1. Trang chủ
  2. » Khoa Học Tự Nhiên

Xây dựng mô hình tính toán ổn định bãi thải khi có tác động của dòng nước mặt

5 36 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 5
Dung lượng 647,6 KB

Nội dung

Với khối lượng đất đá đổ thải hàng năm lớn, khi đó diện tích các bãi thải mở rộng, chiếm dụng đất đai, chiều cao bãi thải tăng, hiện tượng sụt lún và mất an toàn xuất hiện nhiều hơn…. Trên cơ sở đánh giá, khảo sát tính chất cơ lý đất đá thải, các yếu tố ảnh hưởng, sẽ xây dựng mô hình tính toán ổn định bãi thải khi có tác động của dòng nước mặt.

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH BÃI THẢI KHI CĨ TÁC ĐỘNG CỦA DỊNG NƯỚC MẶT TS Đồn Văn Thanh, ThS Phạm Xuân Tráng Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: TS Lưu Văn Thực Tóm tắt: Với khối lượng đất đá đổ thải hàng năm lớn, diện tích bãi thải mở rộng, chiếm dụng đất đai, chiều cao bãi thải tăng, tượng sụt lún an toàn xuất nhiều hơn… Trên sở đánh giá, khảo sát tính chất lý đất đá thải, yếu tố ảnh hưởng, xây dựng mơ hình tính tốn ổn định bãi thải có tác động dòng nước mặt Mở đầu Theo kế hoạch phát triển ngành, sản lượng mỏ lộ thiên nói chung mỏ than lộ thiên nói riêng chiếm tỷ trọng lớn: Khoảng 35¸40% than, 98% kim loại, 100% phi kim loại, vật liệu xây dựng,… Tuy nhiên, năm qua nhu cầu nguồn nguyên liệu để phát triển xã hội, sản lượng mỏ ngày tăng cao, bên cạnh việc tăng sản lượng tỷ lệ đất đá bóc lớn, số mỏ khai thác than có hệ số bóc lên tới (12÷15) m3/tấn Do lượng đất đá thải lớn ngày tăng Căn vào kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên – kỹ thuật đến độ ổn định bãi thải, thấy bãi thải mỏ lộ thiên nước ta thường xuyên chịu ảnh hưởng đợt mưa bão; đặc biệt chiều cao tầng thải lớn bãi thải nằm khu vực thu nước Sự có có mặt nước tác động trực tiếp đến độ ổn định bãi thải thể dạng: Thứ gây thấm ướt đất đá dẫn đến gia tăng khối lượng, thể tích giảm độ kết dính hạt đất đá tạo nên áp lực đẩy khối đá; Thứ hai gây đọng nước mặt tầng dẫn đến tràn nước sườn tầng, gây xói ngầm đất đá hay nhiều sườn tầng Tuỳ thuộc vào lượng mưa sau trận mưa, mức độ ảnh hưởng đến khối đá thải khác Đặc biệt, chiều cao tầng thải lớn bãi thải nằm khu vực thu nước Chính vậy, việc tính tốn độ ổn định bãi thải có tác động dòng nước mặt cho bãi thải mỏ than lộ thiên thuộc TKV cần thiết Xác định độ ổn định bãi thải giúp cho nhà quản lý mỏ sở ban ngành dễ dàng kiểm sốt, dự báo quy mơ, phạm vi rủi ro gây ảnh hưởng tới cơng trình xung quanh trình đổ thải mỏ lộ thiên Từ đó, đề xuất giải pháp xử lý phù hợp Hiện trạng cơng tác đổ thải tính chất đất đá thải 2.1 Hiện trạng công tác đổ thải Trong năm qua, nhu cầu nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất, dẫn tới khối lượng đổ thải tăng cao, có bãi thải tiến tới gần sát khu dân cư, tiềm ẩn nhiều hiểm họa môi trường ảnh hưởng tới sống hộ dân sống quanh bãi thải Gần nhất, đợt mưa lũ cuối tháng đầu tháng 8/2015 Quảng Ninh, qua khảo sát thực tế bãi thải mỏ, khai trường lộ thiên thấy rằng: Nhiều nơi bãi thải Đơng Cao Sơn, bãi thải Chính Bắc, v.v bãi thải ảnh hưởng nước mưa, nên sườn tầng bãi thải bị sạt lở, trôi lấp xuống cơng trình phía ảnh hưởng đến cơng trình sơng, suối, v.v tác động đến mơi trường sinh thái khu mỏ Đến nay, nhiều bãi thải Đơng Cao Sơn, Bãi thải Chính Bắc, bãi thải Núi Béo, Cọc Sáu, v.v đổ với khối lượng tới hàng trăm triệu m3 đất đá, chiều cao bãi thải tới vài trăm mét, số lượng tầng thải nhiều Tổng khối lượng đất bóc mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh lại khoảng 2,0 tỷ m3, trữ lượng than khai thác lại 268,3 triệu Trong năm tới, sản lượng mỏ lộ thiên đạt từ 1,5÷3,5 triệu than/năm, đất bóc từ 10÷50 triệu m3/năm Các mỏ lộ thiên vùng Hòn Gai kết thúc KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 17 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ Bảng Khối lượng đất đá thải mỏ lộ thiên thuộc TKV theo quy hoạch [2] TT Khối lượng đất đá thải theo năm, 103m3 Tên mỏ Đèo Nai Cọc Sáu Cao Sơn Đèo Nai-Cọc Sáu Tây Nam Đá Mài (Khe Chàm II) Hà Tu Na Dương Khánh Hòa 2019÷2020 2021÷2025 35.000 40.300 54.00 33.629 40.300 305.480 99.000 31.800 270.000 80.000 40.000 57.000 127.000 32.000 16.000 khai thác vào năm 2017÷2025; mỏ vùng Cẩm Phả thời gian khai thác đến năm 2038 Khối lượng đất đá thải mỏ than lộ thiên thuộc TKV theo quy hoạch đến năm 2030 thể bảng [2] Hiện nay, hầu hết mỏ than lộ thiên TKV sử dụng hình thức đổ thải với công nghệ đổ thải bãi thải cao, kết hợp ơtơ – máy gạt Q trình thải đá gồm cơng việc theo trình tự sau: Ơ tơ đổ đất đá trực tiếp xuống suờn lên mặt tầng thải, máy gạt đẩy đất đá xuống suờn tầng thải (hoặc san theo bề mặt), trì duờng tơ tầng thải Các bãi thải thường có chiều cao từ (60÷150)m, có nơi đến 270 m, góc dốc sườn bãi thải tương đối lớn (300÷400) 2.2 Đặc điểm tính chất đất đá thải Đất đá bãi thải mỏ than lộ thiên gồm loại đá địa tầng trầm tích chứa than như: Cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sết kết, sét than Đất đá thải lẫn lượng nhỏ đất từ bề mặt tầng phủ, chiếm khoảng 10% 2026÷2030 Còn lại 325.000 142.900 325.000 108.591 38.500 80.000 40.000 38.500 417.700 38.000 Sự phân bố đất đá bãi thải không đồng Tuy nhiên, động hạt đất đá thải rơi xuống từ xe vận chuyển từ khâu san gạt nên từ mặt bãi thải xuống độ sâu 1,5 m tập trung chủ yếu loại đá có kích cỡ nhỏ (bụi lắng, cát, dăm sỏi), tỷ lệ hạt đá có kích thước nhỏ 15 mm chiếm 40÷50% Dọc theo sườn dốc trở xuống, tỷ lệ hạt đá có kích thước nhỏ giảm dần, đến khoảng sườn dốc bãi thải tỷ lệ hạt đá có kích thước hạt lớn 500 mm chiếm 60% Những tảng đá có đường kính lớn tập trung phía sườn dốc Khi xuống chân bãi thải tảng đá to thường lăn cách chân bãi khoảng cách định Khu vực sát chân bãi thường loại đá có kích thước lớn 800 mm Do quy trình đổ thải từ cao xuống nên đất đá hạt nhỏ thường tập trung phía trên, cỡ hạt lớn tập trung chân bãi thải Những cỡ hạt lớn thường lăn xuống chân bãi thải tách xa chân bãi thải nên tạo cho bề mặt sườn bãi Bảng Kết xác định tính chất đất đá thải [1] Dung trọng, t/m3 TT Tên bãi thải Lực dính kết, kPa Góc nội ma sát, độ Tự nhiên Bão hòa Tự nhiên Bão hòa Tự nhiên Bão hòa 2,228 2,082 2,274 2,376 2,180 2,428 125 130 120 5 28 28 21 25,80 25,80 19,24 2,292 2,428 128 23 21,10 Đông Cao Sơn Bàng Nâu Mơng giăng Đơng khe Sim- Nam Khe Tam Chính Bắc 2,207 2,350 135 23 21,10 Vách Toòng Danh 1,956 2,095 62 20 18,31 2,294 2,420 98 28 26,74 18 Bãi thải mỏ Khánh Hồ KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ thải dạng lõm với góc dốc trung bình khoảng 300 ÷ 400 Kết tính xác định tính chất đất đá thải số bãi thải tổng hợp bảng [1] Ảnh hưởng lực thấm đến ổn định sườn tầng thải Nước mưa ngấm xuống bãi thải sẽ: - Bốc khơng khí tác động nắng gió; - Ngấm vào bên hạt đất đá, lấp kín lỗ rỗng Lượng nước khơng đáng kể, bị nung nóng; - Lưu thông tự khoảng rỗng tảng, hạt đất đá tự chảy phía có địa hình thấp (theo phương nằm ngang) tác động trọng lực khỏi bãi thải dạng xuất lộ, lượng nước lớn, phần nhỏ chảy qua khe nứt tầng đá gốc Đất đá dạng vật thể khác bị nước nhấn chìm chúng bị trọng lượng Đất đá thải bao gồm cát, sạn sỏi, cuội đá dăm,… có trị số lỗ rỗng lớn Do đó, đất đá bị sũng nước, lỗ rỗng chúng hoàn toàn bị lấp đầy nước Nước chứa khe nứt dẫn đến tượng xói ngầm Q trình lơi hạt đất đá rửa trơi đất đá có tính hòa tan tác dụng nước đất, sau gây tượng sụt lún bề mặt Với sườn tầng thải mái đất đá rời, trạng thái khơ hồn tồn sũng nước, cần hạt đất mái dốc trì ổn định sườn tầng thải Nhưng, mực nuớc ngầm dâng cao, có tuợng nước thấm từ bãi thải áp lực thuỷ động dòng nuớc thấm sinh lôi theo hạt đất, làm cho sườn tầng thải ổn định Theo [3], sườn dốc có dòng thấm ổn định khơng có dòng thấm, hệ số ổn định K giảm khoảng ½ lần Như vậy, khơng có dòng thấm cần a ≤ j sườn tầng thải ổn định, có dòng thấm u cầu sườn tầng thải phải thoải hơn, tức a < arctg(0,5tgj) đảm bảo ổn định Như vậy, có dòng thấm góc dốc sườn bãi thải giảm từ aS = j ÷ arctg(0,5tgj) Với góc dốc sườn bãi thải trạng thái ổn định, aT = j = 230, góc dốc sườn bãi thải có dòng thấm phụ thuộc vào áp lực thủy động dòng nước aS = 12 ¸ 230 Trên hình 1, thể thay đổi dòng thấm Hình Sự phụ thuộc dòng thấm vào tính chất đất đá bãi thải có tác động dòng nước mặt vào tính chất đất đá, lớp đất đá đổ thải tốc độ dòng thấm lớn, lớp đất đá góc tốc độ dòng thấm nhỏ Nước thấm qua bãi thải xuất lộ chân bãi thải Xây dựng mơ hình tính tốn ổn định bãi thải có tác động dòng nước mặt Với đặc tính bãi thải mỏ lộ thiên cấu tạo đất đá cứng cứng nằm ngang - nghiêng, mơ hình kiểm tốn ổn định bãi thải lựa chọn hợp lý theo mơ hình trượt mơi trường đồng Mặt trượt có dạng cong theo dạng cung trụ tròn Phương pháp tính tốn áp dụng phương pháp cộng đại số lực Theo lý thuyết cân giới hạn mơ hình kiểm tốn ổn định xác định theo cơng thức: Với: Ni= PiCosαi ; Pi=PiSinαi Trong đó: Ni- lực pháp tuyến trọng lực block tính tốn thứ i, t/m; Ti- lực tiếp tuyến trọng lực block tính tốn thứ i, t/m; ji- góc ma sát khối block tính tốn thứ i, độ; Ci- lực dính liên kết block tính tốn thứ i, t/m2; Lichiều dài cung trượt tính tốn thứ i, m; αi- góc nghiêng mặt trượt so với đường nằm ngang phần tử thứ i, độ Bản chất phương pháp chia nhỏ lăng trụ trượt thành phần tử song song với theo phương thẳng đứng Số lượng phần tử cần chia phụ thuộc vào mặt mái dốc cụ thể Sau chia lăng trụ trượt thành phần tử, tiến hành tính tốn lực gây trượt lực chống trượt theo phần tử riêng biệt, cuối lấy tổng đại số cho toàn lăng trụ, đưa vào KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 19 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Sơ đồ tính tốn ổn định bãi thải cơng thức để tính tốn Nếu trị số n 1, bãi thải ổn định tạm thời; n ≥ 1,3, bãi thải ổn định với thời gian từ 20 năm trở lên Để đảm bảo bãi thải ổn định, thơng số bãi thải tính tốn đảm bảo ổn định lưu lượng mưa từ 400÷436,8 mm/ngày (tương tự trận mưa cuối tháng đầu tháng năm 2015 Quảng Ninh) Việc tính tốn độ ổn định bãi thải thực phần mềm Geoslope Với tính chất đất đá thải thể bảng 2, giả định với liệu đầu vào chung bãi 20 KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 30 0,928 Khơng ổn định Hình Kết tính tốn ổn định bờ mỏ có tác động dòng nước mặt phần mềm Geoslope Kết tính tốn bảng hình vẽ cho thấy, điều kiện bình thường lực dính kết C = 125 kPa góc dốc sườn bãi thải α = 220 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ ÷ 230, hệ số ổn định bãi thải n = 1,649 bãi thải trạng thái ổn định Dưới tác động dòng nước mặt, theo thời gian, đất đá bị trương nở làm lực dính kết C = 125 ÷ kPa, hệ số ổn định bãi thải giảm xuống n = 1,649÷0,928 Kết luận Theo kế hoạch khai thác, bãi thải mỏ than lộ thiên tiếp tục mở rộng đổ thải lên cao Trong đó, khí hậu ngày biến đổi phức tạp, trận mưa, lũ có xu kéo dài nhiều ngày với vũ lượng lớn Khi đất đá thải bão hòa nước làm tăng nguy sạt lở an tồn cho cơng trình xung quanh Nếu đổ thải theo thông số thiết kế, bãi thải ổn định trạng thái bão hòa nước Tuy nhiên, trạng thái bão hòa nước hồn tồn (C = 0÷5 kPa) tồn khoảng thời gian dài tượng trượt lở hồn tồn xảy ra, bãi thải khơng ổn định Tài liệu tham khảo: [1] Viện KHCN Mỏ - Vinacomin (2016), nghiên cứu độ ổn định, lựa chọn thơng số, trình tự đổ thải, giải pháp nước cơng trình bảo vệ phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu bãi thải mỏ than lộ thiên thuộc TKV [2] Công ty Cổ phần tư vấn Đầu tư mỏ Công nghiệp – Vinacomin (2015), Phương án khai thác hợp lý mỏ Cọc Sáu – Đèo Nai – Cao Sơn [3] Viện KHCN Mỏ - Vinacomin (2019), nghiên cứu xác định dạng trượt lở khoảng cách ảnh hưởng cơng trình chân bãi thải có tác động dòng nước mặt Model building to calculate the stability of the dumping site when there is an impact of surface water flow Dr Doan Van Thanh, MSc Pham Xuan Trang Institute of Mining Science and Technology – Vinacomin Summary: Due to the large volume of annual waste rock and soil, leading to expansion of dumping sites, land occupation, increase of the height of dumping site, subsidence, unsafe phenomenon more and more Based on assessment and survey of mechanical and physical properties of waste rock and soil, influence factors, the authors will build a model to calculate the stability of the dumping site when there is an impact of surface water flow KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 21 ... bãi thải Xây dựng mơ hình tính tốn ổn định bãi thải có tác động dòng nước mặt Với đặc tính bãi thải mỏ lộ thiên cấu tạo đất đá cứng cứng nằm ngang - nghiêng, mơ hình kiểm tốn ổn định bãi thải. .. 14,0 13,5 13,0 Ghi Bình thường Chịu tác động dòng nước mặt Bão hòa Bảng Kết tính tốn ổn định bãi thải có tác động dòng nước mặt TT Chiều Góc dốc cao bãi bãi thải, thải, m độ 270 270 270 270 270 23... cao, có tuợng nước thấm từ bãi thải áp lực thuỷ động dòng nuớc thấm sinh lôi theo hạt đất, làm cho sườn tầng thải ổn định Theo [3], sườn dốc có dòng thấm ổn định khơng có dòng thấm, hệ số ổn định

Ngày đăng: 16/05/2020, 02:46

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN