KHAI THÁC THAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY LỰC


           Quốc Trung – CTV
 
 1.    Giới thiệu chung:

Tại Nhật Bản, lần đầu tiên phương pháp khai thác than bằng thủy lực được tiến hành vào năm 1963 tại mỏ than Sunagawa thuộc Công ty khai thác mỏ Mitsui. Ngay sau đó, phương pháp khai thác này đã được cải tiến và chuyển giao cho Canada để khai thác than tại mỏ Balmer vào năm 1970. Tiếp theo, công nghệ này cũng được chuyển giao cho công ty Coal New Zealand (New Zealand) để tiến hành khai thác thử nghiệm tại mỏ than Strongman và bước đầu đã đạt được những kết quả tốt. Tuy nhiên, than thuộc các mỏ Sunagawa và Balmer tương đối mềm, còn các vỉa than ở mỏ Strongman lại rất cứng. Các kết quả thu được trong quá trình khai thác thử nghiệm tại mỏ Strongman cho thấy công nghệ khai thác bằng thuỷ lực có thể áp dụng cho các vỉa than tương đối cứng.
Từ kết quả này, Coal New Zealand đã triển khai khai thác mỏ Strongman số 2 (gần kề với mỏ Strongman) bằng phương pháp thuỷ lực. Hơn nữa, Coal New Zealand tiếp tục xây dựng mô hình khai thác này tại mỏ than Mt.Davy vào năm 1998. Tới nay, tại New Zealand đã tiến hành một loạt dự án khai thác than bằng phương pháp thuỷ lực như dự án Graymouth hay dự án Pikeriver.
Phương pháp khai thác than bằng thuỷ lực là phương pháp duy nhất có thể khai thác những vỉa than dày và vỉa dốc đứng với hiệu quả cao. Phương pháp này đặc biệt thích hợp cho các vỉa than hiện chưa được khai thác do chiều dày và độ dốc lớn, góp phần tận thu nguồn tài nguyên than.
   2. Đặc điểm của phương pháp khai thác bằng thuỷ lực
     Phương pháp khai thác bằng thuỷ lực là một phương pháp khấu than bằng dòng nước áp lực cao được dẫn tới thiết bị khai thác thủy lực tại gương nhờ một đường ống áp lực cao. Than vỡ vụn sau khi khai thác trộn lẫn với nước, được vận chuyển từ gương đến cụm thiết bị tháo nước, sau đó tiến hành thu hồi than. Nhìn chung, phương pháp khai thác than bằng thuỷ lực có những đặc điểm sau:
1/ Có thể áp dụng rộng rãi cho các vỉa than từ dốc thoải đến dốc đứng;
2/ Thay thế cho phương pháp khai thác chia lớp không thể áp dụng để khấu vỉa than siêu dày;
3/ Trong một số trường hợp, các vỉa than mỏng không thể khai thác, có thể khấu cùng với vỉa than đang khai thác;
4/ Là một phương pháp khai thác an toàn, vì không có các nguồn gây cháy và bụi than tại gương;
5/ Có thể đạt được sản lượng cao do sử dụng ít lao động tại gương;
6/ Nhờ sử dụng màn hình điều khiển từ xa nên không cần công nhân trực tiếp tại gương, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn hơn;
7/ Do thiết bị khai thác tương đối gọn nhẹ, đơn giản và an toàn nên việc lắp đặt và thu hồi có thể thực hiện dễ dàng;
8/ Đây là một phương pháp khai thác có khả năng xử lý tốt những đứt gãy, uốn nếp.
Trong trường hợp độ cứng vững của vách và trụ thấp hơn hơn độ cứng vững của các vỉa than hoặc khi các vỉa than là loại hút nước và trương nở thì cần giới hạn áp dụng phương pháp này.
3. Mỏ than Sunagawa
3.1. Giới thiệu chung
Mỏ than Sunagawa nằm về phía bắc đảo Hokkaido, Nhật Bản. Người ta tiến hành khai thác 5 hoặc 6 vỉa than vùng than Ishikari. Các vỉa dốc khoảng 500 - 700, với chiều dày từ 1,6m đến 4,9m. Độ sâu gương khai thác khoảng 1.100m. Lần đầu tiên, phương pháp khai thác thuỷ lực được áp dụng tại mỏ Sunagawa vào năm 1963. Phương pháp khai thác này đã dần dần thay thế phương pháp khai thác khấu chân khay truyền thống. Năng suất khai thác toàn mỏ đạt 79,8 tấn/người/tháng và là kỷ lục cực kỳ cao đối với các mỏ than hầm lò có các vỉa dốc đứng, tương đương với sản lượng khai thác lò chợ cơ giới hoá với vỉa dốc vừa phải.
3.2.  Sơ đồ và phương pháp khai thác
Những lò xuyên vỉa đào từ đường lò dọc giữa (lò dọc thu gom) và đường lò dọc phụ song song với vỉa được nối bởi giếng nghiêng có độ dốc khoảng 500 và các lò xuyên vỉa được đào với các khoảng cách 20 m và 25m từ giếng tới vỉa than. Các phân tầng được đào trong vỉa than, dọc theo nền, về bên phải và bên trái với góc dốc trong khoảng 70 - 150. Một thiết bị khai thác thủy lực đặt tại gương của các phân tầng và khai thác vỉa than nằm giữa các phân tầng. Sau khi khai thác than chảy xuống máng phía dưới cùng với nước và được chuyển tới cụm thiết bị khử nước đặt ở phía cuối mỗi khoảnh khai thác để khử nước. Khoảng cách giữa các phân tầng được quyết định dựa trên các yếu tố đặc tính vách và trụ, độ cứng của than, chiều dày vỉa, áp suất dòng nước, v.v...
4. Mỏ than Balmer
4.1. Giới thiệu chung

Mỏ than Balmer nằm gần biên giới đông nam, giữa bang British Columbia và Alberta. Trước phương pháp khai thác thuỷ lực, tại đây người ta áp dụng phương pháp khai thác buồng cột, phá hoả bằng khoan nổ mìn. Tuy nhiên, vì vỉa Balmer số 10 là vỉa chính của mỏ Balmer, có chiều dày 15m và độ dốc đứng từ 300 - 600,  nên mặc dù có trữ lượng lớn nhưng mỏ vẫn không có phương pháp thích hợp nào để khai thác và thu hồi than hiệu quả tại vỉa này. Do tình trạng khai thác tương đối tùy tiện, không có kế hoạch, tỷ lệ thu hồi chỉ đạt khoảng 10% nên hoạt động khai thác than tại khu vực này đã phải dừng lại và chuyển sang vùng than phía bắc gần kề, có các vỉa than tương đối dốc.
Công ty khai thác mỏ Mitsui đã giới thiệu phương pháp khai thác bằng thuỷ lực với những kết quả khả quan đạt được tại mỏ Sunagawa và ký các hợp đồng với Công ty Kaiser Steel về hỗ trợ kỹ thuật và khai thác thử nghiệm bằng thuỷ lực tại vùng than này. Khai thác thử nghiệm bằng thuỷ lực đã được tiến hành từ tháng 10 năm 1970 đến tháng 1 năm 1971. Kết quả, sản lượng cao nhất đạt được là  1.881 tấn/ca, 4.037 tấn/ngày và đã khẳng định có thể khai thác tất cả các vỉa than bằng phương pháp này. Sau quá trình khai thác thử nghiệm thành công, mỏ than Balmer đã từng bước áp dụng phương pháp khai thác này trên qui mô lớn. Sản lượng trung bình đạt được là 1.400 - 1.500 tấn/ca, đặc biệt, trong giai đoạn cuối tại khoảnh khai thác số 6, sản lượng kỷ lục là 4.200 tấn/ca.
4.2. Điều kiện địa chất và vỉa
Vùng than tại khu vực này gồm các vỉa thuộc Kỷ Creta, đại Trung sinh, có cấu trúc thể chậu, tương đối ổn định và kéo dài 55km từ nam lên bắc và 19km từ đông sang tây. Khu vực khai thác bằng thuỷ lực thuộc cánh nam của trục nếp lõm và có độ dốc từ 300 đến 600. Các địa tầng chứa than gồm đá phiến, đá cát,  cát kết, v.v... và gồm khoảng 12 vỉa than. Vỉa Balmer số 10 là vỉa chính, nằm ở khu vực thấp nhất trong các địa tầng và là nơi áp dụng phương pháp khai thác thuỷ lực. Lộ vỉa xuất hiện ở sườn dốc với chiều dài khoảng 4km. Chiều dày vỉa than khoảng từ 14m đến 16m. Than có chất lượng tốt, có thể dùng luyện cốc.
4.3. Khoảnh khai thác số 6
Bốn năm trước, sau khi khai thác xong khoảnh số 5 và xây dựng xong các cơ sở vật chất cần thiết, người ta đã tiến hành mở rộng khoảnh khai thác số 6. Tuy nhiên, ở đây đã áp dụng một sơ đồ khai thác thử nghiệm mới
4.4.  Mô hình và phương pháp khai thác
Các hình từ số 2 đến số 5 đã giới thiệu mô hình khai thác thủy lực. Từ trên mặt đất dẫn xuống khu vực khử nước tại sân giếng là đường lò chính được đào trong đá. Từ đường lò này người ta đào các đường lò chuẩn bị trong than có góc dốc khoảng 4 độ. Các lò dọc phân tầng cách nhau khoảng 25m tại khoảnh khai thác. Tại đây, người ta lắp đặt một thiết bị khai thác thủy lực có gắn bộ phần nghiền.
4.5.Hệ thống thiết bị cung cấp nước
Buồng bơm trên mặt đất gồm hai hệ thống bơm cấp nhằm tạo ra dòng nước có áp lực cao để khai thác than và 3 bơm nước dùng cho hệ thống vận tải bằng máng dẫn nhằm cung cấp nước có áp lực thấp. Một bơm cấp chính và một bơm tăng áp có công suất lần lượt là 2500 mã lực và 450 mã lực cung cấp một khối lượng 5,7m3 nước/phút với áp lực đạt là 175kgf/cm2. Ba bơm nước dùng cho hệ thống vận tải bằng máng dẫn có công suất 800 mã lực, mỗi bơm cung cấp một khối lượng nước 4,2m3/phút với áp lực 63kgf/cm2.
4.6. Trạm tháo nước trên mặt đất và dưới hầm lò
Sau khi tại gương và lò dọc vỉa, than chảy xuống cùng với nước và được đưa tới cụm thiết bị tháo nước tại sân giếng. Than chảy qua một hệ thống sàng rung sau đó được chuyển đến bãi chứa than trên mặt đất, đồng thời, than + 9mm cũng được vận chuyển bằng băng tải. Than + 9mm chảy vào giếng lắng bùn và cùng với nước được vận chuyển lên cụm thiết bị tháo nước trên mặt đất. Tại đây, có sàng rung với bộ tách nước ly tâm 0,5mm, bộ lọc kiểu đĩa và bể lắng. Nhờ bể lắng, nước tràn được làm sạch, trở lại bể nước trên cao (nguồn cung cấp nước) để tái sử dụng.
5. Mỏ Strongman số 2
5.1. Giới thiệu chung

Mỏ Strongman số 2 là mỏ do Công ty New Zealand quản lý, thuộc khu vực bể than Greymouth trên hòn đảo phía nam New Zealand. Mỏ được xây dựng vào năm 1994 và được tiến hành khai thác bằng thủy lực vào năm 1995. Đây là bước tiếp theo triển khai công nghệ khai thác than bằng phương pháp thủy lực sau khi nó được áp dụng thử nghiệm thành công tại mỏ Strongman kế bên vào năm 1991. Mục tiêu của lần triển khai này là nhằm kiểm tra năng suất khai thác bằng công nghệ khai thác thủy lực, vì than ở mỏ này khá cứng. Kết quả khai thác đã khẳng định công nghệ này có thể áp dụng tốt đối với than cứng.
5.2.  Khai thác than thử nghiệm tại mỏ Strongman
Tại mỏ Strongman, việc lắp đặt thiết bị được tiến hành từ tháng 8 năm 1991 và sau hai tháng đã triển khai các hoạt động khai thác than. Than sau khi được khai thác bằng thiết bị khai thác thủy lực sẽ chảy qua máng bằng thép đến trạm bơm đặt ở sân giếng và từ đó được bơm lên mặt đất. Sau khi tháo nước bằng sàng lọc rung tại mặt đất, than được chuyển bằng xe tải đến bãi chứa than. Tổng sản lượng than  trong giai đoạn khai thác thử nghiệm là 9.096 tấn. Sản lượng than từ thiết bị khai thác thủy lực là 8.416 tấn và than khai thác từ lò dọc vỉa bằng nổ mìn là 680 tấn. Kết quả thực tế cho thấy lưu lượng và áp lực nước của thiết bị khai thác thủy lực không thích hợp, khoảnh khai thác thử nghiệm có độ sâu tương đối nông150m và chịu áp lực nền nhỏ. Một số gương khai thác tại đây có khoảng cách khấu trên 20m do không được thiết kế cho khai thác bằng phương pháp thủy lực. Quá trình khai thác than đôi khi bị gián đoạn do công suất bơm than chưa tương thích. Như vậy, chỉ khi nào các điều kiện nêu trên được cải thiện thì phương pháp khai thác bằng thủy lực mới mang lại hiệu quả cao.
5.3. Triển khai  mỏ than Strongman số 2
Sau khi khai thác bằng thiết bị khai thác thủy lực tại gương và bằng máy khấu trong lò dọc vỉa, than sẽ tự trôi dọc theo cánh nằm (cánh dưới) đường lò cái chính và tạm thời tập kết gần miệng giếng. Sau đó, than được vận chuyển lên mặt đất nhờ hệ thống máng bằng thép, đến cụm thiết bị tháo nước và được tháo nước bằng sàng lọc rung. Nhờ một thiết bị xoáy lốc nước, mà sản phẩm bùn than này đông đặc lại, qua lớp sàng rung và trở thành sản phẩm than dạng bột. Sản phẩm nước tràn từ thiết bị xoáy lốc được làm sạch nhờ một bể lắng và quay trở lại bể nước cấp để tái sử dụng. Sau khi khử nước, than được vận chuyển đến bãi chứa than. Sản lượng trung bình khai thác ở mỏ số 2 khoảng 1.000 tấn/ngày và đang được cải tiến để có hiệu quả cao hơn.
6. Các dự án khai thác bằng thủy lực khác
Mỏ Mt. Davy tại vùng than Greymouth (New Zealand) đã được triển khai tiếp ngay sau mỏ Strongman số 2 và bắt đầu khai thác vào năm 1988.  Ngoài ra, còn có dự án khai thác than Greymouth với sản lượng dự kiến 1,5 triệu tấn/năm và dự án Pike River cũng đang được triển khai. Các dự án đều áp dụng phương pháp khai thác than bằng thủy lực.
7. Kết luận
Phương pháp khai thác bằng thủy lực là một phương pháp có thể đạt được sản lượng cao đối với những vỉa than dày và dốc hiện chưa khai thác bằng phương pháp khai thác cơ giới hóa. Do sử dụng nước áp lực cao, nên phương pháp khai thác này không tạo ra nguồn lửa và rất ít bụi. Mặt khác, quá trình khai thác được điều khiển từ xa nên công nhân không phải làm việc tại những khu vực nguy hiểm, đảm bảo an toàn lao động và nâng cao năng suất khai thác. Trong những năm tới, công ty Mitsui Mining Engineering tiếp tục hoàn thiện công nghệ khai thác than bằng thủy lực, nâng cao hiệu quả thu hồi và công suất khai thác các nguồn năng lượng./.
Biên dịch:  Quốc Trung
Theo nguồn: Japanese coal magazine

 

Số lượt đọc: 4524 - Cập nhật lần cuối: 08:12 | 20/08/2013
Về trang trước Bản in Gửi mail Trang chủ