Giải pháp đào lò ngầm qua bãi thải của Than Hòn Gai

Nhằm nâng cao năng lực khai thác than hầm lò khu Cái Đá - Phân xưởng Than Cao Thắng, Công ty Than Hòn Gai - TKV triển khai dự án duy trì, cải tạo, mở rộng hạ tầng kỹ thuật phục vụ sản xuất ở khu vực này. Để thực hiện dự án, năm 2020, Công ty Than Hòn Gai đã đào một lò ngầm thông gió trục vật liệu qua bãi thải Chính Bắc mức +50m/-10m. Đây là công trình lò ngầm đầu tiên của TKV được đào qua bãi thải mỏ bằng một phương pháp thi công đặc biệt.

Chính Bắc là bãi đổ thải lớn nằm ở khu vực TP Hạ Long - nơi đổ đất đá thải tập trung của các mỏ: Hòn Gai, Hà Lầm, Hà Tu và Núi Béo. Hiện nay, cao tầng đổ thải của bãi thải này đã lên tới 256m, đất đá đổ thải gồm nhiều loại, với độ cứng và thành phần khác nhau, trong đó, nhiều khối đá có thể tích và độ cứng đặc biệt lớn. Việc xây dựng các công trình lò ngầm qua bãi thải chưa từng có tiền lệ, bởi tính chất phức tạp của các loại đất đá thải này gây khó khăn cho việc tính toán các biện pháp thi công.

Tuy nhiên, khi triển khai Dự án duy trì, cải tạo, mở rộng và nâng công suất khai thác than hầm lò khu Cái Đá - Phân xưởng Than Cao Thắng, Công ty Than Hòn Gai đã bắt đầu nghiên cứu giải pháp thi công một lò ngầm thông gió - trục vật liệu qua vị trí đặc biệt này. 

Việc cần làm đầu tiên chính là đánh giá điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực bãi đổ thải Chính Bắc. Những thông số đánh giá được là cơ sở để Than Hòn Gai nghiên cứu, tính toán các giải pháp thi công, chống giữ đường lò ngầm qua bãi thải một cách an toàn, hiệu quả. Theo kỹ sư Cao Xuân Thìn, Phòng Kỹ thuật Mỏ, Công ty Than Hòn Gai, đơn vị đã nghiên cứu lý thuyết, kết hợp thực địa, sử dụng máy quan sát hình ảnh đất đá trong lỗ khoan thăm dò để đánh giá tính chất cơ lý của đất đá, mức độ ảnh hưởng của dòng nước ngầm và dòng nước mặt đối với công trình lò ngầm sẽ thi công.  

Sau khi đã xác định được những thông số quan trọng của bãi thải - nơi đào lò ngầm thông gió, trục vật liệu, một nhóm kỹ sư đã nghiên cứu giải pháp thi công phù hợp với vị trí này. Theo thiết kế, lò ngầm thông gió - trục vật liệu mức +50m đến -10m khu Cái Đá có tổng chiều dài 190m, phần lớn được đào qua khu vực bãi thải có chiều dày khoảng 60m.

Các kỹ sư của Công ty đã tính toán một số vấn đề có thể xảy ra trong quá trình thi công, như khả năng tụt lở bãi thải, đường lò chịu áp lực lớn từ nhiều hướng, chi phí thi công cao... Để hạn chế những rủi ro có thể xảy ra, nhóm kỹ sư của Công ty đã nghiên cứu và thống nhất một giải pháp thi công khả thi nhất.

Ông Nguyễn Công Đáng, Trưởng Phòng Kỹ thuật Mỏ, Công ty Than Hòn Gai cho biết: Do tiết diện đường lò nhỏ, đất đá có tính liên kết kém, bở rời nên nhiều đoạn đường lò chúng tôi phải phá vỡ đất đá bằng phương pháp đào thủ công với búa căn hơi và cuốc chim. Gần như không thể khoan nổ mìn và cơ giới hóa bằng máy đào lò. Tuy nhiên, với những khối đá có thể tích và độ cứng quá lớn lại không áp dụng được phương pháp này. Sau khi xem xét, nghiên cứu các tài liệu và điều kiện thực tế, chúng tôi đã tính toán, đưa vào ứng dụng công nghệ sử dụng bột trương nở để phá vỡ đá có kích thước và độ cứng lớn. Đây chính là điểm nhấn của giải pháp thi công đường lò ngầm tại khu vực bãi thải mỏ. 

Theo nguyên lý, khi được trộn với nước, bột tách đá sẽ tạo ra phản ứng thủy hóa, vữa sẽ dần đông cứng và trương nở. Khi nạp vữa vào lỗ khoan, quá trình trương nở sẽ tạo ra áp lực với áp suất từ 300-600kg/cm², đủ để phá vỡ khối đá lớn mà không ảnh hưởng đến vùng đất đá xung quanh. Sử dụng hóa chất trương nở trong quá trình thi công cũng giúp Than Hòn Gai đẩy nhanh được tiến độ công trình. Đây cũng là lần đầu tiên một công trình đào lò sử dụng hóa chất này để thi công, đồng thời mở ra triển vọng áp dụng rộng rãi với các công trình có điều kiện tương tự. 

Quá trình thi công, do đường lò đi qua khu vực bãi thải chịu áp lực lớn, đơn vị chọn phương pháp chống giữ bằng bê tông và bê tông cốt thép, kiên cố và đảm bảo an toàn. 

Việc áp dụng hóa chất trương nở trong quá trình phá vỡ kết cấu đất đá bãi thải cũng như lựa chọn kỹ thuật chống giữ đường lò phù hợp đã giúp đơn vị tăng tính an toàn, ổn định cho công trình có thời gian sử dụng dài (18 năm), đồng thời giảm chi phí xén, sửa, duy tu, bảo dưỡng đường lò. 

Hiện nay, công trình đang hoạt động ổn định, an toàn, làm nhiệm vụ thông gió và vận chuyển vật liệu, phục vụ sản xuất, góp phần quan trọng đảm bảo mức sản lượng 150.000 tấn than và 1.300 mét lò trong một năm của Phân xưởng số 2 - Cao Thắng, Công ty Than Hòn Gai.