Đồ án xây dựng công trình ngầm trong mỏ (lò bằng lò nghiêng)

Đồ án dành cho sinh viên ngành Xây dựng công trình Ngầm và Mỏ, khoa Xây dựng, trường ĐH Mỏ Địa chất.Bản đồ án này có thêm nhiều phần mô tả chi tiết về hệ thống công trình ngầm trong mỏ, tính toán khả năng thông qua của thiết bị vận tải; phần tính toán nội lực vì SVP sử dụng kết quả tính tính phân rất kỹ lưỡng, độ tin cậy cao...Đồ án đạt điểm 9 (sau khi bảo vệ).Kính mong quý bạn đọc có những góp ý để hoàn thiện bản đồ án hơn.Trân trọng

MỤC LỤC

PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 8

CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 8

1.1 Tình hình chung về đường lò 8

1.1.1 Yêu cầu thiết kế 8

1.1.2 Tên gọi, chiều dài, công dụng 8

1.1.3 Điều kiện địa chất 8

1.2 Chọn vật liệu và kết cấu chống giữ và giả thuyết tính toán áp lực đất đá lên công trình ngầm 9

1.2.1 Lựa chọn kết cấu chống giữ 9

1.2.2 Lựa chọn giả thuyết tính toán áp lực đất đá lên công trình 10

1.3 Thiết kế quy hoạch đường lò 10

1.3.1 Quy hoạch vị trí trong hệ thống hệ thống công trình ngầm 10

1.3.2 Quy hoạch trong không gian 10

1.3.3 Quy hoạch trên bình đồ 10

1.3.4 Lựa chọn và xác định khả năng thông qua của thiết bị vận tải 11

1.3.5 Lựa chọn hình dạng và kích thước mặt cắt ngang đường lò (theo điều kiện vận tải, theo điều kiện thông gió) 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHỐNG GIỮ ĐƯỜNG LÒ 21

2.1 Đánh giá độ ổn định của khối đá xung quanh đường lò 21

2.2 Tính toán áp lực mỏ (nóc, hông, nền) các loại tải trọng khác 22

2.3 Tổ hợp tải trọng và sơ đồ tính 24

2.4 Nội lực trong các bộ phận của kết cấu chống và kiểm tra độ bền 27

2.4.1 Xác định nội lực trong tường 27

2.4.2 Xác định nội lực trong vòm 28

2.4.3 Biểu đồ nội lực trong khung chống 29

2.4.4 Kiểm tra bền cho kết cấu chống 30

2.5 Tính toán tấm chèn 31

2.6 Tính toán thanh văng 33

2.7 Kết cấu chống tạm 33

2.8 Hộ chiếu chống lò (chống cố định) 33

PHẦN II: THIẾT KẾ THI CÔNG 36

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ TỔ CHỨC THI CÔNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÀO CHỐNG

LÒ 36

3.1 Sơ đồ đào, hướng đào 36

3.1.1 Lựa chọn sơ đồ đào 36

3.1.2 Lựa chọn sơ đồ thi công 36

3.2 Phương pháp đào 37

3.3 Công tác khoan nổ mìn 37

3.3.1 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện nổ, máy khoan, mũi khoan lỗ mìn 37

3.3.2 Tính toán các thông số khoan nổ mìn 38

3.3.3 Kết cấu lỗ mìn 44

3.3.4 Bố trí các lỗ mìn trên gương 44

3.3.5 Chọn sơ đồ đấu kíp 45

3.3.6 Hộ chiếu khoan nổ mìn 46

3.3.7 Các chỉ tiêu khoan nổ mìn 48

3.4 Công tác thông gió và đưa gương vào trạng thái an toàn 49

3.4.1 Sơ đồ thông gió 49

3.5 Công tác xúc bốc, vận tải 52

3.5.1 Lượng đất đá cần vận chuyển trong một chu kì đào lò 52

3.5.2 Chọn thiết bị xúc bốc và vận tải 53

3.5.3 Phương pháp xúc bốc 53

3.5.4 Tổ chức trao đổi goòng 53

3.5.5 Tổ chức xúc bốc và tính năng suất thực tế của máy xúc 54

3.6 Công tác chống lò 55

3.6.1 Chống tạm 55

3.6.2 Chống cố định 56

3.7 Công tác phụ trợ lắp đặt đường xe, chiếu sáng, thoát nước 57

3.7.1 Đặt đường xe tạm thời 57

3.7.2 Đặt ray cố định 57

3.7.3 Chiếu sáng 58

3.7.4 Treo dây, treo ống 58

3.7.5 Giữ hướng đường lò 58

3.8 Thiết lập biểu đồ tổ chức chu kì đào chống lò 58

3.8.1 Khối lượng công việc trong một chu kì 58

3.8.2 Số người – ca cần thiết để hoàn thành từng công việc trong chu kì 59

3.8.3 Thời gian hoàn thành từng công việc trong chu kì 59

3.8.4 Biểu đồ tổ chức chu kì 61

CHƯƠNG 4: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT ĐÀO LÒ 63

4.1.Năng suất lao động 63

4.2.Năng suất trực tiếp của đội thợ 63

4.3.Tiến độ thi công 63

4.4.Thời gian xây dựng đường lò 63

4.5.Giá thành xây dựng 1m đường lò 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đá cát kết 9

Bảng 1.2: Đặc tính kỹ thuật của goòng UVG-2,2 11

Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật đầu tầu điện ắc quy 4,5ARP-2M 12

Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ray P-24 12

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của vì thép SVP – 22 19

Bảng 2.1 Đặc tính cơ lý ở vỉa đào trong cát kết 22

Bảng 2.2: Nội lực trong tường 28

Bảng 2.3: Nội lực trong vòm 29

Bảng 3 1 Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ P113………38

Bảng 3 2 Đặc tính kỹ thuật máy nổ mìn KVP 1/100m 38

Bảng 3 3 Đặc tính kỹ thuật của kíp nổ EDKZ - PM 25 38

Bảng 3 4 Lý lịch lỗ mìn 47

Bảng 3 5 Các chỉ tiêu kỹ thuật khoan nổ mìn 48

Bảng 3 6: Các thông số kỹ thuật của quạt cục bộ VM - 6M 52

Bảng 3 7: Đặc tính kỹ thuật của máy xúc 1PPN - 5 53

Bảng 4 1 Chỉ tiêu kỹ thuật khi đào lò……… 64

Bảng 4 2 Chi phí trực tiếp đào, chống cố định 65

Bảng 4 3 Chi phí trực tiếp lắp đặt đường sắt 66

Bảng 4 4 Chi phí trực tiếp lắp ống gió 66

Bảng 4 5 Chi phí lắp đặt đường ống khí nén 67

Bảng 4 6 Chi phí lắp đặt đường ống nước 67

Bảng 4 7 Tổng dự toán công trình 67

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quy hoạch vị trí lò xuyên vỉa đá trong hệ thống hệ thống công trình

ngầm 10

Hình 1.2: Sơ đồ mặt cắt ngang lò dọc vỉa đá 11

Hình 1.3: Sơ đồ mặt cắt dọc lò dọc vỉa đá 11

Hình 1.4: Cơ sở thiết kế kích thước mặt cắt ngang đường lò 18

Hình 1.5: Mặt cắt ngang vì thép SVP – 22 19

Hình 1.5: Mặt cắt ngang kết cấu chống và tấm chèn bê tông cốt thép 20

Hình 2.1 Vòm áp lực theo Tximbarevich 22

Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên đường lò 24

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán kết cấu chống 25

Hình 2.4: Sơ đồ xác định nội lực trong tường và vòm 26

Hình 2.5: Sơ đồ xác định nội lực trong tường 27

Hình 2.6: Sơ đồ xác định nội lực trong vòm 28

Hình 2.7: Biểu đồ nội lực trong kết cấu chống 30

Hình 2.8 Biểu đồ phân bố áp lực và sơ đồ tính tấm chèn 32

Hình 2.9 Sơ đồ ứng suất trên tiết diện chữ nhật chịu uốn đặt cốt đơn 32

Hình 2.10: Kết cấu chống tạm 33

Hình 2.11: Hộ chiếu chống lò 35

Hình 3 1 Sơ đồ bố trí lỗ mìn………47

Hình 3 2 Sơ đồ đấu ghép mạng nổ và kết cấu lỗ mìn 48

Hình 3 3: Sơ đồ thông gió đẩy 49

Hình 3 4: Sơ đồ trao đổi goòng gần gương 54

Hình 3 5: Hộ chiếu chống tạm 55

Hình 3 6: Hộ chiếu chống cố định 57

Hình 3 7: Công tác đặt đường xe 57

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Bên cạnh sự phát triển của ngành kinh tế thì sự phát triển của ngành xây dựng cũng đang ở tầm vĩ mô cả về số lượng và chất lượng

Xây dựng nói chung và xây dựng công trình ngầm và mỏ nói riêng,đây một lĩnh vực khoa học xây dựng trong lòng đất rất khó và phức tạp Chính vì thế người kỹ sư công trình ngầm phải có kiến thức thật đầy đủ và vững chắc về tất cả các mặt thiết kế, tổ chức quản lý

Xây dựng công trình ngầm là một công việc đòi hỏi phải có sự đam mê thực sự, bởi vì đây là công việc xây dựng phức tạp nhất, khó khăn nhất và tốn kém nhất nhưng cũng tạo nên các công trình thú vị nhất Công trình ngầm là công trình được xây dựng trong lòng vỏ trái đất, hay dưới mặt đất, chúng liên kết trực tiếp với khối đá, kết cấu công trình ngầm và quá trình thi công có mối liên quan mật thiết, đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm, lí thuyết của các lĩnh vực chuyên môn khác nhau

Và yêu cầu nêu trên chúng em đã thực hiện đồ án này, đồ án đi từ những bước đơn giản như tính toán áp lực đất đá, tìm hiểu các quy định công nghệ đào, các công tác tổ chức và quản lý thi công Công việc này một lần nữa để chúng

em hiểu kỹ hơn và làm quen dần với những công việc của một quy trình tính toán xây dựng trong mỏ

Đồ án dược sự chỉ đạo và góp ý của Th.S Nguyễn Tài Tiến cùng các thầy

cô trong bộ môn Xây dựng công trình Ngầm và Mỏ đã giúp em hoàn thành đồ án này Đồ án này gồm có 2 phần:

PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Chương 1: Các vấn đề chung (thiết kế quy hoạch)

Chương 2: Thiết kế chống giữ đường lò

PHẦN II: THIẾT KẾ THI CÔNG

Chương 3: Sơ đồ tổ chức thi công, phương pháp đào chống lò Chương 4: Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi đào lò

Do trình độ và sự hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế nên đồ án của chúng em chắc chắn còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp tận tình của thầy cô giáo cùng sự góp ý của các bạn sinh viên

Chúng em xin cảm ơn Th.S Nguyễn Tài Tiến đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong thời gian làm đồ án này

Chúng em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Nhóm sinh viên thực hiện

Đinh Văn Điệp Nguyễn Thế Đạt Đặng Văn Đông

PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tình hình chung về đường lò

1.1.1 Yêu cầu thiết kế

- Thiết kế và thi công đoạn lò đá dọc vỉa đào trong cát kết:

1.1.2 Tên gọi, chiều dài, công dụng

-Tên gọi: Lò dọc vỉa đào vận tải

Lò dọc vỉa là đường lò nằm ngang, không có lối thông trực tiếp ra mặt đất, thường được đào theo phương của vỉa Lò dọc vỉa gồm lò dọc vỉa vận tải và lò dọc vỉa thông gió Lò dọc vỉa có thể được đào theo vỉa than, cũng có thể đào trong đá trụ, song song với phương của vỉa Loại lò dọc vỉa đào trong đá được gọi là lò dọc vỉa đá

-Chiều dài: 200m

-Công dụng: Đường lò dọc vỉa có công dụng mở vỉa khai thác, vận chuyển than

đồng thời là nơi gió sạch đi qua

Đối với các đường lò vận tải, thông gió cho phần ngầm, diện tích tối thiểu là 4,5

m2 khi được chống giữ bằng các kết cấu có gân, gờ lắp ghép từ gỗ, bê tông hoặc kim loại

Diện tích tối thiểu là 4 m2 nếu được chống giữ bằng các loại đá xây dựng, bê tông cốt thép, bê tông liền khối

Trong cả 2 trường hợp trên, chiều cao đường lò tối thiểu là 1,9m tính từ đỉnh ray

1.1.3 Điều kiện địa chất

Công trình nằm trong đá cát kết có các chỉ tiêu sau:

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đá cát kết

Cát kết: Loại đá phổ biến nhất, chiếm khoảng 53,80%, thường có màu nâu,

xám hoặc đen Thành phần chủ yếu gồm: thạch anh, allic, Xerixit, Micrôquaxit, Muscôvit, Apetit , xi măng gắn kết là sét,Xerixit, Silic, Clorit, Xiđêrit, thạch anh

ẩn tính Cát kết có cấu tạo phân lớp dày, đôi khi phân lớp xiên, sóng xiên, kiến trúc kiểu xi măng lấp đầy, tiếp xúc

Phân loại mỏ theo cấp khí:

Mỏ thuộc hạng 2 về khí và bụi nổ: Độ thoát khí metan tương đối của mỏ từ 5 đến nhỏ hơn 10 m3/T-ng-đ

1.2 Chọn vật liệu và kết cấu chống giữ và giả thuyết tính toán áp lực đất đá lên công trình ngầm

1.2.1 Lựa chọn kết cấu chống giữ

Hiện nay để chống giữ hầm lò người ta thường sử dụng các loại vật liệu sau: Kim loại, bê tông liền khối, bê tông cốt thép, gỗ, các chất dẻo tổng hợp và một số loại vật liệu mới khác Ví dụ trong ngành khai thác than người ta sử dụng khoảng 55,8% vật liệu kim loại để chống lò, bê tông cốt thép 25,8%, gỗ 9,2% và các vật liệu khác 9,2% Trong ngành khai thác quặng thì vật liệu bê tông và bê tông cốt thép liền khối chiếm khoảng 32,8%, bê tông phun chiếm khoảng 37%, kết cấu vì neo 15,8%, kim loại 2%,

gỗ 8,2% và các loại vật liệu khác chiếm 5,2%

Như phần đánh giá gần đúng đặc tính bền của khối đá bột kết có f = 8 và theo yêu cầu tuổi thọ của công trình là 18 năm Sơ bộ ta có thể đánh giá được khối đá xung quanh đường lò đào qua là tương đối ổn định, do đó để chống đỡ cho đường lò ta dùng loại kết cấu chống cố định là vì thép SVP 22, tấm chèn bằng gỗ thông rừng dày 4cm, chiều dài là 1m, chiều rộng là 0,2m

Vì thép SVP là loại chống linh hoạt kích thước, nghĩa là các đoạn khung thép được lồng lên nhau và được giữ chặt bởi các khớp tròn Các khung này sẽ tự trượt lên nhau một khoảng cách nhất định khi áp lực từ phía khối đá vượt quá khả năng chống

giữ của vì thép.Khi trượt sẽ hạn chế sự phá hủy kết cấu chống, bảo vệ công trình khỏi biến dạng

1.2.2 Lựa chọn giả thuyết tính toán áp lực đất đá lên công trình

Có nhiều giả thuyết kinh điển để xác định áp lực nóc khi coi đất đá là môi trường rời Các giả thuyết ít nhiều hay được áp dụng ở nước ta cho đến nay là giả thuyết vòm

áp lực của Protodiaconov (1931), giả thuyết của Bierbaumer (1913) và của Tezaghi (1946) Dựa vào giả thuyết của Protodiaconov, năm 1933 Tximbarevich đã cho rằng: sau khi khai đào hai bên sườn khoảng trống cũng có thể bị sụt lở

Với những chỉ tiêu cơ lý của đất đá bột kết như Bảng 1.1, kết quả đánh giá đặc tính bền của khối đá và vì ta chưa biết vị trí chính xác của công trình trên bình đồ (công trình sâu ở mức nào) thì ta chọn giả thuyết của Protodiaconov – Tximbarevich

1.3 Thiết kế quy hoạch đường lò

1.3.1 Quy hoạch vị trí trong hệ thống hệ thống công trình ngầm

Hình 1.1: Quy hoạch vị trí lò xuyên vỉa đá trong hệ thống hệ thống công trình ngầm

1.3.2 Quy hoạch trong không gian

1.3.3 Quy hoạch trên bình đồ

16 18 A-A

Hình 1.2: Sơ đồ mặt cắt ngang lò dọc vỉa đá

Hình 1.3: Sơ đồ mặt cắt dọc lò dọc vỉa đá

1.3.4 Lựa chọn và xác định khả năng thông qua của thiết bị vận tải

1.3.4.1 Lựa chọn sơ bộ thiết bị vận tải

Đường lò theo yêu cầu của đề bài là đường lò dọc vỉa có khối lượng vận chuyển qua đường lò không lớn và mỏ thuộc hạng II về khí bụi nổ Do đó ta sử dụng phương pháp vận tải là đầu tầu điện ắc quy kéo đoàn goòng Với yêu cầu về sản lượng thông qua là 150.000 (T/năm) ta chỉ cần bố trí đường lò 1 đường xe, bên cạnh đó là lối người đi lại đảm bảo theo quy phạm an toàn

Ta giả sử trong Mỏ chỉ có những thiết bị và vật dụng như:

+ Goòng vận tải UVG-2,2 chạy trên cỡ đường 600mm

+ Đầu tầu điện ắc quy 4,5ARP-2M chạy trên cỡ đường 600mm

+ Loại ray P-24

Bảng 1.2: Đặc tính kỹ thuật của goòng UVG-2,2

Goòng UVG-2,2 đáy kín lật ngược Đơn vị Trị số

Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật đầu tầu điện ắc quy 4,5ARP-2M

Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ray P-24

+ k : Hệ số làm việc không đồng đều, k = 1,25 ÷ 1,3 ( chọn k = 1,3)

+ An : Sản lƣợng mỏ trong 1 năm, An= 150.000 (T/năm)

+ N : Số ngày làm việc trong năm, N = 300 (ngày/năm)

An = 150.000

= 650 (Tấn/ngày đêm)

2 Xác định khối lượng đoàn goòng, (Qtk)

- Theo điều kiện bám dính:

Qbd = P( Ψbd

ω0 +itb − 1) Trong đó:

+ P : Trọng lượng dính, P = 4,5 Tấn = 45 kN

+ Ψbd: Hệ số bám dính của bánh xe với đường sắt, Ψ =0,12 ÷ 0,3

(chọn Ψbd = 0,24)

+ 𝜔0: Hệ số cản mở máy của đầu tàu, ω0 = 4 N/kN

+ itb: Góc dốc trung bình của đường tàu, itb = 5 ‰

P - Khối lượng đầu tầu, P = 4,5T = 45kN

Ψld - Hệ số bám dính giữa đường sắt với bánh xe khi tầu lên dốc,Ψld

‒ P

Trong đó:

P - khối lượng đầu tầu, P = 4,5T = 45kN

Ψh - hệ số bám dính của bánh xe với đường xe, Ψh = 0,12

v - vận tốc khi hãm, v = 6,44 km/h = 1,79m/s [Lh] - quãng đường hãm cho phép theo quy định, [Lh] = 40m

Ωxd - hệ số cản chuyển động của đầu tàu khi xuống dốc, ωxd = 6N/kN

i - độ dốc trung bình của đường lò

Qld = 45(

‒ 1) = 969 (T)

Nhận xét: Để đảm bảo đoàn tàu có thể làm việc trong mọi trường hợp, khi tính

toán, thiết kế ta chọn khả năng kéo của đoàn tàu là nhỏ nhất:

 chọn 9 goòng

4 Thời gian trung bình của một chuyến

Tck = tc+ tct + tkt + td + θ (phút) Trong đó:

tc - thời gian chất tải của đoàn tàu bằng máy xúc có băng tải đuôi, tc

= 16 phút

tcđ - thời gian chuyển động của tầu trong chu kỳ vận tải

tcđ = tct + tkt =

= = 3,73 (phút)

td - thời gian dỡ tải của tầu, td = (8 phút)

θ - thời gian manơ dừng tầu trong 1 chu kỳ dỡ tải, θ = 20 (phút)

=> Tck = 16 + 3,73 + 8 + 20 = 47,73 ≈ 48 (phút)

5 Năng suất vận tải của đường tầu

- Năng suất kỹ thuật:

6 Số đầu tầu và goòng cho mỏ

- Số đầu tầu cho mỏ:

Trên nguyên tắc đảm bảo vận chuyển hết khối lượng mỏ yêu cầu, số chuyến cần thiết trong ngày đêm là:

R =

- Số đầu tầu đảm bảo vận tải khối lượng mỏ yêu cầu:

ndt =

= ≈ 1 chiếc

- Số đầu tầu trong danh sách mỏ:

ndt,ds = kds,dt.ndt = 1,3.1 = 1,3 (chiếc) Lấy ndt,ds = 2 chiếc

ng,ds = kg,ds.ng = 1,3.9 ≈ 12 goòng Trong đó:

kg,ds - hệ số danh sách toa xe hư hỏng, trong tình trạng sửa chữa, trở người và thiết bị kỹ thuật mỏ, kg,ds =1,3 ÷ 1,5(chọn kg,ds = 1,3)

7 Khả năng thông qua năng lực vận tải của tuyến đường sắt

Yêu cầu tuyến đường phải đủ năng lực vận tải theo điều kiện:

Md ≥ AmNăng lực vận tải của tuyến đường sắt:

Md =

Ng.G Trong đó:

Ndmin - khả năng thông qua đoạn khó khăn nhất trong tuyến

Tnd - thời gian làm việc 1 ngày đêm,Tnd = 21h/ngày đêm

tct,kt - thời gian chạy có tải và không tải của tầu

t -thời gian 1 tầu dừng tránh nhau trên ga, t = 5 phút

Ndmin =

=> Md =

= 4968 (T/ngày đêm)

Ta thấy: Md > Am, (4968 >650) Vậy đảm bảo năng lực vận tải

1.3.5 Lựa chọn hình dạng và kích thước mặt cắt ngang đường lò (theo điều kiện vận tải, theo điều kiện thông gió)

1.3.5.1 Lựa chọn hình dạng đường lò

Việc lựa chọn mặt cắt ngang của đường lò là một trong những giải pháp giúp tăng tốc độ đào lò Trong đất đá ổn định cao, nếu chọn mặt cắt ngang hợp lý thì có thể không phải chống

Khi công trình chỉ chịu áp lực nóc là chủ yếu thì ta nên chọn đường lò có dạng hình vòm, tường thẳng đứng

Khi có cả áp lực nóc và áp lực hông đều lớn thì ta nên chọn đường lò có dạng vòm, tường cong

Khi có áp lực từ mọi phía với cường độ gần như nhau thì ta nên chọn đường lò

có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình móng ngựa có vòm ngược

Khi có áp lực không đều, đối xứng ở nóc và nền, ta nên chọn đường lò có mặt cắt ngang là hình elip có trục dài theo phương áp lực lớn

Khi đường lò chống bằng gỗ, kim loại bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạng thanh thì mặt cắt ngang hợp lý nhất là dạng hình thang hoặc hình chữ nhật hoặc hình đa giác

Hiện nay mặt cắt ngang hình vòm – tường thẳng đứng được sử dụng khá phổ biến trong các đường lò trong mỏ.Trong đó có 2 loại mặt cắt ngang là vòm bán nguyệt (vòm 1 tâm) và vòm 3 tâm được sử dụng nhiều nhất.Vòm 1 tâm được sử dụng cho các công trình có tiết diện nhỏ, vòm 3 tâm được sử dụng cho các công trình có tiết diện lớn

Ta thấy công trình theo yêu cầu thiết kế sẽ chịu áp lực nóc là chủ yếu, áp lực nền sẽ rất nhỏ, và công trình có tiết diện mặt cắt ngang không lớn Do đó ta chọn mặt cắt ngang của đường lò có dạng vòm 1 tâm – tường thẳng đứng

1.3.5.2 Tính toán mặt cắt ngang đường lò

Kích thước tiết diện ngang sử dụng của đường lò phụ thuộc vào công dụng của

nó, ở đây đường lò thiết kế có nhiệm vụ vận chuyển đất đá, khoáng sản, đảm bảo thông gió tốt, và có lối người đi lại an toàn trong đường lò Do đó việc lựa chọn kích thước đường lò phải dựa trên cơ sở kích thước, số lượng các phương tiện, thiết bị được

sử dụng trong quá trình khai thác và đảm bảo khoảng cách an toàn theo quy định về an toàn lao động trong mỏ hầm lò

Trong hình ta có:

Hình 1.4: Cơ sở thiết kế kích thước mặt cắt ngang đường lò

Hg – Chiều cao thiết bị vận tải, h = 1300mm (lấy theo chiều cao của goòng UVG – 22 đã chọn)

A – Chiều rộng thiết bị vận tải, A = 1200mm (lấy theo chiều rộng của goòng UVG – 22 đã chọn)

m – Khoảng cách từ thiết bị vận tải đến biên đường lò tại vị trí cao nhất của thiết bị vận tải, m = 300mm

n – Khoảng cách từ thiết bị vận tải đến biên đường lò tại vị trí cao nhất của thiết

bị vận tải ở bên hông phải đường lò và bằng chiều rộng lối người đi lại, n = 1000mm

ht – Chiều cao tường được xác định như sau:

htv – Chiều cao thanh tà vẹt, htv = 150 (mm);

hr – Chiều cao của loại ray P – 24 đã chọn, hr = 107mm

Chiều cao “h” của cả vòm =

2 Tiết diện ngang sử dụng của công trình

B

htvhrhg

hv

ht

n

hnh

B = 2R = 2.1250 = 2500 (mm)

3 Tiết diện thiết kế của đường lò

Ta lựa chọn sơ bộ kết cấu chống là vì thép SVP 22, các thông số thể hiện như trong hình

Hình 1.5: Mặt cắt ngang vì thép SVP – 22 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của vì thép SVP – 22

Chiều rộng thi công (chiều rộng thiết kế):

Btk = B + 2.150 = 2500 + 300 = 2800(mm) Bán kính vòm thiết kế:

Rtk = Btk/2 = 2800/2 = 1400(mm) Chiều cao thi công:

htk = ht + Rtk = 1500 + 1400 =2900(mm)

60

145,5

Tiết diện thiết kế:

Stk = π.B2tk/8 + Btk.ht = π.2,82/8 + 2,8.1,5 = 7,28(m2) Kết cấu chống của vì thép SVP – 22 làm việc như hình vẽ

Hình 1.5: Mặt cắt ngang kết cấu chống và tấm chèn bê tông cốt thép

1.3.5.3 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện thông gió

Trong đó:

Am – Sản lượng chuyển qua lò, Am = 150.000(tấn/năm)

q – Lượng không khí cần cung cấp cho 1 tấn hàng chuyển qua, q = 1m3/phút

k – Hệ số không cân bằng sản xuất, k = 1,25 – 1,45

μ – Hệ số suy giảm diện tích của đường lò có cốt, μ = 1

N –Số ngày làm việc trong 1 năm, N = 300 ngày

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHỐNG GIỮ ĐƯỜNG LÒ 2.1 Đánh giá độ ổn định của khối đá xung quanh đường lò

Thông thường lựa chọn vỏ chống cho đường lò dựa vào các kết quả khảo sát đánh giá các điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, hệ số ổn định của

đá nóc và hông lò, cấu trúc khối đá bao quanh Độ ổn định của đường lò phụ thuộc vào hình dạng tiết diện đường lò, điều kiện khối đá, trạng thái ứng suất nguyên sinh trong khối đá, độ bền cơ học, độ phân lớp, mức độ nứt nẻ, độ sũng nước của đất đá, độ sâu của đường lò, sự ảnh hưởng của lò khai thác, các công trình ngầm xung quanh Ngoài ra mối tương quan giữa ứng suất và độ bền khối

đá cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của đường lò Vì vậy việc khảo sát đánh giá chi tiết các yếu tố ảnh hưởng trên sẽ giúp cho công tác chống giữ, gia cường có hiệu quả hơn

Theo phương pháp phân loại đất đá theo độ bền chắc của GS Prôtôđiacônôv ta có:

 ⁄

 ⁄

Trong đó:

Rn – Độ bền nén đơn trục của đá

Từ bảng phân loại đất ta thấy với f = 8 ứng với đá cấp III rắn chắc

Ta lại có biểu thức mối liên hệ giữa góc ma sát trong của đá với ứng suất kéo và nén đơn trục:

Với góc ma sát trong bằng 29 :

Ta thấy rằng tỉ số độ bền nén đơn trục với độ bền kéo đơn trục nhỏ hơn 5, do đó đá có tính dẻo mềm Với loại đá này việc khoan nổ mìn sẽ khó khăn hơn loại đá dòn

Bảng 2.1 Đặc tính cơ lý ở vỉa đào trong cát kết

Tên

vỉa

Hệ số kiên

cố f

Trọng lượng thể tích (T/m3)

Lực dính kết c (kG/cm2)

Cường

độ kháng nén σn

(kG/cm2)

Cường

độ kháng kéo σk

(kG/cm2)

Góc

ma sát trong

φ (độ) Cát

kết

2.2 Tính toán áp lực mỏ (nóc, hông, nền) các loại tải trọng khác

Ta chọn giả thuyết tính toán áp lực đất đá tác dụng lên đường lò theo giả thuyết của Tximbarevich

Hình 2.1 Vòm áp lực theo Tximbarevich

Để xét tới ảnh hưởng của lực dính kết c của khối đá gây ra với áp lực nóc, hông

ta sử dụng góc ma sát trong của khối đá theo công thức sau:

Chiều rộng vòm phá hủy là 2a1 và được xác định theo công thức:

2a

2a1

h b1

( ) ( ) (2.1) Chiều cao vòm phá hủy là b được xác định theo công thức:

(2.2)

Áp lực nóc phân bố (tính cho chiều dài một bước chống là 0,7m) được xác định theo công thức:

⁄ (2.3) Tính toán áp lực hông tác dụng lên công trình được xác định theo công thức: (tính cho 1m chiều dài đường lò)

Mức đỉnh vòm:

( ) ⁄ (2.4) Mức nền hầm:

( ) ⁄ (2.5)

Áp lực sườn

⁄Chiều sâu giới hạn của vùng phá huỷ nền được tính theo công thức:

( )

( )

( ) ( )

Từ đó ta thấy rằng chiều sâu vòm phá hủy nền rất bé Nên áp lực nền rất nhỏ,

do vậy ta bỏ qua áp lực nền

Trong đó:

a – Nửa chiều rộng công trình ngầm

a1 – Nửa chiều rộng vùng phá hủy

h – Chiều cao đường hầm

b1 – Chiều cao vòm phá hủy

q1 – Áp lực hông ở chân vòm cân bằng

q2 – Áp lực hông ở ngang mức nền hầm

γ – Dung trọng của đá

Để đảm bảo an toàn ta đưa hệ số an toàn của áp lực sườn kqt,s= 1,2 áp lực nóc kqt,n = 1,2

tạo từ hai cột và một xà, giữa xà và cột được bắt gông, khi áp lực đất đá gia tăng, nhờ

có độ linh động của vì thép mà xà và cột trượt lên nhau làm giảm nội lực trong vì chống người ta gọi là kết cấu chống linh hoạt về kích thước Khi đất đã đá ổn định, nhờ lực ma sát giữa xà và cột mà kết cấu chống đi vào làm việc như một kết cấu chống cứng

Các chân cột của vì chống được hàn thêm thép lòng máng để tăng diện tích tiếp xúc với đất nền, tránh hiện tượng lún vì, các chân cột này được chôn dưới nền đất và

có khả năng xoay được, do đó ta có thể coi các chân cột làm việc như các khớp cố định

Khi tính toán nội lực trong kết cấu chống ta tính nội lực tại vị trí trục trong hòa của vì thép SVP 22, do đó bán kính R để đem đi tính toán nội lực trong vì thép được lấy bằng:

Trong đó:

B – Chiều rộng vùng an toàn cho thiết bị vận tải và lối người đi lại được tính toán ở trên

hv – Chiều cao của vì thép SVP 22

qn qn

Từ nhận xét trên ta thu được sơ đồ tính và tổ hợp tải trọng tính toán như sau:

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán kết cấu chống

Nhận xét: Đây là một hệ siêu tĩnh chịu lực đối xứng Do đó việc tính toán các giá trị

nội lực ta sẽ tiến hành tính cho nửa vòm bên trái phần còn lại lấy đối xứng Hệ thuộc loại siêu tĩnh, bậc siêu tĩnh bằng 1 tức là có 1 ẩn số thừa Để giải được bài toán ta sử dụng phương pháp lực trong cơ học kết cấu bằng cách thay ẩn số thừa bằng lực thừa

X1 như sau:

Hệ phương trình chính tắc:

Trong đó:

– Chuyển vị do lực X1 = 1 gây ra tại chân cột – Chuyển vị tại chân cột do ngoại lực gây ra

Hình 2.4: Sơ đồ xác định nội lực trong tường và vòm

Phản lực thẳng đứng tại các gối tựa:

V A

 δ11 = + π R + 4htR2 + R3(φ ‒ sin2φ)

 δ11 = + π R + 4htR2 + R3 = 25,2

Thành phần chuyển vị do ngoại lực gây ra:

∆lq = 2 ∫ ( )dy +2∫ * +ds

∆lq = ( )qn ‒ ( ht3 + Rht3 + 3 R2 + htR3+ )qs = 1,63



 X1 = ‒0,06 (T) => ngược chiều giả thiết

2.4 Nội lực trong các bộ phận của kết cấu chống và kiểm tra độ bền

2.4.1 Xác định nội lực trong tường

Hình 2.5: Sơ đồ xác định nội lực trong tường

- Mô men trong tường:

Hình 2.6: Sơ đồ xác định nội lực trong vòm

- Mô men trong vòm:

Mx = qnR(R ‒ R cosφ) ‒ qn ‒ qs ‒ X1(ht + Rsinφ)

 Mv = qnR2(1 ‒ cosφ) ‒ (1 ‒ cosφ)2 ‒ qs

‒ X1(ht + Rsinφ)

- Lực dọc trong vòm:

Nv = qn(R ‒ Rcosφ)cosφ ‒ qs(ht + Rsinφ)sinφ ‒ X1sinφ ‒ qnRcosφ

 Nz =qnR(1‒ cosφ)cosφ ‒ qs(ht + Rsinφ)sinφ ‒ X1sinφ ‒ qnRcosφ

Qy = ‒qs(ht + Rsinφ)cosφ ‒ qn.R(1 ‒ cosφ)sinφ ‒ X1cosφ +qnRsinφ

Kết quả nội lực cho phần vòm được cho trong bảng dưới đây:

Hình 2.7: Biểu đồ nội lực trong kết cấu chống

2.4.4 Kiểm tra bền cho kết cấu chống

Từ biểu đồ mô men ta có mô men cực đại Mmax = 0,16 (T.m), Nmax = 0,6(T)

Ta kiểm tra bền theo điều kiện:

-

-

-0,6

-

-

-0,081 0,062 0,173 0,224 0,203

0,12

0,11 0,109

0,078 0,135

0,07 0,04

0,074

0,06

+ +

+ +

0,12 0,203 0,224 0,173 0,062

0,067

T T T.m

-0,11 0,109 0,067 0,003

0,078 0,135 0,156

0,07 0,04

0,081 0,074

0,06 0,067

0,6 0,6

0,581 0,564 0,481 0,357 0,229

0,6 0,6 0,6

Trong đó:

n - Hệ số dự trữ bền, n = 1,5

F - Tiết diện của thép SVP-22, F = 27,91 (cm2)

Wmax - Mô men chống uốn theo phương x, Wmax = 74,8 (cm2)

= 235,4 (kG/cm

2

)

Mặt khác, từ bảng đặt tính kỹ thuật của thép SPV-22 ta có [σ] = 2800 (kG/cm2) Ta có:

bố đều của vòm phá hủy

Áp lực đất đá lên 1 tấm chèn là:

Pc = γ.b.b1Trong đó:

b - Chiều rộng của tấm chèn( chọn bc = 0,2m)

γ - Trọng lượng thể tích của đất đá phía nóc, γ = 2,65 T/m3

b1- Chiều cao vòm phá hủy (b1 = 0.2m)

Pc = 2,65.0,2.0,2 = 0,106 (T/m)

Hình 2.8 Biểu đồ phân bố áp lực và sơ đồ tính tấm chèn

Chọn a là chiều dài của tấm bê tông chèn (cm)

Bỏ qua thành phần lực dọc và lực cắt Mô mem lớn nhất tại vị trí giữa dầm, x

R u

h 0

a h

b

h x

Cốt đai có thể lấy theo quy chuẩn về cấu tạo lựa chọn cốt đai 4, khoảng cách giữa các cốt đai là 170mm, tương ứng với 3 cốt đai cho 1 tấm chèn dài 0,7m

Các tầm chèn được bố trí sát nhau.Số tấm chèn cần thiết cho 1 bước chống là :

Trong đó :

P- là chu vi lò,không kể nền

P = 2.ht+ π.R = 2.1,5.103 + 1.4 103

= 7398 (mm)

2.6 Tính toán thanh văng

Văng sử dụng cho lò bằng thường dùng các thanh gỗ tròn có đường kính từ 10

÷ 16 cm Các thanh văng này có tác dụng đảm bảo đúng kích thước của bước chống giữa các vì chống, do đó ta chọn thanh văng gỗ thông ta có chiều dài bằng L=0,7m,

d=10 cm

2.7 Kết cấu chống tạm

Chống tạm được thực hiện ngay sau khi thông gió, đưa gương vào trạng thái an toàn Công việc chống tạm được tiến hành như sau: dùng 2 thanh thép ray P24 đặt ở hông và nóc lò Một đầu của thanh thép được treo vào xà của khung vỏ chống cố định bằng gông hoặc móc thép, đầu kia hướng về gương lò tạo nên dạng công xôn Sau đó tiến hành chèn bằng gỗ hoặc tấm chèn để giữ nóc lò

Hình 2.10: Kết cấu chống tạm

2.8 Hộ chiếu chống lò (chống cố định)

mÆt c¾t: i-i

Kết cấu của vì chống SVP – 22 bao gồm một xà và 2 cột Giữa xà và cột là liên kết bu lông gông Gông được đặt tại vị trí mà có mômen nhỏ và lực cắt lớn Như vậy

ta đặt gông tại vị trí có lực cắt là 0.234 (T), tương ứng với góc khi đó là 45o Khoảng cách giữa 2 gông bằng 200mm, gông cách 2 đầu xà và đầu cột 100mm, đầu cột ôm vào đầu xà 400mm Để cột chống không bị lún sâu vào đất đá ta hàn một đoạn thép lòng máng nằm ngang tỳ đế chân cột Đoạn thép này ta sử dụng luôn thép SVP – 22

180

854 R1400



