các quá trình sản xuất trong khai thác than hầm lò

Hớng phát triển của công nghệ khai thác than hầm lò Xu hớng phát triển của ngành khai thác than hầm lò ở các nớc tiên tiến trênthế giới bao gồm: - Tạo ra trong tơng lai một dây chuyền cô

phần thứ nhất

khái niệm chung về các quá trình sản xuất trong

khai thác than hầm lò Chơng 1 : Lịch sử và hớng phát triển công nghệ

khai thác than hầm lò

1.1 Khái niệm về quy trình công nghệ khai thác than hầm lò

Quy trình công nghệ khai thác là một tập hợp của nhiều khâu công tác, cầnphải thực hiện theo một trình tự thời gian và không gian nhất định để lấy đợckhoáng sản có ích

Quy trình công nghệ khai thác than hầm lò có thể đợc hiểu theo nghĩa rộng

và theo nghĩa hẹp Theo nghĩa rộng, đó sẽ là tập hợp các quá trình mở vỉa và chuẩn

bị ruộng than, quá trình khấu than trong các gơng khai thác, quá trình vận tải thanlên mặt đất và hàng loạt các vấn đề khác nh sàng tuyển than, thông gió mỏ, thoát n-

ớc, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị và năng lợng, các quá trình công nghệ trênmặt bằng công nghiệp và v.v Theo nghĩa hẹp thì đó chỉ là tập hợp các công việcchuẩn bị và khai thác, cần đợc thực hiện trong một khu khai thác Trong phạm vigiáo trình này, chủ yếu chúng ta sẽ xem xét những vấn đề trong nghĩa hẹp nói trên

Quy trình công nghệ khai thác than ở lò chợ đợc chia thành các công tácchính và các công tác phụ Các công tác chính là các khâu tách than khỏi khốinguyên ban đầu, phá vỡ than đến cỡ hạt cần thiết, xúc bốc và vận tải than, chốnggiữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ Các công tác phụ bao gồm việc di chuyển thiết

bị vận tải theo tiến độ của gơng lò chợ, cung cấp vật liệu, máy móc, thiết bị, năng ợng vào lò chợ, thông gió, chống bụi, thoát nớc, chiếu sáng, thông tin liên lạc Nhvậy, với các dạng công nghệ khai thác than khác nhau, sẽ có các tập hợp các côngtác chính và phụ khác nhau, tức là các quy trình công nghệ khai thác than khácnhau

l-Công nghệ khai thác than hầm lò có thể đợc chia thành bốn dạng chính Đó

là công nghệ thủ công, công nghệ bán cơ khí hoá, công nghệ cơ khí hoá toàn bộ vàcông nghệ tự động hoá Trong dạng công nghệ thủ công, hầu hết các khâu công tácchính đều phải thực hiện bằng sức ngời; còn ở công nghệ bán cơ khí hoá thì máymóc đã làm thay con ngời ở một số công tác chính và khi ứng dụng công nghệ tự

động hoá, thì có thể loại trừ sự có mặt thờng xuyên của con ngời trong lò chợ

1.2 Các giai đoạn phát triển của công nghệ khai thác than hầm lò

Để thấy rõ lịch sử phát triển công nghệ khai thác than hầm lò trên thế giới từ

đầu thế kỷ XX đến nay, chúng ta phải xem xét các bớc phát triển của công nghiệpthan ở các nớc sản xuất nhiều than và có trình độ công nghiệp tiên tiến trên thế giới,

đó là các nớc châu Âu, Bắc Mỹ, úc, Trung Quốc Qua đó, có thể thấy những giai

đoạn phát triển công nghệ khai thác than hầm lò nh sau:

Giai đoạn I - Từ đầu thế kỷ XX đến trớc đại chiến thế giới lần thứ hai: Trình

độ cơ khí hoá sản xuất còn ở mức thấp, nhiều khâu công nghệ phải thao tác thủcông, nhất là ở các khâu chống lò và điều khiển áp lực mỏ Trong giai đoạn nàycũng có chế tạo và cải tiến một số loại máy đánh rạch, máy liên hợp khấu than và

đào lò , nhng trong lĩnh vực tự động hoá vẫn cha áp dụng đợc gì

Giai đoạn II - Từ sau đại chiến thế giới lần thứ hai đến năm 1960: Tiếp tụcnghiên cứu và áp dụng cơ khí hoá các quá trình sản xuất, nhng việc cơ khí hoá cha

đồng bộ, mới chỉ dừng ở từng khâu công tác riêng biệt Trong lĩnh vực tự động hoá

đã nghiên cứu thành công các hệ thống điều khiển từ xa một số thiết bị riêng lẻ, tự

động hoá một số thiết bị cố định

Giai đoạn III - Từ 1960 đến 1980: Có những thay đổi căn bản về chất l ợngkhai thác than hầm lò Chế tạo thành công và áp dụng rộng rãi nhiều loại tổ hợpthiết bị cơ khí hoá toàn bộ việc khấu than, do đó sản lợng và chiều sâu khai thác củacác mỏ than tăng lên rõ rệt Công nghệ đào lò cũng đợc cơ khí hoá toàn bộ đã làmtăng tốc độ đào lò Nhiều nơi đã áp dụng trục tải nhiều cáp ở giếng đứng Việc tự

động hoá cũng dần dần đi vào đồng bộ và có ảnh hởng trực tiếp đến sản xuất Một

số thiết bị lẻ và tổ hợp không thích hợp với chế độ tự động hoá dần dần đợc thay thếbằng các loại thiết bị mới

Giai đoạn IV - Từ 1980 đến nay: Cùng với sự phát triển vũ bão của nhiềungành công nghiệp, đặc biệt là sự phát triển mãnh liệt của kỹ thuật điện tử và côngnghệ tin học, công nghệ khai thác than hầm lò đang chuyển biến dần về chiều sâu.Nhiều dây chuyền sản xuất tự động hoá, do đợc kiểm soát chặt chẽ, đã hoạt động ổn

định và đem lại hiệu quả cao Quá trình khai thác than đã và đang đợc gắn liền vớiviệc đảm bảo điều kiện lao động an toàn cho thợ mỏ và bảo vệ môi trờng thiênnhiên

1.3 Hớng phát triển của công nghệ khai thác than hầm lò

Xu hớng phát triển của ngành khai thác than hầm lò ở các nớc tiên tiến trênthế giới bao gồm:

- Tạo ra trong tơng lai một dây chuyền công nghệ liên tục duy nhất, cơ khíhoá toàn bộ và tự động hoá để khai thác và vận chuyển than từ các gơng lò chợ đếntoa xe lửa hoặc bunke nhận than của nhà máy tuyển trên mặt đất ;

- Lựa chọn đúng đắn mức độ tự động hoá theo sự hợp lý về kinh tế cho từng

điều kiện cụ thể và theo yêu cầu đảm bảo an toàn lao động đến mức cao nhất ;

- Tập trung hoá việc điều khiển và kiểm tra công tác của các khu vực vàthiết bị sản xuất chủ yếu của mỏ hầm lò nhằm nâng cao tính linh hoạt trong việc

điều khiển sản xuất, giảm thời gian chết của thiết bị, giảm số công nhân điều khiểnmáy móc, thiết bị ;

- Cải tiến hệ thống khai thác nhằm tạo những điều kiện thuận lợi nhất choviệc cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá ;

- Gắn chặt quá trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ môi trờng để duy trì

sự phát triển bền vững

1.4 Tình hình và hớng phát triển của ngành than hầm lò ở Việt Nam

Điều kiện địa chất ở các vùng than nớc ta hiện nay có đặc điểm nổi bật là địahình đồi núi, thích hợp cho khai thác lộ thiên Do đó, tỷ trọng của sản lợng thankhai thác bằng phơng pháp hầm lò so với tổng sản lợng than khai thác hàng năm chỉchiếm khoảng 30-35 %

Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam còn khá lạc hậu so với cácnớc tiên tiến Công nghệ khấu than và đất đá ở các gơng lò khai thác và gơng lò

chuẩn bị chủ yếu là thủ công kết hợp với công tác khoan nổ mìn Trong các gơng lòchợ dài các công tác nặng nhọc và tốn thời gian nh chống lò, điều khiển áp lực mỏ vẫn phải thao tác thủ công.

Tuy nhiên, cho đến nay ngành than hầm lò của nớc ta đã cơ khí hoá và báncơ khí hoá đợc nhiều khâu công nghệ quan trọng của các mỏ Việc vận tải thantrong hầm lò và ngoài mặt bằng đã đợc cơ khí hoá hoàn toàn, hầu hết các mỏ hầm

lò đã đợc trang bị đầu tầu điện và goòng 1 đến 3 tấn, hoạt động trên cỡ đờng 600

đây, nhiều mỏ hầm lò đã đa vào áp dụng thành công vì chống thuỷ lực đơn và vìchống tổ hợp kiểu giá thuỷ lực di động trong lò chợ, các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuậtcủa lò chợ đã đợc cải thiện đáng kể Đặc biệt, tại mỏ Khe Chàm đã áp dụng thànhcông phơng pháp khấu than bằng máy liên hợp, sản lợng của lò chợ đã đợc nâng lênhơn hai lần so với phơng pháp khoan nổ mìn

Trong tơng lai gần, cùng với việc nâng cao tổng sản lợng khai thác than, tỷtrọng sản lợng khai thác hầm lò sẽ gia tăng và có thể lên tới 50% Do đó, muốn đápứng đợc yêu cầu về sản lợng và cải thiện đợc các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, ngànhkhai thác than hầm lò cần đợc phát triển theo các hớng sau đây :

- Cải tạo những mỏ cũ và xây dựng một số mỏ mới theo hớng tăng sản lợng

và tập trung hoá sản xuất ;

- Ưu tiên áp dụng các hệ thống khai thác có gơng lò chợ dài cùng với việc

đầu t hợp lý để cơ khí hoá các khâu công tác chính trong lò chợ Nghiên cứu và dầndần áp dụng công nghệ bán cơ khí hoá và cơ khí hoá vào các gơng lò ngắn ;

- Nâng cao tốc độ đào các đờng lò mở vỉa và chuẩn bị trên cơ sở áp dụngcác loại máy và thiết bị đào lò có năng suất cao và hoàn thiện việc tổ chức công tác

đào lò ;

- Nâng cao năng lực vận tải trong hầm lò bằng cách thay goòng 1 tấn với cỡ

đờng 600 mm bằng goòng 3 đến 5 tấn với cỡ đờng 900 mm, chú ý phát triển các

ph-ơng tiện vận tải liên tục, chủ yếu là các tuyến băng tải ;

- Gắn liền sự phát triển khai thác than với công tác bảo vệ môi trờng thiênnhiên

Chơng 2 : những nguyên tắc chung của công nghệ

khai thác than hầm lò

2.1 Tăng cờng độ và tập trung hoá sản xuất

Tăng cờng độ sản xuất ở mỏ là toàn bộ các biện pháp kỹ thuật và tổ chứcnhằm nâng cao sản lợng trong một đơn vị thời gian của lò chợ, của tầng, củakhoảnh, của cánh hay của vỉa trong ruộng mỏ

Việc tăng cờng độ khai thác cho phép cải thiện các chỉ tiêu chính của cáccông tác mỏ, mà trớc hết là các chỉ tiêu về năng suất lao động của công nhân và giáthành khai thác.

Không nên nhầm lẫn hai khái niệm "tăng cờng độ" và "tập trung hoá" trongsản xuất Công tác mỏ có thể tiến hành với cờng độ cao, nhng không tập trung, tức

là tiến hành đồng thời trên một số vỉa, một số cánh, một số tầng hay khoảnh vàtrong nhiều lò chợ

Tập trung hoá sản xuất ở mỏ là tập trung mức độ khai thác khoáng sản trongcác xí nghiệp riêng biệt hay trong các khâu của chúng về mặt thời gian (giảm số casản xuất và số giờ làm việc) và về mặt không gian (giảm số đơn vị sản xuất: giảm số

lò chợ, giảm số khu khai thác )

Các chỉ tiêu cơ bản của tập trung hoá là sản lợng của mỏ, sản lợng của lò chợ

và chỉ tiêu tập trung hoá về mặt không gian

Cờng độ khấu than đợc tính theo công thức:

lc L A

trong đó: A - Sản lợng của mỏ trong một đơn vị thời gian, tấn;

Llc - Tổng chiều dài trung bình của các gơng lò chợ hoạt động trong thờigian đó, m

Cờng độ vận tải đợc tính theo công thức:

ivt =

vt L A

trong đó: Lvt - Tổng chiều dài hoạt động trung bình của các lò vận tải

Chỉ tiêu mức độ tập trung về không gian của các công tác mỏ có thể đợc tínhtheo công thức:

itk=

vt

lc

LL

Giữa tập trung hoá và tăng cờng độ sản xuất có quan hệ nh sau: việc tăng ờng độ khai thác, tức là tăng sản lợng trong một đơn vị thời gian trong khi các điềukiện khác gần nh nhau, sẽ đa đến nâng cao sự tập trung Do đó, việc tăng cờng độ

c-có thể xem nh là một biện pháp để đạt đợc sự tập trung hoá

Việc tăng cờng độ và tập trung hoá có thể đợc thực hiện bằng các biện phápsau: tạo nên kỹ thuật và công nghệ mới có hiệu quả hơn; sử dụng tốt hơn các máymóc, thiết bị khai thác và vận tải hiện có; giảm bớt sự ảnh hởng của các yếu tố địachất; nâng cao độ tin cậy và độ bền của các loại máy và thiết bị hiện có; cải tiến tổchức lao động

2.2 Tính nhịp nhàng và liên tục

Tính nhịp nhàng trong sản xuất là một yêu cầu công nghệ tất yếu cho côngtác của xí nghiệp mỏ, nhằm đạt đợc các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật cao và ổn định.Tính nhịp nhàng trong công tác của mỏ hầm lò nói chung và của từng khâu côngnghệ nói riêng là sự tuân thủ nghiêm túc các chế độ khai thác, vận hành đã định tr-

ớc trong một khoảng thời gian nhất định, để hoàn thành nhiệm vụ sản xuất

Tính nhịp nhàng trong khi hoàn thành các quy trình sản xuất cho phép loạitrừ các loại gián đoạn trong công tác, vì không đáp ứng đợc việc cung cấp vật liệu

và phụ tùng thay thế; việc tiến hành sửa chữa thiết bị theo đúng thời hạn quy định sẽloại bỏ các sự cố, cũng nh sự mất ổn định trong lúc vận hành và do đó nâng cao tính

an toàn trong công tác Tính an toàn càng đợc nâng cao khi tăng cờng độ và tậptrung hoá sản xuất

Giữa phơng tiện cơ khí hoá mới và hình thức tổ chức lao động mới có mộtmối liên hệ hết sức chặt chẽ Thí dụ, công nghệ khấu than thủ công, cũng nh côngnghệ khấu than bán cơ khí hoá thích hợp với hình thức tổ chức lao động theo chu

kỳ, tức là các quá trình sản xuất của việc khấu than đợc tiến hành nối tiếp với cácquá trình phụ phi sản xuất Đối với công nghệ cơ khí hoá toàn bộ thì lại cần chuyểnsang hình thức tổ chức lao động theo dây chuyền liên tục Hình thức này đặc trngbằng sự phối hợp chặt chẽ về thời gian tất cả các quá trình sản xuất chính và phụ

Vì vậy, tính nhịp nhàng và liên tục là điều kiện thiết yếu để thực hiện cơ khíhoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất ở mỏ

Trong khai thác than, nguyên tắc cơ bản của phơng pháp liên tục (tính liêntục của việc khấu than ở gơng lò chợ) có thể biểu thị bằng hệ số liên tục:

klt =

ck

k

TT

trong đó : Tk - Thời gian khấu than trong một chu kỳ;

Tck - Thời gian của một chu kỳ lò chợ

2.3 Tính ít công đoạn trong quá trình sản xuất

Một trong các yêu cầu cơ bản đối với công nghệ khai thác than hợp lý làgiảm số bớc công nghệ, mà chủ yếu là nhờ sự thay đổi về chất của các đặc điểmcông nghệ khai thác than

ở các sơ đồ công nghệ phức tạp, có nhiều công đoạn thì phải dùng nhiều loạimáy móc, thiết bị và dụng cụ khác nhau, lại cần có những công nhân lành nghề, cầnnhiều quá trình và công đoạn phi sản xuất, khó phối hợp một cách rõ ràng để hoànthành các quá trình và công đoạn Từ đó thờng dẫn đến sự ngừng trệ trong sản xuất

và gây trở ngại cho việc tổ chức lao động theo phơng pháp dây chuyền liên tục

Do đó, công nghệ hoàn thiện phải dựa trên cơ sở sơ đồ công nghệ có ít quátrình và công đoạn nhất và ít những chi phí sản xuất Ưu điểm của sơ đồ công nghệ

ít công đoạn là: đầu t cơ bản để mua thiết bị ít, số ngời làm việc trong dây chuyền

ít, dễ tổ chức thực hiện các công đoạn của dây chuyền phối hợp về thời gian, cảithiện đợc điều kiện an toàn lao động, tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc tự độnghoá dây chuyền công nghệ

2.4 Tính linh hoạt

Tính linh hoạt của dây chuyền công nghệ là khả năng thích ứng của nó với

sự thay đổi của các điều kiện khách quan Các điều kiện tự nhiên của hoạt độngkhai thác mỏ luôn luôn biến động, thí dụ chiều dày, góc dốc của các vỉa than, lợng

đá kẹp trong vỉa, tính chất của đá vách và đá trụ v.v Do đó, tính linh hoạt là mộtyêu cầu không thể thiếu đối với dây chuyền công nghệ khai thác mỏ, để đảm bảo nóhoạt động ổn định và có hiệu quả

Bên cạnh sự linh hoạt, thích ứng với điều kiện tự nhiên, dây chuyền côngnghệ còn phải linh hoạt với những sự thay đổi của nhu cầu sản xuất Thí dụ: có khảnăng gia tăng cờng độ khai thác; có khả năng thay đổi tỷ lệ than củ, than cám; cókhả năng khấu chọn để giảm độ tro v.v

2.5 Tính an toàn

Cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất chẳng những loại bỏ lao độngthủ công nặng nhọc, mà còn đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt và hoàntoàn an toàn cho ngời trực tiếp làm việc trong mỏ

An toàn lao động khi cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá khai thác than đạt đ

-ợc trớc hết là do có thể loại trừ một phần, hoặc toàn bộ sự có mặt của con ngời ởchỗ trực tiếp sản xuất của các quy trình công nghệ chính và phụ Mặt khác, cơ khíhoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất đảm bảo sự kiểm tra các hoạt động của máymóc và thiết bị một cách rõ ràng và tin cậy, đồng thời đảm bảo giữ đúng chế độ vậnhành tối u các thiết bị, do đó loại trừ đợc các sự cố, loại trừ đợc khả năng mất ổn

định và càng tạo điều kiện an toàn hơn cho sản xuất ở mỏ

2.6 Tính kinh tế

Tính kinh tế của dây chuyền công nghệ đợc đánh giá bằng năng suất lao

động của công nhân (trong lò chợ, ở lò chuẩn bị, trong khu khai thác và trong toànmỏ), giá thành khai thác khoáng sản, vốn đầu t cơ bản cần thiết và thời hạn thu hồivốn

Rõ ràng cơ khí hoá và tự động hoá sản xuất sẽ đem lại hiệu quả kinh tế caovì đảm bảo năng suất lao động cao và hạ giá thành sản phẩm

Chơng 3 : những đặc điểm công nghệ của các vỉa than

và đá mỏ

3.1 Sự dịch chuyển của địa tầng khi khai thác than

Các quá trình khai thác than gây ra sự biến dạng của đá vách Sự biến dạng

có thể biểu hiện ở dạng dịch chuyển của đá mà không bị phá huỷ, cũng có thể ởdạng nứt nẻ và đứt gẫy Với các kích thớc lớn của khoảng trống đã khai thác, quátrình dịch chuyển phát triển tới mặt đất Ban đầu, các lớp đá nằm ngay trên vỉa than

bị phá huỷ, sau đó xảy ra sự đứt gẫy của các lớp đá vách nằm trên theo mức độ pháttriển của công tác khấu than

Theo hớng từ khoảng trống đã khai thác lên phía trên, trong địa tầng có thểphân biệt ba vùng, đặc trng các mức độ phá huỷ của đá mỏ khác nhau: sập đổ, uốnvõng cùng với sự rạn nứt và uốn dẻo mà không bị phá huỷ

Trong vùng sập đổ, sự dịch chuyển của các tảng và khối đá rời rạc xảy ratheo từng chu kỳ, cùng với tiến độ của gơng lò chợ Với diện bóc lộ lớn, chiều caocủa vùng này đạt 24 lần chiều dày của vỉa Khi điều khiển đá vách bằng phơngpháp chèn lò toàn phần, thì có thể không xuất hiện vùng sập đổ của đá Đồng thờivới quá trình dịch chuyển của đá, ứng suất trong địa tầng bị phân bố lại, xuất hiệnvùng ứng suất cao (áp lực tựa) và vùng ứng suất thấp (áp lực suy giảm) Nguyên

nhân gia tăng ứng suất là sự treo của các lớp đá bên trên khu khai thác và sự truyềnmột phần trọng lợng của chúng vào địa khối ngoài khu khai thác.

Các lớp đá ở trên và dới khu khai thác nằm trong vùng áp lực mỏ suy giảm.Theo đặc điểm biến dạng của các lớp đá mỏ và nguyên nhân gây ra dịchchuyển, trong địa tầng khu khai thác có thể phân biệt ba vùng đặc trng (Hình 1): I

- vùng dịch chuyển hoàn toàn (áp lực suy giảm); IIa, IIb - vùng uốn võng lớn nhất;IIIa và IIIb - vùng nén ép của đá (áp lực tựa)

Hình 1: Sơ đồ dịch chuyển của địa tầng khi khai thác vỉa than

Vùng I đợc giới hạn bởi các đờng chéo dóng từ biên của khu khai thác vớicác góc dịch chuyển hoàn toàn 1 và 2 Trong khu vực này có vùng sập đổ của đávách 4 Trong khối POQ, sau khi kết thúc dịch chuyển các lớp đá nằm ở vị trí songsong với trạng thái ban đầu

Vùng áp lực tựa IIIa và IIIb đợc phân bố từ các đờng biên dịch chuyển của

địa tầng trên khu khai thác LB và MF tới các tuyến CD và GH, dóng qua đờng biêncủa khu khai thác Giữa vùng dịch chuyển hoàn toàn và vùng áp lực tựa là vùng uốnvõng lớn nhất IIa và IIb

Trong đá trụ của vỉa hình thành vùng áp lực tựa IVa và IVb, vùng áp lực suygiảm VI và các vùng nâng nền không đồng đều Va và Vb

Trong những vùng áp lực tựa đá mỏ bị nén ép (các giản đồ 1), còn ở nhữngvùng áp lực suy giảm chúng bị kéo dãn (các giản đồ 2) về phía khu khai thác

Đờng bao ngoài các vùng kể trên tạo thành miền ảnh hởng của công tác khaithác ALBKFME

3.2 Các tính chất công nghệ chủ yếu của đá mỏ

Sự dịch chuyển của địa tầng khi khai thác than gây ra các quá trình vật lýphức tạp, đặc trng mối tác động tơng hỗ của tập hợp nhiều yếu tố Những yếu tố đóphụ thuộc đáng kể vào công nghệ thực hiện các công tác mỏ Với cùng một địa

A

tầng, quá trình dịch chuyển của các lớp đá có thể rất khác nhau khi khai thác vỉabằng gơng lò dài và gơng lò ngắn, khi bớc khấu rộng và hẹp, với các tiến độ khácnhau của gơng, ở những phơng pháp điều khiển đá vách khác nhau và v.v

Tập hợp các tính chất của đá mỏ, quy định hành vi của nó dới tác động củacác công tác mỏ, đợc gọi là các tính chất công nghệ Các tính chất chủ yếu là: độbền vững, độ phân lớp, độ nứt nẻ và khả năng sập đổ (phá hoả)

Sự kết hợp các tính chất công nghệ khác nhau của địa tầng vô cùng đa dạng

và nó quyết định sự lựa chọn đúng đắn các quá trình công nghệ khai thác

3.2.1 Cấu tạo, cấu trúc và sự phân lớp của đá mỏ

Cấu tạo của địa tầng đợc xác định bởi các điều kiện thành tạo khoáng sàng.Các khoáng sàng dạng trầm tích thờng có đặc điểm phân lớp của các vỉa sét kết, bộtkết, cát kết, đá vôi và v.v Các tính chất của các loại đá này đã đợc nghiên cứu tỷ

mỷ ở dạng các mẫu đá, song các tính chất bền và đàn hồi của địa tầng khác biệtnhiều so với các tính chất của các mẫu đá Có sự khác biệt này là do cấu trúc và độnứt nẻ của các lớp đá Tất cả các loại đá đều có vô số nứt nẻ, tách biệt địa tầngthành các khối cấu trúc

Các tính chất của đá đợc xác định ở các mẫu, với kích thớc nhỏ hơn các khốicấu trúc, không thể đặc trng cho các tính chất của địa tầng Chính vì vậy, để nhậnbiết các tính chất của địa tầng, cần phải lấy thông tin từ một địa khối có chứa một

số lợng các khối cấu trúc đủ lớn

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và lựa chọn phơng pháp chống lò và điềukhiển áp lực mỏ, các lớp đá xung quanh vỉa than đợc phân biệt theo các dấu hiệuriêng Căn cứ vào vị trí phân bố so với vỉa than, ngời ta chia đá vách thành vách giả,vách trực tiếp và vách cơ bản, còn đá trụ - trụ giả, trụ trực tiếp và trụ cơ bản

Vách giả là lớp đá không dày lắm (thờng chỉ tới 0,5-0,6 m) nằm ngay trênvỉa than Lớp này dễ bị sập hoặc bị sập cùng với than khi khấu, hoặc bị sập sau mộtkhoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, nhiều vỉa than không có vách giả

Vách trực tiếp là lớp đá tơng đối dễ sập nằm ở phía trên vỉa than áp lực củalớp này tác dụng lên các vì chống ở gơng lò và trụ than Khi không có vách giả,vách trực tiếp nằm sát trên vỉa than

Vách cơ bản là lớp đá bền chắc, khó sập nằm trên vách trực tiếp và khôngsập đồng thời với lớp này Có khi vách cơ bản nằm ngay trên vỉa, là một lớp đá cứng

và dày

Vách giả thờng là diệp thạch than, diệp thạch sét yếu; vách trực tiếp phổ biến

là diệp thạch sét-cát và diệp thạch sét; còn vách cơ bản thờng là đá vôi và cát kết,

đôi khi là diệp thạch sét vững chắc

Trụ giả là lớp đá mỏng, rất dễ bị phá huỷ trong quá trình khấu than

Trụ trực tiếp là lớp đá nằm ngay dới vỉa than khi không có trụ giả Các hiệntợng bùng nền, hiện tợng trợt và sập ở các vỉa dốc đứng có quan hệ chặt chẽ với tínhchất của trụ trực tiếp

Trụ cơ bản là một lớp đá vững chắc nằm dới trụ trực tiếp

Độ ổn định và khả năng sập đổ của đá ở lò chợ phụ thuộc nhiều vào cáchthức tách lớp của chúng, trong đó chiều dày của chúng có vai trò rất lớn Khi mốigắn kết giữa các lớp càng yếu và các lớp càng mỏng, thì chúng càng dễ sập đổ ởnhững khối tơng đối nhỏ Khi các lớp đá càng dày, thì chúng càng khó uốn võng và

sẽ sập đổ với những khối càng lớn

Các loại đá trầm tích đều có tính phân lớp, đó là sự lắng đọng không đồngchất Nguyên nhân của sự phân lớp là sự đan xen của các lớp đá yếu và các lớp đábền vững, trong đó sự tách lớp xảy ra theo các lớp đá yếu, cho dù chúng rất mỏng.Tính phân lớp biểu hiện rõ nét nhất khi trong địa khối có các lớp đá chất sét, than,sliuđit hoặc chứa các tàn d thực vật

Giữa các lớp đá có thể có những bề mặt liên kết rất yếu, chúng có thể đi quaranh giới của vỉa, cũng có thể xen vào giữa các lớp đá đồng chất Đó chính lànguyên nhân của sự phân vỉa Chiều dày của một phân vỉa càng lớn, thì tính ổn địnhcủa nó càng cao Do mỗi phân vỉa không có sự gắn kết với các lớp đá nằm trên, chonên toàn bộ trọng lợng của nó đợc truyền xuống các lớp đá nằm dới

% trờng hợp có khoảng cách giữa các vết nứt lớn hơn chiều dày từ 13 lần Trongcác lớp diệp thạch cát, khoảng cách giữa các vết nứt gần bằng chiều dày lớp Cácloại đá chất sét thờng có độ nứt nẻ cao, khi khoảng cách giữa các vết nứt thờng nhỏhơn chiều dày vỉa

Các vết nứt đợc nhận biết qua chiều dài và chiều rộng của chúng Khi chiềurộng của vết nứt nhỏ hơn 0,05 mm, chúng có cỡ sợi tóc; khi chiều rộng từ 0,05 đến

2 mm - rất mảnh; từ 2 đến 10 mm - cỡ milimét; từ 10 đến 100 mm - cỡ centimét; từ

100 đến 1000 mm - cỡ decimét

Tất nhiên, tính ổn định của đá phụ thuộc vào mật độ các vết nứt, đợc xác

định bởi số vết nứt trên 1 m2 diện tích địa khối

Phụ thuộc vào độ nứt nẻ, các loại đá đợc phân biệt nh sau:

- không nứt nẻ ;

- ít nứt nẻ - có một hệ nứt với khoảng cách giữa chúng lớn hơn 1 m ;

- nứt nẻ trung bình - có hai hệ nứt cắt chéo nhau với khoảng cách giữa chúnglớn hơn 1 m ;

- nứt nẻ mạnh - có vài hệ nứt cắt chéo nhau với tần suất phân bố trung bìnhtới 0,5 m ;

- nứt nẻ rất mạnh - có nhiều hệ nứt phân bố cách nhau qua khoảng cách nhỏhơn 0,2 m.

Độ ổn định của đá vách trên lò chợ phụ thuộc rất nhiều vào góc tạo bởi giữagơng lò và hớng các thớ nứt chính của nó, góc này quyết định phơng thức dịchchuyển của đá vách

3.2.3 Độ ổn định của đá khi bị bóc lộ

Tính bền của đá khi bị bóc lộ bởi các công tác mỏ đợc gọi là độ ổn định của

nó Trạng thái của phần đá vách bị bóc lộ và không đợc chống giữ đợc coi là ổn

định, nếu qua một khoảng thời gian của nhu cầu sản xuất nó không bị sập đổ hoặctrôi trợt, còn sự dịch chuyển của nó không vợt quá giới hạn cho phép

Độ ổn định của đá đợc xác định bởi khả năng không bị phá huỷ dới tác độngcủa tự trọng và của nội ứng suất khi bị bóc lộ

Cần phân biệt tính ổn định của đá khi bóc lộ trong thời gian ngắn và ổn địnhtrong thời gian dài

Độ ổn định của đá vách ảnh hởng lớn đến hiệu quả khai thác vỉa than, đếnviệc lựa chọn loại và kết cấu vì chống lò chợ và phơng pháp điều khiển đá vách

- ổn định Khi dải bóc lộ rộng tới 2 m, ổn định tới 2 ng-đêm

- Rất ổn định Khi dải bóc lộ rộng 5-6 m, ổn định lâu dài

3.2.4 Khả năng sập đổ của đá vách

Các loại đá vách khác nhau có khả năng sập đổ khác nhau

Khi điều khiển đá vách bằng phơng pháp phá hoả toàn phần, cần phân biệtphá hoả ban đầu, phá hoả đợt một và phá hoả đợt hai Phá hoả ban đầu đợc tiếnhành khi gơng lò chợ dịch chuyển qua một khoảng nhất định kể từ lò cắt, gọi là b-

ớc phá hoả ban đầu Thông thờng, bớc phá hoả ban đầu là 8-12 m, nhng với các loại

đá vách bền vững, bớc này có thể tới 50-60 m Để phá hoả đá vách bền vững, phải

Nếu nh đá vách trực tiếp sau khi sập đổ lấp đầy toàn bộ khoảng trống đã khaithác, thì sập đổ đợt hai có thể không xảy ra Còn nếu khoảng trống đã khai tháckhông đợc lấp đầy, thì cờng độ sập đổ của vách cơ bản sẽ càng nhỏ, khi tỷ số giữachiều dày vách trực tiếp và chiều dày vỉa than càng lớn

Theo khả năng tự sập đổ của các lớp đá vách ngời ta còn phân biệt chúngdựa vào bớc phá hoả (lph), khi đó chúng đợc chia thành năm nhóm:

Trình tự và đặc điểm phát triển của quá trình phá huỷ của đá vách đợc quyết

định bởi các đặc tính cấu trúc và các tính chất cơ học của đá

Trên cơ sở khả năng sập đổ của đá, viện nghiên cứu VUGI (Liên Xô cũ) đã

đề xuất bảng phân loại dới đây

Phân loại đá vách theo khả năng sập đổ

Loại đá Đặc điểm đá vách

I Vách trực tiếp là một hay nhiều lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày

không nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày của vỉa than đợc khai thác

II Vách trực tiếp là lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày nhỏ hơn 6-8

lần chiều dày vỉa Vách cơ bản là loại đá khó sập đổ, chỉ sập

đổ trên diện lớn III Vách trực tiếp là lớp đá dày, khó sập đổ Trong một số tr ờng

hợp không có vách trực tiếp và trên vỉa than là vách cơ bản,

có khả năng bóc lộ trên diện lớn

IV Vách trực tiếp là loại đá có khả năng hạ võng từ từ mà không

bị rạn nứt và đứt gẫy (khi chiều dày vỉa không quá 0,8-1,0 m)

Từ bảng phân loại thấy rằng, khi vách trực tiếp là loại đá dễ sập đổ, dày hơn6-8 lần chiều dày vỉa (đá loại I), tải trọng tác động lên vì chống chỉ do lớp đá nàygây ra Trong khi đó vách cơ bản bị chèn toàn bộ bởi đá vách trực tiếp đã phá hoả,

sẽ hạ võng dần dần và không gây tải trọng lên vì chống

Nếu không có điều kiện trên, vách cơ bản sẽ sập đổ và không phải lúc nào vìchống cũng chịu đợc những tải trọng sinh ra bởi cả vách trực tiếp và vách cơ bản

Khi xét tới bớc phá hoả của đá mỏ và vùng áp lực tựa ở trớc gơng lò chợ,viện VNIMI đã có những bổ xung cho bảng phân loại đá vách của VUGI

Phân loại đá vách theo VUGI - VNIMI

Loại đá Đặc điểm đá vách

I Vách trực tiếp và vách cơ bản là các lớp đá dễ phá hoả Vách trực tiếp

phá hoả theo chu kỳ lò chợ, còn vách cơ bản treo trên khoảng trống đãkhai thác ở những khẩu độ không lớn, trong phạm vi một bớc sập củavách trực tiếp Vùng áp lực tựa trong vỉa than phân bố ở khoảng cáchkhông lớn trong khối nguyên, kể từ biên của khoảng trống đã khai thác

II Vách trực tiếp là đá dễ phá hoả, dày 3-10 m; còn vách cơ bản là lớp đá

dày, khó phá hoả Vách cơ bản có thể treo trên khoảng trông đã khaithác với khẩu độ không lớn (tới 3-4 bớc phá hoả của vách trực tiếp).Vùng áp lực tựa phân bố ở khoảng cách đáng kể phía trớc lò chợ

III Vách trực tiếp là lớp đá bền vững, khó phá hoả, dày 3-5 m Trên nó là

các loại đá dễ phá hoả, không có khả năng treo tự do Khả năng treotrên khoảng trống đã khai thác của loại đá này phụ thuộc vào chiều dày

và độ bền vững của vách trực tiếp Bớc phá hoả của vách cơ bản tuỳthuộc vào kích thớc các khối gẫy của vách trực tiếp Khi chiều dày vỉakhông quá 1 m, có khả năng đá vách hạ từ từ

IV Các vách trực tiếp và cơ bản đều là những loại đá bền vững, khó phá

hoả Chúng có xu hớng treo trên khoảng trống đã khai thác với khẩu độlớn (tới 50 m hoặc hơn) và tạo ra áp lực tựa khá lớn ở trớc gơng lò chợ

Khi khai thác các vỉa dốc đứng, bên cạnh sự sập đổ của đá vách còn có thể

có sự trôi trợt của đá trụ Quan tâm đến khả năng này, viện ĐônUGI (Ukraina) đềxuất bảng phân loại đá dới đây

Phân loại đá cho các vỉa dốc đứng

Loại

đá

I Vách trực tiếp là đá rất yếu hoặc vách giả Trụ yếu có khả năng trợt, trụ

giả

II Vách trực tiếp là đá dễ phá hoả, có chiều

dày không nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày vỉa

Trụ trực tiếp có độ bền từ trungbình trở lên, không trợt

III Vách trực tiếp có độ bền trung bình, phá

hoả ở chiều cao nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày

năng bóc lộ trên diện lớn Trụ trực tiếp có độ bền trungbình hay bền vững, không trợt

V Vỉa dày dới 0,7 m, vách trực tiếp có khả

năng hạ từ từ

Trụ không trợt, có khả năng

tr-ơng bùng

VI Vách trực tiếp là đá khó phá hoả Trụ là đá yếu, dễ trôi trợt

Kinh nghiệm khai thác mỏ cho thấy vách cơ bản gây ảnh hởng lớn đến cáchoạt động trong lò chợ và các lò chuẩn bị Vách cơ bản đợc chia làm hai nhóm: dễ

điều khiển và khó điều khiển

Đá vách dễ điều khiển là loại đá không gây ra phá hoả đợt hai Khi đó, giữavỉa than và vách cơ bản có lớp đá vách trực tiếp dễ phá hoả với chiều dày lớn hơn 3-

4 lần chiều dày vỉa, mà khi sập đổ tạo ra khả năng hạ võng của vách cơ bản

Đá vách khó điều khiển là loại đá có bớc phá hoả đợt một và đợt hai lớn hơn

30 m, khi vách trực tiếp là đá dễ phá hoả với chiều dày nhỏ hơn 4 lần chiều dày vỉathan

Đá vách khó điều khiển thờng là các loại đá đồng chất có giới hạn bền khichịu nén một trục lớn hơn 70 MPa: cát kết, đá vôi, diệp thạch cát

3.3 Những đặc điểm công nghệ của các vỉa than

3.3.1 Phân loại các vỉa than theo đặc điểm công nghệ

Để dễ dàng lựa chọn các sơ đồ công nghệ khai thác than hợp lý, các vỉa than

đợc phân loại theo hai dấu hiệu chính, đó là chiều dày và góc dốc của chúng

Theo chiều dày, các vỉa than đợc chia thành bốn nhóm:

- rất mỏng - có chiều dày không quá 0,7 m;

- mỏng - có chiều dày từ 0,71 đến 1,2 m;

- dày trung bình - có chiều dày từ 1,21 đến 3,5 m;

- dày - có chiều dày lớn hơn 3,5 m

Với mục đích chế tạo và lựa chọn phơng tiện cơ khí hoá cho lò chợ, ngời tacòn đề nghị chia các vỉa than theo chiều dày của chúng thành bẩy nhóm:

nhóm một - các vỉa dày không quá 0,6 m, mà cho đến nay vẫn cha có tổ hợpthiết bị cơ khí hoá toàn bộ phù hợp (ngoại trừ công nghệ khoan lấy than ở các vỉadốc thoải);

nhóm hai - các vỉa dày từ 0,60,9 m, đã đợc chế tạo các tổ hợp cơ khí hoá,nhng năng suất của chúng bị hạn chế bởi sự chật hẹp của không gian lò chợ Khi đó,

với chiều cao hạn chế của lò chợ, khoảng cách giữa xà của vì chống và thân máykhai thác hay máng cào không đáng kể Vì vậy, máy liên hợp buộc phải bố trí bênngoài khung máng cào, làm thay đổi bố cục của cả tổ hợp, giảm hiệu quả hoạt độngcủa nó;

nhóm ba - các vỉa dày từ 0,91,3 m, có thể bố trí máy liên hợp trên mángcào, nhng dới thân máy phải có khoảng hở cần thiết cho dòng tải than của mángcào;

nhóm bốn - các vỉa dày từ 1,32,0 m, có thể bố trí dễ dàng máy liên hợptrên máng cào Đây chính là điều kiện thuân lợi nhất để tạo ra các tổ hợp thiết bị vớinăng suất cao;

nhóm năm - các vỉa dày từ 2,03,5 m, có điều kiện khai thác thuận lợi

Nh-ng do sự phát triển mạnh của hiện tợNh-ng ép trồi, cần phải bổ suNh-ng bộ phận chốNh-ng lởgơng vào kết cấu của vì chống;

nhóm sáu - các vỉa dày từ 3,55,0 m, có thể khai thác bằng phơng pháp chialớp Song, ở các vỉa dốc thoải có thể khai thác chỉ một lớp bằng tổ hợp thiết bị cơkhí hoá, phá hoả đá vách hoặc tháo tận thu lớp than đệm dới vách; ở các vỉa dốc

đứng để khấu các lớp cần chế tạo các tổ hợp thiết bị áp dụng chèn lò toàn phần;

nhóm bẩy - các vỉa dày hơn 5 m, khai thác theo phơng pháp chia lớp, sửdụng các tổ hợp thiết bị của vỉa dày trung bình

Đặc điểm xuất hiện các lực hấp dẫn và phơng pháp vận tải than trong lò chợphụ thuộc vào góc dốc của vỉa Vì vậy, khi lựa chọn máy khai thác, vì chống và ph-

ơng pháp vận tải than cần phải xét tới các góc dốc tới hạn của vỉa trong điều kiện

tr-ợt than và các bộ phận kim loại của thiết bị, đợc đa ra dới đây

Các góc dốc tới hạn của vỉa:

Kim loại trên kim loại 0,19 - 0,23 13 - 17

Kim loại trên đá trụ 0,3 - 0,4 17 - 20

Theo góc dốc, các vỉa than đợc chia thành bốn nhóm:

- dốc thoải - có góc dốc từ 0 đến 18o;

- dốc nghiêng - có góc dốc từ 19 đến 35o;

- dốc nghiêng-đứng - có góc dốc từ 36 đến 55o;

- dốc đứng - có góc dốc từ 56 đến 90o

Điều kiện thuận lợi nhất để sử dụng các tổ hợp thiết bị cơ khí hoá là các vỉa

có góc dốc từ 0 đến 12o, khi các lực hấp dẫn không ảnh hởng đến việc lựa chọn kếtcấu của thiết bị và có thể khai thác vỉa theo phơng, ngợc chiều dốc hoặc xuôi chiềudốc

ở các vỉa có góc dốc từ 13 đến 18o quá trình khai thác thờng đợc tiến hànhtheo phơng

Vận tải than ở các vỉa dốc từ 19 đến 35o có thể nhờ máng trợt hoặc khungmáng cào (không cần xích kéo và bộ truyền động), còn nếu dùng máng cào thì nó

sẽ làm việc ở chế độ hãm Với độ dốc này, tổ hợp thiết bị lò chợ không cần phải cócác mối liên kết đặc biệt giữa các đoạn vì chống và cũng không cần có tời bảo hiểm

để giữ máy liên hợp

Khi khai thác các vỉa dốc từ 46 đến 90o sẽ gặp nhiều khó khăn do khả năngtrôi trợt của đá trụ và sự ảnh hởng mạnh của các lực hấp dẫn

3.3.2 Các tính chất của than

Việc lựa chọn phơng pháp và phơng tiện tách phá than quyết định công nghệkhấu trong lò chợ Các tính chất của than đóng vai trò quan trọng khi lựa chọn ph -

ơng tiện phá than

Các tính chất của than đợc đánh giá tơng đối so với quá trình tách phá nó cụthể Khi phá than bằng phơng pháp cơ khí, điều quan trọng là phải biết đợc mốiquan hệ giữa các tính chất cơ học của than và các đặc điểm của quá trình tách phá.Khả năng của than chống lại các dạng tác động cơ học khác nhau đợc gọi là sứckháng phá vỡ của nó

Sức kháng phá vỡ của than phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên và kỹ thuật mỏ.Các yếu tố tự nhiên bao gồm: mức độ biến chất, độ nứt nẻ của than, cấu tạo của vỉa,

độ dày của nó và v.v Các yếu tố kỹ thuật mỏ bao gồm: chiều rộng lò chợ, loại,mật độ và độ linh hoạt của vì chống, phơng pháp điều khiển đá vách, tốc độ dịchchuyển của gơng, phơng pháp khấu than, hớng khấu và v.v

ở đây, chúng ta dừng lại ở các yếu tố tự nhiên Các yếu tố kỹ thuật mỏ sẽ

đ-ợc xem xét trong mục tiếp dới

Mức độ biến chất quyết định chất lợng của than và các tính chất cơ học của

nó Các loại than có sức kháng phá vỡ lớn nhất là than ở thời kỳ biến chất sớm (có

độ dẻo cao) và antraxit biến chất cao (có độ kiên cố lớn)

Độ nứt nẻ có ảnh hởng đáng kể tới sức kháng phá vỡ của than, độ nứt nẻcàng lớn thì sức kháng phá vỡ càng nhỏ Việc chọn hớng cho dụng cụ phá than tơng

đối với hớng thớ nứt rất quan trọng Thực tế cho thấy rằng, hiệu quả phá than caonhất đạt đợc khi nó bị cắt theo góc 45o so với hớng các thớ nứt chính

Cấu tạo của vỉa than cũng ảnh hởng tới sức kháng phá vỡ của nó Vỉa than cócấu tạo càng phức tạp, có càng nhiều lớp đá kẹp rắn chắc, xen kẽ giữa các lớp than,thì sức kháng phá vỡ của nó càng lớn

3.3.3 Sự ép trồi và độ kháng cắt của than

ứng suất bình thờng trong vỉa than trớc khi đào hầm lò bằng áp lực tác độnglên nó của các lớp đá nằm trên Quá trình phân bố lại ứng suất xảy ra do đào hầm

lò Sự thay đổi trạng thái ứng suất trong vùng bóc lộ, thờng xuyên hơn là sự xuấthiện của các lực đẩy ngang, có thể dẫn tới sự dịch chuyển của vỉa về phía khoảngtrống khai thác Đó là nguyên nhân sinh ra hiện tợng ép trồi ở gơng lò chợ Nếu cácbiến dạng kéo đạt tới trị số giới hạn, thì các vết nứt ép trồi sẽ phát triển, hớng thẳnggóc với mặt phân vỉa và song song với mặt bóc lộ Khi đó, than bị phá thành cáctảng dạng cột nhỏ Trong phần còn lại của vùng ép trồi các biến dạng kéo cha đạt

tới trị số giới hạn và than cha bị phá huỷ rõ ràng Giả sử ép trồi luôn dẫn tới pháhuỷ, thì bộ phận công tác của máy khấu chỉ còn phải thực hiện việc xúc bốc và đậpvụn các tảng than đã bị phá huỷ Song, trong phần lớn các trờng hợp biến dạng củathan ở gơng lò không đạt tới giới hạn phá huỷ, mà chỉ làm suy yếu khối than ở mức

độ nào đó, tức là làm giảm độ kháng cắt của than

Hiện nay, để đánh giá khả năng phá huỷ của than cần phải xác định các chỉtiêu sau: độ kháng cắt của than, kể cả độ kháng cắt của các phân lớp than và đá kẹp;

độ mài mòn của vỉa than; các tính chất dòn-dẻo của than; khả năng vỡ vụn của than

Độ kháng cắt của than là khả năng chống lại các tác động khi bị cắt của nó

Độ kháng cắt của than thay đổi trong khoảng 0,36,0 kN/cm, độ mài mòndao động trong khoảng 101500 mg/km, còn chỉ tiêu khả năng vỡ vụn của nó - từ0,4 đến 1,2

Việc điều khiển quá trình ép trồi than có thể thực hiện bằng cách thay đổicác thông số kỹ thuật của lò chợ Trong đó quan trọng nhất là: chiều rộng của lòchợ, chiều rộng khấu của máy khai thác, phơng pháp điều khiển đá vách, độ linhhoạt của vì chống và v.v

Khi tăng chiều rộng lò chợ sẽ dẫn đến sự gia tăng mức hạ võng của đá vách

và độ biến dạng của khối than ở gơng lò, do đó sẽ làm giảm độ kháng cắt của than.Thực tế cho thấy rằng, nếu giảm chiều rộng lò chợ 1-1,2 m, thì độ kháng cắt củathan tăng lên 15-20 % Nh vậy, muốn lợi dụng triệt để hiện tợng ép trồi cần phảităng chiều rộng lò chợ Tuy vậy, do nhiều lý do khác, hiện nay đang có xu hớnglàm giảm chiều rộng lò chợ, mặc dù biết rằng độ kháng cắt của than gia tăng

Việc giảm chiều rộng khấu của máy khai thác làm giảm giá trị hạ võng của

đá vách và ép trồi của than

Phơng pháp điều khiển đá vách thờng đợc lựa chọn dựa vào khả năng pháhoả của nó Khi vách là đá yếu hoặc có độ ổn định trung bình, trong quá trình pháhoả hiện tợng ép trồi đợc ghi nhận yếu hơn, so với khi vách là các loại đá bền vững

Đá vách bền vững thờng treo và không sập đổ ở diện bóc lộ lớn, độ võng của nó đạtgiá trị cao và gây ra sự ép trồi mãnh liệt của than Trong điều kiện nh vậy, sự ép trồithay đổi theo tiến độ dịch chuyển của lò chợ và theo sự thay đổi chiều dài côngxơncủa đá vách trong phạm vi một bớc phá hoả

Một số tác giả cho rằng, trong cùng một lò chợ khi chuyển từ phơng phápchèn lò từng phần sang phơng pháp chèn toàn phần, thì hệ số ép trồi trung bìnhgiảm 20 %

Độ linh hoạt của vì chống ảnh hởng đến sự hạ võng của vách và mức độ éptrồi của than Nếu độ linh hoạt của vì chống gia tăng, thì sự ép trồi cũng tăng theo

Khi lắp dựng vì chống lò chợ, tải trọng ban đầu của chúng cũng ảnh hởnglớn đến độ kháng cắt của than Việc sử dụng các cột thuỷ lực với tải trọng ban đầulớn hơn so với cột gỗ và cột ma sát dẫn tới việc giảm giá trị ép trồi xuống 10-15 %.Khi sử dụng vì chống cơ khí hoá thì khoảng chênh lệch này là 30 %, so với việcdùng vì chống đơn

Các quá trình sản xuất trong lò chợ tác động đến hình thức và trị số hạ võngcủa vách và đồng thời ảnh hởng đến sự ép trồi của than Ngời ta đã chứng minh đợcrằng, 15-45% độ hạ võng chung của vách xảy ra trong quá trình khấu than, 8-30

% - trong quá trình phá hoả đá vách và 30-35 % - khi không thực hiện các quá trìnhsản xuất Trong trờng hợp cuối, yếu tố thời gian chiếm vai trò quan trọng Độ dàicủa khoảng thời gian gián đoạn giữa hai dải khấu cần phải lớn hơn khoảng thời gian

đủ để xuất hiện ép trồi Có thể thấy rõ ảnh hởng của yếu tố thời gian tới hiện tợng

ép trồi khi khấu than bằng máy bào Lúc đó, với tốc độ dịch chuyển của gơng lòcao, đôi khi lỡi bào rơi vào vùng than không bị ép trồi

Cờng độ suy giảm độ kháng cắt của than ở phần gơng lò lớn hơn so với vùngnằm sâu trong khối nguyên; ở vùng sâu trong khối nguyên thời gian suy giảm độkháng cắt đạt tới 6-8 h, còn ở vùng gơng lò - 2,5-3,5 h

Cần lu ý rằng, khi giảm độ kháng cắt của than, sự ép trồi thờng gây ảnh hởngxấu tới độ ổn định của đá vách và gơng lò Tơng ứng với giá trị ép trồi lớn, diện bóc

lộ của đá vách cần phải lớn, nh vậy khả năng sập đổ của vách sẽ gia tăng và phá vỡtính ổn định của nó

Tóm lại, sự thay đổi các yếu tố kỹ thuật mỏ cho ta khả năng điều chỉnh độ éptrồi của than và tạo ra các tiền đề để các tổ hợp thiết bị lò chợ hoạt động trong chế

độ tự động hoá

phần thứ hai

các quá trình khai thác than

Chơng 4 : khấu than

4 1 Phân loại các phơng pháp khấu than

Công tác khấu than có thể đợc thực hiện bằng các phơng pháp thủ công,khoan nổ mìn, cơ khí, thuỷ lực, cơ-thuỷ lực Việc lựa chọn phơng pháp khấu trớchết phụ thuộc vào các tính chất của than và các lớp đá vây quanh, đồng thời phụthuộc vào các yêu cầu về chất lợng than và chi phí để khai thác nó Độ ổn định của

đá vách và trụ có ảnh hởng lớn tới việc lựa chọn phơng pháp khấu than Nếu những

cố gắng nâng cao năng lực của máy khai thác không đủ để tách phá than, thì cầnphải làm tơi sơ bộ vỉa than bằng phơng pháp khoan nổ mìn

Quá trình khấu than không chỉ bao gồm việc phá vỡ than, mà còn cả xúc bốcthan Những quá trình này có thể đợc thực hiện bởi một hay nhiều loại máy khácnhau, đồng thời hay nối tiếp phụ thuộc vào các điều kiện địa chất mỏ và công nghệkhai thác ở các vỉa dốc đứng không cần phải xúc bốc than và quá trình khấu chỉcòn là phá vỡ than Cũng có thể nói nh vậy về phơng pháp khai thác than bằng sứcnớc

Việc khấu than bằng phơng pháp cơ khí đợc áp dụng phổ biến nhất Nó đợcthực hiện trong các gơng lò chợ dài hoặc trong các gơng lò ngắn (buồng, buồng-cột ) Tất nhiên, phổ biến hơn cả là các gơng lò dài Phụ thuộc vào phơng phápkhấu, các gơng lò chợ có thể có dạng thẳng hay dạng bậc

Cần phân biệt khấu rộng và khấu hẹp Khi việc tách phá than ở gơng đợc tiếnhành theo các dải rộng hơn 1 m, thì đợc gọi là khấu rộng Nếu chiều rộng dải khấukhông vợt quá 1 m, thì đó là khấu hẹp

Việc tách phá than trong lò chợ có thể thực hiện đồng thời trên cả chiều dàigơng lò, cũng có thể tại một điểm di chuyển liên tục dọc theo gơng lò.

Sơ đồ khấu than với bộ phận công tác hoạt động trên toàn bộ mặt gơng và ớng khấu trùng với hớng dịch chuyển của gơng đợc gọi là khấu trực diện Sơ đồ nàycho phép thực hiện hình thức tổ chức các công tác một cách liên tục, với số công

h-đoạn tối thiểu và mức độ cơ khí hoá cao

Sơ đồ khấu than bằng máy khai thác di chuyển dọc gơng lò, thẳng góc với ớng dịch chuyển của nó, đợc gọi là khấu từ sờn Đặc điểm của nó là ít công đoạn,cho phép hoà đồng các quá trình chính trong lò chợ, tạo khả năng áp dụng các vìchống tự hành cơ khí hoá với năng suất cao Khác với sơ đồ khấu trực diện, ở đâykhông thể tổ chức các công tác theo cách liên tục

h-Ngoài ra, còn có sơ đồ khấu than hỗn hợp, trong đó công đoạn tự tạo rạch

đ-ợc tiến hành theo hớng dịch chuyển của gơng, còn việc trực tiếp khấu than lại theohớng thẳng góc với nó

4.2 Khấu than bằng phơng pháp khoan nổ mìn

Công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn có thể đợc áp dụng ở nhiều hệthống khai thác khác nhau, cho nên nó có nhiều hình thức và thứ tự thao tác cáccông việc khác nhau

Ưu điểm cơ bản của công nghệ khoan nổ mìn là giảm đợc sức lao động củacông nhân trong quá trình tách phá than, mặt khác nó còn có tính linh hoạt cao,nhất là khi điều kiện dạng nằm của vỉa than phức tạp

Nhợc điểm của công nghệ này là không có tính liên tục của các công tác lòchợ, ngoại trừ khâu tách phá than các khâu công tác khác đòi hỏi chi phí nhiều sứclao động của công nhân Ngoài ra, bụi và các sản phẩm nổ sinh ra trong lúc nổ mìnlàm ảnh hởng xấu tới điều kiện vi khí hậu trong hầm lò

Chính vì những nhợc điểm trên, công nghệ khoan nổ mìn ngày càng ít đợc sửdụng ở các gơng lò chợ Phạm vi áp dụng của nó chỉ còn giới hạn trong các điềukiện địa chất phức tạp, khi không thể áp dụng các dạng công nghệ khác hoàn thiệnhơn

ở nớc ta hiện nay, một mặt vì điều kiện địa chất khá phức tạp, mặt khác domức độ trang bị kỹ thuật còn bị hạn chế, công nghệ khoan nổ mìn vẫn đang đ ợc ápdụng rộng rãi trong các mỏ than hầm lò

Quá trình khoan nổ mìn trong lò chợ bao gồm các công tác: khoan các lỗmìn, nạp mìn và nổ mìn Cũng cần phân biệt hai phơng pháp nổ mìn trong lò chợ:

nổ các lỗ mìn nhỏ và nổ các lỗ mìn lớn, trong đó phơng pháp đầu đợc áp dụng phổbiến hơn cả

Việc khoan các lỗ mìn nhỏ ở gơng lò chợ thờng đợc thực hiện nhờ máykhoan điện cầm tay, làm việc theo nguyên lý khoan xoay Khi khoan xoay, cạnh cắtcủa mũi khoan cắt hoặc hớt một lớp than mỏng Choòng khoan đợc ép vào vào đáy

lỗ khoan đồng thời với khi xoay Phoi đợc đa ra khỏi lỗ khoan theo các rãnh xoắncủa choòng ruột gà Để tăng hiệu quả nổ mìn, lỗ mìn thờng đợc khoan nghiêng theomột góc 60-80o so với mặt gơng

Nhằm phá vỡ than ở gơng với độ cục đồng đều, các lỗ mìn thờng đợc bố trícách đều nhau trên mặt gơng thành từng hàng Số hàng lỗ mìn cũng nh khoảng cáchgiữa các lỗ mìn trong một hàng, đợc lựa chọn dựa vào độ kiên cố của than, chiềudày của vỉa than hay lớp khấu, tiến độ một lần khấu và nhiều yếu tố khác.

Khi vỉa than mỏng có chiều dày là 0,50,8 m, thì có thể chỉ cần bố trí mộthàng lỗ mìn (hình 2, a); khi chiều dày vỉa là 0,82,0 m, thờng khoan hai hàng lỗmìn (hình 2, b); còn khi chiều dày vỉa là 2,03,5 m, có thể có ba hàng lỗ mìn (hình

Trong các bản thiết kế công nghệ lò chợ, các thông số của công tác khoan nổmìn đợc tập hợp thành hộ chiếu khoan nổ mìn Hộ chiếu khoan nổ mìn là tài liệu kỹthuật bao gồm: giải trình tính toán các thông số khoan nổ mìn, sơ đồ bố trí các lỗmìn thể hiện trên ba mặt cắt và bảng lý lịch các lỗ mìn có kèm theo trình tự nổ các

1 - nút lỗ khoan (bua);

2 - các thỏi thuốc nổ

a)

Nạp thuốc nổ theo hình cột tập trung là cách nạp mìn đơn giản nhất và thờng

đợc sử dụng Trong lỗ khoan các thỏi thuốc đợc nạp liền nhau Thỏi thuốc mồi đợc

đặt sau cùng, gần miệng lỗ khoan nhất, nó đợc gắn kíp nổ và đợc nổ đầu tiên, nhờtác động của sóng nổ các thỏi thuốc còn lại trong lỗ khoan sẽ nổ

Nạp thuốc theo hình cột phân đoạn là nạp các thỏi thuốc thành từng nhómtrong lỗ khoan, mỗi nhóm có một thỏi thuốc mồi, các nhóm cách nhau bằng một

đoạn vật liệu nút hoặc không khí Nạp thuốc theo kiểu này giảm bớt đợc chi phí vềthuốc nổ Tuy nhiên, do cách nạp phức tạp nên phơng pháp này không đợc áp dụngrộng rãi

Khối lợng thuốc nổ cần nạp vào các lỗ khoan đợc xác định theo tính chất củathan hoặc đá, sức công phá của thuốc nổ, cấu tạo và trình tự nổ các khối thuốc và sốmặt tự do của khối than cần nổ

Đầu tiên cần xác định suất nạp thuốc (q), tức là lợng thuốc nổ cần thiết đểphá vỡ 1 m3 than hay đá đợc khoan trong khối nguyên Suất nạp thuốc có thể đợcxác định bằng công thức thực nghiệm:

q = q1Fve , kg/m3,

trong đó q1 - suất nạp thuốc của thuốc nổ quy ớc, kg/m3, đợc chọn phụ thuộc vào

hệ số kiên cố f (theo Prôtôđiacônốp) của than hay đá cần phá:

f : <2 2-3 4-6 6-8 8-15 15-20

q1 : 0,15 0,2-0,3 0,4-0,6 0,6-0,8 1,0-1,1 1,2-1,5

F - hệ số đặc trng cấu tạo của than hay đá, đợc lấy trong khoảng

0,82,0 tuỳ theo cấu tạo của chúng;

v - hệ số ép của than hay đá khi bị tách khỏi khối với một mặt tự do:

v =

S 12,5

Lợng thuốc nổ nạp hình cột tập trung trong lỗ mìn nhỏ bị khống chế bằngquan hệ:

ltn ≤ llk kn ,

trong đó ltn - chiều dài khối thuốc nổ trong lỗ khoan, m;

llk - chiều dài lỗ khoan, m;

kn - hệ số nạp thuốc nổ cho phép lớn nhất trong lỗ khoan

mặt tự do

khi có haimặt tự do

Antraxit nhiều rạn nứt, than đá kiên

cố trung bìnhThan đá mềm yếu, than nâu

0,480,600,400,520,340,45 0,260,36

0,240,360,200,290,140,200,100,16

Hiệu quả tác động của khối thuốc nổ và tính an toàn của công tác nổ mìnphụ thuộc vào sự lựa chọn đúng đắn hệ số nạp thuốc trong lỗ khoan (kn) Đối vớicác mỏ than không nguy hiểm về khí và bụi nổ, hệ số kn đợc lấy theo độ kiên cốcủa than hoặc đá cần nổ mìn, độ kiên cố càng cao, kn càng lớn:

Chúng ta sẽ xem xét vị trí của một lỗ khoan đơn độc so với bề mặt g ơng lò:

lỗ khoan có thể đợc khoan thẳng góc hoặc nghiêng một góc nào đó với mặt gơng.Trong trờng hợp đầu, khi bố trí lỗ khoan thẳng góc với gơng, năng lợng nổ về cơbản tiêu hao vào việc bắn nút mìn ra khỏi lỗ khoan và việc truyền sóng nổ vào bêntrong khối nguyên Lúc này, chỉ có một thể tích nhỏ của khối than hoặc đá bị tách

vỡ Trong trờng hợp thứ hai, thể tích than hay đá bị phá vỡ lớn hơn nhiều so với ờng hợp đầu Khi bố trí lỗ khoan song song với mặt tự do, thì hiệu quả thu đ ợc còncao hơn nữa

tr-Khi tiến hành công tác nổ mìn, cần xét đến cấu trúc của than hay đá Thí dụ,nếu vỉa than có các mặt phẳng phân lớp hay có hớng các thớ nứt rõ rệt, thì cần cốgắng bố trí lỗ khoan thẳng góc với các mặt đó

Để nâng cao hiệu quả nổ mìn, ngời ta tạo thêm các mặt tự do ở gơng lò chợbằng cách tạo rạch cho nó

Đờng kính lỗ khoan thờng lấy lớn hơn đờng kính thỏi thuốc nổ 10-15 %.Trong công nghiệp than, đờng kính thỏi thuốc nổ thờng từ 3236 mm, ứng với đ-ờng kính lỗ khoan là 3640 mm Chiều sâu lỗ khoan từ 15 m

Khi nổ khối thuốc trong lỗ khoan, thờng có một phần ở đáy lỗ khoan không

đợc sử dụng hết Hiệu quả sử dụng lỗ khoan đợc đánh giá bằng hệ số sử dụng lỗkhoan (ksd), tức là tỷ số giữa chiều dài phần lỗ khoan đợc sử dụng với chiều dàichung của nó Hiệu suất lỗ khoan phụ thuộc vào các tính chất cơ-lý của than hay đá,

sự bố trí các lỗ khoan ở gơng lò, loại thuốc nổ và v.v Khi lựa chọn đúng các thông

số khoan nổ mìn, hệ số sử dụng lỗ khoan có thể đạt 0,850,95

Theo kinh nghiệm của thực tế sản xuất ở nớc ta, chiều rộng mỗi dải khấu (r)khi dùng khoan nổ mìn thờng đợc lấy từ 0,71,4 m Dựa vào chiều rộng dải khấu,

có thể xác định chiều sâu lỗ khoan theo hớng thẳng góc với gơng lò chợ bằng côngthức:

llk =

sd k

r , m Thờng các lỗ mìn đợc khoan nghiêng một góc 6080o so với mặt gơng, chonên chiều sâu lỗ khoan thực tế lớn hơn một chút so với trị số llk tính theo công thứctrên

Tổng số lỗ mìn ở mỗi luồng khấu của lò chợ đợc xác định theo công thức:

N = 1,27

n

2lckdΔ

Sq

, lỗ mìn ,trong đó q - suất nạp thuốc nổ, kg/m3;

Slc - diện tích gơng lò chợ, m2;

 - mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc, kg/m3;

d - đờng kính thỏi thuốc nổ, m;

N =

lk q

Q , lỗ mìn

Để tránh làm mất tính ổn định của các vì chống, cũng nh của đá vách và đátrụ và để thiết bị vận tải trong lò chợ không bị chất tải qúa mức trong khi nổ mìn,ngời ta tiến hành nổ lần lợt từng nhóm lỗ mìn hoặc từng đoạn lò chợ

Khi nổ từng nhóm lỗ mìn (có khi nổ lần lợt từng lỗ mìn) có thể giảm đợc chiphí thuốc nổ ở mỗi luồng khấu, bởi vì, trừ nhóm lỗ mìn đợc nổ đầu tiên, các nhóm

lỗ mìn khác đợc nổ trong điều kiện có thêm mặt tự do Cách nổ này thờng đợc thựchiện nhờ sử dụng các loại kíp nổ vi sai

4.3 Khấu than bằng máy liên hợp

Máy liên hợp khấu than là loại máy thực hiện các công đoạn tách than khỏikhối nguyên, phá vỡ và xúc bốc than lên máng cào lò chợ

Những yêu cầu chính đối với máy liên hợp là: bảo đảm tách phá than ở mọi

độ kiên cố và độ dẻo, năng suất cao, xúc bốc hết than lên máng cào, đảm bảo độ

cục của than, khấu than trên cả chiều dài lò chợ, chống bụi khi làm việc có hiệu quả

và tiêu thụ ít năng lợng

Có nhiều dạng bộ phận công tác của máy liên hợp: tay xích, đĩa, trục, tangtrống, tang xoắn, kiểu khoan, đầu trục và hỗn hợp Hiện nay, phổ biến hơn cả là các

bộ phận công tác kiểu khoan, tang xoắn và tang trống

Đặc điểm của bộ phận công tác kiểu khoan là phá than bằng cách cắt mộtkhe rãnh sâu hình vành khuyên, rồi sau đó làm vỡ khối than hình trụ đã đợc viền

Nh vậy, đảm bảo độ cục của than cao và khả năng sinh bụi tơng đối nhỏ Nhợc

điểm chính của bộ phận công tác kiểu khoan là máy liên hợp không có khả năng tựkhoan rạch trớc mỗi dải khấu, đồng thời kết cấu của nó phức tạp, bởi vì cần có thêmcác bộ phận công tác phụ để định hình nền lò và mặt gơng

Bộ phận công tác kiểu tang trống đợc chế tạo với trục quay ngang hay thẳng

đứng Khi có hai tang trống, nó dễ dàng đợc điều chỉnh theo chiều dày của vỉa vàcho phép thay đổi chiều rộng dải khấu bằng cách lắp đặt lại các phần tử cắt than.Khuyết điểm của tang trống với trục quay ngang là: không tự khoan rạch, tỷ lệ thancám lớn, khả năng xếp tải kém và đòi hỏi cần có thêm cơ cấu xúc bốc đặc biệt,nặng nề và cồng kềnh

Bộ phận công tác kiểu tang xoắn tơng tự tang trống có trục quay ngang, nhng

nó khác biệt về điều kiện xúc bốc than lên máng cào Dòng than phá đợc luôn bị

đẩy dọc trục tang xoắn, nh vậy quãng đờng tải than đợc rút ngắn, tác động làm vụnthan bị suy giảm khi xúc bốc và không đòi hỏi các phụ kiện xúc bốc phức tạp Hoạt

động của tang xoắn không đòi hỏi tốc độ cao, nó cho phép tăng tiết diện rãnh cắt vàcải thiện độ cục của than nguyên khai Bộ phận công tác kiểu tang xoắn có khảnăng tự khoan rạch, tạo nên tính u việt của máy liên hợp

Các loại máy liên hợp đợc phân biệt theo kết cấu, kích thớc, năng suất, vị trícủa các bộ phận công tác tơng đối với thân máy (hình 4) và nguyên lý hoạt độngcủa chúng

ở vị trí trung tâm của bộ phận công tác, chiều dài của các phần lò chợ không

đợc khấu bằng máy ở hai đầu lò chợ tơng đơng nhau Trong sơ đồ công nghệ nàythực tế không thể loại trừ đợc các buồng khấu, kể cả khi đa các đầu truyền động củamáng cào ra lò chuẩn bị tiếp giáp với lò chợ

Khi sắp xếp bộ phận công tác về một phía, kích thớc của phần không đợckhấu có thể giảm ở một đầu lò chợ

Vị trí các bộ phận công tác ở cả hai phía thân máy liên hợp cho phép khấu cảchiều dài lò chợ mà không cần phải tạo các buồng khấu

Có nhiều sơ đồ bố trí máy liên hợp tơng đối với máng cào lò chợ:

1) máy liên hợp hoạt động ở luồng thứ nhất, còn máng cào ở luồng thứ hai;2) máy liên hợp và máng cào đều hoạt động ở luồng thứ nhất;

3) máng cào ở luồng thứ nhất, còn máy liên hợp khấu than từ rìa dải khấu;4) máy liên hợp khấu than từ trên khung máng cào, nằm sát gơng

Vị trí của bộ phận công tác

so với thân máy liên hợp

Trung tâm Về một phía Về hai phía

Một bộ phận công tác Hai bộ phận công tác

Gần nhau Xa nhau

Hình 4 : Các phơng án bố trí bộ phận công tác của máy liên hợp

Sơ đồ đầu tiên đợc thờng đợc áp dụng cho máy liên hợp khấu rộng và mángcào dễ tháo lắp, hiện nay không còn phổ biến nữa

Sơ đồ thứ hai là sự hoàn thiện của sơ đồ trên vì không có hàng cột chốnggiữa thân máy liên hợp và máng cào lò chợ Song, do không có hàng cột đó, dẫn

đến sự gia tăng mạnh diện bóc lộ của đá vách, vì vậy độ ổn định của nó bị suygiảm

Khi áp dụng sơ đồ thứ ba, điều kiện xúc bốc than lên máng cào đợc cải thiện

đáng kể và tạo khả năng thuận lợi để duy trì chiều rộng dải khấu của máy ổn định.Những khuyết điểm chính của sơ đồ này là: diện lộ của vách đáng kể ở vị trí côngtác của máy liên hợp, làm giảm phạm vi áp dụng của nó theo độ ổn định của đávách; khi điều kiện dạng nằm của vỉa phức tạp, việc điều khiển máy liên hợp sẽ gặprất nhiều khó khăn

Hiện nay, sơ đồ thứ t đợc áp dụng rộng rãi nhất Sơ đồ này đảm bảo tính địnhhớng cho máy liên hợp, điều kiện xúc bốc than và tự cắt rạch đợc cải thiện Nhờ đó,quá trình khấu than đợc tiến hành với tốc độ cao Thêm vào đó, sự hoà đồng luồngmáy và luồng máng cào cho phép giảm chiều rộng cần thiết của vùng gơng lò và tạo

điều kiện thuận lợi để ứng dụng vì chống cơ khí hoá Yếu điểm đáng kể của sơ đồnày là sự phức tạp khi bố trí máy liên hợp bên trên máng cào ở những vỉa mỏng hơn0,8 m, khi mà khoảng hở giữa chúng không đủ để đi lọt những cục than lớn

Các loại máy liên hợp có thể khấu than theo sơ đồ một chiều, hai chiều cóquay máy và hai chiều kiểu con thoi

Công nghệ khấu than trong lò chợ theo sơ đồ con thoi phụ thuộc vào vị trílắp đặt bộ phận công tác so với thân máy ở vị trí lệch về một phía, chúng thờng ởphía hớng xuống lò dọc vỉa vận tải Vì nh vậy, dòng tải than không phải đi bên dớithân máy, tránh gạt văng những cục than lớn ra khỏi máng cào

Vị trí của bộ phận công tác lệch về phía lò dọc vỉa thông gió thờng đợc ứngdụng ở các vỉa nguy hiểm về khí và bụi

Thực tế cho thấy rằng, không có phơng tiện hay dụng cụ nào có thể xúc bốchoàn toàn lợng than sau khi tách phá Các hiện tợng rơi vãi than từ máng cào, éptrồi, lở gơng không cho phép máy liên hợp dọn sạch nền lò chợ ở khoảng giữamáng cào và gơng lò, do đó cần phải dọn nền bằng thủ công

Công nghệ khấu than theo sơ đồ con thoi có những nhợc điểm dới đây:

- khi khấu than ngợc chiều gío, các công nhân lò chợ thực hiện sửa gơng,dọn nền, đẩy máng cào, chống lò rơi vào vùng bị nhiễm bụi nặng nề;

- ở những vỉa có độ chứa khí cao, hiệu quả tháo khí tự nhiên bị suy giảm.Khi có hiện tợng ép trồi mạnh, vách giả, độ dốc của vỉa đột biến ở các đoạn

lò chợ và trong các điều kiện khó khăn khác, hiện nay có xu hớng chuyển sang sơ

đồ khấu than một chiều Trong đó, chiều khấu than là chiều máy liên hợp đi xuôitheo dòng gió, còn chiều ngợc lại là để nó dọn nền

Sơ đồ một chiều có những u điểm dới đây:

- cơ khí hoá việc dọn nền ở chiều đi ngợc về của máy liên hợp, giải phóngcon ngời khỏi luồng sát gơng, hạn chế tai nạn lao động do lở gơng hay sụt vách vàkhối lợng lao động thủ công để dọn nền giảm 5-6 lần;

- khi đi ngợc về, máy liên hợp phá vỡ than một lần nữa, lấy hết các phần vỉacòn sót lại ở nền lò, tạo điều kiện thuận lợi để di chuyển máng cào về phía gơng;

- ở chiều khấu than của máy liên hợp, công nhân lò chợ làm việc trong dònggió sạch, ở chiều dọn nền than đợc phun tới nớc một lần nữa, do đó làm giảm đáng

kể mức độ sinh bụi;

- hiệu quả tháo khí tự nhiên từ mặt gơng đợc nâng cao, do có thời gian dành

để quay đầu máy;

- giảm đợc thời gian cần dành cho các công đoạn cuối

So với sơ đồ con thoi, sơ đồ khấu than một chiều có những yếu điểm sau:

- thời gian hoạt động của máy liên hợp cho một dải khấu gia tăng;

- tăng hai lần quãng đờng di chuyển của các thợ máy

ở những vỉa than có góc dốc lớn hơn 6o, sơ đồ một chiều tỏ ra có hiệu qủadọn nền cao khi lò chợ dịch chuyển ngợc chiều dốc, nhng lại không hiệu quả khi lòchợ dịch chuyển xuôi chiều dốc

Trong sơ đồ con thoi, thợ máy chính và thợ phụ bắt đầu một chu kỳ bằng cácviệc kiểm tra máy, tháo tấm gạt than và di chuyển máy về phía gơng cùng với đầumáng cào, tức là đa máy lọt vào buồng khấu đã đợc chuẩn bị từ trớc Sau khi đẩymáng cào, máy sẽ khấu một đoạn gơng lò chợ khoảng 3-4 m không có tấm gạt than.Khi đó, việc xúc bốc than đợc làm thủ công nhờ thợ phụ và các thợ lò chợ khác.Chính họ sẽ lắp đặt tấm gạt than cho máy liên hợp Những công đoạn này chiếmkhoảng 20-30 phút

Hình 5 : Sơ đồ công nghệ khấu than bằng máy liên hợp

1 và 2 - buồng khấu dới và trên;

Trong thời gian khấu than (hình 5), thợ máy chính cùng một hoặc hai thợphụ tham gia điều khiển máy liên hợp Một phần than vụn sót lại sau khi máy điqua đợc chất lên máng cào bằng thủ công Sau khi khấu hết một dải than, máy liênhợp đợc đẩy vào buồng khấu giáp với lò dọc vỉa thông gió, rồi các công đoạn cuối

sẽ đợc thực hiện Cuối cùng, có thể bắt đầu một dải khấu mới

Hình 6 : Sơ đồ khấu than một chiều của máy liên hợp:

a - chiều khấu; b - chiều thả máy

Trong sơ đồ khấu một chiều, khi thả máy, bộ phận công tác của nó xúc bốc

số than sót lại trên nền lò chợ trong khi khấu, kể cả lợng than phát sinh do lở gơng.Các tấm xà của vì chống cơ khí hoá đợc di chuyển liền phía sau quá trình khấu thancủa máy liên hợp, còn việc đẩy máng cào đợc thực hiện hoặc đồng thời với công

đoạn khoan rạch của máy ở phần dới của lò chợ, hoặc ngay sau khi máy đi qua ởchiều quay lại (hình 6)

Khi khai thác các vỉa than với góc dốc vợt quá 15o, có thể áp dụng sơ đồkhấu hỗn hợp, chia lò chợ thành hai phần ở sơ đồ này, vị trí xuất phát của máy liênhợp là phần dới của lò chợ, máng cào và vì chống ở phần dới và giữa lò chợ nằmcách gơng lò một khoảng bằng chiều rộng dải khấu, còn ở phần trên của lò chợmáng cào và vì chống đợc ép sát vào gơng Khi di chuyển từ dới lên trên, máy liênhợp sẽ dọn nền ở phần dới và giữa lò chợ Ngay sau nó, ngời ta di chuyển vì chống

và máng cào Di chuyển tiếp tục theo máng cào, máy liên hợp sẽ khấu vào vỉa ởphần trên của lò chợ và lấy một dải than, lên tới lò dọc vỉa thông gió Máng cào vàvì chống ở phần này không đợc di chuyển Khi đi theo chiều ngợc lại, máy dọn nềncủa phần trên lò chợ và ăn vào vỉa để khấu một dải mới tại vị trí máng cào đã bị đẩyvào gơng Sau khi dọn sạch than ở phần trên của lò chợ, có thể di chuyển vì chống

và máng cào Chu kỳ sẽ kết thúc khi máy quay về tới đầu dới của lò chợ Nếu đávách kém ổn định, thì có thể di chuyển vì chống ngay phía sau máy liên hợp

a)

b))

Hình 7:

Sơ đồ công nghệ khấu than bằng máy liên hợp ở vỉa dốc đứng

Khấu than bằng máy liên hợp ở các vỉa dốc đứng đợc thực hiện từ dới lêntrên, từ rìa của dải khấu Gơng lò chợ có một độ nghiêng 5-10o so với chiều dốc đểgiúp máy luôn ép sát vào gơng và loại trừ sự va đập của dòng than vào vì chống(hình 7) Máy liên hợp 1 đợc treo dới hai dây cáp 2 nhờ dầm treo 3 và máy tời 4, đ-

ợc đặt trên lò dọc vỉa thông gió Trong khi điều khiển máy liên hợp, thợ phụ dichuyển cùng với bảng công tắc 5 ở vị trí cao hơn máy khoảng 10-20 m và theo tínlệnh của thợ máy chính sẽ bật hoặc tắt máy Thợ chính phải liên tục quan sát hoạt

động của máy và trạng thái của đá vách Sau khi khấu hết một dải than, cần phải dichuyển dầm treo và thả máy trở về vị trí xuất phát Trong lò chợ của vỉa dốc đứngcần có một buồng khấu khá lớn ở phần dới của nó để lu than và duy trì lối đi xuống

lò dọc vỉa vận tải việc khấu và chống buồng này thờng đợc thực hiện bằng phơngpháp thủ công, nhờ khoan nổ mìn hoặc búa chèn Sự pha trộn hai phơng pháp khấuthan trong cùng một lò chợ chính là một trong những yếu điểm của sơ đồ công nghệnày, nó kìm hãm năng suất của máy liên hợp

4.4 Các thông số công nghệ của máy liên hợp

Phạm vi áp dụng hợp lý của máy liên hợp đợc quyết định bởi đặc điểm kếtcấu, các thông số và sơ đồ công tác của chúng Trong bảng 2 giới thiệu một số loạimáy liên hợp điển hình do SNG chế tạo, chúng có thể khai thác hiệu quả các vỉathan dày từ 0,45 đến 3,2 m, với góc dốc từ 0 đến 90o Tuy vậy, hiệu quả công táccủa các máy liên hợp đợc áp dụng cho các điều kiện khác nhau không thể nh nhau

Đó là do sự khó khăn khi chế tạo các loại máy dùng cho vỉa rất mỏng, các vấn đềliên quan đến các công đoạn cuối ở lò chợ cha đợc giải quyết thấu đáo, đồng thời là

sự phức tạp khi cần cơ khí hoá các quá trình sản xuất song hành

Chiều rộng khấu của máy liên hợp, m

Công suất truyền động của máy, kW

Tốc độ

di chuyển máy, m/ph

Lực kéo, kN

0,5 ; 0,63 0,9 0,9 0,8 ; 0,9

(752)+(37

2)

115 + (372)

125 + (342) 125 105 115 1102

105

1452 40 70 115

0 - 5,2

0 - 5,2 0-5,2;0-7,6

0 - 5,0

0 - 3,5 0,3 - 4,4 0,3 - 4,4

0 - 6,0

0,3 - 4,4 0,43 ; 0,76 0,43 ; 0,76

0 - 7,5

200, 150

200, 150

200, 150 140

150, 120 160 160

120

160 100 100 200

Tốc độ di chuyển của máy liên hợp là một chỉ số quan trọng, nó quyết địnhsản lợng và chất lợng của than nguyên khai

ở sơ đồ khấu từ sờn, sản lợng than (tấn/phút) đợc xác định theo công thức:

Q = Vv , t/ph ,

trong đó: V - diện tách phá than, m2;

v - tốc độ di chuyển của máy khấu, m/ph ;

 - dung trọng của than, t/m3

V = m r , m2 ,

m - chiều dày của vỉa, m ;

r - chiều rộng dải khấu, m

Nh vậy, sản lợng than trong một đơn vị thời gian phụ thuộc vào hai biến số:chiều rộng dải khấu và tốc độ di chuyển của máy liên hợp Do các loại máy liên hợp

đợc chế tạo với chiều rộng khấu định trớc, năng suất của nó phụ thuộc vào tốc độ dichuyển khi nó khấu than Những yếu tố cơ bản xác định tốc độ di chuyển của máyliên hợp là: các thông số của bộ phận công tác, công suất của động cơ, độ mài mòncủa công cụ cắt và độ kháng cắt của than

Rõ ràng, lực cắt, tốc độ khấu và công suất động cơ đều phụ thuộc vào độkháng cắt của than Nếu biết trớc độ kháng cắt của than, thì tốc độ khấu cho phépcủa máy (m/ph) sẽ là:

vcp = 6.10-3

cp r

c Smr

nv

, m/ph ,trong đó: vc - tốc độ cắt trung bình, m/s;

nr - số răng cắt tiếp xúc đồng thời, đợc lấy theo sơ đồ sắp xếp dụng cụ cắt

trên bộ phận công tác;

Scp - tiết diện của rãnh cắt than cho phép trung bình, cm2,

Scp =

et

et tb

0,06A

250,3A

, cm2,

Ztb - lực cắt than trung bình do động cơ truyền tới dụng cụ cắt, N;

Aet - độ kháng cắt của than trong vùng ép trồi, N/cm

Giá trị của Ztb đợc xác định bằng công thức:

Ztb =

r

c n v

102Pη

, N ;

P - công suất ổn định của động cơ, kW;

 - hiệu suất của bộ truyền động

Tính cho các bộ phận công tác kiểu tang xoắn, tang trống và đĩa cắt:

nr = n

2π

1D

marcsin

mi - phần vỉa than đợc khấu bởi một bộ phận công tác biệt lập, m;

D - đờng kính tang của bộ phận công tác, m

Tính cho bộ phận công tác kiểu khoan:

nr =

π

1 D

2r arcsin

trong đó Stb - tiết diện trung bình của rãnh cắt, cm2

Độ kháng cắt cho phép giới hạn của than khi máy có thể làm việc với năngsuất cho trớc (tốc độ cho trớc) :

Acp.gh = 0,3

nv10rm

25Z

r c

tb





, N/cm Tốc độ cắt trung bình:

vc =

m

mΣvvci i

, m/s ,trong đó: vci - tốc độ cắt của bộ phận công tác i , m/s

Khi xác định Scp độ kháng cắt của than đợc lấy trong điều kiện ép trồi Nếu

đã biết độ kháng cắt A ở vùng không ép trồi, thì độ kháng cắt khi ép trồi là:

Aet = Aket ,

trong đó: ket - hệ số ép trồi

Điều cần chú ý khi đánh giá phơng pháp phá vỡ than là độ cục của than, phụthuộc vào mức độ làm vụn nó Việc giảm tỷ lệ than cám đạt đợc khi giảm số răngcắt với tốc độ di chuyển máy liên hợp không cao, hay khi tăng tốc độ máy với sơ đồlắp răng cắt không đổi, hoặc tăng độ dày rãnh cắt bằng cách giảm tốc độ cắt

Độ cục của than còn phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu của bộ phận công tác

và cá biệt là chiều rộng khấu của nó Nếu giảm chiều rộng khấu của máy, có thểtăng đợc tốc độ khấu của nó và nh vậy tăng đợc độ cục của than

Mức độ làm vụn than sẽ nhỏ nhất khi xúc bốc nó bằng bộ phận công tác kiểutang trống với trục quay thẳng đứng, bởi vì khi đó chỉ cần phải nâng một phần thanlên máng cào Khi sử dụng các bộ phận công tác kiểu tang xoắn hay kiểu khoan,thực tế là toàn bộ than cần phải đợc nâng lên hết chiều cao của máng cào

5.5 Xúc bốc than khi khấu bằng máy liên hợp

Các máy liên hợp với bộ phận công tác kiểu tang xoắn, kiểu khoan và kiểutang trống thực hiện xúc bốc than bằng chính bộ phận công tác và các cơ cấu xếptải chuyên dùng ở dạng lỡi cày, tấm gom và tấm chất tải Bộ phận công tác và cơcấu xếp tải của máy liên hợp không thể xúc bốc hết than lên máng cào Hơn nữa,khoảng trống giữa gơng lò chợ và máng cào sau khi máy đi qua thờng bị than lởxuống, đôi khi có cả sự sập lở cục bộ của đá vách

Lợng than cần xúc bốc bằng máy liên hợp đợc tính bằng (hình 8):

Trong đó: r - chiều rộng khấu của máy, m;

hmc- chiều cao của máng cào, m;

 = 3545o - góc trợt tự nhiên của than tơi vụn phụ thuộc vào độ cục và

độ ẩm của than;

t = 0,91,1 - khối lợng riêng của than tơi vụn, t/m3;

Lm - chiều dài phần gơng lò chợ đợc khấu bằng máy, m

Cơ khí hoá việc xúc bốc than lên máng cào đợc thực hiện nhờ :

- bộ phận công tác của máy khấu khi đi ngợc lại;

- cơ cấu xếp tải hoạt động cùng với bộ phận công tác, hoặc không phụthuộc vào nó

Theo mối liên kết giữa cơ cấu xếp tải với thiết bị lò chợ, chúng đ ợc chiathành hai nhóm:

- tổ hợp với máy liên hợp, đó là lỡi cày, tấm gom, tấm nghiêng, bộ phận xếptải cơ khí (hình 9, I) ;

- tổ hợp với máng cào, đó là lỡi cày bị động, lỡi cày có khớp quay và lỡi càychủ động (hình 9, II)

Những cơ cấu xếp tải tổ hợp với máy liên hợp cần phải đợc hiệu chỉnh, khithay đổi chiều khấu Còn những cơ cấu tổ hợp với máng cào không đòi hỏi công

đoạn đó

Hình 8:

Sơ đồ xác định l ợng than

cần xúc bốc

Các cơ cấu xếp tải thực hiện những chức năng khác nhau Lỡi cày thực hiệnxúc bốc than, tấm nghiêng và cơ cấu cơ khí đảm bảo gom than về phía bộ phậncông tác và chất lên máng cào, còn các tấm xếp tải giúp máy thực hiện xúc bốc than

và dọn nền triệt để hơn cả Lỡi cày chủ động của máng cào bảo đảm làm tơi than vàchất nó lên máng cào, trong khi lỡi cày bị động không làm tơi than Ưu điểm củacác cơ cấu xếp tải chủ động là khả năng kiểm soát lợng than cần xúc bốc Quá trìnhxếp tải đợc thực hiện nhờ cơ cấu di chuyển máy, bộ truyền của bộ phận công tác, bộtruyền độc lập, hoặc cơ cấu di chuyển máng cào

Các cơ cấu xếp tải tổ hợp với máy liên hợp đợc chia thành cơ cấu bị động vàcơ cấu chủ động Nhóm thứ nhất bao gồm lỡi cày, tấm nghiêng, tấm trợt và tấm gạt.Nhóm thứ hai là các kết cấu cơ khí khác nhau Lỡi cày hoạt động theo nguyên tắc

đẩy than theo mặt nghiêng về phía máng cào nhờ lực kéo của bộ phận di chuyểnmáy liên hợp

Hình 9 : Sơ đồ hoạt động của các cơ cấu xếp tải tổ hợp với máy liên hợp (I) và với máng cào (II):

a - lỡi cày ; b - tấm lật ; c - cơ cấu xếp tải cơ khí ; d - tấm chất tải ;

e - lỡi cày bị động ; f - lỡi cày có khớp ; g - lỡi cày chủ động

Máng cào lò chợ đợc dùng để định hớng chuyển dịch cho lỡi cày Kết cấucủa lỡi cày đợc lựa chọn phù hợp với sơ đồ khấu một chiều hoặc hai chiều của máy.Lỡi cày thờng đợc bố trí ở khoảng cách 5-8 m kể từ máy liên hợp, do đó nó làmtăng độ vỡ vụn của than Những yếu điểm lớn của lỡi cày là: kích thớc và khối lợng

đồ sộ; cần phải tháo lắp thủ công sau mỗi dải khấu; dễ bị kẹt giữa gơng và mángcào; cần phải tăng chiều dài các buồng khấu ở hai đầu lò chợ và phải tăng lực kéocủa bộ phận di chuyển máy Khi sử dụng lỡi cày, tốc độ di chuyển máy bị giảm 15-

29 % so với khi dùng cơ cấu xếp tải tĩnh của máng cào

Tấm nghiêng cũng đợc lắp đặt ở gần bộ phận công tác Than sau khi bị phá,rơi vào mặt của tấm nghiêng và đợc chất lên máng cào Hiệu quả xếp tải của tấmnghiêng phụ thuộc nhiều vào góc nghiêng của nó Tấm nghiêng đòi hỏi vỉa phải có

a)

đủ chiều dày cần thiết, vì vậy không thể dùng nó ở những vỉa than mỏng Do kíchthớc và khối lợng lớn, tấm nghiêng gây nhiều khó khăn khi phải tháo lắp và cản trởviệc dùng nó ở sơ đồ khấu một chiều.

Tấm lật đợc kết hợp từ hai phần tử tấm nghiêng và lỡi cày Nó đợc sử dụngvới sơ đồ khấu than một chiều Khuyết điểm của tấm lật là sự cồng kềnh của nó,

đồng thời cần phải chuẩn bị các buồng khấu khá dài

Theo đặc điểm kết cấu, các tấm chất tải đợc phân biệt thành kiểu quay, kiểulật và kiểu tháo rời

Tấm chất tải kiểu quay đợc áp dụng ở sơ đồ khấu con thoi, nó trở nên khônghợp lý ở các vỉa than mỏng Với các vỉa mỏng, thờng sử dụng các tấm kiểu lật Khimáy liên hợp khấu theo sơ đồ con thoi, ngời ta dùng hai tấm kiểu này, mỗi tấm ứngvới một chiều khấu Các tấm kiểu lật và kiểu tháo rời không cản trở quá trình tựkhoan rạch trực diện của máy liên hợp Khoảng cách giữa tấm chất tải và bộ phậncông tác có ý nghĩa rất lớn Khi tăng khoảng cách này, tốc độ di chuyển máy sẽtăng lên Để đạt tốc độ di chuyển máy tối đa, khoảng hở giữa răng cắt và bề mặtcông tác của tấm chất tải cần đợc thiết lập ở khoảng 300 mm Nếu ngợc lại, tangxoắn sẽ bị ngập than, để lại một lớp than vụn trên nền lò chợ dày cỡ 10-15 cm

So với lỡi cày các tấm gom và xếp tải than làm giảm 4-5 m kích thớc củavùng gơng không đợc chống giữ dọc theo chiều dài lò chợ, giảm mức độ sinh bụi vàkhông cản trở quá trình tự khoan rạch ở những máy liên hợp hiện đại, các tấm chấttải đợc trang bị các kích thuỷ lực, cho phép thay đổi vị trí của chúng trong 2-5 phút

Các bộ phận xếp tải chủ động của máy liên hợp đợc gắn gần với bộ phậncông tác, chúng đợc chế tạo ở dạng tấm lật với các tay gạt, có bộ truyền động riêngbiệt

Khuyết điểm của máy liên hợp có bộ phận xếp tải chủ động là: kết cấu củamáy phức tạp và không tạo khả năng tự khoan rạch của nó; chỉ có điều kiện áp dụngvới sơ đồ khấu một chiều do các công đoạn tháo dỡ-lắp ráp phức tạp; mức độ sinhbụi trong lò chợ gia tăng

Các cơ cấu xếp tải tổ hợp với máng cào cũng đợc chia thành bị động và chủ

động (hình 9, II)

Quá trình xếp tải nhờ lỡi cày bị động chính là sự nâng than rời trong khoảnggiữa gơng và máng cào bằng các tấm thép hình nêm, đợc gắn vào sờn máng cào,sau đó than sẽ tự rơi vào lòng máng Lỡi cày hoạt động nhờ lực đẩy của các kíchthuỷ lực di chuyển máng cào, nh vậy tạo khả năng hoà đồng quá trình xúc bốc vớiquá trình đẩy máng Ưu điểm của cơ cấu xếp tải này là kết cấu đơn giản, tạo khảnăng nâng cao tốc độ di chuyển máy, giảm 10-15 % hiện tợng làm vụn than vàgiảm sự sinh bụi

Muốn đảm bảo sự tự chất tải của than lên máng cào cần phải có một lực lớn,phân bố đều, đợc tạo ra khi khoảng cách giữa các kích thuỷ lực tơng đối nhỏ.Những khuyết điểm của lỡi cày là: làm giảm chiều rộng khấu của máy do không

đẩy đợc nó vào sát gơng và sự ép chặt than giữa gơng và lỡi cày; chừa lại một lớpthan vụn sau khi đẩy lỡi cày; làm tăng lực tác động lên khung máng cào; chỉ dùng

đợc khi trụ của vỉa tơng đối phẳng và không bị phá huỷ