Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho một số mỏ khai thac đá ở khu vực phía nam

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT o0o LƢU VĂN HIỂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ MỎ CHO MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC ĐÁ Ở KHU VỰC PHÍA NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT o0o LƢU VĂN HIỂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ MỎ CHO MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC ĐÁ Ở KHU VỰC PHÍA NAM NGÀNH: KHAI THÁC MỎ MÃ SỐ: 60.52.06.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Xuân Nam Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký tên Lƣu Văn Hiển MỤC LỤC Tên chƣơng mục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình Mở đầu Chƣơng Đặc điểm chung số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam vấn đề liên quan đến ổn định bờ mỏ Hiện trạng khai thác số mỏ đá khu vực Phía Nam 11 1.1 Mỏ đá xây dựng Thiện Tân 11 1.2 Mỏ đá xây dựng Thạnh Phú 17 1.3 Mỏ đá xây dựng Núi Nhỏ 24 1.4 Mỏ đá xây dựng Tân Cang 31 1.5 Mỏ đá xây dựng Thường Tân IV 39 1.6 Đánh giá chung 47 Các nguyên nhân chủ yếu gây ổn định bờ mỏ mỏ đá khu vực phía Nam 1.1 Cơng tác nổ mìn mỏ 47 2.2 Chọn hướng khai thác không hợp lý 48 2.3 Cơng tác nước mỏ 49 2.4 Thơng số hình học mỏ 50 Chƣơng Đánh giá độ ổn định bờ mỏ yếu tố ảnh 51 11 47 hƣởng tới độ ổn định bờ mỏ khai thác lộ thiên Đánh giá độ ổn định bờ mỏ 51 1.1 Tầm quan trọng góc dốc bờ mỏ tới hoạt động khai thác 1.2 Các nguyên nhân gây ổn định bờ mỏ 51 1.3 Phân loại biến dạng bờ mỏ lộ thiên 51 1.4 Cơ chế trượt lở bờ mỏ 53 51 1.5 Các dạng trượt lở thường xảy mỏ lộ thiên 53 1.6 Các phương pháp đánh giá ổn định bờ mỏ 56 Ảnh hƣởng yếu tố tự nhiên đến độ ổn định bờ mỏ 2.1 Ảnh hưởng yếu tố địa chất đến độ ổn định bờ mỏ 59 2.2 Ảnh hưởng yếu tố địa chất thủy văn điều kiện khí hậu đến độ ổn định bờ mỏ 2.3 Ảnh hưởng yếu tố địa chất cơng trình đến độ ổn định bờ mỏ Ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến độ ổn định bờ mỏ 3.1 Ảnh hưởng thơng số hình học bờ mỏ đến độ ổn định bờ mỏ 3.2 Ảnh hưởng hệ thống khai thác chế độ khai thác đến độ ổn định bờ mỏ 3.3 Ảnh hưởng hoạt động thiết bị mỏ, thiết bị vận tải đến độ ổn định bờ mỏ 3.4 Ảnh hưởng cơng tác khoan- nổ mìn đến độ ổn định bờ mỏ 61 Chƣơng Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Các giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ khai thác mỏ lộ thiên Các giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ khả thi cho số mỏ đá khu vực phía Nam 2.1 Nổ mìn tạo biên 59 62 62 62 63 63 64 67 67 71 71 2.2.Thoát nước bờ mỏ 87 2.3 Thiết kế bờ mỏ hợp lý 90 2.4 Phương pháp neo, đóng cọc tường chắn 92 2.5 Phương pháp phun xi măng 94 Kết luận kiến nghị 95 Tài liệu tham khảo 97 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1 Tọa độ điểm góc mỏ khu vực khai thác mỏ đá Thiện Tân Tổng hợp kết tính lƣợng nƣớc chảy vào moong khai thác mỏ đá Thiện Tân Tổng hợp thông số hệ thống khai thác mỏ đá Thiện Tân 11 Tọa độ điểm góc mỏ khu vực khai thác mỏ đá Thạnh Phú Tổng hợp kết tính lƣợng nƣớc chảy vào moong khai thác mỏ đá Thạnh Phú Tổng hợp thông số hệ thống khai thác mỏ đá Thạnh Phú 18 Tọa độ điểm góc mỏ khu vực khai thác mỏ đá Núi Nhỏ Tổng hợp kết tính lƣợng nƣớc chảy vào moong khai thác mỏ đá Núi Nhỏ Các thông số hệ thống khai thác mỏ đá Núi Nhỏ 24 31 Bảng 1.15 Tọa độ điểm góc mỏ khu vực khai thác mỏ đá Tân Cang Tổng hợp kết tính lƣợng nƣớc chảy vào moong khai thác mỏ đá Tân Cang Các thông số hệ thống khai thác mỏ đá Tân Cang Tọa độ điểm góc mỏ khu vực khai thác mỏ đá Thƣờng Tân IV Tổng hợp kết tính lƣợng nƣớc chảy vào moong khai thác mỏ đá Thƣờng Tân IV Các thông số hệ thống khai thác mỏ đá Thƣờng Tân IV Bảng 2.1 Thông số độ bền cắt loại đất đá bờ mỏ 64 Bảng 3.1 Góc nghiêng bờ mỏ phụ thuộc vào đặc tính đất đá 68 Bảng 3.2 Một số thống số nổ mìn tạo biên cho đá cứng trung bình 78 Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật loại thuốc nổ 79 Bảng 3.4 Bảng thông số nổ mìn tạo biên áp dụng cho mỏ Thạnh Phú 82 Bảng 3.5 Bảng thơng số nổ mìn tạo biên áp dụng cho mỏ Thƣờng Tân IV 82 Bảng 3.6 Chọn hệ số ổn định cho loại bờ mỏ giai đoạn Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Bảng 1.6 Bảng 1.7 Bảng 1.8 Bảng 1.9 Bảng 1.10 Bảng 1.11 Bảng 1.12 Bảng 1.13 Bảng 1.14 16 17 23 24 30 31 38 38 39 46 47 90 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ảnh hƣởng nổ mìn làm giảm chiều rộng đai an tồn thiết kế 48 Hình 1.2 Nổ mìn gây hậu xung cho bờ mỏ 48 Hình 1.3 Bờ mỏ chọn hƣớng khai thác khơng hợp lý 49 Hình 1.4 Ảnh hƣởng nƣớc mặt lên bờ mỏ 50 Hình 2.1 Biên giới mỏ thay đổi góc dốc bờ mỏ 51 Hình 2.2 Biên giới mỏ theo giai đoạn sử dụng bờ dừng tạm thời 52 Hình 2.3 Các mặt yếu tồn đất đá 54 Hình 2.4 Các dạng mặt trƣợt lở thƣờng xuất mỏ lộ thiên Tác dụng hậu xung nổ mìn hình thành khối trƣợt dạng phẳng, dạng nêm phía đỉnh tầng Mặt trƣợt dạng phẳng 54 57 Hình 3.1 Mặt trƣợt dạng nêm Khối trƣợt dạng nêm hình thành tác động cơng tác nổ mìn mỏ Hiện tƣợng trƣợt lở xảy ứng suất phát sinh mặt trƣợt vƣợt độ bền cắt đất đá Các phƣơng pháp tính tốn ổn định bờ mỏ Khi bờ mỏ không chịu tác động nổ mìn nƣớc ngầm hệ số dự trữ ổn định bờ mỏ =2,145 Khi bờ mỏ chịu tác động nƣớc ngầm hệ số dự trữ ổn định ổn định giảm xuống = 1,896 Khi bờ mỏ chịu tác động nổ mìn hệ số dự trữ ổn định giảm = 1,916 Khi bờ mỏ chịu tác động nƣớc ngầm nổ mìn hệ số dự trữ ổn định giảm xuống = 1,631 Sơ đồ thoát nƣớc mặt nƣớc ngầm Hình 3.2 Nâng cao độ ổn định bờ mỏ neo 69 Hình 3.3 Nâng cao độ ổn định bờ mỏ cọc bê tống cốt thép 69 Hình 3.4 Bảo vệ bờ mỏ tƣờng chắn chân mái dốc 70 Hình 3.5 Bóc bỏ tồn phần khơng ổn định có nguy trƣợt lở Sơ đồ khoan hàng lỗ khoan biên máy khoan đặc biêt với góc nghiêng âm 70 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 3.6 55 56 57 58 59 65 65 66 66 67 71 Hình 3.7 Các vùng tác dụng nổ đất đá cứng 72 Hình 3.8 Bán kính phá huỷ lỗ mìn nổ mìn tạo biên 73 Hình 3.9 Bờ mỏ sau tiến hành nổ mìn tạo biên 74 Hình 3.10 Nổ mìn đệm với lỗ mìn thẳng đứng nghiêng 75 Hình 3.11 Sơ đồ tạo biên sau (1,2,3 - Trình tự nổ lỗ mìn) 76 Hình 3.12 Nổ mìn tạo biên sau kết hợp với nổ mìn đệm 76 Hình 3.13 Sơ đồ tạo biên trƣớc (1,2,3 - Trình tự nổ lỗ mìn) 77 Hình 3.14 84 Hình 3.16 Sơ đồ đấu ghép mạng nổ nổ tạo khe sơ ban đầu Sơ đồ đấu ghép mạng nổ nổ kíp vi sai điện mặt lỗ mìn biên Sơ đồ đấu ghép mạng nổ nổ kíp vi sai điện mặt Hình 3.17 Kết cấu lỗ mìn tạo biên trƣớc 85 Hình 3.18 Sơ đồ thơng số mạng nổ a) Nổ mìn tạo biên lỗ khoan lớn, hàng mìn biên đƣợc nổ riêng b) Nổ mìn tạo biên dùng lỗ khoan lớn, lƣợng thuốc nạp có cấu trúc đặc biệt Nổ mìn tạo biên sử dụng hàng lỗ khoan biên không nạp thuốc Trồng mặt mỏ 86 89 Hình 3.24 Sơ đồ nƣớc cho mỏ Thiết kế góc nghiêng bờ mỏ hợp lý biết chiều cao tầng chọn hệ số dự trữ tƣơng ứng Kết cấu bờ mỏ Hình 3.25 Hƣớng khai thác mỏ đá Thạnh Phú I 93 Hình 3.26 Dùng neo, cọc tƣờng chắn nâng cao ổn định bờ mỏ 94 Hình 3.27 Phun xi măng vào khe nứt 94 Hình 3.15 Hình 3.19 (a,b) Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 84 84 86 87 89 91 92 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Trong trình hoạt động khai thác mỏ lộ thiên thƣờng xuất bờ dốc, sƣờn tầng, bờ mỏ, bờ bãi thải Tùy theo phƣơng pháp khai thác, thời gian tồn bờ mỏ nhƣ tính chất lý đất đá, cấu trúc địa chất, điều kiện nƣớc ngầm,… mà độ ổn định bờ mỏ đƣợc đảm bảo từ góc nghiêng tối thiểu định Đặc điểm bật mỏ khai thác đá khu vực phía Nam khai thác điều kiện địa hình âm; mỏ có diện tích khai thác nhỏ (từ 20 ÷ 30ha); tính chất đất đá không đồng nhất, độ nứt nẻ cao; phƣơng pháp khai thác chủ yếu khoan - nổ mìn, có tác động chấn động lớn,… Vì vậy, ảnh hƣởng điều kiện địa chất cơng trình địa chất thủy văn khu vực nhƣ nƣớc ngầm, nƣớc mặt, tính chất lý đất đá, chấn động nổ mìn… đến hoạt động khai thác mỏ đáng kể Thực tế, nhiều mỏ khai thác đá khu vực phía Nam thƣờng xuyên xuất hiện tƣợng trƣợt lở bờ mỏ, gây an toàn cho ngƣời thiết bị làm việc Điều làm thu hẹp biên giới khai thác, tăng hệ số bóc, giảm sản lƣợng, tăng chi phí sản xuất giá thành khai thác,… gây tổn thất tài nguyên khống sản ảnh hƣởng khơng nhỏ tới hiệu sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Chính vậy, đề tài: "Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam” mà học viên lựa chọn để nghiên cứu vấn đề có tính cấp thiết rõ rệt, đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế đặt Mục tiêu đề tài Đƣa đƣợc giải pháp hợp lý để nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Đối tƣợng nghiên cứu Bờ mỏ số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Phạm vi nội dung nghiên cứu - Các điều kiện tự nhiên, kỹ thuật ảnh hƣởng tới ổn định bờ mỏ số mỏ đá khu vực phía Nam; - Các phƣơng pháp đánh giá độ ổn định bờ mỏ; - Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam 10 Phƣơng pháp nghiên cứu - Tổng hợp tài liệu, số liệu; - Khảo sát trƣờng; - Phân tích đánh giá tổng hợp; - Ứng dụng phần mềm tin học Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học - Bổ sung sở khoa học cho việc nâng cao ổn định bờ mỏ mỏ khai thác đá khu vực phía Nam 6.2 Ý nghĩa thực tiễn - Nâng cao hiệu khai thác, tận thu tối đa tài nguyên đảm bảo an toàn trƣợt lở bờ mỏ trình hoạt động mỏ khai thác đá Cấu trúc luận văn Luận văn đƣợc kết cấu gồm: phần mở đầu, chƣơng chính, phần kết luận, kiến nghị tài liệu tham khảo 83 Chiều sâu khoan thêm m 1,5 2,5 Chiều sâu lỗ khoan m 11,5 12,5 10 Chiều cao cột bua m 4,3 11 Suất phá đá kỹ thuật m3/m 13,4 4,2 2.1.4 Phương pháp nổ sơ đồ nổ Đối với mỏ khai thác đá vật liệu xây dựng tăng ổn định sƣờn tầng bờ mỏ vị trí kết thúc Mỏ sử dụng lỗ mìn tạo khe sơ ban đầu đƣợc nạp đồng thời với lỗ mìn Các lỗ mìn tạo khe sơ chia thành nhóm nhóm nổ đồng thời Số lỗ mìn tạo khe sơ ban đầu nhóm đủ để đạt đƣợc tách đơi vừa ý không đƣợc vƣợt khối lƣợng thuốc nạp lớn nổ đồng thời Để giảm công tác lại thiết bị công nhân vào khu vực nổ mìn lỗ mìn tạo khe sơ ban đầu lỗ mìn đƣợc nổ chu kỳ nổ mìn Nhƣ vậy, cần thiết bị kết nối nổ tạo khe sơ ban đầu nổ phá đá để khống chế thời gian tạo khe sơ nổ chậm sau mặt truyền song tín hiệu nhƣng trƣớc độ chậm dƣới lỗ lỗ mìn phá đá, cho phép tạo khe sơ ban đầu truyền nổ hoàn thiện Nhƣ vậy, cho phép 50ms lỗ mìn tạo khe sơ lỗ mìn nổ nổ nhóm Thời gian chậm hợp lý kích nổ tạo khe sơ ban đầu lỗ mìn đằng trƣớc chúng khoảng 100 200ms Khi nổ lỗ mìn sinh lực tác dụng ngƣợc trở lại mặt tạo khe sơ ban đầu Để giảm tác động ta sử dụng sơ đồ nổ vi sai bên mặt lỗ mìn theo sơ đồ sau: thời gian vi sai dài dọc sƣờn tầng, vi sai ngắn hàng Đối với mỏ đá áp dụng nổ phƣơng pháp nổ mìn vi sai phi điện (mỏ đá Thiện Tân I, Thạnh Phú I, Núi Nhỏ Tân Cang 7…) áp dụng dạng sơ đồ nổ với thời gian vi sai lỗ khoan hàng 42ms, thời gian vi sai theo hàng 17ms, 25ms, thời gian vi sai dƣới lỗ 400ms thời gian vi sai mìn lỗ mìn tạo khe sơ ban đầu 200ms (Hình 3.14) 84 341 341 341 341 341 341 341 467 467 467 467 467 467 Nổ tạo biên 17 99 59 417 459 141 499 42 400 442 183 541 82 583 124 482 225 524 267 625 667 208 166 566 250 608 650 42ms 17ms 200ms Hình 3.14: Sơ đồ đấu ghép mạng nổ nổ tạo khe sơ ban đầu Hoặc sử dụng kết hợp kíp nổ phi điện lỗ khoan khấu kíp vi sai điện lỗ mìn biên (1 ) 51 m s 34 m s 17 m s 110 m s 93 m s 76 m s 59 m s 194 m s 152 m s 135 m s 118 m s 25 m s ms 50 m s 100 m s 75 m s 92 m s 117 m s 142 m s 167 m s 159 m s 184 m s 209 m s 234 m s (1 ) (9) Hình 3.15: Sơ đồ đấu ghép với kíp điện vi sai mặt lỗ mìn biên Đối với mỏ sử dụng phƣơng pháp nổ mìn vi sai điện kết hợp với dây nổ xuống lỗ (mỏ đá Thƣờng Tân IV ) sử dụng sơ đồ nổ nhƣ sau: ( 1) (5 ) (4) (3) (6 ) (2) (8) (7 ) (9) (9) (1 1) (1 2) Hình 3.16: Sơ đồ đấu ghép mạng nổ nổ kíp điện vi sai mặt 85 2.1.5 Một số ứng dụng nổ mìn đặc biệt nâng cao ổn định bờ mỏ Qua kinh nghiệm nghiên cứu ứng dụng nổ mìn tạo biên số nƣớc nhƣ ấn Độ, Mỹ, Canada, Úc, Nam Phi , cho thấy kết đáng khích lệ Phƣơng pháp nổ mìn tạo biên trƣớc đƣợc áp dụng mỏ Đồng Chandmari, Ấn Độ Các thông số mạng nổ đƣợc thể hiện: - Đƣờng kính lỗ khoan tạo biên 150mm, khoan lỗ khoan thẳng đứng với với chiều dài 11,5m 1kg thuốc nạp đƣợc tách riêng gắn với dây nổ với khoảng cách 1m dọc theo lỗ khoan với đƣờng kính 50mm (tổng cộng 8kg) Ngăn ngừa mơ chân tầng dùng thêm 6,25kg dƣới dạng thỏi thuốc (125mm) đƣợc đặt đáy lỗ khoan Lỗ mìn nổ phá đƣợc nạp thuốc với tiêu thuốc nổ q =0,75kg/m3 Một kíp nổ chậm 500ms đƣợc kết nối lỗ khoan biên lỗ đầu bãi nổ Các lỗ sản xuất đƣợc làm nổ với kíp vi sai 25ms Kết cấu lỗ mìn sơ đồ thơng số mạng nổ thể qua hình 3.17, 3.18 1,8m 150 bua phoi khoan nút mìn 11,5m đêm không khí khối phân tách Khối thuốc đáy Hỡnh 3.17: Kt cu l mỡn to biờn trc 86 Lỗ mìn biên nổ trứơc 1,5m 10 11 13 12 15 14 16 17 4m 15 16 20 3 19 21 3,5m 13 12 11 10 3,5m Lỗ mìn 14 18 17 2,5m 1 Hình 3.18: Sơ đồ thông số mạng nổ Những dạng đặc biệt thƣờng đƣợc sử dụng Mỹ cho kết khác (Hình 3.19a, 3.19b 3.20) 3,6 m 6m 8,5 m m 4,6 m 4,6 8,5 m 8,5 m 7,5 9m 12m 3m 12m 75 6m 1,5m 1,5m 2,5m 6,7 m a) b) Hình 3.19: a) Nổ mìn tạo biên lỗ khoan lớn, hàng mìn biên nổ riêng b) Nổ mìn tạo biên dùng lỗ khoan lớn, lượng thuốc nạp có cấu trúc đặc biệt Hình 3.19a: Lỗ mìn biên đƣợc nổ riêng biệt, với đƣờng kính lỗ khoan với đƣờng kính lỗ mìn chính, khơng dùng bua mìn, khoảng cách lỗ mìn biên db = 4,6m Đƣờng kháng chân tầng W = 6,7m, chiều sâu khoan thêm Lkt = 1,5m m 87 2m 8, 5m 6, 5m Hình 3.19b: Lỗ mìn biên có cấu trúc lƣợng thuốc đặc biệt (lỗ khoan đƣợc nạp thỏi thuốc nổ buộc vào dây nổ, phần lại lỗ khoan chứa đầy cát), đƣờng kính lỗ khoan đƣờng kính lỗ mìn chính, chiều sâu khoan thêm Lkt =1,5m, khoảng cách lỗ mìn biên a = 4,6m Phía trƣớc lỗ mìn biên lỗ mìn đệm lỗ mìn Lỗ mìn đệm có khoảng cách lƣợng thuốc nạp giảm so với lỗ mìn Những lỗ khoan tạo biên đƣợc phân bố dọc theo biên khai thác với khoảng cách chúng nhỏ Những lỗ khoan khơng nạp thuốc tâm khe nứt nổ lƣợng thuốc nổ bãi mìn Lỗ khoan tạo biên lỗ khoan lớn, góc nghiêng lỗ khoan 75o Khoảng cách lỗ mìn biên 2m 5,5m 6,0m 7,5m 15m 75 1,5m 2,5m Hình 3.20: Nổ mìn tạo biên sử dụng hàng lỗ khoan biên khơng nạp thuốc 2.2.Thốt nƣớc bờ mỏ Khi bờ mỏ chịu tác động nƣớc ngầm hệ số dự trữ ổn định bờ mỏ xác định theo công thức sau: 88 n [( N i = Di )tg Ci li ] i n Ti i Trong đó: Di - Lực đẩy nƣớc dƣới đất, Di = hni n.li; hni- Chiều cao mực nƣớc ngầm; n- Trọng lƣợng riêng nƣớc ngầm; li- Chiều dài mặt khối trƣợt Nhƣ từ công thức ta thấy rằng: - Khi chiều cao mực nƣớc ngầm lớn lực đẩy nƣớc lớn ngƣợc lại - Nƣớc ngầm tác động đến thành phần lực giữ khối đá mà không tác động đến thành phần lực gây trƣợt Khi áp lực nƣớc đẩy lớn thành phần lực giữ giảm dẫn đến hệ số dự trữ ổn định giảm ngƣợc lại Nhƣ phân tích trên, mỏ đá khu vực phía Nam có điều kiện địa chất thủy văn đơn giản, nguồn nƣớc chủ yếu nƣớc mƣa rơi trực tiếp vào mỏ Tuy nhiên, mỏ Thiện Tân I, Thƣờng Tân IV, Thạnh Phú I sử dụng lớp sét mặt để đắp đê ngăn nƣớc dẫn đến thẩm thấu, xói mịn bờ mỏ Vậy để tăng ổn định bờ mỏ tiến hành xây dựng rãnh thoát nƣớc xung quanh mặt mỏ đai vận chuyển với mục đích nƣớc mặt giảm nƣớc mặt thấm vào bờ mỏ gây xói mịn bờ Song song với việc đắp đê ngăn nƣớc, tiến hành trồng để làm tầng đất phủ phun xi măng mặt biên giới mỏ tầng không công tác mỏ, vị trí bãi thải giảm tƣợng phong hố xói mịn bờ Bên cạnh đó, mỏ nhƣ Núi Nhỏ, Tân Cang việc xây dựng rãnh nƣớc mặt mỏ có tầng chứa nƣớc khe nứt tƣơng đối phức tạp (Tầng chứa nước khe nứt thành tạo phun trào hệ tầng Long Bình (j3), hệ tầng Châu Thới (t2)- Mỏ đá Núi Nhỏ; Tầng chứa nước khe nứt Jura hạ (j1)- Mỏ đá Tân Cang 7), chiều dày tầng chứa nƣớc từ 20m trở lên, ảnh hƣởng lớn đến công tác khai thác mỏ, nhƣ ổn định bờ mỏ Vì vậy, mỏ nhƣ này, tiến hành khoan lỗ khoan thoát nƣớc thẳng đứng, lỗ khoan thoát nƣớc nằm ngang xung quanh phía khai trƣờng nhằm mục đích hạ thấp mực nƣớc ngầm Các lỗ khoan đƣợc khoan vị trí định với chiều sâu cần thiết tới đáy tầng chứa 89 nƣớc Q trình nƣớc từ lỗ khoan làm cho mực nƣớc ngầm bờ mỏ giảm xuống đến mức cần thiết Hình 3.21: Trồng mặt mỏ Khi tiến hành thiết kế hệ thống lỗ khoan hạ thấp mực nƣớc cần: Chọn vị trí để bố trí mạng lỗ khoan, khoảng cách lỗ khoan, tính tốn mực nƣớc cần hạ thấp lỗ khoan xây dựng đƣờng cong hạ thấp khu vực bờ mỏ Dƣới sơ đồ nƣớc cho bờ mỏ áp dụng cho mỏ đá (Hình 3.22) Hình 3.22: Sơ đồ thoát nước cho mỏ 90 2.3 Thiết kế bờ mỏ hợp lý 2.3.1 Xác định góc dốc bờ mỏ Xác định góc dốc bờ mỏ ta tiến hành theo trình tự sau: 1.Sơ chọn hệ số dự trữ ổn định ( ), đƣợc chọn phụ thuộc vào thời gian tồn bờ dốc, đặc điểm sử dụng (bờ dừng, bờ công tác, bờ bãi thải…), thành phần đất đá phân bố bờ mỏ Theo kết nghiên cứu viện VNIMI số tác giả khác hệ số ổn định đƣợc chọn phụ thuộc chủ yếu vào mức độ xác tài liệu tính tốn cơng trình cần bảo vệ Giá trị dao động khoảng 1,1 1,5 đƣợc xác định theo bảng dƣới đây: Bảng 3.6: Chọn hệ số ổn định cho loại bờ mỏ giai đoạn Các giai đoạn khai thác Các giá trị hệ số dự trữ ổn định Bờ không công tác thời gian tồn 10 năm Ghi Bờ cơng tác Khi có khe nứt, đứt gẫy 1,5 1,4 1,3 1,2 Khi có cát kết- sét yếu Giai đoạn sản xuất 1,3 1,2 - Giai đoạn kết thúc 1,2 1,1 - Các giai đoạn thiết kế kiến tạo khối đá Xác định tiêu liên quan đến độ bền cắt đất đá thơng qua kết thí nghiệm, phân tích dự đoán biến đổi tiêu theo thời gian tồn bờ dốc Thiết kế góc hợp lý: Giả sử xác định đƣợc chiều cao bờ mỏ để xác định đƣợc góc nghiêng hợp lý ta phải tiến hành giả thiết giá trị góc nghiêng bờ mỏ tƣơng ứng 1, 2, 3,…sau sử dụng phƣơng pháp đánh giá bờ mỏ khác để dự đoán đƣợc mặt yếu tƣơng ứng với hệ số dự trữ ổn định 1, 2, 3… chọn H cố định (Hình 3.23) Tiến hành xây dựng mối liên hệ = f( ) - 91 Hình 3.23: Thiết kế góc nghiêng bờ mỏ hợp lý biết chiều cao tầng chọn hệ số dự trữ tương ứng (Ví dụ với H = 200m, = 1,35 góc nghiêng bờ mỏ hợp lý 270) 2.3.2 Kết cấu bờ mỏ hợp lý Tiến hành chia bờ thành tầng với chiều cao tầng góc dốc hợp lý giúp cho bờ mỏ thoải hơn, giảm đƣợc khối lƣợng gây trƣợt Mặt khác, khai thác đến biên giới cuối bờ mỏ tập hợp tầng mà tuỳ theo chức có tên gọi khác nhau: Đai vận tải, đai dọn sạch, đai vệ Việc thiết kế hợp lý đai làm bờ mỏ đƣợc ổn định Đai vận tải: nối liền với tầng công tác có chiều rộng phù hợp với chiều rộng phù hợp yêu cầu thiết bị vận chuyển kể chiều rộng tự khoảng cách an toàn chuyển động thiết bị Đƣợc xác định theo công thức sau: Bvc = Z + T + K, m Trong đó: Z- Chiều rộng lăng trụ trƣợt lở, Z = m; T- Chiều rộng vệt xe chạy, m; K- Chiều rộng rãnh thoát nƣớc, K = 0,5 0,7 Đai bảo vệ: tăng độ ổn định bờ mỏ nhƣ để ngăn ngừa tƣợng vùi lấp tụt lở tảng đá từ tầng lăn xuống Chiều rộng 92 đai bảo vệ không đƣợc nhỏ 0,2h (h - chiều cao tầng) Cứ 15m đá mền 30m đá cứng phải để lại đai bảo vệ Đai dọn sạch: có chiều rộng đủ để thiết bị dọn (máy gạt, máy xúc cỡ nhỏ, ôtô) hoạt động theo chu kỳ nhằm giữ cho bờ mỏ khỏi bị vùi lấp h Nhóm tầng Đai an tồn Đai vận tải H Hình 3.24: Kết cấu bờ mỏ 2.4 Phƣơng pháp neo, đóng cọc tƣờng chắn Tại bờ phía Đơng Bắc mỏ đá Thạnh Phú I, áp dụng phƣơng pháp tầng khai thác có hƣớng cắm vào phía khai trƣờng (Hình 3.25) Phƣơng pháp neo đƣợc tiến hành gia cố cục vị trí tầng có hƣớng mặt yếu cắm vào khai trƣờng vị trí bờ dừng mỏ Đặc biệt vị trí hƣớng mặt yếu cắm vào tuyến đƣờng hào mỏ Phƣơng pháp đóng cọc áp dụng hiệu vị trí mà có lớp đất đá yếu nằm xen kẽ lớp đất đá cứng Tƣờng chắn áp dụng cho mỏ vị trí chân bờ dốc giao với đƣờng tuyến đƣờng cố định Nội dung, trình tự phƣơng pháp đƣợc thể hình 3.26 93 Hình 3.25: Hướng khai thác mỏ đá Thạnh Phỳ I neo Đai vận tải Hỡnh 3.26: Dựng neo, cọc tường chắn nâng cao ổn định bờ mỏ 94 2.5 Phƣơng pháp phun xi măng Ngoài phƣơng pháp trên, mỏ có khe nứt, kiến tạo hoạt động mạnh nhƣ mỏ Tân Cang 7, Thạnh Phú 1, Thiện Tân sử dụng phƣơng pháp phun xi măng Tiến hành bơm xi măng vào khối đá thiết bị bơm cao áp qua lỗ khoan Dung dịch bơm xi măng lấp đầy khe nứt khối đá làm cho khối đá bền vững chống đƣợc thẩm thấu nƣớc độ ổn định bờ mỏ đƣợc cao Phƣơng pháp đƣợc áp dụng cho mái dốc cấu tạo đá cứng vừa nứt nẻ, có độ thẩm thấu lớn với chiều rộng khe nứt lớn 0,15mm Bám dính gắn kết nham thạch phƣơng pháp phun xi măng phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ đất đá, áp lực bơm dao động khoảng 10m Hình 3.27: Phun xi măng vào khe nứt 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Khu vực phía Nam vùng kinh tế trọng điểm đất nƣớc, có tốc độ tăng trƣởng kinh tế nhƣ tỷ trọng đầu tƣ cao nƣớc Vì vậy, đá xây dựng trở thành loại vật liệu quan trọng nhằm cung cấp thỏa mãn nhu cầu xây dựng để hoàn chỉnh sở hạ tầng kỹ thuật, xây dựng nhà xƣởng phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực Hiện nay, khu vực phía Nam có 8/19 tỉnh thành có mỏ đá xây dựng hoạt động khai thác Trong tập trung chủ yếu tỉnh Miền Đông Nam Bộ nhƣ: Đồng Nai, Bình Dƣơng, Bà Rịa – Vũng Tàu với tổng sản lƣợng đá khoảng 40 triệu m3/ năm Đặc điểm bật mỏ đá khai thác điều kiện địa hình âm, diện tích khai thác khơng lớn, phƣơng pháp khai thác chủ yếu khoan nổ mìn Vì vậy, ổn định bờ mỏ chịu ảnh hƣởng yếu tố địa chất cơng trình, thủy văn, thời tiết tác động bên nhƣ chấn động nổ mìn, vận chuyển đất đá…là tƣơng đối rõ rệt, xuất hiện tƣợng trƣợt lở, sạt lở bờ mỏ gây khó khăn cho việc khai thác mỏ đá Trong điều kiện nhƣ vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam” đề cập giải số vấn đề sau: Đánh giá đặc điểm chung điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, điều kiện khí hậu, trình khai thác số mỏ đá điển hình khu vực Phía Nam vấn đề liên quan đến ổn định bờ mỏ mỏ đá Nghiên cứu, phân tích, đánh giá độ ổn định bờ mỏ yếu tố, nguyên nhân ảnh hƣởng tới ổn định bờ mỏ trình khai thác mỏ lộ thiên Tổng hợp giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ khai thác mỏ lộ thiên Từ đó, tác giả đề xuất số giải pháp khả thi để nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho mỏ đá khu vực phía Nam, là: Giải pháp nổ mìn tạo biên, thoát nƣớc mỏ, thiết kế bờ mỏ hợp lý, gia cố bờ mỏ neo, đóng cọc tƣờng chắn, giải pháp phun xi măng Kiến nghị Trong khuôn khổ luận văn, đề tài nghiên cứu chƣa đƣa cụ thể giải pháp, thông số áp dụng mỏ khu vực phía 96 Nam Do đó, với mỏ cần nghiên cứu cụ thể ĐCCT - ĐCTV mỏ vị trí mỏ để đƣa giải pháp cụ thể hơn; đƣa trình tự khai thác hợp lý; hồn thiện thơng số nổ mìn tạo biên, sơ đồ tính tốn nƣớc cho mỏ… để phù hợp với mỏ khác Bên cạnh đó, số giải pháp nghiên cứu luận văn mang tính định hƣớng, cần phải tiếp tục nghiên cứu kỹ lƣỡng theo chuyên đề riêng để áp dụng có tính khả thi cao 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhữ Văn Bách (2008), Nâng cao hiệu phá vỡ đất đá nổ mìn khai thác mỏ, NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội Trần Đức Dậu, Thiết kế sở khai thác mỏ đá Tân Cang 7, Hợp tác xã An Phát Trần Minh Đản (2010), Ổn định bờ mỏ khai thác lộ thiên, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Võ Minh Đức, Thiết kế kỹ thuật khai thác mỏ đá xây dựng thường Tân IV, Công ty Cổ phần đá Hoa Tân An Hồ Sĩ Giao, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Anh Tuấn (2009), Khai thác khoáng sản rắn phương pháp lộ thiên, NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Minh Hoàng, Thiết kế sở khai thác - chế biến phần sâu mở rộng đến cote-100m mỏ đá xây dựng Núi Nhỏ, Công ty Cổ phần đá Núi Nhỏ Phạm Thái Hợp,Thiết kế sở khai thác mỏ đá Thiện Tân I, DNTN Khai thác Vật liệu Xây dựng Vĩnh Hải Bùi Xuân Nam (2006), Nghiên cứu khả công nghệ phá vỡ đất đá giới cho số mỏ khai thác vật liệu xây dựng Việt Nam, Đề tài cấp Bộ Giáo dục Đào tạo, mã số B2006-02-11 Nguyễn Hồng Phong, Thiết kế sở khai thác mỏ đá Thạnh Phú Công ty TNHH MTV XD SXVLXD Biên Hòa, Đồng Nai 10 Phạm Văn Việt (2011), Nghiên cứu biện pháp công nghệ nhằm giảm thiểu khắc phục tượng đá rơi từ bờ mỏ mỏ đá vôi Việt Nam, Đề tài NCKH cấp sở, trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, mã số T11-15 11 Trần Mạnh Xuân (2003), Ổn định bờ mỏ, tầng bãi thải mỏ lộ thiên, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội ... ảnh hƣởng tới ổn định bờ mỏ số mỏ đá khu vực phía Nam; - Các phƣơng pháp đánh giá độ ổn định bờ mỏ; - Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam 10... đến độ ổn định bờ mỏ 3.4 Ảnh hưởng công tác khoan- nổ mìn đến độ ổn định bờ mỏ 61 Chƣơng Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Các giải pháp nâng. .. Đƣa đƣợc giải pháp hợp lý để nâng cao độ ổn định bờ mỏ cho số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Đối tƣợng nghiên cứu Bờ mỏ số mỏ khai thác đá khu vực phía Nam Phạm vi nội dung nghiên cứu - Các điều