Nghiên cứu xác định nguyên nhân gây mất ổn định các công trình trong hầm lò tại Công ty Cổ phần than Mông Dương Vinacomin

(ĐHVO). Mỏ than Mông Dương là một trong những mỏ khai thác than có trữ lượng lớn thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam – vinacomin. Những năm đầu tiên, mỏ than Mông Dương được viện Lenghiprosacht Liên Xô thiết kế và khai thác trữ lượng than thuộc mức -97.5 – LV bằng cặp giếng đứng trung tâm.Năm 2008, do kế hoạch công suất mỏ tăng cao, phần trữ lượng và các diện khai thác thuộc tầng nông từ mức -97.5 – LV cạn kiệt nên Công ty đã phối hợp với Công ty CP Tư vấn Đầu tư Mỏ và Công nghiệp lập dự án thiết kế giai đoạn II để mở rộng diện khai thác xuống tới mức -250. Khai trường khu Trung Tâm gồm tập vỉa trên và tập vỉa dưới, mức -250 cũng là mức kết thúc của đa số các vỉa thuộc tập vỉa trên.

1. Đặt vấn đề

Khai thông cho khu Đông Bắc được thực hiện bằng cặp giếng nghiêng từ mặt bằng +10 xuống -250 và khai thông cho khu Trung Tâm được thực hiện bằng ngầm trục tải đào từ sân ga mức -97,5 xuống mức -250. Tính đến thời điểm hiện tại, các hạng mục công trình đường lò thuộc dự án này đã được đào hoàn chỉnh và thời gian sử dụng trung bình 10 năm. Do các đường lò được phân bố ở dưới sâu khoảng 350 – 400 m so với bề mặt địa hình nên áp lực mỏ xuất hiện trong khối đá là rất lớn. Theo kết quả khảo sát hiện trạng, tại nhiều vì trí đường lò đã xuất hiện những hiện tượng mất ổn định như nén hông, bùng nền, tụt nóc và vì chống bị phá hủy. Đặc biệt là khu vực sân ga, hầm trạm và các ngã ba mức -250 khu Trung tâm, sự mất ổn định đã được tìm thấy tại nhiều vị trí như tại ngã ba xuống lò chứa nước hay ngã ba vào bể lắng bùn, trạm xạc, v,v. Mặc dù một số hạng mục như trạm xạc mức -250 khu Trung Tâm đã được thi công đào chống bằng vì thép SVP và đổ bê tông lưu vì tiết diện S = 16m2 nhưng hiện nay cũng đang bị xuống cấp và mất ổn định. Các vị trí ở nóc, hông công trình bị nén, lún gây nứt vở bê tông. Đường lò dẫn vào trạm xạc cũng bị biến dạng mạnh hông, nóc bị nứt vỡ không đảm bảo an toàn. Công ty Cổ phần than Mông Dương đã thực hiện các biện pháp khắc phục như xén – gia cố lò, hạ nền, đổ bê tông, bơm ép vữa nhưng hiện tượng nén bẹp vẫn chưa được sử lý triệt để. Trong khi đó các giải pháp này còn gây ra các ách tắc sản xuất và chi phí lớn.

Trước yêu cầu duy trì ổn định, đảm bảo hoạt động sản xuất, cần thiết phải có những nghiên cứu sâu về các nguyên nhân gây mất ổn định lò, điều kiện kỹ thuật mỏ, kết cấu chống mới, phương pháp, công nghệ và vật liệu mới nhằm khắc phục hiện tượng mất ổn định tại các đường lò, đảm bảo an toàn và sản xuất hiệu quả.

Căn cứ vào hiện trạng thực tế để đảm bảo duy trì ổn định các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật trong đó có chỉ tiêu mét lò chống xén là một vấn đề rất bấp bách và cần thiết, Công ty Cổ phần than Mông Dương – Vinacomin phối hợp với các chuyên gia và đơn vị tư vấn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật sử lý mất ổn định các công trình trong hầm lò tại Công ty Cổ phần than Mông Dương – Vinacomin”.

Các kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để triển khai thiết kế thi công và trong thực tế sản xuất, kịp thời khắc phục những tồn tại trong công tác duy trì ổn định lò và đảm bảo an toàn, sản xuất hiệu quả.

2. Đánh giá điều kiện địa chất

Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới đã chỉ ra rằng, có hai nguyên nhân cơ bản gây ra hiện tượng mất ổn định lò là: do áp lực mỏ và do đất đá bị trương nở, mềm yếu. Việc xác định đúng nguyên nhân đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng giải pháp chống mất ổn định lò.

Từ đặc điểm địa chất và cập nhật hiện trạng các đường lò khu vực sân ga mức -250 Trung tâm và các đường lò khác của mỏ than Mông Dương cho thấy rằng:

– Khu vực sân ga mức -250TT và một số đường lò dọc vỉa như -97.5 K8.VM, Lò DVTG mức -100 L7.CT, Lò DVVC mức -250 L7.VM nằm trong một vùng đất đá mềm yếu dưới độ sâu lớn, hiện tượng nén ép, đá nứt nẻ và vỡ vụn xung quanh các đường lò trong khu vực này có thể do áp lực mỏ gây ra.

– Ngoài ra, khu vực phân bố các đường lò có nhiều các lớp đá sét kết và sét than, bột kết phân lớp mỏng từ 0,2 – 0,4 m dễ bị vỡ vụn dưới lực nén ép lớn. Ngoài ra, trong khu vực còn có lớp cát kết cà nát có tính chất dòn và không ổn định. Sự phân lớp mỏng, dòn và dễ vỡ kết hợp với sự trương nở của lớp sét kết, sét than yếu có thể là nguyên nhân gây ra hiện tượng nén ép, tụt nóc và bùng nền mạnh xảy ra tại nhiều vị trí trên các đường lò.

Từ kết quả khảo sát, đánh giá nhanh tại hiện trường về tính chất cơ lý của các loại đá có mặt tại khu vực phân bố các đường lò cho thấy rằng:

– Khu vực được đặc trưng bởi 3 loại đá, gồm: Đá bột kết phân lớp mỏng từ 0,2 – 0,4m, sét kết và sét than mềm yếu, cát kết cà nát dòn và dễ vỡ vụn;

– Cường độ kháng nén đơn trục của các loại đá này được đánh giá đều ở mức thấp, từ 196-:-496 KG/cm², trung bình đạt 296,4 KG/cm²;

– Góc ma sát trong của các mẫu đá đạt mức trung bình, từ 27-:-37 độ, trung bình đạt 31,5 độ;

– Cường độ kháng kéo của các mẫu đá ở mức thấp, từ 22-:-45 KG/cm², trung bình đạt 28,4 KG/cm².

– Lực dính kết của các mẫu đá ở mức thấp, từ 39,8-:-85,9 KG/cm², trung bình đạt 57,5 KG/cm².

– Mức độ trương nở của đá sét kết và sét than thấp từ 1 – 6%.

Từ các kết quả này cho thấy rằng, hiện tượng mất ổn định như tụt nóc, nén ép, bùng nền và thậm chí nứt vỏ bê tông tại các hạng mục công trình trong khu vực sân ca mức -250 khu trung tâm và một số đường lò dọc vỉa khu Vũ Môn chủ yếu do áp lực mỏ lớn tác dụng vào khối đá kém ổn định xung quanh lò.

3. Đánh giá hiện trạng các đường lò mất ổn định khu vực nghiên cứu

Trên cơ sở kết quả khảo sát hiện trạng và các tài liệu thiết kế phục vụ nghiên cứu, khối lượng và các thông số kỹ thuật của các hạng mục công trình tại khu vực sân ga mức -250 khu Trung tâm và một số đường lò mất ổn định khác của mỏ than Mông Dương được tổng hợp trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Bảng thống kê các hạng mục công trình tại khu vực sân ga -250 Trung tâm và một số đường lò mất ổn định khác

Từ kết quả tổng hợp tại bảng trên có thể thấy rằng các hạng mục mất ổn định chủ yếu do kết cấu chống bằng vì thép SVP không đảm bảo khả năng chịu tải dưới áp lực mỏ lớn. Ngoài ra, các đường lò có kích thước tiết diện lớn nên không gian của vòm phá hủy mở rộng, các lớp đá phân lớp dễ dàng bị nứt tách và tụt nở vào bên trong lò. Đặc biệt, một số công trình đã được đổ bê tông lưu vì như đề bô sửa chữa và nạp acqui đầu tầu (trạm xạc -250TT) cũng quan sát thấy hiện tượng mất ổn định lò như: hiện tượng nứt tách vỏ bê tông tại nóc và tường lò. Các hiện tượng mất ổn định này báo hiệu sự không đảm bảo an toàn và tiềm ẩn nhiều rủi ro. Do đó cần có biện pháp khắc phục để đảm bao an toàn và ổn định sản xuất.

Nông Việt Trung; KS. Nguyễn Ngọc Bảo; Nông Việt Hùng;

Viện Công nghiệp Môi trường

Nguyễn Phương Đông;  Nguyễn Cao Khải; Ngô Thái Vinh

Trường Đại học Mỏ Địa chất

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Xuân Mạn (1998), Cơ học công trình ngầm và tính toán kết cấu chống giữ. Bài giảng cao học. Trường Đại học Mỏ- Địa chất.

2. Võ Trọng Hùng (1998), Vật liệu, kết cấu chống mới trong xây dựng công trình ngầm và mỏ. Bài học cao học, Trường Đại học Mỏ- Địa chất.

3. Nguyễn Quang Bích (2005), Các biện pháp nâng cao hiệu quả thi công xây dựng công trình ngầm. Bài giảng cao học, Trường Đại học Mỏ – Địa chất.

4. Nguyễn Quang Bích (2006), Cơ học đá, NXB Xây dựng. Hà Nội.

5. Nguyễn Đức Toản (2002), Bê tông phun. Tạp trí cầu đường Việt Nam tháng 12 năm 2002

6. Tổng công ty than Việt Nam (2003). Hướng dẫn đào chống lò đá bằng vì neo kết hợp bê tông phun khô ở các mỏ than hầm lò.

7. Tập đoàn công nghiệp than- khoáng sản Việt Nam (2006), Tiết kiệm mẫu sử dụng trong đào chống các đường lò.

8. Viện khoa học công nghệ mỏ- TKV (2006), Dự án đầu tư áp dụng thử nghiệm công nghệ cơ giới hóa đào lò bằng máy Combai của Tập đoàn công nghệ than- khoáng sản Việt Nam.

9. Tao Z, Chen JX (1984), Behavior of rock bolting as tunneling support. In: Stephansson O, editor. Proceedings of the International Symposium on Rock Bolting. Rotterdam: Balkema.

10. Bieniawski, Z (1987), Strata Control in Mineral Engineering, John Wiley & Sons, Inc. pp. 29-57.