Nghiên cứu tính ổn định của các đường lò dọc vỉa trong đất đá phân lớp nghiêng khi có chú ý đến các tham số cho điều kiện mỏ than mạo khê quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HỒNG NGUYỄN LỘC NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA CÁC ĐƢỜNG LÕ DỌC VỈA TRONG ĐẤT ĐÁ PHÂN LỚP NGHIÊNG KHI CĨ CHƯ Ý ĐẾN CÁC THAM SỐ CHO ĐIỀU KIỆN MỎ THAN MẠO KHÊ QUẢNG NINH Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 8580204 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Trần Tuấn Minh HÀ NỘI - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Nguyễn Lộc MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ CÁC ĐƢỜNG LỊ TRONG MỎ 13 1.1 Khái quát chung 13 1.2 Cơ sở phƣơng pháp lựa chọn thiết kế kết cấu chống giữ cho đƣờng lò Việt Nam 17 1.3 Nhận định chung thực trạng chống giữ cơng trình ngầm, mỏ Việt Nam mỏ than Mạo Khê 18 1.4 Nhận xét chƣơng 23 CHƢƠNG - CƠ SỞ LÍ THUYẾT LỰA CHỌN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CHO CÁC ĐƢỜNG LÒ DỌC VỈA TRONG ĐẤT ĐÁ PHÂN LỚP NGHIÊNG .25 2.1 Khái quát chung 25 2.2 Lí thuyết xác định áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống giữ đƣờng lò dọc vỉa phân lớp nghiêng 26 2.3 Cơ sở thiết lập lí thuyết xác định chuyển vị đất đá biên đƣờng lò lựa chọn kết cấu chống giữ đƣờng lò đất đá phân lớp nghiêng theo quy trình lựa chọn kết cấu chống giữ viện VNIMI 33 2.4 Tính toán tham số khung chống linh hoạt đƣờng lị ngồi vùng ảnh hƣởng khai thác lị chợ .37 2.4.1 Xác định chuyển vị biên đƣờng lò .38 2.4.2 Xác định tải trọng tính toán tác dụng lên khung chống linh hoạt 42 2.4.3 Lựa chọn loại kết cấu chống giữ độ bền chúng .44 2.4.4 Lựa chọn mật độ lắp đặt kết cấu chống 44 2.4.5 Lựa chọn khung chống thép linh hoạt theo khả linh hoạt 44 2.4.6 Các đƣờng lò đƣợc khai đào vùng đất đá phá hủy không gian khai thác 46 2.5 Tính tốn chuyển vị lựa chọn tham số khung chống linh hoạt cho đƣờng lò nằm khu vực ảnh hƣởng khai thác lò chợ vỉa đất đá nằm ngang nghiêng 46 2.5.1 Các đƣờng lị bị phá bỏ phía sau gƣơng lị chợ khai thác 46 2.5.2 Lựa chọn tham số khung thép linh hoạt cho đƣờng lò khai đào dọc vỉa tới khoảng khơng gian khai thác lị chợ vỉa thoải .48 2.6 Tính tốn tham số khung chống linh hoạt đƣờng lò vỉa dốc thoải dốc nghiêng 51 2.6.1 Các đƣờng lị, đƣợc chống giữ ngồi vùng ảnh hƣởng cơng tác lị chợ 51 2.6.2 Các đƣờng lò đƣợc khai đào dọc vỉa đến khoảng khơng gian đƣờng lị khai thác 52 2.7 Nhận xét chƣơng 55 CHƢƠNG - MƠ HÌNH SỐ CHO BÀI TỐN ỨNG SUẤT-CHUYỂN VỊ TRÊN BIÊN ĐƢỜNG LÒ TRONG ĐẤT ĐÁ PHÂN LỚP NGHIÊNG KHI CÓ QUAN TÂM ĐẾN MỘT SỐ THAM SỐ 56 3.1 Khái quát chung 56 3.2 Tổng quan phần mềm số Phase 58 3.2.1 Tham số đầu vào Phase .59 3.2.2 Kết cấu chống giữ phần mềm số Phase 59 3.2.3 Kết phân tích 60 3.3 Mơ hình số xác định chuyển vị đất đá biên đƣờng lò thay đổi tham số 61 3.3.1 Đánh giá tin cậy phần mềm số đem sử dụng 61 3.4 Mơ hình phân tích số cho tốn trƣờng hợp thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá .64 3.5 Mơ hình phân tích số thay đổi chiều dầy phân lớp đất đá điểm đặt đƣờng lò .72 3.6 Nhận xét chƣơng 80 CHƢƠNG - NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU CHỐNG GIỮ PHÙ HỢP CHO CÁC ĐƢỜNG LÒ DỌC VỈA TRONG ĐẤT ĐÁ PHÂN LỚP NGHIÊNG TẠI MỎ THAN MẠO KHÊ - QUẢNG NINH 81 4.1 Khái quát chung 81 4.2 Tổng quan điều kiện địa chất đƣờng lò Lò DVT -80 tây mỏ than Mạo Khê 81 4.2.1 Giải trình địa chất vỉa cánh bắc (Từ tuyến II đến T.III -150/-80 ) 81 4.3 Lựa chọn kết cấu chống thép linh hoạt phù hợp cho đƣờng lò DVT -80 tây mỏ than Mạo Khê theo lí thuyết tính tốn tải trọng lệch Glushko V.T 89 4.4 Lựa chọn kết cấu chống thép linh hoạt phù hợp cho đƣờng lò DVT -80 tây mỏ than Mạo Khê theo hƣớng dẫn viện VNIMI 92 4.5 Nhận xét chƣơng 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC - ĐẶC TÍNH CÁC KHUNG CHỐNG THÉP LINH HOẠT [12] 98 Danh sách liệt kê khung chống thép 98 Các tham số khung chống thép linh hoạt [12] 99 DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT H - Độ sâu đặt đƣờng lị, m ka - Hệ số ứng với góc nghiêng a điểm xác định biên lò  TBN - Độ bền nén trung bình khối đá, T/m2  TB - Dung trọng trung bình khối đá, T/m3 kc - Hệ số có kể đến phá hủy khối đất đá Rc1,… Rcn - Cƣờng độ chịu nén tính tốn lớp đá, MPa; m1, … mn - Chiều dầy phân lớp đá, m  - Độ linh hoạt kết cấu chống giữ, mm Ukp - Chuyển vị đất đá lị, mm Uptr - Chuyển vị đất đá lò, mm Ub - Chuyển vị đất đá bên hơng lị, mm n - Mật độ lắp đặt khung chống thép Ns - Độ bền khung chống thép DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Loại kết cấu khả nhận tải tƣơng đối [2] 15 Bảng 1.2 Các loại kết cấu chống [2] 16 Bảng 1.3 Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm [2] .18 Bảng 2.1 Bảng xác định giá trị hệ số ka 28 Bảng 2.2 Giá trị hệ số kc khoảng cách mặt giảm yếu 30 Bảng 2.3 Bảng xác định giá trị kc [12] 35 Bảng 2.4 Bảng tra hệ số để xác định giá trị chuyển vị đất đá biên đƣờng lò [12] .40 Bảng 2.5 Bảng xác định giá trị hệ số kL [12] 40 Bảng 2.6 Mối quan hệ chuyển vị đất đá áp lực mỏ [12] 42 Bảng 2.7 Bảng tra giá trị kp theo chuyển vị đất đá biên đƣờng lò [12] 43 Bảng 2.8 Bảng tra giá trị kpr [12] 43 Bảng 2.9 Bảng xác định giá trị k0c với áp lực P [12] 45 Bảng 2.10 Kết cấu gia cƣờng kết cấu chống [12] 45 Bảng 2.11 Khoảng cách neo theo hệ số aank [12] 45 Bảng 2.12 Bảng tra giá trị kkr lị [12] .48 Bảng 2.13 Bảng xác định giá trị ks theo diện tích gƣơng lị [12] 48 Bảng 2.14 Khoảng cách từ lò chợ để lắp đặt kết cấu chống [12] 48 Bảng 2.15 Mối quan hệ độ sâu đƣờng lị độ ổn định đất đá lị [12] 51 Bảng 3.1 Sự sai khác ( sau phân tích với đƣờng hầm mơi trƣờng đàn hồi-dẻo khơng có dãn nở thể tích ( = 00) 64 Bảng 3.2 Các tham số đầu vào cho phân tích .65 Bảng 3.3 Các tham số đầu vào cho phân tích thay đổi chiều dầy phân lớp đá 72 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp cơng trình gặp vỉa CB khu tây đoạn từ tuyến IIIA đến đứt gẫy F340 86 Bảng 4.2 Kết tính nội lực .91 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lựa chọn kết cấu chống theo phân loại RMR Bieniawski [6] 18 Hình 2.1 Hƣớng biến dạng chống đất đá phân lớp nghiêng có góc dốc định 26 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn kích thƣớc vùng sập đổ Glushko V.T đất đá phân lớp nghiêng 27 Hình 2.3 Biểu đồ mối quan hệ hệ số k góc nghiêng phân lớp đất đá  28 Hình 2.4 Vịm cân theo M.M Protodiakonov P.M Tsimbarevich .32 Hình 2.5 Biểu đồ áp lực phân bố áp lực xung quanh đƣờng lò 32 Hình 2.6 Ví dụ vị trí khớp hợp lý tùy thuộc vào hƣớng tác động áp lực .33 Hình 2.7 Các sơ đồ để xác định cƣờng độ chịu nén đơn trục tính tốn 36 Hình 2.8 Đồ thị để xác định loại chuyển vị đất đá [12] 39 Hình 2.9 Đồ thị xác định hệ số kt [12] 41 Hình 2.10 Các chuyển vị đất đá vùng áp lực tựa tạm thời lò chợ [12] 47 Hình 2.11 Các đồ thị để xác định hệ số kk: a Đối với phân lớp đất đá nằm ngang nghiêng; b Các phân lớp đá dốc dốc nghiêng [12] 47 Hình 2.12 Chuyển vị đất đá đƣờng lò dọc vỉa vùng ảnh hƣởng ảnh hƣởng khai thác lò chợ [12] 49 Hình 2.13 Tốc độ chuyển vị đất đá đƣờng lị dọc vải ngồi vùng ảnh hƣởng khai thác lò chợ [12] .50 Hình 2.14 Chuyển vị đất đá đƣờng lò dọc vỉa vùng ảnh hƣởng cơng tác khai thác lị chợ [12] .51 Hình 2.15 Các chuyển vị đất đá theo chu kỳ ảnh hƣởng gƣơng khai đào đƣờng lò dọc vỉa [12] 53 Hình 2.16 Tốc độ chuyển vị đất đá lị đƣờng lị dọc vỉa [12] 53 Hình 2.17 Các chuyển vị đất đá thời gian ảnh hƣởng áp lực tựa tạm thời lò chợ khai thác [12] 54 Hình 3.1 Một số dạng mặt cắt mà chƣơng trình phân tích 58 Hình 3.2 Tham số đặc tính đất đá đầu vào khe nứt cho mơ hình 59 Hình 3.3 Ví dụ mơ tả đƣờng hầm sử dụng kết cấu neo (hình bên trái kết cấu neo + vỏ bê tông liền khối (hình bên phải phân tích Phase 60 Hình 3.4 Ví dụ thao tác định nghĩa đặc tính vật liệu cho kết cấu chống neo bê tơng liền khối phân tích Phase .60 Hình 3.5 Ví dụ kết phân bố ứng suất 1, 3 z xung quanh khoảng trống đƣờng hầm sau phân tích 60 Hình 3.6 Mơ hình phân tích Phase với đƣờng lị trịn mơi trƣờng Mohr-Coulomb .63 Hình 3.7 So sánh kết r  với trƣờng hợp ( = 00) 64 Hình 3.8 So sánh kết ur với trƣờng hợp ( = 00) 64 Hình 3.9 Sơ đồ phân tích lý thuyết tốn với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 2m 66 Hình 3.10 Sơ đồ phân tích lý thuyết tốn với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 4m 67 Hình 3.11 Mơ hình phân tích tốn với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá chiều dầy phân lớp đất đá d = 2m Phase 67 Hình 3.12 Mơ hình phân tích tốn với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá chiều dầy phân lớp đất đá d = 4m Phase 68 Hình 3.13 Vùng phá hủy sau phân tích với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 2m 68 Hình 3.14 Vùng phá hủy sau phân tích với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 4m 68 Hình 3.15 Véc tơ chuyển vị đất đá xung quanh đƣờng lị sau phân tích với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 2m 69 Hình 3.16 Véc tơ chuyển vị đất đá xung quanh đƣờng lò sau phân tích với thay đổi góc nghiêng phân lớp đất đá với chiều dầy phân lớp đất đá d = 4m 69 Hình 3.17 Biến đổi ứng suất thẳng đứng biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lị chiều dầy phân lớp đá 2m .69 Hình 3.18 Biến đổi ứng suất thẳng đứng biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lị chiều dầy phân lớp đá 4m .70 Hình 3.19 Sự biến đổi ứng suất nằm ngang biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lị chiều dầy phân lớp đá 2m .70 Hình 3.20 Sự biến đổi ứng suất nằm ngang biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lò chiều dầy phân lớp đá 4m .70 Hình 3.21 Quy luật biến đổi tổng chuyển vị biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lò chiều dầy phân lớp đá 2m .71 Hình 3.22 Quy luật biến đổi tổng chuyển vị biên đƣờng lị (gốc tọa độ trục hồnh đƣợc tính điểm góc trái bên dƣới đƣờng lò chiều dầy phân lớp đá 4m .71 Hình 3.23 Sơ đồ phân tích lý thuyết toán với thay đổi chiều dầy phân lớp đất đá nghiên cứu 74 Hình 3.24 Mơ hình tốn Phase thay đổi tỷ số B/D 74 Hình 3.25 Vùng phá hủy xung quanh đƣờng lò Phase thay đổi tỷ số chiều rộng đƣờng lò chiều dầy phân lớp đất đá B/D .75 86 trình khai thác 4.2.1.4 Phân loại mỏ Khu khai thác đƣợc xếp vào mỏ siêu hạng khí Mêtan theo định Bộ Công Thƣơng Trong trình khai thác cần trú trọng cơng tác phịng chống cháy nổ, phải thực nghiêm túc quy trình quy định đào chống lị khai thác; Quy trình khoan nổ mìn; Tập quy định cơng tác an tồn mỏ có khí nổ Mêtan siêu hạng Công ty than Mạo Khê - Vinacomin Bảng 4.1 Bảng tổng hợp cơng trình gặp vỉa CB khu tây đoạn từ tuyến IIIA đến đứt gẫy F340 Độ tro AK(%) Độ cao trụ vỉa -189,15 LK.8 Chiều dầy vỉa (m) Toàn vỉa (đá kẹp) 2,54 riêng than 1,35 33,01 -102,10 Độ dốc vỉa (độ) 54 T.IIa LK.513 2,69(0,25/1)2,44 32,12 -75,57 50 T.IIa LK.1102 1,50(0,46/1)1,04 T.II LK.341 1,31(0,08/2)1,23 30,03 -185,19 65 T.II LK.705 2,25 34,96 -80,25 63 XVTB.II -80 3,65 -77 58 Lò DVT -80 tây IIK 32 -80 2,4(0,2/2)2,2 54 Lò DVT -80 tây IIK 60 -80 2,32(0,22/2)2,1 52 Lò DVT -80 tây IIK 80 -80 2,25(0,25/3)2,0 52 Lò DVT -80 tây IIK 94 -80 2,12(0,22/3)1,9 52 Lò DVT -80 tây IIK 130 -80 2,25(0,15/1)2,1 54 Lò DVT -80 tây IIK 165 -80 2,2(0,5/1)2,05 59 Lò DVT -80 tây IIK 296 -80 2,1(0,1/1)2,0 75 -150 3,30 Khu vực T.III Cơng trình LK.1109 T.III -85,61 Mức -80 Mức -150 XVTB.II -145 55 87 Hình 4.1 Mặt cắt địa chất vị trí đƣờng lị dự định chống thép linh hoạt 88 Hình 4.2 Mặt cắt địa chất vị trí đƣờng lị dự định chống thép linh hoạt 89 4.3 Lựa chọn kết cấu chống thép linh hoạt phù hợp cho đƣờng lò DVT -80 tây mỏ than Mạo Khê theo lí thuyết tính tốn tải trọng lệch Glushko V.T Áp dụng cho đƣờng lò DVT 10 mức -80 tây mỏ than Mạo Khê với diện tích đào lị Sđ = 11 m2 Với giả thuyết coi tải trọng tác dụng lên kết cấu chống bên đối xứng qua trục hầm theo Tsimbarevich giả thuyết cho trƣờng hợp tính tốn với kết cấu chống lệch theo Glushko V.T Theo tài liệu phịng TĐ-ĐC vỉa có góc dốc thay đổi từ 150 đến 350, trung bình 250 a Xác định tải trọng lên kết cấu chống theo phƣơng pháp Gluscô Bằng phép đo hình học ta xác định đƣợc tọa độ tiết diện đƣợc xét sau sử dụng cơng thức đƣợc đề cập để tính Biểu đồ nội lực đƣợc dựa kết tính đƣợc + Tính tốn khả chịu lực cho khung chống Do mặt cắt số có kích thƣớc biên vùng phá huỷ lớn nhất, sử dụng số liệu tính tốn đƣợc mặt cắt tính tốn chịu lực cho khung chống Kiến nghị sử dụng khung chống thép CBII - 22 để chống cho đƣờng lò tiết diện 11m2 nên tác giả sử dụng loại thép xác định khoàng cách (bƣớc chống hợp lý cho khung chống a Áp lực Pn1   n  b1  1.41 0.3  0.423 Pn   n  b2  1.41 3.3  4.653 T/m2 T/m2 b Áp lực hông    Pst   t h  b1   tg  45  t     30    1.41.0.7  3.15  tg  45    0.256 2     Psp   t h  b2   tg  45  t     30    1.411.6  3.15  tg  45    1.738 2  Vậy ta có biểu đồ áp lực nhƣ sau: T/m2 T/m2 90 2 0.423 T/m 3150 4.653 T/m 0.256 T/m2 2,3 2,3 1.738 T/m2 Biểu đồ áp lực Hỡnh 4.3 Biểu đồ áp lực Từ công thức trình tự tính tốn nội lực trình bày ta có kết tính nội lực nhƣ sau: -1.95 -1.5 0.09 0.00 Mx 0.49 -5.21 0.00 -5.21 Hình 4.4 Biểu đồ Mômen -3.84 -5.21 0.50 0.16 -2.98 -2.65 1.95 -0.58 -1.15 -3.65 0.9 -10.27 - Nx -10.27 Hình 4.5 Biểu đồ lực dọc kết cấu -0.57 -2.23 4.32 1.61 - -7.22 5.43 5.43 5.43 -10.27 0.47 + 0.33 Qx 0.19 Hình 4.6 Biểu dồ lực cắt kết cấu Sau tính tốn kết nội lực đƣợc tập hợp nhƣ bảng 4.2 91 Bảng 4.2 Kết tính nội lực Toạ độ T T x N.q y  sin cos Px Lpx Mtq Mpq Ntq p N q M1 N1 Mq.y y cos cos2 y Mx Qtx Qpx Nx y 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 -5.43 0.00 5.43 - 5.21 0.00 0.50 0.00 1.00 0.00 0.00 -0.22 -1.58 0.5 -0.01 0.25 -5.43 1.00 0.09 5.43 - 5.21 0.00 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 -0.87 -3.15 -0.16 -0.06 1.0 -5.43 1.00 0.16 5.43 0.16 - 5.21 0.29 2.08 30 0.50 0.87 1.37 0.14 -0.87 -6.97 10.8 0.87 -1.83 3.42 -2.46 0.75 - 0.58 4.32 - 2.65 1.08 2.86 60 0.87 0.50 4.65 0.52 -3.74 -3.93 2.47 0.50 -8.77 6.10 -1.88 0.25 - 1,5 1.61 - 3.65 2.15 3.15 90 1.00 0.00 8.04 0.98 -7.12 4.06 2.7 0.00 -11.2 7.27 0.00 0.00 -1,95 -0.5 3.23 2.86 120 0.87 0.50 10.17 1.35 -13.2 -8.05 2.47 -0.50 3.33 6.10 1.44 0.25 1.89 4.01 2.08 150 0.50 0.87 10.92 1.52 -14.1 -7.93 1.85 -0.87 4.33 3.42 3.16 0.75 1.95 3.22 - 3.84 4.30 1.00 180 0.00 1.00 11.03 1.55 -10.7 -4.83 -1.00 0.28 1.00 10.05 1.00 0.50 0.47 - 10.2 4.30 0.50 180 0.00 1.00 11.03 1.55 -8.33 -4.68 0.5 -1.00 0.19 0.25 10.05 1.00 0.49 0.33 - 10.2 10 4.30 0.00 180 0.00 1.00 11.0 1.55 -6.02 -4.53 -1.00 0.00 10.0 1.00 0.00 0.19 - 10.2 - 0.57 - 1.15 - 2.98 92 4.4 Lựa chọn kết cấu chống thép linh hoạt phù hợp cho đƣờng lò DVT -80 tây mỏ than Mạo Khê theo hƣớng dẫn viện VNIMI Kết cấu chống đƣợc lắp đặt xây dựng đƣờng lò đƣợc lựa chọn sở chuyển vị tính tốn đất đá phía nóc, hai bên hơng đƣờng lị phần 2.4 loạt bƣớc sau: Các chuyển vị đất đá phần Uokp, Uoptr hai bên hơng Uob đƣợc xác định công thức (2.12 Các tham số để tính tốn cơng thức (2.12 Utkp, Utptr, Utb đƣợc xác định từ đồ thị (hình 2.8 Bằng giá trị số, độ bền nén đá Rckp, Rcptr, Rcb tƣơng ứng nóc, hai bên hơng đƣờng lị: U kp  U tkp k k s k B k t U ptr  U tptr k k s k B k t U 0b  U tb k k k s k B k t Theo khảo sát địa chất giá trị Rckp, = 20 - 40MPa; Rcptr = 20 40MPa, Rcb = 60 - 80 MPa Theo hình 2.8 tra đƣợc giá trị chuyển vị tƣơng ứng Utkp = 250mm, Utptr = 150mm, Utb = 40mm k - hệ số ảnh hƣởng góc nghiêng phân lớp đất đá hƣớng khai đào đƣờng lị có tƣơng quan với phân lớp đá, tra bảng với góc nghiêng phân lớp đất đá từ 310 - 400 chọn k = 0,8 ; k - hệ số đặc trƣng cho ảnh hƣởng xu hƣớng chuyển vị đất đá; chuyển vị đất đá bên hơng lị góc nghiêng từ 310 - 400 chọn k = 0,8 ks - hệ số ảnh hƣởng chiều rộng đƣờng lị với lị ks = 0,2(b - 1) với hơng lị ks = 0,2(h - 1) đây: b, h - tƣơng ứng chiều rộng chiều cao đƣờng lò khai đào (m ; b = 4,6m, h = 3,15m nên ta có: với lị ks = 0,2(4,6 - 1) = 0,72 với hơng lị ks = 0,2(3,15 - 1) = 0,43 kB - hệ số tác động đƣờng lị khác, đƣờng lị kB = 93 kt - hệ số ảnh hƣởng thời gian chuyển vị đất đá k t với điều kiện t < 15 năm H/Rccp = 20 - 60 đƣợc xác định theo đồ thị kt = 0,75 Thay số vào biểu thức tính chuyển vị ta có: U kp  U tkp k k s k B k t  250.0,8.0,72.1.0,75  108mm U ptr  U tptr k k s k B k t  150.0,8.0,72.1.0,75  64,8mm U 0b  U tb k k k s k B k t  20.0,8.0,8.0,43.1.0,75  8,3mm Theo bảng 2.6 tải trọng tiêu chuẩn PN Trong trƣờng hợp chuyển vị tính tốn đất đá U, tính tốn đƣợc PN đƣợc đánh giá từ phƣơng trình sau [12]: 2 U  U okp  U ovicb  108,3mm (2.26) đây: Uokp, Uovicb - đƣợc tính tốn công thức (2.12 , giá trị U tb thu đƣợc từ đồ thị (xem hình 2.28 giá trị Rcb giá trị số công thức (2.11 nhận đƣợc phân lớp đá bên hơng; 3) Tính tốn tải trọng tính tốn P việc sử dụng công thức (2.17 (2.18 giá trị U kp = 1,2; kpr = 1; PN = 68 kPa P  P N k p k pr b  68.1,2.1.4,6  375 kPa 4) Trên sở lựa chọn kết cấu chống KMP-A4 từ thép SVP-22 với khớp nối dạng ZPK, Ns = 260 kN, độ linh hoạt  = 400mm (xem Phụ lục Bằng cơng thức (2.19 xác định đƣợc mật độ lắp đặt khung chông n  375/260  1,44 khung chống/mét dài đƣờng lò Và chấp nhận n = 1,44 khung/mét 5) Kết cấu chống giữ đƣợc lựa chọn đƣợc kiểm tra theo độ linh hoạt kết cấu theo công thức (2.27 koc = 0,85 (xem bảng 2.9 2.10 2.11)   0,7.375.0,85  223 mm Điều kiện đƣợc đảm bảo Cuối chấp nhận kết cấu chống KMP-A4 từ thép SVP-22, liên kết nối ZPK, mật độ lắp đặt 1,44 khung/mét (hay L = 0,7m/vì) 94 4.5 Nhận xét chƣơng Chƣơng luận văn đề cập đến điều kiện địa chất nhƣ dạng tai biến địa chất xảy đƣờng lị dọc vỉa mỏ Mạo Khê Từ đó, lựa chọn kết cấu chống giữ hợp lí nhƣ tính tốn áp lực lên khung chống cho đƣờng lị đọc vỉa khu mỏ Qua q trình thăm dò khai thác xác định khu mỏ Mạo Khê có mặt đầy đủ loại đá với tỉ lệ lớn sạn kết cát kết, lớp đá sen kẽ địa tầng, cấu tạo dạng khối rắn nhiều nứt nẻ Đất đá khu vực xung quanh lị có đặc điểm địa chất đa dạng phức tạp đòi hỏi phải nghiên cứu khảo sát kỹ yếu tố địa kỹ thuật nhằm phục vụ xây dựng khai thác mỏ Các đƣờng lò dọc vỉa mỏ Mạo Khê qua khu vực đất đá với nhiều điều kiện địa chất khác Chủ yếu xuất đƣờng lò mỏ Mạo Khê Là: Đƣờng lò qua phay phá, đứt gãy; Đƣờng lò qua khối đá mềm yếu khối đá bị nén ép mạnh; Hiện tƣợng bùng nền, sập lò, nén bẹp lò; Đƣờng lò qua lớp đất đá phong hóa….Các phá huỷ kiến tạo dƣới dạng phay phá, đứt gãy có ảnh hƣởng lớn đến độ ổn định cơng trình ngầm Khi đào đƣờng lò phục vụ khai thác than trình khai thác than mỏ Mạo Khê có nhiều trƣờng hợp đƣờng lị nằm gần túi khí, nƣớc, đồng thời nƣớc ngầm khối đá thƣờng xuất dạng nƣớc khe nứt, nƣớc lỗ rỗng nƣớc hấp phụ tồn chất lấp nhét có thành phần sét Ngồi đƣờng lò khảo sát sơ cho thấy có đƣờng lị nằm khối đá vừa mềm yếu, vừa bị nén ép mạnh Đây trƣờng hợp phức tạp mà trình biến đổi học chó thể mơ mơ hình lƣu biến giảm bền Các tƣợng bùng nền, sập lò, nén bẹp lò xảy nhiều mỏ Mạo Khê Trên sở khảo sát trạng khối đá xung quanh số đƣờng lò Mạo Khê cho thấy, đa phần đƣờng lò đƣợc bố trí khối đá mềm yếu, nứt nẻ mạnh, chí bị vị nhàu, có khả chịu tải thấp 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Do tính bất đẳng hƣớng khối đất đá nên đƣờng lò khai đào trƣờng hợp thƣờng chịu tải trọng lệch, bất đối xứng vùng phá hủy hình thành xung quanh đƣờng lị có tính bất đối xứng dịch chuyển khơng cân đối đất đá biên đƣờng lò Điều làm ảnh hƣởng lớn đến loại hình khung thép linh hoạt nhƣ khả linh hoạt kết cấu chống thép đem sử dụng Góc nghiêng phân lớp đặc tính lý bề mặt phân lớp đá có ảnh hƣởng lớn đến quy luật phân bố ứng suất biến dạng chuyển vị đất đá biên xung quanh đƣờng lị, khơng cịn ảnh hƣởng đến phân bố áp lực tác dụng lên kết cấu chống giữ giá trị nội lực kết cấu Khi khai đào đƣờng lò thực tế đất đá phân lớp nghiêng gƣơng lị có nhiều lớp đá việc tính tốn thiết kế kết cấu chống giữ đƣờng lò nhƣ lựa chọn sơ đồ khai đào khác thay đổi với lý thuyết tác giả M.M Protodiakonop nhƣ P.M Tsimbarevich Vị trí đặt đƣờng lị đất đá phân lớp chiều dầy phân lớp ảnh hƣởng lớn đến kích thƣớc vùng phá hủy ảnh hƣởng áp lực tác dụng lên kết cấu chống giữ đƣờng lò Khi chiều dầy phân lớp đá đủ lớn so với chiều rộng đƣờng lò (trong phần D/B = 8/5 D/B = 16/5, đƣờng lò nằm phân lớp đá vùng phá hủy gần nhƣ đối xứng trƣờng hợp sử dụng lý thuyết tính tốn tác giả M.M Protodiakonop nhƣ P.M Tsimbarevich Khi đƣờng lò nằm bám vách bám trụ nên sử dụng lý thuyết tính toán áp lực Glushko V.T sử dụng phƣơng pháp lựa chọn kết cấu chống theo độ linh hoạt khung chống Đối với đƣờng lò DVT 10 mức -80 tây công ty than Mạo Khê tác giả 96 có lựa chọn kết chống thép CBII - 22 loại 04 không cân đối áp dụng điều kiện đá trụ trƣơng nở, áp lực vách lớn, tiến độ chống 0,7m/vì chèn bê tơng cốt thép có om le, chèn kích đất đá sát biên lị Kết cấu áp dụng tiết kiệm chi phí vật liệu thép chống lị lên tới 40,5 (đơn vị tính chống/mét lị so với kết cấu chống áp dụng công ty than mạo khê Sử dụng kết cấu chống thép CBII – 22 loại 04 không cân đối áp dụng điều kiện đá trụ trƣơng nở, áp lực vách lớn Trong tƣơng lai, công tác khai thác khoảng sản xây dựng cơng trình ngầm phát triển quy mô nhiều rộng Cần phải có nghiên cứu sâu để góp phần đƣa đƣợc mơ hình dự báo thay đổi địa chất, lựa chọn đƣợc giải pháp, chế phòng chống thay đổi địa chất, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu, phân tích, đánh giá trạng chi tiết để rút học kinh nghiệm bổ ích trình lựa chọn kết cấu chống cho đƣờng lị khác tƣơng lai 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Nhƣ Chức n.n.k (2004 , Bản đồ địa chất công nghiệp bể than Quảng Ninh, Công ty Địa chất Mỏ [2] Lê Văn Công n.n.k (2017), Nghiên cứu thiết kế chống thép phục vụ chống giữ đường lò tiết diện lớn thép V (có mơ men chống uốn cao) mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, Đề tài NCKH cấp Bộ, Hà Nội [3] Trần Tuấn Minh (2014 , Bài giảng học tính tốn kết cấu chống giữ cơng trình ngầm (dùng cho học viên cao học chuyên ngành xây dựng cơng trình ngầm mỏ), Trƣờng Đại học Mỏ-Địa chất [4] Trần Tuấn Minh (2014 , Cơ học tính tốn kết cấu chống giữ cơng trình ngầm (tập tập 2), NXB Xây Dựng, Hà Nội [5] Trần Tuấn Minh (2014 , Tin học ứng dụng xây dựng cơng trình ngầm mỏ, NXB Xây Dựng, Hà Nội [6] Nguyễn Quang Phích (2007), Cơ học đá, NXB Xây dựng Hà Nội [7] Nguyễn Quang Phích n.n.k (2014), Mô biến đổi học khai thác vỉa dầy dốc hệ thống chia lớp ngang nghiêng sử dụng chương trình UDEC, Hội nghị khoa học tháng năm 2014 [8] Nguyễn Quang Phích n.n.k (2005 , Nghiên cứu giải pháp quản lý nâng cao chất lượng Xây dựng cơng trình ngầm, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ, Hà Nội [9] Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khống sản Việt Nam (2012), Đơn giá tổng hợp công đoạn sản xuất than tháng 12 năm 2012 [10] Tập đoàn Cơng nghiệp Than - Khống sản Việt Nam (2014 , Báo cáo kết thăm dò than khu mỏ Mạo Khê, Huyện Đông Triều, Tỉnh Quảng Ninh [11] Глушко В.Т, Гавеля С.П (1986), Оценка напряженно деформированного состояния массива горных пород, hедра, СССР [12] Министерство угольной промышленности СССР 30.04.91г ВНИМИ (1991), Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок, СССР 98 PHỤ LỤC ĐẶC TÍNH CÁC KHUNG CHỐNG THÉP LINH HOẠT [12] Danh sách liệt kê khung chống thép Kết cấu chống giữ Tên định danh Tên KMP-A3 Nhà phát triển Tên cũ AP, AP-3, AKP MPK-A3 M, MN AP-3P, AP-3Um A ДонУГИ ИГД им А.А Скочинского НИИОГР Печорниипроект КузНИУИ KMP-A4 MPK-A4 MB, MZ, MBN MKA ИГД им А.А Скочинского НИИОГР ДонУГИ KMP-A5 AP-5 IAK ДонУГИ КузНИУИ Khung thép linh hoạt hình vịm đoạn Cũng nhƣ nhƣng thép đoạn Khung thép linh hoạt hình vịm đoạn KMP-K4 Khung thép linh hoạt hình vòm ngƣợc tròn (6) đoạn KMP-K6 KP центрогипрошахт KPK Тульский ПИ KPK-PD НИИОГР MK, MKN 99 Tên định danh Tên Kết cấu chống giữ KMP-T (P) Nhà phát triển Tên cũ KMP-T (P) MIK-4C KPC KVV TIK IPK MTPS Khung chống thép hình thang linh hoạt ИГД им А.А Скочинского ДонУГИ КНИУИ ПНИУИ КузНИУИ ПечорНИИпроект Các tham số khung chống thép linh hoạt [12] Độ bền kết cấu chống, kN phụ thuộc vào loại hình liên kết Loại mặt cắt ngang Thanh ZPK, OZS thẳng ZSD AP-ZUm kẹp Kết cấu chống hình vịm KMP-A3 Mặt cắt ngang sử dụng đƣờng lò trƣớc lún, m Chiều rộng đƣờng lò sử dụng trƣớc lún, m  10 3,2-3,4 SVP-17 150 180 200 300/360  10 10-13 3,5-3,8 SVP-19 160 200 230 300/360 4,0-4,8 SVP-22 190 220 260 300/400 10-13 4,0-4,8 KGV-21 - - 260 - 10-13 4,0-4,8 SVP-27 210 250 290 300/400 13-18 5,2-5,5 SVP-27 - 250 290 300/400 13-18 5,2-5,5 SVP-33 - 310 320 300/400 18-20 5,5-6,0 SVP-33 - 310 320 -/400 Độ linh hoạt thẳng đứng kết cấu chống, mm Kết cấu chống hình vòm KMP-A4 10-13 4,0-4,8 SVP-22 - - 260 -/400 14-18 5,2-5,5 SVP-27 - - 290 -/400 100 18-20 5,5-6,0 SVP-33 - - 320 -/400 Kết cấu chống hình vịm KMP-A5  10 10-11,4 3,2-3,4 SVP-17 150 180 200 3,5-3,8 SVP-19 160 200 230 600, 800, 1000 nhƣ 11,6-14,3 4,0-0,8 SVP-22 190 220 260 - 14,3-16,2 4,2-4,8 SVP-27 210 250 290 - 16,4-19,0 5,2-5,5 SVP-27 - 250 290 - 16,4-19,0 5,2-5,5 SVP-33 - 310 320 - 19,0-20,0 5,5-6,0 SVP-33 - 310 320 - Kết cấu linh hoạt thép vòm ngƣợc KMP-A4  8,0 8,0-10,0  3,0 3,0-3,8 SVP-17 - - 200 300 SVP-22 - - 260 300 10,0-14,0 3,8-4,8 SVP-27 - - 290 300 Kết cấu thép linh hoạt hình thang KMP-T (II) 8,0-11,0 3,8-5,0 SVP-22 - 220 260 700 8,0-11,0 3,8-5,0 SVP-22 - 240 - 700 9,5-13,1 3,8-5,0 SVP-22 - 220 - 1300 9,5-13,1 3,8-5,0 SVP-27 - 240 290 1300 Kết cấu thép hình thang linh hoạt loại KMPT (II với cột chống trung bình 8,0-11,0 3,8-5,0 SVP-22 - 420 500 700 8,0-11,0 3,8-5,0 SVP-27 - 490 570 700 9,5-13,1 3,8-5,0 SVP-22 - 420 500 1300 9,5-13,1 3,8-5,0 SVP-27 - 490 570 1300 Ghi chú: Độ linh hoạt thẳng đứng kết cấu chống giữ: tử số - với mối nối thẳng kẹp ZSD; tử số - với mối nối liên kết dạng ZPK OZS Đối với kết cấu KMP-A5 giá trị độ linh hoạt đầu tiên, thứ thứ đƣợc liên kết tới kết cấu với chiều dài cột tƣơng ứng 700, 900, 1200mm Độ bền kết cấu chống chế độ linh hoạt đƣợc giới thiệu theo ДонУГИ и НИИОГР (các mối nối ZPK ... biên đƣờng lò đất đá phân lớp nghiêng có quan tâm đến số tham số Chƣơng 4: Nghiên cứu đề xuất kết cấu chống giữ phù hợp cho đƣờng lò dọc vỉa đất đá phân lớp nghiêng mỏ than Mạo Khê- Quảng Ninh Tác... giữ ổn định cho đƣờng lò dọc vỉa lớp đất đá phân lớp nghiêng mỏ than Mạo Khê Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Môi trƣờng đất đá xung quanh đƣờng lò kết cấu chống giữ đƣờng lò dọc vỉa đất đá phân lớp. .. thuyết xác định chuyển vị đất đá biên đƣờng lò dọc vỉa đất đá phân lớp nghiêng; - Xây dựng mơ hình số cho tốn ứng suất-chuyển vị biên đƣờng lị đất đá phân lớp nghiêng có quan tâm đến số tham số; -