Giải pháp kỹ thuật khai thác tầng sâu Thác Lạc trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp
I. Khái quát tình hình và đặc điểm khu mỏ
Mỏ sắt Trại Cau là một đơn vị thành viên của Công ty Gang thép Thái Nguyên, nhiệm vụ chính của mỏ là khai thác quặng sắt để cung cấp cho nhà máy luyện gang công ty Gang thép Thái Nguyên. Trong đó, công trường Thác Lạc III là một trong những khai trường chính cung cấp sản lượng quặng cho công ty. Công trường Thác Lạc III bao gồm 04 thân quặng gốc: I, II, III, IV với trữ lượng địa chất toàn mỏ: B+C 1=1.619.757 tấn, trong đó: B=634.503 tấn; C 1= 985.254 tấn.
-Công suất mỏ hàng năm trong thời kì sản xuất là: Q quang= 75.000 t/năm.
-Công trường Thác Lạc III được đưa vào hoạt động từ năm 2003. Tầng khai thác bắt đầu từ tầng + 42 và kết thúc ở tầng – 22.
-Tình hình sản xuất thực tế của công trường Thác Lạc III hiện nay đã bước sang năm thứ 3 với độ sau khai thác ở mức + 14. Quá trình khai thác tầng sâu Thác Lạc III gặp không ít khó khăn bởi đặc điểm địa chất thủy văn khu vực mỏ khá phức tạp. Các nguồn nước chảy vào moong khai thác gây khó khăn cho sản xuất bao gồm các nguồn nước như sau.
1.1.Nước mặt
-Suối Thác Lạc chảy bên trên thành tạo đất đá chứa quặng trong phạm vi mỏ Thác Lạc.
-Ngoài ra mặt nước chảy vào khai trường là nước mưa và một phần nước ở trong tầng chứa nước phong hóa.
+ Lượng nước mưa đổ trực tiếp vào moong khai thác tính theo ngày mưa lớn nhất: Q 1= 69.080 m 3/ngày = 2.879 m 3/giờ.
+ Lượng nước mưa đổ vào moong khai thác tính theo lượng mưa trung bình tháng mưa lớn nhất: Q 2= 7.203 m 3/ngày = 300 m 3/giờ.
1.2. Nước ngầm
Trong phạm vi khai thác có những tầng và đồi chứa nước ngầm ảnh hưởng trực tiếp đến công tác tháo khô mỏ, bao gồm:
Phức hệ chứa nước trong các loại á sét, sét, sét lẫn dăm sạn chứa quặng tuổi Mezozol – Kainozol: Tầng này phân bố trong phạm vi khai trường có chiều dày trung bình 24,5m (từ cốt + 38 m ÷+ 13,5 m ). Hệ số thấm tầng này K = 0.338 m/ng.đ.
Tầng chứa nước trong đá vôi nứt nẻ - Castơ, tuổi C-P (đới 1): chiều dày trung bình 36,5m (từ cốt +13,5m ÷-23m). Hệ số thấm K=5,2 m/ng.đ. Đây là tầng chứa nước có áp và là tầng ảnh hưởng tới công tác tháo khô nhiều nhất. Nhưng khi khai thác đến tầng này do bóc hết đất đá tầng trên nên tầng này chuyển thành tầng chứa nước không áp.
Khi tính toàn nước ngầm: Toàn bộ moong khai thác được quy về thành một giếng lớn, tâm giếng là lỗ khoan 532 nằm trên tuyến XXIV A, bán khính giếng R 0=60m. Suối Thác Lác chảy quanh 2 phía giếng lớn, lòng suối có sức cản thấm ∆1=59m. suối nước được mô hình hóa là hai biên cấp nước cho giếng lớn, hai biên này vuông góc với nhau. Khoảng cách từ tâm giếng lớn đến hai biên lần lượt là: Z 1=250m và Z 2=275m.
Lượng nước ngầm chảy vào mỏ tính toán:
-Tầng chứa nước trong các loại á sét, sét, sét lẫn dăm sạn chứa quặng tuổi Mezozoi-Kainozoi: (từ cốt +13,5 ÷-23m). Q 1=315m 3/ng.đ =14m 3/giờ.
-Tầng chứa nước trong đá vôi nứt nẻ - Castơ, tuổi C-P (đới I): chiều dày trung bình 36,5m : (từ cốt +13,5 ÷-23m) Q 2=25.329 m 3/ng.đ =1.055m 3/giờ.
-Xuất phát từ những vấn đề trên, giải pháp kỹ thuật khai thác tầng sâu Thác Lạc trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp đặt ra là:
1. Lựa chọn hệ thống khai thác và đồng bộ thiết bị phù hợp
2. Tháo khô mỏ-thoát được hết lượng nước ngầm, nước mặt trong thời gian ngắn nhất.
3. Ổn định cơ lý mặt tầng công tác và đường vận tải mỏ đảm bảo cho thiết bị hoạt động bình thường.
II. Giải pháp kỹ thuật khai thác tầng sâu Thác Lạc trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp
2.1Giải pháp lựa chọn đồng bộ thiết bị và hệ thống khai thác phù hợp
a. Giải pháp về đồng bộ thiết bị trong công nghệ khai thác
*Sử dụng máy xúc thủy lực gầu ngược kết hợp với ô tô tự đổ đứng cùng mức để mở tầng và đào hào cơ bản vào đào hào hố bơm.
*Thiết bị gồm:
+ Máy khoan tay loại: PR – 20 (dùng để xử lý các mô chân tầng và quá cỡ)
+ Máy khoan lớn loại: Khoan đập cáp CZ-20-2M.
+ Máy xúc thủy lực gầu ngược loại: CAT- 325, dung tích gầu 1,5m 3.
+ Ô tô vận chuyển loại KRAZ-256, tải trọng 12 tấn.
+ Máy gạt loại DZ-171, T130.
+ Máy lu để lu lèn hào và mặt đường vận chuyển 12 tấn.
b. Giải pháp lựa chọn hệ thống khai thác
Để phù hợp với điều kiện tự nhiên với thân quặng và thiết bị đã lựa chọn, đáp ứng tốc độ xuống sâu và ổn định sản lượng mỏ khai thác, hệ thống khai thác áp dụng cho Thác Lạc III là hệ thống khai thác hỗn hợp bao gồm:
*Hệ thống khai thác một hoặc hai bờ công tác khi khai thác từ tầng +26m đến +6m và hệ thống khai thác rẻ quạt tâm quay thay đổi khi khai thác từ tầng +6m đến -22m.
*Áp dụng phương pháp khấu theo lớp đứng, sử dụng bãi thải ngoài: xúc bốc đất đá và quặng bằng máy xúc thủy lực gầu ngược kết hợp khoan nổ đối với đá cứng và quặng, vận tải bằng ô tô tự đổ.
*Trong quá trình khai thác có sử dụng các hào tạm để thông tầng, hào tạm di chuyển theo tiến độ khai thác.
*Các thông số cơ bản của hệ thống khai thác như sau:
+ Chiều cao tầng khai thác: H=04 mét.
+ Góc nghiêng sườn tầng kết thúc: α= 45 0.
+ Góc nghiêng bờ kết thúc: γ= 23 0- 30 0.
+ Chiều rộng mặt tầng kết thúc: b=5-10 mét.
Với các thiết bị hiện có trên của mỏ, đồng thời kết hợp với hệ thống bơm thoát nước mỏ (giới thiệu ở phần sau). Mỏ sắt Trại Cau hoàn toàn có thể khai thác đạt được tốc độ xuống sâu hàng năm.
2.2 Giải pháp thoát nước tháo khô mỏ:
a. Nước mưa, nước mặt
Về công tác thoát nước mặt được thực hiện bằng 02 giải pháp sau:
1. Nắn suối Thác Lạc ra ngoài phạm vi biên giới mỏ khi đưa mỏ vào khai thác.
2. Đặt 02 trạm bơm phao để chủ động thoát hết lượng nước mưa và nước tầng phong hóa chảy vào moong khai thác:
-Trạm 1 đặt 02 bơm có mã hiệu LTC-150x2 (Việt Nam ), công suất động cơ là 75kw lưu lượng 150m 3/h (đặt ở phía Tây moong)
-Trạm 2 đặt 02 bơm có mã hiệu LT 2-280-70 (Việt Nam), công suất động cơ 100kw, lưu lượng 280m 3/h (đặt ở phía Đông moong)
Khi mưa to, lũ tăng cường thêm 02 bơm còn lại ở 02 trạm phao trên cùng hoạt động 03 ca liên tục. Sau trận mưa cần khoảng 3 ÷5 ngày thoát hết nước trong moong, trong khi đó mỏ sản xuất ở các công trường khác.
Từ tầng +18 trở đi, ngoài việc sử dụng 02 trạm bơm phao trên còn phải khoan thêm 08 lỗ khoan làm việc liên tục.
b. Nước ngầm
Toàn bộ lượng nước ngầm trong moong mỏ được tháo khô bằng 08 lỗ giếng khoan bơm thoát nước ngầm bố trí bao quanh moong ( vị trí của 08 giếng khoan được lựa chọn phù hợp theo điều kiện thực tế), miệng lỗ khoan ở mức +18, đáy lỗ khoan ở mức -27. Độ sâu của giếng khoan làm việc là: 45 mét. Sẽ đảm bảo thoát hết nước ngầm khi đồng thời cả 08 giếng khoan hoạt động.
2.3 Giải pháp nhằm ổn định mặt tầng công tác và đường vận tải mỏ
Trình tự một chu kỳ khai thác xuống sâu của moong Thác Lạc III:
1. Toàn bộ lòng moong khai thác được đào các hệ thống mương ở chân các tầng khai thác và tầng kết thúc, phần đáy moong (nằm trong tầng đất yếu á sét, sét, sét lẫn dăm sạn chứa quặng tuổi Mezozol – Kainozol) được chia ra bởi một mương dọc theo moong và các mương ngang dạng xương cá, dẫn nước mưa, nước mặt chảy về 02 hố bơm phao ở 02 đầu moong phía Đông và Tây, các mương được thi công sao cho đạt tốc độ dốc i=2-5%, nghiêng về phía hố bơm phao nhằm mục đích róc nước nhanh chóng các tầng khai thác sau mưa.
2. Mở các hào vận chuyển di động đi trong vỉa đá vôi, nối hào này với các hào ở dạng xương cá (hào xương cá được thi công bằng các loại đá vôi sau khi nổ mìn ra, được san gạt, lu lèn…), đẩy nhanh tiến độ bóc đất ở các vùng than quặng và vùng giáp biên giới kết thúc mỏ. Hào đi trong vỉa đá vôi và hào xương cá chỉ cắt bỏ sau khi đã kết thúc tầng khai thác theo hình thức cuốn chiếu.
3. Mở các hào vận chuyển di động và đào hố bơm vượt trước trong thân quặng, tận dụng tối đa các hào di động để vận chuyển đất đá và khia thác quặng nguyên, cũng chỉ cắt bỏ hào di động sau khi đã kết thúc tầng khai thác theo hình thức cuốn chiếu.
4. Trong các điều kiện địa hình chất thủy văn phức tạp, khó khăn thì bắt buộc phải tiến hành thi công tạo các đường xương cá vận chuyển bằng đá vôi sau khi nổ mìn và được san gạt, lu lèn… Các hệ thống đường xương cá vận chuyển trong tầng khai thác có thể làm 1 hoặc 2 làn xe chạy và bố trí hố quay cho hợp lý (thi công tùy thuộc vào địa hình thực tế cụ thể)
Chukỳ sản xuất của tầng khai thác kế tiếp được tiến hành tương tự.
Trên đây là một số giải pháp công nghệ khai thác tầng sâu Thác Lạc III trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp.
III. Mục đích và ý nghĩa của giải pháp công nghệ khai thác tầng sâu Thác Lạc
1. Treo khô được các tầng khai thác, Đảm bảo được tốc độ xuống sâu của mỏ.
2. Giảm thời gian ngừng trệ sản xuất do ảnh hưởng của nước ngầm, nước mưa, nước mặt, đáp ứng được tiến độ và thời gian đặt ra theo yêu cầu.
3. Đảm bảo được công suất mỏ theo thiết kế, tạo ra những thuận lợi cơ bản cho công tác quản lý và chỉ đạo SX-KD có hiệu quả cao hơn.
Nguồn : Công nghiệp mỏ, số 5-2006, tr.22.
