Nghiên Cứu Lựa Chọn Các Thông Số Bãi Thải Cho Các Mỏ Than Lộ Thiên Vùng Cẩm

lớn Sd lớn. Bãi thải hình vuông có diện tích chiếm đất lớn nhất. Diện chiếm đất nhỏ nhất là bãi thải dạng elip với tỷ lệ bán trục (bé/lớn) k  0,5.

3.3.2. Nghiên cứu lựa chọn các thông số bãi thải cho các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả

3.3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn chiều cao tầng thải hợp lý

Chiều cao tầng thải là thông số bãi thải quan trọng ảnh hưởng tới dung tích, độ ổn định của bãi thải. Chiều cao tầng thải liên quan đến quy luật phân bố thành phần cỡ hạt đất đá trong tầng thải. Chiều cao tầng thải tỉ lệ thuận với thế năng (Et = m.g.H) của đất đá khi đổ thải, ảnh hưởng đến tốc độ rơi và sự xắp sếp của các thành phần đất đá có kích thước khác nhau trên sườn tầng thải.

Chiều cao tầng thải hợp lý Hhl (hoặc bãi thải một tầng) được lựa chọn theo nguyên tắc: đảm bảo ổn định (FoS) bãi thải trong yêu cầu trong mùa mưa và tổng chi phí tạo bãi thải (ô tô + máy ủi) (Ct) nhỏ nhất.

FoS = f(H) với FoS >1,3 Hhl = min

Ct = f (H)→ min

a) Nghiên cứu lựa chọn chiều cao tầng thải theo tính chất cơ lý đất đá a1) Khi đất đá ở trạng thái tự nhiên đồng nhất

Để xác định chiều cao tầng thải theo các tính chất đất đá, có thể sử dụng các thông số đất đá thải tại bãi thải Bàng Nâu đưa vào các mô hình tính ổn định (Bảng 3.12)

Bảng 3.12. Các thông số đất đá thải tại các bãi thải lộ thiên vùng Cẩm Phả

Dung trọng, t/m3

Lực dính kết, T/m2		Góc nội ma sát, độ
Tự nhiên	Bão hòa	Tự nhiên	Bão hòa	Tự nhiên	Bão hòa
2,082	2,18	8,0	7,32	22	20,3

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 222 trang tài liệu này.

Khảo sát hệ số ổn định bãi thải 1 tầng với chiều cao đổ thải từ 5÷150 m, góc dốc sườn tầng 35o. Với phần mềm Slope/W tính toán được hệ số ổn định khi đất đá thải ở trạng thái tự nhiên và bão hòa nước ở Bảng 3.13. Mô hình tính ổn định bãi chứa đất đá thải tự nhiên ở Hình 3.8.

H = 5 m

H = 10m

H = 50m

H = 80m

H = 100m

H = 150m

Hình 3.8. Mô hình tính toán ổn định tầng thải theo Slope/W với đất đá tự nhiên

Bảng 3.13. Hệ số ổn định tính toán theo chiều cao tầng

Chiều cao

tầng, m

100

150

Hệ số ổn định

tự nhiên

6,07

3,58

2,26

1,82

1,57

1,42

1,31

1,24

1,17

1,12

1,08

0,96

Hệ số

ổn định bão hòa

4,97

2,97

1,91

1,55

1,35

1,22

1,13

1,07

1,02

0,98

0,95

0,85

Kết quả mô hình tính toán ổn định bãi thải theo chiều cao tầng được tổng hợp trong Hình 3.9.

7.00

6.00

Hệ số ổn định khô

5.00

4.00

3.00

2.00

1.00

0.00

6.07

3.58

2.26

1.82

1.57

1.42

1.31

1.24

1.17

1.12

1.08

0.96

0 25 50 75 100 125 150

Chiều cao tầng thải, m

Hình 3.9. Quan hệ giữa hệ số ổn định và chiều cao tầng thải với đất đá thải tự nhiên a2) Với đất đá đồng nhất thải bão hòa nước

Kết quả mô hình tính toán ổn định bãi thải theo chiều cao tầng ở các Hình 3.10÷3.11.

H = 5 m

H = 10m

1,22

H = 50m

1,02

H = 80m

0,95

H = 100m

0,85

H = 150m

Hình 3.10. Mô hình tính toán ổn định tầng thải theo Slope/W đất đá thải bão hòa nước

6.00

5.00

Hệ số ổn định bão hòa

4.00

3.00

2.00

1.00

0.00

.22

1.07

4.97

2.9

1.55 1

1.91

0.98

0.85

1.35

1.13

1.02

.95

0 25 50 75 100 125 150

Chiều cao tầng thải, m

Hình 3.11. Quan hệ giữa hệ số ổn định và chiều cao tầng thải với đất đá thải bão hòa nước

Quan hệ trên các Hình 3.9 và 3.11 cho thấy:

Với đất đá thải tự nhiên: hệ số ổn định bãi thải FoS (n) giảm dần từ 6,07 (H = 5m) xuống n = 1 (H = 130 m) và khi H = 150 thì n = 0,96.

Khi đất đá bão hòa nước hệ số ổn định bãi thải Fos (n) giảm dần từ 4,97 (H = 5 m) xuống n = 1 (H = 80m) và khi H = 150 thì n = 0,85.

Quan hệ giữa hệ số ổn định với chiều cao tầng thải với đất đá tự nhiên thể hiện ở các công thức sau:

- Đối với đất đá thải tự nhiên:

FoS (n) = 12,95.H-0,541 (R2 = 0,9808) (3.37)

- Khi đất đá bão hòa nước:

FoS (n) = 9,8441. H-0,518 (R2 = 0,9789) (3.38)

Như vậy nếu bãi thải 1 tầng, tiêu chí ổn định (n > 1,3) thì chiều cao tầng phù hợp trong cả mùa mưa và mùa khô là hi < 40 m.

a3) Khi đất đá thay đổi các tính chất

Các thông số tính toán ổn định của đất đá tại các bãi thải khu vực Cẩm Phả thường không cố định. Để xem xét chiều cao bãi thải 1 tầng khi thay đổi các thông số độ bền của đất đá có thể sử dụng số liệu ở Bảng 3.14 và phần mềm Slope/W. Kết

quả tính toán hệ số ổn định của bãi thải 1 tầng được thể hiện ở các Hình 3.12-3.14 và Phụ lục chương 3.

1.8

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

100

Lực dính kết kN/m2

H=120m

H = 90m

H=60m

H=30m

Bảng 3.14. Các thông số độ bền đất đá thải tính toán hệ số ổn định

Thông số	Đơn vị	Giá trị
1	Cường độ lực dính kết, c	kPa	60 ± 30
2	Góc nội ma sát 	Độ	20 ± 15
3	Khối lượng thể tích (trọng lượng riêng), 	KN/m3	20,8 ± 6

Hệ số ổn định FoS

Hình 3.12. Quan hệ giữa hệ số ổn định bãi thải và lực dính kết với chiều cao bãi thải khác nhau

2.5

1.5

0.5

Góc nội ma sát, độ

H=120m

H = 90m

H=60m

H=30m

1.8

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

Dung trọng đất đá kN/m3

H=120m

H = 90m

H=60m

H=30m

Hệ số ổn định FoS

Hệ số ổn định

Hình 3.13. Quan hệ giữa hệ số ổn định bãi thải và góc nội ma sát với chiều cao bãi thải khác nhau

Hình 3.14. Quan hệ giữa hệ số ổn định bãi thải và khối lượng thể tích đất đá với chiều cao bãi thải khác nhau

Qua các Hình 3.12-3.14 cho thấy: khi chiều cao tầng thải (bãi thải) Ht  30 m hệ số ổn định bãi thải FoS > 1,3. Khi chiều cao bãi thải Ht  90 m FoS > 1,0. Do đó khi bắt đầu đổ thải, chiều cao tầng thải có thể chọn Ht  90 m.

b) Nghiên cứu lựa chọn chiều cao tầng thải theo chi phí vận tải và san gạt nhỏ nhất b.1) Chi phí vận tải

Bãi thải của các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả có thể là bãi thải ngoài với đặc điểm có tải lên dốc hoặc bãi thải trong có tải xuống dốc. Với bãi thải trong phía dưới có các các công trình cần bảo vệ thì chiều cao tầng thải cần được xem xét kỹ lưỡng.

Khi sử dụng ô tô đơn thuần vận tải đất đá thải đổ bãi thải trong, chi phí vận tải phụ thuộc vào cung độ vận tải và chiều cao nâng tải. Để xác định cung độ vận tải đất đá theo mối quan hệ với chiều cao tầng thải, cần xem xét mô hình đổ thải trong các trường hợp: đổ thải có tải lên dốc và có tải xuống dốc. Với mỗi trường hợp, sẽ áp dụng đổ thải theo tầng cao và đổ thải theo tầng thấp.

Giả sử bãi thải có kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều cao tương ứng là A x B x H, khi đó mỗi chuyến xe vận tải đất đá sẽ chiếm 1 block trên bãi thải; kích thước của mỗi block đổ thải là l x b x H. Khi áp dụng đổ thải theo tầng cao và tầng thấp, hình dạng của bãi thải có dạng như trong Hình 3.15÷3.16.

Hình 3.15. Mô hình bãi thải khi đổ thải theo tầng cao

Hình 3.16. Mô hình công nghệ đổ thải tầng thấp

b2b (m-1)b


	1	2	3				m

b2b (m-1)b

Hình 3.17. Sơ đồ công nghệ đổ thải theo chiều rộng tầng thải

a- hình chiếu cạnh block đổ thải; b- hình chiếu bằng block đổ thải

b.1.1) Cung độ vận tải trên hào dốc:

1. Khi ô tô vận tải có thải lên dốc:

L n .m . Ht n .m . 2Ht  ... n .m . t.Ht

t  1t.nt .mt .Ht

r t t i

t t i

t t i i

(3.39)



2. Khi ô tô vận tải có thải xuống dốc:

𝐿 = 𝑛 . 𝑚 . (𝑡 − 1)𝐻𝑡+ ⋯ + 𝑛 . 𝑚 .2𝐻𝑡+ 𝑛 . 𝑚 .𝐻𝑡= (𝑡−1)𝑡 . 𝑛 . 𝑚 . 𝐻𝑡, m (3.40)

𝑟 𝑡 𝑡 𝑖

𝑡 𝑡 𝑖

2 𝑡

𝑡 𝑖

b.1.2) Cung độ vận tải trên tầng:

L mt  1

nt  1

b t.

.b 

2 .l.mt .nt



(3.41)

b.1.3) Cung độ quay đảo chiều của ô tô:

L 

.Rq 

td nt .mt .t.lx 

2

(3.42)



Trong đó: H- chiều cao bãi thải, m; Ht- chiều cao tầng thải, m; nt- số lượng Block đổ thải theo chiều dài bãi thải, nt = A/l; mt- số lượng block đổ thải theo chiều rộng bãi thải mt = B/b; b- chiều rộng block đổ thải, b = V/(Ht.bx); l- chiều dài block đổ thải, l = bo; bo- chiều rộng thùng xe, m, i- độ dốc hào vận tải, %; Rq- bán kính quay đảo chiều của ô tô, m; lx- chiều dai ô tô, m, bx- chiều dài ô tô, m.

𝜋.𝑅𝑞 𝑚𝑡−1 𝑛𝑡−1

Tổng cung độ vận tải của ô tô khi đổ thải có tải lên dốc được xác định như sau:

𝑡+1 𝐻𝑡

( )

𝐿 = 𝑛 . 𝑚 . 𝑡. [( . ) + (𝑙

+ ) + ( ) . 𝑏 + ( ) . 𝑙] (3.43)

𝑙𝑑

𝑡 𝑡

2 𝑖

𝑥 2 2 2

𝜋.𝑅𝑞 𝑚𝑡−1 𝑛𝑡−1

Tổng cung độ vận tải của ô tô khi đổ thải có tải xuống dốc được xác định như sau:

𝑡−1 𝐻𝑡

( )

𝐿 = 𝑛 . 𝑚 . 𝑡. [( . ) + (𝑙

+ ) + ( ) . 𝑏 + ( ) . 𝑙] (3.44)

𝑥𝑑

𝑡 𝑡

2 𝑖

𝑥 2 2 2

Dựa trên kết quả phân tích mô hình, đặc điểm của các bãi thải trong và thiết bị sử dụng tại các mỏ than lộ thiên, NCS tính toán cung độ vận tải cho các trường hợp chiều cao bãi thải thay đổi H = 100÷300 m, kích thước bãi thải: dài x rộng = 1000 x 1000 m như trong Bảng 3.15