Giáo trình Thoát nước mỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

GIÁO TRÌNH

THỐT NƯỚC MỎ

Hà Nội, 2016
1


Chương 1

ĐIỀU KIỆN NGẬP NƯỚC CỦA CÁC MỎ
VÀ PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ
1.1. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NGẬP NƯỚC CỦA MỎ

Dòng chảy vào mỏ chịu ảnh hưởng của chiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Đề
thấy rõ những ảnh hưởng đó, chúng ta hãy xem xét một vùng mỏ cụ thể - vùng Quảng
Ninh.
1.1.1. Các yếu tố tự nhiên
a) Lượng mưa:
Vùng than Quảng Ninh là nơi có lượng mưa trung bình năm lớn. Nó đã có ảnh
hưởng đến các dịng chảy vào các cơng trình khai thác. Về mùa mưa dịng chảy đạt
gia trị cực đại, cịn mùa khơ đạt giá trị cực tiểu.
Bảng 1.1: Dịng chảy vào các cơng trình khai thác than
Dịng chảy nhiều năm (m3/h)
Cơng trình và
Hệ số
Mỏ than
mức khai thác

biến đổi
Trung
Cực đại Cực tiểu
(m)
từng năm
bình
Mơng Dương
Giếng -97,5
181,5
235,5
41,00
3-6
Cọc Sáu
Moong -60,0
200,0
460,1
12,50
85
Cọc Sáu- Q. Lợi Lị bằng -80,0
13,79
50,4
0,94
41-54
Đèo Nai
Moong +122
183,3
431,2
20,81
62-113
Đơng Lộ Trí

Lị bằng +130
132,81
915,8
24,20
11-90
Tây Khe Sim
Lò bằng +130
66,31
181,8
12,60
10-15
Hà Lầm
Lò bằng -16
43,18
124,9
12,14
6-10
Mạo Khê
Lò bằng +56
149,8
575,0
46,20
8-11
Vàng Danh
Lò bằng +122
288,98
3313,9
46,00
26-72
Cánh Gà

Lò bằng +135
33,65
127,0
9,00
6-8
Hiện tượng ngập nước ở các mỏ sau các trận mưa lớn xảy ra gần như thường
xuyên. Tại các mỏ Hà Lầm có năm cột nước trong lò tới 1,4 – 1,6m (bảng 1.2).

2


Bảng 1.2: Tình hình ngập nước của các cơng trình khai thác sau các trận mưa ở
mỏ Hà Lầm
Năm
Đặc điểm trận mưa
Tình hình ngập nước của các cơng trình
Thời gian kéo
Lượng mưa khai thác
dài (ngày)
(mm)
1990
8
359,9
Lò Hữu Nghị ngừng khai thác
1992
5
309,4
Lò vận chuyển mức -50 bị ngập với cột
nước cao 1,4 m.
1994

4
437,3
Vẫn lị trên bị ngập với cột nước cao 1,0m
1995
4
717,9
Tồn bộ mỏ bị ngập
Tùy thuộc vào phương pháp khai thác (lộ thiên hoặc hầm lò), chiều sâu khai
thác, hệ thống biến đổi (tỷ số giữa dịng chảy trung bình cực đại và dịng chảy trung
bình cực tiểu) khơng giống nhau (xem bảng 1.1). Đối với các mỏ lộ thiên như Cọc
Sáu, Đèo Nai hệ số biến đổi dòng chảy 62-113; đối với các mỏ khai thác hầm lị thì
hệ số này từ 3-54. Ở những mỏ dòng chảy chịu ảnh hưởng của dịng mặt như Vàng
Danh, Mơng Dương hệ số biến đổi dòng chảy cũng chỉ đạt 72. Trị số dịng chảy vào
cơng trình khai thác hầm lị tăng sau trận mưa từ 8 đến 36 giờ.
Lưu lượng nước dòng chảy vào các cơng trình khai thác than Vùng Quảng
Ninh có quan hệ đường thẳng với lượng mưa. Hệ số tương quan r = 0,617 – 0,903.
b) Địa hình khu vực:
Phần lớn các mỏ than Quảng Ninh nằm trong vùng đồi núi. Địa hình bị phân
cắt mạnh, tạo điều kiện thuận lợi cho thốt nước mặt. Mơ - đun dịng chảy chung
26,5 – 53,2 l/s.km2.
Trong vùng phân thủy mực nước ngầm nằm rất sâu (60-70m). Các cơng trình
khai thác trong vùng này thường khơng có nước. Ví dụ, ở Mạo Khê khi khai thác vỉa
7 ở lị BM/5 có độ cao tuyệt đối ở cửa lò là +248,5m thực tế khơng có nước.
Những cơng trình nằm trong vùng thung lũng sơng suối thường có lượng nơpcs
chảy vào lớn. Dịng chảy trung bình năm sau khi tram xi măng các đoạn lịng suối
nằm trên lị cơng trình +122 ở mỏ Vàng Danh có thể đạt tới 200-300 thậm chí 500
m3/h.
3

Trên cơ sở số liệu dòng chảy thực tế đo được trong thời gian khơi phục lị +122
Vàng Danh Đ.I.Dêlênơpxki đã lập mối tương quan giữa dòng chảy và lượng mưa ở
vùng đỉnh phân thủy và vùng thung lũng. Kết quả cho thấy, ở các vùng thung lũng
lượng mưa chảy vào lò chiếm 80-85%, còn ở vùng phân thủy chỉ chiếm 15-20% tổng
dịng chảy chung.
c) Q trình thấm của các dịng mặt:
Q trình thấm của nước từ các dịng chảy qua hoặc gần các mỏ cũng làm cản
trở cho công tác khai thác than kể cả lộ thiên cũng như hầm lị do tăng dịng chảy
vào các cơng trình khai thác.
Tại mỏ Mông Dương mặc dù đã để lại trụ bảo vệ, nhưng các cơng trình chính
ở địa tầng -97,0m cách sông Mông Dương 300m, vẫn xảy ra hiện tượng nước từ phía
sơng chảy vào theo các lớp sa thạch, cuội kết nứt nẻ với lưu lượng 8-10 m3/h.
Lưu lượng dịng chảy vào các cơng trình khai thác có quan hệ đường thẳng
với lưu lượng dòng mặt. Hệ số tương quan r=0,775.
d) Thành phần thạch học:
Tiến hành xác định các loại đá có tính thấm nước và tỷ lệ về chiều dày của
chúng. Ví dụ trong vùng than Quảng Ninh đất đá chứa nước và thấm nước tốt là cuội,
sạn, cát kết nứt nẻ. Đất đá không chứa nước hoặc thấm nước yếu là bột, sét kết và
than. Do sự khác nhau về tỷ lệ giữa đất đá chứa nước và cách nước nên cùng một
điều kiện nhưng lưu lượng chảy vào cơng trình khai thác, tiến hành thống kê tỷ lệ đá
thấm nước tốt so với bề dày chung. Kết quả cho thấy đá thấm nước tốt chiếm 3972% tổng bề dày địa tầng chứa than. Tỷ lệ trung bình đối với dải Mạo Khê – Bãi
Cháy 58%, dải than Bảo Đài – Yên tử 55,5%, Dải than Hòn Gai – Cẩm Phả 54%.
Đặc điểm này là nhân tố chủ yếu làm cho dịng chảy vào các cơng trình khai thác
than vùng Quảng Ninh có trị số khơng lớn.
đ) Mức độ nứt nẻ của đá:
Nước dưới đất trong vùng nghiên cứu chủ yếu chưa trong các khe nứt (phong
hóa, kiến tạo). Đới nứt nẻ mạnh nhất có thể đạt tới chiều sâu 150-200m. Từ độ sâu
150 – 200m trở xuống mức độ nứt nẻ và hệ số thấm của đá giảm dần.
Bảng 1.3: Sự thay đổi hệ số thấm theo chiều sâu trong vùng than Quảng Ninh
4

Dải
than

Đến
50

Hệ số thấm trung bình (m/ng) theo chiều sâu (m)
50- 100- 150- 200- 250- 300- 350- 400100
150
200
250
300
350
400
450

450500

Hòn
Gai0,119 0,029 0,037 0,020 0,015 0,014 0,014 0,011 0,009 0,009
Cẩm
Phả
Bảo
Đài0,125 0,060 0,054 0,050 0,012 0,010 0,008 0,003
Yên
Tử
Mạo
Khê

0,183 0,130 0,116 0,067 0,053 0,030 0,022 0,018
– Bãi
Cháy
Về mặt tốn học quan hệ đó được biểu thị bằng biểu thức:
Lgk = a+b.Z
Trong đó: k – hệ số thấm, m/ng;
Z – Chiều sâu nghiên cứu, m;
a, b – các thông số.
Đối với các dải than vùng Quảng Ninh hệ số a thay đổi từ -0,63 đến -1,17 và
b từ -0,0031 đến -0,0034.
Bảng 1.4: Các thông số a và b
Thông số
Hệ số tương quan
Dải than
r
a
b
Bảo Đài – Yên Tử
-1,1112
-0,0032
-0,67
Mạo Khê – Bãi Cháy
-0,6293
-0,0031
-0,57
Hòn Gai – Cẩm Phả
-1,1686
-0,0034
-0,62
Mức độ nứt nẻ của đá giảm theo chiều sâu là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự

thay đổi tính thấm và tính chứa nước của chúng.
Bảng 1.5: Sự thay đổi độ dẫn nước và tỷ lưu lượng lỗ khoan theo chiều sâu
Độ dẫn nước trung bình
Tỷ lưu lượng trung bình
Chiều sâu (m)
2
(m /ng)
(l/s.m)
Đến 200m
3,94
0,0414
Từ 200 đến 300m
1,81
0,0239
5


g) Các đứt gãy kiến tạo:
Vùng than Quảng Ninh nằm trong vùng uốn nếp Đơng Bắc Việt Nam. Tồn
bộ diện tích chứa than được chia thành nhiều khối bởi 220 đứt gãy lớn nhỏ khác
nhau. Diện tích trung bình của các khối 1,37 – 7,13 km2.
Ở mỏ than Vàng Danh, Mạo Khê, Đơng Lộ Trí và một số các mỏ khác nhận
thấy, trên một mét lõi khoan trong đới phá hủy kiến tạo có tới 10-50 khe nứt, trong
điều kiện bình thường chỉ đạt 5-7 khe nứt. Song, khơng phải tất cả các đứt gãy đều
chứa nước như nhau. Các đứt gãy á vĩ tuyến có đới phá hủy bị nén ép mạnh, những
khe nứt trong đứt gãy bị lấp đầy bởi vật chất vỡ vụn của đất đá lân cận. Do đó, mức
độ chứa của đới phá hủy của hệ thống đứt gãy á vĩ tuyến không lớn lắm, lượng nước
chảy vào các cơng trình khai thác từ các đứt gãy này không đáng kể.
Đất đá trong đới phá hủy của các đứt gãy á kinh tuyến nứt nẻ mạnh, nên chứa
nước tốt. Các cơng trình khai thác đi qua các đới phá hủy của các đứt gãy này gặp

nước chảy vào nhiều. Lưu lượng đạt tới 9-10 m3/h (khi đào đường hầm xe lửa từ Khe
Chàm qua Tây Khe Sim).
1.1.2. Các nhân tố nhân tạo
Quá trình xây dựng các xí nghiệp mỏ và khai thác than đã ảnh hưởng rất lớn
đến cung cấp và thoát nước dưới đất.
a) Chiều sâu và diện tích khai thác:
Các cơng trình khai thác như moong, giếng, lị chính là các miền thốt nước
cục bộ của các tầng, phức hệ chứa nước. Nhờ tài liệu quan trắc ở một số mỏ có thể
xác định được lưu lượng thốt từ các cơng trình khai thác ở mỏ Đơng Lộ Trí, Tây
Khe Sim, Hà Lầm và Mơng Dương ở các cao trình khác nhau (xem bảng 1.6). Các
số liệu trong bảng 1.6 cho thấy lượng nước chảy vào một đơn vị diện tích khai thác
ở những mỏ có độ sâu lớn nhỏ hơn ở những mỏ có độ sâu nơng.
Khác với mở rộng khai thác theo chiều sâu, mở rộng khai thác theo diện tích
lại tạo điều kiện cung cấp thuận lợi cho nước dưới đất. Nhiều moong khai thác đã trở
thành các hồ chứa nước cung cấp thường xuyên cho nước dưới đất, như các hồ Para
Lộ Trí, Moong số 1 và số 2 Tân Lập…

6


Bảng 1.6: Dịng chảy vào các cơng trình khai thác ở các mức khác nhau

Mỏ
Đơng Lộ Trí
Tây Khe Sim
Hà Lầm
Mơng Dương

Cơng trình
khai thác

Lị Bằng
Lị Bằng
Lị Hữu Nghị
Lị Đơng
Lị Giếng

Mức khai
thác
(m)
+130
+130
-16
-50
-97,5

Diện
Tổng
Dịng chảy
tích khai
dịng chảy
đơn vị
thác
(m3/h)
(m3/h.km2)
(km2)
0,78
132,81
170,24
0,35
66,312

189,46
0,70
43,18
61,69
0,72
23,64
32,83
0,203
83,086
17,03

Ngay trong q trình thi cơng các cơng trình khai thác cũng đã quan sát thấy
dịng chảy vào các cơng trình tăng theo sự mở rộng diện tích của chúng. Giữa dịng
chảy vào các cơng trình và chiều sâu khai thác có quan hệ đường thẳng. Hệ số tương
quan r từ -0,629 đến -0,668.
b) Nổ mìn khi đào lị:
Việc nổ mìn trong q trình đào lị khi gặp đá cứng làm cho đá xung quanh lò
nứt nẻ mạnh. Kết quả đó làm tăng tính thấm và tính chứa nước của chúng. Điều này
đã được chứng minh bằng kết quả bơm nước từ lỗ khoan nằm trong đới ảnh hưởng
của các cơng trình đang hoạt động. Thí dụ, ở mỏ Lộ Trí, trước khi nổ mìn tỷ lưu
lượng bơm nước thí nghiệm của lỗ khoan 110 trong phạm vi của mỏ chỉ đạt 0,0086
– 0,08 l/s.m, sau khi nổ mìn đã tăng tới 0,29 l/s.m.
c) Các cơng trình khai thác đã bỏ:
Các cơng trình khai thác đã ngừng hoạt động là những nơi tích tụ nước. Chúng
đã gây ra bục nước vào cơng trình khai thác mới chạy qua. Hiện tượng này đã xảy ra
ở mỏ Kế Bào, Mơng Dương, Thống Nhất, Lộ Trí, Vàng Danh với lưu lượng nước
ban đầu rất lớn, có thể đạt tới 1105,2 m3/h.
1.2. SỰ TẠO THÀNH DỊNG CHẢY VÀO CÁC CƠNG TRÌNH MỎ
Dịng chảy vào các cơng trình mỏ có thể được thành tạo từ nhiều nguồn nước
khác nhau. Muốn đánh giá được từng nguồn nước riêng biệt cần phải tổ chức nghiên

cứu lâu dài về các nguồn nước tham gia thành tạo dịng chảy đó.
Khi khai thác các mỏ bằng phương pháp lộ thiên hoặc hầm lị, các cơng trình
mỏ có thể bị ngập nước do nhiều nguồn khác nhau. Trên cơ sở phân tích tài liệu thực
7


tế dịng chảy chung (Qchung) vào các cơng trình khai thác (vào moong hoặc đồng mỏ)
có thể biểu diễn dưới dạng phương trình cân bằng nước sau đây:
Q t Q dh
Q chung = Q d + +
+ Q kt
t
t
Trong đó:
Qd – trữ lượng động tự nhiên của tầng chứa nước cần tháo khô trong giai đoạn
khai thác mỏ;
Qt và Qdh - trữ lượng tĩnh và trữ lượng đàn hồi của các tầng chứa nước;
Qkt – lượng nước kéo theo do thấm của nước mặt hoặc thấm xuyên của nước
từ các tầng chứa nước trên quặng;
t – thời gian khai thác.
Nghiên cứu và đánh giá câu trúc cân bằng dòng chảy chung vào các cơng trình
mỏ là vấn đề rất quan trọng của cơng tác chỉnh lý trong phịng các tài liệu nghiên cứu
tổng hợp. Đánh giá các nguồn nước thành tạo vào moong hoặc ruộng mỏ cho khả
năng điều chỉnh chính xác hệ thống bảo vệ các cơng trình mỏ khỏi nước dưới đất và
nước mặt, cũng như lựa chọn nhanh chóng phương hướng nghiên cứu và sơ đồ các
trạm quan trắc động thái dịng chảy vào các cơng trình mỏ.
Phân tích đánh giá các thành phần tham gia thành tạo dịng chảy vào hệ thống
các cơng trình mỏ được hợp lý nhất nhờ lập đồ thị tổng hợp giữa dòng chảy với thời
gian ∑ Q = f(t) và các đồ thị quan hệ dòng chảy với các yếu tố cơ bản thành tạo dòng
chảy (lượng mưa, dòng mặt, diện tích và chiều sâu khai thác…). Lập đồ thị động thái

mực nước dưới đất của các lỗ khoan quan trắc đặt ở các khu khác nhau của phễu hạ
thấp mực nước (ở trung tâm và phần rìa của phễu). Trên cơ sở đã lập, sử dụng phương
pháp cắt thủy đồ dòng chảy và quan hệ tương quan giữa dòng chảy với các yếu tố
thành tạo dòng chảy ở các khu địa hình khác nhau (phân thủy, sườn dốc và thung
lũng).
Khi xác định các dòng chảy thành phần trong thực tế nghiên cứu địa chất thủy
văn mỏ có thể sử dụng hàm trend (xu thế) để xác định dòng chảy vào mỏ.
Nội dung của phương pháp này có thể nêu tóm tắt như sau: Dòng chảy chung
vào mỏ (Qt) được thành tạo từ phần trữ lượng nước dưới đất mà quy luận biến đổi
của nó chịu tác động của hồn cảnh địa chất - địa chất thủy văn Q∗(t) và phần trữ
lượng biến đổi do kết quả thay đổi điều kiện cung cấp của tầng chứa nước (∆Q). Do
đó có thể biểu diễn dưới dạng:
Q (t) = Q∗(t) + ∆Q
Khi đó quy luật thay đổi dịng chảy trung bình năm được biểu thị bằng hàm
trend. Hàm đó có thể biểu diễn dưới dạng một đa thức bậc n.
8


Q∗(t) = α0 + α1 . t + α2 . t 2 + ⋯ + αn t n
Trong đó:
t – thời gian quan trắc dòng chảy;
α0 , α1 , … , αn – các hệ số.
Từ biểu thức trên cho thấy muốn nghiên cứu quy luật biến đổi của dòng chảy
vào các cơng trình khai thác cần phải có các số liệu quan trắc dòng chảy thực tế ở
các thời điểm khác nhau. Trên cơ sở các tài liệu đó tiến hành lập các hàm trend bậc
I, bậc II, bậc III… cho đến khi nào nhận được mơ hình trend bậc k thỏa mãn nguồn
tài liệu thực tế.
Mức độ tương ứng của mơ hình trend với thực tế được đánh giá bằng hệ số
tương quan R. Tiêu chuẩn để chọn mơ hình trend như sau:
R≥0,3, có trend;

R≥0,7, có trend lý tưởng
R≥0,8, có trend rất lý tưởng.
1.3. PHÂN LOẠI ĐỊA CHẤT THỦY VĂN MỎ
Để nâng cao độ tin cậy các kết quả thăm dò, đánh giá lượng nước chảy vào
mỏ, cần phải tiến hành phân loại địa chất thủy văn các mỏ khoáng sản.
Phân loại địa chất thủy văn các mỏ khống sản khơng phải là vấn đề mới, đã
được các nhà nghiên cứu quan tâm. Bảng phân loại có liên quan đến cơng tác tháo
khơ mỏ trong q trình xây dựng cũng như khai thác mỏ. Theo trị số dòng chảy vào
các cơng trình mỏ và hệ số sũng nước (lượng nước bơm ra tính bằng mét khối để
khai thác một tấn khoáng sản) các mỏ khoáng sản cứng được phân chia ra 4 nhóm:
sũng nước kém, sũng nước trung bình, sũng nước cao và sũng nước hồn tồn.
- Các mỏ sũng nước kém (thực tế khơng có nước) dịng chảy vào mỏ và moong
đạt tới 200 m3/h; hệ số giàu nước đạt tới 3.
- Các mỏ sũng nước trung bình: dịng chảy vào mỏ và moong từ 200 đến 500
3
m /h; hệ số giàu nước từ 3 đến 8.
- Các mỏ sũng nước cao: dòng chảy đạt từ 500 đến 1000 m3/h; hệ số sũng nước
8 đến 20.
- Các mỏ sũng nước hồn tồn: dịng chảy từ 1000 m3/h trở lên; hệ số sũng
nước >20.
Theo mức độ phức tạp về điều kiện tháo khô các mỏ được phân chia ra 4 nhóm:
đơn giản, tương đối phức tạp, phức tạp và rất phức tạp.
9


a) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khơ đơn giản: gồm các mỏ khi khai thác bằng
phương pháp ngầm hoặc lộ thiên, tháo khơ được tiến hành bằng chính các cơng trình
mỏ. Trong q trình khai đào, đơi khi có sử dụng các thiết bị tiêu nước đơn giản đặt
từ các cơng trình đó.
b) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô tương đối phức tạp: bao gồm các mỏ cần

phải tiến hành một khối lượng công tác tháo khô không lớn trước khi xây dựng mỏ
và moong nhằm mục đích đảm bảo điều kiện bình thường cho việc khai đào các cơng
trình gần thân giếng hoặc các hào cắt. Khi công tác xây dựng mỏ và khai thác đạt
quy mô lớn, tháo khô được tiến hành bằng các thiết bị tiêu nước đơn giản, chủ yếu
đặt trong các cơng trình mỏ. Ở một số trường hợp khi đào thân giếng phải sử dụng
biện pháp chun mơn.
c) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khô phức tạp: gồm các mỏ yêu cầu phải tiến
hành các biện pháp tháo khô trước khi xây dựng giếng mỏ hoặc moong khai thác,
trong quá trình xây dựng cũng như trong thời kỳ khai thác bình thường của mỏ việc
tháo khô phải đi trước diện mở rộng mỏ. Ngồi ra nhất thiết phải tháo khơ từ các
cơng trình mỏ khi khai đào chúng với số lượng lớn các dạng thiết bị tiêu nước. Đối
với các giếng mỏ phải sử dụng các biện pháo đặc biệt.
d) Nhóm mỏ có điều kiện tháo khơ rất phức tạp: gồm các mỏ với điều kiện kỹ
thuật hiện tại chưa thể khai thác được. Để tháo khơ các mỏ thuộc nhóm này phải sử
dụng tất cả các biện pháp tiêu nước hiện có với số lượng vơ cùng lớn và phải tháo
khơ trước với thời gian dài nên hiệu quả kinh tế chưa đạt được.
Theo mức độ khó khăn do điều kiện địa chất thủy văn gây ra cho khai thác,
các mỏ được phân chia ra các nhóm: dễ dàng, ít khó khăn, nhiều khó khăn và vơ cùng
khó khăn.
- Đối với các mỏ khai thác hầm lò:
Khai thác dễ dàng: gồm các mỏ khi đào giếng sử dụng phương pháp thông
thường với cơng tác đối phó với nước dưới đất khơng cần sử dụng các biện pháp đặc
biệt.
Khai thác ít khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng điều kiện địa chất thủy văn
có gây phức tạp nhưng vẫn sử dụng phương pháp thông thường chỉ ở từng nơi riêng
biệt phải sử dụng vì chống đóng hoặc các biện pháp phụ trợ khác. Khi đào các cơng
trình nằm ngang khơng cần có biện pháp đối phó với nước dưới đất, nhưng khơng
gây phức tạp đặc biệt.
Khai thác nhiều khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng không sử dụng được
phương pháp thơng thường do đất đá khơng bền vững hoặc dịng chảy của nước lớn

không cho khả năng đặt một lượng nhất định các máy bơm ở đáy giếng. Khi đào các
10


cơng trình nằm ngang cần phải thực hiện các biện pháp có hệ thống chống lại nước
dưới đất.
Khai thác vơ cùng khó khăn: gồm các mỏ khi đào giếng đã sử dụng các biện
pháp đặc biệt vẫn không đảm bảo đầy đủ kết quả trong cơng tác. Ngồi ra thậm chí
đã đào xong giếng vẫn khơng đảm bảo khả năng khai thác mỏ.
- Đối với các mỏ khai thác lộ thiên:
Khai thác dễ dàng: gồm các mỏ khi khai thác có thể tiến hành khơng cần có
một biện pháp chun mơn nào về địa chất cơng trình và tháo khơ.
Khai thác ít khó khăn: gồm các mỏ cơng tác tháo khơ được tiến hành bằng
những cơng trình thốt nước hở cùng với việc sử dụng đồng thời một số biện pháp
phụ trợ trong moong (kênh tiêu nước, thiết bị ống lọc kim,…), cũng như các biện
pháp đơn giản để gia cố mái dốc.
Khai thác nhiều khó khăn: gồm các mỏ công tác tháo khô cần phải đào các
giếng mỏ, các cơng trình tiêu nước nằm ngang lơn…, cũng như tiến hành các thiết
bị tương đối phức tạp để gia cố mái dốc.
Khai thác vơ cùng khó khăn: gồm các mỏ đã thực hiện một khối lượng lớn về
công tác tháo khơ và địa chất cơng trình mà độ bền vững của mái dốc trên toàn bộ
moong hoặc ở các khu riêng biệt của mỏ vẫn không được đảm bảo.
1.4. DỰ BÁO DỊNG CHẢY VÀO CÁC CƠNG TRÌNH KHAI THÁC
Tùy thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn và các kết quả nghiên cứu dự báo
dịng chảy vào các cơng trình khai thác có thể sử dụng theo các phương pháp sau:
1.4.1. Phương pháp tương tự địa chất thủy văn
Phương pháp tương tự địa chất thủy văn lập trên cơ sở tương tự điều kiện địa
chất thủy văn và kỹ thuật khai đào của các mỏ (khu) đã hoặc đang khai thác và mỏ
(khu) thiết kế. Hai mỏ (khu) được xem là tương tự có thể khác nhau về chiều sâu
phân bố các vỉa quặng, kích thước khu khai thác, tính thấm của các đá gây ngập mỏ,

khoảng cách từ chu vi cung cấp đến cơng trình… nhưng nhất thiết phải tương tự về
mặt cắt địa chất thủy văn, điều kiện hình thành trữ lượng nước dưới đất và điều kiện
gây ngập các cơng trình mỏ cũng như phương pháp và hệ thống khai thác.
Phương pháp tương tự địa chất thủy văn là phương pháp gần đúng và cơ sở
của dự báo được xác định bằng việc lựa chọn khu tương tự. Tính tốn theo phương
pháp tương tự địa chất thủy văn có thể dựa vào các mối quan hệ thực nghiệm hoặc
những quan hệ thủy động lực. Việc sử dụng quan hệ này hay quan hệ khác để tính
11


tốn dựa trên cơ sở phân tích các tài liệu khai thác của mỏ đã hoặc đang hoạt động
có điều kiện địa chất thủy văn tương tự.
Sử dụng phương pháp tương tự địa chất thủy văn rất hợp lý không chỉ để đánh
giá sơ bộ dòng chảy vào mỏ ở các giai đoạn đầu nghiên cứu của mỏ hoặc các khu
riêng biệt của chúng, mà còn trong giai đoạn nghiên cứu tỷ mỷ khi mỏ có điều kiện
địa chất thủy văn rất phức tạp và để luận chứng cho phương pháp thủy động lực gặp
khó khăn.
Khi dự báo dịng chảy vào các cơng trình khai thác có thể dựa vào nhiều chỉ
tiêu như: hệ số giàu nước, dòng chảy đơn vị, trị số hạ thấp mực nước và diện tích
khai trường… Hiện nay, trong phương pháp tương tự địa chất thủy văn sử dụng rộng
rãi phương pháp thống kê toán học trên cơ sở các số liệu quan trắc lâu dài dịng chảy
vào các cơng trình khai thác.
a) Dự báo dòng chảy theo hệ số giàu nước:
Hệ số giàu nước biểu thị lượng nước cần lấy ra (m3) để khai thác được một tấn
quặng trong khoảng thời gian nhất định nào đó.
Khi biết được hệ số giàu nước (kv) của mỏ tương tự và sản lượng dự định khai
thác của mỏ thiết kế (Ptk), lượng nước chảy vào mỏ thiết kế (Qtk) được tính theo biểu
thức:
Qtk = kv.Ptk
b) Dự báo dòng chảy theo lưu lượng đơn vị:

Dòng chảy vào mỏ thiết (Qtk) có thể tích theo lượng nước chảy vào mỏ trên
một đơn vị chiều dài(qL) hoặc trên một đơn vị diện tích khai thác (qF). Nếu tính theo
chiều dài thiết kế của cơng trình (Ltk) thì:
Qtk = qL.Ltk
Cịn tính theo diện tích khai trường (Ftk) thì:
Qtk = qF.Ftk
c) Dự báo dòng chảy theo trị số hạ thấp mực nước dưới đất
Đối với nước có áp:
Stk
Q tk = Q.
S
Đối với nước khơng có áp:
(2Htk − Stk ). Stk
Q tk = Q.
(2H − S). S
Trong đó: Stk và S – trị số hạ thấp mực nước của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;
Htk và H – trị số áp lực của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;
Q tk và Q – lưu lượng dòng chảy của mỏ thiết kế và mỏ tương tự.
12


d) Dự báo dòng chảy theo phương pháp thống kê toán học
Trên cơ sở khối lượng lớn các tài liệu thực tế V.G.Knhexer đã tìm ra cơng thức
xác định dịng chảy vào mỏ thuộc bồn than Kuzbac:
Stk 0,35 Ptk 0,7
Q tk = ( )
.( )
S
P
Trong đó:

Qtk và Q – lưu lượng dòng chảy của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;
Stk và S – trị số hạ thấp mực nước chính là độ sâu khai thác của mỏ thiết kế và
mỏ tương tự;
Ptk và P – sản lượng dự định khai thác của mỏ thiết kế và mỏ tương tự;
Chỉ số mũ có thể thay đổi với các vùng khác nhau phụ thuộc vào đặc tính thay
đổi độ thấm nước của đá chứa nước theo chiều sâu. Cần lưu ý rằng cơng thức trên
khơng tính đến yếu tố thời gian, nghĩa là độ dài của cơng trình có thể ảnh hưởng lớn
đến trị số dòng chảy.
1.4.2. Phương pháp cân bằng
Phương pháp dựa trên sự chú ý đến tất cả các thành phần cung cấp và thoát đi
của dưới đất trong điều kiện chúng bị lấy đi khi tháo khô mỏ.
Phương pháp cân bằng chỉ sử dụng để đánh giá sơ bộ (định hướng) vì các kết
quả tin cậy chỉ đối với trường hợp đánh giá dịng chảy vào các cơng trình khai thác
khi lấy nước từ các vỉa có diện phân bố giới hạn (ví dụ: các vỉa kín hoặc nửa kín).
Trong trường hợp chung, dịng chảy vào các cơng trình khai thác có thể phân
chia ra các dịng thành phần ở dạng sau:
Q = Q d + Q t + Q dh + ∆Q bh + Q s + Q tx + Q bs ,
Trong đó:
Qd – dịng chảy thành phần được thành tạo từ trữ lượng động của nước dưới
đất;
Qt – dòng chảy thành phần được thành tạo do trữ lượng tĩnh;
Qdh – dòng chảy thành phần, được thành tạo do xâm phạm trữ lượng đàn hồi;
∆Q dh - gia tăng dòng chảy do giảm lượng bốc hơi từ bề mặt nước ngầm;
Qs – dòng chảy thành phần được thành tạo do thấm nước từ các dòng nơi chứa
nước mặt, trong đó có giảm lượng thốt của nước dưới đất vào sơng;
Qtx – gia tăng dịng chảy do thấm xuyên từ các tầng chứa nước lân cận qua các
lớp thấm nước yếu;
Qbs – cung cấp nhân tạo của nước dưới đất (từ các kênh dẫn nước, các hồ
chứa…).
13

Biểu thức trên cho thấy những phức tạp khi sử dụng phương pháp cân bằng
khi thoát nước từ các tầng chứa nước có diện phân bố rộng.
Vấn đề đặt ra là phải được đơn giản khi tháo khô. Đối với các tầng chứa nước
ngầm có diện phân bố có hạn nằm xa mạng sơng. Phương trình cân bằng có dạng:
Q=Qt+Qd
Trị số Qt và Qd có thể xác định theo các biểu thức sau:
H
Q t = μ. V = μ. (F + 0,33. P. R)
t
Q d = η. Xo . Fng
Q d = Mng . Fng
Trong đó:
μ – hệ số nhả nước của đá;
V – thể tích đất đá cần tháo khơ;
t – thời gian tháo khơ;
F – diện tích khai thác;
P – chu vi khai thác;
η – hệ số dòng ngầm;
Mng- Mơ-đun dịng ngầm;
Xo- lượng nước trung bình nhiều năm;
Fng – diện tích thu nước ngầm;
H – chiều sâu khai thác;
R – bán kính phễu hạ thấp mực nước tính từ chu vi khai thác.
Nếu trong phạm vi cấu trúc kín của sơng, có thốt của nước dưới đất và trên
diện tích nước ngầm có bốc hơi, phương trình cân bằng có dạng:
Q = Q d + Q t ± ∆Q bh + Q s
Xác định Qs và ∆Q bh thường rất khó khăn. Khi thốt nước mạnh, các mạch
nước và các sơng bị kiệt thì:

Q = Q d + Q t ± ∆Q bh
1.4.3. Phương pháp thủy lực
Phương pháp thủy lực dựa trên sự phân tích các tài liệu về tháo khơ các cơng
trình khai thác tại xí nghiệp đang hoạt động về quan hệ hàm số giữa dòng chảy và hạ
thấp mực nước (trong trường hợp này về nguyên tắc là chiều sâu khai thác của mỏ).
Nội dung phương pháp thủy lực như sau: Trên cơ sở các tài liệu quan trắc dòng chảy
chung thực tế và động thái mực nước dưới đất ở các lỗ khoan quan trắc đặt gần trung
tâm tác động dòng chảy thấm vẽ các đồ thị: ∑ Q = f(t); Stb = f(t) và ∑ Q = f(s).
14


Các đồ thị dòng chảy chung ∑ Q = f(t) và mực nước trung bình Stb = f(t)
được xây dựng riêng đối với giá trị dòng chảy cực đại, cực tiểu và trung bình năm.
Các đồ thị đó cho ta khả năng xác định rõ ràng đặc tính và xu thế thay đổi dòng chảy
chung theo thời gian, cũng như đồ thị ∑ Q = f(s) cho khả năng xác định quy luật
thay đổi của dòng chảy và trị số hạ thấp mực nước. Trên cơ sở các quy luật đã lập ra
theo các tài liệu thực tế có thể dự báo trị số dòng chảy ở độ sâu thiết kế tương lai của
mỏ.
Dịng chảy dự báo có thể xác định một cách gần đúng bằng cách hoại suy của
các số liệu của đồ thị cơ bản. Trị số dòng chảy dự báo có thể lấy tới 50% trị số hạ
thấp mực nước từ đầu ngoại suy. Chính xác hơn có thể sử dụng phương pháp đồ giải
được biểu thị bằng các biểu thức kinh nghiệm về quan hệ giữa lưu lượng và trị số hạ
thấp mực nước.
Thực tế chỉnh lý các tài liệu thí nghiệm địa chất thủy văn cho thấy giữa lưu
lượng và trị số hạ thấp mực nước có quan hệ đường thẳng, hàm mũ và hàm logarit.
Vấn đề đặt ra là chọn quan hệ nào để tính tốn. Để giải quyết vấn đề đó cần phải lập
3 đồ thị: Q = f(s); Q = f(lgS) và lgQ=f(lgS) rồi chọn đồ thị nào có các điểm phân
bố tuân theo đường thẳng nhất. Dòng chảy dự báo được tính theo ngoại suy. Đối với
đồ thị Q = f(s) lấy lưu lượng ngoại suy tương ứng với 1,5 = 1,75.Smax; lgQ=(lgS)
ứng với (1,75- 2,5).Smax; Q=f(lgS) ứng với (2-3).Smax. Trong đó Smax là trị số hạ thấp

mực nước cực đại.
1.4.4. Phương pháp thủy động học
Khác với các phương pháp đã xét ở trên phương pháp thủy động lực không
những dự báo được dịng chảy chung vào các cơng trình khai thác mà còn dự báo
được sự thành tạo phễu hạ thấp mực nước. Việc này có ý nghĩa rộng lớn đối với thực
tế khai thác.
Phương pháp thủy động lực chú ý được q trình vận động khơng ổn định của
nước dưới đất, nghĩa là tính được cân bằng của nước và những thay đổi của chúng
trong quá trình lấy nước đi.
Khả năng của phương pháp thủy động lực rất lớn. Ví dụ nhờ phương pháp đó
có thể xác định riêng dịng chảy vào tồn hệ thống hoặc từng cơng trình hạ thấp mực
nước và có thể xác định dịng chảy chung cực đại vào các cơng trình mỏ.
Phụ thuộc vào mức độ phức tạp của điều kiện địa chất thủy văn của các mỏ,
dự báo dòng chảy bằng phương pháp thủy động lực có thể tiến hành nhờ:
a – Tính tốn giải thích theo các sơ đồ quy chuẩn đối với trường hợp khi điều
kiện địa chất thủy văn đơn giản, gọi là phương pháp giải tích.
b – Trên các mơ hình tốn học, mơ hình tương tự hoặc mơ hình số.
15


a) Phương pháp giải tích: Bản chất của phương pháp giải tích là dự báo dịng
chảy vào mỏ nhờ các cơng thức thủy động lực.
Vùng thấm thực tế có hình dạng và điều kiện địa chất thủy văn rất đa dạng.
Muốn sử dụng được phương pháp giải tích phải tiến hành sơ đồ hóa vùng thấm, nghĩa
là chuyển vùng thấm thực tế về vùng thấm lý thuyết.
Thuận lợi nhất trong dự báo dòng chảy chung vào mỏ là sử dụng nguyên tắc
“giếng lớn” nghĩa là, diện tích phân bố chung của các cơng trình mỏ trong mặt bằng
có hình dạng bất kỳ, được chuyển thành một giếng hình trịn có diện tích tương đương
với bán kính giếng lớn rg.
Bán kính giếng lớn phụ thuộc vào chiều rộng B và chiều dài L khu khai thác:

Khi tỷ số

L
B

≤ 3 thì:
rg = √

Khi tỷ số

L
B

F
π

> 3 thì:

rg =

P
2π

Với: F – diện tích khu khai thác
P – Chu vi khu khai thác.
Trường hợp khu mỏ có dạng kéo dài, chiều dài lớn gấp nhiều lần chiều rộng,
B
L

≈ 0 thì: rg = 0,25. L

Trường hợp khu tính tốn có dạng hình chữ nhật, bán kính giếng lớn được tính
theo cơng thức:
L
rg = + 0,4. B
4
Biết được bán kính “giếng lớn”, lượng nước chảy vào các cơng trình khai
trường có thể tính được nhờ các cơng thức xác định dịng chảy vào lỗ khoan sau khi
thay bán kính lỗ khoan r bằng bán kính giếng lớn rg và bán kính ảnh hưởng R bằng
bán kính ảnh hưởng dẫn dùng Rd.
Bán kính ảnh hưởng dẫn dùng đó là bán kính của đường trịn quy ước, quanh
tâm của cơng trình, dọc theo đường trịn đó xảy ra cung cấp đồng đều của tầng chứa
nước cho dòng chảy vào cơng trình.
Đối với điều kiện thấm ổn định bán kính ảnh hưởng dẫn dùng được tính theo
các cơng thức sau:
16


1. Dịng thấm vơ hạn:
Rd = R + rg
2. Dịng thấm bán giới hạn có
ranh giới áp lực khơng đổi:
Rg = 2L

Hình 1.1:

3. Thấm dạng dải
+ Có hai ranh giới áp lực không
đổi:
2

π. L1
R d = . L. 𝑠𝑖𝑛
π
L
Với Lo = L1+L2
+ Có 1 ranh giới áp lực khơng
đổi và 1 ranh giới cách nước:
4
π. L1
R d = . L. 𝑡𝑔
π
L

Hình 1.2:
a) b)

4. Dịng thấm dạng vng góc
+ Có 2 ranh giới áp lực không
đổi:
2. L1 . L2
Rd =
√L21 + L22
+ Có 1 ranh giới với áp lực
khơng đổi và 1 ranh giới có lưu
lượng khơng đổi:
L21
R d = 2. L1 √ 2 + 1
L2
17

Hình 1.3:

5. Thấm dạng trịn với ranh giới
áp lực khơng đổi
b2
Rd = RK −
Rk
Đối với điều kiện vận động
không ổn định bán kính ảnh hưởng
dẫn dùng tính theo sơ đồ “giếng
lớn” có thể xác định gần đúng theo
cơng thức:
R d = rg + 1,5. √a. t
Hình 1.4:
Trong đó: t – thời gian tháo khô;
a – hệ số truyền áp hoặc truyền
mực nước.
b) Phương pháp mơ hình:
Phương pháp mơ hình sử dụng để dự báo dịng chảy vào mỏ có nhiều ưu điểm
hơn so với phương pháp giải tích.
- Chú ý nghiêm ngặt hơn hình dạng phức tạp, các điều kiện ranh giới của vùng
thấm trong mặt bằng cũng như trong mặt cắt, điều kiện cung cấp của nước dưới đất,
cũng như tính khơng đồng nhất thấm của đá chứa quặng.
- Cho các thơng số địa chất thủy văn tính tốn của các đá chứa nước và đá
phân chia với độ chính xác cao.
- Có thể tiến hành tính theo nhiều phương án rồi chọn một phương án tối ưu
cho khả năng tháo khơ có hiệu quả và chọn biện pháp bảo vệ mơi trường bao quanh
hợp lý.
Hiện nay mơ hình toán phát triển theo 3 hướng cơ bản:

18


Mơ hình tương tự, trên cơ sở tương tự điện thủy động lực. Mơ hình trong
trường hợp này được lập từ các ngun liệu dẫn điện liên tục (mơ hình tương tự liên
tục) hoặc từ các linh kiện dẫn điện (mơ hình mạng lưới).
Mơ hình chương trình hay mơ hình số, trên cơ sở sử dụng phương pháp các
phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn và các máy tính hiện đại.
Mơ hình với việc sử dụng các hệ lai bao gồm các mơ hình mạng lưới tự động,
điều khiển các máy tính điện tử.
c) Những tài liệu cần thiết phục vụ cho mơ hình hóa
Sử dụng phương pháp mơ hình hóa để giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực địa
chất thủy văn và thốt nước mỏ địi hỏi phải có các tài liệu chắc chắn và tin cậy.
Những yêu cần cơ bản về các tài liệu địa chất thủy văn được xác định theo phương
pháp mơ hình hóa trên máy tương tự hoặc máy tính điện tử.
Điều kiện cần thiết chuẩn bị các tài liệu ban đầu để mơ hình hóa các q trình
địa chất thủy văn và lập các bản đồ nghiên cứu tổng hợp và các tài liệu thực tế của
mỏ nghiên cứu về địa chất, cấu trúc địa chất, địa mạo, địa chất công trình và địa chất
thủy văn. Ý nghĩa chủ đạo của bản đồ tổng hợp là trên cơ sở tổ hợp nhiều tài liệu
khác nhau thành lập tiếp theo mơ hình lý học của đối tượng nghiên cứu bằng cách
biến đổi các điều kiện tự nhiên vào sơ đồ địa chất thủy văn và thốt nước mỏ cần
tính tốn.
Các tài liệu bổ trợ (công tác) bao gồm: Bản đồ mạng thủy văn mỏ nghiên cứu
(sông, hồ, hồ chứa, các kênh tưới và kênh tiêu…). Điều quan trọng đối với mơ hình
hóa là điều kiện quan hệ tương hỗ của nước mặt và nước dưới đất. Bản đồ tài liệu
thực tế của mỏ nghiên cứu (các lỗ khoan vơi các mục đích khác nhau và phân bố của
chúng theo diện tích, các mạch nước các giếng mỏ, các cơng trình lấy nước, các thiết
bị tháo khô mỏ). Bản đồ cấu trúc địa chất cùa mỏ nghiên cứu và các mặt cắt kèm
theo.

19


Chương 2

TÍNH TỐN LƯỢNG NƯỚC NGUỒN CHẢY VÀO MỎ
2.1. TÍNH TỐN LƯỢNG NƯỚC MƯA CHẢY VÀO MỎ
Để tính khối lượng nước mưa chảy vào mỏ, cần tiến hành xác định các đường
phân thủy và diện tích hứng mưa của mỏ. Dòng nước chảy vào mỏ được xác định
theo biểu thức:
Q m = c. a. F. Ψ, m3/s
Trong đó:
c – hệ số khí hậu, đặc trưng cho lượng nước mưa tính toán trong giải địa lý,
m3/s.km2;
a – hệ số kể đến sự làm chậm dòng chảy và hiện tượng thấm của nền, a = 0,017
– 1,25 tùy theo chiều dài và độ dốc của dịng chảy;
F – diện tích hứng nước mưa, km2;
𝛹 – hệ số chảy mặt, 𝛹 = 0,5 – 1,3.
Lượng nước mưa chảy vào mỏ trong một trận mưa:
Q=q.F.𝛹, m3
Trong đó :
q – lượng nước mưa của trận mưa, m;
2.2.NƯỚC NGẦM CHẢY VÀO MỎ
2.2.1.Các phương pháp tính lượng nước chảy vào mỏ
a) Phương pháp tương đương:
Phương pháp tương đương chủ yếu dùng trong tính tốn dự báo về tính giàu
nước của mỏ. Lượng nước thực tế chảy vào khai trường được điều chỉnh bởi số liệu
thực tế của một mỏ được khai thác trong vùng gần đó hoặc của một mỏ có điều kiện
địa chất, địa chất thủy văn tương đương.

Có thể tính theo cơng thức sau:
Q = Q1

F H
√
F1 H1

Trong đó:
Q – lượng nước dự đốn có thể chảy vào mỏ;
Q1 – lượng nước thực tế của vùng bên cạnh;
H1 – chiều sâu trung bình thực tế hoặc mức nước ngầm hạ thấp thực tế của mỏ
bên cạnh;
F1 – diện tích khai trường, trong đó biết cụ thể thực tế lượng nước chảy vào;
20


F – diện tích khai trường dự kiến.
b) Phương pháp cân đối:
Phương pháp cân đối dùng để đánh giá nguồn nước chảy vào khu vực đòi hỏi
xem xét kỹ nguồn gốc cung cấp nước, đảm bảo cho sự cân bằng đó. Sử dụng phương
pháp này địi hỏi phải có nguồn tài liệu khảo sát tỉ mỉ, phong phú và đáng tin cậy mới
có thể thực hiện được.
c) Phương pháp cân bằng thủy động:
Phương pháp cân bằng thủy động dựa trên cơ sở định luật tuyến tính thẩm
thấu, được sử dụng rộng rãi trong cơng tác thiết kế thăm dị địa chất. Những điểm
đặc biệt chú ý khi sử dụng phương pháp cân bằng thủy động:
1. Giả thiết lưu lượng chảy vào khai trường là từ nguồn thủy động, tương đối
ổn định.
2. Sự dịch chuyển của nguồn nước ngầm chảy vào khai trường coi như không
đổi, phễu hạ thấp mực nước ngầm đạt tới biên của ngồn cấp nước, hoặc tới một giới

hạn nào đó của địa chất thủy văn.
3. Lưu lượng nước ngầm chảy vào khai trường phụ thuộc theo định luật tuyến
tính thẩm thấu.
4. Trong tính tốn địa chất thủy văn, lớp đất đá ngăn nước được coi là vách
ngăn của cơng trình.
Theo tính chất và mức độ khác nhau về độ thẩm thấu của đất đá mà chia thành
đồng nhất hay không đồng nhất.
Lớp đất đá được coi là đồng nhất khi các lớp đất đá trong đó có hệ số thấm k
tương đối đồng đều, khơng khác nhau lắm.

Hình 2.1: Vị trí đường biên vùng cấp Hình 2.2:Sơ đồ xác định vùng trũng đối
nước
với khai trường dạng phức tạp cấp
nước theo tuyến tính.
21


Đất đá được gọi là không đồng nhất khi các lớp đất đá có giá trị hệ số thấm
khác nhau dưới 20 lần. Hệ số thấm trung bình theo mặt cắt xác định theo biểu thức:
k1 . m1 + k 2 . m2 + ⋯ + k n mn
k tb =
m1 + m2 + … + mn
Trong đó:
k1, k2,…,kn – hệ số thấm của từng loại đất đá cấu tạo trong lớp đất đá.
m1, m2,…,mn – chiều dày của loại đất đá, m.
Hệ số thấm trung bình theo bề mặt được xác định theo biểu thức:
k1 . p1 + k 2 . p2 + ⋯ + k n pn
k tb =
p1 + p2 + … + pn
Trong đó:

p1, p2,…,p3 – diện tích tương đương của từng loại đất đá trong khối.
Trường hợp hệ số thấm của từng loại đất đá cáu thành lớp chung (theo mặt
cắt) hay theo khối (diện tích) khác nhau rất lớn, trên 20 lần thì phải chia nhỏ các vùng
có độ chênh khơng lớn để có thể quy về loại đất đá tương đối đồng nhất hay khơng
đồng nhất nhưng thỏa mãn điều kiện trên.
Bán kính vùng giảm áp được xác định bởi khoảng cách từ tâm khai trường
(hay mỏ) đến đường biên vùng cấp nước L. (vùng cấp nước có thể là sơng, suối, hay
một nguồn chứa nước nhất định như hồ chứa nước, đầm lầy…).
Cần phân biệt hai trường hợp: vùng cấp nước có biên là tuyến tính và có biên
cong hoặc biên khép kín (hình 2.1)
Bán kính hạ thấp mực nước tính theo công thức sau:
∑ a .l
R=ro+ltb hay R = ro + ∑tb i
li

Trong đó:
li - khoảng cách giữa 2 mặt cắt thứ i và i+1;
ltb – là khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp qua biên giới
khai trường và vùng cung cấp nước;
ro – đường bán kính quy đổi của khai trường;
R – bán kính hạ thấp mực nước.
Trường hợp đường biên vùng cấp nước là đường thẳng thì các mặt cắt ngang
theo tính tốn phải thẳng góc với đường cấp nước. Cịn khi đường cong hay đường
khép kín, thì mặt cắt phân bổ sẽ dạng rẻ quạt (hình 1.3).
Trường hợp đường biên cấp nước khơng rõ ràng, bán kính vùng hạ thấp mực
nước được tính theo công thức gần đúng như sau:
R. So
(2H − So ) − 0,5. ro2
R đ √lgR đ − lgrđ − 0,217 = 0,66√
W

Trong đó:

22


Rđ – bán kính hạ thấp mực nước cần tìm trong trường hợp này chính bằng
bán kính của tầng chưa nước, bởi vì tồn bộ sự thấm lọc của vùng xung quanh cơng
trình là Rđ, m;
𝑟𝑜 – bán kính quy đổi của khai trường, m;
k – hệ số thấm của tầng ngậm nước, m/ngày –đêm;
W – mực thẩm thấu thực tế của tồn vùng tính tốn, m/ngày-đêm;
𝑚.𝑘
𝑊=
; m/ngày-đêm;
1000.365
m – lượng mưa tại vùng đó trong một năm, mm;
kt – hệ số thấm nước;
So – mực nước hạ thấp dự kiến trong phạm vi khai trường, m;
H – chiều dày thực tế của tầng chứa nước khơng có áp, m.
Đại lượng Rđ được xác định nhờ tốn đồ chun dùng hình 2.3. Trước hết xác
định A1, từ đó tìm trên tốn đồ trị số ro và sau đó xác định Rđ.

23


Hình 2.3: Tồn đồ xác định bán kính hạ thấp mực nước theo cơng thức của
E.E.Kerkis
- Dịng chảy nước ngầm khơng áp được E.E.Kerkis đề nghị tính như sau:
0,68. e. S0. (2H − S)
R(lgR − lgro ) =

H. I
Trong đó:
R – bán kính quy đổi của vùng hạ áp, m;
e – tỷ số giữa bán kính vùng bị ảnh hưởng trên bán kính cấp nước, thường thay
đổi trong khoảng 1,3 – 4. Đây là hệ số lấy sơ bộ trước, thường lấy trung bình e=2,02,5;
24


I – độ dốc tự nhiên (mặt thoáng tự do nước ngầm) xác định theo bản đồ đồng
đẳng thủy văn;
S0 – mực nước hạ thấp khi bơm;
S0 có thể xác định theo công thức gần đúng;
a. S0
∆I =
L
Khi L ≤ (2 ÷ 3)R; ∆I – mức tăng cường độ dốc mặt thoáng nước ngầm, khi
bơm;
L – là khoảng cách từ khai trường hay cơng trình tới vùng biên của đường cấp
nước, m;
a – hệ số, lấy a = 0,15 – 0,15.
Trị số R không thể xác định ngay được, phải lựa chọn và lấy số liệu qua tốn
đồ (hình 2.4). Trước tiên sơ bộ xác định giá trị về bên trái cơng thức bằng đại lượng
A=R(lgR-lgro) tiếp đó qua tốn đồ tìm R qua ro tương ứng.
- Dịng chảy nước có áp được xác định theo cơng thức:
1,36. e. So
R(lgR − lgro ) =
I
Khi hạ thấp mực nước xuống thấp hơn mái ngăn nước, có nghĩa là gần cơng
trình khai thác, chuyển động của dịng nước từ có áp sang khơng có áp:
(H1 − So )2

0,68. e
R(lgR − lgro ) =
[2H1 − M −
]
I
M
Trong đó:
M – chiều dày lớp chứa nước có áp, m;
H1 – chiều cao mực nước tự nhiên so với lớp nước có áp ở phía dưới, m.

25