Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp nâng cao hệ số ổn định bãi thải mỏ than khánh hòa để ứng phó với biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DƢƠNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ ỔN ĐỊNH BÃI THẢI MỎ THAN KHÁNH HÕA ĐỂ ỨNG PHÓ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 8520603 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Phụ Vụ HÀ NỘI - 2018 CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÁO CÁO VỀ VIỆC BỔ SUNG, SỬA CHỮA LUẬN VĂN THEO BIÊN BẢN CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ Kính gửi: - Trường Đại học Mỏ - Địa chất - Phòng Đào tạo Sau đại học Họ tên học viên: Dương Tuấn Anh Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao hệ số ổn định bãi thải mỏ than Khánh Hịa để ứng phó với biến đổi khí hậu” Ngành: Khai thác mỏ :Mã số: 8520603 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Phụ Vụ Sau bảo vệ luận văn thạc sĩ, học viên sửa chữa bổ sung luận văn theo Biên Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ Cụ thể sửa chữa bổ sung nội dung sau đây: Đã bổ sung đồ, hình ảnh thể vị trí địa lý mỏ than Khánh Hịa, vị trí bãi thải Nam, bãi thải Tây.( Chương 1, hình 1.1, trang 8.) Đã chỉnh sửa tên chương 2: Đặc điểm địa chất cơng trình bãi thải mỏ than Khánh Hòa, trang 13 Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2018 NGƢỜI HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN CAO HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao hệ số ổn định bãi thải mỏ than Khánh Hịa để ứng phó với biến đổi khí hậu” cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các số liệu Luận văn thạc sỹ kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Dƣơng Tuấn Anh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG ĐỔ THẢI TẠI CÁC BÃI THẢI CỦA CƠNG TY THAN KHÁNH HỊA 1.1.Các thông số thiết kế khai trường bãi thải 1.2.Hiện trạng khai thác đổ thải 1.2.1.Thiết kế đổ thải 1.2.2 Hiện trạng đổ thải CHƢƠNG 13 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CÁC BÃI THẢI MỎ THAN KHÁNH HÒA 13 2.1 Đặc điểm đất đá mỏ than Khánh Hoà 13 2.1.1 Đặc điểm phân bố địa tầng mỏ than Khánh Hoà 13 2.1.2 Đặc điểm loại đất đá mỏ 16 2.2 Đặc điểm đất đá bãi thải 18 2.3 Đặc điểm địa chất cơng trình bãi thải 20 2.3.1.Khối lượng nghiên cứu bổ sung địa chất cơng trình bãi thải 20 2.3.2.Đặc điểm địa chất thuỷ văn bãi thải 23 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ, TRÌNH TỰ KHAI THÁC, ĐỔ THẢI VÀ CÁC THÔNG SỐ BÃI THẢI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH BÃI THẢI ĐỐI PHÓ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 25 3.1 Khái niệm biến đổi khí hậu 25 3.2 Giải pháp gia cường bãi thải học: 25 3.2.1 Cơ sở lý thuyết giải pháp 25 3.2.2 Phương pháp nén chặt đất đầm chầy giới 28 iii 3.2.3 Phương pháp nén chặt đất băng đầm động lực 31 3.2.4 Phương pháp đầm nén thực địa 32 3.3 Giải pháp gia công đất đá thải hoá học 34 3.3.1 Phun xi măng bề mặt 34 3.3.2 Giải pháp xi măng hoá sâu 41 3.4 Giải pháp công nghệ: 45 3.5 Giải pháp điều chỉnh thơng số hình học bãi thải 47 3.6 Giải pháp điều khiển cấp phối hạt đất đá bãi thải 48 3.6.1 Khảo sát đánh giá mức độ ổn định sườn tầng thải 48 3.6.2 Điều khiển cấp phối đá hạt……………………………………………… 51 3.7 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao độ ổn định tăng dung tích đổ thải cho bãi thải mỏ than Khánh Hồ điều kiện biến đổi khí hậu 57 3.7.1 Hiện trạng công nghệ khai thác đổ thải mỏ than Khánh Hồ 57 3.7.2 Phân tích lựa chọn giải pháp nâng cao ổn định cho bãi thải 59 3.7.3 Tính tốn lựa chọn thơng số thiết kế bãi thải 63 3.8 Các giải pháp đảm bảo an tồn cho q trình đổ thải 64 3.8.1 Các giải pháp công nghệ 64 3.8.2 Các giải pháp thoát nước 66 3.8.3 Các giải pháp môi trường dân sinh: 67 3.8.4 Giải pháp cải tạo phục hồi môi trường 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 Kết luận 68 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp thông số khai thác mỏ than Khánh Hoà Bảng 1.2 Tổng hợp thông số TK bãi thải Nam bãi thải Tây mỏ than Khánh Hoà Bảng 1.3 Tổng hợp thông số bãi thải trạng mỏ Khánh Hoà Bảng 2.1 Tổng hợp tính chất lý loại đá mỏ Khánh Hoà 17 Bảng 2.2 Tổng hợp địa tầng bãi thải Tây mỏ than Khánh Hoà 21 Bảng 2.3 Khối lượng thi cơng khoan lấy mẫu thí nghiệm năm 2010 21 Bảng 2.4.Tổng hợp địa tầng theo lỗ khoan rìa phía Tây bãi thải Nam 22 Bảng 2.5 Tổng hợp tính chất lý đất lớp theo lỗ khoan 22 Bảng 3.1 Trị số trung bình K theo loại đất 29 Bảng 3.2 Đặc trưng dung dịch Sét - Xi măng 43 Bảng 3.3.Tổng hợp thơng số hình học trung bình bãi thải khu vực dừng đổ thải 63 Bảng 3.4 Các thông số thiết kế bãi thải mỏ than Khánh Hoà 64 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1.Vị trí địa lý mỏ than Khánh Hòa Hình 1.2 Hiện trạng đổ thải sườn phía Tây bãi thải Nam 11 Hình 1.3 Bãi thải Tây mỏ than Khánh Hòa 9/2018 12 Hình 2.1 Khảo sát thành phần cỡ hạt đá bãi thải Tây 19 Hình 2.2 Khảo sát thành phần cỡ hạt đá bãi thải Nam 19 Hình 2.3 Khảo sát thành phần cỡ hạt đống đá sau nổ mìn mỏ Khánh Hồ: 20 Hình 2.4 Nước đất bãi thải Tây tháo khô 24 Hình 3.1 Đường cong quan hệ γd = f (W) 26 Hình 3.2 Sơ đồ quan hệ γ d cấp phối hạt loại đất: 27 Hình 3.2 Sơ đồ nén chặt đất đầm giới: 31 Hình 3.3 Ảnh hưởng số lần lu đầm đến độ chặt đất 33 Hình 3.4 Đồ thị tương quan trọng lượng thể tích khơ γd với độ sâu lu xe lu rung 55,6 KN có chiều cao nâng 33 Hình 3.5 Các phương pháp phun bê tơng 36 Hình 3.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phun gia cường bề mặt 37 Hình 3.7 Cấp phơi hạt tiêu biểu cốt liệu bêtông phun Bêtông phun khô, với cốt liệu thơ trịn cạnh hướng tới đường cong thấp, bêtông phun ướt cốt liệu đá nghiền hướng tới đường cong cao (mịn hơn) 38 Hình 3.8 Đổ thải theo diện tích bãi thải Nam 46 Hình 3.9 Đổ thải theo chu vi bãi thải Tây mỏ than Khánh Hồ 46 Hình 3.10 Sườn tầng bị chập với chiều cao từ 60-90m 49 Hình 3.11 Phân bố đất đá thải với cỡ hạt khác sườn tầng: 49 Hình 3.12 Khảo sát góc dốc cỡ hạt sườn tầng mức từ +177  189m 51 Hình 3.13 Khảo sát góc dốc cỡ hạt sườn tầng mức từ +95  171m 51 Hình 3.14 Khảo sát xác định góc dốc sườn phía Bắc bãi thải Nam 52 vi Hình 3.15 Sạt lở sườn tầng đá thải có D < 100mm tại: 52 Hình 3.16 Cấp độ hạt sau nổ mìn đá bột kết: 54 Hình 3.17 Sơ đồ quan hệ dung trọng khơ cấp phối hạt đất đá: 55 Hình 3.18 Sử dụng máy gạt D.7 để san gạt lu lèn đổ thải theo diện nhằm tăng độ chặt cho bãi thải 62 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo kịch quốc gia biến đổi khí hậu năm 2012, đến năm 2050 mực nước biển cao thêm từ 20 - 24 cm khu vực Móng Cái - Hịn Dáu, nhiệt độ mơi trường tăng - 30 C, tổng lượng mưa trung bình năm tăng 5% lượng mưa lại giảm mùa khô Kết điều tra, khảo sát TKV cho thấy mỏ than vùng Quảng Ninh có khả bị ngập nước biển dâng mỏ có cốt cao mặt nước biển hàng mét trở lên, nhiên mỏ lộ thiên phải đề phòng ngập moong khai thác mưa to, lượng mưa lớn Đến năm 2050, hầu hết mỏ lộ thiên vùng than Quảng Ninh vào kết thúc đóng cửa mỏ, mỏ hầm lị đến giai đoạn mỏ khai thác mức sâu 300m, thiết kế cải tạo, mở rộng với kỹ thuật tiên tiến nên khả tránh nước mặt tràn vào mỏ khơng có khó khăn Tại tất cảng than, định hướng Tập đoàn đến năm 2020 chấm dứt kho than hàng hóa lộ thiên bề mặt cảng mà toàn than chứa silo vận chuyển từ mỏ băng tải, khơng có nguy đe dọa ngập kho than bến bãi nước biển dâng mưa to dài ngày Thực tế thời gian qua có khơng điểm mỏ quan trọng bị thiên nhiên tàn phá, vùi lấp Biến đổi khí hậu làm mưa lũ gia tăng vào mùa mưa với diễn biến thất thường gây khó khăn lớn cho hoạt động sản xuất khai thác, q trình vận chuyển mỏ khai thác khống sản làm thiệt hại lớn người doanh nghiệp Đặc biệt, ngành Than chịu ảnh hưởng lớn từ đợt mưa lớn lịch sử vòng 40 năm qua tỉnh Quảng Ninh cuối tháng đến đầu tháng năm 2015 biết Thái Nguyên đánh giá khu vực có nguồn tài ngun khống sản phong phú đa dạng Song, khu vực đứng trước nguy đe dọa biến đổi khí hậu Các liệu dự báo cho thấy, biến đổi khí hậu gây tác động đến tài ngun khống sản theo nhiều phương thức khác Đó việc cường hóa tai biến thiên nhiên, điển hình vùng hạ du Ở miền núi, trung du, đợt mưa thường có lượng cường độ lớn gây lũ quét, lũ bùn đá, trượt lở… gây khó khăn cho trình điều tra, thăm khai thác khoáng sản, đồng thời gia tăng phát tán kim loại độc hại chất thải mỏ, gây ô nhiễm môi trường Ví dụ vào ngày khoảng 30 phút rạng sáng 15/04/2012 khu vực đổ đất đá phế thải mỏ than Phấn Mễ thuộc Công ty cổ phần gang thép Thái Nguyên (xóm khn 1, xã Phục Linh, H.Đại Từ) bất ngờ sạt lở, vùi lấp nhà 10 hộ dân, chết người Hiện Cơng ty than Khánh Hịa thực theo dự án đầu tư xây dựng cơng trình: Khai thác lộ thiên mỏ Khánh Hịa Tập đồn Than Khống sản Việt Nam phê duyệt Quyết định số: 1584/QĐ-TKV ngày 21/7/2014 UBND tỉnh Thái Nguyên phê duyệt quy hoạch sử dụng đất công văn số: 2570/UBND-NC ngày 26 tháng 11 năm 2012 việc chấp thuận chủ trương sử dụng đất để mở rộng khai thác mỏ than Khánh Hòa Theo dự án phê duyệt khu vực bãi đổ thải đất đá bãi thải Tây bãi thải Nam nằm địa phận xã Phúc Hà, xã An Khánh Trong q trình đổ thải Cơng ty ảnh hưởng biến đổi khí hậu, mưa bão nên khu vực đổ thải gần dân cư có nguy sạt lở gây ảnh hưởng đến hộ dân chưa chịu di dời đền bù giải phóng mặt Ngày 31/7/2017 ảnh hưởng mưa bão, nước tạo thành dòng đường vận tải mỏ, tràn hố lắng xói mịn trơi đất đá bờ đai an tồn chảy xuống đường vận chuyển hàng hóa, vật liệu vào Công ty cổ phần xi măng Quán Triều, Công ty nhiệt điện An 57 K1 xác định theo: K1 = (3,8.106 / D.A)3/2 (4.13) Ở đây: D, A: Tốc độ truyền nổ mật độ thuốc nổ, m/s kg/m3 K2 - Hệ số tính đến đường kính cột thuốc, k2 = (0,225/d)1/2 K3 - Hệ số tính đến mặt thống K4 - Hệ số phụ thuộc vào phân bố lỗ khoan, lỗ khoan phân bố song song K4 = K6 - Hệ số phụ thuộc số hàng lỗ khoan n, n < K = 0,81; n  K6 = K7 - Hệ số tính đến mức độ nứt nẻ (thơng qua đường kính lỗ khoan), d < 225mm K7 = (0,061- 4,35)d; d  225 K7 = Khi muốn giảm tỷ lệ cỡ hạt nhỏ việc giảm tiêu thuốc nổ cần giảm hệ số K cách sử dụng loại thuốc nổ có mật độ, tốc độ tuyền nổ nhỏ, tăng đường kính lỗ khoan, giảm hàng lỗ khoan, tăng khoảng cách lỗ khoan Nói cách khác điều khiển cỡ hat thơng qua tiêu thuốc nổ, đường kính lỗ khoan, kích thước mạng lỗ khoan, sơ đồ nổ vi sai loại thuốc nổ sử dụng 3.7 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao độ ổn định tăng dung tích đổ thải cho bãi thải mỏ than Khánh Hoà điều kiện biến đổi khí hậu 3.7.1 Hiện trạng cơng nghệ khai thác đổ thải mỏ than Khánh Hoà Hiện mỏ than Khánh Hoà thực đồng dây chuyền khai thác với phá đá khoan nổ mìn đường kính lỗ khoan D = 150  200mm, xúc bốc đất đá sử dụng máy xúc thuỷ lực gầu ngược dung tích gầu E = 3,5  5,5m3, vận chuyển đất đá thải ô tô tự đổ có trọng tải từ 30 đến 60 Đất đá khai trường bao gồm loại chính, phần vách loại đá có nguồn gốc Triat bao gồm bột kết, cát kết, cuội sạn kết, đá có độ cứng f = 712 58 Các loại đá phân lớp từ trung bình đến dầy, nứt nẻ từ cấp II đến III Phân bố trụ vỉa than loại đá có nguồn gốc Cabonat bao gồm đá vơi sét, bột kết vơi cấu tạo khối, đá có độ cứng f = 68, nứt nẻ từ cấp II đến IV Theo phân loại loại đá mỏ than khánh Hồ có độ khó nổ từ trung bình đến khó nổ, cấp nứt nẻ từ II IV Kết khảo sát bước đầu cấp độ hạt đống đá sau nổ mìn khai trường trước xúc đá thải bãi thải cho thấy có khác cấp độ hạt loại đá có nguồn gốc khác Đối với loại đá có nguồn gốc Triat mà chủ yếu bột kết cát kết cấp độ hạt có dường kính D > 100mm chiếm khoảng 80%, cấp độ hạt D < 100mm khoảng 20% Đối với loại đá có nguồn gốc Cabonat cấp độ hạt có D > 100mm chiếm khoảng 30%, cấp độ hạt có D < 100mm chiếm khoảng 70% Quá trình xúc bốc đất đá mỏ than Khánh Hoà thực máy xúc Thuỷ lực gầu ngược với dung tích gầu E = 3,5  5,5m3, với dung tích kích thước cỡ hạt đống đá sau nổ mìn tốt có D = 200  350mm Công nghệ đổ thải bãi thải mỏ than Khánh Hoà áp dụng chủ yếu đổ thải theo chu vi Đất đá thải ô tô vận chuyển từ khai trường trực tiếp đổ xuông sườn tầng khoảng 70%, phần lại khoảng 30% đổ lên mặt bãi thải cách mép từ  5m dùng xe gạt, gạt sườn tầng đất đá thải không lu lèn, trọng lượng thể tích đất đá thài γt = 2,323 T/m3 87% trọng lượng thể tích đất đá nguyên khối (γd = 2,654 T/m3) Góc dốc ổn định sườn tầng có phụ thuộc vào cấp độ hạt đá thải Với sườn tầng có cấp độ hạt với D < 100mm góc dốc ổn định sườn tầng thấp góc dốc ổn định sườn tầng với cấp độ hạt D > 100mm từ  30 59 Trong thời gian tồn sạt lở sườn tầng xẩy tầng có cấp độ hạt D < 100mm 3.7.2 Phân tích lựa chọn giải pháp nâng cao ổn định cho bãi thải Căn vào tính chất đất đá thải, công nghệ khai thác đổ thải mỏ than Khánh Hồ phân tích trên, giải pháp nâng cao độ ổn định cho bãi thải lựa chọn hợp lý giải pháp tổng hợp với nội dung cụ thể sau: - Tính tốn lựa chọn thơng số khoan nổ hợp lý để đống đá nổ mìn đạt cấp phối hạt D = 200350mm chiếm 70%; D < 200mm chiếm 30% - Lựa chọn cơng nghệ đổ thải theo diện tích kết hợp với đổ thải theo chu vi - Làm chặt đất đá thải lu lèn Trình tự thực giải pháp: Điều khiển khoan nổ theo cỡ hạt: Kết khảo sát cỡ hạt đống đá nổ mìn khai trường mỏ Khánh Hồ cho thấy với thơng số khoan nổ (đường kính lỗ khoan, mạng lưới lỗ khoan), công nghệ nổ (nổ vi sai đến tầng lỗ khoan), loại thuốc nổ sử dụng (An fô khô nhũ tương) áp dụng phù hợp với loại đá cát kết bột kết Với loại đá cho cỡ hạt D > 100mm đạt tỷ lệ đến 80%, cỡ hạt D  100 chiếm 20% Đối với loại đá có nguồn gốc Cacbonat đá vôi sét, bột kết vôi để đảm bảo cỡ hạt sau nổ mìn đạt tương tự cỡ hạt đá cát kết, bột kết cần tiến hành điều chỉnh công tác khoan nổ mìn theo hướng sau: + Điều chỉnh kích thước mạng khoan cách thay đổi khoảng cách lỗ khoan hàng lỗ khoan giữ nguyên tiêu thuốc nổ q; + Thay đổi tiêu thuốc nổ đơn vị q phân bố thuốc nổ khối đá; + Thay đổi góc nghiêng lỗ khoan nổ so với đường thẳng đứng; 60 + Tăng thời gian tác động lượng nổ vào khối đá cần nổ phá cách phân đoạn khơng khí, nạp thuốc lỗ khoan; + Kết hợp dùng phương pháp nổ vi sai đảm bảo va đập vào cục đá bị phá vỡ; + Tạo mặt thoáng cho khối cần nổ phá mặt thoáng tạo nổ phá sơ bộ, nổ tạo biên Đối với mỏ than Khánh Hoà để đạt cỡ hạt theo tỷ lệ tối ưu cho máy xúc (D = 200  350mm chiếm khoảng 70%) tăng cường ổn định cho bãi thải công tác khoan nổ cần thực sau: + Đối với loại đá thuộc trầm tích Triat (cát, bột kết) cơng tác khoan nổ áp dụng đạt cỡ hạt theo yêu cầu + Đối với loại đá thuộc trầm tích Cabonát ( đá vơi sét, bột kết vơi) cần mở rộng mạng lưới lỗ khoan giảm tiêu thuốc nổ q Để thực điều cần tiến hành khảo sát phân vùng phân bố, phân cấp độ bền nứt nẻ khối đá cách chi tiết thực địa tầng khai thác Cần tiến hành tính tốn điều chỉnh mạng lưới lỗ khoan tiêu thuốc nổ phù hợp với đặc điểm phân bố tính chất tầng loại đá, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm nổ thử nghiệm nhiều lần để lựa chọn thông số nổ tiêu thuốc đạt cỡ hạt theo yêu cầu Thực công nghệ đổ thải theo diện tich kết hợp đổ thải theo chu vi giảm khối lượng đổ trực tiếp xuống sườn tầng thải V < 50% Sử dụng xe gạt có D-7 (Hình 4.22) với tổng trọng lượng Q = 100 tấn, tiến hành san gạt lu lèn, đầm nén nhiều lần Các thông số đầm nén xác định sau: - Độ ẩm lu lèn tối ưu: Độ ẩm lu lèn tối ưu Wtu xác định theo công thức thực nghiệm Giáo sư V.I.Birulia [2]: 61 Wtu = 1,5 ( 0,5 Wt - 0,25Ip) (4.14) Trong đó: Wt độ ẩm tự nhiên đất đá Ip số dẻo cuả đất đá Đối với đá thải mỏ than Khánh hoà có Ip = 0; Độ ẩm tự nhiên chọn khoảng từ  2%, thay giá trị vào (4.14) tính được: Wtu = 1,5 (0,5  1) = 0,75  1,5 % - Độ chặt lu lèn tối ưu: Theo tác giả [2] độ chặt lu lèn tối ưu γtu tính theo cơng thức: γtu = γt (1-Vk) / (1+ 0,62Wtu γk) (4.15) Trong đó: Vk - Hệ số thực nghiệm, đất rời Vk = 0,06 γt - Trọng lượng thể tích tự nhiên đất đá, T/m3 γk - Trọng lượng thể tích khơ đất đá, T/m3 Wtu - độ ẩm lu lèn tối ưu, % Đối với đá mỏ Khánh hồ có: γt = 2,65T/m3; γk = 2,5 T/m3 ; Wtu = 0,01 Thay giá trị vào cơng thức (4.2) tính độ chặt lu lèn tối ưu: γtu = 2,65 (1- 0,06) / (1+ 0,0062.2,5) = 2,50 T/m3 - Chiều dày lớp lu lèn: Theo Tiến sỹ Nao- mét [2] chiều dày lớp đất đá đầm nén xác định theo công thức: m = 0,7a : a tính theo cơng thức: a = [ 3Q(3k2+5k-2) / 0,7γtn(K-1)]1/3 (4.16) Ở Q - Trọng lượng đầm (xe gat), K - Hệ số hồi giả đầm, K = 0,25 γtn - Trọng lượng thể tích đất đá đầm, T/m3 Đối với đá thải mỏ khánh hồ có: γtn = 2,232 T/m3; Q = 100 tấn; thay giá trị vào cơng thức tính được: 62 a = 3,7m ; m = 0,7a = 0,7 x 3,7m = 2,6m Từ phân tích tính tốn thực hiện, để nâng cao ổn định cho bãi thải mỏ than Khánh Hoà giải pháp lựa chọn giải pháp tổng hợp, kết hợp công nghệ khai thác điều khiển khoan nổ mìn theo cỡ hạt, bốc xúc vận chuyển, đổ thải theo diện tích kết hợp công nghệ làm chặt đất đá thải lu lèn với thông số cụ thể sau: + Điều khiển khoan nổ mìn để đạt cỡ hạt D = 200350mm chiếm 7080%, D < 200mm chiếm 2030 % + Đổ thải theo diện tích với khối lượng V > 50% + Sử dụng xe gạt D.7 để lu lèn kết hợp san gạt với tiêu: Chiều dày lớp lu m = 2,0m; Độ ẩm tốt lu W = 1% ; Số lần lu lèn từ 58 lần; Độ chặt tối ưu γ = 2,50T/m3 tương ứng với hệ số đầm chặt k = 0,94 so với đá nguyên khối K = 1,07 so cới đất đá thải trạng Hình 3.18 Sử dụng máy gạt D.7 để san gạt lu lèn đổ thải theo diện nhằm tăng độ chặt cho bãi thải 63 3.7.3 Tính tốn lựa chọn thơng số thiết kế bãi thải Hiện bãi thải Nam đổ đến cao trình +190m, bãi thải Tây khu vực phía Tây đến +118m (T.1-BTT), khu vực trung tâm phía Đơng từ +126 (T.2-BTT) đến +140m (T.3-BTT) Bãi thải Nam phát triển theo hướng Đông Nam, khu vực phía Bắc dừng đổ, bãi thải khu vực có chiều cao H =155m, góc dốc bãi thải α = 290; Bãi thải Tây phát triển phía Tây, khu vực phía Đơng tạm dừng đổ Tại khu vực bãi thải có chiều cao H =110m Góc dốc sườn phía Nam α = 30,870; Góc dốc sườn phía Bắc α = 29,590 Theo thiết kế khai thác mỏ than khánh Hoà đến -400 phê duyệt toàn đất đá thải với khối lượng 180 triệu tấn, đổ bãi thải Tây: 137 truệu m3; bãi thải Nam: 38 triệu m3 bãi thải triệu m3 Với thơng số hình học bãi thải trạng ( xem bảng 3.3) kết kiểm toán cho thấy bãi thải ổn định với hệ số ổn định n > 1,2 Bảng 3.3 Tổng hợp thơng số hình học trung bình bãi thải khu vực dừng đổ thải Chiều rộng Chiều cao Góc dốc bãi bãi thải bãi thải (m) thải (độ) 155 29,00 11 28-76 35-36,5 110 30,54 15 27-75 31-38 110-155 29-30,54 11-15 27-75 31- 38 Bãi thải nam Bãi thải Tây Toàn BT mặt tầng(m) Chiều cao Góc dốc Khu vực tầng(m) tầng thải (độ) 64 Tại khu vực sườn phía nam Bãi thải Tây (T.1-BTT) chiều dài 155m góc dốc sườn tầng trung bình αt = 46,740, chiều cao tầng ht = 85m hệ số ổn định n = 0,8 Một số vị trí sườn Nam bãi thải Tây, sườn Đông bãi thải Nam bị sạt tầng lớp đá thải vụn mịn (D < 100mm) chiều cao tầng thải > 60m Kết kiểm toán ổn định bãi thải theo thiết kế kết thúc khai thác -400 cho kết độ ổn định bãi thải đảm bảo với hệ số ổn định n TB > 1,25 Căn vào yếu tố để đảm bảo ổn định cho bãi thải mỏ Than Khánh Hồ q trình đổ thải đến kết thúc, không ảnh hưởng đến cảnh quan, môi trường khu vực xung quanh thơng số hình học thiết kế bãi thải lựa chọn theo bảng 3.4 Bảng 3.4 Các thông số thiết kế bãi thải mỏ than Khánh Hồ T.T Các thơng số bãi thải Đơn vị Bãi thải Tây tính Bãi thải Nam Cao trình kết thúc đổ thải m 250 190 Chiều cao bãi thải m 220 160 Góc dốc bãi thải độ 22 22 Chiều cao tầng thải m 30 30-50 Góc dốc sườn tầng độ 35 35 Chiều rộng mặt tầng m 30 30 Số tầng thải - 3.8 Các giải pháp đảm bảo an tồn cho q trình đổ thải 3.8.1 Các giải pháp công nghệ Để đảm bảo ổn định cho bãi thải an tồn cho q trình đổ thải bãi thải Nam bãi thải Tây cần tiến hành nội dung sau: 65 Hạ thấp chiều cao góc dốc tầng thải khu vực sườn Nam tuyến T.1 BTT, khu vực sườn Bắc tuyến T.2-BBT với chiều cao tầng ht  50 m, góc dốc sườn tầng αt  350 Tại số vị trí sườn tầng bị sạt lở hay chập tầng có nguy phá vỡ đê chắn mương thoát nước khu vực phía Nam bãi thải Tây, khu vực phía Tây Nam, Đơng Bắc bãi thải Nam cần san gạt mở rộng mặt tầng với chiền rông b  15m Quá trình đổ thải cần thực trình tự, cơng nghệ, thơng số thiết kế, tuân thủ nghiêm ngặt quy phạm an toàn khai thác đổ thải mỏ lộ thiên: QCVN 2008/ BCT Để phòng chống đá lăn trình đổ thải chân tầng cần xây dựng hệ thống đê ngăn, vật liệu có khả thoát nước tốt đá thải, rọ đá với kích thước cỡ hạt D > 100mm Khơng để nước bùn sét ứ đọng chân bãi thaỉ ảnh hưởng đến khả thoát nước tự nhiên bãi thải Đổ thải theo phân tầng với chiều cao phân tầng h < 5m, nghiêm cấm đổ tấng cao liên tục với h > 50m Trong trình đổ thải cần tăng cường lu lèn đất đá thải nhằm tăng độ chặt cho đá thải việc áp dụng tối đa cơng nghệ đổ thải theo diện tích Để đảm bảo độ ổn định an toàn cho bãi thải nâng cao hiệu bốc xúc vận chuyển đất đá thải mỏ than Khánh Hoà cần nghiên cứu áp dụng cơng nghệ khoan nổ mìn điều khiển cỡ hạt nhằm tạo cỡ hat đống đá sau nổ mìn có kích thước D = 200  350mm chiếm 60% Với công nghệ khoan nổ điều khiển để đạt cỡ hạt D = 200  350mm cho phép khơng giảm chi phí khoan nổ mìn, tạo cỡ hạt tốt cho cho máy xúc có dung tích gàu E = 3,5  5,5 m3 mà cịn tăng góc dốc ổn định cho sườn tầng thải từ  30 Xem xét bố trí trình tự đổ thải phù hợp với trình tự mở rộng khai thác 66 xuống sâu mỏ, đổ thải kết thúc cho tầng khu vực tầng bước tiến hành cải tạo phục hồi môi trường phủ xanh bãi thải trồng keo chàm kết hợp trồng cỏ voi loại thực vật dân địa phương tận dụng trồng tốt tai chân bãi thải Tây sườn phía Nam 6.Quan trắc biến dạng bãi thải hệ thống mốc cố định xây dựng chân bãi thải với khoảng cách 200m - mốc, quan trắc định kỳ lần năm suốt thời gian hoạt động bãi thải 3.8.2 Các giải pháp thoát nước Các bãi thải thuộc loại loại có địa hình dốc, bề mặt địa hình khơng che phủ, dẫn đến chịu tác động trực tiếp nước mặt gây thấm ướt, bào mịn, xói lở làm giảm ổn định chung bãi thải, an toàn trính đổ thải đặc biệt vào mùa mưa Để đảm bảo an tồn cho q trình đổ thải, phòng chống tác động nước mặt đến bãi thải cần áp dụng giải pháp sau: Để nước mặt không tồn đọng mặt tầng chảy tràn qua sườn tầng gây tích nước cưỡng cho đất đá thải xói lở sườn tầng, cần tạo mặt tầng nghiêng vào phía chân tầng từ 23% Mặt tầng cần có độ dốc dọc hợp lý 0,50,8% Dọc theo chân tầng cần xây dựng hệ thống mương thoát nước mặt, để phòng chống bồi lắng mương dẫn nước chiều dài từ 100 đến 150m xây dựng hố ga Phía ngồi mặt tầng (đỉnh tầng) xây dựng đai an toàn với chiều cao tối thiểu h = 1m nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị vận tải ngăn chặn nước mặt tràn qua sườn tầng Thường xuyên kiểm tra kịp thời tu bổ nạo vét lòng mương hố ga đặc biệt vào trước mừa mưa hàng năm Nước mặt thoát từ bãi thải cần dẫn tập trung vào hồ xử lý trước thải môi trường 67 3.8.3 Các giải pháp môi trường dân sinh: 1.Không xây dựng cơng trình dân sinh, cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, hoạt động canh tác trồng trọt, chăn nuôi phạm vi vành đai an tồn với bán kính an tồn L = 0,3H (m) tính từ chân bãi thải (trong H chiều cao bãi thải) 2.Hạn chế đến mức thấp ảnh hưởng bụi trình hoạt động bãi thải phát tán vào môi trường, dọc theo đường vận chuyển khu vực hoạt động bãi thải cần xây dựng hệ thống chống bụi hệ thống phun sương bán cố định 3.Nghiêm cấm khai thác vật liệu thải chân bãi thải hình thức, khơng để người khơng có trách nhiệm vào khu vực bãi thải Xung quanh khu vực bãi thải cần bố trí trạm bảo vệ, biển báo nguy hiểm đặc biệt khu vực đổ thải 3.8.4 Giải pháp cải tạo phục hồi môi trường Theo quy chuẩn an toàn khai thác mỏ lộ thiên: QCVN 2008-BCT mỏ khai thác lộ thiên sau kết thúc khai thác đổ thải cần tiến hành cải tạo phục hồi môi trường theo báo cáo đánh giá tác động mơi trường cấp có thẩm quyền phê duyệt lập dự án đầu tư khai thác mỏ Đối với bãi thải mỏ than Khánh Hoà q trình phục hồi mơi trường thực theo trình tự sau: San gạt, bốc xúc cải tạo lại sườn dốc theo thơng số hình học bãi thải thiết kế Xây dựng cơng trình bổ trợ lâu dài mương nước mặt, bực nước, cống thoát nước sườn tầng thải Hệ thống đê kè, mương thoát nước chân bãi thải hồ xử lý môi trường Phủ xanh bãi thải chống xói lở trồng cỏ lấy gỗ, công nghiệp phù hợp với điều kiện sinh thái vùng Thái Nguyên 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết khảo sát nghiên cứu đánh giá ổn định bãi thải mỏ than Khánh Hồ điều kiện biến đổi khí hậu cho phép kết luận: Đất đá thải mỏ than Khánh Hoà bao gồm loại đá có độ bền từ trung bình đến cứng Độ bền nén trục loại đá theo thang Protođiaconop f = 610, đá có cấu tạo phân lớp từ trung bình đến dày Kết khảo sát thí nghiệm trường bãi thải xác định tiêu lý chủ yếu đất đá thải: - Trọng lượng thể tích tự nhiên (thể trọng): γ = 2,323 T/m3 - Lực dính kết: C = 6,83 T/m2 - Góc ma sát trong: φ = 300 Nền bãi thải cấu tạo loại đất đá, phần lớp đất sét pha chiều dày trung bình 3,5m, đất có độ chặt từ chặt vừa đến chặt trạng thái dẻo cúng đến cứng phía lớp đất sét pha đá gốc bột kết phong hố trung bình, đá có độ cứng trung bình Đất đá bãi thải xếp vào loại cứng nằm ngang Tính chất lý chủ yếu đất đá bãi thải xác định sau: -Đất sét pha: + Trọng lượng thể tích tự nhiên: γ = 1,88 T/m3 + Lực dính kết: gC = 2,90 T/m2 + Góc ma sát trong: φ = 21,110 -Đá Bột kết phong hoá: +Trọng lượng thể tích tự nhiên: γ = 2,48 T/m3 + Lực dính kết: C = 76,12 T/m2 +Góc ma sát trong: φ = 31,670 Kết kiểm toán ổn định cho thấy: 69 - Đối với bãi thải trạng chiều cao H = 110  160m, góc dốc bãi thải α = 31330 độ ổn định bãi thải đảm bảo với hệ số ổn định n = 1,041,09 Tại số khu vực góc dốc sườn tầng αt > 380, chiều cao ht > 80m độ ổn định bãi thải không đảm bảo (n < 1) cần thiết phải cải tạo với chiều cao ht  50m αt  350 - Đối với bãi thải thiết kế khai thác kết thúc -400 m, với thông số thiết kế cuả bãi thải Tây Bãi thải Nam đựơc lựa chọn độ ổn định bãi thải đảm bảo với hệ số ổn định nTB  1,25 Kiến nghị Để nâng độ ổn định đảm bảo an toàn cho bãi thải để ứng phó với biến đổi khí hậu giải pháp lựa chọn giải pháp tổng hợp sử dụng cơng nghệ khoan nổ mìn điều khiển cỡ hạt kết hợp làm chặt đất đá thải lu lèn Với giải pháp lựa chọn cho phép đảm bảo ổn định cho bãi thải điều kiện biến đổi khí hậu, nâng góc dốc ổn định sườn tầng từ đến độ, tăng dung tích đổ cho bãi thải suất xúc loại máy xúc có mỏ Khánh Hồ Để áp dụng giải pháp cần tiến hành nghiên cứu công nghệ khoan nổ mìn điều khiển cỡ hạt nén chặt đất đá thải lu lèn sử dụng máy gạt D7 Để phòng chống sạt lở bãi thải tác động nước mặt cần xây dựng hệ thống mương thoát nước chân tầng, hố ga, đê chắn chân bãi thải hồ xử lý mối trường nước thải từ bãi thải, xây dựng hệ thống phun sương dọc theo tuyến đường vận chuyển khu vực đổ thải để hạn chế bụi phát tán vào môi trường ảnh hưởng đến cảnh quan khu vực chung Để dự báo phòng chống biến dạng bãi thải cần xây dựng mốc quan trắc xung quanh bãi thải Tại sườn phía Bắc bãi thải Nam sườn 70 phía Đông bãi thải Tây tiếp giáp với khai trường khai thác mỏ than Khánh Hoà bờ mỏ + bãi thải có chiều cao tăng dần từ 344m lên 630m kết thúc thuộc loại bờ mỏ cao cần tiến hành xây dựng khu vực tuyến quan trắc quan trắc định kỳ lần năm để theo dõi dự báo biến dạng bờ mỏ, bãi thải suốt trình khai thác đến kết thúc Tại khu vực giáp ranh bờ mỏ bãi thải cần tạo vàng đai an tồn tạo mặt tầng có chiều rộng tối thiểu b = (34) bmin = 5080m Cần tiến hành triển khai nghiên cứu cơng nghệ khoan nổ mìn điều khiển cỡ hạt phù hợp với loại máy xúc có nhằm nâng cao suất xúc bốc vận chuyển cho tồn dây chuyền cơng nghệ hoạt động mỏ nhằm giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành khai thác, tăng độ ổn định cho bãi thải Nghiên cứu tính tốn xác định góc dốc ổn định bờ mỏ cho khu vực khai thác nhằm xác định dạng bờ hợp lý, điều khiển nâng cao góc dốc bờ cơng tác tối đa theo điều kiện ổn định đất đá mỏ cho phép giảm hệ số bóc giai đoạn, giảm khối lượng đất bóc tăng hiệu khai thác Để đảm bảo ổn định an toàn cho bãi thải cần đổ thải theo thông số thiết kế, tập trung đổ thải kết thúc cho tầng khu vực Trong trình đổ thải cần thực nghiêm ngặt quy chuẩn an tồn cơng tác khai thác đổ thải mỏ lộ thiên: QCVN 2008-BCT, TCVN 5326/2008-BCT Sau kết thúc đổ thải cần tiến hành cải tạo phục hồi môi trường, trồng phủ xanh bãi thải để không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái chung khu vực Định kỳ tổ chức kiểm tra hoạt động bãi thải kết hợp quan trắc, quản lý bãi thải đơn vị sản xuất mỏ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Ấu, Nhữ Văn Bách (1996), Phá vỡ đất đá phương pháp khoan nổ mìn, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Đình Ấu, Nhữ Văn Bách, Lê Văn Quyển, Nguyễn Đình An (2013), Nổ mìn kỹ thuật an tồn sử dụng vật liệu nổ công nghiệp, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyển Ngọc Bích (2005), Đất xây dựng, địa chất cơng trình kỷ thuật cải tạo đất xây dựng, Nhà xuát xây dựng Hà Nội Nhữ Văn Bách (2008), Nâng cao hiệu phá vỡ đất đá nổ mìn khai thác mỏ, NXB GTVT, Hà Nội Báo cáo tổng kết khảo sát đánh giá ổn định cho mỏ than Khánh Hịa- Viện Khoa học cơng nghệ mỏ Vinacomin-2014 Dự án mở rộng khai thác mỏ than Khánh Hồ- TCTy Cơng nghiệp Mỏ Việt Bắc Tài liệu cập nhật trạng khai thác đổ thải mỏ than Khánh Hịa đến 31/9/2018 - Cơng ty than Khánh Hoà-VVMI Cùng tài liệu thu thập mỏ than Khánh Hịa, Tổng cơng ty cơng nghiệp mỏ Việt Bắc, Cơng ty cơng nghiệp hố chất mỏ Thái Nguyên tài liệu thu thập mạng Internet Báo cáo tóm tắt cơng trình nghiên cứu độ ổn định, lựa chọn thơng số, trình tự đổ thải, giải pháp nước cơng trình bảo vệ phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu bãi thải mỏ than lộ thiên thuộc TKV ... cơng ty than Khánh Hịa, gây ảnh hưởng đến tuyến đường tiêu thụ Chính đề tài: ? ?Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao hệ số ổn định bãi thải mỏ than Khánh Hịa để ứng phó với biến đổi khí hậu? ?? mà... ĐỔ THẢI VÀ CÁC THÔNG SỐ BÃI THẢI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH BÃI THẢI ĐỐI PHĨ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 3.1 Khái niệm biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu thay đổi hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển,... độ ổn định bãi thải đối phó với biến đổi khí hậu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: - Các giải pháp cơng nghệ, trình tự, thông số bãi thải để nhằm nâng cao độ ổn định bãi thải