Báo cáo Luận văn Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác các mỏ quặng sắt nhỏ ở miền bắc Việt Nam

23/06/2016 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1 HỌC VIÊN THỰC HIỆN: LÊ DUY HƯỞNG NGÀNH: KHAI THÁC MỎ Mà SỐ: 60520603 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS HỒ SĨ GIAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT BỘ MÔN: KHAI THÁC LỘ THIÊN 2 31. Tính cấp thiết Hiện nay, trên lãnh thổ Việt Nam đã phát hiện được hơn 200 mỏ và điểm quặng sắt với trữ lượng và tài nguyên gần 1,2 tỷ tấn. Các mỏ chủ yếu phân bố ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Trung Bộ. Điều kiện khai thác của các mỏ quặng sắt nước ta khá khó khăn: HTKT và thiết bị khai thác không đồng bộ, thiết bị lạc hậu, không phù hợp với yêu cầu khi mở rộng và khai thác, v.v.... Đặc biệt, trong các khâu xúc bốc, vận tải, khoan nổ mìn, đồng bộ thiết bị vẫn còn tồn tại những bất cập, chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên của các mỏ sắt nhỏ. Bởi vậy đề tài: “ Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác các mỏ quặng sắt nhỏ ở miền Bắc Việt Nam” mang tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu thực tế đối với các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên ở miền Bắc VN 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Trên cơ sở đặc điểm điều kiện tự nhiên của các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên, lựa chọn các giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác với các mỏ quặng sắt nhỏ nói chung và cho mỏ quặng sắt Bản Quân nói riêng, nhằm đáp ứng yêu cầu sản lượng và nâng cao hiệu quả khai thác cho doanh nghiệp. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các mỏ quặng sắt nhỏ ở miền Bắc Việt Nam, chú trọng mỏ sắt Bản Quân. 44. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về tiềm năng hiện trạng khai thác quặng sắt lộ thiên ở miền Bắc VN và các vấn đề liên quan. - Nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động khai thác cho các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên ở miền Bắc VN. - Tính toán áp dụng cho mỏ quặng sắt Bản Quân. 5. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp giải tích, mô hình hoá toán. - Phương pháp phân tích, chọn lọc. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1. Ý nghĩa khoa học: Góp phần bổ sung và hoàn thiện lý thuyết khai thác mỏ lộ thiên nói chung và khai thác quặng sắt lộ thiên. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở khoa học để các Công ty khai thác quặng sắt lộ thiên tham khảo, nhằm đưa ra được những giải pháp công nghệ và kỹ thuật thích hợp, khắc phục những khó khăn trong quá trình khai thác, đảm bảo thực tế và hoàn thành kế hoạch sản xuất. 7. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương. Chương 1: Tổng quan về tiềm năng khai thác quặng sắt lộ thiên ở Việt Nam và các vấn đề liên quan. Chương 2: Nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động khai thác cho các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên ở miền Bắc Việt Nam. Chương 3: Tính toán áp dụng cho mỏ quặng sắt Bản Quân. 8. Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Hồ Sỹ Giao đã tận tâm hướng dẫn nghiên cứu đề tài cũng như những các buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Mỏ - Trường Đại học Mỏ Địa Chất đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với Học viên ngành Mỏ cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành Học kỹ thuật khác. 51.1 Hiện trạng công tác khai thác ở VN 1.1.1. Tình hình khai thác và sản lượng các mỏ sắt VN Ở Việt Nam hiện nay đã phát hiện và khoanh định được trên 200 vị trí có quặng sắt, tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc. Hàng năm, số lượng quặng sắt khai thác và chế biến ở Việt Nam đạt từ 300.000 – 450.000 tấn. 1.2. Tiềm năng trữ lượng quặng sắt VN: Quặng sắt: Đến nay trong cả nước, ngành địa chất đã phát hiện hơn 200 điểm quặng sắt lớn, nhỏ. Tổng trữ lượng địa chất khoảng 1,2 tỉ tấn; trong đó trữ lượng được thăm dò là trên 1 tỷ tấn. 1.2.1 Một số hình ảnh mỏ quặng sắt tỉnh Bắc Kạn Hình 1.2: Mỏ quặng sắt Bản Quân Hình 1.3: Mỏ quặng sắt Keo Lếch Hình 1.4: Mỏ quặng sắt Pù Ổ Hình 1.5: Mỏ quặng sắt Nà Nọi 6Hình 1.12: Mặt cắt đ/c mỏ sắt Nà Lũng Hình 1.13: Mặt cắt đ/c mỏ sắt Sàng Thần 1.3. Đặc điểm tự nhiên các khoáng sàng quặng sắt VN Quặng sắt ở nước ta có thể phân theo nhóm có nguồn gốc như sau. Quặng sắt có nguồn gốc magma: Quặng magnetit nguồn gốc magma có hàm lượng thấp từ 25÷45% Fe, nên giá trị sử dụng thấp. Quặng sắt có nguồn gốc nhiệt dịch, biến chất trao đổi: Loại này thành phần chủ yếu magnetit và số ít là hematit phân bố chủ yếu dạng mạch, thấu kính quy mô không lớn, hình thái phức tạp, Quặng sắt có nguồn gốc trầm tích: Loại quặng này thường chất lượng thấp, quy mô nhỏ và không có giá trị công nghiệp. Quặng sắt có nguồn gốc trầm tích biến chất: Quặng sắt loại này có hàm lượng không cao, các vỉa quặng có quy mô không lớn. Quặng sắt có nguồn gốc phong hoá: Là quặng limonit có nguồn gốc phong hoá từ các mạch quặng giàu sulfur; loại phong hoá từ siderit Quặng sắt có nguồn gốc tàn dư: Nguồn gốc loại quặng này gồm nhiều điểm quặng limonit, 1.4.1. Một số mặt cắt địa chất điển hình của các mỏ quặng sắt ở VN 71.5. Tổng quan về công tác nghiên cứu công nghệ khai thác và tiềm năng sử dụng thiết bị cho mỏ quặng sắt ở VN. Về lựa chọn ĐBTB xúc bốc – vận tải các công trình nghiên cứu đã có cũng như các dự án đầu tư của các mỏ lộ thiên từ trước đến nay đều theo trình tự căn cứ vào quy mô sản lượng, trữ lượng và sản lượng, tính chất cơ lý đất đá: Lựa chọn loại và cỡ máy xúc trước, sau đó lựa chọn tải trọng ô tô theo dung tích gàu xúc và quãng đường vận tải. 1.6. Một số nét về công nghệ khai thác quặng sắt trên thế giới Các nhà địa chất thế giới đánh giá nguồn tài nguyên quặng sắt trên trái đất hiện có hơn 800 tỷ tấn, tương ứng với hơn 230 tỷ tấn Fe kim loại. Trong đó, trữ lượng địa chất khoảng 380 tỷ tấn và trữ lượng có khả năng khai thác 168 tỷ tấn được nêu trong 1.6.1. Một số hình ảnh mỏ quặng sắt trên thế giới Hình 1.22: Mỏ quặng sắt ở bang Karnataka Ấn độ Hình 1.23: Mỏ quặng sắt tại Brazil 1. Các mỏ quặng sắt VN phân bố tập trung trên nhiều tỉnh thuộc vùng núi phía Bắc và Trung Bộ có điều kiện khai thác khó khăn: Địa hình hiểm trở, xa các trung tâm kinh tế, cơ sở hạ tầng kỹ thuật yếu kém. Đó là một trong những thách thức cho hoạt động khai thác của các mỏ. 2. Điều kiện tự nhiên Mỏ Bản Quân nằm hoàn toàn ở mức thoát nước tự chảy và có điều kiện địa chất phức tạp, ảnh hưởng đáng kể đến các khâu sản xuất của mỏ. 82.1. Nghiên cứu công tác khai thác cho các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên. 2.1.1. Khái quát Trong quá trình hoạt động, mỏ lộ thiên không ngừng phát triển không gian về các phía theo một quy luật xác định tùy thuộc vào điều kiện sản trạng của vỉa quặng cũng như công nghệ và thiết bị sử dụng. 2.2. Nghiên cứu công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác cho các mỏ quặng sắt nhỏ lộ thiên ở miền Bắc VN. 2.2.1. Ý nghĩa của việc nâng cao góc nghiêng bờ công tác Trường hợp tối ưu và cũng là giới hạn trên của góc nghiêng bờ công tác là = = (góc nghiêng bờ kết thúc). 2.2.2. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới góc nghiêng bờ công tác và khả năng nâng cao góc nghiêng bờ công tác. 2.2.2.1. Ảnh hưởng của chiều rộng mặt tầng công tác tới góc nghiêng bờ công tác. * Trường hợp xúc đất đá không cần KNM: Khi xúc đất đá không KNM, tùy theo các trường hợp bố trí sơ đồ công nghệ xúc (Hình 2.1) xác định được chiều rộng mặt tầng công tác Bmin như sau: - Xúc theo dải khấu thông tầng: Bmin = Z + T + Ca + A, m (2.1a) - Xúc theo dải khấu cụt: Bmin = Z + A, m (2.1b) Trong đó: Z- khoảng cách từ mép tầng đến đường vận tải, m; Ca- khoảng cách an toàn từ mép đường đến chân tầng, m; A chiều rộng dải khấu, m. Trong đó: - góc ổn định của sườn tầng, độ; C’- khoảng cách an toàn từ mép lăng trụ tụt lở đến mép đường, m; Rxt- bán kính xúc trên mức máy đứng, m. 9* Trường hợp xúc đất đá phải KNM: Khi xúc bốc đất đá phải KNM, tùy theo sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị xúc bốc - vận tải (Hình 2.2), xác định được chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu Bmin: a, Áp dụng dải khấu thông tầng; b, Áp dụng dải khấu cụt. Hình 2.2: Sơ đồ xác định Bmin khi đất đá phải làm tơi sơ bộ bằng KNM - Khi sử dụng dải khấu thông tầng: Bmin = Z + T + Ca + Bđ, m , m - Khi sử dụng dải khấu cụt: B’min = Z + Bđ, m , m Chiều rộng dải khấu A được xác định theo biểu thức: , ,m Trong đó: W- đường kháng chân tầng, m; nn- số hàng mìn; bn- khoảng cách giữa các hàng mìn, m; Bđ- chiều rộng đống đá nổ mìn phụ thuộc vào số hàng mìn cần nổ. Qua trên cho thấy trong các trường hợp áp dụng dải khấu cụt thì chiều rộng mặt tầng công tác nhỏ hơn so với khi áp dụng dải khấu thông tầng. B’min = Bvt + A, m Trong đó: Bvt- chiều rộng đường vận tải, m. 10 2.2.2.2. Ảnh hưởng của chiều cao tầng đến góc nghiêng bờ công tác Với các mỏ quặng sắt lộ thiên, phần lớn đất đá thuộc loại cứng và cứng vừa cần phải KNM, khi đó chiều cao tầng lựa chọn h 1,5Hmax. Đối với thiết bị vận tải ô tô, chiều cao tầng hợp lý có xét đến khả năng dự trữ khối lượng đá nổ mìn xác định. , m 2.2.2.3. Ảnh hưởng của phương pháp KT đến góc nghiêng bờ công tác Phương pháp khai thác có ảnh hưởng lớn nhất đến góc nghiêng bờ công tác. Khi tất cả các tầng trên bờ công tác đều là tầng công tác và sử dụng dải khấu thông tầng, thì chiều rộng của bờ là lớn nhất và góc nghiêng bờ công tác là nhỏ nhất, xác định theo biểu thức: , độ Ưu điểm của phương pháp này là dự trữ sản xuất lớn, giao thông trên mỏ thông thoáng. Tuy nhiên, phải bóc trước một khối lượng đất đá không cần thiết. 2.3. Nghiên cứu khai thác với đáy mỏ hai cấp 2.3.1. Áp dụng công nghệ khai thác đáy mỏ hai cấp đối với các mỏ có chiều dài đường phương lớn Công nghệ khai thác đáy mỏ hai cấp đã được PGS.TS Hồ Sĩ Giao nghiên cứu, đề xuất áp dụng cho các mỏ than lộ thiên VN từ những năm 1980 của thế kỷ XX. Tuy nhiên, đối với các mỏ quặng sắt lộ thiên VN chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ. , m Trong đó: td- thời gian đào hào dốc, tháng; Vb- khối lượng bùn đất trôi xuống đáy mỏ, m 3; hb- chiều dày lớp bùn ở đáy mỏ, m; Kb- hệ số giảm năng suất của máy xúc khi xúc bùn lẫn nước ở đáy mỏ, Kb = 0,45÷0,6. 11 2.3.2. Lựa chọn công nghệ phân khu vực khai thác theo mùa Mỏ được chia thành 2 khu vực theo đường phương của vỉa. Một khu vực để làm việc trong mùa mưa và một khu vực để làm việc trong mùa khô. 2.4.5. Xác định chiều cao xúc chọn lọc của MXTL 2.4.5.1. Trường hợp MXTLGN đứng trên vách thân quặng, xúc với gương dưới mức máy đứng, chất tải vào ô tô đứng cùng mức: Hình 2.18: Sơ đồ xác định mối quan hệ giữa các thông số làm việc của MXTLGN với góc cắm thân quặng và chiều cao xúc chọn lọc khi đứng bên vách xúc phía dưới Ta có: ,m , 2.4.5.3. Trường hợp MXTLGN đứng trên nóc tầng quặng xúc với gương dưới mức máy đứng, xúc từ vách sang trụ thân quặng Tính được: , m Hình 2.20: Sơ đồ xác định mối quan hệ giữa các thông số của MXTLGN với góc cắm thân quặng và chiều cao xúc chọn lọc khi máy xúc đứng trên nóc tầng quặng xúc gương phía dưới 12 2.4.6. Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng vùng tiếp xúc giữa đất đá và quặng khi khai thác Các thông số làm việc của máy xúc sử dụng; cấu tạo của gàu xúc; sơ đồ khai thác; chiều cao phân tầng quặng; điều kiện thế nằm và cấu trúc của thân quặng; độ bền nén của quặng, các lớp đá kẹp phải xúc chọn lọc và lớp đất đá giáp vách và trụ thân quặng. 2.4.7. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ khai thác chọn lọc hợp lý đối với các mỏ quặng sắt 2.4.7.1. Khai thác bằng MXTLGN đối với các thân quặng dốc nghiêng và dốc đứng 1. Trường hợp mỏ có một thân quặng a. Khi thân quặng có vách và trụ chỉnh hợp với nhau * Khi điều kiện ĐCTV của mỏ phức tạp, đáy mỏ luôn lầy lội: MXTLGN đứng ở trên xúc ở dưới và chất tải vào ôtô đứng cùng mức. - Chiều cao phân tầng trên và phân tầng dưới bằng nhau: hptt = hptd; - Chiều rộng đáy hào chuẩn bị: b’ ≥ 2m; - Đối với các thân quặng dốc đứng phải bóc cả bờ trụ thì chiều rộng mặt tầng bên trụ vỉa (b1) phải đủ rộng để máy xúc quay khi xúc bốc và dỡ tải phải thoả mãn điều kiện: , m Trong đó: Rq- bán kính quay của thân máy xúc, m; k = 0,40,6m- khoảng hở cần thiết giữa đuôi máy xúc và sườn tầng. - Đối với các thân quặng dốc nghiêng không phải bóc bờ trụ: , m Trong đó: Rv- bán kính vòng nhỏ nhất của ôtô, m; L0- chiều dài ô tô, m; Z1, Z2- khoảng cách an toàn từ mép tầng và chân tầng đến đường ô tô, m. Trường hợp này gương đất đá tiến trước một đoạn, sau đó máy xúc quay lại xúc quặng. 13 b. Khi các thân quặng có vách và trụ bất chỉnh hợp * Trường hợp thân quặng có chiều dày tăng dần theo chiều sâu: Để máy xúc công tác với gương đá và quặng riêng thì dày nằm ngang thân quặng phải thỏa mãn điều kiện: , m Trong đó: Z’1 và Z’2- khoảng cách an toàn từ 2 mép tầng đến đường di chuyển máy xúc. 2. Trường hợp mỏ có các thân quặng phân bố gần a. Khi các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp Trường hợp này áp dụng công nghệ nổ mìn giữa nguyên cấu trúc thân quặng. Áp dụng phương pháp nổ mìn vi sai phi điện, tiến hành nổ đồng thời đá vách và các thân quặng. b. Khi các thân quặng có thế nằm bất chỉnh hợp 2.5. Nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp lý cho các mỏ quặng sắt lộ thiên ở VN , 2.5.1. khái niệm chung Việc lựa chọn đồng bộ thiết bị (ĐBTB) hợp lý cho mỏ lộ thiên là một công việc quan trọng, nó không chỉ ảnh hưởng gián tiếp đến tới các thông số của hệ thống mở vỉa, công nghệ khai thác, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mỏ,... mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất của các thiết bị tham gia sản xuất cũng như của cả dây truyền sản xuất trên mỏ. 2.5.2. Lựa chọn đồng bộ thiết bị theo phương pháp sử dụng trí tuệ chuyên gia. 2.5.2.1. Nguyên tắc lựa chọn thiết bị đồng bộ. 1. Kết cấu đồng bộ thiết bị phải phù hợp với tính chất cơ lý của đất đá mỏ điều kiện thế nằm của vỉa, thời tiết khi hấu và địa hình khu vực. 2. Công suất của đồng bộ thiết bị phải phù hợp với kích thước khai trường, quy mô sản xuất, thời gian tồn tại của mỏ, chất lượng sản phẩm yêu cầu và phải có độ mềm dẻo cần thiết để có thể thích ứng kịp thời khi có sự biến động về sản lượng, chủng loại sản phẩm, điều kiện khai thác,... 14 3. Các thiết bị trong từng công đoạn và trong toàn bộ dây truyền sản xuất phải có sự tương thích nhau về thống số làm việc, năng suất và số lượng của mỗi loại thiết bị. 4. Đồng bộ thiết bị phải hoạt động chắc chắn, an toàn có hiệu quả và ít gây ô nhiễm môi trường. Kết cấu đồng bộ phải đơn giản. 5. Đồng bộ thiết bị phải chọn sao cho chi phí lao động trong các khâu sản xuất chính và phụ là ít nhất và không làm phát sinh các công đoạn phụ trợ trong dây truyền sản xuất. 2.5.2.2. Lựa chọn thiết bị xúc bóc. * Máy xúc tay gầu có những ưu điểm sau: 1. Độ bền cơ học cao, tuổi thọ lớn, có thể gấp 23 lần hoặc hơn so với máy xúc thuỷ lực, dễ dàng thích nghi với các giải pháp nâng cấp về công nghệ. 2. Chi phí thường xuyên rẻ hơn 3. Có lực xúc lớn hơn. 4. Có thông số làm việc lớn hơn khi cùng dung tích gầu xúc. 5. Ít gây ô nhiễm môi trường * Máy MXTL có những ưu điểm nổi trội so với MXTG như sau: 1. Số bậc tự do của cơ cấu làm việc nhiều hơn, cho phép thực hiện các quỹ đạo xúc bất kỳ, do vậy sử dụng lực xúc hợp lý, làm tăng tuổi thọ răng gàu, giảm tiêu hao năng lượng, sử dụng có hiệu quả trong việc dọn sạch mặt tầng, cậy bẩy đá treo, xúc bóc chọn lọc,... 2. Lực cản khi xúc tác động chủ yếu lên gàu, mà không truyền toàn bộ vào trọng tâm máy như MXTG, nhờ vậy mà giảm được khối lượng phần quay, dẫn đến giảm mômen quán tính, từ đó giảm thời gian chu kỳ xúc, giảm áp lực lên nên. 3. Hệ thống xy lanh thuỷ lực cho phép các cơ cấu làm việc của máy xúc hoạt động độc lập hoặc đồng thời, có thể tạo ra một cách chính xác lực xúc và hướng xúc cần thiết, nhờ đó mà tăng được hệ số xúc đầy gàu, nâng cao năng suất làm việc. 4. Tính cơ động cao tốc độ di chuyển lớn, áp lực lên nền nhỏ, kích thước hình học nhỏ, do vậy mà phù hợp với điều kiện làm việc chật hẹp, nền đất yếu, địa hình phức tạp, phối hợp dễ dàng với thiết bị vận tải. 15 2.5.2.3. Từ những nhận xét và kinh nghiệm trên có thể rút ra các kết luận về MXTG và MXTL sau đây: 1. Sử dụng MXTG cho những mỏ lộ thiên có tuổi thọ lớn, đất đá cứng, có độ ổn định nền đất đá cao, điều kiện địa hình rộng rãi, có nguồn cung cấp điện ổn định (kể cả lúc mưa bão), không có nguy cơ ngập lụt. 2. Sử dụng MXTLGT và MXTLGN cho những mỏ lộ thiên có tuổi thọ nhỏ, đất đá cứng được làm tơi tốt hoặc đất đá mềm, nền đất không ổn định, địa hình mỏ chật hẹp, những nơi có cấu tạo địa chất phức tạp, vỉa mỏng, nhiều lớp kẹp,... cần khai thác chọn lọc, những nơi khó khăn về nguồn điện, dễ ngập lụt khi có mưa to. 2.5.3. Lựa chọn ô tô vận tải Mối quan hệ đó được biểu thị qua biểu thức: q0 = (4,5 . E + a). , tấn (2.38) Trong đó: a - hệ số, a = 3 khi E ≥4 m3 và a = 2 khi E < 4 m3 Số lượng gàu xúc đầy ô tô (ng) có mối quan hệ với quãng đường vận tải theo số liệu kinh nghiệm như sau: Khoảng cách vận tải L, km: 1  2 5 7  8 Số gàu xúc đầy ô tô ng: 4  6 6  8 8  12 Căn cứ vào số gàu xúc đầy ô tô, xác định được tải trọng ô tô cần tìm. Khi xúc đất đá thì tải trọng ô tô như sau: q0 = , tấn (2.39) Khi xúc vật liệu nhẹ (than, đá túp,...) thì dung tích thùng xe ô tô như sau: V0 = , tấn (2.40) Khi vận tải theo chu trình kín thì số lượng ô tô phục vụ cho một máy xúc được xác định theo biểu thức: N0 = 10,56 - 1,13.ng + 1,08.L, chiếc (2.41) r ddg K KEn ... r dg K KEn .. 16 2.5.4. Lựa chọn máy khoan - Đối với thiết bị xúc bóc: d ≤ 0,75 , m - Đối với thiết bị vận tải ô tô: d ≤ 0,5 , m - Đối với vận tải băng tải: d ≤ 0,5V - 0,1, m - Đối với thiết bị nghiền đập: d ≤ (0,75  0,85) b, Bảng 2.32: Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào dung tích gàu xúc E, m3 1,5  2,3 2,3  3 3  4,3 4,3  7,5 Với đất đá cứng 25  64 51  89 76  127 127  200 Với đất đá mềm 64  102 89  152 127  178 - Các máy khoan đập và đập xoay chạy bằng khí nén có ưu điểm là có độ bền lớn, cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn nhưng năng suất thấp. Máy khoan đập đáy khắc phục được các nhược điểm của máy khoan đập đỉnh như: khi lỗ khoan có chiều sâu lớn (trên 5m) lỗ khoan không bị cong, không bị dắt hay kẹt chòong , vẫn giữ được tốc độ khoan bình thường do không bị tiêu hao năng lượng đập vào biến dạng đàn hồi của cần Từ những kinh nghiệm khoan cứng hoặc diệp thạch than, argilit, alevrolit,...dùng các loại khoan xoay có đường kính dk = 110 160mm. Tóm lại, việc lựa chọn đồng bộ thiết bị hợp lý cho mỏ lộ thiên là rất quan trọng. Một đồng bộ hợp lý cho phép nâng cao được năng suất của các thiết bị hoạt động cũng như của cả dây truyền sản xuất trên mỏ. Phân tích và chỉ ra những tiến bộ trong công nghệ khai thác mỏ lộ thiên của Việt Nam. 17 3.1. Đặc điểm chung mỏ quặng sắt Bản Quân 3.1.1. Vị trí địa lý, địa hình, khí hậu khu mỏ Má s¾t B¶n Qu©n thuéc Tæng c«ng ty cæ phÇn vËt t vµ thiÕt bÞ Toµn Bé – Chi nh¸nh Matexim B¾c K¹n víi diÖn tÝch 27,0 ha. C¸ch ®êng quèc lé 254 vÒ phÝa §«ng B¾c 1,97 km, C¸ch thÞ TrÊn B»ng Lòng 12 km vÒ phÝa §«ng Nam. Địa hình khu vực mỏ thuộc địa hình vùng núi cao nằm trong hệ thống các dãy núi thuộc cánh cung sông Gâm. Địa hình ở phía bắc- tây bắc với những đỉnh trên +750m, thấp dần xuống phía nam thành những đồi núi thấp, với độ vài +510m. Nhìn chung, núi đồi ở đây phân cắt mạnh, dốc. Hình 3.1: Bản đồ khoáng sản tỉnh Bắc Kạn 3.1.2. Đặc điểm địa chất khu mỏ Mỏ sắt Bản Quân là một phần thuộc dải quặng magnetit kéo dài từ Bản Quân đến Khuổi Giang (xã Quảng Bạch). 3.1.2.1. Đặc điểm chất lượng các thân quặng Các thân quặng sắt mỏ Bản Quân nằm chỉnh hợp với đá vây quanh và kéo dài theo phương đôngbắc tây nam và cắm về nam với thế nằm 150÷170 25÷45. Trong diện tích thăm dò đã khoanh nối được 7 thân quặng (TQ.1 ÷ TQ.7). Chúng có đặc điểm như sau: Bảng 3.1: Tổng hợp trữ lượng quặng sắt khu vực mỏ STT Khu vực Cấp trữ lượng Trữ lượng Quặng Fe (tấn) 1 I 122 926 306 333 27 192 2 II 121 1 450 423 122 2 303 778 Tổng cộng cấp 121 + 122 3 754 201 Hình 3.2: Một số mặt cắt mỏ sắt Bản Quân 19 3.1.2.1. Đặc điểm địa chất thuỷ văn. * Đặc điểm nước mặt Dòng chảy lưu lượng đạt cực đại 8,85 - 14,99l/s, cực tiểu 5,14 - 6,76l/s, trung bình 6,15 - 12,32l/s. 3.1.2.2. Địa chất công trình. a. Các hiện tượng địa chất động lực công trình. - Hiện tượng phong hoá: Hiện tượng này xảy ra hầu như trên toàn bộ diện tích khu thăm dò. Do quá trình phong hoá nên trên bề mặt của đá phiến thạch anh -sericit, thạch anh - clorit, thường hình thành những lớp sườn tích, tàn tích. Bề dày của lớp vỏ phong hoá (0,3 - 5,5)m, trung bình 2,9m. - Hiện tượng mương xói: Do nằm ở địa hình tương đối cao (400 - 800)m nên bề mặt địa hình thường bị phân cắt bởi hệ thống mương xói. Hiện tượng này thường xẩy ra trong các thung lũng có độ dốc lớn vào mùa mưa đặc biệt vào các tháng (6,7,8). - Hiện tượng sạt lở đất: Vào mùa mưa, đặc biệt sau những trận mưa lớn dọc bờ suối, đường giao thông thường xẩy ra hiện tượng sạt lở. Hiện tượng này khá phổ biến nhưng trong phạm vi hẹp, mang tính cục bộ. b. Tính chất cơ lý của các lớp đất đá. - Lớp 1: Lớp đất phủ, sản phẩm phong hoá của đá gốc lớp này phân bố rộng rãi trong phạm vi nghiên cứu và lộ ngay trên mặt đất trừ những nơi bị bào sói do các dòng chảy trên mặt như lòng suối. Bề dày dao động (0,3 - 5,5)m trung bình 2,9m. Thành phần thạch học là sét, á sét, á cát lẫn dăm sạn ở trạng thái dẻo cứng. - Lớp 2: Đá phiến thạch anh - clorit vách thân quặng. Bề dày của lớp (15 - 77)m trung bình 46m. Trong quá trình thăm dò đã lấy 4 mẫu đá phân tích toàn diện. - Lớp 3: Lớp quặng sắt. Chiều sâu phân bố của quặng (4,0 - 77)m trung bình 40,5m, bề dày của lớp quặng (1,00 – 13,2)m trung bình 7,1m, trong quá trình thi công lấy 27 mẫu quặng để phân tích tính chất cơ lý. - Lớp 4: lớp đá phiến thạch anh - sericit dưới thân quặng. Bề dày thân quặng khoan qua (4,5 – 39)m trung bình 21,75m. 20 3.1.2.3. Điều kiện khai thác mỏ. Khu thăm dò phần lớn có cốt cao địa hình (400 -800)m. Quặng sắt thường phân bố trong các hệ thống vách núi, do địa hình bị phân cắt, dốc nên ít nhiều ảnh hưởng đến giao thông khi mở mỏ. 3.1.3. Kích thước khai trường Theo Dự án đầu tư đã được phê duyệt, kích thước khai trường và khối lượng trong biên giới mỏ được nêu trong (Bảng 3.2). Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ bản của biên giới khai trường mỏ Bản Quân TT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 Kích thước bề mặt: - Chiều dài - Chiều rộng - Diện tích m m ha 1367 521 27 2 Cốt cao đáy mỏ m 420 3 Chiều cao bờ mỏ m 750 4 Trữ lượng quặng địa chất/hàm lượng Fe tr.tấn/% 3,754/43 5 Trữ lượng quặng khai thác/hàm lượng Fe tr.tấn/% 3,583/40 6 Tổng khối lượng đất đá bóc: - Đất đá tơi xốp - Đá cứng tr.m3 tr.m3 tr.m3 10,787 10,737 0,507 7 Hệ số bóc m3 /tấn 3,01 21 3.1.4. Hiện trạng khu mỏ Mỏ sắt khu vực Bản Quân được Đoàn Intrergeo.4 - Liên đoàn Intergeo thăm dò để khai thác, chế biến quặng sắt Ma-nhê-tít (F3O4) phục vụ sản xuất gang của lò cao và sắt xốp trên địa bàn . 3.2. Xác định thông số của hệ thống khai thác mỏ sắt Bản Quân. TT Các thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều cao tầng khai thác (hkt) m 5 2 Chiều cao tầng kết thúc (Hkt) m 10 3 Góc nghiêng sườn tầng khai thác (αk) độ 65 4 Góc nghiêng sườn tầng kết thúc (αkt) độ 60 5 Chiều rộng bề mặt công tác tối thiểu (Bmin) m 27,6 6 Góc nghiêng bờ công tác (ct) độ 0 7 Góc nghiêng bờ kết thúc (kt) độ 39-43 8 Chiều rộng mặt tầng khi kết thúc (bv) m 3,3-3,5 Hình 3.3: Hình ảnh tầng khai thác mỏ sắt Bản Quân 22 3.3. Xác định chiều cao xúc chọn lọc đối với MXTLGN Mỏ Bản Quân thân quặng có chiều dầy lớn, quặng gốc giàu chiều dày trung bình 5,05m, thân quặng có góc cắm γ = 25÷450, Bảng 3.4: Chiều cao xúc chọn lọc MXTL phụ thuộc vào góc cắm thân quặng Loại MXTLGN Chiều cao xúc chọn lọc, m Góc dốc thân quặng, độ 20 25 30 35 40 45 PC 300-7, SK 330, E= 1,4 m3 hC1 3,1 3,4 3,8 4,2 4,7 5,3 hC2 2,54 4,65 5,2 6,0 6,25 7,12 hC3 3,25 4,46 4,9 5,87 6,31 6,2 Từ tài liệu địa chất xác định được các chỉ tiêu tổn thất và làm nghèo quặng đối với thân quặng giầu của mỏ BQ khi chiều dày lớp tổn thất hoặc làm nghèo t = 0,3 m và được nêu trong (Bảng 3.5). TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giá trị I Đặc tính thân quặng 1 Chiều dày thân quặng trung bình m 5,05 2 Góc cắm của thân quặng Độ 20÷45 3 Số lớp đá kẹp xúc chọn lọc Lớp 2÷6 II Tỷ lệ tổn thất quặng, Km % 0,4 1 Tổn thất dọn nóc tầng % 2,00 2 Tổn thất tại vách và trụ lớp kẹp, xúc chọn lọc % 0,28 3 Tổn thất do KNM, vận tải % 1,00 III Tỷ lệ làm nghèo quặng, r % 0,4 23 3.4. Xác định ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp lý 3.4.1. Xác định loại máy xúc phù hợp với tải trọng ô tô và công suất mỏ * Với cung độ vận tải L = 2km. Ta có biểu thức: q0 = (4,5 . E + a). , tấn. Trong đó: a - hệ số, a = 2 khi E < 4 m3 q0 = (4,5 . 1,4 + 2). = 10,457, tấn. Số lượng gàu xúc đầy ô tô (ng) có mối quan hệ với quãng đường vận tải theo số liệu kinh nghiệm như sau: ng = = 4,731 , gàu Khi xúc đất đá thì dung tích thùng xe ô tô như sau: V0 = = 5,36 , m 3 Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ô tô lựa chọn theo dung tích gàu xúc E và quãng đường vận tải L = 2km; E - dung tích gàu xúc, 1.4 m3; Kd - hệ số xúc đầy gàu 0.85; Kr - hệ số nở rời của đất đá trong gàu xúc 1.4; - khối lượng riêng của đất đá trong vỉa, 2.6 t/m3; K1 - hệ số lèn chặt của đất đá trong thùng xe do quá trình dỡ tải của máy xúc, K1 = 1,05  1,1. Khi vận tải theo chu trình kín thì số lượng ô tô phục vụ cho một máy xúc được xác định sau N0 = 10,56 - 1,13.4,731 + 1,08.2 = 7,3 7, chiếc. * Với cung độ vận tải L = 3 km. Ta có biểu thức: q0 = (4,5 . E + a). , tấn. Trong đó: a - hệ số, a = 2 khi E < 4 m3 q0 = (4,5 . 1.4 + 2). = 11,970, tấn. Số lượng gàu xúc đầy ô tô (ng) có mối quan hệ với quãng đường vận tải theo số liệu kinh nghiệm như sau: ng = = 5,461 , gàu Khi xúc đất đá thì dung tích thùng xe ô tô như sau: V0 = = 6,381 , m 3 Khi vận tải theo chu trình kín thì số lượng ô tô phục vụ cho một máy xúc được xác định theo biểu thức: N0 = 10,56 - 1,13.5,416 + 1,08.3 = 7,679 8, chiếc. 24 Kết quả tính toán chi phí giá thành xúc bốc + vận tải 1m3 đất đá nhỏ nhất của các tổ hợp, phù hợp với điều kiện tự nhiên, cung độ vận tải và quy mô sản lượng của mỏ được nêu trong (Bảng 3.6, 3.7, 3.8, 3.9). Bảng 3.6: Số gàu xúc chất đầy tải ô tô TT Dung tích gàu E, m3 Số gàu xúc đầy ng khi cung độ vặn tải L, km 1-2 2-3 1 1,4 5 6 Bảng 3.7: ĐBTB máy xúc - ô tô phù hợp với mỏ Bản Quân TT Loại vật liệu Sản lượng, 10m3 Cung độ vận tải, km Dung tích gàu xúc, m3 Tải trọng ô E q 1 Đất bóc 10.787 0,5÷1,0 1,4 15 2 Quặng 1.032 1,0÷2,0 1,4 15 Bảng 3.8: Các tổ hợp thiết bị máy xúc – ô tô mỏ Bản Quân TT Tổ hợp Số lượng I Thiết bị bóc đất đá và quặng Máy xúc Ô tô 1 MXTLGN 1,4 m3 - ô tô 15 Tấn 3 10 25 Bảng 3.9: Tổ hợp thiết bị máy xúc – ô tô hợp lý mỏ Bản Quân TT Loại vật liệu Sản lượng, 103 m3 Cung độ vận tải, km Tải trọng ô tô, tấn Dung tích gàu xúc, m3 1 Đất bóc 10.787 1÷2,0 15 1,4 2 Quặng 1.032 2,0÷3,0 15 1,4 Bảng 3.10. Thông số kỹ thuật xe Kamaz TT Nội dung các thông số Đơn vị Giá trị 1 Trọng tải xe Tấn 15 2 Dung tích thùng xe m3 12 3 Công suất động cơ CV 240 4 Tốc độ lớn nhất Km/h 60 5 Bán kính vòng nhỏ nhất m 12,3 6 Chiều cao đến thùng xe m 2,36 7 Kích thước xe: Chiều dài m 8,1 8 Chiều rộng m 2,64 9 Chiều cao m 2,79 10 Trọng tải không tải Tấn 11,4 11 Tiêu hao nhiên liệu 100 km lít 55 26 Bảng 3.11. Thông số kỹ thuật của máy xúc Komatsu 1,4m3 TT Nội dung các thông số Đơn vị Giá trị 1 Dung tích gầu m3 1,4 2 Chiều cao xúc lớn nhất m 10,9 3 Chiều sâu xúc lớn nhất m 7,76 4 Chiều cao dỡ tải m 7,57 5 Bán kính xúc trên mức đặt thiết bị m 12,02 6 Công suất Kw 228 7 Trọng lượng làm việc Kg 42.240 8 Chiều dài xích m 5,03 9 Chiều rộng mép ngoài của 2 xích m 3,34 3.5. Một số hình ảnh khai trường mỏ quặng sắt Bản Quân 27 Trên cơ sở khoa học đã được nghiên cứu giải pháp và áp dụng để căn cứ vào điều kiện tự nhiên và sản lượng của mỏ Bản Quân, cho phép lựa chọn các giá trị: - Góc nghiêng bờ công tác hợp lý đối với tầng đá cứng của mỏ: φct = 0; - Chiều cao xúc chọn lọc của các loại MXTLGN theo góc dốc thân quặng, tỷ lệ tổn thất làm nghèo tùy theo cấu tạo của các vỉa quặng hpt = 5 m. - Để phù hợp sản lượng mỏ, ĐBTB xúc bốc – vận tải lựa chọn nhằm đảm bảo chi phí xúc bốc + vận tải nhỏ nhất: Máy xúc có dung tích gàu từ 1,4 m3 + ô tô tải có trọng từ 15 tấn; Qua quá trình nghiên cứu, đánh giá hiện trạng công nghệ, thiết bị khai thác các mỏ quặng sắt lộ thiên nước ta và tổng quan về công nghệ khai thác quặng sắt trên thế giới cho phép rút ra những kết luận và kiến nghị sau: 1. Ở nước ta công nghiệp khai thác quặng sắt đã có từ vài chục năm trước đây, nhưng quy mô khai thác còn nhỏ lẻ, sản lượng thấp; công tác nghiên cứu khoa học để giải quyết các yêu cầu mà sản xuất đòi hỏi, đặc biệt đối với các mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên phức tạp chưa được chú trọng; công nghệ, thiết bị khai thác ở các mỏ còn thô sơ lạc hậu, không đồng bộ; các thông số HTKT không phù hợp; tổn thất và làm nghèo quặng trong quá trình khai thác còn lớn. 2. Hầu hết các khoáng sàng sắt phân bố ở các vùng rừng núi, xa các trung tâm kinh tế, công nghiệp hoặc sát bờ biển. Tổng trữ lượng và tài nguyên quặng sắt nước ta đã được tìm kiếm, thăm dò khoảng 1,2 tỷ tấn. Trữ lượng quặng của các mỏ thuộc loại nhỏ và trung bình. Sản trạng thân quặng, đặc tính cơ lý của quặng và đất đá vây quanh, điều kiện địa chất, v.v là những yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình lựa chọn công nghệ khai thác của các mỏ. 3. Theo nguồn gốc thành tạo, cấu trúc địa chất, các mỏ quặng sắt nước ta được phân thành 3 nhóm: Đơn giản; phức tạp; rất phức tạp. Trong đó phần lớn các mỏ thuộc loại phức tạp và rất phức tạp, đặc biệt là mỏ Bản Quân. 4. Để đáp ứng Quy hoạch phát triển ngành khai thác, chế biến quặng sắt Đối với các mỏ nâng cao hiệu quả khai thác chọn lọc áp dụng các giải pháp công nghệ, thiết bị khai thác tiên tiến như: + Áp dụng công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn, xét tới khả năng thay đổi yếu tố địa kỹ thuật khi khai thác; + ĐBTB khai thác phải có tính linh hoạt, cơ động cao, đáp ứng được yêu cầu của khai thác chọn lọc, phù hợp. + Áp dụng công nghệ đào sâu đáy mỏ hai cấp và khai thác quặng bằng MXTL theo phân tầng. Đối với các mỏ có điều kiện địa chất phức tạp cần để áp dụng sơ đồ máy xúc làm việc với gương dưới mức máy đứng, chất tải lên ô tô đứng ở tầng dưới, nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của ĐBTB. 28