Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở cho bờ trụ nam mỏ than đèo nai đảm bảo an toàn trong khai thác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT LỞ CHO BỜ TRỤ NAM MỎ THAN ĐÈO NAI ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG KHAI THÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT LỞ CHO BỜ TRỤ NAM MỎ THAN ĐÈO NAI ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG KHAI THÁC Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 60520603 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ THỊ THU HOA HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn Thạc sỹ “ Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở cho bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai đảm bảo an toàn khai thác ” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn Thạc sỹ sử dụng trung thực kết nghiên cứu trình bày luận văn chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả luận văn NGUYỄN HẢI NAM ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẤT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ix LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG TỚI BỜ TRỤ NAM MỎ ĐÈO NAI 1.1.Yếu tố tự nhiên………………………………………………………………… 1.1.1 Yếu tố từ nhiên mỏ 1.1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.1.2 Địa hình, khí hậu, sơng suối 1.1.1.3 Đặc điểm địa chất mỏ than Đèo Nai 1.1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn - địa chất cơng trình 1.1.1.5 Trữ lượng than mỏ than Đèo Nai 1.2 Yếu tố tự nhiên bờ Trụ Nam 1.2.1 Đặc điểm địa chất bờ Trụ Nam 1.2.2 Đặc điểm địa chất cơng trình bờ Trụ Nam 12 1.2.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn bờ Trụ Nam 17 1.2 Yếu tố kỹ thuật ……………………………………………………………….20 Đánh giá trạng trình tự khai thác, khoan nổ mìn, bốc xúc vận tải ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam 20 iii 1.2.1 Trình tự khai thác ảnh hưởng đến ổn định bờ trụ Nam 20 1.2.1 Ảnh hưởng khâu công nghệ mỏ đến ổn định bờ trụ Nam 21 1.3 Nhận xét, đánh giá: ………………………………………………………… 22 CHƯƠNG 24 NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN TRƯỢT LỞ BỜ TRỤ NAM 24 VỈA CHÍNH MỎ ĐÈO NAI .24 2.1 Biến dạng bờ Trụ Nam .24 2.2 Quan trắc biến dạng bờ Trụ Nam .30 2.3 Nguyên nhân trượt lở bờ Trụ Nam 39 2.3.1 Trình tự khai thác mỏ Đèo Nai 39 2.3.2 Đánh giá trạng ổn định bờ Trụ Nam 40 2.3.3 Đánh giá ổn định bờ Trụ Nam theo thiết kế 43 2.3.4 Nguyên nhân trượt lở bờ Trụ Nam 45 2.4 Phân tích giải pháp xử lý kiến nghị .47 2.5 Nhận xét, đánh giá: 48 CHƯƠNG 49 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH BỜ TRỤ NAM 49 3.1 Các giải pháp nâng cao ổn định bờ mỏ 49 3.1.1 Gia cường khối đá bê tông phun 49 3.1.2 Gia cường khối đá mặt yếu giải pháp xi măng hoá sâu 57 3.1.3 Giải pháp gia cường mái dốc neo 64 3.1.4 Giải pháp điều khiển ổn định 82 3.2 Lựa chọn giải pháp đảm bảo ổn định cho bờ Trụ Nam .84 3.2.1 Phân tích đánh giá khả áp dụng giải pháp 84 iv 3.2.2 Phương án xử lý đảm bảo ổn định bờ trụ Nam .87 3.2.3 Kiểm toán ổn định bờ trụ Nam theo giải pháp xử lý lựa chọn 87 3.2.4 Khối lượng bóc đất đá bờ trụ Nam 89 3.2.5 Trình tự bóc đất bờ trụ Nam 89 3.3.Tính tốn hiệu kinh tế - kỹ thuật giải pháp xử lý lựa chọn 90 3.3.1 khối lượng thực phương án .90 3.3.2 Tính tốn chi phí thực phương án xử lý 93 3.3.3 Đánh giá hiệu phương án xử lý 95 3.4 Công nghệ bóc đất đá bờ trụ Nam .95 3.4.1 Thiết bị thi công 95 3.4.2 Các thông số hệ thống khai thác (HTKT) .95 3.4.3 Giải pháp thi công 97 3.4.4 Khâu khoan nổ mìn .100 3.4.5 Khâu xúc bốc .107 3.4.6 Khâu vận tải đổ thải 108 3.5 Nhận xét, đánh giá : 111 CHƯƠNG 112 THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP XỬ LÝ 112 ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO BỜ TRỤ NAM 112 4.1 Mục đích nội dung thử nghiệm 112 4.1.1 Mục đích thử nghiệm 112 4.1.2 Nội dung bước tiến hành công tác thử nghiệm 112 4.2 Thiết kế thử nghiệm giải pháp xử lý đảm bảo an toàn cho bờ trụ Nam 112 4.2.1 Lựa chọn khu vực thử nghiệm 112 v 4.2.2 Thông số khu vực thử nghiệm 114 4.2.3 Khối lượng thử nghiệm 114 4.2.3 Tính tốn giải pháp thi cơng thử nghiệm 115 4.2.4 Trình tự thi cơng thử nghiệm 117 4.2.5 Thời gian thi công thử nghiệm 117 4.2.6 Kết thử nghiệm .118 4.3 Các giải pháp an toàn .119 4.4 Nhận xét, đánh giá : 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .122 TÀI LIỆU THAM KHẢO .125 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐCTV : Địa chất thủy văn ĐCCT : Địa chất công trình MĐC-BTN-ĐN : Mặt cắt địa chất bờ Trụ Nam Đèo Nai XLTN-BTN-ĐN : Xử lý Trụ Nam bờ Trụ Nam Đèo Nai QT : Quan trắc HTKT : Hệ thống khai thác MXTLGN : Máy xúc thủy lực gầu ngược vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp địa tầng bờ Trụ Nam vỉa G.I mỏ than Đèo Nai .11 Bảng 1.2 Phân bố lớp đá có mặt bờ trụ Nam vỉ G.I 13 Bảng 1.3 Tổng hợp kết thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp 14 Bảng 1.4 Tổng hợp kết thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp (2013) 15 Bảng 1.5 Tổng hợp tính chất lý bờ trụ Nam 15 Bảng 1.6 Tổng hợp kết thí nghiệm bổ sung tính chất lý bờ Trụ Nam 16 Bảng 1.7 Tổng hợp kích thước trung bình loại đá mỏ Đèo Nai 16 Bảng 2.1 Tổng hợp số liệu quan trắc dịch động bờ trụ Nam từ năm 1993 đến 2002 30 Bảng 2.2 Kết quan trắc đợt.1 (30/8/2013) 32 Bảng 2.3 Kết quan trắc đợt (7/10/2013) 34 Bảng 2.4 Kết quan trắc đợt ( 15/11/2013) 36 Bảng 2.5 Kết tính tốn thơng số dịch chuyển .38 Bảng 2.6 Các tầng khai thác 40 Bảng 2.7 Tổng hợp kết tính tốn ổn định bờ Trụ Nam trạng 42 Bảng 2.8 Kết tính tốn ổn định bờ Trụ Nam trạng 42 Bảng 2.9 Tổng hợp kết tính tốn ổn định bờ Trụ Nam đến mức -330 m theo thiết kế .44 Bảng2.10 Kết tính ổn định theo thiết kế bám trụ đến kến kết thúc 44 Bảng 3.1 Đặc trưng dung dịch Sét - Xi măng 63 Bảng 3.2 Bảng tra trị số m 63 Bảng 3.3 Các điều kiện đá áp dụng gia cố 66 Bảng 3.4 Độ sâu neo đảm bảo ổn định chung 72 Bảng 3.5.Chiều dài bầu neo cho neo đá phun vữa xi măng sử dụng kiến nghị thực tế (theo Littlejohn Bruce 1977) 74 Bảng 3.6 Đặc tính kỹ thuật chất dẻo 79 Bảng 3.7 Tiêu chuẩn thép 79 Bảng 3.7 Thông số tầng cắt vào bờ trụ Nam .87 viii Bảng 3.8 Tổng hợp kết kiểm toán ổn định bờ trụ Nam đến -330 m theo phương án lựa chọn 88 Bảng 3.9 Kết kiểm toán ổn theo phương án lựa chọn .89 Bảng 3.10 Khối lượng bóc đất đá bờ trụ Nam 89 Bảng 3.11 Kế hoạch bóc đất nhu cầu thiết bị tham gia bóc đất xử lý bờ trụ Nam 90 Bảng 3.12 Tổng hợp thông số khối lượng xử lý theo phương án (PA.1) .90 Bảng 3.13 Khối lượng xử lý theo phương án (PA.2) 92 Bảng 3.14 Tổng hợp khối lượng xử lý trượt lở bờ trụ Nam 93 Bảng 3.15 Chi phí thực phương án xử lý 94 Bảng 3.16 Các thông số HTKT áp dụng xúc bốc bờ trụ Nam 97 Bảng 3.17 Các thơng số khoan nổ mìn thi công bờ trụ Nam β 70 Mpa; Lực dính kết Cắt lớp: C = 16,3 Mpa; Góc ma sát cắt lớp:  = 32,40 Lực dính kết theo tiếp xúc lớp đá bột kết: C’ = 0,0792 Mpa Góc ma theo tiếp xúc lớp đá bột kết: ’ = 20,740 Nguyên nhân biến dạng bờ Trụ Nam định cấu trúc địa tầng bất lợi, lớp đá cắm vào khơng gian khai thác với góc dốc  > 200; Độ bền theo tiếp xúc lớp thấp, chiều cao tầng bám Trụ liên tục vượt chiều cao ổn định giới hạn cho phép theo tính chất bền lớp đá bờ Trụ Nam Trong trình khai thác xuống sâu mở đường vận tải vào Trụ cắt chân lớp đá tầng tồn trữ nước ngầm lớp đá hạt thô gần Trụ vỉa chưa bị bóc lộ Hiện bờ Trụ Nam có chiều cao từ 375410m với góc dốc chung tồn bờ α = 23250 Q trình bốc xúc xử lý bờ Trụ Nam nhiều năm qua cắt bờ thành tầng theo mức lần lượt: +185; +145; +72m; Chiều cao tầng H = 123 50188m; Góc dốc sườn tầng α = 25260; Chiều rộng mặt tầng b= 1130m Với kết cấu trạng, bờ trạng thái gần ổn định với hệ số ổn định n = 0,983 Kết quan trắc dịch động khu vực từ +66m trở lên đến +280m thời gian qua cho thấy khu vực trạng thái ổn định với tốc độ dịch chuyển V < 0,01 mm/nđ Kết kiểm toán ổn định bờ Trụ Nam theo thiết kế khai thác bám Trụ liên tục (α = β) đến kết thúc đáy mỏ mức -330m bờ không ổn định, hệ số ổn định n = 0,72 Để đảm bảo ổn định cho bờ Trụ Nam khai thác đến kết thúc cần tiến hành hạ thấp góc dốc bờ giải pháp cắt tầng vào trụ với thông số tầng sau: Chiều cao tầng: ht = 60135m; Góc dốc sườn tầng: αt = β = 25330; Chiều rộng mặt tầng: bt = 20 m Thiết kế bờ Trụ Nam với thông số lựa chọn đảm bảo ổn định an toàn cho bờ Trụ Nam mỏ Đèo Nai với hệ số ổn định n = 1,131,16 Để thực giải pháp cắt tầng vào trụ kiến nghị, tiến hành thử nghiệm thực giải pháp khu vực bờ Trụ Nam Kết thử nghiệm cho phép tạo sườn tầng sau bốc xúc thử nghiệm trùng với góc dốc lớp đá theo thiết kế KIẾN NGHỊ: Trong trình khai thác xuống sâu nước ngầm tàng trữ áp lực khu vực gần Trụ vỉa chưa bị bóc lộ lớp đá cách nước bột kết làm giảm độ ổn định chung toàn bờ, đặc biệt khu vực thiết kế bám Trụ từ mức -200 đến đáy kết thúc mức -330 m Do vậy, để tăng cường ổn định cho bờ trụ cần tiến hành khoan lỗ khoan tháo khô khu vực Trong trình xử lý cắt tầng vào Trụ cần tiến hành kiểm tra độ ổn định chung tồn bờ Nếu kết kiểm tốn đảm bảo an tồn (n  1,10) cấu trúc 124 bờ mỏ chấp nhận Trong trường hợp hệ số ổn định khơng đạt giá trị cần tiếp tục làm thoải góc dốc chung tồn bờ cách mở rộng mặt tầng Trong trình cắt tầng nghiêm cấm cắt chân lớp đá Các tầng Trụ sau xuất lộ thời gian tác động yếu tố tự nhiên xẩy biến dạng theo chế tách lớp với chiều dày từ 23m, để phòng chống biến dạng xem xét áp dụng phương pháp gia cường neo chất dẻo cốt thép Để đảm bảo an tồn cho q trình khai thác, phịng chống cố biến dạng bờ Trụ Nam gây trình khai thác xuống sâu năm tới, công tác quan trắc dịch động cần tiến hành định kỳ để đánh giá tình trạng ổn định, mức độ phạm vi biến dạng từ tiến hành điều chỉnh hình dạng bờ Trụ đảm bảo ổn định Tại bờ Trụ Nam cần trì tuyến quan trắc dịch động xây dựng năm 2013 tiếp tục kéo dài xuống đáy mỏ xây dựng thêm tuyến quan trắc phía Đơng cách tuyến khoảng 200m Duy trì quan trắc định kỳ tháng lần Để kịp thời có biện pháp xử lý biến dạng dịch chuyển bờ mỏ, số liệu quan trắc cần phân tích sau đợt quan trắc Cần quy hoạch xây dựng hệ thống mương nước chân tầng thu gom tồn nước mặt dẫn khỏi bờ mỏ, hạn chế đếm mức thấp ảnh hưởng nước mặt đến biến dạng bờ Trụ Nam 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề tài hợp tác Liên Xô - Việt Nam, Viện Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật Mỏ (1990), Báo cáo kết nghiên cứu ổn định bờ mỏ lộ thiên Việt Nam kiến nghị giải pháp nâng cao ổn định bờ mỏ Đề tài hợp tác Việt Nam - Cộng hoà Liên bang Nga, Hà Nội - St Petersburg (2003), Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu biến dạng bờ mỏ biện pháp đảm bảo ổn định bờ mỏ lộ thiên mỏ: Đèo Nai, Cọc Sáu, Hà Tu, Na Dương, núi Béo Cao Sơn Đỗ Ngọc Tước (2005), Nghiên cứu lựa chọn máy xúc thủy lực hợp lý đề xúc đất đá tầng cho mỏ lộ thiên TKV, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, Hà Nội Nguyễn Danh Phiên, Nguyễn Văn Huỳnh (1973), Báo cáo tổng kết nghiên cứu tính chất lý mỏ Đèo Nai, Uỷ ban KHKT nhà nước, Hà Nội Nhữ Văn Bách (2003), Nâng cao hiệu phá vỡ đất đá nổ mìn khai thác mỏ, NXB Giao thơng vận tải Mỏ than Đèo Nai - Công ty CP than Đèo Nai – Vinacomin (2013), Cập nhật tài liệu, số liệu Địa chất, Trắc địa, Khai thác Tư vấn, Đầu tư Mỏ Công nghiệp (2008), Thiết kế mở rộng mỏ than Đèo Nai, Công ty CP than Đèo Nai, Hà Nội Viện KHCN MỎ (1996), Báo cáo tổng kết nghiên cứu tính chất lý mỏ Đèo Nai BNIMI- Xanhpetecbua Cộng hoà liên bang Nga (1998), Quy tắc đảm bảo ổn định bờ mỏ lộ thiên 10 B.P Beliaeb (1973), Gắn kết đất đá, nha xuất Lòng đất, Matscova 11 Kutuzov.B.N (1981), Thiết kế cơng tác nổ mìn cơng nghiệp, NXB “Nheđra” Matxcơva 12 Phixenko (1965), Ổn Định Bờ mỏ Bãi thải, nhà xuất lòng đấtMástcơva Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở đảm bảo an toàn cho bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Nguyễn Hải Nam ... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT LỞ CHO BỜ TRỤ NAM MỎ THAN ĐÈO NAI ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG KHAI THÁC Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 60520603 LUẬN... chế nguyên nhân trượt lở bờ Trụ Nam mỏ than Đèo Nai Nghiên cứu phân tích giải pháp xử lý trượt lở kiến nghị giai đoạn nghiên cứu trước Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp xử lý đảm bảo ổn định phù... triển khai thực đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp xử lý trượt lở cho bờ trụ Nam mỏ than Đèo Nai đảm bảo an toàn khai thác? ?? cần thiết cấp bách Kết thực cho phép đánh giá tổng thể chế trượt lở, xây