Thực trạng khai thác mỏ ở tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp kỹ thuật công nghệ

Thực trạng khai thác mỏ ở tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp kỹ thuật công nghệ

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Chương 1: Đặc điểm vị trí địa lý, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu

1.1 Vị trí địa lý, giao thông

1.2 Đặc điểm khí tượng, thủy văn

Chương 2: Lịch sử công tác thăm dò

Chương 3: Cấu trúc địa chất khu mỏ

3.1 Địa tầng

3.2 Kiến tạo

3.3 Đặc điểm cấu tạo các vỉa than

3.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình khu mỏ

3.5 Công tác nghiên cứu khu mỏ

3.6 Tính trữ lượng

3.7 Đánh giá mức độ thăm dò và công tác bổ sung

Chương 4: Các giải pháp kĩ thuật công nghệ cho khu mỏ

4.1 Tài nguyên

4.2 Khai thông khai trường

4.3 Chuẩn bị khai trường

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Nói đến Quảng Ninh là nói đến vùng than giàu có của Việt Nam Tuyến

mỏ than Quảng Ninh dài 150 Km, từ đảo Kế Bào (Vân Đồn) đến Mạo Khê

(Đông Triều) Tổng tiềm năng tự nhiên của bể than là 12 tỷ tấn; trong đó tổng

tiềm năng thu hồi là 8,4 tỷ tấn; tổng trữ lượng địa chất đó tỡm kiếm, thăm dũ cú

thể khai thỏc là 3,633 tỷ tấn; cho phộp khai thỏc 30-40 triệu tấn/năm Than đá

Quảng Ninh hầu hết thuộc dũng antraxit, một loại than dồn ộp thành tảng, rất

cứng, tỷ lệ các-bon ổn định 80-90%, nhiệt lượng cao 7.350 - 8.200 Kcal/Kg

Hiện nay, Quảng Ninh có 3 trung tâm khai thác than: Hồng Gai, Cẩm Phả

- Dương Huy và Uông Bí - Mạo Khê với tổng thiết kế 12 triệu tấn/năm Sản

lượng than khai thác năm 2000 đạt trên 11 triệu tấn, xuất khẩu hơn 3 triệu tấn

Khu Tràng Khê II, III- Xí nghiệp than Hồng Thái than Hồng TháI nằm ở

phía Đông mỏ than Mạo Khê thuộc địa bàn xã Hoàng Quế, huyện Đông Triều,

tỉnh Quảng Ninh

Địa tầng chứa than trong khai trường thuộc nhóm vỉa trên gồm: 5 vỉa than

có giá trị công nghiệp được huy động vào thiết kế khai thác Trữ lượng than địa

chất huy động vào thiết kế khai thác trong ranh giới khai trường là 6.857 ngàn

tấn, tương ứng với 4.561 ngàn tấn trữ lượng công nghiệp Công suất mỏ được

thiết kế là 300.000 tấn/năm và tuổi thọ của mỏ là 18 năm

Khoáng sản than tại khu Tràng Khê II, III đã trải qua nhiều giai đoạn thăm

dò và khai thác Trên cơ sở các tài liệu và thực tế khai thác, đào lò cho thấy các

vỉa than: V24, V18, V12, V10 và V9b thuộc vào vỉa mỏng đến dày trung bình,

độ dốc lớn (đến 550) các vỉa than phân bố trên diện rộng, trải dài từ Đông sang

Tây Trong khai trường mỏ đã hình thành mặt bằng các mức, mặt bằng sân công

nghiệp, mặt bằng xưởng sàng, hệ thống đường lò khai thông các mức, đường

giao thông lối liền khu mỏ với quốc lộ 18A, hệ thống đường xá lối niền các mặt

bằng trong khu mỏ, đường dây 6kV cung cấp điện cho khu mỏ… và đã có các

công trình trên mặt bằng được xây dựng

Khoỏng sản Than

Chương I: Đặc điểm địa lý, kinh tế xó hội vựng nguyờn cứu

1.1 Vị trí địa lý, giao thông

1.1.1 Vị trí địa lý

Quảng Ninh là một tỉnh lớn ở địa đầu phía Đông Bắc của Việt Nam, có

dáng một hỡnh chữ nhật lệch nằm chếch theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Phía

Tây tựa lưng vào núi rừng trùng điệp Phía Đông nghiêng xuống nửa phần đầu

vịnh Bắc Bộ với bờ biển khúc khuỷu nhiều cửa sông và bói triều, bờn ngoài là

hơn hai nghỡn hũn đảo lớn nhỏ, trong đó có 1.030 đảo có tên, cũn lại hơn một

nghỡn hũn đảo chưa có tên

Địa giới Quảng Ninh trải rộng từ kinh độ Đông 106026 đến kinh độ Đông

108030 và từ vĩ độ Bắc 20040 đến vĩ độ Bắc 22040 Bề ngang từ đông sang tây,

khoảng dài nhất là 195 km Bề dọc từ bắc xuống nam khoảng dài nhất là 102

km

Điểm cực Bắc là dóy nỳi cao thụn Mỏ Toũng, xó Hoành Mụ, huyện Bỡnh Liờu

Điểm cực Nam ở đảo Hạ Mai thuộc xó Ngọc Vừng, huyện Võn Đồn Điểm cực

Tây là sông Vàng Chua ở phía Tây xó Bỡnh Dương và xó Nguyễn Huệ, huyện

Đông Triều Điểm cực Đông trên đất liền là múi Gót ở Đông Bắc phường Trà

Cổ, thị xó Múng Cỏi

Quảng Ninh có biên giới quốc gia và hải phận giáp giới nước Cộng hũa nhõn

dõn Trung Hoa Trờn đất liền, phía Bắc các huyện Bỡnh Liờu, Hải Hà và thị xó

Múng Cỏi giỏp huyện Phũng Thành và thành phố Đông Hưng, tỉnh Quảng Tây

với chiều dài 132,8km Đôi bên có chỗ núi đồi và thung lũng nối liền (40,8km),

cũn phần lớn (92km) ngăn cách bởi sông suối, trong đó có đoạn thượng nguồn

sông Ka Long và sông Bắc Luận

Quảng Ninh nằm trong dải hành lang biển lớn của Bắc Bộ, trên đó có mạng

lưới đường bộ, đường sắt và cảng biển lớn đang được mở rộng và phát triển

Cùng với Hải Phũng, Quảng Ninh giữ vai trũ cửa mở lớn ra biển cho cả nước ở

phía Bắc (có thể cho cả các tỉnh Tây – Nam Trung Quốc và Bắc Lào) để chuyển

tải hàng hóa xuất nhập khẩu, đẩy mạnh giao lưu kinh tế với các vùng khác trong

cả nước và với nước ngoài, đồng thời cũn cú khả năng thiết lập mối quan hệ

hàng hải và hàng không với các nước trong khu vực Đông Á, Đông Nam Á và

thế giới Đây là ưu thế đặc biệt của Quảng Ninh

Với các tỉnh bạn trong nước, Quảng Ninh có hơn 300 km giáp Lạng Sơn,

Bắc Giang, Hải Dương và thành phố Hải Phũng Là một cực trong tam giỏc phỏt

triển của vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, Quảng Ninh có quan hệ mật

thiết về các hoạt động kinh tế, khoa học và văn hóa xó hội với thủ đô Hà Nội,

Hải Phũng, cỏc tỉnh đồng bằng sông Hồng và ven biển với hệ thống quốc lộ 4B,

quốc lộ 10, quốc lộ 18 đi qua địa bàn của tỉnh

Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh

Khu Tràng Khê II, III nằm ở phía đông mỏ Mạo Khê ( thuộc huyện Đông

Triều, tỉnh Quảng Ninh)

- Phía Bắc là mức +30 của các vỉa 24, 18, 12, 10, 9b

- Phía Nam là ranh giới mỏ

- Phía Tây là tuyến IXA

- Phía Đông là tuyến XV và đứt gãy F15

1.1.2 Địa hình

Địahình khu vực chủ yếu là đồi núi, bị phân cách bởi các suối nhỏ, các suối

này đều chảy xuống phía Nam và đổ vào sông Đá Bạch Độ cao của địa hình

trong khu mỏ từ +15m đến +503m Do địa hình dốc, nên khi có mưa rào, nước

mưa tập trung rất nhanh, dễ tạo thành lũ

1.1.3 Giao thông

Hệ thống giao thông và vận tải từ mỏ đi các vùng trong nước khá thuận lợi

Quốc lộ số 18A và đường sắt chạy dọc phía Nam và cách trung tâm mỏ khoảng

2km

Than từ khu Tràng Khê vận chuyển đến các nơi tiêu thụ bằng đường bộ qua

quốc lộ 18A, bằng đường thuỷ qua các cảng Bến Cân, bằng đường sắt, qua ga

Mạo Khê đến nhà máy nhiệt điện Uông Bí và Phả Lại

1.2 Khí hậu, thủy văn

1.2.1 Khớ hậu

Khu Tràng Khê nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt

Mùa mưa thường từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm

sau Lượng mưa hàng năm biến đổi từ 1805mm đến 2229mm

1.2.2 Thủy văn

Trong khu vực mỏ Tràng Khê II-III có suối Tràng Khê II quanh năm có

nước với lưu lượng đo được như sau:

Qmax = 29.020 l/s

Qmin = 1.580 l/s

Lượng nước mặt này cùng với hệ thống khai thác lò cũ của Pháp có quan

hệ khá mật thiết với hệ thống nước ngầm phía dưới

Đá chứa nước trong địa tầng chứa than gồm cuội kết, cát kết, sạn kết và

một phần bộ kết bị phong hoá Sét than, sét kết, bột kết có cấu tạo khối thuộc

vách trực tiếp của vỉa than tạo thành các lớp cách nước ổn định

Các thông số ĐCTV chủ yếu như sau:

Chương II: Lịch sử công tác thăm dò

Khu Tràng Khê II, III (thuộc khoáng sản Than Mạo Khê) đã được người

Pháp thăm dò và khai thác từ năm 1889 đến năm 1951 Từ 1954 đến nay khu mỏ

được các liên đoàn Địa chất II, liên đoàn địa chất IX …, thăm dò và đánh giá trữ

lượng với khối lượng thăm dò gồm:

Khối lượng khoan: 30.504m

Khối lượng hào thăm dò: 7.770m3

Từ tháng 2/1965 đến tháng 3/1970, Liên đoàn Địa chất II đã tiến hành thăm

dò tỷ mỉ (TDTM) Đến tháng 2/1971 báo cáo thăm dò tỷ mỷ khu Mạo Khê đã

được Tổng cục Địa chất phê duyệt Năm 1967, để đáp ứng yêu cầu khai thác lò

bằng +30, Liên đoàn Địa chất 2 đã lập báo cáo thăm dò mức lò bằng +30

Năm 1994, xí nghiệp Địa chất 906 thuộc Công ty Địa chất và khai thác

khoáng sản đã lập “Báo cáo trung gian thăm dò địa chất đến mức -150” khu

Mạo Khê Báo cáo đã được Bộ Năng lượng phê duyệt tháng 11/1994

Năm 2003 Tổng Công ty Than Việt Nam đã phê duyệt báo cáo “Xây dựng

CSDL địa chất khoáng sản than Mạo Khê do Công ty IT&E lập (QĐ số:

1045/QĐ-ĐCTĐ ngày 25/6/2003) Trữ lượng tính đến 31/12/2001

Chương III: Cấu trúc địa chất của khu mỏ 3.1 Địa tầng

Địa tầng chứa than có tuổi T3 (n-r) chiều dày địa tầng trên 1500m, trong đó

chứa 12 vỉa than có giá trị công nghiệp (V3,V6,V8,V9,V9b,V10,V12,V16,V18,

V22,V23,V24)

Địa tầng chứa than gồ có hai tập vỉa:

Tập vỉa giữa: Chiều dày địa tầng khoảng 1093m, có 7 vỉa than có giá trị

công nghiệp từ V3 đến V12 Khoảng cách địa tầng giữa các vỉa từ 60 đến 130m

Tập vỉa trên: Chiều dày địa tầng khoảng 700m có 5 vỉa than có giá trị công

nghiệp và trong TKKT-2003 chỉ huy động vào khai thác 5 vỉa đó là vỉa:

V24,V18,V12,V10,V9b

Khoảng cách địa tầng giữa các vỉa khoảng 20-80m

3.2 Kiến tạo

Nếp uốn:

Khu mỏ có cấu trúc dạng nếp lồi về phía tây, mặt trục của nếp lồi đồng thời

là đứt gẫy FA Phạm vi phát triển của nếp lồi từ tuyến IX về phía đông

Đứt gẫy:

Trong khu vực có 4 đứt gẫy

- Đứt gẫy Fcb là đứt gẫy thuận có phương kéo dài từ đông sang tây, hướng

cắm về phía Bắc góc dốc từ 640

đến 700

- Đứt gẫy F129 là đứt gẫy thuận điển hình của khu mỏ Đứt gẫy này cũng

chính là ranh giới phân chia khu Tràng Khê II và khu Tràng Khê III Đứt gãy có

phương kéo dài từ Tây Bắc đến Đông Nam hướng cắm về Đông Bắc, góc dốc

khoảng từ 700

đến 800 Cự ly dịch chuyển theo mặt trượt 400-500m

- Đứt gãy F280 là đứt gãy thuận kéo dài từ Tây Bắc đến Đông Nam góc

dốc khoảng từ 750

đến 800 Cự ly dịch chuyển theo mặt trượt 400-500m

- Đứt gẫy F15 là đứt gẫy phần chia mỏ Tràng Khê và Tràng Bạch

3.3 Đặc điểm cấu tạo các vỉa than

Khu vực Tràng Khê II, III có 12 vỉa than có giá trị công nghiệp, trong đó

huy động vào khai thác (TKKT-2003) có 5 vỉa than: V24,V18,V12,V10 và vỉa

V9b

Vỉa 9b: Phân bố từ ranh giới phía Tây (T.IXB) sang ranh giới phía Đông

(đứt gãy F15) Vỉa 9b duy trì liên tục nhưng không ổn định chiều dày theo cả

hướng cắm và đường phương Về phía đông chiều dày vỉa vát móng dần và độ

tro than tăng Vỉa 9b được khống chế bởi 8 công trình khoan, chiều dày biến đổi

từ 0,51 đến 2,51m, chiều dày trung bình riêng than của vỉa khoảng 1,42m góc

dốc trung bình khoảng 460, vỉa có trung bình từ 1 đến 5 lớp kẹp

Vỉa 10: Phân bổ từ ranh giới phía Tây (T.IXB) sang ranh giới phía Đông

(đứt gẫy F15) Vỉa được khống chế bởi 9 công trình khoan và 13 công trình hào

Chiều dày tính trữ lượng biến đổi từ 1.21 đến 2.41m trung bình 1.88m Thuộc

loại có chiều dày trung bình đến móng Vỉa 10 có chiều dày duy trì liên tục, và

tương đối đồng đều trên diện tích từ T.IX-TXV Vỉa 10 điển hình về cấu trúc rất

phức tạp, bao gồm một tập hợp các thấu kính than và đá kẹp xen kẽ nhau Các

lớp than có dạng thấu kinh kéo dài và rất khó liên hệ với nhau Cách trụ tính trữ

lượng 3-5m nhiều diện còn có thấu kính than đi kèm Cách vỉa 10 về phía trụ vỉa

từ 30-40m thường gặp nhịp vỉa 10 trụ gồm chủ yếu là sét kết, sét than và than

mỏng Đây là nhịp đánh dấu để liên hệ đồng tên giữa các vỉa

Vỉa 12: Phân bố từ ranh giới phía Tây (T.IXB) sang ranh giới phía Đông

(đứt gãy F15) Vỉa có chiều dày mỏng, vát mỏng dần theo đường phương từ

Đông sang Tây Được khống chế bởi 13 công trình khoan và một số công trình

hào, chiều dày tính trữ lượng biến đổi từ 0,55 đến 2,53m đôi chỗ có cửa sổ chiều

dày nhỏ hơn giá trị công nghiệp Chiều dày trung bình riêng than vỉa khoảng

1,37m, góc dốc trung bình khoảng 420

có khoảng 1-5 lớp kẹp

Vỉa 18: Phân bố từ ranh giới phía Tây (T.IXB) sang ranh giới phía Đông

(đứt gãy F15) Trong diện phân bố từ TIXB-TXV và F15, vỉa được khống chế

bởi 13 công trình khoan Chiều dày tính trữ lượng biến đổi từ 0,54 đến 2.53m

trung bình 1,47m, góc dốc trung bình khoảng 360

vỉa có từ 1 đến 8 lớp kẹp Cấu tạo từ tương đối phức tạp đến đơn giản Độ ổn định và chiều dày vỉa kém Tiếp

hướng cắm nhiều diện chiều dày vỉa nhỏ hơn chiều dày công nghiệp

Vỉa 24: Phân bố từ ranh giới phía Tây (T.IXB) sang ranh giới phía Đông

(đứt gãy F15) Trong phạm vi từ lộ vỉa đến +30, vỉa 24 được khống chế bởi 20

lỗ khoan Chiều dày vỉa thuộc loại trung bình đến mỏng và không ổn định (từ

0,57 đến 3,06m), một số vị trí vỉa chiều dày nhỏ hơn chiều dày công nghiệp

Chiều dày trung bình riêng than khaỏng 1,62m, có từ 1-5 lớp kẹp, gốc dốc trung

Trung bình

3.4.1 Đặc điểm địa chất thủy văn

a Đặc điểm nước trên mặt:

Trong khu vực mỏ Tràng Khê II-III có suối Tràng Khê II quanh năm có

nước với lưu lượng đo được như sau:

Qmax = 29.020 l/s

Qmin = 1.580 l/s

Lượng nước mặt này cùng với hệ thống khai thác lò cũ của Pháp có quan

hệ khá mật thiết với hệ thống nước ngầm phía dưới

b Đặc điểm nước dưới đát

Đá chứa nước trong địa tầng chứa than gồm cuội kết, cát kết, sạn kết và

một phần bộ kết bị phong hoá Sét than, sét kết, bột kết có cấu tạo khối thuộc

vách trực tiếp của vỉa than tạo thành các lớp cách nước ổn định

Các thông số ĐCTV chủ yếu như sau:

Độ cao mực nước tĩnh: Z+200 = 255m, Z+115 = 245m, Z+30 = 245m

Hệ số thấm: Ktb = 0,05 m/ng.đ ; Kmax = 0,103 m/ng.đ

Nước dưới đất có độ pH = 6-7, hàm lượng CO2 = 10-15mg/l, hàm lượng sắt

0,3-13mg/lít

c Nước trong hệ thống lò khai thác cũ:

Trong khu Tràng Khê II, III có hệ thống khai thác lò bằng, do Pháp trước

đây và mỏ đã khai thác than trong những năm gần đây nay đã ngừng sản xuất

Trong hệ thống lò khai thác cũ có thể tàng trữ lượng nước khá lớn, đây vấn đề

tồn tại của mỏ, tuy nhiên hệ thống lò đều nằm trên mực xâm thực địa phương và

thoát nước bằng phương pháp tự chảy do đó ít ảnh hưởng tới quá trình khai thác

Trong những năm qua, nhiều lộ vỉa than được khai thác bằng phương pháp

lộ thiên, sau khai thác, không được san lấp moong Ngoài ra hệ thống lò khai

thác cũ của người Pháp không được cập nhật đầy đủ cộng với đứt gãy thuậ F129

là đứt gãy có đới huỷ hoại rộng khả năng tàng trữ và lưu thông nước rất tốt, do

vậy trong quá trình khai thác, cần đề phòng sự cố bục nước Mỏ cần có biện

pháp chủ động để quản lý các dạng sự cố này bằng các phương pháp thăm dò dự

báo

Kết quả tính toán lưu lượng nước chảy vào mỏ

Phương pháp tính:

Sử dụng công thức của DuyPuy phối hợp với phương pháp giếng lớn để dự

tính lượng nước dưới đất Q chảy vào khai trường

Q =

1,366KtbM)M

(2H-lg (r0+R0)-Igr0

Ktb: Hệ số thấm trung bình của địa tầng nham thạch chứa nước

M: Tổng bề dày đá chứa nước

H: Cột nước hạ thấp tới mức khai thác (khi tháo khô thì H = S)

F: Diện tích khai trường

Các thông số được lựa chọn tính toán:

Diện tích khai trường các mức như sau:

Mức +200; F=800.000m2

Mức +115; F=1.400.000m2

Mức +30; F=2.400.000m2

Độ cao mực nước tĩnh: Z+200 = 255m , Z+115= 245m , Z+30 = 245m

Hệ số thấm: Ktb = 0,05m/ng.đ; Kmax = 0,103m/ng.đ

Kết quả quan trắc lượng nước chảy vào các lò khai thác trong các năm từ

1982 đến 1994 cho thấy: Hệ số biến đổi lưu lượng (Hbd) thay đổi từ 2,63 đến

5,37, trung bình là 3,25 Hệ số biến đổi lưu lượng được tính trên cơ sở tỷ số

chênh lệch giữa Qmin tháng lớn nhất và Qmin tháng bé nhất Việc tăng lưu

lượng nước chảy vào mỏ do nhiều nguyên nhân, nhưng chủ yếu là do quá trình

cung cấp bổ sung của nước mưa cho nước ngầm

Quá trình khai thác đã phá vỡ cân bằng tự nhiên, các lớp nham thạch bị nứt

nẻ làm xuất hiện hệ thống khe nứt mở, do đó nước ngấm ngày càng chịu tác

động trực tiếp hơn với nước mặt và vũ lượng

Lưu lượng mùa khô (Qmin) được tính tương ứng điều kiện địa tầng nham

thạch trên vách ít bị biến dạng, chiều dày đá chứa nước (M) bằng 51% chiều dày

địa tầng Nước mặt và nước mưa không bổ cập trực tiếp cho dòng chảy vào mỏ

(Qmin = Qtb giếng lớn)

Lưu lượng trung bình mùa mưa (Qtb) là lượng nước thường xuyên chảy

vào mỏ trong mùa mưa (không có bổ cập trực tiếp của nước mặt) Qtb = Qmin *

hệ số biến thiên lưu lượng Kbđ = 3,25)

Lưu lượng lớn nhất chảy vào khai trường Qmax = Qtb + Q bổ cập trực tiếp

Lượng nước mưa bổ cập trực tiếp đến dòng chảy dự tính bằng 37% lưu lượng

max