Tuynhiên,đốivớicác tham số công nghệ chèn lò như mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗnhợp vật liệu chèn VLC với khả năng táchnước khỏi khối chèn, khảnăng vận chuyển trong đường ống, độ co
Trang 1Ngành:KhaithácmỏM ãsố :62.52.06.03
TÓMTẮTLUẬNÁNTIẾNSỸ KỸ THUẬT
HÀNỘI-2017
Trang 2Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác hầm lòKhoaMỏ, TrườngĐạihọc Mỏ-ĐịaChất
Người hướngdẫnkhoahọc:
PGS.TSTrầnVănThanh,TrườngĐạihọcMỏ-ĐịaChất
Phảnbiện1: GS.TSKHLê Như Hùng
Hội Khoahọc côngnghệ mỏ
Trang 31 TÍNHCẤP THIẾTCỦAĐỀTÀI
Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, cóxéttriển vọng đến năm 2030, có khoảng 2,1 tỷ tấn trong tổng số 6,3 tỷtấntrữ lượng, tài nguyên than hiện nay tại bể than Đông Bắc đang nằmphíadưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ bề mặt, đối tượng chứanước,diện tích quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch rừng, quy hoạch vùngcấm, hạnchế khai thác khoáng sản của tỉnh Quảng Ninh Trong đó,khoảng 0,6 tỷ tấn nằm trong ranhgiới các dự án mỏ đã được phê duyệt;khoảng1,5 tỷtấn hiệnchưađượcquyhoạch khaithác
Kinh nghiệm trên thế giới đã chỉ ra rằng, để khai thác tối đa phầntrữlượng, tài nguyên than nằm trong các trụ bảo vệ vừa hiệu quả kinh tế,đồng thời bảo vệ được cáccông trình, đối tượng trên bề mặt đất cần ápdụng công nghệ khai thác(CNKT) chèn lò Tại Việt Nam, kết quảnghiên cứu trước đây đã tậptrung đánh giá điều kiện địa chất - kỹ thuậtmỏ, xác định trữ lượng cầnchèn lò, đồng thời đề xuất một số sơ đồCNKT chèn lò phù hợp với điềukiện các vỉa than vùng Quảng Ninh.Các nghiên cứu đã khẳng định tạinhững khu vực như vậy cần áp dụngcôngnghệ chèn lòbằngsứcnước.Trong khai thác chèn lò bằng sức nước, các tham số công nghệđóngvai trò rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khiápdụng Việc tối ưu hóa các tham số CNKT như chiều dài theophương,chiều dài theo dốc lò chợ, chiều cao khấu, v.v đã được nghiêncứu
kháđầyđủtrongcáccôngtrìnhnghiêncứutrướcđây Tuynhiên,đốivớicác tham số công nghệ chèn lò như mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗnhợp vật liệu chèn (VLC) với khả năng táchnước khỏi khối chèn, khảnăng vận chuyển trong đường ống, độ co ngót,… hiệnchưa có côngtrình nào ở trong nước nghiên cứu chuyên sâu, cũng như
xác định đượccác giá trị tối ưu Do đó,luận án“Tối ưu hóa các tham số
công nghệchèn lò bằng sức nước trong khai thác than dưới các công trình cầnbảo vệ trên mặt mỏ vùng Quảng Ninh”có tính cấp thiết giúp
các mỏxem xét huy động tối đa nguồn tài nguyên than, góp phần giảmtổn
thấtthan,nâ ng caohi ệ u quả c á c dự á nđầ u t ư xâ y dựngm ỏhầ m lò,đồngthời kéo dài tuổi thọ mỏ, đảm bảo không ảnh hưởng các công trình, đốitượng cần bảo vệ trên bềmặt, góp phần vào việc phát triển và làm chủcông nghệ khai thác chèn lòbằng sức nước của Tập đoàn Công nghiệpThan -KhoángsảnViệtNamnóiriêng, ngành than nóichung
2 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨUCỦAĐỀTÀI
NghiêncứuxácđịnhvàtốiưuhóamộtsốthamsốcôngnghệchínhquyếtđịnhhiệuquảápdụngCNKTchènlòbằngsứcnướctạicácmỏhầmlòvùngQuảngNinhnhằmkhaitháctốiđanguồntàinguyênthan,đồngthờiđápứng
Trang 43 ĐỐITƯỢNGVÀPHẠM VINGHIÊNCỨU
- Đốitượngnghiêncứu:Các
vỉathannằmtrongtrụbảovệcáccôngtrìnhtrênbềmặttạicácmỏhầmlòvùngQuả
ngNinhápdụngCNKTchènlòbằngsứcnướcvớicácthamsốcôngnghệchínhliênquan
- Phạm vi nghiên cứu:Các tham số trong CNKT chèn lò bằng
sứcnước bao gồm (1) các tham số CNKTvà (2) các tham sốc ô n g
n g h ệ chèn lò Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ luận án này chủyếu tậptrung nghiên cứu một số tham số công nghệ chèn lò quyết địnhđến hiệuquả áp dụng công nghệ như: mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợpVLC với khả năngvận chuyển trong đường ống, khả năng tách nướckhỏi khối chèn, độ congót khối chèn và mối quan hệ giữa độ co ngótkhối chèn với mức độsụt lún, biến dạng bề mặt, cũng như tính toán xácđịnh bước chèn lò hợp
lý khi sử dụng VLC lựa chọn trong điều kiện lòchợcụthể
- Nghiên cứu tối ưu hóa một số tham số công nghệ chèn lò bằngsứcnước vùng Quảng Ninh như tỷ lệ phối trộn VLC đảm bảo khả năngvậnchuyển bằng sức nước, độ co ngót yêu cầu của khối chèn, theo hệsốthấm, xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót với mức độ sụt lún,biếndạngbề mặtđấttrên cơ sởbướcchèntốiưu
- TốiưuhóamộtsốthamsốcôngnghệchènlòbằngsứcnướcchođiềukiệnlòchợVM-K8-7mức-150/-110khuVũMôn-mỏthanMôngDương
5 PHƯƠNGPHÁP NGHIÊNCỨU
- Phươngphápphântích,đánhgiá,tổnghợp
- Phốihợpnghiêncứulýthuyếtvàthựcnghiệm
- Sửdụngmáytínhđểtínhtoánvàxácđịnhcácthamsốcôngnghệchènlò
6 Ý NGHĨAKHOAHỌCVÀGIÁTRỊTHỰCTIỄN
- Ý nghĩa khoa học:Xây dựng được phương pháp luận tối ưu
hóamột số tham số công nghệ chèn lò bằng sức nước phù hợp với điềukiệnvùngQuảngNinh
- Giá trị thực tiễn:Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần
xácđịnhgiátrịcụthểcủamộtsốthamsốcôngnghệchènlòbằngsứcnước
Trang 5phù hợp với điều kiện vùng Quảng Ninh, giúp các nhà tư vấn thiết kếvàquảnlýlựachọnđượcgiảiphápcôngnghệchènlòbằngsứcnướctốiưunhất nhằm khai thác triệt để trữ lượng than nằm trong các trụ bảo vệ,phát huy hết hiệu quả vốn đầu tư mở vỉa chuẩn bị vàkhai thác, nâng caohiệu quả sản xuất kinh doanh, đồng thời bảo vệ được các đối tượng,côngtrình cần bảo vệbềmặt.
7 ĐIỂMMỚICỦALUẬNÁN
7.1 Xác định thành phần VLC (bao gồm cỡ hạt, loại vật liệu vàkhốilượng) hợp lý áp dụng cho công nghệ chèn lò bằng sức nước khikhaithácc á c v ỉ a t h a n n ằ m dư ới c á c c ô n g t r ì n h c ầ n b ả o v ệ t r ê n m ặ t t
r o n g điều kiệncácmỏ hầmlò vùngQuảngNinh
7.2 Xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn hỗn hợp VLC vớikhảnăng tách nước khỏi khối chèn, độ co ngót của khối chèn và khả năngvậnchuyểntrongđườngống
7.3 Xây dựng mối quan hệ giữa độ co ngót của khối chèn vớimứcđộ sụtlún,biến dạngbề mặtđịa hình trêncơsởbước chèn lòtốiưu
8 NHỮNGLUẬNĐIỂM BẢO VỆ
8.1 KhảnăngvậnchuyểntrongđườngốngcủaVLCphụthuộcchủyếuvào thành phần, cỡhạt,khốilượngVLC
8.2 Khảnăngtáchnướcvàđộcongótcủakhốichènphụthuộcchủyếu vào tỷlệ phốitrộn hỗnhợpVLC
8.3 Mốiquanhệgiữađộcongótcủakhốichènvớimứcđộsụtlún,biến dạngbề mặtđịahìnhtuân theo mộthàmsốtuyếntínhbậc nhất
9 CẤUTRÚCCỦA LUẬNÁN
Luậnánđượccấutrúcgồm:phầnmởđầu,4chương,phầnkếtluậnkiếnnghịvàphụlục.Nộidungcủaluậnánđượctrìnhbàytrong115trangđánhmáykhổA4với22bảngbiểu,49hìnhvẽvà50tàiliệuthamkhảo
1.1.1 Kháiquátchungvềcông nghệchènlòbằngsức nước
Chènlòl à vi ệ c điề nl ấ pkhoả ng khônggi a nđã kh a i t h á c bằ ng cácloạivậtliệunhưcát,tro,xỉ,đất đáthải Công nghệchènlòđượcáp
Trang 6dụng với nhiều mục tiêu như: khai thác than dưới các công trình,đốitượng cần bảo vệ bề mặt; điều khiển áp lực mỏ; giảm tổn thấttàinguyên; ngăn ngừa nguy cơ cháy nội sinh, nổ khí và bụi mỏ, bụcnước;giảmkhốilượngđấtđáthảiđưalên mặtđất, v.v
Các công nghệ chèn lò khá đa dạng, được phân chia theo nhiềutiêuchí, ví dụ: (1) theo mức độ lấp đầy khoảng không gian đã khaithác,được chia thành chèn lò toàn phần và chèn lò từng phần; (2) theođặcđiểm VLC, được chia thành công nghệ chèn khô và chèn ướt; (3)theophương pháp vận tải và thi công khối chèn, được chia thành chèn lòtựchảy, cơ khí, sức nước và khí nén Trong đó, phân loại chèn lò theotiêuchí(3) được áp dụngphổ biến nhất
Công nghệchèn lò bằng sứcnước có ưu điểm làkhốic h è n c ó
đ ộ chặt cao, công suất chèn lớn, phù hợp với mọi điều kiện vỉa than,VLCcó thể được vận chuyển bằng đường ống từ mặt bằng vào khu vựcchènlấp với khoảng cách xa, khối chèn có khả năng cách ly ổn địnhkhoảngkhông đã chèn với sự thâm nhập của không khí Nhờ những ưuđiểmnày,c ô n g n g h ệ c h è n l ò b ằ n g s ứ c n ư ớ c đ ư ợ c á p d ụ n g p h ổ b i
ế n n h ấ t trong khai thác than dưới các công trình, đối tượng cần bảo vệ trên bềmặtđấttại các nướcnhưNga,BaLan,Anh, Trung Quốc,đ ó n g g ó p đángkể chotổngsảnlượngthan khaithác
Bên cạnh các ưu điểm, nhược điểm của chèn lò bằng sức nước làyêucầu về VLC cao, đặc biệt là tỷ lệ, thành phần, cỡ hạt; tính toán để vậnchuyển và thi công khốichèn bằng sức nước khá phức tạp; việc đưa vàomỏm ộ t l ư ợ n g
n ư ớ c l ớ n g â y á p l ự c c h o h ệ t h ố n g t h o á t n ư ớ c
m ỏ v à khiến điều kiện khu vực khai thác xấu đi Với những nhượcđiểm nóitrên, việc nghiên cứu lựa chọn các tham số công nghệ hợp lýkhi ápdụngtrongtừngtrườnghợpcụ thể là hếtsức cần thiết
1.1.2 Tổng quan kinh nghiệm áp dụng CNKT chèn lò bằng sức nướcCNKTc hèn lòbằ ng sứcnư ớc đư ợ c á pdụng đầuti ê n t r ê n thếgi
ới vàonhữngnăm80củathếkỷ19tạiMỹ,tạiBaLan(1893),vàtạiĐức(1894).TạiLiênXô(cũ),nhữngthửnghiệmđầutiêntạiKuzbassnăm1935,s a
u đ ó t r i ể n k h a i v ớ i q u y m ô c ô n g n g h i ệ p t ừ n ă m 1 9 4 7 ( m ỏ
1,bểthanKuzbass).Ngàynay,chènlòbằngsứcnướcđượcápdụngphổbiếntạinhiềunướcnhưNga,Pháp,Đức,ẤnĐộvàTrungQuốcgi úp k ha i t h
Koksovoi-á c t ố i đ a t à i n g u y ê n m a n g lại hi ệ u quả k i n h t ế c a o, đồngthờibả ovệ đ
ư ợc c ác côngtrìnhtrìnhbềm ặ t Cácsơ đồ CNKT chènlòbằngsứcnướcđượcápdụng rấtđadạng, c ót hể phù hợpvớimọiđiềukiệnchiềudàyvàgócdốccủavỉathan.ĐốivớiđiềukiệnvỉadốcthoảiđếnnghiêngngườitathườngápdụngsơđồCNKTchialớpnghiêng,khấuthanbằngmáycom
bai,chốnggiữgươngbằngdànchống
Trang 7tự hành trong trường hợp vỉa dày hoặc sơ đồ CNKT khấu hết chiềudàyvỉa đối với điều kiện vỉa dày trung bình Đối với điều kiện vỉa dốc,cóthểápdụngphổbiếncácsơđồCNKTgồm:sơđồCNKTcộtdàitheođộdốc, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp chèn lò theo hướng từdưới lên;sơ đồCNKTcột dài theo
độ dốc khai thác chia lớpn g h i ê n g với chèn lò từ dưới lên; sơ đồCNKT chia lớp ngang nghiêng, chèn lòtheothứtựtừ dướilên
Trong CNKT chèn lò bằng sức nước, có thể sử dụng các loại vậtliệuđể chèn lấp khoảng không gian đã khai thác như: đá thải từ các gươngđào lò, đuôi quặng tại cácxưởng tuyển, tro xỉ thải nhà máy nhiệt điện,v.v…Thựctếchothấy,VLCđóngvaitròquantrọngquyếtđịnhmứcđộ sụt lún,biến dạng bề mặt, cũng như hiệu quả của công nghệ, dođó,cácm ỏ h ầ m l ò t r ê n t h ế g i ớ i đ ã t i ế n h à n h n g h i ê n c ứ u l ự a c h ọ n v à
á p dụng khá đa dạng các loại VLC cũng như giải pháp công nghệ chèn lò,phù hợp với điều kiện địachất kỹ thuật mỏ cụ thể Để áp dụng các kinhnghiệmnướcngoàivàotrườnghợpvùngQuảngNinh,cầncóc á c nghiên cứuđánh giá
1.2.1 Phương phápđánhgiá
Trên cơ sở các tài liệu thu thập, luận án đã xác định và khoanhvùngcác khu vực vỉa than nằm dưới các đối tượng cần bảo vệ bề mặt tạicácmỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Núi Béo, Mông Dương và
KheChàm dựa trên“Quy tắc bảo vệ các công trình và đối tượng tự nhiêntránh ảnh hưởng có hại do khai thác mỏ than hầm lò”của Viện
VNIMI(LB Nga, 1998) Theo đó, (1) Các đối tượng có mức độ yêu cầu bảo vệbề mặt tương đươngnhau được xếp vào cùng một nhóm; (2) Cácđốitượngtậptrungvớimật độ l ớn trongmộtphạmvikhông gianm à trụbảo vệ, xác định cho mỗi đối tượng, giao thoa nhau hoặc khoảngcáchgiữac h ú n g quá n h ỏ v à k h ô n g hi ệ u q u ả đ ể m ở m ộ t d i ệ n k h a i t h á c ,
s ẽ
Trang 8169.162 144.536 147.703 Trữ lượng địa chất toàn mỏ
Trữ lượng than cần chèn lò 106.911
6.980 (4%)
56.797 69.830 (38%)52.282 28.538 (41%) 27.632
(19%)
2.962 (6%)
9.234 (9%)
được khoanh vùng thành một nhóm đối tượng và tính trụ bảo vệchungcho cả nhóm; (3) Các đối tượng phân bố thưa thớt trên bề mặt mỏhoặccó thể di dời được xem xét loại bỏ khỏi phạm vi khoanh vùng đốitượngcần bảo vệ Sau đó, tính toán xác định ranh giới trụ bảo vệ và chiều sâukhaithácan toàn cho từngnhóm đốitượng.T r ữ l ư ợ n g n ằ m t r o n g c á c trụ bảo vệ đượcđánh giá chi tiết theo phương pháp của viện VNIMIgồm các chỉ tiêu địachất mỏ của khoáng sàng như: chiều dày, góc dốc,độổn chiềudày, gócdốc v.v…
1.2.2 Kếtquả đánhgiá
Kết quả đánh giá cho thấy, hầu hết các mỏ hầm lò vùng QuảngNinhphảiđểlạimộtphầnlớntrữlượngtrongcáctrụbảovệcáccôngtrìnhbề mặt địa hình và không khai thác (khoảng 441% tổng trữ lượng địachất huy động).Trong đó, tập trung nhiều nhất là mỏ Núi Béo với 41%trữ lượng phải đểlại làm trụ bảo vệ, tiếp theo là mỏ Hà Lầm (khoảng38%)và mỏ MạoKhê(khoảng19%)(xemhình1.1)
Ngoàira,trữlượngthannằmdướicácđốitượngchứanước(nhóm3)khoảng 24,3 triệu tấn (chiếm 18%) và được phân bố tương đối đồngđều tại các khoáng sàng than
Trang 964.731,3 (49%)
43.018,2 (33%)
24.394,0 (18%)
nước tại khoáng sàng Mạo Khê khoảng 5,2 triệu tấn (3,9%), VàngDanhkhoảng 6,9 triệu tấn (5,3%), Mông Dương 2,9 triệu tấn (2,2%) và KheChàm khoảng 9,2 triệutấn chiếm 7% tổng trữ lượng cần chèn lò vùngQuảngNinh)(xemhình 1.2).70000
MạnhPhong,PGS.TSTrầnVănThanh,TSĐàoDanhPhượng,P G S T S Phùng Mạnh Đắc, TS Nguyễn Anh Tuấn Do đó, luận án sẽ khôngnghiêncứu các tham số liên quan đến các vấn đề nêu trên mà tập trungnghiêncứucácthamsố côngnghệ chèn lò
Quy trình công nghệ chèn lò bằng sức nước bao gồm: (1) Lựachọn,gia công VLC; (2) Vận chuyển VLC bằng sức nước vào khu vựcchènlò;(3)Thicôngkhốichènvà tách nước khỏikhốichèn
Trang 10Lựa chọn, gia công VLC là công tác quan trọng đầu tiên, quyếtđịnhđến hiệu quả - kinh tế kỹ thuật của công nghệ chèn lò Các tính chấtcủaVLCt h ư ờ n g đ ư ợ c x e m x é t t r o n g q u á t r ì n h l ự a c h ọ n , g i a c ô
n g V L C gồm: tính chất cơ lý của bản thân các hạt vật liệu, tỷ lệ phối trộn cácthành phần vật liệu;hình dạng, kích thước hạt và mức độ đồng đều cỡhạt Giá trị định lượngcho các tính chất này đều có thể được coi là cáctham số công nghệ chèn
lò Việc xác định đâu là tham số cơ bản, ảnhhưởnglớn đếnhiệuquảchènlò, phụ thuộc vào từngloạiVLCcụthể
Vận chuyển VLC bằng sức nước trong đường ốngtuân theo các quyluật
về dòng chảy trong ống Các phương pháp vận tải bằng sức nướctrong đường ống gồm: vận tảivới cột áp của máy bơm (vận tải có áp);vận tải nhờ cột áp tự nhiên dochênh lệch về độ cao giữa các điểm đầuvà cuối đường ống (vận tảikhông áp) Trong thực tế, công nghệ chèn lòbằng sức nước trên thế giớithường áp dụng phương pháp vận tải khôngáp với các tham số cơ bảngồm: Đường kính trong của đường ống; Độnhám thành ống; Số lượngđiểm nút và sức cản cục bộ tại các điểmnút;Tỷlệgiữachênhlệchđộcao(H)vàkhoả ng cáchtheophư ơng ngang
(L) giữa điểm đầu và điểm cuối của hệ thống vận chuyển (H/L) Đốivớivận tải có áp, ngoài các tham số trên, còn có tham số về vận tốcdòngchảy.N g o à i r a , c á c t í n h c h ấ t c ủ a VL Cc ũn gả nh h ư ở n g đế n h i ệ u
q u ả của hệthốngvận tảibằngsức nướctrongđườngống
Việc thi công khối chèn gồm các công tác: dựng thành be (cốppha)cho khối chèn, đưa ống vận chuyển đổ VLC vào khối chèn, thu hồiốngvận chuyển khi khối chèn đã được điền đầy, khi nước cơ bản táchhoàntoàn ra khỏi khối chèn công tác thi công khối chèn coi như kết thúc.Thicông khối chèn được thực hiện theo từng bước chèn, sau một hoặc mộtsố chu kỳ khai thác Việclựa chọn bước chèn lò và các kích thướccủakhốic h è n đư ợc t hi c ô ng mỗil ầ n c ó ả nhhư ởngđế n t ổ c hứ c sả n xu
ấ t , qua đó ảnh hưởng đến công suất, năng suất lò chợ, đồng thời ảnh hưởngđến độ hạ vách trong thời gian thực hiệnmột chu kỳ khai thác - chèn lò,do đó ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ bề mặt đất Vì vậy, kích thướckhối chèn(bao gồm bước chèn) là các tham số cơ bản của công nghệchènlòbằngsức nước
Trong quá trình thi công khối chèn, VLC sẽ ở lại trong khối chèn,cònnước thoát ra khỏi khối chèn qua các thành be (cốp pha) Tốc độnướcthoát ra khỏi khối chèn bằng hình thức thấm qua khối chèn tuântheo cácquy luật thấm, phụ thuộc chủ yếu vào hệ số thấm của VLC.Như vậy, hệ
số thấm của VLC, các giá trị định lượng về hình dạng, kíchthước tổng thể củakhối chèn là các tham số cơ bản của công nghệ chènlò bằngsức nước
Trang 112.2 NghiêncứulựachọnmộtsốthamsốcầntốiưuhóacủaVLC
2.2.1 Cácthamsốảnhhưởngđếnđộcongótcủakhốichèn
Độ co ngót (%) của khối chèn là sự biến dạng tương đối về thểtíchtrong điều kiện nén mà không xảy ra biến dạng ngang dưới tác dụngcủaáp lực đơn trục hoặc đa trục Do đó, khối chèn có độ co ngót nhỏ (mứcđộ lèn chặt cao) khả năngsụt lún bề mặt cũng sẽ giảm theo Ngược lại,khối chèn có độ co ngót lớn(mức độ lèn chặt thấp), sẽ làm tăng nguy cơsụt lún bề mặt Độ co ngót của khối chèn ảnh
thànhphầnt hạ c h h ọ c và t h à n h p hầ n c ỡ h ạ t VLC C á c h ạ t vậ t l i ệ u tròn
m ị n đều,t hì đ ộ r ỗng và đ ộ c o ngót s ẽ l ớ n h ơ n , ngư ợc l ạ i hạ t v ậ t liệu g ó
c cạnh và không đều nhau, độ co ngót sẽ nhỏ hơn Theo Рыжков Ю.А.,Волков А.Н., ГоголинВ.А (Liên Xô cũ), VLC có độ co ngót đảm bảoyêu cầu khi mức độ đồngđều cỡ hạt N = d60/d105 Trong đó: d60-đường kính lỗ sàng đảm bảo 60%khối lượng VLC lọt qua; d10- đườngkính lỗ sảng đảm bảo 10% khốilượng VLC lọtq u a T r ê n t h ế g i ớ i , người ta thường phối trộncác loại VLC theo một tỷ lệ thích hợp để cóđượcđộ congótkhốichènđápứngtheo yêu cầu
Kinhnghiệmtrênthếgiớichothấy,tỷlệphốitrộncácthànhphầnvậtliệu,cỡhạtvàmứcđộđồngđềuvềcỡhạtcủavậtliệulàcácthamsố của VLC
có ảnh hưởng lớn đến độ co ngót của khối chèn Mối quanhệ giữa các tham số này với độ congót của khối chèn không có quy luậtthống nhất cho tất cả các loại vật liệu, việc lựa chọn đượctham số phùhợp nhất thiết phải được thực hiện bằng các nghiên cứu thínghiệm, thửnghiệm thực tế với loại VLC cụ thể Do đó, đây là các tham
số cầnnghiên cứutốiưu
2.2.2 CácthamsốảnhhưởngđếnkhảnăngvậnchuyểntrongđườngốngCác
k ế t q uả nghi ê nc ứ u tạiL i ê n Xô( c ũ) v à Tr ung Quốcđ ã c hỉ r a rằng,c
ỡ h ạ t V L C ả n h h ư ở n g r ấ t l ớ n đ ế n k h ả n ă n g v ậ n c h u y ể n t r o n g đườngống.Cỡhạttốiđahợplýkhôngnênlớnhơn60mm.Ngoàira, nhằmhạnc hế hi ệ n t ư ợng tắcố ng vậnc hu yể n, c ỡ hạt tối đa củaVLC khôngvượtquá1/3đườngkínhtrongcủaốngvậnchuyển,trườnghợpcóhạtquácỡthìmứcđộquácỡkhôngquá30%tỷlệhạtquácỡkhôngvượtquá5%khốilượng.Ngoàira,khốilượngthểtích,độrỗngcủavậtliệuc ũ n g ả n h h ư ở n g đ ế
n k h ả n ă n g v ậ n t ả i v ậ t l i ệ u t r o n g đ ư ờ n g ố n g Tuynhiên,khốilượngthểtích,độrỗngcủahạtvậtliệuphụthuộcvàođiềukiệnthànhtạovậtliệu,làcáctínhchấtvốncócủavậtliệu(khôngthểt ha y đổi).Để cảithiệ nkhả
nă ng v ậ n c huyể n b ằ n g sứcnư ớc trongđường ống,cóthểthêmvàodòng
chảycácthànhphầncócỡhạtrấtnhỏnhưngkhốilượngriênglớnhơnnước(vídụnhư
trobay)đểhìnhthành
Trang 121 2
2.2.3 Cácthamsốảnhhưởngđếntốcđộtáchnướckhỏikhốichèn
Trong quá trình thi công khối chèn, nước có thể tách ra khỏi khốichèn
và chảy vào hệ thống thu nước hay không phụ thuộc vào khả năngthẩmthấu của VLC Tính thẩm thấu (K)của VLCảnhhưởnglớnđ ế n tốc độ tách nước
ra khỏi khối chèn khi tiến hành chèn lò bằng sứcnước,quađóảnhhưởngđếnthờigianmộtchukỳchènlòvàcôngsuấtcủadâychuyềnc hè n lò.Theokinhn ghi ệ m củaNga , hệ sốthẩmthấuyêucầuK>0,001cm/s,tạiBaLan:K≥0,002cm/s,tạiÚc,C a n a d a : K>0,0027cm/s
Hệ số thẩm thấu phụ thuộc vào (1) cỡ hạt, độ rỗng vật liệu (2) phụgiađông kết và (3) thời gian thi công Như vậy, tham số công nghệ củaVLCảnh hưởng đến tốc độ tách nước khỏi khối chèn là hệ số thấm củaVLC.Tham số này chịu ảnh hưởng của các tham số khác của vật liệunhưtỷlệthành phần, cỡhạttốiđa,hệsố khôngđồngđều vềcỡhạt
2.3 Nghiêncứulựachọnmộtsốthamsốcầntốiưuhóacủacôngtácvậnchuyển vàthicôngkhốichèn
2.3.1 CácthamsốcủahệthốngvậnchuyểnVLC
QuátrìnhvậnchuyểnVLCbằngsứcnướctuântheocácquyluậtvềdòngchảytrongđườngống, vídụ như:
𝛼 2 𝑣2
2𝑔
Trong đó:Z 1 ,Z 2- tương ứng là cao độ tại điểm đầu (1) và cuối (2) của đường ống;P 1 ,P 2
-áp suất tại điểm đầu (1) và cuối (2);v1,v2- vậntốc dòng chảy tại điểm đầu(1) và cuối (2);α1,α2- hệ số thay ổi ộngđổi động đổi động năng tính đến sự sai khác giữa dòng
chảy và chất lỏng lý tưởng;g- giatốc trọng trường,g= 9,81 m/s2;h w-t ổ n
t h ấ t c ộ t á p d ọ c đ ư ờ n g g â y r a bởi ma sát giữa dòng chảyvới thành ống từ điểm đầu (1) điến điểm cuối(2)
- Tổn thất cột áp dọc đường gây ra bởi ma sát giữa dòng chảyvớithànhống(theo côngthứcDarcy):
𝐿
ℎ𝑤= 𝜆.
𝐷
𝑣2
Trang 131 Đườngkính trongcủa ống vận chuyển
(2.4)
Kết hợp công thức(2.1)cho thấy, đường kính trong của ống là thamsốảnh hưởng trực tiếp đến mối quan hệ giữa lưu lượng và vận tốcdòngchảy Theo công thức(2.3), đường kính trong của ống còn ảnhhưởngđến tổn thất cột áp dọc đường gây ra bởi ma sát giữa dòng chảyvớithành ống; và ảnh hưởng đến hệ số tổn thất dọc đường, theo côngthức(2.4) Mặt khác, khi đã lựa chọn được VLC và xác định được cáctínhchất của vật liệu, như cỡ hạt, tỷ trọng thì đường kính ống cần đượclựachọn phùhợp vớiVLC,saochodòngchảyvậtliệutrongốngổnđịnh
2 Độ nhámcủaống vận chuyển
Từ các công thức(2.3), (2.4)cho thấy, độ nhám thành ống càng lớnthì
hệ số tổn thất dọc đường (), và giá trị tổn thất cột áp dọc đườnggâyrabởim a sát gi ữ a hỗnhợp c hất lỏng vớit hà nh ốngcànglớn.Dođ
ó, đây là một tham số cần xem xét trong tính toán thiết kế hệ thống vậnchuyển VLC bằng sức nước.Mặt khác, độ nhám thành ống phụ thuộcvào chất lượng vật liệu, chế tạo,tình trạng của đường ống, nên luận ánsẽ khôngnghiên cứutốiưuhóa thansốnày
3 Số lượng điểmnútvà sứccản cục bộtạicácvịtríđiểmnút
Số lượng điểm nút và sức cản cục bộ tại các vị trí điểm nút làcácthamsốđặctrưngchosơđồđườngốngvậnchuyển,chấtlượngcácvịtrínối ống Các tham số này ảnh hưởng đến tổn thất cột áp cục bộ khidòng chảy đi qua các vị trí điểmnút Số lượng điểm nút càng ít (sơ đồvận chuyển càng thẳng, ít díchdắc), sức cản cục bộ càng nhỏ thì dòngchảy càng ổn định, càng tốn ítnăng lượng (nước) để vận chuyển VLC.Mặt khác, trong thực tế, sơ đồvận chuyển VLC bẳng sức nước thườngcó chiều dài vận chuyển rất lớn,
do đó tổn thất cục bộ (do sức cản cụcbộ) thường không đáng kể so vớitổn thất cột áp dọc đường Vì vậy, cácthamsố nàykhônglàđốitượngnghiên cứutốiưu hóacủa luậnán
4 Tỷ lệ giữa chênh caovàkhoảngcáchvận chuyển (H/L)
Tỷlệgiữachênhlệchđộcaovàkhoảngcáchtheophươngnganggiữađiểmđầuvàđiểmcuốicủahệthốngvậnchuyển(H/
L)làmộttrongnhữngthamsốquantrọngtrongtínhtoánthiếtkếhệthốngvậnchuyểnVLCbằng
Trang 14L)cũngrấtcầnthiếtđểxácđịnhcộtápbổsung(chọnmáybơm)
Do đó, tỷ lệ giữa chênh cao và khoảng cách vận chuyển (H/L) làcáctham số công nghệ cần tối ưu hóa khi áp dụng công nghệ chèn lòbằngsức nướccho vùngthan QuảngNinh
2.3.2 Cácthamsốtrongthicôngkhốichèn
Các tham số cơ bản của công tác thi công khối chèn gồm bước chènlò
và kích thước khối chèn mỗi lần thi công Kích thước khối chèn cóảnhhưởng đến: tổ chức sản xuất, qua đó ảnh hưởng đến công suất, năngsuấtcủa lò chợ; độ hạ vách Đá vách hạ xuống gây ra dịch động,biếndạngtrênbềmặtđất,dođóbướcchènlàthamsốảnhhưởngđếnmứcđộdịch động, biến dạng trên bề mặt đất Việc nghiên cứu mối quan hệnày cho phép lựa chọn đượcbước chèn tối ưu, vừa đảm bảo các chỉ tiêudịch động, biến dạng trên bềmặt đất trong giới hạn cho phép củacôngtrình,đồngthờilàmcơsởxâydựngbiểu đồtổ chức sản xuấthợplý
2.3.3 Cácthamsốtrongquátrìnhtáchnướckhỏikhốichèn
Khi thi công khối chèn, nước có thể ngay lập tức thấm qua khốichènvàchảy vàothểthống thu nước,cũng có thể tích tụ ởphíatrênk h ố i chèn tạo thành cột nước Điều này phụ thuộc vào khả năngthấm nướccủa khối chèn Do đó, khi tính toán thiết kế công tác thi côngkhối
chèn,cầnx e m x é t đ ế n k h ả n ă n g t h ấ m n ư ớ c đ ể x â y d ự n g t h à n h b e ,
h ố t h u nước phù hợp và cũng để lựa chọn áp dụng giải pháp tách nước sơ bộnếu khối chèn có khảnăng thấm thấp Điều kiện để trong quá trình thicông khối chèn khôngtạo thành cột nước trên bề mặt là lưu lượng nướcchảy vào khối chèn
(Q N) phải không lớn hơn lưu lượng (tốc độ) nướcthoátrakhỏi khối
hóa liên quan đến tốc độ tách nước của khốichèn gồm: Hệ số thấm của
VLC (K f), tỷ lệ thành phần, cấp hạt của vậtliệu