1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

LƯU VĂN THỰC
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC MỎ
QUẶNG SẮT LỘ THIÊN DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC
TỰ CHẢY TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA
CHẤT THUỶ VĂN PHỨC TẠP Ở VIỆT NAM
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 62520603
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI: 2014
2
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư
viện Trường Đại học Mỏ-địa Chất
1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, trên lãnh thổ VN đã phát hiện được 216 mỏ và điểm
quặng sắt với trữ lượng và tài nguyên gần 1,2 tỷ tấn. Các mỏ chủ yếu
phân bố ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Trung Bộ. Điều kiện khai
thác của các mỏ quặng sắt nước ta khá khó khăn: Hầu hết các mỏ
phải khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, điều kiện địa
chất và ĐCTV phức tạp.
Hiện nay, nhiều mỏ các thông
số HTKT và
thiết bị khai thác không đồng bộ, thiết bị lạc hậu, không phù hợp với
yêu cầu khi mở rộng và khai thác xuống sâu, v.v Tuy nhiên, đến
nay chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ và hoàn chỉnh để đưa
vào áp dụng trong sản xuất tại các mỏ. Đặc biệt các vấn đề xúc bốc,
vận tải trên nền đất yếu, ĐBTB khai thác và đào sâu đáy mỏ phù hợp

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa để phát triển, hoàn thiện;
- Sử dụng phương pháp giải tích, mô hình hoá toán và trí tuệ nhân
tạo;
- Phương pháp phân tích, chọn lọc, so sánh và kinh nghiệm
chuyên gia.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học:
Góp phần bổ sung và hoàn thiện lý thuyết khai thác mỏ lộ thiên
nói chung và khai thác quặng sắt lộ thiên trong điều kiện địa chất và
ĐCTV phức tạp nói riêng.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học để các Công ty
khai thác quặng sắt lộ thiên tham khảo, nhằm đưa ra được những giải
pháp công nghệ và kỹ thuật thích hợp, khắc phục những khó khăn do
điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp trong quá trình khai thác, đảm
bảo hoàn thành kế hoạch sản xuất.
7. Luận điểm bảo vệ
7.1. Ngoài quy mô sản lượng yêu cầu, các đặc điểm tự nhiên như
nguồn gốc thành tạo, tính chất cơ lý đất đá, điều kiện ĐCTV là cơ sở
để lựa chọn công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng cho mỏ lộ thiên.
7.2. Khai thác dưới mức thoát nước tự chảy và điều kiện ĐCTV
phức tạp là các yếu tố có ảnh hưởng đến góc nghiêng của bờ công tác
trên mỏ lộ thiên.
7.3. Để giảm tổn thất và làm nghèo cho các mỏ khai thác lộ thiên
đặc biệt là các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên phức tạp và khai
thác dưới mức thoát nước tự chảy cần có phương pháp khai thác
chọn lọc phù hợp.
7.4. Với điều kiện khai thác trên nền đất yếu thì trong đồng bộ
thiết bị sử dụng (máy xúc-ô tô) cho mỏ lộ thiên, ô tô là thiết bị được

Quy hoạch phát triển ngành khai thác quặng sắt VN: Sản lượng
của nhiều mỏ sẽ đạt từ 100÷10.000 ngàn tấn/năm, chiều bờ mỏ đạt từ
150÷500 m. Những năm tới nếu các mỏ khai thác với công nghệ,
thông số HTKT và ĐBTB như hiện nay sẽ không đảm bảo sản lượng
cũng như hiệu quả kinh tế.
1.2. Tiềm năng trữ lượng quặng sắt VN: Tổng trữ lượng và tài
nguyên quặng sắt VN gần 1,2 tỷ tấn. Cấp trữ lượng là 955,39 triệu
tấn, chiếm 82,24%.
1.3. Đặc điểm tự nhiên các khoáng sàng quặng sắt VN
- Các thân quặng sắt gốc nước ta có cấu tạo phức tạp. Vì vậy, sẽ
ảnh hưởng đến công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng ở các mỏ.
- Tầng đất phủ ở các mỏ có chiều dày từ vài mét đến hàng trăm
mét (m
ỏ Thạch Khê từ 26÷226m). Khi bão hòa nước tầng đất phủ sẽ
trở thành đất yếu. Địa tầng của một số mỏ có các hang karst.
- Phần lớn các mỏ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy có điều
4

kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp. Trong đó, mỏ Thạch Khê có điều
kiện ĐCTV phức tạp nhất, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khai thác.
1.4. Phân loại mức độ phức tạp các mỏ quặng sắt theo yếu tố
tự nhiên
Theo mức độ phức tạp về điều kiện tự nhiên và ĐCTV các mỏ
quặng sắt được phân thành 3 nhóm: Nhóm I- Đơn giản gồm các mỏ:
Quý Xa, Làng Vinh-Làng Cọ, Sàng Thần và các mỏ quặng sắt sa
khoáng; Nhóm II- Phức tạp gồm các mỏ: Làng Mỵ, Tiến Bộ, Làng
Tháp, Kíp Tước, Thanh Kỳ, Thanh Tân, Tùng Bá, Nà Lũng, Thầu
Lũng, Đồng Chum, v.v ; Nhóm III- Rất phức tạp gồm các mỏ: Thạch
Khê, Nà Rụa, Trại Cau.
1.5. Tổng quan về công tác nghiên cứu công nghệ khai thác

chủ yếu máy khoan xoay cầu, máy xúc ЭКГ, các thiết bị này không
phù hợp với các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên phức tạp ở VN.
1.7. Kết luận
Theo điều kiện tự nhiên và ĐCTV các mỏ được phân thành 3
nhóm: Đơn giản, phức tạp và rất phức tạp. Hiện nay, tại nhiều mỏ
các thông số HTKT không đảm bảo đúng theo thiết kế, công nghệ và
ĐBTB khai thác chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên và quy mô sản
xuất của các mỏ. Đến nay, đã có một số công trình ở trong nước và
ngoài nước nghiên cứu về công nghệ khai thác quặng sắt, tuy nhiên
các công trình đều chưa đề cập đầy đủ và chưa chú trọng đến điều
kiện tự nhiên, địa chất và ĐCTV phức tạp của các mỏ. Để đáp ứng
nhu cầu phát triển của toàn ngành trong giai đoạn sắp tới, đòi hỏi
phải nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công nghệ hợp lý.
Chương 2: Nghiên cứu công nghệ khai thác có tiềm năng áp
dụng cho các mỏ quặng sắt lộ thiên ở Việt Nam

2.1. Khái quát vấn đề
Điều kiện tự nhiên của các mỏ quặng sắt lộ thiên VN đa số thuộc
loại phức tạp, trữ lượng nhỏ. Từ đó những yêu cầu cơ bản đặt ra với
công nghệ khai thác và ĐBTB sử dụng cho các mỏ là:
1. Công nghệ khai thác phải linh hoạt, có khả năng ứng phó kịp
thời với những biến động của thời tiết khí hậu, tận thu được nhiều
nhất tài nguyên trong lòng đất, ít gây ô nhiễm môi trường;
2. Thiết bị sử dụng phải thích nghi với địa hình miền núi, cơ
động, công suất nhỏ vừa phải, phù hợp với tuổi thọ mỏ, có khả năng
khai thác chọn lọc, hoạt động được trong không gian chật hẹp.
2.2. Công nghệ khai thác dưới mức thoát nước tự chảy
1. Công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp:
- Yêu cầu cần thiết, chiều dài toàn bộ đáy mỏ phải đủ để bố trí 2
lần hào dốc từ tầng trên xuống tầng dưới cho đến độ sâu cuối.

λ
λ
, m (2.9)
- Chi
ều dài đáy cao của mỏ xác định:
)]ctgctg(hL[LL
đ1t2
γ+α+−= , m (2.10)
Trong đó: h- chiều cao tầng, m; α, γ
đ
- góc nghiêng sườn tầng và
6

đầu bờ mỏ, độ; L
t
- chiều dài của tuyến phân chia 2 cấp đáy mỏ, m; λ-
hệ số phân mùa; t
c
- thời gian đào một khu vực hào chuẩn bị, năm;
L
K
- chiều dài bloc máy xúc, m.
2. Đào sâu đáy mỏ và khai thác quặng bằng MXTLGN
Khi sử dụng MXTLGN để đào sâu đáy mỏ có thể tiến hành đồng
thời nhiều gương chuẩn bị trên toàn bộ chiều sâu của hào, có thể đào
hào dốc độc lập với đào hào chuẩn bị; công tác chuẩn bị tầng mới và
khai thác quặng ở đáy mỏ theo phân tầng, bóc đất đá trên toàn tầng.
2.3. Công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn
- Khi sử dụng các thiết bị công suất nhỏ và bố trí hoạt động trên
tất cả các tầng, góc nghiêng bờ công tác nhỏ và được xác định:

MXTLGN sử dụng gương xúc phía dưới mức máy đứng sẽ giảm
khối lượng đào hào chuẩn bị và các thiết bị không bị ảnh hưởng bởi
đáy mỏ lầy lội.
2.5. Phân tích tiềm năng sử dụng các thiết bị cho các mỏ
quặng sắt lộ thiên VN
- Khâu chuẩn bị đất đá: Khâu này có thể dùng phương pháp cơ
giới; năng lượng chất nổ; thuỷ lực, v.v trong đó, công nghệ KNM
vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến, đặc biệt là ở VN.
- Khâu xúc bốc: Thiết bị xúc bốc gồm: Loại có cơ cấu công tác
hoạt động liên tục và không liên tục. Theo đặc điểm công nghệ: Máy
xúc tay gàu kéo cáp; MXTL; máy xúc gàu treo; máy chất tải; máy ủi.
- Khâu vận tải: Thiết bị bao gồm ô tô, đường sắt, băng tải, trục
t
ải, vận tải liên hợp.
2.6. Kết luận: Công nghệ khai thác với đáy mỏ 2 cấp được ứng
dụng có hiệu quả trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Trong
7

những năm qua các mỏ than lộ thiên VN áp dụng và hoàn thiện dần
công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn, công nghệ khai
thác chọn lọc. Tuy nhiên, để áp dụng được cho các mỏ quặng sắt có
điều kiện tự nhiên phức tạp của nước ta, cần có những điều chỉnh,
hoàn thiện một số vấn đề trong các giải pháp kỹ thuật công nghệ cho
phù hợp với điều kiện của các mỏ.
Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp công nghệ khai thác
phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động cho các mỏ quặng
sắt lộ thiên trong điều kiện tự nhiên phức tạp Việt Nam
3.1. Nghiên cứu hoàn thiện công tác đào sâu cho các mỏ
quặng sắt lộ thiên khai thác dưới mức thoát nước tự chảy
1- Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ khai thác mỏ gồm 2

dụng dải khấu thông tầng, góc nghiêng bờ công tác là nhỏ nhất;
+ Khi sử dụng dải khấu cụt, góc nghiêng bờ công tác được nâng lên
đáng kể;
8

+ Khi bờ công tác hình thành các nhóm tầng, trên các nhóm tầng
khấu đuổi hoạt động song song, góc nghiêng bờ công tác sẽ lớn hơn
so với hai trường hợp trên.
- Khi sử dụng thiết bị có công suất lớn xảy ra 2 trường hợp:
+ Nếu số máy xúc ít hơn hoặc bằng số tầng trong nhóm (N
x
≤ m),
sử dụng phương pháp khấu đuổi giữa các tầng trên bờ công tác với
luồng xúc cụt, góc nghiêng bờ công tác sẽ lớn nhất được xác định:
(
)
,
.'2
min
4
hn
ctghnBBn
arcctg
t
tvtt
C
α
ϕ
+
+


β
qq
GPP = , đồng (3.17)
Trong đó: P
q
- khối lượng quặng khai thác được, tấn; G
q
- giá bán
quặng, đồng/tấn.
B C
A
D
R
H
∆
H
ϕ
t
2
ϕ
t
1
ϕ
0
E

Hình 3.12: Sơ đồ xác định tối ưu
hoá góc nghiêng bờ công tác
700


định góc nghiêng bờ công tác φ
t
*
để đạt được lợi nhuận lớn nhất là:
(
)
[
]
pqqđTqq
CCPCVVGPL ++−−=
ββ

0
→ max, (3.18)
Trong đó: L- hiệu quả kinh tế đạt được khi khai thác P
q
tấn quặng,
đồng; V
T
, V
0
– khối lượng đất đá bóc tương ứng với góc nghiêng bờ
công tác φ
t
2
và φ
t
1
, m

= φ
t
*
(φ
Ci
- xác định theo điều kiện công nghệ).
3.3. Nghiên cứu khai thác với đáy mỏ hai cấp đối với các mỏ
có điều kiện ĐCTV phức tạp
3.3.1. Áp dụng công nghệ khai thác đáy mỏ hai cấp đối với các
mỏ có chiều dài đường phương lớn
Các mỏ có chiều dài theo đường phương lớn và ĐCTV phức tạp,
cần phải áp dụng công nghệ khai thác với đáy mỏ 2 cấp. Đối với mỏ
Thạch Khê thời gian chuẩn bị tầng mới của đáy thấp ngoài các công
việc: Đào hào dốc, đào hào chuẩn bị, mở rộng tầng, còn phải thực
hiện nạo vét bùn, nên chiều dài đáy thấp được xác định:
( ) ( )






++








b
- chiều dày lớp bùn ở đáy mỏ, m; K
b
- hệ số
giảm năng suất của máy xúc khi xúc bùn lẫn nước, K
b
= 0,45÷0,6; b
c

- chiều rộng đáy hào chuẩn bị, m.
3.3.2. Lựa chọn công nghệ phân khu vực khai thác theo mùa:
Các mỏ có thiết bị khai thác hạn chế và yêu cầu sản lượng không
cao, có thể áp dụng phương pháp khai thác phân khu vực theo mùa.
Ưu điểm của phương pháp này: Đảm bảo sự ổn định sản xuất giữa
các mùa trong năm; tốc độ xuống sâu ở trường hợp này lớn hơn so
với chuẩn bị trên toàn bộ chiều dài đáy mỏ; cho phép điều hòa chất
lượng quặng khai thác giữa 2 khu vực.
10

3.4. Nghiên cứu xây dựng các sơ đồ công nghệ khai thác chọn
lọc đối với các vỉa quặng (gốc) có cấu trúc địa chất phức tạp
3.4.1. Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng:
Tổn thất và làm nghèo phụ thuộc vào phương pháp khai thác ở
vùng tiếp xúc giữa đất đá và quặng, các thông số HTKT, thế nằm và
cấu tạo của thân quặng, các thông số làm việc của máy xúc, v.v…
3.4.2. Các nguyên nhân gây lên tổn thất và làm nghèo quặng
trong quá trình khai thác lộ thiên, bao gồm:
Do công tác thăm dò; do công nghệ khai thác; do quá trình sản
xuất; do công tác thiết kế. Tuy nhiên, luận án chỉ nghiên cứu biện
pháp KNM và xúc bốc chọn lọc đối với các mỏ khai thác quặng gốc.

MXTLGN với góc cắm thân quặng và
chiều cao xúc chọn lọc khi đứng bên
vách xúc phía dưới
- Trường hợp MXTLGN đứng trên vách thân quặng xúc với
g
ương trên mức máy đứng, chất tải vào ô tô đứng cùng mức (hình
3.24). Chiều cao xúc chọn lọc:

γ
sin.
22
Xh
C
= , m (3.38)
11

Hình 3.24: Sơ đồ xác định
mối quan hệ giữa các
thông số làm việc của
MXTL với góc cắm thân
quặng và chiều cao xúc
chọn lọc khi xúc gương
phía trên
R
xmax®
R
xmax
R
xmin
h


Hình 3.25: Sơ đồ xác định mối quan
hệ giữa các thông số của MXTLGN
với góc cắm thân quặng và chiều cao
xúc chọn lọc khi máy xúc đứng trên
nóc tầng quặng xúc gương phía dưới
Trong đó: X
1
, X
2
, X
3
- phần chuyển động thẳng của gàu xúc với
thân quặng.
MXTLGN có thể đứng ở mức trung gian xúc cả trên và dưới mức
máy đứng. Để xác định h
C1
, h
C2
, h
C3
luận án đã xây dựng phền mềm
Chương trình tính chiều sâu (cao) xúc chọn lọc bằng MXTLGN.
3.4.6. Cơ sở xác định tổn thất và làm nghèo quặng vùng tiếp
xúc giữa đất đá và quặng khi khai thác:
Khi sử dụng MXTL khai thác quặng thường xảy ra trường hợp:
Tổn thất ở vách vỉa quặng và trụ lớp đá kẹp cần xúc riêng, làm nghèo
ở vách lớp đá kẹp và trụ vỉa quặng.
3.4.7. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ khai thác chọn lọc hợp lý đối
với các mỏ quặng sắt có cấu trúc địa chất phức tạp:

Hình 3.29:
Sơ đồ công
nghệ sử dụng
MXTLGN
bóc đất đá và
khai thác
quặng có
vách và trụ
vỉa quặng
chỉnh hợp
1
A - A
-10
¤ t«
M¸y xóc
TLGN
M
n
6
3
5
2
4
b
b'
1
ptd
pttr
h
h

n
A - A
6 5
2
4
b
b'
1
A
A
-20
-10
-15
-15
-10
-20
-10
α
γ
α
b
1
-10
-20
+0
ptd
pttr
h
h
h

C
> 20 m.
* Trường hợp mỏ có điều kiện ĐCTV đơn giản, đáy mỏ thoát
nước tốt: MXTLGN đứng ở mức trung gian xúc theo gương hỗn hợp
ở trên (h
t
≥ 5 m) và ở dưới (h
d
≤ 5m), chất tải lên ô tô ở dưới đáy mỏ.
b. Khi các thân quặng có vách và trụ bất chỉnh hợp
* Trường hợp thân quặng có chiều dày tăng dần theo chiều sâu
(hình 3.31a). Tùy theo điều kiện ĐCTV của mỏ có thể áp dụng sơ đồ
MXTLGN chất tải lên ô tô đứng cùng mức hoặc dưới mức máy
đứng. Để máy xúc công tác với gương đá và quặng riêng, chiều dày
nằm ngang thân quặng phải thỏa mãn điều kiện:

21
''5,0 ZZRdM
qn
+++≥ , m (3.46)
13

Trong đó: Z’
1
và Z’
2
- khoảng cách an toàn từ 2 mép tầng đến
đường di chuyển máy xúc.
* Trường hợp mỏ có một thân quặng và chiều dày giảm dần theo
chiều sâu (hình 3.31.b): Trình tự khai thác quặng trước, bóc đất đá

3
1
6
5
n
A
A
A - A
-15
-10
-15
-20
-20
-10
+0
-10
h
h
-10
-20
+0
+10
-10
-20
+0
h
pt

a, Thân quặng có
chiều dày tăng dần

h

b- Thân quặng có
chiều dày giảm dần
2. Trường hợp mỏ có các thân quặng phân bố gần nhau hoặc
thân quặng có cấu tạo địa chất phức tạp:
a. Khi các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp (hình 3.32): Tùy
theo điều kiện ĐCTV, áp dụng sơ đồ MXTLGN chất tải lên ô tô
cùng mức hoặc ô tô đứng dưới.

Hình 3.32: Sơ
đồ công nghệ
khai thác thân
quặng cấu tạo
phức tạp (hoặc
chùm thân
quặng phân bố
gần nhau) có
hướng cắm
chỉnh hợp bằng
MXTLGN
+0
-10
-15
-10
-10
1
2
¤ t«
M¸y xóc

h
b'
b
A
A
b
b
-20
-15
-10
+0
h
h
-20
-10
+0
+10
-20
-10
+0

a, Khi mỏ có ĐCTV
phức tạp, đáy mỏ lầy lội
¤ t«
M¸y xóc
TLGN
A - A
n4
n2
n1

A
b
1
b
2
-10
-20
-15
-15
-10
-10
+0
h
h
-20
-10
+0
+10
-20
-10
+0

b, Khi đáy mỏ thoát
nước tốt
b. Khi các thân qu
ặng có thế nằm bất chỉnh hợp (hình 3.33): Tùy
theo sự phân bố của các thân quặng gần nhau sẽ lựa chọn trình tự bóc
đất đá và khai thác quặng phù hợp với sự phân bố của chúng.
14


4
M
n1
n2
n3
n4
A - A
-10
-20
+0
-10
-20
+0
+10
h
h
1
2
A
-10
-15
-15
-10
-20
-20
-10
-15
+10
+0
-10

-10
-15
-15
-10
-20
-20
-10
-15
-10
-20
+0
-10
-20
+0
+10
h
h
+10
+0
-10
A

b, Khi đáy mỏ thoát
nước tốt
3.5. Nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc–vận tải hợp lý cho các
mỏ quặng sắt lộ thiên có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp
3.5.1. Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến lựa chọn ĐBTB:
Tính chất cơ lý của đất đá, quặng; điều kiện ĐCTV; cung độ vận
tải,v.v luận án chỉ nghiên cứu lựa chọn ĐBTB xúc bốc–vận tải phù
hợp với các mỏ quặng sắt có điều kiện tự nhiên và ĐCTV phức tạp.

K
dt
- hệ số dự trữ, K
dt
= 1,2.
3.5.2.1. Lựa chọn ô tô phù hợp với mỏ có điều kiện địa chất và
ĐCTV phức tạp
1. Khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới tác động tải trọng ô tô
Khi tải trọng ô tô vượt quá khả năng chịu tải của nền đất, sẽ xảy ra
hiện tượng lún và biến dạng.
2. Xác định áp lực của ô tô lên đường vận tải
Áp lực của bánh xe ô tô tác động lên nền đường được xác định:
l
b
q
P
bx
aô
.
=
, kg/cm
2
(3.49)
Trong đó: q
bx
- tải trọng của ô tô tác dụng lên bánh sau, kg; b-
chiều rộng bánh ô tô, cm; l- chiều dài tiếp xúc giữa bánh ô tô và mặt
đất, cm.
Khả năng chịu tải của nền đất yếu đối với các loại ô tô:
- Khi P


ε
γ
γ
γ
−
−
=
1
).(
'
g
n
đ
, tấn/m
3
(3.59)
Trong đó: '
γ
- trọng lượng riêng của đất có xét đến tác động của
lực đẩy nổi của nước ngầm, tấn/m
3
; γ
đ
, γ
n
- trọng lượng riêng của đất và
nước, tấn/m
3
;

8
10
2
3
1
3'
2'
1'
ø
ng suÊt tù nhiªn (kg/cm
2
)
Z, m

1, 1’; 2, 2’; 3, 3’- tương ứng là ứng suất của lớp 1(cát hạt nhỏ), lớp
2 (sét pha, cát pha), lớp 6 (sét, sét pha) ở trạng thái tự nhiên và khi
bão hòa nước ngầm
Kết quả tính toán các loại ô tô của hãng CAT và Komatsu đều có
áp lực lớn hơn ứng suất tự nhiên của các lớp đất yếu:
- Các lớp đất yếu của mỏ ở trạng thái tháo khô tốt và khi bão hòa
nước ngầm, với các loại ô tô có q
0
= 23÷60 tấn thì các lớp đất yếu
đều bị biến dạng đến chiều sâu khoảng 5 m;
- Khi các tầng đất yếu bão hòa nước ngầm đều bị biến dạng đến
chiều sâu 4÷5 m, biến dạng mạnh nhất từ chiều sâu 2,5 m trở lên;
- Khi các lớp đất yếu được tháo khô tốt, chiều sâu biến dạng giảm
đáng kể. Với xe CAT-773F chiều sâu biến dạng của các lớp từ 3,7 m
trở lên; đối với xe khung động chiều sâu biến dạng từ 2,5 m trở lên.
Do vậy, mỏ Thạch Khê cần lựa chọn loại ô tô có áp lực lên nền

dtax








−
+
≥
γ
, kG/cm
2
(3.62)
Trong đó: C- lực dính kết của đất đá, kG/cm
2
; P
ax
- áp lực của máy
xúc tác động lên nền đường, kG/cm
2
; A
1
, D
1
- hệ số không thứ
nguyên; γ
1

∑
=
=
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
L
L
KKKTN
KTV
E m
3
(3.71a)
Khi min→
K
L , thì min
→
E
,
60

1
min
min
∑
=
=

ca
- thời gian làm việc 1 ca; K
xđ
- hệ số xúc đầy, K
tg
- hệ số sử dụng
thời gian trong ca; K
cn
- hệ số công nghệ; i- nhóm tầng thứ i trên bờ
mỏ; R- số nhóm tầng trên bờ mỏ; L
ti
- chiều dài tuyến công tác nhóm
tầng thứ i, m; L
Kimin
- chiều dài bloc máy xúc nhỏ nhất, m.
* Trường hợp 2 (hình 3.48b): Trên mỗi nhóm tầng bố trí 2 máy
xúc làm việc, N
xi
= 2. Giả sử chiều dài tuyến công tác trên tất cả các
tầng bằng nhau và số tầng trên các nhóm bằng nhau, dung tích gàu
của máy xúc được xác định:

,
120

2
cntgxđcaca
rxn
KKKTNR
KTV

= E
max
:
,
60

max
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E = m
3
(3.73b)
Do đó, dung tích gàu xúc của mỗi mỏ phải nằm trong giới hạn:
cntgxđcaca
rxn
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E
L
L
KKKTN
KTV

- Năng suất thực tế của máy xúc được xác định:
dxxg
g
tca
tt
x
tTn
KqT
Q
+
=
.
60
0
, tấn/ca (3.79)
Trong đó: t
dx
- thời gian dừng của máy xúc do sự trao đổi các ô tô
19

ở gương xúc, phút.
Hệ số sử dụng máy xúc theo điều kiện vận tải xác định như sau:
rx
xđd
kt
x
tt
x
mx
KTq

xđ
- thời gian chu kỳ ô tô và thời xúc đầy ô tô, phút.
Thay các giá trị xác định được hệ số sử dụng ô tô:
mdt
xđ
rx
mdt
ôtô
tt
KE
KTq
V
L
tt
V
L
K
+++
++
=

120
120
0
γ
, (3.86)
Năng suất của tổ hợp đạt được tối ưu khi:
ôtômx
KK =
Từ đó xác định được quan hệ giữa tải trọng ô tô với dung tích gầu



++
=
mdtdxxđ
rx
tt
V
L
tK
KTq
E
1200
γ
, m
3
(3.89)
3.5.4. Xác định số ô tô hợp lý khi phục vụ một máy xúc:
Khi số ô tô phục vụ một máy xúc hợp lý thì giá trị gia tăng năng
suất ô tô khi nó làm việc tại gương này hay gương khác đều không
thay đổi, năng suất tổ hợp lớn nhất.
3.5.5. Nghiên cứu xác định tổ hợp thiết bị xúc – bốc vận tải hợp lý
M
ức độ hợp lý của các tổ hợp xúc bốc – vận tải được xác định
thông qua cường độ làm việc của máy xúc và ô tô. Cường độ làm
việc của các thiết bị được xác định thông qua hệ số sau:
20

< 1: Cường độ làm việc của máy xúc thấp, còn ô tô cao.
Từ các kết quả phân tích trên dung tích gàu xúc hợp lý đối với
mỗi mỏ phải thỏa mãn điều kiện sau:
cntgxđcaca
rxn
R
i
Ki
ti
cntgxđcaca
rxn
KKKTN
KTV
E
L
L
KKKTN
KTV
60

60

1
min
≤≤
∑
=

0
0

γ

Luận án đã xây dựng phần mềm “Chương trình tối ưu hóa đồng bộ
thiết bị máy xúc – ô tô”, sơ đồ thuật toán (hình 3.56).
3.6. Kết luận
1. Các mỏ quặng sắt lộ thiên VN có điều kiện tự nhiên và cấu trúc
phức tạp, địa tầng một số mỏ có các lớp đất yếu và điều kiện ĐCTV
phức tạp gây khó khăn cho quá trình khai thác của các mỏ.
2. Để đảm bảo khai thác hiệu quả các mỏ quặng sắt lộ thiên trong
thời gian tới, cần áp dụng các giải pháp công nghệ như:
+ Áp dụng công nghệ khai thác với góc nghiêng bờ công tác lớn,
chia bờ công tác thành các nhóm tầng, trên mỗi nhóm tầng có tầng
công tác và tầng vận tải;
+ Áp dụng công nghệ đào sâu đáy mỏ hai cấp và khai thác quặng
theo phân tầng bằng MXTLGN. Đối với các mỏ có điều kiện ĐCTV
ph
ức tạp cần áp dụng các giải pháp tháo khô, sử dụng sơ đồ “Máy xúc
chất tải lên ô tô dưới mức máy đứng”, nhằm giảm chi phí sản xuất.
+ Tùy theo điều kiện phân bố của các thân quặng hay chùm thân
quặng và điều kiện ĐCTV của các các mỏ, lựa chọn sơ đồ công nghệ
21

khai thác chọn lọc phù hợp như đã đề xuất ở trên.

3.Lựa chọn ĐBTB khai
thác có tính cơ động cao
như máy khoan thủy lực,
MXTL, vận tải ô tô để phù
hợp với điều kiện tự nhiên
và quy mô sản lượng của

ước ngầm chảy vào mỏ rất lớn. Mỏ khai thác đến mức -550 m, trữ
lượng khai thác 375 triệu tấn, đất bóc 651,4 triệu m
3
. Sản lượng
quặng từ 5
÷
10 triệu tấn/năm, đất bóc từ 15
÷
19,5 triệu m
3
/năm.
22

4.2. Xác định góc nghiêng bờ công tác hợp lý đối với tầng đá
cứng
Đối với tầng đá cứng của mỏ phân bố từ mức -25 trở xuống, các
thông số của HTKT: h = 15m, số tầng công tác đồng thời n
t
= 8÷20,
α = 65
0
, B
min
= 40m, số nhóm tầng hoạt động song song m
s
= 2÷3.
Xúc đất đá MXTLGN có E = 6,7 m
3
, theo điều kiện công nghệ bố trí
mỗi nhóm tầng 2 máy xúc. Từ đó xác định được góc nghiêng bờ

0,15 m và t = 0,2 m, xác định được tỷ lệ tổn thất tương ứng 3,28% và
3,38%, tỷ lệ làm nghèo tương ứng 2,19% và 2,25%.
4.4. Xác định ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp lý
4.4.1. Xác định loại ô tô phù hợp với các tầng đất yếu
So sánh áp lực các loại ô tô khung cứng và khung động có q
0
=
23÷150 tấn với khả năng chịu tải của các lớp của tầng đất yếu mỏ
Thạch Khê thấy rằng: Khả năng chịu tải của các lớp đất yếu từ 1÷10
nhỏ hơn so với áp lực của các loại ô tô có tải trọng ≥ 23 tấn. Chỉ có
lớp 11 và lớp 12 có sức chịu tải bằng hoặc lớn hơn so với áp lực của
các ô tô khung động có tải trọng từ 23÷37 tấn. Cùng tải trọng thì ô tô
khung động đều có áp lực lên nền nhỏ hơn so với ô tô khung cứng.
Để phù hợp với điều kiện nền đất yếu và sản lượng mỏ, tải trọng
ô tô phù hợp từ 37÷60 tấn, trong đó ưu tiên loại ô tô khung động.
Đường vận tải cần rải lớp đất cấp phối và đá dăm từ 60÷80 cm.
4.4.2. Xác định loại máy xúc phù hợp với tải trọng ô tô và công
suất mỏ:
V
ới sản lượng đã chọn và cung độ vận tải xác định (đất bóc từ
3,5÷8,0 km, quặng từ 4÷7 km), tổ hợp ĐBTB xúc bốc – vận tải hợp
lý của mỏ Thạch Khê gồm:
Thiết bị bóc đất đá: MXTL dung tích gầu từ 4÷6,7 m
3
+ ô tô tải
23

trọng từ 37÷58 tấn; thiết bị khai thác quặng: MXTLGN dung tích
gầu từ 3,7÷4,5 m
3

cầu của khai thác chọn lọc, phù hợp với nền đất yếu, lầy lội.
- Căn cứ vào công suất mỏ, điều kiện khai thác, cung độ vận tải,
ĐBTB xúc bốc – vận tải phải được lựa chọn sao cho sự phối hợp
gi
ữa ô tô và máy xúc trong tổ hợp là tối ưu (K
hl
= 1), dung tích gàu
xúc nằm trong giới hạn xác định cho phép đối với mỗi mỏ;
- Đối với các mỏ có tầng đất yếu với chiều dày lớn cần ưu tiên lựa