Công nghệ khai thác lớp bauxit trên sườn dốc

1. Đặc điểm mỏ bauxit Tân Rai

a. Đặc điểm địa hình

Mỏ bauxit Tân Rai thuộc phần phía đông của cao nguyên Bảo Lộc - Di Linh, khu mỏ được phân bố trên địa hình có độ cao 800 - 900m, bề mặt địa hình có dạng đồi gò đỉnh tròn sườn thoải bị phân cách bởi những thung lũng dài và hẹp. Độ nghiêng của khu mỏ có hướng dốc dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam . Điều kiện địa hình khu mỏ có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và trữ lượng các thân quặng bauxit. Ở những nơi có địa hình cao tương ứng với phần đỉnh các đồi, mặt địa hình tương đối bằng phẳng quặng bauxit có chất lượng trung bình và không ổn định nhưng chiều dày thân quặng lớn. Những nơi có địa hình thoải (dốc dưới 5 ⁰) chất lượng quặng bauxit từ trung bình đến tốt.

Ở những địa hình thấp dưới sát chân đồi chất lượng quặng biến đổi mạnh. Dưới thung lũng gần các dòng và khối nước mặt, vỏ phong hóa bõa hòa thì quặng bauxit không phát triển.

Trong phạm vi khu mỏ phần lớn quặng bauxit nằm ở phần đỉnh đồi có địa hình cao (chiếm 87%), một phần nằm ở sườn đồi nhưng chủ yếu vẫn nằm trên mực nước ngầm.

b. Đặc điểm tính chất cơ lý

Địa tầng khu mỏ Tân Rai, từ trên xuống bao gồm các lớp: Lớp đất phủ có chiều dày 0,5m; Lớp laterit – bauxit có chiều dày từ 3¸3,5m; Lớp bauxit - laterit có chiều dày từ 7 – 10m; Lớp lotoma có chiều dày từ 1,5¸2,0m. Các lớp đất trên được khai thác trực tiếp không cần khoan nổ mìn, chỉ có phần quặng tảng chiếm 10 -11% khối lượng khai thác, có độ cứng f = 8¸9 (theo phân loại của Prôtôđiaconôp) tương đương với giới hạn bền néndn = 80¸90 MPa cần phải làm tơi sơ bộ trước khi khai thác.

Cấu trúc cột địa tầng mỏ Tân Rai được thể hiện trên hình 1.

2. Phân bổ trữ lượng bauxit

Quặng bauxit ở mỏ Tân Rai tạo thành các vỉa phân bố ở phần đỉnh các plato và ít khi phát triển tới tận sườn plato. Trên toàn diện tích công tác 42km ², vỏ phong hóa laterit chứa bauxit phủ gần 32 km ²chiếm khoảng 75%. Quặng tinh bauxit đạt chỉ tiêu công nghiệp (lấy theo chỉ tiêu quặng tinh: Al ₂O ₃/40%, modun silic/7, dày/1m, độ thu hoạch tinh quặng + 1 mm/20) được khoanh nối vào thân quặng tính trữ lượng có diện tích 20,3 km ², chiếm khoảng 48%. Quặng bauxit không đạt chỉ tiêu công nghiệp thường nằm ở sườn hoặc rìa plato hoặc phần đáy các đầm lầy. Quặng bauxit công nghiệp có bề dày lớn thường tập trung ở phân đỉnh các plato, có nơi đạt bề dày 11m (G03-35). Bề dày của bauxit ở đỉnh plato lớn hơn và chất lượng của chúng cũng tốt hơn so với bauxit nằm ở sườn. Góc dốc địa hình rất ảnh hưởng đến sự phân bố của vỉa bauxit. Thường sườn dốc của địa hình . 25 ⁰thì bauxit laterit bị rửa trôi, trong khi đó, nếu góc dốc sườn từ 11 ⁰– 15 ⁰thì bauxit còn rất nhiều ở sườn, nhiều trường hợp quặng phân bố tới tận đáy thung lũng. Sự biến đổi bề dày của vỉa bauxit trên toàn mỏ không lớn. Qua bản đồ đồng giá trị hàm lượng, độ thu hồi quặng tinh cho thấy tại các plato khu vực phía bắc, tây bắc mỏ Tân Rai, địa hình tương đối bằng phẳng thì chất lượng quặng và bề dày của vỉa bauxit ổn định và lớn hơn các thân quặng khu Đông Nam .

* Đặc điểm lớp bauxit trên sườn dốc.

Đặc điểm lớp bauxit trên sườn dốc có các đặc điểm sau: Địa hình dốc nghiêng về các phía với góc dốc 11 ⁰¸15 ⁰tạo thành dạng lòng chảo. Chiều dày thật trung bình của lớp phủ: 0,45m; chiều dày (thật) lớp quặng thay đổi từ 1m¸10m trung bình của lớp quặng 5m. Chiều dày nằm ngang của lớp quặng thay đổi từ 16m¸24m, lớp quặng thay đổi từ 1,5m¸4,5m. Bề mặt địa hình được bao phủ bởi cây cà phê và cây thông của dân.

3. Yêu cầu khai thác lớp bauxit

Quặng bauxit là nguồn tài nguyên lớn của nước ta, là cơ sở để hình thành ngành công nghiệp luyện nhôm, là nguồn lực quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Hiện nay, do chưa sản xuất được cho nên chúng ta phải nhập toàn bộ nhôm và trong tương lai cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu về nhôm còn lớn hơn nữa. Mặt khác, thị trường nhập khẩu nhôm các nước xung quanh cũng rất lớn. Điều đó đòi hỏi chúng ta phải khẩn trương phát triển công nghiệp khai thác bauxit và luyện nhôm càng sớm càng tốt để đáp ứng nhu cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu nhôm khi có điều kiện.

Với nguồn tài nguyên quặng bauxit đã xác định, nếu được đầu tư khai thác và chế biến quặng bauxit sẽ đóng một vai trò rất quan trọng cho nền kinh tế và quá trình công nghiệp hóa của đất nước. Khi ngành công nghiệp alumin - nhôm được hình thành sẽ giảm được một lượng ngoại tệ lớn dùng để nhập khẩu như hiện nay.

Vì vậy, cần phải nghiên cứu lựa chọn các công nghệ khai thác nhằm đảm bảo các mục tiêu sau:

- Khai thác tối đa nguồn tài nguyên bauxit.

- Khai thác với công nghệ mà tổn thất và làm nghèo quặng là nhỏ nhất.

- Khai thác với công nghệ và thiết bị đơn giản, quen thuộc với trình độ công nhân khu vực.

- Khai thác đảm bảo thân thiện với môi trường.

4. Công nghệ khai thác

Để tận dụng diện tích các đáy thung lũng không quặng làm chỗ chứa tạm đất phủ chờ phục vụ hoàn thổ, đảm bảo cung độ vận tải đất phủ nhỏ nhất, thuận lợi cho công tác thoát nước và kết hợp giữa công tác thoát nước và kết hợp giữa công tác thải đất mặt và công tác hoàn thổ, trình tự khai thác phần sườn các plato sẽ được tiến hành từ phần thấp lên phần cao. Trên dọc chiều dài tuyến công tác phân ra thành các khối khai thác (block) kích thước phù hợp với thiết bị sử dụng và an toàn lao động.

Tùy thuộc vào chiều dày nằm ngang của thân quặng bauxit trên sườn dốc. Công nghệ khai thác bauxit trên sườn dốc được phân ra làm các trường hợp sau:

a) Công nghệ khai thác xúc quặng trực tiếp bằng máy xúc và chất tải lên ôtô, máy gạt gạt đất phủ.

Những khu vực có chiều dày nằm ngang của quặng >15m -17m đủ để ôtô quay đảo chiều và nhận tải. Khi đó sẻ dụng công nghệ xúc trực tiếp, máy xúc đứng ở mức trung gian của tầng công tác với gương phối hợp, chất tải vào ôtô đứng ở mức dưới. Sơ đồ công nghệ được mô tả trên hình 2. Sơ đồ này có ưu điểm là năng suất đồng bộ thiết bị lớn.

b) Công nghệ khai thác sử dụng máy gạt.

-Những khu vực có chiều dày nằm ngang của quặng <15m -17m không đủ chiều rộng cho ôtô quay đảo chiều. Khi đó, không thể xúc trực tiếp và độ dốc cho máy gạt hợp lý, quặng được gạt từ phần cao của block khai thác xuống chân tầng để máy xúc thủy lực gàu ngược xúc lên ôtô vận chuyển về xưởng tuyển, hoặc cũng có thể xúc trực tiếp quặng lên ôtô. Sơ đồ công nghệ thể hiện.

c) Công nghệ khai thác sử dụng máy phay cắt

Với điều kiện áp dụng máy phay cắt đối với các loại đất đá có giới hạn bền néndn < 80¸90 MPa. Như vậy, với điều kiện khu mỏ Tân Rai các lớp đất và quặng phía trên được khai thác trực tiếp không cần khoan nổ mìn, chỉ có phần quặng tảng chiếm 10%¸11% khối lượng khai thác, có độ cứng f = 8¸9 (theo phân loại của Prôtôđiaconôp) tương đương với giới hạn bền néndn < 80¸90 MPa cần phải làm tơi sơ bộ trước khi khai thác. Vậy việc áp dụng thử nghiệm công nghệ khai thác bằng máy phay cắt trên sườn đồi rất hiệu quả.

Căn cứ vào kết quả đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất các khu vực áp dụng công nghệ bóc đất bằng máy phay cắt; điều kiện khai thác của mỏ; đề xuất lựa chọn máy phay cắt mang mã hiệu 2200 SM hoặc 2500 SM của hãng Wirtgen.

Khu vực sườn đồi có chiều dày quặng nằm ngang từ 5m¸24m, tùy thuộc vào chiều dài khai trường có thể sử dụng các sơ đồ khấu sau:

+ Khấu liên tục

Khấu liên tục quay vòng trên sườn thung lũng: sau khi dùng máy gạt gạt lớp đát phủ xướng chân và làm đường cho ô tô và máy từ đỉnh đồi xuống đáy thung lũng đưa máy vào khấu vòng tròn trên toàn thung lũng. Ô tô nhận tải phía trước, khi đẩy sẽ vận tải ra đường về bãi chứa.

Bề rộng mặt tầng công tác tối thiểu được tính toán phụ thuộc bề rộng của ô tô theo công thức:

B _min= 2B ₀+ B _m+ 2L ₁+ L ₂+ L ₃, m

Trong đó: B _m, B ₀là bề rộng của máy khấu và ô tô, m.

L ₁: khoảng cách giữa máy và ô tô khi tránh nhau, m.

L ₂, L ₃: khoảng cách an toàn từ mép tầng và chân tầng tới mép ngoài của ôtô.

Bề rộng B _minứng với máy khấu 2200Sm , 2500SM.

+ Khấu tải xuống chân tầng

Khi bề rộng nằm ngang của quặng > B _mvà < 8-10m (tương ứng với máy khấu 2200Sm và 2500SM thì máy khấu sẽ khấu và tải xuống dưới. Tại chân tầng quặng sẽ được máy xúc xúc lên ô tô chở về bãi chứa.

+ Khấu không liên tục

+ Khi chiều dày nằm ngang của quặng > 8m - 10m và < 15 - 17m (tương ứng với máy khấu 2200Sm và 2500SM) sử dụng các sơ đồ công nghệ khấu 2 chiều.

Khấu hai chiều (tại khu vực quay đầu sẽ không cắt tải).

Các thông số công nghệ đối với máy 2200SM:

Chiều rộng bloch khấu: 10 <17m o:p="">

Chiều dài khấu l > 150m.

+ Khấu 1 chiều, hướng ngược lại không tải khi chiều dài khu vực khấu < 150m; chiều rộng < 2R _q(hình 5). Ô tô lùi vào nhận tải khi đầy sẽ vận tải quặng về bãi chứa.

Các thông số công nghệ:

Chiều dài bloc: < 150 m

Chiều rộng: B ₀+ L ₂+ L ₃< B _min< 2B ₀+ L ₁+ L ₂+L ₃.

d. Công nghệ khai thác hỗn hợp máy xúc + máy gạt + máy phay cắt

Do đặc điểm phân bố của các thân quặng bauxit trên sườn dốc là không đồng đều, góc dốc thay đổi 11 ⁰¸15 ⁰tạo thành dạng lòng chảo có đáy. Chiều dày thật trung bình của lớp phủ: 0,45m; chiều dày (thật) lớp quặng thay đổi từ 1¸10m trung bình của lớp quặng 5m. Chiều dày nằm ngang của lớp quặng thay đổi từ 10m¸24m, lớp phủ thay đổi từ 1,5m¸4,5m. Vậy, ưu tiên những khu vực nào có chiều dày nằm ngang của thân quặng lớn hơn chiều rộng quay đảo chiều của ô tô thì áp dụng công nghệ xúc trực tiếp bằng máy xúc (phần a), những khu vực có chiều dày nằm ngang thân quặng nhỏ hơn chiều rộng quay đảo chiều của thiết bị vận tải thì áp dụng công nghệ gạt xuống chân tuyến sau đó dùng máy xúc để xúc lên ô tô và vận tải về bãi chứa ( phần B). Những khu vực có góc dốc sườn đồi nhỏ và chiều rộng đảm bảo cho máy phay cắt làm việc thì áp dụng công nghệ khai thác lớp bauxit trên sườn dốc bằng máy phay cắt (phần c).

Kết luận

Bauxit là khoáng snar có giá trị.Việc tìm kiếm các công nghệ - thiết bị mới hiện đại, cơ động, năng suất cao, ít làm ảnh hưởng môi trường và giá thành hạ là hướng đi đúng đắn cho ngành khai thác lộ thiên Việt Nam .

Với đặc điểm các thân quặng bauxit Tân Rai nằm trên sườn đồi chiếm tỷ lệ tương đối lớn, việc áp dụng các công nghệ khai thác hợp lý nhằm tận thu tối đa tài nguyên và tiết kiệm chi phí sản xuất, đảm bảo không gây ô nhiễm đến môi trường là hêt sức cần thiết./.