Bài giảng Công nghệ đào chống lò tiên tiến: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

CHƢƠNG 4
CƠNG NGHỆ ĐÀO LỊ BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHOAN NỔ MÌN TẠO BIÊN
4.1 Khái niệm chung
- Cơng tác đào hầm, đào lị, cơng trình ngầm rất cần quan tâm tới đƣờng biên
của cơng trình. Đƣờng biên cơng trì
nh hồn thiện, đảm bảo u cầu về kích thƣớc,
hì
nh dáng sẽ làm giảm áp lực của khối đá xung quanh đƣờng lò, giảm khối lƣợng
công việc đào và vận chuyển, giảm khối lƣợng vật liệu chống giữ (nhất làbêtông)
nâng cao tuổi thọ cơng trình đồng thời góp phần giảm giáthành xây dựng. Do vậy, khi
đào lò cần phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề tạo biên lị.
- Nổ mìn tạo biên làkỹ thuật đào lị bằng phƣơng pháp khoan nổ mìn màsử
dụng một số kỹ thuật phụ trợ nhằm mục đích tạo ra biên lò gần giống thiết kế, hệ số
thừa tiết diện tối ƣu. Để việc nổ mì
n tạo biên đƣợc hiệu quả thìcác cơng việc phải
đƣợc tiến hành phải tuân thep quy trì
nh kỹ thuật cụ thể ngay từ cơng tác khoan, nạp,
nổ mì
n.
4.2 Cơng tác khoan nổ mìn
4.2.1. Thuốc nổ và phương tiện nổ
* Khái niệm:
Vật liệu nổ công nghiệp làthuốc nổ vàcác phƣơng tiện nổ sử dụng cho mục
đích dân dụng. Trong đó, thuốc nổ cơng nghiệp làthuốc nổ dùng cho mục đích cơng
nghiệp, Phƣơng tiện nổ làtổ hợp các vật, dụng cụ nhƣ các loại kí
p nổ, dây nổ, dây
cháy chậm, mồi nổ, các vật phẩm chứa thuốc nổ có tác dụng tạo kích thí
ch ban đầu
làm nổ khối thuốc nổ hoặc các loại thiết bị chun dùng cóchứa thuốc nổ.
Cụ thể vật liệu nổ mìn đã trình bày trong chƣơng 2
4.2.2. Chi phíthuốc nổ

* Chi phíthuốc nổ là lƣợng thuốc nổ tí
nh tốn trong một vụ nổ mì
n hoặc trong
một mét lị, một mét khối đá nguyên khối tùy vào từng lĩnh vực nổ mìn. Ở đây trong
chuyên đề này cần quan tâm chi phíthuốc nổ trong một vụ nổ hầm lị, nósẽ đƣợc tí
nh
trên cơ sở chi phícho một mét khối đá nguyên khối vàcho một mét đào của đƣờng lò.
* Nguyên tắc chung tính lƣợng thuốc nổ là:
66


Q= f(n).qtc.V; m3

(4-1)

Trong đó: - f(n): Hàm số chỉ tiêu tác động nổ n.
- qtc: Chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn để tạo ra phễu nổ tiêu chuẩn.
- V : Thể tích nguyên khối đất đá cần làm tơi.
4.2.2.1. Chỉ tiêu thuốc nổ: q (kg/m3).
Là khối lƣợng thuốc nổ cần thiết để phá vỡ 1m3 đất đá thành các cục có kí
ch
thƣớc u cầu. Vìvậy chỉ tiêu thuốc nổ cịn đƣợc gọi làtiêu hao thuốc nổ đơn vị, chỉ
tiêu thuốc nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố và điều kiện nổ:
- Tính chất cơ lý và cấu trúc của các lớp đất đá: Nói chung đất đá có độ cứng f
càng lớn, độ khónổ Pn càng lớn thìtiêu hao thuốc nổ lớn.
- Điều kiện và phƣơng pháp nổ: Nổ mì
n có nhiều hay í
t mặt tự do, nổ mìn lỗ
khoan lớn, lỗ khoan con …hoặc phƣơng pháp nổ đồng loạt hay vi sai.
- Loại thuốc nổ sử dụng: Đặc trƣng cho nó là năng lƣợng nổ mạnh hay yếu, biểu thị

bởi khả năng công nổ A của thuốc nổ đƣợc lựa chọn vàsử dụng cho vụ nổ.
- Mục đích nổ: nổ mạnh hay yếu, làm tơi hay văng xa.
Để đánh giá mức độ khó nổ của đất đá, dùng chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn qt/c,
kg/m3,đó là chỉ tiêu thuốc nổ thoả mãn các điều kiện nổ chuẩn với phễu nổ tiêu chuẩn,
thuốc nổ để nổ trong điều kiện đó gọi làthuốc nổ chuẩn.
Nhƣ vậy để xác định chỉ tiêu thuốc nổ thực tế, ngƣời ta sử dụng chỉ tiêu thuốc nổ
tiêu chuẩn, làm cơ sở để điều chỉnh cho phùhợp với mục đích nổ khác nhau, độ cứng
khác nhau vàloại thuốc nổ thực tế sử dụng khác nhau.
Khi n >1gọi lànổ mạnh,khi đó f (n) >1vàchỉ tiêu thuốc nổ thực tế q t >q t/c
Khi n = 1 gọi lànổ tiêu chuẩn khi đó f(n) =1 vàqt = qt/c
Khi n < 1 gọi lànổ yếu khi đó f(n) < 1 vàqt < qt/c
Hàm số f(n) làhàm số phụ thuộc vào chỉ sổ tác dụng nổ n
Khi sử dụng thuốc nổ khác với thuốc nổ chuẩn thìphải dùng hệ số chuyển đổi
thuốc nổ theo khả năng sinh công k 

A
và khi đó qt’ = k.qt.
A’

67


Tr.đó: - A: Khả năng cơng nổ của thuốc nổ tiêu chuẩn.
- A': Khả năng công nổ của thuốc nổ sử dụng.
4.2.2.1. Chi phíthuốc nổ cho một lần nổ: Q (kg/m3).

(4.2)

Trong đó:
Lck- Chiều sâu tính tốn một chu kỳ đào lị

S- Diện tích tiết diện đào của gƣơng lị
4.3 Xác định các thơng số khoan nổ mì
n
4.3.1 Số lượng lỗ mìn trên gương
Số lỗ khoan ở trên gƣơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Diện tí
ch tiết diện, độ
kiên cố của đất đá, chỉ tiêu thuốc nổ, đƣờng kí
nh lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan …có
rất nhiều cơng thức xác định.
- Theo Prôtôđiacônốp: Công thức gần đúng: N  2,7 f .S , lỗ

(4-3)

2

1 

Cơng thức chính xác: N  S .n  S  0,2 f 
 lỗ,
S


(4-4)

Trong đó:
f- Độ kiên cố của đất đá ở gƣơng.
S- Diện tích tiết diện của gƣơng lò, m2 (đƣợc xác định theo các kích thƣớc hì
nh
học của tiết diện gƣơng).
n- Số lỗ khoan đơn vị; lỗ/ m2, phụ thuộc diện tí

ch tiết diện S và độ kiên cố f
- Theo Pocrốpski: Số lỗ khoan trên gƣơng đƣợc xác định theo yêu cầu nạp hết
thuốc nổ. Nhƣ đã biết, lƣợng thuốc nổ trong một chu kỳ nổ đƣợc xác định:
QC = qt. S. lc.
Mặt khác: Qc  .N .Lk

(4-5)
(4-6)
68


Vìchiều sâu lỗ khoan nhỏ, góc nghiêng lỗ khoan lớn, cóthể coi Lk = Lc
Qc 

qt .S

, lỗ

(4-7)

Trong đó:
qt – Chỉ tiêu thuốc nổ thực tế, kg/m3.
- Lƣợng thuốc nạp đƣợc trên 1m suốt chiều dài lỗ khoan, kg/m.
 a.P  a.

a

 .d 2
4

. t  a.0,785d 2 . t , kg/m

(4-8)

Lt
, Hệ số nạp thuốc (hệ số lấp đầy lỗ khoan), a = 0,4 ÷0,7
Lk

P  0,785d 2 .t - Lƣợng thuốc nổ nạp đƣợc trong 1m lỗ khoan, kg/m.

d- Đƣờng kính lƣợng thuốc,m: Với bao thuốc: d = db (db đƣờng kí
nh bao thuốc).
∆t - Mật độ nạp thuốc, kg/m3.
Thay (4-8) vào (4-7) ta có: N 

qt .S
qt .S
1,27qt .S


, lỗ
 .d 2
a.0,785d 2 . t
a.d 2 . t
a.
. t
4

(4-9).

- Theo Ibraép: Số lỗ khoan đƣợc xác định có tính đến ảnh hƣởng của loại lị, loại
thuốc nổ và đƣờng kính lƣợng thuốc:
N  41S

f  a. S
, lỗ
db .b

Trong đó: a - Hệ số phụ thuộc vào loại lị:

(4-10)

Lịbằng a = 0,23 ÷0,3
Giếng đứng : a = 0,12 ÷0,15

b - Hệ số phụ thuộc loại thuốc nổ sử dụng: Đi na mít b = 1,2 ÷ 1,6
Amơní
t b = 0,8 ÷1,0
- Số lỗ khoan trên gƣơng có thể tra theo bảng 4-1

69


Bảng 4-1: Số lỗ khoan đơn vị phụ thuộc vào tiết diện S và độ kiên cố f
Diện tí
ch tiết diện S, m2

H.số
f

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

13

14

2

2,64 2,51 2,37 2,29 2,09 1,96 1,82 1,68 1,55 1,55 1,50 1,50

4

2,78 2,65 2,51 2,37 2,23 2,11 1,96 1,82 1,68 1,68 1,63 1,60

5

2,92 2,79 2,65 2,51 2,39 2,23 2,09 1,95 1,81 1,81 1,76 1,70

6

3,07 2,93 2,78 2,55 2,51 2,37 2,23 2,09 1,95 1,95 1,90 1,30

8

3,35 3,21 3,00 2,92 2,78 2,64 2,50 2,35 2,21 2,20 2,15 2,05

10

3,63 3,59 3,25 3,20 3,05 2,91 2,77 2,62 2,48 2,35 2,30 2,20

15

4,33 4,19 4,04 3,89 3,74 3,59 3,44 3,30 3,14 2,84 2,70 2,55

20

5,04 4,89 4,73 4,58 4,42 4,27 4,12 3,96 3,84 3,50 3,35 3,19

- Số lỗ khoan trên gƣơng có thể đƣợc xác định theo khả năng chứa thuốc của lỗ
khoan khi đã chọn hệ số nạp thuốc vàbiết chiều dài lỗ khoan, đƣờng kính lƣợng thuốc:
N

Qc
, lỗ
ql

(4-11)

Trong đó: ql - Lƣợng thuốc nổ chứa đƣợc trong một lỗ khoan, kg/lỗ.
ql = a.p.Lk , kg/lỗ
q l  a.

 .d 2
4

. t .Lk  a.0,785d 2 . t .Lk , kg/lỗ

(4-12)

Sau khi xác định đƣợc N phải làm trịn tăng, khi đó lƣợng thuốc thực tế của từng lỗ
sẽ giảm.
* Xác định các nhóm lỗ khoan ở trên gƣơng: Theo nguyên tắc bố trílỗ khoan
trên gƣơng thì các lỗ khoan đƣợc chia thành ba nhóm và đƣợc xác định theo hì
nh
dạng, kích thƣớc vàdiện tích gƣơng, đƣờng kính lƣợng thuốc và độ cứng của đất đá:
70


- Với các lỗ khoan đột pháphụ thuộc vào cấu trúc, độ cứng của đất đá và phƣơng
pháp đột phálựa chọn: Nđp = 2 ÷6 lỗ
- Các lỗ khoan biên: Căn cứ vào hình dạng kích thƣớc tiết diện, thƣờng xác
định số lỗ khoan ở biên ở hơng và nóc gọi là lỗ khoan biên trên. Các lỗ khoan

này thƣờng đƣợc bố trívànạp thuốc ít hơn do đất đá dễ bị phávỡ hơn và đƣợc
xác định:
N bt 

P  B   1 , lỗ

(4-13)

b

Trong đó:
P- Chu vi tiết diện đƣờng lòm: P  C S , m

(4-14 )

C- Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện gƣơng;
C = 4 khi tiết diện hình vng
C = 4,2 khi tiết diện hình thang
C = 3,86 khi tiết diện hì
nh vịm
B- Chiều rộng phía dƣới nền lị, m
b- Khoảng cách giữa các lỗ khoan biên trên: b = ( 0,7 ÷0,8),m
- Các lỗ khoan khấu (phá) vàbiên nền: Nk = N – (Ndf + Nbt),

lỗ

( 4-15)

Sau khi xác định sơ bộ số lƣợng lỗ khoan theo từng nhóm. Việc bố trí
hợp lícác lỗ khoan trên gƣơng đƣợc thực hiện trực tiếp trên gƣơng (theo tỉ lệ

bản vẽ). Các lỗ khoan biên thƣờng đƣợc ƣu tiên bố trí vào các điểm đặc biệt của
biên cách biên từ 15 ÷ 20 cm vànghiêng ra biên 1 góc 80÷ 85 0 với đƣờng lị có
tiết diện vịm, các lỗ khoan đƣợc bố trívịng theo hình dạng của biên với tỉ lệ
1:2:3:4 khi đƣờng kính lƣợng thuốc 32mm và 1:3:6 khi đƣờng kính lƣợng thuốc
45mm.
4.3.2. Đường kính lỗ khoan: dk mm
Đƣờng kính lỗ khoan phụ thuộc vào diện tí
ch tiết diện, năng suất của các thiết bị
sử dụng, loại chất nổ, tính chất cơ lí của đất đá. Đƣờng kí
nh lỗ khoan làmột yếu tố
ảnh hƣởng lớn tới mức độ đập vỡ đất đá và khả năng tạo biên đƣờng lò. Do vậy khi
71


diện tí
ch tiết diện nhỏ nên lựa chọn đƣờng kính lỗ khoan nhỏ. Khi đã lựa chọn đƣờng
kí
nh bao thuốc thì đƣờng kính lỗ khoan đƣợc xác định:
dk = db + (3÷5) mm

(4-16)

Hoặc dk = (1,1÷1,15)db mm

(4-17)

Trong đó:
db - Đƣờng kính của bao thuốc nổ sử dụng, mm
Vídụ: Khi dùng thuốc nổ AH1 có kích thƣớc: 200g x Φ36mm x 200mm thì:
dk = 36 + 4 = 40 mm

4.3.3. Chiều sâu lỗ khoan: Lk , m:
Chiều sâu lỗ khoan đƣợc xác định dựa theo chu kỳ tiến độ đào lò:
Lks 

Trong đó:

Lc



,m

(9-16)

Lc- Chiều sâu tiến độ đào lị, m
η - Hệ số sử dụng lỗ khoan.

Ηệ số sử dụng lỗ khoan làtỉ số giữa chiều sâu tiến độ trong một chu kìnổ mì
n
vàchiều dài trung bình của lỗ khoan. Hệ số sử dụng lỗ khoan làmột chỉ tiêu đánh giá
hiệu quả sử dụng lỗ khoan. Hệ số sử dụng lỗ khoan phụ thuộc vào loại lò và độ cứng
của đất đá: η = η1 x η2
η1 - Hệ số phụ thuộc độ cứng của đất đá:
Đất đá cứng η1= 0,8
Đất đá cứng trung bình η1= 0,9
Đất đá mềm η1= 1,0.
η2 - Hệ số phụ thuộc loại lò:
Lòhạ η2 = 0,8
Lòbằng η2 = 0,9
Lịthƣợng η2 = 1.

Khi lỗ khoan cógóc nghiêng gần bằng 900 cóthể lấy Lk gần bằng Lks.
72


Khi lỗ khoan cógóc nhỏ thì:Lk 

Lks

nis 

,m

( 9- 17 )

4.3.4. Góc nghiêng lỗ khoan, β,độ.
Góc nghiêng lỗ khoan đƣợc xác định trực tiếp trên các mặt cắt đứng vàngang,
vìcác lỗ khoan có hƣớng chéo trong khơng gian. Giá trị góc nghiêng của một lỗ
khoan gồm:
+ βđ làgóc nghiêng của lỗ đƣợc xác định trên mặt phẳng đứng.
+ βng làgóc nghiêng của lỗ xác định trên mặt phẳng nằm ngang.
Khi βđ = βng = 900, lỗ khoan đó khoan thẳng góc với mặt phẳng gƣơng lị.
4.3.5. Chiều dài cột thuốc, Lt, m
Lt 

ql
ql
,m

P 0,785d 2 .t

(8-18)

Có thể xác định chiều dài thuốc nổ Lt dựa theo quy cách tiêu chuẩn của bao
thuốc nổ sử dụng.
Vídụ: Dùng AH1 cóq = 0,3 kg/lỗ thỏi thuốc cóquy cách 200g x Φ36mmx200mm thìLt
= 0,3m.
4.3.6. Chiều dài cột bua, Lb m
Phải lấp bua hết chiều dài còn lại của lỗ khoan, chiều dài bua thực tế là:
L b = Lk – Lt , m
Chiều dài cột bua phải đảm bảo điều kiện kĩ thuật: Lb ≥ 1/3 Lk

(8-19 ):
(8-21).

Khi nổ trong gƣơng lịcókhíhoặc bụi nổ chiều dài bua đƣợc quy định:
- Với Lk = 0,6÷1m thìLb≥1/2 Lk, m

(8-22)

- Với Lk > 1m thìLb ≥ 0,5 m

(8-23)

4.3.7. Chỉ tiêu thuốc nổ, qt, kg/m3.
Cónhiều cơng thức xác định chỉ tiêu thuốc nổ thực tế sử dụng. Các công thức
đều đƣợc xây dựng trên cơ sở thực nghiệm trong điều kiện nhất định. Do vậy khi sử
dụng với điều kiện thực tế cụ thể phải điều chỉnh cho phùhợp. Chỉ tiêu thuốc nổ thực
tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: tính chất cơ lý của đất đá, diện tí
ch tiết diện gƣơng,
73

chiều sâu và đƣờng kính lỗ khoan, loại thuốc nổ sử dụng… xin giới thiệu một số công
thức sau:
2

1 

3
+ Theo Prôtôđiacônốp: qt  0,4e 0,2 f 
 , kg/m
S


(8-24)

Hoặc: qt  0,4e.2,7 f .S  1,1e f .S , kg/m3,

(8-25)

Với (9-24) sử dụng khi S > 12m2.
Trong đó:
E - Hệ số chuyển đổi thuốc nổ theo khả năng công nổ, e 

525
;
P

(8-26)

525 - Khả năng công nổ của thuốc nổ Đinanít 93%.
P - Khả năng cơng nổ của thuốc nổ thực tế sử dụng
+ Theo Pocropski qt = q1.fc.v.e.kd , kg/m3

(8-27)

q1- Chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn kg/m3 q1=0,1f hoặc tra bảng 4-2

Trong đó:

Bảng 4-2: Chỉ tiêu thuốc nổ q1 theo f
f

15-20

10-15

7-8

4-6

2-3

<2

q1 kg/m3

1,2÷1,5

1÷1,1

0,7÷0,8

0,4÷0,6

0,2÷0,3

0,15

fc- Hệ số tính đến cấu trúc của đất đá ở gƣơng , f = 0,8 ÷1,4, đât đá độ dẻo
lớn thìfc=2,0 .
v- Hệ số sức cản của đât đá theo chu vi gƣơng:
V

6,5
khi cómặt thống hoặc Sđ < 18m2.
S

V =1,2 ÷1,5 khi cóhai mặt thống hoặc Sđ >18m2
e - Hệ số chuyển đổi thuốc nổ theo khả năng sinh công; e 

380
P

380- Khả năng công nổ của thuốc nổ đinamit 62%
P - Khả năng công nổ của thuốc nổ thực tế sử dụng .
74


Kđ - Hệ số tính đến ảnh hƣởng của đƣờng kính lƣợng thuốc

Kđ = 1 khi db = 30÷32 mm
Kđ = 1,1 khi db< 30÷32mm
Kđ = 0,95 khi db> 30÷32mm
Trong thực tế với các điều kiện cụ thể của các mỏ, qua nhiều lần thínghiệm đã
xác định đƣợc chỉ tiêu thuốc thực tế sử dụng, do vậy không cần xác định lại qt theo
các công thức trên

4.4 Sơ đồ bố trílỗ mìn trên gƣơng

Khi đào lị chuẩn bị thƣờng chỉ cómột mặt tự do. Do đó các lỗ khoan ở trên
gƣơng thƣờng đƣợc chia thành ba nhóm: Nhóm đột phá(tạo rạch), nhóm phá; nhóm
biên
- Lỗ khoan tạo rạch (cịn gọi là lỗ khoan đột phá): Thƣờng đƣợc khoan
nghiêng(đột phánghiêng) hoặc khoan thẳng góc (đột pháthẳng góc) với gƣơng lị. Có
75


chiều sâu vƣợt chu kỳ tiến độ khoan nổ từ 20 - 30cm và đƣợc nạp nhiều thuốc nổ hơn
các lỗ khoan khác. Lỗ khoan tạo rạch đƣợc nổ đầu tiên nhằm tạo ra mặt tự do phụ để
các phát mìn sau nổ đƣợc tốt hơn. Ở gƣơng lị đất đá mềm, diện tí
ch hẹp thƣờng dùng
đột phá nghiêng. Khi đó đất đá văng mạnh cóthể pháhỏng các vìchống sát gƣơng. Ở
gƣơng lị đất đá cứng, gƣơng có diện tí
ch lớn cóthể dùng đột phánghiêng hoặc thẳng
góc. Tùy theo diện tích gƣơng, độ cứng vàcấu trúc của đất đá ở gƣơng mà lựa chọn
phƣơng pháp tạo rạch cóhiệu quả, cấu tạo các lỗ khoan tạo rạch ở bảng 4- 3.
Bảng 4 -3. Cấu tạo các loại lỗ khoan tạo rạch
- Phí
a cuối lỗ khoan tập trung vào trục
của đƣờng lị, tạo thành khối tháp ở phần

trung tâm của gƣơng lò.
- Dùng trong đất đá cứng đồng nhất hoặc
đất đá phần lớn có độ cứng khác nhau
nhƣng với các lớp dốc đứng.
Rạch hình tháp
- Lỗ khoan đƣợc tạo thành ở trung tâm
của gƣơng lò nêm thẳng đứng
- Dùng trong đất đá đồng nhất, vàtrong
đất đá có khe nứt đứng, trong các lịcó
chiều cao rộng khơng lớn.

- Lỗ khoan đƣợc tạo thành ở trung tâm
của gƣơng lò nêm thẳng ngang
- Dùng trong đất đá đồng nhất, vàtrong
đất đá có khe nứt ngang, trong các lịcó
Rạch nêm ngang

chiều cao rộng khơng lớn.
76


- Lỗ khoan đƣợc tạo thành ở nền tầng
của lònêm ngang
- Dùng trong đất đá có nứt nẻ thành lớp
khi phávỡ theo các kẽ nứt nẻ.
Rạch nêm phía dƣới

- Lỗ khoan đƣợc tạo thành ở phí
a nóc
của gƣơng lị nêm ngang

- Dùng trong đất đá có nứt nẻ thành lớp
khi phávỡ theo các kẽ nứt nẻ.
Rạch nêm phía trên

- Các lỗ khoan tạo thành nêm đứng ở bên
hông của gƣơng lò.
- Dùng trong các lớp đất đá dốc đứng khi
đào lị song song.

Rạch bên hơng
- Các lỗ khoan đƣợc bố tríở vị tríkhác
nhau, sao cho hì
nh chiếu của nótrên mặt
bằng cắt nhau.
- Đào trong lò xuyên vỉa trong than hoặc
trong than với đất đá tơi xốp

Rạch cái kéo

77


- Các lỗ khoan bố trísong song với nhau
vàthảng góc với mặt của gƣơng lò.
- Trong đất đá đồng nhất có độ cứng
trung bình vàtrên trung bình. Trong các
đƣờng lịcótiết diện khơng lớn.
Rạch lăng trụ
- Các lỗ khoan bố trísong song với nhau
trong một hang ngang hoặc đứng. Nạp

thuốc cách lỗ khoan.
- Trong đất đá đồng nhất có độ cứng
trung bình vàtrên trung bình. Trong các
đƣờng lịcótiết diện khơng lớn.
Rạch rãnh khe

- Lỗ khoan khấu (còn gọi làlỗ khoan phá): Thƣờng đƣợc khoan thẳng góc với
gƣơng, đơi khi khoan nghiêng. Đƣợc nổ sau lỗ khoan đột phá, để mở rộng thể tích đất
đá bị phávỡ ở trên gƣơng.Với các gƣơng lị diện tí
ch tiết diện nhỏ, đất đá mềm cóthể
cóí
t hoặc khơng cólỗ khoan này. Ngƣợc lại với gƣơng lị diện tí
ch tí
ch tiết diện lớn,
đất đá cứng córất nhiều lỗ khoan phávànópháphần lớn đất đá ở trên gƣơng. Do đó
nó đƣợc bố trí đều trên diện tích của gƣơng .
- Lỗ khoan tạo biên: Thƣờng đƣợc khoan nghiêng ra biên của gƣơng một góc
70- 850. Đƣợc khoan vƣợt biên từ 100-150 mm trong đất đá cứng, chạm biên trong đất
đá mềm. Nó đƣợc nổ sau cùng để sau khi nổ đƣờng lịcó tiết diện gần nhƣ thiết kế.
Do vậy thƣờng đƣợc bố trí vào các điểm đặc biệt của gƣơng hoặc nghiêng vng góc
với đƣờng biên, đƣờng lối các tâm miệng lỗ khoan tạo thành tiết diện đặc trƣng của
gƣơng lò. Miệng lỗ khoan cách biên từ 15- 20 cm. Các lỗ khoan biên ở phí
a nền
thƣờng đƣợc khoan vƣợt nền 15-20 cm để sau khi nổ nền lò tƣơng đối bằng phẳng
thuận tiện khi đặt đƣờng vận tải (ray, máng cào).

78


4.5. Đánh giá hiệu quả nổ mìn

Để đánh giá hiệu quả cơng tác khoan nổ mìn , ngƣời ta thƣờng sử dụng các chỉ
tiêu cơ bản sau:
4.5.1 Hệ số sử dụng lỗ mì
n
Hệ số sử dụng lỗ mìn đƣợc thể hiện bằng tỷ số:


l  l0
l

(4.8)

Trong đó:
l – Chiều sâu lỗ mìn sau khi khoan, m;
l0 – Chiều sâu lỗ mìn cịn lại trên gƣơng sau khi nổ mì
n, m;
Thực tế thấy, nếu muốn tăng nhanh tốc độ đào lò, giảm chi phínhân lực và
tăng hiệu quả cơng tác khoan nổ mì
n thìcần phải tăng hệ số sử dụng lỗ mì
n . Để gia
tăng hệ số sử dụng lỗ mìn cần phải tiến hành nổ mì
n làm nhiều đợt (áp dụng kí
p mì
n
vi sai hay kíp nổ chậm), sử dụng phƣơng pháp kích nổ nghịch và áp dụng phƣơng
pháp đột phádạng pháhuỷ. Trong điều kiện bình thƣờng hệ số  đạt giátrị 0,83 
0,87. Đối với các mỏ hầm lòở nƣớc ta thông thƣờng yêu cầu hệ số   0,8. Tuy nhiên,
do công tác khoan lỗ khoan, nạp thuốc nổ vẫn chƣa đƣợc thực hiện theo đúng hộ
chiếu, chất lƣợng nạp thuốc nổ vàbua mìn kém nên tại một số gƣơng lò, hệ số  chỉ
đạt giátrị 0,70,77. Kết quả làm cho hiệu quả cơng tác khoan nổ mìn đạt đƣợc thấp.

4.5.2 Hệ số thừa tiết diện 
Thông thƣờng, sau khi nổ mì
n sẽ xảy ra hiện tƣợng đất đá biên cơng trình bị
phárộng ra một khoảng nào đó so với đƣờng biên thiết kế. Hiện tƣợng tiết diện tạo
thành sau khi nổ mìn chƣa đạt biên thiết kế vàphần ―tiết diện gƣơng thiếu‖ phải tiến
hành bắn tẩy hoặc sử dụng búa chèn để sửa lại í
t xảy ra, vìvậy, ngƣời ta ít đề cập tới.
Phần tiết diện thừa sẽ gây ra những ảnh hƣởng xấu đến độ ổn định của đƣờng lị, làm
gia tăng đáng kể chi phícho công tác xúc bốc - vận chuyển đất đá và chèn lấp đất đá
hoặc vữânghèo vào khoảng trống sau khung vỏ chống. Để biểu thị cho mức độ thừa
tiết diện sau khi khoan nổ mìn, ngƣời ta sử dụng hệ số thừa tiết diện :

79




Sd
1
S kvc

(4.9)

Trong đó:
Sd – Diện tích thực tế của gƣơng lị sau khi khoan nổ mì
n, m2;
Skvc – Diện tích bên ngoài khung vỏ chống theo thiết kế, m2;
Trong những điều kiện bình thƣờng, hệ số  đạt tới giátrị 1,1 đến 1,2. Các mỏ
hầm lò nƣớc ta cũng quy định   1,1. Tuy nhiên, trên thực tế, do khoan các lỗ mì
n

biên khơng theo thiết kế nên hệ số này đã đạt tới những giátrị lớn hơn 1,3. Nếu các lỗ
mìn biên đƣợc khoan khơng đúng theo những góc nghiêng quy định, khoảng cách
giữa các lỗ mìn biên quá lớn, không thực hiện công tác kiểm tra chiều sâu lỗ mì
n
trƣớc khi nạp nổ... sẽ dẫn đến việc gia tăng hệ số . Một trong những biện pháp hiệu
quả để giảm giátrị hệ số  làviệc áp dụng phƣơng pháp nổ mì
n tạo biên.
4.5.3 Độ văng xa và độ đập vỡ đất đá sau khi nổ mì
n
Độ văng xa và độ đập vỡ đất đá sau khi nổ mìn làhai chỉ tiêu ảnh hƣởng đến
cơng tác xúc bốc. Nếu độ văng xa lớn sẽ làm giảm năng suất của máy xúc (trừ trƣờng
hợp sử dụng máy cào đá), làm bẩn đƣờng lị, lấp đầy các rãnh nƣớc, có thể gây ra
những hƣ hỏng cho các đƣờng ống, đƣờng cáp hoặc làm biến dạng hay xô lệch các
khung chống tạm thời gần gƣơng.
Để giảm bớt độ văng xa của đất đá sau khi nổ mìn, ngƣời ta sử dụng nhóm nổ
mìn tạo rạch dạng pháhuỷ. Ngồi ra, ngƣời ta cịn áp dụng phƣơng pháp nổ mìn làm
nhiều loạt, các lỗ mìn tạo rạch phải khoan chếch lên một góc bằng 50 đến 100.

80


CHƢƠNG 5
ĐÀO LÒ BẰNG MÁY ĐÀO (COMBAI)

5.1 Giới thiệu một số loại máy đào lị
Trong thi cơng cơng trình ngầm, đào lị, khai thác khống sản, máy đào lị đƣợc
thế giới sử dụng từ khálâu. Do quy môsản xuất, khoa học sản xuất chế tạo máy của
nƣớc ta còn nhiều hạn chế mà mãi đến những năm gần đây máy đào lò mới đƣợc sử
dụng nhiều ở các mỏ than Việt Nam. Các loại máy đào lò đƣợc sử dụng ở nƣớc ta
hiện nay đều lànhập khẩu từ Nga, Ba Lan, Trung Quốc... Do vậy mà các đặc tí

nh của
chúng cũng có nhiều điểm khác nhau. Dƣới đây giới thiệu một số loại máy đào lò đã
và đang đƣợc sử dung tƣơng đối hiệu quả ở các mỏ than nƣớc ta.
1. Combai đào lò KP21
Combai KP21 (КП21) sử dụng để cơ giới hố đào lị đá và vận chuyển đất đá
sau khi cắt phá, trong lò bằng và nghiêng ±120. Combai có thể đào các đƣờng lị có
thiết diện phù hợp với vì chống dạng vịm, dạng bình hành và dạng vuông, chiều cao
2,3… 4,5 m, chiều rộng 3,6..6,5m. Đá trong gƣơng lị có ứng suất nén n=100 Mpa
(tƣơng đƣơng hệ số f= 8 ), độ mài mòn dƣới 15 mg.

Hình 5. 1 Máy địa lị KP21
Đặc điểm của loại combai này là dẫn động trên mỗi nhánh xích di chuyển bằng
động cơ thuỷ lực độc lập, gián tiếp qua động cơ điện thay cho dẫn động trực tiếp bằng
động cơ điện. Lực kéo 50 tấn trên hai nhánh xích đảm bảo cho combai di chuyển với
tốc độ manơ và tốc độ khi cắt đá.
Bộ cấp liệu (bàn cào vơ và các tay vơ) có hai đầu dẫn động thuỷ lực độc lập
cho mối tay vơ.
81


Kết cấu đơn giản và sử dụng các loại goăng phớt chất lƣợng cao, tăng khả năng
bảo vệ combai khi làm việc trong mơi trƣờng có độ mài mịn cao, nhiều bụi, cát và
bùn bẩn. Tuổi thọ của com bai đƣợc tăng lên.
Với các bộ dẫn động thuỷ lực, combai có thể làm việc trong đƣờng lị có nhiều
nƣớc.
Máng cào dỡ tải trên com bai có phần khung đi quay đƣợc theo mặt phẳng
ngang, dỡ tải thuận tiện lên tuyến máng cào hoặc lên xe gng.
Trên combai có các bộ phận chuyên dụng để đấu nối với các thiết bị thuỷ lực
bổ xung (máy khoan thuỷ lực, dụng cụ thuỷ lực…).
Khoá liên động, giúp thao tác thuận tiện và an tồn khi nâng và lắp vì chống.

Loại combai KP21-01 (КП21-01) lắp đồng bộ với cầu chuyển tải dạng băng
(mônô ray). Khi đào lò than (lò xuyên vỉa), với thiết diện tới 30m2, có thể lắp nón cắt
than. Nhà chế tạo sẽ cung cấp nón cắt than theo phụ lục hợp đồng riêng của khách
hàng.Loại combai KP21-02 (КП21-02) có bàn điều khiển từ xa hoặc điều khiển bằng
sóng radio.
2. Combai đào lị KSP32
Combai КСП-32 (33) thuộc hạng trung bình, đƣợc sử dụng để cơ giới hố cơng
việc đào và thải đá vách trong các đƣờng lị ngang hoặc nghiêng, với góc dốc tối đa
±120. Thiết diện đƣờng lò tối thiểu từ 10m2 đến tối đa 33 m2. Combai sử dụng trong
các đƣờng lò than hoặc than lẫn đất đá, trong mỏ hầm lị có độ nguy hiểm về khí nổ và
bụi nổ. Độ cứng của đá vách =100 Mpa ( f = 8 ).
Combai КСП-33 chỉ khác biệt với КСП-32 là có khối điều khiển từ xa.
Trên thân combai КСП-32 và КСП-33 có thể lắp và điều khiển thiết bị khoan
bằng bơm thuỷ lực và các cần gạt trên combai.

Hình 5.2 Máy đào lò KSP32
82


Bảng 5.1 Một số đặc tính kỹ thuât của Combai KSP32

3. Combai đào lò AM50Z-RE
Máy đào lò liên hợp loại AM-50Z-RE (Máy đào lị hoặc máy cơm bai). Là loại
máy liên hợp đào di động đƣợc, dẫn động và điều khiển bằng các động cơ điện và hệ
thống bơm dầu. Máy dùng để đào các đƣờng lò trong các mỏ khai thác than đá.
Máy cho phép đào các đƣờng lò với mặt cắt hình dạng tuỳ ý (hình vịm, hình thang..)

Hình 5.3 Combai đào lị AM-50Z-RE đƣợc cấu tạo bởi 7 cụm chi tiết chính.
1.

Máy khấu.

2.

Bộ phận quay.

3.

Khung máy và bộ phận di động của bánh xích.

4.

Máy vơ.
83


5.

Hệ thống bơm dầu.

6.

Hệ thống điện.

7.

Hệ thống phun nƣớc giảm bụi.

Thơng số kỹ thuật của Combai đào lị AM-50Z-RE
- Kích thƣớc:

Chiều dài của máy:

7470 mm.

Chiều cao máy:

1645 mm.

Chiều rộng máy:

2000 mm.

Tổng cơng suất tồn máy:

169 kW.

Trọng lƣợng máy:

27 Tấn.

Sức áp nén vào đƣờng lò:

0,14 MPa.

Điện áp và tần số dòng điện của máy:

660 V, 50 Hz.

- Máy khấu:
Đƣờng kính (kể cả lƣỡi cắt):

770 mm.

Chiều ngang:

1230 mm.

Vận tốc khấu:

2,51 m/s.

Số lƣợng lƣỡi cắt trên 2 đầu khấu:

2 x 48 chiếc.

Động cơ loại 2SGKf225L-4 (làm mát bằng nƣớc ).
Công suất:

100 kW

Tốc độ quay:

1470 v/ph.

Chiều dài:

2000 mm

Chiều rộng:

2500 mm

- Máy vơ:

Máy vơ đƣợc chuyển động bằng động cơ của máng cào.
- Máng cào:
Loại máy vận chuyển:

máng cào.

Kích thƣớc xích cào:

18 x 64 mm.

Chiều rộng:

458 mm.

Vận tốc xích cào:

0,9 m/s.
84


Động cơ điện máng cào:
Công suất:

2 x 13 kW.

Tốc độ quay:

1460 v/ph.

- Khung máy và bộ phận di động và làm căng xích:
Chiều rộng của khung máy:

1580 mm.

Chiều rộng của bánh xích:

370 mm.

Vận tốc di động:

5 m/giây.

Động cơ hai bánh xích khơng phụ thuộc vào nhau.
Động cơ điện có vành phanh:
Công suất:

2 x15 kW.

Tốc độ quay:

1460 v/ph.

- Hệ thống bơm dầu:
Loại dầu:

dầu khống- Hydrol.

Thể tích bình dầu:

250 l.

Áp suất bơm lớn nhất:

20 MPa.

Động cơ điện hệ bơm dầu:
Công suất:

13 kW.

Vận tốc quay:

1460 v/ph.

Máy bơm dầu:

REXTROTH A2V55:

Lƣu lƣợng lớn nhất:

79,51 l/ph.

Lƣu lƣợng làm việc:

40 l/ph.

4- Máy đào lò EBH -45

85


Hình 5.4 Máy đào lị EBH -45

EBH45 là máy đào lị thủy lực vàhộ số vơ cấp do Trung Quốc phát triển áp
dụng cho các đƣờng lò đá và lò than có kích thƣớc nhỏ. Ngun mẫu sản phẩm đã
đƣợc phát minh năm 2012 và đƣợc cải tiến vàáp dụng vào năm 2013.
Các thông số kỹ thuật cơ bản
Thông số kỹ thuật

Số lượng

1

Trọng lƣợng tổng thể

10000㎏

2

Kích thƣớc ngoại hì
nh -khi làm việc

TT

3

Tổng cơng suất làm việc

D x R x C:
10.5m×1.6m×2.05m
75kW

4

Điện áp

1140/660V

5

Độ cứng cắt thích hợp

≤50Mpa

6

Độ cứng cắt cực đại

≤70Mpa

7

Độ dốc thích hợp

±25 độ

8

Độ cao luồng cắt

4m（3.1m）

9

Độ rộng luồng cắt

4.1m （3.5m）
86


16m2

10

Diện tích mặt gƣơng

11

Hình thức dập bụi

12

Áp lực phun

13

Áp lực hệ thống thủy lực

31.5/28/25Mpa

14

Hình thức đầu cắt

Đầu cắt ngang

15

Tốc độ quay của đầu cắt

16

Cơng suất đầu cắt

45 kW

17

Độ sâu cắt

880mm

18

Hình thức di chuyển

Bánh xí
ch

19

Chiều rộng bánh xí
ch

350mm

Phun sương ngồi
4 Mpa

0～100r/min

5.2 Cơ chế cắt phá đá của máy đào lò
Máy combai đào lò sử dụng cơ chế cắt phá cơ học, lực cắt đƣợc tạo thành từ
hai thành phần, lực đẩy (P) của máy làm cho răng cắt ép sát vào mặt gƣơng, Mômen
quay của trục cắt (M) làm cho các răng quay quanh trục tạo là một lực có hƣớng
vng góc với lực đẩy gọi làlực cắt (Q), các lực đồng thời tác dụng lên bề mặt khối
đá. Nhƣ vậy để phávỡ đƣợc bề mặt khối đá, máy com bai phải đồng sản sinh lực nén
vàlực cắt tại đầu cắt và răng cắt. Kết hợp với độ cứng của răng cắt lớn hơn độ cứng
của các thành phần đá ở mặt gƣơng tạo lên sự phávỡ mặt gƣơng. Vìvậy trong q
trinh đào lị để có hiệu suất cắt phátốt thìcơng tác vận hành cần đảm bảo phân phối
lực nén vàlực cắt phùhợp với tì
nh trạng đất đá ở mặt gƣơng.

87

Mơmen M
của trục
Lực
cắt

Áp lực
nén P

Răng cắt
Mặt
gƣơng
Hình 5.5 Cơ chế cắt phácủa răng cắt máy đào lò

5.3. Sơ đồ cắt phá gƣơng bằng máy đào lị.
Cơng tác phávỡ đất đá bằng một đầu xoay với 16 hoặc 32 dao cắt đƣợc gắn
vào cần dài. Cần có thể xoay quanh một khớp cầu nên có thể đƣa đầu xoay tới mọi
điểm trên gƣơng lò, khi tiếp xúc với đất đá cơ cấu đầu xốy hoạt động phávỡ đất đá.
Trì
nh tự phá gƣơng khoáng sản của máy phụ thuộc nhiều vào yếu tố: Thế nằm của vỉa;
tì
nh trạng của nóc lị; độ bền của khống sản và đất đá; hình dạng và kích thƣớc tiết
diện của đƣờng lò; sự tồn tại của các lớp đá kẹp…Đối với các combai có bộ phận
cơng tác dạng quả xoáy, sơ đồ phá gƣơng đƣợc thể hiện nhƣ trong hình vẽ
Trong trƣờng hợp khống sản dễ bị pháhuỷ, đầu tiên ngƣời ta tiến hành phá
theo chu vi của lò vàphần giữa gƣơng lò sẽ đƣợc tiến hành phásau cùng. Quy trình
này sẽ làm giảm mức độ đập vỡ khống sản. Trong trƣờng hợp khống sản có độ bền
lớn hơn, thì phƣơng pháp phá theo từng lớp ngang theo hƣớng từ dƣới lên trên sẽ là
giải pháp tốt nhất. Sơ đồ phá gƣơng này còn tạo ra những điều kiện dễ dàng cho công
tác xúc bốc và làm gia tăng năng suất của máy xúc.

88


4

3
8

5

 9


7
10



1



4
6





5



2

1









8

7









6


3


2


Hình 5.7 Sơ đồ đào phá gƣơng lị
5.4. Đào lò bằng máy TBM
5.4.1 Khái niệm chung
Đào hầm bằng máy (đối ngƣợc với phƣơng pháp truyền thống) là phƣơng pháp
mà cơng tác đào đƣợc thực hiện hồn tồn bằng máy thơng qua hệ thống các răng,
mũi khoan cơ giới hóa.
Những công nghệ đào hầm bằng máy ngày nay rất đa dạng với nhiều chủng
loại máy móc khác nhau. Từ những cỗ máy đào đơn giản cho đến các cỗ máy phức
tạp đảm nhiệm không chỉ nhiệm vụ khoan đào trong lòng đất mà cả nhiệm vụ đảm
bảo khả năng chống đỡ cho kết cấu trong q trình thi cơng.
Các kiểu chống đỡ phổ biến là chống theo phƣơng vng góc với hƣớng đào
(Shield TBM) hoặc chống đỡ gƣơng đào (TBM áp lực đất hoặc TBM áp lực bùn).
Đối với đa phần các thiết bị, công tác đƣa chất thải trong q trình khoan đào
ra khỏi hầm cũng nhƣ cơng tác thi công lớp vỏ hầm bằng bê tông đúc sẵn cũng đƣợc
thực hiện trong thiết bị đào hầm.
5.4.2 Một số dạng TBM
1. TBM dạng mở
Máy đào hầm mở là dạng máy đào không sử dụng kết cấu chống đỡ gƣơng đào
trong qtrình thi cơng. Dạng máy này có thể đƣợc sử dụng ở những điều kiện địa
chất khơng có nƣớc ngầm hoặc những nơi mà mực nƣớc ngầm thấp.
* Gripper TBM: Gripper TBM là dạng máy đào hầm đào toàn bộ gƣơng đào trong
vòng 1 bƣớc tiến. Máy di chuyển bằng cách chống các thanh chống (grip) vng góc
với thành hầm. Máy đào này hoạt động theo 2 pha:
- Đào hầm (grip đƣợc giữ cố định)

- Di chuyển vàcố định lại grip
89


Hì
nh 5.8 TBM dạng Grip

* Shield TBM: Đây là dạng máy sử dụng các xy lanh thủy lực chống lên phần vỏ hầm
đƣợc thi cơng ngay phía sau gƣơng đào để đẩy máy đào hầm tiến lên.

Hì
nh 5.9 Shield TBM

* Double Shield TBM: Đây là dòng máy vừa kết hợp giữa 2 dịng máy bên trên.
Nó vừa sử dụng các grip vừa sử dụng các xy lanh thủy lực chống lên lớp áo hầm phía
sau. Máy cho tốc độ thi cơng nhanh chóng hơn hẳn trong điều kiện địa chất ổn định.
2. TBM dùng áp lực khínén
TBM dùng áp lực khí nén là dạng máy TBM mà khí nén đƣợc sử dụng để
chống đỡ áp lực gƣơng đào gây ra do áp lực nƣớc tĩnh. Thiết bị này phù hợp với vùng
địa chất đất khơng ổn định có sự xuất hiện của nƣớc ngầm.
90