Nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin học surpac trong việc tối ưu hoá khai thác nguyên liệu đá vôi phục vụ sản xuất xi măng ở việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (17.92 MB, 113 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỖ MẠNH CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TIN HỌC SURPAC
TRONG VIỆC TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC NGUYÊN LIỆU ĐÁ
VÔI PHỤC VỤ SẢN XUẤT XI MĂNG Ở VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỖ MẠNH CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TIN HỌC SURPAC
TRONG VIỆC TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC NGUYÊN LIỆU ĐÁ
VÔI PHỤC VỤ SẢN XUẤT XI MĂNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 60.53.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Bùi Xuân Nam
HÀ NỘI - 2010
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan : Luận văn Thạc sỹ "Nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin
học Surpac trong việc tối ưu hóa khai thác ngun liệu đá vơi phục vụ sản xuất xi
măng ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu riêng của tơi.
Các số liệu trong luận văn Thạc sỹ được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận văn này chưa từng được cơng bố tại bất kỳ cơng trình
nào khác.
Hà Nội, ngày 08 tháng 9 năm 2010
Tác giả luận văn
Đỗ Mạnh Cường
ii
Trang phụ bìa
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ............................................................................................................... i
Mục lục....................................................................................................................... ii
Danh mục các bảng ................................................................................................... iv
Danh mục hình vẽ, đồ thị .......................................................................................... . v
Mở đầu .................................................................................................................... . 01
Chương 1- Tổng quan, hiện trạng khai thác và các phương pháp ổn định chất
lượng đá vôi xi măng ở Việt Nam ........................................................................... . 03
1.1. Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến đề tài ............................................... . 03
1.2 Tổng quan về nguồn đá vôi xi măng của Việt Nam............................................ 03
1.2.1. Phân bố, trữ lượng và đặc tính của đá vơi Việt Nam .................................... . 03
1.2.2. Vai trị quan trọng của nguồn đá vơi tại Việt Nam ....................................... . 06
1.3. Hiện trạng khai thác các mỏ đá vôi xi măng việt nam ...................................... .07
1.3.1. Công suất khai thác ....................................................................................... . 07
1.3.2. Công nghệ và thiết bị khai thác..................................................................... . 07
1.4. Phương pháp ổn định chất lượng trong khai thác đá vôi xi măng ................... . 16
1.4.1. Về cơng tác thăm dị đánh giá chất lượng, trữ lượng đá vôi ......................... . 16
1.4.2. Phương pháp ổn định chất lượng trong khai thác đá vôi xi măng ................ . 19
Chương 2 - Cơ sở khoa học của phần mềm Surpac trong việc điều khiển chất
lượng khoáng sản ................................................................................................... . 21
2.1. Một số thông tin cơ bản về phầm mềm Surpac................................................ . 21
2.1.1. Xuất xứ .......................................................................................................... . 21
2.1.2. Yêu cầu về phần cứng ................................................................................... . 21
2.1.3. Những môđun chức năng chính .................................................................... . 21
2.2. Cơ sở khoa học của phần mềm Surpac ............................................................ . 22
2.2.1. Nguyên tắc thống kê cơ bản ............................................................................ 22
2.2.2. Các khái niệm cơ bản của thống kê không gian ............................................. 28
2.2.3. Phương pháp ước lượng và thông số của chúng ............................................. 37
iii
2.2.4. Xây dựng mơ hình khối trong phần mềm Surpac ........................................... 43
2.2.5. Tài nguyên và trữ lượng .................................................................................. 53
2.2.6. Quy hoạch và tối ưu hóa khai thác mỏ bằng phần mềm Surpac ..................... 60
Chương 3- Nghiên cứu áp dụng phần mềm surpac trong điều khiển chất lượng đá
vôi tại mỏ Thanh Lương, tỉnh Bình Phước ............................................................... 63
3.1. Đặc điểm địa chất mỏ đá vơi Thanh Lương ....................................................... 63
3.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................... 63
3.1.2. Địa hình ........................................................................................................... 64
3.1.3. Đặc điểm địa chất mỏ ...................................................................................... 64
3.2. Tính tốn thống kê, phân tích dữ liệu thăm dị .................................................. 68
3.3. Xây dựng mơ hình khối khống sàng ................................................................ 72
3.4. Đánh giá trữ lượng và chất lượng của mỏ.......................................................... 83
3.5. Quy hoạch và tối ưu hóa khai thác mỏ ............................................................... 84
3.5.1. Cơng suất khai thác đá vơi .............................................................................. 84
3.5.2. Khối lượng bóc đất phủ và đá phi nguyên liệu ............................................... 84
3.5.3. Công nghệ khai thác ........................................................................................ 84
3.5.4. Quy hoạch và tối ưu hóa khai thác mỏ............................................................ 89
3.6. Tính tốn hiệu quả kinh tế của việc tối ưu hóa khai thác mỏ ............................ 96
3.6.1. Các phương án tính tốn hiệu quả kinh tế....................................................... 96
3.6.2. Kết quả tính tốn kinh tế ................................................................................. 96
Kết luận và kiến nghị .............................................................................................. 100
Danh mục cơng trình của tác giả ............................................................................. 102
Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 103
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Kí hiệu
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Thành phần hóa cơ bản của một số mỏ đá vơi
5
Bảng 1.2
Tính chất cơ lý của một số mỏ đá vơi điển hình tại Việt Nam
5
Bảng 1.3
Công suất khai thác mỏ đá vôi cung cấp cho sản xuất xi măng
7
Bảng 1.4
Phân loại hệ thống khai thác đá vôi ở Việt Nam
7
Bảng 1.5
Thông số hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp dốc đứng, trung
9
chuyển đá xuống chân núi bằng năng lượng thuốc nổ
Bảng 1.6
Thông số cơ bản của hệ thống khai thác khấu theo lớp xiên,
11
xúc chuyển
Bảng 1.7
Thiết bị khai thác hiện tại của mỏ Chinfon, Hải Phịng
12
Bảng 1.8
Các thơng số hệ thống khai thác khấu theo lớp bằng, vận tải
13
trực tiếp bằng ô tô
Bảng 1.9
Thiết bị sử dụng ở mỏ Bút Sơn
15
Bảng 1.10 Hệ số tổn thất tại một số mỏ đá vôi lớn tại Việt Nam
16
Bảng 2.1
Tập hợp dữ liệu bằng số
24
Bảng 2.2
Trữ lượng khai thác mỏ
60
Bảng 3.1
Hàm lượng trung bình thành phần hố theo cơng trình
65
Bảng 3.2
Bảng tổng hợp kết quả phân tích hố tồn diện
66
Bảng 3.3
Trữ lượng địa chất của mỏ
67
Bảng 3.4
Trữ lượng và chất lượng của mỏ
83
Bảng 3.5
Tổng hợp các thông số của hệ thống khai thác
88
Bảng 3.6
Khai thác theo các năm
95
Bảng 3.7
Tổng mức đầu tư của phương án 1
97
Bảng 3.8
Tổng hợp các chỉ tiêu và giá thành khai thác của phương án 1
97
Bảng 3.9
Tổng mức đầu tư của phương án 2
98
Bảng 3.10 Tổng hợp các chỉ tiêu và giá thành khai thác của phương án 2
99
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Ký hiệu
Hình 1.1
Tên hình
Bản đồ phân bố mỏ đá vơi các xi măng lị quay đến năm
Trang
4
2010
Hình 1.2
Nhu cầu thị trường xi măng Việt Nam đến năm 2020
6
Hình 1.3
Hệ thống khai thác cắt tầng nhỏ theo lớp dốc đứng
10
Hình 1.4
Hệ thống khai thác khấu theo lớp xiên, trung chuyển đá bằng
11
máy ủi
Hình 1.5
Hệ thống khai thác khấu theo lớp xiên, trung chuyển đá bằng
11
máy xúc
Hình 1.6
Hoạt động nạp mìn phá đá ở mỏ Hồng Thạch
13
Hình 1.7
Hệ thống khai thác khấu theo lớp bằng, vận tải trực tiếp
14
Hình 1.8
Sự phối hợp giữa máy xúc và ơ tơ tại mỏ đá Bút Sơn
15
Hình 2.1
Tóm tắt dự liệu bằng đồ thị
24
Hình 2.2
Biểu đồ thể hiện trung bình và trung vị của tập hợp số
26
Hình 2.3
Biểu đồ thể hiện đặc điểm quan trọng của tập hợp số liệu
27
Hình 2.4
Biểu đồ các mẫu chính
28
Hình 2.5
Hệ số của biểu đồ phân tán và hệ số tương quan
28
Hình 2.6
Đồ thị dạng số
29
Hình 2.7
Đồ thị dạng số bằng vịng trịn
30
Hình 2.8
Đồ thị có đánh dấu các giá trị quan sát
31
Hình 2.9
Đồ thị thể hiện điểm thứ nhất
32
Hình 2.10 Đồ thị thể hiện điểm thứ hai
32
Hình 2.11 Đồ thị thể hiện điểm thứ ba
33
Hình 2.12 Đồ thị hồn chỉnh
33
Hình 2.13 Đồ thị biến thiên định hướng
34
Hình 2.14 Đồ thị biến thiên hồn tồn định hướng
34
Hình 2.15 Thành phần chính của đồ thị biến thiên
35
Hình 2.16 Các thành phần khác của đồ thị biến thiên
36
vi
Hình 2.17 Bản đồ của đồ thị biến thiên
36
Hình 2.18 Giá trị nghịch đảo khoảng cách
38
Hình 2.19 Giá trị nghịch đảo khoảng cách trong địa thống kê
39
Hình 2.20 Mơ hoạ mơ hình khối
44
Hình 2.21 Mơ hình khối được lượng hố từ kết quả khoan
44
Hình 2.22 Mơ hình địa chất
45
Hình 2.23 Mơ tả độ phức tạp của khối
46
Hình 2.24 Mơ tả độ phức tạp của khối
47
Hình 2.25 Các kiểu mơ hình khối
48
Hình 2.26 Thơng số của mơ hình khối trên bình đồ
49
Hình 2.27 Thơng số kích thước của mơ hình khối trên mặt cắt
50
Hình 2.28 Thơng số trên khơng gian 3 chiều
51
Hình 2.29 Hệ thống phụ yếu cho đánh giá thân quặng và kế hoạch mỏ
52
Hình 2.30 Mơ hình khối và thế giới thực
53
Hình 2.31 Trình tự đánh giá trữ lượng đá vơi
58
Hình 2.32 Mơ hình khối mỏ đá vơi macnơ
59
Hình 2.33 Biểu đồ hàm lượng MgO
59
Hình 2.34 Biểu đồ thể hiện hàm lượng bão hồ vơi
60
Hình 2.35 Sơ đồ các bước cơng việc khi lập dự án
61
Hình 2.36 Mơ hình khối và thực tế khai thác
61
Hình 2.37 Bản đồ mơ hình khối 3D và bản đồ kết thúc khai thác mỏ
62
Hình 3.1
Bản đồ vị trí mỏ đá vơi Thanh Lương - Bình Phước
64
Hình 3.2
Bản đồ địa hình 3D khu vực mỏ
69
Hình 3.3
Bản đồ địa hình 3D bề mặt mỏ
70
Hình 3.4
Mơ hình 3D dữ liệu các hố khoan thăm dị
71
Hình 3.5
Mơ hình khối của tầng đất phủ
73
Hình 3.6
Mặt cắt mơ phỏng chiều dầy tầng phủ
74
Hình 3.7
Mơ hình khối hàm lượng CaO
75
Hình 3.8
Mặt cắt thể hiện hàm lượng CaO
76
vii
Hình 3.9
Mơ hình khối hàm lượng MgO
77
Hình 3.10 Mặt cắt thể hiện hàm lượng MgO
78
Hình 3.11 Mơ hình khối tầng khai thác +10m
79
Hình 3.12 Mơ hình khối tầng khai thác +0m
80
Hình 3.13 Mơ hình khối tầng khai thác -10m
81
Hình 3.14 Mơ hình khối tầng khai thác -20m
82
Hình 3.15 Mơ hình khối của mỏ Thanh Lương sau 5 năm khai thác
90
Hình 3.16 Mơ hình khối của mỏ Thanh Lương sau 10 năm khai thác
91
Hình 3.17 Mơ hình khối của mỏ Thanh Lương sau 20năm khai thác
92
Hình 3.18 Mơ hình khối của mỏ Thanh Lương sau 30 năm khai thác
93
Hình 3.19 Mơ hình khối của mỏ Thanh Lương sau 40năm khai thác
94
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, các mỏ nguyên liệu đá vôi, đá sét phục vụ sản xuất xi măng, đặc
biệt là đá vơi thường có chất lượng thấp, hàm lượng thành phần hóa khơng ổn định,
bị xen kẹp nhiều thấu kính đất đá phi nguyên liệu (đá vôi silic, đôlômit, đất sét…)
như mỏ đá vôi: Bắc Thắng (Nghệ An), Đồng Lâm (Thừa Thiên- Huế), Thạnh Mỹ
(Quảng Nam), Tà Thiết và Thanh Lương (Bình Phước), Sroc Con trăn (Tây Ninh)...
nên công tác khai thác cung cấp đá cho sản xuất xi măng gặp rất nhiều khó khăn.
Để đảm bảo chất lượng nguyên liệu đá vôi đáp ứng tiêu chuẩn cho sản xuất
xi măng, các nhà máy phải tiến hành bóc và đổ đi một lượng lớn đá thải, khai thác
khơng đúng trình tự, quy hoạch làm cho tuổi thọ của các mỏ giảm đáng kể, gây ô
nhiễm cho mơi trường và tăng chi phí giá thành khai thác mỏ.
Việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin học để giải quyết các vấn đề nêu
trên là nhu cầu và nhiệm vụ cấp thiết để các mỏ chủ động trong công tác lập kế
hoạch khai thác dài hạn và ngắn hạn; trình tự phát triển cơng trình mỏ hợp lý, đảm
bảo chất lượng nguyên liệu cung cấp cho sản xuất, kéo dài tuổi thọ, giảm giá thành
khai thác và tăng hiệu quả của sản xuất kinh doanh.
Vì vậy, trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đã "Nghiên cứu ứng dụng
phần mềm tin học Surpac trong việc tối ưu hóa khai thác ngun liệu đá vơi phục vụ
sản xuất xi măng ở Việt Nam”.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
•
Mục đích nghiên cứu: Tạo tiền đề cơ bản để ứng dụng phần mềm tin học
Surpac trong việc tối ưu hóa khai thác ngun liệu đá vơi phục vụ xi măng ở
Việt Nam, đặc biệt là trong khai thác các mỏ đá vơi có điều kiện địa chất
phức tạp, chất lượng thấp nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo chất
lượng nguyên liệu, kéo dài tuổi thọ của mỏ, giảm giá thành khai thác.
•
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
-
Đối tượng nghiên cứu là khai thác đá vôi xi măng.
2
-
Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin học Surpac trong
việc tối ưu hóa khai thác nguyên liệu đá vôi phục vụ sản xuất xi măng tại
Việt Nam.
3. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài
-
Nghiên cứu, phân tích đặc điểm địa chất, hiện trạng khai thác đá vôi và các
phương pháp ổn định chất lượng trong khai thác đá vôi xi măng đang được
áp dụng tại Việt Nam
-
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp ổn định chất lượng và tối ưu
hóa khai thác của phần mềm Surpac.
-
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Surpac trong việc tối ưu hóa khai thác đá
vơi cho một mỏ đá vơi điển hình của Việt Nam
4. Phương pháp nghiên cứu
-
Phương pháp phân tích tổng hợp
-
Phương pháp đánh giá nhanh
-
Phương pháp chuyên gia
Và một số phương pháp khác
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-
Góp phần bổ sung vào cơ sở khoa học của việc sử dụng phần mềm tin học
giải quyết các vấn đề cấp bách của thực tiễn khai thác đá vôi xi măng tại Việt
Nam;
-
Nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo chất lượng nguyên liệu, kéo dài tuổi
thọ của mỏ, giảm chí phí giá thành khai thác cho các mỏ này.
6. Cấu trúc của luận văn
Toàn bộ đề tài được cấu trúc gồm phần Mở đầu, 3 chương, phần kết luận và
kiến nghị được trình bày trong 103 trang với 64 hình và đồ thị, 22 bảng.
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN, HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐÁ VÔI XI MĂNG Ở VIỆT NAM
1.1. CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
Việc ứng dụng phần mềm tin học quản lý nguyên liệu thô cho sản xuất xi
măng đã được một số tập đoàn sản xuất xi măng lớn trên thế giới như Holcim (Thụy
Sĩ), Cemex (Mexico) áp dụng và đem lại hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, do chiến
lược kinh doanh nên việc quản lý nguyên liệu và ứng dụng phần mềm trong khai
thác mỏ là bí quyết của các Tập đồn, khơng được cơng bố ra bên ngồi.
Mặt khác, do đá vơi ở nước ngồi (đá Malt) có thành tạo địa chất khác với đá
vôi Việt Nam (dạng kết tinh) nên khơng thể áp dụng máy móc phương pháp mà các
tập đoàn nước ngoài sử dụng cho điều kiện đá vơi của Việt Nam.
Qua tìm hiểu, thu thập và nghiên cứu tài liệu, tác giả nhận thấy vẫn chưa có
cơng trình nghiên cứu tương tự đề tài "Nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin học
Surpac trong việc tối ưu hóa khai thác nguyên liệu đá vôi phục vụ sản xuất xi măng
ở Việt Nam” ở trong và ngoài nước được công bố.
Ở Việt Nam, các Công ty xi măng: Hà Tiên 1, Tây Ninh và Đồng Lâm cũng
đã xem xét ứng dụng phần mềm tin học trong quản lý khai thác nguyên liệu thô.
Tuy nhiên đa phần mới chỉ dừng lại ở bước chẩn bị ban đầu (thuê Tư vấn nước
ngồi thiết kế) mà chưa có đầu tư bài bản. Để đem lại hiệu quả trong quá trình khai
thác các mỏ nguyên liệu, cần thiết phải tiến hành đào tạo nguồn nhân lực, đầu tư
trang bị phần mềm và thường xuyên cập nhật dữ liệu trong thực tiễn khai thác.
1.2. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐÁ VÔI XI MĂNG CỦA VIỆT NAM
1.2.1. Phân bố, trữ lượng và đặc tính của đá vơi Việt Nam
Việt Nam có nguồn đá vơi dồi dào với trữ lượng dự báo khoảng 120 tỷ tấn và
gần 11 tỷ tấn đá được đánh giá trữ lượng. Các loại đá vơi ở Việt Nam có thành tạo
chủ yếu từ nguồn gốc hóa sinh, phân bố từ đầu đến cuối đất nước, nhưng tập trung
chủ yếu ở Miền Bắc và một vài vùng ở Miền trung và Miền Nam (xem Hình 1.1).
4
bản đồ phân bố
mỏ đá vôi các nhà máy xi măng lò quay đến 2010
104
0
106
0
108
0
110
STT
tuyên
quang
ồn
g
1
2
nguyên
phú thọ
quảng ninh
4
12 13
7
hải dơng
hoà bình
15
16
Hải phòng. Đ cát bà
hà 17
thái bình
nam
Sg
. M ninh bình
18
Ã
thanh
0
nam định
19
b
20
8 9 10
14
b
hà
tây
3
ộ
Đà
6
c
Sg
.
lạng sơn
5
thái
yên bái
sơn la
tên nhà máy
ị
n
20
21
nghệ an
V
Cả
đảo hải nam
hà tĩnh
18
0
l
22
quảng bình
tên mỏ đá vôi
chất lợng
trữ
lợng
Cao
Mgo
tuyên quang
bình ca+ trảng đà
1007
54
0,8
2
Yên bái
thác bà
20,73
52,5
1,5
3
Sơn LA
nà pác
154
44-55
0,3
4
Thanh ba
ninh dân
20
52,4
1,0
5
thái nguyên
la hiên
165,4
53,7
1,4
6
đồng bành
đồng bành
1439
53,5
0,8
7
hoàng thạch
núi han +áng dâu
+áng dong
142,1
53,01
1,23
8
phúc sơn
tây trại sơn
+ nham dơng
70
54
0,5
9
chinfon
chu chơng
+ bắc ông hậu
168,6
54,02
0,6
10
hải phòng (mới)
tràng kênh
+ phơng nam
71,9
54,55
0,2
12
hạ long
áng quan
đồng vải
136
200
52,0
51,6
1,45
1,6
13
thăng long
khối 4
khối 3
181
235
54,16
54,16
0,46
0,35
14
cẩm phả
quang hanh
260
54,5
0,5
15
lơng sơn
lộc môn
534
53,29
0,5
16
mỹ đức
hợp tiến + mỹ đức
188
52,9
1,5
17
bút sơn
hồng sơn+ liên sơn
201
53,74
1
18
tam điệp
hang nớc
197
54
0,5
19
bỉm sơn
yên duyên
240
54,5
0,3
20
nghi son
hoàng mai a
200
54,5
0,3
21
hoàng mai
hoàng mai B
130
53,6
1,56
22
sông gianh
tiến hoá
144
53,0
0,7
23
đồng lâm
đồng lâm
124
24
văn xá
văn xá
220
51,5
1,9
25
thạnh mỹ
thạnh mỹ + a sờ
280
50,6
<2
26
bình phớc
tà thiết
120
51,42
1,16
27
hà tiên 2
núi trầu + núi còm
49
53,5
1
28
sao mai
bÃi voi+cây xoài
+ khoe lá
153,4
53,0
1,2
h
hoá
Sg
.
0
1
ắ
22
Lào cai
0
H
112
cao bằng
hà giang
Sg
.
0
t r u n g q u ố c
à
quảng trị
23
24
thừa thiên huế
16
0
đà nẵng
25
l a n
o
t h á i
quảng nam
quảng ngÃi
kom tum
bình định
14
0
p u
gia lai
c h i a
phú yên
.
Sg
c ă m
i
Đà
ng
Rằ
n
Tô
á
Th
Lê
đắk lắk
p
khánh hoà
Sg.
Mê Công
0
g
26
bà rịa vũng tàu
n
bến rre
bạc
vinh
cử
aC
un
a
cử
gH
ầu
đá chữ thập
ghi chú:
mỏ đá vôi
Địn
liêu
sóc trăng
trà
sa
cần thơ
ể
giang
vĩnh long
kiên giang
n
long an
tiền
n
la
h
.đ
ả
o
An
.Đ
Cà mau
Q
0
Sg
.H
ậu
i
i
há
.t
10
an giang
thuận
N gà
t. p hồ chí minh
B
v
đồng
tháp
27
Sg. La
đ
dơng
28
bình
đồng nai
ô
bình
ninh thuận
lâm đồng
bình phớc
tây ninh
tr
ờ
ng
12
mũi Cà Mau
đảo Côn Sơn
đá lát
đá đông
hòn Khoai
đảo trờng sa
Hỡnh 1.1 : Phõn b cỏc m ỏ vôi cho xi măng tại Việt Nam
5
Chất lượng đá vôi của Việt Nam khá tốt. Chúng có thể đáp ứng u cầu về
đá vơi ngun liệu cho sản xuất xi măng và làm vật liệu xây dựng. Thành phần hóa
đá vơi một số mỏ được thể hiện tại Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hóa cơ bản của một số mỏ đá vơi [8]
Thành phần hóa
CaO [%]
MgO [%]
Mất khi nung
Nhà máy
[%]
Bút Sơn
52,59 - 54,47
0,35 - 1,84
42,41
Hoàng Thạch
47,3 - 54,73
0,15 - 6,60
37,1 - 43,99
Bỉm Sơn
50,24 - 55,5
0,4 - 0,9
42,4 - 43,9
Hoàng Mai B
53,0 - 54,69
0,81 - 2,35
42,7
Holcim
53,9
1,07
42,34
Thạnh Mỹ
45,71
1,55
36,82
Đặc tính cơ lý của đá vơi cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình khai thác
phục vụ sản xuất xi măng. Đặc tính cơ lý một số mỏ được thể hiện tại Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Tính chất cơ lý của một số mỏ đá vơi điển hình tại Việt Nam [8]
Tính chất
Nhà máy
Dung trọng
3
[t/m ]
Độ cứng
Độ rỗng
Độ ẩm
Cường độ kháng
(f)
[%]
[%]
nén (khơ gió)
[kg/cm2]
Bút Sơn
2,7
7-8
0,5
0,18
1279
Hồng Thạch
2,7
7-8
0,65
0,23
750
Bỉm Sơn
2,7
5 - 12
2-3
0,84
700 – 950
Hồng Mai A
2,7
7-8
2,5
0,7
650 - 950
2,3 - 2,7
6-9
2,5 - 3
0,6
750 – 900
2,65
5-10
-
0,5
470-1.000
Holcim
Thạnh Mỹ
Ở Việt Nam, các núi đá vơi thường có kết cấu khối và phần lớn nằm ở địa hình
phức tạp. Theo địa hình và vị trí tự nhiên, các núi đá vơi có thể chia thành 3 nhóm
như sau:
• Những dãy núi đá vơi rộng lớn;
• Những dãy núi đá vôi nhỏ;
6
• Các núi đá vơi riêng lẻ.
Ngồi ra, mức độ phức tạp của các loại đá vôi nêu trên được thể hiện bằng
đặc tính dưới đây:
• Góc dốc của các đỉnh núi khác nhau ở phạm vi rộng, và phần lớn là thẳng đứng;
• Độ chênh cao giữa đỉnh và chân núi rất lớn, phạm vi từ 50-200m;
• Các dãy núi thường có kết cấu phân lớp và nứt nẻ nhiều. Một vài dãy núi có rất
nhiều hang cactơ phức tạp với chiều rộng lên đến hàng chục mét;
• Bề mặt của các quả núi thường được che phủ bởi lớp thảm mỏng thực vật. Đặc
biệt là đá vôi nằm ở dưới địa hình thường có lớp đất từ 1 đến 10m bao phủ.
1.2.2. Vai trò quan trọng của nguồn đá vơi tại Việt Nam
Đá vơi là ngun liệu chính cho sản xuất xi măng (chiếm từ 75-95% tỷ lệ
khối lượng nguyên liệu), mà ngành công nghiệp xi măng là một lĩnh vực rất quan
trọng trong nền kinh tế Việt Nam. Theo quy hoạch chiến lược phát triển ngành công
nghiệp xi măng Việt Nam đến năm 2020 đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt,
nhu cầu xi măng của Việt Nam sẽ tăng nhanh từ năm này qua năm khác (Hình 1.2).
Điều đó địi hỏi Việt Nam phải tăng cơng suất khai thác đá vơi tương ứng.
Nhu
cầu
măng và
lượng
đá vơiđến
khai
thác
Hình 1.2: Nhu
cầu
thịxitrường
xi sản
măng
Việt Nam
năm
2020, [5],[6]
Nhu cầu xi măng và đá vôi,
160.00
Nhu cầu xi m ăng và đá vôi,
Triệutấn
tấn
Triệu
140.00
1.3. HIỆN
TRẠNG KHAI THÁC CÁC MỎ ĐÁ VƠI XI MĂNG VIỆT NAM
120.00
Có100.00
rất nhiều mỏ đá vôi xi măng với công suất, công nghệ, thiết bị và vấn đề
Xi măng
môi trường
khác nhau khi khai thác cung cấp đá vôi cho xi măng. Hiện trạng
về mỏ
80.00
60.00 có thể tổng kết bằng các đặc trưng sau đây:
đá vơi xi măng
Đá vơi
40.00
1.3.1. Cơng suất khai thác
20.00
Hiện0.00
tại, có hơn 274 mỏ đá vôi xi măng đang khai thác tại Việt Nam, trong
2009 1,0
2010triệu
2011 tấn/năm
2012 2013chiếm
2014 2015
2020 70%, từ 0,5đó nhóm mỏ có 2005
cơng2006
suất2007
thiết2008
kế trên
khoảng
Năm
1,0 triệu tấn/năm chiếm khoảng trên 20%, và nhóm mỏ có cơng suất dưới 0,5 triệu
tấn/năm chiếm khoảng 10%. Công suất khai thác một số mỏ đá vôi lớn cung cấp
cho sản xuất xi măng năm 2010 như sau:
7
Bảng 1.3. Công suất khai thác mỏ đá vôi cung cấp cho sản xuất xi măng[triệu tấn/năm]
Tên nhà máy
Công suất
Tên nhà máy
thiết kế mỏ
Công suất
thiết kế mỏ
Sơn La
1,0
Phúc Sơn (Hải Dương)
2,7
Thái Ngun
1,45
Tam Điệp (Ninh Bình)
1,7
Bỉm Sơn (Thanh Hố)
2,7
Nghi Sơn (Thanh Hố)
3,2
Bút Sơn (Hà Nam)
3,0
Hồng Mai (Nghệ An)
1,8
Tam Diệp (Ninh Bình)
1,7
Đơ Lương (Nghệ An)
1,0
Chinfon (Hải Phịng)
2,0
Sơng Gianh (Quảng Bình)
1,45
Hải Phịng (Hải Phòng)
1,45
Luskvasi (Thừa Thiên - Huế)
2,25
Thăng Long (Quảng Ninh)
2,46
Hà Tiên 2 (Kiên Giang)
0,9
Hạ Long (Quảng Ninh)
2,25
Holcim (Kiên Giang)
2,6
Cẩm Phả (Quảng Ninh)
2,46
Tây Ninh (Tây Ninh)
1,45
Hồng Thạch (Hải Dương)
3,4
Bình Phước (Bình Phước)
2,12
1.3.2. Cơng nghệ và thiết bị khai thác
Công nghệ và thiết bị thường xuyên đi cùng với nhau. Hiện tại các mỏ đá vôi
được khai thác với một vài công nghệ khác nhau. Tổng quát, hệ thống khai thác có
thể chia làm ba loại như sau:
Bảng 1.4: Phân loại hệ thống khai thác đá vơi ở Việt Nam
Kích cỡ mỏ
Hệ thống khai thác áp dụng
Loại công suất nhỏ (< 500,000
- Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp dốc đứng
t/năm) hoặc các đỉnh núi nhỏ, dốc và chuyển đá xuống chân tuyến bằng năng
đứng nằm độc lập
lượng thuốc nổ, và/hoặc:
- Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp xiên, xúc
chuyển đá xuống chân núi bằng thiết bị.
Loại trung bình (500.000 –
- Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp xiên, xúc
1.000.000 t/năm)
chuyển đá xuống chân núi bằng thiết bị,
và/hoặc:
- Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp bằng.
8
Loại lớn (> 1.000.000 t/năm)
- Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp bằng.
1.3.2.1. Hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp dốc đứng, vận chuyển đá xuống chân
núi bằng năng lượng thuốc nổ
Hình 1.3 thể hiện hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp dốc đứng, trung
chuyển đá xuống chân núi bằng năng lượng thuốc nổ. Quá trình cắt tầng được tiến
hành từ trên xuống dưới với lớp dốc đứng cho mọi mức. Khoảng cách giữa các mức
thường bằng chiều cao tầng, và chiều rộng của lớp dốc đứng thường bằng đường
cản. Dưới tác dụng của năng lượng thuốc nổ, thể tích đá hữu hạn bởi chiều cao tầng,
đường cản và chiều dài tầng công tác bị phá hủy và rơi xuống bãi xúc bốc ở chân
núi. Tại đây, đá sau nổ mìn được máy xúc chất tải lên ô tô tự đổ. Trong một vài
trường hợp, để đảm bảo đủ đá ở chân núi cho xúc bốc làm việc hiệu quả cơng tác nổ
mìn được tiến hành đồng thời ở một số tấng công tác với các mức khác nhau, tuy
nhiên khi đó cơng tác an tồn cần được chú trọng (khoảng cách tối thiểu giữa nổ
mìn và hoạt động chất tải là 50m). Hệ thống khai thác này thường được áp dụng cho
các mỏ nhỏ hoặc phần đỉnh núi của các mỏ trung bình và lớn. Bởi vì chiều cao tầng
của hệ thống khai thác này nhỏ nên hiệu quả sử dụng chiều cao tối đa của mỏ
thường không vượt quá 50m. Thông số cơ bản của hệ thống khai thác bao gồm
(Bảng 1.5).
Bảng 1.5: Thông số hệ thống khai thác cắt tầng theo lớp dốc đứng, trung chuyển đá
xuống chân núi bằng năng lượng thuốc nổ
Các thông số
Chiều cao tầng (H) [m]
Chiều dài lỗ khoan (L) [m]
Giá trị
2
2,2
Chiều rông mặt tầng công tác (W) [m]
3,5 - 4
Chiều rộng đai an tồn (W’) [m]
2 - 2,5
Góc nghiêng sườn tầng (α) [m]
70o - 75o
Khoảng cách giữa các lỗ khoan (S) [m]
Đường cản chân tầng (B) [m]
1,8
1,2 - 1,8
9
Chỉ tiêu thuốc nổ (q) [kg/m3]
Khoảng cách an toàn tối thiểu (lmin) [m]
0,15 - 0,25
50
Ở Việt Nam, thiết bị khai thác chính sử dụng cho hệ thống như sau:
• Búa khoan con đường kính ≤ 46 mm
• Máy nén khí cơng suất ≤ 10 m3/phút
• Máy xúc thủy lực gàu ngược dung tích gàu ≤ 1 m3
• Máy ủi cơng suất ≤ 100 HP
• Trạm nghiền sàng cơng suất ≤ 10 m3/h
• Ơ tơ tự đổ tải trọng ≤ 15 t
Các mỏ đá vôi ở Việt Nam sử dụng hệ thống khai thác này khá phổ biến. Công suất
khai thác các mỏ này phổ biến là từ 100.000 - 500.000 tấn/năm, như mỏ đá vơi Núi
Sen (Hịa Bình), n Cư (Quảng Ninh) … Các mỏ có điều kiện làm việc khó khăn
như sườn dốc đứng, bề mặt cơng tác chật hẹp, bao gồm các ngọn núi đơn lẻ có trữ
lượng nhỏ nằm rải rác như vậy áp dụng hệ thống khai thác và thiết bị như nêu trên
là rất phù hợp. Tuy nhiên, trong thực tế việc bảo dưỡng mặt tầng cơng tác và đảm
bảo điều kiện an tồn trong những mỏ này là rất khó.
10
Hình 1.3: Hệ thống khai thác cắt tầng nhỏ theo lớp dốc đứng, trung chuyển đá
xuống chân núi bằng năng lượng thuốc nổ (1- lỗ khoan, 2- máy xúc, 3- xe tải)
1.3.2.2. Hệ thống khai thác cắt tầng khấu theo lớp xiên, trung chuyển đá xuống
chân núi bằng thiết bị
Hình 1.4 và 1.5 thể hiện hệ thống khai thác khấu theo lớp xiên xúc chuyển
(bằng máy ủi ở Hình 1.4 và bằng máy xúc tại Hình 1.5). Ở hệ thống khai thác này,
quá trình cắt tầng cũng được thực hiện từ đỉnh trở xuống với lớp dốc đứng cho tất
cả các mức. Chiều rộng dải khấu của hệ thống khai thác này lớn hơn so với hệ
thống đã cắt tầng nhỏ đã đề cập bên trên. Sau khi nổ mìn, chỉ có một phần nhỏ đá
rơi xuống chân núi, phần lớn cịn lại vẫn nằm trên mặt tầng cơng tác, và nó được
trung chuyển xuống chân núi bằng thiết bị. Trong trường hợp thiết bị làm việc là
máy ủi, chiều rộng mặt tầng công tác cần đảm bảo khoảng cách làm việc hiệu quả
làm việc cho máy ủi. Trong trường hợp thiết bị xúc chuyển là máy xúc, chiều rộng
tầng cơng tác hồn tồn phụ thuộc vào thơng số làm việc của máy xúc, đó là bán
kính xúc tải và dỡ tải của máy xúc. Bởi vậy, công suất của thiết bị là một trong
những hệ số quan trọng nhất để quyết định thông số phù hợp của hệ thống khai thác.
11
Thông số của hệ thống khai thác được thể hiện trong Bảng 1.6.
Bảng 1.6: Thông số cơ bản của hệ thống khai thác khấu theo lớp xiên xúc chuyển
Thông số
Giá trị
Chiều cao tầng (H) [m]
Chiều rộng tầng công tác (W) [m]
Chiều rộng tầng bảo vệ (W’) [m]
Góc nghiêng sườn tầng (α) [m]
Khoảng cách các lỗ khoan (S) [m]
Đường cản chân tầng (B) [m]
Số hàng lỗ khoan (n)
Chỉ tiêu thuốc nổ (q) [kg/m3]
Khoảng cách an tồn tối thiểu (lmin) [m]
Hình 1.4: Hệ thống khai thác khấu theo lớp
xiên, trung chuyển đá bằng máy ủi; (1- lỗ
khoan, 2- máy xúc, 3- ô tô, 4- máy ủi)
8 -10
10 - 20
3,5 - 4,0
70o - 75o
3,0 - 3,5
2,8 - 4,0
2 -4
0,25 - 0,35
50
Hình 1.5: Hệ thống khai thác khấu theo
lớp xiên, trung chuyển đá bằng máy xúc;
(1- lỗ khoan, 2, 4- máy xúc, 3- ô tô)
12
Thiết bị phổ biến sử dụng cho hệ thống khai thác như sau:
• Máy khoan nhỏ đường kính mũi khoan ≤ 46 mm;
• Máy khoan lớn đường kính mũi khoan ≤ 150 mm;
• Máy nén khí với cơng suất ≤ 25 m3/phút;
• Máy xúc thủy lực dung tích gàu ≤ 4 m3;
• Máy xúc tải bánh lốp dung tích gàu ≤ 6 m3;
• Máy ủi cơng suất ≤ 400 HP;
• Đầu búa phá đá thủy lực ≤ 40 Tấn;
• Trạm nghiền sàng đá cơng suất ≤ 250 m3/h;
• Ơ tơ tự đổ tải trọng ≤ 35 Tấn.
Bảng 1.7: Thiết bị khai thác hiện tại của mỏ Chinfon- Hải Phòng
Thiết bị
Số lượng
Máy khoan nhỏ PR-20, đường kính mũi khoan 36-42 mm
10
Máy nén khí PT-900, cơng suất 25 m3/phút
4
Máy khoan lớn: ROC 742HC, đường kính mũi 102 mm
1
ROC 442, đường kính mũi of 89 mm
2
HCR - 15, đường kính mũi 90-127 mm
2
Máy xúc thủy lực gàu ngược (KATO), dung tích gàu 2.3 m3
3
Máy xúc lật bánh lốp, dung tích gàu 5.6 m3
1
Máy ủi CAT D-8R, công suất 330 HP
2
Máy phá đá thủy lực (KATO), 20 t
1
Ơ tơ tự đổ (CAT), tải trọng max 36,8 t
7
Hệ thống khai thác này thường được áp dụng cho các mỏ cơng suất trung bình
(500.000 – 1.000.000 tấn/năm) có điều kiện địa hình tự nhiên khơng thuận lợi để
phát triển diện công tác lên đỉnh núi. Những mỏ đá điển hình áp dụng hệ thống này
ở Việt Nam là mỏ Hồng Thạch (Hải Dương), Chinfon (Hải Phịng), Phúc Sơn (Hải
Dương),…
13
Hình 1.6: Hoạt động nạp mìn phá đá ở mỏ Hoàng Thạch
1.3.2.3. Hệ thống khai thác cắt tầng khấu theo lớp bằng, vận tải trực tiếp
Hình 1.7 thể hiện hệ thống khai thác cắt tầng khấu theo lớp bằng vận tải trực
tiếp. Trong hệ thống khai thác này tầng được khai thác từ trên xuống dưới theo lớp
bằng. Đống đá nổ mìn được máy xúc chất tải lên ơ tơ từ đổ vận chuyển về trạm đập.
Với những đặc trưng, hệ thống khai thác này cho phép tiến hành những bãi mìn lớn
và áp dụng thiết bị khai thác lớn. Đó cũng là nguyên nhân tại sao hệ thống khai thác
này được sử dụng phổ biến và hiệu quả với những mỏ lớn. Các thông số của hệ
thống khai thác được thể hiện trong Bảng 1.8.
Bảng 1.8: Các thông số hệ thống khai thác khấu theo lớp bằng,
vận tải trực tiếp bằng ô tô
Thông số làm việc
Chiều cao tầng (H) [m]
Chiều sâu lỗ khoan (L) [m]
Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu (Wmin) [m]
Góc nghiêng sườn tầng (α) [m]
Khoảng cách giữa các lỗ khoan (S) [m]
Đường cản (B) [m]
Số hàng mìn (n)
Chỉ tiêu thuốc nổ (q) [kg/m3]
Giá trị
10 - 15
11,5 - 17,5
40
o
70 - 75 o
3,5 - 6,6
3,5 - 7,7
2 -5
0,30 - 0,45
14
Hình 1.7: Hệ thống khai thác khấu theo lớp bằng, vận tải trực tiếp [2]
(1- máy xúc, 2- ô tô, 3- máy khoan)
Thiết bị cơ bản của hệ thống khai thác này được liệt kê như sau:
• Máy khoan nhỏ đường kính mũi ≤ 46 mm;
• Máy khoan lớn đường kính mũi khoan ≤ 250 mm;
• Máy nén khí cơng suất ≤ 25 m3/phút;
• Máy xúc thủy lực dung tích gàu ≤ 5 m3;
• Máy xúc lật bánh lốp dung tích gàu ≤ 6 m3;
• Máy ủi cơng suất ≤ 430 HP;
• Đầu búa phá đá thủy lực ≤ 40 tấn;
• Trạm nghiền cơng suất ≤ 500 m3/h;
• Ơ tơ tự đổ tải trọng≤ 50 tấn.
Những mỏ sử dụng hệ thống khai thác này thường có cơng suất lớn
(>1.000.000 tấn/năm). Vì vậy, những mỏ này có điều kiện thuận lợi để trang bị máy
móc cơ khí hóa cao và tăng công suất theo yêu cầu. Những mỏ đá vôi hiện đang áp
dụng hệ thống này ở Việt Nam bao gồm mỏ Bút Sơn (Hà Nam), Bỉm Sơn (Thanh
15
Hóa), Hồng Mai A, Hồng Mai B (Nghệ An) và Holcim (Kiên Giang)… Bảng 1.9
thể hiện thiết bị hiện tại ở một mỏ đá vôi đại diện ở Việt Nam áp dụng hệ thống
khai thác này.
Bảng 1.9: Thiết bị sử dụng ở mỏ Bút Sơn
Thiết bị
Số lượng
Máy khoan nhỏ PR-20, đường kính mũi 36-42 mm
16
Máy nén khí XA-175Dd, cơng suất 10.5 m3/phút
2
Máy khoan lớn Atlas Copco: ROC 742HC-12, đường kính 100-150 mm
3
Máy xúc thủy lực PC 760-6 (Komatsu), dung tích gàu 3.8 m3
2
Máy xúc lật BM L180C, dung tích gàu 4.2 m3
2
Máy ủi: CAT D-9R, công suất 343 HP
2
CAT D-7R, công suất 171 HP
1
Đầu phá đá thủy lực EW 230R, 30 tấn
1
Ơ tơ tự đổ CAT, tải trọng 32-36 tấn
10
Hình 1.8: Sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô tại mỏ đá Bút Sơn
Bởi vì điều kiện khơng có lợi cho tự nhiên nên công việc như san phẳng
ngọn núi, xây dựng đường và diện công tác ban đầu, nổ mìn, xúc và vận tải tại
