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

Trong những năm qua, hoạt động khai thác cát lòng sông đem lại nhiều lợi ích thiết thực, song cũng tác động tiêu cực đến môi trường như: gây xói lở bờ sông, đe dọa đến độ an toàn của gia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN XUÂN QUANG

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN XUÂN QUANG

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

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 62.52.06.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

1 PGS.TS HỒ SĨ GIAO

2 TS LẠI HỒNG THANH

HÀ NỘI - 2017

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN vii

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ TRONG LUẬN ÁN viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN ix

MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5.1 Ý nghĩa khoa học: 2

5.2 Ý nghĩa thực tiễn: 2

6 Những luận điểm bảo vệ 2

7 Những điểm mới của luận án 3

8 Bố cục của luận án 3

LỜI CẢM ƠN 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 6

1.1 Tổng quan về tình hình khai thác cát lòng sông trên thế giới và Việt Nam 6

1.1.1 Tổng quan về tình hình khai thác cát trên thế giới 6

1.1.2 Tổng quan về tình hình khai thác, sử dụng cát tại Việt Nam 7

1.2 Tổng quan công nghệ khai thác cát lòng sông 10

1.2.1 Công nghệ khai thác cát lòng sông bằng các thiết bị cơ giới 10

1.2.1.1 Khai thác bằng máy xúc thủy lực gầu ngược 10

1.2.1.2 Khai thác bằng máy xúc gầu thuận 11

1.2.1.3 Khai thác bằng máy xúc gầu ngoạm hoặc máy xúc gầu treo 12

1.2.1.4 Khai thác bằng tàu cuốc 13

1.2.2 Công nghệ khai thác cát lòng sông bằng các thiết bị thủy lực 15

1.2.2.1 Khai thác bằng bơm bùn 15

1.2.2.2 Khai thác bằng tàu hút bùn 17

1.2.3 Công nghệ khai thác hỗn hợp 18

1.3 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông 18

1.4 Kết luận Chương 1 22

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN - KĨ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG XÓI LỞ KHI KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG 24

2.1 Cơ sở lý thuyết về sự hình thành vùng xói lở đất đá khi khai thác cát dưới lòng sông 24 2.1.1 Xác định các thông số vùng xói lở phía hạ nguồn 28

2.1.2 Xác định các thông số vùng xói lở phía thượng nguồn 31

2.1.3 Xác định các thông số khối trầm tích trong ranh giới khai trường 33

2.2 Thực nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở 34

2.2.1 Mô hình thực nghiệm 34

2.2.2 Quá trình thực hiện công tác nghiên cứu 35

2.2.3 Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên – kĩ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở 36

2.2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy 36

2.2.3.2 Ảnh hưởng của đường kính cỡ hạt 38

2.2.3.3 Ảnh hưởng của độ dốc lòng sông 40

2.2.3.4 Ảnh hưởng của chiều dài khai trường 41

2.2.3.5 Ảnh hưởng của chiều sâu khai trường 43

2.3 Thiết lập sự phụ thuộc bán kính vùng xói lở với các thông số tự nhiên - kĩ thuật 45

2.4 Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ĐẢM BẢO HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ GIẢM THIỂU VÙNG XÓI LỞ 50

3.1 Khái quát về tiềm năng cát lòng sông ở Việt Nam 50

3.1.1 Tiềm năng, trữ lượng cát xây dựng 50

3.1.2 Nguồn gốc thành tạo và đặc điểm phân bố 55

3.1.3 Đặc điểm địa chất một số mỏ cát dưới lòng sông 56

3.1.4 Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng cát lòng sông ở Việt Nam 61

3.1.5 Cân đối cung – cầu cát xây dựng 61

3.2 Phân loại mỏ phục vụ công tác lựa chọn công nghệ khai thác 62

3.3 Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác phù hợp điều kiện Việt Nam 63

3.3.1 Công nghệ khai thác bằng máy xúc thủy lực gàu ngược 64

3.3.2 Công nghệ khai thác bằng tầu hút bùn 69

3.4 Lựa chọn đồng bộ thiết bị khai thác 74

3.5 Tính toán minh họa về khoảng cách an toàn cho mỏ cát trên sông Tiền, đoạn gần cầu Mỹ Thuận, thuộc địa phận tỉnh Vĩnh Long 82

3.5.1 Đặc điểm khu vực tính toán 82

3.5.2 Chế độ dòng chảy 83

3.5.3 Tài nguyên cát 83

3.6 Kết luận Chương 3 86

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN CÁT LÒNG SÔNG Ở VIỆT NAM 88

4.1 Thực trạng công tác quản lý khai thác cát lòng sông 88

4.1.1 Khái quát chung 88

4.1.2 Thực trạng hệ thống chính sách, pháp luật đối với hoạt động quản lý khai thác cát lòng sông 89

4.1.2.1 Ưu điểm 90

4.1.2.2 Tồn tại, hạn chế 91

4.1.3 Hiện trạng công tác cấp phép thăm dò, khai thác cát lòng sông 97

4.2 Cơ sở khoa học và thực tiễn để đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên cát lòng sông 100

4.2.1 Sự thay đổi chế độ thủy văn và bán kính vùng phá hủy 100

4.2.2 Sự thay đổi trữ lượng mỏ 100

4.2.3 Cơ sở về hệ thống chính sách, pháp luật về quản lý tài nguyên cát lòng sông 101

4.3 Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên cát lòng sông 102

4.3.1 Về vấn đề kỹ thuật 102

4.3.1.1 Đối với công tác thăm dò, đánh giá trữ lượng 102

4.3.1.2 Đối với công tác thiết kế khai thác mỏ 103

4.3.1.3 Đối với công nghệ khai thác 103

4.3.2 Về vấn đề quản lý 104

4.3.3 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 105

4.4 Kết luận Chương 4 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

1 Kết luận 108

2 Kiến nghị 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả đề xuất trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Quang

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ TRONG LUẬN ÁN

Bảng 1.1 Khối lượng khai thác vật liệu đáy sông ở thượng lưu sông Mekong

Bảng 1.2 Quy hoạch công suất và sản lượng cát xây dựng

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật một số loại tàu cuốc 1 gầu

Bảng 1.4 Đặc tính kỹ thuật của một số máy bơm bùn có công suất lớn

Bảng 1.5 Phạm vi sử dụng các loại thiết bị khai thác cát lòng sông

Bảng 2.1 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến bán kính vùng xói lở

Bảng 2.2 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước cỡ hạt đất đá đến bán kính vùng xói lở

Bảng 2.3 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc lòng sông đến bán kính vùng xói lở

Bảng 2.4 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài khai trường đến bán kính vùng xói lở

Bảng 2.5 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu khai trường đến bán kính vùng xói lở

Bảng 3.4: Thành phần độ hạt mỏ cát trên sông Tiền

Bảng 3.5: Nhu cầu cát xây dựng ở Việt Nam đến 2015 và đến 2020

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN

Hình 1.1 Khai thác cát lòng sông bằng máy xúc thuỷ lực gàu ngược

Hình 1.2 Công nghệ khai thác tại các bãi cát nổi một phần và nổi hoàn toàn bằng máy xúc gầu thuận đặt trên tầu (phà) nổi

Hình 1.3 Khai thác cát lòng sông tại Liên bang Nga và Ukraina

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của tàu cuốc 1 gầu hoạt động theo nguyên lý chu kỳ Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ khai thác các mỏ cát có chiều sâu ngập nước lớn

Hình 1.6 Mô hình khai thác cát bằng bơm bùn lắp trên phà nổi (a) và bằng bơm bùn lắp trên máy xúc thủy lực (b)

Hình 1.7 Sơ đồ bố trí thiết bị trên tàu hút

Hình 1.8 Công nghệ khai thác theo chiều sâu khai thác 19

Hình 1.9 Trình tự khai thác của tàu hút bùn

Hình 1.10 Mô tả hình sự hình thành dòng bùn khi hướng khai thác xuôi dòng (a) và ngược dòng chảy (b)

Hình 2.1 Sơ đồ hình thành vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khi khai thác cát dưới lòng sông

Hình 2.2 Sơ đồ biểu hiện sự thay đổi của các thông số thủy văn và vùng xói lở khi khai thác khoáng sản dưới lòng sông

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hình thành vùng chuyển động xoáy của dòng chảy tại ranh giới thượng nguồn là hạ nguồn

Hình 2.4 Sơ đồ xác định các thông số vùng xói lở phía hạ nguồn

Hình 2.5 Sơ đồ xác định các thông số vùng xói lở phía thượng nguồn

Hình 2.6 Sơ đồ hình thành vùng xói lở và trầm tích đất đá tại phía thượng nguồn khai trường (a) và phía hạ nguồn khai trường (b)

Hình 2.7 Mô hình thực nghiệm nghiên cứu vùng xói lở khi khai thác cát dưới lòng sông

Hình 2.8 Minh họa hình ảnh trước (a) và sau thực nghiệm (b)

Hình 2.9 Sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn vào tốc độ dòng chảy

Hình 2.10 Sự phụ thuộc của bán kính vùng phá hủy phía thượng nguồn và hạ nguồn vào đường kính cỡ hạt đất đá

Bảng 2.3 Các thông số thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc lòng sông đến bán kính vùng xói lở

Hình 2.11 Sự phụ thuộc của bán kính vùng phá hủy phía thượng nguồn và hạ nguồn vào độ dốc lòng sông

Hình 2.12 Sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở vào chiều dài khai trường

Hình 2.13 Sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở vào chiều sâu khai thác

Hình 2.14 Sơ đồ xác định điểm bán kính vùng sạt lở phía thượng nguồn

Hình 3.1 Bản đồ phân bố các hệ thống sông ở Việt Nam

Hình 3.2 Đặc điểm các vùng của lưu vực sông

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ khai thác các mỏ cát sa khoáng khu vực vùng thượng nguồn bằng máy xúc thủy lực gàu ngược lắp trên phà nổi

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý xác định chiều sâu xúc của máy xúc thủy lực gàu ngược khi đặt trên phà nổi

Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ khai thác cát dưới lòng sông bằng tầu hút bùn

Hình 3.6 Sơ đồ xác định chiều rộng gương công tác của tàu hút bùn

Hình 4.1 – Sơ đồ quy trình quản lý, cấp phép thăm dò, khai thác cát lòng sông

MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, đặc biệt là giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp khai khoáng giữ vai trò quan trọng, góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế cả về chiều sâu lẫn chiều rộng

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng về tài nguyên khoáng sản làm vật liệu xây dựng Trong đó, cát lòng sông là loại khoáng sản đang có nhu cầu lớn, phục vụ đắc lực cho ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi và các ngành kinh tế khác Theo dự báo, nhu cầu sử dụng cát có xu thế tăng nhanh trong thời gian tới

Trong những năm qua, hoạt động khai thác cát lòng sông đem lại nhiều lợi ích thiết thực, song cũng tác động tiêu cực đến môi trường như: gây xói lở bờ sông,

đe dọa đến độ an toàn của giao thông đường thủy và các công trình xung quanh Nguyên nhân của vấn đề này là quy mô khai thác nhỏ, công nghệ khai thác, trình tự khai thác và thiết bị khai thác chưa phù hợp với điều kiện mỏ Bên cạnh đó, công tác quản lý, cấp quyền khai thác chưa gắn liền với các kết quả nghiên cứu khoa học

và chưa xem xét tác động của hoạt động khai thác tới môi trường xung quanh

Xuất phát từ những bất cập nêu trên, việc lựa chọn đề tài của luận án tiến sĩ

"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" là cần thiết và cấp bách nhằm tăng

hiệu quả kinh tế, nâng cao mức độ an toàn, giảm ô nhiễm môi trường, sử dụng hiệu quả, bền vững tài nguyên cát lòng sông

1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác, trình từ khai thác đảm bảo hiệu quả kinh tế và hạn chế vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn

- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp về góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lý Nhà nước đối với hoạt động khai thác cát lòng sông

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các mỏ cát nằm dưới lòng sông thuộc khu vực miền núi, trung du và hạ nguồn

Phạm vi nghiên cứu là tác động của hoạt động khai thác cát dọc theo dòng chảy của sông

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu, phân tích tổng quan về công nghệ khai thác cát lòng sông tại Việt Nam và trên thế giới;

- Nghiên cứu đặc điểm thành tạo và phân bố của các mỏ cát dưới lòng sông;

- Nghiên cứu quy luật xói lở đất đá dưới tác động của hoạt động khai thác theo dọc theo dòng chảy của sông, xây dựng mối quan hệ bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn với các yếu tố tự nhiên – kĩ thuật;

- Nghiên cứu đề xuất hoàn thiện công nghệ khai thác, trình tự khai thác và lựa chọn đồng bộ thiết bị đảm bảo hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp và hạn chế vùng xói lở đất đá;

- Đề xuất các giải pháp quản lý nhà nước trong lĩnh vực khai thác cát dưới lòng sông

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa để phát triển, hoàn thiện;

- Sử dụng phương pháp giải tích, mô hình hoá toán và thực nghiệm;

- Phương pháp phân tích, chọn lọc so sánh và kinh nghiệm chuyên gia

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án giúp cho các đơn vị khai thác có giải pháp để hoàn thành kế hoạch sản xuất, đáp ứng yêu cầu thị trường và giúp các cơ chức năng xây dựng các chính sách quản lý hoạt động khai thác cát lòng sông nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên khoáng sản, gắn liền với bảo vệ môi trường

6 Những luận điểm bảo vệ

6.1 Bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường chịu

ảnh hưởng của tính chất cơ lý đất đá và các thông số hình học của mỏ Trong đó, các yếu tố cơ bản chi phối mạnh mẽ đến vùng xói lở đất đá là tốc độ dòng chảy, chiều sâu khai trường và đường kính cỡ hạt

6.2 Tốc độ dòng chảy là nhân tố làm kéo dài cung độ vận tải, làm lệch hướng di chuyển của tầu chở cát, thời gian chu kì vận tải và dung tích tầu chở cát

6.3 Điều kiện phân bố mỏ, ảnh hưởng của hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh là cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý nhà nước đối với cát lòng sông

7 Những điểm mới của luận án

7.1 Thiết lập được sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở đất đá phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường với tốc độ dòng chảy, chiều sâu mỏ và đường kính

cỡ hạt đất đá trên cơ sở nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở bằng phương pháp mô hình mô phỏng

7.2 Phân loại các mỏ cát dưới lòng sông theo nguồn gốc thành tạo và tốc độ xói lở làm cơ sở phân tích lựa chọn công nghệ và thiết bị khai thác hợp lý đáp ứng sản lượng yêu cầu của các mỏ cát lòng sông ở Việt Nam

7.3 Xây dựng sơ đồ công nghệ khai thác kết hợp với sàng tách đá tảng, cuội sỏi trực tiếp vào bãi thải trong, cho phép giảm khối lượng vận tải và hạn chế ảnh hưởng của hoạt động khai thác tới môi trường đối với các mỏ cát có lẫn cuội, tảng, sỏi khu vực trung du, miền núi

7.4 Thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng tầu hút cát và dung tích tầu chở cát trong điều kiện ảnh hưởng của dòng chảy

7.5 Đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác cát lòng sông phù hợp điều kiện Việt Nam dựa trên các kết quả nghiên cứu về vùng xói lở đất đá và công nghệ, trình tự khai thác

8 Bố cục của luận án

Luận án ngoài phần mục lục và danh mục các bảng, biểu, hình vẽ gồm 114 trang đánh máy khổ A4; 15 biểu, bảng; 30 hình vẽ, ảnh chụp minh hoạ; 55 văn liệu tham khảo và các bản vẽ kèm theo

Bố cục của luận án ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ khai thác cát lòng sông tại Việt Nam và trên thế giới

Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên – kỹ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở khi khai thác cát lòng sông

Chương 3: Nghiên cứu công nghệ khai thác đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu tác động đến vùng xói lở

Chương 4: Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên cát lòng sông ở Việt Nam

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ được thực hiện tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hồ Sĩ Giao và TS Lại Hồng Thanh Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học, phương pháp nghiên cứu, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin được chân thành cảm ơn các nhà khoa học, tác giả các công trình công bố ở trích dẫn trong luận án vì đã cung cấp nguồn tư liệu quý báu, những kiến thức liên quan trực tiếp trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Bộ môn Khai thác lộ thiên, Khoa Mỏ, các Phòng, Ban của nhà trường đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành chương trình học tập, nghiên cứu của mình Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học như PGS.TS Bùi Xuân Nam, PGS.TS Nguyễn Phương, TS Lê Văn Quyển, TS Vũ Đình Hiếu đã có những chỉ dẫn về khoa học và giúp đỡ, góp ý để luận án được hoàn thiện

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc Bộ Tài nguyên và môi trường, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Bộ Xây dựng, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ – Vinacomin, các doanh nghiệp khai thác cát tỉnh Đồng Tháp, Tiền Giang, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Nghệ An, Tuyên Quang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hà Nội và các đồng nghiệp đã góp ý, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ và chia sẻ khó khăn với tác giả trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án

Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Quang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT

LÒNG SÔNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Tổng quan về tình hình khai thác cát lòng sông trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tổng quan về tình hình khai thác cát trên thế giới

Ở các nước phát triển như Nga, Mỹ, Úc, Hà Lan, Ý … hoạt động khai thác cát lòng sông diễn ra nhịp nhàng và hiệu quả cao Các mỏ thường có quy mô công suất lớn, đồng bộ thiết bị hiện đại Công tác bảo vệ môi trường trong quá trình khai thác được chú trọng, hoàn thiện Chính bởi hoạt động khai thác cát làm ảnh hưởng lớn tới môi trường, hệ sinh thái sông và điều kiện xã hội … vì vậy các nước phát triển đã ra nhiều cơ chế chính sách và tổ chức lại các cơ quan quản lý đối với các hoạt động này kể từ khâu thăm dò, quy hoạch, cấp phép khai thác, kiểm tra, hậu kiểm v.v… một cách chặt chẽ Ví dụ như ở Mỹ, việc quản lý hoạt động khai thác cát lòng sông được giao cho quân đội, ở Úc được giao cho Ủy ban quản lý lưu vực sông … [15], [16]

Trong khi đó, ở các quốc gia đang phát triển như Trung Quốc, Myanma, Ấn

Độ, Malaysia v.v…hoạt động khai thác cũng còn tồn tại nhiều bất cập, đặc biệt là lĩnh vực bảo vệ môi trường và khắc phục hậu quả công tác khai thác vẫn còn yếu kém Ví dụ:

Tại Trung Quốc: Trung Quốc là quốc gia có sản lượng khai thác cát lòng

sông hàng năm rất lớn Hoạt động khai thác cát phổ biến trên các con sông, trong đó sông Dương Tử là sông có hoạt động khai thác diễn ra sôi động, tại đây khai thác cát bắt đầu đươc khai thác từ đầu những năm 1970 với hàng trăm doanh nghiệp, tổ chức khai thác với quy mô lớn, nhỏ khác nhau Quy mô sản lượng, tốc độ khai thác trên sông gắn liền với tốc độ phát triển đô thị hóa của khu vực Thiết bị khai thác đa dạng với công suất lớn đến 500 tấn/giờ [16] Tình trạng khai thác cát lòng sông ồ ạt

đã gây nhiều hậu quả như xấu như: nhiều đoạn đê chống lũ vùng cửa sông bị xói lở, đặt các vùng đất thấp phía hạ du vào tình trạng nguy hiểm Mặt khác, lòng dẫn diễn biến xói bồi không theo quy luật, tình trạng tranh dành mỏ, cạnh tranh thị trường, tai nạn giao thông thủy v.v…diễn ra phức tạp

- Tại Ấn Độ: Trung bình mỗi năm có khoảng 11,73 triệu tấn cát, sỏi được

khai thác từ 7 con sông ở phía Tây Nam của Ấn Độ và 0,4 triệu tấn cát từ các vùng bãi ngập lũ Sản lượng khai thác hàng năm cao gấp gần 40 lần lượng cát bồi lắng tự nhiên Hoạt động khai thác cát lòng sông tự phát, thiếu quy hoạch đã làm lòng sông

bị hạ thấp với tốc độ 7÷15 cm/năm trong vòng 20 năm trở lại đây Hậu quả là gây thiệt hại nghiêm trọng đến môi trường tự nhiên của hệ thống sông Thảm thực vật,

hệ sinh thái sông đã bị thay đổi lớn, nguồn thức ăn, môi trường sống, và các loại động vật dưới sông giảm đi rõ rệt [16]

- Tại các nước Đông Nam Á: Thực trạng hoạt động sỏi diễn ra rất phổ biến

ở các nước Lào, Thái Lan và Campuchia Khối lượng khai thác các loại vật liệu lòng sông (cát, sỏi, đá) ở một số đoạn sông điển hình được biểu diễn trong bảng 1.1, trong đó, sản lượng cát khoảng trên 23 triệu m3/năm, chiếm 86.5% Campuchia là nước khai thác cát nhiều nhất trên sông Mekong Tại khu vực sông Cửu Long, cường độ khai thác tương đối cao, hàng năm có khoảng 28 triệu m3 cát được khai thác [15], [16]

Bảng 1.1 Khối lượng khai thác cát ở thượng lưu sông Mekong [16]

(m3/năm)

4 Campuchia: thượng lưu Kongpong Cham 580.000

5 Campuchia - Biên giới Việt Nam 18.0160.000

1.1.2 Tổng quan về tình hình khai thác, sử dụng cát tại Việt Nam

Việt Nam là quốc gia có nhiều mỏ cát có trữ lượng khác nhau Hoạt động khai thác diễn ra tại các con sông từ Bắc, Trung, Nam, từ miền núi, trung du đến đồng bằng và vùng cửa sông

Qua tìm hiểu thực tế và căn cứ vào các số liệu do ngành xây dựng công bố trong những năm vừa qua cho thấy [1], nhu cầu về xật liệu xây ở nước ta tăng rất

nhanh Trong đó, cát xây dựng, chủ yếu là từ nguồn cát sông chiếm tỷ trọng lớn trong thành phần cốt liệu xây dựng

Theo Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm

2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 121/2008/QĐ-2008 ngày 29 tháng 8 năm 2008 [12], công suất và sản lượng cát xây dựng được quy hoạch với xu hướng tăng theo giai đoạn theo Bảng 1.2

Bảng 1.2.Quy hoạch công suất và sản lượng cát xây dựng

đơn vị: triệu m3

Công suất Sản lượng Công suất Sản lượng Công suất Sản lượng

dự án lớn về giao thông, phát triển hạ tầng và xây dựng các khu công nghiệp, khu

đô thị vv…đòi hỏi nhu cầu sử dụng cát xây dựng và cát san lấp với khối lượng rất lớn; theo số liệu của Hội vật liệu xây dựng Việt Nam – VABM [1], [2], [15], [16],

dự báo về nhu cầu sử dụng cát xây dựng đến 2020 đạt 190 triệu m3 riêng khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam và khu kinh tế đồng bằng Sông Cửu Long được dự báo lên tới gần 100 triệu m3 và liên tục tăng lên theo hàng năm, trong khi đó nguồn cung cấp cát chủ yếu từ việc khai thác cát lòng sông tại các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long Ngoài ra, tại khu vực này, hàng năm còn tiếp nhận một khối lượng lớn,

khoảng hàng chục triệu m3 cát nhiễm mặn được nạo vét từ các dự án khơi thông luồng, lạch của ngành giao thông, tuy nhiên số liệu về loại cát này còn chưa được thống kê đầy đủ, thêm vào đó, cát nhiễm mặn hầu như chỉ sử dụng để san lấp một

số công trình lấn biển, chưa sử dụng được cho ngành xây dựng nên hiện tại hầu hết

là phục vụ xuất khẩu

Tại khu vực miền Bắc, với nguồn tài nguyên tương đối dồi dào (khoảng trên

1 tỷ m3), cát có chất lượng tốt, phân bố chủ yếu ở hệ thống sông Hồng, sông Đà, sông Lô thuộc địa bàn các tỉnh như: Hà Nội, Vĩnh Phúc Phú Thọ, Tuyên Quang Theo đánh giá, khối lượng tiêu thụ năm 2009 là 30 triệu m3, nhu cầu khai thác giai đoạn 2010 khoảng 40 triệu m3, giai đoạn 2015 khoảng trên 51 triệu m3 và giai đoạn

2020 khoảng trên 65 triệu m3

Tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên, với đặc điểm chung của các sông thường là ngắn, độ dốc cao nên trữ lượng cát bồi đắp lớn đặc biệt là ở các cửa sông

và một phần trôi ra biển Trữ lượng, tài nguyên cát sông ở khu vực miền Trung qua tài liệu khảo sát, thăm dò được đánh giá ít hơn so với các khu vực khác (khoảng trên 300 triệu m3) Trong những năm vừa qua, tốc độ xây dựng ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên còn chậm nên nhu cầu tiêu thụ cát sông không lớn, theo đánh giá, trung bình hàng năm khoảng 10 - 15 triệu m3, trong đó chủ yếu tập trung vào một số địa phương như: thành phố Đà Nẵng, Nha Trang - Khánh Hoà, Thanh Hoá, Nghệ An và một số địa phương khác

Như vậy, có thể nói hàng năm một lượng có thể lên tới hàng trăm triệu m3cát lòng sông được khai thác phục vụ cho ngành xây dựng, giao thông với nhu cầu ngày càng tăng do cần phải đáp ứng cho các công trình đang xây dựng trên cả nước [1], [2] Việc khai thác cát sông đòi hỏi cần phải được nghiên cứu, nhìn nhận một cách nghiêm túc nhằm có những giải pháp về công nghệ, quản lý, bảo vệ môi trường, thúc đẩy nền kinh tế phát triển bền vững Bên cạnh đó, thêm một vấn đề đặt

ra với các nhà quản lý là cần phải tổng hợp, thống kê một cách đầy đủ, toàn diện về các số liệu liên quan đến khối lượng cát sử dụng trong các lĩnh vực nhằm có những chính sách, chiến lược phù hợp cho công nghiệp khai thác cát nói chung và ngành khai khoáng nói riêng

1.2 Tổng quan công nghệ khai thác cát lòng sông

Xét về vị trí các khoáng sàng cát có thể phân bố tại ven sông, ven biển hoặc tại lòng sông;

Xét về mức độ tương quan với mức nước thủy tĩnh của các con sông, các mỏ cát có thể tồn tại ở 3 dạng: Bãi nổi hoàn toàn, đáy của khoáng sàng cát cao hơn mực nước thủy tĩnh; bãi nổi một phần (một phần thân cát dưới nước, một phần trên cạn); bãi chìm hoàn toàn (toàn bộ thân cát nằm dưới nước)

Hiện nay, trên thế giới công nghệ khai thác cát rất đa dạng, được nghiên cứu chi tiết phù hợp với điều kiện từng vùng và từng mỏ Trong phạm vi luận án đi sâu nghiên cứu về công nghệ khai thác các mỏ cát phân bố dưới các lòng sông (ngập hoàn toàn) Các công nghệ khai thác cát lòng sông hiện đang áp dụng tại các nước tiên tiến trên thế giới được phân loại như sau [6], [17]:

- Khai thác bằng cơ giới: sử dụng các thiết bị như máy xúc thủy lực gầu ngược, máy xúc gầu ngoạm, máy xúc gầu treo, tầu cuốc (hoạt động theo nguyên lý máy xúc nhiều gầu kiểu khung xích) lắp trên các phà nổi hoặc trên bờ sông xúc bốc lên các tầu chở cát hoặc đổ thành đống trên bờ sông

- Khai thác bằng sức nước: sử dụng tầu hút bùn, bơm bùn bơm lên các tầu chở cát hoặc các hố thu cát trên bờ sông

- Khai thác hỗn hợp: kết hợp cơ giới với sức nước để phát huy hiệu quả công tác khai thác cát lòng sông

1.2.1 Công nghệ khai thác cát lòng sông bằng các thiết bị cơ giới

1.2.1.1 Khai thác bằng máy xúc thủy lực gầu ngược

Các máy xúc thủy lực gàu ngược được đặt trên các phà nổi hoặc tại trên boong tầu, xúc bốc trực tiếp cát theo sơ đồ dưới mức máy đứng, quay và chất tải trực tiếp về phía sau tại tầu hoặc chất tải vào sà lan đi bên cạnh Phương pháp này

áp dụng chủ yếu tại các mỏ có sản lượng nhỏ, chiều sâu khai thác không lớn hoặc các mỏ có yêu cầu về cao về mức độ khai thác chọn lọc Công nghệ này được áp dụng ở hầu hết các nước trên thế giới, các máy xúc thủy lực gàu ngược thường là máy xúc cần dài, có dung tích gầu từ 2,5÷5,0 m3 (Hình 1.1) [6], [17]

Hình 1.1 Khai thác cát lòng sông bằng máy xúc thuỷ lực gàu ngược

Tại Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác bằng máy xúc thủy lực gàu ngược hiện đang áp dụng nhiều trong khai thác cát lòng sông như: mỏ cát Vân Hải (Quảng Ninh), Phong Điền (Thừa Thiên - Huế), Cam Ranh (Khánh Hòa), Thăng Bình (Quảng Nam), Đan Phượng (Hà Nội), Hàm Yên (Tuyên Quang) … khai thác

cuội, sỏi, cát xây dựng, cát san lấp,… dưới đáy sông, biển [3], [13], [14]

1.2.1.2 Khai thác bằng máy xúc gầu thuận

Hiện nay, một số mỏ đã đưa máy xúc gầu thuận, kiểu gầu cáp vào khai thác các khoáng sàng cát dưới lòng sông Về mặt nguyên lý các máy xúc gầu thuận được lắp trên các tầu hoặc các phà nổi để thay thế các máy xúc thủy lực gầu ngược Trong môi trường nước sườn tầng có xu thế ở trạng thái thoải, cát có xu thế chảy từ trên xuống dưới Do quá trình chuyển động của gầu xúc ngược với quá trình chuyển động của vật liệu, tăng được khả năng xúc đầy gầu của máy xúc, rút ngắn thời gian chu kì, tăng năng suất của máy Đây là ưu điểm nổi bật của công nghệ này Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chiều sâu khai thác bị hạn chế, chỉ phù hợp với các mỏ cát nổi một phần Tại Việt Nam, công nghệ này hầu như không được áp dụng trong lĩnh vực khai thác cát lòng sông

Hình 1.2 Công nghệ khai thác tại các bãi cát nổi một phần và nổi hoàn toàn bằng

máy xúc gầu thuận đặt trên tầu (phà) nổi 1.2.1.3 Khai thác bằng máy xúc gầu ngoạm hoặc máy xúc gầu treo

Máy xúc gầu ngoạm và máy xúc gầu treo có khả năng xúc đất đá ở khoảng cách và chiều sâu lớn lớn (riêng với máy xúc gàu ngoạm có thể đạt tới chiều sâu 80÷120 m) tùy vào kiểu loại và quy mô của các máy xúc Máy xúc gầu ngoạm và máy xúc gầu treo được sử dụng có hiệu quả để khai thác cát và khoáng sàng sa khoáng dưới lòng sông Khi khai thác, máy xúc gầu ngoạm và máy xúc gầu treo có thể được lắp đặt trên tầu hoặc phà nổi xúc và dỡ tải trực tiếp vể phía sau hoặc sang

sà lan bên cạnh tương tự như máy xúc thủy lực gàu ngược Trong trường hợp lòng sông có chiều rộng không lớn, người ta có thể bố trí máy xúc dọc hai bên bờ sông xúc với gương bên hông chất tải lên các bãi cát bố trí trên bờ sông hoặc các sa lan, sau đó chờ về bãi tập kết [35]

Hình 1.3 Khai thác cát lòng sông tại Liên bang Nga và Ukraina

Tại Việt Nam, công nghệ khai thác bằng máy xúc gầu ngoạm sử dụng khá phổ biến tại các mỏ cát khu vực hạ nguồn như các mỏ cát trên sông Hồng (đoạn

thuộc huyện Đan Phượng, Phúc Thọ), sông Hậu (đoạn thuộc thành phố Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp, Tiền Giang), Sông Lô (đoạn thuộc huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ, Vĩnh Phúc),… [5], [6], [16]

1.2.1.4 Khai thác bằng tàu cuốc

Tàu cuốc được dùng để khai thác các khoáng sàng sa khoáng và các mỏ cát

bị ngập nước, dưới đáy các sông, ao hồ, đáy biển Thực tế hoạt động của phương pháp này cho thấy: giá thành khai thác bằng tàu cuốc rẻ hơn so với các phương pháp khai thác khác; tiêu hao điện năng tính cho 1 m3 khối lượng mỏ cũng nhỏ hơn

so với thiết bị truyền thống là máy xúc tay gàu, chỉ dao động trong khoảng 1,8÷3,5 kW/m3 khi khai thác cát có lẫn sạn sỏi [3], [6], [17]

Tầu cuốc có hai loại cơ bản, đó là tầu cuốc 1 gầu hoạt động chu kỳ và tầu cuốc nhiều gầu hoạt động liên tục Tầu cuốc 1 có nguyên lý làm việc tương tự như máy xúc gầu treo, chúng quăng gầu ra xa và kéo dần lên thân tầu bằng cáp kéo (hình 1.3)

Loại tầu cuốc này có dung tích gầu lớn, khai thác các khoáng sàng ngập nước sâu Tại Nga và Mỹ đã tạo ra tầu cuốc 1 gầu hoạt động theo nguyên lý máy xúc gầu treo có dung tích gầu lên tới 10÷13,2 m3, công suất tầu từ 1.100-1.180 kW, loại tầu cuốc này có thể khai thác ở độ sâu đến 1.000÷1.500 m [23]

Bảng 1.2.Thông số kỹ thuật một số loại tàu cuốc 1 gầu [23]

6 Khối lượng toàn bộ tấn 14,68 19,2 19,0 28,27

7 Chiều sâu khai thác lớn nhất m 305 1000 915 1500

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của tàu cuốc 1 gầu hoạt động theo nguyên lý chu kỳ

1-gầu xúc; 2-cáp kép; 3-tời; 4-thân tàu Tầu cuốc nhiều gầu hoạt thực chất là thiết bị xúc bóc làm việc liên tục theo nguyên lý máy xúc nhiều gầu kiểu khung xích Các gầu xúc gắn trên xích có dung tích 50÷80 lít (loại nhỏ), 150÷250 lít (loại trung bình) và 300÷600 lít (loại lớn) Chiều sâu xúc ngập nước từ 6÷30 m Năng suất làm việc của thiết bị từ 30÷450

m3/h Các gàu xúc được gắn trên một xích khép kín chạy quanh một khung định hướng nhờ các bánh răng dẫn động ở 2 đầu khung Trong quá trình làm việc, xích chuyển động liên tục, hành trình của nhánh dưới là cắt và chất đầy đất đá vào các gàu xúc, hành trình của nhánh trên là dỡ vật liệu ra khỏi gàu Vật liệu được dỡ vào sàng đặt nằm ở dưới đầu phía trên của khung định hướng Phương pháp khai thác bằng tầu cuốc cho năng suất cao (sau tàu hút), phù hợp với công suất khai thác lớn, cát hạt thô có lẫn sỏi sạn Vận tải bằng sà lan tự hành tải trọng 50÷200 tấn hoặc được hút trực tiếp lên bờ bằng hệ thống ống dẫn bùn (đặt trên phao) và máy bơm cao áp công suất lớn

Ngày nay, trên thế giới khi khai thác các mỏ cát nằm sâu dưới lòng sông thường sử dụng sơ đồ khai thác dây xích chạy qua 02 trục bố trí trên cùng một thân thân tầu (Hình 1.5a) hoặc dây xích chạy qua 02 thân tầu Phương pháp này cho phép tăng lực cắt của gầu xúc ở độ sâu lớn (Hình 1.5b)

1.2.2 Công nghệ khai thác cát lòng sông bằng các thiết bị thủy lực

1.2.2.1 Khai thác bằng bơm bùn

Phương pháp khai thác này sử dụng khác phổ biến tại các mỏ khoáng sàng cát lòng sông trên thế giới Bơm bùn có thể lắp trên các phà nổi (Hình 1.6a) hoặc lắp trên bộ phận công tác của máy xúc thủy lực (Hình 1.6b) Bơm bùn làm nhiệm

vụ bơm hỗn hợp vữa cát với tỉ lệ R/L (rắn/lỏng) nhất định lên sà lan đi bên cạnh Tại đây, do tỉ trọng cát lớn hơn tỉ trọng nước, nên cát sẽ nhanh chóng lắng đọng, còn nước được tháo ra ngoài Khi chất đầy vật liệu, sà lan sẽ tách khỏi tổ hợp bơm bùn và di chuyển về bến tập kết cát Đối với trường hợp máy bơm đặt trên phà nổi,

vị trí làm việc của bơm bùn được điều kiện bằng cáp tời, còn đối với trường hợp bơm bùn lắp máy xúc thủy lực thì việc điều kiện vị trí làm việc của bơm do bộ phận

công tác của máy xúc (tay gầu) đảm nhận Do tính cơ động của tay gầu lên quỹ đạo làm việc của bơm bùn mềm dẻo hơn, do đó cho phép khai thác các khoáng sàng cát

có cấu tạo phức tạp để giảm tổn thất tài nguyên

Hình 1.6 Mô hình khai thác cát bằng bơm bùn lắp trên phà nổi(a

và bằng bơm bùn lắp trên máy xúc thủy lực (b)

1-phà (tầu) nổi; 2-bơm bùn; 3-sà lan chở cát

Hiện nay, một số nước có nền công nghiệp phát triển như: Nga, Ukraina, Trung Quốc, Ý [6], [17] đã tạo ra các loại các loại bơm bùn chuyên dụng có lưu lượng lên đến 8.000 m3/h tính theo hỗn hợp vữa, kích thước hạt lớn nhất cho phép đến 12 cm, có thể hút được hỗn hợp có dung trọng đến 1,6 T/m3, chiều cao đẩy từ 60÷70 m Đặc tính kỹ thuật một số loại máy bơm bùn có công suất lớn tại Nga xem bảng 1.4

Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật của một số máy bơm bùn có công suất lớn tại Nga [54]

Loại bơm lượng Lưu

m³/h

Chiều cao đẩy,

m

Công suất, kW

Khối lượng,

1.2.2.2 Khai thác bằng tàu hút bùn

Khai thác bằng tàu hút là một công nghệ được áp dụng phổ biến tại các mỏ cát lòng sông, ven biển trên thế giới Thiết bị đồng bộ trong công nghệ gồm: Bộ phận bơm hút, thân tàu, đường ống vận tải, bộ phận định vị (Hình 1.7a và Hình 1.7b) Quy trình công nghệ khai thác được mô tả như sau:

- Tàu hút được định vị ở gương khai thác, sau đó tiến hành hút cát bằng máy bơm cao áp, qua các đầu hút Hỗn hợp cát và nước (bùn vữa) được bơm cao áp đẩy qua ống kín có áp để xả vào vị trí dỡ tải (bãi chứa, hoặc tàu vận tải) Đường ống có

áp dẫn bùn bao gồm 2 phần: phần bằng ống thép hoặc nhựa đặt cố định trên bờ, phần bằng ống nhựa mềm đặt trên các phao nổi trên mặt nước Chỉ tiêu tiêu hao nước để hút và vận chuyển 1 m3 khoáng sản thường là q = 3÷6 m3/m3 (với nồng độ

Bảng 1.4.Đặc tính kỹ thuật của các tàu hút hiện đại [55]

Chỉ tiêu Kiểu tàu hút

8HZ 100-40K 12P-7 300-40 500-6 1000-80

Năng suất vật liệu khi nồng độ

Chiều rộng dải khấu khi chiều

Trọng lượng toàn bộ, không kể

22,21 8.08 1,61

17 8,56 1,43

3,0 9,5 2,0

37

11 2,3

45

12 2,85

Chiều dài cơ cấu làm tơi từ

có sự phối hợp các loại thiết bị như máy xúc, tầu cuốc, tầu hút bùn, tầu cuốc

1.3 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông

Cũng tương tự như công nghệ khai thác các loại khoáng sản khác, công nghệ cát lòng sông được nhiều học giả trong và ngoài nước đi sâu nghiên cứu Tổng hợp các tài liệu cho thấy có một số hướng nghiên cứu cơ bản sau:

Hướng 1: Nghiên cứu công nghệ khai thác: Các tác giả tiêu biểu như:

И.М Ялтанец, Г.А Нурок, Ржевский В.В, Б.Э.Фридман (Liên Bang Nga) [24] ,

[25], [26], [27], [28], [36], [37], [38], [39], [43], [44], [51], [53], [54], W.J Vlasblom [16], Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam (Việt Nam) [5], [6], [8] Một số kết quả nghiên cứu đã đạt được của các tác giả là: Đã đề xuất công nghệ khai thác, trình

tự khai thác, phương pháp mở mỏ và phương pháp lựa chọn các loại thiết bị (máy xúc gầu ngoạm, tầu cuốc, bơm bùn, tầu hút…) phù hợp với điều kiện các mỏ

Căn cứ vào chiều sâu ngập nước, chiều dày thân khoáng, phạm vi làm việc hiệu quả của các loại thiết bị khai thác, các tác giả đã đề xuất công nghệ khai thác

phù hợp với từng khu vực có chiều sâu khác nhau (Hình 1.8)

Hình 1.8 Công nghệ khai thác theo chiều sâu ngập nước của thân cát

1 – Bãi tập kết cát; 2 – máy xúc gầu ngoạm lắp trên cầu cạn; 3- máy xúc gầu thuận hoặc máy xúc thuỷ lực gàu ngược lắp trên phà nổi; 4 – tầu cuốc nhiều gầu; 5, 6 – tầu hút bùn; 7 – máy xúc gàu ngoạm; 8 – bơm lắp trên tầu; 9 – bơm bùn lắp trên phà nổi; 10 - tầu cuốc một gầu

Phạm vi sử dụng các loại thiết bị khai thác cát lòng sông được trình bày qua bảng 1.6

Bảng 1.5 Phạm vi sử dụng các loại thiết bị khai thác cát lòng sông [5],[53],[54]

Chiều sâu khai thác (tính

từ mặt nước tới

trụ thân cát), m

Đường kính cỡ hạt lớn nhất, mm

đá của máy xúc khi đặt trên phà;

E – dung tích gầu xúc

1.2 Máy xúc gầu thuận đặt

trên phà nổi

Mỏ nổi một phần trên mặt nước

1.3 Máy xúc gầu ngoạm Mỏ cát có lẫn cuội sỏi, đá tảng, nằm sâu dưới

nước

<20

1.4 Máy xúc gầu treo

Mỏ ở gần bờ hoặc mỏ ngập sâu dưới nước, chiều dàu thân cát ổn định

<30

1.5 Tầu cuốc một gầu Mỏ cát có lẫn cuội sỏi,

đá tảng, nằm sâu hoặc rất sâu dưới nước

- Đối với các loại thiết bị như tầu cuốc, tầu hút bùn bố trí làm việc theo các luồng dọc sông Sơ đồ mô tả trình tự khai thác của tàu hút bùn theo hình 1.9

Hình 1.9 Trình tự khai thác của tàu hút bùn (1, 2, 3 – luồng di chuyển của tàu)

Về mặt trình từ khai thác để nâng cao chất lượng cát nguyên khai: Nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam [15], [16] đã tính toán mô phỏng các phương án khai thác với các chiều dài khu vực khác nhau tại một số địa điểm trọng điểm trên sông Cửu Long bằng mô hình MIKE21C Kết quả cho thấy: Trình tự phát triển gương khai thác dọc sông ít có tác động đến xói bồi lòng sông lẫn khu vực khai thác Tuy nhiên, xem xét khía cạnh ảnh hưởng đến chất lượng cát khai thác, có thể thấy trong quá trình nâng gầu chất cát vào phương tiện vận chuyển, bùn, cát hạt mịn và tạp chất hữu cơ sẽ bị rửa trôi theo dòng chảy Theo đó, các tác giả khuyến nghị quy trình khai thác nên tiến hành từ phía hạ lưu lên thượng lưu nhằm nâng cao

chất lượng cát khai thác khi sử dụng thiết bị khai thác là máy xúc gầu ngoạm (hình

1 10a và 1.10b) [6], [16]

Hình 1.10 Mô tả hình sự hình thành dòng bùn khi hướng khai thác xuôi dòng (a) và

ngược dòng chảy (b) 1- máy xúc gầu ngoạm; 2- phà nổi đặt máy xúc;3- tàu chở cát (sà lan); 4- bùn và

Hướng 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh: Theo hướng nghiên cứu này có các tác giả tiêu biểu như: Андреев

О.В., Барышников Н.Б., Наумов Г.Г., Андреев О.В., Пичугов Г.С [24], [25], [29], [30], [31], [32], [33], Hồ Sỹ Giao [5], [6], Bùi Xuân Nam [9], Nguyễn Phương [10], Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản [11], [15], [16]… Các kết quả nghiên cứu đã đạt được của các tác giả như sau:

- Hoạt động khai thác cát lòng sông gây ra tình trạng sạt lở bờ sông, bồi lắng lòng dẫn tại nhiều vị trí, gây khó khăn không nhỏ cho giao thông thủy và công tác cho thoát lũ Nhiều đoạn sông bị suy thoái, hạ thấp mực nước vào mùa khô, gây khó khăn không nhỏ cho hàng loạt công trình lấy nước, nhà máy lọc nước cho sản xuất

và sinh hoạt dọc sông [5], [15], [16] như sông Lion (Pháp) hoặc các sông trên miền bắc nước Mỹ …

- Nghiên cứu sự thay đổi hình thái khai trường, trữ lượng cát thực tế khai thác so với thiết kế ban đầu Quá trình mở rộng và xuống sâu khai thác trong điều kiện đất đá bị sũng nước và tác động của dòng chảy đã làm cho một phần đất đá xung quanh khai trường bị bào mòn, xói lở Kết quả của quá trình này đã làm cho hình dạng khai trường bị thay đổi so với thiết kế, mức độ thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ dòng chảy, nhiệt độ môi trường, cấu tạo sa khoáng cát Để xác định phạm vi xói lở do ảnh hưởng của hoạt động khai thác các nhà khoa học đã

lập các tuyến quan trắc theo dõi trong thời gian dài (từ vài năm đến hàng chục năm)

Hướng 3: Nghiên cứu các giải pháp về quản lý:

Nhóm tác giả Binoy Aliyas Mattamana, Shiney Varghese, Kichu Paul [17] trong dự án nghiên cứu đánh giá và tối ưu hóa chính sách phát triển khai thác cát lòng sông dựa trên các kết quả quan trắc, thông kê số liệu của một đoạn sông cụ thể,

đã đưa ra một số quan điểm như: không nên khai thác một cách liên tục nhằm ổn định dòng chảy và cân bằng lượng cát (dựa trên công thức Peter – Mayer) Ngoài ra, nhóm tác giả đã đưa ra giải pháp sử dụng các rọ đá nhân tạo dưới đáy đặt cách biên giới mỏ từ 300-500 m trên thượng nguồn phía khai trường để hạn chế tốc độ dòng chảy Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa đề cập đến cơ chế xói lở khi hoạt động khai thác gây ra

Cục Thủy lợi và Thoát nước thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường Malaysia năm 2009 và các nhà khoa học, nhà quản lý Malaysia [17], [19], [20], [22], [23] đã nghiên cứu, ban hành Hướng dẫn quản lý khai thác cát bền vững và đưa ra các nghiên cứu về quản lý khai thác cát lòng sông Trong đó, các tác giả đã đưa ra được một giới hạn khai thác cát về chiều sâu và quy trình quản lý, cấp phép khai thác rất chi tiết, chặt chẽ Tuy nhiên, do khác nhau về cơ chế quản lý cũng như pháp luật về khoáng sản với Việt Nam nên không thể lựa chọn áp dụng hoàn toàn vào Việt Nam

Bộ Môi trường, Lâm nghiệp và Biến đổi khí hậu Ấn độ năm 2015 [18] có đề

ra các quy định trong “Hướng dẫn quản lý khai thác cát bền vững” Trong đó, đã

đưa ra các chính sách quản lý gắn với điều kiện từng khu vực trên toàn lãnh thổ Ấn

Độ, trong khai thác đã đề cập đến quy trình khai thác cát và ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

1.4 Kết luận Chương 1

Qua quá trình phân tích tổng quan về tình hình khai thác và các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước trong lĩnh vực khai thác cát lòng sông cho phép rút ra các kết luận sau:

Trên thế giới, công nghệ khai thác cát lòng sông rất đa dạng, sử dụng nhiều chủng loại thiết bị hiện đại, công suất lớn Trong khi đó, tại Việt Nam quy mô khai thác phân tán, thiết bị khai thác có công suất nhỏ, công nghệ khai thác và trình tự

khai thác tại một số mỏ chưa thực sự phù hợp với điều kiện tự nhiên khu vực, kém hiệu quả, gây tổn thất tài nguyên và ô nhiễm môi trường

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học chủ yếu tập trung vào các hướng như: nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác, hệ thống khai thác, đồng bộ thiết bị khai thác; tác động của hoạt động khai thác tới môi trường sinh thái; đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường khi khai thác cát lòng sông

Các nhà khoa học đã đề xuất được các công thức lý thuyết và thực nghiệm để xác định các thông số hình học khai trường, thông số hệ thống khai thác, phương pháp tính toán xác định các chỉ tiêu công nghệ

Tuy nhiên, các công trình còn chưa giải quyết triệt để một số vấn đề sau:

- Các kết quả nghiên cứu được xây dựng trên các con sông có điều kiện địa chất khác nhau, do đó các kết quả nghiên cứu tuy đa dạng nhưng không thể áp dụng vào điều kiện một số mỏ cát lòng sông tại Việt Nam

- Chưa thiết lập hoàn chỉnh mối quan hệ giữa bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường đến các thông số tự nhiên, kĩ thuật như: tốc

độ dòng chảy, cỡ hạt đất đá và các thông số hình học mỏ khi nghiên cứu về ảnh hưởng của hoạt động khai thác cát lòng sông tới môi trường xung quanh

- Chưa đề xuất được các giải pháp về công nghệ khai thác và trình tự khai thác phù hợp để bảo vệ các công trình xung quanh khi chế độ dòng chảy biến đổi theo mùa và thân cát có cấu tạo địa chất khác nhau

- Các giải pháp quản lý, cấp quyền khai thác cát lòng sông vẫn còn tách rời các kết quả nghiên cứu khoa học, chưa xây dựng được các quy chuẩn, tiêu chuẩn phù hợp với đặc trưng của hoạt động khai thác cát lòng sông

Các tồn tại trên cần được nghiên cứu, giải quyết trong đề tài luận án này

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN - KĨ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG XÓI LỞ KHI KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG

2.1 Cơ sở lý thuyết về sự hình thành vùng xói lở đất đá khi khai thác cát dưới lòng sông

Khi khai thác các mỏ khoáng sàng sa khoáng nằm dưới lòng sông, dưới tác

động của của hoạt động khai thác và động năng dòng chảy, đất đá xung quanh khai trường trong phạm vi nào đó sẽ bị phá hủy và dịch chuyển, tạo ra vùng xói lở về phía thượng nguồn và hạ nguồn Bên cạnh đó, hoạt dộng khai thác đã tạo ra các công trình nhân tạo (bờ mỏ, khai trường, bãi thải ) nằm dưới lòng sông, dẫn đến sự thay đổi chế độ dòng chảy Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Liên bang Nga [31], [32], [33], [34], [36], [37], [38], [39], [44], [45], [46], khi dòng n ước

đi từ thượng nguồn qua ranh giới khai trường sẽ chuyển động động theo dạng xoáy, kéo đất đá từ phía thượng nguồn xuống moong khai thác Đi ra khỏi phạm vi vùng chuyển động xoáy, hướng chuyển động của dòng chảy gần như song song với đáy

mỏ Khi tới ranh giới bờ mỏ phía hạ nguồn khai trường, do sự cản chuyển động của

bờ mỏ khu vực này, vùng xoáy lại được hình thành và kết quả là đất đá cũng bị xói

lở tương tự như khu vực thượng nguồn Tuy nhiên, tốc độ và phạm vi vùng xói lở phía hạ nguồn nhỏ hơn phía thượng nguồn Hình 2.1 thể hiện hình thái vùng xói lở đất đá tại phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường khi có hoạt động khai thác khoáng sản dưới lòng sông Rõ ràng, dưới tác dụng của dòng chảy sau khi kết thúc khai thác, biên giới mỏ có sự thay đổi so với biên giới thiết kế [29], [30], cụ thể: Biên giới mặt khai trường được mở rộng về cả hai phía thượng nguồn (từ điểm A đến điểm A1) và hạ nguồn (từ điểm D đến điểm D1) Ranh giới vùng xói lở cắt bờ mỏ phía thượng nguồn tại điểm A2 và cắt bờ mỏ phía hạ nguồn tại điểm D2 Ngược lại, biên giới đáy mỏ BC bị thu hẹp do có sự bồi lắng đất đá từ vùng xói lở phía thượng nguồn dòng chảy (lăng trụ AA1A2) và từ vùng xói lở phía hạ nguồn dòng chảy (lăng trụ DD1D2)

Kết quả của quá trình xói lở - trầm tích đã tạo ra khai trường mỏ có dạng hình đa giác A1A2B1C1D3D1 (hình 2.1)

Như vậy, so với biờn giới thiết kế ABCD, khai trường cỏc mỏ dưới cỏc lũng sụng mở rộng biờn giới mặt, nhưng lại thu hẹp biờn giới đỏy mỏ Mức độ mở rộng (thu hẹp) bị chi phối bởi hỡnh dạng và kớch thước vựng xúi lở phớa thượng nguồn và

hạ nguồn, mà vựng xúi lở lại chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố tự nhiờn – kĩ thuật của từng mỏ cụ thể như: Tớnh chất cơ lý đỏ, kớch thước cỡ hạt, tốc độ dũng chảy, cụng nghệ khai thỏc, trỡnh tự khai thỏc Việc nghiờn cứu cơ chế xúi lở đất đỏ và ảnh hưởng cỏc yếu tố tới bỏn kớnh vựng xúi với cỏc lở mang ý nghĩa hết sức quan trọng

để làm cơ sở lựa chọn cỏc giải phỏp về kĩ thuật – cụng nghệ khai thỏc phự hợp, quy định khoảng cỏch an toàn từ cụng trỡnh cần bảo vệ đến điểm khai thỏc, cũng như cỏc giải phỏp trong quản lý tài nguyờn khoỏng sản dưới cỏc lũng sụng

Phía hạ nguồn Khu vực khai trường

Để đơn giản trong đỏnh giỏ mức độ thay đổi chế độ dũng chảy và bỏn kớnh

vựng xúi lở đất đỏ phớa thượng nguồn, phớa hạ nguồn và trong biờn giới khai trường,

cú thể phõn chia phạm vi ảnh hưởng của hoạt động khai thỏc thành 5 khu vực khỏc nhau Biờn giới cỏc khu vực được giới hạn bởi cỏc mặt cắt 1-1; 2-2; 3-3, 4-4 (Hỡnh 2.2) Tớnh từ hạ nguồn lờn thượng nguồn dũng chảy cỏc khu vực như sau:

- Khu vực thứ nhất (I): Nằm dưới vựng xúi lở phớa hạ nguồn (tớnh từ mặt cắt

1-1 về hạ nguồn) Đõy là khu vực cú tốc độ xúi lở - trầm tớch đất đỏ và cỏc thụng số

chế độ thủy văn ở trạng thái tự nhiên Hoạt động khai thác mỏ chỉ có thể gây vẩn đục dòng nước do sự trôi trượt của các hạt lơ lửng [44], [47], [48], [49], [50]

- Khu vực thứ hai (II): Vùng xói lở phía hạ nguồn khai trường (nằm trong

giới hạn mặt cắt 1-1 và mặt cắt 2-2 Tốc độ xói lở - trầm tích vật liệu (đất đá) tại mặt cắt 2-2 có liên quan đến tốc độ dòng chảy tại khu vực chuyển tiếp từ khai trường và vùng xói lở phía hạ nguồn khai trường Khi đi ra khỏi khai trường mỏ, do

sự thu hẹp tiết diện tại mặt cắt 2-2, dòng chảy không những được gia tăng tốc độ,

mà cao độ mặt dòng chảy còn vượt cao hơn mực nước ở chế độ tự nhiên một giá trị

DZHN Nguyên nhân của hiện tượng này là một phần dòng chảy tại khu vực này chuyển động từ dưới lên trên, gặp thành phần dòng chảy từ trên xuống dưới đã tạo thành vùng chuyển động xoáy Chuyển động xoáy của dòng nước có tác dụng cắt đất đá thành từng lớp mỏng và kéo chúng xuống đáy khai trường Sơ đồ nguyên lý hình thành vùng chuyển động xoáy của dòng chảy tại bờ mỏ phía hạ nguồn xem hình 2.3

1 2

3 4

3 4

I

II

III IV

Hình 2.2 Sơ đồ biểu hiện sự thay đổi của các thông số thủy văn và vùng xói lở khi

khai thác khoáng sản dưới lòng sông [45]

(giảm) của mặt nước tại ranh giới mỏ phía hạ nguồn và hạ nguồn

Kết quả của quá trình xói lở - bồi lắng tại khu vực này đã làm chiều dày đất

đá tại mặt cắt 2-2 giảm một giá trị là hHN (hình 2.2) [44], [45], [46], [49], [50]

- Khu vực thứ ba (III): Khai trường mỏ (giới hạn bởi mặt cắt 2-2 và mặt cắt

3-3) Đây là khu vực diễn ra các hoạt động khai thác khoáng sản Khi khai trường được mở rộng về chiều rộng và chiều sâu, cũng đồng nghĩa với việc làm thay đổi chế độ dòng chảy trong khu vực này Từ hình 2.2 cho thấy: Tại một vị trí cách mặt phẳng 2-2 một giá trị Lx, cao độ mặt nước trước và sau khai thác trùng nhau

- Khu vực thứ tư (IV): Vùng xói lở phía thượng nguồn (giới hạn bởi hai mặt

cắt 3-3 và 4-4), vùng này nằm về phía thượng nguồn khai trường mỏ Dỏng chảy đi

từ thượng nguồn vào khai trường mỏ, khi qua mặt phẳng 3-3 sẽ chia thành 02 thành phần, đó là: Thành phần chảy song song với hướng dòng chảy ở trạng thái tự nhiên

và thành phần chảy vuông góc với hướng dòng chảy tự nhiên Vector dòng chảy tổng có hướng gần song song với góc dốc sườn tầng khai thác (hình 2.3) [44], [45], [46], [49], [50]

C¸t C¸t

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hình thành vùng chuyển động xoáy của dòng chảy tại

ranh giới thượng nguồn là hạ nguồn [45]

1, 4 – hướng dòng chảy ở trạng thái tự nhiên phía thượng nguồn và hạ nguồn; 2 – thành phần chảy thẳng đứng từ trên xuống dưới tại khu vực biên giới khai trường phía thượng nguồn; 3 – thành phần chảy từ dưới lên tại khu vực biên giới phía hạ nguồn; 5, 6 – vùng chuyển động xoáy phía thượng và hạ nguồn

Kết quả của quá trình này chiều cao cột nước giảm xuống một giá trị hTNvà hình thành vùng chuyển động xoáy tại khu vực mép tầng khai thác, kéo vật liệu từ phía thượng nguồn vào trong khai trường

- Khu vực thứ năm (V): Trên vùng xói lở thượng nguồn (tính mặt cắt 4-4 về

thượng nguồn) Cũng tương tự như vùng (I), tại khu vực này các thông số chế độ thủy văn ở trạng thái tự nhiên không phụ thuộc vào hoạt động khai thác mỏ

Trong điều kiện cụ thể, nếu coi các chỉ tiêu về cấu trúc địa chất, chiều dày thân khoáng, kích thước cỡ hạt không không thay đổi, thì trong các khu vực đã phân tích ở trên chỉ có khu vực khai trường là có thể xác định được các thông số trong quá trình thiết kế khai thác, còn các vùng I, II, IV, IV chịu sự ảnh hưởng của các thông số hình học khai trường, trình tự khai thác và chế độ dòng chảy Trong các khu vực trên, khu vực I và V không nằm trong phạm vi nghiên cứu của luận án

Như vậy, hoạt động khai thác cát dưới các dòng sông không chỉ làm thay đổi chế độ dòng chảy, thay đổi cấu trúc địa chất của sa khoáng mà còn làm thay đổi trữ lượng mỏ so với thiết kế Chi tiết về sự thay đổi các thông số tại các khu vực được trình bày cụ thể dưới đây

2.1.1 Xác định các thông số vùng xói lở phía hạ nguồn

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học [42], [44], [46] cho thấy: Vùng xói

lở tại phía hạ nguồn được hình thành do sự bào mòn đất đá theo từng lớp từ trên xuống dưới Kết thúc quá trình bào mòn vùng xói lở có dạng tam giác DD1D2 Sau khi tách ra khỏi nguyên khối các phần tử hạt mịn, khối lượng riêng nhỏ (hạt phù sa)

sẽ chuyển động xuôi dòng chảy Đây là nguyên nhân cơ bản gây ra độ vẩn đục đối với các dòng sông khi thực hiện công tác khai thác cát Tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy và khối lượng của chúng mà phạm vi gây vẩn đục dòng nước có thể ở phạm vi hẹp hoặc phạm vi rộng Hiện tượng này cần phải được quan tâm để đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong quá trình khai thác

Thành phần cỡ hạt còn lại sẽ theo sự vận động xoáy của dòng nước, di chuyển xuống khai trường mỏ và lắng đọng tại chân tầng (hình 2.4) Sau một khoảng thời gian nào đó quá trình bào mòn – lắng đọng tại khu vực này cân bằng, khi đó tại mặt cắt 2-2, cao độ mép tầng thiết kế giảm đi một giá trị h HN [44]:

n HN xl

Trong đó: hxl – chiều sâu vùng xói lở phía hạ nguồn (tính từ mặt nước ở trạng thái tự nhiên đến đáy vùng xói lở), m; DZ HN - mức độ gia tăng của mặt nước tại mặt cắt 2-2, m; hn – chiều sâu ngập nước (tính từ mặt dòng chảy ở trạng thái tự nhiên tới vách thân khoáng), m

Chiều sâu vùng xói lở phía hạ nguồn được xác định theo công thức [45]:

28 , 0

4 , 1 42 , 0 86 ,

0 25

, 0

c

n n xl

d

h i m

Trong đó: m – hệ số kể đến độ đồng đều của cỡ hạt đất đá; dc – đường kính

cỡ hạt đất đá bị xói lở, m; in – độ dốc dọc của dòng chảy ở trạng thái tự nhiên, %

Mức độ gia tăng của mặt nước tại mặt cắt 2-2 được xác định theo công thức [44]:

g

V L

h m

V i

xl

xl n

2 2 3

, 1 2

2 -

-÷÷

ø

ö çç

è

æ -

=

Trong đó: Vxl – tốc độ dòng chảy khi bắt đầu xảy ra hiện tượng xói lở đất đá, m/s; LHN – bán kính vùng xói lở phía hạ nguồn, m; J n- tốc độ dòng chảy ở trạng thải tự nhiên, m/s; g – gia tốc trọng trường, m/s2

Tốc độ của dòng chảy khi vật liệu bắt đầu xói lở phụ thuộc vào đường kính

cỡ hạt vật liệu khai khác và chiều sâu ngập nước được xác định theo công thức [40]:

17 , 0

6 ,

1 ççèæ ÷÷øö

=

c

n c xl

d

h d g

Tiết diện vùng xói lở (DD1D2):

DD DD

2

1

2 1 2

c HN L DD

DD

h L

DD D

DD

B h L B S

.

2 1 2

Xác định góc xói lở: theo định luật hàm số sin trong tam giác DD1D2, ta có:

D

D D DD D

DD

xl sin ˆ sin

ˆ sin

2 1 2 2

h DD

D

DD D

sin

cos arcsin

ˆ sin arcsin ˆ

ö ç

ç è

L

h D

sin

cos arcsin ˆ

g a

xl

L

h D

D

sin

cos arcsin ˆ

ˆ

a

g g

a

Gọi QHN là trữ lượng cát chảy vào mỏ từ vùng xói lở phía hạ nguồn Giá trị của QHN tỉ lệ thuận với thể tích vùng xói lở DD1D2 và được xác định theo công thức:

tr D DD

Với Vtr – trữ lượng cát trôi ra khỏi vùng xói lở phí hạ nguồn, m3 Phần trữ lượng này phụ thuộc vào tốc dộ dòng chảy, đường kính cỡ hạt đất đá và công nghệ khai thác