Đặc điểm điều kiện của địa chất các vỉa dốc vùng Quảng Ninh I - Phân bố trữ lợng các vỉa dốc 1- Trữ lợng huy động vào khai thác theo tổng sơ đồ đến 2020. Các vỉa than có giá trị công nghiệp của VN tập trung chủ yếu ở bể than Quảng Ninh. Trữ lợng bể than theo kết quả thăm dò tới mức -300 và -350 m khoảng 3,5 tỷ tấn. Nếu cả trữ lợng triển vọng tới mức -500 và -700 m toàn bể than có khoảng 5,0 tỷ tấn. Trữ lợng huy động vào tổng sơ đồ đến năm 2020. Trữ lợng địa chất :1.044.180 ngàn tấn Trữ lợng công nghiệp : 850.365 ngàn tấn. Trữ lợng than huy động vào các giai đoạn đến 2020 theo vùng hoặc phơng pháp khai thác (theo bảng 1) Bảng 1 Theo vùng, Trữ lợng huy động (ngàn tấn) P.P Khai thác 1998- 2005 2006 2010 2011- 2015 2016 2020 Toàn ngành 133.145 99.365 99.810 101.969 Theo vùng - Cẩm Phả 68.278 45.290 44.108 42.765 - Hòn Gai 25.827 18.960 15.890 15.684 - Uông Bí 24.035 20.280 22.900 24.050 - Nội địa 15.005 14.835 16.912 18.470 PP. Khai thác - Lộ thiên(%) 83.070- 62% 55.130 - 55% 51.550 - 52% 48.460 - 48% - Hầm lò (%) 46.815 - 35% 41.340 - 42% 45.955 - 46% 51.334 - 50% - Tận thu (%) 3.260 - 2% 2.895 - 3% 2.305 - 2% 2.175 - 2% Nh vậy, trữ lợng đợc huy động vào để khai thác đến năm 2020. Đối với khai thác lộ thiên sẽ giảm dần từ 62% xuống còn 48%. Đối với khai thác bằng hầm lò sẽ tăng từ 35% lên tới 50% 2 - Phân bố trữ lợng và đặc điểm địa chất. Kết quả nghiên cứu đánh giá tổng hợp trữ lợng than khai thác bằng phơng pháp hầm lò trong giai đoạn đến 2010 cho thấy: Tỷ phần trữ lợng than vỉa dốc ( > 35) chiếm trong tổng trữ lợng vùng và của mỏ (bảng 2) khu vực Quảng Ninh. Nếu phân tích tỷ phần trữ lợng theo góc dốc với chiều dày vỉa từ dới 2,0 mét đến trên 6,0 mét: 4 % vỉa góc dốc < 20. 56% vỉa có góc dốc 20 35%. 40% vỉa có góc dốc > 35% trong đó vỉa có > 55 chiếm 16,26%. Bảng 2 Trữ lợng than ở vỉa dốc > 35 của mỏ Tên mỏ So với tổng trữ lợng vùng (%) So với tổng trữ lợng của mỏ (%) Than Thùng - Yên tử 21 52 Vàng Danh 10 28,3 Đồng Vông 5 26,8 Mạo Khê 36 90,0 Hà Tu - Hà Lầm 8,5 19,8 Khe Tam 7,4 26,7 Khe chàm 5,3 16,8 Mông Dơng 3,2 29,3 Lộ Trí 1,4 7,2 Tây Khe Sim 2,2 64,6 Tổng 100 Hệ số biến động chiều dày và góc dốc của vỉa biến đổi khá lớn, trong phạm vi rộng: Biến đổi chiều dày vỉa của các mỏ từ 39 64%. Biến đổi góc dốc vỉa của các mỏ từ 28 53%. - Theo mức độ phay phá kiến tạo để phân loại hình mỏ thì các vỉa có cấu tạo tơng đối phức tạp thuộc nhóm III chiếm 86% (vỉa có cấu tạo đơn giản chỉ chiếm 9%). Các vỉa đều bị phân cắt bởi các đứt gãy, uốn nếp. Vùng Bảo Đài- Yên Tử phát hiện thấy 24 đứt gãy, vùng Mạo Khê 21 đứt gãy và vùng Hòn Gai Cẩm Phả đến 70 đứt gãy. Đây là những đứt gãy lớn có biên độ dịch chuyển tới trên 15 mét. Ngoài ra còn hàng loạt các đứt gãy nhỏ phát hiện đợc trong quá trình khai thác. Các đứt gãy nhỏ này ảnh hởng rất lớn tới việc khai thông mở vỉa cũng nh lựa chọn công nghệ khai thác và khả năng cơ giới hoá. - Nham thạch trong địa tầng chứa than chủ yếu là các loại sét kết, bột kết, cát kết, sạn kết. Tính chất cơ lý đất đá vách trụ vỉa than thay đổi trong phạm vi lớn. Cờng độ kháng nén của nham thạch n = 37 900 KG/cm 2 . Đá vách trực tiếp các vỉa của mỏ Mạo Khê đặc trng là sét kết, thờng có lớp vách giả dễ sập đổ nhất là vào mùa ma. Đá vách trực tiếp của mỏ Mông Dơng đặc trng bởi loại bột kết, có độ bền vững trung bình cũng dễ sập đổ theo mặt phân lớp nhng mức độ phá huỷ chậm. - Than các vỉa đang khai thác đều cứng, dòn, thuộc loại antraxit, bán antraxit, không có tính tự cháy. Các mỏ đều thuộc loại có nguy hiểm về cháy nổ khí mê tan. Phần thứ hai Khai thác các vỉa than dốc trên thế giới. ở nhiều nớc trên thế giới nh : Nga, Trung Quốc, Mỹ, Pháp đều có các khu vực vỉa than có độ dốc cao chiếm một tỷ lệ đáng kể trong trữ lợng than chung của mỗi nớc. Để khai thác các vỉa dốc, các nớc đã áp dụng nhiều hệ thống công nghệ khai thác khác nhau nhằm đảm bảo an toàn lao động và hiệu quả KTKT trong quá trình khai thác. Các vỉa than dốc thờng có cấu kiến tạo địa chất phức tạp, cho nên đòi hỏi các hệ thống khai thác đa dạng và linh hoạt nhằm đáp ứng phù hợp cho từng điều kiện cấu tạo địa chất cụ thể. Theo tính chất của các hệ thống khai thác có thể chia làm hai nhóm: Nhóm thứ nhất: gồm những hệ thống khai thác với công nghệ khai thác lấy toàn bộ chiều dày vỉa: - Hệ thống khai thác bằng dàn chống (hình 1). - Hệ thống khai thác bằng các lò dọc vỉa phân tầng (hình 2). - Hệ thống khai thác buồng (hình 3). - Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc dùng lỗ khoan dài khấu than (hình4). - Hệ thống khai thác chia cột dài theo phơng với việc điều khiển đá vách bằng phá hoả hoặc chèn lò (hình 5 và 6) Nhóm thứ hai: - Hệ thống khai thác bằng dàn dẻo (hình 7) - Hệ thống khai thác chia lớp bằng với phá hoả hoặc chèn lò điều khiển vách (hình 8). - Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng với phá hoả hoặc chèn lò điều khiển vách (hình 9). - Hệ thống khai thác bằng dàn chống kép (hình 10). - Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng chèn lò. Đối với vỉa dốc, mức độ cơ giới hoá khấu than có nhiều khó khăn. Việc cơ giới hoá khấu than vỉa dốc chủ yếu đợc áp dụng cho các vỉa than có chiều dày không quá 3,5 mét, vách, trụ ổn định và độ biến đổi không lớn về góc dốc, chiều dày vỉa theo phơng cũng nh theo độ dốc. Dựa trên mức độ cơ giới hoá khai thác các vỉa dốc đợc chia thành 3 nhóm chính sau: - Chống lò bằng dàn tự hành, kết hợp khấu than bằng máy combai hoặc máy bào than. - Chống lò bằng các vì chống đơn, khấu than bằng máy combai. - Dùng công nghệ, thiết bị khai thác không cần chống lò, ở Pháp đã dùng máy combai D 11 để khai thác vỉa dày tới 7 mét. Với góc dốc vỉa 60 90; chèn lò toàn phần để điều khiển đá vách. ở Đức đã sử dụng dàn tự hành SMP, ở Nga dùng tổ hợp KHK để khai thác các vỉa dày dốc theo sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang có thu hồi than nóc. Song song với việc nghiên cứu tìm kiếm các trang thiết bị cơ giới khấu than ở vỉa dốc, việc cơ giới hoá ở các khâu vận tải và đào chống lò cũng đợc đẩy mạnh phát triển để kết hợp với việc khấu than bằng khoan nổ, nhằm nâng cao hiệu quả KTKT và đảm bảo an toàn lao động khi khai thác: áp dụng thiết bị cào tời, vận tải than tới các lò thợng để giảm số lò thợng dới giàn chống, sử dụng các loại máy khoan đờng kính lớn b - 2M và b - 4M cơ giới hoá đào lò thợng than chống bằng các vì chu bin than. áp dụng một số loại vì neo, chống giữ lò chuẩn bị hoặc buồng khấu than .v.v. Trong những thập kỷ qua, ở những nớc có ngành công nghiệp than phát triển, khi khai thác các khu vực vỉa dốc, có cấu kiến tạo địa chất vỉa phức tạp thờng áp dụng các hệ thống công nghệ khai thác gơng lò ngắn; khai thác lò dọc vỉa phân tầng, buồng lu than, khai thác các lò thợng chéo, các lỗ khoan sâu đờng kính lớn .v.v Phơng pháp khấu than chủ yếu dùng khoan nổ mìn, trong một số khu vực có điều kiện có thể dùng sức nớc để khai thác (các dạng sơ đồ hệ thống khai thác gơng lò ngắn đã đợc giới thiệu chung ở phần trên). Mặc dù mức độ cơ giới hoá ở các khâu trong những hệ thống khai thác gơng lò ngắn còn thấp, nhng các chỉ tiêu KTKT đạt đợc tơng đối khả quan: sản lợng gơng khai thác và năng suất lao động khá cao, chi phí nguyên vật liệu, gỗ giảm đáng kể. Tuy nhiên tổn thất than khai thác còn lớn và phải thực hiện đúng và đầy đủ các quy định, quy trình kỹ thuật an toàn trong khai thác để đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình sản xuất. Một số chỉ tiêu, thông số kỹ thuật của hệ thống khai thác gơng lò ngắn đã áp dụng ở nớc ngoài (bảng 3). Bảng 3 Tên chỉ tiêu Khấu buồng Buồng lu than Thợng chéo Lò dọc vỉa phân tầng Lỗ khoan dài Nga Nga Nga Pháp Nga TQ Mỹ Chiều dày vỉa (m) 4 6 10 11 5,2 7 4 5 3 4 4,5 15 Góc dốc vỉa (độ) 37 44 60 70 80 8090 4570 5080 > 41 Chiều rộng buồng (m) 6 1012 45 710 3 56 3,5 Trụ bảo vệ giữa buồng (m) 2 3 7 8 7 17 6 89 23 Sản lợng gơng (T/ca) 70100 130150 70120 120 80100 120 100150 Năng suất lao động phân xởng (T/công) 8,4 13,1 67 4 5,5 6 4,7 28 Gỗ cho 1000 tấn than (m 3 ) 2025 6,8 20,3 10 20,8 12,5 510 Tổn thất than (%) 29,2 51,4 22 35 47 28 35 Mức độ cơ giới & vận tải Khoan nổ tự chảy Khoan nổ tự chảy Khoan nổ tự chảy Khoa nnổ cào vơ Khoan nổ tự chảy Khoa n nổ sức nớc Khoan nổ Trong những hệ thống khai thác cho vỉa dốc đã giới thiệu phần trên, các hệ thống sơ đồ công nghệ đợc áp dụng phổ biến là: hệ thống khai thác bằng giàn chống các loại, giàn dẻo, chia lớp nghiêng, lớp bằng và hệ thống khai thác buồng cột, lò dọc vỉa phân tầng thủ công hoặc cơ giới từng khâu Xu hớng chung hiện nay của các nớc đối với khai thác các vỉa than dốc là: - Tăng cờng sử dụng vách giả bằng lới thép, nhựa, gỗ hoặc bằng vật liệu khác có độ bền tin cậy, để dới vách giả có thể triển khai cơ giới hoá đồng bộ. - Tăng chiều dày vỉa của các lớp khấu và lớp thu hồi để giảm tối đa tổn thất than, vật liệu chống trong công nghệ khai thác. - Tận dụng các điều kiện địa chất, kỹ thuật cho phép để cơ giới hoá ở mức độ cao nhất, kỹ thuật cho phép để cơ giới hoá ở mức độ cao nhất có thể đợc ở mỗi khu vực khai thác cụ thể. Phần thứ ba Khai thác các vỉa than dốc ở việt nam Khai thác vỉa dốc có điều kiện địa chất phức tạp (loại hình III), trên thế giới đã áp dụng nhiều dạng công nghệ khác nhau tuỳ theo từng điều kiện cụ thể. Mức độ cơ giới hoá đồng bộ thấp hơn nhiều so với loại vỉa khác nhất là trong điều kiện địa chất phức tạp. Tuy vậy, mặc dù là công nghệ thủ công hoặc cơ giới hoá từng phần nhng nếu lựa chọn đúng hệ thống công nghệ khai thác phù hợp nó vẫn đạt đợc các chỉ tiêu KTKT cao và hiệu quả. Trớc đây, để khai thác những vỉa than dốc, mỏ Mạo Khê thờng áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo phơng, theo sơ đồ công nghệ khấu than lò chợ tầng hoặc phân tầng. Điều khiển đá vách bằng phơng pháp xếp cũi lợn cố định giữ nóc vỉa dày 3,0 mét; góc dốc vỉa 50 55. Với công nghệ khai thác và điều khiển vách trên đã dẫn tới các chỉ tiêu KTKT đạt rất thấp: chi phí gỗ 80 85 m 3 /1000 tấn than; năng suất lao động trực tiếp gơng bình quân 2,0 tấn/công, sản lợng bình quân lò chợ không vợt quá 30.000 T/năm. Trạng thái làm việc của gơng lò chợ không ổn định nên thợng bị lở gơng hoặc đổ lò gây ách tắc sản xuất và không đảm bảo an toàn lao động. Từ những yêu cầu cấp bách đặt ra cho những ngời thợ mỏ cần tìm kiếm áp dụng những hệ thống công nghệ khai thác cho vỉa dốc không chỉ thích hợp với điều kiện địa chất phức tạp, mà còn phải phù hợp với khả năng cơ sở vật chất kỹ thuật hiện tại của ngành sản xuất than Việt Nam. Trong những năm qua, Viện KHCN Mỏ với sự giúp đỡ chỉ đạo của Nhà Nớc, Bộ công nghiệp và Tổng công ty than Việt Nam, đã kết hợp chặt chẽ với các đơn vị sản xuất than để nghiên cứu đề xuất triển khai táp dụng nhiều hệ thống công nghệ khai thác vỉa dốc ở các Công ty than Mạo Khê, Vàng Danh, Uông Bí, Hòn Gai, Mông Dơng .v.v 1 Hệ thống khai thác cột dài theo phơng- khấu than theo sơ đồ lò chợ tầng, điều khiển vách bằng phá hoả toàn phần với 1 hàng cũi lợn cố định giữ gơng (hình 11). Hệ thống công nghệ đợc áp dụng tại vỉa 6 khu 56 Mạo Khê và vỉa 12 khuTràng Khê II mỏ Tràng Bạch. Nếu so sánh một số chỉ tiêu KTKT đạt đợc so với phơng pháp điều khiển đá vách bằng xếp cũi lợn cố định toàn bộ để giữ nóc cho thấy: sản lợng than khai thác một luồng tăng từ 180 tấn lên 200 tấn (do thu hồi đợc than nóc); tận thu than nóc đạt 1.250 tấn/tháng; chi phí gỗ cho 1000T than từ 80 m 3 xuống còn 51 m 3 . 2 Hệ thống khai thác cột lu than (hình 12) Đợc áp dụng ở vỉa 3 mỏ Mạo Khê, vỉa có chiều dày trung bình 2,4 m, độ dốc vỉa 47. Vách giả acgilít dày 0,8 m; vách trực tiếp alêvrôlít dày 5,0 m và trụ trực tiếp vỉa là acgilít. Kết quả thực tế cho một số chỉ tiêu KTKT: sản lợng bình quân ở một buồng 300 320 tấn; năng suất lao động công nhân sản xuất trực tiếp 1,5 2 tấn/công; chi phí gỗ cho 1000 T than là 35,0 m 3 ; tổn thất than 46 50%. Hệ thống khai thác này đã đợc áp dụng gần 2 năm ở Mạo Khê (1974 1975). 3 Hệ thống khai thác bằng giàn chống (hình 1 phần 2). Hệ thống khai thác bằng giàn chống cứng đã đợc đa vào áp dụng thử nghiệm ở mỏ Mạo Khê và Vàng Danh. Mỏ Mạo Khê đợc thử nghiệm ở vỉa 6 Tràng Khê I. Chiều dày trung bình 3,5 m, góc dốc vỉa 60, đá vách và trụ thuộc loại trung bình đến yếu, than antraxit độ cứng f = 1,5. Mỏ Vàng Danh thử nghiệm tại vỉa 8 dốc Tây Vàng Danh. Chiều dày trung bình của vỉa 3,0 m; góc dốc vỉa = 72 75, đá vách đá trụ thuộc loại ổn định trung bình, than antraxit có độ cứng f = 2 3. Loại giàn chống đợc lựa chọn áp dụng cho cả hai mỏ trên là loại giàn chống phẳng không phân mảng với 2 lớp gỗ, chiều dài của giàn theo phơng 24,0 mét và chiều rộng của giàn 2,8 m. Ngoài ra ở mỏ Mạo Khê còn áp dụng thử nghiệm loại giàn chống dạng hình vòm cũng ở khu vực vỉa 6 Tràng Khê I trên. Thực chất của hệ thống công nghệ khai thác này là chia cột khai thác theo độ dốc vỉa. Chiều ngang của cột là chiều dài theo phơng của giàn chống và chiều dài của cột là chiều cao cuả phân tầng. Thực tế áp dụng cho thấy quy cách kích thớc và kết cấu của hai loại giàn chống trên đều đảm bảo độ vững chắc trong một quá trình làm việc của giàn chống. Mặc dù các lần thử nghiệm, giàn đều cha dịch chuyển đợc hết chiều dài cột khai thác, giàn thờng bị cắm về phía trụ vỉa ở phần cuối của cột khai thác. Nhng bớc đầu hệ thống khai thác này cùng có đợc một số chỉ tiêu KTKT khả quan: sản lợng gơng khai thác 50 tấn/ca, năng suất lao động công nhân dới giàn đạt 7 10 T/công, chi phí gỗ cho 1000 T than giảm từ 80,0 m 3 xuống còn 35,0 m 3 , tổn thất than khu vực khai thác từ 50 60% xuống còn 35%. Trong những năm đầu của thế kỷ 21 này, mỏ than Vàng Danh cùng với Viện kHCN Mỏ đã triển khai áp dụng thành công loại giàn chống mới theo kinh nghiệm và sự cải tiến hoàn chỉnh của Trung Quốc cho hệ thống khai thác bằng giàn chống phẳng để khai thác các vỉa dốc. 4 Một số hệ thống khai thác với công nghệ khai thác gơng lò ngắn (hình 13). Trên thế giới ngay cả những nớc có ngành công nghiệp khai thác than phát triển, ngời ta vẫn áp dụng những hệ thống khai thác phi tiêu chuẩn (buồng cột, lò dọc vỉa phân tầng và dùng lỗ khoan dài phá than) để khai thác các khu vực vỉa dốc địa chất phức tạp, mà ở đó nếu dùng các hệ thống khai thác thông thờng khác sẽ không đạt đợc hiệu quả KTKT. Khi áp dụng những hệ thống khai thác phi tiêu chuẩn trên phải đặc biệt chú ý thực hiện đúng quy trình kỹ thuật an toàn khai thác để đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình sản xuất. - Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng đã đợc áp dụng ở vỉa 13a mỏ Mông Dơng. - Hệ thống khai thác buồng - lò thợng đợc áp dụng ở vỉa 7 và vỉa 8 Đông Vàng Danh mỏ than Bảo Đài. - Hệ thống khai thác buồng - hạ trần đợc áp dụng ở mỏ Bảo Đài và mỏ Cao Thắng. Một số chỉ tiêu và thông số kỹ thuật của các hệ thống khai thác trên đợc ghi ở bảng 4. Bảng 4 Đơn (vỉa) Mỏ áp dụng công nghệ Tên chỉ tiêu vị tính Mông Dơng vỉa 13a (DVPT) Bảo Đài V8- ĐVD (buồng LT) Bảo Đài V7- ĐVD (buồng LT) Cao Thắng (buồng HT) - Chiều dày vỉa m 3,5 4,0 2,5 2,8 - - Góc dốc của vỉa độ 56 50 50 - - Sản lợng gơng khấu T/ng. đêm 82 - - - - Sản lợng ca khấu T/ca - 31 16 - - Năng suất lao động trực tiếp T/côn g 3,9 4,0 3,2 - - Chi phí gỗ cho 1000 tấn than m 3 35 30 45 - - Tổn thất than % 42 37 28,3 - . Đặc điểm điều kiện của địa chất các vỉa dốc vùng Quảng Ninh I - Phân bố trữ lợng các vỉa dốc 1- Trữ lợng huy động vào khai thác theo tổng sơ đồ đến 2020. Các vỉa than có giá trị công nghiệp của. ba Khai thác các vỉa than dốc ở việt nam Khai thác vỉa dốc có điều kiện địa chất phức tạp (loại hình III), trên thế giới đã áp dụng nhiều dạng công nghệ khác nhau tuỳ theo từng điều kiện cụ thể. Mức. Sim 2,2 64,6 Tổng 100 Hệ số biến động chiều dày và góc dốc của vỉa biến đổi khá lớn, trong phạm vi rộng: Biến đổi chiều dày vỉa của các mỏ từ 39 64%. Biến đổi góc dốc vỉa của các mỏ từ 28 53%. - Theo mức độ phay