LỜI NÓI ĐẦU
Để phát triển nền kinh tế quốc dân Đảng và Nhà nƣớc đã vạch ra kế hoạch phát
triển mạnh mẽ hệ thống xây dựng cơ sở hạ tầng và một số ngành cơng nghiệp, trong số
đó có ngành khai thác khoáng sản, xây dựng các nhà máy thủy điện, phát triển hệ
thống giao thông đặc biệt là hệ thống giao thông ngầm nhằm giảm thiểu hiện tƣợng ắc
tắc giao thông... Hiện nay ở Việt Nam lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm đang bắt
đầu phát triển, một số cơng trình ngầm đã đƣợc xây dựng nhƣ các cơng trình ngầm
giao thơng (hầm đèo Hải Vân, Đèo Ngang, A Rồng 1, A Rồng 2,...), các cơng trình
ngầm thủy điện (nhƣ Thủy điện Sông Đà, Yali, A vƣơng, Nậm Chiến,...), các cơng
trình ngầm trong mỏ đã phát triển từ rất lâu, hiện tại các dự án xây dựng các công trình
tầu điện ngầm đang bắt đầu phát triển, trƣớc tiên là ở hai thành phố lớn là Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh, các hầm đƣờng bộ qua các nút giao thơng...
Giáo trình “Quy hoạch và thiết kế cấu tạo cơng trình ngầm” đƣợc biên soạn
làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên chuyên ngành xây dựng mỏ và cơng
trình ngầm bậc Đại học và làm tài liệu tham khảo cho chuyên ngành Công nghệ kỹ
thuật cơng trình xây dựng Hầm và Cầu. Ngồi ra giáo trình cịn sử dụng làm tài liệu
tham khảo cho các nhà thiết kế, chỉ đạo và thi công sản xuất trong ngành Xây dựng
cơng trình ngầm. Góp phần đáp ứng kịp thời với xu hƣớng phát triển lĩnh vực xây
dựng cơng trình ngầm hiện nay.
Cấu trúc giáo trình gồm 9 chƣơng, với tổng cộng 205 trang, sử dụng 31 tài liệu
tham khảo. Nội dung giáo trình bao gồm những vấn đề: giới thiệu tổng quan về quy
hoạch hệ thống công trình ngầm trong mỏ, thiết kế các cơng trình ngầm và hệ thống
cơng trình ngầm trong mỏ, thiết kế cơng trình ngầm giao thơng, các cơng trình ngầm
thủy cơng và các cơng trình hầm tầu điện ngầm...
Trong đó TS. Vũ Đức Quyết đảm nhận biên soạn chƣơng 2, chƣơng 3, chƣơng
6, chƣơng 7, chƣơng 8 và chƣơng 9, ThS. Nguyễn Việt Cƣờng đảm nhận biên soạn
chƣơng 1, chƣơng 4 và chƣơng 5.
Trong q trình biên soạn, chúng tơi đã cố gắng chọn lọc những thông tin ngắn
gọn, tổng hợp những kiến thức trong các giáo trình liên quan đến mơn học của các tác
giả trong và ngồi nƣớc.
Tuy đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhƣng do biên soạn lần đầu nên khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tơi rất mong nhận đƣợc sự góp ý kiến của các
bạn đồng nghiệp, các sinh viên và bạn đọc khi sử dụng giáo trình này để giáo trình
đƣợc hồn thiện tốt hơn cho các lần biên soạn sau.
Quảng Ninh, ngày 29 tháng 5 năm 2017
Chủ biên
TS. Vũ Đức Quyết
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH NGẦM
TRONG MỎ .................................................................................................................... 5
1.1 Khái niệm chung ....................................................................................................... 5
1.2 Sơ đồ mở vỉa và chuẩn bị khai thác khoáng sản ....................................................... 5
1.2.1 Mở vỉa bằng lò bằng ............................................................................................. 6
1.2.2 Mở vỉa bằng giếng nghiêng .................................................................................. 8
1.2.3 Mở vỉa bằng giếng đứng ..................................................................................... 10
1.3 Hệ thống cơng trình ngầm trong mỏ ....................................................................... 11
1.4 Phân loại cơng trình ngầm ...................................................................................... 13
1.4.1 Theo cơng dụng .................................................................................................. 13
1.4.2 Theo vị trí thế nằm.............................................................................................. 14
1.4.3 Theo diện tích tiết diện đào ................................................................................ 14
1.4.4 Tƣơng quan giữa chiều dài và chiều rộng cơng trình ngầm ............................... 14
1.5 Ngun lý thiết kế quy hoạch cấu tạo cơng trình ngầm.......................................... 14
1.5.1 Cơng tác thiết kế và bài toán kỹ thuật ................................................................ 15
1.5.2 Các giai đoạn trong quá trình thiết kế ................................................................ 19
1.6 Thiết kế quy hoạch cơng trình ngầm đơn chiếc ...................................................... 20
1.7 Thiết kế quy hoạch hệ thống cơng trình ngầm trong mỏ khai thác khống sản ..... 23
Câu hỏi ơn tập chƣơng 1 ................................................................................................ 24
CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẤU TẠO GIẾNG ĐỨNG ......................... 25
2.1 Khái niệm chung ..................................................................................................... 25
2.2 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang và kết cấu chống giữ giếng đứng ................... 27
2.2.1 Hình dạng mặt cắt ngang giếng đứng ................................................................. 27
2.2.2 Kết cấu chống của giếng đứng ........................................................................... 28
2.3 Thiết kế cấu tạo cốt giếng đứng .............................................................................. 29
2.3.1 Cốt giếng cứng .................................................................................................... 29
2.3.2 Đặc điểm thùng trục ........................................................................................... 29
2.3.3 Sơ đồ bố trí cốt giếng.......................................................................................... 30
2.4 Các dạng tải trọng tác dụng lên cốt giếng ............................................................... 40
2.5 Thiết kế ngăn thang, ngăn chứa ống dẫn, cáp dẫn trong giếng............................... 40
2.6 Thiết kế quy hoạch mặt cắt ngang giếng đứng ....................................................... 42
2.6.1 Các cơ sở thiết kế tiết diện ngang giếng ............................................................. 42
2.6.2 Các phƣơng pháp xác định tiết diện của giếng mỏ............................................. 43
2.7 Thiết kế cổ giếng đứng ........................................................................................... 47
2.8 Thiết kế đáy giếng ................................................................................................... 49
Câu hỏi ôn tập chƣơng 2 ................................................................................................ 50
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẤU TẠO LÒ BẰNG VÀ LÒ NGHIÊNG 51
3.1 Khái niệm chung ..................................................................................................... 51
3.2 Thiết kế quy hoạch lò bằng ..................................................................................... 51
3.2.1 Thiết kế quy hoạch lò bằng trên mặt cắt dọc và trên bình đồ............................. 51
3.2.2 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang lị bằng ........................................................ 52
3.2.3 Thiết kế mặt cắt ngang đƣờng lò ........................................................................ 54
3.3 Thiết kế quy hoạch cấu tạo cơng trình ngầm nằm nghiêng ....................................64
3.3.1 Khái niệm chung ................................................................................................. 64
3.3.2 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm nằm nghiêng trên mặt cắt dọc và trên bình
đồ
.......................................................................................................................... 65
1
3.3.3 Thiết kế quy hoạch cấu tạo giếng nghiêng ......................................................... 65
3.3.4 Thiết kế quy hoạch cấu tạo các đƣờng lò thƣợng và lò hạ ................................. 66
3.3.5 Thiết kế quy hoạch cấu tạo lò nghiêng tháo than ............................................... 67
3.3.6 Thiết kế quy hoạch cấu tạo tổ hợp cơng trình ngầm tại vị trí đầu, chân lị thƣợng
và lị hạ .......................................................................................................................... 68
3.4 Thiết kế quy hoạch và cấu tạo các đoạn lò nối giao cắt nhau ................................. 71
3.4.1 Trƣờng hợp chống các đoạn lò giao cắt nhau bằng gỗ ....................................... 72
3.4.2 Trƣờng hợp chống các đoạn lò giao cắt nhau bằng kim loại.............................. 74
3.4.3 Trƣờng hợp chống các đoạn lò giao cắt nhau bằng bê tông ............................... 75
3.4.4 Thiết kế quy hoạch cấu tạo các đoạn lò nối giao cắt nhau giữa lị bằng và lị
nghiêng .......................................................................................................................... 75
Câu hỏi ơn tập chƣơng 3 ................................................................................................ 76
CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẤU TẠO SÂN GIẾNG ............................. 78
4.1 Khái niệm chung ..................................................................................................... 78
4.2 Lựa chọn hình dạng sân giếng đứng ....................................................................... 79
4.3 Thiết kế quy hoạch cấu tạo sân giếng đứng ............................................................ 80
4.3.1 Ảnh hƣởng của các yếu tố đến hình dạng của sân giếng .................................... 80
4.3.2 Các sơ đồ công nghệ vận tải sân giếng ............................................................... 83
4.4 Thiết kế quy hoạch cấu tạo sân giếng nghiếng ....................................................... 86
4.5 Thiết kế tính tốn các thông số chủ yếu của giếng đứng ........................................ 88
4.5.1 Vị trí tƣơng hỗ giữa các giếng ............................................................................ 88
4.5.2 Hình dạng sân giếng ........................................................................................... 89
4.5.3 Dung lƣợng vận tải của sân giếng ...................................................................... 89
4.5.4 Bán kính của các đoạn lị vịng vận tải chính ..................................................... 90
4.5.5 Mặt cắt dọc của đƣờng lị vận tải trong sân giếng .............................................. 90
4.5.6 Kích thƣớc trụ bảo vệ ......................................................................................... 90
4.5.7 Tiết diện của các đƣờng lị vận tải trong sân giếng ............................................ 91
4.5.8 Hình dạng tiết diện ngang các đƣờng lò và hầm trạm sân giếng........................ 91
4.5.9 Kết cấu chống giữ các đƣờng lò vận tải và hầm trạm sân giếng ....................... 91
4.5.10 Độ nghiêng của các rãnh thoát nƣớc .................................................................. 92
4.6 Thiết kế lựa chọn sơ bộ khối lƣợng các đƣờng lò, hầm trạm trong sân giếng ....... 92
4.6.1 Khối lƣợng các đƣờng lò trong sân giếng .......................................................... 92
4.6.2 Khối lƣợng các hầm trạm và đƣờng lò phụ trợ trong sân giếng ......................... 92
4.7 Khả năng thông qua của sân giếng ......................................................................... 93
Câu hỏi ôn tập chƣơng 4 ................................................................................................ 95
CHƢƠNG 5. THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẤU TẠO HẦM TRẠM ............................ 96
TRONG SÂN GIẾNG ................................................................................................... 96
5.1 Khái niệm chung ..................................................................................................... 96
5.2 Thiết kế hầm nối sân giếng với giếng thùng cũi ..................................................... 96
5.2.1 Vị trí .................................................................................................................... 96
5.2.2 Thiết kế hình dạng, kích thƣớc ........................................................................... 96
5.3 Thiết kế quy hoạch cấu tạo tổ hợp hầm trạm tháo tải, định lƣợng, rót tải cho giếng
thùng skíp ...................................................................................................................... 98
5.3.1 Cơng dụng, vị trí ................................................................................................. 98
5.3.2 Thiết kế hầm thảo tải ........................................................................................ 100
5.3.3 Thiết kế hầm bunke .......................................................................................... 101
5.3.4 Hầm định lƣợng ................................................................................................ 103
5.4 Thiết kế tổ hợp hầm trạm tháo tải, định lƣợng và rót tải cho các mỏ quặng ........ 106
2
5.5 Thiết kế quy hoạch cấu tạo tổ hợp hầm trạm bơm ngầm trung tâm ..................... 107
5.5.1 Công dụng......................................................................................................... 107
5.5.2 Hầm bơm chính ................................................................................................ 107
5.5.3 Đƣờng lị dẫn nƣớc thải nối hầm bơm với giếng thùng cũi .............................. 110
5.5.4 Hầm chứa nƣớc ................................................................................................. 110
5.6 Thiết kế quy hoạch cấu tạo trạm biến thế ngầm trung tâm ................................... 112
5.7 Thiết kế quy hoạch cấu tạo tổ hợp kho thuốc nổ ngầm ........................................ 113
5.8 Thiết kế cấu tạo tổ hợp các đƣờng lò, hầm trạm sửa chữa đầu tầu điện ............... 115
5.8.1 Hầm sửa chữa tầu điện cần vẹt ......................................................................... 115
5.8.2 Hầm sửa chữa tầu điện ắc quy .......................................................................... 116
5.9 Thiết kế quy hoạch cấu tạo các hầm trạm phụ trợ ................................................ 118
5.9.1 Hầm đợi ............................................................................................................ 118
5.9.2 Hầm cứu thƣơng ............................................................................................... 119
5.9.3 Hầm chứa tầu điện cứu hoả .............................................................................. 120
5.9.4 Hầm cấp cứu mỏ ............................................................................................... 120
5.9.5 Hầm bảo quản và sửa chữa máy khoan ............................................................ 120
5.9.6 Hầm điều phối .................................................................................................. 121
5.9.7 Các đoạn lò nối ................................................................................................. 121
5.9.8 Hầm vệ sinh ...................................................................................................... 122
Câu hỏi ôn tập chƣơng 5 .............................................................................................. 122
CHƢƠNG 6. THIẾT KẾ QUY HOẠCH ĐƢỜNG HẦM ĐƢỜNG SẮT.................. 123
6.1 Khái niệm chung ................................................................................................... 123
6.2 Các nguyên tắc chung khi thiết kế hầm đƣờng sắt ............................................... 125
6.3 Nguyên lý cơ bản thiết kế đƣờng hầm đƣờng sắt trên mặt cắt dọc ...................... 125
6.3.1 Những yêu cầu cơ bản trong nguyên lý thiết kế tuyến hầm trên mặt cắt dọc .. 125
6.3.2 Xác định vị trí hầm theo độ cao ........................................................................ 126
6.3.3 Trắc dọc của đƣờng hầm đƣờng sắt .................................................................. 127
6.4 Thiết kế hầm đƣờng sắt trên bình đồ .................................................................... 129
6.5 Thiết kế mặt cắt ngang hầm đƣờng sắt ................................................................. 130
6.5.1 Chọn số lƣợng đƣờng xe cho đƣờng hầm......................................................... 130
6.5.2 Khổ hầm và mặt cắt ngang sử dụng cho đƣờng hầm ....................................... 131
6.6 Vật liệu và kết cấu chống giữ đƣờng hầm đƣờng sắt
134
6.6.1 Vật liệu để xây dựng vỏ hầm ............................................................................ 134
6.6.2 Kết cấu vỏ hầm ................................................................................................. 136
6.7 Thiết kế cửa hầm và hệ thống thoát nƣớc
139
6.7.1 Cửa hầm ............................................................................................................ 139
6.7.2 Hầm tránh ......................................................................................................... 147
6.7.3 Hệ thống thốt nƣớc ......................................................................................... 148
Câu hỏi ơn tập chƣơng 6.............................................................................................. 148
CHƢƠNG 7. THIẾT KẾ QUY HOẠCH ĐƢỜNG HẦM Ô TÔ ................................ 149
7.1 Khái niệm chung
149
7.2 Nguyên lý cơ bản thiết kế tuyến đƣờng hầm ôtô
150
7.3 Đƣờng bao gần đúng, số đƣờng xe và hình dạng mặt cắt ngang đƣờng hầm
152
7.3.1 Đƣờng bao gần đúng......................................................................................... 152
7.3.2 Số lƣợng đƣờng xe............................................................................................ 152
7.3.3 Hình dạng bên trong vỏ chống đƣờng hầm ...................................................... 152
7.4 Vật liệu và kết cấu chống hầm đƣờng ô tô ........................................................... 153
7.5 Nguyên lý thiết kế trục đƣờng hầm ôtô dƣới sông - biển ..................................... 155
3
7.6 Đƣờng bao gần đúng và hình dạng mặt cắt ngang hầm dƣới sông biển ............... 157
7.7 Cấu tạo cửa hầm .................................................................................................... 158
7.8 Cơng tác thơng gió cho đƣờng hầm ơ tơ ............................................................... 159
7.8.1 Mục đích thơng gió ........................................................................................... 159
7.8.2 Các phƣơng pháp thơng gió .............................................................................. 160
7.9 Biện pháp chống thấm cho đƣờng hầm ôtô .......................................................... 165
7.10 Công tác chiếu sáng .......................................................................................... 166
7.11 Hầm bố trí thiết bị vật liệu và các dụng cụ khác .............................................. 167
Câu hỏi ôn tập chƣơng 7 .............................................................................................. 167
CHƢƠNG 8. THIẾT KẾ QUY HOẠCH HỆ THỐNG TẦU ĐIỆN NGẦM THÀNH
PHỐ ........................................................................................................................ 168
8.1 Khái niệm chung ................................................................................................... 168
8.2 Thiết kế tuyến đƣờng tầu điện ngầm .................................................................... 169
8.2.1 Nguyên lý lựa chọn tuyến hầm tầu điện ngầm ................................................. 169
8.2.2 Thiết kế tuyến đƣờng hầm tầu điện ngầm trên bình đồ .................................... 170
8.2.3 Thiết kế tuyến tầu điện ngầm trên mặt cắt dọc ................................................. 172
8.3 Đƣờng bao gần đúng cho mặt cắt ngang đƣờng hầm ........................................... 172
8.4 Thiết kế hầm tầu điện ngầm nối giữa các ga ........................................................ 176
8.5 Thiết kế hầm rẽ và hầm nối................................................................................... 178
8.5.1 Các đƣờng rẽ ..................................................................................................... 178
8.5.2 Hang cụt ............................................................................................................ 179
8.5.3 Hầm phân nhánh ............................................................................................... 179
8.5.4 Cửa thông với mặt đất của các hầm nối giữa các ga ........................................ 179
8.6 Thiết kế ga tầu điện ngầm ..................................................................................... 180
8.6.1 Khái niệm chung ............................................................................................... 180
8.6.2 Phân loại ga ...................................................................................................... 181
8.6.3 Xác định kích thƣớc của ga tầu điện ngầm....................................................... 184
8.6.4 Kết cấu chống giữ cho ga tầu điện ngầm.......................................................... 186
Câu hỏi ôn tập chƣơng 8 .............................................................................................. 190
CHƢƠNG 9. THIẾT KẾ QUY HOẠCH CẤU TẠO CÁC CƠNG TRÌNH NGẦM
THUỶ CƠNG - THUỶ LỢI........................................................................................ 191
9.1 Thiết kế các đƣờng hầm thủy công – thủy lợi ...................................................... 191
9.1.1 Khái niệm.......................................................................................................... 191
9.1.2 Phân loại đƣờng hầm thủy công – thủy lợi....................................................... 191
9.1.3 Hình dạng mặt cắt ngang của đƣờng hầm thủy cơng – thủy lợi ....................... 192
9.1.4 Kích thƣớc mặt cắt ngang đƣờng hầm.............................................................. 193
9.1.5 Chọn tuyến cho đƣờng hầm .............................................................................. 194
9.1.6 Cửa vào đƣờng hầm .......................................................................................... 194
9.2 Thiết kế các nhà máy thuỷ điện ngầm .................................................................. 195
9.2.1 Khái niệm chung ............................................................................................... 196
9.2.2 Sơ đồ hệ thống hầm trạm, đƣờng hầm trong nhà máy thuỷ điện ngầm ........... 196
9.2.3 Thiết kế các đƣờng hầm của nhà máy thuỷ điện ngầm .................................... 199
9.3 Thiết kế các đƣờng hầm thuỷ lợi có cơng dụng đặc biệt ...................................... 206
9.3.1 Thiết kế các đƣờng hầm dẫn thải và nắn dòng chảy ........................................ 206
9.3.2 Thiết kế đƣờng hầm dùng cho tầu thuyền qua lại ............................................ 206
Câu hỏi ôn tập chƣơng 9 .............................................................................................. 207
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................208
4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH
NGẦM TRONG MỎ
1.1 Khái niệm chung
Cơng trình xây dựng là những cơng trình nhân tạo, đƣợc tạo thành do con ngƣời
sử dụng các vật liệu xây dựng, máy móc thiết bị lắp đặt ở trên mặt đất, dƣới mặt đất,
dƣới mặt nƣớc hoặc trên mặt nƣớc, dựa trên cơ sở thiết kế. Cơng trình xây dựng bao
gồm cơng trình xây dựng cơng cộng, nhà ở, cơng trình cơng nghiệp, giao thơng, cơng
trình ngầm, mỏ và các cơng trình khác…
Quy hoạch xây dựng là việc tổ chức hoặc định hƣớng tổ chức không gian vùng,
không gian đô thị và điểm dân cƣ, hệ thống cơng trình hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội,
tạo lập mơi trƣờng sống thích hợp cho ngƣời dân sinh sống tại các vùng lãnh thổ đó,
đảm bảo kết hợp hài hịa giữa lợi ích quốc gia và lợi ích cộng đồng, đáp ứng đƣợc các
mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trƣờng.
Không gian xây dựng ngầm là không gian dƣới mặt đất đƣợc sử dụng cho mục
đích xây dựng cơng trình ngầm.
Quy hoạch khơng gian xây dựng ngầm là việc tổ chức không gian xây dựng
dƣới mặt đất để xây dựng cơng trình ngầm.
Quy hoạch xây dựng các cơng trình ngầm cần đảm bảo sử dụng đất hợp lý, tiết
kiệm và hiệu quả; đảm bảo kết nối tƣơng thích và đồng bộ, an tồn các cơng trình
ngầm và giữa cơng trình ngầm với các cơng trình trên mặt đất; đảm bảo các yêu cầu
khai thác công trình đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, đảm bảo yêu cầu về bảo vệ môi
trƣờng và nguồn nƣớc ngầm, kết hợp chặt chẽ với các yêu cầu về an ninh và quốc
phịng.
Quy hoạch hệ thống cơng trình ngầm cần có các hiểu biết về quy hoạch, kỹ
thuật và cơng nghệ xây dựng, quản lý, vận hành theo các kiến thức, kinh nghiệm và
thành tựu của các nƣớc phát triển.
Quy hoạch cơng trình ngầm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: điều kiện địa
chất cơng trình, địa chất thủy văn; yêu cầu về không gian ngầm hiện tại và tƣơng lai;
các chức năng về cơng năng của cơng trình ngầm...
Hiện nay, trên thế giới việc tham gia quy hoạch cơng trình ngầm là sự kết hợp
của kiến trúc sƣ, kỹ sƣ, luật sƣ, nhà phong thủy và ngƣời dân để tạo ra cơng trình có
hiệu quả xây dựng cao, nâng cao đƣợc giá trị sử dụng của hệ thống cơng trình, giảm
thiểu đƣợc chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành của dự án.
Trong quy hoạch xây dựng hệ thống cơng trình ngầm ở Việt Nam vẫn cịn một
số bất cập sau đây:
- Chƣa có quy hoạch tổng thể (đặc biệt là đô thị ngầm);
- Phát triển công trình ngầm do các ngành và các chủ đầu tƣ khác nhau thực
hiện;
- Sự cố cơng trình ngầm xảy ra thƣờng xuyên do thiếu về kiến thức, kỹ năng,
kinh nghiệm;
- Chất lƣợng khảo sát, mơ hình tính tốn, cơng nghệ thi cơng, cơng nghệ quản
lý, quan trắc cơng trình ngầm còn nhiều hạn chế;
- Thiếu các chỉ dẫn, quy chuẩn, tiêu chuẩn về cơng trình ngầm..
1.2 Sơ đồ mở vỉa và chuẩn bị khai thác khoáng sản
Khi khai thác bằng phƣơng pháp khai thác hầm lò, để tiếp cận đƣợc khống sản
ngƣời ta đào các đƣờng lị từ mặt đất xuyên qua các lớp đất đá bao bọc xung quanh
5
thân khoáng sản tới gặp khoáng sản nhằm đảm bảo cho công việc chuẩn bị nằm trong
giới hạn ruộng mỏ để tiến hành khai thác. Những đƣờng lò đƣợc đào từ mặt đất tới gặp
khoáng sản đƣợc gọi là đƣờng lị mở vỉa.
Những sơ đồ mở vỉa có thể sử dụng nhƣ: mở vỉa bằng cặp lò bằng, cặp giếng
nghiêng, cặp giếng đứng, ngồi ra có thể mở vỉa kết hợp giữa giếng đứng và lò bằng,
giếng đứng và giếng nghiêng, giếng nghiêng và lò bằng, khi mở cụm vỉa phải làm
thêm những đƣờng lò xuyên vỉa, giếng mù, lò nghiêng v.v..
Có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến việc lựa chọn sơ đồ mở vỉa nhƣng có thể
chia thanh 3 yếu tố chính sau:
+ Những yếu tố địa chất chính: Số vỉa cần mở, khoảng cách giữa các vỉa, chiều dày
và độ dốc các vỉa, độ sâu và điều kiện khoáng sản, mức độ phá hoại kiến tạo của các vỉa,
địa hình, đặc tính của than, đất đá, chiều dày đất đá xung quanh.
+ Những yếu tố kỹ thuật: Sản lƣợng hàng năm, thời gian tồn tại của mỏ, trữ
lƣợng cơng nghiệp, hình dạng và kích thƣớc ruộng mỏ, mức độ kĩ thuật khai thác mỏ,
các cơng trình trên bề mặt mỏ phải bảo vệ .v.v..
+ Các yếu tố kinh tế: Mức độ vốn đầu tƣ, thời gian mở vỉa, giá thành v.v..
Trên cơ sở 3 yếu tố trên ta tiến hành phân tích để lựa chọn đƣợc sơ đồ mở vỉa
cho phù hợp. Sơ đồ mở vỉa hợp lý phải là sơ đồ đảm bảo đƣợc đa số các yêu cầu sau:
+ Chi phí ban đầu nhỏ nhất;
+ Khối lƣợng cơng việc mở vỉa ít;
+ Thời gian mở vỉa ngắn;
+ Vận tải qua các đƣờng lò cùng loại vận chuyển ít phân cấp;
+ Đảm bảo mọi mức có trữ lƣợng vừa đủ để tránh đào sâu thêm giếng trong một
khoảng thời gian ngắn;
+ Vệ sinh mỏ tốt;
+ Đảm bảo sơ đồ thơng gió đúng và đơn giản;
Những u cầu trên thƣờng khó thỏa mãn đồng thời, bởi vậy để lựa chọn đƣợc
cách mở vỉa hợp lý cần phải phân tích về mặt kỹ thuật – kinh tế của nhiều phƣơng án
mở vỉa, khi lựa chọn phƣơng án mở vỉa cần kể đến kế hoạch lâu dài trong tƣơng lai.
Việc lựa chọn đƣợc sơ đồ mở vỉa hợp lý sẽ sớm đƣa mỏ vào sản xuất nhanh thu
hồi vốn đầu tƣ, giải quyết đƣợc công ăn việc làm cho số lƣợng lớn lực lƣợng lao động,
nâng cao năng suất lao động của mỏ, giảm đƣợc giá thành khai thác 1 tấn than.
Sau khi đào các đƣờng lò mở vỉa để tiếp cận với khoáng sản, ta tiến hành xây
dựng các đƣờng lò chuẩn bị khai thác nhƣ: Lò dọc vỉa, lò thƣợng, lò hạ, lò họng sáo, lò
song song... để phục vụ cho q trình khai thác khống sản. Ngoài ra đối với mở vỉa
bằng giếng đứng, giếng nghiêng, cần phải có hệ thống các cơng trình ngầm trung gian
nhƣ hệ thống sân ga, hầm trạm…
1.2.1 Mở vỉa bằng lò bằng
Lò bằng đƣợc dùng để mở vỉa cho các ruộng than nằm ở những vùng dạng đồi
núi, khi các phƣơng pháp mở vỉa bằng giếng đứng hoặc giếng nghiêng khơng có lợi về
kinh tế và kĩ thuật.
Vị trí đặt lò bằng cần đáp ứng các yêu cầu sau:
Cửa lị bằng cần có đủ diện tích để bố trí mặt bằng cơng nghiệp của mỏ;
Có khả năng liên hệ đƣợc với các tuyến đƣờng giao thông quốc gia chính, kể
cả đƣờng sắt, đƣờng bộ hay đƣờng thủy;
Cửa lị bằng phải nằm ở vị trí cao hơn mực nƣớc lũ lịch sử 50 cm;
6
Lị bằng mở vỉa phải đƣợc bố trí ở mức sao cho phần lớn trữ lƣợng của ruộng
than nằm cao hơn mức lò bằng, tức là phần lớn trữ lƣợng sẽ đƣợc khai thác mà không
cần trục tải và đƣợc thoát nƣớc tự nhiên.
Mức khai thác là phần ruộng than đƣợc giới hạn theo chiều dốc, có đƣờng lị
vận tải chính hay có một bậc trục tải riêng biệt. Ruộng than nằm ngang hoặc dốc thoải
thƣờng chỉ có một mức khai thác, còn ruộng than dốc nghiêng hay dốc đứng thì có
nhiều mức khai thác. Cũng nhƣ ruộng than, mỗi mức khai thác thƣờng đƣợc chia làm
hai cánh theo phƣơng của vỉa .
Hình 1 - 1. Mở vỉa bằng lò bằng với một mức khai thác
Việc xây dựng các đƣờng lò mở vỉa và chuẩn bị thể hiện trên hình vẽ đƣợc tiến
hành theo thứ tự sau:
Đầu tiên từ vị trí đặt cửa lị hợp lý ngƣời ta đào đồng thời hai lị bằng chính (1)
và phụ (2), đi song song với nhau và cách nhau một khoảng là 3040m, theo hƣơng
hớp với phƣơng vỉa một góc nào đó, sao cho chúng có thể cắt vỉa ở khoảng giữa ruộng
than. Tiếp theo, từ các lò bằng, đào lò dọc vỉa vận tải chính (3) đi về hai cánh của
ruộng than, khi cần thiết có thể đào thêm lị dọc vỉa (4) nằm song song với nó. Hai
đƣờng lị này đƣợc đào tới khoảng giữa của các khoảnh gần nhất; dể dễ dàng thơng gió
chúng trong q trình đào, ở mỗi khoảng dài 40-60m ngƣời ta lại đào thông chúng với
nhau bằng các lị nối (16). Cơng việc tiếp tục là xây dựng các sân ga (5) ở chân các lị
thƣợng của khoảnh. Khi đã có sân ga ngƣời ta đào đồng thời các lị thƣợng chính (6)
và phụ (7) ngƣợc chiều dốc của vỉa trong đó lị thƣợng chính chỉ cần đào lên tới mức
vận tải của dải trên cùng, cịn các lị thƣợng phụ có thể đƣợc đào thẳng lên lộ vỉa thơng
ra mặt đất, chúng cũng có thể chỉ đƣợc đào lên tới biên giới trên của ruộng than. Trong
trƣờng hợp đầu, máy trục tải của lò thƣợng đƣợc bố trí trên mặt đất. cị trong trƣờng
hợp sau nó đƣợc lắp đặt trong buồng đặt máy (10) đƣợc xây dựng cùng lúc với lò bằng
7
thơng gió (11). Để dễ dàng thơng gió các lị thƣợng khi đào chúng, qua mỗi khoảng
40-60m chúng lại đƣợc thơng với nhau bằng các lị nối (16). Việc cuối cùng của công
tác mở vỉa là xây dựng các sân ga tƣơng ứng ở mức vận tải (8) và mức thơng gió (9)
của dải trên cùng. Đến đây hình thành một mạng hầm lị thơng suốt và đảm bảo điều
kiện để tiến hành chuẩn bị các khu khai thác.
Việc chuẩn bị dải khấu trên cùng đƣợc bắt đầu bằng việc đào vào các lị dọc vỉa
vận tải (12) và thơng gió (13) của nó. Hai đƣờng lị này đƣợc đào theo phƣơng, từ sân
ga (8) và (9) đi về hai cánh đến biên giới của khoảnh. Cuối cùng, chúng đƣợc nối
thơng với nhau bằng các lị cắt (14). Các cơng tác khấu than có thể bắt đầu từ đây và lị
cắt sẽ chuyển thành lị chợ.
Để đảm bảo tính liên tục của các công tác khấu than, trƣớc khi khai thác hết trữ
lƣợng của dải trên cùng cần phải chuẩn bị kịp thời dải thứ hai. Nhƣ thế có nghĩa là
việc chuẩn bị dải thứ hai phải đƣợc bắt đầu trong khi đang khai thác dải thứ nhất.
Việc chuẩn bị dải thứ hai, cũng nhƣ các dải tiếp theo, bao gồm : đào sân ga ở
mức vận tải của dải đó; từ sân ga đào lị dọc vỉa vận tải về hai cánh tới biên giới của
khoảnh; đào lò cắt nối thơng lị dọc vỉa vận tải mới với lị dọc vỉa vẩn tại cũ của dải
phía trên. Nhƣ vậy, lò dọc vỉa vẩn tải của dải trên cần phải đƣợc bảo vệ để làm lị dọc
vỉa thơng gió cho dải dƣới. Tất nhiên, lị dọc vỉa thơng gió của dải trên cùng (13) có
thể bị loại bỏ dần, do hết tác dụng khi nằm ở phía sau lị chợ (15).
Trƣớc khi khai thác hết trữ lƣợng của cặp khoảnh đầu tiên, cần phải tiếp tục mở
vỉa và chuẩn bị xong khoảnh thứ hai. Trƣớc khi khai thác hết trữ lƣợng của phần ruộng
than thuộc lò thƣợng, cần phải chuẩn bị kịp thời tuyến lò chợ ở các khoảnh mới thuộc
lị hạ… Cứ nhƣ vậy, các cơng việc chuẩn bị và khai thác sẽ đƣợc tiến hành liên tục
trong phạm vi ruộng than, cho đến khi mỏ ngừng hoạt động.
Phƣơng pháp mở vỉa bằng lị bằng có những ƣu điểm hơn hẳn so với các
phƣơng pháp khác. Đó là các cơng trình và thiết bị trên mặt bằng cơng nghiệp rất đơn
giản; chi phí đào và bảo vệ các đƣờng lò mở vỉa nhỏ, thời gian xây dựng mỏ ngắn, có
thể áp dụng thốt nƣớc tự nhiên và khơng cần trục tải cho phần trữ lƣợng nằm trên
mức lò bằng.
Phƣơng pháp mở vỉa bằng lò bằng hiện nay đang đƣợc áp dụng rộng rãi cho các
mỏ hầm lò nƣớc ta. Phƣơng pháp này phù hợp với các vỉa than đang đƣợc khai thác,
nằm trong các địa tầng dạng đồi núi. Tuy nhiên, trong tƣơng lai không xa, khi cần phải
khai thác các phần trữ lƣợng nằm sâu dƣới đất, chúng ta phải chuyển sang các phƣơng
pháp khác.
1.2.2 Mở vỉa bằng giếng nghiêng
Khi mở vỉa bằng giếng nghiêng cho các vỉa than, các giếng nghiêng có thể đƣợc
đào trong đá trụ hay đá vách của vỉa hoặc đào dọc theo vỉa than. Trên Hình 1 - 2 là sơ
đồ mở vỉa bằng giếng nghiêng cho vỉa than dốc thoải với giếng nghiêng đƣợc đào dọc
theo vỉa than.
Ở đây, thứ tự đào các đƣờng lò mở vỉa và chuẩn bị nhƣ sau: ở khoảng giữa
ruộng than, từ nơi có địa hình thuận tiện để bố trí mặt bằng cơng nghiệp tiến hành đào
đồng thời hai giếng nghiêng chính (1) và phụ (2). Chúng đƣợc đào tới độ sâu tƣơng
ứng với mức vận tải của tầng thứ hai.
Tiếp theo xây dựng sân giếng (3) ở mức vận tải của tầng thứ nhất, còn ở trên
mức thơng gió của tầng này chỉ cần đào sân giếng đơn giản. Từ các sân giếng đào về
hai cánh các lị dọc vỉa vận tải (4) và thơng gió (5) của tầng thứ nhất. Khi các lị này
8
đào đƣợc khoảng 3050m, ngƣời ta nối thông chúng với nhau bằng lò cắt (7), rồi đào
tiếp lò dọc vỉa vận tải (4) thêm một khoảng nữa (3050m).
Hình 1 - 2. Mở vỉa bằng giếng nghiêng theo vỉa
Đến đây, có thể bắt đầu tiến hành khai thác than ở các lò cắt (7) và chúng sẽ trở
thành các lò chợ (6). Trong quá trình khai thác than cần phải thƣờng xuyên đào tiếp
hai lò chuẩn bị: lò dọc vỉa vận tải (4) ln ln vƣợt trƣớc lị chợ một khoảng 30-50m
để dễ dàng thực hiện việc chuyển tải than ở chân lị chợ, cịn lị dọc vỉa thơng gió (5)
có thể có gƣơng trùng với gƣơng lị chợ hoặc vƣợt trƣớc một khoảng ngắn là 15-20m,
để loại trừ sự ảnh hƣởng lẫn nhau giữa cơng tác đào lị chuẩn bị và cơng tác khai thác
trong lị chợ.
Để đảm bảo ổn định về sản lƣợng mỏ, trƣớc khi khai thác hết trữ lƣợng của
tầng thứ nhất cần chuẩn bị kịp thời tầng thứ hai, tức là xây dựng sân giếng (3’), đào lò
dọc vỉa vân tải (4’) và các lò cắt (7’) của tầng thứ hai. Lò dọc vỉa vận tải (4) của tầng
thứ nhất sẽ đƣợc dùng làm lò dọc vỉa thơng gió cho tầng thứ hai. Cùng với các công
việc trên phải đào sâu thêm hai giếng đến mức vận tải của tầng thứ ba.
Mọi việc sẽ đƣợc lặp đi lặp lại nhƣ đã nêu trên cho đến khi mỏ dừng hoạt động.
So với phƣơng pháp mở vỉa bằng giếng đứng, mở vỉa bằng giếng nghiêng có ƣu
điểm nhƣ sau:
Chi phí kiến thiết cơ bản cho việc xây dựng mặt bằng công nghiệp và đào
giếng nghiêng tƣơng đối nhỏ;
Thời gian xây dựng mỏ ngắn;
Đào giếng nghiêng theo vỉa than tạo điền kiện để thăm dò trữ lƣợng kỹ hơn
và lấy đƣợc than để sử dụng cho nhu cầu xây dựng;
Sơ đồ vận tải đơn giản và khi góc nghiêng của giếng khơng vƣợt q 17180
thì có thể băng tải hóa hồn tồn hệ thống vận tải mỏ.
Tuy nhiên, mở vỉa bằng giếng nghiêng cũng có những nhƣợc điểm sau:
Chi phí bảo vệ các giếng nghiêng lớn, vì ở cùng một độ sâu, chiều dài của
chúng lớn hơn khá nhiều chiều dài của giếng đứng;
Khi góc nghiêng của giếng lớn hơn 180 thƣờng phải áp dụng trục tải để vận
tải than lên mặt đất thì khả năng thơng tải của giếng nghiêng bị hạn chế.
Phạm vi áp dụng của phƣơng pháp mở vỉa bằng giếng nghiêng theo vỉa bị ràng
buộc bởi các điều kiện sau đây:
9
Chiều dày lớp đất đá phủ không quá 50m, trong đó khơng có tầng cát chảy;
Độ dốc của vỉa lớn hơn 250, thế nằm của vỉa ổn định;
Chiều dài của giếng nghiêng không lớn hơn 18002000m để khơng gây khó
khăn cho vận tải phụ và trục tải than bằng cáp (nếu có)
Trong ruộng than chỉ có một, hai vỉa than hoặc cùng lắm là ba vỉa than. Khi
có nhiều vỉa trong ruộng than, việc liên hệ giếng nghiêng với các vỉa sẽ trở nên khó
khăn, các sơ đồ vận tải và thơng gió sẽ phức tạp thêm rất nhiều.
a)
b)
c)
2
1
3
Hình 1 - 3. Các phương án mở vỉa bằng giếng nghiêng trong đá
1- Giếng nghiêng trong đá trụ; 2- Giếng nghiêng trong đá vách;
3- Giếng nghiêng đào từ vách sang trụ.
1.2.3 Mở vỉa bằng giếng đứng
Trong những trƣờng hợp khơng thể áp dụng mở vỉa bằng lị bằng và giếng
nghiêng, đặc biệt là ở các ruộng than nằm sâu trong lòng đất, ngƣời ta tiến hành mở
vỉa cho ruộng than bằng giếng đứng. Tùy theo điều kiện dạng nằm cụ thể của ruộng
than, có thể áp dụng những sơ đồ mở vỉa khác nhau bằng giếng đứng. Ở phần này
chúng ta sẽ xét đến hai phƣơng pháp mở vỉa bằng giếng đứng khá điển hình là:
Mở vỉa bằng giếng đứng cho một vỉa than dốc thoải có một mức khai thác và
đƣợc chia thành các khoảnh;
Mở vỉa cho cụm vỉa dốc đứng bằng giếng đứng và các lị xun vỉa theo tầng.
Hình 1 - 4. Sơ đồ mở vỉa bằng giếng đứng
10
10
11
5
6
7
3
4
2
1
8
3'
4'
9
Hình 1 - 5. Sơ đồ mở vỉa bằng giếng đứng ở nhiều mức với lò xuyên vỉa mức
1- Giếng chính; 2- Giếng phụ; 3, 3’- Đường lị trong sân ga;
4, 4’- Lò xuyên vỉa vận chuyển; 5- Lò dọc vỉa thơng gió; 6, 8- lị dọc vỉa phân tầng;
7, 9- Lị dọc vỉa vận tải; 10- Giếng thốt gió; 11- Lị nối giữa lị dọc vỉa thơng gió của
2 vỉa
9
7
9
7
1=2
7
5
6
8
8
4
8
3
Hình 1 - 6. Mở vỉa bằng giếng nghiêng với lị xun vỉa chính
1, 2- Cặp giếng nghiêng; 3- Đường lò trong sân ga; 4- Lò dọc vỉa vận tải mức;
5- Lị dọc vỉa thơng gió; 6- Lị xun vỉa mức; 7- Cặp lò thượng của mỗi vỉa;
8- Cặp lò hạ của mỗi vỉa; 9- Giếng thốt gió của mỗi vỉa
1.3 Hệ thống cơng trình ngầm trong mỏ
Hiện nay, hệ thống các cơng trình ngầm trong mỏ hầm lị đƣợc chia thành hai
nhóm là hệ thống các đƣờng lị và hệ thống hầm trạm.
* Hệ thống các đường lò gồm:
Các đường lò thẳng đứng gồm: giếng đứng, phỗng, giếng mù, giếng thơng gió.
- Giếng đứng là đƣờng lị thẳng đứng, có lối thơng trực tiếp ra mặt đất, dùng
để trục tải khống sản, ngƣời và vật liệu, đồng thời cịn dùng để thơng gió. Cần phân
biệt giếng đứng chính và giếng đứng phụ. Giếng chính dùng để trục tải khống sản lên
mặt đất và cịn là đƣờng thốt gió bẩn, cũng có khi cịn đƣợc dùng để trục đá thải lên
mặt đất. Giếng phụ dùng để vận chuyển ngƣời, đƣa vật liệu và thiết bị vào mỏ, dẫn gió
sạch vào mỏ và cũng có khi dùng để trục đá thải lên mặt đất thay cho giếng chính.
- Phỗng là đƣờng lị thẳng đứng, khơng có lối thơng trực tiếp ra mặt đất, dùng
để vận chuyển khoáng sản, ngƣời, vật liệu và thiết bị từ mức cao hơn xuống mức thấp
hơn.
11
- Giếng mù là đƣờng lị thẳng đứng, khơng có lối thông trực tiếp ra mặt đất,
dùng để vận chuyển khoáng sản, ngƣời, vật liệu và thiết bị từ mức thấp hơn lên mức
cao hơn.
- Giếng thơng gió là đƣờng lị thẳng đứng, có lối thơng trực tiếp lên mặt đất,
chủ yếu làm đƣờng thốt gió bẩn cho mỏ, cũng có thể là đƣờng cấp vật liệu và thiết bị
vào mỏ.
Các đường lò nằm nghiêng gồm: giếng nghiêng, giếng nghiêng thơng gió, lị
thƣợng, lị hạ, họng sáo, lị tháo khống sản.
- Giếng nghiêng là đƣờng lị nằm nghiêng, có lối thơng trực tiếp ra mặt đất, có
cơng dụng giống nhƣ giếng đứng. Giếng nghiêng phân thành hai loại là giếng nghiêng
chính và giếng nghiêng phụ. Góc nghiêng của giếng thƣờng lấy phụ thuộc vào loại
thiết bị vận tải đƣợc sử dụng trong giếng. Nếu dùng băng tải để vận chuyển khống
sản theo giếng nghiêng lên mặt đất thì nó có độ dốc nhỏ hơn 180. Cịn nếu dùng trục
tải thì độ dốc của giếng thƣờng không vƣợt quá 250.
- Giếng nghiêng thơng gió là đƣờng lị nằm nghiêng, có lối thơng trực tiếp ra
mặt đất, thƣờng có chiều sâu tƣơng ứng với độ dày của lớp đất phủ. Công dụng của nó
giống nhƣ giếng đứng thơng gió.
- Lị thƣợng là đƣờng lị nằm nghiêng theo vỉa than, khơng có lối thông trực
tiếp ra mặt đất. Tùy theo công dụng ngƣời ta phân biệt lị thƣợng chính và lị thƣợng
phụ. Lị thƣợng chính dùng để vận chuyển khống sản theo chiều dốc xuống nhờ các
thiết bị vận tải. Lò thƣợng phụ đƣợc đào song song với lị thƣợng chính và dùng để
làm lối đi cho cơng nhân, nó cũng là đƣờng cấp vật liệu, thiết bị và gió sạch cho các
khu khai thác.
- Lò hạ là đƣờng lò nằm nghiêng theo vỉa than, khơng có lối thơng trực tiếp ra
mặt đất, dùng để vận chuyển khoáng sản theo chiều từ dƣới lên trên. Giống lò thƣợng,
ngƣời ta phân biệt lò hạ chính và lị hạ phụ.
- Lị tháo khống sản là đƣờng lị nằm nghiêng, khơng có lối thơng trực tiếp ra
mặt đất, dùng để tháo khoáng sản tự chảy.
- Họng sáo là đƣờng lị nằm nghiêng theo vỉa, khơng có lối thông trực tiếp ra
mặt đất, thƣờng đƣợc đào ngƣợc chiều dốc, lối thơng giữa lị dọc vỉa với lị song song.
Họng sáo dùng để thơng gió, làm lối đi và để vận chuyển khoáng sản hoặc vật liệu.
Các đường lò nằm ngang gồm: lò mở vỉa, lò xuyên vỉa, lị dọc vỉa, lị song song.
Các đƣờng lị này có độ dốc 4-5%0 để tiện lợi cho việc vận tải bằng đƣờng gng và
dễ thốt nƣớc.
- Lị bằng mở vỉa là đƣờng lị nằm ngang, có lối thơng trực tiếp ra mặt đất, có
cơng dụng nhƣ giếng đứng và giếng nghiêng.
- Lị xun vỉa là đƣờng lị nằm ngang, khơng có lối thơng trực tiếp ra mặt đất,
thƣờng đƣợc đào xuyên qua các vỉa hoặc lớp đất đá, có tác dụng nối thông giếng đứng,
giếng nghiêng… với các vỉa than, hoặc liên hệ các vỉa than trong một cụm vỉa với
nhau. Theo cơng dụng, ta có lị xun vỉa vận tải và lị xun vỉa thơng gió.
- Lị dọc vỉa là đƣờng lị nằm ngang, khơng có lối thơng trực tiếp ra mặt đất
thƣờng đƣợc đào theo phƣơng của vỉa. Theo cơng dụng cần phân biệt lị dọc vỉa vận
tải và lị dọc vỉa thơng gió. Lị dọc vỉa có thể đƣợc đào theo vỉa than cũng có thể đƣợc
đào trong đá, song song với phƣơng của vỉa.
- Lò song song là đƣờng lị nằm ngang, khơng có lối thơng trực tiếp ra mặt đất,
đƣợc đào trong vỉa than, song song và gần với lò dọc vỉa vận tải hay lị dọc vỉa thơng
gió với mục đích phụ trợ cho chúng.
12
- Lò nối là đƣờng lò nằm ngang hoặc nghiêng, đƣợc đào để nối thơng các cặp
đƣờng lị đi song song với nhau (giếng nghiêng, lò thƣợng, lò hạ, lò dọc vỉa…) nhằm
mục đích thơng gió.
* Hệ thống các hầm trạm và các đường lò trong sân giếng
Hầm nối sân giếng với giếng thùng cũi, hầm tháo tải, định lƣợng, rót tải cho
giếng thùng skíp, hầm trạm bơm ngầm trung tâm, hầm chứa thuốc nổ, hầm sửa chữa
tầu điện và các hầm trạm phụ trợ.
Hệ thống các đƣờng lò vận tải trong sân giếng và các đƣờng lò nối giữa nó với
hệ thống các hầm trạm trong khu vực sân giếng.
Vị trí của các đƣờng hầm trong mỏ đƣợc xác định tùy thuộc vào phƣơng án mở
vỉa đƣợc lựa chọn, phƣơng án khai thác, điều kiện an toàn lao động, góc dốc của vỉa,
diện tích của ruộng mỏ, điều kiện địa chất và thời gian tồn tại của đƣờng lò...
1.4 Phân loại cơng trình ngầm
1.4.1 Theo cơng dụng
Tùy theo mục đích sử dụng cơng trình ngầm có thể chia cơng trình ngầm ra làm
một số nhóm:
- Cơng trình ngầm khai thác khống sản: đây là loại cơng trình sử dụng để khai thác
tài ngun khống sản, tìm kiếm ngun vật liệu nhƣ hệ thống các đƣờng lò, hầm trạm
phục vụ trong các mỏ than hầm lò, các mỏ quặng v.v.. Đây là những cơng trình có tuổi thọ
tùy theo sản lƣợng của các mỏ và có yêu cầu kiến trúc khơng cao nên ngƣời ta chỉ cần bảo
đảm an tồn trong khi sử dụng chứ ít quan tâm đến tính thẩm mỹ của nó. Các cơng trình
ngầm khai thác khống sản gồm đƣờng lò mở vỉa, đƣờng lò xuyên vỉa, đƣờng lò dọc vỉa,
đƣờng lò thƣợng, lò hạ, lò song song và hệ thống các hầm trạm.
- Cơng trình ngầm giao thơng: đây là nhóm cơng trình phục vụ cho lợi ích giao
thơng cơng cộng, chúng có thể là những đƣờng hầm đƣờng sắt, đƣờng hầm ô tô xuyên
núi, các hệ thống metro trong thành phố... đặc điểm của loại cơng trình này là tuổi thọ
cao, u cầu thẩm mỹ và kiến trúc cao.
- Cơng trình ngầm thủy lợi, thủy điện: đây là nhóm các cơng trình cung cấp nƣớc
cho thủy lợi và thủy nông các nhà máy thủy điện. Những cơng trình ngầm trong hệ
thống này thƣờng có chiều dài khơng lớn lắm, tuy nhiên đây là nhóm cơng trình ngầm
có thƣờng có các giai đoạn làm việc khác nhau và chế độ làm việc cũng khác nhau đó là
chế độ làm việc khi khơng có nƣớc chảy bên trong (khi thi công và khi sửa chữa) và khi
đi vào hoạt động ngoài áp lực đất đá bên ngoài tác động cịn có nƣớc và áp lực nƣớc bên
trong nên khi thiết kế và thi cơng các cơng trình ngầm trong nhóm này cũng có những
đặc điểm và yêu cầu riêng.
- Cơng trình ngầm dân dụng: Những cơng trình ngầm trong nhóm này bao gồm
các tầng hầm trong các nhà cao tầng, các gara để xe ngầm, hệ thống đƣờng hầm kỹ
thuật dùng để đặt ống nƣớc sinh hoạt, nƣớc thải, cáp điện, cáp quang...phục vụ nhu cầu
sinh hoạt của nhân dân. Kích thƣớc tiết diện ngang những cơng trình này thƣờng
khơng lớn tuy nhiên u cầu về kiến trúc lại cao hơn hẳn những cơng trình phục vụ
khai thác khống sản vì chúng có tuổi thọ cao hơn hẳn và thời gian tồn tại lâu dài.
- Cơng trình ngầm đặc biệt: đây là nhóm những cơng trình ngầm phục vụ mục
đích qn sự, quốc phịng, các nhà máy ngầm... nhóm những cơng trình này có đặc
điểm là cần sự kiên cố cao và nằm bí mật trong lịng đất. Thơng thƣờng kích thƣớc tiết
diện ngang của chúng nhƣ những phịng, tiền sảnh, những kho để vũ khí đạn dƣợc
cũng nhƣ những nhà máy sản xuất trang thiết bị quân sự ngầm.
13
1.4.2 Theo vị trí thế nằm
Cơng trình ngầm có thể có những dạng, thế nằm khác nhau. Trong xây dựng
cơng trình ngầm tùy thuộc vào góc nghiêng của trục cơng trình ngầm với phƣơng nằm
ngang mà ngƣời ta có thể chia ra:
- Cơng trình ngầm nằm ngang (khi góc nghiêng của trục cơng trình ngầm với
phƣơng ngang khơng q 0 50)
- Cơng trình ngầm nằm nghiêng ( khi góc nghiêng 50< <850)
- Cơng trình ngầm thẳng đứng khi góc nghiêng = 900 50
Tùy theo tƣơng quan của cơng trình ngầm với mặt lộ ngƣời ta cũng có thể chia
cơng trình ngầm ra làm 2 dạng:
- Cơng trình ngầm nằm ở gần mặt đất khi chiều sâu đặt cơng trình ngầm khơng
q 12 m so với mặt lộ.
- Cơng trình ngầm nằm sâu trong lịng đất khi chiều sâu đặt cơng trình ngầm
lớn hơn 12 m so với mặt lộ
1.4.3 Theo diện tích tiết diện đào
Tùy theo diện tích tiết diện gƣơng đào mà ngƣời ta cũng có thể chia cơng
trình ngầm ra làm 3 nhóm:
- Cơng trình ngầm tiết diện nhỏ: những cơng trình ngầm dạng này thƣờng có
tiết diện sử dụng S<18 m2 loại này thƣờng là những cơng trình ngầm dân dụng và các
đƣờng lị trong các mỏ.
- Cơng trình ngầm tiết diện trung bình: thƣờng có S=(1832) m2
- Cơng trình ngầm tiết diện lớn: khi S>32 m2 ngƣời ta hay gọi là công trình
ngầm có tiết diện lớn đa số chúng là các cơng trình phục vụ lợi ích giao thơng vận tải
và thủy điện trung bình và lớn.
1.4.4 Tương quan giữa chiều dài và chiều rộng cơng trình ngầm
Theo đặc điểm kích thƣớc giữa hai chiều cơng trình ngầm ngƣời ta có thể chia
cơng trình ngầm ra làm hai nhóm:
- Khi các cơng trình ngầm có kích thƣớc chiều dài lớn hơn nhiều lần chiều
rộng và chiều cao thì ngƣời ta thƣờng gọi chung chúng là các đƣờng lị, đƣờng hầm.
Những cơng trình ngầm dạng này thì có thể có chiều dài từ vài chục, vài trăm thậm chí
hàng chục kilơmét.
- Các hầm trạm: những cơng trình ngầm có tƣơng quan chênh lệch giữa chiều dài,
chiều rộng và chiều cao không quá lớn, những cơng trình ngầm nhƣ vậy ngƣời ta thƣờng
gọi là các hầm trạm ví dụ nhƣ: các gian máy trong hệ thống nhà máy thủy điện ngầm, các
hầm sữa chữa đề pô tầu điện ngầm, trạm bơm, trạm biến áp ngầm.v.v...
1.5 Nguyên lý thiết kế quy hoạch cấu tạo cơng trình ngầm
Trong q trình thiết kế phải tạo ra hệ thống những hình tƣợng của hạng mục
cơng trình kỹ thuật thiết kế hoặc của quá trình kỹ thuật thiết kế. Để cho những hình
tƣợng đó có thể trở nên dễ tiếp nhận, dễ hiểu đối với những ngƣời thực hiện (ngƣời thợ
xây dựng, các tổ chức xây dựng), chúng sẽ phải đƣợc thể hiện dƣới dạng các ngôn ngữ
bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ, các phép tính tốn, bảng biểu, giải trình và đƣợc gọi là tài liệu
thiết kế - dự tốn thiết kế.
Vai trị và ý nghĩa của quá trình thiết kế lớn hơn rất nhiều so với công việc đơn
thuần chuẩn bị các bản vẽ kỹ thuật thiết kế, các bản thuyết minh dự tốn cho cơng trình
xây dựng. Trong các thiết kế xây dựng cơng trình ngầm cần chú ý tới việc nâng cao hiệu
14
quả vốn đầu tƣ cơ bản; vấn đề nhanh chóng đƣa cơng trình ngầm vào sử dụng; vấn đề
nhanh chóng đạt cơng suất thiết kế cho cơng trình ngầm xây dựng; giảm thời gian và giá
thành xây dựng trong khi vẫn đảm bảo những yêu cầu về chất lƣợng cao cho các cơng
trình xây lắp cơng trình. Vai trị đặc biệt quan trọng để nâng cao chất lƣợng thiết kế,
mức độ hợp lý của giải pháp thiết kế, sự gia tăng năng suất lao động cho ngƣời thiết kế
và giảm thời gian thiết kế chính là các hệ thống cơ giới hóa – tự động hóa thiết kế, thiết
lập các tài liệu dự tốn thiết kế. Trong đó, vấn đề sử dụng các phƣơng pháp tối ƣu hóa
tìm kiếm giải pháp thiết kế, tối ƣu hóa thiết kế các cơng trình ngầm cụ thể đóng vai trị
đặc biệt quan trọng. Ngồi những u cầu trên, để cơng tác thiết kế phù hợp với tiêu
chuẩn, đảm bảo kỹ thuật các giải pháp thiết kế cần xây dựng dựa trên cơ sở các tiêu
chuẩn và quy chuẩn xây dựng của Nhà nƣớc ban hành. Trong cơng tác thiết kế cơng
trình ngầm cần phải sử dụng các tài liệu tiêu chuẩn sau:
1. Luật Xây dựng, số 16/2003/QH11. Luật này quy định về hoạt động xây dựng.
2. Nghị định Chính phủ Số 08/2005/NĐ-CP ngày 24/01/2005 về Quy hoạch xây dựng.
3. Thông tƣ số 15/2005/TT-BXD ngày 19/8/2005 Hƣớng dẫn lập, thẩm định, phê
duyệt quy hoạch xây dựng.
4. Nghị định Chính phủ Số 41/2007/NĐ-CP ngày 22/03/2007 về Xây dựng ngầm đô
thị. Nghị định này hƣớng dẫn thi hành Luật Xây dựng về các yêu cầu đặc thù của hoạt
động xây dựng ngầm đô thị tại Việt Nam.
5. Nghị định Chính phủ số 39/2010/NĐ-CP ngày 07/04/2010 về Quản lý không gian
xây dựng ngầm đô thị.
6. Nghị định Chính phủ số 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 về Quản lý dự án đầu tƣ
xây dựng cơng trình.
7. QCVN 08: 2009/TT-BXD ngày 14/8/2009 về Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng
trình ngầm đô thị.
8. Quyết định số 35/2006/QĐ-BCN ngày 13/9/2006 của Bộ trƣởng Bộ Công nghiệp về
Quy phạm kỹ thuật khai thác than hầm lị và diệp thạch.
9. Thơng tƣ số 03/2011/TT-BCT ngày 15/2/2011 của Bộ trƣởng Bộ Công thƣơng về
Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lị QCVN
01:2011/BCT.
1.5.1 Cơng tác thiết kế và bài tốn kỹ thuật
Để bắt đầu xây dựng một cơng trình phải có bản thiết kế “Projectus – thiết kế”.
Đây là ngun hình hay ngun mẫu cơng trình, quy trình hay chi tiết xây dựng.
Công tác thiết kế gọi là quá trình thành lập các cơng trình, quy trình hoặc chi
tiết mới với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, môi trƣờng, xã hội... cao nhất, giá thành nhỏ
nhất trên cơ sở sử dụng các tài liệu gốc ban đầu và các kiến thức khoa học. Công tác
thiết kế là tổng hợp các giải pháp cho bài toán kỹ thuật, vấn đề kỹ thuật. Vấn đề kỹ
thuật thƣờng xuất hiện khi cần phải có sự thay đổi hệ thống từ trạng thái này sang
trạng thái khác. Bài toán kỹ thuật nào cũng có điêu kiện ban đầu (điều kiện đầu vào)
và trạng thái cần đạt đƣợc (đầu ra). Kết quả lời giải bài tốn kỹ thuật sẽ tạo nên cơng
trình, quy trình hoặc chi tiết xây dựng thông qua việc sử dụng các quy luật tự nhiên để
chuyển trạng thái cho hệ từ đầu vào đến đầu ra (Hình 1 - 7).
Cơng trình là hệ thống các đƣờng lị, các hầm trạm, cơng trình trên mặt mỏ...
Quy trình là cơng nghệ, các cơng tác tổ chức xây dựng, quy trình là trình tự thực hiện
các bƣớc cơng việc nào đó theo thời gian và khơng gian. Mỗi cơng trình và quy trình
có thể đƣợc cấu tạo từ nhiều chi tiết khác nhau: Cơng tác thiết kế là q trình thiết lập
các cơng trình, qui trình, chi tiết mới với tổ hợp các hiệu quả kinh tế, chính trị, xã hội,
15
môi trƣờng.v.v…một cách cao nhất, với giá thành nhỏ nhất, trên cơ sở sử dụng các tài
liệu ban đầu và kiến thức khoa học.
Công tác thiết kế là tổng hợp các giải pháp cho bài toán kỹ thuật hoặc vấn đề kỹ
thuật.
Quy luật tự nhiên
Đầu vào
Cơng trình, quy
trình, chi tiết
Đầu ra
Hình 1 - 7. Lời giải bài tốn kỹ thuật
Dƣới dạng cụ thể hơn, bài tốn kỹ thuật nhằm tìm kiếm, hình thành một cơng
trình, một quy trình hoặc một chi tiết kỹ thuật nào đó trong những điều kiện ban đầu
nào đó và những kết quả nhất định nào đó (đầu ra). Nói cách khác, ngƣời thiết kế sau
khi giải quyết xong bài toán kỹ thuật sẽ tạo ra cơng trình, quy trình hoặc chi tiết kỹ
thuật cụ thể có lợi cho con ngƣời. Trong q trình này, ngƣời thiết kế phải sử dụng các
quy luật tự nhiên đã tìm đƣợc trƣớc đó, xem xét những điều kiện cho trƣớc ban đầu và
những đặc tính đầu ra của cơng trình, quy trình hoặc chi tiết kỹ thuật mà anh ta phải
tạo ra.
Cho trƣớc
Cần phải tìm
Đầu vào
Cơng trình, quy trình,
chi tiết
Quy luật tự nhiên
Đầu ra
Hình 1 - 8. Bài tốn kỹ thuật
Phần lớn các bài tốn kỹ thuật có rất nhiều lời giải, nghĩa là có rất nhiều
phƣơng pháp biến đổi trạng thái. Trên thực tế, bài toán kỹ thuật sẽ khơng tồn tại nếu
khơng có nhiều phƣơng pháp kỹ thuật khác nhau để đạt đƣợc những kết quả theo u
cầu của bài tốn. Bài tốn kỹ thuật cũng khơng thể tồn tại, nếu tất cả các giải pháp kỹ
thuật có thể đều tốt nhƣ nhau. Bài tốn kỹ thuật khơng phải địi hỏi sự tìm kiếm một
giải pháp kỹ thuật đầu tiên bất kỳ mà phải là giải pháp tốt hơn (hoặc tốt nhất) theo
những kết quả yêu cầu cho trƣớc, đặt trƣớc nào đó. Dấu hiệu chủ yếu, theo đó để tìm
kiếm, lựa chọn giải pháp kỹ thuật từ các giải pháp kỹ thuật có thể gọi là tiêu chuẩn.
Trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, thơng thƣờng
trong bài tốn kỹ thuật tồn tại những lời giải riêng, lời giải đặc biệt. Việc sử dụng
những lời giải này không thể tránh đƣợc, vì chúng đƣợc xác định bằng kinh nghiệm
qua hệ thống quy trình, quy phạm hay bằng uy tín khoa học của các nhà chuyên môn
lớn trong ngành. Những lời giải kỹ thuật nhƣ vậy phải đƣợc đƣa vào trong bài toán kỹ
thuật và chúng đƣợc gọi là những điều kiện biên, điều kiện hạn chế cho bài toán.
Theo GS. Popov V.L. q trình giải một bài tốn kỹ thuật là một quá trình
nhiều bƣớc, lặp đi lặp lại theo hình xốy trơn ốc. Bƣớc sau tốt hơn bƣớc trƣớc. Bƣớc
trƣớc là tiền đề gợi mở, cơ sở cho bƣớc tiếp theo. Quy trình giải bài tốn kỹ thuật thể
hiện trên sơ đồ Hình 1 - 9.
16
Đặt vấn đề cho bài toán kỹ thuật. Trên cơ sở dự báo các sơ đồ tổng thể, các kết
quả nghiên cứu khoa học, ngƣời thiết kế sẽ tiến hành xác định những yêu cầu cho bài
toán thiết kế và hình thành bài tốn kỹ thuật chủ yếu. Thơng thƣờng bài toán kỹ thuật
đƣợc đặt vấn đề dƣới dạng yêu cầu thiết kế. Cùng với yêu cầu thiết kế, thông thƣờng
ngƣời thiết kế cịn nhận đƣợc từ phía ngƣời đặt hàng thiết kế các dữ liệu, số liệu ban
đầu cần thiết cho phƣơng án giải quyết bài toán kỹ thuật (cơ sở kinh tế - kỹ thuật; số
liệu và điều kiện địa chất, điều kiện xây dựng; các số liệu về khu vực xây dựng...).
Thông thƣờng trong giai đoạn này ngƣời thiết kế phải trả lời câu hỏi “làm cái gì”.
Nêu vấn đề
Xác định bài tốn kỹ thuật
Hình thành ý tƣởng, ý niệm cho
giải pháp thiết kế
Thay đổi kỹ thuật
Phân tích kỹ thuật
Khơng tốt
Tìm kiếm và đƣa ra kết
quả
Lựa chọn phƣơng án
giải quyết
Tốt
Trình bày phƣơng án thiết kế
Giám định, thơng qua
phƣơng án thiết kế
Khơng tốt
Tốt
Thực hiện phƣơng án thiết kế
Hình 1 - 9. Sơ đồ thể hiện quy trình giải bải toán kỹ thuật
Xác định bài toán kỹ thuật. Trƣớc khi bắt đầu giải quyết bài toán kỹ thuật,
ngƣời thiết kế phải tiến hành nghiên cứu, làm sáng tỏ mục đích thiết kế. Mục đích thiết
kế có thể xác định thơng qua u cầu thiết kế hoặc từ đặc tính thiết kế. Sau đó, ngƣời
thiết kế phải đánh giá các dữ liệu ban đầu; nghiên cứu các tài liệu khoa học, cơng nghệ,
các phát minh, sáng chế, các quy trình, quy phạm thiết kế...có liên quan tới việc giải
quyết bài tốn kỹ thuật. Trên cơ sở đó, ngƣời thiết kế rút ra những kết luận từ các tài
liệu ban đầu cũng nhƣ từ những nguồn thơng tin khác. Q trình làm sáng tỏ mục đích
17
thiết kế, thiết lập những kết luận cần thiết từ các tài liệu gốc ban đầu gọi là “xác định
bài toán kỹ thuật”. Trong giai đoạn này ngƣời thiết kế cần phải trả lời câu hỏi “Làm
cái đó để cho mục đích gì?”.
Hình thành ý niệm, ý định kỹ thuật cho giải pháp thiết kế. Trên cơ sở mục đích
thiết kế, những kết luận từ các tài liệu gốc ban đầu; ngƣời thiết kế tiến hành tìm kiếm
các giải pháp kỹ thuật có thể và hình thành ý niệm, ý tƣởng kỹ thuật để giải quyết bài
toán kỹ thuật dƣới dạng sơ đồ ngun tắc cơng trình, quy trình, chi tiết cần phải thiết
kế. Nhiều khi đây là việc sử dụng một khn mẫu hoặc một phƣơng án nào đó của nó.
Tuy nhiên, giải pháp thiết kế phải là phƣơng án mang tính sáng tạo. Nó phải chứa
đựng trong mình những đặc tính mới mẻ, đặc tính có ích, tính hiệu quả và đặc tính
giản đơn. Vì vậy, giải pháp thiết kế chỉ có thể tìm đƣợc trên cơ sở lao động sáng tạo.
Trong giai đoạn này ngƣời thiết kế phải trả lời câu hỏi “Để đạt đƣợc mục đích cho
trƣớc, định trƣớc thì phải làm cái đó nhƣ thế nào?”.
Phân tích kỹ thuật. Sau khi xác định xong sơ đồ nguyên tắc cho bài toán kỹ
thuật, ngƣời thiết kế phải bắt đầu q trình phân tích kỹ thuật (tính toán, tiếp nhận các
số liệu, giữ liệu cho giải pháp kỹ thuật). Phân tích kỹ thuật bao gồm hai phần liên kết
hữu cơ với nhau: “Khái niệm hóa” và “tối ƣu hóa”. “Khái niệm hóa” là hình thức cao
nhất của cảm giác con ngƣời. Thơng qua kiến thức, nó thể hiện vật thể dƣới dạng hiện
tƣợng, hình ảnh của chúng. Khái niệm “tối ƣu hóa” thƣờng đƣợc hiểu nhƣ là tìm kiếm
một cái gì đó tốt nhất theo một tiêu chuẩn nào đó. Trong giai đoạn này, ngƣời thiết kế
tiến hành “phân tích phƣơng pháp; chỉ ra ƣu, nhƣợc điểm của lời giải”.
Đƣa ra kết quả và lựa chọn phƣơng án giải quyết. Đây là kết quả của quá trình
phân tích kỹ thuật. Tại đây, các kết quả sẽ đƣợc phân tích, so sánh với yêu cầu, mục
đích, mục tiêu của bài tốn kỹ thuật. Sau đó, ngƣời thiết kế sẽ thay đổi, cải thiện các
thơng số, đặc tính của phƣơng án giải quyết đến thời điểm chúng trở nên thỏa mãn
những u cầu, mục đích thiết kế. Q trình này đƣợc thực hiện theo những chu kỳ
đƣợc lặp đi, lặp lại khác nhau. Sau mỗi chu kỳ, phƣơng án giải quyết cho bài toán kỹ
thuật sẽ trở nên tốt hơn và tiến dần đến phƣơng án tối ƣu. Số lƣợng phƣơng án đƣợc
chọn lựa càng nhiều (phụ thuộc vào quỹ thời gian và khả năng tài chính cho phép) thì
sẽ tạo nên điều kiện tốt hơn để tìm kiếm giải pháp tốt nhất.
Sơ đồ giải bài toán kỹ thuật thiết kế trên hình 1.3. cho thấy, quá trình giải bài
tốn kỹ thuật là một q trình tìm kiếm giải pháp bao gồm nhiều bƣớc. Các bƣớc lặp đi
lặp lại, nối tiếp nhau, tiếp cận dần đến chân lý. Phƣơng pháp giải bài toán kỹ thuật nhƣ
vậy tồn tại cho đến nay do nguyên nhân chủ yếu nhƣ sau: tại thời điểm hiện tại ngƣời
thiết kế không thể biết bằng phƣơng pháp nào có thể tìm ra giải pháp thiết kế tốt nhất.
Ngƣời thiết kế chỉ có thể thiết lập đƣợc phƣơng án thử nghiệm cho giải pháp thiết kế,
phân tích nó và thay đổi các thơng số của nó. Trên cơ sở đó, ngƣời thiết kế sẽ xây
dựng một chiến lƣợc, một quá trình tiến dần đến giải pháp tối ƣu cho bài tốn kỹ thuật.
Nhìn chung, q trình giải quyết bài toán kỹ thuật phát triển theo quy luật các hệ
thống phức tạp. Trong đó, một phƣơng án này là kết quả của một phƣơng án khác, còn
quá trình thiết lập phƣơng án tổng thể sẽ phải phát triển từ mức độ không xác định cao
hơn xuống mức độ khơng xác định thấp hơn. Kết quả sẽ hình thành một mạng lƣới liên
kết, nối tiếp với nhau trên cơ sở các nhánh của nhiều phƣơng án giải quyết bài toán kỹ
thuật. Giữa các phƣơng án giải quyết tồn tại những mối liên hệ qua lại rất phức tạp.
Trong q trình phân tích giải pháp cho bài tốn kỹ thuật, ngƣời thiết kế thƣờng
phải tiến hành phối hợp với các bài tốn kỹ thuật khác. Khi đó có thể xẩy ra trƣờng
hợp, sau khi so sánh các phƣơng án, thì phƣơng án đƣợc chọn để giải quyết bài tốn kỹ
thuật không phải là phƣơng án tối ƣu. Trong trƣờng hợp này, ngƣời thiết kế phải quay
18
trở lại sơ đồ nguyên tắc; tiến hành các tính tốn cần thiết để có thể lựa chọn các
phƣơng án tối ƣu có xét tới những yếu tố ảnh hƣởng mà trƣớc đó chƣa xem xét đến (sơ
đồ ngƣợc).
Trình bày phƣơng án thiết kế. Sau khi lựa chọn phƣơng án giải quyết, ngƣời
thiết kế cần phải làm cho hệ thống các hình tƣợng ý niệm, ý tƣởng kỹ thuật của cơng
trình hay quy trình trở nên dễ hiểu và hồn tồn có thể thực hiện đƣợc trên thực tế. Nói
cách khác, ngƣời thiết kế phải tiến hành hoàn thiện chúng dƣới dạng các tài liệu kinh
tế - kỹ thuật – bản thiết kế.
Giám định và thông qua thiết kế. Trƣớc khi thông qua, thiết kế phải đƣợc kiểm
tra, nhận xét và giám định theo các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế quan trọng nhất. Các
chuyên gia giám định kỹ thuật phải tiến hành phân tích các giải pháp bài tốn kỹ thuật;
đánh giá tổng quan chất lƣợng các chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế riêng biệt và toàn bộ bản
thiết kế. Các chuyên gia giám định không trực tiếp tham gia vào quá trình thiết kế. Tuy
nhiên, họ sẽ đóng góp ý kiến để nâng cao chất lƣợng cho bản thiết kế. Do đó, họ cần
phải biết những phƣơng pháp thiết kế hiện đại, hiệu quả để giải quyết các bài tốn kỹ
thuật và có đủ khả năng để đánh giá chất lƣợng của bản thiết kế.
Sau khi đƣợc điều chỉnh (nếu cần thiết) theo ý kiến của các chuyên gia giám định,
bản thiết kế sẽ đƣợc thông qua và chuyển sang cho cơ quan xây dựng để thực hiện trên
thực tế. Đến đây cơ quan (ngƣời) thiết kế chƣa thể kết thúc cơng việc của mình. Cơ quan
thiết kế cần phải theo dõi và phải thực hiện những thay đổi cần thiết để hoàn thiện bản
thiết kế; giúp đỡ cơ quan xây dựng thể hiện tốt hơn bản thiết kế tại hiện trƣờng.
Trên thực tế, do sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ, cho nên
khơng thể có một bản thiết kế nào tốt vĩnh viễn. Trong những trƣờng hợp khi điều kiện
thiết kế thay đổi, ngƣời thiết kế sẽ phải tiến hành thiết kế lại hoặc cải tạo lại thiết kế cũ.
1.5.2 Các giai đoạn trong quá trình thiết kế
1. Thiết kế xây dựng cơng trình bao gồm các bƣớc: thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ
thuật và thiết kế bản vẽ thi công.
2. Tùy theo tính chất, quy mơ của từng loại cơng trình, thiết kế xây dựng cơng
trình có thể đƣợc lập một bƣớc, hai bƣớc hoặc ba bƣớc nhƣ sau:
a) Thiết kế một bƣớc là thiết kế bản vẽ thi công đƣợc áp dụng đối với cơng trình
quy định chỉ phải lập báo cáo kinh tế - kỹ thuật;
b) Thiết kế hai bƣớc bao gồm bƣớc thiết kế cơ sở và bƣớc thiết kế bản vẽ thi công
đƣợc áp dụng đối với cơng trình quy định phải lập dự án đầu tƣ xây dựng cơng trình;
c) Thiết kế ba bƣớc bao gồm bƣớc thiết kế cơ sở, bƣớc thiết kế kỹ thuật và bƣớc
thiết kế bản vẽ thi công đƣợc áp dụng đối với cơng trình quy định phải lập dự án đầu
tƣ xây dựng và có quy mơ lớn, phức tạp.
3. Ðối với cơng trình phải thực hiện thiết kế hai bƣớc trở lên, các bƣớc thiết kế
tiếp theo chỉ đƣợc triển khai thực hiện trên cơ sở bƣớc thiết kế trƣớc đã đƣợc phê duyệt.
Quá trình thiết lập bản thiết kế đƣợc bắt đầu từ việc xây dựng sơ đồ thiết kế
tổng thể để giải quyết bài toán thiết kế. Sau đó, ngƣời thiết kế sẽ tuần tự phát triển dần,
làm chính xác dần các chi tiết trong sơ đồ thiết kế tổng thể. Tại giai đoạn đầu tiên của
quá trình thiết kế (giai đoạn khảo sát), ngƣời thiết kế khơng thể tiến hành thiết kế tồn
bộ hạng mục của cơng trình. Do đó, trên cơ sở các số liệu ban đầu, ngƣời thiết kế phải
bắt đầu quá trình thiết kế từ sơ đồ bố trí các chi tiết. Tuy theo mức độ gia tăng khối
lƣợng số liệu, dữ liệu ban đầu, ngƣời thiết kế sẽ đi dần đến sơ đồ thiết kế tổng thể.
Tƣơng tự nhƣ việc giải quyết các bài tốn kỹ thuật, q trình thiết kế cũng là
một quá trình nhiều bƣớc:
19
Bƣớc 1: Lập mối quan hệ giữa cơng trình thiết kế với sơ đồ quy hoạch phát
triển tổng thể cho ngành công nghiệp và chuẩn bị tài liệu cho thiết kế.
Bƣớc 2: Nghiên cứu tài liệu, dự án tiền khả thi và dự án khả thi trên cơ sở đó
lập mặt bằng tổng thể chuẩn bị giữ liệu chọn mặt bằng xây dựng, xây dựng ý niệm, ý
định kỹ thuật dƣới dạng sơ đồ xây dựng, sơ đồ giải pháp kỹ thuật.
Bƣớc 3: Chọn mặt bằng xây dựng; tiến hành ký kết các văn bản hợp đồng cần
thiết; chuẩn bị nhiệm vụ thiết kế cho bên chủ quản xây dựng và lập dự tốn thiết kế;
phân chia kinh phí thiết kế cho các phần thiết kế, phòng thiết kế và các cơ quan thiết
kế liên đới. Chuẩn bị hợp đồng thiết kế và xây dựng kế hoạch thực hiện.
Bƣớc 4: Phân chia cho các phòng thiết kế các yêu cầu thiết kế cụ thể của cơng
trình xây dựng. Xác định thành phần các chƣơng mục của thiết kế. Viện thiết kế tiến
hành giao cho các phòng thiết kế danh mục tạm thời các chi tiết cơng trình xây dựng.
Sau đó, các phòng thiết kế sẽ tiến hành thiết lập kế hoạch cho riêng mình và các cơ
quan liên đới để thực hiện. Bƣớc thiết kế này có sử dụng rộng rãi các phƣơng pháp
thiết kế kỹ thuật, tại đây ngƣời thiết kế thành lập các phương án thiết kế kỹ thuật và
sau đó lựa chọn phƣơng án hợp lý nhất. Trên cơ sở phƣơng án hợp lý nhất, ngƣời thiết
kế sẽ tiến hành tính tốn thiết lập cơng nghệ, chi tiết cho thiết kế kỹ thuật. Việc thực
hiện các phần thiết kế sẽ đƣợc bàn bạc thông qua Hội đồng khoa học của Viện thiết kế.
Bƣớc 5: Bàn bạc và thơng qua từng phần hoặc tồn bộ thiết kế tại Hội đồng
khoa học của viện thiết kế.
Bƣớc 6: Chuyển giao bản thiết kế đã hoàn chỉnh cho bên đặt hàng; tổ chức xem
xét, đánh giá từng phần tại các Phân ban của Viện thiết kế. Sau đó, thiết kế sẽ trải qua
q trình giám định kỹ thuật và thơng qua về mặt văn bản lần cuối cùng về những vấn
đề cần phải khắc phục, phải sửa chữa.v.v... Sau đó, bản thiết kế đƣợc chuyển lại cho
Viện thiết kế (cơ quan thiết kế) chỉnh lý và sửa chữa lại lần cuỗi cùng rồi thơng qua.
Nhƣ vậy, q trình thiết kế đƣợc chia ra thành nhiều giai đoạn khác nhau, giai
đoạn sau hoàn chỉnh bổ sung cho giai đoạn trƣớc. Trên thực tế sự phân chia các giai
đoạn chỉ mang tính ƣớc lệ, nó đƣợc thực hiện theo yêu cầu bởi chất lƣợng và thời gian
thiết kế.
1.6 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm đơn chiếc
Khi thiết kế cơng trình ngầm đơn chiếc cần phải dựa vào nguồn thông tin ban
đầu đặc trƣng cho sự hình thành đƣờng lị. Tính khách quan của các kết quả thu đƣợc
phụ thuộc rất nhiều vào tƣ liệu ban đầu, các tiền đề ban đầu để phân tích, tính tốn
thiết kế. Khi thiết kế đƣờng lị ngƣời ta chia thiết kế thành hai phần là thiết kế kỹ thuật
và thiết kế thi công.
Trong xây dựng công trình ngầm có rất nhiều dạng đƣờng lị khác nhau, nhìn
chung việc thiết kế các đƣờng lị đều đƣợc tiến hành theo trình tự giống nhau. Để thiết
kế đƣợc các đƣờng lị đơn chiếc ta phải tiến hành theo trình tự nhƣ sau:
* Thiết kế kỹ thuật
Bƣớc 1: Tìm kiếm thông tin ban đầu (đầu vào)
Những thông tin đầu vào dùng để làm cơ sở cho thiết kế đƣờng lò gồm:
- Các tính chất cơ lý của đất đá, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn của khu
vực mà đƣờng lị đào qua
- Bản đồ địa hình, bản đồ mặt cắt dọc
- Vai trò, nhiệm vụ của đƣờng lò
- Thời gian tồn tại của đƣờng lò
- Sơ đồ tổng thể hệ thống cơng trình ngầm khai thác khống sản
20
- Và những yếu tố khác
Bƣớc 2: Đƣa ra các giải pháp cho bài toán kỹ thuật (nội dung thiết kế)
- Vạch tuyến và xác định vị trí cho đƣờng lị
+ Đối với các đƣờng lị khơng thuộc lĩnh vực khai thác việc vạch tuyến cho
đƣờng lò hết sức quan trọng, nó quyết định đến tồn bộ kinh phí cho việc xây dựng
đƣờng lò. Việc vạch tuyến cho đƣờng lò chủ yếu dựa vào bản đồ địa hình, bản đồ mặt
cắt dọc, bản đồ địa chất để đƣa ra các phƣơng án sau đó ta tiến hành lựa chọn một
phƣơng án tối ƣu nhất.
+ Đối với đƣờng lò trong mỏ việc xác định vị trí và vạch tuyến cho đƣờng lò đã
đƣợc xác định trƣớc ở sơ đồ tổng thể hệ thống cơng trình ngầm.
Khi tiến hành vạch tuyến và xác định vị trí của đƣờng lị ta có thể biết đƣợc
chiều dài của đƣờng lò và đƣờng lò đi qua những lớp đất đá nào từ đó làm cơ sở cho
bƣớc thiết kế tiếp theo.
- Lựa chọn hình dạng, kích thƣớc tiết diện ngang cho đƣờng lị
+ Lựa chọn hình dạng: Để lựa chọn hình dạng cho đƣờng lị ngƣời ta dựa vào
rất nhiều yếu tố khác nhau nhƣ: Tính chất cơ lý của đất đá, áp lực xung quanh đƣờng
lò, thời gian tồn tại của đƣờng lò, vai trò và nhiệm vụ của đƣờng lò, vật liệu dùng để
chống giữ đƣờng lị từ đó chọn đƣợc một hình dạng cho đƣờng lị có khả năng chịu lực
tốt nhất, dễ dàng cho q trình thi cơng, có diện tích tiết diện ngang lớn nhất và có lợi
về kinh tế nhất. Thực tế để chọn hình dáng kích thƣớc đƣờng lị ngƣời ta dựa vào tính
chất cơ lý của đất đá và áp lực mỏ theo dự đốn (Hình 1 - 10).
+ Lựa chọn kích thƣớc tiết diện ngang cho đƣờng lị
Để xác định đƣợc kích thƣớc tiết diện ngang của đƣờng lò ta dùng phƣơng pháp
đồ họa và dựa vào khoảng cách an toàn theo qui phạm, chiều rộng của thiết bị vận tải
chính ở trong đƣờng lị, vật liệu chống lị. Sau khi xác định đƣợc kích thƣớc tiết diện
ngang của đƣờng lị kiểm tra diện tích tiết diện ngang phải thỏa mãn u cầu thơng gió.
- Lựa chọn vật liệu và kết cấu chống
Vỏ chống của đƣờng lò chịu ảnh hƣởng bởi rất nhiều yếu tố. Dựa vào các yếu tố
nhƣ: áp lực mỏ xung quanh đƣờng lị, tính chất của loại vỏ chống, thời gian tồn tại của
đƣờng lò, vai trò và tầm quan trọng của đƣờng lị, hình dáng và kích thƣớc tiết diện
ngang của đƣờng lị, từ đó lựa chọn đƣợc loại vỏ chống hợp lý để chống giữ cho
đƣờng lò.
+ Lò chống bằng vì gỗ: Dùng khi áp lực đất đá xung quanh lị khơng lớn, thời
gian tồn tại của đƣờng lị nhỏ, kích thƣớc của đƣờng lị nhỏ và những đƣờng lị có tiết
diện dạng khung.
+ Lị chống bằng vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép: Dùng khi áp lực xung
quanh đƣờng lị lớn và ổn định, đƣờng lị có thời gian tồn tại lớn, đƣờng lị có hình
dạng và kích thƣớc bất kỳ.
+ Lị chống bằng xây đá hoặc bê tơng lắp ghép: Dùng khi tiết diện đƣờng lị lớn,
tuổi thọ đƣờng lị dài, đƣờng lị có nhiều nƣớc ngầm.
+ Lị chống bằng vì kim loại: Dùng để thay thế vì gỗ, thích hợp để chống ở
đƣờng lị ảnh hƣởng của áp lực động, đƣờng lị có áp lực lớn. Hình dạng của vỏ chống
có thể là hình thang, hình vịm...
+ Lị chống bằng vì neo, bê tơng phun: Dùng để chống ở đƣờng lị đào qua đất
đá có độ kiên cố f > 4, đất đá có độ nứt nẻ, độ rỗng ít và chứa ít nƣớc.
- Tính toán và lập hộ chiếu chống giữ
Sau khi lựa chọn xong vật liệu và loại hình kết cấu chống sơ bộ, tiến hành tính
tốn áp lực tác dụng lên kết cấu chống, lập sơ đồ và tính tốn kết cấu chống. Nếu kết
21
quả tính tốn thỏa mãn u cầu chịu lực thì tiến hành vẽ và lập hộ chiếu chống giữ cho
đƣờng lị.
a)
c)
b)
d)
e)
f)
g)
h)
Hình 1 - 10. Các loại hình dạng tiết diện ngang của đường lị
* Thiết kế thi cơng
Khi tiến hành thiết kế thi cơng giữ liệu ban đầu là tồn bộ phần thiết kế kỹ thuật,
tính chất cơ lý của đất đá, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, thời gian xây dựng
cơng trình, những trang thiết bị máy móc phục vụ cho q trình thi cơng và những yếu
tố khác.
Khi thiết kế thi công ta phải thực hiện các bƣớc lựa chọn và tính tốn sau:
Bước 1: Tùy thuộc vào điều kiện kỹ thuật, địa chất, tính chất cơ lý của đất đá
mà ta có thể sử dụng phƣơng pháp thi công cho hợp lý:
Khi đất đá cứng rắn thì việc phá vỡ đất đá chủ yếu là sử dụng phƣơng pháp
khoan nổ mìn
Khi đất đá mềm yếu ta có thể lựa chọn nhiều phƣơng pháp phá vỡ đất đá khác
nhau nhƣ: Phƣơng pháp thủ công, búa chèn, khoan nổ mìn, sức nƣớc, bằng máy đào lị.
Bước 2: Trên cơ sở thiết kế kỹ thuật, tính chất cơ lý của đất đá, thời gian xây
dựng và trang thiết bị sẵn có của bên thi cơng để ta lựa chọn biện pháp bốc xúc và vận
tải đất đá có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu đặt ra.
22
Đối với công tác bốc xúc ta phải lựa chọn thiết bị bốc xúc cho phù hợp, có thể
tiến hành bốc xúc bằng thủ cơng, bằng máy móc. Khi sử dụng phƣơng pháp đào lị
bằng máy thì cơng việc bốc xúc là do máy đào lò trực tiếp bốc xúc.
Đối với công tác vận tải, đây là khâu công việc rất quan trọng nó quyết định đến
năng xuất bốc xúc rất lớn. Khi sử dụng phƣơng tiện vận tải bằng máng cào và băng tải ít
ảnh hƣởng đến q trình bốc xúc nhƣng khi sử dụng thiết bị vận tải bằng gng thì ảnh
hƣởng đến năng xuất bốc xúc là rất lớn. Để khắc phục đƣợc điều này ta phải lắp đặt ga
trao đổi gng và sử dụng gng có dung tích hợp lý để giảm thời gian trao đổi gng.
Bước 3: Tùy thuộc vào tính chất cơ lý, điều kiện địa chất của đất đá và thiết kế
kỹ thuật để ta đƣa ra phƣơng thức chống giữ cho hợp lý.
Bước 4: Lựa chọn và tính tốn sơ đồ thơng gió
Khi đào lị có 3 sơ đồ thơng gió: Thơng gió đẩy, thơng gió hút, thơng gió hỗn
hợp. Việc lựa chọn sơ đồ này dựa vào ƣu nhƣợc điểm, điều kiện áp dụng của từng sơ
đồ và đặc tính của đƣờng lị. Sau khi lựa chọn đƣợc sơ đồ thơng gió ta tiến hành tính
tốn và chọn quạt, ống gió phục vụ thơng gió cho đƣờng lị.
Bước 5: Lựa chọn biện pháp thốt nƣớc
Đối với lị bằng để thốt nƣớc trong q trình đào lị chủ yếu ngƣời ta sử dụng
biện pháp thoát nƣớc tự nhiên, việc sử dụng rãnh thốt nƣớc khơng cần chống hay
rãnh thốt nƣớc cần chống giữ tùy thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá ở phía nền lị.
Khi đào lị nghiêng hay lị hạ cơng việc thốt nƣớc trở lên rất quan trọng, việc
lựa chọn biện pháp thoát nƣớc tùy thuộc vào lƣu lƣợng nƣớc xuất vào trong đƣờng lò.
Nếu lƣợng nƣớc xuất vào trong đƣờng lị Q < 6 m3/h thì sử dụng máy bơm gƣơng bơm
trực tiếp vào goòng vận tải đá và nƣớc đƣợc đƣa ra khỏi đƣờng lò cùng với đất đá. Nếu
lƣợng nƣớc xuất vào trong đƣờng lò Q 6 m3/h thì dùng máy bơm có cơng suất lớn
bơm trực tiếp từ gƣơng lò lên trên.
Bước 6: Các cơng việc khác nhƣ cung cấp khí nén, cung cấp điện, thông tin liên
lạc, lắp đặt cáp điện, ống gió, ống nƣớc, lắp đặt đƣờng ray...
* Đánh giá giám định kết quả của công tác thiết kế.
Để đánh giá giám định kết quả của công tác thiết kế cần phải đánh giá những
công tác sau:
- Thẩm định đơn vị thiết kế có đảm bảo tƣ cách trong cơng tác thiết kế hay
không?
- Đánh giá các tài liệu sử dụng trong cơng tác thiết kế có đảm bảo độ tin cậy
chƣa.
- Các thiết kế có đúng với các quy chuẩn quy phạm hiện hành khơng?
- Thiết kế có đảm bảo điều kiện kỹ thuật khơng, có phù hợp với điều kiện thực
tế sử dụng và đảm bảo an toàn trong thi cơng và sử dụng khơng?
- Có đảm bảo tính tối ƣu trong kỹ thuật, hiệu quả sử dụng và kinh tế?
- Khả năng cung ứng vật tƣ, thiết bị...
1.7 Thiết kế quy hoạch hệ thống cơng trình ngầm trong mỏ khai thác khoáng sản
Thiết kế quy hoạch hệ thống cơng trình ngầm trong mỏ khai thác than là cơng
việc hết sức quan trọng, nó quyết định đến tồn bộ q trình sản xuất của mỏ sau này,
kinh phí đầu tƣ xây dựng cơ bản của mỏ, thời gian thu hồi vốn. Nếu thiết kế quy hoạch
hệ thống cơng trình ngầm tối ƣu nhất làm giảm thời gian xây dựng cơ bản, đƣa nhanh
cơng trình vào sử dụng, làm tăng hiệu quả vốn đầu tƣ, làm tăng tiến độ phát triển kinh
tế trong ngành, có khả năng hồn vốn nhanh, cho phép sử dụng tốt hơn, hiệu quả hơn
23