Tóm tắt 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

ình nghiên cứu về tối ưu các tham số mỏ hầm lò. Trong đó phải kể đến các công trình nghiên cứu của GS. TS. Trần Văn Huỳnh, TS. Vũ Cao Đàm, GS. TSKH. Lê Như Hùng, TS. Ninh Quang Thành, PGS. TS. Đỗ Mạnh Phong, PGS. TS. Trần Văn Thanh, PGS. TS. Phùng Mạnh Đắc, TS. Thái Hồng Phương, TS. Nguyễn Anh Tuấn Tuy nhiên những công trình nghiên cứu này chủ yếu đề cập tới vấn đề tối ưu các tham số mỏ hầm lò, phục vụ cho thiết kế mỏ hầm lò, mà chưa đi sâu về tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải. Qua phân tích các ưu và nhược điểm của các phương pháp tối ưu cho thấy: Phương pháp mô hình toán - kinh tế có ưu điểm là đánh giá định lượng theo một chuẩn tối ưu: Giá thành thấp nhất, chi phí nhỏ nhất hay lợi nhuận lớn nhất. Vì vậy để giải bài toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải cần phải áp dụng phương pháp mô hình toán - kinh tế. 1.4. Nhận xét Kết quả tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải ở trong và ngoài nước cho thấy, trên thế giới từ lâu các nhà khoa học đã chú trọng vấn đề này và có nhiều công trình nghiên cứu quan trọng. Tuy nhiên, đặc điểm chung của các nghiên cứu này là dựa trên nhiều thông số đầu vào mang tính đặc trưng đối với từng vùng than, hoặc đối với trình độ khoa học kỹ thuật, mức độ cơ giới hóa của từng nước và đặc điểm kinh tế xã hội nước đó ở thời điểm nghiên cứu. Các công trình nghiên cứu trong nước về vấn đề tối ưu hóa các tham số công nghệ khai thác còn tương đối ít và mang tính định hướng chung. Trên cơ sở đánh giá hiện trạng áp dụng công nghệ khai thác đối tượng vỉa than dày, dốc thoải tại vùng than Quảng Ninh, luận văn xác định mục tiêu và định hướng nội dung nghiên cứu như sau: 1. Đề xuất một số sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp đặc điểm điều kiện địa chất các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. 6 2. Xây dựng phương pháp luận tối ưu hóa các tham số trong sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải, gồm: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu theo phương, chiều cao khấu gương và chiều cao hạ trần. 3. Tính toán tối ưu hóa các tham số công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải cho một điều kiện cụ thể vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. Chƣơng 2 ĐỀ XUẤT CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP ĐIỀU KIỆN CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 2.1. Đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ lƣợng các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 2.1.1. Đặc điểm cấu tạo địa tầng chứa than vùng Cẩm Phả Khu vực Cẩm Phả có cấu tạo địa tầng tương đối đơn giản với chiều dày trầm tích gồm từ 2 ÷ 5 vỉa than. Các vỉa than thường có chiều dày lớn và gồm nhiều phân vỉa. Vách trụ vỉa/phân vỉa là các tập đá yếu, kém bền vững như sét kết, sét kết than với chiều dày 0,5 ÷ 5,0 m dễ bị tách chẻ, sập lở. Đặc điểm địa tầng trầm tích được cấu tạo từ các loại hạt thô đến hạt vụn mịn và chia thành 7 nhóm gồm: cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét kết than và than. Xi măng gắn kết chủ yếu là thành phần silic, cacbonat và sét nên khả năng bền vững trong cùng một loại đá cũng có những đặc điểm khác nhau. 2.1.2. Đặc điểm đá vách, đá trụ vỉa than Do đặc điểm trầm tích nhịp điển hình nên đá vách, đá trụ của các vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh thường thuộc loại mềm yếu. Nằm sát vỉa than thường là các tập sét kết than, sét kết màu xám đen, xám, nứt nẻ mạnh, dễ tách chẻ, sập lở, trượt tiếp xúc khi đào lò hoặc khai thác. Chiều dày của tập đá yếu, kém bền vững này thường từ 0,3 ÷ 5,0 m. Nằm kế tiếp tập đá yếu, kém ổn định là tập bột kết màu xám đen, xám, phân lớp mỏng, nứt nẻ mạnh,chiều dày từ 6,0 ÷ 25,0 m. Đây là tập đá dễ sập đổ trong quá trình khai tháclò chợ. Tiếp theo là tập đá trầm tích hạt thô như cát kết, sạn kết, cuội kết, chiềudày từ 20 ÷ 60m, rắn chắc, bền vững, nứt nẻ trung bình đến mạnh. Đây là tập đá khá ổn định khi khai thác than. 2.1.3. Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn Các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh chủ yếu nằm ở vùng đồi núi thấp, hiện nay nhiều khu vực khai thác đã nằm dưới mức thông thủy. Đặc điểm địa chất thủy văn chính của vùng này là nước 7 trong trầm tích chứa than có liên quan chặt chẽ với nước mặt và thay đổi theo mùa: về mùa mưa, lưu lượng nước trong lò lớn gấp 15 ÷ 30 lần so với mùa khô và đạt tới 5000 ÷ 6000 m3/giờ. 2.1.4. Các điều kiện khác Theo “Báo cáo địa chất kết quả công tác thăm dò tỷ mỉ vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” do Đoàn địa chất 9b Liên đoàn 9 - Tổng cục địa chất thành lập được Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản phê chuẩn năm 1980. Có một số nếp uốn lớn như sau: + Nếp lõm Bàng Nâu: Mặt trục nghiêng về phía Nam với độ dốc 75 0  800. Độ dốc hai cánh không cân đối, ở cánh Nam độ dốc thay đổi từ 300 600, trung bình 450  500, sát trên lộ vỉa có chỗ dốc đến 700. + Nếp lõm 360:. Độ dốc vỉa hai cánh thay đổi từ 300 - 400, dần về phía Nam độ dốc vỉa tăng dần lên (450  500). Nếp lõm này kéo dài 100  150m. + Nếp lõm 375: phân bố trên một diên tích khoảng gần 1km2, là một nếp lõm không hoàn chỉnh. + Nếp lồi 480: Đường trục nếp lồi chạy song song với nếp lõm 360 và cắm dốc đứng. Hai cánh nếp lồi có cấu tạo cân đối, dốc khoảng 300 + Nếp lồi 2525: Mặt trục chính có hướng cắm về phía Tây Nam, độ dốc 85 0. Trên các cánh phía Đông và Đông Nam có độ dốc thoải (250  350). + Nếp lõm Cao Sơn: Nếp lõm này có xu hướng phát triển kế tục với nếp lõm Bàng Nâu. + Nếp lồi E18: Nằm ở phía Bắc nếp lõm Cao Sơn, trục chạy theo hướng Tây-Đông. Độ dốc hai cánh không cân xứng. Cánh Nam dốc hơn(350-400). + Nếp lồi Vũ Môn: Độ dốc hai cánh thay đổi, cánh phía Tây dốc 20 0300, cánh phía Đông dốc 300 - 400. - Độ chứa khí: Khu vực chứa than vùng Cẩm phả tồn tại 3 đới khí như sau: Đới Nitơ-Mêtan: chủ yếu phân bố từ bề mặt đến mức +40m. Đới khí Mêtan-Nitơ: chủ yếu phân bố từ mức +40m đến mức -150m. Đới Mêtan: chủ yếu phân bố từ mức -150 trở xuống. Một vài nơi như Cao Sơn, bề mặt của đới Mêtan nổi cao đến mức +50m, ở phía Nam phân khu Đá Mài ở mức -50m và được nâng dần lên mức +50m ở phiá Tây Nam. Các phần đới Mêtan cao hơn, mức -150m thường tạo thành những vòm kín. 8 2.1.5. Tổng hợp trữ lượng khu vực vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả Luận án đã tiến hành đánh giá tổng hợp trữ lượng các khu vực vỉa than dày, dốc thoải tại một số công ty than hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh gồm: Dương Huy, Quang Hanh, Khe Chàm và Mông Dương. Kết quả 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, chiếm 4,9% tổng trữ lượng trong phạm vi đánh giá. Trong đó, tập trung chủ yếu tại Công ty than Khe Chàm, khoảng 16.283 nghìn tấn, chiếm 80,6% trữ lượng vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả và bằng 11,8% tổng trữ lượng mỏ. Tại các công ty than Dương Huy, Quang Hanh và Mông Dương, trữ lượng vỉa than dày, thoải tương đối ít, khoảng 1 - 2 triệu tấn, chiếm 1 - 4% tổng trữ lượng mỏ (hình 2.1). Hình 2.1. Tỷ lệ phân bố trữ lượng vỉa than dày, dốc thoải tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả 2.1.6. Đánh giá tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày, dốc thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại vùng Cẩm Phả Trên cơ sở kinh nghiệm khai thác cơ giới hóa tại các nước trên thế giới cũng như trong nước, đề tài đã tiến hành đánh giá và phân loại các khu vực vỉa than dày, thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh, được xem là có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa phải thỏa mãn đồng thời các tiêu chí như: - Chiều dài theo phương: Lp ≥ 200 m; - Độ biến động về chiều dày vỉa: Vm ≤ 35%; - Độ biến động về góc dốc vỉa: Vα ≤ 35%; - Tỷ lệ đá kẹp trên gương ≤ 10%; - Đá vách thuộc loại ổn định trung bình trở lên; - Trụ vỉa thuộc loại bền vững trung bình trở lên; - Khu vực có kích thước hình chữ nhật, trữ lượng công nghiệp không nhỏ hơn 100.000 tấn và có xem xét đến chiều dày và góc dốc vỉa lớn nhất, nhỏ nhất trong khu vực đánh giá. 9 Hình 2.2. Tỷ lệ phân bố trữ lượng các vỉa than dày, thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác tại vùng Cẩm Phả Đối chiếu với các tiêu chí nêu trên, đề tài đã xác định được trữ lượng các khu vực vỉa than dày thoải vùng Cẩm Phả có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác khoảng 11.733 nghìn tấn. Trong đó, tập trung chủ yếu tại mỏ Khe Chàm với trữ lượng 9.528 nghìn tấn, chiếm 81,2%, tiếp theo là mỏ Dương Huy với trữ lượng 1.265 nghìn tấn, chiếm 10,8%, mỏ Quang Hanh với trữ lượng 940 nghìn tấn, chiếm 8,0% (hình 2.2). 2.2. Đề xuất một số sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp điều kiện vỉa dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh Luận án 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 tại vùng Cẩm Phả. Các khu vực vỉa dày thoải không có khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác có thể áp dụng các sơ đồ công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn. Theo đó, trên cơ sở điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ, 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, bao gồm: + Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần than nóc. + 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 khai thác vỉa dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. Cụ thể: Các loại dàn chống áp dụng phải có kết cấu hạ trần than nóc như: MPV3200 (Séc); VINAALTA 2.0/31.5 (Việt Nam-Séc) hoặc một số loại dàn chống có kết cấu thu hồi than hạ trần của của Trung Quốc như: ZF5600/17/34; ZFS3800/16/28; ZFS5000/17/33B; ZFS5200 /17/33; ZFS5400/17/33; ZFS5600/17/35; ZFS6200/18/35. 10 Máy khấu combai là các loại được sản xuất tại Trung Quốc, Séc và các nước phương Tây như: KCB-475; EDW230/250; SL500; EL600/700; EL1000/3000; MG2x300-GW1; MG2x300-W1; MG2x400-W; MG2x400-GW; MG400/985-WD; MG400/985-GWD; MG400/920-WD; MG500/ 1250-WD; EL3000; 7LS3A; 7LS5; 7LS6; MB-450E, MG-150/375-W. 2.3. Nhận xét 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, 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. + 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 đồng bộ thiết bị cơ giới hóa phù hợp khai thác vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh. Chƣơng 3 XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU 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 ƣu hóa của sơ đồ công nghệ khai thác 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. 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. Trên cơ sở phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ và thông số thiết kế đến hiệu quả áp dụng sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải cho thấy, các tham số cần 11 nghiên cứu tối ưu hóa trong quá trình tính toán thiết kế lò chợ cơ giới hóa khai thác vỉa dày, dốc thoải là: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu và chiều cao khấu gương. 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; công suất động cơ của thiết bị vận tải cao; thời gian thực hiện một chu kỳ khai thác tăng lên; tiến gương chậm dẫn đến các chi phí duy tu, chống xén đường lò chuẩn bị sẽ tăng lên. Chiều dài cột khai thác theo phương càng lớn thì thời gian giãn đoạn sản xuất do chuyển diện và chi phí chuyển diện càng giảm. Tuy nhiên, chiều dài cột khai thác lớn kéo theo 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. Theo kinh nghiệm trên thế giới chiều dài cột khai thác thường không vượt quá 2000m. Một số lò chợ tại Mỹ, Úc, Trung Quốc có chiều dài lò chợ đạt 2000 - 4000m. Chiều cao khấu gương phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật của loại tổ hợp thiết bị lò chợ như kích thước tang cắt, chiều cao chống giữ của vì chống, khả năng thông tải của máng cào. Ở đây luận án đã lựa chọn tổ hợp thiết bị có sẵn. 3.2. Xây dựng phƣơng pháp tổng quát giải bài toán tối ƣu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải Luận án lựa chọn tiêu chuẩn tối ưu để giải bài toán tối ưu hóa bằng mô hình toán - kinh tế là chi phí sản xuất thấp nhất tính trên 1 tấn than nguyên khai, các tham số được đưa vào xem xét là chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu và chiều cao khấu gương.Công thức chung để giải quyết bài toán tối ưu hóa có dạng như sau: (3.1) Trong đó: C - chi phí sản xuất 1 tấn than ra đến cửa lò, 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; Lc - Chiều dài lò chợ cơ giới hóa, m; 12 Lp - Chiều dài cột khai thác (lò chợ) theo phương, m; mk - Chiều cao khấu gương; xác định f(Lc,Lp,mk) - Hàm số tính toán chi phí sản xuất dựa trên Lc, Lp, mk trong khi các yếu tố đầu vào (không liên quan đến Lc, Lp, mk) là không đổi. Luận án đã xây dựng giải thuật để giải phương trình (3.1) bằng sự trợ giúp của máy tính. Theo đó, các biến số Lc, Lp, mk được cho trước miền biến bằng giá trị cực đại và giá trị cực tiểu: Lc = [Lc-min; Lc_max] Lp - [Lc-min; Lp_max] mk = [mk-min; mk_max = mv] Trong đó: mv - chiều dày vỉa than, m. Thuật giải bài toán xây dựng ba vòng lặp, mỗi vòng lặp tương ứng với từng biến số nói trên. Cụ thể như sau: - Biến số chiều cao khấu gương mk xác định; - Với mỗi giá trị biến số mk, thực hiện thay đổi biến số Lp trong miền biến cho trước; - Với mỗi giá trị cặp biến số (mk, Lp) thực hiện thay đổi biến số Lc trong miền biến cho trước. Giả sử biến số mk có n1 giá trị thay đổi, biến số Lp có n2 giá trị thay đổi, biến số Lc có n3 giá trị thay đổi, thì số lần tính toán hàm f(Lc,Lp,mk) là n1 × n2 × n3 lần. Sơ đồ khối thể hiện giải thuật tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa nói trên thể hiện trong hình 3.1. 3.3. Xây dựng phƣơng pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa trên các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác Mô hình toán - kinh tế tính toán chi phí sản xuất than dựa trên các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải thực chất là việc xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất 1 tấn than dựa trên các biến số và hệ số cho trước. Chi phí sản xuất 1 tấn than được tính toán theo công thức sau: ,đồng/tấn. (3.2) Trong đó:Gpx - Giá thành phân xưởng;Cđl - Chi phí đào lò chuẩn bị sản xuất, tính bình quân trong 1 năm;Cvt - Chi phí vận tải than trong 1 năm;Ctg - Chi phí thông gió cho lò chợ trong 1 năm;Ctn - Chi 13 phí thoát nước cho lò chợ trong 1 năm;Cx - Chi phí chống xén lò chợ trong 1 năm;Qnăm - Sản lượng lò chợ trong 1 năm. Giá thành phân xưởng được cấu thành từ 6 yếu tố chi phí chính là: vật liệu (Cvl), động lực (Cđ), tiền lương (Ctl), các loại bảo hiểm (Cbh), khấu hao cơ bản và chi phí khác (Ck): , (3.3) Chi phí vật liệu gồm hai nhóm chi phí chính: - Nhóm chi phí tiêu hao xác định được cho mỗi 1 tấn than nguyên khai, gồm các chi phí theo định mức hiện hành, hoặc tính toán được khi thiết kế sơ đồ công nghệ khai thác (dầu nhũ hóa, nước sạch). - Nhóm chi phí chưa được định mức cho mỗi tấn than nguyên khai, như: vật tư cho thiết bị cơ giới hóa và các chi phí vật tư phục vụ chuyển diện. Các chi phí này chủ yếu phụ thuộc vào số lượng, chủng loại thiết bị và thời gian vận hành trong năm mà không phụ thuộc vào sản lượng lò chợ. Việc tính toán các chi phí này có thể dựa trên cơ sở kinh nghiệm, thống kê từ các lò chợ cơ giới hóa đang hoạt động tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Chi phí động lực là tiêu hao điện năng, được tính toán dựa trên công suất tiêu thụ điện năng của đồng bộ thiết bị cơ giới hóa (ATB) và thời gian hoạt động của thiết bị trong một chu kỳ sản xuất (TTB_ck) và chia cho sản lượng khai thác một chu kỳ (Qck). Chi phí tiền lương được tính bằng đơn giá nhân công cho một ca lao động chia cho năng suất lao động (NSLĐ) của nhân công trực tiếp. Các loại chi phí bảo hiệm được tính theo tỷ lệ từ chi phí tiền lương theo các quy định hiện hành của nhà nước. Chi phí khấu hao cơ bản được tính từ tổng mức đầu tư lò chợ cơ giới hóa, số năm khấu hao thiết bị và sản lượng lò chợ trong năm. Để đơn giản, trong bài toán mô hình hóa, chi phí khấu hao cơ bản có thể được xem xét lấy bằng tổng mức đầu tư thiết bị cơ giới hóa, do các chi phí khác được coi như không ảnh hưởng lớn đến kết quả bài toán. Chi phí khác được lấy bằng 3% tổng các chi phí vật liệu, động lực, tiền lương, bảo hiểm và khấu hao (kinh nghiệm thực tế). Chi phí đào lò được tính dựa trên số mét lò chuẩn bị sản xuất và đơn giá mét lò, có tính đến các yếu tố: phương pháp đào chống, tiết diện đào, độ cứng than, chiều dài đường lò đào độc đạo, v.v... Các chi phí vận tải, thông gió, thoát nước, chống xén được tính toán tương tự dựa trên chiều dài đường lò. 14 Thuật giải bài toán tối ưu hóa các tham số (chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu, chiều cao khấu gương) của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải thể hiện trong Phụ lục của luận án. Hình 3.1. Giải thuật tổng quát giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải 3.4. Nhận xét Trên cơ sở phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố địa chất - kỹ thuật mỏ và thông số thiết kế, luận án đã xác định các tham số cần nghiên cứu tối ưu hóa trong quá trình tính toán thiết kế lò chợ cơ giới hóa khai thác vỉa dày, dốc thoải là: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu và chiều cao khấu gương. Trong đó, vấn đề xác định chiều 15 cao khấu gương tối ưu bằng phương pháp mô hình toán - kinh tế thực tế không khả thi, tuy nhiên luận án sẽ đưa vào thuật giải tính toán để khẳng định luận điểm này. Luận án đã xây dựng phương pháp tổng quát để giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải, dựa trên phương pháp mô hình toán - kinh tế, với phương trình tổng quát có dạng: . Trong đó: C - chi phí sản xuất 1 tấn than ra đến cửa lò; Lc, Lp, mk tương ứng là các tham số cần tối ưu, gồm: chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu và chiều cao khấu gương. Luận án đã xây dựng được sơ đồ khối thể hiện thuật giải bài toán tối ưu hóa. Để tính toán hàm số , luận án đã xây dựng phương pháp tính toán chi phí sản xuất than dựa trên các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác và các hệ số cho trước như: chiều dày vỉa than, góc dốc vỉa, tỷ trọng và độ cứng của than, đặc tính của đồng bộ thiết bị, v.v... Chƣơng 4 NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI HÓA KHAI THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI TẠI MỎ THAN KHE CHÀM III Trữ lượng các vỉa than dày thoải có khả năng áp dụng cơ giới hóa vùng Cẩm Phả tập trung chủ yếu tại mỏ Khe Chàm III (81,2%). Hiện nay mỏ Khe Chàm III đang áp dụng tổ hợp máy khấu có mã hiệu MG-150/375-W, giàn chống ZFY-5000/16/28 và máng cào SGZ- 630/220 - Đặc tính kỹ thuật của máy khấu MG-150/375-W: Chiều dày vỉa 1,8 – 3,2m; Công suất: 2 x 170 Kw; Đường kính tang khấu: 1,6m; Độ sâu cắt: 630mm; Độ dốc <350; Điện áp: 1140kW; Trọng lượng máy: 25 tấn - Đặc tính kỹ thuật của giàn chống ZFY-5000/16/28: Lực chống: 5000KN; Chiều cao thấp nhất: 1600mm; Chiều cao cao nhất: 2800mm 4.1. Xây dựng các điều kiện tính toán 4.1.1. Xác định chi phí thời gian cho từng công việc chính trong chu kỳ khai thác lò chợ 1. Chi phí thời gian cho công tác khấu gương: Tg = Ttk + Tkg Trong đó:Ttk- Thời gian kết thúc công tác tạo khám, phút; Ttk = 16 (2xLtkct)/vct + (1xLtkkt)/vkt, phút; vct- Tốc độ di chuyển có tải của máy khấu, vct = 2,5 m/phút;vkt- Tốc độ di chuyển không tải, vct = 4,0 m/phút;Tkg- thời gian khấu phần gương lò chợ, phút, Tkg = (Lc– Lk)/vct(phút). 2. Chi phí thời gian di chuyển máng cào gương và dàn chống: Tdcd = 2 x v1 + (ndàn - 2) x v2 Trong đó:Tdcd- Chi phí thời gian cho di chuyển giàn, phút; ndàn - Tổng số giàn chống; v1- Tốc độ di chuyển dàn đầu và dàn cuối trong lò chợ, v1 = 10 phút/dàn; v2 - Tốc độ di chuyển các dàn trung gian, v2 =1,5 phút/dàn. 3. Chi phí thời gian cho công tác thu hồi than hạ trần: Tthchân(đầu) = (Tth/Lc) x Lthchân (đầu) x ksc Trong đó:Tth- Chi phí thời gian cho công tác thu hồi toàn bộ chiều dài lò chợ, Tth = 120, phút; Lc- Chiều dài lò chợ; Lthchân (đầu)- Chiều dài đoạn thu hồi phía chân hoặc đầu lò chợ, Lthchân (đầu) = 30 m; ksc- Hệ số tính đến độ trễ do phụ thuộc giữa các công tác di chuyển máng, sang dàn và thu hồi trong đoạn lò chợ thực hiện công tác thu hồi than, ksc = 1,2. 4. Chi phí thời gian xử lý ngã ba lò chợ:Txlnb = 40 (phút/ca). 5. Chi phí thời gian cho công tác di chuyển máng cào lấy theo kinh nghiệm tại các mỏ Khe Chàm, Vàng Danh, Nam Mẫu là: Tcct = 30 (phút). 6. Chi phí thời gian cho công tác giao ca:Tgc = 30 (phút/ca). 7. Chi phí thời gian cho công tác bảo dưỡng thiết bị:Tbd = 150 (phút/ca). 4.1.2. Xác định số luồng khấu tối đa có thể thực hiện trong một ngày đêm của công nghệ cơ giới hóa đề xuất Số luồng khấu tối đa trong một ngày đêm có thể thực hiện được theo mô hình cơ giới hóa trong điều kiện mỏ Khe Chàm III được xác định như sau: Nkht = [Tng.đ - (Tgc + Tbdht)x3]/Tht, (luồng) Trong đó:Nkht- Số luồng khấu có thể thực hiện trong một ngày đêm, luồng;Tng.đ - Thời gian làm việc của lò chợ một ngày đêm;Tgc- Thời gian giao ca, chuẩn bị sản xuất, Tgc = 60 phút/ca; Tbd - Củng cố, bảo dưỡng thiết bị lò chợ hạ trần, Tbd = 150 phút/ca; Tht - Tổng thời gian chi phí cho một luồng khấu, phút, Tht = Tdcd + Tthchân(đầu). 4.1.3. Xác định hệ số hoàn thành chu kỳ khai thác lò chợ Tùy thuộc vào loại hình công nghệ, đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khu vực áp dụng mà hệ số hoàn thành chu kỳ có thể thay đổi lớn hay nhỏ. Đối với các lò chợ cơ giới hóa mỏ Khe Chàm III, hệ số hoàn thành chu kỳ có thể được xác định trên các yếu tố: điều kiện địa chất, ảnh 17 hưởng do trục trặc thiết bị, mất điện, ách tắc hệ thống vận tải. Trên cơ sở đó, luận án đã xây dựng hệ số hoàn thành chu kỳ là: kck = 0,75. 4.1.4. Xác định thời gian chuyển diện khai thác Qua thực tế công tác chuyển diện lò chợ cơ giới hóa tại các công ty than Khe Chàm, Vàng Danh, Nam Mẫu, luận án xác định thời gian một lần chuyển diện lò chợ là 2,0 tháng. Trên cơ sở giải thuật tổng quát và các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa, luận án đã xây dựng phần mềm giải quyết bài toán tối ưu hóa, giao diện phần mềm xem hình 4.1, chi tiết giải thuật của phần mềm được trình bày trong phụ lục của luận án. 4.2. Tối ƣu hóa chiều dài lò chợ khi biết trƣớc chiều dài cột khai thác và chiều cao khấu gƣơng Để giải quyết bài toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ khi biết trước chiều dài cột khai thác và chiều cao khấu gương, bên cạnh các điều kiện tính toán đã xây dựng, các giá trị cho trước khác bao gồm:Chiều dài cột khấu: Lp = 700m; Chiều dài lò chợ tối thiểu: Lc_min = 50m;Chiều dài lò chợ tối đa: Lc_max = 500m; Chiều dày vỉa than: mv = 6,0m; Chiều cao khấu: mk = 3,0m. Kết quả tính toán thể hiện trong đồ thị hình 4.2. Hình 4.1. Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa than dày, dốc thoải 18 Kết quả tính toán cho thấy, khi chiều dài lò chợ thay đổi từ 50 - 500m (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. Giá thành phân xưởng đạt giá trị nhỏ nhất khi Lc = 125m. Tuy nhiên, chi phí trực tiếp sản xuất 1