phương pháp đổ thải trên cao, hay còn được gọi là phương pháp đổ thải trên sườn dốc, là phương pháp được sử dụng sớm nhất và phổ biến nhất do dễ thực hiện và không yêu cầu nhiều về các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng. Tuy nhiên, đây cũng là phương pháp gây hiện tượng phân tách kích cỡ hạt theo chiều cao bờ dốc nhiều nhất, là nguyên nhân gây ảnh hưởng tới sự mất ổn định của sườn dốc. Đối với phương pháp gạt, ngoài các xe tải đổ thải, cần phải có kèm các xe san gạt. Hiện tượng phân tách theo cỡ hạt cũng ít xảy ra ở trên đỉnh dốc. Phương pháp đổ thải theo lớp được coi là phương pháp tối ưu nhất hiện nay, tuy nhiên, để đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng, chiều cao lớp thải thường không quá 6m, do đó, gây kéo dài quá trình đổ thải. Các yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu của phương pháp này cũng chặt chẽ và chi tiết hơn so với hai phương pháp trên.
Trên thế giới, LB Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ, Ấn độ là những nước có tập trung nhiều mỏ quy mô khai thác và sản lượng lớn nhất, và do đó, thúc đẩy mạnh mẽ các công trình nghiên cứu tiên tiến và có các quy định chặt chẽ nhằm hoàn thiện công tác quản lý bãi thải. Công tác đổ thải tại một số bãi thải lộ thiên tiêu biểu tại các nước như sau:
1.2.1. Công tác đổ thải và quản lý bãi thải tại Liên bang Nga
Ở LB Nga, 96% khối lượng đá trong luyện kim màu, 99% khoáng sản phi kim loại, 60% than đá và hơn 50% nguyên liệu hóa chất nông nghiệp được khai thác bằng cách khai thác lộ thiên. Hiện tại, hơn 55% quặng sắt được khai thác ở khu vực KMA. Trong 15 năm qua, công suất của các mỏ quặng sắt của OJSC Stoilensky GOK, OJSC Lebedinsky GOK và OJSC Mikhailovsky GOK đã tăng gần gấp đôi. Tại khu vực KMA, đá trầm tích chiếm khoảng 55%, cường độ thay đổi từ 0,1 MPa đến 5,0 MPa. Đá chiếm 45% và có giới hạn cường độ nén một trục từ 10 MPa đến 180 MPa. Đặc điểm các bãi thải của các mỏ lộ thiên quặng sắt KMA (Bảng 1.2). Từ Bảng 1.2 nhận thấy: tại các mỏ đã sử dụng nhiều phương pháp đổ thải như ô tô + máy ủi, đường sắt, băng tải + máy dỡ tải; phạm vi chiều cao giới hạn của các bãi thải là khá rộng (từ 45 đến 172 m với chiều cao tầng từ 15 đến 49 m); góc dốc sườn tầng thải thay đổi từ 5÷38°.
Bảng 1.2. Đặc điểm các bãi thải tại khu vực KMA 83
Tên mỏ Loại đất đá | Công nghệ đổ thải và loại thiết bị | Thông số bãi thải | ||||
Chiều cao, m | Góc dốc, độ | |||||
Toàn bãi thải | Tầng thải | Toàn bãi thải | Tầng thải | |||
1 | OJSC Stoilensky GOK phía Bắc (Đất đá hỗn hợp) | Máy xúc (EKG-8Y) với đường sắt vận chuyển | 60 | 23 | 20 | 33 |
2 | OJSC Stoilensky GOK phía Nam (Đất đá hỗn hợp) | Máy xúc (EKG-8Y) với đường sắt vận chuyển | 130 | 23 | 33 | 33 |
3 | Stoilensky GOK OJSC Strelitsa (Đá rời) | Máy ủi với ô tô BelAZ-7555 | 72 | 20 | 19 | 30 |
4 | OJSC Stoilensky GOK (Đất đá phủ) | Băng tải + Máy rải ZP-5500 | 52 | 49 | 24 | 30 |
5 | OJSC Stoilensky GOK (Đá thạch anh phong hóa) | Máy xúc (EKG-8US) với đường sắt vận chuyển OPE-1 (NP-1) và 2VS-105 | 45 | 20 | 35 | 38 |
6 | Công ty cổ phần "Lebedinsky GOK" Bãi thải số 1 (Đá rời) | Máy xúc (EKG- 6,3US) với đường sắt vận chuyển OPE- 1 và 2VS-105 | 75÷100 | 15÷30 | 15÷26 | 38 |
7 | Công ty cổ phần "Lebedinsky GOK" Bãi thải số 2 (Đá rời) | Máy xúc (EKG-6,3 US) với đường sắt vận chuyển OPE- 1 và 2VS-105 | 105÷172 | 15÷20 | 10÷18 | 33 |
8 | Công ty cổ phần "Mikhailovsky GOK" Bãi thải số 7 | Máy xúc, có đường sắt vận chuyển | 60÷75 | 15÷20 | 5÷7 | 33 |
Có thể bạn quan tâm!
- Nghiên cứu kỹ thuật đổ thải đất đá hợp lý nhằm đảm bảo độ ổn định bãi thải trong điều kiện mưa mùa nhiệt đới cho các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh - 1
- Nghiên cứu kỹ thuật đổ thải đất đá hợp lý nhằm đảm bảo độ ổn định bãi thải trong điều kiện mưa mùa nhiệt đới cho các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh - 2
- Tổng Quan Về Các Dạng Bãi Thải Mỏ Lộ Thiên Trên Thế Giới
- Xói Lở Các Tầng Thải Từ Mức +200÷+60 M Gây Bồi Lấp Mặt Bằng +58 [5]
- Các Chỉ Tiêu Cơ Lý Đất Đá Theo Chiều Sâu Tại Bãi Thải Chính Bắc [68]
- Các Dạng Trượt Lở Liên Quan Tới Tính Chất Nền Thải
Xem toàn bộ 222 trang tài liệu này.
1.2.2. Công tác đổ thải tại Trung Quốc
Cùng với sự phát triển của kinh tế quốc nội lớn mạnh trong những năm gần đây, Trung Quốc đã trở thành nước sản xuất và tiêu thụ rất nhiều các loại khoáng sản,đặc biệt là than (với sản lượng nhiều nhất thế giới) [50].
Đất đá thải được sử dụng để lấp các khe rãnh, hoặc đổ thành đống tại các bãi thải bằng hình thức đổ thải trên cao với nhiều công nghệ như: đường sắt, ô tô máy ủi, băng tải + máy dỡ tải,…
Hình 1.3. Vận chuyển đất đá bằng tàu điện tại mỏ lộ thiên Haizhou [50]
Bãi thải hình nón được xây dựng bằng phương pháp đổ thải trên cao khá phổ biến tại các mỏ lộ thiên ở Trung Quốc, đặc biệt là trước những năm 1980 (Hình 1.4). Tuy nhiên, phương pháp này tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng tới môi trường cũng như sự mất ổn định của bản thân khối thải. Công nghệ đổ thải theo lớp có chiều dày 0,5 m được sử dụng tại mỏ Yanzhou. Nhờ công tác quản lý đất đá thải nêu trên, không những ảnh hưởng của bãi thải tới môi trường được giảm thiểu, mà thể tích bãi thải cũng giảm xuống, làm tăng độ ổn định bãi thải lên rất nhiều (qua tính toán, bãi thải trên luôn ổn định với hệ số an toàn lớn hơn 2.0).
Hình 1.4. Bãi thải hình nón điển hình tại khu vực khai thác Yanzhou, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc [19]
1.2.3. Công tác đổ thải tại Canada
Canada rất nổi tiếng với nhiều mỏ khoáng sản. Do đó, công tác quản lý các bãi thải cũng là một khâu quan trọng trong quá trình khai thác. Trong lịch sử, đã xảy ra nhiều trận trượt lở lớn tại các bãi thải, điển hình là hiện tượng trượt lở tại bãi thải của mỏ than Quintette ở British Columbia, Canada vào năm 1987 với tổng thể tích của khối trượt lở lên tới 5,6 triệu m3, và khối trượt di chuyển với khoảng cách lên tới 2 km.
Công nghệ đổ thải thường sử dụng đổ cạnh sườn núi bao gồm chủ yếu là đá sau nổ. Trong đó, thành phần đất hạt mịn tập trung chủ yếu ở 10% chiều cao phía trên các đất đá với cỡ hạt thô tập trung ở chân bãi thải.
Ngoài phương pháp đổ thải trên cao truyền thống, phương pháp đổ thải theo lớp với chiều cao tầng thải dưới 4÷6 m với độ ẩm và độ đầm theo thiết kế cũng được đang được áp dụng tại nhiều bãi thải nhằm hạn chế sự mất ổn định tại các bãi thải. Nhiều biện pháp nhằm làm tăng ổn định và chống xói mòn được áp dụng, ví dụ như trồng cây, giảm độ dốc (không quá 15°), xây dựng hệ thống thoát nước, tái sử dụng đất thải cho nhiều mục đích khác nhau.
1.3. TỔNG QUAN CÔNG TÁC ĐỔ THẢI TẠI CÁC MỎ VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH
Các mỏ than lộ thiên chính trong khu vực Cẩm Phả bao gồm: Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu và Khe Chàm II. Công nghệ khai thác tại các mỏ gồm các khâu công nghệ: khoan - nổ mìn, xúc bốc vận tải, thải đá. Các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả sử dụng đường kính lỗ khoan 250 mm, máy xúc có dung tích gàu 4÷12 m3 kết hợp ô tô có tải trọng 58÷100 tấn. Đất đá thải từ các mỏ đổ ra bãi thải ngoài và trong như Đông Cao Sơn, Bàng Nâu, Đông Khe Sim, Lộ Trí và Tả Ngạn.
1.3.1. Đất đá thải các mỏ vùng Cẩm Phả
Các loại đá tham gia vào cột địa tầng vùng Cẩm Phả bao gồm cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, sét than và các vỉa than. Đặc điểm từng loại đá được mô tả cụ thể như sau [12]:
- Cuội kết: màu từ trắng đến phớt hồng, thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh ít silic, kích thước hạt từ 5÷12 mm, xi măng gắn kết là cát thạch anh. Đá
có cấu tạo khối hoặc phân lớp dày, bị nứt nẻ mạnh;
- Sạn kết: màu từ xám đến xám phớt hồng, thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, độ hạt từ 1÷3 mm, độ lựa chọn kém. Xi măng gắn kết là cát thạch anh, silic, đá bị nứt nẻ mạnh. Đá thường có cấu tạo khối, phân lớp dày;
- Cát kết: là loại đá phổ biến trong khu mỏ, màu từ xám tro đến xám trắng, thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, độ hạt nhỏ hơn 1 mm. Đá có cấu tạo phân lớp dày, ít bị nứt nẻ;
- Bột kết: phân bố ở vách trụ vỉa than. Bột kết có màu từ xám tro đến xám đen, thành phần hạt chủ yếu là sét, cát độ hạt từ 0,01÷0,1 mm, xi măng chiếm tỷ lệ 50÷70%, chủ yếu là sét. Đá có cấu tạo phân lớp, ít bị nứt nẻ;
- Sét kết: màu xám đến xám đen, cấu tạo dạng phân lớp, bị nén ép có dạng phân phiến. Đá kém bền vững, dễ bị vỡ vụn, bở rời.
Các chỉ tiêu cơ lý của từng loại đá được tóm tắt và thể hiện trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tổng hợp kết quả khảo sát các thông số tầng thải và cỡ hạt đất đá thải tại các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh [12]
Tỷ lệ phân bố, % | Khối lượng thể tích, γ, g/cm3 | Khối lượng riêng ρ, g/cm3 | Cường độ kháng nén σn, MPa | Cường độ kháng kéo σk, MPa | Lực dính kết C, MPa | Góc nội ma sát φ, độ | |
Sét kết | 3,4 | 2,667 | 2,751 | 28,856 | 4,597 | 8,715 | 31,43 |
Bột kết | 25,4 | 2,673 | 2,749 | 48,076 | 5,659 | 14,714 | 33,37 |
Cát kết | 47,7 | 2,659 | 2,721 | 99,956 | 10,902 | 37,098 | 34,45 |
Cuội sạn kết | 15,3 | 2,594 | 2,674 | 127,313 | 13,427 | 43,825 | 34,4 |
1.3.2. Thành phần hạt tại các bãi thải
Sự phân bố kích thước hạt ảnh hưởng đến cường độ và tính chất chịu tải của đá và đất. Hơn nữa, thông tin phân bố kích thước hạt có thể có giá trị trong việc cung cấp các ước tính sơ bộ ban đầu về tính thấm của một khối đá vì kích thước hạt ảnh hưởng đến cách nước di chuyển nhanh hay chậm.
Theo [2] đất đá sau khi nổ mìn tại các mỏ than lộ thiên vùng Cẩm Phả có kích thước cỡ hạt phù hợp với kích thước gầu xúc. Tại 12 bãi mìn ở mỏ than Cao Sơn (Bảng 1.4 và Phụ lục chương 1) cho thấy kích thước cỡ hạt trung bình là 0,4 m.
Bảng 1.4. Tỷ lệ cỡ hạt theo nhóm tại mỏ than Cao Sơn [2]
Chỉ tiêu, thông số | Đơn vị | Giá trị | ||||||
Bãi nổ số 1 | Bãi nổ số 2 | Bãi nổ số 3 | Bãi nổ số 4 | Bãi nổ số 5 | Bãi nổ số 6 | |||
1 | Thành phần cỡ hạt | |||||||
0÷0,2 m | % | 32,85 | 26,92 | 28,57 | 19,18 | 11,26 | 30,93 | |
0,2÷0,4 m | % | 22,47 | 21,57 | 23,08 | 18,61 | 16,08 | 20,74 | |
0,4÷0,6 m | % | 17,40 | 16,29 | 17,89 | 16,99 | 16,75 | 18,04 | |
0,6÷0,8 m | % | 14,98 | 14,05 | 13,31 | 15,79 | 15,72 | 15,53 | |
0,8÷1,0 m | % | 8,53 | 10,80 | 9,65 | 13,44 | 15,11 | 7,69 | |
1,0÷1,2 m | % | 2,67 | 6,80 | 4,96 | 8,68 | 13,29 | 4,73 | |
1,2÷1,6 m | % | 1,11 | 3,57 | 2,54 | 7,32 | 11,79 | 2,34 | |
2 | Kích thước cỡ hạt trung bình, m | m | 0,41 | 0,49 | 0,46 | 0,59 | 0,70 | 0,45 |
3 | Tỉ lệ thành phần cỡ hạt có đường kính > 0,4 m | % | 44,69 | 51,51 | 48,35 | 62,21 | 72,66 | 48,33 |
1.3.3. Vị trí và công nghệ đổ thải
1.3.3.1. Bãi thải Đông Cao Sơn
Bãi thải Đông Cao Sơn được thiết kế để chứa đất đá thải từ các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu và Đèo Nai. Vị trí, kích thước và hình dạng bãi thải Đông Cao Sơn được thể hiện ở Hình 1.5. Trình tự đổ thải được tiến hành từ hướng Nam, Tây Nam sang Bắc và Đông Bắc.
Tính đến 30/6/2015, cốt cao mặt bãi thải ở mức +320 m, chiều cao tầng thải từ 30÷70 m, chiều cao bãi thải đạt 210÷230 m, chiều rộng mặt tầng thải từ 30÷50 m, góc dốc sườn tầng là 32÷37°. Sau khi dừng đổ thải, các tầng thải của khu vực này ổn định, chưa xảy ra xói lở, đặc biệt là sau đợt mưa lũ lịch sử cuối tháng 7 và đầu tháng 8 năm 2015 với lượng mưa lên tới trên 1500 mm [5].
Hình 1.5. Sơ đồ ranh giới bãi thải Đông Cao Sơn [5]
Bảng 1.5. Thông số cơ bản của tầng thải theo thiết kế đã phê duyệt [5]
Cốt cao, m | Chiều cao tầng thải, m | Chiều rộng mặt tầng, m | Góc dốc sườn tầng, độ | Độ dốc mặt bãi thải, % | Hệ số ổn định | Mỏ đổ thải | ||
ntn | nbh | |||||||
Bãi thải Bàng Nâu | +300 | 20÷30 | 20÷50 | 30÷37 | 3 | 1,67÷ 1,69 | 1,50÷ 1,53 | Mỏ Cao Sơn |
Bãi thải Đông Khe Sim và Nam Khe Tam | +300 | 20÷30 | 20÷50 | 30÷37 | 3 | 1,46÷ 1,65 | 1,32÷ 1,37 | |
Bãi thải trong Thắng Lợi | +240 | 30 | 30 | 30÷37 | 3 | |||
Bãi thải trong Khe Chàm II | +300 | 30 | 30 | 30÷37 | 3 | |||
Bãi thải trong Gầm Cao Sơn | +35 | 30 | 30 | 30÷37 | 3 |
Cốt cao, m | Chiều cao tầng thải, m | Chiều rộng mặt tầng, m | Góc dốc sườn tầng, độ | Độ dốc mặt bãi thải, % | Hệ số ổn định | Mỏ đổ thải | ||
ntn | nbh | |||||||
Bãi thải Bàng Nâu | +300 | 20÷30 | 20÷30 | 30÷37 | 3÷5 | 1,67÷ 1,69 | 1,50÷ 1,53 | Mỏ Khe Chàm II |
Bãi thải trong Khe Chàm II | +300 | 15÷30 | 20÷25 | 25÷30 | 5 | |||
Bãi thải trong Khe Tam - Dương Huy | +200 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 | |||
Bãi thải Đông Cao Sơn | +300 | 20÷30 | 20÷50 | 30÷35 | 3÷5 | 1,64÷ 1,78 | 1,48÷ 1,60 | Mỏ Cọc Sáu |
Bãi thải trong Thắng Lợi | +240 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 | |||
Bãi thải trong Lộ Trí + Nam Lộ Trí | +300 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 | Mỏ Đèo Nai | ||
Bãi thải trong Thắng Lợi | +240 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 | |||
Bãi thải Đông Khe Sim và Nam Khe Tam | +300 | 20÷30 | 20÷30 | 30÷35 | 3÷5 | 1,46÷ 1,65 | 1,32÷ 1,37 | |
Bãi thải trong Thắng Lợi | +240 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 | Mỏ Cọc Sáu - Đèo Nai | ||
Bãi thải trong Vỉa Chính | +60 | 30 | 30 | 30÷35 | 3÷5 |
Tại phía Đông Bắc của bãi thải, từ cốt cao +60 m trở lên, mỏ Cọc Sáu đã đổ thành 6 tầng. Các thông số bãi thải khu vực này như sau: cốt cao mặt bãi thải đạt mức +300 m, chân bãi thải mức +60 m, bãi thải có chiều cao 240 m, góc dốc trung