Tóm tắt: Vấn đề xác định áp lực mỏ đối với vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng trong công nghệ khai thác cột dài theo hớng dốcở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có những đặc thù riêng..
Trang 1Vấn đề xác định áp lực trong lò chợ cơ giới hóa khi khai thác vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng
KS Vũ Trọng Hiệt – Công ty Cổ phần Xi măng và Xây dựng Quảng Nimh; ThS Hoàng Hùng Thắng, Đại học Công nghiệp Quảng Ninh
ThS Bùi Đình Thanh, Công ty than Quang Hanh – Vinacomin
Tóm tắt: Vấn đề xác định áp lực mỏ đối với vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng trong công nghệ khai thác cột dài theo hớng dốcở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có những đặc thù riêng Bài báo đi sâu nghiên cứu, tính toán áp lực mỏ và thành lập chống giữ lò chợ cơ giới hóa đới với vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng trong công nghệ khai thác cột dài theo hớng dốc
1 Đặt vấn đề
Theo đỏnh giỏ tổng hợp điều kiện địa chất kỹ thuật trữ lượng vựng than Quảng Ninh cú khoảng hơn 3,6 tỷ tấn, trong đú trữ lượng than thuộc cỏc vỉa dốc đứng chiếm hơn 30% Tại khoỏng sàng than Mạo khờ cỏc vỉa dốc đứng chiếm một tỷ lệ đỏng kể 47,5% trữ lượng, trong đú 49% là cỏc vỉa dày trung bỡnh Tại khoỏng sàng than Vàng
đứng trước đõy thường ỏp dụng cụng nghệ khai thỏc buồng – lũ thượng, cụng nghệ khai thỏc giàn chống cứng Cỏc hệ thống khai thỏc này khụng hiệu quả về kinh tế, mức
độ an toàn khụng cao và do điều kiện địa chất phức tạp hệ thống giàn chống cứng khụng di chuyển được hoặc gõy mất an toàn khi xủ lý giàn nghiờng [1,4]
Hiện nay cỏc vỉa than dốc đứng đang được khai thỏc chủ yếu bằng hai hệ thống: hệ thống khai thỏc chia lớp ngang nghiờng cho vỉa dầy và hệ thống khai thỏc dọc vỉa phõn tầng cho vỉa mỏng đến dầy trung bỡnh
Cũng như hệ thống khai thỏc buồng – lũ thượng, giàn chống cứng, hệ thống khai thỏc chia lớp ngang nghiờng và hệ thống khai thỏc phỏ nổ phõn tầng cú mức độ cơ giới húa thấp, cỏc chỉ tiờu kinh tế - kỹ thuật chưa cao, cho nờn việc nghiờn cứu và lựa chọn cụng nghệ khai thỏc đảm bảo yờu cầu về mặt kinh tế và kỹ thuật để khai thỏc cỏc vỉa dốc đứng ở vựng than Quảng Ninh là rất cần thiết
Những năm gần đõy, đó sử dụng giàn chống thủy lực tự hành và mỏy khấu vào khai thỏc cỏc vỉa than mỏng đến dầy trung bỡnh dốc đứng theo hệ thống khai thỏc cột dài theo chiều dốc [2,3] Cú thể núi việc cơ giới húa khai thỏc than cỏc vỉa mỏng đến dầy trung bỡnh theo hệ thống khai thỏc cột dài theo chiều dốc đó cú những thành cụng nhất định Tuy vậy theo quan điểm cỏ nhõn tỏc giả cần quan tõm nghiờn cứu một số vấn đề sau:
2 Vấn đề về ỏp lực mỏ:
Trang 2Áp lực lò chợ nói chung, đối với lò chợ vỉa dốc đứng nói riêng phụ thuộc vào các yếu tố sản trạng của vỉa, tính chất của đất đá bao quanh vỉa và công nghệ, thiết bị khai thác sử dụng
Khi khai thác vỉa dốc, chiếu dầy vỉa mỏng đến dầy trung bình, áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo hướng dốc, sử dụng thiết bị bào than và chống giữ lò chợ bằng vì chống cơ giới hóa, bản chất của hình thức khai thác này tương tự hệ thống khai thác dàn chống cứng Về nguyên tắc áp lực lò chợ là do chiều cao cột đá sập đổ
(nếu không xét đến sự dịch chuyển của đất đá vách và trụ vỉa) Vì chống phải tính toán sao cho đảm bảo chống được khối đất đá sập lở sau lò chợ và sức nén của đá vách, và
2.1 Áp lực mỏ do khối đất đá phá hỏa phía sau lò chợ gây nên :
Khi khai thác lộ vách, lộ trụ vỉa, đất đá vách, đất đá trụ vỉa sẽ bị sập đổ lấp đầy khoảng trống sau lò chợ Tổng chiều dầy vách, trụ sụp lở có chiều dầy từ 4 ÷ 10 lần chiều dầy lớp khấu, đất đá sụp lở có dạng hạt, bở rời tuân theo các tính chất cơ học môi trường hạt Khối đá sập lở này phân làm hai thành phần là áp lực tiếp tuyến và áp
pháp tuyến là áp lực khối đất đá bở rời tác dụng theo phương vuông góc với mặt phẳng
đá trụ còn áp lực tiếp tuyến là áp lực có phương theo độ dốc của vỉa Khi góc dốc vỉa
tuyến là áp lực tác dụng vào các vì chống lò chợ
Áp lực của đất đá phía sau lò chợ lên vì chống lò chợ được tính theo công thức:
ξ
α α
γ
2
) (
.
1
2 1
f
Cos f Sin m
Trong đó:
m- Chiều dầy của vỉa, m;
α- góc dốc của vỉa, độ;
f1- Hệ số ma sát của đất đá phá hỏa;
ξ- Hệ số tính đến áp lực hông
Như vậy, áp lực của đất đá phía sau lò chợ lên vì chống phụ thuộc:
- γ- Tỷ trọng đất đá phá hỏa phía trên vì chống: Đất đá phá hỏa có thể có nhiều thành phần do đá vách, đá trụ (khi vỉa dốc 90 độ) và cả than khi vỉa dầy để lại lớp than sát vách, vì vậy cần xác định tỷ trọng đất đá phá hỏa phía trên vì chống một cách khách quan
Trang 3- α- góc dốc của vỉa: Khi góc dốc của vỉa càng lớn và đạt giá trị max = 900 thì
áp lực là lớn nhất
ξ
γ 2
.
1
f
m
-f1- Hệ số ma sát của đất đá phá hỏa: Khi cột đất đá phía trên vì chống bị sức hút trọng trường, đất đá có xu hướng tụt xuống phía dưới gây nên áp lực Hệ số ma sát thực chất phát sinh khi hai khối đất đá trượt lên nhau Khối đất đá ổn định (đứng yên tương đối) là khối nằm trong giới hạn của góc nội ma sát, khối đất đá trượt xuống là khối gây lên áp lực mỏ Hai khối này phát sinh lực ma sát có xu hướng cản trở sự dịch chuyển của khối đất đá trượt xuống Do đất đá phá hỏa có thể có nhiều thành phần do
đá vách, đá trụ (khi vỉa dốc 90 độ) và cả than khi vỉa dầy để lại lớp than sát vách, vì vậy xác định hệ số ma sát là lĩnh vực khó khăn thường được xác định bằng thực nghiệm
ξ- Hệ số tính đến áp lực hông: hay còn gọi là hệ số đẩy ngang sinh ra do khối
đá vách hoặc đá trụ nén ép vào khối đất đá phá hỏa phía sau lò chợ
Áp lực của khối đất đá phía sau lò chợ tăng lên theo chiều dài lò chợ theo hướng dốc Khi các vì chống ở phía trên gần với lò dọc vỉa thông gió thì chiều cao cột đất đá phá hỏa chưa lớn, áp lực nhỏ Khi lò chợ dịch chuyển dần đến gần lò dọc vỉa vận tải, cột đất đá phá hỏa tăng dần về chiều cao dẫn đến áp lực tăng Áp lực chỉ tăng đến một giới hạn nhất định nào đó thì dần ổn định, mức độ biến động không lớn do lực
ma sát của đất đá triệt tiêu (cân bằng) với trọng lượng khối đất đá trượt Vì vậy, xác định áp lực lớn nhất do khối đất đá phá hỏa phía sau lò chợ gây nên cũng là lĩnh vực khó, từ đó tính toán chiều dài lò chợ theo chiều dốc hợp lý để vì chống đủ khả năng chịu tải, đảm bảo an toàn cho lò chợ
2.2 Áp lực mỏ do đá vách trực tiếp gây nên:
Khi khai thác lộ đá vách, do tác động của lực hút trọng trường đá vách có xu hướng võng xuống và sập đổ khi đạt một giới hạn nhất định Tại gương khai thác chống đỡ đá vách bằng dàn chống thủy lực, áp lực đá vách tác dụng vào dàn chống theo phương pháp tuyến gây nên lực nén các cột của dàn Áp lực mỏ do đá vách trực tiếp gây nên tác dụng vào giàn chống được tính:
R lc
sd lc
L
a L L h
2
) (
cos
1 max
α γ
(Tấn)
Trong đó:
H1- Chiều dầy lớp đá vách sập đổ, (m)
1
1 ≥ K −
m
m- Chiều dầy lớp khấu m;
K- Hệ số nở rời của đá vách;
Trang 4γtt- Trọng lượng thể tớch đấ vỏch trực tiếp, T/m3;
α- Gúc dốc trung bỡnh của vỉa, độ;
Llc- Chiều rộng lớn nhất của lũ chợ, m;
Lsđ- Bước sập đổ của đỏ vỏch trực tiếp, (m)
1
3
.
H H
L
tt
u d
σ
Hđ- Chiều dầy phõn lớp dưới cựng của vỏch trực tiếp, m;
a2- Khoảng cỏch giữa cỏc dàn chống, m;
PR- Lực chống cần thiết ban đầu của dàn chống, (T) PR= n.q.a2, (T)
n- hệ số dự trữ;
q- Tải trọng phõn lớp dưới cựng của đỏ vỏch trực tiếp dễ sập
dốc đứng)
Trong thực tế tải trọng làm việc thiết kế của cỏc giàn chống thường rất lớn, căn
cứ tải trọng của đỏ vỏch để lực chọn dàn chống phự hợp
3 Vấn đề chống giữ lũ chợ:
Lựa chọn vỡ chống lũ chợ phự hợp trờn cơ sở ỏp lực mỏ tớnh toỏn được, vỡ chống phải đủ khả năng chống đỡ được ỏp lực của khối đất đỏ phớa sau lũ chợ và ỏp lực của đỏ vỏch Hiện nay tại cỏc nước Đụng Âu đó chế tạo và đưa vào sử dụng 3 loại
dốc cho điều kiện vỉa mỏng đến dầy trung bỡnh dốc đứng là 1ASHMG, 1ANSH và 2ANSH
Sơ đồ hệ thống khai thác 2ANSH đợc thể hiện trên hình 1
Dưới tỏc dụng của ỏp lực do khối đất đỏ phớa sau lũ chợ gõy nờn nộn ộp vào giàn, giàn chống cú xu hướng truợt theo trụ vỉa xuống gương lũ chợ Áp lực nộn dọc theo cỏc bản dầm nền và tấm xà, tỳ vào gương than Cỏc tấm dầm nền và tấm xà thường chế tạo cú cường độ chịu nộn rất lớn đủ độ bền nộn cũng như độ bền uốn Để giàn chống ổn định khụng bị trượt xuống, ngoài việc tấm xà và bản dầm nền tỳ vào gương than cũn cú sự tham gia của lực ma sỏt giữa đỏ trụ với bản dầm nền và đỏ vỏch với tấm xà Lực ma sỏt được tớnh:
Fms = Fmsv + Fmst = kv.R + kt.R, (KN)
Trong đú:
Fms- Lực ma sỏt sinh ra cú tỏc dụng chống lại tỏc dụng của ỏp lực khối đất đỏ phỏ hỏa, KN;
Trang 5HC-LC -
2ANSH-a
a
Hàng cột chống ngăn cách
60.000
Trụ than bảo vệ
Th ợng vận tải
Lò dọc vỉa thông gió +30
Lò dọc vỉa vận tải -25
Tấm chắn ngăn đất đá phá hỏa
máy bào 1ASHM
Dàn chống phụ Dàn chống chính
Thang gỗ
Th ợ ng thông gió
Thang sắt treo
Thang gỗ Giớ i hạn dừng khai thác Giớ i hạn dừng khai thác
Cột đã khai thác
Cột đang
Cột chuẩn
bị khai thác 1000
Vì chống tạm
1000
Hình 1: Sơ đồ hệ thống khai thác 2ANSH
Hộ chiếu chống giữ lò chợ bằng tổ hợp giàn chống 2ANSH đợc thể hiện trên hình 2
Thang gỗ Thang sắt treo
60.000
Gánh tăng c ờng ngã ba lò chợ Dàn chống phụ Dàn chống chính 1000
Guồng bào 1ASHM
5 khấu các luồng tiếp theo của lò chợ (luồng 2 đến 8) thực hiện t ơng tự luồng 1
Tấm chắn ngăn đất đá phá hỏa Hàng cột chống ngăn cách
h
k k
1000
Cột chuồng và chồng pin mặt cắt k - k
900
Các vì chống tạm
Cũi lợn
Hàng cột
h
Thang gỗ Th ợ ng thông gió
2850
2200
630 630
Các vì chống tạm
1260
mặt cắt h - h
Hình 2: Hộ chiếu chống giữ lò chợ bằng tổ hợp giàn chống 2ANSH
Trang 6Fmsv- Lực ma sát sinh ra do tấm xà tiếp xúc với đá vách vỉa, KN;
Fmst- Lực ma sát sinh ra do bản dầm nền tiếp xúc với đá trụ, KN;
kv- Hệ số ma sát giữa tấm xà tiếp xúc với đá vách vỉa;
kt- Hệ số ma sát giữa bản dầm nền tiếp xúc với đá trụ;
R-Áp lực của đá vách tác dụng vào giàn chống, tấn
Như vậy cần xác định hệ số ma sát giữa đá trụ với bản dầm nền và đá vách với tấm xà Hệ số ma sát là giá trị luôn nhỏ hơn 1 phụ thuộc vào tính chất
đá vách, đá trụ Trong thực tế dưới tác dụng của áp lực đá vách và lực chống trước của giàn thì lực ma sát tương đối lớn, đặc biệt đối với đá vách, đá trụ mềm yếu do tấm xà và bản dầm nền lún sâu vào đá vách, đá trụ thì lực ma sát càng tăng lên.
Đối với đá trụ và đá vách cứng vững, hệ số ma sát giữa tấm xà tiếp xúc với đá vách và bản dầm nền tiếp xúc với đá trụ nhỏ để tăng lực ma sát giúp giàn chống ổn định có thể tăng lực chống trước cho các giàn chống.
4 Kết luận:
Việc nghiên cứu áp dụng công nghệ khai thác cơ giới hóa theo hÖ thèng khai thác cột dài theo hướng dốc cho điều kiện vỉa mỏng đến dầy trung bình dốc đứng là cần thiết do trữ lượng của các vỉa than này tương đối lớn, từ trước tới nay có thể nói chưa có công nghệ khai thác mang lại hiệu quả kinh tế cao, khai thác triệt để tài nguyên, đảm bảo an toàn lao động Thời gian gần đây một số
mỏ than đã áp dụng công nghệ khai thác này và bước đầu mang lại hiệu quả nhất định Tuy nhiên cần nghiên cứu một cách khoa học đối với từng vỉa theo nội dung các vấn đề nêu trên để lựa chọn tổ hợp thiết bị hợp lý, tránh được các rủi ro, tổn thất kinh tế
Tµi liÖu tham kh¶o
[1] Le Nhu Hung Proceedings of ' 99 International Workshop on Underground Thich-Seam Mining.
[2] Le Nhu Hung, Vo Trong Hung Sep 1995 Research of Priding the Analysis and determination of the fully mechanized top - caving technology Hanoi - 2004.
[3] Le Nhu Hung 1995 Estimate the situation of the Mineral Resources Exploitation and It’s Impacts on the Environment in some Main Arias.
Report of Research theme KT-02-11.
Trang 7[4] - Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam giai đoạn 2006 - 2015, có xét
triển vọng đến năm 2025.
DETERMIN PRESSURE FOR THE DIP COAL SEAMS HAVING THIN AND AVERAGE THICHNESS AT QUANG NINH UNDEGROUND
COAL MINES
Eng Vu Trong Hiet Quangninh Cement and costruct Comnany
MSc Hoang Hung Thang - Quangninh Industrial University
MSc Bui Dinh Thanh, Quanghanh Coal Comnany - Vinacomin
Summary:
Pressure for the dip coal seams having thin and average thichness at Quang Ninh underground coal mines has its oun characteristies The article refers to determin pressure for the dip coal seams having thin and average thichness at Quang Ninh underground coal mines the undeground coal at Quang Ninh undergound coal mines The result of research is the base for planning and designing the exploitation of Quang Ninh undergound coal mines