Khái Quát Về Tiềm Năng Than Và Định Hướng Phát Triển Tại Vùng

- vận tải; xây dựng mô hình toán học xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu về mặt kỹ thuật,…;

- Phương pháp tin học: Lập trình xây dựng chương trình phần mềm tin học tính toán sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô.

Hướng tiếp cận của luận án là xuất phát từ các số liệu thực tế, kết hợp với các công trình khoa học trong và ngoài nước có liên quan để đưa ra định hướng nghiên cứu. Trên cơ sở phân tích, tính toán các số liệu thực tế về năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ than lộ thiên lớn điển hình vùng Quảng Ninh trong các trường hợp khác nhau, đề xuất được phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô về mặt kỹ thuật. Dựa trên phương pháp tối ưu xây dựng được chương trình phần mềm tính toán cho các trường hợp cụ thể. Dùng chương trình phần mềm này tính toán thử nghiệm và kiểm tra lại các kết quả đã đạt được theo mô hình đã đưa ra. Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị cần thiết.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1. Ý nghĩa khoa học

- Bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho mỏ lộ thiên dựa trên việc xác định năng suất đồng bộ tối ưu giữa máy xúc và ôtô theo điều kiện kỹ thuật trong cả 2 trường hợp vận tải kín và vận tải hở.

6.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần nâng cao hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô cũng như nâng cao năng suất cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh với các phương án máy xúc và ôtô khác nhau;

- Xây dựng được phần mềm tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

7. Điểm mới của luận án

- Đã đánh giá toàn diện về các phương pháp tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên;

- Đã xây dựng được phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh;

- Đã xây dựng được chương trình phần mềm OST dùng để lựa chọn các đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu về mặt kỹ thuật cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

8. Luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Cung độ vận tải và chu trình vận tải (kín - hở) có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ than lộ thiên.

- Luận điểm 2: Trình tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô không còn phụ thuộc vào việc chọn máy xúc trước hay ôtô trước mà phải chọn đồng thời cả máy xúc và ôtô để cân đối năng suất làm việc giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải một cách hợp lý;

- Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc và năng suất của ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 là giá trị tối ưu nhất về mặt kỹ thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

9. Cấu trúc của luận án

Luận án được cấu trúc gồm: mở đầu, 4 chương, kết luận - kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung luận án được trình bày trong 206 trang đánh máy khổ A4 với 31 bảng biểu, 56 hình minh họa và 68 tài liệu tham khảo.

10. Các ấn phẩm đã công bố

Theo hướng nghiên cứu của luận án, NCS đã công bố 8 công trình đang trong các tạp chí chuyên ngành mỏ, hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ trong nước và quốc tế.

CHƯƠNG 1

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH‌

NINH

1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG

1.1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng

Quảng Ninh

Quảng Ninh là tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, được ví như một “Việt Nam thu nhỏ” vì có cả biển, đảo, đồng bằng, trung du, đồi núi và biên giới. Trong quy hoạch phát triển kinh tế, Quảng Ninh vừa thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, vừa thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ và đây là tỉnh khai thác than chính của Việt Nam.

Với sản lượng chiếm 50% tổng sản lượng than khai thác được trong năm 2016 thì các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (chủ yếu và điển hình tại khu vực Cẩm Phả) vẫn đang và vẫn tiếp tục có vai trò quan trọng trong ngành Than của Việt Nam [13].

Theo quy hoạch phát triển than các vùng Uông Bí, Hòn Gai và Cẩm Phả đến năm 2020, tổng tài nguyên trữ lượng cả ba vùng, khoảng 8,6 tỷ tấn (trong đó vùng Uông Bí trên 5 tỷ tấn; Hạ Long trên 1,2 tỷ tấn; Cẩm Phả trên 2,2 tỷ tấn). Tài nguyên, trữ lượng than huy động vào quy hoạch đến năm 2020 là hơn 1,1 tỷ tấn; đến năm 2015 thực hiện xong các đề án thăm dò phần tài nguyên và trữ lượng than thuộc tầng trên mức -300m. Giai đoạn 2016 - 2020, hoàn thành cơ bản công tác thăm dò đến đáy tầng than [13].

Theo kế hoạch phát triển ngành Than, nhu cầu về sản lượng ngày càng tăng, các mỏ than lộ thiên phải đảm nhiệm sản lượng mỏ chiếm 60% (năm 2010) và sẽ duy trì 45÷50% trong tổng sản lượng của toàn ngành từ sau năm 2020. Trong khi các mỏ than lộ thiên đang phải tiến hành khai thác với điều kiện ngày càng khó

khăn hơn: khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, khối lượng đất bóc của các mỏ tăng nhanh, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải lớn,....

Để đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, NCS tiến hành khảo sát chi tiết tại 03 mỏ than lộ thiên lớn, điển hình tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, đó là các mỏ: Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu. Các mỏ này điển hình cho tất cả các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh về điều kiện tự nhiên, kỹ thuật, công nghệ khai thác và thiết bị sử dụng.

1.1.2. Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.2.1. Mỏ than Đèo Nai

Mỏ than Đèo Nai thuộc thị xã Cẩm Phả - Quảng Ninh, nằm trong giới hạn tọa độ (hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trục 105o, múi chiếu 6o):

X = 2327694 ÷ 2324705; Y = 738178  741536

Phía Đông giáp mỏ than Cọc Sáu. Phía Tây giáp công trường +110 mỏ than Thống Nhất. Phía Nam giáp khu vực dân cư các phường Cẩm Đông, Cẩm Tây, Cẩm Sơn - Thành phố Cẩm Phả. Phía Bắc giáp mỏ than Cao Sơn và mỏ than Khe Chàm.

Mỏ than Đèo Nai đang khai thác với diện tích 6,06 km2, trữ lượng khai thác

42,5.106 tấn [13].

1.1.2.2. Mỏ than Cao Sơn

Mỏ than Cao Sơn thuộc địa bàn phường Cao Sơn, và phường Mông Dương - Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 4 km về hướng Đông Bắc. Khai trường mỏ Cao Sơn nằm trong khoáng sàng than Khe Chàm với tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60):

X = 26.880  28.330; Y = 427.900  429.250; Z = Từ lộ vỉa  80 m

Phía Đông giáp khai trường mỏ than Mông Dương. Phía Tây giáp mỏ Đông Đá Mài. Phía Nam giáp các mỏ Đèo Nai và Cọc Sáu.

Mỏ than Cao Sơn có diện tích khu vực khai thác là 4,87 km2 và trữ lượng

khai thác 48,13.106 tấn [11].

1.1.2.3. Mỏ than Cọc Sáu

- Mỏ than Cọc Sáu thuộc địa bàn phường Cẩm Phú - Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 6 km về hướng Đông Bắc, có vị trí nằm trong giới hạn tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60):

X = 254000  27000; Y = 429000  431200

Phía Tây Bắc giáp mỏ than Cao Sơn. Phía Tây giáp mỏ than Đèo Nai. Phía Đông giáp mỏ than Quảng Lợi (Tổng Công ty Đông Bắc). Phía Nam giáp khu dân cư phường Cẩm Phú; qua khu dân cư khoảng 2 km là Quốc lộ 18A.

Mỏ than Cọc Sáu có diện tích khu vực khai thác 5,35 km2, trữ lượng khai

thác 51,947.106 tấn [12].

Đặc điểm chung của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là đều có địa hình dạng đồi núi, bao gồm các đỉnh núi nằm xen lẫn với các thung lũng. Hiện trạng địa hình trên mặt của các khu mỏ lộ thiên nói trên hầu như đã bị khai thác, đổ thải,… làm thảm thực vật rừng không còn nguyên vẹn, sườn núi khá dốc, dễ bị xói lở trong mùa mưa. Địa hình nguyên thuỷ của khu vực bị biến đổi hoàn toàn. Địa hình các mỏ hiện nay chủ yếu là các moong khai thác, các tầng đất đá đang khai thác và các bãi thải, các mương, rãnh và các công trình xây dựng phục vụ khai thác mỏ.

1.1.3. Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.1. Dây chuyền công nghệ

Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh được thể hiện trong hình 1.1. Ở sơ đồ này, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm: bóc đất đá và khai thác than. Công nghệ khai thác của mỏ theo quy trình khép kín với các công đoạn khai thác liên hoàn. Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - nổ mìn

- xúc bốc - vận chuyển - đổ thải; dây chuyền khai thác than gồm: xúc bốc - vận chuyển - sàng, tuyển - tiêu thụ.

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.2. Công nghệ khai thác

Các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đã hoàn thiện và làm chủ được công nghệ đào sâu đáy mỏ dưới mức thoát nước tự chảy. Sự phối hợp giữa máy xúc đào hào chuẩn bị với máy xúc tay gàu mở rộng tầng, giữa đào hào và khấu than theo phân tầng và bóc đất đá toàn tầng ngày càng thuần thục, nhờ thế mà mỏ tăng được tốc độ xuống sâu từ 57 m/năm lên 1015 m/năm, thậm chí đến nay tại các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai có thể đạt 2025 m/năm.

Trong khâu khoan - nổ mìn, tiến bộ kỹ thuật thể hiện qua việc ứng dụng máy khoan thủy lực; công nghệ nổ mìn vi sai phi điện kết hợp với việc sử dụng nhiều loại thuốc nổ có tính năng phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể của mỏ. Ngoài hiệu quả kinh tế trực tiếp mang lại, các thành tựu do tiến bộ khoa học trong công nghệ khoan - nổ mìn nói riêng và tiến bộ khoa học, công nghệ nói chung đã làm ảnh hưởng lớn đến việc đầu tư bổ sung, thay thế và sử dụng hệ thống thiết bị xúc bóc, vận tải, thải đá của các mỏ.

Để khắc phục khó khăn do úng lụt trong mùa mưa gây ra cho sản xuất, hầu hết các mỏ đều sử dụng công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp. Việc sử dụng công nghệ khai thác này đã giúp cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh chủ động điều hoà được sản lượng than, đất trong các mùa của năm.

Hệ thống khai thác (HTKT) khấu theo lớp dốc đứng đã được nghiên cứu và áp dụng thành công ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Với HTKT này cho phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ công tác, đẩy lùi một khối lượng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau.

Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực gàu ngược (MXTLGN) như hiện nay cho phép tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than và đá kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về công nghệ vận tải đất đá hợp lý cho các mỏ than lộ thiên sâu ở Việt Nam, hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã có chủ trương đầu tư thí điểm hệ thống vận tải liên hợp ôtô - băng tải dốc kết hợp với các trạm đập nghiền đá di động. Trong công nghệ này, việc sử dụng thiết bị máy xúc là gần như không thay đổi nhưng số lượng, chủng loại ôtô và các loại hình thiết bị khác trong đồng bộ thiết bị của mỏ cần được tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn, đầu tư, bố trí sử dụng hợp lý để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Mặc dù vậy hiện nay và trong tương lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công nghệ xúc bốc và vận tải bằng máy xúc một gàu và ôtô vẫn tiếp tục là những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ thiết bị chính của mỏ.

1.1.3.3. Sản lượng khai thác

a. Mỏ than Đèo Nai

Sản lượng khai thác của mỏ than Đèo Nai đạt bình quân 2,5.106 tấn/năm, tương ứng sản lượng đất bóc hàng năm thay đổi từ 20.10632.106 m3/năm.

Dự kiến tuổi thọ của mỏ là 30 năm với sản lượng theo than 2,5.1061,0.106 tấn/năm và theo đất đá là 32,5.10620.106 m3/năm và kết thúc khai thác vào năm 2037.

Bảng 1.1. Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Mỏ

Loại đá	n, KG/cm2	k, KG/cm2	c, KG/cm2	, KG/dm3	C, KG/cm2	, độ	f	Độ dốc vỉa, độ
Đèo Nai	Cuội	1193	158,5	239	2,57	265	30	8,0 ÷ 12,3	10 ÷ 75
	Cát kết	1231	157	242	2,50	180	29
	Bột	818	142	187,4	2,64	80	29
	Sét					50	29
Cao Sơn	Cuội	1405	74	177,3	2,60	398	31	7,9 ÷ 14,0	3 ÷ 74
	Cát kết	1284	90	187	2,67	500	31
	Bột	791	132	177,7	2,55	123	31
Cọc Sáu	Cuội	1100	59	140,1	2,61	113	37	4,0 ÷ 11,0	8 ÷ 60
	Cát kết	990	59	133	2,59	180	52
	Bột	410	25,2	55,9	2,64	96	38
	Sét	150	9,5	20,8	2,50	60