Nghiên cứu công nghệ vét bùn hợp lý cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Quá trình hình thành bùn sau mỗi mùa mưa tại đáy moong khai thác lộ thiên là quá trình di chuyển và lắng đọng các vật liệu vỡ vụn, hạt rời, hạt mịn,… của các khoáng vật ở sườn tầng, mặt tầng khai thác và tại đáy moong do sự vận chuyển của dòng nước. Bùn tại đáy mỏ có cỡ hạt chủ yếu từ 0-15 mm, thành phần gồm sét, cát, than trôi... Chiều dày bùn phụ thuộc lượng mưa, kích thước các tầng dưới đáy mỏ. Các mỏ than lộ thiên Vùng Quảng Ninh nằm trong vùng có lượng mưa lớn, trung bình 2.430 mm/năm, trong đó 90 % tập trung vào 6 tháng mùa mưa. Các trận mưa với cường độ từ 5 mm đã bắt đầu hình thành các dòng chảy mặt trên bờ mỏ. Những trận mưa lớn và rất lớn với lượng mưa trên 25 mm/ngày đêm chiếm tới 80 % lượng mưa trong mùa mưa, sẽ hình thành những dòng chảy lớn qua các sườn và mặt tầng đang khai thác, cuốn theo đất đá, bụi đất và than chảy xuống đáy mỏ lắng đọng thành bùn. Những trận mưa lớn, đặc biệt là trận mưa lịch sử cuối tháng 7 đầu tháng 8 năm 2015 đã gây ra hiện tượng xói lở, sạt trượt bờ mỏ, làm tràn xuống đáy mỏ không chỉ các hạt mịn mà cả đất đá có kích thước lớn.

Theo Quy hoạch phát triển ngành than, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh sẽ được mở rộng khai thác tới độ sâu: Cọc Sáu (-300 m), Cao Sơn (-325 m), Đèo Nai (-225 m), Đèo Nai - Cọc Sáu (-350 m), Hà Tu (-225 m), Tây Nam Đá Mài (-200 m). Khi xuống sâu, điều kiện khai thác của các mỏ ngày càng khó khăn: Hầu hết các mỏ phải khai thác dưới mức thoát nước tự chảy, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn các mỏ phức tạp, đáy mỏ bị lầy lội, nước mặt và nước ngầm tăng. Bên cạnh đó, các mỏ than lộ thiên nằm trong vùng có lượng mưa lớn. Các trận mưa với vũ lượng 5 mm đã hình thành các dòng chảy mặt trên bờ mỏ. Chúng chảy qua các sườn và mặt tầng đang khai thác, cuốn theo đất đá và than xuống đáy mỏ lắng đọng thành bùn. Để khai thác than cần xúc hết lớp bùn phủ trên đáy mỏ sau mỗi mùa mưa. Với kích thước các tầng dưới sâu hạn chế, thời gian xử lý bùn quyết định phần lớn thời gian đào sâu khai thác than. Mặt khác, mỗi công nghệ xử lý bùn phù hợp với từng điều kiện khối bùn: thành phần, cỡ hạt, chiều dày, mạng hạ tầng,...

Trong những năm qua ở Việt Nam đã có một số nhà khoa học, trong đó có tác giả đã quan tâm nghiên cứu và giải quyết được một số vấn đề khó khăn trên của các mỏ than lộ thiên. 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 vét bùn ở đáy moong sau mỗi mùa mưa phù hợp với điều kiện của từng mỏ. Để đảm bảo hoàn thành kế hoạch sản lượng theo Quy hoạch, nhóm nghiên cứu do TS. Đoàn Văn Thanh, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ vét bùn hợp lý cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh” nhằm đề xuất giải pháp xử lý phù hợp nhằm giảm chi phí và thời gian xử lý bùn, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Qua quá trình nghiên cứu (từ tháng 11/2017 đến tháng 6/2018), nhóm đề tài rút ra các kết luận và kiến nghị sau:

Kết quả tính toán khối lượng bùn hàng năm tại đáy các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh từ 55 ÷ 450 ngàn m3 (năm 2018÷KTKT).

Kết quả thí nghiệm thành phần cỡ hạt và tính chất cơ lý của bùn loãng như sau: thành phần hạt mịn từ 0 ¸ 2,0 mm chiếm ưu thế từ 97,55 ÷ 99,73%. Khối lượng riêng từ 1,968 ¸ 2,042 g/cm3.gia

Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác vét bùn tại đáy moong bao gồm: thời tiết, khí hậu; điều kiện địa chất công trình và thủy văn đến khả năng hoạt động của thiết bị vét bùn; công nghệ đào sâu đáy mỏ đến công tác vét bùn; kích thước cỡ hạt trung bình đất đá mỏ đến khối lượng bùn ở đáy moong; đường kính hạt bùn đến tốc độ lắng của bùn trên hố lắng; các yếu tố kinh tế - môi trường.

Các giải pháp hạn chế bùn chảy xuống đáy mỏ bao gồm: tạo mặt tầng nghiêng vào phía sườn, tạo rãnh thoát nước và hố tiêu năng dọc chân tầng khai thác, bờ chắn mép ngoài tầng khai thác.

Công nghệ vét bùn tại đáy mỏ có thể áp dụng vào các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh gồm: công nghệ vét bùn bằng (MXTLGN), Máy xúc gầu treo (MXGTR), Máy xúc thủy lực gàu ngược cần dài (MXTLGN cần dài), tàu hút bùn, máy bơm bùn đặc, máy ép bùn khung bản.

Kết quả tính toán, lựa chọn công nghệ vét bùn sau mỗi mùa mưa tại đáy moong phù hợp cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh như sau:

- Đối với các mỏ: Cao Sơn, Đèo Nai, Tây Nam Đá Mài, Núi Béo áp dụng công nghệ vét bùn bằng MXTLGN trong những năm tới, áp dụng công nghệ vét bùn bằng máy bơm bùn đặc khi khai trường được mở rộng, khối lượng bùn đất chảy vào đáy mỏ lớn. Với công nghệ này phần bùn loãng phía trên, được bơm lên hố chứa bùn cải tạo từ bãi mìn, phần bùn cỡ hạt phía dưới xúc trực tiếp bằng MXTLGN.

- Đối với các mỏ: Hà Tu, Cọc Sáu áp dụng công nghệ vét bùn bằng máy bơm bùn đặc đối với phần bùn loãng phía trên, phần bùn cỡ hạt lớn phía dưới xúc trực tiếp bằng MXTLGN.

Nhóm nghiên cứu kiến nghị được tiếp tục cấp kinh phí cho phép thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm nhằm hoàn thiện công nghệ, nhân rộng kết quả nghiên cứu của đề tài.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15457/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)