Bài viết với các nội dung: hướng khoa học mới về địa chất công trình mỏ, nhiệm vụ địa chất công trình mỏ, những yêu cầu từ thực tiễn, xu hướng phát triển công nghiệp mỏ, tình hình hiện nay của địa chất công trinh mỏ. Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo bài viết.
ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 323 Địa chất cơng trình mỏ Phạm X uân L iê n h iệ p K h a o s t đ ịa c h â t X lý n ê n m ó n g c n g trìn h Giới thiệu Trong đ iểu kiện th ế nam tụ nhiên đât đá thường trạng thái cân Khi xây d ự n g hầm lò m ò lộ thiên, ánh hư ờng nhiều n gu yên nhân, cân đ ó bị phá vờ D o đó, phát sinh phát triển n h ữ n g trình tượng địa chất khác nhau, thê ò phá huy, biến dạng, chuyên vị, dịch chuyến khối đât đá có thê tích khác Trong hẩm lò ngầm m ò lộ thiên, chúng cũ n g biếu dạng d òn g nước chảy đến, gây biến d ạng thâm làm ch u yến vị khối đất đá Bản chất c h ế d ạng chuyên vị dịch chuyến khối đâ't đá hẩm lò mái d ốc m ò lộ thiên thường râ't phức tạp V iệc nghiên cứu quy luật, biến đ ộn g khối đất đá, đ ể xuất phương pháp d ự báo điểu phối chúng nhiệm vụ quan trọng nhât Địa châ't cơng trình mỏ Hướng khoa học Địa chất cơng trình mò Trong q trình n ghiên cứu tích lũy tri thức, Địa chất cơng trình đ ang chun m ơn hóa phân dị hóa M ột h ớng khoa học m ới hình thành phát triến đ ó Địa chât cơng trình mỏ H n g khoa học m ới n ày đảm nhiệm n h n g nhiệm vụ to lớn v ể địa chất khai thác m ỏ khoáng sản khác như: quặng, than đá, dầu mỏ, khí đốt, n gu n liệu m ỏ - hóa chât, phân bón khống, vật liệu xây d ự ng, v v N h ù n g yêu cẩu khẩn thiết m ột n gành công n g h iệp n ặng hàng đẩu đ ang rât cẩn đ ến Địa chất g trình: 1) luận chửng cho p hư ơng thức khai thác m ỏ lộ thiên hầm lò; 2) đánh giá đ ộ ổn đ ịnh đâ't đá bờ m ỏ, mái d ốc tầng khai thác, bãi thải, v v 3) d ự báo n n g biến đổi m ôi trường n n g vù n g khai thác; 4) đ ể xuât biện pháp đảm bảo an toàn cho cơng tác sản xuất Nhiệm vụ Địa chất cơng trình mỏ N h iệm vụ nghiên cứu địa châ't công trình m ỏ ĩ) luận ch ứ n g địa chất cho v iệc đánh giá cuối m ỏ v ề m ặt công n ghiệp, p hư ơng thức khai thác hệ khai thác, kết câu m ỏ lộ thiên hẩm lò, bàn thiết k ế vể tổ chức thi công xây d ự n g mỏ Đ ánh giá đ ộ ốn định đâ't đá mái d ốc tầng (bậc) thành m ỏ lộ thiên, hẩm lò ngầm bải thải; 2) đ ể x't sờ địa chât cơng trình v ể sử d ụ n g hợp lý m ôi trường địa chất bảo vệ khỏi tác hại xí n ghiệp khai thác mỏ; 3) đ ể xuất n g u y ên tắc phương pháp nghiên cứu địa chât cô n g trình, tơ chức n g h iên cứu tât giai đoạn thăm d ò khai thác m ỏ, p h n g pháp đánh giá d ự báo phát sin h n h n g trình tư ợ n g địa châ't bâ't lợi, đ iều p hối ch ú n g theo h ớng ổn đ ịn h vừ ng N h vậy, đ ố i tư ợng n g h iê n cửu h ớng (nhánh) khoa h ọc đ a n g xét cùa địa châ't cô n g trình cũ n g n h khoa h ọc địa chất khác m ôi trường địa chât, đ ó n h n g đ iều kiện xây d ự n g khai thác hầm m ò m ỏ lộ thiên cũ n g n hư tiến hành cô n g tác m ò, K h ơng phải tât vấn đ ể địa chât n g trình m ỏ đ ểu đ ợ c n g h iên u xem xét n hư Các nhà n g h iên u đ a n g tập trung ý vào n g h iên u đ iểu kiện địa chất n g trình m ỏ k ho n g sản rắn, râ't hạn c h ế đ ổi với m ỏ dầu khí Trước địa chât n g trình m ỏ, cũ n g n h trước ch u y ên n gàn h địa chất cô n g trình đ ã phát sin h m ột vân đ ề hê't sứ c quan trọng cẩn đ a n h ữ n g đ ề n ghị kiến nghị v ề sử d ụ n g hợp lý bảo v ệ môi trường địa chât tránh đ ợ c n h n g tác hại d o khai thác m ỏ xí n g h iệ p g ây N h ữ n g n g h iên cửu v ề vấn đ ề lớn bư ớc đầu đ a n g thu đ ợ c n hữ n g kết khả quan, tu y n h iên n hiều vấn đ ề đòi h ỏi phải xem xét tiếp tục giải Thực t ế ch ứ n g tỏ giữ a thăm d ò khai thác m ỏ có gián đ oạn, v ì v ậ y chi vừ a n ảy sinh n h iệm v ụ thiết k ế hẩm lò m ỏ lộ thiên, đ a n g tiến hành cô n g tác m ỏ, lại cần thực h iện n h n g n ghiên u bô su n g khảo sát m ỏ Đ iều đ ó ch ứ n g tỏ n h ữ n g n h iệm v ụ địa chât cô n g trình đ ợ c giải q u yết k h ô n g trọn vẹn thăm d ò m ỏ cũ n g trình khai thác m ỏ Bộ phận địa chất xí n g h iệ p m ỏ k h ô n g có đ ủ ch u y ên gia địa ch ất n g trình m ỏ M ột n h n g n hiệm vụ địa chât n g trình m ỏ, cũ n g n h h n g khoa học đ ể lý th u yết chung, xem xét n h ữ n g đ iểu kiện tác đ ộ n g giừ a M ôi trường địa chât với C ông trình công tác xây d ự ng, n gh iên cứu n h ữ n g đ iểu kiện địa chât v iệc xây d ự n g khai thác hầm lò, m ỏ lộ thiên đảm b ảo an toàn ch o việc tiến hành côn g tác mỏ Những yêu cầu từ thự c tiễn Đ ịa chất n g trình m ỏ n g h iên cứu đánh giá vân đ ề địa chât khác liên quan đ ến việc khai thác m ỏ d ới g ó c đ ộ xây d ự n g V iệc d ự báo n h n g thay đ ổi đ iều kiện địa chất đ ợ c lổng 324 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT gh ép với xây dự ng cơng trình (hẩm mỏ, m ỏ lộ thiên, v v ) với việc tiến hành biện pháp g trình Vị trí n hững nghiên cứu địa châ't g trình, tùy theo giai đoạn khai m ỏ phải d iện tích phân bơ chúng, nhừng khoảnh riêng lẻ hầm lò, nhừng bãi m ỏ lộ thiên phận ch ú ng sau hết hẩm lò m ỏ lộ thiên H iện nay, thiết k ế khai thác m ỏ khống sản, địa châ't cơng trình đặt lên hàng đẩu yêu cẩu cao Việc phát triển cơng tác m ò ngày xuống sâu, khai thác nhiểu m ò điều kiện địa chất phức tạp, việc sửa sang hầm lò ngẩm n h ữ n g khu vực xây thêm , m ột s ố trường hợp bị choán bời bê chứa nước đặc biệt áp dụng rộng rãi phương thức khai thác lộ thiên đ an g đòi hỏi phải thay đổi phương pháp nghiên cứu đ iểu kiện địa chất cơng trình Với ý nghĩa có râ't n hiều vấn đ ề cẩn xác định tính tốn phân b ố ú n g suâTt đâ't đá, cân cùa n ng khối h ố m ỏ mái d ốc chúng, áp lực mỏ, đ ộ độ ổn định khối n gu n cơng trình Đ ể thiết k ế biện pháp bảo vệ, đ òi hỏi nhừng so đổ tính tốn luận chứng phải có n hững chí tiêu tính tốn cụ th ể tính chât đất đá, tầng, đới phức hệ chứa nước, n h ữ n g s ố liệu v ề thay đổi chúng theo thời gian trạng thái ứng suất khác nhau, v ề tính khơng đ nhât dị h ướng tính chât đâ't đá v ể đ iểu kiện làm việc chịu lực, chịu nước chúng Tất nhừng s ố liệu cẩn thiết củng liên quan với p hư ơn g pháp tính tốn mới, nhừng p hư ơng thức p hư ơn g tiện m ới đ ế khai thác m ỏ khoáng sản Đ ộ sũng nước m ỏ thường gây nhừ ng d òng n ớc đáng k ế chảy vào hẩm lò, tạo nên yêu cẩu phải làm khơ, đ thời phải có hệ thổng tầng, đới p c hệ chứa nước N h n g biện pháp cường đ an g ứng dụng đ ể đảm bảo đ ộ ốn định đất đá hẩm m ỏ đ ộ an tồn việc thi cơng m ỏ, nhiều người ta thay đổi đáng k ế thăng b ằng nước đất, làm cạn kiệt chủng phá hoại n h n g điểu kiện cung cấp nước trạm dân cư, xí nghiệp cơng nghiệp n ơng nghiệp Vì vậy, cần nghiên cửu đánh giá m ức độ sủ ng nước, m ức đ ộ chứa khí đ iểu kiện địa nhiệt m ỏ khoáng sản V iệc xây d ự ng xí nghiệp m ỏ thực g việc khai thác m ỏ luôn gây n hữ n g thay đổi m ôi trường xung quanh, địa hình mặt đất, n gu yên vẹn vù ng đất cơng trình, làm bẩn tầng chứa nước, bê nước, sơn g ngòi nước ngẩm , v.v Vì vậy, việc dự báo đánh giá n ng biến đối đ iểu kiện địa chât cơng trình khu vực, việc đ ể x't biện pháp sử d ụ n g hợp lý chúng bảo vệ khỏi hậu họa khai thác mỏ, lập luặn chửng địa chất cho đổ án thiết k ế mò, xí nghiệp m ột nhừng nhiệm vụ địa chât cơng trình m ỏ Một loạt vân đ ể địa châ't liên quan với công tác khai thác m ỏ luôn đặt đ ế giải quyết, đ ó 1) b ố trí bải thải bãi thài thu nước (không chứa quặng) sản xuât mỏ; 2) đánh giá d ự báo đ ộ Ổn định bảo v ệ v ù n g tiếp giáp khỏi bị tác hại C uôi cùng, quan trọng n h ũ n g vân đ ê v ề khả sử d ụ n g nhừng h ố m ò m ỏ thơi khai thác nhừ ng khoảnh riêng n ng đối tượng có cơng d ụ n g khác kho, trạm đo lực, gara, xí n ghiệp sản xuất, v.v N ội d u n g nhữ ng nhiệm vụ địa châ't công trình m ỏ có ý nghĩa khoa học thực tiền to lớn Đê giải nhữ ng vấn đ ể có liên quan đến việc khai thác mỏ, địa chât cơng trình đ ang sử d ụn g rộng rãi tô hợp phư ơng pháp địa chất kinh điên (phân tích lịch sử tự nhiên), đ ổn g dạng v ể địa châ't, thực nghiệm , lập m hình, xác xuất thống kê, tính tốn - lý thuyết Xu hướng phát triển cơng nghiệp mò T heo ý kiến n hiều chuyên gia lớn v ề địa chât cơng trình, phát triển công nghiệp m ỏ m ột tương lai gần, có nhữ ng khuyrih hư ớng sau 1) Tăng khai thác yêu cẩu n guyên liệu khoáng lẽn gấp đôi cho m ỗi kỳ 12-15 năm 2) Gia tăng diện tích kho bãi chứa đât đá thải loại sản xuâ't xu h ớng khai thác m ỏ với hàm lượng khoáng sản n gh èo 3) Tăng đ ộ sâu khai thác gây nên biến d ạng lớn tầng m ỏ lộ thiên, tăng th ể tích bãi thải, làm phức tạp trình khai thác ngẩm thât thoát nhiều khoáng sản 4) Việc khai thác m ỏ với n h ũ n g trình tượng địa chất cơng trình phức tạp hẩm m ỏ dẫn đến su y giảm tiêu kinh tế - kỹ thuật xí nghiệp 5) Tăng thêm phần khai thác lộ thiên hiệu làm giảm tổn thất giá thành khoáng sản, n hư n g tăng diện tích đất bị h ủy hoại Tât nhừng khuynh hướng nêu làm tăng chi phí thăm d ò khai thác khoáng sàn, khiến cho vốn đầu tu tăng lên đáng kể Vì có hai nhiệm vụ chủ yếu nghiên cứu m ỏ khoáng sàn 1) Đánh giá (phần d ự báo) n hữ ng điểu kiện địa chất cơng trình m ỏ, nhằm luận chửng cho n hữ ng giải pháp thiết k ế tối ưu, đảm bảo sử d ụ n g hợp lý nhât tài n gu yên khoáng đất đai, giảm thiêu hủy hoại m ôi trường địa chất, đảm bảo an toàn cao nhât hạ giá thành sản xuất; 2) Đánh giá d ự báo thay đối điểu kiện địa chất cơng trình v ù n g khai thác m ỏ, nhừng v ù n g bị ảnh h ờng khai thác, từ đ ó đ ể xuất biện pháp hạn c h ế n h n g thay đối N h n g nhiệm vụ vừa nêu có liên quan với nhau, thúc lân nhau, giải tốt nhiệm vụ đẩu tất ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH yếu nhiệm vụ thứ hai sê giải tốt N hững số liệu nhặn chu kỳ khai thác m ỏ xác sờ đ ế đánh giá địa chất cơng trình chu kỳ cơng tác thăm dò xác p hong phú hon D o tính chât phức tạp cua điểu kiện địa châ't cơng trình m ỏ tính phức hợp cùa q trình, phát sinh d o tác d ụ n g qua lại với lò mỏ, phần lớn vân đ ể liên quan đến đánh giá d ự báo độ ôn định cơng trình m ỏ giải chu kỳ xây d ự n g khai thác chúng (khơng giốn g nhữ ng kiêu cơng trình khác) Vì vậy, phải tiến hành nhừ ng nghiên cứu địa chât cơng trình khơng chi chu kỳ thăm dò m ò (đê khăng định trừ lượng cua với cấp phê d uyệt thiết kê xí n ghiệp mò), mà trực tiếp hẩm lò m ỏ thời gian xây d ụ n g khai thác Đ ê nâng cao đ ộ tin cậy côn g tác đánh giá d ự báo địa chất cơng trình chu kỳ thăm dò m ỏ cẩn tập trung nghiên cứu quan trắc hầm m ỏ theo m ột quy trình nghiêm ngặt Đ iểu đ ó có ý nghĩa quan trọng việc luận ch ứ n g cho biện pháp hạn c h ế tác hại xí n ghiệp khai thác mỏ N n g điểu kiện địa chât cơng trình m ột hệ k hép kín thành phần liên quan với nhau, xác định tính phức tạp khai thác mỏ, đặc trưng quy m ô thay đối m ôi trường d o ảnh hưởng trình khai thác m ỏ Tương tác lẫn cơng trình m ỏ (hẩm lò) với n hữ n g thành phấn riêng lè phá hùy cân tự nhiên h ệ thống, d o đ ó phát sinh hàng loạt thay đổi q trình địa chât địa châ't cơng trình V iệc nghiên cứu quy luật trình â'y theo thòi gian xây d ự n g khai thác cơng trình m ỏ khác (hầm m ỏ, m ò lộ thiên, bãi thải, bê chứa m ùn, đât đá khơng chứa quặng, v v ) cho phép d ự báo phát sinh, phát triển quy m q trình Trong thời gian nghiên cứu quan trắc hẩm lò cần làm xác thêm hệ phương pháp cơng tác địa chât cơng trình, đ ể x't n hững góc đ ộ m ới v ề luận chứng địa chất cho giải pháp thiết kế Từ kết nghiên cứu v ề hoàn cảnh địa chất tự nhiên lý giải quy luật tương tác với cơng tác mỏ, có th ể tạo d ụ n g m hình địa chất cơng trình Đ ó s ò đ ế tiến hành tính tốn tham s ố m ỏ lộ thiên, bãi thải, áp lực m ỏ, đ ể đánh giá tốn thât mà m ôi trường thiên n hiên phải chịu đ ể kiến nghị biện pháp hạn c h ế tốn thât N h ữ n g đánh giá dự báo tin cậy có th ể có trường hợp điều kiện kỹ thuật m ỏ xác định; cụ thê trạng thái ứ n g suất quanh hẩm lò, phương lò so với y ếu tố th ế nam đất đá, khe nứt, phân lớp, côn g n gh ệ tiến hành công tác m ỏ, dạng đặc trưng ch ốn g đờ, đặc điểm điểu phối áp lực mỏ, thời gian khoan đ đ ế phơi lộ cơng trình khai thác mỏ, v.v H iện có đủ lý luận đ ể 325 giải tốn giái tích v ể đánh giá tính ổn định hẩm lò Tuy nhiên, đê giải tốn cần đặt toán đ ún g bán chất trình chọn đầu vào đại lư ợng đặc trưng cho câu trúc địa chât, nhừ ng điểu kiện địa chất thủy văn, điểu kiện khí, độ khe nứt, tính chia lớp, độ bển, độ biến dạng, trạng thái ú ng suât đâ't đá có xét đến đặc điếm kiến trúc câu tạo Cẩn thây việc tổng hợp quan trắc hẩm lò m ỏ lộ thiên, phát nhù ng quy luật tin cậy không thế, không hiếu tính chất học trạng thái ứ ng suất đất đá quanh hẩm lò Sự nâng cao đ ộ tin cậy luận chử ng địa chất giải hàng loạt toán kỹ thuật m ò đ ón g góp thực mà địa chất cơng trình m ang lại cho việc đ ể xuât vân đ ể chung sừ d ụn g hợp lý lòng đất bảo tổn m ôi trường địa chât v ù n g cơng nghiệp khai thác mò Tình hình Địa chất cơng trình mò Việc tạo lập hướng khoa học Địa châ't cơng trình cơng lao nhiều nhà khoa học, chủ yếu nhà khoa học Liên Xô cũ, trước hết P.N Paniukov, x v Troiansky, M.M Protodiakonov, G.L Ficenko, v v , với nhũng người úng dụng thực tiên sản xuất thông qua nhiều hội thảo, hội nghị Tuy vậy, m ột lĩnh vực phức tạp mẻ nên đến nhùng kết nghiên cứu vân có th ể coi bước khời đẩu H iện vấn đê yêu, nhữ ng nội dung n ng nhiệm vụ sau đ ây Địa chất công trình m ỏ cần đư ợc lưu ý nghiên cứu Cấu trúc địa chất mỏ; Đ iểu kiện Địa châ't cơng trình mỏ; N ớc đất m ò khống sản rắn; Tính chất - lý đâ't đá m ỏ khoáng sản rắn; Trạng thái ú ng suât đâ't đá, thay đối biếu xun (đào) hơ mỏ, áp lực mỏ; Các trình tượng địa chât đào h ố mỏ; Các vấn đ ề p hư ơng pháp Địa châ't cơng trình m ỏ khống sản rắn Tài liệu tham khảo E n c y c lo p e d ia o f G e o lo g y , 200 V o lu m e 3, (609 -6 ) E ls e v ie r A c a d e m ic P ress MBaHOB 14 MCíMe40 BaHMfl n , 1987 B rơpHOM MHaceHepHO-reo/iorMMecKMe Ae^ie M34 H edpa 255 CTp /ìeHMHrpad /loMTaAiỉe B MH>KeHepHa« recMorna MecTopo>K4eHMM nơ/ie3Hbix MCKonaeMbix Ì/Ỉ3A- H edpa 272 c rp /ìeHMHrpaA- riaHiOKOB n H., 1978 MH>KenepHa« reo/iorna 2-e M34 Heờpa, C T p M O C K B a ... dung n ng nhiệm vụ sau đ ây Địa chất cơng trình m ỏ cần đư ợc lưu ý nghiên cứu Cấu trúc địa chất mỏ; Đ iểu kiện Địa châ't cơng trình mỏ; N ớc đất m ò khống sản rắn; Tính chất - lý đâ't đá m ỏ khoáng... tác địa chât cơng trình, đ ể xuâ't n hững góc đ ộ m ới v ề luận chứng địa chất cho giải pháp thiết kế Từ kết nghiên cứu v ề hoàn cảnh địa chất tự nhiên lý giải quy luật tương tác với cơng tác mỏ, ... địa chât cơng trình khu vực, việc đ ể xuâ't biện pháp sử d ụ n g hợp lý chúng bảo vệ khỏi hậu họa khai thác mỏ, lập luặn chửng địa chất cho đổ án thiết k ế mò, xí nghiệp m ột nhừng nhiệm vụ địa