Phân loại khối than đá xung quanh đường lò

7. Cấu trúc luận văn nghiên cứu

3.3. Đánh giá khả năng sử dụng vì neo trong đường lị dọc vỉa thơng gió

3.3.2. Phân loại khối than đá xung quanh đường lò

Dựa theo mặt cắt địa chất hình 3.2 đá vách và đá trụ là lớp đá bột kết, do vậy trong phân loại này tác giả tiến hành đánh giá phân loại khối than đá bột kết để xác định các chỉ tiêu của khối than đá này phục vụ cho công tác chống neo. Để đánh giá phân loại khối than đá ta sử dụng phương pháp phân loại RQD và RMR.

3.3.2.1. Phương pháp phân loại khối than đá theo Deere-hay phương pháp RQD

Phương pháp này do Deere đề xuất năm 1964. Deere D. U. đã nghiên cứu mối tương quan giữa độ dài của các mẫu lõi khoan với độ bền và độ nứt nẻ của đất đá, từ đó ơng đề xuất cơng thức tính giá trị RQD [15] như sau:

i 100% L RQD L  (3.1) Trong đó:

Li - Chiều dài của mỗi lõi khoan đá >100 mm;

L - Chiều dài của toàn bộ lỗ khoan được khảo sát, mm.

Trong trường hợp không xác định được RQD từ lỗ khoan thăm dò hoặc lấy mẫu theo công thức xác định RQD của Deere D. U., ta có thể tính tốn một cách gián tiếp như sau:

 Công thức thực nghiệm xác định chỉ tiêu RQD của Palmtrom (1975) [5]:

RQD = 115-3,3.JV, %. (3.2)

Trong đó:

JV - Tổng số khe nứt trên một đơn vị thể tích. Nếu JV  4,5 thì RQD = 100. Công thức thực nghiệm xác định chỉ tiêu RQD của Priert (1975) [5]:

RQD = 100.e -0,1. .(0,1.+1), %. (3.3)

Trong đó:

 Xác định chỉ tiêu RQD thông qua mối tương quan giữa RQD và đặc

điểm khối đá của Terzaghi (Bảng 3.3).

Bảng 3.3. Bảng đánh giá chỉ tiêu RQD của Terzaghi [5]

STT Đặc điểm khối đá Giá trị RQD

1 Đá cứng, liền khối 95100

2 Đá cứng, phân lớp, phân phiến 9095

3 Đá phân thành các khối, nứt nẻ trung bình 8590

4 Đá nứt nẻ thành từng cục, khối có kích thước

trung bình 7585

5 Đá nứt nẻ thành từng cục, khối nhỏ 3075

6 Đá bị cà nát, vẫn có các tính chất cơ học 030

Trên cơ sở giá trị RQD đã xác định, Deere D. U. phân khối đá ra làm 5 loại [15] theo Bảng 3.4 sau:

Bảng 3.4. Bảng phân loại khối đá theo RQD [15]

Chỉ số RQD % Chất lượng khối đá Cấp phân loại

90100 Rất tốt I

7590 Tốt II

5075 Trung bình III

2550 Yếu IV

025 Rất yếu V

Từ số liệu của các lỗ khoan thăm dò địa chất LKNB - 150 (T.B); 1759 (T.B), kết quả khảo sát, đo đạc tại các đường lò cho thấy: lớp đá bột kết vách vỉa 11 có phân lớp trung bình, chiều dày phân lớp 0,020,1 m, mật độ khe nứt từ 22

Thay giá trị ở vào công thức của Priert có thể xác định được một cách tương đối chính xác giá trị RQD = 35%. Với các giá trị RQD này, theo Bảng 3.4 cho thấy chất lượng than đá của khu vực này thuộc loại xấu. Để lựa chọn kết cấu chống dựa trên chỉ tiêu phân loại khối đá RQD, Merrit đã đưa ra sơ đồ hình 3.4.

Hình 3.4. Sơ đồ lựa chọn kết cấu chống dựa vào RQD [14] Dựa vào sơ đồ hình 3.4, với chiều rộng đường lị là 3,3 m với giá trị RQD = 35% thì đường lị dọc vỉa trên thuộc vùng “neo hệ thống (khoảng cách 12 m)”.

3.3.2.2. Phương pháp phân loại khối đá theo RMR

Trong quá trình phân loại khối đá, dự báo mức ổn định, lựa chọn chủng loại kết cấu chống giữ hợp lý cho cơng trình ngầm, Bieniawski Z.T. đã đề xuất một chỉ tiêu đánh giá ổn định tổng hợp cho khối đá - Chỉ tiêu RMR [5].

Chỉ tiêu RMR là chỉ tiêu tổ hợp từ hệ thống các chỉ tiêu địa cơ học có ảnh hưởng tới mức độ ổn định của khối đá. Chỉ tiêu RMR được xác định từ biểu thức [6]:

RMR=Rn+RRQD+RC+Rj+RW+RP (3.4)

Trong đó:

Rn - Lượng điểm tiêu chuẩn theo độ bền nén đơn trục của đá; RRQD - Lượng điểm tiêu chuẩn theo chất lượng khối đá của Deere;

RC - Lượng điểm tiêu chuẩn theo khoảng cách giữa các khe nứt cùng hệ; RJ - Lượng điểm tiêu chuẩn theo đặc điểm nứt nẻ;

RW - Lượng điểm tiêu chuẩn theo ảnh hưởng của nước ngầm đối với khối đá;

RP - Lượng điểm tiêu chuẩn theo sự ảnh hưởng của phương khe nứt đối với trục đường lò.

Độ bền nén đơn trục của đá (n) được xác định trong phòng thí nghiệm. Có thể xác định giá trị này bằng búa Schmidt tại hiện trường theo công thức thực nghiệm [5]:

n = e(0,818+0,059.r), MPa. (3.5) Trong đó:

r - Độ nẩy trên búa Schmidt.

Lượng điểm tiêu chuẩn được lựa chọn theo độ bền nén đơn trục thể hiện trong Bảng 3.5.

Bảng 3.5. Bảng xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo độ bền nén đơn trục của đất đá [5] của đất đá [5] STT Đặc điểm độ cứng của đá Độ bền nén đơn trục n (MPa) Mô tả đặc điểm đá Giá trị Rn

1 Đặc biệt cứng >250 Vỡ do đập búa mạnh liên tục 15

2 Rất cứng 250100 Búa đập vỡ, mảnh còn tươi 12

3 Cứng 10050 Đá bị vỡ do đập búa địa

chất, đập nhẹ 7

4 Cứng trung

bình 5025 Dao vạch có vết sâu,

bề mặt bị xước 4

5 Yếu 255 Dao không cắt được

6 Rất yếu 51 Dùng dao không cắt được 1

7 Đặc biệt yếu <1 Dùng dao bẻ được 0

Đường lò dọc vỉa có σn = 30 MPa → Chọn Rσn = 4.

RRQD lượng điểm tiêu chuẩn theo chất lượng khối đá của Deere thể hiện trong Bảng 3.6.

Bảng 3.6. Bảng xác định lượng điểm chuẩn theo RQD [5]

STT Giá trị RQD ( %) Giá trị RRQD 1 90100 20 2 7590 17 3 5075 13 4 2550 8 5 025 3

Đường lò dọc vỉa (RQD = 3035 %) chọn RRQD = 8.

RC - Lượng điểm tiêu chuẩn theo khoảng cách giữa các khe nứt cùng hệ. Tại điểm khảo sát phải xác định khoảng cách lớn nhất, nhỏ nhất, khoảng cách trung bình của tất cả các hệ khe nứt trong khối đá. Giá trị trung bình được chọn làm cơ sở để xác định lượng điểm tiêu chuẩu của khối đá. Lượng điểm tiêu chuẩn theo khoảng cách giữa các khe nứt cùng hệ xem Bảng 3.7.

Bảng 3.7. Bảng xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo khoảng cách giữa các khe nứt [5] giữa các khe nứt [5]

STT Khoảng cách giữa các khe nứt cùng hệ, S (cm) Giá trị Rc

1 >1000 30

2 300100 25

3 10030 20

4 305 10

5 <25 5

+ Lò dọc vỉa than thông gió 31101 có đất đá phân lớp dày trung bình 210 cm nên chọn RC = 10.

RJ - Lượng điểm tiêu chuẩn theo đặc điểm nứt nẻ: đánh giá độ mở của các khe nứt (nếu trong khe nứt có các chất lấp nhét thì khơng đánh giá là khe nứt mở được). Giá trị độ mở của các khe nứt RJ được xác định bằng thước kẹp.

Bảng 3.8. Bảng đánh giá độ mở của các khe nứt [5]

STT Độ mở (mm) Đặc điểm khe nứt Phân nhóm khe nứt

1 <0,1 Hoàn toàn khép Khe nứt khép 2 0,10,25 Khe nứt khép 3 0,250,5 Hơi mở 4 0,51,0 Khe nứt mở trung bình 5 1,010,0 Khe nứt mở rộng Khe nứt mở 6 10,0100,0 Khe nứt mở rất rộng 7 >100 -

Bảng 3.9. Bảng đánh giá đặc điểm chất lấp nhét [5] Cấp

phân loại

Đánh giá mức độ

phong hoá Đặc điểm bề mặt khe nứt

I Tươi, không phong

hố

Khơng có dấu hiệu phong hố hoặc chỉ có dấu hiệu biến đổi bề mặt tại một số vị trí, độ mở khe nứt <1 mm, đá cứng chắc.

II Phong hoá yếu Bề mặt biến đổi màu và giảm độ cứng.

III Phong hố vừa Một ít khống vật đá trên bề mặt bị phân huỷ

mềm hoặc bị vỡ vụn.

IV Phong hoá nặng Phần lớn khoáng vật đá trên bề mặt bị phân

huỷ như đất, đá tươi bị đổi màu vào gần tâm.

V Phong hố hồn tồn Tất cả khoáng vật đá trên bề mặt bị phân huỷ

vỡ vụn, bở rời hoàn toàn.

VI Dấu hiệu của đất Trên bề mặt khe nứt khơng cịn tính chất của

đá, chiều dày lớp phong hoá >5 mm.

Độ gồ ghề, nhám bề mặt của khe nứt (JRC, mm/m) được đánh giá bằng biên độ gồ ghề (a, mm) trên một đơn vị dài (L, m). Giá trị biên độ gồ ghề (a) được xác định bằng thước kẹp. Đặc điểm độ gồ ghề, nhám của bề mặt khe nứt thể hiện trong Bảng 3.10.

Bảng 3.10. Đặc điểm độ gồ ghề, nhám của bề mặt khe nứt [5] Cấp phân loại Đặc điểm nhóm Biên độ gồ ghề a, mm Đặc điểm bề mặt khe nứt I Nhấp nhô > 4 Nhám II 34 Mịn III 23 Nhẵn IV Gợn sóng >3 Nhám

V 23 Mịn VI 1,52 Nhẵn VII Phẳng >1,5 Nhám VIII 1,01,5 Mịn IX 0,51,0 Nhẵn

Xác định tính liên tục của các khe nứt: một khe nứt bị chặn bởi hai khe nứt của hệ khe nứt khác thì đoạn đó được biểu hiện tính liên tục của khe nứt. Một khe nứt bị chặn bởi một khe nứt của hệ khe nứt khác và một đầu bị bóp dần và kết thúc thì đoạn đó được biểu hiện tính liên tục của khe nứt. Từ các kết quả khảo sát, đánh giá ở trên, sẽ xác định được lượng điểm tiêu chuẩn theo đặc điểm nứt nẻ thể hiện trong Bảng 3.11.

Bảng 3.11. Bảng xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo đặc điểm nứt nẻ [5]

STT Đặc điểm khe nứt Giá trị

Rj 1 Mặt khe nứt nhám, gồ ghề, không liên tục, mặt tiếp xúc cứng,

thuộc loại khe nứt khép. 25

2 Mặt khe nứt ít gồ ghề hơn, mặt tiếp xúc cứng, thuộc loại khe

nứt khép có độ mở <1 mm. 20

3 Mặt khe nứt ít nhám, trơn, mặt tiếp xúc mềm, thuộc loại khe

nứt khép có độ mở <1mm. 12

4

Mặt khe nứt láng bóng, nhẵn, phẳng, chất lấp nhét trong khe

nứt nhỏ hơn 5 mm, thuộc loại khe nứt mở với độ mở 15 mm 6

5 Chất lấp nhét mềm và dày hơn 5 mm, mặt khe nứt láng bóng,

uốn lượn trơn, dễ tự trượt, thuộc loại khe nứt mở rộng 0

Lị dọc vỉa than thơng gió 31101: mặt khe nứt ít nhám, trơn, mặt tiếp xúc mềm, thuộc loại khe nứt khép có độ mở < 1mm vì vậy chọn RJ = 12.

RW - Lượng điểm tiêu chuẩn theo ảnh hưởng của nước ngầm đối với khối đá. Để xác định lượng điểm tiêu chuẩn này, cần mô tả tỉ mỉ đặc điểm của nước như: màu sắc mùi vị, phân tích tính ăn mòn, mức độ khơ ráo, ẩm ướt, sũng nước hay chảy thành dòng. Những vị trí có nước chảy thành dòng cần các định lưu lượng dòng chảy.

Từ các kết quả khảo sát, đánh giá ở trên, ta sẽ xác định được lượng điểm tiêu chuẩn theo yếu tố ảnh hưởng của nước ngầm đối với khối đá thể hiện trong Bảng 3.12.

Bảng 3.12. Bảng xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo yếu tố ảnh hưởng của nước ngầm [5]

STT Lưu lượng nước chảy,

l/phút Đặc điểm chứa nước Giá trị Rw

1 0 Khô ráo 15

2 010 Ẩm 10

3 1025 Ướt 7

4 25125 Nước nhỏ giọt 4

5 >125 Nước chảy thành dòng 0

Đất đá khu vực các đường lò đào qua có đặc điểm không có nước nhỏ giọt nên chọn RW = 15.

RP - Lượng điểm tiêu chuẩn theo sự ảnh hưởng của phương khe nứt đối với trục đường lò. Để xác định lượng điểm tiêu chuẩn này, cần biết được: Hướng đào lò từ trụ sang vách (lò đào thuận) hay đào hướng ngược lại (lò đào nghịch); phương vị của đường hướng dốc và góc dốc của các hệ khe nứt lớn (, ); phương vị của đường hướng dốc và góc dốc của các hệ khe nứt có hướng và vô hướng.

Từ các kết quả khảo sát, đánh giá ở trên, sẽ xác định được lượng điểm tiêu chuẩn theo ảnh hưởng của phương khe nứt đối với trục đường lò thể hiện trong Bảng 3.13.

Bảng 3.13. Bảng xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo yếu tố ảnh hưởng của phương khe nứt [5] Hướng đào lò và góc khe nứt

Phương khe nứt  trục lò Phương khe nứt //

trục lò

Lò đào thuận Lò đào ngược

= 450900 = 200450 = 450900 = 200450 = 450900 = 200450 Giá trị Rp 0 -2 0 -10 -12 -5

Với các đường lò dọc vỉa, góc dốc của các hệ khe nứt theo gốc dốc của vỉa, chọn RP = -5.

Tổng hợp lượng điểm của các tham số trên sẽ xác định được lượng điểm tiêu chuẩn RMR cho lò dọc vỉa than thông gió 31101:

RMR = 3+8+10+12+15-5 = 43

Tổng hợp lượng điểm của các tham số trên sẽ xác định được chỉ tiêu RMR. Trên cơ sở đó, có thể đánh giá, phân loại chất lượng khối đá theo chỉ tiêu RMR thể hiện trong Bảng 3.14.

Bảng 3.14. Bảng phân loại chất lượng khối đá theo chỉ tiêu RMR [5]

Giá trị RMR Chất lượng khối đá Cấp phân loại

100  80 Rất tốt I

80  61 Tốt II

60  41 Trung bình III

40 21 Xấu IV

< 20 Rất xấu V

Theo Bảng 3.14 cho thấy RMR đường lị dọc vỉa thuộc nhóm III tức là chất lượng khối đá thuộc loại trung bình.

Theo Cummings & Kendorski năm 1982 (hình 3.5) ta có thể xác định được các loại kết cấu chống tương ứng với các giá trị RMR đã tính tốn như sau:

 Đường lị có RMR = 43, ta có thể lựa chọn kết cấu chống giữ ở vùng (3)

tức là “neo dầy trung bình";

Hình 3.5. Sơ đồ lựa chọn kết cấu chống theo Cummings & Kendorski 1982 [6]

3.2.3.3. Tổng hợp lựa chọn kết cấu chống

Dựa vào kết quả đánh giá độ ổn định của đường lò, các chỉ tiêu phân loại khối đá theo RQD, RMR có thể lập được Bảng lựa chọn kết cấu chống cho các đường lò tương ứng theo từng chỉ tiêu như Bảng 3.15.

Bảng 3.15. Loại kết cấu chống đề xuất theo các chỉ tiêu phân loại khối đá [6]

STT Chỉ tiêu đánh giá Kết cấu chống được đề xuất

1 RQD = 35% "Neo hệ thống (khoảng cách 12 m)" (theo sơ đồ của Merrit)

2 RMR = 43 “Neo dầy trung bình" (theo Cummings & Kendorski năm 1982)

Bảng 3.15 cho thấy: kết cấu chống được đề xuất chung theo các chỉ tiêu là vì neo. Đường lò đào trong vỉa than, có thể xảy ra hiện tượng than sụt lở hoặc đá

vách rơi xuống do vậy sau khi nổ mìn phá than đá phải thực hiện ngay công tác lắp đặt neo.

Do điều kiện vách lò có độ ổn định thấp, thì cần phải gia cố để tăng độ ổn định cho đường lò, có thể sử dụng kết cấu chống bằng neo cáp để gia cố. Để đảm bảo an toàn cũng như theo kinh nghiệm thực tế thi công, thiết kế lựa chọn kết cấu chống giữ cho đường lò dọc vỉa than thông gió 31101 là neo CDCT kết hợp neo cáp và lưới thép. Tuy nhiên, trong thực tế thi công cần có những điều chỉnh phù hợp khi điều kiện địa chất gương lò có sự thay đổi.

3.4. Nhận xét

Với điều kiện đường lò đào trong than có hệ số độ kiên cố f = 2. Dựa vào phân loại khối đá theo RQD và RMR tính ra được khối đá vách và trụ có chỉ tiêu RQD = 35%, chỉ tiêu RMR = 43 do vậy điều kiện đá vách đá trụ ổn định. Mặt khác đường lò đào trong khối than đá không chứa nước, thời gian tồn tại của đường lò từ 35 năm, đường lò 1 đường xe có diện tích tiết diện nhỏ chiều rộng đào 3,3m, chiều cao đào 2,87m, nên khả năng sử dụng loại hình kết cấu chống neo kết hợp lưới thép và neo cáp là hoàn toàn phù hợp.

CHƯƠNG 4

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHỦNG LOẠI VÀ TÍNH TỐN THAM SỐ VÌ NEO CHỐNG GIỮ ĐƯỜNG LỊ DỌC VỈA THƠNG GIĨ 31101