Tóm tắt Luận án Tối ưu hóa các tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước trong khai thác than dưới các công trình cần bảo vệ trên mặt mỏ vùng Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT 
VŨ THÀNH LÂM 
TỐI ƯU HÓA CÁC THAM SỐ CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ 
BẰNG SỨC NƯỚC TRONG KHAI THÁC THAN DƯỚI 
CÁC CÔNG TRÌNH CẦN BẢO VỆ TRÊN MẶT MỎ 
VÙNG QUẢNG NINH 
Ngành: Khai thác mỏ 
 Mã số : 62.52.06.03 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2017
Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác hầm lò 
Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất 
Người hướng dẫn khoa học: 
 PGS. TS Trần Văn Thanh, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất 
Phản biện 1: GS.TSKH Lê Như Hùng 
 Hội Khoa học công nghệ mỏ 
Phản biện 2: TS Nguyễn Anh Tuấn 
 Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam 
Phản biện 3: TS Đỗ Anh Sơn 
 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất 
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp 
Trường, họp tại... 
vào hồi ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... năm 2017. 
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia Hà Nội, 
hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa Chất 
1 
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 
Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có 
xét triển vọng đến năm 2030, có khoảng 2,1 tỷ tấn trong tổng số 6,3 tỷ 
tấn trữ lượng, tài nguyên than hiện nay tại bể than Đông Bắc đang nằm 
phía dưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ bề mặt, đối tượng chứa 
nước, diện tích quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch rừng, quy hoạch vùng 
cấm, hạn chế khai thác khoáng sản... của tỉnh Quảng Ninh. Trong đó, 
khoảng 0,6 tỷ tấn nằm trong ranh giới các dự án mỏ đã được phê duyệt; 
khoảng 1,5 tỷ tấn hiện chưa được quy hoạch khai thác. 
Kinh nghiệm trên thế giới đã chỉ ra rằng, để khai thác tối đa phần trữ 
lượng, tài nguyên than nằm trong các trụ bảo vệ vừa hiệu quả kinh tế, 
đồng thời bảo vệ được các công trình, đối tượng trên bề mặt đất cần áp 
dụng công nghệ khai thác (CNKT) chèn lò. Tại Việt Nam, kết quả 
nghiên cứu trước đây đã tập trung đánh giá điều kiện địa chất - kỹ thuật 
mỏ, xác định trữ lượng cần chèn lò, đồng thời đề xuất một số sơ đồ 
CNKT chèn lò phù hợp với điều kiện các vỉa than vùng Quảng Ninh. 
Các nghiên cứu đã khẳng định tại những khu vực như vậy cần áp dụng 
công nghệ chèn lò bằng sức nước. 
Trong khai thác chèn lò bằng sức nước, các tham số công nghệ đóng 
vai trò rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi áp 
dụng. Việc tối ưu hóa các tham số CNKT như chiều dài theo phương, 
chiều dài theo dốc lò chợ, chiều cao khấu, v.v... đã được nghiên cứu khá 
đầy đủ trong các công trình nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, đối với 
các tham số công nghệ chèn lò như mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn 
hợp vật liệu chèn (VLC) với khả năng tách nước khỏi khối chèn, khả 
năng vận chuyển trong đường ống, độ co ngót, hiện chưa có công 
trình nào ở trong nước nghiên cứu chuyên sâu, cũng như xác định được 
các giá trị tối ưu. Do đó, luận án “Tối ưu hóa các tham số công nghệ 
chèn lò bằng sức nước trong khai thác than dưới các công trình cần 
bảo vệ trên mặt mỏ vùng Quảng Ninh” có tính cấp thiết giúp các mỏ 
xem xét huy động tối đa nguồn tài nguyên than, góp phần giảm tổn thất 
than, nâng cao hiệu quả các dự án đầu tư xây dựng mỏ hầm lò, đồng 
thời kéo dài tuổi thọ mỏ, đảm bảo không ảnh hưởng các công trình, đối 
tượng cần bảo vệ trên bề mặt, góp phần vào việc phát triển và làm chủ 
công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước của Tập đoàn Công nghiệp 
Than - Khoáng sản Việt Nam nói riêng, ngành than nói chung. 
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 
Nghiên cứu xác định và tối ưu hóa một số tham số công nghệ chính quyết 
định hiệu quả áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước tại các mỏ hầm lò vùng 
Quảng Ninh nhằm khai thác tối đa nguồn tài nguyên than, đồng thời đáp ứng 
2 
được các yêu cầu về giá trị dịch chuyển, biến dạng cho phép đối với các công 
trình, đối tượng cần bảo vệ trên bề mặt địa hình. 
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 
- Đối tượng nghiên cứu: Các vỉa than nằm trong trụ bảo vệ các công 
trình trên bề mặt tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh áp dụng CNKT chèn 
lò bằng sức nước với các tham số công nghệ chính liên quan. 
- Phạm vi nghiên cứu: Các tham số trong CNKT chèn lò bằng sức 
nước bao gồm (1) các tham số CNKT và (2) các tham số công nghệ 
chèn lò. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ luận án này chủ yếu tập 
trung nghiên cứu một số tham số công nghệ chèn lò quyết định đến hiệu 
quả áp dụng công nghệ như: mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợp 
VLC với khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng tách nước 
khỏi khối chèn, độ co ngót khối chèn và mối quan hệ giữa độ co ngót 
khối chèn với mức độ sụt lún, biến dạng bề mặt, cũng như tính toán xác 
định bước chèn lò hợp lý khi sử dụng VLC lựa chọn trong điều kiện lò 
chợ cụ thể. 
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
- Tổng quan kinh nghiệm áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước và 
đánh giá tổng hợp trữ lượng than cần chèn lò vùng Quảng Ninh. 
- Nghiên cứu lựa chọn một số tham số CNKT chèn lò bằng sức nước 
cần tối ưu hóa như khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng 
tách nước khỏi khối chèn và độ co ngót của khối chèn. 
- Nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức 
nước vùng Quảng Ninh như tỷ lệ phối trộn VLC đảm bảo khả năng vận 
chuyển bằng sức nước, độ co ngót yêu cầu của khối chèn, theo hệ số 
thấm, xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót với mức độ sụt lún, biến 
dạng bề mặt đất trên cơ sở bước chèn tối ưu... 
- Tối ưu hóa một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước cho điều 
kiện lò chợ VM-K8-7 mức -150/-110 khu Vũ Môn - mỏ than Mông Dương. 
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
- Phương pháp phân tích, đánh giá, tổng hợp. 
- Phối hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. 
- Sử dụng máy tính để tính toán và xác định các tham số công nghệ 
chèn lò. 
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN 
- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được phương pháp luận tối ưu hóa 
một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước phù hợp với điều kiện 
vùng Quảng Ninh. 
- Giá trị thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần xác 
định giá trị cụ thể của một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước 
3 
phù hợp với điều kiện vùng Quảng Ninh, giúp các nhà tư vấn thiết kế và 
quản lý lựa chọn được giải pháp công nghệ chèn lò bằng sức nước tối 
ưu nhất nhằm khai thác triệt để trữ lượng than nằm trong các trụ bảo vệ, 
phát huy hết hiệu quả vốn đầu tư mở vỉa chuẩn bị và khai thác, nâng cao 
hiệu quả sản xuất kinh doanh, đồng thời bảo vệ được các đối tượng, 
công trình cần bảo vệ bề mặt. 
7. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 
7.1. Xác định thành phần VLC (bao gồm cỡ hạt, loại vật liệu và khối 
lượng) hợp lý áp dụng cho công nghệ chèn lò bằng sức nước khi khai 
thác các vỉa than nằm dưới các công trình cần bảo vệ trên mặt trong 
điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 
7.2. Xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợp VLC với khả 
năng tách nước khỏi khối chèn, độ co ngót của khối chèn và khả năng 
vận chuyển trong đường ống. 
7.3. Xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức 
độ sụt lún, biến dạng bề mặt địa hình trên cơ sở bước chèn lò tối ưu. 
8. NHỮNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ 
8.1. Khả năng vận chuyển trong đường ống của VLC phụ thuộc chủ 
yếu vào thành phần, cỡ hạt, khối lượng VLC. 
8.2. Khả năng tách nước và độ co ngót của khối chèn phụ thuộc chủ 
yếu vào tỷ lệ phối trộn hỗn hợp VLC. 
8.3. Mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức độ sụt lún, 
biến dạng bề mặt địa hình tuân theo một hàm số tuyến tính bậc nhất. 
9. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN 
Luận án được cấu trúc gồm: phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận kiến 
nghị và phụ lục. Nội dung của luận án được trình bày trong 115 trang đánh 
máy khổ A4 với 22 bảng biểu, 49 hình vẽ và 50 tài liệu tham khảo. 
10. CÁC ẤN PHẨM ĐÃ CÔNG BỐ 
Theo hướng nghiên cứu của luận án đã công bố 6 công trình đăng 
trong các tạp chí chuyên ngành mỏ, hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ trong 
và ngoài nước. 
CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG THAN CẦN 
KHAI THÁC CHÈN LÒ TẠI VÙNG QUẢNG NINH, TỔNG 
QUAN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ 
BẰNG SỨC NƯỚC 
1.1. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng công nghệ chèn lò bằng sức nước 
1.1.1. Khái quát chung về công nghệ chèn lò bằng sức nước 
Chèn lò là việc điền lấp khoảng không gian đã khai thác bằng các 
loại vật liệu như cát, tro, xỉ, đất đá thải... Công nghệ chèn lò được áp 
4 
dụng với nhiều mục tiêu như: khai thác than dưới các công trình, đối 
tượng cần bảo vệ bề mặt; điều khiển áp lực mỏ; giảm tổn thất tài 
nguyên; ngăn ngừa nguy cơ cháy nội sinh, nổ khí và bụi mỏ, bục nước; 
giảm khối lượng đất đá thải đưa lên mặt đất, v.v... 
Các công nghệ chèn lò khá đa dạng, được phân chia theo nhiều tiêu 
chí, ví dụ: (1) theo mức độ lấp đầy khoảng không gian đã khai thác, 
được chia thành chèn lò toàn phần và chèn lò từng phần; (2) theo đặc 
điểm VLC, được chia thành công nghệ chèn khô và chèn ướt; (3) theo 
phương pháp vận tải và thi công khối chèn, được chia thành chèn lò tự 
chảy, cơ khí, sức nước và khí nén. Trong đó, phân loại chèn lò theo tiêu 
chí (3) được áp dụng phổ biến nhất. 
Công nghệ chèn lò bằng sức nước có ưu điểm là khối chèn có độ 
chặt cao, công suất chèn lớn, phù hợp với mọi điều kiện vỉa than, VLC 
có thể được vận chuyển bằng đường ống từ mặt bằng vào khu vực chèn 
lấp với khoảng cách xa, khối chèn có khả năng cách ly ổn định khoảng 
không đã chèn với sự thâm nhập của không khí. Nhờ những ưu điểm 
này, công nghệ chèn lò bằng sức nước được áp dụng phổ biến nhất 
trong khai thác than dưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ trên bề 
mặt đất tại các nước như Nga, Ba Lan, Anh, Trung Quốc, đóng góp 
đáng kể cho tổng sản lượng than khai thác. 
Bên cạnh các ưu điểm, nhược điểm của chèn lò bằng sức nước là yêu 
cầu về VLC cao, đặc biệt là tỷ lệ, thành phần, cỡ hạt; tính toán để vận 
chuyển và thi công khối chèn bằng sức nước khá phức tạp; việc đưa vào 
mỏ một lượng nước lớn gây áp lực cho hệ thống thoát nước mỏ và 
khiến điều kiện khu vực khai thác xấu đi. Với những nhược điểm nói 
trên, việc nghiên cứu lựa chọn các tham số công nghệ hợp lý khi áp 
dụng trong từng trường hợp cụ thể là hết sức cần thiết. 
1.1.2. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nước 
CNKT chèn lò bằng sức nước được áp dụng đầu tiên trên thế giới 
vào những năm 80 của thế kỷ 19 tại Mỹ, tại Ba Lan (1893), và tại Đức 
(1894). Tại Liên Xô (cũ), những thử nghiệm đầu tiên tại Kuzbass năm 
1935, sau đó triển khai với quy mô công nghiệp từ năm 1947 (mỏ 
Koksovoi-1, bể than Kuzbass). Ngày nay, chèn lò bằng sức nước được 
áp dụng phổ biến tại nhiều nước như Nga, Pháp, Đức, Ấn Độ và Trung 
Quốc giúp khai thác tối đa tài nguyên mang lại hiệu quả kinh tế cao, 
đồng thời bảo vệ được các công trình trình bề mặt. Các sơ đồ CNKT 
chèn lò bằng sức nước được áp dụng rất đa dạng, có thể phù hợp với 
mọi điều kiện chiều dày và góc dốc của vỉa than. Đối với điều kiện vỉa 
dốc thoải đến nghiêng người ta thường áp dụng sơ đồ CNKT chia lớp 
nghiêng, khấu than bằng máy combai, chống giữ gương bằng dàn chống 
5 
tự hành trong trường hợp vỉa dày hoặc sơ đồ CNKT khấu hết chiều dày 
vỉa đối với điều kiện vỉa dày trung bình. Đối với điều kiện vỉa dốc, có 
thể áp dụng phổ biến các sơ đồ CNKT gồm: sơ đồ CNKT cột dài theo 
độ dốc, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp chèn lò theo hướng từ 
dưới lên; sơ đồ CNKT cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng 
với chèn lò từ dưới lên; sơ đồ CNKT chia lớp ngang nghiêng, chèn lò 
theo thứ tự từ dưới lên... 
Trong CNKT chèn lò bằng sức nước, có thể sử dụng các loại vật liệu 
để chèn lấp khoảng không gian đã khai thác như: đá thải từ các gương 
đào lò, đuôi quặng tại các xưởng tuyển, tro xỉ thải nhà máy nhiệt điện, 
v.v Thực tế cho thấy, VLC đóng vai trò quan trọng quyết định mức 
độ sụt lún, biến dạng bề mặt, cũng như hiệu quả của công nghệ, do đó, 
các mỏ hầm lò trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn và áp 
dụng khá đa dạng các loại VLC cũng như giải pháp công nghệ chèn lò, 
phù hợp với điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ cụ thể. Để áp dụng các kinh 
nghiệm nước ngoài vào trường hợp vùng Quảng Ninh, cần có các 
nghiên cứu đánh giá và lựa chọn phù hợp. 
1.2. Đánh giá tổng hợp trữ lượng than cần áp dụng CNKT chèn lò 
tại vùng Quảng Ninh 
Luận án đã tiến hành khảo sát và xác định các đối tượng công trình 
cần bảo vệ trên bề mặt vùng Quảng Ninh. Kết quả cho thấy, các nhóm 
đối tượng cần bảo vệ trên mặt gồm 3 nhóm đối tượng chính: (1) nhóm 
đối tượng công trình công nghiệp (đường điện, đường giao thông, mặt 
bằng sân công nghiệp, moong lộ thiên, v.v); (2) nhóm đối tượng dân cư; 
(3) nhóm đối tượng chứa nước. Phần trữ lượng than cần khai thác chèn 
lò dưới các công trình bề mặt nêu trên nằm phân bố rải rác tại hầu hết 
vùng Quảng Ninh bao gồm: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hòn Gai, 
Hà Lầm, Núi Béo, Quang Hanh, Mông Dương và Khe Chàm. 
1.2.1. Phương pháp đánh giá 
Trên cơ sở các tài liệu thu thập, luận án đã xác định và khoanh vùng 
các khu vực vỉa than nằm dưới các đối tượng cần bảo vệ bề mặt tại các 
mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Núi Béo, Mông Dương và Khe 
Chàm dựa trên “Quy tắc bảo vệ các công trình và đối tượng tự nhiên 
tránh ảnh hưởng có hại do khai thác mỏ than hầm lò” của Viện VNIMI 
(LB Nga, 1998). Theo đó, (1) Các đối tượng có mức độ yêu cầu bảo vệ 
bề mặt tương đương nhau được xếp vào cùng một nhóm; (2) Các đối 
tượng tập trung với mật độ lớn trong một phạm vi không gian mà trụ 
bảo vệ, xác định cho mỗi đối tượng, giao thoa nhau hoặc khoảng cách 
giữa chúng quá nhỏ và không hiệu quả để mở một diện khai thác, sẽ 
6 
được khoanh vùng thành một nhóm đối tượng và tính trụ bảo vệ chung 
cho cả nhóm; (3) Các đối tượng phân bố thưa thớt trên bề mặt mỏ hoặc 
có thể di dời được xem xét loại bỏ khỏi phạm vi khoanh vùng đối tượng 
cần bảo vệ. Sau đó, tính toán xác định ranh giới trụ bảo vệ và chiều sâu 
khai thác an toàn cho từng nhóm đối tượng. Trữ lượng nằm trong các 
trụ bảo vệ được đánh giá chi tiết theo phương pháp của viện VNIMI 
gồm các chỉ tiêu địa chất mỏ của khoáng sàng như: chiều dày, góc dốc, 
độ ổn chiều dày, góc dốc v.v 
1.2.2. Kết quả đánh giá 
Kết quả đánh giá cho thấy, hầu hết các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 
phải để lại một phần lớn trữ lượng trong các trụ bảo vệ các công trình 
bề mặt địa hình và không khai thác (khoảng 4  41% tổng trữ lượng địa 
chất huy động). Trong đó, tập trung nhiều nhất là mỏ Núi Béo với 41% 
trữ lượng phải để lại làm trụ bảo vệ, tiếp theo là mỏ Hà Lầm (khoảng 
38%) và mỏ Mạo Khê (khoảng 19%) (xem hình 1.1). 
Hình 1.1. Trữ lượng than cần khai thác chèn lò và trữ lượng địa 
chất toàn mỏ tại một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 
Phần lớn trữ lượng dưới đối tượng công trình công nghiệp (Nhóm 1) 
có yêu cầu khắt khe về mức độ biến dạng bề mặt như đường điện, 
đường quốc lộ, sân công nghiệp mỏ, moong khai thác lộ thiên với 64,7 
triệu tấn (tương đương 49% trữ lượng chèn lò). Trong đó, tập trung chủ 
yếu tại mỏ Núi Béo (28,5 triệu tấn, tương đương 21,6%), Mạo Khê 
(19,8 triệu tấn, tương đương 15%) và Hà Lầm (16,3 triệu tấn, tương 
đương 12,4%). Trữ lượng than nằm dưới các khu vực ... i) với mặt chuẩn là mức cao của điểm 2. Sau khi tính toán được vận 
tốc v2, thay vào công thức (3.3) ta có phương trình: 
 𝐻 =
𝑄ℎℎ
2
2𝑔(900𝜋𝐷2)2
[𝜀 +
𝛴𝐿
(2𝑙𝑔
𝐷
2∆
+1,74)2𝐷
] (3.4) 
Giải phương trình nói trên nhận được giá trị đường kính ống tối ưu. 
3.4. Xác lập mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn với mức độ 
sụt lún, biến dạng bề mặt bằng phương pháp mô hình số hóa 
3.4.1. Xây dựng mô hình số mô phỏng lò chợ khai thác chèn lò 
- Lựa chọn các thông số đầu vào: Chiều dày vỉa than mô phỏng: 3m, 
Độ sâu khai thác của mô hình: 200m. 
- Các thông số đất đá mô phỏng: tương tự với đặc điểm địa tầng đặc 
trưng vùng Quảng Ninh, gồm (1) Các lớp sét kết, bột kết, cát kết và 
cuội kết xen kẽ với chiều dày mỗi lớp trung bình 10m; (2) Vỉa than. 
- Đặc điểm mô hình: dạng 2D, kích thước 500x200m (chiều dài x 
chiều sâu). Vật liệu biến dạng dẻo (Strain - Softening) mô phỏng vỉa 
than; Vật liệu đàn hồi dẻo (Mohr - Coulomb) thể hiện đất đá vách và trụ 
vỉa. Vật liệu đàn hồi (Double - yield) thể hiện VLC. 
3.4.2. Khai thác lò chợ chèn lò trên mô hình số 
- Trình tự khai thác mô hình: khai thác với bước chèn 4m (cứ mỗi 
bước khai thác 4m sẽ tiến hành chèn lò 4m) (xem hình 3.3). 
19 
Hình 3.3. Mô phỏng khai thác chèn lò trên mô hình số 
3.4.3. Kết quả khai thác lò chợ chèn lò trên mô hình số 
Bảng 3.3. Kết quả chạy mô hình với các loại VLC khác nhau 
T
T 
Độ co ngót 
VLC (%) 
Độ sụt 
lún 
(mm) 
Dịch 
chuyển 
ngang 
(mm) 
Biến 
dạng 
ngang 
(mm/m) 
Độ 
nghiêng 
(mm/m) 
Độ cong 
(mm/m2) 
1 20 315 102 1,7 3,3 0,055 
2 15 235 76 1,3 2,4 0,041 
3 10 170 55 0,9 1,8 0,030 
4 5 96 31 0,5 1,0 0,017 
Kết quả nghiên cứu về mối quan hệ giữa độ co ngót VLC và mức độ 
sụt lún bề mặt của luận án khá tương đồng với kết quả tính toán lý 
thuyết được xây dựng bởi Viện VNIMI và các số liệu thu được từ quan 
trắc, theo dõi thực tế khai thác lò chợ chèn lò của Trung Quốc 
CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ CÔNG NGHỆ 
CHÈN LÒ BẰNG SỨC NƯỚC CHO ĐIỀU KIỆN LÒ CHỢ VM-K8-7 
MỨC -150/-110 KHU VŨ MÔN - MỎ THAN MÔNG DƯƠNG 
4.1. Lựa chọn khu vực áp dụng thử nghiệm 
Luận án đã lựa chọn lò chợ VM-K8-7 mức -150 ÷ -110 thuộc vỉa K8 
khu Vũ Môn - mỏ Mông Dương để xây dựng các tham số về công nghệ 
chèn lò bằng sức nước. Khai trường khu vực nằm trong giới hạn sau: 
phía Bắc là mức -150 vỉa K8, phía Nam là mức -110 vỉa K8 khu Vũ 
Môn, phía Đông là giới hạn trụ bảo vệ suối Khe Chàm cũng như trụ bảo 
5,0
Moâ taû sô löôïc caùc lôùp
ñaát ñaù vaø than
Chieàu daøy
(m)
TT Teân ñaù Coät ñòa taàng
Lôùp ñaù traàm tích, bò
phong hoùa, bôû rôøi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Ñaát phuû
Boät keát
Caùt keát
Boät keát
Seùt keát
Boät keát
Saïn keát
Caùt keát
Boät keát
Seùt keát
Væa than
Seùt keát
Boät keát
15
10
10
10
10
10
10
10
10
3
5
10
Maøu xaùm saãm,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm saùng,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm saãm,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm toái, tôi vuïn
Maøu xaùm saãm,
gaén keát chaéc
Maøu traéng saùng,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm saùng,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm saãm,
gaén keát chaéc
Maøu xaùm toái, tôi vuïn
Than maøu ñen, aùnh môø
Maøu xaùm toái, tôi vuïn
Maøu xaùm saãm,
gaén keát chaéc
20 
vệ đường ô tô, đường sắt đi Cao Sơn song song với suối, phía Tây là lò 
xuyên vỉa G9-K8-VM mức -97,5. 
- Đặc điểm vỉa than khai thác: Mv trung bình 2,7 m, v = 30º. Vách 
trực tiếp là bột kết với m = 2,1  6,8 m. Vách CB là cát kết, đôi khi là 
cuội kết và bột kết, m = 10,3 ÷ 29,4 m. Trụ trực tiếp là bột kết dày từ 
6,1 ÷ 7,1m. Lp = 143m, Ld = 78m, Qđchđ = 47.300 tấn. 
4.2. Các giải pháp kỹ thuật công nghệ 
4.2.1. Công nghệ khai thác 
- Khu vực được chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa vận tải mức -150, dọc 
vỉa thông gió mức -100 và thượng khởi điểm mức -150 ÷ -100. 
- Luận án lựa chọn vật liệu chống giữ lò chợ là giá thủy lực di động 
XDY, chiều dài lò chợ 78 m, chiều cao khai thác: 2,2 m. 
4.2.2. Công nghệ chèn lò 
VLC là nguồn tro đáy và tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Mông 
Dương được vận chuyển bằng ô tô đến tập kết tại các bãi chứa tại mặt 
bằng cửa lò ngầm +60 ÷ +30. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chèn lò tại 
lò chợ VM-K8-7 xem hình 4.1. 
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý chèn lò tại lò chợ VM-K8-7 
4.3. Tính toán xác định một số tham số của công nghệ chèn lò bằng 
sức nước tại lò chợ VM-K8-7 mức -150/-110 
4.3.1. Xác định bước chèn lò: 
- Phương pháp tối ưu: sử dụng mô hình số FLAC 2D. 
21 
- Xây dựng mô hình số: 
xtối ưu = 4 (m) 
với F (4) = 88 mm 
4.3.2. Xác định công suất yêu cầu của hệ thống chèn lò 
Khối 
lượng 
chèn lò 
trong một 
chu kỳ 
Khối lượng 
chèn lò 
trong 1 
ngày đêm 
Năng suất 
yêu cầu 
của hệ 
thống 
Tiêu hao VLC 
cho 1 m3 hỗn 
hợp 
Lưu 
lượng 
nước 
vận 
chuyển 
VLC 
588 m3 417 m3 42 (m3/h) 
335,7 kg (N) : 
631,9 kg (TB) : 
652,4 kg (TĐ) 
≥ 14 m3/ 
h. 
4.3.3. Xác định các tham số của hệ thống vận chuyển vật liệu chèn 
Đường kính ống 
dẫn 
Tốc độ của dòng 
chảy qua đường 
ống 
Tốc độ tới hạn của 
các hạt lớn trong 
dung môi 
150 mm 4,2 m/s 2,8 m/s 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Ñaát phuû
Boät keát
Caùt keát
Boät keát
V.II (11) 
Caùt keát
Boät keát
V.Ha(10a) 
Boät keát
Seùt keát
Boät keát
V.H(10) 
Seùt keát
Caùt keát
Saïn keát
Boät keát
V.G(9) 
Seùt keát
Boät keát
Caùt keát
Boät keát
V.K(8) 
Boät keát
Caùt keát 20,4
6,8
2,7
6,7
20,3
11,8
2,1
5,0
4,5
14,7
11,6
6,8
1,9
8,2
3,2
3,0
0,85
7,9
21,4
5,3
4,8
12,5
6,1
6,0
Moâ taû sô löôïc caùc lôùp ñaát
ñaù vaø than
Chieàu daøy
trung bình (m)
TT Teân ñaù Coät ñòa taàng
Maøu traéng saùng, gaén keát chaéc, maãu cuïc thoûi
Maøu xaùm toái, maãu vuïn
Than maøu ñen, aùnh môø, maãu cuïc vuïn
Maøu xaùm saùng, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saùng, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Than maøu ñen, aùnh môø, maãu cuïc vuïn
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saùng, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm toái, maãu vuïn
Than maøu ñen, aùnh môø, maãu cuïc vuïn
Maøu xaùm toái, maãu vuïn
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Than maøu ñen, aùnh môø, maãu cuïc vuïn
Than maøu ñen, aùnh môø, maãu cuïc vuïn
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saãm, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saùng, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Maøu xaùm saùng, gaén keát chaéc, maãu thoûi cuïc
Lôùp ñaù traàm tích, bò phong hoùa, bôû rôøi
-85
-96
-120
-140
-175
-200
-150
-100
-50
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Đ
ộ
 s
ụ
t 
lú
n
, 
m
m
Theo phương, m
Bước chèn 2m Bước chèn 4m Bước chèn 6m
Bước chèn 8m Bước chèn 12m
22 
4.4. Đánh giá hiệu quả của công nghệ chèn lò bằng sức nước 
4.4.1. Tính toán dự báo mức độ biến dạng bề mặt địa hình và kiểm tra 
khả năng đáp ứng yêu cầu bảo vệ công trình trên mặt 
Các thông số dịch chuyển và biến dạng bề mặt khi khai thác chèn lò: 
độ lún cực đại m = 312 mm, độ nghiêng lớn nhất Iz = 6,0 mm/m, độ 
biến dạng ngang cực đại z = 3,2 mm/m (giảm 80% mức độ sụt lún so 
với phương pháp phá hỏa) và đều nằm trong giới hạn cho phép đối với 
công trình trên bề mặt là đường điện cao thế 220 kV. Như vậy, công 
nghệ chèn lò bằng sức nước đáp ứng yêu cầu bảo vệ bề mặt. 
4.4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế giải pháp CNKT chèn lò bằng sức nước 
Giá thành tiêu thụ 1 tấn than khai thác tại Công ty than Mông Dương 
bằng chèn lò là 1.612.278 đồng/tấn, cao hơn 67.652 đồng/tấn so với giá 
bán bình quân trong nước năm 2016 là 1.544.626 đồng/tấn. Tuy nhiên, 
khi áp dụng thành công tại lò chợ VM-K8-7, công nghệ chèn lò sẽ được 
mở rộng để khai thác 22,36 triệu tấn trong các trụ bảo vệ tại mỏ Mông 
Dương. Như vậy, tuổi thọ mỏ tăng (từ 23-32 năm), giá thành sản xuất sẽ 
giảm nhờ tận dụng được các công trình, thiết bị, v.v hiện có, từ đó giảm 
được suất đầu tư, nâng cao hiệu quả của dự án đầu tư khai thác mỏ. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
I. KẾT LUẬN 
1. Tổng quan kinh nghiệm áp dụng chèn lò trên thế giới cho thấy, 
công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước đã và đang áp dụng tương 
đối phổ biến và hiệu quả để khai thác trữ lượng than nằm dưới các đối 
tượng, công trình cần bảo vệ bề mặt, đặc biệt là trong các trường hợp có 
yêu cầu mức độ bảo vệ khắt khe. Theo kết quả đánh giá tại một số mỏ 
hầm lò đặc trưng vùng Quảng Ninh, khoảng 82% trong tổng số 132,1 
triệu tấn trữ lượng than cần chèn lò nằm dưới các công trình quan trọng 
như đường điện quốc gia, đường quốc lộ, sân công nghiệp mỏ, moong 
khai thác lộ thiên và khu dân cư. Để khai thác triệt để phần trữ lượng 
nằm trong các trụ bảo vệ vùng Quảng Ninh nói trên, công nghệ khai 
thác chèn lò bằng sức nước là giải pháp tối ưu. 
23 
2. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về chèn lò bằng sức nước trong 
và ngoài nước, luận án đã xác định một số tham số công nghệ chèn lò 
bằng sức nước chính để nghiên cứu tối ưu, để đảm bảo các yêu cầu về: 
khả năng vận chuyển trong đường ống, khả năng tách nước khỏi khối 
chèn và độ co ngót của khối chèn. Theo đó, các yếu tố ảnh hưởng đến 
các tham số công nghệ chèn lò lựa chọn chủ yếu liên quan đến đặc điểm 
thành phần, cỡ hạt, khối lượng vật liệu chèn, cụ thể: (1) Khả năng vận 
chuyển của hỗn hợp vật liệu chèn phụ thuộc vào tỷ trọng, kích thước cỡ 
hạt, tỷ lệ phối trộn, (2) Khả năng tách nước của khối chèn quyết định 
bởi hệ số thấm vật liệu chèn; (3) Độ co ngót của khối chèn ảnh hưởng 
bởi thành phần thạch học, hệ số kiên cố, tỷ lệ thành phần cỡ hạt. 
3. Luận án đã xây dựng các phương pháp nghiên cứu tối ưu hóa cho 
một số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước phù hợp với điều kiện 
các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh bao gồm nghiên cứu lý thuyết, phân 
tích mẫu trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm 
và trên mô hình số. Quá trình nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số 
chính trong công nghệ chèn lò bằng sức nước cho phép rút ra một số kết 
luận sau: tỷ lệ tro bay trong hỗn hợp (tro bay, tro đáy) tỷ lệ thuận với khả 
năng vận chuyển vật liệu chèn bằng sức nước trong đường ống, tỷ lệ 
nghịch với độ co ngót của khối chèn và hệ số thấm của vật liệu chèn. 
Thông qua kết quả nghiên cứu tính toán các giá trị dịch chuyển biến 
dạng bề mặt khi khai thác lò chợ chèn lò trên mô hình số FLAC 2D, 
luận án đã xác định được mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn 
với mức độ sụt lún, biến dạng bề mặt vùng Quảng Ninh, tuân theo hàm 
số tuyến tính Y = 14,44x(25-2b) + 23,5 (với bước chèn tối ưu 4m). Kết 
quả nghiên cứu của luận án tương đồng với các kết quả nghiên cứu lý 
thuyết của Viện VNIMI và các số liệu quan trắc, theo dõi thực tế khai 
thác lò chợ chèn lò của Trung Quốc. 
4. Dựa trên các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số công 
nghệ chèn lò bằng sức nước, luận án đã tiến hành tính toán và thiết kế 
áp dụng công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước cho điều kiện lò 
chợ VM-K8-7 mức -150 ÷ -110 thuộc vỉa K8 khu Vũ Môn - mỏ than 
Mông Dương. Qua tính toán thiết kế cho thấy, việc áp dụng công nghệ 
khai thác chèn lò bằng sức nước trong điều kiện mỏ than Mông Dương 
24 
là khả thi về mặt kỹ thuật, hiệu quả về mặt kinh tế, giúp cho mỏ huy 
động khai thác được tối đa phần trữ lượng than trong trụ bảo vệ đồng 
thời đảm bảo an toàn các công trình trên bề mặt địa hình. 
II. KIẾN NGHỊ 
Trong giới hạn phạm vi nghiên cứu, luận án tập trung nghiên cứu 
một số tham số chính của hỗn hợp vật liệu chèn gồm nước, tro đáy và 
tro bay mà chưa thể đề cập xem xét đánh giá được hết các tham số khác 
ảnh hưởng đến công nghệ chèn lò bằng sức nước. Để hoàn thiện hơn 
nữa các kết quả nghiên cứu, tác giả đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu một 
số vấn đề sau: 
- Cần tiếp tục nghiên cứu khả năng sử dụng và tỷ lệ phụ gia đông kết 
trong khối vật liệu chèn để có thể không phải thiết kế thêm hệ thống thu 
nước và dùng máy bơm nước, cũng như khả năng vận chuyển hỗn hợp 
vật liệu chèn có phụ gia đông kết trong đường ống. 
 - Kết quả nghiên cứu về tỷ lệ hỗn hợp vật liệu chèn tối ưu đáp ứng 
khả năng vận chuyển trong đường ống được xây dựng trên cơ sở thí 
nghiệm trên mô hình thực nghiệm mô phỏng điều kiện thực tế theo tỷ lệ 
gần sát với thực tế nhất, sao cho các kết quả mang tính định lượng của 
nghiên cứu thực nghiệm thể hiện đúng bản chất, quy luật nhất. Đề nghị 
tiếp tục nghiên cứu triển khai việc vận chuyển tỷ lệ hỗn hợp vật liệu 
chèn nói trên trong đường ống thực tế, qua đó kiểm chứng và hoàn thiện 
các kết quả nêu ra trong luận án. 
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của luận án, đề nghị Tập đoàn Công 
nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam cho phép triển khai nghiên cứu và 
áp dụng thử nghiệm công nghệ khai thác chèn lò bằng sức nước cho các 
khu vực vỉa than nằm dưới các đối tượng, công trình cần bảo vệ bề mặt 
tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nhằm đảm bảo huy động tối đa 
nguồn tài nguyên than vào khai thác, kéo dài tuổi thọ mỏ, giảm chi phí 
suất đầu tư cơ bản và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh cho doanh 
nghiệp./. 
ệu chèn hợp lý trong công nghệ khai 25. 
 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 
11. Vũ Thành Lâm, Đào Hồng Quảng, Phạm Trung Nguyên 
(2014), “Nghiên cứu lựa chọn VLC hợp lý trong CNKT điều 
khiển vách bằng chèn lò bằng sức nước cho điều kiện các vỉa than 
khu Cánh Nam - Công ty than Mạo Khê”, Tuyển tập báo cáo Hội 
nghị Khoa học Kỹ thuật Mỏ toàn quốc lần thứ XXIV, tr. 269 - 
276. 
2. Vũ Thành Lâm, Nguyễn Anh Tuấn, Đào Hồng Quảng, 
Dương Đức Hải (2014), “Study on the proper backfill materials in 
coal mining using backfill technology at Canh Nam area of Mao 
Khe coal mine”, International Conference on Advances in Mining 
and Tunnelling (ICAMT 2014), tr. 120 - 127. 
3. Vũ Thành Lâm, Lê Đức Nguyên, Lê Văn Hậu (2016), 
“Nghiên cứu trên mô hình số xác định mức độ chèn lấp khoảng 
trống đã khai thác trong CNKT chèn lò”, Tạp chí Công nghiệp 
mỏ, (5), tr. 80 - 84. 
4. Vũ Thành Lâm, Lê Đức Nguyên, Phạm Trung Nguyên, 
Dương Đức Hải (2016), “Nghiên cứu lựa chọn tro, xỉ nhà máy 
nhiệt điện, đá thải và bã sàng làm vật liệu chèn lò trong các mỏ 
than hầm lò thuộc TKV”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học 
Kỹ thuật Mỏ toàn quốc lần thứ XXV, tr. 195 - 200. 
5. Vũ Thành Lâm, Trần Văn Thanh, Đào Hồng Quảng, Lê Đức 
Nguyên, Dương Đức Hải (2016), “Study on the use of back-filling 
materials from coal-fired power plant for preventing ground 
subsidence at the Quangninh coal basin”, International 
Conferences on earth sciences and sustainable geo-resources 
development (the ESASGD 2016). 
6. Vũ Thành Lâm (2016), “Nghiên cứu đánh giá khả năng sử 
dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện trong CNKT chèn lò bằng sức 
nước tại các mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh”, (11+12), Tạp chí 
Than - Khoáng sản Việt Nam.