Theo phân loại giàn chống, dựa vào đặc điểm khai thác ta chọn sơđồ kết cấu giàn chống có dạng chống – đỡ và hệ cột đỡ bằng 04 cột xilanh thủy lực. Sơ đồ kết cấu giàn chống được lựa chọn theo hình 3.7:
H m in H m a x Hình 3.8: Sơđồ giàn chống
3.4.2.1. Xác định chiều cao giàn chống:
Chiều cao giàn chống là chiều cao được tính từ chân giàn đến mái giàn, chiều cao giàn chống phụ thuộc vào chiều cao vỉa than cần khai thác.
max h = Hmax+ (0,2 ~ 0,3). (m) (3.1) min h = Hmin- S - g - ẹ (m) (3.2) Trong đó: max
h : Chiều cao lớn nhất của giàn chống;
min
h : Chiều cao nhỏ nhất của giàn chống;
max
H : Chiều cao lớn nhất của vỉa than;
min
H : Chiều cao nhỏ nhất của vỉa than;
g : Chiều dày lớp than kẹp, thường lấy 0,05 m.
e : Khoảng cách thu hẹp tối thiểu của giàn khi di chuyển giàn, thường lấy (0,03 ÷ 0,05 m).
S : Độ lún lớn nhất của cột sau khi chống. S= αRHmin (m) R : Khoảng cách từ cột sau giàn chống đến gương than.
α : Hệ sốảnh hưởng đến điều kiện vách trực tiếp, với vách trực tiếp cấp I; II; III hệ sốα tương ứng là 0,04; 0,025; 0,015.
Thực tế có thế lấy hmin = Hmin- (0,25÷0,35) (3.3)
- Với điều kiện áp dụng vỉa có Hmax= 2,2 m; Hmin= 1,8 m thay vào công thức (3.1); (3.2) được chiều cao giàn chống:
max
h = 2,4 (m); hmin= 1,6 (m)
3.4.2.2. Xác định khoảng cách trung tâm.
Khoảng cách trung tâm là khoảng cách giữa tâm của hai giàn chống liền kề: Bc = Bm + nC3 (3.4)
Trong đó:
52
Bm : Tổng chiều rộng giàn chống.
C3 : Khoảng cách tiếp giáp giữa hai khung giàn liền kề. n : Là hàm sốđại điện cho loại giàn chống.
Khoảng cách trung tâm chủ yếu căn cứ vào hình thức giá đỡ, hiện tại các nước với công nghệ chế tạo giàn chống phát triện giàn chống tự hành và các thiết bị
cơ giới hóa đã được tiêu chuẩn hóạ Đối với giàn chống cỡ lớn, để nâng cao tính ổn
định lựa chọn khoảng cách trung tâm là 1,75 m; Với giàn chống trung bình lựa chọn khoảng cách trung tâm là 1÷1,5 m; Với giàn chống cỡ nhỏ lựa chọn khoảng cách trung tâm là 0,8 m. Cùng với đó là việc đồng bộ thiết bị vận tải, thiết bị khai thác trong quá trình khai thác.
Với giàn chống GC1800-16/24 được thiết kế với chiều cao 1,6 ÷ 2,4 m loại trung bình; lựa chọn khoảng cách trung tâm là: Bc = 1,0 (m).
3.4.2.3. Chiều dài cơ sở của mái giàn.
b c d
a
L
Hình 3.9: Lựa chọn chiều dài cơ sở của mái giàn Chiều dài cơ sở mái được tính toán, lựa chọn dựa trên các yếu tố sau: - Khung giàn phải đủđộ bền dưới tác động của áp lực mỏ.
- Phải đủ không gian lắp đặt cột chống, hệ thống điều khiển thủy lực, các thiết bị vận tải và các loại thiết bị hỗ trợ khác.
- Phải đủ không gian che chắn để người lao động đi lại và làm việc. Chiều dài cơ sở của mái giàn được tính như sau:
L≥ a + b + c +d (3.4) Trong đó:
a: Chiều rộng của máng cào SZB630/150; a =630 mm. b: Chiều rộng của lối đi lại; b = 700 mm.
c: Khoảng cách lắp đặt cột chống; lựa chọn c = 685 mm. d: Khoảng cách lắp đặt cơ cấu xà phá hỏa phía sau d= 150 mm Vậy ta có: L ≥ 2165 mm. Chọn chiều dài xà chính là L= 2200 mm.
3.4.2.4. Chiều rộng của giàn chống.
Chiều rộng của giàn chống được tính toán, lựa chọn dựa trên các yếu tố sau: - Khung giàn phải đủđộ bền dưới tác động của áp lực mỏ.
- Phải đủ không gian lắp đặt cột chống, hệ thống điều khiển thủy lực, các thiết bị vận tải và các loại thiết bị hỗ trợ khác.
- Phải đủ không gian che chắn để người lao động đi lại và làm việc.
- Thông thường chiều rộng cơ sở thường được lấy kích thước ≤ 1,5 m để phù hợp với việc lắp đặt máng cào tiêu chuẩn.
Chọn chiều rộng giàn chống là: B= 920 mm.
3.4.2.5. Xác định các thanh liên kết.
Các thanh liên kết trong khung giàn bao gồm: Xà phá hỏa, cụm tay biên trước, tay biên sau được liên kết với nhau bằng liên kết gối, cơ cấu này giúp cho giàn chống có thể thay đổi chiều cao theo điều kiện vỉa than.
54
Ngoài khả năng cơ động các thanh liên kết còn tạo thành một khung cứng vững che chắn tốt không gian làm việc trong quá trình khai thác than.
Trong quá trình khai thác các thanh liên kết này sẽ phải chịu áp lực của đất
đá xụp đổ tác động lên. Áp lực này ngoài tác động trực tiếp lên các thanh liên kết còn gây ảnh hưởng tới cột chống bằng lực ngang có thể gây uốn cong cột chống.
Kích thước của các chi tiết được thiết kế theo kích thước tổng của các khâu khép kín, đảm bảo các lực truyền từ xà phá hỏa xuống các tay biên là đều nhất.
3.4.2.6. Kích thước giàn chống.
Từ việc xác định cấu trúc tổng thể và phân tích lựa chọn kết cấu hợp lý cho giàn chống đưa ra hình dạng và kết cấu sơ bộ của giàn chống như sau:
835 685 350 1025 1110 12 10 6 0 0 H m ax ~ H m in 300 2200 800 1340 Hình 3.10: Thiết kế sơ bộ giàn chống
Vậy kết cấu và kích thước cơ bản của các chi tiết chính của giàn chống tự
799,71 685 303 350 H = 1 6 0 0 ÷ 2 4 0 0 D = 2600÷3500 2200 200 1 2 3 5 6 4 8 7 9 6 0 0 Hình 3.11: Mô hình kết cấu chính giàn chống tự hành GC1800-16/24 1.Cụm tấm chắn gương; 2.Cụm xà chính; 3. Cụm xà cạnh; 4. Cụm xà phá hỏa;
5. Cụm tay biên trước; 6. Cụm tay biên sau; 7. Cụm đế; 8. Cụm thanh đẩy; 9. Cụm xi lanh cột chống
56
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Nội dung trong chương 3 của luận văn:
- Khái quát mô hình khai thác than bằng phương pháp khoan nổ mìn và phân tích các lực tác dụng lên giàn chống trong quá trình khai thác.
- Phân tích sự tác động tương hỗ của đất đá mỏ với giàn chống và các giai
đoạn chất tải từ đá vách trong quá trình giàn làm việc từ đó mô hình các lực tác dụng và lập mô hình kết cấu của giàn chống.
- Từ những phân tích đã lập mô hình, tính toán và lựa chọn các kích thước kết cấu của giàn chống tự hành dùng trong khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh.
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN GIÀN CHỐNG
Hiện nay 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 tại vỉa than: V13-1, V12. Vì vậy ta sẽ dựa vào đặc điểm địa chất, điều kiện làm việc của giàn chống ZZ1800/16/24 để tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm các thông số của giàn chống GC1800-16/24.
4.1. Đặc điểm, điều kiện địa chất khu vực áp dụng giàn chống 4.1.1. Vị trí địa lí khu mỏ
Mỏ Khe Chàm cách thị xã Cẩm Phả khoảng 10km về phía Bắc. - Phía Bắc giáp thung lũng Dương Huy và đứt gãy Bắc Huỵ - Phía Nam giáp mỏ than lộ thiên Cao Sơn.
- Phía Đông giáp Mỏ than Mông Dương.
- Phía Tây giáp Khu Khe Chàm III và mỏ lộ thiên Bàng Nâụ
Mỏ than Khe Chàm I có biên giới theo các mốc toạđộ được VINACOMIN giao quản lý theo QĐ số: 1122/QĐ-HĐQĐ ngày 16 tháng 5 năm 2008.
4.1.2. Đặc điểm địa chất và tính chất của đá vách trụ tác dụng giàn chống
4.1.2.1. Đặc điểm vỉa than
Trong phạm vi khai trường khu vực áp dụng đưa giàn chống tự hành ZZ1800/16/24 vào sử dụng thuộc các vỉa than: V13-1, V12.
- Vỉa 13-1: Vỉa 13-1 có chiều dày vỉa biến đổi từ 7.22m đến 0.52m trung bình 2.52m. Vỉa 13-1 thuộc loại ổn định về chiều dày, cấu tạo khá đơn giản. Đá kẹp trong vỉa có từ 0÷13 lớp, chiều dày đá kẹp từ 0.0m÷8.20m, trung bình 0.96m, thành phần đá kẹp chủ yếu là các lớp sét kết, sét than. Cấu tạo vỉa từ đơn giản đến rất phức tạp, thuộc loại vỉa tương đối ổn định về chiều dàỵ Độ dốc 30÷ 630, trung bình 260, hệ số chứa than trung bình của vỉa 86%, độ tro hàng hoá trung bình 16.45%.
58
- Vỉa 12: Vỉa có cấu tạo tương đối phức tạp, chiều dày không ổn định, chiều dày vỉa biến đổi từ 0,38 ÷ 8,4 m, xen kẹp trong vỉa than chủ yếu là sét kết, sét than. Hệ số chứa than trung bình của vỉa 93%, độ tro hàng hoá trung bình 18.55%. Đất đá vách, trụ vỉa than là các lớp đá bột kết, ít gặp lớp sét kết. Bảng 4.1: Đặc điểm các vỉa than V13-1; V12 Chiều dày (m) TT Tên vỉa Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình Loại cấu tạo Mức độ ổn định Khoảng cách giữa 2 vỉa than (m) 1 13-1 0.52 7.22 2.52 TĐđơn giản T.đối ổn định 27 2 12 0.38 8.4 2.12 TĐđơn giản Không ổn định 75 4.1.2.2. Tính chất đá vách, trụ vỉa than:
Đá vách và đá trụ trực tiếp của các vỉa than nói chung thường là Alevrolit và ácgilit. Đất đá vách và trụ trực tiếp đã được lấy mẫu để thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng bền vững của chúng phục vụ cho thiết kế và cơ giới hoá trong khai thác.
Kết quả phân tích cho thấy cường độ kháng nén của lớp Alevrolit vách và trụ
trực tiếp thay đổi từ 102,0 đến 980 kG/cm2 trung bình 448,0 kG/cm2. Dung trọng thay đổi từ 2,5 đến 2,84G/cm3, trung bình 2,65G/cm3. Tỷ trọng thay đổi từ 2,53 đến 2,92G/cm3, trung bình 2,73G/cm3. Lực dính kết thời gian 195,0 G/cm3 và góc nội ma sát ϕ trung bình 30°. Lực kháng kéo trung bình 93 kG/cm2.
Các kết quả nghiên cứu cho phép ta kết luận rằng sức chống nén ở vách trụ
cơ bản của vỉa than là tương đối cao hệ số thay đổi từ 4 đến 8, trung bình từ 5 đến 7. Bảng 4.2: Bảng các thông số cơ lý nham thạch vách trụ vỉa than
σn (KG/cm2) γ (G/cm3) Vỉa Vách Số lượng Trụ Số lượng Vách Số lượng Trụ Số lượng Ghi chú 1 2 3 4 5 6 13-1 614,0 100 436,0 76 2,65 87 2,63 62 12 823 689 2,67 2,67 σn trung bình và γ trung bình của đá vách trụ cơ bản các vỉa than