Mỏ than Nam Mẫu có trữ lượng than khai thác công nghiệp từ mức +125 đến +290m đã được khảo sát, đánh giá khoảng 29 triệu tấn. Phía trên (mặt đất) của mỏ than này là khu di tích Yên Tử, một danh lam thắng cảnh, một khu du lịch nổi tiếng của đất nước. Để khai thác được tài nguyên, làm giầu cho đất nước, đồng thời vẫn giữ được sự yên bình của một khu di tích nổi tiếng, Tổng Công ty Than Việt Nam đã có dự định khai thác than mỏ Nam Mẫu, sẽ trình Chính phủ và công việc chỉ tiến hành khi có sự cho phép của Nhà nước. Công nghệ khai thác than bằng sức nước đã được đầu tư nghiên cứu và sẽ là một trong những giải pháp công nghệ được xem xét để lựa chọn. Tạp chí Công nghiệp xin giới thiệu đôi điều về công nghệ này qua các nghiên cứu của Công ty Tư vấn đầu tư mỏ và Công nghiệp (IMCC)
Bản chất của công nghệ khai thác than bằng sức nước
Công nghệ khai thác than, thu hồi than trong nước và xử lý nước trong công nghệ khai thác than bằng sức nước có thể tóm tắt như sau:
Than nguyên khai, được khai thác bằng súng bắn nước từ các khu vực khai thác với một độ dốc nhất định theo máng bằng kim loại tự chảy đến hố thu. Tại đây, than được tách ra khỏi nước bằng máng cào róc nước, thành 2 sản phẩm.
- Than có kích cỡ lớn hơn 1mm theo máng cào róc nước chuyển lên thùng chứa. Trên miệng thùng chứa có bố trí sàng để loại cục quá cỡ 300 mm. Than có kích cỡ nhỏ hơn 300mm, từ thùng chứa chảy xuống băng tải để chuyển đi nhà máy tuyển.
- Than có kích cỡ nhỏ hơn 1mm từ hố thu theo nước chuyển vào hố bơm để bơm ra hệ thống thu hồi than và xử lý bùn nước.
- Hệ thống thu hồi than và xử lý bùn bước bao gồm bể cô đặc, hồ lắng bùn và bể lắng làm trong nước và trạm bơm cao áp để cung cấp nước trở lại cho các súng bắn nước.
Tình hình khai thác than bằng sức nước trên thế giới
Khai thác than bằng sức nước là phương pháp khai thác mà ở đó các khâu công nghệ chính như khấu than, bốc xúc, vận chuyển trong lò đều được thực hiện bằng năng lượng của dòng nước.
Khai thác than bằng sức nước (KTBSN) hiện đang được áp dụng ở nhiều mỏ hầm lò của các nước như Nga, Ucaraina, Trung Quốc, Ba Lan vv… với xu hướng ngày một tăng và tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các công nghệ khai thác truyền thống.
ở Liên Xô cũ (vùng Cudơbát và Đônbát) thì sản lượng khai thác hàng năm khoảng 5 triệu tấn/năm, trong đó mỏ Iubilâynaia đạt công suất 3 triệu tấn/năm.
ở Trung Quốc, công nghệ khai thác than bằng sức nước được áp dụng từ những năm 60 của thế kỷ XX, sản lượng khai thác bằng sức nước khoảng trên 10 triệu tấn/năm, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Liêu Ninh, Hà Bắc, Giang Tô, Sơn Đông…
Riêng vùng Bắc Phiêu (Liêu Ninh) thì sản lượng than khai thác bằng sức nước vẫn chiếm hơn 50% sản lượng khai thác bằng sức nước của toàn Trung Quốc. Giá thành than KTBSN của vùng Bắc Phiêu vào khoảng 96-100 NDT/T.
Những ưu điểm chủ yếu của công nghệ khai thác bằng sức nước
- An toàn lao động cao vì không đòi hỏi sự có mặt thường xuyên của con người trong gương khai thác.
- Hạn chế thấp nhất nguy hiểm về bệnh bụi phổi cho công nhân khai thác.
- Vốn đầu tư thấp hơn so với các công nghệ khác từ 10% đến 30%.
- Năng suất lao động của công nhân tăng gấp 1,5- 2 lần trong cùng một điều kiện địa chất tương tự.
- Giá thành than khai thác thấp.
- Hệ thống khai thác và thiết bị khấu than có nhiều khả năng thích ứng hơn với các điều kiện địa chất thay đổi kể cả trong các trường hợp thay đổi phức tạp.
- Tiết diện các đường hầm lò chuẩn bị không đòi hỏi phải lớn và thiết bị bố trí trong đường lò đơn giản.
- Độ tin cậy của các thiết bị công nghệ đạt cao.
Phạm vi ứng dụng của công nghệ khai thác bằng sức nước
KTBSN có thể áp dụng có hiệu quả trong các điều kiện địa chất mỏ khác nhau như:
- Chiều dầy vỉa than từ 07m – 60m.
- Góc dốc vỉa than từ 5o đến 90o.
- Hệ số kiên cố của than từ rất kiên cố đến rất mềm yếu, kể cả có tồn tại đá kẹp.
- Đá vách và trụ vỉa có độ bền vững khác nhau.
Như vậy, phạm vi áp dụng của công nghệ KTBSN là rất rộng và đặc biệt phát huy được hiệu quả cao hơn trong điều kiện các khoáng sàng than có điều kiện địa chất phức tạp, góc dốc lớn.
Khi khai thác than bằng sức nước, người ta có thể áp dụng hệ thống khai thác gương lò chợ ngắn hoặc dài, nhưng phổ biến nhất là gương lò chợ ngắn, tuy nhiên, các hệ thống khai thác bằng sức nước cũng có chung những đặc điểm sau:
- Công tác khấu than được thực hiện mà không cần chống giữ gương lò khai thác.
- Trong giới hạn khai thác của khu khai thác than được vận chuyển bằng phương pháp tự chảy theo nền của đường lò hoặc theo máng trượt bằng kim loại đặt trên nền lò.
Các súng bắn nước của Trung Quốc hiện nay đang áp dụng có áp suất làm việc là 12 á 20 Pa, lưu lượng 180 á - 300m3/h, chiều dài bắn xa 15 á 20m, đường kính đầu ra của súng là 20 á 25mm.
Một số nghiên cứu của Công ty Tư vấn đầu tư mỏ và Công nghiệp (IMCC) trong lĩnh vực công nghệ khai thác than bằng sức nước ở mỏ than Nam Mẫu
Phương pháp khai thác than bằng sức nước là phương pháp khai thác có hiệu quả cần đầu tư nghiên cứu để có thể đưa vào áp dụng cho các mỏ than của Việt Nam. IMCC đã đầu tư nghiên cứu các tài liệu nước ngoài, đã cử đoàn cán bộ thiết kế đi thăm quan và nghiên cứu chi tiết về công nghệ khai thác bằng sức nước tại một số mỏ và viện thiết kế của Trung Quốc để thực hiện việc chuyển giao công nghệ này vào một số mỏ than của TVN.
Sau khi nghiên cứu, IMCC đã triển khai lập BCNCKT áp dụng thử nghiệm cho mỏ Hà Giáng Núi Khánh (Công ty Than Hạ Long) mỏ Nam Mẫu T.V đến T.X (Công ty Than Uông Bí) và dự kiến sẽ triển khai áp dụng cho mỏ Bắc Cọc Sáu (Công ty Than Hòn Gai), các vỉa dốc khu Nam và khu Đông Bắc mỏ Khe Tam (Công ty Than Dương Huy)vv.vv…
Mỏ than Nam Mẫu cách thị xã Uông Bí khoảng 25km về phía Tây Bắc, là vùng núi cao, rừng rậm, có độ cao trung bình 450 m, vách núi dốc, có nhiều suối lớn, nhỏ chảy theo hướng Bắc Nam, chảy qua nhiều tầng chứa than và đổ vào sông Trung Lương với lưu lượng từ 66 đến 18.000 l/s.
Địa tầng là các dải trầm tích tuổi Trias dày từ 3.000 á 4.000m, trên cùng là lớp phủ Đệ tứ, có chứa 9 vỉa than, trong đó có 8 vỉa có khả năng khai thác công nghiệp với tổng trữ lượng khoảng 36 triệu tấn.
Chất lượng than: Độ ẩm từ 3,13 á 6,10%, trung bình 4.69%; Độ tro từ 5.75 á 36.76%, trung bình 16.4%; thuộc nhóm than có độ tro cao đến rất cao. Chất bốc từ 2.01 á 9.95%, trung bình 3.92%; Lưu huỳnh từ 0.34 á 6.76%, trung bình 1.45%, hàm lượng lưu huỳnh tăng dần từ V9 á V3 và tăng dần từ Đông sang Tây với mỗi vỉa. Nhiệt lượng (QK) từ 4.466 á 8.027 kcal/kg, trung bình 6.815 kcal/kg.
Qua nghiên cứu tài liệu của nước ngoài, đặc biệt là sau chuyến đi học tập khảo sát tại Trung Quốc, Công ty Tư vấn Đầu tư Mỏ và Công nghiệp đã xem xét khu vực rộng 5,2km2 thuộc vùng hạn chế hoạt động khai thác khoáng sản tại khu vực Yên Tử và nhận thấy, khu vực này có thể áp dụng công nghệ khai thác than bằng sức nước, nhăm bảo vệ khu di tích Yên Tử cũng như tăng sản lượng than cho ngành.
Qua đánh giá sơ bộ tại khu vực Yên Tử, Công ty nhận thấy có thể áp dụng hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng dưới dàn dẻo, khấu than bằng các loại súng bắn nước của Trung Quốc. Than sau khi tách khỏi vỉa được vận tải theo hệ thống máng có độ dốc 7- 8% tập trung ở chân lò thượng, tách nước và vận tải ra ngoài bằng goòng, còn bùn than được bơm ra ngoài mặt bằng sau khi xử lý nước trong được đưa lại bể tuần hoàn.
Việc áp dụng công nghệ khai than bằng sức nước tại khu vực Yên Tử cho phép khai thác các vỉa than có chiều dày và góc dốc thay đổi, nếu dùng các công nghệ khai thác khác sẽ có nhiều hạn chế, đây là ưu điểm chính của công nghệ khai thác bằng sức nước. Theo tính toán sơ bộ, với chiều dày vỉa trung bình 4m, chiều cao nghiêng của phân tầng 8,5m, chiều rộng dải khấu 5m, thì sản lượng than khai thác từ một súng bắn nước là 715 – 825T/ngày đêm tùy theo chế độ làm việc 3 ca hay 4 ca. Để đạt được sản lượng này, số mét lò cần đào cho 1 ngày đêm là 22 – 25m, do vậy nếu tính cả than đào lò thì mỗi khu khai thác sẽ đạt được 907 – 1000 T/ngày đêm. Mặc dù có ưu điểm là năng suất lao động cao, nhưng điều kiện hạn chế của công nghệ này là khối lượng đào lò chuẩn bị lớn, độ ẩm làm việc cao, lượng nước lớn nên việc xử lý nước than phải được đầu tư hết sức công phu.
Lượng nước cần thiết cho việc khai thác 1 tấn than bằng công nghệ này dao động từ 3- 6m3/tấn. Qua tìm hiểu tài liệu cũng như khảo sát tại Trung Quốc, với độ sâu khai thác tại khu vực Yên Tử, thì độ sút lún bề mặt do khai thác bằng sức nước cũng không vượt quá độ sụt lún bằng các công nghệ khai thác gương lò ngắn khác.
Với những lý do trên, nhằm bảo vệ cảnh quan môi trường 5,2km2 khu vực Than Thùng – Yên Tử và tăng sản lượng than khai thác tại đây, cần thiết phải hợp tác với các nước có ngành khai thác than bằng sức nước phát triển như Liên Bang Nga, Trung Quốc… để lập một dự án áp dụng thử nghiệm công nghệ này tại vùng than Yên Tử TI á TX, có trữ lượng khá lớn từ mức +125 lên lộ vỉa khoảng 70 TrT. Từ tuyến I đến tuyến V mỏ than Nam Mẫu – Công ty Uông Bí đang khai thác với công suất thiết kế 900 ngàn T/năm, trữ lượng địa chất từ + 125 á +290 trong phạm vi từ TV á TX khoảng 29 TrT. Để tận dụng nguồn tài nguyên đã được thăm dò và khai thác như đã nêu trên, mỏ than Nam Mẫu đã có cơ sở hạ tầng như hệ thống đường điện, đường giao thông đảm bảo sản xuất của mỏ ổn định, do đó, việc chuẩn bị diện khai thác cho các năm sau trong giới hạn TV á TX là cần thiết và cấp bách, nên việc đưa vào áp dụng công nghệ khai thác hợp lý sẽ đem lại hiệu quả cho ngành Than rất lớn. Vì vậy, phương án áp dụng công nghệ khai thác than bằng sức nước là cơ sở cho Tổng Công ty Than Việt Nam xem xét quyết định việc chuẩn bị đầu tư khai thác than ở khu vực này.
