Giải pháp kỹ thuật công nghệ nâng cao hiệu quả khai thác đá khối ở Nghệ An

thác cưa cắt bằng dây cáp
kim cương (hình 3) bao
gồm các quá trình sản
xuất: khoan các lỗ khoan
định hướng theo các
phương đứng và ngang,
luồn dây cáp, quá trình cắt
đá từ nguyên khối thành
các khối lớn, lật khối đá và
quá trình cắt khối lớn Hình 3. Sơ đồ máy cưa cáp kim cương
Hình 1. Khai thác đá khối bằng phương pháp hầm lò
ở Italia
Hình 2: Mỏ khai thác đá khối lộ thiên ở Italia
Tạp chí
KH-CN Nghệ AnSỐ 11/2015 [13]
HOẠT ĐỘNG KH-CN
thành các khối thương phẩm. 
- Quá trình khoan định hướng (hình 4): 
Sau khi đào các đường hào mở vỉa, bạt
ngọn bóc các lớp đá phủ bị phong hóa mỏ
bước vào quá trình khai thác. Trong sơ đồ
công nghệ sử dụng máy cưa cáp, việc đầu
tiên là phải tiến hành khoan các lỗ khoan
định hướng để luồn dây cáp, được thực hiện
bằng các loại máy khoan khí nén hoặc máy
khoan thủy lực.
Với mỗi một khối đá cần cắt từ nguyên
khối phải thực hiện khoan ít nhất 3 lỗ khoan,
theo 3 chiều, các lỗ khoan phải đảm bảo gặp
nhau theo từng cặp để luồn được dây cáp từ
hai đầu.
Để các lát cắt cắt ngang qua các khe nứt
là ít nhất thì việc bố trí hướng lỗ khoan nằm
ngang đầu tiên là rất quan trọng. Lỗ khoan
nằm ngang phải được khoan theo phương
của hệ thống khe nứt chính.
Thiết bị khoan định hướng là các loại
máy khoan tự hành, hoặc không tự hành,
dùng để khoan các lỗ khoan thẳng đứng,
khoan ngang. Để tăng xác suất gặp nhau của
các lỗ khoan, sử dụng các lỗ khoan có đường
kính càng lớn càng tốt, tuy nhiên với các lỗ
khoan đường kính lớn thì chi phí khoan sẽ
tăng cao, máy khoan sử dụng phải là các loại
máy lớn, do đó phải lựa chọn đường kính lỗ
khoan sao cho phù hợp. Kinh nghiệm ở một
số mỏ, sử dụng các máy khoan có đường
kính 76mm là phù hợp.
- Quá trình luồn dây cáp (hình 5): 
Sau khi khoan định hướng xong, tiến
hành công tác luồn dây cáp cắt đá, sau đó sử
dụng một dây thép có móc luồn vào lỗ còn
lại móc vào dây của lỗ kia và nối thông hai
lỗ khoan. 
- Quá trình cắt đá (hình 6): 
Tang cuốn cáp quay kéo theo dây cáp
chuyển quay vòng ma sát vào khối đá và tạo
mạch cắt, nước làm mát và tẩy phoi cắt được
bơm vào mạch cắt. Dây cáp luôn được căng
bởi bộ phận căng dây cáp kết hợp với việc
máy dịch chuyển ra xa khối đá. Khi cắt
những khối đá lớn, chiều dài dây cáp ban đầu
sử dụng lớn, khi gần kết thúc quá trình cắt
đá, dây cáp ngắn lại, nếu hai phương pháp
trên không đáp ứng được thì tính đến việc
cắt ngắn dây cáp.
Hình 4. Sơ đồ khoan định hướng để luồn cáp
Hình 5. Sơ đồ luồn cáp
Hình 6. Sơ đồ cắt đá bằng máy cưa cáp kim cương
HOẠT ĐỘNG KH-CN
Tạp chí
KH-CN Nghệ AnSỐ 11/2015 [14]
Để khai thác được một khối đá thương phẩm
hoàn toàn bằng phương pháp cắt dây phải trải
qua hai công đoạn:
+ Bước 1: Cắt khối đá lớn ra khỏi nguyên
khối, việc này bao gồm cắt hai mặt đứng và một
mặt đáy của khối đá. Thông thường khi sử dụng
hoàn toàn phương pháp cắt dây để khai thác đá
khối, người ta thường sử dụng máy cắt có công
suất động cơ lớn để cắt tạo thành các tầng có
chiều cao lớn. Khối đá ban đầu được cắt ra có
kích thước lớn. Việc này đảm bảo độ vụn của các
khối đá được bóc tách là nhỏ nhất. Do mạch cưa
cáp sau khi cắt là khá nhỏ (khoảng 10÷12 mm), do đó
để lật được khối đá, phải sử dụng các túi thủy lực đưa
vào mạch cắt, sau đó bơm dầu thủy lực vào trong các
túi để mạch cắt được mở rộng, sử dụng các cục đá nhỏ
chèn vào khoảng hở do túi thủy lực tạo ra. Bơm thủy
lực đến khi nào mạch cắt đủ rộng để sử dụng kích thủy
lực hoặc đưa được răng gàu máy xúc vào để kết hợp
lật khối đá xuống mặt tầng. Để khi lật khối đá có chiều
cao lớn này xuống mặt tầng không bị vỡ vụn hoặc om
đá, ta có thể đổ các lớp đất hoặc cát xuống bề mặt tầng
để tránh không để khối đá va chạm trực tiếp với mặt
tầng bằng đá, giảm độ vỡ vụn khi lật.
+ Bước 2: Sau khi lật được khối đá lớn xuống mặt tầng,
sử dụng các máy cắt có công suất nhỏ hơn để cắt nhỏ khối
đá này thành các khối đá nhỏ hơn cho vừa với yêu cầu kích
thước của khối đá thương phẩm. Lưu ý, khi cắt nhỏ các
khối đá này phải dựa trên các hệ thống khe nứt răn tồn tại
trong khối đá lớn, tránh việc cắt ngang qua các khe nứt này
làm hỏng hoặc làm giảm giá trị các khối đá thành phẩm.
Trong mỗi mỏ đá khối thông thường đều tồn tại các hệ
thống khe nứt, phân lớp, các khe nứt này tồn tại trong mỏ
với các thông số phức tạp, góc cắm khác nhau. Do đó, để
tăng độ thu hồi khối đá phải tính toán cắt các khối đá dựa
trên các thông số của hệ thống khe nứt chính.
2.2. Công nghệ sử dụng máy cưa có trang bị tay rạch
xích kết hợp với máy cưa cáp
Máy cưa có tay rạch xích có ưu điểm lớn là công suất
cắt lớn, diện tích cắt có thể đạt tới 10m2/h. Máy cắt không
cần khoan, tuy nhiên máy chỉ cắt được theo phương thẳng
đứng nên được sử dụng kết hợp với máy cưa cáp để cắt các
khối đá, trong đó máy cưa cáp đảm nhiệm công tác cắt các
lớp ngang và cắt các lớp xiên theo bề mặt khe nứt (nếu
cần), hình 8. Máy cưa tay rạch xích cắt trước một đường
có chiều sâu theo như đã định trước (không cắt quá sâu so
a, Cắt tầng lớn và sử dụng máy xúc thủy lực gàu ngược
để lật khối đá
Hình 7. Cắt đá bằng máy cưa cáp kim cương
Hình 8. Sơ đồ cắt đá sử dụng máy cưa tay rạch
xích kết hợp máy cưa cáp
b, Cắt nhỏ khối đá lớn thành đá thương phẩm
Tạp chí
KH-CN Nghệ AnSỐ 11/2015 [15]
HOẠT ĐỘNG KH-CN
với mặt tầng, sẽ ảnh hưởng đến khối đá của
tầng tiếp theo). Mạch cưa do máy cưa lam tạo
ra có thể từ 3÷6cm. Sau đó, ta sử dụng thiết bị
khoan định hướng theo phương nằm ngang,
với chỉ 1 lỗ khoan duy nhất ta có thể tiến hành
luồn dây cáp và cắt đá theo phương nằm ngang
hoặc xiên (nếu mỏ có hệ thống khe nứt
nghiêng phức tạp).
Mặt tầng để máy cưa tay rạch xích làm việc
ban đầu phải được tạo trước bằng máy cưa
dây, đảm bảo độ bằng phẳng để máy có thể di
chuyển được.
Máy cưa tay rạch xích rất hiệu quả với các
mỏ đá có độ nguyên khối cao như đá granit.
Tại các mỏ này, máy sẽ đảm bảo cắt tất cả các
mặt thẳng đứng, máy cưa dây chỉ đảm nhận
công tác cắt các mặt nằm ngang và cắt nhỏ các
khối đá tạo đá thành phẩm. Công tác tạo đá
thành phẩm cũng có thể thực hiện bằng
phương pháp khoan hoặc khoan nêm để giảm
bớt thời gian làm việc của máy cưa cáp.
Máy cưa có tay rạch xích cũng cần một
lượng nước tương đối lớn để làm mát lưỡi cưa
và tẩy phoi cắt. Tùy theo từng loại lam cưa sử
dụng mà lượng nước cung cấp cũng thay đổi,
trung bình dao động trong khoảng 2÷5m3/h.
Mạch cưa cắt khi sử dụng lưỡi cưa tay rạch
tuy có lớn hơn so với cưa cáp 3÷6cm nhưng
vẫn chưa đủ để đưa thiết bị vào để lật khối đá
nên vẫn phải sử dụng túi thủy lực để mở rộng
mạch cưa ban đầu. 
2.3. Công nghệ sử dụng máy cưa đĩa kết
hợp với máy cưa cáp
- Máy cưa đĩa có các điều kiện làm việc
tương tự như máy cưa có trang bị tay rạch
xích, tuy nhiên nó có các ưu, nhược điểm như
sau:
+ Ưu điểm: so với máy cưa có tay rạch
xích, máy cưa đĩa có công suất cao hơn (có thể
đạt tới 30m2/h với đá hoa trắng), công suất
động cơ nhỏ hơn, mạch cưa cũng nhỏ hơn
(khoảng 1,5cm). Máy có thể cắt tạo thành các
khối đá thương phẩm mà không cần gia công
lần 2.
+ Nhược điểm: máy cưa đĩa bị giới hạn bởi
đường kính lưỡi cưa nên các khối đá cắt ra có
kích thước khối không được lớn. Khi áp dụng
máy cưa đĩa cho các mỏ có các hệ thống khe
nứt phức tạp thì không hiệu quả. Đặc biệt, ở
các mỏ khai thác đá trắng, độ phân lớp của các
mỏ khai thác đá trắng khá lớn. Cũng như máy cưa tay
rạch xích, máy cưa đĩa tỏ ra rất hiệu quả khi khai thác
các mỏ đá granit. Máy cắt đá thành các khối đá có kích
thước của các khối đá thành phẩm, không cần gia công
công đoạn 2. So với máy cưa có tay rạch xích, điều kiện
để sử dụng được máy cưa đĩa trên mỏ phức tạp hơn. Khi
mỏ có điều kiện thuận lợi, độ nguyên khối của đá gốc
càng lớn thì máy cưa đĩa sử dụng càng hiệu quả.
- Máy cưa cáp có các ưu, nhược điểm như sau:
+ Ưu điểm: sử dụng và vận hành đơn giản, chuẩn bị
đưa cưa vào hoạt động nhanh, nhận được các khối đá có
kích thước cần thiết và hình dáng đúng quy cách, chất
lượng cưa tốt, bề mặt cưa bằng phẳng nhẵn mịn, có thể
không cần gia công chỉnh hình, năng lượng dùng để tách
đá không lớn. Nó cho phép cưa được một diện tích tương
đối rộng, có thể tới 200m2 cho một lần đặt máy, theo các
mặt phẳng nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng. Khi sử
dụng cưa cáp kim cương, tốc độ cưa đạt từ 3÷15m2/h
trong đá cẩm thạch, 2÷5m2/h trong đá granite. Các khối
đá sau khi cưa có thể dùng phương tiện cơ giới để cạy
bẩy và phân chia nhỏ dễ dàng theo những mặt yếu của
khối đá. Mạch cưa của cáp nhỏ (khoảng 11mm), hệ số
thu hồi lớn. Thiết bị chiếm diện tích ít, vận chuyển tiện
lợi, rất tiện cho thao tác. Yêu cầu kỹ thuật đối với nhân
viên cũng không cao.
+ Nhược điểm: công tác chuẩn bị xây dựng mỏ lớn,
chi phí cáp kim cương khá cao, thường chiếm 60÷70%
giá thành chung của sản phẩm. Tuy nhiên, theo sự phát
triển của kỹ thuật chế tạo, sử dụng rộng rãi hơn, thì giá
thành sẽ được hạ thấp. Mặt khác, rủi ro đứt cáp trong
quá trình đang cưa là một vấn đề lớn về mặt an toàn.
Hình 9. Sơ đồ cắt đá sử dụng máy cưa đĩa kết hợp máy cưa cáp
HOẠT ĐỘNG KH-CN
Tạp chí
KH-CN Nghệ AnSỐ 11/2015 [16]
3. Tính toán các thông số kỹ thuật công nghệ
khi khai thác đá khối bằng phương pháp cưa cắt
Công nghệ khai thác đá khối bằng phương
pháp cưa cắt bao gồm các khâu: mở mỏ, tạo diện
khai thác đầu tiên; bóc tách đá ra khỏi nguyên
khối; gia công định hình đá thương phẩm.
3.1. Công tác mở mỏ và tạo diện khai thác
đầu tiên
Khi áp dụng phương pháp cưa cắt để khai
thác đá khối, hệ thống khai thác (HTKT) áp
dụng đó là HTKT khấu theo lớp bằng vận tải
trực tiếp trên tầng. Do đó, công tác mở vỉa
khoáng sàng chiếm một khối lượng tương đối
lớn bao gồm các khâu chính như: làm đường lên
đỉnh, bạt ngọn bóc lớp phủ phong hóa và đào
hào chuẩn bị khai thác.
Do điều kiện địa chất của các mỏ khai thác đá
khối phức tạp, chiều dày lớp phủ phong hóa thông
thường dao động từ 6÷8m đến 15÷20m, có khi
nhiều hơn. Phần đá phủ này thông thường có độ
nguyên khối không cao, đất đá nứt nẻ mạnh, với
đá ở các mỏ đá trắng thì độ trắng không lớn, không
đáp ứng được các tiêu chuẩn để sản xuất đá ốp lát.
Để đẩy nhanh công tác bạt ngọn, nhanh chóng đưa
mỏ vào sản xuất, thông thường phần đất đá phủ
này được khoan nổ mìn, sử dụng máy xúc kết hợp
với máy gạt gạt chuyển qua sườn núi, hoặc được
xúc bốc lên ô tô chuyển ra bãi thải.
Sử dụng các lỗ khoan nhỏ, nổ bằng phương
pháp nổ vi sai nhằm giảm tối đa các sóng chấn
động để không làm rạn nứt các khối đá trong
nguyên khối. Ở lớp tiếp giáp cuối cùng nên sử
dụng phương pháp nổ mìn tạo biên để đảm bảo độ
nhẵn của gương khai thác ban đầu. 
Việc bạt ngọn bóc phủ có thể tiến hành bóc toàn
bộ lớp đá phủ trên mỏ nhưng thông thường nó được
tiến hành từng phần để giảm vốn đầu tư xây dựng
cơ bản và nhanh chóng đưa mỏ đi vào sản xuất.
3.2. Lựa chọn các thông số hệ thống khai thác
hợp lý
a. Chiều cao tầng khai thác (H)
Chiều cao của tầng là một trong những thông số
quan trọng nhất của HTKT sử dụng máy cưa cắt
theo chiều thẳng đứng. Lựa chọn chiều cao tầng hợp
lý sẽ góp phần nâng cao độ thu hồi khối nguyên khai
trong khai thác đá khối.
Việc lựa chọn chiều cao tầng hợp lý là một bài toán
phức tạp, liên quan đến các thông số của hệ thống các
khe nứt, phân lớp trong khối nguyên (hình 12).
Chiều cao tầng có thể xác định theo công thức:
Hình 10. Bạt ngọn tạo mặt bằng 
khai thác đầu tiên trên mỏ
Hình 11. Các thông số chính của hệ thống khai thác
Trong đó: A- Chiều rộng dải khấu, m; 
m- Chiều dày lát cắt, m; H- Chiều cao tầng, m
Hình 12. Mô hình xác định chiều cao tầng
Tạp chí
KH-CN Nghệ AnSỐ 11/2015 [17]
HOẠT ĐỘNG KH-CN
Trong đó: α- Góc nghiêng hệ khe nứt chính, độ; L-
Khoảng cách trung bình giữa các khe nứt, m.
Trong trường hợp có khối đá phụ (hình 13):
Khối đá phụ được lấy từ phần thừa ADF và BEC khi
cắt lấy khối chính ABCD. Khối đá phụ là khối đá có một
mặt là hình chữ nhật BGHK nội tiếp trong tam giác
BEC. Dựa vào các tài liệu thăm dò địa chất, xác định
được thông số của hệ thống khe nứt chính từ đó sẽ xác
định được chiều cao tầng tối ưu để áp dụng công nghệ
khai thác cho phù hợp.
b. Chiều dày lát cắt (m)
Chiều dày lát cắt trong khai thác đá khối phụ là một
giá trị phụ thuộc vào yêu cầu kích thước thương mại của
khối đá thành phẩm. Chiều dày lát cắt còn phụ thuộc vào
công suất của các thiết bị lật tầng. Khối đá có chiều dày
càng nhỏ càng dễ lật, tuy nhiên để việc gia công đá thành
phẩm là ít nhất, ta phải lựa chọn chiều dày lát cắt thật
hợp lý. Thông thường giá trị này thường nằm trong
khoảng từ 1,5÷3m.
c. Chiều rộng dải khấu (A)
Chiều rộng dải khấu trong phương pháp cưa cắt tùy
thuộc vào điều kiện làm việc của thiết bị cưa cắt. 
- Khi sử dụng thiết bị cưa cắt là máy cưa cáp thì chiều
rộng dải khấu phụ thuộc vào chiều dài làm việc hiệu quả
của dây cáp. Thông thường sử dụng máy cưa
cáp có động cơ máy cuốn từ 20÷70kW thì
chiều rộng dải khấu khoảng từ 10÷50m. Khi
tăng chiều rộng dải khấu có thể giúp làm giảm
khối lượng khoan định hướng để luồn cáp, do
đó góp phần giảm chi phí khoan định hướng;
- Khi sử dụng máy cưa đĩa hoặc cưa có tay
rạch xích thì chiều rộng dải khấu sẽ là toàn bộ
khu vực khai thác, điều này giúp làm giảm
công tác di chuyển máy đến khu vực công tác.
III. KẾT LUẬN
Khác đá khối bằng phương pháp cưa cắt là
công nghệ khai thác hiện đại, an toàn, năng
suất cao, ít ảnh hưởng đến môi trường so
với các công nghệ khai thác truyền thống
trong vùng mỏ của tỉnh ta đang sử dụng.
Khai thác đá khối bằng phương pháp cưa
cắt phù hợp tính cơ lý đá hoa trắng, giúp
làm tăng độ thu hồi khối và làm giảm tổn
thất tài nguyên.
Tuy nhiên, thực tế hiện nay trên địa bàn
tỉnh Nghệ An, tỷ lệ đá khối thu hồi được
trong trữ lượng và tài nguyên của các mỏ
đá hoa trắng là rất thấp, trung bình chỉ đạt
từ 5÷7%, thậm chí chỉ đạt khoảng 3%. Do
đó định hướng về chế biến cho các mỏ đá
hoa trắng trên địa bàn tỉnh Nghệ An trong
thời gian sắp tới là cần tập trung vào công
nghệ nghiền bột siêu mịn, nghiên cứu sâu
hơn về công nghệ nghiền nước và các khâu
công nghệ chế biến sau nghiền nước. Ngoài
ra, cần phát triển một số khu vực sản xuất,
chế biến, gia công sản phẩm thủ công, mỹ
nghệ từ đá (cả đá hoa trắng và các loại đá
khác) để làm tăng giá trị sản phẩm. Để phát
triển được mô hình này, đòi hỏi phải có sự
quan tâm của các ngành, các cấp trong việc
hỗ trợ tìm hiểu công nghệ, tạo điều kiện
thuận lợi trong cơ chế về thuế, về đất đai và
các thủ tục hành chính liên quan./.
Hình 13. Mô hình bài toán xác định chiều cao tầng 
khi có tồn tại khối phụ
Tài liệu tham khảo
1. Hồ Sĩ Giao, Trần Mạnh Xuân, Nguyễn Sĩ Hội, Khai thác mỏ vật liệu xây dựng, Nxb Giáo dục, Hà Nội, 1997.
2. Nhữ Văn Bách, Phương pháp khai thác đá khối, Bài giảng cao học Chuyên ngành Khai thác Mỏ, Trường Đại học
Mỏ - Địa chất, 2009.
3. Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình Ấu, Giáo trình phá vỡ đất đá bằng phương pháp khoan nổ mìn, Nxb Giáo dục, Hà
Nội, 1998.
4. Đàm Trọng Thắng, Bùi Xuân Nam, Trần Quang Hiếu, Nổ mìn trong ngành mỏ và công trình, Nxb Khoa học Tự nhiên
và Công nghệ, Hà Nội, 2015.