CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHỐNG GIỮ CÁC ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA
3.1 Phân lo ại khối đá, lựa chọn kết cấu chống cho các đường lò xuyên vỉa
Năm 1973 Bieniawski đã đưa ra bảng phân loại, sử dụng trong xây dựng công trình ngầm theo thang điểm số khối đá RMR (Rock Mass Rating), có chú ý đến 6 yếu tố ảnh hưởng khác nhau, xác định theo biểu thức [9]:
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 (3.1) Trong đó:
I1: tham số xét đến độ bền nén đơn trục của đá;
I2: tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;
I3: tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;
I4: tham số thể hiện trạng thái của khe nứt;
I5: tham số thể hiện điều kiện nước ngầm;
I6: tham số thể hiện mối tương quan giữa thế nằm của các lớp và hướng đào của trục các công trình ngầm;
Cách tích các tham số và điểm số RMR cũng như các nhóm khối đá theo Bieniawski được thống kê trong bảng 3.01. Bieniawski cũng đã thiết lập mối tương quan giữa các giá trị RMR với “thời gian tồn tại ổn định” và “khẩu độ không chống” tương tự như phương pháp phân loại của Lauffer.
Bảng 3.01 Các tham số phân loại theo Bieniawski 1973, RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6, (*) – điều chỉnh 1989.
Tham số Trị số (điểm)
1 Độ bền của đá
Chỉ số nén điểm [MPa]
ISRM (1972)
>8
>10*
3-8 4-10 *
2-3
2-4* 1-2
Ở phạm vi này sử dụng độ bền
nén Độ bền nén
đơn trục [MPa]
>200
>250*
100-200
100-250 50-100 25-50 10-25 3-10 1-3
I1 15 12 7 4 2 1 0
2 Trị số RQD (theo Deere, 1963)
90-
100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%
I2 20 17 13 8 3
3
Khoảng cách khe nứt
>3m
>2m*
1-3m 0.6-2m*
0.3-1m 0.2-0.6m*
50-300mm 60-200mm
<50mm
<60mm
I3 30 20* 25
15*
20 10*
10
8* 5
4
Trạng thái khe
nứt
Bề mặt rất nhám, không
xuyên suốt, không chất lấp
nhét
Bề mặt nhám nhẹ,
cứng, độ mở <1mm
Bề mặt nhám nhẹ,
mềm, độ mở 1mmm
Bề mặt nhẵn trơn, độ mở
1-5mm, có lấp nhét, khe
nứt xuyên suốt
Chất lấp nhét mềm,
độ mở
>5mm, khe nứt xuyên
suốt I4
25 30*
20 25*
12 20*
6
10* 0
5
Nước ngầm
Chảy vào 10m đường hầm
Không có
nước chảy <25l/phút
25- 125l/p
hút
>125l/phút Áp lực nước/Ứng
suất lớn nhất 0 0.0-0.2 0.2-
0.5 >0.5
Trạng thái chung
Hoàn toàn khô ráo bốc
hơi *
ẩm ướt
Nước với áp
lực nhỏ
Xử lý nước khó khăn
I4 10 15* 10* 7 4 0
6
Góc dốc và đường phương của khe nứt
Rất thuận
lợi
Thuận lợi
Tương đối tốt
Không thuận
lợi
Rất không thuận lợi
I6
Đường hầm 0 -2 -5 -10 -12
Nền móng 0 -2 -7 -15 -25
Mái dốc 0 -5 -25 -50 -60
Để xác định I6, ta có thể xem bảng 3.02 về ảnh hưởng vị trí của khe nứt (đường phương, góc dốc) khi thi công đường hầm:
Bảng 3.02 Ảnh hưởng vị trí của khe nứt (đường phương, góc dốc) khi thi công đường hầm Đường phương vuông góc với trục đường
hầm (lò xuyên vỉa) Đường phương
song song với trục đường hầm (lò dọc vỉa)
Góc dốc (góc cắm) Cắm theo hướng
đào
Cắm ngược hướng đào
450-900 200-450 450-900 200-450 450-900 200-450 00-200
Rất thuận lợi
Thuận lợi
Tương đối thuận lợi
Không thuận lợi
Rất không thuận lợi
Tương đối thuận lợi
Không thuận lợi
Với giá trị tính toán được của RMR, ta có thể phân loại các nhóm khối đá và đánh giá cụ thể cho khối đá. Chi tiết xem bảng 3.03 và 3.04.
Bảng 3.03 Các nhóm khối đá RMR=I1+I2+…+I6 81-100 61-80 41-60 21-40 <20
Nhóm I II III IV V
Mô tả Rất tốt Tốt Tương đối tốt Xấu Rất xấu
Bảng 3.04 Ý nghĩa về các nhóm khối đá 1973 và sửa đổi 1978
Nhóm I II III IV V
Thời gian lưu không
(1973)
10 năm, khẩu độ
5m
6 tháng, khẩu độ
4m
1 tuần, khẩu độ
3m
5 giờ, khẩu độ 1.5m
10 phút, khẩu độ 0.5m Lực dính
kết MPa >0.3 0.2-0.3 0.15-0.2 0.1-0.15 <0.1 Góc ma sát
trong >450 400-450 350-400 300-350 <300 Thời gian
lưu không (1978)
10 năm, khẩu độ
15m
6 tháng, khẩu độ
8m
1 tuần, khẩu độ
5m
10 giờ, khẩu độ
2.5m
30 phút, khẩu độ
1m Lực dính
kết kPa >400 300-400 200-300 100-200 <100 Góc ma sát >450 300-450 250-350 150-250 <150
Đánh giá về chất lượng khối đá theo Bieniawski có thể được thể hiện như trong hình 3.1:
Hình 3.1 Phân loại khối đá theo Bieniawski (1973)
Với tính chất của đất đá tại các đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê, có thể áp dụng kết cấu chống neo chất dẻo cốt thép và neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép, bê tông phun. Cụ thể tại đường lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30 ÷IIK140 và đoạn từ IIK180÷IIK300. Trắc dọc địa chất của hai đoạn lò này được thể hiện trong hình 3.2 và 3.3.
Hình 3.2 Trắc dọc địa chất Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30 đến IIK140
Hình 3.3 Trắc dọc địa chất Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK180 đến IIK300
Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từIIK30 đến IIK140:
Đường lò đi qua các lớp đất đá bao gồm cát kết, bột kết, sạn kết. Trong
đó, chủ yếu là sạn kết, chiếm 85%, cát kết chiếm 10% và bột kết chiếm 5%.
Độ bền nén đơn trục của các lớp đất đá từ 200÷250 MPa. Các lớp đất đá ít bị phong hóa, số lượng khe nứt ít, độ mở khe nứt từ 0.5÷1mm, khoảng cách các khe nứt trung bình từ 0.5÷2m/khe nứt. Các khe nứt có bề mặt nhám nhẹ. Góc cắm các khe nứt từ 20º÷45º, vuông góc với trục đường lò, cắm theo hướng đào. Lưu lượng nước chảy và đường hầm thấp (<25l/phút). Trị số RQD:
75÷90% [2].
Bảng 3.05 : Các chỉ tiêu cơ lý bao quanh Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30 đến IIK140 [2]
Tên đá Giới hạn bền nén σn (MPa)
Giới hạn bền kéo
σk (MPa)
Lực dính kết
C (MPa)
Góc ma
sát ϕ(độ)
Khối lượng thể tích (g/cm3)
Tỷ
trọng Hệ số kiên cố
f
Sạn kết 112,6 19,9 45,1 37 2,54 2,57 8 ÷10 Cát kết 90,1 12,1 35,1 36,5 2,62 2,80 6 ÷ 8 Bột kết 42,2 9,3 18,9 37,2 2,59 2,69 4 ÷ 6
Đánh giá khối đá của lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK30
÷IIK140 theo các chỉ tiêu của RMR như sau (xem kết hợp bảng 3.01 và bảng 3.02):
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 15+17+15+25+7-2 = 77
Theo phân loại khối đá của Bieniawski, khối đá bao quanh đường lò được đánh giá là khối đá loại II có chất lượng đá tốt. Áp dụng theo Cummings
& Kendorski 1982 – mối liên hệ giữa kết cấu chống với phương pháp phân loại khối đá của Bieniawski, thì đường lò sử dụng kết cấu chống neo thưa.
Chi tiết xem hình 3.4.
Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từIIK180 đến IIK300:
Đường lò đi qua các lớp đất đá bao gồm cát kết, bột kết, sét kết và sạn kết. Trong đó, thành phần chủ yếu của đất đá là bột kết chiếm 80%, sạn kết chiếm 10% , sét kết chiếm 2% và cát kết chiếm 8%. Độ bền nén đơn trục của đất đá từ 50÷100 MPa, đất đá bị phong hóa nhẹ, số lượng khe nứt khá dày, khoảng cách giữa các khe nứt từ 0.2÷0.6m. Độ mở khe nứt từ 1÷5mm. Góc cắm các khe nứt từ 20º÷45º vuông góc với trục đường lò và cắm theo hướng đào. Hầu như không có nước chảy vào phía trong lò. Chỉ số RQD: 40÷70%
[2].
Bảng 3.06 : Các chỉ tiêu cơ lý bao quanh Lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK180 đến IIK300 [2].
Tên đá Giới hạn bền nén σn (MPa)
Giới hạn bền kéo
σk (MPa)
Lực dính kết
C (MPa)
Góc ma
sát ϕ(độ)
Khối lượng thể tích (g/cm3)
Tỷ
trọng Hệ số kiên cố
f
Sạn kết 106,6 20,2 44,1 32,2 2,60 2,55 8 ÷10 Cát kết 85,2 13,3 37,9 29,4 2,68 2,43 6 ÷ 8 Bột kết 39,1 10 19,8 28,1 2,55 2,66 4 ÷ 6
Sét kết 15,2 5,2 2,7 23 2,47 2,53 2 ÷ 4
Đánh giá khối đá của lò xuyên vỉa Tây Bắc I mức -220, đoạn từ IIK180÷IIK300 theo các chỉ tiêu của RMR như sau (xem kết hợp bảng 3.01 và bảng 3.02):
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 7+13+10+10+10-2 = 48
Theo phân loại khối đá của Bieniawski, khối đá bao quanh đường lò được đánh giá là khối đá loại III có chất lượng đá tương đối tốt. Áp dụng theo Cummings & Kendorski 1982 – mối liên hệ giữa kết cấu chống với phương pháp phân loại khối đá của Bieniawski, thì đường lò có thể sử dụng kết cấu chống neo, bê tông phun hoặc neo bê tông phun kết hợp lưới thép. Chi tiết xem hình 3.5.
Hình 3.4 Sơ đồ lựa chọn loại hình chống giữ hợp lý cho công trình ngầm theo Cummings & Kendorski 1982