Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành xây dựng công trình ngầm. Thiết kế kỹ thuật, tổ chức thi công đoạn lò xuyên vỉa mức 150 qua đất đá nứt nẻ chứa nước, mỏ than Mạo Khê.

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành xây dựng công trình ngầm của trường đại học mỏ địa chất. Tài liệu đã được các thầy cô tại trường đánh giá cao về tính thực tế trong công tác xây dựng các đường lò trong điều kiện xấu.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MỎ THAN MẠO KHÊ 11

1.1 Giới thiệu về mỏ than Mạo Khê 11

1.1.1 Vị trí địa lý và địa hình mỏ than Mạo Khê 11

1.1.2 Điều kiện khí hậu 12

1.1.3 Điều kiện giao thông 12

1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế và chính trị 12

1.2.1 Dân cư 12

1.2.2 Kinh tế 13

1.2.3 Chính trị 13

1.3 Cấu tạo địa chất 13

1.3.1 Địa tầng 13

1.3.2 Kiến tạo 14

1.3.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 14

1.3.4 Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT) 16

1.4 Trữ lượng than 18

1.5 Đặc điểm khí mỏ 18

1.5.1 Thành phần, độ chứa khí, đặc điểm phân bố khí mỏ 18

1.6 Giới thiệu chung về công trình thiêt kế 20

1.6.1 Mục đích sử dụng 20

1.6.2 Điều kiện địa chất thủy văn khu vực thiết kế 20

1.6.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực thiết kế 21

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 22

2.1 Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang của đường lò dọc vỉa 22

2.1.1 Lựa chọn hình dạng,tiết diện, mặt cắt ngang cho đường lò 22

2.1.2 Tính toán khả năng thông qua của thiết bị vận tải 22

2.1.3 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang của đường lò 23

2.1.4 Xác định kích thước, tiết diện sử dụng của đường lò 24

2.1.5 Mặt cắt ngang gương thi công đường lò 26

2.2 Thiết kế chống giữ đường lò 30

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định của đất đá khu vực thiết kế đường lò 30

2.2.2 Đánh giá mức độ ổn định không chống của công trình ngầm 31

2.2.3 Lựa chọn sơ bộ vật liệu, kết cấu chống giữ 32

2.2.4 Tính toán kết cấu chống neo (neo bê tông cốt thép) 34

2.2.4 Tính toán chiều dày bê tông phun kết hợp với neo 38

2.3 Hộ chiếu chống tạm 40

2.4 Hộ chiếu chống cố định 42

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THI CÔNG, THIẾT BỊ THI CÔNG 43

3.1 Lựa chọn phương pháp gia cố đất đá 43

3.1.1 Thiết kế sơ bộ về ép vữa xi măng 44

3.1.2 Thiết kế tấm đệm 46

3.1.3 Xi măng và vữa xi măng 50

3.1.4 Công tác khoan các lỗ khoan để tiến hành lắp đặt ống phun ép vữa bê tông và cắm ống thép dẫn vữa bê tông phun 55

3.1.5 Công tác bơm ép vữa gia cố đất đá 55

3.1.6 Kiểm tra kết quả bơm ép vữa 57

3.2 Sơ đồ thi công 58

3.2.1 Sơ đồ thi công nối tiếp 59

3.2.2 Sơ đồ thi công song song 60

3.2.3 Sơ đồ thi công phối hợp 60

3.3 Phương pháp phá vỡ đất đá 60

3.4 Lựa chọn thiết bị phục vụ thi công 61

3.4.1 Thiết bị khoan 61

3.5 Tính toán các thông số khoan nổ mìn 62

3.5.1 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện nổ 62

3.5.2 Tính toán thông số khoan nổ mìn 65

3.6 Hộ chiếu khoan nổ mìn 73

3.7 Tổ chức công tác khoan nổ mìn 75

3.7.1 Công tác khoan lỗ mìn 75

3.7.2 Công tác nạp thuốc 75

3.7.3 Đấu ghép mạng nổ 76

3.7.4 Biện pháp an toàn khi nổ mìn 76

3.8 Thông gió và đưa gương vào trạng thái an toàn 77

3.8.1 Lựa chọn sơ đồ thông gió 77

3.8.2 Tính toán các thông số 77

3.8.3 Đưa gương về trạng thái an toàn 82

3.9 Vận chuyển và xúc bốc đất đá 82

3.9.2 Tính toán năng suất vận tải 84

3.9.3 Năng suất xúc bốc - vận tải 86

3.10 Tổ chức công tác xúc bốc vận tải: 87

3.11 Công tác chống giữ công trình 89

3.11.1 Công tác chống tạm 89

3.11.2 Công tác chống cố định 91

3.12 Công tác phụ 93

312.1 Công tác thoát nước 93

3.12.2 Công tác lắp đặt đường ống và đường cáp 94

3.12.3 Công tác chiếu sáng 95

3.12.4 Đặt đường xe tạm và cố định 95

3.12.5 Công tác trắc địa 96

3.13 Lập biểu đồ tổ chức chu kỳ xây dựng đường lò 96

3.13.1 Tổ chức chu kỳ đào chống tạm 96

3.13.2 Tổ chức chu kỳ đào chống cố định 102

CHƯƠNG 4: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 107

4.1 Tiến độ đào lò 107

4.2 Thời gian xây dựng công trình 107

4.3 Giá thành xây dựng 1m đường hầm 107

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC BẢNG

16

17

Bảng 2.1 Thành phần cấp phối của bê tông M300 39

Bảng 3.1 Cấp phối dung dịch vữa xi măng 51

Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật của máy bơm UB-8K 53

Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của máy trộn vữa JW 190 53

Bảng 3.4 đặc tính kĩ thuật của máy PLD 1600A 54

Bảng 3.5 Các thông số của búa khoan khí nén cầm tay MZ - 7665 62

Bảng 3.6 Đặc tính kĩ thuật thuốc nổ P113 63

Bảng 3.7 Thời gian vi sai tiêu chuẩn của kíp nổ vi sai phi điện KVP8 63

Bảng 3.8 Đặc tính kỹ thuật của kíp KVP8 64

Bảng 3.9 Thông số kĩ thuật dây nổ 64

Bảng 3.10 Đặc tính kĩ thuật máy nổ mìn KVP-1/100M 64

Bảng 3.11 Bảng đặc tính các lỗ mìn 67

Bảng 3.12 Bảng chỉ tiêu khoan lỗ mìn thi công 74

Bảng 3.13 Bảng chỉ tiêu khoan lỗ mìn thi công……… 75

Bảng 3.14 Đặc tính kĩ thuật quạt gió FBD-Y-N o 6.3 82

Bảng 3.15 Đặc tính kỹ thuật của máy xúc 1PPN-5 83

Bảng 3.16 Đặc tính kỹ thuật của đầu tàu điện ắc quy 12APR – 1 84

Bảng 3.17 Đặc tính kỹ thuật của goòng UVG – 3,3 85

Bảng 3.18 Đặc tính của ray R - 24 85

Bảng 3.19 Bố trí công nhân theo từng công việc 100

Bảng 3.20 Biểu đồ tổ chức chu kỳ đào chống tạm 101

Bảng 3.21 Bố trí nhân công theo từng công việc……… 105

Bảng 3.22 Biểu đồ tổ chức chống cố định 106

Bảng 4.1 Chi phí trực tiếp đào chống 1m lò……… ……… 108

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp đào chống 1m dài lò 109

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hình dạng đường lò theo áp lực đất đá tác dụng lên đường lò 24

Hình2.2 Sơ đồ tính toán tiết diện công trình 24

2 Hình 2.4 Xác định đất đá tác dụng lên công trình theo Tximbarevich 26

Hình 2.5 Xác định áp lực sườn tác dụng lên công trình theo Tximbarevich……… 27

Hình 2.6 Xác định áp lực nền tác dụng nên công trình theo Tximbarevich 28

Hình 2.7 Áp lực đất đá tác dụng lên công trình theo Tximbarevich 29

Hình 2.8.Mối liên hệ giữa giá trị RMR và thời gian ổn định không chống 31

Hình 2.9 Sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống hợp lý cho công trình ngầm theo Cumming & Kendorski, 1982 32

Hình 2.10 Cấu tạo neo 40

Hình 2.11 Mặt bằng thi công chống tạm 40

Hình 2.12 Mặt cắt dọc thi công chống tạm 40

Hình 2.13 Mặt cắt ngang thi công chống tạm 41

Hình 2.14 Mặt cắt ngang chống cố định 42

Hình 2.15 Mặt cắt dọc chống cố định 42

Hình 3.1 Tấm đệm gương công trình có nhiều nước 46

Hình 3.2 Các dạng tấm đệm 47

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán tấm đệm 47

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí lỗ khoan ép vữa 50

Hình 3.5 Sơ đồ bơm ép vữa theo chu trình nén ép 57

Hình3.6 Sơ đồ bố trí lỗ mìn đột phá……… 69

Hình 3.7 Sơ đồ bố trí lỗ mìn……….73

Hình 3.8 Sơ đồ đấu nối tiếp 76

Hình 3.9 Sơ đồ thông gió 77

Hình 3.10 Sơ đồ trao đổi goòng 88

Hình 3.11 Công tác khoan cắm neo 90

Hình 3.12 Công tác phun bê tông 91

Hình 3.13 Các giai đoạn đổ bê tông cố định 92

Hình 3.14 Cấu tạo rãnh nước 94

Hình 3.15 Mặt cắt ngang bố trí ống gió 94

Hình 3.16 Ray di động 95

Hình 3.17 Sơ đồ kết cấu ray di động 96

Hình 3.18 Sơ đồ kết cấu ray cố định……… 96

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với nhiều quốc gia trên thế giới khoáng sản là nguồn đem lại nguồn lợi

vô cùng to lớn và đóng vai trò chính trong nền kinh tế quốc dân.Với nhiều điều kiện thiênnhiên ưu đãi, Việt Nam là quốc gia có nguồn khoáng sản dồi dào và phong phú.Nguồn lợicủa khoáng sản đem lại là vô cùng to lớn.Chính vì thế mà việc khai thác khoáng sản luôn được Đảng và Nhà nước hết sức quan tâm

Ở Việt Nam, trải qua nhiều thập kỷ khai thác, trữ lượng khoáng sản bề mặt đang giảm dần, đòi hỏi chúng ta phải mở rộng phương thức khai thác xuống sâu trong lòng đất.Như vậy, việc xây dựng các công trình phục vụ cho việc mở vỉa, tiếp cận vỉa ở sâu trong lòng đất là vấn đề hết sức quan trọng

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên, kết hợp với những kiến thức đãđược trang bị sau một thời gian học tập tại trường Đại học Mỏ - Địa chất, chuyên ngànhXây dựng công trình ngầm, em đã được Bộ môn Xây dựng CTN & Mỏ và thầy giáo

Đăng Văn Quân giao thực hiện đề tài: “ Thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công đường lò

vận tải mức -150 qua đất đá nứt nẻ chứa nước có f = 4 ÷ 6, mỏ than Mạo Khê” gồm 4

chương :

- CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MỎ THAN MẠO KHÊ

- CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

- CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG

- CHƯƠNG 4: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT

Tuy nhiên, với lượng kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm làm việc thực tế chưa có nhiều nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo, cùng toàn thể bạn bè đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiệnhơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 06 Năm 2019

Sinh viên

Vũ Văn Nam

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MỎ THAN MẠO KHÊ

1.1 Giới thiệu về mỏ than Mạo Khê

1.1.1 Vị trí địa lý và địa hình mỏ than Mạo Khê

Mỏ Mạo Khê thuộc huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh nằm cách thị trấn MạoKhê 2km về phía Bắc Ranh giới quản lý mỏ than Mạo Khê được xác định trên cơ sở:

- Quyết định số 1873/QĐ-HĐQT ngày 08 tháng 8 măm 2008 của Hội đồng quảntrị Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng sản Việt Nam về việc giao thầu quản lý, bảo vệranh giới mỏ, tài nguyên trữ lượng than và tổ chức khai thác than cho Công ty TNHHMTV than Mạo Khê-TKV

- Ranh giới mỏ được giới hạn bởi các mốc ranh giới theo hệ tọa độ Nhà nước

1972, kinh tuyến trục 1080, múi chiếu 30

- Ranh giới mỏ được giới hạn bởi các mốc ranh giới theo Hệ tọa độ Quốc gia

VN-2000, kinh tuyến trục 107045’, múi chiếu 30 Chi tiết xem trên bảng 1.02

Phạm vi khu mỏ từ tuyến I đến tuyến XV:

- Phía Đông giáp xã Phạm Hồng Thái;

- Phía Tây giáp xã Kim Sơn;

- Phía Nam giáp quốc lộ 18A chạy qua thị trấn Mạo Khê;

- Phía Bắc giáp xã Tràng Lương – huyện Đông Triều;

- Cách Hà Nội 105 km về phía Tây;

- Cách Hòn Gai 58 km về phía Đông;

- Cách Hải Phòng 30 km về phía Nam

Toàn bộ mỏ Mạo Khê là vùng đồi núi thấp bị bào mòn Các dãy núi có phương kéodài từ Đông sang Tây Độ cao của địa hình trong khu mỏ từ +15m đến +503m, điểm caonhất ở đỉnh núi Cao Bằng (ở T.IX) Do địa hình dốc, nên khi có mưa rào, nước mưa tậptrung rất nhanh, dễ tạo thành lũ Theo quan trắc, lưu lượng nước lũ cao nhất của suốiTràng Bạch có thể đạt đến 30m3/s , suối Đoàn Kết lưu lượng có thể đạt đến 15m3/s Sông

Đá Bạch chảy qua phía Nam và cách khu Mạo Khê 4km, hướng dòng chảy từ Tây sangĐông, đến Quảng Yên rồi đổ ra biển

- Trong khu mỏ có các hồ tự nhiên hoặc hồ hồ tạo hình thành từ các moong khaithác lộ thiên Các hồ nước tập trung chủ yếu ở cánh Nam khu mỏ, bao gồm các hồ:Văn Lôi, Cơ khí mỏ, nhà sàng Pháp, nhà sàng, moong vỉa 10, Củ Chi, Đoàn kết,

Vạn Tường Về mùa khô lượng tích nước giảm dần Tổng dung tích nước các hồvào mùa mưa có thể đạt trên 5 triệu m3.

- Quốc lộ số 18 chạy dọc phía Nam và cách trung tâm mỏ 2km Từ khai trường mỏđến cảng Bến Cân (sông Đá Bạch) có đường ôtô để vận chuyển than

1.1.2 Điều kiện khí hậu

Khu mỏ nằm trong vùng ven biển nhiệt đới gió mùa Một năm chia hai mùa

- Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10, lượng mưa chiếm 80% lượng mưa cả năm,mùa có lượng mưa ngày lớn nhất lên tới hơn 200mm Lượng mưa cả năm lớn nhất đạt2263mm vào ngày 20/8/1981(Trạm khí tượng Mạo Khê), nhiệt độ không khí trung bìnhngày 270C, nhiệt độ không khí trung bình đêm 180C, độ ẩm không khí 80%, hướng gióchính là Đông và Đông Nam Đặc điểm của mùa là nóng ẩm

- Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, lượng mưa ít có tháng không mưa,nhiệt độ không khí trung bình ngày 200C, nhiệt độ không khí trung bình đêm110C, độ ẩmkhông khí 60%, hướng gió chính Bắc và Đông Bắc Đặc điểm của mùa là khô hanh, lạnh

- Nhiệt độ cũng thay đổi theo mùa, mùa hè nhiệt độ lên đến 370C -380C (tháng 7, 8hàng năm) mùa Đông nhiệt độ thấp thường từ 80C đến 150C đôi khi xuống 20C đến 30C

1.1.3 Điều kiện giao thông

Hệ thống giao thông đường sắt cỡ 1440 mm được nối liền từ nhà sàng tới ga MạoKhê dài khoảng 2 km, tuyến đường này được hòa chung vào mạng lưới giao thông quốcgia

- Cách 2 km về phía Nam là quốc lộ 18A được nối liền với khu vực mỏ

Cách gần 3km về phía Nam là sông Đá Bạc chảy theo hướng Bắc Nam đổ về Quảng Yên,sông này rất thuận lợi cho giao thông đường thủy với phương tiện là sà lan cỡ lớn trọngtải 300 tấn đi lại dễ dàng

1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế và chính trị

1.2.1 Dân cư

Vùng mỏ có khoảng 30 vạn người sống và làm việc chủ yếu là người Kinh sống bằnghai nghề chính đó là khai thác mỏ và làm nông nghiệp Số dân làm nông ngiệp chiếnkhoảng 30% chủ yếu là cấy lúa và trồng rau màu do nguồn đất rộng và tốt Đây là nguồncung cấp lương thực, thực phẩm cho mỏ Nhìn chung khu mỏ và vùng lân cận có cơ sởkinh tế chưa phát triển, chủ yếu là nên kinh tế nông nghiệp Phía Đông có nhà máy điệnUông Bí công suất 48000 KW, phía Nam có nhà máy xi măng Hoàng Thạch đang trongthời kỳ phát triển

1.2.2 Kinh tế

Nền kinh tế của mỏ có nhiều tiềm năng, mỏ có nhà sàng công suất lớn đáp ứng đượcnhu cầu sản xuất hiện tại cũng như những năm sau này Bên cạnh nhà sàng có công suấtlớn, mỏ còn có một phân xưởng chế tạo vật liệu và có khả năng trùng tu thiết bị lớn phục

vụ sản xuất

1.2.3 Chính trị

Đa số nhân dân có tinh thần cách mạng cao, mang truyền thống quê hương đệ tứ chiếnđấu khu Đông Triều sớm ảnh hưởng sâu sắc tinh thần cách mạng của giai cấp công nhânvùng mỏ Đời sống văn hóa vật chất, tinh thần khá phong phú Có một nhà văn hóa côngnhân 700 chỗ ngồi được trang bị hiện đại, có nhà thi đấu thể thao, sân vận động, côngviên mỏ, thư viện phục vụ đủ nhu cầu về văn hóa cho công nhân

1.3 Cấu tạo địa chất

24 vỉa tham gia tính trữ lượng Các vỉa than được chia thành ba tập vỉa, cụ thể:

+ Tập than dưới: gồm 22 vỉa, từ vỉa V.1-25(21a) đến vỉa V.1(36) có 7 vỉa tham giatính trữ lượng

+ Tập than giữa: gồm 22 vỉa, từ vỉa V.2(37) đến vỉa V.17(52) có 17 vỉa tham giatính trữ lượng (trong đó tính cả vỉa vách và vỉa trụ)

+ Tập than trên: gồm 10 vỉa từ V.18(53) đến vỉa V.27(62) không có vỉa tham giatính trữ lượng

* Địa tầng khối phía Nam:

Bao gồm toàn bộ các thành tạo chứa than nằm kẹp giữa:

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.A (T.VIIIA về phía Tây)

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.T (từ T.X đến T.XIIA)

+ Đứt gãy F.B và đứt gãy F.433 (từ T.XIII về phía Đông)

Chiều dày địa tầng được xác định là 1.720m, chứa 41 vỉa than trong đó có 39 vỉatham gia tính trữ lượng (trong đó được tính cả vỉa vách) Các thành tạo than của khối nàyđược xếp vào phụ hệ tầng Hòn Gai giữa (T3 n-rhg2).

Các vỉa than cắm đơn nghiêng về phía Nam với góc dốc từ 450  600, có nơi từ

700  800 Các vỉa than đa số thuộc loại vỉa có chiều dày trung bình đến mỏng, một sốphần vỉa thuộc loại dày Các vỉa than duy trì khá liên tục, nhưng mức độ ổn định kém,càng về phía Đông chiều dày vỉa giảm, có nơi vát mỏng, không còn than, cũng như vậyđối với từ lộ vỉa đến xuống sâu theo hướng cắm các lớp than có xu hướng tách ra xa, tạo

sự tách vỉa

Các vỉa than khối Nam thuộc loại vỉa có chiều dày không ổn định, cấu tạo vỉatương đối phức tạp đến rất phức tạp Khoảng cách địa tầng giữa các vỉa than thay đổi từ50m đến 150 m Theo kết quả tính toán được hệ số biến thiên chiều dày (Vm) của cánhNam khoảng 106% (Vm>100%) vỉa thuộc loại rất phức tạp

GIỚI CENNOZOI (CZ)

Hệ Đệ tứ (Q):

- Phần dưới: phân bố ở phía Nam khu thăm dò dọc theo quốc lộ 18 và đường sắt.Thành phần chủ yếu là sét, sét cát, cát chứa sét Trầm tích tướng ao hồ và tướng hồ đọng.Màu trắng xám, trắng phấn, cát mịn và cát chứa màu đỏ, màu trắng xám tướng bồi tích.Cục bộ có kẹp lớp cát thô và đá cuội, chiều dày từ 40-70m

- Phần trên: Trầm tích cận đại, ở vùng đồi núi chủ yếu là khối nham thạch bồi tích,sườn tích cuội, đất cát chứa cuội và vật tàn tích bị phong hóa Ở vùng trũng trong núi đồi,

độ dốc có cuội cát, cát, đất và cát chứa sét tướng bồi tích và lũ tích ở vùng đồng bằngphần lớn là đất trồng trọt Chiều dày khoảng 10-15m

Địa tầng này với địa tầng hệ Neogen là tiếp xúc không chỉnh hợp

1.3.2 Kiến tạo

Khu vực khai thác mỏ Mạo Khê là đơn tà cắm Bắc góc dốc từ 25° ÷ 50° Gần trựctrục nếp lồi là các đứt gãy nhỏ kéo theo

- Đứt gãy F340 là đứt gãy thuận cắm Bắc, góc cắm từ 70° ÷ 80° cự li dịch chuyển từ

30 ÷ 50m đới phá hủy tuyến III đến tuyến IV

- Đứt gãy FA: là đứt gãy thuận cắm Bắc độ dốc> 70°, đới phá hủy từ vài mét đếnhàng chục mét

- Đứt gãy FCB: là đứt gãy thuận cắm góc từ 70° ÷ 75°, biên độ dịch chuyển từ 30 ÷50m, đới phá hủy từ 0 ÷ 15m, ngoài ra còn một số đứt gãy nhỏ kéo theo do đứtgãy lớn gây ra.

1.3.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

a Đặc điểm nước mặt:

Nước mặt có trong khu mỏ do điều kiện tàng trữ được phân chia gồm : nước ởsuối, nước ở hồ

* Nước ở các hệ thống suối Văn Lôi, Bình Minh, Tràng Bạch

- Suối Văn Lôi: Hướng chảy từ Đông Bắc xuống Tây Nam chiều dài trên 2km,lòng suối rộng từ 2m  4m, thượng nguồn có nhiều đá lăn các cỡ, lưu vực của suối chứacác vỉa than V.8 ,9 ,9b, 10 Dưới lòng suối có các vỉa than đã và đang khai thác Lộ vỉa9b từ tuyến IV-VI đá bị bóc (Độ cao 130m) vách các vỉa than đều bị phá hủy tạo thànhvùng sập lớn nước mưa và nước suối chảy xuống hầm lò Ngày 17-5-1993 lò chợ +30 lấytrụ bảo vệ vỉa 9b lò xuyên vỉa 56-I đúng ngã 3 suối Văn Lôi sau mấy ngày mưa to lòngsuối bị tụt xuống gây đổ lò chợ Lưu lượng Qmax từ 40-50m3/h, lò chợ phải bỏ khôngkhai thác Đoạn suối từ tuyến IIIA về tới đập Văn Lôi lòng suối mở rộng đến 20m, nướcgần như cạn chỉ còn vũng nhỏ Lòng suối là đá lăn nhỏ, cát bùn Lưu lượng toàn bộ đo Q

= 1,6l/s

- Suối Bình Minh: Hướng chảy từ Đông Bắc xuống Tây Nam chiều dài trên 2km,các suối nhánh đều dốc làm cho điều kiện tập trung nước thuận lợi Vào mùa mưa lưulượng của suối lên tới 28 930l/s mùa khô giảm xuống còn 0.9051l/s Tài liệu thu thậpđược hồi 11h30’ ngày 19/5/1987 lòng suối Bình Minh bị sụt có kích thước 7m x 6.5m sâu8m nằm trên lộ V.9 cách cầu Non Đông 10m  15m, đây là hố sụt do ảnh hưởng của lò

cũ Pháp khai thác V.9 mức (-97) lên mức (- 49) Hiện tại lòng suối có chỗ cạn khô làđường ô tô lên khai thác lộ V.6 từ T.VI đến T.VII

- Suối Tràng Bạch (Đèo Vàng): Hệ thống suối Tràng Bạch có diện tích lưu vựcrộng, hướng chảy chính Đông Bắc-Tây Nam các nhánh phụ ở phía Tây đổ theo hướngTB-ĐN, các nhánh phụ ở phía Đông đổ theo hướng Đông-Tây Tại trạm 30 lưu lượngsuối 768,23l/s vào mùa mưa, còn mùa khô lưu lượng đạt 7,816 l/s Mực nước suối vàomùa mưa dâng cao hơn 1,7m làm ảnh hưởng đến giao thông.Theo đánh giá trong báo cáo

1994 các đường lò chuẩn bị Tràng khê II đi qua một nhánh suối Tràng Bạch chưa thấy

có hiện tượng gì lo ngại

- Về thành phần hoá học nước suối: Mùa khô nước nhạt trung tính, rất ít cặn, cặncứng, nửa sủi bọt, ăn mòn, loại hình nước clorua-sunphát Mùa mưa nước siêu nhạt trung

tính, rất ít cặn, cặn cứng, không sủi bọt, ăn mòn, loại hình nước sunphát-clorua natri.

canxi-b Đặc điểm nước dưới đất:

* Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ Tứ

Trầm tích Đệ Tứ phân bổ khắp khu mỏ, thành phần chủ yếu là cát sét pha sạn sỏilẫn mùn thực vật, trạng thái dẻo đến cứng Chiều dày trung bình khoảng 10m Nước trongtrầm tích Đệ Tứ là nước lỗ hổng Điều kiện tàng trữ thường gặp là bồi tích và đôi khi ởsườn tích Động thái của tầng phụ thuộc theo điều kiện khí tượng thuỷ văn, mùa mưamực nước cao hơn mùa khô từ 0,5m  1,0m Nguồn cung cấp cho tầng chứa chủ yếu lànước mưa

* Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích Neogen

Trầm tích Neogen phân bố phía Tây khu khảo sát ở T.I.D Chiều dày từ 30m 300m, càng xa T.ID về phía Tây trầm tích càng dày Thành phần chủ yếu sét pha hạt mịn,cát pha sét, phần lớn ở dạng bán keo kết, mức độ gắn kết yếu Tài liệu của đoàn 58 tầng

có hệ số thấm K= 0,02m/ng Khi khai thác dưới tầng này cần đề phòng nước và cát chảyvào Tầng chứa nước này chưa được nghiên cứu nhiều

Theo chiều sâu địa tầng hệ số thấm K giảm, mực nước ở tầng dưới cao hơn mựcnước ở tầng trên Hệ số thấm K và độ cao trung bình tuyệt đối mực nước ở các khối địachất trong khu mỏ được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng tổng hợp hệ số thấm (K) và độ cao trung bình tuyệt đối mực nước ở các khốiđịa chất trong khu mỏ Mạo Khê xem trên bảng 1.06

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp hệ số thấm (k) và độ cao trung bình tuyệt đối

VII 22,15 18,66 0,052 0,040

1.3.4 Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT)

a Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của đất đá:

Bảng 1.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá khu mỏ Mạo Khê

Khối lượng riêng

Các lớp sét than phân bố rất hạn chế trong khoáng sàng, chiếm khoảng 2% 5% Chúng nằm trực tiếp ở vách, trụ vỉa than Sét than màu xám đen, mềm, bở dùngtay bóp được, khi gặp nước dễ trương nở, lớp này thường bị lấy cùng lúc với quá trìnhkhai thác than.

1.4 Trữ lượng than

Theo Báo cáo kết quả thăm dò bổ sung mỏ Mạo Khê (Tuyến Ig đến tuyến IXa),huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh đã được Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng sảnViệt Nam thông qua theo Quyết định số 617/QĐ-VINACOMIN ngày 26 tháng 3 năm

2012

Trữ lượng, tài nguyên từ LV ÷ (-400) thuộc khối Cánh Bắc có tổng là: 150 051

222: 66 241 479 tấn333: 38 697 883 tấn334a: 8 314 897 tấnTrữ lượng, tài nguyên từ LV ÷ (-400) thuộc khối Cánh Nam có tổng là: 101

954 347 tấn, trong đó: 11 790 280 tấn trữ lượng, tài nguyên trong RG cấm hoạt độngkhoáng sản (cấp 222: 3 948 515 tấn; 333: 7 736 323 tấn; 334a: 105 442 tấn) Còn lại tàinguyên, trữ lượng thuộc khối Cánh Nam là: 90 164 067 tấn

trong đó: cấp 122: 11 864 621 tấn

222: 42 020 764 tấn 333: 26 278 293 tấn 334a: 10 000 389 tấn

1.5 Đặc điểm khí mỏ

1.5.1 Thành phần, độ chứa khí, đặc điểm phân bố khí mỏ

a Thành phần, độ chứa khí:

Kết quả lấy và phân tích mẫu khí xác định: Địa tầng chứa than và các vỉa than khu

mỏ Mạo khê có chứa các loại khí chủ yếu: CO2, H2, CH4, và N2 Hàm lượng % các chấtkhí chủ yếu như sau:

+ Khí cacbonic (CO2), có hàm lượng thay đổi từ 0.00%  51.08%, trung bình12.74 %

+ Khí hyđro (H2), có hàm lượng thay đổi từ 0,00%  54.64%, trung bình 7.33%

+ Khí mêtan (CH4), có hàm lượng thay đổi từ 0,00%  93,09%, trung bình29,94%.

+ Khí cháy nổ (H2+CH4), có hàm lượng thay đổi từ 0,00% đến 97,07%, trungbình 37,23%

Độ chứa khí: Theo kết quả các mẫu định lượng đại diện và tương đối đại diện, xác

định độ chứa khí tự nhiên các vỉa than Mạo khê như sau:

+ Khí cacbonic (CO2), thay đổi từ 0.00cm3/gkc  5,89cm3/gkc, trung bình 0,51

Nhìn chung mẫu lấy trong các vỉa than và đất đá vây quanh có hàm lượng khí và

độ chứa khí tự nhiên rất cao, có một số mẫu lớn hơn 11,17cm3/gkc Điều này có thể giảithích vì khu mỏ có cấu trúc phức tạp, các mẫu có hàm lượng khí cao thường nằm trongcấu trúc chứa khí

b Đặc điểm phân bố khí mỏ:

Việc lấy mẫu nghiên cứu khí khu mỏ Mạo khê đã được thực hiện đến mức cao 651m (Cánh Bắc), -701m (Cánh Nam), những kết quả thu được cho thấy đặc điểm độchứa khí tự nhiên như sau:

Các vỉa than và đá vây quanh khu mỏ có chứa khí cháy nổ và khí độc Các chất khíđược phân bố theo qui luật chung: Hàm lượng và độ chứa khí mêtan tăng dần theochiều sâu địa tầng

- Kết quả lấy và phân tích mẫu khí định lượng ở công trình khoan cho thấy: Cácvỉa than và trầm tích chứa than khu Mạo khê có hàm lượng và độ chứa khí cháy nổ cao

Bắc) Độ chứa khí cháy nổ (CH4 + H2) trung bình là 1,39 cm3/gkc (cánh Nam), 1,74 cm3/gkc (cánh Bắc)

- Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu khí khu mỏ Mạo Khê đã xác lập từ lộ vỉa đếnmức -102,27m (cánh Nam), +47,62m (cánh Bắc) chỉ xuất hiện đới khí phong hoá Từ

mức -102,30m (cánh Nam), +47,60m (cánh Bắc) xuống đáy tầng than dự báo thuộcđới khí Mêtan.

- Nhìn chung toàn khu mỏ các vỉa than có độ chứa khí cao Kết quả tính toán chothấy độ chứa khí tự nhiên của than cao nhất đến 11,17cm3/gkc (cánh Bắc)

Các loại khí có trong vỉa than cũng gặp trong đá vách, trụ các vỉa than Trong cáclớp đá giữa các vỉa than có xuất hiện các loại khí cháy nổ Nhìn chung quy luật phân bốkhí ở khu mỏ có chiều hướng phù hợp với quy luật chung ở vùng than

1.6 Giới thiệu chung về công trình thiêt kế

- Tạo điều kiện giải quyết công ăn việc làm và thu nhập ổn định cho cán bộ công nhân viên của mỏ

- Góp phần cùng các đơn vị khác trong ngành thúc đẩy sự phát triển lớn mạnh của Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng sản Việt Nam trong những năm tới

1.6.2 Điều kiện địa chất thủy văn khu vực thiết kế

Tại khu vực cần thiết kế,

Đặc điểm nước dưới đất: Theo các tài liệu thăm dò, mức -125m lên lộ vỉa

có độ chứa nước thuộc loại lớn Khu vực thiết kế nằm gần mạch nước ngầm có dung tíchtương đối Ngoài nguồn cung cấp là nguồn nước mưa hằng năm thì mạch nước ngầmcũng ảnh hưởng đối chút đến công tác đào lò và khai thác than

- Tầng chứa than: Đới nứt nẻ có hệ số thấm nhỏ < 0,1 m/ngđ Trong quátrình đào lò lượng nước chảy vào không quá lớn <80m/ngày đêm

- Đới chứa nước cũng có hệ số thấm nhỏ;

- Đồi núi dốc, lượng mưa rơi xuống thường thoát đi nhanh;

- Thành phần hoá học của nước ít ảnh hưởng đến các thiết bị thi công do ănmòn;

- Hiện tượng bùng nền ít xảy ra Song cần lưu ý thoát nước tốt cho cácđường lò.

1.6.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực thiết kế

1.6.3.1 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý chung của đất đá:

Đường lò đào xung quanh lớp bột kết và cát kết và chủ yếu đi qua lớp bột kết có f

= 4 ÷ 6 Đặc điểm địa chất xung quanh công trình như sau:

- Cát kết: có màu xám sẫm, xám sáng, thành phần khoáng vật là cát thạch anh, sét,biôtít muscôvit, cấu tạo phân lớp dày, độ hạt từ trung đến thô, ranh giới chuyển tiếpkhông rõ ràng, Chiều dày thay đổi, có chỗ lên tới 100m Kết quả thí nghiệm mẫu cát kếtcho giá trị chỉ tiêu cơ lý như sau:  = 2.64 g/cm3,  = 2.76g/cm3, sn = 1200kG/cm2,cùng với sạn kết, cát kết là đá bền vững nhất có trong khu mỏ

- Bột kết: có màu xám tối, cấu tạo phân lớp rõ, có chỗ phân lớp mỏng, có khả

năng bảo tồn hoá thạch, thường hay gặp ở địa tầng vách, trụ vỉa than Ranh giới chuyểntiếp với cát kết không rõ ràng Chiều dày lớp thay đổi, có chỗ tới 100m (LK15c-T V) kếtquả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đá như sau:  = 2.65 g/cm3,  = 2.77g/cm3, sn =850kG/cm2 Cùng với cát kết, bột kết thường gặp ở vách trực tiếp của các vỉa than

- Sét kết: có màu xám đen, cấu tạo lớp mỏng đôi chỗ vi lớp, chiều dày không ổnđịnh, thường từ vài phân đến 1m  2m Sét kết thường là vách giả, dễ bị sập lở hoặc bịkhai thác kéo theo cùng than Qua phân tích mẫu sét kết cho các giá trị  = 2,60g/cm3, 

= 2,71g/cm3, sn = 270kG/cm2 Sét kết là loại đá có tính chất cơ học thấp nhất, thường haygặp ở vách và trụ vỉa than nên khi khai thác sẽ bị trộn lẫn vôi than làm giảm chất lượngthan

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 2.1 Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang của đường lò dọc vỉa

2.1.1 Lựa chọn hình dạng,tiết diện, mặt cắt ngang cho đường lò

Đoạn lò được thiết kế với mục đích phục vụ cho công tác vận chuyển than,đất đákhi khai thác lò chợ thuộc dự án đầu tư khai thác than mỏ Mạo Khê -TKV.Tổng chiều dàiđường lò là 1410 m trong đó đoạn thiết kế có chiều dài 550 m Công suất vận tải tươngđương với sản lượng 400000 tấn/ năm Thời gian tồn tại là 5 năm

Hiện nay trong công nghiệp khai thác khoáng sản ở nước ta sử dụng 2 loại phươngtiện vận tải chủ yếu là băng tải và tàu điện

Phương tiện vận tải băng tải được sử dụng chủyếu trong các đường lò dọc vỉa vậntải chính, lò xuyên vỉa Chiều dài làm việc của tuyến băng tải có thể từ 200m đến hàng

Phương tiện vận tải bằng tàu điện là hình thức vận tải không liên tục thường được

sử dụng trong các đường lò bằng vận tải chính có độ dốc từ 3 000 đến 40 000

Theo đó với đường lò dọc vỉa có độ dốc 3°5°, mỏ thuộc hạng II về khí và bụi nổ

ta sử dụng phương tiện vận tải như sau:

- Hệ thống vận tải chính sử dụng một băng tải 3 con lăn, lòng máng

- Ngoài ra trong lò còn có hệ thống đường ray P24

2.1.2 Tính toán khả năng thông qua của thiết bị vận tải

- Năng suất băng tải tính toán:

.

gio

K A Q

N n t



(2.1)Trong đó:

A - Sản lượng than, đất đá vận tải 1 năm, A = 400000 tấn/năm

K - Hệ số không điều hoà, K = 1,5

N - Số ngày làm việc 1 năm, N = 300

n - Số ca làm việc 1 ngày đêm, n = 2

t : Số giờ máy làm việc 1 ca, t = 5

Vì đây là lò dọc vỉa vận tải có chế độ làm việc theo thiết bị khai khác, số ca làmviệc trong ngày là 2 ca (2 ca ra than, 1 ca chuẩn bị) và thời gian làm việc mỗi ca là 5 giờ

Thay số tính được Q giờ= 200 tấn/giờ

Chiều rộng băng tải được tính theo công thức:

.

Q B

k- Hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng theo tuyến, k = 0,98

Thay số vào (2.2) ta được:

2.1.3 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang của đường lò

Việc lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang đường lò hợp lý chính là một trong nhữnggiải pháp nhằm đảm bảo độ ổn định của công trình, giảm thiểu khối lượng công tác đào.Trong đá có độ ổn định cao, nếu lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang hợp lý thì có thểkhông phải chống giữ Trên thực tế việc lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang đường lòthường dựa trên những kinh nghiệm sau:

Hình dạng tiết diện ngang của đường lò phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tính chất cơ lý của đất đá bao quanh đường lò

- Áp lực mỏ tác dụng lên đường lò

- Thời gian tồn tại của đường lò

- Công dụng của đường lò

- Các tính chất và kết cấu của vật liệu chống

g) e)

d)

P

P P

P

P P

P P

Hình 2.1 Hình dạng đường lò theo áp lực đất đá tác dụng lên đường lò

Đường lò -150 số 2 là đường lò khai thông vận tải có chiều dài dự kiến là 102m, đào qua lớp đất đá nứt nẻ chứa nước có độ kiên cố f= 4÷6 Căn cứ vào các yếu tố trên đây ta chọn đường lò có dạng hình vòm 1 tâm tường thẳng

2.1.4 Xác định kích thước, tiết diện sử dụng của đường lò

900

1350 b2

b = b1 + 1140 + b2 + 1350 + b3 + b4 (2.3)Trong đó :

b1 : khoảng cách an toàn từ tường tới băng tải, b1 = 550mm

b2 : Khoảng cách từ băng tải tới xe , b2 = 600mm

b3 : Khoảng cách từ xe tới tim rãnh nước, b3 = 610 mm

b4 : Khoảng cách từ tường tới tim rãnh nước, b4 = 450 mm

Như vậy b = 500 + 1140 + 400+ 1350 +510 + 800 = 4700 mm = 4,7m

Chiều cao của đường lò được lựa chọn sao cho bố trí trang thiết bị hợp lý và đảm bảothan phía trên nóc được lấy nhiều nhất Với chiều cao của băng tải là 1200mm và chiềucao toàn bộ hệ thống xe và đường là 1900 mm , ta lựa chọn chiều cao tường đường lò Ht

= 900 mm và bán kính vòm sử dụng là R = 2350 mm

 Vậy ta có kích thước đường lò sẽ là:

Chiều rộng: B = 4,7 mChiều cao tường: Ht = 0,9 mBán kính vòm sử dụng: R = 2,35 mDiện tích sử dụng của đường lò là:

2.1.5 Mặt cắt ngang gương thi công đường lò

Tính toán áp lực đất đá

Đoạn lò cần thiết kế đào qua lớp đất đá có f =4 ± 6 Để đảm bảo an toàn cho công táctính toán áp lực đất đá và công tác tính toán kết cấu chống giữ cho đường lò ta lấy giátrị f = 6 để tính toán áp lực đất đá lên kết cấu chống

Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống được xác định theo giả thuyết về vòm áp lựccủa Protodiakonov – Tximbarevich

Hình 2.4 Xác định đất đá tác dụng lên công trình theo Tximbarevich

TheoTximbarevich, sau khi khai đào thì hai bên sườn khoảng trống có thể

bị sụt lở, khi đố chiều rộng của vòm phá hủy nóc sẽ là 2a1 và được xác định theo côngthức

a1=a+ H d tan(90−ϕ

Trong đó :

a – nửa chiều rộng khai đào = 2.65 (m)

Hd – Chiều cao khai đào = 3,35 (m)

Φ – góc ma sát trong = 35°

⇒a1=2, 65+3 , 35 tan(90−35

Chiều cao vòm phá hủy b1 được tính theo công thức:

Theo Tximbarevich sau khi khai đào khoảng trống, đá bị phá hủy 2 bên sườn trượt

về phía khoảng trống gây ra áp lực lên tường hay vỏ chống

2a a1

Hình 2.5 Xác định áp lực sườn tác dụng lên công trình theo Tximbarevich

Hình 2.6 Xác định áp lực nền tác dụng nên công trình theo Tximbarevich

Theo Tximbarevich áp lực nền được tính bằng công thức

Hình 2.7 Áp lực đất đá tác dụng lên công trình theo Tximbarevich

 Kiểm tra hình dạng, kích thước mặt cắt ngang theo điều kiện thông gió

Theo điều kiện an toàn thì tốc độ gió trong đường lò phải thỏa mãn điềukiện: 0,3m/s ≤ v ≤ 8m/s

Lưu lượng gió cần thiết cho khai thác được xác định trên cơ sở sản lượng thôngqua của đường lò và độ xuất khí của mỏ than

v= q A k

60 S sd N m/s (2.16) Trong đó:

A - Sản lượng thiết kế của mỏ, A = 400000 tấn/năm;

q - Sản lượng gió cần thiết cho một tấn than, với mỏ thuộc hạng II về khí và bụi nổthì q = 1,25 m 3 /tấn/phút;

k - Hệ số sản xuất không đều, k = 1,5;

N - Số ngày làm việc trong một năm, N = 300 ngày;

Ssd – Diện tích sử dụng của đường lò, Ssd = 12,9 m2

Như vậy thỏa mãn điều kiện thông gió nên kích thước đường lò đã chọn là hợp lí

2.2 Thiết kế chống giữ đường lò

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định của đất đá khu vực thiết kế đường lò

Đánh giá thời gian ổn định không chóng của khối đá xung quanh đường hầm làcông tác quan trọng ảnh hưởng tới tiến độ thi công và cả thời gian ổn định của khối đất

đá Thời gian ổn định không chống của khối đá xung quanh công trình phụ thuộc vàonhiều yếu tố quan trọng:

- Các yếu tố phong hóa

- Các thành phần ứng xuất nguyên sinh và ứng xuất thứ sinh

- Sự thay đổi các thành phần

- Ảnh hưởng của đường phương và góc dốc khe nứt

- Tác động nổ mìn

Các đường lò đào trong đất đá bở rời chứa nước, lượng nước chảy vào công trình lớn

ta chống tạm bằng khung thép, chống cố định bằng bê tông đổ tại chỗ

2.2.2 Đánh giá mức độ ổn định không chống của công trình ngầm

Thời gian ổn định không chống của khối đá là khoảng thời gian từ lúc bắt đầukhai đào cho tới khi khối đá bắt đầu mất ổn định (hiện tượng hóa dẻo, phá hủy hoặc dịchchuyển quá lớn) của khối đá khi không có kết cấu chống

Thời gian ổn định không chống được sử dụng để phục vụ lựa chọn phương án thicông, chống giữ bảo vệ khối đá

Theo quan điểm của Bieniawski đã thiết lập mối quan hệ giữa giá trị RMR vớithời gian ổn định không chống và khẩu độ ổn định không chống Phương pháp này đã vàđang được áp dụng trên toàn thế giới Tiêu chuẩn đánh giá khối đá theo RMR thì thờigian ổn định không chống và khẩu độ ổn định không chống phụ thuộc vào:

- Thành phần ứng suất nguyên sinh và thứ sinh;

- Yếu tố phong hóa;

- Sự thay đổi thành phần ứng suất;

- Ảnh hưởng của đường phương và góc dốc khe nứt;

- Tác động do nổ mìn

Ta có sơ đồ mối quan hệ giữa giá trị RMR và thời gian ổn định không chống

Hình 2.8.Mối liên hệ giữa giá trị RMR và thời gian ổn định không chống

Thông qua biểu đồ trên ta thấy đường hầm thiết kế có RMR = 50, chiều rộng củacông trình khi khai đào Bđ = 4,7 m nên có thời gian ổn định không chống là 40 giờ

2.2.3 Lựa chọn sơ bộ vật liệu, kết cấu chống giữ

Công trình thi công trong đất đá nứt nẻ chứa nước nhưng ta dùng biện pháp đặcbiệt để gia cố khối đá xung quanh công trình Do đó ta có thể coi thi công công trìnhtrong điều kiện đất đá bình thường Với đất đá có f =4±6 ta có thể chọn vật liệu làmkhung chống tạm theo như sau

Kết cấu chống tạm cho công trình được căn cứ chủ yếu vào điều kiện ổn định tựnhiên của khối đá, tức là căn cứ vào độ bền, độ nứt nẻ, điều kiện địa chất công trình, địachất thủy văn và điều kiện ổn định không chống của công trình Đối với khối đá có độ ổnđịnh trung bình hoặc lớn, ít dịch chuyển hoặc dịch chuyển vào phần trống của công trìnhngầm thì kết cấu chống tạm mang lại hiệu của về kinh tế cũng như kỹ thuật cao nhất đó làkết cấu neo kết hợp với bê tông phun Ngược lại với đất đá mềm yếu, nứt nẻ lớn, thờigian ổn định không chống ngắn, dịch chuyển lớn, dễ sập lở thì cần có biện pháp gia cốnhanh chóng với những kết cấu có tính bền vững và chịu tải trọng ngay tức thời: kết cấuthép, vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép chống cố định

Hình 2.9 Sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống hợp lý cho công trình ngầm theo

Cumming & Kendorski, 1982

cho khối đá);

Vùng I: Là vùng đặc trưng cho tính không ổn định và sụt lở mạnh của khối đá;

Vùng II: Là vùng giới hạn bởi đặc tính sạt lở cục bộ của khối đá;

Vùng III: Là vùng an toàn cho kết cấu chống giữ, đất đá ổn định cao

Dựa vào sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống giữ hợp lý cho công trình ngầmvới số liệu bài toán đưa ra đường hầm đào qua đá có f = 4±6 tương đương với, RMR = 45

ta lựa chọn sơ bộ loại kết cấu chống tạm là neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun

Do thời gian tồn tại của đường hầm cũng là thời gian tồn tại của công trình Vì vậykết cấu chống cố định của đường hầm phải có khả năng chịu áp lực đất đá xung quanhhầm tác dụng vào và các điều kiện khác Do đó kết cấu chống cố định được chọn là bêtông cốt thép liền khối.:

Ta có chiều dày vỏ chống được xác định theo X.X.ĐAVƯĐÔV như sau:

+ Chiều dày đỉnh vòm d0:

d0=0,06 ∙√B sd

h0 ∙(1+√B sd

f ) ; m (2.17) Trong đó:

B sd – Chiều rộng sử dụng của đường lò; B sd = 4,7m

+ Chiều rộng đào: B đ=B sd+2 dt = 4,7 + 2.3 = 5,3m.

+ Chiều cao đường lò dọc vỉa: H đ=H +d0 = 3,25 + 0,3 = 3,55m

+ Chiều cao vòm khi đào: h v đào=R đ=1

2.2.4 Tính toán kết cấu chống neo (neo bê tông cốt thép)

2.2.4.1 Chiều dài neo

Chiều dài thanh neo (ln) được xác định theo điều kiện giữ đầu neo ở ngoài giớihạn của vùng đất đá bị phá hủy Tính toán chiều dài thanh neo theo nguyên lý treo chốtnhư sau:

Trong đó:

hph - Chiều cao vòm phá hủy, m hph = 0.73m;

lk - Chiều dài phần đuôi neo, m Chọn lk = 0,1m;

lz - Chiều dài neo cắm trong đá cứng vững, m Được tính theo công thức:

z

a a

N l

 - Lực dính kết giữa neo và bê tông, kN/m2  = 3500kN/ma 2

N – Khả năng mang tải của neo, kN;

2

π.d R N=

Ra – Lực kháng tính toán của cốt neo, Ra = 280000 kN/m2;

Vậy chiều dài neo là: ln = 0.73 + 1,2.0,5 + 0,1 = 1,44 m Chọn ln = 1,5m.

2.2.4.2 Khả năng mang tải của neo

a, Theo điều kiện kéo đứt neo:

τa - Độ bền cắt của thanh neo trong bê tông, kN/m2 τa = 600 T/m2;

Kz - Hệ số điều chỉnh chiều dài khóa neo Kz = 0,55;

Klv - Hệ số làm việc của neo trong môi trường ẩm ướt Klv = 0,6;

da - Đường kính thanh cốt neo, m da = 0,022 m;

lz - Chiều dài neo vượt qua vùng phá hủy, m lz = 0,3 m

P2 = π.0,022.600.0,3.0,55.0,6 ≈ 4 (tấn)

c, Theo điều kiện kéo tụt neo khỏi lỗ khoan

Trong đó:

dlk - Đường kính lỗ khoan, m dlk = 0,045 m;

τ2 - Lực dính kết của bê tông và khối đá, T/m2 τ2 = 300 T/m2;

lz - Chiều dài neo vượt qua vùng phá hủy, m lz = 0,3 m;

Kz - Hệ số điều chỉnh chiều dài khóa neo,Kz = 0,55;

Klv - Hệ số làm việc của neo trong môi trường ẩm ướt,Klv = 0,6

P3 = π.0,045.300.0,3.0,55.0,6 ≈ 4,1 (tấn) Như vậy từ các điều kiện trên ta tìm được khả năng mang tải của neo:

Pn = Min{P1,P2,P3} = P2 = 4 tấn

2.2.4.3 Tính toán mật độ neo

a, Theo khả năng mang tải

n 1

t ph

P

a =γ.k h

(2.24)Trong đó:

hph - Chiều cao vòm phá hủy, m hph = 0,73m;

ɣ - Khối lượng riêng của đất đá, T/m3 ɣ = 2,6 T/m3;

kt - Hệ số vượt tải kt = 1,2

=> 1

42,6.1, 2.0, 73

a 

= 1,33 m

b, Theo độ ổn định của đá giữa các neo

n 2

ln- Chiều dài neo, m ln = 1,5 m;

Bđ - Chiều rộng khai đào, m Bđ = 5,3 m;

2.2.4.4 Tính toán số lượng neo cho một vòng chống

Số lượng neo cho một vòng chống được xác định theo công thức:

G = ɣ.hph.an.bn (2.28)Trong đó:

an - Khoảng cách giữa các neo trong một hàng, m an = 1,2m;

bn - Khoảng cách giữa hai hàng neo liền kề, m;

G - Tải trọng tác dụng lên neo, tấn G = Pn = 4 tấn

- Số neo thi công trong một chu kỳ,

lk n n

L

N = N

Với:

Nn - Số neo trong 1 vòng chống, Nn = 9 neo;

Llk - Chiều sâu lỗ khoan tiến gương, Llk = 2,5 m

bn - Bước neo theo chiều dọc đường hầm, bn = 1,33 m

=>

2,5

1,33

2.2.4 Tính toán chiều dày bê tông phun kết hợp với neo

Hiện nay bê tông phun được sử dụng khá phổ biến, nhất là trong việc gia cố,chống giữ công trình ngầm Với ưu điểm là tạo cho mặt biên công trình ngầm trơn phẳng,trám lấp các vết nứt trong đất đá và bảo vệ tạm thời bề mặt lộ công trình ngầm sau khikhai đào, có tác dụng điều chỉnh và phân bố ứng suất tập trung trên biên của công trìnhngầm

Theo giáo sư G.S.Moxtkop chiều dày lớp bê tông phun được xác định theo côngthức sau:

n n

an - Khoảng cách giữa các thanh neo an = 1,2m;

qn - Áp lực đất đá nóc công trình ngầm, T/m2 qn = 2,85T/m2

m - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông phun m = 0,75

Rk - Độ bền kéo của bê tông phun, lấy bằng 1,5÷2 lần bê tông thông thường

Rk = 1,5.150 = 225 T/m2

=> δ=0,25.1,2. √ 0,75.225 2,85 ss ¿ 0,04 mChọn chiều dày bê tông phun là 5cm

Tính toán khối lượng công tác phun

* Thành phần cấp phối của bê tông phun

Bê tông phun phải có thành phần cấp phối phải đảm bảo phù hợp với điều kiệnlàm việc của máy phun bê tông Thành phần cấp phối của bê tông M300 như sau:

Bảng 2.2 Thành phần cấp phối của bê tông M300

* Khối lượng bê tông phun cần phun

Vbtp = Sp.Lp.dp.krv (m3) (2.31)Trong đó:

Sp - Chu vi cần phun bê tông, Sp = 2.Ht + π.Rđ = 2.0,9 + π.2,65 = 10,121 m;

Lp - Chiều dài một chu kỳ đào, Lp = Llk.η = 2,5.0,85 = 2,125 m;

dp - Chiều dày lớp bê tông phun, dp = 0,05 m;

krv - Hệ số rơi vãi khi phun, krv = 1,3

=> Vbtp = 10,121.2,125.0,05.1,3 = 1,4 (m3)