- Trang Chủ
- Địa Lý
- 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
Xem mẫu
- 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: nguyenphihung@humg.edu.vn
TÓM TẮT
Đá phân lớp mỏng có ứng xử cơ học hoàn toàn khác so với đá không 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 tông 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 tông
phun cần phải có những tính toán 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 toán 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, mô phỏng, vì chống, lò dọc vỉa đá, ứng suất.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ nhiều loại vì chống khác nhau để tương hỗ nâng
Khai thác than hầm lò tiềm ẩn nhiều nguy cơ cao hiệu quả chống giữ [6]. Khi sử dụng các vì neo
mất an toàn, vì thế ưu tiên lớn nhất là sử dụng để chống giữ các đường lò cũng vậy, các thanh neo
đúng thiết bị và vật liệu phù hợp với từng hạng mục ngắn có tác dụng liên kết các lớp đá gần nhau ở
trong quá trình khai thác [5]. Để cải thiện mức độ khu vực vách, các thanh neo dài có khả năng ghim
an toàn cho các đường lò, người ta đã sử dụng các lớp đất đá vách với khu vực đất đá ổn định ở
các phương pháp chống giữ đường lò bằng neo là cao hơn [2]. Khi chiều cao lớn, các thanh neo thép
phương pháp phổ biến nằm trong hệ thống hỗ trợ đặc sẽ chịu tác động của ứng suất kéo theo nhiều
khả năng tự chống đỡ của vách hông lò. Quá trình phương khác nhau dẫn đến xảy ra hiện tượng vặn
xác định tải trọng đất đá và sự phân bố của địa tầng thanh neo dẫn đến đứt neo, để khắc phục nhược
là một công việc quan trọng trong việc xác định loại điểm này người ta sử dụng neo cáp như một giải
hình chống giữ, khoảng cách, chiều dài của các pháp hỗ trợ kết nối ghim các lớp đất đá phân lớp
thanh neo [4]. Đối với đá phân lớp mỏng, đã thấy với phần đất đá cững vững hơn ở phía trên. Neo
hiện tượng hiện tượng tụt neo và phá hủy cục bộ, cáp là tập hợp của nhiều sợi cáp tổ hợp thành một
gây nguy cơ mất an toàn. Vì vậy cần phải nghiên bó có ưu điểm là linh hoạt, chống vặn xoắn dẫn đến
cứu tính toán và cách bố trí kết cấu neo phù hợp đứt neo. [8]
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Khi đào lò chống bằng neo qua khối đá có tính
2.1. Nguyên nhân tụt neo khi chống giữ đường lò có đất phân lớp, sự liên kết giữa các lớp đất đá bị suy
đá phân lớp mỏng yếu dẫn đến hiện tượng tụt neo, phá hủy cục bộ.
Trong một số trường hợp cụ thể, phụ thuộc vào Nguyên nhân là lực ma sát giữa các bề mặt lớp đá
đặc điểm tính chất của địa tầng, thế nằm của đất bị suy giảm, độ võng của các phân lớp cũng tăng
đá điều kiện khai thác cũng như chức năng chủ dần làm cho khả năng tự chịu tải của các lớp đá
yếu của đường lò… cần thiết phải tăng cường khả cũng giảm theo. Ứng suất kéo xuất hiện ở lớp đá
năng chịu tải của các vì chống bằng cách phối hợp sát biên và ứng suất cắt ở hai bên hông ngày càng
22 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
- NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KHAI THÁC MỎ
gia tăng. Khi chịu tác động của nổ mìn nhiều đợt tại phân lớp, phân lớp càng dày thì nứt nẻ càng thưa.
gương lò càng làm cho hiện tượng tách lớp phát Đường lò thiết kế đào chống trong lớp đá cát kết
triển mãnh liệt hơn, khoảng cách giữa các phân lớp trụ vỉa 9B Đông cánh Bắc mức -80 do ảnh hưởng
đất đá bị mở rộng và tiến sâu vào trong khối đá của các đứt gẫy nhỏ, mật độ khe nứt tăng dẫn đến
càng làm gia tăng tải trọng tác dụng lên các lớp đá đá bị phong hoá nhẹ, phong hóa mạnh có nước dột
phía dưới đã được gia cố bằng neo, hiện tượng rải rác làm giảm độ liên kết của các lớp đá, đôi chỗ
này bổ sung thêm một lượng ứng suất kéo cho lớp có xen kẹp lớp bột kết, sét kết phân lớp mỏng liên
đá sát nóc và ứng suất cắt ở hai đầu của dầm. Khi kết kém, gẫy theo khối [1]. Ứng suất kéo xuất hiện
hiện tượng tách lớp tiếp tục gia tăng, giá trị ứng ở lớp đá sát biên và ứng suất cắt ở hai bên hông
suất cắt và ứng suất uốn kéo gia tăng vượt quá ngày càng gia tăng. Khi chịu tác động của nổ mìn
giới hạn ứng suất cắt và uốn cắt của đá sẽ làm nhiều đợt tại gương lò càng làm cho hiện tượng
đường lò bị mất ổn định. Trường hợp này thường tách lớp phát triển mãnh liệt hơn, lớp đất đá bị phân
xảy ra khi đường lò chịu tác động của quá trình khai lớp mở rộng và tiến sâu vào trong khối đá càng làm
thác. Vì vậy cần có giải pháp tính toán và bố trí phù gia tăng tải trọng tác dụng lên các lớp đá phía dưới
hợp kết cấu chống bằng neo để nâng cao hiệu quả đã được gia cố bằng neo. Khi hiện tượng tách lớp
chống giữ đường lò. tiếp tục gia tăng, giá trị ứng suất cắt và ứng suất
uốn kéo gia tăng vượt quá giới hạn ứng suất cắt
2.2. Đặc điểm đất đá và hiện tượng tách lớp
và uốn cắt của đá sẽ làm đường lò bị mất ổn định.
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 vuông 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 H.1. Hiện tượng tách lớp tại đường lò dọc vỉa vỉa 9B mức -80.
đối cao. Mức độ nứt nẻ phụ thuộc vào chiều dày
Bảng 1. Tính chất cơ lý đá lò dọc vỉa đá mức -80 vỉa 9B cánh Bắc
Độ ẩm Khối lượng thể tích Cường độ kháng kéo Cường độ kháng nén Hệ số kiên cố
TT Số hiệu Tên đá W γ σk σn f
(%) (g/cm ) 3
(kG/cm ) 2
(kG/cm )2
1 (1-1.1)1 2,68 89,2 1338 13
2 (1-1.1)2 Bột kết 0,401 2,67 75,8 1136 11
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 Sét kết kẹp than 2,42 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 Cát kết 0,416 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 Cát kết 0,401 2,54 110,9 1752 18
12 (1-3)3 2,56 95,3 1505 15
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
TT Số hiệu Tên đá W γ σk σn f
(%) (g/cm ) 3
(kG/cm ) 2
(kG/cm ) 2
13 (1-4.2)1 2,63 52 821 8
14 (1-4.2)2 Bột kết 0,689 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 Cát kết 3,915 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 Cát kết 0,258 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 Sét kết 1,668 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 Sét kết 2,341 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
Cát kết 1,018
29 (1-9)2 2,47 83 1312 13
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 lò chống bằng vì neo chất dẻo cốt thép,
kết hợp trải lưới thép và bê tông phun. Hộ chiếu chống lò 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 lò dọc vỉa đá vỉa 9B mức -80.
24 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
- NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KHAI THÁC MỎ
Để đánh giá hiệu quả chống giữ đang áp dụng mô hình thiết lập các thông số theo thực tế thiết
tại đường lò, tác giả sử dụng phần mềm Flacd 3D kế với đường lò tiết diện hình móng ngựa có kích
để phân tích kiểm tra lại khả năng chống giữ của thước chiều rộng là 4,02m, chiều cao là 3,01m.
đường lò theo hộ chiếu thi công đã thiết lập thông Kết quả chạy phần mềm thể hiện trong hình H.3 và
qua kiểm tra quy luật phân bố ứng suất, biến dạng hình H.4.
và vùng phá hủy dẻo xung quanh đường lò. Trên
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 lò
CÔNG 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 (3)
nguyên lý tổ hợp xà (tạo dầm) λ - hệ số đẩy ngang, λ = 0,5; σz - ứng suất theo
-Xác định độ cao sập đổ: phương thẳng đứng, g/cm2; γ - trọng lượng thể tích
Xác định chiều cao vòm phá hủy của đá nóc sử của đất đá nằm phía trên, g/cm3; H - chiều sâu bố
dụng công thức của A.A. Borisov như sau: [3] trí công trình ngầm tính từ mặt đất, cm.
Tổng chiều dài của thanh neo là:
(1)
(4)
Trong đó: H - chiều cao sập đổ, cm; B - chiều Trong đó: L1 - chiều dài đuôi neo, phần ren để
rộng đường lò = 3,4 cm; σk - cường độ kháng nén lắp đai ốc lực, tấm đệm, thanh giằng, L1 = 0,15 m =
của đất đá ở lớp đá nóc hình thành sập đổ dạng 15 cm; L3 - chiều dài phần khóa neo, L3 = 0,4 m =
hình thang = 1752 kG/cm2; δ - góc nền của vùng 40 cm; Thay số vào ta được: Ln = 155,9 cm.
sập đổ hình thang, tùy theo tính chất và độ dày Để đảm bảo neo có thể ghim được tối thiểu 3
của lớp đá mà có khác biệt, thường chọn δ = 600 lớp đất đá, ta chọn chiều dài của neo là 1,6m.
÷ 800; hk - độ dày của của lớp đá nóc sập đổ hình - Xác định mật độ chống neo:
thành dạng hình thang, hk =1,5 m = 150 cm; γk - Khoảng cách giữa các thanh neo được tính
khối lượng thể tích của lớp đá nóc sập đổ hình theo công thức:
thành dạng hình thang, γk =2,54 kg/cm3; n - hệ số
an toàn kể đến khả năng chịu tải của đất đá, chọn (5)
n = 2 ÷ 4; ξ - hệ số từ biến nén ép của đá, có thể
chọn ξ = 0,5 ÷ 0,7.
Trong đó: d - đường kính thanh neo, d = 2,2
-Xác định chiều dài thanh neo:
cm; τ - cường độ kháng cắt của thanh cốt neo, τ =
Chiều dài phần neo ghim giữ lớp đất đá được
266 MPa = 2660 kG/cm2; K2 - hệ số an toàn kháng
xác định theo công thức sau [3]:
cắt của nóc, thường chọn K2 = 3 ÷ 6; Thay số vào
ta được: a ≤ 93,16 cm → chọn a = 90 cm = 0,9 m.
(2) Với C = 8,4 m là chu vi của gương lò đào thì số
lượng neo cho 01 vòng neo theo tính toán là
Trong đó: K1 - , K1 = 4; q - Ứng suất thành phần;
η – Hệ số điều chỉnh ứng suất; σt - Ứng suất theo (6)
phương ngang;
σh - ứng suất theo phương thẳng đứng, được Để đảm bảo an toàn, kỹ thuật đường lò chống
xác định theo công thức: neo nên ta chọn b1= 10 thanh neo/vòng neo.
a. Trắc dọc hộ chiếu chống 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 khi bổ sung thêm một thanh neo cáp ứng suất gia
Từ hình H.3 có thể thấy phạm vi vùng phá hủy cường tăng lên là 0.4MPa, vùng đất đá tại vị trí đầu
dẻo ở nóc và hai bên hông lò, vùng phá hủy dẻo ở của 3 thanh neo ở giữa nóc lò đã chuyển từ trạng
nền không nhiều, vùng phá hủy dẻo đất đá xung thái ứng suất kéo sang ứng suất nén, thanh neo
quanh ở dạng gần đối xứng. Tuy nhiên có xu hướng giữ ổn định để gia cường cho khối đá.
bị kéo giãn về phía trái của nóc và phía phải của Đặc điểm đất đá chủ yếu là bột kết, sét kết có
hông, phần khối đá ở phần sát biên xung quanh lò độ cứng f =6-8 (có chỗ f =8-10), đất đá được xếp
vừa chịu phá hủy kéo vừa chịu phá hủy cắt, độ sâu loại tương đối cứng, nên sự biến dạng nguyên sinh
phá hủy là 0,5m, phần khối đá ở sâu chủ yếu chịu xung quanh đường lò không lớn. Khi bổ sung thêm
phá hủy cắt thanh neo cáp có chiều dài 4m vùng đất đá được
Từ hình H.4 cho thấy phạm vi nhiễu động của ghim cùng với các lớp đất đá ổn định hơn ở phía
đường lò, phạm vi tập trung ứng suất tại nền lò trên. Mặt khác vùng chịu tải của các thanh neo đã
tương đối lớn, nhưng do nền lò là đá cứng nên biến được nâng lên rất nhiều (vùng màu xanh hình 6).
Đất đá chủ yếu bị phân tách lớp, neo làm việc theo
dạng nền lò tương đối nhỏ, nên không ảnh hưởng
nguyên lý tạo dầm. Vì vậy, giải pháp chống giữ phối
nhiều trong suốt thời gian khai thác. Nóc lò do bị
hợp giữa neo và neo cáp là hợp lý.
phân lớp, với chiều dày lớp đá mỏng nên xuất hiện
sự tập trung ứng suất nằm ngang ở phân lớp. Do 4. KẾT LUẬN
tác động của quá trình khai thác, vùng phá hủy ở Hiện trạng thiết kế chống neo lò dọc vỉa đá mức
nóc đường lò sẽ phát triển rộng ra. Các lớp đất đá -80, vỉa 9B cánh Bắc của mỏ than Mạo Khê do đất
ở phía trên của dầm đá được gia cường bằng neo đá có hiện tưởng tách lớp thành những lớp mỏng,
sẽ xuất hiện hiện tượng tách lớp, nếu chỉ chống làm suy yếu đường lò, giảm hiệu quả chống giữ
bằng neo L=1,35m thì khối đá được gia cường sẽ của các thanh neo. Kết quả kiểm tra trên mô hình
dần bị uốn võng, cho đến khi giá trị ứng suất xuất Flacd 3D cho thấy chiều dài thanh neo L=1,35m
hiện vượt qua giới hạn bền cắt và uốn, sẽ gây ra trong trường hợp này sẽ không phát huy hiệu quả
hiện tượng phá hủy và sập đổ. Kết quả phân tích chống giữ tối đa.
trên mô hình cho thấy, hộ chiếu chống được thiết Khi xác định lại chiều dài các thanh neo theo
lập đã chưa tính toán hết sự ảnh hưởng của các nguyên lý dầm đã cho thấy: chiều dài các thanh
lớp đá bị phân lớp, nên vẫn tiềm ẩn nguy cơ các neo cơ sở phải tăng từ 1,35 m lên 1,6m và bố trí
lớp đá bị phân tách làm vô hiệu hóa năng lực chống thêm thanh neo cáp có chiều dài L = 4m sẽ chuyển
giữ của các thanh neo. Do đó, cần xác định lại các trạng thái ứng suất kéo sang ứng suất nén tốt hơn,
thông số hộ chiếu chống lò. khi đó áp lực mỏ được triệt tiêu bớt do truyền tải
Từ hình H.6a cho thấy, khi chống giữ bằng thanh qua các lớp đá khác nhau; Việc lựa chọn giải pháp
neo L = 1,6m, ứng suất gia cường là 0.2Mpa, áp nâng cao hiệu quả chống giữ là chống phối hợp
lực ở trạng thái ứng suất kéo, độ bền của các thanh neo có chiều dài L=1,6m kết hợp với neo cáp có L
neo không cao, nên khả năng chống giữ trong thời =4m là phù hợp với điều kiện khai thác trong khu
gian dài sẽ bị ảnh hưởng. Từ hình H.6b cho thấy, 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 lò than khu vực khai thác lò chợ
tại một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ Công Thương năm
2018 do Viện KHCN Mỏ-Vinacomin chủ trì thực hiện;
3. Đào Viết Đoàn, Kết cấu neo chống giữ công 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 công 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 Công nghệ Giao thông vận tải
Email:dotuoc@gmail.com
TÓM 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 công nghệ
khai thác mỏ lộ thiên. Hiện nay, đa phần các mỏ than lộ
thiên thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt
Nam (TKV) đang sử dụng hình thức vận tải ô tô 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 ô tô 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
H.1. Tỉ trọng chi phí vận tải
đá) (hình H.1) [1]. Chính vì vậy các giải pháp nhằm giảm chi
trong cơ cấu giá thành bóc 1 m3 đất đá
phí vận tải, trong đó có nâng cao chất lượng đường có vai
trò hết sức quan trọng.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU nguyên khai do các loại ô tô có tải trọng từ 20÷130
2.1. Hiện trạng công tác vận tải tại các mỏ Tấn đảm nhận, bao gồm các loại: Belaz 75131 (130
than lộ thiên vùng Quảng Ninh Tấn); CAT 777D (96 Tấn); HD785-7 (91 Tấn); CAT
Hiện nay, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 773E; F, HD465-7R (55÷58 Tấn); HM400; Volvo
đang sử dụng hệ thống khai thác xuống sâu, dọc (32÷42 Tấn); Scania, HOWO (20÷27 Tấn).
- Số lượng xe: số lượng xe ô tô tại 03 mỏ lộ thiên
một hoặc hai bờ công tác, đất đá đổ bãi thải ngoài
lớn vùng Cẩm Phả khoảng 440 chiếc, trong đó, mỏ
hoặc bãi thải trong. Công tác vận tải đất đá và than
CÔNG 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 Số lượng
Đơn vị
Mỏ Cao Sơn Mỏ Cọc Sáu Mỏ Đèo Nai
1 Ô tô CAT 777D (96 Tấn) chiếc 4 10
2 Ô tô HD 785-5; 7 (91 Tấn) “ 14 36 20
3 Ô tô Benlaz 75581 (90 Tấn) 2
4 Ô tô CAT 773E & F (58 Tấn) “ 45 5 42
5 Ô tô HD 465-5; 7; 7R (55-58 Tấn) “ 67 61 27
6 Ô tô HD 325-6;7&7R (36 Tấn) “ 10
7 Ô tô 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 165 165 109
Cao Sơn có 165 chiếc, mỏ Cọc Sáu có 165 chiếc 2.2.1. Hiện trạng thông số tuyến đường
và mỏ Đèo Nai có 109 chiếc (Bảng 1). Các loại ô tô - Hệ thống các tuyến đường trong mỏ lộ thiên
tải trọng 90÷96 tấn có 86 chiếc, chiếm 17,12% tổng bao gồm các loại: đường trong khai trường, đường
số lượng thiết bị vận tải, ô tô tải trọng 50÷58 tấn là ngoài khai trường và đường trên bãi thải.
247 chiếc, chiếm 61,64 %, còn lại là các loại ô tô có + Đường trong khai trường gồm có các tuyến
tải trọng 31÷40 tấn (hình H.2). Như vậy, tại các mỏ đường tạm thời và đường bán cố định;
lộ thiên vùng Cẩm Phả các loại ô tô có tải trọng từ + Đường ngoài khai trường gồm: các tuyến
50÷96 tấn chiếm tỉ trọng trên 78%. Số lượng xe có đường từ khai trường đến bãi thải và mặt bằng
tải trọng lớn (trên 90 tấn) có xu thế gia tăng khi các sân công nghiệp. Các tuyến đường này chủ yếu là
mỏ khai thác xuống sâu. đường cố định, một số tuyến là bán cố định.
- Chất lượng xe: do được đầu tư tại các thời + Đường trên bãi thải là các tuyến đường tạm
điểm khác nhau, nên chất lượng xe không đồng thời được hình thành trong quá trình đổ thải của mỏ.
nhất, chủ yếu là các xe loại B và loại C (chiếm Các tuyến đường trong khai trường, đường
khoảng 75÷80% tổng số thiết bị vận tải). từ khai trường ra bãi thải và đường trên bãi thải
thường xuyên có các xe vận chuyển đất đá tải trọng
2.2. Hiện trạng thông số và chất lượng các
lớn 55÷96 Tấn di chuyển. Đây là các tuyến đường
tuyến đường vận tải
chủ lực của các mỏ (hình H.3).
30 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
- NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KHAI THÁC MỎ
b)
a)
c) d)
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 Tên mỏ Thông số Đơn vị Các tuyến đường Đường từ khai trường Tuyến đường
trong khai trường ra bãi thải trên các bãi thải
Tổng chiều dài km 6,4 4,2 3,2
Chiều rộng m 15÷20 15÷20 25÷30
1 Đèo Nai
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
2 Cao Sơn
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
3 Cọc Sáu
Bán kính cong m 12÷20 15-20 30
Độ dốc dọc % 7÷12 2÷7 5÷7
CÔNG 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 - Chất lượng mặt đường: Mặc dù vật liệu rải lớp
độ dốc dọc từ 6÷10%, tuy nhiên cục bộ có đoạn lên áo đường đã được xúc lọc để loại thành phần cỡ
đến 12÷15%, vượt từ 30÷60% so với tiêu chuẩn hạt lớn, tuy nhiên cỡ hạt không đồng đều nên chất
thiết kế (TCVN 5326:2008). lượng mặt đường thường xuyên bị xuống cấp khi
- Chiều rộng các tuyến đường trung bình từ xảy ra bị mưa, cục bộ nhiều vị trí xảy ra hiện tượng
15÷20 m. Theo TCVN 5326:2008, đối với thiết bị lầy lội, lồi lõm và trơn trượt (hình H.4). Đặc biệt sau
vận tải 90÷100 Tấn, chiều rộng phần xe chạy là 17 các trận mưa lớn, các thành phần bột và cỡ hạt nhỏ
m (chưa tính phần lề và đai an toàn), theo đó, hiện của lớp cấp phối bị rửa trôi làm lộ ra các cục đá lớn,
chỉ một đoạn, chiều rộng đường chưa đáp ứng tốt gồ ghề, gây khó khăn cho công tác vận tải và hư
cho xe ô tô có tải trọng ≥ 90 tấn lưu thông. hỏng lốp xe.
Để khắc phục các hiện tượng hư hỏng tuyến
2.2.2. Hiện trạng chất lượng mặt đường
đường như đã nêu ở trên, các mỏ đã thực hiện
- Công tác thi công đường mỏ: Nền đường được
công tác sửa chữa, duy tu bằng cách đổ bù đá sau
hình thành trong quá trình bóc đất đá (cắt tầng) và
nổ mìn có cỡ hạt nhỏ và gạt phẳng, sau đó dùng
đổ đất đá thải. Vật liệu rải lớp áo đường được lấy
chính ô tô chở đá của mỏ để lu lèn (hình H.5). Giải
từ thành phần cỡ hạt nhỏ của các đống đá nổ mìn
pháp duy tu, sửa chữa này chỉ khắc phục tạm thời
trong mỏ. Công tác thi công lớp áo đường được
trong thời gian ngắn, khi có các trận mưa thường
thực hiện bằng ô tô kết hợp với máy gạt theo trình
sẽ tiếp tục bị rửa trôi ngay và lầy lội.
tự sau: (i) Đất đá được ô tô đổ thành các đống trên
- Bán kính cong tối thiểu trung bình từ 12÷20
tuyến đường; (ii) Sử dụng máy gạt san đều thành
m. Theo TCVN 5326:2008, đối với xe có tải trọng
lớp có chiều dày từ 20÷50 cm; (iii) Lu lèn, đầm nén
>90 tấn, đường tạm thời có bán kính cong tối thiểu
bằng ô tô hiện có của mỏ.
17÷20 m. Như vậy, theo Bảng 2 thì chỉ một số tuyến
a) 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 KHAI THÁC MỎ
H.6. Tỉ trọng các loại chi phí trong giá thành vận tải 1 m3 đất đá 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 mỡ (10,89%), bình điện (0,47%). Chi tiết được thể
có tải trọng lớn hoạt động. hiện qua hình H.7 [1].
2.3. Quan hệ giữa chi phí vận tải với chất 2.4. Các yếu tố chính ảnh hưởng chất lượng
lượng mặt đường mặt đường
Giá thành vận tải được cấu thành từ các loại
2.4.1. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến thời gian
chi phí: nhiên liệu (37,85%), vật liệu (39,83%),
vận chuyển và lượng tiêu thụ nhiên liệu
khấu hao (18,17%), tiền lương (2,67%), bảo hiểm
Sức cản lăn tăng là nguyên nhân chủ yếu khiến
(0,39%), chi khác (1,10%). Như vậy, chi phí nhiên
cho chi phí nhiên liệu tăng. Như trong hình H.8, tại
liệu và chi phí vật liệu chiếm trên 70% (hình 6). Mức
vận tốc xe di chuyển là 15 km/h, khi sức cản lăn
tiêu hao nhiên liệu, vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào
tăng từ 5% lên 10% thì chỉ số tiêu thụ nhiên liệu
cung độ và chiều cao nâng tải, thông số hình học
tăng từ 0,23 lít/h.Tấn lên 0,48 lít/h.Tấn, tương ứng
tuyến đường, chất lượng mặt đường. Hiện nay,
với 108% [2, 3].
mức tiêu hao nhiên liệu đối với xe ô tô có tải trọng
Bên cạnh đó, sức cản lăn ảnh hưởng trực tiếp
55÷96 tấn từ 110÷150 lít/T.km, tiêu hao săm lốp
đến thời gian vận chuyển, đối với đường dốc 10%,
trung bình 3000÷3350 giờ/bộ, được đánh giá là cao
thời gian tăng thêm 12%, đối với đường bằng thời
so với các mỏ lộ thiên trên thế giới (tiêu hao nhiên
gian tăng thêm 33% (Hình H.9) [2, 3].
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 2.4.2 Ảnh hưởng của sức cản lăn tới vận tốc xe
sau: Săm lốp (69,37%), sửa chữa (19,27%), dầu
H.8. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến lượng nhiên liệu tiêu thụ H.9. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến thời gian vận chuyển
CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 33
- KHAI THÁC MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI
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]. 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 đường được cho là phù hợp khi tổng chi phí vận tải
lốp xe và chi phí duy tu, bảo dưỡng đường nhỏ nhất (hình
Xem xét biểu đồ mối quan hệ giữa số lốp xe thay H.12). Căn cứ vào kết quả phân tích ảnh hưởng
thế sau 1000 km di chuyển và sức cản lăn (Hình của chất lượng mặt đường tới hiệu quả công tác
H.11), nhận thấy khi sức cản lăn 2% tương ứng với vận tải và kinh nghiệm sử dụng công nghệ cào bóc
chỉ RDS =12,5 tăng lên 4% tương ứng với RDS = tái chế tại chỗ trên thế giới cho thấy: đối với các
87,5 thì số lốp xe thay thế sau 1000 km di chuyển đường mỏ vận tải của các mỏ than lộ thiên, chất
cũng tăng lên từ 0,125 lên 0,225 tức là tăng 80% lượng mặt đường hợp lý tương ứng với sức cản
[2, 3]. lăn bằng 2% [2, 3].
H.11. Ảnh hưởng của sức cản lăn đến số lốp xe phải thay H.12. Sơ đồ nguyên lý xác định chất lượng mặt đường
sau 1000 km thông qua chỉ tiêu sức cản lăn
2.5. Các giải pháp nâng cao chất lượng mặt 2.5.2. Các giải pháp công nghệ
đường vận tải Mặt đường là bộ phận trực tiếp chịu ảnh hưởng
của xe tải trọng nặng, của các tác động lý hóa gây
2.5.1. Cơ sở đề xuất chất lượng mặt đường vận tải
ra bởi các điều kiện thời tiết tư nhiên như mưa,
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy: chất lượng
nắng, độ ẩm,... Sự xuống cấp của mặt đường phụ
mặt đường càng tốt (sức cản lăn càng nhỏ) thì
thuộc rất nhiều vào các yếu tố trên và sẽ xuống cấp
năng suất ô tô càng cao, mức tiêu thụ nhiên liệu
nhanh chóng khi các yếu tố này gia tăng một cách
càng giảm. Tuy nhiên, chi phí xây dựng và duy tu
cực đoan: tải trọng của xe ô tô >100 tấn, số lượt
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 Cấp phối đất đá dăm gia cố xi măng và phụ gia
polime, E = [1400÷3000] MPa, chiều dày 20÷25 cm.
Mặt đường Đã ổn định về cường độ
hiện hữu
H.12. Kết cấu điển hình của áo đường cố định và bán cố định khi mặt đường hiện hữu bằng phẳng
xe/ngày đêm gia tăng, mùa mưa hay mùa nắng kéo do vậy sẽ tiến hành sửa chữa lớp mặt và lớp móng
dài hơn thường lệ,… Sự xuống cấp của mặt đường bằng công nghệ gia cố đất ở trên. Theo đó, phương
sẽ làm tăng nhanh chi phí vận tải tải trong các mỏ. án đưa ra sẽ là:
Để nâng cao chất lượng đường mỏ cần áp dụng a) Đối với mặt đường hiện hữu bằng phẳng
đồng bộ các giải pháp về thiết kế hình học tuyến Chỉ tồn tại các hư hỏng về đá to, vật liệu bong
đường, kết cấu áo đường, thiết kế chức năng và bật, lượn sóng mấp mô, không trồi lún và ổ gà, giải
xây dựng chế độ bảo trì phù hợp với các loại đường pháp kết cấu như sau:
tạm thời, bán cố định và cố định, cụ thể: - 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 Mô đun đàn hồi khi hoàn thiện E
1. Về độ dốc dọc = [150÷300] MPa với chiều dày từ 20÷25 cm.
Căn cứ kinhPhụ gia khửthiết
nghiệm bụi và
kế độ dốc dọc các - Trộn hỗn hợp vật liệu, bổ sung nước và phụ gia
tuyến đường vận hóa cứng
tải tạiđấtcác
bề mặt
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
than lộ thiên vùng QuảngLớp mặt Ninh, các tácCấp
giả đề
phốixuất
đất đácác
dăm loạigialucố
rung, lu hoàn
xi măng thiện.
và phụ gia polime trộn
lựa chọn độ dốc dọc như sau: lẫn với vật liệu cào- từ mặt đường hiện hữu,
Phun phụ gia chống bụi và E = [1400÷3000
hóa cứng đất phía
(i) Đối với Vậtcácliệu
tuyến đường hiện
mặt đường hiện hữuMPa]
có: MPa,
Cơ bản chiều dày 20÷25 cm.
trên mặt đường vừa hoàn thiện.
giữ nguyên theo hiện trạng 5÷7 cm
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
Lớp móng b) Đối với mặt đường hiện hữu không bằng
dốc dọc dưới 11%.
phẳng
(ii) Đối với các tuyến
+ đường mới xây
Nền tầng
dốc dọc trung bình 6÷8%, trên một quãng đường
Đãdựng: Độvề cường độ
ổn định Bị trồi lún, ổ gà, giải pháp kết cấu như sau:
- 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 Mô đun đàn hồi động khi hoàn 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 toán cho từng loại xe.
bằng thiết bị gia cố chuyên dụng WR2400 của hãng
2.5.2.2. Về giải pháp kết cấu Wirtgen – CHLB Đức.
1. Đối với đường cố định, bán cố định - San gạt tạo hình, lun lèn bằng lu chân cừu và
Đối với các loại đường này, nền đường ổn định, các loại lu rung, lu hoàn thiện.
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. KẾT CẤU 1
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 mô đun đàn
hồi E-LWD nhỏ hơn E-LWD của CPĐD1 (3 tháng
- Đọan đường tạm thời có tuổi thọ < 3 tháng
2.5.3. Vật liệu
Không tiến hành xử lý nền và giải pháp đề xuất
Lựa chọn vật liệu lớp mặt sao cho mặt đường
là trải một lớp cấp phối đá dăm đảm bảo yêu cầu kỹ
hạn chế được các loại hư hỏng điển hình ở trong
thuật có chiều dày là 25 cm.
đường mỏ như: đá to cắt lốp, bong bật vật liệu, mấp
Vật liệu: cấp phối đá dăm nghiền Dmax < 40 mô lượn sóng, sình lầy khi trời mưa và bụi khi trời
Lớp mặt nắng. Ngoài ra, để tránh các hư hỏng do mặt đường
Chiều dày: 25 cm
bị biến dạng như trồi lún, ổ gà do kết cấu áo đường
Vật liệu: đất tự nhiên không đủ khả năng chịu lực thì vật liệu lớp móng
Nền tầng CBR = 6÷8 % cũng như nền đất phải được lựa chọn sao cho đáp
ứng các yêu cầu kỹ thuât, cụ thể như sau [2, 3]:
H.14. Kết cấu điển hình của áo đường tạm thời có tuổi thọ < 3 tháng 1. Vật liệu lớp mặt
- Đoạn đường tạm thời có tuổi thọ >3 tháng - Chỉ số CBR ở độ chặt 98%, cối cải tiến ≥ 80.
+ Xử lý các đoạn nền đất yếu: Đào thay thế bằng - Đường kính cỡ hạt lớn nhất, Dmax < 40 mm.
Cấp phối đá dăm tiêu chuẩn. - Cỡ sàng P4,25 < 20%. Đối với nơi chịu tác
Cải tạo lớp mặt đường bằng giải pháp gia cố động nguồn ẩm nhiều: 5% < P4,25 < 10%.
có sử dụng 7% xi măng và phụ gia tăng cường độ, - Thành phần hạt đảm bảo theo yêu cầu kỹ thuật
chiều dày lớp mặt đường 25 cm. Vật liệu làm lớp quy định tại hình H.16 dưới đây:
mặt đường được lấy từ hỗn hợp đất đá, cách vị trí - Hệ số co ngót: Sp nằm trong khoảng 95÷130;
thử nghiệm từ 3÷3,5 km. - Hệ số cấp phối: Gc nằm trong khoảng 25÷32;
+ Tưới phụ gia khử bụi trên mặt đường. - Chỉ số dẻo PI = 4÷8;
- Giới hạn chảy LL = 17÷24;
36 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
- NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KHAI THÁC MỎ
- Giới hạn dẻo PL = 12÷17; các tính chất cơ lý của mẫu vật liệu tái chế như
- Cỡ sàng P075/P424 = 0,4÷0,6. 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 toán 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
H.16. Cấp phối hạt phù hợp làm mặt đường vận tải giảm 4.492 đ/m3 so với hiện tại [1].
2. Nền tầng
4. KẾT LUẬN
- Cường độ chịu nén > 100 MPa;
- Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa, lượng lợt Những năm tới, các mỏ than lộ thiên vùng
sàng 2 mm < 20%; Quảng Ninh tiếp tục khai thác xuống sâu, khối
- Hạt mềm yếu phong hóa < 1%; lượng vận tải đất đá hàng năm từ 30,0÷55,0 triệu
- Hệ số mài mòn Los Angeles < 30%; m3 và 1,0÷4,5 triệu tấn than nguyên khai, chiều
- Khối lượng thể tích ≥ 2,0 tấn/m3; cao nâng tải 450÷600 m. Trong khi đó, giá thành
- Kích thước hạt lớn nhất Dmax bằng 2/3 chiều dầy nguyên nhiên liệu (xăng dầu, điện năng) có xu thế
mỗi lớp của mỗi lần đầm lèn, bằng 200÷300 mm. leo thang. Do đó, cần xem xét nghiên cứu giải pháp
Kết quả phân tích mẫu đá thải tại mỏ Đèo Nai, công nghệ nâng cao chất lượng mặt đường vận
Cọc Sáu, Cao Sơn hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu tải như đã nghiên cứu ở trên. Trên cơ sở đó, xây
để trở thành cốt liệu làm đường cho các xe có tải dựng qui trình thiết kế, thi công, bảo trì phù hợp
trọng 100÷130 tấn. Cường độ kháng nén của đá ở nhằm góp phần tăng năng suất vận tải, giảm giá
trạng thái khô từ 111,8÷123,8 MPa, nhỏ hơn phạm thành công đoạn vận tải, giảm thiểu nguy cơ mất
vi làm việc của máy nghiền. Do đó, công nghệ trên an toàn chữa, giảm nguy cơ mất an toàn, ô nhiễm
hoàn toàn có thể áp dụng tại các mỏ than lộ thiên môi trường cho công tác vận tải bằng ô tô trên các
vùng Quảng Ninh [1]. mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh nói riêng và các
Kết quả thí nghiệm mẫu vật liệu tái chế cho thấy: 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 semi-
fixed 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 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
nguon tai.lieu . vn
