đồ án xây dựng giếng nghiêng

Từ sản lợng than một năm cần phải khai thác của mỏ ta có thể xác định đợc khối lợng đất đá và khối lợng gỗ cần phải vận chuyển qua giếng nghiêng đờng ray.. Xác định kích thớc mặt cắt nga

Chơng I : Những vấn đề chung.

I.1 Yêu cầu thiết kế.

Tên công trình : Thiết kế cổ giếng nghiêng đờng ray

Công trình đào qua các lớp đất đá có đặc tính nh sau:

Tên đất đá Chiều dày vỉa, m Hệ số kiên cố (f ) riêng (T/mTrọng lợng 3) Góc dốc vỉa (độ)

Bảng 1-1 Bảng đặc tính cơ lý của đất đá mà công trình đào qua.

Công trình thiết kế là cổ giếng nghiêng đờng ray đây là giếng nghiêng dùng để vận chuyển đất đá thải, vật liệu, thiết bị, dẫn gió sạch thông gió cho mỏ

I.2 Điều kiện địa chất khu vực bố trí công trình.

Cổ giếng đợc đào qua ba lớp đất đá, lớp thứ nhất là lớp đất phủ có độ dày 14 m có hệ số kiên cố f = 1, lớp thứ hai là lớp dăm kết chiều dày là 12

m và có hệ số kiên cố là f = 3, lớp thứ ba là lớp là lớp cát kết có độ dày là

65 m và có độ cứng trung bình f = 4 Lợng nớc chảy vào mỏ là 10 m3/h, tuy lợng nớc chảy vào công trình không lớn nhng cũng gây khó khăn cho quá trình thi công

I.3 Xác định kích thớc mặt cắt ngang cổ giếng và kiểm tra điều kiện thông qua về vận tải và thông gió.

I.3.1 Chọn thiết bị vận tải.

Vì đây là giếng nghiêng đờng ray nên nhiệm vụ vận chuyển chủ yếu

là đất đá thải, vật liệu chống lò nh gỗ và trang thiết bị phục vụ cho mỏ Vì góc nghiêng của giếng là 220 nên ta chọn thiết bị vận tải là thùng skíp giếng

nghiêng và từ thiết bị vận tải và các khoảng cách an toàn theo quy phạm ta xác định đợc kích thớc mặt cắt ngang của giếng nghiêng đờng ray.

I.3.2 Xác định kích thớc mặt cắt ngang giếng nghiêng.

I.3.2.1 Xác định khối lợng vận chuyển qua giếng nghiêng.

Từ sản lợng than một năm cần phải khai thác của mỏ ta có thể xác

định đợc khối lợng đất đá và khối lợng gỗ cần phải vận chuyển qua giếng nghiêng đờng ray

Khối lợng đất đá thải ra chiếm khoảng 25% khối lợng than khai thác vậy ta có thể tính đợc khối lợng đất đá cần vận chuyển qua giếng nghiêng

A

A (1-1)Trong đó:

Ad - khối lợng đất đá thải cần vận chuyển qua giếng nghiêng; Tấn/năm

A

A (1-2)Trong đó :

Ag - khối lợng gỗ vận chuyển qua giếng nghiêng

T ck =t ct +t kt + θ +t d (1-3)

Trong đó :

Tck - thời gian chu kỳ một lần trục tải (s)

tck- thời gian chuyển động có tải của thùng skíp (s)

tkt - thời gian chuyển động không tải (s)

θ - thời gian trao đổi giữa thùng có tải và không tải (s)

v

L

t = (1-4)Trong đó :

L- chiều dài của giếng, L = 180 (m)

vtb- vận tốc chuyển động của thùng skíp trong giếng nghiêng, vtb= 1,5 m/s

thay vào công thức (1-4) ta có :

120

5 , 1

b Xác định số lần trục trong một giờ.

Từ thời gian chu kỳ ta xác định đợc số lần trục trong một giờ bằng công thức :

ck h

T

n =3600 (1-7)Thay số vào (1-7) ta có :

C A

ì

ì

= (1- 8)

Trong đó :

A - năng suất trục giờ của trục tải (Tấn/h)

Ad - năng suất của mỏ (Tấn/năm)

C - hệ số dự trữ công suất của mỏ đề phòng khi mỏ mở rộng, hoặc khai thác không đều của mỏ, vì mỏ than nên ta lấy C = 1,5

N - số ngày làm việc trong năm N = 300 ngày

t - thời gian trục làm việc trong một ngày đêm, t = 21 h/ngày

Thay vào (1- 8) ta có :

44 , 64

21 300

5 , 1

96 ,

Cỡ ờng (mm)

đ-Các kích thớc cơ bản (mm)

Trọng lợng (kg)

Chiều dài theo khung

Chiềudài tính đến cuối thùng

Chiều Rộng theo khung

Khoảng cách từ

đầu ray

đến tâm cáp

Chiều cao

 - góc nghiêng của giếng, độ

f - hệ số ma sát giữa bánh xe với đờng ray, f = 0,01  0,015Thay số vào (1-9) ta đợc:

v - tốc độ chuyển động của thiết bị, v = 1,5 m/s

 - hiệu suất truyền của bộ phận truyềng động,  = 0,7  0,9Thay số vào (1-12) ta đợc:

Tang Tải trọng tĩnh cực đại

(kG)

Đờng kính cáp (mm)

Tổng lực kéo

đứt (kG)

Chiều dài vận chuyển (m)

Tốc

độ cuốn cáp (m/s)

Tốc độ quay của

động cơ

(v/ph)

Công suất giới hạn của

Tỷ số truyền của hộp giảm

Trọng lợng của tời khi

Trọng lợng của tời khi

Kích

th-ớc cơ bản

Nhánh cáp ở trên tang

Nhánh cáp không cân bằng

Cuốn 1-3 lớp cáp

Cuốn

4 lớp cáp

1 1200 1000 2500 2500 17,5 17300 140515 - 1,52 720;960 45;60 1:30 8500 7200 x29603750

x1595

Bảng 1-3 Đặc tính kỹ thuật của tời cố định do liên xô (cũ) sản xuất

I.3.2.3 Xác định kích thớc mặt cắt ngang của giếng nghiêng.

a.Sơ đồ tính toán kích thớc mặt cắt ngang cổ giếng nh trên hình1-1

c Chiều cao của đờng lò là :

3

2 1 0

h h h h

H = + + + (1-14)Trong đó :

H - chiều cao của cổ giếng, m

h0 - chiều cao vòm, h0 = B/2=1290 (mm)

h- chiều cao thùng skíp kể từ đỉnh ray, h = 1270 (mm)

h1- chiều cao ray, vì ta chọn ray là R-24 nên chiều cao ray là h1= 128 (mm)

I.3.3 Kiểm tra điều kiện thông gió.

Vận tốc gió trong trong đờng lò xác định theo công thức :

v = ì ìì ì ì60

sd

S N

a q A

à (1-15)Trong đó:

a-hệ số không cân bằng trong sản xuất, a=1,15

à-hệ số giảm tiết diện đờng lò ,với cổ giếng nghiêng với góc dốc là 220 thì ta lấyà =1

Ssd- diện tích sử dụng của đờng lò, m2

( ) 6 , 508

2

14 , 3

v = 9 , 88

60 508 , 6 1 300

15 , 1 25 , 1 750000

a q A

15 , 1 25 , 1 750000

a q A

Ta thÊy vmin < v < vmax víi vmin = 0,3 (m/s), vmax = 8(m/s)

⇔ 0,3 < 7,46 < 8

VËy kÝch thíc cæ giÕng tho¶ m·n c¶ ®iÒu kiÖn th«ng giã vµ vËn

t¶i.VËy kÝch thíc mÆt c¾t ngang cña cæ giÕng nh trªn h×nh 1-2

H×nh 1-2 KÝch thíc mÆt c¾t ngang cña cæ giÕng

Tû lÖ 1:50

I.3.4 Xác định các bộ phận của cổ giếng và chiều sâu cổ giếng.

a Xác định đờng cong chuyển tiếp của cổ giếng.

Tại mức giao nhau giữa cổ giếng và mặt bằng để cho thùng trục chuyển động một cách êm nhẹ thì ngời ta phải bố trí đoạn cong chuyển tiếp, ngời ta chia đoạn cong đó thành một số cung với góc tâm cung bằng αi và xác định toạ độ (x, y) của các điểm phân chia đoạn cong đó Toạ độ (x, y) của các điểm đợc xác định nh sau :

đoạn cong chuyển tiếp Chúng đợc biểu diễn trên hình 1- 3

Hình 1-3 Sơ đồ tính đoạn cong chuyển tiếp

i

x 22°

y

0

 Cổ giếng đợc chia làm 2 đoạn một đoạn có mặt cắt ngang hình chữ

nhật một đoạn có mặt cắt ngang hình vòm Kích thớc hình chữ nhật đợc xác

định dựa vào hình vẽ

Dựa trên góc dốc của đờng lò và trên hình 1-4 ta có thể xác định đợc

chiều dài của hình chữ nhật

10 , 67

22 sin

Hình 1-8 Diện tích mặt cắt ngang sử dụng của giếng.

Tỷ lệ 1 : 50

Kích thớc của vành đế đỡ

Do kích thớc vành đế đỡ đợc xác định phụ thuộc vào lực tác dụng lên nóc công trình và trọng lợng của cả phần vỏ bê tông cổ giếng tác dụng lên nên ta phải xác định đợc áp lực nóc tác dụng lên công trình thì ta mới tính

đợc kích thớc vành đế đỡ vậy nên ta sẽ tính trong chơng sau

1320 300

1380

Chơng II : áp lực đất đá và chống giữ cổ giếng

II.1 áp lực đất đá lên nóc, hông và nền cổ giếng.

Kích thớc của cổ giếng sử dụng để tính toán nh sau:

Chiều cao tờng: ht = 1,5 mChiều cao vòm: hv = 1,5 m Chiều rộng : B = 3,0 m

Sử dụng công thức của X.X.Đavđôv để chọn chiều dầy của vỏ bê tông nh sau:

 Chiều cao vòm:

ho = lo/ (m) (2-1)

Trong đó:

lo - nửa chiều rộng bên trong (m), lo = 1,5 m

 - hệ số phụ thuộc vào hệ số kiên cố của đất đá, ở đây cổ giếng chủ yếu nằm trong lớp đất phủ và dăm kết có hệ số kiên cố trung bình

Ta thấy do = 16,7cm mỏng nên ta lấy chiều dầy tối thiểu là do = 20cm

 Chiều dày chân vòm đợc xác định nh sau:

=

f

l h

5,1167,0

5,1.06,

=

o

d

Nh vậy H =22.sin220 = 8,24m, ta thấy H > Hgh do đó ta phải xác định áp lực

đất đá ở nóc theo công thức của Biecbaumier sơ đồ tính nh trên hình vẽ 2-1

263.2

626390

6,3

o gh

tg tg

Q - trọng lợng của khối đất đá ABCD tính cho 1m dọc theo

cổ giếng thì Q tính theo công thức sau:

Q = Bt..H , (T) (2-6)

D - áp lực chủ động của đất đá tác dụng lên thành AB và

CD Tính theo phơng pháp tờng chắn trong đất, ta có:

(T) (2-7)

Thay giá trị Q và D vào công thức (2-5), ta có công thức sau:

(T) (2-8)

áp lực nóc lớn nhất là tại vị trí HT = Hgh/2 = 32/2 = 16m ta thấy

HT = 16m > 8,24m là nơi sâu nhất của cổ giếng ta lấy H = 8,24m thay vào công thức (2-8) ta có đợc áp lực nóc:

B P

1

626390

.6,3

24,8124,8.0,

Để tính áp lực hông cho cổ giếng nghiêng ta dựa vào công thức tính

áp lực cho tờng chắn đất, tính cho một đơn vị chiêu dài mà cụ thể ở đây ta tính cho 1m Sơ đồ tính áp lực hông nh trên hình 2-4

45 o- /2

Ta lấy chiều cao vòm phá huỷ đúng bằng chiều sâu nhất của cổ giếng

b1 = 8,24m Vậy các áp lực hông sẽ tính theo công thức của Biecbaumier

1 1

ϕ

s b tg q

=

2

90

1 2

cos

1 2

ϕ α

q

918,02

626390

.24,8.0,

626390

.22cos

2,324

,8.0,

II.2 Chọn vật liệu và kết cấu chống giữ cho cổ giếng

Vật liệu dùng để chống giữ cổ giếng là bê tông liền khối đổ tại chỗ Kết cấu chống giữ là vòm tờng thẳng Cần chú ý là giếng với góc nghiêng

22o nên phần móng của tờng phải có cấu tạo dạng bậc

II.3 Xác định nội lực các bộ phận vỏ chống và kiểm tra

2

902

2

2

2 2

1

ϕγ

ϕ

o o

290

4

4 1

035,02

626390

1

2

626390

44,11

o

tg tg X

Tải trọng tác dụng lên nóc công trình có dạng hình thang nh hình 2.4 nhng để đơn giản trong tính toán ta lấy nó phân bố đều hình chữ nhật vói áp lực phân bố đều là lớn nhất Ta có sơ đồ tính toán nh hinh vẽ:

Do hệ là đối xứng nên ta chỉ tính cho một nửa phần vòm nh trên hình

vẽ và sử dụng công thức của sim sơn cũng do tính chất đối xứng nên lực cắt

n - số đoạn cong chia trên nửa vòm hay nó chính là số mặt

cắt cần phải cắt để ta có thể tính đợc nội lực đơn giản hơn ta chọn n =6

từ đó thì gía trị S/3n bị triệt tiêu ta đi xác định các giá trị Mq , y , y2 ,

.3

y n y

M y y

M n

y n y

y M y y

Bảng 2.1 Bảng tính mô men ngoại lực tác dụng lên phần vòm

Từ bảng tính toán 2.1 ta có thể tính đợc các đại lợng Mq , y , y2 ,

M q =− nt − st

583,202

−

=

∑M q

77,11

=

22,13

2 =

861,206 =−

∑M q y

( ) ( ) (11,77) 3.6.13,22 13,468

583,202

77,11861,206

6

77,1122,13.583,202

Từ các giá trị H0 và M0 ta tính đợc các giá trị nội lực của phần vòm đợc tính theo các công thức sau:

y = R - Rcos , x = Rsin

Do tính chất đối xứng nên ta chỉ tính cho một nửa sau đó ta lấy đối xứng sang ta chia nửa vòm thành 6 phần bằng nhau từ các công thức tính nội lực ta lập bảng tính nh sau:

Để xác định nội lực của tờng thì ta bắt đầu tính từ chân vòm xuống

và truyền phản lực từ chân vòm xuống tờng để tính toán phản lực cho tờng, các lực từ trên vòm truyền xuống gồm: M = 5,565T.m, N = 26,28T

Q = 10,66T

Các lực tác dụng lên tờng bao gồm áp lực đất đá phân bố theo hình tam giác q, phản lực từ vòm xuống nh đã trình bày ở trên, trọng lợng bản thân của tờng G , lực ma sát T ở thành tờng, phản lực U tại mép móng công trình và áp lực từ đất đá tác dụng lên mong công trình nh trên hình 2.8

ϕϕ

M

q U Q X

0

f h q

( )

3

.2

.2

.0

2 2

c m

d

t c

h q

d q

d N G h Q M

∑

dt, ht- chiều dày và chiều cao tờng

γbt- trọng lợng riêng của bê tông ta lấy γbt= 2,5

Thay số vào các phơng trình cân bằng ta đợc

G = 0,3.1,5.2,5 = 1,125T

Thay các giá trị vào (2-13), (2-14) và (2-15) ta có hệ phơng trình sau:

66,10

−

=

−q U

⇔

07 , 12

,04,

0 q+ q d =

65,25125

,033,

73,22

=

q

63,36

Gy

Để xác định nội lực của tờng thì ta cắt một mặt cắt tại một vị trí bất

kỳ ta đợc các nội lực thể hiện nh trên hình vẽ 2.6 ta sử dụng 3 phơng trình cân bằng để xác định nội lực cho tờng nh sau:

(2-16) (2-17)

(2-18)Trong đó:

Để thuận tiên cho việc tính toán ta lập bảng tính toán cho nội lực của tờng

và chia chiều dài tờng ra làm 3 đoạn mỗi đoạn có chiều dài 0,5m ta đợc bảng nội lực tờng nh sau:

2

q q h

y h q

q

y c

c y

3

153,11236

,9565,

2

434,1418,628,

2

.932,5.73,2366,

.2

y q

d T y Q M

=

II.3.2 Kiểm tra móng tờng.

Lớp đất đá có hệ số độ kiên cố trung bình là f = 2 vậy ứng suất nén cho phép của lớp đá mà cổ giếng đào qua này là:

= 2,5m Tính toán tơng tự nh trên ta có:

74 , 11

=

q

44,18

=

d

q

44,18

2

584,392,1766,

3

2 1,195745

,8585,9565,

2,07 2,5 0,26 5,57 8,32 7,6

II.3.3 Tính toán cốt thép

Để xem có phải đặt cốt thép hay không thì ta phải kiểm tra độ lệch tâm của cấu kiện mà cụ thể là kiểm tra độ lệch tâm phần vòm và phần tờng, dựa vào giá trị mô men và lực dọc ta tính đợc độ lệch tâm theo bảng sau:

Dựa vào bảng trên ta thấy độ lệch tâm phần vòm và phần tờng đều

v-ợt quá độ lệch tâm cho phép cho nên ta phải đặt cốt thép cho kết cấu Vị trí tờng với giá trị y = 0,5 m thì độ lệch tâm là lớn nhất:

emax = M/N = 8,321/23,429 = 0,355m = 35,5cm

vậy để tính toán cốt thép cho cấu kiện ta phải dựa vào giá trị mô men và lực dọc tại vị trí có độ lệch tâm lớn nhất để tính toán Để tính toán ta tính cho một mét dài dọc theo trục công trình và tính nh một dầm mang tải với kích thớc nh sau: b x h = 20 x 30cm, b chính là chiều dày mà ta đã chọn ban đầu để tính toán, h là chiều dày tờng Ta chọn bê tông và cốt thép nh sau:

Bê tông có mác M200: Rn = 90 (kG/cm2)

Cốt thép nhóm A-I có: Ra = Ra’ = 2300 (kG/cm2) Giả thiết chiều dày lớp bê tông bảo vệ là: a = a’ = 4cm ⇒ h0 = h – a = 30 - 4 = 26cm

Từ nhóm cốt thép và mác bê tông tra bảng ta có o = 0,62 từ đây ta tính đợc độ lệch tâm ban đầu của cấu kiện là:

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán cốt thép cho cấu kiện

(26 4) 11,94

2300

3,145,0263,1420905,4623429

5,0

x h

x b R e N F

o a

o n

a

Fa’ vËy kÕt cÊu chÞu nÐn lÖch t©m lín.

Ta cã hÖ ph¬ng tr×nh tÝnh to¸n cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m lín lµ:

234293

,142090

=+

n

a

R

R F R

N x b

R

F

x b R F R F R

N + a a = a' a'+ b

2(

'

Vậy ta có: T = ( 16,55 + 1,48).22 =396,66 Lực tác dụng lên một đơn

vị chu vi của vành đế đỡ là T3 = T/p trong đó p là chu vi của vỏ chống đợc xác định bằng công thức p = 1,8.3,14 + (1,8 + 1,5).2 = 12,252

⇒ T3 = 396,66/12,252 = 32,375T/mVậy chiều rộng của vành đế đỡ đợc xác định theo công thức b = T3.k/[σn] trong đó k là hệ số vợt tải k = 1,2, [σn] = 30T/m2 là ứng suất nén cho phép của đất đá nới bố trí vành đế đỡ ⇒ b = 1,3m từ đây ta xác định đợc chiều cao của vành đế đỡ là

h = 1,73.b  

[ ]u

n

σ σ

trong đó thì [σu] là độ bền uốn cho phép của vật liệu làm vành đế đỡ do ta

đổ bằng bê tông nên [σu] = 2,5kG/cm2

⇒ h= 1,73.1,3

5 , 2

3

= 2,6mVậy kích thớc của vành đế đỡ là b = 1,3m và h = =2,6m nh trên hình vẽ:

III.1 Chọn sơ đồ thi công và phơng pháp đào phá đất đá phần cổ giếng.

Vì công trình là cổ giếng nghiêng nên phơng pháp thi công ở đây là thi công bằng phơng pháp lộ thiên Công tác đào phá đất đá đợc thực hiện bằng các máy xúc là chủ yếu

III.1.1 Xác định khối lợng đào đất đá tại hào cổ giếng.

Để xác định đợc khối lợng đất đá phải đào hào để xây dựng cổ giếng nghiêng ta phải xác định đợc chiều sâu của hào chiều rộng của hào và góc dốc ổn định của bờ thành hào

Xác định độ sâu của hào.

Độ sâu của hào đợc xác định phụ thuộc vào độ kiên cố của tầng đất phủ hay độ ổn định tự nhiên của mái dốc khi đào, trớc hết ta xác định độ sâu bắt mép của công trình dựa vào công thức sau:

lò và α là góc nghiêng của cổ giếng)

Do hào đào trong đất đá có độ cứng trung bình f = 2 nên ta chọn hệ

ϕ - góc ổn định tự nhiên của đất đá đào qua nó đợc xác

định theo công thức ϕ = arctgf = arctg2 = 63o thay vào công thức trên ta có:

h = 45o + 63o/2 = 76,5o

Từ các thông số trên ta có thể xác định đợc chiều dài của hào theo mặt nghiêng và chiều dài hào trên mặt bằng nh sau:

III.1.2 Chống giữ và thi công hào cổ giếng

Do cổ giếng đợc đào bằng phơng pháp lộ thiên và chống giữ bằng bê tông cốt thép liền khối nên sau khi đào xong hào cổ giếng ta tiến hành lắp ván khuôn để đổ bê tông cho cổ giếng còn phần mặt dốc phía trên thì đợc gia cố bằng cách xếp cũi lợn để tránh sụt lở đất đá khi ta tiến hành vát mép