Chương 4: Nghiên cứu, đánh giá ổn định bờ trụ Nam vỉa 4 mỏ than Na Dương và tính toán lựa chọn giải pháp đảm bảo ổn định cho bờ trụ đến mức -6m
4.2. Tính toán xác định hệ số ổn định
4.2.1. Tính toán ổn định theo mô hình trượt phẳng
Căn cứ vào cấu trúc của bờ mỏ mô hình tính toán được lựa chọn là mô hình cân bằng giới hạn giữa các lực tác dụng lên khối đá bờ trụ mỏ. Mặt trượt là bề mặt tập trung ứng suất lớn nhất theo tiếp xúc lớp.
Công thức tính ổn định tổng quát là:
( i i) i i i
i i
i
N D tg C L
n T
(4.1) Trong đó:
- n là hệ số ổn định với:
n >1 Bờ mỏ ổn định n < 1 Bờ không ổn định
n = 1 Bờ ở trạng thái ổn định giới hạn - Ni Lực giữ pháp tuyến
- CiLiLực giữ ma sát - Ti Lực gây trượt
- i Góc ma sát trong của khối đá - Di Áp lực thủy tĩnh, thủy động
b. Lựa chọn các thông số tính ổn định
Các thông số tham gia vào tính toán ổn định gồm có:
- Khối lượng thể tích của đất đá γ (T/m3) - Lực dính kết theo tiếp xúc lớp C’ (T/m2) - Lực dính kết cắt khối C (T/m2)
- Góc ma sát trong theo tiếp xúc lớp ’ (độ) - Góc ma sát trong cắt khối (độ)
- Hệ số dự trữ ổn định K
Căn cứ vào cấu trúc địa tầng, chiều cao bờ mỏ và thời gian tồn tại của bờ mỏ đến khai thác kết thúc -6m khoảng 8 năm hệ số dự trữ K được lựa chọn đưa vào tính toán bằng 1.10.
Các thông số bền tính toán được lựa chọn trên cơ sở các kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý đá của các loại đá có mặt trong địa tầng được tiến hành qua các giai đoạn
thăm dò khảo sát nghiên cứu đã được thực hiện đối với mỏ than Na Dương đến kết thúc trong giai đoạn nghiên cứu này.
Kết quả chi tiết được phân tích và tổng hợp trong bảng 4.1 và 4.2 .
Bảng 4.1. Tổng hợp tính chất cơ lý của các loại đá bờ trụ Nam vỉa 4 13, 15
TT Loại đá Trạng thái thí nghiệm
Khối lượng thể
tích tự nhiên g (g/cm3)
Cường độ kháng kéo
k
(kG/cm2)
Cường độ kháng nén
n
(kG/cm2)
Lực dính kết
C (kG/cm2)
Góc ma sát trong
(độ)
Tự nhiên 2.34 28.0 217.98 44.84 46049’
1 Cát kết
Bão hòa 2.40 26.78 190.45 40.18 44015’
Tự nhiên 2.44 28.74 196.18 38.45 40010’
2 Bột kết
Bão hòa 2.48 27.12 180.16 36.32 38041’
Tự nhiên 2.78 30.31 129.49 24.38 33022’
3 Sét kết
Bão hòa 2.85 28.50 121.46 20.38 20000’
Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt theo tiếp xúc lớp các loại đá bờ trụ Nam vỉa 4 12, 14
Các chỉ tiêu TT Loại đá Trạng thái thí
nghiệm C’, T/m2 ’, độ Ghi chú
Tự nhiên 1,27 12019’
1 Sét kết- than
Bão hòa 1.12 11018’ Mặt cắt nhẵn
Tự nhiên 1,08 11000’
2 Sét kết - sét kết
Bão hòa 1.05 9000’ Mặt cắt nhẵn
c. Kết quả tính toán
Căn cứ vào sự phân bố của các lớp đá cáo tạo bờ trụ Nam vỉa 4 từ mức +280m đến đáy kết thúc -6m. Do vậy, độ ổn định của bờ trụ được thực hiện tính toán đến cao trình +280m.
Từ mức +130m trở lên các lớp đá sét kết, bột kết, cát kết có góc dốc thay đổi từ 150 210, từ mức +130m trở xuống góc dốc thoải dần từ 00 50.
Bởi vậy từ mức +130m trở xuống mức -6m thì hiện tượng trượt theo mặt lớp không xảy ra. Do vậy, ta chỉ tiến hành kiểm toán ổn định trượt theo mặt lớp từ mức +130m trở lên.
Kết quả tính toán chi tiết theo 3 tuyến T.III, T.IIIB, T.IV (hình 4.1, 4.2, 4.3, 4.4) được thể hiện trong bảng 4.3 và tổng hợp trong bảng 4.4.
Hình 4.1. Mặt bằng tuyến tính ổn định T.III, T.IIIB, T.IV Tỷ lệ 1/1000
TỶ LỆ ĐỨNG 1/1000 TỶ LỆ NGANG 1/1000 m
300
250
200
150
100
50
0
250
200
150
100
50
Địa hình hiện trạng
Vỉa than
Khối tính ổn định
Mặt trượt tính ổn định
Hệ số ổn định
0 1
2
3
4
kí hiệu: 1 n= 0.98
Vỉa 4 P2
N2
T2
n= 0.98
Hình 4.2. Mặt cắt tính ổn định tuyến T.III
TỶ LỆ ĐỨNG 1/1000 TỶ LỆ NGANG 1/1000 m
250
200
150
100
50
0
250
200
150
100
50
0
130 130
1
3
4 2
Vỉa 4 P3
N3
T3
n= 0.99
Hình 4.3. Mặt cắt tính ổn định tuyến T.IIIB
TỶ LỆ ĐỨNG 1/1000 TỶ LỆ NGANG 1/1000 m
250
200
150
100
50 250
200
150
100
50 300
1
2
3
4
n= 0.99
P1
N1
T1
Vỉa 4
Hình 4.4. Mặt cắt tính ổn định tuyến T.IV
Bảng 4.3. Kết quả tính toán ổn định bờ trụ Nam vỉa 4 Vị trí tính ổn định Khối
tính
Ci
(T/m2) i (độ) i (độ) Li (m) CiLi (T/m)
Pi (T/m)
Ni (T/m)
Ti
(T/m) Hệ số ổn định
1 1,05 9000’ 8 114 119 11974 11857 1666
2 1,05 9000’ 16 198 207 17518 16839 4829
3 1,05 9000’ 20 180 189 17100 16068 5849
Tuyến T.III Bám trụ đến +150
= = 8200, H = 144m
4 20,38 20000’ 0 119 2425 6312 6312 0
n = 0,99
1 1,05 9000’ 14 220 231 12672 12295 3066
2 1,05 9000’ 15 217 227 17754 17149 4595
3 1,05 9000’ 21 256 268 20967 19574 7514
Tuyến T.IIIB Bám trụ đến +130
= = 14210, H = 160m
) 4 20,38 20000’ 0 172 3505 8291 8291 0
n = 0,98
1 1,05 9000’ 20 337 353 30242 28418 10343
2 1,05 9000’ 8 115 120 15271 15122 2125
3 1,05 9000’ 21 89 93 10215 9536 3661
Tuyến T.IV Bám trụ đến +150
= = 8210, H = 138m
4 20,38 20000’ 0 177 3607 10848 10848 0
n = 0.99
Bảng 4.4. Tổng hợp kết quả tính ổn định bờ trụ Nam vỉa 4 Hệ số ổn định Phương án
tính ổn định Dạng bờ
Tuyến T.III Tuyến T.IIIB Tuyến T.IV
Hệ số ổn định trung bình Bám trụ liên tục Bờ phẳng: = = 8210
H= 138160 m 0,99 0,98 0.99 0,99
Kết quả tính toán cho thấy hệ số ổn định tính được thay đổi từ 0.98 0.99.
Trung bình cho toàn bờ trụ Nam vỉa 4 bằng 0.99.
Như vậy, có thể kết luận bờ trụ Nam vỉa 4 khai thác đến mức -6m thì xảy ra trượt sâu theo mặt lớp.