Đồ án Thiết kế cửa lò bằng xuyên vỉa vận chuyển (thông gió đẩy)

Chương I Những vấn đề chung I.1.Yêu cầu thiết kế - Thiết kế cửa lò bằng xuyên vỉa vận chuyển ( thông gió đẩy) - Chiều dài … ( m ) - Tuổi thọ 50 năm - Góc dôc 5‰ - Sản lượng vận chuyển qua đường lò 650.000 tấn / năm I.2. Điều kiện địa chất bố trí công trình - Công trình đào qua các lớp đất đá sau: Tên đất đá  Chiều dày vỉa (m)  Hệ số độ kiên cố( f)  Trọng lượng riêng(T/m3)  Góc dốc vỉa( độ )   Sét kết  10  3  2,1  15   Cát kết  25  4-6  2,4  15   Bột kết  100  5  2,45  15   Lượng nước ngầm chảy vào mỏ : 15 m
/ h Mỏ thuộc hạng III về khí nổ và bụi nổ I.3. Xác định kích thước mặt cắt ngang công trình , kiểm tra khả năng thông qua về mặt vận tải và thông gió I.3.1. Xác định kích thước của các thiết bị vận tải trong đường lò Ě Kích thước goòng - Với đặc điểm đường lò đào qua nhiều đất đá có các đặc tính khác nhau , nên khi tính toán kích thước của goòng ,ta chọn loại đất đá có trọng lượng riêng lớn nhất để tính toán - Dựa vào yêu cầu của đề bài, ta chọn cỡ đường 600 mm , ta chọn loại goòng UVG-1,6: Bảng 1 : Đặc tính kỹ thuật của goòng UVG-1,6 STT  Loại goòng  Đáy kín không lật  Đơn vị   1  Kiểu  UVG-1,6    2  Dung tích tính toán  1,6  m3   3  Chiều rộng thùng  850  mm   4  Chiều cao từ đỉnh ray  1200  mm   5  Chiều dài kể cả đầu đấm  2700  mm   6  Cỡ đường  600  mm   7  Khung cứng  800  mm   8  Đường kính bánh xe  300  mm   9  Chiều cao trục kể từ đỉnh đường ray  320  mm   10  Trọng lượng  677  kg   +Do mỏ loại 3 về khí nổ và bụi nổ nên ta chọn đầu tầu điện chạy bằng ắc quy 5ARV-2 + Bảng 2 :Đặc tính kỹ thuật của đầu tầu điện acquy 5ARV-2: STT  Các thông số  5ARV-2  Đơn vị   1  Trọng kượng dính  5  Tấn   2  Cỡ đường  600  mm   3  Động cơ kéo     4  Kiểu  EĐR-7    5  Số động cơ  2    6  Công suất của một động cơ  6  Kw   7  Điện áp  89  V   8  Lực kéo ơ chế độ ngắn hạn  750  KG   9  Tốc độ ở chế độ ngắn hạn  6,44  km/h   10  ắc quy  66TJNU-250P    11  Khung cứng  950  mm   12  Nêm móc  85    13  Kích thước cơ bản     14  Dài  3480    15  Rộng  1000  mm   16  Chiều cao với thùng ắc quy  1450  mm   17  Bán kính vòng nhỏ nhất  7  m   Xác định số đầu tầu và số tao goong phục vụ công tác xây dựng mỏ: Ě Số chuyến tàu cần trong một ngày đêm (R) :
=
, chuyến ngày đêm. Trong đó : A
_ khối lượng vận chuyển theo yêu cầu (T/ngày đêm) Với số ngày làm việc trong một năm là 300 ngày , và ngoài lượng than cần chuyển qua ta còn phải cộng thêm vào lượng đất đá ki đào lò là 25% lượng than chuyển qua . Do đó : A
=
=2708,34 T/ngày đêm Kdt _ hệ số kể đến các đoàn tầu làm việc không theo đúng kế hoạch kdt =1,1 (1.25 G _ sức chở của một toa goòng (T). G =


=2,4 (T/m
) ; V=1,6 m
;
=0,95;
G =2,4.1,6.0,95 =3,648 T = 36,48 kN z _ số toa goòng trong đoàn tầu



G _sức chở của goòng
o _trọng lượng bì của goòng ,
=

g,min_ giá trị nhỏ nhất của trọng lượng đoàn tàu tính theo các điều kiện : + Tầu có tải khởi động lên dốc , + Đốt nóng động cơ kéo + Hãm xuống dốc an toàn . + Theo điều kiện tàu có tải khởi động lên dốc :
g=
(

) ,
P_trọng lượng của đầu tàu P=5 T =50KN; (m _hệ số bám dính giữa bánh xe với ray ,(m = 0,24. (m_hệ số cản khi mở máy, (m=1,5(0 , N/KN. (0_hệ số lực cản chính , (0 = 9; ((
=1,5.9=13,5 N/kN i_hệ số lực cản do độ dốc đường gây ra ,i=5‰ a
_gia tốc mở máy, a
=0,05m/s
(

=
(
)= 452kN +Theo điều kiện đốt nóng động cơ kéo:

=

_ lực kéo cho phép của đầu tầu theo điều kiện nhiệt
=
F
_lực kéo của đầu tàu ở chề độ lâu dài , F
=7500N (_hệ số tính tới sự đốt nóng động cơ do làm mát không thuận lợi , (=1,15(1,25
(_hệ số đặc trưng chế độ làm việc của đầu tâu




_thời gian chuyển động của tầu trong chu kỳ vận tải

=2
=
phút (_ thời gian dừng tầu trong chu kỳ làm việc , ( =20 phút (


=0,46 (
=
=8846,5N (



- 50=456 kN +Theo điều kiện hãm xuống dốc
g =

; vd _ tốc độ tàu lúc bắt đầu hãm ,vd = 6,44 km/h = 1,79 m/s
_quãng đường hãm cho phép,
= 30m; (
g =

= 3345 kN ( Vậy

= 452 kN ( z =
=12,3 chiếc (
=
=76,45 chuyến/ngày đêm Ě Số chuyến tàu do một đoàn tầu thực hiện trong một ngày đêm là :
Tnd _số giờ làm việc trong một ngày đêm,Tnd =21 giờ Tck _thời gian trung binh của một chuyến tầu: Tck = t c+ td + t ct+ tkt + ( t c_thời gian chất tải của đoàn tầu,tc=16 phút td_ thời gian dỡ tải của đoàn tầu,td=8 phút (_thời gian dừng tàu trong chu kỳ để chờ đợi , (=20 phút t ct__ thời gian chạy của đoàn tàu có tải tkt_ thời gian chạy của đoàn tàu không có tải vct_vận tốc của đoàn tầu có tải ,vct=5,44km/h=90,67m/ph vkt _vận tốc của đoàn tầu không tải ,vkt=4,31km/h=71,83m/ph Với chiều dài đường lò bằng 800m ,ta có quãng đường chuyển động của goòng là : 800+100 =900 m (100m là quãng đường dỡ tải ở phía ngoài đường lò. Vì khi gần hết quãng đường đoàn tàu phải chạy chậm dần lại do đó thời gian đoàn tầu chạy khi có tải va không tải được tính gần đúng như sau:

(Tck = 16 + 8 + 12 + 15 + 20 = 71 phút=1,18 giờ (
chuyến Số đầu tầu đảm bảo vận hành hềt khối lượng mỏ theo yêu cầu là:
chiếc Số đầu tầu trong danh sách là :

Kdt,ds_hệ số danh sách đầu tầu , tính cho số tầu hư hỏng ,tình trạng sửa chữa, dùng cho công tác vận tải khác như chở người, trang thiết bị kỹ thuật mỏ Kdt,ds=1,3(1,5 (
=
chiếc Vậy số đầu tầu trong danh sách mỏ là 6 chiếc Ě Số goòng cần thiết để vận chuyển hết khối lượng mỏ theo yêu cầu là:
Số goòng có trong danh sách của mỏ là :
chiếc Vậy số goòng trong danh sách là 62 chiếc Ě Năng lực vận tải của tuyến đường: Khả năng thông qua của đường một chiều

tầu/ngày đêm
tầu/ngày đêm ( Nd,min=81 tầu/ngày đêm ( Năng lực vận tải của tuyến đường
tấn/ngày đêm Ta thấy Md >Am=2708 tấn/ngày đêm Vậy đảm bảo năng lực vận tải của đường sắt I.3.2.Chọn hình dạng và xác định kích thước mặt cắt ngang công trình Việc lựa chọn đường lò hợp lí chính là một trong những giải đáp làm tăng tốc độ đào lò . Trong đá có độ ổn định cao , nếu chọn được hình dạng mặt cắt ngang hợp lí thì có thể không phải chống .Trên thực tế ,việc lựa chọn mặt cắt ngang đường lò thường dựa trên những kinh nghiệm sau: + Khi chỉ chịu áp lực nóc là chủ yếu ,lên chọn đường lò có dạng hình vòm , tường thẳng + Khi cả áp lực nóc và hông đều lớn nên chọn hình vòm tường cong . + Khi có áp lực từ mọi phía với cường độ gần như nhau ,nên chọn mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình móng ngựa có vòm ngược . +Khi có áp lực không đều, nhưng đối xứng ở nóc và nền, thì nên chọn dạng elip có trục dài theo phương có áp lực lớn +Nếu các đường lò chống bằng gỗ, bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạng thanh thẳng hoặc thanh kim loại thẳng thì hợp lí nhất là chọn mặt cắt ngang dạng hình thang, hình chữ nhật hoặc hình đa giác +Việc lựa chọn tiết diện mặt cắt ngang đường lò còn phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá xung quanh mà đường lò đào qua . Do líp ®Êt phñ lµ sÐt kÕt phong ho¸ nªn ta chän tiÕt diÖn cửa lò cã d¹ng nãc h×nh vßm víi t­ờng th¼ng ®øng. Trong ®ã nãc lµ vßm b¸n nguyÖt ĚChän kÕt cÊu chèng gi÷ c«ng tr×nh +Lò bằng xuyên vỉa vận chuyển lµ mét ®­êng lß kiÕn thiÕt c¬ b¶n cña cã tuæi thä 50 n¨m. N»m d­íi líp ®Êt ®¸ phñ cã tÝnh chÊt t¬i rêi do vËy ta chän kÕt cÊu chèng gi÷ cửa lò lµ kÕt cÊu bª t«ng cốt thép liÒn khèi ®æ t¹i chç ĚXác định kích thước tiết diện đường lò +Xác định chiều rộng của đường lò: B = m + n + 2A + p m_khoảng cách từ thiết bị vận tải tới tường lò ( phía không bố trí lối người đi lại ), m=0,3 m n_ khoảng cách từ thiết bị vận tải tới tường lò ( phía bố trí lối người đi lại ) n =0,7m A_bề rộng lớn nhất của thiết bị vận tải , A=1m . P_khoảng cách giữa hai thiết bị vận tải chuyển động ngược chiều nhau p=0,25 m (B=0,3+0,7+1.2+0,25 =3,25 m +Xác định chiều cao của đường lò: h = ht+hv ht_chiều cao phần tường , ht =htb = hdx htb_chiều cao của thiết bị , htb= max (hdt,hg) = 1,45 m; hdx_chiều cao của đường xe, hdx = hdl + 0,5 htv+ hr ( hdx =20 +0,5.15 +15 =42,5cm; ( ht =1,45+0,425=1,875m Thấy rằng ht > 1,8m (chiều cao của phần dành cho người đi lại ) hv = 0,5.B=0,5.3,25=1,63m ( h =1,875+1,63=3,5m Các kích thước mặt cắt ngang được thể hiện trên hình I.1: Diện tích sử dụng : Ssd=ht . B +
Kiểm tra tiết diện theo điều kiện thông gió: Vận tốc gió bên trong đường lò:
Với : Am_sản lượng chuyển qua , Am=650.000 T/năm; q_lượng không khí cần thiết cung cấp cho một tấn hàng chuyển qua , q=1m3/phút; k_hệ số không cân bằng sản xuất , k=1,25(1,45;
_hệ số suy giảm diện tích mặt cắt ngang của đường lò có cốt ,
=1 N_số ngày làm việc trong 1năm , N=300,ngày;
Với tốc độ gió cho phép : vmin=0,15m/s ; vmax=8m/s; Ta có : vmin < v < vmax Vậy diện tích tiết diện mặt cắt ngang đường lò đã thỏa mãn điều kiện thông gió I.4. B×nh ®å vµ tr¾c däc tuyÕn c«ng tr×nh I.4.1.Thiết kế cửa lò +Xác định chiều cao của taluy và góc ổn định tự nhiên của lớp đất phần cửa lò Theo đầu bài độ kiên cố của lớp đất phủ sườn đồi là sét kêt có độ kiên cố f =3 Ta có góc ổn định tự nhiên của lớp đất phủ là
Chiều cao của phần taluy mái và chiều cao của cả đường lò lấy bằng 2,5 lần chiều cao của cả đường lò Chiều cao của taluy kể từ nền lò đến đỉnh của taluy H=3,5.2,5=8,75m Khoảng cách từ mép đồi đến của lò L=H.cotang15
=8,75.3,73=32,6m +Xác định khối lượng đất đá cần phải đào Khi đào đất đá phía trước cửa lò, ta đào rộng về hai phía của cánh gà với chiều rộng bằng chiều rộng của đường lò (3,25m) Khi bạt mái các ta luy phải đảm bảo góc ổn định tự nhiên của bờ taluy là 72

H×nh 1: MÆt c¾t ngang sö dông ®­êng lß Tû lÖ : 1:50 H×nh 2: S©n c«ng t¸c thi c«ng cöa lß Tû lÖ: 1:200 H×nh 3: MÆt c¾t ngang chèng gi÷ cöa lß Tû lÖ: 1:50 H×nh 4: KÕt cÊu t­êng ch¾n Tû lÖ: 1:200 H×nh 5: Tr¾c däc ®­êng lß Tû lÖ: 1:200 I.5. C¸c bé phËn cña c«ng tr×nh I.5.1. R·nh n­íc Víi l­u l­îng n­íc ch¶y vµo má lµ 15 m3/h vµ kÕt cÊu chèng gi÷ c«ng tr×nh lµ bª t«ng liÒn khèi ®æ t¹i chç. Cho nªn khi thi c«ng mãng cña phÇn t­êng ta ®æ lu«n kÕt cÊu r·nh n­íc b»ng bª t«ng Ta chän kÝch th­íc r·nh n­íc cã kÝch th­íc 400x400, bè chÝ r·nh n­íc n»m d­íi lèi ng­êi ®i l¹i vµ ®­îc phñ b»ng tÊm bª t«ng ®óc s½n I.5.2. C¸c ®­êng èng dÉn, dây cáp Ta sÏ bè trÝ ®­êng èng ë phÝa t­êng lß ®èi diÖn víi lèi ng­êi ®i l¹i, c¸c ®­êng èng sÏ ®­îc treo vµo t­êng lß nhê c¸c mãc treo được chế tạo từ các thanh thép góc hoặc chữ L cắm trực tiếp vào vỏ chống có dạng như các dầm congxon I.5.3. Chiếu sáng cho gương lò và trên suốt chiều dài chiều dai của đường lò Trong quá trình thi công ta có thể sử dụng đèn điện hoặc đèn ăcqui và phải được trang bị thiết bị phòng nổ Sử dụng đèn có công suất từ 100w đến 200 w Điện áp không quá 127V Ch­¬ng II Áp lùc ®Êt ®¸ vµ chèng gi÷ c«ng tr×nh II.1. Áp lùc ®Êt ®¸ lªn nãc, h«ng vµ nÒn c«ng tr×nh Cửa lò cã c¸c kÝch th­íc sö dông nh­ sau: + ChiÒu cao t­êng: ht = 1875 mm + ChiÒu cao vßm: hv = 1625 mm + ChiÒu réng : B = 3250 m m Chän s¬ bé c¸c kÝch th­íc vá chèng bª t«ng theo X.X.§av­®«v: + ChiÒu cao vßm: ho = lo/( (m) (2-1) Trong ®ã: lo _ nöa chiÒu réng bªn trong (m), lo = 3,25/2=1,625 m ( _ hÖ sè phô thuéc vµo hÖ sè kiªn cè cña ®Êt ®¸, ë ®©y cửa lò chñ yÕu n»m trong líp sÐt kÕt cã hệ số độ kiên cố f = 3, suy ra ( = 2,5 Thay sè vµo (2-1) ta ®­îc: ho = 1,625/2,5 = 0,65 (m) ChiÒu dµy ®Ønh vßm nãc do: (2-2) Thay sè vµo (2-2) ta ®­îc: Ta thÊy do = 16 cm qu¸ máng nªn ta lÊy do = 20cm + ChiÒu dµy ch©n vßm d = 1,5do = 1,5.20 = 30 (cm) + ChiÒu dµy t­êng lÊy b»ng chiÒu dµy ch©n vßm dt = d = 30 (cm) Khi ®ã c¸c kÝch th­íc tÝnh to¸n cửa lò nh­ sau: + ChiÒu réng: Bt = 3,25 + 2.0,3 = 3,85 (m) + ChiÒu cao phÇn t­êng: ht = 1,875 (m) + ChiÒu cao phÇn vßm: hv = 1,625 + do = 1,625 + 0,2 = 1,825 (m) + Chiều dày móng: dm = 1,2dt =1,2.0,3 = 0,36(m) + Chiều sâu móng: hm = 1,66(dm- dt) = 1,66 (0,36- 0,3) = 0,1 (m) +Diện tích phải đào là : Sđ=Bt.ht+0,5.(.h
=3,85.1,875+0,5.3,14.1,825
=12,45(m
) II.2.Tính áp lực đất đá xung quanh công trình +Áp lực nóc Góc ma sát trong:
= arctgf
= arctg3 = 72
Chiều rộng bên ngoài vỏ chống: Bđ=2a=3,85 m Chiều cao bên ngoài vỏ chống: Hđ=3,7 m Chiều rộng vòm phá hủy: 2a1=2a+2.h.cotang(
) Chiều cao vòm phá hủy: b1=
=

Áp lực nóc bố trí trên 1m dài công trình : qn1=
Áp lực nóc bố trí trên 1m dài công trình bao gồm cả tự trọng bản thân của lớp vỏ bêtông làm vỏ chống: qn=k(qn1+d.
, ở đó: k_hệ số vượt tải , k=1,4
_trọng lượng thể tích bêtông,
=2,5 T/m
d_chiều dày vỏ chống : d=d0=20 cm qn=1,4(2+0,2.2,5)=3,5 T/m +Áp lực sườn Áp lực sườn tại nóc công trình : qs1 =
.tg2(
) Áp lực sườn tại nền công trình : qs2=
.(b1+h).tg2(
) Áp lực đất đá bên sườn là: qs=(qs1+qs2).0,5=
.(2b1+h).tg2(
).0,5 Áp lực đất đá bên sườn khi kể đến hệ số vượt tải là: qs= k.
.(2b1+h).tg2(
).0,5 Thay số : qs=1,4.2,4(2.0,837+3,7)tg
(45
-
)0,5 qs=0,23 T/m II.3.Xác định nội lực thân giếng II.3.1.Xác định nội lực trên vòm Đây là vòm không khớp, hệ siêu tĩnh bậc 3 nên ta cần 3 phương trình chính tắc để xác định 3 ẩn: Mo ,Qo , No Mo_momen uốn tại đỉnh vòm Qo_lực cắt tại đỉnh vòm Ho_lực dọc tại đỉnh vòm C¸c t¶i träng tÝnh to¸n nh­ sau: qnt = qn.k qst = qs.k Trong ®ã: k _ hÖ sè v­ît t¶i, k = 1,4 Tõ ®ã ta cã: qnt = 1,4.3,5 = 4,9 (T/m) qdt = 1,4.0,23 = 0,322(T/m) H×nh 2.5: S¬ ®å ¸p lùc Tû lÖ: 1:100 +Ta xÐt phÇn vßm víi s¬ ®å tÝnh néi nh­ trªn h×nh vÏ 2.7. H×nh 2.6: S¬ ®å tÝnh néi lùc phÇn vßm Tû lÖ: 1:100 V× hÖ ®èi xøng nªn lùc c¾t Qo = 0, cho nªn ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh Ho vµ Mo. H×nh 2.7: S¬ ®å x¸c ®Þnh néi lùc phÇn vßm Tû lÖ: 1:100 (2-11) (2-12) Trong ®ã c¸c gi¸ trÞ (Mq , (y , (y2 , (Mq.y ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sim son Trong ®ã: n = 6 (sè ®o¹n chia nöa cung trßn). Gi¸ trÞ S/3n bÞ triÖt tiªu nªn ta cã: Trong ®ã: y = R - Rcos( , x = Rsin( Mq _ m« men do ngo¹i lùc t¸c dông lªn phÇn vßm C¸c gi¸ trÞ t­¬ng øng víi c¸c ®iÓm chia trªn cung cho trong b¶ng 2-1 B¶ng 2-1. Stt  ((®é)  x  y  x2  y2  Mq  Mq.y   0  0  0  0  0  0  0  0   1  15  0,47  0,062  0,223  0,0039  -0,547  -0,034   2  30  0,91  0,245  0,83  0,06  -2,043  -0,5   3  45  1,29  0,534  1,66  0,286  -4,11  -2,19   4  60  1,58  0,91  2,49  0,83  -6,23  -5,67   5  75  1,76  1,35  3,1  1,83  -7,89  -10,65   6  90  1,825  1,825  3,33  3,33  -8,69  -15,86   Thay sè vµo c¸c c«ng thøc trªn ta ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau: Thay vµo c«ng thøc (2-11) vµ (2-12) ta ®­îc: C¸c gi¸ trÞ néi lùc cña phÇn vßm ®­îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc sau: C¸c gi¸ trÞ néi lùc t­¬ng øng víi gãc ( cho trong b¶ng 2-2 B¶ng 2-2: Néi lùc phÇn vßm Stt  ((®é)  sin(  cos(  x  y  M  N  Q  e(m)   0  0  0  1  0  0  0,735  5,22  0  0,14   1  22,5  0,383  0,924  0,7  0,14  0,261  6,09  -1,187  0,043   2  45  0,707  0,707  1,29  0,534  -0,587  8,04  -0,90  0,073   3  67,5  0,924  0,383  1,686  1,13  -0,524  9,50  1,323  0,055   4  90  1  0  1,825  1,825  1,567  8,94  4,632  0,175   + TÝnh néi lùc phÇn t­êng Theo §av­dov cã hai chÕ ®é lµm viÖc cña t­êng lµ cøng v÷ng hoÆc ®µn håi. §Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc cña t­êng lµ cøng v÷ng hay ®µn håi ta dùa vµo ®¹i l­îng: Trong ®ã: C = 0,2.ht = 0,2.1,875 = 0,375 (m) E _ m« ®un ®µn håi cña vËt liÖu lµm t­êng, bª t«ng M200, E = 2,9.105 (kG/cm2) = 2,9.106 (T/m2) J _ m« men qu¸n tÝnh mÆt c¾t ngang t­êng , Trong ®ã: b _ chiÒu dµi mét ®¬n vÞ däc theo trôc cña t­êng dt _ chiÒu dµy t­êng Eo _ m« ®un ®µn håi cña ®Êt ®¸ xung quanh t­êng Eo = 1,015.105 (kG/cm2) =1,015.106 (T/m
) (o _ hÖ sè Po¸t x«ng cña ®Êt ®¸ xung quanh t­êng, (o = 0,105 ( _ hÖ sè Po¸t x«ng cña vËt liÖu x©y t­êng, ( = 0,167 Thay sè vµo c«ng thøc (2-13) ta ®­îc: Ta thÊy ( =4,22 > 0,05 t­êng lµm viÖc ë chÕ ®é ®µn håi Khi lµm viÖc t­êng chÞu t¸c dông cña c¸c lùc sau: - néi lùc tõ vßm chuyÒn xuèng gåm cã: M = 1,567 (T.m) ,N = 8,94 (T), Q = 4,632 (T) - Ph¶n lùc ®Êt ®¸ ph©n bè theo h×nh tam gi¸c qb® - Lùc ma s¸t T ë thµnh t­êng - Ph¶n lùc U t¹i mÐp mãng - Ph¶n lùc t¸c dông lªn ®¸y mãng ph©n bè theo h×nh ch÷ nhËt q® Ta ph¶i ®i x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ qb® , U , q® H×nh 2.5: S¬ ®å x¸c ®Þnh ¸p lùc t­êng Tû lÖ: 1:100