ĐỒ ÁN KHAI THÁC MỎ Khu mỏ Tràng Bạch

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Giới thiệu chung về mỏ Tràng Bạch và khu vực nghiên cứu 1.1.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội Khu mỏ Tràng Bạch thuộc xã Hồng Thái thuộc thị xã Uông Bí, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh. Khu mỏ nằm phía Bắc đường 18A khoảng 1Km theo hướng từ Hà Nội Hạ Long. Tọa độ khu mỏ Tràng Bạch có giới hạn: + Hệ toạ độ Nhà nước năm 1972: X: 2328.500  2335.000 Y: 360.500  366.500 + Hệ toạ độ VN2000, kinh tuyến trục 108, múi chiếu 60: X: 2334.423  2327.925 Y: 671.998  678.000 Ranh giới địa chất: + Phía Nam: Đứt gãy F.B + Phía Bắc: Ranh giới mỏ; + Phía Tây: Tuyến thăm dò T.XV; + Phía Đông: Tuyến thăm dò T.XXV. Diện tích lập báo cáo: 30 km2. Đặc điểm địa hình: Khu mỏ Tràng Bạch tồn tại hai dạng địa hình chủ yếu gồm: + Địa hình núi thấp: Phân bố hầu hết diện tích toàn khu mỏ, bao gồm các đồi trọc dạng bát úp, đỉnh tròn và thoải, sườn dốc từ 100 đến 200. Độ cao thường từ 20m40m, đôi khi có chỗ nhô cao hơn. Hầu hết các đỉnh đồi được nối liền bởi các sườn Deluvi của quá trình san phẳng chưa hoàn chỉnh. + Địa hình núi cao: Gồm các dãy núi phân bố kế tiếp theo phía Bắc phần đồi núi thấp. Các sườn núi gần như không đối xứng và có dạng phân bậc hướng về Nam. Các dãy núi chính sắp xếp theo hướng vĩ tuyến hoặc vĩ tuyến, đỉnh cao nhất 514m (đỉnh Cổ Yếm). Sườn núi phía Bắc dốc từ 400500 thường bị chia cắt bởi những dòng suối có hướng gần Bắc Nam và vuông góc với đường phương của đất đá. Phía Nam thoải hơn từ 200400. Hệ thống thuỷ văn: Hầu hết các suối đều bắt nguồn từ các đỉnh cao của dãy núi Mạo khê Tràng Bạch Đông Tràng Bạch. Hệ thống suối phía Bắc chảy ra sông Trung Lượng. Hệ thống suối phía Nam đổ trực tiếp ra sông Đá Bạc. Các dòng suối này đều có hướng chảy từ Bắc về Nam , chảy vuông góc với đường phương của đất đá, hầu hết là các suối cạn mùa mưa mới có nước. Chảy qua phạm vi khu mỏ chỉ có 2 suối lớn quanh năm có nước là: Suối Yên Dưỡng (khu vực T.XIX T.XX), lưu lượng nhỏ nhất 57,163 ls, lớn nhất 809,916 ls; Suối Cửa Ngăn (khu vực tuyến XXV), lưu lượng nhỏ nhất 67,001 ls, lớn nhất 424,035 ls. Phần phía Nam các con suối này nhân dân đã đắp đập tạo nên những hồ nước phục vụ dân sinh.

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH1.1 Giới thiệu chung về mỏ Tràng Bạch và khu vực nghiên cứu

1.1.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội

Khu mỏ Tràng Bạch thuộc xã Hồng Thái thuộc thị xã Uông Bí, huyện Đông

Triều, tỉnh Quảng Ninh Khu mỏ nằm phía Bắc đường 18A khoảng 1Km theo hướng từ

Hà Nội - Hạ Long

Tọa độ khu mỏ Tràng Bạch có giới hạn:

+ Hệ toạ độ Nhà nước năm 1972:

X: 2328.500 ÷ 2335.000

Y: 360.500 ÷ 366.500+ Hệ toạ độ VN2000, kinh tuyến trục 108, múi chiếu 60: X: 2334.423 ÷ 2327.925

Y: 671.998 ÷ 678.000

- Ranh giới địa chất:

+ Phía Nam: Đứt gãy F.B+ Phía Bắc: Ranh giới mỏ;

+ Phía Tây: Tuyến thăm dò T.XV;

+ Phía Đông: Tuyến thăm dò T.XXV

- Diện tích lập báo cáo: 30 km2

- Đặc điểm địa hình: Khu mỏ Tràng Bạch tồn tại hai dạng địa hình chủ yếugồm:

+ Địa hình núi thấp: Phân bố hầu hết diện tích toàn khu mỏ, bao gồm các đồitrọc dạng bát úp, đỉnh tròn và thoải, sườn dốc từ 100 đến 200 Độ cao thường từ20m40m, đôi khi có chỗ nhô cao hơn Hầu hết các đỉnh đồi được nối liền bởi cácsườn Deluvi của quá trình san phẳng chưa hoàn chỉnh

+ Địa hình núi cao: Gồm các dãy núi phân bố kế tiếp theo phía Bắc phần đồi núithấp Các sườn núi gần như không đối xứng và có dạng phân bậc hướng về Nam Cácdãy núi chính sắp xếp theo hướng vĩ tuyến hoặc vĩ tuyến, đỉnh cao nhất 514m (đỉnh CổYếm) Sườn núi phía Bắc dốc từ 400500 thường bị chia cắt bởi những dòng suối cóhướng gần Bắc - Nam và vuông góc với đường phương của đất đá Phía Nam thoải hơn

từ 200400

- Hệ thống thuỷ văn: Hầu hết các suối đều bắt nguồn từ các đỉnh cao của dãy núiMạo khê - Tràng Bạch - Đông Tràng Bạch Hệ thống suối phía Bắc chảy ra sông TrungLượng Hệ thống suối phía Nam đổ trực tiếp ra sông Đá Bạc Các dòng suối này đều cóhướng chảy từ Bắc về Nam , chảy vuông góc với đường phương của đất đá, hầu hết làcác suối cạn mùa mưa mới có nước Chảy qua phạm vi khu mỏ chỉ có 2 suối lớn quanhnăm có nước là: Suối Yên Dưỡng (khu vực T.XIX - T.XX), lưu lượng nhỏ nhất 57,163l/s, lớn nhất 809,916 l/s; Suối Cửa Ngăn (khu vực tuyến XXV), lưu lượng nhỏ nhất67,001 l/s, lớn nhất 424,035 l/s Phần phía Nam các con suối này nhân dân đã đắp đậptạo nên những hồ nước phục vụ dân sinh

Ngoài hệ thống sông suối, phía Nam khu mỏ còn có các hồ lớn như: Hồ Khe Ươn(địa phận xã Hồng Thái Tây), cách quốc lộ 18A về phía Bắc 800m Hồ Khe Ươn cungcấp nước tưới tiêu cho xã Hồng Thái Tây và các xã lân cận với diện tích tưới tiêukhoảng 210ha Hồ Khe Ươn được chia làm hai hồ độc lập nhau là Khe Ươn 1 ở phíaĐông và Khe Ươn 2 ở phía Tây Vùng sinh thủy chủ yếu của hồ Khe Ươn là khu vựcđồi núi phía bắc, thảm thực vật không còn nhiều Đất đá và nước từ các khu vực khaithác than chảy vào làm lòng hồ bị bồi lấp, nước hồ có độ pH = 3,5 - 5,2 Theo số liệuquan trắc mới đây của Tập đoàn TKV, thống số kỹ thuật của hai hồ trên như sau:

- Khí hậu: Thuộc loại khí hậu lục địa ven biển, độ ẩm cao chia làm hai mùa rõrệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 4 tới tháng 10, mưa nhiều nhất là tháng 8 tháng 9(Tháng 8/1973 lượng mưa cao nhất trong ngày lên tới 374,90 mm) Lượng mưa trungbình 850mm/năm Nhiệt độ trung bình trong năm vào khoảng 260C, mùa khô từ tháng

11 đến tháng 3 năm sau là những tháng có nhiệt độ thấp nhất, có lúc xuống đến 6.20C,

độ ẩm trung bình từ 65 - 89%

- Kính tế, xã hội: mỏ Tràng Bạch nằm trong khu vực có nền công nghiệp tươngđối phát triển Trước đây tại khu vực đã có nhà máy điện Uông Bí với công suất109,800 KW, đường điện cao thế 35KV chạy qua khu mỏ, các trạm hạ thế 6KV phục

vụ cho sản xuất và sinh hoạt địa phương ở khu vực lân cận Ngoài ra trong khu vực đã

có các trường cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị-TKV Các trường đào tạo công nhân hầm

lò, công nhân thi công cơ giới, có xưởng cơ khí có khả năng trùng tu xe cơ giới loạihiện đại

Cách 10 km về phía Tây có Nhà máy điện Mạo Khê với công suất 250 KW, khaitrường khai thác than của mỏ Mạo Khê, nhà máy tuyển Mạo Khê Về phía Đông Namkhoảng 15 km có Nhà máy xi măng Hoàng Thạch

Nông nghiệp khu mỏ ít phát triển, lương thực thực phẩm phần lớn được vậnchuyển từ nơi khác đến Thương nghiệp khá phát triển, ngoài các cửa hàng bán lẻ racòn có rất nhiều cửa hàng bán xỉ thuộc khu vực và nguồn hàng chính nhập từ thị xãUông Bí về thuận lợi cho đời sống sinh hoạt của nhân dân

Dân cư chủ yếu là công nhân viên làm việc trong khu mỏ và các đơn vị khaithác than tập trung chủ yếu ở trung tâm xã Hoàng Quế, xã Hồng Thái, xã Yên Thọ, xãVĩnh Khê Dân bản địa chủ yếu làm nghề khai hoang phát triển kinh tế từ các tỉnh kháctới sống thành từng làng dọc theo sông Đá Bạc và ven đường quốc lộ 18, một số sốngthành từng xóm nhỏ trong các hẻm núi, dọc các con suối lớn Nghề nghiệp chính làtrồng trọt, chăn nuôi với quy mô nhỏ với mục đích phục vụ gia đình

Chính trị, trật tự trị an khu mỏ rất ổn định, văn hoá giáo dục được nâng cao, ởmỗi xã đều có trường phổ thông cấp I, II, III và trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị

- Hệ thống giao thông: khu mỏ Tràng Bạch có hệ thống giao thông tương đốithuận lợi, phía Nam đường quốc lộ có đường 18A và là trục giao thông chính của vùngĐông Bắc Việt Nam Song song với quốc lộ 18A là đường sắt rộng 1,42m chạy từ BãiCháy (Quảng Ninh) đến Hà Nội Sát với khu vực phía Bắc là đường quốc lộ 18B.Ngoài những đường quốc lộ lớn ra còn có những đường liên xã, huyện, tỉnh và cácđường nội thị rất thuận tiện cho giao thông của khu mỏ voéi các nơi khác Cách khu

mỏ 2km có hệ thống sông Đá Bạc vì thế giao thông đường thuỷ cũng rất thuận lợi, tàutải trọng 3000 tấn có thể lưu hành dễ dàng Dọc theo sông Đá Bạc có các hệ thống cảngnhỏ hoạt động như: Cảng Điền Công (cũ là cảng Uông Bí) cách khu mỏ 10km về phíaĐông Nam, cảng Bến Cân (cũ là cảng Mạo Khê) cách 10km về phía Tây, Cảng YênĐức cách cảng Bến Cân khoảng 4km về phía Đông Nam.

Điều kiên địa chất công trình địa chất thủy văn

a Đặc điểm ĐCCT của đất đá trầm tích chứa than

Trầm tích chứa than bao gồm các loại đá sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết đá sét

và các vỉa than Các lớp đá hạt thô có chiều dày lớn được phân bố ở phần phía Bắc khu mỏ

Sạn kết: Các lớp sạn kết phân bố chủ yếu từ vách vỉa 1(36) trở lên, chiều dày

lớp thay đổi từ mỏng đến trung bình, có xu hướng tăng dần theo mức cao địa tầng (Lỗkhoan LK.78,79, 93 ) Từ trụ vỉa 1(36) trở xuống, sạn kết thường có chiều dày mỏng,nằm xen kẽ các lớp cát kết hạt trung đến hạt thô Sạn kết có thành phần chính là thạchanh (75%), xi măng gắn kết là sét, xerixit kiểu lấp đầy Trong tầng sạn kết, khe nứt ítphát triển các lớp sạn kết tương đối vững chắc điều này được chứng minh qua các mẫulấy được của các lỗ khoan, mẫu lấy được thường rất cứng rắn

Cát kết: Bao gồm các loại từ hạt min đến hạt thô, thành phần chính là thạch anh

(>75%), xi măng gắn kết là Xerixit đôi khi là Hydroxit sắt kiểu lấp đầy Trong các lớpcát kết đới nứt nẻ phát triển chủ yếu từ mức -250 trở lên còn từ -250 trở xuống mức độnứt nẻ giảm dần Các khe nứt thường phát triển theo nhiều phương, độ hở của khe nứtnhỏ, trong các khe nứt thường có oxit sắt hoặc thạch cao bám

Bột kết: Bột kết gồm hạt mịn và hạt thô, thành phần chính là thạch anh, silic,

sét, ximăng gắn kết là sét, xerixit hoặc cacbonat dạng lấp đầy Các lớp bột kết thườngnằm xen với các đá sét hoặc cát kết, do đó chiều dày biến đổi khá mạnh từ vài centimetđến vài chục mét Nhiều chỗ bột kết cũng là vách trụ trực tiếp của các vỉa than Đá bộtkết thuộc loại chứa nước kém, mức độ nứt nẻ kém phát triển

Sét kết: Màu xám đen phân lớp mỏng Sét kết thường là vách trụ trực tiếp của

các vỉa than nằm xen kẽ với các lớp bột kết, cát kết hạt nhỏ Chiều dày biến đổi khámạnh Thành phần chính chủ yếu là sét, silic, và ít thạch anh Đá thuộc loại đá mềmyếu rất dễ vỡ theo mặt lớp chúng thường bị sập lở ngay khi khai thác than Các lớp đásét ít có khả năng chứa nước hoăc thấm nước

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá khu mỏ

Tên đá C.độ K.nén

(kG/cm2)

C.độK.kéo(kG/cm2)

Khối lượngthể tích(g/cm3)

Khối lượngriêng(g/cm3)

Góc nội

ma sát(ϕ0)

Lựcdínhkết(kG/c

m2)

Sạn kết 2796 - 192,4

2,70 - 2,492,58

2,77 - 2,562,67

2,78 - 2,242,63

2,72 - 2,392,79

370 - 26 0

320

525 128319,54

-Bột kết 2235 - 64,80

718,81

119 - 33,080,60

2,87 - 2,442,66

2,74 - 2,412,84

360

-27 300 ’

320

433 70227,02

-Sét kết 166,6 - 65,0

2,72 - 2,342,87

Trong vỉa có từ 0 [V.4(39)] đến 14;19 [V.9b(44b) lớp kẹp Những lớp kẹp này cũnggây khó khăn khi khai thác các vỉa có chiều dày lớn Các vỉa than rất dốc, về phía Tây khu mỏ các vỉa thường dốc trên 40o, về phía Đông các vỉa than thoải dần, nhưng chiều dày vỉa thường mỏng, không ổn định

b Đặc điểm cơ lý đá vách, trụ vỉa than

Các lớp đất đá ở vách trụ vỉa than thường là đá sét, hoặc bột kết đôi khi là cátkết hạt mịn, chiều dày biến đổi theo đường phương và hướng dốc ở khu vực cánh Namkhu mỏ các lớp vách trụ vỉa than thường là sét có tính bền vững kém Dần lên phía Bắc

(Khu vực vỉa 46) trở lên vách trụ thường là bột kết hoặc cát kết hạt mịn khá dày vàtương đối vững chắc

Nhìn chung, các lớp đá vách trụ vỉa than thường biến đổi phức tạp, chiều dày không ổn định Mức độ duy trì không liên tục nhất là các lớp vách, trụ vỉa than khu vựcphía nam Hầu hết các đá vách trụ đều có tính bền vững kém

Vách giả: Vách giả nằm sát vỉa than, chiều dày vỉa từ 0,2m đến 0,5m Vách này

bị sập lở ngay khi khai thác than

Đá vách giả thường là sét kết, sét than Cường độ kháng nén thấp, thường xếpvào nhóm 1 ÷ 2

Vách trực tiếp : Vách trực tiếp nằm trên vách giả, thường là sét kết, bột kết, đôi

khi cả cát kết Vách này chỉ bị sập đổ sau khi tháo các vì chống Chiều dày vách trựctiếp được tính theo công thức sau đây:

M

H =

K - 1

H: Chiều dày vách trực tiếp

M: Chiều dày khai thác

K: Hệ số lấy từ 1,20 ÷ 1,25

Vách cơ bản: Vách cơ bản nằm trên vách trực tiếp, đá vách thường là cát kết,

sạn kết, đôi khi bột kết cứng rắn Vách cơ bản chỉ bị sập đổ khi phá hoả hoàn toàn

Gồm nhiều nhánh suối nhỏ chảy vào hai suối lớn Đồng Chanh và Khe Trâm.Các suối chảy theo hướng Nam - Bắc,vuông góc hoặc gần vuông góc với đườngphương đất đá là điều kiện thuận lợi làm xuất lộ vỉa than Đặc điểm chung các suối nàylà: chiều dài ngắn, độ dốc lớn, lòng suối hẹp, nước nông chỉ có vào mùa mưa, còn mùakhô hầu như không có nước Vật chất trong đó gồm các loại đá nhỏ kích thước khácnhau, nằm hỗn độn không theo trật tự nhất định Nhìn chung suối cánh Bắc gồm có cáccon suối nhỏ, độ dốc lòng suối lớn, chỉ có nước về mùa mưa nên ít có khả năng ảnhhưởng trực tiếp đến việc khai thác các vỉa than ở tầng dưới Mạng sông, suối nhỏ phân

bố trên sườn núi cánh Nam được chảy tập trung vào các con suối lớn là Tràng

Bạch,Yên Dưỡng và suối Cửa Ngăn Các suối này lưu lượng phụ thuộc chặt chẽ vào vũlượng trong vùng.

Suối Tràng Bạch (Đèo Vàng): Suối có lưu vực rộng, thực vật phát triển, có

nhiều suối nhánh, lưu lượng Q = 6,566l/s - 2113,2l/s Mùa mưa mực nước dâng cao từ1,2m đến 1,7m Hệ số biến đổi lưu lượng từ 8 đến hàng trăm lần Độ PH của nước từ5,9 đến 7,4, nước có tính ăn mòn kim loại, đối với bê tông ăn mòn yếu Loại hình hoáhọc của nước là Clorua - Bicacbonat Natri đến Sunphat Clorua, Natri Kali

Suối Cửa Ngăn: Dài khoảng 4Km bắt nguồn từ dãy núi Tam Tầng, chảy theo

hướng Bắc - Nam, gần như vuông góc với đường phương của đất đá và các vỉa than.Lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào lượng mưa trong vùng và có tính chất theo mùa,lưu vực suối khoảng 4.83Km2 Vật chất trong lòng suối bao gồm các loại tảng có kíchthước khác nhau từ 0.3m đến 1.0m ở đàu nguồn, càng về phía cuối nguồn kích thướchạt giảm dần chỉ còn là sỏi, sạn, cát

Suối Yên Dưỡng: Nằm giữa khu vực tuyến XIX và XX, dài khoảng 3.5Km,

chảy theo hướng bắc nam Suối này bắt nguồn sâu trong dãy núi Tràng Bạch - Uông Bí

do đó hai bờ dốc đứng, cây cối tương đối rậm rạp Phiá trên thượng nguồn thì dốc, lòngsuối hẹp, rộng từ 1.0m đến 1.5m Vật chất trong lòng suối gồm có các loại đá tảng đếncát kết và bột kết Dọc xuống phía dưới hạ nguồn thì lòng suối mở rộng dần ra 2-3mđôi chỗ đến 4m và chứa nhiều vật chất hơn Lưu lượng của suối phụ thuộc vào lượngmưa trong vùng Mực nước và tốc độ dòng chảy có thể lên cao nhanh nhưng nước rútcũng rất nhanh Tuy nhiên, suối Yên Dưỡng ít có khả năng gây ngập do hai bên bờ suốicao, ở hạ nguồn nhân dân đắp đập lấy nước phục vụ nông nghiệp

Nhìn chung những suối trên đều phụ thuộc chủ yếu vào vũ lượng trong vùng.Mùa khô chúng là miền thoát nước của các tầng chứa nước dưới đất, mùa mưa có thểlại cung cấp cho các tầng chứa nước

Trầm tích Đệ tứ chủ yếu phân bố hầu khắp khu mỏ, chiều dày trầm tích biến đổi lớn.Trên các sườn núi chiều dày từ 1.5m 5m, ở các thung lũng, ven suối chiều dày từ5,0m 10,0m đặc biệt ở vùng đồng bằng cánh Nam chiều dày lên đến 50m hoặc lớnhơn

Do chiều dày và mức độ chứa nước ở phần núi cao và đồng bằng khác nhau nên nước ởhai phần này cũng khác nhau Phần núi cao do địa hình cao và dốc, đất đá chủ yếu là

cuội, sỏi, sét và trên cùng là cát nhưng hàm lượng không cao nên nước ít hoặc khôngtồn tại và nếu có cũng chỉ vào mùa mưa.

Phần đồng bằng và ven suối đất đá chứa nước là cát hạt nhỏ, hạt trung, sạn, sỏi và lớpcuội nằm dưới cùng trực tiếp lên đá gốc Mức độ xuất hiện điểm lộ không nhiều, lưulượng lớn nhất cũng chỉ 0.237l/s (Điểm Lộ.9)

Thành phần hoá học trong trầm tích Đệ Tứ có độ pH biến đổi từ 5.5 6.0 Tổng dộkhoáng hoá cao nhất là 0.163g/l

Công thức Cuốclôp có dạng:

e.

Nhìn chung phức hệ chứa nước trong trầm tích Đệ Tứ thuộc loại nghèo nước, các lớpchứa nước chỉ phân bố tập chung ở phần đồng bằng phía Nam khu mỏ Nước mưa,nước mặt là nguồn cung cấp trực tiếp cho phức hệ chứa nước trầm tích Đệ Tứ Đối vớiviệc khai thác hầm lò, phức hệ chứa nước này ít có khả năng ảnh hưởng

Nước trong tầng chứa than

Hệ Triat - thống thượng, bậc Nori - Reti (T 3 n - r) hg.

Tầng chứa nước (T3 n-r)hg được chia thành 3 phụ tầng như sau:

+ Nước trong trầm tích Hệ Triat - thống thượng bậc Nori -bậc Reti Hòn Gai trên(T3 n - r) 3 hg Tầng chứa nước này dày khoảng 500m, nằm tiếp xúc với tầng (T3 n -r)2hg, dưới mặt bào mòn vách vỉa 24(59) Các nhịp trầm tích thuộc tướng lòng sông,chiền sông, bao gồm các lớp đá hạt thô, có các lớp mịn nằm xen kẽ Qua tài liệu các lỗkhoan trên tuyến XV, XVII, XIX thấy các loại đá bị nứt nẻ mạnh theo nhiều hướng.Trong các khe nứt có vật chất oxyt sắt và thạch cao

Nước trong tầng (T3 n - r)3hg có tính chất áp lực cục bộ LK59-T.XV có Q =

0.178l/s, LK74-T.XIX có Q = 0.349l/s Chiều sâu gặp nước áp lực thường 150m 200m LK48-T.XVIII gặp 3 lớp chứa nước áp lực phun ở các độ sâu 60m ( với Q =0.155l/s), 125m (với Q = 0.045l/s), 202m (với Q = 0.350l/s), chiều cao phun là

6 18 79

25

Ca K) (Na

HCO Cl

M

3 0.037

+

−

+6.10m Nhìn chung nước trong tầng này vận đông theo hướng Nam - Bắc Nước có

PHTB = 6.2, tổng độ khoáng hoá thường thấp 0.052  0.026 g/l, trung bình 0.038g/l

Biểu diễn thành phần hoá học theo công thức Cuốclôp

Nước có tên gọi: Bicácbonat - Cloruanatri - Canxi; và Clorua - Bicácbonat Natri.Nguồn cung cấp cho tầng nước này chủ yếu là nước mưa, ngấm qua lộ vỉa, các lớp đánứt nẻ, miền thoát chính là mạng sông suối nhỏ trong địa tầng

+ Nước trong trầm tích Hệ Triat - thống thượng bậc Nori-bậc Reti Hòn Gai giữa (T3 n r)2hg, nằm tiếp xúc với tầng (T3 n - r)1hg, tầng chứa nước này được mở rộng ở phần

-phía Đông và thu hẹp ở phần -phía Tây, chiều dày khoảng 1266m, chứa 50 vỉa than đạtgiá trị công nghiệp Đất đá có thành phần chính: sạn kết,cát kết và bột kết, đá sét Nướctrong tầng này chứa trong hệ thống khe nứt của sạn kết, cát kết

e Nước trong đứt gãy, khe nứt

Hầu hết các đứt gãy đều nằm về phía Nam khu mỏ (trừ đứt gãy F.3 nằm phíaBắc) và thường cắm rất dốc Trong đó F.B là đứt gãy lớn có tính chất khu vực đồngthời là ranh giới phân chia giữa hai tầng chứa nước (T3n - r)1hg và (T3 n - r)2hg Đất đá

trong các đới huỷ hoại bao gồm: bột kết, đá sét, sét than và các mảnh vụn cát kết, sạnkết nằm hỗn độn Điều đó chứng tỏ khả năng chứa nước trong các đứt gãy rất kém, đãđược chứng minh khi tiến hành khoan thí nghiệm lỗ khoan LK.8A có QMax = 0.235l/s,tương ứng q = 0.00798 l/ms, KTB = 0.00749 m/ng

Năm 1971 Lê Thứ Hưng đã so sánh kết quả bơm nứơc trong đứt gãy và kết quảbơm nước ngoài tầng thì ông cho rằng: Hệ số thấm trong đứt gãy nhỏ hơn hệ số thấmngoài đứt gãy từ 50 đến 300 lần và ông chỉ ra rằng đới đứt gãy là đới cách nước an toàn

và chỉ ảnh hưởng không đáng kể lớn trong khi khai thác

;

)

66

3 33

042

Mg Ca

K Na

HCO Cl

M

+

0 , 6

11 81

) (

31

3 68

026

HCO

Cl M

+

−

Hầu hết các đứt gãy trong vùng đã được nghiên cứu, song số lượng các côngtrình còn thưa, nên chưa đánh giá đúng về mức độ chứa nước và không chứanước.

Một số lỗ khoan ở vùng phân thuỷ của địa hình khi khoan qua đới nứt nẻ xảy

ra mất dung dịch trầm trọng (LK.93; 70; 81; …) Ngược lại một số lỗ khoan ở miền địahình thấp, khi khoa qua các lớp đá nứt nẻ chứa nước thì có nước phun như: LK.152phun ở chiều sâu 152.20m thuộc lớp cát kết hạt mịn, hạt trung, LK.65 phun ở chiều sâu162.50m (sạn kết), LK100 phun ở chiều sâu 54.50m

Kết luận về địa chất công trình địa chất thủy văn

Kết quả công tác nghiên cứu địa chất công trình khu mỏ than Tràng Bạch rút ramột số nhận định sau:

- Khu mỏ than Tràng Bạch có điều kiện địa chất công trình phức tạp, đá trầmtích không đồng nhất theo đường phương và hướng dốc Đặc biệt do hoạt động kiến tạomạnh trong khu vực, nên tính ổn định về địa chất công trình thường có những thay đổitrong phạm vi hẹp Tuy nhiên việc chống chèn trong khai thác hầm lò địa chất côngtrình không ở mức nghiêm trọng

- Trong quá trình khai thác hiện tượng bùng nền ít xảy ra Song cần lưu ý cácđường lò phải thoát nước, chống, chèn lò thật tốt nhằm đảm bảo an toànKết quả côngtác nghiên cứu Địa chất thuỷ văn khu mỏ than Tràng Bạch rút ra một số nhận định sau:

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về thành phần hoá học nước mặt và nước dưới đất đã cơ bản xác định được quy luật sự biến đổi các ion có trong nước, sự biến đổi

CO2 xâm thực, chúng có chiều hướng giảm dần giữa hai lần phân tích: mùa mưa và mùa khô

- Tính đóng cặn của nước thuộc loại căn nhỏ và rất nhỏ (125<H<250; H<125)

1.2.2 Giới thiệu về giếng nghiêng chính và khu vực nghiên cứu

1.2.1: Các thông số chính của nghiếng giêng

Tên công trình: Thiết kế đoạn giếng nghiêng

Giếng chính băng tải +27,6 ÷ –185 với góc dốc α=15o, góc phương vị trùng vớihướng bắc, giếng chính có chiều dài 816,6 mét, Sđ = 17.9 m2 , Sc = 15,5m2 Trong giếnglắp đặt băng tải loại 1 mét để vận tải than, đường xe 900 mm để duy tu, sửa chữa và tờivận chuyển người

Tọa độ giếng nghiêng chính: X = 32.223; Y = 359.530; Z = +27,6;

1.2.2 Điều kiện địa chất thủy văn

Do cùng nằm trong khu khai thác của mỏ lên điều kiện địa chất nhìn chunggiống vơi toàn khu mỏ

Đồ án này chủ yêu nghiên cứu về phần giêng chính có đất đá có hệ số trung bình

f = 4-7

1.2.3 Công dụng chính của giếng trong quá trình khai đà

Công trình thiết kế là một đoạn thân giếng nghiêng chính Đây là đường lò nằmnghiêng có lối thông trược tiếp ra mặt đất, công dụng chính để vận tải khoáng sản vàthoát gió bẩn cho mỏ hầm lò

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ KĨ THUẬT

2.1 XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MẮT CẮT NGANG GIẾNG NGHIÊNG

150

800

800 m

4 m

Hình 2.1 Trắc dọc công trìnhLựa chọn hình dạng sử dụng của giếng

Việc lựa chọn hình dạng sử dụng của giếng hợp lý chính là một trong những giảipháp nhằm đảm bảo độ ổn định của công trình, giảm tối thiểu công tác đào chống.Thường thì trong đá có độ ổn định cao, nếu chọn được mặt cắt ngang hợp lý thì có thểkhông phải chống Trên thực tế việc lựa chọn mặt cắt ngang giếng thường dựa vàonhững kinh nghiệm sau:

- Khi áp lực nóc là chủ yếu, nên chọn giếng nghiêng dạng hình vòm, tường thẳng

- Khi áp lực nóc và hông đều lớn nên chọn hình vòm tường cong

- Khi áp lực từ mọi phía với cường độ gần như nhau, mặt cắt ngang hình tròn hoặc vànhmóng ngựa là hợp lý nhất

- Khi áp lực không đều nhưng đối xứng ở nóc và nền, chọn hình dạng elip có trục dàitheo phương có áp lực lớn

- Nếu các giếng nghiêng chống bằng gỗ, bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạng thanh thẳnghoặc thanh kim loại thẳng, thì hợp lý nhất là chọn mặt cắt ngang dạng hình thang, hìnhchữ nhật hay hình đa giác

Xét về độ ổn định thì mặt cắt ngang hình tròn là ổn định nhất

Yếu tố tự nhiên: Điều kiện địa chất - địa chất thủy văn, áp lực đất đá xung quanhcông trình (độ ổn định của đất đá).

Yếu tố kỹ thuật công nghệ: Công nghệ thi công, loại vật liệu được chọn chốnggiữ, vị trí chức năng sử dụng của công trình ngầm, quy mô đầu tư

Hiện nay trong xây dựng các giếng nghiêng tự nhiên của nước ta, thường sửdụng các giếng nghiêng có tiết diện ngang phổ biến là: Hình chữ nhật, hình thang, hìnhvòm bán nguyệt tường thẳng

Do các điều kiện về địa chất và điều kiện đất đá tương đối ổn định nên ta chọnhình dạng tiết diện ngang giếng nghiêng là dạng vòm bán nguyệt, tường thẳng

Việc lựa chọn hình dạng sử dụng của giếng hợp lý chính là một trong những giảipháp nhằm đảm bảo độ ổn định của công trình, giảm tối thiểu công tác đào chống.Thường thì trong đá có độ ổn định cao, nếu chọn được mặt cắt ngang hợp lý thì có thểkhông phải chống Trên thực tế việc lựa chọn mặt cắt ngang giếng thường dựa vàonhững kinh nghiệm sau:

- Khi áp lực nóc là chủ yếu, nên chọn giếng nghiêng dạng hình vòm, tường thẳng

- Khi áp lực nóc và hông đều lớn nên chọn hình vòm tường cong

- Khi áp lực từ mọi phía với cường độ gần như nhau, mặt cắt ngang hình tròn hoặc vànhmóng ngựa là hợp lý nhất

- Khi áp lực không đều nhưng đối xứng ở nóc và nền, chọn hình dạng elip có trục dàitheo phương có áp lực lớn

- Nếu các giếng nghiêng chống bằng gỗ, bê tông cốt thép đúc sẵn theo dạng thanh thẳnghoặc thanh kim loại thẳng, thì hợp lý nhất là chọn mặt cắt ngang dạng hình thang, hìnhchữ nhật hay hình đa giác

Do các điều kiện về địa chất và điều kiện đất đá tương đối ổn định nên ta chọnhình dạng tiết diện ngang giếng nghiêng là dạng vòm bán nguyệt, tường thẳng

lò và kiến nghị các biện pháp gia cố ổn định.

a)Một số phương pháp phân loại khối đất đá

 Phương pháp đánh giá theo chỉ tiêu RQD

Năm 1996, Deere đề xuất phương pháp RQD (Phương pháp chỉ số chất lượng đá – Rock Quality Designation) đê phân loại khối đá Tác giả đề nghị sử dụng tỉ số giữa tổng chiều dài các thỏi khoan ∑L10 có chiều dài không nhỏ hơn 10cm, khi đường kính

lõi khoan là 5cm và chiều dài đoạn lỗ khoan được khảo sát Ltp:

Bảng 2.1 Phân loại khối đá theo Deere.

 Phương pháp đánh giá theo chỉ tiêu RMR

Năm 1973, Bieniwaski đã đưa ra bảng phân loại khối đá, sử dụng trong xây dựng côngtrình ngầm theo thang điểm số khối đá RMR (Rock Mass Rating), có chú ý đến 6 yếu

tố ảnh hưởng khác nhau, xác định theo biểu thức:

RMR= I1 + I2 + I3+ I4 + I5 + I6 ; Trong đó:

I1- tham số xét đến độ bền nén đơn trục của đá;

I2- tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;

I3- tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4- tham số thể hiện trạng thái các khe nứt;

I5- tham số thể hiện điều kiện nước ngầm;

I6- tham số thể hiện tương quan giữa thế nằm của các lớp và hướng đào

Bảng 2.2 Phân loại khối đá theo Bieniawski

Chỉ tiêu RMR (%) Phân loại chất lượng

b) Đánh giá sơ bộ chất lượng khối đá xung quanh đường lò

Đường lò thiết kế đi qua đá cát kết thường có màu xám tro, xám sáng, cấu tạo phân lớp dày, một số nơi cấu tạo khối, khe nứt phát triển, mật độ khe nứt thấp trung bình từ 8÷12 khe/m2 , độ cứng f=10

Chất lượng khối đá ở mỏ Mạo Khê được đánh giá theo bảng dưới đây:

Bảng 2.3 Đánh giá chất lượng khối đá ở mỏ Mạo Khê

Hình 2.4 Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống.

Theo bảng 2.1, 2.2 và 2.3 có thể đánh giá sơ bộ công trình ngầm đào qua lớp đất đá trung bình

Theo hình 2.4 (Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống của Bieniawski), với giá trị RMR = 52 thì khẩu độ không chống tối đa là 15m tương ứng với thời gian ổn định không chống là 24giờ

Từ sự đánh giá mức độ ổn định không chống của đường lò ở trên, dựa vào sơ đồlựa chọn loại hình kết cấu chống cho công trình ngầm theo Cumming & Kendoski

(1982) (hình 2.5) ta có thể lựa chọn sơ bộ kết cấu chống cho công trình ngầm

Hình 2.5 Sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống hợp lý cho công trình ngầm theo

Cumming & Kendorski 1982.

Với giá trị RMR = 52, ta chọn kết cấu chống cho đường lò là khung thép

Từ các thông số cơ lý của đá ta tính được góc ma sát trong của đá theo côngthức:

Từ đó ta xác định được độ bền nén đơn trục của khối đá Theo phương pháp xácđịnh độ kiên cố của GS Protodiakonov ta có:

Trong đó:

: Độ bền nén đơn trục của mẫu đá, kG/cm2

Từ đó ta có:

= 100.f = 100×8 =800 (kG/cm2)Như vậy, qua đánh giá sơ bộ với cường độ kháng nén của của mẫu đá (kG/cm2)

ta nhận thấy khối đá xung quanh công trình ngầm có độ ổn định trung bình

2.2: LỰA CHỌN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ

Vì công trình thuộc loại đường lò cơ bản, có thời gian tồn tại song song với thờigian tồn tại của mỏ hầm lò nên kết cấu chống phải đảm bảo độ bền sử dụng trong thờigian dài Vì toàn bộ đoạn thân giếng được đào qua lớp đá đồng nhất cứng ổn định thêmvới thời gian sử dụng dài tới 30 năm nên ta lựa chọn sơ bộ kết cấu chống cho đường lò

là khung chống bằng thép lòng máng SPV - 27

Hình 2.6 : Mặt cắt ngang của vì thép SVP-27 Bảng 2.4: Đặc tính kỹ thuật của thép SVP-27

2.3 TÍNH TOÁN ÁP LỰC MỎ

Mặt cắt ngang đường lò khai đào có dạng tường thẳng vòmbán nguyệt vớicácthông số như sau:

Chiều rộng đường lò : 5.6 mBán kính phần vòm : 2.8 mChiều cao phần tường thẳng : 0.9 m

Hình 2.7: Mặt cắt ngang tiết diện sử dụng thân giếng

Do phần thân và đáy giếng được bố trí ở độ sâu tương đối lớn nên để xác định

áp lực đát đá tác dụng lên đường lò áp dụng giả thuyết của Tximbarevich, sơ đồ tínhtoán như hình 2.2:

L - bước chống, m;

γ - Trọng lượng thể tích trung bình của đất đá phần thân lò, γ =2,65 T/m3;

α

- góc nghiêng của đườnglò, α = 150;

h0 - chiều cao vòm phá huỷ của đất đá nóc lò, xác định theo công thức:

Trong đó:

f – hệ số kiên cố của đất đá, f = 8;

A – chiều rộng vòmáp lực, A được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

Bđ – chiều rộng đường lò khi đào, Bđ =6,1 m;

h – chiều cao đường lò khi đào, h = ht+R = ht+Bđ/2 = 0.9+2.8 = 3.7 m;

ϕ - góc ma sát trong của đất đá, ϕ = arctan(f) = arctan(7) = 81.87

Thay vào công thức ta được:

Từ đó ta tính được:

Vậy áp lực nóc của đường lò:

qn = L×2,65×0,41×cos15o = 1,06.L (T/m)

2.3.2 Tính toán áp lực tác dụng vào phần sườn đường lò

Áp lực sườn của đất đá xung quanh đường lò tác dụng lên một khung chốngđược xác định theo công thức:

h – chiều cao đường lò khi đào, h = 3.7 m;

ho – chiều cao vòm phá hủy, ho = 0,41 m;

φ - góc ma sát trong của đất đá xung quanh lò, φ = 81.870;Thay các giá trị vào công thức ta được:

Vì chiều sâu vòm phá hủy của đất nền rất nhỏ (0,1 cm) Nên áp lực nền gây racho đường lò rất nhỏ, do vậy ta bỏ qua áp lực nền.

Bđ = B1 + 2×250 =5600+2×250 = 6100 = 6,1 (m)

B1 – chiều rộng sử dụng của đường lò, B1 = 5,6 m;

Khi đó chiều cao khai đào sẽ là:

Diện tích đào là:

Vì nội lực được sinh ra tại miền trung hòa của vì chống nên ta có các thông số

để tính nội lực trong kết cấu chống như sau:

Chiều cao tính toán:

Htt= Ht+Rsd + 0,5.bkct = 0.9 + 2,8 + 0,5×0,123 = 3.76 (m)Chiều rộng tính toán:

Btt = B+bkct = 5,6 + 0,123 = 5,723 (m)Bán kính tính toán:

Rtt = Btt/2 = 5,723/2 = 2,86 (m)

2.4.1 Xác định phản lực thừa của kết cấu

Sơ đồ hệ cơ bản của bài toán siêu tĩnh như Hình 2.3 sau đây:

Hình 2.10: Sơ đồ hệ cơ bản siêu tĩnh

Đây là một hệ siêu tĩnh chịu tải trọng đối xứng, do đó việc tính toán các giá trị

X y

nội lực ta sẽ tiến hành tính toán cho nửa vòm bên trái, phần còn lại lấy đối xứng Đểgiải bài toán này ta thay ẩn số bằng lực X như sơ đồ (Hình 2.10)

Phản lực thẳng đứng tại gối tựa

Mô men do lực X=1 tác dụng lên phần vòm

Mô men do ngoại lực gây ra trong phần tường

Mô men do ngoại lực gây ra trong phần vòm

X y

Q t

M t

N t

3,03L (T) 0,05L T/m

Thay số vào ta được:

Như vậy chiều của phản lực cần tìm ngược lại với chiều đã chọn ban đầu

2.4.2 Tính toán nội lực trong các bộ phận kết cấu chống

a, Sơ đồ tính toán nội lực cho phần tường

Hình 2.12: Sơ đồ mặt cắt phần tường

Mô men trong tường

Lực dọc trong phần tường

Lực cắt trong phần tường

Từ đó ta có kết quả tính nội lực cho cột như bảng sau:

Bảng 2.5 kết quả nội lực của nửa phần tường bên trái

Hình 2.15: Biểu đồ lực cắt Q

Chọn tấm chèn là bê tông cốt thép có kích thước b x h = 200 x 50 (mm), vớibước chống L = 0,7(m).Tính toán lượng cốt thép bố trí trong tấm chèn Tính toán tấmchèn được thực hiện bằng cách coi tấm chèn như dầm đặt trên 2 gối tựa, khoảng cách 2gối tựa bằng khoảng cách 2 vì chống (L = 0,7 m) Chịu tải trong phân bố đều của vòmphá hủy.

Tải trọng tác dụng lên 1 tấm chèn được xác định theo công thức sau:

3 Mmax

q

L

Hình 2.17: Sơ đồ tính tấm chèn

- Bỏ qua thành phần lực dọc và lực cắt Mô mem lớn nhất:

- Sơđồ tính toán cốt thép tấm chèn như hình vẽ:

Ru.b.x

R a F a F a

M

x/2 x/2

R u

h 0

a h

b

h x

Hình 2.18: Sơ đồ ứng suất trên tiết diện chữ nhật chịu uốn đặt cốt đơn

Bê tông sử dụng làm tấm chèn có mác 200 (Rn = 900 kG/cm2)

Cốt thép sử dụng nhóm AII: Hệ số Ra=2800kG/cm

Ta có: h = 5cm giả thiết chọn lớp bê tông bảo vệ có chiều dày a = 1,5 cm

Chiều cao làm việc của bê tông là: h0 = h – a = 5-1,5 = 3,5 cm

Nhận thấy: = 0,43 Vậy tấm chèn đủ bền

Tra bảng ta được: và

Diện tích tiết diện ngang cốt thép :

Cốt đai có thể lấy theo quy chuẩn về cấu tạo lựa chon cốt đai 6, khoảng cáchgiữa các cốt đai là 200mm, tương ứng với 4 cốt đai cho 1 tấm chèn dài 0,7m

Các tầm chèn được bố trí sát nhau.Số tấm chèn cần thiết cho 1 bước chống là:

Trong đó

P- là chu vi lò,không kể nền

2.6 Hộ chiếu chống giếng nghiêng

Kết cấu của vì chống SVP-27 gồm 1 xà và 2 cột được nối với nhau bằng gông.Gông được bắt vào vị trí kết cấu chống có momen bằng 0 Khoảng cách giữa hai gôngbằng 200mm, Gông được bắt cách 2 đầu xà và cột 100mm Đầu cột ôm vào đầu xà400mm Để cột chống không bị lún sâu vào đất đá, ta hàn một đoạn thép lòng mángnằm ngang tỳ vào đế cột

Hình 2.18 Kết cấu cột và xà cong của khung chống

123 148

29 123

B B

Hình 2.20: Mặt cắt ngang đường lò khi bố trí khung chống

Hình 2.21: Mặt cắt dọc đường lò khi có khung chống