GIÁO TRÌNH áp lực mỏ hầm lò (đỗ mạnh phong vũ đình tiến )

Vì chống lò chợ có thể giữ đá vách không bị sập đổ chỉ ở khu vực gần gương than, nơi vách của vỉa và các lớp đá nằm trên được duy trì chủ yếu nhờ các lực liên kết với các lớp đá còn ổn đ

§ç M¹nh Phong, Vò §×nh TiÕn

¸p lùc má hÇm lß

hμ néi - 2007

PDF by http://www.ebook.edu.vn 2

lời nói đầu

Giáo trình "áp lực mỏ hầm lò" được biên soạn dựa trên đề cương môn

học "Điều khiển áp lực mỏ" của ngành Khai thác Mỏ và ngành Khai thác Hầm

lò đã được Bộ môn Khai thác Hầm lò thông qua

Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã tích cực tham khảo những kinh nghiệm quý báu kinh qua hơn hai mươi năm giảng dạy môn học này của các thày giáo trong bộ môn Khai thác Hầm lò Bên cạnh đó, chúng tôi cũng tham khảo một cách chọn lọc một số giáo trình tương ứng của nước ngoài, đồng thời

cố gắng cập nhật và giới thiệu các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến của thế giới,

có triển vọng áp dụng phù hợp với các điều kiện khai thác than hầm lò ở Việt Nam hiện nay và trong tương lai gần

Giáo trình này nằm trong chuỗi các môn học dùng để giảng dạy cho sinh viên chính ngành Khai thác Mỏ và Khai thác Hầm lò, nhưng cũng có thể là tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên của các chuyên ngành khác có quan tâm

Chúng tôi xin chân thành cám ơn các thầy giáo của Bộ môn Khai thác Hầm lò, đặc biệt là GS TSKH Lê Như Hùng và TS Trương Đức Dư, những người đã dành nhiều thời gian và tâm sức để góp ý thiết thực cho bản thảo của giáo trình này

Dù sao, đây vẫn là lần xuất bản đầu tiên, không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp hữu ích của bạn đọc

Hà Nội, ngày 1 tháng 10 năm 2007

Các tác giả

Trọng lực của đá mỏ là nguyên nhân gây ra áp lực mỏ

Trong quá trình khấu than ở gương lò chợ đá vách bị bóc lộ và dịch chuyển do trọng lượng của nó và của các lớp đá khác nằm trên

Khi hạ võng, đá vách tách lớp, rạn nứt và sập đổ Điều đó sẽ làm biến dạng vì chống lò và gây ra sự phân bố lại ứng suất trong đá mỏ xung quanh hầm

lò

Để đảm bảo điều kiện công tác an toàn trong lò chợ cần phải lắp dựng các vì chống lò và thực hiện các biện pháp điều khiển áp lực mỏ

Vì chống lò chợ có thể giữ đá vách không bị sập đổ chỉ ở khu vực gần gương than, nơi vách của vỉa và các lớp đá nằm trên được duy trì chủ yếu nhờ các lực liên kết với các lớp đá còn ổn định trên khối than nguyên ở khoảng cách vài mét kể từ gương lò tùy thuộc vào các tính chất của đá, các lực liên kết đó bị suy giảm đến mức vì chống lò chợ không còn đủ tác dụng

Hình 1 Các phương pháp chống giữ lò chợ:

a- Vì chống đơn và chèn lò; b- Vì chống gần gương và vì chống phá hỏa khi phá hỏa đá vách; c- Vì chống di động cơ khí hóa

Nếu khoảng trống đã khai thác được chèn lấp toàn bộ (hình 1-a) thì áp lực

mỏ sẽ được khối đá chèn tiếp nhận Nếu áp dụng phương pháp khai thác với phá hỏa đá vách thì ở đường biên của vùng sập đổ cần phải thiết lập vì chống phá hỏa (hình 1-b)

Vì chống gần gương, vì chống phá hỏa và khối đá chèn được dùng để tiếp nhận áp lực mỏ và bảo vệ không gian lò chợ không bị sập đổ

Hiện nay các loại vì chống di động cơ khí hóa được sử dụng rộng rãi để bảo vệ không gian lò chợ (hình 1-c)

a b c

PDF by http://www.ebook.edu.vn 4

Tập hợp các biện pháp chống giữ, chèn lò, trình tự phá hỏa đá vách, được

áp dụng để bảo vệ hầm lò không bị áp lực mỏ phá hủy, được gọi là điều khiển áp lực mỏ

Để lựa chọn đúng đắn loại vì chống và phương pháp điều khiển áp lực mỏ cần phải có lý thuyết khoa học về áp lực mỏ, giải thích được bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong lòng đất khi thực hiện các công tác mỏ

Cho đến nay vẫn chưa có được một lý thuyết thực sự hoàn chỉnh về áp lực

mỏ Điều này được giải thích bởi sự đa dạng của các điều kiện địa chất mỏ, sự phức tạp của các quá trình xảy ra trong lòng đất khi khai thác khoáng sản và đá

mỏ dịch động, đồng thời rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số và đặc điểm của

áp lực mỏ còn ít được nghiên cứu

Mặc dù vậy, để giải thích đặc điểm và lượng hóa được áp lực mỏ đã có nhiều giả thuyết khác nhau được đề xuất, tức là các cơ sở khoa học về đặc điểm khái quát nhất của cơ chế xuất hiện áp lực mỏ trong địa khối, và đặc biệt là trong vùng xung quanh hầm lò

Có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến trị số và đặc điểm xuất hiện của áp lực mỏ: thành phần, cấu tạo và các tính chất cơ-lý của đá mỏ; độ sâu khai thác; chiều dày của vỉa than; chiều dài lò chợ; tốc độ dịch chuyển của gương lò; độ dốc của vỉa than và đá; tải trọng và đặc điểm kết cấu của vì chống lò và v.v

1.2 Các loại địa tầng trong mỏ hầm lò

Các quá trình vật lý xảy ra trong lòng đất khi khai thác mỏ lan truyền sâu vào khối đá nằm dưới khu khai thác và đặc biệt phát triển vào khối đá nằm trên, nhiều khi đến tận mặt đất Những quá trình riêng rẽ hoặc tập hợp các quá trình

đó thường gây khó khăn cho khai thác mỏ và tác động xấu đến môi trường xung quanh Vì vậy khi thiết kế mỏ cũng như khi khai thác mỏ cần phải giải quyết các vấn đề không chỉ liên quan đến khoáng sản có ích có trong địa tầng, mà còn phải giải quyết các vấn đề của những khu vực rộng lớn liên quan đến địa tầng chứa khoáng sản Ranh giới của địa tầng cần nghiên cứu là giới hạn lan truyền các quá trình vật lý

Trạng thái của đá mỏ là hàm số của mối quan hệ giữa các tính chất nội sinh và các điều kiện bên ngoài Các tính chất nội sinh của đá bao gồm: mật độ,

độ ẩm, năng lượng tích tụ, tính dẫn nhiệt Các điều kiện bên ngoài là: trị số của tải trọng quyết định ứng suất dưới tác động của các lực khối và bề mặt, nhiệt độ, thời gian và đặc điểm chất tải

Phụ thuộc vào những điều kiện đó, đá mỏ có thể tồn tại ở những trạng thái khác nhau: rắn, dẻo, chảy dẻo, chảy lỏng

Đá mỏ được phân biệt theo các yếu tố sau:

- các điều kiện dạng nằm;

- thành phần hóa học và thạch học;

- cấu trúc phản ánh kích thước và phân bố của các phần tử khoáng vật;

- lực liên kết giữa các phần tử khoáng vật;

- lỗi cấu trúc và v.v

Tồn tại vô số các dạng phá hủy của địa tầng liên quan đến sự thành tạo của đá mỏ, tiếp đến là sự dời chỗ do đứt gãy và uốn nếp, sự pha tạp và sự xói mòn

Trong phạm vi vấn đề được xem xét, quan trọng hơn cả là những yếu tố: tính phân lớp và độ nứt nẻ, sự tồn tại của các vùng bị đập vụn, thành phần pha tạp, sự biến đổi yếu tố dạng nằm, sự không ổn định của các lực liên kết theo mặt tiếp xúc giữa các lớp đá và v.v

Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện công tác nổ mìn khi đào lò hoặc khai thác than đá mỏ cũng bị nứt nẻ thêm Trong nhiều trường hợp do sự tập trung cao của áp lực tựa ở các vùng biên của vỉa, theo chu vi bóc lộ, trong đá vách và đôi khi trong đá trụ xuất hiện hệ nứt nẻ có đặc thù riêng

Địa tầng ở gần hầm lò còn có thể bị suy yếu thêm do bị phong hóa, ngấm nước, do tháo khí, trương nở và v.v

Tóm lại địa tầng có thể có cấu trúc rất khác nhau, từ đồng chất đến rất phức tạp, bao gồm cả tính phân lớp, độ nứt nẻ, sự biến vị Cấu trúc của địa tầng thường biến đổi theo không gian

Do đó, để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau liên quan đến áp lực mỏ cần phải phân biệt các loại địa tầng, xây dựng được các mặt cắt địa chất tin cậy phản

ánh rõ các thành phần của địa tầng, phân loại và xác định các tính chất cơ học của đá mỏ

Có thể chia các địa tầng thành các loại sau: đồng chất, khối lớn, phân lớp, khối nhỏ (nứt nẻ), có cấu trúc phức tạp và địa tầng hỗn hợp Phổ biến hơn cả là các địa tầng hỗn hợp, phân lớp và khối lớn

1.3 Sự dịch chuyển của địa tầng khi khai thác than

Các quá trình khai thác than gây ra sự biến dạng của đá vách Sự biến dạng có thể biểu hiện ở dạng dịch chuyển của đá mà không bị phá huỷ, cũng có thể ở dạng nứt nẻ và đứt gẫy Với các kích thước lớn của khoảng trống đã khai thác, quá trình dịch chuyển phát triển tới mặt đất Ban đầu, các lớp đá nằm ngay trên vỉa than bị phá huỷ, sau đó xảy ra sự đứt gẫy của các lớp đá vách nằm trên theo mức độ phát triển của công tác khấu than

Theo hướng từ khoảng trống đã khai thác lên phía trên, trong địa tầng có thể phân biệt ba vùng, đặc trưng các mức độ phá huỷ của đá mỏ khác nhau: sập

đổ, uốn võng cùng với sự rạn nứt và uốn dẻo mà không bị phá huỷ

Trong vùng sập đổ, sự dịch chuyển của các tảng và khối đá rời rạc xảy ra theo từng chu kỳ, cùng với tiến độ của gương lò chợ Với diện bóc lộ lớn, chiều

PDF by http://www.ebook.edu.vn 6

phương pháp chèn lò toàn phần, thì có thể không xuất hiện vùng sập đổ của đá

Đồng thời với quá trình dịch chuyển của đá, ứng suất trong địa tầng bị phân bố lại, xuất hiện vùng ứng suất cao (áp lực tựa) và vùng ứng suất thấp (áp lực suy giảm) Nguyên nhân gia tăng ứng suất là sự treo của các lớp đá bên trên khu khai thác và sự truyền một phần trọng lượng của chúng vào địa khối ngoài khu khai thác

Các lớp đá ở trên và dưới khu khai thác nằm trong vùng áp lực mỏ suy giảm

Theo đặc điểm biến dạng của các lớp đá mỏ và nguyên nhân gây ra dịch chuyển, trong địa tầng của khu khai thác có thể phân biệt ba vùng đặc trưng (hình 2): I - vùng dịch chuyển hoàn toàn (áp lực suy giảm); IIa, IIb - vùng uốn võng lớn nhất; IIIa và IIIb - vùng nén ép của đá (áp lực tựa)

Hình 2 Sơ đồ dịch chuyển của địa tầng khi khai thác vỉa than

Vùng I được giới hạn bởi các đường chéo dóng từ biên của khu khai thác với các góc dịch chuyển hoàn toàn ψ1 và ψ2 Trong khu vực này có vùng sập đổ của đá vách 4 Trong khối POQ, sau khi kết thúc dịch chuyển các lớp đá nằm ở

vị trí song song với trạng thái ban đầu

Vùng áp lực tựa IIIa và IIIb được phân bố từ các đường biên dịch chuyển của địa tầng trên khu khai thác LB và MF tới các tuyến CD và GH, dóng qua

đường biên của khu khai thác Giữa vùng dịch chuyển hoàn toàn và vùng áp lực tựa là vùng uốn võng lớn nhất IIa và IIb

Trong đá trụ của vỉa hình thành vùng áp lực tựa IVa và IVb, vùng áp lực suy giảm VI và các vùng nâng nền không đồng đều Va và Vb

A

Trong những vùng áp lực tựa đá mỏ bị nén ép (các giản đồ 1), còn ở những vùng áp lực suy giảm chúng bị kéo dãn (các giản đồ 2) về phía khu khai thác

Đường bao ngoài các vùng kể trên tạo thành miền ảnh hưởng của công tác khai thác ALBKFME

Tập hợp các tính chất của đá mỏ, quy định hành vi của nó dưới tác động của các công tác mỏ, được gọi là các tính chất công nghệ Các tính chất chủ yếu là: độ bền vững, độ phân lớp, độ nứt nẻ và khả năng sập đổ (phá hoả)

Sự kết hợp các tính chất công nghệ khác nhau của địa tầng vô cùng đa dạng và nó quyết định sự lựa chọn đúng đắn các quá trình công nghệ khai thác

1.4.1 Cấu tạo, cấu trúc và sự phân lớp của đá mỏ

Cấu tạo của địa tầng được xác định bởi các điều kiện thành tạo khoáng sàng Các khoáng sàng dạng trầm tích thường có đặc điểm phân lớp của các vỉa sét kết, bột kết, cát kết, đá vôi và v.v Các tính chất của các loại đá này đã được nghiên cứu tỷ mỷ ở dạng các mẫu đá, song các tính chất bền và đàn hồi của địa tầng khác biệt nhiều so với các tính chất của các mẫu đá Có sự khác biệt này là

do cấu trúc và độ nứt nẻ của các lớp đá Tất cả các loại đá đều có vô số nứt nẻ, tách biệt địa tầng thành các khối cấu trúc

Các tính chất của đá được xác định ở các mẫu, với kích thước nhỏ hơn các khối cấu trúc, không thể đặc trưng cho các tính chất của địa tầng Chính vì vậy,

để nhận biết các tính chất của địa tầng, cần phải lấy thông tin từ một địa khối có chứa một số lượng các khối cấu trúc đủ lớn

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và lựa chọn phương pháp chống lò và

điều khiển áp lực mỏ, các lớp đá xung quanh vỉa than được phân biệt theo các dấu hiệu riêng Căn cứ vào vị trí phân bố so với vỉa than, người ta chia đá vách thành vách giả, vách trực tiếp và vách cơ bản, còn đá trụ - trụ giả, trụ trực tiếp và trụ cơ bản

Vách giả là lớp đá không dày lắm (thường chỉ tới 0,5-0,6 m) nằm ngay trên vỉa than Lớp này dễ bị sập hoặc bị sập cùng với than khi khấu, hoặc bị sập

PDF by http://www.ebook.edu.vn 8

Vách trực tiếp là lớp đá tương đối dễ sập nằm ở phía trên vỉa than áp lực của lớp này tác dụng lên các vì chống ở gương lò và trụ than Khi không có vách giả, vách trực tiếp nằm sát trên vỉa than

Vách cơ bản là lớp đá bền chắc, khó sập nằm trên vách trực tiếp và không sập đồng thời với lớp này Có khi vách cơ bản nằm ngay trên vỉa, là một lớp đá cứng và dày

Vách giả thường là diệp thạch than, diệp thạch sét yếu; vách trực tiếp phổ biến là diệp thạch sét-cát và diệp thạch sét; còn vách cơ bản thường là đá vôi và cát kết, đôi khi là diệp thạch sét vững chắc

Trụ giả là lớp đá mỏng, rất dễ bị phá huỷ trong quá trình khấu than

Trụ trực tiếp là lớp đá nằm ngay dưới vỉa than khi không có trụ giả Các hiện tượng bùng nền, hiện tượng trượt và sập ở các vỉa dốc đứng có quan hệ chặt chẽ với tính chất của trụ trực tiếp

Trụ cơ bản là một lớp đá vững chắc nằm dưới trụ trực tiếp

Độ ổn định và khả năng sập đổ của đá ở lò chợ phụ thuộc nhiều vào cách thức tách lớp của chúng, trong đó chiều dày của chúng có vai trò rất lớn Khi mối gắn kết giữa các lớp càng yếu và các lớp càng mỏng, thì chúng càng dễ sập

đổ ở những khối tương đối nhỏ Khi các lớp đá càng dày, thì chúng càng khó uốn võng và sẽ sập đổ với những khối càng lớn

Các loại đá trầm tích đều có tính phân lớp, đó là sự lắng đọng không đồng chất Nguyên nhân của sự phân lớp là sự đan xen của các lớp đá yếu và các lớp

đá bền vững, trong đó sự tách lớp xảy ra theo các lớp đá yếu, cho dù chúng rất mỏng Tính phân lớp biểu hiện rõ nét nhất khi trong địa khối có các lớp đá chất sét, than, sliuđit hoặc chứa các tàn dư thực vật

Giữa các lớp đá có thể có những bề mặt liên kết rất yếu, chúng có thể đi qua ranh giới của vỉa, cũng có thể xen vào giữa các lớp đá đồng chất Đó chính

là nguyên nhân của sự phân vỉa Chiều dày của một phân vỉa càng lớn, thì tính

ổn định của nó càng cao Do mỗi phân vỉa không có sự gắn kết với các lớp đá nằm trên, cho nên toàn bộ trọng lượng của nó được truyền xuống các lớp đá nằm dưới

1.4.2 Độ nứt nẻ của đá

Độ ổn định của đá mỏ xung quanh hầm lò phụ thuộc nhiều vào độ nứt nẻ của chúng Trong các vỉa đá vôi, khoảng cách giữa các vết nứt lớn hơn chiều dày vỉa từ 2ữ10 lần Trong các vỉa cát kết hạt mịn, 78 % có khoảng cách giữa các vết nứt vượt chiều dày vỉa 1ữ3 lần, 20 % - từ 3ữ10 lần Trong các vỉa cát kết hạt thô

có tới 92 % trường hợp có khoảng cách giữa các vết nứt lớn hơn chiều dày từ

1ữ3 lần Trong các lớp diệp thạch cát, khoảng cách giữa các vết nứt gần bằng chiều dày lớp Các loại đá chất sét thường có độ nứt nẻ cao, khi khoảng cách giữa các vết nứt thường nhỏ hơn chiều dày vỉa

Các vết nứt được nhận biết qua chiều dài và chiều rộng của chúng Khi chiều rộng của vết nứt nhỏ hơn 0,05 mm, chúng có cỡ sợi tóc; khi chiều rộng từ 0,05 đến 2 mm - rất mảnh; từ 2 đến 10 mm - cỡ milimét; từ 10 đến 100 mm - cỡ centimét; từ 100 đến 1000 mm - cỡ decimét

Tất nhiên, tính ổn định của đá phụ thuộc vào mật độ các vết nứt, được xác

định bởi số vết nứt trên 1 m2 diện tích địa khối

Phụ thuộc vào độ nứt nẻ, các loại đá được phân biệt như sau:

- không nứt nẻ ;

- ít nứt nẻ - có một hệ nứt với khoảng cách giữa chúng lớn hơn 1 m ;

- nứt nẻ trung bình - có hai hệ nứt cắt chéo nhau với khoảng cách giữa chúng lớn hơn 1 m ;

- nứt nẻ mạnh - có vài hệ nứt cắt chéo nhau với tần suất phân bố trung bình tới 0,5 m ;

- nứt nẻ rất mạnh - có nhiều hệ nứt phân bố cách nhau qua khoảng cách nhỏ hơn 0,2 m

Độ ổn định của đá vách trên lò chợ phụ thuộc rất nhiều vào góc tạo bởi giữa gương lò và hướng các thớ nứt chính của nó, góc này quyết định phương thức dịch chuyển của đá vách

1.4.3 Độ ổn định của đá khi bị bóc lộ

Tính bền của đá khi bị bóc lộ bởi các công tác mỏ được gọi là độ ổn định của nó Trạng thái của phần đá vách bị bóc lộ và không được chống giữ được coi

là ổn định, nếu qua một khoảng thời gian của nhu cầu sản xuất nó không bị sập

đổ hoặc trôi trượt, còn sự dịch chuyển của nó không vượt quá giới hạn cho phép

Độ ổn định của đá được xác định bởi khả năng không bị phá huỷ dưới tác

động của tự trọng và của nội ứng suất khi bị bóc lộ

Cần phân biệt tính ổn định của đá khi bóc lộ trong thời gian ngắn và ổn

định trong thời gian dài

Độ ổn định của đá vách ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khai thác vỉa than,

đến việc lựa chọn loại và kết cấu vì chống lò chợ và phương pháp điều khiển đá vách

Các loại đá vách khác nhau có khả năng sập đổ khác nhau

Khi điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hoả toàn phần, cần phân biệt phá hoả ban đầu, phá hoả đợt một và phá hoả đợt hai Phá hoả ban đầu được tiến hành khi gương lò chợ dịch chuyển qua một khoảng nhất định kể từ lò cắt, gọi là bước phá hoả ban đầu Thông thường, bước phá hoả ban đầu là 8-12 m, nhưng với các loại đá vách bền vững, bước này có thể tới 50-60 m Để phá hoả

đá vách bền vững, phải sử dụng phương pháp khoan nổ mìn

Sau phá hoả ban đầu sẽ thực hiện phá hoả thường kỳ đá vách trực tiếp, liền sau các tiến độ của gương lò chợ, đó là phá hoả đợt một

Đá vách cơ bản thường treo ở dạng các tấm côngsơn Theo mức độ dịch chuyển của gương lò chợ, kích thước của tấm côngsơn sẽ lớn dần và tới một thời

điểm nào đó nó sẽ sập đổ Sự sập đổ của vách cơ bản được gọi là phá hoả đợt hai

Nếu như đá vách trực tiếp sau khi sập đổ lấp đầy toàn bộ khoảng trống đã khai thác, thì sập đổ đợt hai có thể không xảy ra Còn nếu khoảng trống đã khai thác không được lấp đầy, thì cường độ sập đổ của vách cơ bản sẽ càng nhỏ, khi

tỷ số giữa chiều dày vách trực tiếp và chiều dày vỉa than càng lớn

Theo khả năng tự sập đổ của các lớp đá vách người ta còn phân biệt chúng dựa vào bước phá hoả (lph), khi đó chúng được chia thành năm nhóm:

Phân loại đá vách theo bước phá hỏa

Trình tự và đặc điểm phát triển của quá trình phá huỷ của đá vách được quyết định bởi các đặc tính cấu trúc và các tính chất cơ học của đá

Trên cơ sở khả năng sập đổ của đá, viện nghiên cứu VUGI (Liên Xô cũ)

đã đề xuất bảng phân loại dưới đây

Phân loại đá vách theo khả năng sập đổ

I Vách trực tiếp là một hay nhiều lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày

không nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày của vỉa than được khai thác

II Vách trực tiếp là lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày nhỏ hơn 6-8 lần

chiều dày vỉa Vách cơ bản là loại đá khó sập đổ, chỉ sập đổ trên diện lớn

III Vách trực tiếp là lớp đá dày, khó sập đổ Trong một số trường hợp

không có vách trực tiếp và trên vỉa than là vách cơ bản, có khả năng bóc lộ trên diện lớn

IV Vách trực tiếp là loại đá có khả năng hạ võng từ từ mà không bị

rạn nứt và đứt gẫy (khi chiều dày vỉa không quá 0,8-1,0 m)

Từ bảng phân loại thấy rằng, khi vách trực tiếp là loại đá dễ sập đổ, dày hơn 6-8 lần chiều dày vỉa (đá loại I), tải trọng tác động lên vì chống chỉ do lớp

đá này gây ra Trong khi đó vách cơ bản bị chèn toàn bộ bởi đá vách trực tiếp đã phá hoả, sẽ hạ võng dần dần và không gây tải trọng lên vì chống

Nếu không có điều kiện trên, vách cơ bản sẽ sập đổ và không phải lúc nào vì chống cũng chịu được những tải trọng sinh ra bởi cả vách trực tiếp và vách cơ bản

Khi xét tới bước phá hoả của đá mỏ và vùng áp lực tựa ở trước gương lò chợ, viện VNIMI đã có những bổ xung cho bảng phân loại đá vách của VUGI

Phân loại đá vách theo VUGI - VNIMI

I Vách trực tiếp và vách cơ bản là các lớp đá dễ phá hoả Vách trực tiếp phá hoả theo chu kỳ lò chợ, còn vách cơ bản treo trên khoảng trống đã khai thác ở những khẩu độ không lớn, trong phạm vi một bước sập của vách trực tiếp Vùng áp lực tựa trong vỉa than phân bố ở khoảng cách không lớn trong khối nguyên, kể từ biên của khoảng trống đã khai thác

II Vách trực tiếp là đá dễ phá hoả, dày 3-10 m; còn vách cơ bản là lớp đá dày, khó phá hoả Vách cơ bản có thể treo trên khoảng trông đã khai thác với khẩu

độ không lớn (tới 3-4 bước phá hoả của vách trực tiếp) Vùng áp lực tựa phân

bố ở khoảng cách đáng kể phía trước lò chợ

III Vách trực tiếp là lớp đá bền vững, khó phá hoả, dày 3-5 m Trên nó là các loại đá dễ phá hoả, không có khả năng treo tự do Khả năng treo trên khoảng trống đã khai thác của loại đá này phụ thuộc vào chiều dày và độ bền vững của vách trực tiếp Bước phá hoả của vách cơ bản tuỳ thuộc vào kích thước các khối gẫy của vách trực tiếp Khi chiều dày vỉa không quá 1 m, có khả

PDF by http://www.ebook.edu.vn 12

năng đá vách hạ từ từ

IV Các vách trực tiếp và cơ bản đều là những loại đá bền vững, khó phá hoả Chúng có xu hướng treo trên khoảng trống đã khai thác với khẩu độ lớn (tới

50 m hoặc hơn) và tạo ra áp lực tựa khá lớn ở trước gương lò chợ

Khi khai thác các vỉa dốc đứng, bên cạnh sự sập đổ của đá vách còn có thể có sự trôi trượt của đá trụ Quan tâm đến khả năng này, viện ĐônUGI (Ukraina) đề xuất bảng phân loại đá dưới đây

Phân loại đá cho các vỉa dốc đứng

I Vách trực tiếp là đá rất yếu hoặc vách giả Trụ yếu có khả năng trượt, trụ

giả

II Vách trực tiếp là đá dễ phá hoả, có chiều

dày không nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày vỉa

Trụ trực tiếp có độ bền từ trung bình trở lên, không trượt III Vách trực tiếp có độ bền trung bình, phá

hoả ở chiều cao nhỏ hơn 6-8 lần chiều dày

VI Vách trực tiếp là đá khó phá hoả Trụ là đá yếu, dễ trôi trượt Kinh nghiệm khai thác mỏ cho thấy vách cơ bản gây ảnh hưởng lớn đến các hoạt động trong lò chợ và các lò chuẩn bị Vách cơ bản được chia làm hai nhóm: dễ điều khiển và khó điều khiển

Đá vách dễ điều khiển là loại đá không gây ra phá hoả đợt hai Khi đó, giữa vỉa than và vách cơ bản có lớp đá vách trực tiếp dễ phá hoả với chiều dày lớn hơn 3-4 lần chiều dày vỉa, mà khi sập đổ tạo ra khả năng hạ võng của vách cơ bản

Đá vách khó điều khiển là loại đá có bước phá hoả đợt một và đợt hai lớn hơn 30 m, khi vách trực tiếp là đá dễ phá hoả với chiều dày nhỏ hơn 4 lần chiều dày vỉa than

Đá vách khó điều khiển thường là các loại đá đồng chất có giới hạn bền khi chịu nén một trục lớn hơn 70 MPa: cát kết, đá vôi, diệp thạch cát

1.5 Các tính chất công nghệ của vỉa than

1.5.1 Phân loại các vỉa than theo đặc điểm công nghệ

Để dễ dàng lựa chọn phương pháp chống giữ lò chợ và phương pháp điều khiển áp lực mỏ, cũng như sơ đồ công nghệ khai thác than hợp lý, các vỉa than

được phân loại theo hai dấu hiệu chính, đó là chiều dày và góc dốc của chúng

Theo chiều dày, các vỉa than được chia thành bốn nhóm:

- rất mỏng - có chiều dày không quá 0,7 m;

- mỏng - có chiều dày từ 0,71 đến 1,2 m;

- dày trung bình - có chiều dày từ 1,21 đến 3,5 m;

- dày - có chiều dày lớn hơn 3,5 m

Với mục đích chế tạo và lựa chọn phương tiện cơ khí hoá để chống giữ và khai thác than trong lò chợ, người ta còn đề nghị chia các vỉa than theo chiều dày của chúng thành bẩy nhóm:

- nhóm một - các vỉa dày không quá 0,6 m, mà cho đến nay vẫn chưa có

tổ hợp thiết bị cơ khí hoá toàn bộ phù hợp (ngoại trừ công nghệ khoan lấy than ở các vỉa dốc thoải);

- nhóm hai - các vỉa dày từ 0,6ữ0,9 m, đã được chế tạo các tổ hợp cơ khí hoá, nhưng năng suất của chúng bị hạn chế bởi sự chật hẹp của không gian lò chợ Khi đó, với chiều cao hạn chế của lò chợ, khoảng cách giữa xà của vì chống

và thân máy khai thác hay máng cào không đáng kể Vì vậy, máy liên hợp buộc phải bố trí bên ngoài khung máng cào, làm thay đổi bố cục của cả tổ hợp, giảm hiệu quả hoạt động của nó;

- nhóm ba - các vỉa dày từ 0,9ữ1,3 m, có thể bố trí máy liên hợp trên máng cào, nhưng dưới thân máy phải có khoảng hở cần thiết cho dòng tải than của máng cào;

- nhóm bốn - các vỉa dày từ 1,3ữ2,0 m, có thể bố trí dễ dàng máy liên hợp trên máng cào Đây chính là điều kiện thuân lợi nhất để tạo ra các tổ hợp thiết bị với năng suất cao;

- nhóm năm - các vỉa dày từ 2,0ữ3,5 m, có điều kiện khai thác thuận lợi Nhưng do sự phát triển mạnh của hiện tượng ép trồi, cần phải bổ sung bộ phận chống lở gương vào kết cấu của vì chống;

- nhóm sáu - các vỉa dày từ 3,5ữ5,0 m, có thể khai thác bằng phương pháp chia lớp Song, ở các vỉa dốc thoải có thể khai thác chỉ một lớp bằng tổ hợp thiết

bị cơ khí hoá, phá hoả đá vách hoặc tháo tận thu lớp than đệm dưới vách; ở các vỉa dốc đứng để khấu các lớp cần chế tạo các tổ hợp thiết bị áp dụng chèn lò toàn phần;

- nhóm bẩy - các vỉa dày hơn 5 m, khai thác theo phương pháp chia lớp,

sử dụng các tổ hợp thiết bị của vỉa dày trung bình

Theo góc dốc, các vỉa than được chia thành bốn nhóm:

- dốc thoải - có góc dốc từ 0 đến 18o;

o

PDF by http://www.ebook.edu.vn 14

- dốc nghiêng-đứng - có góc dốc từ 36 đến 55o;

- dốc đứng - có góc dốc từ 56 đến 90o Góc dốc của vỉa than có ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn vì chống lò chợ và phương pháp điều khiển áp lực mỏ

Điều kiện thuận lợi nhất để sử dụng các tổ hợp thiết bị cơ khí hoá là các vỉa có góc dốc từ 0 đến 12o, khi các lực hấp dẫn không ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu của thiết bị và có thể khai thác vỉa theo phương, ngược chiều dốc hoặc xuôi chiều dốc

ở các vỉa có góc dốc từ 13 đến 35o quá trình khai thác thường được tiến hành theo phương

Khi khai thác các vỉa dốc từ 46 đến 90o sẽ gặp nhiều khó khăn do khả năng trôi trượt của đá trụ và sự ảnh hưởng mạnh của các lực hấp dẫn Trong những trường hợp này các vì chống lò chợ buộc phải có các kết cấu đặc biệt để không bị trôi trượt trong quá trình vận hành Quá trình điều khiển áp lực mỏ trong lò chợ cũng có nhiều đặc điểm thay đổi khi góc dốc của vỉa gia tăng

1.5.2 Các tính chất của than nguyên khối

Các tính chất cơ lý của than nguyên khối chủ yếu phụ thuộc vào các yếu

tố tự nhiên và kỹ thuật mỏ Các yếu tố tự nhiên bao gồm: mức độ biến chất, độ nứt nẻ, độ kiên cố của than, cấu tạo của vỉa, độ dày của nó và v.v Các yếu tố

kỹ thuật mỏ bao gồm: chiều rộng lò chợ, loại, mật độ và độ linh hoạt của vì chống, phương pháp điều khiển đá vách, tốc độ dịch chuyển của gương, phương pháp khấu than, hướng khấu và v.v

Khi khối than nguyên ở gương lò chợ kém kiên cố, nhiều rạn nứt, có thể làm gia tăng độ dịch chuyển của đá vách và đá trụ, dẫn đến sự suy giảm tính ổn

định của các lớp đá này

Các tính chất của than nguyên khối cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp bảo vệ lò chuẩn bị, cá biệt là việc xác định kích thước của các trụ bảo vệ, xa hơn là việc chọn các thông số của một hệ thống khai thác

1.5.3 Hiện tượng ép trồi ở gương lò chợ

ứng suất bình thường trong vỉa than trước khi khai thác bằng áp lực tác

động lên nó của các lớp đá nằm trên Quá trình phân bố lại ứng suất xảy ra do việc khai thác than trong lò chợ Sự thay đổi trạng thái ứng suất trong vùng bóc

lộ, thường xuyên hơn là sự xuất hiện của các lực đẩy ngang, có thể dẫn tới sự dịch chuyển của vỉa về phía khoảng trống khai thác Đó là nguyên nhân sinh ra hiện tượng ép trồi ở gương lò chợ Nếu các biến dạng kéo đạt tới trị số giới hạn, thì các vết nứt ép trồi sẽ phát triển, hướng thẳng góc với mặt phân vỉa và song song với mặt bóc lộ Khi đó, than bị phá thành các tảng dạng cột nhỏ, gây ra hiện tượng lở gương Trong phần còn lại của vùng ép trồi các biến dạng kéo chưa

đạt tới trị số giới hạn và than chưa bị phá huỷ rõ ràng

Hiện tượng ép trồi ở gương lò chợ phụ thuộc nhiều vào các thông số kỹ thuật của lò chợ Trong đó quan trọng nhất là: chiều rộng của lò chợ, chiều rộng khấu của máy khai thác, phương pháp điều khiển đá vách, độ linh hoạt của vì chống và v.v

Khi tăng chiều rộng lò chợ sẽ dẫn đến sự gia tăng mức hạ võng của đá vách và độ biến dạng của khối than ở gương lò

Việc giảm chiều rộng khấu của máy khai thác làm giảm giá trị hạ võng của đá vách và ép trồi của than

Phương pháp điều khiển đá vách thường được lựa chọn dựa vào khả năng phá hoả của nó Khi vách là đá yếu hoặc có độ ổn định trung bình, trong quá trình phá hoả hiện tượng ép trồi được ghi nhận yếu hơn, so với khi vách là các loại đá bền vững Đá vách bền vững thường treo và không sập đổ ở diện bóc lộ lớn, độ võng của nó đạt giá trị cao và gây ra sự ép trồi mãnh liệt của than Trong

điều kiện như vậy, sự ép trồi thay đổi theo tiến độ dịch chuyển của lò chợ và theo sự thay đổi chiều dài côngxơn của đá vách trong phạm vi một bước phá hoả

Một số tác giả cho rằng, trong cùng một lò chợ khi chuyển từ phương pháp chèn lò từng phần sang phương pháp chèn toàn phần, thì độ hạ võng của vách và hệ số ép trồi trung bình giảm 20 %

Độ linh hoạt của vì chống ảnh hưởng đến sự hạ võng của vách và mức độ

ép trồi của than Nếu độ linh hoạt của vì chống gia tăng, thì độ hạ võng của vách

và sự ép trồi cũng tăng theo

1.6 Các phương pháp nghiên cứu áp lực mỏ

Có nhiều phương pháp nghiên cứu áp lực mỏ, đó là nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu tại thực tế sản xuất, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu tổng hợp

Khi tiến hành nghiên cứu lý thuyết, hiện nay chủ yếu sử dụng các giả thuyết về áp lực mỏ, trong đó mỗi giả thuyết sẽ được áp dụng cho một trường hợp riêng gần đúng nhất với điều kiện khai thác mỏ Một số giả thuyết phổ biến

về áp lực mỏ trong lò chợ sẽ được giới thiệu ở chương sau

Hiện nay phương pháp nghiên cứu áp lực mỏ tại thực tế sản xuất đang

được áp dụng rộng rãi Phương pháp này không quá phức tạp và có thể sớm đưa

ra những kết quả để đáp ứng các yêu cầu của sản xuất Tuy nhiên, nó cũng bị hạn chế bởi yếu tố không gian, không phải bất cứ chỗ nào trong địa tầng cần

được nghiên cứu con người và thiết bị quan trắc cũng có thể tiếp cận được

Để nghiên cứu áp lực mỏ tại thực tế sản xuất cần phải có các phương tiện khảo sát và đo đạc Các phương tiện đó là:

- phương tiện đo áp lực, thường là các lực kế dạng cột chống hay đế cột, các áp kế để xác định tải trọng của các cột chống thủy lực, cũng có thể là thiết bị

Khi nghiên cứu áp lực mỏ tại thực tế sản xuất chủ yếu giải quyết các vấn

đề cụ thể sau đây:

- xác định trị số của áp lực mỏ trong lò chợ và sự biến đổi của nó theo không gian và thời gian;

- kiểm tra khả năng lấp đầy khoảng trống đã khai thác khi tiến hành phá hỏa đá vách;

- độ lún và trạng thái ứng suất của khối đá chèn;

- vận tốc và gia tốc, cũng như hướng phát triển của quá trình dịch chuyển của đá vách và đá trụ trong quá trình khai thác khoáng sản;

- ảnh hưởng của quá trình khai thác lò chợ đến áp lực mỏ trong các lò chuẩn bị tiếp giáp với nó;

- sự ảnh hưởng của quá trình khai thác mỏ đến mặt đất và v.v

Phương pháp nghiên cứu áp lực mỏ trong phòng thí nghiệm được thực hiện để bù đắp các hạn chế của các phương pháp nghiên cứu khác đã nêu ở trên Phương pháp này chủ yếu được tiến hành theo hướng mô hình hóa, tức là mô phỏng các điều kiện của thực tế khai thác mỏ qua việc thiết lập các mô hình trong phòng thí nghiệm Có nhiều dạng mô hình: mô hình vật liệu tương đương, mô hình quang đàn hồi, mô hình toán-lý, toán-cơ và v.v

Khi thiết lập mô hình vật liệu tương đương, do phải tuân thủ nghiêm túc các nguyên tắc chặt chẽ về tương đương hình học, tương đương về các hằng số vật lý, tương đương về yếu tố thời gian, tương đương về các trạng thái ban đầu và kết thúc v.v , đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải làm việc kiên trì và cẩn trọng để

đạt được mục đích mong muốn Công việc này đã từng được thực hiện ở Việt Nam tại Trường Đại học Mỏ-Địa chất và Viện Khoa học Công nghệ Mỏ

Các mô hình quang đàn hồi sử dụng vật liệu cảm quang được chất tải, chủ yếu để mô phỏng trạng thái ứng suất của đá mỏ và sự phân bố ứng suất xung quanh hầm lò được phản ánh qua các vân thoa ánh sáng trên màn ảnh Tuy nhiên các mô hình này chỉ phù hợp với các địa tầng tương đối đồng chất

Hiện nay, với sự trợ giúp của máy tính điện tử và công nghệ thông tin, nhiều mô hình toán-lý và toán-cơ mô phỏng diễn biến của quá trình khai thác

mỏ trong lòng đất đã được thiết lập, mở ra một hướng nghiên cứu mới về áp lực

mỏ hầm lò

Để giải quyết các vấn đề về áp lực mỏ một cách toàn diện và đủ tin cậy cần phải thực hiện phương pháp nghiên cứu tổng hợp, tức là kết hợp cả ba phương pháp nghiên cứu kể trên: lý thuyết, tại thực tế sản xuất và trong phòng

thí nghiệm, các nhánh nghiên cứu sẽ bổ khuyết cho nhau và chỉ có như vậy các kết quả nghiên cứu sẽ có đủ tính khả thi

1.7 Phân loại vì chống lò chợ

1.7.1 Khái quát chung

Chống giữ lò chợ là một trong những quá trình sản xuất chính khi khai thác than hầm lò Việc chống giữ lò chợ đúng lúc và có chất lượng không những bảo đảm năng suất làm việc của công nhân và máy móc, mà còn nâng cao được tính an toàn

Hiện nay, các tổ hợp vì chống cơ khí hoá cùng với các thiết bị khấu hẹp ngày càng được áp dụng rộng rãi Song, trong những điều kiện địa chất mỏ phức tạp không thể ứng dụng vì chống cơ khí hoá, cần thiết phải phát triển và hoàn thiện các loại vì chống đơn

Vì chống lò chợ cần phải đáp ứng đồng thời các yêu cầu về kỹ thuật, sản xuất và kinh tế

Những yêu cầu về kỹ thuật là: độ bền, độ ổn định và độ linh hoạt của vì chống Những yêu cầu về sản xuất là: bảo đảm hoàn thành tất cả các quá trình sản xuất trong lò chợ và cho một lưu lượng gió cần thiết đi qua với sức cản nhỏ nhất, khối lượng vì chống phải là nhỏ nhất, dễ tháo lắp và dịch chuyển Những yêu cầu về kinh tế là: giá thành nhỏ, chi phí ít sức lao động khi tháo lắp và vận chuyển, độ tin cậy cao và dùng được lâu

Tính chắc chắn, bền vững và ổn định của vì chống đặc trưng cho khả năng chịu tải của nó, giữ nguyên vị trí ban đầu khi có lực tác dụng Tải trọng công tác của vì chống thường chỉ bằng 40-70 % tải trọng phá huỷ

Tính linh hoạt của vì chống đặc trưng cho khả năng chịu tải khi có các biến dạng Dựa vào tính chất này người ta phân biệt vì chống cứng với vì chống linh hoạt

Vì chống cứng không có khả năng biến dạng, kể cả khi bị phá huỷ dưới tải trọng thay đổi, nó nhận toàn bộ tải trọng của áp lực mỏ Do đó vì chống cứng chỉ thích hợp ở những khu vực có áp lực mỏ ổn định

Vì chống linh hoạt có thể thay đổi kích thước theo chiều cao dưới tác

động của áp lực mỏ mà vẫn không mất khả năng chịu lực

Do sự phân bố áp lực mỏ, cũng như sự hạ võng của đá vách trong vùng gương lò chợ không đều, cho nên các vì chống ở đây phải là loại vì linh hoạt Vì chống linh hoạt một mặt phải bảo vệ vùng gương lò với các ứng lực cần thiết, mặt khác không để cho đá vách trực tiếp ở trong trạng thái ứng suất giới hạn Theo nguyên lý kết cấu, vì chống lò chợ được chia thành vì chống đơn, vì chống tổ hợp và vì chống di động Trên hình 3 là bảng phân loại vì chống lò chợ một cách khái quát

Có phân đoạn Không phân đoạn Kiểu đẩy

Hình 3 Phân loại vì chống lò chợ

Vì chống đơn của lò chợ là loại vì có thể lắp đặt hoặc tháo dỡ từng bộ phận riêng biệt không phụ thuộc vào nhau trong quá trình làm việc Theo chức năng vì chống đơn được chia thành vì gần gương và vì phá hỏa

Vì chống gần gương được lắp đặt ở gần gương lò chợ tiếp sau việc khấu than, nhằm giữ đá vách trực tiếp khỏi bị sập đổ

Vì chống phá hoả dùng để điều khiển áp lực mỏ, công dụng chủ yếu của

nó là điều hoà sự biến dạng của các lớp đá vách, kể cả vách trực tiếp và vách cơ bản, ngoài ra nó còn phần nào giữ cho vách trực tiếp khỏi bị sập

Vì tổ hợp là loại vì chống có thể di động từng đoạn vì, từng khung chống hay hai khung chống kề nhau có liên kết với nhau theo tiến độ của gương lò chợ, nhưng không có sự liên hệ gì giữa các đoạn vì hay khung chống với thiết bị vận tải và thiết bị khai thác của lò chợ

Vì di động cơ khí hoá là loại vì chống với các đoạn vì có quan hệ khí

động học chặt chẽ với nhau trong quá trình tháo lắp và vận hành, đồng thời chúng có liên kết động học với các thiết bị vận tải và khai thác trong lò chợ

1.7.2 Vì chống đơn

1.7.2.1 Vì gần gương

Vì gần gương gồm có các cột được bố trí dọc gương lò chợ thành các hàng thẳng và đều đặn Từ hai đến bốn cột được đặt dưới một xà tạo thành một khung chống

Các thanh xà của vì chống có thể đặt song song hay vuông góc với gương

lò chợ

Khi nóc lò chợ có các kẽ nứt thẳng góc với gương lò, thì phải đặt xà song song với gương lò, như vậy mới dễ dàng giữ các tảng đá rời không sập đổ xuống vùng gương lò Khung chống này được gọi là khung chống dọc (hình 4, a) Nếu nóc lò chợ có các kẽ nứt song song với gương lò, thì phải đặt xà thẳng góc với gương Khi đó khung chống được gọi là khung chống ngang (hình 4, b)

Khi dùng khung chống dọc, khoảng cách giữa các hàng khung chống có thể không đủ rộng để bố trí thiết bị và máy móc làm việc ở gương lò do phải xét tới tính ổn định của vách Cho nên, ở các vỉa dốc thoải thường sử dụng khung chống ngang

a) b) c)

d)

ở các lò chợ dốc nghiêng và dốc đứng người ta thường sử dụng các khung chống dọc, vì chúng có các đầu xà tỳ sát vào nhau, hợp thành một tuyến liên tục dọc gương lò chợ, chúng sẽ khó bị đổ hoặc trôi trượt

Khi đá vách không ổn định và nứt nẻ nhiều, vì chống chỉ gồm có các cột

và xà sẽ không đảm nhận được việc chống giữ, bởi lẽ ở giữa các khung chống có một khoảng vách không được chống giữ và đá vách có thể rơi xuống Trong trường hợp này, vì chống được tăng cường bằng các thanh chèn làm bằng gỗ ván,

gỗ bìa hoặc gỗ tròn đường kính nhỏ, chèn giữa vách và xà (hình 4, c)

Khi vách không ổn định, mà việc khấu than ở gương lò chợ lại được tiến hành bằng khoan nổ mìn, các vì chống gần gương rất dẽ bị đổ lật Cho nên, khi

đó các khung chống còn được tăng cường thêm bằng văng và cột đạp (hình 4, d) Văng là những đoạn gỗ tròn, được đặt vuông góc giữa hai thanh xà gần nhau, để giằng chúng với nhau thành một khối Cột đạp được đặt chéo giữa hai hàng khung chống, đầu cột tì vào xà của khung chống cần tăng sức, chân cột tựa vào chân của cột khung kề bên

Hình 4 Vì chống gỗ gần gương a-khung chống dọc; b-khung chống ngang; 1-cột chống; 2-xà; 3-chèn; 4-văng; 5-cột đạp

3

2 3

PDF by http://www.ebook.edu.vn 20

Khi cả trụ cũng là các loại đá không ổn định, có xu hướng trượt, thì sẽ có thêm dầm nền tham gia vào kết cấu của vì chống Dầm nền được đặt dưới các chân cột của vì chống, tạo thành một khung chống đầy đủ

Khoảng cách theo phương giữa các hàng cột chống cần đủ rộng để đi lại

và được tính theo các kích thước của máy móc và thiết bị, thường là 0,8ữ1,2 m Khoảng cách giữa các hàng cột chống theo chiều dốc của vỉa phụ thuộc vào tính ổn định của đá vách và đá trụ, trị số của áp lực mỏ, đồng thời cũng cần

đủ để đi lại Đá càng yếu khoảng cách này càng nhỏ, thường khoảng 0,8-1,2 m Khi đá vách và trụ ổn định, cột được đặt thẳng góc với chúng Nếu vách

có hiện tượng trượt, đầu cột phía vách không được đóng đến vị trí hoàn toàn đạp vào vách Như vậy, vách trượt sẽ kéo theo đầu trên của cột và nêm cột Tương tự như vậy, đối với trường hợp trụ trượt, đầu cột phía trụ cũng không được đóng đến

vị trí hoàn toàn đạp vào trụ (hình 5)

Hình 5 Dựng cột chống ở vỉa dốc đứng

a- khi đá vách trượt; b- khi đá trụ trượt

Tuỳ theo loại vật liệu được dùng, vì gần gương có thể được làm bằng gỗ hoặc thép Thời gian gần đây đã bắt đầu sử dụng một số vật liệu mới như polyme, compozit v.v

Do có nhiều ưu điểm vượt trội là dễ tháo lắp, bền hơn và có đặc tính công tác tốt hơn, vì chống thép ngày càng được dùng nhiều hơn so với vì chống gỗ Dùng vì chống thép sẽ giảm được mật độ vì chống và nâng cao mức độ an toàn lao động trong lò chợ

Dùng vì chống gỗ sẽ làm tăng chi phí vật liệu chống lò do khó sử dụng lại các vì chống cũ, đồng thời làm giảm năng suất lao động do khối lượng các công tác lò chợ tăng lên

Song tất nhiên, trong một số điều kiện địa chất nhất định lại chỉ dùng

được vì chống gỗ Thí dụ, khi khai thác các vỉa dốc thoải có chiều dày thay đổi theo phương hoặc theo chiều dốc; các vỉa có cấu tạo phức tạp, khi phải loại bỏ đá kẹp vào khoảng trống đã khai thác của lò chợ, mà như vậy sẽ cản trở việc tháo và

di chuyển vì chống thép; khi vỉa có vách không ổn định và trụ yếu làm tăng tổn thất vì chống thép; các vỉa có chiều dày lớn hơn 2,2-2,5 m

Khi khai thác các vỉa nghiêng-đứng và dốc đứng, chủ yếu phải dùng vì

chống gỗ, vì khi đó các vì chống thép tỏ ra kém hiệu quả

Vì chống thép gần gương thường là các khung chống ngang, gồm có các

cột chống thép và các xà thép có khớp nối bản lề Cũng có thể dùng vì chống

hỗn hợp gồm các cột thép và xà gỗ

Theo đặc tính công tác, cột chống thép được chia thành loại cứng và loại

linh hoạt (hình 6) Đường đặc tính I ứng với loại cột cứng Độ biến dạng không

đáng kể của các cột chống cứng chính là sự biến dạng đàn hồi của vật liệu làm

cột Độ biến dạng này không có ý nghĩa thực tế và không đủ để giữ cho cột khỏi

gãy Do đó các cột thép loại cứng không được sử dụng trong lò chợ

Các đường đặc tính II, III và IV ứng với các loại

cột chống linh hoạt Đường II là đặc tính của cột có tải

trọng tăng nhanh Tải trọng ban đầu của loại cột này

không lớn Khi độ võng của đá vách tăng lên, sự biến

dạng của cột cũng tăng và tải trọng của nó nhanh chóng

đạt giá trị tải trọng công tác định mức Đường III ứng

với các cột có tải trọng tăng chậm

Hoàn chỉnh nhất là đường đặc tính IV của các cột

có tải trọng không đổi Ưu điểm của loại cột này là tải

trọng ban đầu cao, tương đối gần với tải trọng công tác

định mức, nhờ đó việc chống giữ đá vách trong lò chợ

đạt hiệu quả cao hơn

Theo nguyên tắc chế tạo, các cột chống thép

PDF by http://www.ebook.edu.vn 22

Nguyên tắc làm việc của cột ma sát là: lõi cột 1 (hình 7) được lồng vào vỏ cột 2, phần trên của vỏ cột có cơ cấu khoá ma sát 3, nhờ nó mà sinh ra lực đẩy ngang N, hướng thẳng góc vào trục của lõi cột

Nhờ tác dụng của áp lực mỏ P, xuất hiện lực ma sát F giữa lõi và ổ khoá

ma sát của cột, lực này tỷ lệ với lực đẩy ngang N, hệ số ma sát và số mặt ma sát Khi áp lực P lớn hơn lực ma sát F, lõi cột sẽ trượt theo cơ cấu khoá, đi vào

vỏ cột (cột lún xuống) Nếu lõi cột có hình nêm, cột sẽ có tải trọng gia tăng, vì khi nó bị lún dần bởi áp lực P, sẽ bị kẹt lại và làm tăng lực đẩy ngang N và lực

ma sát F

Tuỳ theo góc nghiêng α của mặt lõi cột, đặc tính của cột thay đổi từ loại

có tải trọng tăng nhanh đến loại có tải trọng không đổi

Hình 8. Các cột chống thép:

a, b và d - các cột ma sát ; c - cột thuỷ lực

Thí dụ, nếu mặt nghiêng của lõi cột là 1/100-1/250, thì cột có tải trọng tăng nhanh; khi độ nghiêng là 1/250-1/1000, thì cột có tải trọng tăng chậm; khi các mặt của lõi cột song song với nhau, thì cột có tải trọng không đổi

Cột ma sát được chế tạo với các kích thước khác nhau để có thể dùng

được ở các vỉa có chiều dày khác nhau Cấu tạo của các cột ma sát cũng khác nhau, do đó để sử dụng chúng một cách hợp lý cần phải tính chọn cho từng trường hợp cụ thể Trên hình 8 giới thiệu một số loại cột ma sát điển hình

Cột ma sát với tải trọng không đổi khó giữ được đặc tính cho trước Đó là việc chế tạo cột không được đồng nhất và do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài khi sử dụng như độ ẩm, bụi Vì vậy, loại cột có triển vọng nhất là cột thuỷ lực

Nó giữ được tốt đặc tính cho trước với một tải trọng ban đầu cao, nó dễ dàng

được tháo lắp khi đang mang tải

Theo nguyên tắc cung cấp dung dịch công tác, các cột chống thuỷ lực

được chia thành cột cấp dầu trong và cột cấp dầu ngoài

Hình 9 là sơ đồ nguyên lý của cột thuỷ lực

cấp dầu trong Cột gồm vỏ cột 1 hình trụ tròn

(xilanh), lõi cột 2 đóng vai trò pístông, hệ thống

van và các cơ cấu phụ Khoảng rỗng trong lõi cột

được dùng làm bình chứa dầu

Nguyên tắc làm việc của loại cột này là:

khi đặt cột, người ta đẩy cột sơ bộ bằng bơm tay

nhờ tay quay 3, trục truyền 4 và cán 5, pistông 6

chuyển động và đưa dầu từ bình chứa vào khoảng

trống giữa pistông 9, đáy cột 10 và thành của vỏ

cột qua hệ thống van hút 7 và van đẩy 8 áp lực

dầu đạt tới 8-10 MPa, tải trọng ban đầu đạt

70-100 kN Dưới tác động của áp lực mỏ, pistông 9

sẽ nén dầu đến trị số tính toán (khoảng 25-35

MPa), sau đó van bảo vệ 11 sẽ hoạt động và một

phần dầu tràn vào bình chứa 12 Cột biến dạng

được là do một phần dầu tràn về bình chứa

Tải trọng công tác khi cột thuỷ lực bắt đầu

biến dạng là 200-300 kN Việc tháo dỡ cột được

thực hiện bằng van 13, thanh đẩy 14, đĩa lệch tâm 15 và tay điều khiển 16

Mấy năm gần đây, ở các mỏ than hầm lò Việt Nam sử dụng khá rộng rãi các cột thuỷ lực cấp dầu ngoài do Trung Quốc chế tạo

Nhìn chung, so với cột thuỷ lực cấp dầu trong, loại cột cấp dầu ngoài có

ưu điểm cơ bản là cấu tạo đơn giản hơn, cho nên giá thành rẻ hơn Bên cạnh đó dung dịch công tác là dầu thuỷ lực đắt tiền được thay thế bằng hỗn hợp nhũ tương đỡ tốn kém hơn

PDF by http://www.ebook.edu.vn 24

Tuy nhiên, khi sử dụng loại cột cấp dầu ngoài, cần phải trang bị thêm cho

lò chợ trạm bơm dầu cao áp, bình pha trộn dung dịch nhũ tương, hệ thống ống dẫn và dụng cụ nạp dầu cho cột Trạm bơm dầu được bố trí trong lò chuẩn bị, bên ngoài lò chợ, thường là ở mức vận tải của nó Vì vậy, sơ đồ công nghệ lò chợ

ở đây kém linh hoạt hơn so với khi dùng cột thuỷ lực cấp dầu trong

Trên hình 10 thể hiện các cột thuỷ lực cấp dầu ngoài kiểu DZ của Trung Quốc

Đặc tính kỹ thuật của một số loại cột thuỷ lực do SNG và Trung Quốc chế tạo được thể hiện trong bảng 1

Bảng 1

Loại cột Nước chế

tạo

Chiều cao công tác,

mm

Trọng lượng cột,

kg

Tải trọng ban đầu,

kN

Tải trọng công tác,

kN Các cột thuỷ lực cấp dầu trong

Bên cạnh khớp nối bản lề, giữa các đoạn xà còn có cơ cấu để tạo ra các

đoạn xà côngsơn, nhằm đảm bảo chống giữ luồng sát gương tạm thời không cần cột, để không cản trở hoạt động của máy khai thác và máy vận tải ở gương lò chợ Hình dạng chung của một trong các loại xà thép và chốt khớp để nối các

đoạn xà được trình bày trên hình 11 Mỗi xà có một đầu là ngàm khoá 1, có một

lỗ để đóng chốt 2 , một đầu là tai khoá 3 cũng có lỗ để đóng chốt

Để tạo đoạn xà côngsơn ép lên vách, giữa các vấu 4 của hai đoạn xà liền nhau được đóng nêm 5

Xà thép bản lề cần phải được chọn tương ứng với khả năng mang tải của cột chống cùng làm việc với nó Vì thế, chúng được chế tạo thành bốn loại, theo mômen uốn tối thiểu (xem bảng 2)

Trung bình Nặng Rất nặng

Vì phá hoả làm giảm sự biến dạng của vách trực tiếp trong quá trình thực hiện các quy trình sản xuất ở lò chợ và được dùng làm gối cắt khi phá hoả lớp vách này vào khoảng trống đã khai thác Vì phá hoả cũng ngăn ngừa sự sập đổ của vách không lan đến vùng gương lò

Hình 11

Xà thép có khớp nối bản lề a- hình dạng chung b- Sơ đồ cơ cấu khoá

b)a)

Khi cơ khí hoá việc khấu than, tốc độ tiến gương tăng lên khá nhanh làm cho thời gian làm việc của vì phá hoả trên mỗi tuyến giảm đi, tốc độ di chuyển

và lắp đặt chúng tăng lên Vì vậy, vì phá hoả cần phải chắc chắn, trọng lượng nhỏ nếu có thể, thời hạn phục vụ cao, tháo lắp và di chuyển nhanh chóng và dễ dàng

Vì phá hoả có thể bằng gỗ hay bằng kim loại

Vì phá hoả bàng gỗ có thể được thiết lập dưới dạng hàng cột, cụm cột hay các chồng cũi (hình 12)

đường kính của cột Hàng cột phá hoả có thể có một hay vài dãy cột Để có thể

đi lại qua hàng cột, cứ mỗi khoảng 2-5 m lại để một cửa rộng ít nhất là 0,7 m Cụm cột là nhóm cột gồm 4-16 cột, được đặt cụm nọ cách cụm kia dọc theo tuyến phá hoả của lò chợ Khoảng cách giữa hai cụm cột kề nhau thường là 2-3 m

Các chồng cũi được xếp bằng các đoạn gỗ tròn hay gỗ súc lần lượt từng lớp một, chồng chéo lên nhau, từ trụ lên tới vách của vỉa Chồng cũi có thể có dạng hình chữ nhật, hình thang hoặc hình tam giác Để dễ thao tác khi xếp cũi,

c

nhất là ở các lò chợ có độ dốc lớn, người ta xếp cũi dựa theo các cột của các khung chống gần gương hoặc dựa vào các cột phụ, được dựng thêm ở vị trí xếp cũi Các chồng cũi cũng được lắp đặt lần lượt nối tiếp nhau thành hàng dọc theo tuyến phá hoả của lò chợ Khoảng cách giữa chúng thường được chọn trong khoảng 2-3 m

Trong các loại vì phá hoả bằng gỗ kể trên, các chồng cũi được áp dụng rộng rãi hơn cả, bởi vì chúng có những ưu điểm chính là: chế độ làm việc của gỗ xếp cũi là nén ngang thớ, cho nên chồng cũi là loại vì chống linh hoạt; mặt khác việc tháo lắp chồng cũi khá dễ dàng và nhanh chóng

Vì phá hoả bằng thép cũng bao gồm hàng cột, cụm cột và các chồng cũi,

được bố trí trong lò chợ tương tự các vì phá hoả bằng gỗ Ngoài ra người ta còn dùng các loại cột phá hoả chuyên dùng, được chế tạo theo nguyên lý ma sát hay thuỷ lực

Hàng cột và cụm cột được lắp dựng bằng các cột chống ma sát hoặc thuỷ lực của các khung chống gần gương, vì vậy chúng là các vì chống linh hoạt Chồng cũi thép được xếp bằng các đoạn ray hoặc các đoạn thép thanh định hình, bởi thế nó là vì chống cứng Để tạo độ linh hoạt cần thiết cho các chồng cũi thép, người ta thiết lập các chồng cũi hỗn hợp, thông thường khoảng hai phần ba chiều cao cũi ở phía trụ của vỉa là vật liệu thép, còn một phần ba ở phía vách là vật liệu

gỗ

Trên hình 13 thể hiện một loại cột phá hoả ma sát chuyên dùng Mỗi cột gồm có bệ 1, vít chính 2, vít điều chỉnh 3, mũ cột 4 và cơ cấu khoá gồm hộp khoá 5 và nêm 6 Phía trong của phần trên bệ cột có ba vít tựa để giữ vít chính

Hình 13 Cột phá hoả ma sát OKU của SNG

PDF by http://www.ebook.edu.vn 28

Vít chính là một mặt trụ rỗng

bằng thép, phía ngoài của mặt trụ có

ba đường ren tì, giống các đường ren

trong bệ cột Các đường ren này

cùng với một đường ren hãm hình

côn nhận tải trọng dọc trục của cột

Vít điều chỉnh có ren tự hãm

và xoáy vào vít chính

Vít chính được vặn bằng cách

luồn tay đòn hay cán xẻng vào các lỗ

ở thân vít Sau khi đặt vít chính vào

vị trí làm việc, nó sẽ được định vị

bằng việc đóng chặt ổ khoá ma sát

Để chất tải ban đầu cho cột, cần phải

xoay vít điều chỉnh cũng bằng tay

đòn hoặc cán xẻng

Trên hình 14 là một loại cột

phá hoả thuỷ lực chuyên dùng Nó

bao gồm đế 1, vỏ cột (xilanh) 2, lõi

cột 3, mũ cột 4, cụm bơm 5, trục

truyền động của bơm 6 và van an toàn và dỡ tải 7

Việc lắp dựng và tháo dỡ cột phá hoả thuỷ lực được tiến hành tương tự như các cột thuỷ lực gần gương

Nhìn chung, các cột phá hoả chuyên dùng có kích thước và trọng lượng lớn hơn nhiều so với các cột gần gương Trọng lượng của chúng thay đổi phụ thuộc vào chiều cao lò chợ, từ 90 đến 350 kg Tải trọng công tác thường được chế tạo tương ứng từ 800 đến 2200 kN Phạm vi ứng dụng của chúng bị hạn chế bởi chiều dày và góc dốc của vỉa Các cột phá hoả chuyên dùng tỏ ra có hiệu quả khi khai thác các vỉa than mỏng và dày trung bình tới 2,2 m, dốc tới 20-25o

Hình 15 Đoạn vì chống phá hoả "Sputnic"

Hình 14. Cột phá hoả thuỷ lực SGP –3 của SNG

Nhằm mở rộng miền ứng dụng của các cột phá hoả chuyên dùng, cần phải cải tiến cơ cấu của chúng và trang bị thêm các thiết bị cần thiết Vì chống phá hoả thuỷ lực kiểu "Sputnic" và "Sputnic-K" của SNG là một thí dụ Vì chống phá hoả "Sputnic" được chế tạo với 4 cỡ khác nhau để phá hoả đá vách ở các vỉa dày 0,6-1,8 m, dốc tới 25-30o, với tải trọng ban đầu là 500 kN, tải trọng công tác là

900 kN Chúng được dùng khi việc sử dụng các vì chống cơ khí hoá gặp khó khăn do điều kiện địa chất mỏ hoặc không có lợi về điều kiện kinh tế Vì chống phá hoả "Sputnic" được tập hợp từ các đoạn vì chống riêng biệt

Một đoạn vì (hình 15) gồm có cột

chống phá hoả 1, kích thuỷ lực ngang để

di chuyển 2, ống mềm dẫn dầu cao áp 3

và hộp chia dầu 4 Cột phá hoả trọn bộ

bao gồm cột thuỷ lực 5, đế đúc 6, mũ

cột 7 và các chi tiết giữ cột cân bằng

trong đế Loại vì phá hoả này có thể làm

việc đồng bộ với các máy liên hợp khấu

dầm cơ sở 2, giá đỡ 3 với giằng 4 và ống

dẫn dầu cao áp Một đoạn vì chống phá

hoả có cột phá hoả 5, kích đẩy ngang 6,

giá trượt hướng động 7 và tấm chắn 8

Cả hai loại vì chống phá hoả

"Sputnic" và "Sputnic-K" đều được di

chuyển theo tiến độ khấu ở gương nhờ

Những vì chống M-9 của SNG, XDY và ZH-1600 của Trung Quốc là những thí dụ điển hình về vì tổ hợp

Hình 16 Vì chống phá hoả

“Sputnic- K” trong lò chợ

PDF by http://www.ebook.edu.vn 30

Hình 17 Vì chống tổ hợp M-9 của SNG

Vì M-9 (hình 17) gồm có các tổ vì chống gần gương 1, các tổ vì chống phá hoả 2 và các tổ vì chống trong buồng khấu ở hai đầu lò chợ 3, để tăng cường thêm cho vì chống gần gương ở nơi bố trí các đầu truyền động của máng cào Mỗi tổ vì gần gương có hai cột ma sát và một xà mềm dài 2,5 m, được làm bằng thép lò xo Mỗi tổ vì phá hoả có một cột phá hoả ma sát, một cột gần gương ma sát và một xà mềm dài 1,35 m

Tổ vì gần gương được di chuyển bằng tay sau luồng khấu của máy liên hợp, còn tổ vì phá hoả được di chuyển bằng máy chuyển vì chuyên dùng 4, máy này cũng được dùng để di chuyển máng cào

Máy chuyển vì gồm có một tời với hai tang cáp, một tang để di chuyển bản thân máy, tang kia dùng để tháo cột phá hoả từ xa và di chuyển nó cùng với

xà của tổ vì; một kích đẩy ngang tác dụng hai chiều dùng để di chuyển máng cào; hai kích thuỷ lực dùng để định vị máy khi nó làm việc

Vì chống tổ hợp XDY của Trung Quốc (hình 18) đã và đang được áp dụng tại một số mỏ hầm lò Việt Nam, chúng còn được gọi là giá thuỷ lực di

động Vì chống XDY được tập hợp từ các cặp khung chống, trong mỗi cặp khung tồn tại các mối quan hệ động học chặt chẽ Mỗi khung chống gồm có hộp

xà 1, các cột thuỷ lực 2 và dầm tiến gương 3 Các cột thuỷ lực, thuộc loại cấp dầu ngoài, được gắn với hộp xà bằng hệ cáp mềm; còn dầm tiến gương được lồng vào trong hộp xà và vươn ra hay thu lại bằng một kích thuỷ lực nhỏ, được gắn trong hộp xà Giữa hai hộp xà của một cặp vì chống có một kích thuỷ lực ngang, giúp chúng di chuyển dễ dàng theo tiến độ khấu than ở gương lò chợ Sơ đồ di chuyển các vì chống được thể hiện qua các mặt cắt trên hình 18

Hình 18. Vì chống tổ hợp XDY của Trung Quốc:

1- Hộp xà; 2- Các cột thuỷ lực; 3- Dầm tiến gương; 4- Máng cào lò chợ

Vì chống XDY được áp dụng có hiệu quả ở các lò chợ khai thác vỉa dày trung bình, có độ dốc tới 28o, với hai phiên bản kết hợp với khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn và kết hợp với máy liên hợp

1

2

PDF by http://www.ebook.edu.vn 32

Gần đây một số mỏ than hầm lò của Việt Nam đã áp dụng vì chống tổ hợp ZH-1600 của Trung Quốc vào lò chợ, có thể nói vì chống này là một phiên bản cải tiến của vì chống XDY với khả năng mang tải lớn hơn và nâng cao được mức độ an toàn cho các công tác lò chợ Vì chống ZH-1600 được thể hiện trên hình 19

1.7.4 Vì chống cơ khí hoá

Vì chống cơ khí hoá là vì chống tự hành, bảo vệ không gian lò chợ và cơ khí hoá các quá trình chống giữ lò chợ, điều khiển đá vách và di chuyển máng cào lò chợ (ở các vỉa dốc thoải và nghiêng)

Vì chống cơ khí hoá cần phải đảm bảo tốc độ chống giữ gương lò không nhỏ hơn tốc độ công tác tối đa của máy liên hợp Đồng thời, nó còn phải có lối

đi tối thiểu cho công nhân, rộng không dưới 0,7 m, cao không dưới 0,6 m

Theo đặc điểm tác động tương hỗ với đá vách và chức năng công tác, các vì chống cơ khí hoá được chia thành kiểu đỡ, kiểu đỡ-chắn, kiểu chắn-đỡ và kiểu chắn (hình 20 và 21)

Hình 20. Kết cấu đặc trưng của các đoạn vì chống cơ khí hoá:

a- kiểu đỡ; b- kiểu đỡ-chắn; c- kiểu chắn-đỡ; d- kiểu chắn

Vì chống cơ khí hoá được tập hợp từ nhiều đoạn vì chống, mỗi đoạn vì chống bao gồm các thành phần sau: cơ cấu mang tải 1 (hình 21), cơ cấu giữ vách

2, đế 3 và cơ cấu ngăn cách 4

Trong các vì chống kiểu đỡ, cơ cấu giữ vách có vai trò chủ yếu, nó ngăn chặn sự sập đổ của vách trong phạm vi không gian công tác của lò chợ Vì chống kiểu này thường không có cơ cấu ngăn cách, và nếu có, thì chỉ đóng vai trò phụ

d) c)

trợ: nó không nhận tải theo chiều thẳng đứng từ phía vách, mà chỉ ngăn cản sự xâm nhập của đá vào không gian lò chợ

Vì chống kiểu đỡ-chắn có các phần tử đỡ và chắn được thể hiện rõ ràng, tuy nhiên phần tử đỡ đóng vai trò chủ yếu, còn cơ cấu chắn là phương tiện phụ trợ để ngăn đá phá hoả không xâm nhập vào không gian lò chợ

ở vì chống kiểu chắn-đỡ, cơ cấu đỡ lại có vai trò phụ trợ, còn kết cấu chắn với kích thước khá đồ sộ mới đóng vai trò chính

Vì chống kiểu chắn chỉ có các phần tử chắn để ngăn cản sự xâm nhập của

đá phá hoả vào không gian lò chợ

Kiểu vì chống cơ khí hoá

Hình 21. Sơ đồ nguyên lý của các vì chống cơ khí hoá

Kiểu vì chống cơ khí hoá được xác định nhờ quan hệ giữa kích thước của phần tử đỡ Lđ so với kích thước của phần tử chắn Lc , tính theo phương nằm ngang (hình 21)

Mỗi đoạn vì chống là một đơn vị thành phần cơ bản của vì chống lò chợ,

nó giữ nguyên đặc điểm kết cấu của mình khi dịch chuyển theo tiến độ khấu than Mỗi đoạn vì chống gồm có tấm xà hay tấm chắn (hoặc cả hai) ở phía trên, các cột thuỷ lực (một hoặc nhiều), cơ cấu đế ở phía dưới và kích thuỷ lực ngang

để di chuyển (một hoặc hai)

Cần phân biệt vì chống cơ khí hoá tổ hợp đồng bộ và không đồng bộ Các vì chống kiểu đỡ thường có thể là đồng bộ hay không đồng bộ Còn các kiểu khác đều là đồng bộ

Các vì chống cơ khí hoá đồng bộ tương đối dễ điều khiển, dễ tự động hoá, nhưng việc vận hành chúng sẽ trở nên khó khăn nếu xuất hiện các phá huỷ địa chất dù là nhỏ Trong những điều kiện như vậy, vì chống cơ khí hoá không đồng

bộ tỏ ra cơ động hơn Tuy nhiên, việc điều khiển vì chống không đồng bộ sẽ phức tạp hơn và rất khó tự động hoá do thiếu mối liên kết chung giữa các đoạn vì chống dọc theo chiều dài lò chợ Như vậy, ở các vỉa than có thế nằm ổn định nên

sử dụng các vì chống cơ khí hoá đồng bộ, còn khi tồn tại các phá huỷ địa chất thì

Các đoạn vì với một hàng cột được áp dụng trong các vì chống kiểu

chắn-đỡ Trong các vì chống kiểu đỡ, chúng không được dùng do vị trí của tấm xà không ổn định và không đảm bảo đủ tiết diện thông gió

Các đoạn vì kiểu khung được áp dụng cho các vì chống kiểu đỡ, dùng để khai thác các vỉa mỏng và dày trung bình Các đoạn vì kiểu khung có hai cột chống, với kết cấu đơn giản hơn cả, được sử dụng rộng rãi nhất

Trong thời gian gần đây, các đoạn vì kiểu nhóm cột cũng được dùng khá phổ biến Chúng có độ ổn định cao, đảm bảo chống giữ lò chợ nhanh chóng nhờ tăng được bước lắp đặt các đoạn vì và có tải trọng công tác tăng cường dọc theo tuyến phá hoả

Hiện nay, có những sơ đồ dịch chuyển các vì chống cơ khí hoá như sau:

- sơ đồ nối tiếp dịch chuyển các đoạn vì liền sau tiến độ khấu của máy liên hợp, đẩy máng cào đồng thời trên cả chiều dài lò chợ sau mỗi dải khấu;

- sơ đồ nối tiếp dịch chuyển các đoạn vì liền sau tiến độ khấu của máy liên hợp hoặc cách một khoảng uốn của máng cào, đẩy máng cào uốn dần vào gương ngay phía sau máy liên hợp;

- sơ đồ nối tiếp dịch chuyển các đoạn chẵn ngay phía sau máy liên hợp, còn dịch chuyển các đoạn lẻ cách qua khoảng uốn của máng cào;

- sơ đồ nối tiếp ở các vỉa dốc đứng di chuyển các đoạn chính (chẵn) liền phía sau máy liên hợp, sau khi khấu một dải than và thả máy di chuuyển đồng thời tất cả các đoạn phụ (lẻ);

- sơ đồ di chuyển đồng thời từng nhóm đoạn vì được bố trí so le cách quãng trên cả chiều dài lò chợ khi khấu than bằng máy bào

Khi khấu than bằng máy bào, gương lò dịch chuyển liên tục, còn việc di chuyển các đoạn vì chỉ có thể được thực hiện nếu tiến độ của gương đạt trị số của bước di chuyển vì chống Nếu ban đầu chiều rộng của vùng gương lò không

được chống giữ (khoảng cách từ các đầu xà đến gương) là a', thì trước khi di chuyển các đoạn vì, chiều rộng đó tăng thêm một khoảng bằng bước di chuyển t

và diện bóc lộ của vách sẽ tăng đến mức chỉ cho phép đối với các loại đá đặc biệt

ổn định Do đó, khi áp dụng máy bào, hợp lý hơn cả là các sơ đồ di chuyển các

PDF by http://www.ebook.edu.vn 36

S2 =

dvn

ta'+ , m trong đó nđv- số đoạn vì trong một nhóm

Khi khấu than bằng máy liên hợp ở các vỉa dốc đứng, phổ biến hơn cả là tiến hành khấu than từ dưới lên trên và di chuyển các đoạn vì chống theo sơ đồ nối tiếp

Điều kiện hoạt động của vì chống cơ khí hoá ở các vỉa dốc đứng và dốc nghiêng hoàn toàn khác với điều kiện ở các vỉa dốc thoải Khi gương lò chợ tiến theo phương, vì chống và thiết bị khấu sẽ trôi theo chiều dốc của vỉa do tác động của trọng lực và sự dịch chuyển của vách và trụ, đặc biệt là của các lớp vách dưới cùng Để loại trừ hiện tượng trôi và lật vì chống, các đoạn vì và các thiết bị khác cần được liên kết với nhau thành một hệ thống động học đồng nhất và các

đoạn vì được di chuyển trong điều kiện duy trì tải trọng tích cực có thể của chúng

Các đặc tính kỹ thuật của các vì chống cơ khí hoá do SNG chế tạo dùng cho các vỉa dốc thoải và dốc nghiêng được thể hiện trong bảng 3 và dùng cho các vỉa dốc đứng - bảng 4

đến 14 3730x920 1,953 2,145

đến 16 3765x1010 3,583

đến 20 4100x1028 4,070

đến 20 3610x1058 6,4

-

-

đến 35

1600-2480 1800-2880 2000-3280

700

1310

1570

3140 0,96 1,2 0,63

đến 32 3880x1140 5,9 6,1 6,3

- theo chiều dày vỉa, m

- theo góc dốc của vỉa, độ

1750-2500

400

-

210 0,85 0,50

120 1,2-2,21 35-90

1000-2200

128

196

157 0,40 0,70

40 0,75-1,25 45-90

1400-2500

450

-

120 0,90 0,50

60 1,7-2,2

đến 90

640-1300 100-170

-

- 0,70 0,60

40 0,7-1,2 35-90

Hình 24 Vì chống cơ khí hoá KG 340-10/30 (Đức)

a- hình dạng chung ; b- kích thước của đoạn vì chống

a)

b)

PDF by http://www.ebook.edu.vn 38

Trên hình 24 thể hiện vì chống cơ khí hoá đồng bộ kiểu đỡ-chắn của hãng Hemscheidt (Đức) KG 340-10/30, dùng để khai thác các vỉa dày trung bình, dốc thoải và nghiêng Vì chống này có những đặc tính kỹ thuật như sau:

- Chiều cao của vì chống, mm 1000-3000

- Tải trọng ban đầu của cột, kN 1320

- Tải trọng công tác của cột, kN 1697

- Tải trọng ban đầu của đoạn vì, kN 2735

- Tải trọng công tác của đoạn vì, kN 3282

- Chiều dài tấm xà tiến gương khi thu gọn, mm 1380

- Độ duỗi của tấm xà tiến gương, mm 800

Khi sử dụng các vì chống cơ khí hoá, phương pháp điều khiển áp lực mỏ phá hoả đá vách được dùng phổ biến nhất Có một số loại vì chống được áp dụng cùng với phương pháp chèn lò toàn phần

Những chỉ tiêu kỹ thuật chính của vì chống cơ khí hoá là tải trọng công tác của nó tính cho một đơn vị diện tích của vách và cho 1 m dài của tuyến phá hoả của lò chợ, hệ số chèn kín vách, áp lực cho phép trên trụ vỉa, hệ số duỗi của các cột Khả năng mang tải của vì chống cơ khí hoá đối với đá vách dễ điều khiển cần phải bằng 0,3-0,4 MPa, còn đối với đá vách khó điều khiển cần phải là 0,7-1,4 MPa

Khi điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần, có thể dùng các vì chống cơ khí hoá kiểu đỡ, kiểu đỡ-chắn hoặc kiểu chắn-đỡ, đảm bảo chống giữ hiệu quả vách trực tiếp ỏ không gian lò chợ và ngăn cách nó với khối đá phá hoả Khi điều khiển đá vách bằng chèn lò toàn phần, thường chỉ sử dụng vì chống kiểu đỡ

Các vì chống kiểu chắn-đỡ chỉ trực tiếp giữ một khoảng vách hẹp, tương ứng với độ rộng của các tấm xà nhỏ, thường trong khoảng 0,9-1,0 m Kiểu vì chống này phù hợp để phá hoả các đá vách yếu, kém ổn định, có khả năng sập

đổ sau mỗi một dải khấu; hệ số chèn vách của nó thường xấp xỉ 0,9

Vì chống cơ khí hoá kiểu đỡ trực tiếp chống giữ một dải vách khá rộng, tương ứng với chiều dài của các tấm xà, kể cả độ duỗi của các tấm dầm tiến gương của chúng (nếu có) Vì chống kiểu này được dùng để khai thác các vỉa dốc thoải và dốc nghiêng, dày tới 1,95-2,0 m

Vì chống kiểu chắn được dùng khi khai thác các vỉa dày tới 10 m, dốc thoải, với điều kiện khi khai thác lớp trên (hoặc lớp vách) cần phải thực hiện lát nền bằng lưới thép dẻo

Khi khai thác các vỉa có chiều dày nhỏ hơn 1,8 m, không sử dụng các vì chống kiểu chắn-đỡ và chắn, bởi vì trong điều kiện hạn chế về chiều cao khó có thể tạo ra những cơ cấu tin cậy để đảm bảo lối đi cho con người và đủ diện để thông gió

Các vì chống cơ khí hoá kiểu đỡ-chắn có thể được dùng ở các vỉa với chiều dày 1,4-3,5 m Các vì chống kiểu chắn-đỡ thường được dùng ở các vỉa dày 1,8-5,0 m

Trong các lò chợ khai thác vỉa dốc đứng, vì chống cơ khí hoá kiểu giàn chống được dùng khá phổ biến để khấu than xuôi theo chiều dốc của vỉa, còn ở chiều khấu theo phương có thể sử dụng vì chống cơ khí hoá kiểu đỡ

Trên hình 25 thể hiện một số loại vì chống cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn của các nước có ngành công nghiệp than phát triển dùng để khai thác các vỉa than mỏng và dày trung bình, dốc thoải và dốc nghiêng Hình 26 cho thấy một loại vì chống cơ khí hoá dùng cho vỉa dày, dốc thoải

a b

c d

Hình 25. Vì chống cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn: a- KĐ-90 (SNG);

b- KĐĐ (SNG); c- ZZ-3200 (Trung Quốc); d- RS-Joy (Mỹ)

Vì chống DBT (Đức) dùng cho vỉa dày tới 6 m

PDF byhttp://www.ebook.edu.vn 40

Chương 2

áp lực mỏ trong lò chợ dμi khi khai thác

các vỉa dốc thoải vμ dốc nghiêng

2.1 Quá trình biến dạng và sập đổ của vách trực tiếp

Khi khai thác than, vách trực tiếp có vai trò che chắn lò chợ và đảm bảo tiến hành thuận lợi các quá trình công nghệ Tuy nhiên, phụ thuộc vào các tính chất của đá vách, không phải lúc nào nó cũng có được vai trò đó Vì thế, trong một số trường hợp có thể tiến hành khai thác cùng với các vì chống loại nhẹ, nhưng trong các trường hợp khác lại cần phải sử dụng các vì chống hạng nặng và thiết lập các kết cấu che chắn nhân tạo

Có hai chế độ làm việc của vách trực tiếp:

1 - chế độ dịch động ban đầu liên quan đến giai đoạn từ khi bắt đầu mở lò cắt đến lần phá hỏa đầu tiên của vách trực tiếp;

2 - chế độ dịch động ổn định được bắt đầu liền sau phá hỏa ban đầu (đôi khi xuất hiện một chế độ chuyển tiếp ngắn) và sẽ kéo dài cho đến khi kết thúc khai thác lò chợ

Đầu tiên chúng ta sẽ xem xét một loại vách trực tiếp bao gồm các lớp đá rắn, phân lớp và không nứt nẻ

Sự biến dạng của các lớp đá vách ở chế dộ dịch động ban đầu trước khi phá hỏa ban đầu được đặc trưng bởi quá trình uốn phi đối xứng, diễn ra do ảnh hưởng của công tác khai thác Đó là sự gia tăng dần dần diện bóc lộ của vách trực tiếp khi khấu than và trình tự dịch động nhất định của nó, dẫn đến sự gia tăng không chỉ các biến dạng đàn hồi, mà cả các biến dạng lưu biến

Hình 27

Đặc điểm biến dạng của vách trực tiếp