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 250 vùng quảng ninh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận án là trung thực. Những kết quả của luận án chưa từng
được ai công bố.
Hà Nội, ngày .....tháng........năm 2013
Tác giả luận án

Bùi Thanh Nhu


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cám ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn:
PGS.TS. Đinh Văn Chiến và PGS.TS. Tăng Huy
Tôi xin chân thành cám ơn đến các thầy cô trong bộ môn Máy và thiết
bị mỏ, Khoa Cơ điện, Phòng sau Đại học, Ban giám hiệu Trường Đại học
Mỏ - Địa chất Hà Nội; Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh; Viện Cơ
khí Năng lượng và Mỏ, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, Công ty Than Nam
Mẫu, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam; Viện Khoa học kỹ thuật vật
liệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; bạn bè, đồng nghiệp và người thân
đã giúp đỡ, ủng hộ, tạo điều kiện trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành
luận án.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.......................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG................................................8
KHAI THÁC THAN HẦM LÒ..........................................................................8
1.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh........................................................................................................8
1.1.1. Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam[8]...........................................8
1.1.2. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng

Quảng Ninh [9]...................................................................................................8
Bảng 1.1. Tổng hợp trữ lượng các khu vực huy động vào đánh giá.....................10
Hình 1.1. Quan hệ giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá
11
Hình 1.2. Quan hệ giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng......................................12
có khả năng cơ giới hoá.....................................................................................12
Hình1.3. Quan hệ giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ
giới hoá.............................................................................................................13
Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều dài theo phương khu vực khai thác.......................14
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................14
Hình 1.5. Quan hệ giữa phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực...........15
khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá........................................15
Hình 1.6. Quan hệ giữa chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác.................16
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................16
1.2. Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới...................................17
1.2.1. Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn.........................................18
Hình 1.7. Hình ảnh cột chống thủy lực đơn........................................................18
1.2.1.1. Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm trong (NĐZ-Trung quốc)..................18
1.2.1.2 Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm ngoài (DZ - Trung quốc)....................20


1.2.1.3. Cột chống thủy lực đơn của Liên bang Đức...........................................21
1.2.2. Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động dạng
khung................................................................................................................21
1.2.2.1. Giá thủy lực di động..............................................................................21
Hình 1.8. Giá thủy lực di động...........................................................................22
1.2.2.2. Giá thủy lực di động dạng khung...........................................................22
Hình 1.9. Giá thủy lực di động dạng khung mã hiệu ZH.....................................23
1.2.3. Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành.................................24
1.2.3.1. Giới thiệu chung...................................................................................24

1.2.3.2. Hình ảnh và thông số một số loại giàn chống tự hành được chế tạo tại
Trung Quốc và một số nước trên thế giới...........................................................25
Hình 1.10. Tổ hợp giàn tự hành mã hiệu ZY......................................................25
Hình 1.11. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu XY.....................................................25
Hình 1.12. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZF......................................................25
Hình 1.13. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZZ và ZDB........................................26
Hình 1.14. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu GLINIK.............................................26
26
Hình 1.15. Giàn chống tự hành KDT-1..............................................................26
26
Hình 1.16. Giàn chống 2ANSH.........................................................................26
1.3.1. Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22.(hình 1.7).................................27
1.3.2. Giá đỡ thủy lực di động XDY(hình 1.8)...................................................27
1.3.3. Giàn chống tự hành ZZ3200. (hình 1.13)..................................................28
1.3.4. Giàn chống tự hành VINALTA. (hình 1.17).............................................28
Hình 1.17. Giàn chống tự hành VINALTA........................................................29
1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1. (hình 1.15)..............................................................29
1.3.6. Giàn chống 2ANSH. (hình 1.16)..............................................................29


1.3.7. Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z....................................30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.................................................................................33
CHƯƠNG 2.....................................................................................................34
CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN,........................................34
GIÁ KHUNG THỦY LỰC...............................................................................34
2.1. Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ[13].....................................34
2.2. Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì chống
và đá vách[13]..................................................................................................37
2.3. Một số giả thuyết về áp lực mỏ[13].............................................................41
2.3.1. Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov

M.M.................................................................................................................41
Hình 2.3. Sự hình thành vòm cân bằng tự nhiên ở khu khai thác.........................42
2.3.2. Thuyết các block liên động do Kuznesov G.H..........................................44
2.4. Tính toán sự mất ổn định của thanh chịu nén đúng tâm[15].........................45
Hình 2.6. Bài toán Ơle.......................................................................................46
2.5. Các công thức của cơ học môi trường liên tục[15].......................................47
2.5.1. Ten xơ ứng suất.......................................................................................47
Hình 2.8. Ten xơ ứng suất.................................................................................48
Hình 2.9. Tính toán biến dạng dài......................................................................50
Hình 2.10. Tính toán biến dạng góc...................................................................51
Hình 2.11.Mô hình tính toán..............................................................................52
Hình 2.12. Ứng suất Vôn –Mises trong không gian ứng suất chính.....................54
Hình 2.13. Mô hình tính toán.............................................................................54
2.6.2. Công thức tính ứng suất và chuyển vị.......................................................55
Hình 2.14. Điều kiện cân bằng phân tố..............................................................56
Hình 2.15. Biểu đồ biến thiên của r và t dọc theo một bán kính..........................59
Hình 2.16. Biểu đồ biến thiên của r và t.............................................................61


Hình 2.17. Ứng suất tại một điểm......................................................................61
Hình 2.18. Sự biến thiên của r và t dọc theo bán kính.........................................62
CHƯƠNG 3.....................................................................................................64
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ..................64
CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC......................................................................64
Hình 3.1. Giả thiết về sơ đồ chịu tải của mái trên...............................................65
Hình 3.2. Mô hình tính toán kiểm nghiệm bền cho mái trên...............................65
3.1.3.Tính toán mô men quán tính mặt cắt cho mái trên.....................................67
Hình 3.3. Tiết diện mặt cắt ngang của mái trên..................................................68
3.1.4.Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z...............................69
Hình 3.4. Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý của mái trên tương ứng trường hợp

160T, độ bền cho phép [σ]=510 MPa, hệ số an toàn n = 1.5...............................69
Bảng 3.1. Kết quả tính toán của mái trên trong trường hợp chịu tải 160 tấn........69
Hình 3.5. Mô hình hình học khi mô phỏng tính toán khả năng chịu tải...............70
mái trên.............................................................................................................70
Hình 3.6. Chuyển vị của mái.............................................................................71
Hình 3.7. Ứng suất tương đương Von – Mises...................................................71
Hình 3.8. Các thành phân ứng suất chính A, B, C; biến dạng tương đương của mái
D 72
3.1.6.Nhận xét...................................................................................................72
3.2.Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống................................................73
Hình 3.9. Giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z.................................................73
Hình 3.10. Kết cấu của cột chống thủy lực.........................................................73
Hình 3.11. Mô hình tính toán phân bố trường ứng suất trong xylanh, trong trường
hợp ứng suất phẳng...........................................................................................75
Hình 3.12. Mô hình hình học.............................................................................78


Hình 3.13. Kết quả về phân bố trường ứng suất cho trường hợp áp suất trong
xylanh 20 Mpa..................................................................................................78
Bảng 3.2. So sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích.........................79
Áp suất trong, p.................................................................................................79
[MPa]...............................................................................................................79
Ứng suất hướng kính max, σr,max [MPa]..........................................................79
Ứng suất tiếp tuyến max, σt,max [MPa].............................................................79
Ứng suất tương đương lớn nhất,........................................................................79
σeq,max [MPa].................................................................................................79
Hình 3.14. Đồ thị so sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích..............79
Hình 3.15. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương theo chiều dày thành, tương
ứng trường hợp r1 = 55 mm; r2 = 60 mm...........................................................80
Hình 3.17. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương lớn nhất khi thay đổi áp suất

và chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm......................................81
Hình 3.18. Đồ thị sự phụ thuộc tỷ lệ giữa chiều dày và.......................................83
bán kính trong thành xylanh vào áp suất trong và vật liệu...................................83
3.3. Tính toán độ ổn định của cột chống.............................................................87
Hình 3.19. Đồ thị xác định tải trọng tới hạn của cột chống.................................89
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................90
CHƯƠNG 4.....................................................................................................91
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA....................91
GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG
QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250........................................................91
4.1. Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn ThanKhoáng sản Việt Nam (phụ lục 3).....................................................................91
Hình 4.1. Số lượng lò chợ sử dụng giá khung(tính theo%) dựa theo áp suất lò chợ
tác dụng lên giá khung......................................................................................92


4.2. Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước
áp dụng thử nghiệm tại lò chợ mức +150 ÷ +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I Công ty than
Nam Mẫu - Vinacomin.....................................................................................92
4.2.1. Phương pháp, nội dung đánh giá các bộ giá khung thử nghiệm.................92
4.2.2. Kết quả đánh giá theo các tiêu chí kết cấu, khả năng chịu tải.....................92
Hình 4.2. Trạm đo áp lực...................................................................................93
94
Hình 4.3. Biểu đồ theo dõi áp lực mỏ tại khu vực 10 bộ giá khung.....................94
áp dụng thử nghiệm...........................................................................................94
Hình 4.4. Biểu đồ phân bố áp lực mỏ tại lò chợ mức +150 +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I
Công ty than Nam Mẫu.....................................................................................95
4.3. Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động. .95
4.3.1. Phương pháp tính toán để xác định các thông số tối ưu.............................95
Hình 4.5. Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc và.................102
vật liệu chế tạo mái trên..................................................................................102

Hình 4.11. Sự phụ thuộc kích thước rpt vào tải trọng làm việc và.....................114
vật liệu chế tạo cột chống................................................................................114
CODE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TỐI ƯU THÔNG SỐ MÁI TRÊN VÀ
CỘT CHỐNG, SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C...............................114
//-----------------CHUONG TRINH TINH TOAN COT CHONG----------------- 123
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4...............................................................................130
KẾT LUẬN....................................................................................................130
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ.............132
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................133
PHỤ LỤC.......................................................................................................136
PHỤ LỤC 1:...................................................................................................136
PHỤ LỤC 2:...................................................................................................139



DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1.......................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG................................................8
KHAI THÁC THAN HẦM LÒ..........................................................................8
1.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh........................................................................................................8
1.1.1. Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam[8]...........................................8
1.1.2. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh [9]...................................................................................................8
Bảng 1.1. Tổng hợp trữ lượng các khu vực huy động vào đánh giá.....................10
Hình 1.1. Quan hệ giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá
11
Hình 1.2. Quan hệ giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng......................................12
có khả năng cơ giới hoá.....................................................................................12
Hình1.3. Quan hệ giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ

giới hoá.............................................................................................................13
Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều dài theo phương khu vực khai thác.......................14
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................14
Hình 1.5. Quan hệ giữa phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực...........15
khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá........................................15
Hình 1.6. Quan hệ giữa chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác.................16
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................16
1.2. Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới...................................17
1.2.1. Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn.........................................18
Hình 1.7. Hình ảnh cột chống thủy lực đơn........................................................18
1.2.1.1. Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm trong (NĐZ-Trung quốc)..................18


1.2.1.2 Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm ngoài (DZ - Trung quốc)....................20
1.2.1.3. Cột chống thủy lực đơn của Liên bang Đức...........................................21
1.2.2. Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động dạng
khung................................................................................................................21
1.2.2.1. Giá thủy lực di động..............................................................................21
Hình 1.8. Giá thủy lực di động...........................................................................22
1.2.2.2. Giá thủy lực di động dạng khung...........................................................22
Hình 1.9. Giá thủy lực di động dạng khung mã hiệu ZH.....................................23
1.2.3. Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành.................................24
1.2.3.1. Giới thiệu chung...................................................................................24
1.2.3.2. Hình ảnh và thông số một số loại giàn chống tự hành được chế tạo tại
Trung Quốc và một số nước trên thế giới...........................................................25
Hình 1.10. Tổ hợp giàn tự hành mã hiệu ZY......................................................25
Hình 1.11. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu XY.....................................................25
Hình 1.12. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZF......................................................25
Hình 1.13. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZZ và ZDB........................................26
Hình 1.14. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu GLINIK.............................................26

26
Hình 1.15. Giàn chống tự hành KDT-1..............................................................26
26
Hình 1.16. Giàn chống 2ANSH.........................................................................26
1.3.1. Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22.(hình 1.7).................................27
1.3.2. Giá đỡ thủy lực di động XDY(hình 1.8)...................................................27
1.3.3. Giàn chống tự hành ZZ3200. (hình 1.13)..................................................28
1.3.4. Giàn chống tự hành VINALTA. (hình 1.17).............................................28
Hình 1.17. Giàn chống tự hành VINALTA........................................................29
1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1. (hình 1.15)..............................................................29


1.3.6. Giàn chống 2ANSH. (hình 1.16)..............................................................29
1.3.7. Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z....................................30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.................................................................................33
CHƯƠNG 2.....................................................................................................34
CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN,........................................34
GIÁ KHUNG THỦY LỰC...............................................................................34
2.1. Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ[13].....................................34
2.2. Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì chống
và đá vách[13]..................................................................................................37
2.3. Một số giả thuyết về áp lực mỏ[13].............................................................41
2.3.1. Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov
M.M.................................................................................................................41
Hình 2.3. Sự hình thành vòm cân bằng tự nhiên ở khu khai thác.........................42
2.3.2. Thuyết các block liên động do Kuznesov G.H..........................................44
2.4. Tính toán sự mất ổn định của thanh chịu nén đúng tâm[15].........................45
Hình 2.6. Bài toán Ơle.......................................................................................46
2.5. Các công thức của cơ học môi trường liên tục[15].......................................47
2.5.1. Ten xơ ứng suất.......................................................................................47

Hình 2.8. Ten xơ ứng suất.................................................................................48
Hình 2.9. Tính toán biến dạng dài......................................................................50
Hình 2.10. Tính toán biến dạng góc...................................................................51
Hình 2.11.Mô hình tính toán..............................................................................52
Hình 2.12. Ứng suất Vôn –Mises trong không gian ứng suất chính.....................54
Hình 2.13. Mô hình tính toán.............................................................................54
2.6.2. Công thức tính ứng suất và chuyển vị.......................................................55
Hình 2.14. Điều kiện cân bằng phân tố..............................................................56
Hình 2.15. Biểu đồ biến thiên của r và t dọc theo một bán kính..........................59


Hình 2.16. Biểu đồ biến thiên của r và t.............................................................61
Hình 2.17. Ứng suất tại một điểm......................................................................61
Hình 2.18. Sự biến thiên của r và t dọc theo bán kính.........................................62
CHƯƠNG 3.....................................................................................................64
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ..................64
CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC......................................................................64
Hình 3.1. Giả thiết về sơ đồ chịu tải của mái trên...............................................65
Hình 3.2. Mô hình tính toán kiểm nghiệm bền cho mái trên...............................65
3.1.3.Tính toán mô men quán tính mặt cắt cho mái trên.....................................67
Hình 3.3. Tiết diện mặt cắt ngang của mái trên..................................................68
3.1.4.Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z...............................69
Hình 3.4. Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý của mái trên tương ứng trường hợp
160T, độ bền cho phép [σ]=510 MPa, hệ số an toàn n = 1.5...............................69
Bảng 3.1. Kết quả tính toán của mái trên trong trường hợp chịu tải 160 tấn........69
Hình 3.5. Mô hình hình học khi mô phỏng tính toán khả năng chịu tải...............70
mái trên.............................................................................................................70
Hình 3.6. Chuyển vị của mái.............................................................................71
Hình 3.7. Ứng suất tương đương Von – Mises...................................................71
Hình 3.8. Các thành phân ứng suất chính A, B, C; biến dạng tương đương của mái

D 72
3.1.6.Nhận xét...................................................................................................72
3.2.Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống................................................73
Hình 3.9. Giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z.................................................73
Hình 3.10. Kết cấu của cột chống thủy lực.........................................................73
Hình 3.11. Mô hình tính toán phân bố trường ứng suất trong xylanh, trong trường
hợp ứng suất phẳng...........................................................................................75
Hình 3.12. Mô hình hình học.............................................................................78


Hình 3.13. Kết quả về phân bố trường ứng suất cho trường hợp áp suất trong
xylanh 20 Mpa..................................................................................................78
Bảng 3.2. So sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích.........................79
Áp suất trong, p.................................................................................................79
[MPa]...............................................................................................................79
Ứng suất hướng kính max, σr,max [MPa]..........................................................79
Ứng suất tiếp tuyến max, σt,max [MPa].............................................................79
Ứng suất tương đương lớn nhất,........................................................................79
σeq,max [MPa].................................................................................................79
Hình 3.14. Đồ thị so sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích..............79
Hình 3.15. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương theo chiều dày thành, tương
ứng trường hợp r1 = 55 mm; r2 = 60 mm...........................................................80
Hình 3.17. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương lớn nhất khi thay đổi áp suất
và chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm......................................81
Hình 3.18. Đồ thị sự phụ thuộc tỷ lệ giữa chiều dày và.......................................83
bán kính trong thành xylanh vào áp suất trong và vật liệu...................................83
3.3. Tính toán độ ổn định của cột chống.............................................................87
Hình 3.19. Đồ thị xác định tải trọng tới hạn của cột chống.................................89
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................90
CHƯƠNG 4.....................................................................................................91

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA....................91
GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG
QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250........................................................91
4.1. Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn ThanKhoáng sản Việt Nam (phụ lục 3).....................................................................91
Hình 4.1. Số lượng lò chợ sử dụng giá khung(tính theo%) dựa theo áp suất lò chợ
tác dụng lên giá khung......................................................................................92


4.2. Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước
áp dụng thử nghiệm tại lò chợ mức +150 ÷ +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I Công ty than
Nam Mẫu - Vinacomin.....................................................................................92
4.2.1. Phương pháp, nội dung đánh giá các bộ giá khung thử nghiệm.................92
4.2.2. Kết quả đánh giá theo các tiêu chí kết cấu, khả năng chịu tải.....................92
Hình 4.2. Trạm đo áp lực...................................................................................93
94
Hình 4.3. Biểu đồ theo dõi áp lực mỏ tại khu vực 10 bộ giá khung.....................94
áp dụng thử nghiệm...........................................................................................94
Hình 4.4. Biểu đồ phân bố áp lực mỏ tại lò chợ mức +150 +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I
Công ty than Nam Mẫu.....................................................................................95
4.3. Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động. .95
4.3.1. Phương pháp tính toán để xác định các thông số tối ưu.............................95
Hình 4.5. Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc và.................102
vật liệu chế tạo mái trên..................................................................................102
Hình 4.11. Sự phụ thuộc kích thước rpt vào tải trọng làm việc và.....................114
vật liệu chế tạo cột chống................................................................................114
CODE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TỐI ƯU THÔNG SỐ MÁI TRÊN VÀ
CỘT CHỐNG, SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C...............................114
//-----------------CHUONG TRINH TINH TOAN COT CHONG----------------- 123
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4...............................................................................130
KẾT LUẬN....................................................................................................130

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ.............132
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................133
PHỤ LỤC.......................................................................................................136
PHỤ LỤC 1:...................................................................................................136
PHỤ LỤC 2:...................................................................................................139


DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1.......................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG TRONG................................................8
KHAI THÁC THAN HẦM LÒ..........................................................................8
1.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa khai thác than tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh........................................................................................................8
1.1.1. Chiến lược phát triển ngành than Việt Nam[8]...........................................8
1.1.2. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hoá khai thác tại các mỏ hầm lò vùng
Quảng Ninh [9]...................................................................................................8
Bảng 1.1. Tổng hợp trữ lượng các khu vực huy động vào đánh giá.....................10
Hình 1.1. Quan hệ giữa chiều dày vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá
11
Hình 1.2. Quan hệ giữa góc dốc vỉa với tổng trữ lượng......................................12
có khả năng cơ giới hoá.....................................................................................12
Hình1.3. Quan hệ giữa chiều dày, góc dốc vỉa với tổng trữ lượng có khả năng cơ
giới hoá.............................................................................................................13
Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều dài theo phương khu vực khai thác.......................14
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................14
Hình 1.5. Quan hệ giữa phạm vi giới hạn chiều dài theo phương khu vực...........15
khai thác với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá........................................15
Hình 1.6. Quan hệ giữa chiều dài theo theo độ dốc khu vực khai thác.................16
với tổng trữ lượng có khả năng cơ giới hoá.......................................................16
1.2. Giới thiệu thiết bị chống ở một số nước trên thế giới...................................17

1.2.1. Giới thiệu khái quát về cột chống thủy lực đơn.........................................18
Hình 1.7. Hình ảnh cột chống thủy lực đơn........................................................18
1.2.1.1. Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm trong (NĐZ-Trung quốc)..................18


1.2.1.2 Cột chống thuỷ lực đơn dịch bơm ngoài (DZ - Trung quốc)....................20
1.2.1.3. Cột chống thủy lực đơn của Liên bang Đức...........................................21
1.2.2. Giới thiệu khái quát về giá thủy lực di động và giá thủy lực di động dạng
khung................................................................................................................21
1.2.2.1. Giá thủy lực di động..............................................................................21
Hình 1.8. Giá thủy lực di động...........................................................................22
1.2.2.2. Giá thủy lực di động dạng khung...........................................................22
Hình 1.9. Giá thủy lực di động dạng khung mã hiệu ZH.....................................23
1.2.3. Giới thiệu khái quát về giàn chống thủy lực tự hành.................................24
1.2.3.1. Giới thiệu chung...................................................................................24
1.2.3.2. Hình ảnh và thông số một số loại giàn chống tự hành được chế tạo tại
Trung Quốc và một số nước trên thế giới...........................................................25
Hình 1.10. Tổ hợp giàn tự hành mã hiệu ZY......................................................25
Hình 1.11. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu XY.....................................................25
Hình 1.12. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZF......................................................25
Hình 1.13. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu ZZ và ZDB........................................26
Hình 1.14. Tổ hợp Giàn tự hành mã hiệu GLINIK.............................................26
26
Hình 1.15. Giàn chống tự hành KDT-1..............................................................26
26
Hình 1.16. Giàn chống 2ANSH.........................................................................26
1.3.1. Cột chống thủy lực đơn DZ22 và NDZ22.(hình 1.7).................................27
1.3.2. Giá đỡ thủy lực di động XDY(hình 1.8)...................................................27
1.3.3. Giàn chống tự hành ZZ3200. (hình 1.13)..................................................28
1.3.4. Giàn chống tự hành VINALTA. (hình 1.17).............................................28

Hình 1.17. Giàn chống tự hành VINALTA........................................................29
1.3.5 Giàn tự hành KĐT-1. (hình 1.15)..............................................................29


1.3.6. Giàn chống 2ANSH. (hình 1.16)..............................................................29
1.3.7. Giá thủy lực di động dạng khung ZH1600/16/24Z....................................30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.................................................................................33
CHƯƠNG 2.....................................................................................................34
CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN,........................................34
GIÁ KHUNG THỦY LỰC...............................................................................34
2.1. Tác động tương hỗ giữa vì chống và đất đá mỏ[13].....................................34
2.2. Ảnh hưởng của các quá trình sản xuất đến sự tác động tương hỗ của vì chống
và đá vách[13]..................................................................................................37
2.3. Một số giả thuyết về áp lực mỏ[13].............................................................41
2.3.1. Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư Protodiakonov
M.M.................................................................................................................41
Hình 2.3. Sự hình thành vòm cân bằng tự nhiên ở khu khai thác.........................42
2.3.2. Thuyết các block liên động do Kuznesov G.H..........................................44
2.4. Tính toán sự mất ổn định của thanh chịu nén đúng tâm[15].........................45
Hình 2.6. Bài toán Ơle.......................................................................................46
2.5. Các công thức của cơ học môi trường liên tục[15].......................................47
2.5.1. Ten xơ ứng suất.......................................................................................47
Hình 2.8. Ten xơ ứng suất.................................................................................48
Hình 2.9. Tính toán biến dạng dài......................................................................50
Hình 2.10. Tính toán biến dạng góc...................................................................51
Hình 2.11.Mô hình tính toán..............................................................................52
Hình 2.12. Ứng suất Vôn –Mises trong không gian ứng suất chính.....................54
Hình 2.13. Mô hình tính toán.............................................................................54
2.6.2. Công thức tính ứng suất và chuyển vị.......................................................55
Hình 2.14. Điều kiện cân bằng phân tố..............................................................56

Hình 2.15. Biểu đồ biến thiên của r và t dọc theo một bán kính..........................59


Hình 2.16. Biểu đồ biến thiên của r và t.............................................................61
Hình 2.17. Ứng suất tại một điểm......................................................................61
Hình 2.18. Sự biến thiên của r và t dọc theo bán kính.........................................62
CHƯƠNG 3.....................................................................................................64
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ..................64
CỦA GIÁ KHUNG THỦY LỰC......................................................................64
Hình 3.1. Giả thiết về sơ đồ chịu tải của mái trên...............................................65
Hình 3.2. Mô hình tính toán kiểm nghiệm bền cho mái trên...............................65
3.1.3.Tính toán mô men quán tính mặt cắt cho mái trên.....................................67
Hình 3.3. Tiết diện mặt cắt ngang của mái trên..................................................68
3.1.4.Nghiệm bền mái trên của khung giá ZH 1600/16/24Z...............................69
Hình 3.4. Tiết diện mặt cắt ngang hợp lý của mái trên tương ứng trường hợp
160T, độ bền cho phép [σ]=510 MPa, hệ số an toàn n = 1.5...............................69
Bảng 3.1. Kết quả tính toán của mái trên trong trường hợp chịu tải 160 tấn........69
Hình 3.5. Mô hình hình học khi mô phỏng tính toán khả năng chịu tải...............70
mái trên.............................................................................................................70
Hình 3.6. Chuyển vị của mái.............................................................................71
Hình 3.7. Ứng suất tương đương Von – Mises...................................................71
Hình 3.8. Các thành phân ứng suất chính A, B, C; biến dạng tương đương của mái
D 72
3.1.6.Nhận xét...................................................................................................72
3.2.Nghiên cứu tính toán, nghiệm bền cột chống................................................73
Hình 3.9. Giá khung thủy lực ZH 1600/16/24Z.................................................73
Hình 3.10. Kết cấu của cột chống thủy lực.........................................................73
Hình 3.11. Mô hình tính toán phân bố trường ứng suất trong xylanh, trong trường
hợp ứng suất phẳng...........................................................................................75
Hình 3.12. Mô hình hình học.............................................................................78

Hình 3.13. Kết quả về phân bố trường ứng suất cho trường hợp áp suất trong
xylanh 20 Mpa..................................................................................................78
Bảng 3.2. So sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích.........................79
Áp suất trong, p.................................................................................................79
[MPa]...............................................................................................................79
Ứng suất hướng kính max, σr,max [MPa]..........................................................79
Ứng suất tiếp tuyến max, σt,max [MPa].............................................................79
Ứng suất tương đương lớn nhất,........................................................................79
σeq,max [MPa].................................................................................................79
Hình 3.14. Đồ thị so sánh kết quả tính toán giữa mô phỏng và giải tích..............79
Hình 3.15. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương theo chiều dày thành, tương
ứng trường hợp r1 = 55 mm; r2 = 60 mm...........................................................80
Hình 3.17. Đồ thị sự phân bố ứng suất tương đương lớn nhất khi thay đổi áp suất
và chiều dày thành, tương ứng trường hợp r1 = 55 mm......................................81
Hình 3.18. Đồ thị sự phụ thuộc tỷ lệ giữa chiều dày và.......................................83
bán kính trong thành xylanh vào áp suất trong và vật liệu...................................83
3.3. Tính toán độ ổn định của cột chống.............................................................87
Hình 3.19. Đồ thị xác định tải trọng tới hạn của cột chống.................................89
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................90
CHƯƠNG 4.....................................................................................................91
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA....................91
GIÁ KHUNG THỦY LỰC DÙNG TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG
QUẢNG NINH CÓ GÓC DỐC ĐẾN 250........................................................91
4.1. Số liệu về việc sử dụng giá khung thủy lực di động của Tập đoàn ThanKhoáng sản Việt Nam (phụ lục 3).....................................................................91
Hình 4.1. Số lượng lò chợ sử dụng giá khung(tính theo%) dựa theo áp suất lò chợ
tác dụng lên giá khung......................................................................................92

4.2. Kết quả áp dụng thử nghiệm giá khung thủy lực di động chế tạo trong nước
áp dụng thử nghiệm tại lò chợ mức +150 ÷ +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I Công ty than
Nam Mẫu - Vinacomin.....................................................................................92
4.2.1. Phương pháp, nội dung đánh giá các bộ giá khung thử nghiệm.................92
4.2.2. Kết quả đánh giá theo các tiêu chí kết cấu, khả năng chịu tải.....................92
Hình 4.2. Trạm đo áp lực...................................................................................93
94
Hình 4.3. Biểu đồ theo dõi áp lực mỏ tại khu vực 10 bộ giá khung.....................94
áp dụng thử nghiệm...........................................................................................94
Hình 4.4. Biểu đồ phân bố áp lực mỏ tại lò chợ mức +150 +180 vỉa 5 T.IC ÷ T.I
Công ty than Nam Mẫu.....................................................................................95
4.3. Tính toán lựa chọn một số thông số hợp lý của giá khung thủy lực di động. .95
4.3.1. Phương pháp tính toán để xác định các thông số tối ưu.............................95
Hình 4.5. Sự phụ thuộc kích thước h0min vào tải trọng làm việc và.................102
vật liệu chế tạo mái trên..................................................................................102
Hình 4.11. Sự phụ thuộc kích thước rpt vào tải trọng làm việc và.....................114
vật liệu chế tạo cột chống................................................................................114
CODE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TỐI ƯU THÔNG SỐ MÁI TRÊN VÀ
CỘT CHỐNG, SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C...............................114
//-----------------CHUONG TRINH TINH TOAN COT CHONG----------------- 123
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4...............................................................................130
KẾT LUẬN....................................................................................................130
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ.............132
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................133
PHỤ LỤC.......................................................................................................136
PHỤ LỤC 1:...................................................................................................136
PHỤ LỤC 2:...................................................................................................139

1

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.


2

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 250 vùng Quảng Ninh”.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Mục đích nghiên cứu của luận án là đưa ra được phương pháp tính
toán, thiết kế, lựa chọn một số thông số hợp lý như kích thước, kết cấu, vật
liệu, độ ổn định của giá khung thủy lực, tạo cơ sở khoa học cho việc tính toán,
lựa chọn, áp dụng giá khung thủy lực di động 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 nghiên cứu của đề tài là giá khung thủy lực di động dùng
trong khai thác than hầm lò có góc dốc đến 250 vùng Quảng Ninh.
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,…, bước đầu
được đánh giá tương đối phù hợp với điều kiện kỹ thuật khai thác than mỏ
hầm lò.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu lựa chọn tính hợp lý về kết cấu, trọng
lượng mái khung, chiều dày xylanh cột chống, độ ổn định giá khung ứng với


3

vật liệu chế tạo giá khung trong điều kiện góc dốc vỉa đến 25 0 với tiêu chí

thỏa mãn các điều kiện bền, ổn định.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Lý thuyết: Nghiên cứu tác động tương hỗ của đất đá mỏ với giá khung thủy
lực di động trong điều kiện mỏ hầm lò Việt Nam có góc dốc đến 250;
- Mô phỏng;
- Khảo nghiệm thực tiễn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học:
- Đề xuất ra được phương pháp tính toán mái trên, nhằm giảm thiểu khối
lượng mái đóng góp thêm phương pháp tính toán, kiểm tra mái trên của giá
khung thủy lực dùng trong hầm lò;
- Đề xuất phương pháp tính toán chiều dày thành xylanh theo lý thuyết ống
dày trên cơ sở làm việc thực tiễn của giá khung tại mỏ hầm lò vùng Quảng
Ninh có góc dốc đến 250. Kết quả nghiên cứu có thể tham khảo trong giảng
dạy, trong việc tính toán thiết kế xylanh của cột chống;
- Kết quả tính ổn định của giá khung làm đa dạng trong các bài toán tính toán,
các loại khung, dầm trong cơ khí.
- Xây dựng được thuật toán tối ưu hóa, kết hợp với ngôn ngữ lập trình C để
tối ưu hóa kích thước của mái trên và cột chống của giá khung sao cho khối
lượng là nhẹ nhất mà vẫn đủ bền.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn:
- Kết quả nghiên cứu cho phép tính toán, thiết kế mái trên của giá khung giúp
cho việc giảm khối lượng mái, góp phần giảm nhẹ sức lao động và giảm giá
thành sản phẩm;