phần thứ nhất khái niệm chung về các quá trình sản xuất trong khai thác than hầm lò Chơng 1 : Lịch sử và hớng phát triển công nghệ khai thác than hầm lò 1.1. Khái niệm về quy trình công nghệ khai thác than hầm lò Quy trình công nghệ khai thác là một tập hợp của nhiều khâu công tác, cần phải thực hiện theo một trình tự thời gian và không gian nhất định để lấy đợc khoáng sản có ích. Quy trình công nghệ khai thác than hầm lò có thể đợc hiểu theo nghĩa rộng và theo nghĩa hẹp. Theo nghĩa rộng, đó sẽ là tập hợp các quá trình mở vỉa và chuẩn bị ruộng than, quá trình khấu than trong các gơng khai thác, quá trình vận tải than lên mặt đất và hàng loạt các vấn đề khác nh sàng tuyển than, thông gió mỏ, thoát n- ớc, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị và năng lợng, các quá trình công nghệ trên mặt bằng công nghiệp và v.v Theo nghĩa hẹp thì đó chỉ là tập hợp các công việc chuẩn bị và khai thác, cần đợc thực hiện trong một khu khai thác. Trong phạm vi giáo trình này, chủ yếu chúng ta sẽ xem xét những vấn đề trong nghĩa hẹp nói trên. Quy trình công nghệ khai thác than ở lò chợ đợc chia thành các công tác chính và các công tác phụ. Các công tác chính là các khâu tách than khỏi khối nguyên ban đầu, phá vỡ than đến cỡ hạt cần thiết, xúc bốc và vận tải than, chống giữ lò chợ và điều khiển áp lực mỏ. Các công tác phụ bao gồm việc di chuyển thiết bị vận tải theo tiến độ của gơng lò chợ, cung cấp vật liệu, máy móc, thiết bị, năng l- ợng vào lò chợ, thông gió, chống bụi, thoát nớc, chiếu sáng, thông tin liên lạc Nh vậy, với các dạng công nghệ khai thác than khác nhau, sẽ có các tập hợp các công tác chính và phụ khác nhau, tức là các quy trình công nghệ khai thác than khác nhau. Công nghệ khai thác than hầm lò có thể đợc chia thành bốn dạng chính. Đó là công nghệ thủ công, công nghệ bán cơ khí hoá, công nghệ cơ khí hoá toàn bộ và công nghệ tự động hoá. Trong dạng công nghệ thủ công, hầu hết các khâu công tác chính đều phải thực hiện bằng sức ngời; còn ở công nghệ bán cơ khí hoá thì máy móc đã làm thay con ngời ở một số công tác chính và khi ứng dụng công nghệ tự động hoá, thì có thể loại trừ sự có mặt thờng xuyên của con ngời trong lò chợ. 1.2. Các giai đoạn phát triển của công nghệ khai thác than hầm lò Để thấy rõ lịch sử phát triển công nghệ khai thác than hầm lò trên thế giới từ đầu thế kỷ XX đến nay, chúng ta phải xem xét các bớc phát triển của công nghiệp than ở các nớc sản xuất nhiều than và có trình độ công nghiệp tiên tiến trên thế giới, đó là các nớc châu Âu, Bắc Mỹ, úc, Trung Quốc Qua đó, có thể thấy những giai đoạn phát triển công nghệ khai thác than hầm lò nh sau: Giai đoạn I - Từ đầu thế kỷ XX đến trớc đại chiến thế giới lần thứ hai: Trình độ cơ khí hoá sản xuất còn ở mức thấp, nhiều khâu công nghệ phải thao tác thủ công, nhất là ở các khâu chống lò và điều khiển áp lực mỏ. Trong giai đoạn này 3 cũng có chế tạo và cải tiến một số loại máy đánh rạch, máy liên hợp khấu than và đào lò , nhng trong lĩnh vực tự động hoá vẫn cha áp dụng đợc gì. Giai đoạn II - Từ sau đại chiến thế giới lần thứ hai đến năm 1960: Tiếp tục nghiên cứu và áp dụng cơ khí hoá các quá trình sản xuất, nhng việc cơ khí hoá cha đồng bộ, mới chỉ dừng ở từng khâu công tác riêng biệt. Trong lĩnh vực tự động hoá đã nghiên cứu thành công các hệ thống điều khiển từ xa một số thiết bị riêng lẻ, tự động hoá một số thiết bị cố định. Giai đoạn III - Từ 1960 đến 1980: Có những thay đổi căn bản về chất lợng khai thác than hầm lò. Chế tạo thành công và áp dụng rộng rãi nhiều loại tổ hợp thiết bị cơ khí hoá toàn bộ việc khấu than, do đó sản lợng và chiều sâu khai thác của các mỏ than tăng lên rõ rệt. Công nghệ đào lò cũng đợc cơ khí hoá toàn bộ đã làm tăng tốc độ đào lò. Nhiều nơi đã áp dụng trục tải nhiều cáp ở giếng đứng. Việc tự động hoá cũng dần dần đi vào đồng bộ và có ảnh hởng trực tiếp đến sản xuất. Một số thiết bị lẻ và tổ hợp không thích hợp với chế độ tự động hoá dần dần đợc thay thế bằng các loại thiết bị mới. Giai đoạn IV - Từ 1980 đến nay: Cùng với sự phát triển vũ bão của nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là sự phát triển mãnh liệt của kỹ thuật điện tử và công nghệ tin học, công nghệ khai thác than hầm lò đang chuyển biến dần về chiều sâu. Nhiều dây chuyền sản xuất tự động hoá, do đợc kiểm soát chặt chẽ, đã hoạt động ổn định và đem lại hiệu quả cao. Quá trình khai thác than đã và đang đợc gắn liền với việc đảm bảo điều kiện lao động an toàn cho thợ mỏ và bảo vệ môi trờng thiên nhiên. 1.3. Hớng phát triển của công nghệ khai thác than hầm lò Xu hớng phát triển của ngành khai thác than hầm lò ở các nớc tiên tiến trên thế giới bao gồm: - Tạo ra trong tơng lai một dây chuyền công nghệ liên tục duy nhất, cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá để khai thác và vận chuyển than từ các gơng lò chợ đến toa xe lửa hoặc bunke nhận than của nhà máy tuyển trên mặt đất ; - Lựa chọn đúng đắn mức độ tự động hoá theo sự hợp lý về kinh tế cho từng điều kiện cụ thể và theo yêu cầu đảm bảo an toàn lao động đến mức cao nhất ; - Tập trung hoá việc điều khiển và kiểm tra công tác của các khu vực và thiết bị sản xuất chủ yếu của mỏ hầm lò nhằm nâng cao tính linh hoạt trong việc điều khiển sản xuất, giảm thời gian chết của thiết bị, giảm số công nhân điều khiển máy móc, thiết bị ; - Cải tiến hệ thống khai thác nhằm tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho việc cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá ; - Gắn chặt quá trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ môi trờng để duy trì sự phát triển bền vững. 1.4. Tình hình và hớng phát triển của ngành than hầm lò ở Việt Nam Điều kiện địa chất ở các vùng than nớc ta hiện nay có đặc điểm nổi bật là địa hình đồi núi, thích hợp cho khai thác lộ thiên. Do đó, tỷ trọng của sản lợng than khai thác bằng phơng pháp hầm lò so với tổng sản lợng than khai thác hàng năm chỉ chiếm khoảng 30-35 %. 4 Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam còn khá lạc hậu so với các nớc tiên tiến. Công nghệ khấu than và đất đá ở các gơng lò khai thác và gơng lò chuẩn bị chủ yếu là thủ công kết hợp với công tác khoan nổ mìn. Trong các gơng lò chợ dài các công tác nặng nhọc và tốn thời gian nh chống lò, điều khiển áp lực mỏ vẫn phải thao tác thủ công. Tuy nhiên, cho đến nay ngành than hầm lò của nớc ta đã cơ khí hoá và bán cơ khí hoá đợc nhiều khâu công nghệ quan trọng của các mỏ. Việc vận tải than trong hầm lò và ngoài mặt bằng đã đợc cơ khí hoá hoàn toàn, hầu hết các mỏ hầm lò đã đợc trang bị đầu tầu điện và goòng 1 đến 3 tấn, hoạt động trên cỡ đờng 600 đến 900 mm. Nhiều mỏ đã lắp đặt thành công hệ thống băng tải bán tự động và tự động để vận chuyển than trong giếng nghiêng và trên mặt bằng. Nhiều loại máy và thiết bị cố định chuyên dùng đã đợc cơ khí hoá và tự động hoá. Trong những năm 70 của thế kỷ trớc ở mỏ Vàng Danh đã đa máy liên hợp và vì chống đơn bằng thép vào khai thác thí điểm trong lò chợ, song do nhiều nguyên nhân khách quan cuộc thử nghiệm đó cha đạt tới kết quả mong muốn. Vài năm gần đây, nhiều mỏ hầm lò đã đa vào áp dụng thành công vì chống thuỷ lực đơn và vì chống tổ hợp kiểu giá thuỷ lực di động trong lò chợ, các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của lò chợ đã đợc cải thiện đáng kể. Đặc biệt, tại mỏ Khe Chàm đã áp dụng thành công phơng pháp khấu than bằng máy liên hợp, sản lợng của lò chợ đã đợc nâng lên hơn hai lần so với phơng pháp khoan nổ mìn. Trong tơng lai gần, cùng với việc nâng cao tổng sản lợng khai thác than, tỷ trọng sản lợng khai thác hầm lò sẽ gia tăng và có thể lên tới 50%. Do đó, muốn đáp ứng đợc yêu cầu về sản lợng và cải thiện đợc các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, ngành khai thác than hầm lò cần đợc phát triển theo các hớng sau đây : - Cải tạo những mỏ cũ và xây dựng một số mỏ mới theo hớng tăng sản lợng và tập trung hoá sản xuất ; - Ưu tiên áp dụng các hệ thống khai thác có gơng lò chợ dài cùng với việc đầu t hợp lý để cơ khí hoá các khâu công tác chính trong lò chợ. Nghiên cứu và dần dần áp dụng công nghệ bán cơ khí hoá và cơ khí hoá vào các gơng lò ngắn ; - Nâng cao tốc độ đào các đờng lò mở vỉa và chuẩn bị trên cơ sở áp dụng các loại máy và thiết bị đào lò có năng suất cao và hoàn thiện việc tổ chức công tác đào lò ; - Nâng cao năng lực vận tải trong hầm lò bằng cách thay goòng 1 tấn với cỡ đờng 600 mm bằng goòng 3 đến 5 tấn với cỡ đờng 900 mm, chú ý phát triển các ph- ơng tiện vận tải liên tục, chủ yếu là các tuyến băng tải ; - Gắn liền sự phát triển khai thác than với công tác bảo vệ môi trờng thiên nhiên . Chơng 2 : những nguyên tắc chung của công nghệ khai thác than hầm lò 2.1. Tăng cờng độ và tập trung hoá sản xuất Tăng cờng độ sản xuất ở mỏ là toàn bộ các biện pháp kỹ thuật và tổ chức nhằm nâng cao sản lợng trong một đơn vị thời gian của lò chợ, của tầng, của khoảnh, của cánh hay của vỉa trong ruộng mỏ. 5 Việc tăng cờng độ khai thác cho phép cải thiện các chỉ tiêu chính của các công tác mỏ, mà trớc hết là các chỉ tiêu về năng suất lao động của công nhân và giá thành khai thác. Không nên nhầm lẫn hai khái niệm "tăng cờng độ" và "tập trung hoá" trong sản xuất. Công tác mỏ có thể tiến hành với cờng độ cao, nhng không tập trung, tức là tiến hành đồng thời trên một số vỉa, một số cánh, một số tầng hay khoảnh và trong nhiều lò chợ. Tập trung hoá sản xuất ở mỏ là tập trung mức độ khai thác khoáng sản trong các xí nghiệp riêng biệt hay trong các khâu của chúng về mặt thời gian (giảm số ca sản xuất và số giờ làm việc) và về mặt không gian (giảm số đơn vị sản xuất: giảm số lò chợ, giảm số khu khai thác ). Các chỉ tiêu cơ bản của tập trung hoá là sản lợng của mỏ, sản lợng của lò chợ và chỉ tiêu tập trung hoá về mặt không gian. Cờng độ khấu than đợc tính theo công thức: i k = lc L A trong đó: A - Sản lợng của mỏ trong một đơn vị thời gian, tấn; L lc - Tổng chiều dài trung bình của các gơng lò chợ hoạt động trong thời gian đó, m. Cờng độ vận tải đợc tính theo công thức: i vt = vt L A trong đó: L vt - Tổng chiều dài hoạt động trung bình của các lò vận tải. Chỉ tiêu mức độ tập trung về không gian của các công tác mỏ có thể đợc tính theo công thức: i tk = vt lc L L Giữa tập trung hoá và tăng cờng độ sản xuất có quan hệ nh sau: việc tăng c- ờng độ khai thác, tức là tăng sản lợng trong một đơn vị thời gian trong khi các điều kiện khác gần nh nhau, sẽ đa đến nâng cao sự tập trung. Do đó, việc tăng cờng độ có thể xem nh là một biện pháp để đạt đợc sự tập trung hoá. Việc tăng cờng độ và tập trung hoá có thể đợc thực hiện bằng các biện pháp sau: tạo nên kỹ thuật và công nghệ mới có hiệu quả hơn; sử dụng tốt hơn các máy móc, thiết bị khai thác và vận tải hiện có; giảm bớt sự ảnh hởng của các yếu tố địa chất; nâng cao độ tin cậy và độ bền của các loại máy và thiết bị hiện có; cải tiến tổ chức lao động. 2.2. Tính nhịp nhàng và liên tục Tính nhịp nhàng trong sản xuất là một yêu cầu công nghệ tất yếu cho công tác của xí nghiệp mỏ, nhằm đạt đợc các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật cao và ổn định. Tính nhịp nhàng trong công tác của mỏ hầm lò nói chung và của từng khâu công nghệ nói riêng là sự tuân thủ nghiêm túc các chế độ khai thác, vận hành đã định tr- ớc trong một khoảng thời gian nhất định, để hoàn thành nhiệm vụ sản xuất. 6 Tính nhịp nhàng trong khi hoàn thành các quy trình sản xuất cho phép loại trừ các loại gián đoạn trong công tác, vì không đáp ứng đợc việc cung cấp vật liệu và phụ tùng thay thế; việc tiến hành sửa chữa thiết bị theo đúng thời hạn quy định sẽ loại bỏ các sự cố, cũng nh sự mất ổn định trong lúc vận hành và do đó nâng cao tính an toàn trong công tác. Tính an toàn càng đợc nâng cao khi tăng cờng độ và tập trung hoá sản xuất. Giữa phơng tiện cơ khí hoá mới và hình thức tổ chức lao động mới có một mối liên hệ hết sức chặt chẽ. Thí dụ, công nghệ khấu than thủ công, cũng nh công nghệ khấu than bán cơ khí hoá thích hợp với hình thức tổ chức lao động theo chu kỳ, tức là các quá trình sản xuất của việc khấu than đợc tiến hành nối tiếp với các quá trình phụ phi sản xuất. Đối với công nghệ cơ khí hoá toàn bộ thì lại cần chuyển sang hình thức tổ chức lao động theo dây chuyền liên tục. Hình thức này đặc trng bằng sự phối hợp chặt chẽ về thời gian tất cả các quá trình sản xuất chính và phụ. Vì vậy, tính nhịp nhàng và liên tục là điều kiện thiết yếu để thực hiện cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất ở mỏ. Trong khai thác than, nguyên tắc cơ bản của phơng pháp liên tục (tính liên tục của việc khấu than ở gơng lò chợ) có thể biểu thị bằng hệ số liên tục: k lt = ck k T T trong đó : T k - Thời gian khấu than trong một chu kỳ; T ck - Thời gian của một chu kỳ lò chợ. 2.3. Tính ít công đoạn trong quá trình sản xuất Một trong các yêu cầu cơ bản đối với công nghệ khai thác than hợp lý là giảm số bớc công nghệ, mà chủ yếu là nhờ sự thay đổi về chất của các đặc điểm công nghệ khai thác than. ở các sơ đồ công nghệ phức tạp, có nhiều công đoạn thì phải dùng nhiều loại máy móc, thiết bị và dụng cụ khác nhau, lại cần có những công nhân lành nghề, cần nhiều quá trình và công đoạn phi sản xuất, khó phối hợp một cách rõ ràng để hoàn thành các quá trình và công đoạn. Từ đó thờng dẫn đến sự ngừng trệ trong sản xuất và gây trở ngại cho việc tổ chức lao động theo phơng pháp dây chuyền liên tục. Do đó, công nghệ hoàn thiện phải dựa trên cơ sở sơ đồ công nghệ có ít quá trình và công đoạn nhất và ít những chi phí sản xuất. Ưu điểm của sơ đồ công nghệ ít công đoạn là: đầu t cơ bản để mua thiết bị ít, số ngời làm việc trong dây chuyền ít, dễ tổ chức thực hiện các công đoạn của dây chuyền phối hợp về thời gian, cải thiện đợc điều kiện an toàn lao động, tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc tự động hoá dây chuyền công nghệ. 2.4. Tính linh hoạt Tính linh hoạt của dây chuyền công nghệ là khả năng thích ứng của nó với sự thay đổi của các điều kiện khách quan. Các điều kiện tự nhiên của hoạt động khai thác mỏ luôn luôn biến động, thí dụ chiều dày, góc dốc của các vỉa than, lợng đá kẹp trong vỉa, tính chất của đá vách và đá trụ v.v Do đó, tính linh hoạt là một yêu cầu không thể thiếu đối với dây chuyền công nghệ khai thác mỏ, để đảm bảo nó hoạt động ổn định và có hiệu quả. 7 Bên cạnh sự linh hoạt, thích ứng với điều kiện tự nhiên, dây chuyền công nghệ còn phải linh hoạt với những sự thay đổi của nhu cầu sản xuất. Thí dụ: có khả năng gia tăng cờng độ khai thác; có khả năng thay đổi tỷ lệ than củ, than cám; có khả năng khấu chọn để giảm độ tro v.v 2.5. Tính an toàn Cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất chẳng những loại bỏ lao động thủ công nặng nhọc, mà còn đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt và hoàn toàn an toàn cho ngời trực tiếp làm việc trong mỏ. An toàn lao động khi cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá khai thác than đạt đ- ợc trớc hết là do có thể loại trừ một phần, hoặc toàn bộ sự có mặt của con ngời ở chỗ trực tiếp sản xuất của các quy trình công nghệ chính và phụ. Mặt khác, cơ khí hoá toàn bộ và tự động hoá sản xuất đảm bảo sự kiểm tra các hoạt động của máy móc và thiết bị một cách rõ ràng và tin cậy, đồng thời đảm bảo giữ đúng chế độ vận hành tối u các thiết bị, do đó loại trừ đợc các sự cố, loại trừ đợc khả năng mất ổn định và càng tạo điều kiện an toàn hơn cho sản xuất ở mỏ. 2.6. Tính kinh tế Tính kinh tế của dây chuyền công nghệ đợc đánh giá bằng năng suất lao động của công nhân (trong lò chợ, ở lò chuẩn bị, trong khu khai thác và trong toàn mỏ), giá thành khai thác khoáng sản, vốn đầu t cơ bản cần thiết và thời hạn thu hồi vốn. Rõ ràng cơ khí hoá và tự động hoá sản xuất sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao vì đảm bảo năng suất lao động cao và hạ giá thành sản phẩm. Chơng 3 : những đặc điểm công nghệ của các vỉa than và đá mỏ 3.1. Sự dịch chuyển của địa tầng khi khai thác than Các quá trình khai thác than gây ra sự biến dạng của đá vách. Sự biến dạng có thể biểu hiện ở dạng dịch chuyển của đá mà không bị phá huỷ, cũng có thể ở dạng nứt nẻ và đứt gẫy. Với các kích thớc lớn của khoảng trống đã khai thác, quá trình dịch chuyển phát triển tới mặt đất. Ban đầu, các lớp đá nằm ngay trên vỉa than bị phá huỷ, sau đó xảy ra sự đứt gẫy của các lớp đá vách nằm trên theo mức độ phát triển của công tác khấu than. Theo hớng từ khoảng trống đã khai thác lên phía trên, trong địa tầng có thể phân biệt ba vùng, đặc trng các mức độ phá huỷ của đá mỏ khác nhau: sập đổ, uốn võng cùng với sự rạn nứt và uốn dẻo mà không bị phá huỷ. Trong vùng sập đổ, sự dịch chuyển của các tảng và khối đá rời rạc xảy ra theo từng chu kỳ, cùng với tiến độ của gơng lò chợ. Với diện bóc lộ lớn, chiều cao của vùng này đạt 2ữ4 lần chiều dày của vỉa. Khi điều khiển đá vách bằng phơng pháp chèn lò toàn phần, thì có thể không xuất hiện vùng sập đổ của đá. Đồng thời với quá trình dịch chuyển của đá, ứng suất trong địa tầng bị phân bố lại, xuất hiện vùng ứng suất cao (áp lực tựa) và vùng ứng suất thấp (áp lực suy giảm). Nguyên 8 nhân gia tăng ứng suất là sự treo của các lớp đá bên trên khu khai thác và sự truyền một phần trọng lợng của chúng vào địa khối ngoài khu khai thác. Các lớp đá ở trên và dới khu khai thác nằm trong vùng áp lực mỏ suy giảm. Theo đặc điểm biến dạng của các lớp đá mỏ và nguyên nhân gây ra dịch chuyển, trong địa tầng khu khai thác có thể phân biệt ba vùng đặc trng (Hình 1): I - vùng dịch chuyển hoàn toàn (áp lực suy giảm); IIa, IIb - vùng uốn võng lớn nhất; IIIa và IIIb - vùng nén ép của đá (áp lực tựa). Hình 1 Vùng I đợc giới hạn bởi các đờng chéo dóng từ biên của khu khai thác với các góc dịch chuyển hoàn toàn 1 và 2 . Trong khu vực này có vùng sập đổ của đá vách 4. Trong khối POQ, sau khi kết thúc dịch chuyển các lớp đá nằm ở vị trí song song với trạng thái ban đầu. Vùng áp lực tựa IIIa và IIIb đợc phân bố từ các đờng biên dịch chuyển của địa tầng trên khu khai thác LB và MF tới các tuyến CD và GH, dóng qua đờng biên của khu khai thác. Giữa vùng dịch chuyển hoàn toàn và vùng áp lực tựa là vùng uốn võng lớn nhất IIa và IIb. Trong đá trụ của vỉa hình thành vùng áp lực tựa IVa và IVb, vùng áp lực suy giảm VI và các vùng nâng nền không đồng đều Va và Vb. Trong những vùng áp lực tựa đá mỏ bị nén ép (các giản đồ 1), còn ở những vùng áp lực suy giảm chúng bị kéo dãn (các giản đồ 2) về phía khu khai thác. Đờng bao ngoài các vùng kể trên tạo thành miền ảnh hởng của công tác khai thác ALBKFME. 3.2. Các tính chất công nghệ chủ yếu của đá mỏ Sự dịch chuyển của địa tầng khi khai thác than gây ra các quá trình vật lý phức tạp, đặc trng mối tác động tơng hỗ của tập hợp nhiều yếu tố. Những yếu tố đó phụ thuộc đáng kể vào công nghệ thực hiện các công tác mỏ. Với cùng một địa 9 A tầng, quá trình dịch chuyển của các lớp đá có thể rất khác nhau khi khai thác vỉa bằng gơng lò dài và gơng lò ngắn, khi bớc khấu rộng và hẹp, với các tiến độ khác nhau của gơng, ở những phơng pháp điều khiển đá vách khác nhau và v.v Tập hợp các tính chất của đá mỏ, quy định hành vi của nó dới tác động của các công tác mỏ, đợc gọi là các tính chất công nghệ. Các tính chất chủ yếu là: độ bền vững, độ phân lớp, độ nứt nẻ và khả năng sập đổ (phá hoả). Sự kết hợp các tính chất công nghệ khác nhau của địa tầng vô cùng đa dạng và nó quyết định sự lựa chọn đúng đắn các quá trình công nghệ khai thác. 3.2.1. Cấu tạo, cấu trúc và sự phân lớp của đá mỏ Cấu tạo của địa tầng đợc xác định bởi các điều kiện thành tạo khoáng sàng. Các khoáng sàng dạng trầm tích thờng có đặc điểm phân lớp của các vỉa sét kết, bột kết, cát kết, đá vôi và v.v Các tính chất của các loại đá này đã đợc nghiên cứu tỷ mỷ ở dạng các mẫu đá, song các tính chất bền và đàn hồi của địa tầng khác biệt nhiều so với các tính chất của các mẫu đá. Có sự khác biệt này là do cấu trúc và độ nứt nẻ của các lớp đá. Tất cả các loại đá đều có vô số nứt nẻ, tách biệt địa tầng thành các khối cấu trúc. Các tính chất của đá đợc xác định ở các mẫu, với kích thớc nhỏ hơn các khối cấu trúc, không thể đặc trng cho các tính chất của địa tầng. Chính vì vậy, để nhận biết các tính chất của địa tầng, cần phải lấy thông tin từ một địa khối có chứa một số lợng các khối cấu trúc đủ lớn. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và lựa chọn phơng pháp chống lò và điều khiển áp lực mỏ, các lớp đá xung quanh vỉa than đợc phân biệt theo các dấu hiệu riêng. Căn cứ vào vị trí phân bố so với vỉa than, ngời ta chia đá vách thành vách giả, vách trực tiếp và vách cơ bản, còn đá trụ - trụ giả, trụ trực tiếp và trụ cơ bản. Vách giả là lớp đá không dày lắm (thờng chỉ tới 0,5-0,6 m) nằm ngay trên vỉa than. Lớp này dễ bị sập hoặc bị sập cùng với than khi khấu, hoặc bị sập sau một khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên, nhiều vỉa than không có vách giả. Vách trực tiếp là lớp đá tơng đối dễ sập nằm ở phía trên vỉa than. áp lực của lớp này tác dụng lên các vì chống ở gơng lò và trụ than. Khi không có vách giả, vách trực tiếp nằm sát trên vỉa than. Vách cơ bản là lớp đá bền chắc, khó sập nằm trên vách trực tiếp và không sập đồng thời với lớp này. Có khi vách cơ bản nằm ngay trên vỉa, là một lớp đá cứng và dày. Vách giả thờng là diệp thạch than, diệp thạch sét yếu; vách trực tiếp phổ biến là diệp thạch sét-cát và diệp thạch sét; còn vách cơ bản thờng là đá vôi và cát kết, đôi khi là diệp thạch sét vững chắc. Trụ giả là lớp đá mỏng, rất dễ bị phá huỷ trong quá trình khấu than. Trụ trực tiếp là lớp đá nằm ngay dới vỉa than khi không có trụ giả. Các hiện tợng bùng nền, hiện tợng trợt và sập ở các vỉa dốc đứng có quan hệ chặt chẽ với tính chất của trụ trực tiếp. Trụ cơ bản là một lớp đá vững chắc nằm dới trụ trực tiếp. 10 Độ ổn định và khả năng sập đổ của đá ở lò chợ phụ thuộc nhiều vào cách thức tách lớp của chúng, trong đó chiều dày của chúng có vai trò rất lớn. Khi mối gắn kết giữa các lớp càng yếu và các lớp càng mỏng, thì chúng càng dễ sập đổ ở những khối tơng đối nhỏ. Khi các lớp đá càng dày, thì chúng càng khó uốn võng và sẽ sập đổ với những khối càng lớn. Các loại đá trầm tích đều có tính phân lớp, đó là sự lắng đọng không đồng chất. Nguyên nhân của sự phân lớp là sự đan xen của các lớp đá yếu và các lớp đá bền vững, trong đó sự tách lớp xảy ra theo các lớp đá yếu, cho dù chúng rất mỏng. Tính phân lớp biểu hiện rõ nét nhất khi trong địa khối có các lớp đá chất sét, than, sliuđit hoặc chứa các tàn d thực vật. Giữa các lớp đá có thể có những bề mặt liên kết rất yếu, chúng có thể đi qua ranh giới của vỉa, cũng có thể xen vào giữa các lớp đá đồng chất. Đó chính là nguyên nhân của sự phân vỉa. Chiều dày của một phân vỉa càng lớn, thì tính ổn định của nó càng cao. Do mỗi phân vỉa không có sự gắn kết với các lớp đá nằm trên, cho nên toàn bộ trọng lợng của nó đợc truyền xuống các lớp đá nằm dới. !"#" Độ dày của lớp, m Phân lớp rất mỏng . . . . . . . . . . . < 0,2 Phân lớp mỏng . . . . . . . . . . . . 0,2 ữ 1 Phân lớp trung bình . . . . . . . . . . 1 ữ 3 Phân lớp dày . . . . . . . . . . . . . 3 ữ 10 Phân lớp rất dày . . . . . . . . . . . . > 10 3.2.2. Độ nứt nẻ của đá Độ ổn định của đá mỏ xung quanh hầm lò phụ thuộc nhiều vào độ nứt nẻ của chúng. Trong các vỉa đá vôi, khoảng cách giữa các vết nứt lớn hơn chiều dày vỉa từ 2ữ10 lần. Trong các vỉa cát kết hạt mịn, 78 % có khoảng cách giữa các vết nứt vợt chiều dày vỉa 1ữ3 lần, 20 % - từ 3ữ10 lần. Trong các vỉa cát kết hạt thô có tới 92 % trờng hợp có khoảng cách giữa các vết nứt lớn hơn chiều dày từ 1ữ3 lần. Trong các lớp diệp thạch cát, khoảng cách giữa các vết nứt gần bằng chiều dày lớp. Các loại đá chất sét thờng có độ nứt nẻ cao, khi khoảng cách giữa các vết nứt thờng nhỏ hơn chiều dày vỉa. Các vết nứt đợc nhận biết qua chiều dài và chiều rộng của chúng. Khi chiều rộng của vết nứt nhỏ hơn 0,05 mm, chúng có cỡ sợi tóc; khi chiều rộng từ 0,05 đến 2 mm - rất mảnh; từ 2 đến 10 mm - cỡ milimét; từ 10 đến 100 mm - cỡ centimét; từ 100 đến 1000 mm - cỡ decimét. Tất nhiên, tính ổn định của đá phụ thuộc vào mật độ các vết nứt, đợc xác định bởi số vết nứt trên 1 m 2 diện tích địa khối. Phụ thuộc vào độ nứt nẻ, các loại đá đợc phân biệt nh sau: - không nứt nẻ ; - ít nứt nẻ - có một hệ nứt với khoảng cách giữa chúng lớn hơn 1 m ; - nứt nẻ trung bình - có hai hệ nứt cắt chéo nhau với khoảng cách giữa chúng lớn hơn 1 m ; 11 - nứt nẻ mạnh - có vài hệ nứt cắt chéo nhau với tần suất phân bố trung bình tới 0,5 m ; - nứt nẻ rất mạnh - có nhiều hệ nứt phân bố cách nhau qua khoảng cách nhỏ hơn 0,2 m. Độ ổn định của đá vách trên lò chợ phụ thuộc rất nhiều vào góc tạo bởi giữa gơng lò và hớng các thớ nứt chính của nó, góc này quyết định phơng thức dịch chuyển của đá vách. 3.2.3. Độ ổn định của đá khi bị bóc lộ Tính bền của đá khi bị bóc lộ bởi các công tác mỏ đợc gọi là độ ổn định của nó. Trạng thái của phần đá vách bị bóc lộ và không đợc chống giữ đợc coi là ổn định, nếu qua một khoảng thời gian của nhu cầu sản xuất nó không bị sập đổ hoặc trôi trợt, còn sự dịch chuyển của nó không vợt quá giới hạn cho phép. Độ ổn định của đá đợc xác định bởi khả năng không bị phá huỷ dới tác động của tự trọng và của nội ứng suất khi bị bóc lộ. Cần phân biệt tính ổn định của đá khi bóc lộ trong thời gian ngắn và ổn định trong thời gian dài. Độ ổn định của đá vách ảnh hởng lớn đến hiệu quả khai thác vỉa than, đến việc lựa chọn loại và kết cấu vì chống lò chợ và phơng pháp điều khiển đá vách. $% &'(% - Không ổn định Khi không chống giữ, sập đổ ngay sau tiến độ của gơng - Kém ổn định Khi dải bóc lộ ở gơng rộng tới 1 m, ổn định trong 2-3 h - ổn định trung bình Khi dải bóc lộ ở gơng rộng tới 2 m, ổn định tới 1 ngày-đêm - ổn định Khi dải bóc lộ rộng tới 2 m, ổn định tới 2 ng-đêm - Rất ổn định Khi dải bóc lộ rộng 5-6 m, ổn định lâu dài 3.2.4. Khả năng sập đổ của đá vách Các loại đá vách khác nhau có khả năng sập đổ khác nhau. Khi điều khiển đá vách bằng phơng pháp phá hoả toàn phần, cần phân biệt phá hoả ban đầu, phá hoả đợt một và phá hoả đợt hai. Phá hoả ban đầu đợc tiến hành khi gơng lò chợ dịch chuyển qua một khoảng nhất định kể từ lò cắt, gọi là b- ớc phá hoả ban đầu. Thông thờng, bớc phá hoả ban đầu là 8-12 m, nhng với các loại đá vách bền vững, bớc này có thể tới 50-60 m. Để phá hoả đá vách bền vững, phải sử dụng phơng pháp khoan nổ mìn. Sau phá hoả ban đầu sẽ thực hiện phá hoả thờng kỳ đá vách trực tiếp, liền sau các tiến độ của gơng lò chợ, đó là phá hoả đợt một. Đá vách cơ bản thờng treo ở dạng các tấm côngsơn. Theo mức độ dịch chuyển của gơng lò chợ, kích thớc của tấm côngsơn sẽ lớn dần và tới một thời điểm nào đó nó sẽ sập đổ. Sự sập đổ của vách cơ bản đợc gọi là phá hoả đợt hai. 12 [...]... và phá vỡ tính ổn định của nó Tóm lại, sự thay đổi các yếu tố kỹ thuật mỏ cho ta khả năng điều chỉnh độ ép trồi của than và tạo ra các tiền đề để các tổ hợp thiết bị lò chợ hoạt động trong chế độ tự động hoá phần thứ hai các quá trình khai thác than Chơng 4 : khấu than 4 1 Phân loại các phơng pháp khấu than Công tác khấu than có thể đợc thực hiện bằng các phơng pháp thủ công, khoan nổ mìn, cơ khí, thuỷ... Chơng 5 : chống giữ lò chợ 5.1 Khái quát chung Chống giữ lò chợ là một trong những quá trình sản xuất chính khi khai thác than hầm lò Việc chống giữ lò chợ đúng lúc và có chất lợng không những bảo đảm năng suất làm việc của công nhân và máy móc, mà còn nâng cao đợc tính an toàn Hiện nay, các tổ hợp vì chống cơ khí hoá cùng với các thiết bị khấu hẹp ngày càng đợc áp dụng rộng rãi Song, trong những điều... chỉ bao gồm việc phá vỡ than, mà còn cả xúc bốc than Những quá trình này có thể đợc thực hiện bởi một hay nhiều loại máy khác nhau, đồng thời hay nối tiếp phụ thuộc vào các điều kiện địa chất mỏ và công nghệ khai thác ở các vỉa dốc đứng không cần phải xúc bốc than và quá trình khấu chỉ còn là phá vỡ than Cũng có thể nói nh vậy về phơng pháp khai thác than bằng sức nớc Việc khấu than bằng phơng pháp cơ... hợp Khi khai thác các vỉa dốc từ 46 đến 90 o sẽ gặp nhiều khó khăn do khả năng trôi trợt của đá trụ và sự ảnh hởng mạnh của các lực hấp dẫn 3.3.2 Các tính chất của than Việc lựa chọn phơng pháp và phơng tiện tách phá than quyết định công nghệ khấu trong lò chợ Các tính chất của than đóng vai trò quan trọng khi lựa chọn ph ơng tiện phá than Các tính chất của than đợc đánh giá tơng đối so với quá trình. .. trung bình Đặc điểm xuất hiện các lực hấp dẫn và phơng pháp vận tải than trong lò chợ phụ thuộc vào góc dốc của vỉa Vì vậy, khi lựa chọn máy khai thác, vì chống và phơng pháp vận tải than cần phải xét tới các góc dốc tới hạn của vỉa trong điều kiện trợt than và các bộ phận kim loại của thiết bị, đợc đa ra dới đây Các góc dốc tới hạn của vỉa: Hệ số ma sát Than đá trợt trên đá trụ Than đá trên thép... phụ thuộc vào các tính chất của than và các lớp đá vây quanh, đồng thời phụ thuộc vào các yêu cầu về chất lợng than và chi phí để khai thác nó Độ ổn định của đá vách và trụ có ảnh hởng lớn tới việc lựa chọn phơng pháp khấu than Nếu những cố gắng nâng cao năng lực của máy khai thác không đủ để tách phá than, thì cần phải làm tơi sơ bộ vỉa than bằng phơng pháp khoan nổ mìn 19 Quá trình khấu than không... nhóm sáu - các vỉa dày từ 3,5ữ5,0 m, có thể khai thác bằng phơng pháp chia lớp Song, ở các vỉa dốc thoải có thể khai thác chỉ một lớp bằng tổ hợp thiết bị cơ khí hoá, phá hoả đá vách hoặc tháo tận thu lớp than đệm dới vách; ở các vỉa dốc đứng để khấu các lớp cần chế tạo các tổ hợp thiết bị áp dụng chèn lò toàn phần; nhóm bẩy - các vỉa dày hơn 5 m, khai thác theo phơng pháp chia lớp, sử dụng các tổ hợp... vách xảy ra trong quá trình khấu than, 8-30 % - trong quá trình phá hoả đá vách và 30-35 % - khi không thực hiện các quá trình sản xuất Trong trờng hợp cuối, yếu tố thời gian chiếm vai trò quan trọng Độ dài của khoảng thời gian gián đoạn giữa hai dải khấu cần phải lớn hơn khoảng thời gian đủ để xuất hiện ép trồi Có thể thấy rõ ảnh hởng của yếu tố thời gian tới hiện tợng ép trồi khi khấu than bằng máy... khiển quá trình ép trồi than có thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số kỹ thuật của lò chợ Trong đó quan trọng nhất là: chiều rộng của lò chợ, chiều rộng khấu của máy khai thác, phơng pháp điều khiển đá vách, độ linh hoạt của vì chống và v.v Khi tăng chiều rộng lò chợ sẽ dẫn đến sự gia tăng mức hạ võng của đá vách và độ biến dạng của khối than ở gơng lò, do đó sẽ làm giảm độ kháng cắt của than. .. tạo của vỉa than cũng ảnh hởng tới sức kháng phá vỡ của nó Vỉa than có cấu tạo càng phức tạp, có càng nhiều lớp đá kẹp rắn chắc, xen kẽ giữa các lớp than, thì sức kháng phá vỡ của nó càng lớn 3.3.3 Sự ép trồi và độ kháng cắt của than ứng suất bình thờng trong vỉa than trớc khi đào hầm lò bằng áp lực tác động lên nó của các lớp đá nằm trên Quá trình phân bố lại ứng suất xảy ra do đào hầm lò Sự thay đổi . về các quá trình sản xuất trong khai thác than hầm lò Chơng 1 : Lịch sử và hớng phát triển công nghệ khai thác than hầm lò 1.1. Khái niệm về quy trình công nghệ khai thác than hầm lò Quy trình. hầm lò có thể đợc hiểu theo nghĩa rộng và theo nghĩa hẹp. Theo nghĩa rộng, đó sẽ là tập hợp các quá trình mở vỉa và chuẩn bị ruộng than, quá trình khấu than trong các gơng khai thác, quá trình. rộng rãi trong các mỏ than hầm lò. Quá trình khoan nổ mìn trong lò chợ bao gồm các công tác: khoan các lỗ mìn, nạp mìn và nổ mìn. Cũng cần phân biệt hai phơng pháp nổ mìn trong lò chợ: nổ các lỗ