Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay đá, đứt gãy địa chất tại quảng ninh

Đỗ Quang TuấnNghiên cứu giảI pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt g2y địa chất tại quảng ninh Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ và công trình

hµ néi - 2010

Đỗ Quang Tuấn

Nghiên cứu giảI pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt g2y

địa chất tại quảng ninh

Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ và công trình đặc biệt Mã số: 60.58.50

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2010

§ç Quang TuÊn

Mục lục

Trang phụ bìa

Lời cam đoan -1-

Mục lục -2-

Danh mục các hình vẽ -6-

Danh mục các bảng biểu -8-

Mở đầu……… ……… ………1

Chương 1 Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt g'y địa chất trên thế giới và Quảng ninh…… ……….… 5

1.1 Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt g@y, địa chất trên thế giới……… …….……5

1.1.1 Phay phá, đứt g@y 6

1.1.2 Đất đá chứa nước không ổn định 7

1.1.3 Đất đá chứa khí, các túi khí 7

1.1.4 Đất đá mềm yếu, sập đổ 8

1.2 Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt g@y địa chất tại Quảng Ninh 9

1.2.1 Đặc điểm phá hủy kiến tạo trong các đới đứt g@y chứa nước 9

1.2.2 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g@y ở đường hầm Tây Khe Sim 10

1.2.3 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g@y FA mỏ Mạo Khê 11

1.2.4 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g@y F1 lò xuyên vỉa vận tải mức +131 khu Đông Vàng Danh - Công ty TNHH MTV than Đồng Vông 13

1.2.5 Đặc trưng vùng đất đá mềm yếu, nước chảy nhiều tại lò xuyên vỉa vận tải mức +235 khu II - Xí nghiệp than Hoành Bồ - Công ty TNHH MTV than Uông Bí - TKV 14

1.3 Một số giải pháp xử lý, gia cố khối đá bao quanh các đường lò bằng trên thế

giới 15

1.3.1 Biện pháp khoan phun gia cố trước khi đào 16

1.3.2 Phương pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước 17

1.3.3 Phương pháp đóng băng nhân tạo (phương pháp nhiệt học) 18

1.3.4 Phương pháp tạo ô vòm tiến trước 19

1.3.5 Phương pháp gia cố gương đào bằng vữa xi măng……… 20

1.4 Một số giải pháp xử lý, gia cố khối đá bao quanh các đường lò bằng tại Quảng Ninh………22

1.4.1 Phương pháp xử lý đứt g@y FA mỏ Mạo Khê……… 23

1.4.2 Phương pháp xử lý đoạn lò xuyên vỉa mức -35 qua phay FC khu Lộ Trí Công ty than Thống Nhất - TKV……… 24

1.4.3 Giải pháp chèn nhói sắt kết hợp chống vì sắt CBII-27 bước chống 0,35m/vì xử lý vùng đất đá mềm yếu, nước chảy nhiều tại lò xuyên vỉa vận tải mức +235 khu II - Xí nghiệp than Hoành Bồ……….25

1.5 Nhận xét và đánh giá 26

Chương 2 Những yếu tố ảnh hưởng đến giải pháp thi công các đường lò bằng qua phay phá, đứt g'y tại Quảng ninh.28 2.1 Các điều kiện địa chất khu vực đất đá vùng Quảng Ninh 28

2.1.1 Địa tầng 28

2.1.2 Kiến tạo 33

2.1.3 Các điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn 34

2.1.4 Tính chất cơ lý đá 35

2.2 Các điều kiện kỹ thuật thi công các đường lò 49

2.2.1 Hình dạng và kích thước tiết diện ngang đường lò 49

2.2.2 yếu tố con người và trình độ thi công 52

2.3 Sơ đồ công nghệ thi công các đường lò bằng 53

2.3.1 Công tác đào phá gương 54

2.3.2 Công tác xúc bốc 55

2.3.3 Công tác vận tải 55

2.3.4 Công tác chống lò 55

2.3.5 Tổ chức lao động, nhân lực 56

2.4 Nhận xét và đánh giá 56

Chương 3 Các giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò bằng trong khu vực phay phá, đứt g'y tại Quảng ninh 58

3.1 Giải pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước 58

3.1.1 Điều kiện sử dụng 58

3.1.2 Xác định lưu lượng nước ngầm và tốc độ dòng chảy 59

3.2 Giải pháp đóng băng nhân tạo 61

3.2.1 Bản chất của phương pháp 61

3.2.2 Công nghệ đóng băng nhân tạo 63

3.2.3 Điều kiện sử dụng 66

3.3 Giải pháp tạo ô vòm tiến trước (gia cố nóc, chèn nhói) 67

3.3.1 Điều kiện sử dụng 67

3.3.2 Cách đóng cọc 68

3.4 Giải pháp gia cố gương đào bằng bơm ép vữa………69

3.4.1 Bản chất của phương pháp………69

3.4.2 Điều kiện sử dụng các loại dung dịch để bơm ép gia cường………69

3.4.3 Các phương pháp bơm ép gia cường……… 70

3.5 Nhận xét và đánh giá 85

Chương 4 Đề xuất giải pháp kỹ thuật thi công đường lò dọc vỉa vận tải mức -50 trong khu vực phay phá tại công ty cổ phần than vàng danh - TKV 86

4.1 Đặc điểm tình hình địa chất phay phá F40 đường lò dọc vỉa vận tải mức -50 nối

khu I với khu II giếng Cánh Gà tại Công ty cổ phần than Vàng Danh 86

4.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, nhân văn 86

4.1.2 Địa tầng 88

4.1.3 Kiến tạo 89

4.1.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 91

4.1.5 Đặc điểm địa chất công trình 93

4.2 Hiện trạng công nghệ thi công qua phay F40 tại Công ty cổ phần than Vàng Danh 95

4.3 Đề xuất giải pháp kỹ thuật - Công nghệ xử lý qua phay F40 97

4.3.1 Giải pháp khoan tháo khô và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước 98

4.3.2 Giải pháp đóng băng nhân tạo 99

4.3.3 Giải pháp gia cố gương đào bằng bơm ép vữa xi măng……….100

4.4 Biện pháp tổ chức thi công………101

4.4.1 Khoan các lỗ khoan thăm dò địa chất để lấy mẫu và tháo khô nước……101

4.4.2 Khoan và bơm ép vữa xi măng……… 101

4.4.3 Công tác kiểm tra kết quả bơm ép vữa xi măng………104

4.5 Nhận xét và đánh giá 105

Kết luận và kiến nghị 106

* Kết luận 106

* Kiến nghị 106

Danh mục công trình đa công bố của tác giả 107

Tài liệu tham khảo 108

nứt nẻ (a) và phá vỡ quá tiết diện đường hầm (b) và (c) đường

hầm Yacambus - Quibor ở Venezuela khi đào bằng TBM trong

đá bị nén ép mạnh trong khai đào

8

5 Hình 1.5 Hình ảnh khoan lỗ bơm vữa trước và vòi bơm có nút

6

Hình 1.6 Hạ mực nước ngầm bằng các lỗ khoan quanh giếng

đang thi công 1- Phều nước quanh giếng đào, 2 - Lớp đất chứa

nước, 3 - Lớp đá cách nước, 4 - Công trình thi công, 5 - Lỗ

khoan hạ mực nước

18

7

Hình 1.7 (a) Mô tả việc làm ổn định phía trước gương đào của

TBM; (b) cho thấy buồng làm việc hoàn thành với TBM trong

đất

18

8

Hình 1.8 Các ống đóng băng nhân tạo bên trên đường hầm

MBTA - Boston, MA - 2002 (hình a) và mặt cắt ngang các ống

đóng băng tại đường hầm mêtro Stuttgart, Đức - 1974 (hình b)

19

9

Hình 1.9 Biện pháp dùng kết cấu chống trước tạo ô vòm chống

giữ nóc gương thi công có hiệu qủa (a), chia nhỏ và phun mặt lộ

gương đào (b)

19

10 Hình 1.10 Hình ảnh phay phá (a) tường trái; (b) tường phải 21

11 Hình 1.11 Minh hoạ việc ngừng hoạt động của các máy TBM

12 Hình 1.12 Hình ảnh bơm ép vữa nhiều lớp (Barton, 2006 trích 22

theo Elkem)

13 Hình 1.13 Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay 23

14 Hình 1.14 Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo nước tại lò xuyên vỉa -35 24-25

15 Hình 1.15 Hiện trạng đoạn lò xuyên vỉa +235 26

16 Hình 1.16 Giải pháp xử lý đoạn lò xuyên vỉa +235 26

17 Hình 2.1 Biểu đồ tỷ lệ các loại đường lò theo diện tích tiết diện

18

Hình 2.2 Sơ đồ quan hệ giữa “khoảng cách lưu không hữu

hiệu” và “thời gian ổn định không chống” cho đường lò theo

21 Hình 3.3 Sơ đồ làm lạnh từ vị trí khác nhau khi đào lò bằnb 65

22 Hình 3.4 Sự phụ thuộc giữa tốc độ nước, khoảng cách lỗ khoan 66

23 Hình 3.5 Mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình 67

24 Hình 3.6 Giới hạn sử dụng xi măng hóa cát, sỏi, sét 70

25 Hình 3.7 Gia cường cát bằng điện thấm+Silicát hóa 71

32 Hình 4.4 Sơ đồ đề xuất xử lý đoạn lò qua phay F.40 tại đoạn lò

doc vỉa vận tải mức -50 - Công ty cổ phần than Vàng Danh 104

Danh mục các bảng biểu

11 Bảng 2.8 Tính chất cơ lý đá khu vực Mông Dương-Khe Chàm 48

12 Bảng 3.1 Tính chất cát, sỏi thành phần hạt và bán kính phễu

13 Bảng 3.2 Hệ số lọc của lớp đá K 61

14 Bảng 3.3 Độ dày tường chắn phản áp và áp lực bơm vữa 81

15 Bảng 3.4 ứng suất nén, cắt cho phép của một số loại đá 82

16 Bảng 4.1 Lưu lượng nước chảy vào phân khu Cánh Gà 93

BẢN NHẬN XẫT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Họ tờn học viờn: ðỗ Quang Tuấn

Tờn ủề tài luận văn: Nghiờn cứu giải phỏp thi cụng cỏc ủường lũ bằng

trong khu vực ủất ủỏ cú phay phỏ, ủứt góy, ủịa chất yếu tại Quảng Ninh

Chuyờn ngành: Xõy dựng cụng trỡnh ngầm, mỏ và cụng trỡnh ủặc biệt

Mó số: 60.58.50

Trong quỏ trỡnh hướng dẫn học viờn ðỗ Quang Tuấn viết Luận văn

Thạc sĩ kỹ thuật, người hướng dẫn cú một số nhận xột sau ủõy:

1 Trong thời gian gần đây, Công ty cổ phần than Vàng Danh nói riêng

và các công ty than thuộc Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam nói chung đ& và đang tiến hành khai thông mở rộng sản xuất ở các mức sâu bằng hệ thống đường lò bằng, lò nghiêng, giếng đứng Việc mở rộng sản xuất gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng điều kiện địa chất xung quanh hệ thống các đường lò như: phay phá, đứt g&y, vùng

địa chất yếu làm cho công trình ngầm mất ổn định, tiến độ tiến gương chậm, gây mất an toàn cho người lao động Vì vậy, vấn đề

đặt ra cần nghiên cứu nhằm lựa chọn ra các giải pháp thi công thích hợp để gia cường khối đá đi qua vùng phay phá, đứt g&y, địa chất yếu tại các đường lò là rất quan trọng và cấp thiết, có ý nghĩa khoa học ứng dụng vào sản xuất

2 Học viên đ& cố gắng bỏ nhiều công sức để thực hiện việc tổng quát lại một cách tỉ mỉ, sau đó là phân loại và đưa ra sự ảnh hưởng của

điều kiện địa chất vùng Quảng Ninh tại gương lò trong quá trình thi công Tiến hành phân tích các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện địa chất liên quan đến độ ổn định của các đường lò, tai nạn lao động,

của các yếu tố điều kiện địa chất phức tạp

3 Đề tài của Luận văn là mới chưa được đề cập đến trong các công trình nghiên cứu, thiết kế, quy hoạch nào đ& được công bố

4 Học viên đ& tỏ ra nắm bắt được phương pháp nghiên cứu Trong quá trình viết Luận văn học viên đ& có nhiều cố gắng, làm việc một cách nghiêm túc, hoàn thành tốt các yêu cầu đ& đề ra của nội dung Luận văn và của người hướng dẫn Luận văn trình bày đầy đủ, rõ ràng và khoa học

5 Luận văn: “Nghiờn cứu giải phỏp thi cụng cỏc ủường lũ bằng trong

khu vực ủất ủỏ cú phay phỏ, ủứt góy, ủịa chất yếu tại Quảng Ninh”

của học viên Đỗ Quang Tuấn hoàn toàn đáp ứng với yêu cầu của một Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật

Đề nghị được cho ra bảo vệ trước Hội đồng chấm thi luận văn thạc

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, sản lượng than khai thác của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) tăng trưởng liên tục với tốc độ khá cao, trung bình từ 15ữ17 %, đặc biệt có mỏ lên đến 30ữ40 % Trong đó, giá trị tăng trưởng tập trung vào các mỏ than hầm lò, vì các mỏ lộ thiên hiện

đang tiến dần tới giới hạn khai thác cuối cùng và chỉ duy trì sản lượng khai thác như hiện tại trong các năm tới Khi sản lượng khai thác hầm lò tăng sẽ kéo số mét lò đào tăng lên Trong đó, số mét lò đá chiếm khoảng 15ữ20 % trong tổng số mét lò đào (xem bảng 1) Tại vùng Quảng Ninh, hiện trữ lượng khai thác ở mức lò bằng đN gần hết và rất nhiều mỏ phải tiến hành khai thông,

mở rộng sản xuất ở các mức sâu hơn (mức -400) bằng các cặp giếng, các

đường lò chuẩn bị như: cặp giếng nghiêng khu Cánh Gà - Công ty than Vàng Danh, cặp giếng nghiêng Khe Chàm III, cặp giếng nghiêng ở Công ty than Nam Mẫu, 03 giếng đứng mức -300 tại Công ty cổ phần than Hà Lầm, giếng

đứng mức -400 tại Công ty cổ phần than Mông Dương, hệ thống sân ga để mở rộng sản xuất

Bảng 1 Thống kê sản lượng than nguyên khai và mét lò từ 2010-2025

kiện địa chất: phay phá, đứt gNy, mất ổn định, nước nhiều…không đảm bảo khai thông, gây ách tắc vận tải, mất an toàn trong lao động, tốc độ đào lò thấp

Vì vậy, vấn đề cấp thiết phải “nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý và gia cố

đất đá mềm yếu, không ổn định khi thi công các đường lò bằng trong điều kiện phay phá, đứt g+y, địa chất phức tạp” nhằm nâng cao tiến độ trong công

tác đào chống, đảm bảo an toàn cho người lao động

2 Mục đích nghiên cứu

Phân tích, đưa ra các giải pháp kỹ thuật xử lý và gia cố các khu vựac đất

đá mềm yếu, không ổn định khi thi công các đường lò bằng trong khu vực phay phá, đứt gNy địa chất tại Quảng Ninh (chủ yếu vùng Uông Bí) nhằm nâng cao tiến độ công tác đào chống lò, đảm bảo an toàn cho người lao động phục vụ sản xuất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá

có phay phá, đứt gNy địa chất tại Quảng ninh

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Thi công các đường lò bằng trong khu vực phay phá, đứt gNy địa chất tại Quảng Ninh (chủ yếu vùng Uông Bí)

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt gNy địa chất trên thế giới và Quảng Ninh

- Những yếu tố ảnh hưởng đến giải pháp thi công các đường lò bằng phay phá, đứt gNy tại vùng Quảng Ninh

- Các giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò bằng trong khu vực phay phá, đứt gNy địa chất tại Quảng ninh

- Đề xuất giải pháp kỹ thuật thi công đường lò bằng ttrong khu vực phay phá tại Công ty than Vàng Danh - Quảng Ninh

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế sản xuất và đưa ra giải pháp xử

lý tối ưu vào thực tiễn

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài là công trình nghiên cứu khoa học và yêu cầu thực tiễn: thấy

được tầm quan trọng , mục đích ổn định các công trình, an toàn cho người lao

động phục vụ sản xuất Đề tài bước đầu đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm góp phần cho sự phát triển của khoa học, yêu cầu của cuộc sống do sự thay

đổi phức tạp của địa chất, khối đá xung quang công trình ngầm trong điều kiện đặc biệt

Mặt khác, giúp cho nhà quy hoạch thiết kế xây dựng hệ thống các công trình ngầm và những người thi công có những hiểu biết, trang bị để có thể xử

lý được các tình huống có thể xảy ra trong quá trình thi công tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: 04 chương với 109 trang, 21 bảng biểu, 32 hình vẽ Luận văn được hoàn thành ngoài sự lỗ lực của bản thân, còn được sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Viện Khoa Học Công nghệ Mỏ - TKV, Công ty than Vàng Danh - TKV và đặc biệt là sự giúp

đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học GS.TS Võ Trọng Hùng

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Võ Trọng Hùng đN 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 -

TKV, Công ty than Vàng Danh - TKV đN giúp đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Nội dung luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mong nhận đ−ợc những ý kiến góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để tác giả

có thể bổ sung, sữa chữa và hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Chương 1 Tổng quan công tác thi công đào chống

các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá,

đứt g*y địa chất trên thế giới và Quảng ninh

1.1 Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt gãy, địa chất trên thế giới

Trong quá trình phát triển khoa học kỹ thuật và nhu cầu sản xuất, ngày càng đặt ra những lĩnh vực quan trọng trong công tác nghiên cứu giải pháp xử

lý kỹ thuật xây dựng các công trình ngầm Thực tế, công trình ngầm rất đa dạng và phong phú cụ thể: công trình ngầm phục vụ khai thác khoáng sản, công trình thủy điện, thủy lợi, công trình giao thông, công trình đặc biệt…mỗi loại công trình có những đặc điểm riêng tùy thuộc vào điều kiện địa chất, phạm vi sử dụng Sự thay đổi phức tạp về điều kiện địa chất, sự tác động cơ học trong quá trình khai đào ảnh hưởng trực tiếp đến công trình ngầm, gây nguy hiểm đến con người

Nói chung, việc phân loại các điều kiện đặc biệt chưa thống nhất và nó rất khó phân biệt ranh giới thi công xây dựng công trình trong điều kiện bình thường và trong điều kiện đặc biệt Thông thường dựa vào hai xu hướng để xác định trong những điều kiện đặc biệt cụ thể: xu hướng phân loại điều kiện

đặc biệt thông qua các phương pháp thi công đặc biệt qua những khu vực địa chất mất ổn định, xu hướng đánh giá điều kiện đặc biệt thông qua tính chất của đất đá xung quanh công trình ngầm: đất đá chứa nước, đất đá chứa khí,

đất đá bị nén ép, đá phong hóa, đất đá mềm yếu, phay phá, đứt gNy Khi thi công xây dựng các công trình ngầm thường gặp phải một số điều kiện địa chất phức tạp sau đây:

- Phay phá, đứt gNy;

- Đất đá chứa nước không ổn định;

- Đất đá chứa khí, các túi khí;

- Đất đá mềm yếu, sập đổ…

1.1.1 Phay phá, đứt g+y

Sự hình thành các phay phá, đứt gNy địa chất có thể chứa bùn, sét, nước

và các thành phần phong hóa khi khai đào các công trình ngầm qua khu vực này gây sập đổ, tai nạn trong khi thi công Trong điều kiện phay phá, đứt gNy các nhà nghiên cứu, thiết kế phải đưa ra giải pháp xử lý thi công thích hợp và cần thiết để tiến hành khai đào công trình ngầm

Do sự thay đổi điều kiện địa chất bất thường khi thi công công trình ngầm trong đất đá bNo hòa nước, phía trước gương công trình ngầm có thể bị tụt lở hoặc sập đổ gây ách tắc, nguy hiểm đến kết cấu chống và người lao

động trong khi thi công hình 1.1

Hình 1.1 Công trình ngầm thi công trong đất đá gặp phay phá, đứt gNy

1.1.2 Đất đá chứa nước không ổn định

Thành phần đất đá có tính chứa nước không ổn định có thể là nguyên nhân gây sập đổ khi khai đào công trình ngầm Khi đất đá chứa nhiều nước thì quá trình khai đào lưu lượng nước chảy ra rất lớn (hình 1.2) ảnh hưởng đến

điều kiện thi công Thực tế, nước chảy ra quá nhiều buộc phải tạm dừng thi công lại để xử lý nước sau đó mới tiến hành thi công công trình ngầm Ngoài

ra áp lực của nước ngầm lớn cũng là nguyên nhân gây khó khăn trong khi thi công công trình ngầm

Hình 1.2 Một số điều kiện đặc biệt khi thi công công trình ngầm chứa nước

1.1.3 Đất đá chứa khí, các túi khí

Đất đá có thể chứa các cuội sỏi, các khí độc hại trong lòng khối đất đá xung quanh công trình ngầm Các yếu tố đặc biệt này cần phải có biện pháp

xử lý để thi công công trình ngầm trong khu vực đó hình 1.3

Hình 1.3 Công trình ngầm thi công trong đất đá chứa khí và túi khí

1.1.4 Đất đá mềm yếu, sập đổ

Các công trình ngầm nằm trong đất đá mềm yếu gần mặt đất, mức độ

ổn định thấp Khối đất đá mềm yếu có tính sập đổ liên tục khi khai đào gặp rất nhiều khó khăn phức tạp do đó phải đưa ra giải pháp đặc biệt thích hợp để thi công công trình ngầm hình 1.4

Hình 4 Tróc vỡ đất đá từ trên nóc hầm do đất đá trương nở, nứt nẻ (a) và phá

vỡ quá tiết diện đường hầm (b) và (c) Đường hầm Yacambus - Quibor ở Venezuela khi đào bằng TBM trong đá bị nén ép mạnh trong khai đào

1.2 Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu vực đất đá có phay phá, đứt gãy địa chất tại Quảng Ninh

1.2.1 Đặc điểm phá hủy kiến tạo trong các đới đứt g+y chứa nước

Nhu cầu sản lượng than ngày một tăng, cùng lúc đó các mỏ khai thác lộ thiên ngày càng xuống sâu và chuẩn bị dừng khai thác lộ thiên, lượng bốc đất

đá ngày càng lớn, việc khai thác sẽ gặp nhiều khó khăn, đầu tư thiết bị lớn Vì vậy, việc khai thác hầm lò dần dần sẽ đóng một vai trò quyết định trong nền công nghiệp than nước ta

Hiện nay, công tác khai thác hầm lò tại vùng Quảng Ninh đN và đang xuống mức -300 đồng thời đi liền với nó là việc đào lò xây dựng các đường lò cơ bản mà trong đó chủ yếu là đào các đường lò đá xuyên vỉa, dọc vỉa Theo

kế hoạch dự kiến trong 5 năm tới khu vực Quảng Ninh sẽ đào khoảng 100ữ150 km đường lò Càng xuống sâu các đường lò đào xuyên qua những lớp đá mềm yếu, khá nhiều các đới đứt gNy, nhiều phay phá, các loại đá chứa nhiều nước do vậy công tác đào chống lò sẽ gặp rất nhiều khó khăn

Đặc trưng cấu tạo địa chất của vùng chứa than mang tính trầm tích nhịp

điển hình Ranh giới giữa nhịp trầm tích là các vỉa than trung bình 1ữ15, có nơi tới 20ữ27 vỉa (như ở Mạo Khê, Khe Tam, Khe Chàm) Giữa các vỉa than là một trầm tích dày gồm các loại đá như: cuội, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét than, cát, bùn chứa nước Khoảng cách giữa các vỉa than có nơi chỉ 10ữ15

m nhưng cũng có nơi tới 150ữ200 m Một đặc điểm nổ bật là vùng than Quảng Ninh chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các hiện tượng hoạt động kiến tạo của vỏ trái đất theo các chu kỳ và được lặp lại nhiều lần Đặc điểm đó sẽ làm cho tầng trầm tích than bị uốn nếp, dịch chuyển vò nhàu và phá hủy mNnh liệt

Có nhiều nơi các đứt gNy chỉ cách nhau 10ữ20 m theo dạng song song hoặc cắt chéo nhau và chia cắt địa tầng trầm tích than thành những mảnh, khoảnh, vùng riêng biệt làm phá hủy và đảo lộn các vỉa than Điều đó được thể hiện

qua các tài liệu đồng danh vỉa, cho đến nay vẫn chưa có cơ sở chắc chắn Nhiều nơi các vỉa than nằm kề nhau mà vẫn không đồng danh vỉa được

Phạm vi các đới phá hủy có nơi rộng tới 300 m (đứt gNy A-A Lộ trí,

Đèo Nai, Cọc Sáu) nhưng cũng có đứt gNy chỉ rộng 3ữ7 m Cự ly dịch chuyển của 2 cánh đứt gNy có nơi tới 150 m Trong các đới đứt gNy phá hủy đó đất đá thường bị vò nát, vò nhàu tạo thành một đới vụn rời Tập hỗn hợp đó bao gồm tất cả các loại tảng, cuội, các mảnh vụn dăm sỏi đến cát, bùn sét Thông thường trong các đới phá hủy đó là những đới chứa nước lớn và liên hệ mật thiết với nước mặt, nước ở sông suối Do vậy, khi đào lò qua những đới này, việc chống giữ ổn định rất khó khăn, đường lò luôn luôn bị sập lở mạnh, nước chảy nhiều với lưu lượng lớn, quá trình trồi rữa, xói lở càng mạnh

1.2.2 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g+y ở đường hầm Tây Khe Sim

Đường hầm Tây Khe Sim có chiều dài gần 2 km từ đầu Tây Khe Sim

đến Lép Mỹ và được đào xuyên qua dNy núi với chiều cao khoảng 300 m Đây

là đường hầm đào xuyên vỉa gần vuông góc với phương vị đường phương Cấu tạo đất đá trong đường hầm bao gồm các loại: cuội, sạn, cát, bột, sét, sét than

và các vỉa mỏng Đặc biệt trên chiều dài đường hầm hiện tại đN phát hiện được

5 đứt gNy lớn nhỏ Các đứt gNy này có đới phá hủy rộng từ 24ữ150 m và cắm dốc khoảng 600ữ700 Khi đào hầm ở đầu Tây Khe Sim vào sâu khoảng 30 m

đN gặp đới phá hủy mạnh mẽ của đứt gNy Đới này có chiều rộng khoảng 40ữ50 m và nước chảy ra rất nhiều với lưu lượng đo được 10ữ15 l/s đN tạo nên dạng rửa trôi, xói lở Sự rửa trôi càng mạnh mẽ làm cho đới phá hủy càng phát triển nhiều kẽ hở lớn Đó chính là những nhân tố thúc đẩy các quá trình sập lở

đường hầm càng nhanh chóng, gây nguy hiểm an toàn lao động, làm giảm tiến

độ đào lò một cách đáng kể khoảng 5ữ7 m/tháng

Tại đường hầm này, hiện tượng sập lở đN uốn cong các vì sắt chống lò gây quá trình sập lở rất mạnh Nhiều chỗ không thể đào tiếp được phải ngừng

lại để tìm biện pháp đặc biệt chống giữ khác và giữ cho nóc, hông lò không bị

lở tiếp

Tương lai đường hầm đào sâu khoảng 100ữ400 m sẽ gặp các đứt gNy lớn như: A1-A1 Đó là những đứt gNy có đới phá hủy rộng từ 70ữ300 m và nằm ở chỗ cao nhất áp lực do tải trọng P = γ.H càng lớn thì quá trình biến dạng sập lở càng mạnh mẽ

1.2.3 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g+y FA mỏ Mạo Khê

Đứt gNy FA mỏ than Mạo Khê chạy theo phương Tây-Đông cắm Bắc với góc dốc 780ữ820 Đứt gNy này cắt qua hầu hết các đường lò xuyên vỉa ở khu mỏ ở các mức +30, -25 và -80 Đới phá hủy của đứt gNy rộng khoảng 25

m

Tại vị trí đường lò xuyên vỉa mức -80 đứt gNy F1 phân bố sát vỉa than V7 (cắt V7 ở mức -65) Đất đá phân bố trong đứt gNy chủ yếu là sạn, cát, sét bùn, than Lượng bùn sét chiếm tới 60ữ65 % rất dính có thể nhào nặn được Xen kẹp trong bùn là than và cát sỏi Lượng nước ở đây khá lớn, lưu lượng ước tính khoảng 20ữ30 m3/h và chảy ra liên tục ở nóc và hông lò

Khi đào lò qua khu vực này lò bị sập lở mạnh nhất là lở nóc và lở hông Ngoài ra còn có hiện tượng lún mạnh, các vì chống sắt bị uốn cong hoặc nén lún gần hết ảnh hưởng công tác đào lò qua khu vực này rất khó khăn Lượng bùn cát trôi xuống rất nhiều làm cho nóc lò bị lở từng mảng lớn Do nước chảy

ra mạnh quá trình xói rửa xảy ra liên tục, các hòn, cục đá tự rơi xuống ngay gương lò Theo kết quả phân tích hàm lượng khoáng vật trong bùn bằng phương pháp nhiệt và Rongen được thể hiện qua bảng 1.1 sau đây:

được thể hiện qua bảng 1.2 sau đây:

Qua kết quả khảo sát các đới phá hủy ở trong đứt gNy kiến tạo tại các

đường lò xuyên vỉa nhận thấy rằng: đất đá ở trong các đới phá hủy thường rất

yếu, không ổn định, dễ bị rửa trôi cát chảy Nếu trong đới phá hủy đó lại chứa nước lớn thì quá trình đào lò sẽ gặp rất nhiều khó khăn Đường lò dễ bị sập lở Muốn đào lò qua những khu vực phá hủy đó cần phải có biện pháp đặc biệt gia cường khối đá xung quanh tạo nên mối liên kết mới ở trong đất đá chống lại hiện tượng rữa trôi và chảy dẻo

1.2.4 Đặc trưng đới phá hủy trong đứt g+y F1 lò xuyên vỉa vận tải mức +131 khu Đông Vàng Danh - Công ty TNHH MTV than Đồng Vông

Nằm trong trầm tích chứa than thuộc khoáng sàng than Vàng Danh, bao gồm trầm tích Triats thống thượng bậc Nori-rêti Điệp Hòn Gai (T3n-rhg) và trầm tích đệ tứ Các vỉa than theo thứ tự từ dưới lên trên từ vỉa 4 đến vỉa 8, phía trên đến mức +173 đôi khi cắm đảo Nam, dưới mức +173 chuyển dần về cắm Bắc, độ dốc thay đổi 200-:-850 Xen kẽ các vỉa là các sét kết, bột kết và cát kết

Qua kết quả thăm dò, nghiên cứu địa chất kết hợp tài liệu khai thác đN xác định khoáng sàng Đồng Vông tồn tại nhiều hệ thống đứt gNy với quy mô khác nhau Các đứt gNy có phương phát triển theo kinh tuyến gần song song với các trục nếp uốn, các đứt gNy có phương vĩ tuyến hoặc á vĩ tuyến thường bị các đứt gNy kinh tuyến cắt và dịch chuyển theo mặt trục của đứt gNy Cụ thể,

đứt gNy F1 chạy theo hướng kinh tuyến, trên mặt được xác định khá rõ ở dọc suối Uông Thượng từ đoạn tuyến AA cắt qua đến tận LK 448 ( T.IE ) tại đây

đất đá bị phá vỡ vụn, nhiều chỗ quan sát thấy thế nằm đảo Dưới sâu F1 được các LK: 437, 700, 448, 403 bắt gặp Đứt gNy F1 chạy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam, bị đứt gNy F.N chặn lại ở đầu phía Đông Bắc Mặt trượt đứt gNy cắm

Đông Nam với góc dốc 550ữ600 Cự ly dịch chuyển theo hai cánh từ 10ữ25 m, trung bình 20 m Thành phần đá vách chủ yếu là bột kết, cát kết chiều dày từ 2-:-10 m, trung bình 4-:-6 m

1.2.5 Đặc trưng vùng đất đá mềm yếu, nước chảy nhiều tại lò xuyên vỉa vận tải mức +235 khu II - Xí nghiệp than Hoành Bồ - Công ty TNHH MTV than Uông Bí - TKV

Địa tầng khu mỏ gồm trầm tích chứa than hệ Triat thống trên, bậc Nori phụ diệp thạch Hòn gai và lớp đất phủ đệ tứ Trong giới hạn thăm dò địa tầng khu mỏ bao gồm: các lớp cuội kết, sạn kết, bột kết, sét kết và các vỉa than xen

kẽ nhau Trong địa tầng chứa than tồn tại các vỉa than có chiều dày từ mỏng, trung bình đến dày Các vỉa 7, vỉa 8 là những vỉa duy trì liên tục và có trữ lượng công nghiệp tương đối lớn và có cấu tạo rất phức tạp

Các vỉa 7, vỉa 8 có chiều dày từ 1,5ữ3 m, than bị phân phiến, phân lớp mạnh Nằm xen kẽ giữa các lớp than là lớp sét kết, sét than mềm bở dễ thấm nước, độ dẻo cao Chiều dày các lớp này dịch chuyển từ 1ữ5 cm, góc cấm biến

đổi từ 00ữ850, mức độ liên kết giữa các lớp này không cao dễ bị tách lớp với nhau Các lớp bị phân cắt bởi các mặt cắt không theo các hướng mà chủ yếu là hướng vuông góc với vỉa và hướng xiên chéo mặt lớp, tạo nên các blốc nhỏ dễ tách khỏi khối nguyên khi lộ trần

Vỉa than với góc dốc dao động từ 150ữ250, chiều dày vỉa không ổn định Vỉa tạo thành lớp có chiều dày khác nhau đôi chỗ phình to nhưng tại các vị trí khác lại thắt vào thành mạch nhỏ dạng “đuôi chuột” Sự hình thành kiến tạo không đồng đều nên ứng suất kéo tại vách và trụ tác động đến độ bền nguyên trạng của vỉa làm cho vỉa dễ bị biến dạng khi nham thạch đẩy trượt tạo nên sự biến đổi góc dốc các lớp Vách trụ là bột kết, phân phiến với các lớp rất mỏng,

dễ tách lớp khi tác động ngoại lực Ngay tại nóc lò vách lộ ra nguyên trạng sự phân lớp và uốn nếp do chuyển vị đá vách Chiều dày trụ trực tiếp và vách trực tiếp lớn 6ữ10 m

Đường lò xuyên vỉa vận tải mức +235 khu II đN đào có chiều dài gần 1,5 km tính từ cửa lò đi vào Đoạn lò mất ổn định, nước dột nhiều tại mét thứ

60 và được đào xuyên các lớp đất đá sạn kết, cát kết, bột kết phân lớp từ

20ữ40cm với chiều cao khoảng 20 m (tính từ nóc lò đến mặt địa hình) Vùng mất ổn định dạng hình phễu này có đới phá hủy rộng từ 5ữ10 m và cắm dốc khoảng 650ữ750 Do ảnh hưởng của nước mặt, ngấm vào các khe nứt làm cho thành phần đất đá tại đoạn lò bị phong hóa và mất ổn định, lượng nước dột xuống với lưu lượng khoảng 2ữ3 l/s Nước chảy đN tạo nên dạng rửa trôi, xói

lở qua khe nứt dẫn đến đoạn lò bị tụt ở phía nóc lò và phải gia cường xén lò thường xuyên gây ảnh hưởng đến công tác vận tải chung cho toàn mỏ và không đảm bảo an toàn cho người lao động

1.3 Một số giải pháp xử lý, gia cố khối đá bao quanh các đường lò bằng trên thế giới

Trên thế giới không phải vùng than nào cũng có điều kiện địa chất mỏ thuận lợi cho công tác mở vỉa và khai thác than Nhiều vỉa than nằm ở độ sâu không lớn, đôi khi nằm trên các núi cao, công tác mở vỉa chủ yếu sử dụng các dường lò bằng nối từ mặt đất vào các vỉa Đôi khi và hầu hết các vỉa than nằm

ở độ sâu lớn cách mặt đất Bề mặt là bình nguyên không bị ngập nước nhưng

địa tầng không chỉ là những lớp đá có độ bền cao, đất đá không bị phá huỷ thì việc mở vỉa bằng hệ thống các cặp giếng, các đường lò bằng ít phải sử dụng các biện pháp đặc biệt đẻ xử lý đá phục vụ công tác đào sâu Nhiều vùng mỏ, các vỉa than nằm sâu trong lòng đất mà cột địa tầng phía trên vỉa là những lớp nham thạch tơi rời, mềm yếu, chứa nước Việc khai thông mở vỉa gặp rất nhiềy khó khăn do thi công không thuận lợi, mất an toàn Đất đá bị phá huỷ ngay khi khai đào, thành lò bị sập đổ ngay khi bốc xúc đất đá, nước chảy tràn vào gương đào cản trở việc bốc xúc… Đánh giá chất lượng khối đá mà các

đường lò đi qua nhất là tính chất thuỷ văn, địa chất công trình của đất đá rất quan trọng Thông thường để đưa ra giải pháp xử lý thì công tác khoan thăm

dò ban đầu và nếu cần phải kiểm tra chất lượng lớp đá ngập nước thì có thể phải tiến hành khoan bổ sung để chọn được biện pháp thi công một cách chính

xác, đúng tính chất cơ lý của đá và lưu lượng cũng như áp lực nước ngầm chảy vào các đường lò khi thi công

Việc xử lý gia cố gia cường khối đá phay phá, đứt gNy, bùn nhNo, tơi vụn, nước chảy vào gương đào cần phải có các giải pháp đặc biệt sau đây:

- Biện pháp khoan phun gia cố trước khi đào;

- Phương pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước;

- Phương pháp đóng băng nhân tạo;

- Phương pháp tạo ô vòm tiến trước;

- Phương pháp gia cố gương đào bằng bơm ép vữa

Tuy nhiên các giải pháp trên sẽ dẫn đến chi phí kinh tế cao trong việc

sử dụng trang thiết bị, vạt tư, vật liệu, công sức và thời gian Giá thành xây dựng đường lò qua vùng đất đá trong điều kiện đặc biệt thường cao có khi gấp hàng vài chục lần so với đào lò trong vùng đất đá ổn định Mặt khác, tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể mà ta lựa chọn giải pháp hữu hiệu để thi công công trình trong điều kiện phức tạp là hết sức quan trọng Nó có ý nghĩa không chỉ

về mặt kinh tế-kỹ thuật mà còn đóng góp cho việc đưa ra các phương pháp đào chống với mục tiêu an toàn và hiệu quả

1.3.1 Biện pháp khoan phun gia cố trước khi đào

Bản chất biện pháp này là khi vữa phun dưới tác dụng của áp lực phun thì sẽ xâm nhập chui qua các kẽ nứt đất đá, nhờ lực dính kết của bản thân vữa

sẽ liên kết các khối nứt lại với nhau Mặt khác, biện pháp còn có khả năng ngăn cách nước nhờ các chất phụ gia hoặc các chất liên kết bịt kín các kẽ nứy hạn chế không cho nước chảy vào gương đào Một số hình ảnh mô tả khoan phun gia cố trước khi đào được thể hiện hình 1.5 sau đây:

Hình 1.5 Hình ảnh khoan lỗ bơm vữa trước và vòi bơm có nút chặn 1.3.2 Phương pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước

Khi thi công các công trình ngầm trong điều kiện ngập nước thì để thi công người ta dùng biện pháp thoát nước, hạ mực nước ngầm trước khi thi công Những công trình gần mặt đất thi công bằng phương pháp đào hở có thể thoát nước trực tiếp bằng các lỗ khoan từ mặt đất hình 1.6 Với những công trình nằm sâu trong lòng đất người ta tiến hành khoan lỗ khoan thoát nước có chiều dài khoảng từ 20 m đến trăm mét, đường kính lỗ khoan ≥ 100 mm tùy thuộc vào điều kiện gương lò cụ thể sau đó nước được bơm lên mặt đất

1.3.3 Phương pháp đóng băng nhân tạo (phương pháp nhiệt học)

Phương pháp này được sử dụng từ đầu thế kỷ 19 xây dựng đường lò

đào qua đất đá chứa nước và cát Bản chất của phương pháp là biến đất đá, cát

từ trạng thái mềm yếu, chứa nước thành trạng thái rắn cứng liên kết chắc có độ bền cao Vùng đất đá được đóng băng có thể coi như rắn cứng và do đó có thể tiến hành việc khai đào bình thường được thể hiện qua hình 1.7, hình 1.8 sau:

Hình 1.7 (a) Mô tả việc làm ổn định phía trước gương đào của TBM; (b) cho

thấy buồng làm việc hoàn thành với TBM trong đất

Hình 1.8 Các ống đóng băng nhân tạo bên trên đường hầm MBTA - Boston,

MA - 2002 (hình a) và mặt cắt ngang các ống đóng băng tại đường hầm mêtro

Stuttgart, Đức - 1974 (hình b)

1.3.4 Phương pháp tạo ô vòm tiến trước

Phương pháp cũng được áp dụng khi thi công các công trình ngầm trong

điều kiện đất đá có tính chất đặc biệt mềm yếu Việc sử dụng các kết cấu tạo ô vòm có ý nghĩa với công tác chống giữ đất đá phía trước gương đào ở phía nóc

đảm bảo cho công việc hoạt động khai đào bên dưới ô vòm tạo ra một cách an toàn hình 1.9 sau đây:

Hình 1.9 Biện pháp dùng kết cấu chống trước tạo ô vòm chống giữ nóc gương

thi công có hiệu qủa (a), chia nhỏ và phun mặt lộ gương đào (b)

1.3.5 Phương pháp gia cố gương đào bằng vữa xi măng

Gia cố đất đá bằng vữa xi măng đN được ứng dụng lần đầu tiên trong đất

đá nứt nẻ đN được tiến hành khi đào hầm lò bắt đầu từ năm 1864, bằng cách rót vữa xi măng đơn giản vào các vết nứt để chèn đất đá bị phá hủy và chống nước ngầm chảy vào Từ năm 1878 người ta đN sử dụng phương pháp bơm vữa

xi măng với áp lực Vào những năm 1907 việc phun xi măng được sử dụng lần

đầu tiên như một biện pháp chống thấm ở trong nền đập lớn Nhiu-Crôtôn (Hoa Kỳ) ở Liên Xô cũ phương pháp phun xi măng được ứng dụng khi xây dựng nhà máy thủy điện Vôn-khốp vào năm 1922, mọi công việc được thực hiện dưới sự lNnh đạo của Viện sỹ Ven-đen-nhi-ev B.E Chính ông đN đưa ra những nguyên tắc ban đầu của quá trình phun xi măng Phương pháp phun vữa

xi măng được phát triển khi xây dựng đập bê tông của nhà máy thủy điện nhép-prôv-ski vào những năm 1931-1932 ở đó, người ta đN xây dựng màng chống thấm với độ sâu 30 m Công tác phun xi măng được sử dụng rộng rải trong việc xây dựng các công trình kỹ thuật thủy công trên thế giới Trong thời

Đơ-kỳ chiến tranh thế giới thứ hai 1941-1945, đập bờ sông của nhà máy thủy điện

Đơ-nhép-rôv-ski đN bị pháp huỷ nặng nề Khi khôi phục người ta đN quyết

định áp dụng phun xi măng vết nứt ở trong khối bê tông, chiều rộng của các vết nứt từ 100ữ0,2 mm và nhỏ hơn thế Như thế đN phun chèn hơn 200000 m3

bê tông (để so sánh: khối lượng bê tông của đập tràn nhà máy thủy điện Yaly là: 550000 m3) ở Liên Xô cũ, chỉ trước năm 1960 trên 20 nhà máy thủy điện

đN thực hiện phun xi măng hơn 600000m3 Theo mức độ phát triển của phương pháp phun xi măng, chế tạo thiết bị đặc biệt chuyên dụng (máy bơm nước, máy trộn, máy khuấy, máy bơm ép vữa xi măng, các đường ống phun áp lực cao và một số chi tiết phụ trợ); nó bắt đầu được sử dụng không những trong công trình kỹ thuật thủy công mà còn được ứng dụng trong công trình ngầm

đặc biệt là các công trình tàu điện ngầm để gia cố các tubbin kim loại; khi xây dựng hầm lò, giếng cũng như các công trình biển; các mố cầu, các công trình công nghiệp và dân dụng; các công trình thủy lợi Sau đây là một số hình ảnh mô tả phay phá đứt gNy và bơm ép vữa nhiều lớp hình 1.10; hình 1.11; hình 1.12

Hình 1.10 Hình ảnh phay phá (a) tường trái; (b) tường phải

Hình 1.11 Minh hoạ việc ngừng hoạt động của các máy TBM

khi đào qua các vùng phay phá

Các mảnh đá

Không lắp đặt

được các tấm vỏ

Người điều khiển máy TBM cố

gắng vượt qua đoạn phay phá rỗng:

- Đầu cắt đang quay bị kẹt;

- Động cơ bị ngừng hoạt động;

- Một khối đá gneiss rơi vào khoảng

trống phía sau đĩa cắt và đầu cắt bị

kẹt

Sập đổ đường hầm:

- TBM bị kéo ngược lại

- TBM bắt đầu và một sập đổ thứ nhất

- Bơm ép vữa gia cường nhanh chóng

- Bắt đầu lại việc khai đào một sập

đổ tiếp theo xẩy ra với sự ập vào nhiều của nước

- TBM bị ngừng hoạt động lâu dài

Hình 1.12 Hình ảnh bơm ép vữa nhiều lớp (Barton, 2006 trích theo Elkem)

1.4 Một số giải pháp xử lý, gia cố khối đá bao quanh các đường lò bằng tại Quảng Ninh

ở vùng Quảng Ninh, công tác đào chống lò thường gặp các phay phá,

đứt gNy, địa chất yếu có chứa nước Điều này có thể dễ thấy vì các đới phay phá, đứt gNy thường xuyên qua các lớp đất đá chứa nước của cột địa tầng Nguyên nhân chính là nước mặt, nước ở các tầng chứa nước chảy qua các kẽ nứt, mặt trượt đới đứt gNy đN làm cho các thành phần thạch học (thành phần

đất đá, bùn, cát…) ở vùng phay phá chứa nước hay ngậm trong nước Trường hợp chứa ít nước hoặc không có nước rất hNn hữu thì nguyên nhân chính là sự phong hóa đất đá lâu ngày và do sự ảnh hưởng của mặt trượt đới đứt gNy làm cho công trình ngầm mất ổn định

Để gia cường phay phá, đứt gNy, địa chất yếu người ta nhất thiết phải

đưa ra nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến công trình ngầm Từ đó chọn ra giải pháp tối ưu ngăn ngừa nguồn nước hay hạn chế nguồn nước chảy vào và các vùng mất ổn định trong khu vực cần gia cường Mặt khác, yếu tố kinh tế cũng

đóng một vai trò quan trọng vì nếu chi phí lớn quá người ta có thể không đưa

ra giải pháp xử lý phay phá mà tìm giải pháp đào các đường lò khác có chi phí

rẻ hơn, an toàn hơn Sau đây trình bày một số giải pháp gia cường đất đá trong phay phá, đứt gNy, địa chất yếu tại các mỏ than vùng Quảng Ninh:

1.4.1 Phương pháp xử lý đứt g+y FA mỏ Mạo Khê

Đứt gNy FA mỏ than Mạo Khê chạy theo phương Tây-Đông cắm Bắc với góc dốc 780ữ820 Đứt gNy này cắt qua hầu hết các đường lò xuyên vỉa ở khu mỏ ở các mức +30, -25 và -80 Đới phá hủy của đứt gNy rộng khoảng 25

m Đất đá phân bố trong đứt gNy chủ yếu là sạn, cát, sét bùn, than Lượng bùn sét chiếm tới 60ữ65 % rất dính có thể nhào nặn được Lượng nước ở đây khá lớn, lưu lượng ước tính khoảng 20ữ30 m3/h và chảy ra liên tục ở nóc và hông

lò Khu vực này lò bị sập lở mạnh nhất là lở nóc và lở hông Ngoài ra còn có hiện tượng lún mạnh, các vì chống sắt bị uốn cong hoặc nén lún gần hết ảnh hưởng công tác đào lò qua khu vực này rất khó khăn

Giải pháp xử lý: phay FA mức -80 mỏ than Mạo Khê là phay cát chảy nên không áp dụng được biện pháp gia cố thông thường như chèn nhói, gia cường dầm ray mà phải sử dụng phương pháp bơm ép vữa xi măng gia cường vùng đất đá bao quanh rồi mới tiến hành đào chống bình thường (đào bằng khoan nổ mìn, chống lò bằng vì chống sắt CBII) Công tác bơm ép vữa được tiến hành khoan các lỗ khoan gia cường có đường kính khoảng Φ105 mm tính

từ mặt địa hình xuống phía nóc lò mức -80, sau đó tiến hành bơm ép vữa xi măng từ trên xuống Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay được thể hiện hình 1.13

Hình 1.13 Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay

1.4.2 Phương pháp xử lý đoạn lò xuyên vỉa mức -35 qua phay FC khu Lộ Trí Công ty than Thống Nhất - TKV

Theo tài liệu khoan thăm dò thuộc dự án khai thác hầm lò xuống sâu khu Lộ Trí Công ty than Thống Nhất thì đường lò xuyên vỉa mức -35 đào từ phía giếng chính khi đi được 58 m gặp phay FC Đặc điểm của phay FC như sau: biên độ phay tương đối lớn khoảng 15,6 m; thành phần nham thạch xung quanh vùng phay phá chủ yếu là đất đá cuội kết, cát kết nằm xen kẽ nhau và

vò nhàu; đặc biệt xuất hiện nước chảy ra rất lớn với lưu lượng khoảng 100ữ110 m3/h, phương vị của phay FC theo hướng dốc là 2300

Giải pháp xử lý: tại gương lò xuyên vỉa mức -35 tiến hành khoan tháo nước có áp bằng 03 lỗ khoan cách gương 13,5 m về phía nóc lò Mỗi lỗ khoan dài 30 m có đường kính 76 mm được lồng ống chống đường kính 70 mm, hướng khoan tạo với trục lò xuyên vỉa mức -35 là 280 Sau khi khoan tháo khô xong tiến hành đào bằng phương pháp khoan nổ mìn và chống bằng vì sắt CBII-27 bước chống 0,5m/vì Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo nước tại lò xuyên vỉa mức -35 khu Lộ Trí được thể hiện hình 1.14

Hình 1.14 Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo nước tại lò xuyên vỉa -35

1.4.3 Giải pháp chèn nhói sắt kết hợp chống vì sắt CBII-27 bước chống 0,35m/vì xử lý vùng đất đá mềm yếu, nước chảy nhiều tại lò xuyên vỉa vận tải mức +235 khu II - Xí nghiệp than Hoành Bồ

Hiện tại đường lò xuyên vỉa vận tải +235 khu II tại Xí nghiệp than Hoành Bồ đN được khai thông xong nhưng đoạn lò từ ΠK55 -:- ΠK70 bị bóp bẹp tiết diện từ 8,3 m2 xuống 4,25m2, chống đội 2 lớp vì chống với khoảng cách bước chống là 0,5m/vì Nguyên nhân mất ổn định là do điều kiện địa chất tại khu vực rất phức tạp, nước ngầm chảy vào mỏ ở khu vực này rất nhiều

kể cả về mùa mưa và mùa khô, làm cho đất đá xung quanh đường lò ở trạng thái bNo hòa nước gây ra hiện tượng đất đá bị bở dời, mềm yếu Mặt khác,

đường lò xuyên vỉa vận tải +235 gần mặt địa hình khoảng từ 10-:-25 m nên mùa mưa nước mặt ngấm qua và chảy xuống rất nhiều đặc biệt tại vị trí ΠK55 -:- ΠK70 nên áp lực tác dụng lên khung chống rất lớn làm bóp bẹp, thu hẹp kich thước đường lò, không đảm bảo khả năng thông qua về vận tải, thông gió, gây nguy hiểm cho người và thiết bị qua lại, không những thế nó còn có nguy cơ tụt toàn bộ đất đá nóc vào trong lò gây ách tắc sản xuất

Giải pháp xử lý: đóng chèn nhói sắt đường kính Φ20, sử dụng kết cấu chống sắt CBII-27 mới thay cho vì chống CBII-17 cũ, khoảng cách bước chống 0,35m/vì kết hợp gông giằng vì chống đường kính Φ24 Hiện trạng và giải pháp xử lý đoạn lò xuyên vỉa +235 mất ổn định được thể hiện hình 1.15, 1.16 sau đây:

Hình 1.15 Hiện trạng đoạn lò xuyên vỉa +235

500 500

700 F

đựng những yếu tố gây mất ổn định đường lò càng lớn do ảnh hưởng điều kiện

áp lực mỏ, điều kiện thủy văn, địa chất công trình, phay phá, đứt gNy, địa chất yếu, nước ngầm, nước mặt

hiện trạng tiết diện bị biến dạng qua vùng mất ổn định

Tiết diện đào thiết kế

Hiện nay, trên thế giới các nhà khoa học đN nghiên cứu và đN áp dụng vào thực tế các giải pháp đặc biệt khắc phục các yếu tố trên Mặt khác, một số

mỏ than vùng Quảng Ninh đN được nghiên cứu, ứng dụng các phương pháp

đặc biệt khi đào chống các đường lò gặp điều kiện địa chất đặc biệt trên

Tuy nhiên do điều kiện kỹ thuật và kinh tế nên trong những năm qua các giải pháp gia cố, gia cường khối đất đá xung quanh công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt còn chưa được quan tâm.Vì vậy, việc nghiên cứu và đưa các giải pháp kỹ thuật, công nghệ thi công trong điều kiện phay phá, đứt gNy,

địa chất yếu vào hoàn cảnh nước ta là có cơ sở và rất cần thiết

Chương 2 Những yếu tố ảnh hưởng đến giải pháp thi công các

đường lò bằng qua phay phá, đứt g*y tại Quảng ninh 2.1 Các điều kiện địa chất khu vực đất đá vùng Quảng Ninh

2.1.1 Địa tầng

Địa tầng trầm tích chứa than vùng Quảng Ninh có tuổi T3n-r, thuộc phụ

hệ tầng Hòn Gai giữa T3n-rhg2 Chiều dày của địa tầng khoảng từ 500ữ1500 m

Đặc điểm địa tầng trầm tích chứa than gồm nhiều biến thể bởi các kiểu kiến trúc đặc biệt như dạng ẩn tinh, lấp đầy, cơ sở, biến tinh Thành phần hạt được cấu tạo từ loại hạt thô đến hạt vụn mịn và chia thành 7 nhóm gồm: cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét kết than và than Xi măng gắn kết chủ yếu

là thành phần Silic, cacbonat và sét nên khả năng bền vững trong cùng một loại đá cũng có những đặc điểm khác nhau Với đặc điểm như vậy, nên tính chất cơ lý của đá cũng biến đổi mạnh ngay trong cùng một lớp, phân lớp trầm tích

- Cuội kết, sạn kết: thường phân bố xen kẹp nhau với chiều dày phân lớp từ 30ữ150 cm và tạo nên những tập trầm tích dày tới 50ữ80 m Loại này thường chiếm tỷ lệ từ 8ữ20 % địa tầng Hạt cuội và hạt sạn chủ yếu là loại thạch anh với kích thước từ 5ữ10 mm, ít tròn cạnh, méo mó Hàm lượng hạt vụn chiếm từ 65ữ85 %, còn lại là ximăng gắn kết (ximăng Silic, Cacbônat) chiếm từ 15ữ35 % Cuội sạn thuộc loại đá có độ bền cao, cứng chắc

- Cát kết: chiếm khoảng 25ữ50 % địa tầng và cấu tạo phân phiến từ 18ữ45 cm Cát kết gồm có 3 loại từ hạt thô, hạt trung đến hạt mịn với hàm lượng và cỡ hạt không đều trong từng loại Thành phần chủ yếu là thạch anh dạng góc cạnh, méo mó Lượng hạt vụn chiếm từ 55ữ80 %, còn ximăng gắn kết (loại ximăng Silic, Cacbônat) chiếm từ 20ữ45 % Cát kết thuộc loại đá có