Các giải pháp công nghệ khai thác các mỏ lộ thiên có điều kiện phức tạp

c lớp đất đá trong diện 
tích làm việc của thiết bị được xác định [3]:
 , kG/cm2 (8)
Trong đó: Pa- áp lực tính toán của thiết bị lên 
nền, kG/cm2; Pđ- khả năng chịu tải của nền, kG/
cm2; Kdt- hệ số dự trữ, Kdt = 1,2.
1. Lựa chọn ô tô: Ưu tiên chọn loại ô tô có 
Paô £ Pgh nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng đến hệ 
thống đường vận tải. Tuy nhiên, với các mỏ có sản 
lượng lớn cần sử dụng loại ô tô có tải trọng lớn, 
do vậy quá trình khai thác cần phải gia cố đường 
vận tải trên nền đất yếu. Đối với mỗi loại đất sẽ xác 
định được sức chịu tải (Pgh), khi đó cho phép lựa 
chọn loại ô tô phù hợp với nền đất yếu.
2. Lựa chọn máy xúc: Khi lựa chọn máy xúc 
hợp lý cho các mỏ lộ thiên có điều kiện tự nhiên 
phức tạp ngoài việc dựa vào các yếu tố: Lực tác 
dụng lên gàu đủ lớn để đảm bảo xúc được đất 
đá, quặng phù hợp với các thông số của HTKT,... 
còn phải đảm bảo lực tác động nên nền phải nhỏ 
hơn hoặc bằng với khả năng chịu tải của nền đất 
yếu [3].
- Khả năng chịu tải đối với các tầng đất yếu và 
điều kiện ĐCTV phức tạp dưới tác động của máy 
xúc:
, kG/cm2 (9)
Trong đó: H- chiều cao xích, m; B- chiều rộng 
bản xích, m; Pax- Áp lực của máy xúc tác động lên 
mặt đất được xác định; kG/cm2; L- khoảng cách 
giữa 2 tâm của bánh xích trước và sau, m; A1, D1- 
hệ số không thứ nguyên; γ1- là trọng lượng thể tích 
của đất nền của trụ đỡ, t/m3; C- lực dính kết của 
tầng đất yếu, kG/cm2.
Điều kiện (9) được áp dụng để đánh giá khả 
năng chịu tải của nền đất yếu so với áp lực của 
máy xúc. 
- Lựa chọn dung tích gàu xúc: Khi áp dụng 
CNKT với góc nghiêng bờ công tác lớn, kết cấu 
bờ công tác gồm một hoặc một số nhóm tầng và 
trên mỗi nhóm tầng có thể bố trí các máy xúc làm 
việc theo một số sơ đồ khấu đuổi theo 1 hướng, 
dung tích gàu xúc được xác định theo điều kiện 
sau [3]: 
 , (10)
Trong đó: Vn- khối lượng đất bóc m
3/n; Ktg- hệ 
số sử dụng thời gian ca của máy xúc; Kxđ- hệ số 
xúc đầy gàu; Nca- Số ca làm việc trong năm; Tca- 
thời gian làm việc trong ca, giờ; Kcn- hệ số ảnh 
hưởng công nghệ trong quá trình xúc, Tx- thời 
gian chu kỳ xúc, phút; Lti, LKi- tương ứng là chiều 
dài tuyến công tác và chiều dài bloc máy xúc của 
nhóm thứ i, m; Kr- hệ số nở rời đất đá.
3. Quan hệ giữa thiết bị xúc bốc – vận tải: ĐBTB 
tối ưu phải đảm bảo quá trình vận hành tổ hợp đạt 
hiệu quả, xác định theo biểu thức [3]:
 , m3 (11)
Trong đó: q0- tải trọng ô tô, tấn, L- cung độ vận 
tải, km; V- dung tích thùng ô tô, m3; tdx- thời gian 
dừng của máy xúc do sự trao đổi các ô tô nhận tải 
ở gương, phút; tdt, tm- tương ứng là thời gian dỡ tải 
và ma nơ của ô tô, phút.
Mức độ hợp lý của các tổ hợp xúc bốc – vận 
tải được đánh giá thông qua cường độ làm việc 
của máy xúc và cường độ làm việc của các ô tô. 
Cường độ làm việc của các thiết bị được xác định 
trên cơ sở thời gian các máy xúc chất đầy lên các 
ô tô và thời gian chu kỳ của ô tô, thông qua hệ số 
[3]:
 , (12)
 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
25
Trong đó: Khl- hệ số đánh giá cường độ làm 
việc của tổ hợp máy xúc - ô tô; Nx, No- số máy xúc, 
ô tô cần thiết, chiếc, T0- thời gian chu kỳ ô tô, phút, 
txđ- thời gian xúc đầy ô tô, phút.
Khi Khl = 1 thì ĐBTB là tối ưu; khi Khl > 1 Trường 
hợp này số ô tô trong tổ hợp nhiều hơn yêu cầu, 
hoặc dung tích gàu xúc nhỏ không tương ứng với 
tải trọng ô tô và cung độ vận tải; khi Khl < 1 trường 
hợp này máy xúc có dung tích gàu lớn hơn cần 
thiết so với tải trọng của ô tô hoặc số ô tô trong tổ 
hợp ít hơn yêu cầu.
Từ các kết quả phân tích trên cho thấy dung 
tích gàu xúc hợp lý phải thỏa mãn đồng thời các 
điều kiện (10), (11), (12): 
3.2.2. Công nghệ KNM đáp ứng yêu cầu khai 
thác chọn lọc quặng
Để giảm tổn thất và làm nghèo đối với các mỏ 
quặng sắt, đồng có thể áp dụng một số phương 
pháp nổ mìn sau:
1. Phương pháp KNM tách các lớp quặng và 
đá phân bố trên cùng khu vực tầng: Đối với thân 
quặng có góc cắm dốc nghiêng và dốc đứng, khi 
quặng và đá phân bố trên cùng tầng có thể sử 
dụng biện pháp nổ mìn theo lớp nghiêng với góc 
tiếp xúc đến 65¸900 để tách lớp đất đá và quặng 
phân bố trên cùng một tầng. Sử dụng các lỗ khoan 
có d <165 mm và song song với hướng cắm của 
thân quặng.
2. Phương pháp nổ mìn giữ nguyên ranh giới 
tự nhiên của thân quặng: Áp dụng phương pháp 
nạp lượng TN có đặc tính tác dụng nổ vừa phải 
để tránh làm văng xa, làm xáo trộn các ranh giới 
tiếp xúc giữa đá và quặng; nổ nhiều hàng để giảm 
sự dịch chuyển ranh giới tự nhiên giữa đá và 
quặng; nổ mìn trong môi trường nén; nổ mìn phân 
đoạn cột thuốc,... Mối quan hệ giữa hệ số nở rời 
kr, lượng thuốc nổ Q và khoảng cách giữa các lỗ 
khoan (a) được xác định [4]:
 (13)
Khi nổ mìn trong môi trường nén ép, chiều rộng 
cần thiết của tường chắn được xác định theo biểu 
thức:
 (14)
Trong đó: Kx- hệ số tơi xốp của đất đá; W- 
đường kháng chân tầng, m; q- chỉ tiêu thuốc nổ 
sử dụng, kg/m3; Eo- năng lượng nổ riêng của TN, 
KGm/kg; Eđ- mô đun đàn hồi của đất đá nổ mìn; 
Cd- tốc độ sóng dọc trong đất đá bị phá vỡ, m/s; 
k– hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chỉ tiêu TN, 
k = 0,04¸0,2.
Khi áp dụng công nghệ nổ mìn giữ nguyên 
ranh giới tự nhiên thân quặng, hệ số nở rời giảm 
15¸20%, tỷ lệ tổn thất giảm 10¸15% và tỷ lệ làm 
nghèo giảm 30% so với công nghệ nổ mìn bình 
thường. Sơ đồ nguyên tắc nổ mìn giữ nguyên 
ranh giới tự nhiên thân quặng đối với các trường 
hợp (Hình 7).
a, Các thân quặng phân bố chỉnh hợp b, Các thân quặng phân bố bất chỉnh hợp
Hình 7. Sơ đồ nổ mìn đồng thời giữ nguyên ranh giới tự nhiên trường hợp thân quặng có cấu trúc 
phức tạp hoặc mỏ có chùm thân quặng phân bố gần nhau
26 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 8. Sơ đồ CNKT sử dụng MXTLGN bóc đất đá và 
quặng có vách và trụ chỉnh hợp, khi đáy mỏ lầy lội
Hình 9. Sơ đồ công nghệ khai thác khi chiều dày 
thân quặng tăng dần theo chiều sâu
Hình 10. Sơ đồ CNKT các thân quặng có thế nằm 
chỉnh hợp, mỏ có ĐCTV phức tạp, đáy mỏ lầy lội
Hình 11. Sơ đồ CNKT các thân quặng có thế nằm 
bất chỉnh hợp, đáy mỏ lầy lội
 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
27
3. Phương pháp nổ mìn theo phân tầng: Khi 
trên gương tầng có cả đá và quặng (với thân 
quặng có γ < 120), sẽ chia thành phân tầng đá và 
phân tầng quặng và điều khiển nổ riêng biệt, công 
tác KNM, xúc bốc tiến hành lần lượt từ trên xuống 
dưới. Ngoài ra, còn có thể áp dụng phương pháp 
nổ phân đoạn không khí, nổ mìn tách theo dải cụt.
3.2.3. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ CNKT chọn 
lọc hợp lý đối với các mỏ quặng có cấu trúc địa 
chất phức tạp
1. Khi mỏ (khai trường) có một thân quặng:
a. Khi thân quặng có vách và trụ chỉnh hợp với 
nhau, điều kiện ĐCTV của mỏ phức tạp, đáy mỏ 
luôn lầy lội: MXTLGN đứng ở trên xúc ở dưới và 
chất tải vào ô tô đứng cùng mức (Hình 8). Khi khai 
thác quặng: MXTLGN xúc theo gương dọc tầng; 
khi đào hào chuẩn bị máy xúc có thể xúc theo 
gương dọc tầng hoặc đầu hào; khi xúc bốc đất đá 
bên trụ thì xúc theo gương bên hông [3]. 
- Đối với các thân quặng dốc đứng phải bóc cả 
bờ trụ thì chiều rộng mặt tầng bên trụ vỉa (b1) phải 
đủ rộng để máy xúc quay khi xúc bốc và dỡ tải 
phải thoả mãn điều kiện:
 , m (15)
Trong đó: Rq- bán kính quay của thân máy xúc, 
m; k- khoảng hở cần thiết giữa đuôi máy xúc và 
sườn tầng, m.
- Đối với các thân quặng dốc nghiêng: Chiều 
rộng nằm ngang của thân quặng phải đảm bảo để 
ô tô vào nhận tải theo sơ đồ quay đảo chiều:
 , m (16)
Trong đó: Rv- bán kính vòng nhỏ nhất của ô tô, 
m; L0- chiều dài ô tô, m; Z1, Z2- khoảng cách an 
toàn từ mép và chân tầng đến đường ô tô, m.
Nếu Mn không thỏa mãn điều kiện (16), máy 
xúc sẽ xúc theo gương hỗn hợp cả đá vách và 
quặng, gương đất đá tiến trước một đoạn, sau đó 
máy xúc quay lại xúc quặng.
b. Khi các thân quặng có vách và trụ bất chỉnh 
hợp: 
Với các thân quặng có chiều dày tăng dần (Hình 
9), tiến hành bóc đất đá hai bên thân quặng trước, 
khai thác quặng sau. Khi tháo khô tốt MXTLGN 
xúc gương phía dưới, chất tải vào ô tô dưới mức 
máy đứng. Nếu Mn thỏa mãn điều kiện (16) thì 
máy xúc sẽ xúc gương đá và gương quặng riêng; 
nếu Mn không thỏa mãn điều kiện (16), máy xúc sẽ 
xúc gương hỗn hợp. Trường hợp chiều dày thân 
quặng giảm dần, sẽ khai thác quặng trước, bóc 
đất đá hai bên sau.
2. Trường hợp mỏ có các thân quặng phân bố 
gần nhau hoặc thân quặng có cấu tạo địa chất 
phức tạp:
a. Khi các thân quặng có thế nằm chỉnh hợp 
(Hình 10): Áp dụng công nghệ KNM giữ nguyên 
ranh giới tự nhiên thân quặng. Phương pháp nổ 
mìn vi sai phi điện, tiến hành nổ đồng thời đá vách 
và các thân quặng. Nếu Mn từng thân quặng thỏa 
mãn điều kiện (16), MXTLGN sẽ xúc riêng gương 
đất đá và quặng riêng. Trường hợp Mn của các 
thân quặng không thỏa mãn điều kiện (16), máy 
xúc sẽ xúc gương hỗn hợp
b. Khi các thân quặng có thế nằm bất chỉnh 
hợp (Hình 11): Căn cứ vào sự phân bố của các 
thân quặng lựa chọn trình tự KNM hợp lý, sử dụng 
đá vách, đá trụ làm tường chắn để giảm thiểu sự 
thay đổi cấu trúc của thân quặng. Khi đáy mỏ bị lầy 
lội áp dụng sơ đồ MXTLGN xúc gương phía dưới 
chất tải lên ô tô cùng mức.
Các mỏ quặng có cấu trúc phức tạp, lựa chọn 
CNKT hợp lý có ý nghĩa quyết định các chỉ tiêu về 
Hình 12. Sơ đồ CNKT bằng súng bắn nước kết hợp 
với tầu cuốc
1- Súng bắn nước; 2– trạm bơm; 3 – tuyến đường 
ống vận tải; 4– tầu cuốc; 5- tuyến đường ống nổi; 
6– xưởng tuyển nổi di động; 7– đường ống vận tải 
cát thải; 8– thiết bị thải cát; 9– máy gạt.
2105,0 ZZLRM vn +++³
ZkRdb q +++³ 5,01
28 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên cũng như 
các kinh tế kỹ thuật của doanh nghiệp.
3.3. Công nghệ khai thác Titan tầng cát đỏ 
khu Bình Thuận
3.3.1. Nghiên cứu đề xuất một số công nghệ 
khai thác phù hợp với điều kiện khu mỏ
Theo quy hoạch mỏ Lương Sơn, sẽ khai thác 
với công suất 200 ngàn tấn KVN/năm tương đương 
160 ngàn tấn ilmenit/năm, khối lượng cát quặng 21,5 
triệu tấn/năm. Mỏ khai thác hoàn toàn dưới mức 
thoát nước tự chảy, nguồn nước hạn chế. Do đó, để 
đảm bảo hiệu quả kinh tế, khai thác mỏ gắn liền với 
lợi ích phát triển xã hội khu vực, CNKT phải đảm bảo 
một số tiêu chí sau:
- Giảm chi phí sản xuất: Rút ngắn tối đa cung 
độ vận tải, bố trí các xưởng tuyển di động theo các 
gương khai thác;
- Sử dụng tiết kiệm hiệu quả tài nguyên nước: 
CNKT phải sử dụng tối đa lượng nước tuần hoàn 
để đảm bảo sự phát triển hài hòa, bền vững. 
- Tái tạo sử dụng bền vững nguồn tài nguyên 
đất: CTPHMT cần phải được thực hiện lồng ghép 
với quá trình đổ thải đất đá nhằm tái tạo nguồn tài 
nguyên đất, phục vụ mục tiêu phát triển lâu dài và 
bền vững.
Với đặc thù điều kiện mỏ Lương Sơn, đề xuất 
CNKT sử dụng súng bắn nước kết hợp với tàu 
cuốc.
Sử dụng các súng bắn nước trực tiếp vào 
gương tầng, tạo ra dòng bùn quặng tự chảy 
xuống hố thu. Tại đây, bùn quặng được bơm về 
các xưởng tuyển nổi. Đối với tầng cát quặng dưới 
cùng sẽ sử dụng tầu cuốc, đất đá được phá vỡ 
dưới tác dụng của cơ cấu làm tơi, sau đó được 
bơm hút về xưởng tuyển nổi (Hình 12).
Ưu điểm: Tính liên tục của quy trình công nghệ, 
tự động hóa cao; khai thác tiến hành đồng thời 
quá trình tuyển; Tiết kiệm năng lượng và các chi 
phí cho công tác chế biến Titan. Nhược điểm: 
Phương pháp này tiêu hao lượng nước lớn.
3.3.2. Nghiên cứu đề xuất trình tự khai thác 
Việc lựa chọn trình tự khai thác phù hợp cần 
đặc biệt quan tâm đến sử dụng hợp lý nguồn nước 
từ các sông, suối trong khu vực. Khu vực Lương 
Sơn có điều kiện thủy văn rất hạn chế, trong khi 
đó nguồn nước này cũng rất cần thiết cho sự phát 
triển các ngành kinh tế khác. 
Để giảm khối lượng XDCB, tiến hành khai thác 
theo hình thức chia khoảnh, trong mỗi khoảnh 
tuyển thô và CTPHMT được thực hiện theo chu 
trình kín (Hình 13). Chiều rộng moong khai thác 
ban đầu được xác định theo công thức [1]:
 , m (17)
 , m (18) 
Trong đó: Lmax – khoảng lắng lớn nhất của cát 
thải, m; V- tốc độ xả thải, cm/s; wmin – tốc độ lắng 
của hạt, tính cho hạt có kích thước d = 0,5 mm, 
cm/s; H– chiều cao tầng thải, m; A– chiều rộng dải 
khấu, m.
4. Kết luận
Đối với các mỏ than, quặng đồng, sắt, titan 
trong tầng cát đỏ có điều kiện khai thác phức tạp, 
để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng 
sản, đáp ứng nhu cầu an ninh năng lượng và phát 
triển kinh tế quốc dân cần áp dụng các giải pháp 
CNKT phù hợp như trên đã trình bày.
Tài liệu tham khảo:
[1] Lê Công Cường, 2015. Nghiên cứu CNKT 
và các thông số của moong khai thác ban đầu cho 
mỏ sa khoáng titan-zircon trong tầng cát đỏ khu 
vực Lương Sơn, Bình Thuận. Thông tin Khoa học 
 H
w
vL .18,1
min
max =
ALCB 2max3 +=
S«ng Luü
αh
A
R
an
h 
gi
íi
 m
á
R
an
h 
gi
íi
 m
á
TÇng I
TÇng II
TÇng III
A
B C
DA1
B1
A3
B3
Lmax
C1
H
gT
A
A2
B2
Hình 13. Sơ đồ trình tự khai thác–đổ thải theo chu trình kín
 KHCNM SỐ 2/2021 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC LỘ THIÊN
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
29
Solutions on the mining technology for open-pit mines with complex conditions
Dr. Luu Van Thuc, Dr. Doan Van Thanh - Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology
Abstract:
Minerals such as coal, copper, iron and titanium in the red sand layer are under complicated mining 
conditions. The coal mines are being exploited deeply, while the berm heights are high, a lot of faults 
and coal with partition rocks; the copper and iron ore mines have complicated ore body structures, 
which needs to exploited by the drilling and blasting; some mines have soft ground; Titanium’s content 
in the red sand layer in Binh Thuan is low, a great depth of exploitation and is completely below the level 
of gravity drainage. In order to efficiently exploit the mineral resources and to meet the needs of energy 
security and national economic development, it is necessary to choose mining technology solutions 
suitable to the conditions of mines such as: Selection of the rational synchro mining equipment, the 
selective mining technology, the drilling and blasting technology, etc ...
Công nghệ Mỏ số 11, 111-113.
[2] Lưu Văn Thực, 2011. Nghiên cứu các giải 
pháp kỹ thuật và CNKT theo hướng hiện đại hoá 
tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Đề tài 
Trọng điểm quốc gia, Hà Nội, 320 trang.
[3] Lưu Văn Thực, 2014. Luận án Tiến sĩ kỹ 
thuật “Nghiên cứu công nghệ khai thác các mỏ 
quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy 
trong điều kiện địa chất và ĐCTV phức tạp ở Việt 
Nam”, Trường ĐH Mỏ-Địa chất, 198 trang.
[4] Мосинец В. Н (1975), Разрушение горных 
пород, Недра, Москва.
[5] Яковлев В. Л., Яковлев В. А, 
2018. Формирование транспортных систем 
карьеров с учетом адаптации к изменяю-
щимся условиям разработки глубокозалегаю-
щих сложноструктурных месторождений. 
Институт горного дела УрО РАН (Россия, г. 
Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58).