1.5.1. Tình hình nghiên cứu của các nước.
Hiện nay việc sản xuất chế tạo giàn chống tự hành tại một số nước đã có tiêu chuẩn quy định chế tạo như: ΓΟCT 52152-2003(CHLB Nga), CSN EN 1804-1(CH Séc), BS.BN.1804-2:2001, CBN1804 - Trung Quốc.
Trên thế giới nhiều công ty đi sâu vào công nghệ chế tạo giàn chống như: - CHLB Nga: Công ty chế tạo máy Iurgin, Công ty chế tạo máy Kamen, Tổ
hợp Công nghệ Chế tạo máy Moscow,…
- Trung Quốc: Công ty chế tạo máy mỏ Bắc Kinh, Công ty Máy Thiên An- Thẩm Dương, Công ty Chế tạo máy mỏ Trịnh Châu, …
- Đức: Becker Mining Systems AG;
Với yêu cầu khác biệt vềđiều kiện địa chất, vỉa, áp lực chống giữ khác nhau việc nghiên cứu chế tạo các giàn chống mới, hoàn thiện, nâng cao chất lượng các giàn chống hiện có theo các hướng:
26
1- Đổi mới tư tưởng thiết kế, sử dụng các phương pháp, phần mềm thiết kế
hiện đại, thiết kếđộng học CAD 3D…để phân tích kết cấu, động học giàn chống. 2- Nghiên cứu tính toán giàn chống bằng phương pháp hiện đại - Phần tử
hữu hạn, có tính đến tải trọng động, tải trọng xác suất và điều kiện đặc thù trong quá trình làm việc.
3- Nghiên cứu lựa chọn các thông số hợp lý của giàn chống tự hành áp dụng cho các điều kiện khai thác đặc thù.
4- Hoàn thiện, cái tiến các bộ phận, chi tiết giàn chống nhằm nâng cao độ tin cậy, hiệu quả làm việc.
5- Áp dụng vật liệu và công nghệ mới trong chế tạo các chi tiết làm kín. Đặc biệt là các gioăng, phớt quan trọng làm việc trong môi trường nước mỏ, chịu tải trọng lớn.
6- Hoàn thiện hệ thống điều khiển thủy lực. Tăng cường chuyển sang hệ
thống điều khiển điện - thủy lực. Thực hiện điều khiển tự động hệ thống giàn chống- máy khấu- máng cào, xây dựng các hệ thống giám sát, điều khiển từ xạ
7- Hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn chế tạo, kiểm tra, thử nghiệm giàn chống.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Ngay từ những năm đầu phát triển ngành Than, Nhà nước đã quan tâm cho
đầu tư nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm nhằm lựa chọn được các loại hình cơ giới hóa phù hợp trong điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ vùng Quảng Ninh.
Ngành than trong thời gian vừa qua đã đạt được nhiều tiến bộ lớn, sản lượng khai thác than trong hầm lò ngày càng được nâng caọ Một trong những yếu tố quan trọng góp phần vào kết quả đó là việc áp dụng các thiết bị chống giữ lò chợ mới, trong đó có giàn chống tự hành. Quá trình áp dụng thiết bị chống giữ mới thường xác định theo các hướng:
1- Nghiên cứu xác định các thông số, đề xuất lựa chọn các thiết bị chống giữ
2- Chế tạo một phần, tiến tới nâng cao tỷ lệ nội địa hóa các thiết bị chống giữ
mới, được nhập về Việt Nam.
Hai hướng đi này liên hệ chặt chẽ với nhau, có sự tham gia của các đơn vị
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo của Vinacomin: Viện KHCN Mỏ, Viện CKNL và Mỏ, Công ty TVDT Mỏ và Công nghiệp; Công ty CP Chế tạo máy - Vinacomin.
Từ phân tích tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước, có thể thấy: - Các nước có nền công nghiệp than phát triển, hầu như đều tự thiết kế và chế tạo giàn chống tự hành. Cho đến nay, các nước vẫn tiếp tục nghiên cứu chế tạo và hoàn thiện kết cấu, nâng cao chất lượng giàn chống tự hành.
- Tại Việt nam, giàn chống tự hành hạ trần thu hồi nóc (giàn Vinaalta) đã
được thiết kế, chế tạo trong nước tạo tại Công ty CP Chế tạo máy - Vinacomin theo thiết kế do Viện KHCN Mỏ phối hợp với Công ty Alta - Cộng hòa Séc thực hiện. Giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z đã được Viện Cơ khí năng lượng và Mỏ
nghiên cứu thiết kế và được tiến sĩ Bùi Thanh Nhu lựa chọn làm đối tượng để
“Nghiên cứu lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động dùng trong khai thác than hầm lò có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh”.
Một số giàn chống khác cũng đã được quan tâm nghiên cứu chế tạo phương thức thực hiện: Phía Việt Nam xác định các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện công nghệ tại Việt Nam, phía nước ngoài thiết kế và chế tạo (giàn KDT1) /hoặc phía Việt Nam phối hợp với nước ngoài thiết kế, giai đoạn đầu chế tạo tại nước ngoài, sau khi qua thử nghiệm tại Việt Nam, phía Việt Nam hoàn thiện thiết kếđể
chế tạo trong nước (giàn KDT2).
- Đối với giàn chống tự hành áp dụng trong điều kiện vỉa dày 1,8 ÷ 2,4 m, độ
dốc đến 30o, trong điều kiện áp lực mỏ lớn, khấu than bằng khoan nổ mìn tại Quảng Ninh có nhiều vấn đề cần phải giải quyết.
- Để đánh giá khả năng mở rộng phạm vi áp dụng giàn chống tự hành với công nghệ khấu than bằng phương pháp nổ mìn, rất cần thiết phải khảo sát đánh giá trữ lượng than và điều kiện kỹ thuật mỏ của các vỉa dày 1,8 ÷ 2,4 m, độ dốc đến 30o
28
nhằm xác định các thông số chính của giàn chống đáp ứng điều kiện kỹ thuật mỏ
hầm lò Việt Nam và đánh giá tiềm năng phát triển thị trường sản phẩm.
1.5.3. Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận văn.
Từ những cơ sở phân tích nêu trên và với đặc điểm chung của các mỏ than hầm lò Việt Nam hiện nay, căn cứ vào phạm vi áp dụng của các loại giàn chống. Học viên lựa chọn loại giàn chống tự hành có lực chống đến 180 tấn ký hiệu GC1800-16/24 trên cơ sở tham khảo giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 của Trung Quốc hiện đang được sử dụng tại Công ty than Khe Chàm để xây dựng mô hình tính toán giàn chống và tính toán, kiểm nghiệm độ bền của một số chi tiết theo địa hình,
địa chất tại công ty than Khe Chàm.
Việc nghiên cứu, tính toán của nhóm nghiên cứu tại Việt Nam cũng như trên thế giới đã đưa ra khá phong phú phương pháp tính, kiểm nghiệm bền của giàn chống. Những phương pháp này chủ yếu đi sâu về nghiệm bền chi tiết đã có sẵn dựa trên các công thức sức bền vật liệu kinh điển và mô phỏng theo các điều kiện khai thác tại nước ngoài mà chưa chỉ ra được phương pháp tính toán kích thước hình học cụ thể theo điều kiện làm việc thực tế tại Việt Nam.
Chính vì vậy trong luận văn này học viên sẽ tiếp tục nghiên cứu, tính toán, thiết kếđưa ra phương pháp nghiệm bền, lựa chọn kích thước hợp lý cho một số chi tiết chính của giàn chống GC1800-16/24 (mái trên và cột chống) trong điều kiện khai thác than hầm lò tại Công ty than Khe Chàm vùng Quảng Ninh.
Đểđạt mục tiêu của đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế giàn chống tự hành phục
vụ trong khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh" áp dụng trong khai thác than các vỉa
dày 1,8÷2,4 m, độ dốc đến 300, khấu than bằng nổ mìn trong điều kiện áp lực mỏ
lớn nhằm nâng cao mức độ an toàn lao động và đạt yêu cầu đề ra đối với điều kiện của Việt Nam cần thực hiện các bước: Lập mô hình giàn chống; tính toán lực tác dụng lên giàn chống; thiết kế, tính toán, kiểm nghiệm độ bền cụm chi tiết chính của giàn chống.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Từ những kết quả nghiên cứu về thiết bị chống giữ trong khai thác than hầm lò ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy: Việc áp dụng giàn chống tự
hành vào các mỏ than hầm lò Việt Nam là phù hợp với quá trình hiện đại hóa khai thác ngành than, nâng cao hiệu quả, giảm tổn thất tài nguyên, tăng độ an toàn trong khai thác than hầm lò. Tuy nhiên mỗi loại thiết bị chống đều có ưu, nhược điểm và sự phù hợp với điều kiện khai thác ở mỗi mỏ than khác nhaụ
Từ việc phân tích và nhận xét trên, đề tài luận văn sẽ nghiên cứu, tính toán, thiết kế giàn chống tự hành có lực chống đến 180 tấn ký hiệu GC1800-16/24 phục vụ khai thác than hầm lò một cách tối ưu nhất trên cơ sở tham khảo giàn chống tự
hành ZZ1800/16/24 của Trung Quốc hiện đang được sử dụng tại Công ty than Khe Chàm. Từ kết quả nghiên cứu của đề tài hy vọng nhiều thiết bị chống giữ khác được nghiên cứu phù hợp với điều kiện khai thác của từng vùng than Quảng ninh.
30
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI GIÀN CHỐNG
2.1. Đặc tính kỹ thuật, kết cấu và nguyên lý hoạt động giàn chống
Năm 2014 Viện Khoa học công nghệ Mỏ - Vinacomin phối hợp với Công ty than Khe Chàm đưa giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 vào sử dụng và khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn, giàn chống do Trung Quốc thiết kế, chế tạo và nhập khẩu vào Việt Nam.
Điều kiện làm việc được lấy theo đặc tính kỹ thuật của sản phẩm mẫu với vỉa dày 1,8 ÷ 2,4 m; độ dốc của vỉa đến 300;
Phương thức làm việc:
- Dùng cho khấu than an toàn cao một lần và hạ trần than nóc. Vách trực tiếp có thể vừa khấu vừa sập xuống được, không cần cưỡng chế hạ trần.
- Không có nước trên nóc chảy xuống; - Khai thác than bằng phương pháp nổ mìn;
- Than nóc không cần nổ mìn, nhờ vào áp lực mỏ có thể sập xuống.
2.1.1. Đặc tính kỹ thuật:
Ký hiệu giàn chống:
Kết cấu của giàn chống bao gồm các bộ phận chính như sau:
- Cơ cấu chịu lực: Bao gồm xà chính, xà phá hỏa, đế giàn, các cơ cấu che chắn phía trước, phía saụ
- Cơ cấu chống: Bao gồm các xilanh cột chống, thanh biên, thông qua hệ
thống thủy lực truyền tải trọng từ mái xuống đế giàn.
- Bộ phận điều khiển: Bao gồm các đường ống thủy lực, van điều khiển, van kiển tra, van an toàn, van khóa các loại dùng điều khiển và kiểm soát hoạt
động của các xilanh.
- Thiết bị phụ trợ: Là các hệ thống không trực tiếp chịu tải bao gồm xà cạnh, tấm chắn gương có chức năng để che chắn, đảm bảo an toàn cho không gian giàn chống.
- Hệ thống thủy lực: Bao gồm đường ống, trạm bơm dung dịch nhũ hóa lưu lượng lớn 200 L/phút, áp lực làm việc là 31,5 MPa có tác dụng truyền áp lực
đến các xilanh chấp hành.
Bảng đặc tính kỹ thuật của giàn chống ZZ1800/16/24 như sau:
Bảng 2.1: Bảng đặc tính kỹ thuật
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị Ghi chú
1 Chiều cao (min - max) mm 1600 ÷ 2400
2 Chiều rộng (min÷max) mm 920 ÷ 1050
3 Chiều dài (min÷max) mm 2600 ÷ 3500
4 Khoảng cách giữa các giàn mm 1000 5 Góc dốc lò chợ cho phép độ ≤300 6 Bước tiến tấm chắn gương mm 800 7 Lực chống ban đầu (P= 31.5 Mpa) KN 1544 8 Lực chống định mức (P= 37 Mpa) KN 1800 Cột 04 mm 800 9 Cột chống: Số lượng Hành trình Kháng lực (P= 37Mpa) kN 450 Chiếc 01
10 Xilanh tiến giàn: Số lượng
32 kN 265 Lực đẩy(P= 31.5 Mpa) Lực kéo(P= 31.5 Mpa) kN 121 Chiếc 01 mm 410 kN 158 11 Xilanh đẩy tấm chắn gương: Số lượng Hành trình Lực đẩy(P= 31.5 Mpa) Lực kéo(P= 31.5 Mpa) kN 69 Chiếc 02 kN 98 12 Xilanh cạnh: Số lượng Lực đẩy(P= 31.5 Mpa) Lực kéo(P= 31.5 Mpa) kN 48 L/ph 200 13 Bơm dầu: Lưu lượng Áp suất làm việc Mpa 31,5 14 Chếđộ thao tác: Bằng các tay điều khiển tại mỗi giàn 15 Trọng lượng kg 3800 2.1.2. Kết cấu giàn chống Hình 2.1: Mô hình kết cấu chính giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 1.Cụm tấm chắn gương; 2.Cụm xà chính; 3. Cụm xà cạnh; 4. Cụm xà phá hỏa; 5. Cụm tay biên; 6. Cụm đế; 7. Cụm thanh đẩy; 8. Cụm xi lanh cột chống; 9. Cụm
- Cụm tấm chắn gương: Tấm chắn gương với cơ cấu bản lề có thể xoay 180o quanh phía đầu của mái giàn, có nhiệm vụ che chắn không gian phía gương than đảm bảo an toàn cho người làm việc, hỗ trợ tình trạng lở gương đối với những vỉa có gương mềm yếụ Tấm chắn gương còn có tác dụng chắn đất đá nổ
mìn tác động lên cần pit tông cột trước khi nổ mìn.
Hình 2.2: Kết cấu tấm chắn gương
- Cụm xà chính: Là kết cấu khung chỉnh thể, rộng 0.92 m, dài 2.4m. Tác dụng của xà chính là chống đỡ và che kín nóc lò chợ. Giữa hai giàn chống (hay giá chống) cách nhau cự ly là 40cm, có thể tránh trường hợp hai giàn chống cọ sát vào nhau ngoài ra còn có tác dụng phá hỏa lợi dụng khe hở để khoan lỗ và làm tơi vỉa cứng than vách. Các khe hở này được làm kín trong quá trình làm việc nhờ cơ cấu xà trượt.
Hình 2.3: Kết cấu xà chính
- Cụm xà cạnh: Có tác dụng làm kín khe hở giữa các giàn chống trong quá trình ianf chống giữ hoạt động và giảm độ va chạm các giàn khi di chuyển nhờ cơ
34
Hình 2.4: Kết cấu xà cạnh
- Cụm xà phá hỏa: Có tác dụng che chắn phần đuôi của giàn chống và nâng
đỡ phần đất đá do đổ sập, đứt gẫy của vách trực tiếp phía đuôi giàn.
Hình 2.5: Kết cấu xà phá hỏa
- Cụm tay biên: Tay biên là bộ phận kết nối giữa đế giàn với xà phá hỏạ Tay biên có nhiệm vụ truyền tải trọng tác động từ xà phá hỏa xuống đế và duy trì sự ổn định tổng thể của giàn chống
Hình 2.6: Kết cấu cụm tay biên
- Cụm đế giàn: Đế giàn là bộ phận tiếp xúc của giàn chống với trụ vỉa có nhiệm vụ chuyền tải áp lực từ xà chính xuống nền thông qua các cột chống và dầm bao che xuống trụ của vỉa than. Đế giàn là bộ phận cơ sở của giàn chống liên kết cấu trúc với các bộ phận khác của giàn chống
Hình 2.7: Kết cấu cụm đế giàn
- Cụm thanh đẩy máng cào: Thanh đẩy máng cào là bộ phận kết nối giữa máng cào lò chợ với giàn chống với nhiệm vụ đẩy máng cào khi sang luồng khấu mới và kéo giàn di chuyển tịnh tiến.
- Cụm xilanh cột chống: Cột chống là bộ phận quan trọng của giàn chống. Hệ thống giàn chống bao gồm 04 xilanh thủy lực nó có nhiệm vụ chống giữ toàn bộ
tải trọng đất đá từ mái giàn mái và truyền lực xuống đế giàn.
- Hệ thống thủy lực: Hệ thống thủy lực được tạo áp bởi trạm bơm dung dịch nhũ hóa lưu lượng lớn 200 L/phút, áp lực làm việc là 31,5 MPạ Bao gồm hệ thông đường ống thủy lực, các loại xilanh đẩy cạnh, xilanh đẩy tấm chắn gương, xilanh di chuyển giàn, các van điều khiển, van kiển tra, van an toàn, van khóa dùng điều khiển và kiểm soát hoạt động của các xilanh.
2.1.3. Nguyên lý hoạt động
Dung dịch nhũ hóa cao áp của trạm bơm, thông qua đường ống cấp chính
đưa đến lò chợ và nối với mỗi giá, rồi thông qua tổ van thao tác phân phối đến các cột, kích làm việc. Dung dịch hạ áp quay trở về từ giá thông qua tổ van thao tác với van ngắt một chiều qua đường ống hồi chính về trạm bơm làm nhiệm vụ cung cấp dung dịch tuần hoàn.
Một lò chợ lắp đặt giàn chống thành các hàng có vai trò chống giữ và che chắn không gian lò chợ. sau khi nổ mìn và xúc bốc than được máng cào chuyển ra khỏi lò chợ. Từng cột chống hạ xuống, xà chính không chịu tải nóc trên xà lúc này cấp dung dịch cho xilanh di chuyển giàn, một đầu liên kết với giàn chống và một
36
đầu liên kết máng cào kéo bản thân giàn tiến vào gương lò hoàn thành một chu kỳ
di chuyển.
Sau khi di chuyển đến vị trị làm việc mới bơm dung dịch cấp dịch cho các