Bài giảng thoát nước mỏ

Chương 1 ĐIỀU KIỆN NGẬP NƯỚC CỦA CÁC MỎ VÀ PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ 1.1. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NGẬP NƯỚC CỦA MỎ Dòng chảy vào mỏ chịu ảnh hưởng của chiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Đề thấy rõ những ảnh hưởng đó, chúng ta hãy xem xét một vùng mỏ cụ thể vùng Quảng Ninh. 1.1.1. Các yếu tố tự nhiên a) Lượng mưa: Vùng than Quảng Ninh là nơi có lượng mưa trung bình năm lớn. Nó đã có ảnh hưởng đến các dòng chảy vào các công trình khai thác. Về mùa mưa dòng chảy đạt gia trị cực đại, còn mùa khô đạt giá trị cực tiểu. Bảng 1.1: Dòng chảy vào các công trình khai thác than Mỏ than Công trình và mức khai thác (m) Dòng chảy nhiều năm (m3h) Hệ số biến đổi từng năm Trung bình Cực đại Cực tiểu Mông Dương Giếng 97,5 181,5 235,5 41,00 36 Cọc Sáu Moong 60,0 200,0 460,1 12,50 85 Cọc Sáu Q. Lợi Lò bằng 80,0 13,79 50,4 0,94 41 54 Đèo Nai Moong +122 183,3 431,2 20,81 62113 Đông Lộ Trí Lò bằng +130 132,81 915,8 24,20 11 90 Tây Khe Sim Lò bằng +130 66,31 181,8 12,60 1015 Hà Lầm Lò bằng 16 43,18 124,9 12,14 610 Mạo Khê Lò bằng +56 149,8 575,0 46,20 811 Vàng Danh Lò bằng +122 288,98 3313,9 46,00 2672 Cánh Gà Lò bằng +135 33,65 127,0 9,00 68 Hiện tượng ngập nước ở các mỏ sau các trận mưa lớn xảy ra gần như thường xuyên. Tại các mỏ Hà Lầm có năm cột nước trong lò tới 1,4 – 1,6m (bảng 1.2).

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT BÀI GIẢNG THOÁT NƯỚC MỎ Hà Nội, 2016 Chương ĐIỀU KIỆN NGẬP NƯỚC CỦA CÁC MỎ VÀ PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ 1.1 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NGẬP NƯỚC CỦA MỎ Dòng chảy vào mỏ chịu ảnh hưởng chiều yếu tố tự nhiên nhân tạo Đề thấy rõ ảnh hưởng đó, xem xét vùng mỏ cụ thể - vùng Quảng Ninh 1.1.1 Các yếu tố tự nhiên a) Lượng mưa: Vùng than Quảng Ninh nơi có lượng mưa trung bình năm lớn Nó có ảnh hưởng đến dòng chảy vào công trình khai thác Về mùa mưa dòng chảy đạt gia trị cực đại, mùa khô đạt giá trị cực tiểu Bảng 1.1: Dòng chảy vào công trình khai thác than Dòng chảy nhiều năm (m3/h) Công trình Hệ số Mỏ than mức khai thác biến đổi Trung Cực đại Cực tiểu (m) năm bình Mông Dương Giếng -97,5 181,5 235,5 41,00 3-6 Cọc Sáu Moong -60,0 200,0 460,1 12,50 85 Cọc Sáu- Q Lợi Lò -80,0 13,79 50,4 0,94 41-54 Đèo Nai Moong +122 183,3 431,2 20,81 62-113 Đông Lộ Trí Lò +130 132,81 915,8 24,20 11-90 Tây Khe Sim Lò +130 66,31 181,8 12,60 10-15 Hà Lầm Lò -16 43,18 124,9 12,14 6-10 Mạo Khê Lò +56 149,8 575,0 46,20 8-11 Vàng Danh Lò +122 288,98 3313,9 46,00 26-72 Cánh Gà Lò +135 33,65 127,0 9,00 6-8 Hiện tượng ngập nước mỏ sau trận mưa lớn xảy gần thường xuyên Tại mỏ Hà Lầm có năm cột nước lò tới 1,4 – 1,6m (bảng 1.2) Bảng 1.2: Tình hình ngập nước công trình khai thác sau trận mưa mỏ Hà Lầm Năm Đặc điểm trận mưa Tình hình ngập nước công trình Thời gian kéo Lượng mưa khai thác dài (ngày) (mm) 1990 359,9 Lò Hữu Nghị ngừng khai thác 1992 309,4 Lò vận chuyển mức -50 bị ngập với cột nước cao 1,4 m 1994 437,3 Vẫn lò bị ngập với cột nước cao 1,0m 1995 717,9 Toàn mỏ bị ngập Tùy thuộc vào phương pháp khai thác (lộ thiên hầm lò), chiều sâu khai thác, hệ thống biến đổi (tỷ số dòng chảy trung bình cực đại dòng chảy trung bình cực tiểu) không giống (xem bảng 1.1) Đối với mỏ lộ thiên Cọc Sáu, Đèo Nai hệ số biến đổi dòng chảy 62-113; mỏ khai thác hầm lò hệ số từ 3-54 Ở mỏ dòng chảy chịu ảnh hưởng dòng mặt Vàng Danh, Mông Dương hệ số biến đổi dòng chảy đạt 72 Trị số dòng chảy vào công trình khai thác hầm lò tăng sau trận mưa từ đến 36 Lưu lượng nước dòng chảy vào công trình khai thác than Vùng Quảng Ninh có quan hệ đường thẳng với lượng mưa Hệ số tương quan r = 0,617 – 0,903 b) Địa hình khu vực: Phần lớn mỏ than Quảng Ninh nằm vùng đồi núi Địa hình bị phân cắt mạnh, tạo điều kiện thuận lợi cho thoát nước mặt Mô - đun dòng chảy chung 26,5 – 53,2 l/s.km2 Trong vùng phân thủy mực nước ngầm nằm sâu (60-70m) Các công trình khai thác vùng thường nước Ví dụ, Mạo Khê khai thác vỉa lò BM/5 có độ cao tuyệt đối cửa lò +248,5m thực tế nước Những công trình nằm vùng thung lũng sông suối thường có lượng nơpcs chảy vào lớn Dòng chảy trung bình năm sau tram xi măng đoạn lòng suối nằm lò công trình +122 mỏ Vàng Danh đạt tới 200-300 chí 500 m3/h Trên sở số liệu dòng chảy thực tế đo thời gian khôi phục lò +122 Vàng Danh Đ.I.Dêlênôpxki lập mối tương quan dòng chảy lượng mưa vùng đỉnh phân thủy vùng thung lũng Kết cho thấy, vùng thung lũng lượng mưa chảy vào lò chiếm 80-85%, vùng phân thủy chiếm 15-20% tổng dòng chảy chung c) Quá trình thấm dòng mặt: Quá trình thấm nước từ dòng chảy qua gần mỏ làm cản trở cho công tác khai thác than kể lộ thiên hầm lò tăng dòng chảy vào công trình khai thác Tại mỏ Mông Dương để lại trụ bảo vệ, công trình địa tầng -97,0m cách sông Mông Dương 300m, xảy tượng nước từ phía sông chảy vào theo lớp sa thạch, cuội kết nứt nẻ với lưu lượng 8-10 m3/h Lưu lượng dòng chảy vào công trình khai thác có quan hệ đường thẳng với lưu lượng dòng mặt Hệ số tương quan r=0,775 d) Thành phần thạch học: Tiến hành xác định loại đá có tính thấm nước tỷ lệ chiều dày chúng Ví dụ vùng than Quảng Ninh đất đá chứa nước thấm nước tốt cuội, sạn, cát kết nứt nẻ Đất đá không chứa nước thấm nước yếu bột, sét kết than Do khác tỷ lệ đất đá chứa nước cách nước nên điều kiện lưu lượng chảy vào công trình khai thác, tiến hành thống kê tỷ lệ đá thấm nước tốt so với bề dày chung Kết cho thấy đá thấm nước tốt chiếm 3972% tổng bề dày địa tầng chứa than Tỷ lệ trung bình dải Mạo Khê – Bãi Cháy 58%, dải than Bảo Đài – Yên tử 55,5%, Dải than Hòn Gai – Cẩm Phả 54% Đặc điểm nhân tố chủ yếu làm cho dòng chảy vào công trình khai thác than vùng Quảng Ninh có trị số không lớn đ) Mức độ nứt nẻ đá: Nước đất vùng nghiên cứu chủ yếu chưa khe nứt (phong hóa, kiến tạo) Đới nứt nẻ mạnh đạt tới chiều sâu 150-200m Từ độ sâu 150 – 200m trở xuống mức độ nứt nẻ hệ số thấm đá giảm dần Bảng 1.3: Sự thay đổi hệ số thấm theo chiều sâu vùng than Quảng Ninh Dải than Đến 50 Hệ số thấm trung bình (m/ng) theo chiều sâu (m) 50- 100- 150- 200- 250- 300- 350- 400100 150 200 250 300 350 400 450 450500 Hòn Gai0,119 0,029 0,037 0,020 0,015 0,014 0,014 0,011 0,009 0,009 Cẩm Phả Bảo Đài0,125 0,060 0,054 0,050 0,012 0,010 0,008 0,003 Yên Tử Mạo Khê 0,183 0,130 0,116 0,067 0,053 0,030 0,022 0,018 – Bãi Cháy Về mặt toán học quan hệ biểu thị biểu thức: Lgk = a+b.Z Trong đó: k – hệ số thấm, m/ng; Z – Chiều sâu nghiên cứu, m; a, b – thông số Đối với dải than vùng Quảng Ninh hệ số a thay đổi từ -0,63 đến -1,17 b từ -0,0031 đến -0,0034 Bảng 1.4: Các thông số a b Thông số Hệ số tương quan Dải than r a b Bảo Đài – Yên Tử -1,1112 -0,0032 -0,67 Mạo Khê – Bãi Cháy -0,6293 -0,0031 -0,57 Hòn Gai – Cẩm Phả -1,1686 -0,0034 -0,62 Mức độ nứt nẻ đá giảm theo chiều sâu nguyên nhân chủ yếu dẫn đến thay đổi tính thấm tính chứa nước chúng Bảng 1.5: Sự thay đổi độ dẫn nước tỷ lưu lượng lỗ khoan theo chiều sâu Độ dẫn nước trung bình Tỷ lưu lượng trung bình Chiều sâu (m) (m /ng) (l/s.m) Đến 200m 3,94 0,0414 Từ 200 đến 300m 1,81 0,0239 g) Các đứt gãy kiến tạo: Vùng than Quảng Ninh nằm vùng uốn nếp Đông Bắc Việt Nam Toàn diện tích chứa than chia thành nhiều khối 220 đứt gãy lớn nhỏ khác Diện tích trung bình khối 1,37 – 7,13 km2 Ở mỏ than Vàng Danh, Mạo Khê, Đông Lộ Trí số mỏ khác nhận thấy, mét lõi khoan đới phá hủy kiến tạo có tới 10-50 khe nứt, điều kiện bình thường đạt 5-7 khe nứt Song, tất đứt gãy chứa nước Các đứt gãy vĩ tuyến có đới phá hủy bị nén ép mạnh, khe nứt đứt gãy bị lấp đầy vật chất vỡ vụn đất đá lân cận Do đó, mức độ chứa đới phá hủy hệ thống đứt gãy vĩ tuyến không lớn lắm, lượng nước chảy vào công trình khai thác từ đứt gãy không đáng kể Đất đá đới phá hủy đứt gãy kinh tuyến nứt nẻ mạnh, nên chứa nước tốt Các công trình khai thác qua đới phá hủy đứt gãy gặp nước chảy vào nhiều Lưu lượng đạt tới 9-10 m3/h (khi đào đường hầm xe lửa từ Khe Chàm qua Tây Khe Sim) 1.1.2 Các nhân tố nhân tạo Quá trình xây dựng xí nghiệp mỏ khai thác than ảnh hưởng lớn đến cung cấp thoát nước đất a) Chiều sâu diện tích khai thác: Các công trình khai thác moong, giếng, lò miền thoát nước cục tầng, phức hệ chứa nước Nhờ tài liệu quan trắc số mỏ xác định lưu lượng thoát từ công trình khai thác mỏ Đông Lộ Trí, Tây Khe Sim, Hà Lầm Mông Dương cao trình khác (xem bảng 1.6) Các số liệu bảng 1.6 cho thấy lượng nước chảy vào đơn vị diện tích khai thác mỏ có độ sâu lớn nhỏ mỏ có độ sâu nông Khác với mở rộng khai thác theo chiều sâu, mở rộng khai thác theo diện tích lại tạo điều kiện cung cấp thuận lợi cho nước đất Nhiều moong khai thác trở thành hồ chứa nước cung cấp thường xuyên cho nước đất, hồ Para Lộ Trí, Moong số số Tân Lập… Bảng 1.6: Dòng chảy vào công trình khai thác mức khác Mỏ Đông Lộ Trí Tây Khe Sim Hà Lầm Mông Dương Công trình khai thác Lò Bằng Lò Bằng Lò Hữu Nghị Lò Đông Lò Giếng Mức khai thác (m) +130 +130 -16 -50 -97,5 Diện Tổng Dòng chảy tích khai dòng chảy đơn vị thác (m3/h) (m3/h.km2) (km2) 0,78 132,81 170,24 0,35 66,312 189,46 0,70 43,18 61,69 0,72 23,64 32,83 0,203 83,086 17,03 Ngay trình thi công công trình khai thác quan sát thấy dòng chảy vào công trình tăng theo mở rộng diện tích chúng Giữa dòng chảy vào công trình chiều sâu khai thác có quan hệ đường thẳng Hệ số tương quan r từ -0,629 đến -0,668 b) Nổ mìn đào lò: Việc nổ mìn trình đào lò gặp đá cứng làm cho đá xung quanh lò nứt nẻ mạnh Kết làm tăng tính thấm tính chứa nước chúng Điều chứng minh kết bơm nước từ lỗ khoan nằm đới ảnh hưởng công trình hoạt động Thí dụ, mỏ Lộ Trí, trước nổ mìn tỷ lưu lượng bơm nước thí nghiệm lỗ khoan 110 phạm vi mỏ đạt 0,0086 – 0,08 l/s.m, sau nổ mìn tăng tới 0,29 l/s.m c) Các công trình khai thác bỏ: Các công trình khai thác ngừng hoạt động nơi tích tụ nước Chúng gây bục nước vào công trình khai thác chạy qua Hiện tượng xảy mỏ Kế Bào, Mông Dương, Thống Nhất, Lộ Trí, Vàng Danh với lưu lượng nước ban đầu lớn, đạt tới 1105,2 m3/h 1.2 SỰ TẠO THÀNH DÒNG CHẢY VÀO CÁC CÔNG TRÌNH MỎ Dòng chảy vào công trình mỏ thành tạo từ nhiều nguồn nước khác Muốn đánh giá nguồn nước riêng biệt cần phải tổ chức nghiên cứu lâu dài nguồn nước tham gia thành tạo dòng chảy Khi khai thác mỏ phương pháp lộ thiên hầm lò, công trình mỏ bị ngập nước nhiều nguồn khác Trên sở phân tích tài liệu thực tế dòng chảy chung (Qchung) vào công trình khai thác (vào moong đồng mỏ) biểu diễn dạng phương trình cân nước sau đây: Q t Q dh Q chung = Q d + + + Q kt t t Trong đó: Qd – trữ lượng động tự nhiên tầng chứa nước cần tháo khô giai đoạn khai thác mỏ; Qt Qdh - trữ lượng tĩnh trữ lượng đàn hồi tầng chứa nước; Qkt – lượng nước kéo theo thấm nước mặt thấm xuyên nước từ tầng chứa nước quặng; t – thời gian khai thác Nghiên cứu đánh giá câu trúc cân dòng chảy chung vào công trình mỏ vấn đề quan trọng công tác chỉnh lý phòng tài liệu nghiên cứu tổng hợp Đánh giá nguồn nước thành tạo vào moong ruộng mỏ cho khả điều chỉnh xác hệ thống bảo vệ công trình mỏ khỏi nước đất nước mặt, lựa chọn nhanh chóng phương hướng nghiên cứu sơ đồ trạm quan trắc động thái dòng chảy vào công trình mỏ Phân tích đánh giá thành phần tham gia thành tạo dòng chảy vào hệ thống công trình mỏ hợp lý nhờ lập đồ thị tổng hợp dòng chảy với thời gian ∑ Q = f(t) đồ thị quan hệ dòng chảy với yếu tố thành tạo dòng chảy (lượng mưa, dòng mặt, diện tích chiều sâu khai thác…) Lập đồ thị động thái mực nước đất lỗ khoan quan trắc đặt khu khác phễu hạ thấp mực nước (ở trung tâm phần rìa phễu) Trên sở lập, sử dụng phương pháp cắt thủy đồ dòng chảy quan hệ tương quan dòng chảy với yếu tố thành tạo dòng chảy khu địa hình khác (phân thủy, sườn dốc thung lũng) Khi xác định dòng chảy thành phần thực tế nghiên cứu địa chất thủy văn mỏ sử dụng hàm trend (xu thế) để xác định dòng chảy vào mỏ Nội dung phương pháp nêu tóm tắt sau: Dòng chảy chung vào mỏ (Qt) thành tạo từ phần trữ lượng nước đất mà quy luận biến đổi chịu tác động hoàn cảnh địa chất - địa chất thủy văn Q∗(t) phần trữ lượng biến đổi kết thay đổi điều kiện cung cấp tầng chứa nước (∆Q) Do biểu diễn dạng: Q (t) = Q∗(t) + ∆Q Khi quy luật thay đổi dòng chảy trung bình năm biểu thị hàm trend Hàm biểu diễn dạng đa thức bậc n Q∗(t) = α0 + α1 t + α2 t + ⋯ + αn t n Trong đó: t – thời gian quan trắc dòng chảy; α0 , α1 , … , αn – hệ số Từ biểu thức cho thấy muốn nghiên cứu quy luật biến đổi dòng chảy vào công trình khai thác cần phải có số liệu quan trắc dòng chảy thực tế thời điểm khác Trên sở tài liệu tiến hành lập hàm trend bậc I, bậc II, bậc III… nhận mô hình trend bậc k thỏa mãn nguồn tài liệu thực tế Mức độ tương ứng mô hình trend với thực tế đánh giá hệ số tương quan R Tiêu chuẩn để chọn mô hình trend sau: R≥0,3, có trend; R≥0,7, có trend lý tưởng R≥0,8, có trend lý tưởng 1.3 PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ Để nâng cao độ tin cậy kết thăm dò, đánh giá lượng nước chảy vào mỏ, cần phải tiến hành phân loại địa chất thủy văn mỏ khoáng sản Phân loại địa chất thủy văn mỏ khoáng sản vấn đề mới, nhà nghiên cứu quan tâm Bảng phân loại có liên quan đến công tác tháo khô mỏ trình xây dựng khai thác mỏ Theo trị số dòng chảy vào công trình mỏ hệ số sũng nước (lượng nước bơm tính mét khối để khai thác khoáng sản) mỏ khoáng sản cứng phân chia nhóm: sũng nước kém, sũng nước trung bình, sũng nước cao sũng nước hoàn toàn - Các mỏ sũng nước (thực tế nước) dòng chảy vào mỏ moong đạt tới 200 m3/h; hệ số giàu nước đạt tới - Các mỏ sũng nước trung bình: dòng chảy vào mỏ moong từ 200 đến 500 m /h; hệ số giàu nước từ đến - Các mỏ sũng nước cao: dòng chảy đạt từ 500 đến 1000 m3/h; hệ số sũng nước đến 20 - Các mỏ sũng nước hoàn toàn: dòng chảy từ 1000 m3/h trở lên; hệ số sũng nước >20 Theo mức độ phức tạp điều kiện tháo khô mỏ phân chia nhóm: đơn giản, tương đối phức tạp, phức tạp phức tạp a) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô đơn giản: gồm mỏ khai thác phương pháp ngầm lộ thiên, tháo khô tiến hành công trình mỏ Trong trình khai đào, có sử dụng thiết bị tiêu nước đơn giản đặt từ công trình b) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô tương đối phức tạp: bao gồm mỏ cần phải tiến hành khối lượng công tác tháo khô không lớn trước xây dựng mỏ moong nhằm mục đích đảm bảo điều kiện bình thường cho việc khai đào công trình gần thân giếng hào cắt Khi công tác xây dựng mỏ khai thác đạt quy mô lớn, tháo khô tiến hành thiết bị tiêu nước đơn giản, chủ yếu đặt công trình mỏ Ở số trường hợp đào thân giếng phải sử dụng biện pháp chuyên môn c) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô phức tạp: gồm mỏ yêu cầu phải tiến hành biện pháp tháo khô trước xây dựng giếng mỏ moong khai thác, trình xây dựng thời kỳ khai thác bình thường mỏ việc tháo khô phải trước diện mở rộng mỏ Ngoài thiết phải tháo khô từ công trình mỏ khai đào chúng với số lượng lớn dạng thiết bị tiêu nước Đối với giếng mỏ phải sử dụng biện pháo đặc biệt d) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô phức tạp: gồm mỏ với điều kiện kỹ thuật chưa thể khai thác Để tháo khô mỏ thuộc nhóm phải sử dụng tất biện pháp tiêu nước có với số lượng vô lớn phải tháo khô trước với thời gian dài nên hiệu kinh tế chưa đạt Theo mức độ khó khăn điều kiện địa chất thủy văn gây cho khai thác, mỏ phân chia nhóm: dễ dàng, khó khăn, nhiều khó khăn vô khó khăn - Đối với mỏ khai thác hầm lò: Khai thác dễ dàng: gồm mỏ đào giếng sử dụng phương pháp thông thường với công tác đối phó với nước đất không cần sử dụng biện pháp đặc biệt Khai thác khó khăn: gồm mỏ đào giếng điều kiện địa chất thủy văn có gây phức tạp sử dụng phương pháp thông thường nơi riêng biệt phải sử dụng chống đóng biện pháp phụ trợ khác Khi đào công trình nằm ngang không cần có biện pháp đối phó với nước đất, không gây phức tạp đặc biệt Khai thác nhiều khó khăn: gồm mỏ đào giếng không sử dụng phương pháp thông thường đất đá không bền vững dòng chảy nước lớn không cho khả đặt lượng định máy bơm đáy giếng Khi đào 10 4.3 SƠ ĐỒ THÁO KHÔ CÁC MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN 4.3.1 Tháo khô hào cắt lối Tháo khô khu hào cắt lối nghĩa khu khai đào đầu tiên, có ý nghĩa quan trọng tháo khô sân gần thân giếng Ở tiến hành biện pháp tiêu nước thông thường Trong đại đa số trường hợp, khu hào cắt lối tiến hành tháo khô trước nhờ lỗ khoan hạ thấp rút nước Nếu sử dụng phương pháp tháo khô kết hợp lúc với việc đào hào cắt tiến hành xây dựng công trình tiêu nước ngầm thiết phải kết thúc trước đưa moong vào khai thác Khi tháo khô trước khu hào cắt lối chủ yếu sử dụng sơ đồ phân bố đường thẳng lỗ khoan hạ thấp mực nước Các lỗ khoan hàng đường thẳng đặt bờ hào mỏ có vỉa phân bố nghiêng trường hợp mở moong gần đá không thấm nước (hình 4.5) Hình 4.5: Tháo khô hào cắt lối Hào cắt; Mực nước trước tháo khô; 3.Mực nước hạ thấp dãy đường thẳng lỗ khoan làm việc Một hàng lỗ khoan bảo đảm hạ thấp mực nước phía hào đá chứa nước có tính thấm cao khả hạ thấp mực nước lỗ khoan lớn Hệ thống hai hàng lỗ khoan song song sử dụng mỏ lớp nằm ngang (hình 4.6) 81 Để tháo khô lớp cát có chiều dày nhỏ nằm đá khai thác dụng thiết bị tiêu nước gồm ống lọc kim đặt thành hai hàng bờ hào Hình 4.6: Tháo khô ống lọc kim đặt bờ hào Hào cắt; Mực nước đất hạ thấp nhờ 2 Hào ra; dãy lỗ khoan; Mực nước đất trước Các lỗ khoan hạ thấp mực nước tháo khô; Trong trường hợp sử dụng phương pháp kết hợp (hoặc ngầm) tháo khô moong hệ thống lò dọc vỉa tiêu nước khu hào cắt lối (cũng phần lại moong) phân bố theo mạng lưới ô vuông ô chữ nhật Tháo khô khu vực hào cắt lối thường quy hoạch với việc sử dụng hệ thống tiêu nước để khống chế nước đất chảy vào bờ không công tác suốt thời kỳ khai thác moong cần ý đến việc mở rộng hệ thống phía trước 82 Việc tiêu nước khu hào cắt lối phần tổ hợp chung toàn biện pháp tháo khô khu moong 4.3.2 Tháo khô bờ không công tác Trong thời kỳ xây dựng moong bờ không công tác nhiều trường hợp tháo khô nhờ dãy đường thẳng lỗ khoan, dãy đường thẳng lỗ khoan phần hệ thống tiêu nước hào cắt Trong thời kỳ khai thác moong, việc giữ bờ trạng thái bền vững lâu dài đặt bãi thải bên lỗ khoan hạ thấp không kinh tế cần phải có nhiều máy bơm làm việc lâu dài Trong nhiều trường hợp để bảo trạng thái bờ không công tác moong thời kỳ khai thác ngăn chặn không cho nước vào bãi thải bên thường tiến hành thoát nước tầng moong kênh tiêu nước hở kín, ống tiêu nước đặt với độ nghiêng định để nước tự chảy tới giếng tập trung Ống tiêu nước thường ống xi măng đục lỗ lấp vật liệu thấm nước tốt (cát, cuội) (hình 4.7) Hình 4.7: Tháo khô bờ công tác ống xi măng Ống tiêu nước; Vật liệu thấm nước cát cuội; Mực nước đất hạ thấp nhờ ống tiêu nước 4.3.3 Tháo khô bờ công tác moong Để khống chế không cho nước chảy vào bờ công tác moong sử dụng lỗ khoan hạ thấp tháo khô mặt, hào tiêu nước tháo khô ngầm với ống lọc suốt đặt dọc tầng moong với thời gian di chuyển trước 2-5 năm Do di chuyển diện công tác moong hệ thống lỗ khoan hạ thấp đợt I làm việc sớm hệ thống lỗ khoan chuẩn bị đợt II (hình 4.8) 83 Khi diện công tác phát triển song song lỗ khoan hạ thấp dãy đặt song song với dãy khác (hình 4.9a) phát triển theo hệ thống dạng hình quạt dãy lỗ khoan đặt theo hình rẻ quạt (hình 4.9b) Hình 4.8: Tháo khô bờ công tác moong Dãy lỗ khoan đợt I Dãy lỗ khoan đợt II Mực nước đất trước tháo khô Mực nước đất hạ thấp dãy lỗ khoan I làm việc; Mực nước đất hạ thấp dãy lỗ khoan đợt II làm việc Hình 4.9: Các lỗ khoan hạ thấp mực nước đặt thành dãy song song rẻ quạt a Khi bờ công tác phát triển song song; b Khi bờ công tác phát triển theo hình rẻ quạt Bờ công tác moong; Các lỗ khoan hạ thấp mực nước 4.3.4 Tháo khô bãi thải a) Ngăn chặn nước đất chảy từ bở moong vào(cung cấp bên) Các bãi thải phần lớn tiếp xúc trực tiếp với bờ không công tac moong vị trí ,bãi thải bị nghậm nước mạnh nước đát lưu thông 84 đá bờ nên trước làm bãi thải cần phải ngăn chặn nước đát chảy từ bò moong vào thường sử dụng coog trình tiêu nước nằm ngang thẳng đứng - Tiêu nước nằm ngang : Các dang tiêu nước nằm ngang gồm cá ống tiêu chuyên dùng vên bờ đặt đáy vỉa quặng hào tiêu nước đặt bờ moong với mạng tiêu nước thẳng đứng với dạng khác Các ống tiêu nước ven bờ chuyên dùng đặt đáy vỉa quặng sử dụng moong không sâu bờ moong cắt qua tầng chứa nước Trường hợp bờ mông cắt qua nhiều tầng chứa nước cần phải đặt ống tiêu nước riêng biệt Tiêu nước nằm ngang với độ nghiêng không lớn đặt chỗ lộ tầng chứa nước moong để thu chiếm dòng nước đất dẫn chúng tới thiết bị thoát nước Kích thước đường ống tiêu nước xác định tính toán thủy lực, thực tế khai thác xác định đường kính sử dụng chúng không nhỏ 200mm Trường hợp, lượng nước chảy vào ống tiêu nước lớn thời gian sử dụng đường ống dài đường kính chúng phải đủ lớn dể cho người qua lại làm công tác sửa chữa Các hào tiêu nước hở đặt bờ moong sườn dốc bãi thải để thu chiếm đát lưu thông bờ moong chảy vào bãi thải, mà công đồng thời tháo khô moong Tính toán địa chất thủy văn công trình tiêu nước nằm ngang bao gồm xác định lượng nước đất chảy từ phía bờ vào moong Khi xác định giá trị lưu lượng nước đát chảy từ phía bờ,thường cho trữ lượng tĩnh nước đất chứa tầng đá bờ không công tác tiêu thoát moong,nước chảy vào bãi thải dòng chảy động -Tiêu thoát nước thẳng đứng : Tiêu nước thẳng đứng bở moong sử dụng lỗ khoan hạ thấp mực nước, ống lọc xuyên, ống lọc cắm lỗ khoan tháo nước Nước từ thiết bị tiêu nước thẳng đứng tự chảy tới lỗ tiêu nước theo lò chảy vào bể tập trung nước, bơm máy bơm Việc lựa chọn thiết bị tiêu nước dạng hay dạng khác phụ thuộc vào tính thấm tầng chứa nước Khi tầng chứa nước có tính toán cao thường sử dụng lỗ khoan hạ thấp mực nước, điều kiện cần lượng không lớn lỗ khoan đạt yêu cầu tháo khô cần thiết Khi tính thấm tầng chứa nước nhỏ phải sử dụng lượng lớn thiết bị tiêu nước Trong trường hợp hợp lý sử dụng cac ống lọc cắm lỗ khoan từ công trình mỏ Trường hợp tầng 85 chứa nước có tính thấm nhỏ nằm phạm vi hoạt động lỗ khoan xả nước thường sử dụng ống lọc xuyên Thời gian sử dung máy bơm cungxanhr hưởng tới đến việc lựa chọn dạng tiêu nước dạng tiêu nước khác Trong điều kiện Bơm nước từ lỗ khoan hạ thấp thường xuyên không kinh tế, nên thường bơm nước từ hào tiêu nước nhờ máy bơm ly tâm Điều quan trọng đóng vai trò định việc lựa chọn biện pháp tháo khô Ví dụ, tháo khô nghầm chi phí lớn có lợi lưu lượng khai thác nhỏ,đặc biệt thời gian hoạt động mỏ dài b)Ngăn chặn nước đát từ tầng chứa nước quặng (cung cấp từ lên) Biên pháp bảo vệ bãi thải khỏi bị ngập nước từ tần chứa nước quặng xây dựng bãi thải mạng lưới tiêu nước nằm ngang Mạng lưới tiêu nước phải đảm bảo thu nhận nước áp lực từ tầng chúa nước quặng dẫn chúng phạm vi moong Bề mặt không gian khai thác cần tháo khô độ sâu lớn 1,2 đến 1,5 lần chiều cao mao dẫn nước đá nằm dáy bãi thải Bể tập trung nước đặt nơi đáy vỉa có độ cao thấp để đảm bảo thời gian tồn vỉa lâu Các kênh đặt song song với tuyến công tác khoảng cách xác định theo tính toán Để xây dựng chúng thường sử dụng kênh dẫn nước moong, trường hợp cần thiết đào sâu Trước đổ đất thải đặt ống lọc đá tảng lớn vào kênh dự định làm kênh dự định làm kênh tiêu nước rãnh gom nước Các rãnh gom nước đặt vuông góc với tuyến công tác đặt chéo góc phụ thuộc vào địa hình đáy vỉa quặng rãnh gom nước đặt nơi đáy vỉa có độ cao nhỏ Các rãnh gom nước làm cách đặt ống gốm bê tông amian vào kênh Trên kênh tiêu rãnh gom nước đổ cát đá dăm với chiều cao 1-1.5m rộng 3-5m Quan trắc hình dạng mực nước trong bãi thải tiến hành nhờ lỗ khoan quan trắc Nếu quan sát thấy mực nước bãi thải dang cao gây nguy hiểm sườn dốc phải sử dụng biện pháp ngăn ngừa bổ sung cách đặt giến hạ thấp trước bãi thải đắp chắn cát với chiều cao 2-3m 86 Tính toán tiêu nước nằm ngang bao gồm xác định trị số dòng chảy nước đất từ tầng chứa nước tới quặng số lượng công trình để đảm bảo hạ thấp áp lực tầng chứa nước quặng Khi xác định dòng chảy nước đất từ tầng chứa nước quặng không tính trữ lượng tĩnh nước chứa moong trữ lượng lấy dần xây dựng moong * Ngăn chặn nước mưa ngấm xuống(cung cấp nước từ xuống) Để giảm lượng nghấm nước mưa tiến hành biện pháp sau: Xây dựng rãnh thu gom nước mưa bờ moong dẫn phạm vi moong Tiến hành đầm nện bãi thải để ngăn chặn trình nghấm nước mưa Khi quy hoạch bề mặt bãi thải cần tạo nên độ nghiên nghịch Nếu không quy hoạch đầm nện qua 200 đến 250 xẻ rãnh để tháo nước từ khe trũng bãi thải mái dốc đát đá đổ trước Đặt kênh dẫn nước từ bề mặt bãi thải Tiến hành quy hoach bãi dốc bãi thải nhằm ngăn ngừa tính đọng nước 4.4.CÁC BIỆN PHÁP ĐỐI PHÓ VỚI NƯỚC MẶT KHI KHAI THÁC MỎ 4.4.1.Biện pháp bảo vệ hầm lò moong khỏi nước mặt chảy vào Việc khai thác mỏ dòng suối, ao hồ nơi nước mặt cần tiến hành với biện pháp thận trọng giống khai thác công trình bảo vệ mặt đất Một biện pháp phổ biến đơn giản để giảm lượng nước mặt chảy vào hầm lò để lại trụ bảo vệ thung lũng sông, suối, hồ, ao, mương xói khô thấm nước Để bảo vệ trạng thái bền vững khu phân bố lỗ khoan hạ mực nước, ống lọc xuyên, trạm bơm, công trình tiêu nước khác thiết bị hạ thấp mực nước người ta để lại xung quanh chúng trụ bảo vệ khoáng sản có ích Các trụ bảo vệ thường có loại vĩnh viễn loại tạm thời Loại vĩnh viễn để lại lòng đất khoáng sản cứng chứa trụ không tính vào trữ lượng mỏ Khoáng sản có ích trụ bảo vệ tạm thời đào sau khai thác xong khu vùng mỏ Các trụ khoáng sản bảo vệ làm giảm bớt lượng nước chảy vào không mỏ có mái đát đá chứa nước mà nơi có khoáng thể 87 điều kiện tự nhiên bị cách ly với nước mặt lớp cách nước Trong trường hợp thứ trụ bảo vệ ngăn ngừa phá hủy đất đá mái đồng thời kéo dài quãng đường thấm nước đất, làm giảm lượng nước chảy vào công trình Trong trường hợp thứ hai trụ đảm bảo độ bền vững lớp cách nước mái công trình,dưới dòng nơi nước mặt Khi khai thác mỏ không để lại trụ bảo vệ phía khu khai thác đới hủy hoại xuất lún khe nứt Qua nước mặt bắt đầu xâm nhập vào công trình với cường độ khác Ở mỏ mà mái đất đá thấm nước mạnh khoảng cách xa công trình hoạt động nước mặt mà chiều sâu chúng ảnh hưởng đến trị số dòng chảy vào hầm lò Ở chỗ cách xa lòng sông khoảng lượng lượng nước chảy vào hầm lò độ sâu tăng lên rõ rệt Khi đất đá số lòng sông, đặc biệt vùng phát triển đá cactơ hóa có độ hấp thụ nước lớn người ta áp dụng công trình thủy công đơn giản – xây dựng đập ngăn nước cao vùng mỏ dẫn nước từ phía dòng sông theo kênh đào thung lũng sông bên cạnh Ở số vùng có độ hấp thu nước sông giảm xuống cách xây dựng màng không thấm nước khu lòng sông trực tiếp cắt ngang vùng mỏ Ở vùng mỏ có khối nước lớn từ phía dòng nước gần nhát chảy vào thời kỳ khai thác khu có giá trị tạo “màn chắn” cách làm gắn kết đát đá nhờ xi măng, silicat, bitum Thực tế tạo “màn chắn” với chiều dài gần 3.000m chiều sâu 2.000 m Tùy theo cấu trúc đại chất độ hấp thụ nước sông thời kỳ lũ lụt số khu thung lũng nằm kế vùng mỏ giảm bớt nhiều phương pháp đơn giản hơn, tức xảy khu tường chắn sét, bê tông nhũng vật liệu không thấm nước khác sườn đá vôi nằm cao mực nước mùa khô Tuy nhiên, biện pháp có kết nhũng khu mà đáy sông cấu thành từ đất đá không thấm nước Cũng làm giảm bớt lượng nước chảy vào cách lấp đày hang hốc hút nước khe nứt lớn phân bố gần lòng sông vật liệu không thấm nước (dung dịch xi măng,sét…) Thực tế khai thác xác minh trường khợp thải nước mỏ lên mặt đất theo đá thấm nước chúng lại thấm vào tầng vỉa đất đá nhiều chảy vào công trình mỏ Tại mỏ tầng đát đá bị đào vỉa cách nước trì xâm nhập xuống phía nước mỏ bơm Trên diện tích khu mỏ nướ mỏ bị thải lại thấm vào đất đá 88 Về trị số hấp thụ nước mặt đá cáctơ lấy ví dụ điển hình sau : Phễu cactơ khe núi gần mỏ số 10 thuộc bồn than Cận Maxkva mùa xuần hấp thụ hoàn toàn dòng nước với lưu lượng tới 1.500 m / h Để làm giảm thấm nước mỏ nên tiens hành công tác san mặt nhằm tháo mặt ứ đọng khu có độ thấm cao để tháo nước người ta xây dựn dựng máng không thấm nước đặt đường ống Chống lại ảnh hưởng xấu nước sông đến công tác khai thác lộ thiên tiến hành nhờ biện pháp :Đắp đê ngăn khu moong, nắn cong lòng sông phạm vi khai thác (hình 4.10, 4.11) Đắp đê ngăn sử dụng trường hợp toàn moong phần nằm bãi bồi sông, hàng năm thời kỳ mưa lũ moong bị ngập nước sông Để bảo vệ khu mỏ khỏi bị ngập cần phải đắp đê ngăn dọc theo ranh giới khu mỏ dạng chữ U tiếp giáp với bờ sông có độ cao lớn (hình 4.10) Để ngăn có tiết diện hình thang Độ dốc đê phía sông thoải phía mỏ Đê đắp cao mức nước lũ lớn từ 0,75 – 1m Khi moong có sông cắt qua: sông nguồn nước làm tăng độ sũng nước công trình qua vật liệu hạt to trầm tích aluvi tầng thấm nước tốt đá cactơ Trong thời gian lũ toàn moong bị ngập trực tiếp nước sông Song có độ nghiêng lớn sông chảy vào moong Để khắc phục tình trạng dọc theo sườn bờ phải thung lũng sông xây dựng lòng sông Hình 4.10: Sơ đồ nắn dòng sông khỏi khu vực khai trường Đê; Kênh thu nước; 89 Kênh núi; Kênh dẫn; Hố thu gom nước đê; Trạm bơm; Ranh giới khai trường mỏ Khi thiết kế uốn dòng sông phạm vi công trình khai đào cần lưu ý đến hai điều quan trọng đây: Trước hết cần phải tính đến triển vọng khai thác mỏ mở rộng phạm vi moong vùng mỏ Theo mức độ trang bị moong khai thác thiết bị đại ngành công nghiệp chế tạo máy sản xuất, trị số giới hạn hệ số khai lộ cho phép cao hơn, chiều sâu công tác khai đào tăng lên, tính toán kinh tế khai đào thay đổi cách Những trữ lượng mà 15-20 năm trước không cho phép khai thác công trình lộ thiên khai thác cách có kết Bởi để tránh chi phí lớn vào việc uốn lại lòng sông tuyến kênh tháo nước cần phải tính toán để chúng phục vụ 50-70 năm Hình 4.11: Nắn dòng chảy sông khỏi khai trường Đập dâng nước; Lòng sông trước nắn dòng; Đập ngăn nước; Lòng sông sau nắn dòng Chế độ thủy lực kênh thoát nước có ý nghĩa quan trọng sử dụng Chế độ định độ nghiêng đáy, đặc tính đất đá đào bốc, số lượng dòng chảy rắn…Điều đặc biệt quan trọng chọn độ nghiêng kênh tháo nước: độ nghiêng lớn bờ đáy mương bị xói 90 lở, độ nghiêng nhỏ bị lấp bùn Vì thực tê xây dựng kênh thao nước lớn số vùng mỏ phải nguyên độ nghiêng mà lòng sông cũ khu tháo nước có Muốn cho cho chế độ thủy lực ban đầu độ nghiêng không bị thay đổi, người ta đắp đập chắn phần đầu mối kênh để tạo dâng ngập tuyến dẫn nước luôn dài lòng sông cũ 4.4.2 Những tính toán cần thiết dẫn dòng nước mặt phạm vi khai thác a) Xác định lưu lượng nước cực đại nước lũ Khi xây dựng lòng sông nắn dòn cần phải tính lưu lượng cực đại – lưu lượng lớn –dòng sông xây dựng để xác định sông có đủ khả vận chuyển có lũ Lưu lượng cực đại xác định theo công thức L.D.Xôcôlôvski 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝐴 𝐹 0,75 , m3/s; Trong : F - diện tích tập trung nước dòng sông kênh dẫn, km2; A - Lượng dòng chảy cực đại km2 diện tích tập trung nước tính theo phương pháp thống kê toán học ; Trong vùng hồ đầm lầy lấy công thức bổ sung thêm hệ số giảm lưu lượng δ δ =1 - 0.5lg(a+0,20.b+1) a - Diện tích hồ b - Diện tích đàm lầy Hai diện tích tính toán theo phần trăm diện tích thu nước b)tính khả vận chuyển nước sông kênh ống dẫn Tính toán khả vận chuyển nước sông kênh bao gồm nội dung sau: Đầu tiên cho diện tích tiết diên sông kênh ω (ứng với chiều sâu,chiều rộng độ dốc mái dốc) chu vi ướt P xác định bán kính thủy lực R R=  p ,m Sau đó, xác định tốc độ vận chuyển trung bình nước lòng sông kênh V=C R.i ,m/cek 91 Trong : i- độ dốc lòng sông lòng rãnh C- hệ số ,phụ thuộc vào độ nhám đáy dốc,bán khính thủy lực xác định theo biểu thức sau: 87 𝐶= 𝛾 1+ √𝑅  - hệ số thấm lấy theo kinh nghiệm 1,3 – 1,75 Khi biết gia trị diện tích tiết diện tốc độ sông, kênh mới, ta tính khả cho nước qua Q Q= v.ω Độ dốc cực đại lòng sông kênh thường lấy từ 0,002 – 0,005 Đối với trường hợp sử dụng ống dẫn ống chứa đầy nước tốc độ vận chuyển nước tính theo biểu thức: v= C di , Trong : d-đường kính ống 70 2𝛾 1+ √𝑑 Đối với ống bê tông  = 0,125 Đối với ống thép  =0,12 Khi tốc độ cực đại ống lấy tới 6m/s Khả cho nước qua ống biết đường kính độ nghiêng trường hợp ống chứa đầy nước xác định theo công thức: Q=0,39 Cd I ,m /s 𝐶= 4.5 VẤN ĐỀ THÁO NƯỚC MỎ Tùy theo lượng nước chảy vào công trình mỏ người ta sử dụng biện pháp tháo nước khác Ở số mỏ khác người ta lắp thiết bị tháo nước hoạt động cố định Các thiết bị đưa lên mặt đất hàng ngang mét khối nước, Nước đất từ mái, đáy, vách lò, gườn lò từ công trình tiêu nước chảy vào lò phụ công trình vét dọn qua hệ thống mương thu nước 92 dẫn vào công trình thu nước trung tâm Từ công trình thu nước trung tâm nước đưa lên mặt đất máy bơm qua giếng mỏ (hình 4.12) Hình 4.12: Sơ đồ tháo nước trực tiếp từ tầng khai thác Khi độ dốc công trình mỏ (lò ngang, lò xuyên vỉa,…) thay đổi, để vận chuyển nước mỏ vào công trình thu nước trung tâm người ta phải đặt ống dẫn nước dài 200 – 250 m dài Trong trường hợp chiều sâu nằm khoáng sản có ích cách mặt đất không lớn (độ 70-120m) việc tháo nước mỏ thực phương pháp có lợi mặt kinh tế Khi khu vét dọn xa công trình thu nước trung tâm trạm máy bơm việc hút nước lên mặt đất thực nhờ có lỗ khoan tháo nước Với mục đính khu khai thác cách giếng mỏ vài trăm mét cần phải xây dựng công trình thu nước trạm bơm nước đất (tháo nước khu) Ở gần công trình tập trung nước người ta khoan từ mặt đất ,qua lỗ khoan thả ống dẫn nước mỏ hút lên mặt đất 93 Ví dụ mỏ baikơnur 19 thuộc công ty liên hợp Đjezkazgan người ta khoan lỗ khoan đường kính 200mm 75mm đến độ sâu 46m Cả hai lỗ khoan chống ống chống Qua lỗ khoan đường kính 200mm người ta thả ống dẫn nước, nhờ ống nước từ công trình thu nước đưa lên mặt đất, qua lỗ khoan đường kính 75mm người ta thả dây dẫn điện từ mặt đất để chuyển điện đến động máy bơm Những thiết bị công trình thu nước trung tâm công trinh tháo nước khu thường gồm có hai nhóm máy bơm; nhóm làm việc nhóm dự bị (dự trữ), ống dẫn thi có Trong trình đào cong trình thẳng đứng (giếng mỏ) dòng nước chảy vào qua đáy vách giếng giếng không chống Khi lượng nước không lớn (đến m /h) nước đưa lên mặt đất với đát đá thùng trục vận chuyển thùng kíp Khi lượng nước lớn m /h việc tháo nước thực nhờ máy bơm khác Nếu lượng nước không lớn 30-50m /h việc khai đào đát đá rắn nhiều tiến hành đồng thời với việc tháo khô Khi lượng nước lớn trị số giếng mỏ đào sau thực biện pháp chuyên môn (trám xi măng đất đá rắn qua lỗ khoan nông qua hệ thống lỗ khoan có đường kính nhỏ ) nhằm làm giảm hoàn toàn chặn đứng dồn nước vào công trình 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO Liên hiệp hội khoa học kỹ thuật Việt Nam (2009), Cẩm nang công nghệ thiết bị mỏ, NXB Khoa học kỹ thuật TS Hoàng Kim Phụng (2000), Địa chất thủy văn tháo khô mỏ khoáng sản cứng, NXB Giao thông vận tải PGS.TS Hồ Sĩ Giao, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Anh Tuấn (2009), Khai thác khoáng sản rắn phương pháp lộ thiên, NXB Khoa học kỹ thuật 95