Thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công đường lò rẽ vào thượng thi công TBI mức 150 số 2 mỏ than Mạo Khê TKVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV
Khái quát về vị trí địa lý, khí hậu, điều kiện hạ tầng giao thông, dân cư và xã hội nhân văn
Vị trí địa lý mỏ than Mạo Khê
Khu mỏ Mạo Khê nằm ở khu cực tây đới chứa than bối tà Tràng Bạch thuộc bể than Quảng Yên Khu mỏ có tọa độ:
Phạm vi khu mỏ từ tuyến I đến tuyến XV:
- Phía Đông giáp xã Phạm Hồng Thái;
- Phía Tây giáp xã Kim Sơn;
- Phía Nam giáp quốc lộ 18A chạy qua thị trấn Mạo Khê;
- Phía Bắc giáp xã Tràng Lương – huyện Đông Triều;
- Cách Hà Nội 105 km về phía Tây;
- Cách Hòn Gai 58 km về phía Đông;
Khu mỏ Mạo Khê nằm cách Hải Phòng 30 km về phía Nam, với địa hình chủ yếu là đồi núi thấp Khu vực này bị bào mòn từ Đông sang Tây, có độ cao trung bình dao động từ +15 đến +505 m.
Mạo Khê nổi bật với hai con suối chính là suối Văn Lôi và suối Bình Minh Khu vực này có các vỉa than cánh Bắc nằm trên sườn núi cao, trong khi các vỉa than cánh Nam lại phân bố trên địa hình tương đối bằng phẳng.
Hệ thống giao thông
Hệ thống giao thông đường sắt cỡ 1440 mm kéo dài khoảng 2 km, kết nối từ nhà sàng đến ga Mạo Khê và được tích hợp vào mạng lưới giao thông quốc gia.
- Cách 2 km về phía Nam là quốc lộ 18A được nối liền với khu vực mỏ.
Cách khoảng 3 km về phía Nam, sông Đá Bạc chảy theo hướng Bắc - Nam và đổ về Quảng Yên, tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông đường thủy Sông này cho phép các phương tiện lớn như sà lan có trọng tải lên đến 300 tấn di chuyển dễ dàng.
Địa hình khu mỏ
Khu mỏ sở hữu nhiều lợi thế về giao thông, bao gồm đường thủy, đường bộ và đường sắt, cho phép sử dụng đa dạng phương tiện vận tải để tiêu thụ sản phẩm hiệu quả.
Đặc điểm dân cư, kinh tế và chính trị
Dân cư
Vùng mỏ có khoảng 300.000 người sinh sống, chủ yếu là người Kinh, với hai nghề chính là khai thác mỏ và nông nghiệp, trong đó nông nghiệp chiếm khoảng 30% Người dân chủ yếu trồng lúa và rau màu nhờ vào đất đai màu mỡ, cung cấp lương thực cho khu vực Tuy nhiên, nền kinh tế khu mỏ và vùng lân cận vẫn chưa phát triển, chủ yếu dựa vào nông nghiệp Khu vực phía Đông có nhà máy điện Uông Bí với công suất 48.000KW, còn phía Nam là nhà máy xi măng Hoàng Thạch đang trong giai đoạn phát triển.
Kinh tế
Nền kinh tế của mỏ đang phát triển mạnh mẽ với tiềm năng lớn, nhờ vào nhà sàng có công suất lớn đáp ứng nhu cầu sản xuất hiện tại và trong tương lai Ngoài ra, mỏ còn sở hữu một phân xưởng chế tạo vật liệu và khả năng trùng tu thiết bị lớn, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
Chính trị
Đa số nhân dân ở Đông Triều mang tinh thần cách mạng cao, được ảnh hưởng sâu sắc bởi truyền thống đấu tranh của giai cấp công nhân vùng mỏ Đời sống văn hóa vật chất và tinh thần ở đây khá phong phú, với một nhà văn hóa công nhân hiện đại có sức chứa 700 chỗ ngồi, cùng với nhà thi đấu thể thao, sân vận động, công viên mỏ và thư viện, đáp ứng đầy đủ nhu cầu văn hóa của công nhân.
Điều kiện khí hậu
Khu mỏ Mạo Khê tọa lạc trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt Mỗi năm, khu vực này nhận lượng mưa trung bình khoảng 1768 mm, trong đó lượng mưa lớn nhất đạt 1800,7 mm và nhỏ nhất là 1497,8 mm.
Mùa mưa tập trung từ tháng 4 đến tháng 9, số ngày mưa bình quân trong năm là
110 ngày (thấp nhất là 94 ngày, cao nhất là 124 ngày).
Lượng mưa bốc hơi bình quân trong năm là 776,6 mm (thấp nhất là 762,1 mm, cao nhất là 791,6 mm).
Lượng mưa trung bình năm là 1700mm tập trung chủ yếu vào mùa mưa chiếm 90% lượng mưa cả năm.
Nhiệt độ trung bình hàng năm ở khu vực này đạt 23,3°C, với gió Đông Nam thịnh hành vào mùa hè và gió Đông Bắc vào mùa đông, tốc độ gió cao nhất ghi nhận lên tới 38 m/s.
Với vị trí gần biển, khu vực này chịu ảnh hưởng từ khí hậu biển, thường xuyên phải đối mặt với bão và sự thay đổi hướng gió theo mùa Độ ẩm trung bình hàng năm đạt 68%, trong khi lượng mưa vượt qua lượng bốc hơi.
Điều kiện địa chất
Cấu tạo địa chất khu mỏ
1.4.1.1 Đ a t ngị ầ Địa tầng chứa than mỏ Mạo Khê là một nếp lồi bị phân cách thành hai cánh: cánh Bắc và cánh Nam do hoạt động kiến tạo của địa chất bởi nếp gãy FA Địa tầng chứa than thuộc giới Mezozoi.
Thống Triat thượng – Bậc Norri – Reti.
Ký hiệu M2 ( T3n – R ). a) Địa tầng cánh Bắc Địa tầng được chia ra làm 3 tập than:
Tập than dưới (T3n – rHg2) là địa tầng nằm từ vỉa 2 trở xuống, chủ yếu bao gồm các loại đá hạt mịn như bột kết, xen kẹp sét kết và có rất ít cát kết.
Tập than giữa chủ yếu phân bố trên diện tích mỏ từ vỉa 2 đến vỉa 12, với đặc trưng đất đá bao gồm cát kết, sạn kết và cuội kết có màu xám đến xám trắng, chiếm 60% Loại đá này phân bố chủ yếu giữa hai vỉa than, trong khi cát kết hạt mịn và bột kết chiếm 20%, thường nằm gần vách và trụ vỉa than, với thành phần chủ yếu là thạch anh và Xirexit.
Tầng than trên, kéo dài từ vách vỉa 12 đến vỉa 17, chủ yếu bao gồm các loại đá hạt thô sang màu, trong đó cát kết hạt thô và cuội kết chiếm đến 80% Phần còn lại là bột kết và sét kết.
Với chiều dày khai thác là 62,8m. b) Địa tầng cánh Nam
Nằm ở giữa lớp phay FA VÀ FB chứa 22 vỉa than, trong đó có giá trị khai thác là vỉa 1 d đến vỉa 1 b bao gồm các loại đá:
- Cuội kết chiếm 35% phân bố trung gian giữa các vỉa Thành phần chủ yếu là hạt mịn, thạch anh,
- Cát kết ( sa thạch ) chiếm 46% tập trung ở giữa các vỉa than Thành phần: thạch anh, xi măng gắn kết, oxit sắt.
- Bột kết ( Alevrolit ) chiếm 30%, thành phần chủ yếu là thạch anh, sét xifexit.
- Sét kết ( Acghilit ) chiếm 10%, thành phầnXirexit silic than có chứa thực vật.
Khu vực khai thác mỏ Mạo Khê là đơn tà cắm Bắc góc dốc từ 25º ÷ 50º Gần trực trục nếp lồi là các đứt gãy nhỏ kéo theo.
- Đứt gãy F340 là đứt gãy thuận cắm Bắc, góc cắm từ 70º ÷ 80º cự li dịch chuyển từ
30 ÷ 50m đới phá hủy tuyến III đến tuyến IV.
- Đứt gãy FA là đứt gãy thuận cắm Bắc dộ dốc > 70º, đới phá hủy từ vài mét đến hàng chục mét.
Đứt gãy FCB là hiện tượng đứt gãy thuận cắm góc nằm trong khoảng 70º đến 75º, với biên độ dịch chuyển từ 30 đến 50m và đới phá hủy từ 0 đến 15m Ngoài ra, còn tồn tại một số đứt gãy nhỏ phát sinh do ảnh hưởng của đứt gãy lớn.
Điều kiện địa chất thủy văn
Nước mặt
Trong khu mỏ, hai suối chính là suối Văn Lôi và suối Bình Minh, với chiều dài từ 2 đến 6 km và chiều rộng từ 3 đến 8 m Bên cạnh đó, khu vực còn có hai hồ lớn là hồ Tràng Bạch và hồ Yên Tho Địa hình nơi đây ít thực vật, tạo điều kiện cho nước tập trung nhanh chóng.
Trong khu vực thiết kế từ mức +30 đến +100, cũng như từ mức +100 lên lộ vỉa, đã khai thác hoàn toàn Hiện tại, chủ yếu chỉ còn lại việc tận thu các trụ bảo vệ từ mức +30 đến +100 Do đó, lượng nước mặt có khả năng dễ dàng thấm xuống và tích tụ, dẫn đến hiện tượng có thể xuất hiện đột ngột.
Nước dưới đất
Tầng nước trong địa tầng chủ yếu là sa thạch cứng với độ ngấm nước tương đối yếu, và nguồn cung cấp chính cho nước ngầm là nước mưa Lưu lượng nước ngầm phụ thuộc vào lượng mưa hàng năm, với lưu lượng khoảng 75m³/h trong mùa mưa và 25m³/h trong mùa khô Nhiệt độ nước ngầm duy trì ở mức khoảng 26ºC và có độ khoáng cao.
Địa chất công trình
Tính chất cơ lý và thành phần của đất đá
Gồm các loại: Nham thạch, sa thạch, diệp thạch.
- Sa thạch: rắn chắc là loại sa thạch thạch anh ở trên mặt bị phong hóa, kẽ nứt phát triển theo mặt lớp.
- Diệp thạch: nứt nẻ kém nhưng dễ bị phong hóa bở rời, ít thấm nước hoặc cách nước do đó ở sâu diệp thạch khô và rắn chắc.
Các lớp than có khả năng chứa nước tốt và bao gồm vỉa than rắn chắc cùng với vỉa vun rời Vách và vỉa của trụ than thường được hình thành từ sa thạch, diệp thạch, acghilit và alevrolit, có tính chất cách nước hoặc thấm nước kém, với sa thạch hoặc diệp thạch có độ cứng cao.
Các hiện tượng địa chất công trình
Nham thạch trong khu mỏ có tính cứng và liên kết chặt chẽ, thuận lợi cho khai thác Độ dốc nham thạch từ tuyến II đến tuyến V dao động từ 30° đến 45°, và từ tuyến V đến tuyến XII từ 45° đến 70° Độ dốc này có thể gây ra hiện tượng trượt lở, do đó cần có biện pháp phòng ngừa hiệu quả Ngoài ra, đa số các vỉa có vách và trụ là acghilit và alevrolit, những loại đá này dễ biến dạng và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khai thác.
Không có hiện tượng trượt lở tự nhiên, đất đá ổn định và tương đối cứng vững.
THIẾT KẾ QUY HOẠCH CHO ĐƯỜNG LÒ
Các đặc điểm chung của đường lò
2.1.1 Đặc điểm về công dụng, sự cần thiết của đường lò
Theo thiết kế kỹ thuật năm 2008, Công ty Than Mạo Khê đã triển khai thi công hạng mục lò bằng rẽ vào thượng thi công TBI mức -150 số 2, đây là đường lò quan trọng nối lò xuyên vỉa TBI -150 với nhiệm vụ vận chuyển vật liệu và đất đá, đồng thời duy trì thông gió dưới mức -150 Đường lò được xây dựng nhằm phục vụ công tác vận tải trong quá trình xây dựng các đường lò dưới mức -150 và vận chuyển than trong khai thác Các loại đất đá, vật liệu và khoáng sản sẽ được vận chuyển bằng goòng hoặc băng tải, sau đó được tời lên mặt bằng sân công nghiệp Theo thiết kế, năng lực vận tải của đường lò đạt 300.000 tấn/năm, với hệ số dự phòng 1,4, năng lực thông qua sẽ là 420.000 tấn/năm.
Để ổn định sản lượng khai thác cho công ty và ngành than, việc khai thác lò chợ mức -150 là rất cần thiết Do đó, xây dựng đường lò rẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Chiều dài thiết kế của đường lò là 60m.
2.1.3 Tuổi thọ của đường lò
Tuổi thọ theo thiết kế của đường lò là 20 năm tính cả thời gian xây dựng.
Thiết kế quy hoạch đường lò
2.2.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế, quy hoạch đường lò
Thiết kế đường lò cần tuân theo mẫu từ sơ đồ công nghệ đào chống lò bằng trong đá của phòng Kỹ thuật mỏ Mạo Khê Trong quá trình thi công, cần điều chỉnh hộ chiếu và công nghệ dựa trên điều kiện địa chất thực tế.
2.2.2 Thiết kế quy hoạch đường lò
Điều kiện địa chất khu vực thi công lò
Đường lò đào qua đất đá chủ yếu là cát kết với điều kiện địa chất ổn định Cát kết có độ dày lớp từ 12 đến 24 cm, tạo thành trầm tích dày từ 12 đến 60 m Thành phần cát kết bao gồm ba loại hạt: thô, trung và mịn, với hàm lượng và kích thước hạt không đồng đều Chủ yếu là thạch anh, xi măng silic và cát kết, với hệ số kiên cố f từ 6 đến 8 Đoạn đường lò thi công có địa chất ổn định và không gặp phải phay phá.
Đánh giá sơ bộ ổn định và phân loại khối đá xung quanh đường lò
Đánh giá chất lượng khối đá dựa trên mối quan hệ giữa các chỉ tiêu chất lượng và yếu tố giảm bền như nứt nẻ và nước ngầm Các yếu tố này được khảo sát để xây dựng mối tương quan thực nghiệm giữa biến dạng và độ bền khối, từ đó đánh giá sự ổn định của đường lò và đề xuất biện pháp gia cố ổn định.
Sau khi đào khoảng trống công trình lò tại mức -150, độ ổn định của khối đá xung quanh có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, dẫn đến khả năng mất ổn định và chuyển sang trạng thái phá hủy Mức độ ổn định này liên quan chặt chẽ đến việc lựa chọn phương pháp thi công, kết cấu chống và sơ đồ đào Do đó, việc đánh giá mức độ ổn định khi khai đào công trình là vô cùng cần thiết.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp đánh gia và dự báo ổn định của khối đá khi xây dựng Công trình ngầm:
- Phương pháp đánh giá theo RQĐ;
- Phương pháp đánh giá theo RMR;
- Phương pháp phân loại theo chỉ tiêu chất lượng của đường lò Q của Viện địa lý kĩ thuật
- Phương pháp phân loại theo hệ số kiên cố f của đất đá;
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM
Lựa chọn kết cấu chống giữ cho đường lò
3.1.1 Nhiệm vụ của kết cấu chống giữ đường lò
Mục đích của việc lắp dựng kết cấu chống là để đảm bảo an toàn và ổn định cho không gian ngầm, bảo vệ con người và các thiết bị kỹ thuật, từ đó duy trì điều kiện hoạt động bình thường trong môi trường này.
Trong lĩnh vực khai thác hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu chống giữ công trình ngầm là:
- Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kỹ thuật.
- Hạn chế dịch chuyển của khối đá và ổn định khoảng không đảm bảo các công trình vận hành, vận chuyển và thông gió.
3.1.2 Yêu cầu đối với kết cấu chống giữ đường lò
Việc lựa loại kết cấu chống giữ cho đường lò dựa vào các điều kiện sau:
- Các điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình và đặc điểm của khối đá xung quanh đường lò;
- Các đặc điểm của đường lò;
- Gía thành của hệ thống kết cấu chống;
- Khả năng cung cấp vật liệu và thiết bị thi công kết cấu chống;
Dựa trên các cơ sở đã nêu và đặc điểm hiện trạng của đường lò cũng như khu vực mà đường lò đi qua, cùng với tình hình thực tế sử dụng các loại kết cấu chống giữ của Công ty Than Mạo Khê, tôi quyết định sử dụng khung chống thép SVP-22 cho thiết kế đường lò này.
Tính toán khung chống thép SVP-22
Khung chống thép SVP-22 là một cấu trúc linh hoạt với thiết kế kiểu lòng máng, bao gồm một xà và hai cột cong Các thành phần này được lồng ghép và kết nối bằng bu lông và gông, cho phép chúng trượt lên nhau khi có áp lực, giúp giảm thiểu lực ma sát tại vị trí kết nối Thông tin chi tiết về khung thép SVP-22 được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật thép SVP-22 1
Thông số kỹ thuật Đơn vị Khối lượng
1 Chiều cao tiết diện ngang mm 110
2 Chiều rộng tiết diện ngang mm 99,5
4 Diện tích mặt cắt ngang cm 2 27,91
5 Mô men chống uốn Wx cm 3 77,8
6 Ứng suất nén cho phép n kg/cm 2 2700
Ứng suất kéo cho phép là 2700 kg/cm² Đường lò sẽ được gia cố bằng khung chống thép SVP-22 với khoảng cách chống 0,8m Nóc lò sẽ được chèn kín và các hông sẽ được chèn bằng mắt cáo thông qua các tấm chèn bê tông cốt thép đúc sẵn, kích thước của các tấm chèn được ghi trong bảng 3.2 Các khung chống sẽ được liên kết với nhau bằng giằng thép và sử dụng gỗ để đánh văng giữa các khung chống.
Bảng 3.2: Các kích thước của 1 tấm chèn bê tông cốt thép 1
Thông số kỹ thuật Đơn vị Khối lượng
Dựa vào các kích thước của tiết diện sử dụng, kết cấu chống ta xác định được các kích thước tiết diện đào như sau:
Chiều rộng tiết diện đào (Bđ)
Chiều rộng tiết diện đào được tính theo công thức:
Bđ = B 1 + 2.(bsvp22 + btc); m (3-1) Trong đó:
B 1 - chiều rộng tiết diện sử dụng; B 1 = 3,4 m bsvp22 - chiều cao tiết diện ngang thép SVP-22; bsvp22= 0,11m b tc - chiều dày tấm chèn bê tông cốt thép; b tc =0,05 m
Thay số vào công thức 3-1 được:
Bán kính vòm tiết diện đào (Rđ)
Rđ = Bđ/2 = 3,8/2 = 1,9 m (3-2) Chiều cao tiết diện đào (Hđ)
Hđ = ht + Rđ = 1,3 + 1,9 = 3,2m (3-3) Diện tích tiết diện đào (Sđ)
Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên đường lò
Do đường lò thiết kế ở độ sâu lớn và chủ yếu đi qua đá có độ cứng f = 6-8 (lấy f = 8 để tính toán), việc xác định áp lực đất đá tác dụng lên đường lò cần áp dụng giả thuyết của giáo sư Tximbarevich Sơ đồ tính toán áp lực được thể hiện như hình 3.1.
Hình 3.1: Sơ đồ tính toán áp lực lên đường lò theo Tximbarevich [2]
Trên sơ đồ, áp lực nóc lò tác động lên một vì chống, trong khi áp lực sườn lò phía nóc và phía nền cũng ảnh hưởng đến cùng một vì chống.
Bđ- chiều rộng tiết diện đào; Bđ = 3,8 m ht- chiều cao tường lò; ht = 1,3 m
Rđ- bán kính vòm tiết diện đào; Rđ = 1,9 m
- góc ma sát trong của đất đá trong vòm sụt lở; độ = arctg (f) = arctg 8 = 83 0 A- chiều rộng vòm sụt lở; m h0- chiều cao vòm sụt lở; m
Hđ- chiều cao khai đào của đường lò, Hđ = 3,2 m
Để tính toán áp lực đất đá tác dụng lên nóc lò, áp lực này được xác định theo công thức: qn = k0 L.γ.h0, trong đó k0 là hệ số vượt tải với giá trị k0 = 1,2.
L- bước chống, sơ bộ chọn bước chống là L = 0,8 m
- trọng lượng thể tích của đất đá trong vòm sụt lở, = 2,68 T/m 3 h0 = A/2f ; m (3-5-1)
� �; m (3-5-2) Thay số vào công thức 3-5-2 được:
= 2,09 m Thay số vào công thức 3-5-1 được: h0 = 2,09/ 8 = 0,26 m
Thay số vào công thức 3-5 được giá trị của áp lực tác dụng lên nóc lò: qn =1,2 0,8.2,68.0,26 = 0,67 T/vì
Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên sườn lò Áp lực đất đá hông lò tác dụng lên 1 vì chống được tính theo công thức: [2] qs1 = L .h0.
Ta lấy giá trị trung bình qs của qs1 và qs2 làm giá trị tính toán. qs 1 2
� �; T/vì (3-8)Thay số vào công thức 3-8 ta được giá trị áp lực sườn lò tác dụng lên một vì chống như sau: qs = 0,8 2,68.(0,26 + 0,5.3,2).
Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên nền lò Áp lực nền theo Tximbarevich được tính bằng công thức:
D0- lực đẩy ngang, đất đá đào qua đều là bột kết nên D0 được tính theo công thức sau: [1]
Chiều sâu giới hạn của lớp đất đá tham gia vào áp lực nền được tính theo công thức sau:
Thay số vào (3-9) ta cú:
N tg��� 2 ��� = 0,00083 (T/m) Thấy rằng chiều sâu của lớp đất đá gây ra áp lực nền là quá nhỏ, vậy có thể bỏ qua áp lực nền.
Tính toán nội lực trong khung chống
Sơ đồ tính toán nội lực trong khung chống
Khung chống thép SVP-22 là một loại khung linh hoạt với thiết kế kiểu lòng máng, bao gồm một xà và hai cột cong được liên kết với nhau bằng bu lông và gông Tải trọng tác dụng lên khung là yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình sử dụng.
- Tải trọng phân bố đều ở nóc: qn = 0,67 T/vì
- Tải trọng phân bố đều 2 bên sườn: qs = 0,015 T/vì q n q S
Hình 3.2: Sơ đồ tính toán nội lực trong khung chống [2]
Kết cấu hai khớp là một kết cấu siêu tĩnh bậc 1, trong đó ta thay ẩn số thừa bằng lực X Để tính phản lực nằm ngang tại gối tựa, ta áp dụng phương pháp tính chuyển vị đơn vị trong cơ học kết cấu Kết quả tính phản lực ngang được xác định theo công thức cụ thể.
Tấn (3-11) Thay số vào công thức 3-11 ta được: X = - 0,27 Tấn
Tính toán nội lực trong khung chống y
Hình 3.3: Sơ đồ tính nội lực phần cột (3.3a) và phần vòm (3.3b)
Tính nội lực phần cột trái
Mô men uốn trong cột trái
; T.m (3-12) Lực dọc trong cột trái:
N q R ; T (3-13) Lực cắt trong cột trái:
Thay số vào các công thức 3-12, 3-13, 3-14 ta có kết quả nội lực trong cột trái trình bày ở bảng 3.3:
Bảng 3.3: Kết quả tính nội lực phần cột trái y (m) NC (T) QC (T) MC (T.m)
Tính nội lực phần vòm
Mô men uốn trong nửa vòm trái:
Lực dọc trong nửa vòm trái:
Lực cắt trong nửa vòm trái:
Thay số vào các công thức 3-14, 3-15, 3-16 ta có kết quả nội lực trong nửa vòm trái trình bày ở bảng 3.4:
Bảng 3.4: Kết quả tính nội lực phần vòm trái
Từ các kết quả trên ta có biểu đồ nội lực trong khung chống thép:
Hình 3.4: Biểu đồ nội lực trong khung chống thép
Kiểm tra bền cho khung chống thép
Từ biểu đồ nội lực ta có mô men cực đại Mmax = 0,427 T.m, đặt tại vị trí tiếp giáp xà và cột ứng với N = 1,26T.
Từ bảng đặc tính kỹ thuật của thép SVP-22 ta có = 2700 KG/cm 2 , vậy
max < do đó kết cấu khung chống thép đã chọn đủ bền.
Tính toán nội lực trong tấm đệm có chiểu dài l q (T/m) l
Hình 3.5 Sơ đồ tính vào biểu đồ nội lực của tấm chèn
Trong thiết kế công trình, việc sử dụng tấm chèn với các chiều dài khác nhau là rất quan trọng Mỗi chiều dài tấm chèn sẽ tạo ra một lực uốn lớn nhất khác nhau, ảnh hưởng đến độ bền và hiệu suất của công trình Dưới đây là bảng tính mô men tương ứng với chiều dài của tấm chèn.
Bảng 3.5 Bảng tính mômen của tấm chèn
Tính toán thép trong tấm chèn
Tấm chèn đã được xác định với các thông số chiều rộng, chiều dày và chiều cao, cùng với mômen cực đại và cường độ kháng nén của bê tông Bài toán đặt ra là xác định diện tích cốt thép cho tấm chèn Dưới đây là sơ đồ minh họa để xác định diện tích cốt thép cần thiết cho tấm.
Hình 3.6 Sơ đồ tính diện tích thép,[3]
+) Chiếu lực lên trục của tấm, và lấy tổng mômen ở trục trung hòa ta có hệ phương trình sau:
M Rn.b.x(h0 – x/2) Giải hệ phương trình trên ta tìm được Fa
- Đặt A - Kiểm tra giá trị của A nếu A 0,5 thì tra bảng (4.10) tài liệu [3] tìm ra rồi tính :
Fa Trong đó: h0 = h – a , chiều cao làm việc của tấm chèn, h0 = 4,5 cm;
Rn – Cường độ chịu nén của bê tông, Rn = 2700 kG/cm 2
Mômen cực đại của thanh được tính bằng kG/cm Tấm chèn mà chúng ta đang thiết kế có kích thước chiều rộng 20 cm, chiều dày 5 cm và chiều dài 80 cm Dưới đây là bảng tính cốt thép cho tấm chèn này.
Bảng 3.6 Bảng tính toán thép tùy theo chiều dài của tấm chèn
- Lựa chọn thép có tiết diện thép = 6 mm, diện tích tiết diện một thanh thép là
Số thanh thép có trong tấm chèn chiều dài 80 cm là 4,46/1,13 4 thanh
Cốt thép cấu tạo, bên cạnh cốt thép chịu lực kéo, không đảm nhận chức năng chịu lực mà chỉ có vai trò liên kết các thanh thép chịu lực, giúp tăng cường độ chắc chắn và ổn định cho kết cấu.
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ THI CÔNG
Lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công
Việc lựa chọn sơ đồ thi công, phương pháp phá vỡ đất đá cho công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sau:
- Độ ổn định, độ ngậm nước của khối đá đi qua đường lò Điều kiện đất đá, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn-địa chất công trình.
-Kích thước tiết diện, chiều dài đường lò.
-Trang thiết bị và biện pháp thi công của mỏ.
-Các yêu cầu về an toàn.
-Các chỉ tiêu về kinh tế.
Có ba loại sơ đồ công nghệ thi công chính, bao gồm sơ đồ thi công nối tiếp, sơ đồ thi công song song và sơ đồ thi công phối hợp Mỗi loại sơ đồ này có những đặc điểm riêng, phù hợp với từng phương pháp và yêu cầu cụ thể trong quá trình thi công.
Sơ đồ công nghệ thi công nối tiếp bao gồm hai loại: nối tiếp từng phần và nối tiếp toàn phần Phương pháp nối tiếp toàn phần thực hiện bằng cách đào xong toàn bộ chiều dài đường lò trước, sau đó mới tiến hành chống giữ từ đầu Phương pháp này thích hợp cho các đường lò có kích thước không quá rộng và dài, nằm trong khu vực đất đá ổn định.
Sơ đồ công nghệ nối tiếp cho phép chia đường lò thành các đoạn tùy thuộc vào độ ổn định của đất đá Quy trình bắt đầu bằng việc đào và chống tạm đoạn thứ nhất, sau đó tiếp tục với đoạn thứ hai Sau khi hoàn thành đoạn thứ hai, quay lại để chống cố định đoạn thứ nhất, rồi tiếp tục đào đoạn thứ hai và một phần đoạn thứ ba Phương pháp này được áp dụng cho các đường lò có diện tích nhỏ nhưng chiều dài lớn, đặc biệt trong khu vực đất đá kém ổn định.
Sơ đồ thi công song song yêu cầu công tác đào và chống tạm được thực hiện cách nhau một khoảng cách nhất định, đảm bảo rằng quá trình đào không ảnh hưởng đến việc xây dựng vỏ chống cố định Tốc độ đào cần phải tương đương với tốc độ xây dựng vỏ chống, phù hợp với các đường lò có tiết diện mặt cắt ngang lớn và đất đá ổn định vừa phải.
Sơ đồ thi công phối hợp cho phép thực hiện công tác đào, chống tạm và chống cố định trong một chu kỳ đào chống lò Phương pháp này được áp dụng cho các đường lò thiết kế cơ bản và đường lò chuẩn bị, đặc biệt khi đất đá có tính ổn định tương đối cao.
Việc chọn lựa công nghệ và phương pháp thi công hợp lý đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tiến độ xây dựng, giảm chi phí công trình, và đảm bảo khả năng chịu lực cũng như tuổi thọ của công trình Sơ đồ công nghệ và phương pháp đào lò cần phải đáp ứng các tiêu chí cụ thể để đảm bảo hiệu quả thi công.
-Tiến độ xây dựng phải nhanh nhất
-Gía thành đào phải nhanh nhất
-Có tính khả thi cao
An toàn trong thi công đường lò bằng rẽ vào thượng thi công TBI mức -150 được thực hiện trong đất đá có độ kiên cố f=6÷8 và tương đối ổn định Tiết diện ngang thi công của đường lò là Sđ, với kết cấu chống cố định bằng thép Các thông số kỹ thuật đã được tính toán trước đó, do đó công nghệ thi công phối hợp sẽ được lựa chọn cho toàn bộ quá trình, đảm bảo rằng tất cả các công tác đào và chống cố định được thực hiện trong cùng một chu kỳ.
Lựa chọn sơ đồ đào phá đất đá
Tùy thuộc vào điều kiện địa chất và tính chất cơ lý của đất đá, việc đào gương có thể thực hiện theo toàn tiết diện hoặc chia thành dạng bậc thang Trong ngành mỏ, các đường lò thường được đào toàn tiết diện, trong khi trong xây dựng công trình ngầm, các hạng mục lớn như gian máy thường thi công theo phương pháp chia gương Đối với đường lò có tiết diện nhỏ và chất lượng đất đá trung bình, sơ đồ đào phá đất đá toàn gương sẽ được áp dụng.
THIẾT KẾ HỘ CHIẾU, TỔ CHỨC THI CÔNG KHOAN NỔ MÌN PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ
Tổng quan về phương pháp nổ mìn tạo biên
Phương pháp nổ mìn tạo biên là một kỹ thuật nổ mìn vi sai, tập trung vào việc cắt ra đường biên theo thiết kế bằng cách giảm lượng thuốc nạp trong lỗ mìn biên Phương pháp này giúp phân bố đều năng lượng nổ, tăng hiệu quả đập vỡ đất đá và giảm chấn động cho khối đá xung quanh đường hầm Các cách thức nổ mìn tạo biên có thể được áp dụng để đạt được kết quả tối ưu.
- Sử dụng lỗ khoan đường kính nhỏ, thỏi thuốc đường kính nhỏ, giảm khoảng cách giữa các lỗ mìn biên;
- Sử dụng lỗ khoan và thỏi thuốc thông thường, nạp phân đoạn mà không giảm khoảng cách giữa các lỗ mìn biên;
- Sử dụng lỗ khoan và thỏi thuốc thông thường nạp cách quãng (nạp 1 lỗ bỏ 1 lỗ);
- Nổ hàng biên ngoài tạo khe trước
- Hạn chế nổ lẹm, nổ thừa tiết diện;
- Giảm thiểu áp lực gây tơi rời khối đá, giảm chấn động gây biến dạng, nứt nẻ của đất đá xung quanh biên lò;
- Giảm lượng bê tông hoặc bê tông phun phải tăng thêm cho vỏ chống;
- Tạo hệ số cản khí động học (ma sát) không lớn khi không có vỏ chống;
- Tiết kiệm thời gian vào việc tẩy, cạy om;
- Có thể tăng tiến độ nổ trong khối đá ít cứng rắn;
- Giảm chi phí chống giữ chung;
- Hạn chế nguy hiểm do đá rơi.
- Tăng số lượng lỗ khoan trên chu vi và tăng chi phí khoan;
- Tăng chi phí thuốc nổ và kíp nổ;
- Nhiều khi phải dùng loại thuốc nổ với đường kính khác nhau;
- Cần thiết phải khoan chính xác;
- Tốn nhiều thời gian hơn
Lựa chọn phương tiện, thiết bị phục vụ công tác khoan nổ mìn
5.2.1 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện nổ
Dựa vào điều kiện khu mỏ và thực tế sản xuất của Công ty cổ phần than Hà Lầm, loại thuốc nổ được lựa chọn để phá vỡ đất đá là thuốc nổ nhũ tương, theo các đặc tính kỹ thuật được ghi trong bảng 5.1.
Chúng tôi sử dụng kíp nổ điện vi sai an toàn Trung Quốc, loại kíp nổ có cường độ nổ số 8, được thiết kế đặc biệt cho việc nổ mìn tại các mỏ than hầm lò có khí bụi nổ Thông số kỹ thuật chi tiết có thể tham khảo trong bảng 5.2.
Ta sử dụng loại máy nổ mìn KVP - 1/100m do Liên Xô (cũ) sản xuất, các thông số kỹ thuật trong bảng 5.3.
Bảng 5.1 Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ nhũ tương P.113 1
STT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Số lượng
1 Khả năng sinh công cm 3 330
2 Đường kính thỏi thuốc mm 32
3 Chiều dài thỏi thuốc mm 220
4 Trọng lượng thỏi thuốc kg 0,2
Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật của kíp nổ điện vi sai an toàn Trung Quốc 1
Số kíp nổ Độ vi sai
Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật của máy nổ mìn KVP - 1/100m 1
3 Số lượng kíp nổ đồng thời lớn nhất Cá i
5.2.2 Lựa chọn thiết bị khoan Để khoan các lỗ mìn, ta sử dụng máy khoan đá cầm tay có chân, chạy khí nén mã hiệu YT - 28, các thông số kỹ thuật ghi trong bảng 5.4.
Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật máy khoan YT – 28 1
ST Thông số kỹ thuật Đơ Số lượng
2 Kích thước ngoài (DxRxC) mm 668x248x202
4 Chiều sâu lỗ khoan tối đa m 4
7 Loại chân ben thích hợp FT160A, FT160B
Tính toán các thông số khoan nổ mìn
Đường lò đào qua đất đá có hệ số f=6÷8, ta tính toán các thông số khoan nổ mìn với f=8.
Lượng thuốc nổ đơn vị
Lượng thuốc nổ đơn vị được xác định theo công thức của giáo sư N.M Pocrovxki, được biểu diễn bằng q = q1.fc.v.e.kd, với q là lượng thuốc nổ đơn vị tính bằng kg/m³ Trong đó, q1 là chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn, có giá trị là 0,8 kg/m³, được tính từ q1 = 0,1.f = 0,1.8 Hệ số cấu trúc của đá trong gương lò được lấy là fc = 1,1, trong khi hệ số sức cản của đá, v, được xác định là 6,5.
Sđ- diện tích tiết diện đường lò khi đào, Sđ = 10,6 m 2 e- hệ số xét tới sức công nổ của thuốc nổ, được tính theo công thức e = 380/Ps (5-1-3) Trong đó:
380m 3 - sức công nổ của thuốc nổ tiêu chuẩn dinamit 62%
Ps- sức công nổ của thuốc nổ đang được sử dụng (P.113)
Theo công thức 5-1-3, khi thay số Ps = 330m³, ta tính được hệ số ảnh hưởng của đường kính thỏi thuốc nổ là e = 380/330 = 1,15 Đối với thỏi thuốc nổ có đường kính 32mm, hệ số kd được xác định là 1,0.
Thay số vào công thức 5-1 ta được: q = 0,8.1,1.1,99.1,15.1 = 2 kg/m 3
Đường kính lỗ khoan Đường kính lỗ khoan được xác định theo công thức: [5] dk = db + (4�8); mm (5-2) Trong đó: db- đường kính thỏi thuốc nổ, db = 32 mm
(4�8) là khoảng hở cho phép giữa thỏi thuốc với thành lỗ khoan, ta lấy khoảng hở này bằng 8mm.
Thay số vào 5-2 ta được: dk = 32 + 8 = 40 mm Để phù hợp với thiết bị, ta lấy dk = 42 mm
Số lượng lỗ mìn trên gương
Theo giáo sư M.M Pocrovxki, tổng số lỗ mìn trên gương được xác định theo công thức: [5]
N = Nb + NF; lỗ (5-3)Trong đó:
N- tổng số lỗ mìn trên gương; lỗ
Nb- số lỗ mìn biên; lỗ
NF- số lỗ mìn đột phá, phá và nền; lỗ
Xác định số lỗ mìn biên (Nb)
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc sử dụng phương pháp nổ mìn tạo biên, khoảng cách giữa các lỗ mìn biên và biên thiết kế cần được khoan tối thiểu là 0,15m Số lượng lỗ mìn biên được xác định theo một công thức cụ thể.
N P 1 b ; lỗ (5-3-1) Trong đó: bb- khoảng cách giữa hai lỗ mìn biên,
STT Các thông số Hệ số kiên cố của đá, f
Pb- chu vi vòng bố trí lỗ mìn biên; m
Pb = 2ht - 0,3 + (R đ - 0,15) = 2.1,3 - 0,3 + (1,9 - 0,15) = 8,51 m Thay số vào công thức 5-3-1 ta được:
Xác định tổng số lỗ mìn đột phá, phá và nền
Tổng số lỗ mìn đột phá, phá và nền được xác định theo công thức:
lỗ (5-3-2) Trong đó: q- lượng thuốc nổ đơn vị, q = 2 kg/m 3
Sđ- diện tích tiết diện đào, Sđ = 10,6 m 2
0- chi phí thuốc nổ cho 1m dài lỗ mìn biên
0 0,785.d k a 2 b n ; kg/m (5-3-2-1) Trong đó: db- đường kính thỏi thuốc, db = 0,032 m kn- hệ số nén chặt thuốc nổ trong lỗ mìn, lấy kn = 0,7
- mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc, = 1250 kg/m 3 a- hệ số nạp thuốc, lấy a = 0,5
Thay số vào công thức 5-3-2-1 ta được:
- chi phí thuốc nổ trên 1m dài lỗ mìn đột phá, phá và nền
; kg/m (5-3-2-2) Trong đó: db- đường kính thỏi thuốc, db = 0,032 m kn- hệ số nén chặt thuốc nổ trong lỗ mìn, lấy kn = 1
- mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc, = 1250 kg/m 3 a- hệ số nạp thuốc, lấy a = 0,6
Thay số vào công thức 5-3-2-2 ta được:
Thay số vào công thức 5-3-2 ta được:
NF = (2.10,6 - 18.0,35)/0,6 = 25 lỗ Như vậy, ta chọn số lỗ mìn tạo rạch là Nrp = 4 lỗ, số lỗ phá là Np = 21 lỗ
Thay số vào công thức 5-3 ta tính được tổng số lỗ mìn trên gương là:
Chiều sâu lỗ mìn (l) là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chi phí nhân công trong chu kỳ đào chống lò Chiều sâu hợp lý giúp tăng tốc độ đào, nâng cao năng suất lao động và giảm giá thành xây dựng mỗi mét lò Yếu tố này phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đá, diện tích tiết diện gương đào, chiều rộng gương đào, loại thiết bị khoan, sơ đồ tổ chức công tác, tốc độ đào yêu cầu và độ sâu bố trí đường lò Vì vậy, chiều sâu lỗ mìn được coi là chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cơ bản Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán chiều sâu lỗ mìn, và chúng ta sẽ áp dụng một phương pháp cụ thể để xác định nó.
Trên thực tế ta thấy rằng chiều sâu lỗ mìn (l) là hàm của thời gian của chu kỳ.
Tck = tchuẩn bị + tkhoan + tnạp nổ + tan toàn + thông gió + txúc bốc + tchống
Chiều sâu lỗ mìn được xác định theo công thức [3] l =
Tck – thời gian chu kỳ, Tck = 16 giờ;
N – Số lỗ mìn trên gương, N = 43 lỗ; t – thời gian nạp thuốc nổ cho một lỗ khoan, t = 0,08 giờ;
Hệ số làm việc đồng thời trong quá trình nạp thuốc nổ được xác định là 0,75, với số lượng công nhân tham gia là 6 người Thời gian nổ mìn, thông gió tích cực và đưa gương vào trạng thái an toàn là 0,8 giờ Trong quá trình này, có 2 máy khoan và 1 máy xúc hoạt động trên gương.
Vk – vận tốc khoan thực tế Vk = 12 m/h; k0 – hệ số nở rời của đất đá, k0 = 2;
Px – năng suất xúc thực tế của máy xúc, Px = 10,5 m 3 /h;
L – Bước chống, L = 0,8 m; nc – số người tham gia lắp dựng vỏ chống, nc = 6 người;
Hc – định mức chống cho một công nhân, Hc = 0,7 vì/h ŋ – hệ số sử dụng lỗ mìn, ŋ = 0,85;
– hệ số thừa tiết diện, = 1,1;
Sđ – Diện tích đào, Sđ = 10,6 m 2 Thay các thông số vào công thức (5.4)
Vậy chiều sâu lỗ mìn là l = 1,9m Vậy sau mỗi lần đào nổ ta lắp dựng được 2 vì chống.
Ta tính được chiều dài của từng nhóm lỗ mìn như sau:
Các lỗ mìn được bố trí theo kiểu nêm kép đứng, với chiều sâu khoan sâu hơn 0,25m so với chiều sâu trung bình Góc nghiêng của lỗ khoan là 80 độ, dẫn đến chiều dài của các lỗ mìn rạch phá được tính toán là 2,2m.
Các lỗ mìn biên được khoan sâu tương đương với chiều sâu trung bình của các lỗ mìn, với góc khoan chếch 83 độ về phía biên đường lò Do đó, chiều dài của các lỗ mìn biên là lb = 1,9/sin83 độ = 1,9 m.
Các lỗ mìn phá được khoan với chiều sâu trung bình là 1,9 m và được khoan vuông góc với gương.
- Nhóm nền: Các lỗ mìn nền được khoan sâu bằng với chiều sâu của các lỗ mìn biên, nghiêng 1 góc 83 0
Chi phí thuốc nổ tính toán cho một chu kì công tác
Lượng thuốc nổ tính toán phải chi phí cho 1 chu kì công tác được tính:
Lượng thuốc nổ và cách bố trí thuốc nổ trong từng lỗ mìn
Lượng thuốc nổ tính cho 1 mét dài lỗ mìn biên: 0 = 0,35 kg/m
Lượng thuốc nổ tính cho 1 mét dài lỗ mìn phá: = 0,6 kg/m
Lượng thuốc nổ tính cho 1 mét dài lỗ mìn rạch phá được lấy nhiều hơn các lỗ mìn phá 10%: rp = 0,6.1,1 = 0,66 kg/m
Nhóm các lỗ mìn tạo rạch: qrp = lrp rp = 2,2.0,66 = 1,452 kg
- Số thỏi thuốc trong lỗ mìn tạo rạch: nrp = qrp/ lth = 1,452/ 0,22 = 6,5 thỏi
Bố trí các thỏi thuốc trong lỗ mìn tạo rạch liên tiếp và sát nhau.
- Chiều dài nạp thuốc: lrp-nt = 6,5.0,22 = 1,43 m
Nhóm các lỗ mìn tạo biên: qb = lb 0 = 1,9.0,35 = 0,665 kg
- Số thỏi thuốc trong lỗ mìn tạo biên: nb = qb/ lth = 0,665/ 0,22 = 3 thỏi Các thỏi thuốc trong lỗ mìn biên được bố trí cách nhau một khoảng 0,1m.
- Chiều dài nạp thuốc: lb-nt = 3.0,22 + 2.0,1 = 0,86 m
- Chiều dài nạp bua: lb-nb = 1,9 – 0,86 = 1,04 m
Nhóm các lỗ mìn phá: qp = lp = 1,9.0,6 = 1,14 kg
- Số thỏi thuốc trong lỗ mìn phá: np = qp/ lth = 1,14/ 0,22 = 5,2 thỏi; Lấy 5,5 thỏi Các thỏi thuốc trong lỗ mìn phá được bố trí liên tiếp và sát nhau.
- Chiều dài nạp thuốc: lp-nt = 5,5.0,22 = 1,21 m
- Chiều dài nạp bua: lp-nb = 1,9 - 1,21 = 0,69 m
Nhận xét: chiều dài nạp bua của các lỗ mìn trong các nhóm đều thỏa mãn điều kiện không nhỏ hơn 1/3 chiều dài lỗ mìn.
Kết cấu lượng nạp trong từng nhóm lỗ mìn thể hiện trên hình 3.1.
Lượng thuốc nổ thực tế chi phí cho một chu kì công tác là:
Q = (Nrp.nrp + Np.np + Nb.nb).mth (5-6) Trong đó: mth- khối lượng 1 thỏi thuốc, mth = 0,2 kg
Thay số vào công thức 5-6 được:
Q = (4.6,5 + 21.5,5 + 18.3).0,2 = 39,1 kgNhư vậy: Q > Qt nên lượng thuốc nổ thực tế sử dụng đủ để phá vỡ lượng đất đá như thiết kế ban đầu.
Nhóm lỗ mì n rạch phá
Nhóm lỗ mì n tạo biên
1 Kíp nổ điện vi sai
4 Bua mì n (cát + đất sét)
Hình 5.1: Kết cấu lượng nạp trong các lỗ mìn
Thiết kế các khoảng cách giữa các lỗ mìn
Khoảng cách giữa các lỗ mìn rạch phá:
Khoảng cách giữa các lỗ khoan đột phá được lựa chọn ađp= 0,4m, khoảng cách giữa các hàng trong lỗ khoan đột phá bđp= 0,6m.
Bảng 5.5 Khoảng cách giữa các lỗ khoan đột phá
Số lượng lỗ khoan đột khẩu khi tiết diện đường lò
Khoảng cách giữa các lỗ khoan đột phá trong hàng ( a đk , m)
Khoảng cách giữa các hàng miệng lỗ khoan đột phá
Đường cản ngắn nhất giữa hàng lỗ mìn biên và hàng lỗ mìn phá Được tính theo công thức:
Hệ số gần được xác định là 0,4 m (5-7), trong đó m = 1 Hệ số nạp thuốc nổ cho các lỗ mìn tạo biên là a, với giá trị a được chọn là 0,6 cho các công trình ngầm không có nguy hiểm về khói và bụi nổ, với khoảng giá trị từ 0,6 đến 0,7.
0- chi phí thuốc nổ cho 1m dài lỗ mìn biên, 0 =0,35 kg/m q- lượng thuốc nổ đơn vị; q= 2kg/m 3
Ta sẽ chọn khoảng cách giữa hàng lỗ mìn biên và hàng lỗ mìn phá là 0,5m để thuận lợi cho việc bố trí lỗ mìn.
Đường cản ngắn nhất giữa hàng lỗ mìn phá và hàng lỗ mìn rạch phá
Hệ số gần được xác định là 0,48 m, với m = 1 Hệ số nạp thuốc nổ cho các lỗ mìn tạo biên trong công trình ngầm không có nguy hiểm về khói và bụi nổ được chọn là a = 0,6, trong khoảng từ 0,6 đến 0,7.
- chi phí thuốc nổ trên 1m dài lỗ mìn đột phá, phá và nền, =0,6 kg/m q- lượng thuốc nổ đơn vị; q= 2kg/m 3
Ta sẽ chọn khoảng cách giữa các lỗ mìn phá và hàng lỗ mìn rạch phá là 0,5m.
Các khoảng cách thực tế được thể hiện trên hộ chiếu khoan nổ mìn.
Bố trí hợp lý các lỗ mìn trên gương a) Bố trí khoảng cách giữa các hàng lỗ mìn
- Lựa chọn khoảng cách giữa nhóm mìn biên và biên là a = 0,15 m;
- Khoảng cách giữa nhóm mìn biên và nhóm mìn phá là wb 0,4 m;
- Khoảng cách giữa nhóm mìn phá với nhóm mìn rạch là Wf 0,48 m ;
Vòng mìn phá 2 Vòng mìn phá 1 Vòng mìn biên
Để đảm bảo hiệu quả trong việc bố trí khoảng cách giữa các nhóm lỗ mìn, cần phân bổ chúng sao cho khoảng cách lỗ mìn trải đều trên gương và bao phủ toàn bộ chiều rộng bề đào.
Bđ = 2a + 4wb + 2wf + z (5.8) Trong đó: a, wb, wf - là những đại lượng đã biết và được nhắc ở bên trên; z – đại lượng chưa biết và được chọn khi chọn wb, wf;
Bđ – chiều rộng bề đào, Bđ = 3800 cm.
Chọn wb = wf = 500 cm , a = 150 cm.
Z = 500 cm b) Bố trí khoảng cách giữa các lỗ mìn trong mỗi nhóm
- Theo hình 5.1 ta phải chia đều 19 lỗ mìn phá trên 2 đoạn chiều dài Lp1 và Lp2
Lp = Lp1 + Lp2 = 10880 cm Với 19 lỗ mìn phá ta sẽ chia Lp thành 18 phần bằng nhau, đó sẽ là khoảng cách giữa các lỗ mìn phá:
Số lỗ mìn phá trên vòng phá 1 sẽ là :
Số mìn phá trên vòm phá 2 sẽ là :
- Theo hình 5.1 ta bố trí 6 lỗ mìn vào 2 đoạn rạch phá, ta sẽ chia điều chúng thành 2 hàng.
Sơ đồ đấu kíp Để khởi nổ các kíp điện sử dụng máy nổ mìn KVP-1/100m.
Kíp nổ điện vi sai
Hình 5.3: Sơ đồ đấu kíp
Các kíp nổ được kết nối theo hình thức nối tiếp, trong đó lượng thuốc nổ trong lỗ mìn sẽ được kích nổ bằng phương pháp kích nổ nghịch Cụ thể, kíp nổ điện vi sai được đặt dưới đáy lỗ mìn để đảm bảo hiệu quả kích nổ.
Cường độ dòng điện trong mạch chính được xác định theo công thức:
U- hiệu điện thế của máy nổ mìn, U = 650 V R- tổng trở của mạng, , R=Rd+Rk; (5-9-1)
Rd- điện trở của dây dẫn,
, (5-9-2) r- điện trở suất của dây dẫn (bằng đồng), r = 0,012.10 -6 m L- chiều dài dây dẫn, L00 m
S- diện tích tiết diện ngang của dây dẫn, S = 0,8.10 -6 m 2
Thay số vào công thức 5-9-2 ta được Rd = 4,5
Rk- tổng trở của các kíp, Rk = 78.6 = 468
Thay số vào công thức 5-9-1 ta được R = 468 + 4,5 = 472,5
Thay số vào công thức 5-9 ta được Ic= 650/472,5= 1,4 A
Ta thấy Ic > I K =1,2 A nên cường độ dòng điện trong dây dẫn đảm bảo nổ.
Hộ chiếu khoan nổ mìn
Sơ đồ bố trí các lỗ mìn trên gương
Sơ đồ bố trí các lỗ mìn trên gương được thể hiện trong hình 5.4.
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khoan nổ mìn trình bày trong bảng 5.6.
Lý lịch các lỗ mìn trình bày trong bảng 5.7.
Hình 5.4 Sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gương
Bảng 5.6 Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khoan nổ mìn
T Điều kiện và các chỉ tiêu khoan nổ mìn
1 Loại mỏ theo khí và bụi nổ I -
2 Hệ số kiên cố của đất đá ( f ) 6�8 -
5 Đường kính lỗ khoan 42 mm
6 Chiều sâu lỗ mìn trung bình 1,9 m
7 Số lượng lỗ khoan 43 lỗ
8 Chi phí thuốc nổ cho một chu kỳ 39,1 kg
9 Lượng thuốc nổ đơn vị 2 kg/m 3
10 Hệ số sử dụng lỗ mìn 0,85 -
11 Hệ số thừa tiết diện 1,1 -
12 Tiến độ đi gương sau một chu kỳ 1,62 m
13 Số mét khoan trong một chu kì 82,9 m
14 Hệ số nở rời của đất đá 2 -
15 Lượng đá cần xúc bốc sau một chu kỳ 37,66 m 3
Bảng 5.7 Bảng lý lịch các lỗ mìn
Tên ký hiệu lỗ mìn
Góc nghiêng lỗ mìn mìn, mm bua, mm
CÁC CÔNG TÁC PHỤC VỤ THI CÔNG
Công tác thông gió và an toàn gương
6.1.1 Lựa chọn sơ đồ thông gió
Trong quá trình thi công xây dựng đường lò, khí độc hại phát sinh từ đất đá và công tác khoan nổ mìn cần được kiểm soát thông qua hệ thống thông gió Việc thông gió không chỉ giúp hòa tan và đẩy khí độc hại ra ngoài, mà còn đảm bảo không khí trong gương lò duy trì nhiệt độ và hàm lượng khí ở mức cho phép Cụ thể, nhiệt độ phải ≤ 26°C, hàm lượng O2 > 20%, CO2 ≤ 0,5%, CH4 ≤ 1%, và CO ≤ 0,0016%.
Với đường lò đang thiết kế, ta sử dụng sơ đồ thông gió đẩy, sơ đồ thông gió minh họa trên hình 6.1.
Hình 6.1: Sơ đồ thông gió cho đường lò
Tính toán lượng không khí cần thiết phải đưa vào gương lò
Lượng không khí cần thiết phải đưa vào gương lò để thông gió xác định theo
3 điều kiện sau: điều kiện số người làm việc đồng nhất trong gương, lượng thuốc nổ đồng thời lớn nhất, vận tốc gió nhỏ nhất trong đường lò.
Theo điều kiện số người làm việc lớn nhất trong gương lò (Q1)
Q1 = 6.n.k; m 3 /phút (6-1)Trong đó: n - số người làm việc đông nhất trong gương, n = 8 k - hệ số dự trữ, k =1,5 Thay số vào công thức 6-1 ta được:
Theo điều kiện lượng thuốc nổ đồng thời lớn nhất (Q2)
Ssd - diện tích sử dụng, Ssd = 8,96 m 2 t - thời gian thông gió tích cực, t = 30 phút qtn - lượng thuốc nổ chi phí cho 1 m 2 đường lò; kg/m 2
L - chiều dài đường hầm cần thông gió, L = 250 m Thay số vào công thức 6-2 ta được:
Theo vận tốc gió nhỏ nhất trong đường lò (Q3)
Q3 = Sđ.vmin; m 3 /phút (6-3) Trong đó:
Sđ- tiết diện đường lò khi đào, Sđ = 10,6 m 2 vmin- vận tốc gió nhỏ nhất trong đường lò, m/phút vmin = 0,15 m/s = 9 m/phút Thay số vào công thức 6-3 ta được:
Lượng gió cần thiết đưa vào gương (Q)
Tính toán đường kính ống gió Đường kính ống gió được xác định theo công thức: d0 = 0,1.Q = 0,48 m (6-4)
Tính toán năng suất, hạ áp quạt và công suất động cơ quạt
Qq = p.Q, với lưu lượng 3 m³/phút (6-5) Hệ số rò gió (p) phụ thuộc vào loại vật liệu và chiều dài ống gió Đối với ống gió vải cao su có chiều dài 250m, hệ số rò gió được xác định là p = 1,16.
Thay số vào công thức 6-6 ta được :
Hq = Ht + Hd; mmH2O (6-7) Trong đó:
Ht- giá trị áp lực tĩnh của quạt gió; mmH2O
Ht = 8.p.Q 2 ; mmH2O (6-7-1) Thay số vào công thức 3-14-1 được:
Hd - Giá trị áp lực động của quạt; mmH2O
; mmH2O (6-7-2) v1 - vận tốc gió trung bình khi ra khỏi ống gió; m/s v1 2
S0- diện tích tiết diện ngang ống gió; m 2
k - Khối lượng riêng của không khí, k = 1,2 kg/m 3 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2
Thay số vào công thức 6-7-2 được: d 8,5 1,2 2
2.9,81 mmH 2 O Thay số vào công thức 6-7 ta được:
6.1.3 Lựa chọn thiết bị thông gió
Căn cứ vào các thông số trên thì ta sẽ sử dụng loại quạt gió cục bộ mã hiệu YBT62 – 2, các thông số kỹ thuật trình bày trong bảng 6.1:
Bảng 6.1: Các thông số kỹ thuật của quạt gió cục bộ YBT62 – 2 1
Các thông số kỹ thuật Đơn vị Số lượng
1 Công suất động cơ KW 28
5 Tần số định mức Hz 50
9 Năng suất của quạt m 3 /ph 200-400
10 Đường kính trong của ống ra mm 600
11 Trọng lượng của quạt kg 350
Chọn ống gió: ta sử dụng loại ống gió vải cao su, đường kính là 600mm.
6.1.4 Tổ chức thông gió và công tác an toàn
Công tác thông gió diễn ra ngay sau khi nổ mìn và trong suốt quá trình làm việc để bảo đảm an toàn cho công nhân tại gương lò Việc nối ống gió chỉ được thực hiện khi đã tiến gương đủ chiều dài của ống gió, và đường ống được treo chắc chắn ở phía nóc lò bằng các móc treo thép Các móc treo được gắn chặt vào các vì chống để đảm bảo ống gió không bị xô lệch Quạt gió cục bộ phải được đặt đúng vị trí an toàn, chỉ những người có chứng chỉ mới được phép vận hành quạt.
Sau khi thực hiện thông gió tích cực trong 25 đến 30 phút để loại bỏ khí độc, cần đưa gương vào trạng thái an toàn trước khi cho công nhân và thiết bị bắt đầu làm việc Các bước để đưa gương vào trạng thái an toàn bao gồm nhiều công việc quan trọng.
- Cậy đá om ở nóc, gương, hông lò, cạy các hòn đá văng ra còn gác trên các vì chống.
- Sửa chữa các vì chống bị gãy, bị đổ do nổ mìn.
- Phát hiện và xử lý mìn câm.
- Sửa chữa ống gió, cáp điện, ống khí nén, ống nước bị đứt do nổ mìn.
- Kéo điện, kéo gió trở lại gương.
- Dọn sạch nền lò, giải phóng nền đường, đa công nhân vào làm việc.
Những người phải có mặt để đưa gương vào trạng thái an toàn :
+ Cán bộ kỹ thuật phụ trách gương
+ Một đến hai công nhân bậc cao trong đội.
Công tác xúc bốc, vận tải đất đá
6.2.1 Lựa chọn phương pháp và thiết bị xúc bốc, vận tải đất đá
Dựa trên thực tế thi công xây dựng các đường lò và các thiết bị hiện có của Công ty cổ phần Than Mạo Khê, cùng với những điều kiện và đặc điểm của đường lò rẽ vào thượng thi công TBI đang được thiết kế, tôi đã lựa chọn phương pháp xúc bốc và vận tải đất đá sau khi nổ mìn.
Công tác xúc bốc đất đá được tiến hành bằng máy cào đá PY-60B kết hợp với phương pháp thủ công Thông tin chi tiết về các đặc tính kỹ thuật của máy cào đá PY-60B được nêu rõ trong bảng 6.2.
Bảng 6.2: Các đặc tính kỹ thuật của máy cào đá PY-60B 1
Các đặc tính kỹ thuật Đơn vị
3 Mô đen động cơ - IJBI-14
5 Lực kéo định mức cáp chính
9 Tải trọng toa goòng thích ứng
6.2.2 Tính toán xúc bốc vận tải
Tính toán lượng đất đá cần vận chuyển sau một chu kì
Lượng đất đá nổ ra cần phải vận chuyển sau một chu kì đào chống lò được tính theo công thức:
Vck = ltb.Sđ. k 0 ; m 3 (6-8) Trong đó : ltb - chiều sâu lỗ mìn trung bình, ltb = 1,9 m
Sđ - diện tích đào của đường lò, Sđ = 10,6 m 2 - hệ số sử dụng lỗ mìn, = 0,85
- hệ số thừa tiết diện, =1,1 k0- hệ số nở rời của đất đá, k0 = 2 Thay số vào công thức 6-8 ta tính được:
Tính toán số lượng goòng cần thiết trong 1 chu kì
Số lượng goòng cần thiết để vận chuyển toàn bộ lượng đất đá nổ ra sau một chu kỳ được tính theo công thức nGO = Vck / ( V GO) Khi thay số vào công thức, ta có nGO = 37,66 / (0,9 2,8) = 15 chiếc.
Kiểm tra khả năng kéo của đầu tàu
Khối lượng đất đá nổ ra sau 1 chu kì được tính theo công thức:
Gck = ltb.Sđ. ; tấn (6-10) Trong đó: - dung trọng của đá cát kết, = 2,68 tấn/m 3
Thay số vào công thức 6-10 ta được:
Trong chương 2, chúng ta đã lựa chọn đầu tàu điện TĐ8/900AL với trọng tải tối đa 84 tấn để kéo goòng Với trọng tải này, chỉ cần sử dụng một đầu tàu điện là đủ để vận chuyển toàn bộ khối lượng đất đá trên gương.
Năng suất thực tế của máy xúc
Ta sử dụng thiết bị xúc bốc là máy cào đá PY-60B
Px- năng suất thực tế của máy xúc, được tính theo công thức:
x- hệ số kể đến thời gian ngừng trệ trong xúc bốc, x = 1,1 k0- hệ số nở rời của đất đá, k0 = 2
- phần khối lượng đất đá phải hất dọn, = 10%
g- hệ số chứa đầy gầu xúc, g = 0,9 qg- dung tích gầu xúc, qg = 0,6m 3 t- thời gian 1 chu kì chuyển động của gầu cào; phút t 2 l m c c
C (phút) lc- chiều dài cào đá, lc = 8 m mc- hệ số chi phí thời gian 1 chu kì chuyển động của gầu, mc = 1
C- tốc độ trung bình chuyển dịch của gầu cào, C = 85m/phút
Thay số vào công thức tính ta được: t = 0,19 phút tn- thời gian nghỉ chờ trao đổi goòng, tn = 3 phút
- hệ số chất đầy goòng, = 0,9
VGO có dung tích 2,8 m³, trong đó chi phí nhân lực để hất và dọn 1 m³ đất đá lên đường cào là 80 người.phút Số lượng người làm việc hất, dọn đất đá lên đường cào là 8 người Áp dụng các số liệu vào công thức 6-11, ta tính được sản lượng công việc là Px = 10,5 m³/h.
6.2.3 Tổ chức xúc bốc, vận tải
Theo như phương pháp đã chọn thì trình tự công tác xúc bốc vận tải như sau :
Sau khi nổ mìn, đất đá sẽ được máy cào đá PY-60B thu gom và đổ vào các xe goòng 3 tấn mở hông, được đặt ngay sau đuôi máy Đồng thời, phương pháp thủ công cũng được áp dụng để dọn dẹp đất đá văng xa lên xe goòng.
Vận chuyển đất đá và trao đổi goòng
Sau khi xe goòng được chất đầy đất đá, máy cào đá sẽ ngừng hoạt động, và đầu tàu điện kéo goòng đầy ra khu vực trao đổi Goòng không tải sẽ được đẩy thủ công vào vị trí chất tải phía sau máy cào đá để tiếp tục quá trình Quá trình này lặp lại cho đến khi lượng đất đá trước gương được dọn sạch Các goòng đất đá sẽ được tập trung tại khu vực trao đổi phía ngoài đường lò để thượng trục vật liệu, sau đó đầu tàu điện kéo ra chân ngầm chính và trục lên mặt bằng +28 để đưa ra ngoài.
Sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc và vận tải đất đá trên mặt cắt dọc và bình đồ được minh họa trong hình vẽ 6.2.
Máy cào đá PY-60 Goòng 3T
Ray P24 tịnh tiến lên xà tr ớ c 2650
Goòng 3 tấn Máy cào đá PY-60B
Hình 6.2 Sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc, vận tải đất đá
Công tác thoát nước
Hệ thống thoát nước tại đây hoạt động dựa trên rãnh nước có độ dốc trung bình 5% hướng ra ngoài cửa lò, với kết cấu và kích thước tùy thuộc vào lượng nước chảy trong quá trình thi công, tính chất cơ lý của đất đá và loại hình kết cấu chống lò Đường lò đóng vai trò trung chuyển nước từ các khu vực thi công về hầm bơm ở ga chân trục, dẫn đến lưu lượng nước chảy qua đây khá lớn Để đảm bảo thoát nước hiệu quả, hệ thống sử dụng cống thoát nước bằng bê tông cốt thép đúc sẵn Rãnh nước được đào bằng búa chèn và các dụng cụ thủ công, được lắp đặt dưới lối đi và được đậy kín bằng các tấm đan bê tông cốt thép.
Công tác đặt đường xe
6.4.1 Công tác lắp đặt đường xe tạm
Trong quá trình xúc bốc vận tải, cần lắp đặt đường xe tạm thời để các thiết bị xúc bốc tiếp cận gương, nhằm xúc hết lượng đất đá sau mỗi chu kỳ khoan nổ mìn Đường xe tạm thời được cấu tạo từ hai thanh ray di động P24, dài bằng thanh ray tiêu chuẩn, được lồng vào phía trong đường xe chính và được cố định bằng các cơ cấu hoặc thanh văng bằng gỗ Khi máy xúc và goòng chạy hết đường ray chính, bánh xe của chúng sẽ di chuyển theo rãnh của thân ray Theo tiến độ gương, chỉ cần tháo các cơ cấu cố định và dùng cần xúc để di chuyển ray vào phía trong gương, đồng thời đảm bảo nền lò được dọn sạch đất đá.
6.4.2 Công tác lắp đặt đường xe cố định
Công tác lắp đặt đường xe cố định bắt đầu sau khi xây dựng trục đường xe trên nền lò theo thiết kế, với các mốc độ cao của đỉnh ray được đánh dấu trên tường lò Sử dụng ray P-24, chiều cao tổng thể của tà vẹt và lớp đá lát đạt 320 mm, trong đó lớp đá lát chiếm 200 mm và cỡ đường xe là 900 mm, với khoảng cách giữa hai tà vẹt gần nhau là 700 mm Độ dốc của đường xe theo hướng tải là 5 0/00, và sơ đồ lắp đặt đường xe tạm cùng đường xe cố định được minh họa rõ ràng trong hình vẽ 6.3.
Hình 6.3 Sơ đồ lắp đặt đường xe tạm và đường xe cố định
Công tác lắp đặt các đường ống
Các đường ống như ống gió, ống dẫn nước và ống dẫn khí nén được lắp đặt cẩn thận tại các vị trí thiết kế trên nóc và thành đường lò, nhằm đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động, đồng thời không gây ảnh hưởng đến công tác thi công đào chống đường lò.
Công tác chiếu sáng
Trong quá trình thi công, có thể sử dụng đèn điện hoặc đèn ắc quy để đảm bảo ánh sáng Các thiết bị chiếu sáng trong đường lò cần được trang bị thiết bị phòng nổ để đảm bảo an toàn Đèn huỳnh quang với công suất 40W và điện áp không quá 127 V nên được sử dụng dọc theo chiều dài đường lò.
10 m lại đặt một bóng đèn.
Để đảm bảo an toàn khi làm việc tại gương lò, cần phải có hệ thống chiếu sáng tốt, sử dụng từ 2 đến 4 bóng đèn công suất lớn tùy thuộc vào diện tích gương Nên chọn bóng tròn có công suất từ 70 đến 75 W Ngoài ra, mỗi thợ mỏ cũng phải được trang bị một đèn ắc quy theo quy định chung của mỏ.