Nghiên cứu giải pháp công nghệ khi khai thác vỉa có góc dốc nghiêng đứng, dốc đứng tại Mỏ than Hồng Thái

Trong quá trình khai thác than có góc dốc của vỉa lớn gây khó khăn trong việc chống giữ lò, trong không gian lò nhỏ hẹp và tối nên đặt cột không vuông ke dẫn đến sự cố đổ lò hoặc gặp khó khăn trong điều khiển đá vách, áp lực lò chợ, đá phá hỏa tràn vào không gian lò chợ... Những khó khăn này làm cho công suất lò chợ thấp, năng suất lao động không cao, thiếu an toàn lao động.

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 27-32 27 Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ khai thác vỉa có góc dốc nghiêng đứng, dốc đứng Mỏ than Hồng Thái Nguyễn Phi Hùng 1,*, Trần Văn Thanh 1, Bùi Mạnh Tùng 1, Nguyễn Văn Dũng 2, Nguyễn Vương Minh Hùng Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Tổng Công ty Đông Bắc, Việt Nam Công ty tư vấn đầu tư mỏ công nghiệp, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/6/2018 Chấp nhận 20/7/2018 Đăng online 31/8/2018 Trong q trình khai thác than có góc dốc vỉa lớn gây khó khăn việc chống giữ lò, khơng gian lò nhỏ hẹp tối nên đặt cột khơng vng ke dẫn đến cố đổ lò gặp khó khăn điều khiển đá vách, áp lực lò chợ, đá phá hỏa tràn vào khơng gian lò chợ Những khó khăn làm cho cơng suất lò chợ thấp, suất lao động khơng cao, thiếu an tồn lao động Với sơ loại hình cơng nghệ khấu than khoan nổ mìn sử dụng giá thủy lực di động, khấu than khoan nổ mìn sử dụng giá xích chưa đem lại hiệu mong muốn Hiện khu vực mỏ than Hồng Thái áp dụng thử nghiệm giàn mềm ZRY, nhiên loại hình cơng nghệ chủ yếu ứng dụng điều kiện vỉa dốc 45 độ, khó áp dụng công nghệ khác, vốn đầu tư ban đầu tương đối lớn Nhằm khắc phục khó khăn tăng cơng suất lò chợ, suất lao động, giảm giá thành khai thác than, nâng cao mức độ an toàn lao động, đồng thời tận dụng sở vật chất có cột thủy lực đơn, xà khớp, hệ thống cấp dịch Do hệ thống khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay xiên chéo, chống giữ cột thủy lực đơn - xà khớp, điều khiển đá vách phá hỏa tồn phần góp phần giải vấn đề khó khăn tương đối triệt để Từ khóa: Cơng nghệ khai thác Lò chợ bậc chân khay Lò chợ xiên chéo Vỉa dốc lớn © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Hiện tại, mỏ than Hồng Thái khai thác vỉa có góc dốc nhỏ 350 áp dụng HTKT cột dài theo phương, khấu than khoan nổ mìn, chống giữ _ *Tác giả liên hệ E-mail: hunguni@gmail.com cột thủy lực đơn kết hợp với xà khớp (gương lò chợ thẳng), lò chợ V43, V43T, V9B Tràng Khê III đạt hiệu đảm bảo an toàn Tuy nhiên khai thác lò chợ có góc dốc lớn 350 lò chợ V18, V12, V47 gặp khó khăn điều khiển đá vách, áp lực lò chợ, cơng tác chống giữ dẫn đến cơng suất lò chợ, suất lao động đạt thấp, thiếu an toàn (Báo cáo sản xuất công ty than Hồng thái 2016) 28 Nguyễn Phi Hùng nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 27-32 Đơn vị áp dụng thử nghiệm giá khung loại GK/1600/1.6/2.4/HTD lò chợ III-18-1a mức +200/+250 Tuy nhiên, thử nghiệm không thành cơng (xảy cố đổ lò phải dừng khai thác) Mặt khác triển khai sơ đồ công nghệ khai thác chống gỗ thìu dọc có hiệu thấp Cụ thể: Cơng suất lò chợ suất lao động thấp, chi phí gỗ lớn, giá thành khai thác cao, mức độ an tồn thấp (còn xảy nhiều vụ đổ lò), điều kiện làm việc cơng nhân hạn chế (Báo cáo tổng kết sản xuất Công ty than Hồng Thái 2016) Với trạng khó khăn trên, để thay đổi cơng nghệ có hai hướng chính: - Thay đổi cơng nghệ khai thác theo hướng sử dụng máy móc thiết bị đại chủ yếu Phương án áp dụng việc đầu tư loại giàn, giá, thiết bị kèm theo Tuy nhiên nhược điểm vốn đầu tư lớn, cần thời gian chuyển giao công nghệ thời gian để chuẩn bị diện khai thác - Thay đổi cách bố trí khai thác lò chợ Giải pháp cho phép sử dụng, tận dụng loại vật tư thiết bị có đơn vị cột thủy lực đơn, xà khớp Để thực thay sử dụng gương lò chợ thẳng trước đây, cần thiết bố trí số ca khấu vượt lên tạo bậc chân khay (Hình 1) Khi tạo bậc chân khay bước khai thác tiến hành bình thường Sau cân nhắc nghiên cứu lựa chọn giải pháp thấy “Hệ thống khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay xiên chéo, chống giữ cột thủy lực đơn - xà khớp, điều khiển đá vách phá hỏa toàn phần” giải pháp phù hợp điều kiện cụ thể kinh tế kỹ thuật đơn vị thời điểm Bố trí gương khấu thơng số gương lò chợ Theo đặc điểm điều kiện địa chất lò chợ: vỉa than có chiều dày trung bình, góc dốc thay đổi từ 35÷440 Điều kiện đá vách trực tiếp vỉa bao gồm: tập lớp sét than tập lớp bột kết, lớp sét than có chiều dày mỏng sập đổ không đủ lấp đầy không gian khai thác luồng phá hỏa, đá vách trực tiếp lò chợ xếp loại khó điều khiển (Đỗ Mạnh Phong, 2008; Du Ji Ping, 2009) Trên sở đó, lựa chọn gương lò chợ khấu dạng phối hợp xiên chéo bậc chân khay có đầu lò chợ khấu vượt trước chân lò chợ, với thơng số gương lò chợ sau: Theo chiều dốc vỉa lò chợ chia thành đoạn, đoạn bao gồm có đoạn chân khay thẳng (khay khấu gương lò chợ) nằm theo chiều dốc lò chợ chiều dài 12,8m đoạn xiên chéo gồm chân khay thẳng chân khay có chiều dài 3,2m (tạo đoạn xiên chéo có điểm đầu vượt trước điểm cuối theo phương 4,8m), chiều rộng chân khay 1,2m Tổng chiều dài đoạn gồm khay khấu gương đoạn xiên chéo 22,4m (Lê Như Hùng, 2008; Trần Văn Thanh, 2003) Trong q trình khai thác, chống giữ lò chợ cho thấy: cách thức bố trí gương khấu phù hợp với điều kiện địa chất vỉa Gương khấu lò chợ có đầu vượt trước chân lò chợ tạo điều kiện thuận lợi công tác vận tải than gương (than khai thác từ gương chảy theo luồng gương hạn chế lan tràn tồn khơng gian lò chợ), hạn chế tượng lở gương lò chợ đặc biệt vị trí góc bậc chân khay Đá vách trực tiếp sập đổ luồng phá hỏa tập kết sau luồng bảo vệ, trường hợp phần đầu lò chợ khơng đủ đá phá hỏa chèn lấp bắn bù từ lò thơng gió, tạo thành lớp đệm đỡ vách đá vách trực tiếp chưa sập đổ, áp lực lò chợ ổn định (xem sơ đồ cơng nghệ Hình 1) Xây dựng hộ chiếu chống giữ lò chợ Hộ chiếu chống giữ lò chợ đảm bảo, tình trạng lò chợ ổn định Chiều rộng lò chợ ln trì tối thiểu luồng (3,6m), khơng gian làm việc thơng thống, rộng rãi, Trong q trình khai thác lò chợ khơng xảy tượng xơ dạt, đổ chống Mức độ an toàn điều kiện làm việc cơng nhân cải thiện so với lò chợ chống giữ gỗ Đá vách khơng gian phía phá hỏa sập đổ lấp đầy (Vũ Đình Tiến, 2005; Trần Văn Thanh, 2003) Việc chống tăng cường cũi lợn để nâng cao mức độ ổn định hàng chống luồng bảo vệ (đặc biệt vị trí gấp khúc chân khay) phát huy tác dụng tốt Theo giải pháp này, vị trí cuối chân khay (theo chiều dốc lên lò chợ), vị trí luồng bảo vệ, xếp bổ sung cũi lợn gỗ tăng cường Cũi lợn có ngang (nằm theo phương) có chiều dài l =1,4 m,  = 150  170 mm, dọc (nằm theo hướng dốc) có chiều dài l = 2,0m,  = 150  170 mm Cũi xếp xong, phải gánh ba hàng xà khay luồng bảo vệ (cột chuồng cũi cột Nguyễn Phi Hùng nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 27-32 29 Hình1 Sơ đồ cơng nghệ khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay xiên chéo, chống giữ cột thủy lực đơn - xà khớp, điều khiển đá vách phá hỏa toàn phần (a) (b) Hình Giải pháp bổ sung cược chắn trì chống vị trí cũi lợn đoạn lò xiên chéo lò chợ (a) Hộ chiếu ban đầu LC +126/+200; (b) Hộ chiếu bổ sung LC +126/+200 thủy lực đơn) Trong trình khai thác, cũi xếp, luân chuyển theo chu kỳ khấu lò chợ Giải pháp làm tăng mức độ ổn định lò chợ bậc chân khay, tăng mức độ an tồn cho lò chợ, áp lực lò chợ ổn định (Hình Hình 3) Cơng ty bổ sung giải pháp tăng cường vào loại hình sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay xiên chéo, chống giữ cột thủy lực - xà khớp sau, bao gồm: giải pháp nhằm hạn chế việc trôi trượt cột chống theo chiều dốc lò chợ; giải pháp tăng cường khả chịu tải nâng cao mức độ ổn định hàng chống luồng bảo vệ giải pháp làm cược ngăn đá phá hỏa tràn vào khơng gian lò chợ Giải pháp hạn chế trơi, trượt cột chống theo chiều dốc lò chợ Trong thời gian chống giữ lò chợ, lý như: cột chống bị hỏng doăng phớt tự áp lực ruột cột lở nóc, lún trượt cột chống dựng không đủ độ ke vỉa cần thiết dẫn đến làm đổ cột, gây nên an tồn cho người làm việc lò chợ gây ảnh hưởng chống khác Để đề phòng tượng này, Cơng ty 30 Nguyễn Phi Hùng nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 27-32 (a) (b) Hình Hộ chiếu chống đoạn chân khay chuyển tiếp (xiên chéo) lò chợ (a) Hộ chiếu chống trước điều chỉnh (LC mức +126/+200); (b) Hộ chiếu chống sau điều chỉnh (LC mức +30/+126 V18 LC+30/+120 V47) bổ sung giải pháp sau: sử dụng đoạn dây xích có chiều dài khoảng 250 mm, đầu có gắn đai thép dẹt, đầu có gắn móc thép Đầu có đai thép dẹt gắn cố định vào đầu cột (vị trí sát với vấu đầu cột), chi tiết trở thành thành phần cột chống Việc thi công thực sau: sau thực xong cơng tác dựng cột chống, đầu có gắn móc thép, móc lên xà chống Móc phải chế tạo cho ln ơm sát xà không bị tuột khỏi xà Khi cột chống lý bị đổ, móc thép có tác dụng giữ cột lại khơng cho trơi, trượt, văng theo chiều dốc lò chợ m nên đất đá phá hỏa làm võng, rách lưới tràn vào gương dẫn đến giảm khơng gian lò chợ Để khắc phục tượng này, thiết kế bổ sung giải pháp làm cược ngăn giữ đá phá hỏa phía sau lò chợ Cược chắn làm từ gỗ chèn  80, L = 1,0  1,2 m Các chèn cài so le khoang chống, với khoảng cách từ 300  400 mm Trong trình khai thác, gỗ chèn kết hợp với lưới thép có tác dụng ngăn giữ đá phá hỏa tràn vào gương lò chợ Giải pháp làm cược ngăn đất đá phá hỏa tràn vào không gian lò chợ Khi khấu gặp khu vực, vị trí có chiều dày vỉa tăng cục vượt chiều cao khấu, chống tối đa loại cột chống thủy lực Để đảm bảo an toàn khấu chống qua khu vực chiều dày này, báo bổ sung số giải pháp sau: - Khấu gương lò chợ bám vách vỉa, trì chiều cao khấu lò chợ từ 2,0  2,2 m, phần than bỏ lại lò chợ có chiều dày 0,3  0,5 m Đồng thời phải tăng cường chèn kích gỗ lò nhằm hạn chế tụt Lò chợ khấu kiểu đầu vượt trước so với chân nên đất đá phá hỏa phía sau ln có xu hướng tràn vào khơng gian gương lò chợ tác dụng trọng lực Mặc dù có lưới thép che chắn (lưới thép trải khấu gương), nhiên khoảng cách cột chống theo chiều dốc 0,8 Giải pháp đảm bảo an toàn chiều dày vỉa tăng cục Nguyễn Phi Hùng nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 27-32 nóc, lở gương trình khai thác - Bổ sung đế phụ cho cột chống để khắc phục tượng lún chân cột chống than Làm cược chắn theo hướng dốc để hạn chế tượng trôi trượt lò chợ - Sử dụng cũi lợn gỗ chống tăng cường luồng bảo vệ kết hợp với đánh bổ sung gánh tăng cường luồng gương, cũi lợn luồng bảo vệ luân chuyển trình khấu chống thường kỳ lò chợ Đánh giá hiệu kinh tế công nghệ Để đơn giản đánh giá hiệu kinh tế công nghệ, hiệu kinh tế công nghệ đánh giá thông qua việc so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật giá thành khai thác lò chợ phối hợp xiên chéo chia bậc chân khay sử dụng cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà khớp, với lò chợ khai thác chống chống gỗ trước Cơng ty áp dụng Kết tính tốn thể Bảng 31 Kết áp dụng cho thấy giải pháp kỹ thuật mang lại kết khả quan, thực tế người ta áp dụng chống cột thủy lực đơn gương lò chợ dài dốc 55 ÷ 600 mà đảm bảo an toàn hiệu Riêng so sánh giải pháp công nghệ so với ứng dụng giàn mềm ZRY, giải pháp không hiệu ưu điểm tận dụng tối đa điều kiện vật chất sẵn có mỏ mà khơng phải đầu tư thêm So sánh với lò chợ chống gỗ, lò chợ dạng bậc chân khay, chống giữ cột thủy lực đơn cho tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn, đặc biệt cho phép nâng cao mức độ an toàn cải thiện đáng kể điều kiện làm việc lò chợ Các tiêu kinh tế kỹ thuật đạt sơ đồ công nghệ tương đối tốt: sản lượng lò chợ từ 7.000  13.270 tấn/tháng, suất lao động từ 3,6  6,4 tấn/cơng-ca, mức độ ổn định chống lò chợ cao Tài liệu tham khảo Báo cáo sản xuất mỏ Hồng Thái, 2016 Tài liệu thi công thực tế lò chợ III-18-1a mức +200/+250 mỏ Hồng Thái Kết luận Bảng Bảng so sánh số tiêu KTKT lò chợ TT Tên tiêu Chiều dày vỉa Góc dốc vỉa Chiều dài lò chợ Chiều dài khay khấu Chiều dài chân khay chuyển tiếp Số chân khay chuyển tiếp Số chân khay khấu Chiều rộng bậc chân khay khấu (bước khấu) Sản lượng khai thác 10 Sản lượng khai thác 11 Cơng suất lò chợ 12 Năng suất lao động trực tiếp 13 Chi phí thuốc nổ cho 1000 Tấn than 14 Chi phí kíp nổ cho 1000 than 15 Chi phí gỗ cho 1000 than 16 Chi phí lưới thép cho 1000 than 17 Chi phí dầu nhũ hóa cho 1000 than 18 Tổn thất cơng nghệ Đơn vị m Độ m m m m T/ngày T/tháng T/năm T/công Kg Cái m3 Kg Kg % Khối lượng LC TLĐ Vỉa 18 LC TLĐ Vỉa 47 LC Gỗ Vỉa 18 1,8 -2,7 1,6 - 2,0 2,0 - 2,2 37 - 40 35 - 40 37 - 40 72 126 64 - 80 9,6 12,8 2,4 3,2 4 1,2 1,2 1,0 272-300 200-260 173 6.730 6.518 4.330 75.000 73.000 53.000 3,6 4,0 1,6 - 2,1 171 182 165 631 618 472 18,65 19,2 54 785 789,7 132 208 18,4 20 25 32 Nguyễn Phi Hùng nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 27-32 Du Jiping, Meng Xianrui, 2009 Khai thác học Nhà xuất Đại học mỏ công nghệ Trung Quốc (Bản Tiếng Trung) Đỗ Mạnh Phong, Vũ Đình Tiến, 2008 Áp lực mỏ hầm lò Lê Như Hùng, Đỗ Mạnh Phong, Trần Văn Thanh, 2008 Thiết kế mỏ hầm lò Nhà xuất Giao thơng vận tải, Việt Nam Trần Văn Thanh, 2003 Mở vỉa khai thác khống sàng dạng vỉa Nhà xuất Giao thơng vận tải, Việt Nam Vũ Đình Tiến, 2005 Cơng nghệ khai thác mỏ hầm lò Nhà xuất Giao thơng vận tải, Việt Nam ABSTRACT Research technology method when exploit high angle coal seams in Hongthai Coal Mines Hung Phi Nguyen 1, Thanh Van Tran 1, Tung Manh Bui 1, Dung Van Nguyen 2, Hung Minh Vuong Nguyen Faculty of Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam North Eastern Corporation, Vietnam Inacomin Industry Investment Consulting Joint Stock Company, Vietnam In order to overcome the difficulties of the technology to exploit the kiln and increase the capacity of the market furnace, labor productivity, reduce the cost of coal mining and improve the level of labor safety, the Company proposed to apply Reasonable harvesting technology to replace the market for timber is as follows: "Map technology to exploit poles in the direction of the market, mirror oven market share step foot tray cross diagonal, anti-hold with single-column hydraulic arbor, Control the wall with a full fire " ... kiện làm việc công nhân hạn chế (Báo cáo tổng kết sản xuất Công ty than Hồng Thái 2016) Với trạng khó khăn trên, để thay đổi cơng nghệ có hai hướng chính: - Thay đổi cơng nghệ khai thác theo hướng... cần thời gian chuyển giao công nghệ thời gian để chuẩn bị diện khai thác - Thay đổi cách bố trí khai thác lò chợ Giải pháp cho phép sử dụng, tận dụng loại vật tư thiết bị có đơn vị cột thủy lực... vượt lên tạo bậc chân khay (Hình 1) Khi tạo bậc chân khay bước khai thác tiến hành bình thường Sau cân nhắc nghiên cứu lựa chọn giải pháp thấy “Hệ thống khai thác cột dài theo phương, gương lò