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 xilanh cột đẩy xà chính lên sát nóc lò sử dụng lực chống ban đầu để chống giữ, do nóc lò tăng áp lực từng bước, áp lực chịu đựng của giàn thay đổi từ lực chống ban
đầu chuyển sang lực chống làm việc, khi vượt quá lực chống làm việc van an toàn ở
van điều khiển thủy lực của cột tự mở xả bớt áp lực, đến khi cột trở về đến áp lực làm việc thì dừng lạị Sơđồ thủy lực được mô tả qua hình 2.9.
Hình 2.8: Sơđồ thủy lực của điều khiển giá chống
2.2. Phân loại giàn chống tự hành
Dàn chống tự hành sử dụng trong quá trình chống giữ lò chợ và che chắn bảo vệ không gian lò chợ, điều khiển đá vách và di chuyển máng cào lò chợ.
- Theo phương thức chống đỡ giàn chống tự hành được chia thành 4 loại chính:
Các loại giàn chống tự hành
Đỡ Đỡ - chắn Chắn - đỡ Chắn
Hình 2.9. Các loại giàn chống tự hành.
(1- Cơ cấu mang tải 1; 2- Cơ cấu giữ vách; 3- Đế; 4- Cơ cấu ngăn cách) Giàn chống tự hành kiểu đỡ: Trong giàn chống tự hành kiểu đỡ, cơ cấu giữ
vách có vai trò chủ yếu, nó ngăn chặn sự sập đổ của vách trong phạm vi không gian công tác của lò chợ. Giàn chống kiểu này thường không có cơ cấu ngăn cách, và nếu có, thì chỉ đóng vai trò phụ trợ. Nó không nhận tải theo chiều thẳng đứng từ
phía vách, mà chỉ ngăn cản sự xâm nhập của đá vào không gian lò chợ.
Giàn chống tự hành kiểu đỡ - chắn: Có các phần tửđỡ và chắn được thể hiện rõ ràng, tuy nhiên phần tửđỡ đóng vai trò chủ yếu, còn cơ cấu chắn là phương tiện phụ trợđể ngăn đá phá hoả không xâm nhập vào không gian lò chợ.
Giàn chống kiểu chắn - đỡ: Cơ cấu đỡ lại có vai trò phụ trợ, còn kết cấu chắn với kích thước khá đồ sộ mới đóng vai trò chính.
Giàn chống kiểu chắn: Chỉ có các phần tử chắn để ngăn cản sự xâm nhập của
đá phá hoả vào không gian lò chợ.
Phân biệt giàn chống được xác định xác định nhờ quan hệ giữa kích thước của phần tử đỡ Lđ so với kích thước của phần tử chắn LC tính theo phương nằm ngang.
- Giàn chống tự hành có thể phân loại theo: Kiểu cột đơn, kiểu khung hay kiểu cụm cột. Phụ thuộc vào số hàng cột, chúng có thể là loại một hàng, hai hàng hay ba hàng cột: 2 2 1 4 3 Lđ Lc = 0 1 2 3 4 Lđ Lc Lđ≥Lc Lđ≤ Lc Lđ Lc 1 3 4 Lc Lđ = 0 4 1 3
38 Một hàng cột Hai hàng cột Ba hàng cột Sơđồ kết cấu của đoạn vì chống Cột đơn Khung Nhóm cột Hình 2.10. Các sơ đồ nguyên lý của các đoạn giàn chống tự hành: 1- Tấm đỡ; 2- Cột; 3- Đế
- Ngoài ra giàn chống tự hành còn được phân theo công nghệ khai thác và
được chia thành hai kiểu sau:
Giàn chống tự hành không có kết cấu hạ trần than nóc. Đối với kiểu giàn này, trong quá trình hoàn thiện và phát triển cũng được phân ra nhiều loại theo chiều cao chống giữ (có loại cao đến 5 m). Loại này được sử dụng trong các gương lò chợ dài, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa và tự trọng của giàn có thểđến 65 tấn.
Qua phân loại kết cấu của các chủng loại giàn chống tự hành cho thấy giàn chống ZZ1800/16/24 đang được áp dụng tại Công ty than Khe Chàm thuộc loại kiểu
vách truyền lực xuống đế, kết cấu chắn là xà phá hỏa có tác dụng hỗ trợ và chắn khối lượng đất đá phía sau của giàn.
Giàn chống được nghiên cứu, thiết kế GC1800-16/24 có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự như giàn chống ZZ1800/16/24.
2.3. Yêu cầu cơ bản đối với giàn chống tự hành GC1800-16/24 2.3.1. Yêu cầu điều kiện làm việc 2.3.1. Yêu cầu điều kiện làm việc
Trong quá trình sản xuất than để ngăn chặn sự sụp đổ của đất đá, để duy trì một không gian làm việc nhất định đảm bảo an toàn cho người lao động và thiết bị
hoạt động. Giàn chống là thiết bị quan trọng với nhiệm vụ chống đỡ, che chắn không gian làm việc di chuyển và thay đổi chiều cao theo yêu cầu của công nghệ
khai thác.
Về môi trường làm việc giàn chống làm việc trong điều kiện hầm lò chịu tác
động trực tiếp từ áp lực đất đá tác động lên khung giàn chống cùng với đó là môi trường làm việc với độ ẩm cao, nước có thành phần axit ăn mòn, nồng độ khí metal lớn rễ gây cháy nổ.
Cơ sởđể thiết kế, lựa chọn giàn chống:
- Phải đủ lực chống giữ ban đầu, kiểm soát được sự sụt lún của vách, trụ của khu vực đưa giàn chống vào khai thác.
- Phải đảm bảo hỗ trợ đủ lực chống giữ trong mọi trạng thái làm việc làm việc của giàn chống đó là quá trình thay đổi chiều cao chống giữ cũng như kéo đẩy máng càọ Thực tế cho thấy lực đẩy của giàn chống thường là 100KN, lực chống giữ của giàn chống phù thuộc vào độ dày vỉa than với vỉa than mỏng lực chống giữ
khoảng 100KN~150KN, vỉa than dày trung bình lực chống giữ khoảng 150KN~250KN, vỉa than dày lực chống giữ khoảng 300KN~400KN.
- Phải đảm bảo thông gió, kiểm soát khí metal tốt trong quá trình khai thác. - Trong hoạt động sản xuất phải có một không gian làm việc đủ rộng theo tiêu chuẩn quy định.
40
- Phải đảm bảo về ánh sáng và thông tin liên lạc trong quá trình sản xuất. - Các ống thủy lực phải được chịu được áp lực lớn hơn so với giá trị quy
định, phải đủđộ bền đề chịu được áp lực cả bên trong và bên ngoài tác động.
- Khung giàn chống đáp ứng được điều kiện làm việc với áp lực tác động, nhưng cũng phải đáp ứng được tối ưu hóa về khối lượng chế tạọ
- Kết cấu khung giàn phải đơn giản để dễ dàng trong việc tháo lắp. - Các bộ phận thủy lực phải đảm bảo độ tin cậy trong quá trình sử dụng.
Đối với vỉa dày trung bình có dốc thoải nghiêng có đặc điểm như sau: Bảng 2.2. Thông số vỉa dày trung bình dốc thoải nghiêng
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị Ghi chú
1 Chiều cao vỉa (min – max) 1400 ÷ 2600
2 Loại vách cơ bản Cấp II Áp lực vách cơ bản 3 Loại vách trực tiếp Cấp III Áp lực vách trực tiếp 4 Áp lực trụ 5 Góc dốc lò chợ cho phép ≤300
2.3.2. Yêu cầu vật liệu chế tạo cho các chi tiết
Đối với các sản phẩm cơ khí, việc chọn đúng vật liệu có ý nghĩa quan trọng, quyết định độ an toàn, tin cậy khi làm việc, kích thước, khối lượng thiết bị.
Giàn chống là thiết bị làm việc trong điều kiện hầm lò với các điều kiện đặc biệt như: Không gian làm việc chật hẹp, tải trọng động lớn, trong môi trường làm việc có các yếu tốăn mòn kim loại, trong nước kiềm, axit, …Vì vậy giàn chống cần phải đảm bảo các điều kiện:
- Đủđộ bền, làm việc an toàn nhưng phải gọn nhẹ, dễ dàng vận chuyển, tháo lắp đơn giản và phải nhanh trong điều kiện mỏ hầm lò.
- Chịu được môi trường ăn mòn hóa học. Đối với giàn chống tự hành GC1800-16/24 các bộ phận chính quyết định đến độ an toàn khi làm việc là xà đỡ, cột chống, tấm chắn gương, xà phá hỏa, các xi lanh thủy lực và các chi tiết van điều khiển, van an toàn. Để xác định vật liệu chế tạo các bộ phận và chi tiết này có thể sử
dụng hai phương pháp:
1) Thiết lập mô hình tính toán, xác định ứng suất làm việc từđó lựa chọn vật liệu phù hợp.
2) Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết sau đó tính toán kiểm nghiệm bền.
Đối với vật liệu chế tạo giàn chống tự hành GC1800-16/24 luận văn lựa chọn phương pháp haị Vật liệu chọn để chế tạo các chi tiết của giàn chống tự hành GC1800-16/24 dựa trên vật liệu chế tạo giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 của Trung Quốc. Tiến hành phân tích vật liệu các chi tiết của ZZ1800/16/24 trên các máy phân tích của phòng Thí nghiệm, lựa chọn các loại vật liệu tương đương. Từđó tính toán kiểm nghiệm bền cho các cụm chi tiết.
42
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Nội dung trong chương 2 của luận văn:
- Nêu đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận thuộc giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 hiện đang được sử dụng tại mỏ than Công ty than Khe Chàm - Quảng Ninh.
- Phân loại các loại giàn chống tự hành và phân tích những yêu cầu trong
điều kiện làm việc đối với giàn chống khi sử dụng trong mỏ hầm lò. Từđó tạo cơ sở
cho quá trình phân tích, tính toán và lựa chọn các thông số giàn chống tự hành GC1800-16/24 tối ưu nhất.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH KHAI THÁC VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ GIÀN CHỐNG 3.1. Khái quát mô hình khai thác và các yếu tố tác dụng lên giàn chống trong quá trình khai thác
3.1.1. Mô hình khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn
Mô hình khai thác lò chợ sử dụng giàn chống tự hành khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn như sau:
Hình 3.1: Mô hình lò chợ khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn sử dụng giàn chống tự hành
44
Các bước công nghệ khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn: