LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận án trung thực Những kết luận án chưa công bố Hà Nội, ngày .tháng năm 2013 Tác giả luận án Bùi Thanh Nhu LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn: PGS.TS Đinh Văn Chiến PGS.TS Tăng Huy Tôi xin chân thành cám ơn đến thầy cô môn Máy thiết bị mỏ Trường Đại học Mỏ Địa chất – Hà Nội, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, bạn bè, đồng nghiệp người thân giúp đỡ, ủng hộ, tạo điều kiện thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án MỤC LỤC 33 Hình 1.18 Giàn chống tự hành VINALTA .33 33 Hình 1.19 Giàn chống 2ANSH 33 1.3 Giới thiệu thiết bị chống mỏ hầm lò Việt Nam .34 1.5.1 Phơng pháp lịch biểu theo dõi trình làm việc giá khung thử nghiệm 43 1.5.2 Đánh giá khả làm việc 10 giá khung thư nghiƯm 44 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.18 Giàn chống tự hành VINALTA .33 Hình 1.19 Giàn chống 2ANSH 33 DANH MỤC BẢNG Hình 1.18 Giàn chống tự hành VINALTA .33 Hình 1.19 Giàn chống 2ANSH 33 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ Bùi Thanh Nhu, Đinh Văn Chiến, “ Về phương pháp kiểm nghiệm mái giá khung thủy lực di động dùng khai thác mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 04 (4/2013) Đinh Văn Chiến, Bùi Thanh Nhu, Báo cáo Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần III (4/2013), “Nghiên cứu, tính tốn, mơ kiểm tra tiêu chí kỹ thuật giá thuỷ lực dạng khung dùng khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh”, NXB Khoa học Kỹ thuật - Hà Nội - tháng 4/2013” Trang 127; Đinh Văn Chiến, Bùi Thanh Nhu Nghiên cứu ảnh hởng đế cột thủy lực đến khả chống giá khung di động ZH2000/15/35Z dùng khai thác hầm lò, Tạp chí Công nghiệp mỏ, (Số 4/2009) Tr 59; Bùi Thanh Nhu “Nghiên cứu lựa chọn giá chống thủy lực dùng phù hợp với máy khấu khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh”, Đề tài NCKH cấp trường Năm 2010 – 2011, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Bùi Thanh Nhu “Tính tốn so sánh số thông số giàn chống tự hành giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị cơng ty than Nam Mẫu”, Kỷ yếu hội nghị khoa học lần thứ 2, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh tháng 5/2012; -1- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong lĩnh vực khai thác than Việt Nam, phương pháp khai thác than hầm lò ngày chiếm tỉ lệ lớn Nhu cầu tăng nhanh sản lượng, giảm chi phí sản xuất đảm bảo an toàn lao động vấn đề cấp bách mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Một hướng giải bước hồn thiện cơng nghệ khai thác, áp dụng giới hóa phần đồng khai thác hầm lị Ngun cơng chống giữ lị chợ khai thác than hầm lị khâu quan trọng Vì việc nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết bị chống giữ lị ln quan tâm Các mỏ khai thác than hầm lò nước ta dùng chủ yếu cột chống thủy lực đơn giá thủy lực di động Các loại giá phải nhập từ nước Qua nghiên cứu loại thiết bị chống mỏ hầm lò Việt nam, giá khung thủy lực có kết cấu đơn giản, dễ vận hành, nhiều mỏ sử dụng ViƯc ¸p dơng gi¸ khung di động mỏ than hầm lò Việt Nam thời gian qua giai đoạn thử nghiệm, nh ng đà có kết đáng khích lệ, nh: Nâng cao hiệu quả, an toàn, giảm tổn thất tài nguyên khai thác than hầm lò khẳng định chủ trơng đầu t, áp dụng rộng rÃi mô hình công nghệ Tập Đoàn Công Nghiệp ThanKhoáng Sản Việt Nam hớng đắn Sự thành công mô hình công nghệ không góp phần phát triển bền vững lĩnh vực khai thác than hầm lò mà sở quan trọng để tiến tới giới hoá, đại hoá ngành than ViÖt Nam -2- Tuy nhiên, việc áp dụng thiết bị chống lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện địa chất, nằm vỉa, áp lực mỏ, mức độ bùng nền, công nghệ khai thác…Vì để sử dụng có hiệu loại giá khung thủy lực di động điều kiện hầm lị Việt Nam cần phải có nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn thông số hợp lý dùng phù hợp khai thác hầm lò Từ lý tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh” Mục đích nghiên cứu luận án Mục đích nghiên cứu luận án đưa phương pháp tính tốn, thiết kế, lựa chọn số thơng số hợp lý kích thước, kết cấu, vật liệu, độ ổn định giá khung thủy lực, tạo sở khoa học cho việc tính tốn, lựa chọn, áp dụng giá khung thủy lực di động phù hợp với điều kiện địa chất mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh Đối tượng cụ thể giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z, loại giá khung sử dụng Nam Mẫu, Vàng Danh,…, bước đầu đánh giá tương đối phù hợp với điều kiện kỹ thuật khai thác than mỏ hầm lò 3.2 Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu lựa chọn tính hợp lý kết cấu, trọng lượng mái khung, chiều dày xylanh cột chống, độ ổn định giá khung ứng với vật liệu chế tạo giá khung điều kiện góc dốc vỉa đến 25 với tiêu chí thỏa mãn điều kiện bền, ổn định -3- Phương pháp nghiên cứu - Lý thuyết: Nghiên cứu tác động tương hỗ đất đá mỏ với giá khung thủy lực di động điều kiện mỏ hầm lị Việt Nam có góc dốc đến 250; - Mơ - Khảo nghiệm thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Đã đề xuất phương pháp tính tốn mái trên, sở giảm thiểu khối lượng mái góp phần vào hồn thiện phương pháp tính tốn, kiểm tra mái giá khung; - Đề xuất phương pháp tính toán chiều dày thành xylanh theo lý thuyết ống dày sở làm việc thực tiễn giá khung mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Kết nghiên cứu tham khảo giảng dạy, việc tính tốn thiết kế xylanh cột chống; - Kết tính ổn định giá khung làm đa dạng tốn tính tốn, loại khung, dầm khí 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Kết nghiên cứu cho phép tính tốn, thiết kế chế tạo mái giá khung, giúp cho việc giảm khối lượng mái, góp phần giảm nhẹ sức lao động, giảm giá thành; - Kết tính tốn lựa chọn chiều dày thành xylanh, tiết diện cột chống cho phép tính tốn thiết kế chế tạo cột chống hợp lý Từ đó, làm giảm cơng suất động cung cấp dòng thủy lực cho cột ( Động hệ thống truyền dẫn thủy lực tới cột giá khung) Dẫn đến giảm giá thành cột, góp phần giảm giá thành sản xuất, nâng cao đời sống cho người lao động Nội dung luận án Luận án tập trung giải số vấn đề nghiên cứu lý thuyết mơ q trình chịu lực, độ ổn định khảo sát thực tiễn giá khung -4- thủy lực di động chống mỏ hầm lị Nội dung luận án gồm chương làm rõ số vấn đề nghiên cứu“Nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá khung thủy lực di động dùng khai thác than hầm lị có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh” Chương 1: Tổng quan thiết bị chống khai thác than hầm lò - Trong chương luận án tập trung nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất – kỹ thuật mỏ khu vực có khả khai thác giới hóa để định hướng nghiên cứu áp dụng thử nghiệm mơ hình lị chợ giới hóa máy khấu liên hợp kết hợp với giá khung thủy lực di động - Đi sâu nghiên cứu loại thiết bị chống dùng khai thác hầm lò số nước giới Việt Nam Phân tích đánh giá ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng loại thiết bị chống Đưa vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn, thiết kế giá khung thủy lực Ở chương luận án trình bày kết nghiên cứu lý thuyết tác động tương hỗ chống đất đá mỏ; ảnh hưởng trình sản xuất đến tác động tương hỗ chống đất đá vách; lý thuyết áp lực mỏ; ổn định chịu nén tâm; lý thuyết môi trường liên tục lý thuyết ống dày Đó cứ, sở khoa học cho việc tính tốn, thiết kế lựa chọn giá khung dùng phù hợp khai thác than hầm lị Chương 3: Nghiên cứu phương pháp tính tốn, lựa chọn số thơng số giá khung thủy lực Chương nghiên cứu đặc tính làm việc thực tế mái coi tổng lực tác động lên mái phân bố toàn diện tích mái Điều tương đối sát vớt thực tiễn chịu lực giá khung Áp dụng phương pháp mơ xác định vị trí chuyển vị lớn mái, từ đưa giải pháp kết cấu hợp lý nhằm tăng khả chịu lực, độ cứng vững giảm -117- Bảng 4.2 Các giá trị đặc trưng hình học, vật liệu cột chống E [N/mm2] Rpt[mm] R1[mm] R2[mm] L1[mm] L2[mm] I1[mm4] I2[mm4] 210 000 39 55 60 1172 800 1816051 2990359 x1 x2 y1 y2 0.001898 0.00101 1.62E-06 1.62E-06 Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp đồ thị để tìm nghiệm phương trình lượng giác giao điểm đường cong H(Q) G(Q) Từ xác định tải trọng tới hạn mà cột chịu 105.4 Tấn, cột chống an toàn điều kiện làm việc 4.2.3 Kết tính tốn 4.2.3.1 Chiều dày tối thiểu thành xylanh ∆s = 2r1  [ σ]  −1+   − +  p     [ σ]    p  −3    (Chiều dày tối thiểu tiêu chuẩn Tressca: (4.14) ∆s = 2r1 [ σ] − ) ∆Smin/r1 p ∆s / r1 (VON − MISES) ∆s / r1 (VON − MISES) [ σ[]σp/ p /] Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn chiều dày tối thiểu xylanh 4.2.3.2 Tính tốn số kích thước hợp lý cho cột chống -118- Bảng4.3 Tính tốn kích thước hợp lý xylanh, với vật liệu khác rPT [mm] r1 [mm] r2,min [mm] QTH [Tấn] 34 34 34 34 34 [σ] MPa 500 550 600 650 700 34 34 34 34 34 49.46 47.30 45.70 44.47 43.48 58.2 58.1 58.3 58.4 58.1 V [mm3] 7,488,125 6,963,113 6,589,328 6,310,724 6,092,003 Từ bảng số liệu ta xây dựng đồ thị quan hệ ứng suất bán Bán kính tới hạn, r[mm] kính tới hạn xylanh sau: Ứng suất cho phép vật liệu, [σ] MPa Hình 4.7 Đồ thị quan hệ ứng suất bán kính tới hạn xylanh Ta xác định khối lượng cột chống: P = ρV (Kg) (4.15) Trong P khối lượng; ρ khối lượng riêng; V tổng thể tích vật liệu làm cột chống(xylanh+piston) xác định công thức sau: ( ) V = π rPT L1 − r12 L + r22 L (mm3) Nhận xét: Từ việc ứng dụng tiêu chuẩn ứng suất tương đương Von-Mises thay cho ứng suất Tressca kết hợp với tải trọng tới hạn cho thấy giảm thiểu chiều dày thành xylanh, giảm thiểu khối lượng cột chống mà đảm bảo độ bền, độ ổn định cột chống Điều giúp cho việc lắp đặt, tháo di chuyển nhẹ nhàng hơn, góp phần giảm thiểu giá thành giá -119- khung giá thành sản phẩm Kết nghiên cứu tham khảo để tính tốn lựa chọn số thông số hợp lý cho giá khung thủy lực dùng khai thác than hầm lò có tải trọng tới hạn khác nhau, làm vật liệu khác - 120 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án tiến hành nghiên cứu loại thiết bị chống dùng khai thác hầm lò số nước giới Việt Nam Trên sở điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ vùng Quảng Ninh, luận án lựa chọn giá khung thủy lực di động ZH 1600/16/24Z thiết bị chống làm đề tài nghiên cứu lựa chọn số thông số hợp lý giá dùng phù hợp điều kiện khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh có góc dốc đến 250 Trên thực tế khai thác lò chợ, tác động tương hỗ đất đá mỏ với thiết bị chống nói chung giá khung trường hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ cắt, di chuyển máy khấu, dịch chuyển đất đá vách, góc dốc lò chợ Áp dụng thuyết Blok liên động KuznesovGH xác định vị trí chịu lực lớn mái trên, từ cho phép tăng cường gân cứng, làm tăng bền giảm khối lượng mái Kết nghiên cứu cho thấy xylanh chịu áp suất tối đa p< [ σ] cho dù chiều dày thành xylanh tăng đến vô hạn Kết luận án rằng: Tỷ lệ ∆s (trong ∆s chiều dày r1 thành xylanh, r1 bán kính xylanh) tỷ lệ thuận với áp suất xylanh tỷ lệ nghịch với độ bền vật liệu làm xylanh Chiều dày thành xylanh tỷ lệ thuận với bán kính thành xylanh Luận án đề phương pháp tính tốn kích thước hợp lý xylanh với thông số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo xylanh, chiều dày xylanh góc dốc lị chợ - 121 - Luận án góc dốc lị chợ nhỏ áp suất xylanh lớn, độ bền xylanh phụ thuộc vào áp suất trong, cịn góc dốc lị chợ tăng độ bền xylanh chủ yếu chịu độ bền uốn Kết luận án đưa công thức tính chiều dày tối thiểu thành xylanh cột chống giá khung, giúp cho việc lựa chọn giá trị hợp lý, đảm bảo đủ bền, ổn định ứng với loại vật liệu, góc dốc lị chợ từ 0 – 250 Kiến nghị Trong thực tế khảo sát lực tác động lên bốn cột giá khung là(4.19,3=77,2 tấn) xylanh đủ bền Nhưng theo kết nghiên cứu luận án, tải trọng tác động lên bốn cột 160 tấn(tải trọng danh nghĩa giá khung), nghĩa cột chịu tải trọng 40 áp suất xylanh p F là: p = = 400.000 3,14.552 = 42,1( Mpa ) Ứng suất lớn có giá trị là: max { σeq ( ρ ) } = p r12 552 604 + 3r24 / r14 = 42.11 + = 507.5 ( Mpa ) > [ σ ] =340 r22 − r12 60 − 552 55 Mpa Như cột chống chưa đủ an tồn Vì sở sử dụng giá khung cần phải lưu ý để lựa chọn sử dụng giá khung theo khả chịu tải thực tế, đảm bảo an toàn cho người thiết bị khoảng không gian chống giữ giá khung khai thác hầm lò - 122 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Công Dưỡng(1997), Vật liệu học, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch(2006), Ngơ Trí Phúc, Sổ tay thép giới, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tạ Ngọc Hải(2005), báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo giá thủy lực di động cho mỏ than hầm lò Việt Nam”, Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ - Hà Nội Lê Như Hùng(2007), Giáo trình Cơng nghệ cao khai thác hầm lò, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Lê Xn Huỳnh(2006), Tính tốn kết cấu theo lý thuyết tối ưu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, Tập 1, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Đồn Văn Ký(1997), Giáo trình máy thiết bị mỏ, Nhà xuất giao thông vận tải, Hà Nội Công ty cổ phần tư vấn Mỏ Công nghiệp, Quy hoạch phát triển Ngành Than giai đoạn 2006 – 2015, Hà nội, 2006 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, Báo cáo tổng kết Khoa học kỹ thuật dự án áp dụng thử nghiệm công nghệ giới hóa khai thác máy liên hợp giá thủy lực di động mỏ hầm lị Quảng Ninh, Hà Nội, 2006 10 Tập Đồn Than Khống sản Việt Nam(2009), Hướng dẫn áp dụng cơng nghệ khai thác than lò chợ sử dụng giá khung thủy lực di động mỏ hầm lò thuộc tập đồn than khống sản – Việt Nam 11 Hứa Ngọc Sơn(2009), Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu chế tạo số phụ kiện thủy lực giàn chống di động có lực chống đến 320 tấn”, Hà Nội - 123 - 12 Nguyễn Đức Sướng(2005), Giáo trình Truyền động thủy lực khí nén, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 13 Vũ Văn Tiến, Trần Văn Thanh(2005), Giáo trình Cơng nghệ khai thác than hầm lị, Nhà xuất Giao thơng vận tải, Hà Nội 14 Đỗ Mạnh Phong, Vũ Đình Tiến(2008), Giáo trình Áp lực mỏ hầm lị, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội 15 Nguyễn Đắc Lộc tác giả, Sổ tay công nghệ chế tạo máy Tập I, II, III Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 16 Bùi Thanh Nhu(2009), Luận văn Thc s đề tài Nghiên cứu lựa chọn giá chống thủy lực dùng phù hợp với máy khấu khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh 17 Lờ Quang Minh(2012), Nguyễn Văn Vượng, Sức bền vật liệu tập 1, 2, nhà xuất Giáo Dục 18 Đinh Văn Chiến(1996), Luận văn tiến sĩ “ Nghiên cứu điều chỉnh tối ưu hóa việc áp dụng chống khí cho mỏ hầm lò Việt Nam” 19 Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, et, (2011), Mô số trình biến dạng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 20 Nguyễn Trọng Giảng(2004), Thuộc tính học vật rắn, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 21 Nguyễn Trọng Giảng(2006), Ten-xơ ứng dụng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 22 Докукин А.В и др 1984 Механизированные крепи и их развитие Издательство Недра Моcква 23 IO И Михайлов,Л И Kантович1975, Гopныe машины и комплексы – M.недра 24 B Г Яцких и дp1974, Гopныe машины и комплексы – M.недра 25 И M Бирюков M 1972, Шapoшечное бурeние в горном делe - 124 - 26 Б H Kyтyзов, Teopя M.1972, теxнка и технология бypoвых paбoт 27 H H Чунков, M 1979A H Чунков, Pacчет привдов каръерных машин 28 Boresi, A P and Schmidt, R J and Sidebottom, O M., 1993, Advanced mechanics of materials, John Wiley and Sons, New York 29 Libai, A and Simmonds, J G., 1998, The nonlinear theory of elastic shells, Cambridge University Press 30 Timoshenko, S and Woinowsky-Krieger, S., 1959, Theory of plates and shells, McGraw-Hill 31 Shigley J, "Mechanical Engineering Design", p44, International Edition, pub McGraw Hill, 1986, ISBN 0-07-100292-8 32 Gere, J M and Timoshenko, S.P., 1997, Mechanics of Materials, PWS Publishing Company 33 Cook and Young, 1995, Advanced Mechanics of Materials, Macmillan Publishing Company: New York 35 J Banks, J Carson, B Nelson, D Nicol (2001).Discrete-Event System Simulation Prentice Hall p 3.ISBN 0-13-088702-1 36 Sokolowski, J.A., Banks, C.M (2009) Principles of Modeling and Simulation Hoboken, NJ: Wiley p 6.ISBN 978-0-470-28943-3 - 125 - Một số hình ảnh mỏ than Nam Mẫu – Quảng Ninh sử dụng giá khung thủy lực di động Kết thử tính vật liệu mái trên: - 126 - Phương pháp thử tính vật liệu làm mái - 127 - Đường cong ứng suất biến dạng vật liệu kết cấu mái Thành phần vật liệu chế tạo mái sau phân tích: