Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết giới thiệu kinh nghiệm tại mỏ “Chertynskaya-Koksovaya” (LB Nga) về áp dụng giải pháp phá hủy đá vách bằng thủy lực có định hướng, nhằm phân bố lại áp lực mỏ trong khối đá bao quanh đường lò, được bảo vệ bởi trụ linh hoạt.
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ ĐIỀU KHIỂN VÁCH NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ DUY TRÌ CÁC ĐƯỜNG LỊ DỌC VỈA, ĐƯỢC BẢO VỆ BẰNG DẢI TRỤ LINH HOẠT Tác giả: PTS Grechishkin P.V Chi nhánh Kemerovo Công ty CP VNIMI Rozonov E.YU., KS Sherbakov V.N Công ty TNHH “MMK-UGOL” GS TS KH., VSTT VHL Nga Klishin V.Y., TS Opruk G.YU Viện than thuộc VHL Nga Người dịch: KS Đào Anh Tuấn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: TS Lê Đức Nguyên Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kinh nghiệm mỏ “Chertynskaya-Koksovaya” (LB Nga) áp dụng giải pháp phá hủy đá vách thủy lực có định hướng, nhằm phân bố lại áp lực mỏ khối đá bao quanh đường lò, bảo vệ trụ linh hoạt Mục tiêu giải pháp giảm biến dạng đường lò dọc vỉa vùng gia tăng áp lực ảnh hưởng gương khai thác Mở đầu Hiện nay, vấn đề quan tâm mỏ than hầm lò vừa thúc đẩy suất lò chợ đạt tối đa, vừa đảm bảo hiệu giải pháp công tác an tồn mỏ Từ góc độ điều khiển trạng thái khối đá mỏ, đường lò có đầy đủ đặc điểm cơng trình ngầm lòng đất, mức độ kiên cố, bền vững tác động ứng suất nội sinh ngoại sinh [1] Các quy chuẩn, hướng dẫn yêu cầu kỹ thuật hành vấn đề điều khiển áp lực mỏ [2] khó phù hợp với cơng nghệ khai thác mới, có cường độ, suất tốc độ khai thác lớn Ngoài ra, với gia tăng chiều dài treo vách (phía sau lò chợ), thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng khối than đá vùng áp lực tựa đạt tới giá trị tới hạn, dẫn đến phá hủy bên gương than, cố biến dạng giàn chống giới hóa chống lò dọc vỉa, bùng nền, cú đấm mỏ tượng khí động học [3,4,5,6] Áp dụng giải pháp phá hủy đá vách thủy lực có định hướng để phân bố lại áp lực mỏ Lò chợ số 555 vỉa 5, mỏ “ChertynskayaKoksovaya” có điều kiện địa chất mỏ tương đối phức tạp Chiều sâu khai thác lò chợ đạt tới 620m Từ độ sâu 300m trở xuống, vỉa xếp loại nguy hiểm than khí bất ngờ có nguy cú đấm mỏ cao Đặc điểm đá vách, đá trụ vỉa than theo kết thăm dò địa chất khu vực lò chợ 555, thể bảng Kết cập nhật thành lò chuẩn bị khu vực lò chợ 555 cho thấy, chiều dày vỉa than thay đổi từ 1,39m đến 2,56m, trung bình 2,08m Do trụ vỉa số có xu hướng bùng nền, nên mỏ áp dụng giải pháp dải trụ linh hoạt với chiều rộng - 6m để bảo vệ đường lò [Biên tập: Dải trụ linh hoạt giải pháp khoan lỗ khoan giảm áp trụ than bảo vệ đường lò dọc vỉa, kết hợp chống lò neo, có neo cáp, chống lò chống linh hoạt] Theo tính tốn, chiều rộng vùng áp lực tựa (£) 68m Tuy nhiên, thực tế khoảng cách đến 100m phía trước gương khai thác quan sát gia tăng mạnh mẽ áp lực mỏ, biểu dạng bùng nền, dịch chuyển đá vách, đứt neo, biến dạng phá hủy thành phần khác chống lò, phá hủy thành lò Hiện tượng nén bẹp, thay đổi kích thước đường lò khơng đảm bảo khả thông qua thiết bị, mỏ phải thường xuyên chống xén, củng cố lò dọc vỉa vận tải, gây gián đoạn sản xuất Từ tài liệu thăm dò địa chất khơng cho phép sáng tỏ nguyên nhân tượng nói Do đó, mỏ tiến hành nghiên cứu bổ sung, như: lấy mẫu thí nghiệm tính chất lý đá, nội soi lỗ khoan, dò điện từ khối than đá KHCNM SỐ 1/2020 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ 13 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Bảng 1: Đặc điểm địa chất khu vực lò chợ 555 Mô tả loại đất đá (theo chiều từ xuống) Cát kết hạt mịn, chiều dày đến 13,5m Bột kết hạt mịn, chiều dày 7,6m Cát kết hạt mịn, chiều dày 16,6m Tại phần trung tâm lò chợ có lẫn bột kết hạt to chiều dày đến 10,8m Bột kết hạt mịn, chiều dày 11m Vỉa số 5, chiều dày 2m Bột kết hạt mịn, chiều dày 11m bao quanh đường lò Kết nghiên cứu bổ sung cho thấy, điều kiện địa chất mỏ thực tế có khác biệt đáng kể so với dự kiến: Đá vách trực tiếp vỉa số bột kết yếu, chiều dày khoảng 2,5m; Phía đá vách bền vững, khơng sập đổ (treo vách) khu vực phá hỏa lò chợ số 555 khu vực khai thác lò chợ số 561 bên cạnh Do đó, lớp đá vách trực tiếp bị nén ép “đùn” vào khoảng khơng gian đường lò băng tải số 555, dẫn đến tượng bùng mạnh, phá hủy thành lò Tồn biểu tiêu cực áp lực mỏ nêu tránh cách kịp thời làm yếu vách Tuy nhiên phương pháp làm yếu đá vách (khoan nổ mìn tiến trước lỗ khoan dài, nổ thủy lực lỗ khoan dài,v.v…) kiểm chứng kinh nghiệm thời gian dài, lúc hiệu [7,8,9,10,11] Để làm yếu đá vách, mỏ đề xuất phương pháp phá hủy thủy lực có định hướng (NGR), mà nguyên tắc, phương pháp có khác biệt chất lượng so với phương pháp tác động thủy lực lên khối đá mỏ biết Theo phương pháp phá hủy thủy lực có định hướng, để mở rộng vết nứt cách ổn định theo hướng định, trước cần tạo điểm tập trung ứng suất dạng khe rãnh nhân tạo với đáy nhọn chiều dài đủ lớn Dưới áp lực đẩy dòng nước - dung dịch lỏng vào khe hở, lượng đàn hồi “chuyền” vào khối đá tạo ứng suất kéo giãn Bằng cách diễn việc phá hủy khối đá thủy lực theo hướng cần thiết tạo vết nứt kéo dài [12] Kết việc làm yếu đá vách khó sập đổ bị phân chia thành khối kích thước nhỏ [13] Nhờ đó, diện tích vách treo 14 Cường độ kháng nén, MPa 60 - 70 30 - 40 40 - 70 30 - 40 14 30 - 40 khoảng không gian khai thác giảm xuống nhiều lần, giảm mạnh cường độ tần suất gia tăng áp lực mỏ sập đổ ban đầu sập đổ thường kỳ đá vách bản, giảm tải trọng tác động lên chống lò chợ dỡ tải khu vực lân cận [14,15] Công tác khoan lỗ khoan tạo rãnh cắt tiến hành máy khoan choòng Để khoan lỗ khoan sử dụng mũi khoan đá đường kính 46mm Việc tạo rãnh cắt thực nhờ thiết bị tạo rãnh giới hóa ЩМ-45/1 ЩГ-45, lắp chng khoan thay vào vị trí mũi khoan (hình 1) [16] Các thành phần thiết bị tạo rãnh là: phận cắt; cấu đẩy phận cắt; chốt vị trí thiết bị lỗ khoan; kênh dẫn dung dịch vào phận cắt; cụm liên kết thiết bị với trục quay Một thành phần quan trọng khác đầu bịt (packer), dùng để bịt đoạn lỗ khoan phía ngồi bơm dung dịch vào đáy lỗ khoan, vị trí có rãnh cắt Sử dụng đầu bịt chốt hãm thủy lực dạng “Taurus” “GAS-42” (Hình 2) Trong điều kiện phức tạp, để dỡ tải dải trụ than bảo vệ giảm áp lực mỏ tác động lên chống lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555, phận Hình Thiết bị tạo rãnh cắt lỗ khoan kỹ thuật mỏ hầm lò với viện nghiên cứu chuyên ngành theo tài liệu KHCNM SỐ 1/2020 * CƠNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ quy chuẩn [17] để đưa định lập biện pháp dỡ tải khối đá than bao quanh đường lò Bản chất biện pháp là: Để giảm mức độ Hình Đầu bịt (packer) dạng “Taurus” ảnh hưởng tượng vách treo lên trụ than bảo vệ lò dọc vỉa băng tải, phạm vi ngồi vùng áp lực tựa đường lò trực tiếp thực công tác làm yếu đá vách phương pháp phá hủy thủy lực có định hướng (hình 3) [18,19] Ngay từ bắt đầu hỗ trợ kỹ thuật để khai thác lò chợ số 555 điều kiện phức tạp, Viện VNIMI xây dựng hệ thống quan trắc tự động liên tục Sau tiến hành NGR lò dọc vỉa băng tải theo tốc độ tiến gương lò chợ số 555, việc quan trắc dịch động nóc, hơng lò khu vực thử nghiệm thực Sơ đồ lỗ khoan phục vụ quan trắc mô tả hình Sau năm trì lò dọc vỉa băng tải, mức độ bùng vị trí ngồi vùng ảnh hưởng gương lò chợ 555 0,4 - 0,6m, khu vực chịu ảnh hưởng đứt gãy địa chất - đạt tới 1,3m Trạm đo đạc thứ đặt trước khu vực tiến hành NGR sở để so sánh mức độ dịch chuyển biên lò khu vực thực giải pháp NGR Hình Sơ đồ phá hủy đá vách thủy lực có định hướng, thực từ lò dọc vỉa băng tải số 555: a - Sơ đồ bố trí lỗ khoan; b - Mặt cắt bố trí lỗ khoan quanh đường lò KHCNM SỐ 1/2020 * CƠNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ 15 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Sơ đồ trạm quan trắc Chiều cao thiết kế đường lò 3m, chiều rộng 4,9m Tại thời điểm lắp đặt trạm quan trắc thứ nhất, khoảng cách (từ trạm) tới gương khai thác 43m, giá trị bùng khoảng 0,75m, dịch chuyển lò gần 0,2m Kết quan trắc sau thực giải pháp cho thấy, ảnh hưởng áp lực tựa hình thành gương lò chợ 555, dịch chuyển lò đạt gần 0,2m, bùng khoảng 0,25m Các kết quan trắc trình bày biểu đồ hình 5, 6, 7, Như vậy, ảnh hưởng áp lực tựa tiến gương lò chợ đến khoảng cách 100m cách trạm đo đạc số (ngoài vùng thực NGR), giá trị bùng 503mm, lò hạ thấp 607mm, giảm chiều rộng lò (dịch chuyển hơng lò) - 245mm Khi gương lò chợ tiến gần đến trạm quan trắc số 2, mức độ bùng 28mm, lò hạ thấp - 5mm Sau xúc dọn hạ lò, mốc quan trắc Hình Kích thước lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555 trạm đo đạc số (ngoài vùng phá hủy thủy lực có định hướng) Hình Kích thước lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555 trạm đo đạc số (trong vùng phá hủy thủy lực có định hướng) 16 KHCNM SỐ 1/2020 * CƠNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Chỉ số độ sâu mốc quan trắc trạm số Hình Kích thước lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555 trạm đo đạc số (trong vùng phá hủy thủy lực có định hướng) Hình Chỉ số độ sâu mốc quan trắc trạm số lắp đặt (xem hình 5) Khi gương lò chợ tiếp tục tiến gần đến trạm số 2, giá trị dịch chuyển chung lò đạt tới 225mm, lò hạ thấp - 55mm (xem hình 6), giảm chiều rộng lò - 245mm Tại thời điểm bắt đầu quan trắc trạm số 3, kích thước đường lò cao x rộng = 4800mm x 2850mm (xem hình 7) Khi gương lò chợ tiến gần, giá trị bùng 72mm, lò hạ thấp 27mm (xem hình 8), giảm chiều rộng lò - 30mm Sau đó, cơng tác đo đạc tiếp tục vướng thiết bị Tuy nhiên, không nhận thấy biểu rõ rệt áp lực mỏ gương lò chợ qua khu vực trạm quan trắc, kích thước đường lò giữ đảm bảo cho tổ hợp giới hóa hoạt động hiệu Theo tiến độ tiến gương lò chợ vùng NGR, cho thấy ổn định trình học khối đá mỏ, phân bố lại áp lực mỏ theo hướng từ khu vực bảo vệ đường lò vào sâu khối đá, giảm xuất áp lực mỏ lò dọc vỉa băng tải Điều do: - Giảm kích thước vách treo khoảng khơng gian khai thác lò chợ số 561 nhờ có lỗ khoan NGR nghiêng bên trái (xem hình 3,b); - Giảm ảnh hưởng áp lực tựa từ lò chợ số 555 cách làm yếu đá vách lỗ khoan NGR nghiêng bên phải (xem hình 3,b); vùng tập trung ứng suất dịch chuyển từ KHCNM SỐ 1/2020 * CƠNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ 17 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ biên giới lò dọc vỉa băng tải hướng lò song song chân (xem hình 3,a) Giá trị trung bình dịch chuyển nóc, hơng lò dọc vỉa băng tải ảnh hưởng áp lực tựa gây lò chợ số 555, bên ngồi vùng thực NGR so sánh thể hình 10 Từ hình 10 cho thấy, áp dụng cơng nghệ mô tả để điều khiển đá vách cho phép loại trừ hồn tồn việc hư hại chống neo lò dọc vỉa, giảm ba lần mức độ bùng ảnh hưởng áp lực tựa gương lò chợ hoạt động giảm đáng kể biến dạng hơng lò Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy, điều kiện địa Hình 10 Giá trị trung bình dịch chuyển biên lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555 chất khu vực (lò chợ số 555) thực tế khác xa so với dự kiến từ tài liệu thăm dò Cụ thể: vách trực tiếp lớp bột kết nứt nẻ mạnh (f = 2,5 ÷ 4) dày 2,5m, phía vách bền vững, treo với diện tích lớn khoảng khơng gian khai thác Chiều dày lớp đá vách trực tiếp không đủ để lấp đầy (khoảng không gian khai thác) tạo thành “gối đỡ” vách [Biên tập: Theo ngôn ngữ chuyên ngành gọi trường hợp vách nặng] Do xuất gia tăng ứng suất khối đá bao quanh lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555, gây “biến dạng” đá vách trực tiếp, bùng nền, biến dạng hơng lò, hư hỏng chống lò, phạm vi lớn. Giải pháp phá hủy đá vách thủy lực có định hướng theo sơ đồ đề xuất cho phép: - Giảm kích thước vách treo khoảng không gian khai thác; - Đảm bảo việc chống đỡ vách đất đá phá hỏa; - Phân bố lại tập trung ứng suất từ biên lò 18 dọc vỉa băng tải vào sâu khối đá mỏ; - Giảm ảnh hưởng áp lực tựa gương lò chợ hoạt động Thực giải pháp cho phép giảm dịch chuyển đá vách giá trị yêu cầu theo Hướng dẫn [20], loại trừ hư hại chống neo, giảm ba lần mức độ bùng ảnh hưởng áp lực tựa gương lò chợ hoạt động, đảm bảo trì đường lò tình trạng tốt mà sửa chữa Tài liệu tham khảo: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах» Серия 05 Выпуск 40 М.: ЗАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2014 200 с Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99) В сб.: Предупреждение газодинамичеких явлений в угольных шахтах (Сборник документов) / Колл Авт М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2000 119 с Оганесян С.А., Авария в Филиале «Шахта Тайжина» ОАО ОУК «Южкузбассуголь» - хроника, причины, выводы // Уголь 2004 № С 25-28 Цивка Ю.В., Петров А.Н Гидродинамические явления на руднике Баренцбург архепилага Шпицберген // Уголь 2005 № С 49-50 Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах: монография / В.Б Артемьев, Г.И Кор¬шунов, А.К Логинов и др С.-Пб: Наука, 2009 231 с Численное моделирование геомеханического со-стояния неоднородных угольных целиков методом конечных элементов Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Сб научных статей / С.В Раб, В.В Басов, А.М Никитина, Д.М Борзых, под общей ред В.Н Фрянова Новокузнецк: СибГИУ, 2014 С.123-128 Джевецки Я Новые методы предотвращения опасности горных ударов // Глюкауф 2002 № С 18-21 Якоби О., Практика управления горным давлением: Пер с нем М.: Недра, 1987 566 с Sikora W., Kidybinski А., Saltysek K KHCNM SỐ 1/2020 * CƠNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LỊ THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ Designing of hard roof-rock destressing Systems for Safe Warning of rock Burst Prone Coal Seams Central Mining Institute report Poland: 1978 26 p 10 Бенявски З., Управление горным давлением: Пер с анг М.: Мир, 1990 254 с 11 Динамические формы проявлений горного давления / В.Б Артемьев, Г.И Коршунов, А.К Логинов, В.М Шик С-Пб.: Наука, 2009 347 с 12 Проблемы безопасности и новые технологии под-земной разработки угольных месторождений: монография / В.И Клишин, Л.В Зворыгин, А.В Лебедев, А.В // : ô ằ, 2011 524 13 The effect of natural fractures on hydraulic fracturing propagation in coal seams / tao Wanga, Wanrui hua , derek Elsworthc et al // Journal of Petroleum Science and Engineering 2017 № 150 Р 180-190 14 Directional hydraulic fracturing to control hard-roof rockburst in coal mines / fan Jun, dou linming, he hu et al // International Journal of Mining Science and technology 2012 № 22 Р 177-181 15 Near Wellbore hydraulic fracture Propagation from Perforations in tight rocks: the roles of fracturing fluid Viscosity and Injection rate / S.h fallahzadeh, M.M hossain, a.J Cornwell, V rasouli // Energies 2017 № 10 359 р 16 Курленя М.В., Клишин В.И., Кокоулин Д.И Щелеобразователь: пат № 129148 Рос Федерация Бюл № 17 2013 17 Инструкция по выбору способа и параметров раз-упрочнения кровли на выемочных участках Л.: ВНИМИ, 1991 102 с 18 Клишин В.И., Опрук Г.Ю., Черепов А.А Комплексный метод снижения удароопасности на угольных шахтах // Уголь 2018 № С 56-63 url: http://www ugolinfo ru/free/092018.pdf (дата обращения 15.09.2019) 19 Опыт применения технологии направленного ги-дроразрыва (НГР) пород кровли с целью обеспечения устойчивого состояния ôằ / . , . Опрук, А.С Телегуз и др под общ ред В.Н Фрянова // Наукоемкие технологии разработки и использование минеральных ресурсов: сб науч статей Междунар научн.-практ конф Новокузнецк: СибГИУ, 2017 № С 177-181 20 Федеральные нормы и правила в области промыш-ленной безопасности «Инструкция по расчету и приме-нению анкерной крепи на угольных шахтах» Серия 05 Выпуск 42 М.: ЗАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2015 186 с Wall control to increase the efficiency of maintaining the drifts which protected by flexible pillars Author: Ph.D Grechishkin P.V., Kemerovo Branch of VNIMI Joint Stock Company Rozonov E.YU., KS Sherbakov V.N., “MMK-UGOL” Company Limited Prof., Dr.Sc., Academic of Russian Academy Klishin V.Y., Ph.D Opruk G.YU., Coal Institute of Russian Academy Translator: Eng Dao Anh Tuan, Vinacomin – Institute of Mining Science and Technology Abstract: The article introduces experiences at the “Chertynskaya-Koksovaya” mine (Russia) on application of the wall rock destruction solution by the directed hydraulic method, in order to redistribute the mine pressure in the rock surrounding the roadway which protected by flexible pillars The goal of the solution is to reduce the deformation of drifts in the area of increased pressure due to the influence of the mining face KHCNM SỐ 1/2020 * CÔNG NGHỆ KHAI THÁC HẦM LÒ 19 ... quanh đường lò Bản chất biện pháp là: Để giảm mức độ Hình Đầu bịt (packer) dạng “Taurus” ảnh hưởng tượng vách treo lên trụ than bảo vệ lò dọc vỉa băng tải, phạm vi ngồi vùng áp lực tựa đường lò. .. 2) Trong điều kiện phức tạp, để dỡ tải dải trụ than bảo vệ giảm áp lực mỏ tác động lên chống lò dọc vỉa băng tải lò chợ số 555, phận Hình Thiết bị tạo rãnh cắt lỗ khoan kỹ thuật mỏ hầm lò với viện... lực mỏ theo hướng từ khu vực bảo vệ đường lò vào sâu khối đá, giảm xuất áp lực mỏ lò dọc vỉa băng tải Điều do: - Giảm kích thước vách treo khoảng không gian khai thác lò chợ số 561 nhờ có lỗ khoan