Vấn đề xác định áp lực lò chợ giới hóa khai thác vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng KS Vũ Trọng Hiệt Công ty Cổ phần Xi măng Xây dựng Quảng Nimh; ThS Hoàng Hùng Thắng, Đại học Công nghiệp Quảng Ninh ThS Bùi Đình Thanh, Công ty than Quang Hanh Vinacomin Tóm tắt: Vấn đề xác định áp lực mỏ vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng công nghệ khai thác cột dài theo h ớng dốcở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có đặc thù riêng Bài báo sâu nghiên cứu, tính toán áp lực mỏ thành lập chống giữ lò chợ giới hóa đới với vỉa mỏng, dầy trung bình dốc đứng công nghệ khai thác cột dài theo hớng dốc Đặt vấn đề Theo ỏnh giỏ tng hp điều kiện địa chất kỹ thuật trữ lượng vùng than Quảng Ninh có khoảng 3,6 tỷ tấn, trữ lượng than thuộc vỉa dốc đứng chiếm 30% Tại khoáng sàng than Mạo khê vỉa dốc đứng chiếm tỷ lệ đáng kể 47,5% trữ lượng, 49% vỉa dày trung bình Tại khoáng sàng than Vàng Danh vỉa dốc 45 ÷ 85 chiếm tới 38% trữ lượng mỏ Để khai thác vỉa than đốc đứng trước thường áp dụng cơng nghệ khai thác buồng – lị thượng, công nghệ khai thác giàn chống cứng Các hệ thống khai thác không hiệu kinh tế, mức độ an tồn khơng cao điều kiện địa chất phức tạp hệ thống giàn chống cứng không di chuyển gây an toàn xủ lý giàn nghiêng [1,4] Hiện vỉa than dốc đứng khai thác chủ yếu hai hệ thống: hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng cho vỉa dầy hệ thống khai thác dọc vỉa phân tầng cho vỉa mỏng đến dầy trung bình Cũng hệ thống khai thác buồng – lò thượng, giàn chống cứng, hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng hệ thống khai thác phá nổ phân tầng có mức độ giới hóa thấp, tiêu kinh tế - kỹ thuật chưa cao, việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác đảm bảo yêu cầu mặt kinh tế kỹ thuật để khai thác vỉa dốc đứng vùng than Quảng Ninh cần thiết Những năm gần đây, sử dụng giàn chống thủy lực tự hành máy khấu vào khai thác vỉa than mỏng đến dầy trung bình dốc đứng theo hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc [2,3] Có thể nói việc giới hóa khai thác than vỉa mỏng đến dầy trung bình theo hệ thống khai thác cột dài theo chiều dốc có thành cơng định Tuy theo quan điểm cá nhân tác giả cần quan tâm nghiên cứu số vấn đề sau: Vấn đề áp lực mỏ: Áp lực lị chợ nói chung, lị chợ vỉa dốc đứng nói riêng phụ thuộc vào yếu tố sản trạng vỉa, tính chất đất đá bao quanh vỉa công nghệ, thiết bị khai thác sử dụng Khi khai thác vỉa dốc, chiếu dầy vỉa mỏng đến dầy trung bình, áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo hướng dốc, sử dụng thiết bị bào than chống giữ lò chợ chống giới hóa, chất hình thức khai thác tương tự hệ thống khai thác dàn chống cứng Về nguyên tắc áp lực lò chợ chiều cao cột đá sập đổ sau không gian khai thác lực nén đá vách (và đá trụ vỉa dốc 90 ) trực tiếp (nếu không xét đến dịch chuyển đất đá vách trụ vỉa) Vì chống phải tính tốn cho đảm bảo chống khối đất đá sập lở sau lò chợ sức nén đá vách, đá trụ trực tiếp (khi vỉa dốc 90 ) 2.1 Áp lực mỏ khối đất đá phá hỏa phía sau lị chợ gây nên : Khi khai thác lộ vách, lộ trụ vỉa, đất đá vách, đất đá trụ vỉa bị sập đổ lấp đầy khoảng trống sau lò chợ Tổng chiều dầy vách, trụ sụp lở có chiều dầy từ ÷ 10 lần chiều dầy lớp khấu, đất đá sụp lở có dạng hạt, bở rời tn theo tính chất học mơi trường hạt Khối đá sập lở phân làm hai thành phần áp lực tiếp tuyến áp lực pháp tuyến Khi góc dốc vỉa α < 90 phát sinh áp lực pháp tuyến Áp lực pháp tuyến áp lực khối đất đá bở rời tác dụng theo phương vng góc với mặt phẳng đá trụ cịn áp lực tiếp tuyến áp lực có phương theo độ dốc vỉa Khi góc dốc vỉa α = 90 có áp lực tiếp tuyến tác dụng vào lị chợ Chính thành phần áp lực tiếp tuyến áp lực tác dụng vào chống lị chợ Áp lực đất đá phía sau lị chợ lên chống lị chợ tính theo công thức: γ m.( Sinα − f Cosα ) P= , (T/m ) f ξ Trong đó: γ- Tỷ trọng đất đá phá hỏa phía chống, T/m ; m- Chiều dầy vỉa, m; α- góc dốc vỉa, độ; f - Hệ số ma sát đất đá phá hỏa; ξ- Hệ số tính đến áp lực hơng Như vậy, áp lực đất đá phía sau lị chợ lên chống phụ thuộc: - γ- Tỷ trọng đất đá phá hỏa phía chống: Đất đá phá hỏa có nhiều thành phần đá vách, đá trụ (khi vỉa dốc 90 độ) than vỉa dầy để lại lớp than sát vách, cần xác định tỷ trọng đất đá phá hỏa phía chống cách khách quan - α- góc dốc vỉa: Khi góc dốc vỉa lớn đạt giá trị max = 90 áp lực lớn P = γ m (T/m2) f ξ -f - Hệ số ma sát đất đá phá hỏa: Khi cột đất đá phía chống bị sức hút trọng trường, đất đá có xu hướng tụt xuống phía gây nên áp lực Hệ số ma sát thực chất phát sinh hai khối đất đá trượt lên Khối đất đá ổn định (đứng yên tương đối) khối nằm giới hạn góc nội ma sát, khối đất đá trượt xuống khối gây lên áp lực mỏ Hai khối phát sinh lực ma sát có xu hướng cản trở dịch chuyển khối đất đá trượt xuống Do đất đá phá hỏa có nhiều thành phần đá vách, đá trụ (khi vỉa dốc 90 độ) than vỉa dầy để lại lớp than sát vách, xác định hệ số ma sát lĩnh vực khó khăn thường xác định thực nghiệm ξ- Hệ số tính đến áp lực hơng: hay cịn gọi hệ số đẩy ngang sinh khối đá vách đá trụ nén ép vào khối đất đá phá hỏa phía sau lị chợ Áp lực khối đất đá phía sau lò chợ tăng lên theo chiều dài lò chợ theo hướng dốc Khi chống phía gần với lị dọc vỉa thơng gió chiều cao cột đất đá phá hỏa chưa lớn, áp lực nhỏ Khi lò chợ dịch chuyển dần đến gần lò dọc vỉa vận tải, cột đất đá phá hỏa tăng dần chiều cao dẫn đến áp lực tăng Áp lực tăng đến giới hạn định dần ổn định, mức độ biến động không lớn lực ma sát đất đá triệt tiêu (cân bằng) với trọng lượng khối đất đá trượt Vì vậy, xác định áp lực lớn khối đất đá phá hỏa phía sau lị chợ gây nên lĩnh vực khó, từ tính tốn chiều dài lị chợ theo chiều dốc hợp lý để chống đủ khả chịu tải, đảm bảo an tồn cho lị chợ 2.2 Áp lực mỏ đá vách trực tiếp gây nên: Khi khai thác lộ đá vách, tác động lực hút trọng trường đá vách có xu hướng võng xuống sập đổ đạt giới hạn định Tại gương khai thác chống đỡ đá vách dàn chống thủy lực, áp lực đá vách tác dụng vào dàn chống theo phương pháp tuyến gây nên lực nén cột dàn Áp lực mỏ đá vách trực tiếp gây nên tác dụng vào giàn chống tính: Rmax h1 γ tt cos α ( Llc + Lsd ) a = + PR (Tấn) 2.Llc Trong đó: H - Chiều dầy lớp đá vách sập đổ, (m) H ≥ m (m); K −1 m- Chiều dầy lớp khấu m; K- Hệ số nở rời đá vách; γ tt - Trọng lượng thể tích đấ vách trực tiếp, T/m ; α- Góc dốc trung bình vỉa, độ; L lc - Chiều rộng lớn lò chợ, m; L sđ - Bước sập đổ đá vách trực tiếp, (m) LSD = H d σu , (m) 3.γ tt H H đ - Chiều dầy phân lớp vách trực tiếp, m; δ u - Giới hạn bền uốn đá vách trực tiếp, KG/cm ; a - Khoảng cách dàn chống, m; PR- Lực chống cần thiết ban đầu dàn chống, (T) PR= n.q.a2, (T) n- hệ số dự trữ; q- Tải trọng phân lớp đá vách trực tiếp dễ sập đổ, T/m ; Khi góc dốc α vỉa lớn, Cosα nhỏ đạt giá trị không α = 90 (vỉa dốc đứng) Trong thực tế tải trọng làm việc thiết kế giàn chống thường lớn, tải trọng đá vách để lực chọn dàn chống phù hợp Vấn đề chống giữ lò chợ: Lựa chọn chống lị chợ phù hợp sở áp lực mỏ tính tốn được, chống phải đủ khả chống đỡ áp lực khối đất đá phía sau lị chợ áp lực đá vách Hiện nước Đông Âu chế tạo đưa vào sử dụng loại tổ hợp thiết bị khai thác giới hóa sơ đồ hÖ thèng khai thác cột dài theo hướng dốc cho điều kiện vỉa mỏng đến dầy trung bình dc ng l 1ASHMG, 1ANSH v 2ANSH Sơ đồ hệ thống khai thác 2ANSH đợc thể hình Dưới tác dụng áp lực khối đất đá phía sau lị chợ gây nên nén ép vào giàn, giàn chống có xu hướng truợt theo trụ vỉa xuống gương lò chợ Áp lực nén dọc theo dầm xà, tỳ vào gương than Các dầm xà thường chế tạo có cường độ chịu nén lớn đủ độ bền nén độ bền uốn Để giàn chống ổn định khơng bị trượt xuống, ngồi việc xà dầm tỳ vào gương than cịn có tham gia lực ma sát đá trụ với dầm đá vách với xà Lực ma sát tính: F ms = F msv + F mst = k v R + k t R, (KN) Trong đó: F ms - Lực ma sát sinh có tác dụng chống lại tác dụng áp lực t ỏ phỏ ha, KN; SƠ Đồ CÔNG NGHệkhai thác (tỷ l ệ: 1/200) Trụthan bảo vệ Tấmchắn ngănđấtđá phá hỏa Hàng cột chốngngăncách Thang gỗ a Lò dọc vỉa t hông gió +30 Th ợ ngthônggió HC-LC - 2ANSH- Cột khai thác 630 Vìchốngtạm Cột chuẩn bịkhai thác 60.000 Cột đà khai t hác 1000 1000 Dàn chốngchính Dànchốngphụ Thangsắttreo máybào1ASHM 8000 Th ợngvận tải Giớ i hạn dừng khai thác Giớ i hạn dừngkhai thác Lò dọc vỉa vận tải -25 a Thang gỗ 60.000 Hình 1: Sơ đồ hệ thống khai thác 2ANSH Hộ chiếu chống giữ lò chợ tổ hợp giàn chống 2ANSH đợc thể hình mặt cắt h - h khÊu c¸c lng tiÕp theo cđa l ò chợ (luồng 2đến 8)thực t ơng tự l uồng Hàng cột chốngngăncách Tấmchắnngăn đất đá phá hỏa Thanggỗ h Th ợ ngthông gió Cũi lợ n k k Các vìchống tạm Hàng cột 1260 630 630 420 630 630 Các vìchống tạm 630 630 630 630 2000 630 630 630 630 1000 630 630 630 630 54 o 2200 2850