Lỗ bắt bu lông đá: Tại sao việc khoan quyết định bu lông có giữ chắc được không?

Chất lượng của một bu lông đá phụ thuộc vào chất lượng của lỗ khoan mà nó được cắm vào. Bạn có thể sử dụng loại thép cao cấp nhất, hộp nhựa tốt nhất và siết chặt đúng theo thông số kỹ thuật – nhưng nó vẫn có thể hỏng nếu lỗ khoan được khoan sai góc, xuyên qua mặt phẳng nứt hoặc có đường kính không phù hợp. Bu lông phụ thuộc vào lỗ khoan. Và lỗ khoan phụ thuộc vào mũi khoan và cần khoan đã tạo ra nó.

Gia cố mái bằng bu lông là phương pháp chống đỡ nền đất phổ biến nhất trong khai thác mỏ và đường hầm dưới lòng đất, và điều này hoàn toàn có lý: nó nhanh chóng, linh hoạt và chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với việc sử dụng khung thép hoặc lớp lót bê tông phun. Nhưng tốc độ và chi phí thấp chỉ hiệu quả nếu việc gia cố được thực hiện đúng cách. Dưới đây là ý nghĩa của việc "thực hiện đúng cách" từ góc độ khoan — trước khi bu lông được đưa vào.

Góc lỗ: Hình học quyết định mọi thứ

Bu lông neo đá hoạt động bằng cách neo vào đá cứng chắc nằm ngoài vùng bị nứt hoặc biến dạng, sau đó tạo lực căng để nén đá rời rạc vào lớp đá ổn định phía sau. Để điều đó hiệu quả, bu lông phải cắt ngang các lớp đá ở góc độ thích hợp.

Nguyên tắc cơ bản là các bu lông nên được lắp đặt vuông góc với bề mặt đá bất cứ khi nào có thể. Bu lông được lắp đặt nghiêng so với bề mặt sẽ tạo ra sự phân bố ứng suất không đối xứng — một phía của bu lông chịu tải nặng hơn phía kia, tấm đỡ không nằm phẳng và lực kẹp hiệu quả của bu lông bị giảm.

Trong đá có cấu trúc lớp hoặc phiến, góc đặt bu lông lý tưởng là vuông góc với mặt phẳng lớp, không nhất thiết phải vuông góc với bề mặt đào. Một bu lông chạy song song với lớp hầu như không có tác dụng gì — giống như việc cố gắng đóng đinh xuyên qua các trang sách từ gáy sách. Các trang vẫn có thể trượt qua nhau vì đinh được định hướng theo hướng trượt, chứ không phải vuông góc với hướng đó.

Khoan một lỗ ở góc độ chính xác, trong một không gian ngầm chật hẹp, bằng máy khoan cầm tay, khó hơn tưởng tượng rất nhiều. Mũi khoan có xu hướng lệch hướng khi chạm vào đá. Người vận hành phải vật lộn với trọng lượng của máy khoan. Mặt đất có thể không bằng phẳng tại vị trí đánh dấu miệng lỗ. Và nếu vài centimet đầu tiên của lỗ bị lệch góc, phần còn lại của lỗ cũng sẽ bị lệch – bạn không thể điều khiển cần khoan hình nón một khi nó đã vào trong đá.

Mấu chốt nằm ở khâu chuẩn bị: đánh dấu rõ vị trí lỗ khoan, đặt máy khoan sao cho cần khoan ở góc mục tiêu trước khi mũi khoan chạm vào đá, và bắt đầu khoan với lực đẩy nhẹ và tốc độ quay thấp cho đến khi mũi khoan tạo được một miệng lỗ sạch. Vài giây đầu tiên của quá trình khoan sẽ quyết định liệu bu lông được lắp vào lỗ đó có hoạt động hiệu quả hay không.

Độ sâu lỗ khoan: Đừng dừng lại ở vết nứt

Lỗ khoan bu lông quá nông — chỉ dừng lại bên trong vùng bị nứt nẻ hoặc phong hóa thay vì xuyên đến đá cứng — là loại bu lông được neo vào vật liệu không đủ chắc chắn. Lần đầu tiên mặt đất dịch chuyển, điểm neo cũng di chuyển theo, và bu lông sẽ mất lực căng.

Độ sâu lỗ cần thiết được xác định bởi chiều dài bu lông, mà chiều dài này lại phụ thuộc vào địa chất. Bu lông cần phải kéo dài ít nhất 0,3 đến 0,5 mét ra ngoài vùng đứt gãy ước tính vào trong đá cứng. Nếu vùng đứt gãy dày 2 mét, bạn cần một bu lông dài ít nhất 2,5 mét — và lỗ cần đủ sâu để chứa toàn bộ chiều dài bu lông cộng với hộp chứa nhựa.

Điều này nghe có vẻ hiển nhiên. Điều ít hiển nhiên hơn là yêu cầu về độ sâu lỗ khoan có ảnh hưởng đến việc lựa chọn mũi khoan và cần khoan của bạn. Một lỗ khoan bu lông sâu — 3 mét trở lên, thường thấy trong các mỏ có cửa mở lớn — cần một cần khoan đủ dài để đạt đến độ sâu đó mà không cần thêm đoạn nối giữa chừng. Nó cần một mũi khoan có thể khoan thẳng ở độ sâu đó mà không bị lệch hướng. Và nó cần dòng chảy xả đủ mạnh để làm sạch mùn khoan khỏi một lỗ dài hơn chiều cao của người vận hành.

Vùng đứt gãy: Lỗ hổng bạn không thể nhìn thấy

Lỗ bắt vít tệ nhất là lỗ khoan thẳng vào mặt phẳng nứt và xuyên qua phía bên kia vào nền đất tơi xốp. Vít được đóng vào, nhựa đông cứng, mọi thứ có vẻ ổn — nhưng khi đất chịu tải trọng đầu tiên, vít sẽ bị bật ra vì nó được neo vào một khối không được gắn vào bất kỳ vật liệu rắn nào.

Trách nhiệm của người khoan là phải chú ý đến những tín hiệu mà máy khoan phát ra. Khi mũi khoan chạm vào vùng nứt gãy, tốc độ khoan sẽ thay đổi — thường thì nó sẽ tăng tốc khi mũi khoan xuyên qua lớp đất hở hoặc bị nứt. Âm thanh của máy khoan cũng thay đổi — tiếng va đập trở nên ít sắc nét hơn, rỗng hơn. Lượng nước hoặc không khí thoát ra có thể giảm do nước hoặc không khí rò rỉ vào vết nứt thay vì thoát ra ngoài lỗ khoan.

Bất kỳ tín hiệu nào trong số này đều có nghĩa là lỗ khoan đã xuyên qua một vết nứt đáng kể. Nếu điều này xảy ra gần độ sâu mục tiêu, bu lông vẫn có thể sử dụng được — vết nứt có thể nằm phía trên vùng neo. Nếu nó xảy ra sớm hơn, cần phải bỏ lỗ khoan và khoan lại ở vị trí hoặc góc độ khác. Tiếp tục khoan vào vùng nứt và lắp đặt bu lông ở đó có nghĩa là lắp đặt một bu lông đã bị hư hỏng.

Bu lông nhựa: Hóa học đòi hỏi các lỗ khoan sạch sẽ

Bu lông neo bằng nhựa – loại phổ biến nhất trong khai thác mỏ hiện đại – dựa vào một hộp nhựa hai thành phần được đưa vào lỗ trước khi lắp bu lông. Khi bu lông được xoay vào lỗ, nó sẽ làm vỡ hộp nhựa, trộn lẫn nhựa và chất làm cứng, và hỗn hợp này sẽ đông cứng xung quanh bu lông để tạo thành một điểm neo hóa học.

Để nhựa liên kết đúng cách, thành lỗ cần phải sạch. Bụi đá, vụn khoan hoặc bùn còn sót lại trong lỗ sau khi khoan sẽ ngăn cản nhựa tiếp xúc hoàn toàn với đá, làm giảm độ bền liên kết. Một lỗ đầy vụn khoan cũng sẽ ngăn cản nhựa chảy vào khoảng trống giữa bu lông và thành lỗ — nhựa sẽ bị đẩy ra khỏi lỗ thay vì chảy vào khe hở.

Giải pháp là đảm bảo lưu lượng nước rửa đủ trong quá trình khoan và xả sạch lần cuối sau khi lỗ khoan đạt đến độ sâu mong muốn. Cho nước hoặc khí xả thêm vài giây sau khi mũi khoan ngừng tiến để làm sạch hết các mảnh vụn còn sót lại trong lỗ. Việc này chỉ mất vài giây nhưng cải thiện đáng kể độ bền của liên kết nhựa.

Mối nối giữa khoan và bắt bu lông

Việc đóng neo đá và khoan đá thường do các đội khác nhau thực hiện — đội khoan tạo lỗ, đội đóng neo lắp đặt neo. Nhưng chất lượng của việc đóng neo được quyết định ngay từ giai đoạn khoan. Một neo được lắp đặt trong một lỗ khoan kém chất lượng — góc độ sai, độ sâu sai, thành lỗ bẩn — sẽ bị hỏng bất kể được lắp đặt cẩn thận đến đâu.

Đối với người khoan, điều này có nghĩa là phải hiểu rằng những lỗ bu lông đó không chỉ đơn thuần là những lỗ. Chúng là nền tảng của hệ thống chống đỡ mặt đất, và mũi khoan cùng cần khoan tạo ra chúng chính là mắt xích đầu tiên trong chuỗi an toàn.