Phân tích ổn định bờ mỏ bằng thuật toán ngẫu nhiên và tính toán ổn định các khối bằng neo: áp dụng cho mỏ than Khe Sim, Quảng Ninh

Bài báo "Phân tích ổn định bờ mỏ bằng thuật toán ngẫu nhiên và tính toán ổn định các khối bằng neo: áp dụng cho mỏ than Khe Sim, Quảng Ninh" giới thiệu kết quả nghiên cứu sử dụng neo gia cố các khối đá có nguy cơ mất ổn định bờ trụ mỏ than trong giai đoạn thiết kế hay cải tạo bờ mỏ khi kết thúc khai thác. Mô hình mô phỏng ngẫu nhiên khối đá có kể tới vai trò quan trọng của các khe nứt trên bờ mỏ, các thông số hệ thống khai thác có thể làm giảm độ ổn định của bờ mỏ trong sau khi khai thác. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ổn định bờ mỏ bằng thuật toán ngẫu nhiên và tính toán ổn định các khối bằng neo: áp dụng cho mỏ than Khe Sim, Quảng Ninh HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Phân tích ổn định bờ mỏ bằng thuật toán ngẫu nhiên và tính toán ổn định các khối bằng neo: áp dụng cho mỏ than Khe Sim, Quảng Ninh. Nguyễn Anh Tuấn1,2*, Phạm Văn Việt1, Phạm Văn Hòa1 1 Nhóm Nghiên cứu mạnh ISRM (Innovations for Sustainable and Responsible Mining) 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTÓM TẮTỔn định các khối đá trong bờ mỏ rất quang trọng, hệ thống gia cố ổn bờ mỏ có thể sử dụng neo gia cố trênbờ mỏ. Neo gia cố ổn định bờ mỏ là giải pháp kỹ thuật thường được sử dụng trong thiết kế bờ mỏ khi kếtthúc khai thác và sườn dốc nhằm ổn định lâu dài. Các neo gia cố ổn định bờ mỏ ngăn chặn các khối sụp đổhoặc trượt cũng sự lan truyền sự mất ổn định các khối lân cận và bên trong lớp bề mặt. Bài báo này giớithiệu kết quả nghiên cứu sử dụng neo gia cố các khối đá có nguy cơ mất ổn định bờ trụ mỏ than trong giaiđoạn thiết kế hay cải tạo bờ mỏ khi kết thúc khai thác. Mô hình mô phỏng ngẫu nghiên khối đá có kể tớivai trò quan trọng của các khe nứt trên bờ mỏ, các thông số hệ thống khai thác có thể làm giảm độ ổn địnhcủa bờ mỏ trong sau khi khai thác. Kết quả mô hình, phân tích và đánh giá ổn định bờ mỏ được đánh giávới neo cứng với các sơ đồ mạng neo gia cố khác nhau. Mức độ phân khối và tính chất cơ lý của khối đátrên bờ mỏ được áp dụng cho mỏ than lô thiên Khe Sim thuộc Tổng Công ty Đông Bắc, Quảng Ninh. Kếtquả nghiên cứu bước đầu dự kiến giảm khối lượng đá phải bóc trên bờ mỏ gần 7 triệu khối khi áp dụng cácgiải pháp neo ổn định bờ trụ khác nhau.Từ khóa: Mỏ than lộ thiên; hệ thống khe nứt; mô hình khối đá; ổn định bờ mỏ; sử dụng neo; Quảng Ninh.1. Đặt vấn đề Trong thực tế công tác khai thác hiện nay, vấn đề ổn định bờ mỏ của mỏ Khe Sim rất phức tạp, cụ thể:Phía Tây dọc theo vỉa than (G) dạng lòng chảo, chạy dọc dưới lớp đá trụ trực tiếp của vỉa than này là lớpphay dày lên đến 100m dọc từ Đông sang Tây; Phía trụ phía Nam của vỉa G đất đá cứng nhưng phân lớp,không ổn định và tồn tại các lớp đá trụ giả dày từ 10-15m dễ sụt lở và mất ổn định. Tương tư như vậy, cấutrúc địa chất của lớp trụ giả cũng xuất hiện ở bờ trụ Nam vỉa Dày, bờ phía Bắc có đứt gãy F-A kéo dài dọctheo bờ mỏ và dày hàng trăm mét gây khó khăn cho việc cắt tầng và ổn định khi khai thác vào vùng đứtgãy này đặc biệt là vào mùa mưa, hình 1. Hình 1. Mặt cắt ngang kết thúc khai thác Tuyến X cắt qua khu vực mỏ Khe Sim, với 2 vỉa than G và vỉa Dày dạng lòng chảo. Mỏ hiện nay đang chia thành 2 khu vực khai thác phía Tây và phía Đông của mỏ, và đang áp dụng hệthống khai thác ngang, 2 bờ công tác, theo lớp dốc, sử dụng bãi thải ngoài trong giai đoạn đầu, phương ánbãi thải trong được áp dụng khi khu vực phía Tây Nam của mỏ đạt biên giới chiều sâu kết thúc và tiếp tụckhai thác cuốn chiếu từ phía Tây sang phía Đông chia theo khoảnh. Kích thước từng khu vực hay khoảnh* Tác giả liên hệEmail: nguyenanhtuan@humg.edu.vn 574từ 250-300m. Đồng bộ thiết bị khai thác phục vụ công nghệ phá vỡ đất đá bằng khoan-nổ mìn với lỗ khoanđường kính trung bình, máy xúc dung tích gàu nhỏ hơn 8m3, kết hợp với ôtô có tải trọng 55 tấn vận tải bãithải ngoài có cung độ 2-3km. Với công nghệ khai thác này, mỏ Tây Khe Sim và đặc biệt là khu vực hiện đang khai thác là khu TâyNam của mỏ, được tập trung tiến hành bóc đá và khai thác thì bờ trụ Nam ở phía Tây của mỏ được để lạisau khai thác và không cắt tầng. Do đó, trạng thái ổn định của bờ mỏ sẽ giảm dần khi chiều sâu khai thácmỏ tăng lên (chiều cao bờ trụ tăng lên), chiều dài theo đường phương của vỉa cũng như của bờ trụ Namtăng lên trong thời gian khai thác (đặc biệt là nếu áp dụng HTKT dọc). Sự ổn định bờ mỏ là rất quan trọng, ảnh hưởng tới sự an toàn trong suốt quá trình khai thác đối với bờmỏ tạm thời cũng như lâu dài của mỏ. Khi tăng giá trị góc nghiêng sườn tầng rồi đến góc nghiêng bờ mỏhợp lý thì khối lượng đá bóc trên mỏ sẽ giảm đi ở thời kỳ đầu và đẩy lùi về giai đoạn sau, tối ưu hóa đượchiệu quả kinh tế trong giai đoạn khai thác, do tiết kiệm được chi phí bóc đá khối lượng lớn ở thời kỳ đầu.Việc phân tích, đánh giá và xác định được các thông số hình học bờ mỏ hợp lý đi cùng với các giải phápđiều chỉnh chế động công tác (CĐCT) mỏ lộ thiên hợp lý gồm: chia mỏ thành các phân khu khai thác; khaithác theo giai đoạn; và thay đổi các thông số HTKT. Hàm mục tiêu là tổng khối lượng vận chuyển đất bócvà than khai thác trong giai đoạn phân tích đánh giá là nhỏ nhất. Với chế độ công tác của mỏ Tây Khe Sim,việc phân tích, đánh giá trạng thái ổn định bờ mỏ và đề xuất các giải pháp kỹ thuật-công nghệ đảm bảo antoàn, hiệu quả khai thác bờ mỏ cánh Nam và cánh Bắc khu mỏ than Tây Khe Sim là hết sức cần thiết.2. Phương pháp đánh giá ổn định bờ mỏ Mô hình số đầu tiên cho môi trường không liên tục được bổ sung với các cách tính toán cho môi trườngliên tục (các phần tử hữu hạn, các phần tử vi phân hữu hạn, các phần tử khối) ứng dụng cho các đứt gẫy,sau đó là các phương pháp đặc biệt áp dụng cho môi trường không liên tục, mà chúng ta biết tới dưới tênlà phương pháp phần tử rời rạc DEM (Distinct Elements Method). Mô hình xem các đối tượng như tập hợpcủa các phần tử rời rạc được phát triển bởi Cundalll & Hart (1992), Cundall & Hart (1993), Cundall (1988).Tương tác ma sát giữa các phần tử được mô tả như điều kiện tác động một phía (Signorini) và một điềukiện ma sát của Coulomb. Chúng ta gọi điểm tương tác một chiều nếu ứng suất sinh ra theo một duy nhấtmột hướng tương tác. LMGC90 (Dubois, F. & Jean, M., 2006) là phần mềm miễn phí mã ...