Kiến thức cơ bản về khai thác lộ thiên
I. Tổng quan
1. Tài nguyên khoáng sản
Là tổng hợp các khoáng chất hoặc các nguyên tố hữu ích được hình thành thông qua quá trình khoáng hóa địa chất, có trong lớp vỏ hoặc trên bề mặt, được chôn dưới lòng đất hoặc lộ ra trên bề mặt, ở dạng rắn, lỏng hoặc khí và có giá trị phát triển và sử dụng. Tài nguyên khoáng sản là tài nguyên không tái tạo và trữ lượng của chúng có hạn. Có 168 loại khoáng sản đã biết trên thế giới, trong đó có hơn 80 loại được sử dụng rộng rãi. Theo đặc điểm và
công dụng, chúng thường được chia thành bốn loại: 11 khoáng sản năng lượng; 59 khoáng sản kim loại; 92 khoáng sản phi kim loại; 6 khoáng sản nước và khí. Khoáng sản kim loại về cơ bản tồn tại ở dạng rắn trong tự nhiên. Theo quan điểm khai thác, các mỏ quặng kim loại được khai thác bất kể loại kim loại nào. Vàng, bạc, đồng, sắt, niken, v.v. được xử lý giống nhau; chỉ cần xem xét trạng thái xuất hiện của thân quặng, các quy trình khai thác khác nhau sẽ được lựa chọn.
2. Khai thác
Trong xã hội hiện đại, ngành khai khoáng đã có những tiến bộ to lớn và được tinh chế và phân chia hơn. Nói chung là chỉ các hoạt động thăm dò, khai thác, tuyển quặng, tinh chế và các hoạt động liên quan khác của khoáng sản. Việc xây dựng một mỏ hiện đại bao gồm công việc khó khăn của các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất khai khoáng, khảo sát, kỹ thuật xây dựng, khai thác, chế biến khoáng sản, an toàn, bảo vệ môi trường, cơ điện, HVAC, cấp thoát nước, tự động hóa, hóa học, v.v.
3. Đặc điểm của ngành khai thác và tuyển quặng
Thứ nhất, đối tượng lao động là khối quặng địa chất do khảo sát địa chất phát hiện và có nguồn gốc tự nhiên, không thể tự do lựa chọn đối tượng khai thác và chế biến;
Thứ hai, đối tượng khai thác, công cụ khai thác và nhân sự sản xuất liên tục được di chuyển theo khai thác, không có địa điểm cố định, điều kiện công nghiệp thay đổi bất cứ lúc nào, khác với ngành chế biến nói chung;
Thứ ba, điều kiện địa chất khai thác và nguyên liệu khoáng sản rất phức tạp, gây khó khăn cho việc chuẩn hóa các dự án khai thác.
Đồng thời: ⒈ Điều kiện xuất hiện của mỏ quặng không ổn định; ⒉ Cấp độ, thành phần và thành phần của quặng thay đổi rất nhiều; ⒊ Cấu trúc địa chất phức tạp; ⒋ Tính chất vật lý và cơ học của quặng và đá xung quanh thay đổi rất nhiều; ⒌ Hàm lượng nước của mỏ quặng phức tạp. Do đó, không thể sao chép hoàn toàn hoạt động khai thác và tuyển quặng của một mỏ.
2. Khai thác lộ thiên
1. Các khái niệm cơ bản về khai thác lộ thiên
Điều kiện tiên quyết cần thiết cho khai thác lộ thiên là phải có các mỏ quặng phù hợp. Mỏ quặng có phù hợp để khai thác lộ thiên hay không được đánh giá tốt nhất trong giai đoạn đầu của quá trình thăm dò địa chất, sau đó báo cáo địa chất (bao gồm dữ liệu địa chất thủy lực và môi trường) đáp ứng các yêu cầu của thiết kế mỏ lộ thiên được đề xuất sau khi thăm dò thêm; sau khi phê duyệt, bộ phận thiết kế có thể tiến hành thiết kế. Do điều kiện xảy ra của thân quặng lộ thiên trên bề mặt và chôn nông, tất cả các công việc khai thác đá từ toàn bộ theo một quy trình nhất định được gọi chung là kỹ thuật khai thác lộ thiên.
Bản chất của khai thác lộ thiên là loại bỏ lớp đất mặt và đá xung quanh bao phủ phần trên của thân quặng trong một không gian mở trong phạm vi nhất định và khai thác quặng. Do đó, để khai thác quặng, cũng phải khai thác đá thải.
Thân quặng được phân loại là mỏ lộ thiên được gọi là mỏ lộ thiên. Nơi tiến hành kỹ thuật khai thác lộ thiên bằng thiết bị khai thác được gọi là mỏ lộ thiên. Mỏ lộ thiên: tổng hợp các hố khai thác, bậc thang và rãnh lộ thiên được hình thành trong quá trình khai thác lộ thiên.
2. Các bước chung để xây dựng và sản xuất mỏ lộ thiên:
(1) Chuẩn bị mặt bằng. Đưa đường giao thông và đường dây truyền tải vào khu vực khai thác mỏ, đồng thời di dời hoặc di dời các chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo trong khu vực khai thác mỏ như cây cối, đầm lầy, làng mạc, nhà máy, đường sá, kênh rạch, nghĩa trang, v.v.
(2) Cô lập và thoát nước khu vực mỏ. Cắt dòng sông chảy qua khu vực khai thác hoặc chuyển hướng, xả nước và làm cho mực nước thấp hơn mức cần thiết.
(3) Kỹ thuật cơ sở hạ tầng mỏ. Bao gồm đào mương, xây dựng đường từ mặt đất lên mặt đất khai thác; thiết lập các tuyến làm việc, tiến hành bóc tách cơ sở hạ tầng để lộ khối quặng đã khai thác; thiết lập các tuyến vận chuyển, bãi thải, cầu, v.v.; xây dựng các cơ sở công nghiệp mặt đất và các tòa nhà dân dụng cần thiết.
(4) Sản xuất hằng ngày. Sau khi mở các dây chuyền khai thác và bóc tách cần thiết và đạt đến công suất khai thác nhất định, có thể bàn giao công trình cơ sở hạ tầng mỏ cho sản xuất. Nhìn chung, phải mất một thời gian mới đạt được công suất sản xuất theo thiết kế. Các khu vực khai thác cần phải được cải tạo.
Xây dựng và khai thác mỏ lộ thiên là công trình kỹ thuật rất phức tạp. Việc mua đất, mua sắm, lắp đặt và đưa vào sử dụng thiết bị, đào tạo nhân sự, thành lập cơ quan quản lý tổ chức, khai hoang đất đai, v.v., liên quan đến nhiều phương diện và có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
3. Phát triển khai thác mỏ lộ thiên
Chỉ phát triển đường bộ và không phát triển trục ngang và thang nâng.
(1) Hoạt động bóc tách của các mỏ lộ thiên sườn đồi bắt đầu từ độ cao nhất của khu vực khai thác và tiến hành xuống từng lớp; trong khi tuyến hố khai thác được xây dựng từ các bậc khai thác thấp nhất đến cao nhất cùng một lúc. Khi mức khai thác giảm, tuyến hố khai thác phía trên dần dần bị bỏ hoang hoặc biến mất, và khoảng cách vận chuyển quặng và đá được rút ngắn theo đó.
(2) Tuyến hố phát triển đường của mỏ lộ thiên chìm được hình thành dần dần khi các bậc khai thác kéo dài xuống phía dưới. Các thay đổi của tuyến hố bao gồm phát triển tuyến hố cố định và phát triển tuyến hố di động. Phát triển tuyến hố cố định: Tuyến hố phát triển được bố trí trên tường bên cuối cùng trong ranh giới khai thác và không thay đổi vị trí trong toàn bộ quá trình khai thác của khu vực khai thác. Nó có thể được áp dụng theo cách thẳng, quay lại và xoắn ốc. Phát triển tuyến hố xoắn ốc: Tuyến hố phát triển được bố trí theo hình xoắn ốc dọc theo bốn phía của khu vực khai thác.
Quá trình phát triển của dự án phát triển đường hầm cố định: bao gồm quá trình khai thác các bậc thang, tiến hành xây dựng tường làm việc và phát triển và đào sâu thêm tầng mới. Ở phía cuối cùng của mỏ lộ thiên, theo vị trí, hướng và độ dốc của rãnh vào và ra đã xác định, đào rãnh vào và ra nghiêng từ bề mặt (tấm phẳng trên của bậc thang) đến tấm phẳng dưới của bậc thang. Sau khi đạt đến độ cao của tấm phẳng dưới, đào một rãnh mặt cắt ngang mới từ cuối rãnh vào và ra để thiết lập đường làm việc ban đầu của bậc thang khai thác.
Quy trình phát triển dự án phát triển đường hầm di động: rãnh vào và ra và rãnh phân đoạn được đào theo chiều ngang từ tấm trên hoặc tấm dưới gần vùng tiếp xúc giữa thân quặng và đá xung quanh trong mỏ. Khi rãnh phân đoạn được đào đến một độ dài nhất định, rãnh phân đoạn được đào trong khi các cạnh của rãnh phân đoạn được mở rộng để tạo thành đường làm việc bóc tách. Trong quá trình khai thác, rãnh vào và ra di chuyển theo sự tiến triển của tường làm việc ở một bên cho đến khi đường làm việc được tiến tới ranh giới khai thác cuối cùng, sau đó được cố định ở phía cuối cùng.
4. Công nghệ khai thác lộ thiên
Quy trình sản xuất chính của mỏ lộ thiên bao gồm ba công trình quan trọng: đào rãnh, bóc tách và khai thác; các khâu liên kết sản xuất bao gồm khai thác-vận chuyển-xả (xả đất, xả quặng). Khai thác là khâu liên kết trực tiếp với lớp đá, bao gồm khoan, nổ mìn, khai thác và bốc xếp, di dời đường vận chuyển và các quy trình khác, là khâu quan trọng nhất trong sản xuất mỏ lộ thiên; vận chuyển là khâu liên kết giữa khai thác và xả, là khâu chiếm nhiều thiết bị nhất, tiêu tốn nhiều năng lượng và nhân lực nhất trong sản xuất mỏ lộ thiên; xả là yêu cầu không thể thiếu đối với việc xả vật liệu sản xuất trong mỏ lộ thiên một cách kinh tế và hợp lý.
Xung quanh ba liên kết sản xuất chính này còn có hàng loạt các liên kết sản xuất phụ trợ như bảo dưỡng thiết bị, cung cấp điện, thoát nước...
Hệ thống quy trình khai thác lộ thiên có thể được chia thành: quy trình gián đoạn, quy trình liên tục và quy trình bán liên tục.
(1) Quá trình gián đoạn là quá trình khai thác và vận chuyển quặng và đá được thực hiện gián đoạn trong ba liên kết sản xuất chính. Ví dụ: một cái xẻng cơ khí chất một xe tải một lần xúc, và một đoàn tàu hoặc ô tô vận chuyển đá một lần một xe tải. Đối với mỗi lần xúc được chất hoặc mỗi lần xe tải được vận chuyển, thiết bị hoàn thành một chu kỳ hoặc giai đoạn tương ứng. Quá trình này cũng được gọi là quá trình tuần hoàn hoặc quá trình định kỳ.
(2) Quá trình liên tục là quá trình khai thác và vận chuyển quặng và đá được thực hiện liên tục. Đây là trường hợp của dòng quặng và đá trên máy đào nhiều gầu và băng tải. Dòng quặng và đá này sẽ tiếp tục không bị gián đoạn miễn là thiết bị hoạt động bình thường. Do đó, quá trình này cũng được gọi là quá trình dòng chảy.
(3) Một quá trình bán liên tục là một quá trình trong đó một số liên kết sản xuất được vận hành liên tục. Ví dụ, một hệ thống quá trình trong đó một cái xẻng cơ khí tải quặng và đá vào máy nghiền và sau đó vận chuyển chúng bằng băng tải sau khi nghiền là một hệ thống quá trình bán liên tục điển hình.
5. Thuật ngữ chuyên môn
a. Khi khai thác theo bậc, quặng và đá được chia thành các lớp nằm ngang có độ dày nhất định từ trên xuống dưới và được khai thác độc lập
thiết bị khai thác và vận chuyển. Mỗi lớp duy trì một mối quan hệ tiến triển nhất định, do đó hình thành nên hình bậc thang.
Bậc thang bao gồm các thành phần sau: tấm trên, tấm dưới, độ dốc, đường trên cùng, đường dưới cùng, chiều cao và góc dốc. Góc dốc bậc thang: góc giữa độ dốc bậc thang và mặt phẳng ngang.
Các bước được chia thành:
Các bước làm việc - làm việc trên các tấm phẳng để sắp xếp thiết bị khai thác và vận chuyển.
Các bậc thang không hoạt động - sàn an toàn: được sử dụng để đệm và chặn đá rơi và giảm góc dốc.
Nền tảng dọn dẹp: chặn những tảng đá rơi xuống và làm sạch chúng bằng thiết bị vệ sinh.
Sàn vận chuyển: đóng vai trò là kênh kết nối giữa các bậc thang làm việc và vận chuyển rãnh tiếp cận.
b. Đường làm việc - một đoạn quặng đá được chuẩn bị kỹ lưỡng.
c. Vùng đào: trong quá trình khai thác, các bậc thang được chia thành nhiều dải, được khai thác từng dải một. Mỗi dải của mỗi mỏ được gọi là vùng đào. Chiều rộng ... phụ thuộc vào phương pháp nổ mìn và các thông số; xẻng điện ... phụ thuộc vào bán kính đào và dỡ của xẻng điện.
d. Mỗi dải của khu vực khai thác cũng có thể được chia thành nhiều phần và được trang bị thiết bị khai thác và vận chuyển độc lập trong quá trình khai thác. Chiều dài ... chiều dài của đường dây khai thác do một chiếc xẻng điện chiếm giữ.
f. Đường hầm lộ thiên: chia theo mục đích sử dụng:
(1) Rãnh dẫn ... rãnh nghiêng đào để thiết lập liên kết vận chuyển giữa mặt đất và mặt bằng làm việc và giữa các mặt bằng làm việc. Theo hình dạng mặt cắt ngang: mặt cắt ngang toàn bộ, rãnh một bên.
(2) Mương hở... mương ngang đào để mở đường khai thác và thiết lập đường khai thác đầu tiên (bước đầu tiên).
g. Khu vực mỏ lộ thiên nơi hoạt động khai thác lộ thiên đã hoặc đang được tiến hành, được hình thành bởi các bậc thang và đường hầm lộ thiên.
Hố lộ thiên sườn đồi: phía trên vòng tròn khép kín. Hố lộ thiên vùng trũng: phía dưới vòng tròn khép kín.
Các thành phần cấu thành:
(1) Tường bên: là bề mặt tổng thể xung quanh mỏ lộ thiên, được chia thành: tường trên, tường dưới và tường cuối.
(2) Tường làm việc: tường bên gồm các bậc đang khai thác và sẽ khai thác.
(3) Độ dốc tường làm việc và góc dốc tường làm việc.
(4) Góc dốc bên cuối cùng: góc giữa độ dốc tường cuối cùng và mặt phẳng nằm ngang
(5) Độ dốc tường cuối cùng: mặt phẳng nghiêng tưởng tượng tạo bởi đường trên cùng của bậc trên cùng của tường không làm việc và đường dưới cùng của bậc dưới cùng.
(6) Ranh giới cuối cùng của mỏ lộ thiên: là vị trí được xác định bởi các đường ranh giới cuối cùng trên và dưới.
6. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu: tỷ lệ bóc tách
Tỷ lệ bóc tách của các mỏ lộ thiên là một chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng, liên quan đến lượng quặng khai thác được, lượng đất đá bóc tách, quy mô sản xuất, tuổi thọ, chi phí sản xuất... của mỏ.
Tỷ lệ tách: lượng đá cần thiết để tách trên một đơn vị quặng khai thác.
Tỷ lệ bóc tách có thể thay đổi. Ranh giới khai thác lộ thiên được xác định trong thiết kế chỉ là ranh giới hợp lý trong một số điều kiện nhất định trong một khoảng thời gian nhất định. Đơn vị đo lường được thể hiện bằng m3/m3 hoặc m3/t hoặc t/t.
Tỷ lệ bóc tách trung bình: tỷ lệ giữa tổng lượng đá trong ranh giới với tổng lượng quặng.
Tỷ lệ tách lớp: tỷ lệ giữa lượng đá trong một lớp nằm ngang nhất định trong ranh giới với lượng quặng.
Tỷ lệ khai thác: tỷ lệ giữa lượng đá khai thác được trong một thời gian nhất định so với lượng quặng khai thác được.
Tỷ lệ tách ranh giới: tỷ lệ giữa lượng đá tăng thêm do độ sâu đơn vị của ranh giới tăng lên so với lượng quặng tăng thêm.
Tỷ lệ bóc tách trữ lượng: tỷ lệ bóc tách được tính toán dựa trên số lượng quặng và đá được cung cấp trong báo cáo thăm dò địa chất.
Tỷ lệ tách quặng thô: tỷ lệ tách được tính toán dựa trên lượng quặng và đá thu được từ lượng quặng bị mất và cạn kiệt trong quá trình khai thác.
Tỷ lệ bóc tách hợp lý về mặt kinh tế: là lượng bóc tách đá tối đa được phép về mặt kinh tế trên một đơn vị thể tích quặng trong khai thác lộ thiên. Chi phí khai thác của lớp quặng tiếp giáp với ranh giới khai thác lộ thiên không lớn hơn chi phí khai thác ngầm.
