luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao mức độ ổn định và hiệu quả sản xuất cho đường lò xây dựng cơ bản mức 50 khu cái đá công ty than hòn gai tkv

Tại Việt Nam, cũng đã có một số công trình nghiên cứu xử lý mất ổnđịnh các đường lò mỏ Mạo Khê, Thống Nhất, Đồng Rì...Tại Công ty than Hòn Gai - TKV, một số đường lò vận tải chính thuộc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả,bản vẽ được nêu trong luận văn là trung thực, do chính tác giả thực hiện và chưa từngđược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 9

3 Mục đích của đề tài 9

4 Nội dung nghiên cứu 9

5 Phương pháp nghiên cứu 10

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 10

7 Cấu trúc của luận văn 10

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT DỰ ÁN CÁI ĐÁ - CÔNG TY THAN HÒNGAI VÀ KHU VỰC THỬ NGHIỆM 11

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu mỏ 11

1.2 Cấu tạo địa chất khu mỏ 12

1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 14

1.3.1 Nước mặt 141.3.2 Đặc điểm nước dưới đất 141.4 Đặc điểm địa chất công trình 16

1.5 Đánh giá điều kiện địa chất, kỹ thuật tại khu vực lò xuyên vỉa mức -50 18

1.6 Nhận xét chung 23

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN, HIỆN TRẠNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA CÁCĐƯỜNG LÒ XÂY DỰNG CƠ BẢN THUỘC DỰ ÁN CÁI ĐÁ - CÔNG TY THAN HÒN GAI -TKV 24

2.1 Phân tích nguyên nhân mất ổn định của các đường lò XDCB thuộc dự án CáiĐá - Công ty than Hòn Gai - TKV 24

2.2 Hiện trạng thực tế của đường lò xuyên vỉa mức -50 28

2.3 Nhận xét 35

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNGCAO MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ SẢN XUẤT CHO ĐƯỜNG LÒ XÂY DỰNG CƠBẢN MỨC -50 KHU CÁI ĐÁ - CÔNG TY THAN HÒN GAI -TKV 37

3.1 Cơ sở lựa chọn giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò mất ổn định 37

3.2 Đánh giá chất lượng khối đá 37

3.2.1 Phương pháp phân loại chất lượng khối đá RQD 383.2.2 Phương pháp phân loại chất lượng khối đá RMR 393.2.3 Phương pháp phân loại chất lượng khối đá Q 403.3 Đánh giá chất lượng khối đá phạm vi khu vực áp dụng thử nghiệm 41

3.4 Đề xuất giải pháp kỹ thuật, công nghệ chống giữ cho khu vực áp dụng thử

3.4.1 Tính toán áp lực mỏ 453.4.2 Xác định chiều cao vòm cân bằng tự nhiên:463.4.3 Xác định áp lực đất đá483.4.4 Xác định nội lực trong vì chống 503.4.5 Xác định hộ chiếu chống lò 513.5 Tính toán neo cáp đoạn lò XV -50 54

3.5.1 Tính toán áp lực mỏ 543.5.2 Tính toán chiều dài và số lượng neo cáp 553.5.3 Mật độ bố trí neo cáp 553.5.4 Khả năng mang tải và bám dính giữa neo và khối đá 563.6 Các quy trình công nghệ xén mở rộng đường lò 60

3.7 Dây truyền công nghệ thi công thực hiện giải pháp 69

3.8 Quy trình công nghệ thi công xử lý đoạn lò XDCB mất ổn định 80

3.8.1 Những quy định chung803.8.2 Quy trình công nghệ thi công 813.8.3 Các công tác phụ trợ khác 83a Cung cấp điện 83

b Hệ thống cấp - thoát nước trong lò 84

c Công tác an toàn lao động 84

+ Những qui định chung 84

+ Biện pháp kỹ thuật an toàn 84

3.9 Biện pháp xử lý sự cố thường gặp trong quá trình thi công 85

3.9.1 Các tình huống: 853.9.2 Biện pháp xử lý: 863.10 Đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án 87

3.10.1 Các căn cứ tính toán giá thành kinh tế 873.10.2 Các bảng biểu và kết quả tính toán 883.11 Nhận xét 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

3 TĐMT Báo cáo đánh giá tác động môi trường

4 TKV Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

6 ĐCCT Địa chất công trình

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá sạn kết 16

Bảng 1.2: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá cát kết 17

Bảng 1.3: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá bột kết 17

Bảng 1.4: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá sét kết 18

Bảng 2.1：Bảng xác định lượng điểm chuẩn theo yếu tố giảm ứng suất 27

Bảng 2.2： Bảng tính toán giá chiều sâu tới hạn theo Goel 28

Bảng 2.3 Bảng lí lịch lỗ mìn khi đào lò trong đá tiết diện Sđ= 9,4m2 31

Bảng 2.4 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi đào lò xuyên vỉa mức -50 32

Bảng 2.5: Các thông số cơ bản của đường lò xuyên vỉa mức -50 32

Bảng 2.6: Bảng đặc tính cơ bản của các đường lò mất ổn định 35

Bảng 3.1: Bảng đánh giá chỉ tiêu RQD của Terzaghi 39

Bảng 3.2: Bảng phân loại khối đá theo RQD 39

Bảng 3.3: Phân loại chất lượng khối đá theo chỉ tiêu RMR 40

Bảng 3.4: Bảng phân loại chất lượng khối đá theo chỉ tiêu Q 41

Bảng 3.5: Phân loại chiều cao vòm cân bằng tự nhiên 47

Bảng 3.6: Hệ số vòm cân bằng tự nhiên 47

Bảng 3.7: Kết quả tính toán áp lực đoạn lò XV -50 49

Bảng 3.8: Kết quả tính toán nội lực trong vì chống của đoạn lò XV-50 51

Bảng 3.9: Kết quả tính toán các thông số lập hộ chiếu chống lò 52

Bảng 3.10: Chi phí vật liệu chống 1m lò xuyên vỉa mức -50 bằng vì chống đặc biệt 53

Hình 3.4: Hộ chiếu chống giữ đoạn lò xuyên vỉa mức -50 bằng vì chống đặc biệt 54

Bảng 3.11: Phân loại số neo cáp trong vòng theo chiều rộng đường lò đào 55

Bảng 3.12: Bảng tổng hợp kết quả tính toán khả năng mang tải của neo cáp 57

Bảng 3.13: Kết quả tính toán các thông số neo cáp 58

Hình 3.6 Sơ đồ chống hỗn hợp vì chống tại đoạn lò XV -50 59

Hình 3.7 Tạo các khe giảm tải trọng và thể tích trương nở 59

Bảng 3.14: Đặc tính kỹ thuật của máy khoan WD-02EA 75

Bảng 3.15: Bảng thông số kỹ thuật của máy khoan thủy lực MYT-125/380 76

Bảng 3.16: Đặc tính kĩ thuật bơm vữa xi măng BW- 250 77

Bảng 3.17: Đặc tính kỹ thuật của máy khuấyTTJ - 1000 78

Bảng 3.18: Đặc tính kỹ thuật chủ yếu của máy trộn TTP-800 78

Bảng 3.19: Đặc tính kỹ thuật của máy rút tải neo LDZ-200 80

Bảng 3.20: Bảng tính toán phụ tải của các thiết bị thi công 83

Bảng 3.21: Dự toán tổng hợp 89

Bảng 3.22: Bảng dự toán hạng mục công trình 89

Bảng 3.24: Bảng đơn giá chi tiết khoan lắp đặt 1 bộ thanh neo cáp 91

Bảng 3.25: Bảng tổng hợp dự toán chi phí xây dựng 92

Bảng 3.26: Bảng tiên lượng 93

Bảng 3.27: Bảng đơn giá xây dựng tổng hợp 94

Bảng 3.28: Bảng chi tiết ăn ca định lượng 97

Bảng 3.29: Bảng so sánh chi phí giữa 2 phương án 98

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ hình thành vòm phá hủy 20

Hình 1.2 Trắc dọc thành lò xuyên vỉa mức -50 22

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán nội lực vì chống 25

Hình 2.2 Sơ đồ biến dạng vì chống khi chịu áp lực lớn 26

Hình 2.3 Hộ chiếu biện pháp thi công đào lò xuyên vỉa mức -50 31

Hình 2.4: Sơ đồ hiện trạng đường lò xuyên vỉa mức -50 34

Hình 3.1 Phương pháp xác định chỉ tiêu RQD 42

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán vòm áp lực theo Tximbarevich 46

Hình 3.3 Sơ đồ tính áp lực nền theo Tximbarevich 48

- Tính theo khả năng chịu kéo của cốt neo Pc 56

Hình 3.5 Biểu đồ biến đổi bám dính trong sự phụ thuộc từ độ cứng đất đá 58

Hình 3.8 Hộ chiếu chống xén đường lò xuyên vỉa mức -50 65

Hình 3.9: Quy trình chống vì neo cáp đoạn lò xuyên vỉa mức -50 74

Hình 3.10 Cấu tạo trạm chỉ thị màu 79

MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài

Trên thế giới, đặc biệt là ở các nước có ngành công nghiệp mỏ phát triển nhưNga, Trung Quốc, Ba Lan, Đức, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề duytrì ổn định các đường lò trong điều kiện địa chất phức tạp Rất nhiều giải pháp khácnhau đã được nghiên cứu và áp dụng thành công cho các điều kiện áp lực mỏ lớn, phayphá, bùng nền Tại Việt Nam, cũng đã có một số công trình nghiên cứu xử lý mất ổnđịnh các đường lò mỏ Mạo Khê, Thống Nhất, Đồng Rì

Tại Công ty than Hòn Gai - TKV, một số đường lò vận tải chính thuộc dự án Duytrì cải tạo và mở rộng nâng công suất khu mỏ Cái Đá (dự án Cái Đá) đào trong điều kiệnđịa chất phức tạp, các đường lò như: Giếng nghiêng chính mức +15 -:- -169, Giếngnghiêng phụ mức +15 -:- -160, các đường lò xuyên vỉa mức -50, lò xuyên vỉa mức -160.Nhiều đoạn lò bị mất ổn định do chịu áp lực lớn, vì chống bị biến dạng, bùng nền nhanhchóng Diện tích mặt cắt ngang ở nhiều đoạn lò bị thu hẹp không đáp ứng được yêu cầucủa công tác vận tải, thông gió Công ty đã áp dụng một số giải pháp khắc phục như:Đào chống xén, giảm bước chống, treo ray tăng cường nhưng ít có hiệu quả, vẫn phảiđào chống xén lại 2-:-3 lần/1 năm, tốn rất nhiều chi phí, gây ách tắc sản xuất.

Xuất phát những khó khăn, tồn tại nêu trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiêncứu đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao mức độ ổn định và hiệu quảsản xuất cho đường lò xây dựng cơ bản mức -50 khu Cái Đá - Công ty than HònGai – TKV ”thuộc dự án Cái Đá đã được TKV phê duyệt và đang triển khai thực hiệndự án làm luận văn tốt nghiệp Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp chống giữ cácđường lò XDCB mất ổn định, biến dạng nhanh, bùng nến lớn do điều kiện phức tạp tạikhu Cái Đá - Công ty than Hòn Gai hiện nay nhằm giảm chi phí chống xén hàng nămcủa Công ty và tăng tuổi thọ cho các công trình hiện tại là rất cần thiết và cấp bách.

lớn Các đường lò bị biến dạng, bóp méo, thu nhỏ kích thước (có những vị trí chiềucao đường lò chỉ còn khoảng từ 1,61,8m) không đảm bảo yêu cầu sử dụng cũng nhưkhả năng thông qua và mức độ an toàn cho người và thiết bị qua lại, do đó không đảmbảo yêu cầu sản xuất Hơn nữa, đường lò này còn có xu hướng bị nén ép và ngày càngbị biến dạng thêm Những đoạn lò được chống xén lại nhiều lần và được chống giữtheo kết cấu chống thông thường nhưng đến nay vẫn bị mất ổn định (theo thống kê củaCông ty than Hòn Gai các đường lò này thường phải xén đi xén lại với chu kỳ 4  5tháng/lần) Mặt khác, công việc đào chống xén những đoạn lò này nếu tiến hành theocác biện pháp thông thường do áp lực mỏ rất lớn và điều kiện địa chất phức tạp, sẽthực hiện rất khó khăn và không đảm bảo an toàn khi thi công Trên cơ sở đó tác giả đềxuất giải pháp chống giữ nhằm xử lý mất ổn định tại lò xuyên vỉa mức -50 Từ các kếtquả chống thử nghiệm tại lò xuyên vỉa mức -50 trên để có thể nhân rộng mô hình nàytrong toàn Công ty than Hòn Gai để nâng cao độ ổn định cho các đường lò và giảm chiphí xén, sửa đường lò hàng năm của Công ty

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các giải pháp bảo vệ đường lò xây dựng cơbản đã thi công trong điều kiện địa chất phức tạp, có thời gian tồn tại lâu dài từ 5 đến15 năm.

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các đường lò xây dựng cơ bản (Lò xuyên vỉamức -50) của dự án Cái Đá - Công ty than Hòn Gai.

4 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích đặc điểm địa chất mỏ của dự án Cái Đá và khu vực thử nghiệm.

- Phân tích đánh giá nguyên nhân, hiện trạng mất ổn định của các đường lò xâydựng cơ bản tại dự án Cái Đá.

- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao mức độ ổn định của cácđường lò XDCB cũng như hiệu quả sản xuất tại dự án Cái Đá.

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với khảo sát thực địa xác định nguyên nhân gâyphá huỷ kết cấu, nén lún biến dạng đường lò.

- Nghiên cứu, thiết kế, đề xuất các giải pháp kỹ thuật và giải pháp công nghệ đểchống giữ đường lò.

- Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích, nghiên cứu lý thuyết kết hợp vớinghiên cứu thực nghiệm cho thực tế điều kiện địa chất, kỹ thuật tại Công ty than Hòn Gai.

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho Công ty thanHòn Gai đưa giải pháp vào áp dụng thử nghiệm và hoàn thiện phương án xử lý cácđường lò mất ổn định trong toàn Công ty hiện nay nhằm nâng cao an toàn lao động vàhiệu quả kinh tế cho đơn vị

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để áp dụng việcchống lò bằng kết cấu khung chống thép kết hợp vòm ngược và sử dụng thêm giacường khối đá bằng neo cáp dùng chất dính kết bằng vữa xi măng cho đường lò xuyênvỉa mức -50 của dự án Cái Đá - Công ty than Hòn Gai- TKV.

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: Phần mở đầu, 03 chương, kết luận và kiến nghị Luận văn đượchoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Tạ Văn Kiên và TS Đỗ Xuân Huỳnh.Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban Giám hiệu trường Đạihọc Công nghiệp Quảng Ninh, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, các cán bộ kỹthuật Công ty than Hòn Gai- TKV và Viện khoa học công nghệ mỏ đã tạo điều kiện

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT DỰ ÁN CÁI ĐÁ CÔNG TY THAN HÒN GAI VÀ KHU VỰC THỬ NGHIỆM 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu mỏ

-Khu Cái Đá – Công ty than Hòn Gai – TKV thuộc khoáng sàng Suối Lại nằmvề phía Đông Bắc thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, cách trung tâm thành phố HạLong khoảng 8km, thuộc phường Hà Khánh thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.

Giới hạn toạ độ theo hệ toạ độ và độ cao nhà nước năm 1972 như sau:X = 2321.500  2324.000

Phía Tây giáp là sông Diễn Vọng.

Diện tích khoáng sàng Suối Lại được Hội đồng quản trị Tập đoàn Công nghiệpThan - Khoáng sản Việt Nam giao cho Công ty TNHH MTV than Hòn Gai -Vinacomin quản lý, bảo vệ, và khai thác căn cứ theo quyết định số 1122/QĐ - HĐQT,ngày 16 tháng 05 năm 2008:

Mỏ Suối Lại: Ký hiệu mốc mỏ từ SL.1  SL.23.

Về địa hình khu Cái Đá thuộc khoáng sảng Suối Lại nói chung thuộc loại địahình núi thấp đến trung bình, phần trung tâm cao hơn cả, có đỉnh cao nhất là 230m vàthấp dần theo hướng Bắc Nam

Hệ thống sông có duy nhất là sông Diễn Vọng nằm ở phía Bắc, Tây Bắc củakhu lập báo cáo rất thuận lợi cho việc vận chuyển bằng đường thuỷ.

Hầu hết các sông suối trong khu Cái Đá đã bị bồi lấp bởi các lũ tích, sườn tích,tàn tích và bồi tích cho nên các lòng suối ngày càng bị nâng cao và mất đi đặc tính banđầu, mặt khác hệ thống mương xói ngày càng phát triển, vì vậy mà cảnh quan môi

trường sinh thái có nhiều thay đổi.

Khí hậu thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình trong năm từ 20 26oC, có ngày nhiệt độ đến 38oC.

Điều kiện giao thông rất thuận lợi cả về giao thông đường thuỷ và đường bộ:- Về giao thông đường thuỷ: Có sông Diễn Vọng (sông Cửa Lục), cảng Quốc tếnước sâu Cái Lân nằm ở phía Bắc, Tây bắc của khu Suối Lại rất thuận lợi cho tàu, xàlan vào tiêu thụ than.

- Về giao thông đường bộ:

+ Phía Tây có tuyến đường tỉnh lộ 337 từ thành phố Hạ Long đi qua Cầu Bang,Hoành Bồ

+ Phía Nam có hệ thống đường ô tô, đường dân sinh đi lại các khu khai thácnhư Công ty Than Hà Tu, Hà Lầm hết sức thuận lợi.

Tóm lại, về điều kiện giao thông vận tải rất thuận lợi cho việc vận chuyển tiêuthụ than.

1.2 Cấu tạo địa chất khu mỏ

Căn cứ theo báo cáo kết quả thăm dò than khu Nam Suối Lại đã đượcHĐTLNN phê duyệt theo quyết định số: 999/QĐ-HĐTLQG ngày 24/11/2016 về việcphê duyệt trữ lượng than kèm theo "Báo cáo kết quả thăm dò than khu nam mỏ SuốiLại, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh" " do Công ty cổ phần Tin học, Công nghệ,Môi trường Than - Khoáng sản Việt Nam (VITE) lập, các đặc điểm điều kiện địa chấtcủa khu Cái Đá thuộc khoáng sàng Suối Lại như sau:

Đặc tính của các loại đá trầm tích đó thuộc khu vực Suối Lại bao gồm:

- Cuội kết: Có màu trắng đục, xám sáng, cấu tạo khối, cỡ hạt thay đổi từ 1 1.5cm và cá biệt có hạt cuội đạt từ 5  10cm, tương đối đẳng thước Tỷ lệ cuội chiếm

thạch anh vô định hình có màu đen ánh, rắn chắc Đặc điểm này không phổ biến nênkhông sử dụng làm tầng đánh dấu Dưới kính hiển vi: Cuội có kiến trúc đá vụn, tỷ lệđá vụn 65%, xi măng cơ sở 35% là sét, silic có các hạt vụn thạch anh và các vảy mica.

- Sạn kết: Có màu xám tối đến xám sáng, thông thường sáng màu, cấu tạo khối,dòn Thành phần hạt vụn thường là thạch anh, silic lẫn ít mảnh đá quarzit màu xámđen với cỡ hạt từ 0.5  1.25cm, độ lựa chọn và mài tròn từ vừa đến kém Xi măng gắnkết thường là silic màu xám lẫn sét, ngấm ôxit sắt, phần lớn là dạng lấp đầy Sạn kết ítgặp trong cột địa tầng, tập trung chủ yếu ở Bắc Bàng Danh (từ V.7 đến V.11) và khốiphía nam, thường ở dạng lớp và thấu kính, chiều dày thay đổi từ 5 m  10 m, đôi chỗđược thay thế bằng cát kết hạt thô Dưới kính hiển vi: Sạn kết có kiến trúc đá vụn vớixi măng cơ sở, tỷ lệ đá vụn thạch anh chiếm 35%, ngoài ra còn có các mảnh vụnquarzit, si lic, canxedoan, xi măng cơ sở 65% là sét si lic.

- Cát kết: Có màu xám sáng, xám tro đến xám đen, hạt thô đến mịn, cấu tạokhối, đôi chỗ biểu hiện phân lớp do thay đổi độ hạt, vết vỡ không bằng phẳng, độ hạtthay đổi từ 0.05  0.1cm, thành phần chủ yếu là thạch anh đến sét, thứ yếu là xerixit,muscovit Xi măng là sét silíc khá rắn chắc Cát kết phân bố rộng rãi, nằm xen kẽ trongcột địa tầng thường tạo ra thành lớp có chiều dày thay đổi từ vài mét đến vài chục mét.Dưới kính hiển vi: Cát kết thường có kiến trúc Psamit với xi măng lấp đầy Thànhphần khoáng vật gồm: Tỷ lệ đá vụn 75% , xi măng 25% trong đó vật chất sét chiếm10% đến 15%, silic chiếm 8% đến 12%

- Bột kết: Có màu xám đen đến đen, hạt trung bình đến mịn, cấu tạo khối đến phânlớp mỏng, tương đối rắn chắc, vết vỡ gồ ghề, thường chứa các mặt trượt cục bộ đen, nhẵnbóng Thành phần chủ yếu là thạch anh, sét chứa xerixit, clorit, muscovit Bột kết chiếmphần lớn trong cột địa tầng, tạo thành lớp có chiều dày thay đổi từ vài mét đến vài chụcmét, thường là vách trụ của vỉa than, có chứa hoá đá thực vật Dưới kính hiển vi: Cát kếtthường có kiến trúc Alêvrit với xi măng cơ sở và lấp đầy Thành phần đá vụn hạt mịn25%  60%, xi măng 40%  70% trong đó: thạch anh 20%  60%, vật chất sét chiếm25%  50%, mica 1%  2%.

- Sét kết: Có màu xám đen, xám tro, ánh mờ, đôi khi xen một vài chỉ than mỏng

không liên tục, cấu tạo phân lớp mỏng không rõ, nhiều mặt trượt cục bộ dọc theo lớp.Dưới kính hiển vi: Sét kết có kiến trúc Pêlit Thành phần khoáng vật gồm: thạch anh-silic chiếm 4%, vật chất than từ 5%15%, sét là thành phần chủ yếu chiếm 86% códạng ẩn tinh.

- Sét than: Có màu xám đen, xám tối, ánh mờ, cấu tạo phân phiến Thành phầnchủ yếu là sét, thứ đến là xerixit, clorit, thạch anh và những lớp than xen kẽ nhau.Dưới kính hiển vi: Sét than có kiến trúc Pêlit Thành phần khoáng vật gồm: Sét chiếmtừ 50%70%, vật chất than từ 20%45%, sét là thành phần chủ yếu chiếm 86% códạng ẩn tinh.

1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn

1.3.1 Nước mặt

Trong khu Cái Đá – Công ty than Hòn Gai rải rác có một số moong khai tháccũ, chúng có diện tích từ 2000 đến 20000m2, sâu từ 5m -:- 6m Diện tích các moongkhai thác cũ bị thu hẹp dần do đổ thải và lắng đọng đất đá thải do các dòng nước mưacuốn theo chảy vào moong Một số moong khai thác cũ đã bị đất đá thải lấp đầy.Nguồn cung cấp nước cho các moong chủ yếu là nước mưa, một số tăng cường bởinước dưới đất ở khu vực phía tây bắc do gần sông nên một số hồ có sự lưu thông trựctiếp với nước sông khi thủy triều lên, xuống như moong Ba Tài Nước trong các hồ cóđộ pH thấp, loại hình hoá học chủ yếu là Sunphát hoặc Clorua Bicácbonát Trong quátrình khai thác hầm lò các công trình nằm dưới các moong khai thác cũ cần đề phònghiện tượng bục nước gây mất an toàn cho người và thiết bị.

1.3.2 Đặc điểm nước dưới đất

Căn cứ vào đặc điểm thành phần thạch học, điều kiện tàng trữ, tính chất chứa vàthấm nước, đặc điểm thành phần hoá học, báo cáo TDSB và TDTM bãi thải Bắc Hà

Phân bố chủ yếu ở các thung lũng suối, sông nằm ở phía tây bắc và bắc khu mỏ.Thành phần đất đá chủ yếu là cuội, sỏi, cát lẫn sét và mùn thực vật nguồn gốc Eluvi,Đề lu vi và đá thải do quá trình khai thác lộ thiên đổ ra Chiều dày biến đổi từ 2 ÷15m Đây là tầng chứa nước không áp, chiều sâu mực nước 0,5m -:- 1,0m, mức độchứa và thấm nước kém

Theo kết quả phân tích thành phần hoá học thì nước có đặc điểm như sau: Tổngđộ khoáng hoá 0,02g/l đến 0,125g/l, độ pH = 5,8 ÷ 6,2, loại hình hoá học của nước chủyếu là Bicácbonát Clorua Natri ở gần khu vực cửa suối đổ ra sông Diễn Vọng Cáctrầm tích đệ tứ khá dày và do ảnh hưởng của nước biển (nước thủy triều) nên nướctrong trầm tích đệ tứ bị nhiễm mặn Do điều kiện thế nằm, nước trong địa tầng này cóquan hệ trực tiếp với nước mặt, một phần bị nhiễm mặn, hơn nữa lại nghèo nước nênkhông có ý nghĩa về mặt cung cấp nước Nguồn cung cấp nước cho tầng này chủ yếulà nước mưa Miền thoát là mương rãnh và các khe suối cắt qua tầng này.

b - Phức hệ chứa nước khe nứt vỉa của phụ hệ tầng chứa than Hòn Gai T3(n-r)hg2

Nằm dưới tầng Đệ Tứ và đá thải là phức hệ chứa nước khe nứt vỉa T3(n-r)hg2,Phức hệ chứa nước này bao gồm toàn bộ địa tầng chứa các vỉa than có trong khu mỏ.Thành phần đất đá bao gồm các lớp đá cuội kết, san kết, cát kết, bột kết, sét kết và cácvỉa than nằm xen kẽ nhau và lặp đi lặp lại theo quy luật từ hạt thô đến hạt mịn Do hoạtđộng kiến tạo các lớp đá đã tạo thành các nếp lồi, nếp lõm nhỏ, các cánh của nếp uốncó độ dốc biến đổi từ 30 ÷ 550 Theo kết quả quan trắc ĐCTV-ĐCCT ở các công trìnhkhoan nhận thấy rằng nước trong tầng này được chứa chủ yếu trong các khe nứt củacác lớp đá cát kết, sạn kết và cuội kết, các lớp đá bột kết và sét kết kẽ nứt nhỏ trong đólấp đầy vật chất sét nên không có khả năng chứa nước, được coi là các lớp cách nước.

Các lớp đá cuội, sạn kết thường có chiều dày biến đổi theo cả đường phương vàhướng dốc, đôi nơi dạng thấu kính duy trì trong diện tích hẹp Các lớp cát kết thườngcó màu xám sáng, hạt từ mịn đến thô, kẽ nứt phát triển, chiều dày biến đổi từ vài métđến hàng chục mét, có những lớp chiều dày đến 40m duy trì tương đối liên tục theođường phương và hướng dốc Đặc biệt càng về phía bắc (qua đứt gãy FK) chiều dàycác lớp cuội kết, sạn kết càng tăng và chiếm ưu thế trong địa tầng Trong các mặt cắttỷ lệ đá cát kết và sạn kết chiếm trung bình 48% tổng chiều dày địa tầng Các lớp đákhông chứa nước là bột kết, sét kết thường chiều dày biến đổi từ một vài mét đến hàng

chục mét, cấu tạo khối đặc xít, kẽ nứt kín, chiếm tỷ lệ trung bình 40% trong địa tầng.c- Nước trong các đới phá hủy kiến tạo

Trong khu mỏ Suối Lại các đứt gãy FK, A- A có đới phá huỷ tương đối rộng.Thành phần đất đá trong đới kiến tạo rất hỗn độn gồm sạn kết, cát kết, bột kết và cácmảnh sét kết bị vò nhàu vỡ vụn, chính vì vậy mà tỷ lệ mẫu khoan chỉ đạt 20 ÷ 30% Theo kết quả bơm nước thí nghiệm các lỗ khoan trong đới phá huỷ kiến tạo ở trongkhu vực cho thấy khả năng chứa và thấm nước của đất đá không lớn, hệ số thấm Kbiến đổi từ 0,0009 đến 0,0066 m/ng, trung bình 0,0041m/ng Độ phong phú nước rấtthấp, lưu lượng đơn vị (q) của các lỗ khoan bơm nước thí nghiệm trung bình là 0,003l/ms Nguồn cung cấp nước cho các đới phá hủy kiến tạo chủ yếu là nước mưa thấmxuống và các lớp đá chứa nước mà đứt gãy cắt qua

1.4 Đặc điểm địa chất công trình

Lò xuyên vỉa mức -50 đào qua vùng đất đá bao gồm: Cát kết, bột kết, sét kết, sạnkết, sét than và các vỉa than, chúng nằm xen kẽ nhau Nhìn chung các lớp đá có độ gắnkết rắn chắc, thuộc loại đá cứng, bền vững và có đặc điểm tính chất cơ lý như sau:

Cuội kết và sạn kết: Thường có màu xám sáng, trắng đục, chiếm tỷ lệ 20,86%

trong địa tầng, chiều dày từ 0,7m đến 30m, cá biệt có lỗ khoan dày đến 180,04m(LK.SL1), thường nằm ở giữa địa đầng các vỉa than Đặc biệt từ đứt gãy FK trở lênphía Bắc các lớp cuội sạn kết chiếm tỷ lệ đến 35% Thành phần chủ yếu là các hạtthạch, được gắn kết bằng xi măng silíc rất bền vững Kết quả phân tích thí nghiệm của317 mẫu đá sạn kết có chỉ tiêu cơ lý như sau:

Bảng 1.1: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá sạn kết.Chỉ

tiêucơ lý Giá

Khốilượng thể

Cườngđộ kháng

Cườngđộ kháng

Góc nộima sát

Lực dínhkết(KG/cm2)

những lớp chiều dày đến 310,18m (LK.TK15) Cát kết phát triển khá liên tục theo cảđường phương và hướng dốc, hạt từ mịn đến thô được gắn kết bằng xi măng silíc rấtbền vững Trong các mặt cắt loại đá này chiếm tỷ lệ trung bình 30% cột địa tầng Cáclớp cát kết thường nằm xa vách trụ các vỉa than Theo kết quả phân tích thí nghiệm của626 mẫu đá cát kết cho chỉ tiêu cơ lý như sau:

Bảng 1.2: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá cát kết.Chỉ

tiêucơ lý

Khốilượng thể

Cườngđộ kháng

Cườngđộ kháng

Góc nộima sát

Lực dínhkết(KG/cm2)

- Bột kết : Màu xám tro, xám đen chiếm tỷ lệ trung bình 29% trong địa tầng, từ

đứt gãy FK trở xuống phía nam các lớp bột kết chiếm tỷ lệ lớn hơn ở khối phía bắc.Thành phần chủ yếu là các khoáng vật sét và các hạt thạch anh hạt mịn, được gắn kếtbằng keo silíc rắn chắc Cấu tạo phân lớp dày, đôi nơi dạng khối đặc xít Chiều dày cáclớp bột kết biến đổi rất phức tạp, từ 0,3m đến 20m, biến đổi theo cả đường phương vàhướng dốc và thường nằm gần vách trụ các vỉa than Kết quả phân tích thí nghiệm của917 mẫu đá bột kết có chỉ tiêu cơ lý như sau:

Bảng 1.3: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá bột kết.Chỉ

tiêucơ lý Giátrị

Khốilượng thể

Cườngđộ kháng

Cườngđộ kháng

Góc nộima sát

Lực dínhkết(KG/cm2)

NN 2,50 1,72 207,98 21,91 15°40' 49,00

- Sét kết : Màu xám đen chiếm tỷ lệ khoảng 5% trong địa tầng, cấu tạo phân lớp

mỏng là chủ yếu, chiều dày lớp biến đổi 0,3m đến 2m, cục bộ có nơi lên đến 5m ( LKGK38) Các lớp sét kết thường nằm trực tiếp ở vách trụ các vỉa than, thuộc loại đá nửacứng đến cứng, bị vỡ thành các mảnh nhỏ, chính vì vậy lượng mẫu lấy để thí nghiệmxác định các chỉ tiêu cơ lý đối với loại đá này mới chỉ có 114 mẫu Kết quả phân tíchcác chỉ tiêu cơ lý phản ảnh như bảng sau.

Trong quá trình khoan thăm dò loại đá này thường bị trương nở làm cho đườngkính lỗ khoan bị hẹp lại, đôi nơi bị xập lở gây khó khăn cho công tác thi công Do vậytrong quá trình khai thác có thể xảy ra hiện tượng bùng nền làm biến dạng các côngtrình khai thác đi qua các lớp đá này

Bảng 1.4: Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá sét kết.Chỉ tiêu

cơ lý Giátrị

Khối lượngthể tích

Khối lượngriêng(g/cm3)

Cường độkháng

Cường độkháng

Góc nộima sát

Lực dínhkết(KG/cm2)

1.5 Đánh giá điều kiện địa chất, kỹ thuật tại khu vực lò xuyên vỉa mức -50.

Hiện tại, khu Cái Đá - Công ty than Hòn Gai có rất nhiều các đường lò có hiệntượng bị nén ép mạnh do áp lực lớn của đất đá Tuy nhiên, trong nội dung nghiên cứuđề tài lựa chọn vị trí để áp dụng thử nghiệm tại lò xuyên vỉa mức -50 của khu Cái Đá.

Trên cơ sở số liệu điều kiện địa chất trong các báo cáo thăm dò địa chất, trắcdọc thành lò thực tế đã thi công và khảo sát thực tế tại hiện trường của lò xuyên vỉamức -50 có thể đưa ra một số nhận xét sau:

a Đặc điểm địa chất thủy văn:

+ Lò xuyên vỉa mức -50 đa phần nằm trong các tầng đất đá chứa nước và chịuảnh hưởng quá trình thẩm thấu qua các lớp đất đá từ các moong khai thác lộ thiên đểlại, tuy nhiên tại một số vị trí có nước chảy vào đường lò thì lưu lượng nước không lớnkhông làm ảnh hưởng đến kết cấu chống Tại một số vị trí đường lò đào qua các vỉathan khi nước chảy vào đường lò gặp các lớp sét ở dưới nền gây nên hiện tượng trươngnở sét làm cho nền của các vị trí này bị bùng nền

b Đặc điểm địa chất công trình: Lò xuyên vỉa mức -50 được đào trong tầng đấtđá bao gồm: Cát kết, bột kết và sét kết Đường lò này được thi công từ những năm2009, trong suốt thời gian sử dụng cũng đã tiến hành xén mở rộng tương đối nhiều lầnvới chu kỳ xén tầm 4-5 tháng/lần Nguyên nhân đường lò thường xuyên phải xén lạido áp lực đất đá phía nóc lò vượt quá tải trọng cho phép của vì chống làm cho vì chốngbị nén ép mạnh chân cột có xu hướng đẩy về tâm đường lò gây nên bùng nền, ngoài ratại một số vị trí đào qua các vỉa than phía dưới nền lò thường xuất hiện một lớp sét cókhả năng trương nở gây nên hiện tượng bùng nền khi gặp nước trong quá trình thẩmthấu của nước qua các lớp đất đá

Hiện tượng mất ổn định và bùng nền ở lò xuyên vỉa mức -50 là do quá trìnhphân bố lại ứng suất của khối đá bị nén ép xung quanh đường lò Do ứng suất trongvùng bị nén ép này là ứng suất thủy tĩnh nên khi phân bố lại ứng suất, khối đá gây ralực tác dụng lên kết cấu chống giữ từ các hướng Ở những vị trí có kết cấu chống giữ,kết cấu chống không đủ khả năng chống lại lực tác dụng của đất đá sẽ gây nên hiệntượng kết cấu chống bị nén ép và biến dạng Ở những vị trí không có kết cấu chống

giữ đất đá bị trồi vào bên trong công trình

Từ hình 1.2 ta có thể thấy rằng khu vực lò xuyên vỉa mức -50 chủ yếu đào quacác lớp cát kết, bột kết đôi chỗ đào qua các lớp sét kết và vỉa than Vị trí lựa chọn ápdụng thử nghiệm từ IIK.815  IIK.820 đào qua vùng đất đá cát kết xen lẫn bột kết,phía nền đào qua vỉa than có xen lẫn lớp sét kết có khả năng trương nở Khu vực nàyhiện tại đang bị nén ép mạnh làm cho chân cột bị đẩy cong có xu hướng uốn cong vàotâm lò gây nên hiện tượng bùng nền, nguyên nhân của hiện tượng này chủ yếu là dophía nền lò tại một số vị trí ở vỉa than và tiếp giáp vỉa than có lớp sét khi gặp nước gâyra hiện tượng trương nở làm cho khu vực này gây ra hiện tượng bùng nền Ngoài ra,đất đá phía nóc lâu ngày bị phong hóa, các lớp đất đá mất sự liên kết với nhau tạothành một vòm phá hủy mới có bán kính lớn hơn vùng phá hủy ban đầu Ngoài nhữngnguyên nhân chính ở trên thì khu vực này cũng chịu ảnh hưởng của các quá trình khaithác lộ thiên làm ảnh hưởng đến sụt lún bề mặt gây mất ổn định của đường lò xuyênvỉa -50.

Do thời gian thi công của đường lò đã được đào tương đối lâu, đất đá bị phonghóa mạnh, liên kết giữa các lớp đất đá phía trên nóc bị tách rời hình thành lên một khốisập đổ mới Theo nguyên lý tính toán của giáo sư Tximbarevich thì lúc này khối đất đáđã hình thành một vòm phá hủy mới có bán kính phá hủy lớn hơn bán kính của vòmphá hủy ban đầu, điều này đồng nghĩa với việc áp lực nóc của đất đá lớn hơn rất nhiềuso với ban đầu khi thiết kế đào, chống mới đoạn lò Chính nguyên nhân này tạo nênmột trường ứng suất lớn, tạo ra áp lực mỏ lớn ở khu vực này dẫn đến mất ổn định, biếndạng, thu nhỏ tiết diện

Ngoài ra tại lò xuyên vỉa mức -50 phía nền lò đôi chỗ tại những vị trí đào quacác vỉa than và tiếp giáp với vỉa than còn xuất hiện một lớp sét khi gặp nước ngầm sẽ

Thµnhtr¸i lß liªnl¹c -50

T PT P

Hình 1.2 Trắc dọc thành lò xuyên vỉa mức -50

- Vách trụ các vỉa than có các lớp đá sét kết kém ổn định và có tính trương nở khigặp nước có thể gây ra hiện tượng bùng nền

- Lượng nước dưới đất chảy vào công trình khai thác không lớn, song về mùamưa, đặc biệt các công trình khai thác nằm dưới các moong khai thác lộ thiên cũ cầncó biện pháp đề phòng bục nước làm ngập mỏ gây mất an toàn cho người và thiết bị.

- Các đường lò đã được thi công tương đối lâu (quý III năm 2009), dưới tác độngcủa môi trường mỏ đất đá khu vực này đã bị phong hóa mạnh và làm giảm độ bền cơhọc của đá, ngoài ra dưới tác động của nước ngầm lâu ngày thẩm thấu qua các lớp đấtđá làm cho mức độ liên kết của các lớp đất đá bị mất liên kết, các lớp đất đá bị tách lớpgây nên hiện gia tăng tải lên các kết cấu chống và làm mất ổn định các đường lò Mộtmặt khác đất đá khu vực các đường lò này còn chịu tác của sự mất ổn định bề mặt doảnh hưởng của các moong khai thác lộ thiên lâu ngày để lại

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN, HIỆN TRẠNG MẤT ỔNĐỊNH CỦA CÁC ĐƯỜNG LÒ XÂY DỰNG CƠ BẢN THUỘC DỰ ÁN

CÁI ĐÁ - CÔNG TY THAN HÒN GAI - TKV

2.1 Phân tích nguyên nhân mất ổn định của các đường lò XDCB thuộc dự án CáiĐá - Công ty than Hòn Gai - TKV

a Vị trí các đường lò

Vị trí đường lò dọc vỉa than khi đào lò trong các vỉa có chiều dày lớn tác độngrất lớn đến sự ổn định của đường lò Một số vỉa than không những có chiều dày lớn màđộ bền của than và vách trụ không cao Vị trí đường lò đặt ở đâu trong vỉa than đểđường lò ổn định là vấn đề hết sức quan trọng

Các đường lò dọc vỉa trong các mỏ than thông thường được bố trí đào bám trụ.Khi đường lò đào bám trụ, các chân cột nằm trên đá trụ Do độ bền của đá trụ cao nênvì chống không bị lún gây thu hẹp đường lò để đường lò ổn định

Khi vỉa có chiều dày trung bình (2 – 3m) đường lò bám trụ thì nóc lò khôngnằm hoàn toàn trong than hay chiều dày vách than không lớn, vòm cân bằng tự nhiênphát triển không rộng, áp lực không tăng nhiều Ngược lại khi vỉa dày, than độ bềnthấp, vách yếu nếu bám trụ thì áp lực mỏ lớn, gây mất ổn định đường lò

Vách Trụ là sét kết, sét kết than có tính trương nở nếu đường lò bám trụ, khinham thạch trương nở sẽ nén ép gây mất ổn định đường lò Theo nhiều tài liệu nghiêncứu thấy rằng trong điều kiện địa chất như trên cách bố trí đường lò tốt nhất là đườnglò đào bám vách

Như vậy, ngoài việc bố trí đường lò đào trong lớp đá dọc vỉa than thay vì đườnglò dọc vỉa than là một giải pháp nâng cao ổn định đường lò giảm chống xén lò Bố trícác đường lò dọc vỉa có chiều dày cao bám trụ là một trong những nguyên nhân gâymất ổn định và tăng việc chống xén lò.

b Sử dụng kết cấu chống không phù hợp

Các đường lò dọc vỉa ở đây có diện tích tiết diện đào dạng hình vòm tườngthẳng Theo thiết kế chung của dạng vì chống hình vòm tường thẳng, vì chống chỉ cóthể ổn định hình học và chịu lực khi 2 bên chân cột chống được cố định vào đất đá nền

lò Trên hình 2.1 là sơ đồ tính toán nội lực vì chống, vì chống chỉ có thể chịu lực theothiết kế khi các điểm A và B (khớp cố định) không bị dịch chuyển theo phương ngangvà phương thẳng đứng

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán nội lực vì chống

Nhưng trong điều kiện ở đây, chân cột chống phần lớn được thi công đặt lên lớpsét kết hay vỉa than rất yếu, khi toàn bộ áp lực từ nóc lò và hông lò truyền xuống châncột chống làm cho chân cột chống bị lún xuống và bóp vào trong Mức độ lún và bópvào trong của cột chống phụ thuộc vào áp lực nóc và hông lò, ở phía nào áp lực nóc vàhông lớn hơn (thông thường bên trụ vỉa hiện trạng đã khảo sát) cột chống bị lún và bópvào trong nhiều hơn Khi 2 điểm A và B không cố định được dẫn đến vì chống khôngthể ổn định hình học và chuyển thành dạng kết cấu biến hình, mô men uốn tập trungcao nhất ở phần nóc lò vượt quá khả năng chịu uốn của vì chống Kết quả là vì chốngbị uốn cong tại nóc lò, các chân cột bị đẩy vào phía trong khoảng trống (mô hình biếndạng của vì chống khi chịu áp lực lớn được thể hiện trong hình 2.2).

Hình 2.2 Sơ đồ biến dạng vì chống khi chịu áp lực lớn

c Yếu tố độ sâu đặt công trình

Theo R.K.Goel, hiện tượng mất ổn định đường lò phụ thuộc vào chỉ tiêu phânloại chất lượng khối đá N, chiều rộng công trình và chiều sâu công trình Đường lò bịmất ổn định đường lò khi chiều sâu công trình h (m) lớn hơn chiều sâu tới hạn H (m).Trong đó chiều sâu tới hạn được xác định theo công thức:

H = 275N-1/3.B-0,1 (2.1)Trong đó:

B - Chiều rộng đào của công trình, m.

N – Chỉ tiêu phân loại khối đá theo Goel và được xác định theo công thức:

Bảng 2.1：Bảng xác định lượng điểm chuẩn theo yếu tố giảm ứng suấtTTKhối đá khá tốt, các vấn đề liên quan đến

1 Trường ứng suất thấp; gần mặt đất; các khe nứt mở 2,52 Trường ứng suất trung bình; các điều kiện ứng suất khá tốt 1,03

Trường ứng suất lớn; cấu trúc khối đá rất chặt, khít (thôngthường có các điều kiện ổn định tốt; có thể các điều kiện ổnđịnh tại vị trí thành - mặt khe nứt … không tốt lắm.

4 Khả năng phân tách lớp, phân phiến trung bình; mức độ vỡ vụn

trung bình trong khối đá sau thời gian lớn hơn 1 giờ 5-:-505

Khả năng phân tách lớp, phân phiến và hiện tương nổ đá (pháhủy động học) chỉ sau thời gian rất ngắn (một vài phút) trongkhối đá.

Hiện tượng nổ đá (phá hủy động học) mạnh và hiện tượngđộng học biến dạng với mức độ trung bình xảy ra trong khốiđá.

200-:-400Với điều kiện như lò xuyên vỉa mức -50 thiết kế chọn SRF = 5.

Q - Chỉ tiêu phân loại chất lượng khối đá theo Barton;Q có thể được xác định theo công thức sau:

(2.3)Trong đó:

 - Dung trọng của đất đá, T/m3

cm - Cường độ kháng nén đơn trục của khối đá, MPa cm có thể được xác địnhbằng phần mềm Rocklab, với số liệu đầu vào gồm: Cường độ kháng nén đơn trục củamẫu đá (ci), chỉ số độ bền địa chất (GSI), hằng số vật liệu của đá nguyên khối (mi), hệsố chấn động (D), dung trọng của đất đá (), độ sâu đặt đường lò (h).

.7,0 

Q

Bảng 2.2： Bảng tính toán giá chiều sâu tới hạn theo Goel

đào,B (m)

Chiều sâutớihạn

1 Sét

d Yếu tố khác

Ngoài các yếu tố ảnh hưởng như trên phải kể đến một yếu tố hết sức quan trọngtại khu vực Cái Đá chính là các hệ thống khai thác lộ thiên cũ để lại Các hệ thống khaithác cũ này sau khi khác thác sẽ hình thành các moong chứa nước có nguy cơ rất caodẫn đến hiện tượng bục nước trong lò (Hệ thống khai thác của dự án trước từ mức -40đến lộ vỉa, hệ thống moong khai thác lộ thiên cũ của Công ty than Hà Tu, các đường lònằm dưới đập chắn và các suối trên bề mặt địa hình ).

2.2 Hiện trạng thực tế của đường lò xuyên vỉa mức -50

+ Lò xuyên vỉa mức -50 thi công phục vụ chủ yếu vận tải, thông gió cho cáckhu vực lân Theo thiết kế ban đầu đường lò được chống giữ bằng thép SVP-22,Sđ=9,4 m2

+ Hộ chiếu và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của đường lò xuyên vỉa mức -50 thểhiện tại hình 2.3 và bảng 2.3, bảng 2.4.

mÆT C¾t a - a

mÆT C¾t b - b

mÆT C¾t c - c

mÆT C¾t d - d

18 19 2021

17;2118;2019

Bảng 2.4 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi đào lò xuyên vỉa mức -50

Bảng 2.5: Các thông số cơ bản của đường lò xuyên vỉa mức -50

Hiện trạng đường lò xuyên vỉa -50 được thể hiện như hình 2.3:

Hình 2.4: Sơ đồ hiện trạng đường lò xuyên vỉa mức -50

Hiện tại, đường lò chịu áp lực lớn do đất đá khu vực bị phong hóa mạnh, cáclớp đất đá bị tách lớp do quá trình thẩm thấu nước ngầm qua các lớp đất đá nên lò bịnén ép mạnh, khi bị nén ép mạnh quá làm cho các chân cột có xu hướng bị bẻ cong vềphía bên trong của đường lò gây hiện tượng bùng nền Ngoài ra dưới nền của đường lònày tại một số vị trí có lớp sét khi gặp nước cũng gây ra hiện tượng bùng nền Tạinhững vị trí mất ổn định Công ty than Hòn Gai đã tiến hành chống tăng cường bằngcác khung chống các môn với bước chống 0,7m/vì, tại một số vị trí nóc lò có hiệntượng uốn cong, đôi chỗ có hiện tượng nước dột Qua khảo sát hiện trường cho thấysự bóp méo, biến dạng dọc theo đường lò có nhiểu mức độ biến dạng khác nhau cả vềchiều cao và chiều rộng đường lò có những vị trí đường lò bị nén ép chiều cao đườnglò chỉ còn từ 1,8m  2m, chiều rộng đường lò có những chỗ chỉ từ 2,5m  3m Theothống kê số liệu của Công ty than Hòn Gai, lò Xuyên vỉa mức -50 đã được xén đi xénlại nhiều lần, tuy nhiên hiện tượng nén ép vẫn thường xuyên xuất hiện gây ảnh hưởngđến công tác vận chuyển, thông gió chung cho toàn bộ khu vực Đặc điểm cơ bản củalò xuyên vỉa mức -50 xem bảng 2.6.

Bảng 2.6: Bảng đặc tính cơ bản của các đường lò mất ổn định

Hiện trạngThiết kế

Nhìn chung mức độ biến dạng và dịch chuyển mạnh tại khu vực đoạn lò chothấy tải trọng nóc của đất đá tác dụng lên các khung chống thép rất lớn, gây nén ép vìchống làm cho tiết diện đường lò không còn đảm bảo cho mục đích sử dụng, hơn nữacác đường lò này còn có xu hướng nén bẹp và ngày càng biến dạng thêm theo thờigian nếu không có những biện pháp kỹ thuật phù hợp và kịp thời Trong suốt thời giantừ khi thi công xong đường lò thì nhiều đoạn đã được xén đi, xén lại nhiều lần nhưngvẫn mất ổn định, với chu kỳ xén thường từ 4 ÷ 5 tháng một chu kỳ.

Từ hiện trạng của đường lò này, tác giả đặt ra yêu cầu phải có giải pháp xử lýlàm ổn định áp lực ở vùng đất đá bị nén ép mạnh và bổ sung kết cấu chống giữ hợp lýđể giữ ổn định lâu dài cho các đường lò, đảm bảo an toàn cho người lao động và phụcvụ tốt cho công tác sản xuất, giảm chi phí xén sửa, duy tu đường lò.

2.3 Nhận xét

Đường lò mức -50 mất ổn định chủ yếu nguyên nhân do độ bền của đất đá, cấutrúc địa tầng và nguyên nhân do đất đá trương nở do có chứa khoáng vậtmontmorilonit, bentonit, cụ thể:

- Do quá trình thẩm thấu nước ngầm qua các lớp đất đá nên lò bị nén ép mạnh.- Khi bị nén ép mạnh quá làm cho các chân cột có xu hướng bị bẻ cong về phíabên trong của đường lò gây hiện tượng bùng nền, ngoài ra dưới nền của đường lò nàytại một số vị trí có lớp sét khi gặp nước cũng gây ra hiện tượng bùng nền.

Hậu quả của việc mất ổn định tại đường lò mức -50 dẫn đến việc áp lực lò nén épmạnh lên khung vì chống, tiết diện đường lò giảm từ 9,4m2 xuống 6,2m2, chiều cao đườnglò giảm từ 2,95m xuống 1,8-:-2m, chiều rộng đường lò giảm từ 3,58m xuống 2,5-:-3m.Ngoài ra xuất hiện hiện tượng bùng nền, một số vị trí nóc lò có hiện tượng uốn cong, đôichỗ có hiện tượng nước dột Đường lò không còn đảm bảo điều kiện cho công tác vận tảivà thông gió cho các lò chợ hoạt động trong vỉa 9.

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸTHUẬT NHẰM NÂNG CAO MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ SẢNXUẤT CHO ĐƯỜNG LÒ XÂY DỰNG CƠ BẢN MỨC -50 KHU CÁI ĐÁ -

CÔNG TY THAN HÒN GAI -TKV

3.1 Cơ sở lựa chọn giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò mất ổn định

Để lựa chọn các giải pháp xử lý các đường lò mất ổn định cần thiết phải đánhgiá tài liệu điều kiện địa chất, thu thập các số liệu khảo sát tại hiện trường, đặc điểmhiện trạng của đoạn lò và kết hợp các phương pháp đánh giá chất lượng khối đá để đưara giải pháp xử lý tối ưu nhất.

Đường lò Xuyên vỉa mức -50 đào qua các lớp đất đá cát kết, bột kết, sét kết đôichỗ có vỉa than đi qua Các đường lò này đã được thi công khá lâu và do ảnh hưởngcủa các khu vực khai thác lộ thiên cũ gây ảnh hưởng đến chất lượng khối đá xungquanh các đường lò

Các đường lò được đào từ những năm 2009 và đã xén đi xén lại nhiều lần làmcho chất lượng đất đá xung quanh bị giảm yếu đi về mặt liên kết giữa các lớp đất đávới nhau, làm giảm độ bền cơ học của đá làm cho độ kiên cố của đất đá giảm xuống.Việc các lớp đất đá mất sự liên kết với nhau dẫn đến hiện tượng xuất hiện một vùng áplực mới có bán kính phá hủy lớn hơn nhiều so với vùng phá hủy so với tính toán banđầu

Trên cơ sở đó, việc đánh giá chất lượng khối đá của khu vực áp dụng thửnghiệm có tầm quan trọng hết sức lớn lao trong việc đề xuất các giải pháp xử lý cácđường lò mất ổn định do điều kiện địa chất phức tạp.

3.2 Đánh giá chất lượng khối đá

đánh giá chất lượng khối đá phục vụ thiết kế và bản vẽ kỹ thuật thi công còn rất hạnchế Một vài năm lại đây, các đơn vị như Viện KHCN mỏ - Vinacomin với sự hợp táccủa Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh, các Công ty Công trình ngầm thuộc TổngCông ty Sông Đà và các chuyên gia Australia, Ba Lan công tác đánh giá chất lượngkhối đá mới được đề cập và áp dụng vào Xây dựng ngầm mỏ

Từ việc nắm bắt đầy đủ các thông tin về bản chất khối đá mà đường lò sẽ đào(chất lượng khối đá RQD, RMR, Q) qua trong quá trình thi công và sử dụng phươngpháp quan trắc, thay đổi các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến mức độ ổn định củađường lò, thay đổi một số bước trong qui trình đào chống nhẹ (phương pháp NATM-Áo) nên việc thiết kế và chuyển giao công nghệ thi công nhất là thi công qua các khuvực đá vò nát, tơi rời kết hợp với các giải pháp đặc biệt góp phần tăng ổn định và nângcao tốc độ thi công đã được sử dụng hiệu quả trong thi công hầm và mỏ hầm lò ViệtNam.

Phân loại chất lượng khối đá theo các phương pháp do các nhà khoa học địa cơhọc đá đề xuất như DEER, BIENIEWSKI hay BARTON bao gồm: Phương pháp RockQuality Designation - RQD; Phương pháp phân loại Rock Mas Rating - RMR; Phươngpháp Quality – Q, cụ thể như sau.

3.2.1 Phương pháp phân loại chất lượng khối đá RQD

Phương pháp này do Deere đề xuất năm 1963 Deere đã nghiên cứu mối tươngquan giữa độ dài của các mẫu lõi khoan với độ bền và độ nứt nẻ của đất đá, từ đó ông đềxuất công thức tính giá trị RQD như sau:

Li: Chiều dài của mỗi lõi khoan đá > 100mm.

L: Chiều dài của toàn bộ lỗ khoan được khảo sát, mm.

Trong trường hợp không xác dịnh được RQD từ lỗ khoan thăm dò hoặc lấy mẫutheo công thức xác định RQD của Deere, có thể tính toán một cách gián tiếp như sau:

- Công thức thực nghiệm xác định chỉ tiêu RQD của Palmtrom (1975).

RQD = 115 - 3,3.JV,% (3.2)Trong đó:

