Sự hình thành dòng chảy ngầm vào mỏ than mạo khê tính toán dự báo lượng nước chảy vào khai trường khi khai thác đến cốt cao 150m, đề xuất các giải pháp thoát nước mỏ

Để giải quyết được vấn đề trên, phải nghiên cứu làm rõ điều kiện địa chất thủy văn của khu mỏ, trên cơ sở đó xác định chính xác sự hình thành dòng ngầm chảy vào mỏ và đánh giá lượng nước

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

PHẠM VĂN HẢI

Sù H×NH THµNH DßNG NGÇM CH¶Y VµO Má THAN M¹O KH£ TÝNH TO¸N, Dù B¸O L¦îNG N¦íC CH¶Y VµO KHAI TR¦êNG KHI KHAI TH¸C

§ÕN CèT CAO (-150) MÐT, §Ò XUÊT C¸C

GI¶I PH¸P THO¸T N¦íC Má

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013

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

PHẠM VĂN HẢI

Sù H×NH THµNH DßNG NGÇM CH¶Y VµO Má THAN M¹O KH£ TÝNH TO¸N, Dù B¸O L¦îNG N¦íC CH¶Y VµO KHAI TR¦êNG KHI KHAI TH¸C

§ÕN CèT CAO (-150) MÐT, §Ò XUÊT C¸C

GI¶I PH¸P THO¸T N¦íC Má

Chuyên ngành: Địa chất thủy văn

Mã số : 60.44.63

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Đặng Hữu Ơn

2 TS Dương Thị Thanh Thủy

Hà Nội - 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác

Các số liệu được sử dụng trong công trình là hoàn toàn trung thực, những vấn đề trích dẫn liên quan đến công trình đều được sự đồng ý của tác giả

Hà Nội, ngày 24 tháng 4 năm 2013

Người cam đoan

Phạm Văn Hải

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ MẠO KHÊ 5

1.1 Các phương pháp dự báo lượng nước chảy vào mỏ 5

1.1.1 Phương pháp thủy động lực 6

1.1.2 Phương pháp cân bằng 13

1.1.3 Phương pháp tương tự địa chất thủy văn 17

1.1.4 Phương pháp thuỷ lực 21

1.2 Lựa chọn phương pháp tính toán tháo khô mỏ than Mạo Khê khi khai thác đến cốt cao (-150)m 23

1.2.1 Luận giải phương pháp tính toán lượng nước chảy vào mỏ Mạo Khê 23 1.2.2 Lựa chọn phương pháp tính lượng nước chảy vào mỏ Mạo Khê 25

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG KHAI THÁC MỎ MẠO KHÊ 26

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 26

2.2 Hiện trạng khai thác mỏ 29

2.2.1 Hiện trạng khai thác lộ vỉa 29

2.3 Quy hoạch khai thác mỏ Mạo Khê 31

CHƯƠNG 3: ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN MỎ THAN MẠO KHÊ 35

3.1 Địa tầng 35

3.2 Kiến tạo 38

3.3 Đặc điểm các vỉa than 41

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ THAN MẠO KHÊ 47

4.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ tứ (Q) 47

4.2 Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích Neogen 47

4.3 Phức hệ chứa nước trong trầm tích Triat (T3n-r hg22) 48

CHƯƠNG 5: SỰ HÌNH THÀNH DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ, TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ KHI KHAI THÁC ĐẾN CỐT (-150)M 56

5.1 Các nguồn nước có khả năng chảy vào mỏ 56

5.1.1 Nước mưa 56

5.1.2 Nước mặt 57

5.1.3 Nguồn nước dưới đất: 63

5.2 Tính toán các nguồn nước chảy vào mỏ 72

5.2.1 Lượng nước chảy vào mỏ vào mùa mưa ở mức -150m trong trường hợp không duy trì đường lò thoát nước mức( -80)m 73

5.2.2 Lượng nước chảy vào mỏ vào mùa mưa ở mức -150m trong trường hợp duy trì đường lò thoát nước ở mức ( -80)m 74

5.3 Tính toán lượng nước chảy vào mỏ bằng phương pháp thủy lực 77

CHƯƠNG 6: CÁC GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC CHO MỎ THAN MẠO KHÊ 80

6.1 Ngăn nguồn nước mưa thấm trực tiếp qua các khe nứt trên bề mặt địa hình và moong lộ thiên 80

6.1.1 San lấp các khe nứt trên bề mặt địa hình: 80

6.1.2 Phương pháp tạo màng chống thấm trên bề mặt moong lộ vỉa 81

6.2 Giải pháp thoát nước cưỡng bức từ trong lò 82

6.2.1 Giải pháp khoan thoát nước từ trong lò 82

6.2.2 Gải pháp bơm thoát nước cưỡng bức từ khai trường ở cốt (-150)m ra ngoài mặt bằng 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

GS.TS Giáo sư Tiến sỹ

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng quan trắc lượng mưa tại trạm Mạo Khê (năm 2002-2012) 28

Bảng 3.1: Tổng hợp đặc điểm các đứt gãy chính trong khu mỏ 41

Bảng 3.2: Đặc điểm các vỉa than mỏ Mạo Khê 42

Bảng 4.1: Bảng tổng hợp kết quả bơm thí nghiệm 49

Bảng 4.2: Tổng hợp các thông số ĐCTV ở mỏ Mạo Khê 51

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp hệ số biến đổi lưu lượng (K2) lò xuyên vỉa 51

Bảng 4.4: Bảng tổng hợp hệ số biến đổi lưu lượng (K2) tại lò khai thác 52

Bảng 4.5:Lưu lượng nước thoát ra từ mỏ Mạo Khê (2008-2012) 53

Bảng 4.6: Bảng thành phần hóa học của nước 54

Bảng 5.1: Đặc điểm các hồ, ao ở mỏ Mạo Khê 61

Bảng 5.2: Đặc điểm các moong khai thác chứa nước mỏ Mạo Khê 63

Bảng 5.3: Đặc điểm của đới huỷ hoại ở mỏ Mạo Khê 66

Bảng 5.4: Đặc điểm các lò cũ chứa nước mỏ Mạo Khê 69

Bảng 5.5: Lượng nước dưới đât chảy vào mỏ khi kkhai thác đến cốt cao -80 và -150m 72

Bảng 5.6: Lưu lượng nước chảy vào mức-150 khi duy trì đường lò thoát nước ở mức (-80) 76

Bảng 5.7: Lượng nước chảy vào mỏ giữa phương án duy trì và không duy trì đường lò thoát nước ở mức (-80)m 77

Bảng 5.8: Kết quả hút nước thí nghiệm tại lỗ khoan 840 78

Bảng 5.9: Mối quan hệ giữa Q-S 78

Bảng 6.1 Thông số các lỗ khoan thoát nước trong lò đứt gãy F.A 84

Bảng 6.2: Thông số các lỗ khoan trong lò thoát nước lò cũ V6,V7 khu TBII 86

Bảng 6.3: Lượng nước chảy vào khai trường ở mức -150 89

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí mỏ than Mạo Khê 26

Hình 2.2: Bản đồ hiện trạng khai thác mỏ Mạo Khê 32

Hình 2.3 Mặt cắt địa chất tuyến IV mỏ Mạo Khê 33

Hình 2.4 Sơ đồ khai thông các vỉa than mức -150 mỏ Mạo Khê 34

Hình 3.1: Sơ đồ địa chất vùng Mạo Khê 46

Hình 4: Bản đồ địa chất thủy văn khu mỏ Mạo Khê 55

Hình 5.1: Khe nứt tại bề mặt địa hình vỉa 9 cánh Bắc mỏ Mạo Khê 57

Hình 5.2: Các suối chảy qua mỏ Mạo Khê 58

Hình 5.3: Khảo sát dòng chảy suối Văn Lôi về mùa khô 59

Hình 5.4: Hồ Cầu cuốn mỏ Mạo Khê 60

Hình 5.5: Moong chứa nước V9a dừng khai thác mỏ Mạo Khê 62

Hình 5.6: Các đứt gãy ở mỏ Mạo Khê 67

Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng và trị số hạ thấp mực nước theo tài liệu hút nước 3 lần hạ thấp, lỗ khoan 840 79

Hình 6.1: Cấu tạo lớp gia cố và chống thấm bãi thải trong bằng vải địa kỹ thuật (HDPE) kết hợp rải sét 82

Hình 6.2: Sơ đồ biện pháp ngăn chặn nước mưa ngấm xuống đất 82

Hình 6.3: Cấu trúc lỗ khoan tháo nước trong lò 83

Hình 6.4: Cấu trúc miệng lỗ khoan thoát nước 84

Hình 6.5 Sơ đồ bố trí lỗ khoan thoát nước trong lò đứt gãy F.A 85

Hình 6.6: Sơ đồ bố trí công trình thoát nước lò cũ vỉa 6, 7 khu TBII 88

MỞ ĐẦU

Công ty tránh nhiệm hữu hạn một thành viên than Mạo Khê – Vinacomin (Công ty TNHH MTV than Mạo Khê – Vinacomin) hiện đang khai thác ở phân tầng -80/-25 với sản lượng 1.718.323 tấn (sản lượng năm 2012) Để nâng công suất mỏ lên 1,9 triệu tấn, Công ty dự kiến sẽ phải khai thác đến cốt cao (-150)m

Các vỉa than từ cốt cao (-150)m trở lên có trữ lượng công nghiệp 50.631 triệu tấn Để đảm bảo an toàn và khai thác tối đa than bằng công nghệ hầm lò, vấn đề cấp thiết và có ý nghĩa là phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của nước dưới đất của các đới khe nứt trong đá vách bị sập đổ do khai thác, đới đứt gãy, lò, moong cũ, hồ lộ vỉa đến các công trình khai thác hầm lò phía dưới Xuất phát từ thực tế trên là một cán bộ chuyên ngành Địa chất thủy văn (ĐCTV) của công ty với mục đích giải quyết một vấn đề thực tế đồng thời để

bảo vệ luận án Thạc sỹ chúng tôi đã chọn cho mình đề tài: “Sự hình thành dòng ngầm chảy vào mỏ than Mạo Khê tính toán, dự báo lượng nước chảy vào khai trường khi khai thác đến cốt cao (-150) mét, đề xuất các giải pháp thoát nước mỏ” sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn đối với thực tế sản

xuất tại các mỏ khai thác hầm lò

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bể than Quảng Ninh nói chung và khu mỏ than Mạo Khê thuộc huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh nói riêng là nơi tập trung trữ lượng than lớn của

cả nước Trong những năm gần đây, nhu cầu khai thác than phục vụ cho các ngành kinh tế Quốc dân ngày một tăng cao Theo kế hoạch sản lượng phải đạt được trong năm 2013 là 1,9 triệu tấn Để đạt được sản lượng khai thác than nêu trên trong những năm tới Công ty phải mở rộng khai trường về hai cánh

và xuống sâu Việc đó sẽ gặp phải điều kiện địa chất, địa chất thủy văn rất phức tạp, đặc biệt là ảnh hưởng của nước ngầm Nước ngầm không chỉ tồn tại

trong các lớp đất đá chứa nước, các phay phá hủy lớn, các hang hốc trong lòng đất, mà còn trong các đường lò, các khu vực đã khai thác Trong quá trình khai thác các lò chợ bị phá hỏa toàn phần làm cho khối đá vách sập đổ hình thành đới nứt nẻ mạnh rất giàu nước Theo kết quả thống kê ở mỏ than Mạo Khê quá trình trên đã sảy ra rất nhiều vụ bục nước, gây thiệt hại lớn về tài sản và con người Bục nước có thể từ phay phá, từ lò cũ Nước chảy vào lò có thể là nước ngầm, nước mặt (Hồ, ao, moong khai thác cũ có chứa nước v.v)

Để giải quyết được vấn đề trên, phải nghiên cứu làm rõ điều kiện địa chất thủy văn của khu mỏ, trên cơ sở đó xác định chính xác sự hình thành dòng ngầm chảy vào mỏ và đánh giá lượng nước chảy vào khai trường, đề xuất các giải pháp thoát nước mỏ

2 Cơ sở khoa học

- Dựa trên cơ sở về lý thuyết ĐCTV mỏ nói chung và tính toán thoát nước mỏ nói riêng đã được đề cập trong nhiều công trình khoa học ở nước ngoài cũng như ở nước ta Các phương pháp đã được vận dụng để thoát nước cho nhiều mỏ khai thác than cũng như các khoáng sản khác

- Dựa vào đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn khu mỏ đã được nghiên cứu qua các thời kỳ thăm dò Điều kiện địa lý tự nhiên: sự phân bố sông suối,

ao hồ, số liệu quan trắc lượng mưa, lượng bốc hơi hàng năm

- Dựa vào hiện trạng khai thác lộ thiên và hầm lò mỏ than Mạo Khê

3 Tính thực tiễn của đề tài

Về thực tiễn trong những năm qua công ty đã tiến hành nhiều thử nghiệm nhằm làm sáng tỏ điều kiện địa chất thủy văn của khu mỏ khi khai thác đến cốt (-150)m

Kết quả nghiên cứu của đề tài là một trong những cơ sở để thiết kế, khai thác mỏ Phương pháp nghiên cứu giải quyết vấn đề không chỉ áp dụng

cho mỏ than Mạo Khê mà có thể áp dụng cho những mỏ khác có điều kiện ĐCTV tương tự

4 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

4.2 Nhiệm vụ của đề tài:

Để đạt được mục đích trên, đề tài sẽ tập trung giải quyết các nhiệm vụ chủ yếu sau:

- Tổng hợp và hệ thống hóa tài liệu địa chất, địa chất thủy văn, tài liệu khai thác trước đây và hiện tại làm sáng tỏ điều kiện địa chất thủy văn khu mỏ

- Tính toán dự báo lượng nước chảy vào mỏ khi khai thác xuống cốt (-150)m

- Đề xuất các biện pháp thoát nước mỏ

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là mỏ than Mạo Khê thuộc Công ty TNHH MTV than Mao Khê – Vinacomin, thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh

6 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm các vấn đề sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán địa chất thủy văn mỏ

- Nghiên cứu điều kiện địa chất thủy văn mỏ than Mao Khê

- Nghiên cứu sự hình thành dòng ngầm chảy vào mỏ

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán dự báo lượng nước chảy vào các công trình khai thác than

- Nghiên cứu và đề xuất các biện pháp thoát nước mỏ

7 Những kêt quả dự kiến đạt được của đề tài

- Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần làm sáng tỏ điều kiện địa chất thủy văn mỏ than Mạo Khê, đánh giá chi tiết các đơn vị cấp nước và chứa nước, khối lượng nước tích đọng trong hệ thống lò cũ, đứt gãy

- Tính toán dự báo lượng nước chảy vào mỏ đến cốt cao (-150) m

- Đề xuất các giải pháp thoát nước mỏ

8 Phương pháp nghiên cứu

- Các phương pháp nghiên cứu ĐCTV mỏ nói chung, tính toán lượng nước chảy vào mỏ nói riêng, phân tích lựa chọn phương pháp hợp lý cho mỏ than Mạo Khê

- Tổng hợp tài liệu thực tế làm sang tỏ điều kiện ĐCTV mỏ và các nguồn có khả năng chảy vào mỏ khi khai thác đến cốt (-150)m

- Sử dụng và kế thừa các công thức thực nghiệm tại mỏ để tính toán lượng nước chảy vào các công trình khai thác

9 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được trình bày trong 95 trang bao gồm phần mở đầu và kết luận với 21 bảng biều và 19 hình vẽ minh họa

10 Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện luận văn tác giả đã nhận được sự góp ý của

bạn bè và đồng nghiệp, đặc biệt là sự hướng dẫn của GT.TS Đặng Hữu Ơn,

TS Dương Thị Thanh Thủy cùng những ý kiến đóng góp của thầy cô trong

bộ môn Địa chất thủy văn trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, các chuyên gia về lĩnh vực khai thác mỏ Qua đây cho phép tác giả được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô, bạn bè cùng đồng nghiệp, đặc biệt là Công ty TNHH MTV than Mạo Khê -Vinacomin, thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều, Tỉnh

Quảng Ninh

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ MẠO KHÊ

KHI KHAI THÁC ĐẾN CỐT CAO (-150) MÉT 1.1 Các phương pháp dự báo lượng nước chảy vào mỏ

Công tác nghiên cứu Địa chất thủy văn nói chung và tính toán lượng nước chảy đến các công trình khai thác lộ thiên, hầm lò các khoáng sản rắn đã được đề cập trong các công trình của D.I.Sêgolev, X.V.Troianxki, M.V.Xưrovatkô, V.D.Babuxkin, N.I.Plôtnhikôv, P.P.Klimentôv, I.E.Giernôv, V.A.Mirônhenkô, Khi khai thác khoáng sản rắn sự thay đổi động thái của nước có liên quan với sự hoạt động của hệ thống thoát nước và thiết bị thu nước

Hiện nay người ta thường sử dụng hai phương pháp tháo khô: Tháo khô trên mặt và dưới đất Phương pháp tháo khô trên mặt nhờ các lỗ khoan hạ thấp mực nước được áp dụng khi cần giảm áp lực của nước dưới đất cũng như khi bề dày và hệ số dẫn nước của tầng chứa nước khá lớn Phương pháp tháo khô dưới đất được áp dụng khi cần tháo khô phần đáy của công trình khai thác Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp có thể áp dụng kết hợp cả hai phương pháp trên

Tổng dòng chảy đến các công trình khai thác không chỉ phụ thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn khu mỏ mà còn phụ thuộc vào phương pháp khai thác khoáng sản

Tùy thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn đã được làm sáng tỏ, để dự báo nước chảy vào mỏ có thể áp dụng một trong các phương pháp sau: Phương pháp thủy động lực, phương pháp cân bằng, phương pháp tương tự địa chất thủy văn, phương pháp thủy lực

1.1.1 Phương pháp thủy động lực

Phương pháp thủy động lực dựa trên các lời giải của phương trình vi phân dòng thấm liên tục với điều kiện ban đầu và biên nhất định Hiện nay có một số lời giải của các bài toán điển hình cho phép tính dòng chảy đến các công trình khai thác và sự phát triển của quá trình hạ thấp mực nước trong điều kiện địa chất thủy văn nhất định

Phương pháp thủy động lực không chỉ cho phép xác định lượng nước chảy đến công trình khai thác mà còn cho phép dự báo sự hình thành phễu hạ thấp áp lực Điều này có ý nghĩa rất lớn Phương pháp thủy động lực nghiên cứu chuyển động không ổn định của dòng thấm thực chất đã chú ý đến cân bằng của nước và sự thay đổi của nó trong quá trình tháo khô

Khả năng áp dụng phương pháp thủy động lực rất lớn Thí dụ nhờ phương pháp này ta có thể xác định được riêng lượng nước chảy đến hệ thống

hạ thấp mực nước và tới công trình khai thác Nó còn có khả năng xác định lượng nước lớn nhất chảy đến công trình khai thác

Đối với các mỏ nằm không sâu, lượng nước lớn nhất chảy vào mỏ bắt đầu khi đạt sản lượng thiết kế, sau đó sẽ ổn định hoặc giảm đi Đối với các mỏ nằm sâu nó có thể đạt được trước khi đạt sản lượng thiết kế

Khi đánh giá lượng nước chảy vào hệ thống công trình khai thác ngoài các nhân tố ĐCTV còn phải chú ý đến những đặc điểm và công nghệ khai thác (1 Sản lượng của mỏ 2 Hệ thống khai thác 3 Cường độ khai thác) Các phương pháp, hệ thống và khoảng thời gian tháo khô được lựa chọn ứng với những đặc điểm khai thác Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp, trình tự và phương hướng khai thác, hệ thống khai thác phụ thuộc vào đặc điểm ĐCTV của mỏ

Khi sử dụng các công thức giải tích để dự báo lượng nước chảy vào mỏ phải chú ý đến những đặc điểm chuyên môn có liên quan tới cường độ khai

thác theo thời gian cũng như kích thước của giếng lớn Quá trình hình thành lượng nước chảy vào mỏ từ khi bắt đầu khai thác đến khi đạt sản lượng thiết

kế có nhiều đặc điểm khác nhau

Trong điều kiện bình thường, các biện pháp thoát nước phải bảo đảm công trình khai thác trên mực nước thủy động không bị lầy lội Để đạt mục đích đó cần phải tiến hành hạ thấp mực nước trong các lỗ khoan và thoát nước

bổ sung trong các công trình khai thác

Khi đánh giá thường dùng phương pháp giếng lớn Chu vi công trình khai thác được sơ đồ hóa dạng đường tròn Bán kính giếng lớn được tính theo công thức:

Khi sơ đồ hóa, tầng chứa nước thường đưa về các dạng sau:

+ Tầng chứa nước vô hạn

+ Tầng chứa nước bán vô hạn

+ Tầng chứa nước hữu hạn

Các công thức trình bày phù hợp đối với tầng chứa nước có áp, nhưng có thể áp dụng cho tầng chứa nước không áp, khi thay 2mS = H2

- h2 và hệ số truyền áp a bởi hệ số truyền mực nước am

Trong đó: m - Chiều dày tầng chứa nước có áp (m)

S - Trị số hạ thấp mực nước trong tầng chứa nước có áp (m)

H - Chiều dày ban đầu tầng chứa nước không áp (m)

h – Bề dầy tầng chứa nước không áp tại công trình không áp (m)

1.1.1.1 Tầng chứa nước vô hạn

Để tính toán lượng nước chảy đến công trình khai thác trong tầng chứa

nước vô hạn sẽ sử dụng công thức:

r E

KH Q

m i

e

4

2

2 0

2



(1.2)

Trong đó:

Q - Lưu lượng chảy đến công trình khai thác khi trị số hạ thấp mực nước

giảm đến đáy tầng chứa nước (m3

/ng);

K - Hệ số thấm của đất đá chứa nước (m/ng);

He - Bề dày ban đầu của tầng chứa nước (m);

r0 - Bán kính giếng lớntính cho công trình khai thác khi đạt sản lượng

m

Kh KH

2 (1.3)

µ - Hệ số nhả nước của tầng chứa nước;

htb – Bề dày trung bình của tầng chứa nước trong quá trình hạ thấp mực

r

t a L

H Kh Q

m n

e tb

Công thức (1.2) có thể sử dụng cả cho trường hợp dự báo lượng nước chảy vào công trình khai thác với trị số hạ thấp mực nước không đổi Trong trường hợp này S = He = const Tương tự công thức (1.4) có thể sử dụng khi tính toán tháo khô với trị số hạ thấp mực nước không đổi trong công trình khai thác Phân tích công thức (1.2) chúng ta thấy rằng không phụ thuộc vào quá trình tháo khô với lưu lượng hay trị số hạ thấp mực nước không đổi chỉ sau một thời gian lượng nước chảy đến công trình khai thác thực tế như nhau khi trị số hạ thấp mực nước bằng nhau

Đối với tầng chứa nước có áp, khi áp lực dư trên mái của tầng chứa nước lớn, mực nước được hạ thấp nhờ hệ thống các lỗ khoan phân bố trong khu vực khai thác Khi áp lực đã giảm đến mái tầng chứa nước quá trình hạ thấp mực nước sẽ xảy ra trong điều kiện không áp hoặc với áp lực dư không lớn

Trong điều kiện đó lượng nước chảy đến công trình khai thác có thể xác định theo công thức:

r E M

t t a

S E

M H KM

Q

m i

B

B i

e

4

2 4

4

2 0 2

Trong công thức trên

He - Áp lực trên đáy của tầng chứa nước (m);

B - Bán kính giếng hạ thấp mực nước của các lỗ khoan (m);

tB - Thời gian hệ thống hạ thấp mực nước giảm áp lực đến mái tầng chứa nước (ng);

t - Thời gian khai thác đến khi đạt sản lượng thiết kế (ng)

1.1.1.2 Tầng chứa nước bán vô hạn với biên giới áp lực không đổi (H = const)

Thường mối quan hệ giữa tầng chứa nước với sông được thông qua trầm tích aluvi Bởi vậy, đặc trưng của nó được quyết định bởi tỷ lệ giữa hệ số

thấm của tầng chứa nước nghiên cứu với trầm tích aluvi Trước khi khai thác mối liên hệ thủy lực của tầng chứa nước với sông trong điều kiện tự nhiên có thể không chặt, nhưng trong quá trình khai thác nó có thể tăng lên rất rõ Trong điều kiện này ở thung lũng sông thường để lại trụ bảo vệ để ngăn dòng thấm chảy đến công trình khai thác

Lượng nước chảy đến moong khai thác được xác định theo công thức:

0

2

r

L L L

KmS Q

L - Khoảng cách từ biên giới áp lực không đổi đến tâm giếng lớn (m)

∆L - Sức cản bổ xung của trầm tích lòng sông (được xác định theo tài liệu thí nghiệm thấm) (m)

ro - Bán kính giếng lớn (m)

Công thức trên đúng với trường hợp L ≥ 1.6ro

1.1.1.3 Tầng chứa nước bán vô hạn với ranh giới không thấm nước (Q = 0)

Trong trường hợp này lưu lượng chảy đến công trình khai thác được xác định theo công thức:

0

13 1 2

r

at L

KmS Q

sin 64 0 2

r Z Z L

KmS Q

n





 (1.9)

Trong đó: Z1, Z2 – Khoảng cách từ tâm giếng lớn đến ranh giới gần nhất và xa nhất (m)

Công thức trên áp dụng với điều kiện:  

a

Z Z

t10  1

Trong đó: Z - Bề rộng trung bình của dải (m)

1.1.1.5 Tầng chứa nước hữu hạn giới hạn bởi hai biên giới không thấm nước song song (Q 1 = 0, Q 2 = 0)

 

Z

Z R

Z L

z at

KmS Q

n

1

16 0 55

3

r Z

Z g Z L

KmS Q

t10  1

1.1.1.7 Tầng chứa nước hữu hạn giới hạn bởi hai biên giới vuông góc với nhau

+ Cả hai biên có áp lực không đổi (H1 = const, H2 = const):

2 2

1 0

2 1

2 2

2 2 2

Z Z

R

z z L

KmS Q

1 2 1

25 2

Z Z

Z Z R

at L

KmS Q

n



(1.13)

+ Một biên không thấm nước (Q = 0) còn biên kia có áp lực không đổi (H = const):

   

2 0

2 2 2

1 1

2

2 2

2 2

Z R

Z Z

Z L

KmS Q

t

2 2 2

2 5

KmS Q

K n



 (1.15)

Trong đó: RK - Bán kính vòng tròn miền cung cấp (m)

1.1.1.9 Tầng chứa nước hữu hạn giới hạn bởi chu vi không thấm nước vòng tròn (Q = 0)

Trong tự nhiên thường gặp điều kiện đới bên trong của đá chứa nước là

đá vôi có tính thấm rất lớn so với đất đá vây quanh là cát kết hoặc sét kết Tầng chứa nước ở cả hai đới có thể là không áp hoặc có áp Trong trường hợp tầng chứa nước có áp miền tháo khô là miền có áp Miền tháo khô có thể bao gồm một phần của đới bên trong hoặc toàn bộ và một phần của đới bên ngoài Tất cả những đặc điểm hình thành dòng chảy đến giếng lớn được chú ý trong tính toán Lượng nước chảy đến giếng lớn được tính theo công thức:

o

K n K

bs k

R

R L R at

atQ S KmR Q

2 2





(1.16)

Trong đó : Qbs – Lượng nước từ ngoài chảy vào vỉa vòng tròn (dòng chảy từ đất đá vây quanh) (m3

/ng)

1.1.1.10 Các tầng chứa nước gồm nhiều lớp

Khi tháo khô tầng chứa nước xảy ra thấm xuyên, mực nước không đổi cũng có thể sử dụng các công thức tính toán nêu trên Nhưng cần lưu ý bán kính ảnh hưởng dẫn dùng tính theo công thức:

Rdd = 1.12.B (1.17) Khi đó hệ số thấm xuyên B được xác định theo công thức:

 

0

0 2

K

m Km

B (1.18)

Trong đó: (Km)2 - Hệ số dẫn nước của lớp thấm xuyên

m0, K0 - Bề dày và hệ số thấm của lớp thấm nước kém

Cân bằng nước dưới đất trong vùng mỏ trước khi khai thác được biểu diễn bởi biểu thức:

F t

H t

WF Q

Q 1   (1.19)

Q - Dòng thấm chảy đến khu mỏ

Q1 - Dòng thấm chảy đi từ khu mỏ

W - Lượng thấm của nước mưa hoặc bốc hơi từ bề mặt nước ngầm trên một đơn vị diện tích

µ - Hệ số nhả nước hoặc thiếu hụt bão hòa của đất đá

ct d

t

H t

WF Q

Q      (1.20) Trong công thức (1.20) hai phần đầu được gọi là dòng chảy động Chúng được hình thành từ miền cung cấp của tầng chứa nước và lượng thấm của nước mưa trực tiếp trên diện tích phễu hạ thấp Thành phần thứ ba biểu diễn dòng chảy đến do xâm phạm vào trữ lượng tĩnh Phần thứ tư đặc trưng cho phần chảy đến công trình do sự cuốn theo trong quá trình tháo khô mỏ Thí dụ tổn thất thấm của sông

Trong trường hợp tổng quát phương trình (1.20) có dạng:

QT = Qd + Qt + Qct (1.21) Dòng chảy đến do xâm phạm vào trữ lượng tĩnh được xác định bởi biểu thức:

t F R

t

H

Q   (1.22) ∆H - Giá trị hạ thấp mực nước trung bình trong phạm vi phễu hạ thấp mực nước

µ - Hệ số nhả nước trung bình của đá trong phạm vi phễu hạ thấp

t - Thời gian dự kiến xâm phạm vào trữ lượng tĩnh

FR - Diện tích phễu hạ thấp mực nước

Dòng chảy động có thể được hình thành do lượng thấm của nước mưa, nước mặt, từ các tầng chứa nước khác qua các lớp thấm nước yếu và theo các đới phá hủy kiến tạo

Trong trường hợp khi nguồn cung cấp cơ bản cho nước dưới đất là nước mưa thì dòng chảy được xác định bởi công thức sau:

W - Lượng thấm của nước mưa (m cột nước)

F - Diện tích cung cấp của tầng chứa nước trong phạm vi ảnh hưởng thoát nước mỏ (m2

)

η - Hệ số dòng ngầm tính bằng phần trăm đơn vị

Công thức (1.23) được áp dụng trong trường hợp khi tầng chứa nước hình thành trong bồn kín về diện tích, trữ lượng động được cuốn theo hoàn toàn vào phạm vi ảnh hưởng của thoát nước mỏ

Đối với tầng chứa nước vô hạn trên bình diện, thành phần cân bằng do lượng mưa sẽ được tính theo thời gian liên quan với sự phát triển của diện tích giới hạn bởi đường phân thủy Giá trị dòng chảy trong trường hợp này có thể xác định bằng phương pháp thủy động lực

Trong một số trường hợp dòng chảy có thể đánh giá theo giá trị modun của dòng ngầm

mạch nước Trong trường hợp này mođun dòng ngầm được xác định chính xác trên cơ sở quan trắc động thái mạch nước Khi đó cần chú ý dòng chảy động có thể là nhỏ hơn thực tế bởi vì ngoài các mạch lộ,nước còn thoát ngầm

ra bên ngoài vùng cân bằng Phần này của trữ lượng động có thể được cuốn theo trong quá trình tháo khô mỏ do thay đổi cốt thoát nước dưới đất

Đối với những mỏ có liên quan với các khối karst thì dòng cuốn theo có thể được hình thành chủ yếu do thấm từ sông và các dòng tạm thời Trong trường hợp này có thể đánh giá định lượng bằng cách đo trực tiếp lưu lượng dòng chảy theo các mặt cắt thủy văn trong điều kiện thoát nước mạnh

Tùy thuộc vào thành phần của đá dưới lòng sông, quá trình thấm của nước sông có thể tăng, giảm hoặc không đổi theo thời gian Nếu lòng sông cắt vào đá karst có hang hốc được lấp đầy bởi cát - sét thì trong quá trình hạ thấp mực nước, chúng có thể bị rửa trôi làm cho dòng thấm tăng dần theo thời gian Khi mức độ nứt nẻ và karst giảm dần theo chiều sâu thì lưu lượng dòng thấm cũng giảm dần Trong cát kết lưu lượng dòng thấm có thể giảm do tăng mức độ bùn hóa trầm tích lòng sông

Khi đánh giá độ tin cậy của phương pháp cân bằng xác định lưu lượng dòng thấm đến công trình khai thác cần chú ý sự phá hủy điều kiện địa chất thủy văn tự nhiên của vùng mỏ có thể dẫn tới những thay đổi căn bản của các yếu tố cân bằng Trong đa số các trường hợp dự báo, những thay đổi này rất khó xác định, bởi thế kết quả đánh giá lượng nước chảy vào mỏ bằng phương pháp cân bằng chỉ là gần đúng và thường cho kết quả nhỏ hơn so với thực tế

Rõ ràng sự phá hủy động thái tự nhiên của nước dưới đất do thoát nước mỏ trong đa số trường hợp sẽ làm tăng giá trị cung cấp của nước dưới đất do sự

bổ sung của nước mặt cũng như làm giảm lượng thoát của nước dưới đất bằng con đường bốc hơi khi hạ thấp mực nước Trong điều kiện như thế nếu không chú ý đến các vấn đề nêu trên thì phương pháp cân bằng sẽ cho kết quả thấp

hơn so với thực tế Nhưng với sự giúp đỡ của phương pháp này khi tính được tất cả các nguồn cung cấp cho nước dưới đất trong khu mỏ có thể đánh giá trữ lượng tiềm năng cực đại của nước mặt và nước dưới đất chảy đến các công trình khai thác

Phương pháp cân bằng thường được sử dụng đối với các mỏ có liên quan đến các khối đá karst Bởi vì do mức độ không đồng nhất về tính thấm của đá karst nên rất khó sơ đồ hóa điều kiện địa chất thủy văn để tính toán bằng phương pháp thủy động lực

1.1.3 Phương pháp tương tự địa chất thủy văn

Xác định tổng dòng chảy đến các công trình khai thác là một trong những bài toán rất phức tạp của địa chất thủy văn mỏ.Bởi vì bằng phương pháp thủy động lực không bao giờ chú ý được hết những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến giá trị và đặc trưng của dòng chảy vào mỏ Để khắc phục nhược điểm này có thể sử dụng phương pháp tương tự địa chất thủy văn Thực chất đây là phương pháp thực nghiệm

Như chúng ta đã biết phương pháp này là gần đúng và chỉ cho giá trị trung bình của dòng thấm chảy đến công trình khai thác Nó dựa trên những thí nghiệm của công trình khai thác đang hoạt động nằm trong điều kiện địa chất thủy văn, kỹ thuật khai thác mỏ tương tự với khu mỏ dự kiến khai thác Người ta đã phân ra một vài phương pháp tương tự tính lượng nước chảy vào mỏ

1.1.3.1 Tính theo hệ số giàu nước

Hệ số giàu nước của mỏ đang làm việc Kg là tỉ số giữa lượng nước Qkt

tính bằng mét khối hút ra từ công trình đang khai thác trong một thời gian nhất định (thường là một năm) và khối lượng khoáng sản khai thác (T) thu được trong khoảng thời gian đó

Biết hệ số thực tế Kg sẽ tính được lượng nước chảy đến công trình dự kiến khai thác có điều kiện địa chất thủy văn và kỹ thuật khai thác mỏ tương

tự theo công thức:

Ở đây: Qkt : Lượng nước chảy đến công trình dự kiến khai thác

T: Khối lượng quặng sẽ khai thác trong khoảng thời gian bằng thời gian tính hệ số giàu nước

Phương pháp này đôi khi áp dụng được cả cho trường hợp mỏ ở xa các dòng và hồ nước mặt khi công suất của công trình và dự kiến như nhau

1.1.3.2 Xác định theo trị số hạ thấp mực nước dưới đất

Trong trường hợp này tổng dòng chảy đến mỏ được xác định bởi công thức:

Đối với nước có áp:

1

2 1 2

S

S Q

2

2

S S H

S S H Q Q





Trong đó:

Q2 - Lưu lượng dòng thấm đến công trình thiết kế (m3/h)

S2 - Trị số hạ thấp mực nước dự kiến tại công trình thiết kế (m)

Q1 - Lưu lượng dòng thấm đến công trình đang làm việc có điều kiện tương tự với công trình thiế kế (m3

/h)

S1 - Trị số hạ thấp mực nước quan trắc được tại công trình đang làm việc (m)

H2 , H1 - Bề dày của tầng chứa nước tại khu công trình thiết kế và khu có điều kiện tương tự với nó (m)

Phương pháp này được áp dụng trong điều kiện chuyển động ổn định của nước dưới đất và đã tính đến 2 yếu tố: Bề dày của lớp chứa nước và trị số hạ thấp mực nước trung bình trong công trình khai thác Nhưng ở đây chưa chú ý đến sự khác nhau về công suất khai thác cũng như khi chuyển động của nước

là không ổn định

1.1.3.3 Xác định theo tỉ lưu lượng và kích thước của công trình khai thác

Đối với một số mỏ người ta nhận thấy dòng thấm chảy đến công trình khai thác tỷ lệ thuận với chiều dài của công trình và diện tích khai thác

Ở đây,q: Lưu lượng đơn vị theo chiều dài (m) thực tế chảy đến công trình khai thác (m3/m.h)

L: Chiều dài của công trình dự kiến khai thác (m)

q1: Lưu lượng đơn vị theo diện tích thực tế thoát ra từ diện tích khai thác của mỏ tương tự (m3

/m2.h)

F1: Diện tích của mỏ dự kiến khai thác (m2

) Công thức (1.29) có thể được sử dụng cho những công trình khai thác đang làm việc và thiết kế khác nhau không lớn về diện tích Bởi vì giả thiết về mối quan hệ trực tiếp của dòng thấm với diện tích khai thác sẽ dẫn tới làm tăng dòng thấm tính toán

Trong thực tế đánh giá lượng nước chảy đến các công trình khai thác ở một số mỏ thuộc Liên Xô trước đây người ta còn sử dụng một số quan hệ sau:

n

S

S Q Q

1

2 1

2  (1.30)

1 2 1

2 1 2

S

S F

F Q

Q  (1.31)

1 1

2 2 1 2

F S

F S Q

Q  (1.32)

1 2 1

2 1 2

F

F S

S Q

Q  (1.33) Trong đó:

Q2 - Tổng dòng chảy đến công trình khai thác dự kiến (m3/ng)

Q1 - Tổng dòng chảy đến công trình đang khai thác có điều kiện địa chất thủy văn tương tự (m3

/ng)

S2 - Trị số hạ thấp mực nước dự kiến tại công trình dự kiến (m)

S1 - Trị số hạ thấp mực nước quan trắc được tại công trình đang khai thác (m)

F2 - Diện tích của công trình dự kiến khai thác (m2)

F1 - Diện tích của công trình khai thác trong khu vực có điều kiện tương tự (m2)

r

R Q

Q  (1.34)

Trong đó:

Qg - Lưu lượng chảy đến giếng khai thác (m3/ng)

Qlk - Lưu lượng chảy đến lỗ khoan (m3/ng)

rlk - Bán kính lỗ khoan (m)

Rg - Bán kính giếng mỏ (m)

Ở vùng Kudbax dòng thấm chảy đến công trình khai thác giảm đi rất rõ khi khai thác đến chiều sâu (200-250)m, khi tính lượng nước chảy đến công trình khai thác người ta thường sử dụng công thức:

B RK l

Q  m (1.35)

B Rq

Q  (1.36) Trong đó:

Q - Dòng thấm dự kiến chảy đến công trình khai thác (m3/ng)

B - Chiều rộng của công trình khai thác theo góc dốc của vỉa (m)

R - Bán kính ảnh hưởng xác định theo tài liệu thí nghiệm (m)

Q1 - Dòng thấm thực tế chảy đến công trình đang khai thác (m3/ng)

F1 - Diện tích của công trình khai thác (m2)

1.1.4 Phương pháp thuỷ lực

Thực chất của việc dự báo lượng nước chảy vào mỏ bằng phương pháp thuỷ lực là ngoại suy lượng nước theo tài liệu thí nghiệm Người ta có thể ngoại suy theo chiều sâu nghĩa là theo sự tăng của trị số hạ thấp mực nước hay diện tích của khu mỏ Cách ngoại suy như thế có thể áp dụng cho cả các mối quan hệ về thuỷ động lực Như vậy những công thức đã dẫn ra ở trên có thể sử dụng cho cả phương pháp tương tự lẫn phương pháp thuỷ lực

Để áp dụng phương pháp thủy lực, khi tính toán lượng nước chảy vào

mỏ cần tiến hành hút nước với 3 cấp lưu lượng và hút nước tháo khô thử Nếu như đối với cung cấp nước phải tiến hành hút nước với lưu lượng không đổi

để cho mực nước hạ thấp dần đến khi đạt trạng thái gần ổn định, thì đối với tháo khô mỏ phải tiến hành hút nước với trị số hạ thấp mực nước không đổi

để cho lưu lượng thay đổi đến khi đạt trạng thái gần ổn định hoặc ổn định Hiện tại người ta xác định được 4 mối quan hệ giữa lưu lượng và trị số hạ thấp mực nước

Mối quan hệ của Duypuy:

Smax: Trị số hạ thấp mực nước cực đại khi hút nước thí nghiệm

Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp, để dự báo lượng nước chảy vào mỏ sẽ tiến hành hút nước tháo khô thử hay tháo khô - thí nghiệm Khi đó

có thể tiến hành hút nước từ một lỗ khoan hay một nhóm lỗ khoan Giả sử có tài liệu hút nước thử từ một lỗ khoan có thể ngoại suy lưu lượng của lỗ khoan theo công thức:

tk tk tn

tk

S S H

S S H Q Q







2 2

(1.42)

Trong đó:

Qtk: Lưu lượng dự kiến khi tháo khô với trị số hạ thấp mực nước Stk

Qtn: Lưu lượng hút nước tháo khô - thí nghiệm với trị số hạ thấp mực nước Stn

H: Bề dày tầng chứa nước

1.2 Lựa chọn phương pháp tính toán tháo khô mỏ than Mạo Khê khi khai thác đến cốt cao (-150)m

1.2.1 Luận giải phương pháp tính toán lượng nước chảy vào mỏ Mạo Khê

Cả 4 phương pháp: Thủy động lực, cân bằng, tương tự ĐCTV, thủy lực đều có thể tính toán lượng nước chảy vào mỏ

Căn cứ theo điều kiện địa chất, địa chất thủy văn đối với mỏ than Mạo Khê hiện đang khai thác từ mức -80 trở lên Điều kiện cấu trúc địa chất rất phức tạp, địa tầng phân nhịp, nước có áp….Do vậy, chúng tôi phân tích đánh giá khả năng áp dụng các phương pháp tính toán lượng nước chảy vào mỏ than Mạo Khê như sau:

- Đối với phương pháp cân bằng: Khi sử dụng phương pháp này đòi hỏi

phải có công trình quan trắc chi tiết bằng thực nghiệm các nguồn chảy đến và chảy đi khỏi khu mỏ cũng như trữ lượng tĩnh và sự thay đổi của nó theo thời gian Đối với mỏ than Mạo Khê là mỏ khai thác hầm lò xuống sâu đòi hỏi tính toán lượng nước chảy vào mỏ thật chính xác để tính toán thiết kế hầm bơm, công suất máy bơm Do vậy, phương pháp này chưa tính toán được giá trị chính xác dòng ngầm chảy vào mỏ khi khai thác xuống sâu, trị số hạ thấp mực nước cũng như sự biến đổi giá trị đó theo thời gian

- Đối với phương pháp phương pháp thủy lực: Để sử dụng phương pháp

này tính toán lượng nước dưới đất chảy vào mỏ, ở giai đoạn thăm dò phải tiến hành các thí nghiệm thoát nước với nhiều cấp lưu lượng hay thoát nước thử Thí nghiệm thoát nước thử này thường được tiến hành đồng thời từ một hay

một vài công trình với điều kiện tương tự như khi thoát nước mỏ trong công trình khai thác sau này Điều kiện địa chất phức tạp, mức độ công trình thí nghiệm còn ít, đặc biệt địa tầng khu mỏ Mạo Khê phân nhịp, nước có áp Do vậy để tính toán lượng nước chảy vào mỏ bằn phương pháp thủy lực phải bơm hút nước thí nghiệm 3 lần hạ thấp với tất cả các tầng chứa nước khu mỏ

Do vậy, công tác hút nước thí nghiệm ở mỏ than Mạo Khê chưa đủ thông số

để áp dụng tính toán bằng phương pháp này

- Đối với phương pháp thủy động lực: Được sử dụng khi tài liệu đo vẽ, múc nước thí nghiệm, hút nước thí nghiệm, quan trắc động thái nước mặt, nước đưới đất phải đầy đủ để làm sáng tỏ điều kiện biên và các thông số của trường thấm Căn cứ vào nguồn tài liệu ĐCTVtrong giai đoạn thăm dò hiện

có ở mỏ than Mạo Khê quá trình bơm hút nước thí nghiệm theo phân tầng khai thác đã đồng nhất hệ số thấm (K) Do vậy phương pháp thủy động lực có thể áp dụng để tính toán lượng nước chảy vào mỏ than Mạo Khê Mặt khác phương pháp thủy động lực khi tính toán có kết quả sát với điều kiện thực tế

và được áp dụng hầu hết trong các mỏ khai thác than Vì vậy chúng tôi chọn phương pháp thủy động lực để tính toán lượng nước chảy vào mỏ

- Đối với phương pháp tương tự ĐCTV: Phương pháp này có thể phát huy được ưu thế trong điều kiện địa chất thủy văn mỏ Mạo Khê Khi khai thác các phân tầng phía dưới có điều kiện địa chất tương tự phân tầng trên, diện tích và các vỉa khai thác tương tự chỉ khác nhau về độ sâu khai thác và trị số

hạ thấp mực nước Mặt khác do ảnh hưởng của khai thác tạo ra sự sụt lún, độ

lỗ rỗng đất đá thay đổi nếu có công trình quan trắc phương pháp tương tự ĐCTV sẽ phát huy rất hiệu quả tại mỏ than Mạo Khê Do vậy trong luận văn này chúng tôi sẽ sử dụng một số công thức thực nghiệm dựa trên các công trình quan trắc của mỏ than Mạo Khê để kết hợp với phương pháp thủy động lực để tính toán dự báo lượng nước chảy vào mỏ

1.2.2 Lựa chọn phương pháp tính lượng nước chảy vào mỏ Mạo Khê

Căn cứ theo điều kiện địa chất thủy văn khu mỏ, thiết kế kỹ thuật khai thác, kết quả luận giải phương pháp tính: Tác giả chọn Phương pháp thủy động lực kết hợp với công thức thực nghiệm để đánh giá lượng nước chảy vào mỏ

- Phương pháp thủy động lực được áp dụng để tính lượng nước chảy vào mỏ khi khai thác than đến cốt (-150)m

- Công thức thực nghiệm để tính toán sự biến đổi lưu lượng nước chảy vào mỏ theo mùa và lượng nước do ảnh hưởng của khai thác phân tầng từ mức -80 lên lộ vỉa ngấm xuống phân tầng -80/-150

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

VÀ HIỆN TRẠNG KHAI THÁC MỎ MẠO KHÊ

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí mỏ than Mạo Khê

Phía Đông khu mỏ giáp xã Phạm Hồng Thái, Phía Tây giáp xã Kim Sơn, Phía Nam giáp quốc lộ 18A (chạy qua thị trấn Mạo Khê), Phía Bắc giáp xã Tràng Lương, huyện Đông Triều

2.1.2 Địa hình

Mỏ than Mạo Khê là một khu đồi núi, thấp dần về phía Nam Địa hình bị bào mòn kéo dài từ Đông sang Tây với độ cao trung bình từ +15m đến +505m

Điểm cao nhất trên đỉnh núi Cao Bằng (ở T.IX) Các vỉa than cánh Bắc nằm trên sườn núi cao Các vỉa than cánh Nam nằm trên địa hình khá bằng phẳng

2.1.3 Sông, suối, ao, hồ

- Phía Bắc khu mỏ Mạo Khê có sông Trung Lương, chiều rộng từ 50m đến 100m, chiều sâu cột nước từ (0,5 -1)m Nằm cách 3Km về phía Nam, có sông Đá Bạch chiều rộng từ 200m đến 300m Nước sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Mực nước mặn lên xuống từ (2 – 4)m Khi nước rút, chiều sâu cột nước từ (2-7)m

- Trong mỏ có hai con suối: Đó là suối Văn Lôi và suối Bình Minh Địa hình dốc, nên khi có mưa rào, nước mưa tập trung rất nhanh, dễ tạo thành lũ

- Các ao, hồ chủ yếu tập chung ở phần địa hình cánh Nam khu mỏ, trong đó có hai hồ lớn là hồ Nội Hoàng và hồ Cầu Cuốn

2.1.4 Khí hậu

Mỏ Mạo Khê nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới Khí hậu hàng năm chia

ra hai mùa rõ rệt Lượng mưa bình quân năm là 1476 mm, lớn nhất là 1760,5mm, nhỏ nhất là 1021 mm (xem bảng 1.1) Mùa mưa kéo dài từ tháng

4 đến tháng 9, lượng mưa chiếm 90% lượng nước mưa cả năm Lượng bốc hơi bình quân trong năm là 776,6 mm (thấp nhất là 762,1 mm, cao nhất là 791,6 mm)

Nhiệt độ trung bình hàng năm là 23,30C Về mùa hè thịnh hành gió Đông Nam còn về mùa đông là gió Đông Bắc với tốc độ gió lớn nhất là 38 m/s Mỏ gần biển, nên chịu ảnh hưởng của biển Hàng năm đôi khi có bão Hướng gió thay đổi theo mùa Độ ẩm trung bình hàng năm 68% Lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi (xem bảng 2.1)

Bảng 2.1: Bảng quan trắc lượng mưa tại trạm Mạo Khê (năm 2002-2012)

Năm

mưa (mm)

2.1.5 Giao thông

Trong khu mỏ có đường sắt nối liền nhà sàng với ga Mạo Khê, dài khoảng 2 km Tuyến đường sắt này được hoà chung vào mạng lưới giao thông Quốc gia Cách 2 km về phía Nam là đường quốc lộ 18A Phía Nam khu mỏ

có sông Đá Bạc Sông chảy theo hướng Bắc Nam và đổ về Quảng Yên Đây

là đường giao thông thuỷ rất thuận lợi Thuyền và sà lan có trọng tải 300 tấn

2.2.1 Hiện trạng khai thác lộ vỉa

Trong những năm trước đây (1981 - 1983), các vỉa than lớn hơn 2m, có điều kiện giao thông tốt đều được các tổ chức sản xuất khai thác Trong tổng

số 40 vỉa than tham gia tính trữ lượng, có 19 vỉa được khai thác đầu lộ vỉa Hình thức khai thác chủ yếu là san gạt phần đầu lộ vỉa rồi xúc lộ thiên Đôi nơi đã đào các lò ngách theo vỉa hoặc giếng nông ngay tại phần lộ vỉa khai thác Công nghệ khai thác thủ công, nên mức khai thác theo hướng cắm thường chỉ từ (15 - 20)m, đôi khi tới (30  45)m (V.8 cánh Nam)

2.2.2 Hiện trạng khai thác hầm lò

Trước năm 1954 người Pháp đã tiến hành khai thác một số vỉa than ở

mỏ Mạo Khê Công nghệ khai thác chủ yếu là thủ công, bán cơ giới Công trình khai thác chủ yếu là lò bằng, lò nghiêng theo vỉa hoặc giếng nông Sản lượng khai thác khoảng 6 triệu tấn

Từ năm 1955, mỏ than Mạo Khê được khôi phục và đi vào khai thác lò bằng

ở mức +30 trở lên Các vỉa đã khai thác gồm V.3(38), V.5(40), V.6(41), V.7(42), V.8(43), V.9v(44v), V.9b(44b) và V.10(45) Tổng trữ lượng than nguyên khai

khoảng 20 triệu tấn hầm lò Hiện nay ở các mức lò bằng đang khai thác trở lại các phân vỉa của các vỉa như V.6(41) tuyến T.VI, lò 58I, vỉa V.9b(44b), V.9v(44v) lò 56I

và lò ngầm vỉa V.5(40) Hệ thống lò Non Đông, Tràng Khê I, lò +58, +56 cơ bản đã dừng khai thác

Từ năm 1970, Xí nghiệp xây lắp 4 còn thi công hệ thống giếng nghiêng mức (-150), để khai thác các vỉa than khối Nam Giếng do Trung Quốc thiết

kế, khởi công xây dựng sau đó Viện Gibrsac của Liên Xô cũ điều chỉnh thiết

kế và xây dựng Thiết kế ban đầu khai thác từ (-150), cắt qua các vỉa V.9b(44b), V.9a(44a), V.9v(44v), V.8(43), V.8a(43a) khối Nam Do điều kiện

về vốn đầu tư không đủ nên hệ thống giếng nghiêng (-150) tạm đóng cửa chưa thi công tiếp

Từ năm 1992 đến nay, mỏ than Mạo Khê mở thêm hệ thống giếng nghiêng từ mức -25 đến +30 cho các vỉa V.5(40) đến vỉa V.10(45) phía Bắc (Tràng Khê I) Đến hết năm 1993 bắt đầu đi vào khai thác các vỉa V.6(41), V.7(42), V.8(43)

Ở khối phía Nam có thi công hai lò bằng xuyên vỉa V.7(72) ở mức +25

và +60 để thăm dò kết hợp khai thác V.8(43) đến V.6(41), xong vì độ dốc vỉa lớn (trên 650) nên bỏ không khai thác tiếp Hệ thống lò Tự lực khai thác vỉa V.10(45) và V.9b(44b) mức -25 cũng đã dừng do phần phía Đông chiều dày vỉa V.10(45) mỏng khai thác không đem lại hiệu quả kinh tế, vỉa V.9b(44b) bị nước từ moong khai thác lộ vỉa theo hố sụt chảy vào lò không khai thác được

Hiện tại mỏ Mạo Khê đã và đang khai thác các vỉa than V.6(61), V.7(42), V.8(43), V.9v(44v), V.9b(44b) V10(45) Ranh giới khai thác từ T.IIa đến T.Ixa Độ sâu khai thác đến cốt cao (-80)m (Xem hình 2.2, 2.3)

Công tác thoát nước được thực hiện bằng phương pháp tự chảy và bơm cưỡng bức Với hệ thống đường lò từ mức +30m trở lên nước được thoát tự chảy qua mương về khu vực suối Bình Minh Từ mức -25m trở xuống nước được bơm cưỡng bức ra suối Bình Minh

Hiện nay Công ty đang chuẩn bị đào hệ thống lò xây dựng cơ bản và chuẩn bị sản xuất để phục vụ việc khai thác phân tầng -150/-80 Điều kiện đường lò xuống sâu, áp lực mỏ lớn, nguy cơ mất an toàn do sự cố bục nước khi khai thác hầm lò là rất cao

2.3 Quy hoạch khai thác mỏ Mạo Khê

Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đã có Quyết định

số 153/QĐ-XDM ngày 22 tháng 01 năm 2009 phê duyệt dự án điều chỉnh Đầu tư mở rộng sản xuất Công ty than Mạo Khê đạt công xuất 1,6 triệu tấn/năm Dự án chủ yếu tập trung khai thác các vỉa than V.6(61), V.7(42), V.8(43), V.9v(44v), V.9b(44b) V10(45) và V8CN Ranh giới khai thác từ T.IIa đến T.Ixa Độ sâu khai thác đến cốt cao (-150)m (xem hính 2.4)

Toàn bộ phần đầu lộ vỉa của các vỉa than trên đã được khai thác lộ thiên

và hầm lò ở các mức (+30, +58, +100), do vậy khi khai thác các phân tầng dưới sẽ bị ảnh hưởng rất lớn của nước ngầm hình thành từ một phần đá vách của các vỉa đã khai thác bị sập đổ Nước mưa, nước mặt ngấm theo các đầu lộ vỉa đã khai thác lộ thiên xuống khu khai thác lò cũ chảy vào khai trường đang sản xuất gây bục nước rất nguy hiểm Do đó một những vấn đề rất bức súc phải nghiên cứu đối với mỏ than Mạo Khê, nghiên cứu sự hình thành dòng ngầm chảy vào mỏ.Tính toán, dự báo lượng nước chảy vào khai trường khi

khai thác đến cốt cao (-150)m, đề xuất các giải pháp thoát nước mỏ

Hình 2.2: Bản đồ hiện trạng khai thác mỏ Mạo Khê