Điều khiển Áp lực mỏ hầm lò

Áp lực mỏ  Khái niệm: Áp lực mỏ là lực trong đá mỏ xung quanh hầm lò tác động lên vì chống hầm lò, khối đá nguyên, trụ than, khối đá chèn  Các nguyên nhân gây ra áp lưc mỏ là:  Do tr

ÁP LỰC MỎ CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ÁP LỰC MỎ

1 Áp lực mỏ

 Khái niệm: Áp lực mỏ là lực trong đá mỏ xung quanh hầm lò tác động lên

vì chống hầm lò, khối đá nguyên, trụ than, khối đá chèn

 Các nguyên nhân gây ra áp lưc mỏ là:

 Do trọng lượng của đá vách

 Do đất đá giá trên bị tách lớp

 Do tính chất cơ lý, thành phần thạch học, độ ngậm nước của đất đá

 So sự thay đổi về chiều dày và góc dốc vỉa

 Do các phương pháp khai thác than khác nhau

 Khái niệm điều khiển áp lực mỏ: Là tập hợp các biện pháp chống giữ,

chèn lò, trình tự phá hủy đá vách được áp dụng để bảo vệ hầm lò không bị

áp lực mỏ phá hủy

 Các trị số gây ảnh hưởng đến trị số và đặc điểm xuất hiện của áp lực mỏ + thành phần, cấu tạo, tính chất cơ lý của đất đá mỏ:

 Độ sâu khai thác

 Chiều dày vỉa than

 Chiều dài lò chợ

 Tốc độ dịch chuyển của gương lò

 Độ dốc của vỉa than và đá

 Tải trọng, đặc điểm kết cấu của vì chống lò

2 Các loại địa tầng trong mỏ hầm lò

 Đá mỏ được phân biệt theo các yếu tố:

 Các điều kiện thế nằm

 Thành phần hóa học và thạch học

 Cấu trúc phản ánh kích thước và phân bố các phần tử khoáng vật

 Lực liên kết giữa các phần tử khoáng vật

 Lối cấu trúc

 Địa tầng có thể có cấu trúc rất khác nhau từ đồng chất đến rất phức tạp bao gồm cả tính phân lớp, độ nứt nẻ, sự biến vị … Cấu trúc của địa tầng thường biến đổi theo không gian

o Có thể chia địa tầng thành các loại sau:

 Đồng chất

 Khối lớn

 Khối nhỏ (nứt nẻ)

 Cấu trúc phức tạp

 Địa tầng hỗn hợp

Phổ biến nhất là các địa tầng hỗn hợp, phân lớp, khối lớn

3 Phân loại đất đá mỏ

 Mục đích : Lựa chọn vì chống phù hợp với điều kiện đất đá cụ thể

 Phân loại theo đá vách:

 Vách giả: m = 0,5  0,6 m, lớn nhất là 1m nằm ngang trên vỉa than

 Vách trực tiếp: nằm trên vỉa than, quyết định chủ yếu để xác định giá trị áp lực tác dụng lên lò chợ

 Vách cơ bản: Là lớp đất đá bền chắc, khó sập nằm trên vách trực tiếp và không sập đồng thời với lớp này

 Phân loại theo đá trụ:

 Trụ giả: là lớp đá mỏng rất dễ bị phá hủy trong quá trình khấu than Ảnh hưởng đến quá trình điều khiển áp lực

 Trụ trực tiếp: Là lớp đá nằm ngang dưới vỉa than khi không có trụ giả, liên quan đến các hiện tượng bùng nền → khoảng không gian

lò chợ bị thu hẹp → Kích thước nhỏ nhất của vì chống

 Trụ cơ bản: Là lớp đất đá vững chắc nằm dưới trụ trực tiếp

 Phân loại theo độ phân lớp của đất đá:

o Nguyên nhân gây ra sự phân lớp là sự đan xen của các lớp đất đá

yếu và các lớp đất đá bền vững trong đó sự tách lớp xảy ra theo các lớp đất đá yếu

o Chiều dày 1 vỉa càng lớn độ ổn định của nó càng cao

o Phân loại:

 Lớp rất mỏng < 0,7m

 Lớp mỏng : m = 0,2  1m

 Lớp mỏng trung bình : m = 1  3m

 Lớp dày : m = 3 – 10m

 Lớp rất dày : m > 10m

 Phân loại theo độ nứt nẻ:

o Độ ổn định của đá phụ thuộc vào mật độ vết nứt được xác định

bằng số vết nứt trên 1m2 diện tích địa khối

o Độ ổn định của đá vách trên lò chợ phụ thuộc vào góc tạo bởi giữa

gương lò và hướng khe nứt chính của nó

o Phân loại:

 Không nứt nẻ

 Ít nứt nẻ : có 1 hệ nứt mà khoảng cách giữa chúng >1m

 Nứt nẻ trung bình : có 2 hệ nứt mà khoảng cách giữa chúng

>1m

 Nứt nẻ mạnh: có nhiều hệ, d<0,5m

 Nứt nẻ rất mạnh: có nhiều hệ, d< 0,2m

 Phân loại theo độ ổn định của đá khi bị bóc lộ:

o Độ ổn định của đá là tính bền của đá khi bị bóc lộ bởi công tác nổ

o Độ ổn định của đá được xác định bởi khả năng không bị phá hủy dưới tác dụng của tự trọng và của nội ứng suất khi bóc lộ

o Độ ổn định của đá vách ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khai thác vỉa than, đến việc lựa chọn loại kết cấu vì chống lò chợ, phương pháp điều khiển đá vách

o Phân loại:

 Không ổn định : sập ngay khi không chống giữ

 Kém ổn định: Khi dải bóc lộ ở gương rộng đến 1m, ổn định trong 2-3h

 Ổn định trung bình: Khi dải bóc lộ gương rộng đến 2m, ổn định tới 1 ngày đêm

 Ổn định : bóc lộ 2m, ổn đinh tới 2 ngày đêm

 Rất ổn định: bóc lộ 5-6m, ổn đinh lâu dài

 Phân loại theo khả năng sập đổ của đá vách:

 Rất dễ phá hỏa : bước phá hỏa <0,5m

 Dễ phá hỏa: bước phá hỏa 0,5 – 2m

 Trung bình: bước phá hỏa 2 – 5m

 Khó phá hỏa: bước phá hỏa 5 – 10m

 Rất khó phá hỏa : bước phá hỏa >10m

4 Tính chất công nghệ của vỉa than

a) Phân loại của vỉa than: (chiều dài, góc dốc)

o Mục đích của phân loain vỉa than: Để dễ dàng lựa chọn phương

pháp chống giữ lò chợ và phương pháp điều khiển áp lực mỏ cũng như sơ đồ công nghệ khai thác than hợp lý

o Phân loại theo chiều dày:

 Rất mỏng : m < 0,7m

 Mỏng : m = 0,7 – 1,2m

 Dày trung bình : m = 1,21 – 3,5m

 Rất dày : m > 3,5m

o Phân loại theo góc dốc:

 Thoải : ⍺ = 0 -18o

 Nghiêng : ⍺ = 19 – 35o

 Nghiêng đứng : ⍺ = 36 – 55o

 Dốc đứng : ⍺ = 56 – 90o

o Góc dốc vỉa than ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn vì chống lò chợ và phương pháp điều khiển áp lực mỏ

o Điều kiện thuận lợi nhất để sử dụng các tổ hợp thiết bị cơ khí hóa là các vỉa có góc dốc từ 0→ 12o, khi các lực hấp dẫn không ảnh

hưởng đến việc lựa chọn kết cấu của thiết bị và có thể khai thác vỉa theo gương, ngược chiều dốc hoặc thuận chiều dốc

o Ở các vỉa có góc dốc từ 13 →35o quá trình khai thác thường được tiến hành theo phương

o Khi khai thác các vỉa dốc từ 46 → 90o sẽ gặp khó khăn do khả năng trôi trượt của đá trụ và ảnh hưởng mạnh mẽ của lực hấp dẫn Trong trường hợp này các vì chống lò chợ buộc phải có kết cấu đặc biệt

để không bị trôi trượt trong quá trình vận hành Quá trình điều khiển áp lực ở lò chợ sẽ thay đổi khi góc dốc vỉa tăng

b) Các tính chất của than nguyên khối:

o Các tính chất của than nguyên khối chủ yếu phụ thuộc vào các yếu

tố tự nhiên và kĩ thuật mỏ

o Khi khối than nguyên ở gương lò chợ kém kiên cố, rạn nứt nhiều → suy giảm tính ổn định của các lớp đất đá → dễ gây sụt lở ở gương

lò chợ → lựa chọn vì chống → lựa chọn các thông số của hệ thống khai thác

c) Hiện tượng ép trồi ở gương lò chợ:

o Hiện tượng ép trồi ở gương lò chợ phụ thuộc nhiều vào các thông

số kĩ thuật như: chiều rộng lò chợ, chiều rộng của máy khấu khai thác, phương pháp điều khiển đá vách, độ linh hoạt của vì chống

 Khi tăng chiều rộng lò chợ → tăng mức hạ võng của đá vách

và độ biến dạng của khối than ở gương lò

 Khi giảm chiều rộng má khấu → giảm giá trị hạ võng của đá vách và ép trồi của than

 Phương pháp điều khiển đá vách thường được lựa chọn dựa vào khả năng phá hỏa của nó Khi đá vách yếu hoặc có độ ổn định trung bình thì hiện tượng trồi ép yếu hơn so với loại đất

đá bền vững

 Nếu độ linh hoạt của vì chống tăng → độ hạ võng của vách

và sự trồi ép cũng tăng theo

5 Các phương pháp nghiên cứu áp lực mỏ:

 Phương pháp lý thuyết: Dựa vào giả thuyết áp lực mỏ

 Phương pháp thực tế sản xuất

 Phương pháp phòng thí nghiệm: thiết lập mô hình vật liệu tương đương

 Phương pháp tổng hợp

6 Phân loại vì chống

 Mục đích: phân loại vì chống để lựa chọn vì chống phù hợp cho từng điều

kiện lò chợ đảm bảo năng suất làm việc của công nhân,máy móc, máng cào được an toàn:

 Các yêu cầu của vì chống lò chợ:

o Yêu cầu kĩ thuật :

 Độ bền, độ ổn định: đặc trưng cho khả năng chịu tải của vì chống, giữ nguyên vị trí ban đầu khi có lực tác dụng

 Độ linh hoạt: đặc trưng cho khả năng chịu tải của vì chống khi có biến dạng

o Yêu cầu sản xuất:

 Đảm bảo hoàn thành các quá trình trong lò chợ

 Đảm bảo lưu lượng gió

 Khối lượng vì chống nhỏ, dễ tháo lắp

o Yêu cầu kinh tế:

 Giá thành nhỏ

 Độ bền cao

 Chi phí thấp

 Phân loại các vì chống:

Vì chống lò chợ

Vì gần

gương

hóa

Kiểu chắn Chắn – đỡ Đỡ chắn Đỡ

Giàn

chống dẻo

Giàn chốn cứng

Có 1 phân đoạn

Không phân đoạn

Kiể

u đẩy

a) Vì chống đơn

 Vì chống đơn là loại vì có thể lắp đặt hoặc tháo dỡ từng bộ phận riêng biệt không phụ thuộc vào nhau trong quá trình làm việc Theo chức năng thì vì chống đơn được chia thành vì gần gương và vì phá hỏa

 Vì chống gần gương được lắp đặt ở gần gương lò chợ tiếp sau việc khấu than nhằm giữ đá vách trực tiếp khỏi bị sập đổ

 Vì chống phá hỏa dùng để điều khiển áp lực mỏ, công dụng chủ yếu của nó là điều khiển sự biến dạng của đá vách ngoài ra còn giữ cho vách trực tiếp khỏi bị sập

b) Vì tổ hợp

 Vì tổ hợp là vì chống di động từng đoạn, vì từng khung chống hay 2 khung chống kề nhau có liên kết với nhau theo tiến độ gương lò chợ nhưng không có sự liên kết gì giữa các đoạn vì hay giữa khung chống với thiết vị vận tải và thiết bị khai thác của lò chợ

c) Vì cơ khí hóa

 Vì chống cơ khí hóa là loại vì chống với các đoạn vì có quan hệ khí động học chặt chẽ với nhau trong quá trình tháo lắp và vận hành, đồng thời chúng có liên kết động học với các thiết bị vận tải và khai thác trong lò chợ

 Vì chống kiểu đỡ: ngăn chặn sự sập đổ của vách trong phạm vi không gian công tác của lò chợ

 Vì chống kiểu đỡ - chắn : phần tử đỡ đóng vai trò chủ yếu, cơ cấu chắn giúp ngăn đá phá hỏa không xâm nhập vào không gian lò chợ

 Vì chống kiểu chắn -đỡ : cơ cấu chắn là chính, cơ cấu đỡ là phụ

 Vì chống kiểu chắn: ngăn cản sự xâm nhập của đá phá hỏa vào không gian lò chợ

Nguyên tắc lựa chọn vì chống

 Có kết cấu tốt, đảm bảo tính năng chống giữ kịp thời trong lò chợ

 Việc lựa chọn phải xem xét đến áp lực vách trực tiếp và cấp độ vách cơ bản

 Phải đáp ứng yêu cầu đảm bảo về độ ngậm nước, độ chứa khí, hiện tượng bùng nền, lún nền

 Tính toán áp lực tác dụng lên vì chống

CHƯƠNG 2: ÁP LỰC MỎ TRONG LÒ CHỢ DÀI KHI KHAI

THÁC CÁC VỈA DỐC THOẢI VÀ NGHIÊNG

1 Quá trình biến đổi dạng và sập đổ của vách trực tiếp

 Có 2 chế độ làm việc của vách trực tiếp:

 Chế độ dịch động ban đầu liên quan đến giai đoạn từ khi mở lò cắt đến lần phá hỏa đầu tiên của vách trực tiếp

 Chế độ dịch động ổn định được bắt đầu liền sau phá hỏa ban đầu và kéo dài cho đến khi kết thúc khai thác lò chợ

 Sự biến dạng của các lớp đá vách ở chế độ dịch động ban đầu trước khi phá hỏa ban đầu được đặc trưng bởi các quá trình:

 Uốn phi đối xứng

 Biến dạng đàn hồi

 Biến dạng lưu biến

2 Quá trình biến đổi và sập đổ của đá vách cơ bản

 Có 2 chế độ làm việc của vách cơ bản:

 Chế độ dịch động ban đầu bao gồm giai đoạn từ lúc mở lò cắt cho tới khi vách cơ bản phá hỏa ban đầu

 Chế độ dịch động ổn định bao gồm giai đoạn từ khi phá hỏa ban đầu của vách cơ bản đến khi khai thác lò chợ

 Sự biến dạng của vách cơ bản ở chế độ dịch động ban đầu được đặc trưng bởi quá trình uốn phi đối xứng theo cả phương và chiều dốc

3 Tác động tương hỗ giữa vì chống và đá mỏ

Chế độ tải trọng cho trước

Vì chống ↔ đất đá mỏ Chế độ biến dạng cho trước

 Trạng thái của khối đá gây áp lực lên vì chống phụ thuộc vào mức độ nứt

nẻ và phân lớp của khối đá đó Khi độ nguyên vẹn của khối đá càng cao thì tải trọng tác động lên vì chống càng nhỏ

 Độ hạ võng của đá vách càng nhỏ nếu tải trọng của vì chống càng lớn nhờ giảm được mức độ tách lớp và phá hủy của vách trực tiếp

 Tác động tương hỗ của vì chống và khối đá phụ thuộc vào khả năng tách lớp của khối đá đó Với các lớp đá càng mỏng càng dễ bị phá hủy Với các các lớp càng dày thì độ bền vững của chúng tăng lên → hiện tượng hạ võng, tách lớp sẽ giảm đi

 Hiệu quả chống giữ lò chợ được quyết định bởi :

 Độ cứng và độ linh hoạt của vì chống

 Tải trọng ban đầu và tải trọng công tác của vì chống

4 Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của

vì chống và đá vách

 Những quá trình sản xuất ảnh hưởng đến qua hệ của vì chống và đá vách là: khấu than, chống giữ lò chợ và điều khiển đá vách

 Độ ổn định của đá vách trong lò chợ phụ thuộc vào tốc độ khấu than của máy liên hợp và tốc độ di chuyển của gương lò chợ Tốc độ khấu than càng lớn → thời gian vách bị bóc lộ càng nhỏ và mức độ tách lớp, phá hủy của vách trực tiếp càng suy giảm

 Tốc độ dịch chuyển gương lò chợ càng lớn → thời gian vách hạ võng càng ngắn → trị số hạ võng càng nhỏ

5 Giả thuyết áp lực mỏ dầm công sơn

(sach giáo trình nhé, toàn công thức ko mún gõ)

CHƯƠNG 3:LỰA CHỌN VÌ CHỐNG TRONG LÒ CHỢ DÀI, DỐC,

THOẢI VÀ NGHIÊNG

 Với lò chợ dài, dốc, thoải và nghiêng ta lựa chọn công nghệ khai thác bằng máy khấu, khoan nổ mìn → Lựa chọn vì chống ZH, XDY …

 Nguyên tắc chung:

1) Theo các điều kiện địa chất thủy văn của vỉa than và các yêu cầu công

nghệ của lò chợ, lựa chọn sơ bộ loại vì chống thép, quy cách chống giữ

và điều khiển áp lực mỏ lò chợ

2) Kiểm tra hộ chiếu chống giữ lò và điều khiển áp lực mỏ đã chọn theo điều

kiện áp lực mỏ thực tế, sự dịch động của đá vách đá trụ và điều kiện thông gió lò chợ

3) Nếu điều kiện thực tế vượt qua miền hiệu chỉnh cần phải lựa chọn loại vì

chống khác và lặp lại các bước tính toán ở trên

o Những yếu tố ảnh hưởng đén việc lựa chọn thiết bị trong lựa chọn

công nghệ khai thác cơ giới hóa là:

 Yếu tố địa chất, điều kiện đất đá vây quanh, chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, bước phá hỏa sập đổ của đá vách, điều kiện địa chất thủy văn

 Yếu tố vận tải ngoài lò chợ

 Yếu tốc về năng lực làm việc của các thiết bị

o Kết quả đo đạc áp lực thực tế ở hiện trường:

 Lực làm việc ban đầu của vì chống

 Lực công tác của bì chống

 Cường độ chống giữ của vì chống

o Dựa vào bước sập đổ của đá vách:

 Chiều dài xà vì chống

 Chiều dài lưỡi trai vì chống

o Dựa vào đặc tính của nền lò:

 Xác định lực đẩy và lực kéo của pitton di chuyển vì chống

 Xác định diện tích đế của vì chống

o Dựa vào chiều dày vỉa:

 Xác định chiều cao lớn nhất và nhỏ nhất của vì chống

o Dựa vào góc dốc của vỉa:

 Xác định kết cấu của vì chống

o Dựa vào lượng gió cần thiết:

 Để xác định tiết diện ngang của vì chống

o Dựa vào năng lực của máy khấu theo yêu cầu lò chợ:

 Vận tốc khấu

 Chiều sâu khấu cảu dải khấu

 Số tang khấu của máy khấu

o Dựa vào chiều dài và chiều rộng lò chợ: để lựa chọn loại máy khấu

o Dựa vào độ cứng của than: để lựa chọn hiệu suất cắt của tang khấu

o Dựa vào yếu tố công nghệ: để chọn số tang khấu và chiều sâu khấu

o Dựa vào lực kéo di chuyển của máng cào

o Dựa vào lực kéo di chuyển của vì chống

o Dựa vào chiều dài lò chợ

o Dựa vào năng lực vận tải lớn nhất của lò chợ

o Dựa vào tiết diện của các đườnglò vận tải

CHƯƠNG 4: ÁP LỰC MỎ TRONG LÒ CHỢ DÀI KHI KHAI THÁC VỈA

DỐC NGHIÊNG VÀ DỐC ĐỨNG

1 Đặc điểm biến dạng và sập đổ của đá vách ở các vỉa nghiêng đứng và dốc đứng

 Phá hỏa ban đầu của đá vách chủ yếu xảy ra ở mức phần trên của diện bóc lộc đá vách, còn nửa dưới chỉ 1 phần nhỏ

 Sự trượt của đất đá phá hỏa xuống phần dưới của khoảng trống khai thác khi tháo bỏ vì chống theo hướng phá hỏa từ dưới lên trên sẽ lấp đầy đến đá vách ở phần dưới, do đó sự sập đổ tiếp theo của đá vách chỉ xảy ra ở phần trên của diện bóc lộ

 Đặc điểm biến dạng và sập đổ của đá vách khi phá hỏa toàn phần ở các vỉa dốc đứng đưa đến những nhận xét sau:

 Theo mức độ tăng góc dốc của vỉa, giá trị lực thành phần dọc trục của trọng lượng đất đá sẽ tăng

 Sự lấp kín phần dưới của khoảng trống đã khai thác cũng như sự giảm khẩu độ của các lớp phá hỏa sẽ dẫn đến giảm đáng kể diện bóc lộ của vách cơ bản và vách trực tiếp theo hướng dốc

 Khi khai thác ruộng mỏ theo sơ đồ khấu đuổi và phá hỏa toàn phần, chiều dày vách trực tiếp lớn hơn nhiều so với vỉa dốc thoải

 Khi khai thác ruộng mỏ theo sơ đồ khấu giật, phạm vi ứng dụng của phá hỏa toàn phần sẽ rộng hơn