Đặc điểm trạng thái ứng suất và cơ sở xác định áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ bằng phương pháp số

Bài viết Đặc điểm trạng thái ứng suất và cơ sở xác định áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ bằng phương pháp số giới thiệu đặc điểm trạng thái ứng suất - biến dạng của đá vách và cơ sở tính toán áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ khai thác than bằng phương pháp số cùng với tính toán các tham số công nghệ đảm bảo việc lựa chọn hợp lý vì chống cơ giới hóa trong lò chợ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đặc điểm trạng thái ứng suất và cơ sở xác định áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ bằng phương pháp số TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Đặc điểm trạng thái ứng suất và cơ sở xác định áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ bằng phƣơng pháp số Phạm Đức Thang1*, Hoàng Hùng Thắng1, Hoàng Văn Nam1 Đỗ Ngọc Túy2, Lƣu Quốc Cƣờng3 1 Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 2 Công ty than Mạo Khê - TKV 3 Công ty cổ phần 397 - Tổng công ty Đông Bắc *E-mail:phamducthangmct@gmail.com; Mobile: 0987302934 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu đặc điểm trạng thái ứng suất - biến dạng của đá vách và cơ sở tính toán áp lực mỏ lên vì chống cơ giới hóa trong lò chợ khai thác than bằng phương pháp số cùng với tính toán các tham số công nghệ đảm bảo việc lựa chọn hợp lý vì chống cơ giới hóa trong lò chợ. Một trong những tham số công nghệ cơ bản của công nghệ khai thác với điều khiển áp lực mỏ bằng phá hỏa toàn phần đá vách là chiều cao vùng phá hủy của đá vách trong lò chợ và khả năng lấp đầy của đá vách phụ thuộc vào hệ số nở rời của đất đá để xác định tải trọng tác dụng lên các vì chống cơ giới hóa trong lò chợ. Từ khoá: Áp lực mỏ, điều khiển áp lực mỏ, công nghệ, cơ giới hóa, phương pháp số. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và giả thuyết nghiên cứu về áp lực mỏ, giáo sư Protodiakonop là một trong những nhà khoa học đầu tiên của thế giới đưa ra lý thuyết áp lực mỏ và những vấn đề của áp lực mỏ, đặt ra nền móng nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này. Sau đó, có nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát triển thêm trong lĩnh vực áp lực mỏ qua số lượng lớn các đề tài và các công trình nghiên cứu khoa học [1]. Tất cả các công trình nghiên cứu cho thấy, cùng với sự tăng lên của chiều sâu khai thác mỏ thì ứng suất - biến dạng trong khối đá mỏ cũng tăng lên và đạt đến một giá trị nhất định. Như khi ở độ sâu khai thác là 400m thì ứng suất theo phương thẳng đứng có thể đạt tới 12500 kN/m2. Tuy nhiên không phải toàn bộ trọng lượng của đất đá đến bề mặt đè nén lên vì chống, mà bản thân trong lớp đá vách xuất hiện phản lực từ quá trình các lớp đá dịch chuyển (như hiện tượng co giãn - đàn hồi với sự ma sát giữa các lớp đất đá), sự ma sát giữa các lớp đất đá ở bên hông lò đều cản trở sự tăng lên của tải trọng lên các vì chống. Sự tác động của áp lực mỏ lên vì chống theo chiều sâu khai thác cho đến nay vẫn còn có nhiều tranh luận khoa học khác nhau. Trong bài báo này các tác giả muốn trình bày một số kết quả của việc phân tích mối quan hệ tương tác của công nghệ khai thác và áp lực mỏ tương ứng với đặc điểm khai thác của lò chợ trên cơ sở sử dụng phương pháp số phần tử hữu hạn với sự trợ giúp và sử dụng chương trình mô phỏng. Bài viết tập trung vào vấn đề xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của đá vách khi chiều sâu khai thác tăng lên cũng như xác định chiều cao vùng phá hủy của đá vách khi dỡ tải vì chống cơ giới hóa và tải trọng lên vì chống của lò chợ. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu Công nghệ khai thác với điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hoả toàn phần trong đó việc xác định áp lực mỏ lên vì chống lò chợ có ý nghĩa hết sức quan trọng để đảm bảo công tác lựa chọn loại vì chống áp dụng hợp lý, đảm bảo khả năng mang tải chống lại áp lực của đá vách. Trên cơ sở sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết: như phương pháp phân tích, tổng hợp; phương pháp giả thuyết và mô hình hoá để đưa ra cơ sở tính toán áp lực Kỷ yếu Hội nghị KHCN lần 7, tháng 5/2022 7 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH mỏ lên vì chống cơ giới hoá lò chợ theo phương pháp mô hình số cùng với việc kết hợp tính toán trên cơ sở ảnh hưởng của các tham số công nghệ. 2.2. Trạng thái ứng suất của đá vách theo chiều sâu khai thác và xác định áp lực mỏ tác dụng lên vì chống lò chợ Công nghệ khai thác với điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần là phương pháp cho phép đá vách sập đổ vào khu vực khai thác nhằm tạo ra các vùng áp lực và trạng thái cân bằng ứng suất mới xung quanh khu vực khai thác của lò chợ (hình 1). Quá trình sập đổ đá vách tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn cho không gian khai thác bên trong lò chợ và các khu vực xung quanh dưới ảnh hưởng của áp lực mỏ, đặc biệt khi bước sập đổ quá lớn có thể gây ra ―cú đấm mỏ‖ rất nguy hiểm. Do đó, cần lựa chọn loại vì chống lò chợ tương ứng với khả năng mang tải và chống đỡ lại áp lực mỏ của đá vách [1, 2, 3, 4]. Hình 1. Sơ đồ các vùng áp lực xung quanh lò chợ Đã có nhiều phương pháp để tính toán xác định áp lực mỏ lên vì chống lò chợ như: sử dụng cách tính toán lý thuyết theo các giả thuyết về áp lực; phương pháp mô phỏng bằng mô hình vật lí (mô hình tương đương), phương pháp mô phỏng và xác định áp lực mỏ bằng các chương trình phần mềm số hóa; phương pháp thực nghiệm đo áp lực mỏ trong khu vực lò chợ khai thác bằng sử dụng các loại thiết bị đo tại hiện trường. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết thường cho kết quả không sát với thực tế do trong quá trình tính toán các thông số được lấy giá trị tương đối. Phương pháp mô phỏng bằng mô hình vật liệu tương đương cho kết quả gần sát với thực tế, tuy nhiên đòi hỏi khắt khe trong việc lựa chọn vật liệu tương đương và gia công mô hình với tỷ lệ đồng dạng so với thực tế. Phương pháp xác định biến dạng và đo áp lực bằng thực nghiệm tại hiện trường cho kết quả chính xác và phản ánh thực tế điều kiện khai thác, tuy nhiên đòi hỏi phải thực hiện tại hiện trường, tốn rất nhiều thời gian. Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, đặc biệt là công nghệ số hóa, để xác định biến động trong quá trình khai thác than hầm lò, một trong những phương pháp được sử dụng rộn ...