Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở cho bờ trụ nam mỏ than đèo nai đảm bảo an toàn trong khai thác

Trong những năm vừa qua bờ Trụ Nam liên tục bị trượt lở, quá trình trượt xảy ra theo cơ chế trượt phẳng theo tiếp xúc lớp, thể tích khối trượt từ 300500 ngàn m3, đã phá vỡ kết cấu của b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HẢI NAM

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT LỞ CHO BỜ TRỤ NAM MỎ

THAN ĐÈO NAI ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG KHAI THÁC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HẢI NAM

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT LỞ CHO BỜ TRỤ NAM MỎ

THAN ĐÈO NAI ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG KHAI THÁC

Ngành: Khai thác mỏ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ THỊ THU HOA

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn Thạc sỹ “ Nghiên cứu giải pháp xử lý

trượt lở cho bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai đảm bảo an toàn trong khai thác

” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trong luận văn Thạc sỹ

được sử dụng trung thực và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 20 tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn

NGUYỄN HẢI NAM

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẤT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN 3

VÀ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG TỚI BỜ TRỤ NAM MỎ ĐÈO NAI 3

1.1.Yếu tố tự nhiên……… 3

1.1.1 Yếu tố từ nhiên của mỏ 3

1.1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.1.2 Địa hình, khí hậu, sông suối 3

1.1.1.3 Đặc điểm địa chất mỏ than Đèo Nai 3

1.1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn - địa chất công trình 5

1.1.1.5 Trữ lượng than của mỏ than Đèo Nai 8

1.2 Yếu tố tự nhiên bờ Trụ Nam 9

1.2.1 Đặc điểm địa chất bờ Trụ Nam 9

1.2.2 Đặc điểm địa chất công trình bờ Trụ Nam 12

1.2.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn bờ Trụ Nam 17

1.2 Yếu tố kỹ thuật ……….20

Đánh giá hiện trạng về trình tự khai thác, khoan nổ mìn, bốc xúc và vận tải ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam 20

1.2.1 Trình tự khai thác ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam 20

1.2.1 Ảnh hưởng của các khâu công nghệ mỏ đến ổn định bờ trụ Nam 21

1.3 Nhận xét, đánh giá: ……… 22

CHƯƠNG 2 24

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN TRƯỢT LỞ BỜ TRỤ NAM 24

VỈA CHÍNH MỎ ĐÈO NAI 24

2.1 Biến dạng bờ Trụ Nam 24

2.2 Quan trắc biến dạng bờ Trụ Nam 30

2.3 Nguyên nhân trượt lở bờ Trụ Nam 39

2.3.1 Trình tự khai thác mỏ Đèo Nai 39

2.3.2 Đánh giá hiện trạng ổn định bờ Trụ Nam 40

2.3.3 Đánh giá ổn định bờ Trụ Nam theo thiết kế 43

2.3.4 Nguyên nhân trượt lở bờ Trụ Nam 45

2.4 Phân tích các giải pháp xử lý đã được kiến nghị 47

2.5 Nhận xét, đánh giá: 48

CHƯƠNG 3 49

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH BỜ TRỤ NAM 49

3.1 Các giải pháp nâng cao ổn định bờ mỏ 49

3.1.1 Gia cường khối đá bằng bê tông phun 49

3.1.2 Gia cường khối đá và các mặt yếu bằng giải pháp xi măng hoá sâu 57

3.1.3 Giải pháp gia cường mái dốc bằng neo 64

3.1.4 Giải pháp điều khiển ổn định 82

3.2 Lựa chọn giải pháp đảm bảo ổn định cho bờ Trụ Nam 84

3.2.1 Phân tích đánh giá khả năng áp dụng của các giải pháp 84

3.2.2 Phương án xử lý đảm bảo ổn định bờ trụ Nam 87

3.2.3 Kiểm toán ổn định bờ trụ Nam theo giải pháp xử lý lựa chọn 87

3.2.4 Khối lượng bóc đất đá bờ trụ Nam 89

3.2.5 Trình tự bóc đất bờ trụ Nam 89

3.3.Tính toán hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp xử lý được lựa chọn 90

3.3.1 khối lượng thực hiện các phương án 90

3.3.2 Tính toán chi phí thực hiện các phương án xử lý 93

3.3.3 Đánh giá hiệu quả các phương án xử lý 95

3.4 Công nghệ bóc đất đá bờ trụ Nam 95

3.4.1 Thiết bị thi công 95

3.4.2 Các thông số hệ thống khai thác (HTKT) 95

3.4.3 Giải pháp thi công 97

3.4.4 Khâu khoan nổ mìn 100

3.4.5 Khâu xúc bốc 107

3.4.6 Khâu vận tải và đổ thải 108

3.5 Nhận xét, đánh giá : 111

CHƯƠNG 4 112

THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP XỬ LÝ 112

ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO BỜ TRỤ NAM 112

4.1 Mục đích và nội dung thử nghiệm 112

4.1.1 Mục đích thử nghiệm 112

4.1.2 Nội dung và bước tiến hành công tác thử nghiệm 112

4.2 Thiết kế và thử nghiệm giải pháp xử lý đảm bảo an toàn cho bờ trụ Nam 112

4.2.1 Lựa chọn khu vực thử nghiệm 112

4.2.2 Thông số khu vực thử nghiệm 114

4.2.3 Khối lượng thử nghiệm 114

4.2.3 Tính toán giải pháp thi công thử nghiệm 115

4.2.4 Trình tự thi công thử nghiệm 117

4.2.5 Thời gian thi công thử nghiệm 117

4.2.6 Kết quả thử nghiệm 118

4.3 Các giải pháp an toàn 119

4.4 Nhận xét, đánh giá : 121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐCTV : Địa chất thủy văn

ĐCCT : Địa chất công trình

MĐC-BTN-ĐN : Mặt cắt địa chất bờ Trụ Nam Đèo Nai

XLTN-BTN-ĐN : Xử lý Trụ Nam bờ Trụ Nam Đèo Nai

QT : Quan trắc

HTKT : Hệ thống khai thác

MXTLGN : Máy xúc thủy lực gầu ngược

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tổng hợp địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I mỏ than Đèo Nai 11

Bảng 1.2 Phân bố các lớp đá có mặt trong bờ trụ Nam vỉ G.I 13

Bảng 1.3 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp 14

Bảng 1.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp (2013) 15

Bảng 1.5 Tổng hợp tính chất cơ lý của bờ trụ Nam 15

Bảng 1.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm bổ sung tính chất cơ lý của bờ Trụ Nam 16

Bảng 1.7 Tổng hợp kích thước trung bình của các loại đá mỏ Đèo Nai 16

Bảng 2.1 Tổng hợp số liệu quan trắc dịch động bờ trụ Nam từ năm 1993 đến 2002 30

Bảng 2.2 Kết quả quan trắc đợt.1 (30/8/2013) 32

Bảng 2.3 Kết quả quan trắc đợt 2 (7/10/2013) 34

Bảng 2.4 Kết quả quan trắc đợt 3 ( 15/11/2013) 36

Bảng 2.5 Kết quả tính toán các thông số dịch chuyển 38

Bảng 2.6 Các tầng khai thác 40

Bảng 2.7 Tổng hợp kết quả tính toán ổn định bờ Trụ Nam hiện trạng 42

Bảng 2.8 Kết quả tính toán ổn định bờ Trụ Nam hiện trạng 42

Bảng 2.9 Tổng hợp kết quả tính toán ổn định bờ Trụ Nam đến mức -330 m theo thiết kế 44

Bảng2.10 Kết quả tính ổn định theo thiết kế bám trụ đến kến kết thúc 44

Bảng 3.1 Đặc trưng của dung dịch Sét - Xi măng 63

Bảng 3.2 Bảng tra các trị số m 63

Bảng 3.3 Các điều kiện đá và áp dụng gia cố 66

Bảng 3.4 Độ sâu của neo đảm bảo ổn định chung 72

Bảng 3.5.Chiều dài bầu neo cho các neo đá phun vữa xi măng đã và đang được sử dụng hoặc kiến nghị trong thực tế (theo Littlejohn và Bruce 1977) 74

Bảng 3.6 Đặc tính kỹ thuật của chất dẻo 79

Bảng 3.7 Tiêu chuẩn của thép 79

Bảng 3.7 Thông số các tầng cắt vào bờ trụ Nam 87

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả kiểm toán ổn định bờ trụ Nam đến -330 m theo phương

án lựa chọn 88

Bảng 3.9 Kết quả kiểm toán ổn theo phương án lựa chọn 89

Bảng 3.10 Khối lượng bóc đất đá bờ trụ Nam 89

Bảng 3.11 Kế hoạch bóc đất và nhu cầu thiết bị tham gia bóc đất xử lý bờ trụ Nam 90

Bảng 3.12 Tổng hợp thông số và khối lượng xử lý theo phương án 1 (PA.1) 90

Bảng 3.13 Khối lượng xử lý theo phương án 2 (PA.2) 92

Bảng 3.14 Tổng hợp khối lượng xử lý trượt lở bờ trụ Nam 93

Bảng 3.15 Chi phí thực hiện các phương án xử lý 94

Bảng 3.16 Các thông số HTKT áp dụng khi xúc bốc bờ trụ Nam 97

Bảng 3.17 Các thông số khoan nổ mìn thi công bờ trụ Nam khi β<300 103

Bảng 4.1 Tọa độ các điểm khép góc ranh giới thử nghiệm khu vực 1 113

Bảng 4.2 Tọa độ các điểm khép góc ranh giới thử nghiệm khu vực 2 113

Bảng 4.3 Khối lượng đất bóc thử nghiệm 115

Bảng 4.4 Năng suất của máy xúc tham gia tham gia thi công thử nghiệm 116

Bảng 4.5 Năng suất của ô tô tham gia thi công thử nghiệm 117

DANH MUC HINH VE, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hiện trạng bờ trụ Nam vỉa G.I (8/2014) 9

Hình 1.2 Mặt trượt đứt gãy F.K tại cao trình +245m 10

Hình 1.3 Phân bố địa tầng bờ trụ Nam vỉa G.I 12

Hình 1.4 Nước ngầm xuất lộ tại cao trình +85bờ trụ Nam 18

Hình1.5 Khoan thăm dò bờ Trụ Nam tại cao trình +172m (LK.3002-7/2013) 19

Hình 2.1 Các khe nứt trượt kéo theo (thứ cấp) xuất hiện tại sân và góc nhà điều hành ở cao trình +284m 24

Hình 2.2 Trượt bờ Trụ Nam khu vực chân bờ 25

Hình 2.3 Xuất lộ ranh giới trượt trên cùng trùng với đứt gãy K 25

Hình 2.4 Khe nứt trượt phát triển tại khu vực trung tâm trên cao trình +240260m 26

Hình 2.5 Sụt lún và nứt nẻ bề mặt khu vực trung tâm từ +200260m 26

Hình 2.6 Xúc bốc xử lý trượt lở từ mức +72+150m 27

Hình 2.7 Mặt trượt thứ cấp theo tiếp xúc lớp khu vực chân bờ Trụ Nam 28

Hình 2.8 Các tầng cắt vào Trụ bị chập chỉ sau 12 tháng 29

Hình 2.9 Đường vận tải mức + 70 và +85m cắt chân lớp đá Trụ 29

Hình 2.10 Khoan xử lý bốc xúc sườn tầng +150+55m 39

Hình 3.1 Vữa Chunam được sử dụng để tăng cường ổn định 50

cho đá phong hoá và đất tàn tích (Hồng Kông) 50

Hình 3.2 Các phương pháp phun bê tông 52

Hình 3.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phun gia cường bề mặt 53

Hình3.4 Cấp phôi hạt tiêu biểu của cốt liệu bê tông phun Bê tông phun khô, với cốt liệu thô tròn cạnh hướng tới đường cong thấp, trong khi bê tông phun ướt và cốt liệu đá nghiền hướng tới đường cong cao (mịn hơn) 55

Hình 3.5: Quá trình căng kéo (theo Littlejohn ,1970) 65

Hình 3.6 Các kiểu phá hoại nguyên tắc trong mái dốc và chỗ cắt đá 69

Hình 3.7 Phân tích đơn giản ổn định của các mái dốc trong đá 71

Hình 3.8 Neo điển hình trong đá, không dính bám trên suốt chiều dài dây neo tự do,

có bảo vệ neo cố định Error! Bookmark not defined

Hình 3.9 Các kiểu neo phun vữa xi măng 78

Hình 3.10 Cấu tạo của neo chất dẻo cốt thép 82

Hình 3.11 Sơ đồ xác định chiều cao ổn định giới hạn của tầng Ht 86

Hình 3.12 Sơ đồ bố trí hệ thồng các cọc neo bê tông cốt thép 93

Hình 3.13 Sơ đồ thi công tại khu vực tiếp giáp trụ vỉa than khi β<300 98

Hình 3.14 Sơ đồ thi công tại khu vực tiếp giáp bờ trụ khi β<300 99

Hình 3.15 Sơ đồ thi công tại khu vực giữa trụ vỉa than và bờ trụ khi β<300 100

Hình 3.16: Sơ đồ đấu ghép mạng nổ vi sai theo đường chéo tại khu vực tiếp giáp trụ vỉa than (a) và theo dang hình nêm tại khu vực tiếp giáp bờ trụ (b) 106

Hình 4.1 Kết quả Thử nghiệm cắt tầng vào trụ bờ trụ Nam 118

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài :

Bờ Trụ Nam Vỉa Chính mỏ than Đèo Nai hiện trạng có diện tích 100ha Đến kết thúc tháng 12 năm 2013 đáy mỏ ở cao trình -130m, bờ Trụ Nam có chiều cao từ 350400m, góc dốc chung của toàn bờ từ 20250

Bờ Trụ Nam khu vực Vỉa Chính (V.G.I) được thiết kế bám Trụ liên tục, góc dốc của bờ bằng góc dốc mặt lớp (α=β) Trong những năm vừa qua bờ Trụ Nam liên tục bị trượt lở, quá trình trượt xảy ra theo cơ chế trượt phẳng theo tiếp xúc lớp, thể tích khối trượt từ 300500 ngàn m3, đã phá vỡ kết cấu của bờ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trính khai thác xuống sâu Vì vậy, để khai thác Vỉa Chính từ năm 2000 đến nay mỏ than Đèo Nai phải bốc xúc xử lý bờ Trụ Nam trung bình từ 0,51 triệu

m3/năm

Theo thiết kế Vỉa Chính (V.G1) kết thúc khai thác ở cao trình -345m khi đó

bờ Trụ Nam sẽ có chiều cao H = 500550m, đây là bờ mỏ thuộc dạng cao cần đặc biệt được quan tâm nhằm đảm bảo ổn định cho bờ mỏ và an toàn cho quá trình khai thác đến kết thúc, đảm bảo sản lượng theo thiết kế Chính vì vậy, việc tiến hành triển khai thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở cho bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai đảm bảo an toàn trong khai thác” là cần thiết và cấp bách

Kết quả thực hiện cho phép đánh giá tổng thể về cơ chế trượt lở, xây dựng giải pháp xử lý phù hợp với trình tự khai thác xuống sâu hàng năm của mỏ than Đèo Nai

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Đề xuất và thiết kế giải pháp ổn định bờ Trụ Nam nhằm đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả khai thác mỏ Đèo Nai

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

Nghiên cứu bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai trong phạm vi khai trường Công ty

cổ phần Than Đèo Nai- Vinacomin

4 Nội dung:

1 Nghiên cứu, khảo sát, đánh giá hiện trạng biến dạng, cơ chế và nguyên

nhân trượt lở bờ Trụ Nam mỏ than Đèo Nai

2 Nghiên cứu phân tích các giải pháp xử lý trượt lở đã được kiến nghị trong các giai đoạn nghiên cứu trước Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp xử lý đảm bảo ổn định phù hợp với điều kiện bờ Trụ Nam mỏ Đèo Nai

3 Thiết kế giải pháp xử lý và áp dụng thử nghiệm giải pháp cho một khu vực

bờ Trụ Nam, quan trắc theo dõi đánh giá hiệu quả của giải pháp

5 Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích, so sánh Kết hợp giữa nghiên cứu

lý thuyết với khảo sát quan trắc tại hiện trường Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thử nghiệm, phân tích, xử lý số liệu

6 Kết quả nghiên cứu:

Đã xác định nguyên nhân gây trượt lở bờ Trụ Nam, tính toán lựa chọn giải pháp xử lý hạ thấp góc dốc bờ Trụ Nam đảm bảo ổn định và an toàn phù hợp với điều kiện bờ Trụ Nam mỏ Đèo Nai

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Góp phần làm rõ về lý thuyết và thực tiễn quá trình trượt lở bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai và từ đó xây dựng các biện pháp xử lý

8 Cấu trúc luận văn

Cấu trúc đề tài gồm phần mở đầu, 04 chương, phần kết luận và danh mục tài liệu tham khảo

Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô trường Đại Học Mỏ Địa Chất, các cán bộ của Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ, các cán bộ kỷ thuật của Công ty CP than Đèo Nai và các đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp quý báu đó

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN

VÀ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG TỚI BỜ TRỤ NAM MỎ ĐÈO NAI 1.1.Yếu tố tự nhiên

1.1.1 Yếu tố từ nhiên của mỏ

1.1.1.1 Vị trí địa lý

Mỏ than Đèo Nai thuộc phường Cẩm Tây - Thị xã Cẩm Phả - Quảng Ninh Phía Đông giáp mỏ than Cọc Sáu

Phía Tây giáp mỏ than Lộ Trí- Thống Nhất

Phía Nam giáp thị xã Cẩm Phả

Phía Bắc giáp mỏ than Cao Sơn và Khe Chàm II

Trong đó:

- Diện tích khai trường: 390 ha

- Diện tích mặt bằng sân công nghiệp và các công trình khác: 50ha

- Diện tích bãi thải: 515 ha, trong đó diện tích bãi thải nằm trong ranh giới mỏ: 123 ha, còn lại để thải chung cùng với các đơn vị khác trong Tập đoàn như Công ty Cổ phần than Cao Sơn, Công ty TNHH 1TV Khe Sim…

1.1.1.2 Địa hình, khí hậu, sông suối

Địa hình khu mỏ đa phần không còn là địa hình nguyên thuỷ, bị chia cắt bởi các tầng khai thác và đất đá thải Địa hình còn nguyên thuỷ nằm ở khu vực Bắc Đèo Nai – Nam Cao Sơn, cao nhất là mức + 430 m, địa hình thấp nhất là moong khai thác Công Trường Chính (Độ cao thấp nhất -130m tính đến thời điểm 30/6/2013)

Bề mặt địa hình mỏ chủ yếu là các tầng khai thác

Trong khu mỏ không có hệ thống sông suối, ở phía bắc khu Lộ Trí - Đèo Nai

có hồ Bara là nguồn cung cấp nước công nghiệp của mỏ

Về khí hậu có hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 9, mùa khô từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 2830C, cao nhất

là 37C, thấp nhất từ 58C

1.1.1.3 Đặc điểm địa chất mỏ than Đèo Nai

a Địa tầng

Địa tầng chứa than của mỏ Đèo Nai bao gồm trầm tích hệ Trias thống thượng bậc Nori- rêti điệp Hòn gai (T3n-rhg), chúng phân bố trên toàn diện tích khu mỏ gồm:

Phụ điệp dưới (T3n-rhg1): Lộ ra ở phía Nam khu Lộ Trí - Đèo Nai, có chiều dày khoảng 300m Đất đá chủ yếu là cuội kết, xen kẽ một số lớp mỏng cát kết, bột kết và một số các lớp than mỏng không có giá trị công nghiệp

Phụ điệp giữa (T3n-r hg2): Phụ điệp giữa có chiều dày từ 700-1000 m, bao gồm các loại đất đá cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết và các vỉa than Nằm trong địa tầng này có mặt các vỉa và chùm vỉa theo thứ tự từ dưới lên trên như sau: vỉa mỏng, chùm vỉa dày, vỉa trung gian, chùm vỉa G

Chiều dày địa tầng chứa than tăng dần từ Nam lên Bắc, từ Tây sang Đông, nhưng hệ số chứa than tập trung ở phần trung tâm Càng lên phía Bắc

địa tầng chứa than dầy lên nhưng các vỉa than lại mỏng dần

b Kiến tạo

Mỏ than Đèo Nai là một trong những mỏ có cấu trúc phức tạp nhất của bể than Quảng Ninh Mỏ có điều kiện kiến tạo và địa động lực rất phức tạp liên quan đến nhiều pha khác nhau, với sự thành tạo và tái hoạt động mạnh mẽ của mạng lưới đứt gãy

Theo mức độ phức tạp và đặc điểm cấu trúc có thể phân mỏ Đèo Nai thành 4 khu vực chính sau:

* Khối Tây Nam: Cấu trúc ở đây là một nửa nếp lõm

* Khối Đông Nam: Là khối có cấu trúc đơn giản nhất, thể hiện qua cấu trúc đơn nghiêng khá ổn định

* Khối Tây Bắc: Có cấu trúc phức tạp và tương phản

* Khối Bắc đứt gãy A2: Có cấu trúc phân tầng

Hệ thống nếp uốn

Mỏ Đèo Nai có những nếp uốn chính sau:

Nếp lõm Đông Lộ Trí: Là một nếp lõm không khép kín, trục nếp lõm chìm dần về phía Đông Bắc

Nếp lõm Tây và Đông đứt gãy anfa: Nếp lõm Tây chạy dọc theo phía Tây của đứt gãy anfa, dài khoảng 1000 m Nếp lõm Đông Anfa nằm ở phía Đông của đứt gãy Anfa, dài khoảng 100 m

Nếp lõm công trường chính: Là nếp lõm không hoàn chỉnh, bị chặn bởi đứt gãy A2 ở phía Bắc và đứt gãy K ở Đông Nam

Nếp lõm 2K: Được giới hạn bởi đứt gãy A4 ở phía Tây, đứt gãy A2 ở phía Nam, đứt gãy A ở phía Bắc

Nếp lồi moong Tây: Là nếp lồi không hoàn chỉnh Phía Nam giáp đứt gãy A2, phía Bắc là đứt gãy A, phía Đông là đứt gãy anfa, phía Tây giáp đứt gãy A4

1.1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn - địa chất công trình

a Đặc điểm địa chất thủy văn (ĐCTV)

Đặc điểm nước mặt : Nguồn nước mặt trong khu mỏ Đèo Nai tập trung chủ yếu vào hồ Bara và suối Hào Bắc

Hồ Ba Ra nằm về phía Tây Bắc mỏ than Đèo Nai, đây là nơi tàng trữ lượng nước mặt lớn nhất trong vùng than Cẩm Phả, với chiều dài khoảng 500m chiều rộng thay đổi trong khoảng 120m-160m, diện tích khoảng 67.000m2 Mức nước cao nhất

của hồ thường tới +340m (Bằng mức cao của đập tràn của phía Bắc là +340m) Độ cao của đáy hồ là +330m Khi hồ đầy nước nhất là lúc hồ có chiều sâu lớn nhất (10m) và đạt khả năng dự trữ nước lớn nhất là 670.000m3

Nguồn cung cấp nước chủ yếu cho hồ Ba Ra là nước mưa do đó về mùa mưa nếu không có đập tràn hạ thấp bớt mực nước, mực nước trong hồ sẽ cao hơn

Theo tài liệu quan trắc của phòng Địa chất mỏ Than Đèo Nai, mùa mưa năm

1968 (Năm đó chưa xây các đập tràn) mức nước trong hồ lên tới độ cao +342m Đến mùa khô mực nước trong hồ giảm đi rất nhiều Cũng theo tài liệu quan trắc của phòng Địa chất mỏ than Đèo Nai, tháng 4 năm 1988 mực nước trong hồ chỉ còn ở

độ cao +334,32m, do đó lượng nước trong hồ chỉ còn tồn trữ là 55.817 m3

Hồ Ba Ra thường tồn trữ một lượng nước từ 55.000m3 - 670.000m3, hiện nay

mỏ Đèo Nai đang mở rộng moong về phía Bắc cách hồ Ba Ra khoảng 500 - 700m nên có thể khối lượng nước lớn của hồ có ảnh hưởng gây trượt lở mạnh ở khu vực Trụ Bắc Đèo Nai

Suối Hào Bắc: Là mương dẫn nước của mỏ Lượng nước phụ thuộc

theo mùa, thay đổi từ 1,24115,5l/s Nhờ có suối Hào Bắc mà lượng nước chảy vào moong được tháo đi thường xuyên

Đặc điểm nước dưới đất: Nước dưới đất trong tầng chứa than Đèo Nai là một tầng chứa nước áp lực cục bộ Tùy theo cấu trúc địa chất và độ cao mặt địa hình mà tính áp lực của nước thể hiện mạnh hay yếu Quá trình khai thác cùng với yếu tố kiến tạo đã phá hủy đất đá làm cho tính chứa nước có áp ở đây mất dần trở thành nước không áp và chảy xuống moong

Hệ số thấm nhỏ hơn nhiều so với đất đá bình thường khác, như đứt gãy L - L

có K = 0,0003m/ngđ, đứt gãy A - A có K = 0,0036m/ngđ

b Đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT)

Đất đá trầm tích trong địa tầng chứa than bao gồm cuội, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết

- Cuội kết, sạn kết: gặp phổ biến trong khai trường của mỏ đặc biệt là ở phần vách vỉa G1 khu Công trường chính (còn gọi là khu Vách), cuội kết, sạn kết chiếm khoảng 60% Chiều dày của các lớp cuội kết, sạn kết thay đổi từ vài mét đến vài chục mét (LK 235 lớp sạn kết dày tới 40m) Nham thạch có màu xám sáng phớt hồng, xám trắng đến xám tro, cấu tạo phân lớp dày đến dạng khối cứng chắc Thành phần hạt chủ yếu là thạch anh, một ít là silic và quaczit, kích thước hạt không đồng đều, xi măng cơ sở lấp đầy gồm các sản phẩm phá huỷ của thạch anh, silic, xerixit

và sét Các lớp đá có góc cắm trung bình từ 30-400

- Cát kết: Cát kết phân bố rộng khắp trong khu mỏ, tuy nhiên ở từng khu vực diện phân bố không đồng đều Các lớp có chiều dày thay đổi từ vài mét, đến vài chục mét Cát kết có màu xám tro đến xám trắng, độ hạt từ mịn đến thô, cấu tạo từ phân lớp dày đến dạng khối Đá thuộc loại đơn khoáng, thành phần hạt vụn chủ yếu

là thạch anh, độ lựa chọn kém, kích thước hạt thay đổi, xi măng cơ sở, lấp đầy, thành phần xi măng chủ yếu là khoáng vật sét và hyđroxyt sắt Độ gắn kết rắn chắc Góc cắm của lớp đá trung bình 30-400

- Bột kết: Bột kết phân bố khá rộng rãi trong khu mỏ, thường gặp ở vách hoặc trụ các vỉa than Mức độ duy trì kém, chiều dày thay đổi từ vài mét đến vài chục mét Bột kết có màu xám tro đến xám đen, cấu tạo phân lớp mỏng đến dày Dưới kính hiển vi, thành phần chủ yếu là thạch anh, chiếm khoảng 70%, một ít là muscovit, các hạt sắp xếp lộn xộn, độ lựa chọn kém, xi măng gắn kết là sét và xerixit, kiến trúc hevralit Độ gắn kết yếu Góc cắm trung bình từ 35-45

- Sét kết: Sét kết phân bố ít trong khai trường của mỏ, thường chỉ gặp ở vách, trụ các vỉa than hoặc tồn tại dưới dạng thấu kính Sét kết có màu xám tro đến xám

đen, cấu tạo phân lớp mỏng, chứa nhiều hoá thạch thực vật xen lẫn các ổ, chỉ than mỏng, khi bị ngấm nước trở nên mềm dẻo

Mức độ nứt nẻ: theo kết quả nghiên cứu khảo sát năm 1987 tại 6 tầng với 61 lớp nham thạch cho thấy: mức độ nứt nẻ có những đặc tính khác nhau Với đá cát kết và bột kết khe nứt phát triển theo 2 hướng gần như song song và vuông góc với đường phân lớp của lớp phân chia khối đá thành các phần đều đặn Các đá cuội kết, sạn kết nứt nẻ thường có nhiều phương khác nhau không có quy luật Có thể phân loại đất đá mỏ Đèo Nai theo các cấp nứt nẻ như sau: cấp II chiếm 55%, cấp III chiếm 28%, cấp IV chiếm 7%, cấp V chiếm 10%

1.1.1.5 Trữ lượng than của mỏ than Đèo Nai

* Trữ lượng tài nguyên trong ranh giới quản lý mỏ

Ranh giới khai trường mỏ Đèo Nai được xác định trên cơ sở Quyết định số 1985/QĐ -HĐQT của Chủ tịch HĐQT Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng sản Việt Nam ngày 22 tháng 08 năm 2008 về việc giao thầu quản lý, bảo vệ ranh giới

mỏ, tài nguyên trữ lượng than về tổ chức khai thác than cho Công ty CP than Đèo Nai - TKV Trữ lượng địa chất trong trong ranh giới quản lý của Công ty CP than Đèo Nai tính đến 1/1/2010 là 61664956 tấn (Theo chỉ tiêu Nhà nước)

* Trữ lượng tài nguyên trong ranh giới khai trường

Tổng trữ lượng tài nguyên trong ranh giới khai trường mỏ Đèo Nai (có tính thêm vỉa GI3) tính đến 01/1/2010 là: 50.313.333 tấn (Theo chỉ tiêu nhà nước)

Trong đó:

Trữ lượng cấp A: 1 671 299 tấn

Trữ lượng cấp B: 4 609 111 tấn

Trữ lượng cấp C1: 20 031 950 tấn

Tài nguyên cấp C2: 23 718 163tấn

Biện giới khai trường mỏ Đèo Nai được thiết kế theo phương án Biên giới chọn đã được phê duyệt theo dự án Trữ lượng địa trong biên giới không huy động hết phần tài nguyên trong biên giới 1122 của mỏ, phần tài nguyên trong khu vực khai trường mỏ Đèo Nai gồm có phần tài nguyên nằm trong biên giới 1122 và phần nằm ngoài biên giới 1122:

- Trong khu vực khai thác phần tài nguyên nằm trong biên giới 1122 tại Moong Lộ Trí và khu Bắc A2 một số chùm vỉa GI và chùm GI2 chỉ lấy được một phần do cấu tạo vỉa mỏng, nhiều chỗ phân bố theo dạng thấu kính, dàn trải rộng

- Phần ngoài biên giới 1122 mỏ Đèo Nai huy động thêm một phần tài nguyên của vỉa GI3 vào khai thác

1.2 Yếu tố tự nhiên bờ Trụ Nam

1.2.1 Đặc điểm địa chất bờ Trụ Nam

Bờ Trụ Nam có cấu tạo dạng một đơn nghiêng cắm Bắc, cắm vào không gian khai thác với góc dốc thay đổi từ 20400 Địa tầng bờ Trụ Nam bao gồm toàn bộ các lớp đất đá trụ của vỉa G.I (hình 1.1)

Hình 1.1 Hiện trạng bờ trụ Nam vỉa G.I (8/2014)

Theo kết quả thăm dò nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy Vỉa G.I phân bố sâu nhất tại khu vực tuyến địa chất T.XXVII, T.XXVIII đến -380m Trong mặt cắt địa

tầng theo hướng dốc từ Nam lên Bắc vỉa G.I bị 3 đứt gãy cắt qua: Đứt gãy N; F.K; F.B, các đứt gãy đều cắm Bắc với góc dốc từ 60700

Cấu trúc địa chất bờ Trụ Nam xem mặt cắt địa chất T.XIV; T.XVII, T.XXII T.XXVIII, bản vẽ: MCDC-BTN.ĐN- 01; 02

Đứt gãy N là giới hạn phía Nam của lộ vỉa G.I đới phá huỷ trung bình 20m, cách đứt gãy N về phía Bắc từ 150200m là đứt gãy K, đứt gãy K không có đới phá huỷ (hình 1.2) Cắt qua gần đáy của vỉa G.I là đứt gãy B, đới phá hủy có chiều rộng trung bình 10m

Trong địa tầng bờ Trụ Nam Vỉa Chính (trụ vỉa G.1) đến độ sâu 100m có mặt các lớp đá chủ yếu sau: Trụ vỉa G.I là lớp đá bột kết, chiều dày lớp thay đổi từ 35m, dưới lớp bột kết là các lớp cát kết, sạn kết xen kẹp có chiều dày từ 520m, lớp đá này phân bố không liên tục có chỗ là cát kết, có chỗ cát kết được thay thế bằng sạn kết Dưới lớp bột kết, cát kết là tầng đá sạn kết với chiều dày từ 2050m Tổng hợp địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I đến chiều sâu 100m được tổng hợp trong bảng 1.1

Hình 1.2 Mặt trượt đứt gãy F.K tại cao trình +245m

Bảng 1.1 Tổng hợp địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I mỏ than Đèo Nai

TT Tên công trình Chiều dày lớp (m) Ghi chú

Phân bố địa tầng bờ Trụ Nam trong khoảng độ sâu 30m từ trụ vỉa G.I không đồng nhất, các lớp đá bột kết, cát kết, sạn kết xen kẹp thay thế nhau liên tục dạng thấu kính, theo tuyến XIV, 2 lỗ khoan LK.3001 và lỗ khoan LK.48 cách nhau 108m nhưng sự phân bố giữa các lớp đá bột kết và cát kết liên tục thay đổi cả về vị trí lẫn chiều dày lớp

Từ độ sâu 50m trở xuống so với Trụ vỉa G.I trong địa tầng được cấu tạo bởi các lớp sạn kết khá ổn định với chiều dày trung bình từ 2050m, các lớp sạn kết đôi chỗ xen kẹp 12 lớp cát kết hoặc bột kết dạng thấu kính với chiều dày từ 35m duy trì liên tục đến độ sâu từ 200300m so với Trụ vỉa G.I

Kết quả tổng hợp cấu trúc địa tầng của bờ Trụ Nam vỉa G.I cho thấy với độ sâu từ 3050m so với Trụ vỉa G.I, bờ Trụ Nam được cấu tạo bởi 3 loại đá là bột kết, cát kết và sạn kết; các lớp đá phân bố không chỉnh hợp, dạng thấu kính xen kẽ nhau, phân bố địa tầng thuộc loại phức tạp (hình 1.3)

Từ độ sâu > 50m bờ Trụ được cấu tạo bởi các lớp đá sạn kết có chiều dày từ dày đến rất dày (m = 3050m) duy trì liên tục đến độ sâu > 200m so với Trụ Vỉa G.I

Hình 1.3 Phân bố địa tầng bờ trụ Nam vỉa G.I

Các lớp đá có mặt trong bờ Trụ vỉa G.I cắm Bắc, cắm vào không gian khai thác với góc dốc thay đổi từ 20350 Theo hướng dốc góc cắm của các lớp đá có xu hướng tăng lên, tính phân lớp giữa các loại đá và trong cùng một lớp đá đã tạo nên các mặt giảm yếu tự nhiên theo mặt lớp (phân lớp) làm giảm độ ổn định của bờ Trụ Nam Các đứt gãy N, K có mặt ở phần trên của bờ Trụ Nam (V.G.I) chỉ làm dịch chuyển địa tầng theo chiều thẳng đứng không gây đảo lộn địa tầng Do các đứt gãy đều có hướng cắm vào không gian khai thác (theo hướng dốc) cùng hướng cắm của các lớp đá tạo nên các mặt giảm yếu tự nhiên không có lợi đối với ổn định chung của bờ Trụ Nam

1.2.2 Đặc điểm địa chất công trình bờ Trụ Nam

1.2.2.1 Phân bố các lớp đá bờ Trụ Nam

Bờ Trụ Nam vỉa G.I từ trên xuống được cấu tạo bởi 3 loại đá chính là bột kết, cát kết, sạn kết, các loại đá bột kết, cát kết có cấu tạo phân lớp từ mỏng đến trung bình Đá sạn kết có chiều dày từ dày đến rất dày

1 Bột kết: Trong địa tầng bột kết thường phân bố chuyển tiếp giữa các tầng

cát kết và sạn kết, phổ biến nằm sát vách và trụ các vỉa than Tại bờ Trụ Nam bột kết là trụ trực tiếp của vỉa G.I, lớp bột kết phân bố hầu khắp bờ Trụ Nam cả theo phương lẫn hướng dốc với chiều dày thay đổi từ 1040m

Quá trình khai thác vỉa G.I những năm qua đã bóc gần hết lớp bột kết sát Trụ vỉa G.1 từ mức +70m trở lên Từ cao trình < +70 trở xuống đến đáy động tụ,

lớp bột kết vẫn được duy trì

Đá bột kết thường có màu xám, đến xám đen, cấu tạo phân lớp dày đến mỏng, thành phần hạt chủ yếu là thạch anh, silic, độ mài tròn, chọn lọc trung bình đến tốt, xi măng dạng lấp đầy, tiếp xúc, thường là sét, sét than

2 Cát kết: Trong địa tầng bờ Trụ Nam đến chiều sâu 100m, cát kết phân bố

dưới lớp bột kết, cát kết duy trì chỉnh hợp với lớp bột kết phía trên Cát kết có cấu tạo phân lớp trung bình, chiều dày thay đổi từ 46m Bề mặt bờ Trụ Nam hiện nay cát kết xuất lộ xen kẹp với sạn kết từ cao trình +70m trở lên, và tập trung ở phía Tây theo tuyến T.2

Cát kết chủ yếu là cát kết thạch anh, đôi chỗ gặp cát kết đa khoáng Cát kết

có màu sắc thay đổi từ xám sáng đến xám đen, thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh, silic, độ mài tròn, chọn lọc trung bình đến tốt, xi măng dạng lấp đầy, tiếp xúc, thành phần thường là sét, bột kết

3 Sạn kết: Trong địa tầng bờ Trụ Nam sạn kết phân bố phần dưới cùng của

địa tầng, từ độ sâu 50m trở xuống sạn kết phân bố dưới dạng lớp dày đến rất dày, chiều dày lớp có chỗ đến trên 100m

Theo các lỗ khoan sâu LK.3001, LK.3002, LK.2501, LK.2513 đã khoan sâu vào địa tầng Trụ vỉa G.I từ 300500m sạn kết chiếm đến 90% đất đá toàn bộ bờ trụ Nam vỉa G.I

Sạn kết thường có màu trắng, trắng đục, xám nhạt, phớt hồng cấu tạo khối, thành phần hạt vụn chủ yếu là thạch anh, silic và ít cuội đa khoáng có độ mài tròn, chọn lọc kém đến trung bình, xi măng cơ sở, lấp đầy, tiếp xúc, thường là cát, bột, sét và đôi chỗ có chứa cacbonat

Đặc trưng địa tầng bờ Trụ Nam Vỉa G.I được tổng hợp trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Phân bố các lớp đá có mặt trong bờ trụ Nam vỉ G.I

TT Tên lớp Loại đá Độ sâu phân

bố (m)

Chiều dày trung bình (m) Ghi chú

Tại bờ trụ nam vỉa G.1 trong quá trình nghiên cứu những năm trước đây (giai đoạn 1980 - 1990; 2002 - 2003) đã tiến hành thí nghiệm cắt hiện trường 6 mẫu theo tiếp xúc giữa than và sét kết, 18 mẫu thí nghiệm trong phòng theo tiếp xúc giữa phân lớp trong đá sét kết, sét kết than, bột kết

Các mẫu thí nghiệm hiện trường có kích thước: (dài x rộng x cao) = 700 x

500 x 500mm; các mẫu thí nghiệm trong phòng có kích thước: (dài x rộng x cao) =

150 x 100 x 100mm Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp

TT Mặt cắt Số mẫu thí

nghiệm

Lực dính kết C’ T/m2

Góc ma sát trong, ’ độ Ghi chú

1 Than - Sét kết 6 1,70 17,00 Cắt hiện trường

Bảng 1.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp (2013)

TT Mặt cắt Số mẫu thí

nghiệm

Lực dính kết C’ T/m2

Góc ma sát trong, ’ độ Ghi chú

1 Sét kết - Sét kết 9 3,49 20,02 Cắt trong phòng

2 Bột kết - Bột kết 9 9,31 21,547 Cắt trong phòng

2 Độ bền trong mẫu (Cm, m): Độ bền các mẫu đá được xác định trong phòng thí nghiệm trên mẫu có dạng chuẩn với kích thước mẫu hình trụ tròn chiều cao bằng đường kính và bằng 45mm (h = d = 45mm), trên máy nén thuỷ lực có tải trọng từ 100200 tấn

Để phục vụ công tác khai thác mỏ đã tiến hành nhiều giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của các loại đá trong đó điển hình là kết quả nghiên cứu của các tác giả Nguyễn Danh Phiên, Nguyễn Văn Huỳnh - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội năm 1970 – 1972 2; Báo cáo nghiên cứu ổn định bờ mỏ Đèo Nai của Viện KHKT Mỏ năm 1985 – 1990 3, Báo cáo nghiên cứu bổ sung tính chất cơ lý đá mỏ Đèo Nai của Viện KHKT Mỏ năm 1996 4; và các kết quả nghiên cứu bổ sung tính chất cơ lý đá thuộc các báo cáo thăm dò bổ sung và lập bản

đồ nham thạch được tiến hành từ năm 2000  2013 đã cho phép tổng hợp tương đối đầy đủ về tính chất cơ lý của các loại đá chủ yếu, kết quả được tổng hợp trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Tổng hợp tính chất cơ lý của bờ trụ Nam

ɣ (T/m3)

Cường độ kháng kéo

k (MPa)

Cường độ kháng nén

n (MPa)

Lực dính kết

C (MPa)

Góc ma sát trong

 (độ)

đá đã được thực hiện từ

trong đó bao gồm 5 mẫu bột kết, 5 mẫu cát kết và 5 mẫu sạn kết thuộc bờ trụ Nam Vỉa G.I, các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Địa cơ mỏ Viện KHCN Mỏ - Vinacomin Kết quả thí nghiệm bổ sung được tổng hợp trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm bổ sung tính chất cơ lý của bờ Trụ

Khối lượng thể tích tự nhiên

ɣ (T/m3)

Cường độ kháng kéo

k (MPa)

Cường độ kháng nén

n (MPa)

Lực dính kết

C (MPa)

Góc ma sát trong

 (độ)

Ghi chú

1 Bột kết 5 0,668 2,67 8,732 7,50 9,225 31,37 Thí

nghiệm bằng phương pháp chuẩn

2 Cát kết 5 0,642 2,63 12,534 12,12 21,035 32,48

3 Sạn kết 5 0,574 2,64 14,121 12,85 22,0 33,20

3 Nghiên cứu xác định hệ số giảm bền cấu trúc 

Để lựa chọn các thông số bền trong nguyên khối phục vụ tính toán ổn định cần xác định hệ số giảm bền cấu trúc , tức là hệ số chuyển đổi từ độ bền mẫu sang

(1(1

L

H a





 (1.1)

Trong đó:

H - Chiều cao của bờ mỏ, m;

L - Khoảng cách trung bình giữa các hệ khe nứt trong khối đá, m;

a - Hệ số phụ thuộc vào loại đá và tính chất bền, mức độ nứt nẻ của đá;

Đối với các loại đá có mặt trong địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I mỏ than Đèo Nai đã xác định được các thông số L và a theo bảng 1.7

Bảng 1.7 Tổng hợp kích thước trung bình của các loại đá mỏ Đèo Nai

TT Loại đá Kích thước của khối L, m Giá trị a

Khoảng giá trị Giá trị trung bình

1 Bột kết 0,300,80 0,55 3

Từ các giá trị này kết hợp với các giá trị thí nghiệm trên mẫu đối với các loại

đá khác nhau được tổng hợp trong các bảng 1.5; 1.6 cho phép tính được các giá trị

độ bền trong nguyên khối (Ck, k) phục vụ đánh giá ổn định bờ Trụ Nam Vỉa G.I

mỏ Đèo Nai

1.2.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn bờ Trụ Nam

Trong địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I mỏ than Đèo Nai có mặt 3 loại đá chính

đó là đá bột kết, cát kết và sạn kết

Đá bột kết lớp trên cùng là Trụ trực tiếp của vỉa G.I với chiều dày từ 515m hiện nay lớp này đã được bóc gần hết chỉ còn được duy trì từ cao trình +70m trở xuống Các lớp cát kết, sạn kết phân bố thường cách trụ vỉa G.I từ 515m, đặc biệt

là ở độ sâu từ 30m trở xuống sạn kết chiếm ưu thế trên 90%

Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đá bột kết thuộc loại không chứa nước, đá cát kết, sạn kết là các loại chứa nước Theo các kết quả thăm dò trước năm

1980 trong địa tầng bờ Trụ Nam có tồn tại các tầng chứa nước có áp cục bộ, cao trình mực nước lớn nhất đến +220m Vào các năm 19801982 bờ Trụ Nam bị trượt

lở, để tiếp tục xuống sâu mỏ đã phải bóc xử lý, cải tạo gần 2 triệu m3 Quá trình xử

lý đã bóc gần hết lớp bột kết trụ trực tiếp của vỉa G.1 từ mức +150m trở lên

Để đánh giá ảnh hưởng của nước ngầm đến ổn định bờ Trụ Nam, năm 1988 Viện Khoa học Kỹ thuật mỏ 3 (nay là Viện KHCN Mỏ-Vinacomin) đã phối hợp với mỏ than Đèo Nai tiến hành khoan 02 lỗ khoan nghiên cứu địa chất thuỷ văn D.1

và D.3

Lỗ khoan D.1 được bố trí tại khu vực trung tâm của bờ Trụ Nam trên cao trình +205m, đã khoan sâu vào địa tầng Trụ 100m, lỗ khoan D.3 khoan từ đáy khai trường ở cao trình +120m với chiều sâu 100m

Tại lỗ khoan D.1 nước ngầm tồn tại dưới dạng không áp, cao trình mực nước tĩnh lớn nhất đến +160m, thấp hơn miệng lỗ khoan 45m

Lỗ khoan D.3 được thi công vào năm 1988, cao trình miệng lỗ khoan ở mức +120m, lỗ khoan đã khoan sâu vào bờ Trụ 100m Sau khi kết thúc khoan (vào tháng 1/1989) đã quan trắc được nước dưới đất tràn qua miệng lỗ khoan với áp lực không lớn Sau một thời gian cao trình mực nước giảm xuống và giao động ở mức +105118m Lưu lượng tự chảy tại miệng lỗ khoan vào tháng 12 khoảng 5 l/S Kết quả thí nghiệm phục hồi áp lực đã xác định được hệ số dẫn của các tầng chứa nước

áp lực Trụ T = 34,5 m2/ngđ

Qua kết quả nghiên cứu vào năm 1988 đã xác định nước dưới đất bờ Trụ Nam đã bị thay đổi động thái, từ có áp trở thành không áp, cao trình mực nước giảm dần theo tiến trình khai thác xuống sâu đáy mỏ

Kết quả khảo sát hiện trường vào tháng 8/2013 cho thấy nước ngầm tại bờ Trụ Nam xuất lộ trên cao trình +100120m trong đá cát kết, sạn kết phân bố dưới lớp bột kết đã được khai thác bóc lộ (hình 1.4)

Các lỗ khoan sâu LK.3001, LK.3002 được khoan từ năm 20112013 tại trung tâm của bờ Trụ Nam trên các cao trình +172; +89,27m (hình 1.5) cũng đã xác định được cao trình mực nước ngầm cách miệng lỗ khoan từ +10050m

Hình 1.4 Nước ngầm xuất lộ tại cao trình +85bờ trụ Nam

Từ các kết quả thăm dò khảo sát thu được tại thời điểm năm 2013 cho thấy

bờ Trụ Nam hiện tại đang bị sũng nước đến cao trình +120m, tương ứng với đáy mỏ

ở mức -130m Hiện trạng này cũng đã được ghi nhận tại các lỗ khoan nổ mìn được

khoan vào tháng 4/2013 tại cao trình +150m bờ Trụ Nam Các lỗ khoan nổ mìn được khoan với chiều sâu từ 1822m đều gặp nước ngầm ở độ sâu từ 1820m so với miệng lỗ khoan tương ứng với cao trình mực nước tĩnh ở mức +130132m

Hình1.5 Khoan thăm dò bờ Trụ Nam tại cao trình +172m (LK.3002-7/2013)

Với các kết quả đã được tổng hợp cho thấy: Vào năm 1988 cao trình mực nước ngầm tại bờ Trụ Nam Hn = +160m, đến Năm 2013 sau 25 năm cao trình mực nước ở mức Hn = +120m, giảm 40m Tại thời điểm năm 1988 đáy mỏ ở mức +120m, năm 2013 đáy mỏ ở mức -130m, chênh cao đáy mỏ Hm = 250m

Từ đây cho phép dự tính được tốc độ suy giảm cao trình mực nước ngầm bờ Trụ Nam như sau:

Theo thời gian: Vt = f (T) =

T

H n

 =

nam

m

2540 = 1,6 m/năm

Theo chiều sâu khai thác:

Kết quả quan trắc, nghiên cứu địa chất thuỷ văn tại bờ Trụ Nam trong nhiều năm qua cho thấy trong địa tầng bờ Trụ Nam tồn tại các tầng chứa nước trong đá cát kết và sạn kết phân bố phía dưới lớp đá cách nước là bột kết Quá trình khai thác xuống sâu cùng với việc bóc đất đá xử lý bờ Trụ đã hạ thấp cao trình mực nước trong bờ Trụ Mức độ hạ thấp cao trình mực nước phụ thuộc nhiều vào quá trình bóc lộ các lớp đá chứa nước và tốc độ khai thác xuống sâu đáy mỏ

1.2 Yếu tố kỹ thuật

Đánh giá hiện trạng về trình tự khai thác, khoan nổ mìn, bốc xúc và vận tải ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam

1.2.1 Trình tự khai thác ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam

Hiện tại, mỏ than Đèo Nai đang khai thác 2 khu vực là Nam Lộ Trí và Công Trường Chính, sản lượng than khai thác hiện nay đạt khoảng 1,5 triệu tấn than nguyên khai, đất bóc khoảng 19,5 triệu tấn, hệ số bóc trung bình 13,0 m3/tấn

Từ năm 2013 trở về đến những năm 2008 là gian đoạn mỏ than Đèo Nai khai thác với cường độ lớn nhất: sản lượng than khai thác hàng năm từ 2,3÷2,9 triệu tấn than nguyên khai; đất bóc khoảng từ 24,5÷33,5 triệu m3 Do cường độ khai thác lớn, tốc độ xuống sâu lớn nhất có thể đạt 25 m/năm, tốc độ đẩy ngang lớn nhất có thể lên đến 80m, nên có ảnh hưởng nhất định đến ổn định bờ mỏ

Khu Công Trường Chính là khu vực khai thác chính của mỏ Đèo Nai, đối tượng khai thác là tập vỉa dày G Tại khu vực này mỏ khai thác bám trụ vỉa GI3, sản lượng trung bình của khu đạt 1,1÷1,2 triệu tấn/năm tương ứng với lượng đất đá thải hàng năm 13÷14,5 triệu m3/năm, hệ số bóc trung bình là 12 m3/T Trong những năm

từ 2012 đến nay thì tốc độ xuống sâu hàng năm giảm dần và đến nay do sản lượng

giảm nên tốc độ xuống sâu chỉ đạt khoảng từ 12÷14 m/năm Tính đến 31/12/2013

khu vực như cánh Bắc và Tây Bắc đã tiến ra đến bờ kết thúc Trong những năm qua tại khu vực bờ mỏ phía Nam (trụ Nam) thường xảy ra hiện tượng trượt lở bờ mỏ, do vậy hàng năm mỏ phải tiến hành cải tạo tầng để duy trì ổn định bờ mỏ, đảm bảo an toàn cho công tác khai thác

1.2.1 Ảnh hưởng của các khâu công nghệ mỏ đến ổn định bờ trụ Nam

1 Khâu nổ mìn ảnh hưởng đến ổn định bờ mỏ:

Hiện nay, ở hầu hết các mỏ lộ thiên đều sử dụng phá vỡ đất đá bằng nổ mìn, với quy mô và phạm vi ngày càng lớn, ở Việt Nam đặc biệt là ở các mỏ than lộ thiên lớn cùng Cẩm Phả như Đèo Nai, Cọc Sáu và Cao Sơn

Đối với mỏ Đèo Nai trong những năm vừa qua với khối lượng đất bóc hàng năm lớn từ khoảng 19,5 triệu m3 đến > 30 triệu m3/năm Công tác khoan nổ mìn của

mỏ hiện nay đang sử dụng các loại máy khoan có đường kính từ 200÷250 mm, thông số mạng nổ a x b = 7x8, chỉ tiêu bình quân q = 0,48 kG/m3, vụ nổ lớn nhất có thể lên đến 95 tấn (bên bờ vách) và bên trụ có thể lên đến 46 tấn, mỗi ngày ở mỏ đều có ít nhất một lần nổ mìn

Công tác nổ mìn ảnh hưởng đến các đối tượng xung quanh chủ yếu là do đất

đá văng xa, sóng đập không khí và sóng chấn động (hậu xung) trong lòng đất Đối với đặc điểm điều kiện nham thạch của bờ trụ Nam mỏ Đèo Nai, đất đá có độ kiên

có f = 10÷11 (theo Protodiaconop), độ nứt nẻ trung bình khoảng từ 0,55÷0,8 m Do vậy, công tác nổ mìn sẽ làm cho cấu trúc của các khối đá bị phá vỡ, tạo nứt nẻ mạnh, làm cho nước, không khí sẽ thấm vào, từ đó làm cho liên kết trong khối giảm

đi đáng kể và đây là những nguyên nhân dẫn đến làm mất ổn định cho bờ mỏ

Để khắc phục cho các hiện tượng nói trên, thì hiện nay trên thế giới các nhà khoa học đã đưa ra nhiều biện pháp để khắc phục như: công nghệ nổ mìn bằng tạo biên, nổ mìn tạo màn chắn v.v và sử dụng nổ mìn vi sai

2 Khâu xúc bốc và vận tải ảnh hưởng đến ổn định bờ mỏ:

So với khâu nổ mìn thì khâu xúc bốc – vận tải ảnh hưởng đến bờ mỏ là nhỏ

hơn, nhưng chúng cũng là tác nhân để gây ra mất ổn định bờ mỏ

- Đối với công tác xúc bốc thì anh hưởng rõ ràng nhất là khi máy xúc công tác ở gương sát với trụ đá có mặt lớp nằm song song và chỉnh hợp với nhau, khi đó nếu máy xúc xúc cắt chân của lớp đá sẽ gậy ra hiện tượng tụt từ trên xuống gây mất

an toàn cho người và thiết bị Ngoài ra, khi máy xúc công tác trên nền của tầng do trọng lượng và quá trình công tác của máy xúc sẽ dẫn đến làm phá vỡ cấu trúc của đất đá, nhưng những ảnh hưởng này là không lớn

- Đối với khâu vận tải: Do ở mỏ Đèo Nai hiện nay đang sử dụng một số chủng loại ô tô có tải trọng lớn lên đến 91 tấn, tính cả trọng lượng của bản thân có thể lên đến khoảng 150÷160 tấn Các loại ô tô này thường xuyên hoạt động trên những tầng khai thác đã chịu ảnh hưởng bởi công tác nổ mìn, sẽ tiếp tục chịu ảnh hưởng do tải trọng động của ô tô, từ đó sẽ ảnh hưởng đến ổn định của bờ mỏ

Đối với trường hợp bờ trụ Nam Đèo Nai để hạn chế của các khâu công nghệ

mỏ đến ổn định của bờ mỏ, thì cần thiết phải nghiên cứu và tính toán lựa chọn các thông số của bờ hợp lý Ngoài ra, sử dụng dụng đồng bộ thiết bị khoan nổ, xúc bốc

và vận tải hợp lý để thi công xử lý bờ trụ Nam nhằm mang lại sự ổn định lâu dài cho bờ trụ Nam Cụ thể sẽ được trình bầy ở chương 3 và chương 4

1.3 Nhận xét, đánh giá:

1 Bờ Trụ Nam Vỉa G.I được cấu tạo bởi các lớp đá phân lớp từ trung bình

đến dày cắm vào không gian khai thác với góc dốc từ 20350 Trong địa tầng tồn tại các mặt yếu tự nhiên theo tiếp xúc lớp không thuận lợi cho ổn định

2 Các lớp đá cấu tạo bờ Trụ Nam có độ bền từ trung bình đến cứng và rất cứng, cường độ kháng nén một trục n = 75,0128,5MPa Độ bền cắt: C = 9,22522,0 MPa;  = 31,2733,200 Đá có độ nứt nẻ trung bình, khoảng cách trung bình giữa các khe nứt L = 0,550,80m

3 Trong địa tầng bờ Trụ Nam có tồn tại các tầng chứa nước ngầm với lưu lượng thay đổi từ 510 l/S Quá trình khai thác đã làm thay đổi động thái và cao trình mực nước trong các tầng chứa nước bờ Trụ Nam Tốc độ hạ thấp mực nước theo quá trình đào sâu bằng 0,16m/1m đào sâu Mức độ hạ thấp mực nước trong bờ

Trụ Nam phụ thuộc không chỉ vào quá trình khai thác xuống sâu mà còn phụ thuộc vào mức độ bóc lộ Trụ lớp đá bột kết cách nước Trụ trực tiếp vỉa G.I

4 Bờ trụ Nam Đèo Nai đã chị ảnh hưởng bởi cường độ khai thác, các khâu công nghệ mỏ đến mức độ liên kế của khối đã trên bờ trụ Trong thời gian tới khi

mỏ Đèo Nai tăng cường xuống sâu thì cần nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao

ổn định cho bờ trụ Nam Đèo Nai là cần thiết

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN TRƯỢT LỞ BỜ TRỤ NAM

VỈA CHÍNH MỎ ĐÈO NAI 2.1 Biến dạng bờ Trụ Nam

Bờ Trụ Nam vỉa chính hiện tại (kết thúc năm 2013) đáy mỏ ở mức -145m, chiều cao bờ mỏ H = 380410m, góc dốc chung của bờ  = 20250 Trong quá trình khai thác những năm qua bờ Trụ Nam liên tục bị biến dạng

Kết quả khảo sát hiện trường cho thấy biến dạng phát triển trên toàn bộ diện tích bờ Trụ Nam từ đỉnh bờ khu vực nhà điều hành sản xuất (hình 3.1) đến đáy mỏ (hình 2.2)

cao trình +275m Vị trí ranh giới trượt bờ Trụ Nam trùng với đứt gãy K được thể hiện trên bản vẽ: XLTN.BTN.ĐN-03 và hình 2.3

Hình 2.2 Trượt bờ Trụ Nam khu vực chân bờ

Hình 2.3 Xuất lộ ranh giới trượt trên cùng trùng với đứt gãy K

Tại khu vực trung tâm của bờ từ mức +70 đến +260m các khe nứt trượt phát triển theo phương gần Đông Tây bao chùm bờ Trụ Nam, Các khe nứt kéo dài đến

100m, chiều rộng từ 12m, sâu 35m (hình 2.4)

Trong phạm vi từ đứt gãy K (+260m) đến cao trình +200m các khe nứt phát triển dày đặc phá huỷ toàn bộ bề mặt địa hình, toàn bộ địa hình phía Bắc F.K bị lún thấp từ 35m (hình 2.5)

Hình 2.4 Khe nứt trượt phát triển tại khu vực trung tâm trên cao trình

+240260m

Hình 2.5 Sụt lún và nứt nẻ bề mặt khu vực trung tâm từ +200260m

Trong các năm 2011-2012 khu vực từ mức +150m trở xuống đáy mỏ, bờ bị trượt lở mạnh theo dạng bóc lớp với chiều dày lớp từ 23 m, mặt trượt theo tiếp xúc

giữa các phân lớp đá bột kết Đất đá khối trượt bị đẩy xuống mặt tầng +72m Để duy trì đường vận tải Nam mức +72m trong năm 2012 và đầu năm 2013 mỏ đã phải

xử lý khoảng 100 ngàn m3 (hình 2.6)

Bờ Trụ Nam trong những năm qua từ mức +72m xuống đáy, bờ bị trượt hoàn toàn theo mặt lớp Kết quả khảo sát thực tế tại hiện trường (từ tháng 48/2013) cho thấy: Trên chiều dài theo phương Tây Nam - Đông Bắc khoảng 500m hình thành các lớp trượt thứ cấp theo mặt phân lớp trong đá bột kết và theo tiếp xúc giữa các lớp đá bột kết - cát kết; cát kết - sạn kết, sạn kết - bột kết

Hình 2.6 Xúc bốc xử lý trượt lở từ mức +72+150m

Lớp trượt thứ nhất theo tiếp xúc giữa cát kết và sạn kết (mặt trượt xuất lộ là sạn kết) chiều dày lớp từ 810m bao gồm đoạn địa tầng từ trụ vỉa G.I đến vách lớp sạn kết, địa tầng là các lớp bột kết cát kết xen kẹp nhau, lớp này phần phía Tây Nam

đã bị trượt hết (hình 2.7) Hiện tại mặt Trụ đang được duy trì liên tục từ mức 105m với chiều cao H = 170m, góc dốc chung  = 26,230

+65-Lớp trượt thứ 2 từ Trụ lớp 1 đến Trụ lớp sạn kết, lớp sạn kết có chiều dày thay đổi từ 518m, chiều dày lớp có xu hướng giảm dần từ Đông sang Tây, chiều dày lớp truợt thứ 2 trung bình khoảng 6m, mặt trượt xuất lộ là đá bột kết Tại khu vực này theo hướng dốc mặt Trụ duy trì liên tục từ mức +75 đến mức - 62m, đoạn

bờ Trụ này có chiều cao H = 137m, góc dốc  = 260 Theo kết quả khảo sát trong nhiều năm cho thấy bề mặt Trụ (mặt trượt) khu vực này trong 3 năm qua khá ổn định

Tại khu vực chân bờ phía Đông tiếp giáp trực tiếp với Trụ vỉa trong thời gian qua mỏ đã thử nghiệm cắt một số tầng từ mức -50+60m vào trụ với các thông

số tầng như sau: ht = 15m; góc dốc sườn tầng t = 600; chiều rộng mặt tầng bt = 25m, nhưng sau một thời gian ngắn (khoảng 12 tháng) các tầng bị trượt, gây chập từ 23 tầng hình thành mặt trụ mới theo mặt lớp (hình 2.8)

Khảo sát chi tiết đoạn bờ Trụ từ mức -52 (Trụ vỉa) đến cao trình +52m (tuyến T.3) cho thấy trong đoạn bờ này có: Chiều cao H = 104m,  = 290 hiện tồn tại 3 tầng:

Tầng thứ nhất từ +29+52m; h1 = 23m; 1 = 340; Tầng thứ 2 từ -15+29m; h2 = 44m; 2 = 370; b2 = 32m Tầng thứ 3 từ -52-15m; h3 = 37m; 3 = 320; b3 = 23m

Từ đó cho thấy trong đoạn bờ, Trụ vỉa các tầng bị chập (23 tầng) góc dốc sườn giảm từ 600 xuống 34370, chiều cao tầng tăng từ 15m lên 2744m Hiện tại các tầng này chưa ổn định, trong thời gian tới còn tiếp tục bị chập, sẽ tạo thành 2 tầng với chiều cao h = 50m và góc dốc sườn tầng  = 28300

Từ thực tế trên cho thấy việc cắt tầng vào Trụ chỉ thực hiện được khi không cắt chân lớp và tạo góc dốc sườn tầng bằng góc dốc của lớp (=)

Hình 2.7 Mặt trượt thứ cấp theo tiếp xúc lớp khu vực chân bờ Trụ Nam