BAI TAP lớn giếng đứng

ThiÕt kÕ x©y dùng giÕng ®iÒu ¸p ®øng theo ph­¬ng ph¸p khoan næ m×n víi c¸c sè liÖu ban ®Çu nh­ sau: C«ng dông cña giÕng: GiÕng chÝnh chiÒu s©u: thiÕt kÕ ®­êng kÝnh giÕng: 5 m Tuæi thä cña giÕng: 80 n¨m s¶n l­îng than khai th¸c: 1 000 000 ( tÊnn¨m ) h¹ng má theo nguy c¬ næ khÝ, næ bôi: II L­îng n­íc ch¶y vµo giÕng: 10 m3h GiÕng ®µo qua c¸c líp ®Êt ®¸ sau ®©y:

Thiết kế giếng điều áp

Đề số 13

Thiết kế xây dựng giếng điều áp đứng theo phơng pháp khoan nổ mìn với các số liệu ban đầu nh sau:

- Công dụng của giếng: Giếng chính

- chiều sâu: thiết kế

- đờng kính giếng: 5 m

- Tuổi thọ của giếng: 80 năm

- sản lợng than khai thác: 1 000 000 ( tấn/năm )

- hạng mỏ theo nguy cơ nổ khí, nổ bụi: II

- Lợng nớc chảy vào giếng: 10 m3/h

Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây:

stt Lớp đất đá Dung trọng,

γ (t/m3)

Hệ số kiên cố, f

Chiều dày lớp,(m)

góc nghiêng của lớp(độ)

Ghi chú

Chơng I

Thiết kế kĩ thuật

1.1 Đại c ơng về giếng :

Trong quá trình khai thác các mỏ khoáng sản ở độ sâu lớn hay các công trình ngầm thì giếng là một trong những công trình quan trọng bậc nhất Giếng có nhiều công dụng khác nhau:

- Giếng chính mỏ than: chủ yếu dùng để vận chuyển than và đất đá

- Giếng phụ mỏ than: chủ yếu dùng để vận chuyển ngời, vật liệu

và trang thiết bị

- Giếng gió: chủ yếu dùng để phục vụ công tác thông gió

- Giếng điều áp : dùng để điều hoà áp suất dòng nớc chảy vào tuôcbin nhà máy thuỷ điện để tránh hiện tợng sôi thuỷ lực gây ăn mòn cánh tuốcbin

- Giếng cáp: dùng để dẫn đờng cáp từ phần ngầm lên mặt đất.Tuỳ theo công dụng và đặc điểm địa chất, giếng có chiều sâu và đi qua các lớp đất đá khác nhau từ mềm yếu đến vững chắc, chứa nớc hoặc không chứa nớc Với yêu cầu của đề bài, thiết kế xây dựng giếng chính đào qua 4 lớp đất đá có các tính chất cơ lý khác nhau, có

hệ số kiên cố từ 1 đến 5 với độ nghiêng của vỉa trung bình 180 Lợng nớc chảy vào giếng trong khi đào 10m3/h Thời gian tồn tại của giếng lâu dài 80 năm.Giếng có độ sâu là 208 m Quy trình các bớc thiết kế

1.2.2.Chọn vật liệu chống giếng:

Giếng tồn tại trong vòng 80 năm và lợng nớc chảy vào giếng là

10 m3/h Vậy nên ta chọn vật liệu chống gĩ là bê tông liền khối, chống tạm bằng thép lòng máng dạng vòm

1.3 Tính toán vỏ chống thân giếng:

1.3.1.Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên thành giếng:

áp lực đất đá tác dụng lên vỏ giếng xác định theo công thức của

HÖ sè

ChiÒu dµy

Gãc nghiªng

Gãc

ma s¸t

¸p lùc (T/m2)

ë v¸chlíp

ë trôlíp

nhiều, đát đá liên kết chặt thì w= 5% Ps Do đó, giá trị của áp lực tác dụng lên thành giếng kể đến góc ngiêng của vỉa là:

0.68 3.74

18 m

20 m

150 m

20 m

1.3.2.Tính toán chiều dày vỏ chống giếng:

Theo Lamé, chiều dày vỏ chống giếng đợc xác định dựa vào điều kiện ứng suất nén của loại vật liệu làm vỏ chống, tính theo công thức:

cm,12pσ

σR

d

n

n 1

Trong đó: σn- ứng suất nén cho phép của vật liệu làm vỏ

chống

R1 Bán kính trong của giếng.R= 2,5m–

p - áp lực ngang tác dụng lên thân giếng

p = w.Pmax=1,05 78,3 = 82,2 (T/m2) = 8,4 (kG/cm2)

Chọn bê tông mác 200 làm vỏ chống giếng thì Rn =90 kG/cm2

[σn] = m.Rn

Trong đó: Rn c– ờng độ chịu nén của bê tông

m hệ số điều kiện làm việc, m=0,7.–[σn] = 0,7.90 = 63 kG/cm2

42(cm)1

2.8,463

63250

1

max 2

,1

ω σ

σ

Trong đó :

ω - hệ số biến đổi tải trọng , ω = 0,05

e độ lệch tâm do sự phân bố áp lực không đều gây ra đ– ợc xác định

41.31

6

o o o

d E

q r

r e

ωω

Trong đó:

ro bán kính tâm tiết diện vỏ chống ,m–

ro = Ro + do/2 = 2,5 + 0,45/2 = 2,73 (m)

) ( 024 , 0 )

45 , 0 ( 10 2

3 , 78 ) 73 , 2 ( 4 1 3

05 , 0 1 6

05 , 0 73 , 2

2 6

2 1

2 1 max 2 . , T/m

R R

q R

o

t

−

=σ

σt max ứng suất tiếp cực đại , T/m– 2

R1 bán kính tiết diện bên ngoài vỏ chống , m–

R1 = Ro + do = 2,5 + 0,45 = 2,95 (m)

)/(7,555)

5,2()95,2(

3,78.)95,2(

2 2

,0

024,0.613

05,017,

,0

024,0.613

05,017,

Thay các giá trị vào công thức σ1,2 ta có:

Điều kiện bền là :

σ1 ≤ m [ σnutt ]

σ2 ≤ m [ σntt ]

ở đây : m hệ số điều kiện làm việc của vỏ chống , m = 0,7–

[ σnutt ] ứng suất nén khi uốn tính toán của bê tông , với bê–tông mác

200 thì [ σnutt ] = 1125 ( T/m2 )

[ σntt ] ứng suất nén tính toán của bê tông , với bê tông mác–

.

m T d

E

q r d

q r

o o

o o

2

)45,0(

10.2

3,78.)73,2(445,0

05,0.3,78.73,2

m T

m hệ số điều kiện làm việc của vỏ chống m = 0,7–

[ σctt ] ứng suất cắt cho phép của bê tông , với bê tông mác–

200 thì

[ σcH ] = 150 T/m2

τmax = 23,9 T/m2 < m [ σctt ] = 0,7 150 = 105 T/m2, thoả mãn

1.4 Cổ giếng:

Cổ giếng là phần bên trên đợc đào từ mặt đất xuyên qua tầng

đất phủ xuống đến lớp đá gốc với chiều sâu thông thờng từ 10-30 m

Vớichiều sâu của lớp đất phủ là 20 m, ta chọn cổ giếng loại hai bậc đáy phẳng một vành hai mặt nón Vành đế đỡ nằm trong lớp đất

1.4.1.Tính toán chiều dày cổ giếng:

.Chiều dày bậc trên cùng của cổ gếng đợc tính theo công thức:

2

D

4

' 0

R

P d

D d d

π

Trong đó:

Do- đờng kính bên trong vỏ chống (5m)

d0- chiều dày vỏ chống thân giếng (0,45m)

Ptt- tải trọng lớn nhất tác dụng thẳng đứng do tháp giếng tác dụng và tự trọng của cổ giếng

3

Q P

P tt =à + ,tấn

- hệ số vợt tải ( =1,2)P- trọng lợng của tháp P =800 tấn

Q- trọng lợng bản thân của miệng giếng sơ bộ lấy Q=400 tấn

480 3

400 800 2 ,

R’đ=0,3.100 = 30 t/m2.Thay các giá trị cụ thể ta đợc:

2

5 30 14 , 3 7 , 0

480 45

, 0 5 0,45 4

−

=

−do dm

do dm

0,23 m

Ta chọn dct= 0,5 m

5000mm 2000mm

Vành đế đỡ đợc xây dựng tại phía dới cổ giếng, lò nối và đáy giếng Giếng ta thiết kế có độ sâu là 208 m ta bố trí thành 4 khâu:

 Khâu 1: tính từ mặt đất vào sâu 2m cát kết tơng đối vững chắc Vậy nên khâu 1 dài 22 m

 Khâu 2: từ lớp cát kết tới giữa lớp cát kết, do vậy khâu 2 dài 73

 Khâu 3: hết lớp cát kết tới than, khâu 3 dài 75m

 Khâu 4 : từ lớp than và lớp bột kết dài 38 m

1.5.2.Tính toán kích th ớc vành đế đỡ:

Vành đế đỡ chịu tác dụng của tháp giếng, cổ giếng và tự trọng bản thân của vành đế đỡ Chiều rộng của vành đế đỡ xác định theo công thức:

2

D

4

' 0

R

P d

D d d

Rd-giới hạn bền tính toán của đất khi nén mà đáy bậc tạo ra,

480 45

, 0 5 45 , 0 4

5 2

=

− +

+ +

=

Chiều cao vành đế đỡ đợc xác định theo công thức:

[ ] [ ]u

d R

R b

h = 1 , 73 ,m

46 , 1 40

Thoả mãn, yêu cầu chịu lực.

Góc mở vành đế đỡ:

0 26 96 , 2

46 ,

1.6.1 Kết cấu đáy giếng:

Đáy giếng chống bằng bê tông liền khối chiều dày 0,3 m Toàn bộ chiều sâu của đáy giếng đợc xác định theo công thức:

L=a+b+c1+c2+c3+c+d, mTrong đó:

a- Chiều cao đổ thùng skíp a=10 m

b- Chiều dài đoạn tự do, b=4m

c1- khoảng cách mép dới ròng rọc tới sàn bảo hiểm,c1=3 m

c2 -Đoạn chứa lồng rơI vãI, c2= 6m

c3- Đoạn chứa thùng tròn trở hàng rơI, c3= 4m

c- Chiều dài đoạn chứa dây cáp cân bằng, c=5m

d- Chiều sâu bể chứa, d= 5m

Nh vậy:

L=10+4+3+6+4+5+5 =37 m

1.6.2.Cơ cấu thu hồi hàng rơi:

Bố trí thiết bị hứng hàng rơi vãi đa trở lại bể trữ rót tải hoặc trục thẳng lên mặt đất

Dùng bể hứng (buồng) bằng bê tông cốt thép, thể tích 2,5m3 dùng thùng tròn 1m3 để trục tải hàng rơi

Chơng II: đào chống giếng

2.1 Chọn sơ đồ đào giếng:

Với đờng kính của giếng là 5m và chiều sâu là 208m Giếng thuộc loại giếng nhỏ và không sâu Để tiện cho công việc thi công, đào, chống thông gió thì ta chọn sơ đồ đào giếng nối tiếp.Việc đào giếng phá đá, chống cố

định sẽ đợc tiến hành nối tiếp nhau ở trong từng khâu.Theo chiều sâu của giếng chia ra thành từng khâu, đặc trng cho mỗi khâu là hai vành đế đỡ

Đầu tiên đào và chống tạm thời hết chiều cao khâu, sau đó đào tiếp một đoạn từ 4-5 m nữa hoặc tiến hành nổ một chu kỳ không chống, rồi chừa lại và chống cố định Rồi lại tiếp tục đào chống sau khi làm thêm khâu trớc

Trớc khi xây dựng giếng cần phải có công tác chuẩn bị sau đây :

+ Giải phóng mặt bằng xây dựng, san gạt đất đá, xây dựng cầu đờng ô tô, kho bãi …

+ Xây dựng các nhà kho chứa nguyên vật liệu, máy móc, chỗ ở cho công

Các thông số kỹ thuật của máy khoan 5YKC-2 Đợc thể hiên qua bảng 3

Bảng 3 Bảng Các thông số kỹ thuật của máy khoan 5YKC-2

* Thuốc nổ: Chọn loại thuốc nổ AH-1d do công ty hoá chất mỏ sản xuất

Bảng4 : Thông số kĩ thuật của thuốc nổ AH-1

Giếng đào qua nhiều lớp đất đá khác nhau, do đó để lập hộ chiếu khoan

nổ mìn ta sẽ lập riêng cho từng loại đất đá

*Lợng thuốc thuốc nổ đơn vị:

Theo giáo s NM Pacropski Luợng thuốc nổ đơn vị đợc tính theo công thức:

q= q1 fc.v1.e1 ;kg/m3

Trong đó:

q1- chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn, với đất đá có hệ số kiên cố f=5 thì

q1=0,1.f (kg/m3)

fc- hệ số cấu trúc của đá trong gơng lò Phụ thuộc vào f

v- hệ số sức cản của đá đợc xác định theo công thức khi đào gơng có một mặt tự do:

d S

5 , 6

=

v

Trong đó: Sđ- diện tích đào của giếng.S = Π.R2= 3,14.(2,5+0,45)2=27,3m2

24 , 1 27,3

5 ,

380 380

1 = = =

P e

(P- Sức công phá của loại thuốc nổ ta dùng)

Nh vậy:

q= 0,4 fc 1.24 1,52 Với f = 4 thì fc= 1,2:

kn d

S q N

b

n

.

27 , 1 2

∆

;lỗTrong đó:

q- Lợng thuốc nổ đơn vị

Sn- Diện tích tiết diện bên ngoài khung chống (Sn=27,3 m2)

- hệ số sử dụng lỗ mìn =0,85Δ- mật độ thỏi thuốc.Với thuốc nổ AH-1 thì Δ=980 kg/m3

dt-đờng kính thỏi thuốc, dt= 0,036m

kn-hệ số nạp mìn.kn=0,7

Nh vậy:

với f= 4 thì q4= 0,9

29 3 , 29 7 , 0 036 , 0 980

85 , 0 3 , 27 9 , 0 27 , 1

, 0 036 , 0 980

85 , 0 3 , 27 83 , 0 27 , 1

d k

k ca

ck

M L M n

S M

n

N T

T k l

.

.

nb- số ngời tham gia xúc bốc đất đá nb=4

nc- số ngời tham gia chống tạm nc=4

Mc- Định mức chống tạm Mc=1 vì/ ngời ca.

- hệ số sử dụng lỗ mìn, =0,85

Tca-thời gian của 1 ca, chọn Tca=8 giờ

Sd- diện tích tiết diện đào

Mb-Định mức xúc bốc đất đá, Mb=8m3/ngời ca

85 , 0 8

4

3 , 27 85 , 0 30 2

29 8

16 15 , 1

85 , 0 8

4

3 , 27 85 , 0 30 2

46 8

16 15 , 1

Đợc khoan xiên 1 góc 800hớng về tâm và nhóm này nằm giữa gơng giếng

là vòng đầu tiên từ tâm ra

Gãc nghiªng híng biªn

Lîng thuèc(kg)

ChiÒu dµi bua( m)

Lo¹i kÝp

Gãc nghiªng híng biªn

Lîng thuèc(kg)

ChiÒu dµi bua( m)

Lo¹i kÝp

1 2

3 4

6 7 8

9 10

11 12 13 5

18 17

16

15 14

37 38

39 40 41 42 43 44

1 2

4

13 22

Hình 5: Cấu trúc gơng nổ với đất đá f= 5

2.4 Tổ chức công tác khoan nổ mìn:

2.4.1 Công tác tổ chức khoan :

Trớc khi tiến hành khoan các lỗ mìn dùng thớc chuẩn dây dọi xác định tâm giếng và đánh dấu các lỗ bằng sơn màu sáng hoặc cọc ghim Đa dụng cụ khoan và ống dẫn khí nén xuống gơng rồi nối ống dẫn với máy khoan qua ổ chiếu hơi Máy khoan thả xuống gơng bằng thùng tròn Ngoài ra, phải có phụ tùng tháo lắp mũi khoan

Thực hiện khoan các lỗ mìn do đội thợ khoan thực hiện Các lỗ mìn biên phải do thợ bậc cao đảm nhận Trong khi khoan phải có 2 máy khoan với 2

bộ choòng khoan 2 ống và colê phụ tùng dự trữ Các lỗ mìn phải đợc khoan

đồi hoặc đất sét và cát tỷ lệ 1:2

Khi nạp mìn đầu kíp điện soi, kiểm tra lại toàn bộ theo hộ chiếu khoan nổ mìn, trục ngời và thiết bị lên độ cao an toàn rồi mới nổ mìn

2.5 Xúc bốc đất đá khi đào giếng:

2.5.1.Chọn phơng pháp xúc bốc đất đá:

Với tiết diện gơng giếng là 27,3 m2 có hệ số kiên cố rất khác nhau,

để xúc bốc đất đá tại gơng ta chọn máy xúc bốc toàn năng KS-2u/40 ( một máy làm việc, một máy dự phòng) với những thông số kĩ thuật sau:

bảng7 Đặc tính kĩ thuật của máy bốc KS-2u/40

2.5.2.Năng suất máy bốc:

Theo giáo s NM Pocrovski năng suất máy bốc đợc xác định theo công thức:

4 1

2

1

.

1

1

T a n

T l T V P m V

t e p n

V P

c

c td k

c t

k xb

+ +

;m3/h

Trong đó:

Vk- Khối lợng đất đá nổ ra sau một tiến độ

Vk= l .Sd= 2,6.0,85.27,3=60,3 m3

n- số máy bốc làm việc đồng thời,n=1

P1-Năng suất thiết kế của máy bốc P1=60 m3/h

e- hệ số giảm năng suất do máy bốc làm việc đồng thời, e =1

t1-Thời gian trao đổi thùng, t1=0,025 giờ

Vt- dung lợng thùng tròn, tổ hợp đào giếng KS-2u thì Vt=2 m3

c-hệ số chất đầy của thùng tròn, c=0,95

α- phần trăm đất đá bốc phải làm tơi, α=0,9

m- số công nhân tham gia công việc đập, là tơi và bốc đất đá cho máy bốc lấy m=3

P2- năng suất của công nhân đập làm tơi và gom đất đá cho máy bốc lấy P2=3 m3/h – ngời.

t1-Thời gian chuẩn bị bốc, T1=0,15 giờ

ld- tiến độ một chu kì, ld=0,85.2,6=2,21m

tc- định mức thời gian về chống tạm0,125h/ngời-vì

a- bớc chống, a=0,75 m

nc- số công nhân tham gia chống tạm,nc=4 ngời

t4- thời gian kết thúc công việc xúc bốc, t4=0,167giờ

Thay các giá trị vào ta đợc:

167 , 0 75 , 0 4

125 , 0 21 , 2 15 , 0 3 , 60 3 3

9 , 0 1 9 , 0 2

025 , 0 1 60 1 1

3 , 60

+ +

= 20,64 m3/h

2.6 Chống giếng:

2.6.1 Kết cấu, thi công vỏ chống tạm thời:

Sau khi đào phá đất đá ở gơng gơng, để bảo vệ thành giếng khỏi bị sập

lở, ta dùng vòng chống tạm thời Vỏ chống tạm cách gơng giếng không quá 2m

Vòng chống tạm thời gồm các vòng thép chữ C số hiệu 17 uốn cong và nối với nhau bằng các bản nối Vòng dới treo vào vòng trên bằng các móc chữ S làm bằng các thanh thép tròn 25 Khoảng cách giữa các vòng chống tạm bằng 0,75m Ngoài các vòng chống tạm còn có thanh giằng gỗ cách nhau 3m để tăng độ cứng cho các vòng Giữa các vòng chèn bằng những tấm chèn gỗ dày 25 mm và đặt sát nhau

Công tác chống tạm đợc tiến hành ngay sau khi xúc bốc hết đất đá ở

g-ơng theo từng tiến độ (l0=0,85l=2,21m)

2.6.2.Kết cấu, thi công vỏ chống cố định:

*Công tác ván khuôn:

Theo sơ đồ đào giếng nối tiếp, công việc chống cố định đợc tién hành

nh sau Việc đổ bê tông đợc tiến hành từ dới lên trên , để không ảnh hởng tới

công việc chống kéo thiết bị khoan bốc đất đá lên cần thiết Đất đá ở chu kỳ cuối cung nổ mìn để lại gơng vừa làm gối tựa cho khâu giếng đang chống vừa làm lớp bảo vệ vỏ giếng để nổ mìn những đợt đầu của khâu tiếp theo Trong trờng hợp này ta sử dụng ván khuôn di động

Ván khuôn di động: gồm 12ữ18 cách gắn bản lề với trục quay, trục

quay gá vào các cột của khung, khung gồm các vành trên và vành dới (có thể

có thêm vành trung gian), nối với nhau bằng 6ữ8 cột các cánh làm bằng thép

tấm dày 6ữ8mm phảI đợc tăng sức bằng thép góc Cách có thể quay vào

trong giếng 600 ữ700 Chiều cao của ván khuôn di động thờng là 2,1m và có thể han thêm lới chắn đẻ chống thất thoát bê tông

Ván khuôn di động làm bằng 4 tời, có thể đặt ở mặt đất hoặc sàn treo

*Phơng án thi công:

Nh đã trình bày, sơ đồ đào giếng theo phơng pháp nối tiếp từng phần Công việc chống cố định tiến hành từ dới lên trên trong cùng một khâu

Để không ảnh hởng tới công việc chống, kéo thiết bị khoan và bốc đất

đá lên độ cao cần thiết Đất đá của chu kì nổ mìn cuối cùng để lại ở gơng giếng vừa làm gối tựa cho khâu vỏ giếng đang chống vừa để bảo vệ vỏ giếng khi nổ mìn trong những đợt đầu của khâu dới

Trớc tiên đặt vành đế đỡ, đào đất đá ở vành đế bằng búa chèn, đặt ván khuôn cho vành đế rồi đổ bê tông Thả sàn treo hai tầng cùng với ván khuôn xuống giếng Đặt ván khuôn đúng vị trí rồi dùng thớc thăng bằng và dây dọi

để kiểm tra mức độ chính xác Hỗn hợp bê tông tơi chuyển từ trên mặt đất tới chỗ đổ bê tông bằng đờng ống dẫn và chảy và ván khuôn theo ống xếp kim loại bê tông đổ thành từng lớp dày 20 cm và đầm bằng đầm hơi ép Khi đổ

bê tông hết chiều cao ván khuôn, tháo ván khuôn và đặt ván khuôn lên đoạn trên để đổ bê tông cho đoạn này Khi đổ hết chiều cao của khâu tháo sàn treo

và ván khuôn đa lên mặt đất, tiếp tục đào bốc đất đá của khâu dới

Kết cấu sàn treo nh sau:

Hình 6 Sơ đồ cấu tạo sàn treo

Hình 7 Sơ đồ thi công vỏ chống cố định

Tỉ lệ 1:50

2.7.Đặt cốt giếng:

2.7.1 Sơ đồ đặt cốt giếng:

Chọn sơ đồ đặt cốt giếng nối tiếp cho từng tầng khai thác Theo

sơ đồ này việc đặt xà từ trên xuống dới bằng giá treo bốn tầng còn việc đặt đờng định hớng từ dới lên bằng giá treo Cả hai công việc đặt

xà và đặt đờng định hớng đều tiến hành nối tiếp cho đến hết chiều sâu tầng khai thác

* Đặt xà:

Kiểm tra của vị trí hốc xà theo thiết kế, đầu tiên ta thả và đặt xà biên của đờng định hớng, đặt xà cho ngăn đào thêm ở tầng khai thác trên và dây ống Kiểm tra vị trí xà bằng dây dọi, thớc thăng bằng , thớc chuẩn ngang, th-

ớc chuẩn đứng Sau đó chèn chặt xà vào hốc xà bằng vữa bê tông đông cứng nhanh với Mac cao hơn 200

* Dựng ngăn đào thêm:

Dựng đồng thời với việc đặt xà và treo đờng định hớng nhờ sàn treo và giá treo