Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho các mỏ đá vật liệu xây dựng nằm dưới mức thoát nước tự chảy ở khu vực nam bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN TUẤN THÀNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC LỘ THIÊN HỢP LÝ CHO CÁC MỎ ĐÁ VẬT LIỆU XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Ở KHU VỰC NAM BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN TUẤN THÀNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC LỘ THIÊN HỢP LÝ CHO CÁC MỎ ĐÁ VẬT LIỆU XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY Ở KHU VỰC NAM BỘ Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Mạnh Xuân TS Lê Văn Quyển Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Hà Nội, ngày… tháng… năm 2021 Tác giả Nguyễn Tuấn Thành ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN .7 1.1 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo phương thức truyền thống 1.1.1 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg .8 1.1.2 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Ktb 11 1.1.3 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg kết hợp với nguyên tắc Kgh ≥ Ktb .11 1.1.4 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo nguyên tắc Kgh ≥ KT 11 1.1.5 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+KSx 15 1.1.6 Xác định hệ số bóc giới hạn Kgh 16 1.2 Chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên xác định theo phương thức phi truyền thống sử dụng phần mềm ứng dụng khai thác mỏ .18 1.2.1 Xác định biên giới mỏ lộ thiên thuật tốn hình nón động .18 1.2.2 Xác định biên giới mỏ lộ thiên phương pháp phương án với việc sử dụng phần mềm COMFAR 19 1.3 Xác định biên giới mỏ mỏ đá dùng làm vật liệu xây dựng .21 1.4 Kết luận chương 25 iii CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU HỢP LÝ CỦA MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY 26 2.1 Nhóm yếu tố ảnh hưởng gián tiếp 27 2.1.1 Giá thành khoan nổ mìn 27 2.1.2 Giá thành xúc bốc 1m3 đá .30 2.1.3 Giá thành khâu chế biến đá 30 2.2 Nhóm yếu tố ảnh hưởng trực tiếp 31 2.2.1 Khoảng cách vận tải .31 2.2.2 Lượng nước mưa chảy vào mỏ việc bơm nước mưa khỏi mỏ 33 2.2.3 Lượng nước ngầm chảy vào mỏ việc bơm nước ngầm khỏi mỏ 34 2.2.4 Góc dốc kết thúc bờ mỏ 36 2.2.5 Diện tích đất đai phải đền bù phục vụ khai thác mỏ 39 2.2.6 Vấn đề cải tạo khôi phục môi trường sau khai thác 43 2.2.7 Cơ chế sách quản lý nhà nước 43 2.3 Kết luận chương 47 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC HỢP LÝ CHO CÁC MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC ĐÁ XÂY DỰNG NẰM DƯỚI MỨC THOÁT NƯỚC TỰ CHẢY KHU VỰC NAM BỘ 48 3.1 Một số đặc điểm biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nước ta 48 3.2 Cơ sở lý thuyết thực tế xác định chiều sâu mỏ hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Đông Nam Bộ 52 3.3 Các bước xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ 54 3.3.1 Xác định chiều sâu mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng theo điều kiện kỹ thuật .55 3.3.2 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý .57 3.4 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá khai thác .57 3.4.1 Xác định khối lượng lớp đất phủ 57 3.4.2 Xác định khối lượng đá xây dựng 59 iv 3.4.3 Xác định chi phí khai thác chế biến đá xây dựng 61 3.4.4 Xác định giá trị khoáng sản đá xây dựng, đất phủ 64 3.4.5 Trình tự tiến hành xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ .65 3.5 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy chưa khai thác 72 3.5.1 Nghiên cứu mối quan hệ diện tích chu vi mặt mỏ (biên giới mỏ lộ thiên) với khối lượng đá xây dựng thu hồi biên giới mỏ 72 3.5.2 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ chưa khai thác (xác định giai đoạn thiết kế mỏ lộ thiên) 77 3.6 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ cụm mỏ chưa khai thác 80 3.6 Kết luận chương 87 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU KHAI THÁC HỢP LÝ CHO MỎ ĐÁ THƯỜNG TÂN III .88 4.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên cụm mỏ Thường Tân III .88 4.1.1 Điều kiện tự nhiên 88 4.1.2 Điều kiện địa chất 91 4.1.2.3 Khoáng sản 94 4.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 95 4.2 Hiện trạng khai thác .96 4.2.1 Hiện trạng biên giới mỏ 96 4.2.2 Công nghệ khai thác đồng thiết sử dụng 98 4.3 Xác định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng Thường Tân III 101 4.4 Kết luận chương 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .106 PHỤ LỤC 111 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ĐCTV Địa chất thủy văn HSB Hệ số bóc HSBGH Hệ số bóc giới hạn HTKT Hệ thống khai thác NCS Nghiên cứu sinh TNHH Trách nhiệm hữu hạn TPCI Thành phần có ích UBND Ủy ban nhân dân vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 2.1: Góc dốc bờ kết thúc theo điều kiện ổn định (độ) .37 Bảng 2.2: Sự thay đổi khối lượng đá xây dựng Vxd theo chiều sâu hệ số sử dụng hiệu đất đai khai thác mỏ K d 40 Bảng 3.1: Số lượng mỏ cụm mỏ ba tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đồng Nai Bình Dương .50 Bảng 3.2: Biên giới, chiều sâu khai thác trữ lượng mỏ đá thuộc khu vực Thường Tân -Tân Mỹ (xã Thường Tân Tân Mỹ, huyện Bắc Thường Tân) 51 Bảng 3.3: Sự giảm khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ tăng tỷ số Km (lấy từ phụ lục 1) 75 Bảng 3.4: Mức độ chênh lệch khối lượng đá xây dựng biên giới mỏ tương ứng với tỷ số Kmo Kmc 76 Bảng 3.5: Kết khảo sát xác định chiều sâu mỏ diện tích mặt mỏ hợp lý 78 Bảng 4.1: Tổng hợp thông số ĐCTV qua kết bơm nước thí nghiệm xác định thơng số ĐCTV theo phương pháp Duypuy .96 Bảng 4.2: Bảng tổng hợp tiêu chủ yếu biên giới mỏ khai trường theo Thiết kế kỹ thuật 97 Bảng 4.3: Tổng hợp thông số hệ thống khai thác .99 Bảng 4.4: Đồng thiết bị khai thác phụ trợ .100 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ xác định chiều sâu mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh ≥ Kbg .9 Hình 1.2: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên theo nguyên tắc Kgh  Kbg Kgh  KT 12 Hình 1.3: Sơ đồ xác định chiều sâu thời gian HT chiều sâu H1, H2 13 Hình 1.4: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+KT 14 Hình 1.5: Sơ đồ xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ theo nguyên tắc Kgh ≥ K0+Ksx 16 Hình 2.1: Sơ đồ xác định khoảng cách vận tải đá xây dựng phụ thuộc vào chiều sâu khai thác (x) .33 Hình 2.2: Sự thay đổi chiều sâu mỏ 38 Hình 2.3: Sự phụ thuộc hệ số K d Vxd theo chiều sâu khai thác 41 Hình 2.4: Sơ đồ xác định trữ lượng địa chất Vdc trữ lượng công nghiệp Vkt khai thác mỏ đá xây dựng thông thường, mặt địa hình phẳng 45 Hình 2.5: Sơ đồ xác định mối quan hệ diện tích cấp chiều sâu khai thác 45 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí mỏ nằm liền kề .46 Hình 2.7: Quy mơ tổn thất tài nguyên khai thác mỏ liền kề (a) cách (b) tiến hành khai thác độc lập 47 Hình 3.1: Các trình tự khoanh định biên giới mỏ lộ thiên 53 Hình 3.2: Sơ đồ xác định chiều sâu mỏ tính theo điều kiện kỹ thuật mặt mỏ có dạng hình chữ nhật 56 Hình 3.3: Sơ đồ xác định chiều sâu mỏ theo điều kiện kỹ thuật mặt mỏ có dạng gần trịn bình đồ .57 Hình 3.4: Sơ đồ xác định khối lượng đất phủ 58 Hình 3.5: Sơ đồ xác định khối lượng đá xây dựng khai thác đến chiều sâu (x) với mỏ có dạng hình chữ nhật bình đồ 60 viii Hình 3.6: Sơ đồ xác định khối lượng đá xây dựng khai thác đến chiều sâu (x) với mỏ có dạng gần trịn bình đồ 61 Hình 3.7: Sơ đồ khối thuật tốn tối ưu xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy 68 Hình 3.8: Giao diện chương trình tính tốn xác định chiều sâu khai thác hợp lý mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức nước tự chảy .71 Hình 3.9 Sự phụ thuộc chiều sâu hợp lý mỏ lợi nhuận riêng LR vào diện tích mặt mỏ 79 Hình 3.10: Sơ đồ bố trí mỏ cụm mỏ 86 Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ khai thác, chế biến đá 98 ... nghiên cứu chiều sâu khai thác có hiệu cho mỏ đá xây dựng khu vực Đề tài '' ''Nghiên cứu xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực. .. thoát nước tự chảy khu vực Đông Nam Bộ 52 3.3 Các bước xác định chiều sâu khai thác lộ thiên hợp lý cho mỏ đá vật liệu xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ 54 3.3.1 Xác định chiều. .. định chiều sâu khai thác hợp lý cho mỏ đá xây dựng nằm mức thoát nước tự chảy khu vực Nam Bộ - Nghiên cứu trình tự phù hợp để khoanh định biên giới mỏ lộ thiên khai thác đá xây dựng nằm mức thoát