Đổi mới, hiện đại hóa khai thác và tuyển chế biến nhằm phát triển bền vững ngành Than – Khoáng sản.
1. MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, sản lượng than khai thác của Tập đoàn CN Than Khoáng sản VN tăng trưởng với tốc độ cao, từ 27,5 triệu tấn năm 2004 lên tới 47,5 triệu tấn năm 2010 (tương ứng tăng 72,7 %, trung bình 12,1 %/năm). Những thành tựu đạt được là kết quả của quá trình triển khai áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm từng bước nâng cao mức độ cơ giới hóa các khâu trong quá trình sản xuất.
Theo kế hoạch phát triển của Tập đoàn, sản lượng khai thác sẽ tăng nhanh, trung bình 6,4 %/năm giai đoạn 2011 2015, và 4,6%/năm giai đoạn 2016 2025, đạt tổng sản lượng khai thác 60,3 triệu tấn than vào năm 2015. Để đạt được mục tiêu trên nhất thiết cần đổi mới công nghệ khai thác theo hướng áp dụng các loại hình công nghệ cơ giới hóa các khâu sản xuất, đáp ứng các tiêu chí cơ bản của mỏ hiện đại như: công suất khai thác lớn; an toàn; trình độ công nghệ và thiết bị tiên tiến; giảm thiểu lao động thủ công; giám sát, thông tin liên lạc, điều hành sản xuất tập trung, tự động hóa… yêu cầu đòi hỏi triển khai các nghiên cứu, phân tích, đề xuất, lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp, tạo cơ sở định hướng phát triển công nghệ cơ giới hóa và hiện đại hóa các mỏ than.
2. MỤC TIÊU ĐỔI MỚI VÀ HIỆN ĐẠI HÓA KHAI THÁC
Với mục tiêu nâng cao mức độ cơ giới hóa, hiện đại hóa khai thác và định hướng ứng dụng cho các mỏ than, trong thời gian qua Tập đoàn đã đề ra chủ trương và định hướng triển khai các nhiệm vụ khoa học trọng điểm theo các công đoạn chính của quá trình sản xuất, gồm:
1. Xây dựng cơ sở dữ liệu địa cơ mỏ phục vụ nhu cầu phát triển cơ giới hóa, hiện đại hóa các mỏ;
2. Nâng cao mức độ cơ giới hóa và hiện đại hóa trong quá trình sản xuất tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh nhằm tăng sản lượng khai thác, năng suất lao động, nâng cao an toàn, giảm tổn thất tài nguyên, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của ngành Than;
3. Lựa chọn các giải pháp kỹ thuật theo hướng hiện đại tại các mỏ lộ thiên nhằm nâng cao sản lượng khai thác, năng suất lao động, giảm tổn thất tài nguyên, đảm bảo an toàn, ít gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh và đáp ứng được yêu cầu phát triển bền vững của các mỏ;
4. Hoàn thiện dây chuyền công nghệ tuyển, chế biến phù hợp để phát triển bền vững theo hướng hiện đại hoá, tự động hoá, tận thu tài nguyên và giảm thiểu ô nhiễm môi trường;
5. Đề xuất, lựa chọn giải pháp ứng dụng các thiết bị đo lường – tự động điều chỉnh thông số công nghệ trong khai thác và sàng tuyển chế biến phù hợp với điều kiện thực tế sản xuất của Ngành, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất tài nguyên.
3. MỘT SỐ KẾT QUẢ ÁP DỤNG CƠ GIỚI HÓA, HIỆN ĐẠI HÓA TRONG THỰC TIỄN SẢN XUẤT
Thực hiện chủ trương của Tập đoàn, các đơn vị đã từng bước đổi mới và hiện đại hóa các khâu trong quá trình sản xuất, mang lại hiệu quả kinh tế to lớn, giảm tổn thất tài nguyên, nâng cao mức độ an toàn và năng suất lao động, đáp ứng nhu cầu gia tăng về nguyên nhiên liệu cho nền kinh tế quốc dân, góp phần nâng cao trình độ công nghệ của ngành công nghiệp khai khoáng của Việt Nam. Có thể kể đến một số kết quả nổi bật sau:
– Về lĩnh vực địa chất: đã triển khai xây dựng cơ sở dữ liệu địa cơ mỏ bao gồm thu thập tài liệu về địa chất vỉa than và các tài liệu cơ học đá, tính chất cơ lý đá, đồng thời tổng hợp, phân tích các thông số về đặc tính vỉa than, phân tích các đặc điểm về vách trụ vỉa phục vụ công tác nghiên cứu và tư vấn thiết kế khai thác mỏ hầm lò và lộ thiên. Để lập kế hoạch triển khai áp dụng các sơ đồ công nghệ cơ giới hóa trong khai thác, Tập đoàn đã chỉ đạo các đơn vị thành viên nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất kỹ thuật các vỉa than có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác tại một số Công ty khai thác than hầm lò lớn như Mạo Khê, Nam Mẫu, Vàng Danh, Hà Lầm, Dương Huy, Quang Hanh, Hạ Long, Mông Dương, Khe Chàm, Núi Béo, Thống Nhất.
Theo kết quả tổng hợp và đánh giá, tổng trữ lượng địa chất tính đến mức thăm dò mức -300 có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác là 655,2 triệu tấn, bao gồm:
- Trữ lượng các vỉa dày, dốc đến 350: 488,3 triệu tấn.
- Trữ lượng các vỉa dày, dốc đứng ( >450): 116,6 triệu tấn.
- Trữ lượng các vỉa mỏng và dày trung bình, dốc ( >350): 50,3 triệu tấn.
Trữ lượng các khu vực có khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa phân bố ở hầu hết các mỏ, tuy nhiên tập trung chủ yếu tại mỏ: Hà Lầm, Nam Mẫu, Vàng Danh, Mạo Khê, Dương Huy và Thống Nhất. Kết quả đánh giá cho thấy trữ lượng tài nguyên than có thể áp dụng công nghệ, kỹ thuật cơ hóa khai thác của các khoáng sàng than vùng Quảng Ninh khá lớn, là cơ sở quan trọng để xây dựng kế hoạch phát triển áp dụng cơ giới hóa, hiện đại hóa sản xuất than hầm lò.
– Về lĩnh vực khai thác hầm lò: Tập đoàn chủ trương nghiên cứu nâng cao mức độ cơ giới hóa và hiện đại hóa khai thác than hầm lò và định hướng ứng dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
Để huy động thêm tài nguyên than đảm bảo đáp ứng yêu cầu tăng sản lượng, Tập đoàn đã chỉ đạo xây dựng các mỏ hầm lò mới hiện đại, trong đó bao gồm xây dựng hai mỏ hầm lò có công suất lớn là Khe Chàm II-IV (công suất 3,5 triệu tấn/năm) và Núi Béo (công suất 2,0 triệu tấn/năm). Tại mỏ Khe Chàm II- IV, khu mỏ được mở bằng 02 giếng đứng kết hợp với lò xuyên vỉa tầng mức -350 và mức -500 với chiều sâu mỗi giếng 585m. Đường kính giếng trong vỏ chống giếng chính là 7,0m, giếng phụ 8,0m, chiều dày vỏ chống của các giếng 0,3m. Vận tải tại giếng chính sử dụng thùng skip, tại giếng phụ sử dụng thùng cũi vận tải người, thiết bị và vật liệu. Khai trường mỏ Núi Béo cũng được mở vỉa bằng 02 giếng đứng với đường kính mỗi giếng trong vỏ giếng 6,0m, chiều dày vỏ chống của các giếng 0,6m, chiều dài giếng chính 445m, giếng phụ 405m. Hình 1 mô tả phương án vận tải của giếng phụ dự kiến áp dụng tại mỏ Khe Chàm II-IV.
Để nâng cao mức độ cơ giới hóa trong khai thác, trên cơ sở kết quả thành công của chương trình nghiên cứu áp dụng thử nghiệm vì chống thủy lực (cột thủy lực đơn, giá thủy lực di động và giá khung di động), một số sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác đã được nghiên cứu triển khai áp dụng tại các điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ khác nhau. Ví dụ, năm 2005 lò chợ cơ giới hóa đồng bộ sử dụng máy khấu combai được đưa vào hoạt động tại Khe Chàm với công suất khai thác 400.000 tấn/năm, năm 2006, Viện KHCN Mỏ đã phối hợp với Công ty than Vàng Danh nghiên cứu xây dựng dự án đầu tư áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác lò chợ hạ trần than nóc tại vỉa 8 khu Giếng Vàng Danh. Đồng bộ thiết bị cơ giới hóa khai thác bao gồm máy combai khấu than, dàn chống tự hành VINAALTA, máng cào và đồng bộ thiết bị phụ trợ, trong đó dàn chống tự hành VINAALTA được thiết kế chế tạo tại các đơn vị cơ khí của Tập đoàn. Trên cơ sở kết quả áp dụng tại Công ty than Vàng Danh, công nghệ cơ giới hóa khai thác trên đã được mở rộng áp dụng tại Công ty than Nam Mẫu với sản lượng khai thác 22.500 tấn/tháng, năng suất lao động từ 9,0 14,9 tấn/công-ca, trung bình 11,6 tấn/công-ca.
Để cơ giới hóa khai thác các vỉa dày dốc đã triển khai áp dụng thử nghiệm công nghệ cơ giới hóa khai thác bằng tổ hợp dàn chống tự hành kết hợp với máy đào lò AM-50 tại Công ty than Vàng Danh. Công nghệ cơ giới hóa khai thác vỉa dốc, mỏng cũng đã được triển khai áp dụng ở Công ty than Mạo Khê và Hồng Thái hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, chống giữ bằng tổ hợp dàn chống 2ANSHA cho phép nâng công suất khai thác đạt 120.000 – 150.000 T/năm. Ngoài ra, công nghệ khai thác bằng các lỗ khoan đường kính lớn (máy khoan BGA-2M) cũng đã được triển khai áp dụng tại Công ty than Hồng Thái, Đồng Vông… để khai thác các vỉa mỏng, dốc có chiều dài theo phương không ổn định nhằm huy động tối đa tài nguyên vào khai thác.
Trong công tác đào chống lò, nhiều giải pháp công nghệ được triển khai áp dụng vào sản xuất như công nghệ chống lò bằng vì neo, neo chất dẻo cốt thép, bêtông phun, bêtông cốt liệu nhẹ… Hiện nay, nhiều đơn vị đã áp dụng công nghệ cơ giới hóa đào lò trong than bằng máy combai AM-45 và AM-50Z để nâng cao tốc độ đào lò, phục vụ mở rộng diện sản xuất. Các dây chuyền cơ giới hóa đào lò đã đi vào sản xuất ổn định, cải thiện điều kiện lao động, giảm rủi ro, giảm chấn động do không phải sử dụng thuốc nổ, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.
Công tác cơ giới hóa khâu vận tải mỏ cũng được triển khai thực hiện. Để đáp ứng yêu cầu tăng sản lượng, từng bước thay thế các hình thức vận tải có hiệu suất thấp, thường xuyên gây ách tắc như goòng tàu kéo ở lò bằng, tời trục ở giếng nghiêng, một số loại hình vận tải than liên tục như băng tải cố định, băng tải treo, băng tải co dãn cũng đã được nghiên cứu triển khai áp dụng tại một số mỏ. Nhằm cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc của công nhân khai thác hầm lò, rút ngắn thời gian di chuyển, đảm bảo an toàn và sức khỏe cho người lao động từ đó tăng năng suất lao động, một số loại hình vận chuyển người đã được áp dụng tại các mỏ hầm lò như tời hỗ trợ người đi bộ, tời vô cực vận chuyển người. Gần đây nhất Công ty than Hà Lầm và Nam Mẫu đã đầu tư hệ thống cơ giới hóa vận chuyển người, vật tư, thiết bị trong hầm lò bằng mônôray kết hợp đầu tàu điêzen. Hệ thống cơ giới hóa vận chuyển mới này có một loạt ưu điểm như thể tích nhỏ, có thể lắp đặt có tiết diện nhỏ, có thể lắp đặt trong các đường lò vận tải bằng băng tải, cơ động linh hoạt, tính thích ứng cao, chịu được nước mỏ và va đập, không chịu ảnh hưởng của nền lò, đi qua các điểm uốn dễ dàng, phù hợp với điều kiện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh.
Trong thời gian tới, Tập đoàn chủ trương tiếp tục đẩy mạnh triển khai áp dụng công nghệ cơ giới hóa khai thác hầm lò trong các điều kiện địa chất mỏ khác nhau đảm bảo cho kế hoạch sản xuất 2011 2015, tầm nhìn 2025 nhằm nâng cao sản lượng khai thác, năng suất lao động, nâng cao mức độ an toàn lao động và đặc biệt cải thiện điều kiện và môi trường làm việc cho công nhân khai thác than hầm lò.
– Về lĩnh vực khai thác lộ thiên: Các giải pháp kỹ thuật và công nghệ theo hướng hiện đại hoá tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cũng đang được triển khai áp dụng như phá vỡ đất đá bằng phương pháp không cần khoan nổ mìn, áp dụng phương pháp cày xới cho một số khu vực của mỏ Núi Béo, công nghệ khoan nổ mìn tầng cao, công nghệ khoan nổ mìn trong điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, công nghệ nổ mìn nhằm giảm chấn động đảm bảo an toàn cho các công trình công nghiệp và dân sinh gần mỏ.
Tiếp tục nghiên cứu lựa chọn đồng bộ thiết bị khai thác theo hướng cơ giới hoá, hiện đại hoá phù hợp với điều kiện khai thác mỏ ngày càng xuống sâu, cung độ vận tải ngày càng xa, gồm: lựa chọn đồng bộ thiết bị có công suất lớn như: Máy khoan thủy lực, xoay cầu có đường kính d = 230 280mm; máy xúc đất đá có dung tích gầu E = 6,7 12m3, xúc than máy xúc thủy lực gầu ngược có E = 3,2 6,7m3; thiết bị vận tải than ô tô tải trọng 30 55 tấn, vận tải đất đá ô tô loại tải trọng 90140 tấn và áp dụng vận tải liên hợp ô tô – băng tải cho các mỏ như Đèo Nai, Cao Sơn, đồng thời nghiên cứu hoàn thiện các thông số của hệ thống khai phù hợp nhằm giảm chi phí sản xuất.
– Về lĩnh vực tuyển than: Trên cơ sở tổng hợp kinh nghiệm sử dụng các phương pháp tuyển than trên thế giới tại các nước phát triển và nhu cầu sử dụng than giai đoạn đến năm 2020 đã định hướng xây dựng mới một số nhà máy như Khe Thần, Lép Mỹ và Khe Chàm, mở rộng nhà mày tuyển Vàng Danh, v.v. Một số vùng như Nam Mẫu, Tràng Khê, Khe Chàm, Cao Sơn, Hạ Long, Quang Hanh, Dương Huy, Hà Lầm, Núi béo đã triển khai nghiên cứu bổ sung tính khả tuyển than nguyên khai để làm cơ sở lựa chọn các giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả các nhà máy tuyển than hiện có cũng như lựa chọn công nghệ tuyển hợp lý tại các nhà máy tuyển chuẩn bị xây dựng.
Ngoài ra, một số các công ty khai thác than hầm lò và lộ thiên vùng Quảng Ninh như Uông Bí, Mạo Khê, Cọc Sáu, Đèo Nai, Núi Béo, Quang Hanh, Hà Lầm đã đầu tư các hệ thống tuyển nhỏ để tuyển nâng cao chất lượng và tận thu than trong don xô bã sàng và bãi thải
Công ty than Vàng Danh đã triển khai áp dụng công nghệ lọc ép khung bản để xử lý bùn nước nhà máy tuyển nhằm thu hồi nâng cao chất lượng than bùn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Công suất của hệ thống xử lý bùn nước 20 tấn/giờ, tương ứng 90.000 tấn/năm. Than bùn sau lọc ép có độ ẩm <23% tơi xốp chất lượng được nâng cao tương đương than thương phẩm có thể pha trộn tiêu thụ cho nhiệt điện hoặc các hộ khác. Việc đưa hệ thống lọc ép đã giải quyết được vấn đề tồn đọng than bùn và ô nhiễm môi trường do các hồ bùn gây ra, làm tăng doanh thu và tạo việc làm cho người lao động.
– Về lĩnh vực tự động hoá: Nhằm nâng cao hiệu quả điều hành sản xuất, sử dụng thiết bị cơ giới, nâng cao hiệu quả công tác cứu nạn, thủ tiêu sự cố trong các tình huống khẩn cấp, một số đơn vị thành viên thuộc Tập đoàn đã nghiên cứu triển khai áp dụng hệ thống kiểm soát và định vị nhân sự và thiết bị hoạt động trong mỏ hầm lò, xác định vị trí làm việc của từng người đã vào và ra khỏi khu vực kiểm soát trong mọi thời điểm. Ngoài ra, hệ thống có thể mở rộng thêm các chức năng thông tin liên lạc không dây dọc tuyến cáp và truyền các tín hiệu hình ảnh từ các camera đặt trong lò lên mặt đất. Các hệ thống này đi vào hoạt động đã góp phần đảm bảo an toàn và hiện đại hoá điều hành sản xuất của các nhà quản lý mỏ.
Nhằm nâng cao mức độ cơ giới hóa trong các khâu của quá trình khai thác, một số đơn vị thuộc Tập đoàn đã nghiên cứu lựa chọn, đề xuất giải pháp tự động hóa như ứng dụng hệ thống đo và tự động điều chỉnh mức nước, mức vật liệu, hệ thống tự động điều khiển liên động băng và cụm thiết bị trong dây chuyền tuyển v.v…
Hiện nay, để tăng cường kiểm soát chặt chẽ khí mỏ, nâng cao hơn nữa mức độ an toàn, phòng chống cháy nổ khí mêtan – một hiểm họa tiềm ẩn luôn luôn đe dọa quá trình khai thác than, hầu hết các mỏ hầm lò đã đưa vào hoạt động các hệ thống tự động quan trắc khí mêtan, góp phần tích cực vào việc phòng chống cháy nổ khí mêtan, đảm bảo an toàn cho người thợ mỏ.
4. ĐỊNH HƯỚNG ĐỔI MỚI CÔNG NGHỆ NHẰM PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
Để đảm bảo duy trì sự phát triển ngành than, cần tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa công tác áp dụng các giải pháp công nghệ cơ giới hóa trong các công đoạn của quá trình khai thác than hầm lò, đảm bảo công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành than theo chiến lược phát triển đến năm 2015, định hướng đến năm 2025. Các định hướng bao gồm:
1.Tiếp tục xây dựng cơ sở dữ liệu địa cơ mỏ hoàn chỉnh phục vụ nhu cầu phát triển ngành Than – Khoáng sản Việt Nam;
2. Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công nghệ nâng cao mức độ cơ giới hóa, hiện đại hóa trong quá trình sản xuất tại các mỏ than Hầm lò và Lộ thiên, đồng thời hoàn thiện công nghệ tuyển, chế biến vùng Quảng Ninh nhằm tăng sản lượng khai thác, năng suất lao động, nâng cao mức độ an toàn, giảm tổn thất tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của ngành Than;
3. Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công nghệ tổng hợp phục vụ khai thác và tuyển Bauxit vùng Tây Nguyên đảm bảo hiệu quả và bảo vệ môi trường;
4. Nghiên cứu hoàn thiện các giải pháp công nghệ khai thác, tuyển và chế biến khoáng sản kim loại và phi kim loại khác ngoài than nhằm nâng cao hiệu quả, giảm tổn thất tài nguyên và bảo vệ môi trường
5. Nghiên cứu đánh giá khả năng khai thác than khu vực Bình Minh, Khoái Châu vùng đồng bằng Sông Hồng;
6. Đánh giá khả năng sử dụng hiệu quả tài nguyên Grafit và than Antraxít phục vụ chế tạo các sản phẩm công nghệ cao;
7. Đánh giá tiềm năng trữ lượng và khả năng khai thác, chế biến Feromangan tại vùng ven biển Việt Nam.
5. KẾT LUẬN
Có thể nói, trong những năm qua Tập đoàn đã đạt được những thành tựu to lớn trong việc nâng cao sản lượng, đổi mới và hiện đại hóa ở hầu hết các lĩnh vực như thăm dò địa chất, công nghệ khai thác hầm lò, lộ thiên, tuyển và chế biến than – khoáng sản, tự động hóa và kiểm soát an toàn mỏ. Kinh nghiệm thực tiễn đã chứng minh rằng phát triển bền vững chỉ có thể thực hiện được bằng cách đổi mới công nghệ, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong sản xuất theo hướng cơ giới hóa, tự động hóa, tin học hóa, sản xuất sạch hơn, an toàn hơn, thân thiện với môi trường hơn ở hầu hết các công đoạn trong quá trình sản xuất.
Để đảm bảo từng bước công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành Than – Khoáng sản theo chiến lược phát triển đến năm 2015, định hướng đến năm 2025, cần thiết có những bước đột phá mới trong việc nghiên cứu phát triển khoa học công nghệ, hoàn thiện mô hình quản lý, và đặc biệt là sự tác động sâu hơn nữa của các đơn vị tư vấn nghiên cứu đến phát triển sản xuất của doanh nghiệp. Để đạt được mục tiêu đó cần tăng cường tiềm lực cơ sở vật chất và nguồn nhân lực tri thức cao thông qua các dự án áp dụng chuyển giao công nghệ hoặc liên doanh với các đơn vị sản xuất trong và ngoài nước, đầu tư các phòng thí nghiệm, liên kết với các tổ chức nước ngoài để đào tạo các nguồn nhân lực chất lượng cao. Đồng thời tạo hành lang pháp lý và cơ chế về tài chính cho các cơ sở nghiên cứu, tư vấn được hưởng hiệu quả làm lợi từ các công trình, đề tài nghiên cứu đem lại để tái đầu tư cho Khoa học Công nghệ.
TS. Trần Xuân Hòa – Tập đoàn CN Than – KS VN; TS. Nguyễn Anh Tuấn – Viện KHCN mỏ – Vinacomin
