1.3. Giới thiệu thiết bị chống ở cỏc mỏ hầm lũ Việt Nam
1.3.4.Giàn chống tự hành VINALTA
Giàn chống là sản phẩm kết hợp giữa Cụng ty chế tạo mỏy Vinacomin Việt Nam và Cụng ty ALTA - Cộng hũa Sộc sản xuất và đang được sử dụng tại mỏ than Vàng Danh từ năm 2007 với số lượng là 80 chiếc. Ưu điểm của giàn chống cú lực chống tương đối lớn, cú tớnh ổn định cao, là một thiết bị hiện đại nờn giàn chống cú khả năng tự hành. Tuy nhiờn thiết bị chỉ phự hợp cho dõy chuyền cơ giới húa đồng bộ, giỏ thành cao, trong điều kiện cỏc mỏ than hầm lũ Việt Nam việc di chuyển giỏ chống từ ngoài mặt bằng vào lũ chợ
và ngược lại là rất khú khăn do giỏ cú khối lượng lớn.
1.3.5 Giàn chống tự hành KĐT-1 (hỡnh 1.11)
Giàn chống tự hành KĐT-1 là loại giàn chống tự hành được ỏp dụng để khai thỏc vỉa than dầy tới 8m, độ dốc của vỉa từ 45o đến 80o bằng phương phỏp chia lớp bằng lũ chợ ngắn, thu hồi than núc. Thiết bị mới được ỏp dụng tại Cụng ty Than Vàng Danh - Vinacomin từ năm 2007. Cũng giống như giàn chống VINALTA giàn chống tự hành KĐT-1 cú khả năng chống giữ lớn, độ
ổn định cao, giỏ thành cao.
1.3.6. Giàn chống tự hành 2ANSH (hỡnh 1.12)
Do Ucraina sản xuất, đưa vào sử dụng năm 2008 tại một số mỏ như Mạo Khờ, Hồng Thỏi. Giàn chống tự hành 2ANSH kết hợp với mỏy bào 1ASHM tạo thành tổ hợp khai thỏc.
Qua số liệu thống kờ về mặt chủng loại cú thể thấy tại cỏc mỏ than hầm lũ Việt Nam đang sử dụng tương đối nhiều cỏc loại thiết bị chống giữ trong lũ chợ khỏc nhau. Cú những thiết bị đó được ỏp dụng rộng rói như cột chống
thủy lực đơn, giỏ thủy lực di động XDY, tổ hợp giỏ đỡ thủy lực ZH1600/16/24Z, số cũn lại mới dừng lại ở mức độ ỏp dụng thử nghiệm hoặc
chưa ỏp dụng rộng rói.
Việc nghiờn cứu thiết kế, chế tạo cỏc thiết bị chống giữ trong lũ chợ tại Việt Nam cho đến nay vẫn chưa nhiều. Phần lớn cỏc cụng trỡnh đó nghiờn cứu
đều đi sau cỏc nước trờn thế giới. Cho đến nay mới chỉ cú một vài cụng trỡnh
nghiờn cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị chống giữ trong lũ chợ do Viện Cơ
khớ Năng lượng và Mỏ - Vinacomin thực hiện. Việc nghiờn cứu thiết kế cỏc
loại giỏ chống thủy lực phục vụ cho cụng tỏc khai thỏc than hầm lũ tại Việt Nam hiện nay là hoàn toàn phự hợp với xu thế phỏt triển của đất nước cũng
1.3.7. Giỏ khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z.
Giỏ khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z là sản phẩm chống đỡ loại nhẹ giữa giỏ chống xà treo và giỏ chống thủy lực trong khai thỏc than
do Trung Quốc chế tạo, được nhập và sử dụng tại Việt Nam từ năm 2006 cú
cỏc đặc điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Diện tớch chống đỡ lớn, cường độ chống đỡ cao, thể tớch nhỏ, trọng
lượng nhẹ, di động linh hoạt, dễ lắp rỏp, dễ điều khiển.
+ Thỏo lắp đơn giản, thuận lợi cho cụng tỏc vận chuyển, toàn bộ giỏ liờn kết thành tổ hợp bằng xà đỡ, nõng cao tớnh ổn định của giỏ, tạo một mụi
trường làm việc an toàn.
+ Thao tỏc đơn giản, nõng cao trỡnh độ tự động húa, giảm bớt cường độ lao động của cụng nhõn, tốc độ đẩy dịch khỏ nhanh, cú lợi cho việc khống chế
ỏp lực lớp vỏch, giảm bớt sự cố sập núc và vỡ gương.
+ Tiền đầu tư tương đối ớt, tiết kiệm được lưới kim loại.
- Nhược điểm:
+Tốc độ dịch chuyển gương lũ vẫn chậm, tỷ lệ than thu hồi khụng cao. + Khả năng kết hợp cơ giới hoỏ khấu than trong lũ chợ khụng cao.
Hỡnh 1.14. Kết cấu tổ hợp giỏ chống thủy lực
Đặc tớnh kỹ thuật của giỏ khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z được
thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Đặc tớnh kỹ thuật của giỏ khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z
TT Cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản Đơn vị Giỏ trị
1 Chiều cao tối đa mm 2400
2 Chiều cao tối thiểu mm 1600
3 Hành trỡnh cột mm 800
4 Chiều rộng giỏ chống mm 960
5 Chiều dài giỏ chống mm 2900
6 Bước tiến của tấm đỡ gương mm 800
7 Tải trọng làm việc kN 1600
8 Tải trọng ban đầu kN 950
9 Áp suất bơm MPa 31,5
10 Số lượng cột chống cỏi 04
11 Đường kớnh xi lanh cột mm 110
12 Gúc dốc làm việc của giỏ độ 25
1.3.7.2. Kết cấu giỏ thủy lực
- Mỏi: Kết cấu mỏi là một chỉnh thể hàn liờn kết với nhau, chiều rộng 0,96m . Tỏc dụng của mỏi là chống đỡ và che kớn núc lũ chợ. Giữa hai mỏi (hay giỏ chống) cỏch nhau cự ly là 40cm, cú thể trỏnh trường hợp hai giỏ chống cọ sỏt mắc vào nhau ngoài ra cũn cú tỏc dụng phỏ hỏa lợi dụng khe hở
để khoan lỗ và làm tơi vỉa cứng than vỏch.
- Xi lanh tiến gương: Là bộ kớch ỏp suất thủy lực hai chiều, một đầu xi
lanh được lắp với mỏi, cần pit tụng nắp với xà đỡ sau. Cần pit tụng thu về thỡ
kộo xà đỡ sau tiến lờn, khi cần pit tụng đẩy ra thỡ đẩy mỏi tiến về gương lũ
- Xà đỡ: Kết cấu xà đỡ như hỡnh hộp vuụng, chia thành xà đỡ trước và
xà đỡ sau, do khung ngang và xà đỡ liờn kết xà đỡ trước và sau. Dựng hệ
thống pa lăng an toàn lắp đặt xà đỡ ở phớa dưới xà trờn đường ray, nhờ đú nú cú thể đi theo dưới đỏy xà mà trượt lờn phớa trước. Dựng bộ liờn kết liờn kết hết toàn bộ xà đỡ của lũ chợ thành một chỉnh thể. Khi bất cứ một giỏ nào chuẩn bị di động lờn phớa trước, trước hết cột giỏ chống trỳt tải và nõng lờn,
lỳc này do xà đỡ chịu tải toàn bộ trọng lượng của giỏ chống và sức ộp ở trờn vỏch để cột chống di động lờn phớa trước.
- Xà trượt: Tỏc dụng của xà trượt là đưa hai cột trước đó được nhấc lờn nằm ở phớa dưới xà trờn đường ray, vậy cột ở trờn đường ray phớa dưới xà cú thể trượt theo.
- Cột chống thủy lực hai chiều: Là bộ phận chống đỡ của giỏ chống thủy lực, thụng qua xà chịu tải sức ộp của mặt khai thỏc, mỗi bộ cú thể căn cứ vào ỏp lực của lũ chợ mà lắp đặt.
- Tấm chắn trờn: Tỏc dụng của tấm chắn trờn là một phũng chống vỏch than ở phớa sau giỏ chống sụt lở xuống hoặc cỏt đỏ rơi xuống lũ chợ; hai là
bảo vệ cột sau.
- Tấm chắn dưới: Tỏc dụng của tấm chắn dưới là cản trở những cỏt đỏ
rơi xuống phớa sau của lũ chợ, đồng thời cú thể điều chỉnh lượng than (phỏ
hỏa).
- Hệ thống đường ống ỏp suất thủy lực: Hệ thống đường ống ỏp suất thủy lực do trạm bơm nhũ húa, đường ống chớnh (đầu cấp dịch chớnh, đầu hồi dịch chớnh), đường ống nhỏnh, cỏc loại van ỏp suất thủy lực, van 3 đầu, van 2
đầu, bộ lọc, … tổ hợp thành.
1.3.7.3. Nguyờn lý hoạt động
Dung dịch nhũ húa cao ỏp của trạm bơm, thụng qua đường ống cấp
phối đến cỏc cột, kớch làm việc. Dung dịch hạ ỏp quay trở về từ giỏ thụng qua tổ van thao tỏc với van ngắt một chiều qua đường ống hụi chớnh về trạm bơm làm nhiệm vụ cung cấp dung dịch tuần hoàn.
Xà, cột và khung đỡ tạo thành tổ hợp chống đỡ, khi di chuyển giỏ,
trước hết phải trỳt tải cột thủy lực rồi rỳt cột lờn, xà giỏ hạ xuống nằm trờn khung đỡ, lỳc này cấp dung dịch cho kớch tiến xà và khung đỡ sẽ làm điểm
tựa cho xà di chuyển, chống chắc chắn cỏc cột thủy lực hoàn thành cụng tỏc di chuyển giỏ. Sau khi di chuyển toàn bộ giỏ của cả lũ chợ, tất cả cột thủy lực ở trạng thỏi chống đỡ, khung đỡ khụng chịu tải núc trờn xà, lỳc này cấp dung dịch cho kớch kộo khung đỡ, toàn bộ cần piston của kớch tiến xà ngắn lại,
khung đỡ di chuyển tiến lờn phớa trước, hoàn thành một chu kỳ di chuyển. Sau
khi xà chống sỏt vào núc (núc lũ) sử dụng lực chống ban đầu để chống giữ, do núc lũ tăng ỏp lực từng bước, ỏp lực chịu đựng của giỏ thay đổi từ lực chống
ban đầu chuyển sang lực chống làm việc, khi vượt quỏ lực chống làm việc van
an toàn ở van điều khiển thủy lực của cột tự mở xả bớt ỏp lực, đến khi cột trở về đến ỏp lực làm việc thỡ dừng lại.
- Giỏ thuỷ lực di động loại XDY-1T2/LY được sử dụng rộng rói ở vựng than Quảng Ninh cú khả năng chống là 1200KN. Trong khi đú, cỏc giỏ khung
cú khả năng chống đỡ là 16002000 KN. Theo kinh nghiệm, khi vỡ chống
làm việc với lực chống lớn, sẽ ộp lờn trần than phớa trờn, sinh ra ứng suất lớn làm phỏ huỷ trần than, gúp phần nõng cao hiệu quả hạ trần. Tuy chưa cú cỏc nghiờn cứu, đỏnh giỏ đầy đủ về vấn đề này xong bằng quan sỏt thực tế cho thấy, tại cỏc lũ chợ chống bằng giỏ khung di động, trần than tự sập đổ sau khi di chuyển vỡ chống( tiến độ 0,8m). Điều này cũng gúp phần nõng cao hiệu quả thu hồi than, giảm tổn thất tài nguyờn.
- Cỏc giỏ khung di động được chọn ỏp dụng trong thời gian vừa qua là loại cú chiều dài 2950mm và 3200mm, lớn hơn chiều dài của giỏ thuỷ lực di
động XDY-1T2/LY, tạo khụng gian làm việc rộng rói cho cụng nhõn. Ngồi
ra, hệ thống điều khiển tập trung bằng hệ thống thuỷ lực tuần hồn đó làm giảm đỏng kể sức lao động và cải thiện mụi trường làm việc của cụng nhõn. - Giỏ thủy lực di động dạng khung đó khắc phục được cỏc nhược điểm của giỏ thuỷ lực di động, giàn chống tự hành Vinaalta với những ưu điểm nổi bật là: Cú kết cấu vững chắc ổn định hơn so với giỏ thuỷ lực di động nhờ một hệ khung đỡ nằm dưới cỏc xà núc, liờn kết thành một chỉnh thể. Do đú, trong lũ chợ sử dụng gớa thuỷ lực di động dạng khung khụng xuất hiện cỏc hiện
tượng đổ giỏ, xoay giỏ như đối với giỏ thuỷ lực di động. Ngoài ra, khả năng
chống đỡ cao của giỏ khung cũng gúp phần nõng cao an toàn, ổn định cho lũ chợ. Do vậy, luận ỏn đặt vấn đề nghiờn cứu giỏ khung thủy lực dựng trong khai thỏc than hầm lũ.
1.4. Cỏc vấn đề nghiờn cứu thiết bị chống ở Trung Quốc và Việt Nam; Vấn đề nghiờn cứu của luận ỏn Vấn đề nghiờn cứu của luận ỏn
1.4.1. Cỏc vấn đề nghiờn cứu thiết bị chống ở Trung Quốc[31]
Trong quỏ trỡnh làm việc của giỏ khung, bộ phận chịu tải chủ yếu là
mỏi trờn, do đú để tiến hành thiết kế và phõn tớch giỏ khung núi chung cần
phải tiến hành phõn tớch cỏc tỡnh huống chịu tải của mỏi trờn. Trong diện khấu tổng thể, do vỏch vỉa bất định, khụng bằng phẳng và tồn tại những khối đất
đỏ, nờn cỏc tỡnh huống làm việc khắc nghiệt của mỏi trờn về phương diện chịu
tải được chia làm 4 hỡnh thức chủ yếu sau đõy:
1.4.1.1. Mỏi trờn chịu tải trọng tập trung về hai phớa
Nếu chọn cụng nghệ khấu với vỏch giả ( bỏ lại lớp than trờn cựng) thỡ mức độ phỏ hủy vỏch vỉa trong diện khấu là tương đối cao, khối than là thể rạn nứt của mặt phõn cỏch yếu, trong quỏ trỡnh khấu rất dễ xuất hiện sự sập núc hoặc sập phõn tầng, giữa mỏi trờn giỏ khung và vỏch vỉa xuất hiện hỡnh
thức tiếp xỳc hai điểm hoặc hai đường. Do cú tải tập trung mạnh tỏc động tại
hai đoạn mỏi trờn, nờn làm cho trạng thỏi chịu lực của mỏi trờn rất nguy hiểm.
Hỡnh 1.16. Mỏi trờn chịu tải trọng tập trung về hai phớa
1.4.1.2. Mỏi trờn chịu tải tập trung tại chớnh giữa
Trong diện khấu nếu vỏch đỏ tương đối cứng, hoặc giả vỉa bất định, khụng bằng phẳng, trờn mỏi trờn cú đất đỏ xụ dạt, thỡ giữa mỏi trờn vỡ chống và vỏch vỉa sẽ hỡnh thành tải tiếp xỳc điểm hoặc tiếp xỳc đường, khiến cho trạng thỏi chịu lực của mỏi trờn trở lờn phức tạp. Tỡnh huống chịu tải được thể hiện trờn hỡnh 1.17.
Hỡnh 1.17. Mỏi trờn chịu tải tập trung tại chớnh giữa
1.4.1.3. Mỏi trờn chịu tải xoắn
Do vỏch vỉa mấp mụ khụng bằng phẳng, cũn bờn trờn mỏi trờn thường
cú đất đỏ xụ dạt, lại thờm giỏ khung thường xuyờn phải chuyển luồng trong
hướng chung là sập lờn mỏi trờn về bờn cú diện tự do lớn. Dưới tỏc động đồng
thời của hai loại tải này sẽ rất dễ làm cho mỏi trờn phải chịu tải xoắn. Hai tỡnh huống làm việc chịu xoắn như thể hiện trờn hỡnh 1.18.
Hỡnh 1.18. Mỏi trờn chịu tải xoắn
1.4.1.4. Mỏi trờn chịu tải lệch một bờn
Bờn trong vỉa than vốn tồn tại sự khụng ổn định, chiều dày vỉa than
thay đổi trong phạm vi lớn, gúc dốc của vỉa cao, trong diện khấu nếu để lại
lớp than làm vỏch giả cho vỏch vỉa khụng ổn định, thỡ thường giữa mỏi trờn vỡ chống và vỏch vỉa sẽ hỡnh thành tải tiếp xỳc khiến cho giỏ khung phải chịu tải bất đối xứng. Khi đú giỏ khung sẽ phải chịu sự tỏc động đồng thời của tải dọc trục phi đối xứng và tải xoắn, dễ tạo ra sự phỏ hủy kết cấu mỏi trờn của giỏ khung. Hỡnh 1.19 là giỏ khung tại vỉa nghiờng, vỏch khụng bằng phẳng trong trạng thỏi chịu tải thiờn lệch.
Hỡnh 1.19. Mỏi trờn chịu tải lệch một bờn
Kết quả phõn tớch bằng phương phỏp phần tử hữu hạn cũng cho thấy
ứng suất do ứng suất tập trung sinh ra cú thể bỏ qua, ứng suất lớn nhất trong
cỏc loại tỡnh huống làm việc và ứng suất chảy tới hạn của vật liệu chế tạo tương đương nhau hoặc chỉ hơi quỏ chỳt ớt. Cỏc tớnh huống thử nghiệm giỏ
khung là phự hợp với thực tế. Thụng qua thử nghiệm giỏ khung với bốn loại tỡnh huống làm việc một cỏch tương đối. Nếu mỏi trờn chịu tải tập trung trờn
hai đoạn nú chịu ứng suất nhỏ nhất, tức là ưng suất phỏ hủy của loại tỡnh
huống này so với ba loại tỡnh huống cũn lại là nhẹ nhất. Nếu mỏi trờn chịu tải lệch một bờn thỡ phỏt sinh biến dạng dẻo lớn nhất, loại tỡnh huống này là nguy hiểm nhất, cần hết sức trỏnh.
1.4.2. Tại Việt Nam[20]
1.4.2.1. Phương ỏn 1
Xem mỏi như một hệ dầm chịu tỏc động của lực phõn bố Q=320N/mm,
với khoảng cỏch cỏc cột là Lmin = 1,95m. Cú xột đến bước sập đổ 0,8m.
Bảng 1.3. Thụng số kớch thước và kết quả tớnh toỏn nghiệm bền
Dầm: L1 L2 L3
Chiều dài vị trớ, mm L 320,0 1950,000 800,0
Tải trọng tỏc động, N/mm Q 320,000 320,000 320,000
Tọa độ tớnh, mm. 320,0 2270,0
Moment Min. / Max. Nm Mo -191907,11 8203,48
Độ vừng Min. / Max. mm y -0,784 0,233
Ứng suất Min. / Max. MPa b -69,8 3
Tải trọng lờn hàng cột N R 707219,48 528633,02
Hỡnh 1.21. Ứng suất, mụ men, độ vừng, gúc xoay
1.4.2.2. Phương ỏn 2
Xem mỏi như một hệ dầm chịu tỏc động của lực phõn bố Q =
320N/mm, với khoảng cỏch cỏc cột là Lmax = 1,95m. Khụng tớnh đến bước sập đổ.
Mu σu
Độ vừng
Gúc xoay
Bảng 1.4. Thụng số kớch thước và kết quả tớnh toỏn nghiệm bền
Dầm: L1 L2 L3
Chiều dài vị trớ, mm L 320,0 1950,000 800,0
Tải trọng tỏc động, N/mm Q 320,000 320,000 320,000
Tọa độ tớnh, mm. 320,0
Moment Min. / Max. Nm Mo -104240,05 95715,13
Độ vừng Min. / Max. mm y -0,612 0,325
Ứng suất Min. / Max. MPa b -37,9 34,8