Luận án tiến sĩ về mô hình biến động địa cơ trong khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh

• Tác giả: Phạm Văn Chung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phùng Mạnh Đắc
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Biến Động Địa Cơ Trong Khai Thác Than Hầm Lò Tại Quảng Ninh
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC
• 1.1. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu dịch chuyển, biến dạng bằng mô hình địa cơ trên thế giới
• 1.2. Tình hình nghiên cứu dịch chuyển biến dạng vùng Quảng Ninh
• 1.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐỊA CƠ TRONG NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC
• 2.1. Quan niệm về mô hình
• 2.1.1. Định nghĩa về mô hình
• 2.1.2. Các đặc trưng của mô hình
• 2.1.3. Phân loại mô hình
• 2.1.4. Ưu nhược điểm của các mô hình
• 2.2. Nghiên cứu trên mô hình
• 2.2.1. Xây dựng mô hình
• 2.2.2. Nghiên cứu trên mô hình
• 2.2.3. Kiểm chứng mô hình
• 2.2.4. Điều chỉnh các tham số của mô hình
• 2.3. Mô hình địa cơ mỏ phục vụ nghiên cứu dịch chuyển biến dạng đất đá
• 2.3.1. Lịch sử nghiên cứu trên mô hình địa cơ
• 2.3.2. Hệ thống hóa các mô hình cơ học đá và khối đá mỏ
• 2.3.3. Quan niệm hiện đại về mô hình địa cơ
• 2.3.4. Các thông số trên mô hình địa cơ
• 2.3.5. Tính chất biến dạng và cấu trúc mô hình địa cơ
• 2.3.6. Điều kiện biên trong môi trường địa cơ mỏ
• 2.3.7. Các dạng mô hình địa cơ dự báo dịch chuyển biến dạng
• 2.4. Lựa chọn mô hình địa cơ ứng dụng cho điều kiện bể than Quảng Ninh
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC HÀM ĐƯỜNG CONG TIÊU CHUẨN TỪ SỐ LIỆU QUAN TRẮC Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ QUẢNG NINH
• 3.1. Phương pháp quan trắc và xử lý số liệu
• 3.2. Phương pháp luận xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn
• 3.3. Xác định các thông số và đại lượng dịch chuyển
• 3.3.1. Cơ sở lý thuyết xác định các tham số cho vùng ít được nghiên cứu dịch động đá mỏ
• 3.3.2. Xác định các thông số và đại lượng dịch chuyển
• 3.4. Xác định các hàm đường cong tiêu chuẩn vùng Quảng Ninh
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LÚN CỰC ĐẠI XÁC ĐỊNH TỪ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THỰC ĐỊA VỚI MÔ ĐUN ĐÀN HỒI KHỐI ĐÁ MỎ
• 4.1. Xây dựng mô hình địa cơ cho khối đá tại bể than Quảng Ninh
• 4.1.1. Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu
• 4.1.2. Xác định mô đun đàn hồi cho các lớp đất đá tại bể than Quảng Ninh
• 4.2. Kết quả xác định mô đun đàn hồi E theo Rockdata
• 4.3. Tính toán dịch chuyển biến dạng địa tầng đất đá và bề mặt đất
• 4.3.1. Khái quát bộ phần mềm RS2 (Phase2) của hãng Rocscience Inc. Thông số đầu vào và các trường hợp tính toán
• 4.3.2. Kết quả tính toán cho trường hợp theo hướng dốc lò chợ
• 4.4. Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
• 4.4.1. Phương pháp phân tích thống kê
• 4.4.2. Phương pháp hồi quy tuyến tính
• 4.4.3. Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
• 4.5. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ NGHIÊN CỨU QUY LUẬT DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC LÒ CHỢ VỈA V7 MỎ THAN NAM MẪU QUẢNG NINH
• 5.1. Vị trí địa lý và ranh giới khu vực nghiên cứu
• 5.2. Khái quát về công nghệ cơ giới hóa khai thác cột dài theo phương, lò chợ hạ trần thu hồi than
• 5.3. Kiến nghị mô đun đàn hồi cho mô hình địa cơ mỏ than Nam Mẫu
• 5.4. Tính toán dịch chuyển biến dạng khi khai thác lò chợ cơ giới hóa theo hướng dốc trên mô hình địa cơ
• 5.5. Tính toán dịch chuyển biến dạng khi khai thác lò chợ cơ giới hóa theo đường phương
• 5.6. Kiểm chứng mô hình địa cơ với kết quả quan trắc thực địa
• 5.7. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NCS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mô hình biến động địa cơ

Mô hình biến động địa cơ là một công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu và dự đoán các hiện tượng dịch chuyển và biến dạng của đất đá trong quá trình khai thác than hầm lò. Tại Quảng Ninh, nơi có nhiều mỏ than, việc áp dụng mô hình này giúp hiểu rõ hơn về các tác động của khai thác đến môi trường địa chất. Mô hình địa cơ không chỉ giúp xác định các thông số như độ lún, mà còn dự đoán các hiện tượng như sập đổ và biến dạng của khối đá. Theo nghiên cứu, việc xây dựng mô hình địa cơ cần dựa trên các điều kiện địa chất cụ thể của từng khu vực, từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm đảm bảo an toàn trong khai thác. Việc áp dụng mô hình này đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao năng suất và an toàn lao động trong ngành khai thác than.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nhu cầu than cho nền kinh tế quốc dân ngày càng tăng, dẫn đến việc khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh trở nên cấp thiết. Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đã đặt ra mục tiêu cung cấp hàng triệu tấn than thương phẩm mỗi năm. Tuy nhiên, việc khai thác than hầm lò cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động và môi trường. Do đó, việc nghiên cứu và xây dựng mô hình biến động địa cơ là cần thiết để dự đoán và quản lý các tác động này. Mô hình giúp xác định các thông số quan trọng như độ lún, vùng sập đổ, và quy luật dịch chuyển của khối đá, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

II. Phân tích mô hình địa cơ trong khai thác than

Mô hình địa cơ được xây dựng dựa trên các đặc điểm địa chất của khu vực khai thác. Các thông số như mô đun đàn hồi, độ lún cực đại và các điều kiện biên là những yếu tố quan trọng trong việc xác định tính chính xác của mô hình. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng mô hình địa cơ không chỉ giúp dự đoán các hiện tượng dịch chuyển mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên và an toàn lao động. Các phương pháp như phương pháp phần tử hữu hạn đã được sử dụng để tính toán và mô phỏng các hiện tượng địa chất trong quá trình khai thác. Điều này cho phép các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình khai thác và đưa ra các quyết định kịp thời nhằm giảm thiểu rủi ro.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình

Các yếu tố như tính chất cơ lý của đất đá, chiều dày vỉa than và độ sâu khai thác đều có ảnh hưởng lớn đến mô hình địa cơ. Nghiên cứu cho thấy rằng, các vỉa than dày thường dẫn đến sự biến dạng mạnh mẽ hơn so với các vỉa mỏng. Điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải có những biện pháp an toàn và kỹ thuật phù hợp để đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác. Việc xác định các thông số này thông qua quan trắc thực địa là rất quan trọng, giúp cải thiện độ chính xác của mô hình và dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong tương lai.

III. Ứng dụng mô hình địa cơ trong thực tiễn

Mô hình địa cơ đã được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu quy luật dịch chuyển và biến dạng của đất đá trong quá trình khai thác than. Tại Quảng Ninh, mô hình này đã giúp các nhà quản lý dự đoán được các hiện tượng như độ lún, sập đổ và biến dạng của khối đá. Việc áp dụng mô hình không chỉ giúp nâng cao hiệu quả khai thác mà còn đảm bảo an toàn cho người lao động. Các kết quả từ mô hình đã được kiểm chứng qua các số liệu quan trắc thực địa, cho thấy tính chính xác và độ tin cậy cao. Điều này mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển công nghệ khai thác than hầm lò trong tương lai.

3.1. Kết quả đạt được từ mô hình

Kết quả từ mô hình địa cơ cho thấy sự tương quan giữa mô đun đàn hồi của khối đá và độ lún cực đại. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định được quy luật dịch chuyển và biến dạng của khối đá trong quá trình khai thác. Các thông số như chiều cao vùng sập đổ và vùng biến dạng cũng được xác định rõ ràng, giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình khai thác. Việc ứng dụng mô hình địa cơ đã chứng minh được giá trị thực tiễn trong việc nâng cao an toàn lao động và hiệu quả khai thác tại các mỏ than hầm lò.