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 18 tháng 04 năm 2014 Tác giả luận án Bùi Thanh Nhu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ 1.1 Đánh giá khả áp dụng giới hóa khai thác than mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh 1.1.1 Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam 1.1.2 Đánh giá khả áp dụng giới hố khai thác mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh 1.2 Giới thiệu thiết bị chống số nước giới 15 1.2.1 Giới thiệu khái quát cột chống thủy lực đơn 16 1.2.2 Giới thiệu khái quát giá thủy lực di động giá thủy lực di động dạng khung 16 1.2.3 Giới thiệu khái quát giàn chống thủy lực tự hành 19 1.3 Giới thiệu thiết bị chống mỏ hầm lò Việt Nam 20 1.3.1 Cột chống thủy lực đơn DZ22 NDZ22 21 1.3.2 Giá đỡ thủy lực di động XDY 21 1.3.3 Giàn chống tự hành ZZ3200 22 1.3.4 Giàn chống tự hành VINALTA 22 1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1 23 1.3.6 Giàn chống 2ANSH 23 1.3.7 Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z 24 1.4 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống Trung Quốc Việt Nam; Vấn đề nghiên cứu luận án 29 1.4.1 Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống Trung Quốc 29 1.4.2 Tại Việt Nam 32 1.4.3 Vấn đề nghiên cứu đề tài luận án 35 Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ PHỤC VỤ TÍNH TỐN, GIÁ KHUNG THỦY LỰC 37 2.1 Tác động tương hỗ chống đất đá mỏ 37 2.2 Ảnh hưởng trình sản xuất đến tác động tương hỗ chống đá vách 40 2.3 Một số giả thuyết áp lực mỏ 44 2.3.1 Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân tự nhiên giáo sư Protodiakonov M.M 44 2.3.2 Lý thuyết block liên động Kuznesov G.H 47 2.4 Lý thuyết học môi trường liên tục 48 2.4.1 Ten xơ ứng suất 48 2.4.2 Định luật Húc 48 2.4.3 Ứng suất tương đương Von – Mises 50 2.5.Lý thuyết ống dày 52 2.5.1 Khái niệm ống dày: 52 2.5.2 Cơng thức tính ứng suất chuyển vị 53 Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC 58 3.1 Nghiên cứu khả chịu tải giá khung 58 3.1.1 Các bước công nghệ khai thác mô tả sau: 58 3.1.2 Số liệu việc sử dụng giá khung thủy lực di động Tập đồn ThanKhống sản Việt Nam 59 3.1.3 Kết áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo nước Công ty than Nam Mẫu - Vinacomin 60 3.1.4 Phân tích khả chịu tải giá khung: 64 3.2.Tính tốn mái 65 3.2.1 Thiết lập công thức kiểm nghiệm độ bền mái 65 3.2.2 Nghiệm bền mái khung giá ZH 1600/16/24Z 69 3.2.3 Ứng dụng mô số vào nghiệm bền kết cấu mái 70 3.3 Nghiên cứu tính tốn, nghiệm bền cột chống 74 3.3.1.Tính tốn độ bền piston 74 3.3.2 Tính tốn độ bền xylanh 75 3.4 Tính tốn độ ổn định cột chống 86 Chương 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MỘT SỐ THƠNG SỐ HỢP LÝ CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH CĨ GĨC DỐC ĐẾN 250 89 4.1 Tính tốn lựa chọn số thơng số hợp lý giá khung thủy lực di động 89 4.1.1 Phương pháp tính tốn để xác định thơng số hợp lý 89 4.1.2.Tính tốn lựa chọn kích thước hợp lý cho mái 89 4.1.2 Thiết kế, nghiệm bền chi tiết mái 93 4.1.3 Tính tốn, lựa chọn tiết diện hợp lý cho cột chống 99 4.2 Lựa chọn kích thước hợp lý cho khung giá điều kiện làm việc góc dốc lên tới 25o 103 KẾT LUẬN 105 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CƠNG BỐ .107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC 111 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị lt Chiều rộng toàn phần mm lab Chiều rộng lò chợ mm ls mm q Chiều dài consol- bước sập đổ trần than đá vách phá hỏa Tải trọng vách trực tiếp lên chống R1 Tải trọng lên cột phía trước N R2 Tải trọng lên cột phía sau N Mu Mơ men uốn Nmm Mơ men qn tính mặt cắt ngang mm4 [] Ứng suất cho phép MPa c Ứng suất chảy vật liệu MPa eq Ứng suất tương đương Von-Mises MPa J N/mm F Lực tác dụng lên piston làm việc p Áp suất bên xylanh MPa S Diện tích mặt cắt ngang piston mm2 r1 Bán kính xylanh mm r2 Bán kính ngồi xylanh mm σr Ứng suất hướng kính MPa σt Ứng suất tiếp MPa 1 Ứng suất theo phương MPa 2 Ứng suất theo phương MPa 3 Ứng suất theo phương MPa  yield Giới hạn chảy MPa N Von Mies Điều kiện dẻo Von Mies MPa Tresca Điều kiện dẻo Tresca MPa  Khoảng cách từ tâm đến điểm thành xylanh, r1    r2 mm s Chiều dày thành xylanh mm  Mô đun đàn hồi  Hệ số poat-xông MPa, GPa DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tổng hợp trữ lượng khu vực huy động vào đánh giá Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật giá khung thủy lực di động ZH1600/16/24Z 26 Bảng 1.3 Thơng số kích thước kết tính tốn nghiệm bền 33 Bảng 1.4 Thơng số kích thước kết tính tốn nghiệm bền 34 Bảng 1.5 Thơng số kích thước kết tính tốn nghiệm bền 35 Bảng 3.1 Kết tính tốn mái trường hợp chịu tải 160 69 Bảng 3.2 Các giá trị đặc trưng hình học, vật liệu cột chống 87 Bảng 4.1 Kết tính tốn kích thước hợp lý cho mái 91 Bảng 4.2 Kết tính tốn kích thước hợp lý cho cột chống 101 Bảng 4.3 Kích thước hợp lý cho mái 103 Bảng 4.4 Kích thước hợp lý cho cột chống 104 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quan hệ chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả giới hố Hình 1.2 Quan hệ góc dốc vỉa với tổng trữ lượng 10 có khả giới hoá 10 Hình1.3 Quan hệ chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả giới hoá 11 Hình 1.4 Quan hệ chiều dài theo phương khu vực khai thác 12 với tổng trữ lượng có khả giới hố 12 Hình 1.5 Quan hệ phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực 13 khai thác với tổng trữ lượng có khả giới hoá 13 Hình 1.6 Quan hệ chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác 14 với tổng trữ lượng có khả giới hố 14 Hình 1.7 Hình ảnh cột chống thủy lực đơn 16 Hình 1.8 Giá thủy lực di động 17 Hình 1.9 Giá thủy lực di động dạng khung mã hiệu ZH 18 Hình 1.10 Giàn chống tự hành mã hiệu ZZ ZDB 20 Hình 1.11 Giàn chống tự hành KDT-1 20 Hình 1.12 Giàn chống TH- 2ANSH 20 Hình 1.13 Giàn chống tự hành VINALTA 22 Hình 1.14 Kết cấu tổ hợp giá chống thủy lực 25 Hình 1.15 Kết cấu mái giá chống thủy lực 25 Hình 1.16 Mái chịu tải trọng tập trung hai phía 30 Hình 1.17 Mái chịu tải tập trung 30 Hình 1.18 Mái chịu tải xoắn 31 Hình 1.19 Mái chịu tải lệch bên 32 Hình 1.20 Tải trọng làm việc 32 Hình 1.21 Ứng suất, mơ men, độ võng, góc xoay 33 Hình 1.22 Tải trọng làm việc 33 Hình 1.23 Ứng suất, mơ men, độ võng, góc xoay 34 Hình 1.24 Tải trọng làm việc 34 Hình 1.25 Ứng suất, mơ men, độ võng, góc xoay 35 Hình 2.1 Đồ thị quan hệ độ dịch chuyển đá vách tải trọng chống 39 Hình 2.2 41 Vùng ảnh hưởng khấu than đến dịch chuyển đá vách 41 Hình 2.3 Sự hình thành vịm cân tự nhiên khu khai thác 45 Hình 2.4 Sơ đồ tính tải trọng tác động lên giá chống thủy lực 46 Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên cột giá chống thuỷ lực 47 Hình 2.6 Ten xơ ứng suất 48 Hình 2.7.Mơ hình tính tốn 50 Hình 2.8 Ứng suất Vơn –Mises khơng gian ứng suất 52 Hình 2.9 Mơ hình tính tốn 52 Hình 2.10 Điều kiện cân phân tố 54 Hình 3.1 Số lượng lị chợ sử dụng giá khung(tính theo%) dựa theo áp suất lò chợ tác dụng lên giá khung 60 Hình 3.2 Trạm đo áp lực 61 Hình 3.3 Biểu đồ theo dõi áp lực mỏ khu vực 10 giá khung áp dụng thử nghiệm 62 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố áp lực mỏ lò chợ mức +150 +180 vỉa T.IC  T.I Công ty than Nam Mẫu 63 Hình 3.7 Giả thiết sơ đồ chịu tải mái 65 Hình 3.8 Mơ hình tính tốn nghiệm bền cho mái 65 Hình 3.9 Tiết diện mặt cắt ngang mái 68 Hình 3.10 Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý mái tương ứng trường hợp 160T, độ bền cho phép []=510 MPa, hệ số an tồn n = 1.5 69 Hình 3.11 Mơ hình hình học mơ tính tốn 71 khả chịu tải mái 71 Hình 3.13 Ứng suất tương đương Von – Mises 72 Hình 3.14 Các thành phần ứng suất A, B, C; biến dạng tương đương mái D 73 Hình 3.15 Mơ hình hình học 78 Hình 3.16 Kết phân bố trường ứng suất cho trường hợp áp suất xylanh 20 MPa 78 Hình 3.17 Đồ thị phân bố ứng suất tương đương theo chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm; r2 = 60 mm 79 Hình 3.19 Đồ thị phân bố ứng suất tương đương lớn thay đổi áp suất chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm 80 Hình 3.21 Đồ thị xác định tải trọng tới hạn cột chống 88 Hình 4.1 Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc 93 vật liệu chế tạo mái 93 Hình 4.2 Hình dạng mặt cắt ngang mái 94 Hình 4.3.a Phân bố trường ứng suất mái ứng với tải trọng 120 Tấn 95 Hình 4.3.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng trường hợp 95 tải trọng 120 Tấn 95 Hình 4.4.a Phân bố trường ứng suất mái ứng với tải trọng 140 Tấn 96 Hình 4.5.a Phân bố trường ứng suất mái ứng với tải trọng 160 Tấn 97 Hình 4.4.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng trường hợp tải trọng 140 Tấn 96 Hình 4.5.b Chuyển vị vị trí mái tương ứng 97 trường hợp tải trọng 160 Tấn 97 Hình 4.6 Tập trung ứng suất khớp nối 98 Hình 4.7 Sự phụ thuộc kích thước r2 vào tải trọng làm việc 103 vật liệu chế tạo cột chống 103 121 float i1,i2; float y1,y2,x1,x2; float s1,s2; float v[200][200],vmin; // Tai toi han float q1,q2,qmin,q_toihan; // N // Thong so hinh hoc float r1, r2,rpt; float r10,rpt0; float r1min,rptmin; float r1max,rptmax; float delta_r1, delta_r2, delta_rpt; int i,j; int n,m; //so doan chia // Thong so toi uu typedefstruct { float taitrong_tk; float ungsuatben; float rpt; float r1; float r2; float thetich; float q_toihan; } out; out A[2000],B[2000]; int o,o1,o2;o=0,o1=0; //********************************************************** // Gan gia tri cho bien so modundanhoi=210000; // Tai taitrong_tk_min=250000; // N taitrong_tk_max=400000; // N 122 w=15; sogia_taitrong=(taitrong_tk_max-taitrong_tk_min)/w; taitrong_tk=taitrong_tk_min; // Vat lieu ungsuatben_min=600; //MPa ungsuatben_max=750; //MPa u=15; sogia_ungsuatben=(ungsuatben_max-ungsuatben_min)/u; ungsuatben=ungsuatben_min; // Chieu dai cot l1=1150;l2=800; l=l1+l2; //mm //********************************************************** // Tinh toan toi uu hoa for(w1=0;w1