tom tat luan an tien si.pdf
TRANSCRIPT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-----------------------------------
BÙI ĐÌNH THANH
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
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 62.52.06.03
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2016
Công trình hoàn thành tại: Bộ môn khai thác hầm lò
Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TSKH. Lê Như Hùng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Phản biện 1: PGS.TS. Đặng Vũ Chí
Phản biện 2: PGS.TS. Phùng Mạnh Đắc
Phản biện 3: TS. Nguyễn Khắc Thọ
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường,
họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phường Đức Thắng, Quận
Bắc Từ Liêm, Hà Nội vào hồi ....... giờ ....... ngày ....... tháng .......
năm 2016.
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia Hà Nội, hoặc Thư viện
trường Đại học Mỏ - Địa chất
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay khai thác than hầm lò chiếm tỷ trọng lớn của ngành than
Việt Nam (chiếm 60% sản lượng toàn ngành) và trong những năm tới
sẽ còn chiếm ỷ trọng cao hơn vì khai thác bằng phương pháp lộ thiên
không còn hiệu quả khi khai thác xuống sâu. Do đó, để đạt được mục
tiêu sản lượng theo kế hoạch, nhất thiết phải đổi mới công nghệ khai
thác than hầm lò theo hướng áp dụng các loại hình công nghệ cơ giới
hóa các khâu sản xuất, đáp ứng các tiêu chí như: công suất khai thác
lớn; an toàn; trình độ công nghệ và thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao
động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập
trung, tự động hóa... yêu cầu đòi hỏi triển khai các nghiên cứu, phân
tích, đề xuất, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp,
tạo cơ sở phát triển cơ giới hóa và hiện đại hóa các mỏ than.
Vùng than Cẩm Phả - Quang Ninh là một trong những khoáng sàng
than lớn, hàng năm đóng góp phần lớn trong tổng sản lượng than cả
nước. Các vỉa than dày, góc dốc thoải là đối tượng phổ biến tại vùng
than này. Hiện nay, để khai thác các vỉa than này, các mỏ chủ yếu áp
dụng một số công nghệ khai thác gồm: Công nghệ khai thác cột dài
theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu hồi
than nóc; Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp trụ,
hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu
lớp vách, lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp giữa. Tuy
nhiên, sản lượng lò chợ còn thấp, năng suất lao động chưa cao. Đặc
biệt, công tác thiết kế, quy hoạch các lò chợ chưa có cơ sở tính toán lựa
chọn các tham số công nghệ tối ưu, do đó chưa phát huy tối đa hiệu
quả áp dụng công nghệ. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu “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” với mục tiêu nâng cao hiệu quả
khai thác than là rất cần thiết và có ý nghĩa thiết thực để thực hiện kế
hoạch phát triển sản lượng ngành than.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ
công nghệ lựa chọn khai thác các vỉa than dày, dốc thoải vùng Cẩm
Phả - Quảng Ninh nhằm nâng cao hiệu quả khai thác.
2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tham số của một số sơ đồ
công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là một số sơ đồ công nghệ khai
thác vỉa than dày, dốc thoải phù hợp điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ
vùng Cẩm Phả - Quang Ninh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu điều kiện địa chất và điều kiện các khoáng sàng hầm
lò theo điều kiện cơ giới hóa khai thác.
- Phân tích, đánh giá điều kiện trang thiết bị, khả năng cơ giới hóa của
các mỏ hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam.
- Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các tham số của một số sơ đồ
công nghệ dốc thoải lựa chọn cho điều kiện vùng Cẩm Phả - Quang Ninh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để thực hiện luận án là:
- Phương pháp tổng hợp; phương pháp kế thừa; phương pháp
thống kê và phương pháp đồ thị; mô hình hóa toán - kinh tế.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: xây dựng được phương pháp luận
tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc
thoải với chi phí sản xuất thấp nhất trên mỗi tấn than nguyên khai.
6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần xác
định giá trị cụ thể của các tham số trong sơ đồ công nghệ khai thác
theo điều kiện vỉa và công nghệ áp dụng, giúp Tập đoàn Công nghiệp
Than - Khoáng sản Việt Nam lựa chọn các giải pháp chuẩn bị ruộng
mỏ hợp lý để cơ giới hóa ở các mỏ than hầm lò vùng Cẩm Phả -
Quảng Ninh nhằm phát triển bền vững, khai thác than có hiệu quả
vùng Quảng Ninh.
7. Điểm mới của luận án
7.1. Xây dựng thuật giải bài toán tối ưu hóa các tham số sơ đồ
công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh.
7.2. Kết quả chạy máy tính đã cho phép đề xuất giá trị tối ưu các
tham số của một số sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày dốc thoải tại
mỏ Khe chàm III vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh.
8. Những luận điểm bảo vệ
8.1. Chi phí sản xuất phụ thuộc vào các tham số như: chiều dài lò chợ
và chiều dài cột khấu: khi chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu tăng lên
3
đến một giá trị nhất định, chi phí sản xuất than là thấp nhất, sau đó nếu
tiếp tục tăng giá trị các tham số này, chi phí sản xuất sẽ tăng lên.
8.2. Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III, với điều kiện địa chất vỉa
và công nghệ đang áp dụng, đề tài xác định chiều dài lò chợ cơ giới
hóa tối ưu là 200m với chiều dài cột khấu tối ưu là 500m.
8.3. Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công
nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ nhất không hoàn toàn tương ứng
với chi phí sản xuất nhỏ nhất do trong trường hợp chi phí đào lò chuẩn bị
tính trên mỗi tấn than cao hơn so với trường hợp đạt kết quả tối ưu.
8.4. Hệ số hoàn thành chu kỳ Kck = 0,75
9. Cấu trúc cảu luận án
Nội dung của luận án gồm 4 chương, các phần mở đầu và kết luận,
phụ lục, được trình bày trong 133 trang đánh máy, nhiều bảng biểu và
hình vẽ minh họa, tham khảo nhiều tài liệu trong và ngoài nước.
10. Các ấn phẩm đã công bố
Theo hướng nghiên cứu của luận án đã công bố 8 công trình đăng
trong các tạp chí chuyên ngành, hội nghị khoa học trong và ngoài nước.
Chƣơng1
TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI
THÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ CÁC KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HÓA CÁC THAM SỐ CỦA SƠ ĐỒ
CÔNG NGHỆ KHAI THÁC
1.1. Hiện trạng áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải
tại vùng than Quảng Ninh
Các công nghệ khai thác vỉa than dày, dốc thoải hiện đang được áp
dụng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh gồm: Công nghệ khai thác cột
dài theo phương, khấu lớp trụ bằng khoan nổ mìn thủ công, hạ trần thu
hồi than nóc; Công nghệ khai thác cơ giới hóa đồng bộ, khấu than lớp
trụ, hạ trần thu hồi than nóc; Công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, khấu
lớp vách, lớp trụ bằng khoan nổ mìn, hạ trần thu hồi than lớp giữa.
Thực tế sản xuất cho thấy, sản lượng than từ các lò chợ khai thác vỉa
dày thoải thường lớn hơn 1,5 ÷ 2 lần so với lò chợ khai thác vỉa dày
trung bình trong cùng các điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ khác. Tuy
nhiên, sản lượng các lò chợ còn thấp (chỉ từ 120 ÷ 180 ngàn tấn/năm),
năng suất lao động chưa cao (từ 2 ÷ 6 tấn/công-ca).
Đồng thời, các công nghệ khai thác truyền thống bằng khoan nổ mìn
thủ công đã đạt đến giới hạn về công suất và năng suất. Để đáp ứng nhu
4
cầu gia tăng sản lượng và phát triển bền vững ngành than, việc nghiên cứu
thay đổi công nghệ khai thác theo hướng cơ giới hóa là xu hướng tất yếu.
1.2. Kinh nghiệm áp dụng công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải
ở nƣớc ngoài
Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy, để khai thác vỉa than dày, dốc
thoải, có hai loại hình hệ thống khai thác chủ yếu là: khai thác chia
lớp nghiêng và khai thác lò chợ trụ hạ trần than nóc.
Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng có ưu điểm là mức độ tổn thất
than nhỏ, tuy nhiên hệ thống khai thác này lại tồn tại một số nhược điểm
như: chi phí đào lò chuẩn bị lớn; gặp khó khăn trong việc duy trì ổn định
lớp khấu đặc biệt trong trường hợp chiều dày vỉa biến động lớn.
Tại các bể than Karagandinsk và Kuznhetsk của LB Nga đã áp dụng
hệ thống khai thác chia lớp nghiêng để khai thác các vỉa than dày đến
12m, sử dụng các dàn chống tự hành thế hiện mới của Nga như M142,
M144, M145, M130, Pioma, chiều cao lớp khấu có thể lên đến 5m. Sản
lượng lò chợ đạt trung bình 3.600 tấn/ngày-đêm.
Ngày nay, hầu hết các nước áp dụng hệ thống khai thác lò chợ lớp
trụ, hạ trần thu hồi than nóc. Hệ thống khai thác này có ưu điểm sản
lượng khai thác và năng suất lao động cao, chi phí mét lò chuẩn bị nhỏ
và ít phụ thuộc vào mức độ biến động chiều dày vỉa. Nhược điểm cơ bản
là mức độ tổn thất than cao, đặc biệt khi chiều dày lớp than hạ trần lớn.
Tại các nước Mỹ, Úc, Nam Phi áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác lò
chợ trụ, hạ trần thu hồi than nóc với chiều dài lò chợ cơ giới hóa đồng bộ
từ 190 ÷ 375m, chiều dài cột khấu có thể lên đến 4km.
Kinh nghiệm áp dụng tại Trung Quốc cho thấy với các khu vực than
cứng (than đá) hoặc các khu vực vỉa than có nhiều đá kép, chiều cao lớp
than hạ trần hợp lý thường dao động trong khoảng 3 ÷ 7,5 m, tương ứng
chiều dày vỉa 6 ÷ 10 m.
Nhìn chung công nghệ cơ giới hóa khai thác lớp trụ hạ trần than nóc
đáp ứng rất tốt yêu cầu về sản lượng, năng suất lao động đạt trên 10
T/công. Đây cũng là công nghệ đã được thử nghiệm và cho hiệu quả khả
quan trong khai thác các vỉa than dày, thoải tại vùng Quảng Ninh. Tuy
nhiên, nhược điểm lớn nhất của công nghệ này là mức độ tổn thất than
tương đối lớn, thường dao động trong khoảng 20 ÷ 30% tùy thuộc vào
từng điều kiện cụ thể.
1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ƣu hóa các thông số của
công nghệ khai thác vỉa dày, dốc thoải
5
Khoa học mỏ trên thế giới từ lâu đã chú trọng đến vấn đề nghiên cứu tối
ưu các tham số công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác hầm lò các vỉa
dốc thoải. Trong số đó phải kể đến các nhà khoa học, các giáo sư đã đặt nền
móng đầu tiên: B.I. Boki, P.Z. Dviagin, D.A. Borixov. Ngày nay các vấn đề
tối ưu hóa các tham số mỏ được thể hiện trong nhều công trình nghiên cứu
khoa học của các nhà khoa học hàng đầu của LB Nga: Viện sĩ M.I.
Agosov,A.C. Burtracov, A.C. Malkin, L.A. Putrcov, Giáo sư: A.M.
Kurnoxov, M.I. Uxchinov, G.G.Lomonoxov, Tiến sĩ khoa học
A.V.Xtarichkov, IuK. Brumanov, v.v… Các nhà khoa học Việt Nam cũng
có nhiều công trình 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
750 80
0. Độ dốc hai cánh không cân đối, ở cánh Nam độ dốc thay đổi
từ 300 60
0, trung bình 45
0 50
0, sát trên lộ vỉa có chỗ dốc đến 70
0.
+ Nếp lõm 360:. Độ dốc vỉa hai cánh thay đổi từ 300
- 400, dần
về phía Nam độ dốc vỉa tăng dần lên (450 50
0). 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
850. Trên các cánh phía Đông và Đông Nam có độ dốc thoải (25
0 35
0).
+ 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(350-40
0).
+ Nếp lồi Vũ Môn: Độ dốc hai cánh thay đổi, cánh phía Tây dốc
20030
0, cánh phía Đông dốc 30
0 - 40
0.
- 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 tấn than nhỏ nhất
bằng 276.938 đồng/tấn khi chiều dài lò chợ là Lc = 200m. Trong
trường hợp đó, công suất lò chợ đạt 649.000 tấn/năm, năng suất lao
động đạt 32 tấn/công, giá thành phân xưởng 154.722 đồng/tấn.
Đường biểu thị công suất lò chợ có dạng hàm tương ứng với y= lga
x
Đường biểu thị chi phí khai thác có dạng hàm tương ứng với y= a/x
Đường biểu thị giá thành phân xưởng có dạng hàm tương ứng với y=ax
Hình 4.2. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài lò chợ
(trong điều kiện mỏ Khe Chàm III)
4.3. Tối ƣu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trƣớc chiều dài lò
chợ và chiều cao khấu gƣơng
Để giải quyết bài toán tối ưu hóa chiều dài cột khấu khi biết trước
chiều dài lò chợ 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 lò chợ: Lc = 200m;
- Chiều dài cột khấu tối thiểu: Lp_min = 100m;
- Chiều dài cột khấu tối đa: Lp_max = 1600m;
- Chiều dày vỉa than: mv = 6,0m;
19
- Chiều cao khấu gương: mk = 3,0m.
Kết quả tính toán thể hiện trong đồ thị hình 4.3.
Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ bằng phần mềm, xây
dựng trên cơ sở giải thuật cho thấy, chi phí sản xuất 1 tấn than nhỏ
nhất bằng 249.167 đồng/tấn khi chiều dài cột khấu là Lp = 500m. Khi
đó, công suất lò chợ 625.000 tấn/năm, năng suất 32 tấn/công, giá
thành 162.552 đồng/tấn.
Đường biểu thị công suất lò chợ có dạng hàm tương ứng với y= lgax
Đường biểu thị chi phí khai thác có dạng hàm tương ứng với y= a/x
Đường biểu thị giá thành phân xưởng có dạng hàm tương ứng với y=a/x
Hình 4.3. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều dài cột khấu
(trong điều kiện mỏ Khe Chàm III)
4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa chiều cao khấu gƣơng và chi phí
sản xuất khi biết trƣớc các kích thƣớc lò chợ
Để xây dựng mối quan hệ giữa chiều cao khấu gương và chi phí
sản xuất khi biết trước các kích thước lò chợ, bên cạnh các hệ số tính
toán đã xây dựng, các giá trị cho trước khác bao gồm:
- Chiều dài lò chợ: Lp = 200m;
20
- Chiều dài cột khấu: Lp = 500m;
- Chiều dày vỉa than: mv = 6,0m.
Kết quả tính toán thể hiện trong đồ thị hình 4.4.
Từ kết quả tính toán cho thấy, khi chiều cao khấu gương tăng dần
từ 2 ÷ 4m, công suất lò chợ cũng tăng theo, còn giá thành phân
xưởng cũng như chi phí sản xuất giảm dần. Điều đó cho thấy, xét trên
mô hình toán - kinh tế, chiều cao khấu gương càng tăng thì hiệu quả
sản xuất than càng lớn. Tuy nhiên, như đã trình bày trong chương 3,
chiều cao khấu gương lớn đòi hỏi thiết bị dàn chống phải có khả năng
chống giữ và trọng lượng lớn, dẫn đến giá thành đầu tư tăng cao, các
chi phí vật tư, động lực cho công tác khấu gương sẽ tăng lên. Do đó,
có thể khẳng định việc tối ưu hóa chiều cao khấu gương bằng phương
pháp mô hình toán - kinh tế là không khả thi.
Đường biểu thị công suất lò chợ có dạng hàm tương ứng với y= a.x +b
Đường biểu thị chi phí khai thác có dạng hàm tương ứng với y= a.x +b
Đường biểu thị giá thành phân xưởng có dạng hàm tương ứng với y= a.x +b
Hình 4.4. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất với chiều cao khấu
(trong điều kiện mỏ Khe Chàm III)
21
4.5. Tối ƣu hóa các tham số của lò chợ cơ giới hóa theo yếu tố chi
phí sản xuất nhỏ nhất
Để giải quyết bài toán tối ưu hóa các tham số của lò chợ cơ giới
hóa, gồm chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu, bên cạnh các hệ số
tính toán đã xây dựng, các giá trị cho trước khác bao gồm:
- Chiều dài lò chợ tối thiểu: Lc_min = 50m;
- Chiều dài lò chợ tối đa: Lc_max = 500m;
- Chiều dài cột khấu tối thiểu: Lp_min = 100m;
- Chiều dài cột khấu tối đa: Lp_max = 1600m;
- Chiều dày vỉa than: mv = 6,0m;
- Chiều cao khấu gương: mk = 3,0m.
Kết quả tính toán thể hiện trong đồ thị hình 4.5.
Hình 4.5. Kết quả tính toán tối ưu hóa chiều dài lò chợ, chiều dài
cột khai thác theo yếu tố chi phí sản xuất nhỏ nhất
(trong điều kiện mỏ Khe Chàm III)
22
Kết quả tính toán cho thấy, chiều dài lò chợ tối ưu là Lc = 200m,
chiều dài cột khấu tối ưu là Lp = 500m. Khi đó, chi phí trực tiếp sản
xuất 1 tấn than nhỏ nhất bằng 249.167 đồng/tấn, công suất lò chợ
625.000 tấn/năm, năng suất lao động 32 tấn/công, giá thành phân
xưởng 162.552 đồng/tấn.
4.6. Nhận xét
Trên cơ sở phương pháp luận về tối ưu hóa các tham số, luận
án đã tiến hành nghiên cứu xác định chiều dài lò chợ, chiều dài cột
khấu tối ưu cho điều kiện lò chợ cơ giới hóa khai thác vỉa dày dốc
thoải tại mỏ than Khe Chàm III. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa bằng
phần mềm, xây dựng trên cơ sở giải thuật cho phép rút ra một số kết
luận sau:
1. Phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể, khi chiều dài lò chợ
và chiều dài cột khấu tăng lên đến một giá trị nhất định, chi phí sản
xuất than sẽ đạt thấp nhất, sau đó nếu tiếp tục tăng giá trị các tham số
này, chi phí sản xuất sẽ tăng theo. Trong điều kiện mỏ Khe Chàm III,
chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối ưu là 200m với chiều dài cột khấu tối
ưu là 500m.
2. Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ
công nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ nhất không luôn luôn
tương ứng với chi phí sản xuất nhỏ nhất.
23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận
1. 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.
2. 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 đề
xuất một số đồng bộ thiết bị cơ giới hóa phù hợp điều kiện vỉa dày,
dốc thoải vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh.
3. 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 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. Đồng thời đã xây dựng được sơ đồ khối
thuật giải bài toán tối ưu, xây dựng chương trình tính toán tối ưu hóa
các tham số bằng ngôn ngữ lập trình C+
4. Luận án đã tiến xác định chiều dài lò chợ, chiều dài cột khấu tối
ưu cho điều kiện lò chợ cơ giới hóa khai thác vỉa dày dốc thoải tại mỏ
than Khe Chàm III. Kết quả tính toán tối ưu hóa trên chương trình,
xây dựng trên cơ sở giải cho phép rút ra một số kết luận sau:
- Khi chiều dài lò chợ và chiều dài cột khấu tăng lên đến một giá
trị nhất định, chi phí sản xuất than sẽ đạt thấp nhất, sau đó nếu tiếp
tục tăng giá trị các tham số này, chi phí sản xuất sẽ tăng theo. Trong
điều kiện mỏ Khe Chàm III, chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối ưu là
200m với chiều dài cột khấu tối ưu là 500m.
- Trong quá trình tính toán tối ưu hóa các tham số của sơ đồ công
nghệ, yếu tố giá thành phân xưởng nhỏ nhất không luôn luôn tương
24
ứng với chi phí sản xuất nhỏ nhất do trong trường hợp đó, chi phí đào
lò chuẩn bị tính trên mỗi tấn than cao hơn so với trường hợp đạt kết
quả tối ưu.
II. Kiến nghị
- Với trữ lượng các vỉa than dày, dốc thoải có khả năng áp dụng
cơ giới hóa ở vùng Cẩm phả khoảng 11.733,0 ngàn tấn, để nâng cao
năng suất khai thác và giảm thiểu các công việc nặng nhọc trong lò
chợ, đề nghị các đơn vị sản xuất xem xét áp dụng kết quả đề tài để
đạt được những mục tiêu trên.
- Trước khi đầu tư cơ giới hóa, cần lựa chọn tổ hợp cơ giới hóa
phù hợp với đặc điểm địa chất khu mỏ.
- Đối với mỏ Khe Chàm III, kết quả của Luận án đã áp dụng và
xác định được chiều dài lò chợ cơ giới hóa tối ưu là 200m với chiều
dài cột khấu tối ưu là 500m. Do đó đề nghị công ty than Khe Chàm
xem xét áp dụng kết quả này cho đơn vị mình để đạt được hiệu quả
cao nhất trong khai thác lò chợ cơ giới hóa.
- Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho những khu vực khác
ngoài Cẩm Phả mà có điều kiện tương tự. Đề nghị Tập đoàn công
nghiệp than- khoáng sản Việt Nam xem xét áp dụng thử nghiệm.
Chúng tôi mong muốn nhận được những ý kiến nhận xét, đánh giá và
đóng góp quý báu của các nhà khoa học, các nhà quản lý, các cán bộ chỉ
đạo sản xuất về kết quả nghiên cứu của luận án để tiếp tục hoàn thiện tốt
hơn và có thể triển khai rộng hơn trong thực tế sản xuất.
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
LIÊN QUAN ĐÃ CÔNG BỐ
1. Lê Như Hùng, Dư Thị Xuân Thảo, Lê Quang Phục, Nguyễn Hồng
Cường, Nguyễn Văn Quang, Nông Việt Hùng, Hoàng Hùng Thắng,
Bùi Đình Thanh. “Nghiên cứu lựa chọn các giải pháp kỹ thuật công
nghệ đào chống lò bằng các phương pháp đặc biệt qua vùng địa chất
phức tạp trong các mỏ hầm lò Qảng Ninh”, Tuyển tập các báo cáo
Hội nghị khoa học lần thứ 20, trường Đại học Mỏ- Địa chất
2. Lê Như Hùng, Dư Thị Xuân Thảo, Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Văn
Thịnh, Nông Việt Hùng, Hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình Thanh,
“Nghiên cứu tính toán áp dụng công nghệ khoan nổ mìn tạo biên kết
hợp sử dụng kíp nổ vi sai phi điện trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng
Ninh”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ-Địa chất (số 43), tr. 56-63.
3. Lê Như Hùng, Nguyễn Văn Thịnh, Bùi Mạnh tùng, Ngô Thái Vinh,
Nguyễn Cao Khải, Hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình Thanh. (2011), “Xác
định chiều sâu khai thác an toàn bể than Đồng Bằng Sông Hồng bằng
phương pháp hầm lò và khí hóa than”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa kỹ thuật Mỏ toàn quốc
4. Lê Như Hùng, Lê Quang Phục, Nguyễn Hồng Cường, Nguyễn Văn
Quang, hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình Thanh (2011), “Nghiên cứu
khả năng cơ giới hóa khai thác các mỏ than hầm lò vùng Quảng
Ninh”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học trường đại học Mỏ -
Địa chất lần thứ 20, tr. 137
5. Hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình Thanh (2011), “Biện pháp xử lý chất
thải rắn của các mỏ khai thác than vùng Quảng Ninh”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ-Địa chấ t( số 36)
6. Nguyễn Văn Thịnh, Ngô Thái Vinh, Hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình
Thanh, Ngô Thái Vinh (2011), “Tình hình nghiên cứu mở vỉa khai
thác mỏ than nằm sâu trong lòng đất” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật
Mỏ-Địa chất (số 36), tr. 47-51
7. Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Cao Khải, Phạm Thị Nhung, Bùi Đình
Thanh, Đào Trọng Cường, “Giải pháp nâng cao hiệu quả công nghệ
khai thác trng điều kiện vỉa dày, dốc đứng ở Công ty than Mạo Khê”,
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học trường đại học Mỏ -Địa chất
lần thứ 21, tr. 133 8. Vũ Trọng hiệt, Hoàng Hùng Thắng, Bùi Đình Thanh (2012), “Vấn đề
xác định áp lực trong lò chợ cơ giới hóa khai thác vỉa mỏng, dày
trung bình dốc đứng”, Tạp chí KHCN mỏ (số 1)