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 tt

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LỊNG SƠNG Ở VIỆT NAM NHẰM ĐẢM BẢO AN TỒN, BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG VÀ PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62.52.06.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017 Cơng trình hồn thành tại: Bộ môn khai thác lộ thiên, Khoa mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hồ Sĩ Giao Hội Khoa học Công nghệ Mỏ Việt Nam TS Lại Hồng Thanh Tổng cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam Phản biện 1: PGS.TS Bùi Xuân Nam Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 2: TS Mai Thế Toản Bộ Tài nguyên Môi trường Phản biện 3: TS Nguyễn Phụ Vụ Hội Khoa học Công nghệ Mỏ Việt Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Mỏ - Địa chất, phường Đức Thắng - quận Bắc Từ Liêm - Hà Nội Vào hồi phút, ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc Gia, Hà Nội - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa Chất MỞ ĐẦU Tính tấp thiết đề tài Việt Nam quốc gia có tiềm tài nguyên khoáng sản làm vật liệu xây dựng Trong đó, cát lịng sơng loại khống sản có nhu cầu lớn, phục vụ đắc lực cho ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi ngành kinh tế khác Trong năm qua, hoạt động khai thác cát lịng sơng đem lại nhiều lợi ích thiết thực, song tác động tiêu cực đến môi trường như: gây xói lở bờ sơng, đe dọa đến độ an tồn giao thơng đường thủy cơng trình xung quanh Ngun nhân vấn đề quy mô khai thác nhỏ, công nghệ khai thác, trình tự khai thác thiết bị khai thác chưa phù hợp với mỏ cụ thể Bên cạnh đó, công tác quản lý, cấp quyền khai thác chưa gắn liền với kết nghiên cứu khoa học Xuất phát từ bất cập nêu trên, việc lựa chọn đề tài luận án tiến sĩ "Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lịng sơng Việt Nam nhằm đảm bảo an tồn, bảo vệ mơi trường phục vụ công tác quản lý" cần thiết cấp bách nhằm tăng hiệu kinh tế, nâng cao mức độ an tồn, giảm nhiễm mơi trường, sử dụng hiệu quả, bền vững tài ngun cát lịng sơng Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu đề xuất cơng nghệ khai thác, trình từ khai thác đảm bảo hiệu kinh tế hạn chế vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn - Nghiên cứu đề xuất giải pháp góp phần nâng cao hiệu công tác quản lý Nhà nước hoạt động khai thác cát lịng sơng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án mỏ cát nằm lòng sông thuộc khu vực miền núi, trung du hạ nguồn Phạm vi nghiên cứu công nghê ̣ khai thác cát và các giải pháp quản lý hoa ̣t đô ̣ng khai thác cát lòng sông Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích tổng quan cơng nghệ khai thác cát lịng sơng Việt Nam giới; - Nghiên cứu đặc điểm thành tạo phân bố mỏ cát lòng sơng; - Nghiên cứu quy luật xói lở đất đá tác động hoạt động khai thác theo dọc theo dịng chảy sơng, xây dựng mối quan hệ bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn với yếu tố tự nhiên – kĩ thuật; - Nghiên cứu đề xuất hồn thiện cơng nghệ khai thác, trình tự khai thác lựa chọn đồng thiết bị đảm bảo hiệu kinh tế cho doanh nghiệp hạn chế vùng xói lở đất đá; đề xuất giải pháp quản lý nhà nước Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa để phát triển, hồn thiện; - Phương pháp giải tích, mơ hình hố tốn thực nghiệm; - Phương pháp phân tích, chọn lọc so sánh kinh nghiệm chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học: Xây dựng sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp với mỏ cát lịng sơng khu vực trung du - miền núi mỏ cát lịng sơng khu vực hạ lưu Đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác khoáng sản nhằm tăng cường hiệu công tác quản lý nhà nước hoạt động khai thác cát lịng sơng 6.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án giúp cho đơn vị khai thác có giải pháp để hoàn thành kế hoạch sản xuất, đáp ứng yêu cầu thị trường giúp chức xây dựng sách quản lý hoạt động khai thác cát lịng sơng nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên cát, gắn liền với bảo vệ môi trường Những luận điểm bảo vệ 7.1 Bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khai trường chịu 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 độ dịng chảy, chiều sâu khai trường đường kính cỡ hạt 7.2 Tố c đô ̣ dòng chảy là nhân tố làm kéo dài cung đô ̣ vâ ̣n tải, làm lêch ̣ hướng di chuyể n của tầ u chở cát, thời gian chu kì vâ ̣n tải và dung tích tầ u chở cát 7.3 Điều kiện phân bố mỏ, ảnh hưởng hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh sở đề xuất giải pháp quản lý nhà nước cát lịng sơng Những điể m mới của luâ ̣n án 8.1 Thiết lập phụ thuộc bán kính vùng xói lở đất đá phía thượng nguồn hạ nguồn khai trường với tốc độ dòng chảy, chiều sâu mỏ đường kính cỡ hạt đất đá sở nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở phương pháp mơ hình mơ 8.2 Phân loại mỏ cát lịng sơng theo nguồn gốc thành tạo tốc độ xói lở làm sở phân tích lựa chọn cơng nghệ thiết bị khai thác hợp lý đáp ứng sản lượng yêu cầu mỏ 8.3 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 hạn chế ảnh hưởng hoạt động khai thác tới môi trường mỏ cát có lẫn cuô ̣i, tảng, sỏi khu vực trung du, miền núi 8.4 Thiế t lâ ̣p mố i quan ̣ giữa lưu lươ ̣ng tầ u hút cát và dung tích tầ u chở cát điề u kiê ̣n ảnh hưởng của dòng chảy 8.5 Đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác cát lịng sơng phù hợp điều kiện Việt Nam dựa kết nghiên cứu vùng xói lở đất đá cơng nghệ, trình tự khai thác Bố cục luận án Ngoài phần mục lục danh mục bảng, biểu, hình vẽ, luận án gồm 114 trang đánh máy khổ A4; 15 biểu, bảng; 30 hình vẽ, ảnh chụp minh hoạ; 55 văn liệu tham khảo các vẽ kèm theo Bố cục luận án phần mở đầu kết luận gồm chương: Chương 1: Tổng quan công nghệ khai thác cát lịng sơng ta ̣i Viêṭ Nam và thế giới Chương 2: Nghiên cứu yếu tố tự nhiên – kỹ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở khai thác cát lịng sơng Chương 3: Nghiên cứu công nghệ khai thác đảm bảo hiệu giảm thiểu tác động đến vùng xói lở Chương 4: Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quản lý tài ngun cát lịng sơng Việt Nam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LỊNG SƠNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan tình hình khai thác cát lịng sơng giới Việt Nam 1.1.1 Tổng quan tình hình khai thác cát giới Ở nước phát triển Nga, Mỹ, Úc, Hà Lan, Ý … mỏ thường có quy mơ cơng suất lớn, ĐBTB đại Công tác bảo vệ môi trường q trình khai thác trọng, hồn thiện Các nước phát triển nhiều chế sách tổ chức lại quan quản lý hoạt động kể từ khâu thăm dò, quy hoạch, cấp phép khai thác, kiểm tra, hậu kiểm chặt chẽ Trong đó, quốc gia phát triển Trung Quốc, Myanma, Ấn Độ, Malaysia v.v…hoạt động khai thác tồn nhiều bất cập, đặc biệt lĩnh vực bảo vệ môi trường khắc phục hậu khai thác yếu 1.1.2 Tổng quan tình hình khai thác, sử dụng cát ta ̣i Viê ̣t Nam Việt Nam quốc gia có nhiều mỏ cát có trữ lượng khác Cơng nghê ̣ khai thác đa da ̣ng, quy mô sản lươ ̣ng nhỏ 1.2 Tổng quan công nghệ khai thác cát lịng sơng Phạm vi luận án sâu nghiên cứu công nghệ khai thác mỏ cát phân bố lịng sơng (ngập hồn tồn) Cơng nghệ khai thác áp dụng nước tiên tiến giới và Viê ̣t Nam đươ ̣c phân loa ̣i sau: Hình 1.1 Công nghệ khai thác theo chiều sâu ngập nước của thân cát – Bãi tập kết cát; – máy xúc gầu ngoạm lắp cầu cạn; 3- máy xúc gầu thuận máy xúc thuỷ lực gàu ngược lắp phà nổi; – tầu cuốc nhiều gầu; 5, – tầu hút bùn; – máy xúc gàu ngoa ̣m; – bơm lắp tầu; – bơm bùn lắp phà nổi; 10 - tầu cuốc gầu - Khai thác giới: sử dụng thiết bị máy xúc thủy lực gầu ngược, máy xúc gầu ngoạm, máy xúc gầu treo, tầu cuốc lắ p các phà nổ i hoă ̣c bờ sông xúc bố c lên các tầ u chở cát hoă ̣c đổ thành đố ng bờ sông - Khai thác sức nước: sử dụng tầu hút bùn, bơm bùn bơm lên các tầ u chở cát hoă ̣c các hố thu cát bờ sông - Khai thác hỗn hợp: Trong dây chuyền cơng nghệ có phối hợp loại thiết bị máy xúc, tầu cuốc, tầu hút bùn, tầ u cuố c, để phát huy hiêụ quả công tác khai thác 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu công nghệ khai thác cát lịng sơng Cơng nghệ cát lịng sơng nhiều học giả nước sâu nghiên cứu Tổng hợp tài liệu cho thấy có số hướng 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) W.J Vlasblom, Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam (Viêṭ Nam) Các tác giả đề xuất cơng nghệ khai thác, trình tự khai thác, phương pháp mở mỏ phương pháp lựa chọn loại thiết bị khai thác phù hợp với điều kiện mỏ Hướng 2: Nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh: Theo hướng nghiên cứu có tác giả tiêu biểu như: Андреев О.В., Барышников Н.Б., Наумов Г.Г., Андреев О.В., Пичугов Г.С, Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Phương, Lê Ma ̣nh Hùng, Đinh Công Sản Các kết nghiên cứu đạt tác giả là: nghiên cứu thay đổi hình thái khai trường, tượng sạt lở bờ sông, ảnh hưởng lòng dẫn Hướng 3: Nghiên cứu giải pháp về quản lý: Nhóm tác giả Binoy Aliyas Mattamana, Shiney Varghese, Kichu Paul dựa kết quan trắc, thông kê số liệu đoạn sông cụ thể, đưa số quan điể m như: không nên khai thác cách liên tục nhằm ổn định dòng chảy cân lượng cát Cục Thủy lợi Thốt nước thuộc Bộ Tài ngun Mơi trường Malaysia năm 2009; Bộ Môi trường, Lâm nghiệp Biến đổi khí hậu Ấn Độ nghiên cứu, ban hành Hướng dẫn quản lý khai thác cát bền vững, quy trình cấ p quyề n khai thác 1.4 Kết luận Chương Các nhà khoa học giới Việt Nam đề xuất công thức lý thuyết thực nghiệm để xác định thơng số hình học khai trường, thông số hệ thống khai thác, phương pháp tính tốn xác định tiêu cơng nghệ Tuy nhiên, cơng trình cịn chưa giải triệt để số vấn đề sau: - Các kết nghiên cứu xây dựng sơng có điều kiện địa chất khác nhau, kết nghiên cứu đa dạng áp dụng vào điều kiện số mỏ cát lịng sơng Việt Nam - Chưa thiết lập hoàn chỉnh mối quan hệ bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khai trường đến thông số tự nhiên, kĩ thuật như: tốc độ dòng chảy, cỡ hạt đất đá thơng số hình học mỏ - Chưa đề xuất giải pháp cơng nghệ khai thác trình tự khai thác phù hợp để bảo vệ cơng trình xung quanh chế độ dòng chảy biến đổi theo mùa và thân cát có cấ u ta ̣o điạ chấ t khác - Các giải pháp quản lý, cấp quyền khai thác cát lịng sơng cịn tách rời kết nghiên cứu khoa học, chưa xây dựng quy chuẩn, tiêu chuẩn phù hợp với đặc trưng hoạt động khai thác cát lịng sơng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN- KĨ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG XỎI LỞ KHI KHAI THÁC CÁT LÒNG SƠNG 2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành vùng xói lở đất đá khai thác cát lịng sơng Khi khai thác mỏ khống sàng sa khống nằm lịng sơng, tác động của hoạt động khai thác động dòng chảy, đất đá xung quanh khai trường phạm vi bị phá hủy dịch chuyển, tạo vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn Cơ chế xói lở sau: Khi dòng nước từ thượng nguồn qua ranh giới khai trường chuyển động theo dạng xốy, kéo đất đá từ phía thượng nguồn xuống moong khai thác Đi khỏi phạm vi vùng chuyển động xốy, hướng chuyển động dịng chảy gần song song với đáy mỏ Khi tới ranh giới bờ mỏ phía hạ nguồn khai trường, cản chuyển động bờ mỏ khu vực này, vùng xốy lại hình thành kết đất đá bị xói lở tương tự khu vực thượng nguồn Tuy nhiên, tốc độ phạm vi vùng xói lở nhỏ phía thượng nguồn Dưới tác dụng dòng chảy sau kết thúc khai thác biên giới mỏ mỏ có thay đổi so với biên giới thiết kế Kết q trình xói lở - trầ m tích tạo khai trường mỏ có dạng hình đa giác A1A2B1C1D3D1 (Hình 2.1) LTN Lm Phía th-ợng nguồn Vn A1 Cát LHN PhÝa h¹ nguån Khu vùc khai tr-êng A D3 A3 A2 B D B1 C1 D2 Vn D1 Cát C Lđ Hinh 2.1 S hỡnh thnh vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khai thác cát lịng sơng 1, – mặt nước thủy tĩnh trước sau khai thác; 3, - vùng chuyển động xoáy ranh giới khai trường phía thượng nguồn phía hạ nguồn; 5,6 – vùng xói lở phía thượng nguồn phía hạ nguồn khai trường; ABCD – hình dạng khai trường thiết kế; A1A2B1C1D3D1 – hình dạng khai trường thực tế sau kết thúc khai thác Việc nghiên cứu chế xói lở đất đá ảnh hưởng yếu tố tới bán kính vùng xói lở mang ý nghĩa quan trọng để làm sở lựa chọn giải pháp kĩ thuật – công nghệ khai thác phù hợp, quy đinh ̣ khoảng cách an Vn im G=G n+ G TN hHN hm V IV Vm 0 Z = hn in ZTN > toàn từ công triǹ h cầ n bảo vê ̣ đế n điể m khai thác, giải pháp quản lý tài ngun khống sản lịng sơng Tính từ hạ nguồn lên thượng nguồn dòng chảy khu vực sau: Lm = L III L2 II I Hình 2.2 Sơ đồ biểu thay đổi thơng số thủy văn vùng xói lở khai thác khống sản lịng sơng in, im - độ dốc mặt nước trạng thái tự nhiên khu vực ảnh hưởng hoạt động khai thác; Vn, Vm – tốc dộ dòng chảy chế độ tự nhiên khai trường mỏ; hn – chiều sâu ngập nước sa khoáng; ZHN, ZTN – trị số tăng (giảm) mặt nước ranh giới mỏ phía hạ nguồn hạ nguồn - Khu vực thứ (I): Nằm vùng xói lở phía hạ nguồn (tính từ mặt cắt 1-1 hạ nguồn) Đây khu vực có tốc độ xói lở - trầm tích đất đá thơng số chế độ thủy văn trạng thái tự nhiên Hoạt động khai thác mỏ gây vẩn đục dịng nước trôi trượt hạt lơ lửng - Khu vực thứ hai (II): Vùng xói lở phía hạ nguồn khai trường (nằm giới hạn mặt cắt 1-1 mặt cắt 2-2) - Khu vực thứ ba (III): Khai trường mỏ (giới hạn mặt cắt 2-2 mặt cắt 3-3) - Khu vực thứ tư (IV): Vùng xói lở phía thượng nguồn (giới hạn hai mặt cắt 3-3 4-4); - Khu vực thứ năm (V): Trên vùng xói lở thượng nguồn (tính mặt cắt 4-4 thượng nguồn) Tại khu vực thông số chế độ thủy văn trạng thái tự nhiên không phụ thuộc vào hoạt động khai thác mỏ 2.1.1 Xác định thơng số vùng xói lở phía hạ nguồn Vùng xói lở phía hạ nguồn hình thành bào mòn đất đá theo lớp từ xuống Kết thúc q trình bào mịn vùng xói lở có dạng tam giác DD1D2 Sau tách khỏi nguyên khối phần tử hạt min, ̣ khối lượng riêng nhỏ (hạt phù sa) chuyển động xi dịng chảy Đây ngun nhân gây độ vẩn đục dịng sơng thực công tác khai thác cát (Hình 2.3) Chiều sâu vùng xói lở phía hạ nguồn xác định theo công thức: 0,25m 0,86 in0, 42 hn1, dc 0, 28 ZHN in hn hxl  z im , m (2.2) c D LHN xl hxl c Trong đó: m – hệ số kể đến độ đồng cỡ hạt đất đá; dc – đường kính cỡ hạt đất đá, m; in – độ dốc dọc dòng chảy trạng thái tự nhiên, %; hn – chiề u sâu ngập nước, m n D1  HN D2  O x Hình 2.3 Sơ đồ xác định thơng số vùng xói lở phía hạ nguồn Tốc độ dòng chảy vật liệu bắt đầu xói lở: h V xl  1,6 g.d c  n  dc    ,17 , m/s (2.3) Gọi QHN trữ lượng cát chảy vào mỏ từ vùng xói lở phía hạ nguồn Giá trị QHN tỉ lệ thuận với thể tích vùng xói lở DD1D2: QHN  VDD1D  Vtr (2.4) VDD1D  S DD1D B  LHN hHN B sin    c  , cos  c sin  m3 (2.5) ZTN Với LHN – bán kính xói lở phía ̣ nguồ n, m; B – chiề u rô ̣ng khai trường, m; c - góc dốc thân cát, độ;  - góc dố c sườn tầ ng, đô ̣; Vtr – trữ lượng cát trơi khỏi vùng xói lở phí hạ nguồn, m3 2.1.2 Xác định thơng số vùng xói lở phía thượng nguồn z Do q trình vận động vật liệu xi theo dịng in chảy lên toàn vật liệu im  thuộc phạm vi vùng xói lở phía thượng nguồn dịch LTN A1 chuyển vào đáy khai V A   xl  trường mỏ bồi tích   chân tầng khai thác Khi A2 qua mặt phẳng 3-3 vào khu o  x B vực khai trường (Hình 2.4) độ dốc mặt nước vận tốc Hình 2.4 Sơ đồ xác định thơng số vùng xói dịng chảy khu vực (im) lở phía thượng nguồn có thay đổi so với trạng thái tự nhiên hn n m c TN ZTN c 10 Vận tốc dòng chảy khu vực khai trường xác định theo công thức: Vm  n hn hm  hn , m/s (2.6) Độ dốc mặt nước khu vực khai trước tính tốn theo biểu thức: im  in hn3,3 hm  hn 3,3 , m/s (2.7) Trong đó:  n – tốc độ dòng chảy chế độ tự nhiên, m/s; hm – chiều sâu khai trường, m; hn- chiều sâu ngập nước, m; in – độ dốc bề mặt dòng chảy trạng thái tự nhiên, % Gọi QTN trữ lượng cát chảy vào mỏ từ vùng xói lở phía thượng nguồn Giá trị QTN thể tích vùng xói lở AA1A2: V AA1A2  S AA1A2 B  L2TN B sin    c  sin    c   xl* cos2  c   ar sin in  im     , m3 (2.8) * xl Trong đó: LTN – bán kính vùng xói lở phía thươ ̣ng nguồ n khai trường, m 2.2 Thực nghiệm nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở 2.2.1 Mơ hình thực nghiệm Sử dụng mica suốt uốn thành máng dạng parabol để mơ hình dạng tự nhiên lịng sơng Bịt kín hai đầu máng hai mica hình bán nguyệt, mica có lắp van hình chữ T để tiếp nhận xả nước Một đầu máng lắp với hệ thống cấp nước có áp Khi thực nghiệm nước tháo từ hệ thống cấp nước có áp qua máng tạo dịng chảy tương tự q trình vận động nước dịng sông Máng đặt giá làm sắt, sau lắp đặt xong đổ loại vật liệu có độ hạt khác (cát đen, cát vàng sỏi nhỏ), tiếp sau xả nước vào máng tiến hành làm thực nghiệm A-A 50 m A 1 n-íc h¹ ngn khai tr-ờng th-ợng nguồn 60 cm cát A Hình 2.6 Mơ hình thực nghiệm nghiên cứu vùng xói lở phía hạ nguồ n và hạ nguồ n khai trường khai thác cát lịng sơng – máng mica; – giá đỡ thép; - ống dẫn nước; – van chữ T thượng nguồn; – van chữ T hạ nguồn) 2.2.2 Quá trình thực công tác nghiên cứu Để nghiên chế xói lở đất đá có hoạt động khai thác mỏ, tiến hành đổ cát vào máng với chiều cao từ 10÷30 cm bơm nước ngập từ 10÷15 cm Mở van T hai đầu máng để tạo dịng chảy, song song với q trình tháo 13 2.3 Thiết lập phụ thuộc bán kính vùng xói lở với thông số tự nhiên kĩ thuật Khi bứt khỏi nguyên khối phần tử đất đá chuyển động môi trường thủy lực, thời điểm phần tử đất đá chịu tác dụng lực đẩy Acsimet, trọng lực tác động dịng nước tác ̣ng Sử du ̣ng phương pháp tổ ng hơ ̣p lực tác đô ̣ng lên các phầ n tử cát và các số liệu thực nghiệm cho phép thiết lập công thức xác định vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn sau: LTN  0,6949     n0,352  n  1  hm0,7987  dc  c  LHN  0, 4071     n0,306  n  1  hm0,3502  dc  c  (2.12a) (2.12b) Trong đó:  n - tố c ̣ dòng chảy, m/s; dc – đường kính cỡ hạt, m;  n ,  c dung trọng nước và cát, kg/m3; hm – chiề u sâu khai trường, m 2.4 Kết luận chương - Bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khai trường chịu ảnh hưởng tính chất lý đá thơng số hình học mỏ Trong đó, yếu tố chi phối mạnh mẽ đến vùng xói lở đất đá tốc độ dịng chảy, chiều sâu khai trường đường kính cỡ hạt - Sự thay đổi chế độ dịng chảy thơng số hình học mỏ sở khoa học để phân tích, lựa chọn cơng nghệ khai thác, trình tự khai thác, nhằm giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu kinh tế tận thu tối đa tài nguyên Đồng thời kết nghiên cứu sở để đề xuất giải pháp quản trị tài nguyên, có sở kiến nghị với Nhà nước quan chức xây dựng, điều chỉnh sách phù hợp với đặc trưng hoạt động khai thác cát lịng sơng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ĐẢM BẢO HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ GIẢM THIỂU VÙNG XÓI LỞ 3.1 Khái quát tiềm cát lịng sơng Việt Nam 3.1.1 Tiềm năng, trữ lượng cát xây dựng Việt Nam có nguồn tài nguyên cát xây dựng dồi phong phú với tổng trữ lươ ̣ng khoảng 790 triệu m3 phân bố ở các sông miề n Bắ c, Trung, Nam phân bố không đồng địa phương Ngoài ra, hàng năm có khoảng từ 311–415 triệu m3 đươ ̣c bồ i lắ ng bổ sung Tuy nhiên, trữ lươ ̣ng thường xuyên thay đổ i sự biế n đổ i dòng chảy tự nhiên và nhân ta ̣o (các đoa ̣n sông có các đập thuỷ điện thuỷ lợi) cho nên, trữ lượng tài nguyên dự báo chưa đánh giá chính xác 3.1.2 Đặc điểm phân bố các mỏ cát 14 Theo Schumm (1977) phân lưu vực sông vùng: thượng lưu, trung lưu hạ lưu với đặc điểm trữ lượng, chất lượng cát mô tả theo Hình 3.1: Hình 3.1 Đặc điểm vùng lưu vực sông 3.1.3 Đặc điểm địa chất số mỏ cát lịng sơng Theo kế t quả khảo sát, thăm dò số mỏ cát lòng sơng điển hình cho vùng miền sau: - Các khoáng sàng cát ở khu vực thươ ̣ng nguồ n các sông: Thân cát thường có chiề u dày nhỏ (từ 0,5÷3,0 m), cát ở da ̣ng ̣t thơ với kích thước cỡ ̣t từ 0,5÷2,0 mm, thâ cát thường có lẫn cuô ̣i tảng với kích thước lớn - Các khoáng sàng cát nằ m ở vùng trung du: Thân cát thường có chiề u dày từ 2,0÷5,0 m, cát ở da ̣ng pha lẫn ̣t thô và miṇ với kích thước cỡ ̣t từ 0,1÷0,5 mm, thân cát có thành phầ n cuô ̣i, tảng với tỉ lê ̣ không lớn - Các khoáng sàng cát ở khu vực ̣ nguồ n các sông: Thân cát thường có chiề u dày từ 5,0÷15,0 m, cát ở da ̣ng ̣t miṇ với kích thước cỡ ̣t từ 0,05÷0,1 mm, thân cát khơng có thành phầ n cuô ̣i, tảng 3.1.4 Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng cát lịng sơng Việt Nam Theo các số liê ̣u thố ng kê nhiề u năm cho thấ y: Năm 2006, sản lươ ̣ng cát tiêu thụ là 73 triệu m3, năm 2007: 78,3 triệu m3, năm 2008: 85,5 triệu m3, năm 2010 tiêu thụ 136,9 triệu m3, năm 2015 từ 190-200 triệu m3, năm 2020 khoảng 240- 260 triệu m3 3.2 Phân loại mỏ phục vụ công tác lựa chọn công nghệ khai thác Trên sở tổng hợp điều kiện nguồn ngốc thành tạo, cấu trúc địa chất, yếu tố thủy văn kết nghiên cứu phụ thuộc bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn vào tốc độ dịng chảy, đường kính cỡ hạt pha ̣m vi làm viê ̣c hiê ̣u quả của tầ u chở cát luận án chia mỏ cát sa khống lịng sơng thành nhóm sau: Bảng 3.1 Phân loại mỏ Nhóm mỏ Nhóm I Đă ̣c điể m Là mỏ cát sa khoáng chiều rộng hẹp, cát hạt to, thân cát có nhiều đá cuội, tảng với kích thước lớn, chiều sâu ngập nước nhỏ tốc độ dòng chảy lớn Phân bố vùng thượng nguồn Tên mỏ Các mỏ cát sơng Gâm, xã Ngọc Hội, huyện Chiêm Hố, tỉnh Tuyên Quang 15 Là mỏ cát sa khoáng chiều rộng trung bình, cát hạt thơ, thân cát có nhiều cuội, sỏi với kích thước trung bình nhỏ, chiều sâu ngập nước tốc độ dòng chảy trung bình Nhóm II vùng trung du Các mỏ cát sông Lô, đoạn qua huyện Phù Ninh, huyện Đoan Hùng thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ Là mỏ cát sa khoáng chiều rộng vùng hạ Các bãi bồi sông Hồng; phân bố lớn, cát hạt mịn, thân nguồn sơng Tiền sơng cát khơng có cuội, sỏi, chiều cửa Hậu sâu ngập nước lớn, tốc độ dịng nhỏ sơng Nhóm III 3.3 Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ khai thác phù hợp điều kiện Việt Nam Các tiêu chí đề xuấ t cơng nghê ̣ khai thác: (i) Giảm chi phí sản xuất; (ii)Hạn chế phạm vi vùng xói lở; (iii)Giảm tổn thất tài nguyên ô nhiễm môi trường Qua nghiên cứu phạm vi làm việc hiệu thiết bị giới (tầu hút, máy xúc, bơm bùn, …), nghiên cứu kinh nghiệm khai thác mỏ cát nước điều kiện địa chất mỏ, Luận án đề xuất hồn thiện 02 loại cơng nghệ khai thác cát lịng sơng phù hợp điều kiện Việt Nam nhóm mỏ nghiên cứu, phân loại sau: 3.3.1 Công nghệ khai thác máy xúc TLGN, thải sỏi sạn bãi thải Máy xúc TLGN lắp phà nổi, làm việc với gương bên hơng, dọc tầng, xúc bóc tồn cát sỏi theo gương xúc mức máy đứng, đổ lên cụm sàng nghiêng lắp liền tầu chở cát Tại cụm sàng, cát tách khỏi vật liệu nguyên khai rơi xuống bồn chứa cát tầu, đá thải xơ phía cuối sàng, đá thải rót vào bãi thải Cơng nghệ cho phép loại bỏ trực tiếp khối lượng cuội, sỏi đá tảng khai trường, giảm khối lượng vận tải đá thải so với trường hợp phải vận tải khối vật liệu bãi chứa Mặt khác, sản phẩm thải đổ thành lớp ốp theo bờ mỏ, lớp thải với vai trò đê chắn, có tác dụng hạn chế phát triển vùng xói lở (Hình 3.2) Sơ đờ công nghê ̣ này áp du ̣ng với các mỏ cát có chứa thành phầ n cuô ̣i, tảng (nhóm I và II) B A-A Rdmax hn A A H0 hm  0 A0 L LTN A 32 B-B 33 31 B Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ khai thác mỏ cát khu vực vùng thượng nguồn máy xúc TLGN ngược lắp phà – phà nổi; – máy xúc thuỷ lực gàu ngược; – tầu chở cát (31sàng nghiêng; 32- cửa gạt đá cuội, tảng; 33 – vòi rửa); – bãi thải cuội, tảng; – ranh giới vùng xói lở có bãi thải; – ranh giới vùng xói lở khơng có bãi thải; – cát sau rửa; 8cuội, sỏi; – vòi xả nước 16 Các thông số công nghê ̣ bản - Chiều cao bãi thải H0: H  Rd max  L  hm ctg  C tg , m - Chiều rộng dải khấu: hm K r 1  K c   Rd max  L  hm ctg  C tg A 0,25tg (3.1) (3.2) - Chiều dài khoảng lắng đất đá thải: L  α Vx  Vm .H w (3.3) ,m Trong đó: Rdmax – bán kính dỡ lớn máy xúc TLGN, m; hm – chiều cao tầng khai thác, m;  ,  0- góc nghiêng sườn tầng, baĩ thải, độ; L – khoảng cách chân tầng tới chân bãi thải trong, m; C – khoảng cách từ trục di chuyển máy xúc đến mép tầng, m; Vx – tốc độ xả thải theo phương nằm ngang, m/s; Vm – tốc độ dòng chảy khai trường, m/s; w – tốc độ lắng hạt sỏi, sạn có kích thước nhỏ thành phần đất đá thải, m/s 3.3.2 Công nghệ khai thác tầu hút bùn Hình 3.3 Sơ đồ cơng nghệ khai thác cát lịng sơng tầu hút bùn A-A hm hn A 11 B-B 12 41 42 Lc Lb 1- tầu hút bùn; 11 – vòi hút; 12- cột định vị; - phao nổi; – đường ống;4 – hố thu cát;41- đê chắn;42- hố thu cát 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 có kích thước nhỏ Trong trường hợp sử dụng tầu hút bùn, hút trực tiếp Hỗn hợp bùn cát vận tải đường ống hố thu cát bờ sông hoă ̣c tầu chờ cát để thay hố thu cát Đối với công nghệ cho phép vận hành dây chuyển công nghệ liên tục, nâng cao sản lượng khai thác mức độ tự động hóa sản xuấ t (Hình 3.3) 3.4 Phương pháp lựa cho ̣n lưu lươ ̣ng tầ u hút và dung tích tầ u chở cát Khi đồng thiết bị bơm hút – vận tải hợp lý làm giảm thời gian ngừng nghỉ, tăng suất tổ hợp giảm giá thành khai thác Khi tầu chở cát di chuyển sơng hướng, vận tốc thời gian chuyển động chịu tác động chế độ dịng chảy theo hướng có lợi bất lợi Vận tốc nước làm giảm chi phí lượng, giảm thời gian di chuyển tầu cát tầu chuyển động xi dịng làm lệch hướng chuyển động, kéo dài cung độ vận tải tăng chi phí lượng trường hợp chuyển động ngược dòng Do vậy, lựa chọn tải trọng tầu chở cát hợp lý cần tính đến yếu tố Năng suất tầu hút đạt trị số lớn bơm làm việc liên tục Nghĩa tầu chở cát phải có dung tích phù hợp để đảm bảo gương khai thác khơng có 17 xảy tượng nhận tải gián đoạn Khi đó, hệ số sử dụng tầ u hút (Kth) hệ số sử dụng tầu chở cát (Kch) nhau: K th  K ch K th  tb  (3.4) tb tb  tc (3.5) 3600Vch 1  q  m  Qb (3.6) Trong đó: tb - thời gian bơm đầy tầu chở cát, s; q - tiêu tiêu hao nước, m3/m3; m - độ rỗng đất đá, m = 0,25÷0,4 ; Vch- dung tích tầu chở cát, m3; tc – thời gian ngừng trao đổi tầu chở cát gương hút, s K ch  Tck  t b Tck (3.7) - Xác định thời gian chuyển động có tải khơng tải tầu chở cát Giả sử điểm khai thác điểm K, cách bến tập kết (B) khoảng cách L, lệch phía hạ nguồn góc β so với phương nằm ngang (Hiǹ h 3.6) a) b) K Vn K Vn Vt Vn L Vkt Vn Lct  Vct Vt A L     B' B Hình 3.6 Sơ đồ xác định hướng di chuyển, cung độ vận tải tốc độ di chuyển tầu chở cát (a – nhánh khơng tải ; b – nhánh có tải) Vận tốc tầu chở cát chạy không tải xác định theo công thức : Vkt  Vn  tg  , m/s (3.8) Khoảng thời gian cần thiết để tầu chở cát di chuyển từ bãi tập kết tới điểm khai thác: t kt  L L  Vkt Vn  tg  ,s (3.9) - Khi làm việc chế độ có tải: Để di chuyển từ điểm khai thác bến tập kết hướng di chuyển tầu chở cát phải lệch góc  so với đường thẳng KB, nghĩa tầu phải từ điểm K đến điểm B’ nằm phía thượng nguồn bãi tập kết  Vn sin    ,  Vt    arcsin độ (3.10) 18 Như vậy, hoạt động chế độ có tải, cung độ vận tải bị kéo dài thành L sin  sin     Khi đó, thời gian chuyển động có tải: t ct  L sin  , Vt sin     s (3.11) Từ công thức (3.4),… (3.11) qua các phép biến đổi thiết lập mối quan hệ dung tích tầu chở cát với suất máy bơm cát: Vch    Qb sin   .L.t c  3600.1  q  m Vn  tg  Vct sin       , m3 (3.12) Trong đó: Vt – tốc độ di chuyển tầu chở cát, m/s; Vn – vận tốc dòng chảy, m/s ; β – góc lệch hướng chuyển động tầu so với bờ sơng, độ Trong cơng thức Qb xác định theo khả hoàn thành sản lượng mỏ : Qb  Am 1  q  m , N ca Tca K tg m3/h (3.13) Phạm vi áp dụng công thức Vn ≤ Vt Quan hệ lưu lượng máy bơm tầu hút với dung tích tầu chở cát xem hình 3.17 hình 3.8 700 400 Dung tích tầu chở cát, m3 Dung tích tầu chở cát, m3 450 350 300 250 200 150 100 50 600 500 400 300 200 100 0 1000 2000 3000 4000 Năng suất tầu hút, m3/h Vn = 0,5 m/s Vn = 1,0 m/s 5000 1000 2000 3000 4000 5000 Lưu lượng máy bơm, m3/h L = 2.000 m L = 3.000 m L = 4.000 m L = 5.000 m Hình 3.10 Quan hệ dung tích Hình 3.11 Quan hệ dung tích tầu tầu chở cát với lưu lượng máy bơm chở cát với lưu lượng máy bơm khi tốc độ dòng chảy thay đổi (L = cung độ vận tải thay đổi (Vn = 0,5 m/s 3.000 m;  = 300) m;  = 300) Từ kế t quả nghiên cứu, Luâ ̣n án đã xây dựng thuâ ̣t toán và chương trình tính toán để tiń h toán lựa cho ̣n đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣theo sản lươ ̣ng mỏ (hình 3.11 và hình 3.12) 19 Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán xác ̣nh lưu lượng tầ u hút dung tích tầ u chở cát theo sản lượng mỏ và điề u kiê ̣n khai thác Hình 3.13 Kế t quả tính toán lựa chọn đồng thiết bị khai thác cát 3.5 Tính toán minh ho ̣a về khoảng cách an toàn cho mỏ cát sông Tiề n, đoa ̣n gầ n cầ u Mỹ Thuâ ̣n, thuô ̣c điạ phâ ̣n tỉnh Vinh ̃ Long Hiện nay, số sông nước ta, mỏ cát phân bố gần cơng trình quan trọng cần bảo như: cầu qua sơng, cột biển báo cơng trình giaoo thơng đường thủy Ví dụ sơng Hồng có cầu Long Biên, cầu Nhật Tân, cầu thăng Long , ta ̣i sông Lơ có cầu qua sơng Cầu An Hồ; Cầu Sơng Lơ, Cầu Việt Trì; Sơng Tiền có Cầu Cao Lãnh; Cầu Mỹ Thuận; Sơng Hậu có Cầu Vĩnh Trường, Cầu Châu Đốc, … Đăc điểm chế độ dòng chảy khu vực: Mực nước sông Tiền thay đổi lớn mùa kiệt mùa lũ, ta ̣i Tân Châu - Hồng Ngự xấp xỉ 2,0 m Vận tốc dòng chảy mùa lũ sông Tiền Tân Châu 2,70 m/s Tài nguyên cát: Theo đánh giá: chân cầu Mỹ Thuận có mỏ cát lớn ước đến 14 triệu mét khối Các thân cát có chiề u dày từ 5-15 m, chiề u sâu ngâ ̣p 20 nước từ 10-15 m, đô ̣ ̣t từ 0,25-0,1 mm chiế m 80% Hiê ̣n ta ̣i, đã có mô ̣t số đơn vi khai thác cát ta ̣i khu vực này, với sản lươ ̣ng từ 200-300 nghìn m3/năm ̣ Hình 3.14 Khoảng cách an toàn phía hạ nguồ n và thượng nguồ n cầ u Mỹ Thuận khai thác cát - Lựa chọn khoảng cách an toàn: Khoảng cách an toàn từ ranh giới khu vực bảo vê ̣ cầ u Mỹ Thuâ ̣n đế n vi ̣ trí khai thác đươ ̣c xác đinh ̣ theo công thức -3 (2.12a) và (2.12b): Với các số liêụ n  2,7m / s , dc = 0,1.10 m,  c = 1,6 T/m3,  n = 1,0 T/m3; hm = 15 m, xác đinh ̣ đươ ̣c: LHN = 1.218 m; LTN = 304 m Căn cứ vào các kế t quả tính toán cho thấ y: Vi ̣ trí khai thác cầ n cách hành lang bảo vê ̣ cầ u 1.220 m về phía ̣ nguồ n và 305 m về phía thươ ̣ng ng̀ n Theo Nghị định số 11/2010/NĐ-CP Chính phủ, hành lang bảo vê ̣ cầ u là 150 m (đố i với cầ u có chiề u dài 300 m) Như vâ ̣y khoảng cách an toàn cho cầ u phía ̣ nguồ n là 1.370 m, phía thươ ̣ng nguồ n là 455 m (hình 3.14) - Lựa chọn công nghê ̣ khai thác Với đă ̣c điể m điề u kiê ̣n điạ chấ t và các kế t quả nghiên cứu cho thấ y: công nghê ̣ khai thác đố i với khu vực là công nghê ̣ khai thác bằ ng tầ u hút kế t hơ ̣p với các tầ u chở cát ĐBTB khai thác gồ m tầ u hút cát và tàu chở cát, quy mô các loa ̣i thiế t bi ̣ đươ ̣c xác đinh ̣ bằ ng chương triǹ h tiń h toán đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣ khai thác Kế t quả tính toán sau: - Lưu lươ ̣ng tầ u hút cát: 1.000 m3/h - Dung tích tầ u chở cát: 31 m3 - Số lươ ̣ng tầ u chở cát: 07 chiế c 3.6 Kết luận Chương - Để phục vụ cho công tác nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác lựa chọn đồng thiết bị, luận án đề xuất phân chia mỏ cát lịng sơng thành nhóm mỏ sở tổng hợp điều kiện đia chất, đặc điểm phân bố dịng sơng chế độ dịng chảy - Công nghệ khai thác phù hợp với mỏ cát lịng sơng khu vực trung du, miền núi công nghệ khai thác sử dụng máy xúc thủy lực gàu ngược kết hợp với công tác sàng thải đá tảng, cuội sỏi trực tiếp vào bãi thải 21 - Công nghệ khai thác phù hợp với mỏ cát lòng khu vực hạ lưu công nghệ khai thác tầu hút bùn, hút bơm hỗn hợp cát + nước lên hố cát (xây dựng bờ sông) bơm lên tầu chở cát chuyên dụng - Tố c đô ̣ dòng chảy là nhân tố làm kéo dài cung đô ̣ vâ ̣n tải, làm lê ̣ch hướng di chuyể n của của tầ u chở cát và thời gian chu kì vâ ̣n tải và dung tích tầ u chở cát - Căn cứ vào kế t quả nghiên cứu về vùng xói lở đấ t đá và phương pháp lựa cho ̣n đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣như trên, luâ ̣n án đã tính toán đề xuấ t khoảng cách an toàn cho phép khai thác xung quanh khu vực cầ u Mỹ Thuâ ̣n và tính toán lựa cho ̣n đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣khai thác với mỏ có công suấ t từ 200.000 - 300.000 m3/năm CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN CÁT LÒNG SƠNG Ở VIỆT NAM 4.1 Thực trạng cơng tác quản lý khai thác cát lịng sơng 4.1.1 Khái qt chung Một đặc điểm cần lưu ý quản lý cát lịng sơng khác với khống sản rắn khác vận chuyển, bồi lắng thường xuyên, liên tục cát lịng sơng từ thượng lưu xuống hạ lưu (sự biến động thường xuyên trữ lượng khoáng sản khu vực quản lý); tác động yếu tố khách quan (thời tiết); tính chất liên vùng (mỏ cát thường ranh giới hai hay nhiều địa phương cấp xã, huyện, tỉnh); tính chất đa ngành, đa lĩnh vực tác động đến trình quản lý cát lịng sơng Trong năm gần đây, với tốc độ thị hóa gia tăng phạm vi nước, nhu cầu khai thác cát hệ thống sông suối ngày lớn Tuy nhiên, hoạt động phát triển mức, nhiều bất cập vấn đề thách thức quan quản lý nhà nước 4.1.2 Thực trạng hệ thống sách, pháp luật hoạt động quản lý khai thác cát lịng sơng Hệ thống văn pháp luật khống sản tương đối hồn chỉnh Tuy nhiên vẫn còn mô ̣t số tồ n ta ̣i: - Một số văn sau ban hành có tính khả thi chưa cao, khó khăn triển khai thực - Chính sách quy định thuế tài nguyên, phí bảo vệ mơi trường khai thác khống sản chưa phù hợp với thực tiễn -Quy định đấ u giá quyề n khai thác khoáng sản, tính tiền cấp quyền khai thác khống sản cịn chưa hợp lý 4.1.3 Hiện trạng cơng tác cấp phép thăm dị, khai thác cát lịng sơng Tổng hợp, phân tích xây dựng quy trình quản lý, cấp phép thăm dị, khai thác khai thác cát lịng sơng theo dạng sơ đồ Hình 4.1: 22 Doanh nghiệp có nhu cầu đầu tư thăm dị, khai thác cát sơng Kiểm tra vấn đề liên quan đến quy hoạch thăm dị khống sản địa phương, khu vực cấm hoạt động khoáng sản - Dự án đầu tư - Báo cáo đánh giá tác động môi trường - Quyết định phê duyệt trữ lượng - Các văn pháp lý doanh nghiệp Kiểm tra vấn đề liên quan đến quy hoạch thăm dị, khai thác khống sản địa phương, khu vực cấm hoạt động khống sản Doanh nghiệp Tìm hiểu tài liệu sở (tại Sở TN&MT từ nguồn thông tin khác) Lập hồ sơ đề nghị cấp phép thăm dò (nội dung theo khoản Điều 47 Luật khoáng sản) Sở TN&MT tiếp nhận, thẩm định trình UBND tỉnh cấp phép đủ điều kiện Tham khảo ý kiến địa phương (UBND huyện, xã) Doanh nghiệp lập báo cáo kết thăm dị, trình UBND tỉnh phê duyệt trữ lượng Trình tự, thủ tục, nội dung hồ sơ theo Điều 50 Luật khoáng sản Lập hồ sơ đề nghị cấp phép khai thác mỏ theo Điều 59 Luật khoáng sản, nộp Sở Tài nguyên Môi trường Tham khảo ý kiến địa phương (UBND huyện, xã) Sở Tài nguyên Môi trường tiếp nhận, thẩm định trình UBND tỉnh cấp phép đủ điều kiện Tổ chức khai thác chấp hành quy định Nhà nước Thanh tra, kiểm tra, giám sát hướng dẫn doanh nghiệp thực quy định Tham khảo ý kiến Sở, ngành liên quan việc khai thác (giao thông đường thủy, nông nghiệp, đê điều …) Cơ quan quản lý nhà nước: - Sở Tài nguyên Môi trường - Các Sở, ngành liên quan - Chính quyền địa phương Hình 4.1 – Sơ đồ quy trình quản lý, cấp phép thăm dị, khai thác cát lịng sơng 23 Qua sơ đồ cho thấy, doanh nghiệp có nhu cầu xin cấp phép khai thác cát lịng sơng, cần trải qua bước kể từ khâu lập hồ sơ xin thăm dò (1), sau nộp hồ sơ cấp phép Sở Tài nguyên Môi trường (2) Trên sở kết thăm dị, trình Ủy ban nhân dân tỉnh (qua Sở Tài ngun Mơi trường) để phê duyệt kết tính trữ lượng (3) làm sở để lập dự án đầu tư, báo cáo đánh giá tác động môi trường hồ sơ đề nghị cấp phép khai thác khoáng sản (4) nộp Sở Tài nguyên Môi trường để thẩm định, trình Ủy ban nhân dân tỉnh cấp phép khai thác (5) Như vậy, nói cơng tác quản lý nhà nước lĩnh vực khai thác cát lịng sơng chu trình tương đối phức tạp Việc quản lý đòi hỏi phải đứng quan điểm quản lý tổng hợp, xem xét nhiều đối tượng hưởng lợi từ dịng sơng Tuy nhiên, hiê ̣n chưa có tính tốn có sở khoa học nên dẫn tới việc quản lý nặng yếu tố kinh nghiệm, chưa đưa định lượng cần thiết để xây dựng quy định phù hợp thực tế nhằm quản lý hiệu hoạt động khai thác cát lịng sơng Đây vấn đề thiết đòi hỏi Luận án phải tìm cách giải 4.2 Cơ sở khoa học thực tiễn để đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quản lý tài nguyên cát lịng sơng 4.2.1 Sự thay đổi chế độ thủy văn bán kính vùng phá hủy Các kế t quả nghiên cứu về chế độ thủy văn bán kính vùng xói lở cho phép xác định và quy đinh ̣ khoảng cách an toàn cấp phép nhiều mỏ cát lòng trên khu vực để đảm bảo an tồn, bảo vệ mơi trường nâng cao hiệu khai thác 4.2.2 Sự thay đổi trữ lượng mỏ Hoạt động khai thác cát dịng sơng khơng làm thay đổi chế độ dòng chảy, thay đổi cấu trúc địa chất sa khống mà cịn làm thay đổi trữ lượng mỏ so với thiết kế Việc tính tốn trữ lượng gia tăng giúp cho quan quản lý xác định tiền cấp quyền khai thác khoáng sản mà doanh nghiệp phải nộp, tránh thất thu tài nguyên ngân sách nhà nước Mặt khác, việc xác định phần trữ lượng gia tăng sở cho hướng nghiên cứu theo dõi, xác định tốc độ bồi lắng khu vực cấp phép có sở để nghiên cứu, cho phép tiếp tục cấp phép khai thác mỏ sau khai trường cũ kết thúc 4.2.3 Hệ thống sách, pháp luật quản lý tài ngun cát lịng sơng Qua nghiên cứu tồn tại, hạn chế hệ thống sách, pháp luật khoáng sản hành, tác giả nhận thấy, sở việc nâng cao hiệu quả, chất lượng cơng tác quản lý tài ngun cát lịng sông cần phải dựa nguyên tắc sau: - Các quy đinh ̣ về công tác lâ ̣p, công bớ , thực hiê ̣n quy hoạch khống sản cầ n tiế p tu ̣c hoàn thiê ̣n để đảm bảo tính hợp lý, công khai, rõ ràng - Việc cấp phép hoạt động khoáng sản cần hợp lý, rõ ràng nhiều 24 bên liên quan góp ý kiến chấp thuận - Quá trình hoạt động doanh nghiệp khai thác khoáng sản cần phải giám sát quan nhà nước người dân cách hợp lý - Nghĩa vụ tài doanh nghiệp khai thác khoáng sản phải hợp lý phải công khai Các sơ sở quan tro ̣ng để đánh giá tính minh ba ̣ch hoa ̣t đô ̣ng quản lý nhà nước hoạt động khai thác khống sản nói chung khai thác cát lịng sơng nói riêng nhằm hoàn thiê ̣n ̣ thố ng chính sách, pháp luâ ̣t hoạt động khoáng sản nâng cao hiệu công tác quản lý 4.3 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quản lý cát lòng sông 4.3.1 Về vấn đề kỹ thuật 4.3.1.1 Đối với cơng tác thăm dị, đánh giá trữ lượng Với nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên – kỹ thuật đến vùng xói lở khai thác cát lịng sơng Chương 2, tác giả đề xuất, đề án thăm dị cát lịng sơng cần làm sáng tỏ thêm thơng số tốc độ dịng chảy vị trí tiếp giáp với bề mặt thân khống Với việc đo cụ thể thơng số với thông số thiết kế dự án chiều sâu khai thác đường kính cỡ hạt cho phép tính tốn bán kính vùng xói lở khu vực thượng nguồn hạ nguồn nhằm phục vụ cơng tác quản lý, tính tốn hiệu khai thác mỏ 4.3.1.2 Đối với công tác thiết kế khai thác mỏ Việc thiết kế khai thác cần kết hợp quan tâm vấn đề mang tính chất tổng hợp sau: - Tiến hành quy hoạch khai thác cát toàn tuyến sơng, với thơng tin đầy đủ xác vị trí, quy mơ, khối lượng cho phép khai thác mỏ cát dọc sông; - Chọn thời điểm, quy trình cơng nghệ khai thác hợp lý cho tồn chiều dài sơng đoạn sơng; - Việc khai thác cát lịng sơng phải xem xét kết hợp với việc khơi thơng dịng chảy, vừa tận thu nguồn tài nguyên thiên nhiên, vừa đảm bảo lũ, giao thơng thủy 4.3.1.3 Đối với công nghệ khai thác - Đối với mỏ cát khu vực thượng nguồn: áp dụng công nghệ khai thác máy xúc TLGN, thải sỏi sạn bãi thải Sơ đồ công nghệ khai thác xem hình 3.2 - Đối với mỏ cát khu vực hạ nguồn: áp dụng công nghệ khai thác tàu hút bùn, vận tải bẳng đường ống có kết hợp hố thu cát bờ (hoặc xà lan sông trường hợp khai thác xa bờ) Sơ đồ công nghệ khai thác mô tả phần nghiên cứu Chương 3, hình 3.3 Việc lựa chọn dung tích tàu chở cát tính tốn theo cơng thức 3.12 4.3.2 Về vấn đề quản lý Luận án đề xuất số giải pháp trách nhiệm cho quan quản lý nhà nước sau: 25 - Xây dựng khung pháp lý, quy chuẩn, tiêu chuẩn lĩnh vực quản lý, khai thác cát lịng sơng có việc xây dựng quy trình thẩm định hồ sơ cấp phép thăm dị, khai thác mỏ cát lịng sơng nhằm quản lý, kiểm tra, giám sát vấn đề như: sản lượng, trữ lượng khai thác; khuyến khích áp dụng tiến khoa học kỹ thuật, khuyến nghị bắt buộc áp dụng công nghệ khai thác với sở nêu - Về Luật khoáng sản năm 2010, kiến nghị bổ sung quy đinh ̣ lấ y ý kiế n nhân dân, đă ̣c biê ̣t là người dân nơi khai thác khoáng sản, góp phầ n nâng cao tính dân chủ, tính minh bạch hoạt động khai thác khống sản, có cát lịng sơng - Kiến nghị ngành Công an cần vào đạo công an địa phương tăng cường phối hợp với quyền cấp, quan chức liên quan ngăn chặn hiệu xử lý nghiêm theo quy định pháp luật hành vi khai thác khoáng sản trái phép - Uỷ ban nhân dân cấp tỉnh cần chủ động xây dựng phương án bảo vệ khoáng sản chưa khai thác; phối hợp với Bộ, ngành theo dõi, giám sát chặt chẽ việc khai thác cát lịng sơng bảo vệ mơi trường Xây dựng chế phối hợp quản lý cát lịng sơng địa phương khu vực giáp ranh hai hay nhiều tỉnh 4.3.3 Đề xuất hướng nghiên cứu - Cần nghiên cứu bổ sung yếu tố trên, nhằm tính tốn cách xác hiệu hoạt động khai thác tổng thể tồn hệ thống sơng ngịi - Phần trữ lượng gia tăng đáy khai trường cần tính tốn bổ sung, cần tính tốn thời gian quay trở lại khai thác khai trường cũ trữ lượng bồi lắng vào khai trường sở nghiên cứu, quan trắc tốc độ bồi lắng vật liệu dịng sơng - Đối với công nghệ khai thác tàu hút bùn, việc nghiên cứu bổ sung công nghệ, thiết bị bơm hút kể hệ thống đường ống vận chuyển cần thiết có tính khả thi cao 4.4 Kết luận Chương - Thực trạng quản lý, khai thác cát lịng sơng Việt Nam nhiều bất cập, chồng chéo quản lý chưa có quy định chặt chẽ, hợp lý, chưa phù hợp thực tiễn - Việc nghiên cứu sách pháp luật quản lý phù hợp cát lịng sơng cần dựa sở khoa học, cần nghiên cứu yếu tố thay đổi chế độ thủy văn bán kính vùng phá hủy, thay đổi trữ lượng mỏ dựa sở tồn tại, bất cập sách hành - Kết nghiên cứu Chương luận án ảnh hưởng yếu tố tự nhiên – kỹ thuật tới bán kính vùng xói lở sở cho việc lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp Chương sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp quản lý, giải pháp kỹ thuật Chương 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở sử dụng mơ hình thực nghiệm mơ q trình khai thác cát lịng sơng, luận án phân tích yếu tố tự nhiên - kĩ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở đất đá như: tốc độ dịng chảy, đường kính cỡ hạt chiều sâu khai thác Đồng thời thiết lập cơng thức xác định bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn hạ nguồn khai trường Trên sở phân tích đặc điểm phân bố mỏ cát, cấu tạo thân cát chế độ thủy văn, luận án phân loại mỏ cát lịng sơng thành 03 nhóm mỏ phục vụ cơng tác nghiên cứu đề xuất cơng nghệ khai thác, trình tự khai thác Công nghệ khai thác máy xúc thủy lực gàu ngược, kết hợp với công tác sàng tách đá tảng, cuội sỏi đổ thải bãi thải cho phép giảm khối lượng chi phí đổ thải, đồng thời hạn chế mở rộng bán kính vùng xói lở, nâng cao mức độ an tồn cho cơng trình cần bảo vệ xung quanh khu vực khai thác Đối với khu vực cát lịng sơng vùng hạ nguồn, việc áp dụng cơng nghệ khai thác tàu hút bùn kết hợp với hố lắng bờ xà lan sông có sở nhằm nâng cao chất lượng, hiệu khai thác Các kết nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động khai thác đến vùng xói lở công nghệ khai thác ứng dụng để đề xuất giải pháp giải pháp quản lý, cấp quyền khai thác góp phần nâng cao hiệu công tác quản lý Nhà nước hoạt động khai thác cát lịng sơng Kiến nghị Các quan quản lý cấp Trung ương địa phương cần nghiên cứu việc thăm dò, quy hoạch tổng thể trữ lượng cát, xác định khối lượng cát cho phép cho tồn dịng sơng chí hệ thống sơng lợi ích liên quan đến phát triển kinh tế - xã hội lưu vực sông Đối với quan thực chức quản lý nhà nước khai thác cát, cần trang bị thiết bị chuyên dùng: máy định vị vệ tinh (GPS), máy đo sâu hồi âm (Echosounder) kỹ thuật hệ thông tin địa lý (GIS) vừa phục vụ cho cơng tác thăm dị, đánh giá trữ lượng khống sản cát lịng sơng, vừa thực cơng tác giám sát hoạt động khai thác cát đơn vị cách xác, nhanh chóng, hiệu Cần tiếp tục nghiên cứu tốc độ bồi lắng lịng sơng sau kết thúc khai thác mỏ để làm sở khoa học cấp phép lại diện tích khu vực nhằm khai thác lâu dài nguồn tài nguyên cát lịng sơng 27 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Xn Quang, Hồng Cao Phương (2011) “Hiện trạng khai thác cát trắng vùng Quảng Nam - Thừa Thiên Huế định hướng phát triển bền vững” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2011, trang 36 Hoàng Cao Phương, Nguyễn Xuân Quang (2011) “Một số nội dung Luật khoáng sản năm 2010” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2011, trang 50-52 Nguyễn Xuân Quang, Mai Văn Tâm, Hoàng Cao Phương (2012) “Một số giải pháp quản lý hoạt động khai thác cát khu vực sơng Thái Bình sơng Kinh Thầy thuộc tỉnh Hải Dương” Tạp chí Công nghiệp mỏ số – 2012, trang 53 Nguyễn Xuân Quang, Nguyễn Đồng Hưng (2014) “Ứng dụng phần mềm Surfer tính trữ lượng cát khu vực sơng Tiền, tỉnh Đồng Nai” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2014, trang 90 Nguyễn Xuân Quang (2014) “Tiềm đặc điểm phân bố cát lịng sơng Việt Nam - Khả sử dụng” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2014 Trang 51 Nguyen Xuan Quang, Luu Van Tam (2014) “Methods for determining of safety final limits of sand mining on Tien river” Proceeding of the 3th international conference of advances in mining and tuneling 21-22 October 2014, Vungtau, Vietnam, page 144-146 Le Quy Thao, Vu Dinh Hieu, Nguyen Hoang, Nguyen Xuan Quang (2014) “Using dredger for mining tittanium placer in red sand strata in Ninh Thuan and Binh Thuan province” Proceeding of the 3th internationla conference of advances in mining and tuneling 21-22 October 2014, Vungtau, Vietnam, page 158-164 Hồ Sĩ Giao, Nguyễn Xuân Quang (2015) “Công nghệ khai thác titan ven biển” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ, số - 2015 Nguyễn Xuân Quang (2015) “Công nghệ khai thác cát lịng sơng Việt Nam” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2015, trang 49 10 Lê Quý Thảo, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Xuân Quang (2015) “Phân loại mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số 2015, trang 119 11 Nguyễn Xuân Quang, Nguyễn Đồng Hưng (2015) “Sử dụng Phương pháp phân tích Trend việc nghiên cứu quy luật khơng gian thân khống cát lịng sơng” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2015, trang 30 12 Nguyễn Xuân Quang (2016) “Xác định khoảng cách an toàn cơng trình cần bảo vệ khai thác cát lịng sơng” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số 2016, trang 55 13 Nguyễn Xuân Quang (2017) “Phương pháp lựa chọn đồng thiết bị bơm hút – vận chuyển khai thác cát lịng sơng” Tạp chí Cơng nghiệp mỏ số - 2017, trang 18 ... tiến sĩ "Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lịng sơng Việt Nam nhằm đảm bảo an tồn, bảo vệ môi trường phục vụ công tác quản lý" cần thiết cấp bách nhằm tăng hiệu kinh tế, nâng cao mức độ an toàn,. .. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LỊNG SƠNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan tình hình khai thác cát lịng sơng giới Việt Nam 1.1.1 Tổng quan tình hình khai thác cát giới Ở nước... xà lan sông có sở nhằm nâng cao chất lượng, hiệu khai thác Các kết nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động khai thác đến vùng xói lở công nghệ khai thác ứng dụng để đề xuất giải pháp giải pháp quản lý,