Các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh ngày càng khai thác xuống sâu hơn, áp lực gia tăng theo chiều sâu bố trí đường lò, điều kiện địa chất mỏ phức tạp, kéo theo đó là một loạt các vấn đề địa, kỹ thuật gây mất ổn định đường lò. Các đường lò đá được thi công trong địa tầng có nhiều tập lớp đá có độ kiên cố, chiều dày và thế nằm khác nhau, các đường lò than thi công theo vỉa cũng có góc dốc, chiều dày khác nhau, đất đá vách trụ vỉa bao quanh đường lò thi công có các chỉ tiêu cơ lý và cấu tạo địa chất không đồng nhất, dẫn đến áp lực mỏ tác động lên khung chống lò phần lớn là áp lực lệch tâm nên nhiều đường lò thi công sau một thời gian ngắn đã bị nén lún, biến dạng, mất ổn định. Mặt khác, các vỉa than trong khoáng sàng vùng Quảng Ninh được phân bố thành các tập vỉa, tại một số mỏ các vỉa than nằm khá gần nhau, dẫn đến nhiều đường lò nằm trong phạm vi ảnh hưởng bởi áp lực tựa lò chợ khai thác trong cùng vỉa cũng như các vỉa than lân cận, từ đó bị nén ép, mất ổn định.

Thực tế đánh giá hiện trạng các khu vực đường lò bị nén lún tại các mỏ hầm lò thuộc TKV gần đây đã chứng minh cho luận điểm nêu trên. Bởi hình dạng khung chống bị biến dạng không đồng đều theo quy luật, nguyên nhân chính là do điều kiện đất đá bao quanh đường lò không đồng nhất, đẳng hướng, nên diện tích phân bố, tải trọng khối đá bao quanh tác động lên đường lò không giống nhau theo cả phương đứng và phương ngang, đường lò chịu cả nén và kéo, nên trên chu vi khung chống, có điểm thừa bền, nhưng lại có điểm thiếu bền, dẫn đến lò bị nén lún, vặn, xô dạt vì chống không đáp ứng yêu cầu sản xuất, phải củng cố, chống xén lại nhưng nhiều phạm vi vẫn chưa đạt yêu cầu. Bên cạnh đó, điều kiện địa chất – kỹ thuật mỏ phức tạp, khu vực đường thi công chịu ảnh hưởng của nước, của khu vực đã và đang khai thác, của phay phá kiến tạo, chiều sâu bố trí công trình tăng, ... cũng là các nguyên nhân góp phần gây mất ổn định kết cấu chống. Hệ quả là khối lượng mét lò xén hàng năm tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh dao động phổ biến từ 25-30% tổng mét lò đào mới, cá biệt một số đơn vị tỷ lệ mét lò xén chiếm tới trên 50%, làm tăng chi phí, gây ách tắc sản xuất và gia tăng rủi ro mất an toàn trong quá trình thực hiện.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài TS. Đinh Văn Cường cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin thực hiện “Nghiên cứu áp dụng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ nhằm chống giữ duy trì ổn định đường lò trong quá trình khai thác ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” với mục tiêu nâng cao chất lượng chống giữ và duy trì ổn định đường lò, cần thiết phải thực hiện nghiên cứu chuyên sâu nhằm lựa chọn được các giải pháp kỹ thuật và công nghệ phù hợp để xử lý tình trạng mất ổn định và giảm khối lượng, chi phí chống xén lò tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.

Kết cấu chống hỗn hợp bằng neo chất dẻo cốt thép kết hợp neo cáp

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

Các giải pháp kỹ thuật và công nghệ bảo vệ, duy trì ổn định đường lò, công trình ngầm đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi từ rất sớm tại các nước có nền công nghiệp than phát triển như Mỹ, Ba Lan, Trung Quốc, Nga, Úc, … theo 3 hướng cơ bản là nâng cao khả năng tự mang tải khối đá; nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu chống và điều khiển nhằm làm giảm áp lực mỏ lên kết cấu chống. Trong điều kiện khó khăn, phức tạp sẽ thực hiện phối hợp nhiều giải pháp để có thể duy trì mức độ ổn định đường lò. Đối với các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, giải pháp được áp dụng chủ yếu là tăng khả năng mang tải của khối đá bằng ép vữa xi măng, một số mỏ đã thí điểm sử dụng hóa chất và nâng cao khả năng mang tải của kết cấu chống. Tuy nhiên, hiệu quả của các giải pháp áp dụng tại nhiều mỏ chưa mang lại hiệu quả. Giải pháp giảm áp lực mỏ tác động lên kết cấu chống như đào lò men được áp dụng cục bộ một số khu vực. Thời gian gần đây một số mỏ đã bắt đầu thí điểm áp dụng các giải pháp chống giữ chủ động kết hợp với điều khiển giảm áp lực mỏ nhằm nâng cao mức độ ổn định đường lò.

Khối lượng mét lò chống xén tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh tương đối lớn. Chỉ tính trong giai đoạn từ năm 2018÷2021, khối lượng chống xén tại các mỏ là 250.840m (lò đá 90,43 nghìn mét, chiếm 36,05%; lò than 160,41 nghìn mét, chiếm 63,95%), chiếm bình quân 24,98% tổng mét lò đào mới (1.004.239 m). Cá biệt tại một số mỏ như Thống Nhất, Hà Lầm, Hòn Gai, tỷ lệ mét lò xén lần lượt là 78,61%, 40,97% và 34,16%. Đánh giá nguyên nhân cho thấy, các yếu tố gây mất ổn định đường lò tại các đơn vị chủ yếu là do ảnh hưởng của các yếu tố phay phá đứt gãy (53,0%), chiều sâu bố trí của đường lò (29,0%), ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ (83,0%), khả năng làm việc của kết cấu chống (bước chống thực tế nhỏ hơn yêu cầu – 71,0%). Về cơ bản, hầu hết các đường lò mất ổn định đề chịu ảnh hưởng của từ 2 yếu tố (33,0%) đến 3 yếu tố (41,0%), thậm chí đến 4 yếu tố (9,0%). Các đường lò chịu ảnh hưởng bởi 1 yếu tố chỉ chiếm 19,0%. Kết quả này đã cho thấy mức độ phức tạp của điều kiện khai thác tại các mỏ, kéo theo đó là khối lượng mét lò chống xen hàng năm tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh lớn như hiện nay.

Đã nghiên cứu, đề xuất và xây dựng 15 giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm xử lý, hạn chế vấn đề mất ổn định và chống xén lò theo 05 nhóm sau: Nhóm giải pháp về gia cường đất đá, than xung quanh đường lò, gồm (1) gia cường bằng bơm ép vữa xi măng; (2) gia cường bằng bơm ép hóa chất; Nhóm giải pháp về sử dụng kết cấu và vật liệu chống giữ phù hợp cho các đường lò, gồm (3) sử dụng kết cấu chống hai lớp; (4) sử dụng kết cấu chống kín bằng vì thép linh hoạt; (5) sử dụng kết cấu chống bằng thép SVP với thiết kế tăng bền; (6) sử dụng kết cấu chống bằng thép chữ hình chữ H; (7) sử dụng kết cấu chống giữ bằng bê tông lưu vì sử dụng thép hình I làm cốt cứng; (8) sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn cường độ cao làm dầm nền tại các đường lò có áp lực bùng nền lớn; Nhóm các giải pháp hỗn hợp gia cường khối đá và kết cấu chống, gồm (9) sử dụng kết cấu chống hỗn hợp bằng vì thép kết hợp vì neo; (10) sử dụng giải pháp gia cường khối đá kết hợp kết cấu chống; Nhóm các giải pháp điều khiển, xử lý ảnh hưởng của áp lực tựa lò chợ lên các đường lò chuẩn bị, gồm (11) giải pháp đào lò men theo khu vực đã khai thác kết hợp với kết cấu chống đội lò chuẩn bị; (12) giải pháp sử dụng trụ nhân tạo thay thế trụ than bảo vệ đường lò; (13) giải pháp khai thác không để lại trụ than bảo vệ đường lò; Nhóm giải pháp về kỹ thuật thi công đường lò, gồm (14) áp dụng phương pháp nổ mìn tạo biên khi thi công lò đá; (15) áp dụng phương pháp tách phá gương bằng máy combai khi đào lò than.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22164/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Đ.T.V (NASTIS)