Thiết kế tổ chức thi công đoạn đường lò xuyên vỉa mức 150 công ty than mạo khê

Sau thời gian học tập tại trường Đại học Mỏ – Địa chất, chuyên ngànhXây dựng công trình Ngầm và Mỏ, được sự giúp đỡ của cơ sở thực tập làCông Ty TNHH MTV than Mạo Khê và tập thể thầy, cô

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

PHẦN MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MỎ MẠO KHÊ 5

1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa lý tự nhiên 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Địa hình, sông suối và giao thông 5

1.1.3 Khí hậu 5

1.2 Đặc điểm cấu tạo địa chất 6

1.2.1 Địa tầng 6

1.2.2 Kiến tạo địa chất 6

1.3 Đặc điểm cấu tạo các vỉa than 8

1.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình 8

1.4.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 8

1.4.2 Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT) 11

1.5 Đặc điểm khí mỏ 13

1.5.1 Thành phần, độ chứa khí 13

1.5.2 Đặc điểm phân bố khí mỏ 16

1.5.3 Phân loại mỏ theo cấp khí 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 18

2.1 Khái quát về đường lò thiết kế 18

2.1.1 Khái quát chung 18

2.1.2 Nhiệm vụ và thời gian tồn tại của đường lò 18

2.1.3 Điều kiện địa chất khu vực đường lò đi qua 18

2.2 Đánh giá mức độ ổn định của khối đất đá xung quanh đường lò 19

2.2.1 Phương pháp đánh giá theo RQD: 19

2.2.2 Phương pháp đánh giá theo RMR: 20

2.3 Lựa chọn hình dạng, xác định kích thước tiết diện ngang của đường lò 21

2.3.1 Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang 21

2.3.2 Xác định kích thước tiết diện ngang đường lò 22

2.4 Tính toán kết cấu chống giữ đường lò 29

2.4.1 Nhiệm vụ của kết cấu chống giữ đường lò 29

2.4.2 Yêu cầu đối với kết cấu chống giữ đường lò 29

2.4.3 Lựa chọn kết cấu chống giữ 30

30

2.5 Tính toán áp lực mỏ tác dụng lên đường lò 31

2.6 Xác định các thông số của kết cấu chống tạm vì neo kết hợp bê tông phun 33

2.6.1 Giới thiệu neo bê tông cốt thép có phụ gia đông cứng nhanh sikarokkon 34

2.6.2 Tính toán thông số của vì neo 36

2.6.3 Tính toán thông số về bê tông phun 38

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG 40

3.1 Lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công 40

3.1.1 Lựa chọn sơ đồ thi công 40

3.1.2 Phương pháp đào gương và phương tiện phá vỡ đất đá 41

3.2 Công tác khoan nổ mìn 43

3.2.1 Chọn phương tiện, thiết bị khoan 43

3.2.2 Chọn thuốc nổ, phương tiện nổ 43

3.2.3 Tính toán các thông số khoan nổ mìn 44

3.2.4 Tổ chức công tác khoan nổ mìn 53

3.3 Công tác thông gió và đưa gương về trạng thái an toàn 56

3.3.1 Yêu cầu thông gió trong quá trình thi công 56

3.3.2 Phân loại và lựa chọn sơ đồ thông gió cho đường lò 56

3.3.3 Tính toán lượng gió cần thiết cho đường lò phục vụ cho công tác thông gió 57

3.3.4 Tính toán và lựa chọn trang thiết bị thông gió cơ bản 58

3.4 Công tác xúc bốc vận tải 61

3.4.1 Công tác xúc bốc 61

3.4.2 Công tác trao đổi goòng 62

3.5 Công tác chống giữ 63

3.5.1 Công tác chống tạm 63

3.5.2 Công tác chống cố định 64

CHƯƠNG 4: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 69

4.1 Tổ chức thi công đường lò 69

4.1.1 Khối lượng công việc trong một chu kỳ 69

4.1.2 Xác định số người-ca cần thiết để hoàn thành một chu kỳ 70

4.2 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản khi xây dựng đường lò 73

4.2.1 Tiến độ thi công 73

4.2.2 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi đào lò 74

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHẦN MỞ ĐẦU

Năng lượng là một nhu cầu cần thiết đối với bất kỳ một quốc gia nàotrên thế giới Trong đó, ngành khai thác than đóng một vị trí rất quan trọng.Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật, người ta đã tìm ra nhiều năng lượngnhưng chưa thể thay thế hoàn toàn được ngành than

Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đòi hỏi nhu cầu tiêuthụ năng lượng ngày càng lớn Cùng với sự phát triển của nền kinh tế đấtnước, ngành khai thác khoáng sản nói chung và ngành khai thác than nóiriêng cũng có những mức tăng trưởng vượt bậc do đó trữ lượng than ngàycàng giảm, cần phải mở rộng khai thác xuống những độ sâu lớn hơn Việc xâydựng các đường lò chuẩn bị phục vụ cho công tác khai thác rất quan trọngluôn đi song song với mở rộng các khu khai thác

Sau thời gian học tập tại trường Đại học Mỏ – Địa chất, chuyên ngànhXây dựng công trình Ngầm và Mỏ, được sự giúp đỡ của cơ sở thực tập làCông Ty TNHH MTV than Mạo Khê và tập thể thầy, cô giáo trong bộ mônXây dựng Công trình Ngầm và Mỏ, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo Đào Văn Canh em đã hoàn thành bản đồ án: “ Thiết kế tổ chức thi công đoạn đường lò xuyên vỉa mức -150 Công ty than Mạo Khê ”

Bản đồ án gồm 4 phần:

Chương 1: Khát quát chung về mỏ Mạo Khê

Chương 2: Thiết kế kỹ thuật

Chương 3: Thiết kế thi công

Chương 4: Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để bản đồ

án được hoàn thiện hơn

Hà Nội:

Sinh viên: Lê Đức Anh

Lớp: XDCTN & mỏ K56

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MỎ MẠO KHÊ

1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Mỏ Mạo Khê thuộc huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh nằm cách thịtrấn Mạo Khê 2km về phía Bắc Ranh giới quản lý mỏ than Mạo Khê đượcxác định trên cơ sở:

- Quyết định số 1873/QĐ-HĐQT ngày 08 tháng 8 măm 2008 của Hộiđồng quản trị Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam về việcgiao thầu quản lý, bảo vệ ranh giới mỏ, tài nguyên trữ lượng than và tổ chứckhai thác than cho Công ty TNHH MTV than Mạo Khê-TKV

- Ranh giới mỏ được giới hạn bởi các mốc ranh giới theo Hệ tọa độ Quốcgia VN-2000, kinh tuyến trục 107045’, múi chiếu 30:

X: 2332339,672 ÷ 2334023,803

Y: 377094,242 ÷ 384157,239

1.1.2 Địa hình, sông suối và giao thông

Toàn bộ mỏ Mạo Khê là vùng đồi núi thấp bị bào mòn Các dãy núi cóphương kéo dài từ Đông sang Tây Độ cao của địa hình trong khu mỏ từ+15m đến +503m, điểm cao nhất ở đỉnh núi Cao Bằng (ở T.IX) Do địa hìnhdốc, nên khi có mưa rào, nước mưa tập trung rất nhanh, dễ tạo thành lũ Theoquan trắc, lưu lượng nước lũ cao nhất của suối Tràng Bạch có thể đạt đến30m3/s , suối Đoàn Kết lưu lượng có thể đạt đến 15m3/s Sông Đá Bạch chảyqua phía Nam và cách khu Mạo Khê 4km, hướng dòng chảy từ Tây sangĐông, đến Quảng Yên rồi đổ ra biển

Quốc lộ số 18 chạy dọc phía Nam và cách trung tâm mỏ 2km Từ khaitrường mỏ đến cảng Bến Cân (sông Đá Bạch) có đường ôtô để vận chuyển than

1.1.3 Khí hậu

Khu mỏ nằm trong vùng ven biển nhiệt đới gió mùa Một năm chia hai mùa

- Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10, lượng mưa chiếm 80% lượng mưacả năm, mùa có lượng mưa ngày lớn nhất lên tới hơn 200mm Nhiệt độ khôngkhí trung bình ngày 270C, nhiệt độ không khí trung bình đêm 180C

- Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ không khí trung bìnhngày 200C, nhiệt độ không khí trung bình đêm110C, độ ẩm không khí 60%,hướng gió chính Bắc và Đông Bắc Đặc điểm của mùa là khô hanh, lạnh.

1.2 Đặc điểm cấu tạo địa chất

2) : gồm 22 vỉa, từ vỉa V.1-25(21a) đến vỉa

V.1(36) có 7 vỉa tham gia tính trữ lượng

+ Tập chứa than giữa (T3n-r hg2

2): gồm 22 vỉa, từ vỉa V.2(37) đến vỉa

V.17(52) có 17 vỉa tham gia tính trữ lượng (trong đó tính cả vỉa vách và vỉa trụ).+ Tập than trên (T3 n-r hg23): gồm 10 vỉa từ V.18(53) đến vỉa V.27(62)không có vỉa tham gia tính trữ lượng

1.2.1.2 Địa tầng khối phía Nam:

Bao gồm toàn bộ các thành tạo chứa than nằm kẹp giữa:

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.A (T.VIIIA về phía Tây)

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.T (từ T.X đến T.XIIA)

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.433 (từ T.XIII về phía Đông)

Các vỉa than khối Nam thuộc loại vỉa có chiều dày không ổn định, cấutạo vỉa tương đối phức tạp đến rất phức tạp Khoảng cách địa tầng giữa cácvỉa than thay đổi từ 50m đến 150 m Theo kết quả tính toán được hệ số biếnthiên chiều dày (Vm) của cánh Nam khoảng 106% (Vm>100%) vỉa thuộc loạirất phức tạp

1.2.2 Kiến tạo địa chất

1.2.2.1 Nếp uốn:

Trong khu vực nghiên cứu tồn tại một nếp uốn chính là nếp lồi MạoKhê-Tràng Bạch

- Nếp lồi Mạo Khê-Tràng Bạch: Đỉnh của nếp lồi nghiêng về phía Tây,

về Đông hai cánh có xu hướng được nâng cao dần và mở rộng Mặt trục củanếp lồi đồng thời là các đứt gãy F.A, F.T, F.433 chia khu mỏ than ra hai khốicấu tạo

1.2.2.2 Đứt gãy:

Trong khu vực nghiên cứu đã xác định được 11 đứt gãy lớn nhỏ Dướiđây là một số đứt gãy:

* Các đứt gãy thuận

Đứt gẫy thuận F.18: Đứt gãy này nằm dọc theo đường sắt phía Nam

(ngoài ranh giới lập báo cáo), có phương Tây Bắc - Đông Nam (1100 - 2900),hướng cắm của mặt trượt Đông Bắc Đứt gãy F.18 chạy dọc toàn vùng haicánh của đứt gãy phần nhiều bị phủ bởi lớp trầm tích Đệ Tứ, vị trí xuất lộkhông rõ, qua các lỗ khoan: LK.KN12, LK.KN5, LK.19, LK.16

Đứt gãy thuận F.340: Được phát hiện trong giai đoạn thăm dò bổ sung

sau năm 1970 (LK.340) Đứt gãy F.430 tồn tại từ T.IE đến T.V, bị khống chếbởi đứt gãy F.A (phía Đông) Đứt gãy F.340 có phương chính là Tây - Đông(từ phía Tây đến T.IA) sau đó chuyển dần theo phương Tây Bắc - Đông Nam(từ T.II đến gặp đứt gãy F.A) Mặt trượt đứt gãy F.340 cắm Bắc; góc dốc mặttrượt thay đổi từ 700  750 Cự ly dịch chuyển ngang của đất đá và các vỉathan ở hai cánh từ 50m  70m, cự ly dịch chuyển đứng từ 90m  160m

* Các đứt gãy nghịch

Đứt gãy nghịch A-A (FA): Đứt gãy F.A-A là đứt gãy lớn có tính chất

chia khu mỏ thành hai khối (khối cánh Bắc và khối cánh Nam) Trong báocáo TDTM 1970 các tác giả đã vẽ trùng với trục nếp lồi Mạo Khê - TràngBạch Kết quả thăm dò bổ sung từ năm 1980 - 1983 đã cho phép liên hệ tậpvỉa 1 cánh Bắc vào tập vỉa 3 cánh Nam cũ Song F.A-A vẫn được xác định làđứt gãy có tính chất phân chia hai khối Bắc và Nam mỏ Mạo Khê

Đứt gãy A trong tài liệu báo cáo hiện nay có đặc điểm như sau:

F.A-A là đứt gãy nghịch; Mặt trượt đứt gãy cắm Bắc; Độ dốc của mặt trượt đứtgãy thay đổi từ 700 ÷ 800 F.A-A là đứt gãy lớn có tính chất phân khối cấu tạo.Đới phá huỷ của đứt gãy thay đổi từ 50m  100m Mặt cắt quan sát rõ nhất làthành lò khu Tràng Khê I mức +30, thế nằm các lớp đất đá bị xáo trộn liêntục, nhiều mặt trượt và đứt gãy nhỏ đi kèm, nhưng không có dăm kết kiến tạo

Đứt gãy nghịch F.C: Tồn tại phía Nam khu mỏ, phía Nam T.A-A khu

vực giữa T.IVA đến T.VIIIA và bị khống chế bởi đứt gãy F.B (phía Nam).Đứt gãy F.C có phương gần Đông - Tây, đầu phía Đông chuyển hướng TâyBắc - Đông Nam, chiều dài theo phương xác định trên bản đồ khoảng 2500m.Mặt trượt đứt gãy cắm Bắc, góc dốc mặt trượt từ 600  650 Cự ly dịchchuyển ngang của đất đá và các vỉa than ở hai cánh từ 50m  70m; Cự lydịch chuyển đứng 80m  100m

1.3 Đặc điểm cấu tạo các vỉa than

Toàn khoáng sàng mỏ Mạo Khê có tổng cộng 106 vỉa than trong đó cácvỉa than khối bắc gồm 54 vỉa và 52 vỉa thuộc vỉa than khối Nam

Trong đó khối cánh Bắc có 22 vỉa than tham gia tính trữ lượng gồm cácvỉa: 1(36), 1b(35), 1C(33), 1d(31), 1-T(36a), 2(37), 3(38), 4(39), 5T(40T),5V(40V), 6T(41T), 6V(41V), 7T(42T), 7V(42V), 8T(43T), 9bT(44bT),9T(44T), 9V(44V), 10(45), 11(46), 7A(42A), 1E(29)

Khối cánh Nam có 18 vỉa than tham gia tính trữ lượng gồm các vỉa:4(39), 6T(41T), 6V(41V), 7T(42T), 8a(43a), 8T(43T), 8V(43V), 9aT(44aT),9aV(44aV), 9bT(44bT), 9T(44T), 9V(44V), 10(45), 11(46), 5V(40V), 2(37),1(36), 1D(31)

1.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình

1.4.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

1.4.1.1 Đặc điểm nước mặt:

Nước mặt có trong khu mỏ do điều kiện tàng trữ được phân chia gồm :nước ở suối, nước ở hồ

* Nước ở các hệ thống suối Văn Lôi, Bình Minh, Tràng Bạch

- Suối Văn Lôi: Hướng chảy từ Đông Bắc xuống Tây Nam chiều dàitrên 2km, lòng suối rộng từ 2m  4m, thượng nguồn có nhiều đá lăn các cỡ,lưu vực của suối chứa các vỉa than V.8 ,9 ,9b, 10 Dưới lòng suối có các vỉathan đã và đang khai thác Lộ vỉa 9b từ tuyến IV-VI đá bị bóc (Độ cao 130m)vách các vỉa than đều bị phá hủy tạo thành vùng sập lớn nước mưa và nướcsuối chảy xuống hầm lò

- Suối Bình Minh: Hướng chảy từ Đông Bắc xuống Tây Nam chiều dàitrên 2km, các suối nhánh đều dốc làm cho điều kiện tập trung nước thuận lợi.Vào mùa mưa lưu lượng của suối lên tới 28 930l/s mùa khô giảm xuống còn

0.9051l/s Hiện tại lòng suối có chỗ cạn khô là đường ô tô lên khai thác lộ V.6

từ T.VI đến T.VII

- Suối Tràng Bạch (Đèo Vàng): Hệ thống suối Tràng Bạch có diện tíchlưu vực rộng, hướng chảy chính Đông Bắc-Tây Nam các nhánh phụ ở phíaTây đổ theo hướng TB-ĐN, các nhánh phụ ở phía Đông đổ theo hướng Đông-Tây Tại trạm 30 lưu lượng suối 768,23l/s vào mùa mưa, còn mùa khô lưulượng đạt 7,816 l/s Mực nước suối vào mùa mưa dâng cao hơn 1,7m làm ảnhhưởng đến giao thông

- Về thành phần hoá học nước suối: Mùa khô nước nhạt trung tính, rất ítcặn, cặn cứng, nửa sủi bọt, ăn mòn, loại hình nước clorua-sunphát Mùa mưanước siêu nhạt trung tính, rất ít cặn, cặn cứng, không sủi bọt, ăn mòn, loạihình nước sunphát-clorua canxi-natri

* Nước trong các hồ moong khai thác:

- Các hồ moong khai thác tập trung ở phía Nam khu mỏ, mùa khô nướctrong hồ giảm có hồ cạn khô

Tổng số lượng nước chứa trong các moong là 636.100 m 3

1.4.1.2 Đặc điểm nước dưới đất:

* Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ Tứ

Trầm tích Đệ Tứ phân bổ khắp khu mỏ, thành phần chủ yếu là cát sétpha sạn sỏi lẫn mùn thực vật, trạng thái dẻo đến cứng Chiều dày trung bìnhkhoảng 10m Nước trong trầm tích Đệ Tứ là nước lỗ hổng Điều kiện tàng trữthường gặp là bồi tích và đôi khi ở sườn tích Động thái của tầng phụ thuộctheo điều kiện khí tượng thuỷ văn, mùa mưa mực nước cao hơn mùa khô từ0,5m  1,0m Nguồn cung cấp cho tầng chứa chủ yếu là nước mưa

* Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích Neogen

Trầm tích Neogen phân bố phía Tây khu khảo sát ở T.I.D Chiều dày từ30m  300m, càng xa T.ID về phía Tây trầm tích càng dày Thành phần chủ yếusét pha hạt mịn, cát pha sét, phần lớn ở dạng bán keo kết, mức độ gắn kết yếu

* Phức hệ chứa nước khe nứt trong trầm tích chứa than tuổi T3n-r hg.Trầm tích chứa than trong khu mỏ có chiều dày địa tầng lên tới 2400m Đáchứa nước trong khu mỏ gồm cuội kết, sạn kết, cát kết Đặc điểm trầm tích nhịplàm cho có sự xen kẽ các lớp chứa nước và cách nước trong địa tầng chứa than

Nước tồn tại trong kẽ nứt của đá, vận động mang tính áp lực Nguồn cung cấpcho phức hệ chứa nước trong trầm tích chứa than là nước mưa

* Đới chứa nước khe nứt trong các đới phá huỷ kiến tạo

Các đứt gãy có trong khu mỏ đều có đới huỷ hoại, chiều dày đới lên tới vàichục mét Thành phần của đới huỷ hoại là hỗn độn các mảnh vụn cát kết, sét kết,bột kết có chỗ chứa ô xít sắt, và khoáng vật màu trắng như thạch cao, có chỗ lẫnnhiều đá tảng là sạn kết, cát kết cỡ 30cm Mức độ gắn kết của các thành phần cấutạo nên đới hủy hoại kém bền vững dễ vụn bở

Hệ số thấm trong đới huỷ hoại thay đổi nhiều K từ 0,731m/ng (LK18) đến0,005m/ng (LK.223).Hệ số thấm của đá vụn nát trong đới huỷ hoại cao nhất K=0,731m/ng (LK.18) Hệ số thấm của đá kẽ nứt trong đới hủy hoại là K = 0.01 ÷0.274m/ng

* Nước trong hệ thống các lò khai thác cũ

- Hệ thống lò bằng

Điều kiện thải nước tốt, dễ tìm ra cửa lò, lượng tích nước không lớn ít ảnhhưởng tới quá trình khai thác: Lò 29 cánh bắc khai thác vỉa 18, lò 27 XIIIa, khaithác vỉa 1A nam… Vách trụ ổn định điều kiện thải nước tốt nền lò khô ráo Cũng

có những đường lò thành vách bị sạt lở trong lò tích đọng một lượng nước nhấtđịnh như lò vỉa 9b nam trên tuyến XI khu Tự Lực I giếng nghiêng Tràng Bạch Lòxuyên vỉa đi từ vỉa 10 lên vỉa 9b ở mức +30 gặp lò Pháp bục xuống một lượng nướcchảy trong 5 đến 8 giờ khô cạn

- Hệ thống khai thác lò nghiêng

Một số đường lò khai thác nằm dưới mực xâm thực địa phương ngừngsản xuất Quy mô khai thác tương đối lớn không thải nước tự nhiên được; dovậy tích một lượng nước tương đối lớn, quá trình khai thác sau này cần lưu ý

đề phòng bục nước đột ngột

Nhận xét về tình hình địa chất thủy văn ở khu vực lò cũ và moong ngừngkhai thác đầu lộ vỉa than Mặt khác khai thác từ trước đến nay thường từ dướilên trên theo phương pháp phá hỏa từng phần Tạo thành nhiều khe nứt lớn vànứt nẻ Mùa mưa nước ngấm, gây nhiều khó khăn cho khai thác lò cũ và lòtạm ngừng khai thác do nước ứ đọng dễ gây sập đổ ở những phần đá mềm yếu

dễ thấm nước Lượng nước chứa trong hệ thống lò khai thác cũ khá nhiềucũng lên tới 214 926m3 ở địa cấp khai thác mức -150m trở lên, vì không rõ sơ

đồ hệ thống khai thác cũ nên cần có biện pháp phòng tránh khi thi công khaithác tiếp theo.

1.4.2 Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT)

1.4.2.1 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của đất đá:

* Trầm tích Đệ Tứ: phân bố trên toàn bộ diện tích khu mỏ, chiều dày từ0m  25m trung bình 10m Thành phần lớp phủ Đệ Tứ (Q) gồm: cuội, sỏi,cát, đất bồi, đất phong hoá lẫn nhiều đá lăn đường kính từ 0,5m  2,0m, độbền cơ học kém Hiện tượng trượt thường xuyên xảy ra trên các sườn núi và

ta luy đường giao thông trong mỏ

* Trầm tích Neogen: phân bố phía Tây khu khảo sát ở T.I.D Chiều dày

từ 30m  300m, càng xa T.ID về phía Tây trầm tích càng dày Thành phầnchủ yếu sét pha, cát pha Trầm tích này không chứa than công nghiệp

* Đất đá trầm tích trong địa tầng chứa than: sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết

- Cuội - Sạn kết: được phân bố rải rác trong địa tầng thường cách xa vỉathan, đá có màu xám sáng, thành phần khoáng vật là thạch anh màu trắng, ximăng cơ sở là sét, silic cấu tạo lớp không rõ, chuyển tiếp với đá khác rõ ràng,chiều dày không ổn định, có chỗ tới 70m (LK.MK465-T IV) Cuội-sạn khôngphổ biến, chỉ chiếm tỷ lệ khoảng 7% chiều dày địa tầng mỏ Vì vậy, đến giaiđoạn hiện nay chưa lấy mẫu cuội-sạn kết phân tích các chỉ tiêu cơ lý đá Sơ bộnhận định sạn kết là một trong số loại nham thạch bền vững nhất trong khu mỏ

- Cát kết: phân bố khá phổ biến trong khu mỏ, chiếm khoảng 35% chiềudày địa tầng, đá có màu xám sẫm, xám sáng, thành phần khoáng vật là cátthạch anh, sét, biôtít muscôvit, cấu tạo phân lớp dày, độ hạt từ trung đến thô,ranh giới chuyển tiếp không rõ ràng, chiều dày thay đổi, có chỗ lên tới 100m(LK 38a - T.VII ) Kết quả thí nghiệm mẫu cát kết cho giá trị chỉ tiêu cơ lýnhư sau:  = 2.64 g/cm3,  = 2.76g/cm3, sn = 1200kG/cm2, cùng với sạn kết,cát kết là đá bền vững nhất có trong khu mỏ

- Bột kết: Gặp khá phổ biến trong khu mỏ, chiếm khoảng 38% chiều dày

địa tầng, bột kết có màu xám tối, cấu tạo phân lớp rõ, có chỗ phân lớp mỏng,

có khả năng bảo tồn hoá thạch, thường hay gặp ở địa tầng vách, trụ vỉa than.Ranh giới chuyển tiếp với cát kết không rõ ràng Chiều dày lớp thay đổi, cóchỗ tới 100m (LK15c-T V) kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đá như sau:

 = 2.65 g/cm ,  = 2.77g/cm , sn = 850kG/cm Cùng với cát kết, bột kếtthường gặp ở vách trực tiếp của các vỉa than.

- Sét kết: Thường gặp ở diện nhỏ hẹp gần vách, trụ và trong các vỉa than,chiếm khoảng 11% Đá có màu xám đen, cấu tạo lớp mỏng đôi chỗ vi lớp,chiều dày không ổn định, thường từ vài phân đến 1m  2m Sét kết thường làvách giả, dễ bị sập lở hoặc bị khai thác kéo theo cùng than Qua phân tíchmẫu sét kết cho các giá trị  = 2,60g/cm3,  = 2,71g/cm3, sn = 270kG/cm2 Sétkết là loại đá có tính chất cơ học thấp nhất, thường hay gặp ở vách và trụ vỉathan nên khi khai thác sẽ bị trộn lẫn vôi than làm giảm chất lượng than

Bảng 1.1 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá khu mỏ Mạo Khê

g/cm 3 )

Khối lượng riêng Δ , (g/cm 3 )

1.4.2.2 Tính chất vật lý của than

Các vỉa than khu mỏ Mạo Khê đều thuộc loại than biến chất cao, màusắc của than là đen đến đen xám, vết vạch đen, ánh kim loại và ánh kim yếuđiển hình Vết vỡ phần lớn có dạng vỏ sò, dạng mắt hoặc bằng phẳng đếndạng bậc thang còn vết vỡ dạng hạt Than tương đối rắn chắc, độ cứng thườnglớn hơn 2, tỷ trọng 1,55  1,70(g/cm3), thể trọng 1,50  1,60(T/m3), thể trọngthan rời từ 0,80  1,30 Kẽ nứt nội, ngoại sinh khá phát triển, trong kẽ nứtphần lớn xen kẽ bởi các lớp khoáng vật màu trắng, mỏng

- Độ vỡ vụn của than: Qua kết quả phân tích xác định độ vỡ vụn của thanthuộc 8 mẫu sàng tuyển của Đoàn 906 cho ta nhận xét sau:

+ Qua 4 cấp hạt thí nghiệm thì cấp 25mm  50mm có độ vỡ vụn thuộcloại cao Như vậy than của vùng này thuộc loại dễ vỡ vụn nên khi khai thác,vận chuyển than rất dễ bị biến dạng

1.5 Đặc điểm khí mỏ

1.5.1 Thành phần, độ chứa khí

Kết quả lấy và phân tích mẫu khí xác định: Địa tầng chứa than và cácvỉa than khu mỏ Mạo khê có chứa các loại khí chủ yếu: CO2, H2, CH4, và N2.Hàm lượng % các chất khí chủ yếu như sau:

+ Khí cacbonic (CO2), có hàm lượng thay đổi từ 0.00%  51.08%, trungbình 12.74 %

+ Khí hyđro (H2), có hàm lượng thay đổi từ 0,00%  54.64%, trung bình7.33%

+ Khí mêtan (CH4), có hàm lượng thay đổi từ 0,00%  93,09%, trung bình29,94%

+ Khí cháy nổ (H2+CH4), có hàm lượng thay đổi từ 0,00% ÷ 97,07%,trung bình 37,23%

Độ chứa khí: Theo kết quả các mẫu định lượng đại diện và tương đối

đại diện, xác định độ chứa khí tự nhiên các vỉa than Mạo khê như sau:

+ Khí cacbonic (CO2), thay đổi từ 0.00cm3/gkc 5,89cm3/gkc, trung bình 0,51 cm3/gkc

+ Khí hyđrô (H2), thay đổi từ 0.00cm3/gkc  5,51cm3/gkc, trung bình 0,29cm3/gkc

+ Khí mêtan (CH4), thay đổi từ 0.00cm /gkc  11,17cm /gkc(LK.MK849- V7- 42), trung bình 1,26cm3/gkc.

+ Khí cháy nổ (CH4+H2) từ 0.00cm3/gkc đến 11,26cm3/gkc,trung bình 1,56cm3/gkc

Nhìn chung mẫu lấy trong các vỉa than và đất đá vây quanh có hàmlượng khí và độ chứa khí tự nhiên rất cao, có một số mẫu lớn hơn11,17cm3/gkc Điều này có thể giải thích vì khu mỏ có cấu trúc phức tạp, cácmẫu có hàm lượng khí cao thường nằm trong cấu trúc chứa khí

Từ năm 2006 - 2011, Trung tâm An toàn - Viện Khoa học Công nghệ

mỏ - TKV đã phối hợp với Công ty TNHH MTV than Mạo Khê xác định độchứa khí Mêtan cho các vỉa than khu Mạo khê bằng phương pháp trực tiếp

của Ba Lan

Kết quả tính toán xác định độ chứa khí mêtan trung bình và độ chứa khícao nhất trong các vỉa than hiện đang khai thác tại Công ty TNHH MTV thanMạo năm 2009 được thể hiện bảng sau:

Bảng 1.2 Bảng xác định độ chứa khí mêtan

ĐCK tb m3/Tkc 0.01435 0.03505 0.24078 0.15469 0.19525 0.04167ĐCK max

m3/Tkc 0.02948 0.36645 1.38874 1.41814 0.93777 0.45641

Bảng 1.3 Hàm lượng, độ chứa khí cháy nổ trung bình các vỉa than

CH 4 +H 2 (%)

Độ chứa khí tự nhiên (CH 4 +H 2 ) (cm 3 /gkc )

Bảng 1.4 Tổng hợp khí cháy nổ khí tự nhiên theo mức cao

15.58

0.09 - 0.640.31

31.75

0.03 - 3.821.27

-150m  -400

Cánh Bắc 0.00 - 93.81

38.98

0.00 – 10.161.84Cánh Nam 2.73 - 90.15

38.59

0.05 - 5.171.49

1.5.2 Đặc điểm phân bố khí mỏ

Việc lấy mẫu nghiên cứu khí khu mỏ Mạo khê đã được thựchiện đến mức cao -651m (Cánh Bắc), -701m (Cánh Nam), những kếtquả thu được cho thấy đặc điểm độ chứa khí tự nhiên như sau:

- Các vỉa than và đá vây quanh khu mỏ có chứa khí cháy nổ vàkhí độc Các chất khí được phân bố theo qui luật chung: Hàm lượng

và độ chứa khí mêtan tăng dần theo chiều sâu địa tầng

- Kết quả lấy và phân tích mẫu khí định lượng ở công trìnhkhoan cho thấy: Các vỉa than và trầm tích chứa than khu Mạo khê cóhàm lượng và độ chứa khí cháy nổ cao Hàm lượng khí cháy nổ (CH4

+ H2) trung bình là 37,23% (cánh Nam), 38,24% (cánh Bắc) Độ chứakhí cháy nổ (CH4 + H2) trung bình là 1,39 cm3/gkc (cánh Nam), 1,74

cm3/gkc (cánh Bắc)

- Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu khí khu mỏ Mạo Khê đã xác lập từ

lộ vỉa đến mức -102,27m (cánh Nam), +47,62m (cánh Bắc) chỉ xuất hiện đới

khí phong hoá Từ mức -102,30m (cánh Nam), +47,60m (cánh Bắc) xuốngđáy tầng than dự báo thuộc đới khí Mêtan.

- Nhìn chung toàn khu mỏ các vỉa than có độ chứa khí cao Kết quả tính toáncho thấy độ chứa khí tự nhiên của than cao nhất đến 11,17cm3/gkc (cánh Bắc)

Các loại khí có trong vỉa than cũng gặp trong đá vách, trụ các vỉa than.Trong các lớp đá giữa các vỉa than có xuất hiện các loại khí cháy nổ Nhìnchung quy luật phân bố khí ở khu mỏ có chiều hướng phù hợp với quy luậtchung ở vùng than

1.5.3 Phân loại mỏ theo cấp khí

Trong diện tích thăm dò mỏ Mạo Khê đến mức sâu cao -651m (CánhBắc), -701m (Cánh Nam) đã xác nhận có đới khí phong hoá và đới khíMêtan Bề mặt đới khí Mêtan xuất hiện ở mức -102,30m (cánh Nam),+47,60m (cánh Bắc)

Căn cứ vào qui định phân loại mỏ theo cấp khí (Quy chuẩn kỹ thuật quốcgia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT)Ban hànhkèm theo Thông tư số 03/2011/TT-BCT ngày 15 tháng 02 năm 2011 của BộCông thương; Công văn số 2201/BCT-ATMT ngày 17/3/2009 của Bộ CôngThương về việc đồng ý bổ sung căn cứ xếp loại mỏ theo độ chứa khí tựnhiên), dự báo xếp nhóm mỏ theo cấp khí khu mỏ Mạo khê theo mức sâu khaithác như sau:

- Phần khai thác lò bằng từ lộ vỉa đến +30m xếp vào nhóm mỏ loại IItheo cấp khí (độ chứa khí CH4 lớn nhất đạt 3,01cm3/gkc)

- Phần khai thác lò giếng từ +30m đến -80m dự kiến xếp nhóm mỏ loại

II theo cấp khí (độ chứa khí CH4 lớn nhất đạt 3,62cm3/gkc), cánh Nam chỉtương ứng nhóm mỏ loại I theo cấp khí (độ chứa khí CH4 lớn nhất đạt0,18cm3/gkc)

- Phần khai thác lò giếng từ -80m đến -400m dự kiến xếp nhóm mỏ loạiIII đến siêu hạng theo cấp khí (độ chứa khí CH4 lớn nhất đạt đến11,17cm3/gkc), cánh Nam chỉ tương ứng nhóm mỏ loại II theo cấp khí (độchứa khí CH4 lớn nhất đạt 3,65cm3/gkc)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 2.1 Khái quát về đường lò thiết kế

2.1.1 Khái quát chung

Đây là đường lò xuyên vỉa trong hệ thống đường lò khai thác của Mỏthan Mạo Khê, nó bắt đầu từ ngã ba của một đường lò dọc vỉa đá Theo thiết

kế thì đoạn đường lò xuyên vỉa Tây Bắc 1 có chiều dài khoảng 95m ,với gócdốc 5‰ được đào từ vỉa 4 cánh Bắc sang vỉa 5 cánh Bắc ở mức -150, đào qualớp đất đá chính là cát kết

2.1.2 Nhiệm vụ và thời gian tồn tại của đường lò

Lò xuyên vỉa Tây Bắc 1 mức -150 từ vỉa 4 cánh Bắc sang vỉa 5 cánh Bắc

là đường lò vận chuyển trong tầng khai thác mức -80 ÷ -150 của Mỏ thanMạo Khê Là một đường lò quan trọng trong mỏ, nó có nhiệm vụ vận chuyểnvật liệu, đất đá; ngoài ra nó được duy trì làm đường lò thông gió cho tầng khaithác dưới mức -150

Thời gian tồn tại của đường lò dự kiến trong khoảng 10 - 15 năm

2.1.3 Điều kiện địa chất khu vực đường lò đi qua

Lò xuyên vỉa Tây Bắc 1 mức -150 từ vỉa 4 cánh Bắc sang vỉa 5 cánh Bắcđào qua đất đá chủ yếu thuộc loại cát kết, điều kiện địa chất tương đối ổn định.Cát kết có chiều dày phân lớp từ 18÷37cm và tạo nên tập trầm tích dày từ12÷60m Cát kết gồm ba loại từ hạt thô, hạt trung đến hạt mịn với hàm lượng và

cỡ hạt không đều trong từng loại đá Thành phần chủ yếu của cát kết là hạt thạchanh góc cạnh, chiếm tỷ lệ 55÷80%; còn lại là xi măng gắn kết có thành phần làsilic, chiếm tỷ lệ từ 20÷45%, thuộc dạng cơ sở và lấp đầy Cát kết màu trắng,trắng xám, xám xanh thuộc loại đá có độ bền cao, cứng chắc Đặc biệt, loại cátkết màu trắng xám thường có độ bền cao vững chắc nhưng dòn

Bảng 2.1 Tính chất cơ lý của cát kết

Loại đá kháng nén Cường độ

n (MPa)

Cường độ kháng kéo  K

(MPa)

Lực dính kết C (MPa)

Góc ma sát trong  (độ)

Dung trọng  (T/m 3 )

Cát kết 22  216,1

119.05

19  28,9 23.95

8,7  15,5 12,1

30

 37 33

2 , 56

2,68 2,62

2.2 Đánh giá mức độ ổn định của khối đất đá xung quanh đường lò

Theo mặt cắt địa chất do phòng địa chất công ty than Mạo Khê lập thìđoạn lò xuyên vỉa Tây Bắc 1 mức -150 từ vỉa 4 cánh Bắc sang vỉa 5 cánh Bắcđào qua đất đá chủ yếu thuộc loại cát kết

Sau khi đào khoảng trống công trình lò xuyên vỉa vận tải mức -150, tùythuộc vào điều kiện cụ thể mà khối đá xung quanh khoảng trống có thể ổnđịnh hoặc mất ổn định tức là sẽ chuyển sang trạng thái phá hủy, các dịchchuyển đáng kể về phía không gian đào lò Mức độ ổn định của khối đá xungquanh khoảng trống ngầm có liên quan chặt chẽ tới các vấn đề lựa chọnphương pháp thi công, lựa chọn kết cấu chống, sơ đồ đào Vì vậy các đánh giámức độ ổn định khi khai đào công trình ngầm là không thể thiếu được

Hiện nay có rất nhiều phương pháp đánh giá và dự báo ổn định của khối

đá khi xây dựng CTN:

- Phương pháp đánh giá theo RQD;

- Phương pháp đánh giá theo RMR;

- Phương pháp phân loại theo chỉ tiêu chất lượng của đường lò Q củaViện địa lý kĩ thuật Nauy (NGI);

Tuy nhiên hiện nay người ta chủ yếu đánh giá chất lượng khối đá theo:RQD, RMR

2.2.1 Phương pháp đánh giá theo RQD:

RQD: là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dài của cácthỏi lõi khoan có chiều dài ≥ 100mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗkhoan đó được khoan bằng mũi kim cương

RQD =

∑l i

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

2.2.2 Phương pháp đánh giá theo RMR:

Phương pháp đánh giá theo RMR của Bieniawski được áp dụng rộng rãitại nhiều nơi trên thế giới và tỏ ra có hiệu quả với các ưu điểm sau:

- Cho phép đánh giá định lượng từng loại khối đá cụ thể phụ thuộc vàonhững điều kiện địa chất khác nhau;

- Phương pháp trên đã xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: đặc điệmcấu trúc và trạng thái của khối đá ở những điều kiện cụ thể, đặc biệt là ảnhhưởng của các đặc tính nứt nẻ, nước ngầm, độ bền của khối đá trong nhữngđiều kiện thực tế

Ta có:

RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6

Trong đó:

I1 – tham số xét đến độ bền nén đơn trục của khối đá;

I2 – tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan theo Deere;

I3 – tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4 – tham số thể hiện trạng thái khe nứt;

I5 – tham số thể hiện điều kiện nước ngầm khối đá;

I6– tham số thể hiện tương quan giữ thế nằm của các lớp và hướngđào của trục các công trình ngầm

Bảng 2.3 phân loại đất đá theo RMR

+ Chỉ số chất lượng thu hồi lõi khoan RQD ( % ): I2

Đường hầm nằm trong đá cứng chắc, nứt nẻ thành từng cục, khối có kíchthước trung bình RQD = 75÷90 → I2 = 17

+ Khoảng cách giữa các khe nứt: I3

Đoạn lò nằm trong đất đá ít nứt nẻ, phân lớp dày 20÷60cm → I3 = 20+ Trạng thái các khe nứt: I4

Các khe nứt thường có bề mặt nhám, cứng, độ mở <1mm → I4 = 20+ Tình trạng nước ngầm: I5

Đường lò đi qua có nước nhỏ giọt → I5 = 4

+ Sự định hướng giữa các khe nứt: I6

Tham số kể đến đường phương và hướng dốc của khối đá, sự định hướngcủa các khe nứt biến đổi phức tạp, được đánh giá tương đối thuận lợi → I6 = -2Theo phương pháp phân loại của Bienawski:

RMR = 7 + 17 + 20 + 20 + 4 -2 = 66

→ Giá trị RMR = 66 thuộc khoảng RMR = 61 ÷ 80 Từ đó ta thấy khối

đá mà đoàn lò đi qua thuộc loại đất đá tương đối tốt có hệ số kiên cố f = 6 ÷ 8.Như vậy đoạn lò xuyên vỉa đào qua đất đá có điều kiện địa chất tương đối tốt

HÌ

NH 2.1 MỐI LIÊN HỆ GIỮA GIÁ TRỊ RMR VỚI THỜI GIAN ỔN ĐỊNH KHÔNG CHỐNG

Dựa vào hình 2.1 ta có thể xác định được thời gian tồn tại của đường lònằm trong khoảng từ 104 ÷ 105 giờ

2.3 Lựa chọn hình dạng, xác định kích thước tiết diện ngang của đường lò.

2.3.1 Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang

Việc lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang đường lò hợp lý chính là mộttrong những giải pháp nhằm đảm bảo độ ổn định của công trình, giảm thiểukhối lượng công tác đào Trong đá có độ ổn định cao, nếu chọn được hình

dạng mặt cắt ngang hợp lý thì có thể không phải chống Trên thực tế, việc lựachọn mặt cắt ngang đường lò thường dựa trên những kinh nghiệm sau:

– Khi chỉ chịu áp lực nóc là chủ yếu, nên chọn đường lò có dạng hìnhvòm, tường thẳng

– Khi cả áp lực nóc và hông đều lớn, nên chọn hình vòm tường cong.– Khi có áp lực từ mọi phía với cường độ gần như nhau, nên chọn mặtcắt ngang hình tròn hoặc hình móng ngựa có vòm ngược

– Khi áp lực không đều, nhưng đối xứng ở nóc và nền, thì nên chọn dạngelip có trục dài theo phương có áp lực lớn

– Nếu các đường lò chống bằng gỗ, bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạngthanh thẳng hoặc thanh kim loại thẳng thì hợp lý nhất là chọn mặt cắt ngangdạng hình thang, hình chữ nhật hay hình đa giác

– Nếu xét về độ ổn định thì mặt cắt ngang hình tròn là ổn định nhất.– Việc lựa chọn mặt cắt ngang đường lò còn phụ thuộc vào tính chất cơ

lý của đất đá xung quanh đường lò, thời gian tồn tại của mỏ… Do yêu cầuphục vụ của đường lò, việc bố trí thiết bị làm việc và điều kiện địa chất khuvực đường lò đào qua, chọn hình dạng tiết diện đường lòlà tường thẳng, vòmbán nguyệt

2.3.2 Xác định kích thước tiết diện ngang đường lò

Kích thước tiết diện ngang sử dụng của đường lò phụ thuộc vào công dụngcủa nó Ở đây đường lò thiết kế có nhiệm vụ đảm bảo thông gió tốt và vậnchuyển đất đá thải cũng như vật liệu phục vụ cho xây dựng đường lò Do đó việclựa chọn kích thước đường lò phải dựa trên cơ sở kích thước, số lượng cácphương tiện, thiết bị được sử dụng trong quá trình khai thác và đảm bảo cáckhoảng cách an toàn theo quy định về an toàn lao động trong mỏ hầm lò

Do mỏ than Mạo Khê được xếp vào loại III về khí và bụi nổ cùng đường

lò xuyên vỉa được thiết kế để phục vụ cho công tác vận chuyển đất đá thải,thiết bị và vật liệu phục vụ cho khai thác nên ta chọn phương pháp vận tải là

sử dụng đầu tàu ắc quy để kéo goòng

 Tính toán sơ bộ công tác vận tải bằng đầu tầu điện ắc quy:

Công tác vận tải bằng đầu tầu điện ắc quy sử dụng chủ yếu để vậnchuyển người và vật liệu, đất đá thải trong giai đoạn khai thác và xây dựngđường lò cơ bản

Chọn đầu tầu ắc quy AM–8M

Bảng 2.4 Thông số của đầu tầu ắc quy AM– 8M

Tương ứng với đầu tầu ắc quy trên ta chọn goòng 3 tấn

Bảng 2.5 Đặc tính kỹ thuật của goòng 3 tấn.

2.3.2.1 Tính toán khả năng thông qua của thiết bị vận tải.

Trọng lượng của đoàn goòng theo khả năng kéo của đầu tầu:

Trọng lượng lớn nhất đoàn goòng có tải theo điều kiện bám dính:

Q g=P ( 1000 ψ m

w m+i+108 a m−1),tấn(2.1)

Trong đó:

P – Trọng lượng đầu tầu, P = 8,8T;

ψ m– Hệ số bám dính giữa bánh xe với ray,ψ m = 0,09 – ray ẩm ướt,ψ m =0,17 – ray khô ráo, ψ m = 0,2 ÷ 0,24 – ray có rắc cát Chọn ψ m= 0,24

w m– Hệ số cản chuyển động của đầu tầu khi mở máy, w m= 1,5 0;

w0– Hệ số sức cản chuyển động của đầu tầu,w0= 7;

i – Độ dốc của đường lò, i = 5 ‰;

a m– Gia tốc của đoàn tầu, a m= 0,05m/s2;

Thay số vào (2.1),ta có:

G0 – Tải trọng bản thân của goòng, G0= 1078kg;

G – Trọng lượng đất đá chứa trong một goòng

Vậy ta chọn số goòng là 21 goòng

Số chuyến tầu có thể đạt được trong một ngày theo sức kéo của đầu tầu:

Z= 60.t ng à y

T ck =

60.t ng à y

t c đ+t ct+t d+θ ,chuy ế n/ng à y đê m(2.3)

Trong đó:

t ngày – Thời gian vận tải trong một ngày, t ngày= 18 giờ;

T ck – Thời gian của một chuyến tầu;

t cđ – Thời gian chuyển động của đoàn goòng,t cđ=2 L

V tb;

L – Chiều dài đường lò, L = 95m;

V tb– Vận tốc trung bình của đoàn goòng,

V tb=0,75 Vđt

V đt – Vận tốc của đầu tầu: V đt= 6,8 km/h = 113,3 m/phút;

t cđ= 2.95

0,75.113,3=2,23 phút

t ct–Thời gian chất tải, t ct= 15 phút;

t d –Thời gian dỡ tải, t d=8 phút;

θ– Thời gian chờ đợi chất dỡ tải, tránh nhau trong chuyến,θ=15 phút;

T ck= 2,23 + 15 + 8 + 15 = 40,23 phút

Thay số vào (2.3), ta có:

Z=60.18

40,23=26,8 chuyến /ngày đêm

Vậy số chuyến tầu có thể đạt được là 27 chuyến

 Năng suất vận tải của đoàn tầu:

– Năng suất kỹ thuật là:

Q kt=Z n G ,tấn/ngày đêm(2.4 )

Trong đó:

Z – Số chuyến tầu có thể đạt được trong một ngày, Z =27 chuyến/ngày đêm;

n – Số goòng trong một đoàn goòng, n = 21 goòng;

G – Sức chở của 1 toa goòng, G = 3,456 tấn;

K O

Am– Sản lượng thông qua 1 năm, Am= 200000 tấn/năm;

α–Hệ số đất đá cần phải trục tải thêm trong quá trình khai thác, α

2.3.2.2 Xác định kích thước của đường lò

–Xác định chiều rộng của đường lò:

Áp dụng trong trường hợp cụ thể là cho đường lò thiết kế dạng tườngthẳng vòm một tâm sử dụng thiết bị vận tải là đầu tầu điện, một đường xe vàbăng tải

Chiều rộng đường lò được xác định trên cơ sở xác định kích thước củacác trang thiết bị bố trí trong đường lò và các khoảng cách an toàn

HÌNH 2.2 SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG SỬ DỤNG ĐƯỜNG LÒ

Trong đó:

m – Khoảng cách từ thiết bị vận tải tới tường lò (phía không bố trí lốingười đi lại), m ≥0,25m Chọn m = 0,4m;

A– Chiều rộng của thiết bị vận tải, A= 1,350m

BN – Chiều rộng lối người đi lại, BN = 0,8m;

Q – Chiều rộng ghép nối các chiều rộng của hai vùng an toàn cho thiết bị

và lối người đi lại:

Q = m + BN + A = 2,55m

HN – Chiều cao lối người đi lại, HN= 1,8m;

hlđ– Chiều cao kết cấu lối người đi lại phía trên nền đường lò, hlđ =0,15m;

ht –Chiều cao tường của đường lò (thiết kế một đường xe chạy),

ht=1200mm;

h – Chiều cao thiết bị vận tải, h = 1,3m;

hđx – Chiều cao cấu tạo đường xe:

hđx = hlđ + 0,5.htv + hr = 0,15+0,5.0,15+0,107= 0,332m

htv– Chiều cao từ nền lò đến mặt trên của tà vẹt, htv = 150mm;

hr – Chiều cao ray P – 24, hr = 107 mm,

a – Chiều cao từ đỉnh tường tới mức cao nhất của lối người đi lại:

Bdl = 2,83 m

Xác định chiều cao đường lò:

hđl = ht + B dl/ 2= 1,2 + 2,83/2 = 2,615m

Ta chọn được đường lò có các thông số kỹ thuật sau:

Chiều rộng bên trong đường lò: B = 2830mm;

Chiều cao tường: h t= 1200 mm;

Chiều cao đường lò:h đl= 2615mm;

–Kiểm tra tiết diện theo điều kiện thông gió:

Vận tốc gió bên trong đường lò:

v= A m q k

N 60 µ S sd (m/ s )

Trong đó:

Am – Sản lượng chuyển qua, Am = 200000T/năm;

q – Lượng không khí cần thiết cung cấp cho 1 tấn hàng chuyển qua

q= 1m3/phút;

k – Hệ số không cân bằng trong sản xuất, k = 1,25 ÷ 1,45 Chọn k = 1,4;

N – Số ngày làm việc trong một năm, N = 300 ngày;

μ – hệ số thừa tiết diện (hệ số lẹm) μ=1,05

S sd– Diện tích sử dụng của đường lò, S sd = 6,6 m2

HÌNH 2.3 KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG SỬ DỤNG ĐƯỜNG LÒ

2.4 Tính toán kết cấu chống giữ đường lò

2.4.1 Nhiệm vụ của kết cấu chống giữ đường lò

Mục đích chung của việc lắp dựng kết cấu chống công trình ngầm là đểđảm bảo an toàn bền vững và ổn định khoảng không gian ngầm, cụ thể nhằm

bảo vệ, đảm bảo, an toàn, đảm bảo điều kiện hoạt động bình thường cho conngười, các trang thiết bị, phương tiện kĩ thuật…trong không gian ngầm.

Trong lĩnh vực khai thác hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu chốnggiữ công trình ngầm là:

+ Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kĩ thuật;+ Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng khôngđảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió

2.4.2 Yêu cầu đối với kết cấu chống giữ đường lò

+ Yêu cầu về kĩ thuật:

Giúp công trình ngầm phải đảm bảo độ bền và độ ổn định nhất định Kếtcấu công trình ngầm phải bền, nghĩa là chịu được các tác dụng của ngoại lựccũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các điều kiện của kết cấu chốngtrong giới hạn cho phép Kết cấu công trình ngầm phải ổn định tức là dưới tácdụng của áp lực đất đá, các loại tải trọng và tác động của môi trường, vẫn phảigiữ được yêu cầu sử dụng cụ thể

+ Yêu cầu theo chức năng sử dụng:

Nói chung các loại kết cấu chống không được gây trở ngại cho cácquá trình sản xuất, thi công và phải cho phép áp dụng được các khảnăng cơ giới hóa trong thi công; chiếm ít không gian, thuận tiện choviệc sử dụng không gian ngầm tùy theo mục đích cụ thể; đảm bảo khảnăng thông gió, an toàn về cháy; sức cản thủy động học, trong nhiềutrường hợp phải đảm bảo các yêu cầu về cách nước và thẩm mỹ

+ Yêu cầu về kinh tế:

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình dovậy lựa chọn thiết kế sao cho tổng vốn đầu tư và giá thành bảo dưỡng,sửa chữa phải là nhỏ nhất

2.4.3 Lựa chọn kết cấu chống giữ.

HÌNH 2.4 SƠ ĐỒ LỰA CHỌN LOẠI HÌNH CHỐNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH

NGẦM (THEO CUMMINGS VÀ KENDORSKI 1982)

1 – Đường cong giới hạn mức độ an toàn thấp cho kết cấu chống giữ(mức độ ổn định)

2 – Đường cong giới hạn mức độ an toàn cao cho kết cấu chống giữ(mức độ ổn định cao cho khối đá)

Vùng I – vùng đặc trưng cho tính không ổn định, sụt lở mạnh của khối đáVùng II – vùng giới hạn bởi đặc tính sụt lở cục bộ của khối đá

Vùng III – vùng an toàn cao cho kết cấu chống giữ, mức độ ổn định caocho khối đá

Đoạn lò đi qua lớp cát kết có hệ số kiên cố của đất đá là f = 6÷8(theo bảng phân loại của Protodiakonov M.M) Theo đánh giá, các lớp

đá ở xung quanh đường lò đều thuộc loại tương đối ổn định, bền vững,chất lượng của khối đá bao quanh đường lò theo tiêu chuẩn RQD thuộcloại tốt (75-90%), cùng với mối liên hệ giữa giá trị RMR (61-80) vớithời gian ổn định không chống (hình 2.1), hơn nữa dựa vào tuổi thọ củacông trình là 10÷15 năm ta sẽ tìm ra được kết cấu chống phù hợp

Kết cấu chống được lựa chọn cho đường lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -150

là neo bê tông cốt thép có phụ gia đông cứng nhanh sikarokkon

2.5 Tính toán áp lực mỏ tác dụng lên đường lò

Để tính áp lực tác dụng lên đường lò đầu tiên ta tính các kích thước bênngoài khung chống:

Chiều rộng bên ngoài vỏ chống, chiều rộng lớp bê tông phun tối đa làb= 50mm Như vậy tiết diện đào là:

90º+

2

HÌNH 2.6 SƠ ĐỒ TÍNH ÁP LỰC ĐẤT ĐÁ THEO TXIMBAREVIC

Nửa chiều rộng mặt cắt ngang khi đào:

a = B tk

2 = 1,465 mNửa chiều rộng vòm phá huỷ:

HÌNH 2.7 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN ÁP LỰC NỀN THEO TXIMBAREVICH

Chiều sâu giới hạn của lớp đất đá tham gia vào áp lực nền:

Ta thấy x0 rất nhỏ nên có thể bỏ qua áp lực nền

2.6 Xác định các thông số của kết cấu chống tạm vì neo kết hợp bê tông phun.

2.6.1 Giới thiệu neo bê tông cốt thép có phụ gia đông cứng nhanh sikarokkon.

2.6.1.1 neo bê tông cốt thép.

Neo bê tông cốt thép đã được xử dụng rất rộng rãi trên thế giới từ 50năm trước đây trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và các ngành xây dựng dândụng Hầu hết các loại kết cấu neo bê tông cốt thép bao gồm các thanh théptrơn hoặc thép gân được dính kết trên suốt chiều dài của nó Vật liệu thôngthường được xử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng Chúng có thể xửdụng làm kết cấu chống tạm cũng như chống cố định trong điều kiện khối đákhác nhau Loại neo làm từ thép gân được xử dụng nhiều nhất để làm vỏchống cố định, đặc biệt trong các công trình thuộc lĩnh vực dân dụng Đặctính của neo bê tông cốt thép được thể hiện trong bảng 2.7 dưới đây:

Bảng 2.7 Đặc tính kỹ thuật của neo bê tông cốt thép

Trọng lượng neo không kể tấm đệm và

khả năng mang tải

trong điều kiên đất đá

cứng

Nhược điểm :

+ Do xử dụng vữa xi măng nên neo chỉ có khảnăng chịu tải trọng tối đa theo thiết kế sau vàingày

+ Chất lượng của vữa phụt vào cũng như công tácphụt vữa khó có thể kiểm tra và duy trì ổn định + Không thể xử dụng trong vùng có dòng nướcngầm chảy trong lỗ khoan

+ Chỉ có thể gây ứng suất trước trong neo khi xửdụng quy trình lắp đặt neo đặc biệt

2.6.1.1 phụ gia đông cứng nhanh sikarokkon.

a mô tả: Sikarokkon (C-VN) được cung cấp ở dạng gói dài hình ống

có màng chống thấm và được bảo vệ bằng bao polyethylen

Khi thi công, lấy gói sản phẩm ra khỏi bao polyethylen và ngâm vàonước, để cho nước có thể thấm đủ vào sản phẩm qua màng để tạo nên vữa rótgốc xi măng thixotropic, không co ngót Chất hỗ trợ trong vữa bảo đảm sự cogiãn có thể kiểm soát được để ổn định vữa và kiểm soát sự hút nước để cungcấp tỉ lệ nước/xi măng tối ưu để đạt cường độ sớm cao Tính liên kết tổng thểcủa vữa cho phép sử dụng sản phẩm trong điều kiện ướt, thậm chí cả trongtrường hợp nước tuôn trào mà không làm trôi vữa quá mức

b Các ứng dụng: Sikarokkon (C-VN) được sử dụng để rót vữa cho bulông neo vách đá để gia cố địa chất trong đường hầm và quặng mỏ để giảmnguy cơ sụp mái

c Ưu điểm: Sikarokkon sẽ cung cấp những lợi ích:

* Độ tin cậy: phòng thí nghiệm đã tiến hành thử nghiệm vật liệu đãđược đóng gói sẵn tránh được những rủi ro trong việc thi công và trộn vữakhông đúng cách

* Không co ngót: sự giãn nở kiểm soát được làm triệt tiêu sự co ngót tạo

sự tiếp xúc hiệu quả với vách đá

* Không chứa clorua: phát triển cường độ sớm mà không cần sử dụngclorua và tạo sự an toàn khi sử dụng với thép cấy bên trong

* Bao bì hình con nhộng: giảm tối thiểu sự hao hụt vữa lỏng đối với các

lỗ khoan trên trần và trong tình trạng nước đang chảy

d Thi công: Lỗ khoan phải được khoan tới độ sâu theo quy định bằngmáy khoan quay hoặc máy khoan đập và lỗ khoan phải được kiểm tra để bảođảm sạch và không bị vướng mắc chỗ nào; lượng Sikarokkon (C-VN) cầndùng sẽ được lấy ra khỏi bao polyethylen và đặt vào trong máng nước.Sikarokkon (C-VN) cần phải được ngâm trong vòng một phút để có thể hấpthụ đủ nước Có thể cần phải ngâm lâu hơn nếu vẫn còn thấy có dấu hiệu khíthoát ra (bọt khí nổi lên từ sản phẩm) Khi qui trình làm ướt đã hoàn tất, lấySikarokkon (C-VN) ra khỏi máng nước và cho vào lỗ khoan Gói sản phẩmđược cho vào đáy lỗ khoan bằng một que nhồi hoặc bằng những dụng cụtương tự; tất cả các gói Sikarokkon(C-VN) phải được cho vào cùng một cách

và nhanh chóng không được trì hoãn, bu lông neo vách đá phải được đẩy vào

lỗ khoan càng xa càng tốt và nếu cần có thể dùng máy khoan khí (150-4000vòng/phút) hoặc máy khoan tay để đẩy bu lông vào đến đáy lỗ khoan

2.6.2 Tính toán thông số của vì neo.

a Tính toán chiều dài thanh neo

Lỗ khoan được chọn có đường kính 42mm Vữa bê tông dính kết đượcchọn có đường mác là 250

Thép được sử dụng để làm thanh neo được chọn là thép nhóm AII làmcốt neo (thép có gờ) Thép nhóm AII được chọn có đường kính 22mm có đặctính theo bảng 2.8:

Bảng 2.8 Đặc tính của thép AII ø22

Đường kính thanh neo, dn (mm) 22

Cường độ tính toán kéo, Ra (T/m2) 28000

Chiều dài thanh neo được xác định theo điều kiện giữ đầu neo ở ngoàigiới hạn của vùng đất đá bị phá hủy, sụt lở cục bộ hay lớp đất đá do nổ mìn Chiều dài neo được tính toán sơ bộ như sau [ theo ]

l n ≥h1+l z (2.7)

Trong đó :

l n- chiều dài neo

h1-chiều cao vùng bị phá hủy

h1= b1

2 f (2.8)

b, h –chiều rông, chiều cao của hầm, m, b=2,8m, h=2,6m

φ-góc ma sát trong của của đá, φ=37 °

Thay vào 2.9 ta được:

R a – độ bền tính toán của neo chịu kéo, kN/m2, R a= 470

d a-đường kính thanh neo thông thường dùng thép gai có đường kính 16

÷25mm, chọn d a= 22mm

τ a –lực dính kết tính toán của thanh neo, kN/m2, τ a= 35 kN/m2

Thay vào 2.10 ta được:

l z= 470.22 400.35 ≈ 0,7mThay vào 2.7 ta được:

l n ≥0,45+0,7 = 1,15 m

Để tăng tính an toàn cho kết cấu neo ta tăng thêm chiều dài neo từ 20 30%, vậy ta chọn 30%

-Nên chiều dài neo cần thiết là : l n = 1.5 (m)

Như vậy, ta sử dụng neo bê tông cốt thép với cốt neo làm bằng thép A-IIvới đường kính cốt neo là ∅ 22 , neo được bố trí mạng Theo kinh nghiệmkhoảng cách giữa các neo trong một vòng và giữa các vòng neo lấy bằng

0,7l a (l a là chiều dài thanh neo ).

Vậy khoảng cách giữa các neo trong vòng và giữa các vòng neo là :

L = 0,7.12 = 0,85(m)

Chọn khoảng cách giữa các neo là 1m

Số lượng neo trong một vòng : 3,14.1,42+1,21 = 5,73

HÌNH 2.8 KẾT CẤU NEO BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.6.3 Tính toán thông số về bê tông phun

2.6.3.1 Chiều dày bê tông phun

Trong tất cả các trường hợp vỏ bên tông phun ngoài tác dụng cách lychống tạm, còn có tác dụng gia cường khối đá Bởi vì vữa có khả năng xâmnhập vào các khe nứt tạo ra mối liên kết chặt chẽ giữa các khối đá nứt nẻ.Theo phương pháp của Moxtkov.V.M, chiều dày vỏ bê tông phun tạivòm công trình có thể tính gần đúng trên cơ sở lý thuyết uốn bản chữ nhậtchịu tải

trọng phân bố đều Chiều dày vỏ bê tông phun là:

δ≥ k.a.√q n p

m σ k (m) [7]

Trong đó:

k- Hệ số tính toán Bê tông phun kết hợp với vì neo thì k= 0,25

a- Khi bê tông phun kết hợp với neo thì a là bước chống neo, a=1m

q- Tải trọng dư do vì neo để lại, q=0,17 γ .b

γ - Trọng lượng thể tích đá

b- Chiều cao vòm sụt lở

np - Hệ số an toàn, np = 1,2

m - Hệ số làm việc Khi bê tông phun kết hợp với neo thì m = 1

σ k - Độ bền chịu kéo của bê tông phun.Với bê tông phun M250 thì σ k =0,6 Mpa = 60T/m2

Thay số vào ta tính được:

δ≥ 0,25.1.√0,17.2,65.0,3 1,21.60 = 0,01 mĐối với đường lò chứa nước thời gian tồn tại lớn và khi sử dụng côngnghệ bê tông phun khô, để tăng mức độ an toàn lựa chọn chiều dày bê tôngphun trung bình là 5cm

2.6.3.2 Vật liệu làm bê tông phun

Mác bê tông phun phải đạt cường độ tối thiểu là 250 Vật liệu sử dụngcho bê tông phun bao gồm: xi măng póoc lăng hoặc xi măng póoc lăng hỗnhợ0p (PCB), cát hạt trung hoặc hạt thô, đá dăm loại nhỏ và nước Khi cần cảithiện công nghệ hay một số tính chất của bê tông có thể bổ sung phụ gia thíchhợp Để đạt cường độ bê tông phun mác 250 theo yêu cầu thiết kế, tăng độlinh hoạt, độ bám dính, độ chống thấm và đặc biệt là tiết kiệm được xi măngthì thành phần của bê tông phun phải được cấp phối theo bảng 2.9:

Bảng 2.9 Các chỉ tiêu và cấp phối của bê tông phun