Mở đầu Giếng đứng là tên gọi chung của các công trình ngầm có trục vuông góc hoặc gần vuông với phương nằm ngang, có độ sâu lớn hơn nhiều so với diện tích mặt cắt ngang. Giếng đứng được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau: thăm dò và khai thác thác khoáng sản có ích, thả vật liệu, điều áp trong xây dựng thuỷ điện ngầm, thông gió cho các đường hầm giao thông có chiều dài lớn.Tuỳ theo công dụng mà giếng đứng có cấu tạo và trang bị bên trong khác nhau, ví dụ với các giếng khai thác khoáng sản có ích thì phải trang bị hệ thống cốt giếng phục vụ cho trục tải, với các giếng điều áp phải trang bị thêm họng cản.Giếng đứng thường có tuổi thọ lớn, đào qua nhiều lớp đất đá có tính chất cơ lý khác nhau, có mức độ ngậm nước khác nhau. Bởi vậy, giếng thường được chống bằng các loại vỏ chống kiên cố, chống thấm nước như bê tông, bê tông cốt thép liền khối. Tuy nhiên, trong trường hợp đào qua đất đá kiên cố ổn định giếng có thể chỉ cần gia cố bằng neo, bê tông phun.
Ở đây cũng cần phân biệt giếng đứng với giếng mù. Cả giếng đứng và giếng mù đều có phương thẳng đứng hoặc gần như thẳng đứng, giếng đứng được đào trục tiếp từ trên mặt đất xuống; còn giếng mù được đào từ một đường lò trung gian xuống, như vậy nó không có lối thông trực tiếp với mặt đất. Công nghệ đào giếng đứng có nhiều điểm giống với công nghệ đào các đường hầm nằm ngang, tuy nhiên khi thi công giếng đứng cần chú ý những điểm khác biệt sau: - Cao độ gương giếng thay đổi liên tục trong suốt quá trình thi công - Công tác nổ mìn đào giếng là một công việc khó khăn và nguy hiểm do diện tích thi công thường chật hẹp, ẩm ướt, tiếng ồn lớn. - Tiến độ đào thường thấp do đá thải phải di chuyển các thiết bị thi công trước và sau mỗi lần nổ mìn, các thiết bị thi công bị giới hạn về khả năng làm việc - Hướng thi công theo phương thẳng đứng cho nên: + Mọi vật đều hoạt động và đều có khả năng tự rơi theo hướng từ trên xuống dưới sức hút của trọng gây mất an toàn cho thi công + Mọi phương tiện thi công và vận chuyển đều hoạt động trong một khoảng không giới hạn.
Do đó, nếu con người và trang thiết bị muốn hoạt động trong không gian của trang thiết bị khác thì phải ngừng toàn bộ hoạt động của trang thiết bị cũ và di chuyển trang thiết bị cũ sang chỗ khác. + Cũng vì các trang thiết bị vận tải hoạt động theo phương thẳng đứng cho nên để đảm bảo an toàn thì người ta phải thực hiện định hướng cho phương tiện; phương tiện đó phải hoạt động trong phạm vi cố định được định vị bằng hệ thống đường định hướng (cứng hoặc mềm). Chỉ khi tốc độ trục tải nhỏ hoặc trọng lượng trục không đáng kể thì có thể không cần định hướng. + Do điều kiện khó khăn khi hoạt động ở các tầng công tác trung gian (phần giao nhau giữa giếng và các tầng khai thác) nên các vật chuyển động và các phương tiện vận tải đều phải giảm tốc độ và có đoạn đường định hướng riêng.
Xuất phát từ các đặc điểm cơ bản trên cho thấy quá trình thi công giếng rất phức tạp. Phương pháp thi công không tốt đồng nghĩa với việc không sử dụng hết diện tích mặt cắt ngang giếng và công suất của các trang thiết bị dẫn đến việc giảm tốc độ đào giếng, kéo dài thời gian thi công. Hầu hết các trang thiết bị hoạt động trong giếng phải có các tính năng đặc biệt: Do diện tích mặt cắt ngang có hạn mà chiều sâu giếng rất lớn cho nên khi trục tải người ta cố gắng hạn chế việc thay đổi tốc độ trục tải và đặc biệt là cần hạn chế những điểm công tác trung gian.Công dụng của giếng đứng Giếng đứng được sử dụng nhiều trong lĩnh vực: - Công nghiệp khai thác khoáng sản (giếng chính, giếng phụ, giếng gió.) - Phục vụ cho công tác thăm dò địa chất (giếng thăm dò) - Phục vụ cho công tác điều áp trong các nhà máy thuỷ điện ngầm(giếng điều áp) - Phục vụ cho công tác thông gió trong thời gian sử dụng các công trình ngầm giao thông có chiều dài lớn(giếng thông gió). •Trong khai thác mỏ giếng đứng được xây dựng nhằm mục đích để mở vỉa khai thác khoáng sản ích dưới sâu như vận chuyển khoáng sản có ích và đất đá thải từ dưới ngầm lên mặt đất, đưa người thiết bị lên xuống mỏ, cung cấp vật liệu năng lượng, gió sạch, thoát gió bẩn (hình 1.1) • Trong công tác khảo sát thăm dò giếng được xây dựng phục vụ cho việc khảo sát thăm dò tỉ mỉ các cấu tạo địa chất, xác định chi tiết đặc tính khoáng sàng, khoáng sản có ích (giếng thăm dò).
• Trong lĩnh vực thuỷ điện giếng đứng được xây dựng nhằm mục đích điều áp điều hoà năng lượng nước khi đóng mở cửa van nhằm làm cho áp lực dòng nước tăng giảm từ từ tránh hiện tượng sôi thuỷ lực làm ăn mòn cánh tuabin hoặc va đập gãy cánh tuabin của máy phát điện (giếng điều áp, giếng áp lực. • Trong xây dựng các đường hầm giao thông có chiều dài lớn, giếng đứng được xây dựng để phục vụ cho công tác thông gió theo sơ đồ thông gió dọc trung tâm. Trên thế giới, từ trước đến nay giếng đứng đã được xây dựng rất nhiều phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực khai thác khoáng sản. Chẳng hạn ở Nga có mỏ than sâu trên 1000m, Ba Lan có mỏ sâu 1050m, ở Nam Phi có mỏ vàng sâu tới 3170m mở vỉa bằng giếng đứng.
Đường lò Tháp giếng Chân tầng Giếng gió Khai thác ngược lên Thùng skíp Thùng cũi Máy ơ Ga chất tải thùng skip Đáy giếng Vỉa khoáng sản Hình 1.Sơ đồ sử dụng giếng phục vụ cho việc khai thác mỏ Giếng điều áp Đường ống Nhà máy thuỷ Hầm dẫn đệ ướ Giếng điều áp Nhà máy thuỷ đệ Giếng Giếng áp áp lực lực Hầm dẫn nước Giếng áp lực Hình 1.Sử dụng giếng điều áp trong tổ hợp công trình ngầm thuỷ điện Ở nước ta, dưới thời Pháp thuộc số giếng đứng được xây dựng không nhiều. Để phục vụ cho công tác khai thác than ở mỏ Mông Dương, người Pháp đã đào giếng đứng sâu hơn 100m, tại mỏ than Làng Cẩm – Thái Nguyên cũng đã đào một giếng với chiều sâu khoảng 80m. Sau khi hoà bình lập lại, nhờ có sự giúp đỡ của Liên Xô, chúng ta đào thêm một giếng đứng để khôi phục và mở rộng mỏ than Mông Dương. Hiện nay do sản lượng khai thác than lộ thiên ngày càng cạn kiệt, trước những yêu cầu cấp bách về sản lượng đòi hỏi chúng ta phải tăng sản lượng khai thác hầm lò.
Tuy nhiên do độ sâu khai thác tại các mỏ đều lớn dẫn đến việc mở vỉa và khai thác bằng phương án lò bằng, giếng nghiêng gặp khó khăn và gần như không thể thực hiện được. Trong thời gian tới một số công than hầm lò vùng Quảng Ninh tiến hành khai thác bằng giếng đứng chẳng hạn như: năm 2009 Công ty than Hà Lầm sẽ tiến hành đào ba giếng (chính, phụ, giếng gió.) với độ sâu trung bình 400m. Ngoài ra, công ty than Mông Dương có dự án đào giếng đứng xuống mức -250. Bởi vậy, việc xây dựng các giếng đứng đối với ngành khai thác mỏ đặc biệt là khai thác than đang là một thách thức rất lớn cần được tìm hiểu nghiên cứu một cách nghiêm túc.
Trong giai đoạn hiện nay, phục vụ cho công cuộc hiện đại hoá, điện khí hoá đất nước một loạt các dự án xây dựng các nhà máy thuỷ điện ngầm đã và đang được triiển khai: Hoà Bình, Yaly, Cần Đơn, Đại Ninh, Nậm chiến.Trong các dự án đó luôn luôn có mặt giếng điều áp. Số liệu các giếng điều áp đã được thi công trong lĩnh vực thuỷ điện có thể tham khảo trên bảng 1.Một số các giếng điều áp đã xây dựng trong thời gian qua Công trình Chiều sâu Đường Ghi chú giếng (m) kính giếng (m) Yaly 154 14,3 Giếng điều áp số 1 và 2 600 6,0 Giếng dẫn nước vào tua bin N1- 4 Nà Lơi 102 2,4 Giếng điều áp Quảng Trị 50 5,2 Giếng điều áp A Vương 94,5 10 Giếng điều áp Đồng Nai 4 50 10 Giếng điều áp Nậm Chiến 430 4,64 Giếng điều áp Bản Cốc 105 2,4 Giếng điều áp Cửa Đạt 26 12 Giếng điều áp Trong thời gian tới, với nhu cầu về năng lượng ngày càng lớn đặc biệt là điện năng thì số lượng các dự án thuỷ điện được xây dựng ngày càng lớn, do vậy số lượng các giếng điều áp được xây dựng sẽ tăng không ngừng. Trong giai đoạn hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao thông hiện đại và an toàn đặc biệt là hệ thống giao thông đô thị đang được nghiên cứu và triển khai với phương án được ưu tiên là sử dụng hệ thống giao thông ngầm. Trong hệ thống đó đòi hỏi một số lượng lớn các giếng đứng với vai trò là giếng thông gió.
Bởi vậy việc nghiên cứu kỹ thuật và giải pháp thi công các giếng thông gió cũng mang tính cấp thiết.Đặc điểm cấu tạo, phương pháp xác định hình dạng kích thước mặt cắt ngang giếng mỏ 1.Cấu tạo của giếng mỏ Tuỳ theo công dụng và chức năng của giếng mà giếng có cấu tạo khác nhau, có nghĩa là một giếng thủy điện sẽ có cấu tạo khác so với một giếng mỏ và thăm dò , hoặc ngay trong một giếng mỏ thì giếng chính sẽ có cấu tạo khác giếng phụ. Đối với một giếng mỏ, khi thi công giếng thường chia giếng ra nhiều đoạn, trong đó có các đoạn cơ bản: + Cổ giếng. + Phần lò nối giữa giếng và lò bằng (hình1.3) Trong đó: * Cổ giếng: là phần trên cùng của giếng được đào trực tiếp từ trên mặt đất xuống. Thông thường cổ giếng được thiết kế và xây dựng đảm bảo các yêu cầu sau: + Cao hơn mức lũ lớn nhất trong lịch sử ở địa phương ít nhất 50cm (tần xuất 100 năm).
+ Mức cổgiếng cao hơn mức 0 thiết kế khoảng 5cm đảm bảo nước, vật liệu rời ở bên bờ khó vượt qua cổ giếng nhờ đó đảm bảo an toàn trong khi thi công. + Vị trí dưới cùng của cổ giếng đảm bảo 2 yêu cầu cơ bản: - Vành đế đỡ cuối cùng của cổ giếng nằm trong tầng đá gốc ổn định ít nhất là 3m. - Bảo đảm bố trí được các rãnh gió, rãnh cáp.