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

NÔNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ KHAI THÁC LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ
TRẦN THAN Ở VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI
CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018


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

NÔNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ KHAI THÁC LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ
TRẦN THAN Ở VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI
CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Đặng Vũ Chí
2. PGS. TS. Phùng Mạnh Đắc

THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ Ở CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI VÀ
NGHIÊNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI .......................................................4
1.1. Kinh nghiệm khai thác vỉa dày, dốc thoải và nghiêng trong nước ...........................4
1.2. Kinh nghiệm khai thác vỉa dày, thoải đến nghiêng trên thế giới............................17
1.3. Các kết quả nghiên cứu của một số tác giả trong và ngoài nước về vấn đề khai
thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa cho vỉa dày, dốc thoải đến nghiêng ...............27
1.4. Kết luận...................................................................................................................28
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT - KỸ
THUẬT MỎ ĐẾN QUÁ TRÌNH THU HỒI THAN NÓC ...........................................29
2.1. Quy luật dịch chuyển của than nóc.........................................................................29
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi than nóc ............................................31
2.3. Kết luận...................................................................................................................47
CHƯƠNG 3. HOÀN THIỆN MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LÒ
CHỢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN THAN Ở VỈA
DÀY, THOẢI VÀ NGHIÊNG VÙNG QUẢNG NINH ...............................................49
3.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu ........................................................................49
3.2. Xây dựng mô hình và tiến hành thí nghiệm mô phỏng ..........................................55
3.3. Phân tích, đánh giá kết quả trên mô hình ...............................................................56
3.4. Kết luận...................................................................................................................78
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ
DỤNG THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ HẠ TRẦN THAN Ở VỈA DÀY,
THOẢI VÀ NGHIÊNG TẠI MỘT ĐIỀU KIỆN CỤ THỂ...........................................79
4.1. Lựa chọn khu vực áp dụng thử nghiệm ..................................................................79
4.2. Các giải pháp kỹ thuật, công nghệ khu vực nghiên cứu .........................................80
4.3. Hoàn thiện thông số công nghệ khai thác lò chợ cơ giới hóa đồng bộ hạ trần thu
hồi than nóc tại vỉa 7 mỏ than Hà Lầm .........................................................................82
4.4. Kết luận...................................................................................................................98
KẾT LUẬN CHUNG- KIẾN NGHỊ .............................................................................99
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ
CÔNG BỐ ...................................................................................................................101

4

KNM

Khoan nổ mìn

5

NSLĐ

Năng suất lao động

6

SLKT

Sản lượng khai thác

7

KTKT

Kinh tế kỹ thuật

8

CGH

Cơ giới hóa


Bảng 1.4. Bảng tổng hợp kết quả áp dụng CGH hạ trần than nóc sử dụng giàn tự hành loại 1
máng cào ..................................................................................................................................... 9
Bảng 1.5. Tổng hợp kết quả khai thác lò chợ CGH tại vỉa 11, Công ty than Hà Lầm [14] ..... 14
Bảng 1.6. Tổng hợp kết quả khai thác lò chợ CGH tại vỉa 7, Công ty than Hà Lầm [14] ....... 16
Bảng 1.7. Tổng hợp một số mỏ than áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than
nócở Trung Quốc [5] ................................................................................................................ 24
Bảng 1.8. Khai thác áp dụng một số HTKT các vỉa dày tới 7 m .............................................. 25
Bảng 1.9. Khai thác áp dụng một số HTKT các vỉa dày trên 7 m ............................................ 26
Bảng 3.1. Sự sai khác (%) sau khi phân tích với đường hầm trong môi trường đàn hồi-dẻo
không có dãn nở thể tích ( = 0º) ............................................................................................. 54
Bảng 3.2. Các tham số địa chất đầu vào cho phân tích ............................................................ 55
Bảng 3.3. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = r = 0,63m ................... 57
Bảng 3.4. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 2r = 1,26m .................. 59
Bảng 3.5. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 3r = 1,89m .................. 60
Bảng 3.6. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = r = 0,63m .................... 61
Bảng 3.7. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 2r = 1,26m ................. 62
Bảng 3.8. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 3r = 1,89m .................. 63
Bảng 3.9. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = r = 0,63m .................... 64
Bảng 3.10. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 2r = 1,26m ................ 65
Bảng 3.11. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi bước hạ trần rth = 3r = 1,89m ................ 65
Bảng 3.12. Bảng tổng hợp kết quả thu hồi than hạ trần ........................................................... 67
Bảng 3.13. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:3 ........................ 69
Bảng 3.14. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:2,5 ..................... 70
Bảng 3.15. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:2,1 ..................... 70
Bảng 3.16. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:5 ........................ 72
Bảng 3.17. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:4,3 ..................... 73
Bảng 3.18. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:3,7 ..................... 73
Bảng 3.19. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:7 ........................ 75
Bảng 3.20. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:6,1 ..................... 75
Bảng 3.21. Bảng thống kê tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần là 1:5,2 ..................... 76

Hình 1.5. Đồng bộ thiết bị cơ giới hóa tại mỏ Hà Lầm ............................................................ 14
Hình 1.6. Khai thác vỉa dày thoải và nghiêng với việc lưu than vào không gian khai thác và
thu hồi khi khai thác lớp dưới ................................................................................................... 18
Hình 1.7. Khai thác vỉa dày thoải với việc làm yếu lớp trên bằng khoan nổ mìn .................... 19
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày bằng tổ hợp cơ giới ........................................... 19
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dày bằng tổ hợp cơ giới KM-130V với lưới liên kết
.................................................................................................................................................. 20
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc ............................................... 22
Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc dùng 1 máng cào .................. 22
Hình 1.12. Tổ hợp giàn chống tháo than hạ trần lên máng cào sau (tổ hợp giàn chống sử dụng
2 máng cào) .............................................................................................................................. 23
Hình 1.13. Sơ đồ công nghệ “Valenje” khai thác vỉa dày thoải và nghiêng tại Séc ................. 24
Hình 2.1. Sự phân bố áp lực tựa trước sau lò chợ khai thác ..................................................... 29
Hình 2.2. Phân bố biến dạng than nóc ...................................................................................... 30
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý tác dụng tương hỗ giữa than sập đổ và đất đá khi tháo lên máng
cào............................................................................................................................................. 32
Hình 2.4. Trạng thái gương lò khi lớp than hạ trần mỏng ........................................................ 34
Hình 2.5. Trạng thái gương lò khi lớp than hạ trần dày .......................................................... 34
Hình 2.6. Kết cấu sập đổ hình thức bán vòm của than nóc ...................................................... 35
Hình 2.7. Tổn thất than và bước hạ trần than ........................................................................... 36
Hình 2.8. Gương khấu lò chợ hạ trần khi nghiêng gương trần than về phía nguyên khối ....... 37
Hình 2.9. Gương khấu lò chợ hạ trần khi nghiêng gương trần than về phía phá hoả ............... 37
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý thu hồi than với góc nghiêng mặt trượt về phía trước ................. 38
Hình 2.11. Ảnh hưởng của góc nghiêng trần than về phía trước đến mức độ tổn thất than, khi
bước hạ trần bằng 3 lần chiều rộng tang khấu .......................................................................... 38
Hình 2.12. Ảnh hưởng của góc nghiêng trần than về phía trước đến mức độ tổn thất than khi
bước hạ trần bằng bước khấu.................................................................................................... 39
Hình 2.13. Sơ đồ khai thác vỉa nghiêng theo hướng dốc xuống............................................... 41
Hình 2.14. Sơ đồ khai thác theo hướng dốc lên khi khai thác vỉa nghiêng .............................. 41
Hình 2.15. Sơ đồ khai thác vỉa dày thoải và nghiêng theo phương .......................................... 41

vỉa dày 15m .............................................................................................................................. 74
Hình 3.15. Đồ thị biểu thị tỷ lệ thu hồi than nóc khi tỷ lệ khấu-hạ trần thay đổi với điều kiện
vỉa dày 20m .............................................................................................................................. 77
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa tỷ lệ khấu-hạ trần và thu hồi than nóc ....................................... 77
Hình 4.1. Sơ đồ lò chợ khu vực nghiên cứu ............................................................................. 79
Hình 4.2. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng bước thu hồi rth = r = 0,63m ................... 85
Hình 4.3. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng bước thu hồi rth = 2r = 1,26m .................. 86
Hình 4.4. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng bước thu hồi rth = 3r = 1,89m .................. 87
Hình 4.5. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa sản lượng khai thác lò chợ khi thay đổi bước
thu hồi than hạ trần khác nhau .................................................................................................. 88
Hình 4.6. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa tỷ lệ thu hồi, tổn thất tương ứng với bước thu


viii
hồi than hạ trần ......................................................................................................................... 89
Hình 4.7. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng tỷ lệ khấu-hạ trần 1:6,95 (chiều cao khấu
2,5m) ......................................................................................................................................... 92
Hình 4.8. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng tỷ lệ khấu-hạ trần 1:5,68 (chiều cao khấu
2,8m) ......................................................................................................................................... 93
Hình 4.9. Biểu đồ sản lượng khai thác khi áp dụng tỷ lệ khấu-hạ trần 1:4,84 (chiều cao khấu
3,2m) ......................................................................................................................................... 94
Hình 4.10. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa sản lượng khai thác lò chợ khi thay đổi tỷ lệ
khấu-hạ trần .............................................................................................................................. 95
Hình 4.11. Biểu đồ biểu thị mối tương quan giữa tỷ lệ thu hồi, tổn thất tương ứng với tỷ lệ
khấu-hạ trần .............................................................................................................................. 96


1

MỞ ĐẦU

Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ hợp lý đối với lò chợ cơ giới hoá
đồng bộ hạ trần thu hồi than ở vỉa dày thoải và nghiêng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng
Ninh nhằm nâng cao mức độ an toàn lao động và hiệu quả khai thác.


2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là thông số công nghệ trong lò chợ cơ giới hóa đồng bộ,
hạ trần thu hồi than nóc (chiều cao lớp than hạ trần, bước thu hồi than hạ trần).
- Phạm vi nghiên cứu là các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng nhỏ hơn 350
thuộc các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về kinh nghiệm khai tháclò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa đồng
bộở các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêngtrong nước và trên thế giới.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố địa chất – kỹ thuật mỏ đến quá trình
thu hồi than nóc.
- Hoàn thiện một số thông số công nghệ khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ
giới hóa đồng bộ hạ trần thu hồi than nóc ở các vỉa than dày, dốc thoải và nghiêng
vùng Quảng Ninh.
- Xác định thông số công nghệ khai thác lò chợ sử dụng thiết bị cơ giới hóa
đồng bộ hạ trần than ở vỉa dày, dốc thoải và nghiêng tại một điều kiện cụ thể.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về các vấn đề như: áp lực mỏ, quá trình
dịch chuyển của trần than và đá vách, sự ảnh hưởng của các yếu tố địa chất - kỹ thuật
mỏ đến quá trình thu hồi than nóc.
- Phương pháp nghiên cứu tại thực tế hiện trường như: Khảo sát, đo đạc, thu
thập các số liệu địa chất, kỹ thuật, quan sát quá trình khai thác tại lò chợ sử dụng thiết
bị cơ giới hóa ở mỏ than Hà Lầm.
- Phương pháp thống kê, tổng hợp, phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu và

các hội nghị khoa học.
10. Khối lượng và kết cấu của luận án
Nội dung của luận án được trình bày trong 105 trang đánh máy khổ A4
210x217mm với 43 bảng biểu, 61 hình vẽ và biểu đồ.
Luận án được kết cấu gồm: phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận - kiến nghị.
Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn
khoa học của PGS.TS Đặng Vũ Chí, PGS.TS Phùng Mạnh Đắc, Bộ môn khai thác
Hầm lò, Hội khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam.
11. Lời cảm ơn
Tác giả luận án xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Ban
giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác Hầm lò, Trường
Đại học Mỏ - Địa chất, đặc biệt là PGS.TS Đặng Vũ Chí, PGS.TS Phùng Mạnh Đắc,
những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tác giả luận án cũng đã nhận được nhiều đóng góp quý báu, sự ủng hộ, giúp đỡ
và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp, ban lãnh
đạo Viện KHCN mỏ-Vinaco min cơ quan NCS công tác, Hội Khoa học và Công nghệ
Mỏ Việt Nam, lãnh đạo và tập thể các đơn vị trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam, đặc biệt là Mỏ than Hà Lầm đã tạo điều kiện giúp đỡ NCS có
thực nghiệm hoàn chỉnh kiểm chứng Luận án nghiên cứu đưa vào thực tế sản xuất.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC LÒ CHỢ SỬ DỤNG
THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ Ở CÁC VỈA THAN DÀY, DỐC THOẢI
VÀ NGHIÊNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. KINH NGHIỆM KHAI THÁC VỈA DÀY, DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG TRONG
NƯỚC
Căn cứ Quy phạm kỹ thuật khai thác hầm lò than và diệp thạch 18-TCN-52006, theo đặc điểm chiều dày và góc dốc, các vỉa than được phân chia theo từng
nhóm như sau [4]:
- Theo chiều dày: vỉa rất mỏng (0,7m); vỉa mỏng (0,71 ÷ 1,20m); vỉa trung

2

Nam Mẫu

43.543

22.921

52,6

3

Uông Bí

38.741

0

0,0

4

Vàng Danh

43.666

26.967

61,8


8

Quang Hanh

25.157

2.786

11,1

9

Thống Nhất

37.422

17.679

47,2

10

Hạ Long

94.666

64.834

68,5