ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỰA CHỌN KẾT CẤU CHỐNG HỢP LÝ ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA +155 MỎ HÀ LẦM

Cùng với sự pháttriển của nền kinh tế đất nớc, ngành khai thác khoáng sảnnói chung và ngành khai thác than nói riêng cũng có nhữngmức tăng trởng vợt bậc do đó trữ lợng than ngày càng giả

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc đòihỏi nhu cầu tiêu thụ năng lợng ngày càng lớn Cùng với sự pháttriển của nền kinh tế đất nớc, ngành khai thác khoáng sảnnói chung và ngành khai thác than nói riêng cũng có nhữngmức tăng trởng vợt bậc do đó trữ lợng than ngày càng giảm,cần phải mở rộng khai thác xuống những độ sâu lớn hơn.Việc lựa chọn kết cấu chống giữ công trình hợp lý rất quantrọng, nó không chỉ giữ ổn định và đảm bảo an toàn chocông trình và ngời trong suốt quá trình sử dụng mà còn

đảm bảo cho giá thành khai thác là nhỏ nhất

Vì vậy, sau thời gian học tập tại trờng Đại học Mỏ - Địachất, chuyên ngành Xây dựng công trình ngầm và mỏ, đợc

sự giúp đỡ của cơ sở thực tập là: Công ty Xây dựng mỏ hầm

lò 2 và tập thể thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng CôngTrình Ngầm, đặc biệt là sự hớng dẫn tận tình của thầy giáoNguyễn Văn Quyển, tôi đã hoàn thành bản đồ án: Lựa chọnkết cấu chống hợp lý cho đờng lò xuyên vỉa mức + 115 mỏthan Hồng Thái Bản đồ án gồm bốn chơng:

- Chơng 1 - Khái quát chung

- Chơng 2 - Tính toán kết cấu chống giữ

- Chơng 3 - Thi công

- Chơng 4 - Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Mặc dù bản thân đã cố gắng tìm tòi học hỏi song dokiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránh khỏi

các thầy cô và các bạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn.

Hà Nội 9 - 2008

Sinh viên : LêXuân Tuyến

Chơng 1 Khái quát chung

1.1 Đặc điểm kinh tế, xã hội.

1.1.1 Vị trí địa lý khu mỏ

+) Vị trí địa lý: Đờng lò nằm trong khu mỏ Tràng Khê, tạimức +115, cách đờng 18A L= 7km, trong đó đờng cấp 3 dài5,5km, đờng cấp 4 dài 0,5km, đờng lên vỉa dài 1,0km

Khu mỏ nằm trong giới hạn toạ độ địa lý:

X= 33.200  40.500 Y= 360.259  371.300

(theo hệ tao độ Nhà nớc 1972)

1.1.2 Địa hình và khí hậu khu vực

a) Địa hình

Địa hình khu mỏ là vùng đồi núi cao, khu vực phía Tây

có rừng phòng hộ, sờn núi thờng dốc, núi có độ cao trungbình 450m Địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam Bề mặt

địa hình bị chia cắt bởi nhiều suối cắt qua địa tầng chứathan và chạy dọc theo hớng từ Bắc xuống Nam đổ vào suốilớn Trung Lơng, lu lợng thay đổi từ 6,1 l/s  18,000 l/s Cácsuối về mùa khô ít nớc, lòng suối hẹp, nông

1.1.3 Điều kiện kinh tế, xã hội, chính trị

Khu mỏ nằm trên địa bàn thị xã Uông Bí.Trên địa bànchủ yếu là ngời Kinh sinh sống, ngoài ra còn có nhiều dântộc thiểu số nh: Thanh Y, Thanh Phán, sống tập trung thànhbản làng xung quanh khu mỏ Các dân tộc thiểu số sống chủ

yếu bằng nghề làm ruộng Ngời Kinh chủ yếu là CBCNVC của

mỏ và con em CBCNVC mỏ đang làm mỏ hoặc đã nghỉ hu

Về chính trị : Dới chế độ XHCN đời sống vật chất, tinhthần của nhân dân ngày một nâng cao, văn hoá, giáo dục,xã hội không ngừng phát triển, trình độ nhân dân ngàycàng đợc giác ngộ cao

1.2 Cấu tạo địa chất khu vực

a) Địa tầng.

Địa tầng chứa than khu mỏ bao gồm trầm tích chứa than

tuổi Triat - thống thợng bậc Nori - Jura thống hạ (T 3 n - J 1) vàtrầm tích Đệ tứ phủ trên mặt

Tổng chiều dày của địa tầng chứa than khoảng 850mgồm các đá sẫm màu chủ yếu là bột kết, cát kết ít lớp sétkết và các vỉa than, địa tầng chứa than đợc chia thành 3tập, trong đó các vỉa than có giá trị công nghiệp nằm trongtập thứ hai Trầm tích Đệ tứ tạo thành lớp phủ nằm bất chỉnhhợp trên các tập đá gốc bao gồm vật liệu hỗn hợp sạn, sỏi, cát,thạch anh lẫn sét bở rời ở các thung lũng chiều dày từ 5-10m,

ở sờn, đỉnh đồi thờng tồn tại dạng tảng lăn và có chiều dàymỏng từ 0-5m

Đứt gẫy thuận F12: Vị trí ở phía Nam T.I có phơngTây Nam - Đông Bắc, là đứt gẫy thuận cắm về phía Đônggóc dốc trung bình 450 Đây có thể là đứt gẫy kéo theo củaF13

- Đứt gẫy thuận F9: Vị trí ở phía Bắc T.I là đứt gẫy nhỏ

có phơng Đông Bắc Tây Nam chiều dài 220m, đây là đứtgẫy thuận cắm về phía Đông Nam, góc dốc trung bình 750

- Đứt gẫy F8: Vị trí ở phía Tây T.I có phơng Đông Nam Tây Bắc chiều dài 400m, là đứt gẫy nghịch cắm về phíaTây Nam Góc dốc trung bình 700 đợc phát hiện trong quátrình khai thác Lộ thiên

Đứt gẫy F16: Vị trí ở phía Bắc giữa 2 tuyến T.II và T.IIa

là đứt gẫy có phơng Tây Bắc Đông Nam chiều dài 190m, là

Tây Nam T.I Có phơng Tây Nam Đông Bắc chiều dài 850m,

độ dốc 750 cắm về phía Bắc

- Đứt gẫy F250: Xuất hiện phía Bắc T.III, chạy theo phơngTây Nam-Đông Bắc chiều dài 320m, là đứt gẫy nghịch,cắm về phía Đông Nam đợc phát hiện trong khi khai thác lộthiên các vỉa V6a, V7, V7t

- Đứt gẫy nghịch F400: Là đứt gẫy đợc phát hiện và xác

định do các công trình khai thác vỉa 9, vỉa 8, vỉa 7, nằmphía Đông Nam tuyến Va, phát triển theo hớng Đông Bắc- TâyNam, mặt trợt cắm Đông Nam từ 45 - 560, biên độ dịchchuyển từ 30  35 m Đứt gẫy cắm hầu hết các vỉa ở trênmặt, đứt gẫy đã đợc các lò khai thác mức +450, +400 vỉa 9,mức +400, +370, +335 vỉa 8 khống chế và xác định đứtgẫy F400 có đới huỷ hoại rộng từ 10 đến 30m

- Đứt gẫy F305: Là đứt gẫy thuận cắm về phía Tây Bắc,

đứt gẫy F305 làm ảnh hởng đến toàn bộ các vỉa than ở khuvực

- Đứt gẫy F50: Xuất hiện từ phía Tây Nam T.VIIIA chạy dài1.100m theo phơng Tây Nam-Đông Bắc Là đứt gẫy nghịchmặt trợt cắm về Đông Nam độ dốc 60-700, biên độ dịchchuyển 45-50m

- Đứt gẫy F357: Vị trí trùng với trục nếp lõm H.10, chạy dài1.200m theo phơng gần nh Đông Tây, là đứt gẫy thuận mặttrợt cắm về phía Nam, góc dốc biến đổi 60-850 biên độdịch chuyển trung bình 20-30m

Ngoài đứt gẫy chính nêu ở trên, trong địa tầng chứathan khu Tràng Khê còn có các đứt gẫy nhỏ, phát triển trongphạm vi hẹp, không gây ảnh hởng lớn đến hoạt động khaithác, (nh đứt gẫy F74, đứt gẫy F80 )

- Nếp lõm L2 nằm ở phía Tây T.IA nếp lõm này quan sát

rõ trên bản đồ và mặt cắt Trục nếp lõm có phơng ĐôngNam - Tây Bắc có xu hớng nghiêng về Đông Bắc Và độ dốc

từ 60 - 700 hai cánh của nếp lõm L2 tơng đối thoải

- Nếp lồi L3 không quan sát rõ trên bản đồ Trên mặt cắt

TII, TIIA nếp lồi có trục nghiêng về phía Bắc và trùng với đứtgãy F400 và làm ảnh hởng toàn bộ tới các vỉa than từ V.3 -V.9.

- Nếp lõm L4 nằm ở khu vực T.III quan sát rõ trên bản đồ

và mặt cắt Trục nếp lõm có phơng Tây Bắc - Đông Namnghiêng về Đông Nam, độ dốc từ 45 - 500 và hai cánh thoải

- Nếp lõm H.6 ở khu vực Tây Bắc T.VI có trục theo phơng

Đông Bắc - Tây Nam, mặt trục nghiêng về phía Đông Nam,

độ dốc từ 70 - 800, cánh của nếp lõm tơng đối thoải

- Nếp lõm H.10, xuất hiện từ F357 (trung tâm T.IXA) kéodài đến phía Tây Bắc T.IX theo phơng Tây Nam - ĐôngBắc, mặt trục nghiêng về Đông Nam và độ dốc từ 70 - 800

cánh Đông Nam độ dốc từ 40 - 500, cánh Tây Bắc độ dốc từ

25 - 300

- Nếp lồi B11 xuất phát từ trung tâm T.XA phát triển đếnphía Bắc T.X theo phơng Tây Nam - Đông Bắc, có trụcnghiêng về phía Đông Nam khoảng 70 - 800 Nếp lồi B11 có

độ dốc hai cánh khác nhau cánh Đông Nam dốc 25 - 300 cánhTây Bắc dốc 60 - 650

Ngoài các nếp lồi và nếp lõm chính nêu trên trong khu mỏcòn tồn tại một số nếp lõm nhỏ làm thay đổi cục bộ đờngphơng của các vỉa than nhng không làm ảnh hởng nhiều

đến trữ lợng của các vỉa than

1.2.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn khu mỏ.

a) Nớc mặt:

Mỏ than không có khối nớc mặt lớn (hồ nớc) Khu mỏ cóhai hệ thống suối chính, suối Than Thùng chảy ra Lán Tháp rồichảy vào sông Uông Bí, suối Nam Mẫu chảy ra sông Trung L-

ơng Lòng các suối này rộng từ 5m  7m: hạ nguồn rộng từ10m 15m Càng lên thợng nguồn càng dốc Độ dốc 200 30o.Lòng suối có nhiều đá lăn cỡ lớn Đôi chỗ có thác cao từ 1m 2m

Kết quả quan trắc lũ ngày 14-8-1968 nh sau:

Suối Than Thùng đến 18.000l/s Suối Hố Đâm đến12.00l/s suối Yên Tử đến 15.000l/s

Sau ma từ 1 đến 2 giờ nớc rút đi nhanh chóng Tổng độkhoáng hoá của nớc mùa ma: 0,057g/l  0,073 g/l; mùa khô từ0,052g/l  0,102g/l Độ pH từ 6,5  7,3

b) Nớc dới đất.

* Nớc trong trầm tích Đệ tứ

nớc là đất pha cát, cát hạt nhỏ, hạt trung và sạn sỏi

Nguồn nớc cho tầng này là nớc ma, một phần nhỏ là nớc từtầng than cung cấp Miền thoát nớc là điểm lộ dọc hai bên bờsuối Loại hình hoá học của nớc là Bicácbonat Clrua các loại Độ

pH từ 6,5 7,5 Tổng độ khoáng hoá 0,127g/l

* Nớc trong tầng chứa than

Trong trầm tích chứa than, đá chứa nớc gồm: cát kết hạttrung đến hạt thô màu xám sáng đến xám tro Sạn kết cuộikết màu xám sáng, đờng kính hạt sạn từ 0,5cm1cm Cả hailoại đá trên cấu tạo khối, phân lớp dày Các kẽ nứt phát triểntheo đờng phơng và hớng cắm của vỉa

* Đới chứa nớc khe nứt

Đới khe nứt có thể chia ra hai loại: do đứt gẫy sinh ra và donếp uốn sinh ra

Đứt gẫy trong khu mỏ gần Bắc - Nam Đới huỷ hoại rộng

từ 10m đến 15m Độ dốc đứt gẫy từ 55o đến 75o Kết quảbơm thí nghiệm thấy hệ số thấm từ 0,0016m3/ngđ đến0,042m3/ngđ

+)Kết quả công tác nghiên cứu Địa chất thuỷ văn rút ramột số nhận định sau:

- Tầng chứa than: Đới nứt nẻ có hệ số thấm nhỏ < 0,1

m3/ngđ Trong điều kiện mới đào lò lợng nớc chảy vào khônglớn

- Đới chứa nớc cũng có hệ số thấm nhỏ

- Đồi núi dốc lợng ma rơi xuống thờng thoát đi nhanh

Thành phần hoá học của nớc không ảnh hởng đến các thiết

Đặc tính của các loại nham thạch chủ yếu nh sau:

a) Cát kết: Sạn kết màu xám đến xám tro Cát từ hạt mịn

đến hạt thô Sạn kết độ hạt từ 0,2 - 0,5 cm đôi chỗ độ hạt lớnhơn Các kẽ nứt phát triển theo đờng phơng và hớng cắm củavỉa Bề rộng kẽ nứt từ 0,5mm đến 1mm Đá khá cứng rắn c-ờng độ kháng nén từ 465KG/cm2 đến >1000KG/cm2 Dungtrọng từ 2,65g/cm3 đến 2,67cm3 Tỷ trọng từ 2,69g/cm3 đến2,71g/cm3 Loại đá này thờng đợc đánh giá là vách cơ bản

b) Bột kết: màu xám đen, hạt trung đến hạt thô Các kẽ

nứt kín phát triển theo đờng phơng và hớng cắm của vỉa.Mẫu lấy đợc đập mạnh mới vỡ Cờng độ kháng nén trungbình từ 276 KG/cm2 đến 734 KG/cm2 Dung trọng từ2,65g/cm3 đến 2,67g/cm3 Tỷ trọng từ 2,70g/cm3 đến2,72g/cm3

c) Sét kết: Màu xám đen phân lớp mỏng Sét kết thờng

nằm sát vách và trụ các vỉa than Chúng bị sập lở ngay khikhai thác than Sét kết thờng đợc lấy làm vách giả

Cờng độ kháng nén từ 178 KG/cm2 đến 541KG/cm2.Dung trọng 2,63g/cm3 đến 2,64g/cm3 Tỷ trọng từ 2,70g/cm3

đến 2,72g/cm3

d) Đặc tính các vỉa than:

Các vỉa than có cấu tạo khá phức tạp, chiều dày vỉa thay

đổi từ 0,13m đến 7,48m (Vỉa 9) hoặc vỉa 7 dày 0,54m

đến 22,8m, trung bình 4,68m

Trong vỉa có từ 1 đến 15, 20, 30 lớp kẹp Những lớp kẹpnày cũng gây khó khăn khi khai thác các vỉa có chiều dàylớn

1.2.3 Đặc điểm khí mỏ

Qua báo cáo phân tích các mẫu thăm dò địa chấtnăm1968 và năm 1978 thì mỏ than có các thành phần khígồm ; Khí Ni tơ (N2); Các bon níc (CO2); Hyđrô (H2); Mê tan(CH4)

- Khí Hyđrô (H 2 )

Khí hyđrô có hàm lợng kết quả phân tích thờng khôngcao, chỉ có số ít mẫu đạt trên 20%, cá biệt có kết quả tới45,63% Hàm lợng khí hyđrô ở mẫu khí định tính thay đổitừ: 0,00 45,63% trung bình 7,16% Hàm lợng trong mẫu

định lợng thay đổi từ 0,0324,24% trung bình 9,46% Khíhyđrô thờng phân bố ở khắp mọi nơi trong tầng than

- Khí Cácboníc: CO 2 ).

Hàm lợng khí cacbonic thay đổi từ 0,0021,50% trung bình2,90% Hàm lợng khí cacbonic trong mẫu định lợng thay đổi

cacbonic thờng giảm dần theo chiều sâu

- Khí Ni tơ: (N 2 ).

Hàm lợng khí nitơ trong mẫu định tính thay đổi từ:26,3099,00% trung bình 84,37% Hàm lợng khí nitơ trongmẫu định lợng thay đổi từ: 48,3497,29 trung bình69,37% Khí nitơ cũng thay đổi trong phạm vi khá rộng vàtheo quy luật giảm dần theo chiều sâu

Tóm lại: Mỏ than các vỉa than nằm trong vùng nghèo khí

Mê tan (CH4), ở đới khí phong hoá thuộc đới: Mêtan - Nitơ

- Khi có điều kiện cần có phơng án chi tiết cho việcnghiên cứu khí mỏ cho vùng than này

Cần đặt các trạm quan trắc khí thờng xuyên tại các lòkhai thác, để tránh xảy ra cháy nổ khí Mêtan(CH4) và đợc

đánh giá là: Mỏ hạng I về khí bụi nổ 1.2.4 Trữ lợng than.

Trữ lợng mỏ đợc tính trên bản đồ tính trữ lợng các vỉa:

3, 4,5, 6, 7, 8, 9, 6a và 7T Tài liệu Địa chất sử dụng lập dự án

đợc thành lập trên cơ sở tài liệu “Báo cáo cơ sở dữ liệu địachất khoáng sàng than Hồng Thái - Uông Bí - Quảng Ninh ” do(VITE) thành lập năm 2004 và đợc phê duyệt theo Quyết

định số 486/QĐ-TM ngày 19/12/2005 của Tổng Giám đốcTập Đoàn Than Việt Nam

Chỉ tiêu tính trữ lợng áp dụng theo quy định của ủyban kế hoặch Nhà nớc số: 167/UB-CNA ngày 16/7/1977 cụthể: Chiều dầy tối thiểu tính trữ lợng đối với khai thác hầm

lò là: m  0.80 mét, độ tro tối đa: AK  40 %

l-1994 tới 1998 mỏ đã tiến hành làm đờng bê tông từ khu Yên

Tử ra tới Lán Tháp đi Uông Bí Nhìn chung điều kiện giaothông từ mỏ ra tới nhà sàng Khe Ngát và ra Cảng Điền Côngcũng nh đi các nơi tơng đối thuận lợi

Với địa chất đợc thăm dò tơng đối tỷ mỉ, co nhiều đứtgẫy đợc phát hiện nh: Đứt gẫy F8, đứt gẫy thuận F12, đứt gẫythuận F13 Và những uốn nếp nh: Nếp lõm L2 nằm ở phíaTây T.IA nếp lõm này quan sát rõ trên bản đồ và mặt cắt,nếp lồi L3 không quan sát rõ trên bản đồ Trên mặt cắt TII,TIIA nếp lồi có trục nghiêng về phía Bắc và trùng với đứt gãyF400 và làm ảnh hởng toàn bộ tới các vỉa than từ V.3 - V.9 Qua thăm dò xác định đợc các vỉa than nằm trongvùng nghèo khí Mê tan (CH4), ở đới khí phong hoá thuộc đới:Mêtan - Nitơ Những vị trí khai thác có nhiều khả năng xảy

ra cháy nổ nh nơi giao nhau giữa lò chợ với thợng thônggió vv Cần đợc thông gió tốt trớc khi đi vào sản xuất than

Trữ lợng than của khu mỏ tơng đối lớn Tổng trữ lợng

địa chất mỏ tính từ +125  -200 có tổng trữ lợng là: 89 306

819 tấn,

theo tài liệu Địa chất sử dụng lập dự án đợc thành lập trên cơ

sở tài liệu “Báo cáo cơ sở dữ liệu địa chất khoáng sàng thanHồng Thái - Uông Bí - Quảng Ninh ” do (VITE) thành lập năm2004

1.4 Khái quát về đờng lò cần thiết kế

+) Lò xuyên vỉa +115 có tổng chiều dài là: l = 255m +) Lò xuyên vỉa +115 có dạng hình vòm bán nguyệt t-ờng thẳng với kích thớc mặt cắt ngang nh hình vẽ(hình1.1)

D 500

1252 1050

- Lò vận tải chính khi thực hiện khai thác từ mức +115lên mức +250

- Cung cấp gió sạch vào mỏ khi thực hiện khai thác từ+115 -:- +250 và là lò thông gió đầu khi thực hiện khai thác

từ +30 -:- +115

+) Cấu tạo địa chất của khu vực bố trí đờng lò

- Điều kiện địa chất công trình:

Lò Xuyên vỉa mức +115-Tràng Khê III/V10, lò thi côngtrong địa tầng chủ yếu đá cát và sạn kết f=6-:-8; Trớc vàsau vỉa than địa tầng bột kết f=4-:-6

- Địa chất thuỷ văn: Nớc xuất ra trong quá trinh thi côngchủ yếu là nớc mạch nhỏ nằm trong địa tầng, chịu ảnh hởngtrục tiếp của nớc bề mặt, lu lợng nớc thoát ra nhỏ

+) Kết cấu chống giữ: Thép lòng máng CBII-17 hình vòmhoặc thép AKMS-17 với đất đá có f = 4-:-6, ngoài ra dùng neo

bê tông phun với đất đá có f = 6-:-8

Chơng 2 tính toán kết cấu chống

2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định của đất đá khu vực cần thiết kế

Để đánh giá độ ổn định của đất đá khu vực đờng lòcần thiết kế có các chỉ tiêu sau:

a) Theo công thức đánh giá sự ổn định của đờng lò:

Kc - hệ số giảm yếu cấu trúc, Kc = 0,4

- hệ số độ bền lâu dài của đá, = 0,65

K1 - hệ số tập trung ứng suất kéo, K1 = 0,23  1,0

Ta có: RQD = , % ; (2.3)

Trong đó:

li - chiều dài của mỗi thỏi lõi khoan ≥ 100mm

L - chiều dài lỗ khoan khảo sát, mm

Bảng 2.2 Phân loại khối đá theo RQD

Chỉ tiêu RQD (%) Phân loại chất lợng

R - chỉ tiêu bền nén đơn trục của khối đá

RD - chỉ tiêu chất lợng theo Deere

RC - chỉ tiêu các khoảng cách giữa các khe nứt

RJ - đặc điểm bề mặt nứt lẻ

RW - ảnh hởng của nớc ngầm khối đá

RP - ảnh hởng của phơng khe nứt đối với đờng lò.Cách tính các tham số và RMR cũng nh các nhóm khối đátheo Bieniawski đợc thống kê trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Các tham số phân loại khối đá theo Bieniawski

MN/m2

ở phạm vi

dụng độbền nén

200MN/m

2

100MN/m2

50-25-50MN/m2 10-25 3-

bềmặtnhámnhẹ,cứng,

độmở

<1m

bềmặtnhámnhẹ,mềm,

độmở1mm

bề mặtnhẵntrơn,

độ mở1-5mm,

có lấpnhét,khe nứt

chất lấpnhét mềm,

độ mở

>5mm, khenứt xuyênsuốt

khôngthuận lợi rất khôngthuận lợi

Bảng 2.4 Phân loại khối đá theo RMR

Chỉ tiêu RMR (%) Phân loại chất lợng

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Neo đơn chiếc Neo vớ i b ớ c chống neo th a

Neo vớ i b ớ c chống nhỏ (neo dày) và Neo vớ i b ớ c chống trung bình và bê tông phun.

, bê tông phun, vì chống kim loại đơn hoặc vì chống gỗ tha, kết cấu nhẹ.

Thanh chống kim loại kết cấu trung bình hoặc vì chống gỗ vững chắc có kết cấu giằng kín.

Thanh chống kim loại kết cấu vững chắc, trong vù ng g ơng đào tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặc chè n cọc dày.

Vù ng không ổn định

sụt lở mạnh

l ớ i thép

Neo vớ i b ớ c chống nhỏ L ớ i thép

Hình 2.2 Lựa chọn kết cấu chống theo Kendoski, cumnings

Thanh chống kim loại kết cấu nhẹ hoặc vì chống gỗ trung bình có giằng.

Neo trung bình, l ớ i hoặc bản thép.

1 2

106

1

1 ngày 30

70 60

50 40

30 20

Ro ck

ma ss

r a t in g

đá trong những điều kiện thực tế

Dựa vào RMR nhóm tác giả Kendorski và Cummings lập

ra biểu đồ để lựa chọn kết cấu chống nh trên hình vẽ(hình 2.2)

- Phơng pháp phân loại theo chỉ tiêu chất lợng đờng

lò Q của Viện địa lý kĩ thuật Nauy (NGI):

SRF - chỉ số giảm bền xung quanh đờng lò

Sáu tham số này đợc kết hợp thành ba cặp thừa số với ýnghĩa sau:

*J r /J a đặc trng cho độ bền cắt hay trợt giữa các khối nứt,

*J w /SRF đặc trng cho "ứng suất hữu hiệu", tác dụng vào khối

đá.

Trị số của các thừa số đó trong hệ thống phân loại dao

động trong khoảng xác định sau:

0,5 RQD/J n  200; 0,02 J a /J r 5; 0,005

J w /SRF  1;

Dựa vào số điểm tổng hợp Q thu đợc, các khối đá đợc

xếp vào 9 nhóm khác nhau nh trong bảng 2.5.

Bảng 2.5 Phân loại khối đá theo Q

Chỉ tiêu Q Phân loai chất lợng0,001  0,01 Đặc biệt xấu

với , B là dung trọng đá nóc và chiều rộng công trìnhngầm;

 Tại ấn độ: P = B (1,7 - 0,037 RMR + 0,0002RMR2) ;(2.7)

+ Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu địa chất và kết quảkhảo sát, đo đạc, thí nghiệm tại hiện trờng đã đo đợc kếtquả nh sau :

- Chỉ số : RMR = 43  68

- RQD = 60  79

- Q = 2,9  4,1

2.2 Lựa chọn phơng án chống giữ.

Qua đánh giá điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn,

địa chất công trình, mục đích sử dụng, thời gian tồn tại,qua các chỉ tiêu đánh giá chất lợng khối đá xung quanh đ-ờng lò và yếu tố về tính kinh tế, dựa vào bảng lựa chọnkết cấu chống giữ theo RMR của Kendorski (hình 2.2) ta lựachọn kết cấu chống giữ cho từng đoạn lò cụ thể nh sau:

* Đoạn lò đào qua đá có hệ số kiên cố f = 4  6

Ta chon kết cấu chống là kết cấu chống linh hoạt vềkích thớc chống bằng khung thép lòng máng CBII -17

* Đoạn lò đào trong đá kiên cố: f= 6  8

Dựa vào các hệ số ổn định nóc và hông, các chỉ tiêu

xung quanh đờng lò mà ta đã xác định đợc ở phần trớc, trêncơ sở đó ta sẽ chống giữ đoạn lò này bằng neo kết hợp vớibêtông phun.

Ưu điểm: là kết hợp với khối đá làm cho khối đá tự mangtải, bêtông phun làm cho biên đờng lò trơn nhẵn và ngănchặn đợc nớc ngầm chảy vào đờng lò (nếu có), giảm khảnăng tập trung ứng suất và giảm thời gian thi công làm tăngtiến độ thi công nh thế giá thành xây dựng giảm

2.3 Tính toán khung chống linh hoạt.

- Chều cao tờng đào hđ =1,1 m

- Chiều cao vòm đào hđ = Rđ = 1,65 + 0,2 = 1,85 m

- Chiều cao của cả đờng lò khi đào là: ht = hđ + hđ =1,1 + 1,85 = 2,95 m

2.3.1.1 Xác định chiều cao vùng phá hủy.

Theo Prôtôdiacô nốp và Tximbarevic thì sau khi đào,phía nóc khoảng trống hình thành vòm sụt lún dịch chuyểnthẳng về phía khoảng trống Khối đá ở phía ngoài vòm sụtlún ở trạng thái cân bằng ổn định Trọng lợng đá vòm sụtlún là nguyên nhân gây ra áp lực đá phía nóc lên khung, vỏchống nh hình vẽ

- Khối lợng riêng của đất đá, = 2.65 T/m3

b1 - chiều cao vùng phá hủy, m

Với b1 có thể tính theo công thức của P.M Tximbarevic

b1= ,m ; (2.9)Trong đó:

b1 - chiều cao của vòm phá huỷ

f- Hệ số kiên cố của đất đá.f = 4  6.ta lấy f = 4

a1- Nửa chiều rộng vùng phá hủy, m

Với a1 có thể đợc xác định theo công thức sau:

a1=a + h tg(450 - ) ; (2.10)

ở đây:

a - Nửa chiều rộng công trình, m ; a= 1,8 m

h - Chiều cao công trình, m : h=2,95 m

Thay vµo c«ng thøc (2.10) tao cã:

a1 = 1,8 + 2,95 tg(450 - ) = 2,16 m

Thay sè vµo c«ng thøc (2.9) ta cã:

b1= = 0.54 m

thay vµo c«ng thøc (2.8) ta cã: qn = 0,54 2,65 = 1,43T/m2

A

F

Ha

Xo h1

M N

v

v v

Hình 2.6 Sơ đồ tính vòm Hình 2.7 Sơ

đồ tính chân cột

2.3.3 Tính nội lực.

Ta thấy đây là hệ siêu tĩnh bậc một, nghĩa là có một

ẩn số thừa Thay ẩn số thừa bằng lực Ha thể hiện trên sơ đồtính hình vẽ 2.5

- Lùc däc t¹i tiÕt diÖn bÊt kú cña cét lµ:

0,107

1,98 1,98 1,98 1,98 1,98

1,98 1,98 1,98 1,98 1,98 1,98

Nội lực phần vòm đựơc xác định nhờ sơ đồ tính (hình2.6) nh sau:

- Mômen uốn tại tiết diện bất kỳ của vòm là : với (0 φ 900)

- Lực dọc tại tiết diện bất kỳ của vòm là: Nv (0 φ 900)

Nv = qn.R.cos2 φ - Ha.sinφ + qs.(R.sinφ + hc)sinφ; T ;(2.19)

- Lực cắt tại tiết diện bất kỳ của vòm: (0 φ 900)

Qv = qn.R.cosφ.sinφ + Ha.cosφ - qs.(R.sinφ + hc)cosφ; T ;(2.20)

Tại đỉnh vòm: Qv = 0

Ta xác định đựơc nội lực của khung chống nh các hình vẽdới đây:

N (T)

2,03 1,737 1,375

1,023 0,708

0,603

Hình 2.8 Biểu đồ lực dọc của khung chống

Tỷ lệ 1: 501,98

1,023 0,7081,375

0,42 0,053

0,604 0

Hình 2.9 Biểu đồ lực cắt của khung chống

0,337 0,313

Hình 2.10 Biểu đồ Mômen của khung chống

Tỷ lệ 1: 50

0,297 0,138

0,384 0,214 0,066

a) Kiểm tra bền.

Để chống lò ta chọn thép lòng máng CBII-17 có đặctính kỹ thuật cho ở bảng sau:

Chiều cao củathép

M N Q

- §¬n gi¸ mét bé lµ 44.800 ®/ bé.

VËy chi phÝ g«ng l¾p gi»ng:

Cg = 1,3 x 44.800 = 58.240 ®/m

* Chi phÝ thanh gi»ng (bé )

- Mçi v× sö dông hÕt 5 thanh

 1 mÐt sö dông = = 6.6 thanh

- §¬n gi¸ mét thanh lµ 22.369 ®/ thanh

VËy chi phÝ thanh gi»ng cho mét mÐt lß:

Cg = 6,6 x 22.369 =137.653 ®/m

2.3.4 ThiÕt kÕ kÕt cÊu chèng, hé chiÕu chèng.

KÕt cÊu chèng vµ hé chiÕu nh sau:

123 148 29 123

B B

H×nh2.15 VÏ t¸ch chi tiÕt khung chèng t¹i ®iÓm I, II

Tû lÖ 1:50

TÊm chÌ n D500

300

1100 850

3300 3700

Tû l Ö 1:50

2950 2750

Bđ - chiều rộng lớn nhất của đờng lò

B - chiều rộng sử dụng của đờng lò

Lk - chiều dài phần neo nhô ravào phía trong côngtrìnhtính cả tấm đệm, êcu, Lk = 10 cm

2.4.2.1 Khả năng mang tải của neo

Khả năng mang tải của neo đợc xác định nhỏ nhất từcác điều kiện: độ bền cắt, độ bề chống trợt của neo và

bêtông phun, độ bền chống trợt của bêtông và đất đá Từ cácgiá trị trên ta chọn giá trị nhỏ nhất để tính toán.

a Xác định khả năng mang tải của neo theo điều kiện kéo

đứt thanh neo.

P1=Fc.Ra.k , T/neo ; (2.22)Trong đó:

k- Hệ số làm việc của neo k=0,9

P1- Khả năng mang tải của neo theo điều kiện kéo đứtthanh neo

Fc- Diện tích mặt cắt ngang của thanh thép neo Với thanhcốt thép làm neo 24 thì Fc = = = 4,52.10-4m2

Ra- Cờng độ chịu kéo của thanh neo Với thanh thép làmneo thép AII  24 thì Râ=2700 KG/cm2=27000T/m2

k1- Hệ số điều kiện làm việc của khóa neo k1=0,58.

m1- Hệ số phụ thuộc vào loại cốt thép Với cốt thép có gờ thìlấy m1=0,7

Thay số vào công thức (2.23) ta có:

P2= 3,14.0,024.2000.0,6.0,58.0,7 = 25,5T/neo

c.Khả năng mang tải của thanh neo đợc xác định theo điều kiện bám dính giữa bê tông và thành lỗ khoan.

P3=.dlk.t2.lz.k1.m2 , T/neo ; (2.25)Trong đó:

dlk- Đờng kính lỗ khoan neo, dlk=0,040 m

t2- Độ bền chống trợt do khả năng dính bám giữa bê tôngvới thành lỗ khoan

Vậy khả năng mang tải của neo là Pn = P3 = 4 T/neo.

2.4.2.2 Tính toán chiều dài thanh neo.

Chiều dài thanh neo có thể xác định theo công thức:

ln=b1+1,5.lz+lk , (m) ; (2.26)Trong đó:

b1- chiều cao vòm phá hủy, b1= 0,331 m

lz- chiều sâu neo nằm ngoài vùng phá huỷ lz = 0,6 m

lk- Chiều dài phần neo nằm phía trong công trìnhngầm bao gồm tổng chiều cao vòng đệm, ecu định vị,khoảng cách khe hở công nghệ

Pn- Tải trọng nóc, T/m2 : Pn = qn Bđ = 0,877.3,5 = 3,07T/m2

Bđ - chiều rộng đờng lò đào, m

Pn- Khả năng mang tải của neo, Pn= 4 T/neo

Khoảng cách giữa các thanh neo

Gọi a khoảng cách giữa các thanh neo trong một vòng

Ta có S = = 1 chiếc/m2.Theo một số kinh nghiệm cho thấy, khoảng cách giữa haithanh neo nên bố trí nên nhỏ hơn hoặc bằng ba lần khoảngcách giữa các khe nứt ( tức là trong phạm vi hai thanh neokhông nên có quá 3 khe nứt) Theo báo cáo địa chất, đờng lò

ta thiết kế đào qua khu vực có mật độ khe nứt 23 khe nứt/mét Nh vậy, ta có thể chọn khoảng cách giữa các vòng neo

là b=1m, Từ đó có thể xác định đợc khoảng cách giữa cácthanh neo trong một vòng neo là:

a = = 1 m

Vậy khoảng cách giữa các vì neo là: a x b =1 x 1 m

+) Số lợng neo trên một vòng chống đợc xác định theo côngthức sau:

Ta chon số neo trên một vòng là: n = 7 chiếc

Vậy khoảng cách giữa các vì neo thực tế theo chu vi lò là:

a1 = = 0,916 m

Sử dụng kết cấu neo thép AII đờng kính cốt neo dc=0,024

m, chiều dài neo

ln = 1.33 m Neo giữa hai vòng neo liên tiếp bố trí so le nhau

2.4.2.5 Tính toán chiều dày lớp bê tông phun.

a) Đánh giá khả năng sập đổ của hàng neo.

Neo đợc sử dụng để chống giữ các đờng lò thi côngtrong các lớp trầm tích chứa than Do đặc điểm của sựhình thành các lớp nên đất đá bị phân phiến, phân lớp và

bị chia cắt bởi hệ khe nứt nẻ Vì vậy trong khi liên kết các lớp

đất đá lại với nhau ( theo nguyên lý bản dầm hay nguyên lýtreo) thì sự sụt lở, tách bóc là không thể tránh khỏi TheoMostkov khoảng cách giữa các thanh neo không nên vợt quá 3

lần khoảng cách giữa các hệ khe nứt nguy hiểm để khối đáhai bên làm nhiệm vụ nâng đỡ, giữ khối đá ở giữa Trongthực tế khoảng cách neo thờng thiết kế cố định, có thay

đổi cũng không nhiều, vì thế đá ở giữa các hàng neo rất

dễ bị tách khỏi khối làm cho neo bị lộ ra ngoài không đảmbảo đợc chức năng treo hoặc gắn kết các lớp lại với nhau

Theo Mostkov khối lợng đá giữa hai neo có thể bị sụp

đợc tính theo công thức sau:

q = 0,17..a , (T/m3) ; (2.29)Trong đó:

- Trọng lợng thể tích của đá =2,65 ,T/m3

a-Khoảng cách giữa các neo trong một vòng neo, a=1 m.Thay số vào công thức (2.29) ta có:

q = 0,17.2,65.1 =0, 45 (T/m2)Việc dùng lới thép để bảo vệ chống lại sự tách bóc đá ra khỏikhối nguyên quanh đờng lò chỉ là việc làm thụ động,vìkhoảng cách giữa các neo tơng đối lớn, lới thép thờng không

áp sát vào và có thể bị lõm xuống Do đó đá mặt lộ giữahai thanh neo không đợc che chắn, kích sát với lới Hiện tợngtách lớp, đá đè lên lới làm cho đờng lò bị yếu đi thờng xẩy ratại các đờng lò đào qua bột kết phân phiến phân lớp Vìthế sử dụng bê tông phun trong các trờng hợp này sẽ đem lạikết quả mong muốn

b) Chiều dày lớp bê tông phun.

Chiều dày lớp bê tông phun đợc xác định theo phơng phápcủa Mostkov:

 = k.a , m ; (2.30)Trong đó:

k- Cờng độ tính toán kéo đơn trục của bê tông Với

200 thì k=72 T/m2

k- Hệ số phụ thuộc vào dạng gia cố đờng lò khi đào Khi gia cố bằng tổ hợp vì neo bê tông phun thì lấy, k = 0,35 m- Hệ số điều kiện làm việc, m = 0,75

H×nh 2.18: CÊu t¹o neo BTCT

Tû lÖ 1:50

2.4.3 Hé chiÕu chèng neo bª t«ng phun

ChiÒu dµi thanh neo ln=1,4 m

M¹ng neo a x b =1 x 1 m

R 16

916

2850 2750

1100

1400

3300 300

2.4.3.1 Chi phÝ vËt liÖu cho neo bªt«ng phun.

a) Chi phÝ cho mét neo

+ Chi phÝ cèt thÐp cho neo bªt«ng cèt thÐp

d - §êng kÝnh lç khoan neo, d = 0,040 m

Dct - §¬n gi¸ cñav÷a bªt«ng b¬m vµo lç khoan neo, Dct