Mỏ than Na Dương là một trong những mỏ than lộ thiên lớn của Tổng công ty Công nghiệp mỏ Việt Bắc - TKV, được khai thác từ những năm 1960. Trong quá trình hoạt động, mỏ đã nhiều lần xảy ra hiện tượng biến dạng và trượt lở bờ mỏ với quy mô lớn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất. Các sự cố đáng chú ý xảy ra vào các năm 1994, 2008, 2011 và 2015, làm phá hủy cấu trúc bờ mỏ và phát sinh khối lượng đất đá cần xử lý rất lớn.

Bờ trụ mỏ có điều kiện địa chất phức tạp, gồm các lớp đá trầm tích như cát kết, bột kết và sét kết có cường độ thấp, tồn tại nhiều mặt yếu tự nhiên và đới chứa nước ngầm. Khi khai thác xuống sâu, các yếu tố này làm gia tăng nguy cơ mất ổn định bờ mỏ. Hiện nay chiều cao bờ mỏ đã đạt khoảng 130 m và theo quy hoạch sẽ tăng lên gần 300 m khi khai thác xuống mức -18 m, vượt quá giới hạn ổn định cho phép.

Đặc biệt, khu vực bờ trụ chỉ cách Nhà máy Nhiệt điện Na Dương I khoảng 130–150 m và trong tương lai còn có Nhà máy Nhiệt điện Na Dương II đi vào hoạt động. Đây là những công trình kinh tế quan trọng của tỉnh Lạng Sơn, cần được bảo vệ an toàn trong suốt quá trình khai thác mỏ. Đồng thời, mỏ Na Dương là nguồn cung cấp than chính cho các nhà máy nhiệt điện với sản lượng khoảng 1,2 triệu tấn/năm. Tại đáy mỏ còn tập trung nhiều công trình phục vụ khai thác như trạm điện, đường vận tải và hệ thống bơm.

Vì vậy, việc nghiên cứu và hoàn thiện các giải pháp công nghệ xử lý, gia cố bờ trụ mỏ Na Dương có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nhằm bảo đảm ổn định bờ mỏ, an toàn cho các công trình trên mặt đất và dưới mỏ, đồng thời duy trì hoạt động khai thác xuống sâu hiệu quả, bền vững.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài TS. Lưu Văn Thực cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin thực hiện đề tài nghiên cứu “Hoàn thiện các giải pháp công nghệ xử lý bờ trụ mỏ than Na Dương đảm bảo an toàn cho các công trình trên bề mặt và khai thác xuống sâu” với mục tiêu: Hoàn thiện công nghệ xử lý bờ trụ bao gồm: Các giải pháp công nghệ bóc đất đá bờ trụ, quản lý ổn định bờ mỏ và ảnh hưởng của nước ngầm đáp ứng khai thác xuống sâu và an toàn cho các công trình trên bề mặt bờ trụ; Áp dụng công nghệ xử lý bóc đất đá bờ trụ, khoan giảm áp và quan trắc ổn định tại bờ trụ mỏ than Na Dương.

Hình 1: Hiện trạng về việc bố trí thiết bị xúc bốc đất đá trên gương tầng

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Dự án đã đánh giá toàn diện các công nghệ xử lý bờ trụ mỏ than Na Dương và chỉ ra những hạn chế của công nghệ hiện hữu như năng suất thấp, hiệu quả làm tơi đất đá chưa cao, công nghệ xúc bốc - vận tải chưa phù hợp với điều kiện địa chất, đồng thời hệ thống khoan tháo nước giảm áp chưa được đầu tư đồng bộ.

Trong bối cảnh mỏ nâng công suất lên 1,2 triệu tấn than nguyên khai/năm, khối lượng bóc đất đá bờ trụ đạt khoảng 1,5 triệu m³/năm, việc áp dụng các giải pháp công nghệ mới là cần thiết nhằm bảo đảm sản lượng, an toàn khai thác và bảo vệ các công trình trên bề mặt. Dự án đã đề xuất và hoàn thiện các giải pháp gồm: khoan nổ mìn lỗ khoan lớn kết hợp nổ mìn giảm chấn động, làm tơi cơ học bằng cày xới, công nghệ xúc bốc - vận tải phù hợp, hệ thống khoan tháo nước giảm áp và quan trắc ổn định bờ mỏ.

Trên cơ sở khảo sát thực tế, dự án đã xây dựng các sơ đồ công nghệ và thông số kỹ thuật phù hợp với từng khu vực bờ trụ; đồng thời hoàn thiện bộ quy trình công nghệ bóc đất đá, quy trình quản lý nước áp lực và hệ thống quản lý dữ liệu quan trắc dịch động nhằm nâng cao hiệu quả và bảo đảm an toàn khai thác xuống sâu.

Các giải pháp đã được thử nghiệm trên quy mô lớn với hơn 1,1 triệu m³ đất đá bóc, 8 lỗ khoan tháo nước giảm áp và nhiều đợt quan trắc ổn định bờ mỏ. Kết quả cho thấy các công nghệ đề xuất phù hợp với điều kiện tự nhiên - kỹ thuật của mỏ, đáp ứng yêu cầu sản xuất và bảo vệ các công trình quan trọng.

Từ kết quả thử nghiệm, dự án đã xác định phạm vi áp dụng công nghệ theo từng khu vực. Tại khu vực gần các công trình cần bảo vệ chỉ sử dụng công nghệ làm tơi cơ học hoặc khoan nổ mìn lỗ nhỏ để hạn chế rung chấn; các khu vực còn lại có thể áp dụng linh hoạt các công nghệ phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả khai thác.

Dự án mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt khi giảm chi phí bóc đất đá bờ trụ khoảng 2.667 đồng/m³, tiết kiệm gần 2,9 tỷ đồng trong giai đoạn thử nghiệm và dự kiến khoảng 88,7 tỷ đồng trong giai đoạn khai thác tiếp theo. Đồng thời, dự án góp phần nâng cao an toàn khai thác, giảm thiểu rủi ro môi trường, bảo đảm hoạt động ổn định của ngành than - điện và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22066/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Đ.T.V (NASTIS)