2.1.1 Hiện trạng các đường lò tại mỏ Tràng Bạch – Công ty Than Uông Bí:
Sau khi đào đường lò, trạng thái ứng suất xung quanh đường lò thay đổi, dẫn đến đất đá bị dịch chuyển, biến dạng. Mức độ biến dạng phụ thuộc vào rất nhiều thông số: vào tính
chất cơ lý của đất đá, vào điều kiện địa chất thủy văn, vào kích thước, hình dạng đường lò, vào chiều sâu đặt đường lò. Ngoài ra, còn phụ thuộc vào phương pháp đào.
Đất đá khi bị mất cân bằng do có xu hướng dịch chuyển vào trong đường lò làm cho chúng bị nứt tách, dịch chuyển, sụp đổ tạo áp lực lên khung chống.
Nhiều đường lò tại mỏ Tràng Bạch – Công ty Than Uông Bí bị hiện tƣợng nén lún : lò DV
Hình 2.1: Hiện t-ợng nén lún tại lò DV +30 cánh Tây khu ĐN [ảnh chụp hiện tr-ờng]
VT mức -150.TN, lò DV thông gió trung gian mức -60 V8(43) , lò DV băng tải LC mức -50 V11(46) , lò DV +30 cánh Tây khu ĐN , lò DV phân tầng - 60 phân chợ V8(43) blog2 ...
Bên cạnh hiện tượng nén lún, một số đường lò còn gặp đồng thời hiện tƣợng bùng nền. Đây là hiện tƣợng mỏ khi có tác động của công nghệ tạo khoảng trống trong lòng đất (đào các đường lò), đất đá xung quang khoảng trống bị chuyển dịch với tốc độ và áp lực lớn làm mất ổn định của đường lò.
Hiện tƣợng bùng nền đƣợc phân ra các dạng khác nhau:
- Bùng nền do áp lực cao đẩy trƣợt khối đất đá bao quanh làm nâng nền lò (Hình 2.2).
- Bùng nền do đất đá chứa nham thạch trương nở như sét kết hay betonit (Hình 2.3).
- Bùng nền do các yếu tố tổng hợp trên.
Hình 2.2: Hiện tượng bùng nền do nham thạch bị trương nở lò DV thông gió trung gian mức -60 V8(43) [ảnh chụp hiện trường]
Hiện tƣợng bùng nền chỉ xẩy ra trong khoảng trống khi đất đá bao quanh công trình kém bền vững, trong đất đá mỏ có các nham thạch có tính trương nở cao khi bị lộ trần tác động với hơi ẩm và nước.
Hình 2.3: Hiện tượng phá hủy đường lò DVVT mức -150.TN [ảnh chụp hiện trường]
2.1.2. Đặc điểm cấu tạo vỉa than tại mỏ Tràng Bạch
Các vỉa than có chiều dày biến đổi, càng xuống sâu càng mỏng dần, trung bình (1,8 2,5 m). Than bị phân phiến và phân lớp mạnh. Xen kẹp giữa các lớp than là lớp sét kết, sét than mềm bở dễ thầm nước, có độ dẻo cao.
Chiều dày các lớp dao động từ 1 3cm có góc cắm biến đổi từ 00 800. Lực liên kết giữa các lớp không cao, nhất là khi bị lộ trần tiếp xúc trực tiếp với không khí và hơi nước.
Khi bị lộ trần lực liên kết bị suy giảm rõ rệt. Có thể tách các lớp với nhau dễ dàng bằng dụng cụ nhƣ choòng, búa, v.v... Các lớp bị phân cắt bởi các mặt cắt theo các hướng mà chủ yếu là hướng vuông góc với vỉa và hướng xiên chéo mặt lớp, tạo nên các blog nhỏ dễ tách khỏi khối nguyên khi lộ trần
Vỉa than với góc dốc dao động từ 25 - 350. Chiều dày vỉa không ổn định.
Vỉa tạo thành lớp có chiều dày khác nhau. Cấu tạo vỉa không đồng đều nên ứng suất kéo tại vách và trụ tác động đến độ bền nguyên trạng của đá làm cho vỉa dễ bị biến dạng khi nham thạch trương nở hoặc đẩy trượt tạo nên sự biến đổi góc dốc các lớp. Việc bố trí các đường lò trong đá là một đặc thù riêng của các vỉa than tại mỏ Tràng Bạch khi vỉa than có chiều dày lớn từ mức -80 trở lên, độ bền than và đá trụ vỉa không cao.
Kết quả khảo sát và thu thập các số liệu ban đầu hoàn toàn phù hợp với nhận định sơ bộ của Công ty than Uông Bí đó là: “Điều kiện địa chất mỏ phức tạp, vỉa than dày, dốc không ổn định làm tăng chí phí và tác động lớn đến kế hoạch giá thành do phải chống xén, củng cố nhiều và thu hẹp bước chống.
Nhiều đường lò thi công xong trong một thời gian ngắn đã bị lún nén, bóp bẹp, bùng nền không đảm bảo tiết diện sử dụng, Công ty than Uông Bí đã phải thay đổi kết cấu vì chống sắt từ thép hình SVP22 và SVP27, thay cho thép SVP17; từ hình vòm sang hình móng ngựa, giảm bước chống từ 0,7m xuống còn 0,5m/vì hoặc nhỏ hơn; đánh khuôn gỗ tăng cường”.
2.1.3 Tính chất thạch học của đá trụ vách vỉa và lớp kẹp
Với chiều dày của vách và trụ vỉa than lớn tại mỏ Tràng Bạch gây ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của đường lò. Nếu độ bền nén đơn trục của đá
vách, trụ vỉa trung bình và cao thì đây là một điều kiện rất thuận lợi cho độ ổn định của đường lò dọc vỉa. Vách, trụ có chiều dày lớn và độ bền cao sẽ làm giảm tải trọng đất đá tác động lên khung chống. Ngƣợc lại khi độ bền nén đơn trục thấp, thì đây sẽ là nguyên nhân làm tăng tải trọng tác dụng lên khung chống. Do lực liên kết các lớp trong đá vách và trụ thấp, độ bền nhỏ, vòm cân bằng tự nhiên cao (theo Tximbarevich xem hình 2.4) do độ kiên cố (f) nhỏ.
Trong môi trường đất đá có độ bền thấp, bị phân lớp và phân phiến cộng với tính trương nở khi lộ trần, sử dụng thuyết tạo vòm áp lực dạng elip của Salustovich cho kết quả chính xác hơn bởi lý thuyết của có tính đến phản lực nền và hông, (xem hình 2.5).
Áp lực trương nở trong sét kết, sét có chứa hàm lượng betonit và khoáng montmorillorite cao khi lộ trần, do các khoáng có tính háo nước lớn, nên hút nước mạnh, với tốc độ cao và trương nở lớn. Áp lực trương nở này có thể đạt từ 1,5 2kG/cm2. Nhận định này hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu tính chất trương nở của sét, sét kết than khu vực Quảng Ninh nói chung và Tràng Bạch nói riêng trước đây. Sử dụng búa Schmidt xác định nhanh tính chất cơ học của đá trụ và vách vỉa 6, 7, 8 cho thấy độ bền của bột kết trụ vỉa thấp, chỉ dao động từ 30 45MPa, độ bền của đá vách dao động từ 20 40MPa.
Pnóc Ph Pnề
n
Pn
Ph
Hình 2.4 : áp lực tự nhiên theo Tximbarevic [2] Hình 2.5 : áp lực tự nhiên theo Salustovich [2]
Bột kết tại các trụ và vách vỉa có độ biến mềm và giảm bền cao. Đặc biệt sét và sét kết bị phong hoá nhanh. Do quá trình chà xát, đi lại nên sét kết trở nên dẻo có thể dát mỏng với chiều dày 0,5 1cm.
Sét kết và sét than khi ngậm nước bị trương nở mạnh, đẩy nền và hông lò gây biến dạng khác thường kết cấu chống.
Tốc độ trương nở và co ngót lớn phát triển theo nhịp vào các mùa khô và mƣa gây phá huỷ nghiêm trọng đến kết cấu chống. Đó là quá trình nén tăng từ từ gây áp lực lên toàn bộ khung chống và các mối liên kết nhƣ gông, văng, tấm chèn. Làm cho toàn bộ cấu kiện chịu tác động nén ép.
Việc khảo sát cho thấy còn những điểm chƣa thật sáng tỏ đối với các hiện tƣợng khung chống bị xé miệng cột, bị dàn phẳng trong khi các tấm chèn bê tông đúc sẵn chƣa hề bị phá huỷ.
Ngƣợc lại quá trình co ngót, hay còn gọi là quá trình dỡ tải, do không đồng đều bởi tính không đồng nhất trong phân bố khoáng vật cũng nhƣ các thạch học nhƣ sét kết, sét than nên có chỗ nới lỏng nhiều, có chỗ nới lỏng hoặc không nới lỏng gây nên biến dạng kết cấu chống và là nguyên nhân tự biến dạng của khung chống thép.
Vỉa có góc dốc lớn, than bị kẹp nhiều sét kết và sét than với áp lực trương nở cao làm cho áp lực trương nở từ chính hướng dốc của vỉa cả phía trụ và vách tăng lên. Ngoài áp lực do vùng biến dạng dẻo quanh đường lò tăng, cộng với áp lực trương nở trong vỉa lớn nên nền và hông lò bị đẩy vào khoảng trống đường lò.