CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KINH NGHIỆM ÁP DỤNG TRỤ NHÂN TẠO THAY THẾ TRỤ THAN BẢO VỆ LÒ CHUẨN BỊ VÀ ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG TRONG TRỤ BẢO VỆ ĐƯỜNG LÒ TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 1. Kinh nghiệm nghiên cứu, áp dụng trụ nhân tạo thay thế trụ than bảo vệ lò chuẩn bị trên thế giới Công nghệ sử dụng trụ nhân tạo thay thế trụ than bảo vệ lò chuẩn bị đã được nghiên cứu, áp dụng khá phổ biến trên thế giới. Vật liệu được sử dụng để thi công trụ có thể là cụm cột, cũi lợn gỗ/kim loại, dải đá chèn, gạch/đá hộc xây hay vật liệu hóa chất.
Thời gian gần đây, hỗn hợp bê tông mác thấp được cấu thành từ tro xỉ nhà máy nhiệt điện, đá thải nghiền kết hợp phụ gia, xi măng cũng được đưa vào áp dụng. Chi tiết kinh nghiệm áp dụng phân theo vật liệu cấu thành trụ như sau: 1. Trụ nhân tạo bằng dải đá chèn Trụ bảo vệ nhân tạo bằng dải đá chèn được áp dụng khi khai thác các vỉa than có chiều dày không lớn (thường dưới 1,5m) theo HTKT LG hoặc CDTP, đào lò chuẩn bị theo sơ đồ gương mở rộng [7], [16]. Để không gian làm việc đảm bảo yêu cầu, gương lò chợ và lò thông gió, vận tải đào tiến trước gương/hoặc cùng với tiến độ lò chợ sẽ phải cắt một phần đá vách hoặc đá trụ vỉa.
Đá sau khi cắt sẽ được vận chuyển vào phạm vi dự kiến xây dựng trụ bảo vệ nhân tạo, qua đó sẽ đồng thời cho phép khai thác tối đa tài nguyên, không phải vận chuyển đá ra ngoài cửa lò và hạn chế nguy cơ cháy nội sinh. Sử dụng dải đá chèn trong HTKT LG Theo mối quan hệ giữa lò chuẩn bị với gương lò chợ và các công tác phối hợp, gương lò chuẩn bị có thể được đào: (1) đồng thời và nhưng vượt trước gương lò chợ từ 50 ÷ 70m (hình 1.1) hoặc (2) đồng thời và tiến cùng với gương lò chợ (hình 1. Đối với sơ đồ gương lò dọc vỉa vượt trước gương lò chợ (hình 1.1), để tạo khoảng trống chứa đá chèn (gọi là hốc chứa đá) từ nổ mìn tiến gương, đồng thời với quá trình đào lò dọc vỉa sẽ tổ chức khấu toàn bộ than ở dải trụ phía dưới theo chiều dốc để hình thành hốc chứa đá. Theo đó, đá thải từ nổ mìn gương lò bao gồm hai loại, loại đá nhỏ sẽ được chèn vào hốc chứa, các tảng đá hộc sẽ được xếp ở hông lò dọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 vỉa phạm vi lò chợ để duy trì đường lò trong quá trình khai thác.
Đối với sơ đồ gương lò dọc vỉa cùng tiến độ với gương lò chợ như thể hiện trong hình 2, khi chiều dày vỉa nhỏ (lượng đá thải ra từ gương lò đào lớn – hình 1.2a), tương tự như sơ đồ tại hình 1.1, trụ than bên dưới lò dọc vỉa sẽ được khấu để tạo hốc chứa đá từ đào lò. Khi chiều dày vỉa đủ lớn như hình 2b, lượng đá từ gương lò chuẩn bị ít hơn, sẽ không phải khấu trụ than bên dưới để tạo hốc chứa đá. Nhược điểm chung của các sơ đồ này là các công tác giữa gương lò chợ và gương lò chuẩn bị ảnh hưởng lẫn nhau. Dải đá chèn có độ co ngót lớn nên diện tích sử dụng đường lò chuẩn bị giảm mạnh sau thi công.1: Gương lò dọc vỉa tiến trước gương lò chợ a.
Trường hợp chiều dày vỉa nhỏ b. Trường hợp chiều dày vỉa đủ lớn 1 – Máng cào lò chợ; 2, 3 - Máng cào chuyển tải than; 4,6 - Dải chèn từ đá nổ mìn tại gương lò dọc vỉa 5; 5 – Lò dọc vỉa vận tải Hình 1. Gương lò dọc vỉa tiến cùng với gương lò chợ Phương pháp sử dụng trụ nhân tạo bằng dải đá chèn trong HTKT LG trước đây được sử dụng khá phổ biến tại Liên Xô cũ. Ví dụ như mỏ Centralnaya- Bokovskaya khai thác vỉa than số 51 Nadbokovskiy có chiều dày 1,0m, mỏ Volodarskiy khai thác vỉa than h8 Maydannovskiy có chiều dày từ 1,1 ÷ 1,15m, và một số mỏ khác như Voroshilo-ugol , Stalino-ugol, Rutchenko-ugol [49], [50], [51].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sử dụng dải đá chèn trong HTKT CDTP Trụ nhân tạo bằng dải đá chèn trong HTKT CDTP được tạo bằng cách tổ chức đào đồng thời cặp lò vận tải của lò chợ phân tầng trên và lò thông gió của lò chợ phân tầng dưới theo giải pháp gương mở rộng. Trụ than giữa hai đường lò sẽ được khai thác để tạo không gian chèn đá thu được từ các gương lò trong quá trình đào mà không phải vận chuyển ra ngoài (hình 1. Sơ đồ tạo dải đá chèn bằng cách thi công đồng thời cặp lò dọc vỉa (áp dụng tại Nga và Liên Xô cũ) Theo sơ đồ hình 1.3, phần gương khấu mở rộng giữa hai đường lò sẽ là hốc chứa đá chung cho cả hai gương trong quá trình thi công.
Phạm vi vỉa than trên gương lò chuẩn bị và phần trụ giữa hai đường lò sẽ được tổ chức thi công vượt trước, phần gương đá sẽ được nổ mìn sau và xếp vào không gian mở rộng (hình 1. PhÇn than trªn g-êng lß ®-îc khÊu v-ît tr-íc Ph¹m vi g-¬ng më réng ®-îc lÊp ®Çu b»ng ®¸ chÌn G-¬ng lß chuÈn bÞ Ph¹m vi g-¬ng më réng khÊu v-ît tr-íc so g-¬ng lß chuÈn bÞ a. Mặt cắt theo phương qua lò chuẩn bị b. Mặt cắt qua phạm vi gương mở rộng Hình 1.
Mặt cắt qua gương lò chuẩn bị và qua phạm vi gương mở rộng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Sơ đồ này có ưu điểm là có thể áp dụng trong cả hai sơ đồ chuẩn bị theo HTKT LG hay CDTP (hoặc hỗn hợp LG – CDTP), công tác thông gió đươc thực hiện bằng hạ áp chung nên đơn giản, hiệu quả và an toàn. Công tác thi công đường lò không phụ thuộc vào khai thác lò chợ nên mức độ tập trung sản xuất cao, có thể nâng cao được tốc độ đào lò. Ngoài ra, do trụ than giữa hai đường lò được thay thế hoàn toàn bằng đá chèn nên hạn chế được hiện tượng cháy mỏ khi khai thác trong các vỉa than có tính tự cháy. Các mỏ đã thi công đường lò chuẩn bị bằng giải pháp này tại Liên Xô cũ có thể kể đến: mỏ Kuibyshevugol vùng Kuzbass thi công lò dọc vỉa trong vỉa than có chiều dày từ 1,0 1,3m, diện tích đào 4,2 m2; mỏ Kalininugol thuộc vùng than Tula thi công lò dọc vỉa trong vỉa than có chiều dày từ 1,2 1,5m, diện tích đào 8,0 m2; mỏ Luganugol thi công lò dọc vỉa trong vỉa than có chiều dày từ 1,5 1,8m, diện tích đào 14,5 m2.
Ngoài ra, sơ đồ này cũng được áp dụng tại Trung Quốc. Ví dụ như Mỏ Bát Nhất (Sơn Đông, Trung Quốc) thi công các cặp lò thông gió, vận tải khi khai thác vỉa số 16 có chiều dày 0,8 m, chiều dài phần gương mở rộng giữa hai đường lò được chèn đá là 8,0m, số mét lò đào một năm đạt 1330 m (chi tiết xem hình 1. Tại vỉa 14, do chiều dày vỉa tăng lên 1,2m, lượng đá thải từ gương lò chuẩn bị không lớn, nên người ta chỉ chèn lò thay thế một phần trụ than. Do đó, giữa hai dải đá chèn vẫn tồn tại một dải than từ 2 3 m (chi tiết xem hình 1.5b), dẫn tới nhược điểm vẫn tồn tại nguy cơ cháy mỏ nếu than có khả năng tự cháy.
Chèn toàn bộ hốc chứa đá b. Chèn một phần hốc chứa đá Hình 1. Sơ đồ công nghệ thi công đồng thời cặp lò bằng giải pháp gương mở rộng tại mỏ Bát Nhất (Sơn Đông, Trung Quốc) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Trụ nhân tạo dạng cũi, cụm cột và trụ đỡ Trụ bảo vệ nhân tạo bằng các cụm cột, cũi, hoặc trụ đỡ được áp dụng ở vỉa than có chiều dày lớn hơn.
Trong đó: - (i) Trụ bảo vệ nhân tạo bằng kết cấu cũi: Cũi hình thành trụ bảo vệ có thể được làm từ tà vẹt gỗ hoặc gỗ chống lò. Khả năng chịu nén của cũi sẽ được tăng lên nếu khoảng trống giữa cũi được lấp đầy bằng cốt liệu rắn. Năm 2012, Korzeniowski và Skrzypkowski thực hiện nghiên cứu sự thay đổi khả năng kháng nén của cũi gỗ được lấp đầy bằng một số loại cốt liệu rắn khác nhau [55]. Đầu vào nghiên cứu được thiết lập cũi với quy cách DxRxC = 0,9x0,9x1,5m, trong đó chiều cao 1,5m tương đương với kích thước vỉa than trong thực tế.
Mô hình cũi được gia công để thí nghệm với tỷ lệ 1:10 so với kích thước trên. Nghiên cứu được thực hiện dưới sự hỗ trợ của máy nén, tốc độ gia tải 30 ÷ 40 kN/phút, thực hiện liên tục đến khi mẫu bị phá hủy. Cũi được nén trong các trường hợp: cũi trống; lấp đầy bằng cát rời; lấp đầy bằng cát đựng trong bao; lấp đầy bằng vật liệu khoáng hóa (để sau 28 ngày); và khối vật liệu khoáng hóa không có cũi. Chi tiết xem hình 1.
a – Thanh cũi trung gian b – Thanh cũi trên cùng (khóa nóc) a. Quy cách các thanh gỗ làm cũi b. Cũi gỗ hoàn thiện c. Mẫu cũi sau nén Hình 1.
Quy cách và mẫu cũi gỗ sử dụng để thí nghiệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Kết quả cho thấy, cường độ kháng nén lớn nhất của cũi bằng gỗ chỉ là 44 kN, nhưng khi được lấp đầy bằng vật liệu khoáng hóa tăng lên tới 166 kN, bằng bao cát 116 kN, bằng cát (có thể thay thế bằng đá thải) 119 kN. Tuy nhiên, tỷ lệ nghịch với khả năng kháng nén tăng lên, mức độ biến dạng đứng của cũi cũng giảm đi tương ứng, với cũi gỗ là 16,58%, lấp đầy bằng cát 15,0%, bằng bao cát 15,48%, bằng vật liệu khoáng hóa chỉ là 9,57%, vật liệu khoáng hóa không có cũi khuôn 2,28%, chi tiết thể hiện trong hình 1. So sánh khả năng chịu nén bình quân và mức độ biến dạng đứng của cũi theo vật liệu lấp đầy [55] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Trụ nhân tạo bằng cũi lấp đầy bằng vật liệu khoáng hóa (cường độ kháng nén 40 MPa) được áp dụng thành công tại mỏ Bogdanka (Ba Lan) để bảo vệ lò vận tải lò chợ 1/VI vỉa 385/2 (chiều dày vỉa 1,3 ÷ 1,6m, góc dốc 2, đá vách, đá trụ là bột kết, cát kết, chiều sâu khai thác 950m) và lò vận tải số 3 vỉa 325/1 (chiều dày vỉa 2,4 ÷ 3,4m, góc dốc 10 ÷ 20, đá vách là phiến sét, bột kết, đá trụ là phiến sét, chiều sâu khai thác 950m). Tổng chiều dài lò bảo vệ thành công khoảng 3500m.