Cấu tạo công nghệ chống giữ công trình ngầm

MC LC
Ch-ơng 1: Khái quát chung về kết cấu Chống giữ công trình ngầm.............. 2
1.1. Vật liệu chống giữ công trình ngầm ........................................................... 2
1.1.1. Phân loại vật liệu chống giữ công trình ngầm. .................................... 2
1.1.2. Các loại vật liệu chống giữ. ................................................................. 3
1.2. Mục đích và nhiệm vụ của kết cấu chống .................................................. 9
1.3. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ các đ-ờng lò ........ 10
1.4. Phân loại kết cấu chống ............................................................................ 10
Ch-ơng 2: Khung chống gỗ .............................................................................. 12
2.1. Khung chống gỗ ở lò bằng, lò nghiêng ................................................... 12
2.1.1. Điều kiện sử dụng.............................................................................. 12
2.1.2. Ưu nh-ợc điểm .................................................................................. 12
2.1.3. Các dạng kết cấu chống gỗ ................................................................ 13
2.1.4. Trình tự lắp dựng khung chống ........................................................ 17
2.1.5. Vì chống gỗ cho lò nghiêng .............................................................. 18
Ch-ơng 3: Khung chống kim loại .................................................................... 19
3.1. Khung chống kim loại ở lò bằng, lò nghiêng ........................................... 19
3.1.1. Khái quát chung ................................................................................ 19
3.1.2. Cấu tạo khung chống thép ................................................................. 19
3.1.3. Thi công lắp dựng khung chống kim loại.......................................... 29
Ch-ơng 4: vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép ................................................ 31
4.1. Chống giữ lò bằng, lò nghiêng ................................................................. 31
4.1.1. Vỏ chống bê tông liền khối ............................................................... 31
4.1.2. Vỏ chống lắp ghép từ các khối bêtông đúc sẵn ................................. 65
4.1.3. Vỏ chống CTN khi sử dụng máy khiên đào. ..................................... 67

1


Ch-ơng 1
Khái quát chung về kết cấu Chống giữ

công trình ngầm
1.1. Vật liệu chống giữ công trình ngầm
1.1.1. Phân loại vật liệu chống giữ công trình ngầm.
Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, ng-ời ta th-ờng sử dụng
chính các vật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất. Tuy nhiên,
do đặc điểm làm việc d-ới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực
đất đá với đặc tr-ng và h-ớng xuất hiện khác nhau, ảnh h-ởng của n-ớc ngầm,
khí hậu mỏ tới vật liệu, v..v...) nên đòi hỏi vật liệu chống giữ phải đáp ứng những
yêu cầu cao hơn. Khi xét đến đặc điểm làm việc d-ới ngầm không những cần
chú ý đến ảnh h-ởng của môi tr-ờng ngầm đến sự làm việc của vật liệu chống,
mà còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựng bản thân vỏ chống.
Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống giữ nh- sau:
- Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mà các vật liệu chống giữ đ-ợc
chia ra: vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết và vật liệu phụ.
+ Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ
chống (kim loại, bê tông, gỗ, v..v...)
+ Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng,
chất dẻo, v..v...)
+ Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp
cho vỏ chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách n-ớc, phụ gia hoá
học , v..v...)
- Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống giữ đ-ợc chia ra: vật liệu không
cháy, vật liệu không cháy nh-ng biến dạng và vật liệu cháy.
+ Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi
chịu tác dụng lâu dài của ngọn lửa và nhiệt độ cao (bê tông và một vài loại
đá, v..v...)
+ Các vật liệu không cháy nh-ng biến dạng khi có tác dụng của ngọn lửa và
nhiệt độ cao (kim loại, v..v...)
+ Các vật liệu cháy: bị cháy khi có tác dụng của ngọn lửa (gỗ, chất dẻo,
v..v...)

- Theo thời gian phục vụ, các vật liệu chống giữ đ-ợc chia ra thành: vật liệu
bền (bê tông, thép, v..v...) và vật liệu nhanh hỏng (gỗ)
2


- Theo đặc tr-ng biến dạng d-ới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống giữ đ-ợc
chia ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v..v...) và vật liệu đàn hồi dẻo (kim
loại).
Yêu cầu đối với vật liệu chống giữ.
Các vật liệu chống giữ cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang
tải cao, trọng l-ợng bản thân nhỏ, giá thành hạ, không bị biến dạng, không bị
cháy, có khả năng chống han rỉ và mục nát.
Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu
chống còn phải có khả năng chống thấm, cách n-ớc.
Vật liệu chống giữ đ-ợc chọn phụ thuộc vào kết cấu vỏ chống, công dụng
và thời gian phục vụ của công trình ngầm, c-ờng độ áp lực đất đá và điều kiện
làm việc của vỏ chống, cũng nh- tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống.
1.1.2. Các loại vật liệu chống giữ.
a. Gỗ.
-u điểm: có khả năng mang tải t-ơng đối cao so với trọng l-ợng t-ơng đối
nhỏ; dễ gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện tr-ờng; có độ linh
hoạt nhỏ (chịu uốn, ép); có khả năng báo tr-ớc khi bị phá huỷ; chi phí về vật
liệu, vận tải và lắp dựng thấp; dễ trồng và khai thác.
Nh-ợc điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các
tác động cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các công trình ngầm dạng
vòm; mất khả năng báo tr-ớc nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác
nhau; phụ thuộc vào yêu cầu của nền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi tr-ờng); khả
năng sử dụng lại bị hạn chế.
Nói chung gỗ đã đ-ợc sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của ngành
mỏ để làm vật liệu chống giữ. Ngày nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng

gỗ vào các mục đích này, đặc biệt ở các n-ớc đang phát triển. ở Việt Nam gỗ
còn đ-ợc sử dụng khá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản l-ợng
thấp. Tại các n-ớc tiên tiến, gỗ hầu nh- không còn đ-ợc sử dụng vào công tác
chống giữ.
Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công và sơ đẳng
thì gỗ nhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vào các đặc điểm -u việt của gỗ.
Gỗ có khả năng mang tải t-ơng đối cao so với trọng l-ợng t-ơng đối nhỏ, nên
trong các tr-ờng hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ
là dễ dàng, thuận lợi. Bằng các công cụ đơn giản nh- rìu, c-a đã có thể gia công
chế biến tại chỗ để có đ-ợc các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể.
3


Cũng nhờ -u điểm này mà việc sửa chữa trở nên đơn giản. Gỗ có khả năng linh
hoạt nhất định nhờ có tính chịu uốn, ép nhất định. Đặc biệt đáng chú ý là các
loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năng phát tín hiệu báo tr-ớc phá huỷ (phát ra
tiếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dần dần). Giá thành gỗ cũng t-ơng
đối thấp hơn so với giá các loại vật liệu khác. Vì chi phí vật liệu thấp cùng với
chí phí vận chuyển và lắp dựng thấp nên trong nhiều tr-ờng hợp, gỗ vẫn còn có ý
nghĩa trong vai trò làm vật liệu chống.
Những -u việt về mặt kinh tế đ-ơng nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu nh- vì lí do
nào đấy mà chi phí bảo d-ỡng ở các công trình ngầm chống bằng gỗ quá lớn.
Đ-ơng nhiên khối l-ợng công tác bảo d-ỡng sẽ rất lớn và tốn kém một khi áp lực
đá v-ợt quá khả năng mang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong công trình
ngầm quá xấu làm cho gỗ nhanh bị mục nát. Đối với những tác động kiểu này gỗ
ít có khả năng chống lại. Tính dễ cháy của gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các
công trình ngầm. Đ-ơng nhiên tính dễ cháy và dễ bị mục nát cũng có thể hạn
chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí và ở n-ớc ta ch-a
đ-ợc quan tâm, đôi khi còn ngại không đầu t-.
Mặc dù gỗ dễ gia công, nh-ng nh- đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi

công trình có dạng vòm, cũng chính vì thế các công trình ngầm chống bằng gỗ
khó tạo dáng làm giảm tác dụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều
kiện xuất hiện áp lực. Khả năng sử dụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn
chế. Một nh-ợc điểm nữa là: khi bị mục, ẩm sẽ mất đi khả năng báo tr-ớc sự cố.
b. kim loại
Ưu điểm: đặc tính cơ học thuận lợi; tuổi thọ cao; chiếm ít không gian;
mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạo dáng các cấu kiện bằng
thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt.
Nh-ợc điểm: chi phí vật liệu cao, trọng l-ợng thể tích cao; vận chuyển và
lắp ráp không đơn giản; các loại thép xây dựng thông th-ờng đễ bị ăn mòn trong
môi tr-ờng khắc, nghiệt giá thành cao.
Trên thế giới thép đ-ợc sử dụng để chống công trình đã từ giữa thế kỷ 19.
Tuy nhiên từ đó cho đến cuối thế kỷ 19, đầu 20 thép không đóng vai trò đặc biệt
và thực sự đựơc chú ý cũng nh- ngày càng có ý nghĩa quan trọng trong vòng 70
năm qua.
Ưu điểm căn bản của thép là khả năng mang tải lớn, điều mà không có
loại vật liệu nào sánh kịp. Do có khả năng mang tải lớn và khả năng chống lại
các tác động sinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có
đ-ợc tuổi thọ lớn hơn hẳn các cấu kiện bằng gỗ.
4


Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả
khi chỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép
có thể tiết kiệm đ-ợc tiết diện đào. Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ
với cùng khả năng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn.
Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế là vô
hạn, vì thế ng-ời ta đã chế tao ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép
rất đa dạng với các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt và khả
năng biến hình khác nhau. Đặc biệt là có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dàng để

tạo ra mối t-ơng quan thích hợp giữa mức độ linh hoạt và khả năng mang tải.
Chính vì các lí do đó mà vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ
học khác nhau, đa dạng hơn là gỗ, t-ờng xây và bêtông. Phạm vi áp dụng kỹ
thuật của thép nhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác.
Tuổi thọ cao, nh- đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lại
nhiều lần các cấu kiện bằng thép.
Tuy nhiên, những -u điểm đã kể đến cũng kèm theo nh-ợc điểm là giá
thành cao và trọng l-ợng của kết cấu chống lớn. Nh-ợc điểm nữa thể hiện rõ nét
khi phải vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi ( chẳng hạn trong khu vực
khai thác vỉa dốc). Cũng vì lí do này mà thép ch-a thể thay thế đ-ợc gỗ ở các
khu vực khai thác các vỉa có chiều dày lớn hơn 3 đến 4m. Thép xây dựng còn dễ
bị ăn mòn, đ-ơng nhiên cũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo
vệ.
Cho đến nay, thép đ-ợc sử dụng ngày càng rộng khắp chủ yếu vì những
khả năng đảm bảo an toàn và các nguyên nhân kinh tế. Đ-ơng nhiên khả năng
này chỉ có thể nâng cao tính -u việt về kinh tế của thép so với gỗ trong tr-ờng
hợp chí phí vật liệu đ-ợc bù trừ nhờ giảm chi phí bảo d-ỡng hoặc sử dụng lại
nhiều lần.
Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu và phát triển nhiều loại
hình kết cấu chống mới làm cho thép đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều thay cho gỗ.
Đây là xu h-ớng phát triển chung trên thế giới và đặc biệt khi đã xuất hiện các
kết cấu từ thép hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá
ngày càng tăng, cũng nh- sự ra đời và phát triển của các kết cấu chống bằng neo.
c. Bê tông, bê tông cốt thép
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo thu đ-ợc nhờ sự rắn chắc hỗn hợp gồm có
chất dính kết (Xi măng) cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và n-ớc.

5

Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong
hoá đối với khối đá và ngăn n-ớc chảy; sức cản khí động học nhỏ; có thể tạo ra
từ các vật liệu có thể tận dụng vật liệu địa ph-ơng rẻ tiền; không cháy.
Nh-ợc điểm: trọng l-ợng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa
chữa không thuận tiện các chỗ bị h- hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế.
Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các công trình ngầm và giếng có tuổi thọ cao
và d-ới tác dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh. Ngoài ra phạm vi áp dụng của
bêtông còn đ-ợc mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông
làm khung chống hoặc tấm chèn. Bêtông trong ngành mỏ cũng đã đ-ợc áp dụng
ở dạng bêtông phun, vổ bê tông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v...v
Các dạng vỏ chống thông th-ờng từ gạch xây và bêtông hoặc gạch bêtông
vốn có chiều dày t-ơng đối lớn. Vỏ chống có thể phủ toàn bộ phần t-ờng và vòm
các công trình ngầm hoặc bao kín toàn bộ công trình ngầm, đặc biệt ở các giếng
mỏ. Khi đó toàn bộ khối đá vấy quanh đ-ợc lấp kín.
Khả năng mang tải cao có đ-ợc nhờ vào độ bền cao của vật liệu và chiều
dày lớn. Trong điều kiện thông th-ờng, kết cấu chống này đ-ợc coi là kết cấu
chống cứng. D-ới tác dụng của tải trọng chủ yếu là tĩnh, kết cấu chống th-ờng
có tuổi thọ cao hơn kết cấu gỗ và thép. Khả năng chống các tác động hoá học và
sinh học cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của kết cấu chống này. Dạng kết cấu
chống kín còn hạn chế đ-ợc tác động phong hoá đến khối đá vây quang và trong
nhiều tr-ợng hợp còn ngăn n-ớc xâm nhập vào công trình ngầm. Ngoài ra do bề
mặt t-ơng đối nhẵn, kết cấu chống này còn có sức cản khí động học nhỏ hơn so
với kết cấu bằng gỗ và thép.
Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống này th-ờng sẵn có và rẻ tiền
hơn so với các loại vật liệu khác. Mặt khác kết cấu t-ờng xây và bêtông không bị
cháy, do vậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử
dụng kết cấu chống này.
Những -u điểm trên bị hạn chế bởi các nh-ợc điểm là trọng l-ợng lớn và
chiều dày lớn, kèm theo đó là chi phí vận chuyển và lắp dựng (xây, đổ bêtông...)
cao. Tiết diện đào th-ờng phải lớn hơn là khi sử dụng gỗ và thép, do vậy đòi hỏi

thêm chi phí đào. Ngoài ra để có đ-ợc kết cấu hoàn chỉnh cần nhiều thời gian
hơn.
Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa
chữa th-ờng phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với gỗ và thép.
So sánh nh- vậy và từ thực tế ngành mỏ trong và ngoài n-ớc cho thấy t-ờng gạch
đá xây và bêtông chỉ kinh tế hơn nếu nh- công trình có tuổi thọ cao và khi không
6


có tác dụng của áp lực động. Đ-ơng nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có
thể tào ra khả năng linh hoạt nhất định cho t-ờng xây và bêtông. Tuy nhiên khả
năng này cũng chỉ đạt đ-ợc ở mức độ hạn chế, trừ tr-ợng hợp sử dụng gạch
bêtông và đệm nhiều lớp gỗ, do vậy t-ờng xây và bêtông hầu nh- không đ-ợc sử
dụng cho khu vực khai thác và các công trình ngầm chuẩn bị.
Đ-ơng nhiên với sự phát triển và cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả
năng sử dụng của bêtông đã đ-ợc mở rộng. Xu h-ớng hiện nay ở Việt nam là
làm sao giảm đ-ợc trọng l-ợng của các cấu kiện này cho phù hợp với sức khoẻ
của công nhân trong điều kiện làm việc hiện tại.
Về bê tông cốt thép, do bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt nh-ng chịu kéo
kém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông ng-ời ta có thể bố trí thêm cốt
thép vào trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép. Các thanh cốt thép đ-ợc
bố trí ở miền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng
chịu lực của miền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều t-ơng ứng với khả năng
chịu lực của miền bê tông chịu nén.
Sở dĩ hai vật liệu khác nhau là bê tông và cốt thép có thể kết hợp làm việc
đ-ợc với nhau là vì:
- Bê tông có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt thép, vì vậy khi trong cấu kiện
bê tông cốt thép xuất hiện ứng suất, thì cả hai vật liệu sẽ cùng nhau làm việc
nh- một thể thống nhất.
- Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần nh- nhau, nên bảo đảm đ-ợc tính

liền khối của kết cấu bê tông cốt thép.
- Bê tông bao bọc ngoài cốt thép, có khả năng bảo vệ đ-ợc cốt thép khỏi bị han
rỉ do n-ớc và khí ăn mòn gây nên.
- Cốt thép trong bê tông cốt thép đ-ợc chia ra: cốt chịu lực, cốt phân bố, cốt lắp
ghép, và cốt đai.
- Cốt chịu lực đ-ợc bố trí ở miền chịu kéo, hoặc miền chịu nén để tiếp thu các
ứng suất kéo hoặc nén.
- Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục
bộ, đảm bảo sự làm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực.
- Cốt lắp ghép và cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần
các ứng lực kéo, nén và cắt.
L-ợng cốt phân bố và cốt lắp ghép đ-ợc lấy theo qui định kết cấu.
d. Các vật liệu khác.
- Thuỷ tinh dẻo:
7


Thuỷ tinh dẻo là vật liệu keo gắn kết đ-ợc cấu tạo từ sợi thuỷ tinh. Sợi
thuỷ tinh ở đây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh
đ-ợc nén ép lại. Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết th-ờng sử dụng là keo
Poliofin, keo Fenol, keo epoxi và các loại Polyme khác. Tính chất cơ lý của thuỷ
tinh dẻo rất đa dạng, phụ thuộc vào tính chất của sợi cốt và chất dính kết.
Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, ng-ời ta đã thu đ-ợc các
sợi thuỷ tinh rất mảnh. Chúng có độ bền chống kéo đứt cao (12502500pa),
không bị mục nát, tr-ơng nở, rất ổn định với nhiệt độ. Các chất dính kết phải có
độ bền cao, ổn định với n-ớc xâm thực và đảm bảo luôn dính kết chắc chắn với
các sợi thuỷ tinh. Ngoài chất dính kết và sợi thủy tinh, trong thuỷ tinh dẻo còn có
thêm chất ổn định. Công dụng chính của chất này là chống lão hoá tính dẻo khi
sử dụng.
Nguyên liệu để chế tạo các chất dính kết dạng keo Polyme là khí thiên

nhiên, hơi đốt hoặc các sản phẩm tr-ng cất dầu mỏ.
Các cấu kiện của vỏ chống hầm công trình ngầm nằm ngang thuỷ tinh dẻo
(xà, cột, chèn , v..v...) th-ờng đ-ợc chế tạo bằng cách nén ép, nh-ng cũng có thể
dùng ph-ơng pháp đổ khuôn, ph-ơng pháp kéo , v..v... . Một trong những vật liệu
thuỷ tinh dẻo đã đ-ợc thử nghiệm là sợi thuỷ tinh dị h-ớng (CBAM) do viện mỏ
A.A.Scôchimski (Liên xô) chế tạo. Nó có độ bền cao, có tính dị h-ớng, hầu nhkhông bị tr-ơng nở, có đặc tr-ng phá hoại dòn - dẻo. Độ bền kéo của CBAM đạt
90daN/mm2, trọng l-ợng riêng đạt 0,0170,019N/cm3 (nhỏ hơn thép 4 lần). Qua
thiết kế và thử nghiệm đã chứng minh đ-ợc rằng: các khung chống hình thang
với cột và xà dạng ống chế tạo từ CBAM nhẹ hơn bê tông cốt thép 78 lần, nhẹ
hơn gỗ 3 lần. Các vật liệu này đang tiếp tục đ-ợc thử nghiệm.
- Bê tông dẻo:
Bê tông dẻo là vật liệu đá nhân tạo bao gồm có keo kết dính tổng hợp, cát
và đá dăm. Chất dính kết ở đây th-ờng là furôn-axêtôn, êpôxy, forualđehyt và
các keo khác cũng nh- các phụ gia hoá chất đặc biệt (sunfuabenzen, polyêtylen,
polyamin , v..v...).
Bê tông dẻo có độ bền nén cao (4070Mpa), độ bền kéo đạt 56Mpa, độ
bền uốn đạt 1020Mpa, đặc biệt có khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt.
- Các vật liệu Polyme.
Viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) đã thiết kế và áp dụng trên qui mô
công nghiệp các hoá chất trên cơ sở keo Pôliefinfênol, formalđehyt để gia cố
neo, các dung dịch hoá chất trên cơ sở keo êpôxy dùng để gia cố đất đá và để giữ
8


neo trong lỗ khoan có độ bền rất cao, nh-ng do giá thành đắt, nên không thể áp
dụng đ-ợc. Các loại keo pôliêfin, mechievit - formalđehyt có độ bền kém hơn
êpôxy, nh-ng rẻ hơn, vì vậy đ-ợc sử dụng rộng rãi.
Nh-ợc điểm cơ bản của tất cả các loại keo trên là chúng đều có chứa các
chất độc (formalđehyt, v..v...) đòi hỏi phải có biện pháp để phòng cẩn thận.
Trong điều kiện mỏ phải tăng chi phí thông gió cho các công trình ngầm sử dụng

loại keo này.
1.2. Mục đích và nhiệm vụ của kết cấu chống
Mục đích của việc tạo ra kết cấu chống (KCC) là để giữ ổn định khoảng
không gian ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình th-ờng cho con
người, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, v..v trong đó. Tuy nhiên, các nhiệm
vụ cụ thể của KCC đ-ợc đặt ra tuỳ thuộc vào mục tiêu sử dụng công trình ngầm.
Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của KCC là:
Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào ng-ời lao động, trang thiết bị kỹ thuật;
Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các
công tác vận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng
thông qua của đ-ờng lò.
Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các KCC còn có những nhiệm vụ phụ khác
tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế nh-:
Bảo vệ khối đá xung quanh các đ-ờng lò tr-ớc các tác động phá huỷ của các
tác nhân phong hoá;
Bảo vệ các đ-ờng lò bị n-ớc xâm nhập.
Trong nhiều tr-ờng hợp, các nhiệm vụ phụ này không có ý nghĩa, song có
những tr-ờng hợp nó lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các
lớp đá chứa n-ớc.
Ngày nay, trên cơ sở các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực Cơ học đá cho
thấy rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn
giữ đ-ợc độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá. Các biện pháp chống
giữ cần thoả mãn các nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng nh- gây ảnh h-ởng tốt
đến khả năng tự mang tải của khối đá. Trong tr-ờng hợp lý t-ởng chỉ nên coi
KCC là một dạng gia cố hay gia công bề mặt cho khối đá. Tuy nhiên, trong thực
tế các KCC th-ờng đạt đ-ợc độ cứng vững nhất định, có thể tính toán và kiểm
chứng đ-ợc.
Nói chung, để đảm bảo giữ gìn đ-ợc khả năng tự mang tải của khối đá,
cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:
9

Lựa chọn đ-ợc hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến
điều kiện cụ thể về các tính chất của khối đá;
Lựa chọn các ph-ơng pháp và giải pháp thi công hợp lý
Lựa chon ph-ơng pháp "chống giữ' hợp lý ";
Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá và KCC;
áp dụng các ph-ơng pháp đào không gây tác động xấu đến khối đá- (có
thể gọi là các ph-ơng pháp đào bảo d-ỡng khối đá)- tức là ít gây ảnh h-ởng đến
độ bền của khối đá.
1.3. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ các đ-ờng lò
Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm có
thể phân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế.
Yêu cầu mang tính kỹ thuật:
KCC phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn
tại. KCC phải bền, nghĩa là phải chịu đ-ợc các tác dụng của ngoại lực cũng nhcác trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của KCC trong giới hạn cho
phép và không bị phá hoại. KCC phải ổn định tức là d-ới tác dụng của áp lực đất
đá và các loại tải trọng, KCC phải giữ đ-ợc kích th-ớc và hình dạng ban đầu
hoặc theo yêu cầu sử dụng cụ thể. Nói chung, hai yêu cầu về độ bền và độ ổn
định hiện nay thông th-ờng nên đ-ợc kết hợp lại thành một yêu cầu chung về
khả năng mang tải của kết cấu chống.
Yêu cầu về chức năng sử dụng:
Kết cấu chống không đ-ợc gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất,
thi công và phải cho phép khả năng cơ giới hóa (theo yêu cầu); chiếm ít không
gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ
thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy; trong nhiều tr-ờng hợp còn
phải đảm bảo các yêu cầu về cách n-ớc, thẩm mỹ.
Yêu cầu kinh tế.
Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm.
Tổng vốn đầu t- ban đầu và giá thành bảo d-ỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất.

1.4. Phân loại kết cấu chống
Để có thể hình dung đ-ợc một cách tổng thể về các loại hình KCC các công
trình ngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu
khác nhau; cụ thể là theo các cách phân loại các KCC theo nhiều dấu hiệu khác
nhau nh-:
phân loại theo vật liệu:
10


gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp
phân loại theo chức năng, nhiệm vụ: tạm thời, cố định
o vì chống tạm : là vì chống đ-ợc dựng lên để che chắn đảm bảo an toàn
cho ng-ời và thiết bị trong g-ơng lò đến thời điểm dựng vì chống cố định.
o vì chống cố định: Là vì chống đ-ợc thiết dựng trong đ-ờng lò giữ vững độ
ổn định của đ-ờng lò trong suốt thời gian tồn tại.
phân loại theo tính năng kỹ thuật:
tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ
phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu:
khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá;
hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa...
phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu
rất cứng, cứng, mềm
KCC

Biểu hiện cơ học

rất cứng
cứng
mềm

nh- một cố thể-biến dạng ít
nh- bán cố thể- biến dạng nhỏ
biến dạng nhiều

phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá:
- không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn
- tiếp xúc giữa KCC và khối đá : điểm

11

Khả năng mang tải
mômen
lực dọc
lớn
nhỏ
lớn
nhỏ
nhỏ
lớn


CHƯƠNG 2: KHUNG CHốNG Gỗ
2.1. Khung chống gỗ ở lò bằng, lò nghiêng
2.1.1. Điều kiện sử dụng
Trong công tác thi công xây dựng các công trình ngầm, gỗ có thể đ-ợc sử
dụng để làm KCC tạm thời hoặc cố định. Gỗ sử dụng để chống cố định hầu nhchỉ đ-ợc áp dụng trong ngành mỏ tại các đ-ờng lò có tuổi thọ nhỏ, th-ờng không
quá 2 đến 3 năm; áp lực nóc t-ơng đối nhỏ; ít biến đổi. Khi sử dụng để chống
các đ-ờng lò có áp lực nóc, s-ờn hông và nền đều lớn thì kết cấu chống phức tạp,
tốn gỗ, tiết diện lò tăng lên, độ cản khí động học cũng tăng, do đó không kinh tế.
Gỗ th-ờng dùng chống, hào, giếng mù, rãnh thoát n-ớc...Không nên chống ở lò

thải gió vì chóng bị mục. Nếu áp lực nhỏ, thời hạn phục vụ ngắn, lò thông gió có
thể chống bằng gỗ nh-ng phải đ-ợc ngâm tẩm.
Khi thi công xây dựng các công trình ngầm dân dụng hoặc các hầm trạm
có tiết diện lớn, kết cấu gỗ chỉ đ-ợc sử dụng làm kết cấu chống tạm thời.
Ngày nay với sự ra đời của các loại vật liệu và kết cấu chống mới có tính
-u việt hơn hẳn nh- thép, bê tông, bê tông phun, bê tông phun sợi thép và neo...,
đồng thời do yêu cầu bảo vệ môi tr-ờng cao nên vai trò kết cấu chống bằng gỗ
trong xây dựng công trình ngầm ngày càng hạn chế.
Tuy nhiên gỗ vẫn còn đ-ợc sử dụng để xử lý trong các tr-ờng hợp đặc biệt
nh-: thi công đào theo sơ đồ chia g-ơng, tại các vị trí tiết diện công trình ngầm
thay đổi và đặc biệt là khi khắc phục hiện t-ợng sập lở cục bộ. Gỗ với đặc điểm
dễ chế biến nên rất thích hợp làm vật liệu dự trữ không thể thiếu đ-ợc ở mọi
công tr-ờng xây dựng khi cần.
2.1.2. Ưu nh-ợc điểm
-u điểm.
-

Cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng
thái nguy hiểm gần phá hủy;
- Vận chuyển dễ dàng;
- Chế biến và gia công đơn giản, dễ thích ứng.
- Sử dụng đ-ợc nguồn vật liệu địa ph-ơng.
Nh-ợc điểm.
- Không liên kết với khối đá;
- Biến dạng nhiều khi chịu tải;
- Hầu nh- không sử dụng lại đ-ợc;
12


- Kết cấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ, do vậy gây ra biến đổi

cơ học trong khối đá, khi dỡ bỏ hoặc thay đổi cần phải có biện pháp gia cố
và bảo vệ;
- Dễ cháy, dễ mục nát và gây ra lực cản khí động học lớn;
- Đòi hỏi ng-ời thi công có tay nghề thủ công nhất định;
- Khai thác gỗ nhiều gây ảnh h-ởng xấu đến điều kiện khí hậu, công tác
bảo vệ môi tr-ờng ...
2.1.3. Các dạng kết cấu chống gỗ
Về mặt cấu trúc kết cấu gỗ th-ờng phân ra hai dạng dạng khung (nóc
phẳng) và dạng vòm, tròn.
Khung chống hở: th-ờng có dạng hình thang vừa đảm bảo tính ổn định
của khung, vừa cho phép giảm chiều dài xà nóc (nh- vậy làm giảm mô men uốn
ở xà- do mô men uốn tăng theo chiều dài). Dạng cơ bản của vỏ chống gỗ là dạng
khung hở gồm hai cột (1), 1 xà nóc (2). Xà và cột th-ờng làm bằng gỗ tròn 16
30. Nêm định vị (3) và các tấm chèn (4) nh- hình 2.1. Nếu giữa tấm chèn và
đất đá có khoảng hở cần phải chèn bằng đầu gỗ, hoặc đá thải để định vị khung
chống và tạo sự làm việc phối hợp tốt giữa vỏ chống và đất đá.
Xà nóc tiếp nhận áp lực từ phía nóc và truyền qua các cột xuống nền
đ-ờng hầm. Các cột làm nhiệm vụ đỡ xà nóc và tiếp nhận phần nào áp lực ngang
(s-ờn-hông). Dầm nền, song song với xà nóc, liên kết các cột với nhau và tiếp
nhận áp lực nền.
Góc nghiêng của cột so với ph-ơng ngang (còn gọi là độ thách) theo kinh
nghiệm th-ờng =700 850. Sự thay đổi của phụ thuộc vào điều kiện địa chất
xung quanh đ-ờng lò, điều kiện sử dụng và kích th-ớc khung chống ... Góc
th-ờng ảnh h-ởng đến tiết diện đào, khối luợng vật liệu chống giữ, do vậy rất
có ý nghĩa trong công tác chống giữ. Tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa áp lực nóc và áp
lực ngang; thông th-ờng góc nghiêng càng nhỏ khi tỷ lệ giữa áp lực nóc và áp
lực ngang càng lớn. Trong thực tế th-ờng lấy theo các thiết kế mẫu, hoặc kinh
nghiệm sử dụng tr-ớc đó. Thời gian qua đã có một số tác giả quan tâm nghiên
cứu, tuy nhiên đến nay vẫn ch-a có kết quả cụ thể để áp dụng vào thực tế.
Khung chống kín: Khi chống giữ, tuỳ điều kiện địa chất cụ thể, yêu cầu

sử dụng tiết diện mà thay đổi dạng khung chống cho phù hợp: chẳng hạn, nếu áp
lực nền lớn cần dùng khung chống kín (dạng đầy đủ, có dầm nền, dầm chân
cột...). Tr-ờng hợp đất đá quá yếu (áp lực lớn), khung chống gỗ bình th-ờng
không đủ khả năng mang tải ta phải sử dụng thêm các vì chống tăng sức (Hình
13


2.2, a, b). Khi đất đá ổn định chỉ chịu áp lực nóc là chủ yếu thì chỉ cần chống giữ
phần nóc hoặc một phần s-ờn, và mối liên kết giữa xà và cột ở dạng đơn giản
nh- (Hình 2.2,c, d,e).
nóc
mộng xà

gốc
tấm chèn,
gỗ bìa

xà nóc
nêm

mộng cột

tấm
đệm

cột
s-ờn

ngọn

độ
nền Lỗ chân cột
thách
Hình 2.1. Cấu tạo của kết cấu chống hở hoàn chỉnh bằng gỗ

Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất
đá và khoảng cách giữa các khung chống mà bên ngoài khung chống phải có
chèn. Chèn vừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vào lò đảm bảo an
toàn cho ng-ời và thiết bị, vừa có tác dụng làm cho áp lực đất đá tác dụng đều
lên kết cấu chịu lực (xà và cột). Việc chèn dầy hay th-a đều phải căn cứ vào tình
trạng thực tế của đất đá khi đào lò: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục
bộ thì nhất thiết phải chèn khít, tr-ờng hợp ng-ợc lại có thể chèn th-a. Tuy nhiên
khi chèn khít cũng nh- khi chèn th-a đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa là
không để lại khoảng trống giữa đất đá xung quanh với vật liệu chèn. Vật liệu
chèn th-ờng là gỗ bổ, ván gỗ, v..v...
Khoảng cách giữa các khung chống bằng gỗ phụ thuộc vào tính chất cơ lý
của đất đá th-ờng L = 0,5 1m, khi gặp điều kiện địa chất xấu có thể phải chống
liền vì.
Mối liên kết giữa các cấu kiện với nhau (đầu xà, đầu cột, cột với dầm nền,
giữa xà nóc với cột bích, văng...) phải đảm bảo chắc chắn và đơn giản, dễ thi
công, không làm yếu khung chống, không gây lực tập trung ứng suất trên mặt cắt
đầu gỗ Thông thường kết nối bằng các loại mộng, ngàm: loại ngàm vuông
(Hình 2.3,b) dùng để liên kết giữa cột và xà, dạng ngàm tròn (Hình 2.3,c) sử

14


dụng để nối các bộ phận gia cố thêm hoặc để nối giữa cột với xà khi áp lực s-ờn
không đáng kể.
Lỗ chân cột th-ờng đào sâu 1015 cm trong đá cứng và trung bình 1520

cm trong đất trung bình; 2025 cm trong đất mềm. Phía đặt rãnh cột chôn sâu
hơn đáy rãnh 1012cm. Tr-ờng hợp dùng dầm nền hay dầm chân cột cần phải
chôn dầm xuống khoảng 3/4 đ-ờng kính dầm.
Ngoài dạng khung, trong xây dựng ngầm, ta còn gặp dạng vỏ tròn hoặc
vòm, trong đó giá trị mômen uốn đ-ợc giảm đi rất nhiều so với dạng khung. Tuy
nhiên, dạng này rất ít gặp trong thực tế vì thi công phức tạp: phải chế biến gỗ
thành nhiều đoạn nhỏ, rồi ghép lại cho khớp nhau.

b)

a)

e)
c
d)
)
Hình 2.2: Một số loại khung chống có vì tăng sức và các khung chống khác
.
a,
b,
c,
`
e,
d,

Hình 2.3: Một số mối nối giữa các cấu kiện vì chống

15

f,

Hình2.4: Một số dạng mối nối
các cấu kiện bằng gỗ

Văng dùng để giữ cố định khoảng cách giữa các khung chống theo
ph-ơng dọc trục lò, chống lại tác dụng xô đổ khung chống khi nổ mìn. Văng
th-ờng làm bằng vật liệu gỗ tròn 10 14 (cm).
Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo ph-ơng dọc
trục lò. Giằng th-ờng làm bằng gỗ 10 14 (cm), giằng th-ờng đ-ợc giữ vào
cột nhờ đinh đỉa.
Trong tr-ờng hợp khối đá có hiện t-ợng tróc lở, cần thiết phải có biện
pháp chống giữ giữa các khung chống. Điều đó đ-ợc thực hiện bằng cách cài
chèn bằng cách đóng nhói, đóng cọc.
Nhói và cọc đ-ợc sử dụng khi khối đá có thời gian tồn tại ổn định không
đáng kể, đòi hỏi phải bảo vệ sớm khu vực trực tiếp tr-ớc g-ơng đào. Nhói gỗ
th-ờng bằng gỗ xẻ, dày 45mm, đầu vát nhọn. Nhói đ-ợc đóng, ép sát phía trên
xà nóc vào khối đá bằng búa, búa khí nén hoặc kích ép đến độ sâu cần thiết,
th-ờng bằng tiến độ cho chu kỳ đào sau. Cũng vì vậy xuất hiện các khoảng hở
trong khối đất/đá do nhói và cọc biến dạng khi chịu uốn là không tránh khỏi.
Hiện nay ph-ơng pháp thi công sử dụng chèn nhói, cọc gỗ làm kết cấu chống
tạm ít đ-ợc sử dụng. Nhói, cọc thép đ-ợc sử dụng thay cho nhói gỗ; một số
dạng chống tr-ớc khác với những tính năng -u việt cũng đã đ-ợc sử dụng có
hiệu quả.
Để tạo khả năng linh hoạt cho khung chống gỗ, các chân cột có thể đ-ợc đẽo
vát nhọn, dạng nhình nêm hay hình chóp (chiều dài đoạn vát nhọn nằng 1,5 đến
3 lần đ-ờng kính thanh gỗ, chiều rộng tối thiểu ở chân cột-dầu vát nhọn- bằng
16

khoảng 1/4 đến 1/3 đ-ờng kính thanh gỗ). Khi gặp tải trọng lớn, phần vát nhọn
sẽ bị nén ép bẹp hay phá hủy tr-ớc, tạo khả năng biến dạng của cột gỗ (né tránh
tải trọng lớn). Trong thực tế có thể tính đến khả năng linh hoạt khoảng 10cm với
khung chống gỗ.
2.1.4. Trình tự lắp dựng khung chống
Tr-ớc khi dựng khung chống gỗ ta cần phải làm các công tác chuẩn bị nhsửa lại biên lò, đập tẩy những chỗ đất đá mấp mô trên biên lò bằng búa chèn, búa
chim hoặc thuốc nổ. Biên hầm lò th-ờng đ-ợc đào bằng khoan nổ mìn nên
th-ờng lồi lõm không đúng với kích th-ớc thiết kế, cần phải sửa lại.
Đào lỗ chân cột: lỗ chân cột phải đào sâu từ 10-15cm trong đất đá kiên cố
và trung bình, 15-20cm trong đất đá trung bình và trong đất đá mềm yếu là 2025cm. Lỗ chân cột cũng đ-ợc đào bằng búa chèn, cuốc chim hoặc thuốc nổ. Nếu
có dầm nền thì dầm nền cũng phải đ-ợc chôn ngập (1/2) đến 1 lần đ-ờng kính
gỗ chống.
Trình tự dựng khung chống: đặt dầm nền (nếu có). Dựng từng cột một, giữ
tạm cột bằng chèn nhói, các thanh giằng cài vào cột của các khung chống cũ đã
dựng tr-ớc hoặc giữ tạm cột bằng các cột đỡ nghiêng. Sau khi đã dựng cột thì
đ-a xà lên bằng tay hoặc bằng các kích nâng. Khi lên xà phải kiểm tra sự ăn
khớp giữa đầu xà và đầu cột để sao cho không có hiện t-ợng treo cằm hoặc trùng
cằm (hình 2.5). Hai hiện t-ợng trên đều có thể làm cho cột và xà dễ bị gẫy. Tiếp
theo, tiến hành điều chỉnh khoảng cách, độ cao, độ thách (độ nghiêng chân cột),
v..v của khung chống sao cho khung chống nằm trong mặt phẳng vuông góc
với trục lò. Sau đó thực hiện đóng nêm đầu xà và đầu cột để định vị khung
chống. Cuối cùng cài chèn phía sau khung chống tại nóc và hông của đ-ờng lò.
Mật độ cài chèn phụ thuộc vào hiện trạng đất đá xung quanh đ-ờng lò. Trong
quá trình cài chèn, nếu phát hiện khoảng trống phía sau khung chống thì phải
tiến hành kích chặt, chèn kỹ bằng các đầu gỗ hoặc nêm đá.

Hình 2.5: Hiện t-ợng mối nối không phù hợp giữa xà và cột
a. Treo cằm; b. Chùng cằm

17

2.1.5. Vì chống gỗ cho lò nghiêng
Đối với các lò nghiêng (lò th-ợng, lò hạ, lò ng-ợc...) tuỳ theo góc nghiêng
của đ-ờng lò mà có thêm các cấu kiện phụ nh-:
- Khi góc nghiêng lò < 10 120, cần phải đánh văng giữa hai cột qua vì chống.
- Khi 120 < 300, phải đánh văng ở phía đầu cột và chân cột giữa hai vì chống.
- Khi >300, ngoài hai thanh văng nh- trên còn cần phải đặt thêm cả dầm nền.
- Khi > 450, lò nghiêng đ-ợc chống nh- các khung chống gỗ ở giêng đứng.
- Khi góc nghiêng lớn quá cần đặt khung chống cơ bản (có tai) ăn sâu vào đất
đá 0,5 0,7m. khoảng cách giữa các vì cơ bản từ 5 10m tuỳ theo tính chất cơ
lý của đất đá.
Ngoài ra, nếu thấy có hiện t-ợng tr-ợt ở phía vách lò, cần thiết dựng khung
nghiêng về phía trên 50 đến 70 so với mặt cắt vuông góc với trục đ-ờng lò; ng-ợc
lại khi có hiện t-ợng tr-ợt ở đá trụ, chân cột đ-ợc chôn lệch lên phía trên ở phía
nền lò với các góc t-ơng tự.

18


CHƯƠNG 3: KHUNG CHốNG KIM LOạI
3.1. Khung chống kim loại ở lò bằng, lò nghiêng
3.1.1. Khái quát chung
a. -u nh-ợc điểm
Khung chống kim loại là một trong những loại kết cấu chống đ-ợc sử
dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất để chống giữ các đ-ờng lò. So với kết cấu
chống gỗ, kết cấu chống bằng kim loại có nhiều -u điểm hơn:
- Có khả năng mang tải lớn;
- Thuận tiện cho việc lắp đặt, sử dụng đ-ợc trong các đất đá có độ bền bất
kỳ, trong các đ-ờng lò có áp lực mỏ đã xác định cũng nh- trong các đ-ờng lò

nằm ở trong vùng ảnh h-ởng của công tác khai thác;
- Làm khung chống tạm thời cũng nh- làm khung chống cố định, làm
khung chống cứng cũng nh- làm khung chống linh hoạt.
b. Điều kiện sử dụng
Hiện nay, vì chống bằng thép đ-ợc sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ lớn nhất
trong lò bằng và lò nghiêng. Vì chống thép khắc phục đ-ợc tất cả nh-ợc điểm vì
gỗ, dùng trong đất đá có độ bền bất kỳ, áp lực lớn. Khung chống cố định bằng
thép có thể sử dụng với nhiều thời gian phục vụ khác nhau, thông th-ờng đ-ờng
lò cần phục vụ từ 5-7 năm trở lên đều có thể chống bằng khung chống thép.
Trong những điều kiện thông th-ờng, nên sử dụng khung chống thép với những
đ-ờng lò có thời gian tồn tại 15-20 năm.Không nên dùng trong những đ-ờng lò
có chất ăn mòn kim loại nh- axit, muối... Vì vậy khi sử dụng khung chống thép
trong các đ-ờng lò có n-ớc cần phải có biện pháp chống rỉ cho thép. Khung
chống tạm thời bằng thép có thể sử dụng đ-ợc nhiều lần.
3.1.2. Cấu tạo khung chống thép
Các khung chống thép sử dụng ở lò bằng và lò nghiêng khi dựa trên điều
kiện làm việc có thể phân chia thành ba loại chính: kết cấu chống cứng, kết cấu
linh hoạt kích th-ớc và kết cấu linh hoạt hình dáng.
3.1.2.1. Khái quát về các loại khung thép trong xây dựng mỏ và công trình ngầm
Khung thép có thể chế tạo trực tiếp từ thép hình, nh-ng cũng có thể đ-ợc
chế tạo bằng cách hàn ghép, kết nối từ các loại thép tròn có đ-ờng kính khác
nhau. Do vậy trong thực tế th-ờng phân biệt khung thép hình và khung thép tổ
hợp

19


Nãi chung trong x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm má vµ d©n dông th-êng sö
dông mét sè lo¹i thÐp h×nh ®Æc biÖt, ngoµi nh÷ng lo¹i thÐp h×nh th«ng th-êng
trong x©y dùng. Trªn ®©y lµ mét sè vÝ dô vÒ c¸c lo¹i thÐp h×nh th«ng dông trong

x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm.
ThÐp ThÐp ThÐp
®-êng ray ch÷
ch÷ I
H

ThÐp
lßng mo

ThÐp
h×nh
chu«ng

ThÐp
èng
ThÐp
trßn

ThÐp
ch÷ U

ThÐp
h×nh sao
ThÐp h×nh lßng
mo

Khung thÐp h×nh vµ
khung thÐp tæ hîp

H×nh 3.1: C¸c d¹ng kÕt cÊu chèng thÐp

20

ThÐp
lßng
m¸ng


Hình dạng và kích th-ớc của các khung chống thép hình đ-ợc chế tạo tùy
theo hình dạng tiết diện của khoảng trống đ-ợc khai đào. Vì vậy các khung
chống bằng thép đ-ợc chế tạo tr-ớc theo kích th-ớc, tuy nhiên trong ngành khai
thác mỏ hầm lò cũng th-ờng sử dụng các khung chống mẫu hay tiêu chuẩn theo
các thiết kế mẫu.
* Khung thép hình
Thông th-ờng, để thuận tiện và nhẹ nhàng khi sử dụng, các khung chống
bằng thép đ-ợc chia ra nhiều đoạn. Tùy theo tính năng và yêu cầu các mối nối có
thể đ-ợc chế tạo hay gia công ở các dạng khác nhau. Trong thực tế phân biệt các
mối nối cứng hay khớp cứng, và mối nối linh hoạt hay khớp linh hoạt. Mối nối
linh hoạt lại đ-ợc phân ra hai loại là khớp tr-ợt và khớp xoay.
Khớp cứng th-ờng ở dạng liên kết bản đệm hay mặt bích, nối cứng với
nhau bằng đinh ốc hoặc then, chốt. Khung chống khớp cứng th-ờng đ-ợc sử
dụng cho các đ-ờng lò đá trong ngành mỏ. Trong xây dựng công trình ngầm
khung khớp cứng đ-ợc sử dụng làm khung chống tạm khi gặp các khối đá dễ
tróc lớp hay sập lở và sau đó trở thành cốt cứng trong vỏ chống cố định. Tuy
nhiên ngày nay khung thép tổ hợp ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi, thay thế cho
loại khung cứng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng với các lý do khác
nhau, sẽ đề cập trong mục khung thép tổ hợp.

đệm

xà thép
thanh
khung
chữ I

bản đệm
cột thép

Cấu tạo tấm đệm
cong
Tấm đệm dạng chữ U
theo Spruth 1959

21

ốc
vít


Tấm đệm l-ợn sóng
theo Froehlich và
Schmidt 1963

Mối nối dạng chốt cứng theo
Spruth 1959

Chốt móc theo Froehlich và Schmidt 1963

Hình 3.2: Các dạng mối nối cứng
Khớp tr-ợt là khớp nối cho phép hai đọan khung nối với nhau có thể tr-ợt

lồng vào nhau (hay tr-ợt chồng lên nhau) một đoạn xác định. Khớp tr-ợt đ-ợc
tạo nên theo nguyên lý ma sát nên còn gọi là khớp ma sát và trong thực tế có khá
nhiều dạng khác nhau (Hình ). Khớp tr-ợt hạn chế hay cũng còn gọi là khớp linh
hoạt hạn chế th-ờng đ-ợc sử dụng khi khung thép đ-ợc chế tạo từ thép chữ I; hai
đoạn khung đ-ợc kết nối trong hộp tr-ợt với đoạn đ-ờng tr-ợt khoảng 200 đến
400mm (đ-ơng nhiên cũng có tr-ờng hợp đến 600mm, song khi đó khả năng
chống uốn của khung bị giảm đi). Khớp tr-ợt th-ờng đ-ợc sử dụng cho các
khung chống thép tại các đ-ờng lò trong ngành mỏ khi gặp các tr-ờng hợp khối
đá có biến dạng lớn (ví dụ gần khu vực khai thác, lò chuẩn bị) hoặc trong xây
dựng công trình ngầm, khi trong khối đá xuất hiện biến dạng dẻo. Khung chống
có khớp tr-ợt hay ma sát th-ờng đ-ợc gọi là khung tr-ợt, khung ma sát hay
khung chống linh hoạt kích th-ớc.

Khớp tr-ợt gông bằng thép tấm, bắt vít
hoặc cài then

gông thép tròn có móc kéo

22


gông tròn
với bản
đệm đúc,
cán tr-ớc

khớp tr-ợt hạn chế,
khung thép chữ I

Khớp tr-ợt cài then

Hộp tr-ợt Gerlach,
theo Gimm 1959

Hình 3.3- Các dạng mối nối linh hoạt
Khớp xoay là mối nối cho phép kết cấu có thể xoay quanh khớp ở mức độ
nhất định. Khung chống có khớp xoay, th-ờng gọi ngắn là khung chống khớp có
thể biến hình hay khung chống linh hoạt hình dạng, nghĩa là có thể tự điều khiển
để thích ứng với biến dạng của khối đá mà ít gây ra biến dạng trong từng đoạn
của khung. Khung chống càng nhiều khớp thì các đoạn càng ngắn và tác động
gây uốn càng nhỏ. Tuy nhiên số l-ợng khớp cũng có giới hạn và th-ờng không
quá 3. Khi sử dụng nhiều khớp hơn sẽ có thể dẫn đến khả năng nguy hiểm là ba
khớp nào đó có thể nằm trên một đ-ờng thẳng, trong quá trình biến dạng, dẫn
đến khung mất ổn định. Thông th-ờng khi sử dụng khung dạng khớp bao giờ
cũng có một khớp trên nóc, có thể đ-ợc bố trí chính giữa nóc đ-ờng hầm và tại
vị trí nằm giữa nóc và s-ờn đ-ờng hầm. Khung chống khớp bốn đoạn, th-ờng có
dạng đối xứng, có thêm hai khớp phía s-ờn đ-ờng hầm, để nối đoạn khung nóc
hay xà nóc với các cột. Dạng khung không đối xứng th-ờng chỉ có thêm một
hoặc không có khớp s-ờn, ngoài khớp nóc. Thông th-ờng các khớp (làm bằng
thanh gỗ cứng, dài) cũng có vai trò làm thìu dọc, liên kết các khung riêng rẽ với
nhau.

23


khớp nối bắt vít

Các loại khớp
thép, chốt
cứng

Các loại khớp thép tròn, dời
khớp nối hai chốt

Hình 3.4: Một số khung khớp sử dụng trong khai thác
mỏ có thìu dọc

Nhằm phát huy những -u điểm và khắc phục các hạn chế của các loại
khung với cácdạng khớp nối khác nhau đã xuất hiện ý t-ởng về một loại khung
vạn năng

Khung chống vạn năng và dạng mối nối

Hình 3.5: Khung chống vạn năng
Lắp dựng. Khung thép hình đ-ợc lắp dựng ngay sau khi tạo ra khoảng
trống ngầm. Các trang bị hỗ trợ nh- sàn công tác, giá lắp dựng đ-ợc chế tạo và
sử dụng để có thể lắp dựng nhẹ nhàng, ngay cả khi các đoạn khung dài và nặng.
Cũng vì vậysố l-ợng các mối nối không cần thiết sẽ đ-ợc giảm đi .

24


Để tạo ra độ cứng vững cho hệ khung dọc theo trục công trình ngầm đ-ợc
tạo nên nhờ các kết cấu văng và giằng. Văng và giằng không chỉ giữ cho các
khung thép có thể ổn định mà có khả năng chịu nén, kéo ngay cả khi không phun
vữa hoặc chèn. Thông th-ờng các văng gỗ có khả năng chịu nén, còn các giằng
thép tấm hoặc tròn có khả năng chịu kéo. Cũng cần l-u ý rằng, tại công tr-ờng
có khi sử dụng ph-ơng pháp hàn để kết nối các khung thép, nh-ng cũng cần
nhận thức rằng qua đó sẽ làm giảm khả năng chịu tải của loại thép chất l-ợng
cao đã qua quá trình tôi, ủ.

* Khung thép tổ hợp
Khung thép tổ hợp là loại khung đ-ợc hàn ghép lại từ các loại thép tròn có
kích th-ớc khác nhau.

Cấu tạo khung thép tổ hợp của Hãng Pantex và dữ liệu kỹ thuật

Hình 3.6: Khung chống thép tổ hợp
Trên thế giới khung thép tổ hợp đang đ-ợc sử dụng rộng rãi thay thế cho
khung thép hình, trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm dân dụng. Khung
thép tổ hợp d-ợc chế tạo tr-ớc th-ờng đ-ợc sử dụng phối hợp với bê tông phun
hoặc bê tông liền khối trong kết cấu chống tạm cũng nh- kết cấu chống cố định.
T-ơng tự nh- các khung từ thép hình, khung thép tổ hợp tr-ớc hết có nhiệm vụ
đảm bảo an toàn trong khi thi công, đồng thời cũng là ph-ơng tiện giúp đảm bảo
25