Nghiên cứu các nguy cơ mất an toàn lao động trong quá trình khai thác mỏ than phấn mễ và đề xuất các giải pháp phòng ngừa

Để ngăn chặn các dòng nước mặt chảy vào khai trường trong quá trình khai thác đã xây dựng các tuyến đê bao ngăn nước ở phía Tây và Nam, Đông Nam, hướng dòng chảy mặt về phía Tây Nam và B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN VĂN PHONG

NGHIÊN CỨU CÁC NGUY CƠ MẤT AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ THAN PHẤN MỄ

VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu các nguy cơ mất an

toàn lao động trong quá trình khai thác mỏ than Phấn Mễ và đề xuất các giải pháp phòng ngừa” là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu trong luận văn Thạc sỹ đƣợc sử dụng trung thực Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Phong

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI DANH MỤC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ VII MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KỸ THUẬT CỦA MỎ THAN PHẤN MỄ 4 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 4

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, SÔNG SUỐI VÀ KHÍ HẬU KHU MỎ 4

1.2.1 Đặc điểm địa hình 4

1.2.2 Khí hậu 4

1.2.3 Mạng sông suối 4

1.3 GIAO THÔNG, LIÊN LẠC 5

1.3.1 Giao thông 5

1.3.2 Thông tin, liên lạc 6

1.4 ĐẶC DIỂM DỊA CHẤT MỎ 7

1.4.1 Địa tầng 7

1.4.2 Kiến tạo 7

1.4.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn và địa chất công trình 9

1.5 Đ ẶC ĐIỂM CÁC VỈA THAN KHU Â M HỒN 22

1.5.1 Đặc điểm chung 22

1.5.2 Chất lượng than khu Âm Hồn 23

1.5.3 Kết quả tính trữ lượng và chuyển đổi cấp trữ lượng, tài nguyên than khu Âm Hồn theo báo cáo chuyển đổi cấp trữ lượng năm 2011 27

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ NHỮNG NGUY CƠ MẤT AN TOÀN LAO ĐỘNG TẠI MỎ THAN PHẤN MỄ 29

2.1 HIỆN TRẠNG VỀ TAI NGUYEN 29

2.2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC MỎ 30

2.2.1 Hiện trạng bờ mỏ 31

2.2.2 Điều kiện khai thác 36

2.2.3 Hệ thống khai thác 37

2.2.4 Hiện trạng thiết bị 38

2.2.6 Hiện trạng công tác thoát nước 44

2.2.7 Hiện trạng công tác bảo vệ môi trường, phòng chống tai nạn và bệnh nghề nghiệp 44

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA NGUY CƠ MẤT AN TOÀN LAO ĐỘNG CHO MỎ THAN PHẤN MỄ 46

3.1 CÁC GIẢI PHÁP VỀ ỔN ĐỊNH BỜ MỎ 46

3.2 LỰA CHỌN BIÊN GIỚI MỎ 47

3.3 XÁC ĐỊNH BIÊN GIỚI MỎ 47

3.3.1.Góc dốc bờ mỏ 47

3.3.2 Xác định góc dốc giới hạn ổn định của tầng, bờ Bắc, bờ Tây, bờ Nam 48

3.3.3 Xác định chiều cao ổn định giới hạn của tầng, khu vực bờ Đông 49

3.3.4 Xác định các thông số bờ mỏ 50

3.3.5 Kiểm toán ổn định bờ mỏ 51

3.3.6 Xác định hệ số bóc giới hạn 57

3.4 CÁC KHÂU CÔNG NGHỆ 59

3.4.1 Các thiết bị khai thác 59

3.4.2 Đồng bộ thiết bị 60

3.4.3 Sử dụng thiết bị 60

3.5 CÔNG TAC KHOAN - NỔ MIN 60

3.5.1 Hiện trạng công tác khoan - nổ mìn 60

3.5.2 Các thông số khoan nổ mìn 60

3.5.3 Công tác nổ mìn lần 2 65

3.5.4 Các giải pháp nổ mìn và qui mô vụ nổ cho phép đảm bảo an toàn cho ngôi đền trên bờ mỏ than Phấn Mễ 65

3.5.5 Thông số và công nghệ nổ mìn nhằm cải tạo bờ trụ 68

3.6 CÔNG TÁC XÚC ĐẤT ĐÁ VÀ THAN 72

3.6.1 Thiết bị xúc đất đá và than 72

3.6.2 Công tác xúc bốc đất đá 72

3.7 CÔNG TÁC ĐÀO SÂU VÀ THOÁT NƯỚC 73

3.8 CÔNG TÁC KHAI THÁC THAN 74

3.9 HÌNH THỨC VẬN TẢI 75

3.9.1 Thiết bị vận tải 75

3.9.2 Hệ thống đường ô tô 76

3.10.ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ ĐỔ TH ẢI 76

3.10.1 Các giải pháp về ổn định bãi thải 76

3.10.2 Thông số đổ thải 78

3.10.3.Các hạng mục xây dựng khu vực đổ thải 79

3.10.4 Trình tự đổ thải 79

3.10.5 Công nghệ đổ thải 80

3.11 THOÁT NƯỚC MỎ 82

3.11 1.Số liệu tính toán 82

3.11.2 Đặc điểm công tác thoát nước mỏ 82

3.11.3 Thoát nước khai trường: 83

3.12 KỸ THUẬT AN TOÀN, VỆ SINH MÔI TRƯỜNG, PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 84

3.12.1 Các giải pháp kỹ thuật an toàn cho các khâu công nghệ khai thác 84

3.12.2 Các biện pháp phòng chống cháy nổ 89

3.13 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ PHÒNG CHỐNG TAI NẠN, BÊNH NGHỀ NGHIỆP 91

3.13.1.Khái quát 91

3.13.2 Ảnh hưởng của khai thác đến môi trường 91

3.13.3 Nguyên nhân, tác hại của bụi và khí độc 91

3.13.4 Ảnh hưởng của tiếng ồn 92

3.13.5 Ảnh hưởng của bãi thải đến môi trường 93

3.13.6 Tác động đến môi trường đất 94

3.13.7 Tác động đến nguồn tài nguyên rừng, sinh vật, hệ sinh thái 94

3.13.8 Tác động tới nguồn nước 94

3.13.9 Tác động của khai thác đến cơ sở hạ tầng, chất lượng cuộc sống và phúc

lợi công cộng 94

3.13.10 Các biện pháp bảo vệ và phục hồi môi trường 95

3.13.11 Chống ô nhiễm bụi 95

3.13.12 Giảm thiểu tác động của khí độc 95

3.13.13 Hạn chế tiếng ồn và bảo vệ người lao động khỏi ảnh hưởng của tiếng ồn trong sản xuất 96

3.13.14 Biện pháp xử lý nước thải 96

3.13.15 Chống trôi lấp bãi thải 97

3.13.16 Công tác cải tạo và phục hồi thảm thực vật 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ khái quát vị trí giao thông khu vực năm 2012 6

Hình 1.2: Vị trí đứt gãy D phân chia tầng Cácbon – Pecmi và Triát (6/2012) 9 Hình 1.3: Vị trí phân bố các khối kiến tạo mỏ Bắc Làng Cẩm 9

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ tại mỏ than Phấn Mễ 31

Hình 2.2: Chập tầng, sạt lở ở bờ Bắc mức -50 m đến -130m và ở bờ Đông từ mức -10 m đến -190m 32

Hình 2.3: Sạt lở chập tầng từ mức +0 m đến +40m ở bờ Nam 33

Hình 2.4: Hiện trạng sạt lở, chập tầng ở bờ Tây 34

Hình 2.5: Minh họa máy khoan đang làm việc trên mỏ 39

Hình 2.6: Minh họa máy xúc thủy lực gầu ngược đang làm việc trên mỏ 41

Hình 2.7: Minh họa ôtô đang làm việc trên mỏ 42

Hình 2.8: Minh họa bãi thải số 3 của mỏ 43

Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ giữa Kgh và Cung độ vận tải 59

Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc và phân bố lỗ khoan trên tầng 62

Hình 3.3: Sơ đồ bãi nổ mìn kết hợp nổ tạo biên 1- Lỗ khoan nổ tạo biên; 2 Lỗ khoan nổ chính 67

Hình 3.4: Sơ đồ phân bố thuốc trong lỗ khoan tạo biên 67

Hình 3.5: Sơ đồ bố trí lỗ khoan trên tầng nổ mìn bằng lỗ khoan đường kính d = 40 mm kết hợp nổ tạo biên 69

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ xúc đất đá 73

Hình 3.7: Sơ đồ công nghệ khai thác than 74

Hình 3.8: Sơ đồ công nghệ đổ thải 81

Hình 3.9: Đồ thị lượng mưa trung bình hàng tháng tại Thái Nguyên 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ

Bảng 1.1: Tổng hợp thành phần hoá học của nước ngầm khai trường Bắc

Làng Cẩm 13

Bảng 1.2: Tổng hợp tính chất khoáng hoá của nước ngầm khai trường Bắc Làng Cẩm 13

Bảng 1.3: Tổng hợp các thông số thuỷ lực của các tầng chứa nước ngầm 14

moong Bắc Làng Cẩm 14

Bảng 1.4: Tổng hợp tính chất nứt nẻ của các loại đá mỏ Bắc Làng Cẩm 17

Bảng 1.5: Tổng hợp tính chất cơ lý các loại đất đá mỏ Bắc Làng Cẩm 23

Bảng 1.6: Bảng tính thống kê các đặc tính kỹ thuật cơ bản của than 25

Bảng 1.7: Các đặc tính kỹ thuật của than theo các phân vỉa khu Âm Hồn 26

Bảng 1.8: Bảng tổng hợp kết quả tính trữ lượng các phân vỉa giữa, phân vỉa dưới khu Âm Hồn, mỏ than Làng Cẩm 27

Bảng 2.1: Các thông số khai thác hiện tại của mỏ than Phấn Mễ 38

Bảng 3.1 : Tổng hợp các thông số ổn định của tầng, khu vực bờ Bắc, bờ Tây, bờ Nam 48

Bảng 3.2: Kết quả tính toán xác định Hgh khi cắt tầng theo lớp (α = β0) 50

Bảng 3.3 : Tổng hợp kết quả kiểm toán ổn định các bờ mỏ 53

Bảng 3.4: Kết quả kiểm toán ổn định theo các tuyến 54

Bảng 3.5: Hệ số bóc giới hạn theo cung độ vận tải 58

Bảng 3.6: Tổng hợp các thông số khoan - nổ mìn đề xuất 63

Bảng 3.7: Các thông số nổ mìn phân tầng 67

Bảng 3.8: Các thông số nổ mìn tạo biên 68

Bảng 3.9: Các thông số nổ mìn bằng máy khoan con đường kính d = 40 mm 69

Bảng 3.10: Các thông số khoan, nổ mìn đường kính d = 105 mm 70

trong trường hợp chiều cao tầng H = 5m 70

Bảng 3.11: Các thông số khoan, nổ mìn đường kính d = 105 mm 71

trong trường hợp chiều cao tầng H = 10m 71

Bảng 3.12: Các thông số cơ bản của bãi thải 80

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Mỏ than Phấn Mễ trực thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên,

mỏ có văn phòng tại thị trấn Giang Tiên, huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên

và công trường khai thác lộ thiên nằm trên địa bàn xã Phục Linh, huyện Đại

Từ, tỉnh Thái Nguyên Đây là mỏ than mỡ lớn nhất của nước ta, than của mỏ

có chất lượng tốt, là nguồn nguyên liệu sản xuất cốc của Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, để phục vụ cho dây chuyền sản xuất gang từ quặng sắt bằng công nghệ lò cao Mỏ có 2 khai trường khai thác là khai trường khai thác bằng phương pháp hầm lò tại khu Làng Cẩm (Nam Làng Cẩm) và khai trường khai thác bằng phương pháp lộ thiên tại khu Âm Hồn (Bắc Làng Cẩm)

Khai trường moong lộ thiên Bắc Làng Cẩm được đầu tư, khai thác lộ thiên từ năm 1994, qua nhiều giai đoạn khai thác Đến nay, đáy khai trường khai thác đã xuống tới mức -220 m, khai trường dạng lòng chảo với chiều dài khoảng 900 m, rộng 800 m, chiều sâu từ 220250 m Theo thiết kế đã được phê duyệt, khai trường lộ thiên Bắc Làng Cẩm sẽ kết thúc khai thác với đáy moong ở độ sâu mức -230 m Tuy nhiên, hiện trạng công tác khai thác đang gặp rất nhiều khó khăn do hệ số bóc cao (trên 20 m3

/t), cung đường vận tải lớn, công tác khoan - nổ mìn, xúc bốc, vận tải có nhiều nguy cơ mất an toàn lao động Hiện tại, các thông số của hệ thống khai thác chưa đạt được theo thiết

kế cơ sở trong dự án đã lập như: Góc bờ công tác lớn, nhiều tầng trên bờ công tác, bờ kết thúc bị chập tầng, có nhiều chỗ bị tụt lở rất dễ gây mất an toàn khi khai thác xuống sâu Ngoài ra, do khai thác ngày càng xuống sâu, các chi phí cho khai thác tăng, dẫn đến hiệu quả sản xuất kinh doanh của đơn vị ngày càng giảm

Để đảm bảo khai thác an toàn và bền vững, mỏ than Phấn Mễ cần phát hiện và đánh giá các nguy cơ mất an toàn lao động trong quá trình khai thác

mỏ, từ đó đề xuất các giải pháp khả thi nhằm hạn chế và ngăn ngừa các rủi ro

có thể xảy ra

Chính vì vậy đề tài: “Nghiên cứu các nguy cơ mất an toàn lao động trong quá trình khai thác mỏ than Phấn Mễ và đề xuất các giải pháp phòng

ngừa” mà tác giả lựa chọn để nghiên cứu là vấn đề có tính cấp thiết và thực tế

rõ rệt tại khu vực tỉnh Thái Nguyên hiện nay

2 Mục tiêu của đề tài:

Phòng ngừa các nguy cơ mất an toàn lao động trong quá trình khai thác tại

Mỏ than Phấn Mễ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Các nguy cơ mất an toàn lao động trong quá trình khai thác tại mỏ than Phấn Mễ

4 Nội dung nghiên cứu:

- Đặc điểm tự nhiên, kỹ thuật của mỏ than Phấn Mễ;

- Nghiên cứu, đánh giá những nguy cơ mất an toàn lao động tại mỏ than Phấn Mễ;

- Đề xuất các giải pháp phòng ngừa nguy cơ mất an toàn lao động cho mỏ than Phấn Mễ

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: Thống kê, đánh giá, xử lý các số liệu thu thập

được từ kết quả thực nghiệm, từ thực tiễn sản xuất trên các mỏ trong vùng

- Phương pháp tra cứu: tra cứu tài liệu từ giáo trình, sách báo, các văn

bản pháp quy, các website để thu thập số liệu, tài liệu có liên quan

- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, phỏng vấn với các nhà khoa học,

các chuyên gia về công tác quản lý, tư vấn, thiết kế và thực tiễn hoạt động trong các lĩnh vực kinh tế có liên quan đến nổ mìn

- Phương pháp toán học: Sử dụng phương pháp toán học để phân tích

các yếu tố ảnh hưởng

- Phương pháp triển khai thực nghiệm: Ứng dụng các giải pháp tại các

công trường mỏ và ghi nhận những kết quả

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, bảo vệ môi trường và đảm bảo

an toàn lao động cho mỏ than Phấn Mễ

7 Cấu trúc luận văn:

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KỸ THUẬT CỦA MỎ THAN PHẤN MỄ

1.1 Vị trí địa lý

Mỏ lộ thiên Bắc Làng Cẩm thuộc xã Phục Linh, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cách thành phố Thái Nguyên khoảng 18 km về phía Tây Bắc, cách văn phòng Mỏ Phấn Mễ gần 4 km Phía Bắc khu mỏ có sông Đu chảy qua, nằm trong giới hạn tọa độ (VN2000, kinh tuyến 106030', múi chiếu 30

C, các tháng nóng nhất (tháng 6, 7, 8) có nhiệt độ trung bình là 290C các tháng về mùa đông (tháng 10, 11, 12) có nhiệt độ trung bình là 15÷160C, có ngày xuống tới 6÷70C Lượng mưa trung bình hàng năm là 150÷1700 mm, các tháng mưa nhiều lên đến 1320÷1800 mm/tháng, các tháng mưa ít 30÷40 mm/tháng Độ

ẩm từ 83÷87%

1.2.3 Mạng sông suối

Trong khu mỏ có hệ thống sông suối khá phát triển, điển hình có sông lớn là sông Đu và suối Cẩm

- Sông Đu chảy qua phía Đông Bắc khu mỏ Chảy theo hướng từ Bắc xuống Nam Lưu lượng của sông về mùa mưa là 9,8 m3/s, về mùa khô là 1,6

m3/s Chiều rộng của sông thay đổi từ 10÷30 m, chiều sâu từ 5÷10 m

- Suối Cẩm chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam từ phía Tây sang phía Bắc của khu mỏ Sông Đu và suối Cẩm là nguồn cung cấp nước chính cho mỏ

và dân sinh ở khu vực này

1.3 Giao thông, liên lạc

b Đường thủy:

Do đặc điểm của mạng sông, suối trong vùng là dòng hẹp và dốc có thể

sử dụng thuyền bè nhỏ để đi lại trên sông (Hình 1.1)

Hình 1.1: Sơ đồ khái quát vị trí giao thông khu vực năm 2012

(Tỷ lệ 1:1.500.000)

1.3.2 Thông tin, liên lạc

Điều kiện thông tin liên lạc rất thuận lợi, tất cả các xã đều có mạng lưới điện thoại và bưu điện văn hóa xã, đảm bảo cung cấp thông tin trong nước và

quốc tế thông suốt

Tóm lại, khu vực mỏ có điều kiện tự nhiên và cơ sở hạ tầng rất thuận lợi cho việc nghiên cứu, thăm dò và khai thác

1.4 Đặc điểm địa chất mỏ

1.4.1 Địa tầng

Khoáng sàng Bắc Làng Cẩm theo kết quả thăm dò, khảo sát nghiên cứu

đã xác định địa tầng từ dưới lên bao gồm:

- Tầng đất đá Đềvôn (Đ) phân bố chủ yếu ở phía Tây và Tây Bắc khoáng sàng, nằm bất chỉnh hợp kiến tạo với tầng chứa than theo đứt gãy E Có mặt trong địa tầng bao gồm các loại đá biến chất cát kết, quắczít, đá vôi hoa hoá, diệp thạch mutscôvich và bột kết Chiều dày các lớp từ 0,510 m

- Tầng Cácbon - Pécmi (C-P) là nền của tầng chứa than Đá vôi có tuổi giả định Cácbon - Pécmi, tầng này lộ ra ở dọc bờ sông Đu, phân bố chủ yếu ở phía Đông Bắc, Đông khoáng sàng Đá vôi có mầu từ xám đến xám sáng, Đá vôi phần lớn bị rạn nứt ít khi đặc xít, các kẽ nứt thường được lấp đầy can xít, thỉnh thoảng chứa sét và những vật chất than màu đen, đôi khi bị graphít hoá yếu

- Tầng chứa than Triát Thượng (T3r), trong phạm vi khoáng sàng Bắc Làng Cẩm có chiều dày đến 220 m Trên mặt chiếm diện tích khoảng 0,2 km2

, phân bố thành một dải hẹp theo phương Bắc - Nam dài khoảng 500 m, rộng

300 m, ngăn cách với tầng đá vôi bởi đứt gãy D

- Tầng chứa than nằm kẹp giữa tầng đá vôi Cácbon - Pécmi ở phía Đông

và tầng Đềvôn ở phía Tây bởi các đứt gãy D, E Đất đá hệ tầng chứa than bao gồm: cát kết, bột kết, bột kết vôi, sét kết và sét kết than chứa vỉa than dày Vỉa dày bao gồm 3 phân vỉa dạng thấu kính không duy trì liên tục cả về chiều dày lẫn cấu trúc Chiều dày chung của vỉa thay đổi trong giới hạn lớn, từ 0,062,75 m, chiều dày tính trữ lượng từ 0,034,57 m

- Tầng phủ Đệ Tứ phân bố rộng khắp trên bề mặt khoáng sàng bao gồm các loại đất đá aluvi, đêluvi, êluvi với chiều dày từ 510,12 m

1.4.2 Kiến tạo

Trầm tích chứa than khu Bắc Làng Cẩm phân bố bất chỉnh hợp trên nền

đá vôi ở phía Đông và được ngăn cách bởi đứt gãy D có bề mặt nghiêng chung theo hướng Tây, Tây Nam từ 40600 Các nham thạch chứa than xếp gọn dưới dạng một đơn tà, có phương gần kinh tuyến cắm Tây, Tây Nam với góc dốc thay đổi từ 37600, trung bình 45460 Hình dạng của đơn tà được thể hiện đầy đủ trên các mặt cắt địa chất đặc trưng các tuyến: T.XVII, T.XVIII, T.XIX, T.XX, T.XXI, T.XXVIII

Trong toàn bộ khoáng sàng theo tài liệu thăm dò địa chất năm 1967 chỉ phát hiện được một đứt gãy nghịch E, ngăn cách địa tầng giữa tầng Đêvôn ở phía Tây và tầng chứa than Triát Quá trình cập nhật địa chất khai thác trong những năm qua xác định giữa tầng chứa than và tầng đá vôi tồn tại đứt gãy D phân chia địa tầng giữa tầng chứa than và tầng đá vôi Đứt gãy D có phương

từ phía bắc đến khu vực tuyến XXVIII theo phương Đông Bắc, từ tuyến XXVIII đến tuyến XVIII phương gần Bắc Nam, từ tuyến XVIII trở về Nam

có phương Đông Nam Đứt gãy cắm Tây, Tây Nam với góc dốc từ 40600, mặt đứt gãy láng bóng đới phá huỷ không đáng kể Hiện trạng vị trí của đứt gãy D được thể hiện trên Hình 1.2 (6/2012)

Đứt gãy nghịch E là ranh giới phân chia địa tầng giữa tầng đất đá Đêvôn

và tầng đất đá chứa than Triát Đứt gãy có phương gần kinh tuyến, mặt trượt đứt gãy cắm Tây với góc dốc thay đổi từ 60850 Biên độ dịch chuyển tăng dần từ Bắc xuống Nam lớn nhất trên 500 m, đới phá huỷ không lớn từ 510

m Đứt gãy E hầu như không ảnh hưởng đến vị trí phân bố của vỉa than mà chỉ gây nên sự uốn lượn nhẹ và dịch chuyển các lớp đất đá theo chiều thẳng

đứng Phân bố tổng thể của các khối kiến tạo được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1.2: Vị trí đứt gãy D phân chia tầng Cácbon – Pecmi và Triát

(6/2012)

Hình 1.3: Vị trí phân bố các khối kiến tạo mỏ Bắc Làng Cẩm

Từ trái qua phải: các tầng Cácbon-Pecmi (C-P), Triat (T3r), Devon (D)

1.4.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn và địa chất công trình

1.4.3.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

a Nước mặt

Địa hình khu mỏ hiện trạng đã thay đổi rất nhiều so với địa hình nguyên thuỷ ban đầu Quá trình khai thác lộ thiên khu Bắc Làng Cẩm từ năm

1994 đến nay đã hình thành khai trường hình lòng chảo với chiều dài khoảng

900 m, rộng 800 m, đáy mỏ ở mức -220 m Như vậy, chênh cao địa hình hiện tại giữa khu vực xung quanh và đáy mỏ đến 260 m Địa hình bên ngoài khu

mỏ bao gồm các quả đồi không cao lắm với sườn dốc từ 30450 Phía Bắc có sông Đu chảy theo hướng Tây - Đông, lòng sông rộng từ 1025 m, sâu 36

m Sông có nước quanh năm, lưu lượng lớn nhất vào mùa mưa đến 71,3 m3

/s Cao trình ngập lớn nhất đến +40 m Phía Tây khai trường có suối Âm Hồn, suối ngắn và hẹp, chỉ có nước vào mùa mưa Dòng chảy có hướng Nam - Bắc

đổ vào sông Đu

Phía Nam và Đông khai trường là các ruộng lúa tiếp giáp với các quả đồi

có cốt cao địa hình từ +40 m đến +100 m Để ngăn chặn các dòng nước mặt chảy vào khai trường trong quá trình khai thác đã xây dựng các tuyến đê bao ngăn nước ở phía Tây và Nam, Đông Nam, hướng dòng chảy mặt về phía Tây Nam và Bắc Nước mặt chảy vào khai trường chỉ còn là lượng nước mưa rơi trên diện tích khai trường từ cao trình +40 m trở xuống đáy mỏ Nước mặt từ +40m trở xuống được tập trung tại đáy khai trường và được thoát cưỡng bức

ra ngoài qua hệ thống bơm đặt ở bờ Đông Bắc Khối lượng nước bơm hàng năm trong những năm gần đây thay đổi từ 12 triệu m3

năm

Nước mặt khu vực thuộc loại mềm có tính axít, độ pH = 6, nước không

ăn mòn bê tông, nước không sủi bọt, độ cặn cứng trung bình Hn = 0,250,45 Nước thuộc loại Bicacbonat - Canxi

b Nước ngầm:

Căn cứ vào tính chất chứa nước của nham thạch có thể chia địa tầng

chứa nước làm 3 tầng chứa nước sau:

+ Tầng chứa nước thuộc trầm tích Trias (T3r)

Tầng này nằm dưới lớp đất phủ và đến 441m vẫn còn tồn tại phân bố rộng khắp trong khu mỏ và kéo dài xuống phía Nam với diện tích 117.000 m2

Nham thạch chủ yếu của tầng này là sét kết, bột kết, bột kết vôi, cát kết và những vỉa than mỡ dạng thấu kính

Bột kết: Màu xám dạng thấu kính, nứt rạn, kẽ nứt chứa đầy can xít, nham

thạch dòn, dễ vỡ có nhiều mặt trượt Trên các mặt cắt địa chất thấy rõ lớp này

có chiều dày từ 0,330 m Trên biểu đồ biến hoá mực nước trong các lỗ khoan ta thấy rằng khi khoan trong lớp bột kết mực nước giao động rất ít, lớp này chứa nước kém

Bột kết vôi: Màu xám đến xám sáng, rắn chắc hạt nhỏ đến hạt mịn, kẽ

nứt nhỏ không liên tục, có mặt trượt láng bóng Lớp này có chiều dày khá lớn

từ 0,540 m Nham thạch vách và trụ các vỉa than hầu hết là Bột kết vôi nằm theo dạng các vỉa than, chứa nước kém

- Sét kết và sét kết lẫn than: Màu xám tối dạng khối, nứt rạn mạnh, thành

phần chủ yếu là sét (5085 %) thỉnh thoảng có những mạch than nhỏ chen

vào lớp này thành những thấu kính nhỏ, mỏng thường là các vách gỉa của vỉa than Chiều dày của lớp sét kết rất mỏng có khi chỉ 0,10,2 m, không có khả năng cung cấp nước cho khoáng sàng

- Cát kết: Màu xám, rắn chắc dạng thấu kính mỏng nằm trên hoặc nằm

kẹp giữa các vỉa than, có khi nằm xen kẽ trong các nham thạch khác Chiều dày thay đổi từ 0,10,3 m, mối liên thông giữa các lỗ hổng kém, độ chứa nước của lớp này kém

Thành phần hoá lý của nước lấy tại điểm xuất lộ được tổng hợp trong bảng I.1, nước thuộc loại sunfat can xi

c Tầng chứa nước đá vôi Cácbon - Pecmi (C-P)

Dưới tầng Triát là tầng đá vôi nền Cacbon - Pecmi nằm lót dưới các vỉa than, cũng có chỗ trụ vỉa than là bột kết vôi rồi tiếp đá vôi Phía Bắc và phía Đông Bắc vùng mỏ đá vôi nằm dưới lớp đất phủ, về phía Tây Bắc tầng đá vôi nằm cách mặt đất 63m Càng về phía Nam đá vôi nằm chìm xuống, qua lỗ khoan 97 đá vôi nằm ở độ sâu 411m

Thành phần hoá lý của nước được tổng hợp trong các bảng 1.1 và 1.2; nước thuộc loại sunfat can xi, kết quả này xác nhận sự khác nhau về thành phần hoá lý của nước trong tầng đá vôi với nước mặt sông Đu Nước trong tầng đá vôi và nước trong tầng Triát có tính chất hoá lý gần giống nhau điều này cho thấy mối quan hệ lẫn nhau giữa tầng chứa nước trong đá vôi và tầng chứa than

Tóm lại, các tầng chứa nước nói trên có quan hệ thuỷ lực qua lại với nhau: tầng Đệ Tứ cung cấp cho tầng Triát, tầng Triát cung cấp cho tầng đá vôi, nguồn cung cấp chủ yếu là nước mưa Nước trong các tầng hệ trên bị chi phối chặt chẽ bởi điều kiện khí tượng thuỷ văn Đặc tính thuỷ lực của các tầng chứa nước được tổng hợp trong bảng 1.1, 1.2, 1.3

Bảng 1.1: Tổng hợp thành phần hoá học của nước ngầm khai trường Bắc Làng Cẩm

Độ cứng tạm thời (mgdL/L)

Độ cứng vĩnh viễn (mgdL/L)

Độ khoáng hoá (mg/L)

CO 2 tự do

Bảng 1.3: Tổng hợp các thông số thuỷ lực của các tầng chứa nước ngầm

Các thông số thuỷ lực Mực

thuỷ tĩnh

H, m

Lưu lượng

lỗ khoan

Q, L/s

Bán kính ảnh hưởng R,

m

Hệ số thấm K,m/ng

Những kết quả quan trắc bơm đo và đánh giá đặc điểm nước ngầm trong quá trình khai thác xuống sâu những năm qua tại moong Bắc Làng Cẩm cho phép dự báo:

- Quá trình khai thác lộ thiên đã làm thay đổi mạnh mẽ đặc tính thuỷ lực của các tầng chứa nước Cao trình mực nước đã được hạ thấp cùng với quá trình khai thác xuống sâu

- Mức độ chứa nước và tính chất chứa nước của đất đá thuộc địa tầng Đềvôn (Đ) và Cácbon - Pecmi (C-P) đã phần nào được làm sáng tỏ Ảnh hưởng của các tầng chứa nước này đến ổn định của bờ mỏ thể hiện dưới dạng thuỷ tĩnh đến cao trình +0

- Địa tầng chứa than Triát (T3r) tuy được đánh giá là nghèo nước nhưng

do vị trí phân bố và cấu tạo của các lớp đá thuộc bờ Nam và Đông Nam cắt chéo các tầng khai thác và nghiêng vào đáy mỏ đặc biệt là sự có mặt đứt gãy

D có phương Đông Nam tạo điều kiện cho nước mặt từ bên ngoài ngấm vào khai trường theo các mặt lớp, phân lớp và dọc theo đới phá huỷ do đứt gãy và

khai thác hầm lò tạo nên 1.4.3.2 Đặc điểm địa chất công trình

* Đặc điểm phân bố đất đá các khu vực bờ mỏ:

Như đã trình bày trong mục 1 có mặt trong địa tầng khoáng sàng Bắc Làng Cẩm ngoài tầng phủ Đệ Tứ còn có các loại đá có tuổi Đềvôn, Cácbon-Pécmi và Triát

Tầng chứa than Triát (T3r) phân bố ở trung tâm của khoáng sàng và được ngăn cách với tầng đá vôi Cácbon - Pécmi (C-P) bởi đứt gãy D

Tầng đá vôi Cácbon - Pécmi phân bố ở phía Đông trên các bờ Đông, Đông Bắc và phần dưới sâu từ mức -150 m trở xuống của bờ Đông Nam và là nền của tầng chứa than

Phía Tây, Tây Bắc tầng chứa than được ngăn cách với đất đá tầng Đềvôn (D) bởi đứt gãy E Đứt gãy E có phương gần kinh tuyến cắm Tây

Như vậy, toàn bộ bờ Bắc, bờ Tây được cấu tạo bởi đất đá có tuổi Đềvôn,

bờ Nam nằm hoàn toàn trong đất đá của tầng chứa than có tuổi Triát (T3r), bờ Đồng, Đông Bắc thuộc tầng đá vôi (C-P)

a Phân bố đất đá của bờ Đông, Đông Bắc

Bờ Đông, Đông Bắc được cấu tạo bởi 2 loại đá chủ yếu đó là bột kết vôi

và đá vôi

Bột kết vôi là trụ trực tiếp của vỉa than Trong bờ Đông bột kết vôi

chiếm khoảng 40% Bột kết vôi có hướng cắm trùng với hướng cắm của vỉa than với góc dốc từ 40500 Bột kết vôi có mầu xám sẫm, kiến trúc phấn sa hạt mịn Cấu tạo thường phân lớp mỏng Trong bột kết vôi thường gặp các vân Cácbônát hữu cơ dạng vi uốn nếp phức tạp Bột kết vôi phân bố khoảng 1/3 chiều cao bờ mỏ là trụ trực tiếp của vỉa than Phân bố bột kết vôi bờ Đông được thể hiện trên mặt cắt địa chất công trình đặc trưng tuyến XXI, XVIII Theo kết quả khảo sát đo vẽ hiện trường cho thấy bột kết vôi nứt nẻ mạnh trong khối đá có mặt 3 hệ khe nứt chủ yếu Hệ thứ nhất phân bố song song với mặt lớp, khoảng cách giữa các khe nứt từ 0,050,3m, trung bình 0,2

m Mặt khe nứt nhẫn, thỉnh thoảng có nhét các vẩy than, đặc biệt là các phân lớp phân bố sát vách trụ vỉa than Hệ thứ 2 cắt vuông góc với mặt lớp, khoảng cách giữa các khe nứt từ 0,51,2 m, trung bình 0,5 m Bề mặt khe nứt thường

gồ ghề, phát triển không lên tục, không có chất nhét Hệ thứ 3 cắt chéo mặt lớp một góc khoảng 30450, mật độ khe nứt trung bình 0,3 m Hệ khe nứt này

có sản trạng gần với sản trạng của đứt gãy D Các thông số đặc trưng của khe nứt trong đá bột kết vôi được tổng hợp trong bảng 1.4

Tiếp dưới lớp bột kết vôi là tầng đá vôi có tuổi Cácbon - Péc mi (C-P)

Đá vôi có màu từ xám sáng đến xám tối, thỉnh thoảng phớt nâu do ngấm ôxít sắt Đá vôi phân lớp bị rạn nứt ít khi đặc xít, kẽ nứt thường chứa đầy can xít, thỉnh thoảng chứa sét và những vật chất than màu đen, đôi khi bị Graphít yếu

Ở phía Bắc đá vôi lộ ra trên mặt và chìm dần về phía Nam Mặt tiếp xúc giữa

đá vôi và bột kết vôi thường gồ ghề uốn lượn nghiêng về Tây với góc chung

Trong đá vôi phát triển chủ yếu 2 hệ khe nứt Hệ khe nứt song song với mặt lớp với mật độ trung bình từ 0,51,0 m Mặt khe nứt nhẵn có các lớp nhét canxít hoặc sét chứa vật chất than Các hệ khe nứt này được hình thành trước quá trình tạo than Hệ khe nứt vuông góc với mặt lớp có góc nghiêng 70800, mặt khe nứt thường gồ ghề, không có chất nhét Kích thước trung bình của khe nứt từ 0,52 m Tính chất đặc trưng của các hệ khe nứt và kích thước của khối đá được tổng hợp trong bảng 1.4

Với đặc điểm phân bố của các loại đá có mặt trong cấu tạo của khu vực bờ Đông, Đông Bắc nghiêng vào không gian khai thác với góc từ 40600 trùng với góc dốc của đứt gãy D sẽ không có lợi đối với ổn định Độ ổn định của khu vực này được quyết định bởi tính chất bền theo các bề mặt tiếp xúc giữa bột kết vôi và đá vôi và mặt phân lớp trong đá vôi, cũng như áp lực thuỷ tĩnh của nước ngầm

Bảng 1.4: Tổng hợp tính chất nứt nẻ của các loại đá mỏ Bắc Làng Cẩm

cắm

Kích thước TB (m)

Tính chất mặt khe nứt

Lớp nhét giữa các khe nứt

Phân loại cấp nứt nẻ

III  V

than, sét II IV

b Đặc điểm phân bố của đất đá bờ Tây Bắc, Bờ Tây và Tây Nam

Bờ Tây Bắc, bờ Tây và Tây Nam thuộc khai trường khai thác lộ thiên Bắc Làng Cẩm được cấu tạo bởi đất đá thuộc tầng Đề vôn (D) và Triát (T3r) Đất đá tầng Đề vôn phân bố ở phía trên và chiếm đến 80% lượng đất đá bờ

mỏ Đất đá thuộc tầng Triát chiếm khoảng 20% và phân bố ở chân của bờ Các loại đá biến chất có mặt trong tầng Đề Vôn (D) bao gồm: Cát kết, cát kết quắc zít, bột kết, diệp thạch Mutscôvích, đá sừng và đá hoa hoá phân

bố xếp lớp xen kẽ nhau,đặc trưng phân bố các loại đá được giới thiệu trên mặt cắt địa chất công trình các tuyến XXI, XVIII

Đá cát kết, cát kết quắc zít chiếm 24,82%, đá có mầu xám sáng, hạt trung cấu tạo khối Thành phần chủ yếu là thạch anh có lẫn các vẩy Sêrixít, mức độ biến chất từ yếu đến trung bình, đôi khi mạnh trở thành quắc zít có kiến trúc hạt biến tinh (thạch anh tái kết tinh) và có vẩy clorits màu lục chen vào

Đá hoa hoá chiếm 9,4% có màu trắng xám, cấu tạo đôi khi bị xen kẹp các lớp bột kết vôi có màu xám đậm Thành phần chủ yếu là canxít tái kết tinh

từ trung bình đến mạnh trở thành đá hoa

Diệp thạch Mút cô vích chiếm 14,96%, có màu vàng nâu, cấu tạo phân phiến, kiến trúc vẩy hạt biến tinh Thành phần gồm: Thạch anh các vẩy nhỏ Mutscôvích, Sêrixít, Clorits, chúng bị huỷ hoại mạnh

Bột kết, bột kết vôi chiếm 36,75% màu xám đến xám sáng, cấu trúc hạt mịn, cấu tạo dạng khối đôi khi phân lớp

Chiều dày các lớp đá thay đổi từ 36m đến 2025m Các lớp đá cắm Tây với góc dốc 300600 Do đặc điểm tầng đất đá Đề Vôn có mặt trong bờ mỏ là phần cao của địa hình nên chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của quá trình phong hoá

và hoạt động kiến tạo Trong khối đá phát triển nhiều hệ khe nứt theo các phương khác nhau Điển hình là hệ khe nứt theo mặt lớp, vuông góc với mặt lớp và phương của đứt gãy E Các lớp bột kết vôi, diệp thạch mút cô vích, đá vôi hoa hoá phân lớp từ mỏng đến trung bình, kích thước giữa các lớp từ

0,50,2m, trung bình 0,25m Khoảng cách giữa các hệ khe nứt trong cát kết, quắc zít từ 0,20,5m

Các loại đá thuộc tầng chứa than Triát (T3r) phân bố phía Đông đứt gãy

E và tập trung ở phần dưới của bờ mỏ, là vách trực tiếp của vỉa than dày bao gồm Bột kết, bột kết vôi, cát kết, sét kết và sét kết than Các loại đá này không

ổn định về nham tướng và chiều dày, có chỗ cát kết hạt trung chuyển sang sạn kết, có chỗ bột kết vôi chuyển sang bột kết và ngược lại

Cát kết có màu xám đến xám sáng, thành phần chủ yếu là thạch anh, silíc

xi măng là sét Bột kết có màu xám sẫm, kiến trúc phấn sa hạt mịn đến trung bình, có cấu tạo khối ít phân lớp Trong đá có những mặt trượt láng bóng và những kẽ nứt Bột vôi có màu xám sẫm, kiến trúc phấn sa hạt mịn, có cấu tạo phân lớp mỏng, trong chúng thường có những kẽ nứt ngấm canxít Thành phần của bột kết vôi chủ yếu là thạch anh, thỉnh thoảng gặp những hạt than nhỏ Sét kết và sét kết than chỉ là những lớp kẹp trong vỉa than vách trụ vỉa, không duy trì trong toàn bộ địa tầng Chúng chỉ chiếm vài phần trăm

Các loại đá cấu tạo bờ Tây Bắc, bờ Tây và Tây Nam khai trường lộ thiên Bắc Làng Cẩm mỏ than Phấn Mễ có hướng cắm Tây, Tây Nam, phân lớp từ trung bình đến dày Các lớp đá thuộc tầng Đềvôn (D) có góc cắm từ 30500, các lớp đá tầng Triát (T3r) có góc cắm 40600, đứt gãy E có góc cắm 60650 Toàn bộ đất đá và đứt gãy đều cắm Tây cắm vào bờ mỏ với góc dốc từ trung bình đến dốc và rất dốc Như vậy về mặt phân bố có lợi đối với ổn định Trong điều kiện này, độ ổn định của bờ mỏ được quyết định bởi tính chất bền của các loại đá trong nguyên khối với đặc trưng nứt nẻ và phân lớp của chúng

c Đặc điểm phân bố của đất đá bờ Nam

Như đã trình bày ở trên, khu vực bờ Nam và Đông Nam hiện tại và đến kết thúc khai thác (-230 m) đất đá cấu tạo bờ mỏ thuộc tầng trầm tích chứa than Triát (T3r) kẹp giữa tầng đá vôi Cácbon - Pecmi ở phía Đông và tầng đất

đá Đềvôn ở phía Tây Tham gia vào cấu tạo của bờ Nam và Đông Nam (phía Đông đứt gãy E) có các loại đá đặc trưng của tầng Triát như: cát kết, bột kết, bột kết vôi xen kẹp các lớp mỏng dạng thấu kính ít duy trì sét kết, sét kết than Đặc tính và tính chất của các loại đá này đã được mô tả chi tiết ở mục 1.2 Sự khác biệt về đặc tính phân bố của các lớp đá cấu tạo bờ Nam và Đông Nam là các lớp đá phân bố cắt chéo bờ mỏ với góc từ 30400

Theo hướng Tây và Tây Nam Phần chân của bờ mỏ là các lớp đá bột kết vôi, bột kết vách của vỉa than Phần trên của bờ là các lớp bột kết xen kẽ các thấu kính cát kết và các vỉa than mỏng Đặc điểm nổi bật của các lớp đá chứa than thuộc tầng Trriát là tính không ổn định về nham tướng và chiều dày Các lớp đá bị vò nhàu uốn nếp, nứt nẻ mạnh thế nằm thay đổi liên tục, đặc biệt là từ độ sâu -50 m trở lên và gần đứt gãy E

Kích thước của các khối đá trung bình từ 0,10,5 m trong bột kết vôi,

từ 0,21,0 m trong bột kết, chuyển sang phía Đông gần đứt gãy D đá bột kết vôi ít nứ nẻ hơn

Trong toàn bộ địa tầng thuộc mỏ Bắc Làng Cẩm, các loại đá thuộc hệ tầng Triát có độ bền vững lớn nhất Quá trình khoan nổ mìn trong tầng này khá khó khăn, tỷ lệ đá quá cỡ chiếm đến 1% Các cục đá sau khi nổ mìn lần thứ nhất đạt đến 2 m

Độ ổn định của bờ Nam trong điều kiện này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất bền của các loại đá, mức độ phân lớp, đặc tính nứt nẻ Đặc biệt là hệ khe nứt vuông góc với mặt nghiêng của lớp đá song song với bờ tầng, bờ mỏ

* Tính chất cơ lý của các loại đất đá cấu tạo bờ mỏ

Như đã trình bày ở trên, tham gia vào cấu tạo các bờ mỏ khai trường khai thác lộ thiên Bắc Làng Cẩm có các loại đá thuộc tầng Đềvôn (D), Các bon-Pecmi (C-P), Triát (T3r) và tầng phủ Đệ Tứ Trong giai đoạn thăm dò năm 1967, tính chất cơ lý của phần lớn các loại đá chưa được xác định Một

số loại đá đã được thí nghiệm nhưng với số lượng mẫu quá ít và thiếu các chỉ tiêu cơ bản phục vụ tính toán ổn định bờ mỏ

Vào năm 2008 để phục vụ nghiên cứu ổn định bờ mỏ khai trường khai thác lộ thiên Bắc Làng Cẩm, Viện nghiên cứu Khoa học Công nghệ mỏ - TKV, đã tiến hành lấy mẫu thí nghiệm đầy đủ tính chất cơ lý của các loại đất

đá đặc trưng có mặt trong địa tầng bờ mỏ với số lượng như sau:

+ Các loại đá gốc thuộc hệ tầng Đềvôn (D): 20 mẫu

+ Các loại đá gốc thuộc hệ tầng Triát (T3r): 30 mẫu

+ Các loại đá gốc thuộc hệ tầng Cácbon - Pecmi (C-P):12 mẫu

+ Theo mặt tiếp xúc lớp: 12 mẫu

Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của các loại đất đá được tổng hợp trong bảng 1.5

* Đặc điểm địa chất công trình nền bãi thải

Kết quả khảo sát địa chất công trình do Liên đoàn Địa chất Đông Bắc lập cho phép xác định đặc điểm phân bố địa tầng và tính chất cơ lý của các loại đất đá nền bãi thải đến độ sâu lớn nhất 35,2m (LK.PM-04) từ trên xuống như sau:

- Lớp 1: Đất đá thải, lớp này gặp tại 2 lỗ khoan: PM 01 và PM 02 tại các

lỗ khoan này chiều dày lớp từ 1,2 m (LKPM 02) đến 2,2 m (LKPM 02)

- Lớp đất trồng trọt: lớp này chỉ gặp tại lỗ khoan PM.04, với chiều dày 0,3m bao gồm đất sét, sạn, cát lẫn mùn thực vật

- Lớp 2: Sét pha màu xám vàng, xám nâu thành phần chủ yếu là sét lẫn cát sạn, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng lớp 2 gặp tại tất cả các lỗ khoan (PM 01, PM 02, PM 03, PM 04, PM 05) Chiều dày lớp thay đổi từ 9,0 m (LKPM 01) đến 25,4 m (LKPM 04)

- Lớp 3: Đá gốc, toàn bộ 5 lỗ khoan đều khoan đến tầng đá gốc, chiều sâu khoan vào đá gốc từ 5 m đến > 10 m Đá gốc bao gồm sét bột kết (LKPM

01), cát kết xen kẹp bột kết đá vôi (LKPM 02), đá gabro màu xám xanh, xám đen (LKPM 03), đá phiến sét bị phong hoá (LKPM 04), đá cát kết dạng quarzit (LKPM 05) Các loại đá ở trạng thái từ cứng đến rất cứng

1.5 Đặc điểm các vỉa than khu Âm hồn

1.5.1 Đặc điểm chung

Khu Âm Hồn được giới hạn từ tuyến T.XVII đến tuyến T.XXVII, trong khu có 3 phân vỉa than ký hiệu là phân vỉa trên, giữa và dưới

- Phân vỉa dưới

Vỉa dưới nằm dưới cùng trong tầng chứa than với phương chạy theo phương gần kinh tuyến Dưới lớp phủ phân vỉa dưới lộ liên tục từ giữa tuyến T.XIX và T.XX đến tuyến T.XXVIII, vỉa dạng đơn nghiêng cắm về phía tây với góc dốc 280 đến 620 Vỉa được phát hiện ở hào 362 và 15 lỗ khoan với 15 điểm cắt vỉa Trong đó, lỗ khoan LK82 có chiều dày 0,26 m không tham gia vào tính trữ lượng Vỉa phân bố từ tuyến T.XVIII đến tuyến XXVIIII Vỉa có dạng một thấu kính không duy trì về chiều dày và cấu trúc Chiều dày tính trữ lượng thay đổi từ 0,46m đến 4,13m (LK81-T.XIX), trung bình là 2,04m Chiều dày biến đổi không đồng đều (V= 63,85%) Chiều dày lớp đá kẹp thay đổi từ 0m đến 1,1m (LK79) Lớp đá kẹp thường là sét kết hoặc sét than Độ tro thay đổi từ 10,58 đến 37,37%, trung bình 21,68% Chất bốc thay đổi từ 10,23 đến 24,4%, trung bình 16,53% Góc dốc vỉa thay đổi từ 280

đến 620 Phân vỉa dưới nằm bất chỉnh hợp trực tiếp lên đá vôi C – P, nên trụ của nó là

đá vôi nền, một số vị trí là bột kết vôi, mức trụ sâu nhất đã được khống chế bởi lỗ khoan LK 96 (-286,06 m) Vách của vỉa dưới chủ yếu là bột kết vôi rắn chắc, có vị trí vách gặp lớp sét kết mỏng

Bảng 1.5: Tổng hợp tính chất cơ lý các loại đất đá mỏ Bắc Làng Cẩm

Số lượng mẫu TN

Độ ẩm W,% Trọng lượng thể

tích , g/cm 3

Cường độ kháng kéo k , kg/cm 2

Cường độ kháng nén n , kg/cm 2

Lực dính kết

C, kg/cm 2

Góc ma sát trong , độ

Tự nhiên

Bão hoà

Tự nhiên

Bão hoà

Tự nhiên

Bão hoà Tự nhiên Bão

hoà

Tự nhiên

Bão hoà

Tự nhiên

Bão hoà

Hiện tại vỉa đã được khai thác một phần từ tuyến T.XX đến tuyến T.XXVIIII

- Phân vỉa giữa

Phân vỉa giữa nằm trên phân vỉa dưới, cách phân vỉa dưới từ 2÷3 m (T.XXVIII đến 30 m (T.XVIII), phần lớn là 15÷20 m Vỉa được phát hiện ở các hào H356, H355, H104, H354 và 24 lỗ khoan, vỉa phân bố từ tuyến TXVI đến tuyến T.XXVII Vỉa có phương chạy gần song song với kinh tuyến Trên mặt vỉa lộ từ tuyến T.XXVIIII đến tuyến TXXVII Vỉa dạng thấu kính, chiều dày vỉa thay đổi từ 1,1÷32,78 m (LK75, T.XXI), có vị trí mất vỉa như giữa lỗ khoan LK 881 và LK90 tuyến T.XXVIII hoặc vỉa bị thắt lại như vị trí giữa LKAH2 và LK79 tuyến T.XXVIIII Chiều dày vỉa biến thiên thuộc loại không đồng đều (V= 78,48 %) Độ tro thay đổi từ 0,08÷38,3 %, trung bình 12,4 %, chất bốc thay đổi từ 8,82÷30,26 %, trung bình 20,19 % Phân vỉa giữa có cấu tạo phức tạp có từ 1÷7 lớp kẹp Chiều dày lớp đá kẹp từ 0,07 m (LK74) đến 5,6 m (LK87) Đá vách và trụ phân vỉa chủ yếu là bột kết vôi, rất hiếm vị trí vách là lớp sét kết mỏng Mức trụ sâu nhất đã được khống chế bởi lỗ khoan LK97 (-325,59 m) Góc dốc vỉa thay đổi từ 33÷680

Hiện tại vỉa đã được khai thác một phần đến mức -200m từ tuyến T.XIX đến tuyến T.XXVI

- Phân vỉa trên

Nằm trên phân vỉa giữa, phân vỉa có dạng thấu kính Vỉa được phát hiện ở 9 lỗ khoan, trong đó chỉ có 7 lỗ khoan tham gia vào tính trữ lượng Vỉa phân bố từ tuyến T.XXI đến tuyến T.XXIV, chiều dày than biến đổi từ 0,9 m (LK68) đến 12,07 m (LK85), trung bình 6,4 m Chiều dày vỉa biến thiên thuộc loại không đồng đều (V = 76,36 %) Cũng như hai phân vỉa trên, vỉa có thế nằm đơn nghiêng cắm về phía tây với góc dốc vỉa thay đổi từ 29÷470 Độ tro thay đổi từ 4,72÷37,7 %, trung bình 13,26 %, chất bốc biến đổi từ 10,45÷ 30,2 %, trung bình 22,82 % Mức trụ sâu nhất đã được khống chế bởi lỗ khoan LK 85 (-65,64 m)

Hiện tại vỉa này đã được khai thác hoàn toàn

1.5.2 Chất lượng than khu Âm Hồn

Qua tính toán kết quả phân tích mẫu hóa than (đã loại các mẫu có độ

- K)

- Độ dẻo (Ymm): kết quả phân tích 89 mẫu cho thấy độ dẻo thay đổi từ 0÷24 mm, đại bộ phận nằm trong khoảng từ 10÷15 mm, trung bình là 12,73

mm, cũng đặc trưng cho than có nhãn hiệu Cok mỡ - cok

- Lưu huỳnh chung (Spt): kết quả phân tích 102 mẫu cho thấy hàm lượng lưu huỳnh chung có trị số thay đổi từ 0,11÷4,88 % trung bình 1,49 % Than khu Âm Hồn có hàm lượng lưu huỳnh thuộc nhóm lưu huỳnh ít và trung bình theo sự phân chia theo quy định tạm thời của Tổng cục địa chất

- Phốt pho (Ppt): kết quả phân tích 78 mẫu cho thấy hàm lượng phốt pho trong than là không đáng kể Giá trị phốt pho khu Âm Hồn thay đổi từ 0,0008÷0,065 trung bình là 0,017, cá biệt có một mẫu là 0,4 % (LK81) không gây tác hại gì cho phẩm chất kim loại

- Nhiệt lượng đốt cháy riêng cao đối với khối cháy: kết quả phân tích

114 mẫu cho thấy nhiệt lượng có trị số thay đổi từ 6389÷8826 kcal/g, trung bình 8471 kcal/g - đặc trưng cho than luyện cok và nếu cần thiết có thể dùng như than nhiệt năng

- Thành phần các nguyên tố: mẫu phân tích thành phần các nguyên tố hóa học trong than chủ yếu được tiến hành ở giai đoạn thăm dò tỉ mỉ Số mẫu phân tích là 29 mẫu Kết quả phân tích cho thấy than Âm Hồn thuộc loại than luyện cok

- Kết quả phân tích 17 mẫu quang phổ cho thấy hàm lƣợng các chất hiếm trong than rất nghèo

- Tỷ trọng trung bình than là 1,41, tuy nhiên trong quá trình tính trữ lƣợng chúng tôi lấy theo tỷ trọng của Phấn Mễ là 1,4 theo nhƣ báo cáo cũ

Kết quả tính thống kê các đặc tính kỹ thuật của than khu Âm Hồn đƣợc tổng hợp ở bảng 1.6

Bảng 1.6: Bảng tính thống kê các đặc tính kỹ thuật cơ bản của than

x,

mm

Độ dẻo

y,

mm

Qc, Kcal/kg

Bảng 1.7: Các đặc tính kỹ thuật của than theo các phân vỉa khu Âm Hồn

S, %

Phốt pho

P, %

Độ ngót xẹp x,

10,45-30,2 22,82(26)

1,33-1,58 1,44(19)

0,3-1,94 1,15(11)

0,006-0,032 0,02(4)

2-18 9,4(10)

12-20 15,9(10)

7564-8672 8316(11)

Phân

vỉa giữa

11,14 1,42 (192)

0,19-0,08-38,3 12,4(192)

8,82-30,26 20,19(186)

1,25-1,9 1,39(168)

0,11-4,29 1,28(73)

0 - 0,065 0,02(60)

0-30 10,90(58)

5-24 13,41(58)

6787-8826 8535(73)

Phân

vỉa dưới

0,1-5 1,56(33)

37,37 21,68(33)

10,58-10,23-24,4 16,53(30)

1,38-1,63 1,49(22)

0,17-4,01 2,56(6)

0,0008-0,003 0,002(3)

17-22 19,50(2)

7-17 12(2)

6389-8695 8294(14)

0,2-1,96: giá trị nhỏ nhất – giá trị lớn nhất

1,11(27): giá trị trung bình (số mẫu)

1.5.3 Kết quả tính trữ lượng và chuyển đổi cấp trữ lượng, tài nguyên than khu Âm Hồn theo báo cáo chuyển đổi cấp trữ lượng năm 2011

Kết quả tính trữ lượng, tài nguyên và chuyển đổi cấp trữ lượng, cấp tài nguyên các phân vỉa trên, giữa, dưới khu Âm Hồn, mỏ than Làng Cẩm được tổng hợp ở bảng 1.8

Bảng 1.8: Bảng tổng hợp kết quả tính trữ lượng các phân vỉa giữa, phân vỉa

dưới khu Âm Hồn, mỏ than Làng Cẩm

Ảnh hưởng của nước ngầm đến ổn định của các bờ mỏ thể hiện dưới dạng thấm ướt làm giảm độ bền của khối đá và tạo nên áp lực thuỷ tĩnh dẫn

đến làm giảm độ ổn định chung của toàn bờ

Cấu tạo các bờ mỏ khai trường khai thác lộ thiên Bắc Làng Cẩm có các loại đá thuộc tầng Đềvôn (D), Các bon-Pecmi (C-P), Triát (T3r) và tầng phủ

Đệ Tứ

Từ các phân tích ở trên cho thấy các bờ mỏ thuộc khai trường khai thác

lộ thiên Bắc Làng Cẩm được cấu tạo bởi các loại đất đá có tuổi khác nhau Thế nằm của các lớp đá cũng không như nhau Điều này dẫn đến việc lựa chọn các thông số hình học của hệ thống khai thác không đồng nhất cho toàn khai trường

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ NHỮNG NGUY CƠ MẤT AN TOÀN

LAO ĐỘNG TẠI MỎ THAN PHẤN MỄ 2.1 Hiện trạng về tài nguyên

Phần khoáng sàng được khai thác lộ thiên tại mỏ than Phấn mễ là khu vực moong Bắc Làng Cẩm Theo dự án đầu tư đáy mỏ sẽ kết thúc khai thác lộ thiên ở mức -230 m Đối tượng tính trữ lượng là các phân vỉa dưới, giữa và trên Trong đó, phân vỉa trên đã khai thác hết Trữ lượng, tài nguyên được tính trên cơ sở bình đồ đẳng trụ tỷ lệ 1:1000, mức cao tính trữ lượng cách nhau 10

m Mức sâu nhất tính trữ lượng -370 m (đẳng trụ phân vỉa giữa)

Khu Âm Hồn moong Bắc Làng Cẩm tồn tại 3 vỉa than (phân vỉa trên, dưới và giữa) Hiện tại phân vỉa trên đã khai thác hết Phân vỉa giữa đã khai thác từ tuyến T.XVIII đến giữa tuyến T.XXVII và T.XXVIII Mức khai thác sâu nhất (tháng 12/2017) là mức -220 m Phân vỉa dưới đã khai thác từ giữa tuyến T.XIX và T.XX đến tuyến T.XXVIIII

- Trữ lượng đã khai thác từ năm 1994 đến hết tháng 12/2017 là: 1.929.112 tấn

- Trữ lượng còn lại đến 12/2017: 1.973.558 tấn

- Tổng sản lượng khai thác từ năm 1994 đến năm 2017: 1.595.868 tấn

- Tổng khối lượng đất đá bóc từ năm 1994 đến 2017: 49.091.547 m3

- Hệ số bóc bình quân 24 năm: 30,76 m3/t

Trong điều kiện thực tế, có một số vấn đề về địa chất như sau:

- Vỉa than biến động giữa tài liệu gốc và tài liệu cập nhật trong quá trình khai thác, góc dốc của vách và trụ vỉa có sự dịch chuyển về tọa độ Chiều dày của vỉa giảm so với tài liệu địa chất

- Chất lượng than nguyên khai khai thác hàng năm có Ak cao hơn tài liệu địa chất (từ 17÷25%)

- Điều kiện địa chất thủy văn khá phức tạp, địa hình bề mặt khai trường

nhiều khu vực bị sạt lở, sườn tầng xuất hiện nhiều mạch nước có lưu lượng lớn tại các phía Đông Nam, Tây Nam và phía Tây

Trên cơ sở dự án đầu tư khai thác xuống sâu moong lộ thiên Bắc Làng Cẩm - mỏ than Phấn Mễ - Công ty gang thép Thái Nguyên được phê duyệt tại quyết định số 380/QĐ-GTTN ngày 17/4/2009 của Tổng Giám đốc Công ty Gang thép Thái Nguyên Qua thời gian khai thác, đến nay cấp trữ lượng đã được chuyển đổi cho phù hợp với hiện tại khai thác của mỏ Một số các công trình trên mặt do điều kiện khách quan cũng chưa được giải phóng mặt bằng theo tiến độ của Dự án, một số công trình đã giải phóng mặt bằng và được xây dựng mới vẫn nằm trong vành đai bờ mỏ như cụm công trình chùa Đàm Vân

Do vậy, Dự án nghiên cứu tính toán lại biên giới trên mặt và dưới sâu cho phù

hợp với điều kiện địa chất và tình hình khai thác hiện tại, cụ thể như sau:

mỏ thành nhiều nhóm tầng, trên mỗi nhóm tầng sẽ khai thác theo hình thức khấu đuổi

Sơ đồ công nghệ tại mỏ được thể hiện qua sơ đồ hình 2.1

Hỡnh 2.1: Sơ đồ cụng nghệ tại mỏ than Phấn Mễ

2.2.1 Hiện trạng bờ mỏ

Trong những năm khai thỏc vừa qua tại cỏc bờ mỏ khụng xẩy ra trượt

lở lớn, trượt lở toàn khối, ảnh hưởng đến quỏ trỡnh khai thỏc mà chỉ xẩy ra biến dạng cục bộ tại một số khu vực gõy chập một số tầng cụng tỏc ảnh hưởng đến đường vận tải Cỏc thụng số hỡnh học của cỏc tầng khai thỏc khụng được đảm bảo theo thiết kế dẫn đến tăng gúc dốc bờ cụng tỏc lờn đến 34ữ360

gần với gúc dốc của bờ kết thỳc (αkt = 370)

Tại khu vực bờ Bắc đoạn tầng từ mức -50 m đến -130 m bị chập trờn chiều dài theo hường tầng khoảng 200 m, cú gúc dốc bằng 520 với chiều cao h=80 m vượt quỏ chiều cao cho phộp của tầng (hgh  50 m) khi cắt gúc dốc

Đất đá+Than

Khoan nổ mìn lần I, lần II

Xúc bốc lên ph-ơng tiện vận chuyển

Nhà máy tuyển

than

Bãi thải ngoà i