NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DI ĐỘNG DÙNG TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250 VÙNG QUẢNG NINH

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ .................................................................................................... 6 1.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. .......................................................................................... 6 1.1.1. Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam .......................................... 6 1.1.2. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh .......................................................................................... 6 1.2. Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới ............................. 15 1.2.1. Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn. .................................. 16 1.2.2. Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động dạng khung. .................................................................................................. 16 1.2.3. Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành. .......................... 19 1.3. Giới thiệu thiết bị chống ở các mỏ hầm lò Việt Nam. ............................ 20 1.3.1. Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22 .......................................... 21 1.3.2. Giá đỡ thủy lực di động XDY ............................................................. 21 1.3.3. Giàn chống tự hành ZZ3200 .............................................................. 22 1.3.4. Giàn chống tự hành VINALTA ......................................................... 22 1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1 ........................................................................... 23 1.3.6. Giàn chống 2ANSH ............................................................................ 23 1.3.7. Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z. ............................. 24 1.4. Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc và Việt Nam; Vấn đề nghiên cứu của luận án ................................................................................. 29 1.4.1. Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc .......................... 29 1.4.2. Tại Việt Nam ...................................................................................... 32 1.4.3. Vấn đề nghiên cứu của đề tài luận án .................................................. 35 Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ PHỤC VỤ TÍNH TOÁN, GIÁ KHUNG THỦY LỰC.......................................................................................................... 37 2.1. Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ ..................................... 37 2.2. Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì chống và đá vách .......................................................................................... 40 2.3. Một số giả thuyết về áp lực mỏ .............................................................. 44 2.3.1. Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov M.M.......... ................................................................................................... 44 2.3.2. Lý thuyết các block liên động do Kuznesov G.H. ............................... 47 2.4. Lý thuyết về cơ học môi trường liên tục ................................................ 48 2.4.1. Ten xơ ứng suất .................................................................................. 48 2.4.2. Định luật Húc ..................................................................................... 48 2.4.3. Ứng suất tương đương Von – Mises ................................................... 50 2.5.Lý thuyết về ống dày .............................................................................. 52 2.5.1. Khái niệm ống dày: ............................................................................ 52 2.5.2. Công thức tính ứng suất và chuyển vị ................................................. 53 Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC ........................................................................ 58 3.1. Nghiên cứu khả năng chịu tải của giá khung ......................................... 58 3.1.1. Các bước công nghệ khai thác được mô tả như sau: ........................... 58 3.1.2. Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn Than- Khoáng sản Việt Nam ..................................................... ............................. 59 3.1.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước tại Công ty than Nam Mẫu - Vinacomin..................................... .......... 60 3.1.4. Phân tích về khả năng chịu tải của giá khung:..................................... 64 3.2.Tính toán mái trên .................................................................................. 65 3.2.1. Thiết lập công thức kiểm nghiệm độ bền mái trên .............................. 65 3.2.2. Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z ........................ 69 3.2.3. Ứng dụng mô phỏng số vào nghiệm bền kết cấu mái trên ................... 70 3.3. Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống ......................................... 74 3.3.1.Tính toán độ bền piston ....................................................................... 74 3.3.2. Tính toán độ bền xylanh ..................................................................... 75 3.4. Tính toán độ ổn định của cột chống ....................................................... 86 Chương 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250 ........................................................... 89 4.1. Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động ............................................................................................................. 89 4.1.1. Phương pháp tính toán để xác định các thông số hợp lý ...................... 89 4.1.2.Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý cho mái trên .............................. 89 4.1.2. Thiết kế, nghiệm bền chi tiết mái trên ................................................. 93 4.1.3. Tính toán, lựa chọn tiết diện hợp lý cho cột chống .............................. 99 4.2. Lựa chọn kích thước hợp lý cho khung giá trong điều kiện làm việc góc dốc lên tới 25o ............................................................................................ 103 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 105 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ.........107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 108 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 111

BÙI THANH NHU

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DI ĐỘNG DÙNG TRONG

BÙI THANH NHU

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DI ĐỘNG DÙNG TRONG KHAI THÁC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS ĐINH VĂN CHIẾN

2 PGS.TS TĂNG HUY

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực Những kết quả của luận án chưa từng được ai công bố

Hà Nội, ngày 18 tháng 04 năm 2014

Tác giả luận án

Bùi Thanh Nhu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ 6

1.1 Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 6

1.1.1 Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam 6

1.1.2 Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 6

1.2 Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới 15

1.2.1 Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn 16

1.2.2 Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động dạng khung 16

1.2.3 Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành 19

1.3 Giới thiệu thiết bị chống ở các mỏ hầm lò Việt Nam 20

1.3.1 Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22 21

1.3.2 Giá đỡ thủy lực di động XDY 21

1.3.3 Giàn chống tự hành ZZ3200 22

1.3.4 Giàn chống tự hành VINALTA 22

1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1 23

1.3.6 Giàn chống 2ANSH 23

1.3.7 Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z 24

1.4 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc và Việt Nam; Vấn đề nghiên cứu của luận án 29

1.4.1 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc 29

1.4.2 Tại Việt Nam 32

1.4.3 Vấn đề nghiên cứu của đề tài luận án 35

Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ PHỤC VỤ TÍNH TOÁN, GIÁ KHUNG THỦY LỰC 37

2.1 Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ 37

2.2 Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì chống và đá vách 40

2.3 Một số giả thuyết về áp lực mỏ 44

2.3.1 Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov M.M 44

2.3.2 Lý thuyết các block liên động do Kuznesov G.H 47

2.4 Lý thuyết về cơ học môi trường liên tục 48

2.4.1 Ten xơ ứng suất 48

2.4.2 Định luật Húc 48

2.4.3 Ứng suất tương đương Von – Mises 50

2.5.Lý thuyết về ống dày 52

2.5.1 Khái niệm ống dày: 52

2.5.2 Công thức tính ứng suất và chuyển vị 53

Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC 58

3.1 Nghiên cứu khả năng chịu tải của giá khung 58

3.1.1 Các bước công nghệ khai thác được mô tả như sau: 58

3.1.2 Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn Than- Khoáng sản Việt Nam 59

3.1.3 Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước tại Công ty than Nam Mẫu - Vinacomin 60

3.1.4 Phân tích về khả năng chịu tải của giá khung: 64

3.2.Tính toán mái trên 65

3.2.1 Thiết lập công thức kiểm nghiệm độ bền mái trên 65

3.2.2 Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z 69

3.2.3 Ứng dụng mô phỏng số vào nghiệm bền kết cấu mái trên 70

3.3 Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống 74

3.3.1.Tính toán độ bền piston 74

3.3.2 Tính toán độ bền xylanh 75

3.4 Tính toán độ ổn định của cột chống 86

Chương 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250 89

4.1 Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động 89

4.1.1 Phương pháp tính toán để xác định các thông số hợp lý 89

4.1.2.Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý cho mái trên 89

4.1.2 Thiết kế, nghiệm bền chi tiết mái trên 93

4.1.3 Tính toán, lựa chọn tiết diện hợp lý cho cột chống 99

4.2 Lựa chọn kích thước hợp lý cho khung giá trong điều kiện làm việc góc dốc lên tới 25o 103

KẾT LUẬN 105

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

PHỤ LỤC 111

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

q Tải trọng vách trực tiếp lên vì chống N/mm

F Lực tác dụng lên piston khi làm việc N

S Diện tích mặt cắt ngang của piston mm2 1

2

1

2

 3 Ứng suất chính theo phương 3 MPa

Von Mies Điều kiện dẻo Von Mies MPa

 Khoảng cách từ tâm đến các điểm trên thành xylanh,

2

r  

mm

 Hệ số poat-xông

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tổng hợp trữ lượng các khu vực huy động vào đánh giá 8

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z 26

Bảng 1.3 Thông số kích thước và kết quả tính toán nghiệm bền 33

Bảng 1.4 Thông số kích thước và kết quả tính toán nghiệm bền 34

Bảng 1.5 Thông số kích thước và kết quả tính toán nghiệm bền 35

Bảng 3.1 Kết quả tính toán của mái trên trong trường hợp chịu tải 160 tấn 69

Bảng 3.2 Các giá trị về đặc trưng hình học, vật liệu của cột chống 87

Bảng 4.1 Kết quả tính toán kích thước hợp lý cho mái trên 91

Bảng 4.2 Kết quả tính toán kích thước hợp lý cho cột chống 101

Bảng 4.3 Kích thước hợp lý cho mái trên 103

Bảng 4.4 Kích thước hợp lý cho cột chống 104

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Quan hệ giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá 9

Hình 1.2 Quan hệ giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng 10

có khả năng cơ giới hoá 10

Hình1.3 Quan hệ giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá 11

Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều dài theo phương khu vực khai thác 12

với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá 12

Hình 1.5 Quan hệ giữa phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực 13

khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá 13

Hình 1.6 Quan hệ giữa chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác 14

với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá 14

Hình 1.7 Hình ảnh cột chống thủy lực đơn 16

Hình 1.8 Giá thủy lực di động 17

Hình 1.9 Giá thủy lực di động dạng khung mã hiệu ZH 18

Hình 1.10 Giàn chống tự hành mã hiệu ZZ và ZDB 20

Hình 1.11 Giàn chống tự hành KDT-1 20

Hình 1.12 Giàn chống TH- 2ANSH 20

Hình 1.13 Giàn chống tự hành VINALTA 22

Hình 1.14 Kết cấu tổ hợp giá chống thủy lực 25

Hình 1.15 Kết cấu mái trên giá chống thủy lực 25

Hình 1.16 Mái trên chịu tải trọng tập trung về hai phía 30

Hình 1.17 Mái trên chịu tải tập trung tại chính giữa 30

Hình 1.18 Mái trên chịu tải xoắn 31

Hình 1.19 Mái trên chịu tải lệch một bên 32

Hình 1.20 Tải trọng khi làm việc 32

Hình 1.21 Ứng suất, mô men, độ võng, góc xoay 33

Hình 1.22 Tải trọng khi làm việc 33

Hình 1.23 Ứng suất, mô men, độ võng, góc xoay 34

Hình 1.24 Tải trọng khi làm việc 34

Hình 1.25 Ứng suất, mô men, độ võng, góc xoay 35

Hình 2.1 Đồ thị quan hệ độ dịch chuyển của đá vách và tải trọng của vì chống 39 Hình 2.2 41

Vùng ảnh hưởng của khấu than đến sự dịch chuyển của đá vách 41

Hình 2.3 Sự hình thành vòm cân bằng tự nhiên ở khu khai thác 45

Hình 2.4 Sơ đồ tính tải trọng tác động lên giá chống thủy lực 46

Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên cột của giá chống thuỷ lực 47

Hình 2.6 Ten xơ ứng suất 48

Hình 2.7.Mô hình tính toán 50

Hình 2.8 Ứng suất Vôn –Mises trong không gian ứng suất chính 52

Hình 2.9 Mô hình tính toán 52

Hình 2.10 Điều kiện cân bằng phân tố 54

Hình 3.1 Số lượng lò chợ sử dụng giá khung(tính theo%) dựa theo áp suất lò chợ tác dụng lên giá khung 60

Hình 3.2 Trạm đo áp lực 61

Hình 3.3 Biểu đồ theo dõi áp lực mỏ tại khu vực 10 bộ giá khung áp dụng thử nghiệm 62

Hình 3.4 Biểu đồ phân bố áp lực mỏ tại lò chợ mức +150 +180 vỉa 5 T.IC  T.I Công ty than Nam Mẫu 63

Hình 3.7 Giả thiết về sơ đồ chịu tải của mái trên 65

Hình 3.8 Mô hình tính toán nghiệm bền cho mái trên 65

Hình 3.9 Tiết diện mặt cắt ngang của mái trên 68

Hình 3.10 Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý của mái trên tương ứng trường hợp 160T, độ bền cho phép []=510 MPa, hệ số an toàn n = 1.5 69

Hình 3.11 Mô hình hình học khi mô phỏng tính toán 71

khả năng chịu tải mái trên 71

Hình 3.13 Ứng suất tương đương Von – Mises 72

Hình 3.14 Các thành phần ứng suất chính A, B, C; biến dạng tương đương của mái D 73

Hình 3.15 Mô hình hình học 78

Hình 3.16 Kết quả về phân bố trường ứng suất cho trường hợp áp suất trong xylanh 20 MPa 78

Hình 3.17 Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương theo chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm; r2 = 60 mm 79

Hình 3.19 Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương lớn nhất khi thay đổi áp suất và chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm 80

Hình 3.21 Đồ thị xác định tải trọng tới hạn của cột chống 88

Hình 4.1 Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc và 93

vật liệu chế tạo mái trên 93

Hình 4.2 Hình dạng mặt cắt ngang của mái trên 94

Hình 4.3.a Phân bố trường ứng suất trong mái ứng với tải trọng 120 Tấn 95

Hình 4.3.b Chuyển vị tại các vị trí trên mái tương ứng trường hợp 95

tải trọng 120 Tấn 95

Hình 4.4.a Phân bố trường ứng suất trong mái ứng với tải trọng 140 Tấn 96

Hình 4.5.a Phân bố trường ứng suất trong mái ứng với tải trọng 160 Tấn 97

Hình 4.4.b Chuyển vị tại các vị trí trên mái tương ứng trường hợp tải trọng 140 Tấn 96

Hình 4.5.b Chuyển vị tại các vị trí trên mái tương ứng 97

trường hợp tải trọng 160 Tấn 97

Hình 4.6 Tập trung ứng suất tại khớp nối 98

Hình 4.7 Sự phụ thuộc kích thước r2 vào tải trọng làm việc và 103

vật liệu chế tạo cột chống 103

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong lĩnh vực khai thác than ở Việt Nam, phương pháp khai thác than hầm lò ngày càng chiếm tỉ lệ lớn Nhu cầu tăng nhanh sản lượng, giảm chi phí sản xuất và đảm bảo an toàn lao động là vấn đề cấp bách đối với các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Một trong các hướng giải quyết là từng bước hoàn thiện công nghệ khai thác, áp dụng cơ giới hóa từng phần và đồng bộ khai thác hầm lò

Nguyên công chống giữ lò chợ trong khai thác than hầm lò là một khâu rất quan trọng Vì vậy việc nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết bị chống giữ lò luôn được quan tâm

Các mỏ khai thác than hầm lò ở nước ta hiện nay dùng chủ yếu là cột chống thủy lực đơn và giá thủy lực di động Các loại giá này đều phải nhập từ nước ngoài

Qua nghiên cứu các loại thiết bị chống ở mỏ hầm lò Việt nam, giá khung thủy lực có kết cấu đơn giản, dễ vận hành, được nhiều mỏ sử dụng

Việc áp dụng giá khung di động tại các mỏ than hầm lò Việt Nam trong thời gian qua tuy mới ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng đã có kết quả đáng khích lệ, như: Nâng cao hiệu quả, an toàn, giảm tổn thất tài nguyên trong khai thác than hầm lò và có thể khẳng định chủ trương đầu tư, áp dụng rộng rãi

mô hình công nghệ này của Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam là hướng đi đúng đắn Sự thành công của mô hình công nghệ không chỉ góp phần phát triển bền vững lĩnh vực khai thác than hầm lò mà còn là cơ sở quan trọng để tiến tới cơ giới hoá, hiện đại hoá ngành than Việt Nam

Tuy nhiên, việc áp dụng thiết bị chống lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố như điều kiện địa chất, thế nằm của vỉa, áp lực mỏ, mức độ bùng nền, công nghệ khai thác…Vì vậy để sử dụng có hiệu quả các loại giá khung thủy lực di động trong điều kiện hầm lò Việt Nam cần phải có những nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn những thông số hợp lý dùng phù hợp trong khai thác hầm lò Từ

những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn một số thông số

hợp lý của giá khung thủy lực di động dùng trong khai thác than hầm lò có góc dốc đến 25 0 vùng Quảng Ninh”

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Mục đích nghiên cứu của luận án là đưa ra một phương pháp tính toán nghiệm bền dựa trên các cơ sở lý thuyết, thực nghiệm để lựa chọn được kích thước hợp lý của mái trên, cột chống giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z phù hợp với điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng cụ thể là giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z,

đó là loại giá khung được sử dụng ở Nam Mẫu, Vàng Danh,…, được đánh giá tương đối phù hợp với điều kiện kỹ thuật khai thác than mỏ hầm lò

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tính toán kích thước hợp lý, nghiệm bền chi tiết mái trên và cột chống của giá khung thủy lực di động ZH 1600/16/24Z trong điều kiện góc dốc vỉa đến 250

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lập trình tính toán lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

5.1 Ý nghĩa khoa học:

Thực nghiệm: Thống kê áp lực làm việc của giá khung thủy lực di động tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, thông qua đo đạc áp suất trong xylanh khi làm việc

Xây dựng phương pháp tính toán lựa chọn thông số hình học, vật liệu của mái trên, cột chống hợp lý, phù hợp với điều kiện kỹ thuật của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng trong công tác thiết kế và lựa chọn giá khung thủy lực di động phục vụ khai thác than hầm lò Các kết quả nghiên cứu cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các đơn vị tư vấn thiết kế mỏ và thiết bị mỏ, cho các nhà quản lý, làm tài liệu giảng dạy đại học và sau đại học

6 Nội dung luận án

Luận án đã tập trung giải quyết một số vấn đề về nghiên cứu lý thuyết

và mô phỏng quá trình chịu lực, độ ổn định và khảo sát thực tiễn giá khung thủy lực di động chống ở mỏ hầm lò Nội dung luận án gồm 4 chương chính

làm rõ một số vấn đề nghiên cứu:“Nghiên cứu lựa chọn một số thông số hợp

lý của giá khung thủy lực di động dùng trong khai thác than hầm lò có góc dốc đến 25 0 vùng Quảng Ninh”, với các bảng biểu, hình vẽ, đồ thị và phần

phụ lục

7 Luận điểm bảo vệ

- Thực nghiệm: Thông qua đo đạc áp suất trong xylanh khi làm việc có thể tính toán áp lực làm việc thực tế của giá khung thủy lực di động tại các

mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

- Dùng giả thiết thanh hai bậc, ứng suất tương đương Von-Mises để tính toán độ bền, độ ổn định của cột chống

- Sử dụng phương pháp lập trình tính toán được các kích thước hợp lý dành cho mái trên và cột chống dựa trên các điều kiện: tải trọng ban đầu và vật liệu chế tạo

- Tính toán, lựa chọn được kích thước hợp lý cho mái trên và cột chống giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z trong điều kiện làm việc góc dốc đến 25o

8 Điểm mới của luận án

- Xây dựng được mô hình tính toán mái giá để khảo sát và thiết lập được mối quan hệ độ bền vật liệu và thông số kích thước hình học mái giá với lực tác dụng

- Từ lý thuyết cơ sở đã xây dựng được các quan hệ để tính toán độ dày thành xylanh cột chống phụ thuộc vào áp suất trong xylanh và giới hạn bền của vật liệu, giá trị áp suất lớn nhất mà xylanh có thể làm việc với giới hạn bền của vật liệu cho trước Việc tính toán độ ổn định của xylanh cột chống với mô hình thanh chịu nén đúng tâm có tiết diện hai bậc phản ánh đúng điều kiện làm việc của cột chống và làm căn cứ xác định chính xác hơn kết quả tính toán

- Từ việc đánh giá về lực chống của các giá khung thủy lực di động đang sử dụng trong Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam thông qua số liệu thống kê và kết quả thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước tại Công ty than Nam Mẫu, khẳng định sự cần thiết lựa chọn thông số giá khung dùng phù hợp với điều kiện kỹ thuật mỏ than vùng Quảng Ninh để nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị

- Xây dựng phương pháp lựa chọn thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động dùng phù hợp với điều kiện kỹ thuật của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

- Từ phương pháp đề xuất, xác định được một số thông số hợp lý của mái trên và cột chống theo điều kiện làm việc của mỏ hầm lò có góc dốc đến

250

1.1.1 Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam[8]

Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam là phát triển ổn định, bền vững, bảo đảm hài hòa với môi trường trên cơ sở áp dụng công nghệ thăm dò, khai thác và chế biến tiên tiến, phù hợp với điều kiện mỏ địa chất và kinh tế

xã hội ở từng vùng Phát triển ngành than phải đạt được mục tiêu hiệu quả kinh tế, giảm tổn thất tài nguyên, an toàn lao động, bảo vệ môi trường sinh thái, đáp ứng tối đa nhu cầu than cho phát triển kinh tế xã hội của đất nước Thị trường hóa ngành than để thu hút nguồn lực của mọi thành phần kinh tế vào đầu tư phát triển ngành; đặc biệt là thu hút đầu tư nước ngoài vào thăm

dò, khai thác than ở vùng đồng bằng sông Hồng với quy mô lớn sau 2020

1.1.2 Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh [9]

Hiệu quả khai thác phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố công nghệ Đối với công nghệ cơ giới hoá khấu than ở lò chợ, điều kiện địa chất và kỹ thuật

mỏ là hai yếu tố quyết định khả năng áp dụng và hiệu quả kinh tế Phương pháp đánh giá khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hoá khai thác than được dựa trên các kết quả nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất và kỹ thuật mỏ các vỉa than sẽ huy động vào khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

và tổng hợp trữ lượng các khu vực có khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác

Từ đó xác định các khu vực đặc trưng và đề xuất định hướng lựa chọn sơ đồ

công nghệ khai thác và đồng bộ thiết bị cơ giới hoá khấu than và chống giữ phù hợp

Các điều kiện địa chất mỏ gồm:

- Chiều dày vỉa: Đây là một trong những thông số ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn thiết bị khấu than, năng suất của máy khấu cũng như việc đồng bộ các thiết bị chống giữ trong quá trình khấu than Các Nhà sản xuất thiết bị cơ giới hoá đã thiết kế chế tạo các chủng loại thiết bị cho vỉa mỏng (0,51,2m), trung bình (1,23,5m) và vỉa dày (>3,5m) Phạm vi nghiên cứu được mở rộng phân loại chiều dày vỉa ở toàn bộ các vỉa than đưa vào đánh giá

- Góc dốc vỉa: Cũng như chiều dày vỉa, góc dốc vỉa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến áp dụng phương tiện cơ giới hoá khấu than Hiện nay trên thế giới về cơ bản đã giải quyết xong vấn đề công nghệ cơ giới hoá khấu than lò chợ đối với vỉa có độ dốc đến 350 Đối với các vỉa mỏng và trung bình khấu theo các sơ đồ công nghệ gương lò chợ dài hoặc gương ngắn

Các điều kiện khác đảm bảo hiệu quả áp dụng cơ giới hóa là:

- Không có đứt gãy biên độ nhỏ trong khu vực lò chợ, hoặc nếu có thì biên độ không vượt quá 0,5m

- Khu vực lò chợ có kích thước hình chữ nhật, chiều dài theo phương tối thiểu >100 m

- Đá vách trực tiếp thuộc loại ổn định trung bình, dễ sập đổ

- Đá vách cơ bản thuộc loại vách nhẹ đến vách trung bình

- Trụ vỉa thuộc loại bền vững trung bình

- Trữ lượng công nghiệp khu vực lò chợ được khai thác liên tục bằng một lò chợ cơ giới hoá không nhỏ hơn 100.000 tấn

Các yếu tố kỹ thuật cơ bản ảnh hưởng đến hiệu quả áp dụng công nghệ khai thác cơ giới hoá bao gồm:

- Phương pháp mở vỉa và chuẩn bị ruộng mỏ;

- Hệ thống khai thác và vận tải;

- Phương pháp chống giữ và điều khiển đá vách;

- Các thông số kỹ thuật khác và biện pháp thông gió, an toàn

Trên cơ sở các chỉ tiêu định lượng như trên, đã tiến hành đánh giá và phân loại các khu vực khai thác trong ranh giới quản lý của một số mỏ hầm lò chính vùng Quảng Ninh Đây là các khu vực, mỏ có điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ đại diện cho vùng Quảng Ninh Tổng trữ lượng các khu vực được đánh giá là 490,190 triệu tấn Trữ lượng các khu vực có khả năng áp dụng cơ giới hoá trong giới hạn nghiên cứu đánh giá là 280,887 triệu tấn

Bảng 1.1 Tổng hợp trữ lượng các khu vực huy động vào đánh giá

TT Tên khu vực, mỏ Mức khai

Thác

Trữ lượng địa chất

(1000T)

Trữ lượng có khả năng cơ giới hoá (1000T)

quan với trữ lượng của chính khu vực đưa vào nghiên cứu

Nghiên cứu mối tương quan giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng cho thấy, các khu vực có khả năng cơ giới hoá vùng Quảng Ninh tập trung trong giới hạn chiều dày vỉa từ trung bình đến dày (hình 1.1)

Phân tích yếu tố chiều dày vỉa trên cơ sở phân cấp theo độ dày cách nhau 0,5m nhằm phù hợp với việc lựa chọn đồng bộ thiết bị cơ giới hoá Qua biểu đồ mối tương quan giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng thể hiện tại các khu có khả năng cơ giới hoá tại các mỏ vùng Quảng Ninh, chiều dày vỉa tập trung lớn nhất trong giới hạn trên 4,5 m chiếm 51,21% tổng trữ lượng Với trình độ phát triển cơ giới hoá khai thác hầm

lò hiện nay trên thế giới, chiều dày vỉa 3,5  4,5m đã được khấu đồng thời một lớp, thậm chí tại một số khu vực có điều kiện thuận lợi với chiều dài theo phương lớn đã thử nghiệm khai thác một lớp với chiều dày vỉa đến 6 m Trong điều kiện phức tạp tại vùng Quảng Ninh chỉ nên xem xét các giới hạn chiều dày vỉa đến 3 m để có thể khai thác đồng thời (chiếm 20,03% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá), từ 3,0 đến 4,5m (chiếm 28,76% tổng trữ lượng) khấu kết hợp hạ trần than nóc Đối với chiều dày vỉa trên 4,5m lựa chọn khai thác hợp lý giữa hạ trần than nóc và chia lớp nghiêng

Hình 1.1 Quan hệ giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

3 2 4 7.3 7

<1.2 1.2 1-1.5 1.51- 2 0

5.58 9.39 16.39

45.21 22.61

0.82

0-15 15-25 25-35 35-45 45-55 55-90

Phân tích mối tương quan giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá cho thấy, trữ lượng có khả năng cơ giới hoá tập trung chủ yếu trong phạm vi vỉa có độ dốc đến 350 chiếm 68,64% tổng trữ lượng, phạm

vi giới hạn 250350 chiếm cao nhất 45,21% Tiếp đến phạm vi góc dốc vỉa từ

350450 chiếm 16,39% Yếu tố góc dốc vỉa ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn đồng bộ thiết bị cơ giới hoá, theo kết quả phân tích mối tương quan giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá trong điều kiện các vỉa than vùng Quảng Ninh cần xem xét lựa chọn đồng bộ thiết bị cơ giới hoá có khả năng khai thác ở các phạm vi góc dốc vỉa đến 350, từ 350450, 450550 và trên 550

Hình 1.2 Quan hệ giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng

có khả năng cơ giới hoá

Mối tương quan giữa chiều dày, góc dốc với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá thể hiện trên hình 1.3

Từ tổ hợp giữa chiều dày vỉa và góc dốc vỉa có thể xác định được đồng

bộ thiết bị cơ giới hóa phù hợp đem lại hiệu quả sản xuất cao Phân tích mối tương quan giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá cho thấy, tỷ lệ phần trăm trữ lượng có khả năng cơ giới hoá tập trung trong điều kiện vỉa có chiều dày đến 3m và góc dốc đến 350 chiếm 13,37%, chiều dày vỉa từ 34,5m với góc dốc đến 350 chiếm 19,41% và vỉa có chiều dày trên 4,5m, góc dốc đến 350 chiếm 35,86% Tại các khu vực vỉa có góc dốc từ 350450 với chiều dày đến 4,5m chiếm 8,83% và chiều dày trên 4,5m chiếm 7,56% Các vỉa có góc dốc từ 450550 có trữ lượng chiếm 9,39% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá Ngoài ra vỉa có góc dốc trên 550 có trữ lượng chiếm 5,58% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá Trên cơ sở trữ lượng, độ dày và góc dốc vỉa xác định phạm vi nghiên cứu lựa chọn sơ đồ công nghệ cơ giới hoá khai thác và đồng bộ thiết bị cơ giới hoá khấu than, chống giữ và vận tải

Hình1.3 Quan hệ giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ

giới hoá

Một trong các yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu quả mô hình cơ giới hoá khai thác là chiều dài theo phương khu vực khai thác Yếu tố này ảnh

3.1 1.9 5.6 5.4

12.8 9.5 8.74.7 3.644.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Chiều dài theo phương khu khai thác, m

hưởng lớn đến thời gian lắp đặt, vận hành, thỏo dỡ và di chuyển đồng bộ thiết

bị cơ giới hoỏ khai thỏc Kết quả nghiờn cứu và đỏnh giỏ yếu tố chiều dài theo phương khu vực khai thỏc cho thấy, do ảnh hưởng của phay phỏ kiến tạo và phương phỏp mở vỉa, chuẩn bị tại cỏc mỏ hầm lũ, cỏc khu vực hiện đang huy động trữ lượng vào khai thỏc cú chiều dài theo phương khụng lớn, như khu vực cỏnh bắc Mạo Khờ cú chiều dài theo phương lớn nhất dao động trong khoảng 700900m, khu Trung tõm Dương Huy dao động từ 600800m, khu vực Khe Chàm I dao động từ 400700m, cũn lại phần lớn tại cỏc mỏ cú chiều dài theo phương khu khai thỏc từ 350500m Tại cỏc mức sõu hơn, phụ thuộc vào sơ đồ mở vỉa và chuẩn bị cú thể tăng chiều dài một khu vực lờn trờn 1000m tại cỏc mỏ Mạo Khờ, Vàng Danh, Dương Huy, Khe Chàm với hiện trạng khai thỏc cỏc tầng đang huy động vào khai thỏc và cỏc tầng sẽ huy động vào khai thỏc của cỏc mỏ hầm lũ, tỷ lệ phần trăm trữ lượng cú khả năng cơ giới hoỏ phõn theo chiều dài theo phương khu khai thỏc thể hiện trờn hỡnh 1.4

Hỡnh 1.4 Quan hệ giữa chiều dài theo phương khu vực khai thỏc

với tổng trữ lượng cú khả năng cơ giới hoỏ

Trờn hỡnh 1.4 cho thấy, trữ lượng tập trung tại cỏc khu vực cú chiều dài theo phương lớn hơn 1000m chiếm 44,6% tổng trữ lượng cú khả năng cơ giới hoỏ Tuy nhiờn, trữ lượng này tập trung ở cỏc mức sõu mỏ Mạo Khờ, Vàng

Danh và Dương Huy hiện chưa có các công trình thăm dò và khai thác nhằm xác định các phay phá kiến tạo Trong phạm vi các khu vực khai thác có chiều dài theo phương từ 5001000m, trữ lượng chiếm 39,4% tổng trữ lượng có khả năng có giới hoá, trữ lượng các khu vực trong phạm vi này tương đối chắc chắn do đã có các công trình đường thăm dò và khai thác

Theo kinh nghiệm xác định chiều dài theo phương khi chọn mô hình cơ giới hóa khai thác tại các nước CHLB Nga, Trung Quốc, Ba Lan, Séc, v.v

có thể phân tích sự phân bố trữ lượng theo chiều dài theo phương trong tổng trữ lượng khu khai thác trong các dải đến 300m, 300800m và trên 800m, kết quả thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5 Quan hệ giữa phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực

khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

Trữ lượng phân bố tập trung tại các khu vực khai thác có chiều dài theo phương từ 300800m chiếm 42,02% tổng trữ lượng, dưới 300m chiếm 5,04% Nếu chiều dài theo phương < 300m khả năng áp dụng cơ giới hoá đồng bộ máy khấu kết hợp với giàn tự hành gặp nhiều khó khăn trong công tác lắp đặt và di chuyển diện khai thác Trên cơ sở mối tương quan giữa phạm

vi giới hạn chiều dài theo phương khu khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá, cho phép định hướng được mô hình cơ giới hoá thích hợp cho các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

Một yếu tố quyết định đến mô hình cơ giới hoá hợp lý đó là chiều dài theo độ dốc khu vực khai thác Yếu tố này quyết định đến lựa chọn chiều dài

lò chợ hợp lý Kết quả đánh giá mối quan hệ giữa chiều dài theo độ dốc khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá thể hiện trên hình 1.6

Phân tích kết quả đánh giá mối tương quan giữa chiều dài theo độ dốc khu khai thác với tổng trữ lượng các khu vực có khả năng cơ giới hoá cho thấy, trữ lượng tập trung trong giới hạn chiều dài theo độ dốc khu khai thác đến 150m chiếm 13,32% (đây là các khu vực hiện đang huy động vào khai thác tại các mỏ hầm lò) Trữ lượng tập trung lớn nhất tại các khu vực có chiều dài theo độ dốc lớn hơn 200m chiếm 81,55%, tuy nhiên điều này còn phụ thuộc nhiều vào phương pháp mở vỉa và chuẩn bị của các mỏ trong giai đoạn tới vì toàn bộ trữ lượng này phân bố ở các khu vực hiện chưa huy động vào khai thác của các mỏ

Hình 1.6 Quan hệ giữa chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác

với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

Qua kết quả đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất–kỹ thuật mỏ các khu vực có khả năng áp dụng cơ giới hoá có thể nhận định rằng, để triển khai áp dụng rộng rãi công nghệ khai thác cơ giới hoá khấu than tại vùng Quảng Ninh cần tiến hành tập trung nghiên cứu giải quyết xây dựng các sơ đồ công nghệ khai thác cơ giới hoá trong một số phạm vi điều kiện áp dụng đặc trưng sau:

- Các khu vực vỉa có chiều dày đến 3,0m có góc dốc từ 18 đến 350chiếm 24,41% tổng trữ lượng có khả năng có giới hoá

- Các khu vực vỉa có chiều dày từ 3,04,5m có góc dốc từ 18 đến 350chiếm 23,41% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

- Các khu vỉa có chiều dày trên 4,5m có góc dốc từ 18 đến 350 chiếm 47,99% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

- Các khu vỉa có góc dốc thoải chiếm 4,19% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá

Trong các phạm vi giới hạn về chiều dày và góc dốc vỉa, khi lựa chọn

mô hình cơ giới hoá cần đề cập đến mối tương quan với yếu tố chiều dài theo phương khu vực khai thác theo các khoảng cách đến 300m (chiếm 5,08% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá),300800m(chiếm 54,75% tổng trữ lượng

có khả năng cơ giới hoá) và trên 800m (chiếm 40,17% tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá)

1.2 Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới

Một số nước trên thế giới có ngành công nghiệp khai thác than phát triển như Nga, Ucraina, Trung Quốc, ….Việc chống giữ phục vụ công tác khai thác hầm lò sử dụng nhiều loại cột chống, giá chống, giàn chống hiện đại, kết hợp với máy khấu và thiết bị vận tải tạo thành tổ hợp khai thác cho năng suất cao

Các giá chống, giàn chống tự hành, sử dụng trong dây chuyền tổ hợp có khả năng chống giữ cao, chịu được áp lực mỏ lớn, điều khiển linh hoạt, có độ

an toàn cao Quá trình làm việc của các giàn chống tự hành được kết hợp với

sự làm việc của các máng cào hiện đại cỡ lớn và máy khấu than Tuy nhiên giá thành của các loại thiết bị này là tương đối cao, chỉ áp dụng phù hợp cho những vị trí khai thác có trữ lượng lớn, các thiết bị phụ trợ khác phải đáp ứng được năng suất khai thác của tổ hợp thiết bị thì mới cho hiệu quả kinh tế cao

1.2.1 Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn

Trên thế giới, ở những nước có ngành công nghiệp than đã dùng rộng rãi cột chống thuỷ lực đơn ở các lò khai thác Nước Anh đã nghiên cứu và sử dụng cột chống thuỷ lực đơn sớm nhất, cuối thập niên 40 họ đã cho ra đời sản phẩm này, sau đó tiếp tục sử dụng Ở thập niên 50 có Cộng hoà liên bang Đức, Nhật Bản, Ba Lan, Liên Xô, Trung Quốc cũng sử dụng cột chống thuỷ lực đơn: Ví dụ, khu mỏ SANK của Đức, trong thời gian 10 năm toàn bộ các gương lò có điều kiện phù hợp đã sử dụng Từ năm 1956 -1963 sản lượng cột chống thuỷ lực đơn đạt 84,8% chỉ có 5 năm sử dụng sản lượng đã tăng từ 7 

8 lần Qua tình hình sử dụng cột chống thuỷ lực đơn ở nước ngoài cho thấy từ đầu thập niên 60 kỹ thuật chống lò bằng cột chống thuỷ lực đơn đã đạt trình

chợ được liên kết với nhau thành một chỉnh thể và nằm trên một hệ khung đỡ cho nên tăng khả năng an toàn

1.2.2.1 Giá thủy lực di động

Các loại giá thủy lực di động sản xuất tại Trung Quốc gồm: Loại dùng cho vỉa thoải có mã hiệu XDY-1T2/LY và loại dùng cho vỉa góc dốc đến 45o

có mã hiệu XDY-1T2/Hh/Lr Việc áp dụng các loại giá thủy lực di động trong

lò chợ hạ trần than nóc cho thấy ưu điểm: Đã nâng cao sản lượng khai thác, năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động

Nhược điểm của loại giá thủy lực di động là tính ổn định của vì chống chưa cao, khả năng di chuyển của giá chưa nhanh dù đã được thủy lực hóa Nếu kiểm tra củng cố lò chợ không tốt dễ xảy ra các trường hợp giá bị xô theo

độ dốc, xà giá và cột chống không vuông ke với gương lò chợ Diện tích chống đỡ của xà giá hạn chế nên trong lò chợ vẫn phải dùng một lượng lưới thép tương đối lớn để trải lên nóc lò thay chèn và một lượng gỗ để làm văng

a) Giá thủy lực XDY-1T2/LY b) Giá thủy lực XDY-1T2/Hh/Lr

Hình 1.8 Giá thủy lực di động

1.2.2.2 Giá khung thủy lực di động

Để nâng cao khả năng an toàn và hiệu quả khai thác, khắc phục những tồn tại của giá thủy lực di động, Trung Quốc đã chế tạo và đưa vào sử dụng loại thiết bị chống giữ khác là giá khung thủy lực di động

Giá khung thủy lực di động là vì chống thủy lực liên hoàn, có 4 cột thủy lực bố trí dưới xà (có thể bố trí cột thứ 5 ở giữa) Trong lò chợ hạ trần than nóc, các giá khung thủy lực di động thường bố trí cách nhau 1m, như vậy cường độ chống giữ đạt từ 0,480,64 MPa, trong khi sử dụng giá thủy lực di động chỉ đạt 0,39 MPa Loại vì chống này có ưu điểm là kết cấu vững chắc ổng định hơn so với giá thủy lực di động nhờ một hệ khung đỡ nằm dưới các

xà, liên kết thành một chỉnh thể nên trong lò chợ sử dụng giá khung thủy lực

di động không có hiện tượng đổ giá và xoay giá như đối với giá thủy lực di động

Khả năng di chuyển của giá khung thủy lực di động nhanh nhờ hệ thống điều khiển tập trung Giá khung thủy lực di động có thể sử dụng được ở điều kiện đá trụ vỉa mềm yếu nhờ có các loại đế chế tạo sẵn với đường kính Ф26  33 cm hoặc loại đế dùng chung cho hai cột theo kích thước 4x8 m Công tác vận chuyển, lắp đặt, tháo dỡ giá thủy lực di động dạng khung trong

lò chợ tương đối đơn giản, giảm cường độ lao động của công nhân vận hành Căn cứ các loại thiết bị chống giữ lò chợ hạ trần thu hồi than nóc với các đặc tính kỹ thuật đã giới thiệu cho thấy:

a) Giá khung thủy lực di động

- Loại giá khung di động ZH1200/16/26 có khả năng làm việc trong điều kiện vỉa dốc đến 45o, cấu tạo gồm 4 cột và hai xà, có 1 dầm tiến gương tại một vế xà, có chiều rộng giá nhỏ (750mm) nên khi chống giữ vẫn cần phải trải lưới nóc Sức chịu tải của loại giá khung này là 120 tấn, tương đương với giá thủy lực di động XDY1T2/LY nên khả năng đỡ vách bị hạn chế

- Giá khung di động ZH1600/16/24 có khả năng làm việc trong điều kiện vỉa dốc đến 25o, sức chịu tải 160 tấn, lớn hơn so với giá thủy lực ZH1200/16/26 và giá thủy lực di động XDY1T2/LY phù hợp với điều kiện áp lực mỏ lớn khi khai thác lò chợ hạ trần Loại giá khung này còn có cơ cấu tấm

đỡ gương độc lập nên thuận tiện để xử lý các trường hợp lở gương, tụt nóc lò chợ; xà giá có cấu tạo là một tấm liền với chiều rộng lớn, khe hở giữa các giá nhỏ nên không cần lưới trải nóc trong quá trình khai thác

1.2.3 Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành

1.2.3.1 Giới thiệu chung

Giàn chống có vai trò chống giữ và che chắn không gian lò chợ, đồng thời còn là điểm tựa để dịch chuyển máng cào theo tiến độ khấu gương

Có thể coi giàn chống là một thiết bị thủy lực, có khả năng tự di chuyển, khả năng chịu tải lớn và linh hoạt trong chống giữ với mức độ an toàn vượt trội so với các loại vì chống trước nó Với việc sử dụng giàn tự hành chính là đã thực hiện cơ giới hóa hoàn toàn khâu chống giữ trong lò chợ Theo phương pháp tác dụng tương hỗ với đá vách và cách bảo vệ không gian lò chợ, các giàn chống được chia thành bốn loại: kiểu đỡ, kiểu chắn, kiểu chắn - đỡ và kiểu đỡ

- chắn Nhờ những tính năng ưu việt trên đây, giàn chống tự hành đã được chế tạo và sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, nhất là các nước có công nghiệp khai thác than phát triển như Nga, Mỹ, Đức, Ba lan, Trung Quốc

1.2.3.2 Hình ảnh một số loại giàn chống tự hành được chế tạo tại Trung

Quốc và một số nước trên thế giới

1 2

Hình 1.12 Giàn chống tự hành- 2ANSH

1.3 Giới thiệu thiết bị chống ở các mỏ hầm lò Việt Nam

Hiện nay, các mỏ than hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam sử dụng các thiết bị chống với số lượng tương đối lớn

và đa dạng về chủng loại Các thiết bị chống giữ đang sử dụng phần lớn có xuất xứ từ nước ngoài Số lượng từng loại thiết bị chống từ vài thiết bị cho đến hàng nghìn thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như khả năng

áp dụng, đặc tính kỹ thuật và giá thành của từng thiết bị chống Dưới đây là giới thiệu sơ lược đặc tính kỹ thuật của 7 loại thiết bị chống đang được sử

dụng tại các mỏ than hầm lò thuộc Vinacomin

Ưu điểm của cột chống thủy lực đơn là thao tác đơn giản, di chuyển nhẹ nhàng hơn do khối lượng nhỏ, độ linh hoạt cao rất phù hợp cho việc chống dặm, giá thành thấp Tuy nhiên, độ ổn định và an toàn thấp, thao tác mất nhiều thời gian, không có khả năng tự rút cột, cột chống được sử dụng kết hợp với xà kim loại nên vẫn tốn một khối lượng gỗ tương đối lớn

1.3.2 Giá đỡ thủy lực di động XDY(hình 1.8)

Các loại giá chống thủy lực di động được sử dụng rộng rãi ở vùng than Quảng Ninh hiện nay được sản xuất tại Trung Quốc từ những năm 90 của thế

kỷ trước gồm các loại giá dùng cho vỉa thoải có mã hiệu XDY-1T2/LY và loại giá dùng cho vỉa dốc đến 45o có mã hiệu XDY-1T2/Hh/Lr Việc áp dụng các loại vì chống này trong lò chợ hạ trần than đã nâng cao sản lượng khai thác, năng suất lao động tăng và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động song lại có nhược điểm là tính ổn định của vì chống chưa cao, khả năng

di chuyển giá chưa nhanh dù đã được thủy lực hóa Chi phí dẫu nhũ tương lớn

do hệ thống cấp dịch cho lò chợ giá thủy lực không tuần hoàn Diện tích chống đỡ của xà giá hạn chế nên trong lò chợ vẫn phải dùng một lượng lưới thép tương đối lớn để trải nóc lò thay chèn và một lượng gỗ để làm văng chống xô giá Nếu kiểm tra củng cố lò chợ không tốt dễ xảy ra các trường hợp

xô giá theo độ dốc, xà giá và cột không vuông ke với gương lò chợ dẫn đến khả năng chống giữ của vì chống giảm đi Với giá thủy lực XDY chuyển

luồng là độc lập không liên kết với máng cào nên chưa đồng bộ trong khai thác và di chuyển máng cào và giá đỡ

và ngược lại là rất khó khăn do giá có khối lượng lớn

Hình 1.13 Giàn chống tự hành VINALTA

1.3.5 Giàn chống tự hành KĐT-1 (hình 1.11)

Giàn chống tự hành KĐT-1 là loại giàn chống tự hành được áp dụng để khai thác vỉa than dầy tới 8m, độ dốc của vỉa từ 45o đến 80o bằng phương pháp chia lớp bằng lò chợ ngắn, thu hồi than nóc Thiết bị mới được áp dụng tại Công ty Than Vàng Danh - Vinacomin từ năm 2007 Cũng giống như giàn chống VINALTA giàn chống tự hành KĐT-1 có khả năng chống giữ lớn, độ

ổn định cao, giá thành cao

1.3.6 Giàn chống tự hành 2ANSH (hình 1.12)

Do Ucraina sản xuất, đưa vào sử dụng năm 2008 tại một số mỏ như Mạo Khê, Hồng Thái Giàn chống tự hành 2ANSH kết hợp với máy bào 1ASHM tạo thành tổ hợp khai thác

Qua số liệu thống kê về mặt chủng loại có thể thấy tại các mỏ than hầm

lò Việt Nam đang sử dụng tương đối nhiều các loại thiết bị chống giữ trong lò chợ khác nhau Có những thiết bị đã được áp dụng rộng rãi như cột chống thủy lực đơn, giá thủy lực di động XDY, tổ hợp giá đỡ thủy lực ZH1600/16/24Z, số còn lại mới dừng lại ở mức độ áp dụng thử nghiệm hoặc chưa áp dụng rộng rãi

Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị chống giữ trong lò chợ tại Việt Nam cho đến nay vẫn chưa nhiều Phần lớn các công trình đã nghiên cứu đều đi sau các nước trên thế giới Cho đến nay mới chỉ có một vài công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị chống giữ trong lò chợ do Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - Vinacomin thực hiện Việc nghiên cứu thiết kế các loại giá chống thủy lực phục vụ cho công tác khai thác than hầm lò tại Việt Nam hiện nay là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển của đất nước cũng như ngành than

1.3.7 Giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z

Giá khungthủy lực di động ZH1600/16/24Z là sản phẩm chống đỡ loại nhẹ giữa giá chống xà treo và giá chống thủy lực trong khai thác than

do Trung Quốc chế tạo, được nhập và sử dụng tại Việt Nam từ năm 2006 có các đặc điểm sau:

+ Thao tác đơn giản, nâng cao trình độ tự động hóa, giảm bớt cường độ lao động của công nhân, tốc độ đẩy dịch khá nhanh, có lợi cho việc khống chế

Hình 1.14 Kết cấu tổ hợp giá chống thủy lực

Hình 1.15 Kết cấu mái trên giá chống thủy lực

Đặc tính kỹ thuật của giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z được thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z

TT Các thông số kỹ thuật cơ bản Đơn vị Giá trị

1.3.7.2 Kết cấu giá thủy lực

- Mái: Kết cấu mái là một chỉnh thể hàn liên kết với nhau, chiều rộng 0,96m Tác dụng của mái là chống đỡ và che kín nóc lò chợ Giữa hai mái (hay giá chống) cách nhau cự ly là 40cm, có thể tránh trường hợp hai giá chống cọ sát mắc vào nhau ngoài ra còn có tác dụng phá hỏa lợi dụng khe hở

để khoan lỗ và làm tơi vỉa cứng than vách

- Xi lanh tiến gương: Là bộ kích áp suất thủy lực hai chiều, một đầu xi lanh được lắp với mái, cần pit tông nắp với xà đỡ sau Cần pit tông thu về thì kéo xà đỡ sau tiến lên, khi cần pit tông đẩy ra thì đẩy mái tiến về gương lò (Hành trình 800mm)

- Xà đỡ: Kết cấu xà đỡ như hình hộp vuông, chia thành xà đỡ trước và

xà đỡ sau, do khung ngang và xà đỡ liên kết xà đỡ trước và sau Dùng hệ thống pa lăng an toàn lắp đặt xà đỡ ở phía dưới xà trên đường ray, nhờ đó nó

có thể đi theo dưới đáy xà mà trượt lên phía trước Dùng bộ liên kết liên kết hết toàn bộ xà đỡ của lò chợ thành một chỉnh thể Khi bất cứ một giá nào chuẩn bị di động lên phía trước, trước hết cột giá chống trút tải và nâng lên, lúc này do xà đỡ chịu tải toàn bộ trọng lượng của giá chống và sức ép ở trên vách để cột chống di động lên phía trước

- Xà trượt: Tác dụng của xà trượt là đưa hai cột trước đã được nhấc lên nằm ở phía dưới xà trên đường ray, vậy cột ở trên đường ray phía dưới xà có thể trượt theo

- Cột chống thủy lực hai chiều: Là bộ phận chống đỡ của giá chống thủy lực, thông qua xà chịu tải sức ép của mặt khai thác, mỗi bộ có thể căn cứ vào

áp lực của lò chợ mà lắp đặt

- Tấm chắn trên: Tác dụng của tấm chắn trên là một phòng chống vách than ở phía sau giá chống sụt lở xuống hoặc cát đá rơi xuống lò chợ; hai là bảo vệ cột sau

- Tấm chắn dưới: Tác dụng của tấm chắn dưới là cản trở những cát đá rơi xuống phía sau của lò chợ, đồng thời có thể điều chỉnh lượng than (phá hỏa)

- Hệ thống đường ống áp suất thủy lực: Hệ thống đường ống áp suất thủy lực do trạm bơm nhũ hóa, đường ống chính (đầu cấp dịch chính, đầu hồi dịch chính), đường ống nhánh, các loại van áp suất thủy lực, van 3 đầu, van 2 đầu, bộ lọc, … tổ hợp thành

1.3.7.3 Nguyên lý hoạt động

Dung dịch nhũ hóa cao áp của trạm bơm, thông qua đường ống cấp chính đưa đến lò chợ và nối với mỗi giá, rồi thông qua tổ van thao tác phân

phối đến các cột, kích làm việc Dung dịch hạ áp quay trở về từ giá thông qua

tổ van thao tác với van ngắt một chiều qua đường ống hôi chính về trạm bơm làm nhiệm vụ cung cấp dung dịch tuần hoàn

Xà, cột và khung đỡ tạo thành tổ hợp chống đỡ, khi di chuyển giá, trước hết phải trút tải cột thủy lực rồi rút cột lên, xà giá hạ xuống nằm trên khung đỡ, lúc này cấp dung dịch cho kích tiến xà và khung đỡ sẽ làm điểm tựa cho xà di chuyển, chống chắc chắn các cột thủy lực hoàn thành công tác di chuyển giá Sau khi di chuyển toàn bộ giá của cả lò chợ, tất cả cột thủy lực ở trạng thái chống đỡ, khung đỡ không chịu tải nóc trên xà, lúc này cấp dung dịch cho kích kéo khung đỡ, toàn bộ cần piston của kích tiến xà ngắn lại, khung đỡ di chuyển tiến lên phía trước, hoàn thành một chu kỳ di chuyển Sau khi xà chống sát vào nóc (nóc lò) sử dụng lực chống ban đầu để chống giữ, do nóc lò tăng áp lực từng bước, áp lực chịu đựng của giá thay đổi từ lực chống ban đầu chuyển sang lực chống làm việc, khi vượt quá lực chống làm việc van

an toàn ở van điều khiển thủy lực của cột tự mở xả bớt áp lực, đến khi cột trở

di chuyển vì chống( tiến độ 0,8m) Điều này cũng góp phần nâng cao hiệu quả thu hồi than, giảm tổn thất tài nguyên

- Các giá khung di động được chọn áp dụng trong thời gian vừa qua là loại có chiều dài 2950mm và 3200mm, lớn hơn chiều dài của giá thuỷ lực di