Nghiên cứu đề xuất phương án thi công hợp lý cho đường lò xuyên vỉa vận tải mỏ bắc quảng lợi công ty tnhh mtv 790 chống giữ bằng vì neo kết hợp với bên tông phun

Trong đó vì neo chất dẻo cốt thép CDCT kết hợp với trải lưới thép và bê tông phun hiện đang được sử dụng khá rộng rãi trên thế giới, đặc biệt tại các nước có ngành công nghiệp than phát

LÊ VĂN HIẾN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THI CÔNG HỢP

LÝ CHO ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA VẬN TẢI MỎ BẮC QUẢNG LỢI CÔNG TY TNHH MTV 790 CHỐNG GIỮ BẰNG VÌ NEO KẾT HỢP VỚI BÊ TÔNG PHUN

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS Võ Trọng Hùng

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 08 tháng10 năm 2015

Tác giả luận văn

Lê Văn Hiến

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG ĐƯỜNG LÒ BẰNG VÌ NEO KẾT HỢP VỚI BÊ TÔNG PHUN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 4

1.1.Tổng quan 4

1.2 Công tác thi công đường lò bằng vì neo kết hợp với bê tông phun trên thế giớ 5

1.2.1 Sử dụng neo cơ học khi thi công đường lò trên thế giới 5

1.2.2 Sử dụng neo dính kết và neo cáp khi thi công đường lò trên thế giới 8

1.2.3 Sử dụng neo ma sát khi thi công đường lò trên thế giới 12

1.2.4 Sử dụng neo kết hợp khi thi công đường lò trên thế giới 13

1.2.5 Sử dụng bê tông phun khi thi công đường lò trên thế giới 14

1.2.6 Sử dụng vì neo kết hợp với bê tông phun khi thi công đường lò trên thế giới 16

1.3 Công tác thi công đường lò bằng vì neo kết hợp với bê tông phun tại Việt Nam 18

1.3.1 Sử dụng neo ống có rãnh hở khi thi công đường lò tại Việt Nam 18

1.3.2 Sử dụng neo bê tông cốt thép kết hợp với bê tông phun khi thi công đường lò tại Việt Nam 19

1.3.3 Sử dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp với bê tông phun và trải lưới thép khi

thi công đường lò tại Việt Nam 20

1.4 Nhận xét Chương 1 21

CHƯƠNG 2 - LÝ THUYẾT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÌ NEO KẾT HỢP VỚI BÊ TÔNG PHUN KHI THI CÔNG ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA 22

2.1 Tổng quan 22

2.2 Nguyên lý làm việc và điều kiện áp dụng vì neo 22

2.2.1 Nguyên lý treo 22

2.2.2 Nguyên lý bản dầm 23

2.2.3 Nguyên lý giảm khẩu độ 24

2.2.4 Nguyên lý vòm tổ hợp 25

2.2.5 Nguyên lý vòng vỡ vụn của khối đá 26

2.2.6 Nguyên lý khối nêm có khả năng mất ổn định rơi tự do 27

2.3 Phương pháp thiết kế neo 28

2.3.1 Các thông số cần xác định khi tính toán neo 28

2.3.2 Các phương pháp thiết kế neo 28

2.3.2.1 Thiết kế neo theo phương pháp giải tích 29

2.3.2.2 Thiết kế neo theo phương pháp số 42

2.4 Lựa chọn giả thiết tính toán vì neo 45

2.5 Nguyên lý làm việc, điều kiện áp dụng và tính toán lưới thép 47

2.6 Nguyên lý làm việc, điều kiện áp dụng và tính toán bê tông phun 48

2.7 Phương pháp tính toán vì neo kết hợp với bê tông phun, lưới thép khi thi công đường lò xuyên vỉa 52

2.7.1 Tính hệ số ổn định và chiều cao vòm sụt lở của đất đá quanh lò 52

2.7.2 Chiều cao vòm sụt lở 53

2.7.3 Các thông số của vì neo 53

2.7.4 Tính khả năng chịu lực của thanh neo 55

2.7.5 Tính toán bê tông phun 56

2.7.6 Lựa chọn lưới thép 57

2.8 Nhận xét Chương 2 58

CHƯƠNG 3 - THỰC TRẠNG THI CÔNG TẠI LÒ ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA VẬN TẢI MỎ BẮC QUẢNG LỢI - CÔNG TY TNHH MTV 790 VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG GIỮ CHO ĐƯỜNG LÒ 59

3.1 Tổng quan 59

3.2 Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng đường lò xuyên vỉa vận tải mỏ Bắc Quảng Lợi 59

3.2.1 Đặc điểm địa chất thủy văn 59

3.2.2 Đặc điểm địa chất công trình 62

3.2.3 Đánh giá chung các điều kiện khu vực xây dựng đường lò 66

3.3 Công tác thi công đường lò 66

3.3.1 Công tác phá vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn 67

3.3.2 Công tác xúc bốc vận chuyển 70

3.3.3 Công tác chống lò 71

3.3.4 Đánh giá chung về công tác thi công và vấn đề chống giữ đường lò 72

3.4 Công tác thông gió, thoát nước, cung cấp điện, khí nén 73

3.5 Phân loại chất lượng khối đá khu vực xây dựng đường lò 73

3.5.1 Phân loại chất lượng khối đá theo Deere-hay phương pháp RQD 73

3.5.2 Chỉ tiêu phân loại khối đá theo Bieniawski - phương pháp RMR 76

3.6 Đánh giá mức độ ổn định của đất đá tại khu vực xây dựng để lựa chọn loại hình chống giữ 83

3.7 Đề xuất một số loại hình kết cấu chống giữ cho đường lò 85

3.8 Lựa chọn loại hình chống giữ phù hợp cho đường lò 86

3.9 Nhận xét chương 3 86

CHƯƠNG 4 - TÍNH TOÀN GIẢI PHÁP TỔ CHỨC THI CÔNG ĐÀO CHỐNG

LÒ BẰNG VÌ NEO CHẤT DẺO CỐT THÉP KẾT HỢP LƯỚI THÉP BÊ TÔNG PHUN TẠI LÒ ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA VẬN TẢI MỎ BẮC

QUẢNG LỢI 84

4.1 Tổng quan 87

4.2 Tính toán hộ chiếu chống neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép và bê tông phun 88

4.2.1 Lựa chọn chất dẻo, cốt thép 88

4.2.2 Tính khả năng mang tải của neo chất dẻo cốt thép 90

4.2.3 Xác định các thông số hộ chiếu neo chất dẻo cốt thép 90

4.2.4 Tính toán bê tông phun 91

4.2.5 Tính toán lưới thép 89

4.3 Nghiên cứu đề xuất dây chuyền thiết bị khoan lắp đặt neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép và bê tông phun 94

4.4 Nghiên cứu đề xuất quy trình lắp đặt neo chất dẻo cốt thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép 99

4.5 Một số biện pháp kỹ thuật an toàn khi lắp đặt neo chất dẻo cốt thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép trong đường lò 107

4.6 Theo dõi đánh giá sự ổn định của đường lò sau khi chống giữ 111

4.6.1 Công tác lấy mẫu, xác định các tham số phân loại đá 111

4.6.2 Đo dịch động đất đá nóc, khoan đánh giá RQD 112

4.7 Nhận xét Chương 4 117

CHƯƠNG 5 - TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI THI CÔNG ĐÀO CHỐNG LÒ BẰNG VÌ NEO CHẤT DẺO CỐT THÉP KẾT HỢP BÊ TÔNG PHUN LƯỚI THÉP TẠI LÒ ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA VẬN TẢI MỎ BẮC QUẢNG LỢI 118

5.1 Tổng quan 118

5.2 Các căn cứ tính toán hiệu quả kinh tế 118

5.2.1 Cơ sở tính toán 118

5.2.2 Các định mức và đơn giá sử dụng 118

5.3 Tính toán so sánh hiệu quả kinh tế 119

5.3.1 Hiệu quả kinh tế khi áp dụng kết cấu chống giữ mới so với kết cấu chống truyền thống trong quá trình đào lò 119

5.3.2 Chi phí vật liệu đào-chống 1 mét lò khi chống dựng bằng vì chống thép SVP-22 với bước chống 0,7 m/vì 119

5.3.3 Chi phí vật liệu đào-chống 1 mét lò khi chống bằng vì neo chất dẻo cốt thép có trải lưới thép và bê tông phun 120

5.4 Nhận xét về hiệu quả kinh tế khi áp dụng giải pháp chống giữ mới đề xuất 122 5.5 Nhận xét Chương 5 122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123

1 Kết luận 123

2 Kiến nghị 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Lượng dùng mỗi năm và phương pháp phun bê tông phun của một

số nước trên thế giới 15

Bảng 1.2 Quá trình phát triển của công nghệ chống giữ bằng vì neo kết hợp bê tông phun 16

Bảng 2.1 Chỉ dẫn phân loại địa cơ học cho CTN và biện pháp chống giữ cho đường hầm, theo Bieniawski (1979) 30

Bảng 2.2 Các phương án sử dụng vì neo 32

Bảng 2.3 Chiều dài tối thiểu và khoảng cách lớn nhất giữa các neo 34

Bảng 2.4 Lựa chọn kết cấu chống theo phương pháp RMR và Kendorski (Tài liệu Hướng dẫn áp dụng vì chống neo áp dụng trong Tập đoàn Vinacomin) 46 Bảng 2.5 Hệ số giảm yếu cấu trúc 53

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp mực nước tĩnh các lỗ khoan 61

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả bơm nước thí nghiệm khu Quảng Lợi 62

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả dự tính lượng nước chảy vào 1m lò bằng 62

Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kêt quả tính lượng nước tháo khô theo phương pháp giếng lớn 63

Bảng 3.5 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá sạn kết 64

Bảng 3.6 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá cát kết 65

Bảng 3.7 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá bột kết 65

Bảng 3.8 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá sét kết 66

Bảng 3.9 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá ở vách vỉa 67

Bảng 3.10 Các thông số kỹ thuật lò xuyên vỉa mức -100 số 1 70

Bảng 3.11 Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chống bằng vì sắt 74

Bảng 3.12 Đánh giá chỉ tiêu RQD của Terzaghi 77

Bảng 3.13 Phân loại khối đá theo RQD 77

Bảng 3.14 Xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo độ bền nén đơn trục của đất đá 79

Bảng 3.15 Xác định lượng điểm chuẩn theo RQD 79

Bảng 3.16 Xác định lượng điểm chuẩn theo khoảng cách giữa các khe nứt 80 Bảng 3.17 Xác định lượng điểm chuẩn theo đặc điểm nứt nẻ 80

Bảng 3.18 Xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo yếu tố nước ngầm 81

Bảng 3.19 Xác định lượng điểm tiêu chuẩn theo yếu tố ảnh hưởng của phương khe nứt 82

Bảng 3.20 Phân loại chất lượng khối đá theo chỉ tiêu RMR 82

Bảng 3.21 Hệ số ổn định của đường lò xuyên vỉa mức -100 số 1 84

Bảng 3.22 Phân loại mức độ ổn định của đường lò theo VNIMI 82

Bảng 4.1 Tốc độ đông kết của các loại chất dẻo phổ biến 86

Bảng 4.2 Lực bám dính của neo chất dẻo cốt thép 86

Bảng 4.3 Kết quả tính toán các tham số vì neo chất dẻo cốt thép 87

Bảng 4.4 Kết quả tính toán chiều dày bê tông phun 89

Bảng 4.5 Các thông số chống giữ bằng vì neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép bê tông phun cho đường lò xuyên vỉa mức -100 số 1 89

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật của máy khoan MQT 130 91

Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật của các loại máy khoan MQT 130………92

Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật của máy khoan neo hông YT28 92

Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật của máy lắp neo hông MQS-45 93

Bảng 4.10 Thông số kỹ thuật của máy phun bê tông PZ-5B 93

Bảng 4.11 Cập nhật số liệu đo dịch động đường lò 116

Bảng 5.1 Chi phí vật liệu chống 1 mét lò khi chống dựng bằng vì chống thép SVP-22 với bước chống 0,7m/vì 120

Bảng 5.2 Chi phí vật liệu chống 1 mét lò khi chống dựng bằng vì neo chất dẻo cốt thép có trải lưới thép và bê tông phun 121

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo, hình dạng neo nêm chẻ 6

Hình 1.2 Cấu tạo nêm trượt có sử dụng ống lắp ráp 7

Hình 1.3 Cấu tạo nêm trượt không sử dụng ống lắp ráp: 8

Hình 1.4 Cấu tạo neo bê tông cốt thép 9

Hình 1.5 Cấu tạo neo chất dẻo cốt thép 10

Hình 1.6 Cáp neo và bộ khóa neo chuyên dụng 11

Hình 1.7 Cấu tạo neo cáp bê tông cốt thép 11

Hình 1.8 Cấu tạo neo ống chẻ 12

Hình 1.9 Cấu tạo neo ống phồng Swellex (a) “Atlas copco”, 13

Hình 1.10 Cấu tạo neo hỗn hợp 14

Hình 1.11 Đường lò chống giữ bằng neo lưới thép kết hợp bê tông phun 16

Hình 1.12 Neo ống chẻ (SS-39/SS-46) 19

Hình 2.1 Vì neo làm việc theo nguyên lý treo 23

Hình 2.2 Vì neo làm việc theo nguyên lý bản dầm 24

Hình 2.3.Vì neo có tác dụng làm giảm khẩu độ đường lò 25

Hình 2.4 Vì neo có tác dụng tạo thành vòm tổ hợp chịu tải 25

Hình 2.5 Trạng thái khối đá xung quanh đường lò 26

Hình 2.6 Vì neo có tác dụng treo các khối nêm mất ổn định 27

Hình 2.7 Lựa chọn kết cấu chống theo KENDORSKI 31

Hình 2.7 Sơ đồ tính chiều dài neo khi nóc phẳng 36

Hình 2.8 Sơ đồ tính chiều rộng a 1 36

Hình 2.9 Sơ đồ tình chiều dày hầm mang tải trong đất đá nứt nẻ 38

Hình 2.10 Xác định chiều dày dầm mang tải khi nóc dạng vòm 39

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí neo trong các khối đá phân lớp 42

Hình 3.1 Hiện trạng hộ chiếu khoan nổ mìn lò xuyên vỉa mức -100 số 1

chống bằng vì chống thép SVP-22 71

Hình 3.2 Hộ chiếu chống lò xuyên vỉa mức -100 số 1 73

Hình 3.3 Sơ đồ lựa chọn kết cấu chống dựa vào RQD theo Merrit 78

Hình 4.1 Hộ chiếu khoan nổ mìn khi chống giữ bằng vì neo kết hợp lưới thép bê tông phun 88

Hình 4.2 Hộ chiếu chống lò bằng vì neo chất dẻo cốt thép kết hợp lưới thép và bê tông phun 90

Hình 4.3 Máy khoan neo nóc MQT130 và đầu nắp cần khoan 91

Hình 4.4 Thiết bị lắp neo hông MQS-45 92

Hình 4.5 Máy phun bê tông PZ-5B 94

Hình 4.6 Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng vỏ chống bằng thước đo 112

Hình 4.7 Sơ đồ đo dịch động nóc lò bằng trạm chỉ thị màu 115

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay công nghệ đào lò đá sử dụng vì neo kết hợp với bê tông phun (BTP) đã được Viện KHCN Mỏ và Cty CP tư vấn đầu tư mỏ và công nghiệp đưa vào thiết kế áp dụng khá rộng rãi tại nhiều mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh như: Mạo Khê, Hồng Thái, Nam Mẫu, Hòn Gai, Mông Dương, Dương Huy, Thống Nhất, Hà lầm So với các công nghệ đào lò sử dụng các khung chống truyền thống như: vì chống thép SVP, bê tông cốt thép, bê tông liền khối công nghệ này có nhiều ưu điểm hơn hẳn đó là: dễ thi công, giá thành mét lò đào thấp hơn, nâng cao tốc độ đào lò và phù hợp với công tác cơ giới hoá giảm sức lao động

Trong đó vì neo chất dẻo cốt thép (CDCT) kết hợp với trải lưới thép

và bê tông phun hiện đang được sử dụng khá rộng rãi trên thế giới, đặc biệt tại các nước có ngành công nghiệp than phát triển như: LB Nga, Trung Quốc, Hoa kỳ, Úc, Nam Phi Vì neo chất dẻo cốt thép có ưu điểm hơn so với vì neo bê tông cốt thép (BTCT) đó là: khả năng mang tải cao, chịu tải ngay sau khi lắp đặt, giá thành chấp nhận được Nhược điểm lớn nhất của

vì neo chất dẻo cốt thép đó là thời hạn sử dụng của thỏi chất dẻo ngắn, theo nhà sản xuất khuyến cáo thời gian sử dụng từ 3-4 tháng sau ngày sản xuất phải nhập khẩu

Căn cứ vào thiết kế mỏ Bắc quảng lợi Công ty TNHH MTV 790 khối lượng đào các đường lò xuyên vỉa đá, dọc vỉa đá là rất lớn, tuy nhiên hầu hết các đường lò này đều được thiết kế chống bằng khung chống thép SVP Vì vậy “Nghiên cứu đề xuất phương án thi công hợp lý cho đường lò xuyên vỉa vận tải mỏ Bắc Quảng Lợi Công ty TNHH MTV 790 chống giữ bằng vì neo kết hợp với bê tông phun” là một việc làm có tính cấp thiết Kết quả nghiên

cứu là cơ sở cho Công ty TNHH MTV 790 đưa công nghệ trên áp dụng vào thực tế sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác đào chống lò hiện nay

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm đề xuất phương án thi công hợp

lý cho đường lò xuyên vỉa vận tải mỏ Bắc Quảng Lợi Công ty TNHH MTV

790 có sử dụng vì neo kết hợp bê tông phun cho các đường lò qua các vùng đất đá khác nhau

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu là đường lò xuyên vỉa mức -100 số 1 tại mỏ than Bắc quảng lợi - Công ty TNHH MTV 790 - Tổng Công ty Đông Bào

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở đánh giá thực trạng các phương án thi công các đường lò qua các vùng đất đá, luận văn nghiên cứu, đề xuất phương án chống giữ hợp

lý bằng tổ hợp vì neo chất dẻo cốt thep kết hợp lưới thép bê tông phun cho đường lò xuyên vỉa mức -100 số 1 tại mỏ than Bắc Quảng Lợi - Công ty TNHH MTV 790

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các nội dung nghiên cứu trên, đề tài đã lựu chọn sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm: phương pháp thống kê; phương pháp phân tích và đánh giá; phương pháp phân tích so sánh; phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thu thập số liệu thực tiễn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu, tính toán, phân tích đề xuất phương án chống giữ hợp lý bằng tổ hợp vì neo kết hợp bê tông phun cho các đường lò xuyên vỉa đá tại mỏ than Bắc Quảng Lợi – Công ty TNHH MTV 790

- Ý nghĩa thực tiễn: Giúp các nhà thiết kế, thi công công trình ngầm lựa chọn được phương pháp chống giữ hợp lý cho các đường lò xuyên vỉa đá trên thực tế ở Việt Nam, từ đó nhân rộng ra đối với các khu vực có điều kiện tương tự của dự án

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 5 chương, phần kết luận và kiến nghị, các bảng và hình vẽ Được trình bày trong 125 trang khổ giấy A4, với 41 bảng và

và các bạn đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG ĐƯỜNG LÒ

BẰNG VÌ NEO KẾT HỢP VỚI BÊ TÔNG PHUN

TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tổng quan

Khi khai đào công trình ngầm thì đất đá xung quanh biên đào có xu thế dịch chuyển vào bên trong khoảng trống công trình ngầm, sự biến dạng hoặc các yếu tố sập đổ khối đất đá bao quanh công trình ngầm phụ thuộc vào trường ứng suất nguyên sinh, độ sâu bố trí công trình, đặc tính đất đá, cấu trúc địa chất, địa tầng, phương pháp khai đào, hình dạng tiết diện mặt cắt ngang công trình, thời gian ổn định không chống của công trình từ đó các nhà khoa học đã cố gắng nghiên cứu, sáng tạo, phát triển, lựa chọn kết cấu chống hợp

lý để nâng cao sự ổn định cho công trình ngầm

Cách thông thường để giữ ổn định công trình ngầm là lắp đặt kết cấu chống giữ Kết cấu chống giữ bằng neo là loại hình kết cấu chống giữ chủ động (coi khối đá là vật liệu tham gia chống giữ, cùng với neo tạo thành hệ kết cấu neo - khối đá)

Neo làm kết cấu chống giữ công trình ngầm đã có lịch sử hình thành và phát triển lâu dài từ đầu thế kỷ XIX đến nay, kết cấu chống neo đã trở thành kết cấu chống giữ khá phổ biến cho các công trình ngầm dân dụng và các đường lò khai thác khoáng sản

Từ những năm 50 của thế kỷ trước, ở những nước có nền công nghiệp

mỏ phát triển như Mỹ, Pháp, Liên Xô (cũ), Đức, Ba Lan, Trung Quốc đã đưa neo dính kết vào sử dụng Theo thống kê sơ bộ tại thời điểm những năm 90 của thế kỷ trước, mỗi năm ở Mỹ sử dụng tới 20 triệu neo chất dẻo cốt thép Liên Xô khoảng 20 triệu, ở Đức khoảng 1,5 triệu Sau những năm này, sự phát triển trong việc áp dụng neo chất dẻo cốt thép còn mạnh mẽ hơn và neo

chất dẻo đã trở thành một kết cấu chống rất phổ biến trong công nghiệp mỏ và công trình ngầm [1]

Tại Việt Nam, năm 1991 Bộ Năng lượng giao cho Viện nghiên cứu khoa học công nghệ mỏ lập luận chứng nghiên cứu khả năng sử dụng neo chất dẻo cốt thép cho các mỏ hầm lò Việt Nam Đến năm 1993 và 1994 Bộ Năng lượng mới tìm được nguồn tài trợ để áp dụng thử nghiệm chống lò bằng neo chất dẻo cốt thép từ các cơ quan và các công ty của Australia (Aidab và các công ty: Acirl, Cram và Ani - Arnall) Năm 1995 neo chất dẻo đã được ứng dụng chống giữ các đường lò đá và lò than đầu tiên tại Công ty than Uông Bí, Công ty than Khe Chàm (Dự án Australia tài trợ) Năm 2001 neo chất dẻo cốt thép được ứng dụng vào việc chống giữ các đường lò dọc vỉa than tại Công ty than Dương Huy (Dự án JCOAL Nhật Bản tài trợ)

Mặc dù được áp dụng vào chống giữ một số đường lò đào trong than và

đá của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh từ khá sớm, nhưng từ đó đến nay việc áp dụng này không tiến triển do gặp nhiều khó khăn về điều kiện địa chất phức tạp, vật liệu nhập ngoại nên giá thành cao, các trang thiết bị thi công như máy khoan còn chưa phù hợp với điều kiện đá rắn cứng, ngoài ra còn do trình

độ và am hiểu về quy trình thi công neo chất dẻo cốt thép còn hạn chế Hiện nay, neo chất dẻo cốt thép đang được nghiên cứu và sẽ áp dụng nhiều tại các

mỏ vùng Quảng Ninh trong thời gian tới

1.2 Công tác thi công đường lò bằng vì neo kết hợp với bê tông phun trên thế giới

1.2.1 Sử dụng neo cơ học khi thi công đường lò trên thế giới

a Neo nêm chẻ

Được áp dụng phổ biến ở Liên xô (cũ) khi đường lò đi qua vùng đất đá

ổn định, vững chắc (nếu trong đất đá mềm yếu hoặc khe hở quá lớn thì neo không có tác dụng) Các thông số của neo nêm chẻ thông thường như: êcu (1),

bản thép đế (2), cốt chịu lực bằng thép tròn(3) có đường kính 2225 mm; tại phần đuôi neo có xẻ rãnh (4) rộng khoảng 24 mm; rãnh được xẻ dài khoảng 150200 mm Khi lắp dựng neo ở đuôi neo có lắp nêm (5) và phần đầu neo có tạo ren để kéo căng neo bằng cách vặn êcu Với chiều dài vặn êcu khoảng 120150 mm thì chiều dài nêm chẻ phải ngắn hơn chiều dài phần có chế tạo ren đầu neo một đoạn là 1025 mm chiều rộng của nêm sử dụng phải có đường kính không được lớn hơn đường kính của cốt làm neo, chiều dày của nêm ở phần trên từ 1825 mm, còn phần dưới từ 23 mm Tất cả phần xẻ rãnh và nêm chẻ sẽ tạo thành khoá liên kết Cấu tạo, hình dạng neo nêm chẻ (hình 1.1)

Khả năng mang tải của nêm chẻ phụ thuộc chủ yếu vào độ cứng của đất

đá và diện tích bề mặt tiếp xúc của tấm đệm với bề mặt đất đá, tải trọng của neo chính là lực kéo căng ban đầu bằng cách vặn êcu (nếu trong đất đá có độ cứng f= 58 thì khả năng chịu lực của neo có thể đạt tới 150 kN)

- Ưu điểm: Neo dạng này có cấu tạo đơn giản, khả năng mang tải cao, giá thành không cao

- Nhược điểm: Khả năng sử dụng rất hạn chế ở những khối đá có độ bền thấp, không có khả năng sử dụng lại được, đòi hỏi cao về công tác khoan

lỗ neo (chiều sâu lỗ khoan phải phù hợp với chiều dài neo, không được dài quá hoặc ngắn quá)

Hình 1.1 Cấu tạo, hình dạng neo nêm chẻ: 1 - Êcu; 2 - Bản đệm;

b Neo nêm trượt

Được áp dụng thử nghiệm ở Liên xô (cũ) dưới sự nghiên cứu phát triển của các viện nghiên cứu ВНИИГидроугол (hình 1.2 a), КНИУИ (hình 1.2 b), cấu tạo gồm 2 cánh, một cánh chuyển động và một cánh cố định, áp lực càng tăng thì neo càng chặt Các chi tiết gồm: êcu(1), bản thép đế (2), thân neo bằng thép tròn(3) có đường kính khoảng 1622 mm với hai khớp nối có cấu tạo khía (4,5) và đầu tách đặc biệt hình côn hoặc hình nêm(6), Trước khi lắp neo các bán khớp nối hình khía lắp vào đầu tách hình nêm (hình côn) và liên kết với nhau bằng vòng dây thép hoặc vòng cao su cấu tạo của nêm trượt thể hiện trên hình 1.2 a,b

Loại neo nêm trượt không sử dụng ống lắp ráp được thể hiện trên hình 1.3 được nghiên cứu phát triển của các viện nghiên cứu КузНИУИ (hình 1.3.a) ВНИИГидроголь vµ ИГД mang tên Скочинского (hình 1.3.b), hay neo có bộ phận tự xiết, được sáng chế bởi viện mỏ ДонУГИ của Украина (hình 1.3.c)

- Ưu điểm: neo nêm trượt có lực bám dính vào đất đá tốt, có khả năng tháo sử dụng lại

- Nhược điểm: cấu tạo neo phức tạp nên dẫn đến công tác thiết kế và gia cố phức tạp

Hình 1.2 Cấu tạo nêm trượt có sử dụng ống lắp ráp: 1 - Êcu; 2 - Bản thép đế;

3 - Thân neo; 4, 5 - Khớp nối có cấu tạo khía; 6 - Đầu tách hình côn [7]

Hình 1.3 Cấu tạo nêm trượt không sử dụng ống lắp ráp:

7, 8 - Hai nêm của neo; 9 - Êcu [7]

1.2.2 Sử dụng neo dính kết và neo cáp khi thi công đường lò trên thế giới a) Neo bê tông cốt thép

Tại các nước như Nga, Thụy điển, Pháp, Trung quốc, Ba lan, Ucraina

đã tiến hành chống giữ các đường lò đá bằng neo bê tông cốt thép, chúng có cấu tạo đơn giản bao gồm 2 bộ phận: neo (1) có thể là thép dây cáp, thép tròn hoặc thép có gân gờ với đường kính của cốt thép khoảng 18÷20 mm Phần vữa xi măng (2) có tỷ lệ xi măng, cát, nước thường là 1:2:0,5, đây là phần tạo

sự bám dính, loại neo bê tông cốt thép hiện nay được sử dụng dưới 2 dạng: + Neo bê tông cốt thép chỉ liên kết tại phần đuôi lỗ khoan (chỉ có 1 phần cốt thép liên kết với bê tông) cấu tạo hình dạng loại neo này được thể hiện trên hình 1.4 a

+ Neo bê tông cốt thép có liên kết toàn thân (toàn bộ cốt thép nằm trong

bê tông) loại neo này thể hiện trên hình 1.4 b

a)

b)

Hình 1.4 Cấu tạo neo bê tông cốt thép: 1 - Cốt thép;

2 - Vữa xi măng; 3 - Bản đệm; 4 – Êcu [7]

b) Neo chất dẻo cốt thép

Kỹ thuật chống lò bằng neo chất dẻo đã được sử dụng từ thập niên 70 của thế kỷ trước tại các nước Mỹ, Anh, Úc Tuy ra đời có muộn hơn neo bê tông cốt thép, nhưng do những ưu điểm nổi trội như: chịu lực ngay sau khi lắp đặt và khả năng mang tải cao (đến 30 tấn/neo) nên neo chất dẻo cốt thép được

sử dụng khá rộng rãi tại các nước có nền công nghiệp Mỏ tiên tiến như: Liên bang Nga, Mỹ, Úc, Đức, Balan, Trung Quốc

Từ thập niên 80 thế kỷ 20 việc áp dụng vì neo dẻo được áp dụng rộng rãi ở Trung Quốc giúp việc đào chống lò nhanh hơn, tiết kiệm vật tư , hiệu quả kinh tế cao, cường độ lao động giảm và an toàn lao động được đảm bảo

Viện nghiên cứu khai thác than Bắc Kinh - Tổng viện nghiên cứu khoa học than Trung Quốc có một đội ngũ giáo sư, tiến sỹ, kỹ sư chuyên nghiệp về

kỹ thuật chống lò bằng vì neo có kinh nghiệm thực tiễn phong phú và có cơ

sở lý luận hoàn chỉnh Sau hơn 20 năm áp dụng vì neo đến nay Trung Quốc

đã hình thành được kỹ thuật đồng bộ chống vì neo trong đá và than bao gồm:

đo lường quan trắc lực học địa chất, thiết kế hộ chiếu chống lò vì neo, nguyên liệu vì neo, công nghệ và Máy móc thiết bị, dụng cụ thi công, các thiết bị đo đạc kiểm tra áp lực trong lò

Hàng năm Trung Quốc ỏp dụng chống vỡ neo cho hơn 5600 km đường

lũ, đồng thời ỏp dụng thành cụng chống lũ bằng vỡ neo trong cỏc điều kiện đặc biệt khú khăn như: cỏc đường lũ trong vỉa than dày, đường lũ cú ỏp lực lớn, đường lũ vỏch - trụ mềm, cỏc điểm giao cắt, cỏc ngó ba cú tiết diện lớn

Theo thống kờ sơ bộ cho thấy hàng năm ở Trung Quốc đưa vào sử dụng khoảng 30 triệu vỡ neo chất dẻo, ở Mỹ khoảng 20 triệu, Úc: 15 triệu, Liờn bang Nga: 2 triệu và ở Đức: 1,5 triệu vỡ neo chất dẻo

Ngoài việc ỏp dụng để chống cỏc đường lũ neo trong Mỏ, neo CDCT cũn được sử dụng khi thi cụng cỏc cụng trỡnh ngầm giao thụng và thủy điện

Hỡnh 1.5 Cấu tạo neo chất dẻo cốt thộp [7]

c) Neo cỏp chất dẻo cốt thộp

Cỏc neo cỏp được làm từ cỏc sợi cỏp thộp cú cường độ cao Thụng thường thanh cỏp được sử dụng ở dạng cú 7 sợi Thanh cỏp bao gồm 6 sợi được quấn xung quanh một sợi ở giữa, thanh cỏp thường cú đường kớnh 15,24mm; 17,8mm; 18,9mm, neo cỏp cú thể cú chiều dài bất kỳ, thụng thường khi gia cố neo cỏp trong cỏc đường lũ trong mỏ chiều dài neo thường bằng 4 ữ 8m

Thụng số bộ khúa neo chuyờn dụng, tựy thuộc vào đường kớnh của thanh neo cỏp mà sử dụng bộ khúa neo tương ứng, thớ dụ khi sử dụng neo cỏp

cú đường kớnh 15,24 thỡ thụng số của bộ khúa neo là: đường kớnh ngoài

chất dẻo thanh

neo tấm

đệm

mũ

ốc

44mm, chiều dài 46mm, độ thu nhỏ bê trong lỗ 12°, chiều dài kẹp cáp 41mm, đường kính ngoài đầu thu nhỏ 12mm, đường kính đầu to 28mm, trọng lượng 0,6kg

Hình 1.6 Cáp neo và bộ khóa neo chuyên dụng [công ty 790]

c) Neo cáp bê tông cốt thép

Neo cáp dính kết được làm bằng loại dây cáp có đường kính 2022 mm bao gồm nhiều sợi nhỏ kết hợp lại, đuôi neo có thể chốt bằng bộ phận cánh xoè hoặc bằng vữa xi măng, phần đầu neo có thể đệm bằng tấm thép vuông hoặc xà thép cong hoặc thẳng như trên hình 1.7

Hình 1.7 Cấu tạo neo cáp bê tông cốt thép [7]

3

2

1

1: Chèt neo 2: V÷a xi m¨ng 3: D©y c¸p

1.2.3 Sử dụng neo ma sát khi thi công đường lò trên thế giới

Tại một số nước Bungari, Mỹ, Trung Quốc nghiên cứu phát triển neo

ma sát Hai loại neo điển hình bao gồm “neo ống chẻ” - Split set và “neo ống

nở hay neo ống phồng” - Swellex

Hình 1.8 Cấu tạo neo ống chẻ [nguồn Internet]

- Neo ma sát được cấu tạo từ ống thép có rãnh hở bao gồm hai bộ phận chính là thân neo và tấm đệm, thân neo được làm bằng tấm có cường độ và đàn tính cao, cuộn thành ống, theo phương pháp gia công nguội trên suốt chiều dài thân neo có để một rãnh hở chiều rộng từ 826 mm đầu trên của thân neo (đuôi neo) được tạo hình côn, đầu dưới được làm 1 vòng gân bằng thép 68 mm đường kính của thân neo từ 3545 mm, chiều dài neo phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, thường thì từ 1,52 m đế đỡ bằng thép có hình tròn hoặc hình vuông như trên hình 1.8

- Neo ống phồng do hãng Atlas Copco Neo này có cấu tạo dạng ống kín được uốn theo dạng uốn nếp Sau khi neo được đưa vào lỗ khoan người ta dùng nước có áp để đẩy phồng thân neo áp sát vào thành lỗ khoan để tạo ra lực phản tương tự như neo ống chẻ

- Thời gian lắp đặt một neo ma sát từ 57 phút, nhỏ hơn 2 lần so với thời gian lắp đặt neo bê tông cốt thép, khả năng chịu lực của neo có thể đạt được 500 kN ngay sau khi lắp đặt

Hình 1.9 Cấu tạo neo ống phồng Swellex (a) “Atlas copco”,

neo ống cấu tạo dạng kín (b) “Tora” Bungari, neo ống có rãnh hở

Split set (c) “Ingercol Reid” Mỹ [7]

1.2.4 Sử dụng neo kết hợp khi thi công đường lò trên thế giới

Từ thập niên 60 thế kỷ 20 tại một số nước Bungari, Mỹ, Trung Quốc,

Đức, Pháp, Mỹ, Ba Lan nghiên cứu phát triển áp dụng kết cấu chống kết hợp

Neo kết hợp là neo hỗn hợp của hai loại trên để khắc phục những ưu nhược điểm của mỗi loại Có hai loại neo chính là:

- Hỗn hợp neo đầu nở và neo dính kết;

- Hỗn hợp neo ma sát và neo dính kết

Có thể tăng cường ưu điểm, hạn chế nhược điểm và phù hợp với nhiều loại điều kiện đất đá phức tạp khác nhau bằng việc kết hợp các loại neo với nhau Ví dụ, khi kết hợp hai loại neo là neo cơ học cánh xòe và neo bê tông cốt thép ta có thể tận dụng ưu điểm của neo cơ học cánh xòe là có khả năng mang tải ngay sau khi lắp đặt cũng vừa khắc phục nhược điểm của neo bê tông cốt thép là phát huy khả năng chịu lực sau vài ngày, ngược lại chất dính kết là vữa xi măng trong neo kết hợp ngoài việc góp phần gia cố khối đá còn đóng vai trò bảo vệ thanh cốt neo của neo cơ học cánh xòe khỏi tác động xâm thực của môi trường (đây cũng là nhược điểm lớn nhất của neo cơ học cánh xòe) Như vậy, neo kết hợp giữa neo cơ học cánh xòe và neo bê tông cốt thép

có thể làm việc trong điều kiện phức tạp hơn mà một loại neo đơn lẻ không đảm bảo yêu cầu (môi trường khối đá chứa nước, yêu cầu khả năng chịu lực sớm, kéo dài thời gian tồn tại)

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như yêu cầu cao của các điều kiện thực tế, neo kết hợp đang là một hướng phát triển mới trong lĩnh vực ứng dụng địa kỹ thuật Hình 1.10 là cấu tạo một lỗ neo cơ học kết hợp với neo dính kết

Hình 1.10 Cấu tạo neo hỗn hợp [7]

1.2.5 Sử dụng bê tông phun khi thi công đường lò trên thế giới

Có hai loại bê tông phun cơ bản:

- Bê tông phun khô;

- Bê tông phun ướt

Đối với bê tông phun khô, các thành phần trong hỗn hợp bê tông được trộn khô với nhau trước khi hoà với nước tại đầu vòi phun

Đối với bê tông phun ướt, các thành phần của nó cũng tương tự như đối với bê tông phun trộn khô, chỉ khác ở chỗ nước được trộn với các thành phần khác ngay tại thùng trộn còn tất cả các phụ gia được thêm vào trong hỗn hợp tại đầu vòi phun Trong thực tế, phương pháp sử dụng bê tông phun khô thông thường được sử dụng nhiều nhất

Từ thập niên 60 thế kỷ 20 kỹ thuật bê tông phun được biết đến theo phương pháp đào hầm mới của Áo, và sau đó được áp dụng rộng rãi trong thi công chống giữ các đường hầm trên thế giới Những năm gần đây bê tông phun

đã trở thành một trong những phương thức chống giữ chủ yếu khi thi công các đường hầm, trong bảng 1.1 thể hiện lượng dùng bê tông phun sử dụng mỗi năm của một số nước trên thế giới để chống giữ các công trình ngầm

Bảng 1.1 Lượng dùng mỗi năm và phương pháp phun bê tông phun của một số nước trên thế giới [12]

Quốc gia Tỷ lệ phun

khô/% Tỷ lệ phun ướt/%

Lương dùng mỗi năm/(m3/năm)

Tại Trung Quốc bê tông phun được sử dụng vào thập niên 80 thế kỷ

20, nhưng chủ yếu áp dụng trong các công trình ngầm có tiết diện lớn như thủy lợi, thủy điện, đường sắt, tại thời gian này kỹ thuật chống giữ và thiết bị

bê tông phun cũng mới bắt đầu được áp dùng trong các mỏ tại Trung Quốc Hiện nay bê tông phun được sử dụng rộng rãi để chống giữ các đường lò trong đá, sử dụng ở dạng gia cố, chống giữ độc lập hoặc kết hợp với các loại hình kết cấu chống khác như vì thép, lưới thép, vì neo

1.2.6 Sử dụng vì neo kết hợp với bê tông phun khi thi công đường lò trên thế giới

Trong hầu hết các điều kiện đất đá, bê tông phun được sử dụng kết hợp với neo, đặc biệt là trong xây dựng ngầm dân dụng Cũng như vậy, trong xây dựng các công trình ngầm trong mỏ, bê tông phun có tác dụng gia cố bề mặt khối đá nằm giữa các neo

Tại Trung Quốc kết cấu chống giữ vì neo bê tông phun tại các công trình ngầm từ thập niên 50 thế kỷ 20 còn tại các đường lò trong mỏ đã được

áp dụng từ thập niên 80 thế kỷ 20 Thời gian phát triển của công nghệ chống giữ vì neo kết hợp với bê tông phun thể hiện trên bảng 1.2

Hình 1.11 Đường lò chống giữ bằng neo lưới thép kết hợp bê tông phun

[công ty 790]

Bảng 1.2 Quá trình phát triển của công nghệ chống giữ bằng vì neo kết hợp bê tông phun [12]

Giai đoạn phát triển Lý thuyết chống giữ Loại neo sử dụng

Neo tre, gỗ (dạng nêm)

Thập niên 70, sử dụng

vì neo bê tông phun

trong các đường lò đào

trong đá

Sử dụng các lý thuyết rời rạc

Vì neo bê tông cốt thép

Vì neo chất dẻo cốt thép, neo cáp

1.3 Công tác thi công đường lò bằng vì neo kết hợp với bê tông phun tại Việt Nam

Vì neo được áp dụng để chống giữ các đường lò, hầm trên thế giới rất phổ biến, tuy nhiên việc áp dụng vì neo kết hợp với bê tông phun để chống giữ các đường lò trong mỏ tại Việt nam còn tương đối chưa phổ biến Thực tế cho thấy, cho đến nay tại Việt Nam có sử dụng một số chủng loại neo và bê tông phun để chống giữ các đường lò như sau:

- Neo ống chẻ;

- Neo bê tông cốt thép kết hợp với bê tông phun;

- Neo chất dẻo cốt thép kết hợp với bê tông phun và trải lưới thép

1.3.1 Sử dụng neo ống có rãnh hở khi thi công đường lò tại Việt Nam

Năm 1997 Viện KHCN Mỏ phối hợp với trường Đại học Mỏ-Địa chất

Hà nội và Tổng công ty Than Việt Nam triển khai áp dụng neo ống chẻ tại mỏ than Mạo khê và Dương Huy:

- Mạo Khê: áp dụng chống được trên dưới 100m lò dọc vỉa đá vỉa 9 cánh tây mức +25;

- Dương Huy: neo ống chẻ được chống phối hợp với bê tông phun áp dụng chống được 30m lò xuyên vỉa +100

Neo ống chẻ được chế tạo có đường kính lớn hơn đường kính lỗ khoan (đưa được vào lỗ khoan nhờ có đầu neo hình côn) Do đó, toàn bộ thân neo bị nén ép và tạo phản lực tác dụng lên thành lỗ khoan Ma sát giữa thành lỗ khoan và thân neo tạo nên lực bám dính Lực này tương ứng với lực kéo cần thiết dọc trục thân neo để kéo tụt neo ra khỏi lỗ khoan Trên hình 1.15 là ví dụ

về neo ống chẻ (SS-39/SS-46)

- Mạo khê: áp dụng chống giữ được 35 m lò xuyên vỉa đá;

- Khe Chàm: áp dụng tại đường lò xuyên vỉa đá mức -10 và mức -55, tuy nhiên mới chống giữ được 300m, tình trạng đường lò tương đối ổn định;

- Dương Huy: triển khai áp dụng tại đường lò XV 38-III chiều dài 20m, tại đường lò XV+100-IV được 40m, do trong quá trình khai đào gặp điều kiện địa chất không thuận lợi, lò đào qua lớp đá cứng f=8-:-10 nên quá trình khoan

nổ mìn tạo biên cũng như khoan lỗ neo gặp nhiều khó khăn nên quá trình áp dụng được dừng lại;

- Hà Lầm: đã và đang áp dụng để đào chống các đường lò xuyên vỉa đá

có điều kiện địa chất thuận lợi, đến nay đã chống được 300 m lò neo bê tông cốt thép kết hợp với bê tông phun với sự sử dụng phụ gia đông cứng nhanh CK-30 trong vữa neo

1.3.3 Sử dụng neo chất dẻo cốt thép kết hợp với bê tông phun và trải lưới thép khi thi công đường lò tại Việt Nam

Tại Việt Nam, neo chất dẻo cốt thép được áp dụng thử nghiệm lần đầu tiên vào năm 1996, theo dự án của Australia tài trợ, gồm 2 mỏ:

- Mạo Khê: Áp dụng chống được 50m là đá yếu xuyên vỉa mức -25;

- Vàng Danh: áp dụng chống lò than dọc vỉa +335 vỉa 6 Tây Vàng Danh và lò dọc vỉa than +135 vỉa 6 cánh gà

Năm 1998: Áp dụng thử nghiệm tại Mỏ than Khe Chàm: Lò dọc vỉa than 14-5 quay Tây mức -10 được 42m chống hỗn hợp vì thép SVP-22 với neo CDCT, lò dọc vỉa than 14-4 mức -10 chống được 32m neo chất dẻo cốt thép (chống độc lập);

Năm 2000÷2001: tại Mỏ than Dương Huy đó tiến hành thử nghiệm chống neo chất dẻo cốt thép của Úc (do Nhật tài trợ) Đường lò chống neo CDCT là lò dọc vỉa than mức +100 vỉa 12 có tiết diện đào Sđ=9,6m2 Đào chống được 103m lò bằng vỡ neo CDCT kết hợp với vì thép SVP-22 Trình tự thử nghiệm ở đây là vì neo đóng vai trò gia cường

Năm 2009: tại Quang Hanh có áp dụng thử nghiệm chống lò dọc vỉa thông gió mức -10 vỉa 13 khu II bằng neo CDCT kết hợp với lưới thép, tiết diện đào: 7,6m2 Đã hoàn thành chống neo chất dẻo cốt thép độc lập được 50m

Tại công ty than Khe Chàm có tiến hành chống neo chất dẻo cốt thép cho đường lò dọc vỉa vận tải 13,26/1 mức -250 Đến thời điểm này đã chống được 400m lò dọc vỉa bằng vì neo chất dẻo cốt thép

Năm 2011: tại mỏ than Vàng Danh, Công ty Cổ phần Tư vấn đầu tư mỏ

và công nghiệp - Vinacomin và Công ty cổ phần than Vàng Danh - Vinacomin đã hợp tác phối hợp thi công được 610m neo chất dẻo cốt thép, lưới thép kết hợp với bê tông phun (chống độc lập) tại các đường lò: Lò

xuyên vỉa vận tải mức -50 khu II; Lò xuyên vỉa thông gió mức +115 khu II

Đã đào tạo chuyển giao cho Công ty CP than Vàng Danh kỹ thuật công nghệ neo CDCT, hiện Vàng Danh đã chủ động tổ chức được 04 gương đào lò sử dụng vì neo CDCT

Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khách quan cũng như chủ quan, kết quả ứng dụng neo chất dẻo và mục tiêu áp dụng trên diện rộng kết cấu chống này vẫn chưa đạt được kết quả như mong muốn

1.4 Nhận xét Chương 1

Để chống giữ cho các đường lò xuyên vỉa đá ở các mỏ than hầm lò trên thế giới đã và đang áp dụng nhiều loại hình kết cấu chống giữ khác nhau: từ neo bê tông cốt thép kết hợp với bê tông phun; neo cáp kết hợp với bê tông phun; neo chất dẻo cốt thép kết hợp với trải lưới thép và bê tông phun; neo ma sát (nhiều phương án); neo hỗn hợp Các loại kết cấu chống đó đã mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật đáng ghi nhận, tuy nhiên cần thiết phải nghiên cứu, tính toán lựa chọn hợp lý cho từng khu vực địa chất mỏ vùng Quảng Ninh

Trong những năm qua, để giải quyết vấn đề an toàn, kinh tế và giảm nhẹ sức lao động ngành than đã có những bước chuyển mình, có chế tài cụ thể trong đổi mới công nghệ chống giữ các đường lò hay cơ giới hoá quá trình thi công

Ở vùng than Quảng Ninh trong nhiều năm qua cũng đã triển khai áp dụng nhiều loại neo khác nhau để chống giữ các đường lò xuyên vỉa song nhìn chung hiệu quả chưa cao Trong thời gian gần đây, chống giữ các đường

lò xuyên vỉa đá bằng vì neo bê tông cốt thép có sử dụng phụ gia đông cứng nhanh, đã từng bước cơ giới hoá các khâu khoan lỗ mìn, hay lỗ neo do đó đã

có những tín hiệu đáng mừng

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ,

TÍNH TOÁN VÌ NEO KẾT HỢP VỚI BÊ TÔNG PHUN

KHI THI CÔNG ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA 2.1 Tổng quan

Vì neo được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1872 để gia cố bờ dốc của

mỏ lộ thiên ở Anh [2] Lịch sử phát triển của vì neo cho đến nay đã được khoảng trên 140 năm Cùng với sự phát triển của các loại hình kết cấu chống giữ công trình ngầm và mỏ các nguyên lý làm việc của vì neo cũng được các tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu và đưa vào áp dụng Ở mỗi điều kiện đất đá và trạng thái cơ học khác nhau nguyên lý làm việc của vì neo cũng khác nhau, chính vì vậy các tác giả đã nghiên cứu và đưa ra các nguyên lý làm việc của vì neo Mỗi nguyên lý đều có những ưu nhược điểm và điều kiện

áp dụng riêng, do vậy trong quá trình tính toán thiết kế thi công công trình ngầm và mỏ cần chú ý sử dụng các nguyên lý tính toán cho phù hợp

2.2 Nguyên lý làm việc và điều kiện áp dụng vì neo

2.2.1 Nguyên lý treo

Năm 1952-1962 Louis A.Panek thông qua phân tích lý thuyết và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, hiện trường đã đưa ra nguyên lý làm việc treo:

- Trường hợp thứ nhất sau khi đào đường lò trong đất đá phân lớp mỏng lớp đất đá phía trên nóc sẽ bị uốn cong rất dễ bị gẫy và sập lở vào trong đường lò (hình 2.1.a), nếu kịp thời dùng vì neo treo các lớp đất đá mềm yếu này vào lớp đá cứng vững sẽ giảm và hạn chế được hiện tượng dịch chuyển

và sập lở của đất đá Do đó tác dụng của vì neo ở đây chính là treo các lớp đất

đá mềm yếu vào lớp đất đá cứng vững ở phía trên nóc của đường lò, làm tăng

độ ổn định của các lớp đất đá yếu này

- Trường hợp thứ hai đối với các đường lò đào qua đất đá nứt nẻ vì vụn, sau khi đào đường lò phía trên nóc lò hình thành vòm sụt lở (vòm cân bằng) (hình 2.1.b), do đó sử dụng vì neo để chống giữ vòm sụt lở trong trường hợp này chiều dài vì neo lớn hơn chiều cao vùng sập lở và treo vào lớp đất đá ổn định ngoài vòm sập lở

Nguyên lý này chỉ dựa vào tác dụng treo các lớp đất đá và vòm sấp lở

để tính toán các thông số của vì neo mà không xem xét đến yếu tố khả năng chịu tải của khối đá xung quanh vì vậy kết quả thiết kế có thể có sự sai lệch

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý làm việc này nên áp dụng trong các trường hợp sau:

- Đường lò đào qua đất đá phân lớp mỏng, mềm yếu, hoặc đất đá nứt nẻ mạnh;

- Hình dạng đường lò thường là hình thang, chữ nhật, vuông;

- Không phù hợp nếu phía trên nóc đường lò không có lớp đất đá cứng vững ổn định hoặc đường lò đào qua lớp đất đá mềm có độ dầy lớn, vùng vì vụn xung quanh đường lò lớn vì khi đó chiều dài của vì neo lớn gây khó khăn cho công tác thi công

Hình 2.1 Vì neo làm việc theo nguyên lý treo [2]

2.2.2 Nguyên lý bản dầm

Để khắc phục hạn chế của nguyên lý treo năm 1952 Jacobio người Đức

đã đưa ra nguyên lý bản dầm (hình 2.2), nguyên lý cho rằng trong điều kiện

không có lớp đất đá ổn định phía nóc đường lò có thể lợi dụng lực kéo của vì neo làm cho các lớp đất đá nghim lại với nhau từ đó làm tăng lực ma sát giữa các lớp đất đá, ngăn cản sự chuyển dịch giữa các lớp, tăng mômen uốn của các lớp đất đá tạo thành kết cấu dầm chống giữ, hay gọi là nguyên lý bản dầm Từ đó dựa vào cường độ lớn nhất của dầm có thể xác định các tham số của vì neo, trong nguyên lý này cũng không đề cập đến khả năng chịu tải của khối đá xung quanh vì vậy kết quả thiết kế có thể có sự sai lệch

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý làm việc này áp dụng trong các trường hợp sau:

- Không phù hợp với kiện khối đá hai bên hông đường lò mất ổn định;

- Không phù hợp chống giữ đất đá phía hông và nền;

- Phù hợp đường lò đào qua đất đá phân lớp Mỏng,chống giữ đất đá ở phía nóc đường lò, hình dạng đường lò có dạng hình thang, vuông, chữ nhật

Hình 2.2 Vì neo làm việc theo nguyên lý bản dầm [2]

2.2.3 Nguyên lý giảm khẩu độ

Nguyên lý thành lập dựa trên sự kết hợp giữa hai nguyên lý treo và nguyên lý bản dầm, theo nguyên lý này một mặt là treo các lớp đất đá yếu vào khối đá ổn định, một mặt là tạo thành dầm chịu tải Sau khi lắp đặt vì neo sẽ tạo thành nguyên lý chống giữ điểm, mỗn một thanh neo tương đương với một cột chống giữ từ đó khẩu độ đường lò giảm đi làm cho cường độ chống uốn của đất đá phía nóc tăng duy trì ổn định khối đá nóc như hình 2.3

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý này giống như nguyên lý bản dầm chỉ có tác dụng chống giữ phần nóc, không có tác dụng ở phần hông và nền, nếu trên phía nóc không có khối đá cứng vững và hai bên hông đường lò bị sập lở thì sẽ không phát huy tác dụng của nguyên lý này

Hình 2.3.Vì neo có tác dụng làm giảm khẩu độ đường lò [2]

2.2.4 Nguyên lý vòm tổ hợp

Nguyên lý này do sự kết hợp của các thanh neo tạo thành vòm gia cường (hình 2.4 a) Nhờ dự ứng lực khi lắp đặt vì neo quanh thanh neo hình thành một vùng nén ép (hình 2.4 b) , nếu khoảng cách giữa các neo hợp lý mỗi một thanh neo tạo thành một vùng nén ép như vậy (hình 2.4 c) sẽ làm cho khối đá xung quanh đường lò tạo thành vòm nén ép chịu tải

Hình 2.4 Vì neo có tác dụng tạo thành vòm tổ hợp chịu tải [2]

Dưới tác dụng của dự ứng lực, lực nén ép một mặt làm tăng lực ma sát giữa các bề mặt khe nứt và lực dinh kết từ đó làm cho cường độ của khối đá

vỡ vụn xung quanh đường lò tăng, một mặt làm thay đổi trạng thái ứng suất xung quanh khối đá, làm cho khối đá xung quanh đường lò từ trạng thái chịu lực hai chiều chuyển sang trạng thái chịu lực ba chiều

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý này phù hợp sử dụng khi đường lò có dạng hình vòm, khối

đá xung quanh đường lò nứt nẻ mạnh

2.2.5 Nguyên lý vòng vỡ vụn của khối đá

Nguyên lý này được xây dựng trong quá trình nghiêm cứu trạng thái cơ học của khối đá xung quanh đường lò Sau khi khai đào, khối đá xung quanh đường lò hình thành 4 vùng (hình 2.5), vùng 1 là vùng đất đá vỡ vụn là vùng ảnh hưởng trực tiếp của công tác đào, vùng 2 là vùng dẻo, vùng 3 là vùng đàn hồi, vùng 4 là vùng trạng thái ứng suất nguyên sinh và theo nguyên lý này chỉ cần dùng vì neo chống giữ vùng đất đá vỡ vụn, vòng vỡ vụn được chia ra làm

3 cấp độ

Hình 2.5 Trạng thái khối đá xung quanh đường lò [2]

- Chiều rộng vùng vỡ vụn (Lvv) nhỏ (Lvv ≤ 40cm) trong trường hợp này không cần lắp đặt vì neo chỉ cần phun một lớp bê tông Mỏng để ngăn ngừa những cục đá nhỏ rơi và hiện tượng phong hoá

- Chiều rộng vùng vỡ vụn trung bình (40cm ≤ Lvv ≤ 150cm) cần lắp đặt

vì neo để chống ổn định vùng vỡ vụn

- Chiều rộng vùng vỡ vụn lớn (Lvv ≥ 150cm) thường gặp trong các loại đá mềm yếu cần lắp đặt vì neo trong trường hợp này vì neo có tác dụng nén ép vùng đất đá vỡ vụn tạo nên vòng gia cường vì neo khối đá có tác dụng chịu lực

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý này phù hợp tính toán thiết kế vì neo phía nóc, hông, nền đường lò, đường lò có hình dạng là hình tròn, đào qua đất đá mềm yếu vỡ vụn

2.2.6 Nguyên lý khối nêm có khả năng mất ổn định rơi tự do

Nguyên lý này được thành lập dựa trên cơ sở phân tích mất ổn định cấu trúc của khối đá trên nóc và hông đường lò (Hình 2.6) Các khối nêm này có khả năng mất ổn định rơi hay trượt tự do dưới tác dụng của tự trọng bản thân

Do đó sử dụng vì neo treo khối nêm có khả năng mất ổn định vào khối đá cứng vững bên trong Việc xác định thể tích của các khối hay nêm đá là điều rất khó khăn trong thực tế Thể tích của chúng phải được xác định dựa trên vị trí, kích thước và hướng của các khe nứt bao quanh khối đá Để xác định hình dạng và thể tích/trọng lượng cũng như hướng trượt của các khối hay nêm đá tại nóc hay hông đường lò có thể sử dụng kỹ thuật hình ảnh nổi được giới thiệu bởi Hoek và Brown (1980) Sau khi đạt được các thông tin cần thiết, bằng cách sử dụng kỹ thuật hình ảnh nổi, ta có thể xác định được số neo cần thiết để giữ ổn định các khối nêm

Hình 2.6 Vì neo có tác dụng treo các khối nêm mất ổn định [2]

Điều kiện áp dụng:

Nguyên lý này phù hợp tính toán thiết kế vì neo phía nóc, hông đường

lò Đường lò đào qua các lớp đất đá nứt nẻ, và hình thành các khối nêm có khả năng mất ổn định rơi tự do

2.3 Phương pháp thiết kế neo

2.3.1 Các thông số cần xác định khi tính toán neo

Khi sử dụng neo để chống giữ các đường lò thì trong khâu thiết kế cần phải xác định được các thông số đặc trưng cơ bản của neo đó là:

- Loại neo;

- Chiều dài neo;

- Khả năng mang tải của neo: độ bền chịu kéo, đứt và độ chốt chặt khỏi tuột neo;

- Mật độ hay khoảng cách giữa các neo;

- Cách bố trí neo

Trên thực tế cho thấy, các thông số trên được tính toán đảm bảo tính hợp lý của neo, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau Các yếu tố quan trọng đó là: đặc điểm cấu trúc của đá, các tính chất cơ lý của đá, vị trí hình dạng và kích thước công trình cũng như mục đích của công tác sử dụng neo (tạo ra dầm mang tải hay là neo vùng đất đá mềm yếu vào vùng đất đá vững chắc ở bên trên) Để đạt được kết quả chính xác thì các thông số trên phải được tính toán phù hợp từng điều kiện địa chất xung quanh công trình cụ thể

2.3.2 Các phương pháp thiết kế neo

Trong lĩnh vực khai thác mỏ, xây dựng công trình ngầm, cũng như địa

kỹ thuật, các khối đất, đá là những môi trường phức tạp Khối đất, đá có thể cấu thành từ một hay nhiều loại đất đá với các dấu hiệu cấu trúc phức tạp, đặc trưng bởi sự có mặt của các mặt phân cách đa dạng

Nghiên cứu các quá trình biến đổi cơ học trong khối đất, đá, phân tích mức độ ổn định của khối đất, đá cũng như tương tác giữa khối đất, đá với các kết cấu nhân tạo, nhằm thiết kế và xây dựng được các công trình lên trên và vào trong các khối đất đá theo yêu cầu sử dụng, các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế, vẫn luôn là vấn đề phức tạp Cũng vì vậy cho đến nay đã có hàng loạt các phương pháp nghiên cứu khác nhau được phát triển và sử dụng Một trong các công cụ đắc lực là phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Công tác thiết kế hệ thống neo chống giữ công trình ngầm phụ thuộc rất nhiều vào khả năng có thể dự đoán trước độ lớn, phương chiều và loại ứng suất phát triển từ trường ứng suất nguyên sinh ban đầu và ảnh hưởng của chúng tới khối đá bao quanh công trình Trong thực tế, đây là một vấn đề không dễ dàng khi mà sự thay đổi của các thành phần ứng suất lại phụ thuộc vào một số yếu tố như hình dạng công trình, các điều kiện khối đá, điều kiện ứng suất vốn có trong khối đá

Ngoài ra, ảnh hưởng của công tác gia cố trong khối đá và thời gian tồn tại dự kiến của kết cấu gia cố cũng phải được xem xét Cho đến nay có khá nhiều công trình nghiên cứu xây dựng lý thuyết và phương pháp thiết kế neo như: các phương pháp giải tích và phương pháp số Do vậy kết quả tính toán theo mỗi phương pháp có một ý nghĩa riêng Phần dưới đây tôi trình bày một vài phương pháp thiết kế neo

2.3.2.1 Thiết kế neo theo phương pháp giải tích

a) Thiết kế neo theo kinh nghiệm

- Thiết kế neo theo chỉ dẫn của Bieniawski

Phương pháp của Bieniawski đã được phát triển và bổ sung bởi nhiều tác giả khác nhau, đặc biệt là trong mối liên hệ với kết cấu chống, như của Kendorski (hình 2.7)