4.3.1. Tớnh toỏn ỏp lực tỏc dụng lờn núc lũ chịu ảnh hưởng của khu vực khai thỏc lũ chợ
Như đó trỡnh bày tại chương 2, đối với loại hỡnh trụ nhõn tạo bằng kết cấu cũi gỗ, lý thuyết tớnh toỏn ỏp lực mỏ tỏc động lờn trụ sẽ được xỏc định theo giỏ trị chuyển vị của đỏ xung quanh đường lũ chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ [10]. Chi tiết tương quan giữa vị trớ đường lũ với cỏc lớp đỏ bao quanh xem hỡnh 4.3.
Hỡnh 4.3. Phõn lớp đất đỏ xung quanh lũ vận tải lũ chợ 14.5-19
1. Xỏc định cường độ khỏng nộn bỡnh quõn của đất đỏ xung quanh đường lũ chuyển vị dưới ảnh hưởng của ỏp lực tựa lũ chợ khai thỏc (Rccp)
Khu vực đất đỏ chuyển vị xung quanh đường lũ đi qua được giới hạn ở phạm vi chiều cao phớa trờn núc lũ bằng 1,5 lần chiều rộng đường lũ, về phớa nền lũ là 1,0 lần chiều rộng đường lũ (xem hỡnh 4.3). Đặc tớnh cỏc phõn lớp đất đỏ: 1- Cỏt kết, R=70 MPa, m1=0,258 m; 2- Bột kết, R=50 MPa, m2=3,729 m; 3- Than R=18 MPa, m3=5,725 m; 4- Bột kết, R=50 MPa, m3=3,603 m.
Trước tiờn, luận ỏn xỏc định độ bền tớnh toỏn của cỏc lớp đất đỏ xung quanh đường lũ khi xột đến mức độ phỏ hủy trong khối đỏ theo cụng thức:
Rc=R.kc (4.1)
Trong đú:
R – Giỏ trị cường độ nộn đơn trục trung bỡnh của cỏc lớp đỏ quanh đường lũ; kc – Hệ số cú kể đến sự phỏ hủy trong khối đất đỏ, kc=0,9;
Thay cỏc giỏ trị độ bền nộn R vào cụng thức trờn ta xỏc định được: Rc1=70*0.9=63 MPa; Rc2=50*0.9=45 MPa; Rc3=18*0.9=16,2 MPa; Rc4=5*0.9=45 MPa.
Từ giỏ trị độ bền nộn trung bỡnh ở cỏc lớp đỏ khỏc nhau, xỏc định được cường độ bền nộn đơn trục trung bỡnh của đất đỏ núc và nền lũ theo cụng thức:
Rc=70 Mpa Rc=50 Mpa Rc=50 Mpa Rc=15 Mpa 1 2 3 4
𝑅𝑐𝑐𝑝 =𝑅𝑐1.𝑚1+𝑅𝑐1.𝑚1+⋯+𝑅𝑛.𝑚𝑛
𝑚1+𝑚1+..+𝑚𝑛 (4.2)
Trong đú:
Rci….Rcn – Cường độ chịu nộn tớnh toỏn của cỏc lớp đỏ, MPa m1,…mn - Chiều dày của cỏc phõn lớp đỏ, m
Thay số vào cụng thức (4.2) ta cú:
- Cường độ bền nộn trung bỡnh của đất đỏ núc lũ là:
𝑅𝑡𝑘𝑝 =63.0,258 + 45.3,729 + 13,5.2,058
0,258 + 3,729 + 2,058 = 35,04 𝑀𝑝𝑎
- Cường độ bền nộn trung bỡnh của đất đỏ núc lũ và nền lũ:
𝑅𝑐𝑐𝑝=63.0,258 + 45.3,729 + 13,5.5,725 + 45.3,603
0,258 + 3,729 + 5,725 + 3,603 = 32,96 𝑀𝑝𝑎
2. Xỏc định giỏ trị chuyển vị của đất đỏ núc lũ:
Lũ DVVT 14-5-19 nằm trong phạm vị chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ đơn, giỏ trị chuyển vị núc và nền lũ được xỏc định theo cụng thức (2.6) như sau:
𝑈𝑘𝑝 = 𝑈𝑜𝑘𝑝+ 𝑈1. 𝑘𝑘𝑝. 𝑘𝑠𝑡. 𝑘𝑘 Trong đú:
𝑈𝑜𝑘𝑝 – Chuyển vị đất đỏ ở núc lũ trong cỏc đường lũ nằm ngang và nằm nghiờng khi chưa chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ, được tớnh toỏn theo cỏc cụng thức (2.8):
𝑈𝑜𝑘𝑝 = 𝑈𝑡𝑘𝑝𝑘𝛼𝑘𝑠𝑘𝐵𝑘𝑡
𝑈𝑡𝑘𝑝 – Chuyển vị đất đỏ phụ thuộc vào giỏ trị cường độ khỏng nộn Rc của đất đỏ núc lũ và độ sõu đặt cụng trỡnh, được xỏc định theo hỡnh 2.4, 𝑈𝑡𝑘𝑝 = 80 𝑚𝑚;
kα – Hệ số ảnh hưởng của gúc nghiờng phõn lớp đất đỏ và hướng khai đào lũ
cú tương quan với phõn lớp đất đỏ, với gúc nghiờng phõn lớp đất đỏ của đường lũ α≤20° , lựa chọn theo bảng 2.2, kα =1,0;
ks – Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của chiều rộng đường lũ, ks=0,2(b-1), thay
giỏ trị chiều rộng đường lũ b=4,03 m, xỏc định được ks=0,61;
kB – Hệ số tỏc động của cỏc đường lũ khỏc, đối với 1 đường lũ chọn kB=1,0; kt – Hệ số ảnh hưởng của thời gian đối với chuyển vị đất đỏ; lựa chọn theo đồ
thị hỡnh 2.5 với giỏ trị H/Rccp=350/32,96=10,6, xỏc định được kt = 1;
U1 – Chuyển vị đất đỏ trong vựng chịu ỏp lực tựa tạm thời gương lũ chợ khai
thỏc, được xỏc định theo đồ thị hỡnh 2.6, U1 = 350 mm;
kkp=0,8;
kst – Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của diện tớch mặt cắt ngang đường lũ sau
lỳn, tra bảng 2.4 xỏc định được kst=1,0;
kk – Hệ số đặc trưng của chuyển vị tổng thể đất đỏ núc, xỏc định theo đồ thị
hỡnh 2.7, kk=0,45;
Thay cỏc giỏ trị trờn vào cụng thức (2.6) ta xỏc định được giỏ trị chuyển vị tại núc lũ Ukp như sau:
𝑈𝑘𝑝 = 54,5 + 350 ì 0,8 ì 1 ì 0,45 = 177,5 (mm)
3. Xỏc định tải trọng tỏc động lờn đường lũ (P)
Tải trọng tỏc động lờn một một đường lũ được xỏc định theo cụng thức (2.9): 𝑃 = 𝑃𝑁𝑘𝑝𝑘𝑝𝑟𝑏
Trong đú:
PN- Tải trọng đơn vị tiờu chuẩn xỏc định theo giỏ trị chuyển vị và chiều rộng đường lũ thiết kế; tra bảng bảng 2.5, PN=64,15 kPa;
kp – Hệ số đặc trưng cho sự chuyển tải và mức độ ẩm ướt của đường lũ; được
tớnh toỏn cho cỏc đường lũ mở vỉa theo bảng 2.6, đối với cỏc đường lũ chuẩn bị thỡ kp=1;
kpr – Hệ số ảnh hưởng của kỹ thuật xõy dựng đường lũ, xỏc định theo bảng 2.7,
đường lũ khai đào bằng phương phỏp khoan nổ mỡn kpr =1; b - Chiều rộng đường lũ; b=4,03 m;
Tổng hợp kết quả tớnh toỏn, xỏc định được tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu chống thể hiện trong bảng 4.3 và 4.4 sau:
Bảng 4.3. Cỏc thụng số đầu vào để tớnh tải trọng tỏc dụng lờn vỡ chống
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu Đơn vị Trị số
1 Độ bền nộn trung bỡnh của đỏ núc lũ Rtkp MPa 35,04 2 Độ bền nộn trung bỡnh của đỏ núc và nền lũ Rccp MPa 31,8 3 Hệ số kể đến sự phỏ hủy trong khối đỏ kc - 0.9
4 Độ sõu của đường lũ H m 350
5 Chuyển vị đất đỏ phụ thuộc vào giỏ trị cường
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu Đơn vị Trị số
6 Hệ số ảnh hưởng của gúc nghiờng phõn lớp đất
đỏ và hướng khai đào kα - 1,0
7 Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của diện tớch mặt
cắt ngang đường lũ sau lỳn kst - 1,0 8 Hệ số xem xột đến ảnh hưởng của chiều rộng
đường lũ ks - 0,61
9 Hệ số tỏc động của đường lũ khỏc kb - 1,0 10 Hệ số ảnh hưởng của thời gian với chuyển vị kt - 1,0 11 Cỏc chuyển vị đất đỏ trong vựng ỏp lực tựa tạm
thời gương lũ chợ khai thỏc U1 mm 350 12 Tải trọng tớnh toỏn theo chuyển vị và chiều rộng lũ PN kN/m2 60,45
13 Hệ số ảnh hưởng của loại núc lũ theo sự phỏ hủy kkp - 0,8 14 Hệ số đặc trưng của chuyển vị tổng thế đỏ núc kk - 0,45 15 Hệ số đặc trưng cho sự truyển tải và mức độ ẩm
ướt trong đường lũ kp - 1,0
16 Hệ số ảnh hưởng của kỹ thuật xõy dựng đường lũ kpr - 1,0
17 Chiều rộng đường lũ b m 4,03
18 Chiều cao đường lũ h m 3,24
Bảng 4.4. Áp lực đất đỏ tỏc dụng lờn núc lũ
TT Cỏc thụng số Ký
hiệu
Đơn
vị Trị số
1 Chuyển vị của đất đỏ núc lũ ở trạng thỏi cơ bản Uokp mm 48,5 2 Chuyển vị của đất đỏ núc lũ khi chịu ỏp lực lũ chợ Ukp mm 170,9 3 Tải trọng đơn vị tiờu chuẩn của núc lũ PN kN/m2 60,45 4 Tải trọng tớnh toỏn lờn núc lũ P kN/m2 244
4.3.2. Tớnh toỏn, thiết kế trụ nhõn tạo chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19
Để phục vụ cụng tỏc chuẩn bị khai thỏc lũ chợ 14.5-19, theo thiết kế của Cụng ty than Khe Chàm, cần thi cụng đào khỏm chõn lũ chợ chiều cao 2,2m, chiều rộng
2,4m. Khỏm chõn lũ chợ được chống giữ trong thời gian khai thỏc lũ chợ bằng 4 cặp xà hộp HDFBC-3600. Để chống giữ ổn định khỏm chõn lũ chợ, đề tài lựa chọn giải phỏp chống giữ bằng cũi gỗ lưu kết hợp cột chống linh hoạt chế tạo từ cỏc đoạn thộp SVP. Chi tiết tớnh toỏn theo cỏc bước dưới đõy.
4.3.2.1. Tải trọng làm việc của một cũi gỗ
Tải trọng làm việc của một cũi gỗ được xỏc định theo cụng thức sau [18]: Pc = 𝑛.𝑆.𝜎𝑛
𝜓 (T/cũi) (4.3)
Trong đú:
n – Số gúc của cũi gỗ n = 4;
S – Diện tớch tiếp xỳc của 2 thanh gỗ cũi khi chịu nộn, S = 0,8*F, cm2;
F – Tiết diện ngang của gỗ cũi, thiết kế lựa chọn thanh gỗ làm cũi cú đường kớnh d = 160mm, chiều dài L = 1,4m;
n – Ứng suất nộn ngang thớ gỗ làm cũi. Chọn loại gỗ Keo, đường kớnh 16cm, cú n = 130 KG/cm2;
– Hệ số dự trữ bền ; = 2 3. Thay số vào, ta cú:
𝑃𝑐 =𝑛.𝑆.𝜎𝑛
𝜓 = 41,82 T/cũi
Trong trường hợp sử dụng cũi gỗ kết hợp cột chống thộp lắp ghộp từ thộp SVP 27, liờn kết bằng gụng M24, khả năng mang tải của cột chớnh là khả năng mang tải của khớp nối liờn kết. Tải trọng làm việc tối đa của cột chống trong trường hợp này là PK = 11,5 T/cột [14].
Như vậy, ta cú tổng khả năng mang tải của cũi gỗ và cột chống là: Pcl = Pc + 4*kc*PK= 27,88 + 4*0,95*11,5 = 85,52 T/cũi Trong đú:
kc – Hệ số điều kiện làm việc của cột thộp, kc = 0,95.
4.3.2.2. Mật độ bố trớ cũi gỗ tại khỏm chõn lũ chợ
Mật độ cũi gỗ được xỏc định theo cụng thức:
Trong đú:
P – Tải trọng đất đỏ tỏc dụng lờn kết cấu chống khỏm chõn lũ chợ; Pcl – Tổng khả năng mang tải của cũi và cột chống.
Thay số vào, ta cú:
Mật độ cũi bố trớ trong khỏm chõn lũ chợ là: Scl = 24,4
85,52 = 0,284 cũi/m2
4.3.2.4. Xõy dựng hộ chiếu chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19
Trờn cơ sở lựa chọn giải phỏp và tớnh toỏn cỏc thụng số kết cấu chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19, để đảm bảo độ an toàn, ổn định cho đường lũ và tạo điều kiện thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng, thiết kế lựa chọn hộ chiếu chống giữ khỏm chõn như sau:
- Chiều rộng khỏm theo chiều dốc 2,4m; số lượng cũi theo chiều dốc 02 cũi; khoảng cỏch giữa cỏc cũi theo chiều dốc 1,6m, theo phương 1,6m.
- Mật độ cũi bố trớ thực tế trong khỏm: 0,52 cũi/m2.
So sỏnh với mật độ cũi theo tớnh toỏn (0,284 cũi/m2), mật độ cũi bố trớ trong trụ nhõn tạo lớn gấp 1,83 lần. Như vậy, hộ chiếu chống giữ khỏm chõn bằng kết cấu cũi đề xuất (trụ nhõn tạo) đảm bảo yờu cầu. Chi tiết thể hiện bảng 4.5 và hỡnh 4.4.
Bảng 4.5. Cỏc thụng số của trụ nhõn tạo chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19
STT Cỏc thụng số Quy
cỏch Đơn vị Giỏ trị
1 Chiều rộng khỏm - m 2,4
2 Khoảng cỏch khỏm vượt trước gương lũ chợ - m 0,8 3 Số lượng cũi gỗ bố trớ trong khỏm theo hướng
dốc lũ chợ - cũi 2
4 Khoảng cỏch giữa cỏc cũi theo chiều dốc - m 1,6 5 Khoảng cỏch giữa cỏc cũi theo phương - m 1,6 6 Số lượng cột thộp theo hàng bố trớ theo chiều
rộng khỏm SVP27 cột 4
7 Khoảng cỏch giữa cỏc hàng cột thộp SVP27 mm 800 8 Mật độ cũi bố trớ theo tớnh toỏn - cũi/m2 0,284 9 Mật độ cũi bố trớ theo thực tế - cũi/m2 0,52
Hỡnh 4.4. Hộ chiếu trụ nhõn tạo chống giữ khỏm chõn lũ chợ 14.5-19
4.3.3. Tớnh toỏn, thiết kế gia cường bổ sung lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14.5-19
Thời điểm thi cụng trụ nhõn tạo, lũ DVVT 14-5-19 đó thi cụng hồn thiện một thời gian, vỉa 14-5 là vỉa dày, nờn việc thi cụng chống giữ gia cường bổ sung cho đường lũ bằng vỡ neo khụng thực hiện được. Do đú, việc gia cường cho lũ DVVT 14- 5-19 sẽ được thực hiện bằng hàng cũi xếp dọc theo phương phớa bờn trong đường lũ trong quỏ trỡnh tiến gương lũ chợ.
4.3.3.1. Kiểm tra khả năng mang tải kết cấu chống giữ lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14.5- 19
Tải trọng thực tế tỏc dụng lờn kết cấu chống lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 trong trường hợp chịu ảnh hưởng của khai thỏc lũ chợ 14.5-19 được xỏc định như sau:
Qtt =P * b * a , T/vỡ (4.5)
Trong đú:
P − Tải trọng đất đỏ tỏc dụng lờn kết cấu chống lũ dọc vỉa vận tải lũ chợ 14.5- 19, P = 25,9 T/m2;
b − Chiều rộng đường lũ khi đào, m;
a − Khoảng cỏch giữa cỏc vỡ chống lũ, m/vỡ. Thay số vào, ta cú:
Theo thiết kế, đường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 được chống giữ bằng vỡ chống thộp SVP27. Với tiết diện chống 10,9m2, chiều rộng đường lũ 4,03m, khả năng mang tải của vỡ chống là: 25T/vỡ <49,17. Như vậy, kết cấu chống hiện đang sử dụng khụng đảm bảo khả năng giữ ổn định đường lũ, cần cú biện phỏp gia cố, tăng cường khả năng chịu tải cho kết cấu chống.
4.3.3.2. Lựa chọn kết cấu chống giữ gia cường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19
Hộ chiếu chống giữ lũ DVVT 14-5-19 được Cụng ty than Khe Chàm tớnh toỏn mới chỉ tớnh đến tải trọng của đất đỏ trong phạm vi vựng sập lở, dịch chuyển xung quanh đường lũ ở thời điểm khai đào, mà chưa đề cập đến tải trọng gõy ra bởi ỏp lực tựa từ lũ chợ. Do đú, để đường lũ đảm bảo yờu cầu chống giữ trong quỏ trỡnh khai thỏc lũ chợ cũng như lưu giữ sử dụng lại, cần thiết phải chống giữ gia cường bổ sung đường lũ.
Lựa chọn giải phỏp chống giữ tăng cường cho cỏc vỡ chống bằng 03 thanh ray thộp P24 treo trờn xà (bằng gụng liờn kết) dọc theo đường lũ kết hợp cột chống thộp linh hoạt tăng cường bằng thộp SVP-22 chống lờn cỏc thanh ray. Cứ mỗi 02 vỡ chống (1,0m) sẽ chống cỏc cột chống tăng cường, số lượng 03 cột/vỡ. Bờn cạnh đú, để tăng mức độ ổn định, dọc theo đường lũ ở vị trớ giữa hai cột bớch phớa giỏp với lũ chợ sẽ xếp cũi gỗ, khoảng cỏch giữa cỏc cũi là 2,0m. Phạm vi treo ray P24 tại lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 vượt trước gương lũ chợ 25 ữ 30m. Hộ chiếu chống giữ tăng cường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 thể hiện trong hỡnh 4.5.
A
A
B
B Ray P24 gia cu?ng
Hỡnh 4.5. Hộ chiếu chống giữ tăng cường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19
4.3.3.3. Kiểm tra kết cấu chống giữ gia cường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19
Từ hộ chiếu chống giữ tăng cường lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 trờn đõy, cú thể thấy: với mỗi một cũi gỗ kết hợp với 02 hàng cột bớch SVP-22 sẽ giỳp chống giữ gia cường cho 04 vỡ chống lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 (tương đương 2,0 một lũ). Như vậy ta cú:
- Khả năng mang tải bỡnh quõn của vỡ chống kết hợp kết cấu gia cường lũ dọc vỉa 14.5-19 là: Qg = 4∗𝑃𝑣𝑐+𝑃𝑐+6∗𝑃𝐾 2 = 4∗25+41,82+6∗11,5 2 = 105,41 𝑇/𝑚 (4.6) Trong đú:
Pvc − Khả năng mang tải của một vỡ chống lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19, Pvc=25T; Pc − Khả năng mang tải của cũi gỗ;
PK − Khả năng mang tải của cột bớch SVP.
- Tải trọng núc phõn bố dọc trục lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19:
Qdv = P*b = 24,4 * 4,03 = 104,37 T/m (4.7) Trong đú:
P − Áp lực núc lũ tỏc dụng lờn kết cấu chống T/m2; b − Chiều rộng đường lũ khi đào, m.
Từ cỏc kết quả tớnh toỏn trờn cho thấy: Khả năng mang tải bỡnh quõn của vỡ chống kết hợp kết cấu gia cường trờn một một lũ dọc vỉa 14.5-19 là Qg= 105,41 T lớn hơn tải trọng núc phõn bố dọc trục lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19 Qdv = 98,33 T. Như vậy, kết cấu chống giữ gia cường đó lựa chọn là phự hợp và đảm bảo điều kiện giữ ổn định lũ dọc vỉa vận tải 14.5-19.