thay thế trụ than bảo vệ lũ chuẩn bị
3.2.1. Cụng nghệ sử dụng trụ nhõn tạo bằng dải đỏ chốn
Kiểu trụ nhõn tạo bằng dải đỏ chốn thường được ỏp dụng trong HTKT LG, lũ chợ khấu đuổi. HTKT này hiện nay ớt được ỏp dụng tại cỏc mỏ hầm lũ vựng Quảng Ninh. Do đú, để kết quả đề xuất cú tớnh phổ dụng, phự hợp xu thế phỏt triển cụng nghệ, với hỡnh thức trụ nhõn tạo là dải đỏ chốn, luận ỏn đề xuất giải phỏp thi cụng trụ bằng cỏch thi cụng đồng thời cỏc cặp đường lũ chuẩn bị theo giải phỏp gương mở rộng trong sơ đồ chuẩn bị theo HTKT CDTP hoặc theo dạng hỗn hợp giữa hai sơ đồ chuẩn bị theo HTKT CDTP và HTKT LG (phõn tầng đầu tiờn được chuẩn bị theo hệ thống LG, cỏc phõn tầng cũn lại được chuẩn bị theo hệ thống CDTP). Cụng nghệ được ỏp dụng cho vỉa than cú chiều dày nhỏ (<1,6m), đỏ vỏch vỉa thuộc loại ổn định trung bỡnh trở lờn để hạn chế mức độ hạ vỏch trước và trong quỏ trỡnh thi cụng trụ. Trong đú:
- Sơ đồ thi cụng đồng thời cặp đường lũ chuẩn bị bằng phương phỏp gương mở rộng trong hệ thống khai thỏc CDTP cú nhiều ưu điểm vượt trội hơn, do cú thể khấu đồng thời nhiều gương lũ chợ trong một cỏnh, nờn sẽ dễ dàng tăng cụng suất khai thỏc khi cần.
- Sơ đồ thi cụng theo sơ đồ chuẩn bị hỗn hợp giữa hệ thống khai thỏc CDTP và HTKT LG chỉ cú thể khấu cỏc lũ chợ phõn tầng dưới khi đó kết thỳc khai thỏc tại
lũ chợ phõn tầng trờn, dẫn đến khú tăng cụng suất khai thỏc trong thời gian ngắn, tuy nhiờn, nú cũng cú ưu điểm là cú thể sớm cú sản lượng than từ khai thỏc lũ chợ. Do đú, tựy thuộc vào điều kiện thực tế mà lựa chọn giải phỏp cho phự hợp.
Với cả hai sơ đồ trờn, chiều rộng phần gương khấu mở rộng đều phụ thuộc vào chiều dày vỉa than, chiều dày đỏ kẹp trong vỉa, diện tớch đỏ trờn gương đào lũ và được xỏc định theo hỡnh 3.1 và cụng thức 2.10 [50]:
Hỡnh 3.1. Sơ đồ xỏc định chiều rộng gương phạm vi thi cụng dải đỏ chốn
𝑏 = 𝐾[(𝑎1+𝑎2)𝑚1+𝑆𝑘1+𝑆𝑘2+𝑆𝑛1+𝑆𝑛2)]
𝑚−𝑚1𝐾 , 𝑚 (3.1)
Trong đú:
K - Hệ số làm tơi xốp của đất đỏ, lấy bằng 2,0 2,3. m - Chiều dày vỉa than, m;
m1 - Chiều dày của lớp đỏ kẹp hoặc/và đỏ vỏch giả cần lấp đầy phần gương khấu mở rộng.
a1 - Chiều rộng đường lũ một theo hướng dốc vỉa, m; a2 - Chiều rộng đường lũ hai theo hướng dốc vỉa, m;
Sk1 – Diện tớch gương đỏ phỏ nổ bờn vỏch của đường lũ một, m2. Sk2 – Diện tớch gương đỏ phỏ nổ bờn vỏch của đường lũ hai, m2. Sn1 – Diện tớch gương đỏ phỏ nổ bờn trụ của đường lũ một, m2. Sn2 – Diện tớch gương đỏ phỏ nổ bờn trụ của đường lũ hai, m2. Chi tiết sơ đồ cụng nghệ xem hỡnh 3.2, 3.3.
Sk1
Sn1 Sk2
Hỡnh 3.2. Sơ đồ thi cụng cỏc cặp đường lũ chuẩn bị theo giải phỏp gương mở rộng trong sơ đồ chuẩn bị theo HTKT CDTP
Trong cả hai sơ đồ chuẩn bị trờn, cỏc khõu cụng việc chớnh trong quy trỡnh cụng nghệ như khoan nổ mỡn phần than trờn gương lũ chuẩn bị và phần gương mở rộng, tải than, chống giữ phần gương mở rộng, khoan nổ mỡn phần gương đỏ, chất đỏ thải vào khụng gian gương mở rộng, ... là tương tự nhau. Chi tiết cỏc khõu cụng nghệ và trỡnh tự thực hiện như sau:
a. Cụng tỏc khoan nổ mỡn phỏ gương than
Cụng tỏc khoan nổ mỡn phỏ gương than cú thể được thực hiện thành từng đoạn hoặc đồng thời trờn toàn phạm vi gương cần phỏ nổ. Trong đú, phần gương than tại lũ chuẩn bị được tập trung lượng thuốc nổ lớn hơn, phần gương than tại gương khấu mở rộng được bố trớ ớt hơn để hạn chế ảnh hưởng của cụng tỏc nổ mỡn tới sự ổn định của đỏ vỏch. Chi tiết xem hỡnh 3.4.
Hỡnh 3.4. Vớ dụ hộ chiếu khoan nổ mỡn phỏ gương than trong sơ đồ cụng nghệ đào lũ gương mở rộng
b. Cụng tỏc chống giữ phần gương than tại gương lũ chuẩn bị, gương mở rộng và tải than
Sau khi phỏ nổ, khoảng lộ vỏch của gương mở rộng và gương lũ chuẩn bị được chống giữ thường kỳ. Vật liệu chống giữ cú thể sử dụng cột thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại chuyờn dụng hoặc sử dụng vỡ chống gỗ. Khi kết thỳc cụng tỏc chống tạm giữ núc, than từ gương lũ dọc vỉa bờn dưới, gương mở rộng, gương lũ dọc vỉa phớa trờn được vận tải bằng mỏng cào đổ lờn mỏng cào tại hụng lũ dọc vỉa phớa trờn, sau đú được hũa vào hệ thống vận tải chung và đưa ra ngoài (hỡnh 3.5).
Hỡnh 3.5. Cụng tỏc chống giữ và tải than từ gương lũ chuẩn bị và gương mở rộng c. Cụng tỏc phỏ nổ phần gương đỏ tại lũ chuẩn bị và xếp đỏ vào phần gương mở rộng
Sau khi kết thỳc cụng tỏc tải than, tiến hành nổ mỡn phỏ phần gương đỏ tại lũ chuẩn bị. Sau đú làm thành be, vận chuyển đỏ tới vị trớ yờu cầu và xếp vào khụng gian cần chốn lấp. Trỡnh tự xếp đỏ thải theo hướng từ dưới lờn trờn theo chiều dốc vỉa. Cụng tỏc vận chuyển đỏ thải được thực hiện bằng tời cào kết hợp với cỏc puli dẫn hướng (để cơ giới húa cụng tỏc chất đỏ lờn gầu cào cú thể sử dụng mỏy xỳc hỗ trợ), chi tiết xem hỡnh 3.6.
a. Vận chuyển đỏ bằng tời cào b. Vận chuyển đỏ bằng tời cào kết hợp mỏy xỳc
d. Giải phỏp tăng mức độ bền vững của khối đỏ chốn
Để tăng mức độ bền vững của khối đỏ chốn trong khụng gian gương khấu mở rộng, cú thể bổ sung vật liệu dớnh kết vào khối chốn. Theo đú, dọc theo đường lũ, cứ cỏch 5 6m sẽ đặt một đường ống để cấp vật liệu làm đụng kết đất đỏ trong khối chốn, từ đú tăng khả năng chịu lực của khối. Vật liệu đụng kết cú thể là xi măng kết hợp phụ gia hoặc cỏc loại húa chất chuyờn dụng.
3.2.2. Cụng nghệ sử dụng trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi
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
sẽ được cấu thành từ cỏc thanh ngang bằng gỗ, cột cũi sử dụng vỡ thộp gồm 02 đoạn, liờn kết với nhau bằng gụng để hỡnh thành khớp ma sỏt linh hoạt. Do mức độ linh 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
Bảng 3.1. Kết quả thớ nghiệm cường độ khỏng nộn của cũi theo vật liệu
TT Kiểu kết cấu cũi
Lực nộn lớn nhất (kN) Cường độ khỏng nộn trung bỡnh (MPa) Từ Đến Trung bỡnh 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]: 𝑁𝑐 =𝑄𝑝
𝐹𝑝, (cỏi) (3.2)
Trong đú:
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.
Để thi cụng cũi, nếu sử dụng cũi trống hoặc cũi cú vật liệu lấp đầy là cốt liệu rắn, rời rạc (cỏt, bao cỏt, đỏ từ phỏ hỏa hoặc gương lũ chợ), cụng tỏc thi cụng tại vị 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
c. Cụng tỏc gia cường bổ sung lũ chuẩn bị
Để hỗ trợ bảo vệ lũ chuẩn bị, bờn cạnh việc sử dụng cũi, trờn cơ sở nghiờn 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.
3.2.3. Cụng nghệ sử dụng trụ nhõn tạo dạng dải liờn tục
Trụ nhõn tạo dạng dải liờn tục là sự kết hợp của cỏc kiểu trụ là dải đỏ chốn, 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.
Mặt khỏc, từ kinh nghiệm ỏp dụng tại mỏ Đại Bao Đỉnh, Trung Quốc [59], trong điều kiện vỉa than dày trung bỡnh, gúc dốc lớn, cú thể xem xột ỏp dụng trụ 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