Giáo trình Đào chống lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Đào chống lò" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: chống giữ giếng đứng; thi công lò bằng; lập biểu đồ tổ chức chu kỳ đào lò, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật; thi công lò nghiêng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đào chống lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

CHƢƠNG 3 CHỐNG GIỮ GIẾNG ĐỨNG 3.1. Khung chống bằng gỗ Khung chống gỗ được dùng để chống các giếng có tiết diện hình chữ nhật, thời gian tồn tại ngắn và giếng không sâu. Gỗ chống giếng chủ yếu là gỗ tròn, cũng có thể là gỗ xẻ vuông hay chữ nhật. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất mà có thể lựa chọn được loại khung chống cho phù hợp. Tuỳ thuộc vào yêu cầu và công dụng mà giếng có thể ngăn ra làm hai hay ba ngăn, mỗi ngăn có chức năng riêng. 3.1.1. Kết cấu và trình tự thi công khung chống 1. Khung chống gỗ liền nhau Loại khung chống này được dùng để chống các giếng đào qua đất đá mềm yếu hoặc đoạn cổ giếng. Kết cấu của một khung chống nói chung gồm hai thanh dài và hai thanh ngắn ghép lại với nhau thành khung hình chữ nhật. Do các khung đặt liền nhau nên không cần phải chèn. Mộng nối giữa các thanh tuỳ thuộc vào tiết diện của cây gỗ làm khung chống và được thể hiện như hình 3.1. Hình 3.1. Kết cấu mộng khung chống gỗ Theo chiều sâu của giếng, cứ cách khoảng 5  10 m người ta đặt một khung cơ bản. Cấu tạo của khung cơ bản tương tự như khung chống thường, tuy nhiên ở khung này, hai đầu của hai thanh ngắn phải được lấy dài ra để ngàm sâu vào đất đá từ 0,50,8 m. Các thanh ngắn của khung cơ bản thường được ghép từ hai thanh. Khung cơ bản gánh đỡ trọng lượng bản thân của các khung ở khâu trên nó. Trình tự dựng khung chống liền nhau tuỳ thuộc vào tình trạng đất đá xung quanh. Nếu đất đá tương đối ổn định thì khung chống được đặt từ dưới lên bắt đầu từ khung cơ bản. Khi đặt khung chống, nếu có khoảng hở phía sau thì phải chèn kích thật chặt bằng đá hay đầu gỗ. Nếu đất đá mềm yếu thì khung chống được đặt từ trên xuống, khung dưới được liên kết với khung trên bằng đinh đỉa. 86
A-A  2 B B    4 3 B-B 1   5 3  4 A   A 6    Hình 3.2. Khung chống liền nhau 1 – Tai vì (khung cơ bản) 2 – Khung chống 3 – Văng đỡ dọc 4 – Văng đỡ ngang 5 – Thanh định hướng thùng trục 6 – Ngăn thang 2. Khung chống gỗ không liền nhau Loại khung chống này được dùng ở các giếng đào qua đất đá ổn định, diện tích tiết diện không lớn lắm. Kết cấu của một khung chống và mộng nối giữa các thanh như đã trình bày phần trên. Khoảng cách giữa các khung chống không lớn quá một mét. Để đảm bảo khoảng cách giữa các khung chống có thể dùng hai cách sau: a. Dùng văng đội (hình 3.3) Văng được đặt ở hai đầu của mỗi thanh và giữa thanh dài. Theo chiều sâu cũng phải đặt khung cơ bản cách nhau khoảng 612 m. Đường kính văng đội nhỏ hơn đường kính thanh chống khoảng 2  3 cm Trình tự dựng khung chống: khung chống được đặt từ dưới lên bắt đầu từ khung cơ bản. Để ngăn chặn đất đá ở khoảng trống giữa hai khung chống, ta dùng các thanh chèn bằng gỗ ván, gỗ bìa hay gỗ bổ… b. Dùng móc treo (hình 3.4) Để giữ khoảng cách giữa các khung chống, ta dùng móc treo khung chống dưới lên khung trên. Cũng như văng đội, móc treo được đặt ở hai đầu và ở giữa của thanh dài và được treo thẳng hàng từ trên xuống. Thông thường móc treo 87
được làm bằng thép tròn  = 2025 mm và được uốn theo hình chữ S. Trong trường hợp này, khung chống được đặt từ trên xuống, chèn tương tự như trường hợp dùng văng đội. A-A  2 4 B  B   5  1   B-B 3 8  7 2   6  A 1 A     Hình 3.3. Khung chống có văng đội 1 – Khung chống 2 – Văng đội các góc giếng 3 – Nêm 4 – Văng đẩy ngang 5 – Văng đỡ dọc 6 – Thanh định hướng 7 – Ván chèn 8 – Tai vì 1 3 2 6     5 4   Hình 3.4. Khung chống dùng móc treo 1 – Khung chống 2 – Văng đỡ các góc giếng 3 – Văng đẩy ngang 4 – Văng đỡ dọc 5 – Móc treo 6 – Ván chèn 88
3.1.2. Tính toán khung chống Để tính toán khung chống, ta tính cho thanh dài, còn nếu các thanh dài có đánh văng để chia ngăn thì ta tính cho thanh ngắn. Để tính thanh chống, ta coi nó như một dầm chịu lực đặt trên hai gối tựa chịu tải trọng phân bố đều với cường độ bằng giá trị lớn nhất của áp lực đất đá tác dụng vào thành giếng đã trình bày phần trước. Sơ đồ tính toán như hình vẽ 3.5. qg  q g .l/2 q .l/2 g l   Hình 3.5. Sơ đồ tính khung chống gỗ  Gọi khoảng cách giữa hai khung chống là L và chiều dài thanh chống đang tính toán là l thì tải trọng phân bố đều trên một đơn vị dài của thanh chống là : qg = Pmax.L, kG/cm (3.1) Trong đó: Pmax – Cường độ áp lực lớn nhất ở thành giếng; Mô men uốn lớn nhất ở tiết diện giữa thanh là: q g .l 2 Pmax .L.l 2 M u max   , kG.cm (3.2) 8 8 Vậy mô men chống uốn tại tiết diện giữa thanh là: M u max Pmax .L.l 2 w  , cm3 (3.3)  u  8. u  Nếu thanh chống là gỗ tròn thì w  0,1.d 3 , do đó ta có: Pmax .L.l 2 0,1.d 3  (3.4) 8. u  Pmax .L.l 2 d  1,08.K .3 , cm (3.5)  u  Trường hợp chống liền vì thì l = d. Khi đó ta có: Pmax d  1,12.l.K . , cm (3.6)  u  Trong đó: [u] – Ứng suất uốn cho phép của gỗ làm thanh chống; [u]=220280 kG/cm2 Nếu gỗ làm khung chống là gỗ xẻ hình chữ nhật thì: c.h 2 w , cm (3.7) 6 89
Ta chọn trước giá trị của c rồi tính h. Tương tự như phần trên đã trình bày ta có : c.h 2 Pmax .L.l 2  (3.8) 6 8. u  Pmax .L  h  0,87.l.K . , cm (3.9) c. u  Nếu chống liền vì thì L = c, khi đó ta có: Pmax h  0,87.l.K . , cm (3.10)  u  Trường hợp khung chống làm bằng gỗ tiết diện hình vuông thì : h 3 Pmax .L.l 2 w  (3.11) 6 8. u  Pmax .L.l 2 h  0,91.K .3 , cm (3.12)  u  Nếu chống liền khung thì L = h, khi đó ta có: Pmax h  0,87.l.K . , cm (3.13)  u  Trong đó : K – Hệ số dự trữ bền cho gỗ. Nếu giếng tồn tại dưới ba năm thì K = 1; Nếu thời gian tồn tại của giếng trên ba năm thì K = 1,2. Sau khi tính thanh gỗ theo điều kiện bền, ta phải kiểm tra lại thanh gỗ theo khả năng chịu ứng suất cắt ở đầu mộng nối. Ở mộng nối, lực cắt đúng bằng phản lực gối tựa. Nếu chống thưa thì lực cắt T là: Pmax .L.l T (3.14) 2 Nếu chống liền khung thì lực cắt T là: Pmax .d .l T (3.15) 2 Lực cắt này phải thoả mãn điều kiện sau:   c  T  (3.16) Fm Vậy diện tích đầu mộng Fms phải thoả mãn điều kiện: T Fms  , cm2 (3.17)  c  Pmax .L.l Hay Fms  , cm2 (3.18) 2. c  Nếu chống liền khung thì: 90
Pmax .d .l Fms  , cm2 (3.19) 2. c  Trong đó: [c] – Ứng suất uốn cho phép của gỗ làm khung chống, kG/cm2; Fm – Diện tích tiết diện mộng nối đầu thanh gỗ, cm2; 3.2. Vỏ chống bằng bê tông liền khối 3.2.1. Hình dạng và kết cấu của vỏ chống Hình dạng và kết cấu cơ bản của vỏ chống được mô tả như hình vẽ 3.6. Vỏ chống này thường được dùng cho giếng tiết diện tròn với thời gian tồn tại lâu và áp lực lớn. Đây là loại vỏ chống được dùng chủ yếu ở các giếng khai thác hiện nay vì chúng có độ bền cao, độ ổn định lớn, cách nước tốt, ít cản gió, tính liền khối cao. Toàn bộ vỏ chống được cấu tạo bởi ba phần sau đây: a. Cổ giếng Đây là phần trên của giếng, nó được đào từ mặt đất xuống lớp đá gốc, có chiều sâu bằng chiều dày lớp đất phủ cộng thêm 2  3 m vào đá gốc. Kết cấu của cổ giếng thường có dạng bậc. Vỏ chống cổ giếng ngoài việc chịu áp lực của đất đá và các công trình xung quanh còn phải chịu tải trọng của tháp giếng và trục tải nên nó phải được xây dựng kiên cố. 1 2   3  2  4  5  Hình 3.6. Vỏ chống bê tông liền khối 1 – Cổ giếng 2 – Vành đế (đai trụ) 3 – Thân giếng 4 – Cửa nối 5 - Đáy 91giếng
b. Thân giếng Vỏ chống thân giếng có dạng là một hình trụ tròn với chiều dày tối thiểu là 20 cm. Dọc theo chiều sâu, thân giếng được chia thành từng đoạn và gọi là khâu với chiều dài khoảng 15  60 m tuỳ thuộc vào độ ổn định của đất đá xung quanh. Ở ranh giới của khâu, người ta xây dựng các vành đế hay còn gọi là vành đai trụ. Đây là phần vỏ chống hình vành được mở rộng vào đất đá xung quanh làm chỗ tựa cho toàn bộ trọng lượng vỏ chống của một khâu, tăng độ ổn định và chống kéo đứt vỏ chống. Một phần trọng lượng của vỏ chống của khâu bên trên do vành đế chịu, phần trọng lượng còn lại sẽ truyền qua lớp vật liệu chèn vào đất đá xung quanh. Vành đế được xây dựng ở lớp đất đá vững chắc, nó thường có nhiều hình dạng nhưng chủ yếu là dạng một mặt nón (hình 4.8a). Kích thước vành đế được tính toán dựa vào độ bền của đất đá xung quanh và độ bền của bê tông làm vỏ chống. Thông thường được lấy như sau: Chiều rộng: b = 0,5  1,2 m Chiều cao: h = 1,5  2 m Góc đỉnh nón:  = 300  400     h h h h b b b b a) b) c) d) Hình 3.7. Các dạng vành đế a – Dạng một mặt nón b – Dạng hai mặt nón c – Dạng một mặt nón và một mặt trụ d – Dạng hai mặt nón và một mặt trụ c. Đáy giếng Ở mức sân giếng, giếng được nối với sân ga và hệ thống các đường lò trong sân giếng bằng đường lò nối. Vị trí giếng bố trí lò nối gọi là cửa nối giếng với sân giếng. Cửa nối có cấu tạo sao cho có thể đưa được một thanh ray dài nhất từ trên xuống vào sân giếng. Phần giếng thấp hơn mức sân giếng gọi là đáy 92
giếng. Đây là nơi dừng thùng skíp hay thùng cũi (tuỳ theo giếng chính hay giếng phụ) để nhận và chuyển hàng. 3.2.2. Tính toán vỏ chống 1. Tính toán vỏ chống cổ giếng Tính toán cổ giếng chủ yếu là tính chiều dày của vỏ chống. Nó được tính theo nhiều yếu tố, ta chọn yếu tố cho kết quả lớn nhất. Ở đây đề cập phương pháp tính chiều dày vỏ chống cổ giếng theo một số yếu tố cơ bản sau đây: - Chiều dày vỏ chống có tính đến ứng suất nén của bê tông làm vỏ chống dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tính toán và được xác định theo công thức: D02 P D dc   t  0 , cm (3.20) 4  .Rn 2 Chiều dày vỏ chống tính theo tải trọng nằm ngang được xác định theo công thức của Lame: D0  Rn  dc    1 , cm (3.21) 2  R  2q   n  Chiều dày vỏ chống ở mặt cắt ngang nguy hiểm nhất khi có các cửa nối và tải trọng thẳng đứng đúng tâm: D02 Pt  Rn .F D0 dc    , cm (3.22) 4  .Rk 2 Trong đó: D0 - Đường kính bên trong của giếng, cm; Pt – Tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng từ mặt đế các bậc của cổ giếng lên đất đá, kG/cm2; Rn - Độ bền nén của bê tông làm vỏ chống; kG/cm2; Rk - Độ bền kéo tính toán của bê tông làm vỏ chống đã kể đến hệ số điều kiện làm việc; kG/cm2; q – Tải trọng nằm ngang tác dụng vào cổ giếng, T/m2; F – Diện tích cửa nối ở mặt cắt nguy hiểm nhất, m2; Sau khi tính mà chiều dày vỏ chống cổ giếng dc lớn hơn 1,5 m thì vỏ chống nên cấu tạo làm hai bậc hoặc ba bậc. 2. Tính toán vỏ chống thân giếng Có nhiều công thức để tính chiều dày vỏ chống thân giếng dựa vào các lý thuyết bền, ở đây giới thiệu công thức Lame với điều kiện áp lực phân bố đều. Công thức này được xác định từ điều kiện ứng suất nén bên trong của nó không vượt quá giá trị cho phép:  Rn  d  Rt   1 , cm (3.23)  R  2q   n  Trong đó: 93
d – Chiều dày vỏ chống thân giếng, cm; D0 Rt – Bán kính trong của giếng, Rt  , cm; 2 q – Tải trọng tính toán tác dụng theo phương ngang lên vỏ chống thân giếng, kG/cm2; Rn - Độ bền nén của bê tông làm vỏ chống, kG/cm2; Theo quy phạm, chiều dày vỏ chống thân giếng phải lớn hơn 20 cm. 3. Tính toán vành đế Ta chỉ tính toán cho vành đế một mặt nón như đã giới thiệu ở phần trước. Khi tính toán vành đế, ta coi vành đế chịu tải trọng bằng trọng lượng Q của vỏ chống trong một khâu bên trên với chiều dày vỏ chống là d và chiều cao của khâu là h0, bỏ qua trọng lượng lớp vữa chèn phía sau. Chiều rộng vành đế được xác định theo độ bền nén cho phép của đất đá dưới vành đế, còn chiều cao của vành được tính theo mặt cắt nguy hiểm a–c trên hình vẽ và coi mặt cắt như một dầm có một đầu ngàm (dầm công xôn). Tải trọng tác dụng lên một đơn vị chiều dài vành đế: Q  h0 .d . , T/m (3.24) Trong đó:  - Trọng lượng thể tích của bê tông, T/m3; d – Chiều dày vỏ chống, m ; h0 – Chiều cao của khâu, m ; Chiều rộng vành đế được xác định từ điều d kiện: Q h0 .d .    d  (3.25) b b a h .d . b 0 (3.26)  d    Trong đó: h [d] – Ứng suất nén cho phép của đất đá dưới vành đế (xác định bằng thí nghiệm), kG/cm2; Khi tính chiều cao h của vành đế, ta coi c vành đế như dầm công xôn chịu tải trọng là phản  d lực của đất đá dưới mặt đế [d], mặt cắt nguy   hiểm là a – c. Điều kiện bền của dầm là:  b w. u   M (3. 27) Hình 3.8. Sơ đồ tính vành đế h 2  .b . u   d 2 (3. 28) 6 2 94
3. d   h  b. (3.29)  u  h  1,73.b.  d  , m (3. 30)  u  Trong đó: [u] – Ứng suất uốn cho phép của bê tông làm vành đế, kG/cm2; Kiểm tra lại kích thước này theo điều kiện chịu cắt của mặt cắt a – c: h.  b. d  (3. 31)    d .b    (3. 32) c h Trong đó:  – Ứng suất cắt xuất hiện trên mặt cắt a – c, kG/cm2; [c] – Ứng suất cắt cho phép của bê tông làm vành đế, kG/cm2; Từ đó ta có: b  c    tg (3. 33) h  d  b    arctg , độ (3. 34) h 3.2.3. Thi công vỏ chống Tuỳ thuộc vào sơ đồ thi công mà vỏ chống có thể thi công từ dưới lên hay từ trên xuống. Công việc xây dựng vỏ chống bê tông liền khối bắt đầu bằng việc xây dựng vành đế. Bê tông được chuẩn bị từ trên mặt đất rồi chuyển xuống vị trí thi công bằng đường ống có cấu tạo đặc biệt kiểu vòi voi. Công việc thi công vỏ chống được thực hiện từ sàn treo hai tầng: tầng trên là tầng bảo hiểm còn tầng dưới phục vụ cho thi công. Ống dẫn bê tông từ trên xuống là ống thép  200  250 mm, trên đường ống có các cơ cấu giảm tốc độ của dòng chảy bê tông. Từ tầng dưới của sàn treo, bê tông được dẫn vào ván khuôn nhờ các ống mềm. Ván khuôn để đổ bê tông là ván khuôn trượt, nó được làm bằng gỗ và gắn vào sàn treo hai tầng và được treo bằng cáp. Ván khuôn này di chuyển được nhờ các kích thuỷ lực. Loại ván khuôn này sử dụng tốt cho đoạn vỏ chống dài khoảng 25  30 m. Ngoài ra, người ta còn dùng ván khuôn di động. Nhờ các ống vòi voi, bê tông được dẫn đến mọi điểm trên chu vi giếng theo ván khuôn. Bê tông được đổ thành từng lớp dày 150  200 mm và được đầm chặt. Việc đảm bảo hình dạng và kích thước tiết diện của giếng được chú trọng ngay từ khi đặt ván khuôn. Độ thẳng đứng được xác định nhờ dây dọi tâm và dây dọi xung quanh treo từ khung chuẩn của giếng. Công tác xây dựng vỏ chống bê tông cốt thép cũng tương tự như vậy, chỉ thêm giai đoạn chuẩn bị và lắp đặt cốt thép từ sàn treo. 3.2.4. Cốt giếng 95
1. Công dụng của cốt giếng Cốt giếng là một hệ thống kết cấu được bố trí trong không gian của giếng và bố trí dọc theo chiều sâu giếng, nó có tác dụng định hướng cho thiết bị vận tải chuyển động đảm bảo an toàn và là nơi để bố trí các thiết bị như cáp điện, ống dẫn nước, ngăn thang... Yêu cầu cơ bản của cốt giếng là bảo đảm cho thiết bị vận tải (thùng trục) hoạt động an toàn với tốc độ và tải trọng đã quy định trong suốt thời gian tồn tại của giếng. Sơ đồ kết cấu của cốt giếng cũng như các kết cấu chi tiết của nó phải thích ứng với điều kiện địa chất của mỏ có kể đến sự lệch tâm cho phép của cốt giếng, bảo đảm cho trong giếng bố trí được nhiều thùng trục và trục tải làm việc bình thường khi mỏ có một số mức khai thác tạo ra sức cản gió nhỏ nhất thoả mãn điều kiện phục vụ lâu dài và ổn định. Cốt giếng thường có một số cấu kiện chính sau đây: - Đường định hướng (đường trượt): dùng để giữ cho thùng trục chuyển động ổn định với tải trọng và tốc độ cho phép. Đường trượt chủ yếu được làm bằng thanh ray, cá biệt có thể dùng gỗ hay thép hộp hoặc dây cáp. Nó được bố trí theo chiều sâu của giếng. - Xà ngang: được bố trí trong các mặt phẳng ngang của giếng vuông góc với đường định hướng. Xà ngang dùng để cố định đường định hướng, các đường ống, cáp, ngăn thang... Xà ngang chủ yếu được làm bằng thép chữ I. Hai đầu xà chính thường được chôn vào vỏ chống khoảng 0,5  1 m. Các xà phụ có thể một đầu chôn vào vỏ chống và một đầu hàn vào xà chính, cũng có thể hai đầu hàn vào xà chính. Các xà được bố trí trong một mặt phẳng gọi là tầng xà. Khoảng cách giữa hai tầng xà theo chiều sâu của giếng được gọi là chiều cao một tầng xà. Khoảng cách này được lấy phụ thuộc vào loại đường định hướng. Với đường định hướng ray thì chiều cao tầng xà là 3125 mm hay 4168 mm (để cho một thanh ray tiêu chuẩn dài 12500 mm được gá lên ba hay bốn tầng xà). Trong trường hợp cần thiết, cốt giếng còn có xà ngăn thang. 2. Phân loại cốt giếng Có thể có một số cách phân loại cốt giếng, nhưng thông thường người ta phân loại cốt giếng theo đường định hướng. Theo cách phân loại này ta có: - Cốt cứng: ở đây đường định hướng là thanh ray. Trong trường hợp này, đường định hướng được cố định vào các tầng xà. Loại cốt này dùng ở giếng sâu, năng suất vận tải lớn, thời hạn phục vụ lâu dài. - Cốt mềm: ở đây đường định hướng là dây cáp. Lúc này không cần các tầng xà ngang mà cáp định hướng được căng bằng tời đặt trên miệng giếng và khung căng ở đáy giếng. Cốt mềm được dùng khi xây dựng giếng hoặc các mỏ có độ sâu nhỏ và năng suất vận tải không lớn, thời gian tồn tại không lâu. 3. Quy định về ngăn thang 96
Ngăn thang trong giếng bao gồm: các xà ngăn thang gá vào xà ngang của giếng, sàn thang, thang và các tấm ngăn. Ngăn thang được làm từ thép và gỗ. Đối với mỏ có hai lối thoát đều là giếng đứng thì ngoài máy trục còn phải trang bị ngăn thang. Một trong hai giếng có thể không đặt ngăn thang nếu giếng này có hai máy trục dùng hai nguồn điện năng độc lập với nhau. Tuy nhiên cần trang bị ngăn thang ở cả hai giếng để công nhân có thể tự đi lên mặt đất khi cần thiết. Yêu cầu thang phải đặt với độ nghiêng không lớn hơn 800. Thang phải đặt cao hơn miệng giếng cũng như cao hơn các sàn khác ít nhất là một mét. Lỗ sàn phải có kích thước nhỏ nhất là: dài x rộng = 700 x 600 mm. Khoảng cách nhỏ nhất giữa chân thang và vỏ chống phải lớn hơn 0,6 m, khoảng cách giữa các sàn thang không được lớn quá 6 m. Sàn thang tạo nên bởi các xà phụ, trên có lát ván gỗ. Khi giếng có nhiều nước, giữa các tấm ván sàn phải có khe hở. Mặt sàn có thể được lát bằng các tấm thép hay bê tông cốt thép đúc sẵn, trên mặt các tấm lát phải có gờ để tạo ma sát. Vách chắn ngăn thang với các ngăn khác có thể làm bằng các tấm ván hay các tấm lưới thép. 4. Sơ đồ đặt cốt giếng Công tác đặt cốt giếng bao gồm đặt xà ngang, treo đường định hướng, dựng ngăn thang và lắp đặt các đường ống (ống khi nén, ống nước, cáp điện lực, cáp thông tin, cáp chiếu sáng...). Việc đặt cốt giếng thường được tiến hành sau khi đã kết thúc việc đào và chống giếng trên toàn bộ chiều sâu của giếng. Ngoài ra cũng có thể đặt cốt giếng trong quá trình đào và chống giếng (sơ đồ này chỉ áp dụng đối với các giếng sâu). Với sơ đồ đặt cốt sau khi đã kết thúc việc đào chống giếng, tuỳ thuộc vào hướng và trình tự đặt xà và treo đường định hướng, ta có thể tiến hành nối tiếp hay phối hợp. Hình 3.9. Các sơ đồ bố trí cốt giếng Phương pháp nối tiếp: công việc đặt cốt bắt đầu từ việc đặt các xà chính và xà phụ từ trên xuống dưới hết chiều sâu giếng hay một đoạn giếng sau đó treo đường định hướng từ dưới lên trên. Phương pháp phối hợp: các xà chính, xà phụ và đường định hướng được đặt đồng thời trong từng khâu với chiều cao mỗi khâu là 12,5 m. Phụ thuộc vào 97
hướng tiến hành công việc và thiết bị được sử dụng mà phương pháp đặt cốt phối hợp có thể tiến hành theo các sơ đồ sau đây: - Đặt cốt từ trên xuống dưới với thiết bị sàn treo hai tầng và giá treo. - Đặt cốt từ trên xuống dưới chỉ sử dụng sàn treo hai tầng, không sử dụng giá treo. - Đặt cốt từ dưới lên trên sử dụng sàn treo hai tầng và giá treo 3.3. Vòng chống bằng kim loại 3.3.1. Kết cấu và trình tự thi công vòng chống Vòng chống kim loại có thể dùng để chống tạm thời hay cố định, nó được dùng để chống giếng có tiết diện tròn với thời gian tồn tại tương đối lâu, có thể dùng các loại thép chữ I và thép lòng máng…để làm vòng chống. Mỗi một vòng chống có từ 4  8 đoạn cong, trọng lượng mỗi đoạn từ 50  70 kg. Các đoạn cong này được nối lại với nhau nhờ tấm ốp, bu-lông và đai ốc theo hình thức như nối ray. Khi không chống liền khung thì khoảng cách giữa các khung chống nhỏ hơn một mét. 3 2  4 1   Hình 3.10. Vòng chống kim loại 1 – Vòng chống 2 – Móc treo 3 – Văng đỡ bằng gỗ 4 – Ván chèn Để giữ khoảng cách giữa các vòng, người ta dùng móc treo bằng thép tròn với  = 30  32 mm. Móc được uốn theo dạng chữ Z và được treo thẳng hàng từ trên xuống. Ngoài ra còn dùng văng để đánh giữa các vòng, văng cũng phải đánh thẳng hàng. Để chèn có thể dùng các tấm chèn bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc dùng gỗ ván, phía sau không được để lại khoảng trống mà phải dùng đá, đầu gỗ để chèn kích thật chặt. Cá biệt có thể dùng vữa nghèo để chèn lấp nhằm gia cố mặt ngoài của đất đá. Ngoài vòng chống kim loại, ở một số nước còn dùng vỏ chống bằng kim loại. Vỏ chống kim loại được cấu tạo từ các tấm kim loại cong đúc sẵn (gọi là 98
các tấm tu bing) lắp ghép lại với nhau, mỗi tấm cao 1,5 m rộng 1,5  2 m, chiều dày tối thiểu là 27 mm, trọng lượng một tấm 0,8  1,3 tấn. Để làm tu bing có thể dùng gang hoặc thép. 3.3.2. Tính toán vòng chống Tải trọng giới hạn trên một đơn vị chiều dài vòng chống theo chu vi được xác định theo công thức: 3.E.J Pgh  , kG/cm (3.35) R3 Trong đó: E – Mô đun đàn hồi của thép làm vòng chống, kG/cm2; J – Mô men quán tính của thép làm vòng chống, cm4; R – Bán kính trung bình của vòng chống giếng, cm; Trong tính toán thiết kế, thường người ta đưa vào một hệ số dự trữ bền m=1,5  3. Vậy tải trọng cho phép để thiết kế trên một đơn vị dài của vòng chống được xác định theo công thức: 3.E.J Pt  , kG/cm (3.36) m.R 3 Tải trọng trên tối thiểu phải bằng cường độ áp lực của đất đá tác dụng trên một đơn vị dài theo chu vi giếng: 3.E.J  Pmax .L (3.37) m.R 3 Trong đó: Pmax – Cường độ áp lực ở thành giếng; L – Khoảng cách giữa các vòng chống; Từ công thức (3.37) ta tính được tích số E.J (gọi là độ cứng của kim loại) rồi tra bảng để tìm loại thép làm vòng chống. Ngược lại, khi đã có một loại thép nào đó (đã biết tích số E.J) thì việc tính toán vòng chống là tính khoảng cách lớn nhất giữa chúng. Khoảng cách này được tính theo công thức: 3 .E . J Lmax  ,m (3.38) m.Pmax .R 3 Câu hỏi và bài tập chƣơng 3 1. Kết cấu khung chống gỗ ở giếng đứng? 2. So sánh trình tự dựng khung chống gỗ liền nhau và khung chống gỗ không liền nhau? 3. Kết cấu và trình tự thi công vòng chống bằng kim loại? 4. Hình dạng và kết cấu của vỏ chống giếng đứng bằng bê tông liền khối? 5. Việc thi công vỏ chống bê tông liền khối được thực hiện như thế nào? 99
6. Các cấu kiện chính của cốt giếng và công dụng của chúng? 7. Cách phân loại cốt giếng? 8. Tính đường kính gỗ làm khung chống ở giếng đứng với các điều kiện cho như sau: giếng có tiết diện ngang hình chữ nhật với kích thước 2,8 x 1,7 m, cường độ tải trọng lớn nhất tác dụng lên thành giếng là 2,64 T/m2, gỗ để chống giếng có [u] = 280 kG/cm2. Tính toán gỗ trong hai trường hợp: các khung chống liền nhau và các khung chống cách nhau một khoảng L = 0,8 m. 100
CHƢƠNG 4. THI CÔNG LÒ BẰNG 4.1. Đặc điểm, chiều dài và vị trí mở cửa lò 4.1.1. Đặc điểm của đoạn cửa lò - Đoạn cửa lò được xây dựng trong đất đá phủ, chiều dày lớp đất trên nóc lò không lớn như phần thân lò, do đó áp lực ở đây rất lớn, thay đổi và có xu hướng đẩy đất đá ra phía ngoài. - Đoạn cửa lò nối liền với mặt đất nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết, đặc biệt là nước mặt trong mùa mưa. - Riêng đối với đoạn cổ giếng còn chịu tác dụng của tháp trục, trục tải và các công trình trên mặt đất. Do những đặc điểm trên mà vật liệu làm vỏ chống phải có khả năng chịu lực tốt, kết cấu vỏ chống kiên cố và cấu tạo đặc biệt. Mặt ngoài cửa lò phải xây các bờ kè chắc và phải có hệ thống rãnh thoát nước mặt và nước trong lò. 4.1.2. Chiều dài đoạn cửa lò Bình thường chiều dài đoạn cửa lò lấy bằng chiều dày lớp đất đá phủ cộng thêm 2 3 m vào đất đá gốc. Trong trường hợp cửa lò có đặt quạt chính để thông gió cho toàn mỏ thì chiều dài đoạn cửa lò tính từ mặt đất đến ngã ba rãnh gió, mà khoảng cách này được lấy bằng 1,5 lần chiều dài của một đoàn tàu dài nhất. L cl  Hình 4.1. Đoạn cửa lò 4.1.3. Vị trí mở cửa lò Vị trí mở cửa lò được xác định dựa vào các yếu tố sau: + Phải là nơi mà công tác vận tải trong lò và thông gió là tối ưu nhất (trung tâm ruộng mỏ). + Là nơi có điều kiện để mở mặt bằng sân công nghiệp. + Là nơi có điều kiện địa chất thuận lợi. + Cao hơn mực nước ngầm và đỉnh lũ cao nhất ở vùng 50 cm. 101
+ Thuận tiện cho việc nối hệ thống vận tải của mỏ với hệ thống vận tải quốc gia. + Thuận tiện cho việc cung cấp điện, nước, thông tin liên lạc và điều kiện sinh hoạt của công nhân.... Kết hợp các yếu tố trên sẽ chọn được một vị trí mở cửa lò tối ưu nhất. 4.2. Phƣơng pháp đào lò, phƣơng tiện phá vỡ đất đá 4.2.1. Phương pháp đào lò Phương pháp đào lò chủ yếu phụ thuộc vào độ ổn định và mức độ ngậm nước của khối đá hoặc khoáng sản mà đường lò đào qua. Hiện nay, người ta phân chia các phương pháp đào lò thành hai nhóm phương pháp chủ yếu: * Các phương pháp thông thường thi công đường lò trong khối đá tương đối ổn định, vững chắc. Nghĩa là đường lò được thi công trong khối đá cho phép lưu không (lộ mặt) trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Trong trường hợp này, các mặt lộ hông, nóc và gương lò không cần phải tiến hành chống giữ ngay sau khi tạo khoảng trống hoặc không cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt để khắc phục lượng nước chẩy vào gương lò. * Các phương pháp đặc biệt được áp dụng khi thi công đường lò trong khối đá không ổn định, không vững chắc (khối đá mềm yếu, nứt nẻ mạnh, ngậm nước lớn, đất chẩy, cát chẩy...) hoặc trong khối đá rắn cứng, song nứt nẻ mạnh, chứa nhiều nước đòi hỏi phải có biện pháp phụ trợ để ngăn ngừa không cho nước chảy vào trong công trình; hoặc tại các vỉa than có đặc tính phụt than, phụt khí đột ngột phải áp dụng các biện pháp thi công riêng. Các phương pháp đặc biệt thi công công trình ngầm sẽ được giới thiệu trong một giáo trình riêng. Vì vậy, trong bài giảng này chỉ đề cập tới những công nghệ đào lò cơ bản và hầm trạm bằng phương pháp thông thường. Trong quá trình thi công các đường lò cơ bản và hầm trạm trong mỏ, công trình có thể được xây dựng trong khối đá đồng nhất hoặc không đồng nhất. nghĩa là, gương lò có thể được đào trong một loại đất đá hoặc khoáng sản, hay gương lò có thể đào vừa qua vùng có cả khoáng sản và đá vách (hoặc trụ) của vỉa. Thực tế của ngành mỏ Việt Nam cho thấy, các mỏ khai thác than và quặng phần lớn tiến hành trong các vỉa có chiều dầy trung bình và lớn (ít tiến hành khai thác các vỉa mỏng). Do đó, các đường lò chuẩn bị thông thường được đào hoàn toàn trong vỉa khoáng sản. Những trường hợp gặp đá trong gương khoáng sản trên thực tế chỉ là các lớp đá kẹp trong vỉa chứ không phải là đá vách hoặc đá trụ của vỉa. 4.2.2. Phương tiện phá vỡ đất đá và khoáng sản Tuỳ thuộc vào hệ số kiên cố “f” của đất đá và khoáng sản trong quá trình thi công đường lò người ta có thể áp dụng các phương pháp (phương tiên) phá vỡ đất đá và khoáng sản khác nhau. Trong các mỏ hầm lò ở nước ta, khi tiến hành đào các đường lò chủ yếu người ta sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để phá vỡ đất đá và khoáng sản, trong một số trường hợp khi đất đá hoặc khoáng 102
sản mềm yếu, người ta có thể sử dụng phương pháp đào thủ công và hiện nay một số mỏ đã sử dụng máy combai đào lò. Tại các nước khác, bên cạnh các phương pháp khoan nổ mìn, người ta còn sử dụng búa chèn (khi đường lò có chiều dài nhỏ hơn 300 m), bằng phương pháp thuỷ lực (sử dụng sức nước) và bằng các máy đào liên hợp (combai). Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới người ta sử dụng rộng rãi combai để thi công các đường lò có chiều dài lớn hơn 300 m xây dựng trong khối đá có độ bền trung bình và mềm yếu. Những năm gần đây, nhiều nước đã chế tạo và sử dụng nhiều loại combai thi công các đường lò trong đá rắn cứng có hệ số kiên cố lên tới f=6 10 và f>10. Phương pháp sử dụng búa chèn là phương pháp thủ công bán cơ giới. Phương pháp này hiện nay hầu như không được các nước trên thế giới sử dụng để thi công các đường lò trong mỏ. Hiện nay, tại các mỏ hầm lò Việt Nam việc tổ chức đào lò bằng búa chèn chưa được áp dụng. Búa chèn chỉ được sử dụng để thực hiện các công việc phụ trợ (sửa chữa hông lò, sửa và đào rãnh nước, phá đá quá cỡ...) trong quá trình thi công đường lò. Phương pháp đào lò bằng thuỷ lực (bằng sức nước) chỉ được sử dụng tại các mỏ khai thác bằng sức nước. Nước ta chưa có mỏ khai thác bằng sức nước, cho nên phương pháp này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Trước đây, tại mỏ Cổ Định (Thanh Hoá) người ta đã sử dụng súng bắn nước để khai thác quặng sa khoáng crômit bằng phương pháp lộ thiên. 4.3. Thi công lò bằng trong đá rắn bằng phƣơng pháp khoan nổ mìn 4.3.1. Khái niệm chung Lò bằng đào vào đá rắn đồng nhất là đường lò đào vào đất đá có hệ số kiên cố f  3, khi đó trên gương lò chỉ có một loại đá. Các công việc trong một chu kỳ đào lò vào đất đá rắn đồng nhất gồm có: phá vỡ đất đá, bốc xúc - vận tải, chống giữ và các công việc phụ trợ khác. Khi đào lò vào đá rắn, công tác phá vỡ đá chủ yếu bằng khoan nổ mìn Nói chung các công việc này đều rất khó khăn và nặng nhọc nhất là trong điều kiện lao động thủ công, trong đó công việc khoan nổ mìn và công việc xúc bốc – vận tải nặng nhọc và chiếm nhiều thời gian nhất. Hiện nay, các mỏ than hầm lò ở nước ta đang tiến hành cơ giới hoá công tác đào lò trên cơ sở áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và đào tạo công nhân lành nghề, nên năng suất lao động và tốc độ đào lò tăng lên đáng kể. 4.3.2. Công tác khoan nổ mìn 4.3.2.1. Yêu cầu đối với công tác khoan nổ mìn Khi đào lò vào đất đá rắn đồng nhất, phương pháp phá vỡ đất đá chủ yếu là khoan nổ mìn. Đây là công việc hết sức khó khăn và nặng nhọc, chi phí thời gian và nhân lực chiếm 4050 % của một chu kỳ đào lò. Công tác khoan nổ mìn phá vỡ đất đá khi thi công các đường lò cần phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Hình dáng và kích thước tiết diện ngang đường lò phải phù hợp với thiết kế (hệ số thừa tiết diện 
- Đất đá nổ ra phải đồng đều, ít đá văng xa, ít đá quá cỡ. - Đảm bảo tiến độ đào lò như đã thiết kế, nâng cao hệ số sử dụng lỗ mìn (  0,8) - Ít ảnh hưởng đến các vì chống ở gần gương. - Nền và gương lò tương đối bằng phẳng để thuận tiện cho việc xúc bốc, chống giữ và khoan tiến độ sâu. - Giảm được chấn động do nổ mìn gây ra ảnh hưởng xấu tới khối đá bao quanh đường lò, đảm bảo độ ổn định cho đường lò. - Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị và chi phí cho công tác khoan nổ mìn nhỏ nhất. Để đạt được những yêu cầu trên cần phải tính toán và lựa chọn các thông số khoan nổ mìn như phương tiện gây nổ và thuốc nổ, chỉ tiêu thuốc nổ, số lượng lỗ mìn, chiều sâu lỗ mìn, sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gương... hợp lý. 4.3.2.2. Các thông số khoan nổ mìn 1. Thuốc nổ và phụ kiện nổ Thuốc nổ được dùng trong xây dựng công trình ngầm và mỏ được phân chia thành hai nhóm: nhóm thuốc nổ an toàn và nhóm thuốc nổ không an toàn. Nhóm thuốc nổ không an toàn được sử dụng tại khu vực đường lò không nguy hiểm về khí nổ, bụi nổ. Nhóm thuốc nổ an toàn được sử dụng tại các đường lò có nguy hiểm về khí nổ, bụi nổ. Khi đào lò đá nên dùng thuốc nổ có sức công nổ mạnh để tăng hiệu quả khoan nổ mìn. Phụ kiện nổ: để kích nổ lượng thuốc nổ trong các lỗ mìn, người ta có thể sử dụng kíp nổ thường với dây cháy chậm, kíp nổ điện, ngòi nổ và dây nổ. Khi đào lò vào đất đá rắn người ta thường sử dụng kíp điện vi sai. 2. Chỉ tiêu thuốc nổ và lượng thuốc nổ trong chu kỳ nổ mìn * Lượng thuốc nổ cần thiết để phá vỡ một mét khối đá nguyên khối được gọi là chỉ tiêu thuốc nổ hay lượng thuốc nổ đơn vị (q). Công thức tính chỉ tiêu thuốc nổ theo Pocrovxki: q= q1.fc.v.e.kd, kg/m3 (5 - 1) Trong đó: q1 - Chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn, kg/m3, q1  0,1.f (5 - 2) f - Hệ số kiên cố của đất đá; e - Hệ số xét tới sức công nổ: 380 e (5 - 3) Ps Ps- Sức công nổ của thuốc nổ đang sử dụng, cm3; kd - Hệ số ảnh hưởng của đường kính thỏi thuốc Khi d = 25 28 mm; kd= 1,1; 104
Khi d = 30 32 mm; kd= 1,0 Khi d= 40 45 mm; kd= 0,95 v - Hệ số sức cản của đá: 6,5 v (áp dụng khi diện tích tiết diện đào Sd< 18 m2) (5 - 4) Sd Nếu có 2 mặt tự do và S  18 m2 thì v = 1,2 1,5 * Chi phí thuốc nổ cho một lần nổ Qt= q.V = q.Sd.l, kg (5 - 5) Trong đó: V - Thể tích đá nguyên khối của gương đào lò sau mỗi lần nổ, m3; Sd - Diện tích tiết diện đào, m2; l - Chiều sâu lỗ mìn, m; 3. Đường kính lỗ khoan, dk Đường kính lỗ khoan được tính theo công thức sau: dk= db+ (4  8) mm (5 - 6) Trong đó: db - Đường kính của thỏi thuốc nổ sử dụng; (4 8) mm - Khoảng hở cho phép giữa thỏi thuốc nổ với thành lỗ khoan. 4. Tính số lượng lỗ khoan trên gương Số lượng lỗ khoan trên gương phụ thuộc vào các yếu tố như: tính chất cơ lý của đất đá; diện tích tiết diện của gương đào; chủng loại thuốc nổ; đường kính thỏi thuốc nổ; hệ số nạp thuốc “a”. Có nhiều công thức để tính toán số lượng lỗ mìn, tuy nhiên trong thực tế thường sử dụng công thức của Pocrovxki: q.S d N  S d , lỗ (5 - 7)  Trong đó: q- Chỉ tiêu thuốc nổ, kg/m3 Sđ- Diện tích tiết diện đào, m2 - L-îng thuèc næ n¹p trung b×nh trªn mét mÐt chiÒu dµi lç khoan, kg/m 5. Tính chiều sâu lỗ khoan Trong thực tế để nâng cao được tốc độ đào lò, hiệu quả phá vỡ đất đá bằng phương pháp khoan nổ mìn ta phải chọn chiều sâu lỗ khoan cho phù hợp với điều kiện cụ thể của đường lò thi công. Chiều sâu lỗ khoan có thể được xác định theo thời gian của một chu kỳ đào chống lò hoặc theo tốc độ đào lò trong một tháng. Đơn giản hơn có thể xác định chiều sâu lỗ khoan dựa vào tiến độ chu kỳ theo công thức: LCK LK  ,m (5 - 8)  Trong đó: 105