ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG MỎ - ĐƯỜNG LÒ BẰNG XUYÊN VỈA f=8

Thiết kế kỹ thuật1.1 Chọn hình dạng và xác định kích th ớc tiết diện ngang đ ờng lò 1.1.1 Chọn hình dạng và kết cấu chống : Khi xây dựng các đờng lò trong mỏ để giảm bớt các lực phá hoại

Trờng đại học mỏ - địa chất

Bộ môn xây dựng công trình ngầm

đồ án môn học

Đề tài : Thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công

lò bằng xuyên vỉa đào qua lớp cát kết và bột kết có độ kiên cố f = 8

Giáo viên hớng dẫn

quảng ninh, tháng 1 -2005

Mở đầu

Sau một thời gian học tập và tích lũy kiến thức Đặc biệt là học xong môn học "Đào chống lò" của bộ môn xây dựng công trình ngầm - XDCTN trong Khoa mỏ thuộc trờng Đại học mỏ địa chất Chúng tôi đã có kiến thức cần thiết

để thiết kế thi công các đờng lò phục vụ cho khai thác mỏ hầm lò

Để làm quen với thực tế công việc của một kỹ s ngành khai thác mỏ trong tơng lai Đợc sự đồng y của bộ môn XDCTN chúng tôi đã đợc giao đề tài thiết kế

và tổ chức thi công "Đờng lò xuyên vỉa đào trong lớp đất đá cát kết và bột kết có

độ cứng trung bình f = 7 ữ 9 để phục vụ cho công tác mỏ vỉa và vận tải sau này"

Nội dung bản đồ án : "Thiết kế và tổ chức thi công đờng lò xuyên vỉa"

Gồm 3 phần chính :

- Phần I : Thiết kế kỹ thuật

- Phần II : Tổ chức thi công

- Phần III : Hạch toán kinh tế

Dới sự hớng dẫn của thầy giáo :

Sau một thời gian tìm tòi và học hỏi chúng tôi đã hoàn thành bản đồ án này Nhng do kiến thức và thực tế sản xuất có hạn nên bản đồ án này còn nhiều thiếu sót Rất mong đợc sự chỉ bảo và hớng dẫn của các thầy trong bộ môn XDCTN và bạn đồng nghiệp

Cuối cùng chúng tôi xin cảm ơn thầy giáo hớng dẫn : và các thầy trong…

bộ môn cũng nh các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành bản đồ án này

Phần I

Thiết kế kỹ thuật

1.1 Chọn hình dạng và xác định kích th ớc tiết diện ngang đ ờng lò

1.1.1 Chọn hình dạng và kết cấu chống :

Khi xây dựng các đờng lò trong mỏ để giảm bớt các lực phá hoại do áp lực

đất đá xung quanh đờng lò gây ra cho vỏ chống ta cần chọn cho đờng lò có tiết diện ngang hợp ly, hình dạng tiết diện ngang đờng lò khi chọn cần chú ý đến các yêu cầu sau :

- Độ lớn và sự phân bố áp lực xung quanh đờng lò

- Kết cấu vì chống và thời gian tồn tại của đờng lò

- Tính chất của các lớp đất đá và khoáng sàng mà công trình đào qua

Đờng lò xuyên vỉa theo yêu cầu thiết kế là đờng lò đào qua lớp đất đá bột kết và cát kết có độ cứng trung bình f = 7 ữ 9, với thời gian tồn tại từ 10 ữ 15 năm và đợc bố trí một đờng xe

Vậy dựa vào các yếu tố trên ta chọn hình dạng tiết diện ngang đờng lò là

"Hình vòm bán nguyệt, tờng thẳng"

Sau khi đã chọn đợc hình dạng tiết diện ngang đờng lò ta tiến hành chọn kết cấu chống cho đờng lò

Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật của đờng lò :

- Thời gian tồn tại 10 ữ15 năm

- Chức năng : Vận tải bằng đờng sắt và đi lại

- Đờng lò đi qua lớp đát đá rắnt rung bình có f = 7 ữ 9

Từ đó ta chọn sơ bộ vật liệu chống là thép lòng máng SVP - 22 đợc chèn bằng tấm chèn bê tông và đánh văng bằng các thìu gỗ

Đặc tính kỹ thuật của thép lòng máng SVP-22

1.1.2 Xác định tiết diện ngang đờng lò sử dụng :

Khi xác định kích thớc tiết diện ngang sử dụng của đờng lò thì cần chú

đến các yếu tố :

- Công dụng của đờng lò : Lò vận chuyển, lò thông gió lò có hoặc không

có lối ngời đi lại v.v…

- Kích thớc, số lợng của các phơng tiện vận tải sử dụng trong đờng lò đó

- Khoảng cách an toàn giữa các thiết bị, giữa thiết bị với ngời, giữa thiết bị với khung vỏ chống theo quy định của quy phạm an toàn.…

Ngoài ra kích thớc tiết diện đờng lò còn phải thoả mãn các yêu cầu về đi lại cho công nhân và thông gió (nếu có)

Căn cứ vào yêu cầu của đờng lò cần thiết kế thi công và các thông số kỹ thuật, địa chất liên quan và hình dạng đ… ờng lò đã chọn ở phần trên ta xác định tiết diện ngang đờng lò xuyên vỉa nh sau :

- Chiều rộng bên trong khung chống đợc xác định theo công thức sau :

Btr = m + kđx x A + n + a1 + a2 (m) (2.1)

Trong đó :

m : Khe hở giữa vì chống và thiết bị vận chuyển : m = 0,3

n = 0,7m : khoảng cách từ mép thiết bị vận tải phía lối ngời đi lại

a1 = 0,250m : Phần rộng của lò về phía không có lối ngời đi lại

a2 = 0,250m : Phần rộng của lò về phía lối ngời đi lại

Htr = hc + hv (m) (1.2)Trong đó : hc = 1,3m : chiều cao cột chống

hv = 1,5m : chiều cao vòmThay số vào (1.2)

Chiều cao bên trong khung chống

Htr = 2,8mDiện tích bên trong khung vỏ chống (diện tích sử dụng) xác định theo công thức :

) ( 2 Ssd =Btrxhc+∏ hv2 m2

Trong đó : Btr = 3,00m : chiều rộng bên trong khung chống

hc = 1,3m : chiều cao cột chống

hv = 1,5 : chiều cao vòmThay số vào (1-3) diện tích sử dụng là : Ssd = 7,5m2

1.1.3 Xác định tiết diện bên ngoài vỏ chống :

- Chiều rộng bên ngoài khung chống đợc xác định :

Bng = Btr + 2do + ∆b (m) (1.4)

- CHiều cao bên ngoài khung chống đợc xác định :

Hng = Htr + do + ∆h (m) (1.5)

Trong đó :

∆b = 0,05m : chuyển vị ngang của đất đá

∆h = 0,06m : chuyển vị thẳng đứng của đất đá

do : Chiều dày khung chống kể cả tấm chèn

do = hk + hch = 0,11 + 0,05 = 0,16 (m)với hk = 0,11m : chiều cao thanh thép làm khung chốnghch = 0,05m : chiều dày tấm chèn bê tông

) ( ) (

2

Trong đó :

Bng = 3,4 (m) : chiều rộng bên ngoài vỏ chốngHng = 3,00 (m) : chiều rộng bên ngoài vỏ chống

hc = 1,3 (m) : chiều cao cột chốngThay số vào (1.6) ta có :

Diện tích bên ngoài vỏ chống (diện tích đào) là :

Sng = Sđ = 9,0 m2

1.1.4 : Kiểm tra tiết diện đờng lò theo điều kiện thông gió :

Vận tốc gió V trong đờng lò phải thoả mãn điều kiện : Vmin ≤ V ≤VmaxVới Vmin = 0,3m/s

Vmax = 8m/s

Trong đó vận tốc gió V đợc xác định bằng công thức :

xSsd

Q V

60

Trong đó : Q : Lu lợng gió cần thiết cho đờng lò (m3/s)

Lu lợng gió trong đờg lò đợc tính theo công thức :

q = 1,25 m3/t-phút lu lợng gió tiêu chuẩn cho 1 tấn than.

N = 300 ngày : số ngày làm việc trong năm

Thay số vào 1.8 : lu lợng gió cần thiết trong lò : Q = 1.812,5m3/phút

Thay vào (1.7) Vận tốc gió trong lò

s m x

5 , 7 60

5 ,

1812 =

=

Vậy vận tốc gió trong lò thỏa mãn điều kiện thông gió

1.2 : Xác định áp lực tác dụng lên đờng lò và tính chọn vì chống

1.2.1 : Xác định áp lực đất đá xung quanh đờng lò

Để tính áp lực đất đá xung quanh đờng lò ta sử dụng giả thuyết của giáo s P.M.Txim BareVich

2

82 90 cot 0 , 3 7 , 1 2

90 cot

g f

g hx a

=

ϕ

với b1 = chiều cao vòm phá hoại của đất đá nóc lò

a = 1,7m : nửa chiều rộng của lò

h b x

2

90 )

x

2

82 90 8

, 0 ) 0 , 3 387 , 0 ( 39 ,

=

c) áp lực viền lò :

m T x tg

tg

xtg b h

2

90 2

90

2

90 )

1 (

4 2

=

ϕ ϕ

Hình 1.2 : Sơ đồ tính nội lực bằng thép lòng máng lò xuyên vỉa

1.2.2 Tính nội lực trong khung chống

Để đơn giản trong quá trình tính toán khung chống phần trong chịu tải trọng phân bố đều ở nóc và hông lò với sơ đồ tính toán thể hiện ở hình (1.2) Nh vậy khung chống là khung siêu hình bậc 1, nghĩa là có 1 ẩn số thừa, ta thay ẩn số thừa này bằng một phản lực ngang x đợc xác định theo công thức :

) ( 3

2 4

2

2 3

4

3 3

2 4 4

.

.

3 2

2 3

3 2

2 3

4 4 3

4 3

T hc

rhc hc r r

r hc r

hc r

hc r

hc qh r

hc r r hc qn

X

+ +

π π

π

(1.11)

Trong đó : r = 1,5m : bán kính vòm

hc = 1,3m : chiều cao cộtThay số vào (1-11) X = 0,07T

Để tính nội lực phần vòm và phần cột ta chia phần vòm và phần cột thành

4 phần bằng nhau và xác định mômen (M) lực dọc (N) và lực cắt (Q)

Mômen tại tiết diện bất kỳ ở phần vòm xác định theo công thức :

Mv = X(rsinφ+hc)+ẵqn.r2sinφ-ẵqn(r.sinφ+hc)2 (T.m)Mômen phần cột xác định theo công thức :

Mc = X x Y - ẵqh.Y2 (T.m)Lực dọc phần vòm :

Nv = qn.r.cosφ-Xsinφ+qh(hc+r.sinφ)sinφ (T)

- Lực dọc phần cột :

Nc = qn x a = 0,74 x 1,7 = 1,258 (T)Lực cắt phần vòm :

Qv = qn.cosφ.sinφ.r+Xcosφ-qh(hc+rsinφ)cosφ (T)

- Lực cắt phần cột :

Qc = X - qh Y (T)

Kết quả tính nội lực phần vòmMặt cắt Góc

φ(0) Sin φ Cos φ

Mv (T.m) Nv (T) Q (v) Ghi chú

[ ] 3 3

5

8 , 74 53

1700

10 9 , 0 Mmax

n

δTrong đó : [δ] = 1700 N/cm2, ứng suất cho phép của thép SVP-22

Wx = 74,8cm3 : mômen chống uốn của thép SVP-22 Vậy ta sử dụng thép lòng máng SVP-22 để chống giữ lò xuyên vỉa trong đá có độ cứng f = 8 với bớc chống là Lc = 0,8m đợc đảm bảo ổn định và an toàn

1.3 : Kết cấu vì chống :

Sau khi tính toán diện tích mặt cắt ngang gơng lò và áp lực tác dụng lên ờng lò ta đã lựa chọn đợc khung vỏ chống đờng lò thiết kế là thép lòng máng SVP-22 với bớc chống là Lc = 0,8m, tấm chèn bê tông có kích thớc 50 x 200 x

đ-900, cột và xà đợc đánh văng bằng cột gỗ có θ = 100ữ120

Phần II thiết kế thi công

2.1 : Sơ đồ công nghệ và phơng pháp đào gơng :

Phần lớn các đờng lò xây dựng cơ bản có tiết diện gơng nhỏ khi đào trong lớp đất đá cát kết và bột kết có hệ số kiên cố f = 7 ữ 9 và khung vỏ chống là thép lòng máng với tấm chèn là bê tông thì ngời ta thờng sử dụng sơ đồ thi công phối hợp, nghĩa là tất cả các công tác đào chống, xúc bốc, vận tải đều đ… ợc tiến hành ngay trong một chu kỳ công tác

Vì vậy trong trờng hợp này khi thiết kế thi công cho đờng lò xuyên vỉa trong đá nh đề tài yêu cầu chúng ta chọn sơ đồ "thi công phối hợp" và phơng pháp "toàn gơng"

Khi tổ chức thi công các đờng lò, công trình ngầm trong mỏ đào qua các lớp đẩ đá rắn cứng trung bình thì phơng tiện để phá vỡ đất đá chủ yếu bằng khoan nổ mìn

Để phá vỡ đất đá ở gơng lò xuyên vỉa của đề tài thiết kế thi công ta cũng chọn phơng pháp phá vỡ đất đá là khoan nổ mìn thông thờng

2.3 : Công tác khoan nổ mìn :

2.3.1 Chọn thiết bị khoan :

Theo kinh nghiệm thi công các đờng lò trong mỏ của nớc ta khi đào qua các lớp đất đá có độ cứng trung bình ta nên sử dụng loại máy khoan đập khí nén chạy bằng khí nén, khi thi công đờng lò xuyên vỉa thiết kế ta sử dụng máy khoan

đập khí nén cầm tay của Liên Xô cũ mã hiệu PP-63

Bảng đặc tính kỹ thuật máy khoan đập PP-63

2.3.2 Thuốc nổ và phơng tiện nổ :

Thuốc nổ và phơng tiện nổ là một trong những thông số quan trọng quyết

định hiệu quả công tác thi công đờng lò Căn cứ vào điều kiện địa chất và đặc tính kỹ thuật của đờng lò thi công ta lựa chọn loại thuốc nổ P-113 do công ty hóa chất mỏ cung cấp, đi kèm loại thuốc nổ P-113 ta sử dụng kíp điện vi sai KVĐ-8Đ để kích nổ Loại máy bắn mìn đợc sử dụng là loại máy bắn mìn BMK-1/100M

Bảng đặc tính kỹ thuật máy nổ mìn BMK-1/100M

dt = 36 mm : Đờng kính thỏi thuốc

∆t = 4 mm : khoảng hở giữa thỏi thuốc và biên lỗ khoanThay số vào 2-1 : dk = 40 mm

b) Chiều sâu lỗ khoan

Để xác định lợng thuốc nổ đơn vị ta áp dụng công thức của giáo s : N.M.PocΓovxki:

q = q1.fc.v.e.kd (kg/ m3) (2.2)

Trong đó:

q1 = 0,7 kg/m3 : Chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn khi hệ số khai thác của đất đá : f = 7ữ 9

fc = 1,1 : Hệ số cấu trúc của đất đá trong gơng lò

e = 1,16 : Hệ số xét tới sức công nổ của thuốc nổ khi sử dụng thuốc

nổ p-113

kd : Hệ số ảnh hởng của đờng kính thỏi thuốc; kd = 1,0

v : Hệ số sức cản của đất đá đợc tính theo công thức:

2 , 17

0 , 9

5 , 6 5 ,

=

sd v

với Sd = 9,0 m2 : Diện tích đào của gơng lò

Thay số vào (2-2) : chỉ tiêu thuốc nổ:

q = 1,94 kg/m3 : chỉ tiêu thuốc nổSđ = 9,0 m2 : diện tích gơng đào

dk = 0,04m : đờng kính lỗ khoan

a = 0,6 : hệ số nạp thuốc

∆ = 1,1.103 kg/m3 : mật độ thuốc trong thỏi thuốc

kn = 1,0 : hệ số nén thỏi thuốc trong lỗ mìnThay số vào 2-3 : số lỗ mìn trên gơng

Trong đó : C = 3,68 : hệ số phụ thuộc vào hình dạng đờng lò (đối với lò dạng vòm bán nguyệt).

Bng = 3,4 m, chiều rộng bên ngoài khung vỏ chống

b = 0,7m : khoảng cách giữa các lỗ mìn biên, thay số vào 2-4 ta có :

13 1 7

, 0

4 , 3 9,0 86 , 3

= +

Q = 1,94 x 9,0 x 0,8 = 13,97 (kg)Trọng lợng trung bình cho 1 lỗ mìn

lo kg N

Q

21

97 ,

Bảng đặc tính lỗ mìn

TT tên lỗ

mìn

Chiều dài lỗ Thuốc nổ nạp 1 lỗ 1 lỗ (cái)Kíp nạp Góc nghiêng lỗ (

0 ) Loại kíp điện C.bằng C.cạnh

Trớc khi khoan lỗ mìn phải xác định tâm của đờng lò (trên cơ sở mốc trắc

địa cho trớc) và dựa vào các đờng chuẩn trên gơng (trục thẳng đứng và trục nằm ngang) ta dùng thớc với dây rọi để xác định vị trí lỗ khoan theo hộ chiếu khan nổ mìn (vị trí các lỗ khoan đợc đánh dấu bằng sơn sáng mầu) Sau khi khoan xong phải kiểm tra toàn bộ các lỗ khoan theo đúng hộ chiếu khoan nổ mìn

c) Biện pháp an toàn khi khoan nổ mìn :

Chỉ cho phép tiến hành khoan lỗ mìn khi đảm bảo các điều kiện về thông gió.Trớc khi khoan phải củng cố và kiểm tra đờng lò đảm bảo an toàn mới đợc tiến hành công tác khoan

Trớc khi nổ mìn phải di chuyển ngời và thiết bị đến vị trí an toàn, cắt cử ngời gác khi nổ mìn

Sau khi nổ mìn song cán bộ phụ trách nổ mìn phải kiểm tra lại gơng nếu phát hiện mìn câm phải tiến hành xử ly ngay bằng cách khoan một lỗ khoan mới song song với lỗ mìn cấm rồi nạp thuốc và kích nổ

Chú y : Lỗ khoan cũ phải cách lỗ khoan mới 20cm

2.4 : Công tác bốc xúc và vận tải :

- Xác định khối lợng xúc bốc :

Vx = Sđ Lc k1 (m3) (2-6)Trong đó :

Sđ = 9,0m2 : diện tích gơng lò cần đào

Lc = 0,8m : chiều dài một bớc chống

kr = 1,25 : hệ số nở rờiThay số vào (2-6) : khối lợng xúc bốc

Vx = 9m3

Đất đá sau khi nổ ra đợc xúc bằng máy xúc gầu lật rồi đa ra hệ thống goòng loại 3 tấn ở phía sau đất đá sau khi đổ đầy goòng sẽ đợc công nhân đẩy thủ công ra sân ga rồi vận chuyển ra ngoài

2.5 : Công tác đặt đờng xe :

1 Công tác đặt cầu đờng tạm

Đờng tạm đợc đặt ở gần gơng thi công, các đoạn thanh ray đợc gá vào thanh tà vẹt gỗ các cầu đờng tạm đợc móc với nhau để dễ dàng tháo lắp trong quá trình sử dụng Các đờng tạm sẽ đợc bóc lên khi chiều dài đoạn đờng tạm bằng chiều dài một thanh ray chuẩn (10m)

2 Công tác đặt đờng xe cố đinh :

Khi chiều dài cầu đờng tạm bằng chiều dài một thanh ray quy chuẩn P-24 thì tháo cầu đờng tạm và tiến hành đặt đờng xe cố định Trớc tiên đổ lớp đất đá răm dầy 150 ữ 200mm, cỡ đá dùng để rải đờng từ 3 ữ 6cm Sau khi rải đá xong

ta tiến hành đặt tà vẹt, khoảng cách giữa các tà vẹt là 0,7m, chiều dài các tà vẹt

gỗ là 1,5m Độ dốc đờng xe là 3‰

Kỹ thuật đặt đờng xe cố định :

- Xác định trục đờng xe trên nền lò và xác định mốc cao trên đỉnh ray và

đánh dấu vào đờng lò

- Tiến hành đổ đá nền, cố định tà vẹt

Hình 2.3 Kết cấu đờng xe cố định

2.6 Công tác chống lò :

Đờng lò xuyên vỉa cần thiết kế đợc chống bằng thép lòng máng SVP-22 và chèn bằng tấm chèn bê tông đúc sẵn Kết cấu của khung chống là dạng hình vòm bán nguyệt với 1 xà dạng vòm và hai cột giữa đầu xà và cột đợc nối với nhau bởi các gông thép và thanh giằng đợc lắp ghép bằng bu lông ốc vít.

- Trình tự dựng khung chống đợc tiến hành nh sau :

a) Dựng cột chống : Sau khi công tác bốc xúc hoàn tất, tiến hành sửa

g-ơng lò đào lỗ chân cột và dựng cột chống sau đó tiến hành cài chèn chắn, cố định hai cột

b) Lên xà : Sau khi đã cài chèn chắc chắn hai cột chống ta tiến hành lên

xã, quá trình lên xà thực hiện nh sau :

- Sử dụng hai cũi lợn xếp ở hai đầu của xã (cũi lợn xếp bằng tà vẹt gỗ) Sau đó dùng "ba lăng" 5 tấn, xích buộc vào hai đầu xà và nâng dần lên từng bên một Khi nâng đủ chiều cao xếp vẹt thì tiến hành xếp vào vẹt ngang Khi xà đã nằm trên cũi lơn (cao 2m) thì tiến hành tháo "ba lăng" ra Quá trình lên xà tiếp theo đợc thực hiện bằng thủ công

Dùng tà vẹt gỗ xếp làm thành sàn thao tác, sàn thao tác phải tuyệt đối chắc chắn mới đợc đứng lên để thao tác, sàn thao tác phải dùng "đỉnh đỉa" để lên kết

gỗ cũi

Công nhân đứng trên sàn thao tác dùng choòng làm đòn bẩy để đẩy xã lên, sau đó dùng gỗ với nhiều kích thớc khác nhau để chèn, kích khi đủ chiều cao thì

đặt ngang vào đầu cũi Đầu xà còn lại tiến hành tơng tự

Khi chiều cao xà bằng chiều cao mặt cột thì tiến hành bẩy xà vào đầu cột sau đó dùng bu lông để định vị tâm Sau đó vào đầu xà còn lại, khi vào xong thì tiến hành cân chỉnh xà đảm bảo về chiều cao (hai đầu xà dùng li vô để đánh thăng bằng xà)

Trớc khi lên xà nếu đất đá mềm yếu thì phải tiến hành chân gim toàn bộ phần hông và nóc lò đảm bảo an toàn mới cho công nhân làm việc, khi lên xà xong phải tiến hành đánh văng để định vị xà đảm bảo xà không bị xê dịch

2.7 Các công tác phụ :

1 Công tác thông gió :

Khi thi công đờng lò thì tại gơng lò và dọc theo đờng lò sẽ xuất hiện khí

độc hại, khí và bụi nổ phát sinh ra từ trong đất đá gần gơng và từ công tác koan

nổ mìn Vì thế để đảm bảo cho ngời và thiết bị làm việc trong điều kiện an toàn

và thoải mái trong trạng thái bình thờng ta phải tiến hành thông gió để cung cấp