Giáo trình Áp lực mỏ hầm lò - Đỗ Mạnh Phong (Phần 2)

79 trang hapham 120

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Áp lực mỏ hầm lò - Đỗ Mạnh Phong (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ap_luc_mo_ham_lo_do_manh_phong_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Áp lực mỏ hầm lò - Đỗ Mạnh Phong (Phần 2)

Chương 3 lựa chọn vì chống trong lò chợ dài dốc thoải và nghiêng 3.1. Lựa chọn vì chống đơn bằng gỗ trong lò chợ 3.1.1. Tính chọn vì chống gần gương Như đã trình bày ở chương 1, vì chống gần gương bằng gỗ được dùng trong lò chợ dốc thoải và dốc nghiêng thường ở dạng các khung chống bằng gỗ tròn. Đường kính của gỗ tròn để thiết lập khung chống chủ yếu phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu gỗ và chiều cao lò chợ hay chiều dày của vỉa. Đường kính d của cột chống gỗ có thể được xác định bằng công thức d 1,10  1,25 m , cm trong đó : m - chiều cao lò chợ, cm. Đường kính gỗ làm xà thường được lấy bằng đường kính cột, tức là dx=d. Nếu đã biết ứng suất chịu nén dọc thớ giới hạn của vật liệu gỗ thì có thể xác định được tải trọng giới hạn của một cột chống gỗ πd2 Pgh = σ . φ , kG/cột 4 nd trong đó: σnd - ứng suất chịu nén dọc thớ giới hạn của cột gỗ, có thể được xác định bằng cách tra bảng hoặc bằng công thức thực nghiệm: m 2 σnd = 293 - 1,92 , kG/cm i i - mômen quán tính của cột, i = d , cm4 4 φ - hệ số uốn dọc cột, nó phụ thuộc vào hệ số uốn dẻo  2 λ φ = 1 - 0,8 100 m  = i Tải trọng cho phép của cột chống gỗ được xác định bằng công thức P P gh , kG/cột chuyển thành T/cột , cp k trong đó: k - hệ số dự trữ độ bền của cột chống, k = 1,25 ữ 3,0 . 63
Nếu đã biết áp lực mỏ trên 1 m2 diện tích vách, thì có thể tính được mật độ của các cột chống gần gương q 2 η g , cột/m Pcp 2 trong đó: qg - áp lực ở luồng gần gương, T/ m ; Từ đây có thể tính được tổng số cột gần gương cần có cho mỗi luồng khấu N = ηLr , cột trong đó: L - chiều dài lò chợ, m; r - chiều rộng một luồng khấu, m. Tiếp theo cần phải dựa vào các điều kiện dạng nằm cụ thể của vỉa than và các yêu cầu về công nghệ và an toàn lao động của lò chợ, tiến hành lựa chọn loại và quy cách của vì chống gần gương, cụ thể là: sử dụng khung chống dọc hay ngang; các kích thước của một khung chống; khoảng cách giữa các khung chống; các chi tiết tăng sức cần thiết cho các khung chống Chi phí gỗ của vì chống gần gương tính cho một chu kỳ khấu than trong lò chợ sẽ là 3 Vgg = Vc + Vx + Vts , m 3 trong đó: Vc - chi phí gỗ cho các cột gần gương, m 3 Vx - chi phí gỗ cho các thanh xà, m 3 Vts - chi phí gỗ cho các chi tiết tăng sức, m ; trong các điều kiện trung bình có thể lấy gần đúng lấy gần đúng 3 Vts = (0,2ữ0,3) (Vc + Vx) , m . 3.1.2. Tính chọn vì chống phá hỏa bằng gỗ Như đã biết, các dạng vì chống phá hỏa bằng gỗ thường được dùng trong lò chợ là hàng cột phá hỏa, cụm cột phá hỏa và các chồng cũi. Khi dùng hàng cột hay cụm cột phá hỏa, chúng thường được thiết lập chính bằng các cột chống gần gương với cùng quy cách vật liệu gỗ. Như vậy, có thể xác định được số cột ở 1 m hàng cột phá hỏa R n , cột/m Pcp trong đó: R - áp lực mỏ ở luồng phá hỏa, T/m; Pcp - tải trọng cho phép của 1 cột phá hỏa, được lấy bằng tải trọng cho phép của cột gần gương, T/cột. Từ đó tính được tổng số cột phá hỏa trên cả chiều dài lò chợ N = n.L , cột . 64
Đến đây, nếu sử dụng hàng cột phá hỏa thì cần phải thiết lập quy cách của nó, trong đó cần lưu ý giữa các đoạn hàng cột phá hỏa xếp dọc lò chợ qua mỗi khoảng dài 2 - 5 m, cần phải có một "lối đi" ≥ 0,7 m nhằm tạo điều kiện thuận lợi để thu hồi hay loại bỏ hàng cột phá hỏa cũ ở mỗi lần phá hỏa đá vách. Trong trường hợp áp dụng các cụm cột phá hỏa, đầu tiên cần phải lựa chọn số cột trong 1 cụm cột nc = n.lcc , cột/cụm , trong đó: lcc - khoảng cách giữa hai tâm củ hai cụm cột kề nhau, m; thông thường khoảng cách này được chọn trong phạm vi 2 - 3 m. Như vậy, có thể xác định được số cụm cột và quy cách của hàng cụm cột trên cả chiều dài lò chợ L N cc , cột . lcc Nếu trong lò chợ sử dụng hàng chồng cũi phá hỏa, thì gỗ xếp cũi thường cũng có cùng chủng loại và đường kính như của khung chống gần gương. Tải trọng giới hạn của một chồng cũi gỗ tròn hình chữ nhật được xác định bằng công thức πd2 Q 4 ψσ , kG/cũi chuyển thành T/cũi , gh 4 nn trong đó: 4 - bốn điểm chịu tải của chồng cũi hình chữ nhật; ψ - hệ số chỉ diện tiếp xúc giữa hai thanh gỗ chồng chéo lên nhau khi chồng cũi có tải trọng lớn nhất, ψ = 0,7 ữ 0,8; σnn - ứng suất chịu nén ngang thớ giới hạn của gỗ xếp cũi, trung bình 2 σnn = 70 ữ 120 kG/cm . Tải trọng cho phép của một chồng cũi Q Q gh , T/cũi , cp k trong đó: k - hệ số dự trữ độ bền của cũi, k = 1,25 ữ 2,0 . Như vậy có thể tính được tổng số cũi trên cả chiều dài lò chợ R N L , cũi , Qcp và khoảng cách giữa các cũi theo tuyến phá hỏa của lò chợ L l , m . c N Tiếp theo cần xác định quy cách cụ thể của các chồng cũi, tức là kích thước của các đoạn gỗ xếp cũi, số lớp gỗ ở một chồng cũi , để có thể xác định được chi phí gỗ cho một luồng phá hỏa Vph. 65
Cuối cùng cần phải tính được chi phí gỗ chung cho cả lò chợ tính cho 1000 tấn than khai thác 1- k V V V = th gg ph 1000 , m3/1000 t.than. Ack trong đó: kth - hệ số thu hồi gỗ để tái sử dụng, kth = 0,4 ữ 0,6; Ack - sản lượng của một chu kỳ lò chợ, tấn. A - A A A B - B B B Hình 42. Sơ đồ lò chợ dốc nghiêng, khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn 3.2. Lập hộ chiếu chống giữ lò chợ và điều khiển đá vách với vì chống đơn bằng gỗ Dựa vào các kết quả tính toán ở mục trên có thể thiết lập được hộ chiếu chống giữ lò chợ và điều khiển đá vách. Nội dung của một hộ chiếu phải gồm có những vấn đề sau: - mô tả chi tiết các điều kiện địa chất mỏ của khu khai thác; - hệ thống khai thác được áp dụng; - cơ sở tính toán và kết quả tính áp lực mỏ trong lò chợ; - lựa chọn vì chống lò chợ và phương pháp điều khiển áp lực mỏ; 66
- các thông số của công nghệ khai thác than trong lò chợ và trình tự tiến hành các quá trình công nghệ; - các bản vẽ thể hiện các trạng thái đặc trưng của lò chợ cùng các biểu đồ tổ chức thực hiện các công tác lò chợ và bố trí nhân lực, nếu khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn thì cần có thêm hộ chiếu khoan nổ mìn. Trên hình 42 là một minh họa của một lò chợ sử dụng vì chống đơn bằng gỗ khi khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn, trong đó vì chống gần gương là các khung chống dọc và vì chống phá hỏa là các chồng cũi. a b 0,2 0,25 2,5 1 1,2 m 2,5 1 2,4 4 m 1,2 0,25 1,2 1,6 0,2 1 1 Hình 43. Các thí dụ về lò chợ dùng khung chống dọc bằng gỗ: a- khung chống với xà dài 4 m; 1 1 b- khung chống với xà dài 2,5 m. Các thí dụ về quy cách của các khung chống dọc với xà dài 4 m và 2,5 m được thể hiện trên hình 43, a và b. 3.3. Lựa chọn vì chống đơn bằng thép và hộ chiếu chống giữ lò chợ Hiệu quả sử dụng vì chống đơn phụ thuộc vào sự lựa chọn đúng đắn hộ chiếu chống giữ và các thông số của vì chống. Để lựa chọn vì chống thuỷ lực đơn và vì chống phá hoả, cần phải có những số liệu sau: - chiều dày của vỉa trong phạm vi khu khai thác m và độ giao động của nó ±Δm; 67
- sự dịch gần của đá vách và đá trụ trên cả chiều rộng của lò chợ; - chiều cao của các thanh xà; - dự trữ độ co tối thiểu của các cột thuỷ lực đơn cần để dỡ tải và thu hồi cột; - hộ chiếu chống giữ lò chợ. Kích thước cần thiết của các cột gần gương khi sử dụng xà thép (hình 44) có thể được xác định bằng các công thức: Lmax = m + Δm - hx - aml1 ; Lmin = m - Δm - hx - aml4 - hcd , trong đó: Lmax - chiều cao lớn nhất cần thiết của cột gần gương, m; Lmin - chiều cao cho phép nhỏ nhất của cột gần gương, m; m - chiều dày trung bình của vỉa, m; Δm - độ dao động chiều dày vỉa lớn nhất trong phạm vi khu khai thác, m; hx - chiều cao của các thanh xà, m; a - hệ số dịch gần của đá vách và đá trụ, 1/m; l1 - khoảng cách từ gương tới hàng cột gần gương đầu tiên, m; l4 - khoảng cách từ gương tới hàng cột gần gương cuối cùng, m; hcd - dự trữ độ co để dỡ tải cột, m. Hình 44. Sơ đồ lựa chọn vì chống gần gương và phá hoả Độ hạ võng của vách ở khoảng cách l kể từ gương lò chợ được xác định bằng công thức U = alm, có tính đến loại đá vách. Chẳng hạn, đối với các điều kiện của bể than Đônhiesk (Ucraina) độ hạ võng của vách thuộc loại I, II và III theo phân loại của VUGI có thể được xác định bằng các công thức tương ứng: UI = 0,04 ml; UII = 0,025 ml; UIII = 0,015 ml. 68
Các giá trị của hệ số a cho các lò chợ của bể than Kuznhiesk (Nga) và Karaganđa (Cadacstan) có thể lấy trong khoảng 0,05-0,035 và 0,04-0,02. Trong đó, các giá trị lớn hơn tương ứng với các đá vách loại I và đôi khi là loại hai, còn các giá trị nhỏ hơn ứng với đá loại III và đôi khi là loại II. Dự trữ độ co của các cột để dỡ tải chúng dễ dàng được lựa chọn dựa vào chiều dày của vỉa: m , m . . . . . 1,2 hcd , m . . . . . 0,03 0,04 0,05 Để lựa chọn kích thước các cột phá hoả sử dụng các biểu thức: Lmax = m + Δm - aml3 ; Lmin = m - Δm - aml4 - hcd , trong đó l3 và l4 - khoảng cách kể từ gương tương ứng tới vị trí đặt cột phá hoả ban đầu và kết thúc, m. Kích thước của các đoạn xà thép được chọn dựa vào chiều rộng khấu của máy liên hợp. Chiều rộng khấu có thể bằng chiều dài xà, bằng một nửa chiều dài xà hoặc không là ước số của nó. Phụ thuộc vào điều này, cần phải thay đổi phương thức xác lập hộ chiếu chống lò chợ. Máy liên hợp với chiều rộng khấu bằng chiều dài một đoạn xà chủ yếu được sử dụng ở các vỉa dày tới 1 m. Khi đó, các cột gần gương được đặt thành các hàng thẳng theo chiều dốc (hình 45). Trong trạng thái ban đầu, máng cào được đẩy sát vào gương và cột chống đầu tiên tính từ gương 1 được đặt ngay sau máng cào. Đoạn xà 2 có 1/3 chiều dài hướng về phía khoảng trống đã khai thác. Số hàng cột chống được chọn không nhỏ hơn hai và không lớn hơn Hình 45. Thí dụ về hộ chiếu chống bốn, phụ thuộc vào chiều rộng cần chống lò chợ khi chiều rộng khấu bằng chiều dài một đoạn xà giữ của lò chợ. Khoảng cách giữa các cột gần gương trong một khung chống được lấy bằng chiều dài một đoạn xà, còn khoảng cách giữa các khung chống theo chiều dốc thay đổi trong khoảng từ 0,7 đến 1 m, phụ thuộc vào tính chất của đá vách. Khi trạng thái của vách xấu, đồng thời khi chiều dày vỉa gia tăng, thì cần 69
phải tăng mật độ các cột chống. Việc chống giữ vùng uốn máng cào của lò chợ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Để làm việc này, đoạn xà 3 được nối công sơn với đoạn xà 2, khi đó tạo ra một khoảng không gian gần gương không có cột chống. a) b) Hình 46. Thí dụ về hộ chiếu chống lò chợ khi chiều dài đoạn xà gấp đôi chiều rộng khấu của máy liên hợp Khi chiều rộng khấu của máy liên hợp bằng một nửa chiều dài một đoạn xà, có thể áp dụng hộ chiếu chống lò chợ với các dãy cột gần gương đặt thẳng hàng (hình 46, a), hoặc với các cột bố trí chéo nhau (so le, hình 46, b). Cột 1 của vì chống (hình 46, a) được dựng ngay sau máng cào lò chợ, khi nó được đẩy vào gương. Nếu các cột nằm thẳng hàng theo chiều dốc, thì các hàng thứ hai và thứ ba được đặt theo chiều dốc cách nhau qua các khoảng bằng chiều dài một đoạn xà. ở chu kỳ khấu than đầu tiên, các cột gần gương chưa được dựng và một dải không gian mới bị bóc lộ rộng 0,5 hay 0,63 m không được chống giữ. Trong 70
chu kỳ khấu thứ hai, ở vùng uốn máng cào có thể lắp các đoạn xà 2, sau đó dựng các cột 3 vào dưới chúng. Phạm vi áp dụng hộ chiếu chống lò này khá hạn chế, nó chỉ phù hợp với các đá vách có đủ độ ổn định cần thiết. Khi sắp xếp các cột gần gương chéo nhau, thì không cần yêu cầu khắt khe về độ ổn định của đá vách. Các cột 1 của hàng đầu tiên (xem hình 46, b) được đặt trực tiếp sau máng cào lò chợ. Các đoạn xà 2 chống giữ không gian công tác ở trên máng cào. Hàng cột thứ hai 4 được dựng qua một khoảng theo phương bằng một nửa chiều dài đoạn xà, hay bằng chiều rộng khấu của máy. Trong đó, các cột của hàng thứ nhất, hàng thứ hai và các hàng tiếp theo được sắp xếp so le nhau. Phía sau máy liên hợp, trong vùng di chuyển máng cào, các đoạn xà được lắp công sơn. Sau khi đẩy máng cào, có thể dựng các cột 4. Tiếp theo, sau khi khấu dải thứ hai, lắp các đoạn xà côngsơn 7 và sau khi đẩy máng cào một lần nữa, dựng các cột 8. Khi khấu than bằng máy bào, chiều rộng khấu của lưỡi bào nhỏ hơn một nửa chiều dài một đoạn xà. Trong những điều kiện rất thuận lợi (vách rất ổn định) có thể áp dụng hộ chiếu chống lò sắp xếp các cột theo tuyến thẳng, còn nhìn chung nên sử dụng sơ đồ chéo để bố trí các cột gần gương (hình 47). Các cột 1 của hàng đầu tiên được dựng sau máng cào lò chợ. Kể từ chúng qua khoảng cách 0,63 m, đặt chéo với chúng các cột 2 của hàng thứ hai. Tương tự, ở khoảng cách 0,63 m từ hàng thứ hai, dựng các cột 3 của hàng thứ ba. Theo tiến độ khấu của máy bào, các đoạn xà côngxơn 5 được lắp với Hình 47. Thí dụ về hộ chiếu các đoạn xà 4, và trong giai đoạn tiếp theo chống lò chợ khi dùng máy bào sẽ đặt các cột 6. Nhìn chung, khi dùng vì chống thủy lực đơn với máy bào ngoài cách bố trí cả cột và xà so le nhau, còn có thể áp dụng sơ đồ bố trí các cột thành hàng và các xà so le (hình 48, a) hoặc bố trí cả cột và xà theo hình răng cưa hay còn được gọi là nhóm chéo (hình 48, c). Việc lựa chọn hộ chiếu chống giữ lò chợ bằng vì chống thủy lực đơn cũng như bằng các vì chống tổ hợp cần được tiến hành theo các bước sau đây: 71
1. Theo các điều kiện địa chất của vỉa than và các yêu cầu công nghệ của lò chợ, lựa chọn sơ bộ loại vì chống và quy cách chống giữ và điều khiển áp lực mỏ ở lò chợ (lập hộ chiếu sơ bộ). 2. Kiểm tra hộ chiếu chống giữ và điều khiển áp lực đã chọn theo điều kiện áp lực mỏ thực tế, sự dịch động của đá vách, đá trụ và điều kiện thông gió lò chợ . Khi cần thiết, phải hiệu chỉnh hộ chiếu cho phù hợp. 3. Nếu điều kiện thực tế vượt quá miền hiệu chỉnh, thì cần phải lựa chọn loại vì chống khác và lặp lại các bước tính toán đã nêu trên. a) b) c) Hình 48 Các sơ đồ chống giữ lò chợ khi dùng máy bào: a) bố trí các cột thành hàng, xà so le; b) bố trí cả cột và xà so le; c) bố trí cả cột và xà theo kiểu răng cưa Trên hình 49 là một thí dụ về hộ chiếu chống lò chợ khi khấu than bằng phương pháp khoan nổ mìn với bước khấu và bước lắp dựng vì chống gần gương là 1,2 m, trong đó với vai trò của vì chống phá hỏa có thể dựng thêm các cột gần gương tăng cường ở tuyến sau, tạo thành các cụm cột phá hỏa. Một thí dụ về hộ chiếu chống lò chợ bằng vì chống thủy lực đơn và các cột phá hỏa thủy lực khi khấu than bằng máy liên hợp được thể hiện trên hình 50, trong đó bước khấu than, bước chống lò và bước phá hỏa đá vách đều được lấy là 0,8 m. Gần đây, tại nhiều mỏ than hầm lò Việt Nam bắt đầu sử dụng rộng rãi một số loại vì chống tổ hợp của Trung Quốc, mà điển hình là hai loại vì chống kiểu XDY và ZH. 72
a a a - a b - b b b Hình 49. Sơ đồ chống giữ lò chợ bằng vì chống thủy lực đơn và vì chống phá hỏa dạng cụm cột khi khấu than bằng khoan nổ mìn Các đặc tính kỹ thuật chính của vì chống tổ hợp XDY được trình bày trong bảng 7. Thí dụ về hộ chiếu chống lò chợ với vì chống XDY khi khấu than bằng máy liên hợp được thể hiện trên hình 51. Bảng 7. Đặc tính kỹ thuật giá thủy lực XDY-JF/Lr/T2 TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Số lượng 1 Chiều cao tối đa mm 2460 2 Chiều cao tối thiểu mm 1760 3 Hành trình pít tông mm 700 4 Chiều rộng giá mm 680 5 Chiều dài giá mm 2710 6 Bước tiến của dầm tiến gương mm 640 7 Tải trọng công tác kN 1270 8 áp suất bơm MPa 20 9 Đường kính xi lanh mm 120 10 Trọng lượng giá cột kg 960 73
7 A A A - A 1 4 Hình 50. Sơ đồ chống giữ 5 B B lò chợ bằng vì chống thủy B - B 3 lực đơn và các cột phá hỏa 3 khi dùng máy liên hợp và 2 máng cào uốn: 6 1- máy liên hợp; 2- máng C - C cào uốn; 3- xà công sơn C 5 C khớp bản lề, 4- cột thủy lực đơn; 5- cột phá hỏa thủy lực; 6- kích thủy lực ngang; 7- các dầm xà hộp D - D bảo vệ đầu máng cào. D D 7 Đặc tính kỹ thuật của vì chống ZH1600 cho lò chợ khoan nổ mìn được trình bày trong bảng 8. Trên hình 52 thể hiện sơ đồ làm việc của vì chống tổ hợp ZH2000 khi khấu than bằng máy liên hợp. 74
A - A 1 1 B - B Hình 51 Hộ chiếu chống lò chợ với vì chống tổ hợp XDY (Trung A A Quốc) khi khấu C - C than bằng máy liên B B hợp với bươc khấu là 0,63 m 6 D - D C C D D Bảng 8. Đặc tính kỹ thuật của giá khung di động ZH 1600/16/24Z TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Số lượng 1 Chiều dài giá mm 2950 2 Chiều rộng giá mm 960 3 Số lượng cột thủy lực của giá cột 4 4 Đường kính xi lanh cột mm 110 5 Bước tiến của dầm tiến gương mm 800 75
6 Chiều dài tấm đỡ gương mm 800 7 Tải trọng làm việc KN 1600 8 Tải trọng ban đầu KN 950 9 áp suất trạm bơm MPa 31,5 10 Đường kính đế cột mm 260 - 300 Hình 52 Vì chống tổ hợp kiểu giá khung ZH 2000/15/35Z (Trung Quốc) trong lò chợ dùng máy liên hợp 3.4. Lựa chọn vì chống cơ khí hoá và hộ chiếu chống giữ lò chợ Một trong những thông số chính của vì chống cơ khí hoá là chiều cao kết cấu tối thiểu Hmin , bởi vì nó bị khống chế bởi chiều dày nhỏ nhất của vỉa than. Giá trị Hmin có thể được xác định theo công thức Hmin = mmin - Us - acd , trong đó: mmin - chiều dày nhỏ nhất của vỉa than, mm; Us - trị số hạ võng của đá vách ở khoảng cách lớn nhất kể từ gương lò chợ, mm; acd - dự trữ độ co của cột chống để dỡ tải, mm. 76
a) b) Hình 53. Sự hạ võng của đá vách trong lò chợ dùng vì chống cơ khí hoá: a - khi chiều dày vỉa nhỏ nhất; b - khi chiều dày vỉa lớn nhất (ls - khoảng cách từ gương lò chợ đến hàng cột chống sau cùng) Chiều cao lớn nhất của vì chống được xác định bởi hệ số co duỗi thuỷ lực K (tỷ số giữa chiều cao kết cấu của vì chống lớn nhất so với nhỏ nhất), giá trị của nó được lấy không nhỏ hơn 1,6 cho các cột co duỗi một cấp và 1,95 cho các cột co duỗi hai cấp, Hmax = KHmin . Chiều dày lớn nhất của vỉa có thể sử dụng vì chống Mmax = Hmax + Utr , trong đó: Utr - độ hạ võng của vách trên hàng cột trước của vì chống ở khoảng cách tối thiểu kể từ gương ltr , mm (hình 53). Trị số hạ võng của đá vách khi sử dụng vì chống cơ khí hoá cũng được xác định bằng phương pháp như khi lựa chọn vì chống đơn. Hiện nay, tại các nước có nền công nghiệp khai thác than phát triển rất nhiều chủng loại vì chống cơ khí hóa cho lò chợ đã được nghiên cứu và sản xuất hàng loạt, đáp ứng được tính đa dạng của các điều kiện khai thác mỏ. Gần đây, tại mỏ than Khe Chàm ở nước ta bước đầu đã áp dụng thành công vào lò chợ vì chống cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn ZZ-3200/16/26 cùng máy liên hợp khấu than MG-150/375-W của Trung Quốc. Sơ đồ lò chợ với loại vì chống này được mô tả trên hình 54, trong đó bước khấu và bước di chuyển vì chống là 0,63 m, sản lượng khai thác than trung bình đã đạt được trong một ngày-đêm là 1700 - 2000 tấn, cá biệt có ngày đạt 2400 tấn. Trên hình 55 thể hiện hộ chiếu chống giữ lò chợ bằng vì chống cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn 2KĐĐ của SNG khi khấu than bằng máy liên hợp. 77
A - A A A 1 1 B - B B B C - C C C D - D D D Hình 54. Hộ chiếu chống lò chợ bằng vì chống cơ khí hóa ZZ-3200/16/26 (Trung Quốc) khi khấu than bằng máy liên hợp 78
A A A - A 4 3 Hình 55. Sơ đồ lò chợ 1 B B dùng tổ hợp thiết bị cơ khí 5 B - B hóa KĐĐ của SNG: C C 2 1-máng cào SPTs-273; 2-máy liên hợp RKU-13; 6 9 3-lưỡi trai; C - C 4-tấm xà; 8 5-tấm chắn; 6-các tay khớp liên kết; 7 7-tấm đế; D - D 8-cột thủy lực; 9-kích di chuyển. D D Trên hình 55 có thể nhận thấy rằng, trong sơ đồ này các đầu truyền động của máng cào lò chợ đã được chuyển ra ngoài lò chuẩn bị, điều này làm giảm khó khăn khi chống giữ hai đầu lò chợ vì không bị vướng các đầu máng cào. Tuy nhiên, lúc này lại đòi hỏi mở rộng thêm lò chuẩn bị, nhất là ở mức vận tải, mặt khác việc phá hỏa đá vách ở các lò chuẩn bị vẫn phải thực hiện bằng thủ công. 79
Để khắc phục các vấn đề trên, tốt nhất là nên sử dụng thêm các vì chống cơ khí hóa chuyên dùng ở trong các lò chuẩn bị giáp với lò chợ, tất nhiên vấn đề chuyển tải than từ lò chợ qua lò chuẩn bị cũng phải được giải quyết đồng bộ phù hợp với vì chống cơ khí hóa ở đó. Sơ đồ chống giữ lò chợ kiểu này được thể hiện trên hình 56. A A A - A B B B - B Hình 56 C C Sơ đồ lò chợ dùng tổ hợp thiết bị cơ khí hóa KĐĐ của SNG C - C kết hợp các vì chống cơ khí hóa chuyên dùng ngoài lò chuẩn bị giáp với lò chợ D - D D D 80
Khi khai thác các vỉa than dày hơn 3 - 4 m, có thể tới 6 - 10 m, dốc thoải và dốc nghiêng, xu hướng hiện nay là khai thác lò chợ theo lớp bám trụ kết hợp với thu hồi phần than còn lại ở phía vách bằng khoan nổ mìn hoặc do tự sập. Một trong các loại vì chống cơ khí hóa được dùng cho mục đích này là vì chống kiểu chắn-đỡ MVPN-3200 của Cộng hòa Séc, hiện đang được thử nghiệm tại Việt Nam (hình 57). A A A - A B B B - B Hình 57 Sơ đồ lò chợ áp dụng vì chống cơ khí hóa C - C MVPN-3200 có cơ cấu thu hồi than nóc của CH Séc D - D C C D D 81
Trong các bảng 9,10 và 11 dưới đây là đặc tính kỹ thuật của một số loại vì chống cơ khí hóa điển hình đã được nhắc đến ở trên. Bảng 9. Đặc tính kỹ thuật của vì chống ZZ 3200/16/26 (Trung Quốc) Trị số Đơn TT Bộ phận Thông số kỹ thuật ZZ ZT vị 3200/16/26 3200/16/26 Chiều cao tối đa mm 2600 2600 Chiều rộng mm 14201590 14201590 Khoảng cách tâm mm 1500 1500 Chiều dài mm 4410 4410 Lực chống ban đầu KN 2532 2532 Đoạn vì Lực chống công tác KN 3200 3200 1 chống Cường độ chống nén nóc MPa 0,62 0,62 Cường độ chống nén nền MPa 1,96 1,96 Lực chống của cột KN 80/89 80/89 Lực chống của dầm gương KN 36/40 36/40 áp suất bơm MPa 31,5 31,5 Trọng lượng tấn 9,8 9,8 Số cột chống cột 4 4 Cột Đường kính xi lanh/pitton mm 160/150 160/150 2 chống Hành trình cột chống mm 1220 1220 Lực chống của cột KN 800 800 Số kích đẩy cái 1 1 Đường kính xi lanh/pitton mm 140/85 140/85 Kích đẩy 3 Hành trình mm 700 700 máng cào Lực đẩy KN 306 306 Lực kéo KN 178,7 178,7 Số kích đẩy cái 1 1 Kích đẩy Đường kính xi lanh/pitton mm 100/70 100/70 5 dầm Hành trình mm 420 420 gương Lực đẩy KN 247,7/275,2 247,7/275,2 Lực kéo KN 126 126 Bảng 10. Đặc tính kỹ thuật của một số vì chống cơ khí hoá do SNG chế tạo Kiểu vì chống TT Đặc tính kỹ thuật 2ĐT 2KĐĐ 3KĐ90 1 Chiều dày vỉa than, m 1,45 - 2,50 1,35 - 2,40 1,35 - 2,0 2 Góc dốc giới hạn của vỉa, độ : - Khi dịch chuyển theo 35 35 35 phương - Khi dịch chuyển theo 10 10 10 chiều dốc 82
3 Khả năng kết nối với : - Các loại máy liên hợp GSh500, RKU13, RKU13, RKU13 GSh68B GSh500 - Các loại máng cào SPTs273, SPTs273, SPTs273, SP301, SP301M SP301M KSĐ28 4 Tải trọng trên 1 m2 diện tích vách, kN/m2 780 - 840 478 - 533 550 5 Tải trọng của một đoạn vì chống, kN 3900 - 4560 2660 - 3080 3200 6 Hệ số co duỗi 2,19 2,1 2,0 7 Lực di chuyển đoạn vì chống, kN 390 392 392 8 Bước lắp đặt các đoạn vì, m 1,5 1,5 1,5 9 áp suất công tác lớn nhất trong ống dẫn, MPa 32 32 32 10 Hệ số chèn vách 0,9 0,9 0,9 11 Kích thước của đoạn vì chống, mm : - Chiều cao, min - max 1175 - 2500 1130 - 2400 1000 - 2000 - Chiều rộng 1440 1400 1460 12 Khối lượng đoạn vì chống, 10100 8720 7997 kg 13 Nhà máy chế tạo Nhà máy chế tạo máy mỏ Đruzcôvski, Ucraina Bảng 11. Đặc tính kỹ thuật của một đoạn vì chống MVPN-3200 của CH Séc TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Số lượng 1 Chiều cao, max-min mm 3160-1980 2 Chiều rộng mm 1500 3 Chiều dài mm 3500 4 Số cột cột 2 5 Tải trọng lớn nhất KN 2287 6 Cường độ chống nền MPa 0,61 7 Trọng lượng tấn 12,5 83
Chương 4 áp lực mỏ trong lò chợ dài khi khai thác vỉa dốc nghiêng và dốc đứng 4.1. Đặc điểm biến dạng và sập đổ của đá vách ở các vỉa nghiêng-đứng và dốc đứng Quá trình biến dạng và sập đổ của đá vách ở các vỉa nghiêng đứng và dốc đứng được thể hiện trên hình 58 và sơ đồ tác dụng giữa vách trực tiếp và vách cơ bản ở mặt cắt theo hướng dốc được mô tả theo hình 59. ở vỉa dốc đứng, theo mức độ xa dần khỏi trụ bảo vệ phía sau, diện bóc lộ của đá vách sẽ tăng do đó trình tự tích luỹ biến dạng của đá vách xảy ra tương tự như đối với các vỉa dốc thoải. Nhưng phá hoả ban đầu của đá vách chủ yếu xảy ra ở mức phần trên của diện bóc lộ của đá vách, còn ở nửa dưới chỉ một phần nhỏ (các hình 58 và 59). Hình 58. Sơ đồ phát triển sự phá huỷ của đá vách vỉa dốc đứng Phần lớn đá vách phía trên lò dọc vỉa vận tải sẽ không bị sập đổ. Điều này được giải thích như sau: đất đá phá hoả trượt xuống phần dưới của khoảng trống đã khai thác, tơi ra và chèn lấp đá vách làm giảm khẩu độ diện bóc lộ theo hướng dốc. Hình dạng của những lần phá hoả ban đầu của vách cơ bản giống hình ellip (hình 58). Vách cơ bản có sự phân lớp và khẩu độ sập đổ của các lớp trên giảm đáng kể so với lớp dưới. ở giai đoạn chế độ dịch động ổn định của vách cơ bản hình dạng phá hoả của nó được thể hiện bằng đường liền trên hình 58. Đặc điểm cơ bản ở đây là sự trượt của đất đá phá hoả xuống phần dưới của khoảng trống đã khai thác khi tháo bỏ vì chống theo hướng phá hoả từ dưới lên trên. Đất đá này sẽ lấp đầy đến đá 84
vách ở phần dưới của khoảng trống đã khai thác, do đó sự sập đổ tiếp theo của đá vách chỉ xảy ra ở phần trên của diện bóc lộ. hcb hi 75o hv Hình 59 Sơ đồ tác dụng tương hỗ giữa vách cơ bản và vách trực tiếp bn ở các vỉa dốc đứng 45o L Mức độ đập vụn và hệ số tơi của đất đá theo hướng dọc lò chợ sẽ không cố định: ở phần dưới của lò chợ đất đá bị đập vụn mạnh hơn; hệ số tơi có giá trị lớn nhất ở phần dưới của khoảng trống đã khai thác và có giá trị nhỏ nhất ở phần trên. Nghiên cứu đặc điểm biến dạng và sập đổ của đá vách khi phá hoả toàn phần ở các vỉa dốc đứng đưa đến những nhận xét sau: 1. Theo mức độ tăng góc dốc của vỉa, giá trị lực thành phần dọc trục của trọng lượng đất đá sẽ tăng. Điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi cơ bản của trạng thái ứng suất. 2. Sự lấp kín phần dưới của khoảng trống đã khai thác cũng như sự giảm khẩu độ của các lớp phá hoả sẽ dẫn đến giảm đáng kể diện bóc lộ của vách cơ bản và vách trực tiếp theo hướng dốc. 3. Khi khai thác ruộng mỏ theo sơ đồ khấu đuổi và phá hoả toàn phần, do lấp kín phần dưới cho nên để lấp đầy khoảng trống khai thác đến vách cơ bản và đến trụ bảo vệ lò dọc vỉa thông gió thì chiều dầy tối thiểu của vách trực tiếp lớn hơn nhiều so với vỉa dốc thoải và nó có thể được xác định gần đúng theo công thức sau: n 1,43L.h v  hi 0,7bn 0,5bn , m 1 k t 1 85
n L.h v  hi , m (4.1) 1 bn k t 1 4. Khi khai thác ruộng mỏ theo sơ đồ khấu giật, lò dọc vỉa thông gió không cần phải được bảo vệ thì tổng chiều dày các lớp vách trực tiếp có thể lấy nhỏ hơn nhiều. Thông thường, trong trường hợp này thì chiều dày vách trực tiếp chỉ cần thoả mãn điều kiện:  hi (2  3) hv , m (4.2) Chính vì vậy, khi khai thác ruộng mỏ theo sơ đồ khấu giật phạm vi ứng dụng của phá hoả toàn phần sẽ rộng hơn nhiều. 4.2. Tính áp lực ở lò chợ nghiêng-đứng và dốc đứng Khi khai thác vỉa nghiêng-đứng và dốc đứng khả năng áp dụng phương pháp phá hoả toàn phần được kiểm tra theo công thức 4.1 hoặc 4.2 tuỳ thuộc vào thứ tự khai thác theo sơ đồ khấu đuổi hay khấu giật. Khi sử dụng phương pháp chống giữ luồng phá hoả bằng cũi lợn, phản lực của vì chống được xác định bởi độ nghiêng của đá vách. Khi chống lò chợ bằng vì chống gỗ, độ lún cho phép của vì chống được lấy trong giới hạn ∆h = 50 ữ 100 mm. Khi vỉa dốc đứng, các đoạn của vì chống cơ khí hoá sẽ làm việc trong điều kiện không giống nhau dọc theo gương lò chợ. a lH b lH Hình 60. Sơ đồ tác dụng tương hỗ giữa vì chống cơ khí hóa và đá vách a - ở phần dưới của lò chợ; b - phần trên của lò chợ 86
ở phần dưới của lò chợ, vách trực tiếp cũng như vách cơ bản sẽ tỳ vào đất đá phá hoả. Sơ đồ tác dụng tương hỗ giữa vì chống và đá vách được trình bày ở hình 60, a. ở phần này của khoảng trống đã khai thác, giới hạn hạ tự do của vách sẽ bằng không. Hạ vách trực tiếp và vách cơ bản xảy ra chỉ nhờ sự nén chặt của đất đá đã phá hoả. Chính vì vậy cột vì chống sẽ lún ít nhất và điều kiện chống giữ đá vách nhẹ nhàng nhất. ở phần trên của lò chợ, do đất đá đã phá hoả trượt xuống phía dưới cho nên chiều dầy lớp đất đá đã phá hoả của vách trực tiếp giảm đáng kể và thậm chí có thể không có (hình 60, b). ở phần này của khoảng không gian đã khai thác giới hạn hạ tự do của vách trực tiếp tăng đáng kể và góc nghiêng của vách cơ bản cũng như độ lún của vì chống cũng sẽ tăng. ở khu vực này của lò chợ, điều kiện làm việc của vì chống sẽ khó khăn nhất. Nhưng, ở nhiều trường hợp do giảm diện bóc lộ của vách cơ bản vì giảm khẩu độ của nó và do chiều dài lò chợ ở các vỉa dốc đứng thường nhỏ hơn nhiều so với vỉa dốc thoải cho nên vách cơ bản có thể giữ được sự ổn định, điều đó sẽ làm giảm độ lún của các vì chống. Chiều dài của đoạn lò chợ mà điều kiện làm việc của vì chống khó khăn nhất trong trường hợp sập đổ của đá vách có thể xác định theo công thức: L 1 = b n -  hi , m (4.3) trong đó: bn - chiều dài sập đổ của vách trực tiếp theo hướng dốc, m; ∑ hi - tổng chiều dày các lớp đá vách trực tiếp, m. Phân tích trên cho thấy rằng, tính toán vì chống ở lò chợ khi khai thác vỉa dốc đứng phải tính cho điều kiện làm việc khó khăn nhất của vì chống tức là ở nơi mà vách cơ bản có giới hạn hạ tự do lớn nhất. Tính toán vì chống cơ khí hoá ở vỉa dốc đứng được thực hiện tương tự như đối với vỉa dốc thoải, nhưng do đặc điểm công tác của vì chống nên cần phải có những điều chỉnh nhất định. Cường độ tải trọng được xác định theo công thức: n 2 qk q vcosα γtbcosα hi , T/m (4.4) 1 2 trong đó: qv- trọng lượng của đá vách trực tiếp, T/m ; α - góc dốc của vỉa than; 3 tb - thể trọng trung bình của đá vách trực tiếp, T/m Độ lún lớn nhất của vì chống ở điều kiện khó khăn nhất: ln ΔhR hc.max (4.5) L1 Tổng độ lún của vì chống được xác định theo công thức: ln h Δh max hc.max (4.6) L1 87
4.3. Đặc điểm phân bố áp lực tựa ở vỉa dốc đứng Nếu như sự phân bố áp lực tựa khi khai thác vỉa dốc thoải theo mặt vỉa ở phía trước lò chợ là tương đối đối xứng với điểm cực đại nằm khoảng giữa lò chợ thì ở vỉa dốc đứng phân bố áp lực tựa sẽ là phi đối xứng. Trong trường hợp này, điểm cực đại của áp lực tựa sẽ dịch chuyển mạnh về phần trên của lò chợ tương ứng với sự biến dạng của vách cơ bản (hình 61). Điều này có ý nghĩa rất lớn khi khai thác vỉa nằm trên hoặc dưới trong cụm vỉa. Những biến dạng cuối cùng và trạng thái ứng suất của các trụ bảo vệ giữa các tầng hoặc địa khối không chỉ phụ thuộc vào độ sâu khai thác mà còn phụ thuộc vào công nghệ khai thác và áp lực tựa của đất đá phá hoả. Đặc điểm trạng thái ứng suất của trụ bảo vệ, sự phân bố và cường độ áp lực tựa theo hướng dốc sẽ thay đổi ở các mặt cắt khác nhau tuỳ thuộc vào khoảng cách của mặt cắt đã chọn so với lò chợ. 2 1 2 2 1 1 α Hình 61. Sơ đồ phân bố áp lực tựa ở vỉa dốc đứng: 1 - ở gần lò chợ; 2 - cách xa lò chợ Trên hình 61, ở mặt cắt theo hướng dốc cách gương lò chợ tương đối xa, thể hiện sơ đồ phân bố áp lực tựa (đường liền 2). Bức tranh của các quá trình vật lý là rất phi đối xứng. Điều này được giải thích bởi tính phi đối xứng của sự phá huỷ vách trực tiếp và vách cơ bản. Than ở vùng ngoài theo hướng dốc lên của trụ bảo vệ khi bị nén có thể dịch chuyển vào khoảng trống đã khai thác. Trong khi đó, đất đá đã phá hoả của vách trực tiếp lên vùng ngoài theo hướng dốc xuống của trụ bảo vệ sẽ tạo ra phản lực ngăn cản sự phát triển của sự biến dạng và phá huỷ của trụ bảo vệ. ở khoảng cách tương đối xa lò chợ, vùng ngoài của trụ theo hướng dốc lên sẽ bị phá huỷ trên chiều dày lớn 2  10 m. 88
4.4. Hộ chiếu chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ ở vỉa dốc đứng 4.4.1. Hộ chiếu chống giữ lò chợ bằng vì chống đơn bằng gỗ Quá trình chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ ở các vỉa nghiêng- đứng và dốc đứng khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với ở các vỉa dốc thoải và dốc nghiêng. Khi chống giữ lò chợ bằng vì chống đơn ở vỉa dốc đứng, vì chống gỗ được sử dụng là chủ yếu, bởi nếu dùng vì chống thép thì quá trình lắp dựng vì chống sẽ trở nên nặng nhọc và nguy hiểm, mặt khác việc thu hồi vì chống thép khi tiến hành phá hỏa đá vách cũng rất phức tạp và nhiều khi làm tổn thất vì chống gia tăng. Các vì chống gần gương bằng gỗ trong lò chợ dốc đứng chủ yếu là các khung chống dọc và là các khung chống đầy đủ. Vì chống phá hỏa bằng gỗ thường là các chồng cũi hay hàng cột phá hỏa hoặc hỗn hợp cả hai. Trên hình 62 là một thí dụ về hộ chiếu chống lò chợ bằng gỗ khi áp dụng khấu than bằng máy liên hợp ở vỉa mỏng và dày trung bình, dốc đứng. Các khung chống ở đây được đặt song song với gương lò, ở khoảng cách 0,25-0,35 m tính từ gương. Phụ thuộc vào độ ổn định của vách và trụ, mỗi khung chống bao gồm ba-bốn cột. Theo phương, các khung được đặt cách nhau 0,8-1 m, tương ứng với bước khấu của máy liên hợp. Mật độ cột gần gương dao động từ 1,5 đến 2,7 cột trên 1 m2. Khi vách và trụ yếu, chúng được chèn kín bằng gỗ ván hoặc gỗ bìa. Hình 62. Hộ chiếu chống giữ lò chợ dốc đứng khi khấu than bằng máy liên hợp Quá trình chống giữ lò chợ có thể được tiến hành theo hai sơ đồ: theo sơ đồ thứ nhất vì chống được thiết lập sau khi hạ máy hoặc từng phần trong quá trình hạ máy, còn theo sơ đồ thứ hai việc chống giữ lò chợ được tiến hành song 89
song với quá trình khấu than ở dải tiếp theo. Trong trường hợp thứ nhất, vì chống được dựng đồng thời ở nhiều đoạn lò chợ khác nhau, mỗi đoạn lò chợ được ngăn cách bởi một sàn bảo hiểm. ở mỗi đoạn, vì chống được thiết lập từ dưới lên trên. Tốc độ chống lò phụ thuộc vào chiều dày của vỉa, kết cấu của vì chống gần gương và số công nhân tham gia chống lò. Việc chuyển vật liệu gỗ vào lò chợ là một trong những công đoạn rất nặng nhọc. Thường sử dụng các phương pháp chuyển gỗ như sau: chuyển thủ công theo máng trượt và chuyển cơ khí nhờ thùng trục hoặc thiết bị chuyển gỗ chuyên dùng. Máng trượt được làm bằng gỗ hay một nửa ống kim loại có đường kính 300 mm, được buộc vào các cột chống và qua mỗi đoạn máng dài 12-14 m lại có một sàn gỗ. Khi chuyển gỗ bằng thùng trục, nó được chất tải bên dưới lò dọc vỉa thông gió và sau đó nhờ máy tời được thả xuống điểm dỡ tải. Thiết bị chuyển gỗ chuyên dùng thường là một hệ xích vô tận kiểu máy nâng. Dọc theo dây xích mắt tròn, qua mỗi khoảng 3 m lại gắn một gầu nhỏ, trong mỗi gầu có thể chứa một cây cột hoặc hai tấm ván. Thiết bị này cần được di chuyển theo tiến độ của gương lò chợ. Năng suất của nó có thể đạt 600 cột trong 1 giờ. 4.4.2. Hộ chiếu chống lò chợ ở vỉa dốc đứng bằng vì chống cơ khí hóa khi dùng máy liên hợp khấu theo phương của vỉa ở các vỉa dốc đứng có thể dùng nhiều tổ hợp thiết bị cơ khí hóa khai thác than khác nhau: các tổ hợp khấu than theo phương của vỉa, khi gương lò chợ được bố trí xuôi theo chiều dốc của vỉa; các tổ hợp khấu than theo chiều dốc của vỉa khi gương lò chợ nằm dọc theo đường phương của vỉa; các tổ hợp khấu than theo hướng ngược chiều dốc của vỉa; và cuối cùng là các tổ hợp hoạt động trong các lò chợ xiên chéo, hợp với đường phương một góc khoảng 40 - 60o. Trong các tổ hợp khấu than theo phương của vỉa, có thể chọn tổ hợp KGĐ của SNG để làm thí dụ. Tổ hợp thiết bị KGĐ được dùng để khai thác các vỉa dày 0,75 - 1,25 m, dốc 40 - 90o. Tổ KGĐ cùng làm việc với máy liên hợp “Temp”. Bước di chuyển của vì chống tương ứng với chiều rộng khấu của máy liên hợp là 0,9 m. Vì chống cơ khí hóa KGĐ gồm nhiều đoạn vì giống nhau, có hai cột thủy lực, liên kết với nhau bằng các trục ống lồng. Ngoài ra, các đoạn vì còn được gắn với nhau từng đôi một bằng các kích thủy lực di chuyển, nằm chéo với đế của chúng. Sơ đồ động học của vì chống được thể hiện trên hình 63. Kết cấu động học của vì chống đảm bảo vị trí cuối cùng của các đoạn vì chống trong khi di chuyển theo phương vỉa được xác định bằng bước hoạt động của kích, còn theo chiều dốc được định vị bằng chiều dài của trục ống lồng xếp lại. Như vậy, giữ được các đoạn vì chống nằm thẳng theo chiều dốc và luôn song song với nhau. Các trục ống lồng của đoạn vì dưới cùng có các vít hãm, cho 90
phép nâng hoặc hạ toàn bộ vì chống theo chiều dốc của vỉa, do có thể thay đổi bước hoạt động của các trục này. 1 2 Hình 63 3 Sơ đồ động học của vì chống KGĐ 1- cột thủy lực; 2- trục ống lồng; 3- đế đoạn vì chống; 4- kích di chuyển; 4 5- vít hãm 5 Đoạn vì chống KGĐ (hình 64) gồm có: đế, hai cột thủy lực cùng loại, xà và hộp điều khiển (hộp chia dầu). Hình 64. Đoạn vì chống KGĐ Xà của đoạn vì được làm bằng thép díp và thép lá, giúp nó che đỡ tốt khi vách của vỉa không bằng phẳng. Díp công sơn có tác dụng giữ vách ở luồng máy liên hợp di chuyển khi thả máy. 91
Trong lúc máy liên hợp khấu than có thể di chuyển các đoạn vì KGĐ. Song, nếu điều kiện vách trụ cho phép, việc di chuyển vì chống nên tiến hành sau mỗi chu kỳ hoạt động của máy liên hợp, tức là sau khi máy khấu hết một dải than và được thả về vị trí xuất phát, bởi vì trong khi máy hoạt động không khí trong lò chợ bị nhiễm bụi rất nặng. Hình 65 Sơ đồ lò chợ với vì chống cơ khí hóa KGĐ Khi máy khấu hết một dải, phải di chuyển hệ thống dầm tựa và ròng rọc hướng cáp kéo máy, khấu trụ than còn sót lại do máy không lấy hết được và tiến hành thả máy. Sau khi đưa máy vào buồng khấu phía dưới, cần dựng hàng cột gỗ sát vào đoạn vì chống dưới cùng. Sau đó bắt đầu di chuyển lần lượt từng đoạn vì chống, từ dưới lên trên. Khi dùng tổ hợp thiết bị KGĐ, chiều dài lò chợ thường là 120-180 m. 4.4.3. Hộ chiếu chống lò chợ ở vỉa dốc đứng khi dùng tổ hợp thiết bị lò chợ khấu than theo chiều dốc của vỉa Phát triển nguyên lý làm việc của giàn chống cứng, một số tổ hợp thiết bị được chế tạo để khấu than xuôi theo chiều dốc của vỉa. Trong mục này, chúng ta sẽ lấy tổ hợp ASa của SNG làm thí dụ để xem xét. Tổ hợp ASa được dùng để khai thác các vỉa dốc đứng (50-90o), dày từ 1,2 đến 2,2 m, bằng các dải khấu rộng 40-60 m nằm theo chiều dốc (xem hình 66) khi vách và trụ có độ ổn định từ trung bình trở lên. Tổ hợp ASa bao gồm giàn chống thủy lực cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn, máy cào-bào và các thiết bị phụ trợ khác. 92
Hình 66. Sơ đồ công nghệ khai thác vỉa dốc đứng bằng tổ hợp ASa 1- tháo dỡ tổ hợp; 2- tổ hợp đang hoạt động; 3- lắp ráp tổ hợp Giàn chống của tổ hợp dùng để ngăn cách đá đã phá hỏa và chống giữ không gian lò chợ. Giàn chống được tập hợp từ nhiều đoạn giàn có gắn nối khớp với nhau. Phía trên các đoạn giàn người ta lát lưới thép và gắn lớp đệm gỗ, gồm hai hàng gỗ tròn dài 3 m, đường kính 18-20 cm, được gắn với nhau bằng đinh móc. ở các đoạn giàn ngoài cùng người ta gắn thêm các tấm yếm bằng thép lá để ngăn đá phá hỏa không lọt vào gương lò. Việc hạ giàn chống được thực hiện nhờ trọng lượng của bản thân giàn chống và trọng lượng của đá phá hỏa nằm trên nó, bằng cách giảm từ từ lực đẩy của các cột thủy lực. Máy cào-bào của tổ hợp dùng để khấu than trên cả chiều dày của vỉa và chiều dài gương lò chợ, đồng thời vận chuyển (cào) nó về họng sáo tháo than. Máy bào-cào được treo dưới các đoạn giàn chống bằng các kích thủy lực đẩy và các kích thủy lực lắc, giúp nó có thể khấu mỗi dải than sâu 0,7 m và trên suốt chiều dày vỉa (hình 67). Tất cả các công tác lò chợ dùng tổ hợp giàn chống ASa được thực hiện bởi đội thợ toàn năng theo ca hoặc theo ngày đêm. Trong ca khấu than có một công nhân điều khiển tổ hợp (ca trưởng) và hai thợ phụ đi cùng, hai công nhân chuyên dựng hàng cột gỗ ở đầu lò chợ, hai công nhân chuyên tháo và củng cố vì chống ở họng sáo tháo than, một thợ cơ điện trực ca. Việc lắp ráp và tháo dỡ giàn chống trong khu khai thác do một đội thợ chuyên môn gồm 15 người đảm nhận. 93
a b 6 2 5 4 3 1 c d Hình 67. a,b,c và d - Trình tự khấu một dải than bằng tổ hợp ASa 1- máy bào-cào; 2- kích thủy lực đẩy; 3- kích thủy lực lắc; 4- thanh cào có gắn răng cắt; 5- đoạn giàn chống; 6- cơ cấu ngăn cách Thứ tự thực hiện một chu kỳ khấu than của tổ hợp ASa được tiến hành như sau: ở vị trí xuất phát, các đoạn giàn chống tựa lên gương lò, còn máy cào- bào được nâng lên phía vách. Bằng các kích thủy lực đẩy, máy cào-bào khấu than, tạo thành rạch sát ở vách, sâu bằng bước đẩy của kích là 0,7 m. Sau đó, bằng các kích thủy lực lắc máy cào-bào được đưa dần về phía trụ, khấu cả phần than còn lại. Việc cuối cùng của chu kỳ là hạ giàn. Trước khi hạ giàn, máy cào-bào được nâng lên mức cao nhất sát về vách và các kích thủy lực đẩy co lại hoàn toàn. Sau đó, người ta dỡ tải từ từ cho các cột thủy lực của các đoạn giàn. Dưới tác động của tự trọng và của đá phá hỏa nằm trên, giàn chống sẽ di chuyển xuống dưới cho đến khi tựa vào gương than. Sau đó, các đoạn giàn được chất tải trở lại nhờ áp suất của hệ thống thủy lực 94
khoảng 16-18 MPa. Trong khi hạ giàn, các công nhân làm việc ở họng sáo đầu lò chợ phải tạm lánh lên lò dọc vỉa thông gió hoặc nấp vào dưới giàn chống. Sau khi hạ giàn xong, các công nhân điều khiển tổ hợp phải kiểm tra kỹ lưỡng trạng thái gương lò và các thiết bị, cũng như trạng thái của vách và trụ. Đến đây có thể bắt đầu một chu kỳ khấu than tiếp theo. Gần đây, tổ hợp ASa được cải tiến thành tổ hợp ANSa để có thể mở rộng được phạm vi áp dụng. Do giàn chống được hoàn thiện và được trang bị thêm các kích thủy lực kéo-đẩy giữa các đoạn giàn nên có thể hoạt động được ở các vỉa có góc dốc từ 35o trở lên, tiến độ một lần khấu được rút xuống còn 0,63 m. Phụ thuộc vào chiều dày của vỉa than được khai thác các tổ hợp thiết bị ANSa có hai phiên bản để lựa chọn: tổ hợp 1ANSa có thể khai thác các vỉa dày từ 0,7 đến 1,7 m, còn tổ hợp 2ANSa dùng cho các vỉa dày từ 1,1 đến 2,2 m. Các đặc tính kỹ thuật chính của tổ hợp thiết bị 2ANSa được thể hiện trong bảng 12. Bảng 12 TT Các thông số kỹ thuật cơ bản Đơn vị Giá trị 1 Chiều dày của vỉa m 1,1 - 2,2 2 Góc dốc của vỉa độ 35 - 90 3 Độ ổn định của vách và trụ Từ trung bình trở lên 4 Năng suất khai thác tấn/phút 2,5 5 áp lực của một đoạn giàn chống KN/m2 240 6 Tải trọng của một đoạn giàn chống KN 800 7 Chiều dài của tổ hợp m 60 8 Bước lắp đặt một đoạn giàn chống m 1,0 9 Bước dịch chuyển giàn chống m 0,63 10 Chiều cao của dàn chống Nhỏ nhất mm 980 Lớn nhất 2300 11 Hệ số chèn nóc 0,7 12 Phương pháp điều khiển Tự động từ xa, bằng tay 4.4.4. Hộ chiếu chống lò chợ ở vỉa dốc đứng khi dùng tổ hợp thiết bị khấu than theo phương của vỉa với lò chợ xiên chéo Việc mở lò chợ xiên chéo ở vỉa dốc đứng chủ yếu là nhằm giảm góc dốc thực của lò chợ để khống chế được tốc độ và hướng tự chảy của dòng than sau khi bị tách phá, mặt khác chiều dài phần gương dành cho máy liên hợp hoạt động cũng được tăng lên. 95
Để làm thí dụ xem xét hộ chiếu chống giữ lò chợ dạng này có thể lấy tổ hợp thiết bị lò chợ dùng cho vỉa dốc đứng của hãng Westfalia Lunen với vì chống cơ khí hóa Panzer của Cộng hòa liên bang Đức (hình 68). 3 4 5 5 2 1 Hình 68. Hộ chiếu chống lò chợ xiên chéo bằng vì chống Panzer (Đức) Tổ hợp thiết bị này bao gồm: máy liên hợp khấu than hai chiều 1, dầm dẫn hướng cho máy liên hợp 2, ròng rọc hướng cáp kéo-thả máy 3, hệ thống tời kéo-thả máy và bảo hiểm 4, vì chống cơ khí hóa kiểu đỡ-chắn 5. Tổ hợp này có thể hoạt động với cả hai phương pháp điều khiển áp lực mỏ phá hỏa toàn phần và chèn lò toàn phần, trên hình 68 là phương án thứ hai. Trong tổ hợp, tất cả các đoạn vì chống đều được liên kết với dầm dẫn hướng của máy liên hợp bằng các kích thủy lực ngang giúp chúng có thể đẩy được máy liên hợp vào gương sau mỗi dải khấu than, đồng thời chúng cũng có thể tự dịch chuyển về phía gương sau mỗi chu kỳ khấu. Mỗi đoạn vì đều có tấm xà gương ở phía trước để chống giữ tạm thời vùng gương khi máy khấu đi qua và có tấm chắn ở phía sau nhằm ngăn ngừa đá phá hỏa hoặc đá chèn lọt vào không gian lò chợ. Quá trình di chuyển các đoạn vì chống được tiến hành từ dưới lên trên. 96
Để có được góc dốc thực của lò chợ như mong muốn, tùy theo độ dốc của vỉa than có thể cắt chéo lò chợ hợp với đường phương một góc từ 45 đến 60o. 97
Chương 5 áp lực mỏ trong các gương lò ngắn 5.1. Xác định kích thước trụ bảo vệ giữa các buồng Khi khai thác các vỉa dốc đứng bằng hệ thống khai thác buồng giữa các buồng cần phải để lại trụ bảo vệ. Các trụ bảo vệ này sẽ chịu áp lực từ đá vách. Tải trọng tác dụng lên trụ bảo vệ được tạo ra bởi lăng trụ trượt của đá vách. Sơ đồ tính toán áp lực tác dụng lên trụ bảo vệ được trình bày trên hình 69. A - A B A B - B b H P a h ht β α A B B A Hình 69. Sơ đồ tính toán kích thước trụ bảo vệ Với sai số nhất định, lực tác dụng lên trụ bảo vệ P song song với mặt bên của lăng trụ trượt tính cho 1m dài theo phương được xác định theo công thức sau: Q.sin(β ) P = , T/m (5.1) cos trong đó: Q - trọng lượng của 1 m lăng trụ trượt theo phương; β - góc dịch chuyển của đá vách; φ - góc ma sát trong của đá vách. Trọng lượng của lăng trụ trượt được tính cho 1 m dài theo phương cho nên lực P cũng được tính cho 1 m dài theo phương. Trọng lượng của lăng trụ được xác định theo công thức: Q = V.  (5.2) trong đó: V - thể tích của lăng trụ trượt tính cho 1 m chiều dài theo phương, m2;  - thể trọng trung bình của đá vách, t/m3. Thể tích của 1 m lăng trụ trượt được xác định theo công thức 5.3 (2H h )h .sin(β α) V = t t (5.3) 2sinβsinβ 98
trong đó: H - chiều sâu từ mặt đất đến trụ bảo vệ, m; ht - chiều cao của tầng, m; α - góc dốc của vỉa than. Như vậy, áp lực của đá vách lên trụ tính cho 1 m dài theo phương sẽ là: γ 2H h h .sin β α .sin β p t t (5.4) 2sinβ.sin α.cos Khi đó, áp lực đá vách tác dụng lên một trụ bảo vệ sẽ là: P = p.(a+B) , T/trụ (5.5) trong đó: a - chiều rộng của trụ bảo vệ, m; B - chiều rộng của buồng khấu, m. Diện tích tính toán của trụ bảo vệ tiếp nhận áp lực của đá vách sẽ bằng tích của chiều cao lăng trụ trượt b với chiều rộng của trụ bảo vệ a. Điều kiện để cho trụ bảo vệ bền vững là ứng suất nén giới hạn của than n phải lớn hơn ứng suất nén suất hiện trong trụ bảo vệ: P(a B) σ n (5.6) n a.b trong đó: n - hệ số an toàn. Suy ra, chiều rộng của trụ bảo vệ sẽ được xác định theo công thức (5.7): P.B a , m (5.7) σn b P Thay giá trị P và b vào công thức 5.7 ta có: B.n γ.(2H h )h .sin(β α).sin(β ). t t 2sin β.sin α.cos a , m. sin(β α) γ(2H h )h .sin(β α)sin(β ).B σ .h . t t n t sinα 2sin β.sin α.cos 5.2. Phương pháp tính biến dạng của đá vách và vì chống trong buồng khấu Độ bền vững của vách buồng sẽ bị suy giảm bởi các phá huỷ địa chất. Các phá huỷ này phản ánh bản chất thông thường của sự biến dạng đá vách của buồng, làm giảm khả năng chịu tải của vách, dẫn đến tăng đáng kể tính biến dạng của nó và giảm khẩu độ của buồng. Để xác định được mức độ biến dạng của đá vách và vì chống trong buồng khấu cần phải biết được các đặc tính cơ lý của khoáng sản có ích và đất đá. Tính toán biến dạng của đá vách và vì chống sẽ được tiến hành sau khi thiết kế hệ thống khai thác, khi đó ít nhất một trong các thông số của buồng đã được biết. Trong trường hợp ngược lại, các tính toán được thực hiện bằng cách 99
cho trước các giá trị khác nhau của một vài thông số và tương quan diện bóc lộ của đá vách n = a/b (a,b - khẩu độ của diện bóc lộ đá vách). Phương pháp tính tải trọng q dẫn đến việc xác định chiều dày của một hoặc nhiều lớp đất đá bị tách khỏi các lớp phía trên bởi khe phân lớp và tác động tương hỗ với vì chống. Sau khi xác định chiều dày các lớp đá vách có tác dụng tương hỗ với vì chống, tải trọng lên đá vách có thể được xác định theo công thức sau: n q = γtb .  hi 1 3 trong đó: γtb - thể trọng trung bình của đất đá vách, t/m ; n  hi - tổng chiều dày các lớp đất đá tác dụng lên vì chống, m. 1 Độ vững chắc của vì chống được xác định theo công thức sau: R λ S.W trong đó: R - phản lực của cột chống; S - diện tích đá vách được chống giữ bởi 1 cột; W - biến dạng chung của hệ thống cột - xà. Phản lực của cột chống: πd2 R = σ . gh 4 trong đó: gh - ứng suất giới hạn của cột chống và được xác định theo công thức của GS. Simbarêvich: l  = 200 - 6 gh d trong đó: l - Chiều dài của cột chống, cm; d - Đường kính cột chống, cm. Để cột chống không bị gãy thì độ bẹp của xà và độ co ngắn lại của cột phải lớn hơn hoặc bằng độ hạ võng giới hạn của đá vách tại thời điểm khi chiều rộng của buồng đạt kích thước thiết kế. Độ co ngắn lại của hệ thống cột - xà được xác định theo điều kiện: ∆h = ∆hx + ∆hc + ∆v.c trong đó: ∆hx - độ bẹp của xà; ∆hc - độ co ngắn lại của cột; ∆v.c - độ bẹp của đầu cột. Độ co ngắn đàn hồi của cột có thể bỏ qua vì quá nhỏ, nhưng độ bẹp của đầu cột và xà phải được tính đến. 100
Đối với điều kiện của mỏ Lêningratslanet, tổng độ bẹp ở đầu cột có thể đạt tới 15 mm còn tổng độ bẹp của xà tới 45 mm vì vậy tổng độ co ngắn lại của hệ thống cột - xà đạt tới 60 mm. 5.3. Phương pháp tính độ ổn định của đá vách trong buồng khấu không có vì chống Trong nhiều trường hợp, xét về mặt kỹ thuật và kinh tế thì buồng khấu không cần được chống giữ. Khi đó, diện bóc lộ của vách thường có dạng hình chữ nhật. Diện bóc lộ như vậy thường được hình thành ở các hệ thống khai thác với khoảng trống đã khai thác không được chống giữ. Vì vậy, bài toán xác định diện bóc lộ bền vững và giới hạn có ý nghĩa rất lớn. Lớp vách của diện bóc lộ như vậy sẽ làm việc như một tấm hình chữ nhật. Cho nên giá trị khẩu độ cho phép và giới hạn của diện bóc lộ có thể được xác định theo công thức của GS. Slesarev: a.l b = e , m a - le trong đó: a - chiều dài của buồng, m; le - khẩu độ tương đương, m. Hoặc được xác định theo công thức của GS. Bôrisốv: l b e , m 1 a β .(1 μ2) 2 b trong đó: β(a/b) - hàm số chiều dài và rộng của buồng được lấy theo bảng 13; Bảng 13 a/b 1,00 1,25 1,5 1,75 2,2 β (a/b) 1,232 1,595 1,816 1,960 1,989 μ- hệ số biến dạng ngang của đá vách. Khẩu độ tương đương được xác định theo công thức: 2 σn qcb le = ξ 2.h n Ψ. , m n.q1 q1 trong đó: ξ - hệ số trượt khi bị uốn cong, ξ = 0,7  0,5; hn - chiều dày vỉa than; σu - ứng suất uốn giới hạn; n - hệ số an toàn; q1 - tải trọng các lớp đá vách trực tiếp;  - thông số thực nghiệm,  = 0,5 - 0,7 m2; qcb - tải trọng của vách cơ bản. 101
Chương 6 Điều khiển áp lực mỏ ở lò chợ 6.1. Khái quát chung Khi tiến hành các công tác khai thác than, trạng thái cân bằng của các lớp đá bị phá huỷ, chúng rạn nứt và có thể sập đổ vào hầm lò. Để ngăn ngừa những biến dạng lớn và sự sập đổ của đá vào không gian công tác cần phải sử dụng nhiều biện pháp khác nhau nhằm điều chỉnh sự xuất hiện của áp lực mỏ. Những biện pháp đó là một trong những quá trình sản xuất quan trọng và được gọi là điều khiển áp lực mỏ. Trong các gương lò chợ dài ở các vỉa dốc thoải và dốc nghiêng, điều khiển áp lực mỏ chủ yếu là điều khiển áp lực của đá vách, nên thường được gọi là điều khiển đá vách. Các phương pháp điều khiển đá vách được chia thành ba nhóm: - chống giữ tự nhiên không gian khai thác; - phá hoả đá vách trong khoảng trống đã khai thác; - chống giữ nhân tạo đá vách trong khoảng trống đã khai thác. Chống giữ tự nhiên không gian khai thác được thực hiện nhờ độ ổn định tự nhiên của đá vách, đá trụ và các trụ than chưa được khai thác. Để điều chỉnh sự biến dạng của đá vách, cần lựa chọn hình dạng và kích thước không gian khai thác phù hợp, cũng như kích thước và vị trí của các trụ than. Phá hoả đá vách có thể tiến hành trên cả diện khoảng trống đã khai thác, hoặc từng phần ở những vị trí đã hoạch định trước. Trong trường hợp đầu, điều khiển đá vách được gọi là phá hoả toàn phần, còn trường hợp sau - phá hoả từng phần. Khi phá hoả toàn phần, đá vách có thể hạ xuống trụ ở dạng rời rạc, cũng có thể hạ xuống mà không bị gãy và rạn nứt đáng kể. ở trường hợp sau cùng, người ta gọi là đá vách hạ từ từ. Phá hoả toàn phần đá vách được tiến hành có tính chu kỳ theo tiến độ dịch chuyển của gương lò chợ, phía sau không gian công tác của nó, nhằm mục đích giảm áp lực tác động lên vì chống lò. Phương pháp này được thực hiện bằng cách tháo bỏ các vì chống gần gương và phá hoả ở phần không gian lò chợ không còn tác dụng bảo đảm hoạt động cần thiết của con người và máy móc. Khoảng cách để thực hiện phá hoả nhân tạo được gọi là bước phá hoả. Khi sử dụng vì chống đơn trong lò chợ, bước phá hoả được xác định bằng thực nghiệm và lấy bằng bội số của bước khấu. Khi áp dụng vì chống tự hành cơ khí hoá, bước phá hoả phụ thuộc vào kết cấu của vì chống và tính chất của khối đá vách. Tất nhiên, loại vì chống và các thông số của nó cũng được chọn phụ thuộc vào tính chất của đá vách và chiều dày của vỉa. Quá trình chống giữ lò chợ và điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần là quá trình đồng nhất. Liền sau việc di chuyển vì chống cơ khí hoá, đá vách sập đổ khá nhẹ nhàng. 102
Khi đá vách sập đổ, thể tích của nó gia tăng và có thể chèn lấp hoàn toàn phía dưới vách cơ bản. Tỷ số giữa thể tích khối đá phá hoả V1 và thể tích của nó trong khối nguyên V2 được gọi là hệ số tơi, V1 kt = > 1 . V2 Đối với các loại đá khác nhau, hệ số tơi có những giá trị khác nhau (bảng 14). Bảng 14 Loại đá Hệ số tơi của đá phá hoả Hệ số tơi thừa Cát . . . . . 1,05 - 1,15 1,01 - 1,03 Than mềm yếu . đến 1,20 1,05 Đá phiến sét . . 1,40 1,10 Đá phiến cát . . 1,60 - 1,80 1,10 - 1,15 Cát kết bền vững . 1,50 - 1,80 - Do sự nén chặt dần dần của khối đá phá hoả bởi trọng lượng của các lớp đá nằm trên, hệ số kt suy giảm dần theo thời gian. Hệ số tơi nhỏ nhất tương ứng với độ nén chặt tối đa của đá phá hoả. Nó thường lớn hơn 1 và được gọi là hệ số tơi thừa. Đá phá hoả sẽ chèn kín dưới vách cơ bản khi kth1 ≥ h1 + m , tức là h 1 1 , m kt 1 trong đó h1 - chiều dày của đá vách trực tiếp, m; m - chiều dày của vỉa, m. Khi thiết kế thường sử dụng hệ số tơi thừa, đối với đá phiến sét (acgilít) và đá phiến cát (alêvrôlít) là 1,10-1,15. Khi kt = 1,15, thì h1/m = 6,5 và đá vách trực tiếp khi phá hoả sẽ chèn kín dưới vách cơ bản. Nếu tỷ số h1/m càng nhỏ, thì cường độ phá hoả đợt hai của vách càng lớn và vì thế, vì chống gần gương và vì chống phá hoả của lò chợ càng cần phải vững chắc hơn. Chống giữ nhân tạo đá vách trong khoảng trống đã khai thác là làm giảm áp lực mỏ trên vì chống lò chợ bằng cách tạo ra các gối tựa nhân tạo bên dưới các côngsơn của đá vách. Muốn vậy, khoảng trống đã khai thác có thể được lấp kín bằng các vật liệu chèn khác nhau, hình thành các khối chèn. Tập hợp các công tác tạo ra khối chèn được gọi là chèn lò. Các phương pháp chèn lò được phân chia thành: tự chảy, cơ khí, khí nén, thuỷ lực và hỗn hợp. Chèn lò bằng tự chảy là phương pháp đưa vật liệu chèn vào khoảng trống đã khai thác bằng chính tự trọng của chúng. Khi chèn lò cơ khí cần phải sử dụng các loại máy và thiết bị chuyên dùng để vận chuyển và thiết lập 103
khối đá chèn. Khi chèn lò bằng khí nén, vật liệu chèn được vận chuyển bằng đường ống và được chất vào khoảng trống đã khai thác nhờ năng lượng của dòng khí nén. Chèn lò thuỷ lực là tập hợp các công việc về vận chuyển vật liệu và xếp chèn nhờ sức nước. Bản chất của các phương pháp chèn lò hỗn hợp là sự kết hợp các phương pháp chèn lò cơ khí hoá. Chèn lấp khoảng trống đã khai thác tạo điều kiện làm giảm sự dịch chuyển của đá vách trong không gian lò chợ, ngăn ngừa hiện tượng rò gió qua khoảng trống đã khai thác, nâng cao được độ ổn định của các đường lò mỏ và tạo khả năng khai thác bên dưới các công trình trên mặt đất. Có thể chèn lò toàn phần và chèn lò từng phần. Trong phương pháp sau, khoảng trống đã khai thác chỉ được chèn lấp theo các dải chèn cách đều nhau. Do chèn lò từng phần khá phức tạp và nặng nhọc, phạm vi áp dụng của phương pháp này ngày càng bị thu hẹp. Chèn lò toàn phần được áp dụng có hiệu quả trong các điều kiện sau: khi chia lớp khai thác các vỉa dày, mà không thể áp dụng các phương pháp điều khiển đá vách nào khác; khi khai thác các vỉa than mỏng, dốc đứng, có đá vách kém ổn định hoặc khó phá hoả và đá trụ có xu hướng trôi trượt; khi khai thác các vỉa dốc đứng, dày quá 1,3-1,5 m; khi khai thác các vỉa than có tính tự cháy; khi cần phải bảo vệ các công trình trên mặt đất. Mỗi một phương pháp điều khiển đá vách đều có những mặt ưu nhược của mình và có thể áp dụng trong những điều kiện địa chất mỏ nhất định. Một trong những tiêu chuẩn để lựa chọn phương pháp điều khiển đá vách là khả năng điều khiển của vách. Ngoài ra, còn cần phải xem xét các yếu tố chiều dày và cấu tạo của vỉa, tốc độ dịch chuyển của gương lò chợ, tính tự cháy của than, các công trình trên mặt đất và v.v 6.2. Phá hoả toàn phần đá vách 6.2.1. Các vỉa dốc thoải Phá hoả toàn phần đá vách ở các vỉa dốc thoải có thể được thực hiện bằng các cách: phá huỷ vì chống nhân tạo bên ngoài phạm vi không gian lò chợ; phá hoả cưỡng bức đá vách; đá vách tự phá hoả. Phá huỷ vì chống nhân tạo bên ngoài phạm vi không gian lò chợ có thể được thực hiện theo phương pháp thủ công, cơ khí hoá hay nổ mìn. Phá hoả cưỡng bức đá vách được tiến hành bằng phương pháp khoan nổ mìn. Khi đá vách tự phá hoả cần phân biệt hai trường hợp: vách được chống giữ và không được chống giữ. Trường hợp sau là đặc trưng của các lò chợ được trang bị vì chống cơ khí hoá. Trong đó chúng lại được chia thành hai nhóm: không cần làm yếu đá vách và làm yếu sơ bộ đá vách. 104
Làm yếu sơ bộ đá vách được áp dụng khi đá vách vững chắc và được thực hiện nhờ công tác khoan nổ mìn, xử lý bằng nén nước áp suất cao và khai thác trước vỉa nằm kề dưới. Điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần có thể được tiến hành trong những điều kiện sau: - Khi dùng vì chống gần gương và phá hoả bằng thép, chiều dày vỉa không được nhỏ hơn 0,5 m, còn khi dùng vì chống gỗ - không nhỏ hơn 0,7 m; - Đá trụ không có khả năng làm lún cột đáng kể (khi trụ yếu đôi khi có thể sử dụng các đế cột nhằm giảm áp suất trên nó). Thông thường, để phá hoả đá vách trong khoảng trống đã khai thác cần phải thu hồi vì chống lò chợ. Đá vách dễ phá hoả sẽ sập đổ ở đường biên của vì chống lò chợ. Tất nhiên, trong nhiều trường hợp, để phá hoả đá vách ở đường biên của lò chợ cần tạo thêm các gối tựa bổ xung. Các vì chống nhằm tạo thêm gối tựa bổ xung được gọi là các vì chống phá hoả. Nếu vì chống phá hoả là một hàng cột chống gỗ hoặc thép, thì nó được gọi là hàng cột phá hoả. Khi phá hoả đá vách không cần vì chống phá hoả, khối lượng các công tác để điều khiển vách có thể giảm tới 40-60 % và thời gian phá hoả vách giảm Hình 70. Chống giữ lò chợ 50 %. Phương pháp này được sử dụng khi phá hoả vách bằng hàng khi đá vách rất yếu và dễ phá hoả. Lúc vì chống gần gương tăng cường này, hàng cột gần gương sau cùng có thể được tăng cường bằng các cột 1 (hình 70), và đôi khi phải tăng mật độ vì chống gần gương bằng cách đặt thêm các cột 2 vào dưới các đoạn xà. Phương pháp kể trên có phạm vi áp dụng khá hẹp, phương pháp phá hoả đá vách toàn phần phổ biến là sử dụng các vì chống phá hoả. Với vai trò của vì chống phá hoả có thể dùng hàng cột, cụm cột, các chồng cũi gỗ hoặc thép và các cột phá hoả chuyên dùng. Các cột phá hoả chuyên dùng thường được dùng là các cột có tải trọng công tác không đổi hay có tải trọng tăng dần. 105
Thời gian các công tác khi điều khiển vách phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố: chiều dài lò chợ, chiều dày của vỉa, độ ổn định của vách và trụ, loại vì chống lò chợ được dùng, số công nhân tham gia phá hoả Để xác định số công nhân cần thiết khi phá hoả đá vách bằng các cột phá hoả OKU và Sputnhic, thường sử dụng các dữ liệu định mức thời gian. Với thời gian di chuyển các cột phá hoả trung bình tcc , cường độ di chuyển một cột phá hoả trong 1 phút μ = 1 . tcc Nếu thực hiện phá hoả đá vách trong quá trình khấu than, thì theo quy phạm an toàn, việc phá hoả vách chỉ được thực hiện ở khoảng cách không nhỏ hơn 30 m kể từ vị trí thực hiện khấu than, số công nhân cần thiết có thể được xác định theo công thức (L Σlbk )vkkss[1 Lkgd ] ncn = , lcphμ(L Σlbk 30) trong đó L - chiều dài lò chợ, m; Σlbk - tổng chiều dài các buồng khấu, m; vk - tốc độ khấu than của máy liên hợp, m/ph; kss - hệ số sẵn sàng của gương lò chợ; kgđ - hệ số gián đoạn công nghệ, phụ thuộc vào tốc độ khấu của máy và chiều dày vỉa, Σtgdi kgđ = , TcaLm Σtgdi - thời gian gián đoạn công nghệ do các phần tử i của hệ thống máy móc và thiết bị (đặt lại tấm chất tải, di chuyển máng cào ), ph; Tca - thời gian một ca sản xuất, ph; Lm - chiều dài lò chợ dành cho máy liên hợp, m; lcph - khoảng cách giữa các cột phá hoả, m. Nếu thực hiện phá hoả đá vách trong lò chợ khi không khấu than, thì số công nhân cần thiết được xác định theo công thức L Σlbk ncn = , lcphμtph trong đó tph - thời gian quy định để phá hoả, ph. Khi sử dụng các cột phá hoả OKU, có nhiều cách tổ chức sản xuất khác nhau. Phổ biến hơn cả là các dạng sau: 106
1. Mỗi thành viên của đội thợ thực hiện một công đoạn nhất định: dọn nền, dỡ tải và di chuyển cột phá hoả, thu hồi các cột gần gương. Trong đó, việc di chuyển các cột phá hoả được thực hiện từ dưới lên trên (hình 71, a). a) b) c) d) e) Hình 71. Các sơ đồ di chuyển cột phá hoả OKU 2. Các thành viên của đội thợ được bố trí dọc gương ở nhiều đoạn riêng biệt. Mỗi thành viên trong đoạn của mình tuần tự thực hiện tất cả các công đoạn dỡ tải, di chuyển và chất tải các cột phá hoả ở vị trí mới, tháo dỡ và thu hồi các cột gần gương (hình 71, b). Việc di chuyển các cột phá hoả được tiến hành từ dưới lên trên. Sau khi phá hoả đá vách ở một đoạn lò chợ, nhóm thợ di chuyển lên đoạn tiếp theo kề trên. 3. Phá hoả đá vách được thực hiện đồng thời tại hai hay ba vị trí khác nhau của lò chợ (hình 71, c, d và e). Các cột phá hoả được di chuyển từ dưới lên trên. Phá hoả đá vách từ một vị trí của lò chợ được áp dụng khi đá vách kém ổn định, sập đổ ngay sau khi di chuyển cột chống. Với cách tổ chức này, có thể đạt được mức độ an toàn lao động cao nhất. Phá hoả đá vách đồng thời ở nhiều đoạn lò chợ chỉ nên áp dụng khi đá vách ổn định. Trong lúc tiến hành phá hoả đá vách, không nên đồng thời di chuyển một nhóm cột phá hoả (nhiều hơn 2-3 cột). Khi sử dụng các máy liên hợp với chiều rộng khấu 0,5; 0,63 và 0,8 m có thể tiến hành phá hoả đá vách sau một hoặc hai chu kỳ khấu than. Các hình thức tổ chức công tác phá hoả đá vách kể trên được áp dụng cho các loại đá hạng I và II theo phân loại của Viện VUGI. 107
Khi đá vách là các loại đá khó phá hoả, khó điều khiển, thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Nếu trực tiếp trên vỉa than là vách cơ bản, thì phá hoả ban đầu sẽ xảy ra trên một diện bóc lộ lớn (có thể tới 6-10 nghìn m2). Trong các trường hợp đó có thể gây ra sập lò. Lúc này, khả năng mang tải của đá trụ trở nên vô cùng quan trọng. Với đá trụ yếu, các cột gần gương và phá hoả dễ bị lún, dẫn tới sự dịch chuyển mãnh liệt của đá vách. Nếu vách trực tiếp là cát kết, có thể xảy ra sự hạ vách từ từ hay dạng bậc, mà không xuất hiện các vết nứt rõ ràng. Khi vách hạ từ từ, chiều dài treo côngxơn của nó nếu không có vì chống có thể đạt 10 m, còn khi chừa lại vì chống trong khoảng trống đã khai thác có thể đạt 25-30 m. Chính vì thế, trong điều kiện như vậy với chiều dày vỉa không quá 0,7 m, không thực hiện phá hoả đá vách. Đặc điểm sập đổ khi vách trực tiếp là cát kết và đá vôi phụ thuộc vào độ dày của chúng. Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy rằng, nếu chiều dày của lớp đá vôi lớn hơn 1 m, việc điều khiển vách sẽ rất khó khăn. Đá vách trong khoảng trống đã khai thác không sập đổ hoặc chỉ sập đổ theo lớp mỏng, khoảng 0,5-1 m. Khi đó, có thể xuất hiện phá hoả đợt hai, dẫn tới sự biến dạng của vì chống. Việc sử dụng vì chống cơ khí hoá trong lò chợ đồng nhất hai quá trình: chống giữ lò chợ và điều khiển đá vách. Khi di chuyển các đoạn vì chống cơ khí hoá, thực hiện đồng thời chống giữ không gian lò chợ và thu hồi vì chống từ khoảng trống đã khai thác. Lúc đó, tải trọng của vì chống cơ khí hoá cần phải bảo đảm độ ổn định của đá vách trên không gian lò chợ và phá hoả chúng trong khoảng trống đã khai thác. Hiện nay, việc ứng dụng vì chống cơ khí hoá bị hạn chế khi đá vách khó sập đổ và có hiện tượng sập đổ lần hai. ở các vỉa với vách khó điều khiển, bao gồm các lớp vách trực tiếp khó phá hoả, kể cả sự kết hợp giữa vách trực tiếp dễ phá hoả nhưng khá mỏng với vách cơ bản khá dày và khó phá hoả, khi áp dụng thiết bị lò chợ cơ khí hoá toàn bộ thường xảy ra sập lò, dẫn tới sự biến dạng các phần tử của vì chống và dễ gây tai nạn cho công nhân lò chợ. Để hạn chế ảnh hưởng của sự sập đổ đá vách khó điều khiển, có thể sử dụng vì chống có tải trọng công tác được nâng cao. Như vậy, cải thiện được điều kiện khai thác lò chợ và nâng cao được tính an toàn của các công tác. Khi gia tăng tải trọng của vì chống, thì độ dịch chuyển của vách suy giảm và chế độ chất tải các cột chống thay đổi từ dạng xung sang dạng ổn định. Quá trình thử nghiệm các vì chống cơ khí hoá với tải trọng gia tăng cho thấy rằng, chúng duy trì tốt trạng thái của vách trong lò chợ ở các vỉa mỏng, vách trực tiếp là diệp thạch cát-sét, làm dịu ảnh hưởng sập đổ của vách cơ bản, và đồng thời trong các lò chợ ở các vỉa dày trung bình với bước phá hoả của vách cơ bản có thể đạt tới 25-35 m. 108
Tải trọng công tác của vì chống cơ khí hoá là 2100-2500 kN trên 1 m dài của lò chợ tạo khả năng nâng cao hai lần các chỉ tiêu khai thác trung bình của tổ hợp thiết bị lò chợ KM87E hoạt động trong điều kiện địa chất-mỏ thuận lợi và nâng cao bốn lần - khi chúng làm việc với đá vách khó điều khiển. Vì chống với tải trọng nâng cao cần phải truyền được lực này tới các lớp đá bền vững của vách cơ bản để điều khiển nó, mà không phá huỷ vách trực tiếp. Để xác định tải trọng cần thiết của vì chống cơ khí hoá có thể dùng công thức P = (15,5 16,0)(m H) , kt 1,0 trong đó m - chiều dày của vỉa, m; H - độ dịch chuyển cho phép giới hạn của đá vách trong lò chợ để duy trì trạng thái yêu cầu của nó, m; kt - hệ số tơi của đá vách trực tiếp. 2 Khi m = 2,0 m, H = 0,22 m, kt = 1,3 , thì P = 920  950 kN/m ; 2 khi m = 3,0 m, H = 0,24 m, kt = 1,4 , thì P = 1070 1100 kN/m . Để bảo đảm chế độ công tác bình thường cho vì chống cơ khí hoá ở giai đoạn phá hoả ban đầu, và trong một số trường hợp cả khi phá hoả đợt hai, cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt. Hình 72. Các thông số khoan nổ mìn chính khi phá hoả đá vách cưỡng bức 109
Phá hoả ban đầu cưỡng bức đối với đá vách bền vững bằng phương pháp khoan nổ mìn là một thí dụ, trong đó các lỗ khoan sâu được bố trí song song với gương lò chợ. Nhờ nổ mìn lớp dưới của vách, các biến dạng sẽ lan truyền tới các phần với kích thước khác nhau và ở các mức độ khác nhau. Như vậy, đá vách sẽ sập đổ theo từng phần, mà không sập đồng thời trên cả diện bóc lộ, loại trừ được khả năng sập lò. Khi phá hoả đá vách bằng phương pháp nổ các lỗ khoan sâu (hình 72), chiều dài lỗ khoan (m) được xác định theo công thức L lgs llk = lo + , 2n 1 trong đó lo - chiều dài lỗ khoan tính từ miệng tới biên của lò chợ, m; L - chiều dài lò chợ, m; lgs - mức độ có thể giảm độ sâu của lỗ khoan so với chiều dài lò chợ; lgs = 20  30 m ; n - số thứ tự của lỗ khoan theo mặt cắt đứng. Góc nghiêng của lỗ khoan (độ) h1 ω 4 αlk α n.arcsin , llk trong đó α - góc dốc của vỉa, độ; h1 - chiều dày của vách trực tiếp, m; ω - giá trị tối đa của đường kháng nhỏ nhất, m; đối với đá có độ kiên cố f = 9  14 , thì ω = 10 m ; 4 - khoảng cách kể từ miệng lỗ khoan tới mặt tiếp xúc của vỉa với đá vách, m; mang dấu trừ nếu miệng lỗ khoan nằm cao hơn vỉa, và dấu cộng nếu nó nằm thấp hơn. Khoảng cách từ trụ than phía sau tới trục lỗ khoan ở thời điểm nổ mìn (m) So M = - lat , lgs trong đó So - diện bóc lộ cho phép lớn nhất của đá vách khó phá hoả ở thời điểm 2 2 nổ mìn, m So 5000 m ; lat - khoảng cách an toàn từ trục lỗ khoan đến gương lò lúc nổ mìn, m. Khối lượng thuốc nổ (kg) trong lỗ khoan đường kính 76 mm khi dùng amônít № 6 ЖB Q = (llk - c) q1m , trong đó c - chiều dài lỗ khoan với với đường kháng nhỏ nhất dưới 2 m, m; q1m - lượng thuốc nổ cho 1 m lỗ khoan, kg. Phá hoả ban đầu cưỡng bức đá vách có thể được thực hiện khi sử dụng vì chống đơn gần gương bằng thép và các cột phá hoả OKU. Phá hoả cưỡng bức vách cơ bản bằng nổ các lỗ khoan sâu có thể được tiến hành cả khi có vách trực tiếp. 110
Một phương pháp khác đảm bảo điều khiển vách khó phá hoả là bơm nước vào khối đá. Việc làm ẩm đá sẽ làm giảm các tính chất kiên cố và làm tăng độ biến dạng của nó. Giới hạn độ bền của đá bị làm ẩm có thể giảm 30-35 %. Bán kính làm ẩm đá hiệu dụng (m) được xác định theo công thức R = qnTn , π.lt (0,08  0,2)mo 3 trong đó qn - tốc độ nén nước, m /ph; Tn - thời gian nén nước, ph; lt - chiều dài phần thấm của lỗ khoan, m; mo - độ hổng của đá. Phụ thuộc vào bán kính làm ẩm và chiều dày của lớp đá khó phá hoả, khoảng cách giữa các lỗ khoan được lấy bằng 25-35 m. Chiều sâu lỗ khoan phải không nhỏ hơn 6 lần, nhưng không vượt quá 8 lần chiều dày vỉa than. Các lỗ khoan được khoan từ các buồng khoan đặc biệt ở lò dọc vỉa vận tải và lò dọc vỉa thông gió. Chiều dài lỗ khoan (m) được tính bằng công thức 0,5L R llk = , cosαlksinβlk trong đó L - chiều dài lò chợ, m (L>120 m); αlk - góc đặt lỗ khoan, độ; o βlk - góc lệch của lỗ khoan so với gương lò chợ, độ (6370 ). 6.2.2. Các vỉa dốc đứng Đặc điểm xuất hiện áp lực mỏ, cũng như công nghệ khai thác các vỉa dốc đứng đòi hỏi các phương thức chuyên biệt để điều khiển đá vách. Khi góc dốc của vỉa gia tăng, bước phá hoả của vách trực tiếp cũng lớn lên. Đá trụ ở các vỉa dốc đứng có khả năng trôi trượt, đòi hỏi phải có các biện pháp đặc biệt để duy trì nó. ở các vỉa than mỏng và dày trung bình, dốc đứng, có thể áp dụng các phương pháp điều khiển đá vách như sau: phá hoả toàn phần, giữ vách trên các chồng cũi, chèn lò từng phần, cho vách hạ từ từ và chèn lò toàn phần. Trong đó, phổ biến hơn cả là các phương pháp phá hoả toàn phần và giữ vách trên các chồng cũi. Khi phá hoả đá vách toàn phần, vì chống phá hoả có thể là các chồng cũi, hàng cột phá hoả bằng gỗ, các cột kiểu OKU. Đồng thời, cũng có thể loại bỏ các cột chống bằng phương pháp khoan nổ mìn. Phá hoả toàn phần được áp dụng cho các loại đá nhóm II theo phân loại của ĐônUGI đối với các vỉa dốc đứng. Với khả năng mang tải của vì chống phá hoả lớn, có thể tiến hành phá hoả toàn phần cho đá nhóm III, và đôi khi, cả 111
nhóm IV. Nếu đá vách dễ phá hoả, thường sử dụng hàng cột phá hoả bằng gỗ, còn với đá nhóm III và IV thường thiết lập các cột phá hoả OKU. Khi phá hoả bằng hàng cột gỗ, lò chợ được phân chia theo chiều dốc bằng các chồng cũi gỗ, được đặt theo phương. Thường sử dụng hàng cột gồm một hoặc hai dãy cột; khi dựng chúng dọc lò chợ, qua mỗi khoảng 2-3 m cần chừa lại các lối đi rộng 0,8-1,0 m (hình 73). Dựa vào các điều kiện cụ thể, bước lắp dựng hàng cột phá hoả dao động trong phạm vi rộng - từ 1,6 đến 12 m. Hình 73. Hộ chiếu chống lò chợ khi điều khiển vách bằng hàng cột phá hoả 1- chồng cũi; 2- hàng cột Hình 74. Sơ đồ di chuyển cơ khí hoá các cột phá hoả OKU: 1-tời; 2-dây cáp; 3- ròng rọc; 4- sàn trượt Số cột trong hàng cột và bước phá hoả được lựa chọn phụ thuộc vào chiều dày và độ kiên cố của đá vách. Khi sử dụng cột phá hoả OKU, chúng được đặt cách nhau 2 m theo chiều dốc. Các cột được di chuyển đồng thời tại hai-ba điểm của lò chợ. Khi đó cần phải thiết lập các sàn bảo hiểm bằng hai hàng chồng cũi. Khi chiều dày của vỉa nhỏ, các cột phá hoả được di chuyển thủ công. Nếu khối lượng của các cột lớn, chúng thường được di chuyển bằng máy tời (hình 74). Về nguyên tắc, vì chống gần gương bằng gỗ không được thu hồi, vì vậy quá trình phá hoả đá vách xảy ra không đều đặn và không theo cả chiều dài lò chợ. Nếu sử dụng các cột OKU ở vỉa dốc đứng, thì giảm được chi phí gỗ và an toàn lao động được nâng cao. Song khả năng mang tải thiết kế của cột được sử 112
dụng không hợp lý (chỉ khoảng 20-30 %). Ngoài ra, khối lượng lao động để di chuyển các cột khá lớn. Khi sử dụng các cột phá hoả dùng khí nén hoặc thuỷ lực, thì có thể giảm được đáng kể khối lượng lao động để điều khiển đá vách. Các cột "Maliutka" (SNG) được tháo, dựng, thực hiện phá hoả vách cưỡng bức nhờ cơ cấu điều khiển khí nén cầm tay. So với các cột OKU, chúng có tải trọng ban đầu lớn hơn và khối lượng nhỏ hơn. Vì chống thuỷ lực cơ khí hoá "Sputnhic-K" (SNG, hình 75) được dùng để làm việc với vì chống gần gương thông thường. Nó bao gồm các đoạn vì đồng dạng, cùng được gắn với dầm tựa nhờ kích ngang và thanh kéo, thành các khối kết cấu (mỗi khối có ba đoạn vì). Hình 75. Vì chống phá hoả thuỷ lực Sputnhic-K: 1-cột thuỷ lực; 2-kích thuỷ lực ngang; 3-tấm tựa; 4-thanh kéo có pitstông; 5-dầm tựa; 6-kích điều khiển Các dầm tựa được di chuyển sau khi khấu than và thả máy liên hợp. Sau đó, cần dựng vì chống gần gương và di chuyển các đoạn vì phá hoả từ dưới lên trên. Vì trong một khối có ba đoạn vì, khi di chuyển một đoạn, dầm tựa sẽ dựa vào hai đoạn còn lại. 6.2.3. Phá hoả toàn phần khi dùng giàn dẻo Khi phá hoả toàn phần sử dụng giàn dẻo, vỉa than dày được chia thành hai lớp - lớp lắp đặt giàn bên trên dày 1,5-2,0 m và lớp dưới bao gồm phần còn lại của vỉa. Lớp lắp ráp được khai thác bằng phương pháp phá hoả đá vách và không để lại các trụ than trong phạm vi ruộng khấu. Lúc này, quá trình nặng nhọc nhất là điều khiển đá vách, đặc biệt là công tác trải giàn dẻo. Có rất nhiều kết cấu giàn dẻo khác nhau, nhưng phổ biến nhất là kết cấu giàn của Viện KudNIUI 113
(hình 76). Nó được hợp thành từ tấm thép đan 1 và lưới dây thép 2. Tấm thép đan là các băng thép lá dày 3 mm và rộng 50-100 mm. Số lượng và chiều rộng các băng thép được xác định phụ thuộc vào độ bền yêu cầu của giàn theo chiều dọc và theo chiều ngang. Hình 76. Kết cấu giàn dẻo của KudNIUI cho các vỉa than dày: a- 5-7m; b- 7-10m; c-10-13m; d-lớn hơn 13m Lắp ráp giàn dẻo bao gồm: sắp xếp các băng thép trên nền lò theo dạng tấm đan và phủ nó bằng hai-ba hàng lưới dây thép. Muốn vậy, các cuộn băng thép được bố trí dọc lò chợ và trên lò dọc vỉa thông gió. Sau tiến độ khấu ở gương bằng một bước lắp giàn, các cuộn băng thép được mở ra để rải băng từ phía sau về phía gương lò chợ. 114
Các băng thép được đan vào nhau theo kiểu mắt cáo theo phương và theo chiều dốc. Ban đầu cần phải rải các băng lẻ (thứ nhất, thứ ba và v.v ) theo chiều dốc, tiếp tục là các băng lẻ theo phương, sau đó là các băng chẵn (thứ hai, thứ tư ) theo chiều dốc và v.v Các băng thép nằm theo hướng dốc được nối với các băng tương ứng của lò chợ kề trên trong lò dọc vỉa thông gió (nhờ kết cấu nối chuyên dùng hoặc được xoắn vào nhau qua một đoạn gối đầu 2-4 m). Như vậy, duy trì được tính liên tục của giàn theo tất cả các hướng. Tấm băng thép đan thường được phủ ba lớp lưới dây thép, hai lớp được đan vào nhau, còn lớp thứ ba dược rải theo chiều dốc, gối mép với nhau 0,2-0,4 m. Giàn cần phải đủ bền và đủ kín, dẻo theo mọi hướng, chịu được sự ăn mòn. a) b) Hình 77. Sơ đồ công tác ở lớp lắp ráp khi dùng giàn dẻo a- trước khi phá hỏa; b- sau khi phá hỏa Sau khi trải xong giàn dẻo 1, trong lớp lắp ráp 2 tiến hành chuẩn bị phá hoả đá vách. Khi đó, cần phải thiết lập các chồng cũi gỗ dọc lò chợ và phía trên lò dọc vỉa vận tải (hình 77). Vách được phá hoả bằng phương pháp khoan nổ mìn. Thông thường, các lỗ mìn được khoan sâu 1,2-1,5 m, mỗi lỗ mìn được tính cho 1,5-4 m2 diện tích vách. 115
Khi khai thác lớp dưới 3 bằng các lớp xiên 4, xảy ra sự hạ dần khối đá đã phá hoả từ trước. Cường độ dịch chuyển của đá phá hoả phụ thuộc vào độ cục ban đầu của nó. Việc điều khiển đá đã phá hoả được tiến hành trên cơ sở lựa chọn các thông số của các gương khai thác và trình tự khấu than dưới giàn, bảo đảm điều kiện làm việc hợp lý của nó. Độ ổn định của giàn dẻo phụ thuộc vào lực kéo các băng thép. Lực kéo chúng sẽ càng lớn khi tăng chiều dày lớp khấu và sẽ càng nhỏ khi đẩy nhanh tiến độ của gương khai thác. Chiều dày tối ưu của lớp khấu là 2,5-3 m. 6.3. Chèn lò từng phần Khi điều khiển đá vách bằng chèn lò từng phần, vách trực tiếp và vách cơ bản được chống giữ bằng các dải đá chèn (hình 78), được thiết lập bởi đá lấy được từ việc khấu đá vách hoặc đá trụ trong các lò lấy đá. Phổ biến hơn là cách khấu đá vách, bởi vì như vậy sẽ xếp các dải đá chèn thuận lợi hơn. Khi đá vách bền vững và khi độ xuất khí mêtan trong khoảng trống đã khai thác lớn, có khả năng tích tụ ở phần trên của các lò lấy đá, cần phải thực hiện khấu đá trụ của vỉa. Hình 78. Điều khiển đá vách bằng chèn lò từng phần ở vỉa dốc thoải Các dải đá chèn được thiết lập dần dần theo tiến độ của gương lò chợ, nằm cách nhau một khoảng bằng một nhịp ổn định của đá vách (có thể tới 12m). Chiều rộng của một dải chèn ở vỉa dốc thoải được lấy bằng 4-6 m, nhưng không nhỏ hơn 3-5 lần chiều dày vỉa than. Chiều rộng lò lấy đá (m) được tính bằng công thức 116
m.ldc llđ = , hkdk trong đó m - chiều dày của vỉa, m; ldc - chiều rộng dải đá chèn, m; hkđ - chiều cao khấu đá trong lò lấy đá (hkđ = 0,81 m); k - hệ số tơi của đá khi xếp chèn (k = 22,2). Các lỗ mìn được khoan bằng khoan điện cầm tay hoặc giá khoan. Nhằm đảm bảo an toàn lao động, các lò lấy đá được chống giữ bằng vì chống tạm thời trong khoảng cách 3 m kể từ gương khấu đá và có lối thoát thuận lợi vào không gian lò chợ. Khi chèn lò từng phần ở các vỉa dốc đứng, các dải đá chèn có thể được đặt theo phương hay theo chiều dốc. Chúng được đặt theo phương khi vách thuộc loại II, III và IV theo phân loại của ĐônUGI, đồng thời khi vách trực tiếp không có xu hướng trượt. Chiều rộng của dải chèn được lấy bằng 6-15 m phụ thuộc vào độ ổn định của vách. Các lỗ mìn được khoan từ không gian lò chợ. Để giữ đá chèn, cần thiết lập các hộc chứa đá, có một hàng chồng cũi chặn phía dưới (hình 79). Hình 79 Chèn lò từng phần ở vỉa dốc đứng Khối lượng lao động khi chèn lò từng phần lớn hơn 50-70 % so với khi phá hoả toàn phần. Chính vì thế, chèn lò từng phần chỉ hợp lý khi không có điều kiện áp dụng phá hoả toàn phần. 6.4. Phá hỏa từng phần đá vách Phương pháp điều khiển áp lực mỏ phá hỏa từng phần đá vách thường được áp dụng khi khai thác các vỉa than mỏng và dốc thoải có vách trực tiếp không đủ chiều dày để phá hỏa toàn phần. 117
Bản chất của phương pháp phá hỏa từng phần được phản ánh trên hình 80. Theo tiến độ khai thác than ở gương lò chợ cần phải thiết lập dần dần các dải đá chèn nằm theo phương của vỉa phía sau lò chợ. Vật liệu chèn chính là đá phá hỏa sau lò chợ. Chiều rộng theo hướng dốc của các dải đá chèn và khoảng cách giữa chúng được chọn phụ thuộc vào các tính chất cơ-lý của vách trực tiếp và vách cơ bản, đồng thời vào chất lượng xếp chèn. 3 2 1 Hình 80. Phá hỏa từng phần đá vách: 1- dải đá chèn; 2- đá phá hỏa; 3- vách cơ bản Các phần vách trực tiếp ở giữa các dải đá chèn được phá hỏa theo từng chu kỳ tương tự như khi phá hỏa toàn phần. Như vậy, trong khoảng trống đã khai thác sẽ hình thành các gối tựa là các dải chèn kết hợp với các khối đá vách trực tiếp không bị phá hỏa. Các gối tựa này sẽ tiếp nhận áp lực của vách cơ bản và của các lớp đá khác nằm trên nó, do đó áp lực tác động lên vì chống lò chợ sẽ bị suy giảm, đảm bảo công tác chống giữ lò chợ được thuận lợi và an toàn. Phương pháp phá hỏa từng phần tuy không quá phức tạp, nhưng trong thực tế ít được áp dụng bởi các lý do sau đây. Để giảm khối lượng công việc xếp các dải đá chèn chỉ nên áp dụng phương pháp này khi khai thác các vỉa than mỏng có chiều dày không vượt quá 1,2 m, ở các vỉa than dày hơn không những khối lượng xếp chèn tăng lên, mà độ lún của các dải chèn cũng gia tăng làm suy giảm tính ổn định và khả năng mang tải của các khối đá vách không bị phá hỏa ở bên trên các dải chèn. Bên cạnh đó, phương pháp này cũng chỉ có thể áp dụng cho các vỉa dốc thoải với góc dốc không vượt quá 15o, vì ở các vỉa dốc hơn rất khó duy trì trạng thái nguyên khối của các phần đá vách không bị phá hỏa vừa nói trên. 6.5. Hạ vách từ từ Điều khiển đá vách bằng cách hạ nó từ từ được sử dụng khi vách là loại đá có khả năng hạ từ từ xuống trụ mà không bị phá huỷ đáng kể, còn trụ có xu 118
hướng bùng nền. Phương pháp này được dùng ở các vỉa dốc thoải có chiều dày không quá 1 m, ở các vỉa dốc đứng - không quá 0,7 m. Hình 81. Chống giữ lò chợ khi cho vách hạ từ từ Để điều khiển vách, sử dụng hai hay ba hàng chồng cũi (hình 81), được di chuyển theo tiến độ khấu gương. Nếu trong lò chợ sử dụng vì chống gần gương bằng gỗ, thì chúng không bị dỡ bỏ, mà được chừa lại trong khoảng trống đã khai thác. ở các vỉa dốc thoải, hợp lý nhất là dùng vì chống thuỷ lực đơn, trong đó sử dụng hai cỡ cột chống: cỡ lớn được dùng ở gần gương lò chợ, còn cỡ nhỏ hơn - ở tuyến uốn võng của vách. Các chồng cũi gỗ có thể được thay thế bằng các túi khí nén (hình 82), có cấu tạo gồm các túi khí 1, cơ cấu phân phối khí 2 và các thanh trượt 3. Các túi khí được buộc với nhau bằng các dây đai cao su 4. Thanh trượt 3 gắn với dây đai, được nố dài nhờ cơ cấu đỡ phụ 5. Phía trên các túi khí có phủ một đoạn băng tải 6, đề phòng các cục đá rơi xuống, có thể gây hư hỏng. Những ưu điểm cơ bản của vì chống kiểu túi khí nén so với vì chống thuỷ lực cơ khí hoá là: khối lượng nhỏ, tiếp xúc tốt và êm với vách và trụ không bằng phẳng, biên độ co dãn lớn, không cần có trạm bơm dầu cao áp và các thiết bị đắt tiền khác. Cũi kiểu túi khí được dùng để điều khiển áp lực mỏ bằng phương pháp hạ vách từ từ ở các vỉa dốc đứng và nghiêng với chiều dày 0,40-0,75 m. Các cũi gồm hai túi khí được dùng cho các vỉa mỏng dưới 0,55 m, cũi có ba túi - cho chiều dày từ 0,55 đến 0,75 m. Khả năng mang tải của cả hai loại cũi túi khí vừa nêu đều là 400 kN. 119
Hình 82 Cũi túi khí nén trong lò chợ Khi áp suất của mạng cấp khí là 0,3 MPa/m2, thì lực chất tải là 120 kN, còn khi áp suất của mạng cấp khí là 0,5 MPa/m2, thì lực chất tải là 200 kN. Khối lượng của các cũi hai túi và ba túi khí tương ứng là 60 và 95 kg. Có thể thực hiện di chuyển cũi thủ công, dựa vào tấm trượt chuyên dùng, theo các cột chống gần gương. 6.6. Giữ vách trên các chồng cũi Khi khai thác các vỉa mỏng dốc đứng, phương pháp điều khiển áp lực giữ vách trên các chồng cũi được sử dụng khá phổ biến. Bản chất của phương pháp này như sau. Theo tiến độ dịch chuyển của gương lò chợ, cần phải dựng vì chống gần gương và xếp cũi thành các hàng đều đặn theo phương và theo chiều dốc hoặc theo thứ tự so le. Khoảng cách giữa các chồng cũi thường được xác định trên cơ sở thực nghiệm, có thể chọn theo phương theo bội số của bước chống (1,8-2,7 m) và theo chiều dốc - 2-4 m. Các chồng cũi được để lại trong khoảng trống đã khai thác. Cùng với thời gian, chúng sẽ bị nén ép, biến dạng và phá huỷ. Do đó, ban đầu vách của vỉa hạ võng, sau đó sập đổ dần dần ở phía sau không gian lò chợ. Các chồng cũi có dạng hình thang hoặc hình chữ nhật. Với dạng sau, để ngăn ngừa chúng trôi trượt xuống dưới, cần phải dựng thêm các cột tựa. Phương pháp giữ đá vách trên các chồng cũi có khối lượng lao động cao, chi phí vật liệu gỗ lớn và không bảo đảm an toàn lao động tuyệt đối trong gương khai thác. Trong lò chợ thường ghi nhận thấy sự gia tăng của áp lực mỏ do ảnh hưởng của những khối đá lớn được duy trì trong khoảng trống đã khai thác. Việc 120
áp dụng phương pháp này gây ảnh hưởng xấu đến trạng thái của đá vách, cản trở chúng sập đổ hoặc hạ từ từ. 6.7. Điều khiển đá vách bằng chèn lò toàn phần 6.7.1. Phạm vi áp dụng Chèn lấp toàn bộ khoảng trống đã khai thác được áp dụng khi khai thác than bên dưới các đối tượng tự nhiên và nhân tạo trên mặt đất, khai thác các vỉa có vách và trụ khó điều khiển, các vỉa nguy hiểm về phụt than và khí bất ngờ, đồng thời còn được dùng như những biện pháp phòng cháy mỏ và bảo vệ các lò chuẩn bị. Ngoài ra, chèn lò toàn phần còn là cần thiết để điều khiển áp lực mỏ và các quá trình khí động học, đặc biệt là khi khai thác xuống sâu. Khi chiều sâu khai thác gia tăng, đá vách và đá trụ trở nên khó điều khiển hơn, nguy cơ phụt than và khí bất ngờ lớn hơn, khả năng tự cháy của các vỉa than cũng dễ xảy ra hơn. Chèn lò còn được dùng với mục đích tận dụng chất thải của công nghiệp mỏ và tạo ra công nghệ sạch, không có chất thải. 6.7.2. Vật liệu chèn lò Để chèn lò, thường sử dụng cát, sỏi hoặc đá gốc được khai thác trên mặt đất ở các mỏ đá. Vật liệu chèn cũng có thể được lấy trực tiếp trong mỏ hầm lò, như vậy nó rẻ hơn khoảng bốn lần so với vật liệu được khai thác trên mặt đất. Tuy nhiên, vật liệu chèn lấy trong mỏ hầm lò chỉ đáp ứng đủ cho một số khu khai thác nhất định. Cũng có thể sử dụng xỉ của nhà máy luyện kim, phế thải của nhà máy tuyển và đá thải của mỏ để làm vật liệu chèn. Khi dùng đá thải để xếp chèn, không những giảm được chi phí chèn lò, mà còn làm sạch được môi trường và giải phóng được những diện lớn trên mặt đất. Để lựa chọn vật liệu chèn, cần phải dựa vào hai dạng yếu tố: cơ-địa và công nghệ. Các yếu tố cơ-địa là độ sâu khai thác các vỉa than, góc dốc và chiều dày của chúng, mức độ gần nhau của các vỉa, vai trò của khối đá chèn; các yếu tố công nghệ là hệ thống khai thác, công nghệ khai thác trong lò chợ, dạng vận tải vật liệu chèn. ở những vùng than khác nhau, các yếu tố kể trên rất khác nhau, vì vậy những yêu cầu đối với vật liệu chèn cũng không giống nhau. Sau khi được chất vào khoảng trống đã khai thác, cùng với thời gian vật liệu chèn bị nén chặt và giảm thể tích (lún ngót) bởi tác động của áp lực mỏ và tự trọng của nó. Độ lún phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu và mức độ chèn chặt ban đầu trong quá trình xếp chèn. Khi chèn lò để bảo vệ mặt đất, độ lún cho phép của khối chèn là 15-25 % phụ thuộc vào chiều dày, góc dốc của vỉa than, độ sâu khai thác, loại công trình cần bảo vệ. Khi chèn lò để điều khiển áp lực mỏ cho các vỉa có đá vách khó điều khiển, độ lún của khối đá chèn không được vượt quá 25 %. 121
Vật liệu chèn lò cần phải đáp ứng được những yêu cầu chính sau đây: - hàm lượng các chất cháy trong vật liệu không được vượt quá 20 %, hơn nữa nó không được xuất ra các chất khí độc hại; - sau khi xếp chèn, nó cần có độ lún nhỏ nhất khi chịu tải và có tính liên kết theo khả năng; - nó cần phải rẻ tiền, vì vậy cần định hướng sử dụng vật liệu địa phương, tránh chi phí vận tải đắt đỏ. Để chất đầy một khoảng trống đã khai thác nhất định, cần phải có một lượng vật liệu chèn trong khoảng 1,5-2,5 lần nhỏ hơn thể tích mà than chiếm giữ trong khối nguyên. Nếu như tính theo khối lượng, thì có thể định hướng sơ bộ là phải chi phí 1 tấn vật liệu chèn cho 1 tấn than khai thác. Ngoài những yêu cầu chung, đối với vật liệu chèn còn có các yêu cầu liên quan tới phương pháp chèn lò: - khi chèn lò bằng thuỷ lực, khí nén và cơ khí, vật liệu chèn phải có tính mài mòn nhỏ nhất, nhằm giảm hao mòn đường ống và băng tải; - khi chèn lò bằng khí nén và cơ khí, vật liệu chèn chỉ nên có hàm lượng các phần tử gây bụi tối thiểu; - khi chèn lò bằng thuỷ lực, vật liệu chèn cần dễ thải nước, có hàm lượng các phần tử sét không quá 10 %, bởi vì chúng sẽ bị nước cuốn ra ở dạng bùn nhão, gây nhiễm bẩn các đường lò và nhanh chóng tràn ngập các bể lắng nước và v.v Nói chung, hàm lượng sét cao đều không phù hợp với tất cả các phương pháp chèn lò. Khi bị ngậm nước, chất sét có tính dẻo và chảy, gây ra áp lực đáng kể của khối chèn lên vách ngăn và có thể dẫn tới sự bục vật liệu chèn từ khoảng trống đã khai thác vào các đường lò mỏ. Tuy vậy, nếu có một lượng chất sét giới hạn (trong phạm vi 10 %), thì chất lượng của vật liệu chèn lại được nâng cao, bởi vì nâng cao được tính cản gío, cũng như độ chặt và tính dính kết của nó. Độ cục cho phép lớn nhất của vật liệu chèn khi chèn bằng khí nén và thuỷ lực là 60-80 mm, còn khi chèn bằng tự chảy và cơ khí là 200-250 mm. Khi chèn bằng tự chảy, kích thước cục đá lớn nhất chủ yếu bị giới hạn bởi điều kiện an toàn lao động, bởi vì với độ cục lớn hơn 200-250 mm thường gây ra hư hỏng vách ngăn và vì chống trong khoảng trống đã khai thác. Khi chèn bằng khí nén, nếu có độ cục vượt quá 60 mm và thêm các phần tử nhỏ từ 0 tới 3-5 mm, thì thường xảy ra tắc ống dẫn vật liệu. Hàm lượng cỡ hạt đá chèn lớn hơn 60 mm khi chèn bằng thuỷ lực dẫn đến sự tăng độ lún của khối chèn, tiêu hao nước tăng mạnh, đường ống sớm bị hao mòn và cần phải tăng đường kính ống dẫn vật liệu. Độ cục tối ưu của vật liệu chèn là - khi chèn bằng tự chảy: không quá 100 mm; 122
- khi chèn bằng khí nén và cơ khí: 20-50 mm; - khi chèn bằng thuỷ lực: dưới 20 mm. Đối với chèn thuỷ lực, vật liệu chèn tốt nhất là cát sạch. Vật liệu chèn ở dạng tự nhiên rất ít khi thoả mãn các yêu cầu nêu trên. Vì vậy, ngoài việc gia công thông thường (nghiền, sàng) đôi khi cần phải phối liệu, tức là tạo ra các hỗn hợp vật liệu chèn có các tính chất cơ-lý khác nhau. Trong thực tế sản xuất, những khu vực cần chèn quan trọng hơn sẽ được cung cấp vật liệu chèn có chất lượng cao hơn. 6.7.3. Chèn lò bằng tự chảy Chèn lò tự chảy được áp dụng rộng rãi ở các vỉa dốc đứng. Vật liệu chèn được vận chuyển đến khu khai thác theo các đường lò của mức thông gió, sau đó tự chảy vào khoảng trống đã khai thác nhờ tự trọng của nó. ở giai đoạn đầu, khối chèn được nén chặt nhờ trọng lực của vật liệu chèn khi rơi hay trượt xuống, còn ở giai đoạn sau - nhờ trọng lượng của các lớp chèn nằm trên. Nếu vật liệu chèn được lấy từ mặt đất, thì sơ đồ công nghệ bao gồm ba khâu vận tải vật liệu là đưa vào mỏ, vận tải theo các đường lò và tự chảy ở khu khai thác. Khối chèn được thiết lập sau lò chợ theo từng dải rộng 6-10 m, sau khi đã tạo được vách Hình 83. Xếp chèn trong ngăn. Để có vách ngăn, cần phải lắp dựng các vì lò chợ bậc chân khay chống phụ trợ, ở hệ thống khai thác vỉa dày chia dùng vách ngăn di động: lớp các công tác này đòi hỏi 25-30 người-ca cho 1-Các cột gần gương; 2- Cơ cấu neo; 3- Các 1000 t than khai thác. Nếu tính trung bình thì cột đỡ vách ngăn; việc chuẩn bị khoảng trống đã khai thác để chèn 4- Vách ngăn; 5- Máng lò chiếm khoảng 30-60 % lượng thời gian cần có trượt than để khấu than. Khi khai thác các vỉa mỏng dốc đứng, khối chèn có thể đặt nghiêng theo góc trượt tự nhiên của nó hoặc theo hướng song song với gương lò. ở trường hợp sau, thường sử dụng vách ngăn cứng hoặc vách di động chuyên dùng. Vách ngăn cứng là một dãy cột được đóng ván hay lưới kim loại. Nó được thiết lập trên cả chiều dày của vỉa. Quá trình chèn lò khi sử dụng vách ngăn di động bao gồm: di chuyển vách ngăn tuỳ theo tiến độ của gương lò chợ và thả vật liệu chèn vào khoảng trống phía sau vách ngăn (hình 83). Vách ngăn được làm từ lưới thép và tấm băng tải, có chiều dài nhỏ hơn độ dài một bậc khấu khoảng 2-4 m. Việc di 123
chuyển vách ngăn có thể được tiến hành đồng thời ở vài bậc, còn khi gương lò chợ có dạng thẳng chúng được di chuyển lần lượt từ dưới lên trên. Chèn lò tự chảy thường được áp dụng khi khai thác các vỉa than có góc dốc lớn hơn 40o, khi không phải bảo vệ các công trình quan trọng. Những ưu điểm của chèn lò tự chảy là: chi phí cho các công tác không cao; sử dụng ít thiết bị, nên dễ tổ chức chèn lò trong thời gian ngắn với vốn đầu tư nhỏ; yêu cầu đối với vật liệu chèn không quá khắt khe. Theo kinh nghiệm, các chi phí để chèn lò tự chảy tính cho 1 m3 của khối chèn bao gồm các dạng sau (tính bằng %) - vận tải theo các đường lò . . 25 - gỗ và các vật liệu khác . . . 25 - thiết lập vách ngăn . . . . . 30 - xếp chèn . . . . . . . . . 10 - các chi phí khác . . . . . . 10 Khuyết điểm của chèn lò tự chảy là phạm vi áp dụng hẹp và độ chặt của khối chèn thấp (độ lún của nó đạt tới 20-40 %). 6.7.4. Chèn lò bằng khí nén Sơ đồ công nghệ chèn lò bằng khí nén bao gồm các quá trình sản xuất sau: khai thác vật liệu chèn, chuẩn bị vật liệu chèn (nghiền, sàng và phối liệu), vận chuyển vật liệu đến máy chèn, vận tải bằng khí nén và xếp chèn. Khi chèn lò bằng khí nén, có những sơ đồ công nghệ sau: - thiết bị nghiền-sàng (TBNS) và máy chèn khí nén cùng được đặt trong hầm lò (hình 84); - thiết bị nghiền-sàng đặt trên mặt đất và máy chèn khí nén đặt trong hầm lò (hình 85); - thiết bị nghiền-sàng và máy chèn khí nén cùng được đặt trên mặt đất (hình 86). Hình 84. 124
Hình 85. Sơ đồ công nghệ với TBNS trên mặt đất và máy chèn khí nén đặt trong hầm lò: 1- trạm nén khí; 2- máy cấp liệu; 3- ống thả vật liệu; 4- máy cấp liệu lắc; 5- máy nghiền một trục; 6- băng tải; 7- đường ống khí nén chính Ф 250 mm; 8- băng tải bunke; 9- băng tải; 10- đường ống khí nén Ф 150 mm; 11- đường ống nước; 12- máy chèn khí nén PZB; 13- ống dẫn vật liệu Ф 200 mm; 14- ống phân phối vật liệu Ф 200 mm sau lò chợ Hình 86. Sơ đồ công nghệ với TBNS và máy chèn khí nén đều đặt trên mặt đất: 1 - kho vật liệu chèn; 2- máy cấp liệu; 3- băng tải; 4- máy chèn khí nén; 5- trạm nén khí; 6- kho nhiên liệu; 7- đường ống khí nén chính; 8- đường ống khí nén Ф 100 mm; 9- đường ống khí nén Ф 80 mm; 10- ống phân phối vật liệu Ф 225 mm sau lò chợ 125
Sơ đồ đầu tiên được áp dụng khi cần phải giảm lượng đá thải lên mặt đất trong quá trình khai thác các vỉa than mỏng. Theo sơ đồ thứ hai cần phải chuẩn bị vật liệu chèn trên mặt đất và vận chuyển nó vào mỏ, tới máy chèn khí nén bằng phương pháp cơ khí thông thường. Trong sơ đồ thứ ba có thể thực hiện vận tải bằng khí nén thẳng từ mặt đất tới khu khai thác, không cần phải chuyển tải. Dưới đây là đặc tính kỹ thuật của máy chèn khí nén kiểu buồng DZM2 và kiểu tang trống PZB do SNG chế tạo. DZM2 PZB - Năng suất, m3/h . . . . . 60 - 120 200 - Khoảng cách tải vật liệu theo đường ống, m . . . . . 90 - 1500 90 - 500 - Đường kính ống dẫn vật liệu, mm 175 - 200 175 - 200 - áp suất khí lớn nhất đến máy, MPa 0,5 0,4 - Kích thước, mm, cao x rộng x dài 2060 x 1224 x 2340 1520 x 1260 x 3080 - Khối lượng, t . . . . . . 3,7 4,9 - Cỡ hạt của vật liệu, mm . . . đến 80 đến 60 Vật liệu chèn được đưa vào máy chèn hai buồng (hình 87) qua phễu nhận tải 1, từ đó qua van 2 được mở theo chu kỳ để vào buồng 3. Sau đó, vật liệu chèn qua phễu và van 4 được chuyển xuống buồng 5. Bởi vì các van 2 và 4 được liên kết với nhau, chúng được mở lần lượt và áp suất không khí ở buồng dưới được duy trì ổn định là 0,3-0,4 MPa. Vật liệu chèn được đưa đều đặn vào miệng 6 nhờ cơ cấu định lượng 7. Các cơ cấu và các van được điều khiển tự động bởi cơ cấu phân phối và các xilanh khí nén 8. Đường ống để tải vật liệu bằng khí nén được lắp ghép từ các đoạn ống thép dài 2-6 m, Hình 87. Sơ đồ máy chèn dày 8-10 mm. Đường kính ống chọn trong khí nén hai buồng khoảng 2,5-3 lần lớn hơn cỡ hạt lớn nhất (150- 250 mm). Năng suất vận tải bằng khí nén có thể nâng cao bằng cách tăng đường kính ống dẫn, song khi đó chi phí khí nén cũng gia tăng. Nhìn chung, với năng suất của máy chèn 60-70 m3/h nên dùng ống có đường kính 150 mm; với năng suất là 70-125 m3/h - đường kính 175 mm; 125-150 m3/h - đường kính 200 mm; lớn hơn 150 m3/h - 225 mm. Năng suất của thiết bị chèn khí nén được chọn dựa vào công nghệ và cơ khí hoá các công tác lò chợ. Khi tiến hành chèn lò trong một ca riêng biệt, năng suất của thiết bị chèn khí nén (m3/h) được xác định theo công thức 126
L m γ α b n z k 3 Q = ch vl dt , m /h Tchkmkvl trong đó L - chiều dài lò chợ, m; m - chiều dày khấu của vỉa, m; γ - dung trọng của than, t/m3; α - hệ số khấu than (α = 0,420,97); bch - bước chèn, m; n - số dải đá xếp trong lò chợ trong một ngày-đêm; 3 zvl - chi phí vật liệu chèn tính cho 1 t than, m /h (zvl = 0,70,85); kdt - hệ số dự trữ năng suất của thiết bị chèn khí nén (đối với máy chèn kiểu buồng khi xác định các thông số cho quãng đường vận tải lớn nhất kdt = 1, đối với máy kiểu tang trống kdt = 1,11,3); Tch - thời gian dành cho chèn lò trong một ngày-đêm, h; km - hệ số thời gian sử dụng máy của thiết bị chèn; kvl - hệ số chỉ chất lượng của vật liệu chèn (trung bình kvl = 0,8-1). Khi kết hợp các công tác khấu và chèn lò, tốc độ xếp chèn phải không nhỏ hơn tốc độ khấu của máy liên hợp. Do tốc độ khấu của máy liên hợp bị hạn chế bởi độ kháng cắt của than và độ xuất khí mêtan vào không gian lò chợ Q = 60Qkkmlh zvlbchkdt , m3/h r kmk vl 36v S dαz b k k hay là Q = g lc vl ch mlh dt , m3/h qr kmkvl trong đó Qk - năng suất của máy liên hợp, t/ph; kmlh - hệ số thời gian sử dụng máy liên hợp; r - chiều rộng khấu của máy liên hợp, m; vg - tốc độ gió cho phép theo quy phạm trong lò chợ, m/s; 2 Slc - diện tích tiết diện thông gió của lò chợ, m ; d - nồng độ mêtan cho phép trong dòng gió thải của lò chợ; q - độ xuất khí mêtan tương đối của lò chợ, m3/t. Khi dùng đường ống tháo rời và vì chống gỗ trong lò chợ, thì km = 0,2- 0,75; khi dùng đường ống tháo rời và vì chống đơn bằng thép - km = 0,2-0,4. Phù hợp với năng suất cần thiết đã định của thiết bị chèn và chiều dài vận tải vật liệu tối đa, cần phải lựa chọn máy chèn khí nén và vị trí đặt nó. Các công tác chèn trong lò chợ được bắt đầu từ việc chuẩn bị khoảng trống đã khai thác theo các dải hẹp (1,5-2 m). Ban đầu thiết lập vách ngăn tạm thời và tháo bỏ một phần các vì chống. Vì chống gỗ thường không bị tháo bỏ hoàn toàn. 127
Dọc lò chợ, đường ống dẫn vật liệu được thiết lập ở khoảng giữa một dải chèn. Phần cuối của đường ống ở khoảng cách 3-5 m kể từ khối chèn. Đầu tiên, vật liệu chèn được hướng về phía trụ. Theo tiến độ xếp dải chèn, đường ống sẽ được thu ngắn dần; các đoạn ống được tháo sẽ được chuyển sang tuyến mới và ráp lại thành đường ống mới (hình 88). Hình 88. Sơ đồ công nghệ lò chợ khi xếp dải chèn: 1- máy chèn; 2- băng tải; 3- ống dẫn vật liệu; 4- tuyến ống đang lắp ráp a) b) Hình 89. Các sơ đồ chèn lò khí nén trong lò chợ 128
Nếu trong lò chợ sử dụng vì chống đơn bằng thép, thì trước khi thu hồi, chúng cần được thay thế bằng vì chống gỗ. Nhằm đảm bảo an toàn lao động và giảm độ nhiễm bụi, không gian lò chợ được ngăn cách với khối chèn bằng vách ngăn. Khi đó, thường sử dụng các tấm chắn bằng gỗ hay kim loại, có bề mặt có thể xếp lại được. Hiệu quả nhất là vách ngăn cao su 1 (hình 89, a) được dịch chuyển nhờ tời 2. Khung của loại vách ngăn này được làm từ ống thép đường kính 50 mm và được đặt nghiêng 60o so với trụ của vỉa, khung được phủ các tấm cao su. ở các vỉa dốc đứng, đôi khi có thể sử dụng các đệm không khí 1 làm vách ngăn (hình 89, b). áp suất không khí ở trong đệm là 50 kPa. Các đệm được di chuyển dần về phía gương cùng với quá trình tháo bỏ các vì chống. Chúng được nối với nhau nhờ một sợi xích 2 hoặc một sợi cáp. Những mối nối đệm được chèn bởi các miếng cao su 3. Để sử dụng các tổ hợp thiết bị cơ khí hoá kết hợp với chèn lò, cần phải tạo ra các tuyến ống dẫn vật liệu có thể di chuyển mà không cần tháo dỡ (hình 90). Vật liệu được đưa vào dải chèn qua các cửa bên sườn. Như vậy, tạo ra một khối chèn chặt sít với khả năng mang tải cao, bởi vì mỗi dải chèn được xếp khá hẹp qua một khoảng nhỏ kể từ cửa chất vật liệu tới mặt nghiêng của khối chèn. Hình 90. Các sơ đồ chèn lò khí nén ở lò chợ với tổ thiết bị cơ khí hoá khi vỉa dốc nghiêng (a) và dốc đứng (b): 1- vách ngăn; 2- ống dẫn vật liệu; 3- tấm xà côngsơn; 4- đế vì chống; 5- máy khấu than 129
Hình 91. Sơ đồ công nghệ khai thác vỉa mỏng bằng tổ hợp cơ khí hoá và chèn lò khí nén: 1- máy chèn khí nén; 2- ống dẫn vật liệu; 3- trạm bơm dầu; 4- đoạn vì chống cơ khí hoá; 5- máy liên hợp; 6- máng cào; 7- đường ống phân phối; 8- băng tải Trên hình 91 mô tả sơ đồ công nghệ khai thác vỉa mỏng, dốc thoải với tổ hợp thiết bị cơ khí hoá và chèn lò khí nén. Khi khai thác các vỉa dốc đứng với chèn lò toàn phần, thường thực hiện khai thác ngược chiều dốc. Song, như vậy hay gặp nhiều khó khăn khi phải chống giữ nóc lò là than, đặc biệt khi tiến gần tới khu vực đã khai thác của tầng kề trên. Vì thế, hướng khấu này chỉ được áp dụng khi than có tính ổn định cao. Với các loại than kém ổn định, có thể tiến hành khấu than theo từng dải theo phương, các dải được khai thác lần lượt xuôi chiều dốc kết hợp chèn lò tăng cường (hình 92). Mỗi dải được khấu bằng máy liên hợp bên dưới vì chống thuỷ lực cơ khí hoá. Theo tiến độ khấu than, vì chống được di chuyển theo từng đoạn một và đồng thời thực hiện chèn lò tăng cường. Hình 92. Khấu than bằng các dải theo phương,khai thác các dải xuôi chiều dốc: 1- máy liên hợp; 2- vì chống cơ khí hoá; 3- máng cào 130
Chèn lò khí nén có thể được áp dụng trong những điều kiện địa chất-mỏ khác nhau và với những hệ thống khai thác khác nhau. Những ưu điểm của chèn lò khí nén là: xếp khối chèn đơn giản, độ chặt sít tương đối cao (độ lún 20-30 %), có khả năng xếp chèn sát dưới vách, có điều kiện thuận lợi để cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất. Những khuyết điểm chính của chèn lò khí nén: sinh bụi đáng kể, vốn đầu tư cho thiết bị chèn và động lực lớn, chi phí khí nén cao, yêu cầu khắt khe đối với vật liệu chèn, ống dẫn vật liệu nhanh mòn hỏng. 6.7.5. Chèn lò bằng sức nước Quy trình chèn lò bằng sức nước bao gồm chuẩn bị vật liệu chèn, trộn nó với nước, tải hỗn hợp theo đường ống tới khoảng trống đã khai thác, chuẩn bị khu vực chèn, xếp khối chèn, tháo nước, lắng nước và bơm lên mặt đất. Để thực hiện các công tác trên cần có tổ hợp chèn lò thuỷ lực (hình 93). Vật liệu chèn từ bunke 1 được đưa vào máng 2 của buồng trộn, ở đây nó được hoà vào dòng nước từ súng phun nước 3. Hỗn hợp được tạo ra chảy vào phễu nhận và vào ống dẫn hỗn hợp 4, rồi theo nó được chuyển tới khu vực cần chèn. Trong khoảng trống đã khai thác, hỗn hợp được giải phóng và các phần tử rắn sẽ tạo nên khối chèn 5, còn nước sẽ theo ống thoát 6 (hoặc rãnh nước) được đưa về hầm lắng nước 7. Từ đây, nước được các bơm 8 đẩy theo đường ống 9, quay về buồng trộn để tái sử dụng hoặc vào bể nước 10 trên mặt đất. Khi cần thiết, nước từ bể này được bơm 11 cấp vào buồng trộn. Sự hao hụt nước cần được bổ xung thường xuyên từ các nguồn khác. Đường ống dẫn hỗn hợp bao gồm hai phần thẳng đứng và nằm ngang. Phần thẳng đứng của nó tạo ra áp lực để tải vật liệu theo phương nằm ngang với tốc độ cần thiết. Trong thực tế, tốc độ chuyển dịch của hỗn hợp trong ống có đường kính 150 mm được chọn là 2,5-3,5 m/s đối với vật liệu hạt nhỏ và 3,5-4 m/s đối với vật liệu dạng cục. Sự chuyển vận của hỗn hợp nhờ tự trọng có thể được duy trì khi tỷ số giữa phần thẳng đứng và phần Hình 93. Sơ đồ nguyên lý của tổ hợp chèn thuỷ lực 131