Nghiên cứu đề xuất các giải pháp ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng khi thi công trong khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước vùng quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT o0o TRẦN ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA NƯỚC CHẢY QUA THÀNH GIẾNG ĐỨNG KHI THI CÔNG TRONG KHU VỰC ĐẤT ĐÁ NỨT NẺ CHỨA NƯỚC VÙNG QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT o0o TRẦN ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA NƯỚC CHẢY QUA THÀNH GIẾNG ĐỨNG KHI THI CÔNG TRONG KHU VỰC ĐẤT ĐÁ NỨT NẺ CHỨA NƯỚC VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 60 58 02 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS VÕ TRỌNG HÙNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Trần Đức Mạnh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu MỞ ĐẦU 10 Chương - Tổng quan công tác thi công giếng đứng vấn đề ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công 13 khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước 1.1 Tổng quan 13 1.1.1 Khái niệm giếng đứng 13 1.1.2 Phân loại giếng đứng 13 1.1.3 Cấu tạo 17 1.1.4 Hình dạng mặt cắt ngang giếng đứng 21 1.1.5 Ưu nhược điểm khai thông giếng đứng 22 1.2 Công tác thi công giếng đứng giới 23 1.2.1 Phương pháp đào giếng thông thường 24 1.2.2 Phương pháp đặc biệt (đóng băng nhân tạo) 25 1.2.3 Thi cơng phương pháp khoan giếng 27 1.3 Công tác thi công giếng đứng Việt Nam 32 1.3.1 Kinh nghiệm xây dựng giếng đứng Việt Nam 32 1.3.1.1 Kinh nghiệm xây dựng giếng đứng ngành khai thác than 1.3.1.2 Kinh nghiệm xây dựng giếng đứng số lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm thủy điện, thủy lợi… 1.3.2 Nhu cầu thiết kế xây dựng giếng đứng Việt Nam 32 33 34 1.3.2.1 Nhu cầu phát triển ngành than Việt Nam 1.3.2.2 Nhu cầu thiết kế mỏ hầm lò xuống sâu Việt Nam 1.3.2.3 Nhu cầu thiết kế xây dựng số giếng đứng Việt Nam 34 35 35 1.4 Vấn đề ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước giới Việt Nam 1.4.1 Vấn đề nước đất môi trường đất đá nứt nẻ khu vực thi công giếng đứng 1.4.2 Vấn đề nước đất khu vực đất đá nứt nẻ xâm nhập vào giếng đứng trình thi công 36 38 1.4.3 Vấn đề nghiên cứu giải pháp ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt nẻ chứa 39 nước 1.5 Nhận xét Chương 40 Chương - Lý thuyết vấn đề ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt nẻ 41 chứa nước 2.1 Tổng quan 2.2 Nguyên nhân gây tượng xâm nhập nước đất qua thành giếng thi công 2.3 Các biện pháp ngăn ngừa nước đất chảy qua thành giếng đứng, gương giếng đứng 2.3.1 Các biện pháp chủ động tháo khô nước đất khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước giếng đứng phải đào qua 2.3.2 Các biện pháp cách ly giếng đứng với vùng đất đá nứt nẻ chứa nước bao quanh 41 41 42 43 46 2.3.3 Các biện pháp gia tăng khả chống thấm, cách nước không gian kết cấu chống giữ giếng đứng khối đá bao 55 quanh 2.3.4 Các biện pháp gia tăng khả chống thấm, cách nước kết cấu chống giữ giếng đứng 56 2.3.5 Các biện pháp thu gom nước xâm nhập vào khơng gian phía giếng đứng, ngăn chặn không cho chúng rơi-chảy xuống 57 tầng-mức thi cơng phía dưới, gương giếng đứng 2.4 Kết luận Chương 59 Chương - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu 60 vực đất đá nứt nẻ chứa nước vùng Quảng Ninh 3.1 Tổng quan 60 3.2 Thực trạng nhu cầu thi công giếng đứng vùng Quảng Ninh 61 3.2.1 Hệ thống giếng đứng thuộc dự án “Đầu tư khai thác phần mức -50 mỏ than Hà Lầm - Công ty Cổ phần than Hà Lầm- 61 Vinacomin 3.2.2 Hệ thống giếng đứng mỏ than Núi Béo thuộc dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác phần hầm lị mỏ than Núi Béo - 61 Cơng ty Cổ phần Than Núi Béo-Vinacomin” 3.2.3 Hệ thống giếng đứng mỏ than Mạo Khê thuộc dự án “Khai thác hầm lò xuống sâu mức -150 mỏ than Mạo Khê - Công 62 ty TNHH MTV than Mạo Khê-Vinacomin” 3.2.4 Hệ thống giếng đứng mỏ than Khe Chàm II-IV thuộc dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác hầm lò mỏ than Khe 63 Chàm II-IV - Công ty than Hạ Long-TKV” 3.3 Điều kiện địa chất thi công giếng đứng vùng Quảng Ninh 65 3.3.1 Hệ thống giếng đứng thuộc dự án “Đầu tư khai thác phần 65 mức -50 mỏ than Hà Lầm - Công ty Cổ phần than Hà LầmVinacomin 3.3.2 Hệ thống giếng đứng mỏ than Núi Béo thuộc dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác phần hầm lị mỏ than Núi Béo - 66 Cơng ty Cổ phần Than Núi Béo - Vinacomin” 3.3.3 Hệ thống giếng đứng mỏ than Mạo Khê thuộc dự án “Khai thác hầm lò xuống sâu mức -150 mỏ than Mạo Khê - Công 67 ty TNHH MTV than 3.3.4 Hệ thống giếng đứng mỏ than Khe Chàm II-IV thuộc dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác hầm lò mỏ than Khe 68 Chàm II-IV - Công ty than Hạ Long-TKV” 3.4 Công nghệ thi công giếng đứng vùng Quảng Ninh 72 3.4.1 Thi công giếng 72 3.4.2 Sơ đồ công nghệ thi công giếng đứng 78 3.4.3 Thiết bị thi công giếng đứng 80 3.4.4 Nhân lực tổ chức lao động thi công giếng đứng 87 3.5 Thực trạng tượng nước đất chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng Quảng Ninh 3.6 Một số nguyên nhân gây tượng nước chảy vào giếng đứng thi công Quảng Ninh 88 90 3.7 Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt 91 nẻ chứa nước vùng Quảng Ninh 3.7.1 Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá 92 nứt nẻ chứa nước với lưu lượng nhỏ m3/giờ 3.7.2 Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá 93 nứt nẻ chứa nước với lưu lượng lớn m3/giờ 3.8 Nhận xét Chương 95 Chương - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng 96 Khe Chàm II-IV khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước 4.1 Tổng quan giếng đứng Khe Chàm II-IV 4.2 Điều kiện địa kỹ thuật, nước đất khu vực thi công giếng đứng Khe Chàm II-IV 96 98 4.2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất mỏ 98 4.2.2 Tính tốn lượng nước chảy vào khu mỏ 108 4.3 Tính tốn đánh giá lượng nước chảy vào giếng mức -200, mức -350 mức -530 q trình đào lị 111 4.4 Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng Khe Chàm II- 112 IV khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước 4.5 Lựa chọn giải pháp tối ưu ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng Khe Chàm II-IV khu 113 vực đất đá nứt nẻ chứa nước 4.6 Tính tốn, thiết kế tổng thể giải pháp ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng Khe Chàm II-IV 115 khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước 4.7 Nhận xét Chương 124 Kết luận kiến nghị 125 Tài liệu tham khảo 127 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ TT Trang Hình 1.1 Giếng đứng hệ thống giao thơng 16 Hình 1.2 Giếng điều áp cơng trình thủy điện Bn Kuốp 16 Hình 1.3 Giếng điều áp cơng trình thủy điện Hàm Thuận 17 Hình 1.4 Xây dựng cổ giếng giếng đứng Hà Lầm Núi Béo 18 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo giếng đứng 19 Hình 1.6 Một số chủng loại cấu tạo cổ giếng đứng 20 Hình 1.7 Hình dạng mặt cắt ngang giếng đứng 21 Hình 1.8 Các sơ đồ đào giếng 24 Hình 1.9 Thi cơng khoan nổ mìn bốc xúc giếng 25 10 Hình 1.10 Thi cơng giếng đứng theo phương pháp đơng cứng 26 11 Hình 1.11 Cơng nghệ đóng băng nhân tạo 27 12 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động tổ hợp khoan giếng 28 13 Hình 1.13 Sơ đồ thi cơng giếng kín từ hầm ngang 30 14 Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý thiết bị khoan giếng đứng 31 15 Hình 1.15 Tổ hợp khoan giếng đứng từ xuống 32 16 Hình 1.16 Nước ngầm ảnh hưởng đến thi công giếng đứng 38 17 Hình 1.17 Nước ngầm ảnh hưởng đến kết cấu lắp đặt 39 18 Hình 2.1 Các tầng chứa nước có khu vực thi cơng 42 19 Hình 2.2 Sơ đồ hạ mực nước ngầm lỗ khoan tháo nước 45 20 Hình 2.3 Sự thay đổi kết cấu đất đá theo nhiệt độ 46 21 22 2.4 Mối quan hệ độ bền cát đóng băng với lượng nước khác Hình 2.5 Sơ đồ tạo thành khối đóng băng 47 49 23 Hình 2.6 Giới hạn sử dụng xi măng hóa cát, sỏi, sét 50 24 Hình 2.7 Gia cường cát điện thấm + Silicat hóa 51 25 26 27 28 29 30 Hình 2.8 Đất đá nứt nẻ, rỗng sau gia cường phương pháp phun nén ép lấp đầy Hình 2.9 Các sơ đồ cấu tạo vịng thu nước Hình 2.10 Các sơ đồ cấu tạo vịng thu nước có sử dụng lỗ khoan Hình 3.1 Hình ảnh tháp giếng giếng đứng DA mức -50 mỏ than Hà Lầm Hình 3.2 Hình ảnh tháp giếng giếng đứng thuộc dự án Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác phần hầm lị mỏ than Núi Béo Hình 3.3 Hình ảnh tháp giếng giếng đứng thuộc dự án Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác hầm lị mỏ than Khe Chàm II-IV 56 58 59 61 62 64 31 Hình 3.4 Hình ảnh bên giếng đứng thuộc dự án Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác hầm lị mỏ than Khe Chàm IIIV 65 32 Hình 3.5 Tổ hợp thiết bị thi cơng cổ giếng 72 33 Hình 3.6 Hình ảnh thi cơng cổ giếng đứng Núi Béo 74 34 Hình 3.7 Hình ảnh thi cơng cổ giếng đứng Khe Chàm II-IV 75 35 Hình 3.8 Hình ảnh thi cơng thân giếng đứng Núi Béo 76 36 Hình 3.9 Sơ đồ công nghệ thi công hỗn hợp nối tiếp 79 37 38 39 Hình 3.10 Gầu nhót HZ-6 thùng trục thi cơng giếng đứng Hà Lầm Hình 4.1 Sơ đồ mặt - mặt cắt giếng đứng bố trí lỗ khoan bơm ép vữa Hình 4.2 Sơ đồ khoan ép vữa xi măng hãng Keller group 81 122 124 - 114 Mỗi giải pháp xử lý mang ưu nhược điểm riêng biệt chúng có đặc điểm chung gia cố, gia cường xung quanh khối đất đá điều kiện thi cơng Mục đích phương châm giải pháp khơng khác ổn định cơng trình, tiến độ đào lị, tăng tuổi thọ cơng trình ngầm, tăng suất lao động, đặc biệt đảm bảo an toàn cho người thiết bị thi công sử dụng sau Căn vào nguyên nhân trường hợp dẫn tới việc nước chảy vào giếng đứng nêu mục 4.4, tác giả đề xuất giải pháp tối ưu là: khoan - bơm ép vữa xi măng từ gương giếng Cơ sở lựa chọn thông qua Bảng 4.7 Bảng 4.7 Một số biện pháp thi công giếng đứng điều kiện đặc biệt điều kiện áp dụng Tên phương TT pháp Khoan bơm nén ép vữa xi măng 2 Hạ mực nước ngầm Đóng băng nhân tạo Chiều sâu áp dụng Điều kiện địa kỹ thuật Lưu lượng nước chảy vào giếng Đào sâu hiệu lưu lượng nước chảy vào giếng khơng q 20 m3/giờ Bão hồ giới hạn 1m3/phút Đối với chiều sâu theo yêu cầu Đá nứt nẻ, rỗng, đá bền vững… Đến độ sâu khoảng 50m Đá không thấm nước Đến độ sâu theo yêu cầu Giá thành cao, đòi Lưu lượng hỏi thiết Các loại đá chảy vào giếng bị chuyên mỏ dụng, hao phí điện lớn - Giải pháp có ưu điểm - nhược điểm sau: Hiệu kinh tế Giá thành thấp Giá thành thấp - 115 + Có thể thi cơng đới có chứa nước ngầm, điều chỉnh áp lực phun gương thi công, xử lý gần triệt để nước ngầm xung quanh vỏ chống; + Công nghệ thi công giếng đứng tương đối đơn giản mang tính phổ thơng mà thợ lị Việt Nam thực được; + Giá thành thi công giảm so với chi phí khác; + Kiểm sốt khối lượng tồn vật liệu đầu vào; + Nhưng tiến độ thi công chậm; + Chỉ sử dụng với môi trường nước chảy vào mỏ không lớn Cụ thể Q ≤ 20 m3/giờ 4.6 Tính tốn, thiết kế tổng thể giải pháp ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công giếng đứng Khe Chàm II-IV khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước a Các thông số tính tốn * Xác định số lỗ khoan bơm ép vữa Theo [9], Số lỗ khoan bơm ép vữa xác định theo công thức sau: N ( D  A) * P L (4.8) Trong đó: N - Số lỗ khoan bơm ép vữa xi măng, lỗ, số lỗ khoan giếng 10 lỗ, giếng phụ 11 lỗ; D - Đường kính sử dụng giếng， m, (giếng phụ đường kính m, giếng đường kính m); A - Khoảng cách từ mép vỏ chống đến tim lỗ khoan bơm ép vữa xi măng, lấy A=0,5 m; L Khoảng cách lỗ khoan phun vữa, L=2,0 m * Xác định góc nghiêng lỗ khoan bơm ép vữa [9]: a  tg 1 SA H (4.7) Trong đó: a - Lỗ khoan góc kép đường trục thẳng đứng bên đường kính, (a=3,330 cho hai giếng); S - Vị trí lỗ khoan cuối khoảng cách bên đường kính lớn đường kính vỏ chống [9]: - 116 S  E  m , m; (4.9) E - Chiều dày vỏ chống; m - Vị trí lỗ khoan cuối khoảng cách phía đường kính lớn bán kính đào, lấy m=2,0 m; A - Khoảng cách từ mép vỏ chống đến tim lỗ khoan bơm ép vữa xi măng， A=0,5 m; H Chiều cao phun vữa (từ 30 đến 50 m) [9] * Xác định bán kính gia cường Theo [9], Bán kính tối ưu phần đất đá gia cố khối đất đá chứa nước ngầm tính theo cơng thức sau: ktHr1 R0  1,54 n 1 2 ,m (4.10) Trong đó: 1 2 - Độ nhớt động lực học nước vữa gia cường, kg m-1s-1 (hay pa.s); k - Hệ số thấm đất đá vùng gia cố; t - Thời gian chuyển động vữa đất đá khoảng cách R; H - Áp lực nước thuỷ tĩnh; r1 - Bán kính lỗ khoan; n - Hệ số độ rỗng vùng đất đá cần gia cố;  - Hệ số kể đến mức độ nhồi đầy vữa; R - Tính tốn giếng phụ 10,3 m; giếng 9,2 m * Xác định khối lượng vữa bơm ép Theo [9], Lượng vữa xi măng dung dịch bơm tiêu hao tính theo cơng thức sau: Q=AR2HnB/m (4.11) Trong đó: A - Hệ số tiêu hao dung dịch; A=1,21,5; R - Bán kính khuyếch tán có hiệu vữa xi măng dung dịch, lấy từ tâm giếng, m; H Chiều cao phun vữa xi măng (tính từ mét thứ -200 xuống tới đáy giếng 530), m; n - Tỷ lệ khe nứt bình quân tầng đất đá: 0,010,05; B - Hệ số lấp đầy dung dịch: 0,90,95; m - Hiệu suất ngưng kết dung dịch: 0,85; Dung dịch vữa xi măng tính: giếng chính: 1220 m 3, Giếng phụ: 1400 m3 * Xác định áp lực bơm ép - 117 Áp lực vữa xi măng cho phép có quan hệ đến nhiều yếu tố: chiều sâu lỗ phụt, tính chất nham thạch, tính chất vùng đất đá, chiều rộng chiều sâu khe nứt, nồng độ vữa… Áp lực kiểm tra phun xi măng thường lấy 0,7 lần áp lực kết thúc, áp lực vữa trường hợp có nhiều nước ngầm phụ thuộc vào áp lực nước Bình thường áp lực bơm vữa gấp 22,5 lần áp suất thuỷ tĩnh Tính tốn áp lực bơm ép cho lỗ khoan qua công thức sau: - Áp lực bơm cho lỗ khoan xác định công thức sau [9]: P R 2.Lg ( R / r0 ) h  d 0,367.K t ; kG / cm (4.12) Trong đó: R- Bán kính phân bố dung dịch khối đất đá, m; h - Độ rỗng hữu ích đất đá, %; d - Trọng lượng thể tích dung dịch, T/m3; r0 - Bán kính lỗ khoan, m; K- Hệ số thẩm thấu, m/ngày-đêm; t - Thời gian bơm dung dịch, phút; Bảng 4.8 Bảng tính tốn áp lực bơm ép (áp lực phun vữa xi măng) cho giếng phụ Thứ tự Các đoạn Chiều sâu đoạn giếng (m ÷ m) Áp lực phun vữa xi măng （ MPa) 200 ÷ 250 3,06 ÷ 4,3 245 ÷ 295 4,4 ÷ 5,4 290 ÷ 340 5,5 ÷ 6,5 335 ÷ 385 6,6 ÷ 7,6 380 ÷ 430 7,7 ÷ 8,6 425 ÷ 475 8,7 ÷ 9,8 470 ÷ 500 10 ÷ 10,7 * Xác định chiều dày tường phản áp Được xác định theo công thức sau [9]: - 118 Bn  P0 r   0,3r (4.13) Trong đó: P0 - Áp lực cuối phun vữa， MPa; σ - Cường độ kháng nén cho phép bê tông ngày (B25) 13MPa; r - Bán kính đường lị， m; Ngoài ra, độ dày tường chắn phản áp vào áp lực bơm vữa chọn số liệu theo kinh nghiệm Bảng 4.9 Bảng 4.9 Độ dày tường chắn phản áp áp lực bơm vữa Áp lực bơm vữa ( kg/cm2) Chiều dầy tường chắn (m) >5 1,0 >10 1,2 2030 1,5 >30 2,0 Để tường chắn không bị phá hủy cần thỏa mãn điều kiện sau [9]: P   F (4.14) Trong đó: P - Áp suất gây nên phần xi măng tường phản áp, T/m²;  Ứng suất cắt cho phép đá, T/m²; F - Diện tích bề mặt chịu cắt, m² Pmax  P0  D02 (4.15) Diện tích mặt chịu cắt [9]: F   D0 B (4.16) P0  D02    D0 B (4.17) B P0 D0 4. (4.18) * Vật liệu nồng độ vữa lúc bắt đầu bơm ép cuối thời gian bơm ép Thành phần vữa để xi măng hóa gia cố có liên quan đến mức độ nứt nẻ khối địa tầng kích thước khe nứt cần xi măng hóa Trong cơng trình kỹ thuật kiến nghị với trị số rỗng khe nứt khác nhau, người ta sử dụng vữa xi măng với tỷ lệ N:X từ 0,5 đến Trong thực tế thường sử dụng thành phần vữa sau đây: - 119 - Đối với khe nứt nhỏ trung bình (X:C:N): 1:0:2; 1:0:4; - Đối với khe nứt lớn (X:C:N): 1:1:2; 1:1:1,5 Khi xi măng hóa gia cố khoan đến chiều sâu thiết kế Trước xi măng hóa miệng lỗ lắp đặt tăm pơn đảm bảo kín suốt q trình ép vữa Giếng nghiêng xi măng hóa gia cố theo sơ đồ phân đoạn vữa đưa vào tận đáy lỗ khoan qua ống ép vữa trực tiếp vào khe nứt nhiều áp lực xi măng hóa Điều kiện cần thiết việc áp dụng sơ đồ phân đoạn vữa chuyển động không gian ống với tốc độ cao đảm bảo đưa theo tất hạt cứng có kích thước lớn vữa trạng thái đẩy Sơ đồ phân đoạn sơ đồ tổng hợp cho phép tiến hành cơng tác xi măng hóa cách chất lượng với mật độ khác Vữa xi măng dùng để thường phải đạt yêu cầu sau đây: - Với áp lực định, vữa chảy lấp kín khe nứt cách đặn; - Sau vữa đông cứng khe nứt, phải đạt yêu cầu cường độ, chống thấm, bền vững liền khối Trong đoạn vữa, không dùng nhiều loại xi măng khác để đảm bảo tính chất đồng vữa Nồng độ vữa, tức tỷ lệ nước xi măng, phụ thuộc vào lượng nước đơn vị lỗ khoan Khi lượng nước đơn vị q>1 lít/phút, để tiết kiệm xi măng, trộn thêm cát Trong cơng tác vữa, tỷ lệ N/X nói chung khơng nên chọn lỗng q, nhiên nơi có khe nứt nhỏ phải dùng vữa lỗng, vữa đặc khơng thể chảy đầy khe nứt nhỏ Bởi vậy, chọn tỷ lệ N/X, chủ yếu vào kích thước khe nứt * Xác định thành phần tỷ lệ phụ gia - 120 Khi nơi lượng ăn vữa lớn, để tiết kiệm xi măng, trộn thêm phụ gia trơ cát, bột đá đất sét Tuy nhiên, trộn phải đảm bảo điều kiện sau đây: - Vật liệu trơ trộn thêm vào vữa khơng tan nước, khơng có ảnh hưởng đến ninh kết xi măng (hoặc làm cho xi măng không ninh kết, kéo dài thời gian ninh kết xi măng), không làm cho xi măng bị phân ly với nước lắng đọng xuống đáy; - Vật liệu trơ trộn thêm phải nghiền nhỏ, đường kính lớn hạt phải nhỏ 1/3 độ mở khe nứt nhỏ nham thạch hay bê tông; - Đất sét trộn thêm phải hoà với nước thành hồ đổ vào vữa xi măng; - Lượng cát trộn vào vữa phải xác định qua thí nghiệm vữa xi măng chỗ khe nứt lớn 10mm Lượng cát cho vào lúc đầu không 10% trọng lượng xi măng đường kính hạt phải nhỏ 0,5mm Nếu 20 phút đầu mà lượng “ăn” vữa không giảm tăng dần tỷ lệ cát lên, khơng q 1/2 đường kính hạt cát tăng lên khơng q 1mm; Trong trường hợp thông thường, trộn thêm chất hố dẻo nên lấy 0,2% trọng lượng xi măng lúc (N/X)2 0,4% lúc (N/X)=2÷10 Nếu trộn thêm chất gia khí nên lấy 0,010,02% trọng lượng xi măng b Quy trình thực khoan-bơm ép vữa * Đổ lớp đệm tường phản áp Căn điều kiện địa chất cơng trình tuyến giếng, dừng gương giếng đào trước tầng chứa nước >10 m, đổ bê tông tường phản áp Đặt đoạn ống dẫn để định hướng lỗ khoan lắp đặt Tampon sau này, cố định đoạn ống đổ bê tông tường phản áp song song với đổ bê tông thành giếng Lưu ý lỗ khoan định vị đệm phản áp số lượng, góc độ, - 121 vị trí theo thiết kế, đường kính ống chống lớn đường kính mũi khoan tối thiểu 15 mm Trong trường hợp khoan xử lý theo đoạn (đới chứa nước) mà tầng đất đá tầng chứa nước phía có điều kiện địa chất cơng trình tốt giữ lại phần để làm tường phản áp Khi lưu lượng nước ngầm lớn mà chưa đổ tường phản áp, phải dải lớp đệm đá dăm có chiều dày 0,510 m làm tầng lọc nước, lắp đặt hệ thống ống chống (đường ống phun vữa) Cần tính tốn lưu lượng nước gương để làm chiều dày lớp đá dăm đảm bảo chất lượng đổ bê tơng lớp đệm Việc nước gương dùng bơm hút qua đường ống phun vữa đặt sẵn * Khoan lỗ khoan Lỗ khoan để bơm ép vữa xi măng loại xoay đập, hệ thống giá khoan vận chuyển xuống gương, lắp đặt thiết bị khoan, khoan lỗ qua ống chôn sẵn Chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế, sau khoan xong lỗ tiến hành bơm ép nước thí nghiệm ép vữa xi măng, kết thúc công tác bơm vữa chu trình lặp lại khoan lỗ khoan đối diện * Bơm ép nước thí nghiệm phun ép vữa xi măng Các lỗ khoan phun xi măng gia cố sau khoan xong, trước phun xi măng tiến hành ép nước thử nghiệm Ép nước thử nghiệm nhằm xác định lượng hấp thụ nước đơn vị đá mà lỗ khoan cắt qua Dựa vào kết áp nước thử để lựa chọn tỷ lệ (nồng độ) vữa phun cho thích hợp Để phun xi măng lỗ khoan phải dựa vào kết lượng phun xi măng đợt trước, để định mức độ cần thiết cần chế độ phun xi măng lỗ đợt Khi ép nước thử, áp lực ép lấy áp lực phun xi măng, thời gian ép kéo dài đạt lưu lượng ép ổn định không nhỏ 15 phút Lượng hấp thụ nước đơn vị tính theo [19]: - 122 q Q ; lph/m2 H l (4.19) Trong đó: Q - Lưu lượng hấp thụ nước đới thử, 1/ph; H - Cột áp nước đới thử, m; l - Chiều dài đới thử, m Cột áp nước đới thử H xác định có tính đến điều kiện thực tế, hướng lỗ khoan mực nước ngầm Ép thử có tác dụng rửa lỗ khoan với áp lực cao, mở rộng khe nứt để vữa xi măng trình phun vào khe nứt - 123 Hình 4.1 Sơ đồ mặt - mặt cắt giếng đứng bố trí lỗ khoan bơm ép vữa xi măng: - Vỏ chống giếng; - Ống phun vữa đặt sẵn; - Bê tông đệm tường phản áp; - Lớp đệm đá dăm * Tiêu chuẩn kết thúc phun ép vữa xi măng nghiệm thu Theo [9], Áp lực phun ép vữa lỗ khoan cuối mà lưu lượng dung dịch vữa nhỏ 3040 lít/phút Phun ép trực tiếp lấp đầy lỗ khoan Lượng nước rò rỉ vào giếng sau xây xong giếng không lớn m3/h, thành giếng khơng có điểm rị nước tập trung lớn 0.5 m3/h đảm bảo kỹ thuật * Thiết bị bơm ép vữa xi măng sơ đồ bơm ép Ngày nay, nhiều nước giới sử dụng công nghệ bơm ép tia vữa xi măng Tập đồn Keller chế tạo (hình 4.2), đó, sử dụng chng khoan làm ống dẫn với áp suất 225 N/mm2, tốc độ dòng dung dịch khỏi đầu vòi 100 m/s xoay quanh trục để vừa ép dung dịch vừa chuyển dịch lên Trên ống dẫn, có tia phun mức hai mức, tạo lỗ dẫn xung quanh thân giếng, tia phun ép phun từ đáy lỗ rút dần lên mặt đất Tia phun ép tạo khối trụ gia cường quanh thành ống bơm, đường kính từ m đến m Hệ thống bơm ép gia cường Tập đoàn Keller bơm ép theo phương thẳng đứng từ mặt đất mà sử dụng để bơm ép độ sâu thi cơng giếng Q trình bơm ép gia cường (theo hình 4.2) tiến hành sau: - Bước - Công tác chuẩn bị Sử dụng khoan để tạo lỗ dẫn dung dịch, khoan sâu đến mức cần thiết; - Bước - Làm vệ sinh lỗ khoan, bơm ép nước rửa lỗ khoan thông khe nứt; - 124 - Bước - Bơm ép dung dịch khoan từ đáy lỗ khoan lên miệng lỗ, thay sử dụng bơm ép dịng dung dịch ép vào khe nứt lỗ rỗng theo dạng chảy rối, khác với thơng thường, sử dụng dịng chảy tầng; - Bước - Bơm ép mở rộng, khép kín vịng gia cường quanh vỏ giếng thùng ximăng khí nén bơm bình chứa máy trộn Hình 4.2 Sơ đồ khoan ép vữa xi măng hãng Keller group [20] 4.7 Nhận xét Chương Khi thi công giếng đứng điều kiện địa chất phức tạp, đất đá mềm yếu, nước chảy vào giếng nhiều, sử dụng phương pháp thi công thông thường Để đảm bảo tính kinh tế, an tồn q trình thi công bảo vệ vỏ chống gếng ổn định, cần sử dụng phương pháp thi công giếng đặc biệt đóng băng nhân tạo, khoan bơm ép vữa xi măng… Để chống nước thâm nhập ngăn chặn nước chảy vào giếng sử dụng vật liệu sẵn có nước (xi măng siêu mịn) với thiết bị bơm ép động tạo tia chảy rối vừa đảm bảo chắn việc chống thấm ngăn chặn nước chảy vào mỏ, tăng tính ổn định kết cấu vỏ chống giếng đảm bảo an toàn khai thác - 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hiện Ngành than nói chung dự án xuống sâu công ty Tập đồn Than-Khống sản Việt Nam Quảng Ninh nói riêng việc mở vỉa giếng đứng gần phương án tối ưu cấp thiết Bởi tầng khai thác đến thời điểm chủ yếu mức 200, điều không thật phù hợp cho việc mở vỉa giếng nghiêng, mỏ than lộ thiên theo quy hoạch chung phải đóng cửa hồn ngun môi trường vào năm 2020 Song công nghệ thi công giếng đứng mẻ với chúng ta, địi hỏi mặt quản lý, kỹ thuật, tay nghề chun mơn, máy móc thiết bị Chính lý nên đến tự chủ động việc thi công giếng đứng cịn phụ thuộc nhiều vào nước ngồi (Nga, Ucraila, Trung Quốc ), phụ thuộc thể công đoạn lập thiết kế, quy hoạch, hướng dẫn chuyển giao công nghệ thi công, chủ động dây truyền công nghệ, xử lý cố Luận văn nêu nên tổng quan công nghệ thi công giếng đứng giới Việt Nam, sâu vào nghiên cứu cố nước ngầm gây cho cơng tác thi công giếng đứng Từ nguyên nhân trường hợp cụ thể cố nước, tác giả đề xuất giải xử lý việc lựa chọn giải pháp tối ưu Trong trường hợp cụ thể với giếng đứng thi công giếng đứng mỏ than Khe Chàm II-IV thuộc dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác hầm lị mỏ than Khe Chàm II-IV - Cơng ty than Hạ Long-TKV tác giả tính tốn đánh giá cố nước ngầm gây cơng tác thi cơng Từ lựa chọn tính toán cụ thể để áp dụng thực tế Giải pháp lựa chọn phương pháp khoan-bơm ép vữa xi măng để xử lý triệt để lượng nước ngầm Phương pháp thi công đơn giản công nghệ, chống thấm triệt để sử dụng vật liệu chỗ, chi phí q trình vận hành giếng đứng cơng tác bảo trì sửa chữa vỏ chống giếng đứng nhỏ - 126 Kiến nghị Tác giả có kiến nghị cơng trình ngầm nói chung giếng đứng ngành than nói riêng, việc thiết kế hồ sơ lập biện pháp thi cơng trực tiếp cần phải tính tốn cụ thể chi tiết cố sảy Những cố mối nguy hiểm lớn việc thi cơng cơng trình ngầm, làm tăng chi phí thi cơng, thời gian tiến độ thi công, đặc biệt an tồn máy móc người Những ngun nhân nhiều, nước ngầm, cát chảy, phay, khí cần thiết kiểm tra chặt chẽ điều kiện địa chất, thiết bị, máy móc Phải kèm theo hồ sơ thiết kế cố sảy ra, biện pháp khắc phục phòng ngừa Điều gần chưa có dự án giếng đứng thi công - 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đào Văn Canh (2012), Bài giảng xây dựng giếng đứng, Trường Đại học Mỏ Địa Chất Phạm Minh Đức, Thiết bị công nghệ ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công vùng đất đá bở rời, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin Võ Trọng Hùng (2012), Thi công giếng đứng, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ Nguyễn Xuân Mãn (1998), Bài giảng Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt, Trường Đại học Mỏ Địa Chất Nguyễn Công Trịnh (1971), Tài liệu tham khảo hướng dẫn thiết kế thi công giếng đứng, Bộ môn xây dựng mỏ, Trường Đại học Mỏ Địa Chất Nhữ Văn Bách, Lê Ngọc Ninh, Hồng Tn Chung (2010), Giáo trình khoan nổ mìn khai thác mỏ Quyết định số 60/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ Phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 Thông tư số 03/2011/TT-BCT Bộ Công thương Ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia an tồn khai thác than hầm lị Quyết định số 35/2006/QĐ-BCN Bộ Cụng nghiệp Về việc ban hành Quy phạm kỹ thuật khai thác hầm lò than diệp thạch 18-TCN-5-2006 10 Quy phạm nghiệm thu thi cơng cơng trình đường lị mỏ GBJ 213-90, tiêu chuẩn nước Cộng Hòa Nhân Dân Trung Hoa 11 Báo cáo quan trắc lưu lượng nước chảy vào gương thi cơng Cơng ty Xây dựng Mỏ - Hầm Lị 12 Báo cáo quan trắc Trạm Khí tượng Hải văn Cửa Ông - Phường Cửa Ông, thành phố Cẩm Phả Kết lấy theo số liệu báo cáo Chuyển - 128 đổi Khe Chàm năm 2008 Hội đồng trữ lượng Quốc gia phê duyệt 13 Viện Thiết kế GIPROSAT - Cộng hoà liên bang Nga Phương pháp tính tốn nước chảy vào cơng trình 14 NXB giao thông vận tải Địa chất thủy văn tháo khơ mỏ khống sản cứng 15 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, 2010 Dự án “Đầu tư khai thác phần mức -50 mỏ than Hà Lầm, Công ty Cổ phần than Hà Lầm - Vinacomin” 16 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, 2012 Dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác phần hầm lị mỏ than Núi Béo - Cơng ty Cổ phần than Núi Béo -Vinacomin” 17 Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư Mỏ Công nghiệp - Vinacomin, 2012 Hồ sơ dự án “Khai thác hầm lò xuống sâu mức -150 mỏ than Mạo Khê Công ty TNHH MTV than Mạo Khê - Vinacomin” 18 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, 2012 Dự án “Đầu tư xây dựng cơng trình khai thác mỏ than Khe Chàm II-IV, Công ty TNHH MTV than Hạ Long - Vinacomin” 19 N.G TRUPAK (1984), Đóng băng nhân tạo xây dựng ngầm, Nhà xuất Lòng đất Matxcơva 20 Tập đoàn Keller Group PLC Australia ... giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước nước ta cịn hạn chế Do đó, vấn đề nghiên cứu giải pháp ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt nẻ chứa nước phải... cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước chảy qua thành giếng đứng thi công khu vực đất đá nứt 91 nẻ chứa nước vùng Quảng Ninh 3.7.1 Nghiên cứu đề xuất số giải pháp tổng thể ngăn ngừa nước. .. xử lý nước chảy qua thành giếng đứng thi công qua qua vùng đất đá mềm yếu chứa nước - Phạm vi nghiên cứu đề tài: vùng đất đá nứt nẻ chứa nước Quảng Ninh Cụ thể nghiên cứu thi công Giếng đứng Khe