Chương 1 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ QUẢN LÝ AN TOÀN VỆ SINH LAO ĐỘNG 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu 1. Tình hình phát triển công nghệ đào hầm trên thế giới Nghiên cứu các công trình ngầm, còn được gọi là xây dựng ngầm hoặc đào hầm, là một lĩnh vực quan trọng liên quan đến việc nghiên cứu và phát triển các khía cạnh khác nhau liên quan đến cơ sở hạ tầng và trang thiết bị ngầm. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trên khắp thế giới tham gia vào các nghiên cứu và dự án nhằm nâng cao hiểu biết, sự an toàn và hiệu quả của các công trình ngầm.
Nói đến đào hầm tức là nói đến hoạt động lao động phức tạp, nguy hiểm với các nguy cơ, rủi ro mất an toàn lao động rất phong phú và ở mức độ cao, đòi hỏi mức độ, trình độ trang thiết bị, số lượng công việc được thi công bằng máy, thiết bị của công nhân thi công hầm, mỏ ở mức rất cao. Cơ giới hóa đã là yêu cầu chủ đạo trong lĩnh vực thi công ngầm, cùng với sự phát triển công nghệ là các thiết bị cơ giới hóa và tự động hóa nhằm giảm lao động thủ công và hạn chế số lượng người có mặt trong hầm, mỏ. Lao động thủ công nhất được thay bằng lao động trí óc, các hoạt động sử dụng sức con người được thay bằng việc điều khiển, ra lệnh trên các bảng điều khiển điện tử, do đó năng suất lao động và sản lượng khai thác được nâng cao. Dưới đây là tổng quan các nghiên cứu về công trình ngầm ở nước ngoài: Công nghệ đào hầm: Nghiên cứu về công nghệ đào hầm tập trung vào những đổi mới trong phương pháp, vật liệu và máy móc xây dựng đường hầm.
Điều này bao gồm những tiến bộ về máy khoan đường hầm (TBM), vật liệu lót đường hầm và kỹ thuật đào để giúp việc đào hầm nhanh hơn, an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Kỹ thuật địa kỹ thuật: Nghiên cứu địa kỹ thuật khám phá hành vi của đất và đá trong môi trường dưới lòng đất. Nghiên cứu này giúp hiểu rõ độ ổn định của mặt đất, cơ học đất và các phương pháp kiểm soát chuyển động của mặt đất trong quá trình đào đường hầm. 6 Đánh giá an toàn và rủi ro: An toàn là mối quan tâm hàng đầu trong các công trình ngầm.
Nghiên cứu trong lĩnh vực này bao gồm đánh giá rủi ro, các quy trình an toàn và phát triển công nghệ để ngăn ngừa tai nạn và đảm bảo an toàn cho người lao động và cộng đồng. Tác động môi trường và tính bền vững: Các nhà nghiên cứu kiểm tra tác động môi trường của các công trình ngầm, chẳng hạn như xây dựng đường hầm và khai thác ngầm, để giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và nước ngầm. Các phương pháp và vật liệu xây dựng bền vững cũng được khám phá. Vật liệu và Kỹ thuật kết cấu: Các nghiên cứu trong lĩnh vực này tập trung vào phát triển vật liệu xây dựng bền và tiết kiệm chi phí cho các công trình ngầm.
Các nhà nghiên cứu nỗ lực cải thiện sức mạnh, độ bền và khả năng chống cháy của lớp lót đường hầm và các bộ phận kết cấu. Thông gió và chất lượng không khí: Duy trì thông gió và chất lượng không khí thích hợp trong không gian ngầm là rất quan trọng. Nghiên cứu được thực hiện để thiết kế hệ thống thông gió hiệu quả và giám sát chất lượng không khí nhằm đảm bảo sức khỏe và sự an toàn của người lao động và người sử dụng các công trình ngầm. Thiết bị đo đạc và giám sát: Các nhà nghiên cứu phát triển các hệ thống giám sát tiên tiến có thể đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc của đường hầm và công trình ngầm trong thời gian thực.
Điều này giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và lập kế hoạch bảo trì. Sử dụng không gian ngầm: Nhiều thành phố đang ngày càng sử dụng không gian ngầm để vận chuyển, lưu trữ và các mục đích khác. Nghiên cứu khám phá việc sử dụng hiệu quả các khu vực dưới lòng đất để giảm bớt tắc nghẽn trên bề mặt và tối đa hóa việc sử dụng đất. Nghiên cứu trường hợp và phương pháp thực hành tốt nhất: Các nhà nghiên cứu thường phân tích các dự án xây dựng ngầm trước đây, cả thành công và có vấn đề, để rút ra bài học kinh nghiệm và phương pháp hay nhất.
Điều này giúp cải thiện các dự án trong tương lai. 7 Hợp tác quốc tế: Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và kỹ sư từ các quốc gia khác nhau là điều phổ biến trong lĩnh vực công trình ngầm. Các hội nghị quốc tế, các dự án chung và trao đổi kiến thức đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu. Khung pháp lý và quy định: Nghiên cứu cũng đi sâu vào các khía cạnh pháp lý và quy định của công trình ngầm, bao gồm các vấn đề cấp phép, quy định an toàn và trách nhiệm pháp lý.
Ngoài ra nhìn lại các thiết bị cơ giới từ những năm 50 của thế kỷ XX đến nay đã thay đổi nhiều và không ngừng phát triển. Quá trình phát triển các thiết bị cơ giới thi công công trình ngầm có thể mô tả như sau: - Búa đập than đá (búa căn); - Máy khoan sử dụng năng lượng điện hoặc khí nén kết hợp nổ mìn; - Các máy tạo rạch sử dụng làm tăng mặt thoáng, giảm công việc khoan, nổ mìn gây khói và bụi; giảm sự văng xa, giảm sự vỡ vụn của than; - Cơ giới hóa bằng đồng bộ máy thi công ngầm liên hợp. Những cải tiến hiện đại trong chế tạo, sản xuất các thiết bị như khoan, xúc bốc, máy đánh rạch chỉ mới tạo điều kiện cơ giới hóa một phần trong dây chuyền đào lò. Máy khoan chỉ là có tác dụng tạo các lỗ thay cho đục thủ công phục vụ công tác nổ mìn phá than hoặc đá.
Kết quả nghiên cứu và chế tạo máy combai đào lò phục vụ nghành mỏ đã ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, sản lượng và tốc độ đào lò, giải phóng đáng kể lao động thủ công. Máy combai đào lò được thiết kế và chế tạo theo nguyên tắc phá đất đá và than bao gồm các loại (hình 1.1): - Phá đá, than theo nguyên lý đầu cắt. - Phá đá, than theo nguyên lý răng cắt.1: Các loại đầu khấu của máy combai Nguồn: Tác giả tổng hợp từ phòng xây dựng Công ty Hyundai E&C Một số chủng loại thiết bị combai đào hầm, lò thể hiện trên hình 1.2: Một số hình ảnh combai đào hầm, lò Nguồn: Tác giả tổng hợp từ phòng xây dựng Công ty Hyundai E&C a – Combai 4PU; b – Combai Continuous; c – Combai AM 50 Kết hợp với cơ giới hóa phá, cắt than, đá là các thiết bị cơ giới hóa xúc bốc vận tải (máy xúc cào vơ, máng cào, v.) và các hệ thống phụ trợ cần thiết như dập bụi, chiếu sáng, kiểm tra nồng độ khí độc. Sự phát triển mạnh trong cơ giới hóa đào hầm, lò là chế tạo các thiết bị đào lò có công suất lớn, tính đồng bộ cao cho phép sử dụng đối với các điều kiện đất đá có độ bền vững đến 200 MPa như: Wirth T3.20, AM-105, KR- 150, KSP-42., đào các đường hầm bằng, lò giếng, lò thượng, lò ngầm, v.
các loại tiết diện khác nhau. Trong công nghệ đào lò đá và thi công các công trình ngầm từ những năm 70 của thế kỷ XX người ta đã sản xuất các loại máy combai đào lò để thay thế các dây chuyền công nghệ phá đá bằng khoan nổ mìn. Các máy combai có thể đào trong đá có độ kiên cố từ f = 1 ÷ 3 cho đến f < 10 của các hãng Alpine Miner, Dosco, Joy hay WIRTH – Đức (hình 1.3: Combai đào hầm WIRTH – Liên bang Đức Nguồn: Tác giả tổng hợp từ phòng xây dựng Công ty Hyundai E&C Cơ giới hóa đào hầm và chống bằng các loại combai đào hầm trong đá rắn cứng có một đầu quay (có đường kính bằng đường kính của hầm cần đào) để phá vỡ đá. Trên đầu quay có gắn các lưỡi dao cắt, răng hoặc đĩa cắt để phá đá.
Trong thân máy có bộ phận xúc bốc đá kiểu gầu múc đổ đá qua các cửa sổ chuyển tiếp lên băng tải phía sau của máy. Các combai loại này di chuyển theo kiểu bước nhờ các kích thủy lực nâng thân máy khỏi mặt đất và đẩy nó lao về phía trước. Để ổn định đầu quay trong quá trình làm việc, trên thân máy trang bị thêm hệ thống kích có các đế tựa tì chặt vào đá xung quanh đường lò. Loại combai “IASINOVATEX-2” có bộ phận công tác kiểu rô to (đầu quay) đồng trục trong và ngoài.
Rô to trong có đường kính 2,5m với 19 đĩa cắt hình cầu; rô to ngoài có đường kính 3,6m với 12 đĩa cắt hình cầu. Sự tác động của hai rô to có thể không đồng thời cho phép làm giảm lực dọc trục và công suất truyền động. Trong trường hợp đào trong đá mềm yếu hai rô to hoạt động đồng thời.4: Tổ hợp khoan hầm TBM cỡ lớn Nguồn: Tác giả tổng hợp từ phòng xây dựng Công ty Hyundai E&C Hình 1. Công nghệ khoan hầm toàn tiết diện TBM Nguồn: Tác giả tổng hợp từ phòng xây dựng Công ty Hyundai E&C Loại combai này có thể thi công trong các đường hầm có góc dốc ±15 0 đá có f<10 hoặc trong đá cát kết khi lò nguy hiểm về phụt khí và f<16 trong điều kiện nguy hiểm về bụi nổ.
Ngoài loại combai của Liên Xô cũ chế tạo ra, nhiều hãng nước ngoài còn sản xuất các loại combai để thi công trong điều kiện đá bền vững như các hãng ROBBINS, DRESSER, KALVELD, JARVA (Hoa Kỳ); các hãng WIRTH, DEMAG, SALZGITER (CHLB Đức) và hãng ATLAS-COPCO (Thụy Điển). 11 Các loại combai của hãng LOURENS (Hoa Kỳ) có cấu tạo một đầu khoan tiến trước đường kính 0,61m dài 3,2m kiểu ống lồng. Đầu khoan trang bị thiết bị neo thủy lực, nhờ đó nó có thể cho phép sử dụng đầu khoan để nhích máy về phía trước. Phía sau combai là đầu cắt đường kính lớn để mở rộng tiết diện khấu.
Các hãng WIRTH và DEMAG cũng sản xuất các loại combai để đào đường lò trong đá rất cứng. Các loại combai này có lực dọc trục đạt từ 200 đến 900 tấn, mô men xoắn đạt từ 12 đến 290 T/m, công xuất thiết bị đạt từ 320 đến 1250 kW, trọng lượng máy từ 100 đến 600 tấn.