Nghiên cứu áp dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép và bê tông phun tại các đường lò xuyên vỉa mỏ than mạo khê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ANH QUANG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG NEO CHẤT DẺO CỐT THÉP KẾT HỢP LƯỚI THÉP VÀ BÊ TƠNG PHUN TẠI CÁC ĐƯỜNG LỊ XUN VỈA MỎ THAN MẠO KHÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ANH QUANG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG NEO CHẤT DẺO CỐT THÉP KẾT HỢP LƯỚI THÉP VÀ BÊ TƠNG PHUN TẠI CÁC ĐƯỜNG LỊ XUYÊN VỈA MỎ THAN MẠO KHÊ Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 60580204 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Nguyễn Quang Phích HÀ NỘI - 2013 i1 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Anh Quang i2 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN i1 MỤC LỤC i2 DANH MỤC CÁC BẢNG i5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ i7 MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NEO CHẤT DẺO CỐT THÉPTÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Neo chất dẻo cốt thép kết cấu chống kết hợp 1.1.1 Neo chất dẻo cốt thép 1.1.2 Lưới thép kết hợp với neo chất dẻo cốt thép 14 1.1.3 Bê tông phun 16 1.2 Tình hình phát triển sử dụng neo chất dẻo cốt thép giới 18 1.3 Tình hình sử dụng neo chất dẻo cốt thép Việt nam 19 1.4 Nhận xét điều kiện áp dụng neo chất dẻo cốt thép 25 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÁC ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA CỦA MỎ THAN MẠO KHÊ, ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG KẾT CẤU CHỐNG 28 2.1 Mỏ than Mạo Khê đặc điểm chung địa chất 28 2.1.1 Vị trí địa lý 28 2.1.2 Địa hình, sông suối giao thông 29 2.1.3 Khí hậu 30 2.2 Hệ thống đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê trạng kết cấu chống 30 2.2.1 Hệ thống đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê 30 i3 2.2.2 Các kết cấu chống áp dụng mỏ Mạo Khê – tình trạng sau lắp dựng 33 2.3 Đặc điểm chung điều kiện địa chất quanh đường lò xuyên vỉa 34 2.3.1 Nếp uốn đứt gãy 34 2.3.2 Đặc điểm địa chất 37 2.4 Nhận định trạng kết cấu chống hướng giải 39 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHỐNG GIỮ CÁC ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA CỦA MỎ THAN MẠO KHÊ BẰNG NEO CHẤT DẺO CỐT THÉP, KẾT HỢP VỚI LƯỚI THÉP VÀ BÊ TÔNG PHUN 41 3.1 Phân loại khối đá, lựa chọn kết cấu chống cho đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê 41 3.2 Phân tích tính tốn kết cấu chống neo, kết hợp lưới thép, bê tô ng phun cho đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê 51 3.2.1 Nguyên lý neo khối đá 51 3.2.1.1 Kết cấu chống dạng vỏ mỏng đơn giản 51 3.2.1.2 Treo chốt lớp đá vách mỏng, phá hủy vào lớp đá liền khối 52 3.2.1.3 Lý thuyết tạo dầm nhận tải 53 3.2.1.4 Liên kết khối đá bị phá hủy hay phân khối mạnh 54 3.2.2 Các phương pháp thiết kế neo 56 3.2.2.1 Phương pháp giải tích 57 3.2.2.2 Tính tốn thiết kế neo theo thí nghiệm trường 61 3.2.2.3 Thiết kế neo phương pháp mơ hình vật lý 62 3.2.2.4 Thiết kế neo theo phương pháp phân loại khối đá kinh nghiệm 63 3.3 Tính tốn thiết kế hộ chiếu chống neo, kết hợp lưới thép, bê tơng phun cho đường lị xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê 64 3.3.1 Hệ số ổn định đá vách 64 i4 3.3.2 Chiều cao vòm sụt lở 65 3.3.3 Tính khả chịu lực neo 66 3.3.3.1 Tính theo khả chịu lực neo 66 3.3.3.2 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám cốt neo với chất dẻo 66 3.3.3.3 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám chất dính kết đất đá 67 3.3.4 Các thông số kết cấu neo 67 3.3.4.1 Tính chiều dài tồn neo 67 3.3.4.2 Tính mật độ neo 68 3.3.4.3 Tính khoảng cách neo 68 3.3.5 Lưới thép 69 3.3.6 Xác định thông số bê tông phun 69 3.4 Nhận định khả áp dụng neo chất dẻo cốt thép mỏ than Mạo Khê 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 i5 DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.01 Ví dụ đặc tính kỹ thuật neo chất dẻo cốt thép Bảng 1.02 Đặc tính chất dẻo Bảng 1.03 Khối lượng thực cơng tác chống lị neo chất dẻo năm 2011 2012 Tập đồn Cơng nghiệp Than – 20 Khoáng sản Việt Nam Bảng 1.04 Kết thí nghiệm tính chất lý đất đá Lị xun vỉa thơng gió mức +115 Lò dọc vỉa vận tải mức -50 22 Mỏ than Vàng Danh Bảng 1.05 Các tiêu lý đá vỉa 12 13.2 – Khe Chàm 23 Bảng 1.06 : Các tiêu lý bao quanh đường lò 25 Bảng 2.01 Ranh giới mỏ theo hệ tọa độ nhà nước 1972 28 Bảng 2.02 Ranh giới mỏ theo hệ tọa độ quốc gia VN -2000 29 Bảng 2.03 Bảng tổng hợp đặc điểm đứt gãy 36 khu mỏ 10 Bảng 2.04 Tổng hợp tiêu lý đá khu mỏ than Mạo Khê 11 Bảng 3.01 Các tham số phân loại theo Bieniawski 1973, 38 42 RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6, (*) – điều chỉnh 1989 12 Bảng 3.02 Ảnh hưởng vị trí khe nứt (đường phương, góc 44 i6 dốc) thi cơng đường hầm 13 Bảng 3.03 Các nhóm khối đá 44 14 Bảng 3.04 Ý nghĩa nhóm khối đá 1973 sửa đổi 1978 45 15 16 Bảng 3.05 : Các tiêu lý bao quanh Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30 đến IIK140 Bảng 3.06 : Các tiêu lý bao quanh Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK180 đến IIK300 17 Bảng 3.07 Kết tính tốn thơng số neo 48 49 68 Bảng 3.08 So sánh khối lượng chống lị khung chống thép 18 lịng máng hình vòm kết cấu neo chất dẻo cốt thép lò 76 xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220 19 Bảng 3.09 Bảng so sánh chi phí chống lị kết cấu neo chất dẻo cốt thép khung chống thép lịng máng hình vịm 77 i7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ, đồ thị TT Trang Hình 1.1 Cấu tạo lỗ neo chất dẻo cốt thép đơn giản Hình 1.2 Thỏi chất dẻo CK-2360 Hình 1.3 Mức độ phát triển biến dạng lị chống kết cấu neo dẻo cốt thép kết hợp phun bê tơng lị dọc vỉa đá mức + 50; - 10 25;-100 - Mỏ than Hà Ráng năm 2009 Hình 1.4 Tấm đệm điều chỉnh góc cắm khơng điều chỉnh góc cắm 12 Hình 1.5 Một số loại đệm thơng thường 12 Hình 1.6 Neo bê tơng cốt thép 13 Hình 1.7 Lưới thép liên kết kiểu mắt xích 15 Hình 1.8 Lưới thép hàn 16 Hình 2.1 Hệ thống đường lị xun vỉa mỏ than Mạo Khê 32 10 Hình 3.1 Phân loại khối đá theo Bieniawski (1973) 46 11 Hình 3.2 Trắc dọc địa chất Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30 đến IIK140 47 Hình 3.3 Trắc dọc địa chất Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, 12 đoạn từ IIK180 đến IIK300 47 67 lz - Chiều dài khoá neo, lz = 0,4; kz - Hệ số điều chỉnh chiều dài khoá neo, kz = 0,55; klvz - Hệ số điều kiện làm việc khoá neo, klvz = 0,7 Thay số vào (3.12) ta có: PC.B =3,14.0,022.7,9.106.0,4.0,55.0,7=84043N=84kN 3.3.3.3 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám chất dính kết đất đá PB.Đ = π.dlk.τ2.lz.kz.klvz (3.13) [15] Trong đó: dlk - Đường kính lỗ khoan, dlk =0,03 m; τ2 - Lực dính kết chất dẻo đất đá, theo kết thực tế rút neo với điều kiện địa chất tương tự trường mỏ than Vàng Danh [1] τ2 = 4,5MPa = 4,5.106N/m2; Ta tạm áp dụng kết để tính tốn lz - Chiều dài khoá neo, lz =0,4 m; kz - Hệ số điều chỉnh chiều dài khoá neo, kz = 0,55; klvz - Hệ số điều kiện làm việc khoá neo, klvz = 0,5 Thay số vào (2.5): PB.D = 3,14.0,03.4,5.106.0,4.0,55.0,5 = 59400N = 59,4kN Từ khả chịu tải thấp kết cấu neo chất dẻo cốt thép xác định theo điều kiện trên, chọn giá trị nhỏ giá trị P C, PC.B, PB.Đ làm số liệu để tính tốn Như vậy, PN = PB.Đ = 59,4kN 3.3.4 Các thông số kết cấu neo 3.3.4.1 Tính chiều dài tồn neo Chiều dài neo tính theo cơng thức sau [15]: lN = b+1,5lz+lk , m Trong đó: lz - Chiều dài khoá neo, chọn lz = 0,4m; lk - Chiều dài neo nhô mặt lộ, lk = 0,06m Điều kiện chiều dài neo: 1m