ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỐNG NEO ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA MỎ HÀ LẦM

Bảng 1.2: Các hệ thống phân loại khối đá điển hình sử dụng trongngành mỏ.Chỉ tiêu phân loại Tác giả, năm đề xuất lở, chống bằngkhung thép Thời gian ổn định không chống giữ, thi côngCấu t

MụC LụC

Chơng 1 Khái quát chung

1.1 Đặt vấn đề

1 2.Giới thiệu về mỏ và hệ thống các đờng lò xuyên vỉa mỏ Hà Lầm

1.3 Điều kiện địa chất mỏ

1.3.1.Điều kiện địa chất công trình

1.3.2 Điều kiện địa chất thuỷ văn

1 4 Địa tầng

1.4.1 Giới cổ sinh

1.4.2.Giới trung sinh

1.4.2.1 Cuội kết

1.4.2.2 Sạn kết

1.4.2.3 Cát kết

1.4.2.4 Bột kết

1.4.2.5 Sét kết

1.4.2.6 Các vỉa than

1.4.3.Giới tân sinh

1.5 Kiến tạo

1.5.1 Các uốn nếp

1.5.1.1 Nếp lồi phía tây ( nếp lồi Hà Lầm )

1.5.1.2 Nếp lồi phía đông ( nếp lồi 158 )

1.5.1.3.Nếp uốn trung tâm

1.5.2 Các đứt gãy

1.5.2.1 Đứt gãy thuận H-H

1.5.2.2 Đứt gãy thuận B

1.5.2.3 Đứt gãy G

1.5.2.4 Đứt gãy E

1.6 Các hiện tợng địa chất công trình

1.7 Phơng pháp phân tích độ ổn định của khối đá

1.8 Tổng quan về các hệ thống phân loại khối đá

1.8.1 Phân loại khối đá theo Deere- phơng pháp RQD

1.8.2.Phơng pháp phân loại của Bieniawski

1.8.3 Phơng pháp cảu Barton ,Lien và Lunde

1.9 Đánh giá các hệ thống phân loại

1.10.Đánh giá độ ổn định của khối đá mỏ Hà Lầm

1.11.Đánh giá độ ổn định khối đá theo phơng pháp RMR

1.12.Đánh giá độ ổn của khối đá bao quanh công trình theo cơ sở các chỉ số ổn định

Chơng 2 Kết cấu chống công trình ngầm bằng vì neo

2.1.Phân tích các loại kết cấu chống đang sử dụng tại các đờng lò xuyên vỉa

2.1.1.Các dạng kết cấu chống giữ các đờng lò xuyên vỉa mà mỏ than Hà Lầm đang sử dụng

2.1.2 Ưu nhợc điểm của từng loại kết cấu chống trên

2.1.2.1 Kết cấu chống bằng thép lòng máng kết hợp tấm chèn bằng bê tông phun , chèn kín

2.1.2.2.Kết cấu chống bằng bê tông cốt thép liền khối

2.1.2.3.Kết cấu chống neo kết hợp bê tông phun

2.1.3 Nhận xét

2.2 Khái quát chung về neo

2 3 Các loại neo

2.4.Cấu tạo , u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của một số loại neo

2 4.1 Neo cơ học

2.4.1.1 Neo đầu nở

2.4.1.2 Neo ma sát

2.4.2 Neo dính kết

2.4.2.1 Neo bê tông cốt thép

2.4.2.2 Neo chất dẻo cốt thép

2.4.3 Các loại neo kết hợp

2.4.3.1.Neo kết cấu linh hoạt

2.5 Neo kết hợp với các cấu kiện khác

2.5.1.Neo kết hợp với bê tông phun

2.5.2 Neo kết hợp với lới thép

2.5.3 Neo kết hợp với giằng thép

2.6 Lựa chọn loại neo hợp lý

Chơng 3 Kiến nghị neo và phun vũa bê tông cho các đờng lò xuyên vỉa mỏ Hà Lầm

3.1 Cơ sở lựa chọn neo

3.2 Khái quát chung về các đờng lò xuyên vỉa

3.2.2 Mật độ khe nứt

3.2.3 Địa chất công trình

3.2.4 Địa chất thuỷ văn

3.3 Các thông số thiết kế neo cần xác định

3.3.1.Xác định chiều cao vòm phá huỷ

3.3.2.Tính toán chiều dài thanh neo

3.3.3 Tính khả năng mang tải cuả neo

3.3.3.1 Xác định khả năng mang tải cảu neo theo điều kiện kéo đứt thanh neo

3.3.3.2 Khả năng mang tải của neo đợc xác định theo điều kiện bám dính giữa cốt neo với bê tông

3.3.3.3 Khả năng mang tải của thanh neo đợc xác định teo điều kiện bám dính giữa bê tông và thàn lỗ khoan

3.3.4 Xác định mật độ neo

3.3.5 Xác định khoảng cách giữa các thanh neo

3.3.6 X ác định chiều dầy lớp bê tông phun

3.3.6.1 Đánh giá khả năng sập đổ của thành neo

3.3.6.2 Chiều dày lớp bê tông phun

3.3 7 Xác định số neo trên một vòng neo

3.4 Dây chuyền thiết bị thi công

3.4.1 Máy khoan neo

3.4.2 Thiết bị xúc bốc vận tải

3.4.3 Bình phun vữa neo

3.4.4 Máy phun bê tông

3.4.5 Cung cấp khí nén

Chơng 4 Tính toán kinh tế kết cấu chống lò bằng vì neo kết hợp bê tông phun

4.1 Khối lợng bê tông phun cần thiết cho một m đờng lò

4.2 Chi phí cốt thép cho neo cóp gờ

4.3 Khối lợng bê tông bơm vào lỗ khoan neo

4.4 Khối lọng bản đệm neo

4.5.Khối lợng đai ốc M18

Kết Luận

Tài liệu tham khảo

Sau thời gian học tập tại trờng Đại học Mỏ - Địa chất, chuyênngành Xây dựng công trình ngầm và mỏ, đợc sự giúp đỡ của cơ sở thực tập

là công ty than Hà Lầm và tập thể thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng CôngTrình Ngầm & Mỏ, đặc biệt là sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo NguyễnPhúc Nhân, tôi đã hoàn thành bản đồ án: Đánh giá khả năng chống neo chocác đờng lò xuyên vỉa mỏ than Hà Lầm

Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránh khỏinhững thiếu sót tôi rất mong dợc sự chỉ bảo của các thầy cô và sự đóng góp

Neo kết hợp bê tông phun là loại kết cấu chống và vật liệu chống kếthợp hài hoà giữa khả năng gia cố và tích hợp với khối đá bao quanh đờnglò,tăng khả năng tự mang tảicủa khối đá và khả năng chống đỡ thụ độngcủa kết cấu chống.

Chính tính u việt của loại hình chống giữ này mà trên thế giới cũng nhtrong các công trình ngầm ( thuỷ điện , giao thông…)trong nớc đã và đang

áp dụng phổ biến loại kết cấu và vật liệu chống này

Đối với các mỏ hầm lò của nớc ta thì việc sử dụng neo còn rất hạnchế.Trong đợt thực tập vừa rồi tại mỏ than Hà Lầm em thấy việc sử dụngneo ở đây cũng rất hạn chế Vì vậy em đã xem xét và nghiên cứu về khảnăng chống neo cho các đờng lò xuyên vỉa tại mỏ than Hà Lầm

1.2.Giới thiệu về mỏ và hệ thống các đờng lò xuyên vỉa mỏ Hà Lầm

Biên giới khai trờng mỏ than Hà lầm theo QĐ năm 1996 của TổngGiám đốc Than Việt Nam

- Phía đông : giáp mỏ Hà Tu

- Phía tây : giáp phờng Cao Thắng – thành phố Hạ long

- Phía nam : giáp đờng 18A

- Phía bắc : giáp mỏ Bình Minh – Thành Công

Địa hình : Khu vực mỏ chủ yếu là vùng núi cao Độ cao bề mặt địa hình

từ 60 -:- 250 mét Độ dốc địa hình từ 7 ữ 45°, cao dần về phía Đông Vỉa

có dạng nếp lồi, đỉnh nếp lồi là khu bãi thải vỉa 14

Khí hậu: Khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa Mùa ma từ tháng 4 đếntháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Lợng ma trung bìnhhàng năm từ 180 ữ 200 mm Nhiệt độ trung bình hàng năm 25 ữ 27°C thấpnhất 10 ữ 11°C Độ ẩm không khí từ 78 ữ 90%

Giao thông: Khu mỏ thuộc phờng Hà lầm - thành phố Hạ long - tỉnhQuảng Ninh, có hệ thống giao thông thuận lợi

Than khai thác ở các khu vực mỏ đợc vận tải bằng đờng ô tô chuyên chở

ra nhà sàng Nam Cầu trắng và vận chuyển đi các tỉnh trong cả nớc

Mỏ than Hà Lầm đợc mở vỉa bằng một cặp giếng nghiêng đặt tại mặtbằng +28 Giếng nghiêng chính có độ dốc 160 , đặt băng tải để vận tải than

Giếng nghiêng phụ độ dốc 160 đặt trục tải để vận tải vật liệu, đất đá đào lò

và ngời Cả hai giếng trên đều đợc đào xuống mức -50

Mỏ Hà Lầm có 8 khu khai thác gồm 14 vỉa Hiện nay Công ty than HàLầm đang khai thác tầng -50 ữ LV với sản lợngbình quân hàngnăm gầnmột triệu tấn, sản lợng của mỏ bao gồm cả lộ thiên và hầm lò ( sản lợng lộthiên 200 ữ 300 ngàn tấn/năm ), trữ lợng công nghiệp còn lại của tầng -50 ữ

LV là 5 700 ngàn tấn Hiện nay công ty than Hà Lầm đang chuẩn bị thiết kếthi công dới mức –50 để đảm bảo đời sống cho công nhân viên chức vànhu cầu than tiêu thụ trong nớc

Sơ đồ hệ thống các đờng lò đợc thể hiện trên hình1.1

1.3 Điều kiện địa chất mỏ

1.3.1.Điều kiện địa chất công trình

Địa tầng khu mỏ gồm trầm tích chứa than hệ Triat thống trên, bậc Noriphụ diệp thạch Hòn gai và lớp đất phủ đệ tứ Trong giới hạn thăm dò chiềudày trung bình 335 ữ400m bao gồm các lớp cuội kết, sạn kết, sét kết và cácvỉa than xen kẽ nhau

Cuội kết: Là cuội thạch anh có màu trắng đục, các hạt cuội có đờngkính 5 ữ 20 cm , cuội kết có đặc tính giòn

Sạn kết: Là đá chuyển tiếp từ cuội sang cát kết có màu trắng xám, thànhphần giống cuội kết

trong khu vực, độ kiên số 6 ữ 8, khối lợng riêng γ = 2,6 T/m3

Bột kết: Thờng có màu xám đen rắn chắc, ít nứt nẻ, chiều dày lớn Bộtkết phân bố rộng rãi nhất trong khu vực, độ kiên cố 4 ữ 6, khối lợng riêng

γ = 2,6 T/m3

Sét kết: Có màu xám đen, phân định không rõ ràng Sét kết ít phổ biến,chúng thờng là các lớp kẹp trong các vỉa than hoặc xen kẽ với các lớp bộtkết ở sát vách và trụ vỉa Sét kết tơng đối rắn chắc nhng khi ngậm nớc thìmềm dẻo Độ kiên cố 3 ữ 4, khối lợng riêng γ = 2,6 T/m3.

Các đặc tính cụ thể của đất đá đợc thể hiện cụ thể trong bảng 1.1

1.3.2 Điều kiện địa chất thuỷ văn.

+ Tầng nớc mặt

Trong khu mỏ nớc mặt chỉ có về mùa ma với lu lợng lớn, lu lợng lớnnhất là 114,5 (l/s) vào mùa ma và 0,69 (l/s) vào mùa khô Nớc mặt chảy mộtphần về phía nam và một phần về phía Tây Bắc Do nguồn cung chính là n-

ớc ma nên đã tạo lên các dòng tạm thời trên các sờn đồi và chảy tập trungvào các phần thấp của địa hình Vì vậy, về mùa khô không có nớc trên mặt,các con suối cạn khô, không còn dòng chảy trên mặt Nớc mặt trong khu

mỏ là loại nớc không mùi, không màu, không vị thuộc loại nớc nhạt có độ

PH từ 5,2 ữ 7,2 mang tính Axit yếu đến Bazơ yếu Thành phần chủ yếu làHCO3- , SO42- , Ca 2+, Na +, K +

+ Tầng nớc ngầm: phân bố ở trên vỉa không liên tục Đá chứa nớc là

cát kết, cuội, sỏi nằm dới lớp phủ đệ tứ Độ phong hoá của nớc ngầm thấp

và đợc thoát đi bởi các công trình khai thác và đới phá huỷ của các đứt gãykiến tạo, nguồn nớc bổ xung thêm là nớc ma

+ Tầng nớc áp lực: phân bố dới vỉa 10, trên vỉa 11 Tầng này phân bốtrên diện tích rộng, đá chứa nớc gồm cuội kết, sạn kết, cát kết bị nứt nẻ, hệ

số thấm nhỏ

+ Dự kiến trong quá trình đào lò sẽ đi qua các lớp đá chứa nớc và cácphay phá chứa nớc với lợng nớc nhỏ tuy nhiên ít ảnh hởng nhiều đến quátrình đào lò

Kết quả phân tích các mẫu thử nghiệm cho thấy nớc trên mặt và nớc

d-ới đất của khu mỏ có đặc tính lý hóa nh sau:

+ Đặc tính lý học: Nớc trong suốt không màu không mùi, hơi tanh,nhiệt độ nớc biến đổi từ 20o ữ 30oC

+ Đặc tính hóa học: Tổng độ khoáng thay đổi 0,03 ữ 0,333g/l thuộcloại nớc nhạt độ cứng thay đổi từ 0,25 ữ 3,85 độ Đức có nơi lên đến độ 11,8

Đức, thuộc loại cứng và rất cứng Tổng lợng cặn có độ pH <7 Nớc có tínhAxit yếu gây ăn mòn kim loại Lợng SO42- tối đa là 154,72mg/l không gây

ăn mòn bê tông Nớc thuộc kiểu Bicacbonat, Canxi - Natri Nớc dới đấttrong tầng chứa than khu mỏ thực tế là ít, không đủ cung cấp cho côngnghiệp khai thác và phục vụ sinh hoạt, nớc cấp cho khu mỏ chủ yếu lànguồn nớc mặt tích động ở các moong khai thác cũ

đặc xít Lên phần trên của địa tầng này lại phổ biến là các đá silic gồm các mảnh đá silic, thạch anh, thạch anh ẩn tích, canxêđoan, opan, ngoài ra còn cócác bon nat, hyđrôxit sắt Chiều dày địa tầng từ 1500 ữ 2000 m

1.4.2 Giới trung sinh (Mz)

Hệ triat thống thợng, bậc Nori phụ, điệp Hòn Gai giữa (T3n - rhg2).Trong giới hạn thăm dò trầm tích (T3n - rhg2) xuất hiện trên toàn bộ diệntích với chiều dày trung bình 350 ữ 400m, bao gồm các lớp cuội kết, sạnkết cát kết, bột kết, sét kết nằm xen kẽ nhau

1.4.2.1 Cuội kết.

Thờng có màu trắng xám, thành phần chủ yếu là các hạt cuội thạchanh bán tròn cạnh, đờng kính hạt từ 5 ữ 10 mm có đặc tính rắn dòn

1.4.2.2 Sạn kết.

1.4.2.5 Sét kết.

Có màu đen đến xám đen, mặt phân lớp không rõ ràng thờng rất gồghề, chúng thờng có mặt ở sát vách và trụ vỉa than, thành phần chủ yếu làsét, hạt thạch anh

1.4.2.6 Các vỉa than.

Nằm trong địa tầng chứa than, khu thăm dò các vỉa than từ dới lên: vỉa

9 (6), vỉa 10 (7), vỉa 11 (8), vỉa 13 (9), vỉa 14 (10)

Khoảng cách giữa các vỉa

V9ữ V10 = 45 ữ 50m

V10 ữ V11 = 70 ữ 90m

V11ữ V12 = 70 ữ 100m

V13ữ V14 = 30 ữ 40m Đặc tính các vỉa than

+ Mỏ thuộc nhóm vỉa có chiều dày trung bình

+ Độ dốc từ thoải đến nghiêng

+ Cấu tạo của vỉa từ phức tạp đến rất phức tạp

+ Chiều dày vỉa không ổn định

+ Thuộc nhóm vỉa có độ tro trung bình, nghèo lu huỳnh

1.4.3 Giới tân sinh.

Hệ đệ tứ (Q)

Trầm tích hệ đệ tứ phủ trải trên điệp Hòn Gai chúng phân bố trên khắp toàn

bộ bề mặt khu mỏ Thành phần bao gồm cuội sỏi, cát, sét, mảnh vụn, tảnglăn chúng là sản phẩm phong hóa của các đá gốc điệp Hòn Gai chiều dày

địa tầng đệ tứ thay đổi từ 2 ữ 10m, trung bình là 4m

1.5 Kiến tạo

Là một phần của than Đông Triều - Mạo Khê, Hòn Gai - Cẩm Phả Khu

Hà Lầm có cùng một chế độ kiến tạo phức tạp chung của toàn mỏ than + Các đứt gãy phát triển tơng đối nhiều, có quy mô khác nhau

+ Các uốn nếp cũng phát triển nhiều, quy mô cũng khác nhau, phơngtrục không ổn định Các nếp uốn lõm thờng phát triển phức tạp

1.5.1 Các uốn nếp.

Trong khu vực mỏ tồn tại 3 uốn nếp chính kế tiếp nhau

1.5.1.1 Nếp lồi phía Tây (nếp nồi Hà Lầm).

Nếp lồi này có phơng trục kéo dài theo hớng Bắc - Nam, lên phía Bắclại bị cắt bởi đứt gãy H-H làm cho phơng trục biến đổi dần theo hớng ĐôngTây Mặt trục nghiêng về phía Đông với góc dốc 65oữ 70o

Phần phía nam khu mỏ mặt trục có hiện tợng thẳng đứng, hơi nghiêng

về phía Tây Hai cánh nếp lồi không đối xứng, cánh Tây dốc từ 50oữ 60o.Cánh Đông thoải 20o ữ 30o Trục nếp lồi này là danh giới tính trữ lợngphía Tây của mỏ

15.1.2 Nếp nồi phía Đông (nếp lồi 158).

Nếp lồi này không hoàn chỉnh, phơng trục chạy theo hớng Bắc - Nam, haicánh thoải do bị đứt gãy cắt xén, mặt trục cắm về phía Tây với góc dốc 60oữ 70o

1.5.1.3 Nếp uốn trung tâm.

Đây là nếp uốn chuyển tiếp giữa nếp lồi phía Tây và nếp lồi phía Đông có phơng trục chạy theo hớng Bắc - Nam Nếp lõm bị đứt gãy H cắt ngang, hai cánh của nếp lõm cắm thoải 20o ữ 30o và bị xê dịch bởi ảnh hởng của

đứt gãy H - H.+

1.5.2 Các đứt gãy.

Các đứt gãy ở khu vực này ít có điểm xuất lộ rõ ràng, các đứt gãy này

đợc xác định bằng các lỗ khoan thăm dò, cùng các lò, hào thăm dò Sau đây

là một số đứt gãy chủ yếu có mặt trong khu vực

1.5.2.1 Đứt gãy thuận H-H.

Đứt gãy phát triển theo hớng Bắc - Nam, đến phần trung tâm thay đổi

với góc dốc từ 70o ữ 80o Cạnh phía Đông tụt xuống, cánh phía Tây nânglên với biên độ dịch chuyển từ 15 ữ 40m Đới hủy hoại từ 10 ữ 40m Đất đáhủy hoại chủ yếu là cát kết, bột kết bị vò nhàu lát vụn.

Đứt gãy G là đứt gãy thuận nằm ở gần trung tâm khu thăm dò có

ph-ơng gần Đông - Tây, mặt trợt cắm về phía Bắc dốc 40o ữ 50o, cánh phíaNam nâng lên, cánh phía Bắc tụt xuống với biên độ dịch chuyển 20 ữ 30m

Đứt gãy đợc phát triển ở các đờng lò khai thác và các công trờng lộthiên vỉa 11

Các hiện tợng địa chất công trình thờng gặp.

- Hiện tợng bùng nền, biến dạng các đờng lò

- Hiện tợng cát chảy khi đào lò qua các phay Các hiện tợng này ờng xảy ra chủ yếu là do đào lò đi vào các đới nham thạch hủy hoại hoặcnhững nơi đất đá kém ổn định Về mùa ma thì các hiện tợng này xảy ramạnh mẽ hơn về mùa khô

mỏ Do vậy, thiết kế, thi công xây dựng các công trình ngầm và khai thác

mỏ vừa đợc xem là một nghệ thuật, vừa là một ngành khoa học Tiếp thu,tổng hợp, phân tích đợc những kiến thức, nhận thức từ thực tế và lí thuyếtmột cách linh hoạt từ đó sử dụng hợp lý các kinh nghiệm đã có là yêu cầuquan trọng đối với ngời làm việc trong các lĩnh vực liên quan

Là một trong các phơng pháp kinh nghiệm, phân loại khối đá đã từlâu là nhu cầu của những ngời làm việc trong lĩnh vực khai thác mỏ và xâydựng công trình ngầm Cách đây trên 100 năm (1879) Ritter đã tiến hànhphân loại khối đá với ý đồ hình thành một phơng pháp phục vụ đợc công tácthiết kế công trình ngầm, đặc biệt là để xác định kết cấu chống Từ đó đếnnay, với nhận thức ngày càng phong phú, đầy đủ và chi tiết hơn của con ng-

ời về khối đá Công tác thiết kế, thi công xây dựng ngày càng có những đòihỏi cao hơn về chất lợng, độ chính xác, hợp lí và kinh tế nên hàng loạt cácphơng pháp phân loại đã đợc đề xuất và đợc áp dụng khắp nơi trên thế giới.Tìm hiểu và lựa chọn để vận dụng có hiệu quả là một vấn đề không đơngiản

Với nhận thức đó, tôi đi sâu tìm hiểu, tổng hợp các phơng pháp phân

trong xây dựng các công trình ngầm và mỏ hiện nay trên thế giới từ đó đa

ra phơng hớng lựa chọn kết cấu chống hợp lý chống giữ công trình ngầm

1.8.Tổng quan về các hệ thống phân loại khối đá

Một số hệ thống phân loại khối đá đã và đang đợc coi là thông dụng đợctổng hợp trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Các hệ thống phân loại khối đá điển hình sử dụng trongngành mỏ.

Chỉ tiêu phân loại Tác giả, năm đề

xuất

lở, chống bằngkhung thép

Thời gian ổn định

không chống

giữ, thi côngCấu trúc khối đá

Rabcewicz, Pacher

và Muller, 1964

thi công bằng phơngpháp 'đào hầm mớicủa áo -NATM'Chất lợng khối đá

1.8.1 Phân loại khối đá theo Deere - phơng pháp RQD.

Phơng pháp RQD (còn gọi là phơng pháp chỉ số chất lợng - Rock

Quality Designation) do Deere đề xuất vào năm 1963 Từ quan sát và nhậnxét rằng độ dài các thỏi khoan lấy lên từ lỗ khoan khá phù hợp với độ bền

và độ nứt nẻ của khối đá, tác giả đã đề nghị lấy tổng chiều dài các thỏikhoan làm tham số phản ánh chất lợng Deere đề nghị sử dụng khái niệmchỉ số chất lợng khối đá, viết tắt là RQD và xác định theo công thức sau:

lần đờng kính lỗ khoan tại đoạn lỗ khoan cần khảo sát; LP = Σ l (≥ 10cm),

khi đờng kính lõi khoan là 5cm

Lt - Chiều dài đoạn lỗ khoan đợc khảo sát

Dựa vào quan sát thực nghiệm, Deere sắp xếp các khối đá ra làm 5 loại

t-ơng ứng với các trị số RQD khác nhau nh trong bảng 1.3 Bảng 1.3: Phân loại khối đá theo Deere

RQD(%)

Phân loạichất lợng

Số khe nứttrên 1 m dài(kkn)

Tỷ lệ môđunbiến dạng(kE)

1.8.2 Phơng pháp phân loại của Bieniawski:

Năm 1973 Bieniawski đã đa ra bảng phân loại dùng trong xây dựng CTN

theo thang điểm số khối đá RMR (Rock Mass Rating) có chú ý đến 6 yếu

tố ảnh hởng khác nhau, xác định theo biểu thức:

RMR =I1 + I2 +I3 +I4 +I5 +I6 (1- 2)Trong đó:

I1- tham số xét đến độ bền nén đơn trục của đá;

I2- tham số thể hiện lợng thu hồi lõi khoan RQD;

I3- tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4- tham số thể hiện trạng thái của các khe nứt;

I5- tham số thể hiện điều kiện ngậm nớc;

I6- tham số thể hiện tơng quan giữa thế nằm các lớp và hớng đào của

đờng các công trình ngầm

Cách tính các tham số và RMR cũng nh các nhóm khối đá theoBieniawski đợc thống kê trong bảng 1.4

Bieniawski đã lập mối tơng quan giữa các giá trị RMR của mình với

"thời gian tồn tại ổn định" và "khẩu độ không chống"

Nh vậy, phơng pháp của Bieniawski có thể xem là phơng pháp có tínhphát triển và hoàn thiện hơn các phơng pháp khác Phơng pháp này đã và

đang đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới, kể cả trong lĩnh vực khai thác lộthiên Các thông số và cách tính toán mang tính tổng quát và có chia nhữngtrờng hợp cụ thể, dễ áp dụng Phơng pháp của Bieniawski đã đợc phát triển

và bổ sung bởi nhiều tác giả khác nhau, đặc biệt là trong mối liên hệ với kếtcấu chống, nh của Kendorski (hình 1.3 )

Bảng1.4: Các tham số phân loại khối đá theo Bieniawski

bề mặt nhám nhẹ,cứng,

độ mở

<1mm

bề mặt nhám nhẹ, mềm, độ

mở 1mm

bề mặt nhẵn trơn,

độ mở 5mm, có lấp nhét, khe nứt xuyên suốt

1-chất lấp nhét mềm,

độ mở

>5mm, khe nứt xuyên suốt

rất thuận lợi thuận

lợi tơng đốitốt thuận lợikhông rất khôngthuận lợi

ảnh hởng vị trí của khe nứt (đờng phơng, góc dốc) khi thi công đờng hầm.

Đờng phơng vuông góc với trục đờng hầm

(lò xuyên vỉa)

Đờng phơng song song với trục đờng hầm (lò dọc vỉa)

Góc dốc (góc cắm)

rất không thuận lợi

tơng đối thuận lợi

không thuận lợi

Các nhóm khối đá

ý nghĩa về nhóm khối đá (ví dụ)

Thời gian

lu không

10 năm khi khẩu độ là 5m

6 tháng khi khẩu độ là 4m

1 tuần khi khẩu độ là 3m

5 giờ khi khẩu độ là 1,5m

10 phút khi khẩu

độ là 0,5m Lực dính

Hình1 2: Phân loại khối đá theo Bieniawski (1973)

Thời gian tồn tại ổn định (giờ)

Vùng không cần chống

Vùng sập lở tức thì

Neo với bớc chống neo tha.

Vì neo bớc chống nhỏ (neo dày)

và lới thép.

Vì neo với bớc chống trung bình và bê tông phun.

Vì neo với bớc chống nhỏ Lới thép, bê tông phun, vì

chống kim loại đơn hoặc vì chống gỗ tha, kết cấu nhẹ.

Vì chống kim loại kết cấu nhẹ hoặc vì chống gỗ trung bình có giằng.

Vì chống kim loại kết cấu trung bình hoặc vì chống gỗ vững chắc có kết cấu giằng kín.

Vì chống kim loại kết cấu vững chắc, trong vùng gơng đào tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặc chèn cọc dày.

2 - Đờng cong giới hạn an toàn thấp cho khung vỏ chống.

3 - Đờng cong giới hạn an toàn cao cho khung vỏ chống (ổn định) 0

Ngoài ra cũng đã xuất hiện các biểu thức tính áp lực để thiết kế công trình ngầm tại các mỏ than nh:

với γ, B là dung trọng đá nóc và chiều rộng công trình ngầm;

• Tại ấn độ: P=γB (1,7 - 0,037 RMR + 0,0002RMR2) (1-4)

1.8.3 Phơng pháp của Barton, Lien và Lunde.

Trên cơ sở phân tích các kết quả thống kê, quan trắc của 200 trờnghợp xây dựng các công trình ngầm, năm 1974 Barton và các cộng sự củaViện Địa kỹ thuật Nauy (NGI) đã kiến nghị một phơng pháp phân loại khối

đá theo chỉ tiêu "chất lợng tuynen -Tunnel Quality" Q Chỉ tiêu này đợc

đánh giá qua 6 tham số hay chỉ tiêu, định nghĩa bởi biểu thức:

SRF

J x J

J x J

RQD

a

r n

Trong đó:

RQD (Rock Quality Designation);

Jn- chỉ số chú ý đến số lợng các hệ khe nứt trong khối đá;

Jr- chỉ số xét tới ảnh hởng của độ nhám của các mặt khe nứt;

Ja- chỉ số xét đến mức độ phong hoá bề mặt của các khe nứt;

Jw- chỉ số kể tới ảnh hởng của nớc ngầm;

SRF- chỉ số tính đến sự suy giảm ứng suất

Sáu tham số này đợc kết hợp thành ba cặp thừa số với ý nghĩa sau:

*RQD/Jn đặc trng cho kích thớc của các khối nứt,

*Ja/Jr đặc trng cho độ bền cắt hay trợt giữa các khối nứt,

*Jw/SRF đặc trng cho "ứng suất hữu hiệu", tác dụng vào khối đá.

Trị số của các thừa số đó trong hệ thống phân loại dao động trongkhoảng xác định sau:

Cấp ổn định- nhómkhối đá

Đặc điểm ổn

định của khối đá

+Đánh giá chất lợng khối đá dựa trên nhiều yếu tố ảnh hởng đến độ ổn

định của khối đá.Đặc biệt là đặc tính mạng khe nứt

+Phơng pháp có thể đánh giá một cách chính xác nhất các thông số củakhối đá

+Là một phơng pháp đợc áp dụng một cách rộng rãi trên thế giới,vớinhiều loại công trình

Chính vì những u điểm đó mà chúng em xin lựa chọn phơng pháp này để

đánh giá chất lợng khối đá tại mỏ Hà Lầm

1.10 Đánh giá độ ổn định của khối đá mỏ Hà Lầm theo phơng pháp RMR

Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu địa chất và kết quả khảo sát, đo đạccác thông số, chỉ tiêu cơ lý của đất đá cho một số đờng lò xuyên vỉa tại hiệntrờng của mỏ than Hà Lầm, thiết kế tiến hành tính toán các chỉ tiêu đánhgiá chất lợng khối đá theo phơng pháp RMR và kết hợp với hớng dẫn lựachọn kết cấu chống theo Kendorski cho khối đá trong phạm vi mỏ và kếtquả đợc cho trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Chỉ số RMR của các loại đá tại các đờng lò xuyên vỉa mỏ Hà Lầm

Nh vậy qua kết quả phân loại khối đá theo theo Bieniawski ta thấy khối

đá trong mỏ đa số thuộc loại có chất lợng trung bình, chỉ có sét kết là có chấtlợng xấu Theo hớng dẫn lựa chọn kết cấu chống của Kendorski thì khi đào đ-ờng lò đi qua các loại đá sạn kết, cát kết, bột kết là có thể dùng kết cấu chốngbằng vì neo, còn khi đào đờng lò đi qua lớp sét kết thì không có thể dùng kếtcấu chống bằng neo đợc Lúc đó sẽ phải dùng các kết cấu chống khác nh bêtông liền khối hoặc vì thép

1.11 Đánh giá mức độ ổn định của đất đá bao quanh công trình theo cơ

sở các chỉ số ổn định

Nh kết quả phân tích ở trên thì khi đào đờng lò đi qua các loại đá sạn kết,

cát kết, bột kết là có thể dùng kết cấu chống bằng vì neo, còn khi đào đờng lò

đi qua lớp sét kết thì không có thể dùng kết cấu chống bằng neo đợc Bây giờ

ta đi kiểm tra lại xem điều đó có đúng không qua việc xác định các hệ số ổn

σK : Độ bền kéo trung bình của đá nóc (Mpa)

Kc : Hệ số giảm yếu cấu trúc

ξ : Hệ số độ bền lâu dài của đất đá

K

γ λ

ξ

σ

. 1 2

=

H K

K

=

Các kết quả tính toán ở trên cho thấy nóc và hông lò của các đờng lò trên

đều thuộc loại tơng đối ổn định, vững chắc (1 < nn, nh < 4) Nh vậy, căn cứ vàokết quả đánh giá ở bảng 1.7 có thể kết luận: đờng lò trên có thể sử dụng vì neoBTCT kết hợp với BTP cho việc chống giữ, gia cờng

Mặt khác theo những quy định chung mà tập đoàn than đa ra về điều kiện địachất thuỷ văn, địa chất công trình của các đờng lò cho phép áp dụng các loạineo quy định nh sau:

• Đất đá bao quanh lò có cấu tạo khối hoặc phân lớp,các loại đá thuộc địa tầng trầm tích với các điều kiện:

- Chỉ áp dụng trong các loại đá: bột kết cát kết sạn cuội kết không áp dụngtrong các loại đá sét kết,sết kết trong than và than

- Chiều dày tối thiểu của mỗi lớp đá không nhỏ hơn 20 cm

- chỉ áp dụng ở những khu vực mà khối đá bao quanh ổn định không bị vònhàu, không bị ảnh hởng của phay phá

• Điều kiện nứt nẻ của khối đá bao quanh đờng lò

- Khoảng các giữa các khe nứt ≥ 200 mm (theo phân loại của hội cơ học đáthế giới )

- Mức độ liên tục của các khe nứt từ nhỏ đến rất nhỏ, chiều dài của khe nứt ≤ 3m

- Độ nhám của bề mặt khe nứt thuộc loại thô nháp và mịn

- Mức độ biến đổi – phong hoá của bề mặt khe nứt: bề mặt có biểu hiện đổimàu dẫn đến sự giảm độ cứng bề mặt (đạt mức độ I và II theo phân loại củahội cơ học đá thế giới )

-Đặc điểm lấp nhét của bề mặt khe nứt- là can xít , sét cát các mảnh thạch anh

và oxit sắt

- Khả năng thấm nớc của các khe nứt : các khe nứt có thể ẩm nhng không cónớc tạo thành giọt

- Độ mở của các khe nứt thuộc loại khe nứt khép , độ, mở ≤ 0,15mm

- Độ phân khối của khối đá Jv= 7 – 15 Kn/m3 (khe nứt/ m3)

- Góc dốc vỉa ≤ 700

• .Các điều kiện địa chất thuỷ văn

- Khối đá bao quanh đờng lò không có nớc chảy nhỏ giọt

- Nếu có nớc thấm trong mùa ma thì các chỉ tiêu ký hoá của nớc phải đảm

Với những đoạn lò đào qua các lớp cát kết,bột kết, sạn cuội kết thì có thểchống bằng neo còn các đoạn lò đào qua lớp sét kết thì không thể chống băngneo đợc.Khi đó ta phải sử dụng các loại kết cấu chống khác.

2.1 Phân tích các loại kết cấu chống đang sử dụng tại các đờng lò xuyên vỉa

2.1.1 Các dạng kết cấu chống giữ các đờng lò xuyên vỉa mà mỏ thanHà Lầm đang sử dụng.

Hiện nay mỏ than Hà Lầm đang sử dụng ba loại kết cấu chống đểchống giữ cho các đờng lò xuyên vỉa Ba loại kết cấu chống hiện đang sửdụng là: kết cấu chống bằng thép lòng máng chèn bằng bê tông cốt thép, kếtcấu chống bê tông cốt thép liền khối và kết cấu chống neo kết hợp bê tôngphun Trong ba loại kết cấu chống trên, hai loại kết cấu chống đợc sử dụngphổ biến nhất đó là kết cấu chống thép lòng máng kết hợp tấm chèn bê tôngcốt thép, kết cấu chống bằng bê tông cốt thép liền khối, còn kết cấu chốngbằng neo sử dụng rất hạn chế

2.1.2 Ưu nhợc điểm của từng loại kết cấu chống trên.

2.1.2.1 Kết cấu chống bằng thép lòng máng kết hợp tấm chèn bằng bê tôngphun, chèn kín

Sau một thời gian sử dụng kết cấu chống này ở một số hạng mục công trìnhcủa mỏ than Hà Lầm cho ta thấy: Các vì chống bị han gỉ, nhiều chỗ các tấmchèn bê tông bị vỡ, một số chỗ công tác chèn cha đợc tốt chính vì vậy mà đất

đá phía sau cha chèn kín tấm chèn Một số chỗ nớc chảy nhỏ giọt vào trongcông trình càng làm cho quá trình ăn mòn vì thép tăng nhanh, mặt khác còngây cảm giác khó chịu cho ngời công nhân đi lại qua khu vực này

2.1.2.2.Kết cấu chống bằng bê tông cốt thép liền khối.

Loại vỏ chống này đợc mỏ than Hà Lầm sử dụng để chống giữ cho các công trình có tuổi thọ lớn, những công trình chịu tải trọng lớn, khả năng

chống cháy, khả năng chống thấm nh : hầm quang lật, các hầm trạm bơm ở mức -55, -100, các hầm chứa nớc, trạm biến áp

Qua khảo sát thực tế các công trình cho thấy: chất lợng vỏ chống các công trình rất tốt, khả năng chống thấm cao, công trình không bị nứt Quy trình lắp dựng loại kết cấu chống này nh sau: giữ nguyên kết cấu chống tạm bằng thép lòng máng, củng cố thêm cốt thép loại Φ25 ữΦ30 Sau đó dựng cốt pha và cho đổ bê tông Chờ khi bê tông đạt cờng độ thì cho tháo tấm cốt pha Với quy trình thi công kết cấu chống nh trên chúng ta thấy các vì thép khó có thể đặt đúng vùng chiụ kéo của bê tông, chính vì vậy mà thờng không khai

các nớc trên thế giới sử dụng rất phổ biến trong xây dựng công trình ngầm nóichung và trong xây dựng các công trình ngầm trong mỏ nói riêng Tuy nhiên đốivới Việt Nam, loại kết cấu chống nhẹ này mới chỉ đợc sử dụng rộng rãi trong xâydựng các công trình ngầm dân dụng còn đối với ngành mỏ loại kết cấu này còn đ-

ợc sử dụng hạn chế Mặc dù, số lợng các đờng lò đợc chống bằng kết cấu chốngnày ở các mỏ nói chung và ở mỏ than Hà Lầm nói riêng còn ít, nhng cho thấy:chất lợng của loại vỏ chống này rất tốt, chiều dày vỏ chống mỏng nhng khả năngchiụ tải cao, khả năng chống thấm tốt, quy trình thi công loại kết cấu chống nàycũng rất đơn giản, dễ dàng điều chỉnh vỏ chống khi ta phát hiện vỏ chống cha đủkhả năng chịu lực Chính nhờ những u điểm trên mà loại kết cấu chống này ngàycàng đợc sử dụng nhiều

2.1.3 Nhận xét.

Với việc phân tích u nhợc điểm của ba loại kết cấu chống cho các đờng

lò xuyên vỉa của mỏ than Hà Lầm ta thấy kết cấu chống bằng neo có rất nhiều

u điểm Tuy nhiên trong tổng số các mét đờng lò xuyên vỉa đợc chống cố địnhthì số mét lò đợc chống bằng kết cấu chống vì neo còn rất hạn chế Chính vìvậy mà trong phạm vi của đồ án này tôi sẽ xem xét khả năng sử dụng kết cấuchống neo để chống giữ cho các đờng lò xuyên vỉa của mỏ than Hà Lầm nhằmkhai thác triệt để những u điểm của kết cấu chống bằng neo

2.2 Khái quát chung về neo

Những năm gần đây, phạm vi áp dụng của neo đã tăng lên rất nhiều nhờvào các thành tựu của nghiên cứu cơ học đá và sự tăng cờng ứng dụng của cácbiện pháp gia cố đất đá trong xây dựng công trình ngầm(CTN) Neo đã đợcxem nh là loại kết cấu thay thế cho các kết cấu thông thờng vẫn đợc sử dụngmang tính truyền thống trớc đây

Ngày nay khi thiết kế gia cố khối đá ngời kỹ s thờng phải đối mặt với

nhu cầu tối u hoá thiết kế có xét tới hai khía cạnh là : tính an toàn và lợi ích

kinh tế của công tác gia cố.

Mục đích của công tác thiết kế chống giữ các công trình ngầm là nhằmnâng cao tính ổn định của công trình Nguyên tắc này đợc áp dụng đối với cácdạng kết cấu chống mang tính gia cố: ví dụ nh neo đá làm thành một bộ phậnbên trong của khối đá (tích hợp với khối đá), còn các kết cấu mang tính chống

đỡ (chống giữ bị động) nh khung thép, không làm thành một bộ phận gia cốbên trong khối đá mà chỉ chống giữ khối đá từ bên ngoài

Neo có tác dụng gia cố đồng thời huy động độ bền của khối đá, trong

gia cố bề mặt khối đá) Các dạng neo và các kết cấu chống giữ bên ngoài (kếtcấu chống đỡ) khác thông thờng đợc sử dụng kết hợp với nhau để đạt đợc hiệuquả tác động cao nhất có thể đối với sự ổn định của khối đá Trong thực tế sửdụng neo kết hợp với lới thép hoặc bê tông phun có tác dụng gia cố giữ bề mặt

ổn định của khối đá giữa các thanh neo tạo ra một kết cấu chống tối u Mộtkết cấu chống giữ nh vậy có thể sử dụng làm kết cấu chống tạm hoặc kết cấuchống cố định

Những lý do neo đợc sử dụng rộng rãi bao gồm :

- Tính đa năng: Có thể sử dụng với mọi công trình có hình dạng tiếtdiện khác nhau

- Sử dụng đơn giản và nhanh chóng

- Giá thành tơng đối rẻ

- Có thể cơ giới hoá công tác lắp đặt neo

Khi sử dụng neo, các thông số của chúng (mật độ neo, chiều dài neo) có thểthay đổi, đây là một yêu cầu thờng xuyên đợc đặt ra để phù hợp điều kiện khối

đá tại nơi sử dụng Một u điểm khác nữa là neo có thể dễ dàng kết hợp với cácdạng kết cấu chống khác chẳng hạn nh các kết cấu chống mang tính bị động,lới thép, khung thép,bê tông phun hoặc vỏ bê tông đổ tại chỗ Ngoài ra việclắp đặt neo sau khi nổ mìn là chìa khoá quan trọng để duy trì tính liền khốiban đầu của khối đá Có rất nhiều loại neo có u điểm là duy trì hoặc tăng khảnăng mang tải, giữ ổn định khối đá ngay sau khi lắp đặt