CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAC HE THONG KHAI THAC VA CONG NGHE KHAI THAC CAC VIA THAN DAY TRUNG BINH DOC DUNG VA CONG TAC NGHIEN CUU TOI UU HOA CAC THONG SO CUA HE THONG KHAI THAC 1. Tổng quan về HTKT các vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới Trong lịch sử phát triển ngành than thế giới, các vỉa than dày trung bình, dốc đứng luôn luôn là đối tượng có điều kiện khai thác khó khăn, phức tạp nhất, do các đặc điểm về chiều dày, góc đốc đều bát lợi để cho phép áp dụng các loại hình HTKT có mức độ cơ giới hóa cao, quy mô công suất lớn, giá thành rẻ. Tuy nhiên, trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng lại không hề ít. Có những bể than lớn trên thế giới mà trữ lượng các vỉa than trong điều kiện nay chiém tỷ lệ chủ yếu, như bể than Donbass (Ukraina), vùng than Quý Châu (Trung Quốc) [13].
Do đó, trên thế giới,CNKT các vỉa than dày trung bình, dốc đứng đã được nghiên cứu phát triển và hoàn thiện rất đa dạng về loại hình, khác nhau từ hệ thống chuẩn bị, phương pháp khấu gương, chống giữ gương lò chợ, điều khiển áp lực mỏ, van tai, thông gió, v. Tổng quan và phân tích một số loại hình HTKT via than dày trung bình, dốc đứng phô biến trên thế giới như sau: 1.HTKT bằng giàn chống Nhằm khắc phục ảnh hưởng của góc dốc vỉa lớn, một trong những công nghệ khai thác vỉa than đốc đứng đã được nghiên cứu và thử nghiệm tại Liên Xô (cũ) từ những năm 1930, áp dụng rộng rãi tại Đông Âu và Trung Quốc từ những năm 1960, là HTKT bằng giàn chống(tiếng Nga: 11Jwmnoøaa cucmewa paspa6Øømkw) [27]. Theo HTKT này, tầng khai thác được chuân bị bằng các lò dọc vỉa thông gió và đọc vỉa vận tải đào từ xuyên vỉa trung tâm về phía biên giới khai trường. Từ biên giới khai trường, đào các thượng thông gió - vận tải chia ruộng mỏ thành các cột khai thác theo hướng dốc.
Các thông số cơ bản của HTKT bằng giàn chống gồm:chiều rộng cột từ 20 +40 m, chiều dài theo hướng dốc từ 100 + 140 m, chiều rộng trụ bảo vệ giữa các thượng cột từ 1,5 + 3,5 m phụ thuộc chiều dày vỉa. Công tác khấu than được thực hiện bằng khoan nô mìn theo hướng dốc via, trong không gian dưới một hệ thống chống giữ đặc biệt - giàn chống cứng(phân mảng hoặc không phân mảng), là lớp che chắn cấu tạo từ các súc gỗ hoặc vì chống kim loại liên kết với nhau, bên trên trải các lớp gỗ phủ kín bề mặt để ngăn đất đá phá hỏa rơi xuống không gian làm việc của lò chợ (xem hình 1. a) Sơ đồ chuẩn bị Hình 1. HTKT bằng giàn chống Giàn chống cứng có kết cầu khá đa dạng, đơn giản và dễ chế tạo, được thiết kế phù hợp với từng điều kiện địa chất, đặc điểm thế nằm, góc dốc của vỉa than khai thác (xem hình 1.
Đối với các vỉa than mỏng đến dày trung bình thường áp dụng giàn vòm, giàn chữ “T”, v. để tăng tiết điện không gian làm việc dưới giàn chống, kết cầu giàn thường nhẹ, gồm khung kim loại và I + 2 lớp gỗ và lưới thép che chắn. Đối với các vỉa than có chiều dày lớn hơn thường áp dụng loại giàn phẳng, dạng phân mảng hoặc không phân mảng, kết cấu gồm nhiều lớp đề tăng độ kiên có [24]. d) Gian vom e) Giàn vòm có để trượt Hình 1.Cấu tạo một số loại giàn chống cứng Công nghệ khai thác sử dụng giàn chống cứng như trên có ưu điểm là cho năng suất cao, công tác tô chức khai thác đơn giản do không cần thực hiện các công tác chống giữ gương và điều khiển đá vách, vận tải than từ lò chợ xuống mức vận tải bằng tự chảy.
Nhược điểm của sơ đồ công nghệ này là khối lượng đào lò chuẩn bị lớn, đặc biệt là phải đào nhiều thượng tháo than trong một cột khai thác, tỷ lệ tốn thất còn cao (25 - 30%) do phải để lại trụ than bảo vệ giữa các cột khai thác. Điều kiện để áp dụng công nghệ khai thác này là góc đốc vỉa và đường phương vỉa trong phạm vi một cột khấu phải ổn định, đá vách, đá trụ từ ổn định trung bình đến ổn định. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đạt được khi áp dụng công nghệ khai thác sử dụng giản chống cứng đối với các vỉa than dày trung bình, đốc đứng tại một số mỏ hầm lò thuộc Liên Xô cũ thể hiện trong bang 1. Cac chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại một sô mỏ thuộc Liên Xô (cũ) Chiêu | Góc Chiêu | Sảnlượng | Năng suât | Tỷ lệ , Loại giàn - : Tén mo day doc nó đài khai thác, lao động, ton chong , vỉa, m | vỉa, độ giàn, m T/tháng T/công thât, % Kiselovsk 3,0-4,0 | 56-63 | Phan mang | 24-36 | 6.406 | 5,96-10,68 24 Taibinsk 3,6-4,1 | 66-69 | Phan mang | 24-36 | 6.905 | 5,52-12,28 | 25,8 Trernaia gora | 3,2-4,6 | 60-72 | Phân mảng | 30-34 | 3.
Không phân Ham 10 so 13 | 2,9-3,7 | 54-58 24-34 |4.544 | 4,32-10,32 - mang Khong phan Ziminka 1-2 | 4,0-4,2| 70 24-33 |9.431] 7,12-9,68 30 mang Khong phan Kalininka 3,5-4,7 | 68-72 24-36 | 4.093 | 5,4-8,52 - mang Khong phan Koksovai-1 | 2,8-3,1 | 70-78 18-30 |4.610} 3,46-4,58 12,4 mang Kalininka 1,8-2,0} 72 Gian vom - 4.716 | 6,08-7,88 16,1 ArtromUgol | 1,5-1,8} 60 Gian vom 30 3.243 | 3,59-5,46 - Khong phan Treliabinsk | 3,5-4,0| >60 27 4. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tô hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than kiểu ANSH, ASHM (AHIII, AIIIM) được nghiên cứu phát triển và áp dụng thành công tại bể than Donbass từ những năm 1960, sau đó đã được áp dụng rộng rãi tại Liên Xô (cũ), nhiều nước Đông Âu và Trung Quốc. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp ANSH (AHIID Bản chất HTKT này kế thừa từ các HTKT bằng giàn chống. Theo đó, khai trường mỏ cũng được chuẩn bị theo hệ thống khai thác chia cột theo hướng dốc.
Các thông số cơ bản của HTKT gồm: chiều rộng cột khai thác (theo đường phương) khoảng 40 + 60 m, chiều dài cột khai thác (theo hướng 10 dốc vỉa) phụ thuộc vào chiều cao tang khai thác, từ 100 + 300 m. Tổ hợp thiết bị khấu - chống được lắp đặt tại lò doc via thông gió và khấu theo hướng đốc. Trong quá trình khai thác sẽ chống giữ hậu thượng thông gió phía cột tiếp theo bằng hộ chiếu chống 26 lién vi. Công tác di chuyền giàn chống bằng tự trọng và sự hỗ trợ qua lại giữa các giàn chống liền kề thông qua kích thủy lực.
Công tác khấu than, tải than bằng máy bào chuyên dụng (xem hình 1. Dây chuyền thiết bị CGH khai thác theo HTKT bằng giàn chống gồm tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than, phổ biến nhất là tổ hợp 2ANSH. Lò chợ 2ANSH có ưu điểm là công suất tương đối lớn (có thể đạt 250.000 tắn/năm [25]) so với các công nghệ khác trong cùng điều kiện, năng suất lao động cao, tỷ lệ tổn thất và chỉ phí mét lò chuẩn bị đều rất thapdo không phải để lại trụ than bảo vệ và đào lại các thượng thông gió - vận tải giữa các cột khai thác. Đặc biệt là CNKT có mức độ CGH rất cao, sử dụng ít lao động và có thể cho phép người lao động điều khiến tô hợp từ phía ngoài lò chợ.
Nhược điểm chủ yếu của HTKT này là khả năng thích nghi thấp với biến động địa chất vỉa than, việc giữ hậu các thượng thông gió bằng chống gỗ liền vì làm tăng chỉ phí gỗ. HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chỗng tự hành kết hợp máy bào hoặc combai khẩu than Hầu hết các sơ đồ HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ chỉ có điều kiện áp dụng hiệu quả với vỉa than đốc thoải đến nghiêng (œ < 35°). Tuy nhiên, một số đồng bộ thiết bị CGH đã được phát triển, thiết kế đặc biệt để khai thác đối tượng vỉa than dày trung bình, đốc đứng.Có thể kế đến các tô hợp AK-3, KGU (AK-3, KT) của Liên Xô (cũ) [22]. Ngoài ra, những năm gần đây, tại tại Tây Ban Nha, Séc, Trung Quốc.đã chế tạo được các đồng bộ thiết bị CGH và áp dụng trong sản xuất sơ đồ HTKT cột dài theo phương với góc dốc lò chợ trên 55°.Sơ đồ HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử 11 dụng các tổ hợp kiểu KGU của Liên Xô (cũ) được áp dụng để khai thác điều kién via than dày trung bình, góc đốc vỉa từ 35 + 90°, đá trụ vỉa từ bền vững trung bình đến rất bền vững (xem hình 1.
Sơ đồ HTKT cột dài theo phương,CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống KGU (KTY) Theo sơ đồ HTKT này, khu vực khai thác được chuẩn bị theo hệ thống cột dài theo phương.Các thông số cơ bản của HTKT gồm:chiều đải lò chợ khoảng 120 m, chiều đài theo phương của cột khai thác phụ thuộc vào điều kiện vỉa than, thường không nhỏ hơn 300 m. Tổ hợp được lắp đặt tại thượng 12 khởi điểm và khấu than theo đường phương. Có các loại tổ hợp 1KGU, 2KGU, 3KGU tương ứng với chiều dày vỉa từ 0,6 - 1,0 m; 0,75 - 1,2m và0,9 - 1,5m. Ngoài ra, còn có các tổ hợp KGU-D, KGU-M được tự động hóa hoàn toàn, cho phép người lao động điều khiển tổ hợp từ phía ngoài lò chợ.
Khấu than bằng các loại máy khấu tay ngắn như Komsomoles, Temp-1, A-70, KND và Poisk-2 với trình tự khấu than từ đưới lên trên, di chuyên đọc tuyến lò chợ nhờ sự hỗ trợ của tời kéo chậm đặt ở lò dọc vỉa thông gió [22]. Ưu điểm của HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng các tổ hợp tự hành tương tự như KGU là chuẩn bị lò chợ theo phương tương đối đơn giản và cho phép tập trung hóa sản xuất cao (do chiều dài cột theo phương lớn), phương pháp khấu chống CGH do đó cho sản lượng tương đối tốt, từ 560 - 700. tắn/ca, năng suất lao động cao. Nhược điểm chủ yếu của HTKT là hệ thống thiết bị có trong lượng lớn, phức tạp, đòi hỏi tiêu hao năng lượng lớn dé van hành, đồng thời đòi hỏi tay nghề của công nhân rất cao.
Trường hợp tổ hợp sảy ra trục trặc về thiết bị giàn chống trong quá trình vận hành, việc sửa chữa, thay thế rất phức tạp và gần như không khả thi.