bài giảng môn học đào chống lò

- Lò nghiêng lμ đường lò được đμo dọc theo độ dốc của vỉa đá, trong than hoặc theo một độ dốc nμo đó theo mục đích sử dụng vμ mong muốn của người thiết kế, tùy theo tính chất vμ công dụn

Bμi giảng môn học đμo chống lò

(Dùng cho sinh viên ngμnh khai thác)

Hiện nay cũng như trong tương lai các vùng mỏ khai thác than vμ kim loại ở nước ta sẽ phải tiến hμnh xây dựng hoặc mở rộng nhiều mỏ hầm lò Nói chung, tại tất cả các mỏ (đang xây dựng cơ bản hoặc đang khai thác) đều phải thi công một khối lượng khá lớn các đường lò bằng, lò nghiêng Mặt khác, do điều kiện khai thác cμng ngμy cμng xuống sâu vμ các điều kiện cấu tạo phức tạp của vỉa nên khối lượng các đ-

ường lò cơ bản vμ các đường lò chuẩn bị ngμy cμng tăng tại các mỏ khai thác hầm lò Vì vậy, nếu muốn rút ngắn thời gian xây dựng mỏ hay thời gian chuẩn bị cho một tầng khai thác, người ta cần phải tăng nhanh tốc độ thi công các đường lò xây dựng cơ bản phục vụ cho công tác mở vỉa Tóm lại, quá trình đμo vμ chống các đường lò lμ khâu

đầu tiên vμ quan trọng để tiến hμnh mở vỉa vμ khai thác khoáng sản bằng phương pháp hầm lò

- Đường lò trong mỏ lμ những khoảng trống, trong vỏ trái đất được tạo ra sau khi

lấy đi phần khoáng sản vμ đất đá

+ Để khai thác khoáng sản có ích bằng phương pháp hầm lò, người ta phải đμo hệ thống các đường lò bao gồm: Đường lò mở vỉa, chuẩn bị khai thác, vμ các công trình hầm trạm khác vv

* phân loại các đường lò trong mỏ:

Tất cả các đường lò với các công dụng khác nhau mμ có tên gọi khác nhau vμ được phân thμnh các nhóm: (hình 1.1)

* Nhóm công trình thẳng đứng:

- Giếng đứng: lμ công trình ngầm có phương thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng (góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang α > 750) Tùy theo tính chất vμ công dụng của nó

mμ có các tên gọi khác nhau

- Giếng đứng chính: lμ loại đường lò thẳng đứng có lối thông trực tiếp lên mặt đất giếng dùng để vận tải khoáng sản từ dưới ngầm lên mặt đất, lμm lối thoát gió bẩn (hay còn được gọi lμ giếng thùng cũi, thùng skíp)

- Giếng đứng phụ: dùng để vận tải vật liệu, thiết bị, người lên xuống, đưa gió sạch vμo trong mỏ

- Giếng mù: lμ một loại giếng đứng không có lối thông trực tiếp lên mặt đất, nó dùng để vận tải khoáng sản từ mức dưới lên mức trên Tùy theo mục đích sử dụng mμ

có giếng mù chính vμ giếng mù phụ

* Nhóm công trình nằm nghiêng:

- Giếng nghiêng (Incline) có phương nằm nghiêng (góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang: 100 < α < 750) có lối thông trực tiếp lên mặt đất tùy theo công dụng của nó mμ

có tên gọi lμ giếng nghiêng chính vμ phụ

- Lò nghiêng lμ đường lò được đμo dọc theo độ dốc của vỉa đá, trong than hoặc theo một độ dốc nμo đó theo mục đích sử dụng vμ mong muốn của người thiết kế, tùy theo tính chất vμ công dụng của nó mμ có các loại đường lò sau:

+ lò thượng lμ đường lò nghiêng của hệ thống công trình ngầm chuẩn bị của mỏ nằm phía trên mức đường lò bằng vận chuyển chính phục vụ cho công tác khai thác ở tầng trên Tuỳ theo đặc tính sử dụng các lò thượng có tên riêng

( thượng đường ray, thượng băng tải, máng cμo, thông gió nối người đi lại)

+ Lò hạ lμ đường lò nghiêng của hệ thống công trình ngầm chuẩn bị của mỏ, nằm

ở dưới mức đường lò bằng vận chuyển chính nhằm phục vụ cho công tác khai thác ở tầng dưới Tuỳ theo đặc tính sử dụng chúng có các tên riêng (lò hạ đường ray, băng tải, máng cμo, thông gió vμ nối người đi lại)

* Nhóm công trình nằm ngang:

- Nhóm đường lò nằm ngang (Adit): lμ loại đường lò có góc hợp bởi giữa trục

đường lò với mặt phẳng nằm ngang một góc α (trong đó 0 < α < 100) chúng có các loại sau:

- Lò bằng lμ đường lò thường được đμo vuông góc hoặc tạo với phương vỉa một góc nμo đó theo mặt phẳng nằm ngang, nếu đường lò đμo xuyên qua một số vỉa được gọi

lμ lò bằng xuyên vỉa, nếu được đμo dọc theo phương của vỉa than hoặc đá thì được gọi

lμ lò dọc vỉa

- Lò song song lμ loại đường lò được đμo song song với lò dọc vỉa vận chuyển hoặc

lò dọc vỉa thông gió phục vụ cho khai thác một tầng hay một phân tầng

- Lò nối, lò liên lạc, cúp lμ loại đường lò nằm ngang thường có chiều dμi ngắn dùng

để nối hai lò thượng chính vμ thượng phụ, hai lò hạ, nối hai lò dọc vỉa trong đá vμ trong than với nhiệm vụ vận tải, thông gió vμ đi lại vv

- Ngoμi ra còn có một số loại đường lò như: phỗng, họng sáo dùng để tháo khoáng sản có ích

* Hầm trạm

- Hầm trạm trong mỏ lμ các công trình ngầm có kích thước các chiều xấp xỉ nhau hoặc chênh lệch nhau không nhiều tuỳ theo quy mô cùng với đặc điểm tượng hình vμ công dụng có tên tương ứng lμ: hốc, ngách, xưởng ngầm, hầm chứa nước, trạm bơm, trạm điện, trạm chỉ huy sản xuất, trạm cấp cứu, kho dụng cụ, hầm đầu tầu điện

* Các công trình ngầm cơ bản, chuẩn bị

- Các công trình ngầm cơ bản có thời gian phục vụ tương đối lớn so với thời gian

tồn tại của mỏ, lμm nhiệm vụ mở mỏ, mở các cánh vμ các khu vực của khai trường

(mine field), cùng với các hầm trạm sân giếng (shaft station), vμ các chỗ giao cắt giữa các công trình ngầm nμy

- Các công trình ngầm chuẩn bị có thời gian phục vụ tương đối ngắn, gắn liền với thời gian chuẩn bị vμ khấu lò chợ, cùng với các chỗ giao cắt nhau dọc theo các công trình ngầm nμy (lò thượng, lò hạ, lò nhánh, giếng mù, lò nối, lò liên lạc, phỗng, họng sáo vv)

* Đặc điểm của các đường lò trong mỏ:

• Diện tích mặt cắt ngang nhỏ (< 20m2), khó triển khai các thiết bị lớn có năng xuất cao

• Các đường lò thường đμo qua các lớp đất đá có tính chất cơ lý thay đổi phức tạp, vị trí đường lò nhiều khi phải thay đổi theo vỉa khoáng sản (lúc dọc vỉa, lúc xuyên vỉa)

• Điều kiện môi trường lμm việc khắc nhiệt (khí độc, khí nổ, nhiệt độ cao, độ

ẩm lớn, thiếu ánh sáng, tiếng ồn, bụi, nước)

1.2 Các công tác thi công xây xựng công trình ngầm trong mỏ:

1 Công tác đμo, còn gọi lμ khai đμo hay tách bóc đất đá ra khỏi khối nguyên theo hình dạng, kích thước khoảng trống (hang- Opening) đã thiết kế;

7 Công tác cung cấp trang thiết bị, vật tư kĩ thuật phục vụ thi công;

8 Công tác phòng chống cháy, nổ, an toμn, vệ sinh, môi trường

Khi thiết kế tổ chức thi công nhất thiết phải xem xét tất cả các công tác nμy Mức độ quan trọng vμ đặc điểm của các công tác đó phụ thuộc vμo điều kiện của khối

đất đá, các yêu cầu kỹ thuật cũng như tính năng sử dụng của công trình ngầm

1 Công tác đào:

Cũng còn gọi lμ công tác khai đμo hay thực chất lμ tách bóc đất đá ra khỏi khối nguyên theo hình dạng vμ kích thước của khoảng trống đã được thiết kế Tuỳ thuộc vμo đặc điểm của khối đất đá, loại hình công trình, công tác đμo có thể tiến hμnh bằng nhiều phương pháp khác nhau, cụ thể:

• Phương pháp khai đμo công trình ngầm

Phương pháp khai

đμo công trình ngầm

Khoan-nổ

mìn

Máy xúc đμo, máy cμo

Máy khoan hở

Máy khoan

có khiên chống

Máy đμo toμn gương

Máy đμo từng phần gương

Các phương pháp thi công đặc biệt

Thuỷ khí, hoá lý

Hình 1.2 Phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công + Các phương pháp thông thường:

- Phương pháp thủ công: sử dụng búa chèn (búa khí nén), xẻng khí nén, thậm chí các phương tiện thô sơ hơn như choòng, búa, xμ beng…

- Phương pháp khoan - nổ mìn (sử dụng năng lượng nổ của thuốc nổ để phá vỡ đất

đá);

- phương pháp sử dụng các máy xúc đμo (máy xúc gầu thuận, gầu gược, máy xúc

đổ hông) máy cμo, máy sới;

- Các máy đμo lò

+ Phương pháp khai đào bằng máy (cơ giới)

- Phương pháp cơ giới hoá: sử dụng các máy đμo hầm, máy khoan hầm, máy khiên

đμo (ít được áp dụng trong thi công xây dựng công trình mỏ)

+ phương pháp đào đặc biệt

- Phương pháp thuỷ khí: phá vỡ đất đá bằng tia khí nén hoặc tia nước

- Phương pháp hoá lý: phá vỡ bằng nhiệt như tia lade, phá vỡ bằng điện, từ, hoμ tan, thăng hoa, hoá khí

Trong thi công xây dựng các công trình ngầm trong mỏ hiện nay thường áp dụng phương pháp thông thường, tuy nhiên phương pháp thủ công chỉ được sử dụng lμ biện pháp hỗ trợ

Cho đến nay, dựa vμo tính năng vμ khả năng áp dụng của các phương pháp đμo, các phương pháp khoan - nổ mìn, khai đμo bằng máy đμo hầm, máy đμo xúc thường

được gọi lμ các phương pháp đμo thông thường hay thông dụng Các phương pháp nμy

có thể áp dụng thi công các công trình ngầm với mọi dạng tiết diện khác nhau, kích thước tiết diện đμo có thể biến đổi trong quá trình thi công Phương pháp đμo bằng máy khoan hầm (TBM), máy khiên đμo được xếp vμo nhóm thi công bằng máy, bởi lẽ

ở đây không chỉ công tác đμo mμ hầu hết các công tác khác của quá trình thi công cũng được phối hợp thực hiện bằng các biện pháp cơ giới

Các phương pháp thuỷ khí vμ hoá lý được xếp vμo nhóm phương pháp đμo đặc biệt

Nói chung phương pháp khai đμo hợp lí cần đảm bảo các yếu tố sau:

- Tạo ra khả năng tách bóc đất, đá liên tục vμ kinh tế cho toμn bộ công trình;

- Ngăn chặn, hạn chế quá trình giảm bền của khối đất,đá;

- ít gây chấn động nhất, đặc biệt trong khu vực có các công trình xung quanh;

- Không hoặc ít gây tác động đến môi trường;

- Không gây ảnh hưởng bất lợi về kinh tế đối với kết cấu (chống giữ)

Việc lựa chọn một phương pháp khai đμo hợp lí được xác định bởi các tham số cơ bản sau (Hình 1.3):

- Tiết diện, chiều dμi, góc nghiêng của công trình ngầm;

- Khả năng khai đμo vμ tính mμi mòn của đá, liên quan với các dụng cụ khoan, đμo;

- Điều kiện địa chất thuỷ văn;

- Các nhóm phương pháp thi công đμo kết hợp với các giải pháp chông giữ;

- Các tham số khác như tiến độ thi công

Đặc điểm -độ sâu -độ cong -chiều dμi

Môi trường -tiếng ồn -chấn động -lún sụt

máy

đμo lò

máy đμo xúc , máy xới chiều độ bền giảm

không có nước ngầm có nước

Đối với mỗi một phương pháp thi công cần khẳng định được:

- Sơ đồ đμo (toμn gương hay chia gương);

- Phương pháp chống giữ hay bảo vệ khi khai đμo;

- Các giải pháp (hay phương pháp) thoát nước, cách nước vμ giữ ổn định;

- Lựa chọn công cụ, thiết bị, tính phù hợp, khả năng cung cấp cho toμn công trình;

- Các phương pháp vμ khả năng đo đạc, kiểm tra

Trên (hình 1.4) phác họa về phạm vi sử dụng của các phương pháp đμo, tùy theo

độ cứng (hay độ bền) của đất đá, có thể tham khảo cho các thông tin định hướng

đầu tiên Đương nhiên mỗi loại thiết bị lại có phạm vi sử dụng hạn chế, liên quan với độ bền, khả năng mμi mòn, đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn của khối đá, cần phải tìm hiểu kỹ, trước khi đi đến quyết định sử dụng

Hình 1.4 Cơ sở lựa chọn phương pháp đào theo loại đất, đá

Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tế cho thấy việc lựa chọn còn phụ thuộc vμo hiệu quả kinh tế Trên hình 1.5 minh hoạ định tính về mối quan hệ giữa các phương pháp khai đμo nêu trên với chiều dμi công đoạn khai đμo vμ hiệu quả kinh tế Đương nhiên tuỳ thuộc vμo điều kiện địa chất, vμ điều kiện hình học mμ các phạm vi áp dụng được xác định có thể biến động ở khoảng nhất định Chẳng hạn khi độ cứng vμ độ mμi mòn quá lớn thì phương pháp cắt từng phần không còn phù hợp, hoặc khi tiết diện đμo bắt buộc có dạng không tròn thì không thể áp dụng phương pháp khoan hầm

Nói chung trong thực tế việc lựa chọn phương pháp thi công (khai đμo) nên giμnh cho bên thi công Vμ để cho phương pháp được lựa chọn đáp ứng được các điều kiện của chủ đầu tư, thi cần thiết phải xác định các điều kiện có tính quyết định như điều kiện

địa chất, điều kiện về bảo vệ môi trường

Thủ công Máy

đμo xúc Máy

đμo lò Máy khoan

Hình 1.5 Phạm vi áp dụng kinh tế của các phương pháp

khai đào phụ thuộc vào chiều dài công trình

Sau khi khai đμo công trình ngầm, trạng thái cơ học cân bằng tự nhiên của khối

đá xung quanh công trình bị biến đổi chuyển sang trạng thái cân bằng mới ở trạng thái cân bằng mới nμy, khối đá có thể ổn định hay không ổn định Khối đá lμ ổn định nếu như các biến đổi cơ học không lμm thay đổi hình dạng vμ kích thước của công trình ngầm (khoảng trống) sau khi đμo vμ trong suốt thời gian tồn tại của công trình Ngược lại, khối đá lμ không ổn định

Nếu khối đá ổn định sau khi đμo công trình ngầm, công trình ngầm có thể để lưu không mặt lộ (không cần có các kết cấu chống giữ) Trong trường hợp khối đá có khả năng mất ổn định thì phải tiến hμnh các biện pháp gia cường, chống giữ bổ sung cho khối đá

* Các biểu hiện mất ổn định, sự cố khi thi công

Khi thi công xây dựng các công trình ngầm có thể xảy ra các sự cố, rủi ro khác nhau, tùy thuộc vμo điều kiện địa chất, địa cơ học cụ thể của khối đất đá trong khu vực

bố trí công trình, cũng như giải pháp thi công vμ hình dạng, kích thước của công trình ngầm Trong các bảng 1 vμ 2 giới thiệu sơ đồ mô phỏng các khả năng sự cố có thể xảy

ra, cùng với các giải pháp bảo vệ, chống tạm thường được sử dụng để ngăn chặn các

sự cố đó Đương nhiên cũng cần lưu ý lμ với tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm, nhiều biện pháp bảo vệ đã vμ đang được phát triển, ngμy cμng có hiệu quả hơn

Khoan-nổ

ì

Máy đμo hầm (máy cắt từng phần

Máy khoan hầm

Bảng 1.1 Các dạng sự cố khi xây dựng công trình ngầm trong khối đá

Hiện tượng Hậu quả Giải pháp Sơ đồ sự cố Tróc vỡ đá Nguy hiểm cho

người vμ máy móc

Bêtông phun, lưới thép

áp lực do

dịch chuyển,

biến dạng

Thu nhỏ tiết diện do hoá

dẻo

Đμo tăng tiết diện, tạo khả năng biến dạng, kết cấu chống

có khả năng mang tải

Ngăn cách nước, Tăng khả năng mang tải của kết cấu chống

Như trên

ụp nước do

khe nứt hở

Giảm khả năng chịu cắt

Phá huỷ của nước

Bơm, tháo khô, tính toán hệ thống phòng nước

Thoát khí Nổ khí, khí

nguy hại

Thông gió tốt, các phương tiện đo, dự báo khí

Bảng 1.2 Các dạng sự cố có thể gặp khi đào CTN trong khối đất

Hiện tượng Hậu quả Giải pháp Sơ đồ

năng chịu tải ngay

Sử dụng biện pháp giảm tải, bêtông phun, khoan phun Phá huỷ nền,

nền phần

vòm

Gây sụt lún, tác

động bất lợi đến các giai đoạn thi công sau, sập vòm

Đóng ép ván cừ nhỏ, cọc nhồi bằng khoan phụt dạng tia, neo

Khẩu độ thi công ngắn

2 Công tác gia cố, chống tạm và chống cố định:

Công tác gia cố, chống tạm, chống cố định bao gồm toμn bộ các giả pháp,

phương pháp được áp dụng đảm báo tính ổn định, an toμn cho công trình trong quá trình thi công vμ sử dụng sau nay

Các biện pháp gia cố khối đất đá, cũng còn gọi lμ chống giữ ‘tích hợp’ (chúng tôi đề nghị sử dụng khái niệm nay, vì các kết cấu kỹ thuật xâm nhập hẳn vμo bên trong khối đất đá, ví dụ như neo, ximăng, chất dẻo, nước đóng băng), các loại cọc, ván cừ, ống thép…, được áp dụng để tăng cường khả năng chịu tải của khối đất đá, cải thiện các tính chất cho khối đất đá tạm (đóng băng) thời hay lâu dμi Các biện pháp gia cố

khối đất đá có thể được thực hiện trước khi đμo, trong quá trình thi công vμ đặc biệt lμ trong quá trình sử dụng, khai thác công trình ngầm phục vụ duy tu, bảo dưỡng

Công tác chống tạm hay bảo vệ được áp dụng với mục tiêu chính lμ nhanh chóng lắp dựng kết cấu để bảo đảm an toμn cho người vμ thiết bị trong khu vực đang tiến hμnh thi công trước gương đμo Để chống tạm có thể áp dụng nhiều giải pháp khác nhau: gia cố bề mặt bằng bêtông phun, gia cố khối đất đá bằng neo, các kết cấu chống đỡ như gỗ, thép hình…đương nhiên cũng có thể coi các giải pháp gia cố ban đầu, trước khi khai đμo vμo các biện pháp chống tạm

Công tác chống cố định lμ lắp dựng kết cấu lâu dμi của công trình ngầm Kết cấu nμy

có chức năng đảm bảo tính ổn định lâu dμi của công trình trong quá trình khai thác, vận hμnh Các kết cấu được sử dụng tuỳ thuộc không chỉ vμo tính chất của khối đất đá,

đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn của khối đất đá, tính năng kỹ thuật của công trình

mμ còn cả vμo phương pháp đμo cũng như thi công được áp dụng Trong thiết kế hiện nay có nhiều quan điểm khác nhau Có quan điểm bỏ qua các kết cấu gia cố, chống tạm khi thiết kế kết cấu chông cố định (cũng còn gọi lμ kết cấu công trình ngầm), nhưng trong nhiều trường hợp lại cho rằng cần chú ý đến các kết cấu đó vì lí do kinh

tế

3 Công tác xúc bốc, vận chuyển:

Công tác xúc bốc vận chuyển cũng lμ một khâu quan trọng trong công tác thi công xây dựng công trình ngầm Xúc bốc vμ vận chuyển trước hết lμ đưa khối đất đá

được tách bóc ra khỏi khối nguyên ra khỏi khu vực xây dựng công trình ngầm, hoặc lμ

đến khu vực đổ thải (bãi thải), hoặc lμ đên khu vực chế biến Đây lμ công việc có khối lượng vμ đòi hỏi thời gian thực hiện khá lớn, do vậy cũng cần được nghiên cứu kỹ trước khi thi công đặc biệt lμ hiện nay có rất nhiều phương tiện xúc bốc vμ vận

chuyển đất đá được chế tạo với các khả năng, công suất khác nhau Lựa chọn các thiết

bị đμo, xúc bốc vμ vận chuyển đồng bộ vμ thích hợp sẽ góp phần tăng tốc độ thi công

vμ hợp lí giá thμnh thi công Xúc bốc vμ vận chuyển có thể thực hiện thủ công hoặc bằng cơ giới, mặc dù ngμy nay chủ yếu lμ xúc bốc, vận chuyển bằng cơ giới, xong biện pháp thủ công vẫn không thể thiếu khi cần thiết vμ luôn còn lμ giải pháp hỗ trợ trong các trường hợp khó khăn, chật hẹp…

Công tác thoát nước, cách nước vμ cấp nước được áp dụng tuỳ thuộc vμo từng

điều kiện thi công cụ thể Thoát nước bao gồm các biện pháp tháo khô toμn bộ khối

đất đá trong khu vực thi công, các biện pháp hạ mực nước ngầm tạm thời khi thi công cũng như dẫn nước, gom nước tại công trình ngầm đang thi công nhằm đảm bảo các

điều kiện khô ráo vμ an toμn tối thiểu cho quá trình thi công Cách nước lμ giải pháp không cho nước xâm nhập vμo khu vực đang thi công, cũng như cho công trình lâu dμi trong quá trình vận hμnh Kết cấu công trình vμ công trình, xây dựng trong khối đất

đá chứa nước, được cách nước bằng nhiều giải pháp khác nhau, ví dụ tạo mμng chống thấm; sử dụng các vật liệu cách nước như bitum, mμng polime cũng như bêtông cách nước…Công tác cấp nước Cấp nước cho các máy móc vμ thiết bị trong quá trình thi công bằng cách sử dụng các máy bơm, bơm từ nguồn nước sạch

Công tác lắp đặt các đường ống đường cáp để dẫn nước, năng lượng, khí nén, thông gió phục vụ cho công tác thi công, việc bố trí lắp đặt phải đảm bảo không ảnh hưởng trong quá trình thi công

7 Công tác cung cấp trang thiết bị, vật tư kỹ thuật

Công tác cung cấp trang thiết bị, vật tư kỹ thuật khi thi công nhằm đảm bảo cho việc thi công không bị gián đoạn do thiếu vật tư hoặc khi gặp hỏng hóc, sự số cần phải thay thế nhanh Mặc dù không phải lμ công việc đòi hỏi nhiều thời gian vμ nhân lực, song tiến độ thi công cũng phụ thuộc khá nhiều vμo công tác nμy

8 Công tác phòng chống cháy, nổ và an toàn, vệ sinh, môi trường

Công tác phòng chống cháy nổ đặc biệt lμ khí Mêtan lμ một trong những loại khí hay gặp vμ nguy hiểm nhất trong các mỏ than do đó phải thường xuyên kiểm tra nồng độ của khí mêtan để đưa ra các biện pháp phòng ngừa

Trong quá trình thi công lμm phát sinh ra một lượng bụi lμm ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân Căn cứ vμo tác dụng với cơ thể, bụi được phân lμm 2 loại:

- Loại bụi gây độc: chì, mangan, thạch tín, thủy ngân có thể gây nhiễm độc, lμm giảm thị lực của mắt, ảnh hưởng không tốt tới bề mặt da, phần trên của đường hô hấp vμ phổi

- Loại bụi không chỉ gây độc: bụi than, bụi đá, lưu huỳnh không những gây độc mμ còn gây cháy nổ vμ còn lμ nguyên nhân gây nên nhiều bệnh bụi phổi khác nhau Do

đó trong quá trình thi công phải áp dụng các biện pháp chống bụi để đảm bảo vệ sinh môi trường cho người lao động

1.3 Trình tự đào các đường lò theo các phương pháp mở vỉa:

Trình tự thi công các đường lò trong mỏ phụ thuộc chủ yếu vμo phương pháp mở vỉa:

- Mở vỉa bằng lò bằng:

+ Đầu tiên đμo các lò bằng phục vụ cho công tác mở vỉa

+ Đμo lò dọc vỉa khoáng sản hay dọc vỉa đá

+ Đμo các ga chân thượng vμ ga đầu hạ

+ đμo các đường lò thượng vμ lò hạ

+ Đμo các đường lò trung gian, các đường lò nối, vμ cuối cùng lμ các đường lò thượng khai thác

- Mở vỉa bằng giếng nghiêng:

+ Đμo giếng nghiêng

+ Đμo các hầm trạm rót tải

+ Đμo các đường lò xuyên vỉa, dọc vỉa, lò thượng, lò hạ

- Mở vỉa bằng giếng đứng:

+ Đμo hai giếng đứng

+ Các đoạn lò nối giữa giếng thùng cũi với sân giếng, đoạn cửa hầm định lượng rót tải thùng skíp có thể thi công đồng thời với quá trình thi công giếng

+ Đμo lò nối hai giếng

+ Đμo các hầm trạm xung quanh mức vận tải

+ Đμo các đường lò xuyên vỉa, dọc vỉa, vμ các đường lò chuẩn bị khác tương tự như trong phương pháp mở vỉa bằng lò bằng

1.4 Các phương pháp bảo vệ hầm lò

Sự bảo vệ các đường lò trong mỏ lμ tập hợp các biện pháp được tiến hμnh nhằm nâng cao độ ổn định các mặt lộ của đất đá vμ vỏ chống của các đường lò, Khi thi công các đường lò vμo vùng đất đá, trạng thái ứng suất cân bằng nguyên sinh bị phá vỡ, xuất hiện quá trình biến dạng, dịch chuyển, thay đổi ứng suất trong khối đất đá xung quanh các đường lò để đạt tới trạng thái cân bằng mới, đây lμ nguyên nhân cơ bản lμm sập lở đường lò hoặc công trình ngầm bị biến dạng ít nhiều Để đảm bảo độ ổn định trong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng, đảm bảo kích thước như đã thiết kế ta phải nghiên cứu các biện pháp bảo vệ công trình ngầm

1.4.1 Lợi dụng những điều kiện địa chất - mỏ thuận lợi

Khi đμo đường lò vμo các loại đất đá khác nhau, người ta thấy độ ổn định của các mặt lộ phụ thuộc chủ yếu vμo độ bền của chúng, vì sự thể hiện áp lực của đất đá xung quanh đường lò lμ do độ bền của đất đá quyết định Do đó, ta cố gắng bố trí các

đường lò vμo đất đá rắn cứng, liền khối Nhiều trường hợp bố trí các đường lò vμo đất

đá bền vững, ổn định không cần vỏ chống Đồng thời, qua theo dõi hμng vạn mét

đường lò ở Liên Xô, người ta thấy đμo lò dọc vỉa sự biến dạng của các đường lò lớn gấp 3 lần so với các đường lò xuyên vỉa Vì vậy, khi bố trí các đường lò trong sân giếng đứng vμ nghiêng, nên bố trí nhiều đường lò theo hướng xuyên vỉa

Đồng thời với các biện pháp kể trên, để bảo vệ các đường lò được tốt, người ta còn sử dụng rộng rãi việc để lại các lớp bảo vệ vμ trụ bảo vệ ở nóc, nền đường lò vμ giữa các đường lò với nhau Đây lμ biện pháp nhằm nâng cao độ ổn định của các

đường lò chuẩn bị vμ giảm mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các đường lò Tuy nhiên, theo kinh nghiệm của vùng than Đonet Liên Xô, thì ở độ sâu 600m các trụ bảo vệ sẽ không có lợi về mặt kinh tế Song ở các mỏ hầm lò ở nước ta hiện nay xuống sâu chưa quá 150m, việc ứng dụng các lớp vμ trụ bảo vệ vẫn có lợi ích về mặt bảo vệ các đường

lò

Lớp bảo vệ để lại ở nóc vμ nền lò lμ một phần trên hay dưới của vỉa khoáng sản Trong trường hợp khai thác quặng, lớp bảo vệ ở lại ở nóc lò còn gọi lμ “rầm trần” Lớp bảo vệ ở nóc vμ nền lò trình bμy trên hình II-1 a,b

Song chúng ta cần chú ý lμ lớp bảo vệ chỉ để lại nếu vỉa khoáng sản có độ bền lớn hơn đất đá xung quanh Điều nμy đối với các mỏ than ít gặp hơn các mỏ quặng

Tính chất liên kết giữa đất đá xung quanh với khoáng sản có một ảnh hưởng rất lớn đến lớp bảo vệ Do đó nếu sự liên kết giữa chúng yếu, thì hiệu quả của việc để lại lớp bảo vệ bị giảm xuống Mặt khác khi có các lớp đất đá kẹp mềm yếu, nứt nẻ nằm trong các lớp hay trụ bảo vệ cũng lμ điều bất lợi

Theo kinh nghiệm của các nước, ở những mỏ muối vμ một số mỏ than, lớp bảo

vệ ở nóc lμm nhiệm vụ chống thấm nước Lớp bảo vệ ở nóc lò có thể ở dạng phẳng hay hình vòm Còn ở phía nền lò, người ta thường để lại một lớp than dμy từ 20 - 30cm, liên kết với vì chống để tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc bảo vệ đường lò

Theo kinh nghiệm của các nước, khi khai thác các thân quặng người ta để lại ở nóc các hầm, trạm vμ lò chuẩn bị những lớp bảo vệ thường có dạng hình vòm với chiều dμy ở đỉnh từ 1- 2m vμ lò không cần chống Kích thước các lớp bảo vệ ở nóc vμ nền lò được lấy theo kinh nghiệm để phù hợp với điều kiện địa chất - mỏ cụ thể

Để bảo vệ các đường lò đμo gần nhau, người ta thường dùng trụ bảo vệ trụ bảo

vệ cũng lμ một phần khoáng sản hay đất đá được để lại giữa các đường lò nhằm bảo

vệ cho các đường lò không bị biến dạng có hại Ngoμi các trụ bảo vệ để lại giữa các

đường lò bố trí gần nhau, trong thực tế ngμnh mỏ còn để lại trụ bảo vệ bề mặt vμ trụ ngăn Mục đích của trụ bảo vệ bề mặt lμ bảo vệ cho nhμ vμ các công trình công nghiệp

bố trí ở trên mặt mỏ không bị không bị biến dạng nguy hiểm vμ không bị phá huỷ do các công trình ngầm phía dưới Còn trụ ngăn dùng để ngăn ngừa cho các đường lò

đang được sử dụng khỏi bị bục nước hay các khí độc tích tụ trong các đường lò cũ hay đã bỏ đi

Kích thước của các trụ bảo vệ (chủ yếu lμ chiều rộng của các trụ) phụ thuộc vμo chiều sâu bố trí đường lò, vμo phương pháp điều khiển đá vách (phá hoả) của các gương lò chợ vμ tính chất cơ học của khoáng sản vμ đất đá xung quanh Do các trụ bảo

vệ, được để lại không khai thác, nên đã lμm tổn thất một phần tμi nguyên Vì vậy chiều rộng của trụ cần phải lấy lμ nhỏ nhất Giả sử có hai đường lò bố trí song song với nhau, chiều rộng của trụ bảo vệ có thể xác định theo sơ đồ trên hình II -2 Theo kinh nghiệm của Liên Xô, kích thước (chiều rộng B) của trụ bảo vệ lấy dựa vμo độ ổn

định của đất đá trong trụ như sau:

- Đất đá ổn định, B = (3 - 4).a (m)

- Đất đá ổn định trung bình, B = (4- 5).a (m)

- Đất đá không ổn định, B = (5 - 6).a (m)

ở đây: a - Chiều rộng của đường lò khi đμo (m)

Người ta thấy ứng suất pháp chính có giá trị cực đại ở biên trụ bảo vệ (hay hông các lò) vμ cμng cách xa biên đường lò thì ứng suất cμng giảm cho đến khi đạt được giá trị ứng suất nguyên sinh σz = γ.H

Bằng những nghiên cứu về lý thuyết vμ thực nghiệm, người ta đã xác định được phạm vi ảnh hưởng của lò đến trạng thái ứng suất nguyên sinh Bán kính ảnh hưởng có thể lấy từ (2,5 - 3)a (a - chiều rộng của đường lò, m) Vậy chiều rộng của trụ bảo vệ (đất đá hay khoáng sản) phải nhỏ hơn tổng bán kính ảnh hưởng của các đường lò nghĩa lμ B < B1 + B2 Điềukiện cần thiết để trụ bảo vệ được ổn định, đồng thời bảo vệ

được các đường lò gần nhau, đất đá hay khoáng sản trong trụ bảo vệ phải thoả mãn

điều kiện:

m.k.γ.H < RnTrong đó:

kính ảnh hưởng của nó khá lớn ở nước ngoμi người ta lấy chiều rộng trụ bảo vệ giữa

lò chợ vμ lò cái tới 30 - 60m hoặc lớn hơn Mặc dù phải lãng phí nhiều khoáng sản như vậy, đôi khi hiệu quả của trụ bảo vệ vẫn không đảm bảo, vì nó phải chịu một áp lực tựa rất lớn lμm cho trụ bảo vệ bị phá huỷ Do đó trong nhiều trường hợp để bảo vệ tốt lò cái, ở nước ngoμi người ta đã tạo nên những dải đá chèn ở hai bên hông lò như trên hình II -3 Biện pháp nμy giống như đμo lò bằng gương mặt rộng với hầm chứa đá chèn về hai phía

Nhờ có dải đá chèn tạo nên những đế có tính dẻo vμ nó kết hợp với vì chống linh hoạt của lò cái, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho lò tồn tại được lâu hơn

1.4.2 Làm giảm trạng thái ứng suất của khối đá

Trạng thái ứng suất vμ độ ổn định của lò thực chất bị ảnh hưởng do hình dạng tiết diện ngang của đường lò Hệ số tập trung ứng suất trên chu tuyến đường lò thay

đổi trong giới hạn rất lớn vμ nó phụ thuộc vμo độ cong của đường biên lò Đối với các

mỏ ở độ sâu không lớn, như các đường lò trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh chẳng hạn, việc chọn hình dạng tiết diện hợp lý cũng lμ biện pháp tốt để bảo đảm độ

ổn định của lò Ngay cả trong điều kiện các đường lò bố trí ở độ sâu lớn, khi sự phá huỷ của đất đá xung quanh đường lò không thể tránh khỏi, thì hình dạng tiết diện của

lò đóng một vai trò quan trọng

Việc chọn hình dạng của đường lò phụ thuộc vμo điều kiện địa chất, tình trạng của đất đá xung quanh, vật liệu chống lò, thời gian tồn tại của đường lò cũng như kích thước tiết diện của nó Ngoμi ra, còn chú ý đến khả năng thi công (chế tạo) kết cấu của

vỏ chống, khung chống, khả năng sử dụng (như vận tải, thông gió, người đi lại) vμ các chỉ tiêu kinh tế

Nếu các đường lò được chống bằng bê tông, bê tông cốt thép, gạch, đá vμ các thanh kim loại cong, thì hình dạng hợp lý nhất của tiết diện ngang đường lò lμ một

đường cong Phụ thuộc vμo hướng tác dụng của áp lực mμ ta có các dạng cong khác nhau

Khi chỉ có áp lực ở nóc lò lμ chủ yếu, hợp lý nhất ta chọn tiết diện ngang đường

Trường hợp áp lực tác dụng mọi phía không đồng đều, nhưng đối xứng, ở nóc

vμ nền lò áp lực lớn hơn hai bên hông lò, nên chọn dạng elíp với trục dμi theo hướng

có áp lực lớn hơn như (hình II- 4e)

Nếu các đường lò được chống bằng gỗ, bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạng các thanh thẳng hoặc các thanh kim loại thẳng, thì hợp lý nhất lμ chọn tiết diện lò có dạng hình thang, chữ nhật, hình đa giác (Hình II - 4g,h,i) Trong những trường hợp nμy, nếu tiết diện ngang các đường lò có dạng đường cong sẽ rất phức tạp trong quá trình thi công Khi có hiện tượng bùng nền, dùng thêm dầm nền ngang chịu lực

Nếu xét về phương diện chịu lực, thì đường lò có tiết diện ngang hình chữ nhật

lμ dễ bị biến dạng nhất, còn lò có tiết diện ngang hình tròn lμ ổn định nhất

Thông thường các đường lò bằng vμ nghiêng trong các mỏ hầm lò thường có tiết diện ngang hình vòm, hình thang, đôi khi hình chữ nhật vμ hình vòm móng ngựa Còn các giếng đứng của mỏ thường có tiết diện ngang hình tròn, giếng thăm dò thường có tiết diện ngang hình chữ nhật

Việc chọn hình dạng tiết diện ngang hợp lý của đường lò sẽ tạo cho đường lò nằm trong trạng thái ổn định vμ nếu thoả mãn điều kiện bền như:

ở nóc vμ nền lò bằng vμ nghiêng:

m.kk.λ γ h < Rk

vμ ở hai bên hông lò:

m kn γ h < Rnthì đường lò không cần phải chống giữ

Trong hai bất đẳng thức trên:

m - Hệ số dự trữ bền;

kk, kn - Hệ số tập trung ứng suất kéo vμ nén

λ - hệ số đẩy ngang;

h - độ sâu bố trí đường lò (m)

Rk, Rn - Giới hạn bền kéo vμ nén của đất đá (KN/m2)

Trong thực tế ở các mỏ than Mạo Khê, Vμng Danh, Mông Dương Rất nhiều các đường lò vμ đoạn lò xuyên vỉa tiết diện ngang hình vòm đμo trong sa thạch ổn

định, từ thời Pháp thuộc đến nay vẫn tồn tại mμ không cần vỏ chống

Hiện nay ở nhiều nước, người ta đã khai thác ở độ sâu hμng nghìn mét vμ nhận thấy rằng, chiều sâu khai thác cμng tăng, thì ứng suất cũng tăng Đồng thời, ở độ sâu lớn, các mặt lộ của đất đá xung quanh các đường lò cũng chuyển sang trạng thái không ổn định; đất đá bị phá huỷ biểu lộ tính lưu biến vμ gây ra áp lực rất lớn trên vỏ chống

Rất nhiều trường hợp ở độ sâu từ 900 - 1000m, các đường lò cơ bản bố trí trong

đá phiến sét chịu áp lực tác dụng vμo vỏ chống rất lớn, ngay cả vỏ chống bằng bê tông cốt thép hay thép cũng không bảo đảm được độ ổn định của đường lò Đồng thời người ta còn thấy khi chiều sâu khai thác tăng lên, thì những ảnh hưởng bất lợi của công tác khai thác ở lò chợ đối với độ ổn định của các đường lò chuẩn bị cũng tăng lên, do vùng ảnh hưởng của khai thác mở rộng vμ sự chuyển vị của đất đá trở nên mạnh mẽ hơn Vì vậy nhiều trường hợp những đường lò chuẩn bị đμo theo vỉa khoáng sản (lò dọc vỉa) phải chuyển sang đμo dọc vỉa đá để ảnh hưởng của áp lực tựa giảm xuống nhỏ nhất Một số mỏ vùng Quảng Ninh khi khai thác các mỏ than mềm yếu, do

áp lực lớn, nên các đường lò dọc vỉa than không chống giữ được lâu, người ta cũng phải đμo lò dọc vỉa trong đá để phục vụ được lâu dμi hơn

Để tránh ảnh hưởng của vùng áp lực tựa, nên bố trí các đường lò như (hình 5) Qua kinh nghiệm thực tế của các nước, khi độ sâu khai thác từ 1000 - 1200m, các

II-đường lò chuẩn bị bị phá huỷ ngay cả khi bố trí ngoμi vùng ảnh hưởng áp lực tựa của

lò chợ đó lμ do ứng suất động cao tác dụng vμo khối đá

Để lμm giảm ứng suất trong khối đá có một phạm vi nμo đó (đặc biệt với các

mỏ khai thác ở độ sâu lớn), người ta đã dùng biện pháp khai thác sơ bộ vỉa khoáng sản Khi đó do có sự phá huỷ đất đá ở vách (nóc) vμ sự biến dạng đất đá trụ (nền)

vi nμo đó vμ truyền ứng suất sang những phần lân cận của khối đá Như vậy, đường lò

được bố trí vμo khoảng đã khai thác sơ bộ, sẽ tạo được điều kiện tốt hơn so với đường

lò bố trí trong khối đá nguyên Đường lò bố trí trong vùng khai thác sơ bộ được thể hiện trên (hình II - 6)

Tương tự như biện pháp trên, nếu phía trên hay phía dưới đường lò có các vỉa khoáng sản, để lμm giảm trạng thái ứng suất của khối đá, người ta cũng khai thác sơ

bộ phần trên hay phần dưới đường lò (lấy phần khoáng sản trong vỉa) Người ta chia lμm hai dạng lμ khai thác sơ bộ trước vμ tiếp sau Dạng thứ nhất lμ đμo lò vμo vùng đã

được giảm tải, nhờ đó giảm đáng kể những chi phí cho công tác chống giữ Trường hợp thứ hai lμ khai thác lμ khai thác sơ bộ phần khoáng sản trong vỉa (nằm phía trên hay dưới đường lò cần thi công) tiếp theo sau khi đã đμo đường lò, trường hợp nμy có thể phải chống xén lại đường lò

Ngoμi các biện pháp nêu trên, trong trường hợp đường lò đμo vμo vùng đất đá yếu để giảm trạng thái ứng suất dùng cách giảm một phần đất đá qua những hốc giảm tải trên vỏ chống, nghĩa lμ trên vỏ chống để những “cửa “ giảm tải Nhờ vậy mμ áp lực lên vỏ chống giảm đi tạo nên thế cân bằng với sự nén ép của đất đá ở thμnh lò

Một biện pháp có triển vọng để giảm trạng thái ứng suất của đất đá lμ giảm tải bằng hố khoan Các hố khoan có thể khoan trực tiếp hay tạo nên bằng nổ mìn Khi đó ứng suất xung quanh biên lò sẽ chuyển dịch vμo sâu trong khối đá Vùng giảm tải tạo nên nhờ phương pháp nμy đóng vai trò như vỏ chống Qua thực tế ở Liên Xô, phương pháp nμy vốn đầu tư ban đầu không đáng kể vμ bảo đảm không phải sửa chữa đường

lò

2.4 Lựa chọn công nghệ đào chống hợp lý, các phương pháp gia cố khối đá

Qua thực tế thi công các đường lò, người ta thấy chất lượng của công tác đμo vμ chống lò cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của lò Độ ổn định vμ khả năng lμm việc của

vỏ chống, khung chống phụ thuộc cả vμo trình tự tiến hμnh dựng nó Thời gian đầu, sự dịch chuyển của đường biên lò được tiếp nhận bởi các vì chống linh hoạt tạm thời, sau một thời gian nμo đó (dựa vμo độ linh hoạt tính toán) ta mới dựng khung chống, vỏ chống cứng cố định hay bắt chặt các mối nối giữa các cấu kiện để khung chống lúc

đầu lμ linh hoạt sau trở thμnh cứng Đối với các đường lò sau khi đμo phá đất đá phải dùng khoan nổ mìn, cần phải đảm bảo độ bằng phẳng của đường biên vì nếu đường biên lồi lõm lớn, có thể gây nên sự tập trung tải trọng không đều lên vỏ chống, khi đó lμm giảm khả năng mang tải vμ sự biến dạng của nó Những khoảng trống tạo ra do nổ mìn ở phía ngoμi vỏ chống, nếu không được chèn lấp cẩn thận, cũng có thể gây nên tải trọng động, do sự sập lở đất đá ở nóc lò gây ra Hơn nữa nếu chèn lấp cẩn thận sẽ lμm giảm ứng suất vμ tránh sự dịch chuyển do sự phân lớp của đất đá gây ra Đối với khung chống có khớp, chèn lấp khoảng trống sau khung chống cμng có một ý nghĩa lớn, vì nó dễ bị mất ổn định

ở một số nước, người ta còn dùng biện pháp đμo vμ chống hai lần Đầu tiên chỉ

đμo 60 -70% diện tích tiết diện ngang của đường lò so với thiết kế vμ chống bằng vì chống linh hoạt tạm thời Sau khi có sự chuyển dịch mạnh mẽ của đất đá xung quanh

đường lò người ta mới mở rộng đến kích thước thiết kế vμ dựng vì chống cố định ở dạng vì chống cứng Đồng thời với biện pháp đμo, chống lò chia lμm hai lần, người ta

còn nổ mìn tạo biên (nổ tạo mặt nhẵn), nhờ đó mμ giảm được độ nứt nẻ của đất đá xung quanh vμ nâng cao độ ổn định của các mặt lộ

Nếu đường lò đμo vμo một số loại đất đá chứa sét, dưới tác dụng của không khí, theo thời gian sử dụng đường lò, đất đá sẽ mất tính chất bền vững Trường hợp nμy cần cách ly đất đá ra khỏi môi trường không khí bằng vỏ chống bê tông liền khối hay bê tông phun

Khi đμo phá đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên hay bằng máy liên hợp (Com bai đμo lò) cũng có tác dụng duy trì độ bền của đất đá Tuy nhiên nó chỉ có hiệu quả với đường lò bố trí ở độ sâu nhỏ vμ trung bình, còn ở độ sâu lớn chỉ đóng vai trò phụ trợ vì ở độ sâu lớn, quá trình phá huỷ đất đá xung quanh đường lò không phụ thuộc vμo độ nứt nẻ ban đầu của nó

Những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới đã dùng các phương pháp tăng bền cho đất đá Coi đây lμ một phương tiện lμm nâng cao độ ổn định của lò Dựa vμo phương pháp tăng bền cho đất đá người ta chia thμnh các nhóm như sau:

- Cơ học: Trong nhóm nμy dùng rộng rãi phương pháp neo đất đá bằng các thanh neo

kim loại, bê tông cốt thép vμ gỗ Sự mang tải của đất đá nμy lμ cả chiều dμy đất đá có neo Đây chính lμ một dạng vỏ chống đặc biệt nên người ta còn gọi lμ vì neo Trong trường hợp gặp đất đá sét ở dưới nền, để chống bùng nền người ta lμm chặt đất đá bằng nổ mìn Nhờ phương pháp nμy mμ độ bền đất đá được tăng lên vμ giảm đáng kể cường độ bùng nền

- Hoá học: Để nâng cao độ bền cơ học vμ tính không thấm nước của đất đá có cát vμ

hoμng thổ, người ta dùng phương pháp silicat hoá bằng cách bơm hai dung dịch lμ thuỷ tinh lỏng (dung dịch silicat natri) vμ dung dịch clorua canxi vμo đất đá Kết quả phản ứng hoá học giữa hai dung dịch nμy tạo thμnh chất keo liên kết các hạt cát thμnh một khối đặc chắc hơn Trường hợp đất hoμng thổ chỉ cần silicat hoá bằng một loại dung dịch Qua kết quả của nước ngoμi cho thấy độ bền của đất đá silicat hoá tăng lên trong vòng một vμi tháng vμ đạt được từ 6 - 40daN/cm2 Song phương pháp chưa có hiệu quả cao đối với đất đá nứt nẻ thường gặp ở độ sâu lớn Nếu đất đá nứt nẻ hay có

lỗ hổng, người ta tăng bền bằng nhựa tổng hợp Nhựa tổng hợp vμ các chất lμm rắn

được bơm vμo đất đá Phản ứng xảy ra giữa nhựa vμ chất lμm rắn tạo thμnh keo vμ sau

đó nó cứng lại, nhờ đó mμ thay đổi tính bền của đất đá Phương pháp nμy đã được sử dụng rộng rãi trong các mỏ ở Mỹ, Canađa, Anh, CHLB Đức, Nhật Bản

- Điện hoá học: Phương pháp nμy bao gồm sự lμm chặt đất đá bằng điện lμm khô

bằng điện vμ silicat hoá bằng điện Phương pháp nμy tốt nhất lμ dùng để lμm tăng bền cho đất đá sét chứa nước Khi cho một dòng điện cố định qua đất đá sẽ xảy ra hiện tượng điện phân vμ phản ứng thứ sinh của đất sét, nên đất đá có độ bền cao hơn vμ không tan rã trong nước

- Nhiệt học: gồm sự nấu chảy, nung thiêu bằng điện vμ đóng băng nhân tạo Phương

pháp nμy thường dùng trong cát chảy Theo chu vi đường lò người ta đặt thiết bị nung nóng- điện cực khi cho một dòng điện đi qua điện cực, cát chảy sẽ được nung nóng chảy Sau khi lμm nguội, theo chu vi đường lò sẽ tạo thμnh một vỏ liền khối Dưới sự bảo vệ của vỏ đất đá nμy, người ta tiến hμnh công tác đμo lò bình thường Trong đất hoμng thổ, người ta nung chảy bằng cách nén chất đốt thể hơi, lỏng hay dạng bụi theo các lỗ khoan cùng với không khí

Để tăng bền cho đất đá chứa nước, mềm yếu cát, sét, cát chảy vμ ngay cả đất đá rắn cứng nhưng nứt nẻ vμ chứa nước, người ta còn hay dùng phương pháp đóng băng nhân tạo

- Nhóm cuối cùng là lý - hoá: Thực chất các phương pháp của nhóm nμy lμ sự trám

nhân tạo những khe nứt, lỗ hổng của đất đá vμ phụ thuộc vμo vật liệu dùng để trám

mμ có các phương pháp khác nhau như xi măng hoá, sét hoá vμ bitum hoá Nếu các khe nứt nẻ của đất đá có khoảng hở đến 0,1mm, dùng phương pháp sét hoá, xi măng hoá; từ khe nứt từ 0,2 - 1mm dùng bi tum (hắc ín) hoá Những năm gần đây để nâng cao độ ổn định của các đường lò, nhiều nước đã dùng rộng rãi phương pháp xi măng hoá nhằm tăng bền cho đất đá bị phá huỷ xung quanh lò trong vùng biến dạng không

đμn hồi Người ta dùng hạn chế phương pháp sét vμ bi tum hoá vì sự dính kết của chúng với đất đá kém hơn Qua thực tế cho thấy, xi măng hoá cho kết quả tốt đối với

đất đá rắn cứng bị nứt nẻ Đồng thời nhiều nước đã dùng vữa cát - xi măng để bơm, phun lấp đầy khoảng hở sau vỏ chống liền khối Do đó vỏ chống sẽ liên kết chặt chẽ với đất đá xung quanh vμ tạo điều kiện để vỏ chống lμm việc tốt hơn Việc xi măng hoá đất đá ở nền lò cũng lμ một biện pháp tốt để chống bùng nền

Thực tế ở nước ta, toμn bộ các đường hầm, gian hầm của nhμ máy Thuỷ điện Hoμ Bình cũng được xi măng hoá Sau khi đã đổ xong vỏ chống bê tông hay bê tông cốt thép, người ta phun vữa xi măng qua các lỗ khoan để tăng bền cho đất đá, đồng thời lấp đầy các khoảng hở sau vỏ chống

Những kết quả của phương pháp xi măng hoá đã được thí nghiệm trong một hầm bơm của nước ngoμi Chiều sâu của đất đá được xi măng hoá lμ 3m Qua theo dõi nhiều năm vỏ hầm bơm vẫn lμm việc tốt Cũng trong điều kiện như vậy, với vỏ chống

bê tông có chiều dμy tới 70cm không được xi măng hoá, đất đá xung quanh đã bị biến dạng sau một thời gian ngắn Sân giếng của một mỏ ở CHLB Đức đã bố trí trong vùng

đất đá bị phá huỷ Các đường lò trong sân giếng chống bằng các khung chống kim loại

vμ đã không bảo đảm được việc chống giữ các đường lò Sau đó người ta đã xi măng hoá khối đất đá bị phá huỷ vμ khoảng hở sau vỏ chống, thì thấy sự dịch chuyển của đất

đá không còn nữa Người ta theo dõi trong vòng 10 năm, vỏ chống trong khu vực nμy không cần phải sửa chữa

Hiện nay, người ta kết hợp tăng bền đất đá bằng xi măng hoá với vì neo vμ bê tông phun, coi đây lμ một biện pháp chống giữ các đường lò Kết quả cho thấy rất có lợi về mặt kỹ thuật vμ kinh tế

1.4.4.Vỏ chống, khung chống bảo vệ đường lò

Vỏ chống, khung chống lμ những công trình nhân tạo được xây dựng trong các

đường lò nhằm ngăn ngừa sự phá huỷ của đất đá xung quanh vμ giữ được kích thước tiết diện ngang cần thiết của đường lò Vì vậy dùng vỏ chống vμ khung chống lμ biện pháp cơ bản bảo vệ các đường lò trong suốt quá trình sử dụng Tất cả các công việc phục vụ cho việc dựng khung chống hoặc xây, đổ vỏ chống gọi lμ công tác chống lò

Vỏ chống vμ khung chống phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật, về sản xuất vμ kinh

tế

1.4.4.1.Yêu cầu về mặt kỹ thuật:

Yêu cầu về mặt kỹ thuật của vỏ chống vμ khung chống lμ độ bền vμ độ ổn định

Về độ bền khung chống vμ vỏ chống lμ biện pháp cơ bản để bảo vệ các đường lò trong

suốt quá trình sử dụng Tất cả các công việc phục vụ cho việc dựng khung chống hoặc xây, đổ vỏ chống gọi lμ công tác chống lò Vỏ chống vμ khung chống phải giữ được vị trí ban đầu của chúng

Trong thực tế cho thấy, để đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, một điều hết sức quan trọng lμ chọn được chế độ lμm việc hợp lý của vỏ chống vμ khung chống Người

ta phân biệt vỏ chống, khung chống cứng hay linh hoạt Trong trường hợp kết cấu của

vỏ chống, khung chống không cho phép thay đổi hình dạng vμ kích thước của cả vỏ chống, khung chống hoặc các kết cấu kiện riêng của chúng, mμ vẫn không bị phá huỷ, người ta gọi lμ vỏ chống, khung chống cứng

Ngược lại, nếu cho phép thay đổi hình dạng, kích thước, do sự chuyển vị tương

hỗ giữa các cấu kiện hay phá huỷ một phần các cấu kiện, nhưng không mất khả năng chịu tải vμ độ ổn định của chúng thì gọi lμ vỏ chống, khung chống linh hoạt

1.4.4.2.Yêu cầu về mặt sản xuất

Theo yêu cầu nμy, vỏ chống, khung chống không được gây trở ngại cho các quá trình sản xuất của mỏ, chiếm chỗ ít trong đường lò, không gây sức cản gió lớn vμ an toμn về chống cháy Đôi khi vỏ chống còn phải chống nước Tốt nhất, các cấu kiện của chúng được chế tạo sẵn trên mặt mỏ vμ khi tiến hμnh chống lò được cơ giới hoá ở mức độ cao

1.4.4.3 Yêu cầu về kinh tế

Kết cấu của vỏ chống, khung chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của

đường lò Vốn đầu tư ban đầu vμ giá thμnh sửa chữa trong quá trình sử dụng phải nhỏ nhất

Tổng hợp cả ba yêu cầu trên một cách đúng đắn, ta sẽ chọn được phương án tối

ưu về vỏ chống hay khung chống cho những điều kiện nhất định

Các đường lò cơ bản có thời gian tồn tại từ 20 – 40 năm hay lớn hơn vμ thường

bố trí ngoμi vùng ảnh hưởng của khu khai thác, người ta thường dùng vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép hoặc các vật liệu có độ bền lớn khác Trong trường hợp nμy vỏ chống, khung chống thường lμ kết cấu cứng Các đường lò chuẩn bị thường nằm trong vùng ảnh hưởng của lò chợ, nên hay dùng khung chống linh hoạt hay tốt nhất lμ dùng khung chống bằng kim loại Trong cùng một điều kiện người ta thấy khung chống linh hoạt chịu tác động nhỏ hơn vì chống cứng Vì trong giai đoạn đất đá bị biến dạng, khung chống linh hoạt thu hẹp kích thước hay thay đổi hình dạng tiết diện, tạo nên khoảng trống cho đất đá tự do dịch chuyển nên đã không gây “áp lực lớn tác dụng lên

vỏ chống” Sau khi đất đá bị biến dạng tạo nên vùng biến dạng không đμn hồi gây nên tải trọng tĩnh trên, khung chống lúc đó chúng lại lμm việc ở chế độ vỏ chống, khung chống cứng Chính vì vậy, khung chống linh hoạt về kích thước, lúc mới dựng phải có kích thước lớn hơn để sau khi đạt được độ linh hoạt cho phép, nó vẫn đảm bảo được kích thước tiết diện của lò theo thiết kế, nghĩa lμ thoả mãn được điều kiện thông gió, hoạt động của thiết bị vận tải vμ các khoảng cách an toμn Ta cần chú ý, trong trường hợp khung chống linh hoạt về kích thước, chủ yếu lμ hạ thấp chiều cao

1.4.5 Phân loại kết cấu chống

Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình KCC các công trình ngầm có thể tổng hợp, phân tích vμ xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khác nhau; cụ thể lμ theo các cách phân loại các KCC theo nhiều dấu hiệu khác nhau như:

• phân loại theo vật liệu:

gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp

• phân loại theo chức năng, nhiệm vụ:

tạm thời, cố định

• phân loại theo tính năng kỹ thuật:

tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ

• phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu:

khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá;

hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa, mõm nhái

• phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu

rất cứng, cứng, mềm

Khả năng mang tải KCC Biểu hiện cơ học

mômen lực dọc rất cứng như một cố thể-biến dạng ít lớn nhỏ

cứng như bán cố thể- biến dạng nhỏ lớn nhỏ

• phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá:

- không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn

- tiếp xúc giữa KCC và khối đá : điểm, diện

- khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp

Trong thực tế kết cấu chống giữ CTN còn được phân loại dựa theo tính chất mối tác động giữ kết cấu chống với môi trường đất đá bao quanh Theo đó, kết cấu chống

được phân thμnh hai loại: “kết cấu chống bị động” vμ “kết cấu chống chủ động” Bất kỳ loại kết cấu chống nμo không có tính “chủ động” sinh ra lực đẩy chống lại khối đá ngay sau khi lắp đặt đều được coi lμ kết cấu chống “bị động” Đối với kết cấu chống bị động, nó chỉ phát huy tác dụng chống giữ khi mμ biên công trình ngầm đã có

sự dịch chuyển “đủ lớn” hay nói cách khác lμ đến một giới hạn nμo đó để gây ra sự

“nén ép” tác dụng lên vỏ chống vμ khi đó vỏ chống sẽ sinh ra những lực chống lại nhằm hạn chế sự dịch chuyển của khối đá Sự phản ứng nμy của kết cấu chống tuỳ thuộc vμo độ cứng của chúng vμ thời gian lắp đặt Hầu hết các dạng kết cấu chống giữ truyền thống như: khung chống gỗ, khung chống thép, neo không ứng suất trước đều

lμ những dạng kết cấu chống bị động

Kết cấu chống mang tính chủ động lμ những loại có khả năng gây tác động vμ hạn chế biến dạng của khối đá ngay sau khi lắp đặt Neo ứng suất trước, vỏ bê tông liền khối, vỏ bê tông phun lμ những ví dụ điển hình của dạng kết cấu chống chủ động

1.4.6 Trình tự tính toán

- Lựa chọn các phương pháp tính, các sơ đồ tính toán

- Nếu chọn phương pháp tính toán theo các sơ đồ áp lực thì trình tự tính toán theo các bước sau

+ Tính toán tải trọng

+ Tính nội lực

+ lựa chọn kết cấu chống

+ kiểm tra

1.5 Vật liệu chống giữ công trình ngầm trong mỏ

1.5.1 Phân loại vật liệu chống giữ công trình ngầm

Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, người ta thường sử dụng chính các vật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất Tuy nhiên, do đặc điểm lμm việc dưới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực đất đá với đặc trưng

vμ hướng xuất hiện khác nhau, ảnh hưởng của nước ngầm, khí hậu mỏ tới vật liệu, v v ) nên đòi hỏi vật liệu chống giữ phải đáp ứng những yêu cầu cao hơn Khi xét

đến đặc điểm lμm việc dưới ngầm không những cần chú ý đến ảnh hưởng của môi trường ngầm đến sự lμm việc của vật liệu chống, mμ còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựng bản thân vỏ chống

Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống giữ như sau:

- Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mμ các vật liệu chống giữ được chia

ra: vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết vμ vật liệu phụ

+ Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ

chống (kim loại, bê tông, gỗ, v v )

+ Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng, chất

dẻo, v v )

+ Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp cho vỏ

chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách nước, phụ gia hoá học , v v )

- Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống giữ được chia ra: vật liệu không cháy, vật

liệu không cháy nhưng biến dạng vμ vật liệu cháy

+ Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi chịu tác dụng lâu dμi của ngọn lửa vμ nhiệt độ cao (bê tông vμ một vμi loại đá, v v )

+ Các vật liệu không cháy nhưng biến dạng khi có tác dụng của ngọn lửa vμ nhiệt

độ cao (kim loại, v v )

+ Các vật liệu cháy: bị cháy khi có tác dụng của ngọn lửa (gỗ, chất dẻo, v v )

- Theo thời gian phục vụ, các vật liệu chống giữ được chia ra thμnh: vật liệu bền (bê

tông, thép, v v ) vμ vật liệu nhanh hỏng (gỗ)

- Theo đặc trưng biến dạng dưới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống giữ được chia

ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v v ) vμ vật liệu đμn hồi dẻo (kim loại)

Yêu cầu đối với vật liệu chống giữ

Các vật liệu chống giữ cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang tải cao, trọng lượng bản thân nhỏ, giá thμnh hạ, không bị biến dạng, không bị cháy, có khả năng chống han rỉ vμ mục nát

Ngoμi ra, phụ thuộc vμo điều kiện lμm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu chống còn phải có khả năng chống thấm, cách nước

Vật liệu chống giữ được chọn phụ thuộc vμo kết cấu vỏ chống, công dụng vμ thời gian phục vụ của công trình ngầm, cường độ áp lực đất đá vμ điều kiện lμm việc của vỏ chống, cũng như tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống

1.5.2.Các loại vật liệu chống giữ

1.5.2.1 Gỗ

ưu điểm: có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ; dễ

gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện trường; có độ linh hoạt nhỏ (chịu uốn, ép); có khả năng báo trước khi bị phá huỷ; chi phí về vật liệu, vận tải và lắp dựng thấp; dễ trồng và khai thác

Nhược điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các tác

động cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các công trình ngầm dạng vòm; mất khả năng báo trước nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác nhau; phụ thuộc vào yêu cầu của nền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi trường); khả năng sử dụng lại bị hạn chế

Nói chung gỗ đã được sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của ngμnh mỏ để lμm vật liệu chống giữ Ngμy nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng gỗ vμo các mục đích nμy, đặc biệt ở các nước đang phát triển ở Việt Nam gỗ còn được sử dụng khá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản lượng thấp Tại các nước tiên tiến, gỗ hầu như không còn được sử dụng vμo công tác chống giữ

Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công vμ sơ đẳng thì gỗ nhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vμo các đặc điểm ưu việt của gỗ

Gỗ có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ, nên trong các trường hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ lμ dễ dμng, thuận lợi Bằng các công cụ đơn giản như rìu, cưa đã có thể gia công chế biến tại chỗ để có được các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể Cũng nhờ ưu điểm nμy mμ việc sửa chữa trở nên đơn giản Gỗ có khả năng linh hoạt nhất định nhờ có tính chịu uốn, ép nhất định Đặc biệt đáng chú ý lμ các loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năng phát tín hiệu báo trước phá huỷ (phát ra tiếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dần dần) Giá thμnh gỗ cũng tương đối thấp hơn so với giá các loại vật liệu khác Vì chi phí vật liệu thấp cùng với chí phí vận chuyển vμ lắp dựng thấp nên trong nhiều trường hợp, gỗ vẫn còn có ý nghĩa trong vai trò lμm vật liệu chống

Những ưu việt về mặt kinh tế đương nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu như vì lí do nμo

đấy mμ chi phí bảo dưỡng ở các công trình ngầm chống bằng gỗ quá lớn Đương nhiên khối lượng công tác bảo dưỡng sẽ rất lớn vμ tốn kém một khi áp lực đá vượt quá khả năng mang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong công trình ngầm quá xấu lμm cho gỗ nhanh bị mục nát Đối với những tác động kiểu nμy gỗ ít có khả năng chống lại Tính dễ cháy của gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các công trình ngầm Đương nhiên tính dễ cháy vμ dễ bị mục nát cũng có thể hạn chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí vμ ở nước ta chưa được quan tâm, đôi khi còn ngại không

đầu tư

Mặc dù gỗ dễ gia công, nhưng như đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi công trình có dạng vòm, cũng chính vì thế các công trình ngầm chống bằng gỗ khó tạo dáng lμm giảm tác dụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều kiện xuất hiện áp lực

Khả năng sử dụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn chế Một nhược điểm nữa lμ: khi bị mục, ẩm sẽ mất đi khả năng báo trước sự cố

1.5.2.1 Thép

Ưu điểm: đặc tính cơ học thuận lợi; tuổi thọ cao; chiếm ít không gian; mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạo dáng các cấu kiện bằng thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt

Nhược điểm: chi phí vật liệu cao, trọng lượng thể tích cao; vận chuyển và lắp ráp không đơn giản; các loại thép xây dựng thông thường đễ bị ăn mòn trong môi trường khắc, nghiệt giá thành cao

Trên thế giới thép được sử dụng để chống công trình đã từ giữa thế kỷ 19 Tuy nhiên từ đó cho đến cuối thế kỷ 19, đầu 20 thép không đóng vai trò đặc biệt vμ thực sự

đựơc chú ý cũng như ngμy cμng có ý nghĩa quan trọng trong vòng 70 năm qua

Ưu điểm căn bản của thép lμ khả năng mang tải lớn, điều mμ không có loại vật liệu nμo sánh kịp Do có khả năng mang tải lớn vμ khả năng chống lại các tác động sinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có được tuổi thọ lớn hơn hẳn các cấu kiện bằng gỗ

Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả khi chỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép có thể tiết kiệm được tiết diện đμo Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ với cùng khả năng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn

Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế lμ vô hạn, vì thế người ta đã chế tao ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép rất đa dạng với các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt vμ khả năng biến hình khác nhau Đặc biệt lμ có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dμng để tạo ra mối tương quan thích hợp giữa mức độ linh hoạt vμ khả năng mang tải

Chính vì các lí do đó mμ vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ học khác nhau, đa dạng hơn lμ gỗ, tường xây vμ bêtông Phạm vi áp dụng kỹ thuật của thép nhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác

Tuổi thọ cao, như đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lại nhiều lần các cấu kiện bằng thép

Tuy nhiên, những ưu điểm đã kể đến cũng kèm theo nhược điểm lμ giá thμnh cao vμ trọng lượng của kết cấu chống lớn Nhược điểm nữa thể hiện rõ nét khi phải vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi ( chẳng hạn trong khu vực khai thác vỉa dốc) Cũng vì lí do nμy mμ thép chưa thể thay thế được gỗ ở các khu vực khai thác các vỉa có chiều dμy lớn hơn 3 đến 4m Thép xây dựng còn dễ bị ăn mòn, đương nhiên cũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo vệ

Cho đến nay, thép được sử dụng ngμy cμng rộng khắp chủ yếu vì những khả năng đảm bảo an toμn vμ các nguyên nhân kinh tế Đương nhiên khả năng nμy chỉ có thể nâng cao tính ưu việt về kinh tế của thép so với gỗ trong trường hợp chí phí vật liệu

được bù trừ nhờ giảm chi phí bảo dưỡng hoặc sử dụng lại nhiều lần

Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu vμ phát triển nhiều loại hình kết cấu chống mới lμm cho thép được sử dụng ngμy cμng nhiều thay cho gỗ Đây lμ xu hướng phát triển chung trên thế giới vμ đặc biệt khi đã xuất hiện các kết cấu từ thép

hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá ngμy cμng tăng, cũng như sự ra đời vμ phát triển của các kết cấu chống bằng neo

1.5.2.4 Bê tông, bê tông cốt thép

Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong hoá

đối với khối đá và ngăn nước chảy; sức cản khí động học nhỏ; có thể tạo ra từ các vật liệu có thể tận dụng vật liệu địa phương rẻ tiền; không cháy

Nhược điểm: trọng lượng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa chữa không thuận tiện các chỗ bị hư hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế

Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các công trình ngầm vμ giếng có tuổi thọ cao vμ dưới tác dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh Ngoμi ra phạm vi áp dụng của bêtông còn

được mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông lμm khung chống hoặc tấm chèn Bêtông trong ngμnh mỏ cũng đã được áp dụng ở dạng bêtông phun, vổ

bê tông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v v

Các dạng vỏ chống thông thường từ gạch xây vμ bêtông hoặc gạch bêtông vốn

có chiều dμy tương đối lớn Vỏ chống có thể phủ toμn bộ phần tường vμ vòm các công trình ngầm hoặc bao kín toμn bộ công trình ngầm, đặc biệt ở các giếng mỏ Khi đó toμn bộ khối đá vấy quanh được lấp kín

Khả năng mang tải cao có được nhờ vμo độ bền cao của vật liệu vμ chiều dμy lớn Trong điều kiện thông thường, kết cấu chống nμy được coi lμ kết cấu chống cứng Dưới tác dụng của tải trọng chủ yếu lμ tĩnh, kết cấu chống thường có tuổi thọ cao hơn

kết cấu gỗ vμ thép Khả năng chống các tác động hoá học vμ sinh học cũng góp phần lμm tăng tuổi thọ của kết cấu chống nμy Dạng kết cấu chống kín còn hạn chế được tác

động phong hoá đến khối đá vây quang vμ trong nhiều trượng hợp còn ngăn nước xâm nhập vμo công trình ngầm Ngoμi ra do bề mặt tương đối nhẵn, kết cấu chống nμy còn

có sức cản khí động học nhỏ hơn so với kết cấu bằng gỗ vμ thép

Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống nμy thường sẵn có vμ rẻ tiền hơn so với các loại vật liệu khác Mặt khác kết cấu tường xây vμ bêtông không bị cháy, do vậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử dụng kết cấu chống nμy

Những ưu điểm trên bị hạn chế bởi các nhược điểm lμ trọng lượng lớn vμ chiều dμy lớn, kèm theo đó lμ chi phí vận chuyển vμ lắp dựng (xây, đổ bêtông ) cao Tiết diện đμo thường phải lớn hơn lμ khi sử dụng gỗ vμ thép, do vậy đòi hỏi thêm chi phí

đμo Ngoμi ra để có được kết cấu hoμn chỉnh cần nhiều thời gian hơn

Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa chữa thường phức tạp hơn vμ chi phí cao hơn so với gỗ vμ thép

So sánh như vậy vμ từ thực tế ngμnh mỏ trong vμ ngoμi nước cho thấy tường gạch đá xây vμ bêtông chỉ kinh tế hơn nếu như công trình có tuổi thọ cao vμ khi không có tác dụng của áp lực động Đương nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có thể tμo ra khả năng linh hoạt nhất định cho tường xây vμ bêtông Tuy nhiên khả năng nμy cũng chỉ đạt được ở mức độ hạn chế, trừ trượng hợp sử dụng gạch bêtông vμ đệm nhiều lớp

gỗ, do vậy tường xây vμ bêtông hầu như không được sử dụng cho khu vực khai thác vμ các công trình ngầm chuẩn bị

Đương nhiên với sự phát triển vμ cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả năng

sử dụng của bêtông đã được mở rộng Xu hướng hiện nay ở Việt nam lμ lμm sao giảm

được trọng lượng của các cấu kiện nμy cho phù hợp với sức khoẻ của công nhân trong

điều kiện lμm việc hiện tại

Về bê tông cốt thép, do bê tông lμ loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông người ta có thể bố trí thêm cốt thép vμo trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép Các thanh cốt thép được bố trí ở miền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng chịu lực của miền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều tương ứng với khả năng chịu lực của miền

- Thép vμ bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần như nhau, nên bảo đảm được tính liền khối của kết cấu bê tông cốt thép

- Bê tông bao bọc ngoμi cốt thép, có khả năng bảo vệ được cốt thép khỏi bị han rỉ do nước vμ khí ăn mòn gây nên

- Cốt thép trong bê tông cốt thép được chia ra: cốt chịu lực, cốt phân bố, cốt lắp ghép, vμ cốt đai

- Cốt chịu lực được bố trí ở miền chịu kéo, hoặc miền chịu nén để tiếp thu các ứng suất kéo hoặc nén

- Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục bộ,

đảm bảo sự lμm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực

- Cốt lắp ghép vμ cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần các ứng lực kéo, nén vμ cắt

Lượng cốt phân bố vμ cốt lắp ghép được lấy theo qui định kết cấu

1.5.2.4 Các vật liệu khác

a- Thuỷ tinh dẻo:

Thuỷ tinh dẻo lμ vật liệu keo gắn kết được cấu tạo từ sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh

ở đây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh được nén ép lại Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết thường sử dụng lμ keo Poliofin, keo Fenol, keo epoxi vμ các loại Polyme khác Tính chất cơ lý của thuỷ tinh dẻo rất đa dạng, phụ thuộc vμo tính chất của sợi cốt vμ chất dính kết

Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, người ta đã thu được các sợi thuỷ tinh rất mảnh Chúng có độ bền chống kéo đứt cao (1250ữ2500pa), không bị mục nát, trương nở, rất ổn định với nhiệt độ Các chất dính kết phải có độ bền cao, ổn định với nước xâm thực vμ đảm bảo luôn dính kết chắc chắn với các sợi thuỷ tinh Ngoμi chất dính kết vμ sợi thủy tinh, trong thuỷ tinh dẻo còn có thêm chất ổn định Công dụng chính của chất nμy lμ chống lão hoá tính dẻo khi sử dụng

Nguyên liệu để chế tạo các chất dính kết dạng keo Polyme lμ khí thiên nhiên, hơi đốt hoặc các sản phẩm trưng cất dầu mỏ

Các cấu kiện của vỏ chống hầm công trình ngầm nằm ngang thuỷ tinh dẻo (xμ, cột, chèn , v v ) thường được chế tạo bằng cách nén ép, nhưng cũng có thể dùng phương pháp đổ khuôn, phương pháp kéo , v v Một trong những vật liệu thuỷ tinh dẻo đã

được thử nghiệm lμ sợi thuỷ tinh dị hướng (CBAM) do viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) chế tạo Nó có độ bền cao, có tính dị hướng, hầu như không bị trương nở, có đặc trưng phá hoại dòn - dẻo Độ bền kéo của CBAM đạt 90daN/mm2, trọng lượng riêng

đạt 0,017ữ0,019N/cm3 (nhỏ hơn thép 4 lần) Qua thiết kế vμ thử nghiệm đã chứng minh được rằng: các khung chống hình thang với cột vμ xμ dạng ống chế tạo từ CBAM nhẹ hơn bê tông cốt thép 7ữ8 lần, nhẹ hơn gỗ 3 lần Các vật liệu nμy đang tiếp tục

được thử nghiệm

b- Bê tông dẻo:

Bê tông dẻo lμ vật liệu đá nhân tạo bao gồm có keo kết dính tổng hợp, cát vμ đá dăm Chất dính kết ở đây thường lμ furônaxêtôn êpôxy, forualđehyt vμ các keo khác cũng như các phụ gia hoá chất đặc biệt (sunfuabenzen, polyêtylen, polyamin , v v )

Bê tông dẻo có độ bền nén cao (40ữ70Mpa), độ bền kéo đạt 5ữ6Mpa, độ bền uốn đạt 10ữ20Mpa, đặc biệt có khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt

c- Các vật liệu Polyme

Viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) đã thiết kế vμ áp dụng trên qui mô công nghiệp các hoá chất trên cơ sở keo Pôliefinfênol, formalđehyt để gia cố neo, các dung dịch hoá chất trên cơ sở keo êpôxy dùng để gia cố đất đá vμ để giữ neo trong lỗ khoan

có độ bền rất cao, nhưng do giá thμnh đắt, nên không thể áp dụng được Các loại keo pôliêfin, mechievit - formalđehyt có độ bền kém hớn êpôxy, nhưng rẻ hơn, vì vậy

được sử dụng rộng rãi

Nhược điểm cơ bản của tất cả các loại keo trên lμ chúng đều có chứa các chất

độc (formalđehyt , v v ) đòi hỏi phải có biện pháp để phòng cẩn thận Trong điều kiện mỏ phải tăng chi phí thông gió cho các công trình ngầm sử dụng loại keo nμy

Chương II:

Kết cấu chống giữ công trình ngầm trong mỏ

Sau khi khai đμo công trình ngầm, trạng thái cơ học cân bằng tự nhiên của khối

đá xung quanh công trình bị biến đổi chuyển sang trạng thái cân bằng mới ở trạng thái cân bằng mới nμy, khối đá có thể ổn định hay không ổn định Khối đá lμ ổn định nếu như các biến đổi cơ học không lμm thay đổi hình dạng vμ kích thước của công trình ngầm (khoảng trống) sau khi đμo vμ trong suốt thời gian tồn tại của công trình Ngược lại, khối đá lμ không ổn định

Nếu khối đá ổn định sau khi đμo công trình ngầm, công trình ngầm có thể để lưu không mặt lộ (không cần có các kết cấu chống giữ) Trong trường hợp khối đá có khả năng mất ổn định thì phải tiến hμnh các biện pháp gia cường, chống giữ bổ sung cho khối đá

2.1 Khái quát chung về kết cấu chống

Mục đích của việc tạo ra KCC lμ để giữ ổn định khoảng không gian ngầm, bảo

vệ, đảm bảo an toμn vμ hoạt động bình thường cho con người, các thiết bị, phương tiện

kỹ thuật, v v trong đó Tuy nhiên, các nhiệm vụ cụ thể của KCC được đặt ra tuỳ thuộc vμo mục tiêu sử dụng công trình ngầm

Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của KCC lμ:

• Ngăn chặn đá rơi, sập lở vμo trong đường lò gây ảnh hưởng tới người lao động, trang thiết bị kỹ thuật;

• Hạn chế dịch chuyển của khối đá vμ giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hμnh, vận chuyển vμ thông gió hay nói cách khác lμ khả năng thông quá của công trình ngầm

Ngoμi hai nhiệm vụ chính đó các KCC còn có những nhiệm vụ phụ khác tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế như:

• Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;

• Bảo vệ các công trình ngầm bị nước xâm nhập

Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ nμy không có ý nghĩa, song có những trường hợp nó lại trở thμnh rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đμo qua các lớp đá chứa nước

Ngμy nay, trên cơ sở các thμnh tựu nghiên cứu của lĩnh vực Cơ học đá cho thấy rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn giữ được

độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá Các biện pháp chống giữ cần thoả mãn các nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá Trong trường hợp lý tưởng chỉ nên coi KCC lμ một dạng gia cố

hay gia công bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, trong thực tế các KCC thường đạt được

độ cứng vững nhất định, có thể tính toán vμ kiểm chứng được

Nói chung, để đảm bảo giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:

• Lựa chọn được hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến điều kiện

cụ thể về các tính chất của khối đá;

• Lựa chọn các phương pháp vμ giải pháp thi công hợp lý

• Lựa chon phương pháp 'chống giữ' hợp lý;

• Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá vμ KCC;

áp dụng các phương pháp đμo không gây tác động xấu đến khối đá-(có thể gọi

lμ các phương pháp đμo bảo dưỡng khối đá)- tức lμ ít gây ảnh hưởng đến độ bền của khối đá

2.2 Chống giữ lò bằng lò nghiêng

2.2.1 Khung chống lắp ghép

2.2.1.1 Khung chống gỗ

a- Điều kiện sử dụng

Khung chống bằng gỗ được sử dụng để chống các công trình ngầm với áp lực

đất đá không lớn, thời gian phục vụ ngắn (không vượt quá 2 -:- 3 năm) vμ không vượt quá 5 đến 7 năm khi gỗ được ngâm tẩm Khung chống gỗ được sử dụng rộng rãi để chống các công trình ngầm chuẩn bị vμ khai thác của các mỏ than, mỏ quặng

Khung chống gỗ có các ưu điểm:

• Vật liệu gỗ sẵn có trong tự nhiên (dễ tìm, dễ cung cấp)

• Dễ gia công chế tạo các cấu kiện của vỏ chống

• Thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt trong công trình

• Có khả năng biến dạng lớn nên có thể ngăn ngừa hiện tượng sụt lở của công trình ngầm

Nhược điểm của khung chống gỗ :

• Tuổi thọ kết cấu chống gỗ thấp (đặc biệt trong các công trình ngầm thông gió) do gỗ dễ mối mọt, nấm vμ dễ cháy

Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất đá

vμ khoảng cách giữa các khung chống mμ bên ngoμi khung chống phải có chèn Chèn vừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vμo công trình đảm bảo an toμn cho

người vμ thiết bị, vừa có tác dụng lμm cho áp lực đất đá tác dụng đều lên kết câu chịu lực (xμ vμ cột) Việc chèn dầy hay thưa đều phải căn cứ vμo tình trạng thực tế của đất

đá khi thi công CTN: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục bộ thì nhất thiết phải chèn khít, trường hợp ngược lại có thể chèn thưa Tuy nhiên khi chèn khít cũng như khi chèn thưa đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa lμ không để lại khoảng trống giữa đất đá xung quanh với vật liệu chèn Vật liệu chèn thường lμ gỗ bổ, ván gỗ, v v

Phụ thuộc vμo các tính chất cơ lý của đất đá vμ khả năng mang tải của khung chống mμ khoảng cách giữa các khung chống có thể thay đổi Khoảng cách nμy thường bằng 0,5 đến 1m

Văng dùng để giữ cố định khoảng cách giữa các khung chống theo phương dọc trục công trình, chống lại tác dụng xô đổ khung chống khi nổ mìn Văng thường lμm bằng vật liệu gỗ tròn φ10 - φ14 (cm)

Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo phương dọc trục công trình Giằng thường lμm bằng gỗ φ10 - φ14 (cm), giằng thường được giữ vμo cột nhờ đinh đỉa

Cột được chôn vμo lỗ chân cột đμo trong đất đá nền công trình Tuỳ theo đất đá mềm yếu hay cứng mμ lỗ chân cột được đμo sâu hay nông Trong đất đá kiên cố vμ trung bình lỗ chân cột thường được đμo sâu 10 - 25cm với mục đích giữ cho chân cột khỏi bị bật ra khi khung chống chịu áp lực đất đá ở phía có rãnh nước, lỗ chân cột phải đμo sâu hơn đáy rãnh nước 10 - 15cm để chân cột không phá huỷ đáy rãnh nước

Để tạo độ linh hoạt xác định nμo đó cho kết cấu chống gỗ, chân cột thường được đẽo nhọn dưới dạng hình chóp hoặc hình nêm

Kết cấu chống gỗ dạng hở thường có dạng hình thang (hình 2-1a) vì nó cho phép giảm chiều dμi xμ nóc (lμm việc ở chế độ chịu uốn) xuống 15 ~ 20% Do mômen uốn tỷ lệ thuận với bình phương chiều dμi xμ nên giải pháp nμy mang lại hiệu quả lớn Trong trường hợp áp lực nền lớn cần phải dùng thêm cấu kiện mang tải thứ tư lμ dầm

đáy Kết quả sẽ tạo nên khung chống kín như hình vẽ (hình 2-1b)

Ngoμi những dạng kết cấu chống gỗ đối xứng tiêu chuẩn như hình thang hở, chữ nhật khép kín, tuỳ thuộc vμo điều kiện địa chất, thế nằm của vỉa khoáng sản, góc nghiêng của lớp đá nóc mμ có thể sử dụng các dạng kết cấu chống gỗ không đối xứng Khi vỉa thoải (góc dốc < 120) vμ lớp đá nóc bền vững - liền khối (cát kết, sét kết) thì các công trình ngầm dọc vỉa nên được chống giữ bằng kết cấu chống gỗ với xμ nóc nghiêng (hình 2-1c) còn khi công trình ngầm đμo dọc vỉa dốc (lớn hơn 700) thì nên lắp dựng một phía cột chống nghiêng theo vách treo của vỉa (hình 2-1d) Trong cả hai trường hợp cần cố gắng tận dụng khả năng mang tải của lớp đá nóc vỉa Ngoμi ra, tuỳ theo điều kiện, đặc điểm thế nằm của vỉa mμ có thể áp dụng một số dạng kết cấu chống gỗ hợp lý khác

Liên kết giữa các cấu kiện của khung chống gỗ phải đảm bảo tính vững chắc trong liên kết, không lμm giảm yếu quá nhiều khả năng chịu lực của khung chống,

đơn giản dễ thi công lắp ghép, phân bố lực đồng đều lên cấu kiện Nếu khung chống

gỗ chịu tải trọng chủ yếu từ phía nóc công trình nên sử dụng mối nối dạng mộng thang hay mộng xiên (hình 2-2a vμ 2-2b) Khi áp lực hông lớn, nên áp dụng khớp nối dạng hình 2-2c Lúc nμy cột chịu lực trên toμn tiết diện, còn xμ nóc ít chịu lực hơn Khi tiến

hμnh sửa chữa công trình ngầm hoặc trong các kết cấu chống gỗ tạm thời có thể sử dụng khớp nối dạng khe (hình 2-2d) Cột chống liên kết với dầm đáy nhờ mộng nối (hình 2-2e) hoặc mộng khớp (hình 2-2g)

Trong trường hợp áp lực nóc quá lớn, khung chống bình thường không đủ khả năng mang tải, ta phải dùng các khung chống tăng sức như hình 2-3

Phương pháp tương đối hữu hiệu vμ đơn giản để tăng sức cho kết cấu chống gỗ

lμ biện pháp sử dụng cột chống gia cường (hình 2-3a) Nếu quá trình lắp dựng cột

được thực hiện tốt thì khả năng mang tải của xμ nóc có thể tăng lên 3 ~ 4 lần Tuy nhiên việc lắp dựng cột gia cường sẽ cản trở hoạt động bình thường trong công trình ngầm nên trong nhiều trường hợp không thể áp dụng được Để thay thế có thể áp dụng phương pháp giằng xiên - dầm dọc (hình 2-3b) Trong trường hợp xμ nóc có chiều dμi lớn có thể sử dụng khung gia cường “giằng xiên - dầm dọc - giằng ngang - dầm dọc - giằng xiên” (hình 2-3c) Trên hình 2-3d giới thiệu khung chống gia cường kết cấu dạng kín Dạng kết cấu nμy đòi hỏi chi phí vật liệu chống lớn vμ tính phức tạp cao trong quá trình lắp đặt Ngoμi ra, khung chống gia cường sẽ lμm giảm tiết diện sử dụng của công trình ngầm, giảm khả năng thông qua vμ vận tải trong công trình ngầm

Sơ đồ tính toán kết cấu chống dạng hình thang

Xác định phản lực gối tựa

Tại A, B, C, D được coi như các khớp vì vậy có hai thμnh phần nội lực lμ phản lực theo phương thẳng đứng vμ theo phương nằm ngang như hình vẽ

hdx

thanh xiên đơn giản

Lập bảng nội lực và vẽ biểu đồ nội lực

nC D

Sau khi có các biểu thức tính toán nội lực, thay các giá trị cụ thể vμo để tính rồi lập biểu đồ nội lực Để dễ lập biểu đồ nội lực trong khung chống, ta nên tiến hμnh theo bảng mẫu dưới đây: chú ý lμ khoảng chia lx cμng gần nhau kết quả cμng chính xác

Bảng 1.2 Khoảng cách lx từ đỉnh cột đến tiết diện xét

Nội lực

lx = 0 lx = lx = lx = lx =

βsin

Đμo lỗ chân cột: lỗ chân cột phải đμo sâu từ 10-15cm trong đất đá kiên cố vμ trung bình, 15-20cm trong đất đá trung bình vμ trong đất đá mềm yếu lμ 20-25cm Lỗ chân cột cũng được đμo bằng búa chèn, cuốc chim hoặc thuốc nổ Nếu có dần nền thì dầm nền cũng phải được chôn ngập (1/2) đến 1 lần đường kính gỗ chống

Trình tự dựng khung chống: đặt dầm nền (nếu có) Dựng từng cột một, giữ tạm cột bằng chèn nhói, các thanh giằng cμi vμo cột của các khung chống cũ đã dựng trước hoặc giữ tạm cột bằng các cột đỡ nghiêng Sau khi đã dựng cột thì đưa xμ lên bằng tay hoặc bằng các kích nâng Khi lên xμ phải kiểm tra sự ăn khớp giữa đầu xμ vμ đầu cột

để sao cho không có hiện tượng treo cằm hoặc trùng cằm (hình 2-4) Hai hiện tượng trên đều có thể lμm cho cột vμ xμ dễ bị gẫy Tiếp theo, tiến hμnh điều chỉnh khoảng cách, độ cao, độ thách (độ nghiêng chân cột), v v của khung chống sao cho khung chống nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục công trình Sau đó thực hiện đóng nêm

đầu xμ vμ đầu cột để định vị khung chống Cuối cùng cμi chèn phía sau khung chống tại nóc vμ hông của công trình ngầm Mật độ cμi chèn phụ thuộc vμo hiện trạng đất đá xung quanh công trình ngầm Trong quá trình cμi chèn, nếu phát hiện khoảng trống phía sau khung chống thì phải tiến hμnh kích chặt, chèn kỹ bằng các đầu gỗ hoặc nêm

đá

2.2.1.2 Khung chống kim loại

a- Điều kiện sử dụng

Khung chống kim loại lμ một trong những loại kết cấu chống được sử dụng rộng rãi vμ có hiệu quả nhất để chống giữ các công trình ngầm So với kết cấu chống

gỗ, kết cấu chống bằng kim loại có nhiều ưu điểm hơn:

- Có khả năng mang tải lớn;

- Thuận tiện cho việc lắp đặt, sử dụng được trong đất đá có độ bền bất kỳ, trong các công trình ngầm có áp lực đất đá đã xác định cũng như trong các công trình ngầm nằm ở trong vùng ảnh hưởng của công tác khai thác;

- Lμm khung chống tạm thời cũng như lμm khung chống cố định, lμm khung chống cứng cũng như lμm khung chống linh hoạt

Khung chống tạm thời bằng thép có thể sử dụng được nhiều lần Khung chống

cố định bằng thép có thể sử dụng với nhiều thời gian phục vụ khác nhau, thông thường công trình ngầm cần phục vụ từ 5-7 năm trở lên đều có thể chống bằng khung chống thép Trong những điều kiện thông thường, nên sử dụng khung chống thép với những công trình ngầm có thời gian tồn tại 20-25 năm Nhưng có một điều cần lưu ý lμ thép kim loại rễ bị han rỉ trong môi trường ẩm ướt, có nước xâm thực Vì vậy khi sử dụng khung chống thép trong các công trình ngầm có nước cần phải có biện pháp chống rỉ cho thép

b- Cấu tạo khung chống thép

Các khung chống thép được sử dụng ở công trình ngầm nằm ngang vμ công trình ngầm nằm nghiêng có thể phân chia thμnh: kết cấu chống cứng, kết cấu linh hoạt kích thước vμ kết cấu linh hoạt hình dáng

• Kết cấu chống cứng:

- Khung chống hình thang

Về mặt kết cấu, khung chống thép hình thang tương tự khung chống gỗ, cũng gồm có một xμ nóc vμ hai cột (vμ có thể có thêm dầm nền) Các khung chống thép hình thang có thể lμ khung kín hoặc khung hở Các cấu kiện của khung chống thường

được chế tạo từ thép đường ray cũ hoặc từ các dầm thép chữ I số hiệu 16-20 hoặc hơn nữa Cột vμ xμ nóc của khung chống hình thang có thể liên kết với nhau như bản đệm, thép góc với bu lông bản ốp v v như hình vẽ (Hình 2-5)

Văng bằng gỗ giống như khung chống hình thang bằng gỗ

Các thanh giằng thường bằng thép góc hoặc thép bản dμy 10-15mm bắt bu lông giữ vμo cột chống

Chèn có thể bằng gỗ, bằng các tấm thép hình gợn sóng, v v

ở khung chống hở, chân cột đặt trực tiếp vμo hố chân cột dưới nền Khi đất đá dưới nền mềm yếu, để tránh khả năng lún chân cột thì chân cột được hμn thêm một bản đệm hoặc tỳ lên dầm dọc bằng gỗ qua bản đệm hμn

• Ưu điểm của khung chống hình thang lμ đơn giản, dễ chế tạo vμ lắp đặt

• Nhược điểm: kết cấu lμ kết cấu cứng, khả năng mang tải kém hơn khung chống hình vòm có cùng chi phí

- Khung chống hình vòm

Các khung chống hình vòm cứng có khả năng mang tải cao hơn khung chống thép hình thang có cùng chi phí thép Chúng thường được sử dụng ở những công trình ngầm có áp lực đất đá ổn định Khung chống gồm có hai nửa vòm uốn bằng thép hình I12-I18 hoặc thép đường ray, hai nửa vòm nμy được nối cứng với nhau nhờ bu lông bản nối hoặc các liên kết tương đương khác (hình 2-6) Mối nối lμ vị trí yếu nhất trong toμn bộ khung chống Ngoμi ra, chiều dμi từng cấu kiện còn quá lớn nên rất khó khăn

khi vận chuyển trong công trình ngầm Khung chống kim loại dạng vòng kín (hình 7) cấu tạo từ 3 đến 4 cấu kiện liên kết với nhau bằng bản đệm vμ bulông Dạng kết cấu nμy nên sử dụng trong điều kiện có áp lực đất đá lớn xuất hiện từ cả 4 phía Khi đó khả năng mang tải của kết cấu chống kín được tận dụng tối đa Cũng giống như kết cấu chống dạng vòm, mối nối giữ các cấu kiện lμ vị trí yếu nhất trong toμn bộ khung chống

2-• Khung chống kim loại linh hoạt kích thước

Khung chống được uốn bằng thép lòng máng Nó gồm có một xμ cong vμ hai cột cong Xμ cong vμ cột cong được nối với nhau bằng một liên kết đặc biệt lμ liên kết

bu lông - gông (mỗi liên kết 2 bộ gông), chính nhờ có liên kết nμy mμ đầu xμ được lồng vμo trong lòng cột

Với áp lực nhỏ, khung chống lμm việc như một khung chống cứng Khi áp lực

đất đá lớn hơn lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các cấu kiện (lực ma sát nμy tạo ra nhờ lực xiết các bu lông gông) các cấu kiện bắt đầu bị trượt lên nhau, cụ thể lμ xμ bị trượt trên cột Tốc độ biến dạng của khối đất đá bên trên nhờ vậy mμ giảm đi, áp lực tác dụng lên khung chống nhỏ hơn lực ma sát các cấu kiện không bị trượt nữa Biến dạng của đá nóc tăng dần theo thời gian, áp lực lên khung chống lại lớn dần vμ đến một lúc nμo đó lại lớn hơn lực ma sát, các cấu kiện lại trượt Cứ như vậy cho đến khi khai thác hết độ linh hoạt của khung chống Độ linh hoạt của khung chống theo phương thẳng đứng đạt đến 300-500mm Để tăng độ linh hoạt của khung chống trong trường hợp cần thiết có thể sử dụng khung chống gồ 5 đoạn cấu kiện (hình 2-9)

Khung chống thép linh hoạt hình vòm được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt lμ trong các công trình ngầm chịu ảnh hưởng của công tác khai thác, ở đó áp lực đất đá thay đổi

• Khung chống kim loại linh hoạt về hình dạng

Khung chống có hai loại khung chống năm khớp vμ khung chống ba khớp Các thanh cấu kiện của khung chống lằm bằng thép I hay thép ray vμ được sử dụng ở những nơi có áp lực tác dụng thay đổi về hướng hoặc tác dụng lệch Loại khung chống

ba khớp có kết cấu đơn giản hơn vì chúng gồm hai đoạn cung cong bằng thép chữ I hoặc thép đường ray, ở đầu có hμn các bản đệm cong để ôm lấy các thìu gỗ (hoặc bê tông cốt thép) tạo thμnh khớp (hình 2-10a) Loại khung chống năm khớp hai đoạn xμ cong, hai cột vμ ba thìu (hình 2-10b) Hai đầu của đoạn xμ cong được hμn đế cong để

ôm thìu nóc vμ thìu hông Đường kính thìu gỗ bằng 18 - 22cm, chiều dμi của thìu gỗ thường bằng 2-3 lần khoảng cách giữa các khung chống, tức lμ trên mỗi thìu gỗ có đặt 2-3 khung chống

Cột của mỗi khung chống có thể bằng gỗ, thép hoặc bê tông cốt thép Nhờ có khớp mμ khi có tải trọng thay đổi hướng hoặc tác dụng lệch thì các cấu kiện có khả năng xoay quanh khớp lμm giảm mô men uốn đi, khung chống bị biến dạng mμ không mất khả năng mang tải

C - Phương hướng tính toán

Tính toán vì chống kim loại hình vòm

Tính toán vòm chống hai khớp (cung hai khớp)

Tất cả các loại vòm chống có hai chân cắm xuống đất đá còn các cấu kiện bên trên không thể quay theo bất cứ điểm nμo được (trừ hai chân cột) được gọi lμ vòm hai khớp Vòm cung linh hoạt về kích thước nói ở trên (sau khi khai thác hết độ linh hoạt) đều thuộc loại cung hai khớp

Đến nay đã có một số tμi liệu đã đề cập vấn đề tính toán cung chống ( Song các tác giả (G.Đ.Tru-pru-nov, L.N.Na-xo-nov, Orlov ) đều tính cho những trường hợp riêng, cung nóc tròn còn cột thẳng; hoặc chỉ đề cập tới tác dụng của tải trọng nóc

Dưới đây ta hãy xét nội lực trong cung chống cong bất kỳ, chịu cả tải trọng nóc lẫn tải trọng sườn.Vòm hai khớp lμ một vòm siêu tĩnh bậc một nó có một liên kết thừa (Hình ) Thay liên kết thừa đó bằng ẩn Hc ta có sơ đồ tính toán như trên hình

2.aA

.

2 2

y s

y n

Q = cosϕ ư sinϕ ư cosϕ ư sinϕ

Bảng kết quả tính toán Tọa độ tiết diện Nội lực

Điều kiện bμi toán để tính vì chống hình vòm 3 khớp lμ vòm hình bán nguyệt, cột thẳng đứng vμ tải trọng nóc vμ hông phân bố đều

qn

VAh

Nội lực trong vòm, khung nhiều khớp

Trong số các vòm khung chống nhiều khớp, ta thường gặp vòm vμ khung 5 khớp ở

đây chúng ta cũng chỉ xét nội lực trong các cấu kiện của vòm, khung chống 5 khớp với điều kiện vòm hoặc khung chống đó chịu tải trọng đối xứng

VAx

x

B 2a

Hình Sơ đồ xác định nội lực trong vì chống năm khớp

d - Thi công lắp dựng khung chống kim loại

• Thi công khung chống cứng hình thang: tương tự như khung chống gỗ Để tăng cường khả năng chịu tải của khung chống thép hình thang, các lỗ chân cột được đμo rộng thêm để đặt đế chân cột, hoặc đμo các rãnh để đặt thìu doch bằng gỗ Do các xμ

vμ cột bằng thép có trọng lượng lớn hơn gỗ nên để thuận tiện cho quá trình lắp dựng nên sử dụng các thiết bị nâng cấu kiện Các mỏ hầm lò của nước ta vẫn chủ yếu lắp dụng bằng thủ công

• Thi công khung chống cứng hình vòm: trước khi dựng khung chống cũng phải lμm các công tác chuẩn bị, đμo hố chân cột, dựng một nửa vòm lên, dùng chèn nhói giữ tạm sau đó dựng nốt nửa kia Bắt bu lông, điều chỉnh xê dịch cho đúng vị trí sau đó lèn chặt chân cột, xiết chặt bu lông, đánh văng, cμi chèn vμ chèn chặt khoảng hở sau khung chống

• Thi công khung chống linh hoạt về kích thước: lần lượt dựng từng cột một, dựng

được cột nμo dùng chèn nhói vμ thanh giằng giữ tạm cột đó lại Sau đó lên xμ cong bằng tay hoặc bằng kích nâng, điều chỉnh độ cao thấp vμ độ thẳng đứng sau đó bắt bu lông Chú ý xiết đều các bu lông để khung chống lún đều Sau đó bắt giằng, đánh văng vμ cμi chèn

• Thi công khung chống linh hoạt về hình dạng: Trình tự lắp dựng khung chống ba khớp giống như khung chống cứng hình vòm hai đoạn Chỉ khác ở chỗ phải tiến hμnh lên thìu nóc trước khi lắp dựng từng thanh chống vμ thường phải tiến hμnh đặt các thìu dọc dưới nền công trình Đối với loại năm khớp, chúng được lắp dựng như sau:

- Lắp thìu nóc: Một đầu mộng (thường có dạng mũ ông công) được ănkhớp với mộng của thìu cũ Đầu thìu sát ương được đỡ bằng cột bích tạm thời Sau đó tiến hμnh lên tiếp hai thìu hông Hai thìu hông được giữa bằng các cột đạp tạm thời

- Lắp đặt từng đoạn xμ cong: đầu tiên cho một đầu xμ cong dựa lên thìu hông để lμm

điểm tựa Sau đó lựa để cho đầu xμ cong ăn khớp với thìu nóc Sau khi đã lên xong hai đoạn xμ cong, điều chỉnh cho chúng nằm trong mặtphẳng vuông góc với trục công trình vμ tiến hμnh lắp dựng các cột chống

- Lắp dựng hai cột cố định phía dưới các xμ cong

- Kiểm tra toμn bộ khng chống theo các yêu cầu kỹ thuật Sau đó đóng nêm các thìu

vμ cμi chèn nóc vμ hông công trình Cuối cùng tháo cọt bích vμ các cột đỡ tạm thời

2.2.2 Vỏ chống lắp ghép

2.2.2.1 vỏ chống bê tông liền khối và bê tông cốt thép liền khối

Kết cấu vỏ chống liền khối để chống giữ các công trình ngầm được chế tạo bằng vật liệu bê tông, bê tông cốt thép Đây lμ dạng kết cấu vỏ chống được sử dụng nhiều nhất để chống giữ các công trình ngầm cơ bản trong mỏ Ngoμi ra, trong dạng kết cấu vỏ chống liền khối còn sử dụng loại vật liệu gạch đá xây ở nước ta, dạng vỏ chống nμy đã được sử dụng rất hiệu quả để chống giữ hμng nghìn mét lò cơ bản trong

mỏ Mạo Khê Tuy nhiên, hiện nay loại vật liệu nμy ít được sử dụng

Về hình dạng, vỏ chống liền khối có các dạng sau: vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng; vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng có vòm ngược; vỏ chống bê tông hình vòm, tường cong, có vòm ngược (bao gồm cả hình tròn); vỏ chống bằng bê tông phun; vỏ chống bê tông với cốt thép mềm; vỏ chống bê tông với cốt thép cứng Trong đó, kết cấu vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng đứng được sử dụng rỗng rãi nhất, đây lμ dạng kết cấu chịu áp lực lớn theo phương thẳng đứng rất tốt Dạng kết cấu vỏ chống hình vòm, tường cong được sử dụng trong khối đá xuất hiện cả áp lực hông lớn Trong trường hợp xuất hiện cả áp lực đất đá ở phía nền thì sử dụng dạng kết cấu vỏ chống có vòm ngược hoặc vỏ chống hình tròn

a- Cấu tạo và phạm vi sử dụng

Kết cấu vỏ chống bê tông liền khối có ưu điểm sau: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động học nhỏ, tính chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống

vμ đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợi cho sự lμm việc của vỏ chống Tuy nhiên, loại vỏ chống nμy cũng có một số nhược điểm nhất định: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không phát huy hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân

bố không đều vμ giá trị dịch chuyển của biên công trình lớn (vượt quá 50mm)

Trong đa số các trường hợp, đòi hỏi phải áp dụng biện pháp chống tạm trước khi thi công lắp dựng vỏ chống bê tông liền khối, kết quả lμ lμm tăng chi phí thi công Khi sử dụng loại vỏ chống bê tông liền khối trong môi trường có tính ăn mòn, xâm thực lớn, tuổi thọ của kết cấu chống giảm

Để tăng phạm vi áp dụng của loại vỏ chống nμy, đảm bảo cho khả năng lμm việc bình thường của vỏ chống trong những điều kiện mức độ dịch chuyển của biên công trình lớn, có thể kết hợp vỏ chống bê tông liền khối với một lớp vật liệu lấp đầy sau khoảng trống giữa bề mặt ngoμi cuả vỏ chống với đất đá bao quanh có tính linh hoạt

Do khả năng chịu kéo của bê tông kém nên khi lực gây ứng suất kéo trong vỏ chống bê tông lớn đòi hỏi phải bố trí cốt thép trong vỏ chống Cốt thép chịu lực đường kính thay đổi từ 8 đến 25mm được lắp dựng theo phương vuông góc với trục dọc công trình, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ lấy theo quy phạm bê tông cốt thép hiện hμnh Trong thực tế, do sự biến đổi của biểu đồ mômen dọc theo vỏ chống trên mặt cắt ngang nên để thuận tiện cho thi công thường sử dụng vỏ chống bê tông với cốt kép (cốt thép được lắp dựng ở cả mặt trong vμ mặt ngoμi của vỏ chống)

Trong nhiều trường hợp, khi khối đá mất ổn định không cho phép tháo vì thép chống tạm trước khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể lưu vì thép lại trong vỏ chống

“cứng”, ta sẽ tiến hμnh đổ vỏ bê tông liền khối vμ khi đó khung cốt thép đóng vai trò lμm cốt cứng

f-hệ số kiên cố của đất đá

+ Công thức X.X.Đav−đôv: