Bàn về khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác các mỏ tham hầm lò Việt Nam

1. Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả năng cơ giới hoá khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh

Từ năm 1978 các chuyên gia Việt Namvà Liên Xô cũ đã tiến hành đánh giá khả năng cơ giới hoá một số mỏ than Việt Nam . theo đánh giá với trình độ bây giờ thì trữ lượng than hầm lò một số mỏ của ta cơ giới hoá được không đáng kể. Năm 1986 - 1990, đề tài cấp Bộ mã số 12A - 02 - 05 đánh giá tại các mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy (Khe Tam) có 295 khu vực có thể áp dụng sơ đồ công nghệ cơ giới hoá với tổng trữ lượng địa chất dự kiến là 116,33 triệu tấn, theo các báo cáo địa chất hiện có trước năm 1990.

Năm 1978 - 1979 tại Vàng Danh đã tiến hành thử nghiệm máy khấu than tay ngắn 2K - 52 và cột chống thuỷ lực đơn nạp trong loại GXUM - 6 tại vỉa 8 khu Cánh Gà II. Do điều kiện địa chất lò chợ thử nghiệm thay đổi lớn và ách tắc hệ thống vận tải cho nên việc thử nghiệm không thành công.

Trong giai đoạn 1990 - 1995 trong đề tài cấp Nhà nước KC - 03 - 03 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác hầm lò trong điều kiện địa chất phức tạp” và đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu đổi mới công nghệ và thiết bị nhằm đáp ứng nhu cầu tăng sản lượng các mỏ than hầm lò” đã chỉ ra khả năng áp dụng các sơ đồ công nghệ khai thác tại một số mỏ hầm lò có điều kiện địa chất thuận lợi cho công nghệ cơ giới hoá cũng gồm các khoáng sàng Khe Chàm, Khe Tam, Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm…

Năm 2002 tại Công ty Than Khe Chàm đã đưa lò chợ khai thác bằng máy khấu tay ngắn MG - 200W ₁cùng với giá thuỷ lực di động XDY - JF/ LI/ 120J2 tại lò chợ mức +32¸-10 vỉa 14 - 4 và đã cho kết qủa tương đối khả quan đạt công suất thiết kế 200.000 tấn/ năm. Sau đấy các Công ty than hầm lò khác như Mạo Khê, Uông Bí, Dương Huy… cũng đã xem xét khả năng áp dụng vào công ty mình.

2. Tình hình phát triển công nghệ cơ giới hoá khai thác mỏ than hầm lò trên thế giới.

Trên thế giới hiện nay, đặc biệt là các cường quốc về sản xuất than như Trung Quốc, CHLB Nga, CH Ba Lan, CHLB Đức, CH Ucraina… đã áp dụng sơ đồ công nghệ cơ giới hoá đồng bộ gồm tổ hợp máy khấu than tay ngắn đi với giàn tự hành. Các sơ đồ công nghệ của các nước trên đều chọn theo 2 yếu tố là chiều dày và góc dốc vỉa.

Trong các loại hình sơ đồ công nghệ trên thì sơ đồ công nghệ khai thác than bằng máy khấu tay ngắn đi với giàn chống tự hành áp dụng thành công nhất cho vỉa có chiều dày trung bình, góc dốc đến 18 ⁰. Với điều kiện này lò chợ cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tốt nhất như sản lượng các lò chợ có thể đạt tới một triệu tấn/ năm hoặc lớn hơn.

Khi khai thác các vỉa dày thoải trên thế giới đã thành công với tổ hợp thiết bị hạ trần than bằng cơ giới. Các thiết bị tổ hợp đồng bộ như OMKTM, OKP, KM - 87, KM - 130, KM - 120; của Ba Lan như KK 2237, KK 1418, KK 1830, KSO 714; thiết bị của Cộng hoà Liên bang Đức gồm EDW - 300LH, EDW - 20LN…

Ngoài các thiết bị đồng bộ khai thác vỉa thoải có chiều dày trung bình và dày còn có các thiết bị đồng bộ cho các vỉa thoải có chiều dày 0,9 - 1,2 m có KMK - 98, DONBASS, KM - 88, K - 80, và KM - 103 và 1,2¸2,0m có KM - 87DN, MKC, MKM, KMT.

3. Khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác các mỏ than hầm lò Việt Nam

3.1 Lựa chọn máy khấu than

Lựa chọn máy khấu than dựa trên cơ sở: cường độ kháng cắt của than; chiều dày vỉa than; góc dốc vỉa than; độ chứa khí của than; độ chứa nước của than; độ ổn định của vách trực tiếp; độ bền vững của trụ vỉa than; đứt gãy địa chất.

Riêng về cường độ kháng cắt của than Ap > 180 KG/m thì thiết bị cơ giới hoá như máy bào than sẽ không phát huy tác dụng. Hơn nữa trụ vỉa không phẳng và không ổn định làm cản trở rất lớn đến việc áp dụng máy bào than. Do vậy thiết bị khấu than có thể áp dụng cho các mỏ tốt hơn cả là máy khấu than tay ngắn có chiều rộng tay khấu 0,4; 0,5; 0,63 và 0,8 m. Theo các nghiên cứu của nước ngoài khi chiều rộng tay khấu 0,4 m sẽ cho tỷ lệ than cục +15 mm là lớn nhất.

3.2 Lựa chọn thiết bị vận tải

Máy khấu than và máng cào lò chợ liên hệ với nhau về mặt công nghệ rất chặt chẽ, khi dừng máng cào thì máy khấu ngừng làm việc và ngược lại. Năng lực của máng cào phải bằng và lớn hơn năng suất phá than của máy khấu. Máng cào phải có kết cấu bền vững để làm đường dẫn hướng cho máy khấu. Chiều dài lò chợ càng lớn thì độ tin cậy của máng cào càng thấp. Xích máng cào là bộ phận yếu nhất, thông thường sau 6 - 9 tháng là phải thay.

3.3 Lựa chọn vì chống và tổ hợp thiết bị

Lựa chọn vì chống cơ giới hoá cho lò chợ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

- Các yếu tố kỹ thuật mỏ bao gồm: chiều dày vỉa than và độ biến thiên của chiều dày; góc dốc vỉa than và dao động của góc dốc; độ ngậm nước; độ ngậm không khí; nguy hiểm về bụi; các cú phụt bất ngờ của than, khí và đất đá; độ bền vững, ổn định của đất đá vách trụ; khả năng điều khiển của vách trực tiếp và vách cơ bản; sự có mặt của đất đá khó sập đổ trong vách cơ bản.

- Các yếu tố công nghệ gồm: chiều dài lò chợ; tiến độ tiến gương; trình tự thực hiện các quy trình sản xuất; thông gió lò chợ; độ tin cậy của tất cả thiết bị trong tổ hợp.

Sự thay đổi của chiều dày vỉa than phải nằm trong khả năng thay đổi về chiều cao của vì chống.

Chiều dài lò chợ thay đổi lớn thì các thiết bị như máng cào, cáp điện phải cắt ngắn hay kéo dài, thực hiện rất khó. Giàn tự hành, khi lò chợ tiến gương mà phải kéo dài hoặc cắt ngắn là điều vô cùng bất lợi. Do vậy các lò chợ áp dụng máy khấu và giàn tự hành thì điều kiện tiên quyết là chiều dài lò chợ không đổi, điều đó chỉ thực hiện được khi chúng ta chuẩn bị vỉa thoải theo hướng mà không theo đồng mức. Chuẩn bị các lò chợ như vậy chỉ ở các vỉa có góc dốc dưới 18 ⁰.

Góc dốc của vỉa than đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Các thiết bị cơ giới hoá đồng bộ hiện nay chủ yếu mới sản xuất cho góc dốc đến 12 ⁰, rất ít đến 35 ⁰, do vậy khi khấu than theo hướng dốc từ dưới lên hay từ trên xuống góc dốc theo lò chợ không được vượt quá 12 ⁰.

Chiều dày vỉa than đòi hỏi phải ổn định, hệ số biến động không quá 35%. Nếu có lớp kẹp thì tổng chiều dày các lớp kẹp không quá 10% tổng chiều dày lớp khấu và cường độ kháng cắt chung của than và đá kẹp không vượt quá 300 KG/m.

Đá vách ở các lò chợ áp dụng máy khấu phải là đá vách dễ sập đổ, tương ứng với vách nhẹ hoặc là vách có độ bền vững trung bình. Còn lò chợ có vách nặng thì không nên áp dụng thiết bị cơ giới hoá. Trụ vỉa than đòi hỏi có đá trụ từ trung bình trở lên để tránh vì chống lún xuống nền lò. Lò chợ cơ giới hoá nếu có đứt gãy nhỏ có biên độ dịch chuyển dưới 0,5 m thì nên là ít nhất.

Chiều dài theo phương của lò chợ cơ giới hoá tối thiểu từ 800 - 1000 m, bởi vì nếu quá ngắn thì thời gian chuyển lò chợ sẽ chiếm tỷ trọng rất lớn. Theo kinh nghiệm của các nước như Trung Quốc, Ba Lan, Liên Xô cũ… đối với lò chợ máy khấu và giàn tự hành thì để tháo và lắp đặt một lò chợ có chiều dài 100 m thời gian cũng không dưới 02 tháng và chi phí trung bình khoảng 12% giá trị thiết bị.

3.4 Sơ đồ làm việc của máy khấu than

Các máy khấu than tay ngắn có thể làm việc theo sơ đồ con thoi hoặc sơ đồ khấu một chiều. Các sơ đồ này đều có những ưu điểm và nhược điểm của mình.

Theo sơ đồ con thoi máy khấu than làm việc với năng suất tối đa trong điều kiện nhất định. Nhưng khi máy khấu chuyển động ngược chiều luồng gió sạch thì công nhân chống lò sẽ phải làm việc trong khu vực nhiễm bụi. Nếu khai thác than cứng thì vận tốc của máy khấu sẽ thấp có thể dẫn đến cháy động cơ. Hơn nữa, theo nghiên cứu của nước ngoài khi khai thác bằng máy khấu thì còn 15 - 35% số than trong luồng chưa được đưa lên máng cào mà cần phải xúc thủ công.

Còn sơ đồ khấu một chiều sẽ loại được điểm yếu của sơ đồ con thoi, nhưng hệ số thời gian sử dụng máy khấu sẽ thấp hơn. Theo khuyến cáo của các nhà khoa học Liên Xô cũ thì máy khấu đi với giàn tự hành cho các vỉa có chiều dày từ 2 m trở lên theo sơ đồ khấu một chiều.

Việc áp dụng sơ đồ khấu con thoi hay một chiều sẽ được xem xét ở từng lò chợ cụ thể, khi vận tốc khấu 3m/ph mà trên nền còn sót lại 0,1 – 0,2 t/m lò chợ thì nên áp dụng sơ đồ con thoi, nếu nhiều hơn thì nên chuyển sang sơ đồ khấu một chiều.

3.5 Lắp đặt và di chuyển thiết bị lò chợ cơ giới hoá

Thông thường sau khi nhận thiết bị từ nhà máy về mỏ, tổ hợp được lắp đặc và chạy thử. Sau đó thiết bị được tháo và chất lên các goòng chuyên dùng chở đến các vị trí lắp đặt.

Theo kinh nghiệm nước ngoài khi lắp đặt cho giàn tự hành và máy khấu cho vỉa có chiều dày 3 m thì kích thước khám lắp đặt trong vì chống như sau: chiều rộng phía trên nóc lò 4,5 - 5,0 m; phía nền lò 5,1 - 6,1 m; chiều cao 3 - 3,4 m. Tuỳ theo điều kiện địa chất mà lựa chọn vì chống liền khung hoặc không liền khung. Ngoài khám lắp đặt thì phía trên lò chợ cần xây dựng sàn tiếp nhận có chiều dài 30 - 40 m. Để lắp đặt cần thiết phải bố trí các tời lắp đặt, thông thường từ 4 - 5 chiếc.

3.6 Khả năng máy khấu với giá thuỷ lực và cột thuỷ lực vào các mỏ.

Bảng 1

Tại Công ty Than Mạo Khê có thể áp dụng máy khấu với giá thuỷ lực di động tại các lò chợ 9b - 2 cánh Đông; lò chợ 7 - 2 và lò chợ 7 - 2 MR, các lò chợ 9b - 2 cánh Đông và 7 - 2 - 1 cánh Đông. Tại Công ty Than Vàng Danh có thể khai thác tại khu IV gồm các vỉa 8, 6, và 5. Tại Công ty Than Uông Bí (Xí nghiệp Than Nam Mẫu) có thể áp dụng tại các vỉa 7 và 8 khu Than Thùng.

Tại Công ty Than Dương Huy có thể áp dụng tại các vỉa 7, 10 và 12 khu trung tâm khoáng sàng.

3.7 Khả năng áp dụng máy khấu và giàn tự hành

Công ty Than Khe Chàm đã tiến hành thử nghiệm lò chợ cơ giới hoá đồng bộ vỉa 14 - 2 mức -55¸-10. Lò chợ có chiều dài 130 m được trang bị giàn chống tự hành loại ZZ 3200/16/26, máy khấu than tay ngắn MG 150/375-W, máng cào lò chợ SGZ 630/220. Số than khai thác được là 205.522 tấn; ngày có năng suất cao nhất là 2458 tấn; tháng cao nhất là 45228 tấn. Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được tại Khe Chàm ngang với các mỏ tiên tiến của thế giới. Qua thử nghiệm ở vỉa 14 - 2 Khe Chàm rút ra một số nhận xét sau:

- Việc áp dụng cơ giới hoá đồng bộ phải được xem xét kỹ điều kiện địa chất như chiều dày, góc dốc vỉa, chiều dài theo phương của lò chợ phải đủ cho lò chợ làm việc trong 1 năm, bởi vì công việc lắp đặt và tháo dỡ một lò chợ rất lớn. Riêng đối với lò chợ thử nghiệm của Khe Chàm số công lắp đặt là 3026 công, còn sau khi khai thác xong chuyển đi lắp đặt ở lò chợ khác cũng đòi hỏi chi phí nhân công không nhỏ. Điều kiện để lò chợ hoạt động tốt là chiều dài lò chợ không thay đổi, trong vỉa than không có lớp kẹp hoặc kẹp mềm đến 15% toàn bộ chiều dày khấu.

- Việc giữ chiều dài lò chợ không đổi đòi hỏi lò chuẩn bị phải đi theo hướng, do vậy khi vận tải trên đường ray đòi hỏi phải lắp đặt nhiều tời vận chuyển.

- Việc áp dụng cơ giới hoá đồng bộ tại Khe Chàm cũng gặp khó khăn khi tháo dỡ vận chuyển đến các lò chợ mới do đường lò, nhất là giếng nghiêng có tiết diện nhỏ không đảm bảo cho việc vận chuyển giàn chống.

- Để chuẩn bị tháo dỡ và lắp đặt tại lò chợ mới cần thiết phải đầu tư các thiết bị cần thiết, nhất là tời kéo chậm có phanh từ thuỷ lực.

- Để lò chợ làm việc tốt ngoài việc vận hành theo đúng quy trình cần thiết phải làm tốt công tác vệ sinh công nghiệp sau từng ca sản xuất.

- Để máy móc vận hành được đảm bảo, cần thiết phải có một ca chuẩn bị sửa chữa và 2 ca sản xuất.

- Hệ thống vận tải qua giếng nghiêng hiện nay chưa đảm bảo cho việc ra than khi lò chợ chạy hết công suất và các lò chợ khác hoạt động bình thường do năng lực vận tải của băng tải hiện có.

Công ty Tư vấn Đầu tư Mỏ và Công nghiệp đã dự báo khả năng cơ giới hoá đồng bộ cho các mỏ đang hoạt động như Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu… và đề xuất áp dụng thử nghiệm cơ giới hoá đồng bộ lò chợ vỉa dốc (vỉa 24 Tràng Khê - Xí nghiệp Than Hồng Thái - Công ty Than Uông Bí).

Để có thể áp dụng thành công công nghệ cơ giới hoá đồng bộ cần thiết phải thực hiện các công việc như sau:

- Hầu hết các vỉa than có điều kiện cơ giới hoá đã được xem xét ở trên đều có góc dốc ở giới hạn trên của việc áp dụng cơ giới hoá do vậy khi chuẩn bị lò chợ chúng ta đều phải cắt xiên chéo so với đường phương của vỉa, điều này sẽ làm thay đổi nhiều sơ đồ chuẩn bị của các mỏ hiện nay. Để giảm bớt khối lượng cải tạo các hệ thống đường lò và tổn thất than, các chủ đầu tư cần tiến hành ngay việc lập các đề án cơ giới hoá cho mỏ của mình.

- Tập đoàn cần có một chính sách đầu tư thích đáng cho việc nghiên cứu, áp dụng cơ giới hoá, đặc biệt là đầu tư cho việc đào tạo nguồn nhân lực bao gồm cán bộ quản lý, tư vấn thiết kế và cả công nhân thực hành.

- Cơ giới hoá và hiện đại hoá ngành than là sự nghiệp vô cùng lớn lao của toàn ngành, tuy nhiên Tập đoàn cần quan tâm đến việc động viên khen thưởng, tôn vinh những tập thể, cá nhân có đóng góp tích cực trong sự nghiệp này.