THIẾT KẾ GIẾNG ĐỨNG Đề số 072: Thiết kế thi công đào mở rộng phần thân giếng điều áp nhà máy thuỷ điện theo hướng từ trên xuống dưới bằng phương pháp khoan nổ mìn với các số liệu như sau: Đường kính đào = 12,0m: Gia cố tạm bằng neo bê tông cốt thép 22, dài L=3,2m, bố trí 16 thanh1 vòng so le nhau khoảng cách các vòng neo 2m kết hợp với bê tông phun lưới thép dày 10cm. Vỏ chống cố định bằng bê tông cố định dày 0,4m. Lượng nước chảy vào giếng trong thời gian đào: 3 h. Tại trung tâm giếng có khoan giếng dẫn đào trước bằng máy khoan Robbins với đường kính 2,4m. Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây:
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
KHOA XÂY DỰNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC XÂY DỰNG GIẾNG ĐỨNG
Giáo viên hướng dẫn :Đặng Văn Kiên
Sinh viên thực hiện :Đinh Thế Mạnh
Lớp : XDCTN A – K58
MSSV : 1321070118
Trang 2- Vỏ chống cố định bằng bê tông cố định dày 0,4m.
- Lượng nước chảy vào giếng trong thời gian đào: 3m3/h
- Tại trung tâm giếng có khoan giếng dẫn đào trước bằng máy khoan Robbins vớiđường kính 2,4m
Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây:
đất đá
Dung trọng,
γ
, (T/
m 3 )
Hệ số kiên cố, (f)
Chiều dầy lớp,
Ghi chú
Trang 3CHƯƠNG III LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIẾNG ĐỨNG
3.1 Mô tả các sơ đồ công nghệ khả thi xây dựng giếng đứng.
Sơ đồ công nghệ là sự phối hợp giữa các yếu tố kỹ thuật, trang thiết bị của các nhóm công tác trên nhằm tiến hành thi công xây dựng giếng một cách hiệu quả Sau đây
là ba sơ đồ công nghệ khả thi trong xây dựng giếng đứng:
3.1.1 Sơ đồ thi công song song
Công tác đào phá đất đá, chống tạm thời với công tác chống cố định được tiến hành đồng thời ở hai khâu liền kề (hoặc cách nhau một khoảng bằng chiều cao một khâu)
Tiến độ chống cố định ở khâu trên phải bằng tiến độ đào chống tạm thời ở khâudưới
3.1.1.1 Đào giếng song song với vỏ chống tạmthời
- Công tác đào, chống tạm thời (gỗ, khung thép hoặc neo kết hợp với bêtông phun) tiến hành theo chiều từ trên xuống dưới
-Chống cố định thường bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối sử dụng ván khuôn di động
và tiến hành theo chiều từ dưới lên trên
*Ưu điểm: Các công tác đào bốc đất đá và xây dựng vỏ chống cố định được phối hợp với
nhau do đó có thể tăng tốc độ đào giếng trung bình lên khoảng (20-25)% so với khi sử dụng
sơ đồ đào giếng nối tiếp
* Nhược điểm: - Tổ chức công tác phức tạp khi đồng thời phải thi công ở hai cao độ trong
giếng dẫn đến nảy sinh thêm các nguy cơ mất an toàn khi hoàn thành các nguyên công đàochống, gián đoạn từng phần các công tác trong thời gian dịch chuyển sàn treo, trong giếng có
Trang 4hai sàn treo được treo trên hai hệ thống cáp khác nhau nên công tác trục trở lên phức tạp.-Phải có hai thiết bị trục: một để trục đất đá từ gương giếng, còntrụckia để chuyển vật liệu chống giếng cố định xuống giếng.
-Độtincậycủavỏchốngtạmthờikhôngcao,tốncônglắpdựng
- Vốn đầu tư ban đầu lớn
3.1.1.2 Đào giếng song song với vỏ bảohiểm
+Công việc đào đất đá và chống cố định được tiến hành đồng thời theo chiều từ trên xuống
dưới, nhưng phải dùng vỏ bảo hiểm-đóng vai trò là vỏ chống tạm cho đoạn giếng gần gương.
+Vỏ bảo hiểm có đường kính nhỏ hơn đường kính đào của giếng khoảng từ 0,2-0,6m,chiềucao từ 15-25m và được treo bằng các dây cáp dòng từ trên mặt đất hay từ sàn treo xuống.Chiều cao của vỏ bảo hiểm được lựa chọn phụ thuộc vào chiều cao của khâu giếng khi đào
và để bảo đảm an toàn khi tiến hành công tác nổ mìn Trên nóc của vỏ bảo hiểm người ta bốtrí ván khuôn để đổ bê tông hoặc sàn để lắptubing
* Ưu điểm: Độc lập hoàn toàn cho các công tác đào chống đất đá và dựng vỏ chống cố định,
mức độ an toàn cao, giảm số lượng các công tác phụ so với các sơ đồ trước, bảo đảm mức độ
cơ giới hoá cao các công tác đào giếng
*Nhược điểm: Công tác treo các thiết bị rất phức tạp, cần có một số lượng lớn các tời trên
mặt đất và cáp treo trong giếng Sơ đồ này chỉ có thể áp dụng khi đất đá ổn định, đuợc bảo
vệ chắc chắn bằng vỏchắn
Điều kiện áp dụng: Sơ đồ thường áp dụng để đào giếng đứng có chiều sâu H = 800-1500m
và trong đất đá ổn định với hệ số kiên cố f > 6 (tốc độ đào401,3m/tháng )
3.1.2 Sơ đồ thi công phối hợp nối tiếp
Trang 5+ Nâng sàn treo hoặc các trang thiết bị khác lên độ cao an toàn rồi tiến hành nổ mìn.
+ Thông gió và đưa gương vào trạngthái an toàn
+ Hạ sàn treo và bốc xúc đất đá trên một đoạn với chiều sâu bằng chiều cao của ván khuôn (hoặc chiều cao của các tấm tubing)
+ San phẳng mặt nền gương, hạvàđịnh tâm ván khuôn
+ Đổ bê tông vào sau ván khuôn
+ Bốc xúc toàn bộ phần đất đá còn lại ởgương đào
* Sau khi nổ mìn người ta chỉ bốc xúc khoảng (60-70%) lượng đá nổ ra ở gương, sau đó sangạt mặt nềngương để hạ cốp pha di động tiến hành xây dựng vỏ chống cố định bằng bê tônghoặc bê tông cốt thépliền khối có sử dụng phụ gia đông cứng nhanh;
-Phần đất đá còn lại sẽ được bốc xúc sau khi đã thi công xong phần vỏ chống cố định củamột tiến độ
-Phần đất đá để lại này làm nhiệm vụ là lớp đệm cho cho cốp pha di động, tạo khoảng cáchgiãn cáchgiữa gương đào giếng với vỏ chống cố định tránh nứt nẻ vỏ chống khi nổ mìn
Trang 6* Ưu điểm: Tất cả các công tác đều thự hiện trực tiếp ở gương giếng vì vậy có thể đơn giản
hoá việc tổ chức công tác và nâng cao được tính an toàn, bảo đảm cơ khí hoá cao các quátrình đào giếng cơ bản, đơn giản hoá việc trang bị cho giếng
* Nhược điểm: Tăng số lượng khe lạnh – các khe phân cách giữa các đoạn vỏ chống khi xây
dựng vỏ chống cố định bằng các tiến độ riêng biệt do đó làm giảm khả năng cách nước của
vỏ chống, vỏ cố định dễ bị nứt nẻ khi nổ mìn ởgương
-Không phối hợp hoàn toàn được công tác xúc bốc đất đá và dựng vỏ chống cố định
-Bắt buộc phải có thời gian chuyển tiếp giữa hai công tác đào và chống dẫn đến tăng thời gian công tác phụ
-Sơ đồ này sử dụng có hiệu quả nhất khi sử dụng vỏ chống tạm hoặc vỏ chống cố định bằng
bê tông phun.Khi đó, công tác phun bê tông sẽ được thực hiện theo các tiến độ từ trên xuống với chiều cao(1-1,5)m
3.2 Lựa chọn sơ đồ công nghệ xây dựng giếng đứng
Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công giếng đứng được tiến hành trên cơ sở
so sánh các phương án kỹ thuật khác nhau theo các đại lượng chi phí thời gian và các thiết bị để xây dựng giếng đứng.
* Đối với mỗi sơ đồ sẽ có các công thức tính toán thời gian trực tiếp thi công giếng đứng khác nhau.Vì ta chưa có số liệu cụ thể nên chưa thể tính được.
* Trong từng trường hợp cụ thể, người ta thiết kế cần phải lựa chọn sơ đồ công nghệ hợp lý bằng phương án so sánh kinh tế- kỹ thuật Trong đó những thông số chủ yếu cần so sánh là:
Thời gian xây dựng giếng theo sơ đồ công nghệ dự tính chọn thi công.
Giá thành xây dựng giếng theo sơ đồ công nghệ đó.
* Trên thực tế giếng được xây dựng bằng sơ đồ công nghệ phối hợp với 1 tổ hợp
cơ giới hóa các quá trình công nghệ xây dựng chính Tuy nhiên tại những độ sâu lớn của giếng đứng (800-1500m) và trong môi trường đất đá tương đối bền vững nên sử dụng sơ đồ công nghệ song song với khiên đào - vỏ bảo vệ
* Sơ đồ công nghệ nối tiếp sử dụng để xây dựng các giếng đứng có chiều sâu không lớn (100m)
Trang 73.3 Mô tả bản chất sơ đồ công nghệ xây dựng giếng đứng đã chọn
Sơ đồ thi công song song
- Công tác đào phá đất đá, chống tạm thời với công tác chống cố định được tiến hành đồng thời ở hai khâu liền kề ( hoặc cách nhau một khoảng bằng chiều cao một khâu) -Tiến độ chống cố định ở khâu trên phải bằng tiến độ đào chống tạm thời ở khâu dưới.
* Đào giếng song song với vỏ chống tạm thời
- Công tác đào, chống tạm thời (gỗ, khung thép hoặc neo kết hợp với bê
tông phun) tiến hành theo chiều từ trên xuống dưới,
- Chống cố định thường bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối sử dụng ván khuôn di động và tiến hành theo chiều từ dưới lên trên.
* Ưu điểm: Các công tác đào bốc đất đá và xây dựng vỏ chống cố định được phối hợp với nhau do đó có thể tăng tốc độ đào giếng trung bình lên khoảng (20-25)% so với khi sử dụng sơ đồ đào giếng nối tiếp.
* Nhược điểm: + Tổ chức công tác phức tạp khi đồng thời phải thi công ở hai cao độ trong giếng dẫn đến nảy sinh thêm các nguy cơ mất an toàn khi hoàn thành các
nguyên công đào chống, gián đoạn từng phần các công tác trong thời gian dịch
chuyển sàn treo, trong giếng có hai sàn treo được treo trên hai hệ thống cáp khác nhau nên công tác trục trở lên phức tạp.
+ Phải có hai thiết bị trục: một để trục đất đá từ gương giếng, còn trục
kia để chuyển vật liệu chống giếng cố định xuống giếng
+ Độ tin cậy của vỏ chống tạm thời không cao, tốn công lắp dựng và tháo
dỡ vỏ chống tạm thời.
+ Vốn đầu tư ban đầu lớn
* Điều kiện áp dụng: dụng để đào giếng có chiều sâu tối thiểu 250m, đường kính tối
thiểu 4,5m Tốc độ đào giếng có thể đạt tới 200m/tháng
Trang 8CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TÁC KHOAN NỔ MÌN
THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG
4.1 Một số vấn đề thiết kế tổng quan.
Công tác khoan nổ mìn được tiến hành khi công tác khoan doa mở rộng đã hoàn thành Căn cứ vào điều kiện địa chất và tiết diện đào của giếng điều áp, chọn phương án thi công giếngđiều áp theo sơ đồ nối tiếp toàn phần, công tác đào và gia cố tạm theo hướng từ trên xuống, phương pháp này có ưu điểm:
+ Tốc độ đào giếng nhanh
+ Công tác phá đá bằng khoan nổ mìn đạt hiệu quả
+ Công tác xúc bốc và vận chuyển đất đá đơn giản
+ Công tác thoát nước và thông gió đơn giản
4.2 Lựa chọn thuốc nổ :
* Thuốc nổ sử dụng để đào giếng cần phải thỏa mãn chế độ khí bụi nổ của mỏ có khả năng công nổ cao, mật độ lớn, ổn định trong nước, ổn định về mặt hóa học, giá thành thấp.
* Khi đào giếng tại các mỏ nguy hiểm về khí và bụi nổ (mỏ loại 3, hoặc các công trình ngầm đào trong khu vực chứa khí và bụi nổ) phải sử dụng thuốc nổ an toàn như AH-1, AH2.
Trang 9* Khi đào các giếng trong đá rắn cứng không nguy hiểm về khí và bụi nổ cần sử dụng thuốc nổ có sức công phá mạnh như AH-1, P113, PM3151.
* Nếu trong giếng có lượng nước ngầm lớn phải dùng thuốc nổ chịu nước như
các loại thuốc nổ nhũ tương, hoặc có các biện pháp cách nước cho thuốc nổ.
* Lựa chọn thuốc nổ dựa vào 3 tiêu chí:
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của thuốc nổ P113
4.3 Lựa chọn phương tiện nổ
Phương thức nổ: sử dụng kíp điện vi sai để gây nổ
Là loại kíp, kể từ khi có dòng điện chạy qua, kíp sẽ nổ sau thời gian tính bằng phần ngàn giây ( 0/ giây hoặc m/s) Thời gian chậm nổ là do phía trước thuốc nổ nhóm 1 có chất cháy 00
Trang 10chậm visai Tùy thuộc vào lượng chất cháy chậm nổ vi sai dài hay ngắn Số kíp điện vi sai lấy theo thời gian chậm nổ khi có dòng điện chạy qua, thường là số 0:0ms, số 1: 25ms, số 2: 50ms,
số 3:75ms, số 4: 100ms, số 5: 150ms, số 6: 200ms, số 7: 250ms Số vi sai được ghi trên tem gắn vào dây kíp, ghi ở vỏ hộp kíp và được dập số chìm ở đáy kíp
Kíp điện vi sai được sử dụng rộng rãi ở mọi lĩnh vực nổ mìn khi sử dụng phương pháp điều khiển nổ vi sai hoặc sử dụng hỗn hợp với các phương tiện nổ khác
Bảng 3: Thông số của kíp nổ vi sai phi điện MS
4.4 Tính toán chi phí thuốc nổ và lượng thuốc nổ trong 1 lỗ mìn.
4.4.1 Tính toán chi phí thuốc nổ.
Chi phí thuốc nổ: là lượng thuốc nổ tiêu hao để nổ đồng thời thể tích đất đá ở gương
trong một chu kỳ đào giếng, Q(kg)
Q= q.S g l; (kg)
4.4.1.1 Xác định chỉ tiêu thuốc nổ ( lượng thuốc nổ đơn vị) – q(kg/m 3 )
* Chỉ tiêu thuốc nổ là lượng thuốc nổ cần thiết để phá vỡ 1m3 đất đá ở trạng thái nguyên khối và đươc tính bằng kg/m3
* Chỉ tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: tính chất cơ lý của đất đá, trạng thái thế nằm của đất đá, khả năng công phá của thuốc nổ, vật liệu làm bua, diện tích gương giếng, chiều sâu lỗ mìn, kích thước thỏi mìn
* Lượng thuốc nổ đơn vị tính theo giáo sư N.M.Pocrovski với trường hợp giếng có 2mặt thoáng được tính như sau:
q=q1 f c v c e k d(kg
m3)
q1:là lượng thuốc nổ chuẩn cần để đập phá 1m3 đá Có thể chọn theo thực nghiệm:
Trang 11q1≈ 0,1 f =0,1.5=0,5
Trong đó f: là hệ số kiên cố của đất đá, f=5
f c:là hệ số ảnh hưởng của đặc điểm cấu trúc của đất đá trên gương có thể xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào đặc tính của đất đá và được lấy theo bảng số liệu sau.Bảng 4: Hệ số ảnh hưởng của đặc điểm cấu trúc đất đá
Trong đó: p s là công suất nổ của thuốc nổ sử dụng (cm3)
k dlà hệ số ảnh hưởng của đường kính thỏi thuốc
k d=32
d t=
32
d t:là đường kính thỏi thuốc được sử dụng
Vậy chỉ tiêu thuốc nổ sẽ được tính như sau:
q = 0,5.1,4.1,2.1,15.1=0,966 (kg/m3)
4.4.1.2 Xác định diện tích đào của gương giếng- S g; (m 2 )
S g = π.R 2 – π.r 2 = π4(122−2,42
)=108,52(m2)
Trang 124.4.1.3 Tính toán chiều sâu trung bình của lỗ mìn khi đào giếng – l ; (m)
* Chiều sâu lỗ mìn là 1 thông số quan trọng ảnh hưởng tới khối lượng công việc, chi phí nhân công cho tất cả các công việc trong 1 chu kỳ đào giếng
* Chiều sâu lỗ mìn phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá, diện tích mặt cắt ngang đào giếng, chủng loại thiết bị khoan, sơ đồ tổ chức công tác, tốc độ đào giếng
* Chiều sâu lỗ mìn hợp lý là chiều sâu mà ứng với nó thì chi phí sức lao động thời gian và phương tiện đào 1m giếng là nhỏ nhất hay nói cách khác chọn được chiều sâu lỗ mìn hợp lý sẽ góp phần làm tăng tốc độ đào giếng, tăng năng suất lao động và giảm giá thành xây dựng giếng
* Chiều sâu lỗ mìn < chiều sâu hợp lý thì hệ số sử dụng lỗ mìn sẽ tốt
* Cơ sở để chọn chiều sâu lỗ mìn là diện tích mặt cắt ngang giếng Chiều sâu
4.4.2.1 Sử dụng phương pháp nổ mìn tạo biên
* Số lượng lỗ mìn trên phụ thuộc vào diện tích mắt cắt ngang của gương, tính chất
cơ lý của đất đá, loại thuốc nổ, đặc tính thuốc nổ và hệ số nạp mìn.
Trang 13* Số lượng lỗ mìn và đường kính lỗ mìn cũng như một loạt các yếu tố khác khi bố trí các lỗ mìn trong cần cố gắng để đảm bảo các yêu cầu sau
Hệ số sử dụng lỗ mìn cao η= 0,85÷0,95
Phá vỡ toàn bộ đất đá trên suốt chiều sâu lỗ mìn đúng đường biên thiết
kế và đất đá vỡ đều hạt, do vậy không phải đập thêm và làm tơi phần dưới.
Tạo biên chính xác cho tuyến giếng theo đúng kích thước thiết kế bảo đảm hệ số thừa mặt cắt ngangμ ≈ 1(μ hệ số thừa tiết diện¿
Tránh đất đá văng về một phía, tránh để lỗ mìn câm.
Số lượng lỗ mìn thì lại ảnh hưởng đến khối lượng công tác khoan, mức độ đập vỡ đất đá
Nổ mìn tạo biên để có hiệu quả nổ mìn toàn diện cao nhất, tức là giảm đến mức tổi thiểu khoảng phá thừa đất đá ngoài đường biên giếng và phá hủy ít nhất các đất đá trên biên mặt lộ.
Số lượng lỗ mìn biên được tính theo công thức:
N b=π (D g−2.c)
b b (l ỗ)
Trong đó :
N b: Số lượng lỗ mìn tạo biên
D g: Đường kính giếng đào c: Khoảng cách từ vòng lỗ mìn biên đến biên thiết kế (0.15÷0.2m)
Chọn c= 0,15m
b b:Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên Chọn theo bảng sau
Bảng 5: Lựa chọn khoảng cách lỗ mìn biên STT Loại đất đá f b b(m)
Trang 14q: là chỉ tiêu thuốc nổ ( lượng thuốc nổ đơn vị), kg/m3 q= 0,966 kg/m3
q o: là lượng thuốc nổ trung bình trong 1 lỗ mìn, kg Theo kinh nghiệm, đối với những
lỗ mìn phá và đột phá q o=1 ÷ 1,25(kg),
Trang 15Vậy q o: lượng thuốc nổ trung bình trong 1 lỗ mìn là q o=1,25(kg)
4.4.3 Lượng thuốc nổ trong 1 lỗ mìn;
Lượng thuốc nổ trong một lỗ mìn được tính theo công thức :
m= Q
N=
246,35
Trong đó :q tb là lượng thuốc nổ trong 1 lỗ mìn
Q là chi phí thuốc nổ tiêu hao để nổ đồng thời thể tích gương trong 1 chu kỳ
N là số lượng lỗ mìn
4.4.4 Số thỏi thuốc trung bình trong 1 lỗ mìn
Nth= m m
th=1,850,2 = 9,25thỏi
-Với lỗ mìn biên, lượng thuốc nổ thường được lấy ít hơn lượng thuốc nổ trung bình
là 10-20%, do đó ta chọn số lượng thỏi thuốc trên 1 lỗ mìn biên là 9 thỏi
- Số lượng thỏi thuốc trên 1 lỗ mìn phá là 10 thỏi
Trang 164.5.1.1 Thiết kế sơ đồ bố trí nhóm lỗ mìn biên:
- Nhóm lỗ mìn biên nằm ở ngoài cùng và được nổ sau cùng, có tác dụng tạo ra đường biênthiết kế của mặt cắt ngang gương giếng
- Các lỗ mìn biên thường khoan thường khoan nghiêng 1 góc 85÷870 , hướng ra biên
- Các lỗ mìn biên bố trí cách biên thiết kế khoảng 0,15 ÷ 0,25m Khoảng cách giữa các lỗmìn biên trong một vòng từ 0,7÷0,9m
- Ta có chiều sâu lỗ mìn tạo biên cần khoan:
- Lỗ mìn phá thường khoan với góc nghiêng từ 75÷900 hướng vào tâm
Ta có chiều sâu lỗ mìn tạo biên cần khoan:
1,2÷1,35m
4.5.1.3-Chiều dài bua :
-Ta bố trí lỗ mìn biên gồm 9 thỏi thuốc với chiều dài mỗi thỏi lth= 0,22m.Nên ta có:Chiều dài bua của lỗ mìn biên là:
l 1 = l b – 9.0,22 = 2,351 – 9.0,22 =0,371(m)
-Với lỗ mìn phá, ta sử dụng 10 thỏi thuốc, khi đó, chiều dài bua là:
l 2 =l - 10 0,22= 2,351 – 10.0,22= 0,151 (m)
Kết cấu lỗ mìn biên
Trang 174.5.2: Hộ chiếu lỗ mìn trên gương.
85 85 85
85 85 85
85 85