Tình hình địa chất của khu vực

10. Cấu trúc của luận văn

1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp khoan và nổ mìn khai thác đá trên địa bàn tỉnh Bình Dương và tại xã Thường Tân

1.3.1.2. Tình hình địa chất của khu vực

Khu vực các mỏ đá trên địa bàn xã Thường Tân có địa hình tương đối bằng phẳng và khá đơn giản, độ chênh cao giữa khu vực thấp nhất và khu vực cao

nhất khoảng 20 m. Địa hình khu vực thấp dần từ phía Tây Bắc sang Đông Nam.

b- Điều kiện địa chất

- Cấu tạo địa chất và địa tầng mỏ:

Theo tài liệu Báo cáo thăm dò các mỏ đá khu vực xã Thường Tân, các mỏ có cấu tạo địa chất và địa tầng mỏ tương đối giống nhau với cấu trúc địa chất đơn giản.

Trong phạm vi khu mỏ, từ dưới lên có các thành tạo địa chất sau đây:

+Hệ Jura, Thống Thượng – Hệ tầng Đray Hlinh (J1đl)

Đất đá của hệ tầng Đraylinh lộ ra trên diện tích nhỏ ở phía Đông Bắc.

Phần trên mặt chúng bị phong hóa tạo thành một lớp sét nhỏ (thay đổi từ 0,5÷4m; trung bình 2m). Phần còn lại trong phạm vi mỏ, chúng bị các trầm tích Đệ Tứ phủ trực tiếp lên bề mặt với chiều dày phủ trung bình 5m.

Thành phần thạch học chủ yếu là trầm tích cát bột kết, sét kết , sét bột kết nằm xen kẽ nhau, hướng cắm Tây – Bắc với góc dốc 30o - 40°. Phần trên bề mặt đá bị nứt nẻ không đều (trung bình 2,81m), xuống dưới sâu đá cứng chắc.

+ Hệ Đệ Tứ; Thống Holocen hạ - trung trầm tích sông (aQ21-2).

Trầm tích Holocen hạ - trung phân bố khá rộng rãi trong khu vực thăm dò, tạo thành bề mặt đồng bằng ven sông thuộc hệ sông Đồng Nai. Phân bố trên phần lớn diện tích mỏ từ phần địa hình có độ cao từ 10m trở xuống. Cấu tạo nên đơn vị hệ tầng này là các trầm tích sét, sét lẫn ít sạn sỏi. Bề mặt thay đổi từ 0,5- 13m; trung bình 3,34m. Trong phạm vi thăm dò, chúng phủ trực tiếp lên các

trầm tích lục nguyên của hệ tầng Đraylinh.

- Đặc điểm đất đá:

+ Đá cát bột kết:

Quan sát bằng mắt thường, đá cát bột kết giống như đá cát kết hạt nhỏ, có màu xám đen. Trong phạm vi mỏ chúng nằm xen kẹp với đá sét kết, bột kết và sét bột kết. Đá có thể nằm 330∠35, cấu tạo phân lớp không đều. Xu thế chung, các tập đá cát bột kết có chiều dày mỏng dần về phía Tây Bắc, Tây Nam và Đông Nam, nơi mỏng nhất chỉ có chiều dày 1,5m. Chiều dày tăng dần về trung tâm mỏ, có nơi lên tới 32,1m. Tỷ lệ chiều dày của đá cát bột kết so vời các tập còn lại trên toàn diện tích chiếm 61 % chiều dày đá trong lõi khoan. Kết quả thí nghiệm mẫu cho thấy tập đá này hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về chất lượng làm vật kiệu xây dựng thông thường.

+ Đá sét kết, sét bột kết và cát kết:

Các đá sét kết, sét bột kết bằng mắt thường khó phân biệt với nhau, nhưng có một điểm chung là hàm lượng SO3 cao hơn đá cát kết, ngoài ra tính chất cơ lý của chúng cũng thấp hơn. Trong phạm vi khu mỏ, chúng nằm xen kẹp với nhau và với đá cát bột kết. Sự phân bố của chúng tỷ lệ nghịch với sự phân bố của đá cát bột kết, nghĩa là ở những nơi đá cát bột kết mỏng thì chiều dày của chúng tăng và ngược lại.

Kết quả phân tích thành phần hóa học của đá cho thấy đa phần đá trong mỏ đều có chứa vôi hoặc ngấm vôi. Ngoài ra, thành phần hóa học của đá không có gì đặc biệt , ngoại trừ hàm lượng SO3 trong đá cát bột kết thay đổi từ 0,00÷2,02; trung bình 0,74 %. Trong đá sét kết, bột kết, sét bột kết cao hơn, thay đổi từ 0,01÷3,32; trung bình 1,40 %

- Các nguyên tố có hại đi kèm:

Các nguyên tố có hại đi kèm trong đá chủ yếu là hàm lượng sulfur quy ra SO3, tổng kiềm và hoạt tính phóng xạ. Theo báo cáo kết quả thăm dò mỏ Thường Tân IV cho thấy hàm lượng SO3 trong đá cát bột kết thay đổi từ 0,00÷2,02; trung bình 0,74 %. Trong đá sét kết, bột kết , sét bột kết cao hơn, thay đổi từ 0,01÷3,32; trung bình 1,40 % . Với hàm lượng như trên, khi sử dụng đá trong khu mỏ phục vụ cho các công trình xây dựng cần lưu ý: Chỉ nên sử

dụng đá cát bột kết làm bê tông cốt thép hoạc bê tông nhựa nóng. Đối với trầm tích hạt mịn trong mỏ chỉ nên sử dụng làm cấp phối nền đường.

- Các khoáng sản quý hiếm đi kèm:

Theo kết quả thăm dò, phân tích mẫu quang phổ gần đúng cho thấy hàm lượng các nguyên tố quặng và kim loại quý hiếm đều rất thấp, không có giá trị công nghiệp. Như vậy, kết quả thăm dò đã xác định được trong các mỏ có 1 thân khoáng với 2 loại đá có tính chất cơ lý và hàm lượng chất có hại khác biệt nhau, trong đó đá cát bột kết là loại đá có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng làm vật liệu xây dựng thông thường. Riêng các tập sét kết, bột kết, sét bột kết có cường độ kháng nén thấp hơn, hàm lượng các chất có hại quy ra SO3 cao hơn quy định chỉ có thể sử dụng làm cấp phối nền đường.

- Đặc điểm địa chất thủy văn + Đặc điểm nước mặt

Trong khu vực các mỏ trên địa bàn xã Thường Tân không có các dòng nước mặt chảy qua. Hiện tại trong mỏ chỉ có hệ thống kênh tiêu nước và một vài ao nuôi cá của dân địa phương. Vào mùa mưa, phần địa hình thấp bao quanh mỏ được nhân dân be bờ ngăn nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Mực nước ở ruộng lúa thường giao động từ 5÷10cm.

Phía Nam khu mỏ có sông Đồng Nai chảy qua cách ranh giớ khu mỏ khoảng 1km. Sông rộng trung bình 600m, chịu ảnh hưởng của thủy triều.

+ Đặc điểm nước dưới đất

Theo báo cáo thăm dò mỏ đá xây dựng Thường Tân IV, khu mỏ có các tầng chứa nước sau :

• Tầng chứa nước lổ hổng trong trầm tích Holocen hạ - trung (qh)

Tầng chứa nước này phân bố rộng khắp khu vực mỏ. Thành phần đất đá chứa nước bao gồm chủ yếu là các thành tạo sét lẫn sạn sỏi laterit ở phần địa hình thấp. Bản thân trong chúng có các lớp sét màu xám vàng loang lổ phân bố khá rộng trong mỏ, với bề dày trung bình 3,64m là một trong những điều kiện thuận lợi, đóng vai trò là các tầng cách nước phần nào giúp cho việc ngăn cản nước trên mặt thấm xuống cung cấp cho nước dưới đất. Kết quả quan trắc mực nước trong thời gian thăm dò cho thấy mực nước tĩnh trung bình là 4,80m. Dao

động mực nước trung bình trong quá trình quan trắc là 0,52m. Với chiều dày tầng chứa nước nhỏ (trung bình 3,64m) nên phần lớn tầng này nằm trên mực nước tĩnh.

• Tầng chứa nước khe nứt trong các thành tạo trầm tích lục nguyên hệ tầng Đraylinh (j1)

Đơn vị chứa nước này có quy mô phân bố rộng khắp mỏ, bị phủ bởi các trầm tích Đệ Tứ với lớp phủ dày trung bình là 3,64m. Thành phần đất đá chứa nước gồm cát bột kết, sét kết, sét bột kết và bột kết. Kết quả phân tích mẫu cho thấy nước trong tầng chứa nước này thuộc loại hình bicarbonat natri canxi hoặc bicarbonat canxi natri. Tổng khoáng hóa từ 0,5-0,7 g/l.

Theo tài liệu thăm dò khu vực Thường Tân cho thấy nước trong đơn vị chứa nước này có động thái mực nước thay đổi theo mùa. Nước được cấp bởi nước mưa, nước mặt thấm trực tiếp xuống diện phân bố.

- Đặc điểm địa chất công trình

Theo tài liệu thăm dò của các mỏ đá Thường Tân cho thấy trong khu mỏ có mặt các lớp đất đá sau:

+ Lớp 1: Sét (sét trầm tích): Lớp này phân bố trên phần lớn diện tích mỏ, trong phần địa hình đồng bằng. Chiều dày thay đổi yừ 0,5÷13m, trung bình 3,64m. Thành phần chủ yếu là sét màu loang lổ xám nâu, xám trắng, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Theo tài liệu địa chất, chúng thuộc trầm tích Holocen hạ - trung. Các chỉ tiêu cơ bản của lớp đất này như sau :

• Dung trọng tự nhiên γw : 1,96 g/cm3

• Dung trọng khô γc : 1,61 g/cm3

• Góc ma sát trong φ : 18,510

• Lực dính kết C : 0,45KG/cm2

• Hệ số lún nén a0,5 : 0,036 cm2/KG

• Mô đun tổng biến dạng : 49,26 KG/cm2

Đây là lớp có điều kiện địa chất công trình tương đối ổn định đối với công tác khai thác mỏ sau này.

+ Lớp 2: Sét phong hóa: Dày 1,9m, đây là lớp sét phong hóa từ trầm tích hệ tầng Đraylinh, nằm trực tiếp trên bề mặt đá gốc. Thành phần chủ yếu là sét

lẫn ít dăm, sạn laterit và mảnh đá trầm tích. Sét màu nâu đến xám nâu, trạng thái tự nhiên dẻo cứng đến dẻo mềm. Các chỉ tiêu cơ bản của lớp đất này như sau:

• Dung trọng tự nhiên γw : 1,92 g/cm3

• Dung trọng khô γc : 1,50 g/cm3

• Góc ma sát trong φ : 16,880

• Lực dính kết C : 0,190 KG/cm2

• Hệ số lún nén a0,5 : 0,057 cm2/KG

• Mô đun tổng biến dạng : 29,94 KG/cm2

So với lớp 1, lớp này có tính chất cơ lý yếu hơn. Tuy nhiên với bề dày mỏng thì mức độ ảnh hưởng của chúng đến điều kiện khai thác mỏ không lớn.

+ Lớp 3: Cát bột kết: Thuộc các trầm tích lục nguyên hệ tầng Đraylinh.

Thành phần thạch học chủ yếu là cát bột kết có ngấm vôi bị biến chất yếu. Thế nằm cắm về phía Tây Bắc với góc dốc từ 30-400. Đá có mức độ nứt nẻ không đều. Kết quả thí ngiệm cơ lý cơ bản của các tập đá trong lớp này như sau:

• Dung trọng tự nhiên γ: 2,64 g/cm3

• Dung trọng khô γk : 2,63 g/cm3

• Góc ma sát trong φ : 40,290

• Lực dính kết C : 239,65 KG/cm2

• Cường độ kháng nén khô: 1.006 KG/cm2

• Cường độ kháng nén bão hòa : 896 KG/cm2

Với các chỉ tiêu cơ lý trên, đây là một lớp có điều kiện địa chất công trình khá ổn định.

+ Lớp 4: Sét kết, sét bột kết và bột kết: Đây là những tập trầm tích của hệ tầng Đraylinh. Bằng mắt thường khó phân biệt với nhau, đồng thời có tính chất cơ lý tương tự nhau nên được xếp chung vào một lớp. Đá có màu xám đen, cấu tạo phân lớp, xen kẹp với nhau và với các lớp cát kết. Thế nằm cắm về phía Tây Bắc với góc dốc từ 30-40 độ. Đá có mức độ nứt nẻ không đều. Kết quả thí nghiệm cơ lý đá cho thấy tính chất cơ lý cơ bản trung bình của các tập đá trong lớp đá này như sau :

• Dung trọng tự nhiên γ: 2,62 g/cm3

• Dung trọng khô γk : 2,59 g/cm3

• Góc ma sát trong φ : 36,320

• Lực dính kết C : 140,80 KG/cm2

• Cường độ kháng nén khô : 554 KG/cm2

• Cường độ kháng nén bão hòa : 308 KG/cm2

Với các chỉ tiêu cơ lý trên, đây là một lớp có điều kiện địa chất công trình khá ổn định.

Tính toán góc dốc bờ moong:

Các mỏ đá xây dựng Thường Tân sẽ được khai thác bằng phương pháp khai thác lộ thiên đến cote – 30m. Trong quá trình khai thác phải bóc đất phủ để khai thác đá bên dưới. Do đó phải tính toán góc ổn định bờ moong cho tất cả các lớp đất đá có mặt trong mỏ. Góc dốc bờ moong khai thác được tính theo công thức sau : (1-5)

Trong đó:

α : Góc dốc bờ moong khai thác (độ) φ : Góc ma sát trong của đất, đá (độ) K : hệ số an toàn

C : lực dính kết của đất, đá (Tấn/m2)

H : chiều cao bờ moong khai thác tính đến cao độ (m) γ : dung trọng tự nhiên của đất đá (Tấn/m3)

à : hệ số mềm yếu phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ và đồng nhất của đất, đỏ

Tính toán góc dốc bờ moong tĩnh:

Đối với các bờ moong tĩnh (cố định) do chịu ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và các hoạt động khai thác vận chuyển của mỏ (xe cộ chạy trên các tuyến vận tải trong mỏ, rung khi bắn mìn, bão hòa nước vào mùa mưa ...) nên phải có hệ số an toàn cao hơn. Căn cứ vào các điều kiện trên, tùy thuộc vào tính ổn định của đất nền mà hệ số an toàn và hệ số mềm yếu được chọn cho phù hợp. Trong điều kiện lý tưởng, kết quả tính toán góc dốc ổn định bờ moong tĩnh đối với các

H C K

tg tg

γ λ α = ϕ +

lớp đất đá được trình bày trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Kết quả tính toán góc bờ dốc moong tĩnh

Chiều cao tầng khai thác

5 m 10 m 20 m 30 m

TT Lớp đất đá

tgα α tgα α tgα α tgα α

1 Lớp 1: Sét trầm tích 0,77 380 - - - -

2 Lớp 2: Sét phong hóa 0,72 360 0,51 270 - - 3 Lớp 3: Sét bột kết,

bột kết bán phong hóa

- - 5,34 790 2,930 710 2,130 650

4 Lớp 4: Bột kết, bột sét kết

- - 10,15 870 5,370 830 3,770 800

Tính toán góc dốc bờ moong động:

Do thời gian tồn tại của bờ moong động ngắn, luôn thay đổi theo lịch trình khai thác. Chiều cao tầng khai thác là 5m đối với đất phủ và 10 m đối với đá trầm tích lục nguyên hệ tầng Đraylinh để làm đá xây dựng. Riêng đối với đá sét kết, sét bột kết và bột kết (lớp 4) là lớp có khả năng chịu lực yếu hơn các lớp khác. Với tính chất xen kẹp các lớp đá cát kết ngấm vôi, bột kết vôi, sét bột kết vôi, sét kết vôi, để đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác, thông số được chọn tính toán ổn định bờ moong của đá được lấy theo lớp có tính chất cơ lý yếu nhất là lớp 4. Các thông số lựa chọn để tính được trình bày trong bảng 1.2.

Bảng 1.2. Kết quả tính toán góc dốc bờ moong động

Chiều cao tầng khai thác

5 m 10 m 20 m 30 m

TT Lớp đất đá

tgα α tgα α tgα α tgα α

1 Lớp 1: Sét trầm tích 0,822 390 - - - -

2 Lớp 2: Sét phong hóa

0,770 380 0,534 280 - -

3 Lớp 3: Sét bột kết, bột kết bán phong hóa

- - 10,226 840 5,417 800 3,814 750

4 Lớp 4: Bột kết, bột sét kết

- - 15,280 860 8,112 830 5,722 800

1.3.2. Đánh giá hiện trạng khai thác đá tại các mỏ đá trên địa bàn xã Thường Tân

Tỉnh Bình Dương thuộc vùng Đông Nam Bộ, là một tỉnh có nền kinh tế rất phát triển với rất nhiều khu công nghiệp đã và đang xây dựng. Tỉnh Bình Dương có khối lượng khoáng sản đá xây dựng rất lớn, chủ yếu nằm ở các huyện Dĩ An, Tân Uyên, Phú Giáo.

Hiện nay, trên địa bàn tỉnh có 14 doanh nghiệp khai thác đá để chế biến làm vật liệu xây dựng thông thường, tại 19 điểm mỏ; tập trung chủ tại địa bàn các huyện: Tân Uyên với 11 mỏ (trong đó xã Thường Tân có 09 mỏ), Dĩ An với 05 mỏ, Phú Giáo với 03 mỏ. Thiết bị khai thác và chế biến đá chủ yếu sử dụng thiết bị máy khoan BMK-5, máy xúc thuỷ lực gàu ngược KOBEL và SOLA, Ôtô Huyndai tải trọng 15 tấn và Hệ thống đập- nghiền – BDSU – 150 và BDSU - 250 tấn/h (hình 1.1)

Hình 1.1. Thiết bị khai thác tại các mỏ thuộc địa bàn xã Thường Tân

Nhằm đáp ứng nhu cầu về đá làm vật liệu xây dựng phục vụ xây dựng các khu công nghiệp và cơ sở hạ tầng trên địa bàn tỉnh Bình Dương và các tỉnh lân cận. Uỷ ban nhân dân tỉnh Bình Dương đã quy hoạch khu vực xã Thường Tân, huyện Tân Uyên làm khu vực trọng điểm khai thác đá xây dựng. Năm 2009, các mỏ tại khu vực đã khai thác được với sản lượng như sau:

- Công ty TNHH Hồng Đạt : 165.000 m3/ năm - Công ty TNHH Liên Hiệp : 175.000 m3/ năm - Công ty TNHH Phan Thanh : 230.000 m3/ năm

- Công ty TNHH Long Sơn : 380.000 m3/ năm - Công ty CP đá Hóa An : 470.000 m3/ năm

- Công ty CP đá Hoa Tân An : 450.000 m3/ năm - Công ty TNHH đá Hóa An 1 : 270.000 m3/ năm - Công ty CP xây dựng Bình Dương : 540.000 m3/ năm - Công ty CP Fi Cô Tân Uyên : 420.000 m3/ năm Các mỏ đá thuộc khu vực xã Thường Tân, huyện Tân Uyên khai thác theo phương pháp lộ thiên, với công nghệ khai thác chủ yếu là bóc đất phủ, khoan, bắn mìn, phá đá quá cỡ, xúc bốc, vận chuyển chế biến và tiêu thụ (hình 1.2).

Trong từng khâu thực hiện, Công ty đã cơ giới hóa hầu hết các khâu trong hoạt động sản xuất tại mỏ.

a. Khâu chuẩn bị đất đá phủ:

Dối với công tác bóc lớp đất phủ: sử dụng máy đào chủ yếu loại dung tích gàu xúc 1,2 m3 đến 1,5 m3 xúc trực tiếp đất phủ lên xe ô tô loại tải trọng 15 tấn chở đi san lấp hoặc đến bãi thải.

b. Công tác khoan nổ mìn:

+ Công tác khoan lỗ mìn: sử dụng khoan đập xoay loại BMK5 di chuyển bằng bàn trượt kết hợp với máy nén khí chạy bằng dầu đi a zen hoặc bằng điện, loại máy này không có hệ thống hút bụi đá từ lỗ khoan nên lượng bụi được xả tự do vào nên gây ra bụi rất lớn khi khoan lỗ mìn.

+ Công tác bắn mìn: sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai điện kết hợp dây nổ chịu nước thưốc nổ sử dụng là thuốc AD-1 nhủ tương và ANFO.

+ Phá đá quá cỡ: sử dụng búa thủy lực gắn trên đầu máy xúc thủy lực

c. Xúc bốc, vận chuyển:

Vùng khai thác đá xây dựng Thường Tân sử dụng loại máy đào xúc thủy lực có dung tích gầu 1.2 ÷ 1.5 m3, chủ yếu dùng máy xúc thủy lực hiệu Kobeko hoặc SoLa -280. Công tác vận tải bằng ô tô tự HUYNDAI loại 15 tấn.

d. Chế biến khoáng sản:

Áp dụng quy trình công nghệ nghiền hai giai đoạn, đá nguyên khai từ mỏ được ô tô chuyển tới bunke cấp liệu được chuyển trực tiếp vào máy nghiền thô (nghiền má) nhờ băng vận chuyển xích hoặc bàn rung. Đá nghiền ra được qua băng tải để chuyển vào máy sàng. Sau khi sàng đá được đưa qua máy nghiền côn rồi qua hệ thống băng tải ra bãi chứa đá các loại.

Tổ hợp máy nghiền sàng sử dụng chủ yếu loại mã hiệu BDSU công suất 150 tấn / giờ hay công suất 250tấn / giờ do Nga sản xuất

.

Bóc tầng phủ

Nổ mìn Xúc bóc

Vận chuyển đá nguyên liệu Chế biến Thải san lấp

Bãi chứa

Vận chuyển đá sản phẩm đi tiêu thụ

Hình 1.2. Sơ đồ quá trình công nghệ khai thác – chế biến tại các mỏ đá khoan