NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ QUY LUẬT CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH CHUYỂN, BIẾN DẠNG CỦA BÃI THẢI ĐỂ HOÀN THIỆN THỔ ĐẤT MỎ, PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NÔNG, LÂM NGHIỆP

Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
--------------------------------


Nguyễn Bá Dũng


Nghiên cứu tính chất v qui luật của quá trình
dịch chuyển, biến dạng của bi thải để hon thổ
đất mỏ, phục vụ phát triển nông, lâm nghiệp
(áp dụng ở bi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai)



Chuyên ngành : Trắc địa mỏ
Mã số : 2.08.01





Tóm tắt luận án tiến sĩ kĩ thuật

H Nội - 2007

Công trình đợc hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa mỏ,
Khoa Trắc địa, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội
--------------------------------



Ngời hớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Võ Chí Mỹ, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
2. PGS.TS Vũ Năng Dũng, Viện Quy hoạch & TKNN



Phản biện 1: GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà

Bộ Giáo dục và Đào Tạo

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Quang Tác
Trờng Đại học Kiến Trúc Hà Nội

Phản biện 3: PGS.TS Hồ Sỹ Giao
Hội Khoa học Công nghệ mỏ Việt Nam



Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp
Nhà nớc họp tại Trờng Đại học Mỏ - Địa chất,
Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội
Vào hồigiờ, ngàythángnăm 2007.

Có thể tìm hiểu luận án tại th viện Quốc gia, Hà Nội
Hoặc Th viện Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội.
Danh mục các công trình đ công bố của tác giả

1.

Võ Chí Mỹ, Nguyễn Bá Dũng (2004), Xác định quy luật dịch chuyển
và đặc tính biến dạng bãi thải phục vụ quy hoạch hoàn thổ đất mỏ,
Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 16, Hà Nội, tr.92-99.
2. Nguyễn Mạnh Điệp, Phạm Thanh Tuấn, Nguyễn Bá Dũng và nnk
(2004), Báo cáo nghiên cứu khả thi dự án, cải tạo môi trờng, cảnh
quan khu vực bãi thải Nam Đèo Nai, thị xã Cẩm Phả - tỉnh Quảng Ninh,
Hà Nội.
3. Nguyễn Bá Dũng (2005), Những kết quả bớc đầu nghiên cứu dịch
chuyển biến dạng bãi thải phục vụ hoàn thổ đất mỏ, Hội nghị khoa học
Cục Bản Đồ - Bộ Tổng Tham Mu lần thứ 3, Hà Nội, tr.61-73.
4. Võ Chí Mỹ, Nguyễn Bá Dũng (2006), Xác định thông số dịch
chuyển đứng của bãi thải Nam Đèo Nai phục vụ quy hoạch hoàn thổ,
Tuyển tập hội nghị KHKT Mỏ Toàn quốc, Đà Nẵng, tr.577-581.
5. Nguyễn Bá Dũng (2006), Nghiên cứu xây dựng chơng trình phần
mềm xử lý số liệu quan trắc dịch chuyển, biến dạng đất đá mỏ, Tạp chí
công nghiệp mỏ số 4, Hà Nội, tr.25-27.
6. Nguyễn Bá Dũng, Nguyễn Mạnh Điệp, Phạm Thanh Tuấn (2006),
Quy hoạch hoàn thổ bãi thải Nam Đèo Nai, Tuyển tập kết quả nghiên
cứu khoa học 2001 - 2005, Hà Nội, tr.126-133.

1
Mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài
Theo quyết định số 64/2003/QĐ-TTg ngày 22/4/2003, Thủ tớng
chính phủ đã phê duyệt kế hoạch xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm
môi trờng nghiêm trọng, bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai nằm trong
danh mục các cơ sở phải giải quyết triệt để về môi trờng. Các thông tin
quy luật dịch chuyển đất đá và biến dạng bề mặt, các đại lợng về hoạt
động ngoại sinh trên sờn dốc bãi thải sẽ kịp thời cung cấp các thông số
phục vụ cho tính toán, xử lý để lựa chọn phơng án quy hoạch tối u hoàn
thổ đất mỏ sau khai thác. Đề tài Nghiên cứu tính chất và qui luật của quá
trình dịch chuyển, biến dạng của bãi thải để hoàn thổ đất mỏ, phục vụ
phát triển nông lâm nghiệp (áp dụng ở bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai)
đợc lựa chọn nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế đó.
Mục đích của luận án
Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần xây dựng cơ sở phơng
pháp luận khẳng định tính cần thiết phải xác định các thông số dịch
chuyển đất đá và biến dạng bãi thải phục vụ các dự án qui hoạch hoàn thổ
bãi thải nói riêng và các hình thái địa hình sau khai thác mỏ nói chung.
Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
a/Đối tợng nghiên cứu: Các hiện tợng dịch chuyển biến dạng đất đá bãi
thải do quá trình ngoại sinh và các biện pháp khắc phục; Qui luật dịch
chuyển đứng bề mặt bãi thải theo thời gian và thành phần thạch học của đất đá thải.

b/Phạm vi nghiên cứu: Bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai; Thời gian 4 năm
Nhiệm vụ của luận án
1. Đánh giá mức độ ổn định của bãi thải trong điều kiện tự nhiên và trong
điều kiện chịu tác động của các yếu tố ngoại sinh nh ma, gió v.v Xác
định góc dốc sờn bãi thải hợp lý, qui hoạch hoàn thổ bãi thải ổn định bền vững.

2
2. Xác định qui luật dịch chuyển đứng của bề mặt địa hình bãi thải thông
qua các phơng pháp quan trắc. Lựa chọn phơng án phục hồi cải tạo bề
mặt bãi thải theo hớng phù hợp, khả thi cả về kinh tế và kỹ thuật.
3. Thiết kế chơng trình phần mềm phục vụ xử lý, lu trữ, hiển thị số liệu
về dịch chuyển, biến dạng bãi thải.
4. Nghiên cứu phơng án qui hoạch đổ thải hợp lý, qui hoạch cải tạo bãi
thải phục hồi chức năng kinh tế bãi thải theo hớng phát triển bền vững
ngay sau khi ngừng đổ thải nhằm khắc phục tác động tiêu cực của bãi thải
tới môi trờng.
Các phơng pháp nghiên cứu
1. Tổng hợp, phân tích và đánh giá các nguồn dữ liệu, số liệu.
2. Nghiên cứu trực tiếp dịch chuyển đứng bãi thải bằng quan trắc trắc địa.
Kết quả quan trắc là cơ sở xác định qui luật, dự báo xác định dịch chuyển
và biến dạng đứng bãi thải.
3. Vận dụng lý thuyết địa kỹ thuật, cơ học đất, toán học, vật lý học, giải
quyết các nội dung của luận án.
4. ứng dụng công nghệ thông tin trong quá trình xử lý dữ liệu và lu trữ.
5. Nghiên cứu phơng án thiết kế qui hoạch bãi thải mẫu Nam Cọc Sáu -
Đèo Nai nh là một đối chứng thực tiễn cho kết quả nghiên cứu.
Những điểm mới của luận án
1. Công trình đầu tiên xác định quy luật dịch chuyển đứng bề mặt bãi thải
theo thời gian và thành phần thạch học của đất đá thải ở Việt Nam nói

chung và bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai nói riêng.
2. Xác định góc dốc quy hoạch hoàn thổ hợp lý sờn bãi thải Nam Cọc
Sáu - Đèo Nai (

30
0
) bảo đảm sự ổn định lâu dài của bãi thải kể cả
khi có tác động của các yếu tố ngoại sinh. Gốc dốc quy hoạch (

30
0
)
thoả mãn cả các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.

3
3. Xây dựng phần mềm Bi thải phục vụ quản lý, xử lý và hiển thị
các thông số dịch chuyển biến dạng bãi thải.
4. Những kết luận về quy luật dịch chuyển đất đá bãi thải là đầu tiên và đã
đợc sử dụng trong quá trình xử lý, lựa chọn phơng án qui hoạch hoàn
thổ bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai phù hợp với điều kiện kinh tế - văn
hoá - xã hội Việt Nam theo hớng phát triển bền vững.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1. ý nghĩa khoa học:
- Những luận điểm đã đợc chứng minh về qui luật dịch chuyển bề mặt
bãi thải, kết quả khảo sát góc dốc ổn định sờn bãi thải, mối quan hệ giữa
thành phần cơ giới, thành phần thạch học v.v và các đại lợng dịch
chuyển bãi thải là những nghiên cứu có ý nghĩa khoa học, là những đóng
góp cho lý thuyết chung về vấn đề dịch chuyển và biến dạng đất đá mỏ.
- Phần mềm Bi thải của tác giả luận án là công trình minh chứng
khả năng ứng dụng công nghệ tin học trong quản lý, xử lý và lu trữ thông

tin về dịch chuyển và biến dạng bãi thải.
2. ý nghĩa thực tế
- Kết quả nghiên cứu là cơ sở lý luận giúp các cấp thẩm quyền quyết định
lựa chọn và phê duyệt các phơng án qui hoạch bãi thải đúng đắn và hợp lý.
- Những kết quả nghiên cứu cụ thể của luận án đã kịp thời đợc sử dụng để
lựa chọn phơng án qui hoạch tối u hoàn thổ bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai.
Luận điểm bảo vệ
1. Để phòng ngừa dịch chuyển đất đá do tác động ngoại sinh, bảo đảm
cho
bãi thải ổn định lâu dài, trong phơng án quy hoạch hoàn thổ bãi thải Nam
Cọc Sáu - Đèo Nai, góc dốc sờn bãi thải phải thoả mãn điều kiện



30
0
.


4
2. Qui luật dịch chuyển và biến dạng bề mặt bãi thải hoàn toàn khác với
qui luật dịch chuyển và biến dạng bề mặt địa hình do ảnh hởng của quá
trình khai thác hầm lò hay dịch chuyển bờ mỏ. Quá trình dịch chuyển
đứng đất đá khi đổ thải xẩy ra rất nhanh ngay sau khi đất đá đợc đổ thải
và tiến triển, mạnh mẽ, liên tục trong thời gian đầu, sau đó chậm lại theo
thời gian. Đại lợng dịch chuyển đứng tại những điểm quan trắc không tỷ
lệ với độ cao các điểm quan trắc.
3. Phần mềm bi thải là công cụ hiệu quả để xử lý, hiển thị, lu trữ
số liệu dịch chuyển và biến dạng bãi thải.
4. Đại lợng dịch chuyển đứng bề mặt bãi thải phụ thuộc vào thành phần

cơ giới và thành phần thạch học của đất đá. Cần tính đến thành phần cơ
giới và thạch học đất đá thải khi đề ra phơng án qui hoạch đổ thải, điều
chỉnh hợp lý quá trình dịch chuyển và biến dạng bãi thải sau khi kết thúc đổ thải.
Cơ sở tài liệu
- Bản đồ và các t liệu về bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai.
-
Số liệu thực tế quan trắc trong 2 năm tại bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai.
- T liệu các công trình nghiên cứu dịch chuyển đất đá mỏ trong và ngoài nớc.
Lời cảm ơn
Luận án đợc hoàn thành tại bộ môn Trắc địa Mỏ, khoa Trắc Địa,
trờng Đại học Mỏ - Địa Chất dới sự hớng dẫn khoa học của PGS.TS
Võ Chí Mỹ và PGS.TS Vũ Năng Dũng. Trong quá trình hoàn thành luận
án tác giả luôn nhận đợc sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, động viên của các
thầy cô giáo, các chuyên gia đầu ngành, các đồng nghiệp ở bộ môn Trắc
Địa Mỏ, khoa Trắc địa, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, trờng đại
học Mỏ - Địa Chất, Viện Qui hoạch và TKNN, Tập đoàn CN Than -
Khoáng sản Việt Nam, Công ty Than Đèo Nai. Tác giả xin bày tỏ lòng
biết ơn chân thành nhất.

5
Chơng 1 - Tổng quan tình hình nghiên cứu dịch chuyển đất
đá v biến dạng bề mặt mỏ phục vụ quy hoạch hon thổ
1.1 Tác động môi trờng của quá trình khai thác mỏ - Nhu cầu quy hoạch
hoàn thổ mỏ
Khai thác mỏ là ngành công nghiệp phá hoại môi trờng mạnh mẽ.
Tác động đến môi trờng của từng công đoạn, từ thăm dò, xây dựng đến
khai thác mỏ rất đa dạng với quy mô, cờng độ và phạm vi khác nhau. Dựa
vào đối tợng bị tác động có thể khái quát thành 4 nội dung lớn nh sau:
- Chiếm dụng, làm suy thoái và ô nhiễm môi trờng đất
- Ô nhiễm môi trờng không khí

- Tác động thủy hệ và ô nhiễm môi trờng nớc
- Tai biến môi trờng
Một vài thảm họa đã xẩy ra có thể chứng minh cho hiện tợng tai
biến môi trờng từ nguyên nhân bãi thải mỏ là rất trầm trọng.
ắ Thảm họa trợt lở bãi thải thảm khốc xẩy ra tại khu khai thác
mangan Kép Ky Cao Bằng ngày 24/7/1992. làm chết 200 ngời.
ắ Trợt lở bãi thải quặng khai trờng 12 thuộc Công ty apatit Lào Cai
ngày 20/11/2004, vùi lấp thiết bị, làm 2 công nhân chết tại chỗ.
ắ Trợt lở bãi thải Công ty than Cao Sơn ngày 23/10/2005, phá huỷ
hoàn toàn nhiều ngôi nhà. Đất đá tràn lấp ao hồ, ruộng, vờn; suối Vũ
Môn bị lấp dòng chảy. cuộc sống của ngời dân bị đe dọa nghiêm trọng.

ắ Ngày 31/7/2006, do tác động của ma lớn từ cơn bão số 3, chỉ trong
vài phút hàng nghìn m
3
đất đá bãi thải Công ty than Cọc Sáu đã trợt lở
gây vỡ đập (đập Khe Dè) số 1, số 2, số 3, cuốn trôi nhiều nhà cửa, tài sản
c dân vùng lân cận; ớc tính thiệt hại nhiều tỷ đồng.
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu dịch chuyển, biến dạng đất đá mỏ
1.2.1 Các phơng pháp nghiên cứu dịch chuyển, biến dạng đất đá mỏ

6
Vấn đề nghiên cứu dịch chuyển đất đá mỏ đã đợc đặt ra từ cuối thế
kỷ 19. Có thể chia ra 3 phơng pháp nghiên cứu dịch chuyển đất đá mỏ:
phơng pháp nghiên cứu lý thuyết; phơng pháp nghiên cứu trên mô hình;
phơng pháp quan trắc thực địa. Mỗi phơng pháp đều có những u,
nhợc điểm, điều kiện nghiên cứu và ứng dụng khác nhau. Kết quả của
phơng pháp này sẽ bổ sung cho các phơng pháp kia và ngợc lại.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu dịch chuyển, biến dạng đất đá mỏ trên thế giới
và ở Việt Nam

Trên thế giới: Tại nhiều nớc công nghiệp mỏ phát triển, vấn đề
dịch chuyển và biến dạng đất đá mỏ rất đợc quan tâm nghiên cứu với sự
đầu t nhiều công sức và kinh phí của Nhà nớc, của các trờng đại học,
các trung tâm và các viện nghiên cứu khoa học công nghệ mỏ. Tại Cộng
hòa Liên bang Nga, Ba Lan, Cộng hòa Liên bang Đức, Australia, Canada
v.v... vấn đề dịch chuyển đất đá và biến dạng bề mặt mỏ luôn luôn thời sự
và đợc đặc biệt quan tâm, các chơng trình hoàn thổ đợc tập trung nghiên
cứu với sự hỗ trợ và đầu t lớn của Nhà nớc. Trên nhiều bãi thải lớn sau
khai thác nay đã xây dựng các chung c, biệt thự; khu công viên, nghỉ
mát cho cán bộ công nhân mỏ. Nhiều bãi thải đã trở thành khu rừng sinh
thái, những cánh đồng lúa mỳ xanh tốt.
ở Việt Nam: Mặc dù rất quan trọng và cần thiết, vấn đề nghiên cứu
dịch chuyển biến dạng đất đá thải mỏ ở Việt Nam cha đợc chú ý đúng
mức. Với những nghiên cứu của các tác giả nh Nguyễn Đình Bé, Võ Chí
Mỹ, Hoàng Kim Vĩnh, Chu Thờng Dân, Kiều Kim Trúc, Trần Minh Đản,
Vơng Trọng Kha. Cho đến nay, khi vấn đề môi tr
ờng đã đến mức giới
hạn của sự chịu đựng, vấn đề quy hoạch bãi thải mới đợc đề cập. Các dự
án đầu t cải tạo môi trờng, cảnh quan khu vực bãi thải Nam Cọc Sáu -
Đèo Nai thị xã Cẩm Phả - tỉnh Quảng Ninh đợc xây dựng, nhằm nghiên

7
cứu qui hoạch hoàn thổ, phục hồi chức năng kinh tế của bãi thải một cách
triệt để, theo hớng phát triển bền vững. Chơng trình nghiên cứu nhằm
xác định quy luật dịch chuyển, biến dạng đất đá mỏ của bãi thải nói chung
và thực nghiệm trên nguyên mẫu bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai nói
riêng. Các đại lợng dịch chuyển biến dạng, kết quả nghiên cứu cung cấp
các thông số cho việc xử lý, lựa chọn phơng án quy hoạch đúng đắn, tối
u nhất và ổn định nhất.
Chơng 2 - Nghiên cứu tính chất dịch chuyển v biến dạng đất đá

bi thải nam Cọc Sáu - đèo nai do tác động các quá trình
ngoại sinh
2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu - Hiện trạng bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai

Trong những năm trớc đây, bãi thải Nam Cọc Sáu- Đèo Nai là vị trí
đổ thải chung cho cả hai mỏ Cọc Sáu và Đèo Nai. Bãi thải nằm về phía
nam của cả hai mỏ, nên đã có tên gọi là bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai.
Trong những năm gần đây, mỏ Cọc Sáu phát triển khai trờng lên phía
bắc, để giảm cung độ vận tải đất đá, vị trí đổ thải của mỏ Cọc Sáu đã
chuyển lên bãi thải phía bắc. Bãi thải chỉ dành riêng cho hoạt động đổ thải
của mỏ Đèo Nai. Từ đó, bãi thải mang tên gọi bãi thải Nam Đèo Nai. Các
thông số hiện trạng bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai đợc giới thiệu trong
bảng 2.1. Một số thông số địa chất theo Hoàng Kim Vĩnh đợc trình bày
trong bảng 2.4
Bảng 2.1 Các thông số chủ yếu của bãi thải Nam Cọc Sáu - Đèo Nai
Chiều
cao bãi
thải (m)
Góc dốc
sờn bãi
thải (
0
)
Diện
tích đổ
thải (ha)
Chiều cao
tầng thải
(m)
Chiều

rộng mặt
tầng (m)
Góc dốc
sờn tầng
(
0
)
280 26
0
- 36
0
270 50 - 100 20 - 50 32
0
- 40
0