Giáo trình Cơ sở khai thác Mỏ hầm lò: Phần 2

Khi chÌn lß toµn phÇn, vËt liÖu chÌn ®­îc ®­a vµo khu vùc chÌn phÝa sau lß chî theo lß däc vØa th«ng giã.[r]

Chương 6 Công nghệ khai thác than trong lò chợ

Tập hợp các công tác cần tiến hành để khai thác than trong lò chợ được gọi là quy trình công nghệ lò chợ

Các công tác của quy trình công nghệ lò chợ được phân biệt thành các công tác chính và các công tác phụ Trong đó, các công tác chính là: tách than khỏi vỉa nguyên, phá vỡ than đến độ cục phù hợp, xúc bốc than lên thiết bị vận tải, vận chuyển than, chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ; còn các công tác phụ thì bao gồm: vận chuyển vật liệu chống lò vào lò chợ, di chuyển thiết bị vận tải của lò chợ theo tiến độ của nó, bảo dưỡng và sửa chữa máy móc, thiết bị trong lò chợ, cung cấp năng lượng (điện, khí nén), thông gió, chiếu sáng cho lò chợ và v.v…

Một chu kỳ sản xuất của lò chợ là tập hợp các công tác chính và một số công tác phụ, cần thiết phải tiến hành để đảm bảo dịch chuyển lò chợ qua một khoảng dài nào đó và trong một khoảng thời gian nhất định

6.1 Chống giữ lò chợ

Trong quá trình khấu than ở lò chợ, đá vách dần dần bị bóc lộ, mất gối tựa, trạng thái cân bằng lực bị phá vỡ và dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

và của các lớp đá nằm trên, chúng bị uốn võng và rạn nứt; diện bóc lộ càng lớn thì đá vách càng bị uốn mạnh Nếu không áp dụng các biện pháp chống giữ đá vách kịp thời, thì ở khoảng cách nào đó kể từ gương lò chợ sẽ xẩy ra hiện tượng sập đổ của vách xuống khoảng trống đã khai thác Vách trực tiếp sẽ sập đổ trước và sau đó đến lượt vách cơ bản

Vách trực tiếp (hình 71, b) là các lớp đá nằm trực tiếp trên vỉa than, chúng dễ rạn nứt và sập đổ ở mỗi khoảng bóc lộ tương đối ngắn và khi có chiều dày khá lớn, chúng có khả năng lấp đầy không gian phía sau lò chợ, từ trụ của vỉa tới vách cơ bản

Vách cơ bản là các lớp đá nằm trên vách trực tiếp Nó thường sập đổ chỉ khi có diện bóc lộ khá lớn

Để đảm bảo công tác khấu than được an toàn và liên tục, cần phải chống giữ đá vách trong khoảng trống gần gương đúng lúc và chắc chắn Để chống lò,

có thể dùng nhiều loại vì chống, chúng có thể được chia thành hai loại chính: vì chống đơn và vì chống tự hành cơ khí hoá

Theo công dụng, vì chống đơn được chia thành vì chống gần gương và vì chống phá hoả Các loại vì chống cơ khí hoá vừa có vai trò của vì gần gương và vừa là vì chống phá hoả

6.1.1 Vì chống đơn gần gương

Vì chống đơn gần gương gồm có các cột được bố trí thành các hàng thẳng và đều đặn dọc gương lò chợ Các cột được đặt dưới xà, mỗi xà có từ hai

đến bốn cột đội vào thì tạo thành một khung chống (hình 71, a) Xà có thể được

đặt song song hay vuông góc với gương lò chợ

Khi vách trực tiếp có hướng các thớ nứt thẳng góc với gương lò chợ, thì phải đặt xà song song với gương lò, như vậy mới đảm bảo giữ các tảng đá có thể tách rời khỏi khối và sập đổ xuống khoảng trống gần gương Khung chống kiểu này được gọi là khung chống dọc Nếu vách trực tiếp có hướng các thớ nứt song song với gương lò, thì phải đặt xà thẳng góc với nó, tức là phải dùng khung chống ngang (hình 71, a)

Khi dùng khung chống dọc, chỗ sát gương có công nhân làm việc sẽ không được chống giữ Ngoài ra, khoảng cách giữa các hàng khung chống có thể không đủ rộng để bố trí thiết bị và máy móc làm việc ở gương lò khi xét đến tính ổn định của vách Cho nên, ở các vỉa dốc thoải thường dùng khung chống ngang Kiểu khung chống này có khả năng chống giữ phần vách sát gương bằng các đầu xà công sơn, không cần cột để khỏi cản trở hoạt động của máy khấu than

a- vì chống gỗ;

b- vì chống thép;

h 1 - vách trực tiếp;

h 2 - vách cơ bản; I- không gian lò chợ; II- khoảng trống đã khai thác

a

b

B

B

B

A

B - B

A

A - A

h 2

h 1

Trong các lò chợ dốc nghiêng và dốc đứng thường sử dụng các khung chống dọc, bởi vì các khung chống này có các

đầu xà tì sát vào nhau, hợp thành một tuyến liên tục dọc gương lò chợ, chúng sẽ khó bị

đổ hoặc trôi, trượt (hình 72)

Tuỳ theo loại vật liệu

được dùng, vì gần gương có thể

được làm bằng gỗ hay bằng thép

Vì chống thép ngày càng

được dùng nhiều hơn, vì nó có nhiều ưu điểm hơn hẳn vì chống gỗ: dễ tháo lắp, bền hơn và có đặc tính công tác tốt hơn Dùng vì thép sẽ giảm được mật độ vì chống và nâng cao mức độ an toàn trong lò chợ Tuy vậy, chúng chỉ phù hợp với các lò chợ dốc thoải và dốc nghiêng

Vì chống đơn gần gương bằng thép gồm có các cột và các xà có khớp nối bản lề Cũng có thể dùng vì chống hỗn hợp, gồm các cột thép và xà gỗ

Các cột chống đơn bằng thép được phân biệt thành: các cột ma sát (hình

73, a, b và d) và các cột thuỷ lực (hình 73, c)

Cột chống ma sát gồm có: vỏ cột (1), lõi cột (2) và ổ khoá ma sát Khoá

ma sát gồm có vỏ khoá (3) và nêm ma sát (4) Cột thuỷ lực là một loại kích thủy lực có thể co duỗi được, có gắn sẵn bơm tay để duỗi cột

Xà thép (hình 74) được chế tạo theo từng đoạn riêng biệt với nhiều cỡ khác nhau Các đoạn xà có thể lắp ghép với nhau bằng các khớp bản lề

a, b và d- các cột ma sát;

c- cột thuỷ lực

1 3 4 2

b a

2

1

Hình 72

Các khung chống dọc trong lò chợ 1- cột; 2- xà

6.1.2 Vì chống đơn phá hoả

Nếu vì chống gần gương giữ cho vách trực tiếp khỏi sụt lở, thì vì chống phá hoả được bố trí ở biên giới giữa không gian lò chợ và khoảng trống đã khai thác (xem hình 71, b), để cùng với khối than nguyên của gương lò chợ làm gối tựa cho các lớp đá vách, đảm bảo sự gắn kết liên tục của chúng

Do vì phá hoả chịu tải trọng lớn hơn nhiều so với vì gần gương, nên nó phải bền hơn, có tải trọng ban đầu và tải trọng công tác lớn hơn

Theo tiến độ của gương lò chợ, vì phá hoả được dịch chuyển tới tuyến lắp đặt mới gần gương lò Khoảng cách ở mỗi lần dịch chuyển vì phá hoả được gọi là bước phá hoả

Vì phá hoả có thể bằng gỗ hay bằng thép

Có ba loại vì phá hoả bằng gỗ phổ biến: hàng cột, cụm cột và các chồng cũi (hình 75)

Hàng cột phá hoả là các cột gỗ được dựng theo tuyến phá hoả, dọc lò chợ Hàng cột có thể có một, hai hay ba dãy cột (hình 75, a, b và c) Để có thể

đi lại được qua hàng cột phá hoả, cứ cách mỗi khoảng dài 3 đến 5 m, cần chừa lại một khoảng trống từ 0,7 đến 1,0 m

Cụm cột là nhóm cột có từ 4 đến 16 cột, được đặt theo thứ tự cụm này tiếp cụm kia dọc theo tuyến phá hoả (hình 75, f), khoảng cách giữa hai cụm cột

kề nhau thường từ 2 đến 3 m

e

Chồng cũi được xếp bằng các đoạn gỗ tròn hay gỗ súc, lần lượt từng đôi một chồng chéo lên nhau, từ trụ lên tới vách của vỉa Để dễ thao tác khi xếp cũi, nhất là ở các lò chợ có độ dốc lớn, người ta xếp chúng dựa vào các cột của vì chống gần gương (hình 75, d), hoặc dựa vào các cột phụ được dựng thêm ở vị trí xếp cũi (hình 75, e) Các chồng cũi cũng được dựng lần lượt, nối tiếp nhau thành hàng, dọc theo tuyến phá hoả của lò chợ Khoảng cách giữa các cũi thường là 2 đến 3 m

Vì phá hoả bằng thép cũng có dạng hàng cột, cụm cột và chồng cũi Chúng cũng được lắp dựng trong lò chợ giống như các vì chống phá hoả bằng

gỗ

ở các vỉa dốc thoải có thể sử dụng các loại cột phá hoả chuyên dùng, hoạt

động theo nguyên lý ma sát (hình 76) Cấu

tạo của cột phá hỏa ma sát như sau: vỏ cột

(1), phần trên của vỏ cột có ổ khoá ma sát

(5), trục vít chính (2), trục vít phụ (3) và

mũ cột (4)

Chiều cao của cột được điều chỉnh bằng cách xoay vít chính (2) tương đối với

vỏ cột (1) và định vị nó bằng cách đóng

nêm (6) của ổ khoá ma sát (5) Để chất tải

cho cột, người ta chỉ cần xoay vít phụ (3)

ngược chiều ren tới mức độ cần thiết Việc

tháo cột còn đơn gản hơn: chỉ cần đóng

ngược nêm (6), vít chính cùng vít phụ và

mũ cột sẽ tụt vào trong vỏ cột

Trong lò chợ, các cột phá hoả kể trên được bố trí cách đều nhau dọc theo tuyến phá hoả Khoảng cách giữa các cột phá hoả thường là 1 đến 3 m

Bên cạnh các cột phá hoả ma sát, người ta cũng chế tạo các cột phá hoả thuỷ lực

6.1.3 Vì chống tự hành cơ khí hoá

Dùng vì chống tự hành cơ khí hoá có thể loại trừ hoàn toàn lao động thủ công nặng nhọc trong công tác chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ

Vì chống cơ khí hoá được lắp ghép từ nhiều đoạn vì chống riêng biệt Các đoạn vì có liên hệ trực tiếp với nhau, hoặc gián tiếp thông qua thiết bị vận tải trong lò chợ, khi đó chúng còn có nhiệm vụ di chuyển thiết bị vận tải của lò chợ theo tiến độ khấu gương

Hình 76

Cột phá hoả

ma sát

4

3

2

1

5

6

Theo phương pháp tác dụng tương

hỗ với đá vách và cách bảo vệ không gian

lò chợ, các vì chống cơ khí hoá được chia thành bốn loại: kiểu đỡ, kiểu chắn, kiểu chắn-đỡ và kiểu đỡ-chắn Vì chống kiểu chắn chỉ có tác dụng ngăn cách không gian lò chợ với khối đá vách đã phá hoả Hai kiểu cuối cùng đều là vì chống hỗn hợp, chúng có cả cơ cấu đỡ và cơ cấu chắn

Theo điều kiện áp dụng, các vì chống cơ khí hoá được chia thành nhiều loại để phù hợp với các điều kiện góc dốc

và chiều dày khác nhau của các vỉa than

6.2 Điều khiển áp lực mỏ trong lò chợ

Tập hợp các biện pháp để điều chỉnh sự xuất hiện áp lực mỏ trong lò chợ, nhằm mục đích tạo điều kiện làm việc an toàn, được gọi là điều khiển áp lực mỏ hay là điều khiển đá vách

Có nhiều phương pháp điều khiển áp lực mỏ, đó là: phá hoả toàn phần, chèn lò từng phần, chèn lò toàn phần, giữ đá vách trên các trụ than, cho đá vách hạ từ từ…

6.2.1 Phá hoả toàn phần

Bản chất của

khiển đá vách phá hoả

toàn phần là: theo tiến

độ của gương lò chợ,

dùng các vì chống phá

hoả đặt dọc theo biên

giới giữa không gian

a- kiểu đỡ; b- kiểu chắn;

c- kiểu chắn-đỡ; d- kiểu đỡ-chắn

a

b

c

d

áp lực mỏ phá hoả toàn phần

A - A

lò chợ và khoảng trống đã khai thác, để làm gối tựa cho đá vách trực tiếp và

“cắt” nó sập đổ về phía sau lò chợ (hình 78)

Điều kiện áp dụng chủ yếu của phương pháp này là đá vách trực tiếp phải có đủ chiều dày, để sau khi sập đổ có khả năng lấp kín khoảng trống đã khai thác, từ trụ của vỉa lên tới vách cơ bản Như vậy mới giảm được áp lực tác dụng lên vì chống gần gương xuống mức thấp nhất

Có hai cách tiến hành phá hoả đá vách Cách thứ nhất là trước khi phá hoả cần dựng hàng vì chống phá hoả mới, nằm về phía gần gương và cách hàng vì chống phá hoả cũ một khoảng đúng bằng bước phá hoả Sau đó, tháo dỡ hàng vì chống cũ và khi đó đá vách bị mất gối tựa, sẽ tự sập đổ xuống khoảng trống

đã khai thác Cách thứ hai đơn giản hơn: di chuyển lần lượt từng vì chống phá hoả, từ vị trí cũ sang vị trí mới và đá vách sẽ tự sập đổ

Khi lò chợ có độ dốc không quá 150, có thể tiến hành phá hoả theo chiều

từ dưới lên trên, hoặc từ trên xuống dưới Nhưng khi lò chợ dốc hơn (>150), thì chỉ được phá hoả theo hướng từ dưới lên trên, vì nếu phá hoả theo hướng ngược lại, đá vách sau khi bị sập đổ, trôi theo chiều dốc, sẽ lọt vào không gian lò chợ

6.2.2 Chèn lò từng phần

Phương pháp điều khiển áp lực mỏ chèn lò từng phần được áp dụng khi vách của vỉa là các lớp đá khó phá hỏa

Để tiến hành chèn từng phần, có thể đào các lò lấy đá đi theo phương của vỉa trong khoảng trống đã khai thác (hình 79) Đá lấy được khi đào các lò này sẽ được xếp thành các dải đá chèn, nằm xen kẽ giữa các lò lấy đá Khi việc

đào các lò lấy đá không cung cấp đủ đá để chèn, thì buộc phải lấy đá từ các gương lò chuẩn bị hoặc lấy từ mặt đất xuống

A

A

lò lấy đá

B B dải đá chèn

A - A

B - B

Trong phương pháp này, các dải đá chèn thường lấp kín 60-80% khoảng trống đã khai thác, chúng tiếp nhận phần lớn áp lực mỏ truyền từ vách xuống,

do đó giảm được áp lực tác dụng lên vì chống lò chợ Việc xếp các dải đá chèn

được tiến hành liền sau tiến độ khấu gương lò chợ

6.2.3 Chèn lò toàn phần

Ngoài ý nghĩa chính là điều khiển áp lực mỏ, phương pháp chèn lò toàn phần còn có mục đích làm giảm tổn thất khoáng sản, bảo vệ các công trình tự nhiên và nhân tạo trên mặt đất, ngăn ngừa cháy mỏ và làm tăng hiệu quả thông gió ở khu khai thác

Có thể nói chèn lò toàn phần là phương pháp điều khiển áp lực mỏ có hiệu quả nhất, nhưng lại tốn kém nhất

Khi chèn lò toàn phần, vật liệu chèn được đưa vào khu vực chèn phía sau

lò chợ theo lò dọc vỉa thông gió ở các lò chợ có góc dốc lớn hơn 400, có thể chèn lò bằng phương pháp tự chảy Còn ở các trường hợp khác phải dùng một trong ba phương pháp: chèn lò bằng thiết bị cơ khí, chèn lò bằng sức nước và chèn lò bằng khí nén Trong hai phương pháp cuối, vật liệu chèn được vận chuyển theo đường ống

6.2.4 Giữ đá vách trên các trụ than

Trong phương pháp điều khiển áp lực mỏ này, theo tiến độ khai thác than người ta chừa lại các trụ than nguyên khối qua mỗi khoảng cách nhất định trong khoảng trống đã khai thác Kích thước của các trụ than và khoảng cách giữa chúng được tính chọn dựa vào chiều sâu khai thác, chiều dày và độ kiên cố của vỉa than, tính chất của đá vách và đá trụ

Phương pháp này thường được áp dụng trong các hệ thống khai thác buồng và buồng-cột Trong đó, vách của buồng khấu được chống bằng vì neo hoặc không cần chống giữ, trụ than giữa các buồng khấu có chiều rộng gần bằng chiều dày của vỉa Các trụ than sẽ tiếp nhận áp lực do các lớp đá vách gây

ra và có thể tồn tại trong thời gian khá dài

Khuyết điểm lớn của phương pháp này là tổn thất than rất lớn và không

áp dụng được cho các vỉa than có tính tự cháy

6.2.5 Hạ đá vách từ từ

Nếu vách của vỉa là loại đá liên kết tốt, có khả năng không rạn nứt khi bị uốn võng, thì có thể sử dụng phương pháp điều khiển áp lực mỏ hạ đá vách từ từ (hình 80)

Bản chất của phương pháp này là: theo tiến độ của gương lò chợ người ta dịch chuyển các chồng cũi, dưới tác động của tự trọng và trọng lượng của các

lớp đá nằm trên, vách trực tiếp sẽ bị uốn võng dần dần, rồi gối xuống trụ của vỉa Phương pháp này sẽ có hiệu quả cao khi đá trụ có khả năng trương bùng

Ngoài các phương pháp điều khiển đá vách kể trên, ở các vỉa dốc đứng còn có thể dùng phương pháp để lại các chồng cũi gỗ trong khoảng trống đã khai thác Khi đó, vách sẽ tựa lên các chồng cũi được để lại, tất nhiên nó sẽ dần dần nén ép và phá hủy các chồng cũi, rồi sập đổ ở khoảng cách khá xa gương lò chợ, mà không gây ảnh hưởng tới các công tác lò chợ Khuyết điểm chủ yếu của phương pháp này là lượng tiêu hao gỗ chống lò rất cao, cho nên hiện nay rất ít

được sử dụng

6.3 Công nghệ khai thác than ở lò chợ bằng phương pháp khoan nổ mìn

ở các vỉa dốc thoải và nghiêng

a- với một hàng lỗ mìn; b- với hai hàng lỗ mìn; c- với ba hàng lỗ mìn

phương pháp hạ đá vách từ từ

a

b

b

b-b

c-c

c

c

a

b

c

A - A

Công nghệ khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn hiện đang

được áp dụng rộng rãi ở nước ta Dạng công nghệ này có các công tác chính sau

đây: khoan lỗ mìn, nạp và nổ mìn để tách phá than, xúc bốc và vận tải than dọc

lò chợ, chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ Còn các công tác phụ ở đây thì bao gồm: vận chuyển gỗ chống lò vào lò chợ, di chuyển thiết bị vận tải của

lò chợ sau mỗi lần khấu than, thông gió cho lò chợ sau khi nổ mìn và v.v

Để tách phá than trong lò chợ bằng sức nổ, người ta sử dụng các lỗ mìn nhỏ Chúng được bố trí tương đối cách đều nhau trên gương lò chợ thành từng hàng

Số hàng lỗ mìn ở gương lò phụ thuộc vào chiều dày của vỉa hay chiều cao của lò chợ, có thể là một, hai hoặc ba hàng (hình 81) Khi gương lò chợ có hai hoặc ba hàng lỗ mìn, chúng thường được bố trí so le nhau để phá vụn than

đồng đều hơn Khoảng cách giữa các lỗ mìn trong gương than không được nhỏ hơn 0,6 m để khỏi kích nổ lẫn nhau Chiều rộng của dải than ở mỗi lần nổ mìn thường là 1,0-1,2 m và phải được chọn phù hợp với bước lắp dựng các khung chống cũng như với bước phá hỏa đá vách

Khi nổ mìn phá than, người ta chia gương lò chợ thành nhiều đoạn và sẽ tiến hành nổ mìn lần lượt ở từng đoạn đó Chiều dài của mỗi đoạn lò chợ thường

B

B - B

A - A

Hình 82

Sơ đồ lò chợ khi khấu than bằng phương pháp

khoan nổ mìn