Đang tải... (xem toàn văn)
TÝnh nhÞp nhµng trong s¶n xuÊt lµ mét yªu cÇu c«ng nghÖ tÊt yÕu cho c«ng t¸c cña xÝ nghiÖp má, nh»m ®¹t ®îc c¸c chØ tiªu kinh tÕ-kü thuËt cao vµ æn ®Þnh... nh©n gia t¨ng øng suÊt lµ sù[r]
(1)vũ đình tiến , trần văn
công nghệ khai thác than
hầm lß
(2)vũ đình tiến , trần
công nghệ khai thác than
hầm lò
(3)Vũ Đình Tiến , Trần Văn Thanh
công nghệ khai thác than hầm lò
(4)lời nói đầu
Giỏo trỡnh "Cụng nghệ khai thác than hầm lò" biên soạn dựa đề cương môn học ngành Khai thác Mỏ Bộ mơn Khai thác Hầm lị thơng qua
Trong q trình biên soạn, chúng tơi tích cực tham khảo kinh nghiệm quý báu kinh qua hai mươi năm giảng dạy môn học thày giáo mơn Khai thác Hầm lị Bên cạnh đó, chúng tơi tham khảo cách chọn lọc số giáo trình tương ứng nước ngồi, với mục đích giới thiệu kỹ thuật cơng nghệ tiên tiến giới, có triển vọng áp dụng phù hợp với điều kiện khai thác than hầm lị Việt Nam
Giáo trình nằm chuỗi môn học dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành Khai thác Mỏ, tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên chuyên ngành khác có liên quan
GVC KS Vũ Đình Tiến biên soạn chương I, II, III, IV, VII, VIII, X XI GVC TS Trần Văn Thanh biên soạn chương V, VI, IX, XII XIII
Chúng xin chân thành cám ơn thầy giáo Bộ môn Khai thác Hầm lò, đặc biệt PGS TS Đặng Văn Cương TS Nguyễn Anh Tuấn, người dành nhiều thời gian tâm sức để góp ý thiết thực cho thảo giáo trình
Dù sao, lần xuất đầu tiên, tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận ý kiến đóng góp hữu ích bạn đọc
Hà Nội, ngày tháng năm 2005
(5)phÇn thø nhÊt
khái niệm chung trình sản xuất khai thác than hầm lò
Chương 1 : Lịch sử hướng phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lị
1.1. Khái niệm quy trình công nghệ khai thác than hầm lò
Quy trỡnh cụng ngh khai thác tập hợp nhiều khâu công tác, cần phải thực theo trình tự thời gian khơng gian định để lấy khống sản có ích
Quy trình cơng nghệ khai thác than hầm lị hiểu theo nghĩa rộng theo nghĩa hẹp Theo nghĩa rộng, tập hợp trình mở vỉa chuẩn bị ruộng than, trình khấu than gương khai thác, trình vận tải than lên mặt đất hàng loạt vấn đề khác sàng tuyển than, thơng gió mỏ, nước, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị lượng, q trình cơng nghệ mặt công nghiệp v.v Theo nghĩa hẹp tập hợp cơng việc chuẩn bị khai thác, cần thực khu khai thác Trong phạm vi giáo trình này, chủ yếu xem xét vấn đề nghĩa hẹp nói
Quy trình cơng nghệ khai thác than lò chợ chia thành cơng tác cơng tác phụ Các cơng tác khâu tách than khỏi khối nguyên ban đầu, phá vỡ than đến cỡ hạt cần thiết, xúc bốc vận tải than, chống giữ lò chợ điều khiển áp lực mỏ Các công tác phụ bao gồm việc di chuyển thiết bị vận tải theo tiến độ gương lò chợ, cung cấp vật liệu, máy móc, thiết bị, lượng vào lị chợ, thơng gió, chống bụi, nước, chiếu sáng, thơng tin liên lạc Như vậy, với dạng công nghệ khai thác than khác nhau, có tập hợp cơng tác phụ khác nhau, tức quy trình cơng nghệ khai thác than khác
Cơng nghệ khai thác than hầm lị chia thành bốn dạng Đó cơng nghệ thủ cơng, cơng nghệ bán khí hố, cơng nghệ khí hố tồn cơng nghệ tự động hố Trong dạng cơng nghệ thủ cơng, hầu hết khâu cơng tác phải thực sức người; cịn cơng nghệ bán khí hố máy móc làm thay người số cơng tác ứng dụng cơng nghệ tự động hố, loại trừ có mặt thường xuyên người lò chợ
1.2. Các giai đoạn phát triển công nghệ khai thác than hầm lò
thy rừ lch s phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lị giới từ đầu kỷ XX đến nay, phải xem xét bước phát triển công nghiệp than nước sản xuất nhiều than có trình độ cơng nghiệp tiên tiến giới, nước châu Âu, Bắc Mỹ, úc, Trung Quốc Qua đó, thấy giai đoạn phát triển cơng nghệ khai thác than hầm lị sau:
(6)cũng có chế tạo cải tiến số loại máy đánh rạch, máy liên hợp khấu than đào lò , lĩnh vực tự động hố chưa áp dụng
Giai đoạn II - Từ sau đại chiến giới lần thứ hai đến năm 1960: Tiếp tục nghiên cứu áp dụng khí hố q trình sản xuất, việc khí hố chưa đồng bộ, dừng khâu công tác riêng biệt Trong lĩnh vực tự động hoá nghiên cứu thành công hệ thống điều khiển từ xa số thiết bị riêng lẻ, tự động hoá số thiết bị cố định
Giai đoạn III - Từ 1960 đến 1980: Có thay đổi chất lượng khai thác than hầm lị Chế tạo thành cơng áp dụng rộng rãi nhiều loại tổ hợp thiết bị khí hố tồn việc khấu than, sản lượng chiều sâu khai thác mỏ than tăng lên rõ rệt Cơng nghệ đào lị khí hố tồn làm tăng tốc độ đào lò Nhiều nơi áp dụng trục tải nhiều cáp giếng đứng Việc tự động hoá vào đồng có ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất Một số thiết bị lẻ tổ hợp khơng thích hợp với chế độ tự động hoá thay loại thiết bị
Giai đoạn IV - Từ 1980 đến nay: Cùng với phát triển vũ bão nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt phát triển mãnh liệt kỹ thuật điện tử công nghệ tin học, cơng nghệ khai thác than hầm lị chuyển biến dần chiều sâu Nhiều dây chuyền sản xuất tự động hoá, kiểm soát chặt chẽ, hoạt động ổn định đem lại hiệu cao Quá trình khai thác than gắn liền với việc đảm bảo điều kiện lao động an tồn cho thợ mỏ bảo vệ mơi trường thiên nhiên
1.3 Hướng phát triển công nghệ khai thác than hầm lò
Xu hướng phát triển ngành khai thác than hầm lò nước tiên tiến giới bao gồm:
- Tạo tương lai dây chuyền công nghệ liên tục nhất, khí hố tồn tự động hoá để khai thác vận chuyển than từ gương lò chợ đến toa xe lửa bunke nhận than nhà máy tuyển mặt đất ;
- Lựa chọn đắn mức độ tự động hoá theo hợp lý kinh tế cho điều kiện cụ thể theo yêu cầu đảm bảo an toàn lao động đến mức cao ;
- Tập trung hoá việc điều khiển kiểm tra công tác khu vực thiết bị sản xuất chủ yếu mỏ hầm lò nhằm nâng cao tính linh hoạt việc điều khiển sản xuất, giảm thời gian chết thiết bị, giảm số công nhân điều khiển máy móc, thiết bị ;
- Cải tiến hệ thống khai thác nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc khí hố tồn tự động hoá ;
- Gắn chặt trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ mơi trường để trì phát triển bền vững
1.4 Tình hình hướng phát triển ngành than hầm lò Việt Nam
(7)Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam lạc hậu so với nước tiên tiến Công nghệ khấu than đất đá gương lò khai thác gương lò chuẩn bị chủ yếu thủ công kết hợp với công tác khoan nổ mìn Trong gương lị chợ dài cơng tác nặng nhọc tốn thời gian chống lò, điều khiển áp lực mỏ phải thao tác thủ công
Tuy nhiên, ngành than hầm lị nước ta khí hố bán khí hố nhiều khâu cơng nghệ quan trọng mỏ Việc vận tải than hầm lị ngồi mặt khí hố hồn tồn, hầu hết mỏ hầm lị trang bị đầu tầu điện goòng đến tấn, hoạt động cỡ đường 600 đến 900 mm Nhiều mỏ lắp đặt thành công hệ thống băng tải bán tự động tự động để vận chuyển than giếng nghiêng mặt Nhiều loại máy thiết bị cố định chuyên dùng khí hố tự động hố
Trong năm 70 kỷ trước mỏ Vàng Danh đưa máy liên hợp chống đơn thép vào khai thác thí điểm lị chợ, song nhiều nguyên nhân khách quan thử nghiệm chưa đạt tới kết mong muốn Vài năm gần đây, nhiều mỏ hầm lò đưa vào áp dụng thành cơng chống thuỷ lực đơn chống tổ hợp kiểu giá thuỷ lực di động lò chợ, tiêu kinh tế-kỹ thuật lò chợ cải thiện đáng kể Đặc biệt, mỏ Khe Chàm áp dụng thành công phương pháp khấu than máy liên hợp, sản lượng lò chợ nâng lên hai lần so với phương pháp khoan nổ mìn
Trong tương lai gần, với việc nâng cao tổng sản lượng khai thác than, tỷ trọng sản lượng khai thác hầm lò gia tăng lên tới 50% Do đó, muốn đáp ứng yêu cầu sản lượng cải thiện tiêu kinh tế-kỹ thuật, ngành khai thác than hầm lò cần phát triển theo hướng sau :
- Cải tạo mỏ cũ xây dựng số mỏ theo hướng tăng sản lượng tập trung hoá sản xuất ;
- Ưu tiên áp dụng hệ thống khai thác có gương lị chợ dài với việc đầu tư hợp lý để khí hố khâu cơng tác lị chợ Nghiên cứu áp dụng cơng nghệ bán khí hố khí hố vào gương lị ngắn ;
- Nâng cao tốc độ đào đường lò mở vỉa chuẩn bị sở áp dụng loại máy thiết bị đào lị có suất cao hồn thiện việc tổ chức cơng tác đào lị ;
- Nâng cao lực vận tải hầm lò cách thay goòng với cỡ đường 600 mm goòng đến với cỡ đường 900 mm, ý phát triển phương tiện vận tải liên tục, chủ yếu tuyến băng tải ;
- Gắn liền phát triển khai thác than với công tác bảo vệ môi trường thiên nhiên
Chương 2 : những nguyên tắc chung công nghệ khai thác than hầm lò
2.1 Tăng cường độ tập trung hoá sản xuất
(8)Việc tăng cường độ khai thác cho phép cải thiện tiêu cơng tác mỏ, mà trước hết tiêu suất lao động công nhân giá thành khai thác
Không nên nhầm lẫn hai khái niệm "tăng cường độ" "tập trung hố" sản xuất Cơng tác mỏ tiến hành với cường độ cao, không tập trung, tức tiến hành đồng thời số vỉa, số cánh, số tầng hay khoảnh nhiều lị chợ
Tập trung hố sản xuất mỏ tập trung mức độ khai thác khoáng sản xí nghiệp riêng biệt hay khâu chúng mặt thời gian (giảm số ca sản xuất số làm việc) mặt không gian (giảm số đơn vị sản xuất: giảm số lò chợ, giảm số khu khai thác )
Các tiêu tập trung hoá sản lượng mỏ, sản lượng lò chợ tiêu tập trung hố mặt khơng gian
Cường độ khấu than tính theo cơng thức: ik =
lc L
A
trong đó: A - Sản lượng mỏ đơn vị thời gian, tấn;
Llc - Tổng chiều dài trung bình gương lị chợ hoạt động thời gian đó, m
Cường độ vận tải tính theo công thức: ivt =
vt L
A
trong đó: Lvt - Tổng chiều dài hoạt động trung bình lị vận tải
Chỉ tiêu mức độ tập trung không gian cơng tác mỏ tính theo cơng thức:
itk= vt lc L
L
Giữa tập trung hoá tăng cường độ sản xuất có quan hệ sau: việc tăng cường độ khai thác, tức tăng sản lượng đơn vị thời gian điều kiện khác gần nhau, đưa đến nâng cao tập trung Do đó, việc tăng cường độ xem biện pháp để đạt tập trung hoá
Việc tăng cường độ tập trung hố thực biện pháp sau: tạo nên kỹ thuật cơng nghệ có hiệu hơn; sử dụng tốt máy móc, thiết bị khai thác vận tải có; giảm bớt ảnh hưởng yếu tố địa chất; nâng cao độ tin cậy độ bền loại máy thiết bị có; cải tiến tổ chức lao ng
2.2 Tính nhịp nhàng liên tục
(9)Tính nhịp nhàng hồn thành quy trình sản xuất cho phép loại trừ loại gián đoạn cơng tác, khơng đáp ứng việc cung cấp vật liệu phụ tùng thay thế; việc tiến hành sửa chữa thiết bị theo thời hạn quy định loại bỏ cố, ổn định lúc vận hành nâng cao tính an tồn cơng tác Tính an tồn nâng cao tăng cường độ tập trung hoá sản xuất
Giữa phương tiện khí hố hình thức tổ chức lao động có mối liên hệ chặt chẽ Thí dụ, cơng nghệ khấu than thủ cơng, cơng nghệ khấu than bán khí hố thích hợp với hình thức tổ chức lao động theo chu kỳ, tức trình sản xuất việc khấu than tiến hành nối tiếp với q trình phụ phi sản xuất Đối với cơng nghệ khí hố tồn lại cần chuyển sang hình thức tổ chức lao động theo dây chuyền liên tục Hình thức đặc trưng phối hợp chặt chẽ thời gian tất trình sản xuất phụ
Vì vậy, tính nhịp nhàng liên tục điều kiện thiết yếu để thực khí hố tồn tự động hoá sản xuất mỏ
Trong khai thác than, nguyên tắc phương pháp liên tục (tính liên tục việc khấu than gương lị chợ) biểu thị hệ số liên tục:
klt = ck
k T T
trong : Tk - Thời gian khấu than chu kỳ; Tck - Thời gian chu kỳ lò chợ
2.3 TÝnh công đoạn trình sản xuất
Mt yêu cầu công nghệ khai thác than hợp lý giảm số bước công nghệ, mà chủ yếu nhờ thay đổi chất đặc điểm công nghệ khai thác than
ở sơ đồ cơng nghệ phức tạp, có nhiều cơng đoạn phải dùng nhiều loại máy móc, thiết bị dụng cụ khác nhau, lại cần có cơng nhân lành nghề, cần nhiều q trình cơng đoạn phi sản xuất, khó phối hợp cách rõ ràng để hồn thành q trình cơng đoạn Từ thường dẫn đến ngừng trệ sản xuất gây trở ngại cho việc tổ chức lao động theo phương pháp dây chuyền liên tục
Do đó, cơng nghệ hồn thiện phải dựa sở sơ đồ cơng nghệ có q trình cơng đoạn chi phí sản xuất Ưu điểm sơ đồ cơng nghệ cơng đoạn là: đầu tư để mua thiết bị ít, số người làm việc dây chuyền ít, dễ tổ chức thực công đoạn dây chuyền phối hợp thời gian, cải thiện điều kiện an toàn lao động, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hố dây chuyền cơng nghệ
2.4 TÝnh linh ho¹t
(10)Bên cạnh linh hoạt, thích ứng với điều kiện tự nhiên, dây chuyền cơng nghệ cịn phải linh hoạt với thay đổi nhu cầu sản xuất Thí dụ: có khả gia tăng cường độ khai thác; có khả thay đổi tỷ lệ than củ, than cám; có khả khấu chọn để giảm độ tro v.v
2.5 TÝnh an toµn
Cơ khí hố tồn tự động hố sản xuất loại bỏ lao động thủ cơng nặng nhọc, mà cịn đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt hoàn toàn an toàn cho người trực tiếp làm việc mỏ
An tồn lao động khí hố tồn tự động hố khai thác than đạt trước hết loại trừ phần, tồn có mặt người chỗ trực tiếp sản xuất quy trình cơng nghệ phụ Mặt khác, khí hố tồn tự động hố sản xuất đảm bảo kiểm tra hoạt động máy móc thiết bị cách rõ ràng tin cậy, đồng thời đảm bảo giữ chế độ vận hành tối ưu thiết bị, loại trừ cố, loại trừ khả ổn định tạo điều kiện an toàn cho sản xuất mỏ
2.6 TÝnh kinh tÕ
Tính kinh tế dây chuyền cơng nghệ đánh giá suất lao động công nhân (trong lò chợ, lò chuẩn bị, khu khai thác tồn mỏ), giá thành khai thác khống sản, vốn đầu tư cần thiết thời hạn thu hồi vốn
Rõ ràng khí hố tự động hoá sản xuất đem lại hiệu kinh tế cao đảm bảo suất lao động cao hạ giá thành sản phẩm
Chương : đặc điểm công nghệ vỉa than
đá mỏ
3.1 Sự dịch chuyển địa tầng khai thác than
Các trình khai thác than gây biến dạng đá vách Sự biến dạng biểu dạng dịch chuyển đá mà khơng bị phá huỷ, dạng nứt nẻ đứt gẫy Với kích thước lớn khoảng trống khai thác, trình dịch chuyển phát triển tới mặt đất Ban đầu, lớp đá nằm vỉa than bị phá huỷ, sau xảy đứt gẫy lớp đá vách nằm theo mức độ phát triển công tác khấu than
Theo hướng từ khoảng trống khai thác lên phía trên, địa tầng phân biệt ba vùng, đặc trưng mức độ phá huỷ đá mỏ khác nhau: sập đổ, uốn võng với rạn nứt uốn dẻo mà không bị phá huỷ
(11)nhân gia tăng ứng suất treo lớp đá bên khu khai thác truyền phần trọng lượng chúng vào địa khối khu khai thác
Các lớp đá khu khai thác nằm vùng áp lực mỏ suy giảm Theo đặc điểm biến dạng lớp đá mỏ nguyên nhân gây dịch chuyển, địa tầng khu khai thác phân biệt ba vùng đặc trưng (Hình 1): I - vùng dịch chuyển hoàn toàn (áp lực suy giảm); IIa, IIb - vùng uốn võng lớn nhất; IIIa IIIb - vùng nén ép đá (áp lực tựa)
Hình 1: Sơ đồ dịch chuyển địa tầng khai thác vỉa than
Vùng I giới hạn đường chéo dóng từ biên khu khai thác với góc dịch chuyển hoàn toàn 1 2 Trong khu vực có vùng sập đổ đá vách Trong khối POQ, sau kết thúc dịch chuyển lớp đá nằm vị trí song song với trạng thái ban đầu
Vùng áp lực tựa IIIa IIIb phân bố từ đường biên dịch chuyển địa tầng khu khai thác LB MF tới tuyến CD GH, dóng qua đường biên khu khai thác Giữa vùng dịch chuyển hoàn toàn vùng áp lực tựa vùng uốn võng lớn IIa IIb
Trong đá trụ vỉa hình thành vùng áp lực tựa IVa IVb, vùng áp lực suy giảm VI vùng nâng không đồng Va Vb
Trong vùng áp lực tựa đá mỏ bị nén ép (các giản đồ 1), vùng áp lực suy giảm chúng bị kéo dãn (các giản đồ 2) phía khu khai thác
Đường bao vùng kể tạo thành miền ảnh hưởng công tác khai thác ALBKFME
3.2 Các tính chất cơng nghệ chủ yếu đá mỏ
Sự dịch chuyển địa tầng khai thác than gây trình vật lý phức tạp, đặc trưng mối tác động tương hỗ tập hợp nhiều yếu tố Những yếu tố phụ thuộc đáng kể vào cơng nghệ thực công tác mỏ Với địa
(12)tầng, trình dịch chuyển lớp đá khác khai thác vỉa gương lò dài gương lò ngắn, bước khấu rộng hẹp, với tiến độ khác gương, phương pháp điều khiển đá vách khác v.v
Tập hợp tính chất đá mỏ, quy định hành vi tác động cơng tác mỏ, gọi tính chất cơng nghệ Các tính chất chủ yếu là: độ bền vững, độ phân lớp, độ nứt nẻ khả sập đổ (phá hoả)
Sự kết hợp tính chất cơng nghệ khác địa tầng vơ đa dạng định lựa chọn đắn q trình cơng nghệ khai thác
3.2.1 Cấu tạo, cấu trúc phân lớp đá mỏ
Cấu tạo địa tầng xác định điều kiện thành tạo khống sàng Các khống sàng dạng trầm tích thường có đặc điểm phân lớp vỉa sét kết, bột kết, cát kết, đá vôi v.v Các tính chất loại đá nghiên cứu tỷ mỷ dạng mẫu đá, song tính chất bền đàn hồi địa tầng khác biệt nhiều so với tính chất mẫu đá Có khác biệt cấu trúc độ nứt nẻ lớp đá Tất loại đá có vơ số nứt nẻ, tách biệt địa tầng thành khối cấu trúc
Các tính chất đá xác định mẫu, với kích thước nhỏ khối cấu trúc, khơng thể đặc trưng cho tính chất địa tầng Chính vậy, để nhận biết tính chất địa tầng, cần phải lấy thông tin từ địa khối có chứa số lượng khối cấu trúc đủ lớn
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp chống lò điều khiển áp lực mỏ, lớp đá xung quanh vỉa than phân biệt theo dấu hiệu riêng Căn vào vị trí phân bố so với vỉa than, người ta chia đá vách thành vách giả, vách trực tiếp vách bản, đá trụ - trụ giả, trụ trực tiếp trụ
Vách giả lớp đá không dày (thường tới 0,5-0,6 m) nằm vỉa than Lớp dễ bị sập bị sập với than khấu, bị sập sau khoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, nhiều vỉa than khơng có vách giả
Vách trực tiếp lớp đá tương đối dễ sập nằm phía vỉa than áp lực lớp tác dụng lên chống gương lị trụ than Khi khơng có vách giả, vách trực tiếp nằm sát vỉa than
Vách lớp đá bền chắc, khó sập nằm vách trực tiếp khơng sập đồng thời với lớp Có vách nằm vỉa, lớp đá cứng dày
Vách giả thường diệp thạch than, diệp thạch sét yếu; vách trực tiếp phổ biến diệp thạch sét-cát diệp thạch sét; cịn vách thường đá vơi cát kết, diệp thạch sét vững
Trụ giả lớp đá mỏng, dễ bị phá huỷ trình khấu than
Trụ trực tiếp lớp đá nằm vỉa than trụ giả Các tượng bùng nền, tượng trượt sập vỉa dốc đứng có quan hệ chặt chẽ với tính chất trụ trực tiếp
(13)Độ ổn định khả sập đổ đá lò chợ phụ thuộc nhiều vào cách thức tách lớp chúng, chiều dày chúng có vai trị lớn Khi mối gắn kết lớp yếu lớp mỏng, chúng dễ sập đổ khối tương đối nhỏ Khi lớp đá dày, chúng khó uốn võng sập đổ với khối lớn
Các loại đá trầm tích có tính phân lớp, lắng đọng không đồng chất Nguyên nhân phân lớp đan xen lớp đá yếu lớp đá bền vững, tách lớp xảy theo lớp đá yếu, cho dù chúng mỏng Tính phân lớp biểu rõ nét địa khối có lớp đá chất sét, than, sliuđit chứa tàn dư thực vật
Giữa lớp đá có bề mặt liên kết yếu, chúng qua ranh giới vỉa, xen vào lớp đá đồng chất Đó ngun nhân phân vỉa Chiều dày phân vỉa lớn, tính ổn định cao Do phân vỉa khơng có gắn kết với lớp đá nằm trên, toàn trọng lượng truyền xuống lớp đá nằm
Phân loại đá mỏ theo tính phân lp:
Độ dày lớp, m
Ph©n líp rÊt máng < 0,2 Ph©n líp máng 0,2 Ph©n líp trung b×nh Phân lớp dày 10 Phân lớp dày > 10
3.2.2 Độ nứt nẻ đá
Độ ổn định đá mỏ xung quanh hầm lò phụ thuộc nhiều vào độ nứt nẻ chúng Trong vỉa đá vôi, khoảng cách vết nứt lớn chiều dày vỉa từ 210 lần Trong vỉa cát kết hạt mịn, 78 % có khoảng cách vết nứt vượt chiều dày vỉa 13 lần, 20 % - từ 310 lần Trong vỉa cát kết hạt thơ có tới 92 % trường hợp có khoảng cách vết nứt lớn chiều dày từ 13 lần Trong lớp diệp thạch cát, khoảng cách vết nứt gần chiều dày lớp Các loại đá chất sét thường có độ nứt nẻ cao, khoảng cách vết nứt thường nhỏ chiều dày vỉa
Các vết nứt nhận biết qua chiều dài chiều rộng chúng Khi chiều rộng vết nứt nhỏ 0,05 mm, chúng có cỡ sợi tóc; chiều rộng từ 0,05 đến mm - mảnh; từ đến 10 mm - cỡ milimét; từ 10 đến 100 mm - cỡ centimét; từ 100 đến 1000 mm - cỡ decimét
Tất nhiên, tính ổn định đá phụ thuộc vào mật độ vết nứt, xác định số vết nứt m2 diện tích địa khối
Phụ thuộc vào độ nứt nẻ, loại đá phân biệt sau: - không nứt nẻ ;
- Ýt nøt nỴ - cã mét hƯ nứt với khoảng cách chúng lớn m ;
(14)- nứt nẻ mạnh - có vài hệ nứt cắt chéo với tần suất phân bố trung bình tới 0,5 m ;
- nứt nẻ mạnh - có nhiều hệ nứt phân bố cách qua khoảng cách nhỏ 0,2 m
Độ ổn định đá vách lò chợ phụ thuộc nhiều vào góc tạo gương lị hướng thớ nứt nó, góc định phương thức dịch chuyển đá vách
3.2.3 Độ ổn định đá bị bóc lộ
Tính bền đá bị bóc lộ công tác mỏ gọi độ ổn định Trạng thái phần đá vách bị bóc lộ khơng chống giữ coi ổn định, qua khoảng thời gian nhu cầu sản xuất khơng bị sập đổ trơi trượt, cịn dịch chuyển khơng vượt giới hạn cho phép
Độ ổn định đá xác định khả không bị phá huỷ tác động tự trọng nội ứng suất bị bóc lộ
Cần phân biệt tính ổn định đá bóc lộ thời gian ngắn ổn định thời gian dài
Độ ổn định đá vách ảnh hưởng lớn đến hiệu khai thác vỉa than, đến việc lựa chọn loại kết cấu chống lị chợ phương pháp điều khiển đá vách
Phân loại đá vách theo độ ổn định
Loại đá vách Đặc điểm ổn định
- Không ổn định Khi không chống giữ, sập đổ sau tiến độ gương
- Kém ổn định Khi dải bóc lộ gương rộng tới m, ổn định 2-3 h
- ổn định trung bình Khi dải bóc lộ gương rộng tới m, ổn định tới ngày-đêm
- ổn định Khi dải bóc lộ rộng tới m, ổn định tới ng-đêm - Rất ổn định Khi dải bóc lộ rộng 5-6 m, ổn định lâu dài
3.2.4 Khả sập đổ đá vách
Các loại đá vách khác có khả sập đổ khác
Khi điều khiển đá vách phương pháp phá hoả toàn phần, cần phân biệt phá hoả ban đầu, phá hoả đợt phá hoả đợt hai Phá hoả ban đầu tiến hành gương lò chợ dịch chuyển qua khoảng định kể từ lò cắt, gọi bước phá hoả ban đầu Thông thường, bước phá hoả ban đầu 8-12 m, với loại đá vách bền vững, bước tới 50-60 m Để phá hoả đá vách bền vững, phải sử dụng phương pháp khoan nổ mìn
Sau phá hoả ban đầu thực phá hoả thường kỳ đá vách trực tiếp, liền sau tiến độ gương lị chợ, phá hoả đợt
(15)Nếu đá vách trực tiếp sau sập đổ lấp đầy toàn khoảng trống khai thác, sập đổ đợt hai khơng xảy Cịn khoảng trống khai thác khơng lấp đầy, cường độ sập đổ vách nhỏ, tỷ số chiều dày vách trực tiếp chiều dày vỉa than lớn
Theo khả tự sập đổ lớp đá vách người ta phân biệt chúng dựa vào bước phá hoả (lph), chúng chia thành năm nhóm:
Loại đá vách Bước phá hoả ( lph) dễ phá hoả < 0,5 m
dễ phá hoả 0,5 - 2,0 m trung b×nh 2,0 - 5,0 m khó phá hoả 5,0 - 10 m khó phá hoả > 10 m
Trình tự đặc điểm phát triển trình phá huỷ đá vách định đặc tính cấu trúc tính chất học đá
Trên sở khả sập đổ đá, viện nghiên cứu VUGI (Liên Xô cũ) đề xuất bảng phân loại
Phân loại đá vách theo khả sập đổ
Loại đá Đặc điểm đá vách
I Vách trực tiếp hay nhiều lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày khơng nhỏ 6-8 lần chiều dày vỉa than khai thác II Vách trực tiếp lớp đá dễ sập đổ, có chiều dày nhỏ 6-8
lần chiều dày vỉa Vách loại đá khó sập đổ, sập đổ diện lớn
III Vách trực tiếp lớp đá dày, khó sập đổ Trong số trường hợp khơng có vách trực tiếp vỉa than vách bản, có khả bóc lộ diện lớn
IV Vách trực tiếp loại đá có khả hạ võng từ từ mà khơng bị rạn nứt đứt gẫy (khi chiều dày vỉa không 0,8-1,0 m) Từ bảng phân loại thấy rằng, vách trực tiếp loại đá dễ sập đổ, dày 6-8 lần chiều dày vỉa (đá loại I), tải trọng tác động lên chống lớp đá gây Trong vách bị chèn toàn đá vách trực tiếp phá hoả, hạ võng không gây tải trọng lên chống
Nếu khơng có điều kiện trên, vách sập đổ lúc chống chịu tải trọng sinh vách trực tiếp vách
Khi xét tới bước phá hoả đá mỏ vùng áp lực tựa trước gương lò chợ, viện VNIMI có bổ xung cho bảng phân loại đá vách VUGI
Phân loại đá vách theo VUGI - VNIMI
Loại đá Đặc điểm đá vách
(16)II Vách trực tiếp đá dễ phá hoả, dày 3-10 m; vách lớp đá dày, khó phá hoả Vách treo khoảng trơng khai thác với độ không lớn (tới 3-4 bước phá hoả vách trực tiếp) Vùng áp lực tựa phân bố khoảng cách đáng kể phía trước lị chợ III Vách trực tiếp lớp đá bền vững, khó phá hoả, dày 3-5 m Trên
các loại đá dễ phá hoả, khơng có khả treo tự Khả treo khoảng trống khai thác loại đá phụ thuộc vào chiều dày độ bền vững vách trực tiếp Bước phá hoả vách tuỳ thuộc vào kích thước khối gẫy vách trực tiếp Khi chiều dày vỉa khơng q m, có khả đá vách hạ từ từ
IV Các vách trực tiếp loại đá bền vững, khó phá hoả Chúng có xu hướng treo khoảng trống khai thác với độ lớn (tới 50 m hơn) tạo áp lực tựa lớn trước gương lò chợ
Khi khai thác vỉa dốc đứng, bên cạnh sập đổ đá vách cịn có trơi trượt đá trụ Quan tâm đến khả này, viện ĐônUGI (Ukraina) đề xuất bảng phân loại đá
Phân loại đá cho vỉa dốc đứng
Loại đá Đặc điểm đá vách Đặc điểm đá trụ
I Vách trực tiếp đá yếu vách giả Trụ yếu có khả trượt, trụ giả
II Vách trực tiếp đá dễ phá hoả, có chiều dày không nhỏ 6-8 lần chiều dày vỉa
Trụ trực tiếp có độ bền từ trung bình trở lên, khơng trượt
III Vách trực tiếp có độ bền trung bình, phá hoả chiều cao nhỏ 6-8 lần chiều dày vỉa Vách đá khó phá hoả, có khả bóc lộ diện lớn
Trụ trực tiếp có độ bền trung bình, khơng trượt
IV Vách trực tiếp đá khó phá hoả, có khả bóc lộ diện lớn
Trụ trực tiếp có độ bền trung bình hay bền vững, không trượt V Vỉa dày 0,7 m, vách trc tip cú kh
năng hạ từ từ
Trụ khơng trượt, có khả trương bùng
VI Vách trực tiếp đá khó phá hoả Trụ đá yếu, dễ trôi trượt Kinh nghiệm khai thác mỏ cho thấy vách gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động lò chợ lò chuẩn bị Vách chia làm hai nhóm: dễ điều khiển khó điều khiển
Đá vách dễ điều khiển loại đá không gây phá hoả đợt hai Khi đó, vỉa than vách có lớp đá vách trực tiếp dễ phá hoả với chiều dày lớn 3-4 lần chiều dày vỉa, mà sập đổ tạo khả hạ võng vách
Đá vách khó điều khiển loại đá có bước phá hoả đợt đợt hai lớn 30 m, vách trực tiếp đá dễ phá hoả với chiều dày nhỏ lần chiều dày vỉa than
Đá vách khó điều khiển thường loại đá đồng chất có giới hạn bền chịu nén trục lớn 70 MPa: cát kết, đá vôi, diệp thạch cát
3.3 Những đặc điểm công nghệ vỉa than
3.3.1 Phân loại vỉa than theo đặc điểm công nghệ
(17)Theo chiều dày, vỉa than chia thành bốn nhóm: - mỏng - có chiều dày không 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 3,5 m
Với mục đích chế tạo lựa chọn phương tiện khí hố cho lị chợ, người ta cịn đề nghị chia vỉa than theo chiều dày chúng thành bẩy nhóm:
nhóm - vỉa dày khơng q 0,6 m, mà chưa có tổ hợp thiết bị khí hố tồn phù hợp (ngoại trừ công nghệ khoan lấy than vỉa dốc thoải);
nhóm hai - vỉa dày từ 0,60,9 m, chế tạo tổ hợp khí hố, suất chúng bị hạn chế chật hẹp khơng gian lị chợ Khi đó, với chiều cao hạn chế lị chợ, khoảng cách xà chống thân máy khai thác hay máng cào khơng đáng kể Vì vậy, máy liên hợp buộc phải bố trí bên ngồi khung máng cào, làm thay đổi bố cục tổ hợp, giảm hiệu hoạt động nó;
nhóm ba - vỉa dày từ 0,91,3 m, bố trí máy liên hợp máng cào, thân máy phải có khoảng hở cần thiết cho dịng tải than máng cào;
nhóm bốn - vỉa dày từ 1,32,0 m, bố trí dễ dàng máy liên hợp máng cào Đây điều kiện thuân lợi để tạo tổ hợp thiết bị với suất cao;
nhóm năm - vỉa dày từ 2,03,5 m, có điều kiện khai thác thuận lợi Nhưng phát triển mạnh tượng ép trồi, cần phải bổ sung phận chống lở gương vào kết cấu chống;
nhóm sáu - vỉa dày từ 3,55,0 m, khai thác phương pháp chia lớp Song, vỉa dốc thoải khai thác lớp tổ hợp thiết bị khí hố, phá hoả đá vách tháo tận thu lớp than đệm vách; vỉa dốc đứng để khấu lớp cần chế tạo tổ hợp thiết bị áp dụng chèn lị tồn phần;
nhóm bẩy - vỉa dày m, khai thác theo phương pháp chia lớp, sử dụng tổ hợp thiết bị vỉa dày trung bình
Đặc điểm xuất lực hấp dẫn phương pháp vận tải than lị chợ phụ thuộc vào góc dốc vỉa Vì vậy, lựa chọn máy khai thác, chống phương pháp vận tải than cần phải xét tới góc dốc tới hạn vỉa điều kiện trượt than phận kim loại thiết bị, đưa
C¸c gãc dèc tíi h¹n cđa vØa:
Hệ số ma sát Góc tới hạn, độ
(18)Theo góc dốc, vỉa than chia thành bốn nhóm: - dốc thoải - có góc dốc từ đến 18o; - dốc nghiêng - có góc dốc từ 19 đến 35o; - dốc nghiêng-đứng - có góc dốc từ 36 đến 55o; - dốc đứng - có góc dốc từ 56 đến 90o
Điều kiện thuận lợi để sử dụng tổ hợp thiết bị khí hố vỉa có góc dốc từ đến 12o, lực hấp dẫn không ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu thiết bị khai thác vỉa theo phương, ngược chiều dốc xi chiều dốc
ở vỉa có góc dốc từ 13 đến 18o q trình khai thác thường tiến hành theo phương
Vận tải than vỉa dốc từ 19 đến 35o nhờ máng trượt khung máng cào (khơng cần xích kéo truyền động), dùng máng cào làm việc chế độ hãm Với độ dốc này, tổ hợp thiết bị lị chợ khơng cần phải có mối liên kết đặc biệt đoạn chống khơng cần có tời bảo hiểm để giữ máy liên hợp
Khi khai thác vỉa dốc từ 46 đến 90o gặp nhiều khó khăn khả trơi trượt đá trụ ảnh hưởng mạnh lực hấp dẫn
3.3.2 C¸c tÝnh chÊt cđa than
Việc lựa chọn phương pháp phương tiện tách phá than định cơng nghệ khấu lị chợ Các tính chất than đóng vai trị quan trọng lựa chọn phương tiện phá than
Các tính chất than đánh giá tương đối so với trình tách phá cụ thể Khi phá than phương pháp khí, điều quan trọng phải biết mối quan hệ tính chất học than đặc điểm trình tách phá Khả than chống lại dạng tác động học khác gọi sức kháng phá vỡ
Sức kháng phá vỡ than phụ thuộc vào yếu tố tự nhiên kỹ thuật mỏ Các yếu tố tự nhiên bao gồm: mức độ biến chất, độ nứt nẻ than, cấu tạo vỉa, độ dày v.v Các yếu tố kỹ thuật mỏ bao gồm: chiều rộng lò chợ, loại, mật độ độ linh hoạt chống, phương pháp điều khiển đá vách, tốc độ dịch chuyển gương, phương pháp khấu than, hướng khấu v.v
ở đây, dừng lại yếu tố tự nhiên Các yếu tố kỹ thuật mỏ xem xét mục tiếp
Mức độ biến chất định chất lượng than tính chất học Các loại than có sức kháng phá vỡ lớn than thời kỳ biến chất sớm (có độ dẻo cao) antraxit biến chất cao (có độ kiên cố lớn)
(19)Cấu tạo vỉa than ảnh hưởng tới sức kháng phá vỡ Vỉa than có cấu tạo phức tạp, có nhiều lớp đá kẹp rắn chắc, xen kẽ lớp than, sức kháng phá vỡ lớn
3.3.3 Sự ép trồi độ kháng cắt than
ứng suất bình thường vỉa than trước đào hầm lò áp lực tác động lên lớp đá nằm Quá trình phân bố lại ứng suất xảy đào hầm lò Sự thay đổi trạng thái ứng suất vùng bóc lộ, thường xuyên xuất lực đẩy ngang, dẫn tới dịch chuyển vỉa phía khoảng trống khai thác Đó nguyên nhân sinh tượng ép trồi gương lò chợ Nếu biến dạng kéo đạt tới trị số giới hạn, vết nứt ép trồi phát triển, hướng thẳng góc với mặt phân vỉa song song với mặt bóc lộ Khi đó, than bị phá thành tảng dạng cột nhỏ Trong phần lại vùng ép trồi biến dạng kéo chưa đạt tới trị số giới hạn than chưa bị phá huỷ rõ ràng Giả sử ép trồi ln dẫn tới phá huỷ, phận cơng tác máy khấu phải thực việc xúc bốc đập vụn tảng than bị phá huỷ Song, phần lớn trường hợp biến dạng than gương lị khơng đạt tới giới hạn phá huỷ, mà làm suy yếu khối than mức độ đó, tức làm giảm độ kháng cắt than
Hiện nay, để đánh giá khả phá huỷ than cần phải xác định tiêu sau: độ kháng cắt than, kể độ kháng cắt phân lớp than đá kẹp; độ mài mịn vỉa than; tính chất dòn-dẻo than; khả vỡ vụn than Độ kháng cắt than khả chống lại tác động bị cắt
Độ kháng cắt than thay đổi khoảng 0,36,0 kN/cm, độ mài mòn dao động khoảng 101500 mg/km, tiêu khả vỡ vụn - từ 0,4 đến 1,2
Việc điều khiển trình ép trồi than thực cách thay đổi thơng số kỹ thuật lị chợ Trong quan trọng là: chiều rộng lò chợ, chiều rộng khấu máy khai thác, phương pháp điều khiển đá vách, độ linh hoạt chống v.v
Khi tăng chiều rộng lò chợ dẫn đến gia tăng mức hạ võng đá vách độ biến dạng khối than gương lò, làm giảm độ kháng cắt than Thực tế cho thấy rằng, giảm chiều rộng lò chợ 1-1,2 m, độ kháng cắt than tăng lên 15-20 % Như vậy, muốn lợi dụng triệt để tượng ép trồi cần phải tăng chiều rộng lò chợ Tuy vậy, nhiều lý khác, có xu hướng làm giảm chiều rộng lị chợ, biết độ kháng cắt than gia tăng
Việc giảm chiều rộng khấu máy khai thác làm giảm giá trị hạ võng đá vách ép trồi than
(20)Một số tác giả cho rằng, lò chợ chuyển từ phương pháp chèn lò phần sang phương pháp chèn tồn phần, hệ số ép trồi trung bình giảm 20 %
Độ linh hoạt chống ảnh hưởng đến hạ võng vách mức độ ép trồi than Nếu độ linh hoạt chống gia tăng, ép trồi tăng theo
Khi lắp dựng chống lị chợ, tải trọng ban đầu chúng ảnh hưởng lớn đến độ kháng cắt than Việc sử dụng cột thuỷ lực với tải trọng ban đầu lớn so với cột gỗ cột ma sát dẫn tới việc giảm giá trị ép trồi xuống 10-15 % Khi sử dụng chống khí hố khoảng chênh lệch 30 %, so với việc dùng chống đơn
Các q trình sản xuất lị chợ tác động đến hình thức trị số hạ võng vách đồng thời ảnh hưởng đến ép trồi than Người ta chứng minh rằng, 15-45% độ hạ võng chung vách xảy trình khấu than, 8-30 % - trình phá hoả đá vách 30-35 % - khơng thực q trình sản xuất Trong trường hợp cuối, yếu tố thời gian chiếm vai trò quan trọng Độ dài khoảng thời gian gián đoạn hai dải khấu cần phải lớn khoảng thời gian đủ để xuất ép trồi Có thể thấy rõ ảnh hưởng yếu tố thời gian tới tượng ép trồi khấu than máy bào Lúc đó, với tốc độ dịch chuyển gương lị cao, đơi lưỡi bào rơi vào vùng than không bị ép trồi
Cường độ suy giảm độ kháng cắt than phần gương lò lớn so với vùng nằm sâu khối nguyên; vùng sâu khối nguyên thời gian suy giảm độ kháng cắt đạt tới 6-8 h, vùng gương lò - 2,5-3,5 h
Cần lưu ý rằng, giảm độ kháng cắt than, ép trồi thường gây ảnh hưởng xấu tới độ ổn định đá vách gương lò Tương ứng với giá trị ép trồi lớn, diện bóc lộ đá vách cần phải lớn, khả sập đổ vách gia tăng phá vỡ tính ổn định
Tóm lại, thay đổi yếu tố kỹ thuật mỏ cho ta khả điều chỉnh độ ép trồi than tạo tiền đề để tổ hợp thiết bị lò chợ hoạt động chế độ tự động hố
phÇn thø hai
trình khai thác than Chương : khấu than
4 Phân loại phương pháp khấu than