- Vật liệu chống: Vì chống SVP27, tấm chèn bê tơng.
CHƯƠNG III KHAI THÁC
KHAI THÁC
III.1. Đặc điểm địa chất và những yếu tố liên quan đến công tác khai thác.
- Chọn vỉa 18 để thiết kế khai thác. - Chiều dầy vỉa: 2m.
- Góc dốc Vỉa than: 400. - Tỷ trọng than: γ =1,78 T/m3.
- Vỉa duy trì tương đối ổn định cả về góc dốc, đường phương và theo hướng dốc. Vỉa có cấu tạo từ đơn giản đến phức tạp, trong vỉa có từ 1 ÷ 3 lớp đá kẹp, tổng chiều dày đá kẹp thay đổi từ 0,67 ÷ 1,5 m, trung bình 1,0 m. Than trong vỉa là loại bán antraxít có chất lượng tương đối tốt, thơng qua các tài liệu địa chất cũng như thực tế khai thác cho thấy, trong phạm vi khu vực khai thác hiện tại, than vỉa 18 khơng có tính tự cháy.
- Vách trực tiếp: Nằm trực tiếp trên vỉa than là tập sét kết màu xám đen, cấu tạo phân lớp mỏng với chiều dày phân lớp từ 0,1 ÷ 0,2 m. Chiều dày tập sét kết từ 1,5 ÷ 1,8 m, trung bình 1,7 m. Cường độ kháng nén (σn) 273 KG/cm2. Trọng lượng thể tích (γ) 2,60 g/cm3. Nằm phía trên tập sét kết là tập bột kết màu xám tối, cấu tạo phân lớp trung bình với chiều dày phân lớp từ 0,3 ÷ 0,5 m. Chiều dày tập bột kết từ 2,5 ÷ 6 m, trung bình 4,3 m. Cường độ kháng nén (σn) 850 KG/cm2. Trọng lượng thể tích (γ) 2,78 g/cm3. Đá vách trực tiếp thuộc loại khơng ổn định, khó điều khiển.
- Vách cơ bản: Trên vách trực tiếp là tập cát kết màu xám sáng, cấu tạo phân lớp dày với chiều dày phân lớp từ 0,6 ÷ 1,1 m. Chiều dày tập cát kết từ 5 ÷ 20 m, trung bình 12 m, đôi chỗ vách cơ bản là cát kết và sạn kết. Cường độ kháng nén (σn) 1076 KG/cm2; trọng lượng thể tích (γ) 2,59 g/cm3, vách cơ bản thuộc loại sập đổ trung bình đến khó sập đổ.
- Đặc điểm của đá trụ vỉa: Nằm trực tiếp dưới vỉa than là tập sét kết màu xám đen có chiều dày 1,0 ÷ 1,45 m, trung bình 1,2 m. Cường độ kháng lún (δn) 150 KG/cm2.
III.2. Lựa chọn hệ thống khai thác.
III.2.1. Các hệ thống khai thác có thể áp dụng về mặt kỹ thuật.
Dựa vào đặc điểm của via 18 có thể áp dụng hai hệ thống khai thác sau: - Hệ thống khai thác cột dài theo phương, lò chợ bậc chân khay.
- Hệ thống khai thác lò dọc vỉa phân tầng.
1. Hệ thơng khai thác cột dài theo phương, lị chợ bậc chân khay. a. Sơ đồ hệ thống khai thác
Hình 3-1. b. Cơng tác chuẩn bị
Từ lị xun vỉa thơng gió (2) và xun vỉa vận tải (1) của tầng ta đào các đường lị dọc vỉa thơng gió (4) và dọc vỉa vận tải (3) cho tới tận biên giới của khu khai thác. Từ đó đào lị cắt ban đầu để tạo lò chợ (8), từ lò cắt đào lò song song chân (5) và họng sáo (7).
c. Công tác vận tải
Than từ lò chợ (8) xuống lò song song chân (5) qua họng sáo xuống lò dọc vỉa vận tải (3) ra lò xuyên vỉa vận tải (1) đến sân ga rồi giếng chính lên mặt đất.
d. Cơng tác thơng gió
Gió sạch từ bên ngồi qua giếng phụ vào lị xun vỉa vận tải rồi lò dọc vỉa vận tải (3) qua họng sáo (7) vào lị song song chân (5) thơng gió cho lị chợ (8).
Gió thải từ lị chợ (8) ra lị dọc vỉa thơng gió (4) ra lị xun vỉa thơng gió (2) ra ngồi.
2. Hệ thống khai lị dọc vỉa phân tầng. a. Sơ đồ hệ thống khai thác.
Hình 3-2. b. Cơng tác chuẩn bị.
Từ lị xun vỉa thơng gió và xun vỉa vận tải của tầng ta đào các đường lò dọc vỉa thơng gió (4) và dọc vỉa vận tải (3) cho tới tận biên giới của khu khai thác. Dọc theo các đường lị dọc vỉa thơng gió và vận tải ta chia làm các ruộng khấu và được ngăn cách bởi lò thượng (5). Từ lò thượng ta đào các đường lò dọc vỉa phân tầng (6).
c. Cơng tác vận tải :
Than từ lị chợ tại các phân tầng chuyển qua lò dọc vỉa phẩn tầng (6) ra lò thượng (5) xuống lò dọc vỉa vận tải (3) ra lò xuyên vỉa vận tải (1) đến sân ga rồi giếng chính lên mặt đất.
d. Cơng tác thơng gió :
Gió sạch từ bên ngồi qua giếng phụ vào lò xuyên vỉa vận tải rồi lò dọc vỉa vận tải (3) qua lò thượng (5), các lị chợ được thơng gió bằng phương pháp thơng gió cục bộ.
Gió thải từ lị chợ ra lị thượng lên lị dọc vỉa thơng gió (4) ra lị xun vỉa thơng gió (2) ra ngồi.
III.2.2. Phân tích, so sánh và chọn hệ thống khai thác hợp lí. Bảng III-1: Bảng so sánh các hệ thống khai thác Chỉ tiêu HTKT cột dài theo phương, lò chợ bậc chân khay HTKT lị dọc vỉa phân tầng
1. Ưu điểm -Chi phí bảo vệ đường lị nhỏ.
-Thăm dị được tình trạng vỉa than.
- Cơng nghệ khấu than đơn giản
- Khắc phục điều kiện phức tạp của vỉa
-Công tác khai thác và chuẩn bị khơng ảnh hưởng
lẫn nhau.
- Có thể dễ dàng chuyển đổi hệ thống khai thác một cách
thuận lợi
2. Nhược điểm
-Thời gian chuẩn bị lớn - Chi phí đầu tư ban đầu
lớn.
-Tổn thất than lớn.
- Khối lượng đào lò lớn - Sản lượng khai thác nhỏ - Năng suất lao động công
nhân thấp - Tổn thất than lớn - Điều kiện thơng gió
khơng thuận lợi Qua so sánh ta thấy HTKT cột dài theo phương, lị chợ bậc chân khay có nhiều ưu điểm và ít nhược điểm hơn. Do đó ta chọn HTKT cột dài theo phương, lò chợ bậc chân khay để áp dụng khai thác cho vỉa than.
III.3. Xác định các thông số của hệ thống khai thác.
III.3.1. Xác định chiều dài lò chợ và kiểm tra chiều dài lò chợ. 1. Chiều cao tầng theo hướng dốc .
Căn cứ vào phương án mở vỉa đã chọn và việc phân chia ruộng mỏ, chiều cao tầng theo hướng dốc được xác định :
(m) (3-1)
Trong đó:
ht : Chiều cao tầng theo phương thẳng đứng, tầng có ht = 50 m
α : Góc dốc trung bình của vỉa than thiết kế, α = 40o
hd : Chiều cao theo hướng dốc của tầng, m = 78 (m)
Chiều dài lò chợ được xác định theo công thức :
Lc = hd - ∑htr - ∑hdl (m) (3-2)
Trong đó :
hd : Chiều cao tầng theo hướng dốc, hd = 78 m
htr : Chiều cao trụ bảo vệ, được xác định theo công thức :
H : Chiều sâu từ mặt đất đến trụ bảo vệ, tầng I thì H tính từ mặt đất đến lò dọc vỉa vận tải -20 , do đó H = 120 m
Lcc : Chiều dài lị chợ, chọn sơ bộ Lcc = 70 m f : Hệ số kiên cố của đá vách, f = 6
: Hệ số đồng nhất của vỉa than, = 1 = 5,7 (m)
Đồ án lựa chọn hệ thống khai thác cột dài theo phương nên chỉ có một trụ bảo vệ lò dọc vỉa vận tải.
= 5,7 (m)
∑hdl : Tổng chiều cao của các đường lò trong tầng. ∑hdl = hdvvt + hdvtg = 2,5 + 2,5 = 5 (m)
Lc = 78 – 5,7 – 5 = 67,3 (m). Chọn Lc = 67 m 3. Kiểm tra lò chợ theo điều kiện thơng gió.
Chiều dài lị chợ đảm bảo điều kiện thơng gió:
Ltg = (m) (3-3)
Trong đó :
vmax : Tốc độ gió lớn nhất cho phép qua lò chợ, vmax = 4 (m/s) b : Chiều rộng nhỏ nhất của lò chợ, b = 2 m.
m0 , m1 : Chiều cao lò chợ và chiều dày lớp khấu , mo = m1 : Hệ số thu hẹp lò chợ do thiết bị, cột chống, = 0,95 n : Số chu kỳ trong một ngày đêm , n = 1
r : Tiến độ chu kỳ r = 1,2 m.
q : Lượng khí tiêu chuẩn cho 1 tấn than khấu trong lò chợ q = 1 m3/t-ngđ C : Hệ số khai thác, C = 0,9
γ : Tỉ trọng của than, γ = 1,78 ( T/m3 )
=> 230,3 (m)
Vậy Lc = 67 m < 230,3 = Ltg , do vậy chiều dài lò chợ đảm bảo điều kiện thơng gió.
III.3.2 Chiều dày lớp khai thác
Với chiều dày trung bình vỉa 2 m ta chọn chiều cao khấu Mk = 2 m. III.3.3. Phân tích chọn tiến độ lò chợ
Tiến độ lị chợ phụ thuộc vào cơng nghệ chống giữ và công nghệ khấu than ở mỗi cơng nghệ khác nhau thì tiến độ lị chợ cũng khác nhau.
- Khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng cột thủy lực đơn tiến độ dịch chuyển của gương lị chợ sau một chu kì là r = 1,2 m.
- Khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động tiến độ dịch chuyển lò chợ là 0,8 m một luồng, 1 chu kì là 1,6 m.
III.4. Quy trình cơng nghệ khai thác
Căn cứ vào điều kiện địa chất của khu mỏ và sản lượng thiết kế 1 triệu tấn/năm, đồ án đề xuất 2 phương án công nghệ khai thác than cho khu mỏ:
Phương án I: Cơng nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lị chợ bằng cột thủy lực đơn, điều khiển đá vách bằng phá hỏa tồn phần.
Phương án II: Cơng nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lị chợ bằng giá thủy lực di động XDY, điều khiển đá vách bằng phá hỏa tồn phần.
III.4.1. Phương án I.
Phương án I: Cơng nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ lị chợ bằng cột thủy lực đơn, điều khiển đá vách bằng phá hỏa tồn phần.
III.4.1.1.Phương pháp khấu than trong lị chợ
Sử dụng phương pháp khấu than bằng cơng nghệ khoan nổ mìn, chống giữ bằng cột thuỷ lực đơn, vận tải bằng máng trượt.
1. Chọn thiết bị khoan nổ mìn. a. Máy khoan điện
Thiết bị máy khoan điện cầm tay mã hiệu CΠP-19M để khoan gương than. Đặc tính kỹ thuật của máy khoan CΠP-19M:
Bảng III-2. Đặc tính kỹ thuật của máy khoan CΠP-19M
TT Các thông số Đơn vị Giá trị
1 Công suất động cơ kW 1,2
2 Điện áp V 127
3 Đường kính lỗ khoan mm 35 ÷40
4 Chiều sâu lỗ khoan m 1,5
5 Trọng lượng kg 15
b. Vật liệu nổ
Chọn loại thuốc nổ AH-1 do Việt Nam sản xuất có đặc tính: Bảng III-3: Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ AH1
Stt Các thơng số Đơn vị Khối lượng
1 Mật độ thuốc nổ g/cm3 1,25
2 Độ ẩm % 0,5
3 Khả năng sinh công cm3 250 280
4 Sức công phá mm 10
6 Đường kính bao thuốc mm 36
7 Chiều dài thỏi thuốc mm 200
8 Trọng lượng thỏi thuốc g 200
c. Phương tiện nổ
- Kíp nổ: Sử dụng kíp điện tức thời do Trung Quốc sản xuất có cường độ nổ số 8 để kích nổ mìn ở gương lị chợ.
Bảng III-4: Đặc tính kỹ thuật của kíp nổ vi sai PM25
Stt Các thơng số của kíp PM25 Đơn vị Khối lượng
1 Thời gian vi sai ms 25
2 Điện trở của kíp Ω 3
3 Dịng điện đảm bảo thuốc nổ A 1,2
4 Đường kính ngồi kíp mm 7,6
5 Chiều dài kíp mm 7,2
- Dây điện: Dùng loại dây điện đơn loại 1mm của Việt Nam sản xuất. - Máy nổ mìn: Chọn máy nổ mìn có mã hiệu KBM-1/100M.
Bảng III-5: Đặc tính kỹ thuật của máy nổ mìn KBM-1/100M
Stt Các thơng số của máy Đơn vị Khối lượng
1 Điện trở tối đa của mạch Ω 320
2 Điện trở các tụ điện nạp Ω 600
3 Các kíp mắc nối tiếp kíp 100
4 Nguồn cung cấp pin 2
5 Trọng lượng của máy Kg 2
6 Thời gian đưa máy vào hoạt động s 10
2. Các thơng số khoan nổ mìn. a. Chiều sâu lỗ khoan.
Chiều sâu lỗ mìn xác định theo công thức:
Lk = (m ) (3-4)
r1: Độ dịch chuyển của gương lò chợ sau 1 luồng khấu, r1 = 1,2 m η: Hệ số sử dụng lỗ mìn, η = 0,85
α: Góc nghiêng của lỗ khoan so với mặt phẳng gương lị chợ, α = 60 ÷ 800, chọn α = 700
Lk = = 1,5 m.
b. Chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị.
Chỉ tiêu thuốc nổ được xác định theo công thức:
q = q1. F. v. e, (kg/m3) (3-5)
Trong đó:
q1: Lượng thuốc nổ chuẩn, q1= 0,1.f
Với than có f = 1÷2 ta chọn q1 = 0,15 kg/m3
F: Hệ số kể đến cấu trúc của than , F = 1
v: Hệ số nén ép phụ thuộc vào mặt tự do,với 1 mặt tự do v = S: Tiết diện gương lò chợ, S = 67 . 2 = 134 m2
⇨ = 1,08
e: Hệ số công phá của thuốc nổ sử dụngso với thuốc nổ chuẩn , e= P: Khả năng công phá của thuốc ,với AH1 : P = 260
e=
=> q = 0,15 . 1 . 1,08 . 1,46 = 0,23 ( kg/m3 ) c. Lượng thuốc nổ cho 1 một chu kỳ.
Q = q . m . Lc . r , (kg) (3-6)
= 0,23 . 2 . 67 . 1,2 = 37 (kg) d. Số lỗ mìn trên gương.
- Số lỗ mìn trên gương được xác định :
Chiều cao lò chợ là 2m, ta bố trí hai hàng lỗ khoan hàng nóc và hàng nền. Khoảng trống giữa mỗi vì chống theo hướng dốc là 0,8m, tại mỗi khoảng trống ta bố trí 1 lỗ khoan hàng nóc và một lỗ khoan hàng nền. Vậy số lỗ khoan trên gương lò chợ: N = = 168 (lỗ).
-Theo kinh nghiệm khai thác, thì lỗ mìn trên gương được bố trí làm 2 hàng là hàng nóc cách nóc lị chợ 0,6m và hàng nền cách nền lị 0,4m.
=> Số lỗ mìn trên 1 hàng : Nh = N/2 = 168/2 = 84 (lỗ)
- Khối lượng thuốc nổ trong 1 lỗ mìn : = 0,22 (kg). Ta nạp 0,2 kg thuốc cho lỗ hàng nóc và 0,3 kg thuốc cho lỗ hàng nền.
- Khối lượng thuốc thực tế trong 1 chu kỳ : Qtt = 84.(0,2 + 0,3) = 42 (kg)
- Số kíp nổ sử dụng : Nkk = 168(kíp). - Khoảng cách giữa 2 hàng lỗ khoan :
b = 2 – (0,4+0,6) = 1 (m)
- Chi phí cho 1000 tấn than lị chợ khai thác
kg/1000 tấn. - Chi phí kíp nổ cho 1000 tấn than khai thác lị chợ
cái/1000 tấn. e. Hộ chiếu khoan nổ mìn
Hộ chiếu khoan nổ mìn ở gương lị chợ được thể hiện trên: Hình 3-3 III.4.1.2.Chọn hình thức vận chuyển hợp lý ở lị chợ.
Các lị chợ của vỉa 18 có góc dốc trung bình = 400 nên ta dùng máng trượt để vận chuyển than ở lò chợ.
Kiểm tra kha năng tự trượt của than: Trong đó:
f = 0,40: Hệ số ma sát giữa than và máng β = 400: Góc dốc lị chợ
tgβ = tg400 = 0,83 > 0,40
Vậy khả năng tự trượt của than là đảm bảo III.4.1.3. Chọn phương pháp chống giữ lò chợ. a. Áp lực khu vực khai thác.
Theo Prôtôdiacônốp, áp lực mỏ luồng gương được xác định: Pg = htt . γtt .cos α , (T/m2). (3-7) Trong đó:
htt - Chiều dày lớp đá vách trực tiếp sập đổ, (m); htt = 5,7 m. γtt - Trọng lượng thể tích đá vách trực tiếp; γ max = 2,78 T/m3. m - Chiều cao khấu, m = 2,0 (m).
k - Hệ số nở rời của đá vách trực tiếp, k = 1,35. Thay số: Pg = 5,7 × 2,78 × cos40° = 12,1 (T/m2). b. Áp lực khu bảo vệ.
- Xác định độ võng của đất đá trực tiếp (f1) (cm).
f1 = (cm). (3-8)
Trong đó:
l1 – Chiều dài cơng son của lớp than nóc và đá vách trực tiếp; l1= b + lbh.
Với b- khoảng cách từ gương lò chợ đến hàng cột phá hoả, b = 4,4 m lph – Bước phá hoả, lph = 1,4(m).
Vậy ta có: l1 = 4,4 +1,4 = 5,8 (m).
E1 = , Kg/cm2 (3-9)
En1 – Môdul đàn hồi khi chịu nén của đá vách trực tiếp, En1 = 550.103
(Kg/cm2)
Ek1 - Môdul đàn hồi khi chịu kéo của đá vách trực tiếp Ek1 = 200.103(Kg/cm2).
E1= 150.103(Kg/cm2).
J1- Mơmen qn tính đối với trục trung hồ của lớp than nóc và đá vách trực tiếp (cm4).
J1 = (cm4) (3-10)
b1 – Chiều rộng dầm cơng son theo chiều dốc lị chợ lấy, b1 = 1 (cm); h1 – Chiều dày của lớp đá vách trực tiếp, h1 = 430 (cm);
Vậy ta có: J1 =
J1 = 78.105 (cm4).
Thay các trên vào công thức của f1 ta được:
f1 = = 0,0158 (cm).
- Xác định độ võng của đá vách cơ bản (f2) (cm).
f2 = , (cm) (3-11)
Trong đó:
- Trọng lượng thể tích của đá vách cơ bản: = 2,6 (T/m3); - Chiều dày của lớp đá vách cơ bản: = 12(m);
= , (m) (3-12) Ru2 – Ứng suất của đá vách cơ bản, Ru2 = 53,8 (Kg/cm2).
Vậy ta có l2 = = 2883 (cm).
J2 – Mơdul qn tính đối với trục trung hồ của đá vách cơ bản (cm4).
J2 = (cm4) (3-13).
En2 - môdul đàn hồi khi trục nén của đá vách cơ bản, En2 = 250.103
(Kg/cm2);
Ek2 - môdul đàn hồi khi chịu nén của đá vách cơ bản, Ek2 = 100.103