Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông ở việt nam nhằm đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường và phục vụ công tác quản lý

1 BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCMỎ-ĐỊACHẤT NGUYỄNXUÂNQUANG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁTLỊNGSƠNGỞVIỆTNAMNHẰMĐẢMBẢO AN TỒN, BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG VÀ PHỤC VỤCƠNGTÁCQUẢNLÝ Ngành: Khai thác mỏMãsố:62.52.06.03 TĨM TẮTLUẬNÁNTIẾNSĨ KỸTHUẬT HÀNỘI-2017 Cơngtrìnhđượchồnthànhtại: Bộ mơnkhaithác lộthiên,Khoamỏ,TrườngĐạihọcMỏ-Địachất Ngườihướngdẫnkhoahọc: PGS.TS.HồSĩGiao HộiKhoahọcvàCơngnghệMỏViệtNam TS.LạiHồngThanh TổngcụcĐịachấtvàKhốngsảnViệtNam Phảnbiện 1:PGS.TS.Bùi XuânNam TrườngĐạihọcMỏ -Địachất Phảnbiện 2:TS MaiThếToản BộTàinguyênvàMôitrường Phảnbiện3:TS.NguyễnPhụVụ HộiKhoahọcvàCôngnghệMỏ ViệtNam Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấpTrườnghọptại:TrườngĐạihọcMỏ-Địachất,phườngĐứcThắngquậnBắcTừLiêm-HàN ộ i Vàohồi .giờ phút,ngày tháng năm2017 Có thểtìmhiểuluậnántạithưviện: - ThưviệnQuốcGia,HàNội - Thưviện Trường ĐạihọcMỏ-ĐịaChất MỞĐẦU Tínhtấpthiếtcủađềtài Việt Nam quốc gia có tiềm tài ngun khống sản làm vật liệuxây dựng Trong đó, cát lịng sơng loại khống sản có nhu cầu lớn, phụcvụđắclựcchongànhxâydựng,giaothơng,thủylợivàcácngànhkinhtếkhác.Trong năm qua, hoạt động khai thác cát lịng sơng đem lại nhiều lợi íchthiết thực, song tác động tiêu cực đến mơi trường như: gây xói lở bờ sơng,đedọađếnđộantồncủagiaothơngđườngthủyvà cơng trình xung quanh.Nguyênn h â n c ủ a v ấ n đ ề n y l q u y m ô k h a i t h c n h ỏ , c ô n g n g h ệ k i t h c , trìnhtựkhaithácvàthiếtbịkhaithácchưaphùhợpvớitừngmỏcụthể.Bêncạnh đó, cơng tác quản lý, cấp quyền khai thác chưa gắn liền với kết quảnghiêncứukhoahọc Xuất phát từ bất cập nêu trên, việc lựa chọn đề tài luận án tiếnsĩ"Nghiên cứu côngnghệ khai thác cát lịngsơngở V i ệ t N a m n h ằ m đ ả m b ả o antồn,bảovệmơitrườngvàphụcvụcơngtácquảnlý"là cần thiết cấpbách nhằm tăng hiệu kinh tế, nâng cao mức độ an tồn, giảm nhiễm mơitrường,sử dụng hiệuquả,bền vữngtàingun cátlịngsơng Mụctiêunghiêncứucủađềtài - Nghiên cứu đề xuất cơng nghệ khai thác, trình từ khai thác đảm bảo hiệuquảkinh tếvàhạn chếvùng xói lởphíathượngnguồn vàhạnguồn - Nghiên cứu đề xuất giải pháp góp phần nâng cao hiệu cơngtácquản lýNhànướcđối vớihoạt độngkhaitháccátlịng sơng Đốitượngvàphạmvinghiêncứu Đối tượng nghiên cứucủa luậnán làcácmỏc t n ằ m d i l ị n g s n g thuộckhu vựcmiềnnúi, trung duvàhạnguồn Phạmvinghiêncứulàcôngnghệkhaitha ć ca t́ va ̀c a ć gia ̉ipha ṕ qua ̉nly ́ hoatđôngkhaithacca ́ tlo ́ ngsông ̀ Nộidungnghiêncứu - Nghiên cứu, phân tích tổng quan cơng nghệ khai thác cát lịng sơngtạiViệt Namvàtrênthếgiới; - Nghiêncứuđặcđiểmthànhtạovàphânbốcủacácmỏcátdướilịngsơng; - Nghiên cứu quy luật xói lở đất đá tác động hoạt động khai tháctheo dọc theo dịng chảy sơng, xây dựng mối quan hệ bán kính vùng xói lởphíathượngnguồnvàhạnguồnvới cácyếutố tựnhiên–kĩthuật; - Nghiên cứu đề xuất hồn thiện cơng nghệ khai thác, trình tự khai thác vàlựachọnđồngbộ t hi ế t bịđả m bảohi ệ u kinhtếchoc ác doanhnghi ệ p v hạnchếvùng xóilởđấtđá;đềxuấtcác giảiphápquảnlýnhànước Phươngphápnghiêncứu - Phươngphápkếthừađểpháttriển,hồnthiện; - Phươngphápgiảitích,mơhìnhhốtốnvàthựcnghiệm; - Phươngphápphântích,chọnlọcsosánhvàkinhnghiệmchungia Ýnghĩakhoahọcvà thựctiễncủađềtài 6.1 Ýnghĩakhoahọc: Xây dựng sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp với mỏ cátlịngsơngkhuvựctrungdu-miềnnúivàcácmỏcátlịngsơngkhuvựchạlưu Đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác khốngsản nhằm tăng cường hiệu cơng tác quản lýn h n c đ ố i v i h o t đ ộ n g khaitháccát lịng sơng 6.2 Ýnghĩa thựctiễn: Kếtquảnghiêncứucủaluậnángiúpchocácđơnvịkhaitháccógiảiphápđểhồnthànhk ếhoạchsảnxuất,đápứngucầuthịtrườngvàgiúpcáccơchứcnăngxâydựngcácchínhsáchquả nlýhoạtđộngkhaitháccátlịngsơngnhằmsửdụnghợplýtàinguncat,gắnliềnvớibảovệmơitr ́ ường Nhữngluậnđiểmbảovệ 7.1 Bán kính vùng xóilở phía thượng nguồn hạ nguồn khai trườngchịu ảnh hưởng tính chất lý đất đá thơng số hình học mỏ.Trong đó, yếu tố chi phối mạnh mẽ đến vùng xói lở đất đá tốc độdịngchảy,chiều sâukhai trường vàđườngkính cỡ hạt 7.2 Tốcđộdò ngchả ylànhântốlà mké odà icungđộvântả i,là mlêc̣h hướngdichuyể ncủ atầuchởcá t,thờigianchukìvântả ivàdungtich́ tầuchởcá t 7.3 Điều kiện phân bố mỏ, ảnh hưởng hoạt động khai thác đến môitrườngxung quanh sở đề xuất giải pháp quản lý nhà nước cátlịng sơng Nhữngđiểmmơí cuả luânan ́ 8.1 Thiết lập phụ thuộc bán kính vùng xói lở đất đá phíathượng nguồn hạ nguồn khai trường với tốc độ dòng chảy, chiều sâu mỏ vàđường kính cỡ hạt đất đá sở nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến vùngxóilở bằngphươngpháp mơ hìnhmơ 8.2 Phân loại mỏ cát lịng sơng theo nguồn gốc thành tạo tốcđộxóilởlàmcơsởphântíchlựachọncơngnghệvàthiếtbịkhaitháchợplýđ ápứngsản lượng yêucầu cácmỏ 8.3 Xâydựngsơđồcôngnghệkhaitháckếthợpvớisàngtáchđátảng,cuội sỏitrựctiếpvàobãithảitrong,chophépgiảmkhốilượngvậntảivàhạnchếảnh hưởngcủa hoạtđộngkhaitháctớimôitrườngđốivớicácmỏcátcól âñ cuôi,tan̉ g,soỉ khu vựctrung du,miền núi 8.4 Thiếtlâpmốiquanhệgiưã lưulươngtầuhut́ cat́ vad̀ ungtić htầuchơ cat́ trongđiềukiêṇa n̉ hhươn̉ gcuả doǹ gchaỷ 8.5 Đề xuất giải pháp quản lý tài ngun, cấp quyền khai thác cátlịng sơng phù hợp điều kiện Việt Nam dựa kết nghiên cứu vùngxóilở đất đávàcơng nghệ,trình tự khaithác Bốcụccủaluậnán Ngồiphầnmụclụcvàdanhmụccácbảng,biểu,hìnhvẽ,luậnángồm114trangđánhmáy khổA4;15biểu,bảng;30hìnhvẽ,ảnhchụpminhhoạ;55văn liệuthamkhảovàcacbảnvẽkèmtheo.Bốcụccủaluậnánngồiphầnmởđầuvàkếtluậngồm4chư ́ ơng: Chương1:TổngquanvềcơngnghệkhaitháccátlịngsơngtaiViêtNamvàt rên th ếgiới Chương2 : N g h i ê n c ứ u c c y ế u t ố t ự n h i ê n – k ỹ t h u ậ t ả n h h n g đ ế n vùngxóilởkhikhaitháccátlịngsơng Chương3 : N g h i ê n c ứ u c ô n g n g h ệ kha i t h c đả m b ả o h i ệ u q u ả v gi ả m thiểu tácđộng đến vùngxóilở Chương4:Đề xuấtcácgiảiphápnâ ng caohiệuquả quảnlýtàinguncátlị ng sơngở ViệtNam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LỊNGSƠNGTẠIVIỆTNAM VÀ TRÊN THẾGIỚI 1.1 TổngquanvềtìnhhìnhkhaitháccátlịngsơngtrênthếgiớivàViệtNam 1.1.1 Tổngquan vềtìnhhìnhkhaitháccáttrênthếgiới Ở nước phát triển Nga, Mỹ, Úc, Hà Lan, Ý … mỏ thường cóquy mơ cơng suất lớn, ĐBTB đại Cơng tác bảo vệ mơi trường qtrình khai thác trọng, hoàn thiện Các nước phát triển nhiều cơchế sách tổ chức lại quan quản lý hoạt động kểtừkhâuthămdị,quyhoạch,cấpphépkhaithác,kiểmtra,hậukiểmchặtchẽ Trong đó, quốc gia phát triển Trung Quốc, Myanma,Ấn Độ, Malaysia v.v…hoạt động khai thác tồn nhiều bất cập, đặc biệt làlĩnhvựcbảovệmơitrườngvàkhắcphụchậuquảkhaithácvẫn cịnyếukém 1.1.2 Tổngquanvềtìnhhìnhkhaithác,sửd u n g cáttaiViêtNam ViệtNamlàquốcgiacónhiều mỏcátcótrữlượng khácnhau.Cơngnghê khaithać đadaṇg,quymơsan̉ lươngnho.̉ 1.2 Tổngquancơngnghệkhaitháccátlịngsơng Phạmviluậnánđisâunghiêncứuvềcơngnghệkhaitháccácmỏcátphânbốdướilịngsơ ng(ngậphồntồn).Cơngnghệ khaithác hiệnđangápdụngtại phânloai nhưsau: cácnướctiêntiếntrênthếgiớivaV ̀ iêṭNamđươc Hiǹ h1.1 Côngnghệ khaithác theochiềusâungâpnươć củathâncat́ 1–Bãitậpkếtcát;2–ma ý xu ć gầungoạmlắptrêncầucạn;3máyxúcgầuthuậnhoặcmáyxúcthuỷlựcgàungượclắptrênphànổi;4– tầucuốcnhiềugầu;5,6–tầuhút bùn;7– ;8–bơmlắptrêntầu;9–bơmbùnlắptrênphànổi;10-tầu má yxú cgà ungoamcuốcmộtg ầu - Khaithácbằngcơgiơí :sửdụngcácthiếtbịnhưmáyxúcthủylựcgầungược,máyx úcgầungoạm, m y xúcgầ ut re o, tầucuốc lắp trênca ć pha ̀n ô ̉i hoăctrênbờs ông xúcbốclêncáctầuchởc a ́thoăcđổt ̀nhđốngtrênbờs ông - Khaithácbằng sứcnước:sử dụngtầuhútbùn,bơmbùn bơmlên cáctầu chởc a thoăcca chốthuca ttrênbơ ́ ́ ́ ̀s ông - Khaitháchỗnhợp:Trongdâychuyềncơngnghệcósựphốihợpcácloại thiếtbịnhưmáyxúc,tầucuốc,tầuhútbùn,tầu cuốc, đê ̉p h a thuyhiêuquacơngta ́ ́ ckhai thác 1.3 Tổngquanvềcáckếtquảnghiêncứucơngnghệkhaitháccátlịngsơng Cơngnghệcátlịngsơngđượcnhiềuhọcgiảtrongvàngồinướcđisâunghiêncứu Tổnghợpcáctàiliệuchothấycómộtsố hướngcơbảnsau: Hướng1:Nghiêncứucơngnghệkhaithác:Cáctácgiảtiêubiểunhư:И.М Я л т а н е ц , Г А Н у р о к ,Р ж е в с к и й В В , Б Э Ф р и д м а н ( L i ê n B a n g N g a ) W.J.Vlasblom,Hồ SỹGiao,Bu iXuânNam(Viêt Nam) Cá c tácgiảđãđề ̀ xuấtcơngnghệkhaithác,trìnhtự khaithác,phươngpha pmơ ̉m o ̉v phươngphá ́ plựachọncácloạithiết bịkhaithácp h ù hợpvớiđiềukiệncácmỏ Hướng2 : N g h i ê n c ứ u ả n h h n g c ủ a h o t đ ộ n g k h a i t h c đ ế n m trườngxungquanh:Theohướngnghiêncứunàycócáctácgiảtiêubiểunhư:Андреев О.В.,БарышниковН.Б.,НаумовГ.Г.,АндреевО.В.,ПичуговГ.С, HồSỹGiao,Buì XuânNam,NguyênPhương,LêMaṇhHuǹ g,ĐinhCôngSản Các kết nghiên cứu đạt tác giả là: nghiên cứu thayđổihìnhtháikhai trường,hiệntượngsạtlởbờsơng,ảnh hưởnglịngdẫn Hướng3:Nghiêncứucácgiảiphápvềquan ̉ ly:́ NhómtácgiảBinoyAliyasMattamana,ShineyVarghese,Kichu Paul dựa kết quan trắc, thông kê số liệu đoạn sông cụ thể, đưa ramột số quan điểm như: không nên khai thác cách liên tục nhằm ổn địnhdòng chảy cân lượng cát Cục Thủy lợi Thoát nước thuộc Bộ Tàinguyênv M ô i t r n g M a l a y s i a n ă m 0 ; B ộ M ô i t r n g , L â m n g h i ệ p v BiếnđổikhíhậuẤnĐộđãnghiêncứu,banhànhHướngdẫnquảnlýkhaitháccátbềnvững,quytrinhcấp ̀ quyềnkhaithac ́ 1.4 KếtluậnChương Các nhà khoa họctrênthế giớivà ViệtNamđã đề xuấtđ ợ c c c c ô n g thức lý thuyết thực nghiệm để xác định thơng số hình học khai trường,thơng số hệ thống khai thác, phương pháp tính tốn xác định tiêu cơngnghệ.Tuynhiên,cáccơngtrìnhcịnchưagiảiquyếttriệtđểmộtsốvấnđềsau: - Các kết nghiên cứu xây dựng sơng có điều kiệnđịa chất khác nhau, kết nghiên cứu đa dạng khơng thểápdụngvàođiềukiện mộtsốmỏcátlịng sơngtạiViệtNam - Chưa thiết lập hồn chỉnh mối quan hệ bán kính vùng xói lở phíathượng nguồn hạ nguồn khai trươ ǹ g đến thông số tự nhiên, kĩ thuật như:tốcđộdịngchảy,cỡ hạtđất đávàcác thơngsố hìnhhọcmỏ - Chưađềxuấtđượccácgiảiphápvềcơngnghệkhaithácvàtrìnhtựkhaithácphùh ợpđểbảovệcáccơngtrìnhxungquanhkhichếđộdịngchảybiến đổitheomùavàthân catco ́ ́c ấu taođiachấtkhacnhau ́ - Các giải pháp quản lý, cấp quyền khai thác cát lịng sơng táchrời kết nghiên cứu khoa học, chưa xây dựng quy chuẩn, tiêuchuẩnphùhợpvớiđặctrưng củahoạt độngkhaitháccátlịngsơng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN- KĨ THUẬT ẢNHHƯỞNGĐẾNVÙNGXỎILỞKHIKHAITHÁCCÁTLỊNGSƠNG 2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành vùng xói lở đất đá khai thác cátdướilịng sơng Khi khai thác mỏ khoáng sàng sa khoáng nằm lịng sơng,dưới tác động của hoạt động khai thác động dòng chảy, đất đá xungquanhkhai trường phạm vi bị phá hủy dịch chuyển, tạo ravùngx ó i l v ề p h í a t h ợ n g n g u n v hạ n g u n C c h ế x o il ́ ̉n h s a u : K h i dịngnướcđitừthượngnguồnquaranhgiớikhaitrườngsẽchuyểnđộngtheo dạng xốy, kéo đất đá từ phía thượng nguồn xuống moong khai thác Đi khỏiphạm vi vùng chuyển động xoáy, hướng chuyển động dịng chảy gần nhưsongsongvớiđáymỏ.Khitớiranhgiớibờmỏphíahạnguồnkhaitrươ ̀ng,dosực ảnchuyểnđộngcủabờmỏkhuvựcnày,vùngxốylạiđượchìnhthànhvà kết đất đá bị xói lở tương tự khu vực thượng nguồn Tuy nhiên,tốcđộ phạm vi vùng xói lở nhỏ phía thượng nguồn Dươ ́i tác dụng củadịng chảy sau kết thúc khai thác biên giới mỏ mỏ có thay đổi so với biêngiớithiếtkế.Kếtquảcủaqtrìnhxóilởtrầm ti ́chđãtạorakhaitrườngmỏ cúdnghỡnhagiỏcA1A2B1C1D3D1(Hỡnh2.1) LTN Lm Phía thãợng nguồn A1 Vn Cỏt LHN Phía hạ nguồn Khu vực khai trãờng A A2 B A3 D3 B1 C1 D D2 Vn D1 Cát C L® Hiǹ h 2.1 Sơ đồ hình thành vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khaitháccát dướilịng sơng 1, – mặt nước thủy tĩnh trước sau khai thác; 3, - vùng chuyển động xoáy ranhgiới khai trường phía thượng nguồn phía hạ nguồn; 5,6 – vùng xói lở phía thượng nguồnvà phía hạ nguồn khai trường; ABCD – hình dạng khai trườngthiết kế; A1A2B1C1D3D1–hìnhdạngkhaitrườngthựctếsaukhikếtthúckhaithác Việcn g h i ê n c ứ u c c h ế x ó i l đ ấ t đ v ả n h h n g c c y ế u t ố t i b n kính vùngxóilởmangýnghĩahếtsứcquantrọngđểlàmcơsởlựachọncácgiảiphápvề kĩthuật–cơngnghệkhaithácphùhợp,quyđiṇhkhoa n̉ gca ć han Vn Z=0 im ZHN>0 hn in ZTN>0 toàn từcông trình cần bảo vê ̣đến điểm khai thác, giải pháptrongquản lý tài ngun khống sản lịng sơng Tính từ hạ nguồn lên thượngnguồndòng chảycáckhu vựcnhưsau: hHN 1i n hm hn Vn V IV Vm III II I Hiǹ h 2.2 Sơ đồ biểu thay đổi thông số thủy văn vùng xói lởkhikhaitháckhốngsản dướilịng sơng in,i mđ ộd ốc c m ặt nư ớc ởt r ng thái tự nh iê nv tr o ng khu v ự c ả nh hư ng c ho ạt động khai thác;Vn, Vm– tốc dộ dòng chảy chế độ tự nhiên khai trường mỏ; h n–chiều sâu ngập nước sa khoáng;ZHN,ZTN– trị số tăng (giảm) mặt nước ranhgiớimỏphíahạnguồnvàhạnguồn - Khu vực thứ (I): Nằm vùng xói lở phía hạ nguồn (tính từ mặtcắt 1-1 hạ nguồn) Đây khu vực có tốc độ xói lở - trầm tích đất đá cácthông số chế độ thủy văn trạng thái tự nhiên Hoạt động khai thác mỏ cóthểgâyvẩn đụcdịng nướcdosự trôitrượt củacáchạt lơlửng - Khu vực thứ hai (II): Vùng xói lở phía hạ nguồn khai trươǹ g (nằm tronggiớihạn mặt cắt 1-1và mặtcắt 2-2) - Khu vực thứ ba (III): Khai trường mỏ (giới hạn mặt cắt 2-2 mặtcắt3-3) - Khu vực thứ tư (IV): Vùng xói lở phía thượng nguồn (giới hạn haimặtcắt 3-3 và4-4); - Khu vực thứ năm (V): Trên vùng xói lở thượng nguồn (tính mặt cắt 4-4về thượng nguồn) Tại khu vực thông số chế độ thủy văn trạng thái tựnhiênkhơngphụ thuộcvào hoạtđộngkhai thác mỏ 2.1.1 Xácđịnhcácthơngsốvùngxóilởphíahạnguồn Vùng xói lở phía hạ nguồn hình thành bào mịn đất đá theotừnglớptừtrênxuốngdưới.Kếtthúcqtrìnhbàomịnvùngxóilởcódạngtam giác DD1D2 Sau tách khỏi nguyên khối phần tử hạt miṇ , khối lượng riêng nhỏ (hạt phù sa) chuyển động xi dịng chảy Đây ngunnhânc ơbả ngâ y rađộvẩ n đụcđốivớicácdịngsơng thựchiệnc ơng t áckhaitháccat́ (Hinh ̀ 2.3) Chiều sâu vùng xói lởphía hạ nguồn xác địnhtheocông thức: z im hn ZHN in m( ) n LHN  D Trong đó: m – hệ số kể đến độđồng cỡ hạt đất đá; d c– đường kính cỡ hạt đất đá, m; in–độ dốc dọc dòng chảy trạngthái tự nhiên, %; hn– chiều sâungậpnước,m hxl 0,86 0,42 1,4 h  0,25m i n h n, xl d0c , c xl c D1  HN D2  O x Hiǹ h 2.3 Sơ đồ xác định thơng số vùng xóilởphía hạ nguồn Tốcđộ củadịngchảykhi vậtliệubắtđầuxói lở:   Vxl1,6 g.d n h c dc  0,17 ,m/s (2.3) GọiQ HNl trữlượngcátchảyvàomỏtừvùngxóilởphíahạnguồn.GiátrịcủaQHNt ỉ lệthuận với thểtích vùngxói lởDD1D2: QHN V DD1D2 Vtr V S DD1D2 B DD1D2 LHN.hHN.B (2.4) ,m3 sin 2.cos c.sin  (2.5) c hn VớiLHN–bánkínhxóilởphíahạnguồn,m;B–chiềurơngkhaitrường, m;c-gócdốccủathâncát,độ;-gocdốcsươ ntầng,đơ;trơi khỏi Vtr– trữlượngcát ́ ̀ vùngxói lở phí hạnguồn,m 2.1.2 Xácđịnhcácthơngsốvùngxóilởphíathượngnguồn z Do q trình vận độngcủa vật liệu xi theo in dịngchảylêntồnbộvậtliệuthuộc im  phạm vi vùng xói lởphía thượng nguồn dịchchuyển LTN A1 vào đáy V A    xl khaitrườngmỏvàbồitíchtạichân   tầng khai thác Khi điqua mặt A2 phẳng 3-3 vào khuvực khai  o x trường (Hình 2.4)độ dốc mặt B nước vận tốcdịng chảy khu vực (im)có thay đổi so Hiǹ h 2.4 Sơ đồ xác định thông số vùng xóilởphía thượngnguồn với trạngtháitự nhiên  ZTN n m c TN ZTN c Vậntốcdịngchảytạikhuvựckhaitrườngđượcxácđịnhtheocơngthức: n.h (2.6) V  n ,m/s m hm hn Độdốcmặtnướctại khuvựckhaitrướctínhtốntheobiểuthức:  3,3 i ,m/s (2.7) nn h i m hm  h n 3,3 Trongđó:  n–tốcđộdịngchảyởchếđộtựnhiên,m/s;h m– chiềusâu khait rư ờn g, m ; h n-c hi ề us â u ngậ p n c , m ; i n– đ ộ d ố c bềmặt d ò n g c y ởtrạngthái tự nhiên, % GọiQ TNl trữlượngcátchảyvàomỏtừvùngxóilởphíathượngnguồn Giátrị củaQTNc h í n h làthểtíchvùng xóilở AA1A2:   L B.sin2 ,m3 (2.8) T V SAA B c AA1A2 *    1A2 2.sin  c xl arsini  xl  * n  i cos c  m Trongđo:L ngxo ilơ ng, ́ TN–banki ́ nhvu ́ ̀ ́ ̉phiathươngnguồnkhaitrươ ́ ̀ m 2.2 Thựcnghiệmnghiêncứucácyếutốảnhhưởngđếnvùngxóilở 2.2.1 Mơhìnhthựcnghiệm Sử dụng mica suốt uốn thành máng dạng parabol để mơ phỏnghình dạng tự nhiên lịng sơng Bịt kín hai đầu máng hai mica hìnhbán nguyệt, mica có lắp van hình chữTđể tiếp nhận xảnước Một đầu máng lắp với hệ thống cấp nước có áp Khi thựcnghiệm nước tháo từ hệ thống cấp nước có áp qua máng tạo dịng chảytươngtự nhưqtrìnhvận độngcủanướcdưới dịngsơng Máng đặt giá làm sắt, sau lắp đặt xong đổcác loại vật liệu có độ hạt khác (cát đen, cát vàng sỏi nhỏ), tiếp sau đóxảnướcvào máng vàtiến hànhlàmcácthựcnghiệm A-A 50m A 1 NãớC hạ NguồN khai TrãờNg A ThãợNg NguồN 60 cm CT Hình 2.6 Mơ hình thực nghiệm nghiên cứu vùng xói lở phiá hạ nguồn vàhạnguồnkhaitrươǹ gkhikhaithác cátdướilịngsơng 1–mángmica;2–giáđỡbằngthép;3-ốngdẫnnước; 4–vanchữTthượngnguồn;5–vanchữThạnguồn) 2.2.2 Qtrìnhthựchiệncơngtácnghiêncứu Để nghiên chế xói lở đất đá có hoạt động khai thác mỏ, tiếnhành đổ cát vào máng với chiều cao từ 10÷30 cm bơm nước ngập từ 10÷15cm.MởvanTtạihaiđầumángđểtạodịngchảy,songsongvớiqtrìnhtháo TheoSchumm(1977)phânlưuvựcsơngra3vùng:thượnglưu,trunglưuvàhạlưuv ớicácđặcđiểmvềtrữlượng,chấtlượngcátđượcmơtảtheoHình3.1: Hình3.1.Đặcđiểmcácvùngcủalưu vựcsơng 3.1.3 Đặcđiểmđịachấtmộtsố mỏcátdưới lịng sơng Theokết qua ̉k h a ỏ sa t,thămdo ́ ̀c ủ a mộtsốmỏcátlịngsơngđiểnhìnhchocácv ùng miềnnhư sau: - Cáckhoa ́ngsa ̀ngca ́tơ ̉k h u vưcthươngnguồnca ́cconsông:Thânca ́t thườngcóchiềudaỳ nhỏ(từ0,5÷3,0m),cat́ ởdaṇg h a t thơvớikichthươ ́ccỡ ́ hattư0̀ ,5÷2,0mm,trongthâcatthươ ́ ǹ gcoĺ âncitan̉ gvới kíchthươć lơń - Cáckhoángsàngcátnằmơv̉ ùngtrungdu:Thâncátthươǹ gcóchiều daỳ từ2 ,0÷5,0 m,cat́ ởdaṇgp h a l â n hatt h ô vàminvớikichthươ ́ccỡhattư ́ 0,1÷0,5mm,trongthâncat́ cot́ hànhphầnci,tan̉ gvơí til̉ êḳ hơnglơń - Cáckhoángsàngcátơk̉ huvưchạnguồncácconsơng:Thâncátthường cóchiềudà ytừ5 , ÷15,0m,cá tởdaṇg hatminvớikich́ thướccỡhattư 0,05÷0,1mm,trongthâncatkhơngco ́ ́t hànhphầnci,tan̉ g 3.1.4 Dựbáonhucầukhaithác,sửdụngcátlịngsơngởViệtNam Theoc a cs ́ ố liêuthống kêtrongnhiềunăm chothấy:Năm 2006,s a n̉ 3 lươngcattiêuthụla ́ ̀7 triệum ,năm2007:78,3triệum ,năm2008:85,5triệu m3,năm2010tiêuthụ 136,9triệum3,năm2015từ190-200 triệum3,năm2020 khoan̉ g240-260triệum3 3.2 Phânloại mỏphụcvụcôngtáclựachọncôngnghệkhaithác Trên sở tổng hợp điều kiện nguồn ngốc thành tạo, cấu trúc địachất, yếu tố thủy văn kết nghiên cứu phụ thuộc bánkínhvùngxóilởphíathượngnguồnvàhạnguồnvàotốcđộdịngchảy,đường kínhcỡhạtvàphamvila ̀mviêchiêuqua ̉c u ̉atầuchơ ̉c a ́tluậnánchiacácmỏ cátsakhốngdướilịngsơngthành3nhóm sau: Bảng3.1.Phânloaimo Nhom ́ mỏ NhómI Đăcđiể ̣ m Là mỏ cát sa khống chiều rộnghẹp, cát hạt to, thân cát có nhiềuđá cuội, tảng với kích thước lớn, chiềusâungậpnướcnhỏvàtốcđộdịng chảylớn Phânbố vùngth ượngn guồn Tênmỏ Các mỏ cát sôngGâm, xã Ngọc Hội,huyệnChiêmHoá,t ỉnhTuyênQuang Là mỏ cát sa khoáng chiều rộngtrungbình,cáthạtthơ,trongthâncátcónhiều cuội, sỏi với kích thước trungbình nhỏ, chiều sâu ngập nước vàtốcđộdịngchảytrungbình NhómII vùng trungd u Là mỏ cát sa khoáng chiều vùng rộngphânb ố l n , c t h t m ị n , t r o n hạnguồnho g t h â n cát khơng có cuội, sỏi, ặccác chiềusâungậpnướclớn,tốcđộdịngnhỏ cửasơng NhómIII Cácmỏ cát sơngLơ,đoạnquahuyệnP hùNinh,huyệnĐoanHùn gvàthànhphốViệt Trì,tỉnhPhúThọ Cácb ã i bồi sơngHồng;sơngTiềnvà sơngHậu 3.3 NghiêncứuhồnthiệncơngnghệkhaithácphùhợpđiềukiệnViệtNam Các tiêu chí đề xuất cơng nghê ̣khai tha ́c: (i)Giảm chi phí sản xuất; (ii)Hạn chế phạm vi vùng xói lở; (iii)Giảm tổn thất tài nguyên ô nhiễm môitrường.Qua nghiên cứu phạm vi làm việc hiệu thiết bị giới (tầuhút, máy xúc, bơm bùn, …), nghiên cứu kinh nghiệm khai thác mỏ cát trongvà nước điều kiện địa chất mỏ, Luậná n đ ề x u ấ t h o n t h i ệ n l o i cơngnghệkhaitháccátlịngsơngphùhợpđiềukiệnViệtNamvànhómmỏđã nghiêncứu,phânloạinhưsau: 3.3.1 CơngnghệkhaithácbằngmáyxúcTLGN,thảisỏisạntạibãithảitrong Máy xúc TLGN lắp phà nổi, làm việc với gương bên hơng, dọctầng,xúcbóc toànbộcá t sỏi the o g ươ ng xúcdướim ức m y đứng, đổl ê n cụm sàng nghiêng lắp liền tầu chở cát Tại cụm sàng, cát tách khỏivậtliệu nguyê n khai rơixuống bồn chứacát tầu, c ịn đá thảisẽ xơvề phíacuối sàng,đáthảisẽđượcrót vàobãi thải Cơng nghệ cho phép loại bỏ trực tiếp khối lượng cuội, sỏi đátảng khai trường, giảm khối lượng vận tải đá thải so với trường hợpphảiv ậ n t ả i c ả k h ố i v ậ t l i ệ u v ề b ã i c h ứ a M ặ t k h c , s ả n p h ẩ m t h ả i đ ợ c đ ổ thànhcác lớp ốp theobờ mỏ, lớpt h ả i n y v i v a i t r ị n h đê chắn, c ó tácdụnghạnchếsựpháttriểncủavùngxóilở(Hình3.2).Sơđồcơngnghệnày ápdungvơí cácmoc̉ átcoć hứathànhphầncuôi,tảng(nhóm IvaÌ I) B A-A Rdmax hmh n 18 A A A H0  L A0 LTN 0 33 B-B 33 31 B Hình3.2.Sơđồcơngnghệkhaitháccácmỏcátk h u vựcvùng thượngnguồnbằngmáyxúcTLGNngượclắptrênphànổi – phà nổi; – máyxúcthuỷlựcgàun gược;3–tầuchởcát(31s n g nghiêng; 32- cửa gạtđácuội,tảng;3 3– vòi rửa); – bãi thảicuội, tảng; – ranhgiới vùng xói lở khicó bãi thải; – ranhgiới vùng xói lở khikhơngc ó b ã i t h ả i;7 –c t s a u r a ; 8cuội,s ỏ i ; – v ò i x ả Cać thôngsốcôngnghệcơban̉ - ChiềucaobãithảiH0: H0RdmaxLhm.ctgCtg0, m (3.1) K r1K c RdmaxLhm.ctgCtg0 0,25tg0 (3.2) - Chiềurộngdảikhấu: Ahm - Chiềudàikhoảnglắngcủađấtđáthải: V V H Lα. x wm ,m (3.3) Trongđó:R dmax–bánkínhdỡlớnnhấtcủamáyxúcTLG N , m;h m–chiềucaotầngkhai thác,m; ,0-gócnghiêngsườntầng,bai thải,độ;L–khoảngcáchchântầngtớichânbãi thải trong, m; C – khoảng cách từ trục di chuyển máy xúc đến mép tầng, m; V x– tốc độxả thải theo phương nằm ngang, m/s; Vm– tốc độ dòng chảy khai trường, m/s; w – tốcđộlắngcủahạtsỏi, sạncókíchthướcnhỏnhất trongthànhphầnđấtđáthải,m/s 3.3.2 Cơngnghệkhaithácbằngtầuhútbùn Hình3.3.Sơđồcơngnghệ khai thác cát dướilịng sơng tầu hútbùn A-A h mh n A B-B 12 424 11 Lc Lb 1-tầuhútbùn;1 1– vòihút; 12-cộtđịnhvị;2- p h a o nổi; – đường ống;4 – hốthu cát;41- đê chắn;42- nềnhốthucát Đối với mỏ sa khoáng cát phân bố khu vực hạ lưu dịng sơng(các mỏ cát thuộc Nhóm III), thành phần sa khống đa phần cát hạt mịn cókícht h c n h ỏ T r o n g t r n g h ợ p n y s ẽ s d ụ n g t ầ u h ú t b ù n , h ú t t r ự c t i ế p Hỗnhợpbùncátđượcvậntảibằngđườngốngnổivềcáchốthucáttrênbờsông hoăccáctầuchờcát đểthaythếhốthucát.Đốivới côngnghệnàychophépvận hành dây chuyển công nghệ liên tục, nâng cao sản lượng khai thác mức độ tựđộnghóasan̉ xuất(Hinh3.3) ̀ 3.4 Phươngphap c̉ at́ ́ lưachonlưulươngtầuhut́ vad ̀ ungtichtầuchơ ́ Khiđ n g b ộ t h i ế t b ị b m h ú t – v ậ n t ả i h ợ p l ý s ẽ l m g i ả m t h i g i a n ngừng nghỉ, tăng suất tổ hợp giảm giá thành khai thác.Khi tầu chở cátdi chuyển sơng hướng, vận tốc thời gian chuyển động chịutácđ ộ n g c ủ a c h ế đ ộ d ò n g c h ả y t h e o h n g c ó l ợ i h o ặ c b ấ t l ợ i V ậ n t ố c c ủ a nướclàmgiảmchiphínănglượng,giảmthờigiandichuyểncủatầucátnếutầuchuyểnđộngxidịnghoặclàmlệchhướng chuyển động, kéo dài cung độ vậntải tăng chi phí lượng trường hợp chuyển động ngược dịng Dovậy,khilựachọn tảitrọngtầu chởcáthợplý cầntínhđến cácyếutố Năng suất tầu hút đạt trị số lớn bơm làm việc liên tục Nghĩa làtầuchởcátphảicódungtíchphùhợpđểđảmbảotạigươngkhaitháckhơngcó xảyrahiệntượngnhậntảigiánđoạn.Khiđo ,hệsốsửdụngtầuhu t(K ́ ́ th)vàhệsốsử dụng tầu chởcát(Kch) nhau: Kth (3.4) K ch Kth  tb tb tc tb  (3.5) 3600Vch1qm (3.6) Qb Trong đó: tb- thời gian bơm đầy tầu chở cát, s; q - tiêu tiêu hao nước, m 3/ m3;m - độ rỗng đất đá, m = 0,25÷0,4 ; V ch- dung tích tầu chở cát, m3; tc– thờigianngừngdotraođổitầuchởcáttạigươnghút,s K ch  Tck tb (3.7) Tck -Xácđịnhthờigianchuyểnđộngcótảivàkhơngtảicủatầuchởcát GiảsửđiểmkhaitháctạiđiểmK,cáchbếntậpkết(B)mộtkhoảngcáchL,lệchv ềphíahạnguồnmộtgócβsovớiphươngnằmngang(Hinh3.6) ̀ a) b) K Vn K Vn Vn Vkt V Vt Vct  Vt A    B  B' n Hình3.6.Sơđồxácđịnhhướngdichuyển,cungđộ vậntảivàtốcđộ dichuyểncủatầuchởcát(a–nhánhkhơngtải;b–nhánhcótải) Vậntốccủatầuchởcátkhichạykhơngtảiđượcxácđịnhtheocơngthức: Vkt Vn  tg  ,m/s (3.8) Khoảng thời gian cần thiết để tầu chở cát di chuyển từ bãi tập kết tới điểmkhaithác: L tkt L  V1  tg  n Vkt ,s (3.9) - Khi làm việc chế độ có tải: Để di chuyển từ điểm khai thác vềbến tập kết hướng di chuyển tầu chở cát phải lệch gócso vớiđường thẳng KB, nghĩa tầu phải từ điểm K đến điểm B’ nằm phíathượngnguồn củabãi tập kết V   arcsin n.sin ,độ (3.10)  Vt  Nhưvậy,khihoạtđộngởchếđộcótải,cungđộvậntảibịkéodàithành Khiđó,thời gianchuyểnđộng cótải: L.sin sin   L.sin ,s (3.11)  Từcáccơngthức(3.4),… (3.11)vàquacacphépbiếnđổithiếtlậpđượcmốiquanhệgiữadungtíchtầuchởcátvớinăngsuấ ́ tmáybơmcát:   t ct  t Qb V  ch 3600.1qm  Vn sin   .L.t sin    c  tg V ct ,m (3.12)  Trongđó:Vt– tốcđộdichuyểncủatầuchởcát,m/s;V n– vậntốccủadòngchay ̉ ,m/s;β–  góclệchgiữahướngchuyểnđộngcủatầusovớibờsơng,độ TrongcơngthứctrênthìQ bđ ợ c xácđịnhtheokhảnănghoànthànhsảnlượngmỏ: A 1qm, Q m m /h (3.13) b N ca.Tca Ktg PhạmviápdụngcôngthứctrênkhiVn≤ Vt Quan hệ lưu lượng máy bơm tầu hút với dung tích tầu chở cátxemhình 3.17 vàhình 3.8 700 400 Dungtíchtầuchởcát,m3 Dungtíchcủatầuchởcát,m3 450 350 300 250 200 150 100 50 600 500 400 300 200 100 0 1000 2000 3000 4000 Năngsuấtcủatầuhút,m3/h Vn=0,5m/s Vn=1,0m/s 5000 1000 2000 3000 4000 5000 Lưulượngmáyb m , m3/h L=2.000m L= 3.000m L=4.000m L= 5.000m Hình 3.10 Quan hệ dung Hình3.11.Quanhệgiữadungtíchtầuchở tíchtầu chở cát với lưu lượng máy cát với lưu lượng máy bơm bơmkhitốcđộdòngchảythayđổi( khicungđộvậntảithayđổi(Vn=0,5m/s L= m;=300) 3.000m;=300) Tưk̀ ếtquan̉ ghiêncưú ,Luânanđa ́ x̃ âydưngthuâttoanva ́ c̀ hươngtrinh ̀ tinh gmỏ( hi nh3.11va ́ toań đêt̉ inh ́ toań lưa chon đồng bô ṭ hiếtbi ṭ heo san̉ ̀ lươnhinh3.12) ̀ Hiǹ h3.9.Sơđồthuâṭtoánxác điṇh lưu lươṇgtầuhútdung tích tầuchơc̉ át theosả n lươṇgmỏvàđiềukiêṇkhaith ác Hiǹ h3.13.Kếtquat̉ iń htoań lưachonđồng bộthiếtbịkhai thać cat́ 3.5 Tínhtoánminhhoavềkhoả ngcáchantoà nchomỏcáttrênsôngTiêǹ, đoangầncầuMỹThuân,thuôcđiaphântỉnhVinhLong Hiện nay, số sông nước ta, mỏ cát phân bố gần cáccơng trình quan trọng cần bảo như: cầu qua sơng, cột biển báo cơng trình giaoothơngđườngthủy VídụtạisơngHồngcócầuLongBiên,cầuNhậtTân,cầu thăngLong ,taisơngLơcócáccầuqua sơng nhưCầuAn Hồ;CầuSơngLơ, CầuViệtTrì;SơngTiềncóCầuCaoLãnh;CầuMỹThuận;SơngHậucóCầuVĩnhTrư ờng,Cầu Châu Đốc,… Đăcđiểmchếđộdòngcha ̉ykhuvưc:MựcnướcsơngTiềnthayđổilớn giữamùakiệtvàmùalũ,taiTânChâu-HồngNgựxấpxỉ2,0m.Vậntốcdịng chảytrongmùalũcủasôngTiềnởTânChâulà2,70m/s Taì nguyêncat́ :Theođanhgia :́ chân cầu Mỹ Thuận có mỏ cát ́ lớnướcđến14triệumétkhối.Cácthâncátcóc hiều dàytừ5 - m,chiềusâungâp ̣ nươć từ10-15m,độhattư0̀ ,25-0,1mmchiếmtrên80%.Hiên tai,đac̃ om ́ ôt số đơnvikhaithacca ́ ttaikhuvưc ́ nay,vơ ̀ í sảnlươn gtừ2 00-300 nghinm /năm ̀ Hì nh 3.14Khoả ngcách antoàn phí ahạ nguồnvàthươngnguồncầuMỹThuânkhikh aithać cat́ -Lưachonkhoảngcać hantoàn:Khoảngcáchantoàntưr̀ anhgiớikhu vưcbả ovệcầuM ỹThuânđếnvị tríkhait há cđ ươcxá cđiṇ ht heocôngt hức ,d c= 0,1.10-3m, 2,7m/s  c =1,6T/m 3, (2.12a)va(̀ 2.12b):Vơí cácsốliêu n  n =1,0T/m3;hm= 15m,xacđiṇhđươc ̣: LHN= 1.218m;LTN=304m ́ Căncứv a ò cać kếtquảt i nhtoa ń chothấy:Vịtríkhaithać cầncać hhaǹ h ́ langbảovệcầu1.220mvề phía hạnguồnva3̀ 05mvề phíathươngnguồn TheoNghịđịnhsố11/2010/NĐ-CPcủaChínhphủ,haǹ hlangba ̉ovệcầu là1 m(đốivơ icầuco n̉ gca chantoa ǹ ́ ́c h i ề u da itrên300m).Nhưvâykhoa ̀ ́ chocầuphiá hạnguồnla1̀ 370m, phiathươngnguồnla 4̀ 55m(hinh3.14) ́ ̀ -Lưachoncôngnghệkhaithać Vớiđăcđiêm̉ điềukiênđiachấtvàcá ckếtquản ghiêncứuchothấy:công nghệkhaithácđốivơí khuvưclac̀ ôngnghệkhaithácbằngtầuhútkếthơpvới cactầuchơ cgồmtầuhu tca cloai ̉c a t.ĐBTBkhaitha ́ ́ ́ ́ tva ́ ̀tàuchởc a t,quymôca ́ ́ thiếtbị đươcxá cđiṇhbằngchươngtriǹhtinht oa n đồ n gbộ t hiế t bịkhaitha ́ ́c ́ nhưtrên.Kếtquảt i nhtoa nnhưsau: ́ ́ - Lưulươngtầuhútcát:1.000m3/h - Dungtić htầuchởc át:31m3 - Sốlươngtầuchởc át:07chiếc 3.6 KếtluậnChương3 - Để phục vụ cho công tác nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác lựachọnđồngbộthiếtbị,luậnánđãđềxuấtphânchiacácmỏcátlịngsơngthành3 nhómmỏtrêncơsởtổnghợpđiềukiệnđiachất,đặcđiểmphânbốdịngsơngvàchếđộdịng chảy - Cơng nghệ khai thác phù hợp với mỏ cát lịng sơng khu vựctrung du, miền núi công nghệ khai thác sử dụng máy xúc thủy lực gàu ngượckếthợpvớicôngtácsàng vàthảiđátảng,cuộisỏitrựctiếpvàobãithảitrong