Luận án Tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

1; MG2x300-W1; MG2x400-W; MG2x400-GW; MG400/985-WD; MG400/985-GWD; MG400/920-WD; MG500/1250-WD; EL3000; 7LS3A; 7LS5; 7LS6. Đối với dàn chống tự hành, hiện nay trong công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc, trên thế giới đang sử dụng 2 loại dàn chống: - Dàn chống trong lò chợ thu hồi than hạ trần bố trí một máng cào (hình 2.5), đây là dàn chống kiểu “che - chống”. Đặc điểm của dàn chống là chỉ bố trí một máng cào trong lò chợ ở vị trí sát gương khấu, máng cào này làm nhiệm vụ vận tải than khấu gương đồng thời vận tải than thu hồi hạ trần. Một số loại dàn chống bố trí một máng cào sử dụng trong lò chợ hạ trần như dàn tự hành Vinaalta (đã sử dụng tại mỏ Vàng Danh và Nam Mẫu), dàn tự hành BMV-MiV (dự kiến áp dụng tại mỏ Thống Nhất). Đặc tính kỹ thuật một số loại dàn chống tự hành bố trí một máng cào trong lò chợ xem bảng 2.4. Dàn tự hành Vinaalta Dàn tự hành BMV-MiV Hình 2.5. Dàn chống tự hành kiểu “che- chống” có kết cấu thu hồi than nóc sử dụng 1 máng cào 53 Bảng 2.4: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có kết cấu kiểu “che - chống” sử dụng một máng cào TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Nước sản xuất CH Séc Slovakia Trung Quốc 1 Mã hiệu - Vinaalta (*) BMV- MiV (*) ZFD 3600/21/28 ZFD 4000/17/30 2 Chiều cao tối đa mm 3150 3200 2800 3000 3 Chiều cao tối thiểu mm 2420 2100 2100 1700 4 Khoảng cách giữa 2 dàn chống liền kề mm 1500 1500 1500 1500 5 Chiều dài dàn mm 3630 3650 3800 5380 6 Bước di chuyển mm 800 800 800 800 7 Số cột của dàn chống cột 2 2 2 4 8 Lực chống tối đa kN 2287 340 3600 4000 9 Cường độ kháng nền MPa 0,61 1,5 0,50,7 0,76 10 Áp suất chất tải MPa 31,5 31,5 31,5 31,5 11 Trọng lượng tấn 12,5 13,2 14 17 12 Số lượng máng cào vận chuyển than chiếc 1 1 1 1 13 Góc dốc lò chợ làm việc hiệu quả độ < 25 < 35 <25 < 25 14 Góc dốc theo hướng khấu độ ±15 ±21 ±15 ±15 15 Máng cào tương thích - SZK730/320 RYBNIK 850 SGZ730/320 SGZ730/320 54 - Dàn chống lò chợ thu hồi than hạ trần bố trí 2 máng cào (hình 2.6). Đây là loại dàn chống kiểu “chống - che” được thiết kế với không gian đủ rộng để bố trí 02 máng cào trong lò chợ, trong đó một máng cào bố trí sát gương làm nhiệm vụ vận tải than khấu gương và máng cào còn lại bố trí sát đuôi dàn chống về phía phá hỏa để vận tải than thu hồi hạ trần. Đặc tính kỹ thuật một số loại dàn chống lò chợ thu hồi than hạ trần bố trí 2 máng cào xem trên bảng 2.5. Dàn tự hành MKYu4V17/30 do LB Nga sản xuất Dàn tự hành ZFS2800/16/28 do Trung Quốc sản xuất Hình 2.6. Dàn chống tự hành kiểu “chống - che” có kết cấu thu hồi than nóc, sử dụng 2 máng cào 55 Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của một số loại dàn tự hành thu hồi than nóc có kết cấu “chống - che” sử dụng hai máng cào TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Nước sản xuất LB.Nga Trung Quốc 1 Mã hiệu - MKYu4 V17/30 ZFS2800 / 16/28 ZFS320 0/15/28 2 Chiều cao tối đa mm 3040 2800 3200 3 Chiều cao tối thiểu mm 1680 1600 1500 4 Khoảng cách giữa 2 dàn chống liền kề mm 1500 1500 1500 5 Chiều dài dàn mm 3650 5500 5000 6 Bước di chuyển mm 630, 800 800 630 7 Số cột của dàn chống cột 2 4 2 8 Lực chống tối đa kN 4920 5600 4000 9 Cường độ kháng nền MPa 1,86 2,1 1,43 10 Áp suất chất tải MPa 31,5 31,5 31,5 11 Trọng lượng tấn 18,5 16,5 16 12 Số lượng máng cào vận chuyển than chiế c 2 2 2 13 Góc dốc lò chợ làm việc hiệu quả độ <15 <15 < 15 Mỗi loại dàn chống trên có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào điều kiện áp dụng. Đề tài đã tiến hành phân tích, so sánh ưu nhược điểm của hai loại dàn chống này (chi tiết xem trên bảng 2.6). 56 Bảng 2.6: Bảng so sánh ưu, nhược điểm các loại dàn chống tự hành T T Các tiêu chí so sánh Loại dàn chống Dàn chống kiểu “che - chống” sử dụng 1 máng cào Dàn chống kiểu “chống - che” sử dụng 2 máng cào 1 Không gian chống giữ Không gian chống giữ nhỏ hơn loại dàn chống 2 máng cào Không gian chống giữ lớn hơn loại dàn chống 1 máng cào 2 Kích thước dàn chống Kích thước nhỏ gọn hơn, chiều dài dàn chống khoảng 3,6 m, trọng lượng dàn chống phổ biến từ 12  14 tấn Dàn chống có kích thước lớn, chiều dài theo phương khai thác của dàn chống khoảng 5 m, trọng lượng dàn lớn, phổ biến từ 16  19 tấn. 3 Áp lực mỏ tác dụng lên dàn chống Do chiều dài xà dàn chống nhỏ hơn nên áp lực mỏ tác dụng lên một dàn chống nhỏ hơn so với dàn chống 2 máng cào Áp lực mỏ tác dụng lên dàn chống 2 máng cào lớn hơn do chiều dài dàn chống lớn 4 Mức độ linh hoạt của dàn chống Linh hoạt hơn, dễ xử lý khi gặp điều kiện địa chất biến động. Chi phí lắp đặt và thu hồi dàn chống khi chuyển diện nhỏ hơn Kém linh hoạt hơn, khi gặp điều kiện địa chất biến động việc xử lý phức tạp do kích thước và trọng lượng dàn chống lớn. Chi 57 phí tháo dỡ và lắp đặt dàn chống khi chuyển diện lớn 5 Công tác thu hồi than hạ trần - Công tác khấu gương và thu hồi than hạ trần thực hiện độc lập nên giới hạn công suất lò chợ - Cửa sổ thu hồi cao nên phát sinh nhiều bụi khi thu hồi than hạ trần - Có thể thực hiện công tác khấu gương và thu hồi than đồng thời nên tăng sản lượng khai thác - Hạn chế bụi phát sinh trong quá trình thu hồi than hạ trần 6 Khả năng sửa chữa, thay thế máng cào khi hỏng Việc sửa chữa khắc phục sự cố trong trường hợp máng cào trước gương hỏng sẽ đơn giản, thuận lợi Khi máng cào thu hồi than hạ trần bị hỏng, việc sửa chữa thay thế rất khó khăn do không gian phía sau các cột chống chật hẹp. 7 Chi phí đầu tư ban đầu Nhỏ hơn Lớn hơn 8 Yêu cầu về điều kiện áp dụng Yêu cầu về kích thước ruộng mỏ nhỏ hơn so với trường hợp sử dụng dàn chống có 2 máng cào Yêu cầu kích thước ruộng mỏ phải lớn và sự ổn định của vỉa than Từ kết quả phân tích, so sánh ưu, nhược điểm của các loại dàn chống theo bảng 2.6 cho thấy: + Với loại dàn chống sử dụng một máng cào: Loại dàn chống này có nhiều ưu điểm hơn so với dàn chống 2 máng cào như: kết cấu dàn chống nhỏ gọn hơn, trọng lượng không quá lớn, không gian chống giữ nhỏ giảm được áp 58 lực tác động lên mỗi dàn chống, công tác lắp đặt thu hồi và bão dưỡng sữa chữa thuận lợi hơn, chi phí đầu tư thấp hơn. Với những ưu điểm này cho thấy dàn chống sử dụng một máng cào phù hợp với điều kiện địa chất mỏ vùng Cẩm Phả, có kích thước theo phương của các lò chợ không lớn (phải chuyển diện nhiều lần). + Đối với loại dàn chống có 2 máng cào: Loại dàn chống này có ưu điểm khả năng thu hồi than triệt để, giảm tổn thất than. Tuy nhiên với kích thước và trọng lượng dàn chống lớn, khối lượng công tác vận chuyển và lắp đặt rất nhiều nên chỉ phù hợp với những lò chợ có kích thước theo phương lớn đảm bảo khai thác liên tục trong thời gian dài không phải chuyển diện. Việc quy hoạch các lò chợ cơ giới hóa có kích thước đường phương đủ lớn để khai thác lò chợ liên tục trong nhiều năm ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh là yêu cầu khó đáp ứng được. 2.4. KẾT LUẬN Kết quả tổng hợp trữ lượng và đánh giá điều kiện địa chất kỹ thuật tại một số mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả cho thấy, trữ lượng các khu vực vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả khoảng 20.212 nghìn tấn. Trong đó, trữ lượng có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác khoảng 11.733,0 ngàn tấn. Trên cơ sở điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ và tổng quan kinh nghiệm khai thác ở trong và ngoài nước, luận án đã đề xuất một số sơ đồ công nghệ cơ giới hóa đồng bộ khai thác các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh, gồm: + Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần than nóc. 59 + Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác chia lớp nghiêng, hạ trần thu hồi than lớp giữa. Đồng thời, luận án đã phân tích và đề xuất một số đồng bộ thiết bị cơ giới hóa phù hợp điều kiện khac thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. 60 Chương 3 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 3.1. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CẦN TỐI ƯU HÓA CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC Trong chương 2, luận án đã tập trung nghiên cứu đề xuất một số sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác phù hợp cho các khu vực vỉa dày thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại vùng Cẩm Phả. Trên cơ sở đó, ở chương này, luận án giới hạn đối tượng, phạm vi nghiên cứu là các sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác đã đề xuất. Hiệu quả áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải chịu ảnh hưởng của tổ hợp rất nhiều các yếu tố, bao gồm chủ quan lẫn khách quan. Trong đó, các yếu tố khách quan là các điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ như chiều dày vỉa và mức độ biến động chiều dày; góc dốc vỉa và mức độ biến động góc dốc; đặc điểm đá vách, đá trụ vỉa than; cấu tạo vỉa than và độ kiên cố của than; các yếu tố kiến tạo; giới hạn khai trường; đặc điểm chứa khí của vỉa than; đặc điểm địa chất thủy văn, v.v... Các yếu tố khách quan quy định giới hạn hiệu quả áp dụng công nghệ, khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác vỉa than và quyết định việc lựa chọn áp dụng công nghệ khai thác. Các yếu tố chủ quan bao gồm: lựa chọn công nghệ và đồng bộ thiết bị; tính toán xây dựng các tham số thiết kế sơ đồ công nghệ khai thác; vấn đề tổ chức sản xuất; trình độ kỹ thuật của người lao động, v.v... Giải quyết bài toán liên quan đến các yếu tố chủ quan cho phép nâng cao hiệu quả áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác. Luận án sẽ tiến hành phân tích ảnh hưởng 61 của các yếu tố chủ yếu nêu trên đến hiệu quả áp dụng ông nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải. 3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ đến hiệu quả áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác 1. Yếu tố chiều dày vỉa và mức độ biến động chiều dày Chiều dày vỉa và mức độ biến động chiều dày quyết định việc lựa chọn sơ đồ công nghệ khai thác và đồng bộ thiết bị. Với miền chiều dày vỉa từ 3,5 - 5,0m, công nghệ phù hợp trên thế giới là khai thác một lớp khấu hết chiều dày vỉa. Với miền chiều dày từ 3,5 - 8,5m phù hợp áp dụng công nghệ khai thác lò chợ lớp trụ, hạ trần thu hồi than nóc. Trương hợp vỉa than dày trên 8,5m phù hợp áp dụng công nghệ khai thác chia lớp nghiêng. Việc lựa chọn công nghệ và đồng bộ thiết bị hợp lý với từng miền chiều dày vỉa sẽ quyết định hiệu quả áp dụng công nghệ. Ngoài ra, đối với mỗi loại hình công nghệ cơ giới hóa được lựa chọn cho từng điều kiện vỉa than cụ thể, về nguyên tắc, chiều dày vỉa càng lớn thì sản lượng một chu kỳ khai thác càng lớn, do đó hiệu quả áp dụng công nghệ càng tăng. Mức độ ổn định về chiều dày vỉa (Vm) lớn đòi hỏi đồng bộ thiết bị khai thác (chống giữ và khấu gương) phải có miền làm việc rộng. Trong khi đó, các loại dàn chống có cột chống thủy lực nhiều cấp hành trình cho phép phạm vi hoạt động trong miền chiều dày vỉa rộng, nhưng lại thường có khả năng chông giữ kém hơn và giá thành cao hơn các loại dàn chống một hành trình (phạm vi hoạt động hẹp). Do đó, các sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác thường làm việc hiệu quả hơn trong phạm vi vỉa than có mức độ biến động chiều dày thuộc loại ổn định đến ổn định trung bình (Vm ≤ 35%). 2. Yếu tố góc dốc vỉa và mức độ biến động góc dốc Góc dốc và mức độ biến động góc dốc vỉa là một yếu tố quan trọng 62 trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị và công nghệ khai thác. Khi chiều dày và góc dốc vượt giới hạn làm việc của thiết bị sẽ gây ra hiện tượng trôi trượt dẫn đến mất kiểm soát khả năng công nghệ cũng như mức độ an toàn. Trên cơ sở kinh nghiệm khai thác tại Việt Nam và một số nước có nền công nghiệp mỏ phát triển trên thế giới cho thấy, điều kiện thuận lợi nhất để sử dụng thiết bị cơ giới là các vỉa có góc dốc từ 0 ÷ 150, khi đó trọng lượng không ảnh hưởng nhiều tới việc lựa chọn kết cấu của thiết bị, do đó có thể tiến hành khấu theo phương, khấu xuôi theo chiều dốc hoặc ngược chiều dốc vỉa. Biến động góc dốc (Vα) lớn đòi hỏi thiết bị khai thác phải có tính linh hoạt cao. Các sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác phù hợp trong phạm vi vỉa than có mức độ biến động chiều dày và góc dốc thuộc loại ổn định đến ổn định trung bình (Vα ≤ 35%). 3. Độ ổn định của đá vách, đá trụ vỉa Sự phức tạp về yếu tố đá vách, đá trụ vỉa được đặc trưng bởi tính chất bền vững của nham thạch. Độ bền vững của vách vỉa được xác định bởi diện tích mặt lộ của đá vách khi khấu than và thời gian duy trì ổn định không sập đổ. Vách vỉa quá bền vững không sập đổ sau khi thực hiện các công tác điều khiển đá vách mà treo với diện tích lộ lớn, hoặc vách vỉa quá yếu, sập đổ ngay sau khi khấu than, đều là các yếu tố bất lợi cho công tác khai thác, đòi hỏi phải có các giải pháp công nghệ đặc biệt. Đối với đá trụ vỉa được xác định bởi khả năng kháng lún của nền lò đối với vì chống. Trường hợp đá trụ vỉa thuộc loại kém bền vững làm cho các cột chống bị lún xuống nền trong quá trình chống đỡ được coi là phức tạp. Hiệu quả của công nghệ khai thác phụ thuộc rất nhiều vào tính chất đất đá vách và trụ vỉa, khi vách trực tiếp của vỉa kém bền vững phải giảm chiều rộng luồng khấu, giảm chiều dài lò chợ, điều đó làm giảm năng suất của thiết bị. 63 Trong điều kiện vách yếu, để tăng độ an toàn thường phải để lại lớp than sát vách có chiều dày 0,3 ÷ 0,5 m, trong trường hợp đặc biệt có thể là 1,0 m hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, khi để lại lớp than sát vách vỉa sẽ làm tăng tổn thất than, tiềm ẩn nguy cơ cháy mỏ khi khai thác các vỉa than có tính tự cháy. Trong các hệ thống khai thác cột dài theo phương, mức độ ảnh hưởng của độ ổn định đá vách, đá trụ chủ yếu liên quan đến sự làm việc ổn định của dây chuyền, khi trụ mềm yếu nền lò thường bị lún gây khó khăn cho công tác sang máng cào và di chuyển dàn chống. 4. Tính chất bền vững của than Trong các tính toán thông số cơ bản của hộ chiếu chống giữ và phương pháp khấu than thường sử dụng giá trị trung bình hệ số bền vững và khả năng kháng cắt của than, giá trị này phụ thuộc đặc tính cơ bản của vỉa than. Lực cản cắt của than (Ā) là một chỉ tiêu quan trọng để lựa chọn máy khấu than. Theo phương pháp khoan trực tiếp vào vỉa than và dùng máy ghi tự động để mô tả thì lực cản cắt được phân ra làm 3 loại: Loại I: Ā = 180 KN/cm - than mềm; Loại II: Ā = 180 ÷ 240 KN/cm - than cứng trung bình; Loại III: Ā = 240 ÷ 360 KN/cm - than cứng. Máy khấu than thường có lực kháng cắt than dưới 300 KN/cm nên khi lựa chọn các khu vực áp dụng cần thoả mãn điều kiện than và đá kẹp có lực kháng cắt < 300 KN/cm. Lực kháng cắt lớn sẽ làm giảm hiệu quả của thiết bị, tăng chi phí răng cắt và làm giảm đáng kể độ bền của máy khấu. 5. Yếu tố đá kẹp Đá kẹp và các dạng đá ổ cứng trong vỉa than ảnh hưởng tới chất lượng than khai thác, hiệu quả khai thác và năng suất lao động. Khi áp dụng cơ giới hoá, đá kẹp ảnh hưởng lớn tới hiệu quả khấu than và độ bền của thiết bị cơ giới hóa khấu gương. 64 Theo đánh giá điều kiện địa chất cho thấy, các khu vực vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh thường chứa đá kép với tỉ lệ 10 ÷ 20 % đây là phạm vi có thể gây khó khăn cho khai thác cơ giới hoá. Khi vỉa than có chứa đá kẹp với tỉ lệ lớn thì cơ giới hóa khấu than bằng máy khấu than sẽ phù hợp hơn là sử dụng máy bào than. 6. Yếu tố kiến tạo Sự phức tạp về kiến tạo địa chất đặc trưng bởi hình dạng hình học khu khai thác có thể phân chia được trong các khối kiến tạo, trụ than để lại gần các phay phá, kích thước theo phương của khu vực khai thác. Nếu vỉa than bị chia cắt bởi nhiều đứt gãy có biên độ lớn (> 15 m) thì khoáng sàng than nằm trong các khối kiến tạo cũng có hình dạng phức tạp và khi phân chia các khu khai thác sẽ tạo thành các tam giác than gần phay phá. Do đó trữ lượng than phải để lại trong các tam giác than này và biên giới gần phay phá là rất lớn. Chiều dài theo phương các khối kiến tạo không lớn là yếu tố làm hạn chế khả năng áp dụng các sơ đồ công nghệ khai thác cũng như áp dụng các thiết bị cơ giới khấu than với công suất lớn. Theo kinh nghiệm thực tế, các khối kiến tạo có kích thước nhỏ hơn 100 m có thể được coi là phức tạp theo yếu tố kích thước hình học đối với công nghệ thủ công sử dụng khoan nổ mìn và nhỏ hơn 200m được coi là phức tạp đối với công nghệ cơ giới hoá trong các lò chợ dài. Kiến tạo vỉa phức tạp, có nhiều phay phá đứt gãy làm giảm độ ổn định của đá vách và tính chất bền vững của than trong vỉa. Trong các điều kiện như vậy các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được của công nghệ cơ giới hóa không hơn so với các công nghệ khai thác khác. Biên độ dịch chuyển và số lượng các đứt gãy kiến tạo ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả áp dụng của công nghệ cơ giới hóa. Đối với những đứt gãy kiến tạo có biên độ dịch chuyển lớn hơn 0,3 ÷ 0,5 mét trong quá trình khai thác cần 65 phải có các giải pháp đặc biệt để khai thác vượt qua các đứt gãy, phay phá. Mức độ phá hủy kiến tạo được xác định trên cơ sở tổng số mét phay phá trên 1 đơn vị diện tích, căn cứ giá trị này khoáng sàng được chia thành 4 loại như sau: Loại 1: K1 < 50 m/ha - phá huỷ yếu, gây tổn thất than 5 ÷ 12 %; Loại 2: K1 = 50 ÷ 150 m/ha - phá huỷ tương đối mạnh, gây tổn thất than 12 ÷ 18 %; Loại 3: K1 =150 ÷ 250 m/ha - phá huỷ mạnh, gây tổn thất than 18 ÷ 30%; Loại 4: K1 > 250 m/ha - phá huỷ rất mạnh, gây tổn thất than > 30 %. Các khu vực áp dụng cơ giới hóa chỉ đáp ứng tốt tại khoáng sàng có mức độ phá hủy yếu. 7. Độ chứa khí của vỉa than Một trong những vấn đề quan trọng cần quan tâm khi áp dụng hệ thống khai thác cơ giới hóa là thông gió và phòng chống cháy nổ bụi, khí. Khi khai thác bằng cơ giới ở các vỉa chứa khí vấn đề thông gió càng phức tạp hơn do lượng khí thoát từ than khấu và bề mặt gương lò lớn. Đối với các khu vực vỉa than có độ chứa (xuất) khí mê tan lớn, để phòng chống khí trong gương khai thác phải đưa vào mỏ lượng lớn gió sạch, các khu khai thác được thông gió bằng phương pháp đặc biệt, điều đó xác định sơ đồ chuẩn bị ruộng mỏ. Tuy nhiên, mặc dù có áp dụng các sơ đồ chuẩn bị ruộng mỏ đặc biệt và các thiết bị thông gió có công suất lớn, nhưng đối với các mỏ chứa khí hạng III trở lên hiệu quả và độ an toàn của các hệ thống khai thác cơ giới hóa giảm rõ rệt. Điều này đã được kiểm nghiệm thực tế trong năm 2009 với lò chợ cơ giới hóa tại vỉa 13 Công ty than Khe Chàm, do lượng khí Mêtan xuất ra lớn (độ thoát khí mêtan tương đối lớn nhất 12,56 m3/tấn- ngày.đêm) lò chợ chỉ dừng lại ở công suất 600 ÷ 700 T/ngày.đêm trong khi hoàn toàn có thể khai thác với sản lượng tới 1200 T/ngày.đêm (công suất giảm tới 40 ÷ 50%), làm giảm rõ rệt hiệu quả của công tác khai thác. 66 8. Yếu tố hình dạng và kích thước khai trường Việc lựa chọn kích thước hình học khu vực áp dụng hợp lý sẽ quyết định đến hiệu quả áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác. Giới hạn khu vực áp dụng được lựa chọn và phân chia hợp lý để tạo ra các khu vực lò chợ có dạng hình chữ nhật với chiều dài theo phương và theo độ dốc ổn định. Chiều dài gương khai thác sử dụng cơ giới hóa cần lựa chọn sao cho phù hợp với phương pháp khấu than, thuận lợi về điều khiển đá vách, tốc độ tiến gương, trình độ tổ chức công việc, v.v. Đối với các khu vực được đánh giá có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa đồng bộ, báo cáo sẽ quy hoạch lò chợ cơ giới hóa theo dạng hình chữ nhật, có chiều dài lò chợ theo hướng dốc từ 80 ÷ 150m và chiều dài theo phương khai thác lớn hơn từ 2,5 ÷ 3 lần chiều dài theo hướng dốc lò chợ nhằm tăng thời gian tồn tại và giảm thời gian chuyển diện khai thác. Phương pháp khai thông chuẩn bị được tiến hành bằng cách chia nhỏ khu vực áp dụng (nhưng vẫn đảm bảo kích thước tối thiểu lò chợ như trên) sao cho các đường lò dọc vỉa thông gió và dọc vỉa vận tải được đào thẳng hướng và lò chợ có dạng gần giống hình chữ nhật. Hoặc khai thông chuẩn bị bằng phương pháp đào các đường lò dọc vỉa vận tải và lò dọc vỉa thông gió lò chợ dạng bán xiên. Trong trường hợp này, các đường lò bán xiên được đào với độ dốc không vượt quá giới hạn làm việc của thiết bị cơ giới hóa lựa chọn (thường không quá 150). Ngoài ra, việc khống chế độ dốc các đường lò đảm bảo các yêu cầu thông gió, thoát nước theo quy phạm cũng là vấn đề cần được lưu tâm. 67 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số thiết kế công nghệ cơ giới hóa khai thác đến hiệu quả áp dụng công nghệ 1. Chiều dài lò chợ Về nguyên tắc, chiều dài lò chợ càng lớn thì sản lượng than một chu kỳ khai thác càng lớn, cho phép tập trung hóa sản xuất cao do đó nâng cao công suất lò chợ, đồng thời giúp giảm các chi phí chuẩn bị diện khai thác. Tuy nhiên chiều dài lò chợ cơ giới hóa tăng lên cũng ảnh hưởng xấu đến một số chỉ tiêu như: chi phí đầu tư thiết bị chống giữ lò chợ lớn (do tăng số lượng dàn chống), thời gian thực hiện một chu kỳ khai thác tăng lên, tốc độ tiến gương giảm dẫn đến chi phí duy tu, chống xén trên mỗi mét đường lò chuẩn bị sẽ tăng lên. Ngoài ra, chiều dài lò chợ lớn làm tăng nguy cơ ách tắc sản xuất khi một vị trí trên tuyến gương lò chợ gặp sự cố. Do đó, xét về cả khía cạnh kinh tế cũng như kỹ thuật, chiều dài lò chợ quá lớn không hoàn toàn đem lại hiệu quả kinh tế cao. 200.000 220.000 240.000 260.000 280.000 300.000 320.000 340.000 360.000 380.000 400.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 500.000 550.000 600.000 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 C ôn g su ất lò c hợ , T /n ăm G iá t hà nh , đ ồn g Chiều dài lò chợ, m Giá thành phân xưởng Chi phí khai thác Công suất lò chợ, T/năm Hình 3.1. Mối quan hệ giữa chiều dài lò chợ với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than 68 Hình 3.1 thể hiện kết quả nghiên cứu trên mô hình toán - kinh tế mối quan hệ giữa chiều dài lò chợ với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than. Trong đó, chi phí sản xuất than bao gồm giá thành phân xưởng và các chi phí đào lò chuẩn bị sản xuất, chi phí vận tải than từ chân lò chợ đến hệ thống vận tải chung của mỏ, chi phí thông gió và kiểm soát khí mỏ, chi phí thoát nước mỏ, chi phí xén lò. Từ hình 3.1 cho thấy, khi chiều dài lò chợ thay đổi từ 50 - 300m (các yếu tố khác là không đổi), công suất lò chợ tăng dần. Tuy nhiên, giá thành phân xưởng và chi phí sản xuất thay đổi theo dạng đường cong parabol, có đáy thấp nhất trong khoảng giá trị chiều dài lò chợ từ 150 - 200m (giá thành phân xưởng đạt giá trị nhỏ nhất khi Lc = 150m; chi phí sản xuất đạt giá trị nhỏ nhất khi Lc = 200m). Khi chiều dài lò chợ lớn hơn 200m thì các chi phí này có xu hướng tăng lên. 2. Chiều dài cột khai thác Việc xác định chiều dài công khấu hợp lý là một trong những tham số quan trọng của bài toán tối ưu hóa. Chiều dài cột khai thác theo phương càng dài thì thời gian gián đoạn sản xuất do chuyển diện và chi phí chuyển diện càng giảm. Tuy nhiên, chiều dài cột khai thác lớn, việc thi công các đường lò chuẩn bị sẽ càng khó khăn, các chi phí thông gió, vận tải đất đá từ gương đào ra ngoài và vận tải nguyên vật liệu vào gương tăng lên khiến chi phí đào lò tăng cao. Đồng thời, các chi phí duy tu, bảo dưỡng đường lò, chi phí vận tải, thông gió, thoát nước, cấp cấp điện, vận chuyển nguyên vật liệu trong quá trình khai thác v.v.. sẽ tăng lên tỷ lệ thuận với chiều dài cột khai thác. Theo kinh nghiệm trên thế giới chiều dài cột khai thác thường không vượt quá 2,0km. Một số lò chợ tại Mỹ, Úc, Trung Quốc có chiều dài lò chợ đạt 2,0 - 4,0km. 69 Hình 3.2 thể hiện kết quả nghiên cứu trên mô hình toán - kinh tế mối quan hệ giữa chiều dài cột khai thác với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than. - 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 - 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 100 250 400 550 700 850 1000 1150 1300 1450 1600 C ô n g s u ấ t lò c h ợ , T /n ă m G iá t h à n h , đ ồ n g Chiều dài cột khấu, m Giá thành phân xưởng Chi phí khai thác Công suất lò chợ, T/năm Hình 3.2. Mối quan hệ giữa chiều dài cột khai thác theo phương với công suất khai thác, giá thành phân xưởng, chi phí sản xuất than Từ hình 3.2 cho thấy, khi chiều dài cột khai thác tăng từ 100m lên 400m, sản lượng lò chợ tăng lên rất nhanh, đồng thời giá thành phân xưởng cũng như chi phí sản xuất than giảm mạnh. Điều này được lý giải do khi chiều dài cột khai thác rất ngắn, số lần chuyển diện và thời gian chuyển diện trong năm lớn, ảnh hưởng lớn đến thời gian lò chợ hoạt động trong năm khiến sản lượng lò chợ trong năm khai thác thấp, đồng thời chi phí chuyển diện