L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ỹ K Ỹ T H U Ậ T

1

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CẮT PHÁ ĐÁ CỦA COMBAI ĐÀO LÒ TẠI MỘT SỐ MỎ

THAN HẦM LÒ VIỆT NAM

HÀ NỘI - 2010

B Ộ G I Á O D Ụ C V À Đ À O T Ạ OT R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C M Ỏ Đ Ị A C H Ấ T

______________

PHẠM TIẾN VŨ

C H U Y Ê N N G À N H : X Â Y D Ự N G C T N G Ầ M , M Ỏ V À C T Đ Ặ C B I Ệ T

M Ã S Ố : 6 0 . 5 8 . 5 0

Tính cấp thiết của đề tài2

Trong những năm vừa qua, một số lượng lớn các combai đào lò đã được đưa vào để đào lò

trong than và đá mềm tại các mỏ than hầm lò Việt Nam. Hầu hết các máy này có khả năng

cắt đá với độ cứng trung bình dưới 60 MPa. Tuy nhiên, trên thực tế sử dụng, với sự biến

động phương, góc dốc của các lớp than, đá khác với dự kiến mà hiệu quả cắt của combai

đào lò bị suy giảm nghiêm trọng. Trong quá trình đào lò, việc gặp vùng đất đá có độ kiên

cố lớn là thường xuyên. Khả năng phá đá của combai bị suy giảm nghiêm trọng, hiệu suất

cắt giảm rất lớn, chi phí răng cắt lên cao. Và do vậy, combai đào lò đã không thực hiện

được vài trò của mình.

Là thiết bị hiện đại, vốn đầu tư cho một dây chuyền lớn. Tuy vậy, chưa có một thống kê,

đánh giá cụ thể về hiệu suất cắt phá đá của combai đào lò nói riêng và hiệu quả đào lò nói

chung trong giai đoạn hiện tại. Do vậy, yêu cầu cần phải có một nghiên cứu thực tiễn về

hiệu suất cắt phá đá bằng combai đào lò trong các mỏ than hầm lò là rất cấp thiết.

Với các luận điểm trên việc lựa chọn đề tài "Đánh giá hiệu suất cắt phá đá của

combai đào lò tại một số mỏ than hầm lò Việt Nam" là một đề tài có tính khoa học

và thực tiễn.

Mục đích nghiên cứu của đề tài3

Phân tích lý thuyết cắt đá của combai đào lò đang được áp dụng phổ

biến để đào lò tại các mỏ than hầm lò, đưa các mối quan hệ giữa điềukiện địa cơ học đường lò với hiệu suất cắt, hào mòn răng cắt. Thống kê,phân tích, đánh giá sự khác biện giữa lý thuyết và thực tế thông qua cáckết quả hoạt động của combai đào lò tại một số mỏ than hầm lò.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài4

Đối tượng nghiên cứu: Các đường lò đào bằng combai đào lò AM 50Z vàAM 45 tại các mỏ than hầm lò Việt Nam. Lấy kết quả khảo sát trực tiếptại ba gương lò tại ba mỏ là: Khe Chàm, Mông Dương và Thống Nhất để

đưa ra các nhận định, mối quan hệ.

Phạm vi nghiên cứu:

Hiệu suất cắt phá than, đá tại các đường lò áp dụng;

Tiêu hao răng cắt trung bình trên mét lò;

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cắt và tiêu hao răng cắt.

Nội dung nghiên cứu5

Tổng hợp các lý thuyết về cắt phá đá bằng combai đào lòtrong nước và trên thế giới.

Thống kê, phân tích và đánh giá các kết quả đã đạt đượctrong việc ứng dụng combai đào lò trong một số mỏ thanhầm lò Việt Nam.

Đưa ra được các kết quả mang tính chất định tính, địnhlượng về hiệu suất cắt phá đá bằng combai đào lò tại một số

mỏ than hầm lò; đề xuất và kiến nghị cho việc áp dụng côngnghệ đào lò bằng combai.

Ý nghĩa của đề tài6

Ý nghĩa khoa học:

Tổng hợp kết quả đào lò bằng máy combai đào lò tại các mỏ

than hầm lò Việt Nam.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cắt phá đá và đưara biểu đồ tương quan giữa hiệu suất cắt và cường độ kháng néncủa đá, mức tiêu hao răng cắt và cường độ kháng nén của đấtđá.

Ý nghĩa thực tiễn:

Là tài liệu tham khảo có ý nghĩa phục vụ cho việc nhìn nhậnnhững dây chuyền đã đầu tư và những dây chuyền sẽ đầu tư.

Phương pháp nghiên cứu7

Luận văn được nghiên cứu theo phương pháp tổnghợp: khảo sát thực tế tại hiện trường; tổng hợp, phântích tài liệu, kinh nghiệm; nghiên cứu lý thuyết.

Cấu trúc của luận văn8

Cấu trúc của luận văn bao gồm 4 phần: phần mở đầu;phần nội dung; phần kết luận và kiến nghị và phụ lụcđính kèm.

Phần nội dung bao gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về combai đào lò.

Chương 2: Hiệu suất combai đào lò.

Chương 3: Kết quả ứng dụng combai đào lò tại các mỏthan hầm lò Việt Nam

Chương 4: Đánh giá hiệu suất cắt phá đá của combaiđào lò tại các mỏ than hầm lò Việt Nam

9

TỔNG QUAN VỀ COMBAI ĐÀO LÒ

Tổng quan về combai đào lò10

Khái niệm về combai đào lò11

Combai đào lò là một tổ hợp thiết bị khai đào dạng cần. Tổ hợp nàybao gồm một (hay nhiều) đầu cắt định trên một (hay nhiều) cần, một

thiết bị vơ vật liệu cắt vào bộ phần cầu truyền tải, thông thường là các

máng cào thân, một cơ cấu di chuyển dạng xích để nó có thể di chuyển

và tiếp cận gương đào.

Đầu cắt thông thường có một tang xoay kiểu dọc hoặc ngang trục so

với cần hoặc có thể là các đầu cắt với các tính năng đặc biệt chẳng hạn

như có thể trang bị các đĩa cắt mini và nó được cố định với thân máy

bằng các kích ben tương tự như trên các Tunnel Boring Machine

(TBM). Một đầu cắt khác có dạng như xích cưa trên đó có các răng cắt

để cắt bóc đất đá ra khỏi gương hoặc đơn giản nó chỉ là các đầu có đính

các răng cắt bóc đất đá có kết hợp thêm một gầu xúc tích hợp làm hai

nhiệm vụ cùng lúc, vừa cắt vừa xúc trong trường hợp này nó thường

được sử dụng trong đào rãnh, đào hào..

Chu trình làm việc của combai đào lò12

Hoạt động13

Video 1. Combai hạng nhẹ đang hoạt động Video 2. Combai hạng nặng đang hoạt động

Sự phát triển của combai đào lò14

Hiện nay, do sự phát triển rất nhanh của công nghệ cơ khí, tự động hoá nên combai

cũng đã được cải tiến rất nhiều, nó được dùng để khai đào cả trong và ngoài các

công trình ngầm, đào đá mềm đến đá rất cứng thậm chí một số loại có thể cắt được

đá có độ cứng lên tới trên 200 MPa với hiệu suất tốt. Hiệu suất của combai ngày

càng được cải thiện rõ rệt và nó đã trở thành một phương tiện khai đào hiệu quả

trong các công trình ngầm.

Combai đào lò là phương tiện đào lò tiên tiến, hiệu quả và kinh tế. Việc sử

dụng combai đào lò để thi công các đường lò trong vỉa than, quặng và đámềm đồng nhất hoặc không đồng nhất sẽ loại bỏ được các thời gian ngừngnghỉ buộc phải có trong phương pháp phá vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn (vídụ như thời gian nạp mìn, nổ mìn thông gió sau khi nổ mìn...). Ngoài ra,trong phương pháp này các công tác phá vỡ đất đá, khoáng sản trên gươngvà xúc bốc được cơ giới hoá, thực hiện đồng thời với công tác chống giữ dướisự hỗ trợ một phần của máy. Do vậy, phương pháp này sẽ tạo nên nhữngđiều kiện để tăng năng suất lao động và nâng cao tốc độ đào.

15

16

Dòng sản phẩm combai đào lò của Sandvik

17

Cường độ kháng nén đơn trục của đá (MPa)

Dải cường độ

kháng nén của đá

thích hợp cho áp

dụng công nghệ

cắt đá mới

ICUTROC

Ưu điểm18

Một máy có khả năng làm nhiều công việc khác nhau trong cùng một thờiđiểm như: phá đá trên gương, xúc bốc vận chuyển và hỗ trợ cho việc lắp đặtkết cấu chống do vậy năng suất cao và tiến độ đào nhanh

Công tác xúc bốc, vận chuyển có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với phương phápkhoan nổ mìn thông thường do được cơ giới hoá hoàn toàn

Giảm chấn động đến khối đá xung quanh nên tăng độ ổn định của khối đá vàgiảm yêu cầu về kết cấu chống. Ngoài ra, biên đường lò nhẵn hơn so vớiphương pháp nổ mìn do vậy giảm sức cản khí động học, hệ số thừa tiết diệncó thể đạt =1, giảm yêu cầu về vật liệu chống giữ và công tác xúc bốc

Các combai đào lò hoạt động linh hoạt, ổn định, dễ điều khiển và có khả

năng đào các đường lò với hình dạng khác nhau (hình thang, vòm 1 tâm, batâm ...)

So sánh biên hầm19

Phá đá bằng combai Phá đá bằng khoan – nổ mìn

Vết nứt đứng

Kết quả tại hầm Metro Laval

Ưu điểm20

Mức độ an toàn cho người và thiết bị cao hơn, nhất là tại khu vực đất đá chưalắp đặt kết cấu chống (vị trí lưu không), ngay cả trong trong thời gian lắp đặtkết cấu chống.

Thi công bằng combai đào lò trở nên thuận lợi hơn so với phương phápkhoan nổ mìn và phương pháp TBM khi thi công các đường hầm có chiềudài lớn khoảng từ 300m, có diện tích tiết diện khoảng 20 m2 trong than vàđá mềm (có độ bền nén không vượt quá 140 MPa).

Không phát sinh các loại khí độc hại gây ảnh hưởng đến môi trường như

CO2; CO; NO2 ...so với phương pháp khoan nổ mìn.

Kích thước đất đá đồng đều hơn do đó cho phép sử dụng được máng cào,băng tải để vận chuyển đất đá trong quá trình thi công

Tạo điều kiện tốt cho việc cơ giới hóa dây chuyền công nghệ đào lò, và ápdụng công nghệ điều khiển tự động cho toàn bộ hệ thống.

Nhược điểm21

Cấu tạo của máy nặng nề và phức tạp khó khăn cho công tác vận chuyểnthiết bị vào và lắp giáp chúng nhất là đối với các đường lò có độ sâu lớn

Vốn đầu tư ban đầu lớn. Ngoài ra, chi phí cao cho các phục tùng, chi tiếtmáy (đặc biệt là các răng, đĩa cắt phá đất đá).

Thường chỉ đào hiệu quả trong các đường lò có chiều dài lớn (vì chỉ trongđiều kiện như vậy, người ta mới có thể giảm được thời gian tháo, lắp máy khidi chuyển chúng từ đường lò này sang đường lò khác).

Gặp nhiều khó khăn trong công tác chống bụi và làm mát không khí trongđường lò khi các thiết bị thông gió hút bụi không đồng bộ.

Chỉ thi công được các công trình có độ dốc, chiều dài nhất định và trong điềukiện đất đá có độ kiên cố nhất định

Kích thước đào không được nhỏ hơn kích thước của máy khi di chuyển.

Điều kiện áp dụng22

Từ một thiết bị chỉ dùng khai đào lộ thiên đến việc áp dụng chúng dưới ngầm; từ

các combai có kết cấu đơn giản kiểu cổ điển đến việc phát triển chúng thành một

thiết bị đa năng tích hợp nhiều thiết bị khác đi kèm; từ một thiết bị chuyên để

khai đào trong than và đá mềm có độ cứng nhỏ trong một hai thập kỷ gần

combai đã được áp dụng cả vào trong khai đào đá rắng cứng đến rất cứng đến

140 MPa thậm chí ở một vài máy còn lên tới trên 200 MPa. Đây là một bước

ngoặt của công nghệ, việc áp dụng chúng trong ngành mỏ đã đem lại rất nhiều

lợi ích về mặt kinh tế, môi trường, con người được thay thế bằng máy móc ở

nhiều công đoạn làm việc nguy hiểm và độc hại. Ở một số công trình có tính chất

đặc biệt như: công trình hầm dưới thành phố nơi có đông dân cư, công trình

hầm ở những nơi có khu di tích lịch sử hoặc danh lam thắng cảnh, các công trình

hầm gần nơi nhạy cảm về chấn động, công trình hầm bí mật quân sự...thì combai

tỏ ra được ưu thế tuyệt đối của mình so với đào hầm bằng công nghệ khoan – nổ

mìn truyền thống. Và với nhiều ưu điểm như vậy mà trong thi công hầm dân

dụng, công trình hầm mỏ... bằng combai được rất nhiều người quan tâm

23

PHÂN LOẠI COMBAI ĐÀO LÒ

Phân loại theo thời gian xuất hiện24

Năm Độ cứng cắt (MPa) Trọng lượng (tấn)

Thế hệ thứ nhất Đến 1960 ≤ 40 9

Thế hệ thứ hai Đầu 1970 ≤ 85 22÷37

Thế hệ thứ ba Từ 1976 ≤ 100 45÷70

Thế hệ thứ tư Từ 1985 100 ÷160 100÷120

Phân loại theo trọng lượng25

STT Loại máy Trọng lượng (tấn) Khả năng cắt (MPa)

1 Nhẹ 30 70

2 Trung bình 31 45 100

3 Nặng > 45 120

STT Loại Trọng lượng (tấn)

1 0 < 20

2 I 20 30

3 II 31 50

4 III 51 75

5 IV >75

Phân loại combai đào lò theo Tucker (1985)

Phân loại combai đào lò theo Atlas Copco

Phân loại theo Bilgin Nuh26

Loại

combai đào

lò

Phạm vi

trọng

lượng (t)

Năng lượng

đầu cắt

(kW)

Phạm vi lớn

nhất diện

tích mặt cắt

ngang (m2)

Độ bền nén

đơn trục lớn

nhất của đá

(MPa)

RQD

(%)

Nhẹ 840 50 170 25 40 60 < 60

Trung bình 41 70 160230 30 6090 < 80

Nặng 71 110 250300 40 90110 Bất kỳ

Rất nặng >110 350400 45 110140 Bất kỳ

Phân loại combai đào lò theo Bilgin Nuh (ITA)

Phân loại răng cắt27

Răng cắt nêm (lưỡi vát góc)

Răng cắt trụ tiếp xúc điểm

Răng cắt đĩa

Răng cắt Roller

Răng cắt nút

Cơ chế phá đá bằng răng cắt28

Cơ chế cắt của răng cắt nêm29

Cơ chế cắt của răng cắt hình nón30

Phân loại đầu cắt31

Đầu cắt ngang trục Đầu cắt dọc trục

Combai Sandvik AHM 105 Combai Dosco MK4

Phá đá bằng đầu cắt32

Ưu nhược điểm của các loại đầu cắt33

Combai với đầu cắt ngang trục Combai với đầu cắt dọc trục

* Ưu điểm * Ưu điểm

Trong đá cứng, có thể đào hiệu quả hơn nhờ việc tận dụng được trọng lượng và lực tì của máy tác dụng lên gương cắt.

Chi phí răng cắt thường thấp hơn.

Khi làm việc máy có độ ổn định, độ rung thấp hơn.

Có thể tạo được hình dạng biên lò theo yêu cầu được tốt hơn với hệ số thừa tiết diện thấp hơn.

* Nhược điểm * Nhược điểm

Chi phí răng cắt thường cao hơnKhi làm việc máy có độ ổn định, độ

rung cao hơn.

Khi đào gương lò hình vòm thường có hệ

số thừa tiết diện cao hơn.Hiệu quả thấp khi đào trong đá cứng.

Răng cắt – đầu cắt34

Cần khấu (cắt)35

Loại bình thường

Loại ben co duỗi

Loại đặc biệt

Cần khấu ben co duỗi1-ben xoay cần; 2-ben co duỗi cần khấu;

Bàn vơ vật liệu cắt36

Loại cổ điển (xích vòng kiểu máng cào)

Bàn vơ với tay vơ

Bàn vơ kiểu sao xoay

Bàn vơ kiểu tay vơ Bàn vơ kiểu sao xoayBàn vơ kiểu xích cạp

Bàn vơ kiểu ốc xoắn

Kiểu làm mát răng cắt và dập bụi37

Hệ thống phun nước áp lực cao38

Thử nghiệm combai đào lò R130Z

Hệ thống cắt tiên tiến39

Phát triển của công

cụ cắt

Cải thiện khả năng cắt đá cứng của

combai

Sự phát triển của

các hệ thống cắt

Nhận xét chung40

Combai được phát triển rất sớm để khai đào cơ giới trong than

và nó xuất hiện lần đầu vào những năm 1950. Ngày nay, lĩnh

vực áp dụng của chúng đã được mở rộng vượt ra ngoài ngành

khai thác mỏ than bởi việc tăng năng suất làm việc liên tục, các

sự phát triển công nghệ và các cải tiến thiết kế.

Sự cải tiến chính của các combai trong những năm 1950 là

trọng lượng, kích thước và công suất đầu khấu, cải tiến thiết kế

cần khấu, kiểu vơ và kiểu chất tải vật liệu thải. Các sự phát triển

về cơ khí luyện kim trong chế tạo răng khấu, các hệ thống điện

và thủy lực và sự phát triển mở rộng tăng cường tự động hóa và

các tính năng điều khiển từ xa. Tất cả những điều này đã thúc

đẩy mạnh mẽ các khả năng cắt, khả năng thích ứng cũng như

tuổi thọ của combai.

Xu hướng phát triển41

Trọng lượng của máy đã đạt tới 120 tấn tạo nên tính ổn định và vững chắc hơn

khung máy (giảm rung, giảm bảo trì) từ đó tạo ra lực đẩy cao hơn và tiếp cận đất

đá cứng hơn.

Công suất của đầu khấu đã được tăng lên đáng kể, đạt tới 500 kW cho phép khả

năng xoắn mạnh hơn. Các combai hiện đại đã đáp ứng được việc cắt đất đá trong

các gương hầm từ vài m2 lên tới hơn 100 m2 từ một vị trí cắt.

Bằng việc thiết kế bố trí răng cắt đầu khấu bằng sự hỗ trợ của máy tính nên đã tạo

ra được hiệu quả cao trong các điều kiện đất đá. Các răng cắt được phát triển từ

dạng cấu tạo nêm cắt sang các dạng răng trụ cầu khỏe.

Hệ thống vơ và vận tải cũng được cải tiến để đạt được năng suất cao nhất. Bàn vơ

chất tải cũng được chế tạo với các mảnh ghép rời có thể mở rộng tạo nên sự linh

hoạt và cơ động.

Các máy được trang bị thêm máy khoan neo, các thiết bị xử lý bụi cũng được trang

bị để đảm bảo an toàn cho công nhân làm việc trong gương lò. Chúng còn được

gắn thêm các thiết bị định hướng lazer và ở một số máy còn được gắn thiết bị hỗ

trợ bằng máy tính và điều khiển từ xa để tăng tính linh hoạt trong hoạt động, tăng

năng suất và hiệu quả của máy.

42

HIỆU SUẤT COMBAI ĐÀO LÒ

• Hiệu suất và các yếu tố ảnh hưởng• Tính toán hiệu suất

Hiệu suất và các yếu tố ảnh hưởng43

Hiệu suất combai đào lò là kết quả làm việc của máybiểu hiện bằng khối lượng công việc trong một khoảngthời gian và nguồn lực nhất định.

Hiệu suất cắt của combai đào lò là khối lượng vật liệuđược cắt bởi combai đào lò trong một khoảng thời giantại một điều kiện nhất định. Trong một chừng mực nàođó có thể coi khái niệm hiệu suất cắt là hiệu suất.

Có nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất máy. Cơbản, có thể phân ra bốn nhóm yếu tố ảnh hưởng: Tính chất cơ học của đá và khối đá (điều kiện địa chất mỏ); Các thông số của máy; Điều kiện kỹ thuật của đường lò; Trình độ tổ chức thi công.

Độ bền khối đá44

Độ bền của đá (khối đá) là một chỉ tiêu quan trọng trong việc lựa chọn thiếtbị phá đá cũng như có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của chúng. Theonguyên lý làm việc của máy combai đào lò, lực cản cắt và độ bền kéo lànhững yếu tố trực tiếp quyết định hiệu quả phá vỡ của khối đá khichịu lực tác động từ răng cắt. Tuy nhiên, độ bền nén đơn trục (UCS) củađá lại là chỉ tiêu được đưa ra khi lựa chọn đặc tính kỹ thuật của thiết bị cũngnhư trong các tính toán công nghệ. Theo Speight (1997), có nhiều yếu tốkhác nhau của khối đá tác động đến hiệu quả phá đá của máy và không cómột yếu tố nào được có tính quyết định, nên các nhà sản xuất thường dùngchỉ tiêu UCS như một chỉ dẫn trong các tính toán và lựa chọn thiết bị củamình. Độ bền nén đơn trục chỉ phản ánh, tác động một phần hiệu quả pháđá của máy combai, mặc dù độ lớn của nó tỷ lệ thuận với lực cản cắt và độ

bền kéo của khối đá. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào các loại đá khác nhau, thànhphần và cấu trúc hạt khác nhau mà tỷ lệ này khác nhau.

Cơ chế phá đá bằng răng cắt45

Pha I Pha II Pha III

Cơ chế phá đá bằng răng cắt theo Plinninger

Mô phỏng 3D quá trình cắt bằng răng cắt46

Công trình của Jerzy Rojek – Học viện KH Ba Lan

Đối với đất đá nứt nẻ

47

Cơ chế phá đá bằng răng cắt theo Plinninger

Đặc điểm mài mòn của đá48

Khi răng cắt của máy combai chà sát, xâm nhập vàokhối đá nó có thể bị mài mòn bởi lực ma sát giữa đấtđá và vật liệu làm răng cắt. Lực ma sát này phụ thuộcvào hình dạng, kích thước, vật liệu của răng cắt vàphụ thuộc vào tính chất của đá. Các yếu tố chính củađá làm ảnh hưởng đến độ mài mòn của của răng cắtgồm: hàm lượng khoáng vật cứng trong đá; kíchthước và mức độ góc cạnh của hạt khoáng vật; mức độ

xù xì, ghồ ghề của bề mặt tiếp xúc; độ rỗng của đá vàđộ ẩm ướt; độ bền của khối đá.

Điều kiện nứt nẻ, phân lớp và thế nằm của đá49

Khi đào các đường lò dọc vỉa bằng máy combai, độ lớn củagóc dốc mặt khe nứt, phân lớp tỷ lệ nghịch với mức độ khókhăn khi khai đào. Khi đào các đường lò xuyên vỉa, hướngđào lò từ trụ sang vách (lò đào thuận) sẽ thuận lợi hơn hayđào hướng ngược lại (lò đào nghịch).

Khi mật độ khe nứt càng lớn, việc đào lò bằng máy càngthuân lợi.

khi mật độ phay phá lớn đi kèm với tụ bùn, xuất lộ nước sẽ

không nên áp dụng đào lò bằng combai.

Khi đào lò bằng máy qua các khu vực đất đá trượt lở mạnhhay bùng nền sẽ gặp rất nhiều khó khăn.

Điều kiện kỹ thuật của đường lò50

Với đặc tính linh hoạt là cắt đá bằng cần, các máy combai đàolò có khả năng đào được các công trình với nhiều kiểu hìnhdáng tiết diện khác nhau.

Trong khai thác khoáng sản, các máy combai đào lò than và đámềm thích hợp tiết diện từ 8 đến 16 m2; combai đào lò đá cứngđược thiết kế đào các đường lò có tiết diện từ 12,5 60 m2, phổbiến từ 20 m2 trở lên.

Theo kinh nghiệm của các nước đã sử dụng nhiều năm côngnghệ cơ giới hoá đào lò, để áp dụng hiệu quả, các đường lò phảicó chiều dài không nhỏ hơn 300 m.

Combai đào lò thông thường được thiết kế để làm việc trongđiều kiện góc nghiêng đường lò ≤ 18° và độ dốc ngang là ≤6° .

Tính toán hiệu suất cắt51

Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính toán hiệu suấtcắt của combai đào lò như phương pháp của LeventOzdemir (Đại học Mỏ Colorado - Mỹ), phương pháp củaNuh Bilgin và Cemal Balci (Đại học Kỹ thuật Istanbul –Thổ Nhĩ Kỳ), phương pháp thực nghiệm của Công tyVoest Alpine...

Kết quả tính toán hiệu suất cắt của combai sẽ là kết quả

tổng hợp của các phương pháp, tác giả chọn hai phươngpháp đang được sử dụng phổ biến nhất là phương phápthực nghiệm của Công ty Sandvik Voest Alpine và phươngpháp của Nuh Bilgin và Cemal Balci.

Phương pháp thực nghiệm của Sandvik52

Phương pháp này dựa trên cơ sở các kết quả thực nghiệm và được hệ thống hóa bằng bảng dựa trên các điều kiện về địa cơ học và máy nhất định. Bằng cách tra bảng sẽ được kết quả hiệu suất cắt lý thuyết (NCRtheor). Để tìm ra hiệu suất cắt thực tế (NCReff) cần tìm lượng điểm RMCR.

Quan hệ giữa hiệu suất cắt lý thuyết và UCS

Bảng chỉ tiêu cắt khối đá RMCR53

Chỉ tiêu theo cường độ kháng nén của đá Chỉ tiêu theo kích cỡ tảng

Cỡ tảng (m3) Điểm

Cường độ kháng nén (MPa) Điểm > 0,6 20

1 - 5 15 0,3 – 0,6 16

5 – 25 12 0,1 – 0,3 10

25 – 50 7 0,06 – 0,1 8

50 - 100 4 0,03 – 0,06 5

100 - 200 2 0,01 – 0,03 3

>200 1 < 0,1 1

Chỉ tiêu theo điều kiện nứt nẻ Chỉ tiêu theo thế nằm của đá

Bề mặt Độ mở Thành khe nứt Điểm Ảnh hướng đến khả năng cắt Điểm

Thô Đóng Cứng, khô 30 Rất thích hợp -12

Hơi thô < 1mm Cứng, khô 20 Thích hợp -10

Hơi thô <1mm Mềm, khô 10 Thích hợp TB -5

Nhẵn 1 – 5mm Mềm, ẩm 5 Không thích hợp -3

Rất nhẵn >5mm Mềm, ẩm tới ướt 0 Rất không hích hợp

0

Hiệu suất cắt thực tế54

Quan hệ giữa NCReff/ NCRtheor và RMCR

Phương pháp Nuh. Bilgin và Cemal B.55

Hiệu suất cắt cắt của máy combai đào lò được Nuh Bilgin và Cemal Balci - Đại học Kỹ thuật Istanbul biểu diễn như sau:

ICR = 0,28 x P x (0,974) RMCI , m3/giờ

với, RMCI = c x (RQD/100)(2/3)

Trong đó: ICR- Hiệu suất cắt của máy, m3/giờ;

RMCI- Chỉ số cắt của khối đá;

P- Công suất động cơ cắt, HP;

c – Ứng suất nén đơn trục của đất đá, MPa;

RQD - Chỉ tiêu đánh giá chất lượng khối đá trung bình theo mức độ nứt nẻ, %.

Tính toán tiêu hao răng cắt56

Tiêu hao răng cắt là lượng răng cắt bị hao mòn, hư hỏng hoặc phá huỷ trên một đơnvị thể tích đá được cắt. Sự hao mòn răng cắt bị ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản sau:

Vật liệu chế tạo răng cắt;

Bố trí răng cắt trên đầu cắt;

Kích thước, hình dạng răng cắt;

Điều kiện cơ lý của khối đá;

Chỉ số mài mòn Cerchar (CAI)

Kinh nghiệm và trình độ thợ vận hành máy combai.

Trên cơ sở combai được lựa chọn tính toán, chi phí tiêu hao cắt răng cắt được xácđịnh theo kinh nghiệm của Công ty Sandvik Voest Alpine. Theo phương pháp này, cóthể xác định chi phí tiêu hao cắt răng theo CAI và độ bền kháng nén đơn trục của đá(UCS) theo một biểu đồ được xây dựng sẵn. Các biểu đồ này được xây dựng trên mộtloại máy nhất định trong những điều kiện hoạt động nhất định.

Trước khi đưa máy vào một công trình nhất định, chỉ có thể tiên lượng được mức độ

tiêu hao răng cắt ở mức độ tương đối. Trên thực tế, giá trị này có thể khác nhiều.

57

KẾT QUẢ ỨNG DỤNG COMBAI ĐÀO LÒ TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VIỆT NAM

• Lịch sử ứng dụng combai đào lò tại Việt Nam• Kết quả cụ thể tại các mỏ: Vàng Danh, Mông Dương, Đồng Vông, Khe Chàm, Thống Nhất, Nam Mẫu, Quang Hanh, Dương Huy.• Đánh giá chung

Lịch sử ứng dụng combai đào lò tại Việt Nam58

Giai đoạn 1 – Năm 1970

Combai đào lò hạng nhẹ đầu cắt dọc trục PK-3 được đưa vào khu vựcVàng Danh, Thống Nhất chỉ mang tính chất thử nghiệm học hỏi.

Giai đoạn 2 – Năm 1982

Combai đào lò hạng nhẹ đầu cắt dọc trục 4PU (công suất đầu cắt là22 kW) được đưa vào 3 đường lò than: lò +20 (441,7 m), lò +62 (300m) và lò -20 (400 m) vỉa H10 Cánh Đông Mông Dương (Công ty Xâylắp Cẩm Phả). Tiết diện đào: 8,3 và 8,4 m². Tại lò +20 trong điềukiện thuận lợi đào trong than combai vẫn ghi dấu ấn bằng việc đàođược 441, 7 m với tốc độ bình quân là 110,4 m/tháng (cao nhất là123 m/tháng). Với những khó khăn nhất định về điều kiện vỉa biếnđộng, vách và trụ khá cứng từ 30 MPa đến 80 MPa tại các lò còn lại4PU gặp khó khăn, gián đoạn.

59

Combai đào lò 4PU (Liên Xô)Combai đào lò PK-3 (Liên Xô)

60

Combai đào lò 4PU tại vỉa H10 Mông Dương

Combai đào lò PK-3 hiện tại đã là những vật trưng bày

61

Kết quả đào lò bằng combai 4PU vỉa H10 Mông Dương (1982 - 1983)

Tên đường lò

Tiết diện

Tốc độ đã đạt được Bình quân chung

Năng suất

lao độngm/tháng m/ngày m/ca

(m²)cao nhất

trung bình

cao nhất

trung bình

cao nhất

trung bình

m/thángcao nhất

bình quân

Lò than +20 8,4 123 110,4 15 10 7 2,5 110,4 1,1 0,41

Lò than +62 8,3 - - 7,2 4,7- 1,6 48,3 0,9 0,26

Lò than -20 8,3 - - 3,6 2,5 1,8 0,8 23,5 0,3 0,18

Lò than +20 đào bằng

khoan - nổ mìn

5,8

130109,5 13,5 3,6 4,5 1,2 109,5 1 0,4

Lịch sử ứng dụng combai đào lò tại Việt Nam62

Giai đoạn 3 – Năm 2003

Mở đầu là Mông Dương với combai đào lò AM 50Z và sau đó là hàngloạt các máy khác gồm cả AM 45 được đưa vào áp dụng rộng rãitrong các mỏ than hầm lò.

Đầu những năm 2000, trước thành tựu của việc áp dụng combai đào

lò trong các mỏ than hầm lò tại các nước có nền công nghiệp tiên

tiến, Vinacomin đã có chủ trương đầu tư áp dụng thử nghiệm công

nghệ này vào trong công tác đào lò tại các mỏ than hầm lò Việt Nam.

Năm 2003, combai đào lò AM 50Z đầu tiên đã được đưa vào sử dụng

tại Công ty CP than Mông Dương – Vinacomin.

Từ 2003 đến 2007 đã có nhiều combai đào lò than đã được đưa vào

sử dụng tại các mỏ than hầm lò (2 máy AM 45 và 14 máy AM 50Z).

Combai đào lò AM 50Z63

TT Các thông số kỹ thuậtĐơn

vị

Khối lượng

1 Kích thước

- Tổng chiều dài mm 7470

- Chiều cao máy mm 1645

- Chiều rộng cực đại khi đào mm 3000

2 Công suất đầu cắt kW 100

3 Trọng lượng tấn 27

4 Tiết diện đào tối ưu m2 16,4

5 Áp lực nền MPa 0,14

6Đào trong than và đá với cường độ kháng nén

MPa ≤60Combai đào lò AM 50Z của REMAG

Combai đào lò AM 4564

TT Các thông số kỹ thuậtĐơn

vị

Khối

lượng

1 Kích thước:

- Tổng chiều dài mm 7725

- Chiều cao máy mm 1300

- Chiều cao tính cả phần cabin mm 1450

- Chiều rộng cực đại khi đào mm 3000

2 Công suất đầu cắt kW 100

3 Trọng lượng tấn 23

4 Áp lực nền MPa 0,14

5 Tiết diện đào tối ưu m2 17

6Đào trong than và đá với cường độ kháng nén

MPa ≤60 Combai đào lò AM 45 của Sandvik

65

Thứ tự xuất hiện combai đào lò tại Việt Nam

PK-3 (1970)

4PU (1982)

AM 45 (2005)

AM 50Z (2003)

Hiện trạng áp dụng combai đào lò tại Vinacomin

66

TT C.ty than / mỏ (XN) S.L máy Tên máy Nhà sản xuấtThời gian bắt đầu áp dụng

1 Mông Dương01 AM 50Z REMAG 2003

01 AM 50Z REMAG 2004

2 Khe Chàm 01 AM 50Z REMAG 2005

3 Thống Nhất 01 AM 50Z REMAG 2005

4 Dương Huy01 AM 50Z REMAG 2003

01 AM 50Z REMAG 2005

5Hạ Long (Cẩm Thành) 01 AM 50Z REMAG 2005

Hạ Long (Thành Công) 01 AM 50Z REMAG 2005

6 Vàng Danh 01 AM 50Z REMAG 2004

7 Đồng Vông 01 AM 45 VAB 2005

8 Hồng Thái 01 AM 50Z REMAG 2005

9 Mẫu 01 AM 50Z REMAG 2005

10 Mạo Khê 01 AM 45 VAB 2005

11 Quang Hanh 01 AM 50Z REMAG S.A - VMC 2006

12 Hà Lầm 01 AM 50Z REMAG S.A - VMC 2007

13 Công ty 86 – TCT Đông Bắc 01 AM 50Z REMAG S.A - VMC 2006

Tổng số 16

67

Combai đào lò AM 50Z được lắp ráp tại VMC, Cẩm Phả Quảng Ninh

68

Nhận xét chung69

Đến thời điểm hiện tại, tất cả các dự áp áp dụng đào lò bằng combai đã trảiqua một thời kỳ sản xuất dài. Qua kết quả cập nhật thực tế cho thấy áp dụngdây chuyền cơ giới hóa đào lò bằng combai tại các đường lò than là rất khókhăn. Tỷ lệ diện tích đá chiếm trong gương lò than dao động rất mạnh đếntrên 30 % điện tích toàn gương, trường hợp phải đi vào vách hoặc trụ đá làthường xuyên do biến động mạnh về phương vỉa.

Trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu từ 2003 đến 2005 tại Vinacomin, diệntích đá trên gương nằm trong giới hạn từ 0 10 % chiếm 37,34 % , giới hạntừ 10 20 % chiếm 30,97 % và 20 30 % chiếm 26,75 % tổng số mét lò đào.

Về tiết diện các đường lò đào trong than sử dụng combai đào lò AM 45 vàAM 50Z, phần lớn nằm trong giới hạn tiết diện từ 7,0 9,6 m², chiếm49,81%, đây là các đường lò được huy động vào dự án theo kế hoạch sản xuấtcủa các mỏ. Các đường lò đào bằng combai có tiết diện lớn hơn 16 m² hầunhư không đáng kể (chiếm 0,24%). Đây là yếu tố không thuận lợi cho côngtác đào lò và khai thác.

70

Biểu đồ phân bố tỷ lệ đá trong gương đào lò than giai đoạn 2003 đến 2005

Biểu đồ phân loại theo tiết diện đào của các đường lò trong than

Combai đào lò tại Công ty than Vàng Danh

Đưa AM – 50Z

(Remag) vào hoạt

động cuối năm

2004 tại đường lò

dọc vỉa 5 mức

+260.

Kỷ lục: 325 m/th

vào tháng 3 năm

2005.

Kết quả tại Công ty CP Than Vàng Danh72

Tháng

(2005)

Mét lò trong

tháng (m)

Tốc độ đào

trung bình

(m/ngày)

Tốc độ đào

cao nhất

(m/ngày)

Ghi chú

01 90 5,2 11,9

02 232 12,5 15,4 Ngày 22/02/2005 đạt 15,4 m

03 325 11,96 15,4 Ngày 26/3/2005 đạt 15,4 m

04 07

Cộng 654m

Kết quả đào lò tại DV5 mức +260 TVD năm 2005

73

Kết quả đào lò tại DV5 mức +260 TVD -Vàng Danh năm 2005

Kết quả đào lò tại DV I-6-1 mức +115 Vàng Danh năm 2010

Kết quả tại Công ty CP Than Mông Dương74

TT Tên lò Các thông số kỹ thuật Ghi chú

C.dày

vỉa (m)

Loại đất đá (than) T.d đào

(m2)

Bước

chống

(m)

Độ dốc lò

(độ)

C.dài lò

đào (m)

1 Dọc vỉa I12 /VM/-

97,5

3-4 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46; kẹp f=810

13,2 0,8 5%o 508,5 Từ tháng 711/2003

2 Bán xiên -97,5 -

60/ I12/ VM

3-4 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46; kẹp f=810

9,6 0,8 915%o 120 Từ tháng

12/20031/2004

3 Dọc vỉa II11/ -97,5

/VM

3,5-5 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46; kẹp f=810

13,2 0,8 35%o 346 Từ tháng 24/2004

4 Dọc vỉa K8 CT (P) -

97,5

3,5-5 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46

13,2 0,8 35%o 376,9 Từ tháng 46/2004

5 Dọc vỉa G9 VM -

97,5

5-7 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46

16 0,8 35%o 78,3 Từ tháng78/2004

6 Thượng (-97,50)

G9 VM

5-7 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46

16 0,8 715%o 26,1 Tháng 8/2004

7 Dọc vỉa -97,5 vỉa

G9(2) CĐ

6-7 Than f=12; vách Alêvrôlít,

f=46

13,2 0,8 35%o 149,1 Từ tháng 68/2004

75TT Chỉ tiêu Đơn vị Số lượng Ghi chú

1 Tổng số mét lò đào

Trong đó: số mét lò đá

- Lò 90100%đá f=46

- Lò 4060% đá f=46

m

m

m

m

1604,9

565

83

482

2 Số mét lò than m 1040

3 Số mét lò bán xiên dốc từ 12180 m 333 Vỉa I12 và G9 VM

4 Tiến độ lớn nhất:

- Lò đá:

- Lò than:

-

mét/tháng

mét/tháng

-

187

250

Cắt đá vách 50%

5 Tiến độ ca lớn nhất:

- Lò đá:

- Lò than:

-

mét/ca

mét/ca

-

7,2

13,6

Cắt đá vách 50%

6 Năng suất bình quân:

- Lò đá:

- Lò than:

-

mét/ng-ca

mét/ng-ca

-

0,3

0,4

7 Tổng số răng cắt tiêu hao

Trong đó:

- Lò đá f=46:

Bình quân:

- Lò than f=12:

Bình quân:

cái

-

cái

cái/mét

cái

cái/mét

507

-

249

0,4

258

0,23

8 Mức độ tiêu hao răng cắt trung bình cái/mét 0,32 (2,5cái/100m3than đá)

Bảng chỉ tiêu KTKT đào lò bằng combai năm 2003 - 2005

76

Kết quả đào lò tại lò DV I12 Vũ Môn – Mông Dương năm 2003

Kết quả đào lò tại lò DV I12 Vũ Môn – Mông Dương năm 2004

Kết quả đào lò tại lò G9 Cánh Đông – Mông Dương năm 2004

Kết quả tại Công ty TNHH MTV Than Đồng Vông

77

Tt Nội dungKhối lượng (theo các tháng - năm 2005)

Tổng

(m)4 5 6 7 8 9 10 11

1

Tổng chiều dài

đường lò đào được,

m

61 126 130 0 0 40 80 130 567

2 Trong than, m 61 78 79 - - 40 40 70 368

3 Trong đá, m 48 51 - - - 40 60 199

Khối lượng đào bằng máy đào lò AM 45 năm 2005

78

Ống hút bụi*

Băng tải duôi Máng cào thân

Tổ hợp thiết bị đào lò bằng combai AM 45

* Tại Đồng Vông không trang bị

79

Giám sát lắp đặt combai AM 45 (Sandvik Miner MR 120) tại mặt bằng mức +125 khu Than Thùng,

Yên Tử, Uông Bí, Quảng Ninh 2005

80

Kết quả đào lò năm 2006 tại Đồng Vông

81

Kết quả tại Công ty TNHH MTV Than Khe Chàm

T

T

Tên đường lò Tiết diện đào

(m²)

1 Lò DVVT 14.2 Đông mức -100 10,4

2 Lò DVVT 13.2 Đông Mức -100 10,4

3 Lò DVTG 13.1-A4 10,4

4 Lò DVTG 13.1-A5 10,4

Năm 2005 2006 2007 2008 2009 5t-2010 Tổng

Mét lò đào (m) 281 483 456 290 700 250 2460

Tiết diện đào (m²) ≥ 10,4 ≥ 10,4 ≥ 10,4 ≥ 10,4 ≥ 10,4 ≥ 10,4 ≥ 10,4

Kết quả đào lò bằng combai tại Khe Chàm

Bảng tổng hợp các đường lò đào bằng combai tại Khe Chàm

Bảng tổng hợp đào lò bằng combai tại Khe Chàm theo năm

Kết quả tại Công ty Than Thống Nhất82

T

T

Khu vực - Năm Số mét lò

đào (m)

I Khu Yên Ngựa 1876

1 + Năm 2005 808

2 + Năm 2006 815

3 + Năm 2007 436

II Khu Lộ Trí 172

1 + Năm 2007 172

Kết quả đào lò tại Thống Nhất năm 2005

Bảng tổng hợp khối lượng đào bằng combai tại Thống Nhất theo năm

Kết quả tại Công ty TNHH MTV Than Nam Mẫu

83

TT Tên đường lò Tiết diện (m²) Bước chống Ghi chú

1 Lò DV7+125 12,6 0,7 m/vì

2 Lò DV5+125 cánh Tây 12,6 0,7 m/vì kỷ lục 12m/ngày

3 Lò DV6A+12 cánh Tây 12,6 0,7 m/vì

4 Lò DV6+125 cánh Tây 12,6 và 10,8 0,7 m/vì

Bảng tổng hợp các đường lò đã áp dụng combai đào lò tại Nam Mẫu

Kết quả tại C.ty TNHH MTV Than Quang Hanh

84

TT Tên đường lòTiết diện đào Chiều dài (m)

(m²) Trong than Trong đá

1 Lò DVVT - 60 V10 khu I 13,2 420 22

2 Lò DVVT - 50 V14 cánh đông khu I 13,2 246,7 10,8

3 Lò DVVT – 50 V6 khu 10,9 190,5 05

4 Lò DVVT – 50 V7 cánh đông khu 10,9 289,5 50

5 Lò DVVT – 50 V5 khu 10,9 183 157,2

6 6) Lò DVVT - 110 V14 cánh đông khu I 13,2 168 0

Bảng tổng hợp các đường lò đã áp dụng combai đào lò tại Nam Mẫu

85

Kết quả đào lò năm 2008 tại Quang Hanh

Kết quả tại Công ty TNHH MTV Than Dương Huy

86

Thời gian Mét lò trong tháng (m)Tốc độ đào trung

bình (m/ngày)

Tiết diện

đào (m2)Ghi chú

Năm 2004

Tháng 11

34m (22%đá, f=68)

16m (60%đá, f=68)

52m (10%đá, f=68)

13m (40%đá, f=68)

11m (100%đá, f=68)

11,7 Vỉa 11 Cánh Bắc +38-II-khu TT

Tháng 12 11,7 Vỉa 11 Cánh Bắc +38-II-khu TT

Năm 2005

Tháng 01 146m (35%đá, f=68) 6,08 11,7 Vỉa 9 +38-khu TT

Tháng 02 215m (22%đá, f=68) 8,27 11,7 Vỉa 9 +38-khu TT

Tháng 3 27 (60%đá, f=68) 1,038 11,7 Vỉa 9 +38-khu TT

Tháng 4 174m (8,5%đá, f=46) 6,7 11,7 Vỉa 11+38 – khu TT

Tháng 5 38,6m (40%đá, f=46) 1,48 11,7 Vỉa 11+38 – khu TT

Tháng 6 56,6m (50%đá, f=46) 2,17 11,7 Vỉa 12, +38 – khu TT

Tháng 7 194,6m (30%đá, f=46) 7,48 11,7 Vỉa 12, +38 – khu TT

Tháng 8 189,2m (35%đá, f=46) 7,27 11,7 Vỉa 12, +38 – khu TT

Tháng 8* (Máy số 2)39,4m (50%đá, f=46) ... 11,7 Vỉa 13, +100 – khu TT

5m (50%đá, f=46) ... 16,2 Vỉa 13, +100 – khu TT

Kết quả áp dụng combai đào lò tại Dương Huy

87

Kết quả đào lò năm 2005 bằng combai tại Dương Huy

88

ĐÁNH GIÁ CHUNG

89

Combai được áp dụng để đào các đường lò có hình đạng tườngthẳng, vòm bán nguyệt, có diện tích từ 10,4 đến 13,2 m² với kếtcấu chống là vì thép lòng máng, khoảng cách bước chống từ 0,5đến 1,0 m.

Tại những đường lò đào hoàn toàn trong than, với biện pháp thicông hợp lý đã đẩy nhanh được tốc độ đào lò lên rất cao (325m/tháng) so với tốc độ đào lò bằng phương pháp truyền thống(55 đến 80 m/tháng). Khi lò đào hoàn toàn trong than có độ

cừng từ 10 đến 20 MPa, tốc độ đào lò trung bình đạt từ 150 đến200 m/tháng (gấp 3 đến 3 tốc độ đào lò bằng phương phápkhoan – nổ mìn truyền thống).

Do điều kiện vỉa than biến động bất thường, nhiều đường lò ápdụng combai đang đi trong than thì gặp các lớp kẹp với độ cứngcủa vật liệu rất lớn, hàm lượng thạch anh cao dẫn đến tiêu haorăng cắt mạnh, gây hư hỏng đầu cắt.

90

Combai đào lò hầu hết đã được đưa vào để đào tại các đường lòbằng có độ dốc nhỏ đến trung bình. Tuy nhiên, tại một số mỏ,combai đã được đưa vào để đào các đường lò rất dốc như cácthượng với độ dốc đến 18°, ví dụ như tại Công ty CP Than MôngDương, combai đã được đưa vào đào lò bán xiên dốc trên 12°,thượng G9 Vũ Môn, mức -97,5 dốc đến 18°.

Do công tác khảo sát không tốt, nên khi gặp các trường hợp bất lợinhư trên các đơn vị thường gặp khó khăn trong việc tìm ra phươngán giải quyết, dẫn đến việc thi công phải đình trệ hoặc phải thayđổi phương pháp đào.

Ngoài ra, trình độ vận hành của người lái combai còn kém, dẫnđến cắt thừa tiết diện, gây tụt lở, mất nhiều công xúc bốc vậnchuyển dẫn đến làm giảm tốc độ đào lò.

Việc thông gió trong những đường lò đào bằng combai còn kém,lưu lượng và hạ áp không đảm bảo nên nhiệt độ, và độ ẩm tronggương thi công còn rất cao, làm giảm khả năng làm việc của ngườilao động.

91

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CẮT PHÁ ĐÁ CỦA COMBAI ĐÀO LÒ TẠI MỘT SỐ MỎ

THAN HẦM LÒ VIỆT NAM

Hiệu suất cắt và hiệu quả đào lò92

Hiệu suất cắt (ICR) (m3/h). Tốc độ cắt tức thời là tốc độ cắtthực tế trong một đơn vị thời gian (tấn, m3/h). Chỉ số này chobiết tốc độ cắt của combai đào lò tại những thời điểm khácnhau trong quá trình thi công.

Tốc độ tiêu hao răng cắt (BCR). Tốc độ tiêu hao răng cắt là số

răng cắt phải thay thế cho một thể tích hay trọng lượng đơn vị

đất đá khi đào (răng cắt /m3 hoặc răng cắt /tấn).

Tỷ lệ % thời gian sử dụng máy hữu ích; %. Tỷ lệ % thời gian sử

dụng máy hữu ích là tỉ lệ phần trăm của thời gian sử dụng máyđể đào trực tiếp trong dự án (đường lò) so với tổng thời gian thicông dự án (đường lò) hoặc là tỷ lệ % thời gian sử dụng máytrực tiếp để đào trong một ca so với tổng thời gian một ca.

Các yếu tố ảnh hưởng ICR và BCR93

Các thông số đá chẳng hạn như: cường độ kháng nén và kháng kéo, phần trăm lượngkhoáng cứng và độ mài mòn cao (vd: hàm lượng quartz), kiến trúc đá, kiểu chất nềnvà độ cứng, các tính chất cơ học về phương chiều trong thành phần khoáng, các đặctính đàn hồi của vật liệu đá.

Các điều kiện đại chất xung quanh công trình chẳng hạn như: độ nứt nẻ (RQD), điềukiện nứt nẻ, nước ngầm, các vùng phay phá, các vị trí gương giao nhau, và phân loạikhối đá chung và yêu cầu chống giữ.

Các thông số kỹ thuật máy bao gồm: trọng lượng máy, công suất đầu cắt, lực dẫn tiến,bán kính cong, khả năng nâng hạ của cần khấu, kiểu đầu cắt (dọc trục và ngang trục),kiểu răng cắt, kích cỡ, các thông số kỹ thuật khác, số lượng và kiểu bố trí răng trênđầu cắt, khả năng của hệ thống hỗ trợ.

Các thông số về hoạt động chẳng hạn như: tiết diện, kích cỡ, chiều dài của gương hầm,độ nghiêng hầm, các đường rẽ hay các vị trí giao cắt, sự phối hợp cắt và các tính nănghỗ trợ hoạt động, số lượng điều kiện đá trong đường hầm, phương pháp chống giữnền móng, lịch trình công việc: số ca làm việc trên ngày, số ngày làm việc trongtuần...vv.

Các phương pháp nâng ICR94

Thay đổi thiết kế, vật liệu của răng cắt;

Cải thiện thiết kế máy để đáp lại các phản lực tác động trên đầu cắt;

Cải thiện thiết kế đầu cắt.

Trong điều kiện không cho phép thực hiện các công tác thay đổi thiết kế

máy, thì việc lựa chọn loại máy phù hợp là công việc quan trọng nhất. Thêmvào đó, cần phải xem xét các yếu tố công nghệ tổ chức thi công, trình độ thicông nhằm nâng cao hiệu suất.

Thực tế cho thấy, hiệu quả sử dụng combai đào lò phụ thuộc chủ yếu vào bachỉ tiêu: hiệu suất cắt, tốc độ tiêu hao răng cắt và tỷ lệ % thời gian sử dụngmáy hữu ích. Do vậy việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng, đánh giá hiệu suấtcủa combai đào lò chủ yếu là tiến hành theo ba chỉ tiêu trên.

Địa điểm lựa chọn để đánh giá95

1. Đường dọc vỉa vận tải 13.2 Đông mức -100 Công

ty TNHH MTV Than Khe Chàm – Vinacomin;

2. Lò dọc vỉa I12 Vũ Môn mức -97,5 Cánh Tây

Mông Dương;

3. Lò dọc vỉa -15 V13-1 khu Yên Ngựa Thống Nhất.

Lò dọc vỉa vận tải 13.2 Đông, mức -100 Khe Chàm

96

Lò dọc vỉa vận tải 13.2 Đông, mức -100 Khe Chàm cóchiều dài 856 m, tiết diện đào của lò là 10,4 m²,chống giữ bằng vì chống thép lòng máng, bước chốnglà 0,7 m/vì. Lò đào trong than có độ cứng dao độngtừ 10 đến 25 MPa. Trong quá trình đào thường xuấthiện các kẹp đá loại sét kết có độ dày 4 đến 8 cm vớiđộ cứng 27 MPa. Phần vách lò thường gặp đá bột kếtcó độ cứng 45 đến 50 MPa phân lớp 12 đến 32 cm vàtỉ lệ phần diện tích bột kết này chiếm từ 30 đến 100 %diện tích gương.

DV I12 Vũ Môn mức -97,5 Cánh Tây Mông Dương

97

Lò dọc vỉa I12 Vũ Môn mức -97,5 Cánh Tây MôngDương có chiều dài 508,5 m, tiết diện đào lò là 13,2m², chống giữ bằng thép lòng máng, bước chống từ0,5 đên 0,7 m/vì. Lò đào trong vỉa than dày từ 3 đến4 mét với độ cứng của than từ 12 đến 25 MPa. Vách lòcó là bột kết có độ cứng từ 50 đến 70 MPa. Lò đàothường gặp các lớp kẹp có độ dày biến đổi từ 10 đến30 cm.

Lò dọc vỉa -15 V13-1 khu Yên Ngựa Thống Nhất

98

Lò dọc vỉa -15 V13-1 khu Yên Ngựa Thống Nhất đàobằng combai với chiều dài lò 716 mét, tiết diện đào13,4 m², chống giữ bằng thép lòng máng, bước chống0,5 đến 0,7 m/vì. Lò đào trong than có độ cứng từ 15đến 25 MPa, vỉa dày 4 đến 6 mét. Tỉ lệ gặp đá trêndọc tuyến lò này là rất nhỏ.

99

KẾT QUẢ THỰC TẾ

UCS vs. ICR100

Độ cứng của vật liệu cắt (MPa) 5 9 16 35 55

Hiệu suất cắt (m³/giờ) 50 30 20 10 5

Hiệu suất cắt của combai đào lò theo độ cứng vật liệu

UCS vs. ICR

RQD vs. ICR101

RQD (%) 10 35 50 65 80 100

Hiệu suất cắt (m³/giờ) 20 16 11 7,5 5,5 4,7

Hiệu suất cắt của combai đào lò theo RQD

RQD vs. ICR

102

Độ ẩm của vật liệu vs. ICR103

Độ ẩm vật liệu vs. ICR theo Hagan, Saydam và Mammen (2009)

Hàm lượng nước UCS (MPa) Giảm cường độ Mô đun Y-ăng (GPa)

0,0 % 60,3 - 6,3

0,2 % 22,1 63 % 4,1

5,2 % 19,4 68 % 3,2

Cường độ kháng cắt - ICR104

Năng lượng riêng SEL vs. ICR105

ICR vs. SEL

106

Theo kết quả nghiên cứu của Nul Bilgin & Cemal Balci, tốc độ cắt tức thời tỉ lệ (ICR)thuận với công suất của đầu cắt (P) và tỉ lệ nghịch với năng lượng riêng (SEL) theocông thức:

Trong đó: k- hệ số chuyển đổi năng lượng (k =0,4);

P- công suất đầu cắt, Hp

SELt – năng lượng riêng tối ưu (năng lượng nhỏ nhất, khi khoảngcách giữa các răng cắt s và độ sâu cắt d hợp lý), kWh/m3

Thông số năng lượng riêng (SELt) hiện tại ở Việt Nam chưa được đề cập bởi các khókhăn về phòng thí nghiệm tiêu chuẩn và việc áp dụng combai đào lò mới cũng chỉ ở

giai đoạn ban đầu. Vì vậy thông số này chỉ được đề cập để tham khảo thêm.

LtSE

Pk.ICR

UCS vs. BCR107

UCS vs. BCR

Các kiểu tiêu hao răng cắt108

Các kiểu mài mòn răng cắt Các kiểu mài mòn răng cắt

Răng cắt mới:Đỉnh thép cứng chất lượng cao (có

bọc wonfram cácbua với với chất gắn kết coban) trong một thân răng thép

Phá hủy đỉnh răng:Gãy do tính dòn của đỉnh răng do ứng

suất cắt cao

Răng mài mòn:Mòn không đối xứng của đỉnh kim

loại cứng (bọc wonfram cácbua)

Đỉnh răng bị tuột khỏi thân răng:Toàn bộ vật liệu tại đỉnh răng bị tuột

khỏi thân răng cắt

Mài mòn không đối xứng:Các răng cắt bị mài mòn ở một phía

Toàn bộ răng bị mài mòn:Toàn bộ răng bị mài mòn tương đương

mà không hề có sự tuột đỉnh răng

Mài mòn phần thân thép:Mài mòn của phần nón thép theo

đường kính là kết quả của sự chà xát

Phá hủy trục thép của răng cắt:Răng cắt bị hư hỏng phần dưới trục thép bên dưới nón thép và bên trên ngàm đỡ

Các kiểu tiêu hao răng theo Thuro

109

Răng cắt mới

Diện tích đá/than trên gương và BCR110

Diện tích bột kết trên gương (%) 0 30 60 90 100

Tiêu hao răng cắt (răng/mét) 0,07 0,253 0,52 1,04 1,25

Tiêu hao răng cắt theo % diện tích bột kết trên gương than

Tỷ lệ diện tích đá/than và BCR

Khi lò đào trong than, mức tiêuhao răng cắt trung bình nằm từ0,1 đến 0,2 răng/m. Mức tiêu haonày tăng mạnh khi cường độ

kháng nén của vật liệu cắt tăngcao qua số liệu thực nghiệm.

111

Tỷ lệ % thời gian sử dụng máy hữu ích

Tỷ lệ % thời gian sử dụng máy hữu ích tại các mỏ than hầm lò Việt Nam

Tỷ lệ % thời gian sử dụng máy hữu ích tại châu Âu và châu Mỹ

Đánh giá về máy112

Răng cắt và vật liệu chế tạo răng cắt;

Đầu cắt;

Thiết kế máy;

Mức độ cân bằng đầu khấu và độ rung;

Sơ đồ di chuyển và sơ đồ cắt;

Các điều kiện khác;

113

C h iÕ u b » n g

C h iÕ u ® ø n g

Các lực tác động cắt thành phần trên combai

114

Các lực tác động cắt thành phần trên combai

Lực thành phần từ răng cắt vào khối cắt

115

Sơ đồ cắt trên gương đồng nhất tối ưu

116

1

2

3

Ba kiểu tác động lực tỳ gương của đầu cắt

ngang trục

117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận118

Trong những năm vừa qua (từ 2003 đến 2007) đã có nhiều máy combai (16máy) được đưa vào để đào lò trong các mỏ than hầm lò Việt Nam. Số lượngcombai được đầu tư mới để đưa vào sản xuất nhiều nhất là năm 2005 với 9máy. Một số mỏ lớn do nhu cầu về số lượng mét lò để đáp ứng sản lượng đãđầu tư tới 2 máy (Mông Dương, Dương Huy).

Hầu combai được áp dụng để đào các đường lò có hình đạng tường thẳng,vòm bán nguyệt, có diện tích từ 10,4 đến 13,2 m² với kết cấu chống là vì théplòng máng, khoảng cách bước chống từ 0,5 đến 1,0 m.

Tại những đường lò đào hoàn toàn trong than, với biện pháp thi công hợp lýđã đẩy nhanh được tốc độ đào lò lên rất cao (325 m/tháng) so với tốc độ đàolò bằng phương pháp truyền thống (55 đến 80 m/tháng). Khi lò đào hoàntoàn trong than có độ cừng từ 10 đến 20 MPa, tốc độ đào lò trung bình đạttừ 150 đến 200 m/tháng (gấp 3 đến 3 tốc độ đào lò bằng phương phápkhoan – nổ mìn truyền thống).

Kết luận119

Tuy nhiên, khi lò lượng đá ở vách và/hoặc trụ xuất hiện với tỷ lệ tăng, tốc độ đào lò bị giảm rấtnhanh. Ngoài ra, hiện tượng răng cắt bị tiêu hao rất mạnh, thậm chí dẫn đến gây hư hỏng đầu cắt,máy cũng tăng theo, ví dụ như tại đường lò DVVT 13.2 Đông mức 100 – Công ty TNHH MTVThan Khe Chàm hay lò DVVT – 50 V5 khu Nam – Công ty TNHH MTV Than Quang Hanh.

Do điều kiện vỉa than biến động bất thường, nhiều đường lò áp dụng combai đang đi trong thanthì gặp các lớp kẹp với độ cứng của vật liệu rất lớn, hàm lượng thạch anh cao dẫn đến tiêu haorăng cắt mạnh, gây hư hỏng đầu cắt. Một số trường hợp, vỉa than bị mất và lò phải đào hoàn toàntrong đá bột kết có độ cứng từ trung bình đến 80 MPa dẫn đến hiệu suất cắt bị giảm rất mạnh,răng cắt tiêu hao nhiều, máy thường bị hư hỏng và rất nhiều trường hợp phải đưa máy ra ngoàiđể thay thế bằng công nghệ đào lò khoan – nổ mìn truyền thống.

Combai đào lò hầu hết đã được đưa vào để đào tại các đường lò bằng có độ dốc nhỏ đến trungbình. Tuy nhiên, tại một số mỏ, combai đã được đưa vào để đào các đường lò rất dốc như cácthượng với độ dốc đến 18°, ví dụ như tại Công ty CP Than Mông Dương, combai đã được đưa vàođào lò bán xiên dốc trên 12°, thượng G9 Vũ Môn, mức -97,5 dốc đến 18°. Tốc độ đào lò ở nhữngvị trí gương lò đặc biệt này có giảm, tuy nhiên vẫn được đánh giá là đào tốt với sự hỗ trợ của chânchống phía sau và các hệ thống tời kéo hỗ trợ.

Do công tác khảo sát không tốt, nên khi gặp các trường hợp bất lợi như trên các đơn vị thườnggặp khó khăn trong việc tìm ra phương án giải quyết, dẫn đến việc thi công phải đình trệ hoặcphải thay đổi phương pháp đào.

Kết luận120

Thông qua các kết quả nghiên cứu tại nước ngoài, kết hợp với các kết quả nghiên cứu đào

lò bằng combai AM 50Z và AM45 tại một số mỏ than hầm lò nói chung và cụ thể tại ba địa

điểm được lựa chọn cho thấy:

Độ lớn của cường độ than, đá tỷ lệ tỷ lệ nghịch với hiệu suất cắt của combai. Các combai

hoạt động rất hiệu quả trong phạm vi than, đá có cường độ kháng nén dưới 20 MPa (hiệu

suất cắt đạt từ 40 đến 50 m³/giờ). Khi cường độ kháng nén của than, đá dao động trong

khoảng từ 20 đến 50 MPa , hiệu suất cắt của combai bị giảm khá mạnh (hiệu suất cắt đạt từ

8 đến 15 m³/giờ). Ở tiệm cận giới hạn cắt lớn nhất của combai thì hiệu suất cắt rất kém

(dưới 5 m³/h).

Mức độ nứt nẻ, phân lớp của than, đá tỷ lệ thuận với hiệu suất cắt. Khi mức độ nứt nẻ,

phân lớp tăng thì hiệu suất cắt cũng tăng theo. Với việc sử dụng RQD để đánh giá thì hiệu

suất cắt tỷ lệ nghịch với RQD.

Cường độ kháng kéo của than, đá tỷ lệ nghịch với hiệu suất cắt của combai đào lò. Tỷ lệ

giữa cường độ kháng nén trên cường độ kháng kéo càng nhỏ thì mức độ khó cắt càng cao.

Năng lượng cắt riêng của than, đá càng lớn thì mức độ khó cắt càng lớn. Đồng nghĩa với

hiệu suất cắt giảm.

Kết luận121

Mức độ tiêu hao răng cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng thạch anh, đặc tính xắp xếpcủa các hạt vật liệu tạo đá và cường độ kháng nén của vật liệu. Khi combai đào lò hoạt động tronglò than với cường độ kháng nén của than từ 10 đến 20 MPa thì mức độ tiêu hao răng cắt rất nhỏ0,07 răng/m dài đường lò (tính cho các loại tiết diện được lựa chọn). Khi gương lò có từ 30 đến60 % diện tích là bột kết 50 MPa so với tổng diện tích lò than thì tiêu hao răng cắt dao động từ0,253 răng/m đến 0,52 răng/m lò; từ 90 đến 100 % diện tích là bột kết thì mức tiêu hao răng cắtvượt lên rất lớn từ 1,04 đến 1,25 răng/m lò.

Tỷ lệ % thời gian sử dụng máy hữu ích tại các công trình áp dụng combai đào lò trong các mỏthan hầm lò là rất thất (chỉ đạt 40 đến 60 %). Điều này dẫn đến tiêu hao nhiên liệu, gây các ảnhhưởng xấu khác đến việc thi công và làm tăng thời gian và chi phí thi công công trình.

Việc hiểu biết các tham số địa cơ học rất quan trọng, là tiền đề để lựa chọn loại máy combai đàolò phù hợp. Hơn nữa, việc lựa chọn kiểu máy, răng cắt, đầu khấu quyết định trực tiếp đến hiệusuất cắt và hiệu quả đào lò, mức độ an toàn khi thi công bằng combai đào lò.

Các đường lò đào bằng combai trong các mỏ than hầm lò Việt Nam hiện này cho thấy, trình độthợ điều kiển còn hạn chế, cách thức di chuyển máy chưa phù hợp, không có hoặc không dùngcác sơ đồ cắt hợp lý dẫn đến làm giảm hiệu quả cắt phá than, đá, cắt thừa tiết diện, làm rỗng nóc,hông lò gây mất ổn định đường lò nói riêng và hiệu quả đào lò nói chung.

Chất lượng thông gió ảnh hưởng tới hiệu suất cắt phá than, đá. Việc thông gió tại các gương thicông hiện còn kém. Lưu lượng và hạ áp chưa đảm bảo, dẫn đến nhiệt độ tại gương rất cao, làmngười vận hành khó có thể điều khiển cắt chính xác.

Chưa có công trình thi công bằng combai đào lò nào sử dụng biện pháp hút – xử lý bụi thíchđáng, dẫn đến việc giảm tầm nhìn của thợ điều kiển máy, gián tiếp làm giảm hiệu suất cắt pháthan, đá, trực tiếp ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe người lao động.

122

Phương pháp đào bằng combaiPhương pháp đào khoan – nổ mìn truyền thống

Hệ số mài mòn Cerchar

Bộ dụng cụ thử nghiệm Sơ đồ thử nghiệm

123

CAI và tiêu hao răng cắt124

Quản lý tiết diện và dẫn hướng125

Triển vọng đào đá cứng bằng combai

126

Combai tích hợp giá nâng vì chống

Combai tích hợp sàn thi công btp

Combai tích hợp thiết bị khoan chốt neo

Combai tích hợp thiết bị khoan gương

Vấn đề xử lý bụi và môi trường131

Máy hút-xử lý bụi

Kiến nghị

133

Các kết quả đánh giá hiệu suất tại các địa điểm trong luận văn này không phản ánh toàn bộ hiệu quả cắtphá đá của toàn bộ combai đào lò trong các mỏ than hầm lò Việt Nam. Vì vậy, cần phải có những nghiêncứu lớn hơn về quy mô.

Trong khảo sát địa chất mỏ cần đưa thêm chỉ số mài mòn CAI vào để phục vụ không chỉ tính toán tiêuhao răng cắt của combai đào lò mà còn để dùng cho dự báo hao mòn mũi khoan, các công cụ phá than,đá cơ giới khác.

Trên cơ sở theo dõi, phân tích, đánh giá hiệu suất cắt phá đá tại các đường lò áp dụng combai đào lòtrong các mỏ than hầm lò Việt Nam. Tác giả kiến nghị Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản ViệtNam, các đơn vị sản xuất than hầm lò có áp dụng đào lò bằng combai một số điều như sau:

Nâng cao chất lượng công tác khảo sát địa chất mỏ: để chủ động trong việc lựa chọn thiết bị đào lòphù hợp, giảm thiểu nguy cơ rủi ro sự cố khi áp dụng đào lò bằng combai;

Làm tốt hơn nữa công tác khảo sát hiện trường: để có thể cập nhật, điều chỉnh biện pháp thi cônghợp lý;

Đầu tư thiết bị hút – xử lý bụi trong các dây chuyền đào lò bằng combai;

Làm tốt hơn nữa công tác thông gió các đường lò đào bằng combai;

Sử dụng những răng cắt phù hợp với tiêu chuẩn của máy để tăng hiệu suất cắt, giảm tiêu hao răng cắtvà đầu khấu.

Nâng cao năng lực người tham gia vào dây chuyền đào lò bằng combai.

Thí sinh Miss World 2006 bên

AM 50Z

135

Xin chân thành cảm ơn!

To spend more money and guarantee the very best tunnel driven on timeor spend less money and hope for the best - that is the question. (Shani Wallis, 1982)