Ngày 29/8/2023, Hội đồng Khoa học Viện KHCN Mỏ đã tổ chức Hội nghị nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu áp dụng dầm thép kết hợp cáp dự ứng lực trong chống giữ ngã ba đường lò tại các mỏ than hầm lò thuộc TKV”. Đây là đề tài thuộc Chương trình cơ giới hóa (CGH) và hiện đại hóa các công đoạn sản xuất và đồng bộ hóa quá trình khai thác, sàng tuyển, chế biến than, sản xuất điện của Tập đoàn TKV, do TS Dương Đức Hải làm chủ nhiệm.
TS. Dương Đức Hải trình bày báo cáo tại Hội nghị
Ngã ba lò chuẩn bị là điểm giao nhau giữa các đường lò xuyên vỉa/thượng thông gió – vận tải chính với các đường lò dọc vỉa rẽ nhánh chuẩn bị cho lò chợ khai thác. Đây là một trong những vị trí xung yếu nhất trong hệ thống đường lò mỏ, do không gian chống giữ rộng nên áp lực mỏ tác động lên khu vực này lớn hơn các đường lò thông thường từ 2,0 đến 3,0 lần. Hàng năm, số lượng ngã ba đường lò chuẩn bị thi công tại các mỏ than hầm lò của TKV là tương đối lớn, khoảng từ 20 ¸ 30 ngã ba/mỏ, với chiều dài trung bình từ 6 ¸ 10 m/ngã ba. Việc chống giữ ngã ba đường lò chủ yếu dựa trên kinh nghiệm sử dụng vì chống thép lòng máng SVP hoặc dầm thép hình I. So với vì thép SVP, việc thi công chống giữ ngã ba bằng dầm thép I đơn giản hơn, không gian đi lại rộng rãi, chi phí vật liệu ít hơn. Tuy nhiên, dầm thép I là dạng vì chống cứng, khả năng chịu biến dạng thấp, để nâng cao khả năng mang tải phải lựa chọn dầm thép có tiết diện và trọng lượng lớn hơn, điều này làm tăng khối lượng, thời gian và chi phí thi công. Do đó, dầm thép I hiện chỉ được áp dụng trong chống giữ các ngã ba đường lò có phạm vi chống giữ nhỏ (£6m) và áp lực mỏ ổn định.
Để nâng cao hiệu quả và phạm vi chống giữ ngã ba bằng dầm thép, tại các mỏ than hầm lò của Trung Quốc, Nga, Ba Lan người ta đã nghiên cứu và áp dụng nhiều giải pháp khác nhau như sử dụng kết hợp với các vì neo CDCT và neo cáp gia cố nóc và hông đường lò hay gia công chế tạo khung dầm thép chịu lực, có cơ cấu liên kết với các vì chống thép dạng bán vòm. Tuy nhiên, các giải pháp nói trên còn tồn tại nhược điểm: việc gia công chế tạo, thi công lắp đặt kết cấu chống giữ hỗn hợp tương đối phức tạp và chi phí tốn kém.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kết cấu dầm thép kết hợp cáp dự ứng lực đã và đang được áp dụng rộng rãi và thành công trong các công trình giao thông, xây dựng. Bản chất của giải pháp này là tạo nên trong kết cấu ứng suất ngược dấu với ứng suất do tải trọng gây ra, nhờ đó mà có thể nâng cao khả năng chịu tải của dầm, giúp cho các dầm có thể làm việc ở các nhịp xa hơn trong khi chỉ cần sử dụng lượng thép ít hơn so với thông thường.
Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến vấn đề lựa chọn kết cấu trong chống giữ đường lò đơn lẻ trong đá, than. Tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu chuyên sâu về chống giữ ngã ba đường lò chuẩn bị cũng như giải pháp chống giữ sử dụng dầm thép kết hợp cáp dự ứng lực. Trong khi đó, khối lượng, số lượng ngã ba lò chuẩn bị được thi công phục vụ sản xuất tại các mỏ hầm lò của TKV là tương đối lớn. Với điều kiện khai thác ngày càng xuống sâu, áp lực mỏ gia tăng đặt ra yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu áp dụng kết cấu chống giữ ngã ba mới nhằm giảm giá thành đào chống lò, giảm khối lượng vận chuyển vật tư và sức lao động.
Xuất phát từ thực tế trên, Tập đoàn TKV đã giao cho Viện KHCN Mỏ thực hiện đề tài “Nghiên cứu áp dụng dầm thép kết hợp cáp dự ứng lực trong chống giữ ngã ba đường lò tại các mỏ than hầm lò thuộc TKV”.
Trên cơ sở tìm hiểu, học hỏi kinh nghiệm của các nước trên thế giới và thực tế áp dụng tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, nhóm thực hiện đã đề xuất các dạng hộ chiếu chống giữ ngã ba bằng dầm thép kết hợp cáp dự ứng lực phù hợp với điều kiện địa chất kỹ thuật mỏ than hầm lò thuộc TKV. Để có cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế xây dựng giải pháp, nhóm thực hiện đã tiến hành nghiên cứu khả năng chịu tải của dầm thép sử dụng cáp dự ứng lực bằng phương pháp giải tích, trên mô hình số ANSYS, FLAC3D và phòng thí nghiệm. Qua các kết quả thử tải trên các mẫu dầm thép được gia công chế tạo đúng với kích thước thực tế cho thấy, việc áp dụng công nghệ dự ứng lực cho phép tạo ra các kết cấu thép dự ứng suất có khả năng chịu lực vượt trội so với kết cấu ban đầu.
Gia công chế tạo dầm thép
Để triển khai các kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tế sản xuất, Viện KHCN Mỏ đã phối hợp với Công ty than Nam Mẫu gia công chế tạo dầm thép I400 sử dụng cáp dự ứng lực và đưa vào chống giữ tại ngã ba giữa lò thượng thông gió phía trước lò chợ I-7T-34 và lò xuyên vỉa mức -50 I.A. Kết quả áp dụng bước đầu đã khẳng định những ưu điểm của công nghệ dự ứng lực như nâng cao khả năng chống giữ của dầm thép, đảm bảo độ ổn định của ngã ba trong khi không làm gia tăng trọng lượng của kết cấu và chi phí gia công chế tạo; dầm thép làm việc ổn định, không bị cong vênh hay biến dạng; các sợi cáp dự ứng lực được neo giữ chắc chắn hai đầu xà, không bị chùng hoặc chuyển dịch so với ban đầu…
PGS. TS. Trần Tuấn Minh, Phản biện 1 phát biểu tại Hội nghị
TS. Trương Đức Dư, Phản biện 2 phát biểu tại Hội đồng
ThS. Trần Tuấn Ngạn, Ủy viên Hội đồng phát biểu tại Hội đồng
Đề tài được các thành viên HĐKH đánh giá có hàm lượng khoa học và tính thực tiễn cao. Thành công của đề tài là cơ sở cho việc áp dụng rộng rãi trong các mỏ than hầm lò thuộc TKV. Trên cơ sở những ý kiến đóng góp của các thành viên HĐKH, Phó Chủ tịch Hội đồng – Nhữ Việt Tuấn đã yêu cầu nhóm thực hiện tiếp thu, chỉnh sửa, hoàn thiện đề tài trước khi trình Tập đoàn TKV phê duyệt./.
Đ.L
