Kết quả nộn thớ nghiệm theo tài liệu [55] được trỡnh bày ở trờn cho thấy, cũi gỗ khi được lấp đầy bằng cốt liệu rắn sẽ cho phộp tăng cường độ chịu nộn. So với trụ nhõn tạo bằng dải đỏ chốn, trụ nhõn tạo bằng cũi kết, hay cũi kết hợp cốt liệu rắn sẽ cho phộp giảm đỏng kể mức độ năng nhọc cho người lao động trong quỏ trỡnh thi cụng. Bởi khối lượng vật liệu phục vụ thi cụng khụng lớn, chủ yếu là khối lượng gỗ xếp cũi và khối lượng cốt liệu lấp đầy (nếu cú), chi tiết sơ đồ cụng nghệ xem hỡnh 3.7.
Hỡnh 3.7. Sơ đồ cụng nghệ sử dụng trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi
Ngoài ra, khi khụng sử dụng vật liệu lấp đầy, để tăng khả năng khỏng tải của cũi, cú thể thay thế cột cũi từ gỗ sang sử dụng kết cấu cột thộp linh hoạt. Khi đú, cũi
hoạt lớn, nờn để đảm bảo ổn định cho phạm vi hụng lũ, chiều rộng trụ được chống đỡ bằng cũi kết hợp cột thộp sẽ lớn hơn so với cũi kết hợp cốt liệu rắn. Dự kiến sẽ chống đỡ toàn bộ phạm vi khỏm chõn lũ chợ, tương ứng chiều rộng chống giữ cú thể tới 3,0m, chi tiết xem hỡnh 3.8.
Hỡnh 3.8. Sơ đồ khai thỏc sử dụng trụ nhõn tạo bằng cũi gỗ kết hợp cột thộp
Chi tiết và trỡnh tự thực hiện cỏc khõu cụng nghệ của giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi như sau:
a. Tớnh toỏn mật độ cũi
Mật độ cũi phụ thuộc vào khả năng khỏng nộn của bản thõn cũi và ỏp lực của đỏ vỏch khu vực dự kiến sử dụng cũi. Cường độ khỏng nộn của cũi tựy thuộc vào loại gỗ làm cũi, cốt liệu rắn lấp đầy khoảng trống của cũi (nếu cú) và thộp sử dụng làm cột cũi.
Việc xỏc định chớnh xỏc cường độ khỏng nộn của cỏc kiểu kết cấu cũi phải được thực hiện bằng thớ nghiệm cụ thể. Theo kết quả nộn thớ nghiệm do Waldemar Korzeniowski và Krzystof Skrzypkowski thực hiện [55], cường độ khỏng nộn đơn trục bỡnh quõn của cũi theo cỏc loại vật liệu lấp đầy thay đổi từ 8,2 MPa (lấp đầy bằng cỏt) ữ 13,2 MPa (lấp đầy bằng vật liệu khoỏng húa mỏ - một dạng vật liệu kết hợp giữa xi măng, tro đỏy, phụ gia đụng kết nhanh, ...), chi tiết thể hiện trong bảng 3.1.
TT Kiểu kết cấu cũi (kN) trung bỡnhkhỏng nộn (MPa)
Từ Đến Trungbỡnh
1 Cũi trống 38 44 41,3 3,5
2 Cũi lấp đầy bằng cỏt 74 119 96,9 8,2
3 Cũi lấp đầy bằng bao cỏt 93 116 99,2 8,3
4 Cũi lấp đầy bằng vật liệu khoỏng húa 145 166 156,8 13,2
5 Vật liệu khoỏng húa 72 115 82,7 10,7
Mật độ cũi cú thể được tớnh toỏn đơn giản theo cụng thức sau [54]:
Trong đú:
� �= ��, (cỏi) (3.2)
��
Nc – số lượng cũi, cỏi;
Qp – Tải trọng mỏ tỏc động lờn khu vực sử dụng cũi (xỏc định theo cụng thức từ 2.6 ữ 2.12), N;
Fp – cường độ chống giữ của một cũi, N.
b. Cụng tỏc thi cụng cũi
Cũi sẽ được xếp dọc theo đường lũ ở vị trớ phỏ hỏa giỏp với hụng lũ chuẩn bị cần được bảo vệ. Theo đú, khoảng khụng gian phớa sau lũ chợ giỏp với phỏ hỏa sẽ được chống lưu giữ lại để phục vụ việc thi cụng cũi. Trong đú:
- Với lũ chợ chống giữ bằng vỡ chống thủy lực (cột thủy lực đơn, giỏ thủy lực, giỏ khung, giỏ xớch), phạm vi khỏm chõn lũ chợ được chống giữ bằng cột thủy lực đơn kết hợp xà thộp. Việc chống lưu giữ khụng gian phớa phỏ hỏa sẽ được thực hiện ngay tại khụng gian khỏm bằng cỏch chống cỏc vỡ chống gỗ xen kẽ giữa cỏc khoang vỡ chống khỏm, cụng tỏc thi cụng sẽ tương đối đơn giản.
- Với lũ chợ chống giữ bằng giàn chống, do khụng sử dụng khỏm chõn, đồng thời cỏc giàn chống được chống giữ gần như sỏt nhau, nờn việc chống giữ khoảng khụng gian phục vụ thi cụng cũi sẽ khụng thể thực hiện ngay trong lũ chợ. Trong điều kiện này, khoảng trống sẽ được lưu giữ ở phớa sau giàn bằng cỏch tiếp cận từ lũ chuẩn bị cần bảo vệ.
trớ dự kiến hỡnh thành cũi sẽ thực hiện bằng thủ cụng. Trong quỏ trỡnh xếp cỏc thanh cũi, đồng thời với đú sẽ đưa vật liệu vào khụng gian bờn trong cũi cho tới khi kết thỳc thi cụng cũi. Cỏch làm này tồn tại một nhược điểm là vật liệu khụng thể đưa vào đầy sỏt đến bề mặt cũi để tiếp xỳc ngay với núc lũ. Nghĩa là phải chờ khi cũi chịu nộn lỳn xuống một khoảng nhất định, khi đú cốt liệu rắn mới bắt đầu làm việc để tăng khả năng chịu nộn của cũi.
Trường hợp sử dụng cốt liệu lấp đầy là vật liệu khoỏng húa (dạng bột, để sử
dụng phải hũa trộn với nước theo tỷ lệ phự hợp tựy thuộc vào loại vật liệu và cường độ khỏng nộn cần thiết), để rỳt ngắn thời gian thi cụng, hỗn hợp vữa vật liệu khoỏng
húa và nước sẽ được đưa vào khụng gian bờn trong cũi dưới sự hỗ trợ của bơm chuyờn dụng. Trong điều kiện Việt Nam, tại Cụng ty than Hồng Thỏi đó sử dụng tổ hợp bơm MONO TF [13] để thi cụng tường cỏch ly ngăn rũ giú trờn lũ dọc vỉa. Tổ hợp bơm này được chế tạo bao gồm 02 chức năng là gia cụng hỗn hợp dung dịch vật liệu – nước và bơm dung dịch này vào vị trớ cần thi cụng. Để phục vụ bơm hỗn hợp vật liệu khoỏng húa – nước vào bờn trong cũi, hoàn toàn cú thể sử dụng tổ hợp bơm kiểu này hoặc tương đương. Thụng số kỹ thuật của tổ hợp bơm MONO TF thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Đặc tớnh kỹ thuật của cụm mỏy bơm MONO TF
TT Thụng số Đơn vị Số lượng
1 Kớch thước (dài x rộng x cao) mm 1981 x650 x 950
2 Trọng lượng mỏy kg 470
3 Cụng suất làm việc m3/h 2-15
4 Lưu lượng nước cần cho tổ hợp lớt/ph 10-150
5 Nhiệt độ làm việc của tổ bơm 0C 0-40
6 Khoảng cỏch đặt bơm
- Theo phương ngang m 320
- Theo phương đứng m 95
7 Cụng suất động cơ kW 7,5
8 Điện ỏp nguồn 500v/50Hz hoặc 1000V/50Hz
9 Áp suất nước cho tổ hợp MPa 0,3-1
cứu kinh nghiệm trờn thế giới, luận ỏn đề xuất gia cường bổ sung cho lũ chuẩn bị bằng cỏc hỡnh thức sau (hỡnh 3.9):
- Sử dụng kết cấu chống tăng cường lũ dọc vỉa: theo kinh nghiệm quan trắc
dịch động lũ chuẩn bị (phạm vi từ gương lũ chợ về phớa phỏ hỏa) cho thấy, với khụng gian đường lũ phớa sau gương lũ chợ, trong phạm vi khoảng 100m tớnh từ gương, do ảnh hưởng của sập đổ và dịch chuyển đất đỏ, ỏp lực tỏc động lờn đường lũ lớn. Từ một thứ 100 trở về sau, đất đỏ xung quanh đường lũ chuẩn bị đó đi vào trạng thỏi cõn bằng, biến động dịch chuyển cơ bản đó kết thỳc, diện tớch tiết diện đường lũ được duy trỡ. Với khụng gian phớa trước gương lũ chợ, phạm vi từ gương đến một thứ 20, ỏp lực tựa tỏc động lờn lũ chuẩn bị là lớn nhất. Do đú, để tăng khả năng chịu lực và duy trỡ được tiết diện đường lũ, trong phạm vi 100m phớa sau và 20m phớa trước gương lũ chợ, đường lũ sẽ được duy trỡ chống tăng cường bằng vỡ cột thủy lực đơn (hoặc loại vỡ chống phự hợp khỏc) trong quỏ trỡnh khai thỏc. Đồng thời, sẽ treo bổ sung ray/thộp thanh chuyờn dụng dọc theo đường lũ nhằm liờn kết tăng mức độ ổn định, khả năng chịu tải của vỡ chống.
- Gia cường cho lũ chuẩn bị: sử dụng kết cấu vỡ neo cỏp để treo khối đỏ trong phạm vi dịch chuyển núc lũ lờn tập đỏ vỏch ổn định. Giải phỏp này được sử dụng khỏ rộng rói và đó chứng minh được hiệu quả.
cũi kết hợp cốt liệu rắn và trụ đỡ bờ tụng, nhưng do dải chốn được thi cụng liờn tục nhau nờn bờn cạnh nhiệm vụ chống đỡ vỏch phạm vi đường lũ chuẩn bị cần bảo vệ, việc cỏch ly đường lũ với khu vực đó khai thỏc cũng cú mức độ tin cậy cao, cho phộp loại trừ cỏc mối nguy hiểm/ảnh hưởng của việc trào khớ, nhiệt, nước từ khu khai thỏc cũ, cũng như hạn chế tối đa rũ giú từ đường lũ vào khu vực khai thỏc để cú thể phỏt sinh sự cố chỏy mỏ khi vỉa than cú khả năng tự chỏy.
Đồng thời, do trụ nhõn tạo dạng dải cho phộp ứng dụng cỏc vật liệu mới (cụng nghệ hiện đại) cú khả năng chịu lực tốt, tương tự, thậm chớ tốt hơn cỏc loại bờ tụng đang sử dụng trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng, nờn kớch thước trụ (chiều rộng trụ) cũng được giảm đi đỏng kể. Chi tiết sơ đồ cụng nghệ xem hỡnh 3.10.
nhõn tạo dạng dải liờn tục bằng cỏch tận dụng đỏ từ khụng gian phỏ hỏa lũ chợ (tự trụi vào khụng gian hụng lũ cần bảo vệ), kết hợp chất dớnh kết để liờn kết thành khối cú khả năng chịu nộn cao, nhằm đồng thời bảo vệ đường lũ và cỏch ly tốt với khu vực phỏ hỏa. Chi tiết sơ đồ cụng nghệ xem hỡnh 3.11.
a. Trụ nhõn tạo trước khi thi cụng b. Trụ nhõn tạo sau khi thi cụng
Hỡnh 3.11. Sơ đồ cụng nghệ sử dụng trụ nhõn tạo dạng dải liờn tục (bằng đỏ phỏ hỏa kết hợp chất dớnh kết)
Chi tiết và trỡnh tự thực hiện cỏc khõu cụng nghệ của giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo dạng dải liờn tục như sau:
a. Tớnh toỏn kớch thước dải trụ
Với nhiệm vụ chống đỡ đỏ vỏch phạm vi bờn hụng để bảo vệ và duy trỡ lũ chuẩn bị của lũ chợ này sử dụng cho lũ chợ kế tiếp, dải trụ nhõn tạo phải cú độ bền (khả năng khỏng nộn) tương thớch với ỏp lực mỏ tỏc động lờn nú. Trong mối quan hệ này, ỏp lực mỏ là yếu tố cố định, cỏc vấn đề cũn lại cần phải xỏc định là kớch thước (chiều rộng) và cường độ chịu nộn của dải trụ thi cụng.
Theo kinh nghiệm [54], chiều rộng dải trụ nhõn tạo sẽ được định hỡnh ngay từ khi thiết kế, nằm trong phạm vi từ 0,5 ữ 1,1 lần chiều cao trụ (đõy chớnh là chiều cao khấu gương với vỉa dày, hoặc chiều dày vỉa với điều kiện vỉa than dày trung bỡnh, lũ chợ khấu hết vỉa). Chiều rộng dải trụ khi đú được xỏc định theo cỏc bước sau:
- Bước 1: Xỏc định tải trọng tỏc động lờn một một dải trụ nhõn tạo theo cụng
thức (2.5).
�� = ��
, kN/m; �
d – Chiều rộng dải trụ nhõn tạo, m;
- Bước 2: Xỏc định tải trọng phỏ hủy Pph của dải trụ theo cụng thức (2.3):
Trong đú: � ��ℎ = ��� . �( 2 : ℎ), kN/m;
σvl - Cường độ khỏng nộn của vật liệu thi cụng trụ, kN/m2;
h – Chiều cao dải trụ nhõn tạo, m;
- Bước 3: So sỏnh tải trọng tỏc động lờn dải trụ và tải trọng phỏ hủy của trụ theo
mối quan hệ với hệ số an toàn kể đến độ bền của trụ nhõn tạo theo cụng thức (2.4):
� = ���ℎ�
Trong đú:
k - hệ số an toàn kể đến độ bền của trụ trong thiết kế, k = 1,5 ữ 2,0.
Tiến hành lặp lại từ bước 1 đến bước 3, với sự điều chỉnh về chiều rộng trụ, vật liệu thi cụng dải trụ cho đến khi đạt yờu cầu k = 1,5 ữ 2,0. Dải giỏ trị này là yờu cầu tối thiểu, quỏ trỡnh thiết kế, tựy chức năng, thời gian tồn tại và mức độ quan trọng của đường lũ dọc vỉa than, cú thể yờu cầu với hệ số k >2.
b. Cụng tỏc thi cụng dải trụ
- Cụng tỏc chuẩn bị: kớch thước của dải trụ thi cụng là tương đối lớn. Vớ dụ
trong điều kiện vỉa dày 2,2m, diện tớch trụ khi đú cú thể tạm xỏc định là 2,2 x (0,5 ữ 1,1)x2,2 = 2,4 ữ 5,3 m2. Giả sử bước thi cụng trụ từ 1,0 ữ 3,0 m, khối lượng vật liệu tương ứng sử dụng cho một lần thi cụng là từ 2,4 ữ 16,0 m3.
Do vật liệu thi cụng trụ sẽ được hũa trộn với nước tạo thành dung dịch lỏng, nờn để cụng tỏc thi cụng đảm bảo yờu cầu kỹ thuật, rỳt ngắn thời gian thực hiện, trờn cơ sở kinh nghiệm tại Trung Quốc (mỏ Tõn Nguyờn, mỏ Changcun), đề xuất sử dụng cỏc tỳi chuyờn dụng (khung cốp pha mềm) để làm khuụn phục vụ thi cụng trụ, hoặc cú thể sử dụng kết cấu cũi bằng gỗ xẻ tạo mộng để xếp thành khuụn kớn (như tại mỏ Bogdanka, Ba Lan). Theo tiến độ thi cụng, khung cốp pha mềm này sẽ được định vị (treo lờn núc lũ và định vị ghim vào nền lũ) ở vị trớ dự kiến thi cụng theo thiết kế.
- Vật liệu thi cụng dải trụ nhõn tạo: theo xu thế phỏt triển của khoa học kỹ
thuật mỏ, để đồng thời đỏp ứng yờu cầu chống giữ, thuận lợi và giảm mức độ nặng nhọc cho người lao động, nhiều đơn vị trờn thế giới đó sản xuất ra nhiều loại vật liệu
hầu hết nằm ở dạng bột, chứa trong cỏc bao riờng lẻ (20 ữ 30 kg) để thuận lợi cho cụng tỏc vận chuyển. Tại vị trớ thi cụng, chỳng sẽ được bơm chuyờn dụng gia cụng hũa trộn với nước thành dung dịch lỏng, sau đú bơm đẩy vào cỏc khung cốp pha mềm. Một số loại vật liệu khoỏng húa mỏ cú thể sử dụng xem bảng 3.3.
Bảng 3.3. Đề xuất một số loại vật liệu sử dụng để xõy dựng trụ nhõn tạo TT Loại vật liệukhoỏng húa
Tỷ lệ pha trộn với nước
(Nước/vật liệu) Xuất xứ
Thời gian bắt đầu phản ứng (phỳt) Cường độ khỏng nộn (MPa) 1 PROCEM C 2/1 Ba Lan 4,75 - 9 10,4 2 IZOLOTEX C 2,5/1 Ba Lan 7 - 18 5,1 1/1 18,3 3 PRESOLIT 0,21/1 Ba Lan 240 - 360 45 4 TEKSIL 1/1 Ba Lan 14,59 5 C10 - TrungQuốc - 10 6 C20 - TrungQuốc - 20 7 C30 - TrungQuốc - 30 8 C40 - TrungQuốc - 40
- Thi cụng dải trụ nhõn tạo: để thi cụng dải trụ, sử dụng bơm chuyờn dụng gia cụng dung dịch vật liệu-nước, sau đú bơm vào cỏc tỳi cốp pha mềm. Để tăng độ bền của dải trụ, với mỗi tiến độ thi cụng cú thể bố trớ một thanh neo xuyờn qua thõn trụ để tăng khả năng chịu kộo, chịu nộn của trụ. Bơm cú thể đặt tại vị trớ thi cụng hoặc đặt ở vị trớ khỏc cỏch xa khu vực thi cụng. Khoảng cỏch thụng thường từ 250 ữ 300m với cỏc loại bơm chuyờn dụng. Một số loại bơm cú thể sử dụng là MONO TF (khoảng cỏch đặt bơm lớn nhất 320m, đường kớnh ống bơm 32mm), MONO- WT820 (khoảng cỏch đặt bơm lớn nhất 250m, đường kớnh ống bơm 32mm), …
c. Cụng tỏc gia cường bổ sung lũ chuẩn bị
Tương tự giải phỏp trụ bảo vệ sử dụng cũi (dải trụ khụng liờn tục), để hỗ trợ bảo vệ lũ chuẩn bị cho dải trụ được thi cụng, đề xuất gia cường bổ sung cho lũ chuẩn bị bằng cỏc hỡnh thức sau (hỡnh 3.12):
- Sử dụng kết cấu chống tăng cường lũ dọc vỉa: trong phạm vi khoảng 100m
để tăng mức độ ổn định và khả năng chịu tải.
- Gia cường cho lũ chuẩn bị: sử dụng kết cấu vỡ neo cỏp để neo giữ khối đỏ
núc lũ lờn tập đỏ vỏch ổn định.
Hỡnh 3.12. Gia cường bổ sung cho lũ chuẩn bị được bảo vệ bằng dải trụ nhõn tạo 3.3. Nghiờn cứu khả năng giảm tổn thất tài nguyờn khi ỏp dụng trụ nhõn tạo thay thế trụ than bảo vệ đường lũ
Để bảo vệ đường lũ chuẩn bị, tại cỏc mỏ than hầm lũ vựng Quảng Ninh đang ỏp dụng hỡnh thức truyền thống bằng trụ than. Chiều rộng trụ (Ltr) được cỏc đơn vị xỏc định theo cụng thức của giỏo sư Protodiakonov [48] như sau:
Trong đú: Lt r ≥ cos α ìζ ì 5 ,(m) (3.3)
Ld - Chiều dài theo hướng dốc của lũ chợ, m; α - Gúc dốc của vỉa, độ;
H - Chiều sõu khai thỏc trung bỡnh, m;
f - Hệ kiờn cố của đỏ vỏch theo thang chia của Protodiakonov;
ζ - Hệ số kể đến độ bền của than và đỏ trụ (với than và đỏ trụ cứng ζ =