5.2. Định hướng phương pháp thăm dò khai thác đá đá hoa làm ốp lát và mỹ nghệ ở Miền Bắc Việt Nam
5.2.2. Xác lập hệ thống thăm dò
a. Lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò
Các thân đá ốp lát được đặc trưng bởi dạng khối, dạng vỉa, thấu kính lộ trên mặt hoặc bị phủ từ mỏng đến dày. Với các đặc điểm trên, trong thăm dò có thể sử dụng các loại công trình:
- Các công trình khai đào
Trong thăm dò các mỏ đá hoa làm ốp lát, để thu nhận được thông tin đầy đủ và có chất lượng thường sử dụng các công trình dọn sạch vết lộ, hào và moong khai thác thử. Việc lựa chọn công trình khai đào được quyết định bởi cấu tạo địa chất của mỏ, mức độ lộ đá gốc, chiều dày lớp phủ, địa hình và độ bền vững của đá. Các công trình khai đào gồm:
+ Hào tuyến: Được thi công khi nghiên cứu các thân đá hoa bị phủ bởi lớp phủ mỏng. Ngoài các thông tin bình thường như màu sắc đá, thành phần thạch học của đá, v.v… hào còn cho thông tin về khe nứt, độ nguyên khối. Đặc biệt, công trình hào cho phép theo dõi được các đới khe nứt gần nhau, đới vỡ vụn và các khe nứt lớn.
+ Công trình dọn sạch (trạm đo khe nứt): Được sử dụng đối với mỏ lộ tốt hoặc bị phủ rất mỏng. Công trình dọn sạch có kích thước 10x10 m và lớn hơn. Đây là loại công trình cho thông tin về định hướng (yếu tố thế nằm) và cường độ (khoảng cách giữa các khe nứt song song và mối tương hỗ giữa các hệ thống khe nứt) khe nứt tốt nhất.
+ Moong khai thác thử: Đây là loại công trình bắt buộc trong thăm dò các mỏ đá ốp lát. Moong khai thác thử cho biết các thông tin về yếu tố thế nằm của các hệ thống khe nứt, độ nguyên khối, độ thu hồi đá khối thuộc các cấp khối khác nhau, lấy mẫu công nghệ nghiên cứu tính chất trang trí, công nghệ gia công đá ốp lát và tỷ lệ thu hồi sản phẩm cuối cùng.
Vị trí mở moong phải thể hiện tính đại diện về độ thu hồi đá khối cho toàn mỏ (khoảnh mỏ). Nên áp dụng công nghệ khai thác thử phù hợp với công nghệ dự kiến khai thác sau này và ít nhất mỗi khu vực thăm dò phải mở 2 moong khai thác thử với thể tích moong khai thác thử không nhỏ hơn 100m3/moong.
- Công trình khoan
Khoan là công trình thăm dò quan trọng, nhất là đối với các mỏ đá ốp lát.
Khoan cho biết các thông tin về chiều dày lớp phủ, chiều dày phong hoá, lấy các loại mẫu nghiên cứu đá ốp lát theo chiều sâu, các thông tin về các hệ thống khe nứt thoải, nằm ngang. Nhược điểm của công trình khoan là không cho phép thu thập các tài liệu về định hướng tương hỗ và khoảng cách giữa các mặt phẳng kề nhau của các hệ thống khe nứt thẳng đứng. Do đó, đối với công trình khoan thường áp dụng hệ số hiệu chỉnh (K) để đánh giá khoảng cách giữa các khe nứt song song thuộc hệ thống khe nứt thẳng đứng (khoan thẳng đứng hoặc khoan xiên) hoặc khoảng cách giữa các khe nứt song song thuộc hệ thống khe nứt nằm ngang (khoan ngang).
b. Xác lập mạng lưới thăm dò
Để xác lập mạng lưới thăm dò, NCS sử dụng phối hợp các phương pháp sau:
- Phương pháp đối sánh: Tiến hành đối sánh tài liệu thăm dò với thực tế khai thác cho thấy hầu hết độ thu hồi đá khối thực tế trong khai thác đều nhỏ hơn nhiều so với kết quả thăm dò, trừ mỏ Thung Sanh Tái (Quỳ Hợp). Sự sai lệch này do nhiều nguyên nhân như đã đề cập ở trên; trong đó có nguyên nhân do mật độ mạng lưới thăm dò sử dụng trong các để án là sử dụng mạng lưới thăm dò tương ứng với nhóm mỏ II khi thăm dò đá carbonat (đá vôi) làm nguyên liệu xi măng. Từ thực tế thăm dò và khai thác ở một số mỏ đá hoa làm ốp lát cho thấy mạng lưới thăm dò đã áp dụng là chưa phù hợp với mức độ phức tạp của đối tượng thăm dò là đá hoa làm ốp lát. Theo NCS, để thăm dò đá hoa làm ốp lát yêu cầu mạng lưới thăm dò phải dày hơn so với cùng nhóm mỏ thăm dò đá carbonat làm nguyên liệu sản xuất xi măng.
+ Phương pháp toán thống kê:
Số lượng công trình thăm dò (N) cần thiết xác định theo công thức:
N = 2
2 2.
Cf
PV
Z
(5.1)
- Khi N đủ lớn thì ZP t (chính là hệ số xác xuất; chọn t = 2, ứng xác xuất P = 0,95).
- V là hệ số biến thiên (V2 = V2m + V2K + V2Kr +..).
- Cflà sai số trung bình tương đối cho phép đối với từng cấp trữ lượng cần đạt được trong thăm dò (cấp 121: 20%, cấp 122; 50%).
Theo A.P. Procophép khi V = 60 - 80% thì kết quả tính N theo công thức trên cho kết quả sát với thực tế. Khi V < 40% thì N tính toán < thực tế, còn V >
80% số lượng công trình tính theo phương pháp này lớn hơn so với thực tế ít nhiều. Trong thực tế, diện lộ thân đá hoa không phải là dạng hình học đơn giản. Do đó, trong tính toán thường bổ sung hệ số điều chỉnh do hình dạng méo mó của đường lộ thân đá hoa. Số lượng công trình cần thiết NCT xác định như sau:
NCT = N.K. (5.2) Trong đó: K - hệ số méo mó thường chọn bằng 1,15; N - số công trình tính toán theo phương pháp thống kê.
Phương pháp có ưu điểm tính toán nhanh. Trong nhiều trường hợp kết quả tính toán phù hợp với thực tế. Kết quả tính toán tổng hợp ở bảng 5.5.
Bảng 5.5. Kết quả xác định mạng lưới thăm dò theo phương pháp thống kê
Khu mỏ
Diện tích TD
(m2)
Số CTTD cần thiết
Mật độ S0
(m2) Khoảng cách công trình (m) Cấp
121
Cấp 122
Cấp 121
Cấp
122 Cấp 121 Cấp 122 Thung Nậm-Thung Hẹo 249100 63 23 3938 10830 50x75 100x150
Thung Phá Nghiến 588000 118 43 4964 13819 50x100 100x 150 -200 Thung Thom 206200 68 24 3039 8538 40 -50x75 80-100x150
Liễu Đô 2 426800 62 22 6873 19533 50 -60x100 100-120x150 -200
Liễu Đô 4 498000 86 31 5774 16039 50x100 100x150
Minh Tiến 280000 69 24 4058 11594 50x75 100x150
+ Phương pháp toán dựa trên cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên
Khác với phương pháp toán thống kê, phương pháp toán dựa trên cơ sở lý thuyết quá trình ngẫu nhiên phải giả thiết các thông tin địa chất là những thực tế của hàm ngẫu nhiên. Trong luận án nghiên cứu, NCS sử dụng pháp toán địa chất dựa trên cơ sở hàm ngẫu nhiên ổn định. Nội dung phương pháp trình bày ở chương 2.
Áp dụng công thức 2.13, 2,14, 2,15, 2.16 với sự trợ giúp của phần mềm SURPAC xây dựng các đồ thị hàm tự tương quan theo số liệu độ thu hồi đá khối xác định ở các lỗ khoan thăm dò.
+ Phương pháp dựa trên cơ sở phân tích hàm cấu trúc (hàm variogram)
Hàm variogramma nhằm mô tả mức độ, đặc tính và cấu trúc của biến đổi không gian của thông số địa chất công nghiệp. Các Variogramma thực nghiệm trên theo tuyến thăm dò có thể xác định theo công thức 2.17.
Như đã đề cập, đối với đá ốp lát thì thông số về độ thu hồi đá khối là một trong số chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá chất lượng và tính trữ lượng. Vì vậy, NCS tiến hành xác lập K(h) và γ(h) theo thông số độ thu hồi đá khối theo 2 hướng chính (đường phương và hướng dốc). Các variogramma thực nghiệm thường là đường dích dắc dao động gần kề đường cong lý thuyết. Do đó có thể áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất hoặc phương pháp kinh nghiệm để mô phỏng về dạng đường cong lý thuyết.
Kết quả tính toán trình bày trong phụ lục và tổng hợp ở bảng 5.6.
Bảng 5.6. Kết quả xác định mạng lưới thăm dò theo mô hình hàm cấu trúc (hàm variogram)
Khu mỏ
Khoảng cách bố trí công trình thăm dò (m)
Cấp 121 Cấp 122
Hướng dốc Đường
phương Hướng dốc Đường phương
Liễu Đô 2 45 75 70 120
Minh Tiến 1 50 80 70 - 75 125
Thung Nậm - Thung Hẹo 50 80 75 125
Thung Xền Xến 50 80 75 125
Thung Phá Nghiến 40 - 50 50 - 100 60 - 75 75 - 150
Từ kinh nghiệm thực tế, các nhà địa chất thăm dò cho rằng đối với khối tính trữ lượng cấp 121 thì tốt nhất khoảng cách giữa các công trình không vượt quá 2/3 kích thước đới ảnh hưởng, đối với trữ lượng cấp 122 không quá kích thước đới ảnh hưởng, còn tài nguyên 333 không quá 2 lần kích thước đới ảnh hưởng.
Trên các hình 5.2, 5.3, 5.4. 5.5 là các ví dụ minh họa về các biểu đồ hàm tương quan và hàm variogram ở một số mỏ điển hình cho các khu vực nghiên cứu chi tiết.
Biểu đồ hàm tự tương quan tuyến 1, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến
Hình 5.2: Biểu đồ hàm tự tương quan tuyến 1, phương vị 1500- mỏ Thung Phá Nghiến Kết quả tính hàm tự tương quan phương vị 1500
Số lượng điểm 28 Khoảng cách bước 30 m
Giá trị nhỏ nhất 75,40 Phương sai 31,37
Giá trị lớn nhất 94,80 Quân phương sai 5,60
Giá trị trung bình 90,60 Hệ số biến thiên 6,18 %
Biểu đồ hàm tự tương quan tuyến 2, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến
Hình 5.3: Biểu đồ hàm tự tương quan tuyến 2, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến Kết quả tính hàm tự tương quan theo phương vị 1500
Số lượng điểm 28 Khoảng cách bước 30 m
Giá trị nhỏ nhất 54,96 Phương sai 108,93
Giá trị lớn nhất 96,38 Quân phương sai 10,44 Giá trị trung bình 85,96 Hệ số biến thiên 12,14 % Hàm variogram theo tuyến 1, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến
Hình 5.4: Hàm Variogram theo tuyến 1, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến Kết quả tính:
γ (h) = Co + C (1.5*h/a - 0.5 * h3 / a3); khi h≥a γ (h) = Co + C ; khi h>a
Trong đó: a = 65 m ; Co = 0.11062 ; C = 16.35334
Hàm Variogram theo tuyến 2, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến
Hình 5.5: Hàm variogram theo tuyến 2, phương vị 1500 - mỏ Thung Phá Nghiến Kết quả tính
γ (h) = Co + C (1.5*h/a - 0.5 * h3 / a3); khi h≥a γ (h) = Co + C ; khi h > a
Trong dó: a= 107 ; Co= 0.02587; C = 29.46011
Trên cơ sở tổng hợp tài liệu thăm dò, khai thác các mỏ đá hoa làm ốp lát ở Miền Bắc Việt Nam và kết quả tính thử nghiệm ở cho một số mỏ, NCS đề xuất định hướng mạng lưới thăm dò đá hoa làm ốp lát như bảng 5.7.
Bảng 5.7: Bảng định hướng mật độ công trình thăm dò đối với các mỏ đá hoa làm ốp lát
Nhóm
mỏ Đặc điểm kiểm mỏ
Loại công trình thăm dò cần áp
dụng
Mạng lưới thăm dò Cấp 121 Cấp 122
I
Các thân dạng khối, dạng vỉa, kích thước lớn, trung bình, nằm ngang hoặc dốc thoải có cấu tạo địa chất và ngoại hình đơn giản;
chiều dày và chất lượng ổn định trong toàn thân đá ốp lát.
Khoan 100200x
100150
200300x 150200 Trạm đo khe nứt 100200x
75100
200300x150
200
II
Các thân dạng khối, dạng vỉa thấu kính, kích thước trung bình, nhỏ, đôi khi là rất nhỏ, nằm ngang đến dốc đứng, có cấu tạo địa chất và ngoại hình tương đối phức tạp, chiều dày và chất lượng không ổn định trong toàn thân đá ốp lát.
Khoan 75- 100x 50-75 125-150x 75100
Trạm đo khe nứt 75-100x50-75 125 - 150x 75100
Nhóm
mỏ Đặc điểm kiểm mỏ
Loại công trình thăm dò cần áp
dụng
Mạng lưới thăm dò Cấp 121 Cấp 122
III
Các thân dạng khối, dạng vỉa, thấu kính, thể tường, kích thước nhỏ và rất nhỏ, nằm ngang đến dốc đứng, có cấu tạo địa chất và ngoại hình phức tạp, chiều dày và chất lượng rất không ổn định trong toàn thân đá ốp lát.
Khoan 75- 100x
5075
Trạm đo khe nứt 5075x 4050