địa tầng các lớp đất đá, bề mặt đất và các công trình trên bề mặt mỏ chịu ảnh hưởng khai thác than hầm lò

địa tầng các lớp đất đá, bề mặt đất và các công trình trên bề mặt mỏ chịu ảnh hưởng khai thác than hầm lò. Để phục vụ cho công tác tính toán dịch chuyển và biến dạng đất đá, các nhà khoa học của nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu dịch chuyển biến dạng đất đá bằng nhiều phư¬ơng pháp khác nhau: Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô hình vật liệu tư¬ơng đương, nghiên cứu bằng quan trắc thực địa nhằm xác định các thông số dịch chuyển biến dạng mặt đất. Công tác nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng của một số nước trờn thế giới: Công tác nghiên cứu của Nga: Viện Cơ học mỏ và Trắc địa mỏ (VNIMI), thuộc trường Đại học mỏ Saint Perterburg là một trung tõm khoa học lớn chuyờn nghiờn cứu cỏc vấn đề về dịch chuyển và biến dạng đất đá mỏ của tác giả A.M.Motralov, G.L. Phisenko T. Pustovoitova và các tác giả khỏc. Công tác nghiên cứu của Ba Lan: Là một trong những nước có nền công nghiệp mỏ phát triển mạnh, hầu hết các vỉa than của Ba Lan đều nằm dưới các di tích lịch sử, công trình văn hoá lâu đời, các khu dân cư¬ xây dựng dày đặc. Vấn đề dịch động đất đá và biến dạng bề mặt mỏ luôn luôn thời sự và được đặc biệt quan tâm của các nhà khoa học. Công tác nghiên cứu của Cộng hoà liên bang Đức: Đó tập trung nghiên cứu sự biến đổi thành phần địa lý tự nhiên của các khu vực địa hình nhân tạo do hậu quả của khai thỏc than nâu vựng Lusatian. Nghiên cứu biến dạng bề mặt đất và khả năng phục hồi bãi thải bằng quy hoạch nông nghiệp

MỞ ĐẤU

NƯỚC THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI

Để phục vụ cho công tác tính toán dịch chuyển và biến dạng đất đá, các nhà khoa học của nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu dịch chuyển biến dạng đất đá bằng nhiều phương pháp khác nhau: Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô hình vật liệu tương đương, nghiên cứu bằng quan trắc thực địa nhằm xác định các thông số dịch chuyển biến dạng mặt đất Công tác nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng của một số nước trờn thế giới:

- Công tác nghiên cứu của Nga: Viện Cơ học mỏ và Trắc địa mỏ (VNIMI), thuộc trường Đại học mỏ Saint Perterburg là một trung tõm khoa học lớn chuyờn nghiờn cứu cỏc vấn đề về dịch chuyển và biến dạng đất đá mỏ của tác giả A.M.Motralov, G.L Phisenko T Pustovoitova và các tác giả khỏc.

- Công tác nghiên cứu của Ba Lan: Là một trong những nước có nền công nghiệp

mỏ phát triển mạnh, hầu hết các vỉa than của Ba Lan đều nằm dưới các di tích lịch

sử, công trình văn hoá lâu đời, các khu dân cư xây dựng dày đặc Vấn đề dịch động đất đá và biến dạng bề mặt mỏ luôn luôn thời sự và được đặc biệt quan tâm của các nhà khoa học.

- Công tác nghiên cứu của Cộng hoà liên bang Đức: Đó tập trung nghiên cứu sự biến đổi thành phần địa lý tự nhiên của các khu vực địa hình nhân tạo do hậu quả của khai thỏc than nâu vựng Lusatian Nghiên cứu biến dạng bề mặt đất và khả năng phục hồi bãi thải bằng quy hoạch nông nghiệp

- Công tác nghiên cứu ở Australia: Quan trắc thực địa vẫn là phương pháp được lựa chọn ưu tiên A.J Snow và J.E Masey đó cú nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu bằng các phương pháp trắc địa [A.J.Snow, J.E Maisey 1992 Survey methods for slope monitoring, W.A School of Mines]

- Công tác nghiên cứu ở Canada: Có nhiều công trình nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng đất đá.Những thành công của ứng dụng cụng nghệ mới của Canada, đặc

biệt là cụng nghệ GPS, trong nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng đất đá mỏ được cụng bố trong nhiều công trình gần đây trên thế giới

- Công tác nghiên cứu ở Trung Quốc: Các nhà khoa học Trung Quốc đạt được nhiều thành tựu trong công tác nghiên cứu dịch chuyển đất đá mỏ Trường đại học

Mỏ Bắc Kinh là một trong những trung tâm nghiên cứu trong lĩnh vực này với tên tuổi các nhà khoa học Gao Jingxiang, Guo Guangli, HanGuojian [Gao Jingxiang, Guo Guangli, HanGuojian 2002, New development of data-acquisition and processing in biulding deformation monitoring in mining subsidence areas, CUMT Xuzhou].

II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay quá trình khai thác ở bể than Quảng Ninh đang chuyển dần từ công nghệ

lộ thiên sang hầm lò và khai thác xuống sâu Song song với quá trình khai thác than, trong những năm gần đây trên bề mặt khu mỏ đã mọc lên nhiều công trình dân dụng và công nghiệp phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Các công trình này cùng với bề mặt đất trong một chừng mực nhất định sẽ chịu tác động của quá trình dịch chuyển biến dạng đất đá và mặt đất do ảnh hưởng khai thác than hầm lò.

Quá trình khai thác hầm lò làm thay đổi trạng thái ứng lực cân bằng tự nhiên của khối đất đá mỏ, dẫn đến sự dịch chuyển và biến dạng các lớp đất đá và bề mặt mỏ Trong các vùng riêng biệt, sự xuất hiện ứng lực tăng cường sẽ gây phá huỷ đất đá và các vỉa than, phá vỡ tính liên tục của các lớp đất đá theo các bề mặt yếu và mặt tiếp xúc giữa các lớp Mức độ dịch chuyển biến dạng đất và mặt đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài lò chợ, chiều sâu khai thác, phương pháp điều khiển đá vách, tốc

độ đi lò, chiều dày và thế nằm của vỉa than, công nghệ khai thác, đặc điểm nước ngầm, độ bền của đất đá, Do vậy nghiên cứu ảnh hưởng công tác khai thác hầm lò đến các công trình và bề mặt đất là rất cần thiết và cấp bách, đáp ứng yêu cầu thực tiễn sản suất.

III.MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Tổng hợp các kết quả quan trắc thực địa xác định các thông số dịch chuyển và biến dạng có cơ sở để hiệu chỉnh các góc dịch chuyển được xây dựng theo lý thuyết vùng tương tự.

IV ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2

IV.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là địa tầng các lớp đất đá, bề mặt đất và các công trình trên bề mặt mỏ chịu ảnh hưởng khai thác than hầm lò.

IV 2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là mỏ than Mạo Khê

V CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

V.1 Cách tiếp cận

- Phân tớch, tổng hợp các số liệu quan trắc, kết hợp với nghiên cứu lý thuyết xác định các góc dịch chuyển cho các mỏ than Mạo Khê.

V.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá các số liệu, tài liệu quan trắc thực địa hoặc thu thập được có liên quan đến nội dung nghiên cứu.

- Vận dụng các cơ sở lý thuyết trong các lĩnh vực địa cơ học, toán học, địa chất học, vật

lý học, phép tương tự, để xem xét và giải quyết những vấn đề đặt ra trong đề tài.

- Tiếp cận công nghệ mới, bao gồm cụng nghệ tin học và khả năng ứng dụng cỏc thiết

bị, mỏy múc trong quan trắc và xử lý số liệu.

Phô lôc

TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT MỎ MẠO KHÊ, ĐẠC ĐIỂM ĐÁ

VÁCH ĐÁ TRỤ VÀ KẾT QUẢ NGHIấN CỨU TRƯỚC Cể

LIấN QUAN

5

CƠ SƠ KHOA HỌC VÙNG TƯƠNG TỰ XÁC ĐỊNH CÁC

THễNG SỐ DỊCH CHUYỂN VÀ BIẾN DẠNG ĐẤT ĐÁ KHI

TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT MỎ MẠO KHÊ, ĐẠC ĐIỂM ĐÁ VÁCH ĐÁ TRỤ

VÀ KẾT QUẢ NGHIấN CỨU TRƯỚC Cể LIấN QUAN

Mỏ than Mạo Khê nằm phía phía Nam bể than Quang Ninh trên trục đường quốc lộ

18 từ Hà nội đi Hòn Gai Cỏch thị trấn Đông Triều 10km về phía đông

Vị trí lí tưởng của mỏ than Mạo Khê rất thuận tiện cho giao thông đường thủy, đườngsắt và đường bộ, là cầu nối giữa Hà Nội và thành phố Hạ Long

Ngoài ra Mạo Khê còn có trữ lượng than khá lớn, điều kiện kiến tạo vỉa không phứctạp Là khu vực đông dân cư có tiềm năng phát triển về các mặt kinh tế khác như nôngnghiệp, xi măng,…

A Khái quát sơ bộ về hệ thống vỉa

Đứt gãy kiến tạo lớn nhất FA đó chia khoáng sàng than khu vực này 2 cánh, cánhNam và cánh Bắc và cũng chia luôn cả địa hình khu vực thành 2 phần : Phần phía Namtương đối bằng phẳng có độ cao khoảng +14 đến +30 rất thuận tiện cho xây dựng sâncông nghiệp : về phía Bắc có độ dốc cao dần từ +30 đến +450m Từ mức +30 trở lên thanchỉ có ở cánh Bắc

Hiện nay mỏ Mạo Khê tập trung khai thác than ở cánh Bắc từ mức -25 lờn +30 và

từ -80 đến -25 Để lấy than ở mức này mỏ đã tiến hành mở vỉa vào 3 mức : lò đá xuyênvỉa +30, giếng nghiêng -25, giếng nghiêng -80 : khai thác tập vỉa gồm vỉa 3, vỉa 4, vỉa 5, vỉa

6, vỉa 7, vỉa 8, vỉa 9, vỉa 9b Mở vỉa vào giữa ruộng than và đi lò dọc vỉa đá vào 2 cánh củacác vỉa Phân chia ruộng than thành từng khu vực Để thuận tiện cho việc chuyên chởthan và điều khiển áp lực mỏ

Phương pháp khai thác : Phương pháp cột dài theo phương, chống lũ bằng gỗ hoặc bằng giá thuỷ lực Điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần.Than được vận tải ở lò chợ bằng tự chảy hoặc máng trượt, ở các lò dọc vỉa - cúp đá bằng máng cào, tại các đường lò đá vận tải bằng xe goong Từ mức -25 và -80 lờn +30 than vận tải bằng hệ thống băng chuyền về nhà sàng tuyển mỏ

- Hệ thống thoát nước : ở mức +30 hệ thống thoát nước bằng lũ bằng xuyên vỉa

tự chảy

- Hệ thống thoát nước - 25 và - 80 bằng máy bơm nước.

: Vị trí B Vị trớ quan trắc đặt trạm quan trắc mằn trong khu vực các điểm có toạ

C Các điều kiện địa chất và thế nằm vỉa 9b

6

I.1 LƯới khống chế trong lò

I.1.1 Hệ thống đường lò +30

Xuất phát từ hai điểm khống chế cửa lò có toạ độ ghi ở bảng 1 xây dựng đường

s-ờn chính xác cấp 1 có chiều dài khoảng 3km nằm trong đưs-ờng lò xuyên vỉa tiến hành đo

đi và đo về Từ lò đá dọc vỉa 9b về 2 cánh xây dựng đường sờn cấp 1 Tài liệu ở các đờng

lò này đã được sử dụng nhiều để thông hướng các đường lò trong quá trình khai thác vàthông lên mặt đất vào các vào các năm trước kia, hiện nay vỉa 9b khai thác từ mức –80 lên–25 phần toạ độ ở đường lò này chúng tôi không trình bầy nữa ở đây

Nhánh thứ 2 từ thượng thông gió và vận tải mức +80 xuống –25 qua xuyên vỉa

mở rộng –25 vào dọc vỉa 9b gặp nhau tại điểm M9, M10

a Nhánh thứ nhất :

Xuất phát từ hai điểm B56 và G1 (mặt bằng) có toạ độ ghi ở bảng số 1.1 Xâydựng đường chuyền bao gồm các điểm N1, N2, N3, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11, P12,P13, P14, P15, P16, P17, P18, P19, P20, P21, P22, P23, P24, P25, P26, P27,P28,P29,P30,P31, P32, P33, P34,M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10 Toạ độ các điểm được ghi

ở bảng số 1.2

b Nhánh thứ hai :

Đường sờn 2 đợc đo từ trên mặt đất, xuất phát từ hai điểm V1, V2 ở mức +80 còngọi là xuyên vỉa mở rộng –25 có toạ độ ghi trong bảng 1.3 Đợc đo qua thượng thông gió.Bao gồm các điểm : C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, SD20/, SD19, L1, L2, L3, L4, L5, P1,P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11, P12, P13, M14, M13, M12, M11, M10, M9 cótoạ độ được ghi ở bảng số 1.4

M9M10  = 81043’24’’ S =

46.625

 = 81046’18’’ S=

46.626

I.1.3 Mức -80

a Đường sờn 1 Đường sờn khống chế (khu vực sân ga -80)

Xuất phát từ 3 điểm G1, G2 và G3 Tại mặt bằng sân công nghiệp giếng nghiêng ở

độ cao +15 Toạ độ các điểm được ghi trong bảng số 1.6

Nhánh 2 bao gốm các điểm: G1, G2, G3, Nf1, Nf2, Nf3, Nf4, N6, N7, N8, N9,N10, N11, AQ, NO1, T13, QT1 nằm trong khu vực giếng chính và sân ga toạ độ ghitrong bảng 1.7 và 1.8

Các chỉ tiêu kỹ thuật :+ Cạnh dài nhất : 197 mét+ Cạnh ngắn nhất : 20 mét+ Góc lớn nhất :1800

12

31767.820 355695.058Qt1 31778.48 355634.16 -82.061 31778.765 355634.425 -82.061

14

9 1T13QT

b Đường sờn chính xác cấp 1 xuyên vỉa Tây Bắc –80

Đường sờn chính xác cấp 1 xuyên vỉa Tây Bắc bao gồm các điểm:

T13, QT1, QT2, QT3, QT4, QT5, QT6, QT6, QT7, QT8, QT9, QT10, QT11,QT12, QT13, QT14, QT15, QT16, QT17, QT18, QT19, QT20, QT21, QT22, QT23,QT24, QT25 nằm trong xuyên vỉa tây bắc đi qua tất cả các vỉa phía Bắc Tọa độ ghi ởbảng 1.10

Các chỉ tiêu kỹ thuật :

+ Cạnh dài nhất : 163 mét+ Cạnh ngắn nhất : 24 mét+ Góc lớn nhất : 1800+ Góc nhỏ nhất : 800

Bảng số 1.10

c Đường sờn cấp 1 bố trí dọc vỉa đá -80 vỉa 9b

Bao gồm các điểm QT 24,QT25, F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10 được ghi

ở bảng 1.11

Các chỉ tiêu kỹ thuật :

16

+ Cạnh dài nhất : 100 mét+ Cạnh ngắn nhất : 17 mét+ Góc lớn nhất : 180 0+ Góc nhỏ nhất : 800

d Đường sườn la bàn chỉ đạo thợng từ mức -80 lên -25

Đường sờn la bàn để nối 2 mức -80 và -25 xuất phát từ ba điểm F2, F3 F4 Mỏ đãtiến hành đào thường khai thác giữa 2 mức -80 và -25 tại cúp 1 vỉa 9b nối với điểm M2,

M3 tại mức -25 Kết quả chỉ đạo thượng cho biết thượng thông giữa 2 mức đạt được là

0,5m Hệ thống độ cao đạt đợc 0,5m tọa độ ghi ở bảng 1.12

Đánh giá toàn bộ kết quả tài liệu trắc địa trong đường lò cho biết hệ thống toạ độ làđảm bảo cho việc thông hớng các đường lò và chỉ đạo sản xuất, tại các mức +30 , -25 và-80 (ở khu vực chúng ta quan tâm vỉa 9b) đủ đảm bảo cho việc phục vụ xây dựng trạmquan trắc phía trên nó nhằm xá định các thông số dịch chuyển

Các chỉ tiêu kỹ thuật của lới đạt đợc ghi ở bảng số 2.3:

Sai số trung phương đo cạnh

I.2.2 Lới khống chế độ cao:

Các điểm của lới khống chế độ cao đợc xây dựng trùng với các điểm của lới khốngchế mặt bằng

Đo cao bằng phương pháp hình học Độ chính xác của lới khống chế độ cao làhạng IV Nhà nước, với sai số cho phép đo đi và đo về là 20 √ L (L tính bằng km) Quá

trình chuyền độ cao qua các điểm đóng cọc gỗ thay cho cóc mia

I.2.3 Đánh giá độ chính xác của lới giải tích 3

1 - Độ chính xác của luới khống chế mặt bằng : Lới đa giác khép kín

lấy cạnh khởi đầu là C1 ,C2 qua các điểm C3, C4, C5, C6, C7 ,C8, C9 khép C1,C2 đợc đonối từ 2, A5 Kết quả đánh đo ghi ở bảng số 2.4

Như vậy sai số khép phương vị f = 20’’

2 Độ chính xác của lới độ cao: Đươc đánh giá tại điểm C1,C2

I.2.4 Đo nối :

Để chuyển các mốc ra thực địa ta dùng toạ độ của các điểm giải tích 3 khống chếkhu vực quan trắc tiến hành đo nối vào hai đầu của các tuyến quan trắc Tọa độ của cácđiểm đo nối được ghi ở bảng số 2.5:

1- Địa tầng lỗ khoan 105 tuyến XI mỏ than mạo khê

TT Loại đất đá sâu lớp (m) Chiều dày lớp(m) Chiều nénssn(kg/cm Độ bền 2 ) Độ bền nén*Chiềudày lớp

* Nếu C ¿ 30 %% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f.

* Nếu C > 30 %% Các nhóm khoáng sàn được tăng lên một bậc

26

2- Địa tầng lỗ khoan 201 tuyến I d

TT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dày lớp (m) nén(ssn) Độ bền Độ bền nén*Chiềudày lớp

3- Địa tầng lỗ khoan 104 tuyến XI

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dàylớp ( m) nén(ssĐộ bền n) Độ bền nén*Chiềudày lớp

4- Địa tầng lỗ khoan 2 a tuyến I

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m)

Chiều dàylớp(m)

Độ bền nén(ssn)

5- địa tầng lỗ khoan 51 tuyến V A

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dàylớp(m) nén(ssĐộ bềnn) Độ bền nén*Chiềudày lớp

6- Địa tầng lỗ khoan 382 tuyến VIII

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dàylớp(m) nén(ss)Độ bền Độ bền nén*Chiềudày lớp

7- Địa tầng lỗ khoan 56 tuyến IV a

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dàylớp(m) nén(ssĐộ bềnn) Độ bền nén*Chiềudày lớp

8- Địa tầng lỗ khoan 540 tuyến IX a

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m) Chiều dàylớp(m) nén(ssĐộ bềnn) Độ bền nén*Chiềudày lớp

- Hệ số A Hệ số % chiều dày địa tầng:

STT Loại đất đá Chiều sâu

lớp(m)

Chiều dàylớp(m)

Độ bền nén(ssn)

Toạ độ điểm đầu

- Hệ số A Hệ số % chiều dày địa tầng

*Nếu

f m

f c < 0.5 Phải tính đến hàm lợng % cát kết (C)

* Nếu C  30% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f

* Nếu C > 30% Các nhóm khoáng sàn được tăng lên một bậc

44

11 Địa tầng đất đá lò xuyên vỉa mức –25 mở rộng

Toạ độ điểm đầu

Tổng chiều dài(m)

Độ bền nén sn(kg/cm 2 )

46

*Nếu

f m

f c < 0.5 Phải tính đến hàm lượng % cát kết (C)

* Nếu C  30% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f

* Nếu C > 30% Các nhóm khoáng sàn được tăng lên một bậc

12 Địa tầng đất đá lò xuyên vỉa mức –80

Toạ độ điểm đầu

*Nếu

f m

f c < 0.5 Phải tính đến hàm lượng % cát kết (C)

* Nếu C  30% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f

* Nếu C > 30% Các nhóm khoáng sàn được tăng lên một bậc

Tổng chiều dài(m)

Độ bền nén sn(kg/cm 2 )

* Nếu C  30% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f

* Nếu C > 30% Các nhóm khoáng sàn đợc tăng lên một bậc

Tổng chiều dài(m)

Độ bền nén sn(kg/cm 2 )

*Nếu

f m

f c < 0.5 Phải tính đến hàm lượng % cát kết (C)

* Nếu C  30% Các nhóm khoáng sàn được xác định theo hệ số f

*Nếu C > 30% Các nhóm khoáng sàn được tăng lên một bậc

56

B- Độ kiên cố trung bình của địa tầng qua các lỗ khoan

Trên cơ sở phân tích các thông số: Cơ lý, địa tầng các lỗ khoan Để có tính khái quát chung vùng Mạo Khê chúng tôi tổng hợp bảng thống kê tính chất cơ lý đá, địa tầng của vùng mỏ than Mạo Khê qua các lỗ khoan và đợc liệt kê ở bảng 3

chơng III để chọn các thông số góc dịch chuyển Chương I đã hệ thống hoá lại các tài liệutrong lò và mức độ tin cậy các đường lò khi quá trình khai thác gây nên những biến đổi bềmặt Chương II trên cơ sở tài liệu đã có xây dựng hệ thống lới khống chế đủ để đa các mốc trên các tuyến ra thực địa.

Dựa trên 9 điểm khống chế C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9 Tiến hành đo nối đa các mốc ra thực địa

1 Kết quả đa các mốc ra thực địa ghi ở bảng 4.1

Bảng số 4.1 Thực tế Dự tính

Khoảng cách tối đa

Khoảng cách tối thiểu

Mốc

cố định

Tổngchiềudài

Chiều dài mốc công tác

Số lượng mốc công tác

Mốc

cố định

Tổngchiềudài