Giáo trình thi công giếng đứng phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

Thông gió khi đào giếng 4.1.1.Đặc điểm thông gió giếng đứng Thông gió khi đào giếng có nhiệm vụ hoà loãng bụi và các khí độc sinh ra trong quá trình nổ mìn, các khí độc thoát ra từ vỉa

CHƯƠNG 4 CÁC CÔNG TÁC PHỤ KHI ĐÀO GIẾNG ĐỨNG 4.1 Thông gió khi đào giếng

4.1.1.Đặc điểm thông gió giếng đứng

Thông gió khi đào giếng có nhiệm vụ hoà loãng bụi và các khí độc (sinh ra trong quá trình nổ mìn, các khí độc thoát ra từ vỉa trong quá trình thi công) xuống dưới nồng

độ quy định và đưa ra khỏi giếng, cung cấp khí sạch bảo đảm hàm lượng không khí ở gương giếng theo đúng quy phạm (hàm lượng O2 20%; CO2  0,5% CO  0,01% theo thể tích, nhiệt độ không quá 260C, độ ẩm tương đối không lớn hơn 90%)

Về mặt thông gió, giếng đang đào là một đường lò cụt và khác các đường lò khác ở chỗ:

- Giếng đào theo phương thẳng đứng, quá trình đào thay đổi về cao độ nên trong giếng có sự chuyển động tự nhiên của không khí dưới tác dụng của trọng lực Ngay cả khi không có quạt người ta cũng quan sát thấy ở thành giếng có dòng không khí đi xuống với tốc độ khoảng 0,20,3m/s, còn ở giữa giếng có dòng không khí đi lên với tốc độ 0,2 1m/s

- Lượng nước chảy vào giếng có tác dụng trung hoà hàng loạt khí độc (NO2, CO ) tạo thành sau khi nổ mìn

4.1.2.Các sơ đồ thông gió giếng đứng

Thông gió cho giếng khi đào vẫn mang đặc điểm thông gió cục bộ cho gương

lò độc đạo Lúc này, người ta có thể sử dụng một trong ba sơ đồ thông gió sau:

+ Thông gió đẩy (hình 4.1.a) + Thông gió hút

+ Thông gió hỗn hợp (hình 4.1.b)

Trong ba sơ đồ này thì sơ đồ thông gió đẩy được sử dụng rộng rãi nhất vì đơn giản, hiệu quả thông gió nhanh, chiều khuyếch tán của gió bẩn cùng với chiều khuyếch tán của khí độc

Nhược điểm là tăng sức cản khí động học khi không khí chuyển động trong đường ống, trong các giếng sâu thì chiều dài và khối lượng của đường ống rất lớn(có thể đạt 40 60T hoặc hơn nữa)

Hình 4.1 : Các sơ đồ thông gió khi thi công giếng đứng

a,Sơ đồ thông gió đẩy b, Sơ đồ thông gió hỗn hợp

4.1.3 Thiết bị thông gió

a.Máy quạt

Khi đào giếng cũng như đào các đường lò khác, có hai chế độ thông gió:

- Chế độ thông gió thứ nhất: thông gió tích cực sau khi nổ mìn, khoảng 30 phút (sau

đó làm việc tiếp 2h)

- Chế độ thông gió thứ hai: Thông gió thường trực trong suốt thời gian đào giếng Để

thông gió có thể sử dụng quạt chiều trục hoặc quạt ly tâm Quạt chiều trục có năng suất lớn song hạ áp bị hạn chế Quạt ly tâm có hạ áp lớn song khi vận hành lại gây tiếng ồn cho nên chỉ dùng để thông gió cho các giếng sâu

Để đảm bảo kinh tế có thể đấu song song hai quạt: một quạt dùng theo chế độ thứ nhất (quạt chính) quạt kia dùng theo chế độ thứ hai (quạt phụ) Giải pháp thông gió thường thấy hiện nay là dùng một quạt với hai chế độ tương ứng với hai tốc độ vận hành

b Ống thông gió

Khi đào giếng có thể dùng ống gió cứng hay ống gió mềm với đường kính

3001200 mm (thường dùng 300  800mm)

Ống gió cứng làm bằng tôn gồm các đoạn dài 2 4m và nối với nhau bằng bu lông mặt bích và vòng đệm bằng cao su Ống gió cứng được neo giữ vào thành giếng hoặc vào xà ngang

Ưu điểm của ống gió cứng là chắc chắn, độ bền cơ học cao, ít gây tổn thất gió Nhược điểm là:

- Khối lượng lớn;

b) a)

- Dễ bị ăn mòn khi nước có tính axít ;

- Tháo lắp và sửa chữa phức tạp Hơn nữa khi sử dụng ống gió cứng thì việc nối dài ống gió phải thực hiện ở gương giếng

Ống gió mềm làm bằng vải bạt tráng cao su hoặc bằng vải sợi tổng hợp, gồm các đoạn dài 5m và 10 m, nối với nhau bằng ống nối kim loại và bu lông vòng Ống nối có chiều dài 0,4m và đường kính bằng đường kính của ống gió Ống gió mềm được treo trên hai dây cáp thả từ trên mặt đất xuống, đôi khi cũng được neo giữ vào vỏ chống giếng

Ưu điểm của ống gió mềm:

- Khối lượng nhỏ, số lượng mối nối ít

- Ít bị ăn mòn

Tuy nhiên cần chú ý, ống gió mềm có độ bền cơ học nhỏ nên dễ bị thủng, rách gây tổn thất gió

Khi sử dụng ống gió mềm, công tác nối dài ống gió có thể thực hiện ngay ở trên miệng giếng

a - ống gió treo bằng dây cáp

b - ống gió treo vào vỏ chống cố định c- chi tiết nối ống gió mềm

Đường kính của ống gió chọn tuỳ thuộc vào chiều sâu và đường kính của giếng đứng, có thể chọn đường kính ống gió theo kinh nghiệm như bảng 4.1[2]

Chiều sâu giếng đứng (m) Đường kính trong giếng đứng

(m)

Đường kính ống gió (m)

 350  6,0 500

Theo nguyên tắc an toàn miệng ống gió phải cách gương giếng một khoảng (l) không quá 15 m và xác định như sau:

Trong đó :

k - Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ thông gió, theo kinh nghiệm khi áp dụng sơ đồ thông gió đẩy k = 6; khi áp dụng sơ đồ thông gió hút k = 3

Sg - Diện tích mặt cắt ngang khi đào của giếng (m2) 4.1.4.Tính chọn quạt

Việc tính toán chọn quạt bao gồm:

- Chọn sơ đồ thông gió;

- Xác định lượng không khí cần thiết đưa vào gương;

- Lựa chọn loại và đường kính ống gió;

- Xác định hạ áp và năng suất cần thiết của quạt;

- Chọn quạt

a Lượng không khí cần thiết đưa vào gương để thông gió

Lượng không khí cần thiết để đưa vào gương để thông gió có thể xác định theo

- Lượng thuốc nổ nổ đồng thời lớn nhất;

- Số người làm việc đông nhất tại gương giếng

 Lượng không khí cần thiết thông gió cho giếng đứng sau khi tiến hành công tác khoa

nổ mìn có thể xác định theo công thức V.N.Varonhin [9]:

3

2 0 2 2 1

8 , 7

u

c

k

k H S A t

Trong đó:

Sc- diện tích mặt cắt ngang giếng bên trong vỏ chống (m2)

t- thời gian thông gió tích cực sau khi nổ mìn (phút);

A- khối lượng thuốc nổ nổ đồng thời lớn nhất ở gương (kg);

H- chiều sâu lớn nhất của giếng cần thông gió;m

k0 - hệ số tính tới ảnh hưởng của nước làm giảm mức độ tập trung của khí và bụi nổ có thể chọn theo bảng 4.2[2]

ku - hệ số tổn thất không khí trong đường ống;

Đối với giếng có chiều sâu lớn, khi H > Hgh thì trong các công thức tính toán phải sử dụng giá trị Hgh tính theo công thức dưới đây thay cho giá trị H:

u c

t gh

k S

k b A H

5 , 12

Ở đây:

b- lượng khí độc sinh ra khi nổ 1kg thuốc nổ, b= 40lít/kg khi nổ trong đá và b= 100lít/kg khi nổ trong than

kt – hệ số dòng chẩy rối, xác định phụ thuộc vào tỉ số L1/dn

L1 - khoảng cách từ miệng ống gió tới gương(m); L1 = (1215)m

dn - đường kính qui đổi của ống gió(m); dn = 1,5d d- đường kính thực tế của ống gió;m

1 Giếng khô với chiều sâu bất kỳ vàgiếng ướt sâu tới 200m 1,0

2 Giếng ướt sâu trên 200m với lượng nước 6m3/h 0,6

3 Giếng ướt sâu trên 200m với lượng nước 615 m3/h 0,3

4 Giếng ướt sâu trên 200m với lượng nước trên 15 m3/h 0,15

Giá trị của kt có thể lấy theo bảng 4.3

L1/dn 4,8 5,4 6,35 7,72 9,60 12,10 15,80 21,85 30,8

kt 0,3 0,335 0,395 0,460 0,529 0,60 0,672 0,747 0,810

Hệ số tổn thất không khí trong đường ống có thể xác định như sau:

c

n u

Q

Q

k 

Qn – lượng không khí quạt đưa vào đầu ống gió;m3/phút

Qc – lượng không khí thoát ra tại cuối ống gió; m3/phút Đối với ống gió kim loại thì

2

1 3

.





















z

c t c u

l

k R H d k

Ở đây:

Hc – chiều dài tổng cộng của ống gió;m

Rt – sức cản khí động học của đường ống, nó có thể xác định theo biểu thức sau đây:

k

c t

R d

H R



 6,55.

 - hệ số sức cản khí động học của đường ống (N.s2/m4); đối với ống gió kim loại đường kính d= (0,41,2)m thì  = 0,00036 0,00025;

lz – chiều dài của một đoạn ống gió;m

kc – hệ số nối chặt; kc = 0,003 khi mối nối xấu; kc = 0,0005 khi nối chặt có gioăng cao su;

Rk – sức cản khí động học của đường ống khi chuyển vuông góc từ quạt xuống giếng, giá trị của nó phụ thuộc vào đường kính thực tế của ống gió, có thể chọn theo bảng 4.4:

Rk(N.s2/m3) 0,79 0,58 0,3 0,17 0,11 0,07 0,03

k0 – hệ số ngậm nước Khi lưu lượng nước chảy vào giếng qn >1m3/h và chiều sâu giếng H  200m thì chọn k0 = 0,8; Khi Q =(16) m3/h và H200m thì k0 = 0,6;

Khi Q =(615) m3/h thì k0 = 0,3; Khi Q>15m3/h thì k0 = 0,15;

 Lượng không khí cần thiết thông gió cho gương giếng trong một đơn vị thời gian theo điều kiện số người làm việc lớn nhất trong gương, có thể xác định [9]:

Q2 = 6.n.k; m3/phút Trong đó:

n- số người làm việc lớn nhất trong gương giếng;người

k – hệ số dự trữ; k= 1,151,25;

 Lượng không khí cần thiết thông gió cho gương giếng trong một đơn vị thời gian tính theo điều kiện tốc độ gió nhỏ nhất;

Q3 = 60.Vmin.Sc; m3/phút Trong đó:

Vmin– tốc độ gió nhỏ nhất cho phép chuyển động trong giếng; theo quy phạm khi đào giếng lấy Vmin = 0,15m/s;

 Năng suất của quạt gió được xác định trên cơ sở giá trị lớn nhất Qmax trong ba giá trị lưu lượng gió được xác định ở trên có tính đến hệ số tổn thất gió trong đường ống ku;

Qquat = Qmax.ku; m3/phút Quạt gió được lựa chọn theo giá trị năng suất tính toán (Qquat) và hạ áp cần thiết của quạt là Hq, giá trị Hq có thể tính theo công thức:

Hq = Rt 2

quat

Q ;mmcột nước

Dựa vào các giá trị của Qquat và Hquat, dựa vào các bảng tra hoặc chính xác hơn thì có thể chọn quạt theo đường đặc tính của quạt và đường ống(bảng 4.5)[9] ;

Bảng 4.5

Chỉ tiêu

tâm,

VS-7

Công suất độnhg

Kích thước cơ bản:

4.2 Thoát nước

4.2.1.Đặc điểm của thoát nước giếng đứng

Khi xây dựng các giếng mỏ luôn luôn phải tiến hành thoát nước Lượng nước ngầm chảy vào giếng lớn hay nhỏ phụ thuộc vào điều kiện địa chất thuỷ văn của các lớp đất

đá đào qua, hệ số thấm, diện tích mặt cắt ngang giếng, khả năng cách nước của vỏ chống Nước có thể chảy trực tiếp từ các lớp đất đá chứa nước hoặc là thấm qua thành giếng Khi đào giếng lượng nước chảy vào giếng là một trong các yếu tố chính ảnh hưởng tới tiến độ thi công, năng suất lao động và chất lượng vỏ chống Theo các kết quả nghiên cứu, khi lưu lượng nước (612) m3/h thì năng suất lao động giảm 10%; khi lưu lượng nước đến 20m3/h thì năng suất giảm 2530%, cứ tăng lưu lượng nước 1m3/h thì tốc độ đào giếng giảm 1%[9] Nước thấm qua vỏ chống sẽ rửa lũa xi măng của các đoạn vỏ chống mới đổ làm giảm độ bền và độ cách nước của vỏ chống Khi lưu lượng nước  8m3/h thì có thể đào giếng bằng các phương pháp thông thường, cũng có thể áp dụng phương pháp thông thường khi lưu lượng nước đạt (2025)m3/h, tuy nhiên lúc này thì năng suất lao đọng và tốc độ đào sẽ rất thấp Trong trường hợp lưu lượng nước lớn như vậy cần sử dụng các phương pháp đào đặc biệt như đóng băng nhân tạo, bơm

ép vữa(ximăng), hạ mực nước ngầm

Khi xây dựng giếng đứng có ba phương pháp thoát nước cơ bản:chuyển nước từ gương giếng lên bằng các thiết bị thoát nước, hứng nước chảy vào trạm bơm rồi bơm chuyển lên mặt đất, hạn chế lượng nước chảy vào giếng bằng cách ép vữa lấp đầy các khe nứt trong các lớp đá chứa nước bằng vữa ximăng, vữa đất sét, bitum, đóng băng nhân tạo

1.Phương pháp thoát nước trực tiếp

Thoát nước trực tiếp khi đào giếng có thể thực hiện bằng thùng tròn hoặc máy bơm

a Thoát nước bằng thùng tròn

Khi sử dụng phương pháp này nước được các máy bơm gương chạy khí nén bơm trực tiếp vào thùng tròn và chuyển lên mặt đất cùng với đất đá Khi đó nước sẽ lấp đầy khoảng trống giữa các cục đất đá Trong thời gian khoan và nạp mìn, xây dựng vỏ chống cố định nước sẽ được bơm từ gương vào các thùng tròn không chở đá Lượng nước có thể đưa lên mặt đất bằng phương pháp này mà không làm giảm năng suất của thiết bị trục chuyển đất đá, có thể xác định theo công thức:

Q = n.V t k 1 k 2 (m 3 /h) (4.7)

Trong đó:

n - số lần trục trong một giờ

Vt- dung lượng thùng tròn, hoặc dung lượng tổng cộng của thùng tròn được bốc đồng thời tại gương giếng (m3)

k1 - hệ số chứa của thùng tròn, thường lấy k1 = 0,750,8

k2- hệ số tính đến thể tích các lỗ rỗng của đất đá rời do nổ mìn

Đối với đất đá mềm k2 = 0,30,4

Đối với đất đá rắn cứng trung bình k2= 0,40,5

Đối với đất đá rất rắn cứng k02= 0,50,6

Thoát nước bằng thùng tròn là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất, nhưng chỉ áp dụng được khi lượng nước được đưa lên bằng thùng cùng với đất đá (W) lớn

hơn lưu lượng nước chảy vào giếng (q) hay W > q n = 45 m 3 /h;

b Thoát nước bằng máy bơm

Khi lưu lượng nước ngầm chảy vào giếng lớn, qn > 6  8 m3/h, không thể thoát hết bằng thùng tròn được Khi ấy, phải thoát nước bằng máy bơm Có thể áp dụng một trong hai sơ đồ sau:

+ Sơ đồ thoát nước một bậc

+ Sơ đồ thoát nước nhiều bậc

- Sơ đồ thoát nước một bậc:

Nước được máy bơm bơm trực tiếp từ gương giếng đưa lên mặt đất Điều kiện để

áp dụng sơ đồ thoát nước một bậc là: Hd H; mcột nước

Ở đây:

Hđ - chiều cao đẩy lớn nhất của máy bơm; ; mcột nước

H- chiều sâu lớn nhất của giếng khi đào;m

Ưu điểm của sơ đồ thoát nước một bậc là:

- Trang thiết bị đơn giản;

- Tốn ít công phục vụ, trong nhiều trường hợp có thể tự động hoá việc thoát nước ở gương

- Không tốn chi phí xây dựng bể trung gian và trang bị máy bơm trung gian,

Nhược điểm:

- Máy bơm gương nhanh hỏng do nước ở gương lẫn nhiều bùn cát,

- Chiều cao thoát nước hạn chế, không sử dụng được cho các giếng sâu;

Sơ đồ thoát nước này thường sử dụng máy bơm treo Nếu giếng sâu tới 250 m, thường sử dụng máy bơm điện loại H- 50-12M; H; còn giếng sâu tới 400m, dùng máy bơm điện B-2 (hình 4.4) Đặc tính của các máy bơm do Nga sản xuất sử dụng khi đào giếng có thể tham khảo bảng 4.6:

Hình 4.3 : Sơ đồ bơm nước vào thùng tròn bằng máy bơm gương 1- ống dẫn khí nén

2- Ống thoát khí 3- Máy bơm gương 4- Ống dẫn nước

5- Đất đá

6- Thùng tròn

Bảng 4.6

Loại máy

bơm

Năng suất,

m3/h

áp lực bơm, Mpa

Công suất cộng cơ,kW

Chi phí khí nén,

m3/s

Kích thước cơ bản,mm Khối

lượng,kg Dài Rộng Cao

Bơm treo phục vụ đào giếng



Bơm gương chạy khí nén

Bơm trung gian trục ngang

Máy bơm treo thường có cả ống hút và ống đẩy Ống hút bằng cao su dài 6,58 m

và có đường kính bảo đảm tốc độ của nước không quá 2m/s Đầu ống hút có hộp hút Ống đẩy bằng kim loại có đường kính bảo đảm tốc độ nước không quá 3m/s

Máy bơm treo thường dùng ống có đường kính trong 100 mm, còn đối với máy bơm cố định thường dùng ống đẩy đường kính A=79 145mm Các đoạn ống dài từ

49m, thành ống dày 47mm Các đoạn ống kim loại nối với nhau bằng bulông mặt bích, giữa các mặt bích có vòng đệm cao su dày 3 5 mm

Máy bơm cùng với ống và cáp điện (cung cấp cho động cơ máy bơm) treo vào dây cáp rồi thả xuống giếng theo tiến gương của giếng, một đầu cáp buộc vào sàn dòng dọc, đầu kia buộc vào tang tời quay chậm Ống thoát nước cũng thường treo bằng neo vào vỏ giếng cố định Máy bơm treo cách gương một khoảng không quá chiều cao hút của bơm

- Sơ đồ thoát nước nhiều bậc

Khi chiều sâu của giếng vượt quá chiều cao bơm của máy bơm treo thường dùng trong trường hợp thoát nước một bậc, áp dụng sơ đồ thoát nước nhiều bậc theo một trong hai phương án sau:

Phương án 1: Dùng máy bơm gương bơm nước từ gương giếng lên độ cao 2560

m sau đó dùng máy bơm treo bơm trực tiếp hay qua vài đoạn bơm truyền lên mặt đất (hình 4.5)

- Phương án 2: Dùng máy bơm treo bơm hết chiều cao cột nước vào trạm bơm

trung gian rồi dùng máy bơm trung gian đặt cố định bơm trực tiếp hay bơm chuyển tiếp qua vài trạm bơm trung gian lên mặt đất

Trong mỗi trạm bơm trung gian phải đặt hai máy bơm (một làm việc và một dự phòng) dung tích của bể trung gian được tính toán đủ để chứa lượng nước chảy vào giếng trong (12)h và thường lấy từ (812)m3 Bể trung gian phải có 2 ngăn Trạm bơm trung gian bố trí ở cạnh giếng (hình 4.6)

Hình 4.4.Sơ đồ thoát nước một bậc

a Sơ đồ thoát nước một bậc 1- Ống hút 2- Ống đẩy

b Treo ống nước bằng dây cáp và mối nối giữa hai đoạn ống (bích, bulông và vòng đệm)

a,

b,