ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG MỎ THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG

Thiết kế và thi công giếng đứngĐề số 17 Thiết kế xây dựng giếng đứng theo phơng pháp khoan nổ mìn với các số liệu ban - Tuổi thọ của giếng: 70 năm - Hạng mỏ theo nguy cơ nổ khí, nổ bụi:

Thiết kế và thi công giếng đứng

Đề số 17 Thiết kế xây dựng giếng đứng theo phơng pháp khoan nổ mìn với các số liệu ban

- Tuổi thọ của giếng: 70 năm

- Hạng mỏ theo nguy cơ nổ khí, nổ bụi: II

- Lợng nớc chảy vào giếng: 6 m3/h

Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây:

STT Tên lớp đất đá Dung trọng, γ (t/m3) Hệ số kiên cố

(f)

Chiều dày lớp (m)

Góc nghiêng của lớp (độ)

Ghi chú

Thiết kế kĩ thuật

1.1 Đại cơng về giếng:

Trong quá trình khai thác các mỏ khoáng sản ở độ sâu lớn hay các công trình ngầm thì giếng là một trong những công trình quan trọng bậc nhất Giếng có nhiều công dụng khác nhau:

- Giếng chính mỏ than: chủ yếu dùng để vận chuyển than và đất đá

- Giếng phụ mỏ than: chủ yếu dùng để vận chuyển ngời, vật liệu và trang thiết bị

- Giếng gió: chủ yếu dùng để phục vụ công tác thông gió

- Giếng điều áp : dùng để điều hoà áp suất dòng nớc chảy vào tuôcbin nhà máy thuỷ điện để tránh hiện tợng sôi thuỷ lực gây ăn mòn cánh tuốcbin

- Giếng cáp: dùng để dẫn đờng cáp từ phần ngầm lên mặt đất

Tuỳ theo công dụng và đặc điểm địa chất, giếng có chiều sâu và đi qua các lớp đất

đá khác nhau từ mềm yếu đến vững chắc, chứa nớc hoặc không chứa nớc Với yêu cầu của đề bài, thiết kế xây dựng giếng chính đào qua 4 lớp đất đá có các tính chất cơ lý khác nhau, có hệ số kiên cố từ 1 đến 8 với độ nghiêng của vỉa trung bình 100 Lợng nớc chảy vào giếng trong khi đào 6m3/h Thời gian tồn tại của giếng lâu dài

70 năm.Giếng có độ sâu là 300 m Quy trình các bớc thiết kế cụ thể nh sau:

1.2 Chọn hình dạng và vật liệu chống giếng:

1.2.1.Chọn hình dạng mặt cắt ngang giếng:

Giếng đứng thờng có tiết diện ngang hình tròn, hình chữ nhật cạnh thẳng, hình chữ nhật cạnh cong (dạng tang trống), hình elip,tuỳ thuộc vào tính chất các lớp đất đá mà giếng phải đào qua Để thuận tiện cho công tác thi công giếng qua các lớp đất đá có hệ số kiên cố khác nhau ta chọn tiết diện hình tròn

1.2.2.Chọn vật liệu chống giếng:

Giếng tồn tại trong vòng 70năm và lợng nớc chảy vào giếng là 6 m3/h Vậy nên ta chọn vật liệu chống gĩ là bê tông liền khối, chống tạm bằng thép lòng máng dạng vòm

1.3 Xác định kích thớc mặt cắt ngang thân giếng:

Dựa vào phơng pháp hoạ đồ ta xác định đợc mặt cắt ngang giếng : mặt cắt ngang giếng phải đảm bảo bố trí hết các thiết bị nh thing trục, ngăn thang, các loại dây cáp ống, cốt giếng và các khoảng cách an toàn Sau khi xác định mặt cắt ngang giếng ta làm tròn với hệ số là 0,5

a) Xác định dung tích thùng trục:

g

g t

n

A

V = (T)

Trong đó :Vt- dung tích thùng trục

Ag- năng suất yêu cầu hàng giờ trục tải tính bằng T/h

TN Ak

A g = α (T/h)

A- sản lợng của mỏ chuyển qua giếng trong 1 năm A= 800000T/năm

T- thời gian trục tải làm việc trong 1 ngày đêm T= 20 h

k- hệ số làm việc không đều của trục tải thông thờng k= 1,2

α - hệ số kể đến khối lợng đất đá cần trục thêm có lẫn trong khoáng sản

α = 1,3N- số ngày làm việc trong năm N= 300 ngày

208 300

20

5 , 1 2 , 1

vtb- vận tốc trung bình của thùng trục m/s

5 , 1 max

97 ,

=

⇒v tb (m/s)

58 25 31 , 9

305

⇒t (s)

t2- thời gian chất và dỡ tải

do giếng sâu 300 m nên ta chọn sơ đồ trục tải hai đầu cáp t2=6’’

64 6

=

⇒T ck (s)

9 , 52 64

=

⇒n g (chuyến/h)

7 , 3 9 , 52

A

9 , 0 85 , 0

7 ,

=

t

0,85- khối lợng riêng của than t/m3

0,9 – hệ số chất đầy của thùng

Chọn thùng skip không lật ding trong giếng đứng do Liên Xô sản xuất loại 2SN5-1 có các thông số sau: - Chiều rộng thùng r=1540

c- khoảng cách giữa hai thùng, chọn c= 685

D- đờng kính trong của giếng

r

H×nh 1.2 :KÝch thíc mÆt c¾t ngang giÕng (tØ lÖ 1/25)

700 1850

300

1540

424 1540

Hình 1.3: Sơ đồ xác định đờng kíng giếng

925 2

1540 2 685 300 700

+ + + +

=a b c r n CD

2 2

CD

AD BD

BD= Dt- đờng kính trong của giếng, theo nguyên tắc thiết kế ta chọn

Dt=5500

1.4 Kiểm tra theo điều kiện thông gió:

Diện tích sử dụng bên trong vỏ chống là

3 , 14 5 , 5 23 , 74

4

1 4

qk A v

à

60

= (m/s) Trong đó v-tốc độ chuyển động của dòng không khí m/s

Ang- sản lợng ngày của mỏ Ang=2667 T

k- hệ số cân bằng sản xuất k= 1,2q- lợng không khí cần thiết cung cấp cho 1 T than khai thác mỏ hạng II q=1,25 m3/ph

l

B

C D

A

à- hệ số suy giảm vận tốc do giếng có cốt, giếng có mặt cắt ngang hình tròn nên à=0,8

5 , 3 74 , 23 8 , 0 60

2 , 1 25 , 1

=

⇒v m/s < [ ]v = 8 m/sVậy mặt cắt ngang giếng thoả mãn điều kiện thông gió

1.5 Tính toán vỏ chống thân giếng:

1.3.1.Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên thành giếng:

áp lực đất đá tác dụng lên vỏ giếng xác định theo công thức của Ximbarevich: áp lực trên cùng của lớp đất đá thứ i là :

Ta có thứ tự áp lực cho từng độ sâu nh sau:

1 Đất phủ: γ 1= 2,35 T/m3; h= 20m; ϕ1= arctg(f1)=arctg(1)= 450

ϕ

γ h tg 2,35.20.tg2 (

0 0 2

ϕ

γ h tg 2,35.20.tg2(

2

69 , 78

0 2 2 2 1 1

ϕ γ

γ h h tg (2,35.20+ 2,45.50) tg2(

2

69 , 78

2 2 1 1

ϕ γ

γ h h tg (2,35.20+ 2,45.50) tg2(

2

87 , 82

3 3 2 2 1 1

ϕ γ

γ

=(2,35.20+ 2,45.50+2,3.150) tg2(

2

87 , 82

0 2 3 3 2 2 1 1

ϕ γ

0 2 4 4 3 3 2 2 1 1

ϕ γ

γ γ

=(2,35.20+ 2,45.50+2,3.150+2,32.30) tg2(

2

4 , 63

=35,23 (T/m2)

Biểu đồ phân bố áp lực sẽ là đờng gấp khúc :

SV: nguyễn huy hiệp Lớp xd CTN &mỏ k48 8

20m

50m

195m

0 8,08 0,46

1,66 0,65

Hình 1.4: Sơ đồ phân bố áp lực

Tỷ lệ 1: 2000 Đơn vị T/m2

Bảng 1 bảng tính áp lực lên vỏ giếng đứngSTT Tên lớp trọng Dung γ Hệ số Chiều dày nghiêng Góc ma sát Góc áp lực (T/m

2)

ở váchlớp

ở trụlớp

nghiêng của vỉa nhiều, đát đá liên kết chặt thì w= 1,1 Do đó, giá trị của áp lực tác dụng lên thành giếng kể đến góc ngiêng của vỉa là: P’=Ps.w

Bảng 2 Bảng tính áp lực lên vỏ giếng đứng (Tính đến ảnh hởng độ nghiêng của vỉa)

1.3.2.Tính toán chiều dày vỏ chống giếng:

Theo Lamê, chiều dày vỏ chống giếng đợc xác định dựa vào điều kiện ứng suất nén của loại vật liệu làm vỏ chống, tính theo công thức:

cm,12qσ

σR

d

n

n 1

R1 – Bán kính trong của giếng R1= 2,75m

q - áp lực ngang tác dụng lên thân giếng

q = w.Pmax=1,1.35,23 = 38,75 (T/m2) = 3,875 (kG/cm2)

Chọn bê tông mác 200 làm vỏ chống giếng thì Rn =90 kG/cm2

[σn] = m.Rn

Trong đó: Rn – cờng độ chịu nén của bê tông

m – hệ số điều kiện làm việc, m=0,4

[σn] = 0,7.90 = 36 kG/cm2

35(cm)1

2.3,87536

36275

Lấy d = 35 cm để đảm bảo an toàn và phù hợp với trình độ thi công

1.3.3 Kiểm tra ứng suất của vỏ chống bê tông đoạn thân giếng (Theo ứng suất nén tại 2 mép vỏ chống):

1max 2

,1

ω σ

σ

Trong đó :

ω - hệ số biến đổi tải trọng , ω = 0,05

e – độ lệch tâm do sự phân bố áp lực không đều gây ra đợc xác định theo công thức :

6

d E

q r

r e

o

o

ωω

Trong đó:

ro – bán kính tâm tiết diện vỏ chống ,m

ro = Ro + d/2 = 2,75 + 0,35/2 = 2,925 (m)

) ( 025 , 0 )

35 , 0 (

10 2

75 , 38 ) 925 , 2 (

4 1 3

05 , 0 1 6

05 , 0 925 , 2

3 6

2 1

2 1

R R

q R o t

−

=σ

σt max – ứng suất tiếp cực đại , T/m2

R1 – bán kính tiết diện bên ngoài vỏ chống , m

R1 = Ro + d = 2,75 + 0,35 = 3,1 (m)

75,2()1,3(

75,38.)1,3(

2 2

,0

025,0.613

05,01

,0

025,0.613

05,01

Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc σ1,2 ta cã:

§iÒu kiÖn bÒn lµ :

σ1 ≤ m [ σnutt ]

σ2 ≤ m [ σntt ]

ë ®©y : m – hÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña vá chèng , m = 0,4

[ σnutt ] – øng suÊt nÐn khi uèn tÝnh to¸n cña bª t«ng , víi bª t«ng m¸c 200 th× [ σnutt ] = 1125 ( T/m2 )

.

m T d

E

q r d

q r

o o

2

) 35 , 0 (.

10 2

75 , 38 ) 925 , 2 ( 4 35 , 0

05 , 0 75 , 38 925 , 2

m T

m – hÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña vá chèng m = 0,4

[ σctt ] – øng suÊt c¾t cho phÐp cña bª t«ng , víi bª t«ng m¸c 200 th×

[ σctt ] = 150 T/m2

τmax = 16,25 T/m2 < m [ σctt ] = 0,4 150 = 60 T/m2, tho¶ m·n

1.6 Cæ giÕng:

Theo yêu cầu của đầu bài, chiều sâu của lớp đất phủ có hệ số kiên cố f=1 là 20m công dụng của giếng là giếng chính Do vậy, ta thiết kế cổ giếng theo kiểu vành bậc : gồm 2 bậc và 1 vành đế đỡ đặt ở độ sâu 22m Vành đế đỡ đợc đặt vào lớp đá cứng vững có f= 5.

1.4.1.Tính toán chiều dày cổ giếng:

Nhận chiều dày nhỏ nhất của vỏ chống cổ ở phần đáy bậc với đỉnh vành đế

đỡ bằng chiều dày vỏ chống giếng

Chiều dày bậc trên cùng của cổ gếng đợc tính theo công thức:

2

D

4

' 0

0 0

R

P d

D d d

π

Trong đó:

Do- đờng kính bên trong vỏ chống (5,5m)

d0- chiều dày vỏ chống thân giếng (0,35m)

Ptt- tải trọng lớn nhất tác dụng thẳng đứng do tháp giếng tác dụng và

tự trọng của cổ giếng

Q P

- hệ số vợt tải ( =1,2) P- trọng lợng của tháp P =800 tấn

Q- trọng lợng bản thân của miệng giếng sơ bộ lấy Q=500 tấn

1460 500

800 2 ,

Rd-giới hạn bền tính toán của đất khi nén mà đáy bậc tạo ra

Rd=25T/m2.Thay các giá trị cụ thể ta đợc:

2

5,5 5 , 17 14 , 3 7 , 0

1460 35

, 0 5 , 5 0,35 4

5 ,

=

1.4.2.Chiều sâu và kết cấu cổ giếng:

*Chiều cao bậc 1 đợc tính theo công thức:

*Chiều cao bậc 2 (tính từ mặt đất đến đáy bậc thứ 2):

H’’=H’+n.hTrong đó:

n- hệ số ảnh hởng của đáy cổ giếng đến các đoạn vỏ chống giếng phía dới, n=2

h- chiều cao bậc thứ 2

h= (dm1-dm2) tgϕ 1, mTrong đó:

h= (3,68-2) tg 450=1,68m

Nh vậy:

H’’= 3,5 +2.1,68 = 6,86mKết cấu cổ giếng nh sau:

1.7.1 Kết cấu đáy giếng:

Đáy giếng chống bằng bê tông liền khối chiều dày 0,4 m Đáy giếng có nhiệm vụ

là nơi tập trung nớc và bùn chảy vào giếng để bơm lên

Toàn bộ chiều sâu của đáy giếng đợc xác định theo công thức:

Trong đó:

a- Chiều cao thùng a=0

b- Chiều dài đoạn tự do, b=4m

c- Chiều dài đoạn chứa cáp cân bằng,c=3m

d- Chiều sâu chứa bùn nớc chảy vào, d=3m

Nh vậy: L= 4+3+3=10 m

H×nh 1.8: MÆt c¾t däc giÕng

Tû lÖ 1:150

Chơng II Thi công giếng

2.1 Chọn sơ đồ thi công

Ta chọn sơ đồ thi công giếng ở đây là sơ đồ phối hợp song song.Thực chất của sơ

đồ này là sơ đồ song song dùng vỏ chắn làm kết cấu chống tạm thời Vỏ chắn thực chất là 1 ống có chiều cao từ 18-25 m có đờng kính nhỏ hơn đờng kính giếng khi

đào 20 cm vỏ chắn chế tạo từ thép lá d= 8-10 mm, m=12-15 T, vỏ đợc treo bằng

4-6 sợi cáp, vào tời đặt trên sàn treo hoặc trên mặt đất

Theo phơng pháp này ở sàn treo bên trên vỏ chắn tiến hành tháo vỏ chống tạm (nếu có), lắp ván khuôn trợt để đổ bê tông theo chiều từ trên xuống, ở gơng giếng dới tầng bảo vệ vỏ chắn thì tiếp tục đào phá đất đá

Trình tự thi công cổ giếng

Vì đất đá ở khu vực cổ giếng f=1 nên công việc khấu đất thực hiện bằng máy xúc CK-350 và máy bốc KC-3 Đất phần bậc đợc máy xúc xúc lên ô tô chở ra bãi thải Sau khi xúc xong ta tiến hành xây dựng vỏ chống cố định cho phần bậc Khi đổ bê tông cho bậc ta sử dụng ván khuôn di động, sau khi chống cố định xong bậc ta tiến hành đặt khung không và khung này đợc đặt trên vỏ chống cố định Công việc đào

cổ giếng còn lại trên cơ sở sử dụng tháp và máy trục Công việc khấu đất ở gơng giếng đợc thực hiện bằng phơng pháp thủ công và bằng máy bốc KC-3, Đất đợc vẩn chuyển lên bằng các thùng tròn tự lật đổ vào bunke trên mặt đất Cổ giếng chống tạm bằng thép chữ I N018, khoảng cách giữa các vòng chống là 0,8 m Các vòng chống đợc treo lên các móc treo bằng thép có dạng chữ S uốn từ thép tròn

20 Phần vành đế đỡ của cổ giếng đợc đào bằng khoan nổ mìn và bùa chèn khí nén Sau khi đào chống phần cổ giếng đội thợ tiến hành thi công vỏ chống cố định bằng bê tông mác 200.Bê tông đợc trộn theo đờng ống dẫn bê tông đổ vào ván khuôn.Bê tông đợc đổ liên tục thành từng lớp mỗi lớp không quá 30cm và đợc đầm

kỹ trong ván khuôn Công tác thoát nớc cho gơng thực hiện bằng bơm treo và thông gió cho gơng nhờ quạt và sơ đồ thông gió đẩy

D

+ d)2 = 1,05.π.(

2

5 , 5

+0,35 )2 = 31,68 (m2)

à- hệ số thừa tiết diện à= 1,05

Ta chọn phơng pháp thi công toàn tiết diện

2.2 Công tác khoan nổ mìn

2.2.1 Chọn thiết bị khoan:

Để khoan các lỗ khoan tại gơng giếng ta sử dụng loai thiết bị khoan là PR-19 gồm 6 chiếc, 5 chiếc làm việc,1 chiếc dự phòng.Các thông số kỹ thuật của máy khoan cầm tay chạy bằng khí nén loại PR-19 do Liên Xô cũ sản xuất.

Bảng: Đặc tính kỹ thuật của máy khoan PR -19:

Đờng kính thỏi thuốc d= 32 mm

Chiều dài thỏi thuốc l= 200 mm

Trọng lợng thỏi thuốc G= 0,2 kg

Để kích nổ lợng thuốc trong lỗ mìn, sử dụng kíp nổ điện vi sai thông thờng EDKZ

số 1, 2, 3 do Liên Xô.Sử dụng máy nổ mìn KVP-1/100M

Đặc tính của kíp nổ EDKZLoại Mã hiệu

đặc điểm

Thời gianchậm nổ(às)

Điện trởcủa kíp(Ω)

Chiều dài kíp(mm)Kíp

- Các thông số khoan nổ mìn tại các lớp đất đá có hệ số kiên cố giống nhau thì giống nhau Riêng trong than có f= 2 nên ta có thể đào trong than mà không dùng khoan nổ mìn.Do vậy ta phải tính toán các thông số khoan nổ mìn cho từng lớp đất đá.

q1- chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn, với đất đá có hệ số kiên cố f=5 thì q1=0,5 (kg/m3) f=8 thì q1= 0,8 (kg/m3)

fc- hệ số cấu trúc của đá trong gơng lò , fc=1,4

e- hệ xét tới sức công nổ

09 , 1 350

380 380

P e

(P- Sức công phá của loại thuốc nổ ta dùng)

kd- Hệ số ảnh hởng của đờng kính thỏi thuốc kd= 0.95

Nh vậy:Lợng thuốc nổ đơn vị với f=5 là

q5=0,5 1,4 1,09.1,155 0,95= 0,83 (kg/m3) Lợng thuốc nổ đơn vị với f=8 là:

q8= 0,8.1,4.1,09.1,155.0,95=1,34(kg/m3)

*Đờng kính lỗ khoan:

dk= dt+(48) =32+8= 40 mmTrong đó: dt- đờng kính thỏi thuốc, dt=32mm

*Số lợng lỗ mìn trên gơng: số lợng lỗ mìn trên gơng đợc tính theo công thức:

n b

d k a d

S q N

.

27 , 1 2

55 9 , 0 6 , 0 032 , 0 1100

68 , 31 83 , 0 27 , 1

68 , 31 34 , 1 27 , 1

t t n

Nt T

l

r d

f tg n

n ck

η +

k- số máy khoan làm việc đồng thời k=5

Tck- Thời gian 1 chu kì đào giếng Tck=8hN- tổng số lỗ mìn trên gơng, N5=55 lỗ , N8=88 lỗ

- hệ số sử dụng lỗ mìn, =0,85

Sđ- diện tích tiết diện đào Sd=31,68 m2

tn/-thời gian nạp 1 lỗ mìn tn= 58 s =0,016h

nn- số ngời tham gia nạp mìn nn=4 ngời

ttg- thời gian thông gió ttg= 0,5 h

tf- thời gian làm các công tác phụ tf= 0,5 h

v-tốc độ khoan định mức v=30m/ngca

P- năng suất xúc bốc trung bình P= 12m3/h

kr-hệ số nở rời của đất đá kt=1,5

Thay các giá trị cụ thể ta có:

m

12

5 , 1 85 , 0 68 , 31 30 5 55

5 , 0 5 , 0 4

016 , 0 55 8

5 , 0 5 , 0 4

016 , 0 88 8

Nh vậy, chiều dài lỗ mìn tại các nhóm nh sau: với f=5:

 Nhóm đột phá khoan nghiêng góc 800 hớng vào tâm và có độ dài:

lđp= (1,8+0,2)/sin 800=2 m

 Nhóm lỗ mìn phá khoan vuông góc với mặt gơng và có chiều dài bằng chiều sâu lỗ mìn:

lp=l=1,8 m

 Nhóm lỗ mìn biên khoan nghiêng một góc 850 hớng ra biên và có chiều dài:

lb=l/sin 850=1,8 mKhoảng cách từ miệng lỗ mìn biên đến chu vi thiết kế là ab:

 Lợng thuốc nổ trung bình cho 1 lỗ mìn:

Gọi γ là lợng thuốc nạp trung bình trên 1m chiều dài lỗ khoan, thì lợng thuốc nổ cần phải nạp trong mỗi lỗ khoan

qp5=qtb5=0,9 kg/lỗ

qp8=qtb8=0,85 kg/lỗNhóm biên:

0,1- độ thụt lùi mũi khoan vào trong do công nghệ khoan

b5 -khoảng cách giữa các lỗ biên ,

a b

b b

.

5 5

γ

ab -hệ số nạp trong lỗ tạo biên ab=0,6

γb5 -Lợng thuốc nổ trung bình nạp trên 1(m) dài lỗ biên,

5 , 0 6 , 0

b8 -khoảng cách giữa các lỗ biên ,

a b

b b

.

8 8

γ

ab -hệ số nạp trong lỗ tạo biên ab=0,6

γb8 -Lợng thuốc nổ trung bình nạp trên 1(m) dài lỗ biên,

5 , 0 6 , 0

m q

a p

p p

.

5 5

5 , 0 6 , 0

=0,577 (m)

+)Wp8 =

m q

a p

p p

.

8 8

5 , 0 6 , 0

=0,594 (m)

*Sơ đồ đấu kíp điện:

Để nổ các lỗ mìn chọn sơ đồ đấu kíp song song với mạng dây ăng ten Nguồn điện đợc kích nổ lấy từ mạng điện thế 220V hay 380V