Phần 1 của giáo trình Công nghệ khai thác than hầm lò cung cấp cho học viên những nội dung về: khái niệm quy trình công nghệ khai thác than hầm lò; áp lực mỏ; chống giữ trong lò chợ; điều khiển đá vách; thành lập hộ chiếu chống giữ lò chợ;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH - ***** - Đặng Văn Hải Vũ Mạnh Hùng; Tạ Văn Kiên GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KHAI THÁC THAN HẦM LÒ CHUYÊN NGÀNH KHAI THÁC HẦM LÒ QUẢNG NINH - 2013 -1- MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU 3 Khái niệm quy trình cơng nghệ khai thác than hầm lò Các giai đoạn phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lị Hƣớng phát triển công nghệ khai thác than hầm lò Thực trạng hƣớng phát triển ngành than hầm lò Việt Nam CHƢƠNG 1: ÁP LỰC MỎ 1.1 Khái niệm chung áp lực mỏ .7 1.2 Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân tự nhiên .20 1.3 Giả thuyết áp lực mỏ dầm công sơn .24 1.4 Giả thuyết áp lực mỏ lăng trụ trƣợt giáo sƣ P M Tsimbarevich 28 1.5 Giả thuyết áp lực mỏ nứt nẻ ban đầu Labass 29 1.6 áp lực tựa 30 CHƢƠNG 2: CHỐNG GIỮ TRONG LÒ CHỢ 31 2.1 Mục đích - u cầu phân loại chống lị chợ 31 2.2 Chống giữ lò chợ chống đơn 33 2.3 Vì chống khí hố 45 2.4 Thành lập hộ chiếu chống giữ lò chợ 55 CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐÁ VÁCH 62 3.1 Khái niệm Phân loại điều khiển đá vách 62 3.2 Điều khiển đá vách phá hoả toàn phần 64 3.3 Chèn lị tồn phần 71 3.4 Chèn lò phần phá hoả phần .80 3.5 Hạ vách từ từ 83 3.6 Giữ vách chồng cũi 84 CHƢƠNG 4: CÔNG NGHỆ KHAI THÁC BẰNG THỦ CÔNG KẾT HỢP VỚI KNM 86 4.1 Đại cƣơng công nghệ khai thác .86 4.2 Sơ đồ cơng nghệ dùng khoan nổ mìn vỉa dốc thoải nghiêng, mỏng dày trung bình 87 4.3 Thành lập biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất lò chợ 93 4.4 Quy trình cơng nghệ sử lý cơng nghệ lò chợ .100 CHƢƠNG 5: CƠNG NGHỆ KHAI THÁC CƠ GIỚI HĨA 103 5.1 Lịch sử phát triển công nghệ khấu than 103 5.2 Công nghệ khai thác máy đánh rạch khoan nổ mìn 104 5.3 Công nghệ khai thác than máy Combai 108 5.4 Công nghệ khai thác máy bào 126 CHƢƠNG MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC KHÁC 136 6.1 Cơng nghệ khai thác máy đào lị vận chuyển xe thoi buồng khấu 136 6.2 Công nghệ khấu than máy cƣa than lỗ khoan lớn 139 6.3 Công nghệ khấu than khoan đƣờng kính lớn 140 6.4 Công nghệ khai thác sức nƣớc 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 -2- BÀI MỞ ĐẦU Khái niệm quy trình cơng nghệ khai thác than hầm lị Quy trình cơng nghệ khai thác tập hợp nhiều khâu công tác, cần phải thực theo trình tự thời gian khơng gian định để lấy đƣợc khống sản có ích Quy trình cơng nghệ khai thác than hầm lị đƣợc hiểu theo nghĩa rộng theo nghĩa hẹp Theo nghĩa rộng, tập hợp trình mở vỉa chuẩn bị ruộng than, trình khấu than gƣơng khai thác, chống giữ, điều khiển áp lực mỏ, trình vận tải than lên mặt đất hàng loạt vấn đề khác nhƣ sàng tuyển than, thông gió mỏ, nƣớc, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị lƣợng, q trình cơng nghệ mặt công nghiệp v.v Theo nghĩa hẹp tập hợp cơng việc chuẩn bị khai thác lò chợ, cần đƣợc thực khu khai thác Trong phạm vi giáo trình này, chủ yếu xem xét vấn đề nghĩa hẹp nói Quy trình cơng nghệ khai thác than lị chợ đƣợc chia thành cơng tác cơng tác phụ Các cơng tác khâu tách than khỏi khối nguyên, phá vỡ than đến cỡ hạt cần thiết, xúc bốc vận tải than, chống giữ lò chợ điều khiển áp lực mỏ Các công tác phụ bao gồm việc di chuyển thiết bị vận tải theo tiến độ gƣơng lò chợ, cung cấp vật liệu, máy móc, thiết bị, lƣợng vào lị chợ, thơng gió, chống bụi, nƣớc, chiếu sáng, thơng tin liên lạc Nhƣ vậy, với dạng công nghệ khai thác than khác nhau, có tập hợp cơng tác phụ khác nhau, tức quy trình cơng nghệ khai thác than khác Cơng nghệ khai thác than hầm lị đƣợc chia thành bốn dạng là: cơng nghệ thủ cơng, cơng nghệ bán khí hố, cơng nghệ khí hố tồn cơng nghệ tự động hố Trong dạng công nghệ thủ công, hầu hết khâu công tác phải thực sức ngƣời; cịn cơng nghệ bán khí hố máy móc làm thay ngƣời số công tác ứng dụng cơng nghệ tự động hố, loại trừ có mặt thƣờng xun ngƣời lò chợ -3- Các giai đoạn phát triển công nghệ khai thác than hầm lị Để thấy rõ lịch sử phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lò giới từ đầu kỷ XX đến nay, phải xem xét bƣớc phát triển công nghiệp than nƣớc sản xuất nhiều than có trình độ cơng nghiệp tiên tiến giới, nƣớc châu Âu, Bắc Mỹ, Úc, Trung Quốc Qua đó, thấy giai đoạn phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lò nhƣ sau: Giai đoạn I - Từ đầu kỷ XX đến trƣớc đại chiến giới lần thứ hai: Trình độ khí hố sản xuất cịn mức thấp, nhiều khâu cơng nghệ phải thao tác thủ công, khâu chống lò điều khiển áp lực mỏ Trong giai đoạn có chế tạo cải tiến số loại máy đánh rạch, máy liên hợp khấu than đào lò , nhƣng lĩnh vực tự động hoá chƣa đƣợc áp dụng Giai đoạn II - Từ sau đại chiến giới lần thứ hai đến năm 1960: Tiếp tục nghiên cứu áp dụng khí hố q trình sản xuất, nhƣng việc khí hố chƣa đồng bộ, dừng khâu công tác riêng biệt Trong lĩnh vực tự động hố nghiên cứu thành cơng hệ thống điều khiển từ xa số thiết bị riêng lẻ, tự động hoá số thiết bị cố định Giai đoạn III - Từ 1960 đến 1980: Có thay đổi chất lƣợng khai thác than hầm lò Chế tạo thành công áp dụng rộng rãi nhiều loại tổ hợp thiết bị khí hố tồn việc khấu than, sản lƣợng chiều sâu khai thác mỏ than tăng lên rõ rệt Cơng nghệ đào lị đƣợc khí hố tồn làm tăng tốc độ đào lò Nhiều nơi áp dụng trục tải nhiều cáp giếng đứng Việc tự động hoá vào đồng có ảnh hƣởng trực tiếp đến sản xuất Một số thiết bị lẻ tổ hợp khơng thích hợp với chế độ tự động hoá đƣợc thay loại thiết bị Giai đoạn IV - Từ 1980 đến nay: Cùng với phát triển vũ bão nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt phát triển mãnh liệt kỹ thuật điện tử công nghệ tin học, công nghệ khai thác than hầm lò chuyển biến dần chiều sâu Nhiều dây chuyền sản xuất tự động hoá, đƣợc kiểm soát chặt chẽ, hoạt động ổn định đem lại hiệu cao Quá trình khai thác than đƣợc gắn liền -4- với việc đảm bảo điều kiện lao động an toàn cho thợ mỏ bảo vệ môi trƣờng thiên nhiên Hƣớng phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lị Xu hƣớng phát triển ngành khai thác than hầm lò nƣớc tiên tiến giới bao gồm: - Tạo tƣơng lai dây chuyền công nghệ liên tục nhất, khí hố tồn tự động hoá để khai thác vận chuyển than từ gƣơng lò chợ đến toa xe bunke nhận than nhà máy tuyển mặt đất ; - Lựa chọn đắn mức độ tự động hoá theo hợp lý kinh tế cho điều kiện cụ thể theo yêu cầu đảm bảo an toàn lao động đến mức cao ; - Tập trung hố việc điều khiển kiểm tra cơng tác khu vực thiết bị sản xuất chủ yếu mỏ hầm lị nhằm nâng cao tính linh hoạt việc điều khiển sản xuất, tăng thời gian làm việc hữu ích (tăng hệ số sử dụng thời gian) thiết bị, giảm số công nhân vận hành máy móc, thiết bị ; - Cải tiến hệ thống khai thác nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc khí hố tồn tự động hố ; - Gắn chặt q trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ môi trƣờng để trì phát triển bền vững Thực trạng hƣớng phát triển ngành than hầm lò Việt Nam Điều kiện địa chất vùng than nƣớc ta có đặc điểm bật địa hình đồi núi, thích hợp cho khai thác lộ thiên Do đó, tỷ trọng sản lƣợng than khai thác phƣơng pháp hầm lò so với tổng sản lƣợng than khai thác hàng năm chiếm khoảng 30-35 % Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam lạc hậu so với nƣớc tiên tiến Cơng nghệ khấu than gƣơng lị khai thác đào gƣơng lò chuẩn bị chủ yếu thủ cơng kết hợp với cơng tác khoan nổ mìn Trong gƣơng lị chợ dài cơng tác nặng nhọc tốn thời gian nhƣ chống lò, điều khiển áp lực mỏ phải thao tác thủ công Tuy nhiên, ngành than hầm lò nƣớc ta khí hố bán khí hố đƣợc nhiều khâu công nghệ quan trọng mỏ Việc vận tải than -5- hầm lị ngồi mặt đƣợc khí hố hồn tồn, hầu hết mỏ hầm lò đƣợc trang bị đầu tầu điện goòng đến tấn, hoạt động cỡ đƣờng 600 đến 900 mm Nhiều mỏ lắp đặt thành công hệ thống băng tải bán tự động tự động để vận chuyển than giếng nghiêng mặt Nhiều loại máy thiết bị cố định chun dùng đƣợc khí hố tự động hoá Trong năm 70 kỷ trƣớc mỏ Vàng Danh đƣa máy liên hợp chống đơn thép vào khai thác thí điểm lị chợ, song nhiều ngun nhân khách quan thử nghiệm chƣa đạt tới kết mong muốn Vài năm gần đây, nhiều mỏ hầm lị đƣa vào áp dụng thành cơng chống thuỷ lực đơn chống tổ hợp kiểu giá thuỷ lực di động lò chợ, tiêu kinh tế-kỹ thuật lò chợ đƣợc cải thiện đáng kể Đặc biệt, mỏ Khe Chàm áp dụng thành công phƣơng pháp khấu than máy liên hợp, sản lƣợng lò chợ đƣợc nâng lên hai lần so với phƣơng pháp khoan nổ mìn Trong tƣơng lai gần, với việc nâng cao tổng sản lƣợng khai thác than, tỷ trọng sản lƣợng khai thác hầm lị gia tăng lên tới 50% tổng sản lƣợng Do đó, muốn đáp ứng đƣợc yêu cầu sản lƣợng cải thiện đƣợc tiêu kinh tế-kỹ thuật, ngành khai thác than hầm lò cần đƣợc phát triển theo hƣớng sau đây: - Cải tạo mỏ cũ xây dựng số mỏ theo hƣớng tăng sản lƣợng tập trung hoá sản xuất - Ƣu tiên áp dụng hệ thống khai thác có gƣơng lị chợ dài với việc đầu tƣ hợp lý để khí hố khâu cơng tác lị chợ Nghiên cứu áp dụng công nghệ bán khí hố khí hố vào gƣơng lị ngắn - Nâng cao tốc độ đào đƣờng lò mở vỉa chuẩn bị sở áp dụng loại máy thiết bị đào lị có suất cao hồn thiện việc tổ chức cơng tác đào lò - Nâng cao lực vận tải hầm lò cách thay goòng với cỡ đƣờng 600 mm goòng đến với cỡ đƣờng 900 mm, ý phát triển phƣơng tiện vận tải liên tục, chủ yếu tuyến băng tải - Gắn liền phát triển khai thác than với công tác bảo vệ môi trƣờng tự nhiên -6- CHƢƠNG 1: ÁP LỰC MỎ 1.1 Khái niệm chung áp lực mỏ 1.1.1 Áp lực mỏ Áp lực mỏ lực đá mỏ xung quanh hầm lị tác động lên chống lị, khối đá ngun, trụ than, khối đá chèn Trọng lực đá mỏ nguyên nhân gây áp lực mỏ Trong q trình khấu than gƣơng lị chợ đá vách bị bóc lộ dịch chuyển trọng lƣợng lớp đá khác nằm Khi hạ võng, đá vách tách lớp, rạn nứt sập đổ Điều làm biến dạng chống lị gây phân bố lại ứng suất đá mỏ xung quanh hầm lò Để đảm bảo điều kiện cơng tác an tồn lị chợ cần phải lắp dựng chống lị thực biện pháp điều khiển áp lực mỏ Vì chống lị chợ giữ đá vách khơng bị sập đổ khu vực gần gƣơng than, nơi vách vỉa lớp đá nằm đƣợc trì chủ yếu nhờ lực liên kết với lớp đá ổn định khối than nguyên khoảng cách vài mét kể từ gƣơng lò tùy thuộc vào tính chất đá, lực liên kết bị suy giảm đến mức chống lị chợ khơng cịn đủ tác dụng a b c Hình 1.1 Các phƣơng pháp chống giữ lị chợ: a- Vì chống đơn chèn lị; b- Vì chống gần gƣơng chống phá hỏa phá hỏa đá vách; cVì chống di động khí hóa Nếu khoảng trống khai thác đƣợc chèn lấp tồn (hình 1.1-a) áp lực mỏ đƣợc khối đá chèn tiếp nhận Nếu áp dụng phƣơng pháp khai thác với phá hỏa đá vách đƣờng biên vùng sập đổ cần phải thiết lập chống phá hỏa (hình 1.1-b) Vì chống gần gƣơng, chống phá hỏa khối đá chèn đƣợc dùng để tiếp -7- nhận áp lực mỏ bảo vệ khơng gian lị chợ khơng bị sập đổ Hiện loại chống di động khí hóa đƣợc sử dụng rộng rãi để bảo vệ khơng gian lị chợ (hình 1.1-c) Tập hợp biện pháp chống giữ, chèn lị, trình tự phá hỏa đá vách, đƣợc áp dụng để bảo vệ hầm lị khơng bị áp lực mỏ phá hủy, đƣợc gọi điều khiển áp lực mỏ Để lựa chọn đắn loại chống phƣơng pháp điều khiển áp lực mỏ cần phải có lý thuyết khoa học áp lực mỏ, giải thích đƣợc chất vật lý tƣợng xảy lòng đất thực cơng tác mỏ Cho đến chƣa có đƣợc lý thuyết thực hoàn chỉnh áp lực mỏ Điều đƣợc giải thích đa dạng điều kiện địa chất mỏ, phức tạp q trình xảy lịng đất khai thác khoáng sản đá mỏ dịch động, đồng thời nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến trị số đặc điểm áp lực mỏ cịn đƣợc nghiên cứu Mặc dù vậy, để giải thích đặc điểm lƣợng hóa đƣợc áp lực mỏ có nhiều giả thuyết khác đƣợc đề xuất, tức sở khoa học đặc điểm khái quát chế xuất áp lực mỏ địa khối, đặc biệt vùng xung quanh hầm lị Có nhiều yếu tố gây ảnh hƣởng đến trị số đặc điểm xuất áp lực mỏ: thành phần, cấu tạo tính chất cơ-lý đá mỏ; độ sâu khai thác; chiều dày vỉa than; chiều dài lò chợ; tốc độ dịch chuyển gƣơng lò; độ dốc vỉa than đá; tải trọng đặc điểm kết cấu chống lò v.v 1.1.2 Phân loại đá mỏ Sự dịch chuyển địa tầng khai thác than gây trình vật lý phức tạp, đặc trƣng mối tác động tƣơng hỗ tập hợp nhiều yếu tố Những yếu tố phụ thuộc đáng kể vào công nghệ thực công tác mỏ Với địa tầng, trình dịch chuyển lớp đá khác khai thác vỉa gƣơng lò dài gƣơng lò ngắn, bƣớc khấu rộng hẹp, với tiến độ khác gƣơng, phƣơng pháp điều khiển đá vách khác v.v Tập hợp tính chất đá mỏ, quy định hành vi dƣới tác động công tác mỏ, đƣợc -8- gọi tính chất cơng nghệ Các tính chất chủ yếu là: độ bền vững, độ phân lớp, độ nứt nẻ khả sập đổ (phá hoả) Sự kết hợp tính chất cơng nghệ khác địa tầng vơ đa dạng định lựa chọn đắn q trình cơng nghệ khai thác 1.1.2.1 Cấu tạo, cấu trúc phân lớp đá mỏ Cấu tạo địa tầng đƣợc xác định điều kiện thành tạo khoáng sàng Các khoáng sàng dạng trầm tích thƣờng có đặc điểm phân lớp vỉa sét kết, bột kết, cát kết, đá vơi v.v Các tính chất loại đá đƣợc nghiên cứu tỷ mỷ dạng mẫu đá, song tính chất bền đàn hồi địa tầng khác biệt nhiều so với tính chất mẫu đá Có khác biệt cấu trúc độ nứt nẻ lớp đá Tất loại đá có vô số nứt nẻ, tách biệt địa tầng thành khối cấu trúc Các tính chất đá đƣợc xác định mẫu, với kích thƣớc nhỏ khối cấu trúc, khơng thể đặc trƣng cho tính chất địa tầng Chính vậy, để nhận biết tính chất địa tầng, cần phải lấy thơng tin từ địa khối có chứa số lƣợng khối cấu trúc đủ lớn Để thuận tiện cho việc nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp chống lò điều khiển áp lực mỏ, lớp đá xung quanh vỉa than đƣợc phân biệt theo dấu hiệu riêng Căn vào vị trí phân bố so với vỉa than, ngƣời ta chia đá vách thành vách giả, vách trực tiếp vách bản, đá trụ - trụ giả, trụ trực tiếp trụ Vách giả lớp đá không dày (thƣờng tới 0,5-0,6 m) nằm vỉa than Lớp dễ bị sập bị sập với than khấu, bị sập sau khoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, nhiều vỉa than khơng có vách giả Vách trực tiếp lớp đá tƣơng đối dễ sập nằm phía vỉa than áp lực lớp tác dụng lên chống gƣơng lị trụ than Khi khơng có vách giả, vách trực tiếp nằm sát vỉa than Vách lớp đá bền chắc, khó sập nằm vách trực tiếp khơng sập đồng thời với lớp Có vách nằm vỉa, lớp đá cứng dày -9- Vách giả thƣờng diệp thạch than, diệp thạch sét yếu; vách trực tiếp phổ biến diệp thạch sét-cát diệp thạch sét; vách thƣờng đá vôi cát kết, diệp thạch sét vững Trụ giả lớp đá mỏng, dễ bị phá huỷ trình khấu than Trụ trực tiếp lớp đá nằm dƣới vỉa than khơng có trụ giả Các tƣợng bùng nền, tƣợng trƣợt sập vỉa dốc đứng có quan hệ chặt chẽ với tính chất trụ trực tiếp Trụ lớp đá vững nằm dƣới trụ trực tiếp Độ ổn định khả sập đổ đá lò chợ phụ thuộc nhiều vào cách thức tách lớp chúng, chiều dày chúng có vai trị lớn Khi mối gắn kết lớp yếu lớp mỏng, chúng dễ sập đổ khối tƣơng đối nhỏ Khi lớp đá dày, chúng khó uốn võng sập đổ với khối lớn Các loại đá trầm tích có tính phân lớp, lắng đọng khơng đồng chất Nguyên nhân phân lớp đan xen lớp đá yếu lớp đá bền vững, tách lớp xảy theo lớp đá yếu, cho dù chúng mỏng Tính phân lớp biểu rõ nét địa khối có lớp đá chất sét, than, sliuđit chứa tàn dƣ thực vật Giữa lớp đá có bề mặt liên kết yếu, chúng qua ranh giới vỉa, xen vào lớp đá đồng chất Đó nguyên nhân phân vỉa Chiều dày phân vỉa lớn, tính ổn định cao Do phân vỉa khơng có gắn kết với lớp đá nằm trên, tồn trọng lƣợng đƣợc truyền xuống lớp đá nằm dƣới Phân loại đá mỏ theo tính phân lớp Loại đá Phân lớp mỏng Phân lớp mỏng Phân lớp trung bình Phân lớp dày Phân lớp dày Độ dày lớp, m < 0,2 0,2 13 10 > 10 1.1.2.2 Độ nứt nẻ đá - 10 - d Một số ý cho công tác phá hoả ban đầu Trong công tác thiết kế khu khai thác cần ý vị trí thƣợng cắt khu vực phá hoả ban đầu, nên bố trí vào khu vực vỉa nếp lõm, tránh bố trí vào khu vực vỉa nếp lồi - Khi vỉa dày m = 2,3 2,5m, chiều cao lò chợ đƣợc thiết kế 2,2m thƣợng khởi điểm bắt buộc phải bám vách, lị chợ khấu trƣớc phá hoả ban đầu phải khấu sát vách, phá hoả ban đầu xong hạ thấp lị chợ để lị chợ bám trụ Khi đƣợc thu hồi than phá hoả - Khi khai thác chia lớp việc phá hoả ban đầu cho lò chợ lớp trụ đơn giản cách đào thƣợng xiên chéo vào hơng thƣợng cắt phía khơng mở gƣơng, bắn thu hồi thƣợng xiên chéo từ xuống để làm cơng tác phá hoả ban đầu 3.3 Chèn lị toàn phần 3.3.1 Khái niệm Là phƣơng pháp điều khiển áp lực mỏ cách sử dụng loại vật liệu trơ (khơng phải khống sản, khơng độc, khơng cháy, có độ nén chặt cao) chèn lấp tồn khơng gian phía sau lị chợ theo chu kỳ, dải đá chèn tiếp nhận phần lớn áp lực mỏ, làm giảm bớt áp lực tác dụng lên cột chống lò chợ 3.3.2 Phạm vi áp dụng Chèn lấp toàn khoảng trống khai thác đƣợc áp dụng khai thác than bên dƣới đối tƣợng tự nhiên nhân tạo mặt đất, khai thác vỉa có vách cứng vững khó sập đổ, vỉa có nguy hiểm than khí bất ngờ, đồng thời đƣợc dùng nhƣ biện pháp phòng cháy mỏ bảo vệ lò chuẩn bị Ngồi ra, chèn lị tồn phần cịn cần thiết để điều khiển áp lực mỏ trình khí động học, đặc biệt khai thác xuống sâu Khi chiều sâu khai thác gia tăng, đá vách trở nên khó điều khiển hơn, nguy than khí bất ngờ lớn hơn, khả tự cháy vỉa than dễ xảy Chèn lị cịn đƣợc dùng với mục đích tận dụng đƣợc đất đá thải công nghiệp mỏ tạo cơng nghệ sạch, khơng có chất thải 3.3.3 Vật liệu chèn lò - 71 - Để chèn lò, thƣờng sử dụng cát, sỏi đá gốc đƣợc khai thác mặt đất mỏ đá Vật liệu chèn đƣợc lấy trực tiếp mỏ hầm lị, nhƣ rẻ so với vật liệu đƣợc khai thác mặt đất Tuy nhiên, vật liệu chèn lấy mỏ hầm lò đáp ứng đủ cho số khu khai thác định Cũng sử dụng xỉ nhà máy luyện kim, phế thải nhà máy tuyển đá thải mỏ để làm vật liệu chèn Khi dùng đá thải để chèn lị, khơng giảm đƣợc chi phí chèn lị, mà cịn làm đƣợc mơi trƣờng giải phóng đƣợc diện lớn mặt đất Để lựa chọn vật liệu chèn, cần phải dựa vào hai dạng yếu tố: Địa chất kỹ thuật Các yếu tố địa chất độ sâu khai thác vỉa than, góc dốc chiều dày chúng, khoảng cách vỉa …; yếu tố kỹ thuật hệ thống khai thác, cơng nghệ khai thác lị chợ, dạng vận tải vật liệu chèn vùng than khác nhau, yếu tố kể khác nhau, yêu cầu vật liệu chèn không giống Sau đƣợc chất vào khoảng trống khai thác, với thời gian vật liệu chèn bị nén chặt giảm thể tích tác động áp lực mỏ tự trọng Độ lún phụ thuộc vào tính chất vật liệu mức độ nén chặt ban đầu trình xếp chèn Khi chèn lò để bảo vệ mặt đất, độ lún cho phép khối chèn 1525 % phụ thuộc vào chiều dày, góc dốc vỉa than, độ sâu khai thác, loại cơng trình cần bảo vệ Khi chèn lò để điều khiển áp lực mỏ cho vỉa có đá vách khó sập đổ, độ lún khối đá chèn không đƣợc vƣợt 25 % Vật liệu chèn lò cần phải đáp ứng đƣợc yêu cầu sau đây: - Hàm lƣợng chất cháy vật liệu không đƣợc vƣợt 20 %, khơng đƣợc xuất chất khí độc hại; - Sau chèn, cần có độ nén chặt cao để đảm bảo khả rị gió nhỏ - Rẻ tiền, cần định hƣớng sử dụng vật liệu địa phƣơng để giảm chi phí vận tải - Khối lƣợng vật liệu chèn đủ sử dụng suốt trình khai thác - Vật liệu chèn lị phải khơng sắc cạnh - 72 - Để chất đầy khoảng trống khai thác định, cần phải có lƣợng vật liệu chèn khoảng 1,52,5 lần nhỏ thể tích mà than chiếm giữ khối ngun Nếu nhƣ tính theo khối lƣợng, định hƣớng sơ phí vật liệu chèn cho than khai thác Ngoài yêu cầu chung, vật liệu chèn cịn có u cầu liên quan tới phƣơng pháp chèn lò: - Khi chèn lò thuỷ lực, khí nén khí, vật liệu chèn phải có tính mài mịn nhỏ nhất, nhằm giảm hao mịn đƣờng ống băng tải; - Khi chèn lị khí nén khí, vật liệu chèn nên có hàm lƣợng phần tử gây bụi tối thiểu; - Khi chèn lò thuỷ lực, vật liệu chèn cần dễ thải nƣớc, có hàm lƣợng phần tử sét khơng q 10 %, chúng bị nƣớc dạng bùn nhão, gây nhiễm bẩn đƣờng lị nhanh chóng lấp đầy bể lắng nƣớc v.v Nói chung, hàm lƣợng sét cao không phù hợp với tất phƣơng pháp chèn lị Khi bị ngậm nƣớc, chất sét có tính dẻo chảy, gây áp lực đáng kể khối chèn lên vách ngăn dẫn tới bục vật liệu chèn từ khoảng trống khai thác vào đƣờng lị mỏ Tuy vậy, có lƣợng chất sét giới hạn (trong phạm vi 10 %), chất lƣợng vật liệu chèn lại đƣợc nâng cao, nâng cao đƣợc tính cản gió, nhƣ độ chặt tính dính kết Độ cục cho phép lớn vật liệu chèn chèn khí nén thuỷ lực 50 mm, chèn tự chảy 10 20 cm khí 10 cm Khi chèn tự chảy, kích thƣớc cục đá lớn chủ yếu bị giới hạn điều kiện an tồn lao động, với độ cục lớn 20 25 cm thƣờng gây hƣ hỏng vách ngăn chống khoảng trống khai thác Khi chèn khí nén, có độ cục vƣợt 60 mm thêm phần tử nhỏ từ tới mm, thƣờng xảy tắc ống dẫn vật liệu Hàm lƣợng cỡ hạt đá chèn lớn 60 mm chèn thuỷ lực dẫn đến tăng độ lún khối chèn, tiêu hao nƣớc tăng mạnh, đƣờng ống sớm bị hao mòn cần phải tăng đƣờng kính ống dẫn vật liệu Kích thƣớc cỡ hạt tối ƣu vật liệu chèn - 73 - - Khi chèn tự chảy: khơng q 100 mm - Khi chèn khí nén khí: 2050 mm - Khi chèn thuỷ lực: dƣới 20 mm Đối với chèn thuỷ lực, vật liệu chèn tốt cát Vật liệu chèn dạng tự nhiên thoả mãn u cầu nêu Vì vậy, ngồi việc gia cơng thông thƣờng (nghiền, sàng) cần phải phối liệu, tức tạo hỗn hợp vật liệu chèn có tính chất cơ-lý khác Trong thực tế sản xuất, khu vực cần chèn quan trọng đƣợc cung cấp vật liệu chèn có độ nén chặt cao 3.3.4 Chèn lò tự chảy Chèn lò tự chảy đƣợc áp dụng rộng rãi vỉa dốc đứng Vật liệu chèn đƣợc vận chuyển đến khu khai thác theo đƣờng lị dọc vỉa thơng gió, sau tự chảy vào khoảng trống khai thác nhờ trọng lƣợng giai đoạn đầu, khối chèn đƣợc nén chặt nhờ trọng lƣợng vật liệu chèn trƣợt xuống, giai đoạn sau - nhờ trọng lƣợng lớp chèn nằm Nếu vật liệu chèn đƣợc lấy từ mặt đất, sơ đồ công nghệ bao gồm ba khâu vận tải vật liệu đƣa vào mỏ, vận tải theo đƣờng lò tự chảy khu khai thác Khối chèn đƣợc thiết lập sau lò chợ theo dải rộng m, sau tạo đƣợc vách ngăn Để có vách ngăn, cần phải lắp dựng hàng cột chống phụ trợ, hệ thống khai thác vỉa dày chia lớp cơng tác địi hỏi 25-30 ngƣời-ca cho 1000 t than khai thác Nếu tính trung bình việc chuẩn bị dải để chèn lò chiếm khoảng 30-40 % lƣợng thời gian cần có để khấu than 0,9 Hình 3.3: Xếp chèn lị chợ bậc chân khay dùng vách ngăn di động: 1- cột gần gƣơng; 2- cấu neo; 3- cột đỡ vách ngăn; 4- vách ngăn; 5- máng trƣợt than - 74 - Khi khai thác vỉa mỏng dốc đứng, dải chèn có bố trí xiên chéo với hƣớng dốc vỉa theo hƣớng song song với gƣơng lò trƣờng hợp sau, thƣờng sử dụng vách ngăn cứng vách di động chuyên dùng Vách ngăn cứng dãy cột đƣợc đóng ván hay lƣới kim loại Nó đƣợc thiết lập dọc theo gƣơng lị chợ Q trình chèn lò sử dụng vách ngăn di động bao gồm: di chuyển vách ngăn tuỳ theo tiến độ gƣơng lò chợ thả vật liệu chèn vào khoảng trống phía sau vách ngăn (hình 3.3) Vách ngăn đƣợc làm từ lƣới thép băng tải, có chiều dài nhỏ độ dài bậc khấu khoảng 24 m Việc di chuyển vách ngăn đƣợc tiến hành đồng thời vài bậc, gƣơng lò chợ có dạng thẳng chúng đƣợc di chuyển lần lƣợt từ dƣới lên Chèn lò tự chảy thƣờng đƣợc áp dụng khai thác vỉa than có góc dốc lớn 40o, bảo vệ công trình quan trọng Những ƣu điểm chèn lị tự chảy là: chi phí cho cơng tác chèn khơng cao; sử dụng thiết bị, nên dễ tổ chức chèn lò thời gian ngắn với vốn đầu tƣ nhỏ; yêu cầu vật liệu chèn không khắt khe Theo kinh nghiệm, chi phí để chèn lị tự chảy tính cho m3 khối chèn bao gồm dạng sau (tính %) - vận tải theo đƣờng lò - gỗ vật liệu khác - thiết lập vách ngăn - xếp chèn - chi phí khác 25 30 25 10 10 Khuyết điểm chèn lò tự chảy phạm vi áp dụng hẹp độ chặt khối chèn thấp (độ lún đạt tới 20-40 %) 3.3.5 Chèn lị máy ném khí (Chèn lấp khí) Chèn lấp khí đƣợc tiến hành máy ném đặc biệt, máy nhờ có băng chuyền cao su chuyển động nhanh, ném vật liệu vào khoảng trống khai thác Máy M3-1 làm việc ném vật liệu vào khu vực chèn cấu làm việc gồm - 75 - băng cao su vơ cực, uốn xung quanh tang: tang dẫn (hình 3.4), kéo căng, đổi hƣớng ép, hình thành khu vực làm việc bị uốn băng 700 950 1750 Hình 3.4 Máy chèn lấp M 3-1 Để ném vật liệu chèn lấp vào khoảng trống khai thác ngƣời ta dùng băng cao su vô cực uốn quanh tang Tang ép tiếp xúc với băng vơ cực mép bên thân tang ép băng hình thành khoảng trống vịng, vật liệu chèn lấp từ phễu đến qua khoảng trống Do có ma sát cục vật liệu chèn băng, tác dụng ma sát đƣợc tăng lên nhờ lực ly tâm, vật liệu bị ép vào băng, cục đá đƣợc theo đƣợc ném vào khoảng trống khai thác Đặc tính kỹ thuật máy M3-1 Năng suất, m3/h 60 Tầm ném, m – 10 Tốc độ chuyển động băng, m/s 15 Chiều rộng băng, mm 500 Công suất động cơ, kW 11,4 3.3.6 Chèn lị khí nén Sơ đồ thiết bị chèn lị khí nén hình 6.6 Khơng khí đƣợc nén máy nén khí 1, đẩy qua ống dẫn đến máy chèn lấp dùng khí nén máy chèn lấp khí nén thiết bị cung cấp vật liệu vào ống dẫn Vật liệu chèn di chuyển ống theo dịng khơng khí nén đến ống phun từ đƣợc ném vào khoảng trống đá khai thác Trƣớc đƣa vào khoảng trống - 76 - khai thác, vật liệu chèn đƣợc làm ƣớt nƣớc chuyển từ ống dẫn đến Tốc độ chuyển động trung bình khơng khí miệng ống tùy theo độ xa vận chuyển, đặc tính tuyến đƣờng ống, suất thiết bị, thƣờng khoảng từ 40 – 60 m/s Khi tốc độ lớn làm tăng mức chi phí lƣợng chóng mịn ống dẫn Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý tổ hợp thiết bị chèn lấp khí nén Tùy theo điều kiện làm việc nhiệm vụ phải thực mà máy chèn lấp khí nén có cấu tạo khác Trên hình 3.6 Cấu tạo máy 3M – 1: 5 Hình 3.6 Máy chèn lấp buồng 3M – - Nguyên lý tác dụng máy 3M – nhƣ sau: Vật liệu chèn lấp đƣợc đƣa qua phễu 1, chuyển vào buồng sau sang buồng việc chuyển vật liệu từ phễu đến buồng đƣợc điều hòa van 4, van đƣợc đóng mở nhờ xi lanh khí nén 5, đƣợc truyền sang hoạt động qua thiết bị phân phối Khi đƣa vật liệu chèn lấp từ phễu vào buồng 2, áp lực khí đƣợc hình thành buồng Sau khí nén đƣợc chuyển theo ống dẫn vào buồng sau tạo nên áp lực làm việc giống buồng, van dƣới - 77 - đƣợc mở vật liệu đƣợc chuyển đến đĩa phân phối buồng Đĩa phân phối quay xung quanh trục thẳng đứng chuyển vật liệu chèn lấp vào ống nhờ cánh hƣớng tâm, theo đƣờng ống vật liệu chèn lấp đƣợc vận chuyển khơng khí nén * Ưu - nhược điểm điều kiện áp dụng * Ƣu điểm: - Năng suất chèn cao - Đòi hỏi cỡ hạt không khắt khe nhƣ chèn thuỷ lực (cỡ hạt với máy nén từ 14cm) (khi nén từ 11,5cm), độ nén chặt cao chèn thủ công * Nhƣợc điểm: Không gian làm việc nhiều bụi, thiết bị công nghệ phức tạp * Điều kiện áp dụng: - Chèn lấp khí nén đƣợc dùng điều kiện địa chất khác nhau, hệ thống khai thác khác - Độ lún khối chèn khơng vƣợt q 15 20% 3.3.7 Chèn lị thuỷ lực 3.3.7.1 Sơ đồ cơng nghệ Quy trình chèn lò sức nƣớc bao gồm chuẩn bị vật liệu chèn, trộn với nƣớc, vận chuyển hỗn hợp theo đƣờng ống tới khoảng trống khai thác, chuẩn bị khu vực chèn, xếp khối chèn, tháo nƣớc, lắng nƣớc bơm lên mặt đất Để thực công tác cần có tổ hợp chèn lị thuỷ lực (hình 3.7) Vật liệu chèn từ bunke đƣợc đƣa vào máng buồng trộn, đƣợc hồ vào dịng nƣớc từ súng phun nƣớc Hỗn hợp đƣợc tạo chảy vào phễu nhận vào ống dẫn hỗn hợp 4, theo đƣợc chuyển tới khu vực cần chèn Trong khoảng trống khai thác, hỗn hợp đƣợc giải phóng phần tử rắn tạo nên khối chèn 5, nƣớc theo ống thoát (hoặc rãnh nƣớc) đƣợc đƣa hầm lắng nƣớc Từ đây, nƣớc đƣợc bơm đẩy theo đƣờng ống 9, quay buồng trộn để tái sử dụng vào bể nƣớc 10 mặt đất Khi cần thiết, nƣớc từ bể đƣợc bơm 11 cấp vào buồng trộn Sự hao hụt nƣớc cần đƣợc bổ xung thƣờng xuyên từ nguồn khác Đƣờng ống dẫn hỗn hợp bao gồm hai phần thẳng đứng nằm ngang Phần thẳng đứng tạo áp lực để tải vật liệu theo phƣơng - 78 - nằm ngang với tốc độ cần thiết Trong thực tế, tốc độ chuyển dịch hỗn hợp ống có đƣờng kính 150 mm đƣợc chọn 2,53,5 m/s vật liệu hạt nhỏ 3,54 m/s vật liệu dạng cục Sự chuyển vận hỗn hợp nhờ trọng lƣợng đƣợc trì tỷ số phần thẳng đứng phần nằm ngang từ 1:4 đến 1:14 Nếu tỷ số từ 1: 0,6 đến 1:2 tạo tốc chy quỏ ln ca hn hp Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý tổ hợp chèn thuỷ lực Cú thể chia tổ hợp chèn thuỷ lực thành hai loại: - Với áp suất đƣợc tạo độ chênh cao trắc địa đầu cuối ống dẫn hỗn hợp, khơng sử dụng nguồn lƣợng bên ngồi; - Với áp suất đƣợc tạo thiết bị chuyên dùng, máy cấp liệu bơm hỗn hợp Hiệu chèn thuỷ lực phụ thuộc nhiều vào thành phần cỡ hạt độ đặc hỗn hợp Vì vậy, hỗn hợp cần phải đáp ứng yêu cầu chặt chẽ Tỷ lệ thành phần rắn hỗn hợp nƣớc (R:N) sử dụng cát phải từ 1:1 đến 1:1,5 Khi sử dụng vật liệu có độ cục lớn hơn, tỷ số R:N tăng nhanh đạt tới 1:6 - 79 - Việc vận chuyển vật liệu chèn sức nƣớc địi hỏi chi phí nhiều nƣớc, độ cục lớn Lƣợng nƣớc đƣợc đƣa vào khu khai thác thƣờng gây khó khăn cho việc khấu than tăng độ ẩm bầu khơng khí mỏ Vì vậy, khai thác vỉa dốc đứng nghiêng-đứng, nơi có điều kiện chèn lấp khoảng trống khai thác tự chảy, nên làm khô hỗn hợp trƣớc thực chèn lò Một tiêu quan trọng khối đá chèn hệ số thấm, đƣợc xác định lƣợng nƣớc (cm3) qua đơn vị diện tích khối chèn (cm2) đơn vị thời gian (s) Hệ số thấm số vật liệu chèn nhƣ sau (m/s) - cát - sét kết - đá từ bãi thải 0,0068-0,04 0,19 - cục đá tròn cạnh cỡ 50 mm - cục đá sắc cạnh 0,14 15,0 19,0 Chèn lị thuỷ lực đƣợc áp dụng lị chợ sử dụng chống đơn hay chống khí hố 3.3.7.2 Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng: + Ƣu điểm: - Năng suất chèn cao, khơng gian chèn khơng có bụi, độ nén chặt cao đạt tới 70 % - Nếu than có tính tự cháy thủ tiêu hồn toàn cố cháy mỏ nội sinh + Nhƣợc điểm: - Yêu cầu vật liệu chèn cao không gây tắc ống - Thiết bị chèn thuỷ lực gồm có bơm cao áp trạm trộn thiết bị chuyên dùng nên giá thành cao - Các đƣờng ống dẫn số chóng bị mịn + Điều kiện áp dụng: áp dụng đƣợc điều kiện, tốt nhát vỉa dốc > 300 than có tính tự cháy Cịn chèn máy ném khí khí nén chủ yếu áp dụng vỉa dốc thoải 3.4 Chèn lò phần phá hoả phần 3.4.1 Khái niệm: - 80 - Chèn lị phần chèn lấp khơng gian khai thác giải đá chèn đƣợc xếp không cho đá vách trực tiếp sập đổ khoảng không chèn 3.4.2 Sơ đồ công nghệ, ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng Khi điều khiển đá vách chèn lò phần, vách trực tiếp vách đƣợc chống giữ dải đá chèn (hình 3.8), đá chèn đƣợc lấy từ việc khấu đá vách đá trụ lò lấy đá kẹp vỉa Khi đá vách bền vững độ xuất khí mêtan khoảng trống khai thác lớn, có khả tích tụ phần lị lấy đá, nên bố trí lị lấy đá dƣới trụ A Hình 3.8: Điều khiển đá vách chèn lị phần vỉa dốc thoải Các dải đá chèn đƣợc đƣợc xếp nối tiến độ gƣơng lò chợ, nằm cách khoảng nhỏ bƣớc sập đổ tự đá vách trực tiếp (có thể tới 12 m) Chiều rộng dải chèn vỉa dốc thoải đƣợc lấy 4-6 m, nhƣng không nhỏ 35 lần chiều dày vỉa than Chiều rộng lị lấy đá (m) đƣợc tính cơng thức lkd = m.l dc h kd k , Trong đó: m - chiều dày vỉa, m; ldc - chiều rộng dải đá chèn, m; hkđ - chiều cao khấu đá lò lấy đá (hkđ = 0,81 m); - 81 - k - hệ số tơi đá xếp chèn (k = 22,2) Các lỗ khoan đƣợc khoan khoan điện cầm tay, nhằm đảm bảo an toàn lao động, lị lấy đá đƣợc chống giữ chống tạm thời khoảng cách m kể từ gƣơng khấu đá có lối thuận lợi vào khơng gian lị chợ Khi chèn lị phần vỉa dốc đứng, dải đá chèn đƣợc xếp theo phƣơng Chúng đƣợc đặt theo phƣơng vách thuộc loại II, III IV theo phân loại ĐơnUGI, đồng thời vách trực tiếp khơng có xu hƣớng trƣợt Chiều rộng dải chèn đƣợc lấy 6-15 m phụ thuộc vào độ ổn định vách Các lỗ mìn đƣợc khoan từ khơng gian lị chợ Để giữ đá chèn, cần thiết lập hộc chứa đá, có hàng chồng cũi chặn phía dƣới (hỡnh 3.9) Hình 3.9: Chèn lò phần vỉa dèc ®øng Chi phí lao động chèn lị phần lớn 5070 % so với phá hoả tồn phần Chính thế, chèn lị phần hợp lý khơng áp dụng đƣợc phá hoả tồn phần Đá để xếp dải đá chèn đƣợc lấy đá kẹp vỉa, đất đá trình đào lò, Khoảng cách dải đá chèn đƣợc xác định sở bƣớc sập đổ đá vách trực tiếp Nếu chèn lị phần khoảng cách chúng phải lấy nhỏ bƣớc sập đổ đá vách trực tiếp Nếu phá hoả phần khoảng cách phải lớn bƣớc sập đổ đá vách trực tiếp * Ƣu điểm: Áp lực tác dụng lên lò chợ nhỏ so với phá hoả - 82 - * Nhƣợc điểm: Do xếp dải đá chèn thủ cơng chi phí lao động lớn, suất thấp * Điều kiện áp dụng: - Vỉa có chiều dày m