Nghiên cứu quy luật dịch động và biến dạng nhằm giảm thiểu sự cố môi trường và mất mát tài nguyên tại một số mỏ than hầm lò vùng quảng ninh

Bộ giáo dục đào tạo trường đại học mỏ - địa chất - Ngun viƯt c­êng nghiên cứu qui luật dịch động biến dạng nhằm giảm thiểu cố môi trường mát tài nghuyên số mỏ than hầm lò vùng quảng ninh Chuyên ngành: khai thác mỏ Mà số: 60.53.05 luận văn thạc sĩ kỹ thuật người hướng dẫn khoa học gs.tskh lê hùng hà nội 2007 lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, tài liệu kết nêu luận văn, trung thực kết công trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2007 Tác giả luận văn Nguyễn Việt Cường mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chương Tổng quan ảnh hưởng dịch động biến dạng khai thác than hầm lò 1.1 ảnh hưởng khai thác hầm lò đến môi trường mặt 1.2 Tổng quan rủi ro, cố môi trường dịch động biến dạng gây 16 1.3 Kết luận Chương Nghiên cứu quy luật dịch động biến dạng khai thác 18 19 than hầm lò 2.1 Cơ sở lý thuyết chung dịch động biến dạng đất đá khai 19 thác than hầm lò mỏ 2.2 Các thông số thành phần trình dịch động khai thác 24 than hầm lò 2.3 Nghiên cứu quy luật dịch động biến dạng đất đá 24 2.4 Quy luật dịch động biến dạng đất đá phá hỏa lò chợ 36 2.5 thông số bồn dịch chuyển khai thác hầm lò gây 47 2.6 Kết luận 56 Chương Xác định ranh giới khai thác trụ bảo vệ cho số công 57 trình đặc trưng vùng than Quảng Ninh 3.1 Tính toán, xác định ranh giới khai thác hầm lò khu vực di tích 57 Yên Tử 3.2 Xác định trụ bảo vệ tuyến đường ôtô - Tính toán thử nghiệm cho 79 điều kiện đường ôtô Đèo Nai 3.3 Xác định trụ bảo vệ công trình giếng mỏ hầm lò Tính toán thử nghiệm cho điều kiện giếng đứng mỏ Mông Dương 86 Chương Đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu rủi ro 104 dịch động biến dạng gây 4.1 Các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu ảnh hưởng dịch 104 động biến dạng công trình bề mặt công trình hầm lò 4.2 Các giải pháp an toàn phòng ngừa dịch động cục 109 4.3 Lập trạm quan trắc bề mặt theo dõi dịch động 112 4.4 Các giải pháp phụ trợ củng cố công trình cần bảo vệ trước 115 bị ảnh hưởng dịch động Kết luận 118 Tài liệu tham khảo 120 Danh mục bảng Trang Bảng 1.1: Đánh giá thực trạng khả tiỊm Èn rđi ro sù cè m«i 13 tr­êng dịch động, biến dạng gây vùng mỏ Quảng Ninh Bảng 2.1: Bảng tóm tắt thông số 50 Bảng 2.2: Phân loại nhóm mỏ theo quan điểm dịch chuyển 51 Bảng 2.3 Xác định góc dịch chuyển theo nhóm mỏ tương tự 52 Bảng 2.4: Xác định độ cứng trung bình xác định góc gÃy tb 53 Bảng 2.5: Xác định góc dịch chuyển (độ) đá gốc 54 Bảng 3.1: Trữ lượng than phạm vi 5,2km2 tõ tuyÕn V  X 62 (tõ LV +125 tính đến ngày 31/12/2004) Bảng 3.2: Trữ lượng than khoáng sàng Yên Tử - Than Thùng 62 Danh mục hình Trang Hình 1.1: Dịch động biến dạng bề mặt ảnh hưởng đến công trình phụ thuộc vào vị trí liên quan đến gương khai thác bồn dịch chuyển gây Hình 1.2: Sự cố dịch động biến dạng công trình dân dụng bồn dịch chuyển ngang nhà (lực đẩy dịch động ngang gây biến dạng nén ngang + Hình 1.3: Các dạng khe nứt nhà tương ứng với vị trí công trình bồn dịch chuyển (lực kéo đẩy biến dạng ngang + bề mặt đất) Hình 1.4: Ví dụ ảnh hưởng dịch động biến dạng công trình a- Biến dạng móng; b,c cửa vào cửa sổ; d- cầu thang Hình 1.4a: Các điểm lún dọc chiều dài công trình Hình 1.5: Dịch động biến dạng với đường ray dịch ngang 6 nâng lên bề mặt Hình 1.6: ảnh hưởng dịch động đến hệ ống dẫn nước bơm kênh dẫn Hình 1.7: Dịch động tương đối vách trụ lò chợ khai thác dẫn đến tăng áp lực lên chống Hình 1.8: Sự dịch động đất đá hình thành khe nứt khu vực gần lò chợ địa tầng phá hoả tạo thành vùng phá huỷ địa tầng làm mực nước ngầm bị hạ thấp tạo thành vùng phá huỷ sau lò khai thác Hình 1.9: Độ lớn dịch động tốc độ phụ thuộc vào khoảng cách tới gương khai thác trường hợp động tĩnh Hình 1.10: Dịch động khu khai thác khai thác HTKT buồng trụ Hình 1.11: So sánh dịch động khu khai thác Hình 1.12: Dịch chuyển đứng (lún) lò khai thác phía 10 Hình 1.13: ảnh hưởng dịch động địa tầng đến công trình lò nằm 10 vách vỉa khai thác Hình 1.14: Đờng biểu diễn giới hạn vùng giếng gương khai thác 11 vị trí khác Hình 1.15: Biến dạng kéo biến dạng nén dọc trụ giếng 11 Hình 1.16: Dịch động bề mặt (lún dịch chuyển ngang) phá huỷ 12 đường ray vùng Hình 1.17: Phá hoại đường ống dịch động gây (vùng mỏ Ealsass 12 - Pháp) Hình 1.18: Vết nứt dọc đường sắt nằm vùng phá huỷ kéo, nén 12 dịch chuyển ngang Pflaster - mỏ than vùng Ruhr (Đức) Hình 1.19: ảnh hưởng khai thác hầm lò gây dịch động biến 17 dạng nguyên nhân gây rủi ro cố môi trường Hình 1.20: Nguyên nhân cụ thể dịch động biến dạng gây rủi 18 ro cố môi trường hầm lò mặt đất Hình 2.1: Các véctơ ứng lực đứng sườn bê khối đá nguyên 20 trạng Hình 2.2: Hướng đường sức 20 Hình 2.3: Biểu đồ phân bố đường lực xung quanh đường lò 21 Hình 2.4: Các thông số góc mặt cắt 22 Hình 2.4a: Đặc điểm chuyển dịch đất đá xung quanh lò chợ 23 Hình 2.5: Cấu tạo vỉa vách vùng Quảng Ninh 24 Hình 2.6: Phân loại dạng đổ vách theo Vabro 30 Hình 2.7: Sơ đồ tính toán góc lát cắt địa chất ap cho lò chợ 3v, vỉa 30 khu Cánh Gà theo phương pháp M.Vavrô Hình 2.8: Các dạng sập đổ điển hình đá vách theo dạng vòm 32 Hình 2.9: Các dạng sập đổ phổ biến vách theo dầm công sơn Hình 2.10: Đặc điểm biến dạng vách trớc phá hỏa 34 37 ban đầu Hình 2.11: Đặc điểm hình dạng phá hỏa ban đầu vách 37 Hình 2.12: Đặc tính phá hỏa ban đầu R 37 Hình 2.13: Phá hỏa thường kỳ đá vách 38 Hình 2.14: Sơ đồ xác định bước phá hỏa vách 38 Hình 2.15: Quá trình dịch động phá hủy sụt lún 43 Hình 2.16a: Bồn dịch chuyển toàn phần 43 Hình 2.16b: Dịch động đất đá ảnh hưởng đến mặt đất khai thác vỉa 44 theo mặt cắt theo phương X Y vỉa than khai thác Hình 2.16c: ảnh hưởng địa tầng theo trục X 45 Hình 2.16d: ảnh hưởng địa tầng vách trụ khai thác theo trục Y 45 Hình 2.16e: ảnh hưởng dịch động khai thác cụm vỉa thoải 46 Hình 2.16f: ảnh hưởng dịch động khai thác cụm vỉa dốc 46 Hình 2.17: Lòng chảo sụt lún bề mặt BALS tham số dịch 47 chuyển toàn phần Hình 2.18: Sơ đồ thể thay đổi vị trí điểm dịch động 48 giá trị tính tham số dịch động Hình 2.19: Ví dụ sơ đồ tính độ lún hoàn toàn điểm pi 55 bề mặt Hình 3.1 Sơ đồ khu di tích Yên Tử 58 Hình 3.2 Biên giới khai thác khu 5,2km 59 Hình 3.3a Mặt cắt tuyến IX giới hạn chiều dày phép khai 64 thác Hình 3.3b Mặt cắt đứng tuyến IX-a Xác định chiều dày khai thác hạn chế 65 Hình 3.4 Mặt cắt đứng tuyến X xác định chiều dày phép khai 66 thác Hình 3.6a Sơ đồ tính dự báo sụt lún 70 Hình 3.6b Ví dụ cách tính độ lún thành phần độ lún tổng thể theo 74 đoạn cụm vỉa tuyến XA Hình 3.7 Xác định ranh giới khu khai thác theo tuyến theo ph- 75 ương Hình 3.8 Xác định ranh giới khu khai thác 76 Hình 3.9 Đồ thị dự báo tuyến IX tuyến IXA 77 Hình 3.10 Đồ thị dự báo lún theo phương khai thác đến mức +125 77 khu vực 5,2 km2 (hoạt động khai thác hạn chế) Tại mặt cắt A-A, B-B, C-C Hình 3.11 Xác định ranh khai thác khu 5,2 km2 78 Hình 3.12 Sơ đồ tính toán trụ bảo vệ đường ô tô 82 Hình 3.13 Mặt cắt ngang qua trụ bảo vệ 82 Hình 3.14 Kết tính toán trụ bảo vệ đường ô tô Đèo Nai 83 Hình 3.15 Tính sụt lún Vz dọc đường ô tô Đèo Nai 85 Hình 3.16 Tính sụt lún dọc (Vz) trục đường ô tô Đèo Nai, phương án 86 II (Ba lò chợ trụ để lại trụ bảo vệ) Hình 3.17 Vị trí giếng đứng Mông Dương 89 Hình 3.18 Ví dụ mô tả dịch chuyển biến dạng giếng phụ 90 thuộc vào gương khai thác Hình 3.19 Biến dạng dọc giếng trụ vị trí khác sau vùng đà 91 khai thác Hình 3.20 Sự lún đất ®¸ däc giÕng khai th¸c trơ giÕng tõ 92 vào Hình 3.21 Trụ bảo vệ giếng theo mặt cắt X-X Y-Y 94 Hình 3.22 Tính toán biến dạng dọc trục giếng mỏ theo phương pháp 96 KNOTE Hình 3.23 Tính giá trị eMax cho trường hợp để lại trụ tròn chữ nhật (theo KNOTE) 97 Hình 3.24 Khả chịu tải vỏ chống giếng dới tác dụng 99 loại lực tác dụng biến dạng Hình 3.25 Kết tính toán để lại trụ than hợp lý bảo vệ giếng đứng 101 Mông Dương Hình 3.26 Kết tính toán kiểm tra độ biến dạng dọc trục 101 giếng Mông Dương theo phương pháp NOTE Dương mức -97,5 Hình 4.1 Các hướng khấu cách khấu đối xứng, phi đối xứng ảnh 106 hưởng đến tính chất phá huỷ công trình Hình 4.2 Phương pháp khấu vượt trước cụm vỉa than Hình 4.3a Khai thác trụ giếng theo phương pháp lò chợ ngắn (để lại 107 107 trụ) Hình 4.3b Các trường hợp phân khu tuỳ theo độ lớn trụ bảo vệ 108 Hình 4.3c Khấu đối xứng phạm vi 2R dịch chuyển ngang 108 Hình 4.3d Sự giao thoa bồn thành phần khai thác để lại 108 trụ Hình 4.3e Phương pháp khai thác nhiều vỉa đảm bảo giảm thiểu dịch 108 huyển ngang lún bảo vệ công trình cấp (I, II, III thự tự khai thác) Hình 4.4 Sơ đồ công thức khoảng cách an toàn giảm thiểu rủi ro 110 cố dịch động đất đá Hình 4.5 Cách lập tuyến quan trắc 113 Hình 4.6 Sự phá hủy công trình nằm bồn dịch chuyển 114 Hình 4.7 Ví dụ phương gia cố toàn phần công trình 115 Hình 4.8 Ví dụ gia công móng đỡ phần công trình gần phay 115 Hình 4.9 Phương pháp gia công lớp đệm giằng móng giảm 116 lực đẩy ngang Hình 4.10 Ví dụ hai công trình bị ép phương pháp gia cố an toàn 117 ... biến dạng nhằm giảm thiểu cố môi trường mát tài nguyên số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh cho phép rút kết luận: ảnh hưởng dịch động biến dạng khai thác than phương pháp hầm lò lớn: Gây sập đổ lò, ... dịch động biến dạng khai thác than hầm lò 1.1 ảnh hưởng khai thác hầm lò đến môi trường mặt 1.2 Tổng quan rủi ro, cố môi trường dịch động biến dạng gây 16 1.3 Kết luận Chương Nghiên cứu quy luật. .. khai thác 24 than hầm lò 2.3 Nghiên cứu quy luật dịch động biến dạng đất đá 24 2.4 Quy luật dịch động biến dạng đất đá phá hỏa lò chợ 36 2.5 thông số bồn dịch chuyển khai thác hầm lò gây 47 2.6 Kết