CẢM ƠN ii
T ỔNG QUAN CÔNG TÁC ĐỔ TH Ả I VÀ CÁC NGHIÊN C Ứ U V Ề CÔNG TÁC ĐỔ TH Ả I T Ạ I CÁC M Ỏ THAN L Ộ THIÊN TRÊN TH Ế GI Ớ I VÀ
TỔNG QUAN CÔNG TÁC ĐỔ THẢ I VÀ CÁC NGHIÊN C Ứ U V Ề CÔNG TÁC ĐỔ TH Ả I TẠ I CÁC M Ỏ THAN L Ộ THIÊN TRÊN TH Ế GIỚI
1 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG BÃI THẢI MỎ LỘ THIÊN TRÊN THẾ GIỚI
1 1 1 Tổng quan về các mỏ lộ thiên
Khai thác lộ thiên, phương pháp đã tồn tại từ thời cổ đại, hiện nay là hình thức phổ biến nhất để khai thác khoáng sản rắn Phương pháp này có nhiều ưu điểm như năng suất khai thác cao, chi phí thấp cho mỗi đơn vị khoáng sản, vốn đầu tư thấp và thời gian xây dựng ngắn Ngoài ra, khai thác lộ thiên cũng cho phép thu hồi khoáng sản hiệu quả hơn và đảm bảo an toàn cao trong quá trình làm việc Trên toàn thế giới, tỷ trọng khai thác lộ thiên chiếm hơn 80% sản lượng khai thác, với 83% ở Mỹ và khoảng 70% ở các nước SNG, trong khi tại Nga, tỷ lệ này lên tới 91% cho quặng sắt và hơn 70% cho quặng kim loại màu.
60% than đá, gần như 100% vật liệu xây dựng được khai thác ở lộ thiên [82]
Sự phát triển của công nghệ khai thác lộ thiên và thiết bị cơ giới hóa đã làm tăng độ sâu của các mỏ lộ thiên, từ mức không quá 100 m vào nửa đầu thế kỷ XX lên 200÷300 m, và trong nửa sau đã đạt tới 600÷700 m Dự báo trong thế kỷ XXI, các mỏ lộ thiên sẽ có độ sâu khai thác lớn hơn 900 m Các mỏ sâu, được định nghĩa là những mỏ có độ sâu thiết kế từ 250÷300 m trở lên, có các đặc điểm chính như khai thác kết hợp, phương án vận tải đa dạng, năng lực sản xuất lớn (trên 15÷20 triệu tấn/năm đối với khoáng sản và 50÷60 triệu m³/năm đối với đá khối), thời gian tồn tại từ 40÷50 năm, và phát triển theo từng giai đoạn với sự tái thiết định kỳ.
Trên thế giới, nguồn than chủ yếu tập trung ở Bắc bán cầu, với 4/5 sản lượng thuộc về Trung Quốc, Hoa Kỳ, LB Nga, Ucraina, CHLB Đức, Ấn Độ và Ôxtrâylia Trung Quốc và Hoa Kỳ là hai quốc gia dẫn đầu về sản xuất than, trong khi Ấn Độ, Ôxtrâylia và Nga cũng đóng góp đáng kể, chiếm tới 2/3 tổng sản lượng toàn cầu Các khu vực chính bao gồm phía Bắc và Đông Bắc Trung Quốc, các bang miền Tây của Hoa Kỳ, vùng Ekibát và Xibêri của Nga, cùng với vùng Đônbát của Ucraina.
TT Tên mỏ Quốc gia Độ sâu, m
1 Bingham Canyon Mỹ 1200 4 3,8 Đồng, Molypden,
2 Chuquicamata Chile 850 4,3 × 3 Đồng, vàng, bạc, hetenium, selen
4 Thành công Nga 640 1,7 × 1,3 Kim cương
5 Escondida Chile 620 3,8 × 2,7 Đồng, Vàng, Bạc
7 Sibaysky Nga 600 2,0 × 2,0 Đồng, kẽm, lưu huỳnh
8 Batu Hijau Indonesia 550 2,5 × 2,2 Vàng, đồng
9 Escondida Notre Chilê 500 1,6 × 1,4 Đồng, Vàng, Bạc
Kovdorsky Nga là một trong những khu vực sản xuất quặng sắt và apatit lớn nhất thế giới, với diện tích 500 km² và trữ lượng đạt 2,3 × 1,6 triệu tấn Nếu tính toán bao gồm các quốc gia như Nam Phi, Đức, Ba Lan, và Triều Tiên, tổng sản lượng than toàn cầu có thể lên đến 80%.
Bảng 1 1 Kích thước một số mỏ lộ thiên sâu trên thế giới [91]
1 1 2 Các dạng bãi thải mỏ lộ thiên
Trong khai thác lộ thiên, việc bóc đi khối lượng lớn đất đá là cần thiết để thu hoạch khoáng sản Công tác thải đá bao gồm các thao tác tiếp nhận và chất xếp đất đá thải vào khu vực riêng theo phương thức và trình tự xác định Khu vực lưu giữ đất đá thải được gọi là bãi thải, đây là những công trình nhân tạo có kích thước lớn về khối lượng, trọng lượng hoặc chiều cao.
Bãi thải đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả khai thác và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và cảnh quan khu vực Việc lựa chọn vị trí bãi thải thường gần khu vực khai thác và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như địa chất, địa kỹ thuật, địa chất thủy văn, thủy văn, các thông số địa hình, khí hậu và môi trường.
Để phân biệt các loại bãi thải, cần chú ý đến vị trí của bãi thải, số lượng tầng thải đang hoạt động, điều kiện địa hình và phương tiện cơ giới hóa trong công tác thải đá.
Phương pháp tối ưu để xây dựng bãi thải phụ thuộc vào địa hình khu vực, điều kiện nền móng, thiết bị sẵn có và thiết kế tổng thể.
Các bãi thải mỏ lộ thiên hiện nay trên thế giới, đặc biệt là ở Việt Nam, có những đặc điểm nổi bật và được phân loại thành các dạng chủ yếu.
1 1 2 1 Theo vị trí xây dựng bãi thải a) Bãi thải trong
Bãi thải trong được hình thành trong quá trình khai thác các khoáng sản nằm ngang hoặc dốc thoải, với góc dốc nhỏ hơn 15 độ Chúng kéo dài theo hướng phương hoặc được sử dụng cho các khoáng sản có thân nằm gần nhau, cho phép khai thác một cách tuần tự.
Trong một số trường hợp, bãi thải trong được xây dựng ngay tại khai trường khi thân quặng phân bố theo dạng uốn nếp hoặc khi khai thác đồng thời nhiều vỉa Việc xây dựng bãi thải trong theo các dạng này giúp giảm chi phí vận chuyển đất đá và nâng cao hiệu quả khai thác.
Bãi thải ngoài được xây dựng ngoài biên giới khai thác của mỏ, nơi toàn bộ đất đá bóc được vận chuyển từ khai trường bằng các phương tiện như ô tô, băng tải, trục tải và đường sắt Đây là hình thức bãi thải thường gặp khi khai thác các thân quặng có dạng đơn tà, bối tà hoặc thân quặng cắm sâu với góc dốc lớn hơn 20 độ.
Tùy thuộc vào đặc điểm địa hình tự nhiên của khu vực đổ thải mà có thể phân loại thành các dạng bãi thải như sau:
- Bãi thải đổ dọc theo thung lũng
Trong quá trình đổ thải, đất đá thải có thể lấp một phần hoặc toàn bộ khu vực thung lũng Để ngăn chặn hiện tượng tích tụ nước mặt, bề mặt của bãi thải thường được cải tạo Đối với dạng đổ không lấp hoàn toàn thung lũng, cần xây dựng thêm các rãnh thoát nước và rãnh chuyển hướng dòng chảy, tùy thuộc vào đặc tính của khu vực.
- Bãi thải đổ lên một phía sườn dốc
Bãi thải trong dạng đổ thải được hình thành trên bề mặt dốc của địa hình mà không cản trở dòng chảy nước khu vực dọc theo sườn thung lũng Thiết kế góc nghiêng của sườn dốc bãi thải được đảm bảo để duy trì độ an toàn và ổn định lâu dài cho khu vực này Chân bãi thải có thể được đặt trên sườn nghiêng hoặc phẳng, tùy thuộc vào đặc điểm địa hình của thung lũng.
Bãi thải đổ hỗn hợp sườn dốc và thung lũng là một loại bãi thải đặc biệt, được xây dựng trên địa hình thung lũng Đất đá thải sẽ được đổ sang hai bên sườn thung lũng, trong khi sườn dốc của bãi thải được thiết kế nhằm đảm bảo độ ổn định cho toàn bộ khu vực.
- Bãi thải đổ trên các khu vực mặt bằng
TẠ I CÁC M Ỏ THAN L Ộ THIÊN VÙNG C Ẩ M PH Ả - QU Ả NG NINH 30
NGHIÊN C Ứ U CÔNG NGH Ệ ĐỔ TH ẢI ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ ĐẢ M BẢO ĐỘ ỔN ĐỊNH BÃI TRONG ĐIỀ U KI ỆN MƯA MÙA NHIỆT ĐỚ I CHO CÁC MỎ THAN L Ộ THIÊN VÙNG C Ẩ M PH Ả - QU Ả NG NINH 62
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI KỸ THUẬT ĐỔ THẢI TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH
2 1 ĐẶC ĐIỂM MƯA MÙA NHIỆT ĐỚI VÀ MÔ HÌNH LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO BÃI THẢI TẠI KHU VỰC CẨM PHẢ - QUẢNG NINH
2 1 1 Đặc điểm mưa mùa nhiệt đới tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh
Các mỏ lộ thiên tại Cẩm Phả, Quảng Ninh, tọa lạc trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hai mùa đặc trưng rõ rệt Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, trong khi mùa khô bắt đầu từ tháng 11.
Mưa ở khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh thường đạt đỉnh vào tháng 7 và tháng 8 hàng năm, với lượng mưa trung bình dao động từ 400 đến 600 mm Dữ liệu này được thống kê và thể hiện rõ trong Hình 2.
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Biểu đồ thể hiện lượng mưa hàng tháng từ năm 2011 đến 2018 tại các bãi thải khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh cho thấy sự biến động đáng chú ý Đặc biệt, tháng 7 năm 2015 ghi nhận trận mưa lịch sử với lượng mưa lên tới 1400 mm, gấp ba lần lượng mưa trung bình hàng năm của tháng này trong các năm trước đó.
- Lượng mưa lớn nhất trong 6 giờ là 249 mm tại Cửa Ông từ 13h đến 19h ngày
- Lượng mưa lớn nhất trong 12 giờ là 296 mm tại Bãi Cháy từ 19h ngày
- Lượng mưa ngày lớn nhất (24 giờ) là 437 mm tại Cửa Ông từ 19h ngày
- Lượng mưa 3 ngày lớn nhất (72 giờ) là 865 mm tại Cửa Ông từ 19h ngày
- Tổng lượng mưa lớn nhất cả đợt là 1 400 mm tại Cửa Ông từ 19h ngày
Theo Hình 2 1, trong giai đoạn 2011-2018, lượng mưa hàng năm không có sự thay đổi đáng kể Tuy nhiên, năm 2015 ghi nhận sự gia tăng đột biến về lượng mưa, dẫn đến lượng nước mưa chảy vào bãi thải cũ tăng từ 2 đến 4 lần so với các năm trước Từ sau năm 2015, lượng mưa hàng tháng trở nên khó lường và có xu hướng biến đổi.
Tùy vào lượng mưa hàng năm, việc gia cố các công trình rãnh đỉnh và đê chắn là cần thiết để ngăn ngừa nước mưa chảy vào các bãi thải Lượng nước mưa chảy trực tiếp vào các bãi thải đã được tính toán và thể hiện rõ trong Hình 2.
Hình 2 2 Lượng nước chảy vào các bãi thải ngoài theo số liệu mưa lớn nhất hàng năm từ 2011-2018 [5]
2 1 2 Mô hình lượng nước mưa chảy vào bãi thải
Bãi thải thường được đặt cách xa mực nước ngầm, và đất đá tại đây thuộc dạng không bão hòa, tức là có nhiều hơn hai pha Khi phân tích ứng suất của môi trường liên tục nhiều pha, pha trung gian khí - nước được xem như một pha độc lập, tạo thành hệ bốn pha bao gồm pha rắn, pha khí, pha nước và mặt ngoài căng hay mặt phân cách khí - nước Mô hình hóa dòng thấm trong đất đá không bão hòa khi có mưa được thể hiện rõ trong Hình 2.3.
Hình 2 3 Mô hình quá trình thẩm thấu nước mưa vào bãi thải [18]
Cường độ mưa (P) và hàm lượng nước ban đầu của đất đá gần bề mặt ảnh hưởng đến quá trình nước trong bãi thải Một phần lượng mưa sẽ chảy ra khỏi bề mặt tầng thải (Ro), một phần bốc hơi (Es), và phần còn lại sẽ thấm vào lớp gần bề mặt, làm tăng tạm thời lượng nước lưu trữ ở đây (ΔSW) Sau đó, nước trong lớp gần bề mặt sẽ giảm thông qua thoát hơi nước (ET) hoặc thấm xuống dưới (R), cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng mới hoặc sự kiện thấm khác xảy ra Mối quan hệ cân bằng nước gần bề mặt có thể được biểu diễn bằng công thức: ΔSW = P - Ro - Es - ET - R.
ΔSW đại diện cho sự thay đổi trong lượng nước lưu trữ của đất đá gần bề mặt, trong khi P là lượng mưa, Ro biểu thị dòng chảy nước mặt, Es là bốc hơi từ bề mặt, ET là thoát hơi nước từ các vật liệu gần bề mặt, và R thể hiện sự thẩm thấu đi xuống, dẫn đến quá trình xâm nhập vào bãi thải.
Fredlund và Rahardjo đã mô tả quá trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng trong đất khi xảy ra mưa và bốc hơi, đặc biệt trong vùng đất ở trạng thái bão hòa, như thể hiện trong Hình 2 4 [34].
Hình 2 4 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong đới không bão hòa [34]
Khi không có mưa và bốc hơi, áp lực lỗ rỗng có dạng đường thẳng giống áp lực thuỷ tĩnh Quá trình bốc hơi nước từ đất làm độ ẩm giảm, khiến đường áp lực nước lỗ rỗng dịch chuyển sang trái, tăng cường độ kháng cắt và hệ số ổn định mái dốc Vùng thay đổi lớn nhất nằm gần bề mặt đất, và thời gian bốc hơi lâu dài sẽ làm đường áp lực lỗ rỗng dịch chuyển xa hơn về bên trái, dẫn đến hạ thấp mực nước ngầm Khi có mưa, nước mưa thấm vào đất, làm đường áp lực nước lỗ rỗng dịch chuyển sang phải, thu hẹp vùng không bão hoà và giảm cường độ kháng cắt, gây mất ổn định mái dốc.
Khi lượng mưa và bốc hơi nước phân bố đồng đều trong năm với lượng mưa thấp, hầu hết nước sẽ thấm vào bề mặt bãi thải và bay hơi, chỉ một lượng nhỏ nước thấm xuống bãi thải.
Vùng đất dưới đường bão hòa có áp lực nước lỗ rỗng dương, trong khi vùng đất không bão hòa có áp lực nước lỗ rỗng âm Quá trình bốc hơi nước từ bề mặt đất làm tăng áp lực nước lỗ rỗng âm, khiến đất khô hơn Ngược lại, nước mưa và dòng chảy mặt thấm vào đất sẽ làm tăng độ ẩm và giảm áp lực nước lỗ rỗng âm Đối với đất không bão hòa, Fredlund và cộng sự (1978) đã đề xuất sử dụng tổ hợp biến trạng thái ứng suất gồm ứng suất pháp thực (σ - ua) và lực hút dính (ua - uw) để biểu thị cường độ kháng cắt, với phương trình có dạng [20], [23], [34].
f=c’+(-ua)tg’+(ua-uw) tgb (2 2)
Cường độ kháng cắt của đất (f) được xác định bởi lực dính đơn vị (c’), ứng suất pháp thực ((σ– u a)), và lực hút dính (ua – uw) Góc ma sát trong (φ’) và góc ma sát biểu kiến (φb) thể hiện sự gia tăng cường độ kháng cắt theo lực hút dính Ứng suất pháp tổng (σ) và áp lực nước lỗ rỗng (uw) cũng là những yếu tố quan trọng, bên cạnh áp lực khí lỗ rỗng (ua), trong việc phân tích tính chất cơ học của đất.
Cường độ kháng cắt của đất không bão hòa cao hơn so với đất bão hòa nhờ vào thành phần (ua-uw) tgb, cho thấy sự gia tăng này là do lực hút dính Tuy nhiên, khi áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng lên, sức kháng cắt sẽ bị suy giảm, dẫn đến nguy cơ sạt lở và trượt đất.
2 1 3 Các biến dạng bãi thải
Biến dạng trên sườn dốc đổ thải xảy ra do mất cân bằng bên trong khối vật liệu Các yếu tố như tính chất của đất đá thải và điều kiện nền bãi thải có thể dẫn đến sự thay đổi các thông số của bãi thải, gây ra hiện tượng trượt lở và mất ổn định.
2 1 3 1 Các dạng trượt lở liên quan tới tính chất nền thải
Trượt lở có liên quan tới tính chất nền bãi thải gồm các dạng sau [9]: a) Trượt lở dạng khối quay
TÍNH TOÁN TH Ử CHO M Ỏ THAN CAO SƠN VÙNG CẨ M PH Ả - QUẢ NG NINH 117
NGHIÊN C Ứ U CÔNG NGH Ệ ĐỔ THẢI ĐẤT ĐÁ HỢP LÝ ĐẢ M BẢO ĐỘ ỔN ĐỊNH BÃI TRONG ĐIỀ U KI ỆN MƯA MÙA NHIỆT ĐỚI CHO CÁC
M Ỏ THAN L Ộ THIÊN VÙNG C Ẩ M PH Ả - QU Ả NG NINH
3 1 PHÂN LOẠI CÁC BÃI THẢI
Sự phân loại độ ổn định bãi thải phụ thuộc vào nhiều thông số quan trọng như độ cao, dung tích, góc dốc, độ dốc nền, bề mặt nền, khả năng chịu lực, chất lượng vật liệu đổ thải, phương pháp xây dựng, tốc độ đổ và khả năng địa chấn Các thông số này có thể được đánh giá và cho điểm theo hệ thống phân loại như trong Bảng 3.1, từ đó tổng điểm các thông số sẽ là cơ sở để phân loại bãi thải một cách chính xác.
Bả ng 3 1 Phân lo ại và đánh giá các thông số k ỹ thu ật bãi th ải [17]
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định
Mức độ Các thông số chính của bãi thải Điểm đánh giá
Rất dốc > 25° 200 Địa mạo khu vực đổ thải
Thuận lợi Đổ trong thung lũng hẹp, phía dưới không có công trình cần bảo vệ 0
Thuận lợi vừa phải Đổ trên sườn núi hoặc thung lũng rộng, bề mặt lồi lõm 50
Không có các bờ bảo vệ để hỗ trợ quá trình phát triển 100
Khả năng chịu lực của nền bãi thải Đủ khả năng tải
Vật liệu nền cứng hoặc độ cứng lớn hơn vật liệu đổ; không tuân theo áp suất lỗ rỗng; không có cấu trúc địa chất bất lợi
Trung bình Giữa loại đủ khả năng tải và loại yếu 100
Khả năng chịu lực hạn chế, đất yếu; chịu áp lực lỗ rỗng khi tải; điều kiện nước ngầm bất lợi, suối hoặc các dòng rò rỉ
Chất lượng vật liệu đổ thải
Cao Độ bền lớn có xấp xỉ 10% bụi mịn 0
Trung bình Độ bền vừa phải, có tới 10÷20% bụi mịn 100
Kém Đá yếu độ bền thấp; có hơn 25% bụi mịn 200
Phương pháp xây dựng bãi thải
Thuận lợi các tầng thải có chiều cao thấp (h50 m, bề rộng đai bảo vệ nhỏ; đổ tự do xuống 200
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định
Mức độ Các thông số chính của bãi thải Điểm đánh giá
Các điều kiện khí hậu
Thuận lợi Áp suất thấp, nền bãi thải không bị thấm; Trong bãi thải không có mực nước ngầm; lượng mưa thấp Qmưa 1000 mm/năm; mực nước ngầm trong bãi thải lớn
Chậm < 25 m /m đỉnh/ngày; tốc độ tiến của 3 đỉnh < 0,1 m/ngày 0
Vừa phải 25÷200 m /m đỉnh/ngày; tốc độ tiến 3 của đỉnh 0,1–1,0 m/ngày 100
Cao > 200 m /m đỉnh/ngày; tốc độ tiến của 3 đỉnh > 1,0 m/ngày 200
Thấp Các vùng nguy cơ động đất thấp 0
Vừa phải Các vùng nguy cơ động đất vừa 50
Cao Các vùng nguy cơ động đất mạnh được đánh giá qua 100 điểm xếp loại, phản ánh mức độ ảnh hưởng của các thông số được chỉ định cho từng yếu tố Các yếu tố này được trọng số theo quan điểm của NCS về tầm quan trọng tổng thể, dẫn đến tổng điểm cao hơn cho thấy độ ổn định tương đối thấp hơn và ngược lại Phạm vi giá trị tổng điểm cho các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả được tổng hợp trong Bảng 3.2.
Tổng số điểm đánh giá
Nguy cơ trượt lở Mức độ khảo sát, thiết kế và xây dựng
Gần như không đáng kể
Có khảo sát khu vực đổ thải; thử nghiệm tối thiểu trong phòng thí nghiệm; thường xuyên kiểm tra độ ổn định, có thể sử dụng biểu đồ
Khảo sát khu vực kỹ lưỡng với các hố thử nghiệm và lấy mẫu cần thiết; kiểm tra chỉ số trong phòng thí nghiệm có thể bị hạn chế Độ ổn định có thể ảnh hưởng đến thiết kế, do đó yêu cầu phân tích độ ổn định cơ bản Cần thực hiện giám sát thường xuyên bằng phương pháp trực quan và dụng cụ.
Khảo sát khu vực chi tiết theo từng giai đoạn là cần thiết, bao gồm việc yêu cầu các hố thử nghiệm và có thể cần khoan hoặc tiến hành các cuộc điều tra nền bãi thải Việc lấy mẫu nguyên dạng và kiểm tra chi tiết trong phòng thí nghiệm, như chỉ số các tính chất, độ bền cắt và thử nghiệm độ bền, có thể được yêu cầu Sự ổn định ảnh hưởng đến thiết kế và có thể kiểm soát thiết kế, do đó yêu cầu phân tích độ ổn định chi tiết, bao gồm cả các nghiên cứu tham số, là rất quan trọng.
Cao Điều tra chi tiết bao gồm việc thực hiện các hố thử nghiệm và rãnh, có thể cần khoan và khảo sát nền bãi thải, cùng với việc lấy mẫu nguyên dạng Kiểm tra trong phòng thí nghiệm cần tập trung vào các chỉ số như độ bền cắt và độ bền Phân tích độ ổn định chi tiết sẽ bao gồm nghiên cứu tham số và đánh giá các lựa chọn thay thế Báo cáo thiết kế chi tiết giai đoạn II có thể cần thiết để được phê duyệt hoặc cấp phép, đồng thời giám sát thiết bị cũng là yêu cầu quan trọng để xác nhận thiết kế.
Bảng 3 2 Phân lo ại bãi th ải theo điề u ki ệ n ổn định
FoS chấp thuận ổn định tối thiểu cho các bãi thải
Thiết kế dựa trên các thông số độ bền cắt được đo trong phòng thí nghiệm
2 Thiết kế bãi thải xem xét gia tốc địa chấn tối đa tại vị trí đặt bãi thải 1,2 1,1 1,0
TT Tên Bãi thải Tổng điểm đánh giá Phân loại theo nguy cơ mất ổn định
1 Đông Cao Sơn 650 Trung bình
Tại các bãi thải chính như Đông Cao Sơn, Bàng Nâu, Nam Khe Tam, các thông số hình học, đất đá đổ thải và nền bãi thải đã được trình bày ở chương 1 được phân loại và đánh giá chi tiết trong Bảng 3.3.
Bảng 3 3 Phân lo ạ i các bãi th ải lớ n t ại vùng C ẩm Phả theo nguy cơ mấ t ổn định
3 2 XÂY DỰNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH BÃI THẢI
3 2 1 Lịch sử phát triển của các tiêu chí chấp nhận độ ổn định
Cơ quan Thực thi và An toàn Bom mìn Hoa Kỳ (MESA) là một trong những tổ chức đầu tiên đề xuất tiêu chí chấp nhận độ ổn định tối thiểu cho các bãi thải đá Trong hướng dẫn thiết kế bãi thải than năm 1975, MESA đã đưa ra một loạt giá trị hệ số an toàn (FoS) tối thiểu, phụ thuộc vào mức độ nguy hiểm được nhận thức và các giả định cơ bản trong phân tích độ ổn định.
Bảng 3 4 Tiêu chí (FoS) tối thiểu tùy thuộc vào mức độ nguy hiểm theo mức độ tin cậy các thông số thiết kế năm 1975 [54]
Trong Sổ tay hướng dẫn về độ dốc mỏ lộ thiên năm 1977, Trung tâm Khai thác và Luyện kim Canada (CANMET) đã đưa ra các hướng dẫn về hệ số an toàn (FoS) tối thiểu nhằm đảm bảo các điều kiện ổn định cho thiết kế mỏ.
Trường hợp A Trường hợp B Ổn định bề mặt bãi thải
- Trong thời gian xây dựng
- Trong thời kỳ hoàn thiện
1,0 1,1 Ổn định toàn bãi thải
- Trong thời gian xây dựng
- Trong thời kỳ hoàn thiện
- Xét ảnh hưởng do động đất
TT Giả định FoS chấp thuận ổn định tối thiểu cho các bãi thải
1 Các thông số độ bền cắt từ thử nghiệm đại diện 1,5 1,4 1,3
Dựa trên gia tốc địa chấn dự kiến tối đa 1,3, 1,2 và 1,1, công trình kè thải, bao gồm các bãi chứa đá thải, được thiết kế dựa trên các thông số sức chống cắt giả định và các dạng mất ổn định Năm 1982, Cục Mỏ Hoa Kỳ (USBM) đã sửa đổi hướng dẫn ban đầu của MESA, vốn chỉ áp dụng cho các bãi thải than, mở rộng ứng dụng cho quặng đuôi và bãi thải đất đá, như được thể hiện trong Bảng 3.5.
Bảng 3 5 Tiêu chí (FoS) tối thiểu tùy thuộc vào mức độ nguy hiểm theo mức độ tin cậy các thông số thiết kế năm 1982 [74]
Các tiêu chí chấp nhận độ ổn định cho bãi thải đá được công bố bởi Ủy ban Nghiên cứu bãi thải đá (BCMWRPRC) vào năm 1991 trong Sổ tay Điều tra và Thiết kế - Hướng dẫn Tạm thời Các tiêu chí FoS tối thiểu được nêu trong Bảng 3 6, bao gồm việc xem xét quy mô bất ổn như trượt lở cục bộ, trượt toàn bộ và trượt sâu, cùng với cơ sở thiết kế cho các giai đoạn xây dựng, vận hành ngắn hạn và đóng cửa dài hạn Ngoài ra, độ tin cậy trong các tham số đầu vào và phương pháp phân tích cũng được xem xét, cùng với hậu quả của sự bất ổn.
Bảng 3 6 Tiêu chí chấp nhận độ ổn định năm 1991 [17] Điều kiện ổn định Giá trị hệ số an toàn thiết kế tối thiểu
Trường hợp A: - Mức độ tin cậy các thông số phân tích an toàn thấp;
- Trượt lở gây hậu quả lớn;
- Các phương pháp phân tích mô phỏng các điều kiện vật lý bãi thải kém;
- Đánh giá cơ học các trượt lở có độ tin cậy nhỏ
Trường hợp B: - Mức độ tin cậy các thông số phân tích an toàn cao;
- Trượt lở gây hậu quả lớn;
- Các phương pháp phân tích mô phỏng các điều kiện vật lý bãi thải tốt;
- Đánh giá cơ học trượt lở có độ tin cậy cao
3 2 2 Đề xuất các tiêu chí chấp nhận độ ổn định
Công trình [65] đã phát triển một ma trận tiêu chí ổn định chấp nhận, áp dụng phương pháp ma trận với các đặc điểm tương đồng trong việc đánh giá rủi ro định tính.
Các giá trị ổn định (FoS) chấp nhận được và tiêu chí xác suất bổ sung cho xác suất xảy ra trượt lở tối đa cho phép đã được xác định cho các phân tích tĩnh (Hình 3.1).
Hình 3 1 Hệ số an toàn so với xác suất trượt lở tối đa [65]
TT Mức độ tin cậy Chỉ số RI Xác xuất trượt lở PoF
Sử dụng phương pháp mô hình số trong phân tích dự báo ổn định bãi thải mang lại độ chính xác cao hơn so với phương pháp truyền thống Do đó, các tiêu chí tạm thời mới được đề xuất nhằm giới hạn mức độ biến dạng tối đa cho phép của bãi thải Lượng biến dạng cho phép, được định nghĩa là 'biến dạng', được tính bằng chuyển vị cắt tích lũy dọc theo một đường trượt lở trong điều kiện địa chấn, chia cho chiều dài của nó và được biểu thị dưới dạng phần trăm.
Theo các tiêu chí được thiết lập vào các năm 1975, 1982, 1991 và phù hợp với Hướng dẫn thiết kế góc dốc mỏ lộ thiên, cũng như Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác mỏ lộ thiên, NCS đề xuất các tiêu chí chấp nhận độ ổn định và độ tin cậy Trong đó, chỉ số độ tin cậy (RI) được sử dụng để đánh giá độ ổn định của bãi thải, liên quan đến xác suất xảy ra trượt lở Các giá trị của RI được xác định dựa trên biên độ an toàn MS, phản ánh lực giữ của bãi thải.
- Lực trượt RI liên quan đến giá trị trung bình (μ) và độ lệch chuẩn (σ) của MS và) và độ lệch chuẩn (σ) của MS và xác định theo công thức:
Trong đú: RI - chỉ số độ tin cậy; à - giỏ trị trung bỡnh của FoS; FoS - hệ số an toàn; ϭ - độ lệch chuẩn của biên độ an toàn
Chỉ số độ tin cậy thể hiện cơ chế của vấn đề và mức độ không chắc chắn của các thông số đầu vào Sự kết hợp giữa hệ số ổn định và chỉ số độ tin cậy cho phép xác định chính xác hơn hiện tượng trượt lở, đặc biệt khi các thông số đầu vào thấp hơn giá trị RI được xác định trong Bảng 3.7.
Bảng 3 7 Các mức độ tin cậy liên quan đến xác suất trượt lở [52] b Xác xuất trượt lở (PoF):