Tổng quan luận án

Theo Điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, tổng sản lượng than thương phẩm khai thác trong nước được định hướng gia tăng 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 cơ cấu này, sản lượng than khai thác bằng phương pháp hầm lò giữ vai trò nòng cốt, dự kiến tăng trưởng từ 20,9 triệu tấn (năm 2014) lên 48,6 triệu tấn vào năm 2030, tương ứng mức tăng gấp 2,3 lần và chiếm tỷ trọng trên 70% toàn ngành than. Đối tượng vỉa than dày, góc dốc thoải phân bố tương đối tập trung tại bể than Đông Bắc, đặc biệt là khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh. Thực tế sản xuất cho thấy các lò chợ khai thác vỉa dày, dốc thoải thường đạt sản lượng cao hơn từ 1,5 đến 2 lần so với các lò chợ khai thác vỉa dày trung bình trong cùng điều kiện địa chất - mỏ.

Tuy nhiên, công nghệ khai thác vỉa than dày dốc thoải tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay chủ yếu vẫn sử dụng phương pháp khoan nổ mìn thủ công kết hợp vì chống thủy lực hoặc chia lớp nghiêng. Nhược điểm của các sơ đồ này là sản lượng lò chợ còn thấp (chỉ đạt 120 đến 180 ngàn tấn/năm), năng suất lao động hạn chế (từ 2 đến 6 tấn/công-ca), tổn thất than hạ trần cao (trung bình khoảng 30%), mét lò chuẩn bị lớn và khó khăn trong kiểm soát đá vách. Mặc dù công nghệ cơ giới hóa đồng bộ sử dụng dàn chống tự hành VINAALTA đã được triển khai thử nghiệm tại mỏ Vàng Danh (tháng 10/2007) và mỏ Nam Mẫu (đầu năm 2010), hiệu quả khai thác thực tế vẫn chưa đạt mức dự kiến do gặp nhiều khó khăn địa chất bất thường, phụ thuộc vật tư ngoại nhập và thiếu hụt cơ sở lý thuyết tối ưu hóa tham số công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam. Do đó, việc nghiên cứu tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh là vấn đề có tính cấp thiết kỹ thuật và giá trị thực tiễn phục vụ quy hoạch ngành.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định là: Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh nhằm nâng cao hiệu quả khai thác than, phục vụ Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030.

Văn bản luận án xác lập các nội dung nghiên cứu theo thứ tự đánh số như sau:

  1. Nghiên cứu điều kiện địa chất và điều kiện các khoáng sàng hầm lò theo điều kiện cơ giới hóa khai thác.
  2. Phân tích, đánh giá điều kiện trang thiết bị, khả năng cơ giới hóa của các đơn vị hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam.
  3. Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ dốc thoải lựa chọn cho điều kiện các vỉa than vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh (bao gồm đề xuất sơ đồ công nghệ phù hợp, xây dựng phương pháp luận tối ưu hóa và tính toán tối ưu hóa cho điều kiện một mỏ cụ thể).

Luận điểm khoa học của tác giả bao gồm:

  1. Chi phí sản xuất phụ thuộc vào các tham số hình học như chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu: khi chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu tăng lên đến một giá trị nhất định, chi phí sản xuất than đạt giá trị thấp nhất; nếu tiếp tục tăng giá trị các tham số này, chi phí sản xuất sẽ tăng lên.
  2. Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III, chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối ưu được xác định là 200 m gắn với chiều dài cột khấu tối ưu là 500 m, ứng với hệ số hoàn thành chu kỳ khai thác Kck = 0,75.
  3. Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ, chỉ tiêu giá thành phân xưởng nhỏ nhất không hoàn toàn tương ứng với chỉ tiêu chi phí sản xuất nhỏ nhất, do chi phí đào lò chuẩn bị tính trên mỗi tấn than có sự chênh lệch lớn giữa các phương án kích thước lò chợ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các tham số kỹ thuật và hình học của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải.
  • Phạm vi nghiên cứu: Các sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải phù hợp đặc điểm địa chất - kỹ thuật mỏ vùng than Cẩm Phả - Quảng Ninh, với đối tượng tính toán kiểm chứng số liệu thực nghiệm tại mỏ than Khe Chàm III. Phạm vi thời gian gắn với Quy hoạch phát triển ngành than giai đoạn đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan các nghiên cứu quốc tế cho thấy các nước có ngành công nghiệp than phát triển (Nga, Trung Quốc, Mỹ, Ba Lan, Đức, Australia, Slovakia, Romania, Nam Phi) từ lâu đã tập trung ứng dụng cơ giới hóa đồng bộ công suất lớn cho vỉa dày, dốc thoải. Luận án điểm lại các nền móng lý thuyết tối ưu hóa mỏ hầm lò từ bài toán số nguyên của Seviakov (xác định tiết diện đường lò để tổng chi phí đào lò và chi phí năng lượng thông gió nhỏ nhất), cùng các công trình nghiên cứu của Viện sĩ M. Lomonoxov và Tiến sĩ khoa học A. tại Liên bang Nga.

Về mặt công nghệ thực tiễn, tại Mỹ, Australia và Nam Phi, các lò chợ cơ giới hóa đồng bộ khấu than không chia lớp (khấu hết chiều dày vỉa hoặc khấu lớp trụ hạ trần than nóc) thường có chiều dài gương khấu từ 190 đến 375 m, chiều dài cột khấu kéo dài đến 4 km, sản lượng đạt từ 8.000 đến 14.000 tấn/ngày-đêm, hệ số sử dụng thiết bị đạt 60% đến 80% và mức độ tổn thất than chỉ dao động trong khoảng 10% đến 15%. Tại Liên bang Nga, kinh nghiệm khai thác vỉa dày dốc thoải tại hai bể than Karagandinsk và Kuznhetsk (chiều dày vỉa than đến 12 m, vách đá khó sập đổ) gắn với các dàn chống tự hành M142, M144, M145, M130 và Pioma, đạt sản lượng bình quân 3.600 tấn/ngày-đêm bằng hệ thống chia lớp nghiêng hoặc hạ trần than nóc. Tại Slovakia, Ba Lan và Trung Quốc, công nghệ cơ giới hóa khấu than lớp trụ hạ trần than nóc được ứng dụng rộng rãi. Romania ghi nhận chiều cao hạ trần tới 27 m, Trung Quốc tới 20 m. Điển hình tại mỏ Đồng Tân (Trung Quốc), khi áp dụng cơ giới hóa đồng bộ vỉa dày 5,6 đến 6,5 m, dốc 3 đến 8 độ, sản lượng đã tăng từ 2,72 triệu tấn (năm 1994) lên 6,08 triệu tấn (năm 2002), năng suất lao động đạt 2.306 tấn/người/năm. Kinh nghiệm Trung Quốc cũng chỉ ra rằng với than đá có độ cứng cao hoặc nhiều đá kẹp, chiều cao hạ trần hợp lý dao động từ 3 đến 7,5 m đối với vỉa có chiều dày 6 đến 10 m.

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu tối ưu hóa tham số mỏ hầm lò được ghi nhận qua công trình của các nhà khoa học: GS. Trần Văn Huỳnh, TS. Vũ Cao Đàm, TSKH. Lê Như Hùng, TS. Ninh Quang Thành, PGS. Đỗ Mạnh Phong, PGS. Trần Văn Thanh, PGS. Phùng Mạnh Đắc, TS. Thái Hồng Phương, TS. Nguyễn Anh Tuấn. Đáng chú ý, TSKH. Lê Như Hùng đã đề xuất phương pháp kết hợp tối ưu hóa cục bộ gắn với tối ưu hóa tổng hợp nhằm giải quyết bài toán lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu trong tập hợp lớn các phương án khả thi trên máy tính điện tử mà vẫn kiểm soát được khối lượng tính toán.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: Các công trình nghiên cứu trên thế giới dựa trên các thông số đầu vào mang tính đặc thù riêng về điều kiện địa chất, trình độ thiết bị, chi phí nhân công và bối cảnh kinh tế - xã hội của từng quốc gia, do đó không thể áp dụng nguyên bản vào vùng than Cẩm Phả - Quảng Ninh. Trong khi đó, các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào bài toán tối ưu hóa tổng thể phục vụ công tác thiết kế mỏ chung, chưa đi sâu giải quyết bài toán tối ưu hóa đồng thời các tham số hình học và công nghệ (chiều dài lò chợ, chiều dài cột khai thác, chiều cao khấu gương, chiều cao hạ trần) cho sơ đồ cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải tại vùng Cẩm Phả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án tiếp cận vấn đề theo hướng định lượng, sử dụng mô hình hóa toán - kinh tế làm công cụ trung tâm để xác định lời giải tối ưu. Tác giả thiết lập hàm mục tiêu tổng quát dưới dạng cực tiểu hóa chi phí sản xuất: $$F(X, Y) = C + E_{HK} \cdot K \to \min$$

Trong đó:

  • $Y = (y_1, y_2, \dots, y_m)$ là véc tơ các điều kiện biên ban đầu (chiều dày, góc dốc vỉa than, tính chất cơ lý đất đá và than).
  • $X = (x_1, x_2, \dots, x_n)$ là tập hợp các tham số công nghệ cần tìm kiếm (phương án mở vỉa, công suất, kích thước hình học lò chợ, sơ đồ công nghệ khai thác).
  • $C$ là chi phí sản xuất thường xuyên; $E_{HK}$ là hệ số hiệu quả định mức; $K$ là vốn đầu tư thiết bị.

Để vượt qua khó khăn khi giải bài toán tối ưu hóa $n$ biến có nhiều tham số phụ thuộc phi tuyến, luận án ứng dụng giải thuật chuyển đổi bài toán $n$ biến thành $n$ bài toán tối ưu hàm một biến thông qua việc khảo sát từng thành phần: $$\min \sum_{i=1}^{n} F_i(X_i, Y) \quad \text{với } X_i \in D_i$$

Bằng thuật toán lặp thu hẹp tập hợp các phương án khả thi $W$ bằng cách loại bỏ liên tiếp các tập hợp con không tối ưu ($W_i = W \setminus V_1 \setminus V_2 \dots \setminus V_i$), tác giả tìm được véc tơ nghiệm $X^0 = (x^0_1, x^0_2, \dots, x^0_n)$ và hoàn thành chứng minh toán học cho điều kiện cần ($X^0 \in D = [X]$) cùng điều kiện đủ ($F(Y, X^0) = \min {F(Y, X)}$). Khung phân tích lý thuyết của tác giả cũng tổng thuật và kế thừa các phương pháp bổ trợ:

  • Phương pháp tiếp nhận các lời giải phức tạp thông qua chỉ tiêu tổng hợp $K_{TH} = \sum K_i$ hoặc $K_{TH} = f(K_i, m_i)$, trong đó trọng số $m_i$ được xác định dựa trên quan hệ chi phí $S_i$ hoặc phương pháp lấy ý kiến chuyên gia Delphi (nhóm 10-12 chuyên gia qua 3 vòng đánh giá, xử lý bằng phương pháp trội, phương pháp bậc, tương quan cặp).
  • Phương pháp giải tích một biến và hai biến, điển hình là 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 nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát, thu thập và kế thừa các tài liệu thăm dò địa chất, báo cáo kỹ thuật khai thác mỏ.
  • Phương pháp phân tích và xác suất thống kê xử lý các tập số liệu cơ lý đất đá mỏ có độ biến thiên cao.
  • Phương pháp đồ thị mô tả quy luật biến thiên chi phí sản xuất than, giá thành phân xưởng và công suất theo các kích thước lò chợ.
  • Phương pháp mô hình hóa toán - kinh tế và lập trình thuật toán trên máy tính điện tử.
  • Các công cụ tính toán và phần mềm được ghi nhận trong văn bản: phần mềm chuyên ngành cơ học đá FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua) và UDEC (Universal Distinct Element Code); phần mềm chuyên dụng tính toán tối ưu hóa thông số sơ đồ công nghệ do tác giả tự xây dựng giao diện và thuật giải.

Nguồn tư liệu và cơ sở dữ liệu:

  • Báo cáo địa chất kết quả công tác thăm dò tỷ mỉ vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh do Đoàn địa chất 9b Liên đoàn 9 thành lập, được Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản phê chuẩn năm 1980.
  • Kết quả thí nghiệm mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm về tính chất cơ lý đá mỏ (độ bền nén, độ bền kéo, mô đun đàn hồi, lực dính kết, góc ma sát trong, dung trọng) tại các mỏ than Dương Huy, Khe Chàm, Mông Dương.
  • Số liệu thống kê kinh tế - kỹ thuật thực tế từ các mỏ hầm lò thuộc TKV: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Dương Huy, Thống Nhất, Khe Chàm, Mông Dương, Quang Hanh, Đồng Rì, Đồng Vông, Cẩm Thành, Tân Lập, Công ty 86.
  • Thông số kỹ thuật - kinh tế cụ thể của dự án khai thác mỏ than Khe Chàm III.

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1 hệ thống hóa và đánh giá thực trạng ba công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải đang được áp dụng tại vùng than Quảng Ninh:

  1. Công nghệ cột dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than nóc: Áp dụng tại Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Dương Huy, Thống Nhất, Mông Dương, Khe Chàm... cho vỉa dày 3 đến 10 m, dốc đến 35 độ (một số nơi dốc 35 đến 45 độ như Quang Hanh, Mông Dương). Chiều dài lò chợ 50 đến 150 m, chiều dài cột khai thác 200 đến 600 m. Thiết bị chống giữ gồm giá thủy lực di động (XDY-1T2/LY, ZH1800/16/24ZL), giá khung di động phân thể (GK/1600/1.4/HTD, ZH1600/16/24F), giá khung chỉnh thể (ZH1600/16/24Z, GK/1600/1.4/HT). Chiều cao khấu gương 2,2 m bằng máy khoan ZM-12, ZQS-35; điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần; vận tải than bằng máng cào SKAT-80, SGB-420, SGB-620.
Chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế Giá khung di động phân thể Giá khung di động chỉnh thể Giá thủy lực di động Giá thủy lực di động có xích
Chiều dày vỉa than (m) 3,2 ÷ 6,3 3,2 ÷ 6,0 3,0 ÷ 9,8 3,6 ÷ 7,8
Chiều cao khấu gương (m) 2,2 2,2 2,2 2,2
Chiều cao hạ trần (m) 1,0 ÷ 4,9 1,0 ÷ 4,8 0,8 ÷ 7,6 1,4 ÷ 5,6
Góc dốc vỉa (độ) 20 ÷ 40 10 ÷ 30 ≤ 35 (35 ÷ 45) 25 ÷ 32
Chiều dài lò chợ (m) 60 ÷ 150 50 ÷ 130 60 ÷ 150 50 ÷ 140
Công suất lò chợ (tấn/năm) 60.000 ÷ 180.000 50.000 ÷ 150.000 80.000 ÷ 250.000 80.000 ÷ 200.000
Năng suất lao động (tấn/công) 3,0 ÷ 5,5 3,0 ÷ 5,0 3,3 ÷ 9,0 5,8 ÷ 7,2
Chi phí gỗ ($m^3$/1.000 T than) 1,95 ÷ 5,4 1,3 ÷ 2,4 1,5 ÷ 4,6 Không thống kê
Chi phí lưới thép (kg/1.000 T than) 503 ÷ 675 412 ÷ 734 Không thống kê Không thống kê
Chi phí thuốc nổ (kg/1.000 T than) 98 ÷ 120 117 ÷ 184 60 ÷ 150 100 ÷ 146
Chi phí kíp nổ (cái/1.000 T than) 490 ÷ 558 517 ÷ 645 250 ÷ 500 500 ÷ 680
Chi phí dầu nhũ hóa (kg/1.000 T than) 150 ÷ 243 108 ÷ 167 35 ÷ 120 114 ÷ 154
Tổn thất than theo công nghệ (%) 18 ÷ 27 17 ÷ 25 20 ÷ 28 20 ÷ 28
  1. Công nghệ cơ giới hóa đồng bộ khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc: Áp dụng tại vỉa 8 Giếng Vàng Danh (10/2007) và khu I Than Thùng mỏ Nam Mẫu (2010). Dây chuyền gồm: dàn chống VINAALTA-2.15 (sản xuất trong nước), máy khấu MB12 2V2P-450E, máng cào DSS 260 ($2 \times 132$ kW - 120), máy nghiền DUK 2P1, máy chuyển tải DSS 190, trạm bơm HA80/320 P1, trạm phun sương 22-850-FIL-TRACE (nhập từ Cộng hòa Séc).
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Mỏ Vàng Danh Mỏ Nam Mẫu
Chiều dày vỉa than (m) 7,0 6,7
Chiều cao khấu gương (m) 2,8 2,8
Chiều cao hạ trần (m) 4,2 3,9
Góc dốc vỉa than (độ) 14 16
Chiều dài lò chợ theo hướng dốc (m) 120 102
Sản lượng khai thác một tháng (tấn) 19.200 ÷ 23.100 15.200 ÷ 29.500
Công suất lò chợ (tấn/năm) 250.000 250.000
Năng suất lao động (tấn/công) 12,7 10,6
Chi phí dầu nhũ hóa (lít/1.000 T than) 40 ÷ 50 40 ÷ 50
Chi phí răng khấu (cái/1.000 T than) Không thống kê 14 ÷ 15
Tổn thất than theo công nghệ (%) 23,6 21,2
  1. Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng: Áp dụng cho vỉa rất dày (>10 m) hoặc vỉa 6 đến 7 m có đá vách khó sập đổ. Điển hình tại Đồng Rì (vỉa có đá kẹp phân lớp) và Thống Nhất (dùng lớp đệm nhân tạo hoặc lợi dụng đá kẹp vỉa Dày, vỉa G).
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Mỏ Đồng Rì (Giá thủy lực có xích) Mỏ Thống Nhất (Giá khung thủy lực di động)
Chiều dày lớp khai thác (m) 5,8 ÷ 8,0 6,0 ÷ 8,0
Chiều cao khấu gương (m) 2,2 2,2
Chiều cao thu hồi than (m) 3,6 ÷ 5,8 3,8 ÷ 5,8
Góc dốc vỉa than (độ) 35 ÷ 45 28 ÷ 35
Chiều dài lò chợ (m) 100 ÷ 110 120 ÷ 140
Công suất lò chợ (tấn/năm) 50.000 ÷ 70.000 200.000 ÷ 250.000
Năng suất lao động (tấn/công) 2,8 ÷ 3,5 6,2 ÷ 7,0
Chi phí thuốc nổ (kg/1.000 T than) 35 ÷ 45 90 ÷ 120
Chi phí kíp nổ (cái/1.000 T than) 90 ÷ 120 360 ÷ 400
Chi phí gỗ ($m^3$/1.000 T than) 9,0 ÷ 12 2,0 ÷ 3,0
Chi phí dầu nhũ hóa (kg/1.000 T than) 60 ÷ 80 50 ÷ 70
Tổn thất than theo công nghệ (%) 25 ÷ 35 20 ÷ 25

Chương 2: Đề xuất các sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp điều kiện các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Chương 2 phân tích đặc điểm địa chất kỹ thuật mỏ vùng Cẩm Phả: Địa tầng trầm tích dày 1.200 đến 1.350 m (khu Mông Dương - Khe Chàm), chứa từ 2 đến 5 vỉa than lớn, tổng chiều dày than đạt 80 đến 92 m tạo thành các chùm vỉa. Sát vách và trụ vỉa là tập sét kết than và sét kết màu xám đen mềm bở dày 0,5 đến 5,0 m, nứt nẻ mạnh, dễ trương nở và bùn hóa khi tiếp xúc với nước. Kế tiếp là tập bột kết nứt nẻ dày 6 đến 25 m, và ngoài cùng là tập cát kết, sạn kết rắn chắc dày 20 đến 60 m.

Về tính chất cơ lý đá mỏ, số liệu thí nghiệm tổng hợp từ 3 mỏ chính được trình bày trong bảng sau:

Tên mỏ Loại đá Độ bền nén (MPa) Độ bền kéo (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) Góc ma sát trong (độ) Lực dính kết (MPa) Dung trọng ($g/cm^3$)
Dương Huy Sạn kết 70 ÷ 130 (111,2) 17 ÷ 21 (20,9) 39 ÷ 60 (50,1) 26 ÷ 35 (32) - 2,45 ÷ 2,62 (2,58)
Cát kết 60 ÷ 95 (86,6) 12 ÷ 15 (13,9) 21 ÷ 42 (33,9) 25 ÷ 35 (31) 24 2,51 ÷ 2,67 (2,65)
Bột kết 35 ÷ 55 (46,4) 7,5 ÷ 11,2 (10,4) 17 ÷ 21,5 (20,4) 20 ÷ 32 (30) 8,59 2,51 ÷ 2,61 (2,65)
Sét kết 14 ÷ 22 (20,0) 3,9 ÷ 5,3 (5,1) 3,1 ÷ 5,8 (4,8) 25 ÷ 35 (34) 3,73 2,47 ÷ 2,60 (2,57)
Khe Chàm Sạn kết 65 ÷ 123 (108,5) 5,4 ÷ 15,2 (8,7) 35,1 ÷ 54 (44,5) 24 ÷ 35 (33) - 2,43 ÷ 2,58 (2,55)
Cát kết 55 ÷ 91 (81,0) 8,5 ÷ 12,5 (11,2) 21 ÷ 41,5 (34,0) 24 ÷ 32 (29) - 2,48 ÷ 2,69 (2,63)
Bột kết 36 ÷ 56 (44,8) 4,4 ÷ 9,8 (5,3) 14,5 ÷ 21 (19,5) 23 ÷ 32 (30) - 2,46 ÷ 2,69 (2,65)
Sét kết 9,5 ÷ 19,5 (17,4) 1,2 ÷ 2,9 (2,2) - - - 2,37 ÷ 2,53 (2,46)
Mông Dương Sạn kết 82 ÷ 117 (107,1) 6,5 ÷ 11 (9,5) 9,5 ÷ 17,2 (15,5) 27 ÷ 38 (37) - 2,48 ÷ 2,69 (2,63)
Cát kết 98,7 ÷ 145 (104,9) 6,8 ÷ 11 (8,8) 9,8 ÷ 19 (13,2) 34 ÷ 36 (35) 18,7 2,58 ÷ 2,65 (2,64)
Bột kết 29,6 ÷ 49,5 (37,8) 4,1 ÷ 5 (4,8) 5,9 ÷ 6,8 (6,3) 29 ÷ 38 (37) 11,5 2,60 ÷ 2,64 (2,62)
Sét kết 8,7 ÷ 21,9 (20,3) 1,5 ÷ 3,9 (3,1) 3 ÷ 7 (6,1) 28 ÷ 34 (32) - 2,51 ÷ 2,60 (2,58)

Địa chất thủy văn khu vực có đặc điểm lưu lượng nước mùa mưa gấp 15 đến 30 lần mùa khô, đạt từ 5.000 đến 6.000 $m^3$/giờ. Địa tầng chứa khí chia thành 3 đới: đới Nitơ - Mêtan (từ mặt đất đến mức +40 m), đới khí Mêtan - Nitơ (mức +40 m đến -150 m) và đới Mêtan (dưới mức -150 m). Các cấu trúc nếp uốn lớn gồm: nếp lõm Bàng Nâu, nếp lõm 375, nếp lồi 2525, nếp lõm Cao Sơn, nếp lồi E18 và nếp lồi Vũ Môn.

Tổng trữ lượng địa chất vỉa dày, dốc thoải tại 4 mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả đạt 20.212 nghìn tấn, chiếm 4,9% tổng trữ lượng địa chất mỏ:

Tên mỏ Mức đánh giá Trữ lượng địa chất mỏ (1.000 T) Trữ lượng vỉa dày, dốc thoải (1.000 T) Tỷ lệ trong tổng TL vỉa dày thoải vùng (%) Tỷ lệ trong TLĐC mỏ (%)
Dương Huy -350 / +38 156.104,5 1.104,5 5,5 1,1
Quang Hanh -300 / +30 95.882,0 1.862,3 9,2 1,9
Mông Dương -250 / LV 22.716,6 962,3 4,8 4,2
Khe Chàm -500 / LV 137.200,0 16.283,0 80,6 11,8
Tổng cộng 411.903,1 20.212,1 100,0 4,9

Tác giả xác lập 7 tiêu chí sàng lọc khu vực có thể áp dụng cơ giới hóa:

  1. Chiều dài theo phương: $L_p \ge 200$ m.
  2. Hệ số biến động chiều dày vỉa: $V_m \le 35%$.
  3. Hệ số biến động góc dốc vỉa: $V_\alpha \le 35%$.
  4. Tỷ lệ đá kẹp trên gương khấu: $\le 10%$.
  5. Đá vách thuộc loại ổn định trung bình trở lên.
  6. Đá trụ thuộc loại bền vững trung bình trở lên.
  7. Khu vực có dạng hình học chữ nhật, trữ lượng công nghiệp không nhỏ hơn 100.000 tấn.

Trữ lượng đáp ứng đủ 7 tiêu chí cơ giới hóa đạt 11.733 nghìn tấn, tập trung phần lớn tại mỏ Khe Chàm:

Tên mỏ Mức đánh giá Trữ lượng vỉa dày, dốc thoải (1.000 T) Trữ lượng có khả năng áp dụng CGH (1.000 T) Tỷ lệ cơ cấu khả năng CGH (%)
Dương Huy -350 / +38 1.104,5 1.265,0 10,8
Quang Hanh -300 / +30 1.862,3 940,2 8,0
Mông Dương -250 / LV 962,3 0,0 0,0
Khe Chàm -500 / LV 16.283,0 9.528,0 81,2
Tổng cộng 20.212,1 11.733,2 100,0

Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất hai sơ đồ công nghệ:

  • Sơ đồ 1: Cơ giới hóa khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần than nóc áp dụng cho vỉa dày 3,5 đến 10,0 m, góc dốc đến 35 độ, đá vách từ dễ sập đổ đến sập đổ trung bình. Chiều cao khấu gương từ 2,0 đến 3,5 m, phần than nó