Hiện nay trong lĩnh vực phõn tớch ổn định khối đỏ xung quanh khoảng trống ngầm khai thỏc và thiết kế kết cấu chống giữ cỏc khu vực khai thỏc trong cỏc mỏ than hầm lũ, một số phần mềm tớnh toỏn được lập trỡnh trờn cơ sở cỏc phương phỏp toỏn
học cơ bản như phương phỏp phần tử hữu hạn; phương phỏp sai phõn hữu hạn; phương phỏp độ hội tụ giới hạn; phương phỏp phần tử biờn; phương phỏp toỏn rời rạc, ... đó và đang được sử dụng rộng rói, cú thể kể đến là: chương trỡnh Phase 2, Ansys, Abaqus, UDEC, Flac, PFC,… Trong phạm vi nghiờn cứu, luận ỏn lựa chọn phần mềm số Phase 2 (trờn cơ sở phương phỏp phần tử hữu hạn) để phõn tớch độ ổn định cần thiết của trụ nhõn tạo cú xem xột đến cỏc tham số địa chất, kỹ thuật như chiều dày, gúc dốc vỉa, chiều sõu khai thỏc, yờu cầu độ bền nộn của trụ nhõn tạo, … Đõy là phần mềm số được sử rộng rói trong cỏc phõn tớch địa kỹ thuật hiện nay ở Việt Nam cũng như trờn thế giới.
2.2.2. Lựa chọn cỏc yếu tố và thụng số đầu vào xõy dựng mụ hỡnh số xỏc định cỏc tham số chủ yếu của trụ nhõn tạo
2.2.2.1. Cỏc thụng số đầu vào xõy dựng mụ hỡnh
Như đó phõn tớch ở nội dung trờn, cỏc yếu tố địa chất, kỹ thuật mỏ ảnh hưởng đến kiểu, loại và khả năng làm việc của trụ nhõn tạo gồm: chiều dày và gúc dốc vỉa, tớnh chất cơ lý của đỏ bao quanh vỉa, chiều sõu khai thỏc, điều kiện địa chất thủy văn, khớ mỏ, khả năng tự chỏy của than, cụng nghệ khai thỏc được ỏp dụng, … Việc xõy dựng mụ hỡnh với đầy đủ cỏc yếu tố trờn là rất khú thực hiện. Do vậy, trong phạm vi luận ỏn sẽ giới hạn và lựa chọn cỏc yếu tố đầu vào điển hỡnh, cú ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của trụ nhõn tạo là: (1) chiều dày vỉa; (2) gúc dốc vỉa; (3) chiều sõu khai thỏc; (4) điều kiện địa chất khu vực đường lũ. Trong đú:
- Về yếu tố chiều dày vỉa: luận ỏn lựa chọn hai trường hợp điển hỡnh của điều kiện vỉa dày trung bỡnh (chiều dày 2,2m) và vỉa dày (chiều dày 5,0m).
- Về yếu tố gúc dốc: giới hạn phạm vi gúc dốc đến 35 độ (phạm vi được khai thỏc bằng cỏc lũ chợ dài), theo cỏc dải 10, 20 và 35.
- Về chiều sõu khai thỏc: lựa chọn hai giỏ trị chiều sõu là 350m (tầng khai thỏc phổ biến hiện nay của cỏc mỏ) và 500m (chiều sõu khai thỏc tầng duy trỡ).
- Về điều kiện địa chất: gồm vỉa than và cỏc loại đỏ phổ biến trong địa tầng vựng Quảng Ninh (sột kết, bột kết, cỏt kết, cuội kết, sạn kết, …). Chi tiết cột địa tầng điển hỡnh và cỏc chỉ tiờu cơ lý chủ yếu của đất đỏ thể hiện trong hỡnh 2.8, bảng 2.8.
Hỡnh 2.8. Cột địa tầng điển hỡnh xõy dựng mụ hỡnh
Bảng 2.8. Chỉ tiờu cơ lý của cỏc loại đỏ trong địa tầng vựng than Quảng Ninh
Loại vật liệu Tỷ trọng, T/m3 Mụ đun đàn hồi, MPa Hệ số Poisson Cường độ khỏng kộo, MPa Gúc nội ma sỏt, độ Lực kết dớnh, MPa Than 1,64 2000 0,25 0,1 28 1,0 Sột kết 2,65 3000 0,29 0,2 29 1,4 Bột kết 2,66 4270 0,23 0,42 31,47 2,6 Cỏt kết 2,71 4000 0,21 0,1 33,28 5,0 Cuội, sạn kết 2,66 4000 0,20 0,1 33,5 4,8 Than, đất đỏ sau phỏ hỏa 1,70 30 0,07 0 30 0
2.2.2.2. Lựa chọn cỏc tham số chủ yếu của trụ nhõn tạo cần xỏc định
Trụ nhõn tạo thay thế trụ than để bảo vệ đường lũ, do đú trụ phải đảm bảo chống lại được ỏp lực mỏ tỏc động lờn nú theo cỏc mối quan hệ với điều kiện địa chất khu vực thi cụng đường lũ và chiều sõu bố trớ cụng trỡnh. Nếu trụ nhõn tạo được thi cụng bằng cỏc loại vật liệu cú khả năng khỏng nộn thấp, kớch thước trụ/chiều rộng trụ sẽ lớn, kộo theo đú là khối lượng vật liệu cần vận chuyển lớn, gia tăng mức độ nặng nhọc và chi phớ thi cụng. Do đú, hai tham số cơ bản của trụ nhõn tạo cần xỏc
định là: (1) kớch thước chiều rộng trụ và (2) cường độ khỏng nộn của trụ.
Về đối tượng trụ nhõn tạo nghiờn cứu, theo kết quả tổng quan, sử dụng vật liệu cú cường độ khỏng nộn cao (thi cụng thành dải liờn tục trong cỏc khung cốp pha mềm hoặc thi cụng trong cỏc khuụn cũi xếp liền nhau dọc theo phương đường lũ) là một tiến bộ trong ngành mỏ, độ tin cậy cao. Áp dụng hỡnh thức trụ nhõn tạo này đó trở thành xu thế, trong điều kiện cho phộp sẽ được ưu tiờn lựa chọn. Do vậy, trong nội dung này, luận ỏn đi sõu vào nghiờn cứu, phõn tớch xỏc định cỏc tham số tối ưu của loại hỡnh trụ nhõn tạo sử dụng vật liệu cú độ khỏng nộn cao.