STT Kích thước Đạt yêu
cầu (mm) Phương pháp kiểm tra Ghi chú
1
Sai lệch về
chiều rộng
đường lị
0 ÷ +200
Dùng thước đo chiều rộng đường lị ở 3 vị trí trên, giữa, dưới nền lị
Chỉ được phép thừa tiết điện trong sai lệch cho phép không được phép thiếu diện tích 2 Sai lệch về chiều cao đường lị 0 ÷ +200
Dùng thước dựa vào chiều cao thiết kế để tiến hành đo
1.4.9. Công tác đo đạc dịch động sau khi đào
Sau khi đào chống giữ đường lị dọc vỉa than cần thực hiện cơng tác đo đạc biến dạng và dịch động sâu bên trong khối đá. Các trạm dịch động được lắp đặt càng sát gương càng tốt nhưng phải có các giải pháp bảo vệ trạm. Thông thường khoảng cách giữa các trạm dịch động bằng 50m khi khối than đá không có sự biến đổi về các điều kiện địa chất, còn trong trường hợp khối than đá có thay đổi thì trên các đoạn thay đổi này cần lắp đặt các trạm dịch động để theo dõi đo đạc.
1.5. Nhận xét
Thông qua tổng quan về việc sử dụng vì neo chống giữ các đường lị trong than trên thế giới và Việt Nam ta rút ra một số nhận xét sau:
- Kết cấu chống neo đã được sử dụng rộng rãi tại các đường lò đào trọng than, trên thế giới đã từng bước nghiên cứu phát triển hồn thiện loại hình kết cấu này để chống giữ các đường lò trong than như: hồn thiện lý thuyết tính tốn, hồn thiện quy trình cơng nghệ, nghiên cứu chế tạo các vật tư thiết bị ...vv.
- Tại Việt Nam kết cấu chống neo đã được các đơn vị trong ngành than áp dụng thành công trong lò đá, và bắt đầu thử nghiệm chống tại các đường lò dọc
vỉa than trong đó có các mỏ: Vàng Danh, Nam Mẫu, Khe Chàm, Quang Hanh, Mạo Khê...vv. Nhưng khối lượng còn chưa được nhiều.
- Khi thi cơng các đường lị trong than cần chú ý một số điểm khác biệt so với thi công trong lò đá như: khảo sát, khoan lỗ mìn, thuốc nổ, xúc bốc vận tải, lưu khơng mặt lộ, nghiệm thu kích thước đường lị và cơng tác quan trắc đo đạc dịch động biến dạng xung quanh đường lò.
CHƯƠNG 2
LÝ THUYẾT SỬ DỤNG VÌ NEO CHỐNG GIỮ CÁC ĐƯỜNG LỊ ĐÀO TRONG THAN
2.1. Tổng quan về lý thuyết sử dụng vì neo
Mục đích nghiên cứu nguyên lý tác dụng chống giữ neo là làm rõ quan hệ tương tác lẫn nhau giữa neo và khối than đá xung quanh, từ đó làm nền tảng lý luận cung cấp thiết kế chống giữ neo, từ khi ra đời kết cấu chống giữ neo đến nay, con người luôn đem cơ chế tác dụng chống giữ neo làm một trọng điểm, đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng. Đến tận bây giờ, đã đề xuất hơn chục loại lý thuyết chống giữ neo. Nhưng các loại lý thuyết đều có điều kiện thích ứng của nó, đều tồn tại tính hạn chế, tính phiến diện, tính khơng hợp lý và tính khơng khả thi làm việc với một mức độ khác nhau.
Những năm gần đây, tùy theo tốc độ phát triển của kỹ thuật chống giữ neo, nghiên cứu đối với lý thuyết chống giữ neo cũng đã có tiến triển tương đối lớn. Từng bước hiểu biết tác dụng mang tính quyết định của dự ứng lực trong chống giữ neo, tác dụng tăng cường hóa đối với cường độ đất đá xung quanh, tác dụng cố định chặt của neo đối biến dạng nở rời đối với tách lớp, trượt động, phát triển mở rộng khe nứt của bề mặt kết cấu trong khối đá xung quanh và tính quan trọng của việc bảo đảm duy tính nguyên vẹn của khối than đá xung quanh. Những nhận biết này đã nâng cao được hiệu quả chống giữ cho chống giữ neo, đặc biệt là đã cung cấp lý thuyết chỉ đạo có hiệu quả chống giữ đường lò ở điều kiện khó khăn.
2.1.1. Lý thuyết treo [7]
Lý thuyết treo cho rằng: tác dụng chống giữ của neo là đem lớp than đá khơng ổn định ở nóc lị treo lớp đất đá ổn định phía trên. Lý thuyết treo là lý thuyết chống giữ neo sớm nhất, nó vốn có đặc điểm trực quan, dễ hiểu và sử dụng tiện lợi. Đặc biệt là trên nóc có lớp đá ổn định, mà phía dưới nó tồn tại điều kiện lớp than đá vỡ rời, phá hủy (hình 2.1a) lý thuyết chống giữ loại này ứng dụng tương đối rộng rãi. Trong khối than đá xung quanh tương đối mềm yếu, sau khi đào
đường lò ứng suất phân bố lại, xuất hiện vùng than đá phá hủy tơi rời, phía trên nó hình thành vịm cân bằng tự nhiên, tác dụng của neo là đem vùng đá phá hủy vỡ rời treo lên vòm cân bằng tự nhiên (hình 2.1.b).
Nhưng lý thuyết treo cịn tồn tại một số nhược điểm sau đây:
Neo chỉ chịu lực trong trường hợp lớp than đá rời rạc hoặc cục đá khơng
ổn định hồn tồn tách rời với lớp đá ổn định mới bằng trọng lượng của lớp đá vỡ rời, mà điều kiện này thực tế ở đường lị trong mỏ khơng thấy nhiều;
Sau khi lắp đặt neo, biến dạng và tách lớp của lớp đá sẽ làm cho neo chịu
lực rất lớn còn vượt quá trọng lượng của lớp đá không bị phá hủy;
Khi neo xuyên qua lớp đá phá hủy, neo cung cấp lực cố định theo phương
pháp tuyến và tiếp tuyến, sẽ cải thiện cường độ tổng thể lớp đá phá hủy ở mức độ khác nhau, làm cho nó vốn có khả năng chịu tải nhất định. Còn lý thuyết treo không xem xét đến khả năng tự chịu tải của khối đá xung quanh;
a) b)
Hình 2.1. Tác dụng treo của chống giữ neo [7]
1- Neo; 2- Vùng đất đá mềm vỡ rời; 3- Lớp đá ổn định; a - Phía trên có lớp đá ổn định; b - Phía trên hình thành vịm cân bằng tự nhiên
Khi đất đá xung quanh mềm yếu và độ rộng đường lò tương đối lớn, neo
rất khó cố định được ở lớp đất đá ổn định phía trên hoặc trên vịm cân bằng tự nhiên. Lý thuyết treo không có phương pháp nào giải quyết, chống giữ neo trong điều kiện này vẫn cứ hữu hiệu.
Nói chung, lý thuyết treo chỉ xem xét tác dụng kháng kéo bị động của neo, không đề cập đến khả năng kháng cắt của nó và cải thiện cường độ tổng thể của khối đất đá vỡ rời, vì vậy lý thuyết tính tốn tải trọng neo khác biệt với thực tế tương đối lớn.
2.1.2. Lý thuyết tổ hợp xà (tạo dầm mang tải)[7]
Lý thuyết tổ hợp xà phù hợp với trường hợp nóc phân lớp. Đối với đầu cố định neo, nó cung cấp lực dọc trục làm cố định chặt ngăn chặn hiện tượng tách lớp đối với lớp đá, đồng thời còn làm gia tăng lực ma sát giữa mặt phân lớp của lớp đá, neo cung cấp lực kháng cắt cùng ngăn chặn sự trượt động xảy ra giữa các lớp đá. Đối với cố định neo toàn thân, neo và chất dẻo đồng thời cùng tác dụng, hiển rõ cải thiện tình hình chịu lực của neo, đã gia tăng khả năng khống chế tách lớp tại nóc và dịch chuyển theo phương ngang, hiệu quả chống giữ tối ưu hơn khi chỉ cố định ở phần đầu neo.
a) b)
Hình 2.2. Tác dụng tạo tổ hợp dầm của chống giữ neo [7] a - Khi chưa chống neo; b - Tạo tổ hợp dầm khi chống neo
Từ khảo sát góc độ chịu lực của lớp đá, neo đã ghim giữ chặt các lớp đất đá hình thành tổ hợp dầm (hình 2.2), giá trị tỉ lệ của ứng suất kéo lớn nhất mà tổ hợp xà chịu với ứng suất kéo lớn nhất mà xà xếp hợp lại là:
2 ax, 2 ax, 1 ( ) i m c m l i h h n (2.1)
Trong đó: max,c, max,l - Ứng suất kéo lớn nhất của tổ hợp xà và xà xếp chồng
nhau, MPa; hi - Độ dày của các lớp đá, m; n - Tổng số lớp đá. Biến dạng uốn lớn nhất của tổ hợp dầm là:
2 ax 2 WB = . 2 Et m (2.2)
Trong đó: W - Trọng lượng của tổ hợp dầm, MN/m2; B - Độ rộng của đường lò, m; T - Độ cao của dầm; E - Mô đun đàn hồi của đá, MPa.
Độ dày của tổ hợp dầm càng lớn thì giá trị biến dạng lớn nhất của dầm càng nhỏ. Lý thuyết tổ hợp dầm đã xem xét đầy đủ tác dụng cố định chặt của neo đối với tách lớp và dịch chuyển, nhưng nó thể hiện rõ sự tồn tại nhược điểm sau:
Rất khó xác định độ dày hữu hiệu của tổ hợp dầm. Nó đề cập đến rất
nhiều nhân tố ảnh hưởng chống giữ neo, hiện nay vẫn chưa có phương pháp nào đáng tin cậy để đánh giá độ dày hữu hiệu của tổ hợp dầm;
Chưa xem xét đến tác dụng của ứng suất ngang đối với cường độ của tổ
hợp dầm, tính ổn định và chịu tải của neo. Thực ra, trong đường lò ứng suất ngang tương đối lớn, ứng suất ngang là nguyên nhân chủ yếu gây phá hủy và mất ổn định nóc;
Chỉ thích hợp với nóc dạng phân lớp, với lại vừa khảo sát được tác dụng
cố định chặt đối với tách lớp và dịch chuyển, chưa đề cập đến ảnh hưởng của neo đối với cường độ khối đá, mô đun biến dạng và phân bố ứng suất.
2.1.3. Lý thuyết vịm gia cố [7]
Số lượng lớn thí nghiệm biểu hiện rõ, đã sử dụng lắp đặt neo trong lớp đất đá mềm yếu, vỡ rời, phá hủy, cũng có thể hình thành một kết cấu chịu tải. Chỉ cần khoảng cách giữa các neo và hàng neo đủ nhỏ, các thanh neo hình thành vùng ứng suất nén ép dạng hình quả trám đan xen nhau, đã có thể tạo nên vùng nén ép đồng đều trong khối đá như hình 2.3, nó có khả năng chịu được tải trọng do khối đá vỡ rời ở phía trên và bên ngồi của nó tác dụng. Khối đá trong vòm gia cố bị cố định chặt theo phương hướng kính và phương tiếp tuyến, ở trạng thái ứng suất 3 trục, khả năng chịu tải của khối đá được nâng cao, tác dụng chống giữ của neo là hình thành vịm gia cố có độ dày tương đối lớn và cường độ tương đối cao, độ dày của vịm càng lớn càng có lợi đối với ổn định của khối đá xung quanh.
Hình 2.3. Tác dụng tạo vịm gia cố của chống neo [7] 1 - Neo; 2 - Vòm gia cố
Nguyên lý gia cố vòm đã xem xét đầy đủ tác dụng tổng thể của chống giữ neo, đạt được ứng dụng tương đối rộng rãi ở đường lò đào trong đất đá mềm. Nhưng lý thuyết này đồng thời cũng tồn tại một vài nhược điểm hiển rõ:
Chỉ đơn giản là lấy tác dụng chống giữ gia cố tương tác nhau của các
neo, đưa ra được kết cấu chịu tải tổng thể của hệ thống chống giữ, thiếu đi sâu vào nghiên cứu đối với tính chất cơ học của khối đá gia cố và nhân tố ảnh hưởng đối với nó;
Nhân tố ảnh hưởng liên quan tới độ dày của vịm gia cố rất nhiều, rất khó
dự đốn chuẩn xác.
2.1.4. Lý thuyết ứng suất ngang lớn nhất [7]
Kết quả đo lượng ứng suất nguyên sinh dưới mỏ ở nước ngoài cho thấy, ứng suất ngang trong lớp đá ở rất nhiều trường hợp lớn hơn ứng suất thẳng đứng, mà ứng suất ngang vốn có biểu hiện tính có hướng; ứng suất ngang chính lớn nhất thể hiện rõ lớn hơn ứng suất ngang chính nhỏ nhất, loại xu thế này ở mỏ than nông càng thể hiện rõ. Vì vậy, tác dụng của ứng suất ngang từng bước đã được các nhà nghiên cứu nhận biết và coi trọng.
W.J.Gale học giả người Australia thông qua quan trắc hiện trường và phân tích mơ hình trị số, đưa ra tác dụng của ứng suất ngang đối với biến dạng và tính ổn định của đường lị (hình 2.4). Ơng cho rằng, đường lị chịu ảnh hưởng của ứng
suất ngang nhỏ nhất có lợi đối với ổn định nóc lị; ứng suất ngang lớn nhất vng góc với trục đường lò thì đường lị chịu ảnh hưởng của ứng suất ngang lớn nhất, tính ổn định của nóc đường lị kém nhất; khi trục đường lò và hướng của ứng suất ngang lớn nhất hợp với nhau một góc nhất định, một phía hơng của đường lò sẽ xuất hiện tập trung ứng suất ngang, biến dạng và phá hủy của nóc lị sẽ dần dần hướng về một bên hông nào đó của đường lị.
a) b) c)
Hình 2.4. Ảnh hưởng ứng suất ngang đối với biến dạng và phá hủy của đường lò a - Trục đường lò song song với phương ứng suất ngang lớn nhất;
b - Trục đường lò hợp với phương ứng suất ngang lớn nhất góc 450; c - Trục đường lị vng góc với phương ứng suất ngang lớn nhất
Tác dụng của ứng suất nằm ngang lớn nhất làm lớp đất đá nóc lò sẽ phát sinh phá hoại cắt, xuất hiện tơi rời và dịch chuyển lớp đá bị trương nở và biến dạng. Tác dụng của neo là khống chế trương nở dọc theo chiều dài neo và dịch chuyển trượt theo phương vng góc với nó của lớp đất đá, vì vậy yêu cầu neo cường độ lớn, độ cứng lớn và khả năng kháng cắt cao mới có thể đạt được tác dụng cố định chặt hai yếu tố trên. Đây cũng chính là kỹ thuật chống giữ neo của Australia đặc biệt nhấn mạnh nhân tố cường độ cao và cố định toàn thân.
2.1.5. Lý thuyết chống giữ vòng phá hủy khối đá xung quanh [7]
Đổng Phương Đình dựa trên nền tảng một loạt cơng việc nghiên cứu hiện trường và thí nghiệm, đề xuất lý thuyết chống giữ vòng phá hủy của khối đá xung quanh. Sau khi đào lò, khi ứng suất xung quanh của khối đá vượt quá cường độ của đất đá phát sinh rạn nứt mới, vùng phân bố của nó giống hình trịn hoặc hình elip gọi là vịng phá hủy của khối đá xung quanh. Khối than đá xung quanh một khi xuất hiện vòng phá hủy, tải trọng biến dạng lớn nhất của khối than đá xung quanh là biến dạng nở rời trong q trình phát sinh vịng phá hủy tơi rời, biến dạng trương nở thể tích vỡ rời của đá trong q trình phá hủy khối đá xung quanh là đối tượng chống giữ. Kết cấu chống giữ hiện có khơng thể ngăn chặn hữu hiệu phát sinh và phát triển của vòng phá hủy khối than đá xung quanh.
Độ dày của vòng phá hủy xung quanh chủ yếu là hàm số của cường độ khối đá xung quanh và ứng suất khối đá xung quanh, nó là một chỉ tiêu tổng hợp. Vịng phá hủy xung quanh càng lớn, biến dạng nở rời càng lớn, lượng biến dạng khối đá xung quanh càng lớn, chống giữ đường lò cũng càng khó khăn. Vì vậy, có thể căn cứ độ lớn của vịng phá hủy xung quanh tiến hành phân loại khối đá xung quanh, đồng thời đề xuất hình thức chống giữ tương ứng.
Căn cứ lý thuyết vòng phá hủy xung quanh đường lị, lấy chống giữ neo và bê tơng phun dựa vào đó phân làm 3 loại hình: 1 - Vịng phá hủy nhỏ (độ dày <400 mm), tác dụng chống giữ không thể hiện rõ, chỉ cần tiến hành chống giữ bê tông phun. 2 - Vịng phá hủy trung bình (độ dày từ 400 mm đến 1500 mm), chống giữ tương đối dễ, sử dụng lý thuyết treo tính tốn thiết kế tham số neo, điểm treo ở ngồi vịng phá hủy. 3 - Vòng phá hủy lớn (độ dày >1500 mm), tác dụng của neo là cung cấp lực cố định chặt cho khối đá vỡ nứt trong vịng phá hủy, giúp khơi phục được đến gần cường độ ban đầu khối đá đồng thời vốn có tính linh hoạt thu nhỏ, sử dụng lý thuyết vòm gia cố thiết kế tham số chống giữ neo. Có thể thấy, lý luận chống giữ vịng phá hủy đã xác định được điều kiện thích ứng và phạm vi sử dụng các loại lý thuyết chống giữ neo kinh điển.
2.1.6. Lý thuyết tăng cường hóa cường độ khối đá xung quanh [7]
Trên nền tảng kết quả nghiên cứu đã có của Hầu Triều Quýnh, đề xuất lý thuyết gia cường hóa cường độ khối đá xung quanh đường lị chống giữ neo. Nội dung chính của lý thuyết này là: 1 - Thực chất chống giữ neo là tác dụng tương hỗ