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
1.1.2. Phương pháp cân bằng
Bản chất của phương pháp này khi đánh giá dòng thấm chảy đến công trình khai thác là xác định chi tiết các nguồn nước dưới đất chảy đến từ phạm vi ảnh hưởng của mỏ tiến hành tháo khô. Khi đó tổng dòng chảy đến công trình khai thác bao gồm phần trữ lượng động hình thành do các nguồn cung cấp thường xuyên của nước dưới đất và phần trữ lượng tĩnh.
Cân bằng nước dưới đất trong vùng mỏ trước khi khai thác được biểu diễn bởi biểu thức:
t F H t
Q WF
Q 1 (1.19) Q - Dòng thấm chảy đến khu mỏ
Q1 - Dòng thấm chảy đi từ khu mỏ
W - Lượng thấm của nước mưa hoặc bốc hơi từ bề mặt nước ngầm trên một đơn vị diện tích
à - Hệ số nhả nước hoặc thiếu hụt bóo hũa của đất đỏ
F - Diện tích khu mỏ
±H - Biên độ dâng cao hay hạ thấp mực nước trong khu mỏ sau thời gian t
Do thoát nước từ công trình khai thác, nên dòng chảy đi từ mỏ có thể hoàn toàn bị ngừng. Khi đó tổng dòng chảy đến công trình khai thác được biểu diễn bởi biểu thức:
ct d
T Q
t H t
Q WF
Q (1.20) Trong công thức (1.20) hai phần đầu được gọi là dòng chảy động. Chúng được hình thành từ miền cung cấp của tầng chứa nước và lượng thấm của nước mưa trực tiếp trên diện tích phễu hạ thấp. Thành phần thứ ba biểu diễn dòng chảy đến do xâm phạm vào trữ lượng tĩnh. Phần thứ tư đặc trưng cho phần chảy đến công trình do sự cuốn theo trong quá trình tháo khô mỏ. Thí dụ tổn thất thấm của sông.
Trong trường hợp tổng quát phương trình (1.20) có dạng:
QT = Qd + Qt + Qct (1.21) Dòng chảy đến do xâm phạm vào trữ lượng tĩnh được xác định bởi biểu thức:
t FR t
Q H (1.22) ∆H - Giá trị hạ thấp mực nước trung bình trong phạm vi phễu hạ thấp mực nước
à - Hệ số nhả nước trung bỡnh của đỏ trong phạm vi phễu hạ thấp t - Thời gian dự kiến xâm phạm vào trữ lượng tĩnh
FR - Diện tích phễu hạ thấp mực nước
Dòng chảy động có thể được hình thành do lượng thấm của nước mưa, nước mặt, từ các tầng chứa nước khác qua các lớp thấm nước yếu và theo các đới phá hủy kiến tạo.
Trong trường hợp khi nguồn cung cấp cơ bản cho nước dưới đất là nước mưa thì dòng chảy được xác định bởi công thức sau:
365 . .F
Qd W (m3/ng) (1.23) W - Lượng thấm của nước mưa (m cột nước)
F - Diện tích cung cấp của tầng chứa nước trong phạm vi ảnh hưởng thoát nước mỏ (m2)
η - Hệ số dòng ngầm tính bằng phần trăm đơn vị.
Công thức (1.23) được áp dụng trong trường hợp khi tầng chứa nước hình thành trong bồn kín về diện tích, trữ lượng động được cuốn theo hoàn toàn vào phạm vi ảnh hưởng của thoát nước mỏ.
Đối với tầng chứa nước vô hạn trên bình diện, thành phần cân bằng do lượng mưa sẽ được tính theo thời gian liên quan với sự phát triển của diện tích giới hạn bởi đường phân thủy. Giá trị dòng chảy trong trường hợp này có thể xác định bằng phương pháp thủy động lực.
Trong một số trường hợp dòng chảy có thể đánh giá theo giá trị modun của dòng ngầm
Qd = F.Mo (1.24)
Ở đây, F: Diện tích thu nước ngầm Mo: Mođun dòng ngầm.
Độ chính xác của việc xác định theo công thức (1.24) phụ thuộc vào độ tin cậy lựa chọn diện tích mà từ đó dòng ngầm sẽ chảy về phía công trình khai thác.Phương pháp này sẽ cho độ tin cậy rất cao đối với các mỏ có liên quan với các tầng chứa nước phân bố không rộng và nước thoát dưới dạng các
mạch nước. Trong trường hợp này mođun dòng ngầm được xác định chính xác trên cơ sở quan trắc động thái mạch nước. Khi đó cần chú ý dòng chảy động có thể là nhỏ hơn thực tế bởi vì ngoài các mạch lộ,nước còn thoát ngầm ra bên ngoài vùng cân bằng. Phần này của trữ lượng động có thể được cuốn theo trong quá trình tháo khô mỏ do thay đổi cốt thoát nước dưới đất.
Đối với những mỏ có liên quan với các khối karst thì dòng cuốn theo có thể được hình thành chủ yếu do thấm từ sông và các dòng tạm thời. Trong trường hợp này có thể đánh giá định lượng bằng cách đo trực tiếp lưu lượng dòng chảy theo các mặt cắt thủy văn trong điều kiện thoát nước mạnh.
Tùy thuộc vào thành phần của đá dưới lòng sông, quá trình thấm của nước sông có thể tăng, giảm hoặc không đổi theo thời gian. Nếu lòng sông cắt vào đá karst có hang hốc được lấp đầy bởi cát - sét thì trong quá trình hạ thấp mực nước, chúng có thể bị rửa trôi làm cho dòng thấm tăng dần theo thời gian. Khi mức độ nứt nẻ và karst giảm dần theo chiều sâu thì lưu lượng dòng thấm cũng giảm dần. Trong cát kết lưu lượng dòng thấm có thể giảm do tăng mức độ bùn hóa trầm tích lòng sông.
Khi đánh giá độ tin cậy của phương pháp cân bằng xác định lưu lượng dòng thấm đến công trình khai thác cần chú ý sự phá hủy điều kiện địa chất thủy văn tự nhiên của vùng mỏ có thể dẫn tới những thay đổi căn bản của các yếu tố cân bằng. Trong đa số các trường hợp dự báo, những thay đổi này rất khó xác định, bởi thế kết quả đánh giá lượng nước chảy vào mỏ bằng phương pháp cân bằng chỉ là gần đúng và thường cho kết quả nhỏ hơn so với thực tế.
Rõ ràng sự phá hủy động thái tự nhiên của nước dưới đất do thoát nước mỏ trong đa số trường hợp sẽ làm tăng giá trị cung cấp của nước dưới đất do sự bổ sung của nước mặt cũng như làm giảm lượng thoát của nước dưới đất bằng con đường bốc hơi khi hạ thấp mực nước. Trong điều kiện như thế nếu không chú ý đến các vấn đề nêu trên thì phương pháp cân bằng sẽ cho kết quả thấp
hơn so với thực tế. Nhưng với sự giúp đỡ của phương pháp này khi tính được tất cả các nguồn cung cấp cho nước dưới đất trong khu mỏ có thể đánh giá trữ lượng tiềm năng cực đại của nước mặt và nước dưới đất chảy đến các công trình khai thác.
Phương pháp cân bằng thường được sử dụng đối với các mỏ có liên quan đến các khối đá karst. Bởi vì do mức độ không đồng nhất về tính thấm của đá karst nên rất khó sơ đồ hóa điều kiện địa chất thủy văn để tính toán bằng phương pháp thủy động lực.