Đồ án khai thác khoáng sản tại Mỏ đá vôi Hoàng Mai

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VÙNG MỎ VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA
CHẤT CỦA KHOÁNG SẢN
I.1. TÌNH HÌNH CHUNG CỦA MỎ ĐÁ VÔI HOÀNG MAI
I.1.1.Tình hình tự nhiên
a. Vị trí địa lý
Mỏ đá vôi Hoàng Mai nằm trên địa phận của hai đơn vị hành chính xã Quỳnh
Lộc và Quỳnh Dị, nằm phía Bắc huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An, tiếp giáp địa
phận tỉnh Thanh Hóa. Khu mỏ gồm hai khu: khu phía Nam và khu phía Bắc, cách
xa khu dân cư.
Trung tâm khu vực khai thác có tọa độ địa lý:
18048’30’’ đến 19008’30’’ độ vĩ Bắc
105030’00’’ đến 105052’30’’ độ kinh Đông
b. Địa hình
Vùng Hoàng Mai được cấu thành bởi một hệ thống đồi núi không cao nằm xen
kẽ các vùng đồng ruộng bằng phẳng theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Độ cao của
đồi và núi trong vùng dao động trên dưới 150m.
Mỏ đá vôi Hoàng Mai A là một đỉnh núi có độ cao từ +60, +90 đến +140 và
+165m, sườn núi dốc thoải và dốc đứng, bề mặt núi có dạng mấp mô, lởm chởm tai
mèo. Tại các vị trí hố trũng, khe nứt, trên bề mặt địa hình phát triển cây thân gỗ và
dây leo có gai với mật độ thưa thớt, xung quanh chân núi là ruộng.
c. Khí hậu
Khu vực mỏ đá vôi Hoàng Mai A chịu ảnh hưởng của vùng khí hậu nhiệt đới
miền Trung. Theo tài liệu của trạm khí tượng thủy văn Nghệ An cho thấy nơi đây
có hai mùa rõ rệt.
Mùa khô: từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mùa khô có gió Bắc và Đông Bắc,
tốc độ gió trung bình từ 1,7 ÷ 2,5m/s. Nhìn chung trong vùng mùa khô lượng mưa
không đáng kể, nhiệt độ cao, có khi lên đến 35 ÷ 400C.
Mùa mưa: kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10 trong năm. Trong mùa mưa vùng
chịu ảnh hưởng chủ yếu gió Tây và Tây Nam, tốc độ gió trung bình từ 1,0 ÷
2,5m/s. Nhiệt độ trung bình trong mùa mưa từ 28 ÷ 30 0C, có khi tới 30 ÷ 400C.

Vùng có lượng nước mưa chủ yếu trong hai tháng, tháng 9 và tháng 10 kèm theo
có bão.

1


Nhiệt độ:
- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 25,60C
- Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối: 400C
- Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối: 40C
- Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất (tháng 7): 90C
- Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất (tháng 1): 170C
Lượng mưa:
- Lượng mưa trung bình hàng năm: 1611mm
- Lượng mưa trung bình của tháng mùa mưa: 97,5mm
- Lượng mưa cao nhất của tháng mùa mưa (tháng 9): 432mm
- Lượng mưa trung bình của tháng mùa khô: 20,2mm
d. Sông suối
Sông trong vùng không nhiều, lưu lượng không đáng kể và thay đổi theo mùa,
chỉ có sông Hoàng Mai chạy theo hướng Đông – Tây. Hệ thống khe và suối ít, lòng
sông và lòng suối cạn, toàn bộ khe và suối đều đổ vào sông Hoàng Mai. Vào mùa
mưa đôi khi nước lớn, hệ thống khe và suối thoát nước không kịp gây ngập úng.
e. Giao thông
Hệ thống giao thông của khu mỏ khá thuận lợi về đường bộ, đường sắt cũng
như đường thủy.
Đường quốc lộ 1A nằm dọc theo khu mỏ và cách 100m về phía Tây. Nối giữa
quốc lộ 1A với khu mỏ khoảng 2km là con đường rải nhựa cho ô tô tải có thể đi lại
dể dàng.
Tuyến đường sắt Bắc – Nam chạy qua trung tâm khu mỏ (song song với đường
quốc lộ 1A) và ga Hoàng Mai nằm sát bên đường thuận tiện cho giao thông vận tải.

Cách khu mỏ 1km về phía Nam có sông Hoàng Mai, thuyền tải trọng 4 ÷ 8 tấn
có thể qua lại dề dàng. Khu mỏ nằm gần bờ biển về phía Đông, thuận tiện cho việc
vận tải bằng đường thủy.
I.1.2. Đặc điểm văn hóa - xã hội
a.Dân cư
Dân cư trong vùng chủ yếu là người Kinh, sinh sống bằng các nghề nông
nghiệp, lâm nghiệp, khai thác chế biến đá và tiểu thủ công nghiệp. Đời sống dân cư
trong vùng tương đối ổn định. Mạng lưới y tế được phân bố đều. Giáo dục được
coi trọng và phát triển.
b.Đặc điểm kinh tế - xã hội
Cơ sở hạ tầng của vùng khá tốt, có nhiều cơ sở công nghiệp.
2


Trong vùng có nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An, mỏ đá Hoàng Mai ,
mỏ đá Hoàng Mai B và các mỏ đá địa phương cùng hoạt động.
I.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHOÁNG SÀNG
I.2.1. Địa tầng
Vùng Hoàng Mai nằm ở phía Bắc huyện Quỳnh Lưu, gồm các đá thuộc hệ tầng
Đồng Trâu, Quy Lăng, Hoàng Mai. Đất đá thuộc hệ Đệ Tứ.
Ở đây đáng chú ý là hệ tầng Hoàng Mai. Đất đá thuộc hệ tầng Hoàng Mai phủ
không chỉnh hợp trên đất đá thuộc hệ Quy Lăng, gồm đá vôi tạo thành núi phân bố
rải rác hai bên đường quốc lộ 1A dọc thị trấn Quỳnh Lưu đi Hoàng Mai. Đá vôi
phân lớp màu xám đen, xám sáng hạt từ nhỏ đến mịn. Chiều dày thấy được của mỏ
đá vôi Hoàng Mai A không vượt quá 500m.
I.2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn
- Nước mặt: trong khu mỏ không có hệ thống sông suối ngoài kênh đào nhà Lê
ở phía Đông, kênh nhà Lê chảy song song với khu mỏ, chiều rộng trung bình 10m,
chiều sâu trung bình 3m, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều.
Nước mặt của khu mỏ được chảy theo các khe suối và hang hốc castơ đổ xuống

kênh nhà Lê rồi ra sông Hoàng Mai. Kết quả phân tích mẫu nước kênh nhà Lê như
sau:
Nước thuộc loại: NaCl
Độ PH = 7,7
Tổng độ khoáng hóa: 30g/l
Hệ số cặn: 5,2
- Nước dưới đất: tầng chứa nước trong lớp đất phủ đệ Tứ, lớp đất phủ này phân
bố quanh mỏ.
Phức hệ chứa nước trong đá với tuổi Trias thuộc hệ tầng Hoàng Mai, phức hệ
này nằm trực tiếp dưới tầng phủ Đệ Tứ. Qua điều tra của liên đoàn II Địa chất thủy
văn cho thấy từ độ cao 0,8m trở xuống gặp 3 điểm lộ nước :
Điểm lộ 1 có lưu lượng lớn nhất: 50,082 l/s
Điểm lộ 2 có lưu lượng lớn nhất: 2,948 l/s
Điểm lộ 3 có lưu lượng lớn nhất: 5,876 l/s
Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lộ 1 như sau
Nước thuộc loại Clorua – Bocacbonat Natri
Độ PH: 8,2
Hệ số tạo cặn: 0,2
I.2.3. Đặc điểm địa chất công trình
3


Mỏ đá vôi Hoàng Mai là một khối đá lớn lộ ra trên mặt địa hình từ độ cao +5,
có vách dốc và dốc đứng, trên bề mặt mấp mô lởm chởm, các hố trũng và khe nứt
phát triển và không có lớp phủ, có nhiều khe nứt lớn, có những khe nứt tách núi ra
thành từng khối riêng biệt, chiều rộng khe nứt từ 0,2 ÷ 0,4m.
Dựa vào thành phần thạch học, các tính chất công trình khác, có thể chia đá vôi
Hoàng Mai A thành hai loại đá: đá vôi công nghiệp và đá vôi đôlômit.
Đá vôi công nghiệp có màu xám đen, hạt thô đến hạt mịn, cấu tạo phân lớp,
chiều dày từ 2 ÷ 3m, kết cấu rắn chắc.

Đá vôi đôlômit màu xám nâu, từ hạt mịn đến hạt thô, chiều dày từ 2 ÷ 10m.
I.3.ĐẶC ĐIỂM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐÁ VÔI
I.3.1. Thành phần hóa học
Theo báo cáo kết quả thăm dò tỉ mỉ của Đoàn địa chất 405 thì mỏ đá vôi Hoàng
Mai A gồm hai loại đá vôi có màu xám đen và màu xám sáng. Cả hai loại đều có
thành phần hóa học tương đương nhau.
Kết quả phân tích toàn diện theo mẫu và kết quả tính toán hàm lượng trung
bình theo khối được ghi trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của đá vôi Hoàng Mai A
Hàm lượng, %
Thành
phần
CaO
MgO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
MnO
P2O5
SO2
TiO2
K2O
Na2O
Cl

Theo mẫu

Theo khối

Từ

Đến

Từ

Đến

49,84
0,05
0,02
0,80
0,06
vết
vết
vết
vết
0,009
0,009
vết

55,58
4,40
0,88
2,80
2,23
0,065
1,14
0,17
0,02
0,85

0,80
0,05

53,28
0,26
0,015
0,15
0,011
0,005
vết
vết
vết
0,01
0,015
0,05

54,90
1,53
0,11
0,64
1,04
0,065
0,07
0,01
0,007
0,03
0,057
0,025

I.3.2. Tính chất cơ lí đá mỏ

4

Toàn mỏ
53,40
1,56
0,256
0,87
0,82
0,034
0,52
0,042
0,0067
0,049
0,045
0,025


Đá vôi mỏ Hoàng Mai A không có lớp đất phủ, cấu tạo dạng khối, hạt thô đến
mịn. Đá vôi đôlômit hóa xen kẹp dưới dạng một số lớp mỏng. Đá vôi thuộc loại
cứng, khi vỡ sắc cạnh.
Các chỉ tiêu tính chất cơ lí của đá vôi Hoàng Mai A thu được các kết quả thí
nghiệm như sau:
Cường độ kháng nén: 1130 kg/cm2
Cường độ kháng kéo: 88 kg/cm2
Lực dính kết: 363 kg/cm
Góc nội ma sát: 33,20
Độ cứng theo phân loại của Protodiakonop: f = 8

5

CHƯƠNG II
NHỮNG SỐ LIỆU GỐC DÙNG ĐỂ LẬP BẢN THIẾT KẾ
II.1. TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT
1. Báo cáo địa chất khu mỏ
2. Bản đồ địa chất khu mỏ tỷ lệ 1/2000
3. Mặt cắt địa chất tuyến TA, TB tỷ lệ 1/1000
II.2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
Do nhu cầu của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu tiêu thụ xi măng ngày càng tăng
nên mỏ đá vôi Hoàng Mai A phải tiến hành sản xuất quanh năm để đảm bảo sản
lượng.
Số ngày làm việc trong một năm được tính :
Nm = N – ( Ncn + NL + NT ), ngày
Trong đó:
N - số ngày tính trong một năm dương lịch: N = 365 ngày
Ncn - số ngày chủ nhật trong năm: Ncn = 52 ngày
NL - số ngày nghỉ lễ trong năm: NL = 9 ngày
NT - số ngày nghỉ do thời tiết xấu: NT = 4 ngày
Số ngày làm việc trong năm:
Nm = 365 – (52 + 9 + 4) = 300 ngày
Chế độ làm việc trong ngày:
- Hành chính: 1 ca/ngày
- Khai thác:
+ Khoan, nổ mìn: 1 ca/ngày
+ Xúc bốc, vận chuyển: 2 ca/ngày
- Khâu sửa chữa cơ khí: 2 ca/ngày
- Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ
II.3. CÁC CHỦNG LOẠI THIẾT BỊ SỬ DỤNG
- Khoan nổ:

+ Máy khoan đập xoay HCR – 1200ED của hãng Furukawa – Nhật Bản;
6


+ Thuốc nổ: AD – 1, ANFO, nhũ tương ;
+ Phương tiện nổ: kíp nổ vi sai KVP.6N trên mặt có độ chậm 17ms, 25ms,
42ms và loại xuống lỗ có độ chậm 400ms do Xí nghiệp hóa chất Z 21 sản xuất.
Khối mồi nổ VE – 175;
Để kích nổ sử dụng máy nổ mìn Kobla XB – 1000;
- Xúc bốc: Sử dụng máy xúc thủy lực gầu ngược PC – 750 LC, công tác phụ trợ
sử dụng máy ủi D65EX – 15 đều của hãng Komatsu – Nhật Bản;
- Thiết bị vận tải: ôtô tự đổ HD325 – 7R của hãng Komatsu – Nhật Bản;

CHƯƠNG III
XÁC ĐỊNH BIÊN GIỚI MỎ
III.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BIÊN GIỚI MỎ LỘ THIÊN
III.1.1. Khái niệm biên giới mỏ lộ thiên
Việc khai thác các khoáng sàng khoáng sản có ích có thể tiến hành bằng phương
pháp lộ thiên, bằng phương pháp hầm lò hoặc bằng phương pháp phối hợp lộ thiên
(phần trên) và hầm lò (phần dưới). Tuy nhiên, dù khoáng sàng được khai thác chỉ
bằng phương pháp lộ thiên hay hỗn hợp lộ thiên – hầm lò thì chiều sâu khai thác
cuối cùng của mỏ lộ thiên là xác định.
Biên giới mỏ lộ thiên được chia làm ba loại: biên giới theo điều kiện tự nhiên,
biên giới theo điều kiện kinh tế và biên giới theo điều kiện kỹ thuật.
Biên giới theo điều kiện tự nhiên là phạm vi cuối cùng mà mỏ lộ thiên có thể
khai thác được toàn bộ phần trữ lượng trong cân đối của khoáng sàng mà vẫn mang
lại hiệu quả kinh tế và không vượt ra ngoài khả năng kỹ thuật được trang bị. Biên
giới này thường gặp khi khai thác những khoáng sàng có thân quặng nằm nông
trên mặt đất, các khoáng sàng vật liệu xây dựng có cấu tạo dạng khối nổi trên mặt
đất. Trong các trường hợp này, việc xác định biên giới là đơn giản và nhanh chóng.

Biên giới theo điều kiện kỹ thuật là phạm vi cuối cùng của khoáng sàng có thể
tiến hành khai thác bằng phương pháp lộ thiên trong điều kiện trang thiết bị cho
phép. Ngày nay với những thiết bị hiện đại và trình độ khoa học kỹ thuật cao,
người ta có thể khai thác những khoáng sàng có thân quặng vùi lấp sâu hàng 500 ÷
700m, nằm dưới mức nước biển 200 ÷ 300m hoặc hơn.

7


Biên giới theo điều kiện kinh tế là phạm vi cuối cùng mà mỏ lộ thiên có thể mở
rộng phạm vi hoạt động tới đó với một hiệu quả kinh tế nhất định, theo điều kiện
giá thành quặng khai thác không vượt quá giá thành cho phép. Biên giới theo điều
kiện kinh tế là biên giới hợp lý của mỏ lộ thiên mà người ta cần xác định khi tiến
hành thiết kế một mỏ mới hay cải tạo, mở rộng một mỏ cũ.
Tuy nhiên, do tác động của yếu tố thời gian và tiến bộ kỹ thuật vào các chỉ tiêu
kinh tế nên việc xác định biên giới hợp lý cho những mỏ lộ thiên có trữ lượng và
thời gian tồn tại lớn sẽ thiếu chính xác. Bởi vậy người ta đưa ra khái niệm biên giới
tạm thời và biên giới triển vọng.
Biên giới tạm thời là biên giới của một giai đoạn sản xuất trong một số năm
nhất định. Với những mỏ lộ thiên có thời gian tồn tại lớn, người ta có thể phân chia
quá trình sản xuất ra nhiều giai đoạn, ngăn cách nhau bằng những biên giới tạm
thời sao cho hiệu quả hoạt động kinh tế của mỗi giai đoạn và của cả quá trình tồn
tại của mỏ lộ thiên là lớn nhất.
Biên giới triển vọng của mỏ lộ thiên là biên giới cuối cùng, xác định cho mỏ
trong đó đã quan tâm tới tác động của yếu tố thời gian và tiến bộ kỹ thuật tới quá
trình hoạt động kinh tế và kỹ thuật của mỏ trong tương lai. Biên giới triển vọng của
mỏ lộ thiên là cơ sở để quyết định quy mô đầu tư xây dựng và sản xuất của mỏ, sơ
đồ bố trí tổng mặt bằng và mặt bằng công nghiệp mỏ, định hướng về quy mô và
chất lượng các công trình xây dựng và là cơ sở để làm các thủ tục pháp lý về tài
nguyên và đất đai cho mỏ lộ thiên.

Biên giới mỏ lộ thiên phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tính chất cơ lý của đất
đá, chiều dày và góc cắm của vỉa, địa hình khu mỏ và chất lượng của khoáng
sàng... Ngoài ra biên giới mỏ cũng chịu sự tác động của vốn đầu tư khi xây dựng
cơ bản, sản lượng mỏ và phương pháp khai thác, trình độ khoa học kỹ thuật mỏ.
Đối với các mỏ đá vôi ở Việt Nam, phần lớn các mỏ này đều lộ ra trên bề mặt
địa hình và tạo thành những đồi núi liên tiếp nhau trên mặt đất nên có địa hình rất
phức tạp. Do đặc thù riêng của mỏ đá ở nước ta nên việc xác định biên giới mỏ lộ
thiên thường áp dụng theo điều kiện địa hình và dựa trên những phần khoáng sản
lộ ra trên bề mặt địa hình.
III.1.2. Nguyên tắc xác định biên giới của các mỏ đá vôi
- Đá khai thác trong phạm vi biên giới mỏ phải bảo đảm chất lượng yêu cầu làm
nguyên liệu sản xuất xi măng và phục vụ cho các mục đích khác.
- Biên giới khai thác phải phù hợp với ranh giới được ghi trong giấy phép khai
thác mỏ do Bộ Công nghiệp cấp.
8


- Khai thác được tối đa trữ lượng đá trong biên giới đã xác định, tránh lãng phí
tài nguyên.
- Các thông số khai trường khi kết thúc khai thác phải đảm bảo an toàn và đảm
bảo độ ổn định bờ mỏ, phù hợp với điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công trình
và điều kiện địa hình khu mỏ, đảm bảo điều kiện thuận lợi để phục hồi môi trường
mỏ.
Theo nguyên tắc nêu trên, khu Bắc mỏ đá vôi Hoàng Mai A có biên giới xác
định như sau:
- Biên giới phía Bắc: giáp đường nội khu mỏ với Quốc lộ 1A
- Biên giới phía Nam: giáp đồng ruộng
- Biên giới phía Tây: cách Quốc lộ 1A khoảng 800m
- Biên giới phía Đông: giáp kênh nhà Lê
- Biên giới phía trên của mỏ được xác định trùng với cao độ của đỉnh núi cao

nhất sau khi bạt ngọn trong đó đỉnh núi cao nhất có độ cao +140m.
- Biên giới phía dưới (biên giới đáy mỏ) được xác định là độ cao +10, cao độ
này nằm trên cao độ ngập lụt của khu vực.

9


III.2. TRỮ LƯỢNG MỎ
III.2.1. Chỉ tiêu tính trữ lượng
Hàm lượng của các chất trong đá phải đảm bảo tiêu chuẩn để sản xuất xi măng:
+ CaO ≥ 50%
+ MgO ≤ 2%
+ R2O3, SO3 và các chất không tan ≤ 1%
III.2.2. Phương pháp tính trữ lượng
Ta tính trữ lượng dựa trên bản đồ địa lý tỷ lệ 1:1000 bằng phương pháp mặt cắt
ngang, mỗi mặt cắt ứng với một độ cao nhất định.
Xét hai bình đồ có diện tích là Si và Si+1:

10


- Nếu chênh lệch giữa hai diện tích này là nhỏ hơn 40% thì áp dụng công thức
sau để tính thể tích:
V =

S i + S i +1
.h.
2

, m3

(3.1)
- Nếu chênh lệch diện tích giữa hai mặt cắt lớn hơn 40% thì áp dụng công thức:
V=

S i + S i +1 + S i .S i +1
3

.h.

, m3

(3.2)

Trong đó:
h - khoảng cách giữa hai mặt cắt Si và Si+1, m
III.2.3. Kết quả tính trữ lượng
Tổng trữ lượng khu Bắc mỏ đá vôi Hoàng Mai A: 79,029,686 tấn
Trữ lượng đá vôi của mỏ được tổng hợp trong bảng III.1

11


Góc nghiêng sườn tầng : tg α = tgφ + , độ
Trong đó α : góc nghiêng sườn tầng , độ
φ : góc nội ma sát trong , φ = 34o
Ɏ:
dung trọng của đất đá Ɏ =2,7 t/m3
C lực dính kết , c = 385 kg/cm2
H : chiều cao tầng khai thác , H = 10m
Thay vào công thức ta được tgα = 14,933 ►α =86o10’

Để đảm bảo an toàn trong khai thác , chọn góc nghiêng sườn tầng bằng 75o
- Góc nghiêng bờ kết thúc tgαkt = tgφ + , độ
Các giá trị φ, Ɏ, c lấy tương tự còn H kt = 25-30m. thay vào công thức ta có :
tgαkt = 6,73  αkt = 81o10’
Để đảo bảo an toàn tuyệt đối trong khai thác và ổn định bờ mỏ lâu dài chọn
góc nghiêng bờ kết thúc bằng 60o
-

12


CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ MỞ VỈA
IV.1. KHÁI NIỆM MỞ VỈA
Mở vỉa khoáng sàng là công việc đầu tiên ở mỏ nhằm mục đích tạo nên đường
vận tải nối liền các gương khai thác, tới mặt bằng mỏ và bãi thải, bóc đất đá phủ
ban đầu (nếu cần thiết) và tạo ra mặt bằng công tác đầu tiên sao cho khi đưa mỏ
vào sản xuất, các thiết bị mỏ có thể hoạt động một cách bình thường và khai thác
một lượng khoáng sản có ích theo tỷ lệ xác định của sản lượng thiết kế.
Phương pháp mở vỉa và hệ thống mở vỉa có mối liên hệ với hệ thống khai thác,
nói cách khác việc áp dụng một số lượng hạn chế hoặc thậm chí một phương pháp
mở vỉa phải theo khả năng kỹ thuật cũng như sự hợp lý về kinh tế của mỏ.
Căn cứ vào địa hình, điều kiện địa chất vị trí đổ thải và việc bố trí tổng mặt
bằng vào hướng phát triển công trình mỏ để thiết kế chọn vị trí mở vỉa ban đầu sao
cho chi phí xây dựng là nhỏ nhất và đảm bảo được điều kiện kỹ thuật, khai thác an
toàn cho người và thiết bị, nhanh chóng đưa mỏ vào sản xuất.
Mục đích của công tác mở vỉa khoáng sàng đá là tạo đủ điều kiện đưa mỏ vào
sản xuất và thu hồi được các loại đá theo yêu cầu. Ở phạm vi bên ngoài mỏ, nội
dung mở vỉa là công tác làm đường giao thông để nối liền giao thông khu mỏ với
hệ thống giao thông quốc gia. Ở trong phạm vi mỏ thì nội dung mở vỉa bao gồm:

đào hào mở đường lên núi, bạt đỉnh núi và tạo mặt bằng công tác ban đầu.
IV.2. PHƯƠNG PHÁP MỞ VỈA
Căn cứ vào địa hình, điều kiện địa chất, vị trí đổ thải và việc bố trí tổng đồ mặt
bằng vào hướng phát triển công trình mỏ để thiết kế chọn vị trí mở vỉa ban đầu sao
cho chi phí xây dựng là nhỏ nhất và đảm bảo được điều kiện kỹ thuật, khai thác an
toàn cho người và thiết bị khi tiến hành khai thác.

13


Ta chọn phương án mở vỉa bám vách vỉa, sử dụng đường hào bán hoàn chỉnh
bám sườn núi.
Khu khai thác đầu tiên sẽ phải mở mỏ tại khu vực có trữ lượng ở cấp chắc chắn
(cấp A, B) nên khu khai thác đầu tiên sẽ là đỉnh núi khu A , B ,
Tuyến đường hào mở mỏ bao gồm:
- Tuyến đường hào chính:
+ Nối từ đầu cầu vượt lên bãi xúc mức +120m, được dùng để vận chuyển đá
từ gương khai thác về trạm nghiền sàng
+ Các đoạn tuyến rẽ vào phân khu A và B
- Tuyến đường hào phụ: dùng để đưa máy khoan, máy ủi lên núi phục vụ công
tác đào hào và bạt ngọn.
- Đoạn A – D: từ điểm A đầu cầu vượt lên khai trường mức +120 tức phân khu A.
Đoạn tuyến này sẽ là tuyến trục chính của hệ thống đường trên khai trường mỏ.
- Đoạn C – E: từ điểm C(+100) lên khai trường phân khu B mức +110 tạo tuyến
đường vận tải lên mở tầng khai thác đỉnh núi +130 để đưa thiết bị lên làm việc và
vận tải đá khai thác, đá thải,…
- Tuyến đường hào phụ: dùng để đưa máy khoan, máy ủi lên núi phục vụ công
tác đào hào và bạt ngọn.
IV.3. THIẾT KẾ TUYẾN ĐƯỜNG HÀO CHÍNH
IV.3.1. Vị trí, hình dạng tuyến hào

- Đoạn A – D: từ điểm A đầu cầu vượt lên khai trường mức +120 tức phân khu A.
Đoạn tuyến này sẽ là tuyến trục chính của hệ thống đường trên khai trường mỏ.
- Đoạn C – E: từ điểm C(+100) lên khai trường phân khu B mức +110 tạo tuyến
đường vận tải lên mở tầng khai thác đỉnh núi +130 để đưa thiết bị lên làm việc và
vận tải đá khai thác, đá thải,…
IV.3.2. Các thông số của tuyến đường hào
Tuyến đường phải đảm bảo cho xe chạy thông suốt và tồn tại cho đến khi kết
thúc khai thác ở mức +10.
Các thông số chính của ô tô vận tải Komatsu HD325 – 7R dựng làm thiết kế
được thể hiện ở bảng 4.1

14


Bảng IV.1 Thông số kỹ thuật của ô tô HD325 – 7R
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Thông số
Trọng lượng không tải
Trọng lượng có tải
Dài
Rộng
Cao
Công suất bánh đà
Tốc độ động cơ khi không tải
Số xi lanh
Đường kính xi lanh
Dung tích buồng đốt
Áp suất làm việc
Tốc độ di chuyển
Dung tích thùng xe

Đơn vị
Kg
Kg
Mm
Mm
Mm
kW
vòng/phút
chiếc
Mm
cm³
Mpa
km/h
m³

Giá trị
32050
68040
8465
4760
4100
388
2000
6
140
2000
21
70
24

a. Độ dốc dọc của tuyến đường
Chọn độ dốc dọc tuyến đường lớn nhất là một vấn đề kinh tế - kỹ thuật lớn. Đối
với từng đối tượng cụ thể phải tuỳ theo điều kiện địa hình, lưu lượng và thành phần
xe chạy, dùng những chỉ tiêu khái quát về giá thành vận tải, giá thành công trình
mà tiến hành tính toán chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để chọn trị số tối ưu. Đặc thù công
việc vận tải của mỏ, khi ô tô lên dốc thì ở chế độ không tải, khi xe xuống dốc thì ở
chế độ có tải. Do vậy kết hợp giữa chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và thực tế sản xuất thì
độ dốc dọc tối đa của tuyến đường là i = 8 ÷ 10%.
b. Chiều dài tuyến đường
- Tuyến đường chính đoạn A – D:
Chiều dài thực tế của tuyến đường được xác định theo công thức:
L1 =

(Hc − Hd )
i0

.K d

,m

(4.1)

Trong đó:
+ Hc - độ cao cuối cùng của đường hào, Hc = +120m
+ Hd - độ cao xuất phát của đường hào, Hd = +10

15


+ Kd - hệ số kéo dài tuyến đường, Kd = 1,2
+ io - độ dốc khống chế của tuyến đường, phụ thuộc các thông số của thiết bị
vận tải. Mỏ dùng phương tiện vận tải là xe Komatsu HD325 – 7R tải trọng 32 tấn,
chọn io = 8%
Thay các giá trị vào công thức (4.1) ta được:
120 − 10
0,08

L1 =
.1,2 = 1650m
Chiều dài tuyến đường chính đoạn A – D: L1 = 1650m
- Tuyến đường rẽ nhánh đoạn C – E:
Chiều dài thực tế của tuyến đường được xác định theo công thức:
L2 =

( Hc − Hd )

i0

.K d

,m

(4.2)

Trong đó:
+ Hc - độ cao cuối cùng của đường hào, Hc = +120m
+ Hd - độ cao xuất phát của đường hào, Hd = +100m
+ Kd - hệ số kéo dài tuyến đường, Kd = 1,2
+ io - độ dốc khống chế của tuyến đường, chọn io = 10%
Thay các giá trị vào công thức (4.2) ta được:
120 − 100
0,1

L2 =
.1,2 = 240m
Chiều dài tuyến đường chính đoạn C – E: L2 = 240m
Vậy tổng chiều dài tuyến đường chính:
Lc = L1 + L2 = 1650 + 240 = 1890m
c. Chiều rộng tuyến đường
Chiều rộng mặt đường thiết kế được xác định theo công thức sau:
a + c

B m = 2.
+ x + y
 2


,m

Trong đó:
a - bề rộng của thùng xe, a = 3,66 m
c - cự ly giữa hai bánh xe, c = 3,36 m
x - khoảng cách từ sườn thùng xe đến làn xe cạnh
16

(4.3)


y - khoảng cách từ giữa vệt bánh xe đến mép phần xe chạy.
Theo Zamakhaev đề nghị tính x, y dựa vào công thức sau:
y = 0,5 + 0,005.v (m)
x = 0,5 + 0,005.v (m) khi làn xe chạy ngược chiều
v = 30 km/h - tốc độ xe chạy
Thay các giá trị vào công thức (4.3) ta có:
 3,66 + 3,36

2.
+ 0,5 + 0,5 + 2(0,005.30) 
2



Bm =
= 9,62m
Vậy chiều rộng mặt đường Bm = 10 m
Khi đó chiều rộng nền đường được xác định cùng với các công trình trên mặt

như rãnh thoát nước, đai bảo vệ, khoảng cách an toàn.. được thể hiện trên mặt cắt
sau:

Hình 4.1 Mặt cắt ngang tuyến đường
Chiều rộng nền đường được xác định:
Bđ = Bm + z + b + c + c1 + k, m
(4.4)
Trong đó:
Bm - chiều rộng mặt đường, Bm = 9,62m;
z - khoảng cách an toàn mép ngoài nền đường, z = 1m;
b - chiều rộng tường phòng hộ, b = 1m;
c - chiều rộng nền đường phía trong, c = 1m;
c1 - khoảng cách rãnh thoát nước tới mép trong nền đường, c1 = 0,5m;
k - chiều rộng rãnh thoát nước, k = 0,5m;
Thay các giá trị vào công thức (4.5) ta được
Bđ = 9,62 + 1 + 1 +1 + 0,5 + 0,5 = 13,62m ,lấy Bđ = 14 m

17


e. Bán kính lượn vòng

Hình 4.2 Bán kính lượn vòng đoạn đường cong
Bán kính cong cho phép của cả đoạn đường cong phụ thuộc vào tốc độ di
chuyển động của ô tô và loại đường. Bán kính lượn vòng được xác định theo công
thức:
Rmin =

vtb2
127.(ψ + in )

,m

Trong đó:
vtb - vận tốc trung bình của ôtô, vtb = 25 km/h
ψ

- hệ số bám dính giữa bánh xe và mặt đường,
in - độ dốc ngang của phần xe chạy, in = 3 ÷ 6%
Thay các giá trị vào công thức (4.5) ta được:
Rmin

(4.5)

ψ

252
=
= 30,75
127.( 0,1 + 0,06)

f. Độ mở rộng trên đường cong

18

= 0,1

m

Để xe chạy được an toàn trên đoạn đường cong ngoài việc bố trí siêu cao ta
cũng mở rộng trên dường cong với trị số sau:
L2a
v
e=
+ 0,1.
R
R

,m

(4.6)

Trong đó:
La - khoảng cách từ trục bánh xe sau đến chắn trước của ô tô, La = 5,735 m
R - bán kính cong của đường, R = 30,75 m
V - tốc độ xe chạy đoạn cong, v = 12 km/h
Thay các giá trị vào công thức (4.6) ta được:
5,7352
12
e=
+ 0,1.
= 1,15
30,75
30,75

m

IV.3.3. Khả năng thông xe
Có thể xác định năng lực thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe như sau:

N=

1000.v
d

, xe/giờ

(4.7)

Trong đó:
v - tốc độ xe chạy đều nhau cho cả dòng xe, v = 30km/h
d - khoảng cách tối thiểu giữa 2 xe, có thể xác định theo công thức:
d = a + b.v + c.v2, m
với: a, b, c là các hệ số khoảng cách an toàn được chọn theo phản ứng tâm lý
người lái xe nhanh hay chậm và điều kiện hãm xe.
Chọn: a = 6, b = 0,3, c = 0
d = 6 + 0,3.30 + 0.302 = 15 m
Thay các giá trị vào công thức (4.8) ta được:
N=

1000.30
= 2000
15

xe/giờ

Nhu cầu vận tải của mỏ được xác định:
N1 =

Am

.k r
v0

, xe/năm

Trong đó:

19

(4.9)


Am - sản lượng của mỏ, Am = 888889 m3/năm
Kr - hệ số nở rời của đất đá trong thùng xe, Kr = 1,4
v0 - dung tích thùng xe, v0 = 24 m3
Thay các giá trị vào công thức (4.9) ta được:
N1 =

888889
.1, 4 = 51852
24

xe/năm
Theo chế độ làm việc của mỏ là 300 ngày/năm mà mỗi ngày làm việc là 16 giờ
nên số xe chạy trong 1 giờ là:
NT =

N1
51852
=

= 10,8
300.16 300.16

xe/giờ
Như vậy với khả năng thông xe, tuyến đường đảm bảo khả năng thông xe đáp
ứng theo công suất mỏ và có thể đáp ứng nâng cao công suất theo yêu cầu khi cần
phải tăng sản lượng mỏ.
IV.3.4. Tính khối lượng làm đường
a.Phương pháp tính toán
Khối lượng đào hào được tính theo phương pháp mặt cắt dọc, sử dụng công
thức sau để tính:
Vn = K .

S id + S id+1
.Li
2

, m3

(4.9)

Trong đó:
Li - khoảng cách tương ứng giữa hai mặt cắt i và i+1, m
Si, Si+1 - diện tích các mặt cắt thứ i và i+1, m3
K hệ số hang cactơ , K = 0,9
Diện tích các mặt cắt được xác định theo mặt cắt ngang (tại những vị trí có địa
hình thay đổi) dọc theo trục của tuyến đường dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1000.
b. Kết quả tính toán
Dựa vào các phương pháp trên ta tính được tổng khối lượng đất đá khi mở
đường ôtô lên núi từ độ cao +10m đến độ cao +120m.

20


IV.5. CÔNG TÁC BẠT NGỌN
IV.5.1. Mục đích
Khu Bắc mỏ đá Hoàng Mai thuộc nhà máy xi măng Nghi Sơn với trữ lượng
lớn, mặt khác điều kiện địa hình ở đây cho phép tiến hành khai thác theo hệ thống
khai thác lớp bằng vận tải trực tiếp. Chính vì thế công tác bạt ngọn này để tạo mặt
21


bằng khai thác đầu tiên cho thiết bị hoạt động là một vấn đề rất quan trọng, đòi hỏi
chi phí ban đầu lớn.
Căn cứ vào hệ thống khai thác và đồng bộ thiết bị đã lựa chọn thì nhiệm vụ bạt
ngọn được qui định như sau:
Bạt ngọn, tạo mặt bằng ở các phân khu A mức +140 ÷ +110, B mức +130 ÷
+120 để thiết bị khoan lớn hoạt động được.
IV.5.2. Khối lượng bạt ngọn
Khối lượng bạt ngọn được xác định theo công thức sau:
- Các mức từ , +140, +110, trở lên:
V=

1
S .H .(1 − K )
3

, m3

(4.13)

- Các mức dưới:
S1 .S 2 + S1 .S 2

V=

2

h(1 − K )

, m3

(4.14)

Trong đó :
S - diện tích đáy chóp, m2
S1, S2 - diện tích 2 mức cao liên tiếp, m2
H - chiều cao giữa các mức, m2
K - hệ số castơ. Lấy K = 10%
Bảng 4.7 Kết quả tính toán khối lượng bạt ngọn
TT
Phân khu
Cốt cao
Khối lượng, m3
1
2

A
B

+140
+120

Tổng cộng

22

3530.01
2787.63
6317.64


CHƯƠNG V
HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ ĐỒNG BỘ THIẾT BỊ
V.1.KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG KHAI THÁC
Hệ thống khai thác (HTKT) của mỏ lộ thiên là trình tự và phương thức tiến
hành các công tác chuẩn bị, xúc bốc và khai thác sao cho mỏ lộ thiên hoạt động
được an toàn, hiệu quả kinh tế cao và thu hồi tối đa tài nguyên lòng đất đất và tác
động xấu đến môi trường là nhỏ nhất.
HTKT mỏ lộ thiên có liên quan chặt chẽ tới đồng bộ thiết bị sử dụng trong mỏ.
HTKT được coi là hợp lý khi đảm bảo việc khai thác mang lại hiệu quả kinh tế cao,
các máy móc và thiết bị dùng trong các quá trình sản xuất chính và phụ hoạt động
an toàn và có năng suất, các giải pháp công nghệ và kỹ thuật sử dụng ngăn ngừa có
hiệu quả và hạn chế được các tác động làm suy giảm môi trường cũng như khắc
phục tối đa các hậu quả xấu do khai thác gây ra đối với môi trường. Mối liên quan
giữa HTKT với đồng bộ thiết bị sử dụng thể hiện ở sự tương thích giữa các thông
số làm việc của khai trường như: chiều cao và chiều rộng của tầng công tác, chiều
rộng tầng vận chuyển, độ dốc đường hào, chiều dài tuyến công tác, chiều rộng và
chiều dài luồng xúc… với đặc tính kỹ thuật của các thiết bị sử dụng trong mỏ.
Với điều kiện mỏ đá Hoàng Mai A, việc lựa chọn HTKT cho mỏ là yếu tố quan

trọng tạo nên sự phát triển và tồn tại của mỏ, yêu cầu phải phù hợp với những điều
kiện trên.
V.2. LỰA CHỌN HỆ THỐNG KHAI THÁC
Căn cứ vào điều kiện địa hình của mỏ, đồng bộ thiết bị khai thác sử dụng và sản
lượng của khu Bắc mỏ đá vôi Hoàng Mai A, lựa chọn “ Hệ thống khai thác khấu
theo lớp bằng, vận tải trực tiếp”
Ưu điểm: Có khả năng cơ giới hóa cao, đáp ứng được nhu cầu sản lượng lớn,
khối lượng công tác mở tầng và chuẩn bị nhỏ, điều kiện làm việc an toàn thuận lợi,
tổ chức điều hành công tác trên mỏ đơn giản và tập trung.
Nhược điểm: Khối lượng xây dựng cơ bản lớn, thời gian xây dựng cơ bản mỏ

23


kéo dài, thi công đường hào khó khăn khi địa hình mặt đất của mỏ phức tạp, góc
dốc sườn núi lớn.
Công tác phụ trợ đáng quan tâm khi sử dụng HTKT khấu theo lớp bằng là việc
giải quyết gờ đá ở mép sườn núi, đặc biệt đối với khu vực sườn núi thoải, đường
kháng chân tầng lớn (khi khoan các lỗ khoan gần rìa núi). Nếu không phá bỏ hết
các rìa đá trên tầng kề nhau thì sẽ dẫn đến thu hẹp dần diện tích công tác của tầng
khai thác tiếp theo và sau đó sẽ tiến hành cải tạo mỏ rất phức tạp và tốn kém. Để
khắc phục hiện tượng này khi khai thác ở khu vực rìa của sườn núi có đường kháng
lớn cần tiến hành khoan các lỗ khoan phụ, khoan xiên.

Hình V.1 Sơ đồ HTKT theo lớp bằng vận tải trực tiếp
1- máy xúc, 2- ôtô, 3- đường hào, 4- máy khoan

Hình V.2 Các thiết bị làm việc trên mỏ

24

V.3. LỰA CHỌN THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC
V.3.1. Chiều cao tầng, H
Chiều cao tầng được chọn sao cho phù hợp với khả năng làm việc hiệu quả của
máy xúc, thiết bị vận tải, tính chất cơ lý của đất đá.
Chiều cao tầng tối đa xác định theo điều kiện an toàn cho máy xúc, đối với mỏ
đá Hoàng Mai sử dụng máy xúc Komatsu PC – 750 LC dung tích gầu 3,5m 3, chiều
cao xúc lớn nhất là 10,925m.
- Theo điều kiện xúc: chiều cao tầng không vượt quá 1,5 chiều cao xúc lớn
nhất:
H ≤ 1,5.HX max
H ≤ 1,5.10,925 = 16,39m
- Theo điều kiện thiết bị sử dụng và tính chất cơ lý của đất đá thì chiều cao tầng
có thể xác định theo công thức:
H = 0,7.a.

sinα .sin β
krη 1 + η ' sin( α − β )

(

)

, m

(5.1)

Trong đó:
a - chiều rộng đống đá sau khi nổ, m

a = 0,7.(Rx + Rd)
Rx, Rd - bán kính xúc và dỡ của máy xúc, Rx = 12,005, Rd = 9m
a = 0,7.(12,005 +9) = 14,7m
kr - hệ số nở rời của đất đá sau khi nổ mìn, kr = 1,4
α, β - góc nghiêng sườn tầng và sườn đống đá nổ mìn, α = 750, β = 450
η

- tỉ số lớn nhất giữa đường kháng và chiều cao,

Chọn
η'

η

η

= = 0,3 ÷ 0,5

= 0,5

- tỉ số khoảng cách giữa hai hàng khoan và đường kháng chân tầng
η'

η

= = 0,75 ÷ 0,95

'

Chọn = 0,95

Thay các giá trị vào các công thức (5.1) ta được: H = 10,293m
Để phù hợp với hai điều kiện ta chọn H = 10m
V.3.2. Chiều rộng dải khấu: A
Theo điều kiện nổ mìn:

25