Bài giảng môn Đào chống lò

ường lò tác dụng lên vỏ chống gọi là “áp lực mỏ”. Đặc tính của sự xuất hiện áp lực mỏ phụ thuộc nhiều yếu tố: + Hình dạng và kích thước đường lò + Chiều sâu bố trí đường lò + Tính chất cơ lý của đất đá bao quanh đường lò . + Thời gian sử dụng đường lò 1.1.2 Nguyên nhân phát sinh ra áp lực mỏ: Khi chúng ta đào các đường lò, hầm trạm vào trong đất đá nguyên khối, thì trạng thái cân bằng ứng lực tự nhiên của đất đá bị phá vỡ. Sau một khoảng thời gian nhất định, đất đá xung quanh đường lò sẽ bị rạn nứt, có khuynh hướng dịch chuyển và sụt lở vào trong khoảng trống và tạo lên áp lực mỏ tác dụng lên các vỏ chống. Vậy nguyên nhân phát sinh ra áp lực mỏ là do trạng thái cân bằng ứng lực tự nhiên trong đất đá bị phá vỡ. 1.2. Lý thuyết về tường chắn đất(của Coulomb) 1.2.1. Áp lực chủ động Giả sử ta có tường chắn đất như hình vẽ Do trọng lượng bản thân của khối lăng trụ tam giác ABC, nó sẽ có khuynh hướng trượt theo mặt trượt AC, mặt trượt AC nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang 1 góc α, nhưng bị tường chắn đất ngăn lại. Khối lăng trụ trượt ABC có khuynh hướng dịch chuyển xuống, gây nên áp lực làm tường chắn đổ ngược chiều kim đồng hồ, áp lực dó gọi là áp lực chủ động. 1.2.2. Áp lực bị động Cũng với tường chắn đất như trên, trong trường hợp này sẽ có một lực Q tác dụng vào tường chắn, làm cho tường chắn có khuynh hướng đổ theo chiều kim đồng hồ, gây áp lực lên lăng trụ ABC. Lúc này lăng trụ tam giác ABC có khuynh hướng bị trượt lên trên theo mặt trượt AC, áp lực đó gọi là áp lực bị động. 1.3. Áp lực xung quanh đường lò 1.3.1. Giả thiết về áp lực đất đá trên nóc lò bằng của giáo sư M.M Prôtdiacônôp Xuất phát từ thí nghiệm mô hình (với cát ẩm) và quan trắc thực tế Prôtôđiakônốp cho rằng, sau khi khai đào, phía nóc khoảng trống hình thành vòm sụt lún dịch chuyển thẳng về phía khoảng trống. Khối đá phía ngoài vòm sụt lún ở trạng thái cân bằng ổn 2định, trọng lượng đá vòm sụt lún là nguyên nhân gây ra áp lực ở phía nóc lên khung, vỏ chống (hình 1-3-1). Theo kết quả phân tích của Prôtôđiakônốp, vòm áp lực có dạng parabol Như vậy chiều cao tại đỉnh vòm phá huỷ là: f ab  (1-3-1-1) trong đó: a - nửa chiều rộng khoảng trống (m) f - hệ số kiên cố của đất đá phía nóc Điều đó có nghĩa là vòm áp lực chỉ phụ thuộc vào chiều rộng khoảng trống (a) và tính chất cơ học của đá nóc (f). Tính áp lực tập trung cho một đơn vị chiều dài của khoảng trống ta có: f aQn .4 3 2 (KN/m) (1-3-1-2) trong đó: Qn - áp lực tập trung phía nóc;kN  - dung trọng của đất đá phía nóc (kN/m3). Hình 1-3-1: Vòm áp lực theo Prôtôdiakonốp Các công thức cho thấy áp lực không phụ thuộc kết cấu chống và độ sâu bố trí công trình. 1.3.2. Giả thuyết của Bierbaumer cho các đường lò nằm gần mặt đất. Trong thực tế, ta phải thi công xây dựng các công trình ngầm nằm gần mặt đất như các đường hầm xuyên qua các vùng đồi núi thấp các công sự bố trí nông, các đoạn cửa lò bằng mở vỉa cho mỏ, cũng như các đoạn cổ giếng nghiêng bố trí ở vùng bằng phẳng, v..v Bierbaumer cho rằng, sau khi khai đào khoảng trống ABCD, khối đá phía nóc CDEF bị phá huỷ và có xu hướng sụt lún. Khối CDKE có khả năng chuyển dịch vào khoảng trống. Sự chuyển dịch này bị cản trở bởi các lực ma sát trên các mặt CI và DK. áp lực nóc tác dụng lên khung, vỏ chống sẽ bằng trọng lượng cột đá CIKD trừ đi các lực ma sát. Trọng lượng cột khối đá CIKD tính cho một đơn vị chiều dài khoảng trống là: Q = 2.a.H. (kN/m) (1-3-2-1) Với giả thiết khối đá là môi trường rời, các lăng trụ trượt CEI và DKF gây ra các lực chủ động Qcđ vào khối CIKD. áp lực chủ động tập trung đó được xác định theocông thức sau: y b 2a x 3Q H tgcd     1 2 90 2 2 2 0   (kN/m) (1-3-2-2) Trong đó: H - Độ sâu kể từ mặt đất đến đỉnh của khoảng trống (m). Tác dụng của các lực Qcd gây ra các lực ma sát (hay lực chống trượt) T thoảmãn điều kiện cân bằng của môi trường rời, ta có: T = Qcd . tg (kN/m) (1-3-2-3)Từ (1-2-2-1) và (1-2-2-3) tính được áp lực nóc tập trung cho một đơn vị chiều dài khoảng trống theo biểu thức sau: ].).2 90(21[22 0 2  tgtga HHaTQQn  (kN/m) (1-3-2-4) Hình 1-3-2 – Sơ đồ tính áp lực nóc theo Bierbaumer Biểu thức (1-3-2-4) chỉ có nghĩa khi Qn  0, từ đó rút ra :  tgtg HH      2 9002 = Hgh (m) (1-3-2-5) Điều đó có nghĩa là, giả thuyết áp lực của Bierbaumer chỉ có thể được áp dụng khi điều kiện (1-12) được thoả mãn. Vậy các công trình bố trí ở độ sâu là H Hgh ta phải dùng các giả thuyết tính áp lực củacác tác giả khác. 1.4.3. Giả thuyết về áp lực đất đá bên hông lò của PM ximbarevic Trong trường hợp lò đào qua khu vực có đất đá tại cả nóc và hông lò đều kém ổn định (bở rời, mềm yếu), áp lực đá không chỉ xuất hiện ở phần nóc lò mà còn xuất hiện cả ở phần hông lò. Trong trường hợp này vòm phá huỷ ở nóc sẽ mở rộng do đó tải trọng ở nóc lò cũng lớn hơn. Áp lực mỏ lên vì chống từ phía hông lò xuất hiện trong điều kiện khi ứng suất trong đất đá hông vượt giới hạn bền của đất đá khi nén một trục. Chiều cao lăng trụ bằng chiều cao đường lò và góc nghiêng của mặt phẳng lún có thể tiếp nhận bằng (90 0+) /2 Chiều rộng của vòm cân bằng tự nhiên: (2a+2d) Chiều cao vòm cân bằng: b1 Theo Ximbarevich thì sự gia tải lên các lăng trụ tạo ra do đất đá nằm trong vòm cân bằng tự nhiên. Nửa chiều rộng vòm cân bằng tự nhiên: a 1= a+d = a+h cotg ( 2 900  ) (m) (1-4-3-1) P TT 2a 2 900  QcdQcd H BA DC FKIE 4  trong đó:  - góc ma sát trong của đá (độ). Chiều cao vòm áp lực: b1 = a 1 /f = [a+h cotg 2 900  ]/ tg (m) (1-4-3-2) trong đó: f - hệ số kiên cố của đá. Tải trọng thẳng đứng: Q = 2a b1  (kN/m) (1-4-3-3) trong đó:  - dung trọng của khối đá. Hình 1-4-3 : Giả thiết vòm áp lực theo Ximbarevich Áp lực hông ở chân vòm cân bằng: P1=  b1 tg2 2 900  (kN/m2) (1-4-3-4) Áp lực hông ở nền lò: P2 =  (b1+h) tg2 2 900  (kN/m2) (1-4-3-5) 1.4.4 Giả thuyết áp lực đất đá tác dụng ở nền lò của PM Ximbarevich Áp lực tác dụng từ phía nền vào khoảng trống công trình ngầm được gọi là áp lực nền. Tuỳ theo nguyên nhân gây ra áp lực nền dẫn đến hiện tượng bùng nền có nhiều phương pháp, giả thuyết được xây dựng để tính áp lực nền. Dưới đây giới thiệu giả thuyết của Tximbarêvich (hình 1-4-4-1). Dưới tác dụng của tải trọng giới hạn P0 (do tác dụng của cột đá BCDĐ và trọnglượng của khung vỏ chống gây ra), khối đá ABC có thể bị dịch chuyển xuống phía dưới dọc theo AB. Coi mặt AC là tường chắn giả định, mặt AC chịu tác dụng của áp lực chủ động Qcđ. Tác động đó đẩy khối ACE trồi lên khoảng trống, dọc theo mặt trượtAE. Như vậy, khối ACE gây ra áp lực bị động Qbđ lên AC. Theo lý thuyết áp lực lên tường chắn trong cơ học đất và dựa vào sơ đồ (hình 1- 2-4-1) chúng ta có: qcđ = (p0 + .x) . tg2 (45-/2) (1-4-4-1) qbđ = .x . tg2 (45+/2) (1-4-4-2) Tại độ sâu x0 thoả mãn điều kiện: qcđ= qbđ khi x= x0 5Từ đó cho phép xác định x0 theo biểu thức sau: x p tg tg 0 0 4 0 4 0 45 2 1 45 2        ( ) ( ) (1-4-4-3) với ,  là dung trọng và góc ma sát trong của đá phía nền công trình ngầm. x Hình 1-2-4-1: Sơ đồ tính áp lực nền theo Tximbarevich Từ (1-4-4-1) đến (1-4-4-3) cho phép xác định được áp lực chủ động, áp lực bị động toàn phần, tập trung tác dụng lên AC theo công thức sau: Q x p x tg Q x tg cd bd            . . ( ) . . . ( ) 0 2 0 0 2 0 2 2 2 45 2 1 2 45 2 (1-4-4-4) Thực tế, lực gây ra dịch chuyển của khối ACE là hiệu của các áp lực chủ động và bị động, tức là: Q Q Q p x tg x tg tgcd bd         0 0 2 0 0 2 2 0 2 045 2 2 45 2 45 2. ( ) ( ) ( )     (1-4-4-5) Lực Q có thể phân tích ra làm hai thành phần tác dụng vuông góc lên AE (N) và tác dụng song song lên AE (T) hình 1-4-4-2. Hình 1-4-4-2: Phân tích lực Q ra các thành phần lực T và N Các thành phần T và N xác định được theo các biểu thức sau: T= Q . cos(450- /2) N= Q . sin(450- /2) (1-4-4-6)  Q N T T0 A ECB P0 b1 h x0 EC D 45 2 0   245 0  FA B qbdqcd A C Đ KI 6Dưới tác dụng của N, hình thành trên mặt trượt AE lực chống trượt T0 (lực masát). Nếu coi khối đá là môi trường rời, mặt AE ở trạng thái cân bằng, theo điều kiện Coulomb có: T0 = N. tg = Q. sin(450-/2).tgNhư vậy khối ACE sẽ trượt theo mặt AE, nếu thoả mãn điều kiện: T > T0. Khi đó lựcgây trượt là:  T T T Q    0 045 2sin( ) cos   (1-4-4-7) Chiếu T lên phương thẳng đứng (vuông góc với nền của khoảng trống) chúng ta nhận được áp lực nền do dịch chuyển của khối đá ACE gây ra. Chú ý đến cả dịch chuyển của khối đá IKF ở phía đối diện, nhận được áp lực nền toàn phần theo biểu thức: Qnền= 2T . sin(450- /2) = Q.sin2(450- /2) (1-4-4-8)Nếu đá nóc, sườn và nền là như nhau (đồng nhất) và nếu có thể bỏ qua trọng lượng của khung vỏ chống, đồng thời coi áp lực tác dụng thẳng đứng lên đá nền ở hai bên sườn khoảng trống p0 bằng trọng lượng cột đá của vòm sụt lở và khối trượt thì cóthể xác định chiều sâu giới hạn x0 một cách gần đúng theo biểu thức: )245(1 )245().( 4 4 1 0      tg tgbh x (1- 4-4-9) Trong trường hợp tổng quát cần phải phân tích xác định p0 theo điều kiện cụthể. 1.5 Áp lực ở lò nghiêng Công trình ngầm được xếp vào loại nằm nghiêng khi 150  750 (hình 1-5-1). Khi tính áp lực trên nóc lò nghiêng, ta sử dụng các công thức tính như nóc lò bằng, song cần chú ý là toàn bộ tải tọng đó được phân thành hai thành phần. Trên mặt cắt theo phương thẳng đứng AA'. Chiều cao của công trình ngầm sẽ là h', được tính theo biểu thức sau: h h 'cos (1-5-5-1) Khi đó chiều cao vòm áp lực theo Tximbarevich là: f tgha b      )245(cos 0 1   (1-5-5-2) Nhưng trong thực tế các khung, vỏ chống được đặt trên mặt cắt BB' vuông góc với trục công trình ngầm, vì vậy áp lực do vòm áp lực gây ra được tách thành hai thành phần: tác dụng vuông góc với trục công trình ngầm (tức là thẳng đứng vào khung chống) và song song với trục của công trình ngầm. Khi đó, áp lực tác dụng thẳng đứng có thể tính theo biểu thức sau: q b a h tg fn          . cos ( ) . 1 045 2 (1-2-5-3) B h' b1 A h  7Hình 1-5-1: Sơ đồ tính áp lực cho công trình ngầm nằm nghiêng Các thành phần tác dụng vuông góc với trục công trình ngầm qn và tác dụngsong song Tn sẽ là: q q a h tg fn n     .cos .cos . ( )    45 2 0 (1-5-5-4) T q a h tg tg fn n     .sin .sin . ( ). .     45 2 0 1.6 Áp lực mỏ ở giếng đứng Công trình có góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang  > 750 được coi là công trình thẳng đứng. Hiện nay có nhiều giả thuyết khác nhau để xác định áp lực lên khung, vỏ chống công trình thẳng đứng, khi coi khối đá là môi trường rời. Ở đây giới thiệu hai giả thuyết của Prôtôđiakônốp và của Tximbarevich. Prôtôđiakônốp cho rằng vỏ chống của giếng đứng làm việc như tường chắn, do vậy chịu áp lực của lăng trụ trượt ABC (hình 1-6-1). Việc tính toán áp lực lên vỏ chống dựa theo cơ sở lý thuyết tường chắn đất. Áp lực tác dụng lên khung, vỏ chống là áp lực chủ động được xác định gần đúng cho toàn bộ chiều dài giếng là: )245(.. 02   tgzqs (T/m2) (1-6-1) Trong đó:  là dung trọng trung bình của khối đá xung quanh giếng;  là góc ma sát trong 'ảo' trung bình; z là độ sâu kể từ mặt đất. Hình 1-6-1: Sơ đồ tính toán áp lực lên khung, vỏ chống giếng đứng theo Prôtôđiakônốp Gọi i, fi và hi là dung trọng, hệ số kiên cố và chiều dày của lớp đá thứ i,  và được xác định theo các công thức sau: A' qs 245 0  H 8       i i i n i i n h h . 1 1 ;  = tgf; f f h h i i i n i i n     . 1 1 (1-6-2) Như vậy, áp lực sườn qs tăng dần lên theo độ sâu và có biểu đồ phân bố dạngtam giác. Tximbarevich cũng xác định áp lực dựa vào lý thuyết tường chắn đất. Tuy nhiên, khác với giả thuyết của Prôtôđiakônốp, ở đây áp lực được tính cho từng lớp đất, đá riêng biệt. Đồng thời khi tính tác giả xem rằng các lớp đất đá ở phía trên gây ra áp lực phân bố đều lên các lớp đất đá phía dưới. Hình 1-6-2: Sơ đồ tính toán và biểu đồ phân bố áp lực theo Tximbarevich Với các giả thiết trên, áp lực phân bố tại độ sâu z trong lớp thứ n có thể xác định theo công thức sau: )245()(.q 02 11 Z SN n n i ni n i ii tghzh        (1-6-3) Như vậy, tính riêng áp lực ở nóc (vách) và nền (trụ) của lớp n ta có: q q SN 1 SN 2          ( . ). ( ) ( . . ). ( )      i i i n n i i n n i n n h tg h h tg 1 2 0 1 2 0 45 2 45 2 (1-6-4) Trong các biểu thức trên: i; hi; i : dung trọng, chiều dày và góc ma sát trongcủa lớp đất đá thứ i. Bằng cách tính như thế này, biểu đồ phân bố áp lực lên khung vỏ chống phụ thuộc vào tính chất cơ học của từng loại đất, đá trong từng trường hợp cụ thể và có dạng như hình trên hình 1-6-2. Ngoài ra, dựa vào kinh nghiệm tác giả đề nghị giảm tải trọng tính toán do các lớp phía trên nén xuống cho một lớp nào đó được xét, nếu như phía trên của lớp này có lớp rắn chắc, vẫn ổn định sau khi khai đào. Cụ thể là giảm tải trọng tính toán đi 20% đến 25% kể đến lớp đất đá cứng vững và ổn định. Chẳng hạn, nếu lớp đá thứ 3 kể từ trên xuống là lớp vẫn cứng vững, ổn định sau khi khai đào, áp lực tính toán cho lớp thứ n sẽ là: )245(.)(...75,0 01 1 1 4 3 1 n n i ni n i ii i ii Z SN tghzhhq           (1-6-5) 5, h5,5 4, h4,4 3, h3,3 2, h2,2 1, h1,1 9 10 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU CHỐNG LÒ 2.1. Phân loại vật liệu chống lò. Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, người ta thường sử dụng chính các vật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất. Tuy nhiên, do đặc điểm làm việc dưới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực mỏ với đặc trưng và hướng xuất hiện khác nhau, ảnh hưởng của nước ngầm, khí hậu mỏ tới vật liệu, v..v...) nên đòi hỏi vật liệu chống lò phải đáp ứng những yêu cầu cao hơn. Khi xét đến đặc điểm làm việc dưới ngầm không những cần chú ý đến ảnh hưởng của môi trường ngầm đến sự làm việc của vật liệu chống, mà còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựng bản thân vỏ chống. Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống lò như sau: - Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mà các vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết và vật liệu phụ. + Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ chống (kim loại, bê tông, gỗ, v..v...) + Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng, chất dẻo, v..v...) + Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp cho vỏ chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách nước, phụ gia hoá học, v..v...) - Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu không cháy, vật liệu không cháy nhưng biến dạng và vật liệu cháy. + Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi chịu tác dụng lâu dài của ngọn lửa và nhiệt độ cao (bê tông và một vài loại đá, v..v...) + Các vật liệu không cháy nhưng biến dạng khi có tác dụng của ngọn lửa và nhiệt độ cao (kim loại, v..v...) + Các vật liệu cháy: bị cháy khi có tác dụng của ngọn lửa (gỗ, chất dẻo, v..v...) - Theo thời gian phục vụ, các vật liệu chống lò được chia ra thành: vật liệu bền (bê tông, thép, v..v...) và vật liệu nhanh hỏng (gỗ) - Theo đặc trưng biến dạng dưới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v..v...) và vật liệu đàn hồi dẻo (kim loại). 2.2. Yêu cầu đối với vật liệu chống lò: Các vật liệu chống lò cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang tải cao, trọng lượng bản thân nhỏ, giá thành hạ, không bị biến dạng, không bị cháy, có khả năng chống han rỉ và mục nát. Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu chống còn phải có khả năng chống thấm, cách nước. Vật liệu chống lò được chọn phụ thuộc vào kết cấu vỏ chống, công dụng và thời gian phục vụ của đường lò, cường độ áp lực mỏ và điều kiện làm việc của vỏ chống, cũng như tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống. 2.3. Các loại vật liệu chống lò. 2.3.1. Gỗ a. Ưu điểm: có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ; dễ gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện trường; có độ linh hoạt nhỏ (chịu uốn, ép); có khả năng báo trước khi bị phá huỷ; chi phí về vật liệu, vận tải và lắp dựng thấp; dễ trồng và khai thác. 11 b. Nhược điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các tác động cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các đường lò dạng vòm; mất khả năng báo trước nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác nhau; phụ thuộc vào yêu cầu của nền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi trường); khả năng sử dụng lại bị hạn chế. Nói chung gỗ đã được sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của ngành mỏ để làm vật liệu chống lò. Ngày nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng gỗ vào các mục đích này, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Ở Việt Nam gỗ còn được sử dụng khá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản lượng thấp. Tại các nước tiên tiến, gỗ hầu như không còn được sử dụng vào công tác chống lò. Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công và sơ đẳng thì gỗ nhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vào các đặc điểm ưu việt của gỗ. Gỗ có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ, nên trong các trường hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ là dễ dàng, thuận lợi. Bằng các công cụ đơn giản như rìu, cưa đã có thể gia công chế biến tại chỗ để có được các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể. Cũng nhờ ưu điểm này mà việc sửa chữa trở nên đơn giản. Gỗ có khả năng linh hoạt nhất định nhờ có tính chịu uốn, ép nhất định. Đặc biệt đáng chú ý là các loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năng phát tín hiệu báo trước phá huỷ (phát ra riếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dần dần). Giá thành gỗ cũng tương đối thấp hơn so với giá các loại vật liệu khác. Vì chi phí vật liệu thấp cùng với chí phí vận chuyển và lắp dựng thấp nên trong nhiều trường hợp, gỗ vẫn còn có ý nghĩa khá trong vai trò làm vật liệu chống. Những ưu việt về mặt kinh tế đương nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu như vì lí do nào đấy mà chi phí bảo dưỡng ở các đường lò chống bằng gỗ quá lớn. Đương nhiên khối lượng công tác bảo dưỡng sẽ rất lớn và tốn kém một khi áp lực đá vượt quá khả năng mang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong đường lò quá xấu làm cho gỗ nhanh bị mục nát. Đối với những tác động kiểu này gỗ ít có khả năng chống lại. Tính dễ cháy của gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các đường lò. Đương nhiên tính dễ cháy và dễ bị mục nát cũng có thể hạn chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí và ở nước ta chưa được quan tâm, đôi khi còn ngại không đầu tư. Mặc dù gỗ dễ gia công, nhưng như đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi lò có dạng vòm, cũng chính vì thế các đường lò chống bằng gỗ khó tạo dáng làm giảm tác dụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều kiện xuất hiện áp lực. Khả năng sử dụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn chế. Một nhược điểm nữa là: khi bị mục, ẩm sẽ mất đi khả năng báo trước sự cố. c. Các loại gỗ chống lò. - Gỗ tròn nguyên cây: Gỗ tròn thường được sử dụng dưới các dạng là cột, thìu, văng giằng ...Gỗ thường có đường kính 7 30cm, chiều dài tối đa là 4m. - Gỗ xẻ: Gỗ xẻ được sử dụng dưới các dạng: - Gỗ bổ: cây gỗ được bổ thành từng mảnh cưa xẻ hoặc búa chèn và chủ yếu là làm chèn. - Gỗ bìa: còn gọi là bắp, cạnh là phần ngoài của cây gỗ thu được khi xẻ gỗ tròn thành ván và dầm gỗ. Gỗ bìa thường có dạng một mặt phẳng, mặt còn lại là cong, chiều dày chiều rộng thay đổi nhiều. Chúng là vật liều tận thu thưưòng được sử dụng để chèn nóc hay chèn hông. - Gỗ ván: là sản phẩm gỗ xẻ có chiều rộng tối thiểu gấp đôi chiều dày. Chiều dày của gỗ ván thường từ 3  7cm. Gỗ ván được sử dụng làm ván khuôn đổ bê tông, làm vách ngăn lối người đi hoặc ngăn thang, bắc sàn công tác, làm của gió hoặc trong một số trường hợp được sử dụng làm tấm chèn. 12 - Ván phe: phần gỗ ván nằm gần bên ngoài cây gỗ, có mô9tj phần bên không được xẻ bóc, nên còn là mặt cong. Công dụng của ván phe tương tự như gỗ ván nhưong hạn chế hơn vì một phần mặt cong. - Rầm gỗ: là sản phẩm gỗ xẻ có chiều dày tối thiểu bằng nửa chiều rộng, và thường từ 10 cm trở lên. Các dầm gỗ thành khi có bốn mặt đều phẳng. Tương tự như ván phe, rầm phe có một hoặc hai mặt bên không phẳng. Chiểu dài của rầm gỗ thường có chiều dài 1  6,5m kích thước mặt cắt ngang từ 7x7 cm đến 25x25cm. Rầm gỗ thường được sử dụng để chống giếng đứng có chiều sau không lớn (giếng thăm dò, giếng mù) chống giếng nghiêng có mặt cắt ngang hình chữ nhật, làm tà vẹt, cốt giếng .... 5 34 2 1 2.3.2. Kim loại. a. Ưu điểm: có độ bền cơ học cao, có khả năng sử dụng được nhiều lần, bền lâu; tuổi thọ cao; chiếm ít không gian; mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạo dáng các cấu kiện bằng thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt. b. Nhược điểm: chi phí vật liệu cao, trọng lượng thể tích cao; vận chuyển và lắp ráp không đơn giản; các loại thép xây dựng thông thường dễ bị ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt. Ưu điểm căn bản của thép là khả năng mang tải lớn, điều mà không có loại vật liệu nào sánh kịp. Do có khả năng mang tải lớn và khả năng chống lại các tác động sinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có được tuổi thọ lớn hơn hẳn các cấu kiện bằng gỗ. Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả khi chỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép có thể tiết kiệm được tiết diện đào. Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ với cùng khả năng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn. Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế là vô hạn, vì thế người ta đã chế tạo ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép rất đa dạng với các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt và khả năng biến hình khác nhau. Đặc biệt là có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dàng để tạo ra mối tương quan thích hợp giữa mức độ linh hoạt và khả năng mang tải. Chính vì các lí do đó mà vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ học khác nhau, đa dạng hơn là gỗ, tường xây và bêtông. Phạm vi áp dụng kỹ thuật của thép nhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác. Tuổi thọ cao, như đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lại nhiều lần các cấu kiện bằng thép. Hình 3.1: Các sản phẩm gỗ xẻ 1- Bìa (Bạnh) 2- Ván phe 3- Gỗ ván 4- Rầm gỗ 5- Rầm phe 13 Tuy nhiên, những ưu điểm đã kể đến cũng kèm theo nhược điểm là giá thành cao và trọng lượng của kết cấu chống lớn. Nhược điểm nữa thể hiện rõ nét khi phải vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi (chẳng hạn trong khu vực khai thác vỉa dốc). Cũng vì lí do này mà thép chưa thể thay thế được gỗ ở các khu vực khai thác các vỉa có chiều dày lớn hơn 3 đến 4m. Thép xây dựng còn dễ bị ăn mòn, đương nhiên cũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo vệ. Cho đến nay, thép được sử dụng ngày càng rộng khắp chủ yếu vì những khả năng đảm bảo an toàn và các nguyên nhân kinh tế. Đương nhiên khả năng này chỉ có thể nâng cao tính ưu việt về kinh tế của thép so với gỗ trong trường hợp chí phí vật liệu được bù trừ nhờ giảm chi phí bảo dưỡng hoặc sử dụng lại nhiều lần. Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu và phát triển nhiều loại hình kết cấu chống mới làm cho thép được sử dụng ngày càng nhiều thay cho gỗ. Đây là xu hướng phát triển chung trên thế giới và đặc biệt khi đã xuất hiện các kết cấu từ thép hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá ngày càng tăng, cũng như sự ra đời và phát triển của các kết cấu chống bằng neo. c. Các vật liệu kim loại dùng để chống lò: - Kim loại được sử dụng chống lò chủ yếu là gang và thép. + Gang có khả năng chống han rỉ tốt hơn là thép . Chúng thường được sử dụng để chế tạo các bản đệm, các cấu kiện lắp ráp, các tấm tubing phục vụ cho việc đào lò trong điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn phức tạp. + Thép được sử dụng ở các dạng sau: Thép tấm, thép cán định hình(chữ I, thép lòng máng) thép cán tròn và các chi tiết đặc biệt bằng thép. + Các tấm thép dầy 11,5m thường được sử dụng làm tấm chèn. Các tấm thép dầy 2mm trở lên thường được dùng chế tạo các tubing thép. Các đai thép dày 4 5mm thường được chế tạo thành các thanh giằng, các bản đệm hoặc bản đỡ của vì neo. + Các sợi thép tròn đường kính 12mm thường được thường được sử dụng làm dây buộc cột thép. Còn các sợi thép trơn hoặc có gờ ( AI; AII; AIII; AIV) với đường kính từ 630mm được sử dụng làm cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép hoặc chế tạo vì neo. + Các dạng thép cán định hình (thép chữ I, thép lòng máng, thép góc...) được sử dụng để chế tạo các cấu kiện chịu tải cơ bản của vỏ chống. 2.3.3. Bê tông và bê tông cốt thép. a. Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong hoá đối với khối đá và ngăn nước chảy; sức cản khí động học nhỏ; có thể tạo ra từ các vật liệu rẻ tiền; không cháy b. Nhược điểm: trọng lượng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa chữa không thuận tiện các chỗ bị hư hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế. c. Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các đường lò và giếng có tuổi thọ cao và dưới tác dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh. Ngoài ra phạm vi áp dụng của bêtông còn được mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông làm khung chống hoặc tấm chèn. Bêtông trong ngành mỏ cũng đã được áp dụng ở dạng bêtông phun, vỏ bê tông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v...v Các dạng vỏ chống thông thường từ gạch xây và bêtông hoặc gạch bêtông vốn có chiều dày tương đối lớn. Vỏ chống có thể phủ toàn bộ phần tường và vòm các đường lò hoặc bao kín toàn bộ đường lò, đặc biệt ở các giếng mỏ. Khi đó toàn bộ khối đá vây quanh được lấp kín. 14 Khả năng mang tải cao có được nhờ vào độ bền cao của vật liệu và chiều dày lớn. Trong điều kiện thông thường, kết cấu chống này được coi là kết cấu chống cứng. Dưới tác dụng của tải trọng chủ yếu là tĩnh, kết cấu chống thường có tuổi thọ cao hơn kết cấu gỗ và thép. Khả năng chống các tác động hoá học và sinh học cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của kết cấu chống này. Dạng kết cấu chống kín còn hạn chế được tác động phong hoá đến khối đá vây quanh và trong nhiều trường hợp còn ngăn nước xâm nhập vào đường lò. Ngoài ra do bề mặt tương đối nhẵn, kết cấu chống này còn có sức cản khí động học nhỏ hơn so với kết cấu bằng gỗ và thép. Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống này thường sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại vật liệu khác. Mặt khác kết cấu tường xây và bêtông không bị cháy, do vậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử dụng kết cấu chống này. Những ưu điểm trên bị hạn chế bởi các nhược điểm là trọng lượng lớn và chiều dày lớn, kèm theo đó là chi phí vận chuyển và lắp dựng (xây, đổ bêtông...) cao. Tiết diện đào thường phải lớn hơn là khi sử dụng gỗ và thép, do vậy đòi hỏi thêm chi phí đào. Ngoài ra để có được kết cấu hoàn chỉnh cần nhiều thời gian hơn. Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa chữa thường phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với gỗ và thép. So sánh như vậy và từ thực tế ngành mỏ trong và ngoài nước cho thấy tường gạch đá xây và bêtông chỉ kinh tế hơn nếu như công trình có tuổi thọ cao và khi không có tác dụng của áp lực động. Đương nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có thể tạo ra khả năng linh hoạt nhất định cho tường xây và bêtông. Tuy nhiên khả năng này cũng chỉ đạt được ở mức độ hạn chế, trừ trượng hợp sử dụng gạch bêtông và đệm nhiều lớp gỗ, do vậy tường xây và bêtông hầu như không được sử dụng cho khu vực khai thác và các đường lò chuẩn bị. Đương nhiên với sự phát triển và cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả năng sử dụng của bêtông đã được mở rộng. Xu hướng hiện nay ở Việt Nam là làm sao giảm được trọng lượng của các cấu kiện này cho phù hợp với sức khoẻ của công nhân trong điều kiện làm việc hiện tại. Về bê tông cốt thép, do bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông người ta có thể bố trí thêm cốt thép vào trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép. Các thanh cốt thép được bố trí ở miền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng chịu lực của miền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều tương ứng với khả năng chịu lực của miền bê tông chịu nén. Sở dĩ hai vật liệu khác nhau là bê tông và cốt thép có thể kết hợp làm việc được với nhau là vì: - Bê tông có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt thép, vì vậy khi trong cấu kiện bê tông cốt thép xuất hiện ứng suất, thì cả hai vật liệu sẽ cùng nhau làm việc như một thể thống nhất. - Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần như nhau, nên bảo đảm được tính liền khối của kết cấu bê tông cốt thép. - Bê tông bao bọc ngoài cốt thép, có khả năng bảo vệ được cốt thép khỏi bị han rỉ do nước và khí ăn mòn gây nên. Cốt thép trong bê tông cốt thép được chia ra: cốt chịu lực, cốt phân bố, cốt lắp ghép, và cốt đai. - Cốt chịu lực được bố trí ở miền chịu kéo, hoặc miền chịu nén để tiếp thu các ứng suất kéo hoặc nén. 15 - Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục bộ, đảm bảo sự làm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực. - Cốt lắp ghép và cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần các ứng lực kéo, nén và cắt. Lượng cốt phân bố và cốt lắp ghép được lấy theo qui định kết cấu. 2.3.4. Các vật liệu khác. a. Thuỷ tinh dẻo: - Thuỷ tinh dẻo là vật liệu keo gắn kết được cấu tạo từ sợi thuỷ tinh. Sợi thuỷ tinh ở đây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh được nén ép lại. Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết thường sử dụng là keo Poliofin, keo Fenol, keo epoxi và các loại Polyme khác. Tính chất cơ lý của thuỷ tinh dẻo rất đa dạng, phụ thuộc vào tính chất của sợi cốt và chất dính kết. - Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, người ta đ...hông cho phép tháo vì thép chống tạm trước khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể lưu vì thép lại trong vỏ chống bê tông để làm cốt thép cứng. Cốt thép cứng có thể làm bằng vì thép I, thép lòng mo. Vỏ chống dạng này có thể chế tạo dưới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chống hở. Một trong những nhược điểm của dạng vỏ chống với khung cốt chịu lực chữ I là khả năng linh hoạt không cao. Vì thế, để khắc phục nhược điểm trên có thể thay thế khung cốt thép cứng chữ I bằng khung cốt thép linh hoạt cấu tạo bằng thép lòng mo. Các khung thép lòng mo linh hoạt được lắp dựng ngay sát gương lò đóng vai trò làm khung chống tạm. Sau khi mất hết khả năng linh hoạt và chuyển sang chế độ làm việc “cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai trò làm cốt cứng. d, Thi công vỏ chống * Các sơ đồ thi công. Theo quan hệ với công tác đào mà công tác xây vỏ chống bằng bê tông, bê tông cốt thép có thể thi công theo các sơ đồ khác nhau: - Nối tiếp sau khi đào, khoảng cách từ gương đào đến vị trí xây vỏ chống bằng khoảng 10-20m. Sơ đồ này thường dùng cho các đường lò dài và rộng, trong đó các công tác đào và xây vỏ không ảnh hưởng lẫn nhau, kết cấu chống tạm không lớn và có thể sử dụng lại. 28 - Xây vỏ sau khi đào xong công trình: sơ đồ này dùng cho các công trình không dài và rộng lắm, đất đá khá vững chắc. - Xây vỏ chống đồng thời với công tác đào gương: sơ đồ này dùng cho các hầm trạm lớn, công tác đào và xây được tiến hành đồng thời mà không ảnh hưởng đến nhau. * Phương pháp thi công: - Phương pháp thi công bằng thủ công: được sử dụng khi khối lượng đổ bê tông đổ nhỏ, hạn chế tại các đường lò có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn. Phương pháp này đòi hỏi một khối lượng nhân lực lớn, chất lượng vỏ chống thấp, làm giảm giá thành xây dựng và tăng tốc độ đào lò. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay thì đây vẫn là phương pháp thi công có bản áp dụng tại các đường lò, hầm trạm tại sân giếng. - Phương pháp thi công bằng cơ giới: bê tông được vận chuyển và đổ vào phía sau cốp pha nhờ hệ thống máy móc chuyên dùng. Cốp pha kim lopại lắp ghép bằng các tấm lớn, hoặc cốp pha di động chạy trên đường ray tại các đường lò có tiết diện hình vòm và hình tròn. Hiện nay tại các mỏ hầm lò nước ta chưa sử dụng loại cốp pha di động. * Trình tự thi công. Khi thi công vỏ chống bê tông liền khối các công việc được tiến hành theo trình tự: tháo vì chống tạm, đào móng, sửa tường, đổ bê tông móng, dụng cột và lắp dựng ván khuôn phần tường, đổ bê tông phần tường, lắp ván khuôn phần vòm, lát ván và đổ bê tông vòm. Khi thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép, để tạo cho vỏ chống có hình dạng cần thiết và tạm giữ khối xây bê tông chưa đông cứng, người ta dùng các khuôn kim loại hoặc gỗ đặt trong lò, các khuôn này được gọi là ván khuôn (cốp pha). Kết cấu chịu tải của ván khuôn là vòm khuôn, vòm khuôn chịu toàn bộ trọng lượng của khối bê tông và trong một số trường hợp còn chịu cả trọng lượng đá nóc. Vòm khuôn có thể uốn bằng thép chữ I, thép chữ C hoặc ray nhỏ theo đường biên lò. Vòm khuôn cũng có thể ghép bằng gỗ, đóng đinh lại với nhau. Trong các đường lò tiết diện lớn, vòm khuôn gỗ được tăng sức bằng các cột đứng và cột xiên. 3000 4000 2000 3000 Hình 3-2-3-2: Cấu tạo ván khuôn gỗ. 29 2 4 1 5 3 3 6 1- DÇm däc 2- Cét khu«n 3- Nªm hai chiÒu 4- V¸m l¸t 5- Cèppha vßm 600 12001200 Hình 3-2-3-3: Trình tự đổ bê tông với ván khuôn gỗ. Vòm khuôn được đặt trên cột qua nêm 2 chiều. Giữa các cột phải có văng dọc. Trước hết cần có biên xử lý vỏ chống tạm thời tại vị trí đổ bê tông. Nếu đất đá tương đôi ổn định không có nguy cơ sập lở cục bộ, có thể tháo vì chống tạm. Ngược lại nếu đất đá mềm yếu, bở rời có nguy cơ sập lở cục bộ, áp lực đất đá lớn, cần giữ nguyên vì chống tạm, chỉ bắn dịch vào phía trong, hợc sang chèn, gia cố cẩn thận. Mục đích của biên pháp xử lý vỏ chống tạm thời là giải phóng diện thi công, bảo đảm cho người và thiết bị khỏi nguy cơ sập lở cụ bộ, đồng thời giảm tải trọng (áp lực đất đá) lên ván khuôn và khối bê tông mới đổ vỏ chống. Móng tường được đào sâu 2530cm xuống nền lò. Chiều sâu móng chọn phụ thuộc vào độ kiên cố của đất đá, khi đất đá nền có hệ số kiên cố vững chắc, chiều sâu móng có thể giảm đi. Móng được đào bằng cuốc xẻng, xà beng hoặc búa chèn. Bê tông đổ vào móng cần được đầm kỹ. Các công việc được tiến hành theo thứ tự tháo bỏ hoặc bắn dịch khung chống tạm vào phía trong, đào móng, sửa tường, đổ móng, dựng cột và lắp ván khuôn phần tường, đổ bê tông tường, lắp ván khuôn, lát ván và đổ vòm. Nếu có cốt thép thì cốt thép phải được buộc (hoặc hàn) thành lưới và định vị chắc chắn trước khi đổ bê tông. - Bê tông chỉ được trộn ngay tại chỗ hoặc trộn từ xa chuyển băng chuyền hoặc đường ống. Thời gian từ lúc đổ nước vào máy trộn đến khi đổ bê tông không lâu quá 30-45 phút. - Việc đổ bê tông phải đảm bảo cho bê tông liền khối (không bị phân lớp). Muốn vậy phải đổ bê tông liên tục, tính chiều dày mỗi lớp đổ, cách đổ và cấp phối bê tông đúng theo thiết kế. - Bê tông được đổ thành từng lớp, mỗi lớp dày 20-30cm tuỳ thuộc vào kích thước các hạt cốt liệu, loại máy đầm. Ví dụ với bê tông cứng, đầm tay thì chiều dày mỗi lớp đổ bằng 3 lần kích thước các hạt cốt liệu lớn nhất. - Khi đổ phải đầm để tăng độ liên kết, tăng độ bền và độ chống thấm của bê tông, giảm chi phí xi măng (20-30%) và cho phép sớm dỡ cốp pha. Chân vòm là nơi dễ bị phá hoại nếu không được đổ phân lớp tại chỗ này. Nếu đang đổ tường mà vì lý do nào đó phải dừng lại thì tốt nhất nên dừng lại ở phía dưới chân vòm một đoạn. Sau khi bê tông đã đông cứng và đạt trên 70% độ bền thiết kế thì có thể dỡ ván khuôn. 30 e, Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép cho lò nghiêng. Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng trong các đường lò nghiêng cơ bản. Hình dạng chủ yếu của vỏ chống trong các đường lò này là dạng vòm với tường thẳng hoặc tường cong. - Khi góc dốc   150, kết cấu vỏ chống liền khối bằng bê tông, bêtông cốt thép giống như kết cấu vỏ chống liền khối ở lò bằng. - Khi góc nghiêng  = 150  450, móng của vỏ chống cần có đáy bằng vì vậy người ta thường xây móng bậc với chiều cao bậc tì 0,41m. - Khi góc nghiêng  > 300 nền được chống giữ bằng vòm ngược dạng bậc, bằng các neo kim loại hoặc vì neo bê tông cốt thép. - Khi góc nghiêng  = 45750 vỏ chống có dạng vòm, hoặc vòm có đáy ngược. Cách 1020 m theo chiều dài lò nghiêng phải xây dựng một vành đế theo toàn bộ đường biên .Việc đào đất đá trong khâu nằm giữa hai vành đế được tiến hành dưới các vì chống tạm, còn vỏ chống cố định được xây dựng theo hướng từ dưới lên trên. - Khi góc dốc  > 750 vỏ chống liên khối ở lò nghiêng giống như vỏ chống liền khối ở giếng đứng. Vỏ chống liền khối bằng bê tông cốt thép được sử dụng để chống giữ lò nghiêng khi áp lực mỏ lớn hoặc phân bố không đều, hay tác dụng không đối xứng. 3.2.4.Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông đúc sẵn a, Điều kiện sử dụng Gồm dạng cung cấu kiện thẳng và dạng cung cong. Hiện nay tại nước ta khung chống bê tông lắp ghép chưa được sử dụng nhiều, tuy nhiên trong tương lai, cùng với việc tăng mức độ cơ giới hoá trong các mỏ, khung chống bê tông cốt thép đúc sẵn sẽ được sử dụng rộng rãi. Các cấu kiện của khung chống bê tông cốt thép lắp ghép được sản suất hàng loạt bằng bê tông thông thường hoặc bê tông ứng suất trước ở phân xưởng trên mặt đất. b, Ưu nhược điểm. - Ưu điểm: So với vỏ chống bê tông liền khối, khung chống bê tông cốt thép đúc sẵn có rất nhiều ưu điểm, có kết cấu đơn giản, ít cấu kiện (chỉ một loại) việc khớp nối làm giảm mô men uốn trong cấu kiện, tránh dập nát bê tông tại chỗ nối. Có thể lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng đồng thời với các công tác khác trong gương lò, các cấu kiện của nó được chế tạo hàng loạt được đông cứng trong điều kiện dưỡng hộ tốt nên chất lượng cao hơn. Chúng có thể chịu được áp lực mỏ ngay sau khi lắp dựng. + Nhược điểm: là trọng lượng các cấu kiện nặng và chi phí thép lớn. c,Cấu tạo Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn là một kết cấu chống linh hoạt nhiều khớp. Vỏ chống được lắp dựng từ các khối bê tông đúc sẵn hình nêm. Tại các vị trí mối nối, để kết cấu chống có tính linh hoạt và đảm bảo tính truyền lực theo mặt tiếp xúc giữa các tấm thường bố trí các tấm đệm gỗ dầy 30 đến 40mm. Khoảng trống sau vỏ chống phải được lấp đầy bằng đá hay loại vật liệu khác để đảm bảo sự tiết xúc giữa bề mặt ngoài vỏ chống với đất đá bao quanh. 31 Hình 4-14: Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông đúc sẵn Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn có hai dạng: vỏ chống kín và không kín (hở). Dạng vỏ chống kết cấu kín được dùng để chống giữ trong các đường lò xây dựng trong đất đá mềm yếu, không ổn định, chịu tác dụng của áp lực đất đá từ cả bốn phía. Dạng vỏ chống kết cấu hở không có vòm ngược được dùng trong khối đá tương đối ổn định, không có hiện tượng bùng nền. Chiều dầy của mỗi tấm bê tông cốt thép đúc sẵn được xác định tuỳ thuộc vào yêu cầu mang tải cả vỏ chống và có thể đến 400mm. Các khối nóc có lỗ trung tâm để lắp ráp, treo thiết bị và phun ép vữa lấp đầy hoặc gia cố phía sau vỏ chống nếu cần. d, Thi công vỏ chống bê tông đúc sẵn. Các cấu kiện bê tông đúc sẵn thường có trọng lượng lớn(90 120kg), thậm chí còn nặng hơn) do đó việc lắp ráp phải được cơ giới hoá. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản đối với thiết bị cơ giới này là chúng không được phá vỡ quy trình công tác đào. Có nbiều loại thiết bị để thi công, tbeo cách di chuyển thiết bị : tự hành, không tự hành, đặt trên bánh xe, đẩy bằng tay hoặc đầu tầu, xách tay (tháo rời hoặc toàn bộ) 3.2.5.Vỏ chống bê tông phun a. Cấu tạo và phạm vi sử dụng Vỏ chống bê tông phun là một dạng khác của vỏ chống bê tông liền khối được sử dụng để chống giữ các đường lò xây dựng trong đất đá ổn định, ít nứt nẻ, nằm ngoài vùng ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ. Vỏ chống bê tông phun là loại vỏ chống mới hiện nay đang được sử dụng rất hiệu quả trong các đường lò ở Việt nam và trên thế giới. Vỏ chống bê tông phun có khả năng mang tải ở những mức độ khác nhau: ngăn ngừa, bảo vệ, chống phong hoá cho bề mặt đất đá; làm vỏ chống tạm; thực hiện chức năng mang tải chính. Hỗn hợp vữa bê tông phun lên bề mặt công trình ngầm không chỉ làm giảm độ gồ ghề của bề mặt mà còn xâm nhập vào các khe nứt trên biên công trình. Kết quả là tạo nên một vòng đá gia cường cùng với vỏ chống thực hiện chức năng mang tải hay nói cách khác là huy động được khả năng mang tải của khối đá. Ngoài ra, vỏ chống bê tông phun còn có ưu điểm là có thể áp dụng cho đường lò có hình dạng bất kỳ và có khả năng sử dụng kết hợp với nhiều dạng vật liệu chống khác. Vỏ chống bê tông phun có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các loại vật liệu chống khác như vì neo, khung chống thép, v..v Trong những trường hợp đó, bê tông phun đóng vai trò ngăn ngừa, chống sụt lở của đất đá bề mặt biên đào trong vùng nằm giữa các khung chống, thanh neo. Để tăng khả năng mang tải của bê tông phun, hiện nay có sử dụng các dạng 1bê tông phun có lưới thép, bê tông phun sợi thép. Vỏ chống bê tông phun sử dụng rất hiệu quả khi áp dụng với công nghệ nổ mìn tạo biên. Bởi vì trong trường hợp đó sẽ giảm được hiện tượng đào lẹm, đảm bảo độ nhẵn phẳng của bề mặt biên đào, giảm mức độ phá huỷ đất đá trên biên. Điều này có tác dụngtránh hiện tượngtập trung ứng suất tại những điểm lồi lõm trên biên công trình 32 không có lợi cho vỏ chống đồng thời đảm bảo chức năng của vỏ bê tông phun là huy động khả năng mang tải của khối đá cùng làm việc. b. Thi công vỏ chống bê tông phun Có hai loại bê tông phun cơ bản: - Bê tông phun trộn khô - Bê tông phun trộn ướt Đối với bê tông phun trộn khô, các thành phần trong hỗn hợp bê tông được trộn khô với nhau trước khi hoà với nước tại đầu vòi phun. Đối với bê tông phun trộn ướt, các thành phần của nó cũng tương tự như đối với bê tông phun trộn khô, chỉ khác ở chỗ nước được trộn với các thành phần khác ngay tại thùng trộn còn tất cả các phụ gia được thêm vào trong hỗn hợp tại đầu vòi phun. Trong thực tế ngành mỏ, phương pháp sử dụng bê tông phun trộn khô thông thường được sử dụng nhiều nhất. Chất lượng của lớp bê tông phun phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng trong hỗn hợp và thiết kế thành phần hỗn hợp trộn. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào trình độ và kỹ năng của người thực hiện phun bê tông. Ở đây giới thiệu một thiết kế thành phần hỗn hợp điển hình tính theo phần trăm trọng lượng khô: Xi măng 15 - 20% Cốt liệu thô 30 - 40% Cốt liệu mịn, cát 40 - 50% Phụ gia 2 - 5% Tỷ lệ nước/ximăng (theo trọng lượng) đối với hỗn hợp bê tông phun trộn khô nằm trong giới hạn 0,3 - 0,5 và sẽ được điều chỉnh bởi người vận hành cho phù hợp với điều kiện thực tế. Để làm tăng khả năng liên kết, độ bền chịu uốn, chịu cắt, giảm sự hình thành các khe nứt co ngót trong bê tông có thể sử dụng biện pháp bổ sung vào trong lớp bê tông phun các sợi thép dài 50 mm đường kính 0,4-0,8 mm. Chúng sẽ được thêm vào trong hỗn hợp bê tông phun theo các chỉ dẫn của nhà sản xuất. Khi phun bê tông, đầu vòi phun nên giữ vuông góc với bề mặt phun và cách đó một khoảng 1,0 m. Trong trường hợp dùng làm vỏ chống cố định, bê tông phun thường có chiều dày từ 100 mm - 500 mm. Nếu bê tông phun có chiều dày lớn, chúng sẽ được phun thành nhiều lớp để giảm lượng rơi, mỗi lớp dầy 50-70mm. 3.2.6. Vì neo. a. Điều kiện sử dụng. Những năm gần đây, phạm vi áp dụng của neo đã có tăng lên rất nhiều do sự phát triển của cơ học đá và sự tăng cường ứng dụng biện pháp gia cố đá trong xây dựng công trình ngầm (CTN), như một sự thay thế cho các phương pháp chống giữ vẫn thông thường được sử dụng trong các ứng dụng truyền thống trước đây. Cũng như vậy, sự phát triển của khái niệm neo mới đã dẫn tới việc sử dụng neo đá trong các ứng dụng không mang tính truyền thống. Vì neo được dùng trong nhiều loại công trình ngầm và trên mặt đất. Ngay cả trong điều kiện địa chất phức tạp lúc đó neo phối hợp với các loại vỏ chống khác đã chống được sự phá hoại công trình mà trước đó rất khó giữ mặc dù vỏ dày hơn. Một số loại neo dính kết như bê tông cốt thép và chất dẻo cốt thép chỉ được trong những điều kiện nhất định (phải theo các quy trình quy phạm), căn cứ trên điều kiện thực tế của đất đá . b. Ưu nhược điểm của neo. 33 Các dạng neo và các kết cấu chống giữ bên ngoài khác thông thường được sử dụng kết hợp với nhau để đạt được hiệu quả tác động cao nhất có thể đối với sự ổn định của khối đá. Trong thực tế, sử dụng neo kết hợp với lưới thép và hoặc BTP có tác dụng gia cố giữ ổn định bề mặt khối đá giữa các thanh neo, tạo ra một kết cấu chống tối ưu. Một kết cấu chống giữ như vậy có thể sử dụng làm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cố định. Neo là kết cấu chống giữ có rất nhiều ưu điểm như trên, và sẽ được sử dụng nhiều trong tương lai vì những lý do sau: +Tính đa năng có thể sử dụng với mọi công trình có hình dạng tiết diện khác nhau; + Sử dụng đơn giản và nhanh chóng; + Gía thành tương đối rẻ; + Có thể cơ giới hoá công tác lắp đặt neo. Khi sử dụng neo, các thông số của chúng (mật độ neo, chiều dài neo) có thể thay đổi, đây là một yêu cầu thường xuyên được đặt ra để sử dụng phù hợp với điều kiện khối đá tại nơi sử dụng. Một ưu điểm khác nữa là neo có thể dễ dàng kết hợp với các dạng kết cấu chống khác chẳng hạn như các kết cấu chống giữ mang tính bị động, lưới thép, bê tông phun hoặc vỏ bê tông đổ tại chỗ. Ngoài ra, việc lắp đặt neo ngay sau khi nổ mìn là chìa khoá quan trọng để duy trì tính liền khối ban đầu của khối đá. Neo có ưu điểm là duy trì hoặc tăng khả năng mang tải, giữ ổn định khối đá ngay lập tức sau khi lắp đặt. c. Nguyên lý làm việc của vì neo. Để đất đá không sập vào lò thì cần phải neo lớp đất đá yếu bên ngoài vào các lớp đất đá vững chắc bên trong hoặc neo ép các lớp đất đá yếu lại với nhau. Mục đích của neo là tăng khả năng mang tải của đất đá xung quanh công trình. Có thể giải thích tác dụng trên bằng cách sau đây: Ta có n dầm tiết diện ngang mỗi dầm có chiều rộng b, chiều cao h. Nếu chỉ chống n dầm lên thì mômen chống uốn của toàn bộ là: 6 2 1 hbnW  Nếu n dầm được liên kết chặt chẽ thì có 1 dầm mới có chiều rộng là b và cao nh, lúc ấy:   6 2 2 hnbnW  Như vậy: W2 = n.W1. Có nghĩa là khả năng mang tải trường hợp 2 lớn gấp n lầntrường hợp 1. Trong đường lò ta cũng áp dụng nguyên lý này để chống giữ. d. Một số loại neo thường gặp. Ngày nay trên thế giới có một số các loại neo khác nhau được sử dụng. Nhiều loại neo cho thấy chúng có sự khác nhau không đáng kể về mặt kết cấu và đều dựa trên cùng một nguyên lý gia cố chung. Trên cơ sở các ứng dụng thực tế, sau khi xem xét các hệ thống neo điển hình, có thể sắp xếp các loại neo khác nhau thành các nhóm với (a) hP n (b) P Hình. 3-2-6-1: Hiệu qủa sử dụng neo 34 những đặc trưng mang tính chất đại diện cho từng nhóm. Hiện nay theo một số quan điểm mới nhất, neo sử dụng cho các đường hầm có thể được phân loại như sau: Hình 3-2-6-2: Sơ đồ hệ thống các loại neo. d1. Neo cơ học. - Neo đầu nở. Các loại neo có kết cấu mở rộng đầu neo để liên kết với khối đá, kể cả loại tiêu chuẩn hay không tiêu chuẩn, đều được gọi chung là neo cơ học. Sự mở rộng của khoá neo đều tuân theo những nguyên tắc chung đối với tất cả các loại neo cơ học. Khi thân neo xoay trong quá trình lắp đặt, phần kết cấu dạng nêm tại khoá neo sẽ bị kéo lùi về phía miệng lỗ khoan. Thanh nêm sẽ gây ra lực đẩy các cánh của khoá neo khiến chúng mở rộng ra và ép sát lên bề mặt thành lỗ khoan. Hai cơ chế chính để khoá neo liên kết với thành lỗ khoan đó là: ma sát và khóa cứng. Trong đó, cơ chế khoá cứng đóng vai trò quan trọng hơn đối với mục đích tạo ra tác động chống giữ tối ưu của neo. Neo cơ học đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành mỏ, đặc biệt trong khai thác than, tuy nhiên chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng dân dụng. Neo thép hình nêm đã sử dụng cho thuỷ điện Hoà Bình là một loại neo cơ học. Để có thể sử dụng làm kết cấu chống cố định, khoảng trống giữa thân neo và thành lỗ khoan có thể lấp đầy bằng các chất lấp nhét. Do đặc tính làm việc của neo, nên trong thực tế neo cơ học chỉ được sử dụng trong các điều kiện môi trường đá cứng và tương đối cứng. Chúng không được xem xét để sử dụng trong điều kiện đá rất cứng bởi khi đó đá rất rắn cứng sẽ ngăn cản đầu neo nở ra nên khó bám chặt vào thành lỗ khoan và neo sẽ bị 'trượt' dưới tác dụng của tải trọng. - Neo ma sát Có thể coi neo ma sát là loại neo tiên tiến nhất trong lĩnh vực kỹ thuật gia cố đá. Hai loại neo ma sát điển hình bao gồm: "neo ống chẻ"- Split set và "neo ống nở hay neo ống phồng"- Swellex. Đối với cả hai loại neo trên, sức kháng ma sát chống lại hiện tượng trượt (riêng đối với neo Swellex bao hàm thêm cả cơ cấu khoá) được sinh ra nhờ áp lực hướng kính tác dụng từ neo lên thành lỗ khoan trên suốt chiều dài của neo. Neo ma sát là loại neo duy nhất mà trong đó tải trọng từ khối đá được truyền trực tiếp lên neo không qua bất kỳ kết cấu trung gian nào khác như kết cấu khoá cơ học hay chất dính kết như trong các loại neo cơ học và neo dính kết. Các dạng neo phổ biến Neo cơ học Neo dính kết Neo hỗn hợp Neo đầu nở. Neo ma sát Neo bêtông cốt thép BTCT Neo chất dẻo cốt thép Neo hỗn hợp (Cơ học & dính kết) 35 Hình 3-2-6-3: Một số loại neo đầu nở phổ biến. Hình 3-2-3-4. Một loại neo ma sát Swellex Phạm vi áp dụng chủ yếu của neo ống chẻ là trong công nghiệp Mỏ còn đối với xây dựng dân dụng thì nó rất ít khi được sử dụng. Trong khi đó, neo Swellex có thể sử dụng trong tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm kết cấu gia cố trong các đường hầm dân dụng. Neo Swellex được đăng ký nhãn hiệu của hãng Atlas Copco AB, Thụy Điển. d2. Neo dính kết. Neo dính kết được liên kết với khối đá trên thành lỗ khoan bằng vữa xi măng hoặc chất dẻo. Trong thực tế thường sử dụng hai loại chính là neo bê tông cốt thép và neo chất dẻo cốt thép. - Neo bê tông cốt thép (BTCT). Neo dính kết đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ 50 năm trước đây trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và các ngành xây dựng dân dụng. Hầu hết các loại kết cấu neo dính kết đều bao gồm các thanh thép trơn hoặc thép gân được dính kết trên suốt chiều dài của nó. Vật liệu thông thường sử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiều điều kiện khối đá khác nhau. Loại neo làm từ thép gân thường được sử dụng nhiều nhất để làm vỏ chống cố định, đặc biệt trong các công trình thuộc lĩnh vực xây dựng dân dụng. Theo bảng liệt kê trên các loại neo đã sử dụng tại các công trình ngầm thuỷ điện Yaly, Hoà Bình, dự án hầm đường bộ Hải Vân, Đèo Ngang thuộc nhóm neo bê tông cốt thép là SN 36 +Neo bê tông cốt thép loại I: Chỉ các neo có một thanh thép neo loại AII hoặc AIII. +Neo bê tông cốt thép loại II: giống neo bê tông cốt thép loại I nhưng kết hợp với lưới thép treo và hệ cốt thép giữ 16, AI. + Neo AK là loại neo có cấu tạo đặc biệt gồm 3 thanh neo, liên kết với nhau bằng các đường hàn, bên cạnh các thanh neo là ống để bơm vữa bê tông sau khi cắm neo và ống thoát khí khi bơm vữa. Hình 3-2-3-5: Một số loại neo dính kết và neo cáp. + Neo SN: Với bản chất là neo bê tông cốt thép có cấu tạo lõi thép là loại thép gân, các neo SN được sử dụng trong đất đá tương đối ổn định (khi khoan tạo lỗ không bị sập vách lỗ khoan), lượng nước ngầm nhỏ...Đầu nhô ra ngoài mặt lộ của thanh neo được tiện ren theo chiều ngược chiều kim đồng hồ trên một đoạn dài ít nhất khoảng 20cm; để tạo ứng lực trước cho neo người ta sử dụng bu lông và bản đệm. - Neo chất dẻo cốt thép. Vật liệu thông thường sử dụng làm chất dính kết là chất dẻo. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiều điều kiện khối đá khác nhau. Mặc dù có rất nhiều ưu điểm so với neo bê tông cốt thép,nhưng do hàng loạt nguyên nhân khác nhau, chủ yếu là giá nên việc sử dụng vẫn còn bị hạn chế (Hình 3-2-3-5). d3,Neo hỗn hợp. Neo hỗn hợp là neo hỗn hợp của hai loại trên để khắc phục những ưu nhược điểm của mỗi loại. Có hai loại neo chính là: - Hỗn hợp neo đầu nở và neo dính kết. - Hỗn hợp neo ma sát và neo dính kết. Neo bê tông cốt thép hình nêm là một ví dụ rất điển hình cho loại neo này, trong đó một đầu thanh neo được chẻ tách ra để tăng ma sát với vữa bê tông. Neo bê tông cốt thép hình nêm được sử dụng với đá có độ kiên cố cao và trung bình với mục đích gia tăng sức chịu tải của thanh neo để giảm bớt chiều sâu khoan lỗ và chiều dài thanh neo. Tuy vậy, nhược điểm là nó yêu cầu chất lượng lỗ khoan cao hơn (thẳng và nhẵn), trong khi quy định đường kính lỗ khoan chỉ rộng hơn đường kính đầu thanh neo không quá 8mm.Trên thế giới loại neo này được áp dụng phổ biến, tuy nhiên ở nước ta mới chỉ được sử dụng tại một số công trình như thuỷ điện Ialy. Chất dẻo Cốt thépĐai ốc Vữa xi măng Thanh thép Bản đệm Đai ốc 37 Trong khi gia cố trụ bảo vệ giữa giam máy và gian biến thế của nhà máy thuỷ điện, chẳng hạn như Hoà Bình và Yaly đều sử dụng neo ứng suất trước với đặc điểm: là loại neo chủ động, nó và làm việc ngay sau khi được lắp đặt và kéo căng trong khối đá. Neo ứng suất trước với tính năng như vậy sẽ làm triệt tiêu biến dạng, bảo đảm sự ổn định của khối đá được neo giữ ở mức độ cao. Lực căng để tạo ra ứng suất trước có thể được sử dụng tới 100120 T. Trong khí đó, các neo thông thường (nêu trên) là loại neo thụ động, nó chỉ chịu lực sau khi xuất hiện biến dạng nhất định trong khối đá được neo giữ. Neo ứng suất trước tuy có hiệu quả rất tốt trong việc neo giữ, bảo đảm ổn định của khối đá, nhưng do công nghệ chế tạo và lắp đặt phức tạp, vật liệu chuyên dụng, giá thành cao nên chỉ sử dụng trong những trường hợp đặc biệt cần thiết và do tổ chức thiết kế thiết kế và chỉ dẫn công nghệ gia công, chế tạo và lắp đặt (hiếm thấy được sử dụng làm gia cố tạm). Một số loại neo mới mới được đưa vào sử dụng tại các công trình có tầm cỡ quốc tế như Đèo Hải Vân là neo IBO, Sưellex... Neo IBO: Neo này dùng trong trường hợp điều kiện địa chất của đá không cho phép khoan lỗ khoan để lắp các thanh neo SN. Các thanh neo IBO là hệ thống neo tự khoan ( thân neo đảm nhiệm luôn nhiệm vụ của cần khoan và một đầu của neo là mũi khoan), thanh neo IBO làm bằng thép cán nguội có ren ngược liên tục dọc theo chiều dài thân neo, vữa xi măng sẽ được dẫn qua một lỗ rỗng trong lòng của thân neo và được đưa vào trong đất đá qua lỗ của đầu neo. - Một số loại neo có xu hướng sử dụng trong tương lai: Cùng với các trang thiết bị thi công ngày càng hiện đại, các công nghệ chống giữ mới với mục tiêu tận dụng tối đa khả năng chịu tải của khối đá, đưa kết cấu chống làm việc ở trạng thái chủ động thì vai trò của neo trong xây dựng công trình ngầm càng trở nên quan trọng (trong công nghệ đào hầm mới của Áo (NATM) kết cấu gia cố chính là neo và bê tông phun ... ). Do vậy, neo ngày càng được sử dụng nhiều và công nghệ thi công có những bước phát triển mới nhờ những trang thiết bị hiện đại và vật liệu mới. Qua những phân tích về đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm của các loại neo như trên ta nhận thấy: Neo bê tông cốt thép là loại neo có nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, dễ thi công và có khả năng mang tải cao. Những ưu điểm đó rất phù hợp với điều kiện của nước ta hiện nay. Ngoài ra, hiện nay trong ngành mỏ cũng đang tiến hành nghiên cứu áp dụng neo chất dẻo cốt thép vào để chống giữ các đường lò trong mỏ, ngay cả đối với các đường lò trong than. Tuy nhiên công nghệ và vật liệu chúng ta vẫn còn phụ thuộc vào nước ngaòi chính vì vậy sau khi áp dụnh thử nghiệm và phía bạn chuyển giao công nghệ thì neo chất dẻo cốt thép sẽ được áp dụng rất rộng rãi trong thưòi gian tới. 3.3. Chống giữ giếng đứng. 3.3.1. Khung chống bằng gỗ. Khung chống gỗ chỉ dùng chống các giếng mỏ có tiết diện hình chữ nhật, thời gian tồn tại không lớn và giếng không sâu. Hiện nay ở các nước, hầu hết các giếng mỏ không chống bằng gỗ. Ở nước ta trước đây có mỏ Làng Cẩm (Bắc Thái) chống gỗ cho 38 a) c)b) d) một giếng sâu khoảng trên dưới 60m. Hiện nay không còn mỏ nào dùng gỗ để chống giếng đứng, trừ các giếng đứng khoan thăm dò vẫn dùng gỗ để chống. Gỗ chống giếng thường dùng gỗ tròn, đôi khi dùng gỗ xẻ có tiết diện hình vuông và hình chữ nhật. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, có thể dùng các loại khung chống khác nhau. Giếng có thể được chia thành hai ba ngăn, tuỳ theo yêu cầu và công dụng của giếng. Với giếng thăm dò của các đoàn thăm dò địa chất thường chỉ có một ngăn. a. Khung chống gỗ liền nhau: Loại khung chống này dùng để chống các giếng đứng của mỏ đào qua đất đá rắn cứng với thời gian tồn tại lớn hơn 10 năm, hoặc đào qua đất đá có độ bền trung bình hay tương đối mềm yếu với thời gian tồn tại dưới 8 năm. Đối với các giếng thăm dò, đoạn gần miệng giếng hoặc đoạn đào qua đất đá phủ mềm yếu, đều phải chống liền vì. Kết cấu của khung chống gỗ gồm có hai thanh dài và hai thanh ngắn, ghép với nhau thành khung hình chữ nhật. Các khung chống được đặt sát nhau, nên không cần cài chèn. Mộng nối giữa các thanh tuỳ thuộc vào tiết diện của gỗ. Nếu gỗ tròn thường dùng gỗ đơn thể hiện trên (Hình 3-3-1-1 a,b). Còn nếu dùng gỗ xẻ, thường dùng mộng đuôi cú hay mộng vuông (Hình 3-3-1-1 c, d). Theo chiều sâu giếng, cứ cách khoảng 5-10m, người ta lại đặt một khung chống cơ bản. Cấu tạo của nó tương tự như vì chống bình thường, nhưng hai thanh gắn được ngàm sâu vào đất đá từ 0,5 đến 0,8m (còn gọi là tai vì). Nếu đất đá mềm yếu, thì khoảng cách giữa các khung chống cơ bản lấy ngắn hơn, khoảng từ 3 - 5m. Trong trường hợp giếng đào qua vùng đất sét, tuy là khung chống liền nhau, song các khung phải đặt cách nhau một khe hở từ 5-8cm, để đề phòng đất sét gặp nước trương nở có chỗ thoát, tránh gây áp lực lớn lên khung chống. Các thanh ngắn của khung chống cơ bản thường được ghép từ hai thanh, sao cho kích thước của chúng lớn hơn từ 2-5 cm so với thanh ngắn của khung chống bình thường. Khung chống liền nhau bằng gỗ tròn được thể hiện trên Hình 3-3-1. Hình 3-3-1-1: Các loại mộng nối giữa thanh dài và ngắn Trình tự dựng khung chống liền nhau, tuỳ thuộc vào độ bền của đất đá. Nếu đất đá rắn cứng, được chống theo hướng từ dưới lên trên theo từng khâu, giới hạn bởi hai khung chống cơ bản. Như vậy đầu tiên phải đặt khung chống cơ bản, sau đó đặt từng khung chống lên trên nhau cho tới sát khung chống cơ bản của khâu chống bên trên. Trong quá trình dựng từng khung chống, nếu có khoảng hở sau khung chống, phải chèn chặt bằng đất đá 39 A B 5 1B -B  1 2 0 0m m 4 6 3 A 7 A -A 4 2 B Hình 3-3-2-1: Khung chống liền nhau Trường hợp đào qua đất đá mềm yếu, thì tiến hành chống từ trên xuống dưới. Khung chống bên dưới được liên kết với khung chống bên trên bằng các bằng các đinh đỉa. Từng khung chống cũng phải được kích chặt chẽ với đất đá thành giếng. b. Khung chống gỗ có văng đội. Khung chống này được dùng để chống các giếng đào qua đất đá rắn cứng, ổn định, diện tích tiết diện ngang của giếng không lớn và thời gian tồn tại của giếng nhỏ (dưới 8 năm). Các giếng thăm dò địa chất khi đào qua đất đá rắn cứng, đều dùng loại khung chống này. Các khung chống được đặt cách nhau từ 0,5 - 1m giữa các khung chống có văng đội bố trí ở bốn góc giếng và trên thanh dài của khung chống. Mộng văng cũng dùng ngàm tròn (mồm bích). Theo chiều sâu của giếng, cũng đặt các khung chống cơ bản cách nhau từ 6 - 12m. Văng đội thường có đường kính nhỏ hơn đường kính của khung chống từ 2 - 3 cm. Khung chống này chủ yếu dùng gỗ tròn để chống. Trình tự dựng khung chống có văng đội tiến hành từ dưới lên trên trong từng khâu. Do có khoảng cách giữa các khung, nên xung quanh thành giếng phải có chèn bằng ván dày từ 2,5 - 7,5cm, hoặc chèn bằng gỗ bổ đôi. Khi chèn phải chèn sít và khoảng hở sau khung chống cũng phải lấp đầy bằng đá hay vữa nghèo (vữa nghèo tỷ lệ xi măng và cát là 1/5 đến 1/7). Cấm dùng đá vụn để chèn kích, vì dễ rơi xuống giếng gây tai nạn lao động. 1 - Tai vì (khung chống cơ bản) 2 - Khung chống. 3 - Văng - đỡ dọc. 4 - Văng đỡ ngang. 5 - Vấu li...rụ lên 67 cùng với đất đá (nếu lượng nước chảy vào gương nhỏ). Trường hợp lượng nước lớn cần phải dùng bơm. Máy bơm thường dùng khi đào lò hạ: - Khi lò ngắn (< 225m) thì dùng sơ đồ thoát nước một bậc (Từ gương lò dùng máy bơm bơm thẳng lên lò bằng). - Khi lò hạ chiều dài lớn phải dùng sơ đồ thoát nước nhiều bậc (2, 3 bậc) nghĩa là chiều cao đẩy của máy bơm (Hđ) nhỏ hơn chiều cao thẳng đứng của đường lò. 4.5. Đào giếng đứng Hình dạng và kích thước tiết diện ngang giếng Hình dạng tiết diện ngang của giếng có thể là hình chữ nhật, hình tròn, elíp hay hình có nhiều cạnh cong. Phổ biến nhất là giếng có tiết diện hình tròn và hình chữ nhật. Chọn hình dạng tiết diện ngang của giếng phải dựa vào nhiều yếu tố: Độ cứng, độ ổn định và độ ngậm nước của đất đá, tuổi thọ và mục đích của giếng. Giếng có tiết diện ngang hình tròn chịu áp lực đất đá tốt hơn và lực phân bố đều hơn, hệ số sức cản khí động học tốt hơn. Giếng khai thác có tuổi thọ lớn dùng loại tiết diện này. Để chống giếng có thể dùng thép, bêtông, gạch, đá, tubing kim loại và bêtông cốt thép. Hiện nay người ta có xu hướng sử dụng các kết cấu chống nhẹ như neo, bê tông phun để chống giữ tạm giếng. Giếng có tiết diện ngang hình chữ nhật dùng trong đá cứng vững, và cứng vững trung bình. Các giếng thăm dò, giếng thông gió, giếng mù thường dùng loại tiết diện này. Chống giếng thường dùng gỗ, thép, bêtông cốt thép đúc sẵn. Các loại tiết diện khác như elíp, chữ nhật 2 cạnh cong, 4 cạnh cong... chỉ để phục hồi giếng và mở rộng giếng là tốt nhất. Về phương diện bố trí thiết bị giếng có tiết diện hình chữ nhật hợp lý hơn vì tiết diện tròn nhiều phần không dùng đến (tỷ lệ giữa diện tích tiết diện ngang được sử dụng và tiết diện ngang giếng hình chữ nhật có thể bằng 1, hình tròn là 0,75...) 4.5.1. Khái quát chung về thi công giếng. Giếng đứng dọc theo chiều sâu được chia làm 4 phần: Miệng giếng, thân giếng, đáy giếng và phần lò nối giếng với sân giếng. Tổ chức đào giếng khác với các đường lò khác ở một số điểm sau đây: - Người và thiết bị làm việc trong phạm vi hẹp của tiết diện ngang gương giếng. - Các thiết bị khoan, bốc, đặt cốt giếng ở vị trí khác nhau và treo trong gương giếng. - Công nhân làm việc dưới một số thiết bị chuyển động như thùng trục và ở độ cao khác nhau. Cũng như các loại đường lò khác tổ chức thi công giếng đứng gồm các công việc chủ yếu sau: Đào đất đá, xúc đất đá, chống giếng cố định và tạm thời: Những công việc phụ như: thoát nước, thông gió... Ngoài ra còn tiến hành một số công việc phụ khác mà các đường lò khác không có như đặt cốt giếng. Tất cả các công việc trên được lặp đi lặp lại theo một trình tự nhất định và lập thành một chu kì đào giếng. Sau khi hoàn thành một chu kỳ đào giếng, gương giếng tiến thêm được một đoạn gọi là tiến độ chu kỳ. Các phương pháp thi công giếng bao gồm: Đáy giếng Lò nối Miệng giếng Thân giếng 68  Thi công theo phương pháp thủ công: áp dụng cho các giếng có kích thước và chiều sâu nhỏ phục vụ công tác thăm dò.  Thi công theo phương pháp cơ giới (ví dụ máy khoan Robbin): năng suất, hiệu quả đào giếng cao song chi phí đầu tư thiết bị ban đầu lớn. Hiện nay, ở một số công trình thuỷ điện của chúng ta, máy khoan giếng được sử dụng để khoan lỗ dẫn hướng sau đó kết hợp khoan nổ mìn mở rộng đến tiết diện giếng thiết kế.  Thi công theo phương pháp khoan nổ mìm: áp dụng khi thi công các giếng đào qua đá rắn cứng, chiều sâu bất kỳ. Đây là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi hiện nay do những ưu điểm như mức độ đầu tư chi phí nhỏ, không đòi hỏi nhiều về trình độ thi công. Trong phần dưói đây chủ yếu tập trung vào nghiên cứu phương pháp thi công này. 4.5.2. Thi công giếng bằng phương pháp khoan nổ mìn. Tương tự như thi công lò bằng lò nghiêng, thi công giếng bằng phương pháp khoan nổ mìn cũng được tiến hành theo các chu kỳ. Các công việc trong một chu kỳ được tiến hành như sau: a. Xác định thông số và lập hộ chiếu khoan nổ mìn. - Lựa chọn thuốc nổ. Khi đào đất đá bằng phương pháp khoan nổ mìn, tính chất cơ lý của đất đá, lượng nước, nồng độ khí nổ và các yếu tố khác có ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại thuốc nổ. Khi đào giếng, tại các mỏ không nguy hiểm về khí và bụi nổ, sử dụng thiết bị cũng như thuốc nổ không phòng nổ. Trong khoảng 5m cách và 20 m qua vỉa than nguy hiểm về khí và bụi nổ, theo nguyên tắc an toàn, phải dùng thuốc nổ và phương tiện nổ an toàn. Ngoài ra, trong giếng có lượng nước lớn phải dùng thuốc nổ nổ chịu nước, hoặc có biện pháp cách nước cho thuốc. Khi gặp đá cứng cần dùng thuốc nổ có khả năng công nổ lớn - Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn. Khi đào đất đá có độ bền trung bình và lớn cũng thường dùng các loại máy khoan cầm tay chạy khí nén. Diện tính gương cho một máy khoan lấy khoảng 2,53,5m3. Số máy dự trữ lấy 30% máy hoạt động. Đối với máy khoan có công suất lớn (tổ hợp khoan) diện tích gương cho một máy > 4 4,5m2. - Xác định thông số và lập hộ chiếu khoan nổ mìn. + Xác định lượng thuốc nổ đơn vị. Lượng thuốc nổ cần để phá vỡ 1m3 đất đá nguyên khối gọi là lượng thuốc nổ đơn vị. Lượng thuốc nổ đơn vị q phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá, khả năng công phá của thuốc nổ, chất lượng và mật độ của vật liệu làm bua mìn, diện tích gương và chiều sâu lỗ mìn và kết cấu lỗ mìn. Có nhiều công thức thực nghiệm xác định lượng thuốc nổ đơn vị, nhưng đều cho kết quả gần đúng. Lượng thuốc nổ đơn vị (q) có thể xác định theo công thức của giáo sư N.M.Pacrôpxki : q = q1 . fc . e . kd (kg/m3) (4-5-2-1)Trong đó 69 q1 - Lượng thuốc nổ đơn vị tiêu chuẩn cần để đập vỡ 1m3 đá trong trường hợpnổ văng tiêu chuẩn tức nổ để tạo thành một phễu sâu 1m và bán kính phễu nổ 1m (lượng thuốc đơn vị tiêu chuẩn phụ thuộc vào độ cứng của đá); fc - hệ số cấu trúc đất đá; e - khả năng công nổ; kd - hệ số phụ thuộc vào đường kính thỏi thuốc. + Đường kính lỗ mìn.(dlm)Đường kính lỗ mìn xác định bởi đường kính của thỏi thuốc nổ (dt). Đường kính lỗ mìn phải lớn hơn đường kính thỏi thuốc khoảng 35mm trong gương đá, 58mm trong gương than hoặc xác định qua công thức: dlm = (1,11,2) dt;mm (4-5-2-2)Đường kính thỏi thuốc thường dùng để thi công giếng hiện nay thường là 28;32;36mm. Ngoài ra còn sử dụng các thỏi thuốc có đường kính 45mm. + Số lượng lỗ mìn. Số lượng lỗ mìn trong gương giếng có thể xác định theo công thức: n n ln tn l k.d. S.q., l.k.d. l.S.q., q QN 221 271271  ; lỗ (4-5-2-3) Trong đó: q- lượng thuốc nổ đơn vị (kg/m3); Sn - diện tích đào của giếng (m2); - mật độ thỏi thuốc nổ (kg/m3); kn - hệ số nạp thuốc trong lỗ mìn (hệ số nạp mìn);lt - chiều dài thỏi thuốc (m). + Xác định chiều sâu lỗ mìn. Chiều sâu lỗ mìn xác định theo điều kiện khoan và xúc bốc (xúc chuyển):  Chiều sâu lỗ mìn xác định theo điều kiện khoan: N Vktl kkk ..1 (m) trong đó: t1 - thời gian khoan các lỗ (h);N - Tổng số lỗ khoan (lỗ); kk - số máy khoan làm việc (chiếc);Vk - Tốc độ khoan (m/h).  Chiều sâu lỗ mìn xác định theo điều kiện xúc bốc (xúc chuyển): S Ptl xxb . .. 2   (m) trong đó: t1 - thời gian xúc bốc đá (giờ);  - Hệ số thời gian sử dụng máy xúc; Px - Năng suất máy xúc (m3/giờ);  - Hệ số sử dụng lỗ mìn; S - Diện tích mặt cắt ngang giếng (m2).  Xác định chiều sâu lỗ mìn tối ưu. 70 Trong tổ chức thi công đào giếng, ta không thể cho tiến hành đồng thời 2 công việc khoan và xúc bốc (lk  lxb) mà hai công việc này được tiến hành nối tiếp nhau, bởivậy chiều sâu lỗ mìn tối ưu xác định theo điều kiện tổng quát sau: xkk k P S Vk N Tl . . . . 0 0     (m) trong đó: T0 - Tổng thời gian khoan và xúc bốc; k < 1: hệ số liên tục 2 quá trình khoan và xúc bốc.Ngoài ra, chiều sâu lõ mìn tối ưu còn phải đượckiểm tra theo các điều kiện: - Bơm tháo cạn nước trong giếng; - Thu dọn và làm vệ sinh giếng. b. Tổ chức các công tác khoan nổ mìn. - Công tác khoan. Để khoan lỗ mìn trên của gương giếng người ta thường sử dụng ba loại trang thiết bị sau: Loại 1: Các búa khoan cầm tay khác với các trường hợp đào lò khác, búa khoan trong trường hợp này có khối lượng khoảng 30kg đến khoảng 35kg (hình 4-5-2 a) Loại 2: Dùng những giá định vị các khoan loại nặng khác với lò bằng giá kê trên lên còn giá ở đáy kê trực tiếp lên gương giếng. Có thể khoan bất kỳ tại vị trí nào trên gương giếng. Trên một gương thường dùng 1,2 giá khoan. Mỗi giá khoan bố trí 13 khoan, kết cấu giá khoan được thể hiện trên (hình 4-5-2 b) Loại 3: Gá các khoan và cần khoan vào khung treo hoặc khung định vị ngang. 5 4 A 123 Hình4-5-2 a: Sơ đồ khoan gương giếng Hình 4-5-2 b: Kết cấu giá khoan b. Công tác nạp nổ mìn. 1- Máy nén khí 2- Bộ điều khiển 3- Ống dẫn khí nén 4- Ống dẫn khí nén vào máy khoan 5- Máy khoan gương 71 Sau khi kiểm tra các lỗ mìn, tất cả công nhân không tham gia nạp mìn phải rời khỏi gương giếng, trừ công nhân điều khiển máy bơm. Chuẩn bị những thổi thuốc có kíp (thỏi thuốc kíp) do công nhân nổ mìn và một công nhân giúp việc tiến hành trong buồng nạp mìn, cách xa nhà và các công trình, trên 100m. Trước khi chuẩn bị thỏi thuốc kíp phải kiểm tra độ dẫn điện của kíp điện; điện trở của các kíp nổ cùng đợt không đặt riêng trong túi hoặc hòn có lót dạ hoặc nỉ bên trong và chuyển xuống gương giếng bằng thùng tròn với tốc độ  1m/s. Nạp và nổ mìn phải theo đúng hộ chiếu khoan nổ mìn. Các thỏi thuốc nạp thành cột, thỏi thuốc kíp nằm trên cùng. Nhóm đột phá dùng kíp tức thời, còn các nhóm khác dùng kíp vi sai. Tốc độ nổ tăng dần từ tâm ra biên. Tham gia nạp mìn, ngoài công nhân nổ mìn còn có tới năm công nhân đào giếng đã quá lớp "công nhân nổ mìn " và có giấy chứng nhận. Để nâng cao tránh nhiệm nạp mìn, mỗi cặp công nhân nạp mìn một lỗ mìn và nạp mìn, còn người kia chuyển thuốc nổ cho người này và nút lỗ mìn. Nạp mìn phải cẩn thận để dây dẫn của kíp điện không bị hư hỏng và tránh bị nổ bất ngờ. Sau khi nạp mìn và đấu mạng kíp điện, kiểm tra lại toàn bộ theo hộ chiếu khoan nổ mìn, trục người và các thiết bị lên độ cao an toàn rồi nổ mìn. c. Công tác xúc bốc đất đá. Thời gian bốc đất đá chiếm từ 50 70 % toàn bộ thời gian của chu kỳ đào giếng. Khi bốc đất đá ở gương giếng gặp không ít khó khăn vì những lý do như: - Tiết diện giếng có hạn, do vậy mặt bằng để bốc cũng hạn chế, không thể đưa máy móc lớn xuống được. - Trong quá trình đào bằng phương pháp khoan nổ mìn, đá nổ ra tơi vụn không đều ảnh hưởng tới năng xuất bốc. - Lưu lượng nước chảy trong giếng lớn càng gây khó khăn cho máy bốc làm việc, ảnh hưởng tới năng xuất xúc, bốc. Do vậy những yếu tố có ảnh hưởng tới năng suất bốc đất đá kích thước mức độ đều của đất, đá, dòng nước và mực nước trong gương giếng, diện tích tiết diện ngang và chiều sâu của giếng, tính chất cơ lý đất đá giếng đào qua, trình độ kỹ thuật và tổ chức làm việc. Khi tiến hành xúc bốc đất đá cho giếng đứng người ta thường sử dụng các phương pháp sau: - Bốc thủ công chuyển vào gần rồi từ gương giếng dùng trục chuyển lên mặt đất. - Dùng máy để bốc loại này thì phổ biến và được áp dụng một cách rộng rãi. - Chuyển đất, đá theo lỗ khoan, phương pháp này được áp dụng trong điều kiện xung quanh giếng chuẩn bị xây dựng đã có giếng sẵn rồi. Khi tiến hành thi công giếng đứng người ta có thể sử dụng các thiết bị khác nhau. Tuỳ theo dung lượng và cách điều khiển gầu bốc người ta có thể chia ra làm các loại káhc nhau như sau: * Phân loại theo dung lượng và khối lượng gầu bốc bao gồm: - Máy bốc loại nhẹ với gầu bốc dung lượng 0,05  0,15m3 và khối lượng tới 3 tấn - Máy bốc loại trung bình với gầu bốc dung lượng 0,15  0,3 m3 và khối lượng 3 15 tấn. Máy loại trung bình ít áp dụng. - Máy bốc loại nặng với gầu bốc dung lượng 0,3  0,65m3 và khối lượng trên 15 tấn (máy bốc của tổ hợp KC- 3, KC 6, máy bốc của máy liên hiệp đào giếng và máy bốc vạn năng KC - 2y) 72 7 2 5 6 1 4 3 10 12 11 13 8 9 Hình 4-5-3: Công tác xúc bốc đất đá. * Phân loại theo cách lái và điều khiển gầu bốc bao gồm: - Máy bốc lái bằng tay và điều khiển bốc từ gương giếng như KC-3... - Máy bốc lái bằng máy và điều khiển bốc từ gương và máy bốc có tổ hợp KC- 1... - Máy bốc lái bằng máy và điều khiển bốc từ sàn treo (máy bốc của tổ hợp KC - 1M) KC - 2, máy của liên hợp đào giếng và máy bốc liên hợp toàn năng KC - 2Y. * Xác định năng suất máy bốc đất đá. Năng suất máy bốc đất đá phụ thuộc vào kích thước và mức độ đều của cỡ hạt đất, đá, mức độ chứa nước, diện tích tiết diện ngang và chiều sâu của giếng, tính chất cơ lý của đất, đá giếng đào qua, trình độ kỹ thuật và tổ chức làm việc. Năng suất bốc đất, đá cao nhất khi đất, đá vỡ nhỏ đều với kích thước không quá 120 mm. Đất đá do nổ mìn có thể chia làm hai lớp: Lớp trên chiếm 70 - 80 % bốc rất thuận tiện, lớp dưới bốc khó khăn hơn nhiều. Khi bốc phải đập hoặc dùng búa chèn đào sau đó mới bốc được. Ngoài ra năng suất xúc bốc còn phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Hệ số f càng tăng, năng suất máy bốc càng giảm theo bảng 4-5-2-1. Bảng 4-5-2-1: Ảnh hưởng của độ kiên cố của đất đá tới năng suất xúc bốc. f 0,51 23 36 610 1012 Năng suất xúc bốc 1,4 1,1 1,0 0,92 0,89 73 + Diện tích tiết diện ngang tỷ lệ thuận với năng suất bốc đất đá theo bảng 4-5-2-2. Bảng 4-5-2-2: Ảnh hưởng của diện tích gương giếng tới năng suất xúc bốc. f 48 812 1216 1620 Hệ số năng suất xúc bốc 0,55 0,85 0,9 0,95 + Chiều sâu của giếng có ảnh hưởng trực tiếp tới định mức bốc đất đá. Dựa vào thời gian bốc đất đá, xác định năng suất bốc đá theo công thức của giáo sư N.M.Pacrôpki. Toàn bộ thờigian bốc đất đá gồm có: Tx =T1 +T2 +T3 + T4 ;hTrong đó T1- thời gian chuẩn bị bốc, gồm thời gian thả máy xuống gương giếng và chuẩnbị máy để bốc đất đá (h). Thời gian T1 tùy thuộc vào từng loại máy bốc.T2 - Thời gian chuyên bốc đất đá (h).T2 = T' + T ''Ở đây: T' - thời gian bốc đất đá không phải làm tơi (h). T '' - thời gian làm tơi và gom đất đá cho máy bốc (h). T3- Thời gian chống tạm thời. Thời gian này chỉ có khi công việc bốc đất đá vàchống tạm thời tiến hành nối tiếp nhau. Nếu chống tạm bằng vì kim loại, thì: h,n.a T.lT c ctd3 Ở đây: ltđ- tiến độ chu kỳ (m).a- khoảng cách giữa các vì kim loại (m). Tc- mức thời gian vỏ chống tạm thời (h/ngày-vì).nc- số người tham gia chống tạm thời.T4- Thời gian tham gia kết thúc bốc gồm thời gian tháo ống dẫn hơi ép, gạt đấtđá bám ngoài gầu bốc và kéo gần bốc lên độ cao toan toàn trước khi nổ mìn (h). - Vậy năng suất trung bình máy bốc ; m3/h - Năng suất của máy bốc trong thời gian chuyển bốc đất đá; m3/h Trong đó: V- thể tích đất đá nguyên khối một chu kỳ nổ bị phá vỡ do nổ mìn ;m3 k- hệ số nở ời của đất đá ; k= 1,15 1,2; d. Các công tác phụ khi đào giếng. - Công tác thông gió. + Sơ đồ thông gió. Khi đào giếng, không khí ở gương giếng bị bẩn vì có khí độc toả ra từ đất, đá, do nổ mìn và do người thở ra, v..v... vì vậy, phải thông gió gương giếng. 2 T VP .k= 4321 TTTT VP .ktb +++= 74 Về mặt thông gió, giếng đứng đang đào là một đường lò cụt và khác các đường lò khác ở chỗ: Giếng thông với mặt đất, nên trong giếng có chuyển động tự nhiên của không khí, bên thành giếng có dòng không khí đi xuống với tốc độ 0,1 0,3m/s, còn ở giữa giếng có dòng không khí đi lên với tốc độ 0,2  0,1m/s. Nước chảy theo thành giếng có khả năng trung hoà hàng loạt khí độc (NO2, CO ..)tạo thành sau khi nổ mìn. Thông gió gương giếng có thể theo 1 trong 3 sơ đồ : + Thông gió đẩy + Thông gió hút + Thông gió hỗn hợp Khi đào giếng đứng, nếu không nguy hiểm về khí và bịu nổ, thường áp dụng sơ đồ thông gió đẩy, vì sơ đồ này đơn giản đảm bảo thông gió tốt và kinh tế. + Thiết bị thông gió khi thi công giếng bao gồm: Máy quạt. Khi đào giếng cũng như đào các đường lò khác, có hai chế độ thông gió: - Chế độ thông gió thứ nhất: thông gió sau khi nổ mìn, khoảng 30 phút (sau đó làm việc tiếp 2h). - Chế độ thông gió thứ hai: Thông gió bình thường trong thời gian làm việc. Để thông gió , có thể dùng quạt hướng tâm hay quạt ly tâm. Quạt đặt cách miệng giếng không dưới 15m. Để đảm bảo kinh tế có thể đấu song song 2 quạt: 1 quạt dùng theo chế độ 1 (quạt chính) quạt kia dùng theo chế độ 2 (quạt phụ) ống thông gió: Khi đào giếng có thể dùng ống kim loại hay ống vải cao su 300 1200 mm (thường dùng  300  800mm) Hình 4-5-3-1: Sơ đồ thông gió cho giếng đứng. a, Thông gió đẩy. b, Thông gió hỗn hợp. 1- Quạt gió 2- Ống gió. 3- Dây cáp 4- Tời trục 1 2 3 4 a, b, 75 Ống kim loại gồm các đoạn dài 2 -:- 4m và nối với nhau bằng bích, bu lông và vòng đệm cao su, sử dụng ống kim loại có ưu, nhược điểm sau: - Khối lượng lớn - Rất dễ bị rỉ nhất là khi nước có nồng độ axit cao. - Ở những chỗ nối, tổn thất gió lớn - Rất tốn công tháo lắp và sưả chữa. Ống vải cao su gồm các đoạn dài 5 và 10 m, nối với nhau bằng ống nối kim loại và bu lông vòng ống nối có  bằng  ống cao su dài 0,4 m và mặt ngoài ống có vòng dây thép 1,5mm, ống cao su có ưu điểm: - So với ống kim loại thì nhẹ hơn nhiều - Không thấm nước và không bị hư hỏng Miệng ống thông gió trong sơ đồ thông gió đẩy phải cách gương giếng một khoảng dSl 7,3 trong đó Sd - điện tích đào của giếng (m2). Theo quy phạm an toàn: l  15m. - Công tác thoát nước. Khi đào giếng lượng nước chảy vào giếng là một trong các yếu tố chính ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công việc. Lượng nước tăng, tốc độ đào giếng giảm, giá thành đào giếng tăng. Thoát nước khi đào giếng có một số đặc điểm chính sau: - Lượng nước thay đổi theo chiều sâu. - Chiều cao bơm tăng theo chiều sâu. - Máy bơm di chuyển theo tiến gương - Không gian trong giếng để bố trí máy bị hạn chế. - Phải sử dụng những thiết bị điện chống ẩm đặc biệt. - Nước bẩn nên gây khó khăn cho máy bơm khi vận hành. 1 4 6 5 3 2 + Phương pháp thoát nước. Hình 4-5-3-2: Sử dụng bơm gương bơm nước ở gương giếng lên phía trên mặt. 1-Máy bơm gương 2- Ống dẫn nước thải 3- Cáp giữ máy bơm 4- Máy tời 5- Rãnh thoát nước trên mặt. 6- Tháp giếng. 76 Tuỳ thuộc vào lượng nước và chiều sâu của gương giếng, có thể thoát nước bằng 1 trong 3 phương pháp hoặc phối hợp giữa các phương pháp Bơm nước từ gương giếng Hứng nước và ép vữa vào khe nứt của đất đá. Bơm nước phối hợp với hứng nước áp dụng khi Q = 30m3/ph là rất hợp lý. Khi đưa giếng vào sử dụng Q  35m3/h Thoát nước bằng thùng tròn. Phương pháp thoát nước đơn giản nhất khi đào giếng là đưa nước từ gương giếng lên mặt đất bằng thùng tròn cùng với đất đá. Bơm nước từ gương giếng vào thùng tròn bằng máy bơm. Thoát nước bằng thùng tròn chỉ áp dụng được khi W > Q = 4  5 m3/h, trong đó Q lượng nước trong giếng. Thoát nước bằng máy bơm Nếu Q > 6  8 m3/h, phải thoát nước bằng máy bơm theo 1 trong 2 sơ đồ sau: + Thoát nước 1 bậc + Thoát nước nhiều bậc. + Sơ đồ thoát nước một bậc: Theo sơ đồ này thường dùng máy bơm treo, đôi khi dùng máy bơm cố định nếu giếng sâu tới 250 m. Máy bơm có ống hút, ống đẩy, ống hút bằng cao su dài 6,58 m và có đường kính bảo đảm tốc độ của nước không quá 2m/s. Đầu ống hút có hộp hút, ống đẩy bằng kim loại có đường kính bảo đảm tốc độ nước không quá 3m/s. Máy bơm treo thường dùng ống đẩy  =79-145mm. Các ống kim loại nối với nhau bằng bích và bulông, giữa các bích có vòng đệm cao su dày 35 mm. Máy bơm cùng với ống và cáp điện treo vào dây cáp rồi thả xuống giếng theo tiến gương của giếng. Ống thoát nước cũng thường treo bằng neo vào vỏ giếng cố định. Máy bơm treo cách gương một khoảng không quá chiều cao hút của bơm. + Sơ đồ thoát nước nhiều bậc. Khi chiều sâu của giếng vượt quá chiều cao bơm của máy bơm treo, áp dụng sơ đồ thoát nước nhiều bậc theo một trong hai phương án sau: - Phương án 1: Dùng máy bơm gương bơm nước từ gương giếng lên độ cao 2560 m sau đó dùng máy bơm treo bơm trực tiếp hay qua vài đoạn bơm truyền lên mặt đất. - Phương án 2: Dùng máy bơm treo bơm hết chiều cao cột nước vào trạm bơm trong giữa rồi dùng máy bơm cố định bơm trực tiếp hay qua vài trạm bơm truyền lên mặt đất. Trong mỗi trạm bơm truyền phải đặt hai máy bơm (1 làm việc và 1 dự phòng) và để chứa nước dung lượng không nhỏ hơn lưu lượng dòng nước có thể chảy trong 1 giờ. Để có thể rửa bể nước theo chu kỳ, bể phải có 2 ngăn thông với nhau bằng ống và khoá. Trạm bơm truyền bố trí ở cạnh giếng. Những trường hợp thoát nước đặc biệt khi đào giếng. Khi đào nhiều giếng gần nhau, nối các giếng với nhau bằng các lỗ khoan ghiêng về giếng đặt máy bơm. Giếng máy bơm thường đặt ở cuối chiều dốc của vỉa, các lỗ khoan có  100mm, độ dốc đủ để nước tự chảy và chống bằng ống kim loại. Khi đào giếng có chiều sâu tới 50 m, nếu lưu lương nước lớn có thể sử dụng phương pháp hạ mực nước ngầm. 77 Cột bích (Hình 4-1-2-b: Vì chống gánh đôi) (Hình 4-1-2- a: Đánh cột bích) CHƯƠNG 5 SỬA CHỮA KHÔI PHỤC LÒ CŨ 5.1 Công tác kiểm tra, củng cố vì chống lò chuẩn bị 5.1.1 Khái niệm Khi áp lực mỏ tăng lên, những vì chống chính không đảm bảo khả năng chịu lực thường bị biến dạng một cách đáng kể. Trong trường hợp này để đảm bảo khả năng chịu lực của vì chống trong thời gian cần thiết thì ta tiến hành củng cố, gia công thêm cho vì chống thêm chắc chắn. 5.1.2 Củng cố đơn giản Căn cứ vào từng trường hợp mà ta có các hình thức củng cố khác nhau. a. Đánh cột bích Là hình thức dùng cột bích để củng cố lò, thường áp dụng với những đường lò không dùng để vận chuyển, đường lò có xà quá rộng, lò thượng, lò hạ. b. Chống gánh đôi Được áp dụng khi trường hợp sức nén ở nóc lò là rất mạnh, có khả năng làm gẫy xà của vì chống, vì vậy ta chống thêm 1 vì chống nữa dưới vì chống chính và dùng gỗ tròn gác lên xà của vì chống mới. Các đoạn gỗ này làm nhiệm vụ đỡ lấy 1 số xà của vì chống chính bị suy yếu. 5.1.3 Củng cố phức tạp 78 1 3 2 4 5 A A A-A 1 32 4 5 A A A-A6 1 3 5 5 2 4 1 3 6 5 2 4 7 1:Thìu nóc; 2: Thìu hông; 3: Văng nóc; 4: Văng vai; 5: Cột khuôn, 6: Xà vì chống chính; 7: Cột vì chống chính (Hình 5-1-3-2: Khuôn nhiều cạnh) a. Đánh khuôn vuông Khuôn vuông để tăng khả năng chống đỡ cho vì chống cũ, hoặc khi cần đào các lò rẽ thẳng góc với 1 lò khác. Khuôn vuông gồm 2 thìu nóc, mỗi thìu dài 4m, cột khuôn và các văng. Mỗi khuôn vuông được đánh 5 vòng khuôn. Trình tự đánh khuôn vuông như sau : dùng dây treo 2 thìu nóc lên xà của vì chống chính(2 thìu được treo sát vào điểm tiếp giáp giữa đầu cột và đầu xà). Trước hết đánh cột văng ở hai vòng đầu, sau đó đánh vòng giữa để cho khuôn có sự cân bằng và tiếp tục đánh 2 vòng còng lại. để tăng khả năng chống đỡ của vì chống cũ, ta luồn xà giả vào khoảng giữa, gác lên 2 thìu nóc, và kích xà giả sát nóc. (Hình 5-1-3-1: Đánh khuôn vuông 1: Thìu khuôn; 2: cột chống khuôn; 3: xà khuôn; 4:xà vì chống chính; 5:cột vì chống chính) b. Khuôn nhiều cạnh Còn gọi là khuôn ăng lê, thường được sử dụng để tăng khả năng chịu lực đối với các đường lò dọc vỉa vận chuyển, các đường lò có tiết diện lớn chống bằng gỗ. Khuôn nhiều cạnh gồm có 4 cây gỗ thìu(mỗi cây dài 4m), , 2 thìu nóc, 2 thìu hông(nếu nền yếu thì có thêm 2 dầm nền). Trình tự dựng khuôn vuông được tiến hành như sau: Dùng dây thừng buộc treo 2 thìu nóc và 2 thìu hông vào vị trí xác định. Sau đó tiến hành đánh văng và cột ở khoảng giữa trước, đánh văng ở 2 đầu thìu sau. Cần chú ý khi đánh văng mộng văng và cột phải sát với thìu. mỗi thìu thường đánh từ 6 8 vòng khuôn. Khuôn đánh phải vuông vắn, thìu nóc phải kích sát xà, thìu hông phải sát cột của vì chống. Đánh xong khuôn ta cũng luồn xà giả giữa hai vì chống như ở khuôn vuông. 5.2 Sửa chữa vì chống lò chuẩn bị 5.2.1 Nguyên nhân làm hư hỏng vì chống gỗ 79 Trong quá trình sản xuất khai thác mỏ, các vì chống bằng gỗ ở trong các đường lò thường chịu ảnh hưởng của không khí mỏ, áp lực mỏ do đó mà bị mục nát, biến dạng không đảm bảo khả năng chịu lực cũng như kích thước của đường lò, hoặc bị gẫy xà 5.2.2 Sửa chữa nhỏ a. Thay cột của vì chống: Trong trường hợp thay 1 cột : Khi đường lò có đường tàu điện, để không làm ảnh hưởng đến quá trình vận tải, ta dùng 2 cái chèn nhói để gim giữ xà ở phía đầu xà có cột bị gẫy, sau đó tiến hành thay cột mới. (Hình 5-2-2-1 : Thay cột của vì chống) Khi đường lò không có đường tàu điện thì ta tiến hành đánh 1 cột bích cách đầu xà 1/3 chiều dài xà, ở phía có cột bị gẫy cần thay. Sau đó tháo cột gẫy để thay. Chú ý : khi tháo cột thì ta phải đứng dưới vì chống còn chắc chắn, hướng ra cửa lò mới được tiến hành thay cột bị gãy. (Hình 5-2-2-2 : Thay cột của vì chống) Nếu có từ 2 3 cột ở cùng một phía hông lò bị gẫy liên tiếp cần phải thay, ta dùng 1 cây xà dài đỡ ngang các xà của vì chống bị gẫy cột, để tiến hành thay cột mới. Cây xà dài đỡ xà của vì chống bị gẫy được buộc chặt vào xà của của 2 vì chống bên ngoài còn chắc chắn. Trong trường hợp thay 2 cột : Nếu nóc lò vững chắc ta có thể hạ vì chống cũ xuống , thay vì chống mới và chèn chặt lại. Khi nóc lò mềm yếu không thể tháo xà ra được, lúc này ta dùng 2 cột bích đỡ 2 đầu xà, tháo cột bị gẫy ra thay cột chống mới vào, sau đó chèn hông lò cho chắc chắn. 80 A A-A Xà gãy A-A (Hình 5-2-2-3 : Thay cột của vì chống) b.Thay xà của vì chống: Khi áp lực nóc lò tăng lên quá lớn vượt qua giới hạn chống uốn của xà làm xà bị gẫy. Nhưng 2 cột của vì chống vẫn còn đảm bảo thì ta phải tiến hành thay xà của vì chống. Trường hợp đất đá trên nóc lò ổn định, nhưng do bị phong hoá nứt nẻ hình thành áp lực tập trung làm xà bị gẫy. Khi thay xà ta dùng choòng, đinh vấu hoặc đánh văng để để giữ cho cột chống và các phần liên kết không bị đổ. Sau đó dùng choòng dài đứng nép ở vì chống vững chắc, phía ra cửa lò hạ xà bị gẫy và cạy các cục đá bị om ở nóc lò xuống. Khi cạy om và kiểm tra nóc lò xong ta tiến hành lên xà mới và tiến hành chèn kích sát nóc cho vì chống được chắc chắn. Khi thay xà xong ta tháo đinh vấu và choòng ra. Trường hợp nóc lò bị phá lớn, trên xà có đá to đè lên tạo thành áp lực tập trung làm gẫy xà. Khi thay xà cần phải củng cố thật chắc chắn các vì chống xung quanh, cáp điện, ống dẫn nước phải được bảo vệ an toàn. Dùng chèn nhói dài khoảng 1,6m đóng xiên lên nóc để gim giữ đất đá, chèn đóng xiên cách xà bị gẫy khoảng 0,3m. khi đóng chèn nhói độ xiên của chèn cần vừa phải , thường từ 20300 so với mặt phẳng của xà. Khi đã củng cố tốt ta mới tiến hành thay xà của vì chống và chèn kích sát nóc. (Hình 5-2-2-4 : Thay xà của vì chống) 5.2.3 Sửa chữa lớn Trong những trường hợp lò chuẩn bị nằm tại vùng có ảnh hưởng của khu vực khai thác vòng, hoặc đường lò lâu ngày không được sửa chữa, do đó vì chống bị phá huỷ không đảm bảo khả năng chịu lực. Trong trường hợp đó vì chống cần được sửa chữa, thay thé vì chống mới. a. Thay thế từ 2 vì chống trở lên: Để đảm bảo an toàn, trước hết phải củng cố các vì chống còn chắc chắn ở phía sau và phía trước các vì chống cần thay thế. Biện pháp đơn giản nhất là đánh cột bích để đỡ xà, nếu cần thì dựng vì chống gánh tạm thời. Đồng thời dùng dây chão néo buộc các cột chống với nhau( ít nhất từ 4 cột trở lên). Sau đó lần lựot thay thế từng vì chống một, thứ thự thay thế vì chống hư hỏng từ ngoài cửa lò vào trong. b. Nếu các vì chống hỏng liên tiếp, khoảng cách giữa 2 vì chống lớn, nóc lò mềm yếu. Nếu số vì chống bị hỏng liên tiếp, khoảng cách giữa các vì chống xa nhau, nóc lò yêu, áp lực nóc lớn thì tại nơi cần sửa chữa vì chống ta chống thêm một vì chống nhỏ và dùng gỗ banh để chèn giữ nóc. Cac đường ống dẫn điện, nước ở khu vực sửa chữa 81 A-A A A A cần được bảo quản cẩn thận, tối thiểu trong phạm vi 10m. Khi sửa chữa không nên hạ các vì chống liên tiếp nhay cùng 1 lúc mà cứ cách 1 vì lại hạ 1 vì, để đề phòng đất đá nóc tụt xuống. Tuần tự cứ dựng được một vì mới thì tiếp tục hạ 1 vì cũ. Đối với các vì hỏng chưa thay thế thì dùng đinh đỉa liên kết lại cho chắc chắn. c. Nếu các vì chống hỏng liên tiếp, khoảng cách giữa 2 vì chốngnhỏ, nóc lò ổn định Trong trường hợp này ta cũng phải củng cố lò trước khi sửa chữa như trường hợp trên. Ngoài ra dựng 1 vì chống nhỏ cách vì chống sửa chữa 1ừ 1,5 2m, khoảng cách giữa xà vì chống nhỏ với xà của vì chống hỏng thường là 0,2m, rồi mới tiến hành sửa chữa. Khi đã dựng xong vì chống mới, phải chèn kích chắc chắn, nếu nóc rỗng thì phải xếp cũi lơn kích sát nóc. 5.2.4 Xử lý lở hông, bùng nền a. Xử lý lở hông Lở hông lò thường xảy ra khi áp lực hông lớn, đất đá không ổn định. Thường thấy ở những lò dọc vỉa đào trong than, những đường lò vận chuyển của các phân tầng. Nếu ta không kịp thời xử lý, nó làm cho đường lò ngày càng yếu đi, vì chống siêu vẹo ảnh hưởng tới tiết diện đường lò và công tác an toàn. Khi đường lò có 1 bên hông lở, nóc lò chưa bị phá hoại, xà còn đảm bảo nhưng bên hông bị lở cột chống bị gẫy. Khi sửa chữa ta đánh cột bích đỡ đầu xà, sau đó hạ cột bị gẫy, dựng cột chống mới thay thế và tiến hành xếp cũi lợn kích phần đất đá bị lở ở hông lò cho chắc chắn. 82 Trường hợp đất đá ở 2 bên hông lò bị rạn nứt, rời rạc không ổn định, nóc lò bị phá hoại gây lên lở hông lớn , rất rễ sập nóc. Lúc này ở 2 bên hông lò, tại các vị trí của những vì chống còn đảm bảo ta dùng chèn nhói dài 1,2m đóng vào phía bị lở và xiên lên nóc lò để giữ cho đất đá ở hông và nóc lò không bị tụt xuống. Song song với công việc này ta tiến hành chống dặm vào khoảng cách giữa 2 vì chống cũ, cài thêm chèn ở nóc và hông lò. Nếu vì chống bị gẫy cột hoặc xà, ta phải tiến hành thay thế. Chú ý cần chèn cho thật sát nóc và hông lò. (Hình 5-2-4-1: xử lý lở hông) b. Xử lý bùng nền Bùng nền thường xảy ra đối với các đường lò đi trong than, những vùng đất đá không ổn định, đất đá mềm ngậm nước. Hiện tượng bùng nền làm cho nền lò cao lên không đảm bảo kích thước, đường ray và rãnh thoát nước bị phá hỏng. Khi hiện tượng bùng nền xảy ra không lớn, ta thường xuyên đào sửa nền lò để đảm bảo vận tải an toàn. Với đường lò vì chống bằng gỗ ta có thể chống bằng khuôn chống đủ(có cả dầm nền). Nếu đường lò bùng nền lớn, ta chống bằng vì chống kiểu gấp khúc, tức là dưới nền lò ta đặt thêm 3 đoạn gỗ dài bằng nhau, liên kết với các dầm dọc theo kiểu khuôn chống. Ngoài 2 cách xử lý trên, trong thực tế người ta còn dùng vì neo cũng có hiệu quả tốt trong việc chống bùng nền. (Hình 4-2-4-2: xử lý bùng nền)