Nước có ảnh hưởng lớn đến độ bền của khối đá dưới các dạng đặc trưng như tan rữa, hoá mềm, trương nở, hút nước, thải nước, mao dẫn, thấm nước v.v.. Mặt mỏ khu vực Quảng Ninh mấp mô đồi núi không bằng phẳng, có nhiều sông suối nhỏ và các đứt gãy, nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mƣa nhiều. Mặt mỏ qua nhiều năm khai thác cả bằng công nghệ hầm lò lẫn lộ thiên bị cày xới tụt lở biến dạng nhƣng không đƣợc san lấp trám gắn.
Nước mặt lưu thông giữa các vỉa than làm cho đá vách trụ giảm bền, tan rữa và gây giảm yếu khối đá quanh vỉa than.
Độ chứa nước trong đá bị biến đổi, ảnh hưởng lớn đến quá trình biến đổi các tính chất và trạng thái của khối đá. Sự biến đổi của nước phụ thuộc vào độ sâu phân bố, đặc trƣng thạch học, mức độ nứt nẻ phong hoá của đá.
Mức độ bão hoà nước sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phá vỡ đá, với ứng suất nhỏ trong điều kiện độ ẩm ban đầu của đá không cao, khi đó các phần tử nước sẽ chui vào các lỗ rỗng, khe nứt. Dưới tác dụng của áp lực bên ngoài, nước có xu hướng lan tràn vào toàn bộ khối đá, phá vỡ các mối liên kết giữa các phần tử. Hiện tƣợng đó sẽ làm cho các khe nứt, lỗ rỗng rộng ra, ngăn không cho chúng khép lại và nhƣ vậy sẽ làm tăng thể tích của khối đá. Điều đó làm cho độ bền giảm xuống.
Như vậy, lý giải tại sao tại các đường lò ẩm ướt áp lực mỏ lại cao hơn các đoạn lò khô ráo. Sự tăng áp lực lên vì chống còn do khi đá bị ẩm ƣớt sự tan rã của đá tăng lên và đƣợc đặc trƣng bởi hệ số tan rã. Hệ số tan rã là tỷ số của giới hạn bền nén trước và sau khi bão hoà nước. Hay còn gọi là trị số hoá mềm.
Đối với các loại đá trong trầm tích chứa than vùng Quảng Ninh trị số hoá mềm thường trong khoảng từ 0,63 – 0,88. Như vậy, theo phân loại của Rjevski thì các loại đá trong địa tầng chứa than Quảng Ninh đều thuộc loại kém ổn định khi chịu ảnh hưởng của nước.
Trọng lƣợng thể tích của đá là biểu hiện của khả năng nén chặt của khối đá. Cùng là tập hợp những khoáng vật tạo đá trong quá trình trầm tích, nếu loại đá nào có trọng lƣợng thể tích thấp thì loại đá đó có nhiều lỗ rỗng, nhiều khe nứt, mức độ nén chặt kém, do đó độ bền toàn khối sẽ giảm.
Đá có nhiều lỗ rỗng, khi gặp nước nước sẽ chui vào các lỗ rỗng và lấp đầy chúng. Dưới tác động của áp lực lỗ rỗng gây tăng độ mở khe nứt làm cho thể tích khối đá tăng lên và nhƣ vậy trọng lƣợng thể tích sẽ giảm xuống.
o n kh
n
đó phát triển mạnh nhất trong loại đá sét kết, sét than và bột kết.
Đặc điểm cấu tạo, kiến tạo địa chất vùng Quảng Ninh vốn đã rất phức tạp, song do tác động của con người trong quá trình khai thác mỏ làm tăng mối liên hệ giữa khoáng sàng trong lòng đất với vi khí hậu trên mặt đất. Các mối liên hệ đó ảnh hưởng lớn đến độ ổn định đất đá bao quanh đường lò làm cho mức độ ổn định giảm, các nguy cơ mất ổn định trong quá trình thi công cao. Đây có thể là nguyên nhân giải thích hiện tượng áp lực mỏ trong các đường lò cách mặt đất phủ không lớn, nhƣng áp lực lại rất cao ( Thống Nhất, Đồng Rì, Mạo khê v.v…).
Bảng 1.3: Các phức hệ chức nước ảnh hưởng đến khai thác và bảo vệ đường lò [1]
Đặc trƣng địa chất thuỷ văn
Các phức hệ chứa nước
Đệ tứ (Q)
Neogen (N)
Tầng trên than T3(n-r)h3
Tầng chứa than T3(n-r)h2
Tầng dưới than T3(n-r)h
Đất đá chứa nước
Cát, Cuội, Sỏi
Cuội, Sạn, Cát kết
Sạn, Cát kết nứt nẻ
Cuội, Sạn, Cát kết nứt nẻ
Cuội, Sạn, Cát kết nứt nẻ Chiều dày
trung bình (m)
< 50 70 - 100 500 - 600 3.500 700
Tỉ lưu lượng (l/s.m)
8 , 1
75 , 6 02 ,
0
65 , 0
3 , 1 0003 ,
0
7 , 1
2 , 9 008 ,
0
Hệ số thấm
(m/ng.đ) 21
7 1 , 1
5 14 1 , 0
5 , 0
0 , 1 1 , 1
09 , 0
2 002 ,
0
7 , 1
13 005 ,
0
Hệ số dẫn nước
(m2/ng.đ)
486 579 463
165 756 28
220 826 7 , 15
70 100 39
254 31350 37
Độ pH 5,65,57 66,57 5,67,07 6 5 , 7 3
7 5 , 8 5 , 6
Tính chất thuỷ lực
Không áp là chủ yếu
Có áp Áp lực yếu Áp lực cục bộ Áp lực cục bộ Nguồn cung
cấp
Nước mưa, Nước mặt
Nước mưa Nước mặt NDĐ
Nước mặt NDĐ
Nước mặt NDĐ 65
, 0
5 , 3 002 ,
0
65 , 0
0 . 6 001 ,
0
Khi đào lò qua đất đá bị ngấm nước đất đá bị giảm bền một cách rõ rệt.
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đá tại Lộ trí Thống Nhất biện minh cho nhận định trên giới thiệu tại bảng 1.4.
Bảng 1.4 : Các chỉ tiêu cơ lý đá tại Lộ Trí mỏ Thống Nhất[1]
Tên
khu vực Loại đá
Độ bền nén đơn trục σn
(MPa)
Độ bền kéo đơn trục σn
(MPa)
Lé TrÝ
Khô gió Bão hoà
k n
b n
. .
Khô gió Bão hoà
k n
b n
. .
Cát kết hạt
thô
58,3 -:- 60,1 36,5 -:- 47,9
0,71 4,9 -:- 6,2
3,5 -:- 4,1
0,69 Cát kết hạt
mịn
77,3 -:- 97,2 67,0 -:- 87,5
0,88 7,3 -:- 15,6
5,4-:- 12,7
0,79 Bét kÕt 33,9 -:- 54,2 22,5-:-40,1 0,71 3,6 -:-
5,3
2,8 -:- 3,6
0,72 Từ kết quả thí nghiệm của đề tài (Bảng 1.4) thấy rõ, khi đá bị bão hoà nước trị số hoá mềm đối với nén dọc trục là 0,88 và đối với kéo dọc trục là 0,79. Cát kết hạt mịn độ bền nén khô gió là 77,3 -:- 97,2 MPa bão hoà nước chỉ còn 67,0 -:- 87,5MPa.