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

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 (m3/h) Hệ số

biến đổi từng năm

Bảng 1.2: Tình hình ngập nước của các công trình khai thác sau các trận mưa ở

mỏ Hà Lầm

khai thác Thời gian kéo

dài (ngày)

Lượng mưa (mm)

hệ số này từ 3-54 Ở những mỏ dòng chảy chịu ảnh hưởng của dòng mặt như Vàng Danh, Mông Dương hệ số biến đổi dòng chảy cũng chỉ đạt 72 Trị số dòng chảy vào công trình khai thác hầm lò tăng sau trận mưa từ 8 đến 36 giờ

Lưu lượng nước dòng chảy vào các 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 các mỏ than Quảng Ninh nằm trong 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 rất sâu (60-70m) Các công trình khai thác trong vùng này thường không có nước Ví dụ, ở Mạo Khê khi khai thác vỉa

7 ở lò BM/5 có độ cao tuyệt đối ở cửa lò là +248,5m thực tế không có nước

Những công trình nằm trong vùng thung lũng sông suối thường có lượng nơpcs chảy vào lớn Dòng chảy trung bình năm sau khi tram xi măng các đoạn lòng suối nằm trên lò công trình +122 ở mỏ Vàng Danh có thể đạt tới 200-300 thậm chí 500

m3/h

Trên cơ sở số liệu dòng chảy thực tế đo được trong thời gian khôi phục lò +122 Vàng Danh Đ.I.Dêlênôpxki đã lập mối tương quan giữa dòng chảy và lượng mưa ở vùng đỉnh phân thủy và vùng thung lũng Kết quả cho thấy, ở các vùng thung lũng lượng mưa chảy vào lò chiếm 80-85%, còn ở vùng phân thủy chỉ chiếm 15-20% tổng dòng chảy chung

c) Quá trình thấm của các dòng mặt:

Quá trình thấm của nước từ các dòng chảy qua hoặc gần các mỏ cũng làm cản trở cho công tác khai thác than kể cả lộ thiên cũng như hầm lò do tăng dòng chảy vào các công trình khai thác

Tại mỏ Mông Dương mặc dù đã để lại trụ bảo vệ, nhưng các công trình chính

ở địa tầng -97,0m cách sông Mông Dương 300m, vẫn xảy ra hiện tượng nước từ phía sông chảy vào theo các lớp sa thạch, cuội kết nứt nẻ với lưu lượng 8-10 m3/h

Lưu lượng dòng chảy vào các 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 các loại đá có tính thấm nước và tỷ lệ về chiều dày của chúng Ví dụ trong vùng than Quảng Ninh đất đá chứa nước và thấm nước tốt là cuội, sạn, cát kết nứt nẻ Đất đá không chứa nước hoặc thấm nước yếu là bột, sét kết và than Do sự khác nhau về tỷ lệ giữa đất đá chứa nước và cách nước nên cùng một điều kiện nhưng lưu lượng chảy vào công trình khai thác, tiến hành thống kê tỷ lệ đá thấm nước tốt so với bề dày chung Kết quả cho thấy đá thấm nước tốt chiếm 39-72% tổng bề dày địa tầng chứa than Tỷ lệ trung bình đối với dải Mạo Khê – Bãi Cháy 58%, dải than Bảo Đài – Yên tử 55,5%, Dải than Hòn Gai – Cẩm Phả 54% Đặc điểm này là nhân tố chủ yếu làm cho dòng chảy vào các công trình khai thác than vùng Quảng Ninh có trị số không lớn

đ) Mức độ nứt nẻ của đá:

Nước dưới đất trong vùng nghiên cứu chủ yếu chưa trong các khe nứt (phong hóa, kiến tạo) Đới nứt nẻ mạnh nhất có thể đạt tới chiều sâu 150-200m Từ độ sâu

150 – 200m trở xuống mức độ nứt nẻ và hệ số thấm của đá giảm dần

Bảng 1.3: Sự thay đổi hệ số thấm theo chiều sâu trong vùng than Quảng Ninh

Mức độ nứt nẻ của đá giảm theo chiều sâu là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự thay đổi tính thấm và tính chứa nước của chúng

Bảng 1.5: Sự thay đổi độ dẫn nước và tỷ lưu lượng lỗ khoan theo chiều sâu

g) Các đứt gãy kiến tạo:

Vùng than Quảng Ninh nằm trong vùng uốn nếp Đông Bắc Việt Nam Toàn

bộ diện tích chứa than được chia thành nhiều khối bởi 220 đứt gãy lớn nhỏ khác nhau Diện tích trung bình của các khối 1,37 – 7,13 km2

Ở mỏ than Vàng Danh, Mạo Khê, Đông Lộ Trí và một số các mỏ khác nhận thấy, trên một mét lõi khoan trong đới phá hủy kiến tạo có tới 10-50 khe nứt, trong điều kiện bình thường chỉ đạt 5-7 khe nứt Song, không phải tất cả các đứt gãy đều chứa nước như nhau Các đứt gãy á vĩ tuyến có đới phá hủy bị nén ép mạnh, những khe nứt trong đứt gãy bị lấp đầy bởi vật chất vỡ vụn của đất đá lân cận Do đó, mức

độ chứa của đới phá hủy của hệ thống đứt gãy á vĩ tuyến không lớn lắm, lượng nước chảy vào các công trình khai thác từ các đứt gãy này không đáng kể

Đất đá trong đới phá hủy của các đứt gãy á kinh tuyến nứt nẻ mạnh, nên chứa nước tốt Các công trình khai thác đi qua các đới phá hủy của các đứt gãy này 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 các xí nghiệp mỏ và khai thác than đã ảnh hưởng rất lớn đến cung cấp và thoát nước dưới đất

a) Chiều sâu và diện tích khai thác:

Các công trình khai thác như moong, giếng, lò chính là các miền thoát nước cục bộ của các tầng, phức hệ chứa nước Nhờ tài liệu quan trắc ở một số mỏ có thể xác định được lưu lượng thoát từ các công trình khai thác ở mỏ Đông Lộ Trí, Tây Khe Sim, Hà Lầm và Mông Dương ở các cao trình khác nhau (xem bảng 1.6) Các

số liệu trong bảng 1.6 cho thấy lượng nước chảy vào một đơn vị diện tích khai thác

ở những mỏ có độ sâu lớn nhỏ hơn ở những 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 dưới đất Nhiều moong khai thác đã trở thành các hồ chứa nước cung cấp thường xuyên cho nước dưới đất, như các hồ Para

Lộ Trí, Moong số 1 và số 2 Tân Lập…

Bảng 1.6: Dòng chảy vào các công trình khai thác ở các mức khác nhau

khai thác

Mức khai thác (m)

Diện tích khai thác (km2)

Tổng dòng chảy (m3/h)

Dòng chảy đơn vị (m3/h.km2)

Ngay trong quá trình thi công các công trình khai thác cũng đã quan sát thấy dòng chảy vào các công trình tăng theo sự mở rộng diện tích của chúng Giữa dòng chảy vào các công trình và chiều sâu khai thác có quan hệ đường thẳng Hệ số tương quan r từ -0,629 đến -0,668

c) Các công trình khai thác đã bỏ:

Các công trình khai thác đã ngừng hoạt động là những nơi tích tụ nước Chúng

đã gây ra bục nước vào công trình khai thác mới chạy qua Hiện tượng này đã xảy ra

ở mỏ Kế Bào, Mông Dương, Thống Nhất, Lộ Trí, Vàng Danh với lưu lượng nước ban đầu rất lớn, có thể đạt tới 1105,2 m3/h

1.2 SỰ TẠO THÀNH DÒNG CHẢY VÀO CÁC CÔNG TRÌNH MỎ

Dòng chảy vào các công trình mỏ có thể được thành tạo từ nhiều nguồn nước khác nhau Muốn đánh giá được từng nguồn nước riêng biệt cần phải tổ chức nghiên cứu lâu dài về các nguồn nước tham gia thành tạo dòng chảy đó

Khi khai thác các mỏ bằng phương pháp lộ thiên hoặc hầm lò, các công trình

mỏ có thể bị ngập nước do nhiều nguồn khác nhau Trên cơ sở phân tích tài liệu thực

tế dòng chảy chung (Qchung) vào các công trình khai thác (vào moong hoặc đồng mỏ)

có thể biểu diễn dưới dạng phương trình cân bằng nước sau đây:

Qchung = Qd +Qt

Qdh

t + QktTrong đó:

Qd – trữ lượng động tự nhiên của tầng chứa nước cần tháo khô trong giai đoạn khai thác mỏ;

Qt và Qdh - trữ lượng tĩnh và trữ lượng đàn hồi của các tầng chứa nước;

Qkt – lượng nước kéo theo do thấm của nước mặt hoặc thấm xuyên của nước

từ các tầng chứa nước trên quặng;

t – thời gian khai thác

Nghiên cứu và đánh giá câu trúc cân bằng dòng chảy chung vào các công trình

mỏ là vấn đề rất quan trọng của công tác chỉnh lý trong phòng các tài liệu nghiên cứu tổng hợp Đánh giá các nguồn nước thành tạo vào moong hoặc ruộng mỏ cho khả năng điều chỉnh chính xác hệ thống bảo vệ các công trình mỏ khỏi nước dưới đất và nước mặt, cũng như lựa chọn nhanh chóng phương hướng nghiên cứu và sơ đồ các trạm quan trắc động thái dòng chảy vào các công trình mỏ

Phân tích đánh giá các thành phần tham gia thành tạo dòng chảy vào hệ thống các công trình mỏ được hợp lý nhất nhờ lập đồ thị tổng hợp giữa dòng chảy với thời gian ∑Q = f(t) và các đồ thị quan hệ dòng chảy với các yếu tố cơ bản thành tạo dòng chảy (lượng mưa, dòng mặt, diện tích và chiều sâu khai thác…) Lập đồ thị động thái mực nước dưới đất của các lỗ khoan quan trắc đặt ở các khu khác nhau của phễu hạ thấp mực nước (ở trung tâm và phần rìa của phễu) Trên cơ sở đã lập, sử dụng phương pháp cắt thủy đồ dòng chảy và quan hệ tương quan giữa dòng chảy với các yếu tố thành tạo dòng chảy ở các khu địa hình khác nhau (phân thủy, sườn dốc và thung lũng)

Khi xác định các dòng chảy thành phần trong thực tế nghiên cứu địa chất thủy văn mỏ có thể sử dụng hàm trend (xu thế) để xác định dòng chảy vào mỏ

Nội dung của phương pháp này có thể nêu tóm tắt như sau: Dòng chảy chung vào mỏ (Qt) được thành tạo từ phần trữ lượng nước dưới đất mà quy luận biến đổi của nó chịu tác động của hoàn cảnh địa chất - địa chất thủy văn Q∗(t) và phần trữ lượng biến đổi do kết quả thay đổi điều kiện cung cấp của tầng chứa nước (∆Q) Do

đó có thể biểu diễn dưới dạng:

Q(t) = Q∗(t) + ∆Q Khi đó quy luật thay đổi dòng chảy trung bình năm được biểu thị bằng hàm trend Hàm đó có thể biểu diễn dưới dạng một đa thức bậc n

Q(t)∗ = α0+ α1 t + α2 t2+ ⋯ + αntnTrong đó:

t – thời gian quan trắc dòng chảy;

α0, α1, … , αn – các hệ số

Từ biểu thức trên cho thấy muốn nghiên cứu quy luật biến đổi của dòng chảy vào các công trình khai thác cần phải có các số liệu quan trắc dòng chảy thực tế ở các thời điểm khác nhau Trên cơ sở các tài liệu đó tiến hành lập các hàm trend bậc

I, bậc II, bậc III… cho đến khi nào nhận được mô hình trend bậc k thỏa mãn nguồn tài liệu thực tế

Mức độ tương ứng của mô hình trend với thực tế được đánh giá bằng hệ số tương quan R Tiêu chuẩn để chọn mô hình trend như sau:

R≥0,3, có trend;

R≥0,7, có trend lý tưởng

R≥0,8, có trend rất lý tưởng

1.3 PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ

Để nâng cao độ tin cậy các kết quả thăm dò, đánh giá lượng nước chảy vào

mỏ, cần phải tiến hành phân loại địa chất thủy văn các mỏ khoáng sản

Phân loại địa chất thủy văn các mỏ khoáng sản không phải là vấn đề mới, đã được các nhà nghiên cứu quan tâm Bảng phân loại có liên quan đến công tác tháo khô mỏ trong quá trình xây dựng cũng như khai thác mỏ Theo trị số dòng chảy vào các công trình mỏ và hệ số sũng nước (lượng nước bơm ra tính bằng mét khối để khai thác một tấn khoáng sản) các mỏ khoáng sản cứng được phân chia ra 4 nhóm: sũng nước kém, sũng nước trung bình, sũng nước cao và sũng nước hoàn toàn

- Các mỏ sũng nước kém (thực tế không có nước) dòng chảy vào mỏ và moong đạt tới 200 m3/h; hệ số giàu nước đạt tới 3

- Các mỏ sũng nước trung bình: dòng chảy vào mỏ và moong từ 200 đến 500

a) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô đơn giản: gồm các mỏ khi khai thác bằng phương pháp ngầm hoặc lộ thiên, tháo khô được tiến hành bằng chính các công trình

mỏ Trong quá trình khai đào, đôi khi có sử dụng các thiết bị tiêu nước đơn giản đặt

c) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô phức tạp: gồm các mỏ yêu cầu phải tiến hành các biện pháp tháo khô trước khi xây dựng giếng mỏ hoặc moong khai thác, trong quá trình xây dựng cũng như trong thời kỳ khai thác bình thường của mỏ việc tháo khô phải đi trước diện mở rộng mỏ Ngoài ra nhất thiết phải tháo khô từ các công trình mỏ khi khai đào chúng với số lượng lớn các dạng thiết bị tiêu nước Đối với các giếng mỏ phải sử dụng các biện pháo đặc biệt

d) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô rất phức tạp: gồm các mỏ với điều kiện kỹ thuật hiện tại chưa thể khai thác được Để tháo khô các mỏ thuộc nhóm này phải sử dụng tất cả các biện pháp tiêu nước hiện có với số lượng vô cùng lớn và phải tháo khô trước với thời gian dài nên hiệu quả kinh tế chưa đạt được

Theo mức độ khó khăn do điều kiện địa chất thủy văn gây ra cho khai thác, các mỏ được phân chia ra các nhóm: dễ dàng, ít khó khăn, nhiều khó khăn và vô cùng khó khăn

- Đối với các mỏ khai thác hầm lò:

Khai thác dễ dàng: gồm các mỏ khi đào giếng sử dụng phương pháp thông thường với công tác đối phó với nước dưới đất không cần sử dụng các biện pháp đặc biệt

Khai thác ít khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng điều kiện địa chất thủy văn

có gây phức tạp nhưng vẫn sử dụng phương pháp thông thường chỉ ở từng nơi riêng biệt phải sử dụng vì chống đóng hoặc các biện pháp phụ trợ khác Khi đào các công trình nằm ngang không cần có biện pháp đối phó với nước dưới đất, nhưng không gây phức tạp đặc biệt

Khai thác nhiều khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng không sử dụng được phương pháp thông thường do đất đá không bền vững hoặc dòng chảy của nước lớn không cho khả năng đặt một lượng nhất định các máy bơm ở đáy giếng Khi đào các

công trình nằm ngang cần phải thực hiện các biện pháp có hệ thống chống lại nước dưới đất

Khai thác vô cùng khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng đã sử dụng các biện pháp đặc biệt vẫn không đảm bảo đầy đủ kết quả trong công tác Ngoài ra thậm chí

đã đào xong giếng vẫn không đảm bảo khả năng khai thác mỏ

- Đối với các mỏ khai thác lộ thiên:

Khai thác dễ dàng: gồm các mỏ khi khai thác có thể tiến hành không cần có một biện pháp chuyên môn nào về địa chất công trình và tháo khô

Khai thác ít khó khăn: gồm các mỏ công tác tháo khô được tiến hành bằng những công trình thoát nước hở cùng với việc sử dụng đồng thời một số biện pháp phụ trợ trong moong (kênh tiêu nước, thiết bị ống lọc kim,…), cũng như các biện pháp đơn giản để gia cố mái dốc

Khai thác nhiều khó khăn: gồm các mỏ công tác tháo khô cần phải đào các giếng mỏ, các công trình tiêu nước nằm ngang lơn…, cũng như tiến hành các thiết

bị tương đối phức tạp để gia cố mái dốc

Khai thác vô cùng khó khăn: gồm các mỏ đã thực hiện một khối lượng lớn về công tác tháo khô và địa chất công trình mà độ bền vững của mái dốc trên toàn bộ moong hoặc ở các khu riêng biệt của mỏ vẫn không được đảm bảo

1.4 DỰ BÁO DÒNG CHẢY VÀO CÁC CÔNG TRÌNH KHAI THÁC

Tùy thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn và các kết quả nghiên cứu dự báo dòng chảy vào các công trình khai thác có thể sử dụng theo các phương pháp sau:

1.4.1 Phương pháp tương tự địa chất thủy văn

Phương pháp tương tự địa chất thủy văn lập trên cơ sở tương tự điều kiện địa chất thủy văn và kỹ thuật khai đào của các mỏ (khu) đã hoặc đang khai thác và mỏ (khu) thiết kế Hai mỏ (khu) được xem là tương tự có thể khác nhau về chiều sâu phân bố các vỉa quặng, kích thước khu khai thác, tính thấm của các đá gây ngập mỏ, khoảng cách từ chu vi cung cấp đến công trình… nhưng nhất thiết phải tương tự về mặt cắt địa chất thủy văn, điều kiện hình thành trữ lượng nước dưới đất và điều kiện gây ngập các công trình mỏ cũng như phương pháp và hệ thống khai thác

Phương pháp tương tự địa chất thủy văn là phương pháp gần đúng và cơ sở của dự báo được xác định bằng việc lựa chọn khu tương tự Tính toán theo phương pháp tương tự địa chất thủy văn có thể dựa vào các mối quan hệ thực nghiệm hoặc những quan hệ thủy động lực Việc sử dụng quan hệ này hay quan hệ khác để tính

toán dựa trên cơ sở phân tích các tài liệu khai thác của mỏ đã hoặc đang hoạt động

có điều kiện địa chất thủy văn tương tự

Sử dụng phương pháp tương tự địa chất thủy văn rất hợp lý không chỉ để đánh giá sơ bộ dòng chảy vào mỏ ở các giai đoạn đầu nghiên cứu của mỏ hoặc các khu riêng biệt của chúng, mà còn trong giai đoạn nghiên cứu tỷ mỷ khi mỏ có điều kiện địa chất thủy văn rất phức tạp và để luận chứng cho phương pháp thủy động lực gặp khó khăn

Khi dự báo dòng chảy vào các công trình khai thác có thể dựa vào nhiều chỉ tiêu như: hệ số giàu nước, dòng chảy đơn vị, trị số hạ thấp mực nước và diện tích khai trường… Hiện nay, trong phương pháp tương tự địa chất thủy văn sử dụng rộng rãi phương pháp thống kê toán học trên cơ sở các số liệu quan trắc lâu dài dòng chảy vào các công trình khai thác

a) Dự báo dòng chảy theo hệ số giàu nước:

Hệ số giàu nước biểu thị lượng nước cần lấy ra (m3) để khai thác được một tấn quặng trong khoảng thời gian nhất định nào đó

Khi biết được hệ số giàu nước (kv) của mỏ tương tự và sản lượng dự định khai thác của mỏ thiết kế (Ptk), lượng nước chảy vào mỏ thiết kế (Qtk) được tính theo biểu thức:

Qtk = kv.Ptk

b) Dự báo dòng chảy theo lưu lượng đơn vị:

Dòng chảy vào mỏ thiết (Qtk) có thể tích theo lượng nước chảy vào mỏ trên một đơn vị chiều dài(qL) hoặc trên một đơn vị diện tích khai thác (qF) Nếu tính theo chiều dài thiết kế của công trình (Ltk) thì:

Qtk = qL.Ltk

Còn tính theo diện tích khai trường (Ftk) thì:

Qtk = qF.Ftk

c) Dự báo dòng chảy theo trị số hạ thấp mực nước dưới đất

Đối với nước có áp:

Qtk = Q.Stk

SĐối với nước không có áp:

Qtk = Q.(2Htk− Stk) Stk

(2H − S) STrong đó: Stk và S – trị số hạ thấp mực nước của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;

Htk và H – trị số áp lực của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;

Q tk và Q – lưu lượng dòng chảy của mỏ thiết kế và mỏ tương tự

d) Dự báo dòng chảy theo phương pháp thống kê toán học

Trên cơ sở khối lượng lớn các tài liệu thực tế V.G.Knhexer đã tìm ra công thức xác định dòng chảy vào mỏ thuộc bồn than Kuzbac:

Qtk và Q – lưu lượng dòng chảy của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;

Stk và S – trị số hạ thấp mực nước chính là độ sâu khai thác của mỏ thiết kế và

mỏ tương tự;

Ptk và P – sản lượng dự định khai thác của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;

Chỉ số mũ có thể thay đổi với các vùng khác nhau phụ thuộc vào đặc tính thay đổi độ thấm nước của đá chứa nước theo chiều sâu Cần lưu ý rằng công thức trên không tính đến yếu tố thời gian, nghĩa là độ dài của công trình có thể ảnh hưởng lớn đến trị số dòng chảy

Trong trường hợp chung, dòng chảy vào các công trình khai thác có thể phân chia ra các dòng thành phần ở dạng sau:

Q = Qd + Qt+ Qdh+ ∆Qbh + Qs + Qtx + Qbs, Trong đó:

Qd – dòng chảy thành phần được thành tạo từ trữ lượng động của nước dưới đất;

Qt – dòng chảy thành phần được thành tạo do trữ lượng tĩnh;

Qdh – dòng chảy thành phần, được thành tạo do xâm phạm trữ lượng đàn hồi;

∆Qdh - gia tăng dòng chảy do giảm lượng bốc hơi từ bề mặt nước ngầm;

Qs – dòng chảy thành phần được thành tạo do thấm nước từ các dòng nơi chứa nước mặt, trong đó có giảm lượng thoát của nước dưới đất vào sông;

Qtx – gia tăng dòng chảy do thấm xuyên từ các tầng chứa nước lân cận qua các lớp thấm nước yếu;

Qbs – cung cấp nhân tạo của nước dưới đất (từ các kênh dẫn nước, các hồ chứa…)

Biểu thức trên cho thấy những phức tạp khi sử dụng phương pháp cân bằng khi thoát nước từ các tầng chứa nước có diện phân bố rộng

Vấn đề đặt ra là phải được đơn giản khi tháo khô Đối với các tầng chứa nước ngầm có diện phân bố có hạn nằm xa mạng sông Phương trình cân bằng có dạng:

Xo- lượng nước trung bình nhiều năm;

Fng – diện tích thu nước ngầm;

H – chiều sâu khai thác;

R – bán kính phễu hạ thấp mực nước tính từ chu vi khai thác

Nếu trong phạm vi cấu trúc kín của sông, có thoát của nước dưới đất và trên diện tích nước ngầm có bốc hơi, phương trình cân bằng có dạng:

Q = Qd + Qt ± ∆Qbh + QsXác định Qs và ∆Qbh thường rất khó khăn Khi thoát nước mạnh, các mạch nước và các sông bị kiệt thì:

Q = Qd + Qt± ∆Qbh

1.4.3 Phương pháp thủy lực

Phương pháp thủy lực dựa trên sự phân tích các tài liệu về tháo khô các công trình khai thác tại xí nghiệp đang hoạt động về quan hệ hàm số giữa dòng chảy và hạ thấp mực nước (trong trường hợp này về nguyên tắc là chiều sâu khai thác của mỏ) Nội dung phương pháp thủy lực như sau: Trên cơ sở các tài liệu quan trắc dòng chảy chung thực tế và động thái mực nước dưới đất ở các lỗ khoan quan trắc đặt gần trung tâm tác động dòng chảy thấm vẽ các đồ thị: ∑ Q = f(t); Stb = f(t) và ∑ Q = f(s)

Các đồ thị dòng chảy chung ∑ Q = f(t) và mực nước trung bình Stb = f(t) được xây dựng riêng đối với giá trị dòng chảy cực đại, cực tiểu và trung bình năm Các đồ thị đó cho ta khả năng xác định rõ ràng đặc tính và xu thế thay đổi dòng chảy chung theo thời gian, cũng như đồ thị ∑Q = f(s) cho khả năng xác định quy luật thay đổi của dòng chảy và trị số hạ thấp mực nước Trên cơ sở các quy luật đã lập ra theo các tài liệu thực tế có thể dự báo trị số dòng chảy ở độ sâu thiết kế tương lai của

mỏ

Dòng chảy dự báo có thể xác định một cách gần đúng bằng cách hoại suy của các số liệu của đồ thị cơ bản Trị số dòng chảy dự báo có thể lấy tới 50% trị số hạ thấp mực nước từ đầu ngoại suy Chính xác hơn có thể sử dụng phương pháp đồ giải được biểu thị bằng các biểu thức kinh nghiệm về quan hệ giữa lưu lượng và trị số hạ thấp mực nước

Thực tế chỉnh lý các tài liệu thí nghiệm địa chất thủy văn cho thấy giữa lưu lượng và trị số hạ thấp mực nước có quan hệ đường thẳng, hàm mũ và hàm logarit Vấn đề đặt ra là chọn quan hệ nào để tính toán Để giải quyết vấn đề đó cần phải lập

3 đồ thị: Q = f(s); Q = f(lgS) và lgQ=f(lgS) rồi chọn đồ thị nào có các điểm phân

bố tuân theo đường thẳng nhất Dòng chảy dự báo được tính theo ngoại suy Đối với

đồ thị Q = f(s) lấy lưu lượng ngoại suy tương ứng với 1,5 = 1,75.Smax; lgQ=(lgS) ứng với (1,75- 2,5).Smax; Q=f(lgS) ứng với (2-3).Smax Trong đó Smax là trị số hạ thấp mực nước cực đại

1.4.4 Phương pháp thủy động học

Khác với các phương pháp đã xét ở trên phương pháp thủy động lực không những dự báo được dòng chảy chung vào các công trình khai thác mà còn dự báo được sự thành tạo phễu hạ thấp mực nước Việc này có ý nghĩa rộng lớn đối với thực

tế khai thác

Phương pháp thủy động lực chú ý được quá trình vận động không ổn định của nước dưới đất, nghĩa là tính được cân bằng của nước và những thay đổi của chúng trong quá trình lấy nước đi

Khả năng của phương pháp thủy động lực rất lớn Ví dụ nhờ phương pháp đó

có thể xác định riêng dòng chảy vào toàn hệ thống hoặc từng công trình hạ thấp mực nước và có thể xác định dòng chảy chung cực đại vào các công trình mỏ

Phụ thuộc vào mức độ phức tạp của điều kiện địa chất thủy văn của các mỏ,

dự báo dòng chảy bằng phương pháp thủy động lực có thể tiến hành nhờ:

a – Tính toán giải thích theo các sơ đồ quy chuẩn đối với trường hợp khi điều kiện địa chất thủy văn đơn giản, gọi là phương pháp giải tích

b – Trên các mô hình toán học, mô hình tương tự hoặc mô hình số

a) Phương pháp giải tích: Bản chất của phương pháp giải tích là dự báo dòng

chảy vào mỏ nhờ các công thức thủy động lực

Vùng thấm thực tế có hình dạng và điều kiện địa chất thủy văn rất đa dạng Muốn sử dụng được phương pháp giải tích phải tiến hành sơ đồ hóa vùng thấm, nghĩa

là chuyển vùng thấm thực tế về vùng thấm lý thuyết

Thuận lợi nhất trong dự báo dòng chảy chung vào mỏ là sử dụng nguyên tắc

“giếng lớn” nghĩa là, diện tích phân bố chung của các công trình mỏ trong mặt bằng

có hình dạng bất kỳ, được chuyển thành một giếng hình tròn có diện tích tương đương với bán kính giếng lớn rg

Bán kính giếng lớn phụ thuộc vào chiều rộng B và chiều dài L khu khai thác: Khi tỷ số L

B ≤ 3 thì:

rg = √F

πKhi tỷ số L

B > 3 thì:

rg = P2πVới: F – diện tích khu khai thác

P – Chu vi khu khai thác

Trường hợp khu mỏ có dạng kéo dài, chiều dài lớn gấp nhiều lần chiều rộng,

Bán kính ảnh hưởng dẫn dùng đó là bán kính của đường tròn quy ước, quanh tâm của công trình, dọc theo đường tròn đó xảy ra cung cấp đồng đều của tầng chứa nước cho dòng chảy vào công trình

Đối với điều kiện thấm ổn định bán kính ảnh hưởng dẫn dùng được tính theo các công thức sau:

+ Có 1 ranh giới áp lực không

đổi và 1 ranh giới cách nước:

Rd = 4

π L 𝑡𝑔

π L1L

không đổi và 1 ranh giới có lưu

lượng không đổi:

Rd = 2 L1√L1

2

L22 + 1

Trong đó: t – thời gian tháo khô;

a – hệ số truyền áp hoặc truyền

- Cho các thông số địa chất thủy văn tính toán của các đá chứa nước và đá phân chia với độ chính xác cao

- Có thể tiến hành tính theo nhiều phương án rồi chọn một phương án tối ưu cho khả năng tháo khô có hiệu quả và chọn biện pháp bảo vệ môi trường bao quanh hợp lý

Hiện nay mô hình toán phát triển theo 3 hướng cơ bản:

Mô hình tương tự, trên cơ sở tương tự điện thủy động lực Mô hình trong trường hợp này được lập từ các nguyên liệu dẫn điện liên tục (mô hình tương tự liên tục) hoặc từ các linh kiện dẫn điện (mô hình mạng lưới)

Mô hình chương trình hay mô hình số, trên cơ sở sử dụng phương pháp các phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn và các máy tính hiện đại

Mô hình với việc sử dụng các hệ lai bao gồm các mô hình mạng lưới tự động, điều khiển các máy tính điện tử

c) Những tài liệu cần thiết phục vụ cho mô hình hóa

Sử dụng phương pháp mô hình hóa để giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực địa chất thủy văn và thoát nước mỏ đòi hỏi phải có các tài liệu chắc chắn và tin cậy Những yêu cần cơ bản về các tài liệu địa chất thủy văn được xác định theo phương pháp mô hình hóa trên máy tương tự hoặc máy tính điện tử

Điều kiện cần thiết chuẩn bị các tài liệu ban đầu để mô hình hóa các quá trình địa chất thủy văn và lập các bản đồ nghiên cứu tổng hợp và các tài liệu thực tế của

mỏ nghiên cứu về địa chất, cấu trúc địa chất, địa mạo, địa chất công trình và địa chất thủy văn Ý nghĩa chủ đạo của bản đồ tổng hợp là trên cơ sở tổ hợp nhiều tài liệu khác nhau thành lập tiếp theo mô hình lý học của đối tượng nghiên cứu bằng cách biến đổi các điều kiện tự nhiên vào sơ đồ địa chất thủy văn và thoát nước mỏ cần tính toán

Các tài liệu bổ trợ (công tác) bao gồm: Bản đồ mạng thủy văn mỏ nghiên cứu (sông, hồ, hồ chứa, các kênh tưới và kênh tiêu…) Điều quan trọng đối với mô hình hóa là điều kiện quan hệ tương hỗ của nước mặt và nước dưới đất Bản đồ tài liệu thực tế của mỏ nghiên cứu (các lỗ khoan vơi các mục đích khác nhau và phân bố của chúng theo diện tích, các mạch nước các giếng mỏ, các công trình lấy nước, các thiết

bị tháo khô mỏ) Bản đồ cấu trúc địa chất cùa mỏ nghiên cứu và các mặt cắt kèm theo

Chương 2

TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC NGUỒN CHẢY VÀO MỎ

2.1 TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC MƯA CHẢY VÀO MỎ

Để tính khối lượng nước mưa chảy vào mỏ, cần tiến hành xác định các đường

phân thủy và diện tích hứng mưa của mỏ Dòng nước chảy vào mỏ được xác định theo biểu thức:

Qm = c a F Ψ, m3/s Trong đó:

c – hệ số khí hậu, đặc trưng cho lượng nước mưa tính toán trong giải địa lý,

q – lượng nước mưa của trận mưa, m;

2.2.NƯỚC NGẦM CHẢY VÀO MỎ

2.2.1.Các phương pháp tính lượng nước chảy vào mỏ

a) Phương pháp tương đương:

Phương pháp tương đương chủ yếu dùng trong tính toán dự báo về tính giàu nước của mỏ Lượng nước thực tế chảy vào khai trường được điều chỉnh bởi số liệu thực tế của một mỏ được khai thác trong vùng gần đó hoặc của một mỏ có điều kiện địa chất, địa chất thủy văn tương đương

Có thể tính theo công thức sau:

Q = Q1 F

F1√

H

H1Trong đó:

Q – lượng nước dự đoán có thể chảy vào mỏ;

Q1 – lượng nước thực tế của vùng bên cạnh;

H1 – chiều sâu trung bình thực tế hoặc mức nước ngầm hạ thấp thực tế của mỏ bên cạnh;

F1 – diện tích khai trường, trong đó biết cụ thể thực tế lượng nước chảy vào;

F – diện tích khai trường dự kiến

b) Phương pháp cân đối:

Phương pháp cân đối dùng để đánh giá nguồn nước chảy vào khu vực đòi hỏi xem xét kỹ nguồn gốc cung cấp nước, đảm bảo cho sự cân bằng đó Sử dụng phương pháp này đòi hỏi phải có nguồn tài liệu khảo sát tỉ mỉ, phong phú và đáng tin cậy mới

có thể thực hiện được

c) Phương pháp cân bằng thủy động:

Phương pháp cân bằng thủy động dựa trên cơ sở định luật tuyến tính thẩm thấu, được sử dụng rộng rãi trong công tác thiết kế thăm dò địa chất Những điểm đặc biệt chú ý khi sử dụng phương pháp cân bằng thủy động:

1 Giả thiết lưu lượng chảy vào khai trường là từ nguồn thủy động, tương đối

ổn định

2 Sự dịch chuyển của nguồn nước ngầm chảy vào khai trường coi như không đổi, phễu hạ thấp mực nước ngầm đạt tới biên của ngồn cấp nước, hoặc tới một giới hạn nào đó của địa chất thủy văn

3 Lưu lượng nước ngầm chảy vào khai trường phụ thuộc theo định luật tuyến tính thẩm thấu

4 Trong tính toán địa chất thủy văn, lớp đất đá ngăn nước được coi là vách ngăn của công trình

Theo tính chất và mức độ khác nhau về độ thẩm thấu của đất đá mà chia thành đồng nhất hay không đồng nhất

Lớp đất đá được coi là đồng nhất khi các lớp đất đá trong đó có hệ số thấm k tương đối đồng đều, không khác nhau lắm

Hình 2.1: Vị trí đường biên vùng cấp

nước

Hình 2.2:Sơ đồ xác định vùng trũng đối với khai trường dạng phức tạp cấp nước theo tuyến tính

Đất đá được gọi là không đồng nhất khi các lớp đất đá có giá trị hệ số thấm khác nhau dưới 20 lần Hệ số thấm trung bình theo mặt cắt xác định theo biểu thức:

ktb =k1 m1+ k2 m2+ ⋯ + knmn

m1 + m2+ … + mnTrong đó:

k1, k2,…,kn – hệ số thấm của từng loại đất đá cấu tạo trong lớp đất đá

m1, m2,…,mn – chiều dày của loại đất đá, m

Hệ số thấm trung bình theo bề mặt được xác định theo biểu thức:

ktb =k1 p1+ k2 p2 + ⋯ + knpn

p1 + p2+ … + pnTrong đó:

p1, p2,…,p3 – diện tích tương đương của từng loại đất đá trong khối

Trường hợp hệ số thấm của từng loại đất đá cáu thành lớp chung (theo mặt cắt) hay theo khối (diện tích) khác nhau rất lớn, trên 20 lần thì phải chia nhỏ các vùng

có độ chênh không lớn để có thể quy về loại đất đá tương đối đồng nhất hay không đồng nhất nhưng thỏa mãn điều kiện trên

Bán kính vùng giảm áp được xác định bởi khoảng cách từ tâm khai trường (hay mỏ) đến đường biên vùng cấp nước L (vùng cấp nước có thể là sông, suối, hay một nguồn chứa nước nhất định như hồ chứa nước, đầm lầy…)

Cần phân biệt hai trường hợp: vùng cấp nước có biên là tuyến tính và có biên cong hoặc biên khép kín (hình 2.1)

Bán kính hạ thấp mực nước tính theo công thức sau:

R=ro+ltb hay R = ro+∑ atb li

∑ li

Trong đó:

li - khoảng cách giữa 2 mặt cắt thứ i và i+1;

ltb – là khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp qua biên giới khai trường và vùng cung cấp nước;

ro – đường bán kính quy đổi của khai trường;

R – bán kính hạ thấp mực nước

Trường hợp đường biên vùng cấp nước là đường thẳng thì các mặt cắt ngang theo tính toán phải thẳng góc với đường cấp nước Còn khi đường cong hay đường khép kín, thì mặt cắt phân bổ sẽ dạng rẻ quạt (hình 1.3)

Trường hợp đường biên cấp nước không rõ ràng, bán kính vùng hạ thấp mực nước được tính theo công thức gần đúng như sau:

Rđ√lgRđ − lgrđ − 0,217 = 0,66√R So

W (2H − So) − 0,5 ro2

Trong đó:

Rđ – bán kính hạ thấp mực nước cần tìm trong trường hợp này chính bằng bán kính của tầng chưa nước, bởi vì toàn bộ sự thấm lọc của vùng xung quanh công trình là Rđ, m;

𝑟𝑜 – bán kính quy đổi của khai trường, m;

k – hệ số thấm của tầng ngậm nước, m/ngày –đêm;

W – mực thẩm thấu thực tế của toàn vùng tính toán, m/ngày-đêm;

1000.365; m/ngày-đêm;

m – lượng mưa tại vùng đó trong một năm, mm;

kt – hệ số thấm nước;

So – mực nước hạ thấp dự kiến trong phạm vi khai trường, m;

H – chiều dày thực tế của tầng chứa nước không có áp, m

Đại lượng Rđ được xác định nhờ toán đồ chuyên dùng hình 2.3 Trước hết xác định A1, từ đó tìm trên toán đồ trị số ro và sau đó xác định Rđ

Hình 2.3: Toàn đồ xác định bán kính hạ thấp mực nước theo công thức của

E.E.Kerkis

- Dòng chảy nước ngầm không áp được E.E.Kerkis đề nghị tính như sau:

R(lgR − lgro) = 0,68 e S0.(2H − S)

H ITrong đó:

R – bán kính quy đổi của vùng hạ áp, m;

e – tỷ số giữa bán kính vùng bị ảnh hưởng trên bán kính cấp nước, thường thay đổi trong khoảng 1,3 – 4 Đây là hệ số lấy sơ bộ trước, thường lấy trung bình e=2,0-2,5;

I – độ dốc tự nhiên (mặt thoáng tự do nước ngầm) xác định theo bản đồ đồng đẳng thủy văn;

S0 – mực nước hạ thấp khi bơm;

S0 có thể xác định theo công thức gần đúng;

∆I = a S0

LKhi L ≤ (2 ÷ 3)R; ∆I – mức tăng cường độ dốc mặt thoáng nước ngầm, khi bơm;

L – là khoảng cách từ khai trường hay công trình tới vùng biên của đường cấp nước, m;

a – hệ số, lấy a = 0,15 – 0,15

Trị số R không thể xác định ngay được, phải lựa chọn và lấy số liệu qua toán

đồ (hình 2.4) Trước tiên sơ bộ xác định giá trị về bên trái công thức bằng đại lượng A=R(lgR-lgro) tiếp đó qua toán đồ tìm R qua ro tương ứng

- Dòng chảy nước có áp được xác định theo công thức:

R(lgR − lgro) = 1,36 e So

IKhi hạ thấp mực nước xuống thấp hơn mái ngăn nước, có nghĩa là gần công trình khai thác, chuyển động của dòng nước từ có áp sang không có áp:

M – chiều dày lớp chứa nước có áp, m;

H1 – chiều cao mực nước tự nhiên so với lớp nước có áp ở phía dưới, m

Hình 2.4: Toàn đồ xác định bán kính mức nước hạ thấp theo công thức của

E.E.Kerkis

* Xác định bán kính hạ thấp mực nước theo chế độ bơm thường xuyên

Trong tầng chứa nước không áp với điều kiện cấp nước do thẩm thấu trong vùng hạ áp

R√lgR − lgro = R1√So(2H − So)(lgR1− lgro)

S′(2H − So′)Trong trường hợp tầng chứa nước có áp được cung cấp bởi lượng nước thấm

từ tầng giàu, nước qua đất đá ngăn nước không hoàn thiện Công thức tính xác định như sau:

R√lgR − lgro = R1√So

So′ (lgR1− lgro′) Trong đó:

R – bán kính hạ áp cần tìm, m;

R1 – bán kính hạ áp thực tế khi hút nước thực nghiệm, m;

𝑟𝑜′- bán kính giếng khoan thực nghiệm, m;

S𝑜′- mực nước hạ thấp thực tế trong công trình thực nghiệm với bán kính R1

* Xác định chiều rộng không ổn định của vùng ảnh hưởng bởi hào dài và

L – chiều rộng không ổn định vùng cấp nước dọc hào, m;

𝜑 – hệ số nhả nước;

t – thời gian hoạt động của mương thoát nước, giờ;

W – tốc độ ngấm nước, m/h;

k – hệ số thấm, m/h

Hình 2.5: Sơ đồ xác định chiều rộng vùng ảnh hưởng L

Khi có sự thẩm thấu thì chiều rộng không ổn định của vùng ảnh hưởng được xác định như sau:

−6𝑊𝑡𝜑𝐻

)

* Xác định bán kính ảnh hưởng khi hút nước từ giếng khoan hay lò đứng

Trong thực tế, thường phải sử dụng các công thức thực nghiệm, xuất phát từ công thức ban đầu khi thoát nước ngầm:

𝑅 = 2 𝑆√𝑘 𝐻 Với nước có áp, B.Zakhart đề nghị xác định theo công thức:

𝑅 = 10 𝑆√𝑘 Trong đó:

k – hệ số thấm, m/ngày-đêm;

h – mực nước hạ thấp, m;

H – chiều dày tầng ngậm nước, m

Trong trường hợp hồ thu nước có diện tích rất lớn (khu vực đã khai thác bỏ lại làm hồ thu nước) thì tính theo công thức của I.P.Kusakina

𝑅 = 𝑟𝑜+ 2𝑆√𝑘𝐻

* Xác định bán kính quy đổi khai trường

Với khai trường có chiều dài đường phương và chiều rộng khai trường dưới 1:10, có thể coi như “lòng chảo lớn” Trường hợp lớn hơn 1:10, khi tính lượng nước chảy vào mỏ như chảy vào hào hẹp chạy dài

Khai trường có hình chữ nhật, bán kính quy đổi ro có thể xác định theo công thức của N.K.Ghirinxki

ro =A+B

4 𝜂, m Trong đó:

A – chiều dài khai trường, m;

B – chiều rộng khai trường, m;

η – hệ số phụ thuộc tỷ lệ B/A; lấy theo bảng sau:

ro = P2πVới P là chu vi phai trường Với khai trường có hình dạng kéo dài 𝐵

- Khi nước ngầm chảy vào từ một phía bờ hào:

∆h = 0,44q

kTrong đó:

q – lưu lượng nước chảy vào trên 1m chiều dài hào, m3/ngày-đêm;

k – hệ số thấm của lớp đất đá có hào chạy qua, m/ngày-đêm

2.2.2 Tính toán lượng nước chảy vào công trình giếng đứng

Dòng nước chảy vào công trình từ tầng ngậm nước không áp có lớp ngăn nước hoặc nằm ngang hay dốc nghiêng (hình 2.6)

Hình 2.6: Sơ đồ xác định lượng nước mỏ chảy vào công trình, khi lớp đất đá

nằm ngang hay dốc nghiêng

Công thức tính như sau:

2− h2)

lnRrKhi nước ngầm có một lượng dự trữ nhất định, lượng nước chảy vào giếng được tính như sau:

2

lnRrLượng nước chảy vào công trình từ tầng nước có áp, lớp đất đá nằm ngang hay dốc nghiêng mức nước thủy động dâng tới đáy công trình (hình 2.), tính theo công thức sau:

lnRrTrong đó: M – chiều dày lớp thấm nước, m

Hình 2.7: Sơ đồ xác định nước có áp chảy vào công trình khi mức nước thủy

động đạt tới đáy công trình

Lượng nước từ tầng nước có áp chảy vào công trình, lớp đất đá ngăn nước nằm ngang hay dốc nghiêng, lớp nước thủy động nằm trên lớp ngăn nước, có nghĩa

là bơm nước trong công trình ở trạng thái ngập (hình 2.)

Q = 2,73 k M s

lgRr

Hình 2.8: Sơ đồ xác định lượng nước có áp chảy vào công trình, khi mức nước

thủy động trên lớp ngăn nước

Lượng nước có áp khi bơm trong tình trạng ngập, mực nước thủy động hạ thấp xuống dưới lớp ngăn nước nhưng chưa đến đáy công trình, được xác định theo công thức:

2]

lgRr

Hình 2.9: Sơ đồ xác định lượng nước có áp chảy vào công trình, khi mức nước

thủy động nằm dưới lớp ngăn nước

Lượng nước không áp chảy vào công trình, do công trình ở gần sông hay hồ hay hồ chứa nước, được xác định theo công thức:

Q = π k Hcp

2

ln2Lr

Hình 2.10: Sơ đồ xác định lượng nước không áp chảy vào công trình, do ảnh

hưởng của sông hay hồ chứa

Trong trường hợp công trình khai đào ở gần ngập có kiến tạo địa chất, mực nước thủy động hạ thấp đến đáy công trình (hình 2.) Lượng nước chảy vào công trình xác định theo công thức dưới đây:

ln2Lr

Hình 2.11: Sơ đồ xác định lượng nước có áp chảy vào giếng nằm trong vùng

ngập nước có kiến tạo địa chất

Cũng điều kiện tương tự như trên nhưng mực nước thủy động không tới đáy công trình

2]

lg2LrLượng nước có áp chảy vào giếng, nằm gần biên giới phay phá của tầng ngậm nước, đường biên cấp nước của tầng này nằm ở vị trí nhỏ hơn bán kính ảnh hưởng (hình 2.)

Hình 2.14: Sơ đồ xác định lưu lượng nước chảy vào giếng không hoàn chỉnh,

chiều sâu giếng trong lớp đất đá ngậm nước không áp l<2r

Khi giếng nằm trong lớp chứa nước có áp có chiều dày M (M<3H1) (giếng duy nhất hút lượng nước này), được tính theo công thức:

Q = π r s k ln (l +2M

H1)

H1 – chiều cao cột nước có áp tính từ mực nước ngầm đến lớp đất đá chứa nước

Hình 2.15: Sơ đồ xác định lưu lượng nước chảy vào giếng hút duy nhất nằm

trên lớp chứa nước có áp

Khi giếng “không hoàn chỉnh” được đặt trong lớp đất đá chứa nước không áp

có độ sâu giếng rất lớn (l>5r):

lnRr + (Hl − l) ln4Hr −12Hl φ (H)l

Hình 2.16: Sơ đồ xác định lưu lượng nước chảy vào giếng “không hoàn chỉnh”

nằm trong lớp đất đá ngậm nước chiều sâu khá lớn (l>5r)

Ở đây, 𝜑 (𝐻𝑙) hàm số được lấy theo biểu đồ dưới đây

Hình 2.18: Sơ đồ xác định lưu lượng nước chảy vào giếng “không hoàn chỉnh”

nằm trong tầng chứa nước có áp khi l>0,3M

Trường hợp giếng nằm trong tầng chứa nước có áp ở độ sâu rất lớn, khi l>0,3M

12a (2 lg

4M

r − A) − lg

4MR

A – là hàm số của a Trị số a lấy theo biểu đồ hình 2.19

Các trị số k, H, M, H1 và L xác định trên hiện trường khi nghiên cứu địa chất thủy văn Còn lại các trị số l, r, s lấy từ số liệu tính toán khi thiết kế, được kiểm nghiệm so sánh với số liệu cụ thể thu được trên công trường

2.2.3 Tính toán lượng nước ngầm chảy vào khai trường

Khai trường được coi như một hố thu nước có kích thước lớn, về quan hệ thủy động nó có thể hoàn chỉnh hoặc không hoàn chỉnh

Lượng nước chảy vào khai trường bao gồm lượng nước chảy từ các lớp đất đá phủ, lượng nước từ các lớp đất đá gốc và lượng nước từ khí quyển đổ trực tiếp xuống khai trường

a) Lượng nước không áp chảy vào mỏ từ các lớp đất đá như trên thân quặng

và lớp ngăn nước nằm ngang

Khi lớp đất đá gốc có vị thế nằm ngang và được coi là lớp ngăn nước, lượng nước từ các tầng đất đá phủ ở phía trên, phía bờ động hay bờ tĩnh được xác định theo những công thức đã biết

Khi bờ mỏ hay đường kính thoát nước trên công trường ở gần phái sông, nguồn nước cấp từ một phía, thì lượng nước không áp chảy vào khai trường được xác định

Q = B k.H

2 − h2

2 L

Hình 2.20: Sơ đồ xác định lượng nước không áp từ các tầng đất bóc trên mỏ lộ

thiên chảy vào khai trường

Trường hợp bờ mỏ xa nguồn cấp nước (sông, suối, hồ chứa nước, ), khi đó thay L = R – chiều rộng của giải cấp nước

Trong trường hợp cần xác định lượng nước chảy vào từ hai phía bờ kênh riêng

lẻ hoặc nước chảy vào hào mở vỉa chạy qua lớp đất đá chứa nước:

Q = B k.H

2 − h2RKhi điều kiện địa chất thủy văn rất phức tạp như bờ mỏ phía bờ này có nguồn nước cấp từ rất nhiều con sông, suối thấm qua, còn phía bờ bên kia lại từ nguồn nước thấm qua lớp đất đá chứa nước vào kênh,… thì tổng lượng nước chảy vào mỏ từ phía sông Q1 và lượng nước từ bờ phía dốc do nước ngầm cung cấp Q2, được tính theo công thức:

h – đoạn vết lộ, với sai số không lớn có thể lấy h và h1=0;

L – Khoảng cách từ con sông gần nhất (hay từ một nguồn cấp nước nào khác) đến bờ tầng hay bờ kênh, tính đến điểm ra của đường cong hạ thấp mực nước;

R – chiều rộng của giải cấp nước cho kênh

b) Xác định lượng nước không áp chảy vào khai trường từ các lớp đất đá phủ trên vỉa quặng, lớp ngăn nước nằm nghiêng

Lượng nước không áp chảy đến tầng công tác, hào cơ bản, hào gom nước bờ

mỏ, từ các lớp đất đá phủ nằm trên vỉa dốc nghiêng coi như lớp ngăn nước (hình 2.21) được xác định bằng phương pháp gần đúng của G.H.Kamenxki:

Hình 2.21: Sơ đồ lượng nước không áp chảy vào khai trường từ lớp đất đá phủ

trên vỉa quặng nằm nghiêng

Q = B k.h1+ h2

H1 − H2lTrong đó:

h1 – chiều dày lớp đất đá ngậm nước cạnh mép sông hoặc đầu đường cong thẩm thấu ra hào

H1 – độ cao tuyệt đối tại mức nước ngầm tính theo h1;

h2 – chiều cao đoạn nước thấm qua vào hào;

H2 – độ cao tuyệt đối mức nước ngầm tại mặt cắt h2 (thực tế đây là độ cao tuyệt đối của mái ngăn nước);

l =R – khoảng cách giữa sông và hào nằm trên bờ mỏ

Phương pháp Paolopxki dựa trên giải pháp đối với dòng chảy trên mặt phẳng nghiêng Hình 2.22

Hình 2.22 : Sơ đồ xác định lượng nước chảy vào mỏ từ các lớp đất phủ trong

quá trình khai thác, khi lớp ngăn nước có độ dốc hay nằm ngang

+ Khi lớp ngăn nước có độ dốc thuận chiều với dòng chảy ngầm về hào nước (vùng B- C)

+ Khi lớp ngăn nước (lớp đât đá gốc) có độ dốc ngược chiều với hướng nước ngầm chảy vào khai trường hay hào thoát nước (vùng A-B)

Công thức chung, rút gọn như sau:

il

ho = φ(η2) − φ(η1) Trong đó:

i – độ đốc ở đáy lớp đất đá ngậm nước, có nghĩa là dốc mái của lớp ngăn nước;

l – khoảng cách giữa hai mặt cắt dòng chảy;

ho – chiều dày qui đổi lớp đất đá ngậm nước, tương ứng với chuyển động đều của dòng nước ngầm với lưu lượng cố định (q) và độ dốc, i = const

h2 – đoạn vết lộ, (chiều cao tính từ đường cong hạ thấp mực nước)

Giá trị của hàm f(η) được xác định theo bảng đề xuất của N.N.Paolovxki

Hình 2.23: Biểu đồ xác định giá trị hàm f(η) trong tính toán chuyển động không

Để tính sơ bộ có thể sử dụng biểu đồ 2.23 Tìm được trị số η1 và η2, từ đó

il = ho [φ (h2

ho) − φ (

h1

ho)]

Phương trình trên được tính bằng phương pháp chọn lọc theo gia trị ho

Trị số i và h1 lấy từ kết quả nghiên cứu về địa chất thủy văn, còn l (hay R) được xác định qua sơ đồ mở vỉa hoặc bằng phương pháp tính thông thường Trị số

h2 được xác định (qua tính ngăn nước) mức độ thẩm thấu của lớp đất đá ngậm nước, cần chú ý là không thể lấy bằng 0

Khi tính sơ bộ ho có thể xác định theo công thức của Kamenxki:

ho =h1+ h2

IiTrong đó:

Nếu đáy của khai trường trong giai đoạn tiến hành bóc đất đá còn cách rất xa lớp đất đá gốc cách nước, thì lượng nước chảy vào khu vực khai thác có thể tính theo công thức:

Q = s k(B − NT) Trong đó:

s – khoảng cách từ khu vực bị thẩm thấu tới sông (hay kênh mương ngập nước);

k – hệ số thấm của lớp đất đá phủ;

B – chiều rộng mặt sông (hay kênh mương);

T – khoảng cách chênh lệch từ mặt sông đến đáy khu vực đất đá bóc tại giao đoạn cần tính (chính xác hơn là đến mặt nước tại kênh mương thoát nước trên tầng);

N – hệ số phụ thuộc chủ yếu vào các thông số cơ bản: B, T, l;

l – khoảng cách từ đường ven nước con sông đến đường tiếp giáp mặt tầng mà

ở đó nước ngầm thoát ra