NGHIÊN cứu HOÀN THIỆN một số THÔNG số CÔNG NGHỆ KHAI THÁC lò CHỢ cơ GIỚI hóa ĐỒNG bộ hạ TRẦN THAN ở vỉa dày, dốc THOẢI và NGHIÊNG tại các mỏ hầm lò VÙNG QUẢNG NINH tt

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

NÔNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
KHAI THÁC LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN THAN
Ở VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI CÁC MỎ HẦM LÒ
VÙNG QUẢNG NINH
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 9520603

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2018


Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác Hầm lò
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Đặng Vũ Chí, Trường Đại học Mỏ-Địa chất
2. PGS. TS Phùng Mạnh Đắc, Hội KHCN Mỏ Việt Nam

Phản biện 1: PGS. TS. Trần Văn Thanh, Trường Đại học Mỏ-Địa chất
Phản biện 2: TS. Trương Đức Dư , Hội KHCN Mỏ Việt Nam
Phản biện 3: TS. Trần Minh Nguyên, Công ty CP Tư vấn đầu tư và
Xây dựng mỏ

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường
tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi vào hồi 8h30 ngày tháng

năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt, tổng sản lượng khai thác than tại các mỏ phấn đấu
đến năm 2025 đạt trên 80 triệu tấn. Thực tế hiện nay, các mỏ than hầm lò
đang khai thác trong điều kiện địa chất phức tạp, biến động lớn về chiều
dày và góc dốc, nhiều phay phá kiến tạo và hầu hết các mỏ đang có xu
hướng khai thác xuống sâu. Do đó, việc tăng sản lượng và khả năng cơ
giới hóa đồng bộ ở các mỏ rất khó khăn. Trong điều kiện địa chất kỹ thuật
các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh rất phức tạp nên đòi hỏi phải có
những nghiên cứu, đánh giá cụ thể trong việc lựa chọn thông số kỹ thuật
và thiết bị khai thác cơ giới hóa phù hợp. Do đó, nội dung nghiên cứu của
đề tài có ý nghĩa khoa học, thực tiễn quan trọng và cấp thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ hợp lý đối với lò chợ cơ
giới hoá đồng bộ hạ trần thu hồi than ở vỉa dày thoải và nghiêng tại các mỏ
hầm lò vùng Quảng Ninh nhằm nâng cao mức độ an toàn lao động và hiệu
quả khai thác.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: thông số công nghệ trong lò chợ cơ giới hóa
đồng bộ, hạ trần thu hồi than nóc (chiều cao lớp than hạ trần, bước thu hồi
than hạ trần).

- Phạm vi nghiên cứu: các vỉa than có chiều dày trên 6m và góc dốc nhỏ
hơn 350 thuộc các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
4. Nội dung nghiên cứu
a) Tổng quan về kinh nghiệm khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới
hóa đồng bộ ở các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng trong nước và trên
thế giới.
b) Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ đến
quá trình thu hồi than nóc.
c) Hoàn thiện một số thông số công nghệ khai thác lò chợ sử dụng
thiết bị cơ giới hóa đồng bộ hạ trần thu hồi than nóc ở các vỉa than dày,
dốc thoải và nghiêng vùng Quảng Ninh.
d) Xác định thông số công nghệ khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ
giới hóa đồng bộ hạ trần than ở vỉa dày, dốc thoải và nghiêng tại một điều
kiện cụ thể.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tổng hợp: phân tích lý thuyết kết hợp với mô


2

hình phân tích số bằng việc sử dụng phần mềm số PHASE 2, nghiên cứu đo
đạc kết quả tại hiện trường ở mỏ than Hà Lầm.
6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
a) Luận án góp phần bổ sung cơ sở khoa học trong việc nghiên cứu, xác
định thông số công nghệ khai thác hợp lý khi lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới
hóa đồng bộ hạ trần thu hồi than nóc ở các vỉa than dày, dốc thoải và
nghiêng.
b) Kết quả nghiên cứu của luận án có đóng góp vào chương trình xây
dựng hướng phát triển công nghệ cơ giới hóa khai thác tại các mỏ than hầm
lò Việt Nam, giải quyết những khó khăn trong việc nâng cao hiệu quả, an

toàn sản xuất.
7. Điểm mới của luận án
a) Xác định được miền áp dụng bước thu hồi than hạ trần hợp lý ở lò
chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ tại các vỉa than dày, dốc thoải và
nghiêng.
b) Xác định được miền áp dụng tỷ lệ khấu - hạ trần hợp lý ở lò chợ sử
dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ tại các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng.
8. Những luận điểm để bảo vệ
a) Trong lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ, thực tiễn cho thấy
khi chiều dày vỉa nhỏ hơn 13m thì việc áp dụng bước thu hồi than hạ trần
bằng với bước khấu gương (rth = r) sẽ cho hiệu quả tốt. Ngược lại, khi chiều
dày vỉa lớn hơn 13m thì việc áp dụng bước thu hồi than hạ trần bằng 2 lần
bước khấu gương (rth = 2r) mới mang lại hiệu quả.
b) Trong lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ, khi tỷ lệ khấu-hạ
trần theo thực nghiệm có tỉ lệ tương quan 1:2,5 thì khả năng thu hồi than
hạ trần đạt được giá trị tối ưu. Khả năng thu hồi than cao nhất là khi tỷ lệ
khấu-hạ trần lý tưởng 1:2,5.
9. Cấu trúc của luận án
Luận án được kết cấu gồm: phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và
kiến nghị, được trình bày trong 111 trang đánh máy khổ A4 210x217 mm
với 42 bảng biểu, 77 hình vẽ và biểu đồ.
10. Các công trình khoa học liên quan đến luận văn đã công bố
Tác giả luận án đã công bố 05 bài báo trên các tạp chí chuyên ngành,
03 báo cáo tại các hội nghị khoa học và 01 công trình nghiên cứu tại các
hội đồng khoa học các cấp.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC LÒ CHỢ

SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ Ở CÁC VỈA THAN
DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ
GIỚI
1.1. Kinh nghiệm khai thác vỉa dày, dốc thoải và nghiêng trong nước
1.1.1. Khái quát chung về trữ lượng than vùng Quảng Ninh
Bể than Quảng Ninh có diện tích khoảng 1.400km2, gồm ba khu vực:
Cẩm Phả, Hòn Gai, Uông Bí. Than thuộc loại Antraxít, có chất lượng tốt.
Theo kết quả đánh giá, tính đến tháng 01/2015 trữ lượng than tại một số
mỏ hầm lò lớn vùng Quảng Ninh ước tính còn lại được liệt kê như trong
bảng 1.1.
Bảng 1.1. Trữ lượng than tại các mỏ hầm lò lớn vùng Quảng Ninh [1].
Trữ lượng
Trữ lượng vỉa dày, dốc
TT
Tên mỏ
toàn mỏ,
thoải đến nghiêng,
Tỷ lệ %
1000 tấn
1000 tấn
1 Mạo Khê
74.909
2.789
3,7
2 Nam Mẫu
43.543
22.921
52,6
3 Uông Bí
38.741

0
0,0
4 Vàng Danh
43.666
26.967
61,8
5 Hà Lầm
50.973
49.364
96,8
6 Núi Béo
64.474
51.777
80,3
7 Dương Huy
59.076
9.773
16,5
8 Quang Hanh
25.157
2.786
11,1
9 Thống Nhất
37.422
17.679
47,2
10 Hạ Long
94.666
64.834
68,5

11 Khe Chàm
72.935
23.482
32,2
12 Mông Dương
25.083
7.708
30,7
Tổng cộng
630.645
280.080
44,4
1.1.2. Kinh nghiệm áp dụng công nghệ CGH đồng bộ, lò chợ sử dụng
máy khấu kết hợp với giàn chống có kết cấu thu hồi 01 máng cào
1. Tổng hợp kinh nghiệm áp dụng
Công nghệ CGH đồng bộ hạ trần thu hồi than nóc đã được triển khai
tại lò chợ II-8-2 khu giếng Vàng Danh từ tháng 01/2008 ÷ 12/2013 theo
hai giai đoạn, trong đó:
- Giai đoạn I (từ ngày 01/12/2007÷ 27/3/2008): lò chợ có chiều dài
45m, chiều dài theo phương khu khai thác 30m; chống giữ lò chợ bằng 30
giàn chống tự hành Vinaalta, khấu than bằng máy MG-200W1, vận tải bằng
máng cào SGB-620/110x2 sản xuất tại Trung Quốc cùng các thiết bị đi
kèm được tiếp nhận từ Công ty than Khe Chàm. Sản lượng khai thác được


4

của giai đoạn I là 21.341 tấn với một số thông số công nghệ chính như
chiều cao khấu gương 2,5m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 5,0m và
bước thu hồi than hạ trần là 0,63m.

- Giai đoạn II (từ 16/6/2008 - 12/2013): lò chợ có chiều dài 120m,
chống giữ bằng 80 giàn chống Vinaalta, khấu than bằng máy MB-450E,
vận tải bằng máng cào DSS-260/2x90 và đồng bộ thiết bị đi kèm. Một số
thông số công nghệ chính giai đoạn này là: chiều cao khấu gương 2,8m,
chiều dày lớp than hạ trần trung bình 4,7m và bước thu hồi than hạ trần là
0,8m.
Từ kinh nghiệm tại Công ty than Vàng Danh, tháng 8/2010công nghệ
cơ giới hóa sử dụng giàn thu hồi 01 máng cào tiếp tục được triển khai tại
Công ty than Nam Mẫu với một số thông số công nghệ chính như chiều
cao khấu gương 2,8m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 3,9m và bước
thu hồi than hạ trần là 0,8m. Tổng thời gian áp dụng 59 tháng, trong đó 49
tháng lò chợ hoạt động, 10 tháng lò chợ chuyển diện và tháo chuyển thiết
bị. Công nghệ đã được triển khai tại 04 lò chợ (03 lò chợ tại vỉa 6 và 01 lò
chợ tại vỉa 5), tổng sản lượng khai thác được là 665.336 tấn.
2. Đánh giá kết quả áp dụng
Kết quả áp dụng lò chợ cơ giới hóa hạ trần tại mỏ Vàng Danh như sau:
sản lượng khai thác đạt từ 2.471 ÷ 24.640 tấn/tháng, trung bình 12.139
tấn/tháng; công suất lò chợ đạt từ 128.596 ÷ 163.476 tấn/nămm, trung bình
145.673 tấn/năm; NSLĐ đạt từ 3,6 ÷ 10,8 tấn/công, trung bình 9,5
tấn/công. Tại mỏ Nam Mẫu sản lượng khai thác đạt từ 1.274 ÷ 36.540
tấn/tháng, trung bình 11.847 tấn/tháng; công suất lò chợ đạt từ 64.114 ÷
204.201tấn/năm, trung bình 142.486tấn/năm; NSLĐ đạt từ 3,1 ÷ 11,3
tấn/công, trung bình 7,2 tấn/công.
Tỷ lệ tổn thất tại các lò chợ cơ giới hóa hạ trần sử dụng giàn thu hồi
01 máng cào tại Công ty than Vàng Danh từ 15 ÷ 20%, tại Công ty than
Nam Mẫu là 22,3  31,9%, tương ứng với tỷ lệ thu hồi than từ 68,1÷ 85,0,
trung bình 76,6%. Giá trị này tương đương với tỷ lệ thu hồi của các lò chợ
giá khung, giá xích hạ trần trong cùng điều kiện.
Như vậy, có thể nói rằng bước đầu áp dụng thử nghiệm tại các lò chợ
trên đã chưa đạt được hiệu quả như thiết kế. Điều đó chứng tỏ các yếu tố

về địa chất, kích thước ruộng mỏ đã ảnh hưởng đến quá trình khai thác.
Ngoài ra, yếu tố về thiết bị cũng ảnh hưởng rất lớn, việc làm chủ và thay
thế thiết bị chưa cao dẫn tới ách tắc sản xuất. Cơ cấu thu hồi than nóc của
thiết bị chưa thật sự phù hợp và tác động trực tiếp nên việc xác định thông
số kỹ thuật của lò chợ.


5

1.1.3. Kinh nghiệm áp dụng công nghệ CGH đồng bộ, lò chợ sử dụng
máy khấu kết hợp với giàn chống thu hồi 02 máng cào
1. Tổng hợp kinh nghiệm áp dụng
*Dây chuyền 1: Dây chuyền cơ giới hóa đầu tiên được triển khai lắp
đặt tại lò chợ 11-1.14 vỉa 11.1 từ tháng 01  3/2015 dưới sự hướng dẫn của
các chuyên gia Trung Quốc với công suất thiết kế 600.000 tấn/năm. Đặc
điểm điều kiện địa chấtvỉa than khu vực lò chợ như sau: chiều dày vỉa trung
bình 6,8m, góc dốc vỉa trung bình 19 0, chiều dài lò chợ theo hướng dốc
108m, theo phương 420m. Tổ hợp thiết bị gồm 67 giàn chống mã hiệu
ZF4400/16/28, 06 giàn chống ngã ba lò đầu, lò chân, mỗi vị trí 03 giàn, mã
hiệu ZFG 4800/18/28 kết hợp máy khấu dẫn động thủy lực MG150/375 W, 02 máng cào SGZ630/264.Một số thông số công nghệ chính của lò
chợ: chiều cao khấu gương 2,5m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình
5,5m và bước thu hồi than hạ trần là 0,63m.
*Dây chuyền 2: Trên cơ sở thành công của dây chuyền 1 tại lò chợ cơ
giới hóa vỉa 11, tháng 10/2016 Công ty than Hà Lầm tiếp tục đưa vào áp
dụng dây chuyền công nghệ cơ giới hóa đồng bộ thứ hai tại lò chợ 7-2 vỉa
7 với công suất thiết kế 1,2 triệu tấn/năm. Theo tài liệu địa chất, đặc điểm
địa chất kỹ thuật khu vực lò chợ như sau: chiều dày vỉa than thay đổi từ
2,35 ÷ 30,24mtrung bình 18,56m. Góc dốc vỉa than thường 2 0 ÷ 250. Trong
phạm vi diện khai thác đầu tiên có 11 lỗ khoan, thay đổi chiều dày vỉa
16,21 ÷ 28,12m, trung bình 18,9mm, góc dốc vỉa thường là 2 0 ÷ 250; chiều

dài lò chợ 154m, chiều dài theo phương của lò chợ là 750m, chiều cao
khấu gương 2,8m, chiều dày lớp than hạ trần trung bình 15,07m và bước
thu hồi than hạ trần là 0,63m.
2. Đánh giá kết quả áp dụng
Theo thống kê sản lượng tháng cao nhất đã đạt tới 83.946 tấn/tháng,
năng suất lao động bình quân đạt tới 19,6 tấn/công. Kết quả này đạt được
do: (1) điều kiện vỉa than khu vực đã khai thác của lò chợ thuộc loại thuận
lợi về chiều dày đến 17,87m, góc dốc chủ yếu dưới 150; (2) công tác thu
hồi ở máng cào sau đồng thời với quá trình khấu gương đã cho phép nâng
cao được sản lượng lò chợ; (3) mỏ được xây dựng theo mô hình mỏ hiện
đại với sản lượng chủ yếu từ cơ giới hóa (toàn mỏ có 04 lò chợ, trong đó
02 lò chợ cơ giới hóa chiếm 75% sản lượng năm), nên dây truyền vận tải
được thiết kế liên tục, đơn giản và đồng bộ với sản lượng phải thông qua
của lò chợ cơ giới hóa; (4) Các thiết bị mới được đầu tư nên không xảy ra
các hỏng hóc nghiêm trọng phải dừng sản xuất lâu.
Cũng theo thống kê, tỷ lệ thu hồi than của lò chợ cơ giới hóa theo báo
cáo của Công ty than Hà Lầm đạt từ 65 ÷ 94,23%, trung bình 81,4% của lò


6

chợ cơ giới hóa vỉa 11 và với 86% của lò chợ cơ giới hóa vỉa 7. Đạt được
điều này là do công tác thu hồi than được thực hiện độc lập bằng máng cào
đặt trên nền lò phía phá hỏa, cho phép thu hồi tối đa than hạ trần, theo đó
đã tăng được tỷ lệ thu hồi than sạch trong vỉa. Đây chính là lợi thế của
máng cào sau thu hồi triệt để than hạ trấn.
1.2. Kinh nghiệm khai thác vỉa dày thoải đến nghiêng trên thế giới
1.2.1. Kinh nghiệm áp dụng sơ đồ và hệ thống khai thác chia lớp
nghiêng theo vỉa (Hình 1.1).
Hệ thống khai thác này đã được áp dụng tại các mỏ than ở nhiều ước

trên thế giới như tại Cộng hòa Séc, Nam Tư, Nga,... Bản chất của sơ đồ
công nghệ này là phân chia chiều dày vỉa ra thành nhiều lớp khai thác.
Điển hình là tại các mỏ thuộc bể than Kuzbass (Nga) đã áp dụng 2 hệ
thống khai thác: thu hồi than hạ trần và chia lớp nghiêng. Các chỉ tiêu kinh
tế kỹ thuật đạt 24.000 tấn/tháng, năng suất lao động 20 tấn/công-ca, tỷ lệ
tổn thất 25%.

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống khai thác chia lớp nghiêng
1.2.2. Kinh nghiệm áp dụng hệ thống khai thác hạ trần thu hồi than nóc
Bản chất của sơ đồ công nghệ này là thực hiện khấu lớp trụ và thu hồi
than nóc. Trong hầu hết các trường hợp lớp than hạ trần sẽ tự sập đổ dưới
tác động của áp lực mỏ. Nếu than bền vững không tự sập đổ người ta tiến
hành phá sập cưỡng bức bằng khoan nổ mìn trong các lỗ khoan dài.

Hình 1.21. Sơ đồ công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc
Để thu hồi than giữa các lớp người ta áp dụng 2 giải pháp công nghệ:
phương án sử dụng tổ hợp giàn chống một máng cào như KTU, KNKM
của Nga, VHP-731 của Hungary hoặc loại giàn khác và phương án là sử
dụng thêm một máng cào sau lò chợ (loại tổ hợp giàn chống 2 máng cào)
ví dụ tổ hợp OKPV-70, KM-81V (Nga), ZFS (Trung Quốc) hoặc các loại
khác.
Phương án một máng cào gây bụi khi tháo than và mất an toàn khi làm


7

việc. Mặt khác không có cửa thu hồi sau giàn gây nên tổn thất thu hồi than
hạ trần lớn.
Phương án sử dụng hai máng cào cho hiệu quả thu hồi cao. Tuy nhiên
điều này làm tăng đáng kể kích thước, trọng lượng của tổ hợp giàn chống

và còn phải có thêm một máng cào sau làm phức tạp thêm kết cấu của tổ
hợp cũng như quá trình sử dụng, gây quá tải lên thiết bị đặt nền lò vận tải.
Sơ đồ công nghệ này đã được áp dụng tại nhiều mỏ than trên thế giới.
Điển hình là tại mỏ Jinging N3 (Trung Quốc) đã khai thác vỉa dày tới 7m
bằng lò chợ dài 290m tại độ sâu 700m và đã khai thác lớp dưới dày 3m,
than hạ trần 4m. Than lớp trên tự phá hủy bởi áp lực mỏ và được tháo vào
máng cào sau. Sản lượng khai thác lớn nhất đã đạt đến 15.000 tấn/ngày.
1.3. Kết luận Chương 1
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, chương 1 luận án rút ra một số kết luận
sau:
(1) Ngày nay tại các mỏ hầm lò của Việt Nam cũng như tại các nước
có nền công nghiệp khai thác than phát triển (Nga, Trung Quốc, Ba Lan,
Nam Phi…) khi khai thác các vỉa than dày trên 5 - 6 m thường sử dụng các
công nghệ khai thác sau:
+ Phân chia vỉa thành các lớp nghiêng, tại mỗi lớp khai thác độc lập
bằng hệ thống khai thác cột dài theo phương. Chiều dày mỗi lớp khấu từ
2,5 – 2,7 m, hoặc tới 5 - 6 m khi sử dụng các tổ hợp cơ giới (khấu một lần
nếu không chia lớp). Phương pháp điều khiển đá vách là phá hỏa toàn
phần.
+ Công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc; theo sơ đồ công nghệ
này vỉa than sẽ được khấu một lớp bám trụ với chiều dày từ 2,5 – 3,5 m,
chiều dày lớp than hạ trần từ 6 – 13 m. Cố một số trường hợp thu hồi than
hạ trần đến 17 m.
(2) Các kết quả phân tích kinh nghiệm khai thác vỉa dày thoải và
nghiêng trên thế giới đã chỉ ra rằng khi chiều dày vỉa lớn hơn 10 – 12 m
cần phải xem xét lựa chọn sơ đồ công nghệ cho phép giảm thiểu tổn thất
khai thác. Trong trường hợp này tổn thất tăng thêm khi sử công nghệ chia
lớp nghiêng và để lại trụ giữa các cột, còn khi sử dụng công nghệ khai thác
lò chợ trụ hạ trần với một máng cào gương sẽ dẫn đến tổn thất lượng than
lớn trên trụ vỉa trong không gian đã khai thác phía sau của lò chợ, đây

chính là hạn chế tổ hợp giàn chống sử dụng một máng cào.
(3) Trong điều kiện các vỉa dốc thoải và nghiêng, chiều dày vỉa trên 10
-12 m thì việc áp dụng hệ thống khai thác chia lớp nghiêng theo vỉa, khấu
lớp vách- lớp trụ và hạ trần thu hồi than lớp giữa sử dụng tổ hợp giàn
chống 2 máng cào độc lập có hiệu quả cao và nhiều lợi thế do chiều dày


8

lớp hạ trần nhỏ, giảm được tổn thất. Tuy nhiên, công tác chuẩn bị và khai
thác phức tạp, chi phí lớn. Do đó, việc khai thác lò chợ hạ trần than nóc
cần nghiên cứu áp dụng với việc trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng của điều
kiện địa chất - kỹ thuật và lựa chọn các thông số công nghệ phù hợp nhằm
tăng hiệu quả khai thác.
(4) Có phương án xác định độ lớn hợp lý của góc trượt than hạ trần để
giảm tổn thất trong quá trình thu hồi than nóc hoặc than lớp giữa trong mối
quan hệ ảnh hưởng của đá vách - xuống khối than hạ trần, khối than hạ
trần – với giàn chống và không gian khai thác trong lò trợ.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA
CHẤT - KỸ THUẬT MỎ ĐẾN QUÁ TRÌNH THU HỒI THAN NÓC
2.1. Quy luật dịch chuyển của than nóc
Theo nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, dịch động do khai thác là căn
nguyên phát sinh biểu hiện áp lực mỏ, biểu hiện áp lực tựa trong khai thác
lò chợ cũng là do dịch động trong khai thác lò chợ tạo nên. Áp lực tựa phía
trước khối than hình thành là do biến dạng của khối than tiếp cận với bề
mặt gương lò chợ, khối than bị nén ép phá hủy, hoàn toàn mất đi khả năng
mang tải; ở vị trí phía trước cách xa gương lò chợ hơn, do áp lực xung
quang tăng nên cường độ giới hạn của than cũng dần dần tăng, khả năng
mang tải trong khối than cũng từng bước nâng cao, tạo nên sự phân bố ứng
lực nội bộ trong khối than phía trước gương và hình thành vùng áp lực tựa.

Do áp lực của áp lực tựa, than nóc phân thành 4 vùng (hình 2.1): vùng
hoàn chỉnh (I) (vùng biến dạng đàn hồi), vùng phát triển phá hủy (II)
(vùng biến dạng dẻo), vùng phát triển nứt gãy (III) và vùng sập đổ vỡ vụn
(IV).

Hình 2.1. Phân bố biến dạng than nóc
Sự tạo thành vùng phá hủy than nóc lần đầu chủ yếu là tác dụng của
áp lực tựa phía trước gương lò. Khi tiếp cận với gương lò thì trở lại đá
vách, điều này có liên quan đến kết cấu của đá vách, đặc biệt có quan hệ
với cường độ và bước phá hỏa. Trong vùng điều khiển vách, chủ yếu là tác
dụng chống giữ nhiều lần của giàn chống đối với đá vách, mà căn cứ và cơ


9

sở phá vỡ than nóc là điều kiện về cường độ tự thân trọng lượng của nó.
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi than nóc
2.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện kiến tạo
Điều kiện kiến tạo hình thành các vỉa than có ảnh hưởng lớn đến điều
kiện khai thác mỏ. Các phá huỷ địa chất đã chia cắt khoáng sàng thành các
khối; trong các khối kiến tạo có thể phân chia ra thành các khu vực khai
thác; phụ thuộc vào vị trí tương đối của các phá huỷ địa chất theo đường
phương và hướng cắm vỉa. Kích thước ruộng than lớn tương ứng với khả
năng áp dụng công nghệ thuận lợi và ngược lại kích thước ruộng than nhỏ
thì khả năng áp dụng khó khăn hơn. Tương tự như vậy, trong điều kiện vỉa
than dày, kích thước lò chợ lớn thì khả năng thu hồi triệt để than được dễ
dàng do khoảng cách giữa các gối tựa hai đầu lò chợ lớn, dễ điều khiển đá
vách hơn so với trường hợp kích thước lò chợ nhỏ.
2.2.2. Ảnh hưởng của tính chất đá vách vỉa
Tính sập đổ của đá vách vỉa ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả áp dụng

công nghệ khai thác hạ trần: khi đá vách dễ sập đổ là điều kiện thuận lợi để
thực hiện sơ đồ khai thác lò chợ hạ trần, bởi vì đá vách sập đổ ngay sau khi
sập đổ trần than sẽ giảm đáng kể tải trọng tác dụng lên gương lò. Khi đá
vách trực tiếp dày, dễ sập đổ, thì sau khi tháo than hạ trần, đá vách có thể
lập tức sập đổ, kết cấu sập đổ của đá vách ở dạng vòm áp lực hoặc bán
vòm (hình 2.2).

a - khi vách dễ sập đổ; b - khi vách sập đổ trung bình; c - vách khó sập đổ
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý tác dụng tương hỗ giữa than sập đổ và đất đá
khi tháo lên máng cào
2.2.3. Ảnh hưởng của chiều dày vỉa
Chiều dày vỉa than hay chiều dày lớp than hạ trần cũng ảnh hưởng rất
lớn đến hiệu quả khai thác: nếu coi chiều dày trần than nóc lò chợ là một
dầm conson thì chiều dày trần than càng lớn, mô men kháng uốn càng cao.
Trong cùng điều kiện khai thác với đá vách vỉa cứng vững, tương đối khó
sập đổ thì khi chiều dày phân lớp của trần than sát vách mỏng, than mềm
bở, độ dính kết thấp nó thường không duy trì được sự ổn định dưới tác
dụng của áp lực mỏ: than nóc thường bị vỡ dẫn đến hiện tượng rỗng nóc
làm cho sức chống giữ của vì chống giảm, làm hạn chế mức độ an toàn và
than hạ trần thu hồi đượt ít (hình 2.3).


10

Hình 2.3. Ảnh hưởng của chiều dày vỉa đến quá trình hạ trần than nóc

2.2.4. Ảnh hưởng của chiều rộng bước hạ trần
Bước hạ trần thu hồi than là chỉ khoảng cách dịch chuyển giữa hai lần
hạ trần than nóc theo hướng dịch chuyển của lò chợ. Bước hạ trần than
hợp lý phải phù hợp với chiều dày vỉa, loại giàn chống, góc sập đổ than

nóc. Nếu bước hạ trần than quá lớn (hình 2.4a), trần than dễ tự sập đổ dưới
tác dụng của áp lực mỏ và chiều cao sập đổ trần than tăng nhưng đất đá
vách sẽ lẫn vào với than đằng sau vùng đã khai thác và cùng đến cửa tháo Dải than tổn th
than, làm cho cửa tháo than đóng lại, làm tăng thêm sự tích đống của than;
nếu bước hạ trần than quá nhỏ (hình 2.4c), việc lấy than hạ trần đã sập đổ
ra luồng gương được thực hiện dễ dàng nhưng sẽ hạn chế chiều cao sập đổ
của trần than,đất đá đằng sau vùng đã khai thác xuống đến cửa tháo than
trước than nóc phía trên, một phần của than nóc phía trên bị chặn lại ở
(a) Bước hạ trần quá lớn
(b) Bước hạ trần hợp lý
trong vùng đã khai thác.
Đá
phá
hỏa

Dải than tổn thất
Dải than tổn thất

Đá
Đá
phá
phá
hỏa
hỏa

Bướchạhạtrần
trầnquá
quálớn
lớn
(a)(a)Bước

(b)
(b) Bước
Bướchạ
hạtrần
trầnhợp
hợplýlý

Dải than tổn thất

Đá
phá
hỏa

(c) Bước hạ trần quá nhỏ

Hình 2.4. Tổn thất than và bước hạ trần than
2.2.5. Ảnh hưởng của khoảng cách cửa tháo than
Quá trình tháo than hình thành các “phễu” xuống than; nếu khoảng
cách các cửa tháo than lớn, đường biên các “phễu” không giao nhau sẽ gây
ra tổn thất than ở khoảng
giữa hai cửa tháo; lượng than bị tổn thất này còn
(c) Bước hạ trần quá nhỏ
(c) Bước hạ trần quá nhỏ
gây cản trở sự hạ xuống của lưới thép; nếu khoảng cách các cửa tháo than
nhỏ thì đá sập đổ sớm tràn vào các cửa tháo, làm bẩn than và tắc lối xuống
than; khi đó than sập đổ nằm ở phía trên cao không lấy ra được, gây tổn
thất than theo chiều dày vỉa.
2.2.6. Ảnh hưởng của góc nghiêng gương trần than
Khả năng thu hồi than nóc phụ thuộc rất nhiều vào góc nghiêng gương

trần than (mặt trượt). Khi góc nghiêng gương trần than về phía trước thì
trần than sẽ bị phá hủy trước, dòng than sập đổ trong khoảng giữa giàn
Dải
Dải than
thantổn
tổnthất
thất
Đá
Đá
phá
phá
hỏa
hỏa


11

chống theo xà và đuôi giàn chảy vào máng cào thu hồi giảm tổn thất.
Ngược lại khi góc nghiên trần than về phía đá phá hỏa thì phần than nóc sẽ
bị phá hủy cùng với quá trình sập đổ của vách trực tiếp, dòng than sập đổ
sẽ lẫn một phần vào đất đá phá hỏa và khả năng thu hồi giảm đi.
2.2.7. Ảnh hưởng của giàn chống và cơ cấu thu hồi than nóc
Tác dụng của giàn trong lò chợ hạ trần than nóc không chỉ chống giữ,
điều khiển áp lực mỏ, mà còn có tác dụng điều khiển quá trình sập đổ và
thu hồi than. Hiện nay giàn chống thu hồi than nóc được sản xuất theo 3
kiểu: giàn chống có cửa tháo than phía trên; cửa tháo ở giữa và cửa tháo
than ở dưới (phía sau).
Trong ba loại trên thì loại giàn chống có cửa tháo than ở dưới (phía
sau) có khả năng thích ứng cao với cục than thu hồi kích thước lớn.
Khoảng cách từ gương khấu đến cửa tháo than tương đối xa, than nóc

được phá hủy bởi các tấm dầm vách cơ bản kích thước lớn và sự lay động
của dầm phá hỏa thuận lợi cho cho khối than nóc phá hủy và rất có lợi cho
quá trình tháo than; Máng cào thu hồi than nóc nằm dưới trụ vỉa nên các
công tác trong lò chợ không bị ảnh hưởng đến nhau; thời gian di chuyển
giàn nhỏ, ít hơn xảy ra hiện tượng ách tắc do cục than lớn (so với các kiểu
giàn khác); Công tác hạ trần than được thực hiện phía sau và ở vị trí thấp
nên ít phát sinh bụi trong quá trình tháo than; Không gian phá hỏa phía sau
rộng có lợi cho quá trình tháo than và nâng cao hiệu quả thu hồi.
2.2.8. Ảnh hưởng của thông số góc dốc vỉa đến quá trình thu hồi than
nóc
Góc dốc vỉa có ảnh hưởng đến việc áp dụng sơ đồ công nghệ. Góc dốc
vỉa ổn định và tương đối theo đường phương khai thác sẽ rất thuận lợi
trong quá trình khai thác. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, hướng khấu
của lò chợ phải bố trí theo hướng dốc lên hay hướng dốc xuống để phù
hợp với kích thước khu vực khai thác. Khi khai thác vỉa theo hướng dốc
lên khiến than thu hồi có xu hướng rơi vào không gian đã khai thác gây tổn
thất như sơ đồ gương khấu đi lên. Ngược lại khi gương khấu có xu hướng
cắm xuống sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho thu hồi than hạ trần, tuy nhiên
các giàn chống có xu hướng trôi dần về phía dưới gây khó khăn cho sản
xuất.
2.2.9. Ảnh hưởng của thông số tốc độ tiến gương
Tốc độ tiến gương nhanh dẫn đến tăng cường độ dịch chuyển đá vách
nhưng mức độ hạ vách trên 1 m chiều dài lò chợ giảm. Tăng tốc độ tiến
gương, các nứt lẻ hình thành trong đá vách giảm và nâng cao mức độ ổn
định của nóc lò, nâng cao khả năng thu hồi than nóc.
2.2.10. Ảnh hưởng của phương thức thu hồi than hạ trần


12

Lò chợ sử dụng công nghệ khai thác cơ giới hóa hạ trần thu hồi than
nóc trên thế giới hiện đang dùng cách thức hạ trần như: Hạ trần nhiều lần
theo thứ tự liên tục của giàn chống; hạ trần nhiều lần theo thứ tự so le của
giàn chống; hạ trần một lần theo thứ tự liên tục của giàn chống; hạ trần
một lần theo thứ tự so le của giàn chống.
Tùy theo từng điều kiện chiều dày, góc dốc vỉa, kích thước lò chợ mà
các phương thức hạ trần có hiệu quả khác nhau.
2.2.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ khấu - hạ trần
Tỷ lệ khấu - hạ trần tức là tỷ số giữa chiều cao khấu h1 và chiều cao
lớp than hạ trần h2 , (hình 2.5). Trước đây để xác định tỷ lệ khấu - hạ trần
chủ yếu dựa trên hệ số rời rạc của than K S để xác định chiều cao khấu.
Thường cho rằng, trong khai thác các vỉa dày và rất dày, chiều cao khấu
càng lớn thì càng có lợi cho khả năng sập đổ và tháo than nóc, tỷ lệ thu hồi
chung của lò chợ cũng cao.

Hình 2.5. Quan
(a) hệ tỷ lệ khấu - hạ trần
Thông thường, ở các vỉa than mềm yếu thì khả năng phá hủy và sập
đổ của vách tốt, tuy nhiên chống giữ hai đầu lò chợ và hiện tượng tụt nóc
lở gương phức tạp hơn, khi đó nên giảm nhỏ tỷ lệ khấu và hạ trần. Đối với
vỉa cứng trung bình trở lên, thì cần tăng chiều cao khấu lên và tăng không
gian tháo hạ phía sau rộng lên, như vậy sẽ nâng cao được tỷ lệ thu hồi than
nóc trong lò chợ.
2.3. Kết luận Chương 2
Trên cơ sở kết quả tổng hợp và nghiên cứu, chương 2 trong luận án rút
ra một số kết luận như sau:
(1) Trong quá trình khai thác than hầm lò nói chung và tại các vỉa dày
dốc thoải nói riêng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi than
hạ trần như: mức độ phá huỷ kiến tạo, tính sập đổ của đá vách vỉa, chiều
dày vỉa khai thác, chiều rộng bước hạ trần, khoảng cách các cửa tháo, góc

nghiêng gương trần than, tổ hợp thiết bị giàn chống cơ khí hóa…;
(2) Mỗi yếu tố điều kiện địa chất- kỹ thuật mỏ đều có những đặc điểm
ảnh hưởng riêng và chúng có liên quan với nhau tác động đến hiệu quả
khai thác, khả năng thu hồi than hạ trần và mức độ an toàn lao động.
(3) Để nâng cao hiệu quả khai thác, việc xác định các thông số công


13

nghệ hợp lý nhằm nâng cao sản lượng khai thác, tăng năng suất lao động,
đảm bảo an toàn và giảm thiểu các tác động của các yếu tố điều kiện địa
chất - kỹ thuật mỏ là yêu cầu đặt ra cho toàn ngành than Việt Nam nói
chung và cũng là định hướng nghiên cứu của luận án nói riêng.
CHƯƠNG 3. HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG
BỘ HẠ TRẦN THAN Ở VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG
VÙNG QUẢNG NINH
3.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là công tác thu hồi than nóc. Toàn bộ
quá trình khai thác phần than nóc bắt đầu từ ở điều kiện địa chất ban đầu
cho đến khi hạ xuống cửa tháo than chủ yếu chia làm hai giai đoạn là: quá
trình phá hủy rạn vỡ và quá trình tháo hạ. Quá trình phá hủy của than nóc
hiệu quả là cơ sở thuận lợi cho việc tháo than, mà quá trình phá hủy chủ
yếu ảnh hưởng bởi ứng suất của đất đá xung quanh. Do đó nghiên cứu khả
năng sập đổ của than nóc cơ bản phải dựa trên quy luật phân bố ứng suất
của đá xung quanh lò chợ. Trong chương này, luận án sử dụng mô hình
phần mềm số Phase 2, nghiên cứu ảnh hưởng của bước thu hồi than hạ trần
và tỷ lệ khấu-hạ trần đến quy luật phân bố ứng suất và biến dạng dẻo của
đá vách (bao gồm than nóc).
3.2. Xây dựng mô hình và tiến hành thí nghiệm mô phỏng

3.2.1. Xây dựng mô hình
Mô hình xây dựng trên căn cứ địa chất thực tiễn tại lò chợ cơ giới hóa
vỉa 7, mỏ Hà Lầm. Lò chợ khai thác ở độ sâu 250  350m, chiều dày vỉa
10  20m, vỉa tương đối ổn định, góc dốc vỉa xây dựng trên mô hình là 0 0.
Tính chất và đặc điểm của khu vực khai thác như bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các tham số địa chất đầu vào cho phân tích
Số
TT

Tên các tham số

1

Trọng lượng thể tích của đất đá

2

Độ bền kéo của khối đá

3

Lực dính kết của khối đá
Góc ma sát trong của khối đá

4

Vách cơ
bản (cát
kết)

Giá trị
Vách trực
tiếp (bột
kết)

Vỉa Than



0,026

0,027

0,018

MN/m3

k
c

0,5

0,7

0

MPa

1,0

2,0

0,2

MPa


E

35

40

15

Độ

2000

3000

300

МPa

0,35

Ký
hiệu

Đơn vị

6

Mô đun đàn hồi của khối đá
Hệ số Poisson của khối đá



0,31

0,30

7

Góc dãn nở



0

-

8

Góc ma sát trong dư

35

10

Độ

Lực dính kết dư
Chiều rộng lò chợ
Loại vật liệu

re
cre
B
-

30

9
10
11

0,5
Đàn-Dẻo

1,0
Đàn-Dẻo

0,1
2,5
Đàn-Dẻo

MPa
m

-

12

Tiêu chuẩn sử dụng
Hệ số ứng suất nguyên sinh

-

13
14

Góc nghiêng phân lớp đá

5

15

Chiều dầy lớp đá

Độ

M-C

-

-

-

3/1

1,0

1,0

1,0

-



0

0

0

Độ

m

20-40m

7-20m

10m,
15m, 20m

14

3.2.2. Xác định các phương án trong mô hình
Xây dựng mô hình mô phỏng trong công nghệ khai thác cho các vỉa
rất dày khi bước thu hồi than hạ trần và tỉ lệ khấu-hạ trần thay đổi.Lựa
chọn chiều dày vỉa lần lượt là 10m, 15m và 20m. Các phương án thay đổi
bước thu hồi than hạ trần và tỷ lệ khấu - hạ trần như sau:
- Bước thu hồi than hạ trần (rth) phía sau lò chợ lật lượt lấy theo các bước:
rth = r, rth = 2r, rth = 3r (trong đó r là bước tiến gương trong mỗi luồng
khấu, lấy r = 0,63m).
- Chiều cao lò chợ hay chiều cao luồng khấu cho chạy thay đổi từ 2,5m,
2,8m và 3,2m tương đương với tỷ lệ khấu - hạ trần cho từng trường hợp:
+ Vỉa dày 10m: tỷ lệ 1:3; 1:2,5; 1:2,1;
+ Vỉa dày 15m: tỷ lệ 1:5; 1:4,3; 1:3,7;
+ Vỉa dày 20m: tỷ lệ 1:7; 1:6,1; 1:5,2
3.3. Phân tích, đánh giá kết quả trên mô hình
3.3.1. Phân tích, đánh giá kết quả khi thay đổi bước thu hồi than hạ trần
Trong trường hợp này chúng ta đi mô phỏng, xem xét vùng sập đổ của
than nóc phía sau lò chợ tương ứng với các bước thu hồi than hạ trần khác
nhau. Bằng phần mềm số chúng ta có thể mô phỏng bài toán phân tích như
trong hình vẽ 3.1.

a) Khi bước di chuyển
lò chợ 0,63m

b) Khi bước di chuyển
lò chợ 1,26m

c) Khi bước di chuyển
lò chợ 1,89m

Hình 3.1. Mô hình mô phỏng

a) Phân bố chuyển vị tổng thể b) Các phần tử phá hủy than phía nóc
xung quanh khu vực lò chợ
và phía sau giàn chống lò chợ
Hình 3.2. Phân bố chuyển vị và vùng phá hủy than sau phân tích


15
120%
100%

Tỷ lệ thu hồi

80%
60%
40%
20%
0%
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Chu kỳ thu hồi
Bước thu hồi 0,63

Bước thu hồi 1,26

Bước thu hồi 1,89

Hình 3.3. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi thay đổi bước hạ
trần khác nhau (vỉa dày 10m, chiều cao khấu 2,8m)
100%
90%

Tỷ lệ thu hồi

80%

70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Chu kỳ thu hồi
Bước thu hồi 0,63

Bước thu hồi 1,26

Bước thu hồi 1,89

Hình 3.4. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi khi thay đổi bước
hạ trần khác nhau (vỉa dày 15m, chiều cao khấu 2,8m)
100%
90%

80%

Tỷ lệ thu hồi

70%
60%
50%
40%

30%
20%
10%
0%
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Chu kỳ thu hồi
Bước thu hồi 0,63

Bước thu hồi 1,26

Bước thu hồi 1,89

Hình 3.5. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi khi thay đổi bước
hạ trần khác nhau (vỉa dày 15m, chiều cao khấu 3m)
Kết quả tổng hợp quá trình chạy mô hình tương ứng trong các trường
hợp chiều dày vỉa lần lượt là 10m, 15m, 20m tương ứng với các bước thu
hồi than hạ trần khác nhau được thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp kết quả thu hồi than hạ trần
Tỷ lệ thu hồi
Chiều dày vỉa
Bước thu hồi rth Bước thu hồi rth Bước thu hồi rth
= r = 0,63m
= r = 1,26m
= r = 1,89m
10m
87%
74%
63%
15m
73%
83%
70%
20m

64%
84%
73%


16
100%

Tỷ lệ thu hồi

90%
80%
79%

70%
60%
50%
40%

13m

10m

15m

20m

Chiều dày vỉa
Bước thu hồi rth = r = 0,63m

Bước thu hồi rth = r = 1,26m

Bước thu hồi rth = r = 1,89m

Hình 3.6. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa tỷ lệ thu hồi than hạ trần
tương ứng với chiều dày vỉa và bước thu hồi than hạ trần
3.3.2. Phân tích, đánh giá kết quả khi thay đổi tỷ lệ khấu - thu hồi
Ở trường hợp này, luận án đi mô phỏng xem xét vùng sập đổ phía sau
giàn chống khi tỷ lệ giữa chiều cao khấu gương và chiều cao hạ trần than
nóc thay đổi. Bằng phần mềm số chúng ta có thể mô phỏng bài toán phân
tích như trong hình vẽ 3.7.

a) Khi chiều cao luồng b) Khi chiều cao luồng c) Khi chiều caoluồng
khấu 2,5m
khấu 2,8m
khấu 3,2m
Hình 3.7. Mô hình mô phỏng
Bằng mô phỏng và phân tích phần mềm chúng ta sẽ thay đổi chiều cao
khấu than tương ứng với chiều dầy của vỉa than. Trên hình 3.10 mô tả hình
ảnh sự phân bố dịch chuyển và ứng suất phân bố của đất đá xung quanh
gương lò chợ khi thay đổi chiều cao luồng khấu than.

a) Phân bố chuyển vị tổng thể b) Các phần tử phá hủy than phía
xung quanh khu vực lò chợ
nóc và phía sau giàn chống lò chợ
Hình 3.8. Phân bố chuyển vị và vùng phá hủy than xung quanh giàn
chống
120%
100%

Tỷ lệ thu hồi

80%
60%
40%
20%
0%
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

Chu kỳ thu hồi
Tỷ lệ khấu 1:3

Tỷ lệ khấu 1:2,3

Tỷ lệ khấu 1:1,86

25

27


17

Hình 3.9. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần
thay đổi với điều kiện vỉa dày 10m
100%
90%
80%

Tỷ lệ thu hồi

70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%

0%

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Chu kỳ thu hồi
Tỷ lệ khấu 1:5

Tỷ lệ khấu 1:4

Tỷ lệ khấu 1:3,4

Hình 3.10. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần thay
đổi với điều kiện vỉa dày 15m
90%
80%

70%

Tỷ lệ thu hồi

60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

Chu kỳ thu hồi
Tỷ lệ khấu 1:7

Tỷ lệ khấu 1:5,67

Tỷ lệ khấu 1:4,47

Hình 3.11. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần thay
đổi với điều kiện vỉa dày 20m

100%

Tỷ lệ thu hồi

90%
80%
70%
60%

y = -0,0006x4 + 0,0123x3 - 0,0883x2 + 0,2142x + 0,6854

50%
40%

1:2,1

1:2,5

1:3

1:3,7

1:4,3

1:5

1:5,2

1:6,1

1:7

Tỷ lệ khấu-hạ trần

Hình 3.12. Mối quan hệ giữa tỷ lệ khấu-hạ trần và thu hồi than nóc
Thông qua kết quả phân tích trên cho thấy, quan hệ giữa tỷ lệ khấu-hạ
trần và thu hồi than nóc là phi tuyến tính. Khi tỷ lệ khấu-hạ trần lớn hớn
1:2,5, tùy theo tỷ lệ khấu-hạ trần giảm mà tỷ lệ thu hồi than nóc cũng
giảm, khi tỷ lệ khấu-hạ trần nhỏ hơn 1:2,5 thì cũng tùy theo tỷ lệ khấu-hạ
trần tăng mà tỷ lệ thu hồi than nóc cũng giảm đi. Theo kết quả phân tích
mô hình thì tỷ lệ than thu hồi cao nhất tại vị trí có tỷ lệ khấu-hạ trần 1:2,5.
3.4. Kết luận Chương 3
(1) Khi chiều dày vỉa trong trường hợp nhỏ hơn 13m thì việc áp dụng
bước thu hồi than hạ trần bằng với bước khấu gương (r th = r) sẽ cho hiệu
quả tốt. Ngược lại, khi chiều dày vỉa trong trường hợp lớn hơn 13m thì


18

việc áp dụng bước thu hồi than hạ trần bằng 2 lần bước khấu gương (r th =
2r) mới mang lại hiệu quả.
(2) Khi tỷ lệ khấu-hạ trần lớn hơn 1:2,5, tùy theo tỷ lệ khấu-hạ trần
giảm mà tỷ lệ thu hồi than nóc cũng giảm, khi tỷ lệ khấu-hạ trần nhỏ hơn
1:2,5 thì cũng tùy theo tỷ lệ khấu-hạ trần tăng mà tỷ lệ thu hồi than nóc
cũng giảm đi. Tùy thuộc vào loại vì chống cơ khí hóa lựa chọn mà tỷ lệ
than thu hồi cao nhất là khi tỷ lệ khấu-hạ trần 1:2,5.
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC
LÒ CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN
THAN Ở VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI V7 MỎ THAN
HÀ LÀM

4.1. Khái quát chung về điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu
Khu vực được lựa chọn nghiên cứu thuộc lò chợ cơ giới hóa vỉa 7 mỏ
than Hà Lầm có: chiều dài theo phương KKT: Lp = 300m; chiều dài theo
hướng dốc lò chợ: Lhd = 154m; chiều dày vỉa trung bình: M = 19,5m; góc
dốc vỉa trung bình:  = 100; tổng trữ lượng địa chất khoảng: Z = 1.400.000
tấn; đá vách, trụ thuộc loại sập đổ ổn định trung bình.
4.2. Công nghệ khai thác
4.2.1. Công tác khấu than
Công tác khấu than trong lò chợ sử dụng máy khấu 2 tang tương
đương mã hiệu MG300/730WD; chiều cao khấu 1,7 ÷ 3,4m; chiều
sâu cắt 630mm; tổng công suất lắp máy 730kW; điện áp 1140V; tốc độ
kéo 08,7m/phút.
4.2.2. Công tác chống giữ lò chợ
Công tác chống giữ trong lò chợ sử dụng giàn chống mã hiệu
ZF8000/20/32; lực cản làm việc của giàn chống 8000KN; khoảng cách
giữa tâm các giàn chống 1,5m; chiều cao giàn chống 2,0÷3,2m.
4.2.3. Công tác điều khiển áp lực mỏ
Công tác điều khiển áp lực mỏ được thực hiện theo phương thức phá
hỏa toàn phần. Đất đá vách tự sập đổ cùng với quá trình sập đổ của trần
than sau mỗi chu kỳ khấu.
4.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm
4.3.1. Hoàn thiện thông số bước thu hồi than hạ trần
1. Thông số lò chợ áp dụng thử nghiệm
Bảng 4.1. Bảng các thông số vị trí lò chợ áp dụng thử nghiệm


19
TT
1
2

3
4
5
6
7
8

Chỉ tiêu
Chiều dài theo phương
(m)
Chiều dày trung bình
Góc dốc lò chợ trung
bình (độ)
Chiều dài lò chợ (m)
Trữ lượng (T)
Chiều cao khấu gương
(m)
Bước thu hồi than hạ
trần
Chiều cao trung bình lớp
than hạ trần (m)

Giá trị
IIK-60÷ IIK-75 IIK-75÷ IIK-90 IIK-90÷ IIK-105
21,7

21,7

76.694

154
76.694

19,9

10
70.244

2,8
rth=r=0,63m

rth=2r=1,26m

rth=3r=1,89m

18,9

18,9

17,1

2. Kết quả áp dụng thử nghiệm
Tổng hợp kết quả áp dụng thử nghiệm các bước thu hồi than hạ trần
khác nhau từ IIK-60 đến IIK-105 tại lò chợ cơ giới hóa vỉa 7 mỏ than Hà
Lầm được thể hiện trên hình 4.1.
4.000,0
3.500,0

Sản lượng, tấn

3.000,0
2.500,0
2.000,0
1.500,0
1.000,0
500,0
0,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Số ngày khai thác
Bước thu hồi rth=r=0,63m

Bước thu hồi rth=2r=1,26m

Bước thu hồi rth=3r=1,89m

Hình 4.1. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa sản lượng khai thác lò
chợ khi thay đổi bước thu hồi than hạ trần khác nhau
Từ biều đồ hình 4.5 có thể thấy rằng, với điều kiện vỉa có chiều dày
lớn tương đương khoảng 20m, thì việc áp dụng bước thu hồi than hạ trần
rth = 2r = 1,26m (bước thu hồi than hạ trần bằng hai lần bước khấu gương)
cho sản lượng cao hơn hẳn so với hai trường hợp còn lại.
90,0
80,0

y = -13,477x 2 + 59,485x + 19,938

70,0

Tỷ lệ %

60,0
50,0
40,0

30,0
y = 11,675x 2 - 51,62x + 70,25

20,0
10,0
0,0
rth=r=0,63m

rth=2r=1,26m

rth=3r=1,89m

Bước thu hồi
Tỷ lệ thu hồi than nóc (%)

Tổn thất chung (%)

Hình 4.2. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa tỷ lệ thu hồi, tổn thất
tương ứng với bước thu hồi than hạ trần
Tỷ lệ tổn thất than tương ứng được xác định gần đúng theo phương
trình: y = 11,675x2 - 51,62x + 70,25
Trong đó: y - là tỷ lệ tổn thất; x - bước thu hồi than hạ trần
4.3.2. Hoàn thiện thông số tỷ lệ khấu-hạ trần
1. Thông số lò chợ áp dụng thử nghiệm
Bảng 4.2. Bảng các thông số vị trí lò chợ áp dụng thử nghiệm

20
T
T

Chỉ tiêu

Giá trị

Chiều dài theo
phương (m)
Chiều dày trung bình
Góc dốc lò chợ trung
bình (độ)
Chiều dài lò chợ (m)
Trữ lượng (T)
Chiều cao khấu
gương (m)
Bước thu hồi than hạ
trần
Tỷ lệ khấu-hạ trần
Chiều cao trung bình
lớp than hạ trần (m)

1
2
3
4
5
6

7
8
9

IIK105÷ IIK120

IIK120 ÷ IIK135

IIK135 ÷ IIK150

19,9

18,7

18,7

10
70.244

154
66.091

66.091

2,5

2,8

3,2

rth=2r=1,26m
1:6,95

1:5,68

1:4,84

17,4

15,9

15,5

2. Kết quả áp dụng thử nghiệm
Tổng hợp kết quả áp dụng thử nghiệm khai thác lò chợ cơ giới hóa vỉa 7
mỏ than Hà Lầm theo các tỷ lệ khấu-hạ trần khác nhau từ IIK-105 đến IIK150 được thể hiện trên hình 4.3.
6.000,0
Sản lượng, tấn

5.000,0
4.000,0
3.000,0

2.000,0
1.000,0
0,0
1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Số ngày khai thác
Tỷ lệ khấu-hạ trần 1:6,95

Tỷ lệ khấu-hạ trần 1:5,68

Tỷ lệ khấu-hạ trần 1:4,84

Hình 4.3. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa sản lượng khai thác lò
chợ khi thay đổi tỷ lệ khấu-hạ trần
Từ biều đồ hình 4.3 có thể thấy rằng, với điều kiện vỉa có chiều dày lớn
khoảng 20m thì tỷ lệ khấu-hạ trần càng nhỏ (tức chiều cao khấu gương
lớn) thì sản lượng khai thác càng cao. Tuy nhiên, xét về mức độ ổn định
của lò chợ khai thác thì tỷ lệ khấu-hạ trần 1:5,68 (chiều cao khấu 2,8m) là
tốt nhất. Mặc dù lò chợ khai thác với tỷ lệ khấu-hạ trần 1:4,84 cho sản
lượng cao hơn nhưng lại không ổn định do hay bị lở gương lò chợ dẫn đến
ách tắc sản xuất.

90,0
80,0
70,0

y = -7,5x 2 + 27,5x + 54

Tỷ lệ %

60,0
50,0
40,0
30,0

y = 6,3504x2 - 23,805x + 40,813

20,0
10,0
0,0
1:6,95

1:5,68

1:4,84

Tỷ lệ khấu-hạ trần
Tỷ lệ thu hồi than nóc (%)

Tổn thất chung (%)

Hình 4.4. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa tỷ lệ thu hồi, tổn thất

tương ứng với tỷ lệ khấu-hạ trần
Tỷ lệ tổn thất than tương ứng được xác định gần đúng theo phương
trình: y = 6,3504x2 - 23,805x + 40,813
Trong đó: y- là tỷ lệ tổn thất; x - là tỷ lệ khấu-hạ trần


21

4.4. Kết luận Chương 4
(1) Trong điều kiện chiều dày vỉa lớn (20m) thì bước thu hồi than hạ
trần hợp lý là bằng 2 lần bước khấu gương lò chợ (r th = 2r) là tối ưu nhất.
Với thiết bị, cơ cấu thu hồi của giàn chống đang áp dụng thì bước thu hồi
than lớn hơn hay nhỏ hơn đều cho tỷ lệ than thu hồi thấp hơn.
(2)Với đặc điểm than tại vỉa 7 mỏ Hà Lầm, đồng thời phù hợp với thiết bị
khấu - chống lò chợ thì tỷ lệ khấu-hạ trần hợp lý là 1:5,68 (tương ứng với
chiều cao khấu gương 2,8m). Theo nguyên tắc thì chiều cao khấu gương
càng lớn thì tỷ lệ tổn thất càng giảm, tuy nhiên trong trường hợp này thì khi
chiều cao khấu gương lớn sẽ dẫn đến hiện tượng lở gương lò chợ, lò chợ
ách tắc sản xuất và dẫn đến tổn thất lại nhiều hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
1. Tại nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ
trong khai thác lò chợ tại các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng đã được
áp dụng phổ biến và cũng đang dần được hoàn thiện để tối ưu hóa. Khi sử
dụng tổ hợp thiết bị cơ khí hóa đồng bộ này đã mang lại hiệu quả kinh tế
cao trong quá trình khai thác, thu hồi than hạ trần, nâng cao sản lượng khai
thác, tăng năng suất và đảm bảo an toàn lao động, tận thu tối đa tài
nguyên.
2. Trong 10 năm trở lại đây ngành than đã từng bước đưa thiết bị cơ giới
hóa vào phục vụ khai thác tại một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Mặc dù

bước đầu áp dụng còn những hạn chế nhất định nhưng cơ bản đã đáp ứng
được những yêu cầu về định hướng phát triển của ngành. Tuy vậy, cho đến
nay tại các lò chợ cơ giới hóa này chưa có công trình đánh giá cụ thể về tính
phù hợp của thông số công nghệ ảnh hưởng đến khả năng thu hồi than hạ
trần. Đây là vấn đề cấp thiết cần đầu tư nghiên cứu giải quyết mục tiêu cho
ngành than có thể hoàn thiện từng bước đồi với đặc thù riêng công nghệ
này.
3. Tỷ lệ tổn thất than trong quá trình thu hồi than nóc khi sử dụng đồng
bộ thiết bị cơ giới hóa trong lò chợ tại các vỉa than dày, dốc thoải và
nghiêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, bước thu
hồi than hạ trần, tỷ lệ khấu - hạ trần, kết cấu giàn chống,.v.v. Với phạm vi
nghiên cứu, bằng phầm mềm kỹ thuật số, luận án xác định hai thông số
chính đó là: (1) bước hạ trần; (2) tỷ lệ khấu-hạ trần, cụ thể như sau:
-Trong các điều kiện nói chung, với điều kiện cụ thể khi khai thác vỉa 7 mỏ
than Hà Lầm khi chiều dày vỉa nhỏ hơn 13m thì việc áp dụng bước thu hồi
than hạ trần bằng với bước khấu gương (r th = r) sẽ cho hiệu quả tốt. Ngược
lại, khi chiều dày vỉa lớn hơn 13m thì việc áp dụng bước thu hồi than hạ


22

trần bằng 2 lần bước khấu gương (r th = 2r) mới mang lại hiệu quả.
- Với tỷ lệ khấu-hạ trần, khi các tham số đầu vào là lý tưởng thì tỷ lệ khấuhạ trần tương ứng 1:2,5 là cho kết quả tốt nhất. Khi tỷ lệ này tăng lên hay
giảm đi thì tỷ lệ thu hồi than nóc đều giảm dần.
4. Kết quả tính toán, áp dụng trong thực tế tại lò chợ cơ giới hóa vỉa 7
(chiều dày vỉa ≈20m, góc dốc vỉa trung bình 10 0) cho thấy tỷ lệ tổn thất than
trong quá trình thu hồi than hạ trần nhỏ nhất (15%) khi bước thu hồi than hạ
trần bằng hai lần bước khấu gương (rth = 2r = 1,26m). Đồng thời, tỷ lệ tổn
thất than của nhỏ nhất khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:5,68 (tương ứng với chiều
cao khấu gương 2,8m phù hợp với giàn chống hiện tại). Điều đó cho thấy

khi sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng bộ với hai thông số công nghệ theo
đề xuất của luận án là phù hợp với điều kiện địa chất - kỹ thuật của vỉa vỉa
7 mỏ than Hà Lầm. Tuy nhiên, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, đặc tính vỉa
than và đá vách-trụ vỉa, thiết bị đồng bộ áp dụng trong lò chợ mà điều chỉnh
tỷ lệ này cho phù hợp với các vỉa than dày, dốc thoải vùng Quảng Ninh nói
chung.
Kiến nghị:
Tác giả của luận án xin kiến nghị các cơ quan có thẩm quyền xem xét,
cho phép áp dụng các kết quả nghiên cứu trên vào thực tế sản xuất, tư vấn,
nghiên cứu, giảng dạy.


23

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Nông Việt Hùng, Trần Xuân Hà, Nguyễn Thị Thu Hương, “Nghiên cứu,
đánh giá công nghệ đào lò, khai thác giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường
và định hướng phát triển cơ giới hóa tại các mỏ than vùng Quảng Ninh ”,
Hội nghị Khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXIV , tr. 253 - 260.
2. Nông Việt Hùng và nnk (số 5/2012), “Nghiên cứu, lựa chọn các giải
pháp đào chống lò tiết diện lớn bằng các phương pháp đặc biệt qua vùng
địa chất phức tạp”, Tạp chí Công nghiệp mỏ, số 5 - 2012, tr. 18 - 22.
3. Nông Việt Hùng, Trần Phúc Định, Võ Thành Trung (số 6/2014), “Kết
quả nghiên cứu áp dụng kíp nổ vi sai phí điện tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh”, Tạp chí Công nghiệp mỏ, số 6 - 2014, tr. 39 - 42.
4. Nông Việt Hùng, Nguyễn Văn Dũng, Phùng Mạnh Đắc (số 4/2016),
“Nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa khối đá vách và giàn chống trong
lò chợ cơ giới hóa hạ trần ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh”, Tạp chí
Công nghiệp mỏ, số 4 - 2016, tr. 1 - 4.
5. Nông Việt Hùng, Phùng Mạnh Đắc, Đặng Vũ Chí (số 2/2017), “Ảnh

hưởng của các tham số địa chất-kỹ thuật mỏ đến chiều cao vùng phá hủy
lớp than hạ trần trong các vỉa dày, dốc thoải và nghiêng”, Tạp chí Công
nghiệp mỏ, số 2 - 2017, tr. 1–4
6. Nông Việt Hùng (số 2/2016), “Sự ảnh hưởng của áp lực mỏ trong lò chợ
cơ giới hóa hạ trần ở vỉa than dày, dốc thoải, nghiêng khi xuống sâu tại các
mỏ hầm lò Quảng Ninh”, Tạp chí Công nghiệp mỏ, số 2 - 2016, tr. 91 - 94.
7. Nông Việt Hùng, Phùng Mạnh Đắc, Nguyễn Công Chính, Nguyễn Hải
Trung, “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng cấu trúc đá vách trụ vỉa ảnh
hưởng đến cơ giới hóa khai thác hạ trần than tại một số mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh”, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXV,
tháng 8- 2016, tr. 337 - 352.
8. Nông Việt Hùng, (số 8/2016) “Nghiên cứu đánh giá một số sơ đồ công
nghệ cơ giới hóa khai thác các vỉa dày dốc thoải đến nghiêng hạ trần than
nóc ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh”, Thông tin khoa học Công nghệ
mỏ, số 8 - 2016, tr. 13-19.
9. Nông Việt Hùng, Phùng Mạnh Đắc, Đặng Vũ Chí, “Nghiên cứu hoàn
thiện công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ hạ trần than bằng mô
hình số khi có xem xét đến các tham số trong điều kiện các vỉa dày, dốc
thoải và nghiêng”, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXVI,
tháng 8 - 2017, tr. 131 - 136.
10. Nông Việt Hùng, Trần Đức Thắng, Phạm Ngọc Thiệp, “Tổng quan về
một số tổ hợp máy đào lò tiên tiến trên thế giới phù hợp với điều kiện địa