Đồ án chống neo mỏ HÀ LẦM

Tìm hiểu và lựa chọn để vận dụng có hiệu quả làmột vấn đề không đơn giản.Với nhận thức đó, tôi đi sâu tìm hiểu, tổng hợp cácphơng pháp phân loại khối đá đã đợc phát triển, đặc biệt là mộ

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 10

1.4.1 Giới cổ sinh 10

1.4.2.Giới trung sinh 10

1.4.2.1 Cuội kết 10

1.4.2.2 Sạn kết 10

1.4.2.3 Cát kết 11

1.4.2.4 Bột kết 11

1.4.2.5 Sét kết 11

1.4.2.6 Các vỉa than 11

1.4.3.Giới tân sinh 11

1.5 Kiến tạo 12

1.5.1 Các uốn nếp 12

1.5.1.1 Nếp lồi phía tây ( nếp lồi Hà Lầm ) 12

1.5.1.2 Nếp lồi phía đông ( nếp lồi 158 ) 12

1.5.1.3.Nếp uốn trung tâm 12

1.5.2 Các đứt gãy .12

1.5.2.1 Đứt gãy thuận H-H 12

1.5.2.2 Đứt gãy thuận B 12

1.5.2.3 Đứt gãy G 12

1.5.2.4 Đứt gãy E 12

1.6 Các hiện tợng địa chất công trình 14

1.7 Phơng pháp phân tích độ ổn định của khối đá .14

1.8 Tổng quan về các hệ thống phân loại khối đá 15

1.8.1 Phân loại khối đá theo Deere- phơng pháp RQD .17

1.8.2.Phơng pháp phân loại của Bieniawski 18

1.8.3 Phơng pháp cảu Barton ,Lien và Lunde 23

1.9 Đánh giá các hệ thống phân loại 24

1.10.Đánh giá độ ổn định của khối đá mỏ Hà Lầm 25

1.11.Đánh giá độ ổn định khối đá theo phơng pháp RMR 26

1.12.Đánh giá độ ổn của khối đá bao quanh công trình theo cơ sở các chỉ số ổn định 26

Chơng 2 Kết cấu chống công trình ngầm bằng vì neo 31

2.1.Phân tích các loại kết cấu chống đang sử dụng tại các đờng lò xuyên vỉa 31

2.1.1.Các dạng kết cấu chống giữ các đờng lò xuyên vỉa mà mỏ than Hà Lầm đang sử dụng 31

2.1.2 Ưu nhợc điểm của từng loại kết cấu chống trên 31

2.1.2.1 Kết cấu chống bằng thép lòng máng kết hợp tấm chèn bằng bê tông phun , chèn kín 31

2.1.2.2.Kết cấu chống bằng bê tông cốt thép liền khối 31

2.1.2.3.Kết cấu chống neo kết hợp bê tông phun 32

2.1.3 Nhận xét 32

2.2 Khái quát chung về neo 32

2 3 Các loại neo 34

2.4.Cấu tạo , u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của một số loại neo 35

2 4.1 Neo cơ học 35

2.4.1.1 Neo đầu nở 35

2.4.1.2 Neo ma sát 40

2.4.2 Neo dính kết 40

2.4.2.1 Neo bê tông cốt thép 41

2.4.2.2 Neo chất dẻo cốt thép 42

2.4.3 Các loại neo kết hợp 42

2.4.3.1.Neo kết cấu linh hoạt 44

2.5 Neo kết hợp với các cấu kiện khác 44

2.5.1.Neo kết hợp với bê tông phun 44

2.5.2 Neo kết hợp với lới thép 44

2.5.3 Neo kết hợp với giằng thép 46

2.6 Lựa chọn loại neo hợp lý 46

Chơng 3 Kiến nghị neo và phun vũa bê tông cho các đờng lò xuyên vỉa mỏ Hà Lầm 48

3.1 Cơ sở lựa chọn neo 48

3.2 Khái quát chung về các đờng lò xuyên vỉa 48

3.2.1.Đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn của đờng lò IV - 2 mức -50 49

3.2.2 Mật độ khe nứt 49

3.2.3 Địa chất công trình 50

3.2.4 Địa chất thuỷ văn 51

3.3 Các thông số thiết kế neo cần xác định 51

3.3.1.Xác định chiều cao vòm phá huỷ 51

3.3.2.Tính toán chiều dài thanh neo 52

3.3.3 Tính khả năng mang tải cuả neo 52

3.3.3.1 Xác định khả năng mang tải cảu neo theo điều kiện kéo đứt thanh neo 53

3.3.3.2 Khả năng mang tải của neo đợc xác định theo điều kiện bám dính giữa cốt neo với bê tông 53

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 53

3.3.4 Xác định mật độ neo 54

3.3.5 Xác định khoảng cách giữa các thanh neo 54

3.3.6 X ác định chiều dầy lớp bê tông phun 56

3.3.6.1 Đánh giá khả năng sập đổ của thành neo 57

3.3.6.2 Chiều dày lớp bê tông phun 57

3.3 7 Xác định số neo trên một vòng neo 59

3.4 Dây chuyền thiết bị thi công 59

3.4.1 Máy khoan neo 60

3.4.2 Thiết bị xúc bốc vận tải 60

3.4.3 Bình phun vữa neo 61

3.4.4 Máy phun bê tông 62

3.4.5 Cung cấp khí nén 62

Chơng 4 Tính toán kinh tế kết cấu chống lò bằng vì neo kết hợp bê tông phun 63

4.1 Khối lợng bê tông phun cần thiết cho một m đờng lò 63

4.2 Chi phí cốt thép cho neo cóp gờ 63

4.3 Khối lợng bê tông bơm vào lỗ khoan neo 63

4.4 Khối lọng bản đệm neo 64

4.5.Khối lợng đai ốc M18 64

Kết Luận 65

Tài liệu tham khảo 66

Mở đầu

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc đòihỏi nhu cầu tiêu thụ năng lợng ngày càng lớn Cùng với sự pháttriển của nền kinh tế đất nớc, ngành khai thác khoáng sảnnói chung và ngành khai thác than nói riêng cũng có nhữngmức tăng trởng vợt bậc do đó trữ lợng than ngày càng giảm,cần phải mở rộng khai thác xuống những độ sâu lớn hơn

Sau thời gian học tập tại trờng Đại học Mỏ - Địa chất,chuyên ngành Xây dựng công trình ngầm và mỏ, đợc sựgiúp đỡ của cơ sở thực tập là công ty than Hà Lầm và tậpthể thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng Công Trình Ngầm &

Mỏ, đặc biệt là sự hớng dẫn tận tình của thầy giáoNguyễn Phúc Nhân, tôi đã hoàn thành bản đồ án: Đánh giákhả năng chống neo cho các đờng lò xuyên vỉa mỏ than HàLầm

Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thểtránh khỏi những thiếu sót tôi rất mong dợc sự chỉ bảo củacác thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Hà Nội 6- 2008

Sinh viên :

Lê Văn Sáng

Chơng1 Khái quát chung 1.1.Đặt vấn đề

Trớc những đòi hỏi về sự phát triển khai thác than hầm

lò đến năm 2010 sản lợng khai thác than sẽ đạt khoảng50triệu tấn than và mỗi năm cần phải đào từ 120-150 km đ-ờng lò.Vì vậy khối lợng vì chống vỏ chống đa vào xâydựng sẽ rất lớn Để tăng cờng hiệu quả sử dụng vật liệuchống lò giảm chi phí sắt thép nhập ngoại,sử dụng tối đavật liệu chống sẵn có trớc,đòi hỏi phải áp dụng triệt đểcác loại kết cấu chống và vật liệu chống lò mới

Neo kết hợp bê tông phun là loại kết cấu chống và vậtliệu chống kết hợp hài hoà giữa khả năng gia cố và tích hợpvới khối đá bao quanh đờng lò,tăng khả năng tự mangtảicủa khối đá và khả năng chống đỡ thụ động của kết cấuchống

Chính tính u việt của loại hình chống giữ này mà trênthế giới cũng nh trong các công trình ngầm ( thuỷ điện ,giao thông…)trong nớc đã và đang áp dụng phổ biến loạikết cấu và vật liệu chống này

Đối với các mỏ hầm lò của nớc ta thì việc sử dụng neo cònrất hạn chế.Trong đợt thực tập vừa rồi tại mỏ than Hà Lầm

em thấy việc sử dụng neo ở đây cũng rất hạn chế Vì vậy

em đã xem xét và nghiên cứu về khả năng chống neo chocác 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 1996của Tổng Giám đốc Than Việt Nam

- Phía đông : giáp mỏ Hà Tu

- Phía tây : giáp phờng Cao Thắng – thành phố Hạlong

- 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 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3năm sau Lợng ma trung bình hàng năm từ 180 ữ 200 mm.Nhiệt độ trung bình hàng năm 25 ữ 27°C thấp nhất 10 ữ

11°C Độ ẩm không khí từ 78 ữ 90%

Giao thông: Khu mỏ thuộc phờng Hà lầm - thành phố Hạlong - tỉnh Quảng 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 vậnchuyển đi các tỉnh trong cả nớc

Mỏ than Hà Lầm đợc mở vỉa bằng một cặp giếngnghiêng đặt tại mặt bằng +28 Giếng nghiêng chính có

độ dốc 160 , đặt băng tải để vận tải than Giếng nghiêngphụ 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 nayCông ty than Hà Lầm đang khai thác tầng -50 ữ LV với sản l-

một triệu tấn, sản lợng của mỏ bao gồm cả lộ thiên và hầm

lò ( sản lợng lộ thiên 200 ữ 300 ngàn tấn/năm ), trữ lợngcông nghiệp còn lại của tầng -50 ữ LV là 5 700 ngàn tấn.Hiện nay công ty than Hà Lầm đang chuẩn bị thiết kế thicông dới mức –50 để đảm bảo đời sống cho công nhânviên chức và nhu 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 Triatthống trên, bậc Nori phụ diệp thạch Hòn gai và lớp đất phủ

đệ tứ Trong giới hạn thăm dò chiều dày 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 đờng kính 5 ữ 20 cm , cuội kết có đặc tính giòn Sạn kết: Là đá chuyển tiếp từ cuội sang cát kết có màutrắng xám, thành phần giống cuội kết.

Cát kết: Thờng có màu xám sáng đến xám đen Cát kếtphân bố đều trong khu vực, độ kiên số 6 ữ 8, khối lợngriêng γ = 2,6 T/m3

Bột kết: Thờng có màu xám đen rắn chắc, ít nứt nẻ,chiều dày lớn Bột kết 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 cácvỉa than hoặc xen kẽ với các lớp bột kết ở sát vách và trụvỉa 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 thểtrong 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 lớn nhất là 114,5 (l/s) vào mùa ma và 0,69 (l/s) vàomùa khô Nớc mặt chảy một phần về phía nam và mộtphần về phía Tây Bắc Do nguồn cung chính là nớc manên đã tạo lên các dòng tạm thời trên các sờn đồi và chảytập trung vào các phần thấp của địa hình Vì vậy, vềmùa khô không có nớc trên mặt, các con suối cạn khô, khôngcòn dòng chảy trên mặt Nớc mặt trong khu mỏ là loại nớckhông 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 Thànhphần chủ yếu là HCO3- , 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 Độphong hoá của nớc ngầm thấp và đợc thoát đi bởi các côngtrình khai thác và đới phá huỷ của các đứt gãy kiến tạo,nguồn nớc bổ xung thêm là nớc ma

+ Tầng nớc áp lực: phân bố dới vỉa 10, trên vỉa 11.Tầng này phân bố trên diện tích rộng, đá chứa nớc gồmcuội 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 các phay phá chứa nớc với lợng nớc nhỏ tuynhiên ít ảnh hởng nhiều đến quá trình đào lò

Kết quả phân tích các mẫu thử nghiệm cho thấy nớctrên mặt và nớc dới đất của khu mỏ có đặc tính lý hóa nhsau:

+ Đặc tính lý học: Nớc trong suốt không màu khôngmùi, 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 thuộc loại nớc nhạt độ cứng thay đổi từ 0,25 ữ3,85 độ Đức có nơi lên đến độ 11,8 Đức, thuộc loại cứng vàrất cứng Tổng lợng cặn có độ pH <7 Nớc có tính Axit yếugây ăn mòn kim loại Lợng SO42- tối đa là 154,72mg/l khônggây ăn mòn bê tông Nớc thuộc kiểu Bicacbonat, Canxi -Natri Nớc dới đất trong tầng chứa than khu mỏ thực tế là

ít, không đủ cung cấp cho công nghiệp khai thác và phục

vụ sinh hoạt, nớc cấp cho khu mỏ chủ yếu là nguồn nớc mặttích động ở các moong khai thác cũ

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 trêntoàn bộ diện tích với chiều dày trung bình 350 ữ 400m,bao gồm các lớp cuội kết, sạn kết cát kết, bột kết, sét kếtnằm xen kẽ nhau.

Cỡ hạt từ 0,1 ữ 0,25 mm

1.4.2.5 Sét kết.

Có màu đen đến xám đen, mặt phân lớp không rõràng thờng rất gồ ghề, chúng thờng có mặt ở sát vách vàtrụ vỉa than, thành phần chủ yếu là sét, 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

V9 ữ V10 = 45 ữ 50m

V10 ữ V11 = 70 ữ 90m

V11 ữ V12 = 70 ữ 100m

V13 ữ 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 luhuỳnh

1.4.3 Giới tân sinh.

Hệ đệ tứ (Q)

Trầm tích hệ đệ tứ phủ trải trên điệp Hòn Gai chúngphân bố trên khắp toàn bộ bề mặt khu mỏ Thành phầnbao gồm cuội sỏi, cát, sét, mảnh vụn, tảng lăn chúng là sảnphẩm 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 môkhác nhau

+ Các uốn nếp cũng phát triển nhiều, quy mô cũng

khác nhau, phơng trục không ổn định Các nếp uốn lõmthờng phát triển phức tạp.

1.5.1 Các uốn nếp.

Trong khu vực mỏ tồn tại 3 uốn nếp chính kế tiếpnhau

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 Bắc lại bị cắt bởi đứt gãy H-H làm cho ph-

-ơng trục biến đổi dần theo hớng Đông Tây Mặt trụcnghiêng về phía Đông với góc dốc 65o ữ 70o

Phần phía nam khu mỏ mặt trục có hiện tợng thẳng

đứng, hơi nghiêng về phía Tây Hai cánh nếp lồi không đốixứng, cánh Tây dốc từ 50o ữ 60o

Cánh Đông thoải 20o ữ 30o Trục nếp lồi này là danh giớitính trữ lợng phía Tây của mỏ

15.1.2 Nếp nồi phía Đông (nếp lồi 158).

Nếp lồi này không hoàn chỉnh, phơng trục chạy theo hớngBắc - Nam, hai cánh thoải do bị đứt gãy cắt xén, mặt trụccắm về phía Tây với góc dốc 60o ữ 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 chủyếu có mặt trong khu vực.

1.5.2.1 Đứt gãy thuận H-H.

Đứt gãy phát triển theo hớng Bắc - Nam, đến phầntrung tâm thay đổi theo hớng Tây Bắc - Đông Nam Mặttrớc đứt gãy nghiêng về phía Đông với góc dốc từ 70o ữ 80o.Cạnh phía Đông tụt xuống, cánh phía Tây nâng lên với biên

độ dịch chuyển từ 15 ữ 40m Đới hủy hoại từ 10 ữ 40m Đất

đá hủy hoại chủ yếu là cát kết, bột kết bị vò nhàu lát vụn

Đứt gãy đợc phát triển ở các đờng lò khai thác và các

công trờng lộ thiên vỉa 11.

1.5.2.4 Đứt gãy E.

Đứt gãy này đã đợc tác giả Lê Đình Phong đa vào báocáo địa chất năm 1968 với chứng cứ trên mặt Sau đó bịmất đi trong các giai đoạn thăm dò tiếp theo Tới nay đứtgãy này đợc xác định bởi lỗ khoan B325 và đờng lò khaithác mức +36

Đứt gãy E là đứt gãy thuận có dạng cánh cung gần phơngBắc - Nam, mặt trợt cắm về phía Tây với góc dốc 50o ữ 60o.Biên độ dịch chuyển 20 ữ50m

Ngoài những đứt gãy đợc nêu ở trên thì trong diệntích thăm dò còn có một số đứt gãy nhỏ khác, có đới hủyhoại không đáng kể, biên độ dịch chuyển 5 ữ 20m, đãgặp trong một số đờng lò khai thác của mỏ nh đờng lòxuyên vỉa 11 mức +78 lò xuyên vỉa số 4 mức -10

1.6 Các hiện tợng địa chất công trình.

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 Cáchiện tợng này thờng xảy ra chủ yếu là do đào lò đi vào các

đới nham thạch hủy hoại hoặc những nơi đất đá kém ổn

định Về mùa ma thì các hiện tợng này xảy ra mạnh mẽhơn về mùa khô

1.7 Phơng pháp phân tích độ ổn định của khối

Mặc dù ngày nay đã có các phơng tiện tinh xảo phục vụcho công tác thiết kế công trình ngầm, song các phơngpháp dựa trên kinh nghiệm vẫn đợc coi là một trong nhữngcông cụ đắc lực không thể thiếu đợc Trong suốt nhữngnăm qua, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽcủa kỹ thuật phân tích và máy tính, bao gồm cả kỹ thuật

số 3 chiều, nhng phơng thức thiết kế kinh nghiệm vẫn còn

đợc sử dụng phổ biến đặc biệt là trong ngành mỏ Dovậy, thiết kế, thi công xây dựng các công trình ngầm vàkhai thác mỏ vừa đợc xem là một nghệ thuật, vừa là mộtngành khoa học Tiếp thu, tổng hợp, phân tích đợc nhữngkiến thức, nhận thức từ thực tế và lí thuyết một cách linhhoạt từ đó sử dụng hợp lý các kinh nghiệm đã có là yêu cầuquan trọng đối với ngời làm việc trong các lĩnh vực liênquan

Là một trong các phơng pháp kinh nghiệm, phân loạikhối đá đã từ lâu là nhu cầu của những ngời làm việctrong lĩnh vực khai thác mỏ và xây dựng công trìnhngầm Cách đây trên 100 năm (1879) Ritter đã tiến hànhphân loại khối đá với ý đồ hình thành một phơng phápphục vụ đợc công tác thiết kế công trình ngầm, đặc biệt

là để xác định kết cấu chống Từ đó đến nay, với nhậnthức ngày càng phong phú, đầy đủ và chi tiết hơn của

con ngời về khối đá Công tác thiết kế, thi công xây dựngngày càng có những đòi hỏi cao hơn về chất lợng, độchính xác, hợp lí và kinh tế nên hàng loạt các phơng phápphân loại đã đợc đề xuất và đợc áp dụng khắp nơi trênthế giới Tìm hiểu và lựa chọn để vận dụng có hiệu quả làmột vấn đề không đơn giản.

Với nhận thức đó, tôi đi sâu tìm hiểu, tổng hợp cácphơng pháp phân loại khối đá đã đợc phát triển, đặc biệt

là một vài phơng pháp có ý nghĩa trong xây dựng cáccông trình ngầm và mỏ hiện nay trên thế giới từ đó đa raphơng hớng lựa chọn kết cấu chống hợp lý chống giữ côngtrình 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 đợc tổng hợp trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Các hệ thống phân loại khối đá điển hình sửdụng trong ngành mỏ.

định không

chống

chống giữ, thicông

-NATM'Chất lợng khối

Nam phi Thi công xây

Nauy Thi công hầm,

trạm Mô tả địa kỹ

Điểm số khối

đá mỏ MRMR

Laubscher,Tayl

or, 1976

Nam phi Khai thác mỏ

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

Phơng pháp RQD (còn gọi là phơng pháp chỉ số chất

l-ợng - Rock Quality Designation) do Deere đề xuất vào năm

1963 Từ quan sát và nhận xét rằng độ dài các thỏi khoanlấy lên từ lỗ khoan khá phù hợp với độ bền và độ nứt nẻ củakhối đá, tác giả đã đề nghị lấy tổng chiều dài các thỏikhoan làm tham số phản ánh chất lợng Deere đề nghị sửdụng khái niệm chỉ số chất lợng khối đá, viết tắt là RQD

Lp - Tổng chiều dài các thỏi khoan có chiều dàikhông nhỏ hơn 2 lần đờng kính lỗ khoan tại đoạn lỗ khoancần 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 tơng ứng với các trị số RQD khác nhau nh trong bảng 1.3 Bảng 1.3: Phân loại khối

đá theo DeereRQD

(%)

Phân loạichất lợng

Số khe nứttrên 1 mdài (kkn)

Tỷ lệmôđunbiến dạng

Tỷ số tốc độ

Vd-k/Vd-m

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 (RockMass 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 đátheo Bieniawski đợc thống kê trong bảng 1.4

Bieniawski đã lập mối tơng quan giữa các giá trị RMRcủa mình với "thời gian tồn tại ổn định" và "khẩu độkhông chống"

Nh vậy, phơng pháp của Bieniawski có thể xem là phơngpháp có tính phát triển và hoàn thiện hơn các phơng phápkhác Phơng pháp này đã và đang đợc sử dụng rộng rãitrên thế giới, kể cả trong lĩnh vực khai thác lộ thiên Cácthông số và cách tính toán mang tính tổng quát và có chianhững trờng hợp cụ thể, dễ áp dụng Phơng pháp củaBieniawski đã đợc phát triển và bổ sung bởi nhiều tác giảkhác nhau, đặc biệt là trong mối liên hệ với kết cấu chống,

nh của Kendorski (hình 1.3 )

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

bề mặt nhám nhẹ,cứn

g, 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

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 )

Cắm theo hớng

đào

Cắm ngợc hớng đào

tơng

đối thuận lợi

không thuận lợi

rất không thuận lợi

tơng đối thuận lợi

không thuận lợi

ý nghĩa về nhóm khối đá (ví dụ)

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

kết

>0,3 0,2 - 0,3 0,15-0,2 0,1-0,15 <0,1

MN/m 2

Gãc ma

s¸t trong

>45 0 40 0 - 45 0 35 0 - 40 0 30 0 -35 0 <30 0

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 đơn chiếc.

Neo với bớc chống neo tha.

Vì neo bớc chống nhỏ (neo dày) và lới

Vì chống kim loại kết cấu vững chắc, trong vùng

g-ơng đào tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặc chèn cọc dày.

1 - Vùng giới hạn bởi đặc tính sụt

lở cục bộ. 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

1974 Barton và các cộng sự của Viện Địa kỹ thuật Nauy(NGI) đã kiến nghị một phơng pháp phân loại khối đá theochỉ tiêu "chất lợng tuynen -Tunnel Quality" Q Chỉ tiêu này

đợc đánh giá qua 6 tham số hay chỉ tiêu, định nghĩa bởibiểu thức:

x SRF J

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

Sáu tham số này đợc kết hợp thành ba cặp thừa số với ýnghĩa 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 loạidao động trong khoảng xác định sau:

Cấp ổn nhóm khối đá

định-Đặc điểm

ổn địnhcủa khối đá

1.9 Đánh giá các hệ thống phân loại.

Sự khác nhau giữa các hệ thống kinh nghiệm đã đợcthấy ở rất nhiều nơi Hiện nay, hai phơng pháp phân loại

RMR và Q đợc sử dụng rất rộng rãi Đặc biệt là phơng phápphân loại RMR.Điều này có thể đợc giải thich bởi phơngpháp này có nhiều u điểm vợt trội nh:

+Đánh giá chất lợng khối đá dựa trên nhiều yếu tố ảnh ởng đến độ ổn định của khối đá.Đặc biệt là đặc tínhmạng khe nứt

+Phơng pháp có thể đánh giá một cách chính xác nhấtcác thông số của khối đá

+Là một phơng pháp đợc áp dụng một cách rộng rãi trênthế giới,với nhiều loại công trình

Chính vì những u điểm đó mà chúng em xin lựa chọnphơng pháp này để đánh giá chất lợng khối đá tại mỏ HàLầm

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 quảkhảo sát, đo đạc các thông số, chỉ tiêu cơ lý của đất đácho một số đờng lò xuyên vỉa tại hiện trờng của mỏ than

Hà Lầm, thiết kế tiến hành tính toán các chỉ tiêu đánh giáchất lợng khối đá theo phơng pháp RMR và kết hợp với hớngdẫn lựa chọn kết cấu chống theo Kendorski cho khối đátrong phạm vi mỏ và kết quả 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 theoBieniawski ta thấy khối đá trong mỏ đa số thuộc loại có chấtlợng trung bình, chỉ có sét kết là có chất lợng xấu Theo hớngdẫn lựa chọn kết cấu chống của Kendorski thì khi đào đờng

lò đi qua các loại đá sạn kết, cát kết, bột kết là có thể dùngkết cấu chống bằng vì neo, còn khi đào đờng lò đi qua lớpsét kết thì không có thể dùng kết cấu chống bằng neo đợc.Lúc đó sẽ phải dùng các kết cấu chống khác nh bê tông liềnkhối 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 cấuchống bằng vì neo, còn khi đào đờng lò đi qua lớp sét kếtthì 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

K

γ λ

ξ

σ

. 1 2

=

2 nn < 1

nh ≤ 1

Nóc và hông lò đều yếu, phải có vìchống thích hợp, áp lực nóc do vòm tụt lởgây ra, áp lực hông do đa giác trợt gây ra

H K

K

=

3 1 < nn < 4

1 < nh < 4

Nóc và hông lò tơng đối vững chắc nhngcần phải chống lò bằng vì neo BTCT kếthợp BTP

Từ các thông số của các lớp đá đã xác định tại bảng 1.8 ta xác

định đợc các giá trị nn và nh

Các kết quả tính toán ở trên cho thấy nóc và hông lòcủa các đờng lò trên đều thuộc loại tơng đối ổn định,vững chắc (1 < nn, nh < 4) Nh vậy, căn cứ vào kết quả đánhgiá ở bảng 1.7 có thể kết luận: đờng lò trên có thể sử dụngvì neo BTCT kết hợp với BTP cho việc chống giữ, gia cờng.Mặt khác theo những quy định chung mà tập đoàn than đ-

a ra về điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công trìnhcủa các đờng lò cho phép áp dụng các loại neo quy định nhsau:

• 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 kếtkhông áp dụng trong các loại đá sét kết,sết kết trong than vàthan

- 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 vò nhàu, 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 hộicơ học đá thế giới )

- Mức độ liên tục của các khe nứt từ nhỏ đến rất nhỏ, chiều dàicủa 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: bềmặt có biểu hiện đổi màu dẫn đến sự giảm độ cứng bềmặt (đạt mức độ I và II theo phân loại của hội cơ học đáthế giới )

• .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 củanớc phải đảm bảo

Tóm lại từ việc đánh giá chất lợng khối đá theo Benhiawski và

so sánh đối chiếu với những quy định về khả năng áp dụngneo của tập đoàn than ta rút ra kết luận:

Với những đoạn lò đào qua các lớp cát kết,bột kết, sạn cuộikết thì có thể chống bằng neo còn các đoạn lò đào qua lớpsét kết thì không thể chống băng neo đợc.Khi đó ta phải sửdụng 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 cấuchống để chống giữ cho các đờng lò xuyên vỉa Ba loại kếtcấu chống hiện đang sử dụng là: kết cấu chống bằng théplòng máng chèn bằng bê tông cốt thép, kết cấu chống bê tôngcốt 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 dụng phổ biến nhất đó là kết cấu chống thép lòngmáng kết hợp tấm chèn bê tông cốt thép, kết cấu chống bằng

bê tông cốt thép liền khối, còn kết cấu chống bằng neo sửdụng 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 chènbằng bê tông phun, chèn kín

Sau một thời gian sử dụng kết cấu chống này ở một sốhạng mục công trình của mỏ than Hà Lầm cho ta thấy: Cácvì chống bị han gỉ, nhiều chỗ các tấm chèn 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 nhỏgiọt vào trong công trình càng làm cho quá trình ăn mòn vìthép tăng nhanh, mặt khác còn gây 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.