Nghiên cứu ứng dụng phụ gia bê tông trong công tác chống lò bằng vì beo bê tông cốt thép tại công ty cổ phần than hà lầm vinacomin

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHỤ GIA BÊ TƠNG
TRONG CƠNG TÁC CHỐNG LỊ BẰNG VÌ NEO BÊ TÔNG CỐT THÉP
TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN THAN HÀ LẦM - VINACOMIN

Chuyên ngành: KHAI THÁC MỎ
Mã số: 60 52 06 03
Họ và tên tác giả luận văn: KS TRƯƠNG NGỌC LINH
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS PHÙNG MẠNH ĐẮC

HÀ NỘI - 2014

1


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

Hà nội , ngày 2 tháng 2 năm 2014
Tác giả luận văn

Trương Ngọc Linh

2

TT
1
2
3
4
5
6
7
1.1
1.1.1
1.1.1.1
1.1.1.2
1.1.1.3
1.1.2
1.2
1.3
1.3.1
1.3.2

2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5

2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6

Mục lục
Danh mục đề tài

Trang
Mở đầu
7
Tính cấp thiết của đề tài
7
Mục đích nghiên cứu của đề tài
8
Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
8
Phương pháp nghiên cứu
8
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
8
Nội dung luận văn
9
Chương I: Tổng quan về vì chống neo và thực tế áp
11
dụng
Tổng quan về các loại vì chống neo

11
Các loại vì neo hiện nay
13
Vì neo bê tơng cốt thép
13
Vì neo chất dẻo cốt thép
14
Vì neo cáp
15
Tác dụng và hiệu quả của vì neo
16
Lịch sử áp dụng vì chống neo
17
Hiện trạng áp dụng vì neo trong tập đoàn Vinacomin
19
Hiện trạng áp dụng neo trong tập đồn Vinacomin
19
Hiện trạng áp dụng neo tại cơng ty CP than Hà lầm
21
Chương II. Nghiên cứu đề xuất áp dụng vữa bê tơng
23
có phụ gia sika C-VN trong cơng tác chống lị bằng vì
neo bê tơng cốt thép tại cơng ty CP than Hà lầm
Vì neo bê tơng cốt thép truyền thống
23
Cấu tạo vì neo bê tơng cốt thép
23
Thi cơng vì neo bê tơng cốt thép
24
Ưu nhược điểm của vì neo bê tơng cốt thép

24
Vì neo bê tơng cốt thép sử dụng chất dính kết là vữa
24
bê tơng phụ gia sika C-VN
Thanh neo
24
Bản đệm
25
Bo loong
26
Vịng đệm
27
Chất dính kết
27
Tiến hành neo thử nghiệm tại hiện trường
29
Hiện trường thử nghiệm
29
Thiết bị thử nghiệm
30
Các bước tiến hành chống vì neo thử nghiệm
31
Kết quả chống vì neo thử nghiệm tại hiện trường
32
Thử tải neo
33
Nhận xét
34
36
Chương III: Tính tốn vì neo bê tơng cốt thép sử dụng

vữa bê tơng sika C-VN cho đường lị đào trong đá mức

3


3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.3.1
3.3.1.1
3.3.1.2
3.3.1.3
3.3.1.4
3.3.1.5
3.3.1.6
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.6
3.7

-290 mỏ Hà lầm
Đặc điểm đường lò áp dụng chống neo bê tông cốt thép
Đặc điểm địa chất khu vực
Khái quát chung
Đặc điểm địa chất
Đánh giá chất lượng khối đá
Lựa chọn kết cấu chống
Tính tốn thiết kế hộ chiếu chống neo
Cơ sở tính tốn thiết kế hộ chiếu chống neo
Ngun lý treo
Nguyên lý bản dầm
Xác định các thông số của neo và thiết lập hộ chiếu chống
neo theo nguyên lý treo
Xác định các thông số của neo và thiết lập hộ chiếu chống
neo theo nguyên bản dầm
Lựa chọn phương pháp xác định các thơng số của vì
chống neo
Hộ chiếu chống lị bằng vì neo
Quy trình cơng nghệ thi cơng neo
Quy trình lắp dựng vì neo bê tơng cốt thép
Biện pháp xử lý một số tình huống sự cố có thể phát sinh
khi thi công chống neo bê tông cốt thép
Biện pháp an tồn
Kiểm tra dịch động đường lị chống vì neo bê tông cốt
thép
Đo biến dạng bằng máy siêu âm Geokon-GK-701
Đo dịch động bằng trạm chỉ thị màu
Lựa chọn phương pháp đo
Kết quả áp dụng neo bê tông tại đường lị -290
Tính tốn hiệu quả kinh tế

Kết luận

4

36
39
39
39
44
48
49
49
49
50
51
53
55
58
59
61
63
63
64
64
66
69
70
71
73

TT

Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1 Kết quả áp dụng vì neo trong tập đồn than khóang
sản việt nam

Trang
20

2

Bảng 1.2 Kết quả áp dụng vì neo tại cơng ty cổ phần than Hà
lầm

21

3

Bảng 2.1 Thành phần cấp phối cho 1m3 vữa bê tông

23

4

Bảng 2.2 Thành phần cấp phối cho 1 m3 vữa bê tơng có phụ
gia

23

5

Bảng 2.3 Thơng số kỹ thuật của thanh neo

25

6

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của bản đệm

26

7

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của buloong

26

8

Bảng 2.6 Kết quả nén mẫu vữa bê tông sika C-VN

28

9

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật thỏi vữa bê tông sika C-VN

29

10

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật máy khoan neo

30

11

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật máy xiết neo

31

12

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật máy rút tải neo

33

13

Bảng 2.11 Kết quả rút tải neo thử nghiệm

34

14

Bảng 3.1 Điểm chất lượng khối đá theo Bienawski

43

15

Bảng 3.2 Phân loại chất lượng khối đá theo Q

44

16

Bảng 3.3 Đánh giá chất lưong khối đá theo mật độ khe nứt

45

17

Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý đất đá đường lò -290

47

18

Bảng 3.5 Kết quả tính tốn vì neo bê tơng cốt thép

59

19

Bảng 3.6 Kết quả quan trắc dịch động lò chống neo mức -290

69

20

Bảng 3.7 Giá thành mét lò chống neo

71

21

Bảng 3.8 Giá thành mét lò chống thép

72

1

5


TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1. Biểu đổ khuynh hướng sử dụng neo ở Mỹ
Hình 1.2. Kết cấu thanh neo bê tơng cốt thép
Hình 1.3. Neo cáp chống giữ biên cơng trình
Hình 1.4. Chi tết cấu tạo của thanh neo chất dẻo cốt thép
Hình 1.5. Biểu đồ hiện trạng chống neo trong tập đồn
Vinacomin
Hình 1.6. Biểu đồ hiện trạng chống neo tại cơng ty CP than Hà

lầm
Hình 2.1. Thanh neo và đầu neo
Hình 2.2. Cấu tạo đi neo
Hình 2.3. Bản đệm
Hình 2.4. Buloong neo
Hình 2.5. Vịng đệm
Hình 2.6. Thỏi hỗn hợp vữa bê tơng sika
Hình 2.7. Cấu tạo vì neo hồn chỉnh
Hình 2.8. Sơ đồ đường lị thử nghiệm neo
Hình 2.9; 2.10. khoan lỗ neo
Hình 2.11. Kiểm tra lỗ neo
Hình 2.12; 2.14 Chuẩn bị thỏi vữa bê tơng
Hình 2.15. Vì neo sau khi thi cơng xong
Hình 2.16. Thử tải neo
Hình 3.1 Sơ đồ đường lị chống neo bê tơng
Hình 3.2 Mặt cắt dọc lị -290
Hình 3.3 Sơ đồ lựa chọn kết cấu chống
Hình 3.4. Vì neo làm việc theo ngun lí treo
Hình 3.5. Vì neo làm việc theo nguyên lý bản dầm
Hình 3.6. Sơ đồ tính tốn theo ngun lí treo
Hình 3.7 . Sơ đồ tính tốn theo ngun lý bản dầm
Hình 3.8. Hộ chiếu chống lị bằng vì neo bê tơng cốt thép
Hình 3.9. Sơ đồ cơng nghệ chống lị bằng vì neo
Hình 3.10. Quá trình lắp đặt thanh neo
Hình 3.11. Máy đo biến dạng bằng siêu âm GEOKON-701
Hình 3.12. Kết cấu trạm chỉ thị màu
Hình 3.13. Thiết bị chỉ thị màu
Hình 3.14. Biểu đồ quan trắc dịch động lị -290

6

Trang
12
14
16
17
20
21
25
25
26
27
27
28
29
29
31
32
32
32
33
36
37
47
49
50
50
54
59
60

63
65
67
68
70


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cơng nghệ đào chống cơng trình ngầm những năm qua 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,
khơng 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 với nhau,
khơng thể tách rời.
Có hai quan niệm trong cơng tác chống giữ cơng trình ngầm được sử
dụng rộng rãi là chống đỡ bị động và chống đỡ chủ động. Các kết cấu chống
đỡ bị động thì thường có kích thước lớn cho nên giá thành xây dựng cũng lớn
và khó khăn cho công tác thi công. Các kết cấu chống đỡ chủ động 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 nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
Kết cấu chống giữ chủ động bằng neo được áp dụng rộng rãi trên thế
giới 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. Tính cấp thiết của đề tài
Với mục tiêu đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, chính phủ đã phê
duyệt Quy hoạch phát triển ngành than tại quyết định số 60/QĐ –TTg ngày
9/1/2012. Theo đó sản lượng than của Vinacomin tăng từ 41 triệu tấn năm

2012 lên 65 triệu tấn năm 2025.
Công ty cổ phần than Hà lầm Vinacomin là một trong những cơng ty
thành viên, có vai trò quan trọng trong tổng sơ đồ chiến lược phát triển của
tập đồn Theo kế hoạch, sản lượng đóng góp hàng năm của cơng ty từ 1,65tr
tấn năm 2013 tăng lên 2,4tr tấn từ 2016. Để đảm bảo mức tăng trưởng sản

7


lượng, công ty đang phải đầu tư mở rộng quy mô sản xuất bằng việc đầu tư
xây dựng dự án mỏ mới.
Một trong những vấn đề được quan tâm nhất hiện nay là cơng tác đào
lị. Năng suất và tiến độ đào lị có ý nghĩa quyết định đến tiến độ và hiệu quả
dự án. Thực tế hiện nay, tiến độ đào lị nhìn chung chưa đạt u cầu đề ra.
Một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến năng suất đào lị là cơng tác
chống lị
Hiện nay cơng ty áp dụng chủ yếu là neo chất dẻo cốt thép. Công nghệ
này có nhiều ưu điểm và đã góp phần tăng tỷ lệ mét lị chống neo của cơng ty.
Tuy nhiên có một số hạn chế: thứ nhất ở các khu vực đất đá ảm ướt, thành lỗ
khoan neo bị ướt thì độ bám dính của chất dẻo khơng cao. Thứ hai là nguồn
nguyên liệu chất dẻo không chủ động. Nếu có thể phát triển loại neo khắc
phục những hạn chế của neo chất dẻo thì chắc chắn tỷ lệ mét lị chống neo sẽ
cịn cao hơn. Neo bê tơng cốt thép hồn tồn có thể khắc phục những hạn chế
trên nếu có giải pháp kiểm sốt thời gian chịu tải của neo. Với nhưng lý do
trên, học viên chọn đề tài: ứng dụng phụ gia bê tông trong công tác chống
lị bằng vì neo bê tơng cốt thép tại cơng ty CP than Hà lầm - Vinacomin.
3. Mục đích của luận văn
Mục đích: Đề tài tập trung vào nghiên cứu đánh giá tình trạng cơng tác
chống lị bằng vì neo hiện nay và giải pháp lựa chọn vữa bê tông có phụ gia
nhằm hồn thiện cơng nghệ chống lị bằng vì neo bê tơng cốt thép. Từ đó cho

thấy điều kiện áp dụng neo bê tông cốt thép cũng như hiệu quả kinh tế mà
công nghệ này đem lại.
4. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Học viên nghiên cứu đề tài trong phạm vi công ty cổ phần than Hà lầm
và tập trung vào giới hạn nghiên cứu ứng dụng sản phẩm hỗn hợp bê tơng có
phụ gia Sika rokkon C-VN trong cơng tác chống lị bằng vì neo bê tông cốt
thép.
5. Phương pháp nghiên cứu

8


Để thực hiện các nhiệm vụ nêu trên, học viên dự kiến sử dụng hệ
phương pháp sau:
- Phương pháp mô tả.
- Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường
- Phương pháp thu thập dữ liệu, phân tích tổng hợp
- Phương pháp quan trắc, thống kê đo đạc
- Phương pháp so sánh
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Công tác lựa chọn ứng dụng vữa bê tơng có phụ gia hồn thiện cơng
nghệ chống lị bằng vì neo bê tơng cốt thép có ý nghĩa hết sức quan trọng.
khơng chỉ bảo đảm hiệu quả chống giữ cao, giảm giá thành xây dựng mà cịn
có thể nâng cao tốc độ đào. Trong hiện trạng thi cơng các đường lị đá ở cơng
ty Hà lầm hiện nay công tác chống giữ phải mất rất nhiều cơng sức, chi phí
tốn kém. Việc áp dụng vữa bê tơng có phụ gia sika trong cơng tác chống giữ
lị bằng neo bê tơng cốt thép đã phần nào cải thiện được điều kiện làm việc
cho người công nhân và nâng cao được tốc độ đào lị. Ngồi ra về mặt khoa
học, đề tài có ý nghĩa hồn thiện công nghệ chống neo bê tông cốt thép, giúp
cho người thiết kế có thêm sự lựa chọn và dễ dàng điều chỉnh phương án

chống giữ cho phù hợp với điều kiện thực tế nhằm đạt mức độ ổn định tối đa
cho các đường lò
7. Nội dung luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn được trình bày ngồi phần mở
đầu và kết luận gổm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về neo và thực tế áp dụng.
Chương II: Nghiên cứu đề xuất sử dụng vữa bê tơng có phụ gia sika CVN trong cơng tác chống lị bằng vì neo bê tơng cốt thép.
Chương III: Tính tốn cơng nghệ chống lị bằng vì neo bê tơng cốt thép
có sử dụng vữa bê tơng có phụ gia sika C-VN

9


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS. Phùng Mạnh Đắc,
người đã giành rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ Tác giả trong suốt quá trình
hướng dẫn Tác giả làm bản luận văn tốt nghiệp này.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thẩy, các cô trong khoa mỏ Trường
Đại học Mỏ - Địa chất cũng như các bạn đổng nghiệp đã giúp đỡ Tác giả
trong q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Do hiểu biết cịn
hạn chế và trình độ cịn có hạn nên chắc chắn trong bản luận văn sẽ khơng
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được nhiều sự đóng góp ý kiến
của các thẩy cơ và các bạn đổng nghiệp để cho bản luận văn được hoàn
chỉnh hơn.

10


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỂ CÁC LOẠI VÌ NEO VÀ THỰC TẾ
ÁP DỤNG

1.1. Tổng quan về các loại vì chống neo
Khi cơng trình ngầm được khai đào, đất đá xung quanh bị phá hủy
trạng thái nguyên sinh và có xu hướng biến dạng vào trong khoảng trống. Sự
phát triển của biến dạng trước hết sẽ xảy ra đối với phần nóc, vì vậy nó là
mối quan tâm trước tiên trong công tác chống giữ. Các nhà khoa học đã luôn
cố gắng nghiên cứu, sáng tạo, phát triển các hệ thống kết cấu chống để nâng
cao độ ổn định của đất đá nóc. Tuy nhiên, trong nhiều thế kỷ, tất cả các hệ
thống chống đỡ được sử dụng đều làm việc trên cơ sở quan niệm chống đỡ bị
động như là: vì chống gỗ, vì chống thép. Quan niệm này quan niệm đất đá
xung quanh biên cơng trình ngầm phần nào đó là rời rạc cho nên nó sẽ tạo ra
áp lực lên vỏ chống và áp lực đó phát triển cho tới khi cân bằng. Kết cấu
chống được tính tốn dựa trên nền tảng vòm áp lực (giá trị áp lực tính tốn
lấy cho giá trị lớn nhất). Quan điểm chống chủ yếu dựa vào vì chống là chính
và vì chống sử dụng chủ yếu là dạng khung. Để tận dụng sự sắp xếp lại của
đất đá xung quanh khi mới khai đào và thuận lợi cho công tác thi cơng chống
giữ, người ta sử dụng vì chống linh hoạt. Tiết diện đặc trưng thường được sử
dụng là tiết diện hình vịm. Lý thuyết này hiện nay vẫn được ứng dụng rộng
rãi.
Năm 1927, một mỏ kim loại ở Mỹ bắt đầu sử dụng một công nghệ
chống mới: neo nêm chẻ bằng thép. Đây là lần đầu tiên vì chống loại chủ
động được dùng để chống lại áp lực đất đá. Cũng tại thời điểm này, một quan
điểm có lẽ xuất phát từ thực tế là neo phải ghim các lớp đất đá bị phá huỷ có
xu hướng sập lở vào vùng ổn định. Đây là một cuộc cách mạng kỹ thuật về
chống giữ và điều khiển đất đá trong các đường lị. Hệ thống các neo là một
hệ vì chống làm ổn định vòm đất đá yếu. Chúng thực hiện các chức năng sau:
- Chống giữ đất đá yếu dưới đường vòm phá huỷ tự nhiên, cụ thể:
+ Liên kết các lớp đá mỏng thành môt lớp dày hơn, bền hơn, ổn định
hơn;

11

+ Liên kết các cục đá rời rạc lại với nhau, tạo mối liên hệ chặt khít
giữa các phẩn tử rời rạc dưới vòm phá hủy tự nhiên.
- Chống giữ bằng neo trước khi khai đào cho đường lò đi qua vùng đất
đá yếu (chống tiến trước gương).
Năm 1947, Cục Mỏ của Mỹ USBM (U.S. Bureau of Mines) đã quyết
định sử dụng neo rơng rãi trong các mỏ hẩm lị. Việc áp dụng vì chống mới
này trong tồn nước Mỹ tỏ ra là rất hiệu quả. Năm 1952 đã tiêu thụ được 25
triệu neo. Năm 1968, 55 triệu neo đã sử dụng chống đôc lập trong 912 mỏ
than hàng năm, và 60% sản lượng than lấy từ các mỏ áp dụng neo. Từ những
năm 1970, việc sử dụng neo tăng nhanh chóng do Đạo luật về An tồn và Sức
khoẻ trong các mỏ than ở Mỹ. Đạo luật này yêu cẩu trong tất cả các đường lị
có người đi lại thì nóc và hơng phải được gia cố neo để tránh lở đá vào người.
Kết quả là hẩu hết các đường lò trong mỏ than đã được gia cố bằng neo. Sau
khi neo được chấp nhận và sử dụng rông rãi trong công nghiệp mỏ than, đã
giảm được đáng kể các tai nạn tại thời điểm tăng cường sản xuất. Năm 1984,
USBM dự tính khoảng 120 triệu neo được sử dụng và hơn 90% sản lượng
than khai thác ở các mỏ có các đường lị chống neo [15].

Hình 1.1. Biểu đổ khuynh hướng sử dụng neo ở Mỹ
Neo đã được sử dụng môt cách phổ biến quá nhanh như trên biểu đổ
khơng chỉ do sự ủng hơ của chính phủ Mỹ mà cịn chủ yếu là do vì chống này

12


điều khiển và chống giữ đất đá rất hiệu quả và giảm giá thành và còn rất
nhiều ưu điểm khác về giảm tiết diện đào, có lợi cho cơng tác thơng gió..vv.
Neo dính kết đã được sử dụng rơng rãi trên thế giới từ 50 năm trước

đây trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và các ngành xây dựng. Hẩu hết các loại
kết cấu neo dính kết đều bao gổm các thanh thép trịn trơn hoặc thép có gờ,
được dính kết trên suốt chiều dài của nó. Vật liệu thơng thường sử dụng làm
chất dính kết là bê tơng hoặc chất dẻo. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu
chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiều điều kiện khối đá
khác nhau.
Ngày nay, neo không những được sử dụng rơng rãi trong các mỏ than
hẩm lị để chống giữ các đường lị như vì chống tạm hay cố định, mà còn áp
dụng để gia cố bề mặt bờ mỏ lô thiên, các đường hẩm giao thông, và ở khắp
các nơi cẩn giữ ổn định đất đá trên toàn thế giới.
1.1.1. Các loại neo phổ biến hiện nay
Hầu hết các loại kết cấu neo đều bao gổm các thanh thép trịn trơn
hoặc thép trịn có gờ được dính kết trên suốt chiều dài của nó. Vật liệu thơng
thường sử dụng làm chất dính kết là bê tơng hoặc chất dẻo. Chúng có thể sử
dụng để làm kết cấu chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiều
điều kiện khối đá khác nhau. Loại neo làm từ thép gờ thường được sử dụng
nhiều nhất để làm vỏ chống cố định, đặc biệt trong các cơng trình thuộc lĩnh
vực xây dựng dân dụng.
Một số năm gần đây có ý kiến cho rằng neo chất dẻo cốt thép có thể
thay vị trí của neo bê tơng cốt thép, nhưng do hàng loạt nguyên nhân khác
nhau, chủ yếu là giá thành, nên việc sử dụng vẫn còn bị hạn chế.
1.1.1.1. Neo bê tông cốt thép
* ưu điểm:
Dễ dàng lắp đặt và là một kết cấu gia cố hiệu quả, bền vững. Hệ thống
gia cố bằng neo dính kết bê tơng có khả năng mang tải cao trong điều kiện đá
cứng. So với đa phần những loại neo khác thì neo bê tơng cịn có ưu điểm về
giá cả.

13

* Nhược điểm:
Do sử dụng bê tông nên neo chỉ có khả năng chịu tải trọng thiết kế
theo sau một thời gian. Chất lượng của vữa phụt vào cũng như chất lượng của
cơng tác phụt vữa khó có thể kiểm tra và duy trì ổn định. Khơng thể sử dụng
trong vùng có dịng nước ngầm chảy trong lỗ khoan. Khó gây ứng suất trước
trong neo.

Hình 1.2. Kết cấu thanh neo bê tông cốt thép
1.1.1.2. Neo chất dẻo cốt thép
* Ưu điểm:
Lắp đặt dễ dàng và là kết cấu chống có hiệu quả cao tương ứng với
tuổi thọ. Neo chất dẻo có khả năng mang tải cao trong điều kiện đá cứng và
có khả năng mang tải ngay sau khi lắp đặt (thời gian đông kết của chất dẻo
rất ngắn). Nếu sử dụng vật liệu chất dẻo đông kết nhau tại đáy lỗ khoan, có
thể sử dụng biện pháp ứng suất trước đối với loại neo dính kết trên tồn bơ
chiều dài thân neo.
* Nhược điểm:
Khó có thể lựa chọn đường kính lỗ khoan phù hợp cho q trình nhào
trơn và đông cứng của hỗn hợp chất dẻo cũng như rất khó lấp đẩy hồn tồn
khoảng trống hình vành khun giữa thanh thép với thành lỗ khoan. Mức đô
đáng tin cậy khi sử dụng các túi chất dẻo trong điều kiện nước ngầm khơng
cao. Sử dụng chất dẻo có thể gây nguy hiểm, đôc hại khi tiếp xúc trực tiếp,
khi thi cơng cũng như có thể gây lãng phí. Chất dẻo sẽ bị lão hóa theo thời

14


gian cho nên khi áp dụng cẩn xem xét đến tuổi thọ của đường lị.
1.1.1.3. Neo cáp dính kết

Neo cáp dính kết đã được sử dụng để gia cố các cơng trình trong khối
đá từ khoảng ba đến bốn chục năm lại đây, còn trong ngành mỏ khoảng 25
đến 30 năm. Thơng thường cáp với vai trị làm yếu tố gia cố được làm bằng
các sợi thép bện lại và được lắp đặt vào khối đá ở dạng có hoặc khơng có ứng
suất trước, gắn kết bằng xi măng. Mơt neo cáp có thể có đơ dài bất kỳ.
Sử dụng neo cáp trong xây dựng mỏ nói chung khác so với khi sử
dụng trong xây dựng dân dụng. Trong xây dựng mỏ, chủ yếu sử dụng loại
neo cáp không ứng suất trước dính kết trên tồn bơ chiều dài neo bằng vữa và
nói chung chỉ dùng làm vỏ chống với tuổi thọ nhất định. Trong khi đó, đối
với xây dựng dân dụng, thường sử dụng loại neo cáp ứng suất trước làm
thành kết cấu chống cố định tuổi thọ lâu dài. Hẩu hết tất cả các loại neo cáp
đều sử dụng vữa xi măng làm chất dính kết.
Trong ngành mỏ ở môt số nước thường sử dụng loại cáp gổm 7 sợi
thép bện xoắn với nhau thành bó và thơng thường trong mỗi lỗ khoan sử
dụng 2 bó hoặc 1 bó cáp. Nhằm mục đích làm tăng đơ bền liên kết giữa sợi
cáp với vữa dính kết cũng như để tăng đơ cứng của kết cấu neo, bó cáp
thường có cấu tạo kiểu bện hở hoặc kiểu “lổng chim” hay “củ hành”.
* Ưu điểm:
Giá thành rẻ, dễ lắp đặt và tạo ra kết cấu chống có tính hiệu quả cao,
tuổi thọ lâu bền. Loại neo này có khả năng mang tải cao trong điều kiện đá
cứng. Neo cáp có thể lắp đặt với chiều dài bất kỳ trong không gian chật hẹp.
* Nhược điểm:
Khi sử dụng vữa xi măng, khả năng mang tải tối đa của neo chỉ đạt
được sau thời gian một vài ngày. Khó kiểm tra chất lượng của vữa và tính lấp
đầy lỗ neo. Khơng thể sử dụng neo cáp trong lỗ khoan có nước. Chỉ có thể
kéo gây ứng suất trước trong neo nếu sử dụng quy trình lắp đặt đặc biệt.

15

£

Hình 1.3. Neo cáp chống giữ biên cơng trình
1.1.2. Tác dụng và hiệu quả của neo
* Chống giữ đất đá
Neo có thể hạn chế biến dạng của đất đá do tính ghim chặt và gia cố
của nó vào đất đá xung quanh cơng trình ngầm, do đó mà ngăn chặn tình
trạng mất khả năng chịu lực của khối đất đá xung quanh cơng trình ngầm.
* Gia cố đất đá
Do tác dụng gia cố của hệ thống neo, nhất là hệ khe nứt trong vùng đất
đá xung quanh cơng trình ngầm phần nào đó được gắn lại, do đó làm tăng
được khả năng neo giữ của đất đá.
- Tăng cường ứng lực trong đất đá, tăng lực ma sát giữa các lớp đất đá
xung quanh cơng trình ngẩm hình thành dẩm chịu lực.
- Tác dụng treo khối đất đá không ổn định vào vùng ổn định của cơng
trình ngẩm.
- Liên kết các phẩn rời rạc lại với nhau tạo ra tính liên tục trong khối
đá.
- Liên kết các lớp đất đá với nhau tạo nên một cơ hê đá - neo xung
quanh cơng trình ngẩm, cùng đổng thời chịu lực và hạn chế biến dạng của
biên cơng trình.

16


ị\.s
Thanh neo gia cường

Hình 1.4. Chi tết cấu tạo của thanh neo chất dẻo cốt thép
1.2. Lịch sử áp dụng neo trong các mỏ hầm lò ở Việt Nam

Tại Việt Nam, trong khoảng hơn 30 năm trở lại đây, việc nghiên cứu
áp dụng vì neo chống giữ các đường lị rất được quan tâm và đẩu tư phát
triển.
Những năm 1980 vì neo bê tơng cốt thép đã được áp dụng chống trong
các mỏ than hầm lò như: Mạo khê, Vàng danh, Hà lầm, Mông dương … Neo
bê tông cốt thép chủ yếu chống ở các đường lò đào trong đá có độ ổn định
cao f>8. Số lượng mét lị chống neo hàng năm từ 300m -:- 500 m.
Từ năm 1991 Bộ Năng lượng giao cho Viện Nghiên cứu KHCN Mỏ
lập luận chứng nghiên cứu khả năng sử dụng neo chất dẻo cốt thép cho các
mỏ hẩm lò Việt Nam. Đến năm 1993, Bộ Năng lượng mới tìm được nguổn tài
trợ để áp dụng thử nghiệm chống lò bằng neo chất dẻo cốt thép từ các cơ
quan và các công ty của Australia (AIDAB và các công ty: ACIRL, CRAM
và ANI-ARNALL), gồm 2 mỏ:
Mạo Khê: áp dụng chống 50m lò đá yếu xuyên vỉa mức -25;
Vàng Danh: áp dụng chống lò than dọc vỉa +335 vỉa 6 Tây Vàng Danh
và lò dọc vỉa than +135 vỉa 6 Cánh Gà;
Năm 1998: Áp dụng tại Mỏ than Khe Chàm: Lò dọc vỉa than 14-5
quay Tây mức -10 được 42m chống hỗn hợp vì thép SVP-22 với neo chất dẻo
cốt thép, lò dọc vỉa than 14-4 mức -10 chống được 32m neo chất dẻo cốt thép

17


(chống đôc lập);
Năm 2000-2001: tại Mỏ than Dương Huy đã tiến hành chống neo chất
dẻo cốt thép của úc (do Nhật tài trợ). Đường lò chống neo chất dẻo cốt thép
là lị dọc vỉa than mức +100 vỉa 12 có tiết diện đào Sđ=9,6m2. Đã chống
được 103m lị bằng vì neo chất dẻo cốt thép kết hợp với vì thép SVP-22.
Trình tự thử nghiệm ở đây là vì neo chất dẻo cốt thép đóng vai trị gia cường.
Năm 2009: Tại Quang Hanh đã áp dụng chống lị dọc vỉa thơng gió

mức -10 vỉa 13 khu II bằng neo chất dẻo cốt thép kết hợp với lưới thép, tiết
diện đào: 7,6m2. Đã hồn thành chống neo chất dẻo cốt thép đơc lập được
50m.
Tại công ty than Khe Chàm đã tiến hành chống neo chất dẻo cốt thép
cho đường lò dọc vỉa vận tải 13, 26/1 mức -250. Đến thời điểm này đã chống
được 400m lị dọc vỉa bằng vì neo chất dẻo cốt thép.
Trong khoảng từ năm 2004 trở lại đây, cơng nghệ đào lị đá sử dụng
neo kết hợp với bê tông phun (BTP) đã được Viện KHCN Mỏ - TKV nghiên
cứu và đẩy mạnh vào áp dụng khá rộng rãi tại nhiều mỏ than hẩm lò vùng
Quảng Ninh như: Mạo Khê, Hổng Thái, Nam Mẫu, Hòn Gai, Hà Lẩm, Quang
Hanh, Mông Dương, Dương Huy, Thống Nhất... với khối lượng mét lị chống
giữ bằng neo, bê tơng phun hàng năm đạt khoảng gẩn 2000 mét.
Kể từ khi được biết đến, vì neo đã được xem xét và quan tâm phát
triển rộng rãi, không những chỉ được áp dụng trong các hầm mỏ mà trong các
ngành xây dựng khác nó cũng thể hiện được vai trị quan trọng của mình như:
gia cố bờ, mái dốc, gia cố nền móng các cơng trình dân dụng…
So với các loại neo ma sát khác như neo ống phồng, neo ống hở, neo
cơ học… thì neo dính kết cốt thép với chất dính kết là vữa bê tơng hoặc chất
dẻo có nhiều ưu điểm hơn khi sử dụng trong điều kiện đất đá tương đối tốt.
Đặc biệt, neo dính kết cốt thép có khả năng chịu tải cao, phù hợp với các
đường lị có thời gian sử dụng lớn. Mức độ tin cậy của neo dính kết cũng cao
hơn các loại khác do cơng tác thi cơng lắp đặt dễ ràng, có khả năng chịu lực
ngay sau khi thi cơng và ít bị chấn động do cơng tác nổ mìn gây ra. Bên cạnh

18


đó nhu cầu về chống lị bằng vì neo nhằm tiết kiệm chi phí đào lị, tăng năng
suất và tiến độ đào lò đang là mục tiêu được quan tâm hiện nay.
1.3

Hiện trạng áp dụng neo trong tập đoàn than khóang sản

Việt nam - Vinacomin
1.3.1 Trong Vinacomin
1.3.1.1 Chủ trương chống lị bằng vì neo
Trong những năm gần đây, Vinacomin đã có nhiều biện pháp chỉ
đạo và khuyến khích áp dụng cơng nghệ chống lị bằng vì neo, đặc biệt là
neo chất dẻo kết hợp với bê tơng phun. Các có chế chính sách hỗ trợ cho
cơng tác chống neo cũng được tập đoàn tạo điều kiện
1.3.1.2 Đào tạo nguồn nhân lực chống neo
Để triển khai chống lị bằng vì neo, địi hỏi phải có đội thợ lành
nghề, nắm vững quy trình cơng nghệ thi cơng. Những năm qua, Viện khoa
học công nghệ mỏ là đơn vị chuyển giao công nghệ đồng thời tổ chức đào
tạo cấp chứng chỉ cho công nhân chống neo của các mỏ. Số lượng đào tạo
trên 1000 lượt người.
1.3.1.3 Đầu tư trang thiết bị
Để thực hiện cơng nghệ chống lị bằng vì neo kết hợp bê tơng phun
thì địi hỏi phải có dây chuyền thiết bị đồng bộ như: máy khoan lỗ neo,
máy xiết neo, máy trộn và phun bê tông chuyên dùng, các thiết bị kiểm tra
như máy rút thử neo, máy quan trắc dịch động… Đến nay mới chỉ một số
mỏ được trang bị đồng bộ như: Hà lầm, Vàng danh, Khe chàm, Nam mẫu,
Mạo khê, Thống nhất … các thiết bị chuyên dụng phổ biến như:
-

Máy khoan lỗ neo: loại YT28, CMJ-2-27

-

Máy xiết neo: loại ZQST-65, MQT-100

-

Máy rút neo: loại MQY-180

-

Máy kiểm tra: máy siêu âm Geokon, thiết bị chỉ thị màu

Tuy nhiên hiện nay còn một số mỏ chưa được trang bị đầy đủ. Thiết

19


bị thi công chống neo chưa đồng bộ như: chưa có máy khoan lỗ neo
chuyên dùng, việc khoan lỗ neo vẫn dùng búa khoan gương. Chưa đầu tư
máy phun bê tơng, chưa có thiết bị quan trắc dịch động… dẫn đến khó
khăn cho cơng việc chống lị bằng vì neo.
1.3.1.4 Cung cấp nguyên liệu chống neo.
Thanh neo và các phụ kiện được sản xuất tại Cơng ty cơ khí VMC
của tập đồn. Một số cơng ty tự chế tạo thanh neo.
Bê tơng: nguồn ngun liệu tự nhiên sẵn có trong nước
Chất dẻo: nguồn cung chất dẻo cho các công ty do Viện khoa học
công nghệ mỏ sản xuất và cung ứng. Các kết quả thì nghiệm và quá trình
sử dụng cho thấy chất lượng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
1.3.1.4 Kết quả chống lị bằng vì neo
Kết quả số lượng mét neo hàng năm đã có sự tăng trưởng, đặc biệt là
các mỏ hầm lị đang trong q trình xây dựng cơ bản như: Hà lầm, Vàng
danh, Nam mẫu, Khe chàm, Thống nhất … Tuy nhiên so với tổng số mét lị
đào hàng năm thì tỷ lệ số mét lị đào chống bằng vì neo cịn thấp, đặc biệt so

với các nước như Trung quốc, tỷ lệ mét lò neo chiếm khoảng 30% đến 50%.
Bảng 1.1. Kết quả áp dụng vì chống neo từ năm 2009 -:- 2013 Tịan tập đồn

Năm

2009

2010

2011

2012

2013

Số mét lị chống neo(m)

3310

3354

4720

3476

3015

Tổng số mét lị đào(m)

479563

480870

470520

420543

384248

Tỷ lệ mét lò neo(%)

0.6

0.7

1.0

0.8

0.9

(nguồn: vinacomin)

20


500000
400000
300000
Tổng lo đào

200000

Lị chống neo

100000
0
2010

2011

2012

2013

Hình 1.5
1.3. 2 Hiện trạng chống neo tại công ty cổ phần than Hà lầm
Từ năm 1995 neo bê tông cốt thép đã được áp dụng tại công ty than Hà
lầm. Tuy nhiên do những hạn chế của cơng nghệ nay nên vì neo ít được áp
dụng. Đến 2004 công nghệ neo dẻo được đưa vào áp dụng tại công ty, số
lượng mét neo hàng năm đã tăng so với trước đây.
Bảng 1.2. Kết quả áp dụng vì chống neo từ năm 2009 -:- 2013 cơng ty CP
than Hà lầm
Năm

2009

2010

2011

2012

2013

Số mét lò chống neo

135

213

297

682

656

Tổng số mét lị đào

14890

14700

15780

15600

16000

Tỷ lệ mét lị neo

0.9

1.4

1.9

4.4

4.1

(Nguồn: báo cáo của cơng ty)

16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0

Tổng lo đào
Lo chống neo

2009

2010

2011

2012

Hình 1.6

21

2013


Trong những năm qua, việc ứng dụng vì neo trong công ty CP than Hà
lầm chưa như mong đợi. Tỷ lệ mét lò chống neo trên tổng số mét lò đào cịn
thấp. Các ngun nhân chủ yếu là: trình độ thi cơng vì neo cịn hạn chế, thiết
bị đầu tư chưa đầy đủ, điều kiện địa chất thủy văn có ảnh hưởng nhiều đến
khả năng áp dụng vì neo. Thực tế cho thấy địa tầng đất đá vùng Hà lầm có
các lớp đất đá chứa nước nằm xen kẽ. Kiến tạo địa chất không ổn đinh, xuất
hiện nhiều đứt gãy. Tỷ lệ số mét lò đá phải đào qua các tầng đất đá chứa nước
nhiều. Và khi các lỗ khoan có nước thì các chất dính kết khó bám dính được
vào đất đá thành lỗ khoan. Đây chính là nguyên nhân khó áp dụng vì neo
trong thực tế đào lị hiện nay.
Nhận xét: cơng nghệ chống neo đã có lịch sử khá dài, vì neo đã sử
dụng ở ngành mỏ Việt nam cách đây trên 30 năm. Neo bê tông cốt thép
truyền thống xuất hiện sớm nhưng không phát triển được do có những hạn
chế về điều kiện ¸p dơng, ®iỊu kiƯn thi cơng, thời gian mang tải chậm. Neo
chất dẻo được ứng dụng muộn hơn nhưng do có những ưu điểm nổi trội như
dễ thi cơng, có khả năng mang tải ngay sau khi chống … nên được áp dụng
rộng rãi trong các mỏ, tuy nhiên điều kiện đất đá phải ổn định, khơ ráo. Nếu
lỗ khoan có nước thì neo chất dẻo kém hiệu quả. Nhìn tổng thể thì cơng nghệ
chống neo hiện nay cịn hạn chế, thể hiện qua số lượng mét lò chống neo
hàng năm đạt tỷ lệ thấp. Nguyên nhân một phần do điều kiện địa chất kỹ

thuật không phù hợp cho việc chống neo. Nguyên nhân khác là do thiết bị
thiếu đồng bộ, nhân lực thiếu, chưa có nhiều sự lựa chọn chủng loại neo.
Để giải quyết vấn đề này, công nghệ chống neo ngồi việc phát triển
cơng nghệ neo chất dẻo ở những khu vực điều kiện đất đá ổn định khô ráo thì
cần phải hồn thiện cơng nghệ neo bê tơng cốt thép theo hướng sử dụng chất
dính kết là vữa bê tơng có phụ gia để rút ngắn thời gian ninh kết và chịu được
môi trường nước phục vụ chống ở những nơi đường lị đào qua đất đá có
chứa nước, ẩm ướt.

22


23

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG VỮA BÊ TƠNG CĨ
PHỤ GIA SICA C-VN TRONG CƠNG TÁC CHỐNG LỊ BẰNG VÌ
NEO BÊ TƠNG CỐT THÉP TẠI CƠNG TY CP THAN HÀ LẦM
2.1. Vì neo bê tơng cốt thép truyền thống
2.1.1. Cấu tạo vì neo bê tơng cốt thép
- Thanh neo: bằng thép trịn đường kính 20mm-:-22mm, có gân hoặc
thép trơn. Chiều dài 1m -:- 2,5m. Đơi neo có tiện ren để lắp tấm đệm, bu lông
khi thi công neo.
- Vữa bê tông: gồm hỗn hợp cát, xi măng, nước. Thành phần cấp phối và
kết quả nén mẫu như trong bảng 2.1
Bảng 2.1
Thành phần cấp phối cho m3 bê tông
Cấp phối

XM
PC300

(kg)

Cát sông

Nước

Lô (kg)

(kg)

380
600
760

1512
1309
1150

305
315
308

1
2
3

Phụ gia

Kết quả nén
mẫu 14 ngày

(DaN/cm2)

0
0
0

105
210
280

Từ những năm 1990, khi ngành chế tạo phụ gia bê tông phát triển, Để
thúc đẩy q trình ninh kết bê tơng trong lỗ khoan, người ta cho phụ gia vào
hỗn hợp vữa. Các loại phụ gia thường dùng là: Placc-07, Zecagi …Thành
phần cấp phối như bảng 2.2
Bảng 2.2
Thành phần cấp phối tính cho 1m3 bê tông
Cấp

XM

Cát sông

Nước

Phụ gia

Kết quả nén

phối

PC300

Lô (kg)

(kg)

Placc-07

mẫu 14 ngày

(% lượng xi măng)

(DaN/cm2)

(kg)
1

380

1512

305

1

240

2

600

1309

315

3

280

3

760

1150

308

5

362

Nhìn chung vữa bê tơng đã được sử dụng phụ gia để thúc đẩy quá trình


ninh kết giúp rút ngắn thời gian mang tải của thanh neo so với vữa thông
thường. Tuy nhiên thông thường phải sau 14 ngày thanh neo mới đạt tải trọng
thiết kế. Vữa bê tơng chưa có khả năng ổn định trong mơi trường có nước
ngầm nên chỉ sử dụng neo ở những nơi đất đá khơ ráo. Tính co ngót của bê
tông chưa được khắc phục nên làn giảm khả năng mang tải của neo. Bê tơng
chưa được đóng gói nên việc thi cơng lắp đặt vì neo gặp khó khăn.

2.1.2 Thi cơng vì neo: Sau khi nổ mìn gương, xúc sạch đất đá, tiến
hành khoan lỗ neo. Thiết bị khoan neo thường dùng là các búa khoan gương,
đường kính lỗ khoan từ 40mm -:- 42mm. Sâu 1,2m -:-2,7m tùy theo chiều dài
thanh neo.
Sau khi khoan, làm sạch lỗ neo, trộn hỗn hợp vữa bê tông theo tỷ lệ
cấp phối. Nạp vữa bê tông vào đầy lỗ khoan. Công việc này rất khó khăn do
phần lớn làm thủ cơng. Vữa bê tơng ln có xu hướng chảy tràn ra ngồi
miệng lỗ khoan nên việc nạp dầy lồ khoan và cố định vữa trong lỗ khoan rất
khó khăn và mất nhiều thời gian.
Sau khi nạp vữa vào lõ khoan, đưa thanh neo vào trong lỗ khoan đã
nạp vữa. Cố định thanh neo với miệng lỗ khoan chờ bê tông ninh kết giúp
thanh neo mang tải. Thông thường sau 14 ngày -:- 28 ngày thanh neo mới đạt
tải trọng thiết kế.
2.1.3 Ưu nhược điểm của neo bê tông cốt thép truyền thống: như đã
nêu tại mục 1.1.1.1
2. 2 Vì neo bê tơng cốt thép, sử dụng chất dính kết là vữa bê tông
sika C-VN
2.2.1 Thanh neo
Thanh neo sử dụng cho nghiên cứu được làm từ thép có gờ nhằm tăng
lực ma sát và khả năng bám dính giữa thân với bê tơng. Phần đầu thanh neo
thường được cắt nhọn để dễ dàng chọc thủng túi chứa hỗn hợp bê tông khi thi
công, phần đuôi neo được gia công ren để vặn đai ốc.

HÌNH 2.1. THANH NEO VÀ ĐAU NEO

24

HÌNH 2.2. CẤU TẠO ĐUÔI NEO

Bảng 2.3. Đặc tính kỹ thuật của thanh neo
Đặc tính kỹ thuạt điển hình

Đơn vị

Trị số

Mác thép

AII

Đường kính thanh thép

Mm

20

Sức chịu tải cuối cùng

kN

180

Biến dạng đơn trục cuối cùng

%

15

Trọng lượng neo không kể tấm

đệm và bu lông

kg/m

2,6

Chiều dài tiện ren

Mm

150

Chiều dài thanh neo

Mm

Chiều dài bất kỳ theo yêu cầu

Bảng 2.3
2.2.2 Bản đệm
Bản đệm được dùng nhằm mục đích phân bố đều tải trọng tác dụng tại
đuôi neo lên bề mặt khối đá. Trong thiết kế sử dụng loại bản đệm cầu có
thơng số và kích thước như bảng 2.4.
Bảng 2.4
Thơng số kỹ thuật

Đơn vị

Giá trị

Dài

Mm

200

Rơng

Mm

200

Dày

Mm

8

Đường kính lỗ

Kg

22

Bán kính cầu

Mm

50

25

Ghi chú