Sử dụng bột nở để phá vỡ khối đá

Bài viết Sử dụng bột nở để phá vỡ khối đá trình bày một phương pháp phá vỡ đá bằng bột nở. Đã đưa ra những đặc điểm của phương pháp và cách tính toán các thông số của phương pháp phá đá bằng bột nở.

NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ SỬ DỤNG BỘT NỞ ĐỂ PHÁ VỠ KHỐI ĐÁ Nguyễn Xuân Mãn, Nguyễn Duyên Phong Trường Đại học Mỏ-Địa chất Email: mannxdoky@gmail.com TĨM TẮT Trong xây dựng cơng trình cần phải đào đắp, phá đất đá san gạt mặt Khi đá cứng rắn hay đá mồ côi lớn cần phải làm cho khối đá tách thành khối nhỏ Bài viết trình bày phương pháp phá vỡ đá bột nở Đã đưa đặc điểm phương pháp cách tính tốn thơng số phương pháp phá đá bột nở Các tính tốn minh họa số xem xét Kết nghiên cứu sử dụng để phá đá đào, phá đất đá san gạt mặt xây dựng cơng trình vị trí cụ thể Từ khóa: đá khối, phá vỡ, bột nở phá đá, thơng số tính tốn, khoảng cách hai lỗ khoan ĐẶT VẤN ĐỀ Trong q trình xây dựng cơng trình vùng có đá cứng rắn, nơi có khối đá mồ cơi sườn đồi núi ven cơng trình giao thơng có kích thước lớn người ta cần phải phá vỡ khối đá thành khối nhỏ đào hố móng, xúc bốc hay san gạt tạo mặt Có nhiều phương pháp phá vỡ đá khối thành khối nhỏ [1], [2]: phương pháp cưa đá; phương pháp tách chẻ nêm (thủ công hay giới); dùng búa đập đá; nổ mìn; dùng bột nở Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm sử dụng cho cơng trình vị trí xây dựng, cụ thể là: - Phương pháp cưa đá thường dùng khai thác đá khối để đảm bảo chất lượng đá khai thác (yêu cầu sản phẩm đá khối sau khai thác: cần giữ hoa văn tự nhiên màu sắc đá; đảm bảo kích thước lớn có thể; tính liền khối đá gia cơng); - Phương pháp dùng nêm thủ công hiệu tốn nhiều công sức; - Phương pháp nêm giới cần có thiết bị thủy lực; - Phương pháp nổ mìn thường sử dụng có hiệu Tuy nhiên nhiều trường hợp không phép dùng phương pháp nổ mìn phá đá, chẳng hạn phá vỡ khối đá nơi có hệ thống điện cao thế, nơi có nhiều người phương tiện qua lại, nơi có di tích lịch sử đền chùa, nơi có danh lam thắng cảnh, nơi có đập nước hay cơng trình an ninh quốc phịng,… Để khắc phục hạn chế phương pháp nêu sử dụng bột nở để phá vỡ đá khối Phương pháp áp dụng nơi mang lại hiệu tốt NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Khái quát chung bột nở phá đá Bột nở phá đá (stone cracking powder) loại vật liệu dùng để phá khối đá, khối xây gạch đá khối bê tông [2] mà không cần dùng chất nổ Áp suất trương nở bột tăng dần lớn 300 kG/cm2 Lực kháng kéo đá bê tông nhỏ cường độ chịu nén bột nở hàng chục lần Với đá khoảng 40÷80 kG/cm2 và bê tơng từ 20÷40 kG/cm2, nên khối đá bê tông dễ dàng bị tách phá sau khoan lỗ nạp vữa bột nở phá đá vào [3] ], [4] a) Bột nở Thạch An; b)Bột nở Sino-Crack H.1 Bột nở công nghiệp dùng để phá đá, bê tông [3], [4] Phương pháp không làm chấn động đất, khơng có đá văng xa, khơng làm gây tiếng nổ rung động khơng khí làm ảnh hưởng đến cơng trình mơi trường xung quanh Hiện người ta dùng số loại bột nở phá đá (xem hình H.1) bột nở CRACKPOW (do Cơng ty TNHH CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 39 XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ Hóa chất Thạch An sản xuất), bột nở Sino-Crack Quy cách đóng gói: 25 kg/ bao chứa túi nhỏ; túi nhỏ kg 2.2 Ưu điểm phương pháp phá đá dùng bột nở Ưu điểm phương pháp phá đá dùng bột nở sau: - Không gây chấn động đất, khơng tạo sóng xung kích, khơng có tiếng nổ, khơng gây có bụi tạo khí độc làm gây nhiễm mơi trường; - Có thể định hướng phá tách đá theo ý muốn; phá khối đá có hình dạng theo ý muốn; khối đá tách không bị vết, rạn nứt, bị vỡ vụn; không làm đá văng xa; - Bột nở cịn dùng khai thác đá khối làm đá trang trí, ốp lát; để phá bê tông, bê tông cốt thép, khối gạch đá xây thi cơng cơng trình xây dựng hay cải tạo; - Bột nở tách đá thuộc loại hàng hóa bình thường; vận chuyển, sử dụng thuận lợi, không cần giấy phép với vật liệu nổ; - Sử dụng bột nở để phá, tách đá công việc đơn giản, không nhiều thời gian đào tạo, huấn luyện thợ nổ mìn; khơng cần đầu tư thiết bị máy móc đặc biệt 2.3 Quy trình tiến hành phương pháp phá đá bột nở Sử dụng bột nở để phá đá tiến hành theo bước sau: khoan lỗ, trộn bột nở thành vữa, nạp vữa vào lỗ khoan, đậy lỗ khoan Sau khoảng thời gian nạp vữa vào lỗ khoan bột nở tăng thể tích làm phát sinh áp lực tác động vào thành lỗ khoan Nếu ta bố trí mạng lỗ khoan thích hợp tính tốn thơng số cơng nghệ dùng bột nở thích hợp khối đá bị nứt vỡ thành phần nhỏ theo ý muốn (xem hình H.2) NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI - Khoan lỗ khoan nạp vữa bột nở vào lỗ khoan bố trí lỗ khoan theo đường dự kiến tách khối đá (xem hình H.3a) - Trộn bột: Sử dụng bao kg bột nở với 1,5÷2 lít nước lạnh trộn kỹ, nhuyễn sau nạp vào lỗ khoan khoảng 5÷10 phút sau pha trộn (xem hình H.3.b) [4] Nước trộn cần không lẫn dầu, tạp chất hữu cơ, nhiệt độ khoảng 20 độ, dùng nước lạnh tốt a) Khoan lỗ khoan; b) Nạp vữa vào lỗ khoan H.3 Khoa lỗ khoan nạp vữa [2], [3] Dùng thùng chứa dung tích 10-15 lít để trộn mẻ; thiết bị trộn máy khoan lắp que trộn có mấu chữ T đầu; hay trộn thủ cơng que có rộng 3÷5 cm Yêu cầu người trộn bột phải đeo kính bảo hộ, găng tay cao su trang - Nạp  vữa vào lỗ khoan: Làm lỗ khoan trước nạp vữa cách thổi khí để đưa phoi khoan bụi bẩn khác khỏi lỗ khoan Dừng nạp vữa nạp vào cách miệng lỗ 30 mm Nạp vữa vào lỗ khoan cần tiến hành cẩn thận, cho vữa đều  không tạo thành túi khí lỗ (sử dụng gậy nhỏ để chọc xử lý độ rỗng vữa lỗ khoan) Với lỗ nằm ngang, sử dụng bơm vữa lỏng vào lồng phễu mỏng, nhỏ vào lỗ, sau bơm vữa từ từ vào phễu, đồng thời rút phễu khỏi lỗ Cần nhanh chóng che đậy lỗ lại sau nạp vữa 2.4 Tính tốn thơng số phá vỡ khối đá bột nở H.2 Khối đá bị phá vỡ dùng bột nở [2] 40 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 2.4.1 Khái quát chung Nạp vữa vào lỗ khoan có đường kính D0, chiều sâu nạp L0 (thường lấy Lo=0,1L, L chiều sâu lỗ khoan) Đường kính lỗ khoan nạp vữa (D0) thơng thường  từ 36÷60mm Đường kính lớn, lực trương nở lớn tăng khỏang cách lỗ khoan Đường kính lỗ khoan hợp lý đá tảng 38mm NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ Chiều sâu lỗ khoan (L) phụ thuộc vào loại đá lấy sau: đá tảng (đá mồ côi) 80 % chiều cao khối đá; đá liền khối phân lớp 105 % chiều cao lớp; bê tông 90 % chiều cao khối bê tông Khoảng cách lỗ khoan phụ thuộc vào loại đá cần phá vỡ, thường dao động khoảng 25÷45 cm, đá rắn khoảng cách nhỏ Thể tích vữa ban đầu V0 nạp vào lỗ khoan xác định theo công thức: V0=0,25πD20, (1) Sau thời gian định nạp vữa, thể tích vữa nở làm tăng thể tích lên N lần, tức thể tích vữa sau trương nở tối đa VN=NV0 Nếu khơng có thành lỗ khoan ngăn chặn thể tích vữa VN chứa khơng gian với lỗ khoan có đường kính D, xác định mối quan hệ sau: VN=0,25πD2=NV0, cách tâm lỗ khoan khoảng r ( với r ≥ R ) giá trị σr lấy theo công thức gần sau [2]: σr=k1k2PR/r2, (6) Theo cơng thức (6) cho thấy r=R σr= P, r lớn giá trị ứng suất nhỏ (r tiến tới vơ σr dần tới không); k1 hệ số giảm ứng suất ngun nhân thi cơng, thời tiết nóng 200C, thường lấy k1=0,8-0,9; k2 hệ số kể đến đường kính lỗ khoan lớn 32mm chiều sâu lỗ khoan lớn 1,0m, thường lấy trung bình k2=0,7 2.4.2 Xác định khoảng cách tối ưu hai lỗ khoan Với khoảng cách hai tâm lỗ khoan lỗ khoan a (xem hình H.2) (2) Như biến dạng vữa theo phương bán kính lỗ khoan là: Ɛ=(D-D0)/D0=(D/D0)-1, (3) Thay giá trị D0 D từ (1) (2) vào (3) biến đổi cho ta: Ɛ=((4NV0/π)0.5/(4V0/π)0.5) -1=(N0.5 -1), (4) Do có thành lỗ khoan ngăn chặn biến dạng nên phát sinh áp lực P biên thành lỗ khoan để chống lại biến dạng Gía trị ứng suất tính theo lý thuyết đàn hồi sau: P=EƐ=E (N0.5 -1), (5) Áp lực P phân bố biên thành lỗ khoan (xem hình H.4) H.2 Tách đá theo đường nối hai tâm lỗ khoan Tại điểm N nằm đoạn thẳng nối hai tâm lỗ khoan và cách lỗ khoan thứ khoảng r1, cách lỗ khoan thứ khoảng r2 có ứng suất tổng [2]: σrT=k1k2PR(1/r12 + 1/r22), (7) Khi r1=r2=a/2 giá trị σrT nhỏ Thay r1=r2=a/2 vào công thức (7), biến đổi cho ta: σrT=4 k1k2PR /a2, (8) Điều kiện để khối đá bị nứt phá ứng suất tổng tính theo (8) phải lớn cường độ khối đá xung quanh lỗ khoan [1], tức phải thỏa mãn điều kiện sau: σrT=4k1k2PR/a2 ≥ [σ], H.4 Áp lực P phân bố tác động lên thành lỗ khoan Khi bên thành lỗ khoan tác dụng áp lực P phân bố chu vi khối đá xung quanh lỗ khoan có phân bố trường ứng suất σr (xem hình H.4) Tại vị trí điểm M(r,θ) (9) Trong (9): [σ] - cường độ đá Thay giá trị P từ (5) vào (9) sau biến đổi ta nhận quan hệ sau: σrT=4 k1k2RE (N0.5 -1)/a2 ≥ [σ], (10) Từ (10) rút ra: CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 41 XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ a ≤ (4 k1k2RE (N0.5 -1)/ [σ])0.5, NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI (11) Bảng Chi phí lượng bột nở để phá vỡ m3 vật liệu [3], [4] Như ta lấy: Lượng bột nở tách đá cho m3, kg/m3 a=(4 k1k2RE (N0.5 -1)/[σ])0.5, (12) Từ (12) cho thấy khoảng cách a hai lỗ khoan phụ thuộc vào mô đun đàn hồi khối đá, cường độ khối đá hệ số tăng thể tích bột nở 2.4.3 Lượng bột nở để phá vỡ 1m3 đá Thể tích vùng đá khối bị phá hủy Vph lỗ khoan tạo tính gần là: Vph=L.a2, m3, (13) Lượng bột nở Q nạp vào lỗ khoan là: Q=L.∆, kg, với ∆ mật độ bột nở phân bố cho 1m dài lỗ khoan Như lượng bột nở đơn vị q để phá hủy 1m3 đá là: q=Q/Vph=L.∆/L.a2=∆/a2, kg/m3, (14) Mật độ bột nở phân bố cho 1m dài lỗ khoan ∆ phụ thuộc vào loại bột nở, đường kính lỗ khoan; lấy thực nghiệm trường hay theo Bảng Bảng Lượng bột nở định mức cho 1m dài lỗ khoan [3], [4] Loại bột nở Mật độ bột nở cho m dài lỗ khoan ∆ (kg/m) phụ thuộc vào đường kính lỗ khoan 36 mm 38 mm 40mm 42mm Bột nở High Range Soundless Trung Quốc 1,6 1,8 2,0 2,2 Bột nở Sino-Crack Trung Quốc 1.4 1.6 1.8 2.0 Bột nở phá đá Tràng An Việt Nam sản xuất 1,8 2,0 2,2 2,4 2.4.4 Tính tốn minh họa Để tính toán minh họa số ta lấy số liệu sau đây: Bán kính lỗ khoan R=18mm=0,018m (D=2R=0,036 m); [σ]=30 MPa; E=4.000 MPa; sử dụng bột nở Sino-Crack Trung Quốc; lấy k1=0,8; k2=0,7 Tính tốn: Tra bảng cho ∆=1,6 kg/m Thay giá trị vào (12) ta nhận được: a=46 cm Thay a=0,46 m ∆=1,6 kg/m vào (14) cho ta: q=7,56 kg/m3 Kinh nghiệm dùng bột nở pha đá bê tơng cho thấy chi phí lượng bột nở cho 1m3 vật liệu phá vỡ dao động cho Bảng 42 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 Loại đá cần phá vỡ Bột nở High Range Soundless Trung Quốc Bột nở phá Bột nở Sinođá Tràng An Crack Việt Nam Trung Quốc sản xuất Đá mềm 5÷8 4÷6 6÷7 Đá cứng trung bình 8÷12 6÷10 7÷11 Đá cứng 12÷20 10÷15 11÷16 Bê tơng thường 5÷8 5÷10 6÷12 Bê tơng cốt thép 10÷25 10÷20 12÷22 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Một phương pháp phá vỡ đá khối thành khối nhỏ khai thác mỏ, xây dựng công trình sử dụng bột nở Trong số điều kiện mơi trường vị trí nơi xây dựng cơng trình khơng cho phép dùng phương pháp nổ mìn phương pháp khả thi, hiệu đơn giản Các loại bột nở sử dụng đáp ứng yêu cầu sử dụng với ưu điểm nhiều mặt Kết nghiên cứu thơng số quan trọng quy trình cơng nghệ sử dụng bột nở phá vỡ đá khối hay bê tông khoảng cách tối ưu hai lỗ khoan a (m) chi phí lượng bột nở để phá vỡ m3 đá khối q (kg/m3) Khoảng cách hai lỗ khoan a (m) phụ thuộc vào giới hạn bền đá khối, đường kính lỗ khoan hệ số trương nở thể tích vữa bột nở Khi đá có cường độ lớn khoảng cách hai lỗ khoan nhỏ hơn; hệ số trương nở thể tích lớn áp lực phá vỡ tăng tăng khoảng cách hai lỗ khoan Chi phí lượng bột nở q (kg/m3) để phá vỡ 1m3 vật liệu (đá khối, bê tông, ) dao động khoảng từ kg đến 25 kg Giá trị q phụ thuộc không vào loại bột nở mà phụ thuộc vào định mức lượng thuốc cho mét dài lỗ khoan, vào độ bền vật liệu cần phá vào đường kính lỗ khoan Khi đá cứng lượng bột nở q tăng lên ngược lại KẾT LUẬN Có nhiều phương pháp phá vỡ khối đá xây dựng khai thác mỏ Khi phương pháp nổ mìn khơng thể tiến hành phương pháp NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI khác có nhiều nhược điểm phương pháp phá vỡ khối đá bột nở khả thi mang lại hiệu Nguyên lý phương pháp phá vỡ khối đá bột nở tạo nội ứng suất khối đá thể tích bột nở tăng lên pha trộn với nước nạp vữa vào lỗ khoan Đã đưa quy trình thi công phá vỡ khối đá bột nở theo bước sau: khoan lỗ, XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ trộn bột nở thành vữa, nạp vữa vào lỗ khoan, đậy lỗ khoan Đã tính tốn khoảng cách tối ưu hai lỗ khoan để nạp vữa a theo cơng thức (12) tính tốn minh họa số cho thấy phù hợp với thực tiễn Đã đưa cơng thức tính chi phí bột nở q để phá vỡ 1m3 đá theo công thức (14) tính tốn minh họa số cho kết phù hợp thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhữ Văn Bách (2003) Nâng cao hiệu phá vỡ đất đá nổ mìn khai thác mỏ Nhà xuất Giao thông Vận tải Hà Nội Nguyễn Xuân Mãn (2009) Khai thác đá khối Tài liệu Bồi dưỡng Giám đốc điều hành mỏ Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Tp Hồ Chí Minh Bột nở tách đá Sino-Crack < https://hanoichem.vn/products/sino-crack-bot-no-tach-da> Bột nở tách đá USE CRACKING POWDER TO BREAK THE ROCK BLOCK Nguyen Xuan Man, Nguyen Duyen Phong ABSTRACT In construction, it is necessary to dig, fill, level the face ground When the foundation is hard rock, or large orphan rock, it is necessary to cause the rock mass to split into small blocks The article presents a method of breaking rock with baking powder The characteristics of the method and how to calculate the parameters of the rock breaking method with baking powder were given Numerical illustration calculations were considered Research results can be used to break rocks during excavation, backfilling or leveling when constructing works in specific locations Keywords: block rock, breaking, rock breaking powder, calculated parameters, space between two drill holes Ngày nhận bài: 20/4/2021; Ngày gửi phản biện: 25/4/2021; Ngày nhận phản biện: 9/5/2021; Ngày chấp nhận đăng: 15/6/2021 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 43 XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY ĐẾN PHÂN BỐ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TIẾP TUYẾN CỦA TẤM ĐỆM NEO Đào Viết Đoàn Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: daovietdoan@gmail.com TÓM TẮT Tấm đệm neo phận quan trọng cấu thành nên kết cấu neo Bài viết sử dụng phương pháp số xây dựng mơ hình với kích thước lưới (dài×rộng×cao=6 m×0,6 m×4 m), lắp đặt neo vào mơ hình với kích thước đệm 150×150 mm Mơ ảnh hưởng chiều dày đệm neo đến phân bố ứng suất tiếp tuyến biến dạng tiếp tuyến bề mặt đệm Kết nghiên cứu cho thấy rõ ảnh hưởng chiều dày đệm neo đến phân bố ứng suất tiếp tuyến biến dạng tiếp tuyến đệm Kết nghiên cứu giúp cho đơn vị thiết kế thi cơng có sở để lựa chọn kích thước cho đệm neo Từ khóa: kết cấu neo, đệm neo, chiều dày đệm, phân bố ứng suất đệm, biến dạng đệm ĐẶT VẤN ĐỀ Cấu tạo kết cấu chống neo bao gồm phận: thân cốt neo, đệm neo, đai ốc neo vòng đệm Trong đệm neo thiết kế lựa chọn cần phải đưa kích thước chiều rộng, chiều dày tham số học vật liệu làm đệm Hiện thiết kế hộ chiếu chống neo việc lựa chọn chiều dày cho đệm thường khơng tính tốn lựa chọn mà lấy theo kinh nghiệm, dẫn đến việc lựa chọn chiều dày đệm lớn gây lãng phí vật liệu lựa chọn chiều dày đệm mỏng làm giảm hiệu gia cố Về mặt định tính thấy chiều dày đệm neo có ảnh hưởng đến việc phân bố ứng suất theo phương tiếp tuyến biến dạng theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm hay nói cách khác ảnh hưởng trực tiếp đến chịu lực đệm Hiện nay, công bố nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày đệm neo đến phân bố ứng suất tiếp tuyến biết dạng tiếp tuyến đệm cịn đề cập đến Bài viết sử dụng phương pháp số xây dựng mơ hình với kích thước lưới (chiều dài × rộng × cao=6 m×0,6 m×4 m), lắp đặt neo vào mơ hình với kích thước đệm 150×150 mm Mơ ảnh hưởng chiều dày đệm neo đến phân bố ứng suất tiếp tuyến biến dạng 44 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 tiếp tuyến bề mặt đệm Kết cho thấy phụ thuộc rõ phân bố ứng suất tiếp tuyến biến dạng tiếp tuyến bề mặt đệm neo thay đổi chiều dày đệm Cũng từ kết nghiên cứu giúp cho đơn vị thiết kế thi cơng có sở để lựa chọn kích thước chiều dày cho đệm neo NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu đệm neo Tấm đệm neo phận quan trọng cấu thành nên kết cấu chống neo Nếu đệm hiệu quả, tác dụng kết cấu chống neo tác dụng chống giữ [4] Để cho đệm làm việc hiệu phụ thuộc chất lượng q trình thi cơng lắp đặt cịn phụ thuộc vào kích thước đệm có kích thước chiều dày đệm Hiện để chống giữ đường lò kết cấu chống neo thường dùng loại kết cấu chống neo neo thường neo cáp, ứng với loại neo sử dụng đệm có chiều dày kích thước tương ứng Đối với neo thường kích thước đệm neo phổ biến sử dụng loại có kích thước: dài×rộng×dày (mm) 120×120×6 mm, 150×150×8 mm, 150×150×10 mm, 200×200×10 mm, 250×250×10 mm Đối với neo cáp kích thước đệm neo phổ biến dùng loại có kích thước: dài×rộng×dày (mm) NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ 300×300×12 mm, 300×300×14 mm, 350×350×14 mm, 350×350×16 mm Hình ảnh vị trí đệm neo thường neo cáp kết cấu neo thể hình H.1 H.1 Vị trí lắp đệm neo thường neo cáp 2.2 Phân tích chịu lực vỏ đệm cầu Để tính tốn khả chịu tải đệm, giả thiết đệm hình cầu có bán kính cầu cong lồi R, tải trọng tập trung truyền từ đai ốc neo vào đệm cầu P, mặt đệm ép sát vào bề mặt đất đá coi gối cố định, mơ hình tính tốn chịu lực đệm cầu thể hình H.2 [1] a) (1) (2) Trong đó: N1 - Lực theo phương pháp tuyến, kN/m; N2 - Lực theo phương tiếp tuyến, kN/m; P - Lực tác dụng vặn chặt ê cu neo, kN; R - Bán kính vỏ cầu, m; αM - Góc hợp lực P đến điểm khảo sát đệm, độ; α’ - Góc hợp lực P đến đệm bắt đầu đạt đến trạng thái giới hạn, độ; α’’ - Góc hợp lực P đến đệm bắt đầu đạt đến trạng thái giới hạn phá hủy, độ Theo tài liệu [3] q trình làm thí nghiệm gia tải thấy rằng, gia tải vào đệm cầu, vị trí góc α’ hợp lực P bắt đầu trạng thái giới hạn, lực tiếp tục truyền xuống phần cầu cong bên đệm cuối đạt đến vị trí trạng thái giới hạn phá hủy α’’ Theo công thức (1), (2) αM nhỏ, tải trọng theo phương pháp tuyến tiếp tuyến lớn, giá trị ứng suất lớn dẫn đến đệm cầu bị phá hủy Vị trí phá hủy xảy điểm ổn định giới hạn kết cấu đệm cầu đáy tiếp giáp phần cầu với phần phẳng đệm Ứng suất lớn ứng suất nhỏ phận đáy cầu tiếp giáp với phần phẳng đệm tác dụng lực P tính theo công thức sau [3], [4]: (3) b) (4) Dựa theo tiêu chuẩn phá hủy vật liệu kim loại Tresca, phần phận cong lồi (hình cầu) xảy phá hủy cần thỏa mãn điều kiện đạt đến ứng suất cắt lớn τs ứng suất cắt tính theo cơng thức sau [3]: τs=(σ1 - σ2)/2=σs/2 Hình Mơ hình tính tốn chịu lực đệm cầu (5) Thay công thức (3) (4) vào (5) ta có cơng thức tính lực chịu tải tậm đệm cầu sau [4]: a) Mơ hình chịu lực đệm cầu, b) mặt cắt hình học đệm cầu Tại điểm M vỏ đệm cầu, lực theo phương pháp tuyến tiếp tuyến N1 N2 tác dụng lực P tính theo cơng thức sau: [3], [4]: (6) Thơng qua biến đổi quan hệ hình học đạt bán kính vỏ cầu theo cơng thức sau [3]: CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 45 XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI (7) Trong đó: σs – cường độ giới hạn thép làm đệm cầu, tham số khác thể hình H.2b Trong thiết kế chống giữ kết cấu neo, để tiết kiệm vật liệu cần sử dụng đệm cầu có sức chịu tải nhỏ Tm, thỏa mãn Ps ≥Tm; xác định σs vật liệu thép, chiều dày b bán kính cong đáy cầu, sử dụng cơng thức (6), (7) tính bán kính cầu R, chiều cao cầu h, bán kính lỗ đệm a thỏa mãn theo bất đẳng thức sau [3]: (8) Trong đó: C=πbσs số vật lý thép đệm, có phạm vi giá trị bán kính cầu hợp lý R tính ngược phạm vi thiết kế hợp lý giá trị h a, b từ xác định tham số hình học khuôn làm đệm 2.3 Mô ảnh hưởng chiều dày đệm đến phân bố ứng suất biến dạng tiếp tuyến đệm 2.3.1 Xây dựng mô hình mơ Do ảnh hưởng tham số chiều dày đệm đến phân bố ứng suất đệm có giá trị nhỏ, nên xây dựng mơ hình khối đá sau tiến hành đào đường lị theo kích thước thiết kế, lắp đặt neo, ứng suất đệm bị ảnh hưởng công tác khai đào khó thấy rõ ảnh hưởng thay đổi chiều dày đệm đến phân bố ứng suất biến dạng đệm neo Chính nghiên cứu ta không xét đến ảnh hưởng trường ứng suất trọng lực khối đá công tác khai đào mà xây dựng mơ hình khối đá với điều kiện biên lắp đặt kết cấu neo để nghiêm cứu H.3 Mơ hình lưới mơ Mơ hình mô nghiên cứu ảnh hưởng tham số chiều dày đệm neo đến ứng suất tiếp tuyến biến dạng tiếp tuyến đệm sử dụng phần mềm Flac3D [1] Kích thước mơ hình lưới (chiều dài×rộng×cao=6 m×0,6 m×4 m), lắp đặt neo vào mơ hình thể hình H.3, nghiên cứu phương án thay đổi tham số chiều dày đệm neo d=8 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm 24 mm Trong mơ hình tính lấy kích thước đệm 150×150 mm, mơ đun đàn hồi đệm 200 GPa, hệ số Poisson μ=0.3, cường độ giới hạn đệm băng 235 MPa, cường độ giới hạn neo 500 MPa, chiều dài neo 2,4 m đường kính 22 mm Các tham số khối đá thể Bảng 2.3.2 Ảnh hưởng chiều dày đệm đến phân bố ứng suất tiếp tuyến đệm Kết hình ảnh mơ ảnh hưởng chiều dày đệm đến ứng suất theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm thể hình H.4 h=8 mm h=12 mm h=16 mm h=20 mm h=24 mm H.4 Phân bố ứng suất tiếp tuyến đệm ứng với chiều dày Bảng Tham số học vật lý khối đá 46 Mật độ (kg.m-3) Mô đun thể tích (GPa) Mơ đun cắt (GPa) Góc ma sát (độ) Cường độ kháng kéo (MPa) Lực dính kết (MPa) 2500 2,18 1,45 32 0,40 1,10 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Đường cong phân bố ứng suất theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm ứng với chiều dày đêm thể hình H.5 H.5 Đường cong phân bố ứng suất tiếp tuyến ứng với chiều dày đệm 2.3.3 Ảnh hưởng chiều dày đệm đến biến dạng theo phương tiếp tuyến đệm Kết mô ảnh hưởng chiều dày đệm đến biến dạng theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm thể hình H.6 H.6 Biến dạng theo phương tiếp tuyến đệm ứng với chiều dày KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ kết mô thể hình H.4 H.5 ta thấy thay đổi giá trị chiều dày đệm giá trị ứng suất tiếp tuyến bề mặt đệm có thay đổi, chiều dày đệm neo lớn giá trị ứng suất tiếp tuyến bề mặt đệm nhỏ Cũng từ đường cong phân XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ bố ứng suất tiếp tuyến bề mặt đệm ứng với trường hợp chiều dày thấy ứng suất tiếp tuyến tập trung lớn vị trí cách tâm đệm 50 mm giảm dần phía bên ngồi tâm đệm Khi đệm có chiều dày lớn từ 16÷24 mm chênh lệch giá trị ứng suất tiếp tuyến không đáng kể, đệm có chiều dày nhỏ chênh lệch giá trị ứng suất tiếp tuyến thể rõ Điều cho thấy không nên lựa chọn đệm có chiều dày q lớn khơng có tác dụng nhiều mặt chịu lực mà cịn gây lãng phí vật liệu, không nên lựa chọn chiều dày đệm q mỏng đệm khơng đủ khả chịu lực, dễ bị cong vênh biến dạng Từ kết mơ thể hình H.6 ta thấy thay đổi giá trị chiều dày đệm biến dạng theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm có thay đổi Chiều dày đệm neo lớn giá trị biến dạng theo phương tiếp tuyến bề mặt đệm nhỏ, điều giải thích chiều dày đệm tăng làm cho đệm cứng từ khả kháng biến dạng lớn Cũng từ biểu đồ đường cong biến dạng theo phương tiếp tuyến đệm ứng với chiều dày đệm thấy thay đổi chiều dày đệm biến dạng lớn tập trung vị trí cách tâm đệm 50 mm, giá trị biến dạng nhỏ vị trí tâm biên ngồi đệm Trên đệm xuất biến dạng tiếp tuyến theo chiều Khi đệm có chiều dày từ 16÷24 mm chênh lệch giá trị biến dạng tiếp tuyến khơng đáng kể đệm có chiều dày nhỏ chênh lệch giá trị biến dạng tiếp tuyến thể rõ Đặc biệt trường hợp chiều dày đệm mm giá trị biến dạng lớn so với trường hợp khác rõ Từ kết mô cho thấy lựa chọn chiều dày đệm không nên chọn mỏng làm cho đệm biến dạng lớn không đáp ứng khả kháng biến dạng đệm Nhưng không nên chọn chiều dày đệm q lớn làm cho chi phí vật liệu tăng KẾT LUẬN ➢ Chiều dày đệm neo có ảnh hưởng đến phân bố ứng suất tiếp tuyến đệm, vị trí ứng suất tập trung lớn xuất CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 47 XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ vị trí cách tâm đệm 50 mm cịn vùng ngồi biên sát tâm đệm có ảnh hưởng khơng nhiều Chiều dày đệm lớn giá trị ứng suất tiếp tuyến nhỏ ngược lại ➢ Chiều dày đệm có ảnh hưởng đến biến dạng tiếp tuyến đệm Kết mô cho thấy biến dạng theo phương tiếp tuyến tập trung chủ yếu vùng chịu ứng suất tiếp tuyến lớn nhất, vùng cách tâm đệm 50 mm, vùng tâm biên đệm với khoảng NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI 20÷50 mm ứng suất tiếp tuyến nhỏ nên biến dạng nhỏ ➢ Từ kết mô cho thấy lựa chọn chiều dày đệm không nên chọn mỏng làm cho đệm biến dạng lớn không đáp ứng khả kháng biến dạng đệm Nhưng không nên chọn chiều dày đệm lớn làm cho chi phí vật liệu tăng Thơng thường chiều dày đệm cho neo thường từ 8÷10 mm, chiều dày đệm cho neo cáp từ 12÷16 mm TÀI LIỆU THAM KHẢO Itasca (2005) Flac Fast Lagrangian Analysis of Continua User’s Guide Third Edition (Flac Version 3.0) April 2005 LIC, STILLBORG B (1999) Analytical models for rock bolts[J] International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36(8): 1013-1029 , , , (2016) 33 , (200) RESEACH EFFECTS OF ANCHOR PLATES THICKNESS ON ITS TANGENTIAL STRESS AND DEFORMATION DISTRIBUTION Dao Viet Doan ABSTRACT The anchor plate is one of the important components constituting the anchor structure The paper uses a numerical method to build the model with the mesh size (length×width×height=6mx0.6mx4m), install a bolt in the middle of the model with the size of the plates is 150×150mm Studies the effect width and thickness of the square plates on the stress distribution and the deformation in plates These results show that the influence of the dimensions of plates on tangential stress distribution and tangential deformation in the plates The research results help designing, constructing companies to have the basis for selection dimensions of anchor plates Keywords: anchor structure, anchor plates, plates thickness, distribution of stress inside of plates, deformation inside of plates Ngày nhận bài: 14/5/2021; Ngày gửi phản biện: 15/5/2021; Ngày nhận phản biện: 25/5/2021; Ngày chấp nhận đăng: 20/6/2021 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung cơng bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam 48 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 ... hồi khối đá, cường độ khối đá hệ số tăng thể tích bột nở 2.4.3 Lượng bột nở để phá vỡ 1m3 đá Thể tích vùng đá khối bị phá hủy Vph lỗ khoan tạo tính gần là: Vph=L.a2, m3, (13) Lượng bột nở Q... Nguyên lý phương pháp phá vỡ khối đá bột nở tạo nội ứng suất khối đá thể tích bột nở tăng lên pha trộn với nước nạp vữa vào lỗ khoan Đã đưa quy trình thi công phá vỡ khối đá bột nở theo bước sau:... phương pháp khả thi, hiệu đơn giản Các loại bột nở sử dụng đáp ứng yêu cầu sử dụng với ưu điểm nhiều mặt Kết nghiên cứu thơng số quan trọng quy trình cơng nghệ sử dụng bột nở phá vỡ đá khối hay