Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết với sự trợ giúp của phần mềm Flac3D, đã tiến hành mô phỏng hai phân tầng khai thác liền kề với kích thước trụ bảo vệ tự nhiên để lại là 5m. Từ kết quả mô phỏng,tiến hành phân tích ảnh hưởng gương lò chợ khai thác phía trên ảnh hưởng đến quy luật ứng suất biến dạng khu vực nền lò chợ phía dưới; phân tích ảnh hưởng quá trình khai đào đường lò và quá trình khấu than của gương lò chợ phía dưới đến quy luật phân bố ứng suất, biến dạng khối đá xung quanh đường lò chuẩn bị.
Journal of Mining and Earth Sciences Vol 62, Issue (2021) 85 - 92 85 The effects of dynamic pressure on the stability of prepared drifts near the working surface areas Nhan Thi Pham 1,*, Nghia Viet Nguyen Faculty of Civil engineering, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Received 25th Oct 2020 Accepted 23rd Jan 2021 Available online 28th Feb 2021 Keywords: Due to the effects of dynamic pressure, the stress distribution of rock mass is very complex The reason for this could be a risk of stability loss for an auxiliary tunnel system constructed within the study area In this article by using Flac3D software the author simulated two adjacent working faces with the thickness of m natural coal pillar Three factors: the upper working face excavation process, auxiliary tunnel mining process, and the location of lower working face, affected by deformation, stress distribution, safety of lower floor area and surrounding rock mass of tunnel The research results show that during the excavation, the mechanical behavior of the rock mass surrounding the auxiliary tunnel showed displacements, volatility, and phase characteristic The displacement on the auxiliary tunnel boundary in both excavation and working face cases showed that the roof and the left side wall displacement was greater than the right side wall and the bottom Therefore, the distance between the auxiliary tunnel and the empty mining space needs to be computed to meet technical and economic requirements Auxiliary tunnel, Coal pillar, Displacement, Pressure Copyright © 2021 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E-mail: phamthinhan@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2021.62(1).10 86 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 62, Kỳ (2021) 85 - 92 Nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng động đến ổn định đường lò chuẩn bị nằm khu vực lò chợ hoạt động Phạm Thị Nhàn 1,*, Nguyễn Viết Nghĩa Khoa Xây dựng, Trường Đại học Khoa Trắc địa - Mỏ - Địa chất, Việt Nam Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 25/10/2020 Chấp nhận 23/12/2020 Đăng online 28/02/2021 Từ khóa: Chuyển vị, Lò chuẩn bị, Trụ bảo vệ, Ứng suất Do ảnh hưởng tải trọng động khu vực lò chợ hoạt động ứng suất khối đá phân bố phức tạp tiểm ẩn nguy gây ổn định hệ thống đường lò chuẩn bị khu vực Trong báo với trợ giúp phần mềm Flac3D, tiến hành mô hai phân tầng khai thác liền kề với kích thước trụ bảo vệ tự nhiên để lại m Từ kết mô phỏng, tiến hành phân tích ảnh hưởng gương lị chợ khai thác phía ảnh hưởng đến quy luật ứng suất biến dạng khu vực lị chợ phía dưới; phân tích ảnh hưởng q trình khai đào đường lị q trình khấu than gương lị chợ phía đến quy luật phân bố ứng suất, biến dạng khối đá xung quanh đường lò chuẩn bị Kết nghiên cứu cho thấy: trình chịu ảnh hưởng tải trọng động ứng xử học khối đá xung quanh đường lị chuẩn bị thể tính dịch chuyển, tính biến động, tính giai đoạn Dịch chuyển biên lò chuẩn bị hai trường hợp khai đào khai thác cho thấy chuyển vị hông trái lớn hông phải Do vậy, khoảng cách đường lị chuẩn bị khơng gian khai thác trống cần tính tốn đảm bảo u cầu kỹ thuật kinh tế © 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Công tác chống giữ ổn định đường lò khâu quan trọng trình khai thác than Để đảm bảo khai thác khống sản thuận lợi, đường lị đào, chống đảm bảo ổn định suốt thời gian phục vụ Áp lực động trình khai thác lò chợ tác động trực tiếp gián tiếp đến đường lò chuẩn bị khai _ *Tác giả liên hệ E - mail: phamthinhan@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2021.62(1).10 thác nằm khu vực Thực tế cho thấy, khả áp dụng công nghệ khai thác hiệu thực công nghệ phụ thuộc lớn vào điều kiện địa chất mỏ (Nguyễn Phi Hùng nnk, 2020) Trong trình khai thác, tác dụng áp lực cao, tai nạn động lực hoạt động khai thác than gây có liên quan mật thiết đến môi trường địa học ứng xử học khối đá xung quanh đường lò Ứng suất thứ sinh trình khai thác động lực, nguyên nhân tai biến liên quan đến tải trọng động Sự biến đổi ứng suất gây dịch chuyển biến dạng lớp đá, phá hủy lớp đá Phan Thị Nhàn Nguyễn Viết Nghĩa/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(1), 85-92 ổn định cấu trúc Sự biến đổi nguyên nhân trực tiếp dẫn đến biến dạng lớn khối đá xung quanh đường lị tụt lở lị Chính vậy, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu phân tích ổn định đường lị khu vực khai thác ảnh hưởng tải trọng động Trong báo với trợ giúp phần mềm Flac3D, tác giả tiến hành mô quy luật phân bố ứng suất, biến dạng khối đá xung quanh đường lò khu vực khai thác, có ý đến yếu tố ảnh hưởng tải trọng động khấu than khu vực lò chợ Khu vực nghiên cứu liệu Các gương lò sau tiến hành khấu than, phần đá lị khơng phát sinh tụt lún mà chu vi biên vùng khai thác trống phát sinh đứt gãy, phần trụ than để lại đảm bảo ổn định Phần dầm đá phía lị lún dần khoảng khai thác trống làm phát sinh biến dạng, áp lực tựa dịch chuyển sâu vào khối than hình thành vùng phá hủy dẻo Trong trình khai đào sau kết thúc khai đào đường lò, phân bố áp lực tựa có thay đổi lớn, thơng qua việc để lại trụ bảo vệ có lợi việc bảo vệ đường lò phụ trợ Tuy nhiên, ảnh hưởng tải trọng động khai thác, thân trụ bảo vệ hình thành vi khe nứt phát triển mạnh mẽ, khiến khả tự chống giữ, tự ổn định thấp Hiện có nhiều phương thức khai thác than (khai thác theo phương pháp hạ trần, khai thác không trụ bảo vệ, khai thác có tầng bảo vệ, ) Dù sử dụng phương pháp khai thác khối than đá phía trước gương lò chịu ảnh hưởng chấn động, biến đổi từ trạng thái ứng suất nguyên sinh sang trạng thái ứng suất thứ sinh, ứng suất hướng trục (σ1−σ3) tăng cao áp lực σ3 lại giảm (Heping Xie nnk., 2015) Hình đưa trạng thái ứng suất khối đá than phía trước gương lò khai thác, giá trị áp lực biến đổi tùy thuộc vào loại hình khai thác phổ biến Giả sử α hệ số tập trung áp lực ảnh hưởng hình thức khai đào khấu than khác nhau, áp lực khối than phía trước gương đào chịu ảnh hưởng tải trọng động trước phá hủy dỡ tải đạt sau: (1) 1 = .. Trong đó: γ - dung trọng (kN/m3), H - độ sâu khai thác (m) 87 Hình Trạng thái ứng suất khối đá than phía trước gương đào khai thác phương pháp hạ trần (Heping Xie nnk., 2015) Trong đó, giá trị α tùy thuộc vào phương thức khai thác: Phương pháp sử dụng tầng bảo vệ, khai thác hạ trần, khai thác không trụ bảo vệ trị số α lấy 2,0; 2,5; 3,0; đồng thời σ1 tăng dần từ γH đến α γH Giá trị σ2 − σ3 đối ứng với điểm Hình 1, ứng suất ngang chịu tải trọng động biểu thị sau, (Heping Xie nnk., 2015): (2) = = 1 2 = 3 = ( = 2.0; 2.5;3.0 ) (3) 5 Trong công thức trên, trạng thái ứng suất học động khối đá than phía trước gương lò, xem xét đến ảnh hưởng phương thức khai đào khấu than, đồng thời xem xét tới ảnh hưởng độ sâu khai thác đến trạng thái học động khối đá than Như vậy, biểu học khối đá chịu ảnh hưởng chấn động khai thác so gia tải đơn truyền thống có khác biệt rõ rệt Lập mơ hình thông số đầu vào 3.1 Tiêu chuẩn bền Mơ hình học phản ánh tính chất học vật liệu, đất đá, thể mối quan hệ ứng suất – biến dạng đá tác dụng tải trọng Vì vậy, lựa chọn mơ hình học hợp lý mơ xác tính chất học vật liệu, đất đá cơng trình Trong mơ hình mơ sử dụng tiêu chuẩn bền Mohr – Coulomb (Yang Ke nnk., 2009): + sin + sin f s = 1 − + 2c (4) − sin − sin Trong đó: 88 Phan Thị Nhàn Nguyễn Viết Nghĩa/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(1), 85-92 Trong đó: 𝜎1 - ứng suất lớn nhất; 𝜎3 - ứng suất nhỏ nhất; c- lực dính kết; φ- góc ma sát Khi fs < phần tử đất đá phát sinh phá hoại 3.2 Kích thước mơ hình tính chất lý lớp đá, than Mơ hình mơ có lớp đất đá, kích thước mơ hình theo chiều 160× 80×60 m Hình Điều kiện biên mơ hình Mơ hình sau chia lưới gồm gồm 96.443 lưới 121.890 nút thể Hình Để đơn giản hóa cơng việc xây dựng lưới mơ hình, yếu tố hình dạng đường lị khơng xét đến lựa chọn tiết diện đường lò chuẩn bị loại hình tiết diện hình chữ nhật có kích thước rộng × cao 5,0×4,8 m để lưu không nhằm khảo sát ảnh hưởng hoạt động khấu than từ gương lị chợ số Hình Mơ hình phần mềm Flac3D Mặt mơ hình mặt tự đặt tải trọng phân bố đều, tải trọng tải trọng lớp đất đá phía tác dụng lên Khi đó, tải trọng tác dụng lên mặt mơ hình q = H x , MPa ( - trọng lượng thể tích lớp đất đá phía trên, lấy tương đối 25 Kn/m3, H - chiều sâu đặt cơng trình) Mặt hai mặt bên cố định, mơ hình tốn thể Hình Hình Tính chất lý lớp đá than thể Bảng Bảng Tính chất lý lớp đá, than Tên đá Mật độ Cường độ kháng nén Cường độ kháng kéo Mô đun đàn hồi Poisson's (Kgm-3) (MPa) (MPa) (GPa ) ratio Cát kết hạt mịn Sét kết 2600 2500 48,45 24,37 4,0 2,37 25,4 12,96 0,22 0,17 Than 1440 10,08 3,72 3,97 0,3 Sét kết chặt vừa 2500 27,0 2,0 12,96 0,17 Cát kết hạt trung 2600 54,0 4,0 35,40 0,22 Quá trình đào lò chuẩn bị tiến hành bước khai đào m, tổng cộng gồm 20 bước Sau lị chợ số khai đào xong tồn bộ, lò chợ số khấu than với độ m Phân tích kết mơ số 4.1 Phân tích ảnh hưởng q trình khấu than gương lò chợ số ảnh hưởng đến khu vực đường lị chuẩn bị Trong q trình đào lị, ảnh hưởng tải trọng động, trạng thái cân ứng suất nguyên sinh khối đá/than bị phá vỡ, Hình thể phân bố ứng suất lò sau gương lò chợ số khấu than Trong đó, x = m vị trí gương lị, phía vách trụ than x ≥ 7,2 m, phần gương lò chợ số x