Nghiên cứu và xác định các tham số hợp lý của hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng sử dụng dàn chống tự hành trong điều kiện vỉa dày dốc vùng quảng ninh

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀO TẠO TRƯỜNGĐẠI HỌCMỎ-ĐỊA CHẤT NHỮVIỆTTUẤN NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ HỢP LÝ CỦAHỆTHỐNGKHAITHÁCLÒDỌCVỈAPHÂNTẦNGSỬDỤNG DÀN CHỐNG TỰ HÀNH TRONG ĐIỀU KIỆN VỈADÀY DỐCVÙNGQUẢNGNINH Ngành: Khai thác mỏMãsố: 62.52.06.03 TĨMTẮTLUẬNÁNTIẾNSĨKỸ THUẬT HÀNỘI-2017 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn khai thác hầm lị,KhoaMỏ, TrườngĐạihọc Mỏ-Địachất Ngườihướngdẫnkhoahọc: PGS.TSĐỗMạnhPhong,TrườngĐạihọcMỏ-Địa chất TS Nguyễn Anh Tuấn, Tập đoàn Cơng nghiệpThan-KhốngsảnViệtNam Phảnbiện1:PGS.TSTrầnVănThanh,ĐạihọcMỏ-Địachất Phản biện2: TS Lê Đức Vinh, Viện Khoa học Công nghệ MỏPhảnb i ệ n : G S T S K H L ê N h H ù n g , H ộ i K h o a h ọ c v CôngnghệMỏViệtNam Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấpTrường, họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất, phường Đức Thắng,quậnBắcTừLiêm,HàNộivàohồi….giờ… phútn g y … tháng … năm2017 Có thể tìm hiểu Luận án Thư viện Quốc Gia Hà Nộih o ặ c ThưviệnTrườngđạihọcMỏ-Địa chất MỞĐẦU TÍNHCẤPTHIẾTCỦAĐỀTÀI Tại bể than Quảng Ninh, thời gian tới, sản lượng than khaithác tiếp tục tăng tỷ trọng than khai thác hầm lò tăng từ 58%(2014) lên tới 88% (2030) Các vỉa than dày, dốc chiếm khoảng 10 ÷12% tổng trữ lượng huy động khai thác chủ yếu HTKTlịDVPT,HTKTchialớpngangnghiêng,khấubằngKNM( k h o a n nổ mìn), chống thủy lực với SLKT (sản lượng khai thác),NSLĐ(năngsuấtlaođộng)thấp,tổnthấtthancao HTKT (hệ thống khai thác) lò DVPT (dọc vỉa phân tầng) sử dụngDCTH (dàn chống tự hành) áp dụng nhiều nước, cho phépnâng cao NSLĐ, SLKT, an toàn Để áp dụng hiệu HTKT lòDVPT sử dụng DCTH cho điều kiện vỉa dày, dốc vùng QuảngNinh cần phải nghiên cứu, xác định tham số HTKTcùng cácgiảiphápkỹthuật,thiếtbịđicùngphùhợp.Dođó,nộidungnghiêncứucủa đềtàicóýnghĩa khoa học,thực tiễnquantrọngvà cấp thiết MỤCTIÊUNGHIÊNCỨUCỦAĐỀTÀI Xác định tham số hợp lý HTKT lò DVPT sử dụng DCTHáp dụng cho điều kiện vỉa than dày, dốc vùng Quảng Ninh nhằmnângcaomức độ antoànlao độngvà hiệu quảkhaithác ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊN CỨU Đốitượngnghiêncứu làcácthamsốcủaHTKT lòDVPTsửdụngDCTH.Phạm vi nghiên cứu vỉa than có chiều dày lớn 3,5m,dốc 450thuộc mỏthanhầmlò vùngQuảng Ninh NỘIDUNGNGHIÊNCỨU a) TổngquanvềHTKTlòDVPTápdụngchođiềukiệncácvỉatha ndày, dốc trênthế giớivà trongnước b) Nghiêncứuqtrìnhthuhồithannóctr ongHTKTlịDVPTs ửdụngDCTH c) Nghiêncứu,xácđịnhcácthamsốhợplýcủaHTKTlòDVPTsử dụngDCTHtrongđiềukiện vỉathan dày, dốc vùngQuảngNinh d) Ápd ụ n g c c t h a m s ố h ợ p l ý c ủ a H T K T l ò D V P T s d ụ n g DCTHtrongđiều kiện cụthể PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU Sử dụng phương pháp mô đối tượng nghiên cứu mơhình vật liệu tương đương, mơ hình số; phương pháp nghiên cứu lýthuyếtvànghiêncứutạihiệntrường;phươngphápthốngkê,sosánh ÝNGHĨAKHOAHỌCVÀGIÁTRỊTHỰCTIỄN a) Ý nghĩa khoa học: góp phần bổ sung sở khoa học việcnghiênc ứ u , x c đ ị n h c c t h a m s ố h ợ p l ý c ủ a H T K T l ò D V P T s dụngdàn chốngtrongđiềukiện vỉadày, dốc vùngQuảngNinh b) Giá trị thực tiễn: góp phần định hướng phát triển cơng nghệCGH(cơgiớihóa)khaithác vỉadày, dốcvùngQuảng Ninh ĐIỂMMỚICỦALUẬNÁN a) Xác định, làm rõ ảnh hưởng yếu tố địa chất, kỹthuâtmỏđốivớitỷlệtổnthấtthanthuhồikhiápdụngHTKTlòDVPT sử dụng DCTH cho điều kiện vỉa dày, dốc vùng QuảngNinh b) Xác định quy luật xuất ứng suất, dịch chuyển, sập đổcủa trần than, đáváchkhi áp dụngHTKT lòDVPT sử dụngDCTHchođiều kiệncác vỉa dày, dốc vùngQuảngNinh c) Thiết lập hàm số thể mối quan hệ tham sốcủa HTKT với yếu tố địa chất - kỹ thuật - kinh tế xác định đượcphạmvichiềucaoPTKT(phântầngkhaithác),chiềudàitheophương KKT (khu khai thác) hợp lý cho điều kiện mỏ than hầmlòvùngQuảngNinhkhiáp dụngHTKTlò DVPTsửdụngDCTH d) Đề xuất giải pháp kỹ thuật, đồng thiết bị CGH, kết cấudànchống,quytrìnhthuhồithannócphùhợpkhiápdụngHTKTlịDVPTchođiều kiệncác vỉa dày,dốcvùngQuảngNinh NHỮNGLUẬNĐIỂM BẢOVỆ a) Tổn thất than q trình khai thác áp dụng HTKT lịDVPT chủ yếu thu hồi khối than có dạng hìnhtamgiác(nêmthan)nằmdướinềnlị,đượchìnhthànhmộtcáchc óhệthống,theochukỳvàlượngthannằmphíatrụvỉa,ổnđịnhdướigóc dốckhoảng730÷780 b) Trong HTKT lị DVPT, thu hồi than hạ trần, than dịchchuyểnx u ố n g t r c , đ v c h s ậ p đ ổ s a u , t h e o t r ậ t t ự n hấtđịnh, khơnghỗnloạnvàđáváchcủaphântầngthứhaitrởđilndễsậpđổ hơnphântầngđầutiên c) TrongHTKTlịDVPT,chiềucaoPTKTtỷlệthuậnvớigócdốcvỉa,tỷlệtổn thấtthanchophép,tỷlệnghịchvớibướchạtrầnvàcóthểđượcnângcaokhisửdụngDCTH cócửasổthuhồithantrênxàpháhoả với phận cấp liệu phía thu hồi than đồng thời cáccửasổtháo,khehở giữacácDCTH Trongđiềukiệncácvỉadày,dốcđặctrưngvùngQuảngNinh(vỉadày7m,dốc 650),khisửdụngDCTH,chiềucaoPTKThợplýđượcxácđịnhkhoảngtừ13,2 ÷23,5m d) Trong HTKT lò DVPT, chiều dài theo phương KKT tỷ lệ thuậnvớiS L K T , t ỷ l ệ n g h ị c h v i c h i ề u c a o P T K T v p h ụ t h u ộ c v o k ế t cấuchốnglịDVPT,độcứngcủathan,sựnhịpnhànggiữacơngtácđào lò – khai thác Trong điều kiện địa chất, kỹ thuật mỏ hầm lòvùng Quảng Ninh, chiều dài theo phương KKT hợp lý sử dụngDCTHđược xác định khoảngtừ130÷150 m CẤUTRÚCCỦALUẬNÁN Luận án kết cấu gồm: phần mở đầu, chương phần kếtluận – kiến nghị, trình bày 115 trang đánh máy khổ A4210x217 mmvới19 bảngbiểu, 57hình vẽ biểu đồ 10 CÁCẤNPHẨMĐÃCƠNGBỐ Tác giả Luận án công bố 03 báo tạp chí chuyênngành, 04 báo cáo hội nghị khoa học 05 cơng trình nghiêncứu tạicác hộiđồngkhoa học cáccấp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HTKT LÒ DVPT ÁP DỤNG CHOĐIỀUKIỆNCÁCVỈATHANDÀY,DỐCTRÊNTHẾGIỚIVÀTRONGNƯỚC 1.1 TổngquanvềHTKTlịDVPTápdụngchođiềukiệncácvỉa thandày,dốctrênthếgiới 1.1.1 Tổnghợpkinhnghiệmápdụng HTKTlịDVPTápdụngCNKT(cơngnghệkhaithác)thủcơnggồmcá c dạngsau: * HTKT lị DVPTnổ mìn trongcáclỗ khoan ngắn:áp dụng chovỉadày3÷7m,dốchơn45 0;chiềucaophântầng6÷10m;NSLĐ đạt 4÷6tấn/cơng, SLKT80 ÷ 120 tấn/ca,tổn thấtthan 28÷47% * HTKT lị DVPT nổ mìn lỗ khoan dài:áp dụng cho vỉaổnđịnh,dà y 4,5÷15 m,dốc>41 0;c hi ề u caoPTKT 35 m;NS LĐ đạt28tấn/công, tổn thấtthan 35 % * HTKT lò DVPT kết hợp với máy khoan đường kính lớn (PSO):áp dụng cho vỉa ổn định, dày 3,08,0 m, dốc > 45; lỗ khoan cóđường kính850 mm, cách từ ÷ m; SLKT 5060 ngàntấn/năm,NSLĐđạt815tấn/cơng,tổn thấtthan 3545% CácHTKTlịDVPTáp dụngcơngnghệCGHbao gồm: * Tại khu vực Prokopevsko-Kiselevsk, LB Nga:đã áp dụng tổ hợpPKK,KPO,APV,KPVchovỉadày614 m, dốc 48o64o; chiềucao PTKT 623 m; NSLĐ 40 tấn/công, SLKT 242472 tấn/ngày,tổnthấtthan 18% Do nguyhiểmvề khí, nênthử nghiệmbịdừnglại * Tại Ba Lan:HTKT lị DVPT sử dụng DCTH BMV-10 củaSlovakiađượcáp dụng mỏ"Kazimierz Juliusz”, vỉad y m , dốc 45o; chiều dài theo phương KKT 150200 m, chiều cao PTKT2040m HTKTđãhoạtđộngtốt,nhưngđãdừngdo trữlượnghết * Tại vùng than Kuznetsk, LB Nga:Viện Mỏ Siberi nghiêncứu, thiết kế tổ hợp dàn chống KPV1 cho HTKT lò DVPT vùngKuznetsk Trong HTKT này, trần than phía làm yếu bằngcác lị DVPT trung gian đào than, chiều dài theo phương KKTtừ 150÷200 m, chiềucaoPTKTtừ 15÷20 m(Hình 1.1,Hình 1.2) Hình 1.1: HTKT lị DVPT sử dụngtổhợp dàn chống KPV1 Hình 1.2: Tổ hợp dànchốngKPV1 Dàn chống KPV1 có ưu điểm: diện tích cửa tháo lớn, việc tải thanđượcCGH, cóbộ phậncấpliệu cho phépnângcaohiệu quảthu hồi Khi áp dụng tổ hợp CGH, chiều cao PTKTđ ợ c n â n g l ê n , nên cần thiết phải làm yếu trần than Có nhiều phương pháp làm yếutrần than ápdụng như: khoann ổ m ì n ( K N M ) , t h ủ y l ự c , đ ị a c h ấ n sóng phân cực Phương pháp làm yếu KNM, sử dụng kíp nổvi saiphiđiệnan tồn,chấtnổ dạngdẻocóhiệu 1.1.2 Đánhgiákết ápdụngHTKTlịDVPT - HTKT lị DVPT sử dụng CNKT thủ cơng áp dụng rộng rãitạinhiều nướctrên giới;tuynhiên,SLKT, NSLĐkhơngcao - HTKT lị DVPT áp dụng công nghệ CGH đạt tiêu KTKTtốt,đặc biệtlàantoàn lao động, SLKT vàNSLĐcao - KhiápdụngCGHkhaithác,chiềudàyvỉal ớn hơn5m,chiềuca oPTKTlêntới40m, chiềudài theophươngKKTlêntới 200m - Phươngp h p l m y ế u t r ầ n t h a n b ằ n g KN M c ó n h i ề u u đ i ể m hơncảsovớicácphươngpháp khác - DànchốngKPV1cónhiềuưuđiểmhơncảsovớicácloạikháckhiđư ợcápdụngtrongHTKTlị DVPT 1.1.3 TổnghợpcáckếtquảnghiêncứpdụngHTKTlịDVPTtr ongđiềukiệncácvỉathan dày, dốc trênthế giới Các cơng trình nghiên cứu HTKT lò DVPT chủ yếu tập trungvào giải pháp kỹ thuật, công nghệ Các tham số HTKT chủyếu chọn theo kinh nghiệm, khơng có cơng thức tính toán Cácphương phápsử dụng gồm:nghiênc ứ u l ý t h u y ế t , h i ệ n t r n g m ỏ , mơhình vật liệu tươngđươngvàgầnđâysử dụngmơhình số 1.1.4 Hướng hồn thiện HTKT lò DVPT điều kiện vỉathandày, dốctrên thếgiới Để nâng cao hiệu quả, an tồn, hồn thiện HTKT lò DVPTtheo hướng sau: tăng cường áp dụng tổ hợp CGH; đồngthời, nâng cao thông số HTKT tới mức phù hợp sử dụnggiảipháplàmyếu trầnthanbằngKNM 1.2 Tổng quan kinh nghiệm áp dụng HTKT lò DVPT điềukiệncác vỉa thandày,dốcvùng Quảng Ninh 1.2.1 KháiquátchungvềbểthanQuảngNinh Bể than Quảng Ninh có diện tích khoảng 1.400 km 2, gồm ba khuvực: Cẩm Phả, Hịn Gai, ng Bí Than thuộc loại Antraxít, có chấtlượng tốt Tổng trữ lượng than cịn lại tính đến ngày 1/1/2011 là8.826.923 ngàn Hiện nay, Quảng Ninh, có khoảng 20 mỏ,điểm khai thác lộ thiên khoảng 30 mỏ hầm lò Năm 2013, SLKTđạt 45 triệu tỷ trọng than khai thác hầm lị đạt 54,0% SLKT tỷtrọngthan khaitháchầmlịcó xu hướngtăngtronggiaiđoạntới 1.2.2 Đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất vỉa than dày, dốcvùngQuảng Ninh - Địa tầng:có tuổi địa chất thuộc hệ Triats - Thống Thượng, bậcNori-Rêti-hệtầngHịnGai(T3n-rhg),phụhệtầngHịnGaigiữaT3nrhg2;cóchiềudàythayđổitừ2001500m;chứacácloạiđá:sétthan,sét kết,bộtkết,cát kết, cuộisạn kếtvà vỉathan - Kiến tạo:có nhiều nếp uốn lớn, dài từ 3540 km, dốc 200÷ 800vàtrên haicánhthườngpháttriển nếpuốn bậc cao - Điều kiện địa chất thủy văn:nhiều suối, nước đất quan hệmật thiếtvớinướcmặt,điều kiện thủyvăn phứctạp - Điềuk i ệ n k h í m ỏ : p h ầ n l n c c m ỏ đ ợ c x ế p l o i I , I I v ề đ ộ chứakhímê tan,ngoạitrừmỏ Mạo Khê đượcxếpsiêuhạng - Chất lượng than:bể than Quảng Ninh có tới 96,19% thanantraxitvà bánantraxit,cóchấtlượngtốt - Tính tự cháy than:than có khả tự cháy thấp, phát hiệnvỉa24 –TràngKhê II,IIIvà vỉa 5-Khe Chuốicótínhtự cháy - Trữ lượng vỉa than:được xác định có khả áp dụngCGH 116.564,90 nghìn tấn, chiếm 1012% tổng trữ lượng, trongđó:vỉadày 5,010,0m,chiếm48,8%;vỉa cóchiềudàitheophương > 800m, chiếm55,7%vàtừ 300800mchiếm39,11% 1.2.3 Tổng hợp kinh nghiệm áp dụng HTKT lò DVPT điềukiệncác vỉathandày, dốcvùng Quảng Ninh * HTKT lị DVPT nổ mìn lỗ khoan ngắn:được áp dụngtại hầu hết mỏ, cho điều kiện: vỉa dốc 45 0, dày từ ÷ m;chiềudàitheophươngKKTkhoảng80÷100m,chiềucaoPTKTtừ6 ÷ 8m; chốngbằngcáccũilợngỗ hoặcvìthủy lực; cơngsuất2535 ngàntấn/năm,NSLĐ2,53,5tấn/cơng,chiphílịchuẩnbị5060 m/1000 tấn, tổn thất than 25 35% ; ưu điểm thích ứng tốt vớiđiều kiện địa chất phức tạp, quy trình kỹ thuật đơn giản; nhược điểmlàchiphímétlịchuẩnbị,tổnthấtthancao, NSLĐthấp * HTKT lò DVPT kết hợp với máy khoan đường kính lớn (PSO):đãđượcápdụngtạimỏMơngDươngchovỉaổnđịnhvớichiềudà y38 m, dốc > 45; cơng suất 35.000 tấn/năm; NSLĐ 3,5 tấn/cơng;chi phí gỗ 25 m3/1000 tấn, tổn thất than 35%; ưu, nhược điểm tươngtựnhư HTKTđã ápdụngtạiLiên Xơ (cũ) * HTKT lị DVPT sử dụng DCTH kết hợp nổ mìn lỗ khoandài:đượcthử nghiệm mỏ Hà Ráng với vỉa dày 6,5m; dốc 560;chiều cao PTKT 15 m; chống tổ hợp KDT-2 Do ảnh hưởng bởinước mặt, nên thử nghiệm chưa thành công; nhiên, công nghệ đãchứng minh hiệu như: SLKT đạt 4297 tấn/tháng, NSLĐ đạt7,4tấn/cơng,mứcđộantồnđượcnângcao 1.2.4 Đánhgiákết ápdụngHTKTlịDVPT - Chủ yếu áp dụng CNKT thủ công, chiều cao PTKT ÷ m,chiềudàiKKTtừ 80÷100m, SLKT,NSLĐthấp, tổnthấtthan cao - Côngnghệ C G H đư ợc p d ụ n g c ịn r ấ t í t v c h a t hà nhc ông; tuynhiên,bước đầuđã chỉra hiệu quảcủa côngnghệ 1.2.5 Tổng hợp kết nghiên cứu áp dụng HTKT lò DVPTtrongđiềukiệncácvỉathan dày, dốcvùng Quảng Ninh Đã có cơng trình nghiên cứu vềHTKT lị DVPTc h o đ i ề u kiện vùng Quảng Ninh, áp dụng mang lại kết tốt Cáccông trình chủ yếu nghiên cứu CNKT thủ cơng, cơng nghệCGH cịn hạn chế Việc nghiên cứu hồn thiện tham số củaHTKT, CNKT quan tâm, có thường chiều cao PTKT.Phương pháp nghiên cứu chủ yếu phân tích lý thuyết kết hợp vớinghiêncứutạithựctế hiệntrường 1.2.6 Hướng hồn thiện HTKT lị DVPT điều kiện vỉathandày, dốcvùng QuảngNinh - Tăngcườngápdụngcơngnghệ,thiếtbịCGHphùhợp; - XácđịnhđượccácthamsốphùhợpchoHTKTkhiápdụngcơngnghệCGH đàolịvàkhaithác; - Lựac h ọ n k ế t c ấ u , t i ế t d i ệ n , v ậ t l i ệ u c h ố n g giữ , gi a c n g c c đườnglịphùhợpvớiđiềukiệnđịachất,HTKT,CNKTđượcápdụng; - HồnthiệngiảiphápnổmìntrongcáclỗkhoandàitheohướngápdụngCGHk hâunạpkíp,mìnđểrútngắnthờigianthicơng; - Kiểmsốttốtnguycơvềcháynổkhí,bụcnước,sậpđổlị 1.3 Kếtluận Chương - Trên giới, HTKT lò DVPT sử dụng tổ hợp CGH ápdụng rộng rãi cho vỉa dày m, chiều cao PTKT lên tới 20 m vàchiềudài theo phươngKKTtới 200 m; tiêuKTKTđạt tốt - Các vỉa than dày, dốc vùng Quảng Ninh có trữ lượng lớn, thuậnlợiđểáp dụngcơngnghệ CGHtrongHTKTlị DVPT - HTKT lị DVPT sử dụng CNKT thủ cơng áp dụng rộng rãitại vùng Quảng Ninh; nhiên, SLKT NSLĐ cịn thấp, tổn thấtthancao.Trongkhiđó, cơngnghệ CGHchưathànhcơng - Có nhiều nghiên cứu HTKT lị DVPT; nhiên, chủ yếu tậptrungv o c c k h â u c ô n g n g h ệ , g i ả i p h p k ỹ t h u ậ t , c h a x c đ ị n h đượcthamsố HTKT theo cácyếu tốđịa chất, kỹthuật - Đểnângcaohiệu quảHTKTlòDVPTtạivùngQuảngNinhcần:tăngcường áp dụng CGH; xác định tham số phù hợp choHTKT;lựachọnđượckếtcấu,tiếtdiện,vậtliệuchốnggiữ,giacườngcác đường lị; hồn thiện giải pháp nổ mìn lỗ khoan dài; kiểmsốthiệuquảnguycơvềcháynổkhí,bụcnước,sậpđổlị CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU Q TRÌNH THU HỒI THAN NĨCTRONGHTKT LỊDVPTSỬDỤNGDÀNCHỐNG 2.1 Quyluậtdịchchuyểncủathan–đátrongqtrìnhthuhồi than Các nghiên cứu hạ trần, thu hồi than thựchiện Trường Đại học Mỏ Leningrad vào năm 1949 ÷ 1953cho thấy: để đảm bảo trình tháo than diễn bình thường, chiềucaocủalớp than đượctháo phảilớnhơnkíchthướccủacục thantừ ÷6lầnvàkhơngq215lầnkíchthướccủacửatháothan;khối than tháo phải bố trí nghiêng phía khơng gian khai thác6080ovà khoảngcách cửa sổtháophảilà tốithiểu IvanovB A đ ã t h í n g h i ệ m t há o t h a n t i c a t h o đ n b ằ n g m tổnghợp,xácđịnhvàphântíchmốiquanhệgiữatỷlệtổnthấtthantheocác yếutố địa chất, kỹthuật(Hình 2.2,2.3, 2.4) Hình2.1:Qtrìnhkhai thácmộtmơhìnhđặctrưng a)a=1 m b) a =2 m c)a=3 m Hinh2.2: Quan hệgiữatỷlệtổnthấtthan-chiều caophântầng ̀ a) h =8 m b)h =12 m c) h =15 m Hinh2.3: Quan hệ giữatỷlệ tổnthất than– gócdốcvỉa ̀ a) α =450 b) α = 650 c) α =850 Hình2.4: Quanhệ giữatỷlệ tổnthất than– bướchạtrần Từcác kếtquả phântíchtrên, nhận xét: - Tổnt h ấ t t h a n l u ô nt ỷ l ệ t h u ậ n v i c hi ề u c a o P T K T , k h i c h i ề u caoPTKTtăngtừ mlên15 m, tỷlệ tổn thấtthan tăngtừ ÷7% - Tổnthấtthanlntỷlệnghịchvớigócdốcvỉa,khigiảmtừ 850xuống450, tỷlệtổnthấtthantăngtừ12÷18% -Tổnthấtthanlntỷlệthuậnvớibướchạtrầna(m),khiatăngtừ1 mlên m, tỷlệ tổn thấtthan tăngtừ 6÷11% 2.2.2 Qtrìnhhạtrần,thuhồithannócdướisựảnhhưởngcủakếtcấudàn chốngvàquytrìnhthuhồithannóc Luận ánchọnmơ hình vậtliệutương đương đểmơp h ỏ n g m ộ t chu kỳhạtrầnvớicácthamsốđịachất,kỹthuậtmỏđặctrưngcủavùng Quảng Ninh: góc dốc vỉa than ():= 650; chiều dày vỉa (M):M=7m;bướchạtrầnthannóc(a):a=1m;chiềucaoPTKT(h):h = 12 m; trần than phía lị DVPT bị phá vỡ Mơ hình có kíchthước: dài x rộng x cao = 800 x 420 x 50 mm, có cửa tháo than cao100 mm, rộng 50 mm, tương ứng với kích thước thực 2,0 x 1,0 m.Các cửa tháo than cách 75 mm, tương ứng với kích thước thựclà 1,5 m Các đại lượng nghiên cứu mơ hình giá trị thực tếđược liên hệ tỷ lệ đồng dạng sau: kích thước: l=1:20; thời gian:T= 1:4,5; khối lượng 1:1 Vật liệu tương đương chọn đá bột kết than lấy mỏ Luận án tiếnhànhthínghiệmvới4mơ hình, kếtquảnhưsau: - Khi thu hồi than hạ trần Mơ hình 1, thu hồi than cửasổtháo ởgiữa,tỷlệ tổnthất than đạtlớnnhất,= 48,6% - KhithuhồithanhạtrầncủaMơhình4,thuhồithanđồngthờitại0 cửa sổ,tỷlệtổnthấtthan đạtthấp nhất,=39,3% - Khi thu hồi than Mơ hình Mơ hình 3, từ trụ sang váchvàtừ vách sangtrụ, tỷlệtổn thấtlà= 41,1% và=42,0% Từ kết nghiên cứu, nhận xét: để giảm tốn thất than,nên chọn dàn chống có cửa sổ thu hồi xà phá hoả khe hở giữahai dàn thu hồiđồngthờitrêncác cửatháo 2.3 Nghiên cứu qúa trình hạ trần, thu hồi than HTKT lịDVPTsửdụngdànchốngKDT-2tạimỏthanHàRángbằngmơhình số 2.3.1 Lựa chọn thamsố xâydựngmơ hìnhmơphỏng Luận án sử dụng phần mềm PHASE2 để mô dịch chuyểncủa than, đá vách trình thu hồi than HTKT lịDVPT sử dụng dàn chống KDT-2 mỏ than Hà Ráng Mơ hình códạng 2D, kích thước 120 x 120 m, mô đối tượng gồm: vỉadày 6,5 m; dốc 56; vách gồm sét kết, bột kết, cát kết, cuội, sạn kết;trụ gồm bột kết, cát kết, cuội sạn kết; lò DVPT mức +30 +41; trầnthan làm yếu KNM; phân tầng +41+50 chốngbằng giá thủy lực XDY, phân tầng +30+41 chống dànchống KDT-2 Than, đá mô loạiv ậ t l i ệ u đ n hồi dẻo tuyếntính, nứtnẻ khốiđátrongtự nhiên 2.3.2 Khaithácmơhìnhmơphỏng - Giai đoạn 1:trạngtháiban đầuvớitrườngứngsuấttự nhiên - Giaiđ o n t h ứ : đ o c h ố n g l ò D V P T m ứ c + v c h ố n g g i thủylựctăngcườngtạiđườnglị - Giaiđoạnthứ3:phánổcưỡngbứclớpthannóc - Giai đoạn thứ4:hạtrầnthan nóclịDVPTmức +41 - Giaiđoạnthứ5:thuhồigiáthủylựcởlịDVPTmức+41,đàolịD VPTmức +30và chốngdàn chốngKDT-2 - Giai đoạn thứ6:lặplạitrìnhtựtrênđốivới phântầngthứ hai 2.3.3 Phântích, đánhgiácác kết quảkhaitháctrênmơ hìnhsố KhiđàolịDVPT,hìnhthànhvùngứngsuấttậptrungbaoquanhbiênlị, cách biênlị khoảng3,03,5 m(Hình 2.5) Khichốngtăngcường,trầnthantrênnóclịhìnhthànhvùngpháhủyhình vịm, có chiều caokhoảng2,5m(Hình 2.6) Hinh2.5:Trạngtháiứng Hinh2.6: Chiềucaotrần than ̀ ̀ suấtxung quanhlị DVPT tựsậpđổtrên nóclịDVPT Khi bắt đầu thu hồi than, phần vách trực tiếp lịDVPT hình thành phá hủy dạng cắt, tạo thành dải khe nứt,tạo bước gẫy ban đầu Khi thu hồi hết lớp than (10 m), vùng khenứt phát triển mạnh hơn, chưa sập đổ Sau thu hồi dànchống,vách trực tiếpbắtđầusập đổ(Hình 2.7) a) b) c) d) Hình2.7: Qtrình thu hồithan nóctạiphân tầngthứnhất Khai thác phân tầng thứ hai với trình tự tương tự trên; tuynhiên,n g a y s a u k h i t h u h i , p h h ủ y đ ã p h t t r i ể n m n h t r o n gđá vách Khi thu hồi đạt chiều cao khoảng 3,0 m xuất dấu hiệu đávách bắt đầu sập đổ Xem xét biểu đồ mô tả chuyển vị phầntử hữu hạn cho thấy, trần than bị phá hủy lớn nhiều lần so vớiđáváchvàthanluônxuốngtrướcđávách,phảnánhđúngdiễnbiếntạithực tế hiệntrường 2.4 Kếtluận Chương - Pít tơng đẩy ngang cửa tháo giúp cho than dịch chuyển đềutrongphễutháo, chophépnângcao năngsuất, giảmtổnthấtthan - Tỷ lệ tổn thất than phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: góc dốc vỉa,bước hạ trần, chiều cao phân tầng, trình tự thu hồi kết cấu dànchống Các kết nghiên cứu cho thấy,để nâng cao hiệu quảkhai thác cần ưu tiên nâng cao chiều cao PTKT, sử dụng dàn chốngcó cửa sổ thu hồi than xà phá hoả với phận cấp liệu dướicửasổ thuhồivàthu hồiđồngthờitrên cửatháo - Khi khai thác từ phân tầng thứ hai trở đi, đá vách dễ sập đổ hơnvà sập đổ, than dịch chuyển xuống trước đá vách sập đổkhơngảnh hưởngnhiềuđếnhiệuquảthu hồithannóc CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ HỢP LÝCỦA HTKT LÒ DVPT SỬ DỤNG DCTH TRONG ĐIỀU KIỆN CÁCVỈATHAN DÀY,DỐCVÙNGQUẢNGNINH 3.1 Nghiêncứu,đềxuấtcơngnghệCGHápdụngchoHTKTlị DVPTtrong điều kiệncácvỉa thandày,dốc vùngQuảngNinh Trên sở kết nghiên cứu, Luận án đề xuất HTKT lò DVPTcho điều kiện vỉathandày, dốcvùngQuảngNinh nhưsau: - Chuẩn bị khoáng sàng:theo phương, tầng chuẩn bịthành KKT tầng chia thành phân tầng Các lò nốiđượcđàovới góc dốckhoảng 30 0,tiếtdi ện, kết c ấ u phùhợp đểc óthểthuậnlợicho việc vận chuyển than,vậtliệu,thiếtbị - Cáckhâucơngnghệchínhbaogồm: + Khâu hạ trần than áp dụng giải pháp nổ mìn lỗ khoandài sử dụngkíp nổ phiđiệnan tồn hầmlị + Chống tăng cường sử dụng tổ hợpd n c h ố n g c ó c ấ u tạo t n g tựt ổ h ợ p d n c h ố n g K P V M ỗ i K K T b ố t r í g n g k h ấ uđồng thời,cách nhaukhoảng20÷ 30 m +T h a n đ ợ c t h u h i đ n g t h i t r ê n c a t h o , x u ố n g b ộ p h ậ n cấpliệu,cầuchuyển tải,lênbăngtảivà + Việc di chuyển dàn chống cầu chuyển tải thực hiệnbằngcác kíchthủylựcchun dụngđặtphía trước Cơng tác đào lị khai thác thực theo trình tự lầnlượt cột, từ biên giới khai trường trung tâm, từ xuống vànhịp nhàng,khônggián đoạn,ảnh hưởnglẫnnhau Đồng thiết bị đề xuất gồm: tổ hợp dàn chống KPV1, trạmbơmdungdịchCH90/32,băngtảicogiãnDSJ65/10/40,cầuchuyển tải SZB 730/40, máy khoan thủy lực VPS-01 máy combaiđào lịAM50Zhoặccác thiếtbịcó đặc tính kỹthuậttươngđương Bảng3.1:Tổnghợpđặctính kỹthuậtcủaDCTHKPV1 TT Tênchỉtiêu Đơnvị Sốlượng Chiềucaotốithiểu/tối đa m 1,8/3,5 Chiềurộngcủadàn chống m 1,75 Kíchthước cửa tháothan m 0,9 x2 Bướcdichuyểncủa dànchống mm 800 Số lượngcộtchống cột Lực chốngcủa cộtchống kN 3530 Cườngđộ khángnền MPa >2 Trọnglượng 17 3.2 Nghiên cứu xác định tham số hợp lý HTKT lò DVPTsử dụng DCTH áp dụng cho điều kiện vỉa than dày, dốc vùngQuảngNinh 3.2.1 Nghiêncứu xác địnhchiềucao PTKThợplý Mỗi mô hình vật liệu tương đương có tham số: góc dốc vỉa α(radian), bước hạ trần a (m), chiều cao PTKT h (m) tỷ lệ tổn thấtthan(%) Sau 27 mơ hình thí nghiệm (Chương 2), tậphợp sở liệu gồm tham số Trên sở đó, Luận ánsửdụngphầnmềmDatafitđểhồiquycơsởdữliệutrênvàxácđịnhđượchàmsố biểuthịmốiquan hệ giữacácthamsố sau: =exp(-0,562α+0,099a+0,01157h–0,683)( ) Thay tham số 27 mơ hình vật liệu tương đương thínghiệm vào công thức (3.1), xác định tỷ lệ tổn thất than theotínhtốnc ho từ ng trườnghợp.S o sá nh kết t h u đượcchot hấ y, saisốgiữakếtquảthínghiệmvàkếtquảtínhtốntừcơngthức(3.1)khá thấp, mức độ chênh lệch tuyệt đối ||=0,16 ÷ 1,352%, trung bình0,645% Như vậy, hàm số xác định cơng thức 3.1 chấp nhận, tin cậy được.Nếu thay ()bằng tỷ lệtổn than chop h é p ( cp)vàbiến đổi, sẽxácđịnhđượcchiềucao PTKThợplýnhư sau: h=(lncp+0,562α-0,099a +0,683).84,43 (3.2) Hiện nay, Quảng Ninh, tỷ lệ tổn thất than cho phép khaithác vỉa dày, dốc chấp nhận khoảng 35 ÷ 40% Giá trị đượcxácđịnh trêncơsởđặcđiểmđịachất,kỹthuậtmỏ,chiphíđầuvào,giá bán, mơ hình quản lý nhiều yếu tố khác, chấp nhận, giaokhoán cho mỏ Khi đó, áp dụng cơng thức (3.2) xác địnhđược chiều cao phân tầng hợp lý cho điều kiện đặc trưng vùngQuảngNinh (M= m,α= 650)khoảngh = 14,5÷25,7 m Kết tính tốn khơng kể tới ảnh hưởng yếu tố dànchống Nếu kể tới ảnh hưởng kết cấu dàn chống, chiều cao phântầng hợp lý chọn thấp so với kết tính tốn vàđượcxác địnhnhư sau: h=(lncp+0,562α-0,099a+0,683).84,43.k1 (3.3) Trong đó: k1là hệ số kể tới ảnh hưởng dàn chống, quy trìnhthuh i H ệ s ố k 1được x c đ ị n h t r ê n c ơs t h í n g h i ệ m c h a i m hìn h có điều kiện địa chất, kỹ thuật tương tự, khác có mơhìnhc ó v ì c h ố n g T k ế t q u ả t h í n g h i ệ m c ủ a M ô h ì n h t i m ục 2.2.1 Mơ hình mục 2.2.2, xác định k 1= 0,91 Khiđó, trongđiềukiệncácvỉadày,dốcđặctrưngvùngQuảngNinhvà với công nghệ, thiết bị đề xuất trên, chiều cao phân tầnghợp lýcủaHTKTlị DVPT đượcxácđịnhnhư sau: h=(14,5 ÷25,7).k1=(14,5÷25,7).0,91=13,2÷23,5m 3.2.2 Nghiêncứuxácđịnh chiềudàitheophươngKKThợplý Việc xác định chiều dài theo phương KKT sở nhiều yếu tốrất phứctạp,khóthựchiện.D o đ ó , t r o n g p h m v i c ủ a L u ậ n n , t c giảchỉnghiêncứu,xácđịnhchiềudàitheophươngKKThợplýtrên sở phối hợp hài hòa khâu đào lò chuẩn bị khai thác Khiđó,c n g t c đ o l ò c h u ẩ n bị p h ả i đ p ứ n g đ ợ c t i ế n đ ộ k h a i t h c , đảmbảokhaithácliêntụcvàngượclại,côngtáckhaithácphảiđảmbảo theo kịp tiến độ chuẩn bị khai trường Tức là, thời gian đào lòchuẩn bị thời gian khai thác khu phải Đây làcơ sở để xác định chiều dài theo phương KKT hợp lý Khi đó, việcxácđịnh chiềudàitheo phươngKKThợplýđược xácđịnhnhư sau: -Tổngtrữ lượngcôngnghiệp mộtcộtkhaithác(Z): (3.4) Trongđó: h: chiềucao phântầng, m; n: số PTKT tầng, phân tầng;M:chiềudàyvỉa, m; gócdốcvỉa, độ; tỷtrọngthan, m3/tấn; tỷlệ tổn thấtthan,%; Lb: chiều dài theo phươngKKT (blốc), m;So: tiếtdiện lò DVPT, m2; gócdốccủa lịnối,độ; a: chiều rộng trụ bảo vệ gương khấu-lò nối, m;b:chiềurộngtrụ bảovệ hailò nối,m; r: chiều rộnglònối, m -Thời giankhaithácxongmột cộtkhấu(TKT): (3.5) ,n g y Trongđó: Qo: SLKTcủamột gươngkhấu,tấn/ngàyđêm; t1: thời gian di chuyển, lắp đặt tổ hợp CGH, ngày.Thaycơngthức (3.4) vào cơngthức(3.5)tacó: (3.6) -Thời gianđào lịchuẩnbịxongmột KKT(Tcb): (3.7) Trongđó: H:chiềucao(đứng)củatầngkhai thác,m; Vn: tốc độ đào lị nối thủ cơng, m/ngày đêm;Vdv: tốcđộđàolị DVPTbằngcombai,m/ngàyđêm; t2:thời gian di chuyển,lắpđặttổhợp CGHđàolị,ngày Để Tkt= Tcbvàbiếnđổitacó: (3.8) Chọn cácthông sốđặcđiểm điềukiệnđịachấtkỹ thuậtđ ặ c trưngcủacácvỉadày,dốcvùngQuảngNinhgồm:tấn/m ,M = m,So= 9,2m2, a = m, b = 4, r = 3,5 m, t 1= 7ngày, t2= ngày, Vn= 3,2 m/ngày đêm, Vdv= 10 m/ngày đêm.Thaycác giá trị vào công thức (3.8), cho H, n, h, Q o,biến đổi vàphânt í c h c h o t h ấ y , c h i ề u d i t h e o p h n g K K T p h ụ t h u ộ c r ấ t l n vàochiềucaoPTKT,SLKT TrêncơsởđiềukiệncủavùngQuảngNinh kinh nghiệm giới cho thấy, với chiều cao phân tầngkhoảng1 ÷ m , q u y m ô c ô n g s u ấ t c ủ a m ộ t K K T v i t ổ h ợ p CGH đạt khoảng 200 ÷ 250 tấn/ngày đêm, tương đương vớicơng suất110.000÷135.000tấn/năm vàkhiđó,chiềudàitheophươngKKTđược xácđịnh khoảng130 ÷150m 3.3 Kếtluận Chương - Chiềuc a o P T K T p h ụ t h u ộ c v o n h i ề u y ế u t ố, đ ặ c b i ệ t l : g ó c dốcvỉa,kếtcấudàn chống, bước hạ trần, quy trình thu hồi than nócvà tỷ lệ tổn thất than cho phép Trong điều kiện vỉa dày, dốc đặctrưngvùngQuảngNinh,khiápdụngHTKTlịDVPTsửdụngcơng