Nghiên cứu giải pháp thu hồi dàn chống và tổ hợp thiết bị lò chợ cơ giới hóa đồng bộ bằng vì neo chất dẻo cốt thép

1. Đặt vấn đề

Lò chợ cơ giới hóa khi khấu chống đến giai đoạn kết thúc, công tác tháo thu hồi dàn chống dự kiến sẽ diễn ra khoảng 30 ngày, do vậy đường lò men phục vụ công tác tháo thu hồi dàn chống phải được thi công trước khi gương lò chợ tiếp giáp với lò thượng men tháo giàn. Theo thiết kế ban đầu đường lò men được thi công từ gương lò chợ (khi đến giới hạn dừng) với tiết diện đào S_đ=12,9m², hình thang, chống giữ bằng vì chống thép SVP-27, bước chống 0,35m/vì; tuy nhiên thời gian thi công dài (20-25 ngày), không chủ động được về thời gian thi công, công tác xúc tải than thủ công mệt nhọc, vất vả, kéo dài thời gian chuyển diện lò chợ cơ giới hóa đồng bộ. Để chủ động về thời gian thi công, công tác thu hồi dàn chống được thực hiện ngay sau khi gương lò chợ tiếp giáp với lò men. Tuy nhiên kết cấu chống lò men phải đảm bảo đủ khả năng chịu áp lực tựa gương lò chợ trong quá trình tháo thu hồi dàn chống, cũng như giai đoạn gương lò chợ khấu tiếp giáp với đường lò. Do vậy công tác tính toán, thiết kế các thông số kết cấu chống lò là rất quan trọng và cần thiết.

Ổn định các đường lò mỏ - toàn bộ biện pháp kỹ thuật mỏ để đảm bảo tính nguyên vẹn của đường lò trong sự phù hợp với các điều kiện kỹ thuật an toàn trong suốt thời gian phục vụ của đường lò.

Sự ổn định của không gian khai đào và vì chống của đường lò chuẩn bị cần bảo vệ phụ thuộc từ các yếu tố địa chất và kỹ thuật mỏ: tính chất cơ lý của đất đá, góc nằm và chiều dày vỉa, độ nứt nẻ của đá, chiều sâu đặt đường lò, hình dạng mặt cắt và vị trí đường lò cần bảo vệ, theo tương quan tới gương lò chợ và thời gian cần bảo vệ... Nhưng các yếu tố chính ảnh hưởng đến bảo vệ đường lò như đã biết là trạng thái ứng suất biến dạng chứa đựng trong khối đá và giá trị đặc tính cơ lý của chúng.

Có thể chia thành 3 định hướng cơ bản theo sự bảo vệ đường lò: gia cường lớp đá yếu, tháo tải của khối đá từ ứng suất dư, xây dựng các công trình nghệ thuật, vì chống sau giới hạn biên của đường lò cho sự điều khiển bằng trạng thái của khối đá xung quanh đường lò. Các phương pháp theo sự bảo vệ các đường lò có thể hoàn thành: từ trước (gia cường khối đá, tháo tải khối đá từ ứng suất dư bằng phương pháp khai thác tuyến đường lò), trong giai đoạn xây dựng đường lò (gia cố khối đá, tháo tải từ ứng suất dư từ các đường lò xây dựng kéo theo sự đẩy lại của gương), trong giai đoạn khai thác (sự trám, trét không gian chống dựng, gia cường khối đá, xây dựng các vật chắn ngăn cách sau giới hạn biên của đường lò với mục tiêu bảo vệ chúng cho sự sử dụng lại).

Giải pháp thành công đảm bảo ổn định các đường lò chuẩn bị trong vùng ảnh hưởng của áp lực tựa lò chợ trong thời gian phục vụ của đường lò có thể đạt được hiệu quả cao khi áp dụng kết hợp các kết cấu chống giữ.

2. Vòm áp lực và tải trọng tác dụng lên vì chống đường lò men tháo dàn::

< >Chiều rộng vòm áp lực:

- Khi gương lò chợ cách gương lò men một khoảng X_c:

(1)

- Khi gương lò chợ khấu tiếp giáp với gương lò men (X_c=0):

(2)

Trong đó:

+ l - chiều dài dàn chống CGH (l = 5,5m)

+ L_o.k- chiều dài dầm conson đá vách cơ bản, tính 4; 7; 12,7.

+ DL - bước khấu dàn chống, DL=0,63m.

+ j₃- góc áp lực trong mặt cắt theo phương, độ.

j3 = -0,016*4 ² -1,16*4+70 = 66º

+у_max = 15m_v - chiều dày của sự dịch chuyển chủ động của đá nóc (m_v = 4,5m) ® y_max= 15*4,5 = 67,5m.

+ B - chiều rộng đường lò men tháo dàn ( B = 4,0 м),

+ X_c - chiều rộng trụ giữa lò men và gương lò chợ (X_c = 2,5 м),

+ a₁ - chiều rộng vùng giảm độ bền của vỉa than

Hình 1. Biểu đồ tải trọng khi gương khấu cách đường lò men một khoảng là Xc= 2,5m

Hình 2. Biểu đồ tải trọng khi lò chợ khấu tiếp giáp với đường lò tháo dàn chống CGH

* Tính toán một số thông số của công thức (1) và (2):

Tải trọng tác dụng lên vì chống lò men tháo dàn:

Hình 3. Sơ đồ tính toán đường biên vòm áp lực bên trên đường lò tháo dàn chống

3. Tính toán cụ thể trong điều kiện lò chợ TT-11-3 V11 KTT

Đánh giá biểu hiện áp lực mỏ lên khối than đá lên xung quanh đường lò men phục vụ công tác tháo thu hồi dàn chống cơ giới hóa TT-11-3 xuống lò chợ TT-11-5 để phục vụ cho tính toán thiết kế, lựa chọn kết cấu chống lò men phục vụ công tác tháo thu hồi dàn chống trong khoảng thời gian 30 ngày, điều kiện địa chất mỏ khu vực lò chợ TT-11-3 thể hiện ở bảng 1:

Bảng 1: Các thông số tính toán khu vực lò chợ

Bảng 2. Сác thông số độ bền trung bình của đá nóc

Đá vách trực tiếp chủ yếu là lớp bột kết kết có độ cứng f = 3-4, chiều dày 2,75÷2,9m (LK CG13, T.BS2 và DH46 T.III),, cục bộ một số vị trí là lớp cát kết có chiều dày đến 29,5 m (LK CG14 T.BS2).

Đá vách cơ bản chiều dày đến 17,8m, có độ cứng từ trung bình là bột kết và cứng vững là các lớp cuội kết f = 4-5 – sập đổ trung bình. Bước sập đổ của đá vách cơ bản: ban đầu – 25m, thường kỳ từ 12÷14m.

Trụ vỉa – là lớp bột kết mềm và trung bình, cục bộ có vị trí f = 3, ít bị bùng nền.

Khảo sát vòm áp lực trên đường lò phục vụ tháo thu hồi dàn chống chiều cao h = 4,5m, chiều rộng B = 4,0m; chiều cao khấu m_k = 3,4÷3,6; chiều dày vỉa than m_v=3,6÷4,5. Quá trình tính toán khảo sát từ khi gương lò chợ cách lò men tháo dàn một khoảng là 2,5m. Khoảng thời gian bảo vệ là 1,5; 15; 30 ngày với dầm công sơn của đá vách cơ bản lần lượt là 4; 7; 12,7 m.

4. Hiệu quả kinh tế:

- Tháng 07/2018 đưa vào áp dụng thử nghiệm tại lò chợ CGH TT-11-3 Vỉa 11 khu Trung Tâm, lần đầu đưa vào áp dụng 7m tại chân lò men, 3m tại đầu lò men vị trí tiếp giáp với lò dọc vỉa thông gió.

- Tháng 03/2019 đưa vào áp dụng tại lò chợ CGH TT-11-5 Vỉa 11 khu Trung Tâm, toàn bộ chiều dài lò men L=110m. Sau thời gian kết thúc tháo thu hồi lò chợ cơ giới hóa, kết quả đạt được các chỉ tiêu về kỹ thuật, kinh tế như sau:Sau thời gian kết thúc tháo thu hồi lò chợ cơ giới hóa, kết quả đạt được các chỉ tiêu về kỹ thuật, kinh tế như sau:

+ Về kỹ thuật: đoạn lò chống neo đảm bảo về kích thước, hình dạng, không phải tổ chức củng cố thường xuyên trong quá trình tháo thu hồi dàn chống.

+ Về kinh tế: Giá thành mét lò men chống bằng thép là 32,5 triệu đồng.

Giá thành mét lò men chống neo: 21,5 triệu đồng.

Giá thành mét lò chống neo tiết kiệm 11 triệu đồng/1 mét lò.

Quy mô áp dụng năm 2019 là 2,4 tỷ đồng và sẽ tiếp tục áp dụng vào các năm tiếp theo.

5. Kết luận

Từ kết quả phân tích, tính toán lựa chọn phương án chống giữ đường lò men, rút ra các nhận xét sau:

< >Khi triển khai phương án chống lò men bằng vì neo chất dẻo cốt thép kết hợp với neo cáp dính kết, có thể đẩy nhanh tiến độ tháo thu hồi dàn chống cơ giới hóa từ 20÷25 ngày. Để ổn định đường lò dọc vỉa phân tầng trong điều kiện như trên thì việc kết hợp tổng hợp các biện pháp là cần thiết như trong giải pháp đề nghị bao gồm: Vì neo thép L_neo=2m + vì neo cáp dính kết (mật độ neo cáp 3x4 neo/vòng), chiều dài neo cáp L=8,5m. Áp dụng vì neo thép chất dẻo cốt thép kết hợp neo cáp dính kết để chống giữ lò men thu hồi giàn chống cơ giới hóa giúp cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động do không phải vận chuyển vì chống thép SVP-27 nặng, kích thước lớn, đẩy nhanh tiến độ chuyển diện lò chợ cơ giới hóa đồng bộ từ 20÷25 ngày.

Phạm Văn Thương, Bùi Xuân May, Trần Cao Cường, Vũ Quang Hưng, Công ty than Dương Huy-TKV

(Tài liệu hội thảo “Bảo vệ môi trường trong khai thác, chế biến, sử dụng than, khoáng sản và dầu khí”)