TT Vị trí lấy mẫu Số lƣợng (mẫu) Ghi chú
1 Gương lị chợ 14-5-1D 24
Giá 10 ÷ 20 08
Giá 40 ÷ 50 08
Giá 65 ÷ 75 08
2 Lị dọc vỉa thơng giĩ LC14-5-1D 03 Mẫu than được bảo quản trong túi và thùng kín để tránh bay hơi 3 Lị dọc vỉa vận tải LC14-5-1D 03
1. Mẫu than lấy tại lị chuẩn bị 2. Mẫu than lấy tại gương lị chợ
Hình 2.1 - Các mẫu than lấy từ khu vực lị chợ 14-5-1D vỉa 14-5
2.2.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của than vỉa 14-5
1. Phương pháp thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên của than
Độ ẩm tự nhiên của mẫu than được xác định theo TCVN 4196-1995. Mẫu than để xác định độ ẩm ở trạng thái cấu trúc nguyên trạng được đặt trong các túi và hộp kín để tránh bay hơi. Các thiết bị, dụng cụ phục vụ cơng tác thí nghiệm gồm tủ sấy, cân kỹ thuật, cốc thủy tinh hoặc hộp nhơm cĩ lắp được đánh số.
Các bước tiến hành để xác định độ ẩm tự nhiên của than: lấy mẫu than thí nghiệm cho vào cốc bằng thuỷ tinh hoặc hộp nhơm cĩ nắp đã được đánh số. Sau đĩ nhanh chĩng đậy nắp và đem cân trên cân kĩ thuật để xác định khối lượng của cốc thuỷ tinh hoặc hộp nhơm với mẫu than (m1). Mở nắp cốc hoặc
hộp ra và đem làm khơ trong tủ sấy ở nhiệt độ 105 20C cho đến khi khối lượng khơng đổi. Mẫu than được sấy ít nhất hai lần trong đĩ lần đầu là 3 tiếng và lần thứ 2 là 5 tiếng. Sau khi đã sấy đủ thời gian cho mỗi lần như đã nêu ở trên, lấy cốc (hoặc hộp) ra khỏi tủ sấy, đậy ngay nắp lại và đặt vào bình hút ẩm từ 45 phút đến 1 giờ để làm nguội mẫu, rồi đem cân cốc (hoặc hộp) cĩ đựng mẫu đã nguội trên cân kĩ thuật để xác định khối lượng của than đã được sấy khơ đến khơng đổi và cốc thuỷ tinh hoặc hộp nhơm (mo). Lấy khối lượng nhỏ nhất của cốc (hoặc hộp) cĩ đựng mẫu trong các lần cân của quá trình sấy khơ đến khối lượng khơng đổi làm kết quả cân.
1. Tủ sấy mẫu 2. Cân kỹ thuật
Hình 2.2 - Một số thiết bị thí nghiệm độ ẩm tự nhiên của than
Độ ẩm của tự nhiên của mẫu than (W) được tính bằng % theo cơng thức sau: 1 100 m m m m W o o , (%). Trong đĩ:
m - khối lượng của cốc thuỷ tinh hoặc hộp nhơm, (g);
mo - khối lượng của than đã được sấy khơ đến khơng đổi và cốc thuỷ tinh hoặc hộp nhơm, (g);
m1 - khối lượng của than ở trạng thái tự nhiên và cốc thuỷ tinh hoặc hộp nhơm, (g);
2. Phương pháp xác định khối lượng thể tích của than
Khối lượng thể tích của than được xác định theo phương pháp bọc sáp quy định tại TCVN 4202:2012. Mẫu than thí nghiệm cĩ cấu trúc nguyên trạng và độ ẩm tự nhiên, dạng hình bầu dục và thể tích khơng nhỏ hơn 30 cm³. Các thiết bị dụng cụ được sử dụng trong cơng tác thí nghiệm gồm cân kỹ thuật, cốc thủy tinh đựng nước dung tích 500 ml, chỉ, sáp, bếp cát, v.v
1. Mẫu than trước khi bọc sáp 2. Mẫu than sau khi bọc sáp
Hình 2.3 - Mẫu than thí nghiệm xác định khối lƣợng thể tích
Các bước tiến hành để xác định khối lượng thể tích của mẫu than theo phương pháp bọc sáp: đầu tiên lấy mẫu than đem cân để xác định khối lượng của mẫu trong khơng khí, sau đĩ bọc một lớp sáp lên mẫu than với độ dày khoảng từ 0,5 ÷ 1,0 mm (phải dùng sáp trắng nguyên chất và đã kiểm tra để biết trước khối lượng thể tích của sáp). Tiếp đĩ cân mẫu than đã được bọc sáp trên cân kĩ thuật trong khơng khí và trong nước để xác định khối lượng của mẫu trong khơng khí và trong nước.
Khối lượng thể tích của mẫu than được tính theo cơng thức: ) ( ) ( . . 1 2 1 m m m m m n p p n , (g/cm3). Trong đĩ:
m - là khối lượng mẫu than trước khi bọc sáp, (g);
m1 - là khối lượng mẫu than đã bọc sáp cân trong khơng khí, (g); m2 - là khối lượng mẫu than bọc sáp cân trong nước, (g);
n - là khối lượng riêng của nước, (n = 1 g/cm³); p - là khối lượng riêng của sáp, (p = 0,93 g/cm³).
3. Phương pháp xác định khối lượng riêng của than
Khối lượng riêng của than được xác định theo TCVN 4195:12. Mẫu than để thí nghiệm được sàng qua rây N°2 và sấy khơ đến khối lượng khơng đổi. Các thiết bị dụng cụ để thí nghiệm gồm bình tỉ trọng, cân kỹ thuật, bếp cát, nước cất, v.v.
Hình 2.4 - Mẫu than thí nghiệm xác định khối lƣợng riêng
Các bước tiến hành để xác định khối lượng riêng của mẫu than: lấy khoảng 15 g mẫu cho vào bình tỉ trọng rồi đem cân để xác định khối lượng của bình tỷ trọng và đựng than, đem trừ đi khối lượng của bình, được khối lượng của than ở trạng thái khơ tuyệt đối (m0). Để khơng khí thốt ra khỏi than, đổ nước cất vào khoảng một nửa thể tích bình tỷ trọng lắc đều rồi đặt
bình trên bếp cát đun sơi trong khoảng thời gian từ 30 phút đến một tiếng, khi đun sơi xong tiếp tục cho nước cất vào bình tỷ trọng đến vạch và làm nguội bình theo nhiệt độ phịng, xác định nhiệt độ của huyền phù trong bình. Dùng khăn hoặc giấy thấm lau khơ mặt ngồi của bình rồi cân để xác định khối lượng của bình chứa đầy than (m2). Đổ than ra và rửa sạch bình, sau đĩ cho nước cất đã đun sơi vào bình đến vạch và làm nguội đến cùng nhiệt độ của huyền phù rồi cân để xác định khối lượng của bình chứa đầy nước (m3).
Khối lượng riêng của than được xác định theo cơng thức sau:
n m m m m D . ) ( 0 3 2 0 , (g/cm3 ). Trong đĩ:
m0 - Khối lượng của than khơ tuyệt đối trong bình, (g); m2 - Khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước và than, (g); m3 - Khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước, (g);
n - khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, (g/cm³).
4. Phương pháp xác định hệ số thẩm thấu của than
Hệ số thấm của than được xác định theo phương pháp cột nước khơng đổi trong TCVN 8723:2012. Phương pháp này xác định hệ số thấm của than bằng cách đo lượng nước thấm qua tiết diện thấm của mẫu than theo chiều từ trên xuống, trong một thời gian nhất định, dưới tác dụng của cột nước cĩ chiều cao khơng đổi; áp dụng định luật chảy tầng của Darcy để tính hệ số thấm của than. Các thiết bị dụng cụ thí nghiệm gồm thiết bị thấm đầu nước khơng đổi kiểu ống mẫu thấm, thùng cấp nước, đầm gỗ, nhiệt kế cĩ độ chính xác 0,50C, đồng hồ bấm giây, v.v.
Chú dẫn:
1. Thùng kim loại trịn kín đáy 2. Bản kim loại đục lỗ 3. Lỗ đo áp 4. Các ống đo áp 5. Lỗ tràn nước 6. Lỗ thốt nước thấm ra 7. Ống điều tiết
8. Giá đỡ thanh trượt 9. Bình cấp nước 10. Ống cấp nước 11. Van đĩng nước 12. Thùng đo 500ml 13. Nhiệt độ kế 14. Mẫu thí nghiệm 15. Tầng cát sỏi
Hình 2.5 - Dụng cụ đo hệ số thẩm thấu của than
Các bước tiến hành thí nghiệm xác định hệ số thẩm thấu của than gồm: chuẩn bị mẫu thí nghiệm, lắp ráp thiết bị ống mẫu thấm, cho mẫu vào ống thấm rồi tiến hành thí nghiệm. Hệ số thấm của than, Kth ứng với chiều cao cột nước ở các ống đo áp sử dụng và nhiệt độ nước T°C khi thí nghiệm được tính tốn theo cơng thức: t H F L Q Kth . . . , (cm/s). Trong đĩ:
Q - Lượng nước thấm hứng được trong thời gian t, (cm3);
F - Tiết diện thấm của mẫu than, bằng tiết diện ngang của ống mẫu, (cm2); t - Thời gian thấm (s);
H - Hiệu số của chiều cao cột nước trong 2 ống đo áp (ống đo áp cao và ống đo áp thấp), (cm);
H = H1-H2
H1 - Chiều cao cột nước trong ống đo áp cao, (cm); H2 - Chiều cao cột nước trong ống đo áp thấp, (cm);
L - Chiều dài thấm, bằng khoảng cách giữa tâm 2 lỗ ở thân ống mẫu kết nối với 2 ống đo áp, (ống đo áp cao và ống đo áp thấp) tương ứng, (cm).
5. Phương pháp xác định cường độ kháng cắt của than với các miền độ ẩm và thời gian khác nhau
Căn cứ theo các nghiên cứu của Trung Quốc về độ bền của than sau khi bơm ép nước cho thấy sự tồn tại của lực hút trong khối than phi bão hịa nước là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền của khối than. Tuy nhiên việc xác định được lực hút với điều kiện trang thiết bị hiện cĩ của các đơn vị nghiên cứu khoa học trong nước khĩ cĩ thể thực hiện. Do đĩ báo cáo lựa chọn phương án thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt của than với các miền độ ẩm khác nhau, qua đĩ xây dựng các mối quan về sự ảnh hưởng của độ ẩm tới lực dính kết, gĩc nội ma sát của than nhằm tạo cơ sở cho việc tính tốn bơm ép nước tăng độ bền cho khối than khi khai thác và đào lị tại vỉa 14-5.
Cường độ kháng cắt của mẫu than được xác định bằng phương pháp sử dụng máy cắt phẳng trong TCVN 4199:1995. Nguyên lý của phương pháp này được dựa trên định luật Coulomb về cường độ kháng cắt. Theo đĩ khi thí nghiệm mẫu than bị cắt theo một mặt phẳng định trước dưới tác dụng của các cấp áp lực nén khác nhau, khi mẫu bị phá hủy tại áp lực nén và ứng suất cắt
sẽ xác định được gĩc nội ma sát và lực dính kết C dựa trên đồ thị mối
quan hệ - như hình 3.6 và phương trình sau:
= .tan + C
Trong đĩ:
- Cường độ chống cắt tại một thời điểm trên mặt cắt, (kPa);
- Gĩc nội ma sát của than, (o
); C - Lực dính kết của than, (kPa).
Thiết bị thí nghiệm là máy cắt trực tiếp loại BU-32 của Liên Xơ cũ với 03 cấp áp lực thẳng đứng khác nhau là 100 kPa, 200 kPa và 300 kPa (hình 2.7).
a. Khi C = 0 b. Khi C > 0
Hình 2.6 - Đồ thị mối quan hệ giữa sức chống cắt và áp lực pháp tuyến
Hình 2.7 - Máy thí nghiệm kháng cắt BU-23
Trên cơ sở phương pháp, thiết bị thí nghiệm như trên và căn cứ vào độ ẩm tự nhiên của mẫu than, báo cáo lựa chọn phương án gia cơng các mẫu than với giá trị độ ẩm từ 6% ÷ 32%. Q trình gia cơng mẫu cho thấy khi độ ẩm của mẫu nhỏ hơn 8%, các hạt than khơng cĩ sự dính kết, dễ nát vụn nên khơng gia cơng được mẫu; khi độ ẩm mẫu từ 8 ÷ 28%, giữa các hạt than cĩ sự dính kết tốt, hình thành từng tập hạt to, dễ tạo mẫu thí nghiệm; khi độ ẩm lớn hơn 30%, mẫu thí nghiệm tương đối mềm bở dễ bị phá hủy. Tuy nhiên, khi gia cơng độ ẩm của mẫu than việc tính tốn cho thêm nước căn cứ vào độ ẩm
tự nhiên của than nên độ ẩm thực tế của các mẫu thí nghiệm so với với phương án lựa chọn trên cĩ sự khác biệt do vậy kết quả thí nghiệm căn cứ vào độ ẩm thực tế làm chuẩn.
Sau khi tiến hành gia cơng mẫu, đem mẫu đã chuẩn bị trong dao vịng đặt vào hộp cắt của máy và lắp các đồng hồ đo biến dạng. Nén mẫu thí nghiệm với áp lực nén cho trước, rút chốt giữ hộp cắt và tạo khe hở giữa hai thớt trên và dưới. Tác dụng ứng suất cắt lên mẫu rồi tiến hành theo dõi số đọc ở đồng hồ đo biến dạng cắt cho đến khi ổn định. Xây dựng đồ thị mối quan hệ
- và tính tốn kết quả thí nghiệm.
Hình 2.8 - Các mẫu than với miền độ ẩm khác nhau trƣớc khi thí nghiệm
2.2.3 Kết quả thí nghiệm
1. Kết quả xác định độ ẩm tự nhiên của mẫu than
Kết quả xác định độ ẩm tự nhiên của than tại khu vực lị chợ 14-5-1D vỉa 14-5 với 3 mẫu than ở lị dọc vỉa thơng giĩ và 03 mẫu ở lị dọc vỉa vận tải xem bảng 2.2.