Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi công lò xuyên vỉa mức 35 khu lộ trí công ty than thống nhất đoạn qua phay fc

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

ĐÀO VĂN CHÍNH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP
THI CƠNG LỊ XUN VỈA MỨC -35 KHU LỘ TRÍ
CƠNG TY THAN THỐNG NHẤT ĐOẠN QUA PHAY FC

Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Ngầm, Mỏ và Cơng trình đặc biệt
Mã số: 60.58.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Ngô Doãn Hào

HÀ NỘI - 2010


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

o Vn Chớnh

năm 2010


MC LC
M U ...............................................................................................................1
Chương 1 Tổng quan công tác thi công công trình
ngầm và mỏ trong điều kiện địa chất phức tạp....................4
1.1. Tổng quan các dạng địa chất phức tạp.................................................. 4
1.2. Tình hình thi công trong điều kiện địa chất phức tạp ở trên thế giới và ở
Việt nam ..................................................................................................... 5
1.2.1. Tình hình thi công đường trong điều kiện địa chất phức tạp ở trên
thế giới. ................................................................................................... 5
1.2.2. Tình hình thi công đường trong điều kiện địa chất phức tạp ở Việt Nam. 11
Chương 2 Các giải pháp thi công trong điều kiện địa
chất phức tạp.............................................................................................15
2.1. Phương pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước....... 15
2.1.1. Điều kiện sử dụng......................................................................... 16
2.1.2. Xác định lưu lượng nước ngầm và tốc độ dòng chảy.................... 16
2.2. Phương pháp đóng băng nhân tạo....................................................... 18
2.2.1. Bản chất của phương pháp ........................................................... 18
2.2.2. Công nghệ đóng băng nhân tạo......................................................... 20
2.2.3. Điều kiện ứng dụng ..................................................................... 22
2.3. Phương pháp tạo ô vòm tiÕn tr­íc (gia cè nãc, chÌn nhãi)..................... 23
2.3.1. §iỊu kiƯn sử dụng......................................................................... 23
2.3.1.1. Điều kiện địa chất mỏ .............................................................................23
2.3.1.2. Điều kiện kỹ thuật mỏ.............................................................................24
2.3.2. Cách đóng cọc .............................................................................. 25
2.4. Phương pháp gia cố gương đào bằng khoan-bơm ép vữa........................ 25

2.4.1. Bản chất của phương pháp............................................................. 25
2.4.2. Điều kiện sử dụng các loại dung dịch để bơm ép gia cường ............ 26
2.4.3. Các phương pháp bơm ép gia cường............................................... 26


2.4.3.1. B¬m Ðp thđy tinh láng (hãa häc) hay Silicat hóa ....................................26
2.4.3.2. Phương pháp điện thấm + Silicát hóa (điện hóa) ....................................27
2.4.3.3. Phương pháp gia cường bằng hóa chất (nhựa tổng hợp) .........................28
2.4.3.4. Phương pháp gia cường bằng vữa-xi măng (xi măng-sét, dung dịch sét,
Bitum)...................................................................................................................30
Chương 3 Thực trạng thi công đường lò xuyên vỉa -35
khu lộ trí đoạn đi qua phay FC.......................................................41
3.1. Điều kiện địa chất khu vực Cẩm Phả ..................................................... 41
3.1.1. Địa tầng khu vực Cẩm Phả........................................................... 41
3.1.2.Tính chất cơ lý của đá khu vực Cẩm Phả ...................................... 42
3.2. Đặc điểm, điều kiện địa chất nơi thi công đường lò xuyên vỉa -35, khu Lộ
Trí. ............................................................................................................ 43
3.2.1. Địa hình ....................................................................................... 43
3.2.2. Sông suối...................................................................................... 43
3.2.3. Khí hậu ........................................................................................ 43
3.2.4. Điều kiện giao thông..................................................................... 44
3.2.5. Địa tầng........................................................................................ 44
3.2.6. Kiến tạo........................................................................................ 45
3.2.6.1. Nếp uốn ..................................................................................................45
3.2.6.2. Đứt gẫy ....................................................................................................46
3.2.7. Đặc điểm địa chất thuỷ văn ........................................................... 47
3.2.7.1. Nước mặt .................................................................................................47
3.2.7.2. Nước dưới đất ..........................................................................................48
3.2.8. Đặc điểm địa chất công trình......................................................... 49
3.3. Hiện trạng công nghệ thi công đào lò xuyên vỉa -35 qua phay FC- khu Lé

trÝ .............................................................................................................. 49
3.3.1. Mét sè th«ng sè kỹ thuật cơ bản của lò xuyên vỉa -35 ...................... 49
3.3.2. Cơng nghệ thi cơng đào lị xun vỉa -35 khu L Trớ theo thiết kế
của Công ty Cổ phần đầu tư Mỏ và Công nghiệp ................................... 51


3.3.2.1. Cơng nghệ khoan nổ mìn .........................................................................51
3.3.3. TiÕn ®é thi cơng đào lị xun vỉa -35 khu Lộ trí đoạn qua phay FC.. 55
3.3.4. Cơng tác khoan thăm dị trước gương lò xuyên vỉa -35 đoạn qua
phay FC. ............................................................................................... 55
3.3.4.1. Đặc điểm địa chất cơng trình của đới phá hủy thuộc phay FC mức -35...57
3.3.4.2. Đặc điểm địa chất thủy vn ca phay FC mc -35...................................60
3.3.4.3. c im địa chất thủy văn l khoan thm dũ phay FC ti lũ xuyên vỉa 35..........................................................................................................................61
Chương 4 Giải pháp thi công đường lò xuyên vỉa -35 khu
lộ trí đoạn đi qua phay FC.................................................................63
4.1. Phân tích, lựa chọn các giải pháp thi cơng đào lị xun vỉa -35 đoạn
qua phay FC. ............................................................................................ 63
4.1.1. Nguyªn tắc lựa chọn giải pháp thi công. ...................................... 63
4.1.2. Lựa chọn giải pháp thi công khả thi cho lò xuyên vỉa -35 đoạn qua
phay FC................................................................................................. 64
4.1.2.1. Ưu nhược điểm của các giải pháp thi công khả thi trong điều kiện địa chất
mỏ ở phay FC........................................................................................................64
4.1.2.2. Chọn giải pháp thi công phù hợp..............................................................65
4.2. Biện pháp tổ chức thi công ................................................................. 65
4.2.1. Khoan tháo khô nước trong phay FC ........................................... 65
4.2.2. Đào lò qua phay FC bằng tiết diện nhỏ hình thang ...................... 66
4.2.2. 1. Đào lò qua phay bằng tiết diện nhỏ hình thang .......................................66
4.2.2.3. Chống cố định lò xuyên vỉa -35 đoạn qua phay FC..................................69
kết luận và kiến nghị ...........................................................................70
Tài liƯu tham kh¶o .................................................................................73

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

Bảng 2.1. TÝnh chÊt c¸t, sái thành phần hạt và bán kính phễu nước

16

Bng 2.2. Hệ số lọc của lớp đá K

18

Bng 2.3. Độ dày tường chắn phản áp và áp lực bơm vữa

37

Bng 2.4. ứng suất nén, cắt cho phép của một số loại đá

37

Bng 3.1. Đặc điểm cấu tạo phân lớp các loại đá tại khu vực Cẩm

41

Phả

Bng 3.2. Tính chất cơ lý đá khu vùc CÈm Ph¶

42

Bảng 3.3. KÕt qu¶ dù tÝnh l­u lượng nước chảy vào khai trường

48

Bng 3.4. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá

49

Bng 3.5. c tớnh k thut của khoan cầm tay

51

Bảng 3.6. Tính năng các loại thuốc nổ dùng trong các mỏ hầm lị

52

Bảng 3.7. Đặc tính kỹ thuật của máy cào đá P-30B

53

Bảng 3.8. Đặc tính kỹ thuật của Tời JD-4

54

Bảng 3.9. Các chỉ tiêu có lý của lớp cuội kết, sạn kết

59


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT

Tên hình vẽ, đồ th

Trang

Hỡnh 1.1. Bơm ép vữa nhiều lớp

7

Hỡnh 1.2. Các ống đóng băng nhân tạo

7

Hỡnh 1.3. Đóng băng nhân tạo tại đường hầm mêtro Stuttgart, Đức-

8

1974
Hỡnh 1.4. Hin tng nc chy vào đường hầm BLISADONA

8

(Austria, 1999, 500l/s)
Hình 1.5. Hiện tượng nước chảy vào đường hầm KAPONIG

9

(Austria, 1993, 300l/s)
Hình 1.6. Hiện tượng trượt lở tại đường hầm Herzogberg, Austria
Hình 1.7. Hiện tượng trượt lở vào trong đường hầm Herzogberg,

9
10

Austria
Hình 1.8. Hiện tượng trt l vo trong ng hm Galgenberg,

10

Austria.
Hỡnh 1.9. Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay

12

Hỡnh 1.10. Đoạn lò xuyên vỉa +235 mất ổn định, Xí nghiệp than

13

Hoành Bồ
Hỡnh 1.11. Giải pháp xử lý mất ổn định đoạn lò xuyên vỉa +235, Xí

13

nghiệp than Hoành Bồ
Hỡnh 2.1. Hạ mực nước ngầm bằng các lỗ khoan quanh giếng đang

15

thi công
Hỡnh 2.2. Thay đổi độ bền của đất đá theo nhiệt độ

19

Hỡnh 2.3. Mối quan hệ giữa độ bền của cát khi đóng băng với hàm

20

lượng nước khác nhau
Hỡnh 2.4. Sơ đồ làm lạnh từ vị trí khác nhau khi đào lò bằng

22

Hỡnh 2.5. Sự phụ thuộc giữa tốc độ nước, khoảng cách lỗ khoan

23


Hỡnh 2.6. Mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình

24

Hỡnh 2.7. Giới hạn sử dụng xi măng hóa cát, sỏi, sét

26

Hỡnh 2.8. Gia cường cát bằng điện thấm+Silicát hóa

28

Hỡnh 2.9. Sơ đồ bơm ép vữa xi măng

31

Hỡnh 2.10. Tap-pôn dùng cho bơm ép vữa xi măng

32

Hỡnh 2.11. Sơ đồ bơm ép vữa một lần

33

Hỡnh 3.1. S ng lị xun vỉa -35 khu Lộ trí

50

Hình 3.2. Tiết diện cơ bản của đường lò xuyên vỉa -35 khu Lộ trí

50

Hình 3.3. Hộ chiếu khoan nổ mìn tương lị xv -35

53

Hình 3.4. Sơ đồ đường lị xun vỉa -35 đoạn gặp phay FC

56

Hình 3.5. Hộ chiếu chống củng cố trước gương và đi tiết diện nhỏ

56

hình thang gương lị xun vỉa -35 đoạn gặp phay FC
Hình 3.6. Sơ đồ khoan thăm dò trước gương lò xuyên vỉa -35 đoạn

57

qua phay FC.
Hỡnh 4.1. Sơ đồ khoan tháo khô hạ áp nước ngầm trong phay FC

66

Hỡnh 4.2. Sơ đồ đào chống qua phay FC b»ng tiÕt diƯn nhá h×nh

67

thang
Hình 4.3. TiÕt diƯn chống tạm và chống cố định lò xuyên vỉa mức 35 đoạn qua phay FC.

69


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.

Những năm gần đây, trước tình hình tiêu thụ than trong nước và xuất
khẩu ngày càng lớn, nên sản lượng khai thác than hµng năm đã tăng lên nhanh
chãng. Năm 2009, Tập đồn Cơng nghiệp Than vµ Khống sản Việt Nam
(TKV) đạt sản lượng khai th¸c 43,5 triệu tấn than, tăng hơn 5 lần so với năm
1995. Dù kiÕn kế hoạch năm 2010 sẽ khai thác với sản lượng than đạt 47,5
triệu tấn. Nhằm thực hiện kế hoạch trên, Tp on Công nghiệp than vµ
Khống sản Việt Nam đã tập trung đẩy mạnh đầu tư xây dựng các dự án khai
thác më réng và khai thác xuống sâu. Chính vì vậy mà hàng năm Tp on
Cụng nghip Than và Khoỏng sn Vit Nam phải thi công một lượng lớn hệ
thống các đường lò xây dựng cơ bản và các lò chuẩn bị.
Trong thời gian qua, một thực tế là tốc độ đào lò của ngành than là chưa
cao, còn thấp hơn nhiều so với các nước trên thế giới; đặc biệt là khi ng lũ
i vo vựng t ỏ có điều kiện địa chÊt phức tạp nh­: mềm yếu, gặp nước
nhiều hoặc gặp các phay phá, đứt gẫy… như: Công ty than Mông Dương thi
cơng ngầm mức -95/-250 víi chiỊu dµi 380m do gặp nhiều nước thời gian thi
cơng cơng trình này mất đến gần 2. Công ty than Thống Nhất đào giếng
nghiêng chính mức +41/-35 gặp phay MT chứa nước cũng mất hơn 1 năm để
bơm tháo khô nước. Công ty than Khe Chàm III đang thi công đào giếng
nghiêng mức +25/-300 cũng đang gặp phay phá phay Bắc Huy có biên độ
rộng lên đến 100m… chi phí để xử lý các vấn đề này thường rất tốn kém và
gây chậm tiến độ thực hiện các dự án.v.v…
Do đó việc “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi cơng lị xun vỉa mức
-35 khu Lộ Trí Cơng ty than Thống Nhất đoạn qua phay FC” là việc làm
cần thiết góp phần nâng cao tốc độ đào lị nói chung và đào lị qua vùng đất đá
phức tạp nói riêng.


2

2. Mục đích nghiên cứu

Đưa ra giải pháp thi cơng hp lý on lò đi qua phay FC nhm nõng cao
tốc độ đào lò, giảm giá thành và tăng hiệu quả vốn đầu tư.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu: Các đường lị thi cơng i qua vựng t ỏ có
điều kiện địa chất phc tạp trong ngành khai thác than.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Việc nghiên cứu được tiến hành ở đường lò xuyên vỉa mức -35 khu Lộ
Trí - Cơng ty than Thống Nhất-TKV.
4. ý nghÜa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ti
- Tổng hợp các điều kiện địa chất phức tạp thường gặp khi thi công các
đường lò ở Việt Nam.
- Tổng hợp các giải pháp thi công lò trong điều kiện địa chất phức tạp.
- Đưa ra giải pháp thi công phù hợp nhằm nõng cao tc o lũ nói
chung và qua phay nói riêng.
5- Mc ớch ca đề tài
Đưa ra giải pháp thi công hợp lý cho oạn đường lò xuyên vỉa -35 khu
Lộ Trí đi qua phay FC nhằm nâng cao tốc độ đào lò, giảm giá thành mét lò,
nâng cao hiệu quả vốn đầu tư.
6 - Nội dung của đề tài, các vấn đề cần gii quyt
- Tổng quan công tác thi công đào chống các đường lò bằng trong khu
vực đất đá có phay phá, đứt gÃy địa chất trên thế giới và ở Việt nam;
- Các giải pháp thi công các đường lò khi đi qua nơi có điều kiện địa chất
phức tạp.
- Thực trạng thi công đoạn lò xuyên vỉa -50 khu Lộ Trí đoạn đi qua phay
FC công ty than Thống Nhất.
- Các giải pháp thi công nâng cao tốc độ đào lò xuyên vỉa -35 khu Lộ Trí
đoạn qua phay FC c«ng ty than Thèng NhÊt-TKV.


3

7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm: 04 chương với 74 trang, 31 hình và đồ thị, 13 bảng.
Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi cơng lị xun vỉa mức 35 khu Lộ Trí Cơng ty than Thống Nhất đoạn qua phay FC” hoàn thành
nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Ngơ Dỗn
Hào, các đồng nghiệp tại Cơng ty than Thống Nhất - KTV vµ Viện khoa học
Cơng nghệ mỏ -TKV.
Xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất, Ban chủ
nhiệm khoa Xây Dựng, phòng Đại học và sau Đại học đã giúp đỡ để tác giả
hoàn thành luận văn.
Luận văn khã cã thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp để luận văn hồn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!


4

Chương 1
Tổng quan công tác thi công công trình ngầm và
mỏ trong điều kiện địa chất phức tạp
1.1. Tổng quan các dạng địa chất phức tạp
Có rất nhiều các nguyên nhân ảnh hưởng tới tốc độ đào lò. Các nguyên
nhân đó có thể được chia làm hai nhóm [3]: nhóm nguyên nhân chủ quan và
nhóm nguyên nhân khách quan. Nhóm nguyên nhân chủ quan có thể thay đổi
được một cách dễ dàng hơn, vì nó phụ thuộc vào chủ quan của người thiết kế.
Chẳng hạn ta có thể lựa chọn lại giá trị các thông số và tính toán lại hộ chiếu
khoan nổ mìn; lựa chọn lại thiết bị thi công hay kết cấu chống giữ; thay đổi
thời gian tổ chức thi công từ ca sang kíp..... Song, các nguyên nhân khách
quan thì khó có thể thay đổi được, vì những nguyên nhân này phụ thuộc vào
tính chất cơ học của khối đá, điều kiện địa chất công trình và điều kiện địa

chất thủy văn nơi công trình đi qua. Những tính chất và điều kiện này lại bị
biến động mạnh mẽ theo hướng bất lợi ở những nơi có điều kiện địa chất biến
động phức tạp[4]. Điều kiện địa chất phức tạp trong thi công các công trình
mỏ và công trình ngầm thường gặp dưới các dạng:
* Phay phá, đứt gÃy.
Sự hình thành các phay phá, đứt gÃy địa chất có thể chứa bùn, sét, nước
và các sản phẩm phong hóa. Khi khai đào các công trình ngầm qua khu vực
này thường gây sập đổ, tai nạn trong khi thi công. Trong điều kiện phay phá,
đứt gÃy các nhà nghiên cứu, thiết kế phải đưa ra giải pháp xử lý thi công thích
hợp và cần thiết để tiến hành khai đào công trình ngầm.
* Đất đá chứa nước không ổn định với lưu lượng nước ngầm lớn.
Đất đá chứa nhiều nước thì quá trình khai đào lưu lượng nước chảy ra
rất lớn ảnh hưởng đến điều kiện thi công. Thực tế, nước chảy ra quá nhiều
buộc phải tạm dừng thi công lại để xử lý nước sau đó mới tiến hành thi công.


5

Ngoài ra áp lực của nước ngầm lớn cũng là nguyên nhân gây khó khăn trong
khi thi công công trình ngầm. Đây cũng có thể là nguyên nhân gây sập đổ khi
khai đào công trình ngầm.
* Đất đá chứa khí, các túi khí.
Trong khu vực này, đất đá có thể chứa các cuội sỏi, các khí độc hại tích
tụ trong các hang hốc với hàm lượng rất lớn trong khối đất đá xung quanh
công trình ngầm. Các yếu tố đặc biệt này là nguyên nhân gây ra các sự cố về
phụt khí, xì khí hoặc nổ khí gây phá hủy công trình hoặc thiệt hại về con
người. Do vậy, cần phải có biện pháp xử lý để thi công công trình ngầm một
cách an toàn.
* Đất đá mềm yếu, sập đổ.
Các công trình ngầm nằm trong đất đá mềm yếu gần mặt đất, mức độ ổn

định thấp. Khối đất đá mềm yếu có tính sập đổ liên tục khi khai đào gặp rất
nhiều khó khăn phức tạp cho việc đào, chống giữ công trình.
1.2. Tình hình thi công trong điều kiện địa chất phức tạp ở trên thế
giới và ở Việt nam
1.2.1. Tình hình thi công đường trong điều kiện địa chất phức tạp ở
trên thế giới.
Hiện nay, ở các nước tiên tiến người ta đà tiến hành khai thác các vỉa
than, hoặc thi công các công trình ngầm ở độ sâu rất lớn đạt tới hàng ngàn mét
so với mực nước biển. Việc khai thông mở vỉa gặp rất nhiều khó khăn do thi
công không thuận lợi, mất an toàn. Đất đá bị phá huỷ ngay khi khai đào, thành
lò bị sập đổ ngay khi bốc xúc đất đá, nước chảy tràn vào gương đào cản trở
việc bốc xúc.
Trong những trường hợp này, người ta thường sử dụng một số giải
pháp nhằm đảm bảo an toàn và nâng cao được hiệu quả thi công như:
- Khoan ép vữa gia cố trước khi đào;
- Thoát nước và gia cố vùng phay ph¸ khi cã chøa n­íc;


6

- Đóng băng nhân tạo;
- Tạo ô vòm tiến trước.
Gia cố đất đá bằng vữa xi măng đà được ứng dụng lần đầu tiên trong đất
đá nứt nẻ đà được tiến hành khi đào hầm lò bắt đầu từ năm 1864, bằng cách
rót vữa xi măng đơn giản vào các vết nứt để chèn đất đá bị phá hủy và chống
nước ngầm chảy vào. Từ năm 1878 người ta đà sử dụng phương pháp bơm vữa
xi măng với áp lực. Vào những năm 1907 việc phun xi măng được sử dụng lần
đầu tiên như một biện pháp chống thấm ở trong nền đập lớn Nhiu-Crôtôn
(Hoa Kỳ).
ở Liên Xô cũ, phương pháp phun xi măng được ứng dụng khi xây dựng

nhà máy thủy điện Vôn-Khốp vào năm 1922, mọi công việc được thực hiện
dưới sự lÃnh đạo của Viện sỹ Ven-đen-nhi-ev B.E. Phương pháp phun vữa xi
măng được phát triển khi xây dựng đập bê tông của nhà máy thủy điện Đơnhép-prôv-ski vào những năm 1931-1932. ở đó, người ta đà xây dựng màng
chống thấm với độ sâu 30m. Công tác phun xi măng được sử dụng rộng rải
trong việc xây dựng các công trình kỹ thuật thủy công trên thế giíi. Trong thêi
kú chiÕn tranh thÕ giíi thø hai 1941-1945, đập bờ sông của nhà máy thủy điện
Đơ-nhép-rôv-ski đà bị pháp huỷ nặng nề. Khi khôi phục người ta đà quyết
định áp dụng phun xi măng vết nứt ở trong khối bê tông, chiều rộng của các
vết nứt từ 1000,2mm và nhỏ hơn thế. Trong thi công, người ta có thể bơm ép
vữa nhiều lớp như trên hình 1.1.
Theo [2], khi thi công đường hầm MBTA- Boston (hình 1.2) và đường
hầm mêtro Stutgatt, Đức gặp đất đá chứa nước và cát người ta đà sử dụng giải
pháp đóng băng nhân tạo để biến đất đá từ trạng thái mềm yếu, chứa nước
thành rắn cứng, có độ bền cao (hình 1.3).


7

Hình 1.1. Bơm ép vữa nhiều lớp
(Barton, 2006 trích theo Elkem)

Hình 1.2. Các ống đóng băng nhân tạo
trên đường hầm MBTA - Boston, MA – 2002 [2].


8

Hình 1.3. Đóng băng nhân tạo
tại đường hầm mêtro Stuttgart, Đức-1974[2].
Theo [13] có rất nhiều công trình thi công trên thế giới gặp điều kiện

địa chất rất phức tạp và đa dạng:

Hình 1.4. Hin tng nc chy vo ng hm
BLISADONA (Austria, 1999, 500l/s)


9

H×nh 1.5. Hiện tượng nước chảy vào
đường hầm KAPONIG (Austria, 1993, 300l/s)

H×nh 1.6. Hiện tượng trượt lở
tại đường hầm Herzogberg, Austria


10

H×nh 1.7. Hiện tượng trượt lở
vào trong đường hầm Herzogberg, Austria

H×nh 1.8. Hiện tượng trượt lở
vào trong đường hầm Galgenberg, Austria.


11

1.2.2. Tình hình thi công đường trong điều kiện địa chất phức tạp ở Việt
Nam.
ở Việt nam cũng vây, khi thi công các đường lò trong mỏ, cũng như thi
công công trình ngầm người ta cũng gặp nhiều khu vực có điều kiện địa chất

phức tạp. Trong mỗi trường hợp cụ thể, người ta đà nghiên cứu và đưa ra các giả
pháp thiết kế và thi công phù hợp.
* Xử lý đứt gÃy FA mỏ Mạo Khê
Đứt gÃy FA mỏ than Mạo Khê chạy theo phương Tây-Đông cắm Bắc với
góc dốc 780820. Đứt gÃy này cắt qua hầu hết các đường lò xuyên vỉa ở khu mỏ ở
các mức +30, -25 và -80. Đới phá hủy của đứt gÃy rộng khoảng 25m. Đất đá
phân bố trong đứt gÃy chủ yếu là sạn, cát, sét bùn, than. Lượng bùn sét chiếm tới
6065 % rất dính có thể nhào nặn được. Lượng nước ở đây khá lớn, lưu lượng
ước tính khoảng 2030 m3/h và chảy ra liên tục ở nóc và hông lò. Khu vực này lò
bị sập lở mạnh nhất là lở nóc và lở hông. Ngoài ra còn có hiện tượng lún mạnh,
các vì chống sắt bị uốn cong hoặc nén lún gần hết ảnh hưởng công tác đào lò qua
khu vực này rất khó khăn. ở đây, người ta đà sử dụng phương pháp khoan, bơm
ép vữa xi măng gia cường vùng đất đá bao quanh rồi mới tiến hành đào chống
bình thường (đào bằng khoan nổ mìn, chống lò bằng vì chống sắt SVP). Người ta
tiến hành khoan các lỗ khoan gia cường có đường kính khoảng 105mm tính từ
mặt địa hình xuống phía nóc lò mức -80, sau đó tiến hành bơm ép vữa xi măng từ
trên xuống. Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay được thể hiện hình 1.9.
* Xử lý vùng đất đá mềm yếu, nước chảy nhiều tại lò xuyên vỉa vận tải
mức +235 khu II-Xí nghiệp than Hoành Bồ - Công ty TNHH MTV than Uông
Bí - TKV
Hiện tại đường lò xuyên vỉa vận tải +235 khu II tại Xí nghiệp than Hoành
Bồ đà được khai thông. Nhưng đoạn lò từ K55 -:- K70 mặc dù đà được chống
đội 2 lớp vì chống linh hoạt kích thước bằng thép SVP17 với khoảng cách bước


12

chống là 0,5m nhưng tiết diện đà giảm từ 8,3m2 xuống 4,25m2. Nguyên nhân mất
ổn định là do điều kiện địa chất tại khu vực rất phức tạp, nước ngầm chảy vào mỏ
ở khu vực này rất nhiều kể cả về mùa mưa và mùa khô, làm cho đất đá xung

quanh đường lò ở trạng thái bÃo hòa nước gây ra hiện tượng đất đá bị bở dời,
mềm yếu. Mặt khác, đường lò xuyên vỉa vận tải +235 gần mặt địa hình khoảng
từ 10-:-25m nên mùa mưa nước mặt ngấm qua và chảy xuống rất nhiều đặc biệt
tại vị trí K55 -:- K70 nên áp lực tác dụng lên khung chống rất lớn làm bóp
bẹp, thu hẹp
Lõi khoan xác định RQD

Phay F_A

Đường lò
đào
Lỗ khoan xác định cấu tạo phay

Hình 1.9. Sơ đồ bố trí lỗ khoan xác định cấu tạo phay.
kích thước đường lò, không đảm bảo khả năng thông qua về vận tải, thông gió,
gây nguy hiểm cho người và thiết bị qua lại, không những thế nó còn có nguy cơ
tụt toàn bộ đất đá nóc vào trong lò gây ách tắc sản xuất.
Để xử lý, người ta ®· ®ãng chÌn nhãi s¾t ®­êng kÝnh 20, sư dơng kết cấu
chống sắt SVP27 với khoảng cách bước chống 0,35m kết hợp với gông giằng vì
chống đường kính 24. Sự biến dạng, mất ổn định và giải
pháp xử lý đoạn lò xuyên vỉa +235 được thể hiện hình 1.10 và h×nh 1.11.


13

hiện trạng tiết diện bị biến dạng qua vùng mất ổn định

Đoạn lò XV vận tải ổn định

A-A

Khung chống ban đầu

B-B

Khu vực mất ổn định, lò bị biến dạng lớn (10m dài)

Tiết diện đào thiết kế

A
B

Biên lò thực tế

Khung chống biÕn d¹ng

22 50
2 890
1 500
16 10

1 500

1 500
16 10

22 50

2 890
26 80

PhÇn thĨ tÝch cÇn xÐn

600

600

2100
2630
3180
3250

700
B

700

2100

Khung chèng thÐp CBII-22, L=500 A

500 500 500

2630

Khung chống thép CBII-27, L=700

3250

Hình 1.10. Đoạn lò xuyên vỉa +235 mất ổn định,

Xí nghiệp than Hoành Bồ
Biện pháp xử lý vùng mất ổn định

Thanh nhói thép 22, L=2000

Mặt cắt đóng nhói

Dầm công xôn

Mặt cắt sau khi xÐn
F

Thanh nhãi thÐp  22, L=2000

R1

452

32
0

R1

452

1300

325
660

600

700
1150

325

1475

F

500

1050

650
R1
1125

325
660

600

500
1150

Cu i l ? n

325

3250

1475

H×nh 1.11. Giải pháp xử lý mất ổn định
đoạn lò xuyên vỉa +235, Xí nghiệp than Hoành Bồ
* Xử lý đoạn hầm từ lý trình 0+29 đến lý trình 0+78 hầm đường bộ
qua đèo Hải Vân.
Trong quá trình thi công hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, gói thầu IB,
nhà thầu Tổng công ty Sông Đà đà gặp phải khu vực đất đá có điều kiện địa
chất hết sức phức tạp. Đoạn hầm cửa phía Nam từ lý trình 0+29 đến lý trình
0+78 đi qua khu vực đất sét pha cát, xen kẽ thấu kính pha cát. Loại đất đá này
khi gặp nước sẽ chuyển thành dạng đất bùn rất khó thi công.
Để xử lý, người ta đà tiến hành nghiên cứu và lựa chọn giải pháp đào
hầm dẫn ở phía nóc hầm. Giải pháp này đà được thực hiện theo tr×nh tù [21]:

2790(2890)

1790
1100

2890

475

2680

2580(2680)

1790

1100

102°
650
R1
1125

1050

2790(2890)

102°
475

2580(2680)

32
0

350


14

- Đào một lò dẫn trước bám nóc hầm. Hầm dẫn có dạng tường thẳng,
nóc hình vòm, chiều rộng đào 4940mm, chiều cao 3370mm;
- Khi đào xong hầm dẫn, tiến hành khoan phụt gia cố những đoạn có
điều kiện địa chất yếu;
- Sau đó tiến hành đào mở rộng phần vòm nóc, hạ bậc và đào phần đáy
dạng vòm ngược.

15

Chương 2
Các giải pháp thi công
trong điều kiện địa chất phức tạp
2.1. Phương pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa
nước.
Hiện nay, nhiều công trình ngầm phải khai đào qua vùng có chứa nước,
qua các vùng đất đá mềm yếu ngập nước có áp hoặc không có áp. Trong trường
hợp này, việc khai đào công trình ngầm là hết sức khó khăn và chi phí rất lớn.
Khi thi công các công trình ngầm trong điều kiện ngập nước, người ta dùng
biện pháp thoát nước, hạ mực nước ngầm trước khi thi công. Những công trình gần
mặt đất thi công bằng phương pháp đào hở có thể thoát nước trực tiếp bằng các lỗ
khoan từ mặt đất (hình 2.1). Với những công trình nằm sâu trong lòng đất người ta
tiến hành khoan lỗ khoan thoát nước có chiều dài khoảng từ 20 m đến trăm mét,
đường kính lỗ khoan 100mm tùy thuộc vào điều kiện gương lò cụ thể sau đó
nước được bơm lên mặt đất.

4
2

5

5

1
3

Hình 2.1. Hạ mực nước ngầm bằng các lỗ khoan quanh giếng đang thi công
1- Phều nước quanh giếng đào, 2 - Lớp đất chứa nước, 3 - Lớp đá cách nước,
4 - Giếng thi công, 5 - Lỗ khoan hạ mùc n­íc


16

Sau khi tháo khô nước tại các công trình ngầm mới tiến hành khai đào và tổ
chức các công việc khác bình thường như: củng cố gương, đào, chống, xúc bốc
và vận chuyển
2.1.1. Điều kiện sử dụng
Điều kiện địa chất mỏ sử dụng phương pháp khoan hạ mực nước là đất đá
thích hợp với việc lưu thông nước ngầm. Những loại đất đá như cát hạt trung, hạt
thô hoặc các lớp nham thạch cát kết, đô lo mít hoặc đá vôi nứt nẻ, đồng nhất. Tính
chất cát sỏi thành phần hạt và bán kính phễu nước được thể hiện qua bảng 2.1.
Bảng 2.1. Tính chất cát, sỏi thành phần hạt và bán kính phễu nước
Loại nham thạch

Phần lớn đường kính hạt

Bán kính ảnh hưởng

dẫn nước

(mm)

(m)

Rất nhỏ

0,05 - 0,1

25 - 50

Nhỏ

0,1 - 0,25

50 - 100

Trung bình

0,25 - 0,5

00 - 200

Thô

0,5 - 1,0

200 - 400

RÊt th«

1,0 - 2,0

400 - 500

Nhá

2-3

400 - 600

Trung bình

3-5

500 - 1500

Lớn

5 - 10

1500 - 3000

Cát:

Sỏi:

2.1.2. Xác định lưu lượng nước ngầm và tốc độ dòng chảy
Để thực hiện các nhiệm vụ trên cần thiết phải đánh giá lượng nước chảy
vào công trình. Tính chất dòng chảy được xác định theo biểu thức Darcy:
h
v k . , m/giây
l

(2.1)

Trong đó:

v- Tốc độ dòng chảy trung bình của nước qua một đơn vị diện
tích, hay tốc độ lọc của đá, m/gi©y.


17

k- Hệ số thấm hay lọc của đá. Đây là đại lượng không đổi đối với
mỗi loại đá, có thể xác định bằng thí nghiệm, m/giây hay m/ng.đ.
h- Hiệu số giữa mực nước trong đá ở trạng thái dừng và trạng thái
chuyển động trong đá đến lỗ khoan.
l- Khoảng cách có sự thay đổi áp suất nước ngầm, m.
Tỷ số h/l = i: Biểu thị sự chênh áp suất nước qua một đơn vị chiều dài và
được gọi là gradieng thuỷ lực.
Khi dòng nước chảy theo lớp, thì công thức Darcy có dạng sau đây:
q = k.i.F = v.F

(2.2)

Từ đó:
v

q
F

(3.3)

Trong đó:
F- Diện tích mặt cắt mà dòng nước chảy qua
q- Lượng nước chảy qua lớp đávới diện tích F trong một đơn vị thời gian.
Khi dòng nước chảy rối theo Chezy tốc độ dòng chảy được xác định như sau:

v C. rh.i

hoặc v = Km. il/m

(2.4)

Trong đó:
C - Hệ số phụ thuộc vào tính chất thành tường của dòng chảy được
xác định theo công thức sau:
C

87. rh
m rh

(2.5)

Trong đó:
rh- Bán kính thuỷ lực biểu thị tỷ số giữa mặt cắt tiết diện đến vùng ẩm,
m/giây.
Km- Hệ số lọc của lớp đá.
m- Giá trị nằm giữa hai lớp và phụ thuộc vào sự chuyển động theo lớp,
hay hỗn loạn.