ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG MỎ - ĐƯỜNG LÒ BẰNG DỌC VỈA VẬN TẢI

Đồ án đợc trình bày làm 4 phần nh sau: Chơng i : Những vấn đề chung.. Chơng II : áp lực đất đá và chống giữ công trình ngầm.. Chơng III : Qui trình công nghệ đào lò.. Chơng IV : Tổ chức

Đồ án môn học

đề số 19 Tên công trình: lò bằng dọc vỉa vận chuyển

Chiều dài: 120m Tuổi thọ: 05 năm Góc dốc :50/00

Sản lợng vận chuyển qua lò: 100 000 tấn/năm

Công trình đào qua các lớp đất đá sau:

Tên đất đá Chiều dày

vỉa, m Hệ số độ kiên cố (f) Trọng lợng riêng (T/m2) Góc dốc vỉa (độ)

Các yêu cầu đặc biệt: chú ý liên hệ giữa lò dọc vỉa với lò thợng băng tải và thợng

đờng ray

Lợng nớc chảy vào mỏ: 6 m3/h Mỏ thuộc hạng II về khí bụi nổ

Đồ án đợc trình bày làm 4 phần nh sau:

Chơng i : Những vấn đề chung

Chơng II : áp lực đất đá và chống giữ công trình ngầm

Chơng III : Qui trình công nghệ đào lò

Chơng IV : Tổ chức thi công

Chơng I: Những vấn đề chung.

1, yều cầu thiết kế

Thiết kế một lò bằng dọc vỉa vận tải có chiều dài 120m, tuổi thọ 5 năm, góc dốc 5‰ Lò thiết kế phải đâp ứng đơc nhu cầu: sản lợng vận chuyển qua đờng lò

là 100.000 tấn than/ năm( cha kể đá thải và các yêu cầu phụ trợ đi kèm )

2, điều kiện địa chất khu vực bố trí công trình:

Khu vực công trình dự kiến đào qua gồm 3 lớp đất đáđợc mô tả qua bảng sau:

Tên đất đá Chiều dày

vỉa, m Hệ số độ kiên cố (f) Trọng lợng riêng (T/m2) Góc dốc vỉa (độ)

Lợng nớc chảy vào mỏ: 6 m3/h

Mỏ thuộc hạng II về khí bụi nổ

3)Xác định kích thớc mặt cắt ngang công trình- Kiểm tra khả năng thông

qua về mặt vận tải và thông gió

a)Xác định kích thớc mặt cắt ngang công trình :

Dựa vào yêu cầu vận tải và thông gió ta sẽ xác định đợc kích thớc mặt

cắt ngang

*) Về vận tải:

A- sản lợng hàng năm A= 100.000T/năm

Tổng khối lợng vận chuyển của mỏ là Q= A+ 0,3A

trong đó 0,3A- lợng đá thải trong quá trình khai thác, thay số

Q= 100000+ 0,3.100000= 130000 (T/năm)

Am - Khối luợng vận chuyển qua lò trong 1 ngày đêm

300

130000

A m (T/ngày đêm)

300 - là số ngày làm việc của mỏ trong 1 năm

Chọn đầu tầu và goòng: -Chọn goòng UVG– 2,2

-Chọn tàu điện acquy 4,5ARP – 2

STT Loại goòng Đáy kín lật đợc Đơn vị

Bảng 2 : Đặc tính kỹ thuật của đầu tầu điện acquy 4,5ARP – 2M:

3 Động cơ kéo

13 Kích thớc cơ bản

Từ các thông số của đầu tàu ta tính đợc các thông số sau:

+) Fld= 0,75Fnh

Fld – Lực kéo của tàu ở chế độ lâu dài.

Fnh – Lực kéo của tàu ở chế độ ngắn hạn Fnh= 750 kG

=> Fld=0,75.750 = 562,5 kG =5625 N

+) vld = 0,75vnh

vld – Vận tốc đoàn tàu ở chế độ lâu dài

vnh – Vận tốc đoàn tàu ở chế độ ngắn hạn vnh=6,44 km/h

=> vld= 0,75.6,44 = 4,83 km/h

+)Xác định số đầu tầu và số toa goòng phục vụ công tác xây dựng mỏ:

z – số toa goòng trong đoàn tầu

0

min ,

G G

Q

+

=

G – sức chở của một toa goòng (T).ng theo đúng kế hoạch;

G = γ.V

vì là than nên γ = 0,85(T/m3); V =2,2 m3;

=> G = 0,85.2,2 = 1,87T

Go –Trọng lợng bì của goòng, Go = 677 kG= 0,677 T

Qg,min – giá trị nhỏ nhất của trọng lợng đoàn tầu tính theo 4 điều

kiện:

3.1Điều kiện đốt nóng động cơ

3.2Điều kiện bám dính

3.3Tầu có tải khởi động lên dốc

3.4 Hãm xuống dốc an toàn

3.1Theo điều kiện đốt nóng động cơ

=>

) (w0 i

F

g

+

= τ

α

Fld – Lực kéo lâu dài của đầu tàu

i – Hệ số lực cản do độ dốc đờng gây ra

i = 50/00

ω0 –Hệ số lực cản chính, ω0 = 9N/kN

τ

α =1 trong đó :α –hệ số kể đến sự đốt nóng

động cơ khi ma nơ

τ –thời gian chuyển động

tơng đối

=> 401

5 9

5625 = +

=

g

3.2Theo điều kiện bám dính:

F≤ F

F – Lực kéo đầu tàu theo khả năng của máy

tàu F = (P + Qg)(wo+i)

Fbd–Lực bám dính của đầu tàu Fbd=1000PbdΨ P– Trọng lợng của đầu tầu

P=Pbd = 4,5 T = 45 kN Ψ– hệ số bám dính lấy Ψ=0,12

5 9

12 , 0 45 1000 1000

0

P i w

P

g

ψ

340 kN =34T 3.3Theo điều kiện tầu có tải khởi động lên dốc:

108

1000

+ +

=

m m

m g

a i

P Q

ω

ψ

Ψm – Hệ số bám dính giữa bánh xe với ray khi có rắc cát

Ψm = 0,24

ωm – Hệ số cản khi mở máy, ωm = 1,5ω0 ( N/kN)

=> ωm = 13,5 N/kN

am – Gia tốc mở máy, am = 0,05 m/s2

=> 1 )

05 , 0 108 5 5 , 13

24 , 0 1000 (

+ +

=

g

3.4 Theo điều kiện hãm xuống dốc:

























− +

−

] [

54 1000 0

2

i L

v P Q

h d

h g

ω

ψ

;

vd – tốc độ tàu lúc bắt đầu hãm, vd = 6,44 km/h

=1,78m/s

Ψh– hệ số hãm lấy Ψh=0,12

[Lh] – quãng đờng hãm cho phép

[Lh] = 30 m

=>





































− +

−

5 9 30

78 , 1 54

12 , 0 1000

g

Vậy Qg,min = 34T

=> 13

) 677 , 0 87 , 1 (

+

=

+)tcd –Thời gian chuyển động của đầu tàu trong 1 chuyến

tcd =

cd

v

L 0 , 1 )

(

60

.

0,1km=100m – đoạn đờng dỡ tải ngoài đờng lò

tcd =2.60(04,,1283+0,1)=6 phút

+)θ – Thời gian ma nơ chất tải ở sân giếng: θ = 20 phút

+)td – Thời gian dỡ tải td= 8 phút

+)tc – Thời gian chất tải tc= 16 phút

+)Thời gian một chuyến: Tck=tcd+td+tc+θ =6+8+16+20=50phút

+)Số chuyến có thể có của đầu tàu trong một ngày đêm:

ck

nd

T

T

r = 60

Tnd – Thời gian hoạt động của thiết bị vận tải trong một ngày đêm thông

thờng Tnd=18ữ24 h , lấy Tnd=22 h

50

22

60 =

=

+)Số chuyến chở hàng cần thiết trong một ngày đêm:

rh

23 87

, 1 13

434 25 , 1

=

=

=

zG

A

k dt m

chuyến

ở đây kdt=1,25 – Hệ số làm việc không đồng đều trong 1 ca

Nh vậy trong 1 ngày đêm chỉ cần 1 đầu tàu làm việc là đáp ứng đủ yêu cầu vận tải thậm chí còn thừa 27-23=4 chuyến Cần có hai đầu tàu 1 đầu làm việc, một

đầu dự trữ

*)Dựa vào thiết bị vận tải ta đi xác định kích thớc mặt cắt ngang và kiểm tra điều kiện thông gió:

Chọn kích thớc mặt cắt ngang cá dạng hình thang, thời gian tồn tại của mỏ là 5 năm nên chọn vật liệu chống lò bằng gỗ

Chọn mặt cắt ngang hình thang, với các số liệu nh sau:

Hình 1-1 : Sơ đồ đờng lò cần thiết kế

Cấu tạo đờng sắt: chọn kiểu ray R- 18

Chiều cao ray hr = 90 mm

Chiều cao tà vẹt htv= 150 mm

Chiều cao lớp đất đá lát hhl= 100 mm

hB –Chiều cao cấu tạo đờng ray hB=hr +htv +hhl=90+150+100=340mm

A - chiều rộng của thiết bị vận tải A= max(Adautau,Ag) =1300 mm

ha - chiều cao lớp đá lát dành cho ngời đi bộ

ha =hdl+ h tv

3

2

=100+ 150

3

2

=200 mm

h/ - chiều cao tính từ mức cao nhất của lớp đá lát(mức cao nhất lối ngời đi lại) đến vị trí cao nhất của thiết bị vận tải

h/= h+hr+ h tv

3

1

=1300 +90 + 150

3

1

= 1450 mm

h1 - chiều cao của đờng lò tính từ đỉnh ray đến mức cao nhất của đờng

lò lấy h1= 2400 mm

h2 - chiều cao của đờng lò tính từ lớp đá lát:2540mm

m,n - khoảng cách từ kết cấu chống giữ đến thiết bị vận tải, chống bằng gỗ nên m =250 mm

n min = 0,7 m -chiều rộng của lối ngời đi tại mức 1,8 m tính từ lớp đá

l

l

n

h c

h

b h

600

hB

2

m /

a A

1

h

h a 1 2

lát.

n =nmin+(1800- h/)cotgα , α - góc thách ở chân cột lấy α = 800

n= 700 +(1800-1450)cotg800=762 mm

B -chiều rộng đờng lò tại mức cao nhất của thiết bị vận tải đối với

đờng lò một đờng xe B = m+n+A=762+250+1300=2312 mm

a,c -khoảng cách từ kết cấu chống đến tim đờng ray

a =m+ A

2

1

=250 + 1300

2

1

= 900 mm

c =B- a=2312- 900= 1412 mm

b - khoảng cách từ tim đờng xe đến tim đờng lò

2

2312

2 −a= −

B

=256 mm

l1, l2 - chiều rộng sử dụng của đờng lò nóc và nền

l1=B-2(h1-h)cotgα =2312-2(2400-1300)cotg800= 1924 mm

l2=B+2(h1-h)cotgα =2312+2(2400-1300)cotg800=2700 mm

Ssd- Diện tích sử dụng của gơng lò

2

2700 1924

2

h l l

= 5872480mm2 =5,87m2

Hình 1-2: Mặt cắt ngang đờng lò thiết kế tỉ lệ 1: 25

*)Kiểm tra điều kiện thông gió:

60

sd

S

N

Aq

v

à

=

A-Sản lợnghàng năm của mỏ

q-lợng khí sạch cần thiết cung cấp cho 1 tấn than khai thảc trong mỏ hạng

II ,q=1,5m3/ph

N- Số ngàylàm việc 1 năm của mỏ N= 300 ngày đêm

à - hệ số giảm tiết diện đờng lò có cốt, lò bằng à=1,lò ngiêngà =0,7

60 87 , 5

.

1

.

300

5 , 1

130000 =

=

0,3=vmin ≤v≤vmax = 8 m/s

4) Bình đồ và trắc dọc tuyến công trình:

2700

1924

600

1300 762

2540 256

1450

140

1300

340

2400

250

Hình 1-4: Trắc dọc tuyến công trình 5)Liên hệ với các công trình lân cận:

Hình1-5: Đoạn ngã ba giao nhau giữa lò dọc vỉa với lò thợng băng tải và thợng dờng ray

lò dọc vỉa đá

Cuội kết

Chơng II: Tính toán áp lực đất đá lên công trình ngầm

I)áp lực nóc :

Theo giả thiết của Trimbasevich tính gần đúng cho một mét chiều dài đờng

lò đợc xác định bởi công thức:

P=2a.b1.γ (kN/m)

γ -trọng lợng thể tích đất đá (kN/m)

2a-chiều rộng nóc lò

b1-chiều cao vòm cân bằng b1=

f

a1

(m)

a1-nủa chiều rộng vòm cân bằng

f-độ cứng của đất đá

Hình 2.1: Sơ đồ tính theo giả thuyết của Trimbasevich

0

1

Q N

b

h

x

2a 2a

1

Lò có hình thang với góc nghiêng của cột là α thì

















+ +

=

2

90 cot cot

0 1

ϕ

g h a

a-nửa chiều rộng của nóc lò

h-chiều cao của lò (m)

α -góc nghiêngcủa cột (độ thách của cột)

ϕ-góc ma sát trong của đất đá ở hông lò

ϕ=arctg(f)=arctg(5)=770

1350

2

2700 2

= l

h=2,54m

















+

2

77 90 cot 80 cot

0 0

⇒ = =

f

a

1

5

1 , 2

= 0,42 Vậy áp lực ở nóc lò là:

Hình 2.2: Sơ đồ tính áp lực ở nóc lò (tỉ lệ 1/25) P=qn= 2a.b1.γ =2,7.0,42.24,5=27,783 (kN/m)

N

b

h

x

2a 2a

1

0

1

q

n

c

Q N

b

h

x

2a 2a

1

0

1

P=P n

s

P

Hình 2.3: Sơ đồ tính áp lực ở hông và nền lò (tỉ lệ 1/25)

áp lực hông tác dụng lên 1 mét chiều dài của lò đợc tính theo công thức

qs= +  2− 

90 )

(

0 2 1

ϕ

qs- áp lực hông trên 1 mét chiều dài

các đại lợng còn lại đã giải thích và tính ở phần I

thay số :

2

76 90 ( ) 1 , 2 54

,

2

(

24

0 0 2

III)áp lực ở nền lò:

Qua chứng minh và biến đổi ngời táut ra đợc công thức tính áp lực nền lò nh sau: N= D0tg 2− 

90 0 ϕ

(kN/m) Trong đó D0-lực đẩy ngang

D0= ( + )  − −  2− 

90 2

2

90 2

2

0 2

2 0

0 2 1 0

γ

tg

x tg

H x

x

trong đó :H1=h+b1=2,54+0,42=2,96 m

tg

tg tg

tg H

0 0 4

0 0 4

0 4

0 4 1

2

77 90 1

2

77 90 96

, 2

2

90 1

2

90

−

=







−







=







−







=

ϕ ϕ

⇒







−







+

2

77 90 2

) 10 5 , 0 (

5 , 24 2

77 90 )

96 , 2 2 10 5 , 0 ( 2

10 5 , 0

5

,

2 2 4 0

0 2 4

4

D

D0=0,4706.10-4 m≈ 0

Với áp lực tính ở trên ta chọn vật liệu chống lò bằng gỗ

IV)Tính nội lực trong khung chống hình thang:

Giả thiết kích thớc của khung chống nh sau:

+)Chiều cao h

+)Chiều rộng nóc lò 2b

+)Chiều rộng nền lò 2a

+)Góc thách chân cột α =800

+)Kết cấu chịu tác dụng tải trọng phân bố đều tại nóc qs và tại sờn qh

Ta có sơ đồ tính nh sau:

Lê đại lộc lớp: K49 ctn  m

2a

h

B

C

α

q

q

n

Hình 2.4: Sơ đồ tính toán kết cấu chống hình thang (tỉ lệ 1/25)

IV.1)Xác định phản lực tại các gối tựa:

Tại các điểm A,B,C,D đợc coi nh các khớp vì vậy, ta xác định đợc các thành phần nội lực theo cả hai phơng thẳng đứng và nằm ngang.Do hệ có tính chất đối xứng nên ta có VA=VB , VC=VD

HA=HB , HC=HD

Xét trạng thái cân bằng của hệ

∑Y = 0 ⇔ qn.2b-2VB=0 ⇒ VA=VB=qnb

Có∑M D

=0 ⇔VA(b-a)+ HAh-qs

0 2

2

2 2

=











 −

h

n

⇒ qnb(b-a)+ HAh-qs

0 2

2

2 2

=











 −

h

n

⇒

2 2

2

q h

b a q H

H A = B = n − + s

∑X = 0 ⇔HD-HA+qsh=0

⇔HD=HA-qsh=

2 2 2

2

q

h q h

b a

q n − + s − s

⇔HD=HC=

2 2

2

q h

b a

q n − − s

Xét xà CD ∑Y = 0 ⇔q n 2a− 2V C = 0 ⇔V C =V D =q n a

IV.2)Xác định nội lực:

a)Xác định nội lực trong xà :

Xét mặt cắt bất kỳ cách đầu D của xà một khoảng x ta có các giá trị nội lực

nh sau:

D

H D V

q s

N x

M x

Hình 2.5 :Sơ đồ tính nội lực trong xà (tỉ lệ 1/25) +)Lực dọc:

Nx=-HD=

2 2

2

q h

b a

q n − + s

−

+)Lực cắt:

Qx=VD-qnx

⇔ Qx= qna - qnx =qn(a-x)

+)Mô men uốn:









=

−

2

2 2

x a x q

x x q x

Xét trờng hợp Qx=0 ⇔Qx=qn(a-x)=0

Khi đó M=Mmax=

2

2

a

q n

b)Xác định nội lực trong cột:

Cột đợc xem nh một dầm đặt nghiêng một góc α so với phơng nằm ngang

trên gối tựa, cột chịu tải trọng nóc qn và chịu tải trọng hông qs phân bố đều và phản lực chân cột là HA, VA :

α

A

Qx

Nx

M x qs

lx

Hình 2.6: Sơ đồ tính nội lực trong cột (tỉ lệ 1/25) Các giá trị nội lực tại mặt cắt bất kì cách đầu A một khoảng lx đợc xác định theo biểu thức:

+)Lực dọc:

Nx=qslxsinα cosα -qnlx sinαcosα + VA sinα -HA cosα

Nx=qslx sinα cosα -qnlx sinαcosα+ qn bsinα -(

2 2

2

q h

b a

q n − + s )cosα

+)Lực cắt:

Qx= VA cosα + HAsinα- qslxsin2 α - qnlx cos2 α

Qx= qnb cosα +(

2 2

2

q h

b a

q n − + s ) sinα - qnlx cos2 α

+)Mô men uốn:

Mx=VA lx cosα +HAlx sinα

-2

1

qs (lxsinα )2

-2

1

qn (lxcosα )2

Mx= qnb lx cosα +(

2 2

2

q h

b a

q n − + s ) lx sinα

-2

1

qs (lxsinα )2

-2

1

qn (lxcosα )2

Thay số với qn=27,783 kN/m

qs=3,1 kN/m

α =800

a=0,96m, b=1,35m , h=2,54m

V)Sau khi thay các giá trị tính toán có:

2

54 , 2 1 , 3 54

, 2 2

35 , 1 96 , 0 34 , 34 2 2

2 2

2 2

−

= +

−

= +

−

=

h

b a q H

HA mang dấu “-“ có nghĩa là chiều của HA ngợc chiều so với giả thiết trên

+) VA=VB=qnb=34,34.1,35=46,4 ( kN)

+) HD=HC=

2 2

2

q h

b a

2

54 , 2 1 , 3 54

, 2 2

35 , 1 96 , 0 34 ,

VA mang dÊu “-“ cã nghÜa lµ chiÒu cña VA ngîc chiÒu so víi gi¶ thiÕt trªn

+) V C =V D=q n a = 34 , 34 0 , 96 = 33 (kN)