Nghiên cứu thiết kế giá thuỷ lực chỉnh thể có lực chống đến 160T

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160T” có mục đích là khảo sát tình hình nghiên cứu, sử dụng các loại thiết bị chống giữ mỏ hầm lò tro

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN - KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV

-

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIÁ THỦY LỰC CHỈNH

THỂ CÓ LỰC CHỐNG ĐẾN 160 TẤN

TẬP I THUYẾT MINH BÁO CÁO

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN - KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV

*****

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIÁ THỦY LỰC CHỈNH

THỂ CÓ LỰC CHỐNG ĐẾN 160 TẤN

MÃ SỐ: BCTK.01NN/08 - GTLCT

Đàm Hải Nam

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

TT Họ và tên Chức danh,

1 Đàm Hải Nam ThS Chế tạo máy Viện CK NL & Mỏ - TKV

2 Trần Đức Thọ ThS Chế tạo máy Viện CK NL & Mỏ - TKV

3 Hoàng Văn Vĩ ThS Máy mỏ Viện CK NL & Mỏ - TKV

4 Nguyễn Quốc Tính KS Cơ khí Viện CK NL & Mỏ - TKV

6 Hà Thị Thúy Vân KS Kinh tế Viện CK NL & Mỏ - TKV

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến

160T” có mục đích là khảo sát tình hình nghiên cứu, sử dụng các loại thiết bị

chống giữ mỏ hầm lò trong nước và trên thế giới; kết hợp giữa lý thuyết tính toán

và điều kiện thực tế ở Việt Nam, từ đó lựa chọn nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống phù hợp với điều kiện của các mỏ than hầm lò Việt Nam

Từ mục đích trên, đề tài được thực hiện theo các bước:

- Phân tích tình hình sử dụng và đặc tính kỹ thuật, khả năng làm việc của các thiết bị chống giữ, lựa chọn công nghệ chống giữ bằng giá thủy lực chỉnh thể

- Lựa chọn các thông số tính toán thiết kế, lập bản vẽ thiết kế

- Lập quy trình công nghệ chế tạo, hướng dẫn sử dụng vận hành giá thủy lực chỉnh thể

Sản phẩm của đề tài đã được Công ty Chế tạo máy - TKV chấp nhận và đưa vào phục vụ công tác chế tạo thực nghiệm Ngoài ra sản phẩm còn đăng ký thực hiện 01 dự án cấp Nhà nước và đã được phê duyệt

MỤC LỤC

Chương I: TỔNG QUAN CHUNG Error! Bookmark not defined

I.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ CHỐNG GIỮ TRONG MỎ THAN HẦM

II.1 YÊU CẦU VÀ ĐẶC ĐIỂM VỀ THIẾT BỊ 21 II.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM 22

III.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 27

III.2 LẬP TÀI LIỆU THIẾT KẾ 36

IV.1 CƠ SỞ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 38 IV.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

KẾT LUẬN 39 KIẾN NGHỊ 40

MỞ ĐẦU

Ngành than trong những năm gần đây tăng trưởng rất mạnh, đặc biệt là sản lượng khai thác than hầm lò Trong tương lai sản lượng khai thác than bằng phương pháp hầm lò sẽ đóng vai trò chủ lực trong sản lượng khai thác hàng năm của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) Đạt được thành tích đó là nhờ đổi mới công nghệ, thiết bị và tổ chức, quản lý trong TKV trong những năm gần đây Một trong những hướng đổi mới công nghệ và thiết bị trong khai thác than hầm lò là sử dụng cột thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại và giá thủy lực di động trong lò chợ Sử dụng cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại và giá thủy lực di động trong lò chợ đã làm tăng năng suất, đảm bảo an toàn lao động và có hiệu quả rõ rệt so với việc sử dụng gỗ chống lò, cột chống ma sát, xà kim loại trước đây Tiến lên một bước nữa, TKV đã đưa vào sử dụng tổ hợp giá thủy lực di động Giá thủy lực chỉnh thể vừa có tính năng như giàn chống thủy lực, các giá được liên kết với nhau nhờ xà đỡ thành tổ hợp khung cứng, giá thủy lực có tính thích ứng cao điều khiển đơn giản, linh hoạt, giá thành rẻ nhiều

so với giàn chống thủy lực tự hành, phù hợp với điều kiện khai thác hiện nay Trên cơ sở đó Bộ Công Thương đã giao cho Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ -

TKV triển khai đề tài "Nghiên cứu thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực chống

đến 160T” theo Quyết định số 1999/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007

Song song với quá trình thực hiện đề tài, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV đã kết hợp với Công ty Chế tạo máy - TKV đưa bộ bản vẽ thiết kế giá thủy lực chỉnh thể vào chế tạo thực nghiệm Ngoài ra Viện còn đăng ký xin thực hiện

dự án "Chế tạo thử nghiệm giá chống thủy lực di động phục vụ khai thác than

hầm lò Việt Nam” và được phê duyệt theo Quyết định số 2556/QĐ-BKHCN

ngày 12 tháng 11 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ về việc phê duyệt các tổ chức và cá nhân trúng tuyển chủ trì thực hiện dự án thuộc chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-

2010 “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ cơ khí chế tạo”, mã số

KC.05/06-10;

Trong quá trình thực hiện, chúng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công Thương, lãnh đạo Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV, cùng tất cả các chuyên gia và các đồng nghiệp trong và

ngoài Viện đã nhiệt tình giúp đỡ hoàn thành đề tài

Nhóm thực hiện đề tài

Chương I: TỔNG QUAN CHUNG

I.1 SƠ LƯỢC VỀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC THAN HẦM LÒ Ở VIỆT NAM

Trong vòng gần 10 năm trở lại đây, sản lượng khai thác than ở nước ta tăng mạnh, đặc biệt là sản lượng khai thác than hầm lò, do việc đồng loạt các mỏ đều

áp dụng những thiết bị hiện đại tiên tiến, có công suất lớn, áp dụng dây chuyền cơ giới hoá đồng bộ trong khai thác,

Trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam có 20 mỏ khai thác hầm lò, trong đó có nhiều mỏ hầm lò có công suất từ 1 triệu tấn than trở lên gồm các mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Thống Nhất, Dương Huy, Quang Hanh,… Hầu hết các mỏ còn lại đã được cải tạo nâng công suất để đạt mức 300.000 tấn - 800.000 tấn/năm Tỷ trọng than hầm lò trong

kế hoạch 2006-2010 sẽ tăng dần từ 45% năm 2006 lên 55% năm 2010 trong tổng sản lượng than của Tập đoàn Để thực hiện được sản lượng khai thác than theo quy hoạch đã lập, đòi hỏi các mỏ phải mở rộng diện khai thác và tối ưu hóa các công đoạn thực hiện, đặc biệt là trong lò chợ, trong đó khâu đào, chống giữ đường lò là một khâu có tầm quan trọng quyết định Trong những năm tới, cùng với việc khai thác than hầm lò, nhu cầu mở mới các đường lò cũng tăng nhanh, kéo theo nhu cầu sử dụng các thiết bị vận tải than như goòng các loại, băng tải, máng cào,…

Theo dự thảo Quy hoạch phát triển ngành than 2006-2015 có tầm nhìn đến năm 2025, sản lượng khai thác than bằng phương pháp khai thác hầm lò trong những năm tới sản lượng thể hiện qua hình 1 (phương án I - PA cơ sở):

Sản lượng than khai thác theo phương án I - PA thấp

Hình 1: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA I

Như vậy, sau 10 năm sản lượng tăng gấp 2 lần so với hiện nay, tốc độ tăng trưởng sản lượng hằng năm xấp xỉ từ 5% đến 12%/năm Đến năm 2025 sản lượng khai thác sẽ tăng xấp xỉ 2,5 lần so với năm 2007

Sản lượng than khai thác theo phương án II - PA Cao

2 ,5 0 2 ,1

0 2 ,1 0 3 ,8 5 3 ,4 0 3 ,4 0 3 ,8 0 4 ,6 0 4 ,1 5 4 ,3 5 4 ,6 0 4 ,1 0 4 ,6 0 5 ,9 0 5 ,3 0

Hình 2: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA-II

Trong phương án II (phương án cao) năm 2010 sản lượng khai thác là

28400 nghìn tấn; năm 2015 là 40.650 nghìn tấn năm 2020 là 48.650 nghìn tấn(1)

Như vậy, so với phương án I, phương án II có sản lượng cao hơn bình quân từ 8% - 37%, bình quân của 15 năm đầu là 18%

Qua số liệu của hai phương án theo quy hoạch phát triển ngành Than từng giai đoạn có thể thấy trong những năm tới sản lượng khai thác than hầm lò tăng lên theo các năm Sản lượng khai thác than hầm lò tăng do các đơn vị thay đổi dần công nghệ và đầu tư thiết bị công nghệ mới phục vụ khai thác Ngoài ra, do các mỏ lộ thiên đã xuống sâu và vấn đề đổ thải là rất phức tạp nên một số mỏ than đang dần chuyển sang khai thác than hầm lò

Qua đó có thể thấy nhu cầu nghiên cứu, phát triển các thiết bị phục vụ công tác khai thác than hầm lò là phù hợp với sự xu hướng phát triển của ngành than hiện nay và trong những năm tới

I.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ CHỐNG GIỮ TRONG MỎ THAN HẦM LÒ I.2.1 Sơ lược về các thiết bị chống giữ trong mỏ than hầm lò trên thế giới và

tình hình nghiên cứu phát triển

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 các loại 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 giàn chống tự hành, tổ hợp các giá chống 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

Việc áp dụng các thiết bị trong dây chuyền tổ hợp trong đó có các thiết bị chống giữ hiện đại tiên tiến vào các mỏ than hầm lò Việt Nam đã được áp dụng

Tuy nhiên, việc triển khai áp dụng thêm các dây chuyền tổ hợp cho các mỏ than hầm lò trong TKV vẫn chưa phù hợp với công nghệ và các điều kiện khác

Dưới đây là một số hình ảnh của thiết bị chống giữ của một số nước như: Nga, Ucraina, Trung Quốc đang sử dụng phổ biến:

Hình 3: Một số hình ảnh thiết bị chống của nước ngoài

Hình 4: Giá thủy lực ZZ3200 của Trung Quốc đang sử dụng tại Khe Chàm

Hình 5: Giàn chống thủy lực VINALTA đang sử dụng tại mỏ Vàng Danh

Hình 6: Giá thủy lực KĐT1 của Nga đang sử dụng tại mỏ Vàng Danh

Qua đó có thể thấy ở những nước có nền công nghiệp khai thác than hầm

lò phát triển, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo các thiết bị chống giữ rất được coi trọng, có sự đầu tư lớn và luôn phát triển không ngừng

I.2.2 Các thiết bị chống giữ trong mỏ than hầm lò Việt Nam và tình hình

nghiên cứu phát triển

Hiện nay, tại các mỏ than hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam sử dụng các thiết bị chống giữ 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 giữ Dưới đây là giới thiệu sơ lược đặc tính kỹ thuật của 7 loại thiết bị chống giữ đang sử dụng tại các mỏ than hầm lò thuộc TKV:

1 - Cột chống thủy lực đơn (DZ22 và NDZ22):

Sử dụng cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại trong chống giữ trong lò chợ đã tăng năng suất, đảm bảo an toàn lao động và có hiệu quả rõ rệt so

với việc sử dụng gỗ chống và cột ma sát, xà kim loại trước đây Thiết bị được đưa

vào sử dụng từ năm 1998, đến nay vẫn đang được sử dụng rất phổ biến ở các mỏ

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

Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật của cột chống DZ22

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

7 Tải trọng ban đầu: - Lực

- Áp suất

kN MPa

2 - Giá đỡ thủy lực di động XDY và giá đỡ thủy lực di động GTLDĐ-800:

Là thiết bị chống giữ cũng được áp dụng phổ biến trong các mỏ than hầm

lò Việt Nam từ năm 2002 Tuy có những ưu điểm nhất định so với cột chống thủy

lực đơn DZ22 về khả năng ổn định, độ an toàn, nhưng giá thành cao hơn, thao tác

khó khăn hơn do xà có khối lượng lớn Cũng giống như cột chống thủy lực đơn

giá thủy lực di động vẫn tốn một lượng gỗ và lưới trải nóc lò nhất định

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật của giá thủy lực di động XDY và GTLDĐ-800

TT Các thông số kỹ thuật cơ bản

XDY GTLDĐ-800

Giàn chống kết hợp với máy khấu và máng cào thành một tổ hợp khai thác

cho năng suất cao Toàn bộ thiết bị trong dây chuyền tổ hợp được nhập từ Trung

Quốc được đưa vào áp dụng tại Công ty Than Khe Chàm - TKV từ năm 2004

Tuy nhiên, đến nay chưa có thêm đơn vị nào áp dụng tổ hợp thiết bị này do điều

kiện áp dụng chưa phù hợp và giá thành của tổ hợp thiết bị cao

Bảng 3: Đặc tính kỹ thuật giàn chống thủy lực ZZ3200

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

4 Khoảng cách bước đẩy giàn chống m 0,6 ÷ 0,7

6 Lực chống đỡ của giàn chống kN 3200 (39,8Mpa)

9 Phụ tải định mức đầu phía trước Tấn 38

10 Lực chống đỡ vách định mức đầu phía

11 Lực chống đỡ gương định mức đầu phía

12 Áp lực dung dịch nhũ hoá từ trạm bơm

Tổ hợp giá thủy lực 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:

* Ưu điểm:

+ Diện tích chống đỡ lớn, cường độ chống đỡ cao

+ Thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, khả năng di chuyển linh hoạt linh hoạt, dễ

lắp ráp, dễ điều khiển

+ Tháo lắp đơn giản, thuận lợi cho công tác vận chuyển

+ Toàn bộ giá liên kết thành tổ hợp bằng xà đỡ, nâng cao tính ổn định của

giá, tạo một môi trường làm việc an toàn

+ 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 áp lực lớp vách,

+ Tiền đầu tư tương đối ít, tiết kiệm được lưới kim loại trải nóc lò

Bảng 4: Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp giá đỡ thủy lực ZH1600/16/24Z

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

5 - Giàn chống tự hành VINALTA:

Giàn chống là sản phẩm kết hợp giữa Việt Nam và Công ty ALTA - Cộng

hòa Séc sản xuất và đang được sử dụng tại mỏ than Vàng Danh từ năm 2007 với

số lượng là 80 chiếc Ưu điểm của giàn chống có lực chống tương đối lớn, có tính

ổn định cao, là một thiết bị hiện đại nên giàn chống có khả năng tự hành Tuy

nhiên thiết bị chỉ phù hợp cho dây chuyền cơ giới hóa đồng bộ, giá thành cao,

trong điều kiện các mỏ than hầm lò Việt Nam việc di chuyển giá chống từ ngoài

mặt bằng vào lò chợ và ngược lại là rất khó khăn do giá có khối lượng lớn

Bảng 5: Đặc tính kỹ thuật cơ bản của giàn chống tự hành VINALTA

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

Là loại giá chống thủy lực 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 - TKV từ năm

2007 Cũng giống như giàn chống VINALTA giá đỡ thủy lực KĐT1 có khả năng

chống giữ lớn, độ ổn định cao, giá thành cao, …

Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật của giá đỡ thủy lực di động KĐT1

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

2 Chiều cao cấu trúc của đoạn vì: + Nhỏ nhất

+ Lớn nhất mm

1650

2630

5 Áp suất công tác cực đại của bộ truyền động thủy

8

Kháng tải của vì chống

+ Khi congxon có chiều dài cực đại

+ Khi congxon có chiều dài cực tiểu

kN/m2 520

350

9 Trọng lượng Tấn 43

7 - Giàn chống 2ANSH do Ucraina sản xuất, đưa vào sử dụng năm 2008 tại một

số mỏ như Mạo Khê, Hồng Thái Giàn chống 2ANSH kết hợp với máy bào

1ASHM tạo thành tổ hợp khai thác

Bảng 7: Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp khai thác 2ANSH

TT Các thông số kỹ thuật cơ bản Đơn vị Số lượng

1 Sức chịu tải của một giá đỡ trên 1 m2 che chống,

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, giá thủy lực chỉnh thể 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 - TKV 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

Chương II: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ VÀ

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM

II.1 YÊU CẦU VÀ ĐẶC ĐIỂM VỀ THIẾT BỊ

Giá đỡ thủy lực là các thiết bị được dùng để ngăn ngừa đất đá xung quanh sập đổ vào trong lò chợ khai thác than, bảo vệ kích thước tiết diện ngang của lò, đồng thời để điều khiển áp lực mỏ

Giá đỡ thủy lực phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật, sản xuất và kinh tế theo các chỉ tiêu sau:

- Yêu cầu kỹ thuật bao gồm: Tính bền vững, tính ổn định và tính cứng (hoặc tính nén được)

- Yêu cầu sản xuất gồm: Đảm bảo hoàn thành mọi quá trình sản xuất trong vùng gương lò; đảm bảo việc đưa đủ gió qua vùng gương lò với sức cản gió nhỏ nhất, khối lượng nhỏ nhất và có khả năng cơ khí hóa việc lắp đặt và di chuyển (đối với giá thủy lực cơ khí hóa)

- Yêu cầu kinh tế: Bao gồm giá thành thiết bị nhỏ nhất, chi phí sức lao động

ít nhất trong việc lắp đặt, tháo dỡ, chuyển chỗ hoặc di chuyển; chắc chắn và có tuổi thọ cao

+ Tính chắc chắn của giá chống là khả năng chịu đựng được áp lực mỏ mà không bị phá hủy hoặc bị biến dạng dư làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của kết cấu Một trong những đặc điểm cơ bản của vì chống là sức kháng khi làm việc, tức là sức chịu tải trong mức độ an toàn về mặt biến dạng của vì, tải trọng này thường bằng 40 - 70% tải trọng phá hoại

+ Tính ổn định của giá chống là khả năng giữ nguyên vị trí ban đầu của nó khi có lực tác dụng

+ Tính bền vững và ổn định của giá chống đặc trưng cho khả năng chịu tải

II.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM

II.2.1 Cơ sở lựa chọn phương án sản phẩm

Việc lựa chọn phương án sản phẩm dựa trên các đặc điểm như: trữ lượng than, đặc điểm cấu tạo địa chất của vỉa than, công nghệ khai thác, các thiết bị phụ trợ, … của các mỏ than hầm lò Việt Nam Các yếu tố làm cơ sở để đề tài lựa chọn phương án sản phẩm:

- Trữ lượng than không lớn, điều kiện địa chất phức tạp, vỉa mỏng, phân bố không tập trung

- Công nghệ khai thác than chủ yếu vẫn dựa trên công nghệ khoan nổ mìn Việc áp dụng các thiết bị khấu vào khai thác than chưa nhiều và không phù hợp

- Sản lượng khai thác hàng năm chưa cao, cơ sở hạ tầng kém, chưa đồng

bộ hóa thiết bị nên việc đồng bộ hóa các thiết bị còn hạn chế

- Các mỏ khai thác than hầm lò đều đang trong giai đoạn xuống sâu, áp lực

mỏ chưa thực sự lớn

Một trong những yếu tố quyết định đến việc lựa chọn sản phẩm nghiên cứu thiết kế giá chống thủy lực đó là khả năng có thể đưa thiết kế ra chế tạo trong điều kiện ngành cơ khí của nước ta Do tính chất làm việc của thiết bị, nên song song với việc chế tạo sản phẩm là thử nghiệm sản phẩm trước khi đưa vào áp dụng trong thực tế Qua đó có thể thấy việc lựa chọn thiết kế giá thủy lực còn phụ thuộc vào điều kiện các thiết bị thiết bị chế tạo, thiết bị thử nghiệm sản phẩm hiện có

Căn cứ vào điều kiện địa chất mỏ và hiện trạng công nghệ khai thác với yêu cầu tăng nhanh sản lượng và đổi mới công nghệ khai thác nhằm giảm tổn thất than nên công nghệ khai thác lò chợ sử dụng phương pháp hạ trần để tận thu than nóc là hoàn toàn phù hợp và phổ biến hiện nay

Để chống giữ gương khai thác của các lò chợ hạ trần khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn thường sử dụng giá thủy lực di động cho kết quả khả quan về sản lượng khai thác cũng như mức độ an toàn và năng suất lao động

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 cho dầu nhũ tương lớn do hệ thống cấp dịch cho giá thủy lực không tuần hoàn Diện tích chống đỡ của 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

Gần đây các nhà máy cơ khí mỏ tại Trung Quốc đã nghiên cứu cải tiến giá thủy lực và sản xuất ra loại vì chống mới là giá thủy lực ZH1600/24 Loại vì chống này khắc phục được các nhược điểm của giá thủy lực nhờ có ưu điểm là kết cấu vững chắc ổn định hơn so với giá thủy lực di động nhờ hệ thống khung treo liên kết toàn bộ các giá trong lò chợ với nhau, diện tích chống đỡ của xà lớn hơn nên trong lò chợ không cần dùng lưới thép, giữa các giá có các đường cấp dịch tuần hoàn nên chi phí đầu tư cho dầu nhũ tương ở mức nhỏ, điều khiển giá thủy lực chỉnh thể tại các nút bấm nên khả năng di chuyển của giá chỉnh thể

nhanh và nhẹ nhàng hơn so với giá thủy lực di động, hệ thống điều khiển các giá

khung di động tập trung nên điều hành và kiểm soát các giá chống tốt hơn

1 Chiều cao tối đa mm 2460 2700

2 Chiều cao tối thiểu mm 1760 1400

3 Hành trình piston mm 800 800

4 Chiều rộng giá chống mm 680 664

5 Chiều dài giá chống mm 2260 2260

6 Bước tiến của dầm tiến gương mm 800 800

Hình 8: Giá thủy lực chỉnh thể ZH1200/16/26 của Trung Quốc

Bảng 9: Đặc tính kỹ thuật của giá thủy lực chỉnh thể

Tên gọi

TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị

ZH1600/16/24 ZH1200/16/26

1 Chiều cao tối đa mm 2400 2600

2 Chiều cao tối thiểu mm 1600 1600

3 Hành trình piston mm 800 800

4 Chiều rộng giá chống mm 960 750

5 Chiều dài giá chống mm 2900 2500

6 Bước tiến của tấm đỡ gương mm 800 800

7 Tải trọng làm việc kN 1600 1200

8 Tải trọng ban đầu kN 950 -

10 Số lượng cột chống cái 04 04

11 Đường kính xi lanh cột mm 110 100

12 Góc dốc làm việc của giá độ ≤ 35 ≤ 45

Sau khi tìm hiểu một số loại thiết bị chống giữ lò chợ hạ trần thu hồi than nóc với các đặc tính kỹ thuật đã giới thiệu cho thấy:

- Loại giá thủy lực chỉnh thể 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 thủy lực chỉnh thể ZH1600/16/24 có khả năng làm việc trong điều kiện vỉa dốc đến 35o, phù hợp với phần lớn cấu tạo địa chất các vỉa than vùng Quảng Ninh, 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 thủy lực chỉnh thể 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

Từ những cơ sở phân tích nêu trên và với đặc điểm chung của các mỏ than hầm lò Việt Nam hiện nay, căn cứ vào phạm vi áp dụng của các loại giá thủy lực chỉnh thể của Trung Quốc Nhóm đề tài đã lựa chọn loại giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160 tấn (ký hiệu GCT.160), dựa trên thiết kế của giá thủy lực chỉnh thể mã hiệu ZH1600/16/24 của Trung Quốc xây dựng mô hình tính toán và lập bản vẽ thiết kế cho giá chống

Chương III: TÍNH TOÁN LẬP TÀI LIỆU THIẾT KẾ

III.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM

III.1.1 Xác định vật liệu chế tạo cho các chi tiết

Đối với các sản phẩm cơ khí, việc chọn đúng vật liệu có ý nghĩa quan trọng, quyết định độ an toàn, tin cậy khi làm việc, kích thước, khối lượng thiết bị Giá đỡ thủy lực chỉnh thể là thiết bị làm việc trong điều kiện hầm lò với các điều kiện đặc biệt như: Không gian làm việc chật hẹp, tải trọng động lớn, trong môi trường làm việc có các yếu tố ăn mòn kim loại, trong nước kiềm, axit, …Vì vậy, giá thủy lực cần phải đảm bảo các điều kiện:

- Đủ độ bền, làm việc an toàn nhưng phải gọn nhẹ, dễ dàng vận chuyển, tháo lắp đơn giản và phải nhanh trong điều kiện mỏ hầm lò

- Chịu được môi trường ăn mòn hóa học

Đối với giá thủy lực chỉnh thể GCT.160 các bộ phận chính quyết định đến

độ an toàn khi làm việc là xà đỡ, cột chống, các các xi lanh thủy lực và các chi tiết van điều khiển, van an toàn Để xác định vật liệu chế tạo các bộ phận và chi tiết này có thể sử dụng hai phương pháp:

1) Thiết lập mô hình tính toán, xác định ứng suất làm việc từ đó lựa chọn vật liệu phù hợp

2) Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết sau đó tính toán kiểm nghiệm bền Đối với vật liệu chế tạo giá thủy lực GCT.160 đề tài lựa chọn phương pháp hai Vật liệu chọn để chế tạo các chi tiết của giá thủy lực GCT.160 dựa trên vật liệu chế tạo giá thủy lực ZH1600/16/24Z của Trung Quốc Tiến hành phân tích vật liệu các chi tiết của ZH1600/16/24Z trên các máy phân tích của phòng Thí nghiệm vật liệu tính năng kỹ thuật chất lượng cao của Viện Cơ khí Năng lượng

và Mỏ - TKV Từ đó tính toán kiểm nghiệm bền

III.1.2 Xây dựng mô hình tính toán giá thủy lực

Ở các nước có nền công nghiệp khai thác than và cơ khí mỏ phát triển, việc nghiên cứu chế tạo các thiết bị mỏ đạt được nhiều thành tựu, có nhiều công trình nghiên cứu về tính toán thiết bị mỏ, trong đó có các thiết bị chống giữ trong lò chợ Các sản phẩm này đã được hoàn thiện, tiêu chuẩn hóa cả về kích thước hình học, tính năng kỹ thuật, tiêu chuẩn thử nghiệm Mặc dù vậy tài liệu tính toán các thiết bị chống giữ ở Việt Nam cũng chưa nhiều và không đủ Đối với giá thủy lực chỉnh thể vấn đề nghiên cứu tính toán còn gặp nhiều khó khăn phức tạp hơn do các lý do sau đây:

- Cũng như giàn chống tự hành, giá thủy lực chỉnh thể là thiết bị chuyên dụng, phạm vi sử dụng hẹp, không phổ biến như một số thiết bị vận tải, bơm quạt,… nên không có tài liệu, giáo trình về tính toán thiết kế các thiết bị này Các tài liệu tính toán, thiết kế là sở hữu trí tuệ riêng của các viện nghiên cứu, các hãng, công ty sản xuất trong lĩnh vực thiết bị mỏ

- Các tài liệu đề cập tới tải trọng tác động lên giàn chống tự hành, giá thủy lực là số liệu ban đầu cần thiết để tính toán thì ở Việt Nam không có để tham khảo Cơ bản chỉ có các tài liệu tính toán phục vụ cho cán bộ kỹ thuật khai thác

để lựa chọn loại, số lượng vì chống

Với các lý do trên để tính toán giá thủy lực chỉnh thể GCT.160 cần phải xây dựng được mô hình, phương pháp tính toán phù hợp

Để xác định lực tác động lên giá thủy lực khi chống giữ trong lò chợ bị ảnh hưởng của những biến đổi của áp lực mỏ Do tính chất phức tạp của vấn đề này, cho đến nay có rất nhiều lý thuyết tính toán được đặt cơ sở trên các giả thuyết Theo [6] có tám giả thuyết, còn theo [5] có sáu giả thuyết chính

1- Giả thuyết vòm áp lực do Riter B đề xuất và được phát triển bởi Protodiakonov M.M (hình 9a) Cơ sở của giả thuyết này là đất đá vách vỉa sẽ sụp

lở có dạng vòm Trong lò chợ vòm áp lực hình thành ngay từ lúc đào lò cắt Theo

vòm mới có một chân tựa vào gương than phía trước có một chân về phía đá sụp

lở hay dải đá chèn sau lò chợ

2- Giả thuyết tấm và thanh của Slesarile B.D theo đó vách vỉa làm việc tương tự như tấm Tính toán tấm thay bằng tính thanh (hình 9b)

3- Thuyết dịch chuyển hướng tâm của Rubenait K.V (hình 9c) xem việc tách khỏi vách khai thác một khối đất đá dạng nêm với hai phần: Phần biến dạng đàn hồi và không đàn hồi

4- Thuyết rạn nứt trước của Labass V (hình 9d) cho rằng phía trước gương xuất hiện vết rạn nứt trước, do đó trong vách xảy ra uốn lớp đất đá, tác dụng giống như thanh consol, tạo ra áp lực trước và sau gương khai thác

5- Thuyết các khối đất đá liên động do Kuznesov G.H đề xuất (hình 9e) Bài toán tác dụng tương hỗ giữa vì chống với vách đá xem xét từ từ quan điểm động học của các khối đất đá bị rời xa, có tính đến lực tác dụng giữa chúng với nhau và với vì chống

6- Thuyết lăng trụ quay của ПНИУИ (hình 9f) cũng liên quan đến thuyết khối đất đá liên kết động: Cơ chế hình thành áp lực mỏ được đặc trưng bởi việc phân tách trong vách các khối lăng trụ với ứng suất khác nhau Áp lực tác dụng lên vì chống xác định bởi khối lăng trụ trực tiếp trên vì chống, các khối này tạo nên trong vùng phá hỏa không có trật tự và bị tác dụng bởi các lăng trụ chuyển rời có trật tự khác

Ngoài ra còn một số giả thiết khác như trượt theo bậc (Simbarevich P.M), thuyết nén đất đá từ vùng áp lực đỡ (Inteson Ph), thuyết uốn theo đất và lún vách (German A Kegel K.), sóng áp lực (Spackeker G.)

2 1

1

h

R h

h

R h R

d l

h l h

2 1 2

1

)(

.2

)

.(

)(

d l l

d d l l l q R

t t

t s t

−+

−+

[ 2]

1 2

2 2 2

) (

2

) (

d l l

d l l l q R

t t

t s t

− +

ls- chiều dài đoạn consol - bước sập đổ trần than và đá vách phá hỏa; m

q- tải trọng của lớp đất đá tác động trực tiếp lên vì chống; T/m2

R1- Tải trọng lên cột phía trước; T

R2- tải trọng lên cột phía sau; T

d2- khoảng cách tính từ trục của 02 mảng (giá) chống liền cạnh nhau; m

- Về lý thuyết, áp lực sẽ lớn nhất khi có R1 = 0:

t

s t

l

l l q R

.2

).( 2 max

s

l

d l l q

.2

Trong đó: Pi - tải trọng ban đầu; T

Theo mẫu lựa chọn sản phẩm của đề tài tương đương với giá ZH1600/16/24 có các thông số được thể hiện như trong hình 10

lab - chiều dài phần mái cứng của giá, mm: 2600

ls - chiều dài đoạn consol (bước sập đổ trần than và đá vách phá hỏa), m: 0,8

d2 - khoảng cách hai giá kề liền nhau,mm: 1020

d1 - khoảng cách giữa hai dãy cột chống, mm: 1950

lf - khoảng cách từ đầu mái cứng đến gương, mm: 1040

Với các thông số đã được lựa chọn để thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực

chống đến 160 tấn và theo các công thức từ (1) đến (5) có thể tính toán đưa ra các

thông số kỹ thuật khác của giá chống theo bảng 10 dưới đây:

Bảng 10: Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của giá chống

1 Tải trọng tác động lên 01 cột hàng cột phía trước, R1,1; T 10,78

2 Tải trọng tác động lên 01 cột hàng cột phía sau, R2,1; T 22,8

Tải trọng lớn nhất tác động lên 01 cột hàng cột phía sau khi

4 Tải trọng làm việc của 01 cột phía trước/tải trọng làm việc

III.1.3 Tính toán lực di chuyển mái

Mục đích của việc tính toán lực di chuyển mái nhằm xác định lực cần thiết của cụm xi lanh tiến gương để đưa ra thiết kế chính xác của cụm xi lanh tiến gương

- Xác định khả năng đẩy di chuyển giá trong quá trình tiến gương (hình 11)

Trong quá trình tiến gương, xi lanh tiến gương đẩy mái lên phía trước Lực đẩy xi lanh tiến gương xác định như sau:

P - tổng lực tác dụng lên mái từ lớp than hạ trần

P = q.a.b (6a)

Pđẩy = Fms,t + Fms (6b) Trong đó: Fms,t - lực ma sát do lớp than hoặc đất đá tác dụng lên mái, T

Fms - lực ma sát do mái tỳ lên thanh liên kết, T

q- tải trọng của lớp đất đá tác động trực tiếp lên vì chống; T/m2

a, b - chiều dài và rộng mái giá, m

fms,t - hệ số ma sát than với thép tấm, fms,t= 0,3 ÷ 0,5

fms- hệ số ma sát thép với thép, fms= 0,15

Tính đến yếu tố khi đẩy mái tiến gương lên phía trước, mái được di chuyển

hạ thấp so với hai mái kề bên để giảm tải, chọn fms,t=0,3

Từ (6) đến (8) có:

Pđẩy= P (fms,t+ fms) (9) Lực đẩy kéo của xi lanh tiến gương xác định như sau (hình 10):

π

=

Trong đó: Fd, Fkéo - lực đẩy và kéo của xi lanh tiến gương, T

Dxl, dpt - đường kính trong xi lanh và đường kính pít tông xi lanh đẩy

Pbơm - áp suất trong đường ống dẫn đến xi lanh tiến gương Lấy gần đúng bằng áp suất bơm (bỏ qua tổn áp trên đường ống), N/mm2

Qua các thông số có thể biết trước:

1) q- tải trọng của lớp đất đá tác động trực tiếp lên vì chống (T/m2): 20

2) Chiều dài mái a (mm): 3160

3) Chiều rộng mái b (mm): 960

4) Áp suất bơm Pbơm (Mpa): 31,5

5) Đường kính trong xi lanh tiến gương Dxl (mm): 100

6) Đường kính pit tông xi lanh tiến gương dpt (mm): 45

Kết quả tính toán lực đẩy xi lanh tiến gương cho giá GCT160 (với bơm có

Pbơm=31,5Mpa) được trình bày trong bảng 11

Fkéo = G fms (12)

G - trọng lượng khung liên kết tính cho 01 giá, G= 3932kN

Bảng 11: Kết quả tính toán các lực di chuyển mái

1 Tổng lực tác dụng lên mái từ lớp than hạ trần, T P 57,6

2 Lực đẩy xi lanh tiến gương, T Fđẩy 24,7

3 Tỷ lệ lực đẩy xi lanh tiến gương/Tổng lực tác

4 Lực kéo xi lanh tiến gương, T Fkéo 19,72

III.2 LẬP TÀI LIỆU THIẾT KẾ

Trên cơ sở lựa chọn các thông số chính và tính toán một số thông số nhóm

đề tài tiến hành lập bản vẽ thiết kế GCT.160 dựa trên kết cấu của giá thủy lực

ZH1600/16/24 của Trung Quốc

Việc lập bản vẽ thiết kế dựa trên kết cấu của thiết bị mà chia thành các cụm

chi tiết và chi tiết độc lập Tất cả các bản vẽ thiết kế được trình bày theo TCV

01-2002 (Tiêu chuẩn Viện năm 01-2002 của Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ)

Toàn bộ bản vẽ thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160 tấn

được kê theo bảng 12 dưới đây:

Bảng 12: Thống kê các cụm bản vẽ của GCT.160

1 Mái chính GCT.160-01.000L

3 Mái sau trái GCT.160-03.000L

4 Mái sau phải GCT.160-04.000L

5 Xà ngang trượt GCT.160-05.000L

6 Xà ngang cố định GCT.160-06.000L

7 Cột chống GCT.160-07.000L

9 Xy lanh tiến gương GCT.160-09.000L

10 Xy lanh nâng hạ mái trước GCT.160-10.000L

Chương IV: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

IV.1 CƠ SỞ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

Cơ sở lập để nhóm đề tài lựa chọn lập quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết của giá chống thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160 tấn được dựa trên các cơ sở sau đây:

- Các bản vẽ thiết kế của giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160 tấn

và các yêu cầu kỹ thuật chế tạo

- Điều kiện thiết bị, công nghệ chế tạo trong nước cụ thể là các thiết bị trong Công ty Chế tạo máy - TKV Trong đó phần lớn là các thiết bị của dây chuyền công nghệ chế tạo cột chống thủy lực đơn của Công ty đang hoạt động

IV.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

Quy trình công nghệ chế tạo giá đỡ thủy lực chỉnh thể GCT.160 được lập trên cơ sở bản vẽ GCT.160-00.000L Các chi tiết của giá thủy lực chỉnh thể GCT.160 có thể phân ra hai nhóm chính:

- Các chi tiết kết cấu, được cắt ra từ thép tấm dùng để chế tạo mái chính, mái trước, mái sau, tấm che và xà đỡ

- Các chi tiết đòi hỏi gia công cơ khí, nhiệt luyện gồm các cụm xi lanh (cột chống, nâng mái trước, tiến gương, chỉnh hướng) và các van

Do tính phức tạp, yêu cầu kỹ thuật chế tạo các chi tiết dạng xi lanh và piston cao nên nhóm đề tài chỉ đưa vào báo cáo một số bảng quy trình công nghệ chế tạo cho một số chi tiết điển hình Cụ thể các phiếu công nghệ được đóng trong phụ lục của báo cáo này

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Trên cở sở sản lượng khai thác than hầm lò ở Việt Nam trong những năm

tới, phân tích đặc điểm của từng loại thiết bị chống đang sử dụng tại Việt Nam và

sơ lược về một số thiết bị chống giữ của một số nước trên thế giới, đề tài đã lựa

chọn phương án sản phẩm, lập bản vẽ thiết kế với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về chế

tạo cũng như yêu cầu về đặc tính kỹ thuật của giá chống thủy lực chỉnh thể có lực

chống đến 160 tấn (ký hiệu bộ bản vẽ thiết kế GCT.160)

Bảng 13: Đặc tính kỹ thuật của giá chống thủy lực chỉnh thể có lực chống

đến 160 tấn (GCT.160)

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

3 Hành trình piston mm 800

6 Bước tiến của tấm đỡ gương mm 800

11 Đường kính xi lanh cột mm 110

12 Góc dốc làm việc của giá độ ≤ 35

Bộ bản vẽ thiết kế giá thủy lực chỉnh thể có lực chống đến 160 tấn

(GCT.160) do Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV thiết kế đã được chuyển

giao cho Công ty Chế tạo máy - TKV đưa vào chế tạo thành công giá thủy lực