Tiến Sĩ Nghiên cứu lựa chọn một số thông số của giá khung thủy lực di động dùng trong khai thác than hầm lò

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KĨ THUẬT
NĂM 2014

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG KHAI THÁC
THAN HẦM LÒ 6
1.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò
vùng Quảng Ninh. 6
1.1.1. Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam 6
1.1.2. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò
vùng Quảng Ninh 6
1.2. Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới . 15
1.2.1. Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn. 16
1.2.2. Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động
dạng khung. 16
1.2.3. Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành. 19
1.3. Giới thiệu thiết bị chống ở các mỏ hầm lò Việt Nam. 20
1.3.1. Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22 21
1.3.2. Giá đỡ thủy lực di động XDY . 21
1.3.3. Giàn chống tự hành ZZ3200 22
1.3.4. Giàn chống tự hành VINALTA . 22
1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1 . 23
1.3.6. Giàn chống 2ANSH 23
1.3.7. Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z 24
1.4. Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc và Việt Nam; Vấn đề
nghiên cứu của luận án . 29
1.4.1. Các vấn đề nghiên cứu thiết bị chống ở Trung Quốc 29
1.4.2. Tại Việt Nam 32
1.4.3. Vấn đề nghiên cứu của đề tài luận án 35
Chương 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ PHỤC VỤ TÍNH TOÁN, GIÁ KHUNG
THỦY LỰC 37
2.1. Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ . 37
2.2. Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì
chống và đá vách 40
2.3. Một số giả thuyết về áp lực mỏ 44
2.3.1. Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov
M.M . 44
2.3.2. Lý thuyết các block liên động do Kuznesov G.H 47
2.4. Lý thuyết về cơ học môi trường liên tục 48
2.4.1. Ten xơ ứng suất 48
2.4.2. Định luật Húc . 48
2.4.3. Ứng suất tương đương Von – Mises . 50
2.5.Lý thuyết về ống dày 52
2.5.1. Khái niệm ống dày: 52
2.5.2. Công thức tính ứng suất và chuyển vị . 53
Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ
CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC . . 58
3.1. Nghiên cứu khả năng chịu tải của giá khung . 58
3.1.1. Các bước công nghệ khai thác được mô tả như sau: . 58
3.1.2. Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn Than-
Khoáng sản Việt Nam 59
3.1.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong
nước tại Công ty than Nam Mẫu - Vinacomin . 60
3.1.4. Phân tích về khả năng chịu tải của giá khung: . 64
3.2.Tính toán mái trên 65
3.2.1. Thiết lập công thức kiểm nghiệm độ bền mái trên 65
3.2.2. Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z 69
3.2.3. Ứng dụng mô phỏng số vào nghiệm bền kết cấu mái trên . 70
3.3. Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống . 74
3.3.1.Tính toán độ bền piston . 74
3.3.2. Tính toán độ bền xylanh . 75
3.4. Tính toán độ ổn định của cột chống . 86
Chương 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA
GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG
QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 25 . 89
4.1. Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di
động . 89
4.1.1. Phương pháp tính toán để xác định các thông số hợp lý 89
4.1.2.Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý cho mái trên 89
4.1.2. Thiết kế, nghiệm bền chi tiết mái trên . 93
4.1.3. Tính toán, lựa chọn tiết diện hợp lý cho cột chống 99
4.2. Lựa chọn kích thước hợp lý cho khung giá trong điều kiện làm việc góc
dốc lên tới 25o 103
KẾT LUẬN . 105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ .107
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 108
PHỤ LỤC 111

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong lĩnh vực khai thác than ở Việt Nam, phương pháp khai thác than
hầm lò ngày càng chiếm tỉ lệ lớn. Nhu cầu tăng nhanh sản lượng, giảm chi phí
sản xuất và đảm bảo an toàn lao động là vấn đề cấp bách đối với các mỏ than
hầm lò vùng Quảng Ninh. Một trong các hướng giải quyết là từng bước hoàn
thiện công nghệ khai thác, áp dụng cơ giới hóa từng phần và đồng bộ khai
thác hầm lò.
Nguyên công chống giữ lò chợ trong khai thác than hầm lò là một khâu
rất quan trọng. Vì vậy việc nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết bị chống
giữ lò luôn được quan tâm.
Các mỏ khai thác than hầm lò ở nước ta hiện nay dùng chủ yếu là cột
chống thủy lực đơn và giá thủy lực di động. Các loại giá này đều phải nhập từ
nước ngoài.
Qua nghiên cứu các loại thiết bị chống ở mỏ hầm lò Việt nam, giá
khung thủy lực có kết cấu đơn giản, dễ vận hành, được nhiều mỏ sử dụng.
Việc áp dụng giá khung di động tại các mỏ than hầm lò Việt Nam trong
thời gian qua tuy mới ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng đã có kết quả đáng
khích lệ, như: Nâng cao hiệu quả, an toàn, giảm tổn thất tài nguyên trong khai
thác than hầm lò và có thể khẳng định chủ trương đầu tư, áp dụng rộng rãi
mô hình công nghệ này của Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt
Nam là hướng đi đúng đắn. Sự thành công của mô hình công nghệ không chỉ
góp phần phát triển bền vững lĩnh vực khai thác than hầm lò mà còn là cơ sở
quan trọng để tiến tới cơ giới hoá, hiện đại hoá ngành than Việt Nam.
Tuy nhiên, việc áp dụng thiết bị chống lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu
tố như điều kiện địa chất, thế nằm của vỉa, áp lực mỏ, mức độ bùng nền, công
nghệ khai thác Vì vậy để sử dụng có hiệu quả các loại giá khung thủy lực di
động trong điều kiện hầm lò Việt Nam cần phải có những nghiên cứu, đánh
giá, lựa chọn những thông số hợp lý dùng phù hợp trong khai thác hầm lò. Từ
những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn một số thông số
hợp lý của giá khung thủy lực di động dùng trong khai thác than hầm lò có
góc dốc đến 25 độ vùng Quảng Ninh”.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Mục đích nghiên cứu của luận án là đưa ra một phương pháp tính toán
nghiệm bền dựa trên các cơ sở lý thuyết, thực nghiệm để lựa chọn được kích
thước hợp lý của mái trên, cột chống giá khung thủy lực di động loại ZH
1600/16/24Z phù hợp với điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh có
góc dốc đến 250.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng cụ thể là giá khung thủy lực di động loại ZH 1600/16/24Z,
đó là loại giá khung được sử dụng ở Nam Mẫu, Vàng Danh, , được đánh giá
tương đối phù hợp với điều kiện kỹ thuật khai thác than mỏ hầm lò.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tính toán kích thước hợp lý, nghiệm bền chi tiết mái trên và
cột chống của giá khung thủy lực di động ZH 1600/16/24Z trong điều kiện
góc dốc vỉa đến 250.