Nghiên cứu xác định cấu trúc tổ chức sản xuất hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả khai thác lò chợ cơ giới hóa tại một số mỏ than hầm lò vùng quảng ninh

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

NGUYỄN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC TỔ CHỨC SẢN
XUẤT HỢP LÝ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI
THÁC LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA TẠI MỘT SỐ MỎ THAN
HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH
`

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2020


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

NGUYỄN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC TỔ CHỨC SẢN
XUẤT HỢP LÝ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI
THÁC LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA TẠI MỘT SỐ MỎ THAN
HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Ngành: KHAI THÁC MỎ
Mã số: 9520603

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS Trần Văn Thanh
2. TS Nguyễn Phi Hùng

HÀ NỘI - 2020


i

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

Nguyễn Văn Dũng


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu tại Bộ môn Khai thác hầm lò thực hiện
nhiệm vụ nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định cấu trúc tổ chức sản xuất hợp
lý nhằm nâng cao hiệu quả khai thác lò chợ cơ giới hóa tại một số mỏ than hầm
lò vùng Quảng Ninh” tôi đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ, quan tâm, động viên từ
cơ quan và các cá nhân. Luận án cũng được hoàn thành dựa trên sự tham khảo, học
tập kinh nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các sách, báo chuyên ngành
của nhiều tác giả ở các trường Đại học, các cơ quan nghiên cứu … và sự giúp đỡ,
tạo điều kiện từ phía gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp.
Với tình cảm chân thành, tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban giám hiệu,
phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa mỏ - Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các thầy

giáo, cô giáo, các nhà nghiên cứu, chuyên gia ngành mỏ khác đã giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến hai nhà khoa học là PGS.TS. Trần Văn
Thanh và TS. Nguyễn Phi Hùng với sự tận tâm đã không quản ngại thời gian,
khoảng cách địa lý tận tình hướng dẫn, giúp đỡ về kiến thức, tài liệu và phương
pháp luận khoa học để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ kỹ thuật này.
Mặc dù đã nỗ lực, cố gắng trong suốt quá trình thực hiện luận án, song không
tránh khỏi những mặt hạn chế, thiếu sót. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự
chỉ dẫn của các thầy cô giáo, các chuyên gia, nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn!


iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan..............................................................................................................i
Lời cảm ơn................................................................................................................ ii
Mục lục....................................................................................................................iii
Danh mục bảng biểu................................................................................................. vi
Danh mục hình vẽ...................................................................................................vii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC TỔ CHỨC
SẢN XUẤT LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ...................................................5
1.1 Tổng quan về một số mô hình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa đồng
bộ...................................................................................................................... 5
1.1.1 Một số mô hình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa đồng bộ trên thế
giới...................................................................................................................5
1.1.2 Một số mô hình tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa đồng bộ trong nước . 22
1.2 Tổng quan các nghiên cứu về cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa....33

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước.............................................................................33
1.2.2 Các nghiên cứu trên thế giới...........................................................................36
1.2.3 Nhận xét.........................................................................................................39
1.3 Kết luận chương 1........................................................................................... 40
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ
ĐỊA CHẤT
MỎ VÀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TỚI CẤU TRÚC TỔ CHỨC SẢN XUẤT LÒ
CHỢ CƠ GIỚI HÓA............................................................................................... 41
2.1 Ảnh hưởng của điều kiện địa chất mỏ đến công nghệ cơ giới hóa khai thác than
hầm lò............................................................................................................. 41
2.1.1 Các yếu tố địa chất mỏ và hàm số lệ thuộc.....................................................44
2.1.2 Sự phù hợp của công nghệ theo điều kiện địa chất.........................................51
2.2 Phân tích ảnh hưởng của điều kiện kỹ thuật mỏ tới cấu trúc tổ chức sản xuất 67
2.2.1 Phân tích một số yếu tố kỹ thuật.....................................................................67
2.2.2 Phân tích ảnh hưởng của yếu tố công nghệ....................................................71
2.3 Trạng thái hoạt động của cấu trúc tổ chức sản xuất khi tính đến các tác động
bất lợi từ điều kiện địa chất, kỹ thuật mỏ........................................................ 73
2.4 Kết luận chương 2............................................................................................. 75
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỔ CHỨC SẢN XUẤT
CHO LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA............................................................................... 76
3.1 Các hình thức vận hành của tổ hợp thiết bị lò chợ............................................. 76


iv

3.1.1 Các hình thức làm việc của máy khấu ......................................................
76
3.1.2Hình thức hoạt động của giàn chống trong lò chợ cơ giới hóa .................. 83
3.2 Mô hình hóa cấu trúc tổ chức sản xuất theo không gian và thời gian làm việc
của lò chợ cơ giới hóa ...................................................................................... 87

3.2.1 Mô hình hóa cấu trúc hoạt động của lò chợ cơ giới hóa theo không gian,
thời gian của cấu trúc tổ chức sản xuất .....................................................
87
3.2.2 Mối quan hệ không gian và thời gian giữa các tổ hợp thiết bị trong cấu trúc
tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa ...........................................................
91
3.3 Nghiên cứu xây dựng mô hình cấu trúc tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới
hóa .................................................................................................................... 94
3.3.1 Xây dựng mô hình cấu trúc sản xuất cho lò chợ cơ giới hóa.....................
95
3.3.2 Mô phỏng các trạng thái làm việc trong cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ cơ
giới hoá ................................................................................................... 101
3.4 Trạng thái làm việc của cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa ........... 105
3.5
Xây dựng cấu trúc tổ chức sản xuất theo thời gian làm việc của lò chợ cơ giới
hoá .................................................................................................................. 107
3.5.1
Xây dựng thuật toán cơ sở tính thời gian làm việc hiệu quả .................... 107
3.5.2 Xác định thời gian làm việc hiệu quả của các tổ hợp thiết bị ................... 110
3.5.3
Xác định hệ số thời gian làm việc lệch chuẩn .......................................... 115
3.5.4 Xác định cường độ khấu ................................................................. 116
3.6 Kết luận chương 3 .......................................................................................... 116
CHƯƠNG 4. TỐI ƯU HÓA CẤU TRÚC TỔ CHỨC SẢN XUẤT CHO MỘT SỐ
LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA VÙNG QUẢNG NINH ................................................. 118
4.1 Hiện trạng thiết kế và thực tế tổ chức sản xuất ở mỏ Dương Huy ................. 118
4.1.1
Hiện trạng thiết kế và tổ chức khai thác tại mỏ Dương Huy .................... 118
4.1.2
Thực tế khai thác tại mỏ Dương Huy ...................................................... 122

4.1.3 Một số tồn tại trong quá trình vận hành lò chợ cơ giới hóa mỏ Dương Huy . 123
4.2 Hiện trạng thiết kế và thực tế tổ chức sản xuất ở mỏ than Hà Lầm ............... 131
4.2.1
Hiện trạng thiết kế và tổ chức khai thác tại mỏ ....................................... 131
4.2.2
Thực tế khai thác tại mỏ Hà Lầm ............................................................ 135
4.3
Ứng dụng giải pháp địa kỹ thuật dự báo vị trí tiềm ẩn biến động điều kiện địa
chất vỉa than .................................................................................................... 141
4.3.1
Sự truyền sóng trong vỉa than ................................................................. 141
4.3.2 Ví dụ xác định vùng dị thường tại vỉa 8 mỏ Vàng Danh .......................... 143
4.4
Xây dựng mô hình tính toán tối ưu hóa cho một số lò chợ cơ giới hóa vùng
Quảng Ninh .................................................................................................... 145


v

4.4.1 Mô hình cấu trúc tổ chức sản xuất................................................................145
4.4.2 Xác định một số biểu đồ tổ chức sản xuất trong điều kiện sản xuất đặc thù
đối với lò chợ cơ giới hóa vùng Quảng Ninh................................................146
4.5 Tính toán tối ưu hóa thời gian làm việc, tổ chức sản xuất cho một số lò chợ cơ
giới hóa vùng Quảng Ninh............................................................................151
4.5.1 Kết quả tính toán tối ưu................................................................................151
4.5.2 Nhận xét kết quả tính toán tối ưu..................................................................152
4.6 Kết luận chương 4........................................................................................152
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................153
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LUẬN ÁN....................................155
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................158

PHỤ LỤC 1...........................................................................................................165


vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Tổng hợp trị số ảnh hưởng của các yếu tố đến lò chợ cơ giới hóa..........53
Bảng 2.2. So sánh giữa chiều cao khấu lớn và khai thác chiều cao khấu trung bình68
Bảng 2.3. Tổng hợp so sánh phương pháp khai thác chia lớp, khai thác hạ trần và
khai thác vỉa dày trung bình................................................................... 69
Bảng 2.4. Tổng hợp so sánh giữa hệ thống khai thác cột dài theo hướng dốc và khai
thác cột dài theo phương........................................................................ 70
Bảng 3.1. So sánh phương thức khấu than 2 chiều và một chiều............................. 80
Bảng 3.2. Công thức tính toán thời gian làm việc của chu kỳ liên tục và phương
thức làm việc khác nhau của kỹ thuật cơ giới hóa................................. 81
Bảng 3.3. Nghiên cứu lượng ra than theo trình tự hạ than khác nhau của lò chợ
CGH hạ trần than nóc tại khu vực mỏ Yanzhou – Trung Quốc..............86
Bảng 3.4. Kết quả phân tích bước hạ trần............................................................... 86
Bảng 4.1. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật lò chợ cơ giới hóa vỉa 11,
Công ty than Dương Huy..................................................................... 121


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Biểu đồ tổ chức sản xuất 04 ca/ngày-đêm................................................. 6
Hình 1.2. Biểu đồ tổ chức sản xuất tại vỉa 14 mỏ Xinzhou Yao – Trung Quốc.........7
Hình 1.3. Biều đồ tổ chức sản xuất khấu 2 ca, bảo dưỡng thiết bị ca thứ 3 và tiếp tục

khấu vào ca 4.......................................................................................... 7

Hình 1.4. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp MKM-97.................................. 8
Hình 1.5. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp KM-87...................................... 9
Hình 1.6. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp 1MK......................................... 9
Hình 1.7. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp 11MK.....................................10
0

Hình 1.8. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng máy khấu ”Temp” cho vỉa dốc trên 45 .. 11

Hình 1.9. Biểu đồ tổ chức sản xuất trong lò chợ dùng tổ hợp KM-87D................. 11
Hình 1.10. Vì chống cơ khí hóa KGĐ.................................................................... 12
Hình 1.11. Biểu đồ tổ chức công tác trong lò chợ dùng tổ hợp KGĐ.....................12
Hình 1.12. Tổ hợp ASa trong lò chợ cơ giới hóa.................................................... 13
Hình 1.13. Biểu đồ tổ chức sản xuất trong lò chợ dùng tổ hợp Asa........................14
Hình 1.14. Biểu đồ tổ chức công tác trong lò chợ cơ giới hóa sử dụng tổ hợp KTU
................................................................................................................................ 15
Hình 1.15. Sơ đồ công nghệ khấu vỉa dày, dốc thoải sử dụng vì chống KTU-AMS
................................................................................................................................ 15
Hình 1.16. Biểu đồ tổ chức sản xuất theo ca 8 tiếng............................................... 16
Hình 1.17. Biểu đồ tổ chức sản xuất theo ca 8 tiếng, bảo dưỡng thiết bị ở ca 2......16
Hình 1.18. Biểu đồ tổ chức sản xuất khấu 3 ca, thời gian bảo dưỡng cuối mỗi ca .. 17

Hình 1.19. Biểu đồ tổ chức sản xuất áp dụng 4 ca 6 tiếng khấu 1 luồng, 1 luồng
hạ trần................................................................................................... 18
Hình 1.20. Biểu đồ tổ chức sản xuất áp dụng 4 ca 6 tiếng

khấu 1 luồng, 1 luồng

hạ trần................................................................................................... 18
Hình 1.21. Biểu đồ tổ chức chu kì lò chợ 8104 cánh Nam mỏ HuLuGou –
Trung Quốc........................................................................................... 19

Hình 1.22. Biểu đồ tổ chức công tác trong lò chợ cơ giới hóa hạ trần sử dụng vì
chống KTU........................................................................................... 20
Hình 1.23. Biểu đồ tổ chức sản xuất trong lò chợ dùng vì chống cơ khí KTU-3M


dưới giàn dẻo........................................................................................ 20


viii

Hình 1.24. Biểu đồ tổ chức chu kì lò chợ 8402 mỏ than XiShui – Trung Quốc......21
Hình 1.25. Biểu đồ đồ tổ chức sản xuất áp dụng tại lò chợ 8104 cánh Nam mỏ
HuLuGou – Trung Quốc....................................................................... 22
Hình 1.26. Tổ hợp thiết bị CGH áp dụng tại mỏ Ngã Hai, Công ty than Quang Hanh 23

Hình 1.27. Biểu đồ tổ chức chu kỳ và bố trí nhân lực tại mỏ Ngã Hai - Công ty than
Quang Hanh.......................................................................................... 24
Hình 1.28. Biểu đồ tổ chức sản xuất tại lò chợ cơ giới hóa Công ty than Dương Huy . 25

Hình 1.29. Biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất tại lò chợ cơ giới hóa khu Tràng Khê –
Công ty than Hồng Thái........................................................................ 25
Hình 1.30. Biểu đồ bố trí nhân lực khai thác tại lò chợ cơ giới hóa khu Tràng Khê –
Công ty than Hồng Thái........................................................................ 26
Hình 1.31. Tổ hợp thiết bị sử dụng tại lò chợ cơ giới hóa Công ty than Nam Mẫu . 27

Hình 1.32. Biểu đồ tổ chức sản xuất tại lò chợ cơ giới hóa Công ty than Nam Mẫu
................................................................................................................................ 27
Hình 1.33. Biểu đồ bố trí nhân lực tại lò chợ cơ giới hóa Công ty than Nam Mẫu . 28

Hình 1.34. Biểu đồ tổ chức chu kỳ khai thác lò chợ I-8-1, Công ty than Vàng Danh

................................................................................................................................ 28
Hình 1.35. Biểu đồ bố trí nhân lực sản xuất lò chợ I-8-1, Công ty than Vàng Danh
................................................................................................................................ 29
Hình 1.36. Biểu đồ tổ chức sản xuất tại lò chợ cơ giới hóa Công ty than Khe Chàm
................................................................................................................................ 29
Hình 1.37. Biểu đồ bố trí nhân lực lò chợ cơ giới hóa tại Công ty than Khe Chàm 30
Hình 1.38. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa 7-3.1, Công ty than Hà Lầm .. 31

Hình 1.39. Biểu đồ tổ chức sản xuất thực tế tại lò chợ cơ giới hóa 7-3.1, Công ty
than Hà Lầm......................................................................................... 32
Hình 1.40. Biểu đồ bố trí nhân lực thực tế lò chợ cơ giới hóa 7-3.1, Công ty than Hà
Lầm....................................................................................................... 32
Hình 2.1. Hàm số lệ thuộc của yếu tố độ cứng vỉa than fv...................................... 45
Hình 2.2. Hàm số lệ thuộc của yếu tố góc dốc vỉa.................................................. 46
Hình 2.3. Hàm số lệ thuộc của sự biến động chiều dày vỉa....................................46
Hình 2.4. Hàm số lệ thuộc của yếu tố độ cứng đất đá vây quanh............................ 47
Hình 2.5. Hàm số lệ thuộc của yếu tố tỉ lệ đất đá cứng trong đá vách....................47


Hình 2.6. Hàm số lệ thuộc của yếu tố tỉ lệ đất đá cứng trong đá trụ.......................48
Hình 2.7. Hàm số lệ thuộc của yếu tố chiều dày vách giả h0..................................48


ix

Hình 2.8. Hàm số lệ thuộc của ứng suất vách trực tiếp........................................... 49
Hình 2.9. Hàm số lệ thuộc của khả năng tiếp nhận áp lực của vách cơ bản............49
Hình 2.10. Hàm số lệ thuộc của yếu tố chiều dài theo phương S............................ 50
Hình 2.11. Hàm số lệ thuộc của yếu tố chiều dài lò chợ L...................................... 50
Hình 2.12. Hàm số lệ thuộc của yếu tố chiều cao khấu.......................................... 51

Hình 2.13. Sơ đồ kết cấu các yếu tố đánh giá......................................................... 52
Hình 2.14. Sơ đồ khối lựa chọn tổ hợp thiết bị phù hợp với điều kiện địa chất – kỹ
thuật...................................................................................................... 64
Hình 2.15. Sơ đồ thuật toán lựa chọn thiết bị phù hợp theo điều kiện địa chất – kỹ
thuật...................................................................................................... 65
Hình 2.16. Phương pháp phân tích công nghệ cơ giới hóa theo chiều dày vỉa........67
Hình 2.17. Quan hệ kích thước phối hợp giữa các thiết bị tại lò chợ......................71
Hình 2.18. Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của cấu trúc tổ chức sản xuất khi gặp tác
động tiêu cực........................................................................................ 74
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình khấu than một chiều khấu mở luồng một đầu lò chợ của
máy khấu.............................................................................................. 77
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình khấu than hai chiều khấu tạo khám đầu lò chợ..............79
Hình 3.3. Hình dạng cấu trúc tổ chức sản xuất khi khấu than một chiều và hai chiều .. 88

Hình 3.4. Hình dạng cấu trúc tổ chức sản xuất khi khai thác cơ giới hóa hạ trần. . .89
Hình 3.5. Sơ đồ khối tương tác trong không gian giữa các tổ hợp thiết bị cơ giới hóa. 92

Hình 3.6. Sơ đồ khối mối quan hệ logic của nội dung nghiên cứu.......................... 95
Hình 3.7. Mô hình cấu trúc hoạt động của tổ hợp thiết bị khấu – chống trong lò chợ
(máng cào phải hoạt động theo hai thiết bị trên)................................... 96
Hình 3.8. Sơ đồ một số cấu trúc quy trình làm việc của chu kỳ khai thác điển hình
................................................................................................................................ 97
Hình 3.9. Sơ đồ mạng “điểm nút tuần hoàn” khi khấu không hạ trần.....................97
Hình 3.10. Cấu trúc quy trình làm việc của lò chợ cơ giới hóa hạ trần than nóc
ngược chiều khấu.................................................................................. 99
Hình 3.11. Cấu trúc quy trình làm việc của lò chợ cơ giới hóa hạ trần than nóc từ
giữa lò chợ............................................................................................ 99
Hình 3.12. Mô hình “điểm nút tuần hoàn” khi khấu hạ trần than nóc...................100

x

Hình 3.13. Phân bố trạng thái của cấu trúc tổ chức sản xuất................................. 106
Hình 3.14. Sơ đồ thuật toán cơ sở thực hiện tính thời gian hiệu quả trong khai thác ..108
Hình 3.15. Thuật toán chi tiết tính thời gian hiệu quả của cấu trúc tổ chức sản xuất ..109

Hình 4.1. Sơ đồ đường lò khu vực lò chợ cơ giới hóa vỉa 11, Công ty than Dương
Huy.....................................................................................................118
Hình 4.2. Tổ hợp thiết bị cơ giới hóa sử dụng trong lò chợ TT-11-5.....................120
Hình 4.3. Biểu đồ tổ chức khai thác theo thiết kế mỏ Dương Huy........................ 120
Hình 4.4. Biểu đồ tổ chức thực tế khai thác tại mỏ Dương Huy...........................121
Hình 4.5. Biểu đồ tổ chức theo thiết kế mỏ vỉa 11 mỏ Hà Lầm............................132
Hình 4.6. Biểu đồ thực tế tổ chức sản xuất tại vỉa 11 mỏ Hà Lầm........................133
Hình 4.7. Tổ hợp thiết bị cơ giới hóa sử dụng trong lò chợ 7-2.1.........................134
Hình 4.8. Biểu đồ tổ chức khai thác theo thiết kế của lò chợ vỉa 7 mỏ than Hà Lầm . 134

Hình 4.9. Biểu đồ tổ chức thực tế khai thác của lò chợ vỉa 7 mỏ than Hà Lầm....135
Hình 4.10. Biểu đồ tổ chức chu kỳ tại lò chợ cơ giới hóa 7-3.1 trong điều kiện trụ
nổi mặt gương khai thác...................................................................... 140
Hình 4.11. Hiện tượng sóng kênh......................................................................... 142
Hình 4.12. Mô hình truyền sóng phản xạ trong lớp than....................................... 142
Hình 4.13. Vị trí của đứt gãy F3 (đường chấm xanh) theo số liệu địa chấn,
đường màu đỏ là vị trí đứt gãy xác định theo tài liệu địa chất tại vỉa
số 8 mỏ than Vàng Danh Quảng Ninh................................................ 143
Hình 4.14. Hình dạng mô phỏng 3D của khối dị thường đo địa chấn sóng kênh. . 144

Hình 4.15. Mô phỏng vị trí các trạm đo để phát hiện các nguy cơ tiềm ẩn khi khai
thác lò chợ cơ giới hóa........................................................................ 144
Hình 4.16. Mô hình cấu trúc tổ chức sản xuất khi tính đến các yếu tố bất lợi trong lò
chợ cơ giới hóa không hạ trần............................................................. 146

Hình 4.17. Mô hình cấu trúc tổ chức sản xuất khi tính đến các yếu tố bất lợi cho lò
chợ hạ trần.......................................................................................... 146
Hình 4.18. Mô hình dự báo sự thay đổi điều kiện địa chất cục bộ trong quá trình
khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ.................................................. 147


xi

Hình 4.19. Biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp trụ nổi

tại 1 vị trí (chiếm khoảng 20% tổng chiều dài lò chợ)........................148
Hình 4.20. Biểu đồ bố trí nhân lực cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp trụ nổi
tại 1 vị trí (chiếm khoảng 20% tổng chiều dài lò chợ)........................148
Hình 4.21. Biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp trụ nổi

tại 2 vị trí (chiếm khoảng 50% tổng chiều dài lò chợ)........................149
Hình 4.22. Biểu đồ bố trí nhân lực cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp trụ nổi
tại 2 vị trí (chiếm khoảng 50% tổng chiều dài lò chợ)........................149
Hình 4.23. Biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp bị lún
nền khu vực phía chân lò chợ.............................................................. 150
Hình 4.24. Biểu đồ bố trí nhân lực cho lò chợ cơ giới hóa trong trường hợp bị lún
nền khu vực phía chân lò chợ.............................................................. 151


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Hiện nay cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế đất nước trên 6%/năm, nhu
cầu về năng lượng rất lớn, trong đó nguồn năng lượng từ than đá có một tỉ trọng

không hề nhỏ chiếm tới 18,2%. Sản lượng than thương phẩm sản xuất trong toàn
ngành đến năm 2020 dự kiến đạt từ 47 đến 50 triệu tấn; 51 đến 54 triệu tấn vào năm
2025 và 55 đến 57 triệu tấn vào năm 2030. Để đảm bảo phát triển bền vững, một
trong những yếu tố quan trọng là tăng năng suất lao động, giảm tối đa số công nhân
trực tiếp làm việc trong hầm lò. Trong bối cảnh yêu cầu về sản lượng khai thác than
hầm lò ngày càng nâng cao, số lượng công nhân khai thác hầm lò có chiều hướng
suy giảm do dịch chuyển sang các loại hình kinh tế khác. Vì vậy, việc đầu tư cơ giới
hóa (CGH) trong khai thác than là đích phải đến, là sự bảo đảm cho việc phát triển
lâu dài, mang tính chiến lược của toàn ngành than. Mặc dù công tác CGH khai thác
đã đạt được một số thành tựu, nhưng sản lượng than khai thác CGH hàng năm vẫn
chưa cao: năm 2013 đạt 73,8% kế hoạch; năm 2014 đạt 51,3%; năm 2015 đạt
61,4%. Tổng số có 11 dây chuyền CGH đã được đầu tư áp dụng trong Tập đoàn
than khoáng sản, tuy nhiên đến thời điểm hiện nay chỉ c n 06 dây chuyền hoạt động.
Vai trò của cấu trúc tổ chức sản xuất là điều tiết các hoạt động khai thác
nhằm đạt được hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất. Trên thế giới đã có nhiều nhà
khoa học công bố công trình đặt nền móng nghiên cứu về vấn đề cấu trúc tổ chức
sản xuất kể đến như W. Lorsch (Đại học Havard); Tu Shihao, Zhang Chiming, Liu
Changyou (Đại học Công nghệ mỏ Trung Quốc); Edyta Brzychczy (Đại học công
nghệ Czech); L. Plümer (CHLB Đức); Snopkowski (Đại học công nghệ AGH, Ba
Lan) và nhiều tác giả khác. Tuy nhiên cũng chưa có công trình nào nghiên cứu về
cấu trúc tổ chức sản xuất cho các lò chợ CGH vùng Quảng Ninh.
Từ thực tế áp dụng công nghệ khai thác CGH tại vùng Quảng Ninh từ năm 1978
đến nay, ở trong nước chủ yếu tập trung vào các nghiên cứu đánh giá về mặt kỹ thuật,
điều kiện áp dụng, nghiên cứu cho điều kiện kỹ thuật cụ thể và một phần hiệu quả kinh
tế … các nhà khoa học như Trần Văn Huỳnh, Trần Xuân Hà, Trần Văn


2

Thanh (Đại học Mỏ - Địa chất); Phùng Mạnh Đắc, Trương Đức Dư, Nguyễn Anh

Tuấn ... (Viện Khoa học công nghệ Mỏ) và nhiều nhà khoa học khác như Lê Như
Hùng, Ninh Quang Thành, Đỗ Mạnh Phong... đã có những nghiên cứu nền móng
trong lĩnh vực CGH lò chợ vùng Quảng Ninh.
Khoảng 5 năm gần đây, khi ngành mỏ đã tích lũy được bề dày kinh nghiệm
sử dụng công nghệ CGH, thấy rằng những yếu tố tiềm ẩn gây gián đoạn sản xuất là
nguyên nhân chính dẫn đến hiệu quả của các lò chợ này chưa đạt được như kỳ vọng.
Tổng kết những thuận lợi, khó khăn và chưa thành công khi triển khai công nghệ
CGH trong điều kiện vùng mỏ Quảng Ninh đã chỉ ra khoảng trống lớn về tổ chức
sản xuất cần được nghiên cứu cụ thể.
Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu xác định cấu trúc tổ chức sản xuất hợp lý
nhằm nâng cao hiệu quả khai thác lò chợ cơ giới hóa tại một số mỏ than hầm
lò vùng Quảng Ninh” là rất cấp thiết nhằm cung cấp công cụ cho các nhà lãnh đạo,
điều hành, giám sát tổ chức sản xuất ở lò chợ CGH và đáp ứng yêu cầu về phát triển
bền vững ngành sản xuất khai thác than vùng Quảng Ninh, thiết thực phục vụ Quy
hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm
2030.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Tìm ra được phương pháp xây dựng cấu trúc tổ chức sản xuất đáp ứng
yêu cầu nâng cao tính liên tục trong quá trình sản xuất phù hợp với điều kiện cụ thể
các lò chợ CGH vùng Quảng Ninh.
2.2. Hợp lý hóa cấu trúc tổ chức sản xuất để có được biểu đồ tổ chức chu kỳ
sát với điều kiện thực tế có hiệu quả.
3.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu: Các thành phần cơ bản trong cấu trúc tổ chức sản

xuất lò chợ CGH.
3.2. Phạm vi nghiên cứu: Lò chợ CGH đồng bộ hạ trần và không hạ trần
vùng Quảng Ninh.

4. Nội dung nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu một số mô hình tổ chức sản xuất trong nước và trên thế giới


3

4.2. Nghiên cứu cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ CGH theo điều kiện địa chất
mỏ, kỹ thuật công nghệ.
4.3. Nghiên cứu xây dựng mô hình không gian các công đoạn khai thác và
xác định thời gian làm việc hiệu quả của cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ CGH.
4.4. Tối ưu hóa cấu trúc tổ chức sản xuất cho một số lò chợ CGH vùng
Quảng Ninh.
5.

Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu vận dụng các lý thuyết về

độ tin cậy, lý thuyết chuỗi, phương pháp quy nạp, phương pháp diễn dịch...
-

Phương pháp tổng hợp số liệu thống kê thực địa: Thông qua số liệu có được

trong quá trình quan sát, thống kê trực tiếp tại các gương l CGH từ đó tổng hợp số
liệu và so sánh với kết quả lý thuyết;

6.

-

Phương pháp mô hình sơ đồ khối và phương pháp đồ thị;

-

Phương pháp đánh giá tổng hợp tập mờ Fuzzy method;

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

6.1. Ý nghĩa khoa học
Phương pháp luận khoa học, logic kết nối các công tác sản xuất rời rạc khác
nhau thành cấu trúc tổ chức sản xuất mang tính chủ động liên tục và linh hoạt phù
hợp với điều kiện thực tế khai thác lò chợ CGH vùng Quảng Ninh.
6.2. Ý nghĩa thực tế
- Xác lập nhanh biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ CGH trong điều kiện
cụ thể.
-

Kết quả nghiên cứu là công cụ quản lý, giám sát tốt về không gian, thời gian, các
thành phần công tác trong quy trình sản xuất lò chợ CGH, xác định được nguyên
nhân phát sinh công thủ công, linh hoạt trong việc hoán đổi trạng thái làm việc của
lò chợ.
7.

Những điểm mới của luận án

7.1. Trạng thái lò chợ dưới tác động của các điều kiện kỹ thuật, công nghệ,
điều kiện địa chất mỏ được xác định thông qua 16 tham số thời gian. Trong đó,
cường độ khấu than và hệ số lệch chuẩn thời gian KLC là chỉ số quan trọng phản

4

ánh sự tương thích của cấu trúc tổ chức sản xuất với sự biến động của các yếu tố địa
chất, kỹ thuật mỏ. Chỉ số cường độ khấu than và hệ số lệch chuẩn cho phép điều tiết
tốc độ làm việc của các tổ hợp thiết bị trong lò chợ, cụ thể ở mỏ Hà Lầm vỉa 11 là
KLC = 0,87; vỉa 7 KLC = 0,88; lò chợ vỉa 11 mỏ Dương Huy KLC = 0,78.
7.2. Xác lập mô hình chuyển đổi trạng thái làm việc của cấu trúc tổ chức sản
xuất và xác lập biểu đồ tổ chức sản xuất cho điều kiện lò chợ gặp trụ đá, điều kiện
có lún nền trong lò chợ thực tế sản xuất tại Quảng Ninh.
8.
-

Luận điểm khoa học

Các điều kiện tự nhiên là yếu tố khách quan không thay đổi, do đó các điều kiện kỹ
thuật, công nghệ được lựa chọn phải tương thích với điều kiện địa chất mỏ. Mức độ
phức tạp của địa chất mỏ, khả năng vận hành của tổ hợp thiết bị lò chợ quyết định
diện mạo của cấu trúc tổ chức sản xuất. Khi mức độ phức tạp vượt qua khả năng tự
điều chỉnh của cấu trúc tổ chức, phải kích hoạt các giải pháp sửa chữa, phục hồi để
đưa l chợ về trạng thái hoạt động bình thường.

-

Cường độ khấu than trong lò chợ và hệ số lệch chuẩn thời gian là chỉ số quan trọng
để phản ánh sự tương thích của cấu trúc tổ chức sản xuất với sự biến động của các
yếu tố địa chất, kỹ thuật mỏ.
9.

Cấu trúc của luận án

Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ cơ

giới hóa đồng bộ.
Chương 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố địa chất mỏ và kỹ thuật
công nghệ tới cấu trúc tổ chức sản xuất lò chợ cơ giới hóa.
Chương 3. Nghiên cứu xây dựng cấu trúc tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới
hóa.
Chương 4. Tối ưu hóa cấu trúc tổ chức sản xuất cho một số lò chợ cơ giới
hóa vùng Quảng Ninh.
Kết luận và kiến nghị
Phụ lục: Tính toán tối ưu một số lò chợ cơ giới hóa đồng bộ vùng Quảng Ninh.


5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC TỔ
CHỨC SẢN XUẤT LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ
Tổ chức sản xuất có vị trí đặc biệt quan trọng trong bất kỳ lĩnh vực sản xuất
nào, thể hiện tính hợp lý về mặt không gian - thời gian, năng lực phối hợp giữa các
công nhân trong cùng một ca sản xuất, con người với thiết bị, chỉ huy công ty, công
trường với các bộ phận điều phối, giữa các khâu, các quá trình trong chuỗi các công
việc có liên quan mật thiết với nhau để tạo ra sản phẩm [11]. Công nghệ khai thác lò
chợ CGH với sản lượng cao, vai trò của tổ chức sản xuất là điều tiết các hoạt động
khai thác để có hiệu quả nhất [1, 15].
1.1 Tổng quan về một số mô hình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa
đồng bộ
Cấu trúc tổ chức sản xuất ở lò chợ CGH bị tác động bởi điều kiện địa chất,
kỹ thuật mỏ [20]. Theo công nghệ sử dụng cho lò chợ dài, có thể được phân chia
thành 02 nhóm cơ bản: nhóm lò chợ có hạ trần thu hồi than nóc và nhóm lò chợ
khấu một lần hết chiều dày vỉa (lò chợ không hạ trần).

1.1.1 Một số mô hình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa đồng bộ trên thế
giới
1.1.1.1 Mô hình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa không hạ trần
Lò chợ CGH không thu hồi than thường được áp dụng để khai thác các vỉa
than có chiều dày mỏng và dày trung bình [17, 19]. Khi vỉa rất dày thì có thể áp
dụng phương pháp chia lớp, trong đó mỗi lớp khấu sẽ được coi như một vỉa có
chiều dày trung bình. Một số trường hợp đặc biệt sử dụng công nghệ CGH khấu vỉa
siêu cao lên tới 7,3m như mỏ Đại Đồng, Trung Quốc.
Mô hình tổ chức sản xuất đối với các lò chợ CGH không hạ trần được chia ra
thành 02 loại: Loại 03 ca/ngày-đêm và loại 04 ca/ngày-đêm.
a) Mô hình tổ chức 04 ca/ngày-đêm
Mô hình tổ chức này được dựa trên sự phân công, bố trí lao động trong 01
ngày đêm thành 04 ca riêng biệt, thời gian mỗi ca làm việc có thể giống hoặc khác


6

nhau, tuy nhiên về cơ bản có thể chia thành 04 ca đều nhau với thời gian 06
tiếng/ca. Tùy thuộc vào khối lượng công việc của từng ca làm việc để bố trí số
lượng nhân công lao động tương ứng. Tiêu biểu cho mô hình tổ chức này thường là
sản xuất tập trung vào 03 ca đầu và ca thứ 4 dùng để kiểm tra, sửa chữa, bảo dưỡng
thiết bị (hình 1.1).

Hình 1.1. Biểu đồ tổ chức sản xuất 04 ca/ngày-đêm
Trên hình 1.1, mô hình tổ chức sản xuất thực hiện 3 ca khấu than liên tục, ca
4

thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị. Trình tự làm việc được thực hiện liên tục, tuy
nhiên, trên thực tế thường phải mất một khoảng thời gian nhất định dành cho công
tác giao ca và di chuyển từ ngoài mặt bằng vào gương. Ví dụ tại lò chợ CGH vỉa 14

mỏ Xinzhou Yao, Trung Quốc (hình 1.2) đã cải tiến mô hình trên là ca 1 khấu 6
tiếng, ca 2 và ca 3 được thực hiện khấu liên tục, ca 4 mới tiến hành bảo
dưỡng sửa chữa thiết bị. Như vậy, trong điều kiện thuận lợi có thể tập trung bố trí
khấu than liên tục.
Lò chợ ở vỉa 14, mỏ than Xinzhou Yao có chiều dài theo hướng dốc 135m,
chiều dài theo phương 930m, chiều dày vỉa 2,5m. Theo biểu đồ tổ chức sản xuất sẽ
cần khoảng 54 phút để khấu hết một luồng, 35 phút để tạo khám và 15 phút sau khi


7

khấu để kết thúc các công tác đi kèm. Như vậy, tổng thời gian để hoàn chỉnh 01
luồng khấu mất khoảng 104 phút. Công tác khấu chống thường kỳ được tiến hành
trong 03 ca đầu có thể thực hiện được 08 luồng khấu.

Hình 1.2. Biểu đồ tổ chức sản xuất tại vỉa 14 mỏ Xinzhou Yao – Trung Quốc
Một trường hợp khác, công tác kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị không nhất thiết
phải tiến hành vào khoảng thời gian ở ca cuối mỗi ngày, công tác này có thể linh
hoạt thực hiện vào ca 3. Sau khi đảm bảo thiết bị hoạt động tốt, ca 4 tiếp tục quá
trình khấu than như hình 1.3.

Hình 1.3. Biều đồ tổ chức sản xuất khấu 2 ca, bảo dưỡng thiết bị ca thứ 3 và tiếp
tục khấu vào ca 4


8

Khác với mô hình tổ chức sản xuất 06 tiếng/ca được áp dụng tại các lò chợ
Trung Quốc, thời gian trước đây, tại các nước thuộc SNG có xu hướng xây dựng mô
hình tổ chức 04 ca/ngày-đêm nhưng thời gian giữa các ca không đồng đều, cụ thể:

03 ca đầu có thời gian 07 tiếng/ca, ca còn lại dài 03 tiếng. Thời gian bảo dưỡng thiết
bị bắt đầu từ nửa cuối của ca 3. Mô hình tổ chức sản xuất tại lò chợ CGH dùng tổ
hợp MKM-97 (hình 1.4).

Hình 1.4. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp MKM-97
Tổ hợp MKM-97 gồm máy khấu MK-67, máng cào MK-46 kết hợp với vì
chống MK-97 sử dụng để khai thác các vỉa than mỏng có chiều dày 0,7÷1,3m, góc dốc
0

3÷15 , lò chợ dài 160m. Công tác tổ chức sản xuất được chia thành 3 ca khấu, mỗi ca
kéo dài 7 tiếng tương ứng với 2 luồng khấu/ca, năng suất lò chợ 1.000 T/ngày-đêm.
Công tác kiểm tra, bảo dưỡng các thiết bị được được thực hiện từ giữa ca 3 khi công tác
khai thác vẫn tiếp tục, ca 4 thực hiện xử lý các tồn đọng còn lại.

Tùy thuộc vào chiều dày vỉa và chiều dài lò chợ có thể dẫn đến sự thay đổi
về số lượng luồng khấu trong 01 chu kỳ. Đối với vỉa than có chiều dày đến 1,9m,
0

góc dốc 15 , khi sử dụng tổ hợp thiết bị KM-87 (bao gồm máy khấu 2K-52, máng
cào SPM-87D và vì chống M-87D) chiều dài lò chợ 200m, thiết kế 05 luồng khấu/
ngày-đêm. sản lượng 1.340 T/ngày-đêm (hình 1.5).


9

Ở

Hình 1.5. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp KM-87
các mô hình tổ chức đã xem xét ở hình 1.4 và 1.5, công tác khấu khám

được thực hiện bằng khoan nổ mìn ở cả 2 đầu lò chợ, thời gian khoan nổ mìn để
phục vụ công tác khấu khám gần như kéo dài trong suốt ca sản xuất. Trong một số
trường hợp có thể khấu khám vượt trước ở một phía đầu lò chợ, tiến độ tối thiểu
bằng 2 lần chiều rộng luồng khấu (hình 1.6).

Hình 1.6. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp 1MK


10

Thông thường, máy khấu có thể hoạt động cả 2 chiều đi lên và đi xuống,
máng cào và vì chống cần phải di chuyển tương thích với hướng di chuyển của máy
khấu (xem các hình từ 1.1 đến 1.6). Tuy nhiên, nếu máy khấu than được thiết kế để
khấu 01 chiều, công tác tổ chức khấu khi sử dụng tổ hợp thiết bị này chỉ được thực
hiện theo chiều từ dưới lên trên, sau đó máy khấu di chuyển không tải xuống phía
chân lò chợ để chuẩn bị cho luồng khấu tiếp theo. Máng cào di chuyển khi máy
khấu không tải đi theo chiều xuống dưới, khoảng cách giữa máng cào và máy khấu
phải đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật – an toàn. Ví dụ như máy khấu KSh-1kg
và tổ hợp thiết bị 11MK (hình 1.7). Đây là điểm khác biệt chính giữa mô hình tổ
chức sản xuất khấu than 1 chiều và khấu than 2 chiều.

Hình 1.7. Biểu đồ tổ chức sản xuất sử dụng tổ hợp 11MK
Hình thức khấu than 01 chiều cũng được áp dụng thường xuyên đối với các
vỉa than dốc nghiêng-đứng và dốc đứng, có thể kể đến việc sử dụng máy khấu than
0

”Temp” kết hợp với vì chống KGD để khai thác các vỉa than có góc dốc trên 45 .
Mô hình tổ chức sản xuất khi sử dụng tổ hợp thiết bị này được thể hiện trên hình
1.8.