Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học mỏ - Địa chất Nguyễn việt cường nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun thi công đường lò xây dựng chuẩn bị công ty cổ phần than Vàng Danh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2012 Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học mỏ - Địa chất Nguyễn việt cường nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun thi công đường lò xây dựng chuẩn bị công ty cổ phần than Vàng Danh Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ công trình đặc biệt Mà số: 60.58.50 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô DoÃn Hào Hà Nội - 2012 i1 lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Việt Cường i2 Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i1 Mục lục i2 Danh mục bảng i6 Danh mục hình vẽ, đồ thị i7 mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Giíi thiƯu chung vỊ neo 1.2 Phân loại neo phụ kiện neo 1.2.1 Neo học 1.2.2 Các loại neo dính kết 1.2.2.1 Neo bê tông cốt thép 10 1.2.2.2 Neo chất dẻo cốt thép 11 1.2.2.3 Neo cáp 13 1.2.3 Neo kết hợp 14 1.2.4 Các phụ kiện kÌm cđa neo 15 1.3 Tỉng quan vỊ líi thÐp bê tông phun 16 1.4 Nhận xét 19 CHƯƠNG Các phương pháp tính toán, thiết kế neo quy trình lắp đặt neo 20 2.1 Nguyên lý neo khối đá 20 2.1.1 Kết cấu chống dạng vỏ mỏng đơn giản 20 2.1.2 Treo chốt lớp đá vách mỏng, phá hủy vào lớp đá liền khối 20 2.1.3 Lý thuyết tạo dầm nhận tải 22 2.1.4 Liên kết khối đá bị phá hủy hay phân khối mạnh 23 i3 2.2 Các phương pháp thiết kế neo 25 2.2.1 Phương pháp giải tích 25 2.2.1.1 Tính neo theo nguyên lý treo, chèt 25 2.2.1.2 TÝnh neo theo lý thuyÕt dầm vòm mang tải 27 2.2.2 Tính toán thiết kÕ neo theo thÝ nghiƯm t¹i hiƯn trêng 29 2.2.3 Thiết kế neo phương pháp mô hình vật lý 30 2.2.4 Thiết kế neo theo phương pháp phân loại khối đá kinh nghiệm 31 2.3 Tính toán thông số neo theo hướng dẫn Tập đoàn công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam-Vinacomin 32 2.3.1 Tính hệ số ổn định chiều cao vòm sụt lở đất đá quanh lò 32 2.3.1.1 Hệ số ổn định đất đá vách hệ số ổn định đất đá hông lò 32 2.3.1.2 Chiều cao vòm sụt lở 33 2.3.2 Các thông số neo 33 2.3.2.1 TÝnh chiỊu dµi toµn bé neo 33 2.3.2.2 TÝnh mËt ®é neo 34 2.3.2.3 TÝnh khoảng cách neo 34 2.3.2.4 Tính chiều dài toàn neo hông lò 34 2.3.2.5 Tính mật độ neo hông 34 2.3.3 Tính khả chịu lực neo 35 2.3.3.1 Tính theo khả chịu lực neo 35 2.3.3.2 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám cđa cèt neo víi chÊt dÝnh kÕt 35 2.3.3.3 TÝnh khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám chất dính kết đất đá 36 2.4 Quy trình lắp đặt neo, quy phạm Tập đoàn công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam - Vinacomin 36 2.4.1 Quy trình lắp đặt neo 36 i4 2.4.2 Quy phạm chung chống lò neo bê tông phun 40 CHƯƠNG thực trạng tính toán thiết kế, thi công neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun đường lò mỏ Vàng Danh 45 3.1 Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thủy văn đường lò áp dụng chống giữ neo 45 3.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn 45 3.1.1.1 Đặc điểm nước mặt 45 3.1.1.2 Đặc điểm nước đất 45 3.1.2 Đặc điểm địa chất công trình 47 3.1.2.1 Đường lò dọc vỉa vận tải mức -50 47 3.1.2.2 Đường lò xuyên vỉa thông gió mức +115 48 3.2 Công tác tính toán thiết kế hộ chiếu khoan nổ mìn 50 3.2.1 Thuốc nổ phương tiện nổ 50 3.2.2 Chỉ tiêu thuốc nổ 50 3.2.3 Số lượng lỗ mìn gương 51 3.2.4 Chiều sâu lỗ mìn 52 3.3 Tính toán hộ chiếu chống neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun 54 3.3.1 Hệ số ổn định đất đá vách 54 3.3.2 Khả mang tải neo 55 3.3.3 Các thông số neo 57 3.4 Thực trạng thi công neo chất dẻo cốt thép mỏ Vàng Danh 58 CHƯƠNG Đề XUấT GIảI PHáP NÂNG CAO HIệU QUả sử dụng NEO CHấT DẻO CốT THéP KếT HợP LƯới thép bê tông phun mỏ vàng danh 68 i5 4.1 Nguyên nhân hiệu sử dụng neo chất dẻp cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun mỏ Vµng Danh cha cao 68 4.1.1 Nhãm yÕu tè kü thuËt thiÕt kÕ 68 4.1.2 Nhãm yÕu tè kü thuËt thi công giải pháp thi công 68 4.1.3 Nhóm yếu tố ý thức người lao động 69 4.2 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu sử dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun trình thi công 69 KếT LUậN kiến nghị 71 tài liệu tham khảo 72 Phụ lơc TÝnh to¸n thiÕt kÕ chiÕu khoan nỉ mìn theo phương pháp nổ mìn tạo biên 73 Phụ lục Tính toán thiết kế hộ chiếu chống neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun 82 Phụ lục So sánh kinh tÕ gi÷a hai chiÕu chèng neo 89 i6 danh mục bảng TT Tên bảng Trang Bảng 2.1 HƯ sè gi¶m u cÊu tróc [10] 32 B¶ng 3.1 Lưu lượng nước chảy vào mỏ tầng +135 đến -50 [1] 47 B¶ng 3.2 KÕt thí nghiệm tính chất lý hai đường lò [1] 49 Bảng 3.3 Kết khảo sát chất lượng khối đá xung quanh hai đường lò [1] 50 Bảng 3.4 Hệ số ổn định đất đá vách lò xuyên vỉa thông gió mức +115 [1] 55 Bảng 3.5 Hệ số ổn định đất đá vách lò däc vØa vËn t¶i møc -50 [1] 55 B¶ng 3.6 Các thông số neo [1] 57 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật máy khoan MQT 120 61 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật máy khoan YT-28 61 10 Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật máy lắp neo hông MQS-45 63 11 Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật máy phun bê tông PZ-5B 63 i7 danh mục hình vẽ, đồ thị TT Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Neo học cánh xòe Hình 1.2 Neo ống chẻ (SS-39/SS-46) Hình 1.3 Neo ống phồng Hình 1.4 Cấu tạo lỗ neo vữa xi măng cốt thép 10 Hình 1.5 Chất dẻo CK 2350 11 Hình 1.6 Cấu tạo lỗ neo chất dẻo cốt thép 12 Hình 1.7 Cấu tạo neo cáp 13 Hình 1.8 Cấu tạo lỗ neo học kết hợp với neo bê tông cốt thép 15 Hình 1.9 Một số loại đệm thông thường 16 10 Hình 1.10 Lưới thép liên kết kiểu mắt xích 17 11 Hình 1.11 Lưới thép hàn 18 12 Hình 2.1 Sơ đồ tạo lớp vỏ mỏng 21 13 Hình 2.2 Sơ đồ lý thuyết treo chốt 21 14 Hình 2.3 Sơ đồ tính theo lý thuyết dầm nhận tải 23 15 Hình 2.4 Hiệu ứng liên kết (neo chốt) 23 16 17 Hình 2.5 Nguyên lý xếp chồng vùng nén ép neo bị kéo căng 24 Hình 2.6 Các dạng liên kết vùng khối đá nứt nẻ, phá hủy tạo thành vòm nhận tải 24 18 Hình 2.7 Ví dụ dạng phá hủy sơ đồ cắm neo 26 19 Hình 2.8 Ví dụ sơ đồ tính cho toàn hệ thống neo 27 20 Hình 2.9 Toán đồ phân tích hiệu ứng dầm nhận tải theo Panek [8] 28 i8 21 22 H×nh 3.1 Hé chiÕu khoan nỉ m×n cđa đường lò xuyên vỉa mức+115 lò dọc vỉa mức-50 53 Hình 3.2 Cấu trúc lỗ mìn gương 54 Hình 3.3 Hộ chiếu chống neo chất dẻo cốt thép kết hợp 23 lưới thép bê tông phun lò xuyên vỉa thông gió mức+115 lò dọc vỉa vận tải mức -50 59 24 Hình 3.4 Máy khoan neo MQT120 đầu nắp cần khoan 60 25 Hình 3.5 Máy khoan YT-28 62 26 Hình 3.6 Thiết bị lắp neo hông MQS-45 62 27 Hình 3.7 Máy phun bê tông PZ-5B 64 28 Hình 3.8 Sự gồ ghề đường biên đường lò 64 29 Hình 3.9 Lưới thép bị phá hủy bị ăn mòn axit 65 30 31 Hình 3.10 Thanh cốt neo phụ kiện neo bị ăn mòn axit 65 Hình 3.11 Thanh cốt neo không cắm hết vào lỗ khoan neo 66 32 Hình 3.12 Bê tông phun không phủ kín lưới thép 66 33 Hình 3.13 Bê tông phun bị ảnh hưởng sóng nổ mìn 67 34 Hình 3.14 Kết cấu chống ổn định gây nứt bê tông phun hông lò 67 76 kn Hệ số nén chặt thỏi thuốc lỗ mìn, kn = 1; D - MËt ®é thc nỉ cđa thái thuèc, D = 1100kg/m3 Thay sè vµo (1.7) ta cã: g = 0,49kg/m g b - Lượng thuốc nạp bình quân mét chiều dài cho lỗ mìn biên, tÝnh theo c«ng thøc (1.8) [2]: pdb2 gb = ab D.k1 , kg / m (1.8) đây: ab - Hệ số nạp thuốc lỗ mìn biên, chọn ab = 0,6; k1 - HƯ sè ph©n bè øng suất phụ thuộc vào hệ số công nổ, e1>1 nên theo [2] k1 = 0,625 Thay số vào (1.8) ta cã : gb = 0,33 kg/m KÕt qu¶ tÝnh thông số khoan nổ mìn thể bảng PL.1.2 Bảng PL.1.2 Kết tính toán thông số khoan nổ mìn q Pb bb Sđ Bđ (kg/m3) m m m2 m 1,59 10 0,4 16,7 5,1 Nb Nr,f RÃnh NG kg/m kg/m lỗ lỗ nước;lỗ lỗ 0,33 26 37 64 gb g 0,49 1.7 Chi phÝ thuốc nổ cho nhóm lỗ mìn - Lượng thuốc nổ trung bình nạp lỗ mìn nhóm phá tính theo công thức: qp = g.lp, kg (1.9) Trong đó: lp - Chiều dài lỗ mìn nhóm phá, lp = 1,8m Thay vào (1.9): qp = 0,88 kg - Lượng thuốc nổ trung bình nạp lỗ mìn nhóm đột phá tính theo công thức: 77 q®p = g®p.l®p, kg (1.10) Trong ®ã: g®p - Lượng thuốc nạp trung bình mét dài lỗ khoan đột phá, kg/m Theo kinh nghiệm lượng thuốc nạp nhóm lỗ mìn đột phá (tạo rạch) chọn tăng thêm từ 10-20% so với lượng thuốc trung bình lỗ mìn phá nên gđp = 1,1.g = 0,54kg/m lđp - Chiều dài lỗ mìn nhóm ®ét ph¸, l®p = lp + lkt Víi: lkt - Chiều sâu khoan thêm lỗ mìn đột phá, lkt = 0,2m lđp = 2m Thay vào công thức (1.10): qđp = 1,08 kg - Lượng thuốc nổ trung bình nạp lỗ mìn nhóm tạo biên tính theo c«ng thøc: qb = lb.gb , kg (1.11) Trong đó: lb - Chiều dài lỗ mìn biên tính theo c«ng thøc lb = lf/sina Víi: a - Gãc tạo trục lỗ mìn tạo biên với trục đường lò theo phương nằm ngang, chọn a = 850 lb = 1,81 Thay vào công thức (1.11): qb = 0,6 kg - Lượng thuốc nổ trung bình nạp lỗ mìn nhóm tính theo cong thức: qn = ln.g, kg Trong đó: ln - Chiều dài lỗ mìn , ln = lf/sina (1.12) 78 Thay sè vµo (1.12): qn = 0,88 kg - Tỉng chi phí thuốc nổ thức tế cho lỗ mìn gương tính theo công thức: nthỏi = qi q thuoc , thái thuèc (1.13) Trong ®ã: qi - Khèi lượng thuốc nạp theo tính toán lỗ mìn (biên, phá, đột phá), kg/lỗ qthuoc - Trọng lượng thỏi thuốc, qthuoc = 0,2kg Đối với nhóm đột phá: n®p = 1,08/0,2 = 5,4 ; chän n®p = 5,5 thỏi Đối với nhóm phá: np = 0,88/0,2 = 4,38 thái ; chän np = 4,5 thái §èi víi nhãm nÒn: nn = 0,88/0,2 = 4,38 thái ; chän nn = 4,5 thỏi Đối với nhóm biên: nb = 0,6/0,2 = thái ; chän nb = thái - Tỉng lỵng thc nỉ thùc tÕ sư dơng mét đợt nổ mìn tiến gương theo công thức (1.14): Qtt = (N®f.n®p + Nf.nf + Nb.nb).qthuoc , kg (1.14) Trong đó: Nđf, Nf, Nb - Số lượng lỗ mìn nhóm đột phá, nhóm phá, nhóm biên theo tính toán trên; nđf, nf, nb - Số thỏi thuốc nạp thực tế lỗ mìn nhóm đột phá, nhóm phá, nhóm biên theo tính toán Thay số vào (1.14): Qtt = 51kg Lượng thuốc nổ đơn vị thùc tÝnh theo c«ng thøc (1.15): qtt = Qtt , kg/m3 Vd (1.15) Trong ®ã: Vd - ThĨ tÝch ®Êt đá nguyên khối cần phá vỡ đợt nổ theo tính toán,Vd = lk.Sđ,m3 Thay số vào (1.15): qtt = 1,7kg/m3 79 1.8 Bố trí cấu trúc lỗ mìn gương Trên gương lò lỗ mìn bố trí thành nhóm: - Nhóm nhóm đột phá: đất đá có cấu tạo địa chất phân lớp theo phương đứng nên dễ phá nổ nhóm đột phá ta sử dụng rạch nêm đứng, sử dụng lỗ đột phá - Nhóm nhóm phá: nhóm gồm 31 lỗ mìn bố trí làm vòng phá - Nhóm nhóm lỗ mìn tạo biên: nhóm biên gồm có 26 lỗ mìn bố trí cách biên thiết kế 100mm, khoảng cách lỗ mìn biên 0,4m - Một lỗ mìn bố trí tim rÃnh nước để tạo rÃnh nước theo thiết kế Do tính toán theo phương pháp nổ mìn tạo biên, nên để tăng hiệu nổ mìn lỗ mìn biên bố trí phân đoạn không khí Chiều dài phân đoạn không khí lỗ mìn tao biên tính theo công thức: l kk ộ ổd a b l b ờ1 - ỗỗ td êë è d b = nk ÷÷ ø ự ỳ ỳỷ (1.16) Trong đó: dtd - Đường kính tương đương lượng thuốc tính theo công thức: d td = 4g b ,m pDab Thay sè vµo (1.17): dtd = 0,025 nk - Số lượng đoạn thuốc nổ phân đoạn, nk = đoạn Thay số vào (1.16): lkk = 0,136 Chiều dài nạp bua lỗ mìn biên: lb,b = 0,94m Chiều dài nạp bua lỗ mìn đột phá: lb, đp = 0,9m Chiều dài nạp bua lỗ mìn phá: lb, p = 0,9m (1.17) 80 Chiều dài nạp bua lỗ mìn nền: lb,n = 0,91 Bảng PL.1.3 thể thông số kỹ thuật tính toán khoan nổ mìn theo phương pháp nổ mìn tạo biên Hình PL.1.1 thể hộ chiếu khoan nổ mìn Bảng PL.1.3 Các thông số tính toán khoan nổ mìn theo phương pháp nổ mìn tạo biên cho đường lò Vàng Danh TT Các thông số Ký hiệu Đơn vị Số lượng Diện tích tiết diện đào kể rÃnh nước Sđ m2 16,7 Hệ số độ cứng đất đá f - 4á6 Lượng thuốc nổ đơn vị q kg/m3 1,59 Chỉ tiêu thuốc nỉ tiªu chn q1 kg/m3 0,6 HƯ sè cÊu trúc đất đá fc - 1,4 Hệ số sức cản đất đá v - 1,59 Hệ sè xÐt tíi søc c«ng nỉ cđa thc nỉ e - 1,19 Kd - HƯ sè sư dơng lỗ mìn h - 0,9 10 Đường kính thỏi thuốc nạp mìn db m 0,032 11 Hệ số nạp thuốc a - 0,5á0,7 12 Mật độ thuốc nổ thỏi thc D kg/m3 1100 13 HƯ sè nÐn chỈt thái thuốc lỗ mìn kn - 14 Chiều rộng đường lò đào Bđ m 5,1 15 Chiều cao đường lò đào Hđ m 3,8 16 Khoảng cách lỗ mìn biên bb m 0,4 17 Số lượng lỗ mìn gương N lỗ 64 18 Số lượng lỗ mìn biên Nb lỗ 26 19 Số lượng lỗ mìn phá công phá Nr,f - lỗ 38 kg 51 Hệ số ảnh hưởng đường kÝnh thái thuèc næ 20 Chi phÝ thuèc næ thùc tế cho lần nổ 81 Hình PL.1.1 Hộ chiếu khoan nổ mìn lập theo phương pháp nổ mìn tạo biên 82 Phụ lục Tính toán thiết kế hộ chiếu chống neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun 2.1 Hệ số ổn định đất đá vách Hệ số ổn định đất đá vách tính toán theo công thức sau: nv = s k k c x k l1 g H (2.1) Trong ®ã: sk - øng suÊt kÐo đất đá vách, sk = 11200kN/m2; kc - Hệ sè gi¶m u cÊu tróc, theo [10] chän kc =0,4 cho đường lò; x - Hệ số lưu biến, chọn x = 0,7 cho đường lò; k2-Hệ số tËp trung øng suÊt kÐo, chän k2 = 0,2341; víi đường lò xuyên vỉa mức +115 chọn k2 =0,7, với ®êng lß däc vØa møc -50 chän k2 = 0,6; l1 - Hệ số đẩy ngang, đất đá rắn l1 = m/(1-m) với m hệ số poison (m =0,3); H - Chiều sâu trung bình đường lò, với đường lò xuyên vỉa mức +115 H = 100m, đường lò dọc vỉa mức -50 H = 170m Thay thông số vào (2.1) ta có: Hệ số ổn định đất đá vách đường lò xuyên vỉa mức +115: nv =3,95 Hệ số ổn định đất đá vách đường lò dọc vỉa mức -50: nv =2,71 Các giá trị cho ta biết đất đá vách hai đường lò tương đối vững cần phải chống lò neo bê tông phun theo[10] 2.2 ChiỊu cao vßm sơt lë ChiỊu cao vòm sụt lở tính theo công thức Tximbarevic: æ 90 - j ö a + h tgỗ ữ ứ ố b = nv ,m f (2.2) 83 Trong đó: a - Bán chiều rộng ®ênglß, a =2,55 m; h1 - ChiỊu cao ®êng lß, h1 =3,8 m; j - Gãc ma s¸t cđa đá nóc, j =260; f - Hệ số kiên cố đất đá; lấy f=5; nv - Hệ số an toàn lò, đường lò xuyên vỉa mức +115 lấy nv = 1,25; với đường lò dọc vỉa mức -50 lấy nv = 1,3 Thay thông số vào (2.2) ta có: Chiều cao vòm sụt lở đường lò xuyên vỉa mức +115: b = 1,23m Chiều cao vòm sụt lở đường lò dọc vỉa mức -50: b = 1,28m 2.3 Tính khả chịu lực neo 2.3.1 Tính theo khả chịu lực neo Khả chịu lực neo (PC) tÝnh theo c«ng thøc: PC = FC RK kLV (2.3) Trong ®ã: Fc - TiÕt diƯn cèt neo, Fc = p.R2 = 0,00038 m2; Rk - Khả chịu kéo thép neo, kN/m2; Với thép loại AII Rk = 270.103 kN/m2 klv - Hệ số làm viƯc cđa neo, chän klv = 0,9 Thay sè vµo (2.3) ta cã: PC = 0,00038.270.103.0,9 = 92,34kN 2.3.2 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám cốt neo với chất dẻo PC.B = p.dn.t1.lz.kz.klvz (2.4) Trong đó: dn- Đường kính neo, dn = 0,022 m; t1- Lùc dÝnh kÕt gi÷a neo chất dẻo, theo kết thực tế rút neo trường t1 = 7,9.103 kN/m2; 84 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 (2.4) ta có: PC.B =3,14.0,022.7,9.103.0,4.0,55.0,7=84kN 2.3.3 Tính khả chịu lực neo theo điều kiện dính bám chất dính kết đất đá PB.Đ = p.dlk.t2.lz.kz.klvz (2.5) Trong đó: dlk - Đường kính lỗ khoan, dlk =0,03 m; t2 - Lực dính kết chất dẻo đất đá, theo kết thực tế kéo rút neo trường t2 =4,5.103 kN/m2; lz - Chiều dài khoá neo, lz =0,4 m; kz - HƯ sè ®iỊu chØnh chiều dài khoá neo, kz = 0,55; klvz - Hệ số điều kiện làm việc khoá neo, klvz = 0,6 Thay sè vµo (2.5): PB.D = 3,14.0,03.4,5.103.0,4.0,55.0,6 = 55,98kN Từ khả chịu tải thấp neo chất dẻo cốt thép xác định theo điều kiện trên, chọn giá trị nhỏ giá trị PC, PC.B, PB.Đ làm số liệu để tính toán Như vậy, PN = PB.Đ = 55,98kN 2.4 Các thông số neo 2.4.1 Tính chiều dài toàn neo Chiều dài neo tính theo công thức sau: 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