Phân tích, đánh giá và đề xuất các biện pháp kỹ thuật công nghệ để giảm tổn thất trong khai thác than các vỉa dày dốc nghiêng chống giữ bằng giá zh 1600-16-24zl giá xdy tại công ty than Quang Hanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THANH HIỆP PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ĐỂ GIẢM TỔN THẤT TRONG KHAI THÁC THAN CÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG CHỐNG GIỮ BẰNG GIÁ ZH 1600-16-24ZL; GIÁ XDY TẠI CÔNG TY THAN QUANG HANH-TKV LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN THANH HIỆP PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ĐỂ GIẢM TỔN THẤT TRONG KHAI THÁC THAN CÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG CHỐNG GIỮ BẰNG GIÁ ZH 1600-16-24ZL; GIÁ XDY TẠI CÔNG TY THAN QUANG HANH-TKV Chuyên ngành: Khai thác Mỏ Mã số đề tài: 60.53.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS-TS. Trần Văn Thanh HÀ NỘI- 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, tài liệu trong luận văn là trung thực và kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.  Tác giả luận văn Trần Thanh Hiệp   MỤC LỤC  Trang   TRANG PHỤ BÌA  1   LỜI CAM ĐOAN  2   MỤC LỤC  3   DANH MỤC CÁC BẢNG  8   DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ  9   MỞ ĐẦU  11   CHƯƠNG 1  HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ TỔN THẤT THAN TRONG KHAI THÁC CÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG Ở CÔNG TY THAN QUANG HANH  14   1.1  Đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ  14   1.1.1  Đặc điểm tự nhiên, xã hội  14   1.1.2  Đặc điểm địa chất khu mỏ Quang Hanh  14   1.1.2.1  Kiến tạo  14   1.1.2.2  Đặc điểm cấu tạo các vỉa than  15   1.1.3  Đặc điểm cấu tạo đá vách và đá trụ vỉa than  16   1.1.4  Đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất công trình  17   1.1.4.1  Đặc điểm địa chất thủy văn  17   1.1.4.2  Đặc điểm địa chất công trình  19   1.1.5  Khí mỏ  20   1.2  Đánh giá tổng hợp đặc điểm điều kiện địa chất các khu vực vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh  21   1.2.1  Phương pháp đánh giá  21   1.2.2  Nội dung đánh giá  21   1.2.2.1  Yếu tố sản trạng vỉa  21   1.2.2.2  Tính chất đá vách và đá trụ vỉa  24   1.2.2.3  Mức độ phá hủy kiến tạo  25   1.2.3  Kết quả đánh giá phân loại trữ lượng các khu vực vỉa dày dốc nghiêng Công ty than Quang Hanh  26   1.3  Hiện trạng khai thác và tổn thất than tại các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh.  29   1.3.1  Hiện trạng khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh  29   1.3.1.1  Hệ thống mở vỉa, chuẩn bị  29   1.3.1.2  Công nghệ khai thác, phương pháp bảo vệ lò chuẩn bị  29   1.3.1.3  Công nghệ khấu than  33   1.3.2  Hiện trạng tổn thất than trong khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh  33   1.3.2.1  Phương pháp phân tích, đánh giá tổn thất than  33   1.3.2.2  Hiện trạng tổn thất than trong khai thác vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh  35   1.4  Xác định các nguyên nhân gây tổn thất than lớn trong quá trình khai thác ở Công ty than Quang Hanh  36   1.4.1  Tổn thất than do điều kiện tự nhiên  36   1.4.2  Tổn thất than do sơ đồ công nghệ khai thác và khai thác không đúng kỹ thuật  36   1.4.2.1  Nguyên nhân gây tổn thất theo chiều dày vỉa và chiều cao khai thác  37   1.4.2.2  Tổn thất do để lại trụ bảo vệ giữa các vị trí khai thác trong khu vực và các nguyên nhân khác  38   1.5  Nhận xét  39   CHƯƠNG 2  ĐỀ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NHẰM GIẢM TỔN THẤT THAN  40   2.1  Các biện pháp kỹ thuật công nghệ khai thác nhằm giảm tổn thất than  40   2.1.1  Phương hướng giảm tổn thất than theo chiều cao khai thác  42   2.1.2  Phương hướng giảm tổn thất than ở trụ bảo vệ lò chuẩn bị  45   2.1.3  Khai thác các vỉa than mỏng  45   2.1.4  Khai thác các trụ than và các khu vực phức tạp  45   2.2  Đề xuất công nghệ và phương hướng giảm tổn thất than trong khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh  46   2.3  Nhận xét  52   CHƯƠNG 3  TRIỂN KHAI ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỰA CHỌN VÀO THỰC TẾ SẢN XUẤT.  54   3.1  Đặc điểm điều kiện địa chất và Hiện trạng khu vực áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác thử nghiệm  54   3.1.1  Đặc điểm điều kiện địa chất khu vực áp dụng  54   3.1.1.1  Địa hình  54   3.1.1.2  Địa tầng  55   3.1.1.3  Đặc điểm cấu tạo các vỉa than  55   3.1.1.4  Chất lương than  55   3.1.1.5  Đặc điểm địa chất công trình  56   3.1.1.6  Đặc điểm khí mỏ  57   3.1.2  Hiện trạng khu vực áp dụng  57   3.2  Công nghệ khai thác áp dụng thử nghiệm  57   3.2.1  Công tác đào lò chuẩn bị  59   3.2.2  Lựa chọn vật liệu chống lò chợ  61   3.2.3  Hộ chiếu chống lò chợ  65   3.2.3.1  Xây dựng hộ chiếu chống giữ lò chợ  65   3.2.3.2  Tính toán áp lực mỏ và xác định mật độ vì chống lò chợ  66   3.2.3.3  Kiểm tra khả năng lún chân cột chống vào nền lò chợ  68   3.2.3.4  Tính toán số lượng vì chống lò chợ  69   3.2.4  Công tác trải lưới nóc lò chợ  70   3.2.5  Công tác khai thác lò chợ  70   3.2.6  Tính toán một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật  70   3.2.7  Công tác điều khiển đá vách  78   3.2.7.1  Công tác phá hỏa ban đầu  78   3.2.7.2  Công tác phá hỏa thường kỳ  78   3.2.8  Công tác tổ chức sản xuất  79   3.2.9  Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cơ bản  79   3.3  Công tác chuẩn bị và khai thác  83   3.4  Sơ đồ công nghệ  84   3.5  Đánh giá tổn thất than khai thác của công nghệ thử nghiệm  86   3.6  Xác định hiệu quả kinh tế của công nghệ khai thác thử nghiệm  87   3.7  Nhận xét  92    KẾT LUẬN  94    TÀI LIỆU THAM KHẢO  96    PHỤ LỤC  100   DANH MỤC CÁC BẢNG  Tên bảng  Trang   Bảng 1.1  Lưu lượng nước chảy vào khai trường mỏ Quang Hanh  19   Bảng 1.2  Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các loại nham thạch trong trầm tích chứa than mỏ Quang Hanh  20   Bảng 1.3  Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ giá ZH1600/16/24ZL  31   Bảng 1.4  Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ giá XDY  32   Bảng 2.1  Bảng đề xuất công nghệ khai thác phù hợp với điều kiện từng vỉa dày dốc ngiêng của Công ty than Quang Hanh  50   Bảng 2.2  Đặc tính kỹ thuật của giá khung đi động ZH 1600/16/24ZL  51   Bảng 2.3  Đặc tính kỹ thuật của giá thuỷ lực XDY-1T2/Hh/Lr  51   Bảng 3.1  Đặc tính kỹ thuật của giá thuỷ lực XDY-1T2/Hh/Lr  62   Bảng 3.2  Đặc tính kỹ thuật của xà khớp HDJA-1200, xà hộp HDFBC-2600, xà khớp HDJA-1200  63   Bảng 3.3  Đặc tính kỹ thuật của trạm bơm dung dịch nhũ hoá XRB2B 80/200  64   Bảng 3.4  Đặc tính kỹ thuật của thùng chứa dung dịch nhũ hoá XRXTC  64   Bảng 3.5  Đặc tính kỹ thuật của máng cào SGB-420/22 và SKAT-80  64   Bảng 3.6  Bảng đặc tính kỹ thuật của băng tải DTC-80  65   Bảng 3.7  Bảng chỉ tiêu KTKT công nghệ khai thác lò chợ  79   Bảng 3.8  Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản đạt được của lò chợ thử nghiệm  82   Bảng 3.9  Chi phí sản xuất kinh doanh than và giá thành sản phẩm  88   Bảng 3.10  Hiệu quả kinh tế của phương án  89   Bảng 3.11  Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế chủ yếu thực tế áp dụng  91   DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ  Tên hình vẽ, đồ thị  Trang   Hình 1.1  Biểu đồ đánh giá phân loại trữ lượng các khu vực vỉa dày dốc nghiêng Công ty than Quang Hanh  26 -:- 28   Hình 1.2     Hình 1.3     Hình 1.4     Hình 1.5     Hình 1.6     Hình 1.7  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc  31   Hình 2.1  Sơ đồ công nghệ khai thác sử dụng giàn chống mềm  43   Hình 2.2  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu toàn bộ chiều dày vỉa  44   Hình 2.3  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, không để lại trụ bảo vệ, chống giữ lò chợ bằng giá khung ZH1600/16/24ZL.  47   Hình 2.4  Giá khung di động loại ZH 1600/16/24ZL  47   Hình 2.5  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, không để lại trụ bảo vệ, chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực XDY  48   Hình 2.6  Giá thuỷ lực di động XDY-1T2/Hh/Lr  48   Hình 2.7  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, chia lớp khấu toàn bộ chiều dày vỉa, chống giữ lò chợ lớp vách bằng cột thủy lực đơn DZ-22; xà khớp HDJA-1200; chống giữ lớp trụ bằng giá thủy lực di động  49   Hình 3.1  Sơ đồ công nghệ lò chợ áp dụng thử nghiệm.  59   Hình 3.2  Sơ đồ chuẩn bị lò chợ áp dụng thử nghiệm.  61   Hình 3.3  Sơ đồ nguyên lý làm việc của giá thủy lực trong lò chợ  66   Hình 3.4  Biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất lò chợ thử nghiệm  76   Hình 3.5  Biểu đồ bố trí nhân lực lò chợ thử nghiệm  77   Hình 3.6  Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương khấu lò chợ bám trụ thu hồi than nóc, chống giữ bằng giá thủy lực di động XDY  85   MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Tổn thất than là một trong những chỉ tiêu quan trọng phản ánh hiệu quả của công nghệ khai thác ở các lò chợ. Mỗi tấn trữ lượng than kể từ khi thăm dò phát hiện đến khi trở thành đối tượng khai thác đã mang trong mình các giá trị tích luỹ qua nhiều giai đoạn: đầu tư thăm dò địa chất, thiết kế, xây dựng, đào lò chuẩn bị, khai thác,v.v.. Tổn thất than làmcho các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế giảm xuống, nếu giảm được tổn thất thì sẽ làm tăng các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế. Chính vì vậy, đầu tư cho nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật để giảm tổn thất than không những có ý nghĩa bảo vệ và tiết kiệm tài nguyên, mà còn đem lại những hiệu quả kinh tế to lớn. Tình trạng tổn thất than hiện nay là đáng báo động ở hầu hết các mỏ hầm lò. Theo con số thống kê sơ bộ, tổn thất than lớn hơn 50 -:- 55 %; tức là hơn một nửa trữ lượng than bị mất trong lòng đất trong quá trình khai thác (ở lò chợ từ 35 -:- 40%). Quang Hanh là một trong số các Công ty khai thác than hầm lò của Tập đoàn Công nghiệp than Khoáng sản Việt nam. Khoáng sàng than Quang Hanh nằm trong khu vực: Ngã Hai. Trữ lượng các khu vực vỉa dày dốc nghiêng chiếm tỷ lệ > 20% tổng trữ lượng. Việc khai thác những năm qua tại các vỉa dày dốc nghiêng của Công ty có tỷ lệ tổn thất than >40 %; vì vậy đòi hỏi phải có những nghiên cứu đề xuất và áp dụng các sơ đồ công nghệ, các giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm giảm tổn thất trong khai thác than ở các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. 2. Mục đích nghiên cứu: Phân tích, đánh giá và đề xuất công nghệ khai thác, các biện pháp kỹ thuật hợp lý nhằm giảm tổn thất trong thu hồi khi khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các vỉa than dày, dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh. 4. Nội dung nghiên cứu: - Hiện trạng khai thác và tổn thất than trong quá trình khai thác vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. - Phân tích, đề xuất một số biện pháp kĩ thuật công nghệ khai thác nhằm giảm tổn thất tài nguyên trong khai thác vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. - Công tác triển khai áp dụng công nghệ khai thác trong thực tế sản xuất. - Kết quả công tác áp dụng thử nghiệm sơ đồ công nghệ khai thác ở Quang Hanh. - Kết luận. 5. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp đánh giá tổng hợp. - Phương pháp thực nghiệm. - Phương pháp phân tích tổng hợp. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Phân tích, đánh giá và đề xuất công nghệ khai thác, các biện pháp kỹ thuật hợp lý nhằm giảm tổn thất than trong quá trình khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. - Từ việc đánh giá kết quả áp dụng thử nghiệm, có thể làm tài liệu để Công ty than Quang Hanh và các đơn vị khác trong ngành khai thác hầm lò tham khảo, xem xét áp dụng theo điều kiện tương tự. 7. Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm 3 chương được trình bày trong 100 trang đánh máy vi tính A4 với 18 Bảng và 20 Hình vẽ. Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Văn Thanh, với sự tạo điều kiện giúp đỡ của các thầy giáo trong Bộ môn Khai thác Mỏ Hầm lò, Khoa Mỏ, Phòng Đại học và Sau Đai học, Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp các phòng ban, cán bộ, công nhân viên chức của Công ty than Quang Hanh. Tác giả xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ TỔN THẤT THAN TRONG KHAI THÁC CÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG Ở CÔNG TY THAN QUANG HANH. 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT - KỸ THUẬT MỎ. 1.1.1 Đặc điểm tự nhiên, xã hội: Khai trường của Công ty than Quang Hanh nằm trên địa bàn Thị xã Cẩm phả, tỉnh Quảng Ninh. Khu mỏ có địa hình đồi núi có độ cao thuộc loại thấp đến trung bình. Phần lớn có độ cao từ 50m -:- 150m. Khu vực phía nam và phía tây khu mỏ núi có độ cao 200 -:- 250m. Địa hình phân cắt mạng sông suối, về mùa mưa ảnh hưởng nhiều đến giao thông đi lại trong khu mỏ. Vào những năm trước 1990, rừng phát triển khá phong phú, từ sau năm 1990 việc khai thác than với nhiều hình thức qui mô khác nhau, rừng bị khai thác bừa bãi. Hầu hết những diện tích rừng hiện có trong khu mỏ là rừng tái sinh và rừng keo, bạch đàn mới trồng của dân và các mỏ. 1.1.2 Đặc điểm địa chất khu mỏ Quang Hanh. 1.1.2.1 Kiến tạo. Khu mỏ Đông Ngã Hai là diện tích ven rìa phía Tây bắc của khối Cẩm Phả, ngăn cách với địa tầng hệ D1-2 phía bắc là đứt gãy Bắc Huy, ngăn cách với địa tầng chứa than khu mỏ Tây Ngã Hai ở phía Tây bởi đứt gãy F.Đ và ngăn cách với điạ tầng khu mỏ Khe Tam bởi đứt gãy F.ĐKT và ngăn cách với địa tầng chứa than khu Khe Sim bởi đứt gãy A-A. Trong phạm vi diện tích khu mỏ lại xuất hiện các đứt gãy bậc cao hơn các đứt gãy ở trên. Các nếp uốn ở khu mỏ Đông Ngã Hai phần nhiều tồn tại dạng đoản do hình thái ban đầu của nếp uốn đã bị đứt gãy cắt qua làm xê dịch. Hệ thống nếp uốn và các hệ thống đứt gãy gây xáo trộn thế nằm ban đầu của các vỉa than, tạo nên cấu trúc khu mỏ rất phức tạp. 1.1.2.2 Đặc điểm cấu tạo các vỉa than. Kết quả thăm dò và khai thác cho thấy: Khu Ngã Hai tồn tại 35 vỉa than, trong 35 vỉa trên chỉ có 30 vỉa gồm: 2, 3, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 17A, 18, 19 có giá trị công nghiệp. Còn lại các vỉa khác chỉ tồn tại dưới dạng lớp mỏng dạng thấu kính không duy trì mới chỉ có một hoặc hai điểm công trình bắt gặp. - Vỉa 3: Có chiều dày không ổn định, thay đổi từ 5,54 -:- 8,83m, trung bình 6,72m. Phần phía Nam vỉa than có chiều dày lớn hơn phần trung tâm. Vỉa 3 thuộc loại vỉa có cấu tạo phức tạp, vỉa có từ 1 -:- 5 lớp kẹp, phổ biến từ 2 -:- 3 lớp kẹp. Chiều dày các lớp kẹp thay đổi từ 0,05 -:- 0,41 mét. Độ tro trung bình 27,55%. - Vỉa 6: Có chiều dày không ổn định, thay đổi từ 6,31m -:- 9,15m, trung bình 7,66m. Chiều dày vỉa giảm dần từ Tây sang Đông. Vỉa 6 thuộc loại vỉa có cấu tạo phức tạp, vỉa có từ 1 -:- 5 lớp kẹp, phổ biến từ 1 -:- 3 lớp. Chiều dày các lớp đá kẹp thay đổi từ 0,25 -:- 1,35 mét. Độ tro trung bình của vỉa là 30,89%. - Vỉa 7: Có chiều dày không ổn định, thay đổi từ 4,81m -:- 8,11m, trung bình 6,06m. Vỉa 7 thuộc loại vỉa có cấu tạo phức tạp, vỉa có từ 1 -:- 11 lớp kẹp, phổ biến từ 2 -:- 6 lớp. Chiều dày các lớp đá kẹp thay đổi từ 0,38 -:- 1,52 mét. Độ tro trung bình của vỉa là 35,32%. - Vỉa 8: Có chiều dày không ổn định, thay đổi từ 4,43 -:- 6,07m, trung bình 5,11m. Chiều dày vỉa giảm dần từ Tây sang Đông. Vỉa 8 thuộc loại vỉa có cấu tạo phức tạp, vỉa có từ 1 -:- 8 lớp kẹp, số lượng lớp kẹp giảm dần từ Tây sang Đông. Độ tro trung bình của vỉa là 33,81%. - Vỉa 9: Vỉa có chiều dày không ổn định. Chiều dày vỉa thay đổi từ 5,03 -:- 10,08m. Vỉa có từ 1 -:- 12 lớp kẹp, phổ biến từ 2 -:- 5 lớp. Chiều dày các lớp đá kẹp thay đổi từ 0,27 -:- 1,09 mét. Độ tro trung bình của vỉa là 28,58%. - Vỉa 10: Chiều dày vỉa không ổn định, thay đổi từ 5,71 -:- 9,83, trung bình 7,94m. Vỉa có từ 1 -:- 6 lớp kẹp, phổ biến từ 1 -:- 4 lớp, chiều dày lớp kẹp thay đổi từ 0,0 -:- 0,66m. Độ tro trung bình của vỉa là 24,57%. - Vỉa 14: Có chiều dày không ổn định, thay đổi từ 5,37m -:- 11,94m, trung bình 8,58m. Vỉa có từ 1 -:- 10 lớp kẹp, phổ biến từ 3 -:- 6 lớp chiều dày lớp kẹp thay đổi từ 0,16 -:- 1,23m. Độ tro trung bình của vỉa là 22,55%. - Vỉa 16: Có chiều dày tương đối ổn định, thay đổi từ 8,15 -:- 10,21, trung bình 9,45m. Vỉa có từ 1 -:- 6 lớp kẹp, phổ biến từ 2 - :- 3 lớp, chiều dày lớp kẹp thay đổi từ 0,00 -:- 0,30m. Độ tro trung bình của vỉa là 23,37%. Tổng hợp trữ lượng than của toàn khu vực Khoáng sàng Ngã Hai do Công ty than Quang Hanh quản lý từ mức -350 lên lộ vỉa là 107.862.000 tấn. 1.1.3 Đặc điểm cấu tạo đá vách và đá trụ vỉa than. * Cấu tạo đá vách: do điều kiện cấu tạo trầm tích nhịp điển hình nên vách vỉa thường tồn tại một tập đá yếu, kém bền vững. - Nằm trực tiếp lên vách vỉa là tập lớp đá gồm: sét kết, sét than xen kẹp các lớp than mỏng. Chiều dày tập đá này từ 0,3 -:- 2,1 m, đôi chỗ ở vách vỉa V6, V8, V9 chiều dày đạt tới 2,9 -:- 5,0 m; đây là tập đá dễ bị tách lớp, sập lở và trượt trong quá trình khai thác. Tuy nhiên tập đá yếu lại phân bố không đều, nhiều chỗ nằm trực tiếp trên vỉa là tập bột kết dày tương đối bền vững. - Nằm trên tập đá yếu là tập bột kết màu xám đen cấu tạo phân lớp mỏng, chiều dày từ 1,5 -:- 7,0 m, nứt nẻ mạnh. - Trên tập bột kết là tập cát kết màu xám, phân lớp dày; đây là tập đá tương đối vững chắc, nứt nẻ trung bình, khó sập lở; chiều dày dao động từ 5,0 -:- 15,0 m. * Cấu tạo đá trụ. - Nằm trực tiếp dưới vỉa than là một tập đá mềm yếu gồm: sét kết, sét than và kẹp các lớp than mỏng; chiều dày của tập đá từ 0,4 -:- 2,6 m. Tập đá này thường gây ra hiện tượng trượt, bùng nền. Tuy nhiên tập đá trụ yếu cũng phân bố không đều, đôi chỗ nằm trực tiếp dưới vỉa than là tập bột kết dày, tương đối ổn định. - Nằm dưới tập đá yếu là tập bột kết phân lớp mỏng với chiều dày cả tập từ 1,6 -:- 13,5 m, đôi chỗ dày tới 25 m. Xen kẹp trong tập bột kết là các lớp sét than hoặc các lớp than mỏng, các thấu kính than dày duy trì không liên tục, đôi chỗ đạt chiều dày khai thác. 1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất công trình: 1.1.4.1 Đặc điểm địa chất thủy văn: + Nước mặt. Nước mặt có trong khu mỏ tồn tại trong các suối và những thung lũng thấp. Hệ thống suối lớn nhất là hệ thống suối Ngã Hai được hình thành bởi hệ thống suối chảy từ Khe Tam ra và hệ thống suối Hữu Nghị xuống. Suối chính Ngã Hai từ trung tâm khu mỏ theo hướng Tây đổ ra sông Diễn Vọng. Nguồn cung cấp cho nước mặt: Vào mùa khô nguồn cung cấp chủ yếu cho suối là nước ngầm. Vào mùa mưa ngoài nước ngầm còn có lượng nước mưa rơi. Về thành phần hoá học nước cả hai mùa đều là nước Bicácbônat clorua natri, thuộc nước trung tính, nước nhạt, rất ít cặn, nước không sủi bọt. + Nước dưới đất. Do đặc điểm về động thái và điều kiện tàng trữ, nước dưới đất trong khu mỏ được chia thành hai tầng chứa nước: - Tầng chứa nước trong trầm tích đệ tứ. Do điều kiện thành tạo, trầm tích đệ tứ có chiều dầy thay đổi từ 1m (nơi địa hình cao) tới 10m (nơi có địa hình thấp). Nham thạch trong trầm tích đệ tứ là cát, sét, pha sạn sỏi có mầu nâu vàng. Tầng chứa nước trong trầm tích đệ tứ có trữ lượng ít, không ảnh hưởng nhiều cho khai thác than, vì dễ dàng tháo khô. Nước thuộc loại Bicácbônat clorua Natri canxi, nước có thể sử dụng cho ăn uống sinh hoạt. - Tầng chứa nước trong trầm tích chứa than. Đá trong trầm tích chứa than có khả năng chứa nước gồm cuội kết, sạn kết, cát kết. Đá ít có khả năng chứa nước, có khả năng cách nước là bột kết, sét kết. Nước tàng trữ trong các khe nứt của đá là chính. Do đặc điểm trầm tích nhịp có sự xen kẽ lớp chứa nước và cách nước. Do hiện tượng tái sét hoá của sét ở các lớp bột kết, sét kết mà các kẽ nứt trong đó trở thành kín dẫn đến tính duy trì cách nước của bột kết và sét kết được bảo tồn làm cho nước tàng trữ trong trầm tích chứa than mang tính áp lực. Nguồn cung cấp cho nước dưới đất là nước mưa. Miền cung cấp là toàn bộ diện tích khu mỏ. Miền tàng trữ là địa tầng nham thạch chứa than. Miền thoát của tầng chứa nước là các điểm lộ để hình thành dòng mặt tạo nên suối. Về thành phần hoá học nước, thuộc nước trung tính cả hai mùa đều là nước nhạt, loại hình Bicácbônát Natri Canxi, độ cứng đều nhỏ hơn 240 có xẩy ra ăn mòn axít, nước không sủi bọt và có cặn mềm, mức độ ăn mòn Cácbônát vào mùa khô ăn mòn yếu, vào mùa mưa từ ăn mòn yếu đến ăn mòn. Qua tổng hợp số liệu nhiều năm và thực tế sản xuất của mỏ, mực xâm thực địa phương khu vực mỏ Quang Hanh ở mức +16,0m. Do vậy những công trình khai thác lò bằng ở từ mức +16 trở lên đều có thể áp dụng biện pháp tháo khô tự nhiên. Bảng 1.1 Lưu lượng nước chảy vào khai trường mỏ Quang Hanh Mức KT  Lưu lượng (m3/h)    Qk (tb mùa khô)  Qmưa (tb mùa mưa)  Qmax  Qtb năm   LV -:- -175  200  692  1.171  487   1.1.4.2 Đặc điểm địa chất công trình. a.Nham thạch trong trầm tích đệ tứ Thành phần là cát, sét, đất sét pha lẫn mùn thực vật mầu nâu vàng, trạng thái bão hoà nước bị nhão, trạng thái khô dễ bở rời. Trầm tích đệ tứ có chiều dầy tới 10m, nham thạch có mặt rộng khắp. b. Nham thạch trong trầm tích chứa than tuổi T3n- rhg2 gồm: - Loại nham thạch hạt thô gồm sạn kết, cát kết, loại hạt mịn là bột kết, sét kết, sét than, nằm xen kẽ nhau theo đặc điểm trầm tích nhịp. - Sạn kết: Được phân bố rải rác trong địa tầng thường cách xa vỉa than, đá có mầu xám sáng, thành phần hạt thạch anh mầu trắng xi măng cơ sở thành phần là sét, silíc cấu tạo lớp không rõ, chuyển tiếp với đá khác rõ ràng, chiều dầy không ổn định có chỗ tới 11,2m; các chỉ tiêu cơ lí đá như sau: ( = 2.636 g/cm3 ; ( =2.721 g/cm3, (n = 810 kG/cm2. - Cát kết: Gặp phổ biến rộng khắp trong khu mỏ cả về diện và chiều sâu địa tầng, đá có mầu xám tro đến xám sáng, thành phần hạt cát, Silíc, sét, cấu tạo phân lớp dầy, độ hạt từ mịn đến thô, ranh giới chuyển tiếp không rõ ràng, chiều dầy thay đổi có chỗ lên tới 30-:- 40m. Các chỉ tiêu cơ lý như sau: ( = 2.636 g/cm3; ( = 2.721 g/cm3, (n = 810 kG/cm2. - Bột kết: Gặp phổ biến rộng khắp trong khu mỏ như cát kết, đá có mầu xám đen, thành phần cát sét hạt nhỏ, cấu tạo phân lớp rõ, có chỗ phân lớp mỏng, có khả năng bảo tồn hoá thạch, thường hay gặp ở địa tầng vách, trụ vỉa than. Ranh giới chuyển tiếp với cát kết không rõ ràng. Các chỉ tiêu cơ lý như sau: ( = 2.652 g/cm3; ( =2.746 g/cm3, (n = 612 kG/cm2. Cùng với cát kết, bột kết đều là đá thường gặp ở vách thật trực tiếp của các vỉa than, về phương diện ĐCCT bột kết nhỏ thua cát kết và sạn kết cả về chiều dầy và diện phân bố, đá có mầu xám đen, cấu tạo lớp mỏng, chiều dầy không ổn định. Sét kết thường là vách giả dễ bị sập đổ hoặc bị khai thác kéo theo cùng than. Các chỉ tiêu cơ lý như sau: ( = 2,44 g/cm3 ; ( =2,657 g/cm3 , (n = 68 kG/cm2. - Sét kết: Là đá yếu kém nhất về phương diện ĐCCT, thường hay gặp ở vách trụ vỉa than khi khai thác bị trộn lẫn làm giảm chất lượng than. Bảng 1.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các loại nham thạch trong trầm tích chứa than mỏ Quang Hanh TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị  Nham thạch      Sạn kết  Cát kết  Bột kết  Sét kết   1  Cường độ kháng nén  KG/cm2  1.286  858  409  199   2  Cường độ kháng kéo  KG/cm2  182  109  69  33   3  Góc nội ma sát  Độ  33  30  29  26   4  Dung trọng  g/cm3  2,59  2,64  2,66  2,42   5  Tỷ trọng  g/cm3  2,68  2,72  2,75  2,66   1.1.5. Khí mỏ. Cũng như các khu mỏ khác trong vùng than Hòn Gai-Cẩm Phả, trầm tích chứa than khu mỏ Đông Ngã Hai có chứa các loại khí N2, O2, CO2, H2, CH4, các loại khí khác cũng có nhưng không đáng kể. Các loại khí CO2, H2, CH4 là loại khí phổ biến và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khai thác nên được coi là đối tượng nghiên cứu chính. Hàm lượng các chất khí như sau: Khí CO2 từ 0,016 -:- 28,13; Trung bình: 7%. Khí H2 + CH4 từ 0,30 -:- 98,70; Trung bình: 65% Khí N2 có hàm lượng từ 0,05 -:- 90,00; Trung bình: 28,20%. Theo “Báo cáo địa chất kết quả thăm dò tỉ mỉ khu mỏ than Đông Ngã Hai, Cẩm Phả - Quảng Ninh”. Phần lớn các vỉa thuộc loại I theo khí Mê Tan. Cục bộ một số khu vực thuộc loại II theo khí Mê Tan, từ -150m trở xuống có cấp khí II theo Mêtan. - Trong đới phong hoá (từ mặt địa hình tới chiều sâu trung bình khoảng 200m, tương ứng với cốt cao từ LV-:- -150) có độ chứa khí tự nhiên của khí cháy nổ (H2 + CH4) trung bình 2,56m3/tấn ngày đêm, có thể xếp vào loại mỏ cấp khí I theo độ chứa khí. - Trong đới khí mêtan (khoảng từ 200m so với mặt địa hình trở xuống tương ứng với cốt cao từ -150 trở xuống) có độ chứa khí tự nhiên của khí cháy nổ (H2 + CH4) = 6,28cm3/kg ứng với độ thoát khí tương đối 8,02m3/tấn ngày đêm. Có thể xếp vào loại mỏ cấp khí II theo độ chứa khí. Theo quyết định số 942/QĐ-BCN ngày 22 tháng 03 năm 2007 của Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) và nội dung công văn số 244/CV-AT của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam ngày 13 tháng 01 năm 2008 về việc xếp loại mỏ theo cấp khí Mêtan năm 2008 thì một số vỉa của Công ty than Quang được xếp hạng III về khí nổ Mêtan (vỉa 7 khu Đông nam; vỉa 14). 1.2 - ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÁC KHU VỰC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG CỦA CÔNG TY THAN QUANG HANH. 1.2.1. Phương pháp đánh giá. Luận văn sử dụng phương pháp đánh giá của Viện VNIMI (Cộng hoà Liên bang Nga). Các yếu tố đánh giá bao gồm: mức độ biến động chiều dày, góc dốc vỉa, tính chất đá vách, đá trụ vỉa, tổng hợp phân loại trữ lượng. Phạm vi đánh giá là các vỉa dày, dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh. 1.2.2. Nội dung đánh giá. 1.2.2.1. Yếu tố sản trạng vỉa. 1. Chiều dày và mức độ biến động chiều dày vỉa. + Chiều dày vỉa. mmin, mtb, mmax, mi. mtb =
; (1-1) mmin - Chiều dày vỉa nhỏ nhất trong giới hạn của hình đánh giá (mét). mmax - Chiều dày vỉa lớn nhất trong giới hạn của hình đánh giá (mét). mtb - Chiều dày vỉa trung bình trong giới hạn của hình đánh giá (mét). mi - Chiều dày vỉa tại điểm thứ i (mét). n - Số điểm đo. + Mức độ biến động về chiều dày vỉa. Đặc trưng bằng hệ số được tính theo công thức:
(1-2) Trong đó: (m - Hệ số biến đổi chiều dày (%). Chỉ tiêu đánh giá chiều dày vỉa như sau: (m ( 25 % - Vỉa ổn định chiều dày (m = 25 % -:- 50 % - Vỉa tương đối ổn định chiều dày (m = 50 -:- 75 % - Vỉa không ổn định chiều dày (m ( 75 % - Vỉa rất không ổn định chiều dày. 2. Góc dốc vỉa, mức độ biến động góc dốc. + Góc dốc vỉa. (min, (tb, (max, (i. (tb =
; (1-3) (min - Góc dốc vỉa nhỏ nhất trong giới hạn của hình đánh giá (độ). (max - Góc dốc vỉa lớn nhất trong giới hạn của hình đánh giá (độ). (tb - Góc dốc vỉa trung bình trong giới hạn của hình đánh giá (độ). (i - Góc dốc vỉa tại điểm thứ i (độ). n - Số điểm đo. + Mức độ biến động về góc dốc. Đặc trưng bằng hệ số được tính theo công thức:
(1-4) Trong đó: (( - Hệ số biến đổi góc dốc (%). Chỉ tiêu đánh giá góc dốc vỉa như sau: (( ( 15 % - Vỉa ổn định góc dốc (( =15 % -:- 35 % - Vỉa tương đối ổn định góc dốc (( > 35 % - Vỉa không ổn định góc dốc. 3. Cấu tạo vỉa. Hệ số đá kẹp và hệ số lớp kẹp. - Hệ số đá kẹp được tính. Kđk =
x 100 (%) (1-5) Trong đó: mdk - Chiều dày trung bình của đá kẹp trong vỉa (m) mv - Chiều dày trung bình của vỉa than (m). - Hệ số lớp kẹp được tính. Klk =
(1-6) Trong đó: mlk - Số lớp kẹp trung bình trong vỉa mv - Chiều dày trung bình của vỉa than (m). Số lớp kẹp nlk ( 2 - vỉa có cấu tạo đơn giản Số lớp kẹp nlk > 2 - vỉa có cấu tạo phức tạp. 1.2.2.2 Tính chất đá vách và đá trụ vỉa. 1. Tính chất bền vững của đá vách: Được đặc trưng bởi khả năng của đá vách duy trì ổn định, không bị tách lớp, tụt đổ xuống khoảng không gian trong gương khấu khi chưa có cột chống. Về mặt định lượng là diện tích mặt lộ vách và thời gian tồn tại ổn định trong gương khấu chưa được chống giữ. Theo kinh nghiệm phân loại của Viện VNIMI được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam, có thể chia đá vách trực tiếp thành 4 loại: rất ổn định, ổn định, ổn định trung bình, không ổn định. Đối với các khu vực vỉa chưa đưa vào khai thác, không có điều kiện theo dõi đánh giá tại hiện trường, có thể dự báo tính chất bền vững của đá vách theo chiều dày và độ cứng của các lớp đá vách sát vỉa than. Trong trường hợp này hệ số tính chất bền vững của đá vách xác định theo công thức: ( = K x hCP x (n (1-7) Với : ( - Hệ số bền vững của đá vách K - Hệ số lấy bằng 1/m. MPa. hCP - Chiều dày trung bình các lớp dưới của vách (trong phạm vi 1mét) hoặc sập đổ trong khoảng đã khai thác. (n- Giới hạn bền vững trung bình của các lớp khi nén đồng trục; MPa. 2. Tính chất sập đổ của vách: Đặc trưng bởi khả năng phá hủy và sập đổ tự nhiên sau hàng cột chống phá hỏa của các lớp đá có chiều dày phân lớp khác nhau. Tính chất sập đổ của đá vách về mặt định lượng là bước sập đổ và kích thước các lớp đá sập đổ xuống phía sau hàng cột chống phá hỏa. Tính chất sập đổ của đá vách của tập lớp đá vách với tổng chiều dày khoảng 10 lần chiều cao lớp khấu chính là tải trọng tích cực tác động lên cột chống trong gương lò. Tính chất tải trọng của đá vách phụ thuộc vào chiều dày của các lớp đá vách dễ sập đổ nằm ngay sát vỉa than hoặc chiều dày bước gãy của các lớp đá vách khó sập đổ. Tính chất tải trọng có thể phân ra làm 3 loại: tải trọng nhẹ, tải trọng trung bình, tải trọng nặng. Tiêu chuẩn phân loại tính chất tải trọng là tỷ số hds/mV giữa tổng chiều dày các lớp đá vách dễ sập đổ nằm sát vỉa than với chiều cao lớp khấu. Tỷ số này phản ánh phần tải trọng của các lớp đá khó sập đổ phía trên tác động lên vì chống trong gương khấu. Sự phân loại vách vỉa dựa trên cơ sở: Với: hds - Chiều dày các lớp đá dễ sập đổ. mV- Chiều dày vỉa (chiều cao khấu). Khi :
- Vách có tải trọng nhẹ.
- Vách có tải trọng trung bình.
- Vách có tải trọng nặng. 1.2.2.3. Mức độ phá hủy kiến tạo. Dựa vào phương pháp đánh giá của Viện VNIMI, mức độ phá hủy kiến tạo được biểu thị bằng hai hệ số đặc trưng cho số lượng, chiều dài và biên độ của phay phá. - Hệ số K1 biểu thị tổng chiều dài các phay phá trên một đơn vị diện tích khu vực nghiên cứu. K1 =
, (m/ha) (1-8) Với: ( l- Tổng chiều dài phay phá trong khu vực nghiên cứu (mét); S - Diện tích khu vực nghiên cứu (ha). - Hệ số K2 - Số lượng phay phá gặp trên một đơn vị chiều dài đường lò. K2 =
; (phay/km); (1-9) Với: l - Chiều dài đường lò (km) n - Số lượng phay phá. Theo tiêu chuẩn của VNIMI, hệ số K1 được chia làm 4 loại: Loại I: K1 ( 50 m/ha - Phá hủy yếu; Loại II: K1 = 50 -:- 150 m/ha - Phá hủy tương đối mạnh; Loại III: K1 = 150 -:- 250 m/ha - Phá hủy mạnh; Loại IV: K1 > 250 m/ha - Phá hủy rất mạnh. 1.2.3 Kết quả đánh giá phân loại trữ lượng các khu vực vỉa dày dốc nghiêng Công ty than Quang Hanh (Kết quả đánh giá chi tiết xem phụ lục I). Biểu đồ đánh giá phân loại trữ lượng các khu vực vỉa dày dốc nghiêng Công ty than Quang Hanh (hình 1-1 đến hình 1-6).
Hình 1-1
Hình 1-2
Hình 1-3
Hình 1-4
Hình 1-5
Hình 1-6 Qua kết quả đánh giá các vỉa dày dốc nghiêng cho thấy: - Trữ lượng than ở các khu vực vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh là: 10.489,3 ngàn tấn, chiếm 21,7% tổng trữ lượng công nghiệp khu mỏ (48.212.878 Tấn). - Trữ lượng tại các vỉa dày từ 3,5 -:- 6,0 mét là: 5.801,8 ngàn tấn, chiếm 12,0%. - Trữ lượng tại các vỉa dày > 6,0 mét là: 4.687,5 ngàn tấn, chiếm 9,72%. - Trữ lượng các vỉa có góc dốc ( = 30 -:- 350 là: 6.881,5 ngàn tấn, chiếm 14,3%. - Trữ lượng các vỉa có góc dốc ( < 300 là: 3.607,8 ngàn tấn, chiếm 7,48 %. - Đá vách các vỉa dày thường không ổn định đến ổn định trung bình, tính chất sập đổ từ dễ đến sập đổ trung bình. Đá vách trực tiếp không ổn định và dễ sập đổ chiếm: 9,3 %. - Đá trụ trực tiếp các vỉa dày thường từ không bền vững đến bền vững trung bình. Đá trụ vỉa không bền vững chiếm 10,8 %. Nhìn chung các vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh có đặc điểm đa dạng và phức tạp ảnh hưởng lớn tới việc lựa chọn các sơ đồ công nghệ khai thác. 1.3. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ TỔN THẤT THAN TẠI CÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG Ở CÔNG TY THAN QUANG HANH. 1.3.1 Hiện trạng khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. 1.3.1.1 Hệ thống mở vỉa, chuẩn bị. Với địa hình đồi núi thấp, Công ty than Quang Hanh mở vỉa bằng phương pháp hỗn hợp lò bằng và giếng nghiêng (chủ yếu giếng nghiêng là chính). Tại mặt bằng mức +30 cặp giếng chính; phụ xuống mức -175 mở hệ thống sân ga hầm trạm, sau đó đào các đường lò xuyên vỉa mức -175 để gặp các vỉa than (phương án mở vỉa theo tầng); từ vị trí gặp các vỉa than tiến hành đào các đường lò dọc vỉa than tớigiới hạn của khu vực, đào thượng nối giữa các mức làm thượng khởi điểm khai thác lò chợ. Trong giới hạn mỗi cánh được chia ra thành các phân tầng khai thác, với chiều cao phân tầng từ 55 -:- 60m. 1.3.1.2 Công nghệ khai thác, phương pháp bảo vệ lò chuẩn bị. Để khai thác các khu vực vỉa dày; dốc nghiêng, Công ty than Quang Hanh đã áp dụng một số các sơ đồ công nghệ khai thác: lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc chống giữ bằng cột thủy lực đơn DZ-22 & xà hộp HDFBC-2600; giá khung ZH1600/16/24ZL; giá XDY-1T2/Hh/Lr. Trong công nghệ khai thác này, khu vực được chuẩn bị theo sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương lò đầu (lò dọc vỉa thông gió); lò chân được đào trong than (Dọc vỉa vận tải- Lò cái chân). Để bảo vệ lò dọc vỉa vận tải và phục vụ khai thác tầng dưới (làm lò dọc vỉa thông gió cho tầng dưới) tiến hành đào lò song song chân với khoảng cách từ 15 -:- 20m theo hướng dốc với lò dọc vỉa vận tải. Khép kín khu vực bằng thượng khởi điểm bám vách để điều khiển vách và thượng khởi điểm bám trụ để lắp đặt lò chợ. Sau khi lắp đặt lò chợ xong tiến hành phá hỏa toàn bộ thượng vách và thành than giữa lò chợ và thượng vách để điều khiển áp lực mỏ. Sau đó đảm bảo các điều kiện kỹ thuật thì tiến hành khấu lò chợ bình thường. + Công tác thông gió: Sử dụng sơ đồ thông gió chung của mỏ với quạt hút trung tâm. Gió sạch đi từ cửa lò giếng chính, qua lò xuyên vỉa vận tải, vào lò dọc vỉa vận tải, qua họng sáo, lò song song chân lên lò chợ. Gió thải từ lò chợ lên lò dọc vỉa thông gió, qua giếng thông gió và được quạt hút trung tâm hút ra ngoài mặt bằng. + Công tác vận tải than: Than từ lò chợ được vận tải bằng máng trượt (máng cào với góc dốc < 250) xuống máng cào đặt tại lò song song chân; sau đó rót qua họng sáo xuống goòng 3 tấn và được tàu điện kéo ra ngoài quang lật đổ xuống băng tải giếng chính được băng tải kéo ra ngoài mặt bằng. + Công tác vận chuyển vật liệu: vật liệu phục vụ công tác khấu than lò chợ được chuyển từ ngoài mặt đất qua hệ thống lò ngầm thông gió bằng tời trục + tích chở vật liệu, đường ray 900mm; xuống lò dọc vỉa thông gió và được đẩy bộ thủ công hoặc tàu điện kéo đến đầu lò chợ.
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc Bảng 1.3 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ giá ZH1600/16/24ZL TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị  Số lượng   1  Chiều dày vỉa trung bình  m  3,0    - Chiều cao khấu gương  m  2,2    - Chiều cao thu hồi than hạ trần  m  0,8   2  Góc dốc vỉa trung bình  độ  27   3  Trọng lượng thể tích của than  T/m3  1,5   4  Chiều dài lò chợ trung bình  m  90   5  Chiều dài theo phương khu khai thác  m  200   6  Tiến độ khai thác một chu kỳ  m  0,8   7  Vật liệu chống gương  Giá khung di động   8  Sản lượng khai thác than một chu kỳ  T  285   9  Số ca hoàn thành một chu kỳ  Ca  1   10  Hệ số hoàn thành chu kỳ  -  0,9   11  Sản lượng khai thác lò chợ một ngày đêm  T  680   12  Sản lượng khai thác lò chợ trong tháng  T  17.000   13  Công suất lò chợ  T/năm  180.000   14  Số công nhân lò chợ một ngày đêm  người  104   15  Năng suất lao động trực tiếp  T/công  6,5   16  Chi phí thuốc nổ cho 1000 tấn than  kg  168   17  Chi phí kíp nổ cho 1000 tấn than  cái  710   18  Chi phí dầu nhũ hoá cho 1000 tấn than  kg  18,6   19  Chi phí gỗ cho 1000 tấn than  m3  1,2   20  Tổn thất than theo công nghệ  %  29   Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò chợ giá XDY TT  Tên chỉ tiêu  Đơn vị  Khối lượng   1  Chiều dày vỉa trung bình  m  3,6    - Chiều cao khấu gương  m  2,2    - Chiều cao thu hồi  m  1,4   2  Góc dốc vỉa trung bình  độ  34   3  Trọng lượng thể tích của than  T/m3  1,5   4  Chiều dài lò chợ trung bình  m  70   5  Chiều dài theo phương khu khai thác  m  250   6  Chiều rộng luồng khấu  m  0,8   7  Tiến độ khai thác một chu kỳ  m  0,8   8  Vật liệu chống gương  Giá thủy lực di động XDY   9  Sản lượng khai thác than một chu kỳ  T  250   10  Số ca hoàn thành 1 chu kỳ  Ca  2   11  Hệ số hoàn thành một chu kỳ  -  1   12  Sản lượng khai thác lò chợ 1 ngày đêm  T  375   13  Sản lượng khai thác lò chợ một tháng  T  9.750   14  Công suất lò chợ  T/năm  117.000   15  Số công nhân lò chợ một ngày đêm  người  84   16  Năng suất lao động trực tiếp  T/công  4,5   17  Chi phí thuốc nổ cho 1000 T than  kg  150   18  Chi phí kíp nổ cho 1000 T than  cái  640   19  Chi phí dây thép (3 cho 1000 T than  Kg  8,5   20  Chi phí lưới thép cho 1000 T than  m2  276   21  Chi phí dầu nhũ hoá cho 1000 T than  kg  233   22  Chi phí gỗ cho 1000 T than  m3  6,9   23  Tổn thất than do công nghệ  %  27   1.3.1.3 Công nghệ khấu than. Công tác khấu than thực hiện bằng thủ công, kết hợp khoan nổ mìn. Chống giữ các đường lò chuẩn bị và khai thác bằng thép và gỗ. Vận tải trong các đường lò song song chân bằng máng cào; tại lò vận tải tầng được sử dụng tàu điện 8 tấn; cương cự 900mm (một số lò chợ được thực hiện vận tải liên tục từ lò chợ ra tận nhà sàng trung tâm của mỏ). 1.3.2 Hiện trạng tổn thất than trong khai thác các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. 1.3.2.1 Phương pháp phân tích, đánh giá tổn thất than. Để phân tích, đánh giá tổn thất than trong quá trình khai thác vỉa dày dốc nghiêng, luận văn đã sử dụng các số liệu thống kê, tổng hợp trong giai đoạn khai thác 3 năm gần đây (từ năm 2007 đến 2009) do Công ty than Quang Hanh cấp. Đồng thời luận văn nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất, kỹ thuật mỏ của các khu vực vỉa dày dốc nghiêng theo kế hoạch 5 năm tiếp theo để có cơ sở đề xuất lựa chọn các sơ đồ công nghệ khai thác hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả và giảm tổn thất than khai thác vỉa dày dốc nghiêng. * Việc phân tích, đánh giá được thực hiện theo các bước sau: - Xác định các thông số vị trí kích thước khu khai thác trong vỉa: + Mức cao khai thác. + Lớp, vỉa khai thác. + Chiều dài theo phương khu khai thác. + Diện tích khu khai thác. + Đặc điểm hình học khu khai thác. - Đánh giá điều kiện địa chất khu vực, vỉa. - Xác định trữ lượng than: + Trữ lượng than trong khu khai thác. + Trữ lượng than để lại trong các trụ bảo vệ chung toàn mỏ. + Trữ lượng than để lại trong các trụ bảo vệ do điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn. + Trữ lượng than cân đối còn lại để thực hiện công nghệ khai thác. - Theo công nghệ khai thác, tiến hành xác định trữ lượng than tổn thất ở các dạng. + Tổn thất than theo diện tích khai thác của công nghệ. * Tổn thất than trong các trụ tạm thời bảo vệ lò chuẩn bị. * Tổn thất than trong các trụ bảo vệ để lại giữa các vị trí khai thác trong khu vực. * Tổn thất than do để lại trụ giữa các buồng khấu. + Tổn thất than theo chiều dày vỉa và chiều cao khai thác. + Tổn thất than do vận chuyển và các nguyên nhân khác. - Xác định tổn thất than theo công nghệ khai thác trên cơ sở tổng tổn thất theo các dạng của công nghệ so với trữ lượng than cân đối còn lại trong khu vực để thực hiện công nghệ khai thác. - Xác định tổn thất than chung trong khu vực khai thác (hoặc vỉa) là tổng tổn thất theo công nghệ và tổn thất do để lại các trụ bảo vệ chung toàn mỏ, do điều kiện địa chất, điều kiện địa chất thuỷ văn so với trữ lượng than trong toàn khu vực khai thác. Để xác định tỷ lệ trữ lượng áp dụng các loại sơ đồ công nghệ khai thác trong điều kiện các khu vực vỉa dày dốc nghiêng, đã tiến hành xác định trữ lượng than của từng công nghệ khai thác thác sau đó so với tổng trữ lượng than khai thác được từ các khu vực vỉa dày dốc nghiêng. 1.3.2.2 Hiện trạng tổn thất than trong khai thác vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. Trong những năm gần đây, các vỉa dày dốc nghiêng được Công ty than Quang Hanh khai thác chủ yếu ở các vỉa: vỉa 3; vỉa 6; vỉa 7; vỉa 8; vỉa 9; vỉa 10; vỉa 14; vỉa 16, từ mức -50 đến lộ vỉa (mức + 20). Các số liệu tổng hợp về tổn thất than của Công ty than Quang Hanh xem phụ lục II. - Tổn thất than chung trong khai thác các vỉa dày dốc nghiêng là 39,46 %, trong đó bao gồm: + Tổn thất tại các trụ bảo vệ lò chuẩn bị: 3,81 % + Tổn thất theo công nghệ khai thác: 32,63 % + Tổn thất do vận chuyển và các nguyên nhân khác: 3,02 %. Qua kết quả phân tích các dạng tổn thất than theo công nghệ cho thấy: có 2 dạng tổn thất than lớn nhất là: theo chiều cao khai thác và theo các trụ bảo vệ để lại để bảo vệ lò dọc vỉa. Tổn thất lớn nhất là theo chiều cao khai thác: - Đối với công nghệ hạ trần chống giữ bằng cột TLĐ; xà hộp, xà khớp thu hồi than nóc là 33,24 % - Đối với công nghệ hạ trần chống giữ bằng giá thủy lực di động XDY là 36,78%. Hai dạng tổn thất than lớn trên đây cần được đề cập giải quyết khi nghiên cứu các phương án công nghệ khai thác giảm tổn thất than. 1.4 XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY TỔN THẤT THAN LỚN TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VỈA DÀY DỐC NGHIÊNG Ở CÔNG TY THAN QUANG HANH. Trong khai thác hầm lò, các yếu tố gây ra tổn thất than lớn bao gồm: + Tổn thất do điều kiện tự nhiên. + Tổn thất do sơ đồ công nghệ khai thác. + Tổn thất khai thác không đúng kỹ thuật. + Tổn thất do vận tải và các nguyên nhân khác. Qua phân tích đánh giá hiện trạng khai thác và hiện trạng tổn thất than ở trên cho thấy: điều kiện cơ sở chung về vận tải của Công ty than Quang Hanh khá tốt, tổn thất than do vận tải và các nguyên nhân khác không lớn (2,73 %); như vậy khi xem xét xác định các nguyên nhân gây tổn thất than lớn trong khai thác vỉa dày dốc nghiêng cần đề cập xem xét ba yếu tố còn lại. 1.4.1 Tổn thất than do điều kiện tự nhiên. Kết quả đánh giá tổng hợp cho thấy điều kiện địa chất các khu vực vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh thuộc loại phức tạp, trong khi các loại hình công nghệ khai thác áp dụng cho các vỉa dày dốc nghiêng ở nước ta được nghiên cứu còn hạn chế, nên Công ty than Quang Hanh đã phải áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc là chủ yếu nên tổn thất than lớn. Mặt khác nhiều khu vỉa dày dốc nghiêng, nhưng do điều kiện địa chất phức tạp; phay phá; than chất lượng xấu; nhiều lớp đá kẹp, nằm dưới các khu vực đã khai thác lộ thiên trước đó, việc khai thác gặp khó khăn, hiệu quả kinh tế không cao, thậm chí không được đề cập đến trong kế hoạch khai thác. 1.4.2 Tổn thất than do sơ đồ công nghệ khai thác và khai thác không đúng kỹ thuật. Theo sơ đồ công nghệ khai thác, tổn thất than chung mà các sơ đồ công nghệ khai thác thường xảy ra là: - Tổn thất tại các trụ bảo vệ tạm thời. - Tổn thất theo chiều dày vỉa và chiều cao khai thác. - Tổn thất do không lấy hết than ở vị trí khai thác và tổn thất do quá trình vận chuyển. Trong quá trình thực hiện công nghệ khai thác, do sự ảnh hưởng của điều kiện địa chất phức tạp, đã phát sinh những thay đổi nhằm phù hợp với thực tế, do vậy đã làm thay đổi một số thông số và chỉ tiêu tính toán thiết kế. Mặt khác trong quá trình thống kê sản lượng xác định tổn thất than, không tách được phần tổn thất do sơ đồ công nghệ khai thác và phần tổn thất do khai thác không đúng kỹ thuật. Với những thực tế trên đây, nên khi phân tích tổn thất than theo sơ đồ công nghệ khai thác đã phải xác định toàn bộ trữ lượng tổn thất vào các dạng của sơ đồ công nghệ khai thác. Như vậy trữ lượng than tổn thất ở các dạng của sơ đồ công nghệ khai thác đã chứa đựng phần tổn thất do khai thác không đúng kỹ thuật. Để xác định nguyên nhân gây ra tổn thất than ở các dạng của sơ đồ công nghệ khai thác sẽ tiến hành phân tích chung xuất phát từ thực tế sản xuất. Trong các dạng tổn thất than theo sơ đồ công nghệ khai thác đã phân tích, tổn thất than xảy ra ở các vị trí: - Trụ bảo vệ lò chuẩn bị 3,81 %. - Theo chiều cao khai thác 35,83 %. - Do vận chuyển và các nguyên nhân khác 3,02 %. Như vậy, trong các dạng tổn thất tổn thất than của sơ đồ công nghệ khai thác, tổn thất theo chiều cao khai thác và do để lại trụ bảo vệ giữa lò chuẩn bị là lớn nhất. 1.4.2.1 Nguyên nhân gây tổn thất theo chiều dày vỉa và chiều cao khai thác. Đây là lượng than tổn thất do chênh lệch giữa chiều dày vỉa với chiều cao khấu hoặc lớp than đệm giữa các lớp khấu, hoặc do cấu tạo vỉa phức tạp, không ổn định ở vách và trụ vỉa đã tạo ra tổn thất theo chiều cao khai thác. Đối với các khu vực vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh thường áp dụng công nghệ khai thác lò chợ trụ, hạ trần thu hồi than nóc chống giữ bằng cột thủy lực đơn DZ-22 xà hộp HDFBC-2600; giá khung ZH1600/16/24ZL; giá XDY-1T2/Hh/Lr. Đây là công nghệ khấu đồng thời toàn bộ chiều dày vỉa than, khi chuẩn bị sẽ tiến hành đào các lò thượng sát trụ vỉa để lắp đặt lò chợ; đào lò thượng vách để phá hỏa đá vách, bắn phá vỡ trụ than giữa lớp trụ và lớp vách sau đó tiến hành khấu lò chợ trụ và hạ trần thu hồi than nóc khi kết thúc chu kỳ khấu chống. Những quan trắc thực tế đã cho thấy đá vách trực tiếp các vỉa than thường yếu và kém ổn định; khi thu hồi than trong phía sau lò chợ chậm, đá vách dễ sập đổ làm chèn lấp cửa tháo. Mặt khác khi chiều dày vỉa lớn phần than sát vách không phá sập cưỡng bức được sẽ không lấy được triệt để. Quá trình khai thác lò chợ giá khung tại vỉa 6 mức -50 -:- + 5 ở Quang Hanh có tổn thất theo chiều cao khai thác trên 40 % do đây là khu vực vỉa dày và có cấu tạo vỉa phức tạp nhiều lớp kẹp. 1.4.2.2 Tổn thất do để lại trụ bảo vệ giữa các vị trí khai thác trong khu vực và các nguyên nhân khác. Tổn thất do để lại trụ bảo vệ giữa các vị trí khai thác trong khu vực là tổn thất giữa hai vị trí khai thác trước và khai thác sau trong khu vực. Tổn thất này phát sinh do công tác khai thác không liên tục, công tác đào lò không cân đối với yêu cầu chuyển diện sản xuất hoặc kế hoạch khai thác không phù hợp do vậy phải để lại các trụ than giữa vị trí khai thác trước và vị trí khai thác sau. Qua phân tích tổn thất than trong khai thác vỉa dày dốc nghiêng cho thấy: Nguyên nhân khách quan là do điều kiện địa chất mỏ phức tạp. Nguyên nhân chủ quan là do áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác chưa hợp lý như: áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc với các khu vực vỉa có chiều dày lớn, địa chất phức tạp dẫn đến không tận thu hết được than; trong nhiều trường hợp những khu vực áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác hợp lý song quá trình thực hiện chưa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nên đã gây tổn thất than lớn. 1.5 Nhận xét: 1. Trữ lượng các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh chiếm tỷ lệ lớn (21,7 % trữ lượng than trong khoáng sàng); phần lớn trữ lượng này nằm trong các khu vực vỉa có điều kiện địa chất phức tạp, khó khăn cho khai thác. 2. Công nghệ khai thác áp dụng cho các vỉa dày dốc nghiêng của Công ty than Quang Hanh chủ yếu lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc. Các công nghệ khai thác này bộc lộ nhiều nhược điểm: với các vỉa dày >6,0m; địa chất phức tạp, có đá kẹp có tổn thất than lớn; mức độ an toàn lao động không cao vì không điều khiển được đá vách. 3. Hiện trạng và nguyên nhân tổn thất than khai thác đã được luận văn phân tích, đánh giá cho thấy mức độ tổn thất than lớn và những hạn chế của công nghệ khai thác đang áp dụng cho vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. Để khắc phục những tồn tại hiện nay, cần thiết phải nghiên cứu đề xuất, lựa chọn công nghệ khai thác hợp lý áp dụng cho các vỉa dày dốc nghiêng ở Công ty than Quang Hanh. CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NHẰM GIẢM TỔN THẤT THAN 2.1. CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHAI THÁC NHẰM GIẢM TỔN THẤT THAN. Phương hướng để giải quyết giảm tổn thất than. Trong khai thác than hầm lò, không có sơ đồ công nghệ khai thác nào lại không có tổn thất, đặc biệt khi khai thác các vỉa dày, có điều kiện địa chất phức tạp tổn thất than lại càng lớn. Do vậy các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đều quan tâm giải quyết vấn đề giảm tổn thất than trong khai thác. Phương hướng chung để giải quyết giảm tổn thất than ở các công nghệ khai thác và tận thu tài nguyên là: