CHƯƠNG 5: SỰ HÌNH THÀNH DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ, TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ KHI KHAI THÁC ĐẾN CỐT (-150)M
5.1. Các nguồn nước có khả năng chảy vào mỏ
5.1.3. Nguồn nước dưới đất
5.1.3.1. Từ tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ (Q)
Tầng chứa nước trầm tích Đệ Tứ phân bổ khắp khu mỏ nhưng có chiều dày mỏng. Đất đá chứa nước có hệ số thấm K từ (0,145 0,76)m/ng. Động thái của tầng phụ thuộc theo điều kiện khí tượng thuỷ văn. Trữ lượng nước của tầng không lớn. Tầng chứa nước này gây ảnh hưởng ít cho khai thác.
5.1.3.2. Từ các đới phá huỷ kiến tạo.
Xung quanh các đứt gãy là các đới phá hủy kiến tạo. Chiều dày đới lớn nhất lên tới vài chục mét. Thành phần của đới huỷ hoại là các mảnh vụn cát kết, sét kết, bột kết, đá tảng với kích thước cỡ 30cm. Mức độ gắn kết của các thành phần cấu tạo nên đới hủy hoại kém bền vững dễ vụn bở. Các đới hủy hoại kiến tạo đã gặp ở các đường lò khi đi dọc theo đứt gãy có nhiều nước chảy xuống.
Tại lò xuyên vỉa 58 ở mức (+130)m vào ngày 4 tháng 6 năm1981tại vỉa 9b đã gặp đới hủy hoại của đứt gãy Cao Bằng (FCB). Đất đá của đới hủy hoại tràn ra khỏi gương lò 50m. Lưu lượng nước chảy ra tại đường lò là 2419m3/ng.
Tại lò xuyên vỉa 56 ở mức (+130)m cúp 7vào ngày 18 tháng 6 năm 1982 gặp đới huỷ hoại của đứt gãy FA dài trên 100mét. Lưu lượng nước chảy ra tại đường lò là 1901m3/ng.
Tại lò Tràng Khê I ở mốc 500m vào ngày 22 tháng 2 năm 1986 đã xảy ra bục nước. Lưu lượng chảy ra 238m3/ng.
Tại lò 2A ở mức (+200)m cúp 4 vào ngày 22 tháng 7 năm 1986 do ảnh hưởng của đứt gãy F11 đã sinh ra trượt trên diện tích 2700 m2. Bán kính cung trượt (40 – 50)m. Lưu lượng nước chảy vào lò đo được 445m3/ng.
Năm 1996 Công ty than Mạo Khê thi công đào lò XVTBI ở mức -80m qua đứt gãy FA đã xảy ra bục nước lớn. Lượng bùn đất đã tụt lấp đầy các đường lò và gây ra một hố sụt trên bề mặt địa hình. Năm (2006 – 2007) Công ty than Mạo Khê khi thi công công trình lò XVTB.I đã gặp đới hủy hoại của
đứt gãy FA có chiều dày hơn chục mét. Đất đá của đứt gãy chủ yếu là sét kết màu đen mềm bở lẫn than vỡ vụn, bột kết, cát kết. Nước từ trong đới hủy hoại đã chảy và lấp đất đá đầy đường lò. Để xử lý tình trạng này đã thi công 10 lỗ khoan thoát nước với tổng chiều sâu khoan 1.117,17m. Tổng lượng nước thoát ra sau 3 tháng là: 158000 m3.
Hệ số thấm K trong đới huỷ hoại thay đổi từ 0,731m/ng (LK18) đến 0,005m/ng (LK.223). Nó phụ thuộc vào thành phần đất đá trong đới huỷ hoại.
Nơi nào có nhiều đá hạt thô (cát kết, sạn kết) thì khả năng dẫn nước tốt. Nơi nào có nhiều đá hạt mịn (bột kết, sét kết) thì khả năng dẫn nước kém (xem bảng 5.3) [1].
Hệ số thấm của đới huỷ hoại lớn nhất K = 0,731m/ng (LK.18). Còn của đá nứt nẻ vây quanh K = (0.01 - 0.274)m/ng.
Diện tích của các đứt gãy nhỏ so với diện tích mỏ, mặt khác hệ số thấm của các đứt gãy tăng không lớn so với hệ số thấm của nước dưới đất. Do vậy lượng nước trong các đới đứt gãy chảy vào mỏ sẽ được tính toán cùng với phức hệ chứa nước khe nứt trong trầm tích chứa than tuổi T3 n-r hg.
Trong điều kiện tự nhiên đới hủy hoại của các đứt gãy kiến tạo chứa nước hạn chế, nhưng khi bị phá vỡ do đào lò cắt qua chúng dễ dàng trở thành đường dẫn nước từ các nguồn nước khác (từ lò cũ, hồ, moong).
Bảng 5.3: Đặc điểm của đới huỷ hoại ở mỏ Mạo Khê
Lỗ khoan Đứt gãy
Đới kẽ nứt Đới vụn nát
Chiều sâu Chiều dày
Chiều sâu
Chiều dày
Từ Đến Từ Đến
3061 F A 47,3 102 54,7 52,7 65,35 12,62 18 F A 127,0 173,0 46,0 153,3 173,3 20,0 109 a F A 70,0 115,0 45,0 80,0 90,0 10,0 217 F B 138,0 186,0 48,0 146,9 176,6 29,7 38a F B 321,6 391,0 78,4 329,0 374 45,0 223 F C 50,0 98,0 48,0 60,0 74,3 14,25 104 a F D 207,0 245,0 38,0
123 F H 250,0 319,0 69,0 300,0 319,0 19,0
Hình 5.6: Các đứt gãy ở mỏ Mạo Khê
5.1.3.3. Từ các lò khai thác cũ:
Trong mỏ có nhiều lò cũ ngừng sản xuất. Chúng trở thành nơi tích trữ nước dưới đất. Căn cứ vào đặc điểm chứa nước có thể chia ra:
- Hệ thống lò bằng: Khu mỏ có nhiều hệ thống lò bằng cũ của Pháp và hệ thống lò khai thác từ mức +30 trở lên đã ngừng sản xuất, đường lò tích đọng nước.
- Hệ thống khai thác lò nghiêng: Khu mỏ có nhiều hệ thống lò nghiêng của Pháp để lại đã khai thác xuống sâu. Do vậy một lượng nước tương đối lớn đã được tích đọng ở đây. Theo tài liệu của Pháp để lại, đặc điểm một số lò cũ như sau:
Lò nghiêng Crotin trên tuyến Ib (khai thác vỉa 9a, 9b cánh Nam) đã khai thác đến cốt (-50)m đã phải dùng 2 máy bơm với công suất 120m3/h để thoát nước. Lượng nước thải trung bình vào tháng 5 năm 1931 là 698 m3/ng.
Lò giềng nghiêng Văn Lôi trên tuyến I, khai thác vỉa 6 và 7 của cánh Bắc. Chiều dài theo phương khai thác khoảng 1100m. Lò xuyên qua đáy suối Văn Lôi và khai thác ở độ sâu -114m trở lên. Lượng nước đọng trong lò là 80.040m3 và ở hầm bơm chứa nước (mức -114) là 1000m3.
Lò nghiêng S3, S4, S5 ở tuyến III cánh Nam. Khai thác V9-V9a, độ sâu khai thác đến mức -116m. Chiều dài theo phương khai thác là 1000m. Lượng nước tích trong lò là 47.500m3.
Lò nghiêng Plande S6 và S7 tuyến (VI-IX) cánh Nam đã khai thác V9- V9b, độ sâu khai thác đến mức -52.31m. Chiều dài của lò theo phương vỉa là 600m. Lượng nước chứa trong lò khoảng 40.000m3.
Tổng lượng nước chứa trong hệ thống lò khai thác cũ khá lớn tới 192540m3 ở địa cấp khai thác -150m trở lên. Nguồn cấp nước cho lò cũ là nước dưới đất, miền thoát là khi khai thác hầm lò đến ảnh hưởng thoát ra.
Đặc điểm của các lò cũ chứa nước thống kê trong bảng (5.4).
Bảng 5.4: Đặc điểm các lò cũ chứa nước mỏ Mạo Khê
Vị trí Vỉa than
Độ cao cửa lò(m)
Mức Cao Khai Thác
Chiều đường lò
(m)
Tổng lượng nước
(m3)
Crotin 9a,9b Nam 24.23 -105 700 25000
Văn lôi I 6,7 Bắc 20.8 -114 1100 80040
Lò S3-S4-S5 9,9a Nam 23.4 -116 1000 47500
Plande S7 9,9b Nam -52 600 40000
Tổng cộng 192.540
5.1.3.4. Từ phức hệ chứa nước khe nứt trong trầm tích chứa than tuổi T3 n-r hg.
Đây là tầng chứa nước chính chảy vào mỏ than mạo Khê. Nước tồn tại trong kẽ nứt của đá sạn kết, cát kết và một phần trong bột kết. Nước trong phức hệ là nước có áp. Nguồn cung cấp cho phức hệ chứa nước trong trầm tích chứa than tuổi T3 n-r hg là nước mưa, nước mặt và một phần nhỏ từ nước lò cũ. Trong quá trình khai thác hầm lò khi xuống sâu, nước từ tầng chứa nước này đã gây ra rất nhiều vụ bục nước. Đặc biệt ở những nơi tầng chứa nước có quan hệ thủy lực với các tầng chứa nước khác.
Tính lượng nước dưới đất chảy vào các công trình khai thác bằng Phương pháp thủy động lực.
Khi xem công trình khai thác hầm lò là một giếng lớn, tổng lượng nước dưới đất chảy vào được xác định theo công thức:
lgro
- lgR
KmS 2,73
Q ( 5.4) Trong đó: + Q: Lưu lượng nước dưới đất chảy vào mỏ
+ K: Hệ số thấm trung bình (m/ng) + m: Bề dày của tầng chứa nước (m) + S: Trị số hạ thấp mực nước (m)
+ r0: Bán kính giếng lớn (m)
Bán kính giếng lớn được xác định theo công thức:
F
r0 (5.5) Trong đó: F: Diện tích khai thác hầm lò (m2)
Diện tích khai thác hầm lò được xác định theo công thước:
F = a.b (m2) (5.6) a: là chiều dài lò (m)
b: là chiều rộng lò (m)
+ R: Bán kính ảnh hưởng tính toán (m);
Bán kính ảnh hưởng tính toán được xác định theo công thức:
R = R0 + r0 (5.7) + R0: Bán kính ảnh của giếng lớn được xác định theo công thức:
K S
10
R0 (5.8) Trong đó S = H
a.Lượng nước dưới đát chảy hầm lò khi khai thác đến cốt cao -80m Số liệu đưa vào tính toán:
+ K: Hệ số thấm trung bình, theo kết quả thống kê lỗ khoan bơm hút nước thí nghiệm (xem bảng 4.2), hệ số thấm trung bình K = 0,095 m/ng.
+ m: Bề dầy lớp đá chứa nước, theo kết quả thống kê lỗ khoan (xem bảng 4.2), bề dày trung bình lớp đá chứa nước đến cốt cao -80m là m = 115,5m.
+ S: Trị số hạ thấp mực nước khi khai thác đến cốt cao -80m, (xem bảng 4.2) độ cao trung bình tuyệt đối mực nước tĩnh +195m, đáy lò khai thác kết thúc ở cốt cao -80m. Thì trị số hạ thấp mực nước S = 275m.
+ F: Diện tích khai thác hầm lò được xác định theo công thước (5.6) F = 4700 x 2800 = 13160000 m2
Chiều dài khu khai thác a = 4700m, chiều rộng khu khai thác b = 2800m
+ r - Bán kính giếng lớn, xác định theo công thức (5.5):
14 2047 , 3
13160000
r0 m
+ R: Bán kính ảnh hưởng tính toán, được xác định theo công thức (5.7):
Trong đó R0 được xác định theo công thức (5.8).
848 095 , 0 275
10
R0 m
Như vậy: R = 2047 + 848 = 2895 m
Thay các giá trị trên vào công thức (5.4) xác định được lượng nước dưới đất chảy vào lò khi khai thác đến mức -80:
54750
lg2047 -
lg2895
275 115,5 0,095
Q-80 2,73 m3/ng
b .Lượng nước dưới đất chảy hầm lò khi khai thác đến cốt cao -150m
Số liệu đưa vào tính toán tương tự như Lượng nước dưới đát chảy hầm lò khi khai thác đến cốt cao -80m
+ K: Hệ số thấm trung bình, K = 0,095 m/ng.
+ m: Bề dày trung bình lớp đá chứa nước đến cốt cao -150m là m = 144,9m.
+ S: Trị số hạ thấp mực nước khi khai thác đến cốt cao -150m, (xem bảng 4.2) độ cao trung bình tuyệt đối mực nước tĩnh +195m, đáy lò khai thác kết thúc ở cốt cao -150m. Thì trị số hạ thấp mực nước S = 345m.
+ F: Diện tích khai thác hầm lò được xác định theo công thước (5.6) F = 5000 x 2800 = 13160000 m2
Chiều dài lò a = 4700m, chiều rộng lò b = 2800m
+ r - Bán kính giếng lớn, xác định theo công thức (5.5):
14 2047 , 3 13160000
r0 m
+ R: Bán kính ảnh hưởng tính toán, được xác định theo công thức (5.7):
Trong đó R0 được xác định theo công thức (5.8).
1063 095
, 0 345
10
R0 m
Như vậy: R = 1063 + 848 = 3111 m
Thay các giá trị trên vào công thức (5.4) xác định được lượng nước dưới đất chảy vào lò khi khai thác đến cốt cao -150m:
71363
lg2047 -
lg3111
345 144,9 0,095
Q-150 2,73 m3/ng
Tổng hợp kết quả tính toán lượng nước dưới đất chảy vào mỏ khi khai thác đến cốt cao (-80 và -150)m xem trong bảng (5.5).
Bảng 5.5: Lượng nước dưới đât chảy vào mỏ khi kkhai thác đến cốt cao -80 và -150m
Cốt cao khai thác
Hệ số thấm
Độ cao mực nước
tĩnh
Trị số hạ
thấp mực nước
Chiều dầy tầng chứa nước
Diện tích khai thác
BK giếng
lớn
Bán kính ảnh hưởng
Bán kính ảnh hưởng
tính toán
Lưu lượng
chảy vào mỏ
K Z H =S m F r0 R0 R Q
(m) (m/ng) (m) (m) (m) (m2) (m) (m) (m) (m3/ng) -80 0.095 195 275 115.5 13160000 2047 848 2895 54750 -150 0.095 195 345 144.9 13160000 2047 1063 3111 71363
Tổng lượng nước dưới đất (T3n-r hg) chảy vào mỏ khi khai thác đến cốt (-150)m là: 71.363 m3/ng