Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

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

BÙI ĐÌNH THANH

TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ
CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI
VÙNG CẨM PHẢ- QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2016


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

BÙI ĐÌNH THANH

TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA MỘT SỐ SƠ ĐỒ
CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI
VÙNG CẨM PHẢ- QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 62.52.06.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TSKH. LÊ NHƯ HÙNG

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, các kết
quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Bùi Đình Thanh


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
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 . 5
1.1. Hiện trạng áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải tại vùng
than quảng ninh ......................................................................................... 5
1.2. Kinh nghiệm áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải trên thế
giới .......................................................................................................... 19
1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của công
nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải ............................................................ 22
1.4. Kết luận, mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..................................... 32
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 ............................................................................................. 35
2.1. Đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất- kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ
lượng các vỉa dày, dốc thoải vùng cẩm phả- quảng ninh........................ 35
2.2. Đề xuất một số công nghệ khai thác phù hợp điều kiện vỉa dày, dốc
thoải vùng cẩm phả- quảng ninh ............................................................. 44
2.3. Đề xuất đồng bộ thiết bị cơ giới hóa khai thác vỉa dày thoải .......... 51
2.4. Kết luận ............................................................................................ 58


CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ
CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI
VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH ............................................................. 60
3.1. Nghiên cứu xác định các tham số cần tối ưu hóa của sơ đồ công
nghệ khai thác ......................................................................................... 60
3.2. Xây dựng phương pháp tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa các
tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải ..................... 72
3.3. Xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa trên các
tham số của sơ đồ công nghệ khai thác ................................................... 75
3.3. Kết luận ............................................................................................ 82
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ
CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI HÓA KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC
THOẢI TẠI MỎ THAN KHE CHÀM III ...................................................... 84
4.1. Xây dựng các điều kiện tính toán .................................................... 85
4.2. Tối ưu hóa chiều dài lò chợ khi biết trước chiều dài cột khai thác và
chiều cao khấu gương ........................................................................... 101
4.3. Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều dài lò chợ và
chiều cao khấu gương ........................................................................... 103
4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa chiều cao khấu gương và chi phí sản
xuất khi biết trước các kích thước lò chợ ............................................. .106
4.5. Tối ưu hóa các tham số của lò chợ cơ giới hóa theo yếu tố chi phí

sản xuất nhỏ nhất................................................................................... 107
4.6. Kết luận .......................................................................................... 109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 110
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 113
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 117


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
XV

Xuyên vỉa

TB

Tây Bắc

ZHF

Giá thủy lực di động kiểu ZHF

LAC

Fast Lagrangian Analyis of Continua

UDEC

The Universal Distinct Element Code

CNKT

Công nghệ khai thác

CLTĐ

Cột thủy lực đơn

HDIB

Xà kim loại kiểu HDJB

GTLDĐ

Giá thủy lực di động

HDFBC

Xà hộp

SNG

Khối các nước thuộc Nga

XDY

Giá thủy lực di động kiểu XDY

VINAALTA

Giàn chống tự hành kiểu VINAALTA

2ANSH

Giàn chống tự hành kiểu 2ANSH

OKU

Cột chống pha hỏa kiểu OKU

QCVN01:2011/BCT

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai
thác than hầm

CNKT

Công nghệ khai thác

HTKTCDTP

Hệ thống khai thác cột dài theo phương


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ hạ trần than nóc.. 9
Hình 1.2. Mặt cắt gương lò chợ theo các loại vật liệu chống giữ ..................... 9
Hình 1.3. Giá thủy lực di động XDY-1T2/LY ................................................ 10
Hình 1.4. Giá thủy lực di động có xích ZH1800/16/24ZL ............................. 10
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ sử dụng dàn tự hành
Vinaalta, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc ...................................... 12

Hình 1.6. Lò chợ cơ giới hóa đồng bộ tại Công ty than Nam Mẫu ................ 13
Hình 1.7. Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng có lớp đệm nhân tạo .......... 15
Hình 1.8. Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng - hạ trần ................................ 18
Hình 1.9. Sơ đồ CNKT CGH chia lớp nghiêng, hạ trần thu hồi lớp giữa ...... 20
Hình 1.10. Sơ đồ CNKT chia lớp nghiêng với chèn lò toàn phần ................. 20
Hình 1.11. Sơ đồ CNKT cột dài theo phương, CGH khấu than lớp trụ hạ trần
thu hồi than nóc tại Trung Quốc ..................................................................... 21
Hình 2.1. Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm lò
vùng Cẩm Phả ................................................................................................. 42
Hình 2.2. Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải có khả năng áp dụng
cơ giới hóa khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả ................................. 43
Hình 2.3. Công nghệ CGH khai thác hạ trần than nóc ................................... 45
Hình 2.4. Công nghệ cơ giới hóa khai thác chia lớp nghiêng,hạ trần thu hồi
than lớp giữa .................................................................................................. .49
Hình 2.5. Dàn chống tự hành kiểu “che- chống” có kết cấu thu hồi than nóc sử
dụng 1 máng cào ............................................................................................. 52
Hình 2.6. Dàn chống tự hành kiểu “chống - che” có kết cấu thu hồi than nóc,
sử dụng 2 máng cào ......................................................................................... 54


Hình 3.1. Mối quan hệ giữa chiều dài lò chợ với công suất khai thác, giá
thành phân xưởng, chi phí sản xuất than......................................................... 67
Hình 3.2. Mối quan hệ giữa chiều dài cột khai thác theo phương với công suất
khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than .................................. 69
Hình 3.3. Mối quan hệ giữa chiều cao khấu gương với công suất khai thác, giá
thành phân xưởng, chi phí sản xuất than......................................................... 70
Hình 3.4. Giải thuật tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của
sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải ......................................... 74
Hình 4.1. Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của SĐCN cơ giới hóa
khai thác vỉa than dày, dốc thoải ................................................................... 100

Hình 4.2. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ khi biết trước chiều dài
cột khai thác và chiều cao khấu (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........... 102
Hình 4.3. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài lò chợ ............... 103
Hình 4.4. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước
chiều dài lò chợ và chiều cao khấu (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ...... 104
Hình 4.5. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài cột khấu (trong
điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........................................................................ 105
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều cao khấu gương (trong
điều kiện mỏ Khe Chàm III) ......................................................................... 106
Hình 4.7. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ, chiều dài cột khai thác
theo yếu tố chi phí sản xuất nhỏ nhất (trong điều kiện mỏ Khe Chàm III) ........ 108


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
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 ................. 8
Bảng 1.2: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT CGH đồng bộ sử
dụng dàn tự hành Vinaalta, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc ......... 13
Bảng 1.3: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT chia lớp nghiêng .. 16
Bảng 2.1: Bảng tính chất cơ lý đá mỏ vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh ............. 37
Bảng 2.2: Tổng hợp trữ lượng địa chất vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm
lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh ...................................................................... 41
Bảng 2.3: Tổng hợp trữ lượng các khu vực vỉa than dày, dốc thoải có khả
năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả .......... 43
Bảng 2.4: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có
kết cấu kiểu “che - chống” sử dụng một máng cào......................................... 53
Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có
kết cấu “chống - che” sử dụng hai máng cào .................................................. 55
Bảng 2.6: Bảng so sánh ưu, nhược điểm các loại dàn chống tự hành ............ 56
Bảng 4.1: Các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa .................................... 99

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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.
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

2

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. Các
lò chợ áp dụng những sơ đồ công nghệ khai thác nói trên hiện nay cơ bản đã
đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật yêu cầu, đóng góp tỷ lệ lớn trong
sản lượng khai thác ngành than hàng năm. Thực tế sản xuất cho thấy, sản
lượng than từ các lò chợ khai thác vỉa dày thoải thường lớn hơn 1,5 ÷ 2 lần so
với lò chợ khai thác vỉa dày trung bình trong cùng các điều kiện địa chất - kỹ
thuật mỏ khác. Tuy nhiên, sản lượng các lò chợ còn thấp (chỉ từ 120 ÷ 180
ngàn tấn/năm), năng suất lao động chưa cao (từ 2 ÷ 6 tấn/công-ca). Vì vậy,
vấn đề nghiên cứu “Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ
khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” với mục
tiêu nâng cao hiệu quả khai thác than là rất cần thiết và có ý nghĩa thiết thực
để thực hiện kế hoạch phát triển sản lượng ngành than.
2. Mục tiêu của đề tài
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 - Quang Ninh nhằm
nâng cao hiệu quả khai thác than, phục vụ Quy hoạch phát triển Ngành than
đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tham số của một số sơ đồ công
nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa
than dày, dốc thoải phù hợp điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vùng Cẩm Phả Quang Ninh.

3

4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu điều kiện địa chất và điều kiện các khoáng sàng hầm lò theo
điều kiện cơ giới hóa khai thác.
- 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.
- 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 - Quang Ninh.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp khảo sát, tổng hợp, kế thừa các tài liệu;
- Phương pháp phân tích, thống kê và phương pháp đồ thị;
- Phương pháp mô hình hóa toán - kinh tế;
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: xây dựng được phương pháp luận tối
ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải với
tiêu chí tối ưu là chi phí sản xuất thấp nhất trên mỗi tấn than nguyên khai.
6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần xác định
giá trị cụ thể của các tham số trong sơ đồ công nghệ khai thác theo điều kiện
vỉa và công nghệ áp dụng, giúp Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản
Việt Nam lựa chọn các giải pháp chuẩn bị ruộng mỏ hợp lý để cơ giới hóa ở
các mỏ than hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh nhằm phát triển bền vững,
khai thác than có hiệu quả vùng Quảng Ninh


4

7. Những điểm mới của luận án

7.1. Xây dựng thuật giải bài toán tối ưu hóa các tham số sơ đồ công
nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh.
7.2. . Kết quả chạy máy tính đã cho phép đề xuất giá trị tối ưu các tham
số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải tại mỏ Khe chàm
III vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh.
8. Luận điểm khoa học
8.1. Chi phí sản xuất phụ thuộc vào các tham số 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 là thấp nhất, sau đó nếu tiếp tục
tăng giá trị các tham số này, chi phí sản xuất sẽ tăng lên.
8.2. Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III, chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối
ưu là 200m với chiều dài cột khấu tối ưu là 500m.
8.3. Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công
nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ nhất không hoàn toàn tương ứng với
chi phí sản xuất nhỏ nhất do trong trường hợp chi phí đào lò chuẩn bị tính trên
mỗi tấn than cao hơn so với trường hợp đạt kết quả tối ưu.
8.4. Hệ số hoàn thành chu kỳ Kck = 0,75
9. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, 138
trang, bao gồm 24 hình vẽ và 10 bảng biểu.


5

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
1.1. 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.
1.1.1. 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.


8

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
TT

1

Tên chỉ tiêu

Chiều dày vỉa
than
Chiều cao khấu
3
gương
Chiều cao hạ
4
trần

8
9
10
11
12
13
14

15

Địa điểm áp
dụng

Giá khung Giá khung
Giá thủy
thủy lực di thủy lực di
lực di động

động phân động chỉnh
có xích
thể
thể

m

3,2 ÷ 6,3

3,2 ÷ 6,0

3,0 ÷ 9,8

3,6 ÷ 7,8

m

2,2

2,2

2,2

2,2

1,0 ÷ 4,9

1,0 ÷ 4,8

0,8 ÷ 7,6

1,4 ÷ 5,6

20 ÷ 40

10 ÷ 30

25 ÷ 32

50 ÷ 130
50000 ÷
150000

60 ÷ 150
80000 ÷
250000

50 ÷ 140
80000 ÷
200000

3,0 ÷ 5,0

3,3 ÷ 9,0

5,8 ÷ 7,2

1,3 ÷ 2,4

1,5 ÷ 4,6

-

412 ÷ 734

-

-

117 ÷ 184

60 ÷150

100 ÷ 146

≤ 35
(35  45)*
Chiều dài lò chợ
m
60 ÷ 150
60000 ÷
Công suất lò chợ T/năm
180000
Năng suất lao
T/công 3,0 ÷ 5,5
động
Chi phí gỗ cho
m3 1,95 ÷ 5,4
1000 T than
Chi phí lưới thép

kg 503 ÷ 675
cho 1000 T than
Chi phí thuốc nổ
kg
98 ÷ 120
cho 1000 T than
Chi phí kíp nổ
cái 490 ÷ 558
cho 1000 T than
Chi phí dầu nhũ
hoá cho 1000 T
kg 150 ÷ 243
than
Tổn thất than
%
18 ÷ 27
theo công nghệ

5 Góc dốc vỉa

7

Giá trị
Giá thủy
lực di
động

Vật liệu chống
giữ

2

6

Đơn
vị

độ

517 ÷ 645

250 ÷ 500 500 ÷ 680

108 ÷ 167

35 ÷ 120

114 ÷ 154

17 ÷ 25

20 ÷ 28

20 ÷ 28

Hầu hết
các mỏ
hầm lò

Thống

Nhất, Dương Huy,
Đông Bắc

Nam Mẫu,
Hầu hết Đồng Vông,
các mỏ
86, Cầm
hầm lò Thành, Khe
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
MÆt c ¾t a - a

Lß däc vØ
a th«ng giã

Lß däc vØ
a th«ng giã

b

°
0÷45

60÷150 m

a

b

Lß däc vØ
a vËn t¶i
Lß däc vØ
a vËn t¶i

MÆt c ¾t b - b

2,2 m

a

3,0÷10,0 m

2200

2200

Hình 1.1. Hệ thống khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ hạ trần
than nóc

1710

1600

b. Chống giữ lò chợ bằng giá thủy
lực di động có xích

2200

2200

a. Chống giữ lò chợ bằng giá thủy
lực di động

1950

c. Chống giữ lò chợ bằng giá khung
thủy lực di động dạng chỉnh thể

2000

d. Chống giữ lò chợ bằng giá khung
thủy lực di động dạng phân thể

Hình 1.2. 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/1600/1.6/2.4/HTD, ZH1600/16/24F;
giá

khung

thủy

lực

di

động

chỉnh

thể

loại

ZH1600/16/24Z,

GK/1600/1.6/2.4/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.

Hình 1.3. Giá thủy lực di động
XDY-1T2/LY

Hình 1.4. Giá thủy lực di động có
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.


11

1.1.2. Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ, hạ
trần thu hồi than nóc
Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu lớp trụ và hạ trần
than nóc, cơ giới hóa khai thác bằng máy khấu than và dàn chống tự hành có
kết cấu hạ trần được đưa vào áp dụng tại vỉa 8 khu Giếng Vàng Danh từ tháng
10/2007. Trên cơ sở kinh nghiệm và kết quả đạt được tại Vàng Danh, đầu
năm 2010, sơ đồ công nghệ khai thác này tiếp tục được triển khai áp dụng tại
6 khu I Than Thùng mỏ than Nam Mẫu. Điều kiện áp dụng công nghệ là các
vỉa dày, thoải đến nghiêng, mức độ biến động về chiều dày và góc dốc từ ổn
định trung bình trở lên, đá vách thuộc loại dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, đá
trụ từ bền vững trung bình trở lên.
Các khu vực áp dụng công nghệ được chuẩn bị tương tự như 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 các loại giá chống thủy lực. Lò chợ
sử dụng đồng bộ thiết bị cơ giới hoá, khấu gương bằng máy khấu với chiều
cao khấu gương 2,8 m, hạ trần thu hồi than phần chiều dày vỉa còn lại, chống
giữ lò chợ bằng dàn tự hành có kết cấu hạ trần than nóc. Sau mỗi chu kỳ khấu
gương tiến hành di chuyển máng cào và dàn chống, phần than nóc tự sập đổ.
Thu hồi than hạ trần qua cửa sổ tháo than, máng thu hồi của dàn chống tự
hành xuống máng cào luồng gương lò chợ. Công tác điều khiển đá vách bằng
phương án phá hỏa toàn phần, sử dụng phương pháp tự sập đổ “không thực
hiện phá hỏa cưỡng bức hay chèn lò hoặc để lại trụ than phía sau lò chợ”.
Các thiết bị chính trong dây chuyền thiết bị cơ giới hóa đồng bộ bao
gồm: dàn chống VINALTA-2.0/3.15, máy khấu than MB12 2V2P-450E,

máng cào DSS 260 - 2 x 132kW - 120, máy nghiền DUK 2P1, máy chuyển tải
DSS 190, trạm bơm dung dịch nhũ hóa HA80/320 P1, trạm bơm phun sương


12

22-850-FIL-TRACE. Trong dõy truyn ng b thit b cú dn chng t hnh
VINALTA-2.0/3.15 c thit k ch to ti Vit Nam, cỏc thit b cũn li
ch yu c nhp t CH Sộc.
Lò dọc vỉa thông gió

a
Lò dọc vỉa thông gió
mặt cắt a - a

b

Lò dọc vỉa vận tải

b

hành
Dàn tự

Má y khấu

00
120.0
45.000

35

c

c
mặt cắt c - c

Dàn chống

mk

mk

mv

mv

d

mt

mt

d

Má ng cào

45.000 120.000

mặt cắt b - b

mặt cắt e - e

mt

mt

mặt cắt d - d

Lò dọc vỉa vận tải

mv
mk

mk

e

mv

Má ng thu hồi
e

a

Hỡnh 1.5. S cụng ngh khai thỏc c gii húa ng b s dng dn t
hnh Vinaalta, khu than lp tr, h trn thu hi than núc


13

Hình 1.6. Lò chợ cơ giới hóa đồng bộ tại Công ty than Nam Mẫu
Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được của các lò chợ áp dụng loại
hình công nghệ khai thác trong thời kỳ lò chợ khai thác ổn định xem bảng 1.2.
Bảng 1.2: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT CGH đồng bộ sử
dụng dàn tự hành Vinaalta, khấu than lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc
TT
1
2
3
4
5
6

Tên chỉ tiêu
Chiều dày vỉa than
Chiều cao khấu gương
Chiều cao hạ trần
Góc dốc vỉa than
Chiều dài lò chợ theo hướng
dốc

m
m
m
độ

Sản lượng khai thác một tháng

T

Công suất lò chợ
Năng suất lao động
Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000
9
T than
Chi phí răng khấu cho 1000 T
10
than
11 Tổn thất than
7
8

Đơn
vị

m

Số lượng
Vàng Danh
Nam Mẫu
7,0
6,7
2,8
2,8
4,2
3,9
14
16
120

102

T/năm
T/công

19200 
23.100
250.000
12,7

15200 
29500
250.000
10,6

lít

40  50

40  50

cái

-

14  15

%

23,6

21,2


14

Quá trình áp dụng công nghệ tại Vàng Danh và Nam Mẫu cho thấy, ưu
điểm của công nghệ là nâng cao được sản lượng, năng suất lao động và mức
độ an toàn so với các loại hình công nghệ khai thác thủ công trong cùng điều
kiện. Tuy nhiên, do đặc điểm điều kiện địa chất khu vực áp dụng có nhiều khó
khăn chưa lường trước được như: hiện tượng xuất hiện trụ nổi, các lớp kẹp
dày trong vỉa nhiều, điều kiện chiều dày, góc dốc vỉa biến đổi tương đối
mạnh, ảnh hưởng của nước chảy vào lò chợ rất lớn làm ngập lụt đường lò,
đình trệ và ách tắc sản xuất, .v.v.. đã ảnh hưởng đến công suất khai thác của
lò chợ. Ngoài ra, còn một số nguyên nhân ảnh hưởng đến sản lượng khai thác
như: các vật tư, thiết bị hỏng hóc chưa kịp thời thay thế do phải phụ thuộc vào
việc nhập khẩu từ nước ngoài; cán bộ công nhân trực tiếp tham gia công nghệ
chưa hoàn toàn làm chủ công nghệ.
1.1.3. Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng
Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu lớp vách, lớp trụ bằng
khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi than lớp giữa thường được áp dụng
cho điều kiện vỉa rất dày (từ 10 m trở lên), góc dốc đến 35o, vỉa thuộc loại ổn
định đến ổn định trung bình về chiều dày và góc dốc. Đá vách vỉa thuộc loại
dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, đá trụ có tính chất bất kỳ. Ngoài ra, có thể áp
dụng sơ đồ công nghệ khai thác này để khai thác các vỉa dày từ 6,0 ÷ 7,0 m
trở lên với đá vách thuộc loại khó sập đổ. Sơ đồ công nghệ khai thác này đã
được áp dụng tại Mạo Khê, Vàng Danh, khu vực Ngã Hai, Thống Nhất, Khe
Chàm, Mông Dương, hiện nay chỉ còn được áp dụng ở Mạo Khê, Đồng Rì (có
lớp kẹp chia vỉa thành các phân lớp) Thống Nhất (vỉa rất dày).

Theo sơ đồ công nghệ này, vỉa than tại khu vực áp dụng được chia
thành các lớp nghiêng theo chiều dốc vỉa các lớp có chiều dày từ 2,2 ÷ 7,0 m.
Công tác chuẩn bị trong mỗi lớp tương tự như sơ đồ công nghệ khai thác cột


15

di theo phng. Lũ ch lp vỏch cú th khu h trn hoc ch khu bỏm vỏch
khụng h trn v c khai thỏc trc, sau ú khai thỏc lp tr (hoc lp
di, i vi trng hp chia nhiu lp) sau hoc cú th khai thỏc hai lp
ng thi nhng cỏch nhau mt khong theo phng nht nh (khong 25 ữ
30 m). Lũ ch c chng gi bng vỡ chng thy lc (giỏ khung thy lc,
giỏ thy lc di ng cú xớch).
Cụng tỏc khai thỏc lũ ch c thc hin nh sau: khu gng bng
khoan n mỡn vi chiu cao khu 2,2 m, chng gi bng vỡ chng thy lc sau
1 ữ 2 lung khu tin hnh h trn thu hi than núc (cỏc lp cú h trn); vic
iu khin ỏ vỏch c thc hin bng phng phỏp phỏ ho ton phn.
Mặt c ắt a - a

a

Lò dọc vỉ
a thông gió lớ p vá ch

b

5
28ữ3

100ữ140 m

Lò dọc vỉ
a
thông gió lớ p trụ
Lò dọc vỉ
a
vận tải lớ p vá ch

b
Lò dọc vỉ
a vận tải lớ p trụ

Lò chợ lớ p vá ch

Lò chợ lớ p trụ

2,2 m

2,2 m

Mặt c ắt b - b

5,8ữ8,0 m

a

Hỡnh 1.7. Cụng ngh khai thỏc chia lp nghiờng cú lp m nhõn to
tng s n nh, gim ỏp lc m cho lũ ch lp di, cỏc khu vc
ỏp dng h thng khai thỏc kiu ny thng dựng cỏc lp m nhõn to tri
ti nn lũ ch khai thỏc lp trờn (vớ d ti m Thng Nht, xem hỡnh 1.7),

hoc li dng cỏc lp ỏ kp n nh phõn cỏch cỏc lp khu (vớ d ti va
Dy v va G m Thng Nht), trong trng hp ú, trong phm vi mt lp
khu nu chiu dy lp khu ln hn chiu cao khu ca lũ ch thỡ gng


16

khấu bám theo đá kẹp trụ và kết hợp hạ trần thu hồi than nóc. Mặt khác, trong
trường hợp áp dụng tại các vỉa dày mỏ Mạo Khê, do đá phá hỏa của lò chợ
lớp trên có khả năng liên kết trở lại sau một khoảng thời gian khai thác, tạo ra
sự ổn định cho nóc lò chợ lớp dưới, nên lò chợ lớp trụ được bắt đầu chuẩn bị
và khai thác sau khi khai thác hết lớp vách và đất đá phá hỏa được xác định là
đã ổn định.
Bảng 1.3: Tổng hợp chỉ tiêu KTKT đạt được của CNKT chia lớp nghiêng
TT

Tên chỉ tiêu

Đơn
vị

Số lượng
Giá thủy lực
Giá khung thủy
di động có
lực di động
xích
5,8  8,0
6,0  8,0

1

Vật liệu chống giữ

2

Chiều dày lớp khai thác

m

3

Chiều cao khấu

m

2,2

2,2

4

Chiều cao thu hồi

m

3,6  5,8

3,8  5,8

5

Góc dốc vỉa

độ

35  45

28  35

6

Chiều dài lò chợ

m

7

Công suất lò chợ

T/năm

120  140
200000 
250000
6,2  7,0

Năng suất lao động
Chi phí thuốc nổ cho 1000 T
9

than
10 Chi phí kíp nổ cho 1000 T than

T/công

100  110
50000 
70000
2,8  3,5

Kg

35  45

90  120

Cái

90  120

360  400

11 Chi phí gỗ cho 1000 T than
Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000
12
T than
13 Tổn thất than

m3

9,0  12

2,0  3,0

Kg

60  80

50  70

%

25  35

20  25

Đồng Rì

Thống Nhất

8

14 Địa điểm áp dụng

Một số thiết bị chính được sử dụng trong các lò chợ áp dụng sơ đồ công
nghệ gồm: Cột thủy lực đơn loại DZ-22 với xà khớp loại HDJB-1200, HDJA-