Tối ưu hóa các tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước trong khai thác than dưới các công trình cần bảo vệ trên mặt mỏ vùng quảng ninh (tt)

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

VŨ THÀNH LÂM
TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ
BẰNG SỨC NƯỚC TRONG KHAI THÁC THAN DƯỚI
CÁC CÔNG TRÌNH CẦN BẢO VỆ TRÊN MẶT MỎ
VÙNG QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ
Mã số : 62.52.06.03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác hầm lò
Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS Trần Văn Thanh, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

Phản biện 1:

GS.TSKH Lê Như Hùng
Hội Khoa học công nghệ mỏ

Phản biện 2:

TS Nguyễn Anh Tuấn

Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

Phản biện 3:

TS Đỗ Anh Sơn
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường, họp tại………………………………….………………..
vào hồi ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... năm 2017.

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


1

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có
xét triển vọng đến năm 2030, có khoảng 2,1 tỷ tấn trong tổng số 6,3 tỷ
tấn trữ lượng, tài nguyên than hiện nay tại bể than Đông Bắc đang nằm
phía dưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ bề mặt, đối tượng chứa
nước, diện tích quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch rừng, quy hoạch vùng
cấm, hạn chế khai thác khoáng sản... của tỉnh Quảng Ninh. Trong đó,
khoảng 0,6 tỷ tấn nằm trong ranh giới các dự án mỏ đã được phê duyệt;
khoảng 1,5 tỷ tấn hiện chưa được quy hoạch khai thác.
Kinh nghiệm trên thế giới đã chỉ ra rằng, để khai thác tối đa phần trữ
lượng, tài nguyên than nằm trong các trụ bảo vệ vừa hiệu quả kinh tế,
đồng thời bảo vệ được các công trình, đối tượng trên bề mặt đất cần áp
dụng công nghệ khai thác (CNKT) chèn lò. Tại Việt Nam, kết quả

nghiên cứu trước đây đã tập trung đánh giá điều kiện địa chất - kỹ thuật
mỏ, xác định trữ lượng cần chèn lò, đồng thời đề xuất một số sơ đồ
CNKT chèn lò phù hợp với điều kiện các vỉa than vùng Quảng Ninh.
Các nghiên cứu đã khẳng định tại những khu vực như vậy cần áp dụng
công nghệ chèn lò bằng sức nước.
Trong khai thác chèn lò bằng sức nước, các tham số công nghệ đóng
vai trò rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi áp
dụng. Việc tối ưu hóa các tham số CNKT như chiều dài theo phương,
chiều dài theo dốc lò chợ, chiều cao khấu, v.v... đã được nghiên cứu khá
đầy đủ trong các công trình nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, đối với
các tham số công nghệ chèn lò như mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn
hợp vật liệu chèn (VLC) với khả năng tách nước khỏi khối chèn, khả
năng vận chuyển trong đường ống, độ co ngót,… hiện chưa có công
trình nào ở trong nước nghiên cứu chuyên sâu, cũng như xác định được
các giá trị tối ưu. Do đó, luận án “Tối ưu hóa các tham số công nghệ
chèn lò bằng sức nước trong khai thác than dưới các công trình cần
bảo vệ trên mặt mỏ vùng Quảng Ninh” có tính cấp thiết giúp các mỏ
xem xét huy động tối đa nguồn tài nguyên than, góp phần giảm tổn thất
than, nâng cao hiệu quả các dự án đầu tư xây dựng mỏ hầm lò, đồng
thời kéo dài tuổi thọ mỏ, đảm bảo không ảnh hưởng các công trình, đối
tượng cần bảo vệ trên bề mặt, góp phần vào việc phát triển và làm chủ
công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước của Tập đoàn Công nghiệp
Than - Khoáng sản Việt Nam nói riêng, ngành than nói chung.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu xác định và tối ưu hóa một số tham số công nghệ chính quyết
định hiệu quả áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh nhằm khai thác tối đa nguồn tài nguyên than, đồng thời đáp ứng


2

được các yêu cầu về giá trị dịch chuyển, biến dạng cho phép đối với các công
trình, đối tượng cần bảo vệ trên bề mặt địa hình.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Các vỉa than nằm trong trụ bảo vệ các công
trình trên bề mặt tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh áp dụng CNKT chèn
lò bằng sức nước với các tham số công nghệ chính liên quan.
- Phạm vi nghiên cứu: Các tham số trong CNKT chèn lò bằng sức
nước bao gồm (1) các tham số CNKT và (2) các tham số công nghệ
chèn lò. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ luận án này chủ yếu tập
trung nghiên cứu một số tham số công nghệ chèn lò quyết định đến hiệu
quả áp dụng công nghệ như: mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợp
VLC với khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng tách nước
khỏi khối chèn, độ co ngót khối chèn và mối quan hệ giữa độ co ngót
khối chèn với mức độ sụt lún, biến dạng bề mặt, cũng như tính toán xác
định bước chèn lò hợp lý khi sử dụng VLC lựa chọn trong điều kiện lò
chợ cụ thể.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng quan kinh nghiệm áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước và
đánh giá tổng hợp trữ lượng than cần chèn lò vùng Quảng Ninh.
- Nghiên cứu lựa chọn một số tham số CNKT chèn lò bằng sức nước
cần tối ưu hóa như khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng
tách nước khỏi khối chèn và độ co ngót của khối chèn.
- Nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức
nước vùng Quảng Ninh như tỷ lệ phối trộn VLC đảm bảo khả năng vận
chuyển bằng sức nước, độ co ngót yêu cầu của khối chèn, theo hệ số
thấm, xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót với mức độ sụt lún, biến
dạng bề mặt đất trên cơ sở bước chèn tối ưu...
- Tối ưu hóa một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước cho điều
kiện lò chợ VM-K8-7 mức -150/-110 khu Vũ Môn - mỏ than Mông Dương.

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp phân tích, đánh giá, tổng hợp.
- Phối hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
- Sử dụng máy tính để tính toán và xác định các tham số công nghệ
chèn lò.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN
- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được phương pháp luận tối ưu hóa
một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước phù hợp với điều kiện
vùng Quảng Ninh.
- Giá trị thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần xác
định giá trị cụ thể của một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước


3

phù hợp với điều kiện vùng Quảng Ninh, giúp các nhà tư vấn thiết kế và
quản lý lựa chọn được giải pháp công nghệ chèn lò bằng sức nước tối
ưu nhất nhằm khai thác triệt để trữ lượng than nằm trong các trụ bảo vệ,
phát huy hết hiệu quả vốn đầu tư mở vỉa chuẩn bị và khai thác, nâng cao
hiệu quả sản xuất kinh doanh, đồng thời bảo vệ được các đối tượng,
công trình cần bảo vệ bề mặt.
7. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
7.1. Xác định thành phần VLC (bao gồm cỡ hạt, loại vật liệu và khối
lượng) hợp lý áp dụng cho công nghệ chèn lò bằng sức nước khi khai
thác các vỉa than nằm dưới các công trình cần bảo vệ trên mặt trong
điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh.
7.2. Xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợp VLC với khả
năng tách nước khỏi khối chèn, độ co ngót của khối chèn và khả năng
vận chuyển trong đường ống.
7.3. Xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức

độ sụt lún, biến dạng bề mặt địa hình trên cơ sở bước chèn lò tối ưu.
8. NHỮNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ
8.1. Khả năng vận chuyển trong đường ống của VLC phụ thuộc chủ
yếu vào thành phần, cỡ hạt, khối lượng VLC.
8.2. Khả năng tách nước và độ co ngót của khối chèn phụ thuộc chủ
yếu vào tỷ lệ phối trộn hỗn hợp VLC.
8.3. Mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức độ sụt lún,
biến dạng bề mặt địa hình tuân theo một hàm số tuyến tính bậc nhất.
9. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN
Luận án được cấu trúc gồm: phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận kiến
nghị và phụ lục. Nội dung của luận án được trình bày trong 115 trang đánh
máy khổ A4 với 22 bảng biểu, 49 hình vẽ và 50 tài liệu tham khảo.
10. CÁC ẤN PHẨM ĐÃ CÔNG BỐ
Theo hướng nghiên cứu của luận án đã công bố 6 công trình đăng
trong các tạp chí chuyên ngành mỏ, hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ trong
và ngoài nước.
CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG THAN CẦN
KHAI THÁC CHÈN LÒ TẠI VÙNG QUẢNG NINH, TỔNG
QUAN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ
BẰNG SỨC NƯỚC
1.1. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng công nghệ chèn lò bằng sức nước
1.1.1. Khái quát chung về công nghệ chèn lò bằng sức nước
Chèn lò là việc điền lấp khoảng không gian đã khai thác bằng các
loại vật liệu như cát, tro, xỉ, đất đá thải... Công nghệ chèn lò được áp


4

dụng với nhiều mục tiêu như: khai thác than dưới các công trình, đối
tượng cần bảo vệ bề mặt; điều khiển áp lực mỏ; giảm tổn thất tài

nguyên; ngăn ngừa nguy cơ cháy nội sinh, nổ khí và bụi mỏ, bục nước;
giảm khối lượng đất đá thải đưa lên mặt đất, v.v...
Các công nghệ chèn lò khá đa dạng, được phân chia theo nhiều tiêu
chí, ví dụ: (1) theo mức độ lấp đầy khoảng không gian đã khai thác,
được chia thành chèn lò toàn phần và chèn lò từng phần; (2) theo đặc
điểm VLC, được chia thành công nghệ chèn khô và chèn ướt; (3) theo
phương pháp vận tải và thi công khối chèn, được chia thành chèn lò tự
chảy, cơ khí, sức nước và khí nén. Trong đó, phân loại chèn lò theo tiêu
chí (3) được áp dụng phổ biến nhất.
Công nghệ chèn lò bằng sức nước có ưu điểm là khối chèn có độ
chặt cao, công suất chèn lớn, phù hợp với mọi điều kiện vỉa than, VLC
có thể được vận chuyển bằng đường ống từ mặt bằng vào khu vực chèn
lấp với khoảng cách xa, khối chèn có khả năng cách ly ổn định khoảng
không đã chèn với sự thâm nhập của không khí. Nhờ những ưu điểm
này, công nghệ chèn lò bằng sức nước được áp dụng phổ biến nhất
trong khai thác than dưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ trên bề
mặt đất tại các nước như Nga, Ba Lan, Anh, Trung Quốc, đóng góp
đáng kể cho tổng sản lượng than khai thác.
Bên cạnh các ưu điểm, nhược điểm của chèn lò bằng sức nước là yêu
cầu về VLC cao, đặc biệt là tỷ lệ, thành phần, cỡ hạt; tính toán để vận
chuyển và thi công khối chèn bằng sức nước khá phức tạp; việc đưa vào
mỏ một lượng nước lớn gây áp lực cho hệ thống thoát nước mỏ và
khiến điều kiện khu vực khai thác xấu đi. Với những nhược điểm nói
trên, việc nghiên cứu lựa chọn các tham số công nghệ hợp lý khi áp
dụng trong từng trường hợp cụ thể là hết sức cần thiết.
1.1.2. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước
CNKT chèn lò bằng sức nước được áp dụng đầu tiên trên thế giới
vào những năm 80 của thế kỷ 19 tại Mỹ, tại Ba Lan (1893), và tại Đức
(1894). Tại Liên Xô (cũ), những thử nghiệm đầu tiên tại Kuzbass năm
1935, sau đó triển khai với quy mô công nghiệp từ năm 1947 (mỏ

Koksovoi-1, bể than Kuzbass). Ngày nay, chèn lò bằng sức nước được
áp dụng phổ biến tại nhiều nước như Nga, Pháp, Đức, Ấn Độ và Trung
Quốc giúp khai thác tối đa tài nguyên mang lại hiệu quả kinh tế cao,
đồng thời bảo vệ được các công trình trình bề mặt. Các sơ đồ CNKT
chèn lò bằng sức nước được áp dụng rất đa dạng, có thể phù hợp với
mọi điều kiện chiều dày và góc dốc của vỉa than. Đối với điều kiện vỉa
dốc thoải đến nghiêng người ta thường áp dụng sơ đồ CNKT chia lớp
nghiêng, khấu than bằng máy combai, chống giữ gương bằng dàn chống


5

tự hành trong trường hợp vỉa dày hoặc sơ đồ CNKT khấu hết chiều dày
vỉa đối với điều kiện vỉa dày trung bình. Đối với điều kiện vỉa dốc, có
thể áp dụng phổ biến các sơ đồ CNKT gồm: sơ đồ CNKT cột dài theo
độ dốc, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp chèn lò theo hướng từ
dưới lên; sơ đồ CNKT cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng
với chèn lò từ dưới lên; sơ đồ CNKT chia lớp ngang nghiêng, chèn lò
theo thứ tự từ dưới lên...
Trong CNKT chèn lò bằng sức nước, có thể sử dụng các loại vật liệu
để chèn lấp khoảng không gian đã khai thác như: đá thải từ các gương
đào lò, đuôi quặng tại các xưởng tuyển, tro xỉ thải nhà máy nhiệt điện,
v.v… Thực tế cho thấy, VLC đóng vai trò quan trọng quyết định mức
độ sụt lún, biến dạng bề mặt, cũng như hiệu quả của công nghệ, do đó,
các mỏ hầm lò trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn và áp
dụng khá đa dạng các loại VLC cũng như giải pháp công nghệ chèn lò,
phù hợp với điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ cụ thể. Để áp dụng các kinh
nghiệm nước ngoài vào trường hợp vùng Quảng Ninh, cần có các
nghiên cứu đánh giá và lựa chọn phù hợp.
1.2. Đánh giá tổng hợp trữ lượng than cần áp dụng CNKT chèn lò

tại vùng Quảng Ninh
Luận án đã tiến hành khảo sát và xác định các đối tượng công trình
cần bảo vệ trên bề mặt vùng Quảng Ninh. Kết quả cho thấy, các nhóm
đối tượng cần bảo vệ trên mặt gồm 3 nhóm đối tượng chính: (1) nhóm
đối tượng công trình công nghiệp (đường điện, đường giao thông, mặt
bằng sân công nghiệp, moong lộ thiên, v.v); (2) nhóm đối tượng dân cư;
(3) nhóm đối tượng chứa nước. Phần trữ lượng than cần khai thác chèn
lò dưới các công trình bề mặt nêu trên nằm phân bố rải rác tại hầu hết
vùng Quảng Ninh bao gồm: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hòn Gai,
Hà Lầm, Núi Béo, Quang Hanh, Mông Dương và Khe Chàm.
1.2.1. Phương pháp đánh giá
Trên cơ sở các tài liệu thu thập, luận án đã xác định và khoanh vùng
các khu vực vỉa than nằm dưới các đối tượng cần bảo vệ bề mặt tại các
mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Núi Béo, Mông Dương và Khe
Chàm dựa trên “Quy tắc bảo vệ các công trình và đối tượng tự nhiên
tránh ảnh hưởng có hại do khai thác mỏ than hầm lò” của Viện VNIMI
(LB Nga, 1998). Theo đó, (1) Các đối tượng có mức độ yêu cầu bảo vệ
bề mặt tương đương nhau được xếp vào cùng một nhóm; (2) Các đối
tượng tập trung với mật độ lớn trong một phạm vi không gian mà trụ
bảo vệ, xác định cho mỗi đối tượng, giao thoa nhau hoặc khoảng cách
giữa chúng quá nhỏ và không hiệu quả để mở một diện khai thác, sẽ


6

Trữ lượng địa chất (1000T)

được khoanh vùng thành một nhóm đối tượng và tính trụ bảo vệ chung
cho cả nhóm; (3) Các đối tượng phân bố thưa thớt trên bề mặt mỏ hoặc
có thể di dời được xem xét loại bỏ khỏi phạm vi khoanh vùng đối tượng

cần bảo vệ. Sau đó, tính toán xác định ranh giới trụ bảo vệ và chiều sâu
khai thác an toàn cho từng nhóm đối tượng. Trữ lượng nằm trong các
trụ bảo vệ được đánh giá chi tiết theo phương pháp của viện VNIMI
gồm các chỉ tiêu địa chất mỏ của khoáng sàng như: chiều dày, góc dốc,
độ ổn chiều dày, góc dốc v.v…
1.2.2. Kết quả đánh giá
Kết quả đánh giá cho thấy, hầu hết các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh
phải để lại một phần lớn trữ lượng trong các trụ bảo vệ các công trình
bề mặt địa hình và không khai thác (khoảng 4  41% tổng trữ lượng địa
chất huy động). Trong đó, tập trung nhiều nhất là mỏ Núi Béo với 41%
trữ lượng phải để lại làm trụ bảo vệ, tiếp theo là mỏ Hà Lầm (khoảng
38%) và mỏ Mạo Khê (khoảng 19%) (xem hình 1.1).
180000
160000

169.162

Trữ lượng địa chất toàn mỏ

147.703

144.536

140000

Trữ lượng than cần chèn lò
106.911

120000
100000

80000
60000

40000

27.632
(19%)

20000

6.980
(4%)

56.797 69.830
(38%)
52.282
28.538
(41%)

2.962
(6%)

9.234
(9%)

0
Mạo Khê

Vàng Danh

Hà Lầm

Núi Béo
Tên mỏ

Mông Dương Khe Chàm

Hình 1.1. Trữ lượng than cần khai thác chèn lò và trữ lượng địa
chất toàn mỏ tại một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh
Phần lớn trữ lượng dưới đối tượng công trình công nghiệp (Nhóm 1)
có yêu cầu khắt khe về mức độ biến dạng bề mặt như đường điện,
đường quốc lộ, sân công nghiệp mỏ, moong khai thác lộ thiên với 64,7
triệu tấn (tương đương 49% trữ lượng chèn lò). Trong đó, tập trung chủ
yếu tại mỏ Núi Béo (28,5 triệu tấn, tương đương 21,6%), Mạo Khê
(19,8 triệu tấn, tương đương 15%) và Hà Lầm (16,3 triệu tấn, tương
đương 12,4%). Trữ lượng than nằm dưới các khu vực dân cư (nhóm 2)
khoảng 43 triệu tấn chiếm 33%, phân bố tại Hà Lầm (40,4 triệu tấn,
tương đương 30,6%) và Mạo Khê (2,5 triệu tấn, tương đương 1,9%).
Ngoài ra, trữ lượng than nằm dưới các đối tượng chứa nước (nhóm
3) khoảng 24,3 triệu tấn (chiếm 18%) và được phân bố tương đối đồng
đều tại các khoáng sàng than Mạo Khê, Vàng Danh, Mông Dương và
Khe Chàm. Trong đó, phần trữ lượng than nằm dưới các đối tượng chứa


7

nước tại khoáng sàng Mạo Khê khoảng 5,2 triệu tấn (3,9%), Vàng Danh
khoảng 6,9 triệu tấn (5,3%), Mông Dương 2,9 triệu tấn (2,2%) và Khe
Chàm khoảng 9,2 triệu tấn chiếm 7% tổng trữ lượng cần chèn lò vùng
Quảng Ninh) (xem hình 1.2).

64.731,3
(49%)

Trữ lượng than (1000T)

70000
60000
43.018,2
(33%)

50000
40000
30000

24.394,0
(18%)

20000
10000
0
Đối tượng chứa nước

Khu dân cư

Các công trình công nghiệp

Công trình cần bảo vệ

Hình 1.2. Phân bố trữ lượng dưới các nhóm công trình, đối
tượng cần bảo vệ bề mặt tại các mỏ vùng Quảng Ninh

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MỘT SỐ THAM SỐ
CẦN TỐI ƯU HÓA TRONG CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ BẰNG
SỨC NƯỚC KHAI THÁC THAN DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH
CẦN BẢO VỆ VÙNG QUẢNG NINH
2.1. Khái quát về các tham số cơ bản của CNKT chèn lò bằng sức
nước
Về bản chất CNKT chèn lò bằng sức nước bao gồm các công việc:
chuẩn bị ruộng mỏ, khấu than, chống giữ lò chợ, điều khiển đá vách,
vận tải, thông gió, thoát nước, v.v... tương tự như các CNKT khác.
Điểm khác biệt chủ yếu là công tác điều khiển đá vách bằng việc đưa
VLC vào điền đầy khoảng không gian đã khai thác - có thể được gọi là
công nghệ chèn lò.
Các tham số liên quan đến công tác khấu than và chống giữ lò chợ,
vận tải than, thông gió, thoát nước, v.v..., đã được nghiên cứu khá đầy
đủ trong một số công trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới như
A.C. Burtracov, A.C. Malkin, M.I. Uxchinov, K.F. Sapitski, A.K.
Porsevski, J. Palarski, D.R. Korovin,.v.v... hay trong nước như
GS.TSKH Lê Như Hùng, TS Ninh Quang Thành, PGS.TS Đỗ Mạnh
Phong, PGS.TS Trần Văn Thanh, TS Đào Danh Phượng, PGS.TS
Phùng Mạnh Đắc, TS Nguyễn Anh Tuấn. Do đó, luận án sẽ không
nghiên cứu các tham số liên quan đến các vấn đề nêu trên mà tập trung
nghiên cứu các tham số công nghệ chèn lò.
Quy trình công nghệ chèn lò bằng sức nước bao gồm: (1) Lựa chọn,
gia công VLC; (2) Vận chuyển VLC bằng sức nước vào khu vực chèn
lò; (3) Thi công khối chèn và tách nước khỏi khối chèn.


8

Lựa chọn, gia công VLC là công tác quan trọng đầu tiên, quyết định

đến hiệu quả - kinh tế kỹ thuật của công nghệ chèn lò. Các tính chất của
VLC thường được xem xét trong quá trình lựa chọn, gia công VLC
gồm: tính chất cơ lý của bản thân các hạt vật liệu, tỷ lệ phối trộn các
thành phần vật liệu; hình dạng, kích thước hạt và mức độ đồng đều cỡ
hạt. Giá trị định lượng cho các tính chất này đều có thể được coi là các
tham số công nghệ chèn lò. Việc xác định đâu là tham số cơ bản, ảnh
hưởng lớn đến hiệu quả chèn lò, phụ thuộc vào từng loại VLC cụ thể.
Vận chuyển VLC bằng sức nước trong đường ống tuân theo các quy
luật về dòng chảy trong ống. Các phương pháp vận tải bằng sức nước
trong đường ống gồm: vận tải với cột áp của máy bơm (vận tải có áp);
vận tải nhờ cột áp tự nhiên do chênh lệch về độ cao giữa các điểm đầu
và cuối đường ống (vận tải không áp). Trong thực tế, công nghệ chèn lò
bằng sức nước trên thế giới thường áp dụng phương pháp vận tải không
áp với các tham số cơ bản gồm: Đường kính trong của đường ống; Độ
nhám thành ống; Số lượng điểm nút và sức cản cục bộ tại các điểm nút;
Tỷ lệ giữa chênh lệch độ cao (H) và khoảng cách theo phương ngang
(L) giữa điểm đầu và điểm cuối của hệ thống vận chuyển (H/L). Đối với
vận tải có áp, ngoài các tham số trên, còn có tham số về vận tốc dòng
chảy. Ngoài ra, các tính chất của VLC cũng ảnh hưởng đến hiệu quả
của hệ thống vận tải bằng sức nước trong đường ống.
Việc thi công khối chèn gồm các công tác: dựng thành be (cốp pha)
cho khối chèn, đưa ống vận chuyển đổ VLC vào khối chèn, thu hồi ống
vận chuyển khi khối chèn đã được điền đầy, khi nước cơ bản tách hoàn
toàn ra khỏi khối chèn công tác thi công khối chèn coi như kết thúc. Thi
công khối chèn được thực hiện theo từng bước chèn, sau một hoặc một
số chu kỳ khai thác. Việc lựa chọn bước chèn lò và các kích thước của
khối chèn được thi công mỗi lần có ảnh hưởng đến tổ chức sản xuất,
qua đó ảnh hưởng đến công suất, năng suất lò chợ, đồng thời ảnh hưởng
đến độ hạ vách trong thời gian thực hiện một chu kỳ khai thác - chèn lò,
do đó ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ bề mặt đất. Vì vậy, kích thước

khối chèn (bao gồm bước chèn) là các tham số cơ bản của công nghệ
chèn lò bằng sức nước.
Trong quá trình thi công khối chèn, VLC sẽ ở lại trong khối chèn,
còn nước thoát ra khỏi khối chèn qua các thành be (cốp pha). Tốc độ
nước thoát ra khỏi khối chèn bằng hình thức thấm qua khối chèn tuân
theo các quy luật thấm, phụ thuộc chủ yếu vào hệ số thấm của VLC.
Như vậy, hệ số thấm của VLC, các giá trị định lượng về hình dạng, kích
thước tổng thể của khối chèn là các tham số cơ bản của công nghệ chèn
lò bằng sức nước.


9

2.2. Nghiên cứu lựa chọn một số tham số cần tối ưu hóa của VLC
2.2.1. Các tham số ảnh hưởng đến độ co ngót của khối chèn
Độ co ngót (%) của khối chèn là sự biến dạng tương đối về thể tích
trong điều kiện nén mà không xảy ra biến dạng ngang dưới tác dụng của
áp lực đơn trục hoặc đa trục. Do đó, khối chèn có độ co ngót nhỏ (mức
độ lèn chặt cao) khả năng sụt lún bề mặt cũng sẽ giảm theo. Ngược lại,
khối chèn có độ co ngót lớn (mức độ lèn chặt thấp), sẽ làm tăng nguy cơ
sụt lún bề mặt. Độ co ngót của khối chèn ảnh hưởng rất lớn bởi thành
phần thạch học và thành phần cỡ hạt VLC. Các hạt vật liệu tròn mịn
đều, thì độ rỗng và độ co ngót sẽ lớn hơn, ngược lại hạt vật liệu góc
cạnh và không đều nhau, độ co ngót sẽ nhỏ hơn. Theo Рыжков Ю.А.,
Волков А.Н., Гоголин В.А. (Liên Xô cũ), VLC có độ co ngót đảm bảo
yêu cầu khi mức độ đồng đều cỡ hạt N = d60/d10  5. Trong đó: d60 đường kính lỗ sàng đảm bảo 60% khối lượng VLC lọt qua; d10- đường
kính lỗ sảng đảm bảo 10% khối lượng VLC lọt qua. Trên thế giới,
người ta thường phối trộn các loại VLC theo một tỷ lệ thích hợp để có
được độ co ngót khối chèn đáp ứng theo yêu cầu.
Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy, tỷ lệ phối trộn các thành phần

vật liệu, cỡ hạt và mức độ đồng đều về cỡ hạt của vật liệu là các tham
số của VLC có ảnh hưởng lớn đến độ co ngót của khối chèn. Mối quan
hệ giữa các tham số này với độ co ngót của khối chèn không có quy luật
thống nhất cho tất cả các loại vật liệu, việc lựa chọn được tham số phù
hợp nhất thiết phải được thực hiện bằng các nghiên cứu thí nghiệm, thử
nghiệm thực tế với loại VLC cụ thể. Do đó, đây là các tham số cần
nghiên cứu tối ưu.

2.2.2. Các tham số ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển trong đường ống
Các kết quả nghiên cứu tại Liên Xô (cũ) và Trung Quốc đã chỉ ra
rằng, cỡ hạt VLC ảnh hưởng rất lớn đến khả năng vận chuyển trong
đường ống. Cỡ hạt tối đa hợp lý không nên lớn hơn 60mm. Ngoài ra,
nhằm hạn chế hiện tượng tắc ống vận chuyển, cỡ hạt tối đa của VLC
không vượt quá 1/3 đường kính trong của ống vận chuyển, trường hợp
có hạt quá cỡ thì mức độ quá cỡ không quá 30% tỷ lệ hạt quá cỡ không
vượt quá 5% khối lượng. Ngoài ra, khối lượng thể tích, độ rỗng của vật
liệu cũng ảnh hưởng đến khả năng vận tải vật liệu trong đường ống.
Tuy nhiên, khối lượng thể tích, độ rỗng của hạt vật liệu phụ thuộc vào
điều kiện thành tạo vật liệu, là các tính chất vốn có của vật liệu (không
thể thay đổi). Để cải thiện khả năng vận chuyển bằng sức nước trong
đường ống, có thể thêm vào dòng chảy các thành phần có cỡ hạt rất nhỏ
nhưng khối lượng riêng lớn hơn nước (ví dụ như tro bay) để hình thành


10

trạng thái huyền phù trong dòng chảy, tăng lực đẩy Acsimet đối với các
hạt thô khác trong hỗn hợp.
Như vậy, các tính chất của VLC như: Cỡ hạt tối đa, tỷ lệ thành phần
vật liệu là các tham số công nghệ có ảnh hưởng đến khả năng vận

chuyển VLC bằng sức nước và cần nghiên cứu tối ưu.
2.2.3. Các tham số ảnh hưởng đến tốc độ tách nước khỏi khối chèn
Trong quá trình thi công khối chèn, nước có thể tách ra khỏi khối
chèn và chảy vào hệ thống thu nước hay không phụ thuộc vào khả năng
thẩm thấu của VLC. Tính thẩm thấu (K) của VLC ảnh hưởng lớn đến
tốc độ tách nước ra khỏi khối chèn khi tiến hành chèn lò bằng sức nước,
qua đó ảnh hưởng đến thời gian một chu kỳ chèn lò và công suất của
dây chuyền chèn lò. Theo kinh nghiệm của Nga, hệ số thẩm thấu yêu
cầu K>0,001 cm/s, tại Ba Lan: K≥0,002 cm/s, tại Úc, Canada:
K>0,0027 cm/s.
Hệ số thẩm thấu phụ thuộc vào (1) cỡ hạt, độ rỗng vật liệu. (2) phụ
gia đông kết và (3) thời gian thi công. Như vậy, tham số công nghệ của
VLC ảnh hưởng đến tốc độ tách nước khỏi khối chèn là hệ số thấm của
VLC. Tham số này chịu ảnh hưởng của các tham số khác của vật liệu
như tỷ lệ thành phần, cỡ hạt tối đa, hệ số không đồng đều về cỡ hạt.
2.3. Nghiên cứu lựa chọn một số tham số cần tối ưu hóa của công tác vận
chuyển và thi công khối chèn
2.3.1. Các tham số của hệ thống vận chuyển VLC
Quá trình vận chuyển VLC bằng sức nước tuân theo các quy luật về
dòng chảy trong đường ống, ví dụ như:
- Phương trình lưu lượng:
𝑄 = 𝑣. 𝐹
(2.1)
Trong đó: v - vận tốc dòng chảy; F - diện tích tiết diện ống vận
chuyển.
- Phương trình Becnuli đối với chất lỏng:
𝑍1 +

𝑃1
𝛾

+

𝛼1 𝑣12
2𝑔

= 𝑍2 +

𝑃2
𝛾

+

𝛼2 𝑣22
2𝑔

+ ℎ𝑤

(2.2)

Trong đó: Z1, Z2 - tương ứng là cao độ tại điểm đầu (1) và cuối (2)
của đường ống; P1, P2 - áp suất tại điểm đầu (1) và cuối (2); v1, v2 - vận
tốc dòng chảy tại điểm đầu (1) và cuối (2); α1, α2 - hệ số thay đổi động
năng tính đến sự sai khác giữa dòng chảy và chất lỏng lý tưởng; g - gia
tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; hw - tổn thất cột áp dọc đường gây ra
bởi ma sát giữa dòng chảy với thành ống từ điểm đầu (1) điến điểm cuối
(2).
- Tổn thất cột áp dọc đường gây ra bởi ma sát giữa dòng chảy với
thành ống (theo công thức Darcy):

11
𝐿 𝑣22
𝐷 2.𝑔

ℎ𝑤 = 𝜆. .

(2.3)

Trong đó: Trong đó: L - chiều dài đường ống vận tải, m; D - đường
kính trong của ống dẫn, m;  - hệ số tổn thất dọc đường.
- Hệ số tổn thất dọc đường (theo công thức thực nghiệm của Nikuratse)
1
𝜆=
(2.4)
2
𝐷
(2.lg

+1,74)

2Δ

Trong đó:  - độ nhám tuyệt đối của ống dẫn, m.
1. Đường kính trong của ống vận chuyển
Kết hợp công thức (2.1) cho thấy, đường kính trong của ống là tham
số ảnh hưởng trực tiếp đến mối quan hệ giữa lưu lượng và vận tốc dòng
chảy. Theo công thức (2.3), đường kính trong của ống còn ảnh hưởng
đến tổn thất cột áp dọc đường gây ra bởi ma sát giữa dòng chảy với
thành ống; và ảnh hưởng đến hệ số tổn thất dọc đường, theo công thức

(2.4). Mặt khác, khi đã lựa chọn được VLC và xác định được các tính
chất của vật liệu, như cỡ hạt, tỷ trọng thì đường kính ống cần được lựa
chọn phù hợp với VLC, sao cho dòng chảy vật liệu trong ống ổn định.
2. Độ nhám của ống vận chuyển
Từ các công thức (2.3), (2.4) cho thấy, độ nhám thành ống càng lớn
thì hệ số tổn thất dọc đường (), và giá trị tổn thất cột áp dọc đường gây
ra bởi ma sát giữa hỗn hợp chất lỏng với thành ống càng lớn. Do đó,
đây là một tham số cần xem xét trong tính toán thiết kế hệ thống vận
chuyển VLC bằng sức nước. Mặt khác, độ nhám thành ống phụ thuộc
vào chất lượng vật liệu, chế tạo, tình trạng của đường ống, nên luận án
sẽ không nghiên cứu tối ưu hóa than số này.
3. Số lượng điểm nút và sức cản cục bộ tại các vị trí điểm nút
Số lượng điểm nút và sức cản cục bộ tại các vị trí điểm nút là các
tham số đặc trưng cho sơ đồ đường ống vận chuyển, chất lượng các vị
trí nối ống. Các tham số này ảnh hưởng đến tổn thất cột áp cục bộ khi
dòng chảy đi qua các vị trí điểm nút. Số lượng điểm nút càng ít (sơ đồ
vận chuyển càng thẳng, ít dích dắc), sức cản cục bộ càng nhỏ thì dòng
chảy càng ổn định, càng tốn ít năng lượng (nước) để vận chuyển VLC.
Mặt khác, trong thực tế, sơ đồ vận chuyển VLC bẳng sức nước thường
có chiều dài vận chuyển rất lớn, do đó tổn thất cục bộ (do sức cản cục
bộ) thường không đáng kể so với tổn thất cột áp dọc đường. Vì vậy, các
tham số này không là đối tượng nghiên cứu tối ưu hóa của luận án.
4. Tỷ lệ giữa chênh cao và khoảng cách vận chuyển (H/L)
Tỷ lệ giữa chênh lệch độ cao và khoảng cách theo phương ngang giữa
điểm đầu và điểm cuối của hệ thống vận chuyển (H/L) là một trong những
tham số quan trọng trong tính toán thiết kế hệ thống vận chuyển VLC bằng


12

sức nước trong đường ống nhờ cột áp tự nhiên. Tham số này thể hiện rằng
các thông số của hệ thống vận chuyển bằng sức nước không phụ thuộc bởi
giá trị tuyệt đối về chênh cao hay khoảng cách vận chuyển, mà bởi giá trị
tương đối phụ thuộc vào chênh lệch chiều cao vận chuyển và khoảng cách
vận chuyển (theo phương ngang). Trường hợp vận chuyển VLC bằng sức
nước trong đường ống có áp. Tham số tỷ lệ (H/L) cũng rất cần thiết để xác
định cột áp bổ sung (chọn máy bơm).
Do đó, tỷ lệ giữa chênh cao và khoảng cách vận chuyển (H/L) là các
tham số công nghệ cần tối ưu hóa khi áp dụng công nghệ chèn lò bằng
sức nước cho vùng than Quảng Ninh.
2.3.2. Các tham số trong thi công khối chèn
Các tham số cơ bản của công tác thi công khối chèn gồm bước chèn
lò và kích thước khối chèn mỗi lần thi công. Kích thước khối chèn có
ảnh hưởng đến: tổ chức sản xuất, qua đó ảnh hưởng đến công suất, năng
suất của lò chợ; độ hạ vách. Đá vách hạ xuống gây ra dịch động, biến
dạng trên bề mặt đất, do đó bước chèn là tham số ảnh hưởng đến mức
độ dịch động, biến dạng trên bề mặt đất. Việc nghiên cứu mối quan hệ
này cho phép lựa chọn được bước chèn tối ưu, vừa đảm bảo các chỉ tiêu
dịch động, biến dạng trên bề mặt đất trong giới hạn cho phép của công
trình, đồng thời làm cơ sở xây dựng biểu đồ tổ chức sản xuất hợp lý.
2.3.3. Các tham số trong quá trình tách nước khỏi khối chèn
Khi thi công khối chèn, nước có thể ngay lập tức thấm qua khối chèn
và chảy vào thể thống thu nước, cũng có thể tích tụ ở phía trên khối
chèn tạo thành cột nước. Điều này phụ thuộc vào khả năng thấm nước
của khối chèn. Do đó, khi tính toán thiết kế công tác thi công khối chèn,
cần xem xét đến khả năng thấm nước để xây dựng thành be, hố thu
nước phù hợp và cũng để lựa chọn áp dụng giải pháp tách nước sơ bộ
nếu khối chèn có khả năng thấm thấp. Điều kiện để trong quá trình thi
công khối chèn không tạo thành cột nước trên bề mặt là lưu lượng nước
chảy vào khối chèn (QN) phải không lớn hơn lưu lượng (tốc độ) nước

thoát ra khỏi khối chèn (QF): QN ≤ QF
(2.5)
Giá trị QF phụ thuộc vào các thông số: Lưu lượng nước chảy vào
khối chèn (QN - ảnh hưởng tới hpr); Hệ số thấm của VLC (Kf); Hệ số
dòng chảy tầng (liên quan đến thành phần, cấp hạt vật liệu); Chiều cao
thẳng đứng của tầng khai thác (H); Kích thước cột khai thác theo
phương (Lc - ảnh hưởng tới hd); Chiều dài theo phương của khối chèn
(Lp); Góc dốc vỉa than (); Chiều dày vỉa than (m). Như vậy, các tham
số công nghệ cần tối ưu hóa liên quan đến tốc độ tách nước của khối
chèn gồm: Hệ số thấm của VLC (Kf), tỷ lệ thành phần, cấp hạt của vật
liệu.


13

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ
CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ BẰNG SỨC NƯỚC ĐỂ KHAI THÁC THAN
DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH CẦN BẢO VỆ VÙNG QUẢNG NINH
3.1. Lựa chọn loại VLC phù hợp cho công nghệ chèn lò bằng sức
nước tại vùng Quảng Ninh
Luận án tập trung nghiên cứu vào các nguồn vật liệu sẵn có vùng
Quảng Ninh gồm: (1) tro xỉ nhà máy nhiệt điện, (2) xít thải từ nhà máy
tuyển và (3) đất đá thải. Việc sử dụng các nguồn VLC sẽ góp phần: (1)
Giảm chi phí vận chuyển, vùi lấp bãi thải, hoàn nguyên môi trường; (2)
Giảm mức độ phát thải của hoạt động khai thác mỏ; (3) Góp phần giải
quyết vấn đề thiếu dung tích đổ thải tại vùng Quảng Ninh.
3.1.1. Thí nghiệm một số tính chất cơ lý của vật liệu
3.1.1.1. Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của vật liệu
Thí nghiệm xác định khối lượng riêng vật liệu được thực hiện theo
TCVN 4195:12. Các kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng riêng vật liệu
Khối lượng riêng
Trung bình
TT
Tên mẫu
D (g/cm3)
Dtb (g/cm3)
1
Tro đáy mịn 1
2,431
2
Tro đáy mịn 2
2,454
2,45
3
Tro đáy mịn 3
2,457
4
Tro đáy mịn 4
2,451
5
Tro đáy thô 1
2,408
2,40
6
Tro đáy thô 2
2,401
7
Tro bay 1
2,253

2,27
8
Tro bay 2
2,279
9
Xít thải 1
1,924
1,92
10
Xít thải 2
1,919
3.1.1.2. Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của vật liệu
Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của vật liệu được thực hiện
theo TCVN 4202:2012. Kết quả thí nghiệm xem bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích vật liệu
Khối lượng riêng
Trung bình
TT
Tên mẫu
3
D (g/cm )
Dtb (g/cm3)
1
Tro đáy mịn 1
1,133
2
Tro đáy mịn 2
1,150
1,19
3

Tro đáy mịn 3
1,243
4
Tro đáy mịn 4
1,247
5
Tro đáy thô 1
1,335
1,33


14

6
Tro đáy thô 2
1,327
7
Tro bay 1
0,527
0,52
8
Tro bay 2
0,517
9
Xít thải 1
1,265
1,26
10
Xít thải 2
1,251

3.1.1.3. Thí nghiệm xác định thành phần cỡ hạt của vật liệu
Thí nghiệm thành phần cỡ hạt của vật liệu được thực hiện theo
TCVN 4198 : 12.
3.1.2. Phân tích, đánh giá các kết quả thí nghiệm
1. Đá xít thải có KLR 1,92 g/cm³; khối lượng thể tích khoảng 1,26
g/cm³; cỡ hạt từ 0  20 mm, trong đó chủ yếu từ 2 ÷ 20 mm (chiếm 70%
khối lượng), cỡ hạt ≤0,1 mm chiếm khoảng 1,36% khối lượng. Thành
phần đá xít thải chủ yếu là sét, sét kết mềm yếu, dễ bở rời khi gặp nước,
ngoài ra tồn tại một lượng không nhỏ hàm lượng sét có cỡ hạt
≤0,25mm. Đây là yếu tố bất lợi khi sử dụng làm VLC bằng sức nước.
2. Tro bay có KLR trung bình 2,27 g/cm³; khối lượng thể tích
khoảng 0,52 g/cm³. Tro bay là những tinh cầu tròn, siêu mịn có cỡ hạt
rất nhỏ và đồng đều, kích thước cỡ hạt từ 0  0,25 mm, trong đó các hạt
từ 0,005 ÷ 0,01mm chiếm hơn 65% về khối lượng, các hạt từ 0,005 ÷
0,1 mm chiếm khoảng 99,6% khối lượng. Như vậy:
+ Với thành phần là các hạt siêu mịn, tro bay vận tải bằng sức nước
sẽ ở trạng thái huyền phù lơ lửng trong dòng chảy và dễ dàng vận tải;
+ Nếu xét theo các tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ) và Ba Lan, tro bay ở
dạng riêng biệt (không pha trộn với vật liệu khác) có gần như 100% cỡ
hạt ≤0,01mm, khối chèn từ tro bay có khả năng chịu tải thấp.
+ Do cỡ hạt nhỏ, các hạt tro bay thường xếp đặc xít lại với nhau, khó
thoát nước ra khỏi khối chèn. Một số tro bay có chứa hàm lượng chất
kết dính dạng Pozzolan cao, khi lượng nước trong hỗn hợp không nhiều
sẽ không có hiện tượng thoát nước mà thành khối chèn rắn chắc.
 tro bay phù hợp trong vai trò kết hợp với vật liệu khác làm VLC
bằng sức nước.
3. Tro đáy mịn và tro đáy thô có KLR khoảng 2,40 ÷ 2,45 g/cm³; KL
thể tích khoảng 1,2 ÷ 1,3 g/cm³; có cỡ hạt gần tương đồng với nhau với
đa số các hạt từ 0,1 ÷ 1 mm, chiếm khoảng 80%. Tuy nhiên, trong khi
tro đáy mịn có nhiều hơn các hạt <0,25mm và không có các hạt >2mm

thì tro đáy thô có chứa khoảng 5 ÷ 10% các hạt có kích thước từ 1 ÷
5mm, đôi khi có cả các hạt 10mm. Nếu sử dụng tro đáy làm VLC thủy
lực sẽ có được khối chèn lý tưởng với các tính chất như thoát nước
nhanh, chịu được áp lực lớn với mức độ co ngót, biến dạng nhỏ. Tuy


15

nhiên, tro đáy rất khó vận chuyển bằng đường ống thủy lực, do có tỷ
trọng lớn (2,4 ÷ 2,45 g/cm3), khi vận tốc dòng chảy không đủ lớn sẽ
nhanh chóng chìm xuống đáy gây tắc ống. Nếu kết hợp tro đáy với tro
bay theo tỷ lệ phù hợp sẽ tạo thành hỗn hợp VLC vừa có khả năng vận
chuyển bằng sức nước, vừa đáp ứng các yêu cầu về chất lượng khối
chèn. Do đó, luận án lựa chọn nghiên cứu tối ưu hóa các tham số công
nghệ chèn bằng sức nước nước với VLC là hỗn hợp tro đáy và tro bay.
3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa các tham số của VLC
3.2.1. Nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn VLC theo độ co ngót yêu
cầu của khối chèn
- Phương pháp tối ưu: phương pháp nén trong phòng thí nghiệm.
Cách thức thí nghiệm: (1) Trộn VLC theo các tỷ lệ (1TB : 4TĐ; 1N :
2TB : 4TĐ; 1N : 2TB : 6TĐ...); (2) Nén đơn trục trong điều kiện không
nở hông; (3) Ghi lại các giá trị đo biến dạng.
- Kết quả thí nghiệm: Tỷ lệ co ngót của các mẫu vật liệu dưới áp lực
nén từ 0 ÷ 1,2 MPa dao động trong khoảng 5 ÷ 20%. Trong đó, tỷ lệ tro
đáy càng cao thì mức độ co ngót càng nhỏ. Tuy nhiên, tỷ lệ tro bay càng
cao thì độ liên kết của mẫu vật liệu càng tốt. Các mẫu có tỷ lệ tro đáy
lớn (trên 90%) sau khi khô thường bở rời như cát và có độ liên kết kém,
những mẫu có từ 10% tro bay thường có độ liên kết tốt.
3.2.2. Nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn VLC theo khả năng vận
chuyển bằng sức nước

- Lựa chọn phương pháp tối ưu: thí nghiệm trên mô hình mô phỏng
hệ thống đường ống vận chuyển VLC bằng sức nước.
- Xây dựng mô hình: Luận án đã tiến hành thử nghiệm trên 2 mô
hình mô phỏng hệ thống đường ống vận chuyển VLC bằng sức nước.
Mô hình thứ nhất với tỷ lệ đường kính ống trên mô hình : đường kính
ống thực tế (dự kiến là ống HDPE với Φ100) xấp xỉ 1:5, sử dụng ống
nhựa PVC đường kính trong Φ19 làm đường ống vận chuyển. Mô hình
thứ hai có tỷ lệ xấp xỉ 1:2, sử dụng ống nhựa PVC Φ46 (xem hình 3.1).

+7,1

+13,1

+16,5

+1,7
±0

Hình 3.1. Mô hình thí nghiệm


16

Các kết quả thí nghiệm cho thấy, khi hàm lượng tro bay trong nước
không đủ, thì tro đáy thường lắng đọng trong đường ống gây tắc nghẽn,
đặc biệt tại các điểm nút. Còn khi hàm lượng tro bay quá lớn, hỗn hợp
sẽ trở nên khô cứng, vón cục và mất đi tính lỏng để có thể chảy được.
Thí nghiệm đã xác định được tỷ trọng hỗn hợp nước với tro bay khoảng
D = 1,36 ÷ 1,38 g/cm³ là hợp lý, khi đó tỷ lệ nước : tro bay hợp lý là
(1N : aTB) với a có giá trị từ 2 (tro khô) đến 3,1 (tro ẩm ướt).

Tỷ lệ tối ưu của nước với tro bay và tro đáy có dạng (1N : (2 ÷3,1)TB
: bTĐ). Trong đó, chỉ số b phụ thuộc vào cỡ hạt của tro đáy, cỡ hạt tro
đáy càng nhỏ thì chỉ số b càng lớn. Với tro đáy có cỡ hạt ≥4 mm, chỉ số
b thường < 1; cỡ hạt tro đáy từ 2 ÷ 4mm, giá trị b có thể đến 1,5. Để xác
định được tỷ lệ hỗn hợp tối ưu trong thực tế, cần thay đổi lượng tro đáy
trong hỗn hợp đến khi nhận được tỷ trọng hỗn hợp khoảng D = 1,48 ÷
1,56 g/cm³. Hỗn hợp có tỷ trọng D lớn hơn thường xuyên gây tắc ống.
Nếu coi tỷ lệ nước : tro bay có dạng (1N : aTB), ta có:
1
𝑉ℎℎ
𝐷 = 𝑉𝑛 (𝛾𝑛 + 𝑎𝛾𝑇𝐵 )/𝑉ℎℎ hay 𝑎 = 𝛾 × (𝐷. 𝑉𝑛
− 𝛾𝑛 )
(3.1)
𝑡𝑏

Trong đó: Vn - Thể tích nước tham gia hỗn hợp; Vhh - Thể tích hỗn
hợp nước với tro bay; γn, γtb - Thể trọng của nước và tro bay.
Như vậy, tỷ trọng của hỗn hợp TB:N là tối ưu khi tỷ lệ thể tích (a) của
tro bay được xác định theo công thức (3.1), trong đó D1 là một hằng số
thực nghiệm, có thứ nguyên là [g/cm³]. Trong trường hợp của mô hình
thử nghiệm, giá trị tối ưu này nằm trong khoảng D = 1,36 ÷ 1,38 g/cm³.
3.2.2. Nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn VLC theo hệ số thấm
- Lựa chọn phương pháp tối ưu: thí nghiệm cột áp không đổi theo
TCVN 8723:2012. Nghiên cứu đã thực hiện tổng số 06 mẫu thí nghiệm
với các tỷ lệ phối trộn tro bay, tro đáy khác nhau. Trong đó, 05 mẫu xác
định được hệ số thấm, 01 mẫu không xác định được. Từ kết quả thí
nghiệm, luận án đã xây dựng đồ thị như tại hình 3.2.

Hình 3.2. Kết quả xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ thành phần tro
bay với hệ số thấm của hỗn hợp vật liệu chèn (tro bay + tro đáy)

17

Phân tích kết quả thí nghiệm cho thấy, với mẫu thí nghiệm gồm
100% tro đáy cho kết quả hệ số thấm lớn nhất (0,0149 cm/s). Hệ số
thấm giảm dần theo sự gia tăng tỷ lệ thành phần tro bay trong hỗn hợp
vật liệu. Khi tỷ lệ thành phần tro bay trong hỗn hợp là 50%, hầu như
không thể đo được hệ số thấm bằng dụng cụ thí nghiệm đã sử dụng.
Như vậy, hệ số thấm của hỗn hợp VLC từ tro đáy, tro bay tỷ lệ nghịch
với tỷ lệ thành phần tro bay trong hỗn hợp, khi tỷ lệ trong bay trong hỗn
hợp khoảng 50% và lớn hơn, khối chèn sẽ rất khó tách nước.
Như vậy, tỷ lệ tro bay trong hỗn hợp tỷ lệ thuận với khả năng vận
chuyển VLC bằng sức nước trong đường ống, tỷ lệ nghịch với độ co
ngót của khối chèn và hệ số thấm của VLC. Trường hợp tỷ lệ này không
thể đáp ứng được đồng thời các yêu cầu về vận chuyển bằng sức nước,
độ co ngót của khối chèn và hệ số thấm. Để giải quyết vấn đề này có thể
áp dụng một số giải pháp, như: tách nước và tro bay sơ bộ trước khi đưa
vào khối chèn; sử dụng phụ gia xi măng hoặc phụ gia đông kết khác để
thi công khối chèn không tiết nước.
3.3. Nghiên cứu tối ưu hóa các tham số về vận chuyển VLC và thi
công khối chèn
3.3.1. Nghiên cứu tối ưu hóa tham số tỷ lệ giữa chênh cao và khoảng
cách vận chuyển (H/L)
Để tối ưu hóa tỷ lệ giữa chênh cao và khoảng cách vận chuyển
(H/L), luận án tiến hành xem xét bài toán xây dựng công suất của hệ
thống vận chuyển VLC bằng sức nước theo các công trình nghiên cứu
của Viện mỏ IGD(Liên Xô cũ). Kết quả cho thấy, công suất của hệ
thống vận chuyển VLC phụ thuộc bởi tỷ lệ L/H (hay l/h).
Mặt khác, khi tăng tỷ lệ L/H đến một giá trị nhất định, công suất vận

tải VLC QR của hệ thống giảm xuống theo đồ thị dạng hypebol. Các
thông số còn lại cũng thay đổi lớn khi tỷ lệ L/H vượt qua giá trị 5,3
(được gọi là giá trị (L/H)’). Điều này được lý giải như sau: khi L/H <
(L/H)’ giá trị p - tỷ trọng của dung dịch VLC bằng giá trị giới hạn 𝑝 =
𝛾′𝑝.𝑚 công suất của hệ thống tiến tới giá trị tối đa với vận tốc vận tải lớn
hơn vận tốc tới hạn. Còn khi L/H > (L/H)’ giá trị p nhỏ hơn giá trị giới
hạn 𝛾′𝑝.𝑚 . Điều này cho thấy, hiệu suất tối ưu của hệ thống vận tải đạt
được khi 𝑝 = 𝛾′𝑝.𝑚 .
Trong trường hợp tuyến đường vận tải lớn hơn giá trị cho phép, tức
là tỷ lệ (L/H)>(L/H)GH, để đảm bảo không bị tắc ống khi vận hành, cần
giảm tỷ trọng giới hạn của dòng chảy VLC 𝛾′𝑝.𝑚 . Giá trị 𝛾′𝑝.𝑚 được
tính toán theo công thức:


18
𝑙

𝛾′𝑝.𝑚 =

(1−𝐾𝑄 𝑄𝑡2 )+(𝐾−𝐾𝑄 𝑄𝑡2 )𝐻
𝐾

(3.2)

𝑙
𝐻

Trong đó: l - chiều dài theo phương ngang của phần dòng chảy VLC.
tỷ trọng giới hạn (𝛾′𝑝.𝑚 ).
Như vậy, kết quả nghiên cứu cho thấy, ngoài các tham số hệ thống

đường ống như tỷ lệ (H/L), đường kính ống, độ nhám thành cống và sức
cản cục bộ, công suất của hệ thống vận chuyển VLC còn phụ thuộc rất
lớn vào tỷ trọng của hỗn hợp VLC với nước.
3.3.2. Tối ưu hóa đường kính ống vận chuyển
Để xác định đường kính ống tối ưu, cần cho trước điều kiện lưu
lượng dòng chảy yêu cầuvà quãng đường vật chuyển vật liện chèn bằng
sức nước. Lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy và
đường kính theo công thức:
3600.𝑣 .𝜋.𝐷 2

2
𝑄ℎℎ =
, m3/giờ
(3.3)
4
Trong đó: v2 - vận tốc dòng chảy khi thoát ra khỏi miệng ống vận tải
VLC, m/s; D - đường kính ống vận tải VLC.
Vận tốc v2 được xác định dựa trên phương trình cân bằng năng
lượng Becnoulli tại mặt cắt 1-1 (tại điểm đầu) và mặt cắt 2-2 (điểm
cuối) với mặt chuẩn là mức cao của điểm 2. Sau khi tính toán được vận
tốc v2, thay vào công thức (3.3) ta có phương trình:

𝐻=

2
𝑄ℎℎ
[𝜀
2𝑔(900𝜋𝐷 2 )2

+

𝛴𝐿
𝐷
2∆

(2𝑙𝑔 +1,74)2 𝐷

]

(3.4)

Giải phương trình nói trên nhận được giá trị đường kính ống tối ưu.
3.4. Xác lập mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức độ
sụt lún, biến dạng bề mặt bằng phương pháp mô hình số hóa
3.4.1. Xây dựng mô hình số mô phỏng lò chợ khai thác chèn lò
- Lựa chọn các thông số đầu vào: Chiều dày vỉa than mô phỏng: 3m,
Độ sâu khai thác của mô hình: 200m.
- Các thông số đất đá mô phỏng: tương tự với đặc điểm địa tầng đặc
trưng vùng Quảng Ninh, gồm (1) Các lớp sét kết, bột kết, cát kết và
cuội kết xen kẽ với chiều dày mỗi lớp trung bình 10m; (2) Vỉa than.
- Đặc điểm mô hình: dạng 2D, kích thước 500x200m (chiều dài x
chiều sâu). Vật liệu biến dạng dẻo (Strain - Softening) mô phỏng vỉa
than; Vật liệu đàn hồi dẻo (Mohr - Coulomb) thể hiện đất đá vách và trụ
vỉa. Vật liệu đàn hồi (Double - yield) thể hiện VLC.
3.4.2. Khai thác lò chợ chèn lò trên mô hình số
- Trình tự khai thác mô hình: khai thác với bước chèn 4m (cứ mỗi
bước khai thác 4m sẽ tiến hành chèn lò 4m) (xem hình 3.3).


19

TT Tên đá Cột đòa tầng

Mô tả sơ lược các lớp
đất đá và than

Chiều dày
(m)

Lớp đá trầm tích, bò
phong hóa, bở rời
Màu xám sẫm,
gắn kết chắc
Màu xám sáng,
gắn kết chắc
Màu xám sẫm,
gắn kết chắc

1 Đất phủ

5,0

2 Bột kết

15

3 Cát kết

10

4 Bột kết

10

5 Sét kết

10

6 Bột kết

10

7 Sạn kết

10

8 Cát kết

10

9 Bột kết

10

10 Sét kết

10

Màu xám tối, tơi vụn

11 Vỉa than

3

Than màu đen, ánh mờ

12 Sét kết

5

Màu xám tối, tơi vụn

13 Bột kết

10

Màu xám sẫm,
gắn kết chắc

Màu xám tối, tơi vụn
Màu xám sẫm,
gắn kết chắc
Màu trắng sáng,
gắn kết chắc
Màu xám sáng,
gắn kết chắc
Màu xám sẫm,
gắn kết chắc

Hình 3.3. Mơ phỏng khai thác chèn lò trên mơ hình số
3.4.3. Kết quả khai thác lò chợ chèn lò trên mơ hình số

Bảng 3.3. Kết quả chạy mơ hình với các loại VLC khác nhau
T Độ co ngót
T VLC (%)
1
2
3
4

20
15
10
5

Độ sụt
lún
(mm)
315
235
170
96

Dịch
chuyển
ngang
(mm)
102
76
55
31

Biến
dạng
ngang
(mm/m)
1,7
1,3
0,9
0,5

Độ
nghiêng
(mm/m)

Độ cong
(mm/m2)

3,3
2,4
1,8
1,0

0,055
0,041
0,030
0,017

Kết quả nghiên cứu về mối quan hệ giữa độ co ngót VLC và mức độ
sụt lún bề mặt của luận án khá tương đồng với kết quả tính tốn lý
thuyết được xây dựng bởi Viện VNIMI và các số liệu thu được từ quan
trắc, theo dõi thực tế khai thác lò chợ chèn lò của Trung Quốc

CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HĨA MỘT SỐ THAM SỐ CƠNG NGHỆ
CHÈN LỊ BẰNG SỨC NƯỚC CHO ĐIỀU KIỆN LỊ CHỢ VM-K8-7
MỨC -150/-110 KHU VŨ MƠN - MỎ THAN MƠNG DƯƠNG
4.1. Lựa chọn khu vực áp dụng thử nghiệm
Luận án đã lựa chọn lò chợ VM-K8-7 mức -150 ÷ -110 thuộc vỉa K8
khu Vũ Mơn - mỏ Mơng Dương để xây dựng các tham số về cơng nghệ
chèn lò bằng sức nước. Khai trường khu vực nằm trong giới hạn sau:
phía Bắc là mức -150 vỉa K8, phía Nam là mức -110 vỉa K8 khu Vũ
Mơn, phía Đơng là giới hạn trụ bảo vệ suối Khe Chàm cũng như trụ bảo


20

vệ đường ô tô, đường sắt đi Cao Sơn song song với suối, phía Tây là lò
xuyên vỉa G9-K8-VM mức -97,5.
- Đặc điểm vỉa than khai thác: Mv trung bình 2,7 m, v = 30º. Vách
trực tiếp là bột kết với m = 2,1  6,8 m. Vách CB là cát kết, đôi khi là
cuội kết và bột kết, m = 10,3 ÷ 29,4 m. Trụ trực tiếp là bột kết dày từ
6,1 ÷ 7,1m. Lp = 143m, Ld = 78m, Qđchđ = 47.300 tấn.
4.2. Các giải pháp kỹ thuật công nghệ
4.2.1. Công nghệ khai thác
- Khu vực được chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa vận tải mức -150, dọc
vỉa thông gió mức -100 và thượng khởi điểm mức -150 ÷ -100.
- Luận án lựa chọn vật liệu chống giữ lò chợ là giá thủy lực di động
XDY, chiều dài lò chợ 78 m, chiều cao khai thác: 2,2 m.
4.2.2. Công nghệ chèn lò
VLC là nguồn tro đáy và tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Mông
Dương được vận chuyển bằng ô tô đến tập kết tại các bãi chứa tại mặt
bằng cửa lò ngầm +60 ÷ +30. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chèn lò tại
lò chợ VM-K8-7 xem hình 4.1.

Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý chèn lò tại lò chợ VM-K8-7
4.3. Tính toán xác định một số tham số của công nghệ chèn lò bằng
sức nước tại lò chợ VM-K8-7 mức -150/-110
4.3.1. Xác định bước chèn lò:
- Phương pháp tối ưu: sử dụng mô hình số FLAC 2D.


21

- Xây dựng mơ hình số:
Tên đá

Cột đòa tầng

Chiều dày
trung bình (m)

Mô tả sơ lược các lớp đất
đá và than

1

Đất phủ

6,0

2

Bột kết

6,1

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

Lớp đá trầm tích, bò phong hóa, bở rời

3

Cát kết

12,5

Màu xám sáng, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

4

Bột kết

4,8

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

5

V.II (11)

5,3

6

Cát kết

21,4

Màu xám sáng, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục
Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

Than màu đen, ánh mờ, mẫu cục vụn

7

Bột kết

7,9

8

V.Ha(10a)

0,85

9

Bột kết

3,0

10

Sét kết

3,2

Màu xám tối, mẫu vụn

11

Bột kết

8,2

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

12

V.H(10)

1,9

Than màu đen, ánh mờ, mẫu cục vụn

13

Sét kết

6,8

Màu xám tối, mẫu vụn

14

Cát kết

11,6

Màu xám sáng, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

15

Sạn kết

14,7

Màu trắng sáng, gắn kết chắc, mẫu cục thỏi

16

Bột kết

4,5

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

17

V.G(9)

5,0

Than màu đen, ánh mờ, mẫu cục vụn

18

Sét kết

2,1

Màu xám tối, mẫu vụn

19

Bột kết

11,8

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

20

Cát kết

20,3

Màu xám sáng, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

21

Bột kết

6,7

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

22

V.K(8)

2,7

23

Bột kết

6,8

Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

24

Cát kết

20,4

Màu xám sáng, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

Than màu đen, ánh mờ, mẫu cục vụn
Màu xám sẫm, gắn kết chắc, mẫu thỏi cục

0

Theo phương, m
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0
Độ sụt lún, mm

TT

-50

-100

-85
-96
-120

-150

-140

-200
Bước chèn 2m
Bước chèn 8m

-175

Bước chèn 4m
Bước chèn 12m

Bước chèn 6m

xtối ưu = 4 (m)
với F (4) = 88 mm

Than màu đen, ánh mờ, mẫu cục vụn

4.3.2. Xác định cơng suất u cầu của hệ thống chèn lò
Khối
Khối lượng Năng suất
lượng
chèn lò
u cầu
chèn lò
trong 1
của hệ
trong một
ngày đêm
thống
chu kỳ
588 m3

417 m3

42 (m3/h)

Tiêu hao VLC
cho 1 m3 hỗn
hợp

Lưu
lượng
nước
vận
chuyển
VLC

335,7 kg (N) :
631,9 kg (TB) :
652,4 kg (TĐ)

≥ 14 m3/
h.

4.3.3. Xác định các tham số của hệ thống vận chuyển vật liệu chèn
Đường kính ống
dẫn

Tốc độ của dòng
chảy qua đường
ống

Tốc độ tới hạn của
các hạt lớn trong
dung mơi

150 mm

4,2 m/s

2,8 m/s


22

4.4. Đánh giá hiệu quả của công nghệ chèn lò bằng sức nước
4.4.1. Tính toán dự báo mức độ biến dạng bề mặt địa hình và kiểm tra
khả năng đáp ứng yêu cầu bảo vệ công trình trên mặt
Các thông số dịch chuyển và biến dạng bề mặt khi khai thác chèn lò:
độ lún cực đại m = 312 mm, độ nghiêng lớn nhất Iz = 6,0 mm/m, độ
biến dạng ngang cực đại z = 3,2 mm/m (giảm 80% mức độ sụt lún so
với phương pháp phá hỏa) và đều nằm trong giới hạn cho phép đối với
công trình trên bề mặt là đường điện cao thế 220 kV. Như vậy, công
nghệ chèn lò bằng sức nước đáp ứng yêu cầu bảo vệ bề mặt.

4.4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế giải pháp CNKT chèn lò bằng sức nước
Giá thành tiêu thụ 1 tấn than khai thác tại Công ty than Mông Dương
bằng chèn lò là 1.612.278 đồng/tấn, cao hơn 67.652 đồng/tấn so với giá
bán bình quân trong nước năm 2016 là 1.544.626 đồng/tấn. Tuy nhiên,
khi áp dụng thành công tại lò chợ VM-K8-7, công nghệ chèn lò sẽ được
mở rộng để khai thác 22,36 triệu tấn trong các trụ bảo vệ tại mỏ Mông
Dương. Như vậy, tuổi thọ mỏ tăng (từ 23-32 năm), giá thành sản xuất sẽ
giảm nhờ tận dụng được các công trình, thiết bị, v.v hiện có, từ đó giảm
được suất đầu tư, nâng cao hiệu quả của dự án đầu tư khai thác mỏ.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
1. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng chèn lò trên thế giới cho thấy,
công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước đã và đang áp dụng tương
đối phổ biến và hiệu quả để khai thác trữ lượng than nằm dưới các đối

tượng, công trình cần bảo vệ bề mặt, đặc biệt là trong các trường hợp có
yêu cầu mức độ bảo vệ khắt khe. Theo kết quả đánh giá tại một số mỏ
hầm lò đặc trưng vùng Quảng Ninh, khoảng 82% trong tổng số 132,1
triệu tấn trữ lượng than cần chèn lò nằm dưới các công trình quan trọng
như đường điện quốc gia, đường quốc lộ, sân công nghiệp mỏ, moong
khai thác lộ thiên và khu dân cư. Để khai thác triệt để phần trữ lượng
nằm trong các trụ bảo vệ vùng Quảng Ninh nói trên, công nghệ khai
thác chèn lò bằng sức nước là giải pháp tối ưu.


23

2. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về chèn lò bằng sức nước trong
và ngoài nước, luận án đã xác định một số tham số công nghệ chèn lò
bằng sức nước chính để nghiên cứu tối ưu, để đảm bảo các yêu cầu về:
khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng tách nước khỏi khối
chèn và độ co ngót của khối chèn. Theo đó, các yếu tố ảnh hưởng đến
các tham số công nghệ chèn lò lựa chọn chủ yếu liên quan đến đặc điểm
thành phần, cỡ hạt, khối lượng vật liệu chèn, cụ thể: (1) Khả năng vận
chuyển của hỗn hợp vật liệu chèn phụ thuộc vào tỷ trọng, kích thước cỡ
hạt, tỷ lệ phối trộn, (2) Khả năng tách nước của khối chèn quyết định
bởi hệ số thấm vật liệu chèn; (3) Độ co ngót của khối chèn ảnh hưởng
bởi thành phần thạch học, hệ số kiên cố, tỷ lệ thành phần cỡ hạt.
3. Luận án đã xây dựng các phương pháp nghiên cứu tối ưu hóa cho
một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước phù hợp với điều kiện
các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh bao gồm nghiên cứu lý thuyết, phân
tích mẫu trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm
và trên mô hình số. Quá trình nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số
chính trong công nghệ chèn lò bằng sức nước cho phép rút ra một số kết
luận sau: tỷ lệ tro bay trong hỗn hợp (tro bay, tro đáy) tỷ lệ thuận với khả

năng vận chuyển vật liệu chèn bằng sức nước trong đường ống, tỷ lệ
nghịch với độ co ngót của khối chèn và hệ số thấm của vật liệu chèn.
Thông qua kết quả nghiên cứu tính toán các giá trị dịch chuyển biến
dạng bề mặt khi khai thác lò chợ chèn lò trên mô hình số FLAC 2D,
luận án đã xác định được mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn
với mức độ sụt lún, biến dạng bề mặt vùng Quảng Ninh, tuân theo hàm
số tuyến tính Y = 14,44x(25-2b) + 23,5 (với bước chèn tối ưu 4m). Kết
quả nghiên cứu của luận án tương đồng với các kết quả nghiên cứu lý
thuyết của Viện VNIMI và các số liệu quan trắc, theo dõi thực tế khai
thác lò chợ chèn lò của Trung Quốc.
4. Dựa trên các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số công
nghệ chèn lò bằng sức nước, luận án đã tiến hành tính toán và thiết kế
áp dụng công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước cho điều kiện lò
chợ VM-K8-7 mức -150 ÷ -110 thuộc vỉa K8 khu Vũ Môn - mỏ than
Mông Dương. Qua tính toán thiết kế cho thấy, việc áp dụng công nghệ
khai thác chèn lò bằng sức nước trong điều kiện mỏ than Mông Dương