Nghiên cứu công nghệ khai thác các mỏ quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn phức tạp ở Việt Nam (tóm tắt)

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT




LƯU VĂN THỰC



NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC MỎ
QUẶNG SẮT LỘ THIÊN DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC
TỰ CHẢY TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA
CHẤT THUỶ VĂN PHỨC TẠP Ở VIỆT NAM



Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 62520603



TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT




HÀ NỘI: 2014
2

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác lộ thiên,
Khoa mỏ, Trường Đại học Mỏ-Địa chất


Người hướng dẫn khoa học: NGƯT.PGS.TS. Hồ Sĩ Giao
Trường Đại học Mỏ-Địa chất



Phản biện 1:TSKH Nguyễn Thanh Tuân
Hội Khoa học và công nghệ Mỏ Việt Nam
Phản biện 2: TS Nguyễn Phụ Vụ
Hội Khoa học và công nghệ Mỏ Việt Nam
Phản biện 3: TS Lê Ngọc Ninh
Bộ tài nguyên và Môi trường






Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
trường, họp tại: Trường Đại học Mỏ-địa Chất, Phường Đức Thắng,
Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội.
Vào hồi…… giờ….ngày… tháng … năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư
viện Trường Đại học Mỏ-địa Chất
1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, trên lãnh thổ VN đã phát hiện được 216 mỏ và điểm
quặng sắt với trữ lượng và tài nguyên gần 1,2 tỷ tấn. Các mỏ chủ yếu
phân bố ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Trung Bộ. Điều kiện khai
thác của các mỏ quặng sắt nước ta khá khó khăn: Hầu hết các mỏ
phải khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, điều kiện địa
chất và ĐCTV phức tạp.
Hiện nay, nhiều mỏ các thông
số HTKT và
thiết bị khai thác không đồng bộ, thiết bị lạc hậu, không phù hợp với
yêu cầu khi mở rộng và khai thác xuống sâu, v.v Tuy nhiên, đến
nay chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ và hoàn chỉnh để đưa
vào áp dụng trong sản xuất tại các mỏ. Đặc biệt các vấn đề xúc bốc,
vận tải trên nền đất yếu, ĐBTB khai thác và đào sâu đáy mỏ phù hợp

với điều kiện của từng mỏ. Do đó, các nội dung nghiên cứu của đề
tài mang tính cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với các mỏ quặng
sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện
địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Trên cơ sở đặc điểm điều kiện tự nhiên của các mỏ quặng sắt lộ
thiên, lựa chọn sơ đồ công nghệ khai thác và ĐBTB xúc bốc – vận
tải phù hợp với các mỏ quặng sắt khai thác dưới mức thoát nước tự
chảy trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp nói chung và cho
mỏ sắt Thạch Khê nói riêng, nhằm đáp ứng yêu sản lượng và nâng
cao hiệu quả khai thác cho doanh nghiệp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các mỏ quặng sắt lộ thiên
khai thác dưới mức thoát nước tự chảy có điều kiện địa chất và
ĐCTV phức tạp ở VN, chú trọng mỏ sắt Thạch Khê.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ khai thác quặng sắt lộ
thiên;
- Nghiên cứu về đặc điểm tự nhiên của các mỏ quặng sắt có tác
động đến cơ hội phát triển ngành công nghiệp khai thác quặng sắt
VN;
- Nghiên c
ứu công nghệ khai thác có tiềm năng áp dụng cho các
mỏ quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy trong
điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN;
2

- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ khai thác phù hợp với điều
kiện của các mỏ quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy
trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở VN.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa để phát triển, hoàn thiện;
- Sử dụng phương pháp giải tích, mô hình hoá toán và trí tuệ nhân
tạo;
- Phương pháp phân tích, chọn lọc, so sánh và kinh nghiệm
chuyên gia.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học:
Góp phần bổ sung và hoàn thiện lý thuyết khai thác mỏ lộ thiên
nói chung và khai thác quặng sắt lộ thiên trong điều kiện địa chất và
ĐCTV phức tạp nói riêng.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học để các Công ty
khai thác quặng sắt lộ thiên tham khảo, nhằm đưa ra được những giải
pháp công nghệ và kỹ thuật thích hợp, khắc phục những khó khăn do
điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp trong quá trình khai thác, đảm
bảo hoàn thành kế hoạch sản xuất.
7. Luận điểm bảo vệ
7.1. Ngoài quy mô sản lượng yêu cầu, các đặc điểm tự nhiên như
nguồn gốc thành tạo, tính chất cơ lý đất đá, điều kiện ĐCTV là cơ sở
để lựa chọn công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng cho mỏ lộ thiên.
7.2. Khai thác dưới mức thoát nước tự chảy và điều kiện ĐCTV
phức tạp là các yếu tố có ảnh hưởng đến góc nghiêng của bờ công tác
trên mỏ lộ thiên.
7.3. Để giảm tổn thất và làm nghèo cho các mỏ khai thác lộ thiên
đặc biệt là các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên phức tạp và khai
thác dưới mức thoát nước tự chảy cần có phương pháp khai thác
chọn lọc phù hợp.
7.4. Với điều kiện khai thác trên nền đất yếu thì trong đồng bộ
thiết bị sử dụng (máy xúc-ô tô) cho mỏ lộ thiên, ô tô là thiết bị được

ưu tiên lựa chọn đầu tiên.
8. Nh
ững điểm mới của luận án
8.1. Đã đề xuất được phương pháp phân loại mức độ phức tạp đối
với các mỏ quặng sắt lộ thiên VN theo nguồn gốc thành tạo và yếu tố
địa chất và ĐCTV, làm cơ sở để lựa chọn công nghệ và thiết bị khai
3

thác phù hợp cho các mỏ;
8.2. Đã xây dựng được phương pháp xác định góc nghiêng bờ
công tác cho HTKT có góc nghiêng bờ công tác lớn khi khai thác
dưới mức thoát nước tự chảy phù hợp với điều kiện tự nhiên các mỏ
quặng sắt VN;
8.3. Đã xây dựng được các sơ đồ khai thác chọn lọc phù hợp với
điều kiện tự nhiên phức tạp của các mỏ quặng sắt VN khi khai thác
dưới mức thoát nước tự chảy;
8.4. Đề xuất phương pháp lựa chọn ĐBTB xúc bốc – vận tải phù
hợp với điều kiện các mỏ quặng sắt VN khai thác trên nền đất yếu.
9. NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA LUẬN ÁN
Chương 1: Tổng quan về khai thác sắt lộ thiên ở Việt Nam
và các vấn đề liên quan
1.1. Hiện trạng công tác khai thác quặng sắt ở VN
Hiện tại, một số mỏ quặng sắt nước ta bắt đầu khai thác quặng
gốc, sản lượng đạt từ 100÷250 ngàn tấn/năm, một số mỏ đang đầu tư
xây dựng cơ bản như Thạch Khê, Nà Rụa, v.v
- Nhiều mỏ có thông số HTKT chưa đảm bảo theo đúng thiết kế,
khai thác chọn lọc chưa được quan tâm đúng mức. ĐBTB khai thác ở
các mỏ có công suất còn nhỏ, lạc hậu, năng suất thấp.
- Điều kiện khai thác của các mỏ quặng sắt lộ thiên VN thuộc loại
khó khăn, đặc biệt các mỏ có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp.

Quy hoạch phát triển ngành khai thác quặng sắt VN: Sản lượng
của nhiều mỏ sẽ đạt từ 100÷10.000 ngàn tấn/năm, chiều bờ mỏ đạt từ
150÷500 m. Những năm tới nếu các mỏ khai thác với công nghệ,
thông số HTKT và ĐBTB như hiện nay sẽ không đảm bảo sản lượng
cũng như hiệu quả kinh tế.
1.2. Tiềm năng trữ lượng quặng sắt VN: Tổng trữ lượng và tài
nguyên quặng sắt VN gần 1,2 tỷ tấn. Cấp trữ lượng là 955,39 triệu
tấn, chiếm 82,24%.
1.3. Đặc điểm tự nhiên các khoáng sàng quặng sắt VN
- Các thân quặng sắt gốc nước ta có cấu tạo phức tạp. Vì vậy, sẽ
ảnh hưởng đến công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng ở các mỏ.
- Tầng đất phủ ở các mỏ có chiều dày từ vài mét đến hàng trăm
mét (m
ỏ Thạch Khê từ 26÷226m). Khi bão hòa nước tầng đất phủ sẽ
trở thành đất yếu. Địa tầng của một số mỏ có các hang karst.
- Phần lớn các mỏ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy có điều
4

kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp. Trong đó, mỏ Thạch Khê có điều
kiện ĐCTV phức tạp nhất, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khai thác.
1.4. Phân loại mức độ phức tạp các mỏ quặng sắt theo yếu tố
tự nhiên
Theo mức độ phức tạp về điều kiện tự nhiên và ĐCTV các mỏ
quặng sắt được phân thành 3 nhóm: Nhóm I- Đơn giản gồm các mỏ:
Quý Xa, Làng Vinh-Làng Cọ, Sàng Thần và các mỏ quặng sắt sa
khoáng; Nhóm II- Phức tạp gồm các mỏ: Làng Mỵ, Tiến Bộ, Làng
Tháp, Kíp Tước, Thanh Kỳ, Thanh Tân, Tùng Bá, Nà Lũng, Thầu
Lũng, Đồng Chum, v.v ; Nhóm III- Rất phức tạp gồm các mỏ: Thạch
Khê, Nà Rụa, Trại Cau.
1.5. Tổng quan về công tác nghiên cứu công nghệ khai thác

quặng sắt ở VN
Đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu về khai thác quặng
sắt như: Công ty CP tư vấn đầu tư Mỏ và Công nghiệp-TKV đã lập
Phương án thử nghiệm thi công trên nền cát và sét tại mỏ quặng sắt
Thạch Khê; Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin đã thực hiện
một số đề tài như: Đánh giá phương án thử nghiệm công nghệ thi
công trên nền cát và sét mỏ quặng sắt Thạch Khê; công nghệ KNM;
công nghệ khai thác,v.v Tuy nhiên, các công trình trên đều chưa đề
cập đầy đủ đến điều kiện khai thác của các mỏ khai thác dưới mức
thoát nước tự chảy có điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp.
Đối với khai thác than và Apatit một số tác giả đã nghiên cứu về
công nghệ khai thác chọn lọc sử dụng MXTLGN. Tuy nhiên, điều
kiện khai thác của khoáng sàng Apatit Lào Cai và các mỏ than lộ
thiên nước ta không phức tạp. Các vỉa than thường phân bố chỉnh
hợp với nhau, khai thác than không phải KNM, đá kẹp xúc trực tiếp.
Đối với công tác đào sâu đáy mỏ PGS.TS Hồ Sĩ Giao đã có một số
công trình nghiên cứu về công nghệ khai thác với đáy mỏ 2 cấp áp
dụng cho các mỏ than lộ thiên. Tuy nhiên, khi vận dụng cho các mỏ
quặng sắt cần có những điều chỉnh, hoàn thiện hoặc bổ sung một số
nội dung cho phù hợp. Đối với ĐBTB xúc bốc–vận tải các công trình
nghiên cứu từ trước đến nay đều theo trình tự: Lựa chọn máy xúc
trước, sau đó lựa chọn ô tô theo dung tích gàu xúc và cung độ vận tải.
1.6. M
ột số nét về công nghệ khai thác quặng sắt trên thế giới
Trên thế giới các mỏ quặng sắt có sản lượng lớn đều sử dụng
ĐBTB có công suất lớn, áp dụng phương pháp nổ mìn vi sai điện,
phi điện nhiều hàng. Các nhà khoa học thuộc Liên Xô (cũ) đã có một
5

số công trình nghiên cứu về khai thác mỏ quặng sắt. ĐBTB sử dụng

chủ yếu máy khoan xoay cầu, máy xúc ЭКГ, các thiết bị này không
phù hợp với các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên phức tạp ở VN.
1.7. Kết luận
Theo điều kiện tự nhiên và ĐCTV các mỏ được phân thành 3
nhóm: Đơn giản, phức tạp và rất phức tạp. Hiện nay, tại nhiều mỏ
các thông số HTKT không đảm bảo đúng theo thiết kế, công nghệ và
ĐBTB khai thác chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên và quy mô sản
xuất của các mỏ. Đến nay, đã có một số công trình ở trong nước và
ngoài nước nghiên cứu về công nghệ khai thác quặng sắt, tuy nhiên
các công trình đều chưa đề cập đầy đủ và chưa chú trọng đến điều
kiện tự nhiên, địa chất và ĐCTV phức tạp của các mỏ. Để đáp ứng
nhu cầu phát triển của toàn ngành trong giai đoạn sắp tới, đòi hỏi
phải nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công nghệ hợp lý.
Chương 2: Nghiên cứu công nghệ khai thác có tiềm năng áp
dụng cho các mỏ quặng sắt lộ thiên ở Việt Nam

2.1. Khái quát vấn đề
Điều kiện tự nhiên của các mỏ quặng sắt lộ thiên VN đa số thuộc
loại phức tạp, trữ lượng nhỏ. Từ đó những yêu cầu cơ bản đặt ra với
công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng cho các mỏ là:
1. Công nghệ khai thác phải linh hoạt, có khả năng ứng phó kịp
thời với những biến động của thời tiết khí hậu, tận thu được nhiều
nhất tài nguyên trong lòng đất, ít gây ô nhiễm môi trường;
2. Thiết bị sử dụng phải thích nghi với địa hình miền núi, cơ
động, công suất nhỏ vừa phải, phù hợp với tuổi thọ mỏ, có khả năng
khai thác chọn lọc, hoạt động được trong không gian chật hẹp.
2.2. Công nghệ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy
1. Công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp:
- Yêu cầu cần thiết, chiều dài toàn bộ đáy mỏ phải đủ để bố trí 2
lần hào dốc từ tầng trên xuống tầng dưới cho đến độ sâu cuối.

- Chiều dài đáy thấp của mỏ xác định:
( )
(
)






−+
−+−
+
=
K
c
md
đt
L
t
tT
ctgctghLL .
.
.1

1
1
λ
λ
γα

λ
λ
, m (2.9)
- Chi
ều dài đáy cao của mỏ xác định:
)]ctgctg(hL[LL
đ1t2
γ+α+−= , m (2.10)
Trong đó: h- chiều cao tầng, m; α, γ
đ
- góc nghiêng sườn tầng và
6

đầu bờ mỏ, độ; L
t
- chiều dài của tuyến phân chia 2 cấp đáy mỏ, m; λ-
hệ số phân mùa; t
c
- thời gian đào một khu vực hào chuẩn bị, năm;
L
K
- chiều dài bloc máy xúc, m.
2. Đào sâu đáy mỏ và khai thác quặng bằng MXTLGN
Khi sử dụng MXTLGN để đào sâu đáy mỏ có thể tiến hành đồng
thời nhiều gương chuẩn bị trên toàn bộ chiều sâu của hào, có thể đào
hào dốc độc lập với đào hào chuẩn bị; công tác chuẩn bị tầng mới và
khai thác quặng ở đáy mỏ theo phân tầng, bóc đất đá trên toàn tầng.
2.3. Công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn
- Khi sử dụng các thiết bị công suất nhỏ và bố trí hoạt động trên
tất cả các tầng, góc nghiêng bờ công tác nhỏ và được xác định:

(
)
]
1
[
min
αϕ
ctg
hn
Bn
arcctg
t
t
+
−
= , độ (2.24)
Trong đó: n
t
- số tầng của mỏ theo thiết kế, B
min
- chiều rộng mặt
tầng công tác tối thiểu, m.
- Khi sử dụng thiết bị công suất lớn là tiền đề để tăng góc nghiêng
bờ công tác. Khi đó sẽ cho phép điều hòa chế độ công tác mỏ, tăng
hiệu quả kinh tế của doanh nghiệp.
2.4. Công nghệ khai thác chọn lọc các mỏ quặng sắt
Sử dụng MXTL khai thác chọn lọc đối với các mỏ quặng sắt có
cấu tạo địa chất và ĐCTV phức tạp, quy mô trữ lượng nhỏ như nước
ta là hoàn toàn phù hợp. Các mỏ có điều kiện ĐCTV phức tạp,

MXTLGN sử dụng gương xúc phía dưới mức máy đứng sẽ giảm
khối lượng đào hào chuẩn bị và các thiết bị không bị ảnh hưởng bởi
đáy mỏ lầy lội.
2.5. Phân tích tiềm năng sử dụng các thiết bị cho các mỏ
quặng sắt lộ thiên VN
- Khâu chuẩn bị đất đá: Khâu này có thể dùng phương pháp cơ
giới; năng lượng chất nổ; thuỷ lực, v.v trong đó, công nghệ KNM
vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến, đặc biệt là ở VN.
- Khâu xúc bốc: Thiết bị xúc bốc gồm: Loại có cơ cấu công tác
hoạt động liên tục và không liên tục. Theo đặc điểm công nghệ: Máy
xúc tay gàu kéo cáp; MXTL; máy xúc gàu treo; máy chất tải; máy ủi.
- Khâu vận tải: Thiết bị bao gồm ô tô, đường sắt, băng tải, trục
t
ải, vận tải liên hợp.
2.6. Kết luận: Công nghệ khai thác với đáy mỏ 2 cấp được ứng
dụng có hiệu quả trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Trong
7

những năm qua các mỏ than lộ thiên VN áp dụng và hoàn thiện dần
công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn, công nghệ khai
thác chọn lọc. Tuy nhiên, để áp dụng được cho các mỏ quặng sắt có
điều kiện tự nhiên phức tạp của nước ta, cần có những điều chỉnh,
hoàn thiện một số vấn đề trong các giải pháp kỹ thuật công nghệ cho
phù hợp với điều kiện của các mỏ.
Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp công nghệ khai thác
phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động cho các mỏ quặng
sắt lộ thiên trong điều kiện tự nhiên phức tạp Việt Nam
3.1. Nghiên cứu hoàn thiện công tác đào sâu cho các mỏ
quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy
1- Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ khai thác mỏ gồm 2

nhóm: Nhóm 1 các yếu có ảnh hưởng lớn gồm: Chiều cao tầng (h),
chiều dài blốc máy xúc (L
K
), năng suất máy xúc tham gia chuẩn bị
tầng mới (Q
x
); Nhóm 2 các yếu tố có ảnh hưởng ít gồm: Chiều rộng
mặt tầng công tác (B
min
), góc dốc thân quặng (γ).
2- Để tăng tốc độ đào sâu đáy mỏ, tốc độ đào hào chuẩn bị, và tốc
độ dịch chuyển dọc của tuyến công tác: Cần giảm chiều cao tầng,
giảm chiều dài bloc máy xúc và giảm chiều rộng mặt tầng công tác.
3.2. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác với góc
nghiêng bờ công tác lớn cho các mỏ quặng sắt lộ thiên VN
3.2.1. Ý nghĩa của việc nâng cao góc nghiêng bờ công tác: Tăng
góc nghiêng bờ công tác, cho phép tăng hiệu quả kinh tế của doanh
nghiệp. Với các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện địa chất phức tạp,
khi xác định góc nghiêng bờ công tác ngoài yếu tố công nghệ, còn
phải xét đến khả năng thay đổi các yếu tố địa kỹ thuật của các mỏ.
3.2.2. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới góc nghiêng bờ công
tác và khả năng nâng cao góc nghiêng bờ công tác khi khai thác
các mỏ quặng sắt dưới mức thoát nước tự chảy, bao gồm:
1- Khi giảm chiều rộng mặt tầng công tác, hoặc tăng chiều cao tầng,
sẽ cho phép tăng góc nghiêng bờ công tác.
2- Phương pháp khai thác ảnh hưởng rất lớn đến góc nghiêng bờ
công tác:
- Khi sử dụng các thiết bị có công suất nhỏ xảy ra 3 trường hợp:
+ Khi t
ất cả các tầng trên bờ công tác đều là tầng công tác và sử

dụng dải khấu thông tầng, góc nghiêng bờ công tác là nhỏ nhất;
+ Khi sử dụng dải khấu cụt, góc nghiêng bờ công tác được nâng lên
đáng kể;
8

+ Khi bờ công tác hình thành các nhóm tầng, trên các nhóm tầng
khấu đuổi hoạt động song song, góc nghiêng bờ công tác sẽ lớn hơn
so với hai trường hợp trên.
- Khi sử dụng thiết bị có công suất lớn xảy ra 2 trường hợp:
+ Nếu số máy xúc ít hơn hoặc bằng số tầng trong nhóm (N
x
≤ m),
sử dụng phương pháp khấu đuổi giữa các tầng trên bờ công tác với
luồng xúc cụt, góc nghiêng bờ công tác sẽ lớn nhất được xác định:
(
)
,
.'2
min
4
hn
ctghnBBn
arcctg
t
tvtt
C
α
ϕ
+
+

−
=
độ (3.15)
Trong đó: B
vt
- chiều rộng đường vận tải, m.
+ Nếu số máy xúc lớn hơn số tầng trong nhóm (N
x
> m), các
nhóm tầng trên bờ mỏ khấu đuổi, hoạt động song song, góc nghiêng
bờ công tác trường hợp này nhỏ hơn so với biểu thức (3.15).
- Lựa chọn góc nghiêng bờ công tác hợp lý khi chiều cao bờ mỏ
lớn:
Khi mỏ khai thác tới độ sâu (H), góc nghiêng bờ công tác φ
0
(hình
3.12). Khi mỏ khai thác thêm độ sâu (∆H) và bổ sung các thông tin về
địa chất và ĐCTV, góc nghiêng bờ công tác xác định là φ
t
. Khi góc
nghiêng bờ công tác là φ
t
1
, tương ứng với khả năng để bờ mỏ không
xảy ra trượt lở là β
1
. Khi đó độ tin cậy của giá trị thu được từ khả
năng bán quặng được xác định:

1

β
qq
GPP = , đồng (3.17)
Trong đó: P
q
- khối lượng quặng khai thác được, tấn; G
q
- giá bán
quặng, đồng/tấn.
B C
A
D
R
H
∆
H
ϕ
t
2
ϕ
t
1
ϕ
0
E

Hình 3.12: Sơ đồ xác định tối ưu
hoá góc nghiêng bờ công tác
700

800
900
1,1
1,2
1,3
L,10
6
đồng
n

Hình 3.14: Đồ thị sự phụ thuộc
giữa lợi nhuận L và hệ số dự
tr
ữ độ ổn định n
Khi góc nghiêng bờ công tác là φ
t
2
(φ
t
2
< φ
t
1
), tương ứng với khả
năng để bờ mỏ không xảy ra trượt lở là β
2
> β
1
. Khi đó có thể xác
9

định góc nghiêng bờ công tác φ
t
*
để đạt được lợi nhuận lớn nhất là:
(
)
[
]
pqqđTqq
CCPCVVGPL ++−−=
ββ

0
→ max, (3.18)
Trong đó: L- hiệu quả kinh tế đạt được khi khai thác P
q
tấn quặng,
đồng; V
T
, V
0
– khối lượng đất đá bóc tương ứng với góc nghiêng bờ
công tác φ
t
2
và φ
t
1
, m

3
; C
đ
- chi phí bóc 1m
3
đất đá, đồng/m
3
; C
q
- chi
phí khai thác 1 tấn quặng, đồng/tấn; C
p
- chi phí phụ trợ, đồng/tấn.
Mối quan hệ giữa lợi nhuận (L) và hệ số dự trữ ổn định (n) theo
hàm phụ thuộc L = f(n) (hình 3.14), từ đó xác định được lợi nhuận
lớn nhất (L
max
) tương ứng với góc nghiêng bờ công tác φ
t
*
và giá trị
tin cậy β. Góc nghiêng bờ công tác phải thỏa mãn điều kiện:
kttCi
γϕϕ
≤≤
*
,
(3.22)
Giá trị tối ưu: φ
Ci

= φ
t
*
(φ
Ci
- xác định theo điều kiện công nghệ).
3.3. Nghiên cứu khai thác với đáy mỏ hai cấp đối với các mỏ
có điều kiện ĐCTV phức tạp
3.3.1. Áp dụng công nghệ khai thác đáy mỏ hai cấp đối với các
mỏ có chiều dài đường phương lớn
Các mỏ có chiều dài theo đường phương lớn và ĐCTV phức tạp,
cần phải áp dụng công nghệ khai thác với đáy mỏ 2 cấp. Đối với mỏ
Thạch Khê thời gian chuẩn bị tầng mới của đáy thấp ngoài các công
việc: Đào hào dốc, đào hào chuẩn bị, mở rộng tầng, còn phải thực
hiện nạo vét bùn, nên chiều dài đáy thấp được xác định:
( ) ( )






++









++
−
=
αγϕ
λ
ctghbh
K
h
ctgctgh
t
n
Q
L
C
b
b
dx

)12(
1
, m (3.24)
Trong đó: t
d
- thời gian đào hào dốc, tháng; V
b
- khối lượng bùn đất
trôi xuống đáy mỏ, m
3
; h

b
- chiều dày lớp bùn ở đáy mỏ, m; K
b
- hệ số
giảm năng suất của máy xúc khi xúc bùn lẫn nước, K
b
= 0,45÷0,6; b
c

- chiều rộng đáy hào chuẩn bị, m.
3.3.2. Lựa chọn công nghệ phân khu vực khai thác theo mùa:
Các mỏ có thiết bị khai thác hạn chế và yêu cầu sản lượng không
cao, có thể áp dụng phương pháp khai thác phân khu vực theo mùa.
Ưu điểm của phương pháp này: Đảm bảo sự ổn định sản xuất giữa
các mùa trong năm; tốc độ xuống sâu ở trường hợp này lớn hơn so
với chuẩn bị trên toàn bộ chiều dài đáy mỏ; cho phép điều hòa chất
lượng quặng khai thác giữa 2 khu vực.
10

3.4. Nghiên cứu xây dựng các sơ đồ công nghệ khai thác chọn
lọc đối với các vỉa quặng (gốc) có cấu trúc địa chất phức tạp
3.4.1. Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng:
Tổn thất và làm nghèo phụ thuộc vào phương pháp khai thác ở
vùng tiếp xúc giữa đất đá và quặng, các thông số HTKT, thế nằm và
cấu tạo của thân quặng, các thông số làm việc của máy xúc, v.v…
3.4.2. Các nguyên nhân gây lên tổn thất và làm nghèo quặng
trong quá trình khai thác lộ thiên, bao gồm:
Do công tác thăm dò; do công nghệ khai thác; do quá trình sản
xuất; do công tác thiết kế. Tuy nhiên, luận án chỉ nghiên cứu biện
pháp KNM và xúc bốc chọn lọc đối với các mỏ khai thác quặng gốc.

3.4.3. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới tổn thất và làm nghèo
khi khai thác mỏ quặng sắt lộ thiên, bao gồm:
Tính chất cơ lý của đất đá và quặng, sản trạng thân quặng, vị trí
mở vỉa và hướng phát triển công trình mỏ, dung tích gàu xúc, chiều
cao tầng quặng.
3.4.4. Công nghệ KNM khai thác chọn lọc quặng sắt gốc
Có thể áp dụng một số phương pháp nổ mìn sau: Nổ tách các lớp
quặng và đá phân bố trên cùng khu vực tầng; nổ giữ nguyên ranh
giới tự nhiên của thân quặng; nổ theo phân tầng; nổ phân đoạn cột
thuốc trong lỗ khoan; nổ tách theo dải cụt; lựa chọn và sử dụng sơ đồ
khởi nổ hợp lý.
3.4.5. Xác định chiều cao xúc chọn lọc của MXTL:
-Trường hợp MXTLGN
đứng trên vách thân
quặng, xúc với gương
dưới mức máy đứng, chất
tải vào ô tô đứng cùng
mức (hình 3.23). Chiều
cao xúc chọn lọc:
γ
sin.
11
Xh
C
= , m (3.36)

Mn

Hình 3.23: Sơ đồ xác định mối quan hệ
giữa các thông số làm việc của

MXTLGN với góc cắm thân quặng và
chiều cao xúc chọn lọc khi đứng bên
vách xúc phía dưới
- Trường hợp MXTLGN đứng trên vách thân quặng xúc với
g
ương trên mức máy đứng, chất tải vào ô tô đứng cùng mức (hình
3.24). Chiều cao xúc chọn lọc:

γ
sin.
22
Xh
C
= , m (3.38)
11

Hình 3.24: Sơ đồ xác định
mối quan hệ giữa các
thông số làm việc của
MXTL với góc cắm thân
quặng và chiều cao xúc
chọn lọc khi xúc gương
phía trên
R
xmax®
R
xmax
R
xmin
h

1
ρ
δ
β
γ
Mn



- Trường hợp MXTLGN
đứng trên nóc tầng quặng
xúc với gương dưới mức
máy đứng, xúc từ vách
sang trụ (hình 3.25). Chiều
cao xúc chọn lọc:

γ
sin.
33
Xh
C
= , m (3.40)

R
xmax®
R
xmax
γ
β
1

Hình 3.25: Sơ đồ xác định mối quan
hệ giữa các thông số của MXTLGN
với góc cắm thân quặng và chiều cao
xúc chọn lọc khi máy xúc đứng trên
nóc tầng quặng xúc gương phía dưới
Trong đó: X
1
, X
2
, X
3
- phần chuyển động thẳng của gàu xúc với
thân quặng.
MXTLGN có thể đứng ở mức trung gian xúc cả trên và dưới mức
máy đứng. Để xác định h
C1
, h
C2
, h
C3
luận án đã xây dựng phền mềm
Chương trình tính chiều sâu (cao) xúc chọn lọc bằng MXTLGN.
3.4.6. Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng vùng tiếp
xúc giữa đất đá và quặng khi khai thác:
Khi sử dụng MXTL khai thác quặng thường xảy ra trường hợp:
Tổn thất ở vách vỉa quặng và trụ lớp đá kẹp cần xúc riêng, làm nghèo
ở vách lớp đá kẹp và trụ vỉa quặng.
3.4.7. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ khai thác chọn lọc hợp lý đối
với các mỏ quặng sắt có cấu trúc địa chất phức tạp:

3.4.7.1. Khai thác bằng MXTLGN đối với các thân quặng dốc
nghiêng và dốc đứng
1. Trường hợp mỏ có một thân quặng
a. Khi thân qu
ặng có vách và trụ chỉnh hợp với nhau
* Khi điều kiện ĐCTV của mỏ phức tạp, đáy mỏ luôn lầy lội:
MXTLGN xúc gương phía dưới và chất tải vào ôtô đứng cùng mức
(hình 3.29a). Các thông số cơ bản:
Chiều cao phân tầng h
ptt
= h
ptd
;
12

chiều rộng đáy hào chuẩn bị: b’ ≥ 2m;
- Đối với các thân quặng dốc đứng phải bóc cả bờ trụ, chiều rộng
mặt tầng bên trụ vỉa (b
1
) phải thoả mãn điều kiện:
ZkRdb
q
+++≥ 5,0
1
, m (3.43)
Trong đó: R
q
- bán kính quay của thân máy xúc, m; k- khoảng hở
cần thiết giữa đuôi máy xúc và sườn tầng, k = 0,4÷0,6 m.

Hình 3.29:
Sơ đồ công
nghệ sử dụng
MXTLGN
bóc đất đá và
khai thác
quặng có
vách và trụ
vỉa quặng
chỉnh hợp
1
A - A
-10
¤ t«
M¸y xóc
TLGN
M
n
6
3
5
2
4
b
b'
1
ptd
pttr
h
h

A
A
γ
b
α α
-20
-10
-15
-10
-20
-10
-15
-20
-10
-10
-20
+0
+0
h
h
+0

a- Khi mỏ có ĐCTV
phức tạp, đáy mỏ lầy lội
+0
3
M¸y xóc
TLGN
¤ t«
M

n
A - A
6 5
2
4
b
b'
1
A
A
-20
-10
-15
-15
-10
-20
-10
α
γ
α
b
1
-10
-20
+0
ptd
pttr
h
h
h

h
+0
+10
+10
-10

b- Khi đáy mỏ thoát
nước tốt
- Khi không phải bóc bờ trụ, để máy xúc và ô tô cùng hoạt động
trên nóc tầng quặng thì chiều rộng nằm ngang của thân quặng (M
n
)
để ô tô quay đảo chiều:
210
5,0 ZZLRM
vn
+++≥ , m (3.44)
Trong đó: R
v
, L
0
- bán kính vòng nhỏ nhất và chiều dài của ôtô, m;
Z
1
, Z
2
- khoảng cách an toàn từ mép và chân tầng đến đường ô tô, m.
* Khi đáy mỏ được thoát nước tốt: MXTLGN đứng trên nóc tầng
quặng xúc phía dưới và chất tải lên ôtô đứng ở mức dưới (hình
3.29b), chiều rộng đáy hào b

C
> 20 m.
* Trường hợp mỏ có điều kiện ĐCTV đơn giản, đáy mỏ thoát
nước tốt: MXTLGN đứng ở mức trung gian xúc theo gương hỗn hợp
ở trên (h
t
≥ 5 m) và ở dưới (h
d
≤ 5m), chất tải lên ô tô ở dưới đáy mỏ.
b. Khi các thân quặng có vách và trụ bất chỉnh hợp
* Trường hợp thân quặng có chiều dày tăng dần theo chiều sâu
(hình 3.31a). Tùy theo điều kiện ĐCTV của mỏ có thể áp dụng sơ đồ
MXTLGN chất tải lên ô tô đứng cùng mức hoặc dưới mức máy
đứng. Để máy xúc công tác với gương đá và quặng riêng, chiều dày
nằm ngang thân quặng phải thỏa mãn điều kiện:

21
''5,0 ZZRdM
qn
+++≥ , m (3.46)
13

Trong đó: Z’
1
và Z’
2
- khoảng cách an toàn từ 2 mép tầng đến
đường di chuyển máy xúc.
* Trường hợp mỏ có một thân quặng và chiều dày giảm dần theo
chiều sâu (hình 3.31.b): Trình tự khai thác quặng trước, bóc đất đá

hai bên thân quặng sau. Phải đảm bảo giá trị chiều rộng của b
1
= b
2
.


Hình 3.31:
Sơ đồ công
nghệ khai
thác thân
quặng khi
chiều dày
thay đổi
theo chiều
sâu
b'b'
1
2
γ
α
γ
b
h
pt
α
b
M
b
2

3
1
6
5
n
A
A
A - A
-15
-10
-15
-20
-20
-10
+0
-10
h
h
-10
-20
+0
+10
-10
-20
+0
h
pt

a, Thân quặng có
chiều dày tăng dần

2
b
1
-10
-20
M
n
b
3
1
2
5
46
A
A - A
-20
-10
-15
-15
-10
+0
A
-10
-20
+0
+10
-10
-20
+0
h

h

b- Thân quặng có
chiều dày giảm dần
2. Trường hợp mỏ có các thân quặng phân bố gần nhau hoặc
thân quặng có cấu tạo địa chất phức tạp:
a. Khi các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp (hình 3.32): Tùy
theo điều kiện ĐCTV, áp dụng sơ đồ MXTLGN chất tải lên ô tô
cùng mức hoặc ô tô đứng dưới.

Hình 3.32: Sơ
đồ công nghệ
khai thác thân
quặng cấu tạo
phức tạp (hoặc
chùm thân
quặng phân bố
gần nhau) có
hướng cắm
chỉnh hợp bằng
MXTLGN
+0
-10
-15
-10
-10
1
2
¤ t«
M¸y xóc

TLGN
A - A
n4
n2
n1
V4V3V2V1
17
10
11
12
13
14
15
16
18
1
2
3
4
56
7
8
9
MM
n3
M
M
pt
h
pt

h
b'
b
A
A
b
b
-20
-15
-10
+0
h
h
-20
-10
+0
+10
-20
-10
+0

a, Khi mỏ có ĐCTV
phức tạp, đáy mỏ lầy lội
¤ t«
M¸y xóc
TLGN
A - A
n4
n2
n1

V4
V3
V2
V1
17
1011
12
1314
1516
18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
M
M
n3
M
M
pt
h
pt
h
b'
A

A
b
1
b
2
-10
-20
-15
-15
-10
-10
+0
h
h
-20
-10
+0
+10
-20
-10
+0

b, Khi đáy mỏ thoát
nước tốt
b. Khi các thân qu
ặng có thế nằm bất chỉnh hợp (hình 3.33): Tùy
theo sự phân bố của các thân quặng gần nhau sẽ lựa chọn trình tự bóc
đất đá và khai thác quặng phù hợp với sự phân bố của chúng.
14

3.4.7.2. Khi sử dụng MXTLGN kết hợp với MXTLGT để đào hào
chuẩn bị và khai thác quặng:
Trường hợp có một thân quặng hay chùm thân quặng phân bố gần
nhau, áp dụng các sơ đồ công nghệ tương tự như sử dụng MXTLGN.
Trường hợp đáy mỏ thoát nước tốt có thể đưa MXTLGT xuống khai
thác quặng ở phân tầng dưới.

Hình 3.33: Sơ
đồ công nghệ
khai thác các
thân quặng
phân bố gần
nhau có thế
nằm bất chỉnh
hợp bằng
MXTLGN
γ
b
h
pt
h
pt
b
b
M
M
M
9
6 5
7

4
M
n1
n2
n3
n4
A - A
-10
-20
+0
-10
-20
+0
+10
h
h
1
2
A
-10
-15
-15
-10
-20
-20
-10
-15
+10
+0
-10

A
+0
+10

a, Khi mỏ có ĐCTV
phức tạp, đáy mỏ lầy lội
1
2
γ
b
h
pt
h
pt
b
b
M
M
M
9
6 5
7
4
M
n1
n2
n3
n4
A
A - A

-10
-15
-15
-10
-20
-20
-10
-15
-10
-20
+0
-10
-20
+0
+10
h
h
+10
+0
-10
A

b, Khi đáy mỏ thoát
nước tốt
3.5. Nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc–vận tải hợp lý cho các
mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp
3.5.1. Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến lựa chọn ĐBTB:
Tính chất cơ lý của đất đá, quặng; điều kiện ĐCTV; cung độ vận
tải,v.v luận án chỉ nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc–vận tải phù
hợp với các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp.

3.5.2. Nghiên cứu lựa chọn máy xúc – ô tô vận tải hợp lý đối với
các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp
- Với các mỏ có nền đất yếu và ĐCTV phức tạp, lựa chọn ĐBTB
theo trình tự sau: Lựa chọn loại ô tô và tải trọng trước, sau đó sẽ lựa
chọn loại máy xúc có dung tích gàu phù hợp với tải trọng ô tô, sản
lượng và cung độ vận tải.
- Đối với các mỏ lộ thiên có tầng đất yếu, khả năng chịu tải của
đất đá trong diện tích làm việc của thiết bị mỏ được xác định:

dt
đ
a
K
P
P ≤ , kG/cm
2
(3.47)
Trong đó: P
a
- áp lực của thiết bị lên nền, kG/cm
2
; P
đ
- khả năng
15

chịu tải của nền, kG/cm
2
;

K
dt
- hệ số dự trữ, K
dt
= 1,2.
3.5.2.1. Lựa chọn ô tô phù hợp với mỏ có điều kiện địa chất và
ĐCTV phức tạp
1. Khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới tác động tải trọng ô tô
Khi tải trọng ô tô vượt quá khả năng chịu tải của nền đất, sẽ xảy ra
hiện tượng lún và biến dạng.
2. Xác định áp lực của ô tô lên đường vận tải
Áp lực của bánh xe ô tô tác động lên nền đường được xác định:
l
b
q
P
bx
aô
.
=
, kg/cm
2
(3.49)
Trong đó: q
bx
- tải trọng của ô tô tác dụng lên bánh sau, kg; b-
chiều rộng bánh ô tô, cm; l- chiều dài tiếp xúc giữa bánh ô tô và mặt
đất, cm.
Khả năng chịu tải của nền đất yếu đối với các loại ô tô:
- Khi P

gh
< P
aô
thì nền đường bị biến dạng hoặc phá hủy;
- Khi P
gh
≥ P
aô
thì nền đường ổn định không bị biến dạng.
Trong đó: P
gh
- tải trọng giới hạn bắt đầu phá hoại nền đất.
Vì vậy, với các mỏ có tầng đất yếu và ĐCTV phức tạp cần ưu tiên
loại ô tô có P
aô
≤ P
gh
,

nhằm

hạn chế ảnh hưởng đến đường vận tải.
3- Ứng suất tới hạn trong nền đất yếu
Với các lớp đất yếu như cát, sét, sét pha, v.v khi bão hòa nước
tạo nên hiện tượng thuỷ lực. Khi đó giá trị ứng suất tự nhiên sẽ là:
Z
Z
'.'
γσ
= (3.58)

ε
γ
γ
γ
−
−
=
1
).(
'
g
n
đ
, tấn/m
3
(3.59)
Trong đó: '
γ
- trọng lượng riêng của đất có xét đến tác động của
lực đẩy nổi của nước ngầm, tấn/m
3
; γ
đ
, γ
n
- trọng lượng riêng của đất và
nước, tấn/m
3
;

ε
- là hệ số rỗng; g- gia tốc trọng trường; Z- chiều sâu
lớp đất, m.
Mỏ Thạch Khê có ứng suất tự nhiên của các lớp đất yếu khi bão
hòa nước giảm nhanh so với khi không có nước ngầm (hình 3.41).
Do vậy, cần phải áp dụng các giải pháp tháo khô để giảm thiểu tác
động của ô tô lên nền đường.
4. L
ựa chọn tải trọng ô tô hợp lý khi làm việc ở tầng đất yếu có
ĐCCT và ĐCTV phức tạp
Đối với các mỏ có tầng đất yếu và ĐCTV phức tạp, cần lựa chọn
16

ô tô có tải trọng ít gây biến dạng đường vận tải. Mỏ Thạch Khê
công suất 10 triệu tấn/năm và đất bóc từ 15÷19,5 triệu m
3
/năm, nếu
chọn loại ô tô có tải trọng nhỏ sẽ không đảm bảo sản lượng, nếu
chọn ô tô có tải trọng lớn sẽ phá hủy đường vận tải và mặt tầng.

Hình 3.41: Biểu đồ ứng
suất tự nhiên của một
số tầng đất yếu mỏ
Thạch Khê

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
0
2
4
6

8
10
2
3
1
3'
2'
1'
ø
ng suÊt tù nhiªn (kg/cm
2
)
Z, m

1, 1’; 2, 2’; 3, 3’- tương ứng là ứng suất của lớp 1(cát hạt nhỏ), lớp
2 (sét pha, cát pha), lớp 6 (sét, sét pha) ở trạng thái tự nhiên và khi
bão hòa nước ngầm
Kết quả tính toán các loại ô tô của hãng CAT và Komatsu đều có
áp lực lớn hơn ứng suất tự nhiên của các lớp đất yếu:
- Các lớp đất yếu của mỏ ở trạng thái tháo khô tốt và khi bão hòa
nước ngầm, với các loại ô tô có q
0
= 23÷60 tấn thì các lớp đất yếu
đều bị biến dạng đến chiều sâu khoảng 5 m;
- Khi các tầng đất yếu bão hòa nước ngầm đều bị biến dạng đến
chiều sâu 4÷5 m, biến dạng mạnh nhất từ chiều sâu 2,5 m trở lên;
- Khi các lớp đất yếu được tháo khô tốt, chiều sâu biến dạng giảm
đáng kể. Với xe CAT-773F chiều sâu biến dạng của các lớp từ 3,7 m
trở lên; đối với xe khung động chiều sâu biến dạng từ 2,5 m trở lên.
Do vậy, mỏ Thạch Khê cần lựa chọn loại ô tô có áp lực lên nền

đường nhỏ (ưu tiên loại ô tô khung động).
3.5.2.2. Nghiên cứu lựa chọn loại máy xúc phù hợp với tải trọng ô
tô khi khai thác các mỏ có điều kiện địa chất phức tạp
1. Nguyên tắc lựa chọn: Máy xúc phải phù hợp với các yếu tố:
Tính chất cơ lý đất đá và quặng, các thông số HTKT và công suất
mỏ, tải trọng ô tô, hoạt động tốt trong điều kiện tự nhiên phức tạp.
2. Phương pháp lựa chọn: Phân tích các số liệu địa chất và dự
báo lực cản xúc K
F
tương ứng; lựa chọn loại máy xúc phù hợp với
điều kiện tự nhiên của mỏ; lựa chọn các tổ hợp máy xúc - ô tô phù
h
ợp với công suất, thời gian tồn tại, các thông số HTKT.
- Xác định khả năng chịu tải đối với các tầng đất yếu và điều kiện
ĐCTV phức tạp dưới tác động của máy xúc:
17

Theo điều kiện biến dạng của nền đường, khả năng chịu tải của
nền đất yếu so với áp lực của máy xúc xác định:
1
11
1
2
)35,0(2
.
D
BA
HLB
KP
C

dtax








−
+
≥
γ
, kG/cm
2
(3.62)
Trong đó: C- lực dính kết của đất đá, kG/cm
2
; P
ax
- áp lực của máy
xúc tác động lên nền đường, kG/cm
2
; A
1
, D
1
- hệ số không thứ
nguyên; γ
1

- trọng lượng thể tích của đất nền phần trên trụ đỡ, t/m
3
.
Mỏ Thạch Khê các loại đất yếu có C = 0,00÷0,0191 kG/cm
2
, kết
quả tính toán các tầng đất yếu của mỏ đều đảm bảo khả năng chịu tải
với các loại MXTLGN có E = 1,4÷12 m
3
. Đối với máy xúc ЭКГ-5A
khả năng chịu tải chỉ đảm bảo ở lớp 1, lớp 6 và lớp 10 (sét, sét pha,
cát bụi). Do vậy, mỏ Thạch Khê thiết bị xúc bốc phù hợp là MXTL.
- Lựa chọn dung tích gầu xúc:
Với các mỏ có điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp, máy xúc
được lựa chọn theo tải trọng ô tô và phù hợp với quy mô, điều kiện
khai thác. Các mỏ quặng sắt khi áp dụng công nghệ khai thác với góc
nghiêng bờ công tác lớn có thể bố trí các máy xúc làm việc theo một
số sơ đồ sau (hình 3.48):
a) b)
c)

Hình 3.48: Sơ đồ công nghệ xúc bốc đất đá trên bờ công tác
* Trường hợp 1 (hình 3.48a): Trên mỗi nhóm tầng, mỗi tầng bố
trí 1 máy xúc làm việc theo luồng xúc dọc tầng. Trường hợp này
dung tích gầu xúc nhỏ nhất và được xác định như sau:
,
60

1
1

∑
=
=
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
L
L
KKKTN
KTV
E m
3
(3.71a)
Khi min→
K
L , thì min
→
E
,
60

1
min
min
∑
=
=

R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
L
L
KKKTN
KTV
E
m
3
(3.71b)
Trong
đó: V
n
- khối lượng đất bóc hàng năm, m
3
; T
x
- thời gian chu
18

xúc; K
r
- hệ số nở rời của đất đá; N
ca
- số ca làm việc trong năm, ca;
T

ca
- thời gian làm việc 1 ca; K
xđ
- hệ số xúc đầy, K
tg
- hệ số sử dụng
thời gian trong ca; K
cn
- hệ số công nghệ; i- nhóm tầng thứ i trên bờ
mỏ; R- số nhóm tầng trên bờ mỏ; L
ti
- chiều dài tuyến công tác nhóm
tầng thứ i, m; L
Kimin
- chiều dài bloc máy xúc nhỏ nhất, m.
* Trường hợp 2 (hình 3.48b): Trên mỗi nhóm tầng bố trí 2 máy
xúc làm việc, N
xi
= 2. Giả sử chiều dài tuyến công tác trên tất cả các
tầng bằng nhau và số tầng trên các nhóm bằng nhau, dung tích gàu
của máy xúc được xác định:

,
120

2
cntgxđcaca
rxn
KKKTNR
KTV

E =
m
3
(3.72)
Trường hợp này dung tích gàu xúc E
2
> E
1
.
* Trường hợp 3 (hình 3.48c): Trên mỗi nhóm tầng bố trí 1 máy
xúc làm việc N
xi
= 1. Khi
tiKi
LL = , dung tích gàu được xác định:

,
60

3
cntgxđcaca
rxn
KKKTNR
KTV
E =
m
3
(3.73a)
Khi R = 1 thì dung tích gàu xúc là lớn nhất E
3

= E
max
:
,
60

max
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E = m
3
(3.73b)
Do đó, dung tích gàu xúc của mỗi mỏ phải nằm trong giới hạn:
cntgxđcaca
rxn
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E
L
L
KKKTN
KTV

60

60

1
min
≤≤
∑
=
, (3.74)
3.5.3. Quan hệ giữa thiết bị xúc bốc – vận tải
ĐBTB máy xúc – ô tô tối ưu khi tổ hợp đạt hiệu quả lớn nhất.
- Năng suất kỹ thuật của máy xúc được xác định như sau:

xg
g
tca
kt
x
Tn
KTq
Q
60
0
= , tấn/ca (3.78)
Trong đó: q
0
- tải trọng ô tô, tấn; n
g
- số gàu xúc đầy ô tô.

- Năng suất thực tế của máy xúc được xác định:
dxxg
g
tca
tt
x
tTn
KqT
Q
+
=
.
60
0
, tấn/ca (3.79)
Trong đó: t
dx
- thời gian dừng của máy xúc do sự trao đổi các ô tô
19

ở gương xúc, phút.
Hệ số sử dụng máy xúc theo điều kiện vận tải xác định như sau:
rx
xđd
kt
x
tt
x
mx
KTq

KEt
Q
Q
K


1
1
0
γ
+
== (3.81)
- Năng suất của ô tô trong tổ hợp được đánh giá thông qua hệ số
sử dụng K
ôtô
được xác định như sau:
0
0
T
tT
K
x
đ
ôtô
−
=
(3.82)
Trong đó: T
0
, t

xđ
- thời gian chu kỳ ô tô và thời xúc đầy ô tô, phút.
Thay các giá trị xác định được hệ số sử dụng ô tô:
mdt
xđ
rx
mdt
ôtô
tt
KE
KTq
V
L
tt
V
L
K
+++
++
=

120
120
0
γ
, (3.86)
Năng suất của tổ hợp đạt được tối ưu khi:
ôtômx
KK =
Từ đó xác định được quan hệ giữa tải trọng ô tô với dung tích gầu

xúc và cung độ vận tải được xác định:







++=
mdtdx
rx
xđ
tt
V
L
t
KT
KE
q
120
.

0
γ
, tấn (3.88)
Dung tích gàu xúc được xác định theo biểu thức:







++
=
mdtdxxđ
rx
tt
V
L
tK
KTq
E
120


0
γ
, m
3
(3.89)
3.5.4. Xác định số ô tô hợp lý khi phục vụ một máy xúc:
Khi số ô tô phục vụ một máy xúc hợp lý thì giá trị gia tăng năng
suất ô tô khi nó làm việc tại gương này hay gương khác đều không
thay đổi, năng suất tổ hợp lớn nhất.
3.5.5. Nghiên cứu xác định tổ hợp thiết bị xúc – bốc vận tải hợp lý
M
ức độ hợp lý của các tổ hợp xúc bốc – vận tải được xác định
thông qua cường độ làm việc của máy xúc và ô tô. Cường độ làm
việc của các thiết bị được xác định thông qua hệ số sau:
20

0
0
.
.
TN
tN
K
x
xđ
hl
=
(3.103)
Trong đó: K
hl
- hệ số đánh giá cường độ làm việc của tổ hợp máy
xúc - ô tô; N
0
, N
x
- số ô tô và máy xúc cần thiết của mỏ, chiếc.
- Khi K
hl
= 1: Cho thấy sự phối hợp giữa các ô tô và máy xúc
trong tổ hợp ĐBTB là tối ưu;
- Khi K
hl
> 1: Cường độ làm việc của máy xúc cao, còn ô tô thấp;
- Khi K
hl

< 1: Cường độ làm việc của máy xúc thấp, còn ô tô cao.
Từ các kết quả phân tích trên dung tích gàu xúc hợp lý đối với
mỗi mỏ phải thỏa mãn điều kiện sau:
cntgxđcaca
rxn
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E
L
L
KKKTN
KTV
60

60

1
min
≤≤
∑
=

0
0

.
.
TN
tN
K
x
xđ
hl
=
(3.104)






++
=
mdtdxđ
rx
tt
V
L
tK
KTq
E
120


0

γ

Luận án đã xây dựng phần mềm “Chương trình tối ưu hóa đồng bộ
thiết bị máy xúc – ô tô”, sơ đồ thuật toán (hình 3.56).
3.6. Kết luận
1. Các mỏ quặng sắt lộ thiên VN có điều kiện tự nhiên và cấu trúc
phức tạp, địa tầng một số mỏ có các lớp đất yếu và điều kiện ĐCTV
phức tạp gây khó khăn cho quá trình khai thác của các mỏ.
2. Để đảm bảo khai thác hiệu quả các mỏ quặng sắt lộ thiên trong
thời gian tới, cần áp dụng các giải pháp công nghệ như:
+ Áp dụng công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn,
chia bờ công tác thành các nhóm tầng, trên mỗi nhóm tầng có tầng
công tác và tầng vận tải;
+ Áp dụng công nghệ đào sâu đáy mỏ hai cấp và khai thác quặng
theo phân tầng bằng MXTLGN. Đối với các mỏ có điều kiện ĐCTV
ph
ức tạp cần áp dụng các giải pháp tháo khô, sử dụng sơ đồ “Máy xúc
chất tải lên ô tô dưới mức máy đứng”, nhằm giảm chi phí sản xuất.
+ Tùy theo điều kiện phân bố của các thân quặng hay chùm thân
quặng và điều kiện ĐCTV của các các mỏ, lựa chọn sơ đồ công nghệ
21

khai thác chọn lọc phù hợp như đã đề xuất ở trên.

3.Lựa chọn ĐBTB khai
thác có tính cơ động cao
như máy khoan thủy lực,
MXTL, vận tải ô tô để phù
hợp với điều kiện tự nhiên
và quy mô sản lượng của

các mỏ.
+ Căn cứ vào sản lượng
mỏ, điều kiện khai thác,
cung độ vận tải, lựa chọn
ĐBTB xúc bốc – vận tải
sao cho sự phối hợp giữa ô
tô và máy xúc trong tổ hợp
là tối ưu (K
hl
= 1).
+ Đối với các mỏ có tầng
đất yếu chiều dày lớn, ưu
tiên lựa chọn thiết bị vận
tải trước, trên cơ sở loại ô
tô có áp lực lên nền nhỏ.
Thực tế cho thấy loại ô tô
khung động khá phù hợp
với điều kiện khai thác mỏ
Thạch Khê.
Hình 3.56: Sơ đồ thuật toán xác định E
và q
0
hợp lý theo sản lượng và điều kiện
khai thác mỏ
Chương 4: Tính toán áp dụng cho mỏ quặng sắt Thạch Khê
4.1. Đặc điểm chung mỏ quặng sắt Thạch Khê
Độ cao tuyệt đối địa hình khu mỏ từ +5÷+7 m. Tầng đất phủ
gồm: Cát, cát pha sét, phụ tầng sét, sét pha dăm vụn, v.v với chiều
dày từ 26÷226 m. Điều kiện ĐCTV của mỏ rất phức tạp, lưu lượng
n

ước ngầm chảy vào mỏ rất lớn. Mỏ khai thác đến mức -550 m, trữ
lượng khai thác 375 triệu tấn, đất bóc 651,4 triệu m
3
. Sản lượng
quặng từ 5
÷
10 triệu tấn/năm, đất bóc từ 15
÷
19,5 triệu m
3
/năm.
22

4.2. Xác định góc nghiêng bờ công tác hợp lý đối với tầng đá
cứng
Đối với tầng đá cứng của mỏ phân bố từ mức -25 trở xuống, các
thông số của HTKT: h = 15m, số tầng công tác đồng thời n
t
= 8÷20,
α = 65
0
, B
min
= 40m, số nhóm tầng hoạt động song song m
s
= 2÷3.
Xúc đất đá MXTLGN có E = 6,7 m
3
, theo điều kiện công nghệ bố trí
mỗi nhóm tầng 2 máy xúc. Từ đó xác định được góc nghiêng bờ

công tác φ = 26
0
.
Khi chiều sâu khai thác thay đổi H = 150 m, với chiều dài khai
trường L = 1250 m, chiều dày vỉa quặng M
tb
= 123 m. Theo điều
kiện thay đổi yếu tố địa kỹ thuật, khi góc nghiêng bờ công tác φ
t
*
=
26
0
thì lợi nhuận đạt được lớn nhất. Do đó, tầng đá cứng mỏ cần áp
dụng góc nghiêng bờ công tác φ = 26
0
.
4.3. Xác định chiều cao xúc chọn lọc đối với các MXTLGN
Với chiều dày vỉa quặng M
tb
= 123 m, góc dốc từ γ = 50÷75
0
. Đối
với các loại MXTLGN có E = 2,7÷5,0 m
3
, xác định được chiều cao
xúc chọn lọc từ 5÷10 m. Do vậy, lựa chọn chiều cao phân tầng quặng
h
pt
= 5,0÷6,0 m. Khi sử dụng MXTLGN có chiều dày xúc lẫn t =

0,15 m và t = 0,2 m, xác định được tỷ lệ tổn thất tương ứng 3,28% và
3,38%, tỷ lệ làm nghèo tương ứng 2,19% và 2,25%.
4.4. Xác định ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp lý
4.4.1. Xác định loại ô tô phù hợp với các tầng đất yếu
So sánh áp lực các loại ô tô khung cứng và khung động có q
0
=
23÷150 tấn với khả năng chịu tải của các lớp của tầng đất yếu mỏ
Thạch Khê thấy rằng: Khả năng chịu tải của các lớp đất yếu từ 1÷10
nhỏ hơn so với áp lực của các loại ô tô có tải trọng ≥ 23 tấn. Chỉ có
lớp 11 và lớp 12 có sức chịu tải bằng hoặc lớn hơn so với áp lực của
các ô tô khung động có tải trọng từ 23÷37 tấn. Cùng tải trọng thì ô tô
khung động đều có áp lực lên nền nhỏ hơn so với ô tô khung cứng.
Để phù hợp với điều kiện nền đất yếu và sản lượng mỏ, tải trọng
ô tô phù hợp từ 37÷60 tấn, trong đó ưu tiên loại ô tô khung động.
Đường vận tải cần rải lớp đất cấp phối và đá dăm từ 60÷80 cm.
4.4.2. Xác định loại máy xúc phù hợp với tải trọng ô tô và công
suất mỏ:
V
ới sản lượng đã chọn và cung độ vận tải xác định (đất bóc từ
3,5÷8,0 km, quặng từ 4÷7 km), tổ hợp ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp
lý của mỏ Thạch Khê gồm:
Thiết bị bóc đất đá: MXTL dung tích gầu từ 4÷6,7 m
3
+ ô tô tải
23

trọng từ 37÷58 tấn; thiết bị khai thác quặng: MXTLGN dung tích
gầu từ 3,7÷4,5 m
3

+ ô tô tải trọng từ 37÷41 tấn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Ở nước ta công nghiệp khai thác quặng sắt đã có từ vài chục
năm trước đây, nhưng quy mô khai thác còn nhỏ lẻ, sản lượng thấp;
công tác nghiên cứu khoa học để giải quyết các yêu cầu mà sản xuất
đòi hỏi, đặc biệt đối với các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự
nhiên phức tạp chưa được chú trọng; công nghệ, thiết bị khai thác ở
các mỏ còn thô sơ lạc hậu, không đồng bộ; các thông số HTKT
không phù hợp; tổn thất và làm nghèo quặng trong khai thác còn lớn.
2. Hầu hết các khoáng sàng sắt phân bố ở các vùng rừng núi, xa
các trung tâm kinh tế, công nghiệp hoặc sát bờ biển. Tổng trữ lượng
và tài nguyên quặng sắt nước ta đã được tìm kiếm, thăm dò khoảng
1,2 tỷ tấn. Trữ lượng quặng của các mỏ thuộc loại nhỏ và trung bình,
duy nhất mỏ Thạch Khê có trữ lượng và công suất lớn. Sản trạng
thân quặng, đặc tính cơ lý của quặng và đất đá vây quanh, điều kiện
ĐCTV, v.v…là những yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình
lựa chọn công nghệ khai thác của các mỏ.
3. Theo nguồn gốc thành tạo, cấu trúc địa chất và điều kiện
ĐCTV, các mỏ quặng sắt nước ta được phân thành 3 nhóm: Đơn
giản; phức tạp; rất phức tạp. Trong đó phần lớn các mỏ thuộc loại
phức tạp và rất phức tạp, đặc biệt là mỏ Thạch Khê.
4. Để đáp ứng Quy hoạch phát triển ngành khai thác, chế biến
quặng sắt đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt trong giai đoạn
sắp tới, các mỏ quặng sắt nước ta phải phát triển cả về chiều rộng và
chiều sâu. Đối với các mỏ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy có
điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp cần đổi mới, hoàn thiện và áp
dụng các giải pháp công nghệ, thiết bị khai thác tiên tiến như:
+ Áp dụng công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn,
xét tới khả năng thay đổi yếu tố địa kỹ thuật khi khai thác xuống sâu;
+ ĐBTB khai thác phải có tính cơ động cao, đáp ứng được yêu

cầu của khai thác chọn lọc, phù hợp với nền đất yếu, lầy lội.
- Căn cứ vào công suất mỏ, điều kiện khai thác, cung độ vận tải,
ĐBTB xúc bốc – vận tải phải được lựa chọn sao cho sự phối hợp
gi
ữa ô tô và máy xúc trong tổ hợp là tối ưu (K
hl
= 1), dung tích gàu
xúc nằm trong giới hạn xác định cho phép đối với mỗi mỏ;
- Đối với các mỏ có tầng đất yếu với chiều dày lớn cần ưu tiên lựa