Nghiên cứu dự báo các vấn đề địa chất công trình khu mỏ đá vôi huyện kiên lương hà tiên phục vụ mở rộng các nhà máy xi măng

Sơ lược về các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình phát sinh trong khai thác mỏ lộ thiên Trước hết, như chúng ta đều biết: các quá trình địa chất được thể hiện ở sự tạo

-  -

Nguyễn Thanh H-ơng

Nghiên cứu tính toán và dự báo các vấn đề địa chất công

trình khu mỏ đá vôi huyện Kiên L-ơng- Hà Tiên

phục vụ mở rộng các nhà máy xi măng

luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hà Nội-2010

-  -

Nguyễn Thanh H-ơng

Nghiên cứu tính toán và dự báo các vấn đề địa chất công

trình khu mỏ đá vôi huyện Kiên L-ơng- Hà Tiên

phục vụ mở rộng các nhà máy xi măng

Chuyên ngành: địa chất công trình

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tại huyện Kiên Lương tỉnh Kiên Giang phân bố rộng rãi đá vôi tuổi Pecmi thuộc hệ tầng Hà Tiên (P1-2ht) Từ trước ngày giải phóng miền Nam đến nay, đá vôi

ở đây đã được khai thác phục vụ cho sản xuất xi măng của nhà máy XM Hà Tiên Sau ngày giải phóng, nhất là những năm gần đây, khu mỏ đá vôi này đã được khai thác với quy mô lớn Cũng tại đây, nhiều nhà máy xi măng được xây dựng để sản xuất xi măng phục vụ cho các tỉnh phía Nam như: Nhà máy xi măng Hà Tiên 1, nhà máy xi măng Hà Tiên 2, Nhà máy xi măng Holxim Cùng với sự phát triển của các nhà máy xi măng, nhu cầu về đá vôi và sét ngày càng đòi hỏi với trữ lượng lớn Như vậy, vấn đề đặt ra là phải khai thác chẳng những mở rộng về diện mà còn phải khai thác xuống sâu Công tác nghiên cứu ĐCCT, ĐCTV đã được tiến hành, tuy nhiên việc nghiên cứu còn dừng lại ở quy mô nhỏ lẻ phục vụ khai thác trước mắt

Vì vậy, việc đánh giá điều kiện ĐCCT, dự báo các vấn đề ĐCCT một cách tổng hợp, hệ thống khu mỏ phục vụ dự án mở rộng qui mô khai thác của các nhà máy xi măng ở Kiên Lương Hà Tiên là rất cần thiết Chính vì thế, đề tài “ Nghiên cứu và

dự báo các vấn đề địa chất công trình khu mỏ đá vôi huyện Kiên Lương tỉnh Kiên Giang phục vụ mở rộng các nhà máy xi măng” có tính cấp thiết

2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở đánh giá tổng thể điều kiện ĐCCT mỏ, yêu cầu về mở rộng qui

mô khai thác, dự báo các vấn đề ĐCCT có thể xảy ra ở khu mỏ khai thác đá vôi Kiến nghị các giải pháp xử lý thích hợp phục vụ mở rộng quy mô khai thác đá vôi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: khu mỏ đá vôi huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang ( Gồm các mỏ như: núi Trầu, núi Còm, núi Châu Hang, núi Nai ,Bãi Voi, Cây Xoài).

- Phạm vi nghiên cứu: dự kiến nghiên cứu toàn bộ khu mỏ, chiều sâu nghiên cứu sẽ căn cứ vào yêu cầu về độ sâu khai thác của từng mỏ Chiều sâu lớn nhất dự kiến là khoảng từ -75 đến -100m

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Nhiệm vụ của Luận văn là làm sáng tỏ:

- Điều kiện địa lý, tự nhiên khu mỏ;

- Điều kiện ĐCCT khu mỏ;

- Đặc điểm khu mỏ, quy mô khai thác hiện tại và tương lai, công nghệ khai thác;

- Dự báo các vấn đề ĐCCT có thể phát sinh khi khai thác;

- Kiến nghị và đề xuất các giải pháp xử lý các vấn đề ĐCCT phát sinh (trượt

bờ moong khai thác, nước chảy vào mỏ,…)

5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích, nhiệm vụ của đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

-Tổng quan về các vấn đề địa chất công trình mỏ;

- Điều kiện địa lý tự nhiên khu vực Kiên Lương-Kiên Giang;

- Đặc điểm phạm vi phân bố của khu mỏ đá vôi;

- Điều kiện ĐCCT của khu mỏ đá vôi;

- Đặc điểm qui mô và công nghệ khai thác đá vôi sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng ở Hà Tiên;

- Nghiên cứu và dự báo các vấn đề địa chất công trình có thể xảy ra ở khu

mỏ đá vôi Hà Tiên khi khai thác ở độ sâu -75m đến -100m

6 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp được sử dụng trong luận văn bao gồm:

- Phương pháp thu thập và hệ thống tài liệu: thu thập, hệ thống tài liệu dưới các dạng, hình thức khác nhau (văn bản, báo cáo, bản đồ,…) nhằm tận dụng các tài liệu đã có, phân tích định hướng nghiên cứu tiếp theo;

- Phương pháp địa chất: đi khảo sát, mô tả ngoài trời, nghiên cứu bổ sung những số liệu địa chất , ĐCTV, ĐCCT mỏ;

- Phương pháp tính toán và xử lý tổng hợp số liệu: tính toán trên cơ sở các công thức lý thuyết trong việc tính toán lượng nước chảy vào mỏ; góc dốc bờ moong khai thác

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu là tài liệu để định hướng khi lập các dự án khai thác đá vôi thuộc khu vực Hà Tiên phục vụ cho sản xuất xi măng ở độ sâu từ -75m đến -100m;

- Kết quả nghiên cứu có thể tham khảo khi nghiên cứu ĐCCT mỏ cho các

mỏ đá vôi có điều kiện tương tự

8 Cơ sở tài liệu của luận văn

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu:

- Các bản đồ về địa chất, địa mạo, ĐCCT lãnh thổ Việt Nam nói chung và khu vực Hà Tiên, Kiên Giang nói riêng;

- Các tài liệu nghiên cứu khảo sát ĐCCT- ĐCTV vùng Hà Tiên, Kiên Giang

- Các báo cáo khảo sát ĐCCT khu mỏ đá vôi ở Hà Tiên- Kiên Giang

9 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và Kết luận, luận văn gồn có Chương với 114 trang khổ A4, 10 trang khổ A3, 31 biểu bảng, 15 hình ảnh, 14 danh mục tài liệu tham khảo

Luận văn được hoàn thành dưới sự hưỡng dẫn khoa học của PGS.TS Đỗ Minh Toàn; sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Địa chất công trình, Khoa địa chất, Phòng Đại học và sau đại học Trường Đại học Mỏ Địa chất; Viện lưu trữ thông tin địa chất và các bạn đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Minh Toàn, các tập thể, các cơ quan, các Nhà Khoa học

và đồng nghiệp kể trên về sự giúp đỡ quý báu đó

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN

1.1 Khái quát tình hình nghiên cứu địa chất công trình mỏ đá vôi ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều các nhà máy xi măng với quy mô lớn nhỏ khác nhau Có thể kể tên một số nhà máy ở bảng 1.1 [11]

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp về nguyên liệu đá vôi của một số

Nhà máy xi măng ở Việt Nam

TT Tên các nhà máy

Công suất kh.thác đá vôi (triệu tấn/năm)

Tổng trữ lượng (triệu tấn)

Trữ lượng ước tính còn lại (triệu tấn)

Hình thức khai thác

2

Nhà máy xi măng Tam

Khai thác lộ thiên trên mức thoát nước tự chảy

3 Nhà máy xi măng Hải

Khai thác lộ thiên

cả trên và dưới mức thoát nước tự chảy

4 Nhà máy xi măng Đồng

Khai thác lộ thiên trên mức thoát nước tự chảy

5 Nhà máy xi măng Nghi

Khai thác lộ thiên trên mức thoát nước tự chảy

6 Nhà máy xi măng

ViNakansai 3.80 103,50 103,50

Khai thác lộ thiên trên mức thoát

nước tự chảy

7 Nhà máy xi măng Tây

Khai thác lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy

8 Nhà máy xi măng Bình

Khai thác lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy

Công tác nghiên cứu ĐCCT phục vụ khai thác đá vôi từ xưa đến nay chủ yếu phục vụ cho từng mỏ riêng biệt mà không nghiên cứu tổng quát Các vấn đề chính thường được quan tâm là: tính toán gốc ổn định bờ moong cho từng mức khai thác khác nhau và tính toán lượng nước chảy vào mỏ Các vấn đề này phát sinh chủ yếu trong quá trình khai thác như: đổ đá, cát chảy, ít được quan tâm đến Chính vì vậy dẫn đến một số sự cố tại một số mỏ như: thảm họa sạt lở mỏ đá D3 khiến 18 kỹ sư

và công nhân tử nạn tại công trường thủy điện Bản Vẽ- Nghệ An hay vụ sụt đất nghiêm trọng ở thôn Đồng Xá, xã Ninh Dân, huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ do việc khai thác đá vôi của công ty XM Phú Thọ dẫn đến việc hình thành nên các hố

sụt lớn, rất sâu, tốc độ sụt lở rất nhanh, đôi khi chỉ vài giây đe dọa đến tính mạng và của cải củ người dân ở đây …

Ảnh 1.1 - Hình ảnh tìm người trong đống đá tại công trường thủy điện Bản Vẽ

Ảnh 1.2 - Một hố sụt tại huyện Ninh Dân tỉnh Phú Thọ

Khu mỏ đá vôi Hà Tiên đã được rất nhiều Nhà Địa chất quan tâm nghiên cứu Giai đoạn trước năm 1975, gồm có các công trình nghiên cứu của các Nhà Địa chất Pháp được thể hiện trên các bản đồ địa chất tỷ lệ 1/500.000 tờ Sài Gòn và tờ Vĩnh Long do E Saurin biên tập và xuất bản năm 1937 và năm 1962 trên cơ sở các công trình nghiên cứu trước đó của A Petiton, H Mansuy, H Lantenois, J Gubler

và E Saurin Trong những năm 1969-1970, H Fontaine đã có các công trình nghiên cứu vùng ven biển Hà Tiên Giai đoạn sau năm 1975, đã có hàng loạt công trình nghiên cứu địa chất khoáng sản được tiến hành trong khu vực bao gồm: các công trình thăm dò đá vôi, sét nguyên liệu xi măng của Tôn Thất Tý (1979), công trình nghiên cứu lập bản đồ địa chất, tỷ lệ 1/500.000 của Trần Đức Lương và Nguyễn Xuân Bao (1981), công trình lập Bản đồ địa chất, tỷ lệ 1/200.000 của Hoàng Ngọc Kỷ và Nguyễn Ngọc Hoa (1991), công trình hiệu đính loạt tờ Đồng Bằng Nam Bộ do Nguyễn Xuân Bao chủ biên (1996), công trình thăm dò tỷ mỷ đá vôi từ +2m đến –35m của Nguyễn Ngọc Vân (1997), công trình đo vẽ lập Bản đồ địa chất và điều tra khoáng sản nhóm tờ Hà Tiên-Phú Quốc, tỷ lệ 1/50.000 của Trương Công Đượng (1998) gần đây nhất có báo cáo kết quả thăm dò mở rộng

mỏ đá vôi núi Trầu, núi Còm, núi Châu Hang huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Lương (2004); báo cáo kết quả thăm dò mỏ đá vôi núi Nai huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang (2004) báo cáo do Liên Đoàn bản đồ địa chất miền Nam thực hiện; báo cáo kết quả thăm dò mỏ đá vôi Bãi Voi, Cây Xoài huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang (năm 2008) do Liên đoàn Địa chất xạ hiếm thực hiện Các báo cáo này đã đề cập đến một số vấn đề như:

- Nghiên cứu địa hình, cấu trúc địa chất vùng và địa chất mỏ;

- Lập các bản đồ ĐCTV-ĐCCT cho các mỏ;

- Đã tính toán, dự báo góc dốc bờ moong khai thác đến -35m và lượng nước chảy vào mỏ riêng biệt

Tuy nhiên, các tài liệu nghiên cứu còn sơ sài, ít thực tế, Bản đồ ĐCTV- ĐCCT chủ yếu quan tâm đến sự phân bố các lớp đất đá mà không gắn liền với tính toán dự báo các vấn đề ĐCCT Việc nghiên cứu chỉ riêng cho từng mỏ nhỏ lẻ và mang tính chất như một nội dung yêu cầu để tính trữ lượng mỏ nên không đi sâu vào vào phân tích những vấn đề ĐCCT có thể xảy ra trong phạm vi khu mỏ Chính

vì vậy, trong luận văn này, tác giả đã cố gắng tổng hợp, nghiên cứu, tính toán và dự báo các vấn đề ĐCCT khu mỏ đá vôi huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang một cách khái quát nhất Để làm được điều này, trước hết chúng ta cần hiểu sơ bộ về các quá trình và hiện tượng địa chất

1.2 Sơ lược về các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình phát sinh trong khai thác mỏ lộ thiên

Trước hết, như chúng ta đều biết: các quá trình địa chất được thể hiện ở sự tạo thành và phá hoại đất đá, sự biến đổi trạng thái vật lý và điều kiện thế nằm của chúng, sự hình thành và biến đổi địa hình mặt đất, cấu trúc mặt đất, cấu trúc vỏ trái đất và kiến trúc bên trong của nó nói chung Tất cả các quá trình địa chất đều có ý nghĩa lớn về phương diện công trình, vì chúng có ảnh hưởng đến sự ổn định của một vị trí và tương ứng, cũng ảnh hưởng tới sự ổn định của các công trình hiện có, đang được thiết kế và xây dựng Trên lãnh thổ cuả nhiều miền, vùng và khu có các quá trình và hiện tượng địa chất nào đó phát triển thì việc bố trí các loại công trình, điều kiện xây dựng, ổn định và khai thác bình thường các công trình đó đều gặp nhiều khó khăn, phức tạp

Từ những năm sau chiến tranh, phương pháp khai thác lộ thiên những mỏ khoáng sản rắn ở Việt Nam trở thành phương hướng kĩ thuật quan trọng nhất Trong tương lai, với sự phát triển kinh tế của đất nước, khối lượng công tác mỏ sẽ tăng lên và những khu vực mới cũng sẽ được gây dựng Chỉ riêng kết quả hoạt động của con người khi khai thác mỏ khoáng sản có ích cũng đã gây nên sự dịch

chuyển qui mô lớn của những khối đất đá ở phần trên của vỏ trái đất Cùng với việc

xây dựng công trường khai thác lộ thiên, hầm lò và đổ đất đá thải, địa hình bề mặt

và cảnh quan của trái đất bị biến đổi đáng kể, tuơng ứng, những diện tích rộng lớn

có ích cũng bị loại trừ dần Việc xây dựng công trường khai thác lộ thiên và đổ đất

đá thải thường gây ra trượt, lở và sạt bờ mỏ cũng như mái dốc, còn việc xây dựng

hầm mỏ thì nhiều khi làm cho đất đá ở trụ và nóc các hầm lò ngầm bị xê dịch nhiều

hoặc bị biến dạng dưới hình thức khác Những biến dạng đó lan tới mặt đất và phá

huỷ sự ổn định của các công trình đã có hoặc đang xây dựng

Việc mở rộng qui mô khai thác than, quặng và những dạng khoáng sản có

ích khác, cũng như việc khai khẩn những mỏ mới đều gắn liền với vấn đề tháo khô

mỏ, hạ thấp mực nước dưới đất hoặc cột nước áp lực Với mục đích đó, ở các khu

vực mỏ khoáng sản có ích hiện nay đã lấy đi một lượng lớn nước ra khỏi các tầng

trên của vỏ trái đất; thậm chí mực nước và cột áp của nước dưới đất bị hạ thấp hàng

chục, hàng trăm trên những diện tích hàng trăm và hàng ngàn kilômét vuông Việc

bơm hút mạnh mẽ và lâu dài nước dưới đất làm biến đổi động thái và điều kiện địa

chất thuỷ văn nói chung trên những diện tích rộng lớn Điều đó dẫn tới sự phát sinh

những quá trình và hiện tượng địa chất khác nhau làm tăng chiều dày đới thông khí,

làm khô đất đá và biến đổi trạng thái vật lý của chúng, thay đổi trạng thái ứng suất

của đất đá, làm đất đá chặt thêm và đưa đến hậu quả sụt lún mặt đất cùng những tác

hại khác

Như vậy, khi tiến hành khai thác lộ thiên thường xảy ra các hiện tượng địa

chất động lực phổ biến như : hiện tượng trượt lở bờ moong khai thác; Hiện tượng

nước chảy vào moong khai thác…

Để có thể hiểu rõ hơn về các hiện tượng này, chúng ta sẽ sẽ nghiên cứu bản

chất và ảnh hưởng của chúng đến quá trình khai thác đất đá nói chung và khai thác

đá vôi nói riêng

1.2.1 Hiện tƣợng trƣợt lở bờ moong khai thác

Khối trượt là khối đất đá đã hoặc đang trườn về phía dưới sườn dốc, mái dốc (sườn nhân tạo) do ảnh hưởng của trọng lực, áp lực thủy động, lực địa chấn và một

số lực khác Sự hình thành một khối trượt là kết quả của quá trình địa chất được biểu hiện ở sự dịch chuyển thẳng đứng và dịch chuyển ngang những khối đất đá khi

đã mất ổn định, tức là mất cân bằng [12]

Sự dịch chuyển đất đá trong quá trình trượt thường xảy ra theo một hoặc vài mặt trượt Các mặt trượt đó là yếu tố kiến trúc đặc trưng và không thể thiếu được đối với mỗi khối trượt Do đó, hiện tượng trượt luôn luôn kèm theo sự cải biến địa hình khu vực, cấu trúc địa chất ở đó và cho thấy rằng đất đá trên sườn dốc và mái dốc đã bị mất ổn định do ảnh hưởng của một số nguyên nhân nào đó

Trượt rất đa dạng về kích thước (qui mô), về loại dịch chuyển đất đá, nguyên nhân phá vỡ cân bằng của nó, động lực phát triển của quá trình và những dấu hiệu khác

Mỗi một khối trượt có một độ ổn định nào đó Khi các khối đất đá đã bị dịch chuyển, những nguyên nhân gây ra trượt đã hoàn toàn hoặc tạm thời bị loại trừ thì khối trượt đó sẽ được ổn định Trong trường hợp nguyên nhân gây ra sự dịch chuyển đất đá mới được loại trừ một phần, thì khối trượt đó vẫn chưa được ổn định Khi thiết kế, xây dựng và khai thác các công trình, điều quan trọng không những là phát hiện sự phân bố các khối trượt, dự báo khả năng hình thành của nó, mà còn phải đánh giá mức độ ổn định các khối trượt đó, để trong trường hợp cần thiết, báo trước sự phát triển, ngăn chặn, hoặc hạn chế tác dụng (sự dịch chuyển)

Trượt là nguy cơ lớn không những gặp phải trên sườn dốc tư nhiên mà cả trên sườn dốc nhân tạo, tức là trên mái dốc nền đường, đê, đập, rãnh đào, bờ mỏ lộ thiên… Chẳng hạn người ta đã biết rất nhiều hiện tượng trượt trên các mỏ khoáng

sản có ích (than, quặng, vật liệu xây dựng…) khi thác bằng phương pháp lộ thiên

Ở đó trượt phát sinh trên bờ mỏ và các tầng khai thác của công trường là nguy cơ

đe dọa thường xuyên đối với viêc tiến hành bình thường công tác mỏ và gây ra sự

cố

Trượt không những làm cho khu vực mất ổn định, phá hoại công trình, bờ

mỏ mà còn có ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi điều kiện tự nhiên nói chung và sự phát triển nhiều quá trình địa chất khác thường có liên quan về nguồn gốc với nó

Toàn bộ những dẫn liệu kể trên bắt buộc chúng ta phải chú ý thích đáng việc nghiên cứu hiện tượng trượt, phải xét tới đầy đủ hơn sự phân bố và khả năng phát sinh của nó trong khi lập qui hoạch bố trí các loại công trình xây dựng khác nhau, thường xuyên đánh giá mức độ nguy hại của nó khi thiết kế, thi công các công trình

và sử dụng lãnh thổ vào mục đích kinh tế

Mức độ nguy hại của hiện tượng trượt không chỉ ở hậu quả do nó gây ra mà

có cả ở sự phân bố rộng rãi, hầu như khắp mọi nơi của nó Hiện tượng trượt hình như luôn luôn bám sát hoạt động của con người ở trên sườn dốc và mái dốc Vì vậy, nếu không xét đầy đủ những điều kiện và hoàn cảnh nào đó thì lập tức phải tốn kém tiền của ngay Nhiều ví dụ về sự thành tạo trượt khẳng định chắc chắn rằng hoạt động xây dựng và kinh tế của con người cần phải dựa trên sự hiểu biết các định luật, qui luật phát triển các quá trình địa chất, nói riêng là quá trình trượt

Như đã trình bày ở trên, mỗi một khối trượt đều tạo nên một khu trượt mà ranh giới, hình dạng của nó ở trên mặt bằng được quyết định bới kích thước và kiểu trượt Trước khi phát sinh trượt, thường xuất hiện nhiều khe nứt phân bố khác nhau trong khu vực và cả trong thân trượt, nhưng phụ thuộc hoàn toàn có qui luật vào ứng suất phát triển trong đất đá Đặc điểm quan trọng về hình thái của những khu trượt là sự xuất lộ nước dưới dạng khác nhau Dấu hiệu quan trọng nữa của sự dịch chuyển trượt là các biến dạng khác nhau của công trình phân bố trên khối trượt,

hoặc trong vùng hoạt động của nó Những biến dạng này được biểu hiện rất khác nhau : sự nghiêng lệch và dịch chuyển nhà cửa, nền đường, các trạm công tác và vận tải trên bờ mỏ lộ thiên ; sự dịch chuyển và lật nhào các tường chắn, công trình gia cố bờ, phá hủy hệ thống thoát nước ngầm và nước mặt…

Các nguyên nhân thành tạo trượt thường là : 1 Tăng cao độ dốc của sườn, của mái dốc khi cắt xén, khai đào hoặc xói lở, khi thi công mái quá dốc; 2 Làm giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi tẩm ướt, trương nở, giảm

độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự nhiên,…hoặc do phát triển các hiện tượng

từ biến trong đất đá; 3 Tác động của áp lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá, gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy…); 4 Biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc ; 5 Tác động bên ngoài: chất tải trên sườn dốc, mái dốc, kể cả những khu kế cận của đỉnh dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn…

Những điều kiện hỗ trợ sự thành tạo trượt là toàn bộ điều kiện tự nhiên và nhân tạo có tác dụng làm cho các lực phá hoại sự cân bằng của khối đất đá hoạt động được dễ dàng Trong những điều kiện thường gặp nhất hỗ trợ cho sự thành tạo trượt có thể kể ra các điều kiện sau đây: 1 Đặc điểm khí hậu khu vực; 2 Chế độ thủy văn của các bể nước và các sông đối với khu vực trượt ven bờ; 3 Địa hình khu vực; 4 Cấu trúc địa chất của sườn dốc và mái dốc; 5 Vận động kiến tạo mới và hiện đại; 6 Điều kiện địa chất thủy văn; 7 Sự phát triển các quá trình và hiện tượng địa chất ngoại sinh kèm theo ; 8 Đặc điểm tính chất cơ lý của đất đá; 9 Hoạt động xây dựng của con người

Trượt rất đa dạng về kích thước, cấu trúc, nguyên nhân thành tạo và điều kiện hỗ trợ cho sự phát sinh và phát triển nó, về cơ chế và động lực của quá trình… Cũng vì thế mà có rất nhiều cách phân loại trượt đã được đề nghị G.L.Fixenko (năm 1965), khi nghiên cứu các dạng biến dạng bờ mỏ công trường khai thác lộ thiên và bãi thải, đã chia ra các loại sau đây:

1 Sụt lở: Hiện tượng lăn một số hòn, tảng riêng biệt xuống chân mái dốc;

2 Đổ sập: Dịch chuyển đất đá rất nhanh dọc theo mặt trượt dốc;

3 Trượt: Dịch chuyển đất đá từ từ dọc theo mặt trượt thoải Thuộc về trượt loại này có trượt các khối đẳng hướng, trượt thấm; trượt tầng phủ, trượt tiếp xúc, trượt sâu trong đá khối đẳng hướng, trượt thấm, trượt tầng phủ, trượt tiếp xúc, trượt sâu trong đá phân lớp của sườn nằm, trượt- chờm, trượt trồi, trượt bãi thải: trượt trên chân, trượt dưới chân (tiếp xúc), trượt dưới chân (nén trồi);

4 Trôi nổi- chảy đất đá mềm rời có kết cấu phá hoại, bão hòa nước;

5 Thụt lún- sụt thẳng đứng các khu vực kế cận bờ mỏ ở trong đát đá mềm rời, không có mặt trượt liên tục

Khi đánh giá ổn định trượt, cần xét tới tất cả sự đa dạng của nguyên nhân thành tạo và những điều kiện hỗ trợ cho nó Như chúng ta đã biết, mỗi một khối trượt tùy theo trạng thái cân bằng của đất đá cấu tạo nó mà nó có mức độ dịch động nhất định Mức độ dịch động đó được thể hiện trong địa hình khu vực trượt, trong

sự biến đổi cấu trúc bên trong của nó và sự phá hủy độ ổn định khu vực và công trình Tất cả những điều đó cho phép đánh giá định tính và định lượng độ ổn định trượt

Vì vậy, đánh giá địa chất công trình độ ổn định trượt phải là sự đánh giá tổng hợp (định tính và cuối cùng nhất thiết phải định lượng) Việc đánh giá phải dựa trên tài liệu nghiên cứu: 1 Hình thái, cấu tạo khối trượt, độ sũng nước của đất đá, tính chất cơ lý của chúng và các quá trình, hiện tượng địa chất kèm theo; 2 Động lực phát triển của hiện tượng và 3 Tương quan của các lực (làm dịch chuyển và giữ lại) quyết định sự cân bằng các khối đất đá cấu tạo khối trượt Khi đánh giá định lượng ổn định trượt của các khối đất đá các phương pháp kiểm toán độ ổn định trượt được sử dụng rất phổ biến

Kiểm toán ổn định mái dốc là xác định mức độ ổn định Do cấu trúc của khối trượt, nguyên nhân hình thành và những điều kiện hỗ trợ cho trượt phát triển rất đa

dạng, nên các phương pháp kiểm toán ổn định trượt rất khác nhau Thông thường,

để kiểm toán ổn định trượt thường sử dụng các phương pháp sau:

1 Phương pháp giả thiết mặt trượt là mặt trụ tròn (Phương pháp gần đúng);

2 Phương pháp tra bảng của Goldstein ;

3 Phương pháp « mặt trượt gãy khúc » của Shakhunhian ;

4 Phương pháp xây dựng mặt nghiêng ổn định của Maxlôv;

Trong khai thác mỏ lộ thiên nói chung và khai thác đá vôi nói riêng thì phương pháp của Goldstein được sử dụng phổ biến hơn Theo phương pháp của Goldstein , góc dốc bờ moong khai thác được tính theo công thức sau :

- H: Chiều cao bờ moong khai thác tính đến cao độ (m);

- : Khối lượng thể tích tự nhiên của đất đá (tấn/m3);

- λ: Hệ số mềm yếu phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ và đồng nhất của đất, đá Trượt thường có loại hiện đại, với mức độ dịch chuyển khác nhau và loại trượt cổ Độ ổn định của trượt có thể tự nó đạt được theo con đường lịch sử tự nhiên, khi mà tác đọng của các nguyên nhân gây ra sự phá hủy cân bằng các khối

đất đá đã bị loại trừ Độ ổn định có thể đạt tới bằng con đường nhân tạo, sau khi thực hiện những biện pháp chống trượt Ở các khối trượt hiện đại, đặc biệt là trượt đang hoạt động hay là trượt gần đi tới ổn định tạm thời, không thể chờ đợi sự ổn định tự nó, bởi vì quá trình trượt thường diễn ra trong một thời gian dài Do đó, ở tất cả các khu vực có ý nghĩa kinh tế quốc dân cũng như khu vực dự định khai thác cần thiết phải sử dụng các biện pháp chống trượt Nhiệm vụ của các biện pháp đó là bảo vệ lãnh thổ khỏi bị trượt phá hủy, tạo cho lãnh thổ và các công trình phân bố ở trên đó có độ ổn định và đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường Hiện nay, trong thực tiễn chống trượt người ta thường sử dụng nhiều nhất các nhóm biện pháp sau đây :1 Điều tiết dòng mặt ; 2 Tháo khô đất đá bị sũng nước ; 3 Phân bố lại các khối đất đá ; 4 Chống xói lở và rửa xói ; 5 Gia cố các khối đất đá bằng công trình

kè chắn và công trình neo ; 6 Cải tạo tính chất của đất đá ; 7 Công tác cải tạo bằng trồng cây ; 8 Các biện pháp bảo dưỡng

Như vậy có thể nói : Trượt là hiện tượng địa chất nguy hiểm, phân bố rộng rãi Trượt luôn luôn bám sát hoạt động của con người trên sườn dốc và mái dốc Do

đó, đòi hỏi chúng ta phải luôn nghiên cứu hiện tượng trượt, khu vực phân bố và sự thành tạo của nó khi qui hoạch các loại xây dựng khác nhau, khi đánh giá độ ổn định của các công trình hiện có, đang thiết kế, đang thi công cũng như sử dụng lãnh thổ về mặt kinh tế

Khảo sát địa chất công trình ở các khu trượt là một trong những dạng khảo sát xây dựng lý thú Công tác này luôn luôn phải là công tác tổng hợp, tức là bao gồm việc nghiên cứu những điều kiện khí hậu và thủy văn, địa hình khu vực, cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của đất đá và các hiện tượng địa chất kèm theo trượt

Để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra, cần phải dự kiến trước việc thực hiện các công tác: đo vẽ địa chất công trình chi tiết, thăm dò (đào, khoan, địa vật lý), đo vẽ địa chất công trình chi tiết… để từ đó cho ra kết luận về độ ổn định của khối trượt của sườn dốc và mái dốc, về tổ hợp các biện pháp chống trượt cần thiết

1.2.2 Hiện tượng nước chảy vào moong khai thác

Nước chảy vào moong khai thác là một hiện tượng phổ biến khi tiến hành khai thác mỏ dưới mực thoát nước tự chảy (khai thác âm)

Khi khai thác mỏ, nguồn nước có khả năng chảy vào mỏ bao gồm :

- Nước mưa rơi trực tiếp vào moong khai thác;

- Nước mặt chảy tràn vào moong khai thác;

- Nước dưới đất chảy vào moong khai thác

Nước chảy vào moong khai thác gây ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của đất

đá trong moong do đó ảnh hưởng đến công tác khai thác ChÝnh v× vËy, viÖc tÝnh to¸n, dù b¸o l-îng n-íc ch¶y vµo má lµ rÊt cÇn thiÕt

 Lượng nước mưa rơi trực tiếp xuống moong khai thác được tính theo công thức :

lượng thì nước dưới đất lúc này sẽ chuyển thành nước có áp Lưu lượng nước chảy vào mỏ sẽ được tính theo công thức (1.3):

0

lg ) lg(

) 77 , 2

r r

R

S m K Q

+ Phương pháp mô hình: dựa trên phần mềm MODFLOW để tính toán

lượng nước chảy vào mỏ dự trên các thông số thu thập được trong quá trình điều tra như địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, tài liệu quan trắc, sự phân bố của các dòng, các khối nước mặt, lượng mưa, lượng bốc hơi Trên cơ sở các thông số đã được điều tra trong khu vực, nhất là các tài liệu quan trắc động thái mực nước ngầm, quan trắc lưu lượng, đặc điểm cấu trúc địa chất vùng đã được sáng tỏ sau khi thăm dò, phương pháp mô hình sẽ tính toán lượng nước chảy vào mỏ dựa trên phương pháp giải bài toán ngược (chỉnh lý mô hình)

1.2.3 Hiện tượng cát chảy

Khi các hố móng, moong khai thác và các công trình bóc lộ ra, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát chứa bụi và nhiều bụi chứa nước sẽ tự chảy Trong thực tế xây dựng và

mỏ, người ta gọi đó là cát chảy Hiện tượng chảy của cát có thể xảy ra một cách chậm chạm thành lớp dày, có thể xảy ra nhanh, hoặc rất nhanh và mang tính chất tai biến dưới hình thức đùn lên, ngay khi đào và khai thác đến chúng, tới mức khối

đất đá còn lại không kìm giữ nổi áp lực của cát lỏng nữa Nếu như cát chảy ở trạng thái chuyển động, tức là mất ổn định, thì đất đá chứa chúng và do đó, các sườn dốc, mái dốc, khối trượt, các công trình khai đào ngầm, các lãnh thổ, các công trình có sẵn hoặc đang xây dựng trên đó cũng đều mất ổn định

Sự chuyển động nhanh chóng và đầy tai biến của cát chảy là mối nguy hiểm lớn trong thi công xây dựng và khai thác mỏ Chẳng hạn, nếu ở phần dưới của sườn dốc, mái dốc hoặc khối trượt có hiện tượng chảy của đất đá, thì các khối bên trên mất điểm tựa Do đó, dọc theo sườn dốc, mái dốc xuất hiện các vết nứt, dẫn tới việc thành tạo các khối trượt mới, hoặc thúc đẩy hiện tượng trượt đã có phát triển thêm,

sự ổn định của sườn dốc, mái dốc bị phá vỡ toàn bộ Nếu như công trình khai đào ngầm mở đến cát chảy, thì cát chảy tràn vào chậm, nhanh hoặc rất nhanh ; sau khi mất điểm tựa khối đất đá nằm phía trên bắt đầu xê dịch và vận động Vùng ảnh hưởng của những công trình khai đào ngầm trong những trường hợp như thế có khi lan đến mặt đất và gây ra sụt lún, biến dạng bề mặt và các công trình ở đó

Cát chảy thường là cát hạt nhỏ, hạt mịn, cát chứa bụi và nhiều bụi đồng thời

có chứa nước Bởi vậy, khái niệm cát chảy thường gắn liền với đất có thành phần như thế Đó là cát chảy thực và tiêu biểu, có nhiều dấu hiệu đặc trưng sẽ được miêu

tả dưới đây Trong xây dựng và khai thác mỏ đã gặp những trường hợp như sau : dưới áp lực lớn của nước, cát hạt thô, sỏi, cuội và những thành tạo khác cũng chảy, nhưng khi áp lực của nước vừa giảm, đất đá bắt đầu cho nước thấm qua dễ dàng, chúng mất tính chất lưu động và đạt được ổn định

Cát chảy phân bố tương đối rộng rãi không những trong trầm tích Đệ tứ mà còn cả trong đá gốc Bởi vậy, khi tiến hành công tác thăm dò địa chất, công tác xây dựng và công tác khai thác mỏ chúng ta thường hay gặp chúng Có thể nói, cát chảy

có mối liên hệ với các trầm tích trong nước nguồn gốc khác nhau, thường tạo thành lớp, thấu kính, vỉa và có thể phân bố ở độ sâu khác nhau Về mặt địa mạo, cát chảy

trong trầm tích Đệ tứ thường liên hệ nhiều nhất với thung lũng sông, đồng bằng aluvi và đồng bằng ven biển, còn trong đá gốc, cát chảy liên quan với lớp phủ trầm tích của miền nền

Khi bị bóc lộ bởi công trình khai đào hoặc các hố móng, cát chảy bắt đầu chảy như một chất lỏng nhớt Tốc độ chảy có thể chậm, nhanh, đôi khi nhanh khủng khiếp, tùy thuộc vào trạng thái ứng suất Nếu như trạng thái ứng suất chỉ do trọng lượng bản thân, thì cát chảy chậm, còn nếu như do tác dụng của áp lực thủy động hoặc áp lực thủy tĩnh có giá trị lớn và rất lớn thì chúng sẽ vận động nhanh hoặc rất nhanh và đùn lên

Đặc điểm tiêu biểu của nhiều loại cát chảy là khuynh hướng biến đổi xúc biến, tức là hóa lỏng khi bị rung và chấn động do tác động cơ học, rồi sau khi tác động đó chấm dứt, thì tự khôi phục lại một phần hoặc toàn phần trạng thái ban đầu với tốc độ nào đó Khi bị hong khô, cát chảy trở thành loại đất dính, khá cứng, sáng hơn so với trạng thái ban đầu; thứ đất vụn nát sứt vỡ này kho bóp vụn bằng tay, dính bụi màu xám trắng Cát chảy không những chứa hạt bụi, mà còn chứa một lượng hạt sét nhất định Những dấu hiệu trên tạo nên những đặc điểm nổi bật và rất

dễ nhận biết, những đặc điểm của riêng nó Điều đó xác nhận việc xếp cát chảy vào nhóm đất có thành phần trạng thái và tính chất đặc biệt là đúng đắn

Cát chảy là đất thực sự có thành phần hạt đặc trưng Trong thành phần hạt của cát chảy thực sự thông thường các nhóm hạt mịn (0,1-0,05mm) hoặc hạt nhỏ (0,25-0,1mm) chiếm phần lớn Ngoài ra, chúng còn có đặc điển là chứa khá nhiều các cỡ hạt bụi và nhất thiết phải có một lượng nhất định hạt sét, tức hạt phân tán mịn

Thành phần khoáng vật của cát chảy khá thuần nhất Ngoài chất hữu cơ, khối

cơ bản của phần phân tán mịn gồm những khoáng vật sét thuộc nhóm hiđrô-mica, hay gặp kaolinit với mức độ phân tán nào đó, có khi cả mônmôrilônit, gloconit,

cũng như các oxit silic, nhôm và sắt Phần hạt thô hơn (hạt bụi, cát mịn và nhỏ) gồm những hạt thạch anh, có mức độ mài tròn nào đó, lẫn fensfat, mica, …hơn là khoáng vật có màu

Thành phần vật chất của cát chảy như vậy nên các tính chất cơ lý của cát chảy như sau : cát chảy thường có độ chặt hơi thấp, độ rỗng và độ chứa ẩm hơi cao, tính thấm nước và thải nước bé hoặc rất bé Trong điều kiện thế nằm tự nhiên, cát chảy có sức chống cắt rất thấp

Sự phân bố cát chảy ở một khu vực nào đó bao giờ cũng nhắc nhở ta phải thận trọng khi thiết kế và xây dựng công trình Điều này cũng là hiển nhiên, được rút ra từ sự mô tả và nhận xét cát chảy đã trình bày Bởi thế, trong trường hợp cần thiết xây dựng công trình tại những khu vực có cát chảy, cần phải lấy những số liệu địa chất công trình làm cơ sở Cần phải biết rõ những vấn đề sau đây :

1 Cát chảy phân bố ở độ sâu bao nhiêu, điều kiện thế nằm của chúng (hệ tầng dày, lớp, thấu kính, vỉa…, bề dày của cát chảy và sự phân bố của chúng theo phương lớp ; điều kiện thế nằm của cát chảy, của đất phủ trên và lót dưới chúng cũng cần phải được biểu thị rõ ràng trên mặt cắt và bản đồ địa chất ;

2 Điều kiện địa mạo của khu vực phân bố cát chảy;

3 Thành phần và tính chất cơ lí của cát chảy, đặc biệt là độ chặt kết cấu, mức

độ biểu hiện tính chất xúc biến, độ thải nước, tính thấm nước, sức chống cắt

và biến dạng trong điều kiện tự nhiên, tính chất của đất đá phủ trên và lót dưới

4 Đặc điểm địa chất thủy văn, chiều sâu thế nằm của mực nước dưới đất, giá trị cột nước, hướng nghiêng của mặt nước dưới đất và mặt thủy áp

Khi đánh giá điều kiện địa chất công trình của khu vực nghiên cứu, cần xét đến vị trí của các công trình hiện có, mức độ ổn định, và điều kiện xây dựng chúng, đồng thời cũng phải xét đến những công trình nào đang thiết kế, phạm vi ảnh

hưởng có thể có của chúng đến sự ổn định của môi trường xung quanh, kể cả các công trình hiện có

Nhiệm vụ thực tiễn của công tác thiết kế và xây dựng công trình trên những vùng có cát chảy trong phần lớn các trường hợp đều liên quan đến việc đánh giá :

1 Điều kiện xây dựng trên cát chảy, tức là với việc sử dụng chúng làm nền công trình, với việc thiết kế và xây dựng móng công trình ; 2 Điều kiện xây dựng trên cát chảy, liên quan với việc thi công và xây dựng trong chúng những hố móng sâu, công trường khai thác lộ thiên, công trình khai đào dưới đất, đường hầm…

1.2.4 Hiện tượng đổ đá

Hiện tượng đổ đá thuộc vào nhóm các hiện tượng trọng lực, bởi vì nó phát triển do ảnh hưởng của trọng lực ở trên sườn dốc và mái dốc Nó bao gồm hiện tượng đổ đá thực thụ, sụt đá và lở đất Đổ đá cũng như sụt đá đều được biểu hiện ở

sự dịch chuyển nhanh và đột ngột các khối đất đá Tuy vậy, về qui mô và điều kiện dịch chuyển, giữa hai hiện tượng có sự khác biệt

Sụt đá : là hiện tượng sụt đổ, tức là tách đứt và rơi đột ngột những tảng, khối

đá riêng biệt từ mái dốc của đường đào, đường nửa đào nửa đắp, bờ mỏ công trường khai thác lộ thiên, từ sườn núi dốc và dốc đứng được cấu tạo bởi đá cứng hoặc tương đối cứng (nửa cứng) Đôi khi sụt đá còn được thể hiện ở chỗ sập các tảng nhọn và tròn cạnh, hay các khối đá gắn kết chặt nằm giữa đất loại sét mềm, hoặc đất tơi xốp Nơi nào mái dốc và sườn dốc cấu tạo từ đá bị vụn nát, nứt nẻ mạnh khi phong hóa sẽ đạt đến kích thước đá dăm, đá sạn hoặc nơi nào sườn dốc cấu tạo bởi đất xốp, thì ở đáy thường có lở đất đá Đất đá lở tạo nên các vạt gấu và nón sườn tích trọng lực ở chân sườn dốc Do đó, lở đất đá khác với sụt đất đá là lở được đặc trưng chưng bằng các khối nứt kích thước không lớn, do ảnh hưởng của trạng thái vật lý nhất định

Đổ đá thực thực thụ là hiện tượng đổ sập các tảng, các khối riêng biệt, cũng như những thể tích rất lớn đá cứng và đá tương đối cứng từ các vết lộ nằm ở sườn núi cao phía trên mép mái dốc, hoặc từ phần trên rất dốc, dốc đứng của sườn núi,

có kèm theo hiện tượng lăn, lật nhào và dập vỡ các tảng đá hoặc khối đá dịch chuyển đó

Như vậy, trong thời gian đổ đá, khác với sụt đá sự dịch chuyển các khối đất

đá được bắt đầu từ sườn núi cao, chứ không bắt đầu từ mái dốc hoặc phần dưới rất dốc, dốc đứng của sườn Ngoài ra, khi sụt đá, các khối đá từ chỗ tách đứt đến chỗ rơi xuống trong đa số trường hợp là rơi trong không khí, còn khi đổ đá thì lăn trên sườn núi cao

Hiện tượng đổ đá đặc trưng cho độ không ổn định của sườn dốc và mái dốc Hiện tượng đổ đá chỉ thấy ở những vùng núi

Nguyên nhân cơ bản của sự thành tạo các hiện tượng đổ đá là sự phá hủy cân bằng (ổn định) của các khối đất đá ở trên sườn dốc và mái dốc Sự phá hủy độ ổn định đó gây ra chủ yếu bởi thành phần gây dịch chuyển (gây cắt) của trọng lực, tác động thường xuyên và các lực tác động tạm thời theo chu kỳ như áp lực thủy tĩnh của nước lấp đầy khe nứt trong đá, cũng như do ứng suất địa chấn phát sinh khi động đất và nhiều chấn động khác thường quan sát thấy khi có các phương tiện vận tải đi qua, khi nổ mìn…Tác động của những lực nói trên được biến thành hiện thực

là việc thành tạo đổ đá, sụt đá vào đúng lúc đá cứng và tương đối cứng lộ ra trên sườn, mái cao và dốc, đã bị các quá trình phong hóa đưa đến trạng thái mà lực chống dịch chuyển và chống cắt bên trong của chúng không còn đủ để cân bằng với tác động của lực ngoài

Ảnh hưởng to lớn đối với sự hình thành các hiện tượng đổ đá là mức độ nứt

nẻ của đá có nguồn gốc kiến tạo và phi kiến tạo Trong những trường hợp mà đá ở trong các vết lộ của sườn dốc và mái dốc bị chia cắt bởi các khe nứt thưa, hiện

tượng đổ đá là nguy cơ rất lớn, do lực phá hủy khủng khiếp của các tảng và khối rất lớn Đổng thời hướng nằm nghiêng của các mặt khe nứt có ảnh hưởng căn bản đến

sự thành tạo các hiện tượng đổ đá Mặt khe nứt nghiêng phía chân của sườn dốc và mái dốc luôn thuận lợi nhất đối với sự sụp đổ đá Khi đá bị vụn nát nhiều, tức là khi

có một lượng lớn khe nứt cắt chéo trên một đơn vị diện tích mặt lộ của đá, sẽ hình thành nhiều khe nứt nhỏ, đôi khi đạt tới kích thước mảnh dăm Trong những trường hợp như vậy rất dễ phát sinh lở đất đá

Như vậy, có thể tóm lại, điều kiện hình thành hiện tượng đổ đá chịu ảnh hưởng của các yếu tố : 1-Yếu tố khí hậu (quyết định tốc độ và tính chất phong hóa đất đá) ; 2- Các đặc điểm địa hình khu vực và địa phương ; 3- Thành phần, tính chất, trạng thái vật lí của đá (được quyết định bởi mức độ phong hóa, nứt nẻ và vụn nát của nó ; 4- Vận động kiến tạo mới và hiện đại ; 5- Mức độ địa chấn của khu vực (gây ra theo từng chu kỳ sự phá hủy hàng loạt tính ổn định của đất đá ở trên sườn dốc và mái dốc) ; 6- Hoạt động xây dựng và kinh tế của con người (thực hiện mà không xét tới đầy đủ các nguyên nhân và điều kiện thành tạo hiện tượng đổ đá)

Khi đặt vấn đề đánh giá nguy cơ và dụ báo hiện tượng đổ đá, phải luôn luôn

có quan niệm rõ ràng : Nó có quan hệ với đối tượng, lãnh thổ hoặc công trình nào

Từ việc mô tả điều kiện hình thành hiện tượng đổ đá có thể suy ra rằng khi đánh giá

và dự báo nó cần nghiên cứu hai vấn đề : 1- Khả năng thành tạo sụt đá và đổ đá là hậu quả của sự phá hủy cân bằng (ổn định) các khối đá ở mái dốc hoặc sườn dốc; 2- Sự phân bố đới ảnh hưởng của sụt đá và đổ đá đối với các đối tượng, lãnh thổ hay công trình, hoặc vắn tắt hơn là xác định hiện tượng sập đổ các khối đá có đe dọa trực tiếp công trình hiện có hoặc đang thiết kế, nền đường, các khu vực nhất định của lãnh thổ, cuộc sống và hoạt động của con người hay không

Thực tiễn đã chứng minh, các biện pháp chống đổ đá bao gồm công tác bảo dưỡng và công tác xây dựng những công trình đặc biệt để chống lại Các biện pháp loại này gồm có :

1 Khảo sát định kỳ các khu đổ đá (theo lịch nhất định) nhằm phát hiện các khối đá tảng không ổn định nguy hiểm lộ ra ;

2 Tổ chức canh phòng các khu đổ đá nhằm phát hiện và tìm cách khắc phục ;

3 Tổ chức báo hiệu tự động (bằng ánh sáng, âm thanh,v…v…) về đổ đá, sụt đá

để ngăn ngừa các sự cố ;

4 Tiến hành cắt xén và dọn sạch các tảng và khối đá không ổn định ở mái dốc

và vết lộ tại phần sườn núi trên cao, để ngăn ngừa sự phát sinh đổ đá và sụt

đá ;

5 Quan trắc sự làm việc bình thường của các công trình chống đổ đá và sửa chữa chúng ;

Thuộc về các công trình đặc biệt chống đổ đá gòm có :

1 Sân hứng đỡ ở chân mái dốc đường đào và nửa đào nửa đắp;

2 Tường hứng đỡ ở chân mái dốc đường đào và nửa đào nửa đắp;

3 Con trạch, rãnh và tường hứng đỡ ở phần sườn núi trên cao;

4 Trụ (cột) bố trí theo dạng bàn cờ ở phần sườn núi trên cao để ngăn hoặc giảm tốc độ dịch chuyển của các khối đá khi đổ đá;

5 Tường ốp mặt để bảo vệ đá ở mái dốc và vết lộ tại phần sườn núi trên cao khỏi bị phòng hóa;

6 Gia cố các khối đá không ổn định bằng các cọc neo, bằng các thanh, các ống dây kim loại;

7 Phụt xi măng vào khe nứt, làm cho đá bên trong mái dốc và vết lộ được nguyên khối và ổn định;

8 Hành lang ở mái dốc đường đào và nửa đào, để bảo vệ nền đường không

bị đổ đá và sụt đá đe dọa;

9 Đi trỏnh cỏc khu đổ đỏ bằng tuyến mới hoặc bằng đường hầm ;

Tuy nhiờn, việc chống đỏ đổ cú hiệu quả chỉ khi nào sử dụng tổng hợp nhiều biện phỏp Cỏc phương phỏp đưa ra cần cú luận chứng đầy đủ và đỳng đắn

Bên cạnh các hiện t-ợng địa chất động lực công trình kể trên còn có một số hiện t-ợng địa chất động lực công trình khác ảnh h-ởng đến việc khai thác mỏ nh- : Karst ; Lầy hóa lãnh thổ…

1.2.5 Hiện tƣợng Karst

Khi đỏ vụi, đỏ đụlụmit, đỏ phấn, đỏ mỏcnơ, thạch cao, anhidrit, muối mỏ và muối kali bị nước trờn mặt và nước dưới đất hoà tan và rửa lũa thỡ trờn mặt đất hỡnh thành những phễu, những hố sụt cựng những dạng khỏc nhau của địa hỡnh, cũn ở trong đất đỏ là những chỗ trống, khe rónh và hang đủ kiểu loại Người ta gọi những loại hỡnh ở trờn mặt và dưới đất được tạo nờn bằng cỏch như vậy là karst Nú phỏt sinh do sự phỏt triển của quỏ trỡnh địa chất karst (ăn mũn), bao gồm hoà tan và phỏ hoại Quỏ trỡnh này được biểu thị ở sự thành tạo cỏc hỡnh dạng độc đỏo của địa hỡnh, gọi chung là địa hỡnh karst

Karst phỏt sinh là do tỏc dụng của nước mặt và nước dưới đất đối với cỏc loại đỏ thực tế bị hũa tan Tuy nhiờn, karst cú thể khụng phỏt sinh hoặc diễn biến rất chậm, dự nước cú tiếp xỳc với đỏ bị hũa tan hoặc thậm chớ với đỏ dễ bị hũa tan chăng nữa Để quỏ trỡnh karst phỏt triển, phải cú những nguyờn nhõn nhất định gõy

ra sự phỏ vỡ cõn bằng húa học giữa nước tỏc dụng và đỏ bị hũa tan Cú những điều kiện mà lỳc đú phỏt sinh sự phỏ vỡ cõn bằng húa học như thế và quỏ trỡnh ăn mũn trở thành hiện thực Nờn gọi những điều kiện đú là những nguyờn nhõn thành tạo karst Năm 1962, Đ.X.Xụkụlụv đó phỏt triển những quan niệm của F.P.Xavarenxky, nờu ra định nghĩa chớnh xỏc và đầy đủ nhất về điều kiện thành tạo karst mà hiện nay, cú thể núi, được mọi người thừa nhận Những điều kiện đú là :

Có đá bị hòa tan ; Khả năng thấm nước của đá; Nước vận động và nước có khả năng hòa tan Khi những điều kiện này phối hợp lại, sự cân bằng hóa học trong hệ

đá bị hòa tan- nước bị phá vỡ và sự phát sinh, phát triển quá trình ăn mòn và thành tạo karst là điều không thể tránh được Nếu loại trừ một trong những điều kiện kể trên, sẽ không còn nguyên nhân phát sinh quá trình ăn mòn, hoặc về sau có phát sinh thì cũng chấm dứt nhanh chóng

Các đá bị hoà tan có thể ở ngay mặt đất, tức là lộ trực tiếp hoặc phân bố ở độ sâu nào đó trong các đá cùng tuổi không bị hòa tan, hay cũng có thể bị các sản phẩm trẻ hơn che phủ Do đó, hình thành nên karst nông, được biểu thị rõ rệt, mạnh

mẽ, nổi bật ở địa hình khu vực hoặc có thể hình thành nên karst ngầm cùng các thành tạo đặc trưng như chỗ trống, khe rãnh, hang động và các loại hình ngầm khác trong đá bị karst hoá Còn có thể có kiểu karst hỗn hợp, vừa nông vừa sâu khi những điều kiện phát triển thuận lợi

Karst được biểu hiện ở sự thành tạo rất nhiều loại của địa hình trên mặt đất( trên mặt), cũng như các chỗ trống, rãnh, hang cùng những loại hình khác trong tầng đất đá, cách mặt đất một độ sâu nào đó Chính các loại hình trên mặt và ngầm phối hợp với nhau tạo nên bản chất của karst N.A Gvozđetxky nhận xét (năm 1972) rằng những loại hình karst trên mặt gồm có: gờ và rãnh (carrư), phễu, khe hẻm và mương xói không còn hoạt động, máng karst, lòng chảo, bãi thấp (cánh đồng), lỗ hé rộng (hang), lỗ miệng của giếng và vực tự nhiên, vách đáy ở các sườn dựng đứng

và dốc, hang lộ thiên và lối vào hang ngầm, cũng như các đồi núi sót karst Tất cả những loại hình đó đều là những yếu tố quan trọng của cảnh quan karst, đều có ảnh hưởng đến những phần khác của cảnh quan: địa lý thủy văn, lớp phủ thực vật, kiểu thổ nhưỡng, vi khí hậu,v v… Những loại hình karst dưới sâu cũng rất phong phú Trong phần lớn các trường hợp, chúng phân bố không đồng đều trong tầng đá bị karst hóa ở những độ sâu khác nhau, nhưng đôi khi lại hợp thành đới, thành tầng và thành cấp nhất định Khi các dạng ngầm của karst (rãnh, đường thông thương, hành

lang, hang,…) phối hợp lại, thường tạo nên những đường ngoằn ngoèo rẽ nhánh nhiều khi dài hàng chục, hàng trăm kilômét

Karst thường gây ra nhiều điều phức tạp khi thi công xây dựng và thực hiện công tác mỏ, làm phát sinh các dòng nước lớn chảy vào công trình khai đầo ngầm,

hố móng xây dựng hoặc gây mất nước nhiều ở bên dưới và vòng quanh các chỗ tiếp giáp của đập hoặc rò rỉ nước ra khỏi hồ chứa Thực tế khai thác mỏ lộ thiên dưới mực thoát nước tự chảy luôn luôn khó khăn Mức độ ổn định thấp của công trình do đất đá sập đổ xuống và sụt ở đáy do những dòng nước khổng lồ ập đến là tình trạng chủ yếu làm cho công tác xây dựng ở vùng karst trở nên phức tạp Để tránh được hậu quả tai hại do sự phát triển karst phải thực hiện đủ loại biện pháp đắt đỏ Do đó cần chú ý đến các vấn đề điều kiện đặc biệt khi xây dựng công trình ở vùng karst

Như vậy có thể nói karst là một trong những hiện tượng địa chất gây ra vấn

đề thực sự to lớn khi đánh giá địa chất công trình các lãnh thổ và điều kiện xây dựng các công trình Vì vậy, khi thiết kế bất cứ công trình nào ở vùng karst, việc luận chứng địa chất công trình cần phải thật chi tiết và tỉ mỉ

1.2.6 Hiện tượng hóa lầy

Những khoảnh mặt đất mà phần lớn thời gian trong một năm có hơi ẩm thừa đọng lại trên mặt đất hoặc làm bão hòa thổ nhưỡng và những lớp đất dưới thổ nhưỡng (đất cái) ; những khoảnh đất được phủ kín bởi lớp thực vật đầm lầy ưa nước (cỏ lác, mộc tặc, rêu, ) được gọi là những lãnh thổ bị hóa lầy Ở những khoảnh đất bị hóa lầy thì bề dày các trầm tích đầm lầy ít ỏi hoặc chúng chỉ mới bắt đầu tích tụ Những khoảnh đất do bị lầy hóa mà tích đọng các di tích thực vật và tạo nên than thì được gọi là đầm lầy Vì vậy, có thể coi những miền đất đai bị hóa lầy

là giai đoạn đầu hình thành đầm lầy

Thành tạo các đầm lầy có thể hoặc là do lục địa bị lầy hóa, hoặc là do cây mọc kín các bồn chứa nước Những quy luật chung hóa lầy lục địa như sau : khi một khoảng lục địa bị ẩm ướt quá mức, tình trạng thông khí của thổ nhưỡng trở nên kém đi, gây tác hại cho hoạt động sinh sống của thực vật cây gỗ, cây bụi và cỏ sinh trưởng ở đó Sự thay đổi các điều kiện như vậy làm chết dần một số thực vật và làm phát triển một só khác, thường là những thực vật cỏ, ưa nước hơn Do không đủ dưỡng khí, xác các thực vật chết đi bị phân hủy chậm chạp và yếu ớt, tạo nên những khối tích tụ đầu tiên cảu than bùn Than bùn có độ chứa ẩm lớn lại càng thúc đẩy việc tích đọng hơi ẩm và gây khó khăn cho sự thông khí của các tầng thổ nhưỡng Nếu những thực vật sinh trưởng từ trước ở đây có thể thu nhận tự do các hợp chất khoáng từ thổ nhưỡng thì bây giờ bắt buộc phải phát triển hệ thống rễ trong than bùn Tình trạng này dẫn đến sự thay thế tiếp tục các quần hợp thực vật

và phát triển những quần hợp khác, đòi hỏi ít hơn đối với các điều kiện của môi trường xung quanh Cuối cùng, trên miền đất lầy hóa như vậy lan tràn các quần hệ thực vật như rêu chẳng hạn

Sự hóa lầy của lục địa có thể diễn biến theo những phương thức khác nhau,

có thể được thành tạo trên các bề mặt bằng phẳng, hoặc ở những nơi thấp của địa hình, ở đó nước mưa, nước mặt được tích đọng lại, còn bốc hơi thì không đủ Sự hóa lầy của lục địa phổ biến rộng rãi ở những nơi bị nước sông tràn vào định kỳ, ở những vị trí thuộc các bậc thềm bãi bồi và các đồng bằng bồi tích bị ngập lụt và ngâm nước Đất cũng thường bị hóa lầy ở những vùng đông bằng ven biển, khi chúng bị ngập nước biển định kỳ Nguồn cấp nước chủ yếu của chúng là nước sông, hồ hoặc biển trên mặt đất và cả nước thổ nhưỡng trong bồi tích, thường có độ khoáng hóa cao

Như vậy, vấn đề khai phá những miền đất bị hóa lầy có liên quan với sự sũng nước quá mức của chúng và sự phổ biến của các trầm tích đầm lầy yếu, bị nén lún nhiều và không ổn định Chính vì vậy, gây khó khăn cho công tác xây dựng nói

chung và công tác khai thác mỏ lộ thiên nói riêng Vậy nên, khi lập quy hoạch bố trí các công trình tại nhữn vùng đất như vậy thì cố gắng tránh nhưng hiện tại với việc xây dựng và khai phá qui mô hàng loạt những vùng đất mới, mở rộng các nhà máy,…thì cần phải cải tạo những vùng đất này

Ch-ơng 2

ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIấN

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CễNG TRèNH KHU MỎ

2.1.Vị trí địa lý

Kiờn Lương là một huyện nằm phớa Tõy Bắc tỉnh Kiờn Giang , nằm ở phớa Tõy Nam lónh thổ Việt Nam Phớa Tõy giỏp Campuchia, phớa Nam giỏp vịnh Thỏi Lan, phớa Đụng giỏp tỉnh Minh Hải và phớa Bắc giỏp An Giang, Cần Thơ

Trong khu vực nghiờn cứu cú rất nhiều nỳi đỏ vụi nằm rải rỏc Cú thể kể tờn như: nỳi Trầu, nỳi Cũm, nỳi Nai, nỳi Chõu Hang, nỳi Bói Voi, nỳi Cõy Xoài, nỳi Khoe Lỏ, nỳi hang Cõy ớt, nỳi hang Tiền…Tuy nhiờn, do cựng nằm trong một vựng, cỏc điều kiện địa hỡnh, địa mạo, địa chất cụng trỡnh và địa chất thủy văn tương đối giống nhau, mặt khỏc do tài liệu cú hạn nờn trong luận văn này, tụi xin tổng hợp một số mỏ lớn, mang tớnh chất đặc trưng cho toàn khu mỏ, đó và đang được tiến hành khai thỏc cả trờn mực nước thoỏt nước tự chảy (khai thỏc dương) và dưới mực thoỏt nước tự chảy (khai thỏc õm) Cỏc mỏ tụi đề cập trong luận văn này bao gồm: nỳi Trầu, nỳi Cũm, nỳi Chõu Hang, nỳi Nai- Gọi chung là khu đỏ vụi KV.1và nỳi Bói Voi, nỳi Cõy Xoài- gọi chung là khu đỏ vụi KV.2

Khu mỏ đỏ vụi KV.1: Mỏ đỏ vụi Nỳi Trầu, Nỳi Cũm, Nỳi Chõu Hang, nỳi

Nai nằm trờn địa phận xó Hoà Điền, huyện Kiờn Lương, tỉnh Kiờn Giang Mỏ nằm cỏch trung tõm thị trấn Kiờn Lương khoảng 4 km về phớa Tõy -Tõy Nam, cỏch thị

xú Rạch Giỏ khoảng 70 km về phớa Tõy Bắc Diện tớch thăm dũ mở rộng là 2,26

km2 được giới hạn bởi cỏc điểm gúc cú tọa độ sau: (bảng 2.1 )

Bảng 2.1: Bảng kờ tọa độ cỏc điểm gúc khu vực thăm dũ mở rộng mỏ nỳi

Trầu, nỳi Cũm, nỳi Chõu Hang

Bảng 2.2- Thống kờ tọa độ cỏc điểm gúc khu vực

thăm dũ mở rộng mỏ nỳi Nai

Khu mỏ đá vôi KV.2: Mỏ đá vôi Núi Cây Xoài, núi Bãi Voi nằm trên địa

phận xã Bình An, huyện Kiên L-ơng, tỉnh Kiên Giang Mỏ nằm cách trung tâm thị trấn Kiên L-ơng khoảng 11 km về phía Đông Bắc, cách thị xã Rạch Giá khoảng 80

km về phía Tây Bắc Vị trí khu mỏ theo giấy phép thăm dò của Bộ Tài nguyên và Môi tr-ờng là 0,823 km2 đ-ợc giới hạn bởi các điểm góc có tọa độ trình bày trong bảng 3

Bảng 2 3: Bảng kờ tọa độ cỏc điểm gúc khu mỏ đỏ vụi KV.II

Thuộc tờ bản đồ địa hình Hòn Chông số hiệu C-48-42-A và Bản đồ UTM

số hiệu 5929 III 5829II, tỷ lệ 1/50.000 Diện tích 82,3 ha

2.2 Điều kiện khí hậu

Cả hai khu mỏ đỏ vụi KV.1 và KV.2 đều thuộc khu vực duyờn hải Tõy Nam Bộ, nằm trong vành đai khớ hậu nhiệt đới giú mựa chịu ảnh hưởng của biển nờn mỗi năm cú hai mựa rừ rệt Mựa mưa kộo dài từ thỏng 5 đến thỏng 11, mựa khụ bắt đầu từ thỏng 12 năm trước đến thỏng 4 năm sau Tổng lượng mưa trung bỡnh hàng năm tương đối lớn và cú thể đạt 2332,4mm ; lượng bốc hơi trung bỡnh hàng năm khoảng 1397,1mm (đõy là số liệu trung bỡnh trong 5 năm 1999-2003) Độ ẩm trung bỡnh hàng năm đạt 82% Nhiệt độ trung bỡnh hàng năm khoảng 27,50C Trong vựng chịu ảnh hưởng của chế độ nhật triều, với độ chờnh mực nước khoảng 0,5m Hướng giú chớnh trong năm là hướng Tõy – Tõy Nam Tổng hợp cỏc yếu tố khớ tượng trạm Rạch Giỏ được trỡnh bày trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 Tổng hợp cỏc yếu tố khớ hậu khu mỏ Kiờn Lương- Hà Tiờn

(Trạm Rạch Giỏ, từ 1998 đến 2003)