Nghiên cứu xây dựng mô hình biến động địa cơ khu vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày ở một số mỏ than hầm lò quảng ninh

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCMỎ-ĐỊA CHẤT PHẠMVĂNCHUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH BIẾN ĐỘNG ĐỊA CƠKHU VỰC LÒ CHỢ CƠ GIỚI KHAI THÁC VỈA DÀY Ở MỘT SỐMỎTHANHẦMLÒQUẢNG NINH LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HàNội-2018 PHẠMVĂNCHUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH BIẾN ĐỘNG ĐỊA CƠ KHUVỰCLÒCHỢCƠGIỚIKHAITHÁCVỈADÀYỞMỘTSỐ MỎTHANHẦMLÒQUẢNG NINH Ngành:Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồMãsố:9520503 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.PHÙNGMẠNHĐẮC TS.VƯƠNG TRỌNGKHA HàNội-2018 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kếtquảt r o n g l u ậ n n l t r u n g t h ự c v c h a t n g đ ợ c a i c ô n g b ố t r o n g b ấ t k ỳ c ôngtrìnhnàokhác Tácgiảluậnán PhạmVănChung MỤCLỤC MỞĐẦU CHƯƠNG1 TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂNBIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG KHAITHÁC 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu dịch chuyển, biến dạng mơ hình địacơtrênthế giới 1.2 TìnhhìnhnghiêncứudịchchuyểnbiếndạngvùngQuảngNinh 14 1.3 Kếtluậnchương 20 CHƯƠNG 2MƠ HÌNH ĐỊA CƠ TRONG NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂNBIẾNDẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤTDO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC 222.1Quanniệmvềmơhình 22 2.1.1 Địnhnghĩa vềmơhình 22 2.1.2 Các đặctrưngcủamơhình 22 2.1.3 Phânloạimơhình 23 2.1.4 Ưunhượcđiểmcủacácmơhình 23 2.2 Nghiên cứutrên mơhình 24 2.2.1 Xâydựngmơhình 24 2.2.2 Nghiêncứutrênmơhình 25 2.2.3 Kiểmchứng mơ hình .26 2.2.4 Điều chỉnhcácthamsốcủa mơhình 26 2.3 Mơhìnhđịacơ mỏ phụcvụnghiêncứudịchchuyểnbiếndạngđất đá .27 2.3.1 Lịchsửnghiêncứutrênmơhìnhđịacơ .27 2.3.2 Hệthốnghóacácmơhìnhcơhọcđávà khốiđámỏ .31 2.3.3 Quanniệmhiện đạivềmơhìnhđịa .33 2.3.4 Các thơngsốtrênmơhình địacơ 36 2.3.5 Tínhchấtbiếndạngvàcấutrúcmơhìnhđịacơ .42 2.3.6 Điều kiệnbiêntrongmôitrườngđịacơmỏ 43 2.3.7 Các dạngmơhìnhđịacơ dựbáodịchchuyểnbiếndạng .44 2.4 Lựachọnmơhình địacơứngdụngchođiềukiệnbểthanQuảng Ninh .49 2.5 Kếtluậnchương2 49 CHƯƠNG 3NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC HÀM ĐƯỜNG CONG TIÊU CHUẨNTỪSỐLIỆUQUANTRẮCỞCÁCMỎTHANHẦMLÒQUẢNGNINH .50 3.1 Phươngphápquan trắcvàxử lýsố liệu 50 3.2 Phương phápluận xâydựngcáchàmđườngcongtiêuchuẩn 51 3.3 Xácđịnhcácthông sốvàđạilượngdịch chuyển .55 3.3.1 Cơsởlýthuyếtxácđịnhcácthamsốchovùngítđượcnghiêncứudịchđộngđámỏ 55 3.3.2 Xácđịnhcácthôngsốvàđạilượngdịchchuyển 63 3.4 XácđịnhcáchàmđườngcongtiêuchuẩnvùngQuảngNinh .67 3.5 Kếtluậnchương 68 CHƯƠNG 4NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LÚN CỰC ĐẠI XÁCĐỊNH TỪ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THỰC ĐỊA VỚI MÔ ĐUN ĐÀN HỒI KHỐIĐÁMỎ 69 4.1 Xâydựng mơhình địacơcho khốiđá tạibểthanQuảngNinh 69 4.1.1 Khái quátđặcđiểmđịachất khuvựcnghiêncứu 69 4.1.2 Xácđịnhmôđun đànhồichocáclớpđấtđátạibểthanQuảngNinh 72 4.1.3 Kếtquảxácđịnh môđunđànhồiE theo Rockdata 75 4.2 Tínhtốndịchchuyểnbiếndạngđịatầng đấtđávàbềmặtđất 78 4.2.1 Khái qtbộphầnmềmRS2(Phase2)củahãngRocscienceInc.(Canada)7 4.2.2.Thơngsốđầuvàovàcáctrườnghợptínhtốn .79 4.2.3Kếtquảtính tốn chotrườnghợp theohướngdốclịchợ .80 4.3 Xácđịnh mối quanhệgiữađộlúncựcđạivới môđunđànhồi 87 4.3.1 Phương phápphântíchthốngkê .87 4.3.2 Phương pháphồi quytuyếntính 87 4.3.3 Xácđịnhmốiquanhệgiữađộlúncựcđạivớimôđunđànhồi 89 4.4 Kếtluậnchương 92 CHƯƠNG 5ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ĐỊA CƠ NGHIÊN CỨU QUY LUẬT DỊCHCHUYỂNBIẾNDẠNGĐỊATẦNGĐẤTĐÁVÀBỀMẶTĐẤTDOẢNHHƯỞNG KHAITHÁCLỊCHỢVỈAV7MỎTHANNAMMẪUQUẢNGNINH 93 5.1 Vịtríđịalývàranhgiớikhu vựcnghiêncứu 93 5.2 Kháiquátvề c ô n g n ghệ cơg i i hóakhai t h c cột dà i theo ph ươ ng , lòc h ợ hạ trầnthuhồithan 95 5.3 Kiếnnghị mơđun đànhồichomơhìnhđịacơmỏthanNamMẫu 97 5.4 Tínhtốndịch chuyểnbiếndạngkhikhaitháclịchợcơgiớihóatheohướng dốctrênmơ hìnhđịacơ 98 5.5 Tínhtốndịch chuyểnbiếndạngkhikhaitháclịchợcơgiớihóatheođường phương 104 5.6 Kiểmchứng mơhìnhđịacơ vớikếtquảquantrắcthực địa 112 5.7 Kếtluậnchương 115 KẾTLUẬNVÀKIẾN NGHỊ 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐLIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁNCỦANCS .118 TÀILIỆU THAM KHẢO .121 DANHMỤCBẢNGBIỂU Bảng1.1: Cácgóc dịch chuyểnbiếndạngvùngQuảngNinh 19 Bảng2.1:ThơngsốhìnhhọcvùngbiếndạngtrongđốivớicáckhốngsàngUralvàCadacxtan 40 Bảng 2.2: Thơngsốhìnhhọcvùngbiến dạngngồi đốivớicáckhốngsàngUralvàCaracxtan[74] 41 Bảng3.1: Phânloạinhóm mỏtheođộcứng đấtđá .57 Bảng3.2: Xácđịnhgócdịchchuyểntheonhómmỏvàgócdốcvỉa 58 Bảng3.3: Xácđịnhgócdịchchuyển1t h e o n h ó m mỏ 58 Bảng3.4: Xácđịnhgócdịchchuyển,C>50%theonhómmỏ .59 Bảng3.5:Xácđịnh gócdịchchuyểntronglớpđấtphủ 59 Bảng3.6:Xácđịnhgócgiớihạno,o( đ ộ ) 59 Bảng3.7: Xácđịnhgócgiớihạn0(độ) .60 Bảng3.8: XácđịnhhệsốK1 60 Bảng3.9: Xácđịnh góc3( đ ộ ) 61 Bảng3.10:Giátrịgóc1ở tửsố,2ở mẫu số (độ) 61 Bảng3.11:Độlúncựcđạitươngđối q0 62 Bảng3.12: Dịchchuyểnngangcựcđạitươngđốia0 62 Bảng3.13:HệsốN1,N2 63 Bảng3.14: Sosánhkết quảđođạcvàlýthuyết .65 Bảng3.15: Sosánhkết quảđođạcvàlýthuyết .66 Bảng3.16: Hàmđường congtiêuchuẩn 67 Bảng3.17: Hàmđường congtiêuchuẩn .68 Bảng4.1: Kếtquảthínghiệmnénđơntrụccácloạiđá 71 Bảng4.2:Mộtsố kếtquảphântíchmứcđộổnđịnhcáclớpđáở QuảngNinh .72 Bảng4.3:Dữliệuvềthamsốcơhọcchocáclớpđá,xác địnhdựatheoRMR 73 Bảng4.4:Điềukiệnđịacơhọckhốiđáởmộts ố đ n g l ò c c m ỏ t h a n QuảngN i n h 74 Bảng4.5:Dữ liệuđầuvàocủaRocData 76 Bảng4.6:Kếtquả tính mơ đunđànhồiE theo tiêuchuẩn Hoek-Brown .78 Bảng4.7:Giátrị độlúncựcđạivàmô đunđànhồi 80 Bảng4.8:Kếtquả tínhmơđun đànhồicácloạiđá 91 Bảng5.1:Tọađộgiới hạnkhuvựctrạmquan trắc 93 Bảng5.2:Điềukiệnđịa chất vỉa7 94 Bảng5.3:Kếtquả xác địnhE,C, φmỏthanNamMẫutheoRockdata .98 Bảng5.4:Kếtquả xácđịnhE,C,φmỏthan NamMẫu 98 Bảng5.5:Kếtquảsosánhcácgiátrịdịchchuyển 114 DANHMỤCHÌNHVẼ Hình1.1: Trạngtháiứngsuấtbiếndạngcủakhốiđámỏ Hình1.2:Biểuđồcựccủatensơbiếndạngtrongcáctrạngtháiứngsuấtbiếndạngkhácnh au Hình1.3: Mơhìnhđịa cơcủaXashurinphântíchqtrìnhdịchchuyểnđámỏ 10 Hình1 : Q u ỹ đ o c c v é c t d ị c h c h u y ể n t r o n g t r n g ứ n g s u ấ t k i ế n t o đ ẳ n g hướng(a)vàbấtđẳnghướng(b) 11 Hình1.5: Sơđồ phânbốvùng dịchchuyểnbiếndạngđất đá 16 Hình1.6: Cácgóc dịchchuyểnbiếndạng khuvựcmỏthanNamMẫu 17 Hình1.7:Cácgóc dịchchuyểnbiếndạngkhuvựcmỏthanMạoKhê .18 Hình1.8: Cácgóc dịch chuyểnbiếndạng khu vựcmỏthanHàLầm .18 Hình2.1:Mơhìnhhóavậtthểđịa chấttrongcáclĩnhvựckhácnhau 25 Hình2.2: Nghiên cứuthựcthểthơngquamơhình 25 Hình2.3:MơhìnhđịacơđơngiảnvớivéctơứnglựckhốiđángunthủyởđộsâuH 28 Hình2.4:Sơđồ xuấthiệnáplựctựa .28 Hình2.5:Phạmvivàvùngchịuảnhhưởng xungquanhlịchợ 29 Hình2.6:Sơđồphânbốứnglựcđấtđávùnglịchợ 30 Hình2.7:Vùngsậpđổ, uốnvõngcủakhốiđá mỏ 31 Hình2.8: Mơhìnhvậtlýđámỏ 32 Hình2.9:Phânloại mơhìnhđịacơ 33 Hình2.10: Cácthànhphầnchínhcủamơhình địacơ 35 Hình 2.11: Sơ đồ mơ hình dịch chuyển trường hợp khai thác lộ thiên vỉa dốc dày 37Hình2.12:Sơđồmơhìnhdịchchuyểntrongtrườnghợpkhaitháchầmlịvỉadày37Hình 2.13: Mơ hình địa tổng qt khống sàng khai thác, phục vụ việc quantrắckiểmtra quátrình dịchchuyển [75] 44 Hình2.14:Cácphươngphápsốtrongđịa kỹthuật[10] 45 Hình3.1:Đườngcong lúnthựctếvàđườngconglúnkhơngthứngun 53 Hình4.1:Xácđịnhmơ đunđànhồiEcho đácátkết .76 Hình4.2:XácđịnhmơđunđànhồiEchođábộtkết 77 Hình4.3:Xácđịnhmơ đun đànhồiEchođásétkết .77 Hình4.4:XácđịnhmơđunđànhồiEcho than 78 Hình4.5: Biểuđồ độlúncáclớp đấtđátrongtrườnghợp1 .81 Hình4.6:Biểuđồđộlún bềmặtđấttrongtrườnghợp1 81 Hình4.7: Biểuđồ độlúncáclớpđấtđátrongtrườnghợp2 82 Hình4.8:Biểuđồđộlún bềmặtđấttrongtrườnghợp2 82 Hình4.9: Biểuđồ độlúncáclớpđấtđátrongtrườnghợp3 83 Hình4.10: Biểuđồđộlúnbề mặtđấttrong trườnghợp3… 81 Hình4.11: Biểuđồđộlúncáclớp đấtđátrong trườnghợp 84 Hình4.12: Biểuđồđộlún bềmặtđấttrong trườnghợp 84 Hình4.13: Biểuđồđộlúncáclớp đấtđátrong trườnghợp 85 Hình4.14: Biểuđồđộlún bềmặtđấttrong trườnghợp 85 Hình4.15: Biểuđồđộlúncáclớp đấtđátrong trườnghợp 86 Hình4.16: Biểuđồđộlúnbềmặtđấttrong trườnghợp .86 Hình4.17:Biểuđồtươngquanđộlúnvới mơ đunđànhồicủađácátkết 90 Hình4.18:Biểuđồtươngquanđộlúnvới mơ đunđànhồicủađábộtkết 90 Hình4.19:Biểuđồtươngquanđộlúnvới mơ đunđànhồicủađásét kết 91 Hình5.1: MặtcắttuyếnđịachấtV 94 Hình5.2: Bảnđồ khuvựckhaithác mỏthanNamMẫu 95 Hình5.3:Sơđồcơngnghệcơgiớihóakhaitháccộtdàitheophương,lịchợtrụhạtrầnthuhồ ithannóc 97 Hình5.4: Sơđồ tínhtốn 99 Hình5.5:Nhậpcác thơngsốchomơhình 100 Hình5.6: Qtrìnhchạyvịnglặp tínhdịchchuyểnbiếndạng .100 Hình5.7: Biểuđồ độlúncáclớpđấtđádoảnhhưởngkhaitháchầmlị 100 Hình5.8: Biểuđồmơtảbiếndạngngang 101 Hình5.9: Biểuđồ xácđịnhgócdịchchuyểntheohướngdốc .101 Hình5.10: Biểuđồđộlún bềmặtđấtvàgócdịchchuyển .102