Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển đá vách hợp lý cho điều kiện đá vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu iii công ty than quang hanh

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động 29 Hình 2.1 Sử dụng khoan nổ mìn phía trước gương làm giảm tính

-o0o -

VŨ VĂN HỘI

NGHI£N CøU §Ò XUÊT GI¶I PH¸P §IÒU KHIÓN §¸ V¸CH HîP Lý CHO §IÒU KIÖN §¸ V¸CH KHã SËP §æ THUéC VØA 15 KHU III - C¤NG TY THAN QUANG HANH

Ngµnh: Khai th¸c má M· sè: 60520603

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN VĂN THANH

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc, do chÝnh t¸c gi¶ thùc hiÖn vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

Vò V¨n Héi

MụC LụC

Lời cam đoan 3

Các ký hiệu, các chữ viết tắt 6

Danh mục các bảng 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8

Mở đầu 10

Chương 1: Phân tích, đánh giá điều kiện địachất mỏ và tính chất đá vách vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh 13

1.1 Đặc điểm điều kiện địa chất mỏ 13

1.2 Phân tích, đánh giá điều kiện địa chất mỏ và tính chất đá vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh 16

1.3 Đánh giá hiện trạng công nghệ khai thác tại vỉa 15 - Công ty than Quang Hanh 26

1.4 Kết luận 32

Chương 2: Các giải pháp điều khiển vách khó sập đổ khi khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc lớn trên thế giới và vùng Quảng Ninh 34

2.1 Các giải pháp điều khiển vách khó sập đổ khi khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc lớn trên thế giới 34

2.2 Một số kinh nghiệm điều khiển đá vách khó sập đổ tại các mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh 45

2.3 Nhận xét 52

Chương 3: Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển vách hợp lý cho điều kiện đá vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu III-Công ty than Quang Hanh 54

3.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sập đổ và lựa chọn công nghệ điều khiển đá vách lò chợ 54

3.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển vách hợp lý cho điều kiện

vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh 64

3.3 Nhận xét 69

Chương 4: Thiết kế giải pháp điều khiển vách đề xuất cho điều kiện lò chợ mức -50  -7 vỉa 15 khu III-Công ty than Quang Hanh 70

4.1 Lựa chọn khu vực thiết kế 70

4.2 Khai thông, chuẩn bị khai trường khu vực thiết kế 70

4.3 Tính toán các thông số kỹ thuật của lò chợ thiết kế 71

4.3 Nhận xét: 87

Kết luận và kiến nghị 88

Danh mục các công trình đã công bố của tác giả 90

Tài liệu tham khảo 91

DANH MụC CáC BảNG

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của các loại nham thạch trong địa tầng khu mỏ 15

Bảng 1.2 Phân loại đá vách theo tính ổn định và sập đổ 19

Bảng 1.3 Tổng hợp chiều dày, góc dốc vỉa qua các công trình 20

Bảng 1.4 Thống kê đặc điểm cấu tạo đá vách qua các công trình 21

Bảng 1.5 Thống kê đặc điểm cấu tạo đá trụ qua các công trình 21

Bảng 1.6 Tổng hợp điều kiện địa chất khu vực đánh giá 22

Bảng 1.7 Tính toán khẩu độ sập đổ của đá vách vỉa 15 khu III- Công ty

Bảng 1.8 Đặc điểm tải trọng đá vách vỉa 15- Công ty than Quang Hanh 25

Bảng 1.9 Tổng hợp một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được trong quá

trình áp dụng công nghệ tại Công ty than Quang Hanh 28

Bảng1.10 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của công nghệ đào lò lấy

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được trong quá trình áp

Bảng 2.2 Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản đạt được tại vỉa 15 Bắc

Bảng 4.2 Biểu đồ tổ chức thu hồi than tại dải lưu than 80

Bảng 4.3 Bảng tổ chức chu kỳ sản xuất thu hồi xong một dải than lưu 81

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng, khấu than

bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động 29

Hình 2.1 Sử dụng khoan nổ mìn phía trước gương làm giảm tính chất

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống khai thác cột dài theo phương và điều kiển

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng lưu than, điều khiển đá vách

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ khai thác khấu than bằng máy cưa trong các dải

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng sử dụng lỗ

khoan đường kính lớn, nổ mìn trong các lỗ khoan dài 41 Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ khai thác phá nổ phân tầng xiên chéo 42

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng khai thác

Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu bằng

khoan nổ mìn, điều khiển đá vách bằng dải than lưu 45 Hình 2.9 Sơ đồ khu vực khai thác lò chợ 2b vỉa 5 khu Cánh Gà 47

Hình 2.10 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng - lò chợ áp dụng cho vỉa 15

Hình 2.11 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng lò chợ điều khiển đá vách

bằng các dải trụ than áp dụng tại vỉa 46 mỏ than Hồng Thái 52

Hình 3.1 Mmối liên hệ giữa khẩu độ sập đổ ban đầu của vách phụ

Hình 3.2 Đặc điểm chuyển dịch của đá sập đổ phụ thuộc vào tỷ lệ của

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá

Hình 3.4

Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng kết hợp lỗ khoan đường kính lớn, nổ mìn lỗ khoan dài, điều khiển đá vách bằng các trụ than bảo vệ

68

Hình 4.1 Sơ đồ khai thông, chuẩn bị khu vực áp dụng giải pháp điều

Mở ĐầU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vỉa 15 khu III - Khoáng sàng Đông Ngã Hai - Công ty than Quang Hanh có chiều dày vỉa thay đổi từ 1,2  2,1m, trung bình 1,6 m; góc dốc vỉa thay đổi từ 40 

550, trung bình 480, thuộc loại vỉa mỏng đến trung bình, dốc nghiêng Kết quả phân tích, đánh giá phân loại vỉa 15 khu III cho thấy, đá vách trực tiếp của các lò chợ có

đặc điểm cấu tạo không theo tính chất nhịp điển hình đặc trưng của vùng than Quảng Ninh với lớp đá vách trực tiếp là bột kết tương đối bền vững Đá vách cơ bản

là lớp cát kết hạt mịn đến thô đôi chỗ là sạn kết, cuội kết tạo thành tập đá bền vững

có chiều dày từ 5,3  22m trung bình 12,8m, thuộc loại sập đổ trung bình đến khó sập đổ, tải trọng trung bình đến nặng và thuộc loại vách khó điều khiển với điều kiện đá vách vỉa như trên đã gây không ít khó khăn, trở ngại trong việc lựa chọn công nghệ khai thác và điều khiển vách tại các lò chợ thuộc vỉa 15 khu III này

Tại các nước có nền công nghiệp khai thác than phát triển trên thế giới, vấn

đề điều khiển đá vách trong khai thác đã được nghiên cứu và áp dụng với nhiều giải pháp khác nhau phù hợp với từng điều kiện địa chất, kỹ thuật của mỏ như điều khiển đá vách với phá hỏa toàn phần với điều kiện đá vách dễ sập đổ đến sập đổ trung bình hoặc áp dụng các giải pháp điều khiển đá vách bền vững khó sập đổ bằng phá hỏa cưỡng bức hoặc điều khiển đá vách bằng các trụ than bảo vệ, các trụ nhân tạo hoặc điều khiển đá vách bằng chèn lò, các dải than lưu tạm thời, v.v Các giải pháp được áp dụng phù hợp đã góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, mức độ

an toàn và giảm đáng kể tổn thất than, đặc biệt ở các vỉa than có đá vách bền vững khó sập đổ

Kinh nghiệm thực tế sản xuất tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh cho thấy,

đặc điểm cấu tạo và tính chất đá vách các vỉa than vùng Quảng Ninh nói chung và Công ty than Quang Hanh nói riêng rất phức tạp Do đó, để lựa chọn được sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp, góp phần hiệu nâng cao hiệu quả trong khai thác và

điều khiển an toàn đá vách khó sập đổ tại vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh, việc lựa chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển đá vách hợp lý cho điều kiện đá vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh” là rất cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn được giải pháp điều khiển đá vách khó sập đổ phù hợp nhằm khai thác an toàn và hiệu quả trữ lượng than thuộc các lò chợ vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu là vỉa 15 khu III - Khoáng sàng Đông Ngã Hai - Công

ty than Quang Hanh

- Phạm vi nghiên cứu là trữ lượng các lò chợ mức -50 -7 và mức -100  -50

thuộc vỉa 15 khu III - Khoáng sàng Đông Ngã Hai - Công ty than Quang Hanh

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Phân tích, đánh giá điều kiện địa chất mỏ và tính chất đá vách vỉa 15 khu III

- Công ty than Quang Hanh;

- Tổng quan các giải pháp kỹ thuật, công nghệ điều khiển vách khó sập đổ khi khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc lớn trên thế giới và vùng Quảng Ninh;

- Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển đá vách hợp lý cho điều kiện đá vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh;

- Thiết kế giải pháp điều khiển vách đề xuất cho lò chợ mức -50  -7 vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;

- Phương pháp thống kê phân tích;

- Phương pháp thực nghiệm

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- ý nghĩa khoa học: Lựa chọn được giải pháp điều khiển đá vách phù hợp cho điều kiện vách khó sập đổ thuộc vỉa 15 khu III- Công ty than Quang Hanh

- ý nghĩa thực tiễn: Kết quả đạt được của là tài liệu cơ sở để Công ty than Quang Hanh nói riêng và các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung áp dụng giải pháp công nghệ đề xuất cho các khu vực có điều kiện địa chất phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất mỏ và khai thác tối đa tài nguyên than quý giá không tái tạo

7 Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các công trình nghiên cứu khoa học ứng dụng ở trong và ngoài nước (tài liệu của Nga, Trung Quốc), các tài liệu tham khảo tại thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất, Viện KHCN Mỏ - Vinacomin và tài liệu thu thập tại Công ty than Quang Hanh-TKV

Luận văn gồm: Phần mở đầu, 04 chương và phần kết luận và kiến nghị được trình bày trong 98 trang A4 với 17 bảng biểu và 19 hình vẽ Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Văn Thanh

Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác hầm

lò, các cán bộ kỹ thuật Công ty than Quang Hanh, Ban lãnh đạo Viện KHCN Mỏ, Phòng Công nghệ khai thác Hầm lò đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn Đặc biệt là sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Trần Văn Thanh và các thầy giáo trong Bộ môn khai thác hầm lò, trường

Đại học Mỏ - Địa Chất Đồng thời tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện, động viên, giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

CHươNG 1: Phân tích, đánh giá điều kiện địachất mỏ

và tính chất đá vách vỉa 15 khu III - Công ty than Quang hanh

1.1 Đặc điểm điều kiện địa chất mỏ

1.1.1 Khái quát chung

Vỉa 15 khu III - Khoáng sàng Đông Ngã Hai- Công ty than Quang Hanh

được giới hạn bởi tọa độ địa lý: X = 27900  28100; Y = 419600  419900 Địa hình khu vực là vùng đồi núi thấp, phần phía Nam, Tây Nam có cốt cao từ +75  +100, phần phía Bắc, Tây Bắc có cốt cao từ +50  +75

Khu vực mang tính chất khí hậu vùng rừng núi ven biển và được chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, thời tiết trong mùa ẩm ướt, mùa khô kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 28  300C, cao nhất 370C, lạnh nhất 5  80C

Khu vực có mạng lưới giao thông tương đối thuận lợi, phía Bắc có đường bộ nối liền với quốc lộ 18A, 18B; phía Đông Nam có đường tàu tuynen nối liền với hệ thống đường sắt chạy từ Km6 Cẩm Phả đi Cửa Ông Về đường thuỷ có sông Diễn Vọng chảy từ khu mỏ ra vịnh Quốc Bê (Hồng Gai)

1.1.2 Đặc điểm điều kiện địa chất mỏ

1.1.2.1 Lịch sử thăm dò và khai thác

- Khoáng sàng Đông Ngã Hai được tiến hành tìm kiếm thăm dò tỷ mỷ trữ lượng than từ năm 1962  1976 Tiếp tục từ năm 1998 đến nay đã tiến hành công tác thăm dò bổ sung phục vụ khai thác tại khu vực Năm 2003, Xí nghiệp Địa chất - Trắc địa Mỏ thuộc Công ty Địa chất và Khai thác Khoáng sản (nay là Công ty Địa chất Mỏ) đã hoàn thành báo cáo địa chất kết quả thăm dò tỉ mỉ khu mỏ than Đông Ngã Hai

- Giai đoạn trước năm 1995, khu vực được khai thác với nhiều hình thức và quy mô khác nhau nhưng đều không có quy hoạch cụ thể Hiện nay, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản đã giao cho các đơn vị gồm Công ty Than Quang Hanh,

Công ty Than Hạ Long và Tổng Công ty Đông Bắc quản lý và khai thác tại khu Ngã Hai

1.1.2.2 Đặc điểm địa tầng

Địa tầng khu vực có tuổi T3n-r, phía Bắc có quan hệ bất chỉnh hợp kiến tạo nên địa tầng có tuổi Đêvôn Phần sâu của khu mỏ phủ bất chỉnh hợp lên địa tầng Bắc Sơn tuổi C-P và trên cùng là trầm tích Đệ tứ Địa tầng khu vực có tới 35 vỉa than, các vỉa than có cấu tạo từ phức tạp đến rất phức tạp, chiều dày thay đổi từ mỏng đến dày trung bình và dày Vỉa 15 thuộc tập thứ hai của Phụ Điệp giữa

1.1.2.3 Đặc điểm kiến tạo

Vỉa 15 khu III có đặc điểm kiến tạo rất phức tạp, trong giới hạn khai trường

- Đứt gãy F3: là đứt gãy nghịch, hướng cắm Đông - Đông Bắc, góc dốc mặt trượt từ 70 750, chiều rộng đới phá hủy từ 5  10 m, cự ly dịch chuyển hai cánh theo mặt trượt từ 40  70 m

1.1.2.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình

- Đặc điểm địa chất thuỷ văn: Trong giới hạn khu vực lò chợ phần địa hình nguyên thủy chỉ tồn tại ở phía Bắc khai trường và có xu hướng thấp dần theo hướng Bắc nên nước mưa dễ dàng thoát xuống các khe suối xung quanh

Nước dưới đất trong khu vực được chia thành hai tầng chứa nước là tầng chứa

nước trong trầm tích đệ tứ và tầng chứa nước trong trầm tích chứa than Tầng chứa nước trong trầm tích đệ tứ có trữ lượng ít không ảnh hưởng đến công tác khai thác Tầng chứa nước trong trầm tích chứa than chủ yếu nằm trong khe nứt của đá, các loại

đá có khả năng chứa nước gồm cuội kết, sạn kết và cát kết Nguồn cung cấp cho nước dưới đất là nước mưa Thành phần hoá học của nước ngầm là Bicacbonatclorua

- Đặc điểm địa chất công trình: Nham thạch trong trầm tích chứa than bao

gồm các loại đá sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết và than nằm xen kẽ nhau theo đặc

điểm trầm tích nhịp Các chỉ tiêu cơ lý của nham thạch thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Tính chất cơ lý của các loại nham thạch trong địa tầng khu mỏ

Cát kết: Phân bố rộng khắp trong khu mỏ, đá có màu xám tro đến xám sáng, thành phần chủ yếu là silic, độ hạt từ mịn đến thô Cùng với sạn kết cát kết cũng là loại nham thạch bền vững

Bột kết: Phân bố rộng khắp trong khu mỏ, đá có màu xám đen, thành phần là cát sét hạt nhỏ, thường hay gặp ở vách và trụ trực tiếp của vỉa than

Sét kết: Phân bố trong diện nhỏ hẹp, nham thạch có màu xám đen, cấu tạo phân lớp mỏng đôi chỗ vi lớp, chiều dày không ổn định thay đổi từ một vài phân đến 3,4 m

1.1.2.5 Đặc điểm vỉa than

Vỉa 15 phân bố ở các diện không lớn dọc trung tâm khu mỏ, diện tích khoảng 2,5km2, nằm dưới và cách vỉa 16 từ 32.0m  42.0m, trung bình 37.0m Chiều dày

toàn vỉa thay đổi từ 0,41m (LK2321)  6,97m (LK2330), trung bình 1,77m Chiều dày riêng than thay đổi từ 0, 41 đến 6,31m (LK2330), trung bình 1,74m Vỉa có cấu tạo đơn giản, thường chứa 1 lớp đá kẹp, chiều dày đá kẹp thay đổi từ 0,00m  0,66m (LK2330), trung bình 0,03m Độ dốc vỉa thay đổi từ 5o  55o, trung bình 30o

Vỉa 15 khu III có diện phân bố hẹp và thuộc phần cách nâng của đứt gãy F.3 Theo phương, vỉa phân bố từ phay F.3 đến phay F.14, theo hướng dốc vỉa phân bố từ mức +10 trở xuống Chiều dày vỉa thay đổi từ 1,2  2,1m, trung bình 1,6 m; góc dốc vỉa thay đổi từ 40  550, trung bình 480, thuộc loại vỉa mỏng đến trung bình, dốc nghiêng

1.2 Phân tích, đánh giá điều kiện địa chất mỏ và tính chất đá vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh

- Tài liệu cập nhật thành lò của các đường lò trong khu vực vỉa 15 Khu III do Công ty than Quang Hanh cung cấp

1.2.2 Phương pháp đánh giá:

Phương pháp đánh giá được lựa chọn là phương pháp tổng hợp trữ lượng than

và đặc điểm các yếu tố điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ Các thông số đánh giá bao gồm:

- Chiều dày vỉa, chiều dày riêng than bao gồm: mmin, mmax và mtb

mtb =

n

m

n i

1 1

2

tb

n n

tb i

m

m m



1



i là góc dốc vỉa tại điểm i

Các giá trị i được xác định thông qua các công trình thăm dò và qua các

đường đồng đẳng trụ của vỉa trên bình đồ tính trữ lượng

- Hệ số biến động góc dốc V = 100 %

) (

1 1

2

tb

n n

tb i

4 tính chất đặc trưng là cơ bản của là: Tính ổn định, tính chất sập đổ, tính tải trọng

và tính điều khiển Các tính chất đánh giá phân loại được trình bày tại bảng 1.2

- Tính ổn định của đá vách: Là khả năng tồn tại của các lớp đá vách nằm ở phía dưới cùng của phần vách trực tiếp, không bị sập đổ xuống khoảng không gian

chưa được chống giữ của lò chợ Tính ổn định được đặc trưng bởi diện tích lộ trần và khoảng thời gian tồn tại của nó sau khi khấu than Theo tính ổn định, đá vách được phân ra 4 loại: vách rất không ổn định, vách không ổn định, vách ổn định trung bình, vách ổn định

- Tính sập đổ của đá vách: Biểu thị khả năng sập đổ của vách Tính sập đổ

được đặc trưng bởi bước sập đổ và kích thước khối đổ của lớp đá vách sau vùng khai thác Theo tính sập đổ được chia ra các loại vách: rất dễ sập đổ, dễ sập đổ, sập đổ trung bình, khó sập đổ, rất khó sập đổ Đánh giá tính sập đổ của đá vách dựa trên cơ

sở xem xét đặc điểm sập đổ vách, dựa vào độ bền, sự phân lớp và nứt nẻ của đá và một số yếu tố khác

- Tính chất tải trọng của đá vách: Là tải trọng của đá vách tác động lên cột chống, được quy ước với chiều dày của đá vách bằng 10 lần chiều dày khấu của vỉa than Tính chất tải trọng của đá vách phụ thuộc vào sự phân bố, sắp xếp và tính chất của các lớp nham thạch vách (trong khoảng chiều cao đó) và chiều dày khấu Đánh giá tính chất tải trọng của đá vách dựa vào tỷ số chiều dày của lớp đá vách trực tiếp thuộc loại dễ sập đổ đến sập đổ trung bình (h) và chiều cao khai thác vỉa than (m)

Có 3 loại vách theo tính chất tải trọng:

+ Vách nhẹ: h/m  (6  7) Vách sập đổ ngay sau khi dịch chuyển vì chống, chiều dài vách treo không lớn hơn 2,0 m, không hình thành chu kỳ hạ vách

+ Vách trung bình: (3  4 )  h/m < (6  7) Vách sập đổ với chiều dài bị treo

đá vách Theo tính điều khiển của đá vách được chia ra 3 loại:

+ Vách dễ điều khiển: Vách được cấu tạo bởi các tập lớp dễ sập đổ, với chiều dày lớn không chịu ảnh hưởng của sự hạ vách cơ bản, phía dưới vách không có các lớp kém ổn định

+ Vách điều khiển trung bình: Vách được cấu tạo bởi các tập lớp có độ ổn

định trung bình Vách không chịu ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không lớn của sự hạ vách cơ bản

+ Vách khó điều khiển: gồm các loại vách không ổn định, rất dễ sập đổ hoặc vách nặng, khó sập đổ

Chiều dày phân lớp

Dạng vách

Điều kiện kỹ thuật mỏ

Dạng vách

Điều kiện kỹ thuật mỏ

chiều dài gương khấu, ổn định trong thời gian lớn hơn 2 giờ

Rất khó sập đổ

và khó sập đổ

0,2  0,5 m

ổn

định trung bình

Trần lộ với diện tích khoảng 10

định trong thời gian từ 30 phút

đến 2 giờ

Sập đổ trung bình

< 0,2

m

Rất không

Rất dễ sập đổ

đứt gãy F3A đến ranh giới phía Đông của mỏ (Đứt gãy F3)

1.2.4 Kết quả đánh giá:

Kết quả đánh giá điều kiện địa chất các lò chợ vỉa 15 khu III -100  -7, Khoáng sàng Ngã Hai - Than Quang Hanh trình bày tại các bảng 1.3  1.6

Bảng 1.3: Tổng hợp chiều dày, góc dốc vỉa qua các công trình

Bảng 1.4: Thống kê đặc điểm cấu tạo đá vách qua các công trình

Bảng 1.6: Tổng hợp điều kiện địa chất khu vực đánh giá

đường phương và hướng dốc với chiều dày từ 3,0  12 m, trung bình 7,1 m Lớp bột kết sát vỉa có màu xám đen phân lớp trung bình đến dày, tiếp đến là lớp bột kết màu xám phân lớp trung bình từ 10  36

TT Yếu tố đánh giá Đơn vị Kết quả đánh giá

- Trụ trực tiếp Trụ trực tiếp là lớp bột kết có chiều dày từ

2,0  20 m trung bình 5,8 m

*Đánh giá, phân loại đá vách vỉa 15 khu III - Quang Hanh:

- Tính ổn định: Đối chiếu đặc điểm cấu tạo đá vách vỉa 15 khu III với bảng phân loại của VNIMI cho thấy, đá vách trực tiếp vỉa 15 khu III là lớp bột kết phân phân bố đều theo cả đường phương và hướng dốc với chiều dày từ 3,012m, trung bình 7,1m Trong đó, lớp bột kết sát vỉa có màu xám đen phân lớp chiều dày đến 0,5m, tiếp đến là lớp bột kết màu xám phân lớp trung bình từ 10  36cm thuộc miền phân lớp từ 0,2 0,5m Cường độ kháng nén của đá vách trung bình n = 57,6 MPa

 60MPa Ngoài ra, trong quá trình khai thác lò chợ ở các khu vực có điều kiện cấu tạo vách kèm bền vững hơn, đá vách lò chợ cho phép khoảng lộ trần lên tới 10  15m2 trong thời gian từ 1  2 giờ Như vậy, với các đặc điểm đá vách các lò chợ vỉa

15 khu III như trên khi đối chiếu với bảng phân loại tính ổn định của VNIMI có thể xếp vách trực tiếp vỉa 15 khu III- Quang Hanh thuộc vào loại vách ổn định trung bình đến ổn định

- Tính sập đổ: Với đặc điểm cấu tạo đá vách vỉa 15 khu III như trên, bước gãy thường kỳ của vách vỉa 15 khu III-Quang Hanh theo tính toán sẽ có khẩu độ là từ 6,4  10,3m thuộc ngưỡng sập đổ từ 6  12m Kết quả tính toán này cho thấy, khẩu độ sập đổ thường kỳ của đá vách trực tiếp vỉa 15 khu III lớn hơn so với bước sập đổ thực tế trong quá trình khai thác tại một số lò chợ của vỉa 15 khu I, điều đó chứng tỏ rằng đá vách vỉa 15 khu III bền vững hơn so với các diện lò chợ tại các khu vực khác của vỉa 15 Kết quả tính toán cũng cho thấy, khẩu độ sập đổ đá vách vỉa 15 khu III cũng dao động trong một khoảng lớn và khẩu độ sập đổ của đá vách theo giá trị tính toán này chưa xét đến yếu tố nứt nẻ của khối đá vách của khu vực Tuy nhiên, căn cứ vào đặc điểm cấu tạo đá vách, tính toán bước sập đổ đá vách khi đối chiếu với bảng phân loại tính sập đổ

của VNIMI có thể xếp loại tính sập đổ đá vách vỉa 15 khu III thuộc loại sập đổ trung bình đến khó sập đổ

Bảng 1.7: Tính toán khẩu độ sập đổ của đá vách vỉa 15 khu III- Công ty than

Quang Hanh

STT

ứng suất uốn tức thời

vách trực

tiếp, kg/cm2

Chiều dày vách trực tiếp nhỏ nhất, cm

Dung trọng vách trực tiếp, tt, kg/cm3

Dung trọng của vách cơ

bản, tt, kg/cm3

Góc dốc vỉa than

Bước sập thường

kỳ của vách trực tiếp L1, (m)

dò chính gồm: T.IIIa (02 lỗ); T.IV (04 lỗ khoan) và T.IVa (04 lỗ khoan) Kết quả miêu tả đặc điểm cấu tạo vỉa, chiều dày đá vách trực tiếp, đá vách cơ bản vỉa 15 khu III- Quang Hanh được thể hiện trên bảng 1.8

Bảng 1.8: Đặc điểm tải trọng đá vách vỉa 15 khu III- Công ty than Quang

Chiều dày khấu,

mk(m)

Chiều dày tập

đá trực tiếp, hcb(m)

Tỉ số

htt/mk

Đặc điểm vách theo tính tải trọng

Vách nhẹ

Vách trung bình

Vách nặng

- Tính điều khiển: Tổng hợp tính chất ổn định, tính sập đổ và tính tải trọng

đá vách vỉa 15 khu III- Quang Hanh cho thấy, đá vách trực tiếp thuộc loại ổn định trung bình đến ổn định, có tính chất tải trọng thuộc loại trung bình đến vách nặng Vách có cấu tạo từ các lớp đá thuộc loại bền vững trung bình đến bền vững Vách cơ bản là lớp cát kết hạt mịn đến thô đôi chỗ là sạn kết, cuội kết tạo thành tập đá ổn

định, sập đổ trung bình đến khó sập đổ Như vậy, đá vách vỉa 15 khu III- Công ty than Quang Hanh thuộc loại vào loại khó điều khiển

Kết quả phân tích, đánh giá phân loại vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh cho thấy, đá vách trực tiếp của các vỉa 15 khu III có đặc điểm cấu tạo không theo tính chất nhịp điển hình đặc trưng của vùng than Quảng Ninh với lớp đá vách trực tiếp là bột kết phân lớp mỏng đến trung bình tương đối bền vững Đá vách cơ bản là lớp cát kết hạt mịn đến thô đôi chỗ là sạn kết, cuội kết tạo thành tập đá bền vững có chiều dày từ 5,3  22m trung bình 12,8m, thuộc loại sập đổ trung bình đến khó sập đổ, tải trọng trung bình đến nặng và thuộc loại vách khó điều khiển

Từ đặc điểm đá vách của các vỉa than cho thấy, để khai thác an toàn và hiệu quả các vỉa than cần lựa chọn giải pháp khai thác và điều khiển đá vách phù hợp với tính chất ổn định, cơ chế biến dạng sập đổ của vách

1.3 Đánh giá HIỆN TRẠNG công nghệ KHAI THáC TẠI VỈA 15 - CôNG

TY THAN QUANG HANH

1.3.1 Hiện trạng công nghệ khai thác

Vỉa 15- Khoáng sàng Ngã Hai - Công ty than Quang Hanh thuộc loại vỉa mỏng đến dày trung bình, dốc thoải đến dốc nghiêng Vỉa có cấu tạo đơn giản, thường chứa 01 lớp đá kẹp, chiều dày đá kẹp thay đổi từ 0,00m  0,66m, trung bình 0,03m Để khai thác phần trữ lượng của vỉa than 15 khoáng sàng Ngã Hai, trong những năm qua, Công ty than Quang Hanh đã áp dụng trong thực tế sản xuất các loại hình công nghệ chính như sau:

Đối với các khu vực vỉa than có chiều dày trung bình, góc dốc thoải đến dốc nghiêng điều kiện đá vách dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, Công ty đã áp dụng sơ

đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn- xà khớp hoặc bằng giá thủy lực di động, điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hỏa toàn phần Đặc điểm sơ đồ công nghệ như sau:

- Công tác chuẩn bị: Khu vực khai thác áp dụng được chuẩn bị theo hệ thống khai thác cột dài theo phương gồm: Đào lò dọc vỉa vận tải, lò dọc vỉa thông gió từ trung tâm ra biên giới khu khai thác, tại biên giới tiến hành đào lò cắt ban đầu (lò thượng khởi điểm) để lắp đặt thiết bị lò chợ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu than bằng

khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động

- Công tác khai thác: Lò chợ được chống giữ bằng giá thủy lực di động loại XDY Hộ chiếu chống giữ lò chợ có chiều rộng tối đa 3,060 m, tối thiểu 2,260 m Khoảng cách các vì chống theo độ dốc 1,0 m, chèn lò bằng lưới thép Công tác khai thác được thực hiện bằng khoan nổ mìn, tiến độ luồng khấu 0,8m Các công việc trong một chu kỳ khai thác được tiến hành như sau: Lò chợ được chia ra thành các

đoạn khấu, mỗi đoạn có chiều dài nhỏ hơn 8m tương đương 8 giá chống (chiều dài mỗi đoạn khấu tùy thuộc tính chất của lớp than nóc lò chợ Than cứng chiều dài mỗi

đoạn khấu lớn, than nóc mềm chiều dài mỗi đoạn khấu nhỏ hơn) Sau khi khoan nổ mìn khấu gương, sửa gương, nóc lò thực hiện công tác trải lưới, đẩy dầm tiến gương chống tạm giữ nóc (công việc được tiến hành từ trên xuống theo chiều dốc lò chợ của mỗi đoạn) Sau đó, tiến hành tải than hạ nền lò chợ và đào lỗ chân cột để di chuyển giá chống Việc di chuyển được tiến hành từ dưới lên trên ở mỗi đoạn lò chợ Đầu tiên kiểm tra, bơm chất tải bổ sung cho các cột của vế xà làm trụ (vế xà phải theo hướng tiến gương) Sau đó rút dầm tiến gương của vế xà trái, dỡ tải các cột

chống thuỷ lực của vế xà đó đồng thời di chuyển về xà trái theo tiến độ Sau khi tới

vị trí dịch chuyển (theo hộ chiếu), chất tải cho các cột chống thuỷ lực của vế xà vừa chuyển Sau khi di chuyển xong vế xà bên trái, tiến hành di chuyển xà bên phải Việc di chuyển được tiến hành tương tự như đối với xà bên trái Sau khi hoàn tất công việc di chuyển một giá thuỷ lực tiến hành di chuyển giá thuỷ lực tiếp theo, công việc tiến hành cho đến khi hết phân đoạn lò chợ cần di chuyển Sau khi di chuyển xong giá chống, tiến hành công tác di chuyển máng trượt (hoặc máng cào, kết thúc công tác di chuyển máng hoàn thành một chu kỳ khai thác (khấu, chống, thu hồi) Chu kỳ tiếp theo được tiến hành các công việc tương tự

- Công tác điều khiển đá vách: Việc điều khiển đá vách trong sơ đồ công nghệ được thực hiện bằng phá hỏa toàn phần, lò chợ sau khi hoàn thiện khấu gương

và di chuyển vì chống, Do đá vách có độ bền vững không lớn nên sau khi di chuyển vì chống sang luồng mới, đá vách tự sập đổ phía sau lò chợ

Công nghệ khai thác đã được áp dụng tại 02 diện lò chợ khai thác bao gồm:

01 lò chợ vỉa 15 mức +0  -50 và 01 lò chợ mức -50-100 khu I Các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật đạt được trong quá trình áp dụng công nghệ khai thác được trình bày tại bảng 1.9

Bảng 1.9: Tổng hợp một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được trong quá trình

áp dụng công nghệ tại Công ty than Quang Hanh

6 Sản lượng khai thác lò chợ một tháng 1000 T 6  8

10 Chi phí gỗ cho 1000T than m3 13

Phần trữ lượng các lò chợ tại vỉa 15 khu III có đá vách cứng và vỉa than có góc vỉa lớn, do chưa lựa chọn được công nghệ khai thác phù hợp nên hiện tại để khai thác phần trữ lượng này, Công ty đã áp dụng công nghệ lò dọc vỉa phân tầng và đào

lò lấy than để khai thác Công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng đã được Công ty triển khai áp dụng tại lò chợ mức -50  -7 cánh Tây vỉa 15 khu III vào năm 2010 Đặc

điểm sơ đồ công nghệ như sau:

- Công tác chuẩn bị, khai thác: Theo sơ đồ công nghệ này, khu vực khai thác

được chia thành các cột khai thác với chiều dài theo phương của cột từ 60  80m Trong mỗi cột tiến hành đào các lò dọc vỉa phân tầng với chiều cao mỗi phân tầng từ 6  7 m Công tác khai thác được tiến hành lần lượt từng phân tầng từ trên xuống dưới theo chiều dốc vỉa.Tại mỗi phân tầng được thực hiện khoan nổ mìn và thu hồi than nóc của lò dọc vỉa Chống giữ tăng cường cho gương khai thác giá thủy lực di động

- Công tác vận tải, thông gió thoát nước: Than khai thác từ các lò dọc vỉa

được vận tải bằng máng cào xuống lò thượng vận tải của cột và đưa xuống lò dọc vỉa vận tải, tại đây được vận tải bằng goòng theo các đường lò vận tải ra ngoài mặt bằng Thông gió cho gương khai thác được thực hiện bằng quạt gió cục bộ và ống gió vải, thoát nước trong quá trình khai thác bằng tự chảy

A

>20m

Lò dọc vỉa phân tầng Thượng thông gió - vận tải

Lò dọc vỉa phân tầng

Mặt cắt A-A

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu than bằng

khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động

Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản đạt được của công nghệ khai thác như sau: Công suất khai thác một phân tầng 15.000  20.000 T/năm; năng suất lao động 2,5 T/người.ca; chi phí mét lò chuẩn bị 35  40 m/1000T; tổn thất than 35  45 %

Ưu điểm: Đầu tư ban đầu thấp, áp dụng linh hoạt trong các điều kiện địa chất phức tạp, mức độ an toàn lao động cao

Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của công nghệ là chi phí mét lò chuẩn lớn, các hệ thống thông gió, thoát nước và vận tải phức tạp, hệ số tổn thất than cao

Đối với công nghệ đào lò lấy than, công nghệ đã được công ty than Quang Hanh đã triển khai áp dụng để khai thác phần trữ lượng trên mức -7  + 0 vỉa 15 khu III Đặc điểm sơ đồ công nghệ như sau:

- Công tác chuẩn bị, khai thác: Theo chiều dốc khu khai thác được chia thành các tầng bằng các lò dọc vỉa mức đào trong than Các đường lò dọc vỉa mức

được nối thông với nhau bằng các đường lò thượng để chia khu vực thành các khoảnh khai thác theo phương với chiều rộng khoảnh từ 70  80m Trong mỗi khoảnh, tầng khai thác được chia thành các phân tầng khai thác bằng các đường lò song song với chiều cao phân tầng thay đổi từ 10  16m Để tạo diện khai thác lò chợ, từ các đường lò song song tiến hành đào các thượng khai thác bám trụ với góc dốc thay đổi từ 30  350 Các lò thượng khai thác dừng đào khi khoảng cách từ gương tới đường lò song song phía trên nằm trong khoảng từ 4  6m Số lượng thượng khai thác được duy trì đồng thời trên một đường lò song song tối đa là 3 thượng, trong đó 01 thượng đang khai thác, 01 thượng đã chuẩn bị xong và 01 thượng đang tiến hành đào (tính theo hướng từ phía đã khai thác ra phía ngã ba điểm

mở lò song song Khoảng cách giữa tâm hai thượng liền kề từ 4  6m Trong thực tế khai thác tại khu vực, do công nghệ được áp dụng khai thác ở phần trữ lượng từ mức -7  +0 nên công tác chuẩn bị được thực hiện bằng cách đào trực tiếp các lò thượng khai thác với góc dốc 30  350 từ lò dọc vỉa mức -7 lên mức +0, khoảng cách các thượng khai thác liền kề là 4  6m

Công tác khai thác: Sản lượng khai thác từ công nghệ này chính là phần than thu được từ đào các đường lò phân tầng và các thượng khai thác Do đó, công tác khai thác thác thực chất là công tác đào lò

- Công tác vận tải, thông gió, thoát nước: Than khai thác từ các thượng khai thác được vận tải bằng máng trượt trên thượng đổ xuống máng cào hoặc xe goòng trên lò dọc vỉa phân tầng, sau đó được vận chuyển thông qua tuyến vận tải ra tuyến vận tải chung của khu vực Thông gió cho quá trình đào lò lấy than được thực hiện theo phương pháp thông gió đẩy bằng quạt gió cục bộ và ống gió vải Công tác thoát nước được thực hiện bằng phương pháp tự chảy

- Công tác điều khiển đá vách: Công tác khai thác là đào lò lấy than nên, các lò thượng lấy than được đào cách nhau từ 4 6m, chiều rộng thân lò là 3m , phần trụ than bảo vệ giữa các lò là 1,5  3m và vì vậy việc điều khiển đá vách trong sơ đồ công nghệ khai thác này là giữ đá vách trên các trụ bảo vệ có chiều rộng từ 1,53m giữa các đường lò thượng khai thác

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của công nghệ khai thác áp dụng xem bảng 1.10

Bảng 1.10: Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của công nghệ đào lò lấy than

tại vỉa 15 khu III- Quang Hanh

1.3.2 Đánh giá hiện trạng công nghệ khai thác tại vỉa 15 - Công ty than Quang Hanh

Nhìn chung cho thấy, đối với điều kiện các vỉa than có chiều dày trung bình, dốc thoải đến nghiêng đá vách vỉa thuộc loại dễ sập đổ đến sập đổ trung bình, sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần chống giữ lò chợ bằng giá thủy lực di động đã áp dụng là phù hợp với điều kiện địa chất mỏ và giải pháp điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần là đảm bảo việc giữ ổn định không gian lò chợ và khả năng chống giữ của giá thủy lực di

động Thực tế khai thác cho thấy, không có vấn đề gì lớn xảy ra trong suốt quá trình khai thác và điều khiển đá vách lò chợ Công tác khai thác được tiến hành ổn định

và an toàn Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được trong quá trình áp dụng công nghệ

là tương đối phù hợp với điều kiện của vỉa than và công nghệ áp dụng Song đối với khu vực có đá vách bền vững khó sập đổ, do chưa lựa chọn được công nghệ khai thác phù hợp nên hiện tại với các diện sản xuất tại khu III vỉa 15, Công ty than Quang Hanh đã áp dụng công nghệ đào lò lấy than để khai thác Ưu điểm của sơ đồ công nghệ khai thác này là có đầu tư ban đầu thấp, có khả năng áp dụng linh hoạt trong các điều kiện mỏ địa chất phức tạp Song nhược điểm lớn nhất của công nghệ

là chi phí mét lò chuẩn bị lớn lên tới 120  125m/1000 tấn Đặc biệt là do vỉa than

có chiều dày mỏng (chiều dày vỉa từ 1,2  2,0m), việc đào các lò dọc vỉa phân tầng phải xén đá nhiều nên chi phí cho công tác đào các đường lò tăng cao, tốc độ đào các đường lò chậm Đối với công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng, trong quá trình bắn rút ở mỗi phân tầng do chiều dài mỗi dải khấu ngắn, sau mỗi chu kỳ phải cắt chuyển máng cào nên năng suất và công suất lò chợ không cao Khi tăng chiều cao các phân tầng khai thác, do chiều dày vỉa than không lớn nên hiệu quả phá nổ thấp, chi phí thuốc nổ lớn Ngoài ra, phần than phá ra tại các buồng nằm sâu phía sau cửa thu hồi không lấy được gây nên tổn thất than lớn

1.4 Kết luận

Dựa trên các tài liệu cơ sở, luận văn đã tiến hành tổng hợp điều kiện địa chất

mỏ và đánh giá, phân loại đá vách các vỉa than vỉa 15 khu III Kết quả tổng hợp và

đánh giá điều kiện địa chất và tính chất đá vách vỉa 15 khu III - Công ty than Quang Hanh cho thấy, vỉa than thuộc loại vỉa dày trung bình, dốc nghiêng, lớp đá vách trực tiếp sát trên than là bột kết phân lớp mỏng đến trung bình, phân bố đều theo cả

đường phương và hướng dốc với chiều dày từ 3,0  12 m, trung bình 7,1m thuộc loại bền vững trung bình đến bền vững Vách cơ bản là lớp cát kết hạt mịn đến thô đôi chỗ là sạn kết, cuội kết tạo thành tập đá bền vững có chiều dày từ 5,3  22m, trung bình 12,8 m Vách thuộc loại bền vững, khó sập đổ và thuộc loại vách khó điều khiển Đặc điểm của đá vách vỉa 15 khu III như trên cho thấy, cần phải nghiên cứu

để lựa chọn giải pháp khai thác và điều khiển đá vách phù hợp nhằm khai thác hiệu quả và an toàn phần trữ lượng thuộc vỉa 15 khu III- Công ty than Quang Hanh

Chương 2: các giải pháp điều khiển vách khó sập đổ khi khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc lớn

trên thế giới và vùng quảng ninh

ơ2.1 Các giải pháp điều khiển vách khó sập đổ khi khai thác CáC VỉA than dày trung bình, dốc lớn trên thế giới

Điều khiển đá vách trong các lò chợ nhằm duy trì độ ổn định đất đá vách

ở nóc lò chợ trong khoảng không gian cần thiết để thực hiện an toàn và hiệu quả việc khai thác than (chống giữ luồng gương) và điều khiển đá vách trên khoảng trống đã khai thác sau các luồng gương sao cho sự phá hủy của khối đá mỏ ở nóc

lò không làm ảnh hưởng tới trạng thái ổn định của lò chợ, đảm bảo khoảng không gian cần thiết để công nhân làm việc thuận lợi và an toàn Đây một công đoạn phức tạp, đòi hỏi chi phí lao động lớn và tốn kém trong dây chuyền công nghệ khai thác than ở các mỏ hầm lò

Để khai thác hiệu quả và an toàn các vỉa than có đá vách bền vững khó sập

đổ, tại một số nước trên thế giới đã sử dụng các phương pháp điều khiển vách khác nhau phù hợp với từng điều kiện vỉa như chèn lò, phá hỏa hoặc hạ từ từ đá vách Điều khiển vách khó sập đổ bằng chèn lò đảm bảo tính an toàn cao song có chi phí tính cho 1 tấn than khai thác lớn, điều khiển đá vách hạ từ từ chỉ phù hợp với đá vách có khả năng hạ võng mà không bị phí hủy đáng kể và chỉ sử dụng ở các vỉa có chiều dày không quá 1 m nên thực tế các phương pháp này ít được áp dụng Chính vì vậy, việc điều khiển đá vách khó sập đổ vẫn được thực hiện chủ yếu theo hướng phá hỏa nhưng với rất nhiều giải pháp khác nhau, tựu chung lại

có thể thấy, các giải pháp này được tiến hành theo hai hướng chính: Hướng thứ nhất là sử dụng các giải pháp và phương tiện tác động trực tiếp vào khối đá vách khó sập đổ để đưa đá vách về trạng thái dễ sập đổ hoặc sập đổ trung bình, sau đó công tác khai thác được tiến hành theo sơ đồ công nghệ thông thường với phương pháp điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần Hướng thứ hai là sử dụng giải pháp gián tiếp nhằm giảm tải tác động của khối đá vách khó sập đổ đến luồng gương khai thác

2.1.1 Điều khiển đá vách bền vững khó sập đổ bằng các giải pháp làm yếu đá

để đưa đá vách về trạng thái dễ sập đổ hoặc sập đổ trung bình

Điều khiển đá vách khó sập đổ bằng các giải pháp tác động trực tiếp vào khối

đá vách khó sập đổ để đưa đá vách về trạng thái dễ sập đổ hoặc sập đổ trung bình

được áp dụng phổ biến tại các nước có nền công nghiệp than phát triển trên thế giới,

đặc biệt các mỏ hầm lò vùng Donbass hay mỏ Molodogvardenskaya vùng than Krasnougol-Liên Xô (cũ)

Bản chất của phương pháp điều khiển đá vách khó sập đổ bằng các giải pháp tác động trực tiếp là làm giảm các tính chất bền vững cơ - lý của khối đá vách để

đưa chúng về trạng thái dễ phá hủy hoặc giảm kích thước khi sập đổ cũng như thay

đổi đặc tính phá huỷ của đá vách vỉa trong khoảng không đã khai thác đảm bảo áp dụng được các giải pháp chống giữ, điều khiển vách sập đổ toàn phần Các giải pháp

và phương tiện được sử dụng trong phương pháp như: tiến hành khoan lỗ khoan các

lỗ khoan dài phía trước gương khai thác từ các đường lò chuẩn bị của vỉa khai thác hoặc từ các vỉa lân cận hoặc từ không gian phía trên vỉa Sau đó làm giảm chất bền vững cơ lý - đá của đá vách bằng nạp nổ mìn om hoặc bơm hóa chất có như chất trương nở với áp suất cao làm tăng độ nứt nẻ cũng như khả năng tách lớp của các lớp

đá vách vỉa hoặc sử dụng giải pháp đào các lò thượng vách phía trước để làm yếu sơ

bộ đá vách vỉa Sơ đồ công nghệ sử dụng khoan nổ mìn phía trước gương làm giảm tính chất bền vững của đá vách thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1: Sử dụng khoan nổ mìn phía trước gương làm giảm tính chất

mặt cắt A - A

Ưu điểm của phương pháp này là bảo đảm khả năng loại trừ sập đổ vách đột ngột và sập đổ vách với cường độ lường trước, cho phép sử dụng các loại vì chống với tham số bình thường chế tạo sẵn Nhược điểm cơ bản của phương là phải đầu tư trang thiết bị, công nghệ thực hiện phức tạp, chi phí thực hiện lớn

2.1.2 Điều khiển đá vách bền vững khó sập đổ bằng sử dụng giải pháp gián tiếp nhằm giảm tải tác động của khối đá vách khó sập đổ đến luồng gương khai thác

Sử dụng giải pháp gián tiếp nhằm giảm tải tác động của khối đá vách khó sập

đổ đến luồng gương khai thác như chế tạo các loại vì chống đặc biệt có khả năng cân bằng tải trọng do đất đá vách tác động lên vì chống hoặc giữ đá vách trong quá trình khai thác bằng các dải trụ than bảo vệ hoặc trụ bảo vệ nhân tạo hoặc bằng các dải than lưu tạm thời, v.v Một số giải pháp công nghệ đã được áp dụng phổ biến trên thế giới theo hướng này như sau:

2.1.2.1 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng cách giữ đá vách trên các trụ than bảo vệ

Tại một số nước trên thế giới như Nga, Trung Quốc, v.v khi khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc thoải đến dốc nghiêng có đá vách bền vững khó sập đổ, người ta đã áp dụng sơ đồ công nghệ khai thác với điều khiển đá vách bằng cách giữ

đá vách trên các dải trụ than bảo vệ

Bản chất công nghệ của giải pháp là tiến hành khai thác lò chợ cột dài theo phương Tuy nhiên để điều khiển đá vách phía sau gương khai thác sập đổ và tránh

ảnh hưởng của khối sập đổ với kích thước lớn gây áp lực động và tác động xấu đến gương khai thác, người ta tiến hành chia tầng khai thác thành các cột có chiều dài theo phương phụ thuộc vào bước gãy của vách cơ bản (chiều dài theo phương của cột khai thác < chiều dài bước gãy của vách cơ bản) Sau khi kết thúc khai thác mỗi cột để lại trụ than có chiều rộng từ 8  10 m Công tác khai thác được bắt đầu từ thượng khởi điểm của mỗi dải khấu đến giới hạn dừng của dải khấu, đối với mỗi dải khấu, sau khi khấu chống khai thác toàn bộ than trong phạm vi giới hạn của chiều dài theo phương của dải khấu tiến hành để lại trụ bảo vệ giữa các dải khấu với chiều rộng 35 (m) Tùy theo điều kiện địa chất, kỹ thuật công nghệ khấu than có thể tiến hành bằng khoan nổ mìn, chống giữ lò chợ bằng gỗ dạng thìu dọc hoặc bằng vì chống đơn bằng kim loại hoặc áp dụng cơ giới hóa khai thác Trong quá trình khai

thác, chống giữ trong buồng để lại các vì chống gỗ làm mục đích kiểm tra theo dõi tình trạng đá vách trong buồng Trong điều kiện đá vách cho phép, nhằm giảm tổn thất than đặc biệt khi khai thác các vỉa than có chất lượng tốt người ta đã tiến hành thay thế các trụ than bảo vệ giữa các dải khấu bằng các trụ bảo vệ nhân tạo Các trụ bảo vệ nhân tạo thay thế trụ than có thể được làm từ hàng cụm cột gỗ hoặc hàng cũi lợn gỗ Sơ đồ công nghệ khai thác và điều khiển đá vách bằng trụ than bảo vệ được trình bày trên hình 2.2

Ưu điểm của phương pháp điều khiển đá vách này là các công đoạn thực hiện khá thuận lợi, chống giữ đá vách luồng khấu trong mỗi dải khấu đơn giản, nhiều trường hợp không cần thiết phải chống giữ mà vẫn cho phép khai thác hiệu quả, an toàn trong điều kiện đá vách vỉa bền vững khó sập đổ Tuy nhiên nhược điểm cơ bản của giải pháp là phải để lại một phần than lớn để làm trụ bảo vệ gây lãng phí và tổn thất tài nguyên, ngoài ra do công tác chuẩn bị lớn nên hiệu quả sản xuất bị ảnh hưởng đáng kể

Ghi chú:

1 - Lò khởi điểm phía trước;

2 - Máng cào lò dọc vỉa;

3 - Cụm thiết bị điện;

4 - Trụ than bảo vệ giữa các dải khấu;

5 - Đá vách sập đổ ở dải khấu phía sau;

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống khai thác cột dài theo phương và điều kiển vách bằng

các dải trụ bảo vệ

2.1.2.2 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng, điều khiển đá vách bằng các dải than lưu

Sơ đồ công nghệ khai thác buồng theo hướng ngược chiều dốc vỉa, điều khiển

đá vách bằng các dải than lưu được áp dụng rộng rãi ở bể than Kuzơbat (Liên Xô cũ)

trong điều kiện vỉa dày trung bình trở lên, góc dốc trên 450 với đá vách thuộc loại sập đổ trung bình đến khó sập đổ

Buồng đang tháo Trụ bảo vệ

15 -18 m

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ khai thác buồng lưu than điều khiển đá vách bằng

trụ than bảo vệ và các dải than lưu

Để chuẩn bị một buồng khấu, từ lò dọc vỉa vận tải của tầng hay phân tầng

đào các họng sáo nối thông lò dọc vỉa vận tải với lò dọc vỉa thông gió (có thể sử dụng máy khoan đường kính lớn để hỗ trợ công tác đào lò) Chiều rộng của buồng

được chọn trong khoảng 10  15 m, tùy thuộc vào độ ổn định của đá vách và đá trụ

Than được tách phá bằng phương pháp khoan nổ mìn Công tác khoan nổ mìn

được thực hiện từ phía trên khối than lưu Sau mỗi đợt nổ mìn cần phải tháo bớt một lượng than nhất định, sao cho giữa gương buồng và khối than lưu có được một khoảng không gian cao chừng 1,5  2m Qua mỗi lần nổ mìn gương buồng dịch chuyển được 1  1,2 m theo chiều dốc Khoảng đá vách bị lộ sau mỗi đợt tháo than

được chống giữ bằng các vì chống neo Sau khi kết thúc việc khấu than trong phạm

vi một buồng chuyển sang khấu buồng tiếp theo bắt đầu tháo khối than lưu trong buồng đã khấu trước đó Trong sơ đồ công nghệ này, việc điều khiển đá vách được thực hiện nhờ vào trụ than bảo vệ giữa các buồng khấu và dài than lưu tạm thời trong buồng khai thác

Công nghệ khai thác buồng lưu than có các ưu điểm là chi phí vật liệu chống

lò tương đối thấp, năng suất lao động cao Nhược điểm của công nghệ là tổn thất than cao có thể lên tới 30  40%, gương than đòi hỏi phải có độ cứng tốt và khu vực khai thác không bị ảnh hưởng của nước

2.1.2.4 Điều khiển đá vách khó sập đổ trong sơ đồ công nghệ khai thác khấu than bằng máy cưa trong các dải khấu theo độ dốc

Tương tự như sơ đồ công nghệ buồng lưu than, công nghệ khai thác bằng máy cưa than trong các dải khấu theo độ dốc được áp dụng cho các vỉa than có chiều dày mỏng đến dày trung bình, góc dốc trên 450, đá vách vỉa thuộc loại bền vững, khó sập đổ và công tác điều khiển đá vách bền vững khó sập đổ cũng được thực hiện nhờ vào các trụ than bảo vệ Sơ đồ công nghệ này đã được áp dụng khá rộng rãi tại Liên Xô (cũ) và Trung Quốc

Theo sơ đồ công nghệ này, để chuẩn bị một một dải khấu, từ lò dọc vỉa vận tải của tầng hay phân tầng đào các lò thượng hoặc khoan các lỗ khoan

đường kính lớn nối thông lò dọc vỉa vận tải với lò dọc vỉa thông gió để hình thành các giải khấu theo độ dốc Độ bền vững đá vách là yếu tố cơ bản để xác

định chiều rộng dải khấu (dao động từ 4  15 m) và chiều rộng trụ bảo vệ giữa các dải khấu (từ 3  4 m) Than được tách phá bằng máy cưa dùng cáp kéo hoặc dùng xích và được thực hiện theo hướng dốc từ phía lò vận tải lên lò thông gió Than sau khi khi khấu tự trượt trên trụ vỉa xuống phía lò vận tải Gương khai thác không cần chống giữ

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ khai thác khấu than bằng máy cưa trong các dải theo độ dốc

Điểm khác biệt của sơ đồ công nghệ khai thác bằng máy cưa than với sơ

đồ công nghệ buồng lưu than là do công tác phá vỡ than tại gương được thực hiện bằng máy nên không cần người làm việc trong gương khai thác, vì thế sơ

đồ công nghệ này có tính an toàn cao, đặc biệt là trong các vỉa có nguy hiểm

về cú đấm mỏ và sập đổ đột ngột than và khí Ngoài ra sơ đồ công nghệ này cũng không đòi hỏi vốn đầu tư thiết bị khai thác lớn và các công đoạn sản xuất khá đơn giản Nhược điểm của công nghệ là yêu cầu vỉa phải ổn định về chiều dày, cũng như góc dốc, các chỉ tiêu công nghệ thường không ổn định theo thời

gian, tổn thất than cao, phức tạp trong công tác thông gió và chi phí mét lò thượng cắt dải khấu cao

2.1.2.5 Sơ đồ công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng kết hợp sử dụng lỗ khoan

đường kính lớn, nổ mìn trong các lỗ khoan dài

Sơ đồ công nghệ khai thác đã được áp dụng tại Liên Xô (cũ) trong điều kiện vỉa than có chiều dày mỏng đến dày trung bình, dốc nghiêng đến dốc đứng, mức độ biến động chiều dày và góc của vỉa từ ổn định trung bình trở lên Đá vách, đã trụ trực tiếp từ bền vững, ổn định trung bình trở lên

Theo sơ đồ công nghệ này, khu khai thác được chia thành các cột khai thác

có chiều dài theo phương từ 100  150 m Trong mỗi cột được chia thành các phân tầng, chiều cao mỗi phân tầng từ 20  40 m tuỳ theo tính chất của đá vách và mức

độ ổn định của vỉa than Công tác khai thác được tiến hành theo phương pháp khấu dật theo từng cột từ biên giới về trung tâm của khu khai thác Trong mỗi cột, khai thác lần lượt các phân tầng từ trên xuống dưới theo chiều dốc của vỉa Để khai thác trong mỗi phân tầng của cột, tiến hành khoan các lỗ khoan đường kính lớn (đường kính lỗ khoan khi khoan lên 500 mm và được doa xuống mở rộng 850 mm) cách nhau từ 8  12 m theo hướng khấu của lò dọc vỉa phân tầng Tại mỗi phân tầng, sau khi khoan xong hai lỗ khoan đường kính lớn và bắt đầu tiến hành khoan lỗ thứ ba mới được đưa phân tầng này vào khai thác Các lỗ tiếp theo được bố trí khoan sao cho đảm bảo việc khai thác ở phân tầng trên luôn có từ 1  2 lỗ khoan đường kính lớn đã khoan xong ở phía trước gương khai thác Công tác khai thác ở mỗi phân tầng

được tiến hành theo phương pháp khấu dật bằng việc khoan nổ mìn tháo than từ các dải khấu Chiều rộng các dải khấu theo phương cũng chính bằng khoảng cách giữa các lỗ khoan đường kính lớn, trong đó phá nổ với chiều dài 6  10 m và để lại 2 m làm trụ bảo vệ ngăn cách giữa các dải khấu Khai thác than trong mỗi dải khấu được tiến hành bằng việc khoan nổ mìn trong các lỗ khoan dài có đường kính 76 hoặc

100 mm Than phá nổ ở mỗi dải khấu được tháo qua phỗng xuống lò dọc vỉa phân tầng (phỗng tháo được bố trí ở vị trí của các lỗ khoan đường kính lớn đoạn tiếp giáp với lò dọc vỉa phân tầng) Trong quá trình tháo than ở dải khấu, thực hiện công tác khoan các lỗ khoan khai thác của dải khấu tiếp theo tiếp giáp với nó Khi khai thác xong phân tầng trên, tiến hành khai thác đến phân tầng dưới của cột khai thác theo