Nghiên cứu áp dụng công nghệ xây dựng trụ nhân tạo thay thế trụ than bảo vệ đường lò chuẩn bị trong quá trình khai thác tại các mỏ hầm lò vùng quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ ĐƯỜNG LỊ CHUẨN BỊ TRONG Q TRÌNH KHAI THÁC TẠI CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH KHAI THÁC MỎ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ ĐƯỜNG LÒ CHUẨN BỊ TRONG Q TRÌNH KHAI THÁC TẠI CÁC MỎ HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số : 9520603 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Văn Thanh TS Nguyễn Anh Tuấn HÀ NỘI - 2022 ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, tác giả thực chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Đinh Văn Cường iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ LÒ CHUẨN BỊ VÀ ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG TRONG TRỤ BẢO VỆ ĐƯỜNG LÒ TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 1.1 Kinh nghiệm nghiên cứu, áp dụng trụ nhân tạo thay trụ than bảo vệ lò chuẩn bị giới 1.2 Tình hình nghiên cứu, áp dụng trụ nhân tạo khai thác trụ than bảo vệ lò chuẩn bị mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 26 1.3 Đánh giá tổng hợp trữ lượng than trụ bảo vệ đường lò chuẩn bị mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 29 1.4 Nhận xét 32 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY LUẬT ÁP LỰC MỎ TÁC ĐỘNG LÊN TRỤ NHÂN TẠO BẢO VỆ ĐƯỜNG LÒ CHUẨN BỊ VÀ CÁC THAM SỐ CHỦ YẾU CỦA TRỤ 34 2.1 Nghiên cứu quy luật lý thuyết xác định tải trọng tác động lên trụ nhân tạo bảo vệ đường lò dọc vỉa than lò chợ 34 2.1.1 Trạng thái ứng suất phân bố trụ than giáp khu vực khai thác lị chợ 34 2.1.2 Nghiên cứu lý thuyết tính toán tải trọng tác động lên trụ nhân tạo bảo vệ lò dọc vỉa than lò chợ 36 2.2 Nghiên cứu áp lực mỏ tác động lên trụ nhân tạo bảo vệ đường lò tham số chủ yếu trụ nhân tạo mơ hình phân tích số 44 2.2.1 Lựa chọn phần mềm số 44 iv 2.2.2 Lựa chọn yếu tố thông số đầu vào xây dựng mơ hình số xác định tham số chủ yếu trụ nhân tạo 45 2.2.3 Xây dựng khai thác mơ hình xác định tham số trụ nhân tạo điều kiện vỉa dày trung bình 47 2.2.4 Xây dựng khai thác mơ hình xác định tham số trụ nhân tạo điều kiện vỉa dày 70 2.3 Nhận xét 79 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ LÒ CHUẨN BỊ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 81 3.1 Phân tích, lựa chọn loại hình công nghệ trụ nhân tạo phù hợp điều kiện mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 81 3.2 Xây dựng hướng dẫn quy trình thi cơng cơng nghệ sử dụng trụ nhân tạo thay trụ than bảo vệ lò chuẩn bị 82 3.2.1 Công nghệ sử dụng trụ nhân tạo dải đá chèn 82 3.2.2 Công nghệ sử dụng trụ nhân tạo kết cấu cũi 87 3.2.3 Công nghệ sử dụng trụ nhân tạo dạng dải liên tục 92 3.3 Nghiên cứu khả giảm tổn thất tài nguyên áp dụng trụ nhân tạo thay trụ than bảo vệ đường lò 96 3.4 Nhận xét .102 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ LÒ CHUẨN BỊ TẠI MỎ KHE CHÀM III, CÔNG TY THAN KHE CHÀM - TKV 104 4.1 Đặc điểm điều kiện địa chất, kỹ thuật mỏ khu vực thiết kế 104 4.2 Lựa chọn kiểu trụ nhân tạo áp dụng thay trụ than bảo vệ .107 4.3 Thiết kế giải pháp sử dụng trụ nhân tạo đề xuất 107 4.4 Tính tốn hiệu áp dụng trụ nhân tạo thay trụ than bảo vệ lò chuẩn bị lò DVVT 14-5-19 118 4.4.1 Tính tốn giá thành sản xuất theo giải pháp .118 v 4.4.2 So sánh giá thành sản xuất hai phương án 119 4.5 Đánh giá kết áp dụng giải pháp công nghệ thực tế .120 4.5.1 Quá trình kết triển khai 120 4.5.2 Đánh giá kết bảo vệ đường lò trụ nhân tạo .121 4.5.3 Một số tồn trình áp dụng giải pháp 123 4.6 Nhận xét .124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHẦN PHỤ LỤC .134 vi CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu (Chữ viết tắt) CBSX CDTP DVVT GX HTKT KHCN KNM KTKT LG 10 SXKD 11 TKV 12 B 13 H 14 P 15 α vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật số loại vật liệu thi công trụ 19 Bảng 1.2 Chi tiết giá thành mét dải trụ nhân tạo .20 Bảng 1.3 So sánh hiệu việc sử dụng trụ nhân tạo so với giải pháp để lại trụ than bảo vệ lò chuẩn bị 21 Bảng 1.4 Tổng hợp số kết áp dụng giải pháp sử dụng trụ nhân tạo giới 24 Bảng 1.5 Trữ lượng than trụ bảo vệ đường lò theo số dự án mỏ 30 Bảng 1.6 Tổng hợp trữ lượng theo chiều dày góc dốc mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh [8] 31 Bảng 1.7 Phân loại trữ lượng than trụ bảo vệ lò chuẩn bị mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh theo yếu tố chiều dày góc dốc vỉa 32 Bảng 2.1 Kết ví dụ tính tốn trụ nhân tạo 38 Bảng 2.2 Bảng tra hệ số để xác định giá trị chuyển vị đất đá biên lò 41 Bảng 2.3 Bảng tra giá trị kkp lị 42 Bảng 2.4 Bảng xác định giá trị kst theo diện tích gương lị 42 Bảng 2.5 Mối quan hệ chuyển vị đất đá áp lực mỏ 43 Bảng 2.6 Bảng tra giá trị kp theo chuyển vị đất đá biên đường lò 44 Bảng 2.7 Bảng tra giá trị kpr 44 Bảng 2.8 Chỉ tiêu lý loại đá địa tầng vùng than Quảng Ninh .46 Bảng 2.9 Kết nghiên cứu cường độ kháng nén tối ưu trụ nhân tạo điều kiện vỉa dày trung bình 56 Bảng 2.10 Tổng hợp chiều rộng trụ tối ưu khai thác vỉa dày trung bình 66 Bảng 2.11 Kết giá trị tham số từ nghiên cứu mơ hình số trường hợp vỉa dày trung bình 67 Bảng 2.12 Mối tương quan tham số trường hợp vỉa trung bình 68 Bảng 2.13 Tổng hợp chiều rộng trụ bảo vệ tối ưu khai thác vỉa dày .76 Bảng 2.14 Kết giá trị tham số từ nghiên cứu mơ hình số trường viii hợp vỉa dày 77 Bảng 2.15 Mối tương quan tham số trường hợp vỉa dày .77 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm cường độ kháng nén cũi theo vật liệu 89 Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật cụm máy bơm MONO TF 90 Bảng 3.3 Đề xuất số loại vật liệu sử dụng để xây dựng trụ nhân tạo .95 Bảng 3.4 Kế hoạch xuống sâu số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh [15] 97 Bảng 3.5 Chiều rộng trụ than bảo vệ lò chuẩn bị theo chiều sâu khai thác 97 Bảng 3.6 Tổng hợp tỷ lệ tổn thất theo phương án trụ bảo vệ đường lò 99 Bảng 4.1 Đặc điểm cấu tạo vỉa 14.5 khu vực thi cơng đường lị 104 Bảng 4.2 Tổng hợp điều kiện địa chất số tiêu KTKT lò chợ 14.5- 19 theo kế hoạch Công ty than Khe Chàm 105 Bảng 4.3 Các thông số đầu vào để tính tải trọng tác dụng lên chống .110 Bảng 4.4 Áp lực đất đá tác dụng lên lị 111 Bảng 4.5 Các thông số trụ nhân tạo chống giữ khám chân lò chợ 14.5-19 113 Bảng 4.6 So sánh tiêu KTKT công nghệ sử dụng trụ nhân tạo so với giải pháp sử trụ than lò chợ 14-5-19 mỏ Khe Chàm III 117 Bảng 4.7 Tổng hợp chi phí sản xuất giá thành tiêu thụ theo phương án trụ bảo vệ lò DVVT lò chợ 14-5-19 118 Bảng 4.8 So sánh tiêu chủ yếu hai phương án công nghệ 119 Bảng 4.9 So sánh chi tiết giá thành tiêu thụ theo phương án 120 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Gương lị dọc vỉa tiến trước gương lò chợ .6 Hình 1.2 Gương lị dọc vỉa tiến với gương lị chợ Hình 1.3 Sơ đồ tạo dải đá chèn cách thi cơng đồng thời cặp lị dọc vỉa (áp dụng Nga Liên Xô cũ) Hình 1.4 Mặt cắt qua gương lò chuẩn bị qua phạm vi gương mở rộng Hình 1.5 Sơ đồ cơng nghệ thi cơng đồng thời cặp lị giải pháp gương mở rộng mỏ Bát Nhất (Sơn Đông, Trung Quốc) .8 Hình 1.6 Quy cách mẫu cũi gỗ sử dụng để thí nghiệm Hình 1.7 So sánh khả chịu nén bình quân mức độ biến dạng đứng cũi theo vật liệu lấp đầy [55] 10 Hình 1.8 Kết thi cơng cũi mỏ Bogdanka, Ba Lan [56] 11 Hình 1.9 Khu vực nghiên cứu vỉa 209 (lị chợ 902 904) mỏ Ziemowit .12 Hình 1.10 Thi công trụ bê tông thực tế 13 Hình 1.11 Kết áp dụng giải pháp thay trụ than bảo vệ lị chuẩn bị trụ bê tơng mỏ Ziemowit (Ba Lan) 14 Hình 1.12 Giải pháp sử dụng trụ nhân tạo tường xây mỏ Phán Môi .16 Hình 1.13 Dải trụ nhân tạo bảo vệ lị chuẩn bị lị chợ giới hóa đồng 3107 mỏ Tân Ngun, Tập đồn than Dương Mơi, tỉnh Sơn Đơng 17 Hình 1.14 Kết quan trắc biến dạng lò chuẩn bị dải trụ mỏ Tân Ngun 17 Hình 1.15 Sơ đồ vị trí áp dụng giải pháp hộ chiếu chống giữ lò vận tải chợ S511 mỏ Changcun 18 Hình 1.16 Dải trụ nhân tạo thi cơng thực tế mỏ Changcun .19 Hình 1.17 Diễn biến áp lực mỏ tác động lên dải trụ nhân tạo .20 Hình 1.18 Hộ chiếu chống lò tạo lớp ngăn cách đá phá hỏa lò vận tải chợ 4222 - 2 mỏ Đại Bao Đỉnh 22 Hình 1.19 Kết cấu ống phun vữa 23 -2 Hình 1.20 Trụ nhân tạo thực tế lị vận tải chợ 4222 mỏ Đại Bao Đỉnh 23 146 TT Vị trí đo Ngày đo (10/3 đặt mốc) MỐC SỐ Chiều cao cột bích số Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng thời gian lần đo (ngày) Khoảng cách từ mốc đo đến gương lò chợ (m) Chiều dài tiến gương lị chợ (mm) Vị trí mốc đo đến gương lò chợ thời điểm đo Tổng biến dạng đứng (mm) Tốc độ biến dạng đứng (mm/ngày đêm) 10 Tổng BD ngang (mm) 11 Tốc độ biến dạng ngang (mm/ngày đêm) A-B D-G K-L 147 TT Vị trí đo Ngày đo (10/3 đặt mốc) MỐC SỐ Chiều cao cột bích số Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng thời gian lần đo (ngày) Khoảng cách từ mốc đo đến gương lò chợ (m) Chiều dài tiến gương lò chợ (mm) Vị trí mốc đo đến gương lị chợ thời điểm đo Tổng biến dạng đứng (mm) Tốc độ biến dạng đứng (mm/ngày đêm) 10 Tổng BD ngang (mm) 11 Tốc độ biến dạng ngang (mm/ngày đêm) A-B D-G K-L 148 TT Vị trí đo Ký Lần Lần Lần Lần Lần hiệu đo 15 đo 16 12/5 16/5 Ngày đo (10/3 đặt mốc) MỐC SỐ 10 Chiều cao cột bích số Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng thời gian lần đo (ngày) Khoảng cách từ mốc đo đến gương lò chợ (m) Chiều dài tiến gương lị chợ (mm) Vị trí mốc đo đến gương lò chợ thời điểm đo Tổng biến dạng đứng (mm) Tốc độ biến dạng đứng (mm/ngày đêm) 10 Tổng BD ngang (mm) 11A-B ốc độ biếnDdạng G ngang (mm/ng ày K-L đêm) 149 TT Vị trí đo Ngày đo (10/3 đặt mốc) MỐC SỐ 11 Chiều cao cột bích số Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng cách cột bích số cột chống Khoảng thời gian lần đo (ngày) Khoảng cách từ mốc đo đến gương lò chợ (m) Chiều dài tiến gương lò chợ (mm) Vị trí mốc đo đến gương lị chợ thời điểm đo Tổng biến dạng đứng (mm) Tốc độ biến dạng đứng (mm/ngày đêm) 10 Tổng BD ngang (mm) 11 Tốc độ biến dạng ngang (mm/ngày đêm) A-B D-G K-L 150 151 PHỤ LỤC 2: VĂN BẢN MINH CHỨNG TRIỂN KHAI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TẠI CÔNG TY THAN KHE CHÀM 152 153 ... ÁP DỤNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ LÒ CHUẨN BỊ VÀ ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG TRONG TRỤ BẢO VỆ ĐƯỜNG LÒ TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 1.1 Kinh nghiệm nghiên cứu, áp dụng trụ. .. ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ ĐƯỜNG LỊ CHUẨN BỊ TRONG Q TRÌNH KHAI THÁC TẠI CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG... hình nghiên cứu, áp dụng trụ nhân tạo khai thác trụ than bảo vệ lò chuẩn bị mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Tại Việt Nam, năm qua mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh phối hợp với Viện KHCN Mỏ nghiên cứu triển khai