CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ MẠO KHÊ
1.1. Các phương pháp dự báo lượng nước chảy vào mỏ
1.1.3. Phương pháp tương tự địa chất thủy văn
Xác định tổng dòng chảy đến các công trình khai thác là một trong những bài toán rất phức tạp của địa chất thủy văn mỏ.Bởi vì bằng phương pháp thủy động lực không bao giờ chú ý được hết những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến giá trị và đặc trưng của dòng chảy vào mỏ. Để khắc phục nhược điểm này có thể sử dụng phương pháp tương tự địa chất thủy văn. Thực chất đây là phương pháp thực nghiệm.
Như chúng ta đã biết phương pháp này là gần đúng và chỉ cho giá trị trung bình của dòng thấm chảy đến công trình khai thác. Nó dựa trên những thí nghiệm của công trình khai thác đang hoạt động nằm trong điều kiện địa chất thủy văn, kỹ thuật khai thác mỏ tương tự với khu mỏ dự kiến khai thác.
Người ta đã phân ra một vài phương pháp tương tự tính lượng nước chảy vào mỏ.
1.1.3.1. Tính theo hệ số giàu nước
Hệ số giàu nước của mỏ đang làm việc Kg là tỉ số giữa lượng nước Qkt tính bằng mét khối hút ra từ công trình đang khai thác trong một thời gian nhất định (thường là một năm) và khối lượng khoáng sản khai thác (T) thu được trong khoảng thời gian đó.
Biết hệ số thực tế Kg sẽ tính được lượng nước chảy đến công trình dự kiến khai thác có điều kiện địa chất thủy văn và kỹ thuật khai thác mỏ tương tự theo công thức:
Qkt = Kg. T (1.25)
Ở đây: Qkt : Lượng nước chảy đến công trình dự kiến khai thác
T: Khối lượng quặng sẽ khai thác trong khoảng thời gian bằng thời gian tính hệ số giàu nước
Phương pháp này đôi khi áp dụng được cả cho trường hợp mỏ ở xa các dòng và hồ nước mặt khi công suất của công trình và dự kiến như nhau.
1.1.3.2. Xác định theo trị số hạ thấp mực nước dưới đất
Trong trường hợp này tổng dòng chảy đến mỏ được xác định bởi công thức:
Đối với nước có áp:
1 2 1
2 S
Q S
Q (1.26) Đối với nước không áp:
1 1 1 2 2 2 1
2 2
2
S S H
S S Q H
Q
(1.27)
Trong đó:
Q2 - Lưu lượng dòng thấm đến công trình thiết kế (m3/h)
S2 - Trị số hạ thấp mực nước dự kiến tại công trình thiết kế (m)
Q1 - Lưu lượng dòng thấm đến công trình đang làm việc có điều kiện tương tự với công trình thiế kế (m3/h)
S1 - Trị số hạ thấp mực nước quan trắc được tại công trình đang làm việc (m) H2, H1 - Bề dày của tầng chứa nước tại khu công trình thiết kế và khu có điều kiện tương tự với nó (m)
Phương pháp này được áp dụng trong điều kiện chuyển động ổn định của nước dưới đất và đã tính đến 2 yếu tố: Bề dày của lớp chứa nước và trị số hạ thấp mực nước trung bình trong công trình khai thác. Nhưng ở đây chưa chú ý đến sự khác nhau về công suất khai thác cũng như khi chuyển động của nước là không ổn định.
1.1.3.3. Xác định theo tỉ lưu lượng và kích thước của công trình khai thác Đối với một số mỏ người ta nhận thấy dòng thấm chảy đến công trình khai thác tỷ lệ thuận với chiều dài của công trình và diện tích khai thác.
Q= q.L (1.28)
Q=q1.F1 (1.29)
Ở đây,q: Lưu lượng đơn vị theo chiều dài (m) thực tế chảy đến công trình khai thác (m3/m.h)
L: Chiều dài của công trình dự kiến khai thác (m).
q1: Lưu lượng đơn vị theo diện tích thực tế thoát ra từ diện tích khai thác của mỏ tương tự (m3/m2.h).
F1: Diện tích của mỏ dự kiến khai thác (m2)
Công thức (1.29) có thể được sử dụng cho những công trình khai thác đang làm việc và thiết kế khác nhau không lớn về diện tích. Bởi vì giả thiết về mối quan hệ trực tiếp của dòng thấm với diện tích khai thác sẽ dẫn tới làm tăng dòng thấm tính toán.
Trong thực tế đánh giá lượng nước chảy đến các công trình khai thác ở một số mỏ thuộc Liên Xô trước đây người ta còn sử dụng một số quan hệ sau:
n
S Q S Q
1 2 1
2 (1.30)
1 2 1 2 1
2 S
S F Q F
Q (1.31)
1 1
2 2 1
2 S F
F Q S
Q (1.32)
1 2 1 2 1
2 F
F S Q S
Q (1.33) Trong đó:
Q2 - Tổng dòng chảy đến công trình khai thác dự kiến (m3/ng)
Q1 - Tổng dòng chảy đến công trình đang khai thác có điều kiện địa chất thủy văn tương tự (m3/ng)
S2 - Trị số hạ thấp mực nước dự kiến tại công trình dự kiến (m)
S1 - Trị số hạ thấp mực nước quan trắc được tại công trình đang khai thác (m)
F2 - Diện tích của công trình dự kiến khai thác (m2)
F1 - Diện tích của công trình khai thác trong khu vực có điều kiện tương tự (m2)
n - Chỉ số căn thức
Riêng ở vùng Đonbat (thuộc liên bang Nga) lưu lượng dòng thấm chảy đến giếng khai thác được xác định theo công thức:
lk g lk
g r
Q R
Q (1.34) Trong đó:
Qg - Lưu lượng chảy đến giếng khai thác (m3/ng) Qlk - Lưu lượng chảy đến lỗ khoan (m3/ng) rlk - Bán kính lỗ khoan (m)
Rg - Bán kính giếng mỏ (m)
Ở vùng Kudbax dòng thấm chảy đến công trình khai thác giảm đi rất rõ khi khai thác đến chiều sâu (200-250)m, khi tính lượng nước chảy đến công trình khai thác người ta thường sử dụng công thức:
B RK l
Q m (1.35)
B Rq
Q (1.36) Trong đó:
Q - Dòng thấm dự kiến chảy đến công trình khai thác (m3/ng) B - Chiều rộng của công trình khai thác theo góc dốc của vỉa (m) R - Bán kính ảnh hưởng xác định theo tài liệu thí nghiệm (m) K - Hệ số thấm (m/ng)
m - Bề dày của lớp chứa nước trên vỉa than (m) I - Gradian thủy lực
Α - Hệ số kinh nghiệm về sự giảm của dòng thấm khi chảy từ tầng này sang tầng khác
Q - Lưu lượng đơn vị của dòng thấm trên 1m2 diện tích của công trình đang khai thác
1 1
F
q Q (1.37) Q1 - Dòng thấm thực tế chảy đến công trình đang khai thác (m3/ng) F1 - Diện tích của công trình khai thác (m2).