Nghiên cứu nguyên lý làm việc và đề xuất giải pháp nhằm nâng cao mức độ ổn định tải trọng của neo ống hở (split set bolt) khi chống giữ trong các đường lò của mỏ than mạo khê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN VĂN PHÚ

NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO
MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH TẢI TRỌNG CỦA NEO ỐNG HỞ
(SPLIT SET BOLT) KHI CHỐNG GIỮ TRONG CÁC
ĐƯỜNG LÒ MỎ THAN MẠO KHÊ
Ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình ngầm
Mã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Phạm Minh Đức

HÀ NỘI - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày

tháng 4 năm 2015

Tác giả

Trần Văn Phú


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG CÁC LOẠI NEO TRONG CHỐNG GIỮ
CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ......... 4
1.1. Tổng quan về công tác thi công đào, chống giữ các cơng trình ngầm và mỏ
bằng vì neo kết hợp với kết cấu chống tích hợp trên thế giới. .............................. 4
1.1.1: Neo cơ học: ........................................................................................... 5
1.1.2. Neo dính kết và neo cáp ........................................................................ 8
1.1.3. Neo kết hợp ......................................................................................... 12
1.2 Tình hình sử dụng neo ống hở (Split set bolt) tại Việt Nam [1] .................... 14
1.3 Sự phát triển neo ống hở (Split set bolt) và kết cấu chống kết hợp. .............. 15
1.3.1 Neo ống hở (Split set bolt).................................................................... 15
1.3.2 Kết cấu chống hỗn hợp neo ống hở với bê tông phun, neo ống hở với
lưới thép ........................................................................................................ 19
1.3.3. Chống hỗn hợp neo ống hở kết hợp với lưới thép ............................... 21
1.4 Nhận xét về điều kiện áp dụng của neo ........................................................ 23
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG CÁC ĐƯỜNG LÒ XUYÊN VỈA CỦA MỎ THAN
MẠO KHÊ, ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG KẾT CẤU
CHỐNG ................................................................................................................ 25
2.1 Mỏ than Mạo Khê và các đặc điểm chung về địa chất .................................. 25
2.1.1 Vị trí địa lý ........................................................................................... 25
2.1.2 Địa hình, sơng suối và giao thơng ........................................................ 26
2.1.3 Khí hậu................................................................................................ 27

2.2 Hệ thống các đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê và hiện trạng kết cấu
chống ................................................................................................................ 28


2.2.1 Hệ thống các đường lò xuyên vỉa của mỏ than Mạo Khê ...................... 28
2.2.2 Các kết cấu chống áp dụng ở mỏ Mạo Khê – tình trạng sau khi lắp dựng. 30
2.3 Đặc điểm chung về điều kiện địa chất quanh các đường lò xuyên vỉa .......... 31
2.3.1 Điều kiện địa chất thủy văn .................................................................. 31
2.3.2 Điều kiện địa chất cơng trình ................................................................ 33
2.4 Đặc điểm điều kiện địa chất khu mỏ mức -80 .............................................. 37
2.4.1 Đặc điểm địa chất cơng trình khu mỏ mức -80...................................... 37
2.4.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn [2] ............................................................ 39
2.5 Nhận định về hiện trạng kết cấu chống và hướng giải quyết ........................ 40
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP NHẰM NÂNG CAO MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH TẢI TRỌNG CỦA NEO ỐNG
HỞ (SPLIT SET BOLT) KHI CHỐNG GIỮ TRONG CÁC ĐƯỜNG LÒ MỎ
THAN MẠO KHÊ ................................................................................................ 42
3.1 Đánh giá mức độ ổn định của khối đá .......................................................... 42
3.2 Phân loại chất lượng khối đá theo Bieniawski - phương pháp RMR ............ 44
3.3 Phân tích tính tốn kết cấu chống bằng neo, kết hợp lưới thép, bê tông phun
cho các đường lò xuyên vỉa mỏ than Mạo Khê .................................................. 49
3.3.1 Nguyên lý neo khối đá .......................................................................... 49
3.3.2 Các phương pháp thiết kế neo............................................................... 54
CHƯƠNG IV TÍNH TỐN LẬP HỘ CHIẾU CHỐNG GIỮ ĐƯỜNG LÒ DỌC
VỈA ĐÁ VỈA 10 CÁNH BẮC MỨC -80 MỎ THAN MẠO KHÊ BẰNG NEO
ỐNG HỞ (SPLIT SET BOLT) .............................................................................. 62
4.1 Tính tốn, xác định chiều cao vòm cân bằng tự nhiên tại đường lò dọc vỉa đá
vỉa 10 cách bắc mức -80 mỏ than Mạo Khê ....................................................... 62
4.1.1 Chiều cao vòm sụt lở ........................................................................... 62
4.1.2 Tính theo khả năng chịu lực của thanh neo .......................................... 63

4.2. Xác định các thông số hộ chiếu chống giữ bằng neo ống hở (split set bolt) . 63
4.2.1 Tính chiều dài tồn bộ 1 thanh neo ....................................................... 63
4.2.2 Tính mật độ neo .................................................................................. 63


4.2.3 Tính khoảng cách giữa các neo ............................................................ 64
4.2.4 Lưới thép .............................................................................................. 65
4.2.5 Xác định thông số bê tông phun........................................................... 65
4.3 Thiết bị, phụ kiện phục vụ thi công neo ống hở ........................................... 70
4.3.1 Công tác khoan chống neo ống ............................................................. 70
4.3.2 Công tác phun bê tông ......................................................................... 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 76


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của Neo ống hở ................................................ 15
Bảng 1.2. Đặc điểm kỹ thuật của neo ống do hãng Jennmar giới thiệu ......... 18
Bảng 1.3. Đặc tính kỹ thuật neo ống do hãng International Rollform Inc sản
xuất giới thiệu................................................................................. 18
Bảng 2.1 Ranh giới mỏ theo hệ tọa độ nhà nước 1972 [1] ............................ 25
Bảng 2.2 Ranh giới mỏ theo hệ tọa độ quốc gia VN -2000 [1] ..................... 26
Bảng 2.3 Thống kê lượng mưa lớn nhất từng tháng khu mỏ mạo khê ........... 32
Bảng 2.4 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá khu mỏ Mạo Khê .......................... 35

Bảng 2.5 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá ............................................... 38
Bảng 2.6. Bảng tổng hợp các cơng trình vỉa 10 Cánh Bắc. ........................... 40
Bảng 3.1. Bảng tính tốn hệ số ổn định của đường lò ................................... 43
Bảng 3.2. Bảng phân loại mức độ ổn định của đường lò theo VNIMI .......... 44
Bảng 3.3. Các tham số phân loại theo Bieniawski 1973................................ 45
Bảng 3.4 Ảnh hưởng vị trí của khe nứt (đường phương, góc dốc) khi thi cơng
đường hầm ..................................................................................... 47
Bảng 3.5 Các nhóm khối đá.......................................................................... 47
Bảng 3.6 Ý nghĩa về các nhóm khối đá 1973 và sửa đổi 1978 ...................... 47
Bảng 4.1 Kết quả tính tốn thơng số neo ...................................................... 64


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 1.1: Cấu tạo, hình dạng neo nêm chẻ ..................................................... 6
Hình 1.2: Cấu tạo nêm trượt có sử dụng ống lắp ráp ....................................... 7
Hình 1.3: Cấu tạo nêm trượt khơng sử dụng ống lắp ráp................................. 8
Hình 1.4: Cấu tạo neo bê tơng cốt thép ........................................................... 9
Hình 1.5. Cấu tạo neo chất dẻo cốt thép ....................................................... 10
Hình 1.6: Cấu tạo neo cáp. ........................................................................... 11
Hình 1.7. Cấu tạo neo ống phồng Swellex .................................................... 12
Hình 1.8 Cấu tạo neo linh hoạt ..................................................................... 13
Hình 1.9 Nguyên tắc làm việc của ống thân neo với đá và khối đá .............. 16
Hình 1.10 Cấu tạo và các thơng số neo ống hở ............................................. 17
Hình 1.11 Lưới thép liên kết kiểu mắt xích .................................................. 22

Hình 1.12 Lưới thép hàn............................................................................... 23
Hình 2.1 Hệ thống các đường lị xun vỉa của mỏ than Mạo Khê [1]. ......... 29
Hình 2.2 Mặt cắt dọc đoạn lò vỉa 10 CB mức -80 ......................................... 37
Hình 3.1 Phân loại khối đá theo Bieniawski (1973) ..................................... 48
Hình 3.2 Sơ đồ tạo lớp vỏ mỏng ................................................................... 50
Hình 3.3 Sơ đồ lý thuyết treo chốt ................................................................ 50
Hình 3.4 Sơ đồ tính theo lý thuyết dầm nhận tải ........................................... 52
Hình 3.5 Hiệu ứng liên kết (neo chốt) .......................................................... 52
Hình 3.6 Nguyên lý xếp chồng các vùng được nén ép do neo bị kéo căng .... 53
Hình 3.7 Các dạng liên kết vùng khối đá nứt nẻ, phá hủy tạo thành vịm
nhận tải ........................................................................................... 53
Hình 3.8 Ví dụ các dạng phá hủy và sơ đồ cắm neo ..................................... 56
Hình 3.9 Ví dụ sơ đồ tính cho tồn bộ hệ thống neo ..................................... 56
Hình 3.10 Tốn đồ phân tích hiệu ứng dầm nhận tải theo Panek [7] ............. 58


Hình 4.1 Bố trí mạng neo tùy theo mặt phân lớp theo Maidl 1994............... 66
Hình 4.2 Neo lắp nghiêng với vách ............................................................. 67
Hình 4.3 Neo lắp vng góc với vách........................................................... 67
Hình 4.4 Trắc dọc Lị dọc vỉa đá vỉa 10 Cánh Bắc mức -80 đoạn đi qua Cát
kết chống neo ống hở (Split set bolt). ............................................. 68
Hình 4.5 Mặt cắt Lò dọc vỉa đá vỉa 10 Cánh Bắc mức -80 đoạn đi qua Cát
kết chống neo ống hở (Split set bolt). ............................................. 68
Hình 4.6 Trắc dọc Lị dọc vỉa đá vỉa 10 Cánh Bắc mức -80 đoạn đi qua Bột
kết chống neo ống hở, lưới thép kết hợp bê tông phun. ................... 69
Hình 4.7 Mặt cắt Lị dọc vỉa đá vỉa 10 Cánh Bắc mức -80 đoạn đi qua Bột
kết chống neo ống hở, lưới thép kết hợp bê tông phun. ................... 70
Hình 4.8 Thi cơng lắp đặt neo ống................................................................ 72

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong ngành mỏ, kỹ thuật
cơng nghệ đào, chống giữ cơng trình ngầm mỏ cũng có những bước phát triển
vượt bậc. Trong thực tiễn xây dựng cơng trình ngầm có hai vấn đề chính được
quan tâm đó là đào và chống. Trong đó, cơng tác đào phải đảm bảo thuận lợi
tối đa cho công tác chống giữ và ngược lại công tác chống giữ phải đảm bảo
ổn định tốt cơng trình ngầm, có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao, không gây cản
trở và phải tạo ra năng suất cho công tác đào. Đào và chống trong thi cơng
cơng trình ngầm là hai vấn đề có mối quan hệ hữu cơ, khơng thể tách rời.
Hiện nay có hai quan niệm chính trong cơng tác chống giữ cơng trình
ngầm được sử dụng rộng rãi là chống đỡ bị động và chống đỡ chủ động.
Chống giữ bị động là hình thức sử dụng kết cấu chống để chống lại chuyển vị,
biến dạng của đất đá bao quanh cơng trình ngầm và mỏ. Chống giữ chủ động
là huy động đá và khối đá cùng tham gia mang tải.
Các kết cấu chống đỡ bị động thường sử dụng nhiều vật liệu (có kích
thước lớn) cho nên giá thành xây dựng lớn làm tăng giá thành đầu tư. Các kết
cấu chống đỡ chủ động thường sử dụng các loại kết cấu chống nhẹ như neo,
bê tơng phun... có khả năng huy động đá và khối đá cùng chống đỡ lại các
biến dạng và chuyển vị đá quanh đường lị. Do tận dụng được khả năng mang
tải vốn có của đất đá xung quanh cơng trình ngầm nên các kết cấu chống dạng
này thường sử dụng ít vật liệu, nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Các kết cấu
chống giữ trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh chủ yếu là các kết cấu
chống đỡ mang tính bị động như: khung chống thép, bê tông, bê tông cốt thép
hay khung chống gỗ ...
Kết cấu chống giữ chủ động bằng neo, neo kết hợp bê tông phun được
áp dụng rộng rãi trên thế giới trong các lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm và

2
mỏ, chính bởi vì tính linh hoạt, phạm vi áp dụng rộng, thi cơng dễ dàng và có
khả năng nâng cao tốc độ thi cơng.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu khả năng sử dụng kết cấu chống chủ động trong thi cơng đào
chống các đường lị mỏ khi điều kiện cho phép.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu là các đường lị đá tại mỏ than khai thác bằng
cơng nghệ hầm lò. Phạm vi nghiên cứu: Chống giữ đường lò dọc vỉa mức - 80
mỏ than Mạo Khê bằng neo ống hở (Split set bolt).
4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về các loại neo sử dụng tại các đường lò của
Việt Nam và trên thế giới.
Nghiên cứu nguyên lý làm việc và đề xuất sử dụng neo ống hở (split set
bolt)để chống giữ trong các đường lị mỏ
Tính toán hộ chiếu chống neo áp dụng cho một số đoạn lò tại các
đường lò xuyên vỉa mức -80 mỏ than Mạo Khê.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp:
- Nghiên cứu lý thuyết,
- Thu thập tài liệu, phân tích, đánh giá và tính toán
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
+ Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu áp dụng neo ống hở để chống giữ an
toàn, hiệu quả trong các đường lị đá có điều kiện địa chất mỏ phù hợp. Đề
xuất các biện pháp tính tốn và xây dựng hộ chiếu chống giữ phù hợp tại
đường lò xuyên vỉa mức -80 mỏ than Mạo Khê
+ Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng neo ống hở (Split set bolt ) có thể thay thế
kết cấu chống giữ khác khi điều kiện địa chất mỏ phù hợp.

3
7. Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn
Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chun ngành, các cơng
trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong và ngoài nước. Tham khảo các:
các bài giảng tại thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất, Các kết quả nghiên
cứu trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm và mỏ của Viện KHCN Mỏ,
Cơng ty CP TV ĐT Mỏ & CN.
Bố cục luận văn: Ngoài phần mở đầu và kết luận kiến nghị, luận văn
gồm 4 chương được trình bày trong 76 trang đánh máy vi tính với 16 bảng
biểu và 32 hình vẽ.
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm
Minh Đức.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trường Đại học
Mỏ - Địa chất, ban lãnh đạo Phòng đào tạo sau đại học, khoa Xây dựng, tập
thể thầy cô bộ môn XDCTN & Mỏ và đặc biệt là thầy TS. Phạm Minh Đức đã
dành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này. Tôi
xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện KHCN Mỏ; Ban giám đốc mỏ than
Mạo Khê và các bạn đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá
trình thực hiện đề tài.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG CÁC LOẠI NEO
TRONG CHỐNG GIỮ CÁC CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1. Tổng quan về công tác thi công đào, chống giữ các cơng trình ngầm
và mỏ bằng vì neo kết hợp với kết cấu chống tích hợp trên thế giới.
Neo làm kết cấu chống giữ cơng trình ngầm đã có lịch sử hình thành và

phát triển lâu dài từ đầu thế kỷ XIX đến nay, kết cấu chống neo đã trở thành
kết cấu chống giữ khá phổ biến cho các cơng trình ngầm dân dụng và các
đường lị khai thác khoáng sản [9].
Đến nay kết cấu neo được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng
và khai thác mỏ. Tuy nhiên neo thực sự xuất hiện từ khi nào thì vẫn khơng có
thơng tin chính xác (Bulưchev 1994). Theo Kainrath-Reumayer (2008) kết
cấu neo hay có dạng neo đã được sử dụng từ trước Công nguyên; neo nêm chẻ
bằng gỗ đã được sử dụng khoảng năm 1900 tại vùng Sledi thượng (Balan);
văn bản đăng ký bản quyền neo thép đã có vào năm 1913, tài liệu báo cáo về
việc sử dụng neo thép đã xuất hiện năm 1919; neo thực sự được sử dụng rộng
rãi bắt đầu tại Mỹ sau chiến tranh thế giới lần 2 và tiếp đó là Châu Âu, bắt đầu
từ ngành mỏ, sau đó là trong xây dựng cơ sở hạ tầng. Theo Hossein Jalalifar
(2006) báo cáo đầu tiên xuất hiện ở Đức về sử dụng neo để điều khiển khối đá
trong năm 1918 ở mỏ than (Lang 1979); neo được sử dụng năm 1872 tại mỏ
khai thác đá ở North Wales (Schach 1979); Bolstad và Hiil (1983) cho biết
neo cơ học được sử dụng tại mỏ khai thác quặng ở Mỹ từ 1927; tại Na Uy neo
trở thành công nghệ thực tế và mang tính kinh tế bắt đầu từ 1940; để giảm các
hiện tượng phá hủy do sập lở nóc hầm, văn phòng mỏ ở Mỹ (U.S Bureau of
Mines -USBM) bắt đầu sử dụng công nghệ neo vách hầm từ 1947 và từ đó
neo được sử dụng khắp nước Mỹ, riêng trong năm 1952 đã sử dụng 25 triệu


5
neo; neo được bắt đầu sử dụng tại Úc với dự án thủy điện Snowy Mountains
Hydroelectric (1949-1969), trong thời gian này neo dính kết đã được sử dụng
làm kết cấu chống cố định [9].
Từ những năm 50 của thế kỷ trước, ở những nước có nền cơng nghiệp
mỏ phát triển như Mỹ, Pháp, Liên Xô (cũ), Đức, Ba Lan, Trung Quốc đã đưa
neo dính kết vào sử dụng. Theo thống kê sơ bộ tại thời điểm những năm 90
của thế kỷ trước, mỗi năm ở Mỹ sử dụng tới 20 triệu neo chất dẻo cốt thép.

Liên Xô khoảng 20 triệu, ở Đức khoảng 1,5 triệu. Sau những năm này, sự
phát triển trong việc áp dụng neo ống hởcòn mạnh mẽ hơn và neo chất dẻo đã
trở thành một kết cấu chống rất phổ biến trong công nghiệp mỏ và công trình
ngầm [9].
Ngày nay có nhiều loại neo khác nhau được sử dụng trên thế giới.
Nhiều loại neo cho thấy chúng có sự khác nhau khơng đáng kể về mặt kết
cấu và đều dựa trên cùng một nguyên lý gia cố chung. Có thể phân ra các
nhóm sau:
-

Neo cơ học

-

Neo dính kết

-

Neo kết hợp

1.1.1: Neo cơ học:
a) Neo nêm chẻ (hình 1.1) được áp dụng phổ biến ở Liên xô (cũ) khi
đường lò đi qua vùng đất đá ổn định, vững chắc (nếu trong đất đá mềm yếu
hoặc nứt nẻ quá lớn thì neo khơng có tác dụng). Các thành phần cấu tạo của
neo nêm chẻ bao gồm: êcu (1), bản thép đế (2), thân neo (3) có đường kính
2225 mm; tại phần đi neo có xẻ rãnh (4) rộng khoảng 2 4 mm; rãnh được
xẻ dài khoảng 150200 mm. Khi lắp dựng neo ở đi neo có lắp nêm (5) và
phần đầu neo có tạo ren để kéo căng neo bằng cách vặn êcu. Với chiều dài
vặn êcu khoảng 120150 mm thì chiều dài nêm chẻ phải ngắn hơn chiều dài

6
phần có chế tạo ren đầu neo một đoạn là 1025 mm chiều rộng của nêm sử
dụng phải có đường kính khơng được lớn hơn đường kính của cốt làm neo,
chiều dày của nêm ở phần trên từ 18-:-25mm, còn phần dưới từ 2-:-3 mm. Tất
cả phần xẻ rãnh và nêm chẻ sẽ tạo thành khoá liên kết. Cấu tạo, hình dạng neo
nêm chẻ (hình 1.1).
- Khả năng mang tải của nêm chẻ phụ thuộc chủ yếu vào độ cứng của
đất đá và diện tích bề mặt tiếp xúc của tấm đệm với bề mặt đất đá, tải trọng
của neo chính là lực kéo căng ban đầu bằng cách vặn êcu (nếu trong đất đá có
độ cứng f = 5-:- 8 thì khả năng chịu lực của neo có thể đạt tới 150 kN).
- Ưu điểm: Neo dạng này có cấu tạo đơn giản, khả năng mang tải cao,
giá thành thấp.
- Nhược điểm: Khả năng sử dụng rất hạn chế ở những khối đá có độ bền
thấp, khơng có khả năng sử dụng lại được, địi hỏi cao về cơng tác khoan lỗ
neo (chiều sâu lỗ khoan phải phù hợp với chiều dài neo, không được dài quá
hoặc ngắn quá).
5

1: Êcu
2: Bản đệm

4

3: Thân neo
4: Rãnh xẻ
5: Nêm

3

2
1

Hình 1.1: Cấu tạo, hình dạng neo nêm chẻ


7
b) Neo nêm trượt (Hình 1.2; 1.3): được áp dụng thử nghiệm ở Liên xô
(cũ) dưới sự nghiên cứu phát triển của các viện nghiên cứu ВНИИГидроугол
(hình 1.2 a), КНИУИ (hình 1.2 b), cấu tạo gồm 2 cánh, một cánh chuyển
động và một cánh cố định, áp lực càng tăng thì neo càng chặt. Thành phần cấu
tạo của neo như sau: êcu (1), bản thép đế (2), thân neo bằng thép trịn(3) có
đường kính khoảng 1622 mm với hai khớp nối có cấu tạo khía (4,5) và đầu
tách đặc biệt hình cơn hoặc hình nêm(6), Trước khi lắp neo các bán khớp nối
hình khía lắp vào đầu tách hình nêm (hình cơn) và liên kết với nhau bằng
vịng dây thép hoặc vòng cao su cấu tạo của nêm trượt thể hiện trên hình 1.2.
a,b,c,d,e,f.
- Loại neo nêm trượt khơng sử dụng ống lắp ráp được thể hiện trên hình
1.3. được nghiên cứu phát triển của các viện nghiên cứu КузНИУИ (hình 1.3 )
và mang tên (hỡnh 1.3 d), hay neo có bộ
phận tự xiết, được sáng chế bởi viện mỏ ДонУГИ cđa Украина (hình 1.3 d).
- Ưu điểm: Neo nêm trượt có lực bám dính vào đất đá tốt, có khả năng
tháo sử dụng lại.
- Nhược điểm: Cấu tạo neo phức tạp nên dẫn đến công tác thiết kế và gia
cố phức tạp.

a

b

6

1: Êcu
2: Bản đệm

4
3
2
1

5

3: Thân neo
4,5: Tấm ốp có cấu tạo khía
6: Đầu tách hình cơn

Hình 1.2: Cấu tạo nêm trượt có sử dụng ống lắp ráp


8
c)

d)

e)

7, 8: hai nêm của neo
9: Êcu

Hình 1.3: Cấu tạo nêm trượt khơng sử dụng ống lắp ráp

1.1.2. Neo dính kết và neo cáp (hình 1.4)
a) Neo bê tơng cốt thép: tại các nước như Nga, Thụy điển, Pháp, Trung
quốc, Ba lan, Ucraina...đã tiến hành chống giữ các đường lò đá bằng neo bê
tơng cốt thép, chúng có cấu tạo đơn giản bao gồm 2 bộ phận: Cốt neo (1) có
thể là thép dây cáp, thép trịn hoặc thép có gân gờ với đường kính của cốt thép
khoảng 1820 mm. Phần vữa xi măng (2) có tỷ lệ xi măng, cát, nước thường
là 1:2:0,5, đây là phần tạo sự bám dính, loại neo bê tơng cốt thép hiện nay
được sử dụng dưới 2 dạng:
+ Neo bê tông cốt thép chỉ liên kết tại phần đi lỗ khoan( chỉ có 1
phần cốt thép liên kết với bê tơng)cấu tạo hình dạng loại neo này được thể
hiện trên hình 1.4 a.
+ Neo bê tơng cốt thép có liên kết tồn thân (tồn bộ cốt thép nằm
trong bê tông) loại neo này thể hiện trên hình 1.4 b.


9

1: Cốt thép
2: Vữa xi măng
3: Bản đệm
4: Êcu

Hình 1.4: Cấu tạo neo bê tông cốt thép
b) Neo chất dẻo cốt thép (hình 1.5): kỹ thuật chống lị bằng neo chất
dẻo đã được sử dụng từ thập niên 70 của thế kỷ trước tại các nước Mỹ, Anh,
Úc ... Tuy ra đời có muộn hơn neo bê tơng cốt thép, nhưng do những ưu điểm
nổi trội như: chịu lực ngay sau khi lắp đặt và khả năng mang tải cao (đến 30
tấn/neo) nên neo chất dẻo cốt thép được sử dụng khá rộng rãi tại các nước có
nền cơng nghiệp Mỏ tiên tiến như: Liên bang Nga, Mỹ, úc, Đức, Balan, Trung
Quốc ...v.v.

Từ thập niên 80 thế kỷ 20 việc áp dụng vỡ neo dẻo được áp dụng rộng
rãi ở Trung Quốc giúp việc đào chống lũ nhanh hơn, tiết kiệm vật tư , hiệu
quả kinh tế cao, cường độ lao động giảm và an toàn lao động được đảm bảo.
Viện nghiên cứu khai thác than Bắc Kinh - Tổng Viện nghiên cứu khoa
học than Trung Quốc có một đội ngũ giáo sư, tiến sỹ, kỹ sư chuyên nghiệp về
kỹ thuật chống lị bằng vì neo có kinh nghiệm thực tiễn phong phú và có cơ
sở lý luận hồn chỉnh. Sau hơn 20 năm áp dụng vì neo đến nay Trung Quốc
đã hình thành được kỹ thuật đồng bộ chống vì neo trong đá và than bao gồm:
đo lường quan trắc lực học địa chất, thiết kế hộ chiếu chống lị vì neo, ngun
liệu vì neo, cơng nghệ và máy móc thiết bị, dụng cụ thi cơng, các thiết bị đo


10
đạc kiểm tra áp lực trong lò ... Hàng năm Trung Quốc áp dụng chống vì neo
cho hơn 5600km đường lị, đồng thời áp dụng thành cơng chống lị bằng vì
neo trong các điều kiện đặc biệt khó khăn như: các đường lị trong vỉa than
dày, đường lị có áp lực lớn, đường lò vách - trụ mềm, các điểm giao cắt, các
ngã ba có tiết diện lớn v.v..
Theo thống kê sơ bộ cho thấy hàng năm ở Trung Quốc đưa vào sử dụng
khoảng 30 triệu vỏ neo chất dẻo, ở Mỹ khoảng 20 triệu: 15 triệu, Liên bang
Nga: 2 triệu và ở Đức: 1,5 triệu vỏ neo chất dẻo.
Ngoài việc áp dụng để chống các đường lò neo trong Mỏ, neo CDCT
cũng được sử dụng khi thi công các cơng trình ngầm giao thụng và thủy điện.

chất dẻo
thanh
neo

ấ cu
tấm đệm

Hình 1.5. Cấu tạo neo chất dẻo cốt thép
c) Neo cáp dính kết: được làm bằng loại dây cáp có đường kính 20ữ22
mm bao gồm nhiều sợi nhỏ kết hợp lại, đi neo có thể chốt bằng bộ phận
cánh x hoặc bằng vữa xi măng, phần đầu neo có thể đệm bằng tấm thép
vuông hoặc xà thép cong hoặc thẳng như trên hình 1.5


11

1
2
3

1: Chốt neo
2: Vữa xi măng
3: Dây cáp

Hỡnh 1.6: Cu tạo neo cáp.
d) Neo ma sát: Tại một số nước Thụy Điển, Bungari, Mỹ … nghiên
cứu phát triển neo ma sát. Hai loại neo điển hình bao gồm neo ống hở - “Split
set bolt” và neo ống phồng - “Swellex”.
- Neo ma sát được cấu tạo từ ống thép có rãnh hở bao gồm hai bộ phận
chính là thân neo và tấm đệm, thân neo được làm bằng tấm thộp có cường độ
và tính đàn hồi cao, được cuộn thành ống, theo phương pháp gia công nguội
trên suốt chiều dài thân neo có để một rãnh hở chiều rộng từ 8,26 mm đầu
trên của thân neo (đuôi neo) được tạo hình cơn, đầu dưới được làm 1 vịng
gân bằng thép ỉ 6 8 mm đường kính của thân neo từ 3545 mm, chiều dài
neo phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, thường thì từ 1,5 2 m đế đỡ bằng thép
có hình trịn hoặc hình vng như trên hình 1.6.

- Neo ống phồng (Swellex) do hãng Atlas Copco, Thụy Điển. Neo này
có cấu tạo dạng ống kín được uốn theo dạng uốn nếp. Sau khi neo được đưa
vào lỗ khoan người ta dùng nước có áp để đẩy phồng thân neo áp sát vào
thành lỗ khoan để tạo ra lực phản tương tự như neo rãnh hở.
- Thời gian lắp đặt một neo ma sát từ 5-:-7 phút, nhỏ hơn 2 lần so với
thời gian lắp đặt neo bê tông cốt thép, khả năng chịu lực của neo có thể đạt
được 500 kN ngay sau khi lắp đặt.


12

Hình 1.7. Cấu tạo neo ống phồng Swellex
(a) “Atlas copco” Thụy điển, neo ống cấu tạo dạng kín (b) “Tora”
Bungari, neo ống có rãnh hở Split set (c) “Ingercol Reid” Mỹ.
1.1.3. Neo kết hợp
Là neo hỗn hợp của hai loại trên để khắc phục những ưu nhược điểm
của mỗi loại. Có hai loại neo chính là:
 Hỗn hợp neo đầu nở và neo dính kết.
 Hỗn hợp neo ma sát và neo dính kết.
Neo linh hoạt hay neo bê tơng cốt thép hình nêm: là một ví dụ điển
hình cho loại neo này, được nghiên cứu phát triển tại Đức và cũng đã được áp


13
dụng thử nghiệm tại Nga. Chúng bao gồm ba phần: phần đuôi neo (4) được
liên kết với đất đá bằng bê tông hoặc bằng chất dẻo, phần thân neo bằng thép
(1), phần đầu kết hợp với ống dẫn hướng đã được cố định trước vào khối đá
tạo thành kết cấu linh hoạt lớn chịu tác dụng của ngoại lực.

Hình 1.8 Cấu tạo neo linh hoạt

1: Thân neo ,
3: Tấm thép đế,

2: ống đẫn hướng
4: Vữa liên kết


14
1.2 Tình hình sử dụng neo ống hở (Split set bolt) tại Việt Nam [1]
Từ những năm cuối thập kỷ 80 đầu thập kỷ 90 thế kỷ XX, một số loại
neo được Viện Nghiên cứu Khoa học Công nghệ mỏ đựa vào áp dụng thử
nghiệm và đến năm 2003 sau khi áp dụng hàng chục cây số đường lò mỏ
trong các đường lò đá, than với các tiết diện khác nhau từ một, hai đường xe,
các hầm trạm, lò chợ khai thác buồng v.v… Tổng Công ty than Việt Nam nay
là Tập đồn Than Khống sản Việt nam đã ban hành tập:” Hướng dẫn đào
chống lị đá bằng vì neo kết hợp bê tông phun khô ở các mỏ than hầm lò” theo
QĐ 125/QĐ-KCM ngày 05 tháng 6 năm 2003. Qui trình đào chống lị đá sử
dụng neo chất dẻo Hà nội năm 2012
Neo ống hở (Split set bolt) là một trong những loại neo làm việc theo
nguyên tắc ma sát tồn thân, có khả năng tiếp nhận tải trọng ngay sau khi lắp
đặt, có cấu tạo đơn giản, thi cơng dễ dàng, khơng địi hỏi đầu tư trang thiết bị,
vật liệu đặc chủng, phù hợp trình độ cơng nghệ và thiết bị thi cơng sẵn có của
các mỏ hầm lò Quảng Ninh.
Năm 1996, Trung tâm thực nghiệm và chuyển giao công nghệ mới Viện Khoa học Công nghệ mỏ đã hợp tác với Xí nghiệp sản xuất than 2 Công
ty than Dương Huy nghiên cứu áp dụng thử nghiệm “Công nghệ neo ống hở
và bê tông phun ” tại lị xun vỉa +100 khu Nam Khe Tam.
Mặc dù có nhiều ưu điểm và hiệu quả kinh tế lớn nhưng neo ống hở mới
chỉ được chống thử nghiệm tại khu Nam Khe Tam mỏ than Dương Huy từ
những năm 90. Vì vậy, cần được sự áp dụng rộng rãi và chỉ đạo tích cực từ
các nhà quản lý của Tập đồn Than Khống sản Việt Nam.

Neo ống hở được sử dụng là loại neo GQK được sản xuất từ Trung
Quốc, đặc tính kỹ thuật như bảng 1.1 sau:


15
Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của Neo ống hở
STT

Tên chi tiết

I

Đơn vị

Khối lượng

Thân neo

1

Chiều dài

Mm

1650

2

Đường kính ngồi

Mm

420,5

3

Chiều dày

Mm

2,5

4

Loại thép

Nhóm

A3

5

Trọng lượng

Kg

3,5

II

Vịng đệm

1

Kích thước

Mm

8 x 58,5

2

Loại thép

nhóm

A3

3

Trọng lượng

Kg

0,12

III

Đế đỡ

1

Kích thước

Mm

150 x 150 x 4,5

2

Trọng lượng

Kg

0,65

IV

Tính năm kỹ thuật

1

Lực kéo ban đầu

T

4-6

2

Lực thường xuyên

T

6-8

3

Lực cắt vòng đêm

T

12

4

Lực cắt rơi đế

T

20

1.3 Sự phát triển neo ống hở (Split set bolt) và kết cấu chống kết hợp.
1.3.1 Neo ống hở (Split set bolt)
Các loại neo được sản xuất từ vật liệu khác nhau và dựa trên tính chất
của vật liệu mà cấu tạo và tính năng làm việc của neo với đá và khối đá khác
nhau. Mặc dù thế chúng ta vẫn nhận thấy rằng, dù được sản xuất từ loại vật
liệu nào, tính năng làm việc giữa neo và đá và khối đá vẫn có những đặc điểm

16
chung đó là: Có khả năng chống giữ tích cực, huy động được khối đá quan cốt
thép, neo cơ học neo hở là loại neo ma sát toàn thân. Neo có khả năng mang
tải ngay sau khi lắp vào lỗ neo được thi công bằng máy khoan tiến gương và
sử dụng ngay khoan tiến gương để đưa thanh neo vào vị trí.
Neo ống hở làm việc trên nguyên tắc ma sát như các loại neo ma sát và
neo bám dính khác như:
- Neo ma sát (ma sát toàn thân hoặc ma sát điểm);
- Neo bám dính (bám dính tồn thân hoặc bám dính điểm).
Ở đây neo ống hở dựa vào nguyên tắc đàn hồi của tấm thép có độ bền và khả
năng đàn hồi cao được cuộn lại thành ống tròn hở.
Khe hở giữa mép tấm thép là khoảng trống để khi
ống lắp vào lỗ khoan dịch chuyển.
Về nguyên lý làm việc giữa neo với đá và khối
đá quanh đường lò:
Neo ống hở là một trong nhiều loại neo đang
được sử dụng phổ biến trên thế giới, neo ống hở
cũng làm việc theo các nguyên lý như các neo
khác đó là:
- Nguyên lý treo;
- Nguyên lý bản;
- Nguyên lý khoá neo.
Hình 1.9 Nguyên tắc làm việc
của ống thân neo với đá và khối đá
Như vậy, có thể rút ra nhận định rằng: Neo ống hở (split set bolt) là
một loại neo có cấu tạo bằng vật liệu kim loại, liên kết giữa neo với đá và
khối đá là ma sát toàn thân được sản xuất từ các thép tấm đáp ứng các yêu cầu
về kỹ thuật như độ bền nén của thép, chiều dài và đường kính ống neo đáp

17
ứng các yêu cầu về khả năng mang tải, tính dễ thi cơng, sự thuận lợi trong
trang bị máy móc phục vụ thi cơng dựa trên tay nghề và trình độ đội thợ, đặc
biệt giá thành không cao.
Neo ống hở (Split set bolt) khác với neo bám dính và neo ma sát khác ở
khả năng mang tải. Sự mang tải của neo ống hở dựa vào hệ số ma sát giưa
ống thép và lực ma sát được tạo ra khi tấm thép bị uốn cong. Do đó, tải trọng
của neo liên quan đến chiều dài hay diện tích tiếp xúc giữa ống neo với thành
lỗ khoan neo. Khe hở giữa hai mép tấm thép vì vậy đóng vai trị và có ý nghĩa
quan trọng. Theo qui chuẩn của Trung Quốc neo ống hở sử dụng tại khu Khe
Tam mỏ Dương Huy có chiều rộng khe hở dao động từ 8-12mm, đường kính
neo 421 mm, chiều dài tồn bộ neo 1600mm, trong đó chiều dài đoạn đầu
neo được vát dạng hình công 40mm, chiều dày tấm đệm đuôi neo 20mm.
Tải trọng neo phụ thuộc theo chiều dài được thí nghiệm và giới thiệu
tại bảng (3).
Hiện nay, trên thế giới neo ống hở được sản xuất theo qui trình với các
qui định chặt chẽ được đúc rút từ các kết quả thí nghiệm và thử nghiệm hiện
trường. Nhiều hãng như Jennmar; Minova; International Rollforms Inc v.v…
đều sử dụng các loại thép tấm có độ bền nén 420MPa, độ bền kéo 480MPa
khả năng dãn dài không lớn hơn 19% để sản xuất neo ống hở.

Hình 1.10 Cấu tạo và các thơng số neo ống hở
Tại hình 1.10 và bảng 1.2, bảng 1.3 Giới thiệu cấu tạo và kích thước
của thanh neo ống của một số hãng trên thế giới.