy lực di động loại XDY-1T2/LY, XDY-1T2/Hh/Lr; giá khung thủy lực di động phân thể loại GK/1600/1.4/HTD, ZH1600/16/24F; giá khung thủy lực di động chỉnh thể loại ZH1600/16/24Z, GK/1600/1.4/HT; giá thủy lực di động có xích; máy khoan điện cầm tay loại ZM-12, máy khoan khí nén cầm tay loại ZQS-35, máng cào SKAT-80 hoặc SGB-420, SGB-620.
Giá thủy lực di động Hình 1. Giá thủy lực di động có XDY-1T2/LY xích ZH1800/16/24ZL Quá trình áp dụng công nghệ tại các mỏ hầm lò cho thấy, ưu điểm của công nghệ là phù hợp với điều kiện địa chất các vỉa dày thoải đến nghiêng có điều kiện địa chất phức tạp. Nhược điểm của công nghệ là công tác khấu than, chống giữ, điều khiển áp lực mỏ thực hiện hoàn toàn bằng thủ công mức độ tổn thất than trong hạ trần còn cao (trung bình khoảng 30%). Không chủ động trong công tác điều khiển đá vách.