Để cú đỏnh giỏ, kiểm chứng về hiệu quả mang lại khi ỏp dụng giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo thay thế trụ than bảo vệ lũ chuẩn bị, luận ỏn đó lựa chọn Cụng ty than Khe Chàm để phối hợp triển khai cụng nghệ. Vị trớ thiết kế được lựa chọn là lũ chợ 14-5- 19 mức -170/-150 vỉa 14-5 mỏ than Khe Chàm III, Cụng ty than Khe Chàm - TKV. Đối tượng ỏp dụng giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo thay thế trụ than bảo vệ là lũ DVVT của lũ chợ. Đặc điểm điều kiện địa chất, kỹ thuật mỏ khu vực thiết kế như sau:
4.1.1. Đặc điểm điều kiện địa chất và cỏc chỉ tiờu KTKT chủ yếu của lũ chợ 14-5- 19 theo kế hoạch của Cụng ty than Khe Chàm
Vỉa than phạm vi thiết kế cú chiều dày toàn vỉa trung bỡnh 5,6m, gúc dốc 12°, độ kiờn cố than f = 1ữ2; đỏ vỏch trực tiếp chủ yếu là cỏc lớp bột kết, dày từ 3,65 ữ 16,28m, trung bỡnh 9,34m, độ kiờn cố f = 4 ữ 6; vỏch cơ bản là cỏc tập đỏ cỏt kết, cuội kết, chiều dày từ 28,88 ữ 49,07m, trung bỡnh 40,73m, độ kiờn cố f = 6 ữ 8; trụ trực tiếp là đỏ bột kết, chiều dày từ 2,8 ữ 5,05m, trung bỡnh 3,74m, bờn dưới là tõp đỏ cỏt kết, chiều dày từ 6,32 ữ 17,6m, trung bỡnh 13,1m; khu vực thuộc loại I về khớ Mờ tan, than trong vỉa khụng cú tớnh tự chỏy, ớt chịu ảnh hưởng của nước; độ sõu thi cụng lũ DVVT lũ chợ 14.5-19 so với địa hỡnh là 350m (xem bảng 4.1). Theo kế hoạch của Cụng ty than Khe Chàm, lũ chợ được chuẩn bị với kớch thước theo hướng dốc 65m, theo phương 171m. Để bảo vệ và duy trỡ lũ vận tải làm lũ thụng giú cho lũ chợ kế tiếp (14-5-20), sẽ để lại trụ than cú chiều rộng 18m. Chi tiết xem bảng 4.1, hỡnh 4.1.
Bảng 4.1. Đặc điểm cấu tạo vỉa 14.5 khu vực thi cụng đường lũ
TT Tuyến
mặt cắt
Tờn lỗ khoan
Đặc điểm vỉa than Gúc
dốc vỉa Đặc điểm vỏch Vỏch trực tiếp Vỏch cơ bản Than Đỏ kẹp Toàn vỉa Gúc dốc Chiều dày Loại đỏ Chiều dày Loại đỏ 1 VIIc CGH21 3.76 0.47 4.23 - 8.08 Bột kết 49.07 Cỏt kết, cuội kết CGH40 8.57 0.43 9 - 9.36 Bột kết, cỏt kết 41.56 Cỏt kết,cuội kết 2 VIII KCIII-35 3.85 0 3.85 - 3.65 Bột kết 28.88 Cỏt kết, cuội kết 3 VIIIa CGH28 5.3 0 5.3 - 16.28 Bột kết 43.39 Cỏt kết, cuội kết Trung bỡnh 5.37 0.23 5.60 12 9.34 40.73
400 500 29/8 -147.0' 29/10 -146.9' 600 19/9 -155.1' Lũ DVTG 14.5-19 13/8 -156.0' 18/7 -156.6' 17/5 -149.5' A6 -146.9' 14/11 -144.6' 20/11 -144.7' 7/2 -146.6' 25/12 -148.1' -148.5' 15/1 -162.8' M2 -163.7' 14/2 -163.9' -161.4' -160.1' 17/3 -158.8' 26/3 -153.6' 17/3 9/3 -152.4' 19/2 -153.2'
Hỡnh 4.1. Bản đồ vị trớ khu vực lũ chợ thiết kế 14-5-19 mỏ Khe Chàm III [33]
Tổng trữ lượng than huy động khu vực thiết kế là 81 nghỡn tấn, trong diện tớch lũ chợ là 57 nghỡn tấn, trong trụ bảo vệ lũ dọc vỉa vận tải là 24 nghỡn tấn. Tổng khối lượng đường lũ chuẩn bị phục vụ khai thỏc lũ chợ là 432m. Cụng nghệ khai thỏc ỏp dụng là lũ chợ khấu bỏm trụ, hạ trần thu hồi than núc, chống giữ bằng giỏ xớch, khấu gương bằng khoan nổ mỡn. Cụng suất thiết kế 150.000 tấn/năm, năng suất lao động 3,9 tấn/cụng. Sản lượng than dự kiến khai thỏc được từ lũ chợ theo kế hoạch là 47.500 tấn, tương ứng tỷ lệ tổn thất 39,0%. Chi phớ một lũ chuẩn bị 8,26 m/1000 tấn than. Chi tiết thể hiện trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Tổng hợp điều kiện địa chất và cỏc một số chỉ tiờu KTKT của lũ chợ 14.5-19 theo kế hoạch Cụng ty than Khe Chàm
TT 1 - - 2 Tờn chỉ tiờu
Chiều dày vỉa than Chiều dày riờng than Chiều dày toàn vỉa Gúc dốc vỉa Đơn vị m m độ Số lượng 5,37 5,60 12
4.1.2. Thụng số kỹ thuật cơ bản của lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14-5-19
Thời điểm dự kiến triển khai giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo thay thế trụ than bảo vệ, đường lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14.5-19 đó được thi cụng xong. Lũ đào bỏm trụ và nằm hoàn toàn trong vỉa 14.5, tiết diện hỡnh vũm, chiều cao thi cụng 3,24m, chiều rộng 4,03m, diện tớch đào 11,2m2, diện tớch sử dụng 8,5m2, chống giữ bằng kết cấu vỡ thộp linh hoạt 05 đoạn thộp SVP27, bước chống 0,5m/vỡ (hỡnh 4.2).
3 Chiều dài lũ chợ theo hướng dốc m 45
4 Chiều dài trụ than bảo vệ lũ dọc vỉa vận tải m 18
5 Chiều dài theo phương khai thỏc lũ chợ m 171
6 Dung trọng than 3
tấn/m 1,42
7 Trữ lượng than huy động của khu vực thiết kế a Trong diện tớch huy động
- Than sạch N.tấn 81.255
- Than nguyờn khai N.tấn 87.249
b Trong diện tớch trụ bảo vệ
- Than sạch N.tấn 24.034
- Than nguyờn khai N.tấn 25.807
c Trong diện tớch khai thỏc lũ chợ
- Than sạch N.tấn 57.221
- Than nguyờn khai N.tấn 61.442
8 Khối lượng một lũ chuẩn bị khu vực thiết kế 432
- Đường lũ thụng giú m 171
- Đường lũ vận tải m 171
- Thượng phớa trước m 45
- Thượng khởi điểm lũ chợ m 45
9 Cụng nghệ khai thỏc ỏp dụng - GX,
KNM
10 Cụng suất khai thỏc tấn/năm 150.000
11 Năng suất lao động tấn/cụng 3,9
12 Sản lượng than khai thỏc được từ lũ chợ thiết kế tấn 47.500
13 Chi phớ một lũ chuẩn bị m/1000T 8,26
i-I i
3570 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500
4030 i
Hỡnh 4.2. Kết cấu chống giữ lũ vận tải lũ chợ 14.5-19 4.2. Lựa chọn kiểu trụ nhõn tạo ỏp dụng thay thế trụ than bảo vệ
Trong chương 3, luận ỏn đó nghiờn cứu và lựa chọn một số loại hỡnh trụ nhõn tạo để ỏp dụng tại cỏc mỏ hầm lũ vựng Quảng Ninh, gồm: Trụ nhõn tạo bằng dải đỏ chốn; Trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi; Trụ nhõn tạo dạng dải liờn tục. Lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14-5-19 được thi cụng trong phạm vi vỉa than dày (trung bỡnh 5,6m) nờn cỏc giải phỏp trụ nhõn tạo bằng dải đỏ chốn, trụ đỡ khụng phự hợp để ỏp dụng. Theo đú, trong trường hợp này, trụ nhõn tạo cú kết cấu dạng dải liờn tục và kết cấu cũi là cú thể ỏp dụng được.
Đối chiếu hiện trạng điều kiện kỹ thuật, khả năng cung ứng cỏc vật liệu phục vụ chống giữ gia cường, tiến độ sản xuất (lũ chợ 14-5-19 đó chuẩn bị hoàn thiện, phải sớm đưa vào khai thỏc), trong điều kiện lũ DVVT 14-5-19 vỉa 14-5, luận ỏn lựa chọn giải phỏp trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi, do cú thể sử dụng cỏc vật liệu cú sẵn và khụng yờu cầu thiết bị thi cụng chuyờn dụng. Theo đú, phạm vi khỏm chõn lũ chợ sẽ được lưu và chống giữ bởi cỏc cũi cú khả năng chịu nộn phự hợp. Đồng thời, phạm vi bờn trong đường lũ dọc vỉa vận tải 14-5-19 cũng cần phải chống giữ gia cường bổ sung.
4.3. Thiết kế giải phỏp sử dụng trụ nhõn tạo đề xuất
4.3.1. Tớnh toỏn ỏp lực tỏc dụng lờn núc lũ chịu ảnh hưởng của khu vực khai thỏc lũ chợ
Như đó trỡnh bày tại chương 2, đối với loại hỡnh trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi gỗ, lý thuyết tớnh toỏn ỏp lực mỏ tỏc động lờn trụ sẽ được xỏc định theo giỏ trị chuyển vị của đỏ xung quanh đường lũ chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ [10]. Chi tiết tương quan giữa vị trớ đường lũ với cỏc lớp đỏ bao quanh xem hỡnh 4.3.
30 10
32
40 324030 10
Rc=70 Mpa 1 2 Rc=50 Mpa 3 Rc=15 Mpa 4 Rc=50 Mpa
Hỡnh 4.3. Phõn lớp đất đỏ xung quanh lũ vận tải lũ chợ 14.5-19
1. Xỏc định cường độ khỏng nộn bỡnh quõn của đất đỏ xung quanh đường lũ chuyển vị dưới ảnh hưởng của ỏp lực tựa lũ chợ khai thỏc (Rccp)
Khu vực đất đỏ chuyển vị xung quanh đường lũ đi qua được giới hạn ở phạm vi chiều cao phớa trờn núc lũ bằng 1,5 lần chiều rộng đường lũ, về phớa nền lũ là 1,0 lần chiều rộng đường lũ (xem hỡnh 4.3). Đặc tớnh cỏc phõn lớp đất đỏ: 1- Cỏt kết, R=70 MPa, m1=0,258 m; 2- Bột kết, R=50 MPa, m2=3,729 m; 3- Than R=18 MPa, m3=5,725 m; 4- Bột kết, R=50 MPa, m3=3,603 m.
Trước tiờn, luận ỏn xỏc định độ bền tớnh toỏn của cỏc lớp đất đỏ xung quanh đường lũ khi xột đến mức độ phỏ hủy trong khối đỏ theo cụng thức:
Rc=R.kc (4.1)
Trong đú:
R – Giỏ trị cường độ nộn đơn trục trung bỡnh của cỏc lớp đỏ quanh đường lũ; kc – Hệ số cú kể đến sự phỏ hủy trong khối đất đỏ, kc=0,9;
Thay cỏc giỏ trị độ bền nộn R vào cụng thức trờn ta xỏc định được: Rc1=70*0.9=63 MPa; Rc2=50*0.9=45 MPa; Rc3=18*0.9=16,2 MPa; Rc4=5*0.9=45 MPa.
Từ giỏ trị độ bền nộn trung bỡnh ở cỏc lớp đỏ khỏc nhau, xỏc định được cường độ bền nộn đơn trục trung bỡnh của đất đỏ núc và nền lũ theo cụng thức:
���� = 𝐾 � 1 . 𝐾1 𝐾+ 1𝐾 +𝐾 𝐾1 1. +..+𝐾 1 + 𝐾⋯ + 𝐾 𝐾 . 𝐾𝐾
𝐾 (4.2)
Trong đú:
Rci….Rcn – Cường độ chịu nộn tớnh toỏn của cỏc lớp đỏ, MPa m1,…mn - Chiều dày của cỏc phõn lớp đỏ, m
Thay số vào cụng thức (4.2) ta cú:
- Cường độ bền nộn trung bỡnh của đất đỏ núc lũ là:
𝐾𝐾𝐾𝐾 = 63.0,258 + 45.3,729 + 13,5.2,0580,258 + 3,729 + 2,058 = 35,04 𝐾𝐾𝐾
- Cường độ bền nộn trung bỡnh của đất đỏ núc lũ và nền lũ:
𝐾𝐾𝐾𝐾 = 63.0,258 + 45.3,729 + 13,5.5,725 + 45.3,6030,258 + 3,729 + 5,725 + 3,603 = 32,96 𝐾𝐾𝐾
2. Xỏc định giỏ trị chuyển vị của đất đỏ núc lũ:
Lũ DVVT 14-5-19 nằm trong phạm vị chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ đơn, giỏ trị chuyển vị núc và nền lũ được xỏc định theo cụng thức (2.6) như sau:
𝐾𝐾𝐾 = 𝐾𝐾𝐾𝐾 + 𝐾1. 𝐾𝐾𝐾. 𝐾𝐾𝐾 . 𝐾𝐾
Trong đú:
𝐾𝐾𝐾𝐾 – Chuyển vị đất đỏ ở núc lũ trong cỏc đường lũ nằm ngang và nằm nghiờng khi chưa chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ, được tớnh toỏn theo cỏc cụng thức (2.8):
𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐾𝐾𝐾𝐾 – Chuyển vị đất đỏ phụ thuộc vào giỏ trị cường độ khỏng nộn Rc của đất đỏ núc lũ và độ sõu đặt cụng trỡnh, được xỏc định theo hỡnh 2.4,𝐾𝐾𝐾𝐾 = 80 𝐾𝐾 ;
kα – Hệ số ảnh hưởng của gúc nghiờng phõn lớp đất đỏ và hướng khai đào lũ cú tương quan với phõn lớp đất đỏ, với gúc nghiờng phõn lớp đất đỏ của đường lũ α≤20° , lựa chọn theo bảng 2.2, kα =1,0;
ks – Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của chiều rộng đường lũ, ks=0,2(b-1), thay giỏ trị chiều rộng đường lũ b=4,03 m, xỏc định được ks=0,61;
kB – Hệ số tỏc động của cỏc đường lũ khỏc, đối với 1 đường lũ chọn kB=1,0; kt – Hệ số ảnh hưởng của thời gian đối với chuyển vị đất đỏ; lựa chọn theo đồ thị hỡnh 2.5 với giỏ trị H/Rccp=350/32,96=10,6, xỏc định được kt = 1;
U1 – Chuyển vị đất đỏ trong vựng chịu ỏp lực tựa tạm thời gương lũ chợ khai thỏc, được xỏc định theo đồ thị hỡnh 2.6, U1 = 350 mm;
kkp=0,8;
kst – Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của diện tớch mặt cắt ngang đường lũ sau lỳn, tra bảng 2.4 xỏc định được kst=1,0;
kk – Hệ số đặc trưng của chuyển vị tổng thể đất đỏ núc, xỏc định theo đồ thị hỡnh 2.7, kk=0,45;
Thay cỏc giỏ trị trờn vào cụng thức (2.6) ta xỏc định được giỏ trị chuyển vị tại núc lũ Ukp như sau:
𝐾𝐾𝐾 = 54,5 + 350 ì 0,8 ì 1 ì 0,45 = 177,5 (mm)
3. Xỏc định tải trọng tỏc động lờn đường lũ (P)
Tải trọng tỏc động lờn một một đường lũ được xỏc định theo cụng thức (2.9): 𝐾 = 𝐾𝐾 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾
Trong đú:
PN- Tải trọng đơn vị tiờu chuẩn xỏc định theo giỏ trị chuyển vị và chiều rộng đường lũ thiết kế; tra bảng bảng 2.5, PN=64,15 kPa;
kp – Hệ số đặc trưng cho sự chuyển tải và mức độ ẩm ướt của đường lũ; được tớnh toỏn cho cỏc đường lũ mở vỉa theo bảng 2.6, đối với cỏc đường lũ chuẩn bị thỡ kp=1;
kpr – Hệ số ảnh hưởng của kỹ thuật xõy dựng đường lũ, xỏc định theo bảng 2.7, đường lũ khai đào bằng phương phỏp khoan nổ mỡn kpr =1;
b - Chiều rộng đường lũ; b=4,03 m;
Tổng hợp kết quả tớnh toỏn, xỏc định được tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu chống thể hiện trong bảng 4.3 và 4.4 sau:
Bảng 4.3. Cỏc thụng số đầu vào để tớnh tải trọng tỏc dụng lờn vỡ chống
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu Đơn vị Trị số
1 Độ bền nộn trung bỡnh của đỏ núc lũ Rtkp MPa 35,04 2 Độ bền nộn trung bỡnh của đỏ núc và nền lũ Rccp MPa 31,8
3 Hệ số kể đến sự phỏ hủy trong khối đỏ kc - 0.9
4 Độ sõu của đường lũ H m 350
5 Chuyển vị đất đỏ phụ thuộc vào giỏ trị cường
Bảng 4.4. Áp lực đất đỏ tỏc dụng lờn núc lũ
4.3.2. Tớnh toỏn, thiết kế trụ nhõn tạo chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19
Để phục vụ cụng tỏc chuẩn bị khai thỏc lũ chợ 14.5-19, theo thiết kế của Cụng ty than Khe Chàm, cần thi cụng đào khỏm chõn lũ chợ chiều cao 2,2m, chiều rộng
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu Đơn vị Trị số
6 Hệ số ảnh hưởng của gúc nghiờng phõn lớp đất
đỏ và hướng khai đào kα - 1,0
7 Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của diện tớch mặt
cắt ngang đường lũ sau lỳn kst - 1,0
8 Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của chiều rộng
đường lũ ks - 0,61
9 Hệ số tỏc động của đường lũ khỏc kb - 1,0
10 Hệ số ảnh hưởng của thời gian với chuyển vị kt - 1,0 11 Cỏc chuyển vị đất đỏ trong vựng ỏp lực tựa tạm
thời gương lũ chợ khai thỏc U1 mm 350
12 Tải trọng tớnh toỏn theo chuyển vị và chiều rộng lũ N
P kN/m2 60,45
13 Hệ số ảnh hưởng của loại núc lũ theo sự phỏ hủy kkp - 0,8 14 Hệ số đặc trưng của chuyển vị tổng thế đỏ núc kk - 0,45 15 Hệ số đặc trưng cho sự truyển tải và mức độ ẩm
ướt trong đường lũ kp - 1,0
16 Hệ số ảnh hưởng của kỹ thuật xõy dựng đường lũ kpr - 1,0
17 Chiều rộng đường lũ b m 4,03
18 Chiều cao đường lũ h m 3,24
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu
Đơn
vị Trị số
1 Chuyển vị của đất đỏ núc lũ ở trạng thỏi cơ bản Uokp mm 48,5 2 Chuyển vị của đất đỏ núc lũ khi chịu ỏp lực lũ chợ Ukp mm 170,9 3 Tải trọng đơn vị tiờu chuẩn của núc lũ N
P kN/m2 60,45
4 Tải trọng tớnh toỏn lờn núc lũ P 2
2,4m. Khỏm chõn lũ chợ được chống giữ trong thời gian khai thỏc lũ chợ bằng 4 cặp xà hộp HDFBC-3600. Để chống giữ ổn định khỏm chõn lũ chợ, đề tài lựa chọn giải phỏp chống giữ bằng cũi gỗ lưu kết hợp cột chống linh hoạt chế tạo từ cỏc đoạn thộp SVP. Chi tiết tớnh toỏn theo cỏc bước dưới đõy.
4.3.2.1. Tải trọng làm việc của một cũi gỗ
Tải trọng làm việc của một cũi gỗ được xỏc định theo cụng thức sau [18]: Pc = 𝐾 . 𝐾 . 𝐾 𝐾
𝐾 (T/cũi) (4.3)
Trong đú:
n – Số gúc của cũi gỗ n = 4;
S – Diện tớch tiếp xỳc của 2 thanh gỗ cũi khi chịu nộn, S = 0,8*F, cm2; F – Tiết diện ngang của gỗ cũi, thiết kế lựa chọn thanh gỗ làm cũi cú đường