Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi công lò xuyên vỉa mức 35 khu lộ trí công ty than thống nhất đoạn qua phay fc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO VĂN CHÍNH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THI CƠNG LỊ XUN VỈA MỨC -35 KHU LỘ TRÍ CƠNG TY THAN THỐNG NHẤT ĐOẠN QUA PHAY FC Chun ngành: Xây dựng Cơng trình Ngầm, Mỏ Cơng trình đặc biệt Mã số: 60.58.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Ngô Doón Ho H NI - 2010 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 Tác giả luận văn o Vn Chớnh năm 2010 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Ch­¬ng Tổng quan công tác thi công công trình ngầm mỏ điều kiện địa chất phức tạp 1.1 Tổng quan dạng địa chất phức tạp 1.2 Tình hình thi công điều kiện địa chất phức tạp giới Việt nam 1.2.1 Tình hình thi công đường điều kiện địa chất phức tạp giới 1.2.2 Tình hình thi công đường điều kiện địa chất phức tạp Việt Nam 11 Chương Các giải pháp thi công điều kiện địa chất phức tạp 15 2.1 Phương pháp thoát nước gia cố vùng phay phá có chứa n­íc 15 2.1.1 §iỊu kiƯn sư dơng 16 2.1.2 X¸c định lưu lượng nước ngầm tốc độ dòng chảy 16 2.2 Phương pháp đóng băng nhân tạo 18 2.2.1 B¶n chất phương pháp 18 2.2.2 Công nghệ đóng băng nhân tạo 20 2.2.3 §iỊu kiƯn øng dơng 22 2.3 Phương pháp tạo ô vòm tiến tr­íc (gia cè nãc, chÌn nhãi) 23 2.3.1 §iỊu kiƯn sư dơng 23 2.3.1.1 Điều kiện địa chất má .23 2.3.1.2 §iỊu kiƯn kü tht má 24 2.3.2 Cách đóng cäc 25 2.4 Phương pháp gia cố gương đào khoan-bơm ép vữa 25 2.4.1 Bản chất phương pháp 25 2.4.2 Điều kiện sử dụng loại dung dịch để bơm ép gia cường 26 2.4.3 Các phương pháp bơm ép gia cường 26 2.4.3.1 B¬m Ðp thđy tinh láng (hãa häc) hay Silicat hãa 26 2.4.3.2 Phương pháp điện thấm + Silicát hóa (điện hóa) 27 2.4.3.3 Phương pháp gia cường hãa chÊt (nhùa tỉng hỵp) 28 2.4.3.4 Phương pháp gia cường vữa-xi măng (xi măng-sét, dung dÞch sÐt, Bitum) 30 Ch­¬ng Thực trạng thi công đường lò xuyên vỉa -35 khu lộ trí đoạn qua phay FC .41 3.1 Điều kiện địa chất khu vùc CÈm Ph¶ 41 3.1.1 Địa tầng khu vực Cẩm Phả 41 3.1.2.TÝnh chÊt c¬ lý đá khu vực Cẩm Phả 42 3.2 Đặc điểm, điều kiện địa chất nơi thi công đường lò xuyên vỉa -35, khu Lộ TrÝ 43 3.2.1 Địa hình 43 3.2.2 S«ng suèi 43 3.2.3 KhÝ hËu 43 3.2.4 Điều kiện giao thông 44 3.2.5 Địa tầng 44 3.2.6 KiÕn t¹o 45 3.2.6.1 NÕp uèn 45 3.2.6.2 §øt gÉy 46 3.2.7 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 47 3.2.7.1 N­íc mỈt 47 3.2.7.2 N­íc d­íi ®Êt 48 3.2.8 Đặc điểm địa chất công trình 49 3.3 Hiện trạng công nghệ thi công đào lò xuyên vØa -35 qua phay FC- khu Lé trÝ 49 3.3.1 Mét sè th«ng sè kü thuËt lò xuyên vỉa -35 49 3.3.2 Cơng nghệ thi cơng đào lị xun vỉa -35 khu Lộ Trí theo thiÕt kÕ cđa C«ng ty Cổ phần đầu tư Mỏ Công nghiệp 51 3.3.2.1 Cơng nghệ khoan nổ mìn 51 3.3.3 TiÕn ®é thi cơng đào lị xun vỉa -35 khu Lộ trí đoạn qua phay FC 55 3.3.4 Cơng tác khoan thăm dò trước gương lò xuyên vỉa -35 đoạn qua phay FC 55 3.3.4.1 Đặc điểm địa chất cơng trình đới phá hủy thuộc phay FC mức -35 57 3.3.4.2 Đặc điểm địa chất thủy văn phay FC mức -35 60 3.3.4.3 c im địa chất thủy văn l khoan thăm dị phay FC lị xuyªn vØa 35 61 Chương Giải pháp thi công đường lò xuyên vỉa -35 khu lộ trí ®o¹n ®i qua phay FC .63 4.1 Phân tích, lựa chọn giải pháp thi cơng đào lị xun vỉa -35 đoạn qua phay FC 63 4.1.1 Nguyên tắc lựa chọn giải pháp thi công 63 4.1.2 Lựa chọn giải pháp thi công khả thi cho lò xuyên vỉa -35 đoạn qua phay FC 64 4.1.2.1 Ưu nhược điểm giải pháp thi công khả thi điều kiện địa chất mỏ phay FC 64 4.1.2.2 Chọn giải pháp thi công phù hợp 65 4.2 Biện pháp tổ chức thi công 65 4.2.1 Khoan tháo khô nước phay FC 65 4.2.2 Đào lò qua phay FC tiÕt diƯn nhá h×nh thang 66 4.2.2 Đào lò qua phay tiết diện nhỏ hình thang .66 4.2.2.3 Chống cố định lò xuyên vỉa -35 đoạn qua phay FC 69 kết luận kiến nghị 70 Tµi liƯu tham kh¶o 73 DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bng 2.1 Tính chất cát, sỏi thành phần hạt bán kính phễu nước 16 Bng 2.2 Hệ số lọc lớp đá K 18 Bng 2.3 Độ dày tường chắn phản áp áp lực bơm vữa 37 Bảng 2.4 øng st nÐn, c¾t cho phÐp cđa mét số loại đá 37 Bng 3.1 Đặc điểm cấu tạo phân lớp loại đá khu vực Cẩm 41 Phả Bng 3.2 Tính chất lý đá khu vực CÈm Ph¶ 42 Bảng 3.3 KÕt qu¶ dù tÝnh l­u lượng nước chảy vào khai trường 48 Bng 3.4 Tổng hợp tiêu lý đá 49 Bng 3.5 Đặc tính kỹ thuật khoan cầm tay 51 Bảng 3.6 Tính loại thuốc nổ dùng mỏ hầm lị 52 Bảng 3.7 Đặc tính kỹ thuật máy cào đá P-30B 53 Bảng 3.8 Đặc tính kỹ thuật Tời JD-4 54 Bảng 3.9 Các tiêu có lý lớp cuội kết, sạn kết 59 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên hình v, th Trang Hỡnh 1.1 Bơm ép vữa nhiều lớp Hỡnh 1.2 Các ống đóng băng nhân tạo Hỡnh 1.3 Đóng băng nhân tạo đường hầm mêtro Stuttgart, Đức- 1974 Hỡnh 1.4 Hin tng nc chảy vào đường hầm BLISADONA (Austria, 1999, 500l/s) Hình 1.5 Hiện tượng nước chảy vào đường hầm KAPONIG (Austria, 1993, 300l/s) Hình 1.6 Hiện tượng trượt lở đường hầm Herzogberg, Austria Hình 1.7 Hiện tượng trượt lở vào đường hầm Herzogberg, 10 Austria Hình 1.8 Hiện tượng trượt lở vào đường hầm Galgenberg, 10 Austria Hỡnh 1.9 Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay 12 Hỡnh 1.10 Đoạn lò xuyên vỉa +235 ổn định, Xí nghiệp than 13 Hoành Bồ Hỡnh 1.11 Giải pháp xử lý ổn định đoạn lò xuyên vỉa +235, Xí 13 nghiệp than Hoành Bồ Hỡnh 2.1 Hạ mực nước ngầm lỗ khoan quanh giếng 15 thi công Hỡnh 2.2 Thay ®ỉi ®é bỊn cđa ®Êt ®¸ theo nhiƯt ®é 19 Hỡnh 2.3 Mối quan hệ độ bền cát đóng băng với hàm 20 lượng nước khác Hỡnh 2.4 Sơ đồ làm lạnh từ vị trí khác đào lò 22 Hỡnh 2.5 Sự phụ thuộc tốc độ nước, khoảng cách lỗ khoan 23 Hỡnh 2.6 Mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình 24 Hỡnh 2.7 Giới hạn sử dụng xi măng hóa cát, sỏi, sét 26 Hỡnh 2.8 Gia cường cát điện thấm+Silicát hóa 28 Hỡnh 2.9 Sơ đồ bơm ép vữa xi măng 31 Hỡnh 2.10 Tap-pôn dùng cho bơm ép vữa xi măng 32 Hỡnh 2.11 Sơ đồ bơm ép vữa lần 33 Hỡnh 3.1 S đồ đường lị xun vỉa -35 khu Lộ trí 50 Hình 3.2 Tiết diện đường lị xun vỉa -35 khu Lộ trí 50 Hình 3.3 Hộ chiếu khoan nổ mìn tương lị xv -35 53 Hình 3.4 Sơ đồ đường lò xuyên vỉa -35 đoạn gặp phay FC 56 Hình 3.5 Hộ chiếu chống củng cố trước gương tiết diện nhỏ 56 hình thang gương lị xun vỉa -35 đoạn gặp phay FC Hình 3.6 Sơ đồ khoan thăm dò trước gương lò xuyên vỉa -35 on 57 qua phay FC Hỡnh 4.1 Sơ đồ khoan tháo khô hạ áp nước ngầm phay FC 66 Hỡnh 4.2 Sơ đồ đào chống qua phay FC b»ng tiÕt diƯn nhá h×nh 67 thang Hình 4.3 TiÕt diện chống tạm chống cố định lò xuyên vỉa mức 35 đoạn qua phay FC 69 M U Tính cấp thiết đề tài Những năm gần đây, trước tình hình tiêu thụ than nước xuất ngày lớn, nên sản lượng khai thác than hµng năm tăng lên nhanh chãng Năm 2009, Tập đồn Cơng nghiệp Than vµ Khống sản Việt Nam (TKV) đạt sản lượng khai th¸c 43,5 triệu than, tăng lần so với năm 1995 Dù kiÕn kế hoạch năm 2010 khai thác với sản lượng than đạt 47,5 triệu Nh»m thùc hiƯn kÕ ho¹ch trên, Tp on Công nghiệp than Khoỏng sn Vit Nam tập trung đẩy mạnh đầu tư xây dựng cỏc d ỏn khai thỏc mở rộng khai thác xuống sâu Chính mà hàng năm Tp on Cụng nghip Than Khoỏng sn Vit Nam phải thi công lượng lớn hệ thống đường lò xây dựng lò chuẩn bị Trong thời gian qua, thực tế tốc độ đào lò ngành than chưa cao, thấp nhiều so với nước giới; đặc biệt đường lị vào vùng đất đá cã ®iỊu kiện địa chất phc như: mm yu, gp nc nhiều gặp phay phá, đứt gẫy… như: Công ty than Mơng Dương thi cơng ngầm mức -95/-250 víi chiỊu dµi 380m gặp nhiều nước thời gian thi cơng cơng trình đến gần Cơng ty than Thống Nhất đào giếng nghiêng mức +41/-35 gặp phay MT chứa nước năm để bơm tháo khô nước Công ty than Khe Chàm III thi công đào giếng nghiêng mức +25/-300 gặp phay phá phay Bắc Huy có biên độ rộng lên đến 100m… chi phí để xử lý vấn đề thường tốn gây chậm tiến độ thực dự án.v.v… Do việc “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi cơng lị xun vỉa mức -35 khu Lộ Trí Cơng ty than Thống Nhất đoạn qua phay FC” việc làm cần thiết góp phần nâng cao tốc độ đào lị nói chung đào lị qua vùng đất đá phức tạp nói riêng 2 Mục đích nghiên cứu Đưa giải phỏp thi cụng hp lý on lò qua phay FC nhằm nâng cao tốc độ đào lò, giảm giá thành tăng hiệu vốn đầu tư Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Các đường lị thi cơng qua vùng đất ỏ có điều kiện địa chất phc ngnh khai thác than 3.2 Phạm vi nghiên cứu Việc nghiên cứu tiến hành đường lò xuyên vỉa mức -35 khu Lộ Trí - Cơng ty than Thống Nhất-TKV ý nghÜa khoa học ý nghĩa thực tiễn ca ti - Tổng hợp điều kiện địa chất phức tạp thường gặp thi công đường lò Việt Nam - Tổng hợp giải pháp thi công lò điều kiện địa chất phức tạp - Đưa giải pháp thi công phù hợp nhằm nâng cao tốc độ đào lị nãi chung vµ qua phay nãi riªng 5- Mục đích đề tài Đưa gii phỏp thi cụng hp lý cho oạn đường lò xuyên vỉa -35 khu Lộ Trí qua phay FC nhằm nâng cao tốc độ đào lò, giảm giá thành mét lò, nâng cao hiệu vốn đầu tư - Nội dung đề tài, vấn đề cn gii quyt - Tổng quan công tác thi công đào chống đường lò khu vực đất đá có phay phá, đứt gÃy địa chất giới Việt nam; - Các giải pháp thi công đường lò qua nơi có điều kiện địa chất phức tạp - Thực trạng thi công đoạn lò xuyên vỉa -50 khu Lộ Trí đoạn qua phay FC công ty than Thống Nhất - Các giải pháp thi công nâng cao tốc độ đào lò xuyên vỉa -35 khu Lộ Trí đoạn qua phay FC c«ng ty than Thèng NhÊt-TKV 60 3.3.4.2 Đặc điểm địa chất thủy văn phay FC mức -35 - Nước mặt khu vực lộ trí: Khu vực khai thác có địa hình dốc lớp vỏ thực vật bị phá hủy, khai thác hầm lò nhiều năm nên mùa mưa, dòng nước mặt mưa gây nên phá hủy đáng kể, bào mịn đất đá tạo mương sói, nước mưa cịn ngấm theo kẽ nứt đứt gãy tạo nên áp lực thủy động, giảm lực ma sát lực chống cắt nham thạch, hóa mềm nham thạch, nham thạch hạt nhỏ dễ gây trượt lở có thêm điều kiện khác Theo kết quan trắc trạm khí tượng thủy văn Cửa Ơng từ nm 1960 đến năm 1977 cho bit: Lng ma dao động năm khoảng 1.262÷3.060mm; trung bình mùa mưa khoảng 89÷2850mm; trung bình mùa khơ khoảng 148÷890mm Lưu lượng nước chảy vào lị theo số liệu tính tốn cho 1m lị mức +17 q= 54m3/ng-®, mức +54 q=72m3/ng-® - Nước ngầm khu vực Lộ trí Trong địa tầng gồm loại nham thạch xếp theo thứ tự tỷ lệ: cát kết, bột kế, sạn kết, cuội kết sét kết, có nhiều hien cát kết bột kết Các nham thạch ảnh hưởng tự nhiên hoạt động khai thác mỏ đá tạo nhiều khe nứt Tính chất áp lực nước đât thuộc loại có áp lực chuyển sang Theo kết nghiên cứu trước đây, mức nước đất tương đối sâu, nơi có địa tầng thấp, mức nước đất cách bề mặt khoảng 30m Hệ số thẩm thấu 0,052ữ0,092m/ng-đ Ngun nc nht cp cho nc di t nước mưa Nước đất tâng chứa than T3n hg1, nguồn cung cấp nước mưa Mức độ phong phú tầng thể qua cơng trình khai thác Lưu lượng cửa lị +13 1718m3/ng-® 61 Nước đất tấng chứa than T3n hg2, giới hạn tầng trụ vỉa mỏng vỉa dày (2), nguồn cấp nước tầng T3 nhg2, nước mưa tầng ảnh hưởng từ mức 0,00 trở xuống 3.3.4.3 Đặc im địa chất thủy văn l khoan thm dũ phay FC lị xuyªn vØa -35 a- Phương pháp nghiên cu c im địa chất thủy văn l khoan v lị xuyªn vØa -35 - Đối với lỗ khoan, trình theo dõi, cập nhật đo lượng nước chảy từ lỗ khoan khuôn đo bấm thời gian đầy khuôn - Đối với nước chảy từ l xuyªn vØa -35, áp dụng biện pháp đo vận tốc dịng chảy (V, m/s), diện tích mặt cắt ướt (F) để tính lưu lượng dịng chảy từ lị xuyªn vØa -35 xuống phía đáy giếng nghiêng mức -39 theo Q=V.F, m3/s b- Thành phần hóa học nước Qua mẫu phân tích thành phần hóa học nước lỗ khoan gương lị cho kết loại hình hóa học nước: - Tên nước Clorua Bicacbonat Natri - Thuộc nước hạt trung tính, nước cặn cặn trung bình, nước khơng sủi bọt nửa ăn mòn, lượng hấp thụ xà phòng đạt 1,036g/m3 - Loại nước nhạt: M=0,074g/l < 1g/l - Nước trung tính: pH=6,8 - Nước cặn H=2,68g/m3