tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật 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 độ vùng quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÙI THANH NHU 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 Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62.52.01.16 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Máy thiết bị mỏ, Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đinh Văn Chiến, Trường Đại học Mỏ - Địa chất PGS.TS Tăng Huy, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 1: PGS.TS Hoàng Văn Gợt, Viện NCCK Bộ Công Thương Phản biện 2: PGS.TS Trần Văn Dũng, Trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội Phản biện 3: TS Nguyễn Hữu Liên, Bộ khoa học Công nghệ Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi ngày tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia, Hà Nội Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài - Theo chiến lược phát triển ngành than đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030, sản lượng than khai thác dự kiến khoảng 50 triệu tấn, khai thác hầm lị chiếm tỉ lệ ngày lớn - Có nhiều loại thiết bị chống giữ hầm lò, nhiên nay, giá khung thủy lực loại nhiều mỏ lựa chọn để đưa vào chống giữ nhiều ưu điểm kết cấu, vận hành, an toàn hiệu - Tuy nhiên, việc áp dụng thiết bị chống lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện địa chất, nằm vỉa, áp lực mỏ, mức độ bùng nền, cơng nghệ khai thác…Vì để sử dụng có hiệu loại giá khung thủy lực di động điều kiện hầm lò Việt Nam cần phải có nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn thông số hợp lý dùng phù hợp khai thác hầm lò Do việc: “Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh” đề tài cấp thiết hướng Mục đích nghiên cứu luận án Mục đích nghiên cứu luận án đưa phương pháp tính tốn nghiệm bền dựa sở lý thuyết, thực nghiệm để lựa chọn kích thước hợp lý mái trên, cột chống giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z phù hợp với điều kiện địa chất mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng cụ thể giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z, loại giá khung sử dụng Nam Mẫu, Vàng Danh,…, bước đầu đánh giá tương đối phù hợp với điều kiện kỹ thuật khai thác than mỏ hầm lò - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn kích thước hợp lý, nghiệm bền chi tiết mái cột chống giá khung thủy lực di động ZH 1600/16/24Z điều kiện góc dốc vỉa đến 250 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp lập trình tính tốn lý thuyết, mô thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Thực nghiệm: Thống kê áp lực làm việc giá khung thủy lực di động mỏ than hầm lị vùng Quảng Ninh, thơng qua đo đạc áp suất xylanh làm việc - Xây dựng phương pháp tính tốn lựa chọn thơng số hình học, vật liệu mái trên, cột chống hợp lý, phù hợp với điều kiện kỹ thuật mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu sử dụng cơng tác thiết kế lựa chọn giá khung thủy lực di động phục vụ khai thác than hầm lò Các kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho đơn vị tư vấn thiết kế mỏ thiết bị mỏ, cho nhà quản lý, làm tài liệu giảng dạy đại học sau đại học Nội dung luận án Luận án tập trung giải số vấn đề nghiên cứu lý thuyết mơ q trình chịu lực, độ ổn định khảo sát thực tiễn giá khung thủy lực di động chống mỏ hầm lò Nội dung luận án gồm chương làm rõ số vấn đề nghiên cứu:“Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh” Luận điểm bảo vệ - Thực nghiệm: Thông qua đo đạc áp suất xylanh làm việc tính tốn áp lực làm việc thực tế giá khung thủy lực di động mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Dùng giả thiết hai bậc, ứng suất tương đương Von-Mises để tính tốn độ bền, độ ổn định cột chống - Sử dụng phương pháp lập trình tính tốn kích thước hợp lý dành cho mái cột chống dựa điều kiện: tải trọng ban đầu vật liệu chế tạo - Tính tốn, lựa chọn kích thước hợp lý cho mái cột chống giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z điều kiện làm việc góc dốc đến 25o Điểm luận án - Xây dựng mơ hình tính tốn mái giá để khảo sát thiết lập mối quan hệ độ bền vật liệu thơng số kích thước hình học mái giá với lực tác dụng - Từ lý thuyết sở xây dựng quan hệ để tính toán độ dày thành xylanh cột chống phụ thuộc vào áp suất xylanh giới hạn bền vật liệu, giá trị áp suất lớn mà xylanh làm việc với giới hạn bền vật liệu cho trước Việc tính tốn độ ổn định xylanh cột chống với mơ hình chịu nén tâm có tiết diện hai bậc phản ánh điều kiện làm việc cột chống làm xác định xác kết tính tốn - Từ việc đánh giá lực chống giá khung thủy lực di động sử dụng Tập đoàn Than Khống sản Việt Nam thơng qua số liệu thống kê kết thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo nước Công ty than Nam Mẫu, khẳng định 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 sử dụng thiết bị - Xây dựng phương pháp lựa chọn thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng phù hợp với điều kiện kỹ thuật mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Từ phương pháp đề xuất, xác định số thông số hợp lý mái cột chống theo điều kiện làm việc mỏ hầm lò có góc dốc đến 250 Chương TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ 1.1 Đánh giá khả áp dụng giới hóa khai thác than mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh Qua kết đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất–kỹ thuật mỏ khu vực có khả áp dụng giới hố nhận định rằng, để triển khai áp dụng rộng rãi công nghệ khai thác giới hoá khấu than vùng Quảng Ninh cần tiến hành tập trung nghiên cứu giải xây dựng sơ đồ công nghệ khai thác giới hoá số phạm vi điều kiện áp dụng Trong phạm vi giới hạn chiều dày góc dốc vỉa, lựa chọn mơ hình giới hoá cần đề cập đến mối tương quan với yếu tố chiều dài theo phương khu vực khai thác 1.2 Giới thiệu thiết bị chống số nước giới 1.3 Giới thiệu thiết bị chống mỏ hầm lò Việt Nam Giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z Giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z sản phẩm chống đỡ loại nhẹ giá chống xà treo giá chống thủy lực khai thác than Trung Quốc chế tạo, nhập sử dụng Việt Nam từ năm 2006 Ưu điểm: + Diện tích chống đỡ lớn, cường độ chống đỡ cao + Thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, di động linh hoạt, dễ lắp ráp, dễ điều khiển + Tháo lắp đơn giản, thuận lợi cho công tác vận chuyển + Toàn giá liên kết thành tổ hợp xà đỡ, nâng cao tính ổn định giá, tạo mơi trường làm việc an tồn + Thao tác đơn giản, nâng cao trình độ tự động hóa, giảm bớt cường độ lao động công nhân Nhược điểm: Khả kết hợp với giới hóa khơng cao TT Các thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị Chiều cao tối đa mm 2400 Chiều cao tối thiểu mm 1600 Hành trình cột mm 800 Chiều rộng giá chống mm 960 Chiều dài giá chống mm 2900 Bước tiến đỡ gương mm 800 Tải trọng làm việc kN 1600 Tải trọng ban đầu kN 950 Áp suất bơm MPa 31,5 10 Số lượng cột chống 04 11 Đường kính xi lanh mm 110 12 Góc dốc làm việc giá độ  25 Đặc tính kỹ thuật tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z Hình chiếu đứng Hình chiếu cạnh Hình chiếu Hình 1.2 Mơ hình tổng qt giá khung thủy lực di động 1.4 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống Trung Quốc Việt Nam; Vấn đề nghiên cứu luận án 1.4.1 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống Trung Quốc Trong trình làm việc giá khung, phận chịu tải chủ yếu mái trên, để tiến hành thiết kế phân tích giá khung nói chung cần phải tiến hành phân tích tình chịu tải mái Trong diện khấu tổng thể, vách vỉa bất định, không phẳng tồn khối đất đá, nên tình làm việc khắc nghiệt mái phương diện chịu tải chia làm hình thức chủ yếu sau đây: Mái chịu tải trọng tập trung hai phía; Mái chịu tải tập trung giữa; Mái chịu tải xoắn; Mái chịu tải lệch bên 1.4.2 Tại Việt Nam 1.4.2.1 Phương án 1: Xem mái hệ dầm chịu tác động lực phân bố Q=320N/mm, với khoảng cách cột Lmin = 1,95m Có xét đến bước sập đổ 0,8m 1.4.2.2 Phương án 2: Xem mái hệ dầm chịu tác động lực phân bố Q = 320N/mm, với khoảng cách cột Lmax = 1,95m Khơng tính đến bước sập đổ 1.4.2.3 Phương án 3: Xem mái hệ dầm chịu tác động lực phân bố Q=560N/mm, với khoảng cách cột Lmax = 1,95m Khơng tính đến bước sập đổ lực tác động khác 1.4.3 Vấn đề nghiên cứu đề tài luận án Từ kết nghiên cứu thiết bị chống khai thác hầm lò số nước giới Việt Nam cho thấy: Việc áp dụng giá khung di động mỏ than hầm lò phù hợp Đã nâng cao hiệu quả, an toàn, giảm tổn thất tài nguyên khai thác than hầm lị Việc nghiên cứu, tính tốn nhóm nghiên cứu Việt Nam giới đưa phong phú phương pháp nghiệm bền khung giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z, phương pháp có ưu điểm, nhược điểm khác Những phương pháp chủ yếu sâu nghiệm bền chi tiết có sẵn dựa công thức sức bền vật liệu kinh điển mô mà chưa phương pháp tính tốn kích thước hình học cụ thể theo điều kiện làm việc Chính luận án NCS tiếp tục nghiên cứu, tính tốn, đưa phương pháp nghiệm bền, lựa chọn kích thước hợp lý cho chi tiết giá khung thủy lực di động ZH 1600/16/24Z (mái cột chống) khai thác than hầm lị có góc dốc vỉa đến 250 vùng Quảng Ninh Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ PHỤC VỤ TÍNH TỐN, GIÁ KHUNG THỦY LỰC Giá khung thủy lực dùng để chống giữ khoảng không gian khai thác hầm lị Để tính tốn thiết kế lựa chọn giá khung thủy lực cần nghiên cứu lý thuyết tác động tương hỗ chống đá mỏ; ảnh hưởng trình sản xuất đến tác động tương hỗ chống đá vách; lý thuyết áp lực mỏ Trên sở tiến hành tính tốn, thiết kế giá khung dùng phù hợp điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1 Tác động tương hỗ chống đất đá mỏ 2.2 Ảnh hưởng trình sản xuất đến tác động tương hỗ chống đá vách 2.3 Một số giả thuyết áp lực mỏ 2.4 Lý thuyết sức bền vật liệu Như nội dung chương luận án phân tích tác động tương hỗ đất đá mỏ với giá khung thủy lực, làm rõ chất trình chuyển vị biến dạng phận giá khung mái trên, cột chống ứng với dịch chuyển đá vách Đồng thời tìm hiểu ảnh hưởng trình sản xuất đến quan hệ chống đá vách khấu than, chống giữ lò chợ điều khiển đá vách Lý thuyết ống dày cho phép xác định chiều dày xylanh cột chống, bán kính cột kết cấu mái nhằm mục đích giảm thiểu khối lượng lựa chọn kết cấu hợp lý Định luật Húc cho phép tính tốn chuyển vị biến dạng mái trên, cột chống Dựa vào lý thuyết nêu trên, cho phép tính tốn, lựa chọn số thơng số hợp lý giá khung thủy lực dùng khai thác than hầm lị vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250 Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC 3.1 Nghiên cứu khả chịu tải giá khung 3.1.1 Các bước công nghệ khai thác than 3.1.2 Số liệu việc sử dụng giá khung thủy lực di động Tập đồn Than- Khống sản Việt Nam (phụ lục 4) - Tập đồn có 10 cơng ty 41 lò chợ sử dụng giá khung thủy lực di động vào việc chống giữ lò chợ Chiều dài lò chợ từ 40 đến 140 m; độ dốc lò chợ từ đến 25 độ; áp suất làm việc: Thấp MPa, cao 31 MPa 11 3.5 Hình 3.5 Giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z Hình 3.6 Kết cấu cột chống thủy lực Hình 3.7 Giả thiết khả chịu tải mái 3.2 Tính tốn mái 3.2.1 Thiết lập cơng thức kiểm nghiệm độ bền mái Hình 3.8 Mơ hình tính tốn kiểm nghiệm bền cho mái 12 Phương trình cân lực mơ men xác định sau:  Y P    R i L  M P   A i (3.1)  R  qL  q L1 L  q  R2 L1  qL2   L1     (3.2) Suy ra: 1 L2  L2 R2  q L1  L2  2 L1      1 L2  L2  L1  L0  R1  q L1 2     (3.3) Tính tốn mơ men qn tính mặt cắt ngang Diện tích phần mặt cắt xác định là: (3.12) F1  b1h1; F2  b h ; F3  b3h ; F0  b 0h  F  b1h1  2b2 h  4b3h  4b0 h Mô men qn tính trục trung hịa mặt cắt xác định sau: J x1  b1h1 b h3 b h3 b h3 ; J x  2 ; J x  3 ; J x0  0 12 12 12 12 (3.13) Mô men tĩnh mặt cắt ứng với trục OX xác định sau: Sx1   1  h1  h0  F;Sx2    h0  h2  F2 ;Sx3    h3  h0  F3;Sx0  2 (3.14) Tổng mô men tĩnh mặt cắt ứng với trục Ox xác định sau: Sx   h1  h F1   h  h F2   h  h 2 2 (3.15) Tọa độ trọng tâm mặt cắt xác định là:   yc  h1  h b1h1  h  h b h  2h  h 2 b3 h ; x c  (do b1h  b h  4b h  4b h mặt cắt đối xứng qua oy) (3.16) Y b3 b2 h3 x3 h0 X  x0 h2 x2 h1 x1 b0 b1 Hình 3.9 Tiết diện mặt cắt ngang mái 13 Mơ men qn tính trục trung hịa mặt cắt mơ men tổng xác định:  y  1 I x1  J x1   h1  h  c  F1 ;  4 2   1 y  I x2  J x2   h  h  c  F2 ;  4    I x  I x1  2I x2  4I x3  4I x0  1 yc  I x3  J x3   h  h   F3 ;   4   I x0  J x  y c F0   (3.17) Tính tốn giá trị ymax :  h h   y max  max h1   y c ;  h   y c  2    (3.18) Ứng suất nguy hiểm xác định sau:  Max  u Max M x z  y max I x (3.19) Trong đó: 1  R qL2 MaxM x z   Max  qL20 ;  ; qL22  2q 2 2  (3.20) 3.2.2 Nghiệm bền mái giá khung ZH 1600/16/24Z Bảng 3.1 Kết tính tốn mái trường hợp chịu tải 160 mm b0 12 mm2 F0 2400 960 I2x mm3 S0x mm4 mm I0x 8969839.3 Yc -20.1 F1 11520 S1x 1221120 I1x 85137715 Ymax1 91.99 b2 12 F2 1656 S2x -51336 I2x 2824740.8 Ymax2 160.2 b3 80 F3 1600 S3x 176000 I3x 27135878 h0 200 FS 30832 SxS -619792 IxS 235210067 h1 12 Ymax 160.2 14 h2 138 h3 20 Hình 3.10 Tiết diện ngang hợp lý mái + Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý mái tương ứng trường hợp 160T, độ bền cho phép[] =510 MPa, hệ số an tồn n = 1.5(hình 3.10) + Ứng suất lớn xác định là:  Max u  Max M x  z  I x y max 3.78 108  160.2  257.2  MPa      2.12 108 3.2.3 Ứng dụng mô vào nghiệm bền kết cấu mái Do tính chất đối xứng mặt hình học, đồng thời tiết kiệm phần tử tính tốn, tiến hành mơ tính tốn cho 1/2 phơi Vật liệu sử dụng có mơ đun đàn hồi E = 200 GPa; hệ số poát xơng 0.3; Kiểu tốn: tính tốn tĩnh (Static General) 15 Hình 3.11 Mơ hình hình học mơ tính tốn khả chịu tải mái Kết tính tốn mơ A B Hình 3.6 Chuyển vị mái mái Hình 3.12 Chuyển vị Hình 3.8 Các thành phân ứng suất A, B, C; biến dạng tương đương mái D Hình3.7 ỨngỨng tương tương Von – Mises 3.13 suất suất đương đương Hình Von - Mises C D Hình 3.14 Các thành phần ứng suất A,B,C; biến dạng tương đương mái D Nhận xét: Bằng phương pháp tính tốn giải tích hay mơ cho kết kết cấu mái an tồn q trình làm việc Bằng việc sử dụng phương pháp giải tích tính tốn hình dạng tiết diện ngang hợp lý cho mái trên, từ thiết kế mơ hình 3D cho mái mô để kiểm nghiệm lại, làm cho tối ưu hình dạng 3.3 Nghiên cứu tính tốn, nghiệm bền cột chống Trong làm việc tổng tải trọng lớn tác dụng lên mái Qmax= 160 (Hình3.5), tải trọng truyền xuống thông qua cột chống thủy lực Do thiết kế phần nối cột chống mái có dạng 16 hình chỏm cầu, “tự lựa” q trình vận hành Khi tính tốn coi cột chống chịu lực nén tâm 3.3.1 Tính tốn độ bền piston Piston hình trụ, có bán kính rpt , trình làm việc chịu lực nén tâm Q, làm vật liệu có ứng suất bền cho phép [], bán kính nhỏ piston xác định công thức sau đây: rpt ,  Q []1 3.3.2 Tính tốn độ bền xylanh Xylanh làm việc an tồn khi: p r12 max eq    r2  r12  3r24 / r14    Chiều dày tối thiểu thành xylanh xác định là: s  r1 / u  2r1 2        1    2    3 p    p  3.4 Tính tốn độ ổn định cột chống Để tính tốn coi cột chống hai bậc, có hai đoạn với thơng số mơ men quán tính tiết diện chiều dài khác nhau, piston có chiều dài L1 momen qn tính tiết diện I1; tương ứng xylanh L2 I2, bị nén tâm(Hình 3.6) Tải trọng tới hạn cột chống xác định nghiệm phương trình[21]: K1 cosK 1L1 sin K L   K cosK L  sin K 1L1   I1    rpt ; I  r24  r14 ; x1  4   l1 ;x2  EI1 l2 ; y1  EI ; y2  EI1 EI Sử dụng phương pháp đồ thị để tìm nghiệm phương trình lượng giác giao điểm đường cong H(Q) G(Q) (hình 3.21) Từ xác định tải trọng tới hạn mà cột chịu 105.4 Tấn, cột chống an toàn điều kiện làm việc Kết nghiên cứu chương đưa sau: - Trên sở lý thuyết tính tốn nguyên lý làm việc chương chương chương đạt kết sau 17 Giá trị H (Q); G (Q) - Thiết lập cơng thức tổng qt để tính Hình 3.21 Đồ Hình 3.19 Đồ thị xác định tải tốn độ bền mái trọng tớithị cột định tải hạn xác chống trọng tới hạn cột chống cột chống Ứng dụng vào trường hợp cụ thể giá Tải trọng tác dụng lên cột chống (Tấn) khung 1600/16/24Z - Sử dụng phương pháp mô để kiểm nghiệm lại độ bền mái để tăng thêm độ tin tưởng tính tốn - Các kết tính tốn cho thấy mái cột chống thừa bền, nên để tối ưu kích thước giảm khối lượng kết cấu, chương trình bày phương pháp tính tốn để lựa chọn thơng số tối ưu cho kết cấu mái Chương 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH CĨ GĨC DỐC ĐẾN 25O 4.1 Tính tốn lựa chọn số thông số hợp lý giá khung 4.1.1 Phương pháp tính tốn để xác định số thơng số hợp lý Trong chương chủ yếu sâu vào tính tốn hợp lý kích thước mái cột việc sử dụng phương trình có liên quan thiết lập từ chương Sau thay đổi tải trọng vật liệu nhận kích thước hợp lý cho chi tiết trường hợp, tiến hành thiết kế mơ hình 3D phần mềm SOLIDWORK mô nghiệm bền lại chi tiết phần mềm ABAQUS, để tăng thêm độ tin cậy kết tính tốn nhận Phương pháp thực để xác định số thông số hợp lý trình bày theo sơ đồ đây: 18 4.1.2 Tính tốn lựa chọn kích thước hợp lý cho mái Theo tính tốn Chương để xác định kích thước cho mái an toàn điều kiện làm việc cần thỏa mãn điều kiện sau:  Max MaxM x z  ymax     u  I x  F  4b h  b h  2b h  4b h   0 1 2 3   (4.6) Tiến hành thiết kế cho mái nhẹ mà đảm bảo độ bền 4.1.2.1 Thuật tốn để xác định kích thước hợp lý cho mái Để thỏa mãn điều kiện trên, thực thuật tốn “vét cạn” ngơn ngữ lập trình C, đó: Tải trọng thiết kế Ptk thay đổi từ 100 Tấn đến 160 Tấn; ứng suất cho phép vật liệu [] thay đổi từ 340 MPa đến 490 MPa; chiều dày b0 thay đổi từ 10 mm đến 20 mm; chiều cao h0 thay đổi từ 100 mm đến 250 mm Các thông số khác giữ nguyên là: b1=960 mm, b3=80 mm, h2=138 mm, h3=20 mm Phương pháp tính tốn hợp lý thể sơ đồ thuật toán vét cạn để tìm kiếm giá trị kích thước hợp lý cho mái đây: 4.1.2.2 Kết tính tốn kích thước hợp lý(hình 4.1) 4.1.2.3 Thiết kế, nghiệm bền chi tiết mái Trong phần nghiên cứu trường hợp làm việc cụ thể chi tiết, tương ứng tải trọng tác dụng lên giá khung 120, 140, 160 Tấn; vật liệu chế tạo thép 16MnSi có ứng suất chảy 510 MPa, hệ số an toàn chọn n = 1.5, nên có ứng suất cho phép [] =510/1.5 = 340 MPa Căn vào bảng 4.1 lựa chọn kích thước hợp lý b0 h0 sau: Sau thiết kế xong mơ hình 3D mái, tiến hành mơ nghiệm bền lại độ bền chi tiết làm việc điều kiện cụ thể Kết tính tốn thể hình 4.3, 4.4, 4.5 19 Hình 4.1 Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc vào vật liệu chế tạo mái umax Ptk N []MPa b0 MPa mm Fmin h0 mm mm2 1200000 340 339.9879 10 102.2 22848.00 1400000 340 339.9592 10 124.0996 23723.98 1600000 340 339.9327 10 143.6005 24504.02 Từ kết tính tốn cho thấy: - Ứng suất phần tử mái có giá trị nhỏ ứng suất cho phép [] =340 MPa, tức mái đảm bảo an toàn điều kiện làm việc - Các trường hợp mô rằng: Chuyển vị lớn nằm mái - Diện tích mặt cắt ngang mái sử dụng cho trường hợp tải trọng 160 tấn, vật liệu chế tạo 16MnSi là: Fht= 30800 mm2, diện tích mặt cắt ngang mái sau hợp lý là: Fhl= 24504 mm2 Sau hợp lý diện tích mặt cắt ngang mái giảm là: F  Ftu  Fht 24504  30800 100%   100%  20.44% Fht 30800 20 120 Tấn Hình 4.7.a Phân bố trường ứng suất mái ứng với tải trọng 120 Tấn Hình 4.8.a Phân bố trường ứng suất 140 Tấn mái ứng với tải trọng 140 Tấn Hình 4.8.a Phân bố trường ứng suất mái ứng với tải trọng 140 Tấn 160 Tấn Hình 4.7.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng trường hợp tải trọng 120 Tấn Hình 4.8.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng trường hợp tải trọng 140 Tấn Hình 4.8.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng trường hợp tải trọng 140 Tấn 4.1.3 Tính tốn, lựa chọn tiết diện hợp lý cho cột chống 4.1.3.1 Thuật toán để xác định kích thước hợp lý cho cột chống Cột chống chế tạo xylanh thủy lực Trong nghiên cứu việc tính tốn thơng số hợp lý cho cột chống thực việc kết hợp điều kiện: bền ổn định cột chống + Điều kiện bền xác định sau: rpt ,min  Ptk []1 + Để xylanh làm việc an tồn cần phải có điều kiện là: r12 r24  eq         t   p 2   2 r2  r1  t  21 + Điều kiện ổn định cột chống: Tải trọng tới hạn cột chống xác định nghiệm phương trình lượng giác sau [21]: K1 cosK1L1 sinK L2   K cosK 2L2 sinK1L1   + Điều kiện ổn định Ptk < Qth (Qth tải trọng tới hạn mà không làm cho cột ổn định) + Tiến hành tính tốn thiết kế mái cho nhẹ mà đảm bảo điều kiện bền, cần có:   V   rPT L1  r12 L  r22 L      r1 s    2  2   2    rpt , r1 , r2 toi uu 1   p  2   p  3          Ptk  Q th   V   rPT L1  r12 L  r22 L   rpt ,min   Ptk []1 (4.12)  Để thỏa mãn điều kiện (4.12), thực thuật toán “vét cạn” ngơn ngữ lập trình C Trong đó: Tải trọng thiết kế Ptk thay đổi từ 25 Tấn đến 40 Tấn; Ứng suất cho phép vật liệu[] thay đổi từ 600 MPa đến 750 Mpa; Bán kính piston thay đổi từ 30 mm đến 40 mm; Bán kính xylanh thay đổi từ 55 mm đến 65 mm; Phương pháp tính tốn hợp lý thể sơ đồ thuật tốn vét cạn để tìm kiếm giá trị kích thước hợp lý cho cột chống đây: 4.1.3.2 Kết tính tốn kích thước hợp lý Căn vào bảng 4.2 thấy rằng: - Kích thước hợp lý cho r1, rpt là: r1 = 65 mm, rpt = 30 mm - Kích thước r2 xác định thông qua r1 áp suất xylanh theo công thức: r2 = r1 + Smin ; ( Smin xác định theo công thức 4.12) - Từ kết thu được, tiến hành vẽ đồ thị 3D biểu diễn phụ thuộc kích thước r2 vào tải trọng làm việc vật liệu chế tạo cột chống (hình 4.7), thơng qua xác định giá trị kích thước hợp lý cho cột chống 22 Hình 4.7 Sự phụ thuộc kích thước r2 vào tải trọng làm việc vàvật liệu chế tạo cột chống 4.2 Lựa chọn kích thước hợp lý cho mái cột chống điều kiện làm việc góc dốc lên tới 250 - Trong điều kiện làm việc góc dốc từ 0o 25o tải trọng tác dụng lên mái xác định từ 145 Tấn 160 Tấn, làm từ vật liệu 16MnSi có c = 345 Mpa; b = 510 Mpa; u = 490 MPa kích thước hợp lý cho bảng 4.3 đây: Bảng 4.3 Kích thước hợp lý cho mái Q [] umax b0 h0 Fmin Tấn MPa MPa mm mm mm 145 340 339.83 10.0 129.2 23927.98 150 340 339.88 10.0 134.1 24123.99 155 340 339.90 10.0 138.9 24316.01 160 340 339.93 10.0 143.6 24504.02 - Trong điều kiện làm việc góc dốc từ 0o 25o tải trọng tác dụng lên cột chống xác định từ 36 Tấn 40 Tấn Kích thước cột chống cho bảng 4.4 đây: Bảng 4.4 Kích thước hợp lý cho cột chống Vmin Ptk [] Qth r1 r2 rpt Tấn MPa Tấn mm mm mm mm 36 600 44.17302 65 68.01565 30 4257535 37 600 44.27302 65 68.10188 30 4287018 38 600 44.27302 65 68.18826 30 4316591 39 600 44.37302 65 68.27478 30 4346252 40 600 44.47302 65 68.36146 30 4376002 23 Trên sở công thức tổng quát để nghiệm bền cột chống mái thiết lập chương 3, chương đạt kết sau đây: + Tính tốn kích thước hợp lý dành cho mái chống dựa điều kiện: tải trọng ban đầu vật liệu chế tạo (được thể đồ thị 4.1, 4.7) + Nghiệm bền lại chi tiết mái trường hợp tải trọng 120 Tấn, 140 Tấn 160 Tấn phần mềm ABAQUS + Lựa chọn dải kích thước hợp lý cho mái cột chống điều kiện làm việc góc dốc đến 25o (Bảng 4.3, 4.4) KẾT LUẬN CHUNG Luận án đưa kết sau: Đã xây dựng mơ hình tính tốn mái giá để khảo sát thiết lập mối quan hệ độ bền vật liệu thơng số kích thước hình học mái giá với lực tác dụng (công thức 4.6) Từ lý thuyết sở xây dựng quan hệ để tính tốn độ dày thành xylanh cột chống phụ thuộc vào áp suất xylanh giới hạn bền vật liệu, giá trị áp suất lớn mà xylanh làm việc với giới hạn bền vật liệu cho trước Việc tính tốn độ ổn định xylanh cột chống với mơ hình chịu nén tâm có tiết diện hai bậc phản ánh điều kiện làm việc cột chống (công thức 4.12) Từ việc đánh giá lực chống giá khung thủy lực di động sử dụng Tập đồn Than Khống sản Việt Nam thông qua số liệu thống kê kết thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo nước Công ty than Nam Mẫu, khẳng định cần thiết lựa chọn thông số giá khung dùng phù hợp với điều kiện kỹ thuật mỏ than vùng Quảng 24 Ninh để nâng cao hiệu sử dụng thiết bị, góp phần giảm giá thành sản phẩm Đã đề xuất phương pháp lựa chọn thông số hợp lý mặt hình học theo vật liệu mái xylanh giá khung thủy lực di động dùng phù hợp với điều kiện kỹ thuật mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Từ phương pháp đề xuất, xác định thông số hợp lý mái cột chống theo điều kiện làm việc mỏ hầm lị có góc dốc đến 250 cụ thể bảng 4.3, 4.4 đây: Bảng 4.3 Kích thước hợp lý cho mái Fmin Q umax b0 h0 [] Tấn MPa MPa mm mm mm 145 340 339.83 10.0 129.2 23927.98 150 340 339.88 10.0 134.1 24123.99 155 340 339.90 10.0 138.9 24316.01 160 340 339.93 10.0 143.6 24504.02 Bảng 4.4 Kích thước hợp lý cho cột chống Ptk [] Tấn MPa Qth r1 r2 rpt Vmin Tấn mm mm mm mm 36 600 44.17302 65 68.01565 30 4257535 37 600 44.27302 65 68.10188 30 4287018 38 600 44.27302 65 68.18826 30 4316591 39 600 44.37302 65 68.27478 30 4346252 40 600 44.47302 65 68.36146 30 4376002 Kết nghiên cứu sử dụng công tác thiết kế lựa chọn giá khung thủy lực di động phục vụ khai thác than hầm lị Các kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho đơn vị tư vấn thiết kế mỏ thiết bị mỏ, cho nhà quản lý, làm tài liệu giảng dạy đại học sau đại học 25 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CƠNG BỐ Bùi Thanh Nhu, Đinh Văn Chiến, “Phương pháp tính tốn lựa chọn số thông số hợp lý cho cột chống giá khung thủy lực di động dùng khai thác mỏ hầm lị hầm lị”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 09 (9/2013), Trang 12 - 15 Bùi Thanh Nhu, Đinh Văn Chiến, “ Về phương pháp kiểm nghiệm mái giá khung thủy lực di động dùng khai thác mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 04 (4/2013) Trang 64 - 67 Đinh Văn Chiến, Bùi Thanh Nhu, Báo cáo Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần III (4/2013), “Nghiên cứu, tính tốn, mơ kiểm tra tiêu chí kỹ thuật giá thuỷ lực dạng khung dùng khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội - tháng 4/2013” Trang 127 - 133 Đinh Văn Chiến, Bùi Thanh Nhu “Nghiên cứu ảnh hưởng đế cột thủy lực đến khả chống giá khung di động ZH2000/15/35Z dùng khai thác hầm lị’’, Tạp chí Cơng nghiệp mỏ, (Số 4/2009) Trang 59 - 61 Bùi Thanh Nhu “Nghiên cứu lựa chọn giá chống thủy lực dùng phù hợp với máy khấu khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh”, Đề tài NCKH cấp trường Năm 2010 – 2011, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Báo cáo nghiệm thu tháng 06/2011, Đạt loại Xuất sắc Bùi Thanh Nhu “Tính tốn so sánh số thơng số giàn chống tự hành giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị cơng ty than Nam Mẫu”, Kỷ yếu hội nghị khoa học lần thứ 2, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh tháng 5/2012, Trang 35 - 40 ... tốn, lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực dùng khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250 Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỰA CHỌN MỘT SỐ THƠNG SỐ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC... số hợp lý dùng phù hợp khai thác hầm lò Do việc: ? ?Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh? ?? đề tài cấp thiết... nghiên cứu: ? ?Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh? ?? Luận điểm bảo vệ - Thực nghiệm: Thông qua đo đạc áp suất