Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác và tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:156

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là lựa chọn được công nghệ khai thác hợp lý và tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh, nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và năng suất lao động trong khai thác than hầm lò.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác và tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO TRỌNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHO CÁC VỈA DẦY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC UÔNG BÍ - QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO TRỌNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC CHO CÁC VỈA DẦY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC UÔNG BÍ - QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Đỗ Mạnh Phong 2. TS. Trương Đức Dư HÀ NỘI - 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trình bày trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày ..... tháng .... năm 2017 Tác giả Đào Trọng Cường
ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Ban lãnh đạo khoa Mỏ, phòng Đại học và sau đại học, tập thể thầy giáo bộ môn Khai thác hầm lò và nhất là PGS.TS. Đỗ Mạnh Phong và TS. Trương Đức Dư đã giành rất nhiều công sức và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo các công ty hầm lò, các đơn vị nghiên cứu, tư vấn, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam và các bạn đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện luận án này. Tác giả
iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan .............................................................................................................. i Lời cảm ơn................................................................................................................. ii Mục lục ..................................................................................................................... iii Danh mục các chữ viết tắt ...................................................................................... vii Danh mục các bảng ................................................................................................ viii Danh mục các hình ................................................................................................... x MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC ...................................................................................... 5 1.1. Tổng quan về HTKT các vỉa dày trung bình, dốc đứng trên thế giới ...... 5 1.1.1.HTKT bằng giàn chống ................................................................. 5 1.1.2. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào than ...................................................... 9 1.1.3. HTKT cột dài theo phương, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống tự hành kết hợp máy bào hoặc combai khấu than .............. 10 1.1.4. HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn......... 12 1.1.5. Các CNKT khấu than bằng máy cưa than .................................. 13 1.1.6. CNKT bằng sức nước ................................................................. 15 1.2. Tổng quan về các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ở trong nước ... 17 1.2.1. Các HTKT dạng buồng ............................................................... 17 1.2.2. HTKT lò dọc vỉa phân tầng ........................................................ 20 1.2.3. HTKT bằng giàn chống tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê ........ 23 1.2.4. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh ...................................... 25
iv 1.2.5. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê .............. 26 1.2.6. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH .................................................................................................. 28 1.2.7. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY................................................................ 31 1.3. Tổng quan về công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng ................................................. 37 1.3.1. Tổng quan về các phương pháp tối ưu hóa trong ngành mỏ ...... 37 1.3.2. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác vỉa dày trung bình, dốc đứng .................................. 45 1.4. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 48 Chương 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC HỢP LÝ CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG VÙNG UÔNG BÍ - QUẢNG NINH.................. 51 2.1. Đánh giá đặc điểm địa chất - kỹ thuật mỏ và tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí........................................... 51 2.1.1. Đặc điểm địa tầng ....................................................................... 51 2.1.2. Đặc điểm địa chất công trình ...................................................... 52 2.1.3. Đặc điểm địa chất thủy văn......................................................... 54 2.1.4. Đặc điểm khí mỏ, cháy nội sinh ................................................. 54 2.1.5. Tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí ........................................................................................ 55 2.2. Nghiên cứu xây dựng điều kiện áp dụng các HTKT và CNKT cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng ..................................................................... 57 2.2.1. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn CNKT hợp lý . 57 2.2.2. Xây dựng điều kiện áp dụng các loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ............................................................................. 59
v 2.3. Phân tích, đánh giá lựa chọn HTKT và CNKT phù hợp cho các vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí ......................................................... 64 2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 69 Chương 3: TỐI ƯU HOÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC LÒ CHỢ XIÊN CHÉO CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH, DỐC ĐỨNG ............................ 71 3.1. Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa của HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng ............................................................................................................ 71 3.1.1. Các thông số cơ bản của các HTKT vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh ........................................................ 71 3.1.2. Lựa chọn CNKT cần tối ưu hóa các thông số của HTKT .......... 80 3.1.3. Lựa chọn các thông số cần tối ưu hóa củaHTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY ....................................................................................................... 81 3.2. Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY .................................................... 84 3.2.1. Lựa chọn phương pháp tối ưu hóa .............................................. 84 3.2.2. Xây dựng mô hình toán - kinh tế tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, sử dụng giàn mềm ZRY ... 86 3.3. Tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY ........................................................... 102 3.3.1. Tổng hợp một số đơn giá định mức, giá thành công đoạn sản xuất phục vụ tính toán ......................................................................... 102 3.3.2. Tối ưu hóa chiều cao tầng khi biết trước chiều dài cột khai thác ... 104 3.3.3. Tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều cao tầng . 107 3.3.4. Tối ưu hóa các thông số của HTKT lò chợ xiên chéo sử dụng giàn mềm loại ZRY theo tiêu chí giá thành sản xuất nhỏ nhất ........... 110 3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................... 112
vi CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHAI THÁC LÒ CHỢ XIÊN CHÉO, CHỐNG GIỮ BẰNG GIÀN MỀM ZRY CHO ĐIỀU KIỆN VỈA 9B KHU TRÀNG KHÊ, CÔNG TY THAN HỒNG THÁI .............................................. 114 4.1. Đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ vỉa 9b khu Tràng Khê, mỏ Hồng Thái ........................................................................................................ 114 4.1.1. Tóm tắt đặc điểm địa chất khu vực ........................................... 114 4.1.2. Đặc điểm vỉa than 9b khu Tràng Khê ....................................... 116 4.1.3. Hiện trạng công tác khai thông, chuẩn bị, khai thác................. 117 4.1.4. Kích thước khai trường và tổng hợp trữ lượng khu vực ........... 118 4.2.Hệ thống khai thác áp dụng cho vỉa 9B với các thông số tối ưu ........... 119 4.2.1. Khai thông, chuẩn bị khai trường ............................................. 119 4.2.2. Phương pháp khấu than, thiết bị chống giữ lò chợ và đồng bộ 120 4.2.3. Tính toán hộ chiếu chống giữ lò chợ ........................................ 120 4.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY..................................................................... 121 4.3.1. Tính toán một số chỉ tiêu KTKT lò chợ.................................... 121 4.3.2. Tính toán giá thành phân xưởng, giá thành sản xuất trực tiếp.. 123 4.4. Kết luận chương 4 ................................................................................... 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 2ANSH Tổ hợp cơ giới hóa khai thác 2ANSH CGH Cơ giới hóa CNKT Công nghệ khai thác CTLĐ Cột thủy lực đơn DVPT Dọc vỉa phân tầng DVTG Dọc vỉa thông gió DVVT Dọc vỉa vận tải HTKT Hệ thống khai thác KTKT Kinh tế - kỹ thuật NSLĐ Năng suất lao động TLDĐ Thủy lực di động TKV Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Viết tắt tên giao dịch tiếng Việt) VINACOMIN Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Viết tắt tên giao dịch tiếng Anh)
viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Các chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại một số mỏ thuộc Liên Xô (cũ) .......................................................... 8 Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của các HTKT dạng buồng ......... 20 Bảng 1.3. Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT lò DVPT .................. 22 Bảng 1.4. Một số chỉ tiêu KT-KT đạt được của HTKT bằng giàn chống tại các mỏ Vàng Danh, Mạo Khê ......................................................... 24 Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH tại Mạo Khê, Hồng Thái... 29 Bảng 1.6. Một số chỉ tiêu KTKT đạt được của lò chợ ZRY20/30L tại vỉa 9b khu Tràng Khê II ........................................................................ 36 Bảng 2.1.Tính chất cơ lý đá các khu vực vỉa dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh ........................................................... 53 Bảng 2.2. Tổng hợp trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí ........................................................................................... 55 Bảng 2.3. Điều kiện áp dụng các HTKT dạng buồng ..................................... 60 Bảng 2.5. Điều kiện áp dụng HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH ....................................................................... 62 Bảng 2.6. Điều kiện áp dụng HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY ............................. 64 Bảng 2.7. Phân tích, so sánh ưu nhược điểm của các HTKT cho điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng .......................................................... 65 Bảng 2.8. So sánh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của các HTKT cho điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng.................................... 67 Bảng 3.1. Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng chéo ................... 73 Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của HTKT buồng - thượng............................ 75
ix Bảng 3.3. Các thông số cơ bản của HTKT lò dọc vỉa phân tầng .................... 76 Bảng 3.4. Các thông số cơ bản của HTKT bằng giàn chống trong CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH ........................................... 78 Bảng 3.5. Các thông số cơ bản của HTKT cột dài theo phương trong CNKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY ............. 80 Bảng 3.6. Các điều kiện tính toán bài toán tối ưu hóa .................................... 91 Bảng 3.7. Tổng hợp các điều kiện địa chất, kỹ thuật, kinh tế mỏ ................. 103 Bảng 4.1. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá trong địa tầng khu Tràng Khê - Công ty than Hồng Thái................................................................ 115 Bảng 4.2. Tổng hợp các chỉ tiêu KTKT cơ bản của lò chợ .......................... 122 Bảng 4.3. Giá thành phân xưởng khai thác lò chợ ........................................ 123
x DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1. HTKT bằng giàn chống..................................................................... 6 Hình 1.2.Cấu tạo một số loại giàn chống cứng ................................................. 7 Hình 1.3. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp ANSH (АНЩ) ... 9 Hình 1.4. Sơ đồ HTKT cột dài theo phương,CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp giàn chống KGU (КГУ) .................................................................. 11 Hình 1.5. HTKT dạng buồng sử dụng lỗ khoan dài, đường kính lớn ............. 13 Hình 1.6. CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo độ dốc ............ 14 Hình 1.7. CNKT khấu than bằng máy cưa trong các dải theo phương........... 15 Hình 1.8. CNKT bằng sức nước ..................................................................... 16 Hình 1.9. Sơ đồ HTKT buồng - thượng chéo ................................................. 18 Hình 1.10. Sơ đồ HTKT buồng - thượng ........................................................ 19 Hình 1.11. HTKT lò dọc vỉa phân tầng........................................................... 21 Hình 1.12. HTKT bằng giàn chống tại Vàng Danh, Mạo Khê ....................... 24 Hình 1.13. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn chống mềm tại mỏ Vàng Danh ...................................... 26 Hình 1.14. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ chia bậc chân khay, điều khiển vách bằng chèn lò kiểu Kakuchi tại mỏ Mạo Khê ........ 27 Hình 1.15. HTKT bằng giàn chống, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH tại các mỏ Mạo Khê, Hồng Thái ..................................................... 28 Hình 1.16. Giàn chống mềm ZRY .................................................................. 32 Hình 1.17. Nguyên lý làm việc của giàn chống mềm ZRY ............................ 33 Hình 1.18. Khả năng thay đổi kích thước làm việc của giàn mềm ZRY ........ 34 Hình 1.19. HTKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY20/30L tại Công ty than Hồng Thái ............. 35
xi Hình 2.1. Phân bố trữ lượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí theo các mỏ ................................................................................ 56 Hình 2.2. Phân bố trữ lượng vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí theo miền chiều dày vỉa ............................................................. 56 Hình 3.1. Giải thuật của mô hình tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY ............................................................................................... 101 Hình 3.2. Giao diện phần mềm tối ưu hóa các thông số của HTKT cột dài theo phương, lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY . 102 Hình 3.3. Đồ thị hàm số f(Ht) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất với thông số chiều cao tầng Ht ...................................................... 105 Hình 3.4. Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa chiều cao tầng khi biết trước chiều dài cột khai thác trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY ........ 106 Hình 3.5. Đồ thị hàm số f(Lp) thể hiện mối quan hệ giữa giá thành sản xuất với thông số chiều dài cột khai thác theo phương Lp .................... 108 Hình 3.6. Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa chiều dài cột khai thác khi biết trước chiều cao tầng trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY .... 109 Hình 3.7. Kết quả chạy phần mềm tối ưu hóa các thông số chiều dài cột khai thác, chiều cao tầng, trong CNKT lò chợ giàn mềm ZRY ... 111
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trữ lượng các vỉa than dày trung bình, dốc đứng chiếm tỷ trọng không nhỏ trong tổng trữ lượng bể than Đông Bắc (Quảng Ninh), khoảng 5 ÷ 8%, trong đó tập trung ở vùng than Uông Bí với tổng trữ lượng khoảng 54,6 triệu tấn. Hàng năm, sản lượng khai thác từ đối tượng vỉa dày trung bình, dốc đứng chiếm khoảng 7 ÷ 8 tổng sản lượng than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) [4]. Hiện nay, để khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng, các mỏ hầm lò chủ yếu vẫn áp dụng các CNKT thủ công như các CNKT dạng buồng; CNKT lò dọc vỉa phân tầng. Các CNKT này có hiệu quả chưa cao, sản lượng và NSLĐ thấp, chi phí khai thác lớn và đặc biệt là tỷ lệ tổn thất cao (30 ÷ 40%) [15]. Những năm gần đây, một số mỏ vùng Uông Bí đã đưa vào áp dụng thử nghiệm các CNKT tiên tiến như: CNKT CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH, HTKT lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY, và đã bước đầu khẳng định tính ưu việt hơn hẳn các CNKT thủ công trong cùng điều kiện, qua đó mở ra triển vọng mở rộng áp dụng [4]. Tuy nhiên, quá trình đưa vào áp dụng chưa lâu, cần tiến hành theo dõi, đánh giá, nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả áp dụng công nghệ. Xuất phát từ từ thực tế nêu trên, cần thiết phải thực hiện “Nghiên cứu lựa chọn CNKT và tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dầy trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh” nhằm nâng cao sản lượng khai thác, NSLĐ, mức độ an toàn lao động và giảm tổn thất trong khai thác các vỉa than dày trung bình, dốc đứng. 2. Mục tiêu của đề tài Lựa chọn được CNKT hợp lý và tối ưu hóa các thông số của HTKT các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng
2 Ninh, nhằm nâng cao mức độ an toàn, sản lượng và NSLĐ trong khai thác than hầm lò. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án là CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng.Phạm vi nghiên cứu là của đề tài các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ các vỉa than dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh. - Phân tích, đánh giá, lựa chọn được CNKT phù hợp điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí - Quảng Ninh. - Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của HTKT cho các vỉa dày trung bình dốc đứng tại các mỏ than hầm lò khu vực Uông Bí. 5. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp tổng hợp, đánh gia tài liệu; - Phương pháp khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất; - Phương pháp thống kê, phân tích, so sánh; - Phương pháp tính toán giải tích; - Phương pháp mô hình toán - kinh tế. 6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài 6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: Góp phần xây dựng điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng; Xây dựng được phương pháp luận, giải thuật bài toán tối ưu hóa các thông số “chiều cao tầng khai thác”, “chiều dài theo phương cột khai thác” trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY.
3 6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: Đề xuất được các CNKT hợp lý cho điều kiện các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh; Tối ưu hóa các thông số HTKT giúp nâng cao hiệu quả áp dụng CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY trong điều kiện vỉa dày trung bình, dốc đứng tại các mỏ hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh. 7. Những điểm mới của luận án 7.1. Xây dựng được điều kiện áp dụng một số loại hình CNKT vỉa dày trung bình, dốc đứng. 7.2. Xây dựng phương pháp tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác các vỉa dày trung bình, dốc đứng. 7.3. Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty Than Hồng Thái với các thông số tối ưu. 8. Luận điểm khoa học 8.1. Đối với điều kiện các vỉa than dày trung bình dốc đứng vùng Uông Bí, trong thời điểm hiện nay, đề xuất lựa chọn CNKT hợp lý theo nguyên tắc ưu tiên áp dụng CNKT cột dài theo phương, gương lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY; CNKT chia cột theo hướng dốc, CGH đồng bộ sử dụng tổ hợp 2ANSH. 8.2. Trong CNKT lò chợ chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm loại ZRY:Chiều cao tầng tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò và tỷ lệ nghịch với chi phí thiết bị; Chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu tỷ lệ thuận với góc dốc vỉa than, chi phí đào, xén lò; và tỷ lệ nghịch với chiều dày vỉa than, chi phí thiết bị. 8.3. Trong điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái, chiều cao tầng khai thác tối ưu khoảng Ht = 75 ÷ 80 m, chiều dài theo phương cột khai thác tối ưu khoảng Lp = 650 ÷ 700 m.
4 9. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, 126 trang, bao gồm 28 bảng biểu và 28 hình vẽ. Chương 1: Tổng quan về các hệ thống khai thác và công nghệ khai thác các vỉa than dày trung bình dốc đứng và công tác nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của hệ thống khai thác. Chương 2: Nghiên cứu lựa chọn hệ thống khai thác và công nghệ khai thác hợp lý cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng vùng Uông Bí - Quảng Ninh. Chương 3: Tối ưu hoá các thông số của hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho các vỉa than dày trung bình, dốc đứng Chương 4: Thiết kế hệ thống khai thác lò chợ xiên chéo, chống giữ bằng giàn mềm ZRY cho điều kiện vỉa 9b khu Tràng Khê, Công ty than Hồng Thái.
5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁC VỈA THAN DÀY TRUNG BÌNH DỐC ĐỨNG VÀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC 1.1. 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 dốc đều bất 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 này chiếm 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, vận tải, thông gió, v.v... Tổng quan và phân tích một số loại hình HTKT vỉa than dày trung bình, dốc đứng phổ biến trên thế giới như sau: 1.1.1.HTKT bằng giàn chống Nhằm khắc phục ảnh hưởng của góc dốc vỉa lớn, một trong những công nghệ khai thác vỉa than dốc 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: Щитовая система разработки) [27]. Theo HTKT này, tầng khai thác được chuẩn bị bằng các lò dọc vỉa thông gió và dọc vỉa vận tải đào từ xuyên vỉa trung tâm về phía biên giới khai
6 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 nổ mìn theo hướng dốc vỉa, 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 1.1). a) Sơ đồ chuẩn bị b) Lò chợ Hình 1.1. HTKT bằng giàn chống Giàn chống cứng có kết cấu 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 1.2). Đối với các vỉa than mỏng đến dày trung bình thường áp dụng giàn vòm, giàn chữ “Г”, v.v... để tăng tiết diện không gian làm việc dưới giàn chống, kết cấu giàn thường nhẹ, gồm khung kim loại và 1  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 để tăng độ kiên cố [24].
7 a) Giàn phân mảng b) Giàn không phân mảng dạng phẳng c) Giàn chữ “Г” d) Giàn vòm e) Giàn vòm có đế trượt Hình 1.2.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 tổ 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