Luận án tiến sĩ: Xây dựng mô hình biến động địa cơ khu vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày ở mỏ than hầm lò 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 xây dựng mô hình biến động địa cơ khu vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày ở một số mỏ than hầm lò 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
• 4.3.3. Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
• 4.3.3.1. Phương pháp phân tích thống kê
• 4.3.3.2. Phương pháp hồi quy tuyến tính
• 4.3.3.3. Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
• 4.4. 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 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. Tổng quan về nghiên cứu dịch chuyển biến dạng địa tầng đất đá

Nghiên cứu về mô hình biến động địa cơ trong khu vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày tại mỏ than hầm lò Quảng Ninh đã chỉ ra rằng việc khai thác than không chỉ ảnh hưởng đến sản lượng mà còn tác động mạnh mẽ đến môi trường địa chất xung quanh. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự dịch chuyển và biến dạng của địa tầng đất đá là một vấn đề quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, các hiện tượng như lún bề mặt, sập đổ và biến dạng của khối đá vách là những yếu tố cần được phân tích để đảm bảo an toàn trong khai thác. Theo các tài liệu nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ khai thác than hiện đại, đặc biệt là cơ giới hóa, đã mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức về địa chất. Việc xây dựng mô hình địa cơ giúp dự đoán và kiểm soát các hiện tượng này, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác và giảm thiểu rủi ro.

1.1. Tình hình nghiên cứu dịch chuyển biến dạng tại Quảng Ninh

Tình hình nghiên cứu tại Quảng Ninh cho thấy rằng các mỏ than hầm lò đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về biến động địa cơ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự dịch chuyển của đất đá trong quá trình khai thác có thể dẫn đến những biến đổi lớn về cấu trúc địa chất. Các số liệu quan trắc thực địa cho thấy rằng độ lún và biến dạng của bề mặt đất có mối liên hệ chặt chẽ với các yếu tố như chiều dày vỉa than và điều kiện địa chất. Việc xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn từ số liệu quan trắc là cần thiết để dự đoán chính xác các hiện tượng này. Các nghiên cứu trước đây đã cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phát triển các mô hình địa cơ, giúp cải thiện khả năng dự đoán và kiểm soát các hiện tượng dịch chuyển trong khu vực khai thác.

II. Mô hình địa cơ trong nghiên cứu dịch chuyển biến dạng

Mô hình địa cơ được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học đất đá, nhằm mô phỏng các hiện tượng dịch chuyển và biến dạng trong quá trình khai thác. Việc áp dụng mô hình địa cơ cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của khối đá và bề mặt đất. 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 xây dựng mô hình. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định chính xác các thông số này là cần thiết để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Hơn nữa, việc kết hợp giữa mô hình lý thuyết và quan trắc thực địa sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của các dự đoán về dịch chuyển và biến dạng trong khu vực khai thác.

2.1. Đặc điểm của mô hình địa cơ

Mô hình địa cơ có khả năng mô phỏng các trạng thái ứng suất và biến dạng của khối đá trong môi trường khai thác. Đặc điểm nổi bật của mô hình này là khả năng phản ánh chính xác các điều kiện địa chất thực tế, từ đó giúp dự đoán các hiện tượng như sập đổ và lún bề mặt. Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình hóa cho phép phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của khối đá. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình địa cơ không chỉ giúp dự đoán các hiện tượng dịch chuyển mà còn cung cấp cơ sở cho việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu rủi ro trong khai thác.

III. Nghiên cứu xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn

Việc xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn từ số liệu quan trắc là một bước quan trọng trong nghiên cứu biến động địa cơ. Các hàm này giúp xác định kích thước vùng ảnh hưởng trên bề mặt và tính toán các đại lượng dịch chuyển. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hàm đường cong tiêu chuẩn có thể được áp dụng để dự đoán độ sâu khai thác an toàn tại các mỏ than hầm lò. Các số liệu thu thập từ các trạm quan trắc đã cung cấp thông tin quý giá cho việc xây dựng các hàm này. Hơn nữa, việc áp dụng các hàm đường cong tiêu chuẩn không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả khai thác.

3.1. Phương pháp xây dựng hàm đường cong

Phương pháp xây dựng hàm đường cong tiêu chuẩn dựa trên việc phân tích các số liệu quan trắc thực địa. Các thông số như độ lún cực đại và mô đun đàn hồi được sử dụng để xác định các hàm này. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp hồi quy thống kê giúp xác định mối quan hệ giữa các biến thông số, từ đó xây dựng các hàm đường cong chính xác. Các hàm đường cong tiêu chuẩn không chỉ phục vụ cho việc dự đoán dịch chuyển mà còn hỗ trợ trong việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của khối đá trong quá trình khai thác.

IV. Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lún cực đại và mô đun đàn hồi

Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lún cực đại và mô đun đàn hồi của khối đá là một phần quan trọng trong việc xây dựng mô hình địa cơ. Các số liệu quan trắc thực địa cho thấy rằng độ lún cực đại có mối liên hệ chặt chẽ với các thông số cơ lý của khối đá. Việc xác định mô đun đàn hồi cho các lớp đất đá tại bể than Quảng Ninh là cần thiết để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp phân tích thống kê giúp xác định mối quan hệ này một cách chính xác, từ đó cung cấp cơ sở cho việc dự đoán các hiện tượng dịch chuyển và biến dạng trong khu vực khai thác.

4.1. Phương pháp xác định mô đun đàn hồi

Phương pháp xác định mô đun đàn hồi được thực hiện thông qua việc phân tích các số liệu quan trắc thực địa. Các thông số như độ lún và dịch chuyển được sử dụng để tính toán mô đun đàn hồi cho các lớp đất đá. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp phân tích thống kê giúp xác định chính xác mối quan hệ giữa độ lún cực đại và mô đun đàn hồi. Kết quả từ nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc xây dựng mô hình địa cơ mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả khai thác.

V. Ứng dụng mô hình địa cơ trong nghiên cứu quy luật dịch chuyển

Ứng dụng mô hình địa cơ trong nghiên cứu quy luật dịch chuyển biến dạng địa tầng đất đá và bề mặt đất là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả khai thác. Mô hình địa cơ giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của khối đá và bề mặt đất trong quá trình khai thác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình địa cơ cho phép dự đoán chính xác các hiện tượng dịch chuyển và biến dạng, từ đó cung cấp cơ sở cho việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu rủi ro trong khai thác. Hơn nữa, việc kết hợp giữa mô hình lý thuyết và quan trắc thực địa sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của các dự đoán về dịch chuyển và biến dạng trong khu vực khai thác.

5.1. Tính toán dịch chuyển biến dạng

Tính toán dịch chuyển biến dạng khi khai thác lò chợ cơ giới hóa là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Các số liệu thu thập từ các trạm quan trắc được sử dụng để tính toán dịch chuyển và biến dạng của khối đá. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình địa cơ giúp nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán các hiện tượng này. Kết quả từ nghiên cứu không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc xây dựng mô hình địa cơ mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả khai thác.