Nghiên cứu đánh giá hiện trạng khai thác tại công ty than mạo khê tkv và đề xuất phương pháp khai thác vỉa dày dốc đứng

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
------------------o0o-------------------

Vũ anh tuấn

Nghiên cứu đánh giá hiện trạng khai thác
tại công ty than mạo khê - tkv và đề xuất
phơng pháp khai thác vỉa dày dốc đứng

Luận văn thạc sÜ kü thuËt

Hµ Néi - 2010


1

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
------------------o0o-------------------

Vũ anh tuấn

Nghiên cứu đánh giá hiện trạng khai thác
tại công ty than mạo khê - tkv và đề xuất
phơng pháp khai thác vỉa dày dốc đứng

Chuyên ngành: khai thác mỏ
M số: 60.53.05

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

ngời hớng dẫn khoa học
gs.tsKh Lê Nh Hùng

Hà Nội - 2010


2

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
trong luận văn là trung thực; các luận điểm và kết quả nghiên cứu của luận án
cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngàytháng 11 năm 2010
Tác giả luận văn

Vũ Anh Tuấn


3

mục lục
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục hình vẽ
Mở đầu
chơng 1

1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
Chơng 2

2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7

Đặc điểm địa chất bể than quảng ninh và khu
vực mạo khê

Đặc điểm điạ chất bể than Quảng Ninh
Trữ lợng bể than Quảng Ninh

Đặc điểm cấu trúc địa chất
Đặc điểm cấu tạo vỉa than
Địa chất thuỷ văn
Độ chứa khí và tính tự cháy
Chất lợng than
Đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất các vỉa than dốc
đứng khu Cánh Nam- Mạo Khê
Địa tầng khu Cánh Nam - Mạo Khê
Đặc điểm kiến tạo
Đặc điểm cấu tạo vỉa than Cánh Nam - Mạo Khê
Đặc điểm địa chất thuỷ văn và địa chất công trình
Độ chứa khí và xếp hạng mỏ
tình hình khai thác các vỉa dày - dốc
trên thế giới
Tình hình khai thác các vỉa dày dốc trên thế giới.
Tình hình khai thác các vỉa dày dốc trên thế giới.
Hệ thống khai thác các lỗ khoan đờng kính lớn
Hệ thống khai thác lò thợng chéo
Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng
Hệ thống khai thác giàn chống cứng
Hệ thống khai thác giàn chống mềm lò chợ xiên chéo
Hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dùng thiết bị
cơ giới hoá đồng bộ.

1
2
3
6
7
9

12
12
12
13
13
14
14
15
15
15
16
16
19
21
22
22
22
24
25
27
28
31
33


4

2.1.8

Hệ thống khai thác chia lớp ngang - nghiêng

Tình hình khai thác các vỉa dày dốc tại Việt Nam
Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng (DVPT) ở
Mông Dơng.
Công nghệ khai thác bằng dàn chống cứng ở Vàng Danh

34
36

2.2.2

- Mạo Khê.

38

2.2.3

Công nghệ khai thác buồng - lò thợng.

38

2.2.4

Công nghệ khai thác bằng dàn chống mềm ở Vàng Danh.

2.2.5

Công nghệ khai thác buồng neo.
Công nghệ khai thác bằng tổ hợp dàn tự hành KDT -1

39

39
39
40

2.2
2.2.1

2.2.6

37

2.2.7

Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng

Chơng 3

Tổng quan về tình hình khai thác vỉa
dày dốc Công ty than Mạo Khê

44

3.1

Công nghệ khai thác dàn chống cứng không phân mảng

44

3.2

Hệ thống khai thác buồng - thợng

46

3..3

Công nghệ chia lớp ngang nghiêng

48

Đề xuất công nghệ khai thác hợp lý và
hoàn thiện công nghệ khai thác vỉa dầy dốc
đứng có khu vực Mạo Khê

53

4.1

Đề xuất công nghệ khai thác hợp lý

53

4.2

Hoàn thiện Công nghệ khai thác chia lớp ngang
nghiêng

53

4.2.1

Chiều dày lớp than hạ trần

54

4.2.2

Các yếu tố ảnh hởng đến chiều dày lớp than hạ trần

55

ảnh hởng của đặc điểm điều kiện địa chất vỉa than
ảnh hởng của yếu tố kỹ thuật
Xác định chiều dày lớp than hạ trần hợp lý theo yếu tố kỹ
thuật
Chiều dày tối đa của lớp than hạ trần
Chiều dày tối thiểu của lớp than hạ trần
Chiều cao lớp than tự sập đổ

55

Chơng 4

4.2.2.1
4.2.2.2.
4.2.3.
4.2.3.1.
4.2.3.2.
4.2.3.3.

57
57
57
60
62


5

4.2.4
4.2.4.1.
4.2.4.2.
4.2.4.3.
4.3.
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3

ChiỊu cao líp than ®Ưm theo u tè kinh tÕ - kü tht
Tỉn thÊt doanh thu
Hµm sè tỉn thÊt T = f (h).
Lựa chọn chiều cao lớp đệm hợp lý theo u tè kinh tÕ
- Kü tht
ChiỊu dµi khu khai thác
Thời gian đào lò chuẩn bị trong sản xuất
Thời gian khai thác của khu khai thác
Kết Quả Tính toán
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu Tham khảo

63
63
65
71
78
79
79
81
87
89


6

Danh mục các bảng
Nội dung

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1

Trữ lợng than vùng Quảng Ninh

12

Bảng 1.2

Đặc điểm vi mô và độ bền nén của địa tầng Quảng Ninh

13

Bảng 1.3

Các chỉ tiêu cơ bản chất lợng than Quảng Ninh

15

Bảng 1.4

Các thông số ĐCTV của địa tầng cánh Nam-Mạo Khê

20

Bảng 1.5

Các thông số đa vào tính toán và kết quả tính toán lu

21

lợng nớc chảy vào mỏ Mạo Khê sau 10 năm khai
thác
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 2.4
Bảng 3.1

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống khai thác dàn

chống cứng
Chỉ tiêu công nghệ của hệ thống khai thác dàn chống
mềm
Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của một số sơ đồ công
nghệ khai thác vỉa dày dốc áp dụng tại Việt Nam
Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của một số sơ đồ công
nghệ khai thác vỉa dày dốc áp dụng tại Việt Nam
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật công nghệ khai thác Giàn

30
32
42
43
45

chống cứng không phân mảng áp dụng tại Mạo Khê
Bảng 4.1

Chiều cao lớp than đệm tối đa khi độ cứng than f = 1

59

Bảng 4.2

Chiều cao lớp than đệm tối đa khi độ cứng than f = 1

74

Bảng 4.3

76

Bảng 4.4

Kết quả tính giá trị hàm Y khi chiều cao lớp than đệm
lớn hơn chiều cao khối elíp tiếp cận
Chiều dài khu khai thác khi khai thác một cánh

Bảng 4.5

Chiều dài khu khai thác khi khai thác hai cánh

83

82


7

Danh mục hình vẽ
TT

Nội dung

Trang

Hình 1.1

Mặt cắt địa chất các vỉa cánh nam khu vực Mạo Khê

18

Hình 2.1

Sơ đồ hệ thống khai thác buồng - lu than

23

Hình 2.2

Sơ đồ hệ thống khai thác lỗ khoan đờng kinh lớn

25

Hình 2.3

Sơ đồ hệ thống khai thác lò thợng chéo

27

Hình 2.4

Sơ đồ hệ thống khai thác lò dọc vỉa than phân tầng

28

Hình 2.5

Sơ đồ hệ thống khai thác giàn chống cứng

29

Hình 2.6

Sơ đồ hệ thống khai thác giàn chống mềm lò chợ xiên
chéo
Sơ đồ hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc dùng

33

Hình 2.7

34

thiết bị cơ giới hoá đồng bộ.
Hình 2.8

Sơ đồ hệ thống khai thác chia lớp ngang - nghiêng

35

Hình 3.1

44

Hình 3.2

Sơ đồ công nghệ khai thác dàn chống cứng không phân
mảng
Hệ thống khai thác buồng chính tắc

Hình 3.3

Hệ thống khai thác buồng thợng

48

Hình 3.4

Hệ thống khai thác chia lớp nghang ngiêng
Biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất

50

Hình 3.5
Hình 3.6

47

51

Hình 3.7.

Biểu đồ bố trí nhân lực
Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

51
51

Hình 4.1

Đồ thị quan hệ giữa chiều cao lớp than đệm với k và

62

khoảng cách vì chống
Hình 4.2

Đồ thị quan hệ giữa chiều cao lớp than đệm với n và
khoảng cách vì chống

62


8

Hình 4.3

Tháo than trên toàn bộ của gơng lò

67

Hình 4.4

Tháo than dới đất đ phá hỏa

67

Hình 4.5

Tháo than dới giá thuỷ lực di động khi h < Htc

70

Hình 4.6

Tháo than dới giá thuỷ lực di động khi h > Htc

71

Hình 4.7
Hình 4.8

Đồ thị quan hệ giữa chiều cao hạ trần và giá trị hàm Y 78
Đồ thị quan hệ giữa chiều cao tầng, chiều dài khu khai
85
thác và chiều dày vỉa khi khai thác một cánh

Hình 4.9

. Đồ thị quan hệ giữa chiều cao tầng, chiều dài khu khai
thác và chiều dày vỉa khi khai thác hai cánh biểu thị mối
quan hệ giữa chiều dài khu khai thác, chiều dày vỉa và
chiều dài theo hớng dốc khu khai thác khi khai thác một
cánh và hai cánh.

85


9

mở ĐầU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất kỹ thuật trữ lợng vùng than
Quảng Ninh có khoảng hơn 3 tỷ tấn, trong đó trữ lợng than thuộc các vỉa dốc
đứng chiếm hơn 30%. Tại khoáng sàng than Mạo khê các vỉa dốc đứng chiếm
một tỷ lệ đáng kể 47,5% trữ lợng trong đó các vỉa dầy là 51% còn lại 49% là
các vỉa dày trung bình.
Sau nhiều năm khai thác than bằng phơng pháp hầm lò tại khoáng
sàng than khu vực Mạo Khê, các vỉa than có điều kiện địa chất ổn định, góc
dốc thoải dần đợc khai thác hết chỉ còn lại các phần vỉa có điều kiện địa chất
phức tạp, gãc dèc lín (tõ 450 ®Õn 750 ). Víi xu thế phát triển của ngành than
trong những năm tới đòi hỏi sản lợng khai thác than phục vụ cho nền kinh tế
quốc dân ngày càng tăng do đó việc nghiên cứu và đề xuất những công nghệ
khai thác hợp lý để khai thác các phần vỉa than có góc dốc lớn đặc biệt các
phần vỉa có chiều dày là cần thiết.
Kết quả của đề tài sẽ góp phần áp dụng cộng nghệ khai thác vỉa dốc hợp
lý trên cở sở lựa chọn công nghệ điều khiển đá vách hợp lý nhằm đảm bảo an
toàn trong quá trình khai thác các phần vỉa than có góc dốc lớn tại Công ty
than Mạo Khê.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đánh giá đặc điểm địa chất, phân tích tính hiệu quả của các công nghệ
khai thác than vỉa dầy dốc đứng Những u, nhợc điểm của các công nghệ
đang áp dụng. Trên cơ sở đó làm rõ tính hợp lý của sơ đồ công nghệ khai thác
vỉa dầy dốc đứng và đề xuất công nghệ khai thác hợp lý cho khoáng sàng khu
vực Mạo Khê
3. Nội dung nghiên cứu


10

- Phân tích, đánh giá chính xác các công nghệ khai thác cho các vỉa dầy dốc
đứng tại vùng than Mạo Khê;
- Nghiên cứu, đề xuất phơng pháp khai thác hợp lý cho Công ty than Mạo
Khê.
- Phân tích các công nghệ khai thác cho các vỉa dày dốc đứng đ áp dụng,
đánh giá hiệu quả và đề xuất công nghệ khai thác hợp lý cho vỉa dày dốc đứng
khu vực Mạo Khê. Thiết kế khai thác cho điều kiện các vỉa Cánh Nam
khoáng sàng Mạo Khê
4. Phơng pháp nghiên cứu:
Sử dụng phơng pháp nghiên cứu trên cở sở lý thuyết kết hợp với thu thập số
liệu thực tiễn, các đặc điểm, điều kiện địa chất và điều kiện công nghƯ cđa má.
5. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn của đề tài
Trên cơ sở phân tích các yếu tố về điều kiện địa chất khu vực Mạo Khê, phân
tích đánh giá u nhợc điểm của các công nghệ khai thác đ áp dụng ở các điều
kiện về chiều dày vỉa đ mang lại hiệu quả cao và lựu chọn công nghệ khai thác áp
dụng cho khu vực Mạo Khê.
Việc lựa chọn công nghệ khai thác hợp lý cho các vỉa than dầy dốc đứng khu
vực Mạo Khê sẽ giúp cho các nhà thiết kế có thêm lựa chọn cho kế hoạch khai
thác tài nguyên khu vực Mạo Khê và có quy hoạch phát triển Công ty than Mạo
Khê trong giai đoạn 2015.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn đợc xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các công
trình nghiên cứu khoa học ứng dụng ở trong và ngoài nớc, các thiết kế khai
thác của Viện KHCN Mỏ và Công ty than Mạo Khê đ đợc áp dụng thử
nghiệm tại khoáng sàng khu vực Mạo Khê
Luận văn gồm: Phần mở đầu, 04 chơng, kết luận chung, 15 bảng biểu,
23 hình vẽ. Luận văn đợc hoàn thành dới sù h−íng dÉn khoa häc cđa
PGS.TSKH. Lª Nh− Hïng.

11

Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban Giám hiệu
trờng Đại học Mỏ - Địa Chất, Phòng Đại học và sau Đại học, Khoa Mỏ, Bộ
môn Khai thác hầm lò, Ban l nh đạo công ty than Mạo Khê... đ giúp đỡ tạo
điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
văn. Đặc biệt là sự hớng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TSKH. Lê Nh Hùng
và các thầy giáo trong Bộ môn khai thác hầm lò, trờng Đại học Mỏ - Địa
Chất. Đồng thời tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn đối với các nhà khoa học, các bạn
đồng nghiệp và ngời thân đ tạo điều kiện, động viên giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.


12

Chơng 1
đặc điểm địa chất vùng than quảng ninh
và khu vực mạo khê

1.1.Đặc điểm địa chất vùng than Quảng Ninh
1.1.1. Trữ lợng vùng than Quảng ninh
Trữ lợng than Antraxit của ViƯt Nam tËp trung chđ u ë vïng Qu¶ng
Ninh tõ Phả lại đến Kế Bào với diện tích khoảng 300 km2. Trữ lợng xác định
tính đến ngày 1/1/2000 là 3,222 tỷ tấn. Độ tin cậy của công tác thăm dò thấp,
cấp A + B chỉ đạt 13%; Cấp C1 chiếm 56%. Trữ lợng than đợc khai thác
hầm lò rất lớn chiếm gần 80% tổng trữ lợng cả vùng. Trữ lợng than phân
theo vùng đợc ghi ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Trữ lợng than vùng Quảng Ninh
Phân cấp theo trữ lợng, 1000 tấn

TT

1

2
3

Tên khu vực

A+B

C1

C2

A + B + C1 +

(%)

(%)

(%)

C2

Uông bí - Bảo

84,98

723,23

524,21

1332,432

đài

6,38

54,28

39,34

41,34

Hòn Gai

30,38

320,81

254,29

605,49

5,02

52,98

42

18,88

302,96

747,82

234,24

1285

23,53

58,19

18,24

39,78

418,32

1791,86

1012,74

3222,95

13%

56%

31%

100

Cẩm Phả
Cộng


13

1.1.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất
Nham thạch trong địa tầng chứa than chủ yếu là các loạ sét kết, bột kết,
cát kết. Các tập lớp nham thạch này nằm xen kẽ nhau, có chiều dầy thay đổi
lớn và là thành phẩm chủ yếu vách trực tiếp, vách cơ bản và trụ các vỉa than,
tính chất cơ lý đá vách, trụ vỉa than thay đổi trong phạm vi lớn. Các nghiên
cứu của Viện KHCN Mỏ đ chia các loại nham thạch có trong địa tầng than
Quảng Ninh thành 10 loại theo dấu hiệu vi mô và độ bền nén ghi ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: Đặc điểm vi mô và độ bền nén của địa tầng Quảng Ninh
Khoảng biến Độ bền nén
thiên độ bền trung bình
nén n
n
( Kg/cm2)
( kg/cm2)

TT

M
hiệu

loại đá

1

S1

Sét kết phân lớp mỏng, mềm bở,
dễ hoá dẻo

100 ữ 190

100 ữ 150

2

S2

SÐt than ph©n líp máng, th−êng
kĐp than, mỊm dƠ vì vụn

60 ữ 100

100

3

S3

Sét kết thờng phân lớp mỏng

100 ữ 410

150 ÷ 350

4

B1

Bét kÕt ph©n líp máng, kĐp chØ
than

90 ÷ 400

200 ÷ 340

5

B2

Bét kÕt ph©n líp máng

100 ÷ 480

150 ÷ 400

6

B3

Bét kết phân lớp dầy

210 ữ 1200

400 ữ 900

7

C1

Cát kết hạt mịn

380 ữ 2380

700 ữ 1200

8

C2

Cát kết hạt vừa

220 ữ 2160

600 ữ 1200

9

C3

Cát kết hạt thô

600 ữ 1890

600 ữ 1100

10

CS

Cuội sạn kết

760 ữ 2770

600 ữ 1400

Tên đá và đặc điểm vi mô

1.1.3. Đặc điểm cấu tạo vỉa than


14

Các vỉa than vùng Quảng Ninh có cấu tạo đơn giản chiếm khoảng 29%,
số lợng còn lại là các vỉa có cấu tạo phức tạp và rất phức tạp. Các vỉa than
không ổn định về chiều dầy và góc dốc chiếm tỷ lệ cao ( gần 1/2 tổng trữ
lợng). Cấu tạo vỉa có chứa các lớp đá kẹp với số lợng, chiều dầy và tính chất
cơ lý của chúng thờng biến đổi. Các vỉa than bị phân cắt bởi hàng loạt đứt
gẫy, phay phá. Nếu chỉ tính riêng các đứt g y lớn thì mức độ là thấp ( dới
50m/ha). Nhng trong quá trình đào lò chuẩn bị và khai thác đ phát hiện
đợc nhiều phay phá có biên độ nhỏ. ở mỏ Vàng danh trong quá trình thăm dò

chỉ phát hiện đợc 7% đứt g y có biên độ dịch chuyển < 15 cm. Còn 93% đứt
g y là do phát hiện trong quá trình khai thác. ở mỏ Mạo khê phát hiện 88 đứt
g y và mỏ Hà lầm 129 đứt g y có biên độ nhỏ bắt gặp trong quá trình khai
thác và đào lò chuẩn bị.
1.1.4. Địa chất thuỷ văn
Kết quả bơm nớc thí nghiệm vùng Hòn Gai Cẩm phả thì lu lợng
nớc các lỗ khoan đa số dới 1 lít/ giây. Hệ số thẩm thấu của nham thạch đa
số dới 0,1 m/ ngày đêm và thay đổi đến 0,52 m/ ngày đêm. Kết quả quan trắc
mức nớc ở các lỗ khoan và lợng nớc thoát ra ở các đờng lò cho thấy nớc
trong trầm tích chứa than liên quan chặt chẽ với nớc mặt và chịu ảnh hởng
rất lớn của mùa ma nhiệt đới.
1.1.5. Độ chứa khí và tính tự cháy
Theo báo cáo thăm dò địa chất các mỏ hầm lò ở Quảng Ninh về độ chứa
khí tự nhiên ở mức đang khai thác hiƯn nay cã khÝ cÊp I, cã mét vµi má tiếp
cận cấp II. Đặc biệt sau sự cố nổ khí CH4 ngày 19/1/1999 tại mỏ Mạo khê thì
Mỏ đ đợc chuyển sang chế độ mỏ có khí Mê tan loại III và năm 2006, trong
quá trình khai thác xuống sâu độ xuất khí Mê tan của mỏ Mạo khê đ tăng lên
và đợc xếp vào mỏ siêu hạng về khí Mê tan. Trong quá trình khai thác tại các
mỏ hầm lò hầu nh cha gặp hiện tợng phụt khí đột ngét, chØ cã mét vµi


15

trờng hợp xảy ra cháy khí CH4 khi đào lò chuẩn bị trong than để mở khai
trờng, nơi không đợc thông gió tốt.
1.1.6. Chất lợng than của bể than Quảng Ninh
Vùng than Quảng Ninh có tới 96,19% là than Antraxit và bán Antraxit,
thuộc loại than quí hiếm trên thế giới. Than Quảng Ninh không những đáp
ứng đợc các nhu cầu sử dụng trong nớc mà còn có giá trị xuất khẩu cao.
Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lợng than Quảng Ninh đợc ghi ở bảng

1.3.
Bảng 1.3: Các chỉ tiêu cơ bản chất lợng than Quảng Ninh

TT

Chỉ tiêu

Than vùng Quảng Ninh

Ký
hiệu

Đơn
vị

Nhỏ
nhất

Lớn
nhất

Trung
bình

1

Độ ẩm phân tích

Wpt

%

0,87

2,18

1 ữ 1,15

2

Độ tro khô

AK

%

9,73

23,64

16

3

Chất bốc

Vch

%

7,62

9,78

8,52

4

Nhiệt lợng

Qch

Kcal

8,12

8,685

8,3

5

Tỷ trọng



G/cm3

1,45

1,5

1,48

6

Lu huỳnh

Sch

%

0,29

0,36

0,32

7

Nhiệt độ nóng chảy tro
than

độ

1,025

1,861

1,435

1.2. Đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất các vỉa than dốc đứng khu
Cánh Nam - Mạo Khê
1.2.1. Địa tầng khu Cánh Nam - Mạo Khê
Địa tầng khối Nam Mạo khê gồm toàn bộ các thành tạo chứa than nằm
kẹp giữa đứt gẫy FA ở phía Bắc và đứt g y FB ë phÝa Nam. TrÇm tÝch ë khu


16

vực này mang tính phân nhịp. Thành phần gồm các đá vụn thô: Sạn kết
35%; Cát kết 46%; Đá sét kết 10%; Sét than và than 10%.
Các vỉa than, các tập đá tạo đơn nghiêng cắm về phía Nam khá dốc từ
45 ữ 60 có chỗ 70 ữ 80. Trong tập có 13 vỉa than, các vỉa tham gia tính trữ
lợng gồm vỉa 6, 7, 8, 8a , 9, 9a, 10.
1.2.2. Kiến tạo
Các yếu tố kiến tạo khu khoáng sàng Mạo Khê gồm:
- Nếp lồi: Mạo Khê, các đứt gẫy bậc 1 khống chế quá trình tạo than và
hai hệ thống đứt g y phân tầng ở phía Bắc và phía Nam.
- Nếp uốn: Khu mỏ có cấu trúc dạng nếp lồi về phía Tây, mặt trục của
nếp lồi đồng thời là đứt gẫy FA . Phạm vi phát triển của nếp lồi từ tuyến IX về
phía Đông.
- Đứt g y: Các đứt g y bậc I khống chế quá trình tạo than và là ranh
giới phía Bắc và phía Nam khu mỏ bao gồm đứt g y F12, F18, FB . Đứt gẫy
phân tầng phía Bắc bao gồm một loạt đứt g y thuận: F340, FCB, F11, F129,
F15, F433 và các đứt g y nghịch FT, F427. Hệ thống đứt g y phân cắt địa
tầng khối Nam gồm FST, F10, FC
1.2.3.Đặc điểm cấu tạo các vỉa than Cánh Nam Mạo Khê
- Vỉa 8 Cánh nam: Phần vỉa dày dốc đứng phân bố trong phạm vi từ tuyến II
đến tuyến IX nh sau:. chiều dày vỉa thay đổi từ 4,5 ữ 10,35m, trung bình là 7,4

m. Góc dốc vỉa thay đổi từ 500 ữ 650, trung bình 580. Trong mỗi lớp có từ 0 ữ
5 lớp đá kẹp, chiều dày đá kẹp thay đổi từ 1,12 ữ 3,44m, trung bình 2,28m
- Vỉa 9 Cánh nam : Phần vỉa dày dốc đứng phân bố trong phạm từ tuyến IA
đến tuyến IX nh sau:. chiều dày vỉa thay đổi từ 5,75 ữ 10,86m, trung bình là
8,3 m. Góc dốc vỉa thay đổi từ 580 ữ 650, trung bình 620. Trong mỗi lớp có từ


17

5 ữ 14 lớp đá kẹp, chiều dày đá kẹp thay đổi từ 1,15 ữ 3,75m, trung bình
2,45m
- Vỉa 9A Cánh nam : Phần vỉa dày dốc đứng phân bố trong phạm vi phân bố
từ tuyến IA đến tuyến IX nh sau:chiều dày vỉa thay đổi từ 3,75 ữ 12,86m,
trung bình là 8,3 m. Góc dốc vỉa thay đổi từ 600 ữ 700, trung bình 650. Trong
mỗi lớp có từ 3 ữ 13 lớp đá kẹp, chiều dày đá kẹp thay đổi từ 1,3 ữ 2,75m,
trung bình 2m
- Vỉa 9B Cánh nam : Phần vỉa dày dốc đứng phân bố trong phạm vi phân bố
từ tuyến IA đến tuyến VIII A nh sau: chiều dày vỉa thay đổi từ 5,73 ữ 9,65m,
trung bình là 7,69 m. Góc dốc vỉa thay đổi từ 570 ữ 750, trung bình 660
- Vỉa 10 Cánh nam : Phần vỉa dày dốc đứng phân bố trong phạm vi phân bố
từ tuyến I đến tuyến VIII nh sau: chiều dày vỉa thay đổi từ 1,87 ữ 15,6m, trung
bình là 8,7m. Góc dốc vỉa thay đổi từ 550 ữ 750, trung bình 650
Mặt cắt địa chất các vỉa cánh nam khu vực Mạo Khê đợc thể hiện ë h×nh 1.1


a

-400

F.B

a

v.9

-300

a

v.9
đ
v.8

v.8
v.8
v.8
đ

V.
5

V.7

V.
6

V.8

-200

v.8
b

a

a
a
v.8
b

v.6
v.6

b

b

Hình 1.1 Mặt cắt địa chất các vỉa cánh Nam khu vực mạo khê
B

v.9 a đ
b

b

đ

V .9

b .T

b

0

T.B-B

0

0

0

G.VI.56 - 180 70
2.13 (0.47) 1.66
6

L.V.VI.8 - 180 60
10.80 (2.60) 8.20
5

H.833 - 190 65
4.64 (0.43 ) 4.21
2
3.17 (0.63) 2.54
2

H.832 - 190 60
5.00 (1.02 ) 3.98
4

6.28 (1.34)4.94
4

N F.B

V.
4

V.8

V.9

-50

V .9

V.1

-25

b .T

b

±0

V .9

-250

V .9

V .9

0

18

F.A

F.C

-100
-80

-150

-350

F.C

®
®

®
®
v.5


19

1.2.4. Đặc điểm địa chất thuỷ văn và địa chất công trình
Nớc mặt tập trung chủ yếu ở các suối chính và trong các moong khai
thác. Các suối chính nh: Văn lôi, Bình minh, Tràng bạch, các suối này dốc và
rộng, có nhiều suối nhánh, khi có ma nớc tập trung rất nhanh, một số đoạn
của suối Văn lôi, Bình minh đ bị sụt lún làm nớc suối chảy trực tiếp xuống
hầm, vào mùa khô ít ma lòng suối thờng khô cạn. Các hồ, moong khai thác
lộ thiên tập trung chủ yếu ở Cánh nam, gồm các hồ: Văn lôi, Cơ khí mỏ, Nhà
sàng Pháp, Đoàn kết, Vạn trờng, về mùa khô lợng tích nớc giảm dần, các
hồ cạn khô.
Nớc dới đất: Nớc trong trầm tích đệ tứ: Phân bố chủ yếu ở khu đồi
thuộc Cánh nam. Nớc trong tầng này ảnh hởng trực tiếp đến việc mở cửa lò
và khai thác nông, song phạm vi phân bố nhỏ, chiều dầy mỏng nên chỉ có
nớc tạm thời.
Nớc trong trầm tích Neogen: Ph©n bè chđ u ë khu vùc tun T.Id
chiỊu dầy từ 30 ữ 300 m, càng xa T.Id chiều dầy càng tăng lên. Thành phần
nham thạch chủ yếu là sét pha hạt mịn, cát pha sét, phần lớn ở dạng bán keo
kết.
Nớc trong địa tầng trên than: Tầng này nằm ở phía Bắc của ranh giới
thăm dò. Thành phần nham thạch chủ yếu là cuội kết, sạn kết và cát bột kết
xen kẽ. Các thông số địa chất thuỷ văn chủ yếu của địa tầng chứa than khu
cánh Nam đợc thể hiện ở bảng 1.4.


20

Bảng 1.4: Các thông số ĐCTV của địa tầng cánh Nam-Mạo Khê
Thông số địa chất thuỷ văn

Khối Nam V5 ữ V10

- HƯ sè thÈm thÊu ( K)

0,049

- §é cao møc nớc

33,0

- Chiều sâu mức nớc

1 ữ 50

- Biên độ giao động
1 ữ 10
Nớc trong hệ thống khai thác lò cũ ngừng sản xuất. Hệ thống lò khai
thác cũ của ngời Pháp không đợc cập nhật đầy đủ. Kết quả nghiên cứu cho
thấy hệ số biến đổi lu lợng nớc đợc tính trên cơ sở tỷ số chênh lệch giữa
QTB mùa ma và mùa khô là 3,25. Tuy nhiên ở khu vực Cánh Nam do ảnh
hởng của các túi nớc tích tụ trong các lò cũ đ khai thác từ thời thuộc Pháp
nên số liệu thống kê cho thấy chênh lệch lu lợng giữa giá trị lớn nhất trong
mùa ma và giá trị mùa khô đạt tới 13 lần. Việc tăng lu lợng và tác động
trực tiếp của nớc ma đến lu lợng nớc chảy vào mỏ do nhiều nguyên
nhân, nhng chủ yếu là do quá trình khai thác đ phá vỡ cân bằng tự nhiên,
các lớp nham thạch bị nứt nẻ làm xuất hiện hệ thống khe nứt hở, do đó nớc
ngầm ngày càng chịu tác động trực tiếp hơn nớc mặt.
Các thông số đa vào tính toán và kết quả tính toán lu lợng nớc chảy
vào mỏ Mạo khê sau 10 năm khai thác và với các điều kiện đ nêu trên đợc
thể hiện ở bảng 1.5.

21

Bảng 1.5: Các thông số đa vào tính toán và kết quả tính toán lu lợng
nớc chảy vào mỏ Mạo Khê sau 10 năm khai thác
Sau 10 năm
Mứ
c
khai
thác

Tên khối
khai thác

Khu tây
Bắc 1 và
Tây Bắc2
-25 ữ
Đông Bắc
-80
1

Các thông số địa chất thuỷ văn
Z
KMax
KTB
(Chọ thuỷ
m/ng.
n)m/n tĩnh
đ

g.đ
(m)

H
(m)

F
(m2)

0,07

0,028

+16
4

224

2.814.0
253
00

759

103
1

0,028

0,098

+19
4

274

486.00
0

75

224

329

328

983

136
1

Cộng

-80
ữ150

Q dự báo
QTB QTB
mùa mùa KMax

khô ma (m3/
(m3/ (m3/h h)
h)
)

Tây Bắc 1
và Tây Bắc 0,07
2
Đông Nam
1 và Đông 0,074
Nam 2

+16
4

244

2.814.0
00

257

772

975

0,121 +33

183

260.00
0

227

681

851

484

1453

182
7

0,280

Cộng

Lớp phủ đệ tứ có mặt trên hầu hết diện tích bề mặt khu mỏ, thành phần
gồm các loại: Đá lẫn cuội, sỏi cát và đất bể rời. Đặc điểm địa chất công trình
của các lớp đá trong trầm tích chứa than khối Nam có cấu tạo phức tạp bị chia
cắt mạnh do đó độ bền cơ học bị giảm nhiều.
1.2.5. Độ xuất khí và xếp hạng mỏ
Theo quyết định số 1081/QĐ-BCN của Bộ công nghiệp ngày 27/4/2006 về
việc sắp xếp loại mỏ theo độ suất khí mê tan, Công ty than Mạo khê đợc xếp
loại siêu hạng về độ thoát khí CH4 tơng đối là 15,2m3/T. ng - đêm.

22

Chơng 2
Tình hình khai thác các vỉa dày - dốc trên thế giới
và tại Quảng Ninh
2.1

Tình hình khai thác các vỉa dày dốc trên thế giới.

ở một số nớc trên thế giới nh Trung Quốc Mỹ, Pháp, Canađa,
Balan, Nga,...để khai thác các vỉa than dốc có chiều dày từ trung bình
trở lên, các hệ thống khai thác gơng lò ngắn thờng đợc sử dụng là:
hệ thống khai thác buồng - lu than, hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân
tầng, hệ thống khai thác lò thợng chéo, hệ thống khai thác các lỗ
khoan sâu đờng kính lớn,....Phơng pháp khấu than chủ yếu là khoan
nổ mìn. Trong một số điều kiện cho phép ngời ta dùng sức nớc để
khai thác.
Các hệ thống khai thác gơng lò ngắn thờng đợc áp dụng cho
các vỉa dày dốc đạt đợc chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tơng đối khả quan
nh: sản lợng khai thác, năng suất lao động, chỉ tiêu gỗ, vật liệu nổ
cho 1000 tấn than giảm,... Tuy nhiên, một trong những nhợc điểm lớn
là tổn thất than khi khai thác cao.
2.1.1. Hệ thèng khai th¸c bng - l−u than
HƯ thèng khai th¸c buồng - lu than đợc áp dụng tơng đối rộng
r i ở bể than Kuzơbat (Liên bang Nga) trong các điều kiện vỉa dày từ 5
ữ 14 m, chiều dày vỉa không ổn định, góc dốc vỉa > 45 0 đá vách vỉa
thuộc loại bền vững.
Bản chất của công nghệ khai thác nh sau: Để chuẩn bị khai thác
ngời ta chia tầng thành các phân tầng ngắn đợc ngăn cách bởi các lò
dọc vỉa phân tầng, chiều cao theo độ dốc của phân tầng nằm trong

khoảng 20 ữ 25 m, chiều dài của blốc nằm trong khoảng 50 ữ 60 m.


23

Khoảng cách giữa các đờng lò dốc theo phơng từ 8 ữ 12 m. Các
đờng lò dốc này (thờng là bám trụ vỉa) đợc đào thông thẳng lên đến
lò dọc vỉa thông gió. Sơ đồ chuẩn bị đờng lò đợc thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống khai thác buồng - lu than

Công tác khai thác than bằng phơng pháp khoan nổ mìn cùng với
lu than trong buồng. Tại các lò dốc này ngời ta tiến hành khoan các
mũi khoan dài 2,5 ữ 3,5 m lên hông, nóc lò. Các lỗ khoan đợc nạp
thuốc và nổ đồng thời. Khi đó lò dốc sẽ trở thành trung tâm của buồng
chứa than đ nổ ra. Giữa các buồng ngời ta để lại trụ bảo vệ có chiều
dày từ 1,5 ữ 3,0 m để ngăn cách đất đá khi tiến hành tháo than ở buồng
liền kề. Chiều dày của trụ than này phụ thuộc vào độ bền vững của đá
vách trực tiếp và tính chất cơ lý của than.
Ưu điểm của hệ thống khai thác:
+ Do việc chia tầng ngắn và chiều dài của blốc ngắn nên hệ thống
khai thác này khắc phục đợc sự phức tạp của vỉa nh: Uốn nếp, chiều
dày không ổn định.


24

+ Công tác đào lò trong một blốc đợc tiến hành đồng thời với
việc đào lò và tháo than ở buồng khác nên sản lợng khai thác của blốc
cao, điều hoà đợc chế độ sản xuất.

+ Không phải để lại trụ bảo vệ lò dọc vỉa thông gió nên giảm đợc
phần nào tổn thất than.
Nhợc điểm của hệ thống khai thác:
+ Hệ số mét lò chuẩn bị cho 1000 tấn than quá lớn (45 ữ 53m/
1000T).
+ Thi công các lò thợng theo trụ vỉa gặp nhiều khó khăn đặc biệt
là vỉa than có độ cơ lý kém bền vững.
+ Công tác bảo dỡng, xén sửa các lò thông gió, thợng gió và
vận tải của khu lớn do thời gian tồn tại dài.
+ Chất lợng than giảm do quá trình tháo than tại buồng có lẫn đá
vách do vách trực tiếp kém bền vững.
+ Tổn thất than lớn do để lại trụ bảo vệ giữa các buồng và do kích
thớc buồng hạn chế.
+ Không áp dụng đợc khi các vỉa than có tính tự cháy.
2.1.2. Hệ thống khai thác các lỗ khoan đờng kính lớn
Hệ thống khai thác này đợc áp dụng tại Mỹ, CHLB Nga, Trung
Quốc để khai thác các vỉa có chiều dày từ 4,5 ữ 15 m, góc dốc lớn hơn
400. Các lỗ khoan dài đợc khoan từ lò dọc vỉa trên các các phân tầng
có chiều cao 35 ữ 40 m. Chiều dài lỗ khoan và số lỗ khoan phụ thuộc
vào chiều cao tầng và chiều dày vỉa sao cho đạt đợc độ bở rời của than.
Theo phơng của vỉa khoan các lỗ khoan thành d y theo mặt cắt vuông
góc với vỉa cách nhau 2,5 ữ 3,0 m.
Khấu than bằng cách nổ đồng thời hai d y lỗ khoan từ phía buồng
đang khấu, chiều rộng buồng khấu 6,0m.
Ưu điểm của hệ thống khai thác: