Nghiên cứu lựa chọn kết cấu chống giữ hợp lý đường lò dọc vỉa đá vỉa 10 cánh bắc mức 80 công ty than mạo khê tkv

Mặt khác các loại đá ở đây cơ bản chứa các khoáng vật sét và các biến động không gian là khó dự báo được trước do các điều kiện địa chất thay đổi, ảnh hưởng của quá trình khai thác…Trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGÔ VĂN GIÁP

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ HỢP LÝ ĐƯỜNG LÒ DỌC VỈA ĐÁ VỈA 10 CÁNH BẮC MỨC -80

CÔNG TY THAN MẠO KHÊ -TKV

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Trần Tuấn Minh

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Ngô Văn Giáp

MỤC LỤC

Trang Lời cam đoan

các đường lò tại Việt Nam

THAN MẠO KHÊ - TKV

20

2.2 Các loại hình kết cấu chống giữ các đường lò dọc vỉa đá tại mỏ

than mỏ Than Mạo Khê

21

2.3 Hiện trạng một số kết cấu đang chống giữ 26

THƯỜNG GẶP MỎ MẠO KHÊ VÀ LOẠI KẾT CẤU CHỐNG THÍCH HỢP

33 3.1 Tổng quan điều kiện địa hình, địa chất khu vực mỏ Mạo Khê 33

3.2 Đặc điểm địa chất vỉa 10 cánh Bắc (từ tuyến I - IIa) 36

3.2.1 Đặc điểm địa chất 36 3.2.2 Đặc điểm địa chất công trình - Địa chất thủy văn 37 3.3 Các thay đổi điều kiện địa chất thường xảy ra tại các đường lò

dọc vỉa đá tại mỏ Mạo Khê

39

3.3.3 Hiện tượng bùng nền, nén bẹp lò, ảnh hưởng của tầng khai thác 51

3.4 Phân tích, lựa chọn các kết cấu chống phù hợp 53 3.4.1 Lựa chọn kết cấu chống thích hợp với đường lò dọc vỉa đá vỉa 54 3.4.2 Tính toán thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm 67

DANH MỤC CÁC BẢNG

6 Bảng 3.3 Sự hình thành các khối sập lở trong đường lò dọc

vỉa mỏ Mạo Khê

42

7 Bảng 3.4 Các dạng sự cố khi xây dựng công trình ngầm 43

8 Bảng 3.5a Bảng so sánh giữa các kết cấu chống 65

9 Bảng 3.5b Bảng so sánh giữa các kết cấu chống 66

3 Hình 2.2 Ví dụ khung chống thép CBII tại các lò dọc vỉa đá 23

4 Hình 2.3a Ví dụ kết cấu neo bê tông cốt thép 24

5 Hình 2.3b Ví dụ sơ đồ chống bằng neo bê tông cốt thép 25

6 Hình 2.4 Ví dụ các loại vỏ bê tông được sử dụng ở Mạo Khê 26

7 Hình 2.5 Ví dụ vì chống bị nén mạnh bên vách tại lò dọc vỉa

9 Hình 2.7 Vì chống hình tròn đang được áp dụng tại Mạo Khê 28

10 Hình 2.8 Vì chống bị nén tại dọc vỉa than vỉa 10 mức -25 ở

Mạo Khê

28

11

Hình 2.9 Vì chống thép CBII -22 đang được áp dụng tại lò

dọc vỉa đá và xuyên vỉa đá với điều kiện đất đá khác nhau tại

Mạo Khê

29

12 Hình 3.1 Mặt cắt dọc đoạn lò vỉa 10 CB mức -80 36

14 Hình3.3 Mặt cắt ngang đường lò dọc vỉa đá 47

15 Hình 3.4 Các khả năng hình thành khối nêm (khối nứt) xung

quanh khoảng trống công trình ngầm

48

20 Hình 3.9 a).Cấu tạo gông dạng tròn ; b) dạng dẹt vai bò 56

21 Hình 3.10a Vỏ bê tông phun linh hoạt kích thước với khe

biến dạng b) với ống thép lồng dẻo; c) với khối bê tổng

25 Hình 3.14 Bố trí khớp trượt ma sát khi lò chịu tải trọng lệch 60

26 Hình 3.15 Khung chống thép bố trí ray và khung gỗ gia

cường

61

27 Hình 3.16 Sơ đồ bố trí neo tùy theo đặc điểm cấu trúc 62

28 Hình 3.17 Kết cấu neo chống giữ trong mỏ hầm lò 62

29 Hình 3.18 Sử dụng vì chống 4 thanh không cân đối khi trụ

vỉa có tính trương nở

63

30 Hình 3.19 Tổ hợp kết cấu chống cho đường lò trong khối đá 64

31 Hình 3.20 Hướng biến dạng của vì chống khi có góc dốc nhất

định

68

43 Hình 3.28 Sơ đồ xác định mômen và lực dọc phần vòm bên trái 79

44 Hình 3.29 Sơ đồ xác định lực dọc phía phải vòm 80

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang trong thời kì phát triển mạnh mẽ, việc xây dựng công trình nói chung và đặc biệt là các công trình ngầm trong mỏ phục vụ nhu cầu thực tiễn là rất lớn Tuy nhiên, việc xây dựng các công trình mỏ luôn gặp phải những khó khăn nhất định do thường xuyên gặp phải những thay đổi địa chất

và những yếu tố bất lợi khác

Trong quá trình thi công các đường lò trong mỏ thường phải đào qua các tầng địa chất khác nhau, đặc biệt khi qua các vùng đất đá gặp thay đổi địa chất luôn gắn liền với các nguy cơ xảy ra sự cố gây thiệt hại về người, và tài sản rất lớn, làm chậm tiến độ thi công và tăng giá thành công trình Vì vậy việc nghiên cứu, phân tích cơ chế chống giữ đường lò thích ứng với các thay đổi địa chất là vấn đề cấp bách cần phải được nghiên cứu cụ thể

Trong thời gian gần đây, cùng với sự tiến bộ của các ngành khoa học kĩ thuật, công nghệ thi công đường hầm đã có những phát triển vượt bậc đặc biệt

là trong lĩnh vực khoa học vật liệu Các kết cấu chống được phát triển và sử dụng trong xây dựng công trình ngầm nói chung ngày càng đa dạng và phong phú và luôn hướng tới giảm thiểu tối đa các tổn thất về người và của, rút ngắn thời gian, giá thành thi công Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, tác giả quan tâm, đề xuất các giải pháp chống giữ cho các đường lò cơ bản ở mỏ than Mạo Khê có chú ý đến sự thay đổi địa chất, cụ thể là các sự cố có nguyên nhân là các điều kiện địa chất tiềm ẩn trong khối đá như: các hiện tượng tróc vỡ, sập

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu chống giữ cho các đường lò công ty than Mạo Khê, có chú ý các thay đổi địa chất

- Phạm vi nghiên cứu: Đường lò dọc vỉa đá vỉa 10 cánh Bắc mức -80 đào trong đá có sự thay đổi điều kiện địa chất

4 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích các tính năng của các kết chống đã và đang sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam cụ thể ở mỏ than Mạo Khê

- Phân tích, đánh giá điều kiện địa chất, địa chất thủy văn công trình khu vực đường lò dọc vỉa đá vỉa 10 mức - 80 mỏ than Mạo Khê

- Lựa chọn kết cấu chống giữ hợp lý lò dọc vỉa đá vỉa 10 CB mức -80 tại mỏ than Mạo Khê - TKV

- Kiến nghị biện pháp đào và kết cấu chống đỡ khi thi công đường lò qua vùng đất đá thay đổi địa chất và áp dụng vào các đường lò tại Mỏ than Mạo Khê

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu các l ý thuyết về kết cấu chống và tổng hợp các kết quả nghiên cứu, phân tích, kết hợp với các kết quả quan sát thực tế, thử nghiệm thực tế, điều chỉnh thực tế các kết cấu chống khi đào lò qua vùng đất đá thay đổi địa chất Từ các kết quả nghiên cứu này lựa chọn giải pháp chống đỡ hợp lý nhằm giảm thiểu công tác xén chống duy tu sửa chữa đường lò

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ở nước ta, các hiện tượng bùng nền, nén hẹp lò xảy ra khá nhiều tại các

mỏ than vùng Quảng Ninh, hiện tại đang là vấn đề bức xúc tại mỏ than Mạo Khê - TKV Trên cơ sở khảo sát thực tế cho thấy đa phần các đường lò này được bố trí tại các khối đá mềm yếu, nứt nẻ mạnh, thậm chí bị vò nhàu mạnh,

có khả năng chịu tải thấp Mặt khác các loại đá ở đây cơ bản chứa các khoáng vật sét và các biến động không gian là khó dự báo được trước do các điều kiện địa chất thay đổi, ảnh hưởng của quá trình khai thác…Trong các tình huống như vậy các đường lò sau khi đào cơ bản được chống giữ bằng kết cấu khung thép lòng máng linh hoạt về kích thước, thường bị nén hẹp sau khoảng thời gian nhất định, ảnh hưởng trực tiếp đến mục đích sử dụng không gian ngầm Việc khắc phục, sửa chữa các đường lò ảnh hưởng lớn tới tiến độ, mục đích sử dụng… không hiệu quả Vì vậy vấn đề nghiên lựa chon kết cấu chống giữ hợp lý cho đường lò là rất cần thiết

Nghiên cứu của đề tài đã phân tích được các cơ chế chống giữ hợp lý đường lò dọc vỉa đá thích hợp với các thay đổi địa chất ở mỏ than Mạo Khê

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần lựa chọn các giải pháp chống giữ hợp lý cho các đường lò mỏ than Mạo Khê - TKV

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị, phụ lục, được trình bày trong 104 trang với 50 hình và 12 bảng

8 Lời cảm ơn

Luận văn được hoàn thành ngoài sự lỗ lực của bản thân, còn được sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Viện khoa học công nghệ mỏ, Công ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ & công nghiệp, Công ty than Mạo Khê và đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Quang Phích và thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trần Tuấn Minh

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Tuấn Minh đã dành rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Xây dựng Công trình và Mỏ, các bạn đồng nghiệp, Viện Khoa học công nghệ mỏ, Công

ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ & công nghiệp, Công ty than Mạo Khê đã giúp

đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT CẤU CHỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

LỰA CHỌN THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về các kết cấu chống giữ các đường lò cơ bản đang được sử dụng tại Việt Nam trong giai đoạn hiện nay

Các biện pháp chống giữ công trình ngầm cần thoả mãn các nhiệm vụ

là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá Trong trường hợp lý tưởng chỉ nên coi kết cấu chống là một dạng gia

cố hay gia công bề mặt cho khối đá Mục đích của việc tạo ra kết cấu chống là

để giữ ổn định khoảng không gian ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình thường cho con người, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, Tuy nhiên, các nhiệm vụ cụ thể của kết cấu chống được đặt ra tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng công trình ngầm Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu chống là:

- Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kỹ thuật;

- Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng thông qua của đường lò

Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các kết cấu chống còn có những nhiệm vụ phụ khác tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế như:

Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;

Bảo vệ các đường lò bị nước xâm nhập

* Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế chống giữ công trình ngầm

Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm

có thể phân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế

- Yêu cầu mang tính kỹ thuật:

Kết cấu chống phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn tại Kết cấu chống phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của kết cấu chống trong giới hạn cho phép và không bị phá hoại Kết cấu chống ổn định dưới tác dụng của áp lực đất đá và các loại tải trọng, giữ được kích thước và hình dạng ban đầu hoặc theo yêu cầu sử dụng cụ thể

- Yêu cầu về chức năng sử dụng:

Kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công; chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy…

- Yêu cầu kinh tế:

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm Tổng vốn đầu tư ban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật cùng thành tựu của lĩnh vực khoa học vật liệu, các kết cấu chống được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm ngày càng đa dạng Để có thể hình dung một cách tổng quát về các loại hình kết cấu chống trong công trình ngầm phục vụ việc phân tích lựa chọn theo những yêu cầu khác nhau có thể sơ bộ phân loại các loại kết cấu chống theo những dấu hiệu khác nhau

- Phân loại theo vật liệu: Hầu hết tất

cả các loại vật liệu xây dựng đều có thể sử dụng để xây dựng các kết cấu chống cho công trình ngầm, nhưng tùy thuộc vào yêu cầu và chức năng của công trình mà các loại vật liệu được sử dụng với các tính năng hoặc đặc điểm riêng như các loại thép hình, ván thép…

- Phân loại theo chức năng nhiệm vụ: Tùy thuộc vào độ mất ổn định của khối đá, loại đá, chức năng sử dụng công trình ngầm mà người ta chia ra hai dạng chính là kết cấu chống cố định và chống tạm

- Phân loại theo hình dạng kết cấu: Các kết cấu có thể được lắp dụng theo nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm xuất hiện áp lực tải trọng lên kết cấu chống, tùy thuộc vào loại hay hình dạng công trình ngầm, các kết cấu thường có dạng hình thang, đa giác, chữ nhật, vòm, móng ngựa, tròn…, các kết cấu có thể ở dạng kín hoặc hở

- Phân loại theo tính năng kĩ thuật: Các kết cấu chống được phân biệt theo hai nhóm là kết cấu tích cực, gia cố hay còn gọi là chủ động và kết cấu chống thụ động, chống đỡ

- Phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học kết cấu: Theo tính chất, biểu hiện biến dạng và khả năng chịu tải, có thể phân biệt các kết cấu chống thành nhóm rất cứng, cứng và mềm theo bảng dưới

Bảng 1.1 Loại kết cấu và khả năng nhận tải tương đối

- Kết cấu chống cứng ít có khả năng biến dạng, kể cả khi bị phá hủy dưới tải trọng thay đổi, nó nhận toàn bộ tải trọng của áp lực mỏ, do đó kết cấu chống thích hợp ở những khu vực có áp lực mỏ ổn định

- Kết cấu chống mềm có thể thay đổi kích thước, hình dạng dưới tác động của áp lực mỏ mà vẫn không mất khả năng chịu lực

- Phân loại kết cấu chống theo mức độ liên kết, tiếp xúc với khối đá: Tùy theo sự liên kết và tiếp xúc với khối đá vây quanh không gian công trình ngầm, các loại kết cấu được phân ra các nhóm:

Kết cấu

chống Biểu hiện cơ học

Khả năng nhận tải tương đối Mômen Lực dọc Rất cứng Như một cố thể-biến dạng ít Lớn Nhỏ

Cứng Như bán cố thể-biến dạng nhỏ Lớn Nhỏ

+ Kết cấu xâm nhập, hòa nhập vào khối đá hay tích hợp với khối đá như các loại neo, vữa khoan phụt, bê tông phun

+ Kết cấu không liên kết, liên kết ít hoặc liên kết hoàn toàn với khối đá vây quanh công trình ngầm thể hiện qua khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp xuất hiện tại bề mặt hay vị trí tiếp xúc giữa mặt lộ của khối đá và kết cấu chống

+ Tiếp xúc giữa kết cấu chống và khối đá có thể ở dạng điểm hay diện

- Phân loại theo đặc điểm cấu tạo

Dựa theo đặc điểm cấu tạo các loại kết cấu chống được phân ra ba nhóm chính là: khung chống, vỏ chống và kết cấu tích hợp vào khối đá

đổ, xây tại chỗ

Xâm nhập vào khối

đá hay tích hợp với khối đá

Cấu kiện cơ bản là neo từ thép, thanh, cáp, thép ống, chất dẻo và các chất dính kết, các loại dung dịch khoan phụt, vùng được đóng băng

Tiếp xúc với mặt lộ khối

đá, với các dạng liên kết khác nhau Bê tông phun, thích hợp với hình dạng bất

kì , gia cố bề măt khối đá

Liên kết với một vùng khối đá tạo ra dầm, vành hay vòng chịu tải, treo chốt giữ gia cố, ô ống…, tạo nên vùn được gia

cố, được đông cứng Hình dạng bất kỳ

Bảng 1.2 Các loại kết cấu chống [2] (tiếp theo)

Gia cố trước, chống trước, chống tạm, chống cố định hay một bộ phận của kết cấu chống cố định tùy theo điều kiện cụ thể

Khung kim loại

Khung bê tông cốt

Vỏ bê tông liền khối, bê tông phun, bê tông thường

Cọc

Ô ống Neo Khoan phụt Đóng băng

1.2 Cơ sở và phương pháp lựa chọn thiết kế kết cấu chống giữ cho các đường lò tại Việt Nam

Kết cấu chống được lựa chọn chủ yếu trên cơ sở các phương pháp phân loại khối đá quen biết như phân loại khối đá theo Terzaghi, Lauffer, RQD, RMR, Q, RMi,…Các khối đá được phân ra các nhóm với những biểu hiện nhất định Kết cấu chống được đề xuất theo kinh nghiệm của các tác giả tương ứng với các nhóm khối đá đó Ngoài phương pháp phân loại của Lauffer và của RPG (Rabcevicez, Pacher và Golser) có chú ý cả đến các khối

đất, còn phần lớn các phân loại khác chưa hoặc ít chú ý đến các điều kiện khối đất đá dạng này Nhìn chung việc lựa chọn kết cấu chống trong giai đoạn thiết kế có thể dựa trên các kinh nghiệm từ các phương pháp phân loại khối

đá nêu trên Song trong thực tế, các phương pháp phân loại ít nhiều đều mang tính chủ quan, được xây dựng từ kinh nghiệm thực tế trong các điều kiện địa chất mà các tác giả của các phương pháp này từng gặp Do vậy vẫn cần phải thu thập kinh nghiệm riêng cho điều kiện Việt Nam, để trong tương lai có thể

có được điều chỉnh hợp lý

Trong thực tế, tùy theo giai đoạn thiết kế, tùy theo kinh nghiệm của chủ đầu tư mà công tác thiết kế cho mỗi công trình được thực hiện ở quy mô khác nhau, đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Phản ánh gần đúng nhất các điều kiện địa chất, địa kỹ thuật của khối đất đá

- Chú ý được đến các giai đoạn và tiến trình thi công, thời điểm lắp dựng các loại kết cấu chống, hình dạng, kích thước của công trình theo từng giai đoạn

- Chú ý được tương tác giữa khối đất đá và từng thành phần của tổ hợp kết cấu chống

Đây là những yêu cầu khá khắt khe, mà trong tương lai gần, bất kỳ phương pháp tính nào cũng khó đáp ứng được, kể cả các phương pháp số rất mạnh hiện nay [2]

Hình 1.1 Lựa chọn kết cấu chống theo phân loại RMR của

Neo dày, lưới hoặc bản thép

Neo dày trung bình với bê tông phun

Neo dày Bê tông phun với lưới thép, trong ít trường hợp khung thép hoặc gỗ

khung thép loại nhẹ hoặc khung chống gỗ trung bình, vỏ kín khung thép loại trung bình

Bảng 1.3 Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm [ 2]

Nứt nẻ mạnh và giảm bền

Vòm bảo vệ bằng ván thép Vòm bảo vệ bằn ống thép

Vòm bảo vệ bằng khoan phụt áp lực cao

1.3 Nhận định chung về thực trạng chống giữ công trình ngầm, mỏ

ở Việt Nam

Từ nhiều năm trở lại đây, các kết cấu chống, vật liệu chống, chèn lò ít được thay đổi Chủ yếu vẫn sử dụng những kết cấu chống thụ động như: bê tông cốt thép liền khối, khung chống thép, gỗ,…khung chống thép lòng máng được sử dụng rộng rãi tại hầu khắp các đường lò trong đá và trong than Các loại khung vỏ chống này tuy có khả năng chịu lực tương đối cao, nhưng chúng chống giữ mang tính chất thụ động, ngăn chặn đất đá sụt lở vào đường

lò, do vậy khả năng điều khiển áp lực mỏ rất kém (trừ loại vỏ chống kim loại

linh hoạt) bởi vì các khung, vỏ chống này không có khả năng liên kết các lớp đất đá bao quanh đường lò vào hệ chịu lực Do vậy, mặc dù việc chi phí vật liệu cho công tác chống giữ tương đối lớn, gây tốn kém, nhưng ở một số nơi với những điều kiện địa chất phức tạp vỏ chống vẫn bị biến dạng phá huỷ dẫn đến việc sửa chữa, thay thế, chống xén lại nhiều lần gây tốn kém không những về vật liệu, nhân công, máy thi công mà còn gây khó khăn cho việc sản xuất của mỏ

Kết cấu chống chủ động tăng khả năng mang tải của khối đá bao quanh công trình ngầm (CTN), như neo, bê tông phun, bơm ép vữa gia cường khối

đá bao quanh Số lượng đường lò có điều kiện thích hợp để chống bằng neo

và bê tông phun là khá lớn nhưng đưa vào áp dụng neo còn ít Khi sử dụng các khung chống thụ động, khối lượng vận chuyển và lắp đặt kết cấu chống lớn Trong khi đó, công việc này chủ yếu thực hiện bằng thủ công, rất nặng nhọc, năng suất lao động và an toàn không cao

Các loại vỏ chống thông dụng từ trước tới nay như: gỗ, kim loại, bê tông cốt thép hầu như được thi công bằng phương pháp thủ công Trong tương lai ở nước ta các loại vật liệu chống lò như gỗ, sắt thép sẽ là các loại vật liệu hiếm và đắt (nhất là các loại thép định hình phải nhập ngoại) Các loại vật liệu chống nêu trên ngoài chi phí tốn kém còn có nhiều nhược điểm khác như: diện tích tiết diện đào của đường lò lớn do phải mất diện tích của vật liệu chống chiếm chỗ, khả năng chống thấm thấp, khá nặng khi lắp ráp và sức cản đường lò lớn (trừ vỏ bê tông và bê tông cốt thép) Chính vì vậy mà ngay từ năm 1972 phòng Xây Dựng mỏ và công trình ngầm Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ đã nghiên cứu ứng dụng loại neo bê tông cốt thép chống thử nghiệm cho mỏ Mạo Khê, cho đến nay đã chống được hàng nghìn mét lò đá cho một

số mỏ hầm lò nhất là vùng Quảng Ninh Các đường lò đào trong than có thời gian tồn tại ngắn và phù hợp với công nghệ khấu than được chống bằng gỗ

tròn, có đường kính từ 10  25cm Thời gian gần đây, các đơn vị đã tích cực triển khai các loại kết cấu neo kết hợp lưới thép và bê tông phun Nhằm giảm chi phí sản xuất đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt

Vỏ chống bê tông được đưa vào sử dụng trong hầm lò từ những năm

1960 nhưng do còn nhiều hạn chế vì thời gian đông cứng dài lên tới 28 ngày trong điều kiện bình thường nên ít được sử dụng Ngày nay nhờ có tiến bộ của công nghiệp chế tạo vật liệu xây dựng, công nghiệp chế tạo máy thi công và nhờ các chất phụ gia chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh thời gian đông cứng cũng như mọi loại tính chất khác của bê tông cho phù hợp với điều kiện sử dụng cũng như có thể cơ giới hoá toàn bộ quá trình thi công bê tông trong xây dựng công trình ngầm Bởi vậy, bê tông ngày càng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công trình ngầm Hiện tại, vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép lưu vì được sử dụng chủ yếu khi thi công các giếng mỏ và hệ thống các hầm trạm trong sân ga

Ngày nay việc tăng sản lượng than hầm lò đồng nghĩa với việc tăng khối lượng tăng khối lượng đào lò Với nhu cầu phát triển đảng và nhà nước ta đã đặt ra mục tiêu sản lượng than khai thác không ngừng tăng theo từng năm:

Cá biệt có một số hạng mục thuộc sân ga như: Hầm bơm, trạm điện có tiết diện đào lớn hơn 20m2 Các giếng nghiêng nhìn chung tiết diện nhỏ hơn

25m2, một số trường hợp cá biệt có tiết diện đào lên tới 33m2 (giếng An Khang - Thịnh Vượng mỏ Khe Chàm III) Mỏ Khe Chàm III hiện đã đào ga tránh trong đá có tiết diện đào lên tới 42m2

Hiện tại các mỏ đang sử dụng tương đối linh hoạt các loại kết cấu chống phổ biến bao gồm:

- Khung chống thép (thép lòng máng CBII 17, 22, 27, thép I, thép góc,

thép U );

- Bê tông liền khối đổ tại chỗ, neo kết hợp lưới thép và bê tông phun;

- Phần lớn các đường lò đào trong đá và than có điều kiện địa chất cho phép được chống bằng thép lòng máng CBII-17, 22, 27, hoặc thép chữ I Các đường lò thuộc sân ga - hầm trạm có tính chất đặc biệt quan trọng và yêu cầu chống cháy nổ cao, các đường lò đào qua vùng địa chất yếu được chống bằng

bê tông liền khối đổ tại chỗ

Mặc dù đã có những kết quả qua nghiên cứu ứng dụng như nêu trên, song hiện nay còn nhiều mỏ chưa tích cực sử dụng rộng rãi các loại vỏ nhẹ để chống lò Các mỏ sử dụng loại kết cấu chống tích cực còn chiếm một tỷ lệ quá thấp Đồng thời qua việc tổng kết đánh giá tình hình chống giữ công trình ngầm ở nước ta cho thấy vỏ chống neo chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy, việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng hàng loạt vỏ chống bằng neo là vấn đề rất thiết thực nhằm giảm bớt chi phí và giá thành xây dựng tăng tốc độ đào các đường lò cơ bản của các mỏ hầm lò ở Việt Nam Kết cấu chống bằng neo có phạm vi sử dụng rất rộng rãi, nó có thể sử dụng độc lập hoặc phối hợp với các loại vỏ chống khác như: lưới thép, bê tông phun, bê tông, Chúng có thể được dùng làm vỏ chống tạm thời hoặc cố định hoặc kết hợp với vật liệu khác làm vỏ chống cố định

Kết cấu chống neo có rất nhiều ưu điểm so với các loại vỏ chống thụ động, ngoài việc đảm bảo khả năng mang tải của khối đá, giảm được chi phí

vật liệu và giá thành Hiệu quả chống giữ công trình ngầm bằng neo còn được thể hiện ở nhiều khía cạnh khác, nó thoả mãn các yêu cầu chủ yếu của vỏ chống trong các lò, nghĩa là nó cho phép được lắp dựng ngay sát gương lò và chịu rất ít ảnh hưởng của công tác khoan nổ mìn, cho phép giảm tiết diện đào của công trình ngầm xuống tới giá trị tối thiểu, chi phí vật liệu cho chống giữ nhỏ dẫn tới giá thành chống giữ cũng giảm theo Ngoài ra nó còn đảm bảo năng suất lao động cho công nhân thi công băng việc cơ giới hoá các công tác lắp dựng, đảm bảo được tuổi thọ lâu dài cho các công trình ngầm khác nhau

Trong thời gian qua, neo bê tông cốt thép (BTCT) đã được triển khai một cách rộng rãi tại hầu hết các công ty, xí nghiệp than của Tổng công ty than Tuy nhiên, do phạm vi sử dụng của neo BTCT hẹp (chủ yếu là trong đất

đá ổn định f > 4, nứt nẻ ít, ít nước ngầm, nên neo BTCT mới chỉ được sử dụng tại các đường lò đi qua đất đá tương đối ổn định Do phạm vi sử dụng của neo BTCT hẹp nên khi đường lò đi qua nhiều loại đất đá khác nhau (lò xuyên vỉa) phải sử dụng nhiều loại hình kết cấu chống khác nhau: khu vực đất

đá rắn cứng ổn định thường được chống bằng neo BTCT, khu vực đất đá yếu

sử dụng kết cấu chống truyền thống như khung chống thép, bê tông liền khối Điều đó gây khó khăn cho công tác thi công đồng thời tạo ra sự không đồng bộ tiết diện đào nếu như trên cùng một đường lò ta sử dụng cả hai loại kết cấu chống là neo BTCT và khung chống Để khắc phục điều đó chúng ta

có thể sử dụng neo BTCT kết hợp với chất dẻo cốt thép (CDCT), trong đó neo CDCT được chống tại những vị trí đất đá yếu và trong than

Việc sử dụng neo CDCT trong xây dựng công trình ngầm và mỏ là một

xu hướng kỹ thuật và công nghệ tiến bộ của các nước có công nghệ than hầm

lò phát triển Mặc dù neo CDCT ra đời muộn hơn so với các loại neo khác nhưng do những ưu điểm về mặt kỹ thuật kinh tế, kết cấu neo CDCT chiếm một vị trí quan trọng trong việc chống giữ các đường lò chuẩn bị và các

đường lò xây dựng cơ bản Điều kiện sử dụng neo chất dẻo qua nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo, cơ chế làm việc cũng như điều kiện địa chất khu vực Quảng Ninh thì neo CDCT sử dụng có hiệu quả tại những vị trí như sau:

+ Sử dụng để chống giữ trong các đường lò chuẩn bị cóđất đá xung quanh với độ kiên cố trung bình và yếu f  4 hoặc các đường lò than có nóc là đất đá yếu

+ Các đường lò dự kiến chống là các đường lò được đào qua các lớp đá yếu đào dọc vỉa than có vách là lớp đá yếu

+ Ngoài ra, không nên chống giữ đường lò tại các vị trí đá cứng vững,

độ ổn định cao vì tại những vị trí này có thể chống bằng neo BTCT hoặc neo BTCT kết hợp với bê tông phun

Việc khoan neo vẫn dựa chủ yếu vào các máy khoan hiện có đang được dùng cả cho khoan gương lẫn khoan neo nên tiến độ thi công còn chậm

- Sự am hiểu về công nghệ chống lò bằng neo, đặt biệt là neo chất dẻo cốt thép của các cán bộ kỹ thuật trong ngành còn dừng lại ở mức hạn chế Công nhân chưa được tiếp xúc nhiều với công nghệ này nên trình độ tay nghề còn yếu

- Để chống lò bằng neo đặc biệt là neo CDCT an toàn hiệu quả thì trình tự và đồng bộ dây chuyền công nghệ là hết sức cần thiết Từ việc tuân thủ các bước từ khảo sát, thiết kế, thi công và kiểm tra, theo dõi, đánh giá chất lượng chống neo là hết sức quan trọng Các số liệu cần phải có các chương trình tính toán xử lý thích hợp như: FLAC, UNWEDGE, UDEC Một khó khăn đó là các thiết bị, các phần mềm phục vụ các bước này hiện nay còn khó nhập, giá cao

1.4 Nhận xét chương 1

Để đảm bảo từng bước công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngành Than - Khoáng sản theo chiến lược phát triển đến năm 2015, định hướng đến năm

2025, cần tiếp tục có những bước đột phá mới trong việc nghiên cứu phát triển khoa học công nghệ, áp dụng vào thực tiễn sản xuất

Việc sử dụng các kết cấu chống, phương pháp lựa chọn kết cấu chống

đã và đang được áp dụng trên thế giới, Việt Nam đặc biệt là mỏ than Mạo Khê - TKV tùy theo từng tiết diện đường lò, mục đích sử dụng đường lò và lớp đất đá mà đường lò đi qua Trong phần này tác giả đã khái quát một số kết cấu đã và đang áp dụng trên thế giới, Việt Nam

Vấn đề chống giữ các công trình ngầm đã có rất nhiều các tác giả trên thế giới quan tâm, có thể kể đến như là N.S Bulutrev, A.S Samal, N.N Fotieva, P.T Deev, V.M Mostkov, K.V Rupeneyt, IU.Z Zaslavski, K.P Bezrodni, F.A Belaenko, B.A Kaztoria, A.N Pankratenko, V.E Bolikov, A.V Pankratov, Hoek E, Brown E, Károly Széchy, Barton N, Dimitrios Kolymbas, Brady Е, Bhawani Singh, Kovári,

Ở Việt Nam trong lĩnh vực chống giữ công trình ngầm nói chung cũng như chống giữ các công ngầm trong mỏ tiết diện vừa và nhỏ nói riêng cũng đã

có nhiều người quan tâm nghiên cứu về vấn đề này có thể kể đến như: Gs.Ts Nguyễn Quang Phích, Gs.Ts Võ Trọng Hùng, Gs.Ts Đỗ Như Tráng, PGs.Ts Đào Văn Canh, Ts Trần Tuấn Minh, Ts Đỗ Ngọc Anh, Ts Lê Đình Tân, Ts

Lê Văn Công, Ts Phạm Minh Đức, Ts Phạm Mạnh Hào, và các nhà khoa học khác cũng đã và đang quan tâm nhiều đến vấn đề này

Tuy nhiên, cho đến ngày nay thì các tác giả nói trên thường giải quyết các bài toán trên cơ sở đất đá đồng nhất có độ ổn định tương đối cao hoặc là các bài toán nằm hoàn toàn trong phần đất đá mềm yếu, ít quan tâm đến các yếu tố cấu trúc không đồng nhất của khối đá dẫn đến các thay đổi cấu trúc khối đá Đặc biệt, họ thường quan tâm để giải các bài toán bằng cơ học, bài toán về mô hình và ít quan tâm đến việc thử nghiệm, áp dụng thực tế, điều chỉnh sau khi thử nghiệm kết cấu chống giữ

Xuất phát từ những đánh giá tổng quan về việc sử dụng kết cấu chống trong công trình ngầm trên thế giới, Việt Nam và công ty than Mạo Khê cũng như đánh giá thực trạng nghiên cứu vấn đề này của các tác giả trên thế giới cũng như Việt Nam, tác giả đưa ra đề xuất nghiên cứu lựa chọn kết cấu chống hợp lý cho đường lò dọc vỉa đá tại công ty than Mạo Khê trong điều kiện địa chất thay đổi nhằm giảm thiểu việc chống xén, duy tu sửa chữa đường lò, nâng cao ổn định đường lò Theo tác giả đây được xem là vấn đề cấp thiết có

ý nghĩa khoa học thực tế cao trong bối cảnh các nghiên cứu và đánh giá về vấn đề này còn hạn chế

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG KẾT CẤU CHỐNG CÁC ĐƯỜNG LÒ Ở MỎ THAN

MẠO KHÊ - TKV

2.1 Vài nét về Mỏ than Mạo Khê

Mỏ than Mạo Khê hay Công ty than Mạo Khê nằm ở huyện Đông triều tỉnh Quảng Ninh, cách thành phố Hạ Lon1g 60km về phía Tây Khu mỏ nằm bên phía trái quốc lộ 18 theo hường từ Hà Nội đi Hạ Long Khu mỏ năm trong giới hạn tọa độ, độ cao VN2000, KTT107045, múi chiếu 30

X: 23.29962  23.34812

Y: 376.902  387.343

Công ty than Mạo Khê thuộc Tổng Công ty Than Việt Nam hiện là mỏ than lớn, có diện tích 33,5km2, với tổng cộng khoảng 51 vỉa than Toàn bộ khu mỏ là vùng đồi núi thấp bị bào mòn, các dãy núi có phương kéo dài từ Đông sang Tây, đất đá có cấu trúc dạng nếp lồi không hoàn chỉnh, đứt gãy FA trùng với mặt trục nếp lồi được lấy làm ranh giới phân chia hai khối : khối Bắc và khối Nam của khu mỏ

Công ty than Mạo Khê là một trong các mỏ hầm lò lớn với kinh nghiệm sản xuất lâu đời của tập đoàn TKV - Việt Nam Hiện nay mỏ đang tổ chức khai thác ở cả hai cánh: cánh Bắc và cánh Nam, trong đó cánh Bắc đang khai thác phần còn lại của tầng -80 đến -25, khấu tận thu tầng -25 đến +30

và đào lò chuẩn bị khai thác tầng -150 đến - 80 còn ở cánh Nam đang khai thác tận thu tầng -80 đến lộ vỉa và chuẩn bị để khai thác tầng -150 đến tầng -

80 Hiện tại sản lượng khai thác thang bằng hầm lò đạt 1,6 triệu tấn/năm và

sẽ tiếp tục tăng lên trong các năm tiếp theo Điều đó cũng có nghĩa là khối lượng công tác đào chống lò cũng sẽ tăng tương ứng [1]

Để tiến hành khái thác theo hệ thống cột dài theo phương, chú ý đến điều kiện địa chất đặc thù của Mạo Khê, các vỉa được khai thác với hệ thống

lò dọc vỉa đá trong đá trụ, từ đó đào các cúp đến vỉa than rồi các lò dọc vỉa than ngắn với thời gian tồn tại ngắn

2.2 Các loại hình kết cấu chống giữ các đường lò dọc vỉa đá tại mỏ than mỏ Than Mạo Khê

Các đường lò dọc vỉa đá ở mỏ than Mạo Khê thường có tiết diện sử dụng được quy hoạch theo mục đích sử dụng và phù hợp theo sản lượng khai thác từng khu vực Trên hình 2.1 giời thiệu dạng tiết diện đào của đường lò dọc vỉa đá vỉa 10 quay Đông mức -25

Hình 2.1 Ví dụ về tiết diện đào lò dọc vỉa đá ở Công ty than Mạo Khê

Đến nay để chống giữ các đường lò, mỏ đã sử dụng các loại kết cấu chống khác nhau, tùy theo điều kiện áp dụng Theo tài liệu thống kê, cho đến cuối năm 2014, các loại kết cấu chống cho 27.787m lò đá của Mạo Khê phân

bố như sau:

- Khung chống thép lòng mo: 1897m, chiếm 66,93%

- Vỏ chống xây bằng gạch chỉ: 2224m, chiếm 15,04%

R18

- Vỏ bê tông liền khối: 1801m, chiếm 12,17%

- Vỏ xây bằng đá vôi: 555m, chiếm 3,75%

- Vỏ bê tông cốt thép: 225m, chiếm 1,52%

- Neo chất dẻo: 350m, chiếm 0,33%

- Neo bê tông cốt thép: 35m, chiếm 0,23%

Các đường lò đào trong than của công ty chủ yếu được đào bằng phương pháp khoan nổ mìn và chống giữ bằng khung chống gỗ hình thang sau đó được chống gia cường bằng khuôn tròn (khuôn 4 thìu) hoặc khuôn vuông 2 thìu nóc, tốc độ đào lò chỉ đạt tối đa 80m/tháng

Từ năm 2008 cho tới năm 2014 công ty bắt đầu thử nghiệm chống bằng khung chống thép CBII vào chống thay khung chống gỗ trong các đường lò than và bước đầu thu được nhưng kết quả nhất định, giảm được chống xén, chống dặm

Các đường lò đào trong đá của công ty được đào bằng phương pháp khoan nổ mìn thường chống giữ bằng khung thép lòng mo, loại CBII, chèn bằng tấm chèn bê tông cốt thép, lấp chèn khoảng trống sau khung chống bằng

đá (Hình 2.2) Các đoạn lò đào qua vỉa than hoặc qua các lớp đá có độ ổn định kém thì sau khi chống tạm bằng khung chống thép tiến hành chống cố định bằng vỏ chống bê tông Những vị trí đặc biệt trong lò, có thể xuất hiện bùng nền, cũng được chống cố định bằng vỏ chống bê tông cốt thép kết hợp với dầm vòm ngược để chống bùng nền

Hiện nay công ty đã và đang triển khai ứng dụng chống lò bằng kết cấu neo chất dẻo cốt thép, neo bê tông cốt thép, neo bê tông cốt thép kết hợp với

bê tông phun tại một số đường lò để thay thế dần khung chống thép nhằm giảm chi phí đào chống lò

Hình 2.2 Ví dụ khung chống thép CBII điển hình tại các lò dọc vỉa đá ở

mỏ than Mạo Khê - TKV

Năm 1998 bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ cùng phòng xây dựng Mỏ và công trình Ngầm thuộc viện khoa học công nghệ Mỏ đã thử nghiệm và chống thành công neo ống có rãnh hở của Trung Quốc trên 160m

lò dọc vỉa tây +9 mức +30 tại mỏ Mạo Khê Hiện nay nghiên cứu đưa vào kết cấu chống kết hợp neo với bê tông phun đang là sự lựa chọn tốt Bộ phận kết cấu neo tích hợp với khối đá bao quanh đường lò, nên có thể tăng khả năng tự mang tải của khối đá đồng thời phần vỏ bê tông phun có khả năng bít trám kịp thời, hạn chế hiện tượng long rời của các khối nêm, khối nứt, đồng thời hạn chế khả năng hút ẩm của các khoáng vật chứa sét, do vậy hạn chế khả năng trương nở Tuy nhiên do hạn chế về mặt công nghệ nên mức

Trong thời gian qua, neo bê tông cốt thép đã được triển khai một cách rộng rãi tại hầu hết các xí nghiệp than của tổng công ty than Tuy nhiên do phạm vi sử dụng của neo bê tông cốt thép còn hạn chế (mới chủ yếu nghiên cứu sử dụng trong khối đá ổn định có hệ số kiên cố f > 4, nứt nẻ ít, ít nước ngầm, góc nghiêng lớp đá lớn hơn 70 0 ), nên neo bê tông cốt thép mới chỉ được đưa vào sử dụng tại các đường lò đi qua đá tương đối ổn định Bên cạnh đó còn một khối lượng lớn các đường lò đào qua đá yếu và than vẫn phải sử dụng các kết cấu chống truyền thống là khung thép và bê tông liền khối Cũng do phạm vi sử dụng của neo bê tông cốt thép còn hạn chế, nên khi đương lò đi qua nhiều loại đất đá khác nhau phải sử dụng nhiều loại hình kết cấu chống khác nhau: khu vực đất đá rắn cứng ổn định thường được chống bằng neo bê tông cốt thép, khu vực đất đá yếu sử dụng kết cấu chống khung thép, bê tông liền khối Điều đó gây khó khăn cho các công tác thi công đồng thời tao ra sự không đồng bộ tiết diện đào, nếu như trên cùng một đường lò ta sử dụng cả hai loại kết cấu chống là neo bê tông cốt thép và khung chống, khi không quy hoạch tốt ngay từ ban đầu [9]

Hình 2.3a Ví dụ kết cấu neo bê tông cốt thép

Neo BTCT  24 L = 1500

Hình 2.3b Ví dụ sơ đồ chống bằng neo bê tông cốt thép

Cùng với khung chống thép thì bê tông là loại vật liệu được sử dụng rộng trong xây dựng hầm lò Vỏ chống bê tông được dùng để chống giữ các công trình có tuổi thọ lớn, chịu áp lực đất đá tác động lớn, không chịu ảnh hưởng của khu vực khai thác như các hầm trạm, sân ga, sân giếng, các đường

lò xuyên vỉa chính…Vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối được dùng để chống các đường lò cơ bản quan trọng nhất, hay các đoạn lò chịu áp lực mỏ lớn và phân bố không đều, tác dụng không đối xứng Đây là vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách nước cao, khả năng chịu lực rất lớn, có thể sử dụng trong các điều kiện khác nhau Kết cấu vỏ chống bê tông liền khối có ưu điểm sau: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động học nhỏ, tính chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống và đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợi cho sự làm việc của vỏ chống Tuy nhiên, loại vỏ chống này cũng có một số nhược điểm nhất định: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không phát huy hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân

bố không đều và giá trị dịch chuyển của biên lò lớn

TÊm chÌn BTCT§S, L=  m V× chèng thÐp CB  k/c 0.5m/v×

Bª t«ng cèt thÐp m¸c 200 Mãc treo c¸p ®iÖn , th«ng tin liªn l¹c

Các ngã ba trong đá phổ biến được chống bằng bê tông liền khối đổ tại chỗ có hoặc không có cốt cứng (có lưu khung thép hoặc không)

Hình 2.4 Ví dụ các loại vỏ bê tông được sử dụng ở Mạo Khê

2.3 Hiện trạng một số kết cấu đang chống giữ

Đường lò dọc vỉa đá vỉa 10 cánh Bắc mức -25 tại mỏ than mỏ Than Mạo Khê đang phải sử lý xén chống thay thế Thực trạng kết cấu đường lò

được mô tả như trong hình 2.5, 2.6 và 2.7

Hình 2.5 Ví dụ vì chống bị nén mạnh bên vách tại lò dọc vỉa đá vỉa 10

Đông mức -25 ở mỏ than Mạo Khê

R 1 0

R 9 8

Hình 2.6 Vì chống bị nén ép hông đư ợc thay bằng vì chống móng ngựa

tại lò dọc vỉa đá vỉa 7 Đông mức -80 công ty than mạo khê

Hình 2.7 Vì chống hình tròn đang được áp dụng tại Mạo Khê

Các vì chống thép đã được thay thế bằng các vì chống gỗ tại lò dọc vỉa than vỉa 10 Đông cánh Bắc mức -25 tại công ty than Mạo khê, xong chưa hợp

lý dẫn đến nén giảm tiết diện Thực tế hiện trạng các vì chống bị nén bẹp của các đường lò ở mỏ than Mạo Khê được thể hiện như trong hình 2.8 và 2.9

Hình 2.8 Vì chống bị nén tại dọc vỉa than vỉa 10 mức -25 ở Mạo Khê

Hình 2.9 Vì chống thép CBII -22 đang được áp dụng tại lò dọc vỉa đá và

xuyên vỉa đá với điều kiện đất đá khác nhau tại Mạo Khê

Với các điều kiện địa chất thay đổi, đất đá phong hóa, đường lò gần và trong điều kiện địa chất phức tạp, khu vực phía trên nóc là vỉa than đã được khai thác phía dưới nền đường lò là tệp vỉa đã được khai thác tầng dưới như hình (2.9) thể hiện cần có những kết cấu hợp lý nhất định để giảm thiểu tối đa việc xén sửa, duy tu sau này

2.4 Nhận xét chương 2

Công việc chống giữ đường lò là một trong những quá trình sản xuất chính khi khai thác than hầm lò Việc chống giữ đường lò đúng lúc và có chất lượng không những bảo đảm năng suất làm việc của công nhân và máy móc,

mà còn nâng cao được tính an toàn và ổn định của đường lò

Nói chung các kết cấu chống lò cần phải đáp ứng đồng thời các yêu cầu

về kỹ thuật, sản xuất, tính đơn giản trong thi công và tính kinh tế

Những yêu cầu về kỹ thuật là: độ bền, độ ổn định và độ linh hoạt của kết cấu chống Những yêu cầu về sản xuất là: bảo đảm hoàn thành tất cả các quá trình sản xuất trong lò và cho một lưu lượng gió cần thiết đi qua với sức cản nhỏ nhất, khối lượng kết cấu chống phải là nhỏ nhất, dễ tháo lắp và dịch

chuyển, những yêu cầu về kinh tế là: giá thành nhỏ, chi phí ít sức lao động khi tháo lắp và vận chuyển, độ tin cậy cao và dùng được lâu

Tính chắc chắn, bền vững và ổn định của kết cấu chống đặc trưng cho khả năng chịu tải của nó, giữ nguyên vị trí ban đầu khi có lực tác dụng Tải trọng công tác của kết cấu chống thường chỉ bằng 40-70 % tải trọng phá huỷ

Tính linh hoạt của kết cấu chống đặc trưng cho khả năng chịu tải khi có các biến dạng Dựa vào tính chất này người ta phân biệt kết cấu chống cứng với kết cấu chống linh hoạt

Kết cấu chống cứng không có khả năng biến dạng, kể cả khi bị phá huỷ dưới tải trọng thay đổi, nó nhận toàn bộ tải trọng của áp lực mỏ Do đó kết cấu chống cứng chỉ thích hợp ở những khu vực có áp lực mỏ ổn định hay tĩnh

Kết cấu chống linh hoạt có thể thay đổi kích thước theo chiều cao dưới tác động của áp lực mỏ mà vẫn không mất khả năng chịu lực

Do sự phân bố áp lực mỏ, cũng như sự hạ võng của đá vách không đều, cho nên các kết cấu chống ở đây phải là loại kết cấu linh hoạt Kết cấu chống linh hoạt một mặt phải bảo vệ vùng gương lò với các ứng lực cần thiết, mặt khác không để cho đá vách trực tiếp ở trong trạng thái ứng suất giới hạn

Trong ngành mỏ nói chung và ở mỏ Mạo Khê nói riêng, khối lượng các đường lò cơ bản được xây dựng rất lớn Phần lớn các đường lò này được chống giữ bằng kết cấu chống thép lòng máng linh hoạt về kích thước Còn các đường lò khai thác thì được chống bằng các khung, giá thủy lực di động Điều kiện địa chất mỏ của Việt Nam nói chung và mỏ Mạo Khê nói riêng đều rất phức tạp, địa tầng luôn xảy ra biến động do phay phá, uốn nếp, thắt vỉa mặc dù khai thác ở mức nông nhưng hiện tượng nén ép, phá hủy kết cấu chống, thu hẹp đường lò tại một số đường lò rất cao, với tốc độ nhanh gây phá hủy kết cấu chống lò, gây khó khăn cho sản xuất, tăng chi phí duy trì bảo vệ đường lò

Trong phương pháp thi công hầm lò mới thì việc gia cố ngay để tạo cho khối đá tự mang tải là một yếu tố quan trọng trong công tác gia cố ban đầu Ở trong các điều kiện biên hầm lò có hình dạng phức tạp thì việc sử dụng các kết cấu chống truyền thống như khung chống thép lòng máng hoặc kiểu chữ I

tỏ ra bất lợi Trong trường hợp này neo kết hợp bê tông phun đôi khi có kết hợp lưới thép tỏ ra có ưu thế vượt trội

Do địa tầng luôn bị biến động do phay phá, uốn nếp, thắt vỉa nên dù hiện tại đang khai thác vỉa ở mức nông nhưng hiện tượng nén ép, phá hủy kết cấu chống, thu hẹp tiết diện đường lò tại một số nơi rất cao với tốc độ nhanh

Có nơi lò chuẩn bị phải xén lại chỉ sau vài chục ngày cho tới vài tháng và phải xén lại nhiều lần gây khó khăn cho sản xuất và tăng chi phí duy trì, bảo vệ đường lò

Nhìn chung cho thấy tại các đường lò dọc vỉa đá kết cấu chống chủ đạo hiện nay là khung chống thép lòng máng (CBII), linh hoạt kích thước, với hai khớp ma sát (hay khớp trượt được bố trí đối xứng) Đây cũng là loại kết cấu chống mang tính truyền thông của ngành mỏ hiện nay Trong trường hợp đường lò có dịch chuyển mạnh, khung chống được bố trí 4 khớp để tăng độ linh hoạt

Mặc dù kết cấu neo, neo kết hợp lưới thép, neo kết hợp với bê tông phun, loại kết cấu ít nhiều mang tính tích cực (có khả năng gia cố khối đá, hạn chế tróc lở, phong hóa) đã và đang được triển khai nghiên cứu và áp dụng, song còn ở mức độ hạn chế Ngoài ra, theo dõi các sơ đồ tính toán cho thấy, hiện tại thường tính toán theo nguyên lí treo, các neo được bố trí đối xứng trên mặt cắt ngang, tuy nhiên có lưu ý phải chú ý đến cấu trúc của khối đá

Trong trường hợp khối đá có khả năng trương nở, bị nén ép mạnh, gây bùng nền, hoặc nén ép khung chống, mỏ đã sử dụng vỏ bê tông có vòm ngược đúc trước Mặc dù đã thành công ở một số vị trí, song nói chung các

đường lò vẫn phải chống xén, chống dặm Vỏ bê tông dạng này không có tính linh hoạt

Từ những nhận xét trên cho thấy, các kết cấu chống đang được sử dụng

ở mỏ than Mạo Khê, đặc biệt tại các lò dọc vỉa đá, với hình dạng và cách bố trí như hiện nay chưa có thể phát huy khả năng nhận tải và biến dạng tốt nhất

Do đó cần phải chú ý nghiên cứu, áp dụng và thử nghiệm, trên cơ sở phân tích các điều kiện địa chất đã và đang xảy ra tại mỏ, cũng như tại các mỏ khác trong khu vực, đặc biệt các đường lò dọc vỉa đá tồn tại trong điều kiện vỉa than lớp bên trên đã được khai thác, để có được kết cấu chống thích hợp hơn