Để xem full tài liệu Xin vui long liên hệ page để được hỗ trợ : https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 HOẶC https://www.facebook.com/garmentspace/ https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 tai lieu tong hop, thu vien luan van, luan van tong hop, do an chuyen nganh

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN TUẤN THÀNH
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU
KHAI THÁC LỘ THIÊN HỢP LÝ CHO CÁC MỎ ĐÁ
VẬT LIỆU XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC
THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Ở KHU VỰC NAM BỘ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2021

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN TUẤN THÀNH
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU
KHAI THÁC LỘ THIÊN HỢP LÝ CHO CÁC MỎ ĐÁ
VẬT LIỆU XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC
THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Ở KHU VỰC NAM BỘ
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 9520603
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS Trần Mạnh Xuân
2. TS Lê Văn Quyển
Hà Nội - 2021

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi.
Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo
đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một
cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này
chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Hà Nội, ngày….. tháng….. năm 2021
Tác giả
Nguyễn Tuấn Thành

4. ii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan............................................................................................................... i
Mục lục....................................................................................................................... ii
Danh mục chữ viết tắt .................................................................................................v
Danh mục các bảng ................................................................................................... vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................... vii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG
VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN .....7
1.1. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo phương thức
truyền thống............................................................................................................8
1.1.1. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ Kbg .............................................................................................................8
1.1.2. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ Ktb ...........................................................................................................11
1.1.3. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ Kbg kết hợp với nguyên tắc Kgh ≥ Ktb .....................................................11
1.1.4. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ KT............................................................................................................11
1.1.5. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo nguyên tắc
Kgh ≥ K0+KSx ....................................................................................................15
1.1.6. Xác định hệ số bóc giới hạn Kgh.............................................................16
1.2. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo phương thức phi
truyền thống khi sử dụng các phần mềm ứng dụng trong khai thác mỏ...............18
1.2.1. Xác định biên giới mỏ lộ thiên bằng thuật toán hình nón động.............18
1.2.2. Xác định biên giới mỏ lộ thiên bằng phương pháp phương án với
việc sử dụng phần mềm COMFAR..................................................................19
1.3. Xác định biên giới mỏ đối với mỏ đá dùng làm vật liệu xây dựng ...............21
1.4. Kết luận chương 1..........................................................................................25

5. iii
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC
ĐỊNH CHIỀU SÂU HỢP LÝ CỦA MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY
DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY.........................................26
2.1. Nhóm các yếu tố ảnh hưởng gián tiếp ...........................................................27
2.1.1. Giá thành khoan nổ mìn .........................................................................27
2.1.2. Giá thành xúc bốc 1m3
đá.......................................................................30
2.1.3. Giá thành khâu chế biến đá ....................................................................30
2.2. Nhóm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp............................................................31
2.2.1. Khoảng cách vận tải ...............................................................................31
2.2.2. Lượng nước mưa chảy vào mỏ và việc bơm nước mưa ra khỏi mỏ ......33
2.2.3. Lượng nước ngầm chảy vào mỏ và việc bơm nước ngầm ra khỏi mỏ...34
2.2.4. Góc dốc kết thúc của bờ mỏ...................................................................36
2.2.5. Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ ..............................39
2.2.6. Vấn đề cải tạo và khôi phục môi trường sau khai thác ..........................43
2.2.7. Cơ chế chính sách và quản lý nhà nước.................................................43
2.3. Kết luận chương 2..........................................................................................47
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC HỢP LÝ
CHO CÁC MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC
THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY KHU VỰC NAM BỘ .................................................48
3.1. Một số đặc điểm về biên giới các mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng ở
nước ta...................................................................................................................48
3.2. Cơ sở lý thuyết và thực tế xác định chiều sâu mỏ hợp lý cho các mỏ đá
xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Đông Nam Bộ..................52
3.3. Các bước xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật
liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở khu vực Nam Bộ .................54
3.3.1. Xác định chiều sâu mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng theo điều kiện
kỹ thuật.............................................................................................................55
3.3.2. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý.......................................................57
3.4. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá đang khai thác .............57
3.4.1. Xác định khối lượng lớp đất phủ............................................................57
3.4.2. Xác định khối lượng đá xây dựng ..........................................................59

6. iv
3.4.3. Xác định chi phí khai thác và chế biến đá xây dựng..............................61
3.4.4. Xác định giá trị khoáng sản đá xây dựng, đất phủ .................................64
3.4.5. Trình tự tiến hành xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ.............65
3.5. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm dưới mức
thoát nước tự chảy chưa khai thác ........................................................................72
3.5.1. Nghiên cứu mối quan hệ giữa diện tích và chu vi mặt mỏ (biên giới
trên của mỏ lộ thiên) với khối lượng đá xây dựng thu hồi được trong biên
giới mỏ..............................................................................................................72
3.5.2. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý đối với mỏ chưa khai thác (xác
định trong giai đoạn thiết kế mỏ lộ thiên) ........................................................77
3.6. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ đối với cụm mỏ chưa khai
thác........................................................................................................................80
3.6. Kết luận chương 3..........................................................................................87
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU
KHAI THÁC HỢP LÝ CHO MỎ ĐÁ THƯỜNG TÂN III .....................................88
4.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên cụm mỏ Thường Tân III.............................88
4.1.1. Điều kiện tự nhiên ..................................................................................88
4.1.2. Điều kiện địa chất...................................................................................91
4.1.2.3. Khoáng sản..........................................................................................94
4.1.3. Đặc điểm địa chất thủy văn....................................................................95
4.2. Hiện trạng khai thác.......................................................................................96
4.2.1. Hiện trạng biên giới mỏ..........................................................................96
4.2.2. Công nghệ khai thác và đồng bộ thiết sử dụng ......................................98
4.3. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng Thường Tân III 101
4.4. Kết luận chương 4........................................................................................101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................103
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG
BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN....................................................105
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................106
PHỤ LỤC................................................................................................................111

7. v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ
ĐCTV Địa chất thủy văn
HSB Hệ số bóc
HSBGH Hệ số bóc giới hạn
HTKT Hệ thống khai thác
NCS Nghiên cứu sinh
TNHH Trách nhiệm hữu hạn
TPCI Thành phần có ích
UBND Ủy ban nhân dân

8. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT Tên bảng Trang
Bảng 2.1: Góc dốc của bờ kết thúc theo điều kiện ổn định (độ)...............................37
Bảng 2.2: Sự thay đổi của khối lượng đá xây dựng xd
V theo chiều sâu và hệ số
sử dụng hiệu quả đất đai trong khai thác mỏ d
K ....................................40
Bảng 3.1: Số lượng mỏ trong cụm mỏ tại ba tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đồng Nai
và Bình Dương.........................................................................................50
Bảng 3.2: Biên giới, chiều sâu khai thác và trữ lượng các mỏ đá thuộc khu vực
Thường Tân -Tân Mỹ (xã Thường Tân và Tân Mỹ, huyện Bắc
Thường Tân)............................................................................................51
Bảng 3.3: Sự giảm khối lượng đá xây dựng trong biên giới mỏ khi tăng tỷ số Km
(lấy từ phụ lục 1)......................................................................................75
Bảng 3.4: Mức độ chênh lệch giữa khối lượng đá xây dựng trong biên giới mỏ
tương ứng với tỷ số Kmo và Kmc..............................................................76
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát xác định chiều sâu mỏ và diện tích mặt mỏ hợp lý ......78
Bảng 4.1: Tổng hợp các thông số ĐCTV qua kết quả bơm nước thí nghiệm và
xác định các thông số ĐCTV theo phương pháp Duypuy.......................96
Bảng 4.2: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu chủ yếu về biên giới mỏ khai trường theo
Thiết kế kỹ thuật......................................................................................97
Bảng 4.3: Tổng hợp các thông số hệ thống khai thác...............................................99
Bảng 4.4: Đồng bộ thiết bị khai thác và phụ trợ.....................................................100

9. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT Tên hình Trang
Hình 1.1: Sơ đồ xác định chiều sâu của mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg .......9
Hình 1.2: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo
nguyên tắc Kgh  Kbg và Kgh  KT............................................................12
Hình 1.3: Sơ đồ xác định chiều sâu thời gian HT và chiều sâu H1, H2......................13
Hình 1.4: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ theo nguyên tắc Kgh
≥ K0+KT ...................................................................................................14
Hình 1.5: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ theo nguyên tắc Kgh
≥ K0+Ksx ..................................................................................................16
Hình 2.1: Sơ đồ xác định khoảng cách vận tải đá xây dựng phụ thuộc vào chiều
sâu khai thác (x).......................................................................................33
Hình 2.2: Sự thay đổi chiều sâu của mỏ....................................................................38
Hình 2.3: Sự phụ thuộc của hệ số d
K và xd
V theo chiều sâu khai thác....................41
Hình 2.4: Sơ đồ xác định trữ lượng địa chất dc
V và trữ lượng công nghiệp kt
V khi
khai thác mỏ đá xây dựng thông thường, mặt địa hình bằng phẳng........45
Hình 2.5: Sơ đồ xác định mối quan hệ giữa diện tích được cấp và chiều sâu khai thác .45
Hình 2.6: Sơ đồ bố trí các mỏ nằm liền kề nhau.......................................................46
Hình 2.7: Quy mô tổn thất tài nguyên khi khai thác mỏ liền kề (a) và cách nhau
(b) khi tiến hành khai thác độc lập ..........................................................47
Hình 3.1: Các trình tự khoanh định biên giới mỏ lộ thiên........................................53
Hình 3.2: Sơ đồ xác định chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật khi mặt mỏ
có dạng hình chữ nhật..............................................................................56
Hình 3.3: Sơ đồ xác định chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật khi mặt mỏ có
dạng gần tròn trong bình đồ.....................................................................57
Hình 3.4: Sơ đồ xác định khối lượng đất phủ ...........................................................58
Hình 3.5: Sơ đồ xác định khối lượng đá xây dựng khi khai thác đến chiều sâu (x)
với mỏ có dạng hình chữ nhật trong bình đồ...........................................60

10. viii
Hình 3.6: Sơ đồ xác định khối lượng đá xây dựng khi khai thác đến chiều sâu
(x) với mỏ có dạng gần tròn trong bình đồ..............................................61
Hình 3.7: Sơ đồ khối thuật toán tối ưu xác định chiều sâu khai thác hợp lý của
mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy................................68
Hình 3.8: Giao diện chương trình tính toán xác định chiều sâu khai thác hợp lý của
mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy .....71
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của chiều sâu hợp lý của mỏ và lợi nhuận riêng LR vào
diện tích mặt mỏ ......................................................................................79
Hình 3.10: Sơ đồ bố trí các mỏ trong cụm mỏ..........................................................86
Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ khai thác, chế biến đá....................................................98

11. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sau ngày miền Nam giải phóng 1975, đặc biệt trong những năm đầu của thế
kỷ 21, nhằm thỏa mãn nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng tăng để phục vụ cho
các kế hoạch phát triển hạ tầng, từng bước hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất
nước, việc thăm dò, tìm kiếm đá xây dựng ngoài đá vôi ở khu vực Nam Bộ trở nên
cấp thiết. Ngày nay đã hình thành hàng loạt mỏ khai thác đá xây dựng đặc biệt là
khu vực đông Nam Bộ như các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu...
Theo số liệu thống kê tại ba tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đồng Nai và Bình
Dương hiện có 67 mỏ đang hoạt động khai thác đá xây dựng thông thường (không
tính các mỏ khai thác đá vôi và đá granit).
Diện tích mặt mỏ (kích thước biên giới trên của mỏ), chiều sâu khai thác và
trữ lượng khai thác của từng mỏ được quy định trong giấy phép khai thác. Phần
lớn độ sâu khai thác theo giấy phép khai thác ở mức từ -30 m đến -50 m, một số
mỏ từ -60 m đến -150 m.
Việc cấp giấy phép thăm dò và khai thác còn bộc lộ nhiều bất cập, thể hiện ở
chỗ trên cùng một khu vực có cùng điều kiện khai thác và chất lượng khoáng sản
nhưng các mỏ lại được cấp với diện tích và độ sâu khai thác không phù hợp với yêu
cầu phát triển bền vững của ngành. Chưa đảm bảo hiệu quả khai thác tài nguyên
khoáng sản theo khía cạnh tiết kiệm, mang lại lợi ích tối đa cho xã hội. Như một số
mỏ được cấp với diện tích lớn nhưng chiều sâu khai thác lại nhỏ, ngược lại mỏ được
cấp với diện tích khai thác nhỏ nhưng chiều sâu khai thác lại lớn (mỏ Tân Mỹ A
theo thiết kế diện tích mặt mỏ được cấp 64,6 ha nhưng độ sâu khai thác chỉ dừng ở
mức -30m, trong khi mỏ Thường Tân, công ty trách nhiệm hữu hạn(TNHH) Phan
Thanh diện tích được cấp 17 ha nhưng độ sâu khai thác lại ở mức -50 m). Một số
mỏ khác có độ sâu khai thác như nhau nhưng diện tích cấp mỏ lại khác nhau, gấp 3
đến 6 lần.
Hiện nay (theo khảo sát năm 2018) tại tỉnh Bình Dương, một số mỏ chiều
sâu khai thác đang tiến gần đến độ sâu khai thác thiết kế (mỏ Thường Tân, công ty

12. 2
TNHH Phan Thanh; mỏ Thường Tân 2), một số mỏ đá đã đạt mức thiết kế (mỏ
Thường Tân, công ty TNHH Hồng Đạt; mỏ Thường Tân, công ty TNHH Liên Hiệp;
mỏ Thường Tân 5), một số mỏ đã khai thác vượt độ sâu thiết kế (mỏ Tân Mỹ A, mỏ
Tân Mỹ B). Một số mỏ khác đã khai thác ở độ sâu vượt mức cho phép ban đầu và
đề nghị cấp phép khai thác ở độ sâu lớn hơn (mỏ Thường Tân 3, Thường Tân 4 và
mỏ đá Tân Đông Hiệp).
Việc cho phép tăng độ sâu khai thác theo từng đợt mà không chỉ ra độ sâu
khai thác cuối cùng là thiếu cơ sở khoa học, gây khó khăn cho công tác quy hoạch
phát triển ngành khai thác đá vật liệu xây dựng của vùng dẫn đến tình trạng khai
thác không mang lại hiệu quả kinh tế cao và không tận thu tối đa tài nguyên
khoáng sản từ lòng đất. Đối với những mỏ hoặc cụm mỏ sắp cấp phép khai thác
mới cũng gặp vấn đề tương tự nếu không có những nghiên cứu cơ bản về chiều
sâu khai thác có hiệu quả cho các mỏ đá xây dựng của khu vực. Đề tài ''Nghiên
cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng
nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở khu vực Nam Bộ'' là vấn đề khoa học có tính
thời sự và cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây
dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ với ba trường hợp đặc biệt
sau đây:
- Mỏ đang khai thác với biên giới trên mặt đã được xác định.
- Mỏ chưa khai thác.
- Cụm mỏ nằm liền kề trong khu vực quy hoạch phát triển khai thác đá xây dựng.
3. Đối tượng nghiên cứu
Xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá xây dựng nằm
dưới mức thoát nước tự chảy.
4. Phạm vi nghiên cứu
Các mỏ đá xây dựng khu vực Nam Bộ, tập trung vào các mỏ có dạng quy
cách trên bình đồ (dạng hình chữ nhật và dạng gần tròn).

13. 3
5. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích và đánh giá các công trình nghiên cứu đã công bố liên quan đến
nội dung luận án.
- Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên, kỹ thuật, kinh tế kỹ thuật và kinh tế xã hội
ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá xây dựng
nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ.
- Nghiên cứu trình tự phù hợp để khoanh định biên giới mỏ lộ thiên khai thác
đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ.
- Nghiên cứu xác định biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới
mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ cho 3 trường hợp:
+ Mỏ đang khai thác
+ Mỏ chưa khai thác (được xác định trong giai đoạn thiết kế mỏ)
+ Cụm mỏ trong khu vực quy hoạch khai thác của địa phương
- Vận dụng kết quả nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ
Thường Tân III.
6. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành các nội dung của luận án, các phương pháp nghiên cứu sau
đây được áp dụng:
- Phương pháp khảo sát, thu thập và phân tích số liệu.
- Phương pháp giải tích.
- Phương pháp phân tích hình học mỏ.
- Phương pháp phương án, so sánh.
- Phương pháp chuyên gia.
- Phương pháp sử dụng công nghệ thông tin.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
7.1. Ý nghĩa khoa học
Góp phần bổ sung cơ sở khoa học trong công tác thiết kế biên giới mỏ lộ
thiên, đặc biệt đối với các khoáng sàng đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát
nước tự chảy.

14. 4
7.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể là tài liệu tham khảo bổ ích cho các cơ
quan tư vấn, thiết kế, quản lý trong việc lập quy hoạch phát triển vùng nguyên liệu đá
xây dựng nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, tận dụng tốt tài nguyên từ lòng đất, đảm
bảo sự phát triển bền vững ngành khai thác đá vật liệu xây dựng khu vực Nam Bộ.
8. Các luận điểm bảo vệ
8.1. Luận điểm 1
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước
tự chảy đang khai thác phụ thuộc vào kích thước mặt mỏ (biên giới trên của mỏ)
được ghi trong giấy phép khai thác, chi phí để khai thác và chế biến đá, giá trị
của đá và được xác định trên cơ sở tổng lợi nhuận thu được là lớn nhất khi mỏ
đạt đến chiều sâu đó.
8.2. Luận điểm 2
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự
chảy chưa khai thác (xác định trong giai đoạn thiết kế mỏ) cần được gắn liền với
việc chọn diện tích mặt mỏ hợp lý và được xác định trên cơ sở lợi nhuận riêng tính
cho 1m2
diện tích mặt mỏ đạt được giá trị lớn nhất.
8.3. Luận điểm 3
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự
chảy trong cụm mỏ được quy hoạch để khai thác phụ thuộc vào số mỏ và kích thước
của từng mỏ, được xác định trên cơ sở hiệu quả khai thác của toàn cụm mỏ khi lợi
nhuận riêng tính cho 1m2
diện tích cụm mỏ đạt được trị số lớn nhất.
9. Những điểm mới của của đề tài luận án
- Đề xuất trình tự khoanh định biên giới mỏ phù hợp để xác định chiều sâu
khai thác hợp lý cho các mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực
Nam Bộ.
- Đề xuất sử dụng tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng mặt mỏ để xác định chu
vi mặt mỏ tối ưu với diện tích mặt mỏ cho trước nhằm xác định chiều sâu khai thác
hợp lý.

15. 5
- Đề xuất sử dụng tiêu chí "Lợi nhuận riêng lớn nhất tính cho 1m2
diện
tích mặt mỏ hoặc diện tích cụm mỏ" để xác định diện tích mặt mỏ và chiều sâu
khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu
vực Nam Bộ.
10. Cấu trúc của luận án
Mở đầu
Chương 1. Phân tích, đánh giá tổng quan về các công trình nghiên cứu trong
và ngoài nước liên quan đến nội dung của đề tài luận án.
Chương 2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu
hợp lý của mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy.
Chương 3. Nghiên cứu xác định chiều sâu hợp lý cho các mỏ lộ thiên khai
thác đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam bộ.
Chương 4. Áp dụng kết quả nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác hợp lý
cho mỏ đá Thường Tân III.
Kết luận và kiến nghị.
Danh mục các công trình đã công bố liên quan đến luận án của NCS.
Tài liệu tham khảo, Phụ lục.
11. Cơ sở tài liệu
Tài liệu sử dụng để hoàn thành luận án được lấy từ các nguồn:
- Chuyên ngành khai thác mỏ lộ thiên và các ngành liên quan, được thu thập
từ các nguồn: thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất, thư viện Quốc gia, Tổng cục
thống kê, Internet…
- Tài liệu địa chất, địa chất thủy văn và công trình lấy từ các báo cáo kết quả
thăm dò của các mỏ đá xây dựng thuộc khu vực Nam Bộ và các quy hoạch khai thác
mỏ các cụm mỏ trên địa bàn.
- Các số liệu về các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, hiện trạng khai thác thu thập
được từ các mỏ qua các đợt khảo sát thực tế.

16. 6
12. Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện đề tài " Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác
lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng năm dưới mức thoát nước tự
chảy ở khu vực Nam Bộ", NCS đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện
của tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, cán bộ kỹ thuật ngành khai thác mỏ; tập thể
Ban giám hiệu, Khoa Mỏ, phòng Đào tạo sau Đại học, phòng Đào tạo Đại học,
giảng viên, cán bộ các Phòng, Ban chức năng của Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
NCS xin bầy tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Đặc biệt NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS.NGND Trần Mạnh
Xuân, TS Lê Văn Quyển đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và sự giúp đỡ có hiệu quả
của GS.TS Bùi Xuân Nam, TS Nguyễn Anh Tuấn để NCS hoàn thành luận án này.
NCS xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,
khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành
luận án.

17. 7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI
NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
Hầu hết các mỏ lộ thiên khai thác khoáng sản rắn nằm dưới mức thoát nước
tự chảy đều áp dụng công nghệ khai thác xuống sâu do đó phải tiến hành xác định
chiều sâu mỏ khai thác có hiệu quả (chiều sâu khai thác cuối cùng, chiều sâu khai
thác giới hạn hay chiều sâu khai thác hợp lý).
Sự khác nhau trong cách tiếp cận để xác định chiều sâu khai thác hiệu quả
phụ thuộc vào các yếu tố có tính đặc trưng về điều kiện tự nhiên của thân khoáng
sản như:
- Chiều dày lớp đất phủ nằm trên thân khoáng.
- Sự tồn tại các lớp đá bóc nằm ở vách và trụ của thân khoáng.
- Chiều dày, chiều dài và độ dốc của thân khoáng.
- Chất lượng khoáng sản và sự phân bố chất lượng khoáng sàn trong thân khoáng.
Sự khác nhau cơ bản về điều kiện tự nhiên của các mỏ đá xây dựng nằm dưới
mức thoát nước tự chảy, đặc biệt đối với các mỏ đá khu vực Nam Bộ so với các mỏ
than, quặng và phi quặng là:
- Chiều dày lớp đất phủ không lớn hoặc không có.
- Không có đá bóc hoặc có không đáng kể.
- Chiều dày ngang của các vỉa đá rất lớn.
- Giá trị khoáng sản không cao.
Về tiêu chí để xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên cũng có
nhiều cách tiếp cận khác nhau nhưng đều dựa vào hiệu quả kinh tế ở mức độ khác
nhau và có thể chia thành các nhóm sau:
a) Chi phí để khai thác toàn bộ khoáng sàng (phần trên khai thác lộ thiên,
phần dưới khai thác hầm lò) là tối thiểu hoặc lợi nhuận thu được là tối đa.
b) Mức tiết kiệm khi khai thác lộ thiên so với hầm lò là tối đa.

18. 8
c) Giá thành khai thác lộ thiên ở bất cứ giai đoạn khai thác nào cũng không
được vượt quá giá thành cho phép.
d) Lợi nhuận thu được từ khai thác lộ thiên lớn hơn hoặc bằng không.
e) Lợi nhuận thu được từ khai thác lộ thiên là tối đa.
Việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo các tiêu chí
trên đây có thể chia thành hai nhóm:
Nhóm truyền thống: Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên được xác
định trên cơ sở so sánh giữa hệ số bóc giới hạn (Kgh) với các hệ số bóc khác như hệ
số bóc biên giới (Kbg) với Kgh ≥ Kbg; hệ số bóc trung bình (Ktb) với Kgh ≥ Ktb; hệ số
bóc thời gian (KT) với Kgh ≥ KT; hệ số bóc sản xuất trung bình (K0 + Ksx) với Kgh ≥
K0 + Ksx.
Nhóm phi truyền thống: Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ được xác định
trên cơ sở so sánh lợi nhuận thu được đối với các phương án chiều sâu dự kiến khai
thác khác nhau có tính đến tác động của yếu tố thời gian hoặc không tính đến yếu tố
này (ΔL = max và ΔL ≥ 0, trong đó ΔL là tổng lợi nhuận thu được của từng phương
pháp đem so sánh).
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ có thể được xác định trên mặt cắt ngang
(áp dụng cho mỏ có điều kiện địa hình và thế nằm của thân khoáng đơn giản) và
trên bình đồ phân tầng (áp dụng cho mỏ có điều kiện phức tạp, chiều dài theo
phương hạn chế) và bằng phương pháp giải tích hoặc đồ thị - giải tích.
1.1. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo phương thức
truyền thống
1.1.1. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ Kbg [5], [32]
Trong những thập niên đầu thế kỷ XX khi công nghệ khai thác hầm lò được
áp dụng rộng rãi để khai thác các mỏ than trong khi công nghệ khai thác lộ thiên
chưa phát triển, nhiều nhà khoa học ngành mỏ cho rằng, để xác định biên giới cuối
cùng của mỏ lộ thiên cần dựa trên cơ sở so sánh giữa giá thành khai thác lộ thiên
với hầm lò. Mỏ lộ thiên chỉ khai thác đến độ sâu mà tại đó giá thành khai thác lộ

19. 9
thiên bằng giá thành thành khai thác hầm lò. Để đơn giản trong tính toán so sánh
người ta sử dụng phương pháp mặt cắt với mặt địa hình bằng phẳng và vỉa có các
thành phần thế nằm không thay đổi (Hình 1.1).
Hình 1.1: Sơ đồ xác định chiều sâu của mỏ lộ thiên
theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg [5], [32]
Gọi x là chiều sâu thân khoáng. Nếu trong phạm vi chiều sâu x được tiến
hành khai thác hầm lò thì tổng chi phí để khai thác là:
Cn = xMC, đồng (1.1)
Nếu tiến hành khai thác lộ thiên trong phạm vi chiều sâu x, tổng chi phí để
khai thác là:
Chi phí khai thác khoáng sản (chưa kể chi phí bóc đá)
Ca = xMa, đồng (1.2)
Còn chi phí bóc đá
Cb = b[(M+h0ctgβ)h0+xh0(ctgγv+ctgγt)+
2
)
(c t
v ctg
tg 
 
x2
], đồng (1.3)
Tính kinh tế của khai thác lộ thiên có thể biểu thị qua mức tiết kiệm của
chúng so với khai thác hầm lò:
S = Cn - (Ca + Cb), đồng (1.4)
Hay
S = xM(c-a)-b[(M+h0ctgβ)h0+xh0(ctgγv+ctgγt)+
2
)
(c t
v ctg
tg 
 
x2
], đồng (1.5)
Trong đó:

20. 10
M - Chiều dày nằm ngang của vỉa, m;
C - Giá thành khai thác hầm lò, đ/m3
;
a - Giá thành khai thác 1m3
khoáng sản bằng phương pháp lộ thiên (chưa kể
chi phí bóc đá), đ/m3
;
b - Chi phí bóc 1m3
đất đá, đ/m3
;
h0 - Chiều dày lớp đất phủ, m;
β - Góc nghiêng của bờ mỏ trong lớp đất phủ, độ;
γv,γt - Góc dốc kết thúc của bờ mỏ về phía vách và phía trụ, độ.
Mức tiết kiệm của khai thác lộ thiên đạt giá trị cực đại khi đạo hàm bậc nhất
của biểu thức (1.5) bằng không. Từ đó chiều sâu thân khoáng sản x khai thác có
hiệu quả là:
x =
b
a
c 
.
)
(c t
v ctg
tg
M

 
- h0, m (1.6)
Từ đó chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên là:
Hk = x+h0 =
)
(c
.
t
v
gh
ctg
tg
K
M

 
, m (1.7)
Trong đó
b
a
c 
gọi là hệ số bóc giới hạn (Kgh), còn trị số
M
ctg
tg
h
x t
v )
(c
)
( 0 
 

gọi
là hệ số bóc biên giới (Kbg)
Kgh =
b
a
c 
, m3
/m3
(1.8)
Trường hợp phần trên của khoáng sàng khai thác bằng phương pháp lộ thiên,
phần dưới khai thác bằng phương pháp hầm lò, biên giới hợp lý của mỏ lộ thiên
được đánh giá bằng tổng chi phí để khai thác toàn bộ khoáng sàng là nhỏ nhất, biểu
thức (1.7) vẫn đúng.
Trong trường hợp địa hình và các thành phần thế nằm của vỉa phức tạp thì áp
dụng phương pháp đồ thị để xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ.
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg có ưu
nhược điểm chủ yếu sau đây:

21. 11
- Ưu điểm: Biểu thức tính toán đơn giản, nhanh chóng tìm được chiều hợp lý
của mỏ, tiết kiệm thời gian trong tính toán thiết kế mỏ.
- Nhược điểm: Không tính đến ảnh hưởng của khối lượng đất đá phủ trên đầu
vỉa khoáng sản, khi khối lượng này lớn sẽ tăng vốn xây dựng cơ bản, kéo dài thời
gian xây dựng mỏ dẫn đến giảm hiệu quả chung của khai thác lộ thiên.
1.1.2. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Ktb
Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥Ktb
khi tại chiều sâu đó tổng chi phí để khai thác khoáng sản bằng phương pháp lộ thiên
và hầm lò là như nhau, tức là khai thác lộ thiên không thu được mức tiết kiệm nào
so với khai thác hầm lò.
Mặc dầu khai thác lộ thiên không thu được lợi nhuận khi áp dụng nguyên tắc
Kgh ≥ Ktb nhưng nó vẫn được sử dụng để xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ
trong trường hợp sau:
- Mỏ có trữ lượng khoáng sản nhỏ hoặc phần khoáng sản còn lại khi khai
thác lộ thiên ở phần trên không đủ để xây dựng một mỏ hầm lò, với mục đích tận
dụng có hiệu quả tài nguyên từ lòng đất và tạo việc làm cho người lao động.
- Đối với những khoáng sàng lớn, quặng có giá trị cao, chiều sâu của mỏ xác
định theo nguyên tắc Kgh ≥ Ktb được coi là biên giới triển vọng. Trong biên giới này
không nên xây dựng các công trình vĩnh cửu khi tính đến sự mở rộng biên giới mỏ
lộ thiên trong tương lai.
1.1.3. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ Kbg kết hợp với nguyên tắc Kgh ≥ Ktb
Để tránh tình trạng ảnh hưởng đến kết quả tính toán chiều sâu khai thác hợp lý
của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg khi khối lượng trên đầu vỉa quá lớn
một số tác giả đề nghị sử dụng kết hợp giữa nguyên tắc Kgh ≥ Kbg và Kgh ≥ Ktb.
1.1.4. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc
Kgh ≥ KT [29], [31], [48]
Viện sĩ V.V. Rjevxki [48] cho rằng, biên giới của mỏ lộ thiên ngoài
các yếu tố tự nhiên ra còn phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật như phương pháp mở

22. 12
vỉa, hướng phát triển công trình mỏ, các thông số hệ thống khai thác (HTKT), đồng
bộ thiết bị sử dụng, đặc biệt là giá thành khai thác thực tế. Vì vào những thập niên
giữa thế kỷ XX trên thế giới đã bắt đầu đưa những mỏ lộ thiên lớn và cực lớn vào
hoạt động với sản lượng khoáng sản hàng chục triệu tấn/năm và đá bóc đến trăm
triệu m3
/năm. Trên các mỏ này được trang bị các thiết bị xúc bốc và vận tải cỡ lớn,
chiều cao tầng từ 15 ÷ 18m còn chiều rộng mặt tầng công tác đạt 50 ÷ 60 m và hơn.
Điều đó dẫn tới góc dốc của bờ công tác nhỏ  = 11o
÷ 15o
, khác xa với góc kết
thúc của bờ mỏ. Góc  nhỏ dẫn đến hệ số bóc thời gian lớn làm tăng giá thành khai
thác thực tế của một đơn vị sản phẩm khai thác. Theo quan điểm này biên giới mỏ
lộ thiên được quy định trên cơ sở là giá thành thực tế của một đơn vị sản phẩm khai
thác bằng phương pháp lộ thiên phải luôn luôn nhỏ hơn giá thành cho phép trong
bất cứ giai đoạn phát triển nào của mỏ, tức là chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ
được xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ KT (KT - hệ số bóc thời gian hay hệ số sản xuất
thực tế). Lập luận của Viện sĩ V.V. Rjevxki để xây dựng nguyên tắc xác định chiều
sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥ KT tóm tắt như sau:
Hình 1.2: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên
theo nguyên tắc Kgh  Kbg và Kgh  KT [48]
Trong phạm vi chiều sâu HK (xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg) hệ số bóc
thời gian KT được đặc trưng bằng đường cong 4-5-6-2-7, tại (điểm 5) hệ số bóc KT
đạt được trị số lớn nhất và duy trì đến (điểm 6) sau đó giảm dần đến lúc kết thúc mỏ
4
1

23. 13
(Hình 1.2). Có thể tăng chiều sâu thời gian để hệ số bóc thời gian KT bằng hệ số bóc
giới hạn Kgh (điểm 8) và duy trì KT = Kgh ở một vài tầng khi biên giới mỏ đạt vị trí
cuối cùng trên mặt đất (điểm 8-9) sau đó trị số KT giảm dần đến chiều sâu khai thác
cuối cùng HKT. Theo Viện sĩ V.V. Rjevxki, khi tăng chiều sâu mỏ (xác định theo
nguyên tắc Kgh ≥ Kbg) HK đến chiều sâu HKT (xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ KT)
bằng phương pháp lộ thiên trữ lượng khoáng sản tăng thêm có thể đạt 25 ÷ 35%.
Phát triển ý tưởng của Viện sĩ V.V. Rjevxki, tác giả Trần Mạnh Xuân [29]
cho rằng đối với các mỏ có khối lượng đất phủ lớn nằm trên vỉa khoáng sản cần tính
đến ảnh hưởng của các yếu tố này thông qua hệ số bóc ban đầu K0. Lúc này nguyên
tắc Kgh ≥ KT trở thành nguyên tắc Kgh ≥ K0+KT. Việc xác định chiều sâu khai thác
hợp lý của mỏ lộ thiên được tiến hành theo hai bước:
- Bước thứ nhất, xác định chiều sâu thời gian HT (tại chiều sâu này hệ số bóc
thời gian KT đạt được trị số hệ số bóc giới hạn.
Hình 1.3: Sơ đồ xác định chiều sâu thời gian HT và chiều sâu H1, H2 [29]
- Bước thứ hai, xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ. Tại chiều sâu
thời gian HT, biên giới trên mặt đất được đánh dấu bằng hai điểm A và B (Hình
1.3). Từ A và B vẽ các bờ dốc kết thúc của mỏ về phía vách và trụ vỉa, hình thành
hai chiều sâu kết thúc H1 và H2. Tiến hành xác định hệ số bóc thời gian lớn nhất
KTmax1 và KTmax2 tương ứng với chiều sâu H1 và H2, đồng thời xác định hệ số bóc
ban đầu K01 và K02 theo biểu thức:


24. 14
K01 =
1
0
q
V
V
và K02 =
2
0
q
V
V
, m3
/m3
(1.9)
Để tìm chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ dựa trên nguyên tắc Kgh ≥KT có
tính đến ảnh hưởng của khối lượng đất bóc trên đầu bờ mỏ tác giả dùng phương
pháp đồ thị. Tại chiều sâu H1 xác định trị số K01+KTmax1, còn tại chiều sâu H2 xác
định trị số K02+KTmax2. Đường biểu diễn KTmax+K0 = f(H) gặp đường Kgh tại điểm I,
hoành độ điểm I là chiều sâu cần tìm của mỏ HKT xác định theo nguyên tắc Kgh ≥
K0+KT (Hình 1.4).
Hình 1.4: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ
theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+KT [29]
Để phân tích sự khác nhau và điều kiện áp dụng của hai nguyên tắc xác định
biên giới mỏ Kgh  Kbg và Kgh  KT, gần đây GS.TS Trần Mạnh Xuân [31] đã đưa ra
công thức tính chiều sâu cuối cùng của mỏ lộ thiên trên cơ sở nguyên tắc Kgh  KT
(khi điều kiện địa hình và vỉa quặng đơn giản):
(1 )
,
gh
KT
v t
M K
H m
ctg ctg
 



(1.10)
Và làm phép so sánh với công thức xác định chiều sâu cuối cùng của mỏ
theo nguyên tắc Kgh  Kbg.

25. 15
.
,
gh
KT
v t
M K
H m
ctg ctg
 


(1.11)
So (1.10) với (1.11) chiều sâu mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh  KT
lớn hơn chiều sâu mỏ xác định theo nguyên tắc Kgh  Kbg một giá trị nào đó tùy
thuộc vào chiều dày nằm ngang của vỉa M và điều kiện khai thác thông qua hệ số
bóc giới hạn Kgh.
,
KT K
v t
M
H H m
ctg ctg
 
 

(1.12)
Hoặc
1
(1 ),
KT K
gh
H H m
K
  (1.13)
Khi khai thác khoáng sàng có chiều dày vỉa lớn và rất lớn hoặc có điều kiện
khai thác khó khăn (chất lượng khoáng sản thấp, chi phí khai thác cao, thể hiện ở
HSB giới hạn nhỏ) thì sử dụng nguyên tắc Kgh  KT có lợi hơn. Trong những trường
hợp khác (M nhỏ, Kgh lớn) chiều sâu cuối cùng của mỏ xác định theo hai nguyên tắc
Kgh  Kbg hoặc Kgh  KT không khác nhau mấy nên dùng nguyên tắc nào cũng được,
tuy nhiên cần lưu ý đến ảnh hưởng của chiều dày lớp đất phủ h0.
1.1.5. Xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥
K0+KSx [52]
Trên cơ sở phân tích những ưu điểm và lợi thế của khai thác lộ thiên so với
hầm lò, GS Arxenchep A.I. [52] đề nghị sử dụng hệ số bóc sản xuất trung bình Ksx
có tính đến ảnh hưởng của khối lượng xây dựng cơ bản thông qua hệ số bóc ban đầu
K0 để xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ, tức là sử dụng nguyên tắc Kgh ≥
K0+Ksx. Sự khác biệt giữa nguyên tắc xác định biên giới mỏ này với nguyên tắc Kgh
≥ KT là trong suốt giai đoạn tồn tại chính của mỏ giá thành khai thác lộ thiên bằng
giá thành khai thác hầm lò hoặc giá thành cho phép.
Trình tự tiến hành xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ như sau: Chọn
một số chiều sâu mỏ dự kiến, đối với mỗi phương án chiều sâu trên cơ sở sơ đồ mở
vỉa và hướng phát triển công trình mỏ đã chọn cũng như các thông số HTKT đã tính

26. 16
toán, tiến hành xác định khối lượng đá bóc và khoáng sản trên từng tầng rồi xây
dựng biểu đồ chế độ công tác dạng tích lũy ΣV = f(ΣQ). Tiến hành điều chỉnh lịch
bóc đá và xác định hệ số bóc sản xuất trung bình Ksx cũng như hệ số bóc ban đầu K0
cho từng phương án chiều sâu dự kiến. Dùng phương pháp đồ thị để xác định chiều
sâu khai thác hợp lý của mỏ (Hình 1.5).
Hình 1.5: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ
theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+Ksx [44]
Trên (Hình 1.5) tại chiều sâu H1 tiến hành xác định giá trị K01+Ksx1; tại
chiều sâu H2 tiến hành xác định giá trị K02+Ksx2; tại chiều sâu H3 tiến hành xác
định giá trị K03+Ksx3. Vẽ đường cong K0+KSsx = f(H). Hoành độ của điểm gặp
nhau giữa hai đường biểu diễn K0+Ksx = f(H) với đường Kgh (không đổi) là chiều
sâu mỏ cần tìm.
Hạn chế của nguyên tắc xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên
Kgh ≥ K0+Ksx so với các nguyên tắc Kgh ≥ Kbg và Kgh ≥ KT là trong suốt thời gian tồn
tại chính của mỏ, mỏ lộ thiên có giá thành khai thác bằng giá thành hầm lò, quá
trình tính toán phức tạp, tốn nhiều thời gian.
1.1.6. Xác định hệ số bóc giới hạn Kgh [29], [32], [52]
Hệ số bóc giới hạn hay còn gọi là HSB kinh tế hợp lý, hệ số bóc hòa vốn là
chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng trong xác định biên giới mỏ lộ thiên. Hệ số

27. 17
bóc giới hạn được tính gián tiếp qua các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật thể hiện mức độ
hiệu quả của khai thác lộ thiên, so với khai thác hầm lò và nó được xác định theo
biểu thức (1.8) cùng với việc ra đời của nguyên tắc xác định biên giới mỏ Kgh ≥
Kbg. Tuy nhiên sự phát triển như vũ bão của ngành khai thác lộ thiên trong những
điều kiện khác nhau khi khai thác các khoáng sàng khoáng sản có ích khác nhau,
việc sử dụng giá thành khai thác hầm lò để so sánh với giá thành khai thác lộ thiên
nhằm quy định biên giới của mỏ lộ thiên nhiều khi không còn phù hợp nữa. Khi
đó người ta sử dụng tiêu chí mới gọi là giá thành cho phép Gcp để đánh giá hiệu
quả của khai thác lộ thiên.
Lúc này công thức tổng quát để xác định HSB giới hạn là:
b
a
G
K
cp
gh

 , m3
/m3
(1.14)
Giá thành cho phép khai thác một đơn vị khoáng sản bằng phương pháp lộ
thiên tùy trường hợp cụ thể mà có thể chọn hoặc là giá thành khai thác hầm lò hoặc
giá trị của một đơn vị quặng được khai thác bằng phương pháp lộ thiên phải qua hay
không qua khâu chế biến.
Giá trị HSB giới hạn có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả xác định chiều sâu cuối
cùng của mỏ lộ thiên nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, bổ sung vào
công thức (1.8) những yếu tố thể hiện sự ảnh hưởng của chúng đến mức độ chính xác
khi xác định biên giới của mỏ lộ thiên và cũng từ đó xuất hiện nhiều công thức khác
nhau để xác định HSB giới hạn.
Các yếu tố mà các nhà khoa học ngành mỏ quan tâm khi xác định HSB giới
hạn là:
- Cần bổ sung vào giá thành cho phép đối với những mỏ có những vỉa quặng
phụ có thể khai thác kèm theo có giá trị kinh tế nhất định.
- Bổ sung vào công thức tính HSB giới hạn khi sử dụng giá thành khai thác
hầm lò làm giá thành cho phép các chỉ tiêu tổn thất và làm nghèo quặng [29], [52].
- Bổ sung vào chi phí bóc đá những yếu tố thay đổi theo chiều sâu khai
thác [33].

28. 18
1.2. Chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên xác định theo phương thức phi
truyền thống khi sử dụng các phần mềm ứng dụng trong khai thác mỏ
Các phần mềm ứng dụng trong khai thác mỏ bao gồm các nội dung:
- Xây dựng cơ sở dữ liệu địa chất.
- Mô hình hóa địa chất thân khoáng.
- Tính toán trữ lượng.
- Tối ưu hóa biên giới mỏ.
- Quy hoạch khai thác ngắn hạn và dài hạn.
1.2.1. Xác định biên giới mỏ lộ thiên bằng thuật toán hình nón động [11], [16]
Phương pháp hình nón động hay hình nón cụt là một trong những phương
pháp được áp dụng sớm nhất trong phần mềm ứng dụng về mỏ để xác định biên giới
mỏ lộ thiên
Nội dung của thuật toán này là việc xác định hình nón đất đá phải bóc để thu
hồi một vi khối hoặc một nhóm vi khối chứa quặng nằm gần nhau tại đáy hình nón
sao cho lợi nhuận khi khai thác vi khối quặng nằm trong hình nón đó là không âm
(không lỗ). Nếu giá trị này dương (có lãi) thì tiếp tục mở rộng hình nón lớn hơn để
bao thêm các vi khối quặng khác cho tới khi giá trị lợi nhuận bằng không. Vị trí
hình nón tương ứng với giá trị lợi nhuận bằng không được coi là biên giới tối ưu
của mỏ.
Thuật toán này là một trong những phương pháp tối ưu sử dụng rộng rãi
trong nhiều năm qua của các phần mềm máy tính trong khai thác mỏ vì nó đơn giản,
dễ hiểu, dễ lập trình. Các thủ tục thực hiện nó thuận lợi cho việc kết hợp với các
chương trình khác đặc biệt là các chương trình động cho phép xử lý các phép tính
nhanh hơn.
Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn một số hạn chế sau:
- Khi khai thác các mỏ khoáng sản có chiều dày lớp đất phủ khá lớn có thể
gặp trường hợp khi khai thác một vi khối hay một số vi khối quặng nằm gần nhau
tại đáy hình nón trong phạm vi hình nón đầu tiên lợi nhuận thu được nhỏ hơn
không. Điều này cũng có thể xảy ra đối với một số hình nón được mở rộng tiếp

29. 19
theo… cho đến một lúc nào đó việc mở rộng các hình nón tiếp theo lợi nhuận lại
lớn hơn không. Máy sẽ cho kết quả như thế nào trong trường hợp này. Bởi vì ta
không thể khống chế một hình nón nào đó mà khi khai thác các vi khối quặng trong
hình nón này lại cho lợi nhuận bằng không hay đạt trị số lớn nhất.
- Khó khăn trong việc xác định kích thước của vi khối (chiều rộng, chiều
cao) làm sao để góc dốc kết thúc bờ mỏ tạo bởi biên của hình nón phù hợp với góc
dốc kết thúc bờ mỏ theo yêu cầu. Một số tác giả đề nghị xác định kích thước của vi
khối với tỷ lệ chiều cao và chiều rộng phù hợp với góc dốc ổn định của bờ mỏ chọn
trước γ, tức là chiều rộng vi khối b = h.ctgγ (m), trong đó h là chiều cao vi khối
(thường bằng chiều cao tầng). Biện pháp này cũng không phù hợp khi thiết kế các
mỏ có góc dốc kết thúc bờ mỏ ở bờ trụ và bờ vách khác nhau khá lớn, đặc biệt đối
với các vỉa quặng có thế nằm thoải ở phần dưới của mỏ sau đó độ dốc của nó tăng
dần và đạt dốc đứng ở phần dưới của mỏ.
- Thực chất của thuật toán này là quy định biên giới mỏ lộ thiên trên cơ sở
nguyên tắc Kgh ≥ Ktb. Hạn chế của nguyên tắc này như ở các phần trên đã trình bày.
1.2.2. Xác định biên giới mỏ lộ thiên bằng phương pháp phương án với việc sử
dụng phần mềm COMFAR [11], [16]
Đây là phương pháp có độ tin cậy cao vì nó phản ánh được các yếu tố ảnh
hưởng như điều kiện tự nhiên, công nghệ khai thác cũng như hiệu quả kinh tế đến kết
quả xác định biên giới mỏ.
Nội dung của phương pháp như sau: chọn một số phương án chiều sâu của
mỏ. Đối với mỗi phương án chiều sâu xác định khối lượng khoáng sản và đá bóc
trong biên giới mỏ và trên cơ sở đó dự kiến một số phương án sản lượng mỏ căn cứ
vào các thông tin kinh tế và dự báo nhu cầu sản phẩm trên thị trường trong nước hay
xuất khẩu.
Đối với mỗi phương án độ sâu dự kiến khai thác tương ứng với từng phương
án sản lượng, tiến hành chọn phương án mở vỉa, hệ thống khai thác, đồng bộ thiết bị
xử dụng, xây dựng lịch bóc đá và sản lượng đá bóc. Từ các số liệu đó tiến hành xác
định vốn đầu tư ban đầu và bổ sung, xác định thời gian tồn tại của mỏ, xác định chi

30. 20
phí sản xuất hàng năm, doanh thu hàng năm trên cơ sở chất lượng quặng nguyên
khai và quy trình chế biến để nhận được sản phẩm hàng hóa.
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp khai thác lộ thiên đối với phương án
chiều sâu dự kiến ta sử dụng chỉ tiêu giá trị hiện tại thực NPV (Net Present Value).
NPV là hiệu số giữa giá trị của các luồng tiền mặt thu và chi trong tương lai
được quy đổi về thời điểm hiện tại theo tỉ suất chiết khấu đã định.
Biên giới của mỏ lộ thiên được chọn khi:
0
( )
t
i i i
i
NPV G C a

 
  max và NPV  0 (1.15)
Trong đó:
Gi - Lượng tiền mặt thu được năm thứ i bao gồm doanh thu do bán khoáng sản
và giá trị thanh lý tài sản (nếu có), đồng;
Ci - Lượng tiền mặt chi tại năm thứ i bao gồm vốn đầu tư (nếu có) và các
khoản chi liên quan đến vốn đầu tư không kể khấu hao, đồng.
ai = t
r)
1
(
1

(1.16)
r - Tỷ suất chiết khấu là tỷ lệ lãi vay phải trả;
t - Thứ tự năm tính toán, năm đầu tiên ứng với t = 0.
Ngoài ra người ta còn dùng chỉ tiêu tỷ lệ hoàn vốn nội bộ (IRR) để đánh giá
phương án khi có khó khăn trong việc xác định tỷ suất chiết khấu r.
Đó là suất chiết khấu tại đó giá trị hiện tại thực của các khoản thu và chi
bằng nhau. Dự án được chấp nhận khi IRR  IRRmin. Đó là tỷ lệ lãi vay phải trả mà
doanh nghiệp mỏ có thể chấp nhận được khi tiến hành khai thác khoáng sàng.
Do những khác biệt cơ bản về điều kiện tự nhiên và khai thác, có thể kết luận
rằng không thể sử dụng các kết quả nghiên cứu đã có để xác định chiều sâu hợp lý
cho các mỏ đá nằm dưới mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ:
- Các mỏ đá xây dựng không có đá bóc nên không thể dùng hệ số bóc giới
hạn để so sánh.

31. 21
- Các chỉ tiêu chi phí bóc 1 m3
đá hay 1 m3
khoáng sản (b và a) trong tính toán kinh
tế đều coi như không đổi, điều đó sẽ không phù hợp với thực tế khi quy định biên
giới hợp lý của các mỏ đá ở khu vực Nam Bộ.
1.3. Xác định biên giới mỏ đối với mỏ đá dùng làm vật liệu xây dựng
Trước đây, do nguồn tài nguyên đá vôi rất phong phú nên việc khai thác
chúng không những để sản xuất xi măng mà còn dùng làm vật liệu thông thường.
Việc khai thác đá vôi phần lớn được tiến hành ở phần nổi của các núi đá vôi cao
hơn địa hình xung quanh. Trữ lượng đá vôi nằm ở phần nổi trên mặt đất lúc đó thỏa
mãn nhu cầu. Vì vậy việc xác định biên giới mỏ lộ thiên chỉ căn cứ vào chất lượng
đá và điều kiện an toàn khi khai thác các mỏ đá nằm trên cao. Việc xác định biên
giới mỏ trong đó có chiều sâu khai thác hợp lý khi khai thác phần chìm của núi đá
vôi không được các nhà khoa học và quản lý quan tâm. Hầu hết các công trình
nghiên cứu đã có về khai thác đá vật liệu xây dựng chủ yếu tập trung vào các lĩnh
vực như: Công tác quản lý [15], [20], [21], [22], [23], [25], [33], 35]; Công nghệ
khai thác [8], [9], [12], [14], [18], [26], [27], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42],
[45], [47], [50], [51] và đồng bộ thiết bị [10], [13], [24], [34].
Ngày nay khi nguồn tài nguyên đá vôi có điều kiện khai thác thuận lợi đã cạn
kiệt, đặc biệt ở những khu vực ít có đá vôi như khu vực Nam Bộ của nước ta. Vì
vậy việc tìm kiếm, thăm dò và khai thác các đá trầm tích khác để làm vật liệu thông
thường nhằm thỏa mãn nhu cầu vật liệu xây dựng cho việc phát triển cơ sở hạ tầng
trở nên cấp thiết.
Ở nước ta trong vài chục năm gần đây tại khu vực Nam Bộ, đặc biệt là vùng
đông Nam Bộ đã hình thành hàng loạt mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm dưới
mức thoát nước nước tự chảy. Biên giới của các mỏ này được quy định tại giấy
phép khai thác. Trong đó chiều sâu khai thác cho phép lấy theo chiều sâu thăm dò,
không quy định chiều sâu khai thác cuối cùng của mỏ. Diện tích cấp cho từng mỏ
cũng tùy tiện không có cơ sở khoa học.

32. 22
Nghiên cứu về vấn đề này, trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật của mình tác giả
Võ Minh Đức [6] đã đề xuất công thức tính chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật
với kích thước mặt mỏ bị hạn chế. Chiều sâu mỏ được tính cho hai trường hợp:
- Khi mặt mỏ có dạng hình chữ nhật:
H =
)
( 2
1 
 ctg
ctg
B
B d
m


, m (1.17)
- Khi diện tích mặt mỏ có dạng gần tròn trong bình đồ:
H =






2
2
2
2
)
(
4
)
.
(
.
ctg
S
S
ctg
ctg
P
ctg
P d
m
d
d 



, m (1.18)
Trong đó:
Bm, Bd - Chiều rộng mặt mỏ và chiều rộng đáy mỏ (chiều rộng đáy mỏ cho
phép theo điều kiện kỹ thuật);
2
1,
 - Góc dốc kết thúc bờ mỏ về hai phía, độ;
Sm và Sd - Diện tích mặt mỏ và đáy mỏ, m2
(diện tích đáy mỏ cho phép theo
điều kiện kỹ thuật);
Pd - Chu vi đáy mỏ, m;
 - Góc dốc bờ mỏ khi mở vỉa bằng hào xoắn ốc, độ.
Chiều sâu của mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng xác định xác định theo biểu
thức (1.17) chỉ căn cứ vào chiều rộng mặt mỏ Bm cho trước là không chính xác vì
nó chưa tính đến tác động của chiều dài mặt mỏ Lm.
Chiều sâu mỏ tính theo các biểu thức (1.17) và (1.18) là chiều sâu tối đa của
mỏ lộ thiên có thể đạt được theo điều kiện kỹ thuật nhưng có thể không phải là
chiều sâu khai thác hợp lý vì nó không tính đến điều kiện kinh tế.
Phát triển nghiên cứu này, Ths Võ Minh Đức [7] ngoài việc xác định chiều
sâu khai thác theo điều kiện kỹ thuật (theo biểu thức 1.17) tác giả đã tiến hành kiểm
tra chiều sâu tính được theo điều kiện kinh tế khi đảm bảo điều kiện giá thành khai
thác thực tế không được vượt quá giá thành cho phép hoặc giá bán sản phẩm theo
công thức:
G ≥ Ckn + Cxb + Cv + Cd, đ/m3
(1.19)

33. 23
Trong đó:
Ckn, Cxb - chi phí khoan nổ và xúc bốc 1m3
đất đá, đ/m3
;
Cv, Cd - chi phí vận tải và chi phí đền bù đất đai nằm ngoài phạm vi khai thác
không thể canh tác được do ảnh hưởng của công tác khai thác, đ/m3
;
G - giá thành cho phép, đ/m3
.
Cv = S
K
i
H
d . , đ/m3
(1.20)
Cd = (Ra - Hctgγ)PmGd, đ/m3
(1.21)
Trong đó:
Ra - bán kính hạ thấp mực nước ngầm, m;
γ - góc dốc bờ mỏ, độ;
Pm - chu vi mặt mỏ, m;
i - độ dốc đường hào, đv;
Kd - hệ số kéo dài tuyến đường, đv;
S - cước vận tải, đ/m3
.km;
Gd - giá đền bù 1m2
đất, đ/m2
.
Thay (1.20) và (1.21) vào (1.19) sẽ được:
G ≥ Ckn + Cxb + S
K
i
H
d . +
V
G
P
Hctg
R d
m
a )
( 

(1.22)
Từ (1.22) tác giả bài báo rút ta công thức tính chiều sâu của mỏ H theo điều
kiện kinh tế như sau:
H ≤
V
Ctg
G
P
i
K
S
V
G
R
P
C
C
G
d
m
d
d
a
m
xb
kn

.
.
(




, m (1.23)
Trong đó:
V = H
F
F
F
F m
d
d
m
.
3
.
( 

, m3
(1.24)
Phân tích các tính toán trên đây của tác giả bài báo Võ Minh Đức cho ta
những nhận xét sau đây:

34. 24
- Việc xác định chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật (1.17) là chưa đủ vì
chưa tính đến kích thước chiều dài của mỏ trên mặt đất.
- Chi phí để khai thác 1m3
đá xây dựng (vế phải của biểu thức 1.19) tính
chưa đủ. Như còn thiếu chi phí môi trường, trả tiền để được quyền khai thác, thuế
tài nguyên v.v… quan trọng hơn là thiếu chi phí thoát nước, chi phí vận tải trên
tầng, chi phí vận tải ngoài mỏ (từ miệng mỏ đến trạm nghiền sang).
- Nếu thay V xác đinh theo biểu thức (1.24) vào biểu thức (1.22) và Fd không
phải là một đại lượng không đổi mà phụ thuộc vào H thì giá trị G sẽ phụ thuộc vào
Hn
nên không thể tìm giá trị chiều sâu mỏ H theo biểu thức (1.23).
- Không thể chọn chiều sâu khai thác hợp lý theo biểu thức (1.23). Ví dụ:
Vế phải của biểu thức này bằng 100 m thì nên chọn chiều sâu nào cho phù hợp.
Từ các phân tích trên đây ta thấy không thể sử dụng công thức (1.23) để
xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá xây dựng vì nó không đảm
bảo độ tin cậy, độ chính xác cần thiết do thiếu các yếu tố ảnh hưởng quan trọng
và sự lẫn lộn giữa chiều sâu khai thác tính theo điều kiện kỹ thuật và điều kiện
kinh tế.
Trong luận án tiến sĩ do nghiên cứu sinh Hoàng Cao Phương [19] thực hiện
có một phần nội dung xác định một đơn vị khối lượng đá xây dựng dùng làm vật
liệu xây dựng thông thường hợp lý đem đấu giá để được quyền khai thác có đề cập
tới việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ khi kích thước mặt mỏ không bị
hạn chế. Tiếp cận này chưa phù hợp với điều kiện cụ thể và yêu cầu thực tế trong
việc lập quy hoạch khai thác và chế biến đá xây dựng tại khu vực Nam Bộ hiện tại
và trong tương lai.
Các kết quả nghiên cứu ban đầu trên đây còn nhiều hạn chế, cần phải tiếp tục
hoàn thiện và bổ sung thêm về cơ sở lý thuyết cũng như thực tiễn áp dụng khi tính
đến các điều kiện khác nhau trong lĩnh vực xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho
các mỏ lộ thiên khai thác đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở
khu vực Nam Bộ.

35. 25
1.4. Kết luận chương 1
Việc xác định biên giới mỏ lộ thiên (hay chiều sâu khai thác cuối cùng của
mỏ lộ thiên) được các nhà khoa học nghiên cứu từ những thập niên đầu của thế kỷ
XX và ngày càng phát triển, chủ yếu đi sâu vào các lĩnh vực khai thác than và
quặng các loại. Nghiên cứu vấn đề này cho khoáng sàng đá xây dựng còn quá ít ỏi.
Việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên theo phương thức
truyền thống lấy hệ số bóc các loại so với hệ số bóc giới hạn không thể vận dụng để
xác định chiều sâu chiều sâu khai thác hợp lý cho các mỏ đá xây dựng nằm dưới
mức thoát nước tự chảy là do:
- Các mỏ đá xây dựng ở khu vực này không có đá bóc nên không thể dùng hệ
số bóc để so sánh với hệ số bóc giới hạn.
- Ngoài ra việc coi chi phí khai thác khoáng sản (a, đ/m3
) và chi phí bóc đá
(b, đ/m3
) có giá trị không đổi trong việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý theo
phương thức truyền thống hay phi truyền thống đều không phù hợp với điều kiện
khai thác các mỏ đá xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở nước ta.
- Thêm vào đó việc lấy kích thước đáy mỏ làm căn cứ ban đầu để khoanh
định biên giới mỏ lộ thiên cho các mỏ quặng và than cũng không phù hợp với điều
kiện địa chất thực tế của các mỏ đá xây dựng khu vực Đông Nam bộ mà đặc thù là
các vỉa đá có chiều dày ngang rất lớn.
Do vậy cần tiếp tục tiến hành nghiên cứu, hoàn thiện và bổ sung thêm cơ sở
lý thuyết cho lĩnh vực này có tính đến đặc thù của khoáng sàng đá xây dựng nằm
dưới mức thoát nước tự chảy - không có đá bóc hoặc đá bóc không đáng kể và chiều
dày nằm ngang của thân khoáng sản rất lớn như các khoáng sàng đá xây dựng khu
vực đông Nam Bộ.

36. 26
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH
CHIỀU SÂU HỢP LÝ CỦA MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ
XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY
Ảnh hưởng đến việc xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên khai
thác đá xây dựng bao gồm các yếu tố tự nhiên, kinh tế - kỹ thuật khai thác, bảo vệ
môi trường và các yếu tố xã hội.
Các yếu tố tự nhiên có ảnh hưởng quyết định đến chiều sâu khai thác hợp lý
của mỏ là điều kiện địa chất, địa chất thủy văn và công trình, điều kiện địa hình và
khí hậu của vùng mà trực tiếp là chiều dày vỉa khoáng sản, chất lượng khoáng sản,
lượng nước mưa và nước ngầm chảy vào mỏ.v.v...
Các yếu tố kỹ thuật - kinh tế thông qua kỹ thuật khai thác được áp dụng
(đồng bộ thiết bị khai thác, HTKT và các thông số HTKT, phương pháp mở vỉa,
trình tự khai thác, giá thành của các khâu công nghệ khai thác và chế biến, khả năng
đầu tư của doanh nghiệp mỏ, giá bán sản phẩm chính và phụ, các chi phí kèm theo
liên quan đến bảo vệ môi trường và khôi phục môi trường sau khai thác).
Các yếu tố xã hội bao gồm các chính sách đền bù (thuê) đất đai phục vụ cho
khai thác, trách nhiệm xã hội của doanh nghiệp mỏ đối với địa phương có mỏ hoạt
động, quyết định cho phép khai thác của các cấp có thẩm quyền, bảo vệ môi trường
sau khi kết thúc khai thác.
Khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ lộ thiên khai thác khoáng sản
đá xây dựng, theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật có thể phân thành hai nhóm yếu tố ảnh
hưởng:
- Nhóm thứ nhất các yếu tố ảnh hưởng gián tiếp (bao gồm các yếu tố không
thay đổi hay ít thay đổi vào chiều sâu của mỏ) như giá thành một số khâu trong dây
chuyền công nghệ khai thác và chế biến đá khi sử dụng đồng bộ thiết bị cho trước
và điều kiện mỏ địa chất xác định.
- Nhóm thứ hai bao gồm các yếu tố trực tiếp ảnh hưởng tới chiều sâu khai
thác hợp lý, tức là các yếu tố này là một hàm số của chiều sâu khai thác.

37. 27
2.1. Nhóm các yếu tố ảnh hưởng gián tiếp
Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ có ý nghĩa quan
trọng nhất là các chỉ tiêu giá thành của các khâu sản xuất trên mỏ nhưng thường
được xác định gián tiếp qua các thông số phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ và
khả năng cơ giới hóa công tác khai thác.
Nếu giá thành khai thác và chế biến đá thành phẩm giảm thì chiều sâu khai
thác hợp lý của mỏ sẽ tăng lên. Dưới đây luận án đi sâu phân tích những yếu tố ảnh
hưởng đó.
2.1.1. Giá thành khoan nổ mìn
2.1.1.1. Giá thành khoan lỗ khoan nạp mìn
Giá thành khoan để tạo ra 1m3
đá xây dựng được xác định theo biểu thức:
GK =
CK
CM
Q
G
, đ/m3
(2.1)
Trong đó:
GCM - Giá một ca máy khoan, đ/ca;
QCK - năng suất của máy khoan, m3
/ca.
Giá một ca máy khoan phụ thuộc vào loại máy khoan sử dụng. Nó được chọn
trên cơ sở đảm bảo hoàn thành thành sản lượng đá theo yên cầu, vận hành đơn giản,
có tính cơ động cao và khả năng đầu tư của doanh nghiệp mỏ. Phù hợp với các tiêu
chí đó phần lớn các mỏ khai thác đá xây dựng trên địa bàn khu vực Nam Bộ đều
đầu tư loại máy khoan đập xoay đường kính lỗ khoan 105 mm như ЪКМ_4,
СЪКМ_5 hoặc các loại tương đương.
Năng suất ca của máy khoan phụ thuộc vào tốc độ khoan của máy khoan VK,
thời gian khoan thuần túy của máy khoan trong một ca, thời gian phụ trợ tính cho
1m khoan sâu.
Tốc độ khoan của máy khoan đầu đập khí nén được xác định theo biểu thức
thực nghiệm sau đây [49]:
VK =
f
K
K
d
K
d
P
K
n
w
.
.
.
.
.
6
,
0
2
1
, m/h (2.2)

38. 28
Trong đó:
w - Năng lượng đập của dụng cụ khoan, kg/m;
nd - Số lần đập của đầu choòng trong một phút, lần/ph;
K1 - Hệ số phụ thuộc vào mức độ khó khoan;
Pk - Mức độ khó khoan của đất đá;
dK - Đường kính lỗ khoan, cm;
Kf - Hệ số chú ý tới hình dáng đầu mũi khoan.
Năng suất ca của máy khoan tính theo yếu tố tổ chức được xác định theo
biểu thức:
Qc =
p
c
b
cb
c
t
t
T
T
T


 )
(
, m/ca (2.3)
Trong đó:
Tc - thời gian của ca, giờ;
Tcb - thời gian chuẩn bị, kết thúc ca và thời gian nghỉ bắt buộc trong ca,
thường bằng 0,5 ÷ 1 giờ;
tc và tp - thời gian cơ bản và phụ trợ để khoan 1m lỗ khoan; tc = 1/VK, giờ.
Năng suất ca của máy khoan tính theo m3
được xác định theo biểu thức:
Qck = Qc.P , m3
/ca (2.4)
Trong đó P - suất phá đá của 1m dài lỗ khoan, m3
/m.
Từ các biểu thức (2.1) đến (2.4) ta thấy giá thành khoan 1m3
đất đá phụ
thuộc vào loại máy khoan sử dụng, tính chất cơ lý của đất đá (được biểu thị qua
mức độ khó khoan của đất đá Pk), các thông số khoan nổ mìn (được biểu thị qua
suất phá đá P) và công tác tổ chức khoan.
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và giá thành khoan 1m3
đất đá có thể
thay đổi theo chiều sâu của mỏ, đặc biệt là tính chất cơ lý của đá. Tuy nhiên đối với
loại máy khoan đã lựa chọn, tính chất cơ lý của đá có thể lấy theo trị số trung bình
theo chiều sâu khai thác thì giá thành khoan khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý
của mỏ có thể coi là một đại lượng không đổi và được chọn theo trị số trung bình
tiên tiến của các mỏ đang hoạt động trên khu vực có điều kiện tương tự.

39. 29
2.1.1.2. Giá thành nổ mìn
Chi phí nổ mìn thường chiếm 60 - 70% chi phí khoan nổ mìn 1m3
đá trong
đó chi phí mua thuốc nổ và phương tiện nổ chiếm chủ đạo. Bởi vậy việc cải thiện
chi phí nổ mìn cần hướng tới việc xác định các thông số nổ mìn, chọn phương pháp
điều khiển nổ phù hợp và chọn thuốc nổ, tính toán chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý có vai
trò quan trọng đặc biệt.
Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất cơ lý của đá, cỡ
đá nổ ra theo yêu cầu v.v... và có thể xác định theo công thức của GS. Kutuzôp [46]:
q = 0,13.γ r
cp
k
o k
d
d
d
f .
)
5
,
0
)(
.
33
,
0
6
,
0
( 5
/
2
4  , kg/m3
(2.5)
Trong đó:
γ - Dung trọng của đá, t/m3
;
f - Hệ số độ kiên cố của đất đá;
do - Kích thước trung bình của khối nứt, m;
dk - Đường kính của lượng thuốc nổ, m;
dcp - Kích thước cục đá cho phép, m;
Kr - Hệ số chuyển đổi thuốc nổ.
Kích thước cục đá cho phép dcp phải thỏa mãn điều kiện xúc bốc, vận tải
và kích thước cửa tháo bunke vào máy đập. Cỡ đá dcp có thể lấy theo trị số hợp
lý đảm bảo tổng chi phí của các quá trình khoan nổ, xúc bốc, vận tải và nghiền
sàng là nhỏ nhất. Lúc này chỉ tiêu thuốc nổ xác định theo biểu thức (2.5) là chỉ
tiêu thuốc nổ hợp lý.
Các thông số γ và f, đặc trưng cho tính chất cơ lý của đất đá cần nổ mìn có
thể thay đổi theo chiều sâu khai thác ở một mức độ nào đó. Khi chấp nhận một sai
số nào đó nằm trong phạm vi cho phép có thể coi các yếu tố này là không thay đổi
và lấy theo trị số trung bình của khu vực. Chi phí nổ mìn cũng có thể lấy theo thực
tế với mức trung bình tiên tiến trên cơ sở khảo sát, phân tích kết quả công tác nổ
mìn của khu vực.

40. 30
2.1.2. Giá thành xúc bốc 1m3
đá
Giá thành xúc bốc 1m3
đá phụ thuộc vào kiểu loại máy xúc sử dụng và năng
suất của chúng. Năng suất máy xúc phụ thuộc rất nhiều vào công tác khoan nổ mìn,
trong đó các yếu tố cần quan tâm là cỡ đá, kích thước đống đá, độ bằng phẳng của
nền tầng và dự trữ đống đá nổ mìn. Cỡ đá trung bình đảm bảo tổng chi phí sản xuất
là nhỏ nhất có thể sử dụng để tính toán chi phí khoan nổ mìn, xúc bốc và chế biến
đá xây dựng nhưng cần được kiểm tra lại khả năng lọt qua miệng bun ke cho vào
máy đập. Cỡ đá trung bình hợp lý có thể xác định theo biểu thức của viện sĩ
V.V.Rjevxki [49]:
dtb = (0,15 ÷ 0,20)3
E , m (2.6)
Trong đó: E - Dung tích gầu xúc, m3
Trong điều kiện các mỏ khai thác đá xây dựng khu vực đông Nam Bộ khi xét
đến công đoạn đập sàng tiếp theo, cỡ đá trung bình có thể chọn là 0,23 ÷ 0,25m. Cỡ
đá trung bình là một chỉ tiêu có ảnh hưởng đến mức độ khó xúc của đất đá nổ mìn,
thời gian chu kỳ xúc thực tế của máy xúc và hệ số xúc thông qua hệ số xúc đầy gầu
và hệ số nở rời của đá trong gầu.
Nếu tổ chức công tác khoan nổ mìn tốt, công tác thoát nước đảm bảo cho
gương khô ráo thì năng suất của máy xúc ít thay đổi theo chiều sâu của mỏ. Bởi vậy
giá thành xúc bốc có thể chấp nhận là không đổi khi xác định chiều sâu khai thác
hợp lý của mỏ với mức độ trung bình tiên tiến của khu vực.
2.1.3. Giá thành khâu chế biến đá
Khâu chế biến đá xây dựng thông thường bao gồm khâu đập và sàng phân
loại. Giá thành đập - sàng 1m3
đá phụ thuộc vào kiểu máy đập áp dụng, bộ sàng
phân loại, tính chất của đá và cỡ đá đưa vào đập. Hiện nay ở Việt Nam chưa có
công trình nào nghiên cứu sự phụ thuộc giữa năng suất của bộ đập-sàng và tính chất
của đá cũng như cỡ đá đưa vào đập. Bởi vậy giá thành của khâu này khi xác định
chiều sâu khai thác hợp lý của mỏ cũng có thể coi là không đổi khi lấy theo chỉ tiêu
trung bình tiên tiến của khu vực trên cơ sở khảo sát, thống kê và phân tích các kết
quả nghiền sàng của các mỏ trong điều kiện tương tự.

41. 31
2.2. Nhóm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp
Nhóm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp khi xác định chiều sâu khai thác hợp lý
của mỏ bao gồm các yếu tố mà chúng có thể thay đổi khi chiều sâu của mỏ thay đổi
như khoảng cách vận tải, lượng nước mưa và nước ngầm chảy vào mỏ, diện tích đất
đai phải đền bù để tổ chức khai trường và các đối tượng phụ trợ.
2.2.1. Khoảng cách vận tải
Khoảng cách vận tải đá xây dựng trung bình từ chiều sâu đang khai thác đến
trạm nghiền - sàng bố trí trên mặt đất bao gồm khoảng cách đường ôtô chạy trung
bình trên đáy mỏ Lvto, trên bờ mỏ
i
H
Kd và trên mặt đất từ miệng mỏ đến trạm
nghiền-sàng L.
Lvt = 0,5[Lvto +
i
h
x O )
( 
Kd] + L, m (2.7)
Trong đó:
H = x+ho - chiều cao bờ mỏ, m;
x - chiều sâu khai thác, m;
ho - chiều dày lớp đất phủ, m;
i - độ dốc đường hào, đvtp;
Kd - hệ số kéo dài tuyến đường.
Trị số Lvto có thể xem là một nửa chu vi trung bình của đáy mỏ trong phạm
vi chiều sâu khai thác x. Đối với mỏ có dạng hình chữ nhật nó được xác định theo
biểu thức:
Lvto = Bvtd + Lvtd, m (2.8)
Trong đó Bvtd, Lvtd - Chiều rộng và chiều dài trung bình của đáy mỏ trong
phạm vi chiều sâu khai thác x (Hình 2.1).
Bvtd =
2
od
m B
B 
, m (2.9)
Bm - Chiều rộng của mặt mỏ, m (trị số này đã biết)
Bod - Chiều rộng đáy mỏ tương ứng với chiều sâu khai thác x, m
Bod = Bm - 2hoctgβ - x(ctgγ1 + ctgγ2), m (2.10)

42. 32
Thay (2.10) vào (2.9) ta được:
Bvtd =
2
)
(
2 2
1 

 ctg
ctg
x
ctg
h
B
B O
m
m 



Bvtd = Bm - hoctgβ - 0,5x(ctgγ1 + ctgγ2), m (2.11)
Cũng tương tự như vậy trị số Lvtd được tính theo biểu thức:
Lvtd = Lm - (hoctgβ+xctgγd), m (2.12)
Từ đó:
Lvto = Bm+Lm-2hoctgβ-x[(ctgγ1+ctgγ2)+ctgγd], m (2.13)
Hay
Lvto = Bm + Lm - K3ho - K4x, m (2.14)
Trong đó:
Lm - Chiều dài mặt mỏ, m (đã biết);
K3 = 2ctgβ;
β - góc dốc ổn định của tầng đất phủ, độ;
K4 = 0,5(ctgγ1+ctgγ2)+ctgγd;
γ1,γ2 - góc bờ kết thúc của mỏ về phía vách và trụ, độ;
γd - góc kết thúc bờ hai đầu của mỏ, độ.
Thay (2.14) vào (2.7) và qua một vài phép biến đổi ta xác định được khoảng
cách vận tải Lvt:
Lvt = 0,5[Bm+Lm+ho( 3
K
i
Kd
 )+x( 4
K
i
Kd
 )]+L, m (2.15)
Nếu mặt mỏ có dạng gần tròn trong bình đồ,trị số Lvto trong biểu thức (2.7)
được thay bằng nửa chu vi trung bình của đáy mỏ trong phạm vi chiều sâu khai thác x
Lvto = πRm - 0,5π(hoctgβ + xctgγ), m (2.16)
Trong đó:
Rm - bán kính quy đổi của mặt mỏ Rm=

m
S
, m
Sm - diện tích mặt mỏ, 2
m
Thay (2.16) vào (2.7) và qua một vài phép biến đổi ta được:

43. 33
Lvt = 0,5πRm + 0,5ho(
i
Kd
- 0,5πctgβ) + 0,5x(
i
Kd
- 0,5πctgγ) + L, m
Hay
Lvt = 0,5πRm + 0,5ho(
i
Kd
- 0,25π K3) + 0,5x(
i
Kd
- 0,25π K5) + L, m (2.17)
Trong đó: γ - Góc dốc trung bình của bờ mỏ, độ; K5 = 2ctg γ.
Từ (2.15) và (2.17) ta thấy khoảng cách vận tải trong mỏ tỷ lệ thuận với
chiều sâu khai thác x và chu vi mặt mỏ.
Hình 2.1: Sơ đồ xác định khoảng cách vận tải đá xây dựng
phụ thuộc vào chiều sâu khai thác (x)
Từ các biểu thức (2.15) và (2.17) cho thấy khoảng cách vận tải phụ thuộc rất
nhiều vào chiều sâu khai thác x và chu vi mặt mỏ (Bm + Lm) đối với mặt mỏ hình
chữ nhật và Rm đối với mặt mỏ có dạng gần tròn trong bình đồ.
2.2.2. Lượng nước mưa chảy vào mỏ và việc bơm nước mưa ra khỏi mỏ
Lượng nước mưa trực tiếp rơi vào mỏ được xác định theo biểu thức:
Qm = Sm.F, m3
/năm. (2.18)
Trong đó:
Sm - diện tích mặt mỏ, m2
;
F - lượng nước mưa trung bình năm của khu vực, m.

44. 34
Số năm khai thác mỏ:
d
xd
A
V
T  , năm (2.19)
Trong đó:
Vxd - Khối lượng đá xây dựng trong biên giới mỏ khi khai thác đến chiều sâu
x, m3
;
Ad - Sản lượng năm của mỏ m3
/năm.
Khối lượng nước phải bơm khi khai thác hết trữ lượng đá xây dựng trong
biên giới mỏ:
d
xd
m
m
A
V
F
S
T
Q
Q
.
.
0 
 , m3
(2.20)
Khối lượng nước mưa phải bơm tính cho 1 3
m đất đá trong biên giới mỏ:
d
m
xd
d
xd
m
xd A
F
S
V
A
V
F
S
V
Q
Q
.
.
.
.
0


 , m3/
m3
(2.21)
Trị số Q xác định theo biểu thức (2.21) được hiểu là để khai thác được
1 3
m đá xây dựng cần phải bơm bao nhiêu m3
nước mưa.
Chiều cao bơm nước thay đổi trong quá trình khai thác trung bình là
2
o
h
x 
,
lúc này lượng nước mưa phải bơm ra khỏi mỏ lên cao
2
o
h
x 
khi khai thác 1m3
đá
xây dựng sẽ là:
2
)
(
.
.
2
. 0
0
' h
x
A
F
S
h
x
Q
Q
d
m
m



 , m3
.m (2.22)
2.2.3. Lượng nước ngầm chảy vào mỏ và việc bơm nước ngầm ra khỏi mỏ
Giả sử lượng nước ngầm chảy vào mỏ là o
q (m3
/ngày đêm), khối lượng đá
xây dựng trong biên giới mỏ khi khai thác đến chiều sâu x là xd
V , sản lượng đá hàng
năm d
A (m3
/năm) thì:
- Số ngày để bơm hết nước ngầm khi khai thác hết khối lượng đá xây dựng
trong biên giới mỏ xd
V là:

45. 35
365
.
d
xd
n
A
V
T  , ngày (2.23)
-Tổng lượng nước ngầm chảy vào mỏ:
0
.
365
. q
A
V
Q
d
xd
n  , m3
(2.24)
- Lượng nước ngầm cần phải bơm tính cho 1 m3
đá xây dựng trong biên
giới mỏ, nói cách khác để khai thác được 1m3
đá cần phải bơm bao nhiêu mét
khối nước ngầm:
d
xd
d
xd
xd
n
A
q
V
q
A
V
V
Q
q 0
0
'
0
365
365
. 

 , m3
/m3
(2.25)
- Lượng nước ngầm cần bơm ra khỏi mỏ với chiều cao
2
o
h
x 
tính cho 1m3
đá xây dựng cũng xác định tương tự như khi bơm nước mưa:
2
.
.
365 0
0
' h
x
A
q
Q
d
n

 , m3
.m (2.26)
Việc xác định lượng nước ngầm chảy vào mỏ o
q tương đối phức tạp. Khối
lượng nước ngầm không áp chảy vào mỏ trên toàn bộ chu vi bờ mỏ có thể xác định
theo biểu thức [5]:
0
0
2
0
lg
.
.
36
,
1
r
r
R
S
K
q

 , m3
/ngày. (2.27)
Trong đó:
K - hệ số thẩm thấu (độ dẫn nước của đất đá trong tầng chứa nước), m/ngày đêm;
S - trị số hạ thấp mực nước, m;
R- bán kính hạ thấp mực nước, m.
KS
S
R 2
 , m (2.28)
o
r - bán kính quy đổi của mỏ lộ thiên, m
Khi mỏ có hình dạng không quy cách:

m
S
r 
0 (2.29)

46. 36
Khi mỏ có hình dạng chữ nhật:
4
)
(
0
B
L
r



,m (2.30)
Trong đó:
m
S - diện tích mặt mỏ, m2
L- chiều dài mặt mỏ khi mỏ khai thác đến chiều sâu x, m
B- chiều rộng mặt mỏ khi mỏ khai thác đến chiều sâu x, m
Trị số  - hệ số quy đổi, phụ thuộc vào tỷ số B/L:
B/L 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
 1 1,12 1,16 1,18 1,18 1,18
Trong điều kiện các mỏ đá có chiều sâu nhỏ hơn so với tầng chứa nước thì hệ
số S trong công thức (2.27) được thay thế bằng: m
o h
x
h
S 

 ,m (trong đó m
h -
khoảng cách từ mặt đất đến mực nước ngầm) lúc này biểu thức (2.27) có dạng:
0
0
2
0
0
lg
)
(
.
36
,
1
r
r
R
h
x
h
k
q m



 , 3
m /ngày đêm. (2.31)
Từ các kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy việc bơm 1m3
nước mưa và
nước ngầm ra khỏi mỏ phụ thuộc vào kích thước mặt mỏ (diện tích và chu vi),
lượng nước mưa hàng năm, lượng nước ngầm chảy vào mỏ và chiều sâu khai thác.
2.2.4. Góc dốc kết thúc của bờ mỏ
Góc dốc kết thúc của bờ mỏ có ý nghĩa lớn trong việc xác định chiều sâu của
mỏ lộ thiên. Chúng phụ thuộc vào độ ổn định của bờ mỏ và chức năng của bờ. Độ
ổn định của bờ mỏ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá cấu thành bờ như độ
kiên cố của đất đá, độ nứt nẻ, tính phân lớp, góc dốc của các lớp nham thạch và
chiều cao bờ …
Góc dốc kết thúc của bờ mỏ theo điều kiện ổn định có thể lấy theo các giá trị
ghi trong (Bảng 2.1) [48].
Góc dốc kết thúc của bờ mỏ theo điều kiện kỹ thuật mỏ (chức năng của bờ)
phụ thuộc vào kết cấu của bờ,có thể xác định theo biểu thức [48]:

47. 37
Bảng 2.1: Góc dốc của bờ kết thúc theo điều kiện ổn định (độ)
Tính chất của đất đá Độ kiên cố của đá (f)
Khi chiều sâu mỏ, m
90 180
Cứng và rất cứng 15-20 60-68 57-65
Cứng và cứng vừa 8-14 50-60 48-57
Tương đối cứng 3-7 43-50 41-48
Cứng vừa và mềm 1-2 30-43 28-41
Mềm và đất thực vật….. 0,6-0,8 21-30 20-28

 




0


hctg
b
b
h
tg
v
(2.32)
Trong đó:
h- Chiều cao tầng, m;
v
b - Chiều rộng đai vận tải, m;
b- Chiều rộng đai bảo vệ, m;
h- Chiều cao tầng, m;
o
 - góc dốc của sườn tầng kết thúc, độ.
Theo công thức (2.32) nếu trên bờ mỏ chỉ bố trí một đai vận tải, góc kết thúc
bờ mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật sẽ có trị số lớn nhất.
Việc tăng hay giảm góc dốc kết thúc của bờ mỏ có ý nghĩa quan trọng trong
việc tăng khối lượng đá khai thác được trong biên giới mỏ phụ thuộc vào những
điều kiện cụ thể khi thiết kế biên giới mỏ.
2.2.4.1. Trường hợp biên giới trên của mỏ đã được xác định
Trong trường hợp này chiều sâu khai thác tính theo điều kiện kỹ thuật của
mỏ (chiều sâu tối đa của mỏ có thể đạt được), đối với mỏ dài có thể tính gần đúng
trên mặt cắt của mỏ và bằng:
2
1 
 ctg
ctg
B
B
H dc
m
K


 (2.33)

48. 38
Trong đó:
m
B - Chiều rộng mặt mỏ, m;
dc
B - Chiều rộng đáy mỏ tối thiểu theo điều kiện kỹ thuật, m;
1
 - Góc dốc kết thúc bờ mỏ phía vách tính theo điều kiện ổn định, độ;
2
 - Góc dốc kết thúc bờ mỏ phía trụ tính theo điều kiện kỹ thuật, độ.
Theo biểu thức (2.33) chiều sâu của mỏ sẽ thay đổi khi thay đổi giá trị 2
 .
Ví dụ khi chiều rộng mặt mỏ m
B = 300 m, chiều rộng đáy mỏ dc
B = 40 m, góc
1
 =400
nếu chấp nhận 2
 = 300
, chiều sâu mỏ k
H =89 m, còn nếu 2
 = 350
thì
chiều sâu k
H =100 m.
Lúc này khối lượng đá xây dựng trong biên giới mỏ được tăng lên và được
biểu thị bằng diện tích gạch chéo trên (Hình 2.2a). Trong trường hợp này (biên giới
trên của mỏ đá được xác định) chiều sâu của mỏ tăng lên khi tăng góc dốc của bờ
kết thúc
Hình 2.2: Sự thay đổi chiều sâu của mỏ
a, Khi tăng góc dốc của bờ kết thúc và biên giới trên của mỏ.
b, Khi giảm góc dốc của bờ kết thúc.
2.2.4.2. Trường hợp biên giới trên của mỏ chưa xác định
Trong trường hợp này biên giới trên của mỏ được mở rộng còn khối lượng
đá xây dựng trong biên giới mỏ tăng lên phần diện tích gạch chéo trên (Hình 2.2b)
khi giảm góc dốc bờ kết thúc của mỏ đối với chiều sâu nào đó của mỏ H xác định.

49. 39
Từ những phân tích trên đây ta thấy góc dốc kết thúc của bờ mỏ có vai trò quan
trọng trong việc xác định chiều sâu của mỏ nói chung trong đó có chiều sâu khai thác
hợp lý của mỏ tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng đối tượng nghiên cứu.
2.2.5. Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ
Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ đá xây dựng bao gồm
diện tích dùng để tổ chức khai trường, diện tích đất dùng để làm bãi thải và diện tích
bố trí mặt bằng công nghiệp trong đó có cụm nghiền sàng.
Diện tích đất đai được sử dụng để tổ chức khai trường phụ thuộc vào chiều
sâu của mỏ được khai thác, còn diện tích đất đai sử dụng hợp lý trong khai thác mỏ
lại phụ thuộc vào khối lượng khoáng sản khai thác được trong phạm vi đất đai
đó.Việc sử dụng đất đai hợp lý trong khai thác mỏ còn gắn liền với việc tận thu tài
nguyên có hiệu quả trong khai thác mỏ qua chỉ tiêu được xác định theo biểu thức:
xd
m
d
V
S
K  , m2
/m3
(2.34)
Trong đó:
m
S - Diện tích đất đai phải đền bù (thuê) để thu hồi từ lòng đất một khối
lượng khoáng sản có ích là xd
V (m3
).
Trị số d
K - Càng nhỏ, hiệu quả sử dụng đất đai trong khai thác mỏ càng lớn,
đặc biệt trường hợp trị số m
S là cố định.
Để làm rõ điều này ta tiến hành khảo sát với các số liệu sau:
Một mỏ khai thác đá xây dựng có mặt địa hình bằng phẳng, kích thước mỏ
trên mặt đất có chiều dài m
L = 500 m, chiều rộng mỏ m
B = 300 m, diện tích mặt mỏ
(diện tích đất phải đền bù) m
S = m
L × m
B = 500 × 300 = 150.000 m2
. Khối lượng đá
xây dựng được khai thác trên diện tích đã cho và hệ số d
K thay đổi theo độ sâu khai
thác được thể hiện trong (Bảng 2.2) và (Hình 2.3).
Từ bảng (2.2) và hình (2.3) cho thấy khi biên giới mỏ trên mặt đã xác định (trong ví
dụ trên diện tích m
S = 150.000 m2
) khi khối lượng đá xây dựng khai thác được tăng

50. 40
theo chiều sâu khai thác,còn hệ số d
K - biểu thị cho sự sử dụng hợp lý đất đai phục
vụ khai thác giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong thực tiễn khi các cơ quan có thẩm
quyền cân nhắc quyết định cấp mỏ.
Bảng 2.2: Sự thay đổi của khối lượng đá xây dựng xd
V theo chiều sâu
và hệ số sử dụng hiệu quả đất đai trong khai thác mỏ d
K
Chiều sâu
khai thác, m
Khối lượng đá xây dựng
khai thác được: Vxd, m3
Hệ số xd
m
V
S
d
K  2
m / 3
m
10 2419354 0,062
20 3125000 0,048
30 3750000 0,040
40 4687500 0,032
50 5357142 0,028
60 6000000 0,025
70 6521739 0,023
80 6818181 0,022
90 7142857 0,021
100 7500000 0,020
Ví dụ một cơ quan có thẩm quyền nào đó cấp cho mỏ một đơn vị khai thác
mỏ với diện tích khu mỏ được cấp là m
S = 150.000 m2
, độ sâu khai thác cho phép H
= 30 m, thời hạn khai thác 7 năm. Với quyết định đó, trong điều kiện đã cho, doanh
nghiệp mỏ có thể khai thác được 3.750.000 m3
, sản lượng khoảng 500.000 m3
/năm
với hệ số d
K = 0,04 m2
/m3
. Cũng với diện tích mặt mỏ đó, mỏ có thể khai thác đến
độ sâu 80 m, khối lượng đá thu hồi 6.818.181 m3
, tăng gấp 1,8 lần còn hệ số d
K =
0,022 giảm 1,8 lần. Và nếu chiều sâu khai thác 80m là chiều sâu khai thác hợp lý,
nó không những đạt hiệu quả kinh tế cao mà còn tận thu được tốt tài nguyên từ lòng
đất, sử dụng hợp lý đất đai phục vụ cho khai thác mỏ so với phương án chiều sâu
mỏ được cấp là 30 m.

51. 41
Hình 2.3: Sự phụ thuộc của hệ số d
K và xd
V theo chiều sâu khai thác
1. Sự phụ thuộc của hệ số d
K theo chiều sâu khai thác.
2. Sự phụ thuộc của khối lượng đá xây dựng theo chiều sâu khai thác (tích lũy).
Từ ví dụ cụ thể trên đây, ta thấy có mối quan hệ rất chặt chẽ giữa diện tích
cấp mỏ và chiều sâu khai thác. Không thể đưa ra quyết định một cách tùy tiện mà
phải được cân nhắc lựa chọn trên cơ sở phân tích, nghiên cứu có tính khoa học.
Diện tích đất cần đền bù để tổ chức khai trường ngoài diện tích mặt mỏ Sm
còn phải tính đến diện tích bao quanh biên giới trên của mỏ nằm trong khu vực có
thể bị sạt lở khi mỏ xuống sâu, vì trong phạm vi này để đảm bảo an toàn không nên
tiến hành các hoạt động khác như canh tác, trồng cây…..
Chiều rộng của đới sạt lở phụ thuộc vào góc cắm của các lớp nham thạch, tính
chất cơ lý của nó, độ sâu khai thác và có thể tính gần đúng theo đề nghị của viện
Vnhimi (Nga) [5] Đối với đất đá có độ bền trung bình chiều rộng đới phá hủy có thể
lấy bằng (0,3-0,4) chiều sâu toàn bộ của mỏ, tức là b = (0,3-0,4)(x+ o
h ), trung bình là
b = 0,35(x+ o
h ), m.
Từ đó, diện tích đất đai cần phải đền bù phục vụ khai thác tính cho 1m3
đá
xây dựng trong biên giới mỏ đối với mỏ có diện tích mặt mỏ là hình chữ nhật:

52. 42
xd
m
m
dm
V
b
L
b
B
S
)
2
)(
2
( 

 , 2
m / 3
m (2.35)
Trong đó:
m
B , m
L - chiều rộng và dài của mặt mỏ, m.
Thay trị số b = 0,35(x+ o
h ) vào biểu thức (2.35) và qua một vài phép biến
đổi, ta có:
xd
m
m
dm
V
h
x
h
x
P
S
S
2
0
0 )
(
5
,
0
)
(
35
.
0 



 , 2
m / 3
m (2.36)
Trong đó:
m
S = m
B . m
L ;
m
P - chu vi mặt mỏ (chu vi biên giới trên của mỏ), m;
o
h - chiều cao lớp đất phủ, m;
x - chiều sâu khai thác;
xd
V - khối lượng đá xây dựng trong biên giới mỏ khi khai thác đến chiều sâu x.
Đối với mặt mỏ có dạng gần tròn trong bình đồ,diện tích đất đai phải đền bù
cho khai trường cũng được xác định tương tự như biểu thức (2.35) và có dạng:
xd
m
m
m
V
h
x
h
x
P
S
S
2
0
0
' )
(
38
,
0
)
(
35
,
0 



 , m2
/m3
(2.37)
Trong đó:
m
m R
S 2

 ; m
m R
P 
2
 ; 
m
S
m
R  - bán kính quy đổi của mặt mỏ, m
Diện tích đất dùng để bố trí bãi thải chứa đất phủ tính cho 1m3
đá xây dựng
khai thác được trong biên giới mỏ với mặt mỏ có dạng hình chữ nhật trong bình đồ
được xác định theo biểu thức:
xd
p
tp
V
H
V
S
0
 , m2
/ m3
(2.38)
Còn đối với mặt mỏ có dạng tròn trong bình đồ:
xd
p
tp
V
H
V
S
0
'
'
 , m2
/ m3
(2.39)