Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Phòng chống tắc nghẽn các lỗ khoan tháo đá nổ mìn khi đào các giếng điều áp dưới đây để nắm bắt được những nội dung về nguyên nhân và đề xuất các phương án phòng chống hiện tượng tắc nghẽn lỗ khoan để công nghệ thi công giếng đạt hiệu quả hơn.
phòng chống tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn đào giếng điều áp Đỗ Thụy Đằng, Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Hiện tượng tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn đào giếng rộng, giếng điều áp phức hợp, tượng tự nhiên có điều kiện Bài viết phân tích nguyên nhân đề xuất phương án phòng chống tượng để công nghệ thi công giếng có lỗ khoan tháo đá nổ mìn đạt hiệu kinh tế kỹ thuật cao Mở đầu Sự nghiệp xây dựng ngầm nói chung nghiệp xây dựng giếng đứng nói riêng nở rộ ngành mỏ ngành thủy điện Hiện xây dựng giếng đứng hình tròn qua tầng đá liên kết, có đáy liên thông với đường hầm ngang có phía dưới, giếng có mặt cắt ngang lớn, đặc biệt giếng có mặt cặt dọc dật cấp (đường kính thay đổi) đột ngột, (thí dụ giếng điều áp thủy liên thông với đường hầm ngang dẫn nước cao áp phía nhà máy thủy điện ngầm), thường phá đá theo sơ đồ (phác đồ quy trình) công nghệ có giai đoạn sau (ở tạm không nói đến công việc khác trình xây dựng giếng đứng): - Dùng máy khoan lỗ lớn (thí dụ máy khoan Robbins) khoan lỗ dẫn hướng thăm dò có đường kính chừng (300 320)mm từ mặt thoáng xuống đường hầm ngang phía dưới, doa mở rộng tạo lỗ khoan tháo đá có đường kính chừng (2000 2400)mm từ đường hầm ngang phía lên mặt thoáng - Dùng công nghệ khoan nổ mìn tạo biên (với lỗ khoan nhỏ) mở rộng lỗ khoan tháo đá, tạo giếng đứng cần thiết theo hướng từ xuống Trên thực tế, điều kịên nêu, so với sơ đồ công nghệ khác, sơ đồ công nghệ nói chung có hiệu rõ rệt, đáng kể là: - Rút ngắn đáng kể thời gian thi công - Giảm đáng kể số người làm việc trực tiếp giếng đào - Giảm đáng kể chi phí xây dựng giếng, rõ rệt chi phí bảo vệ mặt lộ xung quanh, chi phí thông gió, chi phí thoát nước số cho phí trung gian khác - Nâng cao đáng kể điều kiện an toàn lao động tính bền vững cho môi trường xung quanh Tuy nhiên, trình thi công theo sơ đồ này, đôi trường hợp, thiết kế thi công chưa thật hợp lý, để xẩy cố tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn Trên thực tế, cố không gây khó khăn lớn cho người thi công giếng, mà đôi trường hợp gây tác hại không nhỏ cho độ bền vững đường hầm ngang phía Hiện việc áp dụng tháp điều áp đơn giản kiểu giếng trụ (như nhà máy thủy điện Hòa Bình Sông Đà chẳng hạn), (theo phương thẳng đứng mặt cắt ướt sức cản thủy lực không thay đổi) hạn chế, nhường chỗ cho việc áp dụng tháp điều áp phức tạp Mặc dù tháp điều áp xây dựng chưa áp dụng nguyên lý điều áp phức hợp kiểu nửa nén khí hay nén khí, hầu hết áp dụng nguyên lý điều áp phức tạp kiểu giếng có sức cản thay đổi đột ngột (như nhà máy thủy điện A -Vương Quảng Nam chẳng hạn) nhờ cấu trúc đột thu đoạn thu cuối giếng, kết hợp với cấu trúc đột mở buồng trung gian hay máng tràn (theo phương thẳng đứng mặt cắt ướt sức cản thủy lực có thay ®ỉi ®ét ngét víi sù chªnh lƯch rÊt lín) Cho nên với hội áp dụng rộng rãi sơ đồ công nghệ phá đá nói trên, hội xuất loại cố tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn, trình độ thiết kế thi công theo sơ đồ công nghệ hạn chế: người thiết kế người thi công phần chưa nắm vững nguyên nhân gây loại cố này, với biện pháp đề phòng khắc phục chúng điều kiện cụ thể Bài viết đề cập đến nguyên nhân gây loại cố tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn đào giếng điều áp phức tạp, để từ đề biện pháp thực tế phòng chống khắc phục lọai cố Những phân tích 2.1 Những thông số tính toán - Giả định lỗ khoan tháo đá nổ mìn đồng trục với giếng cần đào - Đường kính gương khoan nổ mìn D Đường kính lỗ khoan tháo đá nổ mìn d Kích thước trung bình nhóm cục đá rơi lớn tháo qua lỗ khoan dđ Chiều cao tối thiểu cột đá rời bị tắc nghẽn lỗ khoan h Dung trọng trung bình cột đá rời bị tắc nghẽn lỗ khoan Góc ma sát cục đá rời cột đá rời bị tắc nghẽn với góc ma sát cột đá rời với vách lỗ khoan bị tắc nghẽn 2.2 Vấn đề khống chế động dòng đá nổ mìn tháo qua lỗ khoan Trên thực tế, dòng đá nổ mìn tháo qua lỗ khoan xuống đường hầm ngang phía theo hình thức sau đây: 2.2.1 Dòng đá nổ mìn tháo qua lỗ khoan nhờ lực nổ mìn tự trọng đá, trình chuyển động gần liên tục kể từ sau bị tách khỏi nguyên khối rơi tới đường hầm ngang phía Trong trường hợp này, tốc độ cuối dòng đá nổ mìn lớn, khối lượng cục đá rời lớn lượng đá tháo xuống lớn sức phá hoại dòng đá rời đường hầm ngang phía lớn Cho nên, cách sơ cần phải bạn chế khối lượng kích thước cục đá cần tháo xuống, hạn chế độ cao tối đa tháo tự xuống, sở biểu thức biến đổi lượng bản: mgH mv 2 (1) Trong ®ã: m - khèi lượng tính toán cục đá rời tháo qua lỗ khoan g - gia tốc trọng trường v - vận tốc tính toán cục đá rời sau r¬i hÕt chiỊu cao H 2.2.2 Khi H tương đối lớn, nâng cao độ an toàn cho đường hầm ngang phía cách bố trí tiêu lái dòng đá chảy ngoằn ngoèo lỗ khoan tháo đá 2.2.3 Khi H lớn, tốt chia lỗ khoan có thành hai hay nhiều luồng thực tháo đá nổ mìn theo luồng máng chuyên dùng với quy trình lưu chuyển phân phối đá rời qua cửa van Đá rời lưu chuyển luồng lớp đệm tiêu hạn chế khoảng văng rơi tự đá nổ mìn chuyển động xung lực nổ mìn tự trọng, để khống chế vận tốc hành trình chúng Và cuối hành trình lưu chuyển chúng phân phối xuống phương tiện vận chuyển đường hầm ngang phía dưới, thông qua cửa van cuối luồng lưu chuyển 2.3 Đặc thù cố tắc nghẽn dòng đá nổ mìn lỗ khoan tháo đá 2.3.1 Đá cỡ có: d (3dđ 5dđ) (2) Nếu ngẫu nhiên tảng đá cỡ tranh thoát qua mặt cắt ngang lỗ khoan tháo đá, định xẩy tắc nghẽn, tảng đá bị chặn tư kê chèn theo dạng vòm xếp chồng lên Thêm nữa, đá có tính liên kết rắn chắc, việc giải tỏa điểm tắc nghẽn khó khăn tốn kém, mà phải chịu hư hoại nghiêm trọng Khi đó, việc kết hợp xả nước bôi trơn với chọc đập khối đá tắc nghẽn có khẳ giải tỏa điểm tắc nghẽn này, đập vỡ tảng đá cỡ hình thành vòm cân Cho nên, trường hợp thường phải áp dụng biện pháp nổ mìn ốp để phá vỡ tảng đá tựa vào thành lỗ khoan, làm chân khối tắc, phá vỡ hình vòm chúng tác động lực cho khối đá rời trượt trôi xuống Trên thực tế, loại cố dễ đề phòng nhờ xác định lại hộ chiếu khoan nổ mìn phá gương, nhằm giảm kích thước cục đá rơi lớn Trong viết để tương ứng với nội dung khối lượng cho phép, không xem xét phân tích thêm vấn đề 2.3.2 Đá vụn rời có: d 5dđ (3) Nếu dòng đá rời có mật độ thấp có diện tích mặt cắt ngang tương đối nhỏ so với diện tích mặt cắt ngang lỗ khoan tháo đá, tượng tắc nghẽn đá chắn không xẩy Còn đá rời có mật độ cao, có diện tích mặt cắt ngang lấp kín diện tích mặt cắt ngang lỗ khoan tháo đá có độ cao đủ lớn, dòng đá rời bị tắc nghẽn trở thành cột đá rời cân lỗ khoan tháo đá Hiện tượng tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn xuống đường hầm ngang phía tương tự tượng tắc nghẽn cổ chai cao dồn đường cát vào chai cách hấp tấp với lưu lượng lớn Khi dòng đá rời bị tắc nghẽn lưng chừng lỗ khoan tháo đá, rõ ràng phía cột đá hình thành vòm cân tự nhiên Cho nên để đề phòng tượng tắc nghẽn này, trước hết phải đề phòng xuất vòm cân tự nhiên nói Còn tiếp theo, để xuất vòm cân tự nhiên mặt cột đá rời gây tắc nghẽn rồi, định phải có biện pháp phá vỡ vòm cân tự nhiên đó, để đá rời phía trượt đồng xuống chảy thành dòng nhỏ xuống tới đích yêu cầu 2.4 Xác định điều kiện để cột đá rời lỗ khoan tháo đá trượt đồng xuống phía dưới: Để đơn giản tính toán, cách gần đúng, xác định điều kiện theo lý thuyết khối sụt, sở biểu thức liên hệ sau đây: q h d 2dh h 90 tg tg (4) đó: q - Tải trọng phân bố tác dụng mặt cột đá rời bị tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá 2.5 Một số biện luận chung Trêng hỵp 1: q = - NÕu chọn trước h , cách gần đúng, điều kiện trượt đồng cột đá rời xuống phÝa díi lµ: 90 tg (5) d 4h tg - NÕu chän tríc d vµ , mét cách gần đúng, điều kiện trượt đồng cột đá rời xuống phía là: h d (6) 90 tg 4tg - NÕu chän tríc h vµ d , cách gần đúng, điều kiện trượt đồng cột đá rời xuống phía là: 90 d tg tg 4h (7) Trêng hỵp 2: q > 0: Một cách gần đúng, điều kiện trượt đồng cột đá rời xuống phía là: 4h 2 90 tg 1 q h tg d (8) Trong ®ã cã ®iỊu kiÖn; 90 tg d 4h tg (9) Râ ràng, tháo đá nổ mìn qua lỗ khoan, tốt không để xẩy tắc nghẽn, bị tắc nghẽn, nói chung không nên giải tỏa cách tăng d cách bị động (phá rộng lỗ khoan tắc nghẽn), cách giảm h cách bị động (bốc bớt đá rời đè lên phía vòm cân tự nhiên); mà nên thực đồng thời biện pháp giảm nhờ xối nước với biện pháp bổ sung tải trọng thẳng đứng q gây trượt dạng xung lực giã đập liên hồi vật nặng có đầu nhọn dạng xung lực nổ mìn ốp theo giải đá rời bám bên vách lỗ khoan Các giải pháp phòng chống tắc nghẽn đá nổ mìn Phương hướng chung đề cao biện pháp đề phòng, sẵn sàng biện pháp giải tỏa 3.1 Nếu thực tháo đá nổ mìn theo toàn mặt cắt ngang lỗ khoan chúng rơi trực tiếp xuống đường hầm nằm ngang sau đợt nổ mìn 3.1.1 Nổ mìn tạo dòng đá rời nhỏ, chảy cách quãng nhỏ, đến mức có dàn cục quãng theo mặt cắt ngang lỗ khoan tạo cột đá rời thỏa mãn điều kiện (6), không cho phép hình thành vòm cân tự nhiên gây tắc nghẽn cột đá rời Nhưng thuận lợi tạo dòng đá có mặt cắt ngang nhỏ mặt cắt ngang lỗ khoan tháo đá Để tạo điều kiện cho đá nổ mìn tự chảy xuống lỗ khoan tháo đá, nên nổ mìn tạo gương dạng mặt nón ngửa (dạng phễu) có góc dốc đường sinh xấp xỉ góc trượt tự nhiên đá nổ mìn, với hộ chiếu khoan nổ mìn thỏa mãn thêm điều kiện sau đây: Nếu chọn thông số chiều sâu lỗ khoan theo khả khoan, cần điều khiển nỉ vi sai kÕt hỵp víi nỉ chËm theo tõng lỗ mìn, theo nhóm lỗ mìn, nằm theo đoạn vòng bố trí lỗ mìn quanh miệng lỗ khoan tháo đá để đảm bảo mục tiêu: + Tạo điều kiện cho đá nổ phải va đập với va đập với vách lỗ khoan tháo đá để tiêu năng, giảm bớt kích thước cục đá rời, thay đổi vị trí dòng đá quy mô dòng đá (theo mặt cắt ngang lỗ khoan tháo đá) tránh hậu họa cho đường hầm nằm ngang phía + Giảm thiểu lượng đá nổ sau cÊp nỉ vi sai vµ nỉ chËm + KÐo dµi thời gian tháo đá qua lỗ khoan để giảm thiểu mặt cắt ngang dòng đá rời tránh phân li kích thước đá rời trình chuyển động lỗ khoan (tránh tạo thành tập hợp đá rời có hại cho trình vận hành dòng đá đó) + Tận dụng lượng dư cấp nổ vi sai nổ chậm, lại giảm thiểu tác hại chấn động nổ mìn 3.1.2 Nếu đường kính lỗ khoan tháo đá không lớn mà diện tích phần gương nổ mìn lại lớn, cần phòng chống tắc nghẽn dòng đá nổ mìn không theo yêu cầu 3.1.1; mà phải kết hợp với biện pháp dự phòng sau đây: - Giảm bớt tiến độ nổ mìn: giảm chiều sâu trung bình lỗ khoan nổ mìn gương nón cụt lk Kết hợp điều kiện (6) với thông số chất lượng khoan nổ mìn liên quan : hệ số sử dụng chiều sâu trung bình lỗ mìn gương hệ số nở rời kr , suy ra: lk cần thoả mãn điều kiện gần sau đây: ( D d )lk kr lk d2 ( D d )kr d 2h ; Tøc lµ: d 900 4tg tg (10) - Tạo điều kiện cho lỗ khoan tháo đá có đường kính lớn dần theo hướng tự xuống - Nếu đá xung quanh lỗ khoan tháo đá bị nứt nẻ nhiều, vách lỗ trở nên gồ ghề (làm tăng ) sau vài loạt tháo đá nổ mìn; cần ý bảo vệ theo yêu cầu dự phòng vách lỗ khoan tháo đá, kết hợp với giảm hệ số ma sát tạo điều kiện rung động chống tắc tháo tắc lỗ khoan tháo đá nổ mìn số biện pháp phụ trợ như: phun bê tông, ốp dọc vách lỗ khoan giải tôn đối xứng (hoặc tối thiểu treo dọc theo vách lỗ khoan chuỗi ray thép đối xứng qua trục giếng) Trong điều kiện này, xuất tắc nghẽn, kết hợp biện pháp xả nước với biện pháp rung động vách tôn (hay ray thép) biện pháp dùng xung lực nổ mìn ốp nhỏ theo vành biên khối đá rời tắc nghẽn 3.2 Nếu thực tháo đá nổ mìn theo luồng máng chuyên dùng để lưu chuyển phân phối đá rời qua cửa van Trong lỗ khoan tháo đá, với luồng máng chuyên dùng, có luồng thông gió kết hợp với nhiệm vụ khác, đưa người lên xuống lắp đặt sửa chữa trang thiết bị lỗ khoan, để phòng chống tắc nghẽn luồng máng, mặt áp dụng biện pháp nêu 3.1; mặt khác áp dụng biện pháp rung lắc vách luồng máng cách thường xuyên, đặc biệt có tượng tắc nghẽn Kết luận Hiện tượng tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn tượng tự nhiên xuất có điều kiện; người thiết kế thi công giếng đứng theo công nghệ có lỗ khoan tháo đá nổ mìn cần nêu sẵn phương án phòng chống thích hợp; mà phải dự kiến phương án tối ưu nhằm giảm thiểu tác hại dòng đá rơi chúng hoạt động bình thường, chúng bị tắc nghẽn, để dây chuyền công nghệ thi công thông suốt đạt hiệu qủa kinh tế kỹ thuật cao Tài liệu tham khảo [1] - Károly Széchy - 1966 - The art of tunnelling - AkadÐmiai Kiadã Budpest [2] - S.N Vlasov, L.V Makovsky, V.E Merkin - 2001 - Accidents in transportation and subway tunnels - Elex KM Publ - Moscow [3] - Hå Sü Dù vµ n.n.k - 2003 - Công trình trạm thủy điện - Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội [4] - Đỗ Thụy Đằng - 2004 - Một sơ đồ bố trí miệng lỗ mìn để hạ gương giếng đứng có phỗng tháo đá trung tâm - Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 16 - Đại học Mỏ - Địa chất - Hà Nội Summary Prevention and opposition to obstruction of boreholes for pass down blasted rock When sinking surger shafts Do Thuy Dang - Ha Noi University of Mining and Geology Obstructed phenomenon of boreholes for pass down blasted rock When sinking large shaft especially compound surger shafts, is conditioned natural phenomenon This paper analyses causes and put forward projects of prevention and opposition to the phenomenon in order to technology of shaft execution had bored for pass down blasted rock achieve higher economic technique effects./ ... ngang lỗ khoan tháo đá có độ cao đủ lớn, dòng đá rời bị tắc nghẽn trở thành cột đá rời cân lỗ khoan tháo đá Hiện tượng tắc nghẽn lỗ khoan tháo đá nổ mìn xuống đường hầm ngang phía tương tự tượng tắc. .. cột đá rời bị tắc nghẽn lỗ khoan Góc ma sát cục đá rời cột đá rời bị tắc nghẽn với góc ma sát cột đá rời với vách lỗ khoan bị tắc nghẽn 2.2 Vấn đề khống chế động dòng đá nổ mìn tháo qua lỗ khoan. . .- Đường kính gương khoan nổ mìn D Đường kính lỗ khoan tháo đá nổ mìn d Kích thước trung bình nhóm cục đá rơi lớn tháo qua lỗ khoan dđ Chiều cao tối thiểu cột đá rời bị tắc nghẽn lỗ khoan