đồ án thiết kế hầm lò

đồ án môn học thiết kế mỏ hầm lò hoàn chỉnh. Mở vỉa cho 7 vỉa, v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7 chiều dài ruộng mỏ theo phương là 2200m, công suất thiết kế 700000 tấn. góc dốc vỉa 31, chiều dày 1,8m, chiều dày đá vách trực tiếp 8,5m, chiều dày đá vách cơ bản 12m.

CHƯƠNG II: MỞ VỈA VÀ CHUẢN BỊ RUỘNG MỎ

2.1 Giới hạn khu vực thiết kế

Đề cho 7 vỉa từ v1-v7, tuy nhiên yêu cầu chỉ cần trình bày khai thác cho vỉa thứ 3.Song huy động các vỉa khai thác theo thứ tự trừ trên xuống dưới, vách trước trụ sau đểđảm bảo sản lượng hàng năm

Điều kiện v3 đề cho như sau: góc dốc α=31̊ , chiều dày vỉa m= 1.8 m, chiều dàitheo phương S= 2200 (m)

Chiều dài theo hướng dốc :

Hdi: chiều dài theo hướng dốc của vỉa thứ i

Hdi=sinH ∝i

∝i=π r2góc dốc của vỉa thứ i

γi dung trọng của than

Stt Tên vỉa ∝i ̊ S (m) Hd (m) m γ (T/m3) Zđc (Tấn)

Trữ lượng công nghiệp

Do trong quá trình khai thác có sự tổn thất về mặt trữ lượng nên ta phải sử dụng trữ lượng công nghiệp xác định theo công thức sau đây :

ZCN = ZCĐ C ( Tấn ) Trong đó :

ZCN : trữ lượng công nghiệp của mỏ ( T )

ZCĐ : trữ lượng cân đối của mỏ ( T )

C : Hệ số khai thác trữ lượng

C = 1- 0.01 TchTch = tvv + tktVới tổn thất vĩnh viễn là tổn thất để lại các trụ bảo vệ cạnh giếng mỏ , các đường

lò mở vỉa dưới sông , suối , ao , hồ dưới các công trình trên mặt đất cần bảo vệ nên :

tvv = 2 %

Với các tổn thất trong quá trình khai thác , tùy thuộc vào nhiều yếu tố như hệ thống khai thác , công nghệ khai thác , công nghệ chống giữ , công nghệ khấu than…

tkt = 15 – 18 % ta chọn t kt = 16 %

→ C = 1- 0.01 ( 16 + 2 ) = 0,82

→ ZCN = 75753460,6 0,82 = 62117837,7 ( Tấn )

 Công suất và tuổi mỏ

Công suất thiết kế : A = 700000 ( Tấn / năm )

Tuổi mỏ ( TM ) được xác định như sau :

TM = T + t1 + t 2Trong đó :

T : thời gian khai thác ( năm )

t1: thời gian xây dựng cơ bản ( năm )

t2 : thời gian khấu vét và kết thúc mỏ ( năm )

Thời gian khai thác là :

T = Z CN

A = 88 ( năm )Thời gian xây dựng cơ bản : t1 = 2 ( năm )

Thời gian khấu vét và kết thúc mỏ : t2 = 1 ( năm )

Vậy tuổi mỏ là : TM = 91 ( năm )

2.4 Chế độ làm việc

Trong các ngành sản xuất nói chung và sản xuất than nói riêng, tất cả các cán bộcông nhân viên hiện đang làm việc theo hai chế độ: đó là chế độ làm việc gián đoạn vàchế độ làm việc liên tục Nhưng trong thời gian gần đây theo bộ luật lao động ta chọnchế độ làm việc của Công ty như sau:

- Tổng thời gian làm việc trong 1 năm là: 250 ngày;

- Số ca làm việc trong 1 ngày là: 3 ca ;

- Số giờ làm việc trong 1 ca: 8 giờ;

- Thời gian nghỉ giữa 1 ca là 30 phút;

- Thời gian giao ca là 30 phút;

2.5 Phân chia ruộng mỏ

Với mức khai thác từ -100 đến -400 , mỗi tầng được chia với chiều cao H là50m vậy ta có 6 tầng khai thác Chiều cao tầng theo hướng dốc Hd của mỗi vỉa khai thác :

Hd : Chiều cao tầng theo hướng dốc ( m )

Ht : Chiều cao của các trụ bảo vệ ( m ) , chọn sơ bộ Ht = 4 m

Hđl : Chiều cao của các đường lò xuyên vỉa ( m ) , chọn sơ bộ Hđl = 5 m

Ta có chiều dài lò chợ theo mỗi vỉa

Ta có chiều dài lò chợ theo mỗi vỉa:

Mở vỉa là công việc đào lò từ mặt đất đến các vỉa than và từ các đường lò đó đảmbảo khả năng đào được các đường lò chuẩn bị để tiến hành công tác khai thác Việc lựachọn hợp lý sơ đồ và phương pháp mở vỉa có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển của mỏ.Bởi vì nó quyết định đến mọi mặt từ thời gian, quy mô,vố đầu tư xây dựng cơ bản, côngnghệ khai thác, mức độ cơ giới hóa Ngược lại nếu mở vỉa không hợp lý thì trong suốtthời gian tồn tại của mỏ có thể làm giảm năng suất lao động, khó khăn trong việc cải tiến

và áp dụng kỹ thuật mới… dẫn đến tăng giá thành sản phẩm, làm giảm khai thác mỏ Dovậy một phương án mở vỉa hợp lý phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khối lượng đào các đường lò chuẩn bị là tối thiểu

- Chi phí xây dựng cơ bản là nhỏ nhất

- Thời gian đưa mỏ vào sản xuất là nhanh nhất

- Phải đảm bảo về vận tải, thông gió, sản lượng

- Phải đảm bảo khả năng ứng dụng công nghệ mới theo từng thời kỳ và khả năng

mở rộng mỏ

2.6.2 Đề xuất các phương án mở vỉa.

Căn cứ vào điều kiện ở trên, ta có thể đề xuất các phương án mở vỉa dưới đây:

Phương án I :Giếng đứng kết hợp lò xuyên vỉa tầng.

Phương án II : Giếng nghiêng kết hợp lò xuyên vỉa tầng.

2.6.3 Trình bày các phương án mở vỉa

2.6.3.1 Phương án 1 ( ví dụ cho 1 vỉa )

a sơ đồ mở vỉa

1 Giếng đứng chính.

2 Giếng đứng phụ

3 Xuyên vỉa vận tải

4 Xuyên vỉa thông gió

A

A

6 A-A

9

8 7

5

3 4

Tầng tiếp theo tương tự…

6 Dọc vỉa thông gió.

lò song song chân (8) , họng sáo (9) để chuẩn bị bước vào khai thác

Trong quá trình khai thác tầng 1 ta tiếp tục chuẩn bị cho tầng 2 sao cho khi kết thúc khaithác tầng 1 thì tầng 2 vừa được chuẩn bị xong để việc khai thác không bị gián đoạn Vàcông việc chuẩn bị được tiến hành tương tự như tầng 1 Ta sẽ tận dụng đường lò vận tảitầng 1 làm đường lò thông gió cho tầng 2

c Sơ đồ vận tải

- Vận tải than : Than từ các lò chợ được vận chuyển qua lò song song, qua họng sáoxuống các đường lò dọc vỉa vận tải tầng Từ đây than được chuyển qua các lò xuyên vỉa vận tải tầng rồi tập chung ở sân giếng, sau đó được trục tải lên mặt bằng sân công nghiệp mỏ qua giếng chính 1

7→8→9→5→3→1→ ra ngoài

d Sơ đồ thông gió

Gió sạch từ ngoài qua giếng phụ xuống theo lò xuyên vỉa vận tải, theo các lò dọc vỉa vận tải tới thông gió cho các lò chợ Gió bẩn từ các lò chợ theo các lò dọc vỉa thông gió, qua các lò xuyên vỉa thông gió, sau đó qua giếng chính đi ra ngoài

2→3→5→9→8→7→4→1→ ra ngoài

e Sơ đồ thoát nước

Nước thoát ra từ các địa tầng, các đường lò khai thác theo các rãnh nước chảy vàohầm chứa nước ở các tầng

2.6.3.2 Phương án 2

a sơ đồ mở vỉa

1 Giếng nghiêng chính.

2 Giếng nghiêng phụ

3 Xuyên vỉa vận tải

4 Xuyên vỉa thông gió

4 3

2 1

A

A

6 4

10 9

8

7

5

3

lò song song chân (8) , họng sáo (9) để chuẩn bị bước vào khai thác.

Trong quá trình khai thác tầng 1 ta tiếp tục chuẩn bị cho tầng 2 sao cho khi kết thúc khaithác tầng 1 thì tầng 2 vừa được chuẩn bị xong để việc khai thác không bị gián đoạn Vàcông việc chuẩn bị được tiến hành tương tự như tầng 1 Ta sẽ tận dụng đường lò vận tảitầng 1 làm đường lò thông gió cho tầng 2

d Sơ đồ thông gió

Gió sạch từ ngoài qua giếng phụ xuống theo lò xuyên vỉa vận tải, theocác lò dọc vỉa vận tải tới thông gió cho các lò chợ Gió bẩn từ các lò chợ theo các lò dọcvỉa thông gió, qua các lò xuyên vỉa thông gió, sau đó qua giếng chính đi ra ngoài

2→3→5→9→8→7→4→1→ ra ngoài

2.6.4 So sánh kĩ thuật giữa 2 phương án

STT Chỉ tiêu so sánh Phương án I Phương án II

1 Khối lượng san gạt

2 Khối lượng đường lò

mở vỉa

Chiều dài giếngđứng nhỏ nhưngchiều dài lò xuyênvỉa lớn

Chiều dài giếngnghiêng lớn nhưngchiều dài lò xuyên vỉa

nhỏ

4 Thời gian đưa mỏ vào

chiều dài ống nhỏ

hơn

Khó khăn hơn dochiều dài ống dài hơn

Nhận xét :Quan phân tích và so sánh về mặt kỹ thuật ta thấy mỗi phương ánđều có những ưu điểm , nhược điểm riêng và đều có tính khả thi về mặt kỹ thuật

Phương án I

Ưu điểm: + Chiều dài giếng đứng nhỏ , quãng đường vận tải nhỏ , công tác thoát nước dễ dàng hơn do chiều dài ống dẫn nhỏ hơn

+Chi phí bảo vệ giếng nhỏ

+ Thích hợp cho các mỏ khai thác xuống sâu

Nhược điểm : +Vốn đầu tư ban đầu lớn

+Thời gian đưa mỏ vào sản xuất chậm

+ Chiều dài các đường lò xuyên vỉa lớn

+ Việc thi công giếng đứng khó khăn

Phương án II

Ưu điểm : + Vốn đầu tư ban đầu nhỏ

+ Thời gian đưa mỏ vào sản xuất sớm

+ Chiều dài các đường lò xuyên vỉa nhỏ

Nhược điểm :+ Chiều dài giếng nghiêng lớn , quãng đường vận tải lớn , thoát nướckhó khăn do chiều dài ống lớn

+ Chi phí bảo vệ giếng lớn

+ Khó khăn khi khai thác xuống sâu

Từ những phần tích trên ta thấy rằng phương án I có nhiều ưu điểm nổi bậthơn : vận tải đơn giản , quãng đường vận tải nhỏ , thích hợp với mỏ khai thác

xuống sâu

Tuy nhiên để đánh giá 1 cách đầy đủ và chính xác hơn ta tiến hành so sánh

về mặt kinh tế để chọn ra phương án ưu việt nhất

Ki : đơn giá 1 m lò theo đường lò thứ i

Li : Chiều dài đường lò thứ i

Tổng 263825

Chi phí bảo vệ đường lò

Cbv =r.li.tiTrong đó :

ri : Đơn giá bảo vệ 1 mét lò trong thời gian 1 năm (đ/m.năm)

li : chiều dài đường lò thứ I, m

ti : thời gian dự tính bảo vệ đường lò , năm

Bảng chi phí bảo vệ đường lò

STT Tên đường lò L (m) r (

triệu/m-năm t (năm) Thành tiền

Chi phí vận tải

Cvt = Q Li Cvti Ti ; đồngTrong đó :

Q : Khối lượng vận tải quá đường lò trong 1 năm; tấn

Li : Cung độ vận tải của đường lò i ;m

Cvti : Giá thành vận tải qua đường lò i ; đồng / tấn / km

Ti : Thời gian tồn tại của đường lò ; năm

Bảng chi phí vận tải

STT Tên đường

lò

L ( km )

Cvt(triệu/

t /km )

Q ( tấn ) T

( năm )

Thànhtiền(triệu)

Ki : đơn giá 1 m lò theo đường lò thứ i

Li : Chiều dài đường lò thứ i

Bảng chi phí xây dựng cơ bản

STT Tên các đường lò Li ( m ) ( triệu/m )Ki Thành tiền( triệu )

ri : Đơn giá bảo vệ 1 mét lò trong thời gian 1 năm (đ/m.năm)

li : chiều dài đường lò thứ I, m

ti : thời gian dự tính bảo vệ đường lò , năm

Bảng chi phí bảo vệ đường lò

STT Tên đường lò L (m) ( triệu/m-r

Q : Khối lượng vận tải quá đường lò trong 1 năm; tấn

Li : Cung độ vận tải của đường lò i ;m

Cvti : Giá thành vận tải qua đường lò i ; đồng / tấn / km

Ti : Thời gian tồn tại của đường lò ; năm

Bảng chi phí vận tải

STT Tên đường lò ( km )L (triệu/Cvt

t /km )

Q( tấn ) ( năm )T

Thànhtiền(triệu)

tầng mức 400

Kết luận : Từ các phân tích về chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và chỉ

tiêu và mặt kinh tế ta chọn Phương án I: Mở vỉa bằng giếng đứngkết hợp xuyên vỉa tầng cho khoáng sàng

2.7 Thiết kế thi công 1 đường lò mở vỉa

Do giới hạn của đồ án ta chỉ chọn đường lò đại diện để tiến hành thiết kế vàthi công Chọn đường lò xuyên vỉa mức -150

2.7.1 Chọn hình dạng tiết diện đường lò và vật liệu chống lò

Căn cứ vào vào những đặc điểm đất đá trong khu vực , điều kiện địa hình , phương pháp mở vỉa , áp lực đất đá xung quanh đường lò ta chọn hình dạng tiết diện lò là hình vòm 1 tâm tường thẳng như hình sau :

2.7.2.1 Điều kiện vận tải

Ta chọn thiết bị sử dụng để vận tải tại lò xuyên vỉa chính là tàu điện ắc quykết hợp với goòng vận tải để vận tải than, đất đá từ gương lò chuẩn bị và tải thankhai thác từ lò chợ ra

Thông số kỹ thuật của đầu tàu điện.

Điệnáp(V)

Lực kéo ởchế độngắn hạn(KG)

Tốc độ

ở chế độngắnhạn(km/h)

Kích thước cơ bản(mm)

Bánkínhvòngnhỏnhất(m)

Đườngkính bánhxe

(mm)

Chiều caotrục kể từđỉnh đườngray(mm)

Trọnglượng(kg)

2.7.2.2 Xác định kích thước của lò

1, Chiều cao tường đường lò: (ht)

Chiều cao từ mức nền lò đến mức cao nhất của thiết bị, hb = htb + hdx (m)

Trong đó :

htb : Chiều cao lớn nhất của thiết bị vận tải (đầu tàu ), htb = 1415 mm ;

hdx : Chiều cao toàn bộ đường xe, hdx = hr + hd;

hr : Chiều cao cấu tạo của ray , hr = 160 mm;

hd : Chiều cao lớp đá nền, hd = 200 mm;

 hdx = 160 + 200 =360 mm

 Hb = 1415+ 360 = 1775 mm

Theo điều kiện ht> hb , ta chọn chiều cao tườngđường lò :ht = 1800 mm

2, Chiều rộng đường lò tại vị trí cao nhất của thiết bị vận tải: (B)

- Chiều rộng đường lò : B = m + k A + n + C , mm

Trong đó :

m :khoảng cách an toàn giữa phương tiện vận tải và khung chống,

m = 500 mm ;n: Chiều rộng lối người đi lại ở mức chiều cao của thiết bị vận tải ,

n = 1500mm ;C: khoảng hở giữa hai phương tiện vận tải ,C = 500mm ;

A: Chiều rộng lớn nhất của thiết bị vận tải (goòng) , A = 1350 mm ;

K: Số luồng vận tải bằng goòng trong lò , K = 2 ;

- Chiều cao của đường lò hl = ht + R = 1800 + 2600 = 4400 mm

- Diện tích sử dụng của đường lò: Ssd = ht B + 0,5 π R2

Ssd = 1,8 5,2 + 0,5 3,14 2,62 ¿ 19,97 (m2)

3, Kiểm tra tiết diện đường lò theo điều kiện thông gió:

Tốc độ gió trong đường lò : V =

q A m. k

N 60 S sd μ , (m/s)Trong đó :

q : lượng gió cần thiết cho một tấn than khai thác, với q= 1

Am : Sản lượng khai thác Am = 700000 tấn/năm;

N : Số ngày làm việc trong năm N = 250 ngày;

k : Hệ số dự trữ gió , k = 1,45;

Ssd = 19,97 m2;

 : hệ số suy giảm kích thước mặt cắt ngang đường lò, =1;

=>V = 250.60.19,97 11.700000 1,45 = 3.39 (m/s)

Theo điều kiện thông gió : 0,15 (m/s) < V < 8 (m/s)

4, Tiết diện đường lò phải đào :

Do đường lò có thời gian sử dụng lâu và tiết diện sử dụng là 19,97 m2 nên đồ ánchọn thép SVP-27 để chống lò Loại này có chiều cao 123mm Sử dụng tấm chèn bằng bêtông ( chèn kiểu gối đầu ) có chiều dày 50mm, rộng 200mm, dài 900mm Do vậy chiềurộng đào của đường lò là :

Bd = Bt + 2.(123 + 100) = 5200 + 2.(123+100) = 5646 mmBán kính bên ngoài khung chống :

Rd =56462 =2823 mm

Chiều cao bên ngoài khung chống là :

Hd = 1800 + 2823 = 4623 mmDiện tích cần đào là :Sđ = 1,8 5,646 + 0,5 3,14 2,8232 = 22,67 m2

a: Nửa chiều rộng đường lò khi đào, a = Bd/2 = 2,823 m;

hd : Chiều cao đường lò khi đào, hd = 4,623 m;

ϕ : Góc nội ma sát của đấtđá, ϕ = arctg(f) = arctg(4) ¿ 760 ;

a : Nửa chiều rộng đường lò khi đào, a = 2,823m ;

 : Tỉ trọng đất đá nóc;  = 2,56 t/m3 ;

b1 : Chiều cao vòm cân bằng tự nhiên, b1= 0,85 m ;

Qn = 8,2 (m)

2.7.3.3 Áp lực đất đá tác dụng lên hông lò

Vật liệu được sử dụng để chống lò là vì thép SVP-27

Bảng II-24 Thông số của vì thép SVP -27

Wmax y

cm3

Caom

[ P v] = 3,75 Tấn/vì;

Qn : áp lực đất đá tác dụng lên nóc lò; Qn = 8,2 Tấn/m;

 L = 3,758,2 = 0,45 m

 Để đảm bảo vì làm việc an toàn ,ta chọn L = 0,4 m

2.7.4 Lập hộ chiếu khoan nổ mìn khi đào lò

2.7.4.1 Lựa chọn máy khoan

Tùy theo độ kiên cố của đất đá mà t có thể lựa chọn máy khoan thích hợp Ta chọnloại máy khoan có đường kính khoan từ 36 – 40 mm , chiều sâu khoan : 2,5 m do nga sảnxuất

2.7.4.2 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện nổ

q1 : lượng thuốc nổ đơn vị tiêu chuẩn , kg/m3 ( q1 = 0,1f )

f : độ kiên cố của đất đá , f = 4 → q1 = 0,1 4 = 0,4

v : Hệ số nén ép của đất đá , phụ thuộc vào mặt phẳng tự do ; 1 mặt phẳng tự do thì v = 6,5

√S đ = 6,5

√22,67 = 1,36

e : Hệ số xét tới công nổ

e = 380P = 380260 = 1,46 kđ: Hệ số kể đến ảnh hưởng của thỏi thuốc ; kđ = 1

f1 : Hệ số kể đến cấu trúc đất đá ; f1 = 1,2

→ q = 0,4 1,2 1,36 1,46 1 = 0,95 ( kg/ m3 )

2.Chiều sâu lỗ khoan L k

Chiều sâu lỗ khoan được thiết kế sao cho sau một chu kỳ lắp được vì chống là sốnguyên các khung chống

- Nhóm lỗ khoan phá: khoan vuông góc với gương lò và chiều sâu lỗ khoan được xácđịnh theo công thức :

- Với nhóm lỗ tạo rạch: Các lỗ tạo rạch khoan nghiêng 85o so với mặt phẳng gương lò

và khoan sâu thêm các lỗ khoan khác 0,2 m

- Các lỗ khoan tạo biên: các lỗ biên khoan nghiêng 850 so với gương lò:

Đường kính lỗ khoan được xácđịnhdựa trên đường kính thỏi thuốc và khoảng hở cho phép:

dk = dt + (4÷8) (mm)Trong đó:

dt : Đường kính thỏi thuốc, với thuốc nổ AH-1 thì db = 36 mm Trong trường hợp nổ mìn tạo biên, ở các lỗ mìn biên thì đường kính thỏi thuốc càng nhỏ hơn đường kính lỗ khoan thì hiệu quả tạo biên càng cao, do đó khi sử dụng thỏi thuốc có db = 36 mm thì ta chọn dk

= 44 mm

4 Số lỗ mìn trong 1 chu kì

Số lượng lỗ mìn trong một chu kỳ phụ thuộc vào các yếu tố:

Tính chất cơ lý của đất đá, tiết diện đào của gương lò, loại thuốc nổ sử dụng

- Số lượng lỗ mìn tạo biên, Nb

1

b

P N b

, ( lỗ )Trong đó:

P: Chu vi vùng bố trí lỗ mìn biên

P = 3,14 Rb + 2.(ht - lkk) + Bd - 2 lkk ( m );

Rb: Bán kính của vòm bố trí lỗ mìn biên

Rb = Rn - lkklkk :Khoảng cách từ biên đường lò tới lỗ mìn biên, lkk = 0,2 m;

Bd : Chiều rộng đường lò cần đào, Bd = 5,646 m

: Mật độ thuốc nổ trong thỏi  = 1100 kg/m3;

a :Hệ số nạp thuốc a = (0,3÷0,8) , với đất đá có f =4 ta lấy a = 0,4;

kn: Hệ số nhồi chặt thuốc trong lỗ mìn , kn = 0,95;

dt: Đường kính thỏi thuốc, dt= 36 mm;

Có thêm 1 lỗ mìn làm mương thoát nước nên có tổng công 69 lỗ

5.Lượng thuốc nổ cho 1 chu kỳ Q

Q = q Lk Sđ = 0,95 1,4 22,67 = 30,15 (kg)

6.Lượng thuốc nổ trung bình cho mỗi lỗ mìn q tb

qtb = Q N = 30,1569 = 0,44 ( kg )

7.Lượng thuốc nổ trong 1 lỗ của từng nhóm

+ Đối với nhóm tạo biên : qb = 0,8 qtb = 0,8 0,44 = 0,352 ( kg )+ Đối với nhóm tạo rạch : qr = 1,2 qt b = 1,2 0,44 = 0,528( kg )+ Đối với nhóm đột phá : qp = qtb = 0,44 ( kg )

8.Bố trí lỗ khoan trên gương lò