Nghiên cứu nâng cao hiệu quả giải pháp chống giữ lò dọc vỉa đào qua đá phân lớp mỏng mức-80 vỉa 9B cánh Bắc mỏ than Mạo Khê bằng neo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (937 KB, 17 trang )
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ
GIẢI PHÁP CHỐNG GIỮ LÒ DỌC VỈA ĐÀO QUA ĐÁ PHÂN LỚP MỎNG
MỨC-80 VỈA 9B CÁNH BẮC MỎ THAN MẠO KHÊ BẰNG NEO
Nguyễn Phi Hùng
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Email:
TĨM TẮT
Đá phân lớp mỏng có ứng xử cơ học hồn tồn khác so với đá khơng phân lớp do sự liên kết yếu
trên các mặt phân lớp. Thực tế quan sát tại đường lò dọc vỉa mức -80 vỉa 9B cánh Bắc của mỏ than
Mạo Khê được chống giữ bằng vì neo chất dẻo cốt thép kết hợp bê tơng phun cho thấy có hiện tượng
tụt neo và phá hủy cục bộ. Nguyên nhân là do lực ma sát giữa các bề mặt phân lớp đá bị suy giảm độ
bền làm tăng độ võng của các dải phân lớp dẫn đến khả năng tự mang tải của khối đá cũng giảm theo
gây mất ổn định cho đường lò. Để nâng cao hiệu quả chống giữ đường lò bằng neo kết hợp bê tơng
phun cần phải có những tính tốn và bố trí mạng neo phù hợp với đặc điểm phân lớp của khối đá xung
quanh đường lò. Trên cơ sở hiện trạng hộ chiếu chống giữ đường lò dọc vỉa mức -80 vỉa 9B cánh Bắc
mỏ than Mạo Khê và kết quả khảo sát đánh giá tính chất phân lớp của khối đá xung quanh đường lò,
tác giả đã nghiên cứu đề xuất giải pháp tính tốn và cách bố trí kết cấu neo phù hợp để nâng cao hiệu
quả chống giữ, tăng độ ổn định cho đường lò trong thời gian phục vụ sản xuất của mỏ.
Từ khóa: lớp đá, mơ phỏng, vì chống, lị dọc vỉa đá, ứng suất.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khai thác than hầm lị tiềm ẩn nhiều nguy cơ
mất an tồn, vì thế ưu tiên lớn nhất là sử dụng
đúng thiết bị và vật liệu phù hợp với từng hạng mục
trong quá trình khai thác [5]. Để cải thiện mức độ
an toàn cho các đường lò, người ta đã sử dụng
các phương pháp chống giữ đường lò bằng neo là
phương pháp phổ biến nằm trong hệ thống hỗ trợ
khả năng tự chống đỡ của vách hơng lị. Q trình
xác định tải trọng đất đá và sự phân bố của địa tầng
là một công việc quan trọng trong việc xác định loại
hình chống giữ, khoảng cách, chiều dài của các
thanh neo [4]. Đối với đá phân lớp mỏng, đã thấy
hiện tượng hiện tượng tụt neo và phá hủy cục bộ,
gây nguy cơ mất an tồn. Vì vậy cần phải nghiên
cứu tính tốn và cách bố trí kết cấu neo phù hợp
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên nhân tụt neo khi chống giữ đường lò có đất
đá phân lớp mỏng
Trong một số trường hợp cụ thể, phụ thuộc vào
đặc điểm tính chất của địa tầng, thế nằm của đất
đá điều kiện khai thác cũng như chức năng chủ
yếu của đường lò… cần thiết phải tăng cường khả
năng chịu tải của các vì chống bằng cách phối hợp
22
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
nhiều loại vì chống khác nhau để tương hỗ nâng
cao hiệu quả chống giữ [6]. Khi sử dụng các vì neo
để chống giữ các đường lị cũng vậy, các thanh neo
ngắn có tác dụng liên kết các lớp đá gần nhau ở
khu vực vách, các thanh neo dài có khả năng ghim
các lớp đất đá vách với khu vực đất đá ổn định ở
cao hơn [2]. Khi chiều cao lớn, các thanh neo thép
đặc sẽ chịu tác động của ứng suất kéo theo nhiều
phương khác nhau dẫn đến xảy ra hiện tượng vặn
thanh neo dẫn đến đứt neo, để khắc phục nhược
điểm này người ta sử dụng neo cáp như một giải
pháp hỗ trợ kết nối ghim các lớp đất đá phân lớp
với phần đất đá cững vững hơn ở phía trên. Neo
cáp là tập hợp của nhiều sợi cáp tổ hợp thành một
bó có ưu điểm là linh hoạt, chống vặn xoắn dẫn đến
đứt neo. [8]
Khi đào lò chống bằng neo qua khối đá có tính
phân lớp, sự liên kết giữa các lớp đất đá bị suy
yếu dẫn đến hiện tượng tụt neo, phá hủy cục bộ.
Nguyên nhân là lực ma sát giữa các bề mặt lớp đá
bị suy giảm, độ võng của các phân lớp cũng tăng
dần làm cho khả năng tự chịu tải của các lớp đá
cũng giảm theo. Ứng suất kéo xuất hiện ở lớp đá
sát biên và ứng suất cắt ở hai bên hông ngày càng
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
gia tăng. Khi chịu tác động của nổ mìn nhiều đợt tại
gương lị càng làm cho hiện tượng tách lớp phát
triển mãnh liệt hơn, khoảng cách giữa các phân lớp
đất đá bị mở rộng và tiến sâu vào trong khối đá
càng làm gia tăng tải trọng tác dụng lên các lớp đá
phía dưới đã được gia cố bằng neo, hiện tượng
này bổ sung thêm một lượng ứng suất kéo cho lớp
đá sát nóc và ứng suất cắt ở hai đầu của dầm. Khi
hiện tượng tách lớp tiếp tục gia tăng, giá trị ứng
suất cắt và ứng suất uốn kéo gia tăng vượt quá
giới hạn ứng suất cắt và uốn cắt của đá sẽ làm
đường lò bị mất ổn định. Trường hợp này thường
xảy ra khi đường lị chịu tác động của q trình khai
thác. Vì vậy cần có giải pháp tính tốn và bố trí phù
hợp kết cấu chống bằng neo để nâng cao hiệu quả
chống giữ đường lò.
2.2. Đặc điểm đất đá và hiện tượng tách lớp
trong khu vực nghiên cứu
Đặc điểm nứt nẻ của khối đá xung quanh đường
lò vỉa 9B, tầng đất đá đều nứt nẻ do quá trình phá
huỷ kiến tạo và uốn nếp tạo nên. Hệ khe nứt gồm
các hệ thống vng góc với mặt lớp chạy dọc theo
phương hoặc theo hướng dốc, hệ thống khe nứt
song song với mặt lớp, hệ thống khe nứt chéo
với mặt lớp. Mật độ khe nứt thuộc loại trung bình,
khoảng cách vết nứt dao động 15 - 60cm [1]. Vết
nứt tách đều có chất lấp nhét tạo lực dính tương
đối cao. Mức độ nứt nẻ phụ thuộc vào chiều dày
phân lớp, phân lớp càng dày thì nứt nẻ càng thưa.
Đường lị thiết kế đào chống trong lớp đá cát kết
trụ vỉa 9B Đông cánh Bắc mức -80 do ảnh hưởng
của các đứt gẫy nhỏ, mật độ khe nứt tăng dẫn đến
đá bị phong hố nhẹ, phong hóa mạnh có nước dột
rải rác làm giảm độ liên kết của các lớp đá, đơi chỗ
có xen kẹp lớp bột kết, sét kết phân lớp mỏng liên
kết kém, gẫy theo khối [1]. Ứng suất kéo xuất hiện
ở lớp đá sát biên và ứng suất cắt ở hai bên hông
ngày càng gia tăng. Khi chịu tác động của nổ mìn
nhiều đợt tại gương lị càng làm cho hiện tượng
tách lớp phát triển mãnh liệt hơn, lớp đất đá bị phân
lớp mở rộng và tiến sâu vào trong khối đá càng làm
gia tăng tải trọng tác dụng lên các lớp đá phía dưới
đã được gia cố bằng neo. Khi hiện tượng tách lớp
tiếp tục gia tăng, giá trị ứng suất cắt và ứng suất
uốn kéo gia tăng vượt quá giới hạn ứng suất cắt
và uốn cắt của đá sẽ làm đường lò bị mất ổn định.
H.1. Hiện tượng tách lớp tại đường lò dọc vỉa vỉa 9B mức -80.
Bảng 1. Tính chất cơ lý đá lị dọc vỉa đá mức -80 vỉa 9B cánh Bắc
TT Số hiệu
Tên đá
Độ ẩm
Khối lượng thể tích
Cường độ kháng kéo
Cường độ kháng nén
Hệ số kiên cố
W
γ
σk
σn
f
(%)
(g/cm )
(kG/cm )
(kG/cm )
2,68
89,2
1338
13
2,67
75,8
1136
11
3
2
2
1
(1-1.1)1
2
(1-1.1)2
3
(1-1.1)3
2,68
70,6
1059
11
4
(1-1.2)1
2,42
41,1
493
5
5
(1-1.2)2
2,06
21,2
255
3
6
(1-1.2)3
2,3
32,2
386
4
7
(1-2)1
2,54
93,3
1474
15
8
(1-2)2
2,54
66,2
1045
10
9
(1-2)3
2,54
89,6
1416
14
10
(1-3)1
2,54
62,3
985
10
11
(1-3)2
2,54
110,9
1752
18
12
(1-3)3
2,56
95,3
1505
15
Bột kết
Sét kết kẹp than
Cát kết
Cát kết
0,401
2,42
0,416
0,401
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 23
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
Độ ẩm
Khối lượng thể tích
Cường độ kháng kéo
Cường độ kháng nén
Hệ số kiên cố
W
γ
σk
σn
f
(%)
(g/cm )
(kG/cm )
(kG/cm )
2,63
52
821
8
2,6
62,9
994
10
15 (1-4.2)3
2,62
52,2
825
8
16
(1-5)1
2,57
122,2
1930
19
17
(1-5)2
2,61
144,6
2284
23
18
(1-5)3
2,6
126
1992
20
19
(1-6)1
2,52
105
1660
17
20
(1-6)2
2,54
99,2
1568
16
21
(1-6)3
2,55
63
996
10
22
(1-7)1
2,6
34,6
416
4
23
(1-7)2
2,58
36,1
434
4
24
(1-7)3
2,61
46
552
6
25
(1-8)1
2,34
26,9
323
3
26
(1-8)2
2,44
34,2
410
4
27
(1-8)3
2,47
31,1
373
4
28
(1-9)1
2,5
77
1217
12
29
(1-9)2
2,47
83
1312
13
TT Số hiệu
Tên đá
13 (1-4.2)1
14 (1-4.2)2
Bột kết
Cát kết
Cát kết
Sét kết
Sét kết
Cát kết
0,689
3,915
0,258
1,668
2,341
1,018
3
2
2
2.3. Hiện trạng hộ chiếu chống giữ đường lò dọc vỉa mức -80 vỉa 9B
Vỉa 9B Đông mỏ than Mạo Khê đang sử dụng phương án đào lị chống bằng vì neo chất dẻo cốt thép,
kết hợp trải lưới thép và bê tông phun. Hộ chiếu chống lị được thể hiện trên hình H.2.
Mặt cắt ngang B-B
Mặt cắt dọc
H.2. Hiện trạng hộ chiếu chống giữ của đường lị dọc vỉa đá vỉa 9B mức -80.
24
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
Để đánh giá hiệu quả chống giữ đang áp dụng
tại đường lò, tác giả sử dụng phần mềm Flacd 3D
để phân tích kiểm tra lại khả năng chống giữ của
đường lò theo hộ chiếu thi công đã thiết lập thông
qua kiểm tra quy luật phân bố ứng suất, biến dạng
và vùng phá hủy dẻo xung quanh đường lị. Trên
mơ hình thiết lập các thơng số theo thực tế thiết
kế với đường lò tiết diện hình móng ngựa có kích
thước chiều rộng là 4,02m, chiều cao là 3,01m.
Kết quả chạy phần mềm thể hiện trong hình H.3 và
hình H.4.
H.3. Phân bố vùng phá hủy xung quanh đường lò
a. Phân bố ứng suất nằm ngang
b. Phân bố ứng suất thẳng đứng
a. Phân bố chuyển vị thẳng đứng xung quanh đường lò
b. Phân bố chuyển vị nằm ngang xung quanh đường lò
H.4. Phân bố ứng suất và chuyển vị xung quanh đường lị
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 25
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
2.4. Xác định lại tham số chống giữ neo theo
nguyên lý tổ hợp xà (tạo dầm)
-Xác định độ cao sập đổ:
Xác định chiều cao vịm phá hủy của đá nóc sử
dụng cơng thức của A.A. Borisov như sau: [3]
(3)
λ - hệ số đẩy ngang, λ = 0,5; σz - ứng suất theo
phương thẳng đứng, g/cm2; γ - trọng lượng thể tích
của đất đá nằm phía trên, g/cm3; H - chiều sâu bố
trí cơng trình ngầm tính từ mặt đất, cm.
Tổng chiều dài của thanh neo là:
(1)
Trong đó: H - chiều cao sập đổ, cm; B - chiều
rộng đường lò = 3,4 cm; σk - cường độ kháng nén
của đất đá ở lớp đá nóc hình thành sập đổ dạng
hình thang = 1752 kG/cm2; δ - góc nền của vùng
sập đổ hình thang, tùy theo tính chất và độ dày
của lớp đá mà có khác biệt, thường chọn δ = 600
÷ 800; hk - độ dày của của lớp đá nóc sập đổ hình
thành dạng hình thang, hk =1,5 m = 150 cm; γk khối lượng thể tích của lớp đá nóc sập đổ hình
thành dạng hình thang, γk =2,54 kg/cm3; n - hệ số
an toàn kể đến khả năng chịu tải của đất đá, chọn
n = 2 ÷ 4; ξ - hệ số từ biến nén ép của đá, có thể
chọn ξ = 0,5 ÷ 0,7.
-Xác định chiều dài thanh neo:
Chiều dài phần neo ghim giữ lớp đất đá được
xác định theo công thức sau [3]:
(2)
Trong đó: K1 - , K1 = 4; q - Ứng suất thành phần;
η – Hệ số điều chỉnh ứng suất; σt - Ứng suất theo
phương ngang;
σh - ứng suất theo phương thẳng đứng, được
xác định theo công thức:
a. Trắc dọc hộ chiếu chống
(4)
Trong đó: L1 - chiều dài đuôi neo, phần ren để
lắp đai ốc lực, tấm đệm, thanh giằng, L1 = 0,15 m =
15 cm; L3 - chiều dài phần khóa neo, L3 = 0,4 m =
40 cm; Thay số vào ta được: Ln = 155,9 cm.
Để đảm bảo neo có thể ghim được tối thiểu 3
lớp đất đá, ta chọn chiều dài của neo là 1,6m.
- Xác định mật độ chống neo:
Khoảng cách giữa các thanh neo được tính
theo cơng thức:
(5)
Trong đó: d - đường kính thanh neo, d = 2,2
cm; τ - cường độ kháng cắt của thanh cốt neo, τ =
266 MPa = 2660 kG/cm2; K2 - hệ số an tồn kháng
cắt của nóc, thường chọn K2 = 3 ÷ 6; Thay số vào
ta được: a ≤ 93,16 cm → chọn a = 90 cm = 0,9 m.
Với C = 8,4 m là chu vi của gương lị đào thì số
lượng neo cho 01 vịng neo theo tính tốn là
(6)
Để đảm bảo an tồn, kỹ thuật đường lò chống
neo nên ta chọn b1= 10 thanh neo/vòng neo.
b. Mặt căt ngang hộ chiếu chống
H.5. Hộ chiếu chống giữ đề xuất phối hợp giữa neo và neo cáp.
26
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
Đưa các thông số thiết kế trên vào phần mềm Flac 3D kiểm tra lại sự phân bố ứng suất cho kết quả như hình H.6.
a. Phân bố ứng suất khi chiều dài neo L =1,6m, không chống kết hợp với neo cáp
b. Phân bố ứng suất khi chiều dài neo L =1,6m, chống kết hợp với neo cáp L = 4m
H.6. Kết quả kiểm tra phân bố ứng suất theo hộ chiếu chống đề xuất
3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Từ hình H.3 có thể thấy phạm vi vùng phá hủy
dẻo ở nóc và hai bên hơng lị, vùng phá hủy dẻo ở
nền khơng nhiều, vùng phá hủy dẻo đất đá xung
quanh ở dạng gần đối xứng. Tuy nhiên có xu hướng
bị kéo giãn về phía trái của nóc và phía phải của
hơng, phần khối đá ở phần sát biên xung quanh lò
vừa chịu phá hủy kéo vừa chịu phá hủy cắt, độ sâu
phá hủy là 0,5m, phần khối đá ở sâu chủ yếu chịu
phá hủy cắt
Từ hình H.4 cho thấy phạm vi nhiễu động của
đường lò, phạm vi tập trung ứng suất tại nền lò
tương đối lớn, nhưng do nền lò là đá cứng nên biến
dạng nền lị tương đối nhỏ, nên khơng ảnh hưởng
nhiều trong suốt thời gian khai thác. Nóc lị do bị
phân lớp, với chiều dày lớp đá mỏng nên xuất hiện
sự tập trung ứng suất nằm ngang ở phân lớp. Do
tác động của quá trình khai thác, vùng phá hủy ở
nóc đường lị sẽ phát triển rộng ra. Các lớp đất đá
ở phía trên của dầm đá được gia cường bằng neo
sẽ xuất hiện hiện tượng tách lớp, nếu chỉ chống
bằng neo L=1,35m thì khối đá được gia cường sẽ
dần bị uốn võng, cho đến khi giá trị ứng suất xuất
hiện vượt qua giới hạn bền cắt và uốn, sẽ gây ra
hiện tượng phá hủy và sập đổ. Kết quả phân tích
trên mơ hình cho thấy, hộ chiếu chống được thiết
lập đã chưa tính tốn hết sự ảnh hưởng của các
lớp đá bị phân lớp, nên vẫn tiềm ẩn nguy cơ các
lớp đá bị phân tách làm vơ hiệu hóa năng lực chống
giữ của các thanh neo. Do đó, cần xác định lại các
thơng số hộ chiếu chống lị.
Từ hình H.6a cho thấy, khi chống giữ bằng thanh
neo L = 1,6m, ứng suất gia cường là 0.2Mpa, áp
lực ở trạng thái ứng suất kéo, độ bền của các thanh
neo không cao, nên khả năng chống giữ trong thời
gian dài sẽ bị ảnh hưởng. Từ hình H.6b cho thấy,
khi bổ sung thêm một thanh neo cáp ứng suất gia
cường tăng lên là 0.4MPa, vùng đất đá tại vị trí đầu
của 3 thanh neo ở giữa nóc lị đã chuyển từ trạng
thái ứng suất kéo sang ứng suất nén, thanh neo
giữ ổn định để gia cường cho khối đá.
Đặc điểm đất đá chủ yếu là bột kết, sét kết có
độ cứng f =6-8 (có chỗ f =8-10), đất đá được xếp
loại tương đối cứng, nên sự biến dạng nguyên sinh
xung quanh đường lị khơng lớn. Khi bổ sung thêm
thanh neo cáp có chiều dài 4m vùng đất đá được
ghim cùng với các lớp đất đá ổn định hơn ở phía
trên. Mặt khác vùng chịu tải của các thanh neo đã
được nâng lên rất nhiều (vùng màu xanh hình 6).
Đất đá chủ yếu bị phân tách lớp, neo làm việc theo
nguyên lý tạo dầm. Vì vậy, giải pháp chống giữ phối
hợp giữa neo và neo cáp là hợp lý.
4. KẾT LUẬN
Hiện trạng thiết kế chống neo lò dọc vỉa đá mức
-80, vỉa 9B cánh Bắc của mỏ than Mạo Khê do đất
đá có hiện tưởng tách lớp thành những lớp mỏng,
làm suy yếu đường lò, giảm hiệu quả chống giữ
của các thanh neo. Kết quả kiểm tra trên mơ hình
Flacd 3D cho thấy chiều dài thanh neo L=1,35m
trong trường hợp này sẽ không phát huy hiệu quả
chống giữ tối đa.
Khi xác định lại chiều dài các thanh neo theo
nguyên lý dầm đã cho thấy: chiều dài các thanh
neo cơ sở phải tăng từ 1,35 m lên 1,6m và bố trí
thêm thanh neo cáp có chiều dài L = 4m sẽ chuyển
trạng thái ứng suất kéo sang ứng suất nén tốt hơn,
khi đó áp lực mỏ được triệt tiêu bớt do truyền tải
qua các lớp đá khác nhau; Việc lựa chọn giải pháp
nâng cao hiệu quả chống giữ là chống phối hợp
neo có chiều dài L=1,6m kết hợp với neo cáp có L
=4m là phù hợp với điều kiện khai thác trong khu
vực nêu trên của mỏ than Mạo Khê
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 27
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Báo cáo sản xuất mỏ Công ty than Mạo Khê, 2019 - 2020;
2. Nông Việt Hùng, Nghiên cứu áp dụng vì chống neo trong các đường lị than khu vực khai thác lò chợ
tại một số mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh, nhiệm vụ khoa học và cơng nghệ cấp Bộ Công Thương năm
2018 do Viện KHCN Mỏ-Vinacomin chủ trì thực hiện;
3. Đào Viết Đồn, Kết cấu neo chống giữ cơng trình ngầm và mỏ, NXB Xây dựng, 2018, trang 50-52;
4. Abhishek Kumar Tripathi, Shubham Kumar, Md Efraj Ansari, Aman Kumar and Rahul Agarwal, Design
of Roof Bolting System in An Underground Coal Mines- A Numerical Modelling Approach, 2019 JETIR
April 2019, Volume 6, Issue 4;
5. A.J.S. Spearing and A. Hyett, In situ monitoring of primary roofbolts at underground coal mines in the
USA, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2014. ISSN 2225-6253, P 791-800;
6. Tadeusz Majcherczyk , Piot r Maákowsk, Strata control in underground tunnels perspectives for
development, Górnictwo i GeoinĪynieria x Rok 29 x Zeszyt 3/2 x 2005, p 61-76;
7. Vikrant Dev Singh, Design of systematic support system for development and depillaring in underground
coal mines, Thesis of Department of Mining Engineering National Institute of Technology Rourkela,
2013, P 55-56;
STUDY TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF COAL MINE DRIFT ROADWAY
SUPPORT IN THE THIN-LAYERED ROCK MASS AT -80 LEVEL, 9B SEAM
OF MAO KHE COAL MINE COMPANY BY USING ROCKBOLTS
Nguyen Phi Hung
ABSTRACT
The behavior of the thin-layered rock mass is completely different in comparing with rock mass due to
the low bonding strength of the interfaces. Observation the supporting at the roadway in -80 level, 9B seam
Mao Khe coal mine company by using the reinforced plastic bolts combined with sprayed concrete showed
that there was unanchored and local failure. The reason is that the friction force in the interfaces is reduced
in strength, increasing the deflection of the rock layered, leading to a decrease in the self-loading capacity
of the rock mass, causing instability for roadway. In order to improve the effectiveness of supporting the
roadway using rock bolts and shotcrete, it is necessary to propose the designing and network of rock
bolts in accordance with the layering characteristics of the rock mass around the roadway. Based on the
current status of the supporting for roadway of the -80 level, 9B seam of Mao Khe coal mine and the field
survey results, the designing and arranging of rock bolts network have proposed to improve the efficiency
of supporting system and increase the stability of the roadway during the production service of the mine.
Keywords: rock layer, modeling, soft support, along seam rock tunnel, tensile.
Ngày nhận bài:
21/5/2021;
Ngày gửi phản biện: 25/5/2021;
Ngày nhận phản biện: 25/5/2021;
Ngày chấp nhận đăng: 20/6/2021.
Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu,
nội dung cơng bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam.
28
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
CÔNG NGHỆ GIA CỐ VẬT LIỆU TẠI CHỖ
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẶT ĐƯỜNG VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ
BẰNG Ô TÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
Đỗ Ngọc Tước, Đoàn Văn Thanh
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
Đào Phúc Lâm
Trường Đại học Cơng nghệ Giao thơng vận tải
Email:
TĨM TẮT
Vận chuyển bằng ô tô trên các mỏ lộ thiên chiếm trên 60% chi phí khai thác một tấn than. Năng suất
và chi phí vận chuyển chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách vận chuyển, chất lượng, độ dốc của đường
vận chuyển, chiều cao chất hàng và tải trọng của xe tải. Trong chi phí vận chuyển, nguyên nhiên vật
liệu chiếm hơn 70%. Đối với mỗi loại xe tải, chi phí nguyên nhiên vật liệu chủ yếu phụ thuộc vào chất
lượng mặt đường, điển hình là lực cản lăn. Trên đường tạm, cố định và bán cố định trên các mỏ có lực
cản lăn từ 3 ÷ 4%, nếu giảm xuống 2%, tốc độ xe tải tăng 7%, mức tiêu hao nhiên liệu (l / 1000 T.km)
giảm từ 15 đến 20%, tuổi thọ của lốp sẽ tăng từ 5 đến 22%. Phương pháp giảm lực cản lăn có thể thực
hiện được bằng cách sử dụng đá tại chỗ với sự kết hợp thích hợp của cấp hạt và phụ gia cho từng loại
đường hố. Bài báo phân tích các yếu tố ảnh hưởng của lực cản lăn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của
vận tải bằng ô tô tải và đề xuất công nghệ tái tạo vật liệu tại chỗ nhằm giảm lực cản lăn cho các tuyến
đường tạm, cố định và bán cố định tại các mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh.
Từ khóa: Vận tải mỏ, chi phí vận tải, sức cản lăn, công nghê gia cố vật liệu tại chỗ
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vận tải là một trong những khâu chính trong cơng nghệ
khai thác mỏ lộ thiên. Hiện nay, đa phần các mỏ than lộ
thiên thuộc Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khoáng sản Việt
Nam (TKV) đang sử dụng hình thức vận tải ơ tơ đơn thuần
với tải trọng xe từ 20÷130 tấn để vận chuyển đất đá và than
nguyên khai. Khối lượng đất đá vận tải hàng năm của các
mỏ lộ thiên thuộc TKV từ 15÷55 triệu m3 và 1,0÷4,5 triệu
tấn than với cung độ vận tải từ 3,0÷6,5 km, năng suất thiết
bị ơ tơ từ 70÷505 m3/ca, chi phí vận tải trung bình khoảng
52.000 đ/m3 (chiếm khoảng 50÷75% giá thành bóc 1m3 đất
đá) (hình H.1) [1]. Chính vì vậy các giải pháp nhằm giảm chi
phí vận tải, trong đó có nâng cao chất lượng đường có vai
trị hết sức quan trọng.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Hiện trạng công tác vận tải tại các mỏ
than lộ thiên vùng Quảng Ninh
Hiện nay, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh
đang sử dụng hệ thống khai thác xuống sâu, dọc
một hoặc hai bờ công tác, đất đá đổ bãi thải ngồi
hoặc bãi thải trong. Cơng tác vận tải đất đá và than
H.1. Tỉ trọng chi phí vận tải
trong cơ cấu giá thành bóc 1 m3 đất đá
nguyên khai do các loại ơ tơ có tải trọng từ 20÷130
Tấn đảm nhận, bao gồm các loại: Belaz 75131 (130
Tấn); CAT 777D (96 Tấn); HD785-7 (91 Tấn); CAT
773E; F, HD465-7R (55÷58 Tấn); HM400; Volvo
(32÷42 Tấn); Scania, HOWO (20÷27 Tấn).
- Số lượng xe: số lượng xe ô tô tại 03 mỏ lộ thiên
lớn vùng Cẩm Phả khoảng 440 chiếc, trong đó, mỏ
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 29
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
a)
b)
H.2. Một số thiết bị vận tải trên các mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh
a - Xe CAT 777D (96 tấn) tại mỏ Cao Sơn; b - Xe Benlaz 75131 (130 tấn)
Bảng 1. Chủng loại và số lượng thiết bị vận tải tại một số mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả [1]
TT
Tên thiết bị
Đơn vị
Số lượng
Mỏ Cao Sơn
Mỏ Cọc Sáu
Mỏ Đèo Nai
chiếc
4
10
1
Ơ tơ CAT 777D (96 Tấn)
2
Ơ tơ HD 785-5; 7 (91 Tấn)
“
14
36
20
3
Ơ tơ Benlaz 75581 (90 Tấn)
2
4
Ơ tơ CAT 773E & F (58 Tấn)
“
45
5
42
5
Ơ tơ HD 465-5; 7; 7R (55-58 Tấn)
“
67
61
27
6
Ơ tơ HD 325-6;7&7R (36 Tấn)
“
10
7
Ơ tơ khung động HM-400-2R,3R Volvo A40D (36÷40 Tấn)
“
33
23
20
8
Howo 375 (31 Tấn)
“
10
9
MAN (20 Tấn)
“
10
Tổng
Cao Sơn có 165 chiếc, mỏ Cọc Sáu có 165 chiếc
và mỏ Đèo Nai có 109 chiếc (Bảng 1). Các loại ơ tơ
tải trọng 90÷96 tấn có 86 chiếc, chiếm 17,12% tổng
số lượng thiết bị vận tải, ơ tơ tải trọng 50÷58 tấn là
247 chiếc, chiếm 61,64 %, cịn lại là các loại ơ tơ có
tải trọng 31÷40 tấn (hình H.2). Như vậy, tại các mỏ
lộ thiên vùng Cẩm Phả các loại ơ tơ có tải trọng từ
50÷96 tấn chiếm tỉ trọng trên 78%. Số lượng xe có
tải trọng lớn (trên 90 tấn) có xu thế gia tăng khi các
mỏ khai thác xuống sâu.
- Chất lượng xe: do được đầu tư tại các thời
điểm khác nhau, nên chất lượng xe không đồng
nhất, chủ yếu là các xe loại B và loại C (chiếm
khoảng 75÷80% tổng số thiết bị vận tải).
2.2. Hiện trạng thông số và chất lượng các
tuyến đường vận tải
30
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
165
165
109
2.2.1. Hiện trạng thông số tuyến đường
- Hệ thống các tuyến đường trong mỏ lộ thiên
bao gồm các loại: đường trong khai trường, đường
ngoài khai trường và đường trên bãi thải.
+ Đường trong khai trường gồm có các tuyến
đường tạm thời và đường bán cố định;
+ Đường ngoài khai trường gồm: các tuyến
đường từ khai trường đến bãi thải và mặt bằng
sân công nghiệp. Các tuyến đường này chủ yếu là
đường cố định, một số tuyến là bán cố định.
+ Đường trên bãi thải là các tuyến đường tạm
thời được hình thành trong quá trình đổ thải của mỏ.
Các tuyến đường trong khai trường, đường
từ khai trường ra bãi thải và đường trên bãi thải
thường xuyên có các xe vận chuyển đất đá tải trọng
lớn 55÷96 Tấn di chuyển. Đây là các tuyến đường
chủ lực của các mỏ (hình H.3).
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
b)
a)
d)
c)
H.3. Một số tuyến đường vận tải tại các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả
a- đường trong khai trường mỏ Cao Sơn; b- đường trong khai trường mỏ Cọc Sáu; c- đường từ ra bãi thải mỏ Cọc Sáu; d - đường trên bãi thải mỏ Cọc Sáu
Hiện trạng các thông số của các tuyến đường trên các mỏ lộ thiên khu vực Cẩm Phả được thể hiện
chi tiết trong Bảng 2.
Bảng 2. Tổng hợp các thông số tuyến đường vận tải một số mỏ than lộ thiên [1]
Loại đường
TT
1
2
3
Tên mỏ
Đèo Nai
Cao Sơn
Cọc Sáu
Thông số
Đơn vị
Các tuyến đường
trong khai trường
Đường từ khai trường
ra bãi thải
Tuyến đường
trên các bãi thải
Tổng chiều dài
km
6,4
4,2
3,2
Chiều rộng
m
15÷20
15÷20
25÷30
Bán kính cong
m
12÷18
20÷25
20÷25
Độ dốc dọc
%
7÷11
2÷8
6÷8
Tổng chiều dài
km
8,2
6,8
5,7
Chiều rộng
m
15÷20
15
30
Bán kính cong
m
12÷20
20
20÷25
Độ dốc dọc
%
6÷12
2÷5
6
Tổng chiều dài
km
8,0
4,5
5,0
Chiều rộng
m
15÷20
20-25
20÷30
Bán kính cong
m
12÷20
15-20
30
Độ dốc dọc
%
7÷12
2÷7
5÷7
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 31
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
H.4. Tình trạng hư hỏng và xuống cấp mặt đường sau những trận mưa
Trong khai trường các tuyến đường vận tải có
độ dốc dọc từ 6÷10%, tuy nhiên cục bộ có đoạn lên
đến 12÷15%, vượt từ 30÷60% so với tiêu chuẩn
thiết kế (TCVN 5326:2008).
- Chiều rộng các tuyến đường trung bình từ
15÷20 m. Theo TCVN 5326:2008, đối với thiết bị
vận tải 90÷100 Tấn, chiều rộng phần xe chạy là 17
m (chưa tính phần lề và đai an tồn), theo đó, hiện
chỉ một đoạn, chiều rộng đường chưa đáp ứng tốt
cho xe ơ tơ có tải trọng ≥ 90 tấn lưu thông.
2.2.2. Hiện trạng chất lượng mặt đường
- Công tác thi công đường mỏ: Nền đường được
hình thành trong q trình bóc đất đá (cắt tầng) và
đổ đất đá thải. Vật liệu rải lớp áo đường được lấy
từ thành phần cỡ hạt nhỏ của các đống đá nổ mìn
trong mỏ. Cơng tác thi cơng lớp áo đường được
thực hiện bằng ô tô kết hợp với máy gạt theo trình
tự sau: (i) Đất đá được ơ tô đổ thành các đống trên
tuyến đường; (ii) Sử dụng máy gạt san đều thành
lớp có chiều dày từ 20÷50 cm; (iii) Lu lèn, đầm nén
bằng ơ tơ hiện có của mỏ.
a)
- Chất lượng mặt đường: Mặc dù vật liệu rải lớp
áo đường đã được xúc lọc để loại thành phần cỡ
hạt lớn, tuy nhiên cỡ hạt không đồng đều nên chất
lượng mặt đường thường xuyên bị xuống cấp khi
xảy ra bị mưa, cục bộ nhiều vị trí xảy ra hiện tượng
lầy lội, lồi lõm và trơn trượt (hình H.4). Đặc biệt sau
các trận mưa lớn, các thành phần bột và cỡ hạt nhỏ
của lớp cấp phối bị rửa trôi làm lộ ra các cục đá lớn,
gồ ghề, gây khó khăn cho công tác vận tải và hư
hỏng lốp xe.
Để khắc phục các hiện tượng hư hỏng tuyến
đường như đã nêu ở trên, các mỏ đã thực hiện
công tác sửa chữa, duy tu bằng cách đổ bù đá sau
nổ mìn có cỡ hạt nhỏ và gạt phẳng, sau đó dùng
chính ô tô chở đá của mỏ để lu lèn (hình H.5). Giải
pháp duy tu, sửa chữa này chỉ khắc phục tạm thời
trong thời gian ngắn, khi có các trận mưa thường
sẽ tiếp tục bị rửa trôi ngay và lầy lội.
- Bán kính cong tối thiểu trung bình từ 12÷20
m. Theo TCVN 5326:2008, đối với xe có tải trọng
>90 tấn, đường tạm thời có bán kính cong tối thiểu
17÷20 m. Như vậy, theo Bảng 2 thì chỉ một số tuyến
b)
H.5. Hiện trạng công tác duy tu, sửa chữa mặt đường bị hư hỏng a- công tác đổ đống; b- công tác san gạt tạo phẳng
32
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
H.6. Tỉ trọng các loại chi phí trong giá thành vận tải 1 m3 đất đá
KHAI THÁC MỎ
H.7. Tỉ trọng chi phí săm lốp trong cơ cấu chi phí vật liệu
đường trong khai trường mỏ đáp ứng được cho xe
có tải trọng lớn hoạt động.
mỡ (10,89%), bình điện (0,47%). Chi tiết được thể
hiện qua hình H.7 [1].
2.3. Quan hệ giữa chi phí vận tải với chất
lượng mặt đường
Giá thành vận tải được cấu thành từ các loại
chi phí: nhiên liệu (37,85%), vật liệu (39,83%),
khấu hao (18,17%), tiền lương (2,67%), bảo hiểm
(0,39%), chi khác (1,10%). Như vậy, chi phí nhiên
liệu và chi phí vật liệu chiếm trên 70% (hình 6). Mức
tiêu hao nhiên liệu, vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào
cung độ và chiều cao nâng tải, thơng số hình học
tuyến đường, chất lượng mặt đường. Hiện nay,
mức tiêu hao nhiên liệu đối với xe ô tô có tải trọng
55÷96 tấn từ 110÷150 lít/T.km, tiêu hao săm lốp
trung bình 3000÷3350 giờ/bộ, được đánh giá là cao
so với các mỏ lộ thiên trên thế giới (tiêu hao nhiên
liệu 99÷130 lít/Tkm, tiêu hao lốp trên 5.000 h/bộ).
Chi phí vật liệu được cầu thành từ các loại chi phí
sau: Săm lốp (69,37%), sửa chữa (19,27%), dầu
2.4. Các yếu tố chính ảnh hưởng chất lượng
mặt đường
H.8. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến lượng nhiên liệu tiêu thụ
2.4.1. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến thời gian
vận chuyển và lượng tiêu thụ nhiên liệu
Sức cản lăn tăng là nguyên nhân chủ yếu khiến
cho chi phí nhiên liệu tăng. Như trong hình H.8, tại
vận tốc xe di chuyển là 15 km/h, khi sức cản lăn
tăng từ 5% lên 10% thì chỉ số tiêu thụ nhiên liệu
tăng từ 0,23 lít/h.Tấn lên 0,48 lít/h.Tấn, tương ứng
với 108% [2, 3].
Bên cạnh đó, sức cản lăn ảnh hưởng trực tiếp
đến thời gian vận chuyển, đối với đường dốc 10%,
thời gian tăng thêm 12%, đối với đường bằng thời
gian tăng thêm 33% (Hình H.9) [2, 3].
2.4.2 Ảnh hưởng của sức cản lăn tới vận tốc xe
H.9. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến thời gian vận chuyển
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 33
KHAI THÁC MỎ
Sức cản lăn cũng là yếu tố chính khiến hiệu
suất khai thác xe giảm. Khi chất lượng mặt đường
xấu cũng đồng nghĩa sức cản lăn tăng dẫn đến
vận tốc xe giảm, do vậy hiệu suất khai thác xe
hay số chuyến cho một ca làm việc của xe sẽ bị
giảm. Như minh họa tại hình H.10, nhận thấy khi
xe đầy tải và đang leo dốc 8÷10% thì mỗi 1% sức
cản lăn tăng sẽ dẫn đến tốc độ của xe giảm đi
10÷13%. Trường hợp xe đầy tải, di chuyển trên
đường bằng 0÷2% thì mỗi 1% sức cản lăn tăng
sẽ dẫn đến tốc độ xe giảm đi từ 18÷26%. Tương
ứng với mức giảm tốc độ xe sẽ chính là mức
giảm hiệu suất vận tải trong mỏ. Năng suất thiết
bị (chuyến/ca) một cách gần đúng cũng bị giảm
đi từ 18÷26% [2, 3].
Theo một thống kê khác cho thấy, sức cản lăn
tăng 5% dẫn đến giảm 10% năng suất xe và tăng
35% chi phí vận tải [2, 3].
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
H.10. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến tốc độ di chuyển của xe
2.4.3 Ảnh hưởng của sức cản lăn tới hao mòn
lốp xe
Xem xét biểu đồ mối quan hệ giữa số lốp xe thay
thế sau 1000 km di chuyển và sức cản lăn (Hình
H.11), nhận thấy khi sức cản lăn 2% tương ứng với
chỉ RDS =12,5 tăng lên 4% tương ứng với RDS =
87,5 thì số lốp xe thay thế sau 1000 km di chuyển
cũng tăng lên từ 0,125 lên 0,225 tức là tăng 80%
[2, 3].
đường được cho là phù hợp khi tổng chi phí vận tải
và chi phí duy tu, bảo dưỡng đường nhỏ nhất (hình
H.12). Căn cứ vào kết quả phân tích ảnh hưởng
của chất lượng mặt đường tới hiệu quả công tác
vận tải và kinh nghiệm sử dụng cơng nghệ cào bóc
tái chế tại chỗ trên thế giới cho thấy: đối với các
đường mỏ vận tải của các mỏ than lộ thiên, chất
lượng mặt đường hợp lý tương ứng với sức cản
lăn bằng 2% [2, 3].
H.11. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến số lốp xe phải thay
sau 1000 km
H.12. Sơ đồ nguyên lý xác định chất lượng mặt đường
thông qua chỉ tiêu sức cản lăn
2.5. Các giải pháp nâng cao chất lượng mặt
đường vận tải
2.5.2. Các giải pháp công nghệ
Mặt đường là bộ phận trực tiếp chịu ảnh hưởng
của xe tải trọng nặng, của các tác động lý hóa gây
ra bởi các điều kiện thời tiết tư nhiên như mưa,
nắng, độ ẩm,... Sự xuống cấp của mặt đường phụ
thuộc rất nhiều vào các yếu tố trên và sẽ xuống cấp
nhanh chóng khi các yếu tố này gia tăng một cách
cực đoan: tải trọng của xe ô tô >100 tấn, số lượt
2.5.1. Cơ sở đề xuất chất lượng mặt đường vận tải
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy: chất lượng
mặt đường càng tốt (sức cản lăn càng nhỏ) thì
năng suất ơ tơ càng cao, mức tiêu thụ nhiên liệu
càng giảm. Tuy nhiên, chi phí xây dựng và duy tu
sửa chữa cũng tăng lên. Do vậy, chất lượng mặt
34
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
KHAI THÁC MỎ
Phụ gia khử bụi và hóa
cứng đất bề mặt
Lớp mặt rải mới
Mặt đường
hiện hữu
Cấp phối đất đá dăm gia cố xi măng và phụ gia
polime, E = [1400÷3000] MPa, chiều dày 20÷25 cm.
Đã ổn định về cường độ
H.12. Kết cấu điển hình của áo đường cố định và bán cố định khi mặt đường hiện hữu bằng phẳng
do vậy sẽ tiến hành sửa chữa lớp mặt và lớp móng
bằng cơng nghệ gia cố đất ở trên. Theo đó, phương
án đưa ra sẽ là:
a) Đối với mặt đường hiện hữu bằng phẳng
Chỉ tồn tại các hư hỏng về đá to, vật liệu bong
bật, lượn sóng mấp mô, không trồi lún và ổ gà, giải
pháp kết cấu như sau:
- Rải một lớp cấp phối vật liệu đất đá dăm
nghiền từ đá của mỏ được gia cố với xi măng và
2.5.2.1. Giải pháp thiết kế hình học
phụ gia polime có Mơ đun đàn hồi khi hồn thiện E
1. Về độ dốc dọc
= [150÷300] MPa với chiều dày từ 20÷25 cm.
gia khửthiết
bụi và
Căn cứ kinhPhụ
nghiệm
kế độ dốc dọc các
- Trộn hỗn hợp vật liệu, bổ sung nước và phụ gia
hóa cứng
đấtcác
bề mặt
tuyến đường vận
tải tại
mỏ lộ thiên trên thế bằng thiết bị gia cố chuyên dụng WR2400.
giới, hiện trạng các tuyến đường vận tải tại các mỏ
- San gạt tạo hình, lun lèn bằng lu chân cừu và
Lớp mặt
than lộ thiên vùng Quảng
Ninh, các tácCấp
giả đề
phốixuất
đất đácác
dăm
xi măng
và phụ
gia polime trộn
loạigialucố
rung,
lu hồn
thiện.
lẫn với vật liệu cào- từ
mặt
đường
hiện
hữu,
E
= [1400÷3000
lựa chọn độ dốc dọc như sau:
Phun phụ gia chống bụi và
hóa cứng đất phía
MPa]
MPa,
chiều
dày
20÷25
cm.
(i) Đối với Vật
cácliệu
tuyến
đường
hiện
có:
Cơ
bản
mặt đường hiện hữu
trên mặt đường vừa hồn thiện.
5÷7 cm
giữ ngun theo hiện trạng
nếu độ dốc dọc ≤ 11%,
Kết cấu điển hình được trình bày tại hình H.12.
những khu vực có độ dốc dọc lớn cần cải tạo về độ
b) Đối với mặt đường hiện hữu khơng bằng
Lớp móng
dốc dọc dưới 11%.
phẳng
(ii) Đối với các tuyến
đường mới xây
Độvề cường độ
Nền tầng
Đãdựng:
ổn định
Bị trồi lún, ổ gà, giải pháp kết cấu như sau:
dốc dọc trung bình 6÷8%, trên một qng đường
- Xử lý lại bề mặt đường hiện hữu để tránh
dài từ 500÷600 m cần
Nềnbố
đấttrí một đoạn đường có những ổ gà, lún, lượn sóng sâu (>10 cm).
chiều dài 50 m với độ dốc dọc là 2%.
- Sử dụng thiết bị cào bóc cào sâu xuống mặt
2. Về chiều rộng tuyến đường
đường từ 5÷7 cm.
(i) Đối với các tuyến đường hiện có: chiều rộng
- Rải một lớp cấp phối vật liệu đất đá dăm nghiền
giữ nguyên so với hiện trạng (từ 15÷20 m), đối với
từ đá của mỏ được gia cố với xi măng và phụ gia
các đoạn đường có chiều rộng nhỏ hơn 15÷20 m,
polime có Mơ đun đàn hồi động khi hồn thiện E =
cần cải tạo mở rộng về giá trị từ 15÷20 m;
[1400÷3000] MPa với chiều dày từ 15÷20 cm.
(ii) Đối với các đoạn đường xây mới: Cần mở rộng
- Trộn hỗn hợp vật liệu, bổ sung nước và phụ gia
theo giá trị tính tốn cho từng loại xe.
bằng thiết bị gia cố chuyên dụng WR2400 của hãng
Wirtgen – CHLB Đức.
2.5.2.2. Về giải pháp kết cấu
- San gạt tạo hình, lun lèn bằng lu chân cừu và
1. Đối với đường cố định, bán cố định
Đối với các loại đường này, nền đường ổn định, các loại lu rung, lu hoàn thiện.
xe/ngày đêm gia tăng, mùa mưa hay mùa nắng kéo
dài hơn thường lệ,… Sự xuống cấp của mặt đường
sẽ làm tăng nhanh chi phí vận tải tải trong các mỏ.
Để nâng cao chất lượng đường mỏ cần áp dụng
đồng bộ các giải pháp về thiết kế hình học tuyến
đường, kết cấu áo đường, thiết kế chức năng và
xây dựng chế độ bảo trì phù hợp với các loại đường
tạm thời, bán cố định và cố định, cụ thể:
+
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 35
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
Phụ gia khử bụi và
hóa cứng đất bề mặt
Lớp mặt
Cấp phối đất đá dăm gia cố xi măng và phụ gia polime trộn
lẫn với vật liệu cào từ mặt đường hiện hữu, E = [1400÷3000
Vật liệu mặt đường hiện hữuMPa] MPa, chiều dày 20÷25 cm.
5÷7 cm
Lớp móng
+
Nền tầng
Đã ổn định về cường độ
Nền đất
H.13. Kết cấu điển hình của áo đường cố định và bán cố định khi mặt đường hiện hữu không bằng phẳng
Kết cấu điển hình được trình bày tại hình H.13.
2. Đối với đường tạm thời
Đối với đoạn đường tạm thời, kết quả khảo sát
tại một số có nền đường yếu có giá trị mơ đun đàn
hồi E-LWD nhỏ hơn E-LWD của CPĐD1 (<85 MPa Mô đun đàn hồi của CPĐD 1). Tuy nhiên, đặc điểm
của hệ thống đường này là có những đoạn chỉ tồn
tại trong thời gian ngắn từ 1÷3 tháng và tối đa là 1
năm, sau đó sẽ mất đi do quá trình khai thác. Để
phù hợp với đặc điểm này, giải pháp công nghệ
như sau:
- Đọan đường tạm thời có tuổi thọ < 3 tháng
Khơng tiến hành xử lý nền và giải pháp đề xuất
là trải một lớp cấp phối đá dăm đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật có chiều dày là 25 cm.
Lớp mặt
Vật liệu: cấp phối đá dăm nghiền Dmax < 40
Chiều dày: 25 cm
Vật liệu: đất tự nhiên
Nền tầng
CBR = 6÷8 %
H.14. Kết cấu điển hình của áo đường tạm thời có tuổi thọ < 3 tháng
- Đoạn đường tạm thời có tuổi thọ >3 tháng
+ Xử lý các đoạn nền đất yếu: Đào thay thế bằng
Cấp phối đá dăm tiêu chuẩn.
Cải tạo lớp mặt đường bằng giải pháp gia cố
có sử dụng 7% xi măng và phụ gia tăng cường độ,
chiều dày lớp mặt đường 25 cm. Vật liệu làm lớp
mặt đường được lấy từ hỗn hợp đất đá, cách vị trí
thử nghiệm từ 3÷3,5 km.
+ Tưới phụ gia khử bụi trên mặt đường.
36
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
KẾT CẤU 1
H.15. Kết cấu điển hình của áo đường tạm thời có tuổi thọ >3 tháng
2.5.3. Vật liệu
Lựa chọn vật liệu lớp mặt sao cho mặt đường
hạn chế được các loại hư hỏng điển hình ở trong
đường mỏ như: đá to cắt lốp, bong bật vật liệu, mấp
mơ lượn sóng, sình lầy khi trời mưa và bụi khi trời
nắng. Ngoài ra, để tránh các hư hỏng do mặt đường
bị biến dạng như trồi lún, ổ gà do kết cấu áo đường
không đủ khả năng chịu lực thì vật liệu lớp móng
cũng như nền đất phải được lựa chọn sao cho đáp
ứng các yêu cầu kỹ thuât, cụ thể như sau [2, 3]:
1. Vật liệu lớp mặt
- Chỉ số CBR ở độ chặt 98%, cối cải tiến ≥ 80.
- Đường kính cỡ hạt lớn nhất, Dmax < 40 mm.
- Cỡ sàng P4,25 < 20%. Đối với nơi chịu tác
động nguồn ẩm nhiều: 5% < P4,25 < 10%.
- Thành phần hạt đảm bảo theo yêu cầu kỹ thuật
quy định tại hình H.16 dưới đây:
- Hệ số co ngót: Sp nằm trong khoảng 95÷130;
- Hệ số cấp phối: Gc nằm trong khoảng 25÷32;
- Chỉ số dẻo PI = 4÷8;
- Giới hạn chảy LL = 17÷24;
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
- Giới hạn dẻo PL = 12÷17;
- Cỡ sàng P075/P424 = 0,4÷0,6.
H.16. Cấp phối hạt phù hợp làm mặt đường
2. Nền tầng
- Cường độ chịu nén > 100 MPa;
- Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa, lượng lợt
sàng 2 mm < 20%;
- Hạt mềm yếu phong hóa < 1%;
- Hệ số mài mịn Los Angeles < 30%;
- Khối lượng thể tích ≥ 2,0 tấn/m3;
- Kích thước hạt lớn nhất Dmax bằng 2/3 chiều dầy
mỗi lớp của mỗi lần đầm lèn, bằng 200÷300 mm.
Kết quả phân tích mẫu đá thải tại mỏ Đèo Nai,
Cọc Sáu, Cao Sơn hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu
để trở thành cốt liệu làm đường cho các xe có tải
trọng 100÷130 tấn. Cường độ kháng nén của đá ở
trạng thái khô từ 111,8÷123,8 MPa, nhỏ hơn phạm
vi làm việc của máy nghiền. Do đó, cơng nghệ trên
hồn tồn có thể áp dụng tại các mỏ than lộ thiên
vùng Quảng Ninh [1].
Kết quả thí nghiệm mẫu vật liệu tái chế cho thấy:
KHAI THÁC MỎ
các tính chất cơ lý của mẫu vật liệu tái chế như
cường độ chịu nén, chịu ép chẻ, mô đun đàn hồi và
chỉ số CBR đều đạt yêu cầu với các tiêu chuẩn của
mặt đường hiện hành TCVN 3552-2014 [1].
Với đánh giá sơ bộ bằng hình ảnh có thể thấy
chất lượng mặt đường mỏ hiện nay là rất xấu, sức
cản lăn phải trên 5%.
3.3. Kết quả và thảo luận
Kết quả tính tốn các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
phương án đề xuất cho điều kiện tượng tự mỏ mỏ
Cọc Sáu, Cao Sơn cho thấy: sau khi cải tạo chất
lượng mặt đường, năng suất ca của ô tô 96 tấn
tăng 3,7%, tiêu hao nhiên liệu giảm 6÷7%, số giờ
hoạt động của lốp xe tăng 6,82÷22,37%, giá thành
vận tải giảm 4.492 đ/m3 so với hiện tại [1].
4. KẾT LUẬN
Những năm tới, các mỏ than lộ thiên vùng
Quảng Ninh tiếp tục khai thác xuống sâu, khối
lượng vận tải đất đá hàng năm từ 30,0÷55,0 triệu
m3 và 1,0÷4,5 triệu tấn than nguyên khai, chiều
cao nâng tải 450÷600 m. Trong khi đó, giá thành
ngun nhiên liệu (xăng dầu, điện năng) có xu thế
leo thang. Do đó, cần xem xét nghiên cứu giải pháp
cơng nghệ nâng cao chất lượng mặt đường vận
tải như đã nghiên cứu ở trên. Trên cơ sở đó, xây
dựng qui trình thiết kế, thi cơng, bảo trì phù hợp
nhằm góp phần tăng năng suất vận tải, giảm giá
thành công đoạn vận tải, giảm thiểu nguy cơ mất
an toàn chữa, giảm nguy cơ mất an tồn, ơ nhiễm
mơi trường cho cơng tác vận tải bằng ô tô trên các
mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh nói riêng và các
mỏ than nói chung của TKV
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Viện KHCN Mỏ - Vinacomin, 2019. Báo cáo nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết bị nâng cao chất
lượng đường mỏ lộ thiên thuộc TKV. Hà Nội, 106 trang.
2. RJ. Thompson, Mining Roads, Mine Haul Road Design, Construction and Maintenance Management,
2011.
3. Kwame Awuah-Offei, Energy Efficiency in the Minerals Industry, Best Practices and research Direction,
Springer, 2018.
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 37
KHAI THÁC MỎ
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
MATERIAL REINFORCEMENT-IN-SITU TECHNOLOGY FOR IMPROVEMENT
THE QUALITY OF ROAD SURFACE FOR TRANSPORTING SOIL AND ROCK
BY TRUCK ON OPEN-PIT COAL MINES IN QUANG NINH AREA
Do Ngoc Tuoc, Doan Van Thanh, Dao Phuc Lam
ABSTRACT
Transportation by trucks on open pits account for above 60% of the cost for mining a ton of coal. The
transportation productivity and cost mainly depend on the transport distance, the quality, the slope of
transport road, the height of loading and the truck load. In the cost of transportation, the raw materials and
fuel account for over 70%. For each kind of truck, the cost of raw materials and fuel mainly depend on the
quality of road pavement, that typically the rolling resistance. On the temporary, fixed and semi-fixed roads
on mines with the rolling resistance from 3÷4%, if reduced to 2%, the truck speed increases by 7%, the fuel
consumption (l/1000 T.km) decreases from 15 to 20%, the tire life will increase by 5 to 22%. The method
of reducing the rolling resistance is feasible in using the in-situ rock with the appropritate combination of
particle grade and additives for each kind of the pit road. The paper analyzes the influencing factors of
rolling resistance on the economic and technical indicators of transportation by trucks and recommends the
material reinforement-in-situ technology to reduce the rolling resistance for the temporary, fixed and semifixed roads at open pits in Quang Ninh.
Keywords: mine transportation, transportation costs, rolling resistance, material reinforcement-in-situ
technology.
Ngày nhận bài:
20/11/2020;
Ngày gửi phản biện:
25/12/2020;
Ngày nhận phản biện:
25/3/2021;
Ngày chấp nhận đăng bài: 18/5/2021.
Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu,
nội dung công bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam.
38
CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
