Giải pháp nào để hiện đại hóa khai thác than lộ thiên? [Kỳ 2]

Hiện trạng Quy hoạch 403 và nhu cầu than Việt Nam [3]
Nhu cầu than cho sản xuất điện và giải pháp thực hiện (Tạm kết)
Một số vấn đề về cung cầu than cho nền kinh tế Việt Nam
Giải pháp nào để hiện đại hóa khai thác than lộ thiên? [Kỳ 1]

TS. LƯU VĂN THỰC, TS. LÊ CÔNG CƯỜNG - VIỆN CÔNG NGHỆ MỎ VINACOMIN

KỲ 2: GIẢI PHÁP HIỆN ĐẠI HÓA NGÀNH KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN

Công tác khoan nổ mìn

Để đảm bảo sản lượng làm tơi đất đá, mức độ đập vỡ đất đá và hạ giá thành khâu làm tơi đất đá, cần tập trung nghiên cứu tập trung theo các hướng:

Hướng 1: Chế tạo và sử dụng các loại thuốc nổ có sức công phá lớn với giá thành rẻ thay thế các loại thuốc nổ hiện có.

Các quốc gia tiên tiến trên trên thế giới như: Úc, Tây Ban Nha, Nga đã nghiên cứu và chế tạo các loại thuốc nổ có tốc độ nổ cao từ 5,3÷5,8 km/s như: thuốc nổ Powergel Pulsa - 3131, Powergel P2521, P2541 (Úc); GOMA (Tây Ban Nha); đặc biệt thuốc nổ UP1 (Nga) đã sử dụng bột than để thay thế một phần dầu diezel trong thuốc nổ, từ đó cho phép hạ giá thành thuốc nổ [4].

Hướng 2: Lựa chọn sơ đồ bố trí lỗ khoan, kết cấu lượng thuốc nổ và các thông số khoan nổ mìn phù hợp

Sử dụng chiều cao tầng lớn: Mục đích của giải pháp tăng chiều cao tầng để tăng tỉ lệ chiều cao cột thuốc, giảm chi phí khoan. Hiện nay, một số mỏ tại Nga đang áp dụng chiều cao tầng lên đến 25÷30 m. Kết quả so sánh thành phần cỡ hạt cho thấy tỷ lệ cỡ hạt có kích thước d_tb > 400 mm khi nổ tầng 15 m khi chỉ tiêu thuốc nổ q = 0,58 kg/m³ chiếm 15%, còn khi nổ mìn tầng cao 25÷30 m chiếm tỷ lệ nhỏ hơn < 10% [4]

Hướng 3: Hiện đại hóa khâu nạp thuốc nổ

Hiện nay, công tác nạp thuốc nổ trên các mỏ lộ thiên than Việt Nam chủ yếu được tiến hành bằng công tác thủ công, phương pháp này sẽ làm kéo dài thời gian nạp nổ khi quy mô các bãi nổ lên đến hàng chục tấn thuốc nổ, làm ảnh hưởng không nhỏ đến sản lượng làm tơi đất đá. Với cường độ khai thác lớn trong thời gian tới cần nghiên cứu hiện đại hóa khâu nạp mìn bằng các thiết bị chuyên dụng để rút ngắn thời gian thi công và tăng năng suất lao động.

Áp dụng HTKT phù hợp với đồng bộ thiết bị có công suất lớn

ĐBTB khai thác có mối quan hệ chặt chẽ với các thông số HTKT. Các thông số HTKT hiện tại chưa phù hợp với các thông số của một số thiết bị khai thác có công suất lớn (máy xúc E = 8÷12 m³, ô tô 96 tấn), do đó năng suất một số thiết bị này chỉ đạt 55-58% so với định mức của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam. Vì vậy, khi đầu tư các thiết bị có công suất lớn cần nghiên cứu hoàn thiện các thông số HTKT phù hợp với các thông số của ĐBTB. Các thông số HTKT được tính phù hợp với đồng bộ thiết bị (ĐBTB) có công suất lớn, phù hợp với điều kiện từng mỏ than lộ thiên lớn Việt Nam.

Với các tổ hơp ĐBTB như: Máy khoan có đường kính d = 250¸320 mm, máy xúc có dung tích gầu E = 8¸15 m³, ô tô có tải trọng q = 55¸130 tấn; các thông số HTKT như: chiều cao tầng từ 15¸30 m, chiều rộng mặt tầng công tác từ 40¸70 m (các mỏ Na Dương, Hà Tu, chiều cao tầng h = 12¸15 m; chiều rộng mặt tầng công tác B_ct = 40¸55 m. Các mỏ Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu chiều cao tầng h = 20¸30 m; chiều rộng mặt tầng công tác B_ct = 40¸70, chiều rộng dải khấu 18¸30 m, góc nghiêng bờ công tác 24¸32⁰ [5].

Áp dụng dụng công nghệ vận tải liên hợp ô tô - băng tải

Công tác vận tải đất đá ở các mỏ than lộ thiên Việt Nam sử dụng công nghệ vận tải bằng ô tô đơn thuần có tải trọng (q) thay đổi từ 20÷96 tấn gồm nhiều chủng loại như: CAT 777 (q = 96 tấn); HD785-7 (q = 91 tấn); CAT 773E;F, HD465-7R (q = 55÷58 tấn); HM400; Volvo (q = 32÷42 tấn); Scania, HOWO (q = 20÷27 tấn).

Ngoài ra, tại mỏ than Cao Sơn đưa vào vận hành 1 tuyến băng tải đất đá dài 3.700 m từ khai trường ra bãi thải Bàng Nâu với công suất thiết kế 10 triệu m³ đất đá/năm.

Các loại ô tô được đầu tư theo các thời kỳ khác nhau. Xu hướng tăng dần tải trọng để phù hợp với thiết bị xúc bốc và HTKT với góc nghiêng bờ công tác lớn. Số lượng các ô tô lên đến hàng vài trăm chiếc tại các mỏ công suất lớn như Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn, gây phức tạp trong công tác điều hành và tổ chức sản xuất. Do vậy, việc hiện đại hóa khâu vận tải đất đá tại các mỏ than lộ thiên là xu thế tất yếu để tăng sản lượng khai thác.

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin: để đảm bảo sản lượng mỏ, hạ giá thành khai thác cần đầu tư các tuyến băng tải sau:

Đầu tư bổ sung tuyến băng tải số 2 (có thông số tương tự như tuyến số 1) tại mỏ Cao Sơn;

Đầu tư mới tuyến băng tải vận tải đất đá từ khai trường vỉa 4 mỏ Na Dương tới bãi thải Khòn Chè với các thông số kỹ thuật như sau: sản lượng vận tải 9,0 triệu m3/năm; chiều rộng băng B = 1,6 m; chiều dài băng L = 2,0 km.

Đầu tư mới tuyến băng tải dốc có hệ thông nén ép tại mỏ Khánh Hòa từ +30 xuống -210 để vận tải đất đá ra bãi thải Tây, với sản lượng 7.000.000 m³/năm, chiều rộng băng B = 1,2 m, chiều dài băng L = 380 m, góc dốc băng β = 35⁰ [3].

Giải pháp vét bùn và đào sâu đáy mỏ

Các trận mưa cuốn theo đất đá hạt mịn và than xuống đáy mỏ lắng đọng thành bùn. Theo số liệu thực tế các năm gần đây, sau mỗi mùa mưa khối lượng bùn tích lũy ở đáy moong các mỏ lộ thiên từ 50÷80 ngàn m³, chiều dày lớp bùn từ vài mét đến vài chục mét, ảnh hưởng tới tốc độ đào sâu đáy mỏ.

Để tăng tốc độ đào sâu đáy mỏ cần phải áp dụng các giải pháp vét bùn phù hợp như: sử dụng hệ thống bơm nồng độ vữa cao (tỉ lệ rắn/lỏng từ 35÷45%), công suất lớn (từ 1.200÷1.500 m³/h) để bơm liên tục các khối bùn lên các hố trung gian tại khai trường mỏ, sau đó phơi khôi và chở ra ngoài bãi thải để thay thế các công nghệ xử lý bùn truyền thống có năng suất thấp, giá thành cao hiện đang áp dụng tại một số mỏ như: Công nghệ xúc bùn trực tiếp lên ô tô chở ra ngoài bãi thải; Công nghệ rải đất đá nổ mìn lên lớp bùn.

Sau khi vét hết khối bùn, sẽ đẩy nhanh tốc độ đào sâu đáy mỏ bằng giải pháp lựa chọn chiều cao tầng (h), chiều dài block xúc (L_K), chiều rộng mặt tầng công tác (B_min) và năng suất máy xúc Q_x có giá trị hợp lý.

Bảng 3: Quan hệ tỷ lệ giữa các yếu tố với tốc độ xuống sâu

Một trong những giải pháp đồng bộ hiện đại và tổng thể đã được các mỏ nước ngoài áp dụng nhiều và mang lại hiệu quả cao là áp dụng Hệ thống tự động quản lý tổ hợp khai thác và vận tải để quản lý và điều hành sản xuất toàn bộ các máy khai thác, vận tải, cung cấp năng lượng trong mỏ ở mức độ tự động hóa cao nhằm tối ưu chi phí vận hành mỏ (hình 3).

Áp dụng hệ thống quản lý tự động tổ hợp ĐBTB khai thác

Vừa qua, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã làm việc và thảo luận với Tập đoàn VistGroup, một nhà cung cấp giải pháp Hệ thống tự động quản lý tổ hợp khai thác và vận tải để đánh giá khả năng áp dụng tại Việt Nam, giải pháp của VistGroup đã được áp dụng tại hàng trăm mỏ trên thế giới trong đó có các mỏ ở Indonesia gần Việt Nam. Các số liệu từ kết quả áp dụng thực tế giải pháp của VistGroup cho nhiều mỏ trên thế giới đã cho thấy: tăng hiệu quả và sản lượng của tổ hợp vận tải - bốc xúc lên 5-12%; giảm chi phí vận hành 2,5-7%; giảm tiêu hao nhiên liệu 10-15% nhờ tiết kiệm nhiên liệu và sử dụng hợp lý (bảng 4).

Hình 3. Hệ thống điều khiển sản xuất mỏ lộ thiên của Tập đoàn VistGoup Nga

Bảng 4. Hiệu quả áp dụng hệ thống quản lý tự động tổ hợp ĐBTB khai thác “Karier” của VistGroup  tại mỏ lộ thiên Суэк Liên Bang Nga [5]

Hiện nay, các mỏ than lộ thiên cũng đã trang bị hệ thống kiểm soát hành trình xe vận tải đất đá, than của các nhà cung cấp trong nước, tuy nhiên các tính năng sơ sài, quản lý giám sát các tham số cơ bản của phương tiện thông thường như giám sát hành trình, mức xăng dầu trong thùng chứa của xe, máy chạy/dừng, tốc độ quay động cơ, tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu, chưa có nhiều tính năng đặc thù cũng như chuyên biệt cho mỏ lộ thiên, chưa hình thành một hệ thống điều độ tập trung có tính đặc thù của mỏ lộ thiên ở Việt Nam. Do đó, các hệ thống quản lý tự động các tổ hợp ĐBTB khai thác sẽ là giải pháp có tính ưu việt trong việc nâng cao sản lượng khai thác.

Kết luận

Hiện nay điều kiện khai thác lộ thiên ngày càng khó khăn như: cung độ vận tải và chiều cao nâng tải lớn, đất đá có độ cứng và độ khối cao, điều kiện biến đổi khí hậu bất thường, vv… Các yếu tố này ảnh hưởng bất lợi đến việc thực hiện sản lượng theo quy hoạch. Để đảm bảo sản lượng và hạ giá thành sản xuất, Việt Nam cần phải hiện đại hóa ngành khai thác than lộ thiên trên cơ sở thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ, trong đó có các giải pháp như đã đề cập trên đây.

Tài liệu kham khảo:

1. Quyết định số 403/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính Phủ ngày 14 tháng 3 năm 2016 về việc Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030.

[2]. Dương Trung Tâm (2016), Nghiên cứu độ ổn định, lựa chọn thông số, trình tự đổ thải, các giải pháp thoát nước và các công trình bảo vệ phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu tại các bãi thải mỏ than lộ thiên thuốc TKV. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin.

[3]. Đỗ Ngọc Tước, Nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ vận tải đất đá bằng băng tải dốc với hệ thống băng nén ép cho các mỏ than lộ thiên Việt Nam. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin.

[4]. Lê Công Cường (2017), Nghiên cứu mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho mỏ than Cao Sơn. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin.

[5]. Nguyễn Văn Biên (2015), Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nhằm tăng năng suất lao động, giảm giá thành than trong Tập đoàn TKV. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin.