Giáo trình Nguyên lí thiết kế mỏ hầm lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Nguyên lí thiết kế mỏ hầm lò" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: xác định các tham số cơ bản của mỏ; thiết kế khu khai thác; lựa chọn và thiết kế sân ga hầm trạm;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Nguyên lí thiết kế mỏ hầm lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chƣơng 4 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MỎ Các tham số định lƣợng cơ bản của mỏ gồm công suất (A), tuổi mỏ (T), trữ lƣợng khoáng sản (Zcn), kích thƣớc theo phƣơng (S), kích thƣớc theo hƣớng dốc (H). Một số tham số có mối quan hệ đƣơng nhiên: Zcn = A .T; tấn Mối quan hệ đơn giản trên có ý nghĩa rất quan trọng trong thiết kế mỏ. Từ Z cn những quan hệ này ta có thể xác định một số tham số khác: T = ; năm A 4.1. Công suất mỏ Công suất (A) (sản lƣợng) mỏ là khối lƣợng khoáng sản khai thác đƣợc trong một năm (T/năm ). Công suất mỏ là một tham số định lƣợng quan trọng nhất vì công suất mỏ là yếu tố quyết định đến chi phí đầu tƣ xây dựng cơ bản và các chi phí khác. Khi công suất của mỏ lớn chi phí đầu tƣ xây dựng cơ bản tăng nhƣng chi phí khai thác cho một tấn trữ lƣợng lại giảm. Công suất mỏ ảnh hƣởng tới tất cả các tham số định tính và định lƣợng của sơ đồ công nghệ mỏ. Các sơ đồ mở vỉa, vận tải, thông gió, tổ hợp công nghệ trên sân công nghiệp. Kích thƣớc giếng và các đƣờng lò, chủng loại và công suất của các thiết bị mỏ. Nhƣng nếu công suất của mỏ quá lớn thì thời gian xây dựng cơ bản kéo dài, khi đó mỏ sẽ chậm đạt đƣợc công suất thiết kế theo kế hoạch hoặc không đạt đƣợc công suất thiết kế dẫn đến sử dụng vốn đầu tƣ xây dựng cơ bản không có hiệu quả. Ngƣợc lại nếu công suất của mỏ quá nhỏ thời gian tồn tại của mỏ dài và không đạt đƣợc các chỉ tiêu tiên tiến về kỹ thuật và kinh tế, hiệu quả và lợi nhuận của xí nghiệp nhỏ. Chính vì vậy bài toán xác định công suất mỏ đã đƣợc nhiều nhà khoa học có tên tuổi trên thế giới với nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải quyết vấn đề này. 4.1.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến công suất mỏ 4.1.1.1. Đặc điểm điều kiện mỏ - địa chất Trữ lƣợng khoáng sản (Quy định theo thông tƣ số 60/2017/TT-BTNMT ngày 08 tháng 12 năm 2017 về phân cấp trữ lƣợng và tài nguyên khoáng sản rắn) và các yếu tố thế nằm của vỉa than là điều kiện cơ bản để xác định công suất mỏ. 66
Thông thƣờng: Trữ lƣợng khoáng sản càng lớn, vỉa dày, dốc bằng, dốc thoải, độ chứa khí nhỏ, tính chất cơ lý đất đá ổn định...công suất của mỏ lớn. Ngƣợc lại khi cấu tạo địa chất phức tạp nhiều phay phá, đứt gẫy vỉa không ổn định làm cho chiều dài khu khai thác, chiều dài lò chợ bị hạn chế không thể cơ giới hoá...công suất mỏ sẽ không thể lớn đƣợc. 4.1.1.2. Khả năng kỹ thuật và tổ chức Kỹ thuật và công nghệ khai thác luôn luôn phát triển làm cho công suất của lò chợ, công suất khu khai thác cũng không ngừng tăng theo sự phát triển của khoa học kĩ thuật và công nghệ. Khả năng tổ chức bố trí dây chuyền công nghệ và tổ chức sản xuất hợp lý cũng đóng một vai trò rất lớn ảnh hƣởng trực tiếp đến công suất mỏ. 4.1.1.3. Điều kiện của nền kinh tế quốc dân và khu vực Tình hình kinh tế của đất nƣớc và yêu cầu phát triển toàn diện của nền kinh tế quốc dân luôn gắn liền với yêu cầu nhất định đối với tốc độ và quy mô xây dựng mỏ. Yêu cầu này ảnh hƣởng lớn đến việc xác định công suất mỏ . Điều kiện kinh tế của khu vực cũng ảnh hƣởng rất lớn đối với việc xác định công suất mỏ: Ví dụ khi khu vực tiêu thụ than ít, điều kiện kinh tế khó khăn mặc dù điều kiện mỏ - địa chất thuận lợi thì thƣờng cũng nên xây dựng các mỏ nhỏ và trung bình trƣớc. 4.1.2. Phƣơng pháp xác định công suất mỏ 4.1.2.1. Phƣơng pháp giải tích Căn cứ vào điều kiện mỏ - địa chất, kỹ thuật công nghệ, khả năng kinh tế và tổ chức để làm cơ sở xác định. Trƣớc đây để xác định công suất mỏ ngƣời ta thƣờng sử dụng công thức của giáo sƣ Dviagin: C1 . 2  E.K1 Am  ;tấn (4.1) C1  k .E.K 2 Z cn Trong đó: E- Hệ số hiệu quả tƣơng đối của vốn đầu tƣ xây dựng cơ bản; E = 0,1 C1, K1, K2, k- Các hệ số tính toán theo các số liệu thông kê của các mỏ đang sản xuất và theo thiết kế. 67
- Hệ số cố định tính đến sự thay đổi của các tham số chi phí trong các điều kiện đã cho, qua kết quả thống kê hệ số  phụ thuộc vào sản lƣợng hàng tháng của lò chợ theo quan hệ tuyến tính. Qua công thức cho thấy các tham số hầu nhƣ mang tính chất thống kê nên trong công thức không phản ánh đầy đủ đến điều kiện mỏ - địa chất (mói chỉ xét đến giá trị của trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ). Sự thay đổi chiều sâu khai thác, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất kiến tạo, số vỉa than trong ruộng mỏ, khoảng cách giữa các vỉa, chiều dầy các vỉa… đồng thời các yếu tố kinh tế, kỹ thuật công nghệ cũng ảnh hƣởng rất lớn đền công suất mỏ nhƣng chƣa đƣợc đề cập đến trong quá trình khảo sát. Để phản ánh đầy đủ các điều kiện: Địa chất mỏ, trữ lƣợng công nghiệp, sự tăng chiều sâu khai thác, số lƣợng vỉa trong ruộng mỏ và số vỉa khai thác đồng thời, tổng chiều dày các vỉa than trong ruộng mỏ và tổng chiều dày các vỉa khai thác đồng thời, độ chứa khí, góc dốc của vỉa và sản lƣợng lò chợ... công suất của mỏ (trong giai đoạn sản xuất) có thể xác định theo công thức: Am  K t K v  K s  Z CN md .K a ; tấn/năm mt Trong đó: Kt - Độ tin cậy của sơ đồ công nghiệp mỏ, gƣơng lò, vận tải dƣới ngầm, trục tải, mặt mỏ... Kv - Hệ số kể đến ảnh hƣởng của số lƣợng vỉa, trong ruộng mỏ và số vỉa khai thác đồng thời. md - Tổng chiều dày các vỉa khai thác đồng thời, m. mt - Tổng chiều dày các vỉa trong ruộng mỏ, m. Ka- Hệ số tính đến độ sâu khai thác và góc dốc của vỉa. Ks- Hệ số tính đến sản lƣợng và điều kiện khai thác của các gƣơng lò chợ. 4.1.2.2. Phƣơng pháp thống kê Sử dụng phƣơng pháp thống kê để xác định công suất mỏ không có tác dụng tính toán và không cho phép xác định giá trị nhất định của công suất mỏ mà chỉ xác định hiệu quả kinh tế của công suất mỏ trên cơ sở các số liệu thông kê từ các mỏ với công suất hoạt động khác nhau và cho hiệu quả kinh tế tƣơng ứng kết quả là công suất mỏ đƣợc xác định trong một phạm vi giá trị hợp lý nào đó. 68
Cần phải lấy các mỏ đã xây dựng hoặc đã cải tạo đang sản xuất ổn định trong thời gian 15  20 năm làm đối tƣợng nghiên cứu. Các điều kiện mỏ - địa chất của các mỏ đó gần giống với mỏ thiết kế. Số mỏ phải lấy sao cho trên trục hoành (trục ox, biểu thị giá trị công suất của các mỏ) có từ 3  5 giá trị. Phạm vi thay đổi của công suất mỏ không nên quá rộng, cho nên số mỏ phải lấy từ 15  25 mỏ. Tiêu chuẩn hiệu quả kinh tế biểu diễn trên trục tung (trục oy) có thể lấy là: Vốn (suất) đầu tƣ xây dựng cơ bản, giá thành hay năng suất lao động làm tiêu chuẩn tối ƣu. Phƣơng pháp thống kê có thể giải trên máy tính điện tử hoặc lập bảng để giải thủ công (nhƣ đã nghiên cứu ở Chƣơng 2). 4.1.2.3. Phƣơng pháp chỉ thị của cấp trên Căn cứ vào khả năng tiêu thụ, sử dụng, năng lực sản xuất của các khâu sản xuất các mỏ mà cấp trên giao. 4.2. Tuổi mỏ – các giai đoạn phát triển của mỏ 4.2.1. Tuổi mỏ Tuổi mỏ (năm): Là thời gian từ khi mỏ đi vào khai thác đảm bảo sản lƣợng thiết kế đến khi khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ. Tuổi mỏ có quan hệ với công suất mỏ và trữ lƣợng công nghiệp Z cn T= ; năm (4.2) A Hiện nay các mỏ than của các nƣớc trên thế giới thƣờng đƣợc thiết kế với công suất từ 2  3 triệu tấn/năm. Đối với các mỏ nằm ở những vùng trữ lƣợng lớn, điều kiện địa chất thuận lợi công suất có thể đƣợc thiết kế từ 4,5  6 triệu tấn/năm cùng với việc áp dụng các công nghệ tiên tiến, hiện đại sẽ đảm bảo các chỉ tiêu năng suất lao động và giá thành khai thác là tốt hơn cả. Ở Việt Nam do điều kiện địa chất khoáng sàng than phức tạp các mỏ hiện nay đang hoạt động phần lớn đã đƣợc xây dựng từ trong kháng chiến chống Pháp vậy sản lƣợng mỏ dao động trong khoảng 300  600 nghìn tấn/năm. Trong giai đoạn từ những năm 1995 đến 2010 một số mỏ đƣợc cải tạo để nâng công suất lên từ 1,5  2,0 triệu tấn/năm. Đặc biệt trong những năm gần đây một số mỏ đã đƣợc thiết kế điều chỉnh nâng và hoạt động với công suất lớn hơn 2,5 triệu tấn nhƣ Hà Lầm, Núi Béo, Vàng Danh, Khe Chàm. 69
Từ quan hệ tuổi mỏ và công suất mỏ nên ta có thể tính đƣợc thời gian tồn tại thực tế của mỏ là : Tt = T+ t1 + t2 ; năm (4.3) Trong đó: t1 - Thời gian xây dựng mỏ (đƣa mỏ vào khai thác đạt sản lƣợng thiết kế; theo Thông tƣ số 26/2016/TT-BCT về “Quy định nội dung lập, thẩm định và phê duyệt dự án đầu tƣ xây dựng, thiết kế xây dựng và dự toán xây dựng công trình mỏ khoáng sản” và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT ). Khi sản lƣợng từ 0,6  1,2 triệu tấn/năm thì t1  2 năm Khi sản lƣợng từ 1,2  3 triệu tấn/năm thì t1  3 năm Những mỏ có độ sâu khai thác lớn hơn 800m thời gian xây dựng mỏ t1 lấy theo lịch trình thi công (theo thiết kế). t2 - Thời gian khấu vét - Thƣờng thời gian khấu vét t2 không quy định cụ thể nhƣng không lớn hơn 20 % thời gian khai thác tầng (mức) dƣới cùng; nghĩa là đối với các vỉa dốc thoải t2  2  3 năm ; đối với các vỉa dốc đứng t2  1  2 năm . 4.2.2. Các giai đoạn phát triển của mỏ Các giai đoạn phát triển mỏ đƣợc tính từ khi mỏ bắt đầu từ khi xây dựng cơ bản, giai đoạn khai thác và cho đến khi kết thúc khấu vét (đóng cửa mỏ), chính bằng thời gian tồn tại thực tế của mỏ, bao gồm thời gian xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, thời gian đào các công trình mở vỉa; thời gian chuẩn bị (mở diện khai thác); thời gian khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ, thời gian khai thác tận thu và hoàn nguyên môi trƣờng. Tuỳ theo điều kiện cụ thể lịch trình phát triển các công trình mỏ có thể bố trí theo một trong hai sơ đồ sau: sơ đồ bố trí nối tiếp và sơ đồ bố trí song song. Sơ đồ 1: bố trí lịch trình phát triển các công trình mỏ theo sơ đồ nối tiếp: Với sơ đồ này sau khi xây dựng cơ bản toàn bộ các công trình mới đƣa mỏ vào khai thác. Ƣu điểm: Công tác mở vỉa không ảnh hƣởng đến công tác chuẩn bị và khai thác cho nên việc tổ chức sản xuất trong các giai đoạn đơn giản. 70
Nhƣợc điểm: - Thời gian xây dựng cơ bản lớn, thời gian tồn tại của mỏ lớn; - Vốn đầu tƣ xây dựng cơ bản ban đầu lớn; - Tồn đọng vốn, hiệu quả sử dụng vốn đầu tƣ thấp; - Nhiều công trình khi sử dụng đã phải sửa chữa. Sơ đồ này nên áp dụng trong điều kiện: - Trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ nhỏ, khi khai thác vỉa đơn; - Ruộng mỏ chỉ có một tầng hay một mức khai thác; - Dùng trong các mỏ phụ thuộc (công tác xây dựng cơ bản, thi công các công trình mở vỉa do các công ty, xí nghiệp xây dựng mỏ đảm nhận). Sơ đồ 1. Bố trí theo sơ đồ nối tiếp Công trình mỏ Thời gian thi công Xây dựng cơ bản Chuẩn bị và khai thác Khai thác tận thu Hoàn nguyên môi trƣờng Sơ đồ 2. Bố trí theo sơ đồ song song Công trình mỏ Thời gian thi công Xây dựng cơ bản Chuẩn bị và khai thác Khai thác tận thu Hoàn nguyên môi trƣờng Với sơ đồ sơ đồ bố trí song song thì sau khi mỏ đi vào xây dựng cơ bản cho đến khi chuẩn bị đủ diện để đƣa mỏ vào khai thác đảm bảo sản lƣợng thiết kế ngƣời ta tiến hành khai thác đồng thời với quá trình xây dựng cơ bản các giai đoạn tiếp theo cứ nhƣ thế cho đến khi khai thác hết trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ và tận thu rồi hoàn nguyên môi trƣờng. Sơ đồ bố trí song song có ƣu điểm: 71
- Thời gian xây dựng cơ bản ban đầu ngắn. Sớm đƣa mỏ vào sản xuất rút ngắn đƣợc thời gian tồn tại của nó. - Vốn đầu tƣ xây dựng cơ bản ban đầu nhỏ. - Khi mỏ đi vào sản xuát có thể sử dụng lợi nhuận thu đƣợc trong quá trình khai thác giai đoạn trƣớc để đầu tƣ xây dựng cơ bản các giai đoạn tiếp sau nên hiệu quả sử dụng vốn đầu tƣ cao. Nhƣợc điểm : Mỏ vừa khai thác vừa xây dựng cơ bản cho nên các công việc bị ảnh hƣởng lẫn nhau, việc tổ chức sản xuát trở nên phức tạp. Sơ đồ này thƣờng đƣợc áp dụng trong điều kiện: Khi khai thác một cụm vỉa có trữ lƣợng công nghiệp khá lớn; ruộng mỏ có nhiều tầng, nhiều mức. Hiện nay các mỏ hầm lò trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đều bố trí sơ đồ này. 4.3. Xác định kích các thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ 4.3.1. Đặt vấn đề Trong trƣờng hợp khoáng sàng có trữ lƣợng nhỏ thì kích thƣớc của ruộng mỏ căn cứ vào điều kiện tự nhiên mà không cần phải tính toán phân chia, xác định. Trong trƣờng hợp khoáng sàng có trữ lƣợng lớn mà khi đó một mỏ đảm nhận khai thác sẽ không hợp lý về kĩ thuật và kinh tế thì khoáng sàng cần phân chia thành nhiều ruộng mỏ thì cần phải xác định kích thƣớc của ruộng mỏ. Khi khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí cấu thành giá thành khai thác một tấn than với sự thay đổi kích thƣớc của ruộng mỏ, một số chi phí thì tăng lên, một số chi phí khác thì giảm đi và một số chi phí thì không đổi. Ví dụ: Khi chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ tăng thì chi phí vận tải ở lò dọc vỉa vận chuyển, chi phí năng lƣợng thông gió cũng tăng, chi phi phí đầu tƣ xây dựng cơ bản sẽ giảm, chi phí sản xuất ở các khu khai thác thì không đổi. Ngoài ra nó còn ảnh hƣởng tới việc tổ chức sản xuất đƣợc thuận lợi và liên tục do ít phụ thuộc vào công tác chuyển diện sản xuất. Từ đó ta thấy rằng khi kích thƣớc của ruộng mỏ thay đổi thì giá thành khai thác một tấn than cũng thay đổi theo. Nhƣ vậy, trong ruộng mỏ nếu đƣợc mở vỉa bằng một sơ đồ mở vỉa nào đó và với một công suất đã đƣợc xác định thì sẽ có một 72
kích thƣớc (theo phƣơng S và theo hƣớng dốc H) của ruộng mỏ đảm bảo cho giá thành khai thác một tấn than là nhỏ nhất. Kích thƣớc của ruộng mỏ thoả mãn điều kiện nêu trên đƣợc gọi là kích thƣớc tối ƣu. Hình 4.1. Sơ đồ mở vỉa cho một vỉa than dốc thoải 73
Xác định kích thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ trên có sở các nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ có thể dùng phƣơng pháp giải tích. Thực chất của phƣơng pháp này là xây dựng một biểu thức toán học biểu thị mối quan hệ giữa chi phí khai thác một tấn than (là hàm số) với kích thƣớc ruộng mỏ (là biến số cần tìm). Sau đó xác định giá trị của biến số để hàm đạt giá trị cực tiểu. Khi đó giá trị kích thƣớc ruộng mỏ cần tìm là giá trị tối ƣu. Để xác định kích thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ ta xét một ví dụ cụ thể: Xác định kích thƣớc hợp lý của ruộng mỏ khi khai thác một vỉa than đơn dốc thoải, mở vỉa bằng một cặp giếng nghiêng bố trí ở trung tâm giếng đƣợc đào theo hƣớng dốc của vỉa, ruộng than chia tầng, mỏ có công suất là A tấn/năm (hình 4.1). Nhƣ vậy ta đã biết: Sơ đồ mở vỉa và công suất (A) của mỏ cần xác định kích thƣớc theo phƣơng (S) và theo hƣớng dốc (H) của ruộng mỏ trong điều kiện trên. Từ công suất (A) của mỏ ta có thể xác định chiều dài theo hƣớng dốc của tầng khai thác để đảm bảo sản lƣợng. Chiều dài nghiêng của tầng đƣợc xác định trên cơ sở biết công suất A:  A  Acb k h   l ; mét (4.4) ne v. p.c Trong đó : Acb - Sản lƣợng than khai thác khi đào lò chuẩn bị; tấn/năm; k - Hệ số dự trữ sản lƣợng k = 1,15  1,2; ne - Số lò chợ (số cánh trên tầng ) khai thác đồng thời; v - Tốc độ dịch chuyển lò chợ trong năm; m/năm; p = m1 .; tấn /m2 - Năng suất của vỉa; m1 - Chiều dày lớp khấu (chiều cao lò chợ); m;  - Trọng lƣợng thể tích của than; T/m3; c - Hệ số khai thác trong lò chợ c = 0,9  0,95; l - Tổng chiều dài theo hƣớng dốc của các trụ bảo vệ và các đƣờng lò dọc vỉa bố trí trong tầng; m. Chiều dài theo hƣớng dốc của ruộng mỏ ta có thể xác định là: H = n.h; mét Trong đó: 74
n - Số tầng bố trí trong ruộng mỏ; tầng Do kích thƣớc theo hƣớng dốc (H) của ruộng mỏ đƣợc xác định bởi số tầng (n) cho nên bài toán xác định kích thƣớc của ruộng mỏ đƣợc đƣa về bài toán xác định chiều dài theo phƣơng (S) và số tầng bố trí trong ruộng mỏ (n) hay nói cách khác S và n là giá trị của các tham số (biến số) cần tìm. 4.3.2. Xây dựng phƣơng trình hàm mục tiêu Từ sơ đồ mở vỉa nhƣ hình vẽ ta xác định các chi phí khai thác có liên quan đến kích thƣớc của ruộng mỏ là S và n. Hay nói cách khác hàm mục tiêu theo biến S và n chính là hàm chi phí. 4.3.2.1. Chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp Trong điều kiện mỏ đƣợc mở vỉa bằng một sơ đồ mở vỉa nhất định với công suất cố định thì chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp có một giá trị nhất định (theo thiết kế mẫu). Cmb = B ; đồng (4.5) Trong đó: Cmb - Chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, đồng; B - Giá trị bằng tiền khi xây dựng mặt bằng sân công nghiệp 4.3.2.2. Chi phí đào giếng H0 Cg= (  n.h )kg; đồng (4.6) sin  Trong đó: Cg - Chi phí đào giếng, đồng; Ho - Chiều sâu từ mặt đất đến mức thông gió của tầng trên cùng, mét;  - Góc dốc của vỉa (góc dốc của giếng), độ;  Kg - Chi phí đào một mét giếng chính và giếng phụ, đ/mét; Kg = Kch + Kph Kch - Chi phí đào một mét giếng chính, đ/m; Kph - Chi phí đào một mét giếng phụ, đ/m; 4.3.2.3. Chi phí đào sân giếng: Cs Cs = n. D ; đồng (4.7) Trong đó: 75
Cs - Chi phí đào sân giếng, đồng; D - Chi phí đào các đƣờng lò, hầm trạm ở một sân giếng, đồng/sân. 4.3.2.4. Chi phí đào các đƣờng lò dọc vỉa tầng Cd = ( n+ 1 ) S.kd; đồng (4.8) Trong đó: Cd – Chi phí đào các đƣờng lò dọc vỉa, đồng; S - Chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ, m; kd- Chi phí đào lò dọc vỉa; đ/m. 4.3.2.5. Chi phí bảo vệ giếng Trong sơ đồ mở vỉa bằng giếng nghiêng thứ tự khai thác đƣợc tiến hành từ trên xuống. Cho nên sau khi giếng đào hết tầng thứ nhất sẽ đƣa mỏ vào khai thác và tiếp tục đào sâu thêm giếng xuống tầng thứ hai cùng với quá trình khai thác tầng thứ nhất và cứ nhƣ vậy để đảm bảo cho công tác khai thác đƣợc liên tục. Vì vậy chi phí bảo vệ giếng đƣợc tính theo công thức. Ho n 1 Cbg = ( h ).n.t.rg; đồng (4.9) Sin 2 Trong đó: Cbg - Chi phí bảo vệ giếng, đồng; t- Thời gian khai thác hết một tầng, năm; rg - Chi phí bảo vệ 1mét giếng nghiêng chính và giếng nghiêng phụ trong 1 năm, đ/m – năm. rg = rch + rph rch - Chi phí bảo vệ một mét giếng chính 1 năm, đ/m – năm; rph - Chi phí bảo vệ một mét phụ 1 năm, đ/m – năm. 4.3.2.6. Chi phí bảo vệ các đƣờng lò dọc vỉa của tầng , , rd .S .t rd, .S .t n.S .t , n.S .t. Cbd =(  ).n = (rd + rd,, ) = .rd; đồng (4.10) 2 2 2 2 Trong đó: Cbd - Chi phí bảo vệ các đƣờng lò dọc vỉa, đồng;  rd - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa vận chuyển và thông gió trong 1 năm, đ/năm; 76
rd = rd, + rd,, rd, - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa vận chuyển trong một năm, đ/m.năm; rd,, - Chi phí bảo vệ một mét lò dọc vỉa thông gió trong một năm, đ/m.năm. 4.3.2.7.Chí phí vận tải khoáng sản ở giếng nghiêng Ho n 1 Cvg = n.z.qg (  h) ; đồng (4.11) Sinα 2 Trong đó: Cvg - Chi phí vận tải khoáng sản ở giếng nghiêng, đồng; z - Là trữ lƣợng công nghiệp của một tầng, tấn/tầng; qg- Đơn giá vận tải ở giếng nghiêng; đ/tấn.m; 4.3.2.8. Chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển z S n.z.S . Cvd= n.2 . . q d  q d ; đồng (4.12) 2 4 4 Trong đó: Cvd - Chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển, đồng; qd - Đơn giá vận tải ở lò dọc vỉa vận chuyển, đ/t.m. 4.3.2.9. Chi phí thoát nƣớc Trong chi phí thoát nƣớc mỏ thì chi phí điện năng chiếm một tỷ lệ rất lớn còn các chi phí khác chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Đồng thời chi phí điện năng chịu ảnh hƣởng trực tiếp bởi chiều sâu thoát nƣớc và lƣu lƣợng nƣớc cần bơm; cho nên khi xác định kích thƣớc của ruộng mỏ ta chỉ cần xét đến chi phí điện năng thoát nƣớc.  Ho 1 n  Ctn = z.kn.n   h  .Cn; đồng (4.13)  sin α 2  Trong đó: Ctn - Chi phí thoát nƣớc, đồng; kn - Hệ số thoát nƣớc, m3/tấn; Cn - Chi phí điện năng để bơm 1m3 nƣớc lên cao 1 m theo giếng, đ/m3-m; Chi phí thoát nƣớc ở các đƣờng lò dọc vỉa tầng không cần xét đến; ở đây thoát nƣớc tự nhiên (nƣớc tự chảy trong các rãnh nƣớc). Chi phí thi công rãnh nƣớc đƣợc tính trong chi phí đào lò, chi phí bảo vệ rãnh nƣớc đƣợc tính trong chi phí bảo vệ lò. 77
Chú ý: Trên đây ta mới chỉ xét đến các loại chi phí chủ yếu có ảnh hƣởng đến kích thƣớc của ruộng mỏ. Để đơn giản ta không xét đến chi phí vận tải, trục tải vật liệu và đất đá thải, chi phí thông gió, chi phí bảo vệ lò trong quá trình đào, chi phí bảo vệ lò dọc vỉa vận chuyển tầng phía sau gƣơng lò chợ... Trong điều kiện cụ thể nếu các chi phí này có ảnh hƣởng lớn đối với kích thƣớc của ruộng mỏ thì phải xác định chúng để đƣa vào quá trình khảo sát phƣơng pháp tính toán tƣơng tự. Cộng tất cả các chi phí trên và chia cho trữ lƣợng công nghiệp của ruộng mỏ. S Zcn = A.T = A.n.t = A.n = n.z = n.h.S.p.c ; tấn (4.14) 2v Trong đó: t- Thời gian khai thác hết một tầng, năm; Ta đƣợc tổng các chi phí tính cho một tấn than khai thác là:  Ho  2v S .K d 2v  n  1 B.2v nD2v F ( s , n)   Kg   nh    AnS  Sin  AnS AnS AnS  r nt  Ho 1  n  Snt nzq g  Ho 1  n  nzS  h   rd  h  qd  g  Ant  Sin 2  2 Ant nz  Sin 2  nz 4 k n cn nz  H o n 1   h  nz  Sin 2  h Đặt làm thừa số chung A h 2vB  K g H o 2v  K g .2v 2.v.D 2.v.K d 2.v.K d  rg H o F (s, n)  (        A hnS h.Sin .n.S S h.S h h.n hSin r g   r .n   r .S  A.q g d g .H o  A.q g  A.q g .n 2 2 2h h.Sinα 2 2 + A.qd .S  A.k n .cn .H 0  A.cn .k n  A.k n .cn .n ) 4.h h.Sin 2 2 Nhóm các số hạng lại và đặt các hệ số: h   rd A.q d   2vH o . K g  1 F ( s , n)    .S   2.v. K g  2vD  1   2vB   A  2.h 4.h    h  S  h h.Sin  n.S    rg A.q g A.K n C n .n  2vKd 1  2vKd   g o   g  r .H r     2 2 2  h n h h.Sin 2   A.q g .H o A.q g A.K n .C n .H o A.K n .C n       h.Sin 2 h.Sin 2  78
Đặt: r d  Aq d  C1 2h 4h 2vD 2vK g   C2 h 2vB 2v K g H o   C3 h h.Sinα r g  Aq g  AK n C n  C4 2 2 2 2vKd  C5 h 2vKd  rg H o  rg A.q g H o A.q g AK n C n H o AK n C n        C6 h h.Sin 2 h.Sin 2 h.Sin 2 Thay giá trị các hệ số C1, C2 , C3, C4 , C5 , C6 vào hàm F(s,n) ta đƣợc hàm chi phí có dạng: h C C C  F(s,n) =  C1 S  2  3  C 4 n  5  C6  (4.15) A S nS n  Khi S và n đạt giá trị tối ƣu tại S = So; n = no thì tổng chi phí khai thác một tấn than là nhỏ nhất tức là F (so,no) min. h Ta đặt F (s,n) = . f (s,n ) A Trong đó h, A là một hằng số; nhƣ vậy nếu hàm f(s,n) đạt cực tiểu tại giá trị S0, n0 thì hàm F(so,no) cũng đạt giá trị cực tiểu tại giá trị (S0, n0). Về mặt toán học hàm f(s,n) là hàm có hai biến số là S và n vì vậy việc xác định kích thƣớc hợp lý của ruộng mỏ dẫn đến việc giải bài toán khảo sát hàm f(s,n) tìm giá trị cực tiểu của hàm khi biến số đạt giá trị So và no. 4.3.3. Khảo sát hàm mục tiêu Việc khảo sát hàm f(s,n) để tìm giá trị S =So và n=no để f(so,no)  min có thể thực hiện bằng phƣơng pháp đồ thị hay phƣơng pháp giải tích. 4.3.3.1. Phƣơng pháp đồ thị Hàm mục tiêu có ba giá trị thay đổi là: S, n và f(s,n) cho nên hàm f(s,n) biểu diễn một mặt trong hệ trục toạ độ không gian ba chiều. Nhƣng trong hàm có biến số 79
n là một số nguyên dƣơng, có số giá trị không nhiều lắm ta có thể khắc phục việc xây dựng mặt biểu diễn hàm f(s,n) trong không gian bằng cách xây dựng một họ đƣờng cong đánh dấu để khảo sát. Bằng cách: Cho n lần lƣợt các giá trị. C 2 C3 C Với n = 1 ta có f(s,1) = C1S +   1C 4 5 C 6 S 1S 1 C 2 C3 C Với n = 2 ta có f(s,2) = C1S +   2C 4 5 C 6 S 2S 2 C2 C3 C Với n = 3 ta có f(s,3) = C1S +   3C 4  5 C 6 S 3S 3 ..... Với giá trị n = ni Vẽ họ đƣờng cong f(s,1); f(s,2); f(s,3) ... f(s, ni) trên hệ trục toạ độ phẳng mỗi đƣờng cong biểu thị quan hệ giữa chi phí khai thác một tấn than với chiều dài theo phƣơng S của ruộng mỏ tƣơng ứng với số tầng bố trí trong ruộng mỏ là: n=1; n=2 ; n=3 ... và n = ni cho tới khi đƣợc một đƣờng cong có tung độ nhỏ nhất tƣơng ứng với số tầng n=no (tối ƣu) và từ đó ta cũng có thể xác định kích thƣớc theo phƣơng tối ƣu là S = So trên đồ thị. Hình 4.2. Đồ thị xác định kích thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ 4.3.3.2. Phƣơng pháp giải tích C2 C3 C Trong hàm mục tiêu f(s,n) = C 1 S + + + n.C 4 + 5 +C 6 S n.S n 80
Chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ (S) là một biến số liên tục (là một số dƣơng bất kỳ), còn số tầng trong ruộng mỏ (n) là một biến số rời rạc (là một số nguyên dƣơng). Cho nên về mặt lý thuyết toán học không thể dùng phƣơng pháp giải tích để xét cực trị của hàm. Tuy nhiên, trong thực tế ta có thể coi n là một biến số liên tục; vì vậy có thể dùng phƣơng pháp giải tích để xét cực trị của hàm. Cho nên kết quả tìm đƣợc giá trị của n thƣờng là một số không nguyên; ngƣời ta phải làm tròn bằng phƣơng pháp gần đúng. Kết quả gần đúng đó vẫn đủ đảm bảo đáp ứng cho thực tế thiết kế. Theo nguyên tắc nêu trên để tìm giá trị chiều dài theo phƣơng S = So và số tầng n = no trong ruộng mỏ tƣơng ứng với chi phí để khai thác một tấn than là nhỏ nhất (f(so,no)  min ) ta lần lƣợt tiến hành theo trình tự sau: - Đạo hàm riêng bậc nhất của hàm số f(s,n) theo S và n và cho bằng không đƣợc hệ phƣơng trình nhƣ sau: f C C C 1  22  32  0 s S nS f C C   32 C 4  25  0 n Sn n C2 C Hay: S  3 C1 n.C1 C3 S C 4 .n 2  C5 Hàm hai biến có cực tiểu đảm bảo đồng thời cả ba điều kiện sau (xét cụ thể hàm f(s,n) đang khảo sát thì):  2 f 2C 2 2C 3 Điều kiện 1:  3  3 0 S 2 S nS  2 f 2C 3 2C 5 Điều kiện 2:   3 0 n 2 Sn 3 n 2 2 f 2 f  2 f  C C  2 3C C C Điều kiện 3: . 2     3  4 2 3  3 5 C 2 C 5   0 n S  S .n   S  2 n.S n Vì vậy hàm f(s,n) trên có cực tiểu. 81
Giải hệ phƣơng trình trên bằng phƣơng pháp thế thông thƣờng dẫn tới giải phƣơng trình bậc 5 một ẩn số vì vậy ta có thể giải hệ phƣơng trình trên bằng phƣơng pháp đồ thị: Từ hai phƣơng trình trong hệ ta có : C 2 C3 S1   (4.16) C 1 nC1 C3 S2  (4.17) C 4 n 2 C 5 Hình 4.3. Đồ thị xác định giá trị S0 và n0 Vẽ hai đƣờng cong S1 và S2 trên cùng đồ thị bằng cách lần lƣợt cho n các giá trị khác nhau ta có các giá trị S1(n) và S2(n) tƣơng ứng. Giá trị toạ độ điểm M (So,no) giao điểm của hai đƣờng cong S1(n) và S2(n) là chiều dài theo phƣơng So và số tầng no tối ƣu của ruộng mỏ trong mô hình khảo sát (hình 4.3). C2 C C5 C Khi đó các giá trị kích thƣớc tối ƣu là: So=  3 và no=  3 C1 no C1 C4 S 0C4 Trong quá trình thiết kế mỏ có thể một trong hai kích thƣớc của ruộng mỏ là S hoặc n đã biết trƣớc. Ví dụ kích thƣớc theo phƣơng của ruộng mỏ đƣợc giới hạn bởi các công trình của các mỏ lân cận hoặc các điều kiện địa chất kiến tạo. Trong trƣờng hợp này ta chỉ cần thay giá trị S vào công thức tính no ta sẽ đƣợc số tầng tối ƣu tƣơng ứng: C5 C3 no   (4.18) C 4 SC 4 82
Nếu nhƣ đã biết số tầng n ta chỉ cần thay giá trị của n vào công thức tính So ta sẽ đƣợc chiều dài theo phƣơng tối ƣu tƣơng ứng: C 2 C3 So   (4.19) C1 nC1 Sau khi đã tính đƣợc các kích thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ là So và no ta có thể tích đƣợc trữ lƣợng địa chất của ruộng mỏ. Zo = So.no.h..m; tấn Trữ lƣợng công nghiệp: Zcn= So.no.h..m.c; tấn Z cn Và tuổi mỏ là To = ; năm A Nhận xét: Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến kích thƣớc của ruộng mỏ. C 2 C3 - Từ công thức So =  thay các giá trị C1, C2 , C3 (từ cách đặt theo C1 nC1 biểu thức 4.15) vào ta có:  B  Kg Ho         k g  D .n h hSin   h S o  2v.     rd Aq d    n  2h 4h   Ta thấy trong các điều kiện nhƣ nhau tiến độ lò chợ trong năm là v có giá trị càng lớn thì kích thƣớc theo phƣơng của ruộng mỏ cũng càng lớn tỷ lệ này có quan hệ phi tuyến xác định bằng mối quan hệ 2v (khi khai thác đồng thời hai cánh). Trong biểu thức trên giá trị trong căn có tử số biểu thị các chi phí đầu tƣ xây dựng cơ bản (chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, chi phí đào giếng, chi phí đào sân ga). Giá trị của các chi phí này càng lớn thì kích thƣớc theo phƣơng của ruộng mỏ cũng càng lớn . Mẫu số biểu thị các chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ và chi phí vận tải khoáng sản ở các lò dọc vỉa vận chuyển tầng). Giá trị các chi phí này càng lớn thì kích thƣớc theo phƣơng của ruộng mỏ càng nhỏ. C5 C - Từ công thức no   3 thay các giá trị C3, C4 ,C5 (từ cách đặt theo C 4 S .C 4 biểu thức 4.15) vào ta đƣợc: 83
K d .S  B  K g .H o    h h h.Sin  no  2.v .    rg A.q g A.K n .C n     .S  2 2 2    Số tầng no bố trí trong ruộng mỏ sẽ lớn khi tốc độ dịch chuyển v của lò chợ càng lớn tỷ lệ này quan hệ theo mối quan hệ phi tuyến 2v ; chi phí xây dựng cơ bản (chi phí đào lò dọc vỉa, chi phí xây dựng mặt bằng sân công nghiệp, chi phí đào giếng) càng lớn thì số tầng trong ruộng mỏ càng lớn; chi phí kinh doanh sản xuất (chi phí bảo vệ giếng, vận tải ở giếng, thoát nƣớc) càng lớn thì số tầng trong ruộng mỏ càng ít đi tức là kích thƣớc theo hƣớng dốc càng nhỏ. - Trong thiết kế mỏ có thể dùng phƣơng pháp trên để xác định kích thƣớc tối ƣu của ruộng mỏ khi khai thác một cụm vỉa và mở vỉa bằng bất kỳ một sơ đồ mở vỉa nào. Dạng chung của hàm mục tiêu để xác định kích thƣớc của ruộng mỏ đều có dạng. C 2 C3 C f(s,n) = C1S +  C 4 n  5  C 6 S nS n Chúng chỉ khác nhau về giá trị của các hệ số C1, C2, C3, C4, C5và C6 trong hàm số. Công thức tính và giá trị các hệ số Ci phụ thuộc vào sơ đồ mở vỉa và giá trị của các tham số chi phí. Trong một số trƣờng hợp hàm f(s,n) có thể có nhiều hơn 6 hệ số nhƣ trong sơ đồ mà chúng ta khảo sát trên. 4.4. Xác định số ruộng mỏ trong khoáng sàng có kích thƣớc theo phƣơng là hữu hạn 4.4.1. Đặt vấn đề Giả sử có một vùng khoáng sàng đã đƣợc thăm dò và xác định đƣợc chiều dài theo phƣơng là S thoả mãn điều kiện So < S < 2So Trong đó: So - Kích thƣớc theo phƣơng tối ƣu của ruộng mỏ đƣợc xác định theo phƣơng C3 C2 pháp nghiên cứu ở mục 4.3. (với So =  ) nC1 C1 Vấn đề đặt ra là: "Vùng khoáng sàng này sẽ thiết kế cho một mỏ khai thác có chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ là S hay chia khoáng sàng thành hai ruộng mỏ, mỗi ruộng mỏ có chiều dài theo phƣơng là S/2.” 84
4.4.2. Giải quyết vấn đề Để giải quyết vấn đề đặt ra cần xác định tổng chi phí để khai thác một tấn than theo hai trƣờng hợp (khi số tầng khai thác nhƣ nhau và số tầng khai thác khác nhau) làm tiêu chuẩn để so sánh. Tổng chi phí để khai thác một tấn than có quan hệ kích thƣớc của ruộng mỏ đƣợc biểu diễn qua hàm chi phí có dạng chung nhƣ kết quả đã nghiên cứu là: C 2 C3 C f(s,n) = C1S +   C 4 n  5  C6 . S nS n - Trƣờng hợp 1:Giả sử trong hai phƣơng án nêu trên có số tầng khai thác là nhƣ nhau. Khi đó chi phí để khai thác một tấn than khi so sánh chỉ phụ thuộc vào S các số hạng tự do trong hàm sẽ không cần xét đến trong biểu thức. Vì vậy hàm chi phí để so sánh giữa hai phƣơng án sẽ có dạng: C2 C3 f(s,n) = C1S +  S nS Khi chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ là S hàm chi phí sẽ là: C2 C3 f(s,n) = C1S +  S nS Khi chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ là S/2 hàm chi phí sẽ là: s C1S 2C2 2C 3 f( , n ) =   2 2 S nS So sánh chi phí theo hai phƣơng án trên. s C 2 C 3 C 1 S 2C 2 2C 3 Nếu f(s,n) > f( , n ) thì: C 1S + + > + + 2 S nS 2 S nS C3 C2 Khi đó: S > 2.  nC1 C1 Hay S > 2 .S o thì nên chia khoáng sàng thành hai ruộng mỏ để khai thác mỗi ruộng mỏ có chiều dài theo phƣơng là S/2. s - Nếu f(s,n)  f( ,n) tƣơng tự ta tính đƣợc S < 2 .So thì khoáng sàng đƣợc 2 khai thác bằng một ruộng mỏ với chiều dài theo phƣơng của ruộng mỏ là S s - Nếu f(s,n) = f( ,n ) tức là S = 2 .So thì chi phí để khai thác một tấn than 2 theo hai phƣơng án là nhƣ nhau việc lựa chọn phƣơng án cần xét đến các điều kiện 85