Tỷ lệ theo trọng lượng Phụ gia Cacl % theo trọng lượng Tỷ trọng dung dịch g/cm3 Thời gian ngưng kết Giới hạn bền khi nén kg/cm2 Xi măng Poclant Max 300 Sét Nước Bắt đầu Kết thúc Sau 1 ngđ Sau 7 ngđ 1 1 0,95 0 1770 2h 00 15h 00 40 72 1 1 0,97 1 1740 2h 00 18h 00 30 82 1 1 0,90 2 1770 1h 30 11h 00 15 106 1 1 1,00 0 1688 2h 20 10h 00 12 46 1 1 0,95 1 1660 2h 40 10h 00 18 60 1 1 0,98 2 1700 1h 40 10h 00 20 65
Sơ đồ kỹ thuật cơ bản của giải pháp xi măng hoá sâu
Các căn cứ để chọn sơ đồ kỹ thuật:
hoá là đơn giản hay phức tạp để chọn giải pháp thi cơng thích hợp.
- Chọn máy khoan để khoan tạo lỗ thường sử dụng máy khoan khí nén hay khoan xoay, khoan đập, đường kính lỗ khoan 50300mm (nên chọn lỗ khoan có đường kính nhỏ để khoan nhanh, giá thành hạ), độ sâu lỗ khoan từ 15100m tuỳ thuộc vị trí cần gia cường.
- Thiết bị bơm phụt gồm: Máy bơm, máy trộn dung dịch, các ống dẫn, đồng hồ đo áp lực, thiết bị cân đong sàng lọc xi măng.
Hiện nay người ta áp dụng 2 nhóm sơ đồ khoan phụt chủ yếu:
Nhóm 1: Sơ đồ bơm phụt dung dịch xi măng được thực hiện qua các hố
khoan từ mặt đất, hạn chế của sơ đồ này là khi trong khối đá có các khe nứt thẳng đứng.
Nhóm 2: Sơ đồ bơm phụt xi măng được thực hiện qua các hố khoan
được khoan từ các giếng đứng lớn, ưu điểm của sơ đồ này là đạt được chiều sâu xi măng hoá lớn và áp dụng được cho cả các tầng đất đá có các khe nứt thẳng đứng.
Theo phương pháp bơm phụt dung dịch xi măng người ta phân ra 3 sơ đồ chính sau:
Sơ đồ phụt 1 lần
Theo sơ đồ này tiến hành khoan một lần đến hết chiều sâu thiết kế rồi tiến hành bơm phụt dung dịch xi măng một đợt hết chiều sâu lỗ khoan. Sơ đồ này áp dụng cho chiều sâu lỗ khoan từ 1015m trong nền đá cứng nứt nẻ, độ hấp thụ nước đơn vị nhỏ.
Sơ đồ bơm phụt phân đoạn từ trên xuống dưới
Theo sơ đồ này khi khoan tạo lỗ được một đoạn từ 3 đến 5m, tiến hành bơm phụt sau đó chờ cho xi măng đông cứng tiếp tục khoan đoạn thứ 2 và tiến hành bơm phụt tuần tự như vậy cho đến hết chiều sâu bơm phụt thiết kế. Nút bịt luôn giữ chặt trên miệng hố khoan, áp lực bơm phụt lần sau tăng hơn
lần trước. Những đoạn chiều sâu hố khoan phía trên được bơm phụt nhiều lần kết quả xi măng hoá sẽ cao hơn.
Sơ đồ bơm phụt phân đoạn từ dưới lên
Theo sơ đồ này tiến hành khoan lỗ khoan đến chiều sâu thiết kế rồi phân đoạn bằng một nút bịt kín và bơm phụt dung dịch xi măng từ dưới lên. Sơ đồ này thi cơng thuận lợi, ít tốn kém, số lần di chuyển máy khoan ít, thời gian thi cơng nhanh hơn nhưng hiệu quả xi măng kém hơn so với sơ đồ từ trên xuống.
3.4. Giải pháp cơng nghệ:
Trong q trình đổ thải các mỏ lộ thiên hiện nay công nghệ đổ thải được áp dụng theo 2 dạng :Đổ thải theo diện tích và đổ thải theo chu vi.
Cơng nghệ đổ thải theo diện tích được thực hiện theo phương thức đất đá thải được đổ lên toàn bộ diện tích bề mặt của bãi thải, sau đó sử dụng xe gạt, gạt đất đá thải ra mép tầng thải (hình 3.9).
Cơng nghệ đổ thải theo chu vi được thực hiện theo trình tự đất đá thải được vận chuyển ra mép tầng và ô tô đổ trực tiếp từ 50 70% khối lượng đất đá thải trực tiếp xuống sườn tầng, phần đất đá thải còn lại được đổ lên mặt bãi thải sát mép tấng sau đó dùng xe gạt gạt xuống sườn tầng.
Cơng nghệ đổ thải theo diện tích thường được áp dụng khi đất đá thải thuộc dạng yếu, xốp (cát, sét đệ tứ tro xỉ, vật liệu rời..) hoặc đổ thải trên sườn dốc. Công nghệ đổ thải theo chu vi được áp dụng đối với đất đá thải thuộc dạng cứng, đổ theo cấp từ dưới lên.
Ưu điểm của cơng nghệ đổ thải theo diện tích là đất đá thải được san gạt nhiều lần do vậy độ chặt được tăng lên, nhược điểm của công nghệ này là tốc độ đổ thải bị hạn chế, chi phí san gạt lớn dẫn đến giá thành đổ thải cao, do vậy công nghệ đổ thải theo diện chỉ được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt đối với vật liệu thải thuộc dạng bở rời ,yếu ( Bãi thải tro xỉ Na Dương, bãi
thải cát sét Thạch khê).
Công nghệ đổ thải theo chu vi được áp dụng ở hầu hết các bãi thải khai thác than và khoáng sản của Tập đồn than Khống sản Việt Nam.
Hình 3.8. Đổ thải theo diện tích tại bãi thải Nam
Tại các bãi thải mỏ than Khánh Hoà hiện nay đang áp dụng phổ biến công nghệ đổ thải theo chu vi (xem hình 3.9). Đất đá thải được vận chuyển ra sát mép tầng và đổ trực tiếp xuống sườn tầng, chỉ có khoảng từ 20 30 % đất đá thải đổ lên mặt tầng, đất đá thải chỉ được đầm nén sơ bộ bằng ô tơ cho nên trọng lượng thể tích chỉ bằng 86 % trọng lựơng thể tích của đá trong nguyên khối.
Xuất phát từ những nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm đã được thực hiện đối với quá trình nén chặt đất. Căn cứ vào thực tế đổ thải tại các bãi thải mỏ than Khánh Hoà. Để nâng cao độ ổn định cho bãi thải và tăng dung tích đổ thải có thể nghiên cứu lựa chọn cơng nghệ đổ thải theo diện tích sử dụng xe gạt kết hợp san gạt lu lèn nhiều lần (hoặc xe lu bánh lốp) để nén chặt đất đá thải tăng hệ số nén chặt từ K = 0,86 hiện tại lên K = 0,9 0,95.
3.5 Giải pháp điều chỉnh các thơng số hình học của bãi thải
Các thơng số hình học chủ yếu của bãi thải bao gồm: - Chiều cao kết thúc bãi thải Hkt, m
- Góc dốc kết thúc của bãi thải αkt, độ - Chiều cao của tầng thải ht, m
- Góc dốc tầng thải αt, - Chiều rộng mặt tầng bt, m.
Trên cơ sở của bãi thải hiện trạng (thiết kế) tiến hành xây dựng sơ đồ kiểm toàn ổn định theo điều kiện địa cơ mỏ của đất đá thải, nền bãi thải, thời gian tồn tại của bãi thải. Căn cứ vào hệ số ổn định tính được tiến hành xem xét điều chỉnh các thơng số hình học của bãi thải theo tiêu chuẩn bãi thải ổn định, dung tích chứa của bãi thải là lớn mất. Các bước điều chỉnh được thực hiện theo trình tự sau:
- Khi hệ số ổn định n < 1,00, bãi thải không ổn định cần điều chỉnh giảm góc dốc của bãi thải bằng cách giảm chiều cao của tầng thải đồng thời
tăng chiều rộng mặt tầng đưa bãi thải về trạng thái ổn định với hệ số ổn định n = 1,101,15
- Khi hệ số ổn định n = 1,001,05 bãi thải ở trạng thái ổn định giới hạn, trong trường hợp này cho phép giữ nguyên các thông số của bãi thải đối với bãi thải tạm với thời gian tồn tại của bãi thải t < 10 năm. trong trường hợp thời gian tồn tại của bãi thải t > 10 năm cần điều chỉnh các thông số của tầng để hệ số ổn định n = 1,101,15.
- Khi bãi thải có hệ số ổn định n > 1,15 ( độ ổn định còn dư), để tăng dung tích đổ cho bãi thải cần xem xét tăng góc dốc của bãi thải bằng cách tăng chiều cao của tầng thải giữ nguyên chiều rộng mặt tầng như đã được thiết kế hoặc giữ nguyên chiều cao của tầng giảm chiều rộng mặt tầng đưa bãi thải về trạng thái ổn định với hệ số ổn định n = 1,101,15.
Điều chỉnh các thơng hình học của bãi thải trong mọi trường hợp cần phù hợp với trình tự và cơng nghệ đổ thải đang được áp dụng nhằm đảm bảo cho bãi thải ổn định và không ảnh hưởng đếm môi trường sinh thái của khu vực lân cận.
3.6 Giải pháp điều khiển cấp phối hạt đất đá bãi thải.
3.6.1. Khảo sát đánh giá mức độ ổn định sườn tầng thải.
Đến kết thúc 31/3 /2018 bãi thải Nam đã đổ đến cao trình +190m, bãi thải Tây ở mức +160m. Chiều cao tầng thải lớn nhất bãi thải Tây đến 85m (T.1- BTT-SN); bãi thải Nam đến 70m (T.6.BTN), tại một số khu vực do mặt tầng còn lại quá nhỏ b < 5m gây chập tầng dẫn đến chiếu cao đến 132m (T.2 BTN) ( xem hình 3.10).
(a) (b)
Hình 3.10. Sườn tầng bị chập với chiều cao từ 60-90m a - Sườn Tây bãi thải Nam h = 90m. a - Sườn Tây bãi thải Nam h = 90m. b - Sườn Nam bãi thải Tây h = 85m.
Tại các khu vực bãi thải không hoạt động (tạm dừng đổ thải) sườn bãi thải có mặt các loại đất đá thải với các loại cỡ hạt khác nhau và phân bố xen kẽ nhau (xem hình 3.12).
(a) (b)
Hình 3.11. Phân bố đất đá thải với cỡ hạt khác nhau trên sườn tầng: a - Sườn phía Nam bãi thải Tây; b - Sườn phía Đơng bãi thải Nam
Từ kết quả khảo sát thu được cho thấy với đất đá của bãi thải Nam thời gian tồn tại của bãi thải trên 3 năm có thành phần cỡ hạt gần đồng nhất, thành phần cỡ hạt với D < 100mm chiếm đến 70 80%; D = 100 200mm chiếm 15 20%, Chỉ có khu vực tại chân tầng có khoảng 5% các hạt có kích thước D > 200mm ( xem hình 3.10; hình 3.11). Khu vực khảo sát bãi thải có chiều cao
H = 155m, góc dốc bãi thải α = 290
có thể kết luận như sau:
Chiều cao tầng thải ht 12m, góc dốc sườn tầng ổn định αt = 400
. Chiều cao tầng thải ht = 30m, góc dốc sườn tầng ổn định αt = 360. Chiều cao tầng thải ht = 60 80m, góc dốc sườn tầng ổn định αt =
350.
Đối với bãi thải Tây phần phía Đơng bãi thải đã đổ đến cao trình +144, hiện tại khu vực này tạm ngừng đổ và sẽ được bốc lai trong những năm tới. Toàn bộ bãi thải khu vực này đang ổn định. Kết quả khảo sát chi tiết các thơng số hình học của phần ổn định phía Đơng theo tuyến Bắc Nam cho kết quả như sau:
Sườn phía Nam:
- Từ mức +32 đến +92m có: ht = 60m, αt = 31,220;
- Từ mức +95 đến +142m có: ht = 47m, αt = 36,51; bt = 21,19m - Chiếu cao của bãi thải từ +32 đến 142m: H= 110m;
- Góc dốc bãi thải: α = 30,870 . Sườn phía Bắc:
- Từ mức +32 đến +106m có: ht = 74m, αt = 30,230;
- Từ mức +106 đến +135m có: ht = 29m, αt = 38,580; bt = 13,42m - Từ mức +135 đến +142m có: ht = 7m, αt = 28,580, bt = 17m; - Chiếu cao của bãi thải từ +32 đến 142m: H = 110m;
- Góc dốc bãi thải: α = 31,750 .
Khảo sát một cách tổng thể tồn bộ các tầng thải có chiều cao từ 60 90m cho thấy góc dốc ổn định của sườn tầng αt có mối quan hệ với cấp phối hạt của đất đá thải. Kết quả khảo sát xác nhận khi chiều cao tầng thải ht không thay đổi ( trên một tầng) tại khu vực tập trung đá thải với cấp độ hạt D > 100mm góc dốc ổn định của sườn tầng thay đổi từ 36400
( xem hình 3.11). Tại khu vực tập trung đá thải với cấp độ hạt D < 100mm, góc dốc ổn định của
sườn tầng thay đổi từ 35 370
( xem hình 3.10).
Tại sườn phía bắc của bãi thải Nam theo tuyến T-N.1 (xem hình 3.12) từ mức +129 191m, chiều cao tầng thải ht = 62m (đã dừng đổ thải t > 5 năm), phần đỉnh cỏ lau đã mọc khá tốt (xem hình 3.12) đo được góc dốc ổn định của sườn tầng αt = 34 380, trung bình αt = 360.
Mặt khác theo các lộ trình khảo sát trên tồn bộ bề mặt bãi thải như đã được trình bày trong chương 1 cho thấy biến dạng xẩy ra tại các bãi thải mỏ than Khánh Hoà hiện tại chỉ xuất hiện dưới dạng sạt lở cục bộ trong trong đất đá thải có độ hạt D < 100mm khi chiều cao tầng thải ht 60m ( xem hình 3.16).
Hình 3.12. Khảo sát góc dốc và cỡ hạt sườn tầng mức từ +177 189m
Hình 3.14. Khảo sát xác định góc dốc sườn phía Bắc bãi thải Nam
(a) (b)
Hình 3.15. Sạt lở sườn tầng trong đá thải có D < 100mm tại:
a - Sườn phía Đơng bãi thải Nam ht = 85m, αt = 350
b - Sườn phía Nam bãi thải Tây ht = 73m, αt = 350
Từ kết quả khảo sát thực địa thu được như đã phân tích ở trên cho kết luận:
- Góc dốc ổn định của sườn tầng thải có quan hệ với cấp độ hạt, góc dốc ổn định tăng theo sự tăng của cấp độ hạt. Cụ thể tại các khu vực bãi thãi mỏ than Khánh Hồ khi cấp độ hạt D < 100mm góc dốc ổn định của sườn tầng nhỏ hơn từ 2 30
so với góc dốc ổn định của sườn tầng tại khu vực có cấp độ hạt D > 100mm.
tồn tại t > 3 năm góc dốc ổn định của sườn tầng thải αt = 35360
khi chiều cao tầng thải ht = 5060m. Hiện tại (31/3) bãi thải có chiều cao H = 155m góc dốc ổn định α =290
- Sạt lở sườn tầng thải chỉ xẩy ra có tính chất cục bộ trong đất đá thải có cấp độ hạt D < 100mm khi chiều cao của tầng thải ht > 60m.
3.6.2. Điều khiển cấp phối hạt đá thải.
Như đã trình bày trong chương 1 đất đá thải các bãi thải Nam và Tây mỏ than Khánh Hoà là toàn bộ đất đá thải thuộc khai trường khai thác than mỏ Khánh Hồ bao gồm các loại đát đá có độ cứng từ trung bình đến rất cứng (f = 612). Trong đó các loại đá thuộc trầm tích Triat bột kết, cát kết, cuội sạn kết có độ cứng từ cứng đến rất cứng ( f = 712). Các loại đá có nguồn gốc Cacbonat như đá vơi sét, bột kết vơi có độ cứng từ trung bình đến cứng (f = 68).
Công tác phá vỡ đất đá áp dụng trong khai thác là phương pháp khoan nổ mìn với đường kính lỗ khoan D = 152200mm. Kết quả khảo sát sơ bộ tại khai trường cho thấy cấp phối hạt của đống đá nổ mìn đối với các loại đá có nguồn gốc khác nhau là khơng như nhau.
Đối với các loại đá có nguồn gốc Triat ( Bột kết, cát sạn kết) thành phần cấp phối hạt của đống đá sau nổ mìn có đường kính cỡ hạt D >100mm chiếm đến 80%, độ hạt có đường kính D < 100 mm chiếm khoảng 20% ( xem hình 3.16).
(a) (b)
Hình 3.16. Cấp độ hạt sau nổ mìn trong đá bột kết: a-Bãi mìn trước khi nổ.
b-Đống đá sau khi nổ: Cỡ hạt D > 100mm chiếm 80%; Cỡ hạt D 100mm chiếm 20%.
Với các loại đá có nguồn gốc Cabonat thành phần cấp phối hạt của đống đá sau khi nổ có đường kính D > 100mm chỉ chiếm khoảng 30% cịn lạị 70% là đá có cỡ hạt D 100m
Những kết quả khảo sát bước đầu cỡ hạt của đống đá sau nổ mìn đối với các loại đá có nguồn gốc khác nhau tại khai trường khai thác như đã trình bày ở trên cho thấy mức độ bất đông nhất về cỡ hạt thể hiện khá rõ.
Cấp phối hạt của đống đá sau nổ mìn có liên quan đến khả năng đầm chặt của đất đá bãi thải và góc dốc ổn định của sườn tầng thải. Khả năng đầm chặt của đất đá phụ thuộc vào trọng lượng thể tích khơ của đất đá. Cấp phối hạt trong đất đá hỗn hợp càng lớn và càng khơng đồng đều thì trọng lượng thể tích khơ của đất đá đạt được càng cao, ngược lại cấp phối hạt càng nhỏ và