42 CHƯƠNG 5 HÌNH HỌC HOÁ KHOÁNG SẢN CÓ ÍCH DẠNG PHẲNG (TẤM) 5 1 THÀNH PHẦN THẾ NẰM CỦA LỚP KHOÁNG SẢN 5 1 1 Thành phần thế nằm của vỉa Những đại lượng góc, chiều dài xác định được ở từng điểm hay từng[.]
CHƯƠNG HÌNH HỌC HỐ KHỐNG SẢN CĨ ÍCH DẠNG PHẲNG (TẤM) 5.1 THÀNH PHẦN THẾ NẰM CỦA LỚP KHOÁNG SẢN 5.1.1.Thành phần nằm vỉa Những đại lượng góc, chiều dài xác định điểm hay vùng, tổng hợp lại cho ta khái niệm hình dạng vỉa gọi thành phần nằm vỉa Thành phần nằm vỉa bao gồm : a.Vị trí vỉa khơng gian mà ta tiến hành đo đạc, thăm dò b.Góc phương vị góc dốc bề mặt vỉa c.Chiều sâu vỉa d.Chiều dày vỉa Thành phần nằm vỉa xác định trực tiếp gián tiếp 5.1.2 Một số định nghĩa : - Đường phương vỉa đường nằm ngang mặt phẳng vách mặt phẳng trụ vỉa Tập hợp đường phương độ cao khác cho phép ta mô tả dạng vỉa đường đồng mức Hướng đường phương vỉa hướng mà nhìn phía độ dốc xi phía phải đường phương - Đường dốc vỉa vng góc với đường phương - Chiều dày vỉa theo hướng cho trước khoảng cách vách trụ vỉa theo hướng - Chiều sâu vỉa điểm cho trước khoảng cách từ mặt đất đến điểm ký hiệu h -Đường lộ vỉa đường có độ sâu vỉa h = chiều dày lớp đất bồi 5.2 XÁC ĐỊNH TOẠ ĐỘ ĐIỂM LỖ KHOAN GẶP VỈA Khi xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa , đại lượng : toạ độ miệng lỗ khoan (x0, y0, z0), góc nghiêng (), góc phương vị (), chiều dài trục lỗ khoan (L), ta cần phải biết độ cong trục lỗ khoan Do nhiều nguyên nhân địa chất, dụng cụ kỹ thuật khoan mà trục lỗ khoan bị cong theo hướng dốc hướng nằm ngang (góc phương vị) Để xác định xem lỗ khoan cong theo hướng , ta phải xác định góc phương vị () góc dốc () trục lỗ khoan điểm trục lỗ khoan dụng cụ riêng gọi máy đo độ cong lỗ khoan.(Dụng cụ điều khiển mũi khoan, tiếng Nga gọi klin , dụng cụ kiểm tra lỗ khoan gọi karôta) Nếu lỗ khoan qua lớp đất đá khác với chiều dày lớn điểm đo chỗ tiếp giáp lớp đất đá Độ cong lỗ khoan xảy trường hợp : Trục lỗ khoan đường thẳng ; trục lỗ khoan cong mặt phẳng đứng ; trục lỗ khoan cong mặt phẳng đứng , mặt phẳng ngang Dưới ta xét trường hợp : 5.2.1.Trường hợp trục lỗ khoan đường thẳng : (Góc phương vị góc dốc trục lỗ khoan không thay đổi) 42 Giả sử từ điểm O (Xo , Yo , Zo ), khoan lỗ khoan (LK) gặp vỉa có góc dốc , góc phương vị chiều dài L Cần xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa A(XA , YA , ZA ) Bài giải : Từ hình V – 1,ta tính độ chênh cao (h) chiều dài ngang (d) : h = Lsin ; (V - 1) d = Lcos ; (V – 2) Số gia toạ độ độ chênh cao miệng lỗ khoan (O) điểm lỗ khoan gặp vỉa (A) : XOA = d cos = Lcos cos (V - 3) YOA = d sin = Lcos sin (V - 4) hOA = Lsin O L h X d A o’ XA Xo a o’ d Yo YA Y Hình V- 1.Xác định toạ độ điểm LK gặp vỉa trục LK đường thẳng Như toạ độ điểm LK gặp vỉa (A) : XA = XO + XOA = Lcos cos YA = YO + YOA = Lcos sin ZA = ZO + hOA = Lsin (V - 5) (V - 6) (V - 7) 5.2.2.Trường hợp trục lỗ khoan cong mặt phẳng đứng : (Góc phương vị khơng đổi ; góc dốc thay đổi ) Giả sử từ điểm O (Xo , Yo , Zo ), khoan lỗ khoan (LK) gặp vỉa có góc phương vị góc dốc 0 Tại điểm 1, 2, 3, … với chiều dài l1, l2, l3, … đo độ cong lỗ khoan, thấy góc phương vị khơng đổi, cịn góc dốc giá trị tương ứng 1, 2, 43 3 , ….Chiều dài từ miệng lỗ khoan đến điểm gặp vỉa (A) L Cần xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa A(XA , YA , ZA ) Bài giải : Bài toán giải theo phương pháp a.Phương pháp đồ giải : -Trước tiên xây dựng mặt cắt đứng theo trục lỗ khoan Cách làm sau : Kẻ đường nằm ngang, chọn điểm O (hình V – 2) Từ O kẻ đường thẳng có góc dốc 0 , đặt chiều dài l1/2 điểm 1’ 850 xo O 750 z0 o 1’’ 2’’ 0 l1 1’ 1 l1 yo l2 h 650 2’ l2 2 2 550 A 450 100 n’’ A’’ xa 200 300 400 n’ l n n n zA ya 500 l’ A b) a) Hình V – : Xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa Trường hợp trục lỗ khoan cong mặt phẳng đứng Tại 1’ kẻ đoạn thẳng có góc dốc 1, đặt chiều dài l1/2 , điểm 1;Theo đường thẳng 1’1 đặt đoan l2/2 , điểm 2’ ; Tại 2’ kẻ đoạn thẳng có góc dốc 2, đặt đoan l2/2 , điểm ;… Cứ làm ta điểm 3’ , , 4’ , ,…, n’ , n, A Nếu điểm A không trùng với n , ta tìm chiều dài l’ = L - li Đặt đoạn thẳng l’ có góc dốc n điểm A (hình V – 2b) Độ dài OA” = d chiều dài ngang trục lỗ khoan Trên đồ, từ điểm O (Xo , Yo ) kẻ đường thẳng có góc phương vị , đặt chiều dài d ta điểm A Từ A dóng trục toạ độ xác định XA, YA (hình V – 2a ) Độ cao điểm A xác định từ mặt cắt đừng : ZA = Z0 – h b.Phương pháp giải tích : Từ hình V – , ta thấy toạ độ, độ cao điểm LK gặp vỉa A tính sau : n li XA = X0 + (cos i - + cos i ) + l' cos n cos (V – 8) i =1 44 n li YA = Y0 + i =1 n li (cos i - + cos i ) + l' cos n sin (V – 9) (sin i - + sin i ) + l' sin n ZA = Z0 - i =1 (V – 10) 5.2.3.Trường hợp trục lỗ khoan cong mặt phẳng đứng mặt phẳng ngang: (Góc phương vị góc dốc thay đổi ) Giả sử từ điểm O(Xo, Yo, Zo ), khoan lỗ khoan (LK) gặp vỉa có góc phương vị 0 góc dốc 0.Lỗ khoan gặp vỉa điểm A cách miệng lỗ khoan đoạn L (theo đường cong) Tại điểm 1, 2, 3, …,n đo góc dốc 1 , 2 , 3 , …,n góc phương vị 1 , 2 , 3 , …,n ; độ dài điểm đo tương ứng l1 , l2 , l3 , …, ln Hãy xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa A(XA , YA , ZA ) Bài giải : a.Phương pháp đồ giải : Trước tiên ta xây dựng mặt cắt đứng theo trục lỗ khoan Cách xây dựng mặt cắt tiến hành trình bày mục II.1 (hình V – 3b) 800 xo O 700 z0 o 0 yo 1 2” 2’ l2 2 2 h 2 n’ l n n n n n” xa 250 n’’ A’’ l2 500 400 150 2’’ l1 1’ 1 l1 1” 600 1’’ 0 350 450 A zA ya 550 l’ A b) a) Hình V – : Xác định toạ độ điểm lỗ khoan gặp vỉa Trường hợp trục LK cong mặt phẳng ngang , mặt phẳng đứng Trên vẽ từ điểm O(Xo , Yo) kẻ đường thẳng có góc phương vị 0 , đặt đoạn O1” lấy từ mặt cắt (hình V-3a) điểm 1” Từ điểm 1” kẻ đường thẳng có góc phương vị 1 , đặt đoạn 1”2” lấy từ mặt cắt, điểm 2”.Cứ làm tương tự điểm lỗ khoan gặp vỉa A Từ A dóng trục toạ độ ta xác định XA , YA (hình V-3a) Từ mặt cắt ta xác định độ cao điểm A ZA (hình V-3b) b.Phương pháp giải tích : 45 Tương tự trường hợp 1, ta tính toạ độ, độ cao điểm lỗ khoan gặp vỉa (A) trường hợp sau : l n −1 l i =1 XA = X0 + cos0 cos0 + i + l i +1 l cosi cosi + n cosn cosn n −1 l l1 l l cos0 sin0 + i + i +1 cosi sini + n cosnsinn 2 i =1 l n − 1 l1 ZA = Z0 - sin + li + li + sin + n sin n i 2 2 i = 1 YA = Y0 + (V – 11) (V – 12) (V – 13) 5.3 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG VỊ VÀ ĐỘ DỐC CỦA VỈA 5.3.1.Phương pháp trực tiếp : Phương pháp ứng dụng có điểm lộ vỉa tự nhiên hay nhân tạo.các điểm phải điểm đặc trưng bề mặt vách trụ vỉa, nơi tiếp giáp với đất đá phải tương đối phẳng.Nếu bề mặt gồ ghề, lượn sóng đặt sách, , gỗ,… lên để tạo nên bề mặt phẳng đặc trưng Dùng la bàn địa chất la bàn treo vòng bán nguyệt để xác định góc phương vị độ dốc (góc dốc) vỉa Nếu vỉa có độ dốc lớn xác định hướng dốc góc dốc trước, sau xác định góc phương vị.Nếu vỉa dốc thoải tiến hành ngược lại Trực tiếp xác định góc phương vị góc dốc la bàn treo vòng bán nguyệt thường tiến hành lò khai thác.Người ta dùng dây căng mặt phẳng tiếp giáp vỉa đất đá theo hướng phương vị hướng dốc Góc phương vị xác định la bàn phải hiệu chỉnh độ lệch từ vùng đo Độ xác việc xác định góc phương vị góc dốc la bàn treo vòng bán nguyệt cao việc đo la bàn địa chất có độ xác đọc số lớn có diện tích lộ vỉa rộng 5.3.2.Phương pháp gián tiếp : Xác định góc phương vị góc dốc vỉa phương pháp gián tiếp ứng dụng lộ vỉa xuất lò xuyên vỉa cần xác định góc phương vị góc dốc trung bình khu vực Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà áp dụng phương pháp sau : a.Phương pháp dây chéo : - Phương pháp đồ giải : Thực chất xác định góc phương vị góc dốc vỉa theo - hướng lộ vỉa lớn, sau lấy trị trung bình làm kết Hình V-4a, b mơ tả lộ vỉa giếng đứng thăm dò lò xuyên vỉa Trong mặt phẳng lộ vỉa lấy hướng AB, AC AB, CD Dùng la bàn treo vòng bán nguyệt để xác định thành phần nằm (góc phương vị 1 , 2 góc dốc 1 , 2) chúng 46 Dựa vào thành phần nằm hướng vừa xác định để xác định nằm vỉa.Cách xác định sau : Từ điểm O theo góc phương vị 1 , 2 dựng OB, OC (hình V-4c) Trên hướng OB lấy điểm (điểm 1), dựng góc 1(góc dốc hướng OB).Từ O dựng OO’ ⊥ OB , cắt 1O’ O’ ; đoạn OO’ chênh cao X c) điểm điểm O b) a) X o” o’ 90º-2 A II C D A II I I o’” C o 1 1 2 q B B B C Hình V – : Xác định nằm vỉa phương pháp dây chéo Từ O dựng OO” ⊥ OC OO’ ; O” dựng góc 90º - 2 (2 góc dốc OC ), cắt OC Ta thấy điểm 1, 2, nằm mặt phẳng vỉa, có độ cao Cho nên 2-1 đường phương vỉa; góc hợp trục ox đường 21 góc phương vị () vỉa Để xác định góc dốc () vỉa ta làm sau : Từ O kẻ Oq ⊥ 21 ; kẻ OO”’ ⊥ Oq OO’ điểm O”’ Nối O”’ q ; góc OqO”’ = góc dốc vỉa - Phương pháp giải tích : Theo phương trình đường thẳng nằm mặt phẳng cắt nhau, ta xác định trị số M, N, P sau : M = cos2sin2sin1 – cos1cos1sin2 (V – 14) N = - (cos2 cos2sin1 – cos1cos1sin2) (V – 15) P = cos1 cos1cos2sin2 – cos1cos2sin1cos2 (V – 16) Góc phương vị () góc dốc () vỉa tính theo cơng thức : M tg = N P ; cos = M +N +P 2 hay tg = M +N P (V – 17) b.Theo toạ độ điểm : Giả sử có lỗ khoan gặp vỉa : A(XA,YA,ZA) ; B(XB,YB,ZB) ; C(XC,YC,ZC) (trong : ZA, ZB, ZC độ cao điểm lỗ khoan gặp vỉa) Cần xác định góc phương vị () góc dốc () vỉa -Phương pháp đồ giải : Đưa điểm lỗ khoan gặp vỉa lên vẽ ghi độ cao bên cạnh Ví dụ có điểm A41, B31, C36 hình V – Trên đường A41B31 tìm điểm có độ cao 36 (E36).Ta thấy điểm C36 E36 nằm tromg mặt phẳng vỉa, độ cao nên đường phương vỉa Từ 47 dễ dàng xác định góc phương vị () vỉa (hình V – 5) A41 M N E36 C36 B31 Hình V – : Xác định nằm vỉa theo toạ độ điểm Để xác định độ dốc vỉa ta làm sau : Từ A hạ đường vng góc với CE (AN ⊥ CE) từ A kẻ AM ⊥ AN , A đặt đoạn AM độ chênh cao A CE, ( = 41 – 36).Nối MN, góc ANM = góc dốc vỉa cần xác định Góc dốc () vỉa xác định cách từ B hạ đường vng góc với CE (cách tiến hành tương tự trên) - Phương pháp giải tích : Chọn điểm A, B, C làm điểm giao đường thẳng qua điểm điểm cịn lại Khi đó, ta lập phương trình đường thẳng cắt công thức (V-14) ; (V-15) ; (V-16) , tính góc phương vị () góc dốc () vỉa theo cơng thức (V-17) Trong : 1 , 1 , 2 , 2 góc phương vị góc dốc đường thẳng cắt (xác định cách giải toán Trắc địa nghịch) c.Theo đồ địa hình : Dựa vào đường lộ vỉa mơ tả đồ địa hình để xác định góc phương vị () góc dốc () vỉa Có trường hợp sau : - Trường hợp vỉa dốc đứng :Đường lộ vỉa đường thẳng, khơng phụ thuộc vào điều kiện địa hình trùng với đường phương vỉa Như , góc phương vị đường phương góc phương vị vỉa.Cịn góc dốc () vỉa 90º.(Hình V – 6) b) a) 240 230 220 210 Hình V – 6: Trường hợp vỉa dốc đứng 48 200 -Trường hợp vỉa dốc thoải : Đường lộ vỉa cắt đường đồng mức bề mặt địa hình (hình V – 7) Trên đồ địa hình tìm điểm B đường lộ vỉa cắt đường đồng mức D Ví dụ : hình x V – 7, đường AB cắt đường đồng 80 M K mức 70, đường CD cắt đường 60 Đường AB, đường CD 70 A đường phương vỉa ( Vì A, B có độ cao 70; C, D có 60 độ cao 60 ) Để xác định góc C phương vị vỉa , từ A B, C, D ta kẻ trục X ;đo HìnhV – 7: Trường hợp vỉa dốc thoải giá trị góc Để nâng cao độ xác xác định góc số vị trí,rồi lấy trị trung bình làm kết Để xác định góc dốc () vỉa, từ B ( A) kẻ đường BK ⊥ CD ; BK hình chiếu đường dốc vỉa Đặt đoạn BM ⊥ BK có độ dài độ chênh cao B K Nối KM; góc BKM = góc dốc cần xác định.Thông thường phải xác định số giá trị số điểm lấy trung bình 5.4 CHIỀU DÀY, CHIỀU SÂU CỦA VỈA 5.4.1.Chiều dày vỉa : a.Các loại chiều dày :Trên hình V – 8a mơ tả dạng chiều dày vỉa : 1.Chiều dày thực ( mH ) đoạn thẳng từ điểm cho vỉa theo đường pháp tuyến bề mặt vách bề mặt trụ 2.Chiều dày thẳng đứng ( mb ) đoạn thẳng vách trụ vỉa theo phương thẳng đứng qua điểm cho 3.Chiều dày ngang ( ml ) đoạn thẳng nằm ngang ngắn điểm cho mặt phẳng vách mặt phẳng trụ 4.Chiều dày thấy – gọi chiều dày biểu kiến ( mc ) đoạn thẳng vách trụ vỉa theo phương cho 5.Chiều dày trung bình ( mt ) thương số thể tích khống sản diện tích chiếm LK b) 0.43 0.20 0.20 0.20 Chiều dày đủ Chiều dày KT a) ml mb 49 0.50 0.60 0.50 0.80 0.40 20 Hình V – : Các dạng chiều dày vỉa 6.Chiều dày công nghiệp : Nếu thân quặng cấu tạo nhiều lớp riêng biệt, ngồi chiều dày nêu cịn có chiều dày cơng nghiệp sau (hình V-8b) : - Chiều dày đầy đủ : tổng chiều dày tất lớp; - Chiều dày công nghiệp : giới hạn chiều dày bé , mà điều kiện cụ thể khai thác ; - Chiều dày khai thác : tổng chiều dày khoáng sản đất đá kẹp nằm vùng khai thác ; - Chiều dày lấy : tổng chiều dày khoáng sản khai thác b.Các toán chiều dày : Khi biết chiều dày thấy (chiều dày biểu kiến) theo hướng ta xác định chiều dày khác Ví dụ : Biết thành phần nằm vỉa , Theo hướng nằm ngang A – đo chiều dày nằm ngang ml’ Hướng A – lệch với hướng A – (hướng vng góc với đường phương vỉa ) nột góc Hãy xác định chiều dày ngang ( ml ) , chiều dày thẳng đứng (mb) , chiều dày thực ( mH ) Bài giải : Từ ta vẽ hình V – b) a) x A-1 ml A ml o mb mH ’ C mb m l’ B A A-2 m l’ A ’ mH’ C’ B Hình V-9 : Xác định chiều dày ngang, chiều dày đứng, chiều dày thực, biết chiều dày ngang theo hướng Từ hình V – 9a, ta đo chiều dày ngang (ml) ; tính chiều dày ngang theo cơng thức : ml = ml’ cos (V – 18) Để xác định chiều dày đứng (mb) , chiều dày thực (mH) , ta dựng mặt cắt đứng qua A-1 (hình V-9b), từ đo mb mH Các chiều dày tính theo công thức : mH = mlsin = ml’ cos sin (V-19) mb = mH sec = ml’ cos sin sec = ml’ costg (V-20) Cần ý : Nếu ta dựng mặt cắt đứng qua A-2 chiều dày thẳng đứng (mb) khơng thay đổi, cịn chiều dày mH’ không phản ánh chiều dày 50 thực vỉa , thường mH’ > mH ; mức độ lớn nhiều hay phụ thuộc vào góc lớn hay nhỏ.Có thể tính mH’ theo cơng thức (V – 21) mH’ = ml’sin’ (V-21) Trong góc ’ tính theo cơng thức : tg’ = mb / ml’ Ví dụ : Biết thành phần nằm vỉa , Khoan lỗ khoan xuyên vỉa có thành phần năm 0 , 0 có điểm A điểm lỗ khoan gặp vỉa ; điểm C điểm lỗ khoan khỏi vỉa Chiều dày AC = mC Tại A C đo góc dốc vỉa ’ Cần xác định chiều dày thẳng đứng (mb), chiều dày thực (mH) chiều dày ngang (ml) vỉa ? Bài giải :Trước tiên, dựng mặt cắt đứng qua trục lỗ khoan, ta có AC = mC chiều dày biểu kiến vỉa theo trục lỗ khoan (hình V – 10a) a) b) x 0 A ’ m l’ ml mH ’ mc D mH’ mb ’ 0 C’ m l’ C B Hình V – 10 : Xác định chiều dày ngang, chiều dày đứng, chiều dày thực, biết chiều dày biểu kiến (mc) Từ C dựng đường trụ vỉa theo hướng lỗ khoan với góc dốc ’ Từ A kẻ đường thẳng đứng AB cắt đường trụ vỉa vừa dựng B Ta có AB = m b chiều dày thẳng đứng vỉa Từ B dựng đường trụ vỉa với góc dốc Từ A dựng đường AD vng góc với đường trụ vỉa vừa dựng, đoạn AD = mH chiều dày thực vỉa Trên mặt cắt ta xác định chiều dày ngang (ml’)theo hướng trục lỗ khoan Để xác định chiều dày ngang thực (ml) vỉa đồ giải (xem hình V – 10b) gải tích ( công thức V – 22) : ml = ml’ cos (V – 22) Trong : = 0 – ( - 90º ) [ = 0 - mà = - 90º nên = 0 – ( - 90º )] 5.4 Chiều sâu vỉa Chiều sâu vỉa điểm khoảng cách thẳng đứng từ mặt đất đến điểm Chiều sâu vỉa xác định trực tiếp từ miệng giếng đứng thăm dò đến điểm gặp vỉa 51 ... hành trình bày mục II.1 (hình V – 3b) 800 xo O 700 z0 o 0 yo 1 2? ?? 2? ?? l2 ? ?2 2 h ? ?2 n’ l n n n n n” xa 25 0 n’’ A’’ l2 500 400 150 2? ??’ l1 1’ 1 l1 1” 600 1’’ 0 350 450 A zA ya 550 l’ A b) a) Hình. .. chọn điểm O (hình V – 2) Từ O kẻ đường thẳng có góc dốc 0 , đặt chiều dài l1 /2 điểm 1’ 850 xo O 750 z0 o 1’’ 2? ??’ 0 l1 1’ 1 l1 yo l2 h 650 2? ?? l2 ? ?2 2 550 A 450 100 n’’ A’’ xa 20 0 300 400 n’... địa hình trùng với đường phương vỉa Như , góc phương vị đường phương góc phương vị vỉa.Cịn góc dốc () vỉa 90º. (Hình V – 6) b) a) 24 0 23 0 22 0 21 0 Hình V – 6: Trường hợp vỉa dốc đứng 48 20 0 -Trường