Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm tại

Mục lục
Trang
Mục lục ........................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................3
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................7
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG KHÍ HÓA
THAN NGẦM ĐỐI VỚI MÔI TRƢỜNG ...............................................................12
1.1. Tổng quan về công nghệ khí hóa than ngầm ........................................................13
1.2. Các vấn đề môi trƣờng của công nghệ khí hóa than ngầm ....................................14
1.2.1. Ảnh hƣởng đến nƣớc ngầm..........................................................................15
1.2.2. Ảnh hƣởng đến mặt đất ...............................................................................19
1.2.3. Ảnh hƣởng đến các yếu tố môi trƣờng khác ..................................................20
1.3. Tác động môi trƣờng của hoạt động khí hóa than ngầm trên thế giới ....................21
1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu rủi ro trong hoạt động khí hóa than ngầm ...............23
1.4.1. Nhóm phƣơng pháp kinh nghiệm .................................................................23
1.4.2. Nhóm phƣơng pháp mô hình .......................................................................29

CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU SỤT LÚN VÀ BIẾN
DẠNG MẶT ĐẤT TRONG HOẠT ĐỘNG KHÍ HÓA THAN NGẦM .................31
2.1. Khái quát chung về sụt lún và biến dạng mặt đất trong khai thác than ngầm..........31
2.2. Phƣơng pháp dự báo theo quy phạm của Viện Vnimi ..........................................33
2.2.1. Số liệu đầu vào ...........................................................................................33
2.2.2. Dự báo dịch chuyển biến dạng mặt đất của một khoang khí hóa ....................34
2.3. Phƣơng pháp dự báo lún bằng phần mềm Phase2 ................................................38
2.3.1. Khái quát chung về chƣơng trình Phase2 ......................................................38
2.3.2. Điều kiện và cơ sở lựa chọn mô hình Phase2 ................................................39
2.3.3. Dữ liệu đầu vào của phần mềm Phase2.........................................................41

Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

2.3.4. Trình tự tính toán và luận giải kết quả ..........................................................41

CHƢƠNG 3. DỰ BÁO TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG CHO DỰ ÁN KHÍ HÓA
THAN NGẦM TẠI VÙNG THAN KHOÁI CHÂU TỈNH HƢNG YÊN ...............43
3.1. Nội dung cơ bản của dự án thử nghiệm khí hóa than ngầm...................................43
3.2. Đặc điểm địa hình, địa chất mỏ vùng than Khoái Châu ........................................46
3.3. Nhận dạng các tác động môi trƣờng chính của dự án UCG ..................................50
3.4. Tính toán các thông số kĩ thuật cho dự án UCG...................................................54
3.5. Đánh giá tác động của các chất ô nhiễm ..............................................................63
3.6. Đánh giá tác động cháy nổ .................................................................................67
3.7. Đánh giá tác động lún mặt đất ............................................................................69
3.7.1. Lựa chọn phƣơng pháp dự báo sụt lún mặt đất ..............................................72
3.7.2. Dự báo lún mặt đất theo phƣơng pháp của Viện Vnimi .................................73
3.7.3. Dự báo lún mặt đất bằng phần mềm Phase2 ..................................................75
3.7.4. Kết quả dự báo lún ......................................................................................83
3.8. Dự báo hậu quả và đề xuất biện pháp giảm thiểu tác động sụt lún ........................83
3.8.1. Dự báo hậu quả của tác động sụt lún ............................................................83
3.8.2. Ƣớc tính thiệt hại của tác động sụt lún..........................................................84
3.8.3. Đề xuất biện pháp giảm thiểu tác động sụt lún ..............................................87
3.9. Công tác quan trắc môi trƣờng trong khí hóa than ngầm ......................................89
3.9.1. Quan trắc nƣớc ngầm ..................................................................................89
3.9.2. Quan trắc sụt lún mặt đất .............................................................................90
3.9.3. Quan trắc chất lƣợng không khí và tài nguyên đất .........................................90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................92

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................93

-2-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu tác động môi
trường của dự án khí hóa than ngầm tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên”
là do tôi thực hiện với sự hƣớng dẫn của TS. Trịnh Thành. Đây không phải là bản
sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, nguồn thông tin trong
luận văn là do tôi điều tra, trích dẫn, tính toán và đánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung tôi đã trình bày trong luận
văn này.
Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2015
Học viên

Hà Văn Thới

-3-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Trịnh Thành, ngƣời đã tận tình chỉ
bảo, hƣớng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô giáo trong Viện Khoa
học và Công nghệ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội; tập thể cán bộ
nhân viên Ban quản lý các Dự án than đồng bằng Sông Hồng - Vinacomin đã truyền
đạt những kinh nghiệm, kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
tôi trong suốt quá trình học tập.
Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2015
Học viên

Hà Văn Thới

-4-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng

CCS

Thu giữ khí cacbon

ĐBSH

Đồng bằng Sông Hồng

FEM

Phần tử hữu hạn

N

Neogen

Q

Đệ tứ

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

TKV

Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

UCG

Khí hóa than ngầm

-5-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc tại khu vực
thử nghiệm UCG (Fairfield, Mỹ) [13] ......................................................................17
Bảng 1.2. So sánh nồng độ chất các chất ô nhiễm trong nƣớc ngầm khu vực khí hóa
than ngầm với quy chuẩn hiện hành của Việt Nam ..................................................18
Bảng 2.1. Tốc độ lún cực đại của mặt đất tỷ lệ nghịch với độ sâu khai thác [1] ......32
Bảng 3.1. Đặc điểm các phức hệ chứa nƣớc vùng Khoái Châu [5] ..........................46
Bảng 3.2. Bảng chỉ tiêu cơ lý đá trung bình trong trầm tích Neogen [5]..................48
Bảng 3.3. Bảng chất lƣợng than vùng Khoái Châu [5] .............................................49
Bảng 3.4. Các đối tƣợng tự nhiên bị tác động trong quá trình UCG ........................53
Bảng 3.5. Tính chất của than vùng Angren và vùng Khoái Châu [8] .......................55
Bảng 3.6. Các thông số kĩ thuật chính của công tác khí hóa trạm khí hóa Angren,
Uzobekistan [7] .........................................................................................................57
Bảng 3.7. Các thông số kĩ thuật áp dụng cho dự án UCG tại Khoái Châu ...............62
Bảng 3.8. Kết quả dự báo lƣợng các chất phát sinh trong quá trình khí hóa ............62
Bảng 3.9. Thành phần hoá học của nƣớc ngầm gần lỗ khoan 33 của hệ thống khí
hóa số 17 khu mỏ Nam Abinsk [7] ...........................................................................65
Bảng 3.10. So sánh các đặc điểm địa chất vùng mỏ Khoái Châu và vùng mỏ
Postmoscovie [7] .......................................................................................................72

-6-

Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ quá trình khí hóa chất hữu cơ [7] ....................................................13
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của công nghệ UCG [9] .................................................14
Hình 1.3. Ảnh hƣởng khí hóa than ngầm đối với mặt đất [16] .................................20
Hình 1.4. Sụt lún tại dự án thử nghiệm UCG, Hoe Creek III, Mỹ [14] ....................22
Hình 1.5. Sự cố cháy nổ tại dự án UCG Hoe Creek III, Mỹ [14] .............................22
Hình 2.1. Sơ đồ sụt l n trong hoạt động khai thác than ngầm [20] ..........................31
Hình 2.2. Sơ đồ phân bố dịch chuyển và biến dạng tại các điểm trên mặt cắt cơ bản
của bồn dịch chuyển khi dịch chuyển kết thúc [1] ....................................................35
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khu vực dự án [8] ...................................................................43
Hình 3.2. Sơ đồ mặt bằng khu vực dự án [8] ............................................................44
Hình 3.3. Sơ đồ mặt cắt qua hệ thống lỗ khoan UCG khu vực dự án [8] .................45
Hình 3.4. Sơ đồ các tác động chính của quá trình khí hóa than ngầm ......................50
Hình 3.5. Đồ thị của phƣơng trình (3.1) [7] ..............................................................59
Hình 3.6. Sơ đồ mô hình khoang khí hóa dƣới ngầm và bồn lún trên mặt đất [15] .69
Hình 3.7. Sơ đồ mặt cắt các khu vực đặc trƣng của khoang khí hóa [15] ................70
Hình 3.8. Các dạng sụt lún của khoang UCG [10] ...................................................71
Hình 3.9. Sơ đồ mặt cắt qua khu vực khí hóa than ngầm tại dự án Khoái Châu ......74
Hình 3.10. Sơ đồ mặt cắt khoang UCG trong môi trƣờng phần mềm Phase2 (a, b,c)
...................................................................................................................................77
Hình 3.11. Mô hình kết quả dự báo lún bằng phần mềm Phase2 khi khí hóa than
ngầm ở mức -450m ...................................................................................................78
Hình 3.12. Sơ đồ bình đồ hào lún theo kết quả dự báo bằng phần mềm Phase2 ......79
Hình 3.13. Sơ đồ ảnh hƣởng của lún tại khu vực dự án UCG, Khoái Châu .............80
Hình 3.14. Quan hệ gữa rủi ro lún và chiều sâu khai thác than ngầm [20] ..............80
Hình 3.15. Mô hình kết quả dự báo lún khi khí hóa than ngầm ở mức -750m .........81

Hình 3.16. Mô hình kết quả dự báo lún khi khí hóa than ngầm ở mức -1050m .......82

-7-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Công nghệ khí hoá than ngầm (Underground coal gasification - UCG) đang
đƣợc áp dụng để khai thác các nguồn than ở những khu vực bị hạn chế về mặt kỹ
thuật và kinh tế khi khai thác bằng công nghệ truyền thống (lộ thiên và hầm lò).
Khác với công nghệ khai thác than thông thƣờng và công nghệ khí hoá than trên
mặt đất, UCG sẽ loại bỏ đƣợc hầu hết các yêu cầu về xử lý than trên bề mặt. Trên
thế giới, dự án UCG tại Angren ở Uzbekistan phục vụ phát điện đã vận hành từ
những năm 1960. Đến nay, đã có một số thử nghiệm UCG thành công ở Majuba Nam Phi, Chinchilla và Bloodwood - Úc, Quảng Châu - Trung Quốc [7].
UCG là quá trình chuyển hóa trực tiếp than thành khí tại vỉa trong lòng đất
dƣới tác động của các yếu tố đầu vào là áp suất, nhiệt độ, hơi nƣớc, hỗn hợp không
khí và oxi hoặc oxi với nồng độ khác nhau. Dƣới tác động của các quá trình hóa - lý
diễn ra trong vỉa than, sản phẩm của UCG là khí tổng hợp có thành phần chủ yếu là
CO, CO2, CH4, H2O, H2, H2S và CmHn [7]. Khí tổng hợp đƣợc xử lý để sản xuất
nhiên liệu cho nhà máy điện, dầu diesel, khí hydro, phân bón, hóa chất …
Quá trình UCG là quá trình đốt cháy than không hoàn toàn tại vỉa. Hỗn hợp
khí nén đƣợc cung cấp để đốt cháy than tạo ra nhiệt lƣợng làm bay hơi các chất bốc,
bay hơi nhựa than, nhiệt phân phần lớn các thành phần rắn trong than thành các chất
khí của cácbon và hyđrô. UCG vừa đƣợc xem là một quá trình khai thác than, vừa
đƣợc xem là một quá trình chuyển đổi than thành khí tổng hợp.
Theo kết quả đã nghiên cứu, dƣới mức cao -120m ở Đồng bằng Sông Hồng
(ĐBSH) là một bể than lớn, than có chất lƣợng và giá trị sử dụng đạt chỉ tiêu công

nghiệp. Than ở đây thuộc loại than nâu (Lignite) đến á bitum (Sub-bituminous). Tài
nguyên than toàn bể than theo đánh giá của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng
sản Việt Nam (TKV) năm 2009 khoảng 87 tỷ tấn, trong đó tài nguyên suy đoán cấp
334a ứng với mức cao -120 đến -1200m là 38,5 tỷ tấn. Riêng vùng Khoái Châu với
diện tích trên 80km2 có khoảng trên 1,7 tỷ tấn tài nguyên than [5]. Hiện nay, loại

-8-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

than này trên thế giới chủ yếu đƣợc dùng để sản xuất điện, làm nhiên liệu sản xuất
dầu diesel, xăng và các hoá chất cơ bản khác nhƣ metanol.
Than ở ĐBSH đƣợc nhận định có những đặc tính công nghệ phù hợp cho khí
hoá (chuyển hoá trực tiếp thành khí tổng hợp dùng cho các nhà máy điện) và hoá
lỏng (chuyển hoá than hoặc khí tổng hợp thành dầu diesel sử dụng cho các nhu cầu
khác nhau của nền kinh tế). Theo nhận định của các chuyên gia khai thác mỏ, bể
than ĐBSH có điều kiện khai thác rất phức tạp. Các vỉa than nằm sâu trong lòng
đất, đất đá tầng phủ, tầng chứa than có mức độ gắn kết yếu và có khả năng chứa
nƣớc [7]. Do vậy, bể than cần đƣợc tiến hành khai thác thử nghiệm để đánh giá tính
khả thi của công nghệ nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trƣờng.
Thực hiện chủ trƣơng của Chính phủ tại các văn bản: Quyết định số
2427/QĐ-TTg ngày 22/12/2011 (Chiến lƣợc phát triển khoáng sản); Quyết định số
60/QĐ-TTg ngày 09/01/2012 (Quy hoạch phát triển ngành than), TKV cùng các đối
tác nƣớc ngoài đang chuẩn bị triển khai các dự án than tại bể than ĐBSH, trong đó
có Dự án khí hóa than ngầm tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hƣng Yên (Dự án).
Bên cạnh những mặt tích cực, UCG còn tiềm ẩn những tác động tiêu cực đối
với môi trƣờng nhƣ: Sụt lún, biến dạng mặt đất, hiệu ứng nhiệt, ô nhiễm nƣớc
ngầm, nƣớc mặt, đất, không khí và cháy nổ.

UCG là một công nghệ khai thác than mới, lần đầu tiên áp dụng tại Việt
Nam, việc xem xét Dự án trên về khía cạnh môi trƣờng là lý do chính để học viên
lựa chọn Đề tài: Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên.
2. Lịch sử nghiên cứu
Công nghệ UCG đã đƣợc nghiên cứu, thử nghiệm chủ yếu ở các nƣớc Tây
Âu, Mỹ, Trung Quốc, Liên Xô cũ, Úc và Nam Phi. Từ năm 1995, ở Liên Xô cũ đã
thực hiện 6 dự án UCG mang tính thƣơng mại, khai thác đƣợc khoảng 14†15 triệu
tấn than, trong số đó có mỏ Angren ở Uzbekistan vẫn đang hoạt động. Vào những
năm 1980, các thử nghiệm đƣợc thực hiện ở Mỹ cho thấy quá trình UCG có khả
năng cạnh tranh về kinh tế so với khí hoá than trên mặt đất [7].

-9-


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Thực tế, hầu hết các dự án UCG trên thế giới mới dừng lại ở giai đoạn thử
nghiệm. Nguyên nhân chính để các dự án trên chƣa phát triển ở quy mô thƣơng mại
bởi công nghệ UCG tiềm ẩn các tác động tiêu cực đối với môi trƣờng.
Khung pháp lý về công tác bảo vệ môi trƣờng của các quốc gia Châu Âu và
Châu Mỹ rất chặt chẽ, đặc biệt đối với ngành công nghiệp khai thác khoáng sản. Ở
nƣớc ta, theo quy định của Luật bảo vệ Môi trƣờng năm 2014 (Luật số
55/2014/QH13), các văn bản dƣới luật, các quy định, các quy chuẩn, tiêu chuẩn về
môi trƣờng, các hƣớng dẫn về công tác lập báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng
khá chi tiết đối với các dự án phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trƣờng. Dự án
áp dụng công nghệ UCG là rất mới trong hoạt động khai thác khoáng sản ở nƣớc ta
nên chƣa có hƣớng dẫn cụ thể. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, học viên sẽ
tìm hiểu, phân tích, tổng hợp một số báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng trong

lĩnh vực liên quan để phục vụ công tác nghiên cứu.
3. Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu, nhận dạng, đánh giá các tác
động môi trƣờng của dự án khí hóa than ngầm tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hƣng
Yên; Trong đó, luận văn tập trung đánh giá tác động sụt l n mặt đất; Kết quả nghiên
cứu sẽ đƣa ra những dự báo về mức độ sụt l n mặt đất do dự án gây ra và tác động
của nó đối với môi trƣờng.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tác động sụt l n mặt đất của
dự án khí hóa than ngầm tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hƣng Yên. Phạm vi nghiên
cứu của luận văn trong khuôn khổ dự án thử nghiệm công nghệ khí hóa than ngầm.
Từ đó, luận văn đề xuất các biện pháp phòng ngừa, giảm thiểu, ứng phó sự cố sụt
l n mặt đất do dự án gây ra.
4. Tóm tắt các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
Luận văn nhận dạng, dự báo, đánh giá mức độ tác động, đề xuất các biện
pháp phòng ngừa, giảm thiểu, ứng phó sự cố sụt l n mặt đất trong hoạt động khí
hóa than ngầm. Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần định hƣớng cho công tác

- 10 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

xây dựng kế hoạch bảo vệ môi trƣờng đối với các dự án khí hóa than ngầm tại
ĐBSH.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, mô hình toán, mô hình số nhằm lựa chọn phƣơng pháp
đánh giá, pháp giảm thiểu tác động sụt l n mặt đất đối với dự án khí hóa than ngầm.
Nội dung của luận văn gồm các phần sau:
Mở đầu. Chƣơng 1. Tổng quan về tác động của hoạt động khí hóa than ngầm

đối với môi trƣờng.
Chƣơng 2. Phƣơng pháp luận nghiên cứu sụt l n và biến dạng mặt đất trong
hoạt động khí hóa than ngầm.
Chƣơng 3. Dự báo tác động môi trƣờng cho dự án khí hóa than ngầm tại
vùng than Khoái Châu tỉnh Hƣng Yên.
Kết luận.

- 11 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG KHÍ HÓA
THAN NGẦM ĐỐI VỚI MÔI TRƢỜNG
Trong bối cảnh các nguồn năng lƣợng ngày càng trở lên cạn kiệt, các công
nghệ sản xuất năng lƣợng mới đã đóng vai trò quan trọng trong hỗn hợp năng lƣợng
tƣơng lai. Công nghệ UCG cho phép tiếp cận các nguồn tài nguyên than không thể
khai thác một cách kinh tế bằng các công nghệ khác, ví dụ nhƣ các khoáng sàng
than quá sâu, chất lƣợng than quá thấp hoặc vỉa than quá mỏng. Đây cũng chính là
nguyên nhân khiến cho công nghệ UCG phát triển mạnh mẽ trong những năm gần
đây.
Nhằm thỏa mãn các nhu cầu về năng lƣợng, Trung Quốc hiện là một quốc
gia đi đầu trong việc triển khai thác công nghệ UCG với khoảng trên 30 dự án lớn
đang đƣợc xây dựng. Ấn Độ đã xây dựng các kế hoạch áp dụng công nghệ UCG
trong việc tiếp cận 350 tỷ tấn than khó có thể khai thác. Tại Nam Phi, hai Tập đoàn
Sasol và Eskom cũng đã tiến hành xây dựng thử nghiệm các trạm khí hóa than
ngầm nhằm trang bị các cơ sở vật chất, đào tạo chuyên gia, nâng cao kiến thức
trong lĩnh vực này [7].
Đến nay, trên thế giới đã có những nghiên cứu về UCG đƣợc tiến hành tại

Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Ấn Độ, Australia và Trung Quốc trên quy mô thử nghiệm
và công nghiệp. Trong bối cảnh phải hạn chế phát thải khí cacbon, công nghệ UCG
kết hợp với công nghệ thu giữ khí cacbon CCS (carbon capture and storage) hiện
đang đƣợc xem là một giải pháp sử dụng than hiệu quả, lƣợng phát thải thấp, đặc
biệt là đối với các nhà máy điện sử dụng than [8].
Các giải pháp sử dụng than truyền thống và phi truyền thống, nhƣ công nghệ
UCG, đều đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lƣợng, đáp
ứng nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng. Trong quá trình thử nghiệm công nghệ
UCG, đã có những phản đối trong dƣ luận xã hội liên quan đến tác động sụt lún mặt
đất, những hậu quả ô nhiễm nguồn nƣớc do công nghệ này gây ra. Đây cũng là một
trong những nguyên nhân khiến cho các dự án UCG chƣa có điều kiện phát triển
sau quy mô thử nghiệm [7].

- 12 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Hiện tại, bể than Quảng Ninh chủ yếu đƣợc khai thác bằng công nghệ truyền
thống nhƣ hầm lò và lộ thiên. Do bể than Quảng Ninh có lịch sử khai thác trên 100
năm, điều kiện địa chất mỏ, điều kiện địa hình cho phép phát triển các công nghệ
khai thác truyền thống. Đối với bể than ĐBSH, tài nguyên than có thể thăm dò là rất
lớn, khoảng 38,5 tỷ tấn nhƣng các vỉa than lại phân bố sâu (từ mức -120m trở
xuống) [7]; điều kiện địa chất mỏ, điều kiện địa hình vùng đồng bằng chƣa cho
phép lựa chọn công nghệ khai thác truyền thống tại đây khi chƣa có kết quả khai
thác thử nghiệm. Công nghệ UCG bƣớc đầu đƣợc đề xuất, lựa chọn để thử nghiệm
tại vùng than Khoái Châu thuộc bể than ĐBSH nhằm hạn chế những tác động hiện
hữu do khai thác than truyền thống gây ra. Đồng thời, dự án thử nghiệm công nghệ
UCG thành công, mang lại hiệu quả kinh tế, đảm bảo an sinh xã hội và an toàn đối

với môi trƣờng sẽ mở ra một hƣớng khai thác mới cho Ngành than Việt Nam. Theo
đó, TKV đã xây dựng kế hoạch phát triển bể than ĐBSH, trong đó ƣu tiên áp dụng
công nghệ UCG tại đây. Bản chất và những vấn đề môi trƣờng của công nghệ UCG
sẽ đƣợc trình bày ở những mục tiếp theo.
1.1. Tổng quan về công nghệ khí hóa than ngầm
Khí hóa là phƣơng pháp chuyển hóa các loại vật liệu chứa cacbon nhƣ than,
dầu mỏ, nhiên liệu sinh học, sinh khối thành cacbon monoxit và hydro thông qua
các phản ứng với oxy và hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. Sản phẩm khí sau phản ứng gọi là
khí tổng hợp (syngas) [7].
Khí: CO2, CO, H2, CH4, CmHn, N2, …

Chất hữu cơ + O2 (thiếu) + to

Lỏng: CH3COOH, CH3OH, axeton,
hydrocacbon chứa oxi, …
Rắn: Tro, muội C, …

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình khí hóa chất hữu cơ [7]

- 13 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Mục đích của khí hóa than là biến đổi hầu hết các chất rắn cháy đƣợc có
trong than thành dạng khí đốt nhân tạo có thành phần chủ yếu là CO, H2, CH4. Cũng
nhƣ các phƣơng pháp sử dụng than trực tiếp, sản phẩm khí hóa than có thể dễ dàng
sử dụng, lƣu giữ và vận chuyển. Khí hóa than trực tiếp tại các vỉa than đang đƣợc áp
dụng để khai thác tài nguyên than chƣa thể áp dụng bằng các phƣơng pháp truyền

thống (lộ thiên và hầm lò) [7].
UCG là quá trình bơm ép các chất oxy hóa (oxy, không khí, hơi nƣớc…) để
trực tiếp chuyển hóa than trong lòng đất thành khí tổng hợp gồm: H2S, CO2, CnHm,
CO, H2, CH4, N2 và hơi nƣớc (H2O) với các tỷ lệ khác nhau. Quá trình UCG đƣợc
thực hiện bởi các giếng khoan từ trên bề mặt. Khí tổng hợp của quá trình UCG có
thể đƣợc sử dụng để sản xuất các nguyên liệu hóa học (nhƣ phân bón, amoniac…),
sản xuất nhiên liệu lỏng (nhƣ dầu diesel, xăng…) hoặc sử dụng làm nhiên liệu trực
tiếp cho các nhà máy phát điện hoặc luyện kim [7].

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của công nghệ UCG [9]
1.2. Các vấn đề môi trƣờng của công nghệ khí hóa than ngầm
Một trong những nguyên nhân hạn chế việc khai thác than trên thế giới là
vấn đề thiệt hại về môi trƣờng tại các khu mỏ. Các vấn đề môi trƣờng chính của
công nghệ UCG bao gồm: Ô nhiễm nƣớc ngầm (hoá học và nhiệt) do quá trình khí
hoá và sự nhiệt phân của than; Ô nhiễm không khí do sự phát tán các khí sản phẩm
và các hợp chất đi kèm; Phá vỡ cân bằng của khối đất đá trong hệ thống khí hoá

- 14 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

ngầm; Ảnh hƣởng đến bề mặt (biến dạng và sụt l n); Gây hiệu ứng nhiệt (trong
lòng đất và bề mặt) và có thể xảy ra cháy nổ.
Những nghiên cứu thực tế về tác động của quá trình UCG đối với nƣớc
ngầm, đƣợc thực hiện bằng hệ thống mạng lƣới lỗ khoan quan trắc đặc thù, lựa chọn
biện pháp quan trắc phù hợp để thu đƣợc các thông số kỹ thuật tối ƣu nhằm giảm
thiểu ô nhiễm nƣớc ngầm trong quá trình vận hành, ngừng hoạt động và sau khi kết
th c khí hóa. Quá trình cháy liên tục của vỉa than trong khoang khí hóa gây nên sự

biến dạng của các khối đất đá bên trên khu vực khí hoá. Sự biến dạng đó có thể lan
tỏa lên mặt đất và tạo ra sụt l n.
1.2.1. Ảnh hưởng đến nước ngầm
a. Ảnh hưởng tới chất lượng nước ngầm
Khai thác than bằng công nghệ UCG có thể gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng,
trữ lƣợng và động thái của các tầng nƣớc ngầm trong địa tầng chứa vỉa than khí hóa.
Trong quá trình UCG, nhiệt độ cao tại kênh khí hóa nung nóng đất đá ở vách, trụ
vỉa than và nguồn nƣớc ngầm trong khu vực khí hóa. Khi nhiệt độ tăng, tính chất
vật lý và thành phần hóa học của nƣớc ngầm bị thay đổi so với trạng thái ban đầu:
- Tỷ trọng của nƣớc giảm do tăng thể tích, độ nhớt của nƣớc ngầm cũng giảm
theo;
- Khả năng hòa tan của nƣớc tăng lên, đặc biệt là sự hòa tan khí CO2 (sinh ra
trong quá trình khí hóa) trong nƣớc tạo thành axit H2CO3 (CO2 + H2O = H2CO3) là
loại axit yếu dễ bị phân hủy thành các cation và anion (H2CO3 = H+ + HCO3- và
H2CO3 = 2H+ + CO32-). Sự xuất hiện của các anion HCO3- và CO32- làm tăng độ
cứng của nƣớc ngầm. Ngoài ra, anion SO42- làm cho nƣớc hidrocabonat trở thành
nƣớc sunfat - hidrocabonat làm tăng độ khoáng hóa của nƣớc ngầm [13].
Quá trình UCG còn tạo ra các sản phẩm khác trong giai đoạn phân rã nhiệt
của than tại khoang khí hóa nhƣ hắc ín, phenol, benzen, xianua, sunfuaxianua và
các kim loại nặng Hg, Pb, Cd, As, Se, …. Phần lớn các chất đó đƣợc đƣa lên bề mặt
cùng với khí sản phẩm dƣới dạng chất ngƣng tụ. Tại khu vực khí hóa, đất đá bị biến
dạng, nứt nẻ dẫn đến sự thất thoát khí dƣới ngầm. Khi áp lực tại khoang khí hóa lớn

- 15 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

hơn áp lực đất đá xung quanh, các chất ô nhiễm có thể xâm nhập, phát tán vào nƣớc

ngầm và gây ô nhiễm nƣớc ngầm. Theo thời gian, cùng với sự vận động của nƣớc
ngầm, các chất đó có thể lan tỏa và phát tán ra xung quanh khu vực khoang khí hóa.
Dự án UCG ở Hoe Creek, Hanna, Fairfield, Mỹ những năm 1970-1980 đã tạo ra các
sản phẩm tƣơng tự nhƣ trên và gây ô nhiễm nƣớc ngầm [13].

- 16 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Bảng 1.1. Thành phần hóa học và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc tại khu vực
thử nghiệm UCG (Fairfield, Mỹ) [13]
Thành phần hóa học
Ca
Mg
Na
HCO3CO3-2
SO4-2
H2 S
ClFNO3NH3
TDS
Phenols
TOC
Volatile dissolved
solids
CNCNSCH4
pH
As
Ba

Cd
Cu
Cr (total)
Mn
Hg
Se
Ag
Zn
B

Nồng độ trƣớc khi khí hóa
(mg/l)
20
5
100
300
2
4
0.02
30
0.1
-1
350
0.1
20

Nồng độ sau khi khí hóa
(mg/l)
200
15

300
500
0
1150
0.4
40
0.7
2
100
2300
20
200

---0.42
-------------

300
<0.01
<0.5
0.16
7.6
<0.01
<1
<0.01
<0.1
<0.05
0.07
0.002
<0.01
<0.05

<0.1
0.3

Theo bảng trên, nồng độ các chất ô nhiễm sau khí hóa tăng gấp nhiều lần:
phênol tăng từ 0,1 đến 20mg/l (gấp 200 lần); TDS tăng từ 350 đến 2300mg/l (tăng
gần 7 lần); H2S tăng từ 0,02 lên 0,4mg/l (tăng gấp 20 lần), …

- 17 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

So sánh một số chỉ tiêu trong bảng 1.1 với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nƣớc thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), hàm lƣợng các chất ô nhiễm tạo
ra trong quá trình khí hóa than ngầm vƣợt quá giới hạn cho phép gấp nhiều lần
(bảng 1.2).
Bảng 1.2. So sánh nồng độ chất các chất ô nhiễm trong nƣớc ngầm khu vực khí hóa
than ngầm với quy chuẩn hiện hành của Việt Nam

TT

Thông số

Đơn vị

Giới hạn nồng độ

Nồng đồ chất ô nhiễm

chất ô nhiễm theo

trong nƣớc ngầm sau quá

QCVN

trình khí hóa than ngầm

40:2011/BTNMT
1

Chất rắn lơ lửng

mg/l

100

2300

2

Tổng phenol

mg/l

0,5

20

3

Amoni (tính theo Nitơ)

mg/l

10

100

Sau khi đƣợc đƣa lên mặt đất, các chất ô nhiễm trên có thể phát tán ra môi
trƣờng xung quanh làm ô nhiễm đất, nƣớc và không khí nếu ch ng không đƣợc thu
gom, bảo quản, xử lý theo quy định.
Nhƣ vậy, lƣợng nƣớc trong khoang UCG, lƣợng nƣớc ngƣng tụ trong quá
trình khí hóa cần phải xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng. Quá trình xử lý các chất ô
nhiễm trong khoang khí hóa là rất phức tạp, cần chi phí lớn và thực hiện trong nhiều
năm.
b. Ảnh hưởng tới trữ lượng và động thái của nước ngầm
Quá trình UCG tạo ra nhiệt độ và áp suất cao tại kênh phản ứng gây ảnh
hƣởng tới chế độ vận động và trạng thái của nƣớc ngầm khu vực lân cận. Áp suất
lớn tại kênh khí hóa tác động lên áp lực thủy tĩnh của nƣớc ngầm, nhiệt độ của nƣớc
ngầm tăng làm cho độ nhớt của nƣớc giảm đi, do đó nƣớc ngầm sẽ vận động với tốc
độ nhanh hơn so với động thái ở điều kiện tự nhiên.

- 18 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Đồng thời, quá trình UCG làm biến dạng (sập đổ, nứt nẻ) đất đá xung quanh

khoang khí hóa do nhiệt độ tăng cao, đồng thời để lại khoảng trống trong lòng đất.
Khi áp suất của lò khí hóa không đƣợc duy trì, nƣớc ngầm ở trên, dƣới vỉa than khí
hóa sẽ theo các khe nứt của đất đá tràn vào khoảng trống và một phần nƣớc ngầm bị
bốc hơi (do nhiệt độ cao tại khoang khí hóa) làm cho mực nƣớc ngầm bị hạ thấp.
Trữ lƣợng của các tầng chứa nƣớc ngầm ở trên, dƣới vỉa than bị suy giảm.
1.2.2. Ảnh hưởng đến mặt đất
a. Sử dụng diện tích bề mặt
UCG là một công nghệ khai thác than. Công nghệ UCG cũng cần sử dụng
diện tích mặt đất để triển khai các hạng mục xây dựng hạ tầng, khoan các lỗ khoan
sản xuất, lắp đặt hệ thống đƣờng ống dẫn khí,… Công nghệ UCG chiếm dụng diện
tích mặt đất không lớn tùy thuộc vào công suất khí hóa và trữ lƣợng than của khu
vực khí hóa. Tổng diện tích đất đai bị phá huỷ hàng năm đối với dự án UCG tăng ít
do không có bãi thải đất đá.
b. Sụt lún, biến dạng mặt đất
Trong quá trình UCG, lƣợng than bị đốt cháy tại vỉa sẽ để lại các khoảng
trống. Do ảnh hƣởng của nhiệt độ, áp lực của lò khí hóa làm cho khối đất đá xung
quanh bị dịch chuyển, đặc biệt là khối đất đá ở phần trên vách vỉa than. Mức độ
dịch chuyển của khối đất đá mỏ phụ thuộc vào chiều sâu khí hóa, chiều dày, chất
lƣợng của vỉa than, các đặc tính kiến tạo (đặc điểm địa chất, tính chất cơ lý) của
khối đất đá mỏ và hệ thống UCG.
Sự dịch chuyển của khối đất đá ở phần trên vỉa than trong quá trình UCG
đƣợc chia thành bốn khu vực: sập đổ, phá hủy, biến dạng và l n (hình 1.3) [16].

- 19 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Hình 1.3. Ảnh hƣởng khí hóa than ngầm đối với mặt đất [16]

Thực tế, quá trình UCG đốt cháy các vỉa than làm tro, xỉ than cùng đất đá
vách rơi xuống phía dƣới kênh khí hóa và nƣớc ngầm chảy vào khoảng trống khiến
cho các khoảng trống dần dần đƣợc lấp đầy theo thời gian.
Tốc độ sụt l n ở trên bề mặt khu UCG thƣờng khá nhỏ, khó nhận biết và
biến đổi theo thời gian. Tác động sụt l n mặt đất có thể xảy ra trong hoặc sau khi
thực hiện các dự án khí hóa. Sụt l n mặt đất gây thiệt hại trực tiếp đến con ngƣời và
thiết bị của dự án, gây sập đổ các công trình xây dựng, biến đổi môi trƣờng bề mặt,
có thể gây ô nhiễm, suy thoái tài nguyên đất, nƣớc.
Hầu hết những tác động sụt l n do khai thác nƣớc ngầm, khai thác hầm mỏ,
xây dựng đập thủy điện đều ảnh hƣởng rất nghiêm trọng đến sự an toàn cho con
ngƣời và môi trƣờng. Đối với hoạt động UCG tại vùng Đồng bằng sông Hồng, tác
đông sụt l n cần đƣợc ƣu tiên nghiên cứu và dự báo chi tiết.
1.2.3. Ảnh hưởng đến các yếu tố môi trường khác
a. Đất đai: Nhiên liệu, dung dịch khoan, chất thải rắn, nƣớc thải của dự án
UCG nếu không đƣợc bảo quản, thu gom, vận chuyển an toàn sẽ làm ô nhiễm đất
tại khu vực dự án. Khi triển khai dự án UCG có thể gây ô nhiễm đất khi có các sự
cố trên các đƣờng ống dẫn khí. Ngoài ra, việc sử dụng mặt bằng xây dựng và lắp đặt
thiết bị phục vụ dự án sẽ chiếm dụng một diện tích đất nhất định.
b. Không khí: Các rủi ro trong UCG có thể gây rò rỉ khí qua các tầng đất đá
lên bề mặt hoặc các sự cố trên đƣờng ống dẫn khí sẽ làm ô nhiễm không khí.

- 20 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

c. Tài nguyên nước: Hoạt động UCG cũng có nhu cầu sử dụng tài nguyên
nƣớc, nƣớc phục vụ cho duy trì các phản ứng hóa học trong kênh phản ứng, nƣớc
làm lạnh và nƣớc làm sạch khí sản phẩm. Các nhà máy UCG cũng tạo ra nƣớc thải.

Nhƣ vậy, UCG cũng có thể gây ra những ô nhiễm đối với cả nƣớc ngầm và nƣớc
mặt.
1.3. Tác động môi trƣờng của hoạt động khí hóa than ngầm trên thế giới
Hoạt động UCG trên thế giới chủ yếu mới dừng lại ở các dự án thử nghiệm,
các tác động môi trƣờng của UCG cần đƣợc xem xét bao gồm: ô nhiễm (nƣớc
ngầm, nƣớc mặt và không khí; sụt l n, biến dạng mặt đất; cháy nổ.
Quá trình UCG liên quan đến việc đốt cháy than dƣới lòng đất tạo ra
hydrocarbon độc hơn, thậm chí có thể gây ung thƣ nhƣ benzene, toluene, ethyl benzen và xylen [13]. Khối lƣợng lớn các hợp chất này đƣợc đƣa lên bề mặt cùng
với khí sản phẩm và cần chi phí lớn để xử lý.
Hoạt động thử nghiệm UCG trƣớc đây đã liên tục dẫn đến ô nhiễm bởi các
chất độc hại và gây ung thƣ. Nhiệt độ, áp suất trong quá trình khí hóa đã tạo ra một
cơ chế để lây lan ô nhiễm. Khả năng kiểm soát các phản ứng để ngăn chặn phát tán
chất ô nhiễm là khó khăn khi ch ng đang tự xảy ra trong lòng đất với chiều sâu lớn.
Tuy nhiên, con đƣờng chính để phát tán chất ô nhiễm lên mặt là thông qua hệ thống
các giếng khoan. Trong ba dự án thử nghiệm gần đây ở Úc đã có hai dự án bị đóng
cửa do các hợp chất độc hại phát tán ra môi trƣờng xung quanh [16].
Sụt l n, biến dạng mặt đất của các dự án UCG cũng rất phức tạp. Sau khi các
vỉa than bị khí hóa sẽ tạo ra các khoang trống, phần vòm của khoang trống đó xảy ra
hiện tƣợng sập đổ đất đá. Sự sập đổ của các tầng địa chất nằm phía trên vòm của
khoang trống có thể dẫn đến sụt l n bề mặt, gây thiệt hại cho tất cả những gì đang
tồn tại trong vùng ảnh hƣởng.
Hiện tƣợng sụt l n, động đất là khá phổ biến trong hoạt động khai thác than
thông thƣờng nhƣng ch ng đƣợc kiểm soát thông qua việc thi công và sử dụng các
công trình ngầm. Đối với công nghệ UCG, việc kiểm soát các tác động trên sẽ gặp
rất nhiều khó khăn và cần chi phí lớn. Tác động sụt lún mặt đất nếu không đƣợc

- 21 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm

tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

đánh giá, kiểm soát từ trƣớc sẽ gây thiệt hại lớn về ngƣời, vật chất và khó khắc
phục.

Hình 1.4. Sụt lún tại dự án thử nghiệm UCG, Hoe Creek III, Mỹ [14]
Nhiều dự án thử nghiệm đã tiến hành ở Chinchilla - Úc với tổng cộng khoảng
40.000 tấn than đƣợc khí hóa. Các vỉa than ở đây nằm ở độ sâu khoảng 140m, có
chiều dày khoảng từ 6,5 đến 10m. Sau thử nghiệm Chinchilla 1 năm 2000, kết quả
quan trắc đã xác nhận có hiện tƣợng lún bề mặt khoảng vài milimet. Dự án thử
nghiệm Chinchilla II, Chinchilla III đang hoạt động nhƣng chƣa xác định đƣợc có
sụt lún hay không [7].
Hydro (H2) và khí metan (CH4) đƣợc tạo ra bởi quá trình UCG đều không
màu, không mùi và dễ nổ. Khí carbon monoxide (CO) cũng đƣợc tạo ra từ UCG,
đây cũng là một khí không màu, không mùi có thể gây chết ngƣời và động vật ở
nồng độ rất thấp. Quá trình UCG cũng tạo ra các loại sáp, các loại hắc ín dần dần
đƣợc tích tụ trong giếng và đƣờng ống. Một số dự án thử nghiệm đã xảy ra nổ trong
giếng khoan và đƣờng ống.

Hình 1.5. Sự cố cháy nổ tại dự án UCG Hoe Creek III, Mỹ [14]

- 22 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Ngoài ra, công nghệ UCG cũng tạo ra một môi trƣờng làm việc nguy hiểm,
dễ xảy ra tai nạn lao động và có nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp.
Trong hoạt động UCG các tác động ô nhiễm, cháy nổ, đặc biệt là sụt lún mặt

đất thuộc dạng các tác động tiềm ẩn. Các tác động tiềm ẩn đó có thể xảy ra hoặc
không xảy ra trong từng trƣờng hợp đối với từng dự án cụ thể. Vì vậy, có thể hiểu
những sự cố trong hoạt động UCG có thể xảy ra ở khâu vận hành và sau vận hành.
Mức độ nguy hiểm của rủi ro nói trên tùy thuộc vào quy mô, phƣơng pháp và địa
điểm thực hiện UCG.
1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu rủi ro trong hoạt động khí hóa than ngầm
Trong hoạt động UCG, rủi ro môi trƣờng chủ yếu đƣợc đánh giá, dự báo
bằng các nhóm phƣơng phƣơng pháp kinh nghiệm và nhóm phƣơng pháp mô hình.
Cả hai nhóm phƣơng pháp trên có thể đƣợc áp dụng, vận dụng từ hoạt động khai
thác than hầm lò, thi công công trình ngầm. Trong giới hạn nghiên cứu, luận văn
chủ yếu tập trung dự báo tác động rủi ro sụt lún mặt đất.
1.4.1. Nhóm phương pháp kinh nghiệm
* Phƣơng pháp tính lún của Bộ than quốc gia Anh [17]
Phƣơng pháp tính l n của Bộ than quốc gia Anh năm 1975 đƣợc sử dụng để
tính toán nhanh các kết quả dự báo lún thông qua việc sử dụng các bảng biểu có
sẵn. Phƣơng pháp tính toán sụt lún sử dụng các thông số cơ bản: chiều sâu, chiều
dày, góc dốc của vỉa than và kích thƣớc khoảng khai thác. Luận văn không sử dụng
phƣơng pháp này để dự báo sụt lún.
* Phƣơng pháp tính toán l n trong hoạt động thi công hầm giao thông [19]
Theo cách tính l n cho đƣờng hầm, đƣờng hầm có thể bị lún là do mất mát
thể tích, hào lún phát triển tại bề mặt trong khi thi công đào hầm. Hình dạng của hào
lún phụ thuộc vào tính chất của địa tầng. Hào lún theo chiều ngang so với trục hầm
có thể đƣợc thể hiện tƣơng đối bằng một đƣờng cong phân bố Gauss đảo chiều,
trong đó kích thƣớc và hình dạng có thể đƣợc xác định chủ yếu thông qua hai thông
số: mất mát thể tích (VL) và thông số chiều rộng hào lún (i) [19].

- 23 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm

tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

Hình 1.6. Dạng hào lún trên hầm [19]
Attewell et al (1986) and Rankin (1988) đã tóm tắt phƣơng thức tiếp cận dựa
trên kinh nghiệm đƣợc sử dụng rộng rãi để dự đoán sự sụt lún theo chiều thẳng
đứng của phần sát, trực tiếp bề mặt do công tác đào hầm gây ra [19].

Hình 1.7. Mặt cắt ngang của hào lún [19]
Lún dọc tại mặt đất dƣới gƣơng hầm (sự dịch chuyển tối đa do công tác đào
hầm gây ra, hình 1.7) đƣợc thể hiện đối với hầm đơn theo công thức sau:
  y2 
=
2 
 2i 

S = Smax.exp 

  y 2  V .A
  y2 
Vs
.exp  2  = L .exp  2 
2 .i
2 .i
 2i 
 2i 

[19]

Trong đó [19]:
- S là độ lún của một điểm tại khoảng cách theo chiều ngang „y‟ từ trục hầm.

- Smax là độ lún tối đa trên trục hầm;

- 24 -


Nghiên cứu tác động môi trường của dự án khí hóa than ngầm
tại vùng than Khoái Châu tỉnh Hưng Yên

- Vs là thể tích hào lún theo m ở phía trƣớc hầm [m3/m], đƣợc tính bằng phần
.
trăm VL của đoạn hầm theo
lý thuyết A (A=πD2excav /4) của hầm;

- i là thông số chiều rộng hào l n đƣợc tính là i=k.z0, „k‟ hằng số không có
đơn vị, phụ thuộc vào loại đất và „z0‟ là độ sâu của trục hầm dƣới mặt đất; VL và i
lấy theo kinh kinh nghiệm.
Phƣơng pháp này chủ yếu áp dụng tính toán lún cho các công trình hầm thi
công trong môi trƣờng đất có tiết diện và chiều sâu nhỏ. Trong khai thác than hầm
lò và UCG, phƣơng pháp này ít đƣợc sử dụng để dự báo lún do quy mô và chiều sâu
khai thác lớn. Luận văn không sử dụng phƣơng pháp này để dự báo lún.
* Phƣơng pháp vùng tƣơng tự
Nội dung, bản chất của phƣơng pháp vùng tƣơng tự là sự so sánh vùng mỏ
chƣa đƣợc nghiên cứu với vùng mỏ đã đƣợc nghiên cứu dựa trên 3 dấu hiệu quan
trọng [1]: Đặc điểm địa hình và cấu tr c địa tầng; Đặc tính cơ lý của đất, đá mỏ;
Góc dịch chuyển theo phƣơng của vỉa.
Từ kết quả nghiên cứu cho phép r t ra các tham số về góc dịch chuyển cho
mỏ mới. Các đại lƣợng này sẽ đƣợc xác định theo mỏ có các chỉ tiêu tƣơng tự
nhƣng đã đƣợc nghiên cứu kỹ về quy luật dịch chuyển biến dạng.
Phƣơng pháp này có ƣu điểm là cho phép xác định nhanh các tham số dịch
chuyển cần thiết để phục vụ cho việc bảo vệ công trình và đảm bảo an toàn cho quá

trình khai thác. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp là khó tìm đƣợc các vùng mỏ đồng
thời tƣơng tự nhau theo cả 3 chỉ tiêu trên, đồng thời các tham số dịch chuyển đƣợc
xác định với độ tin cậy không cao. Để khắc phục nhƣợc điểm này, các mỏ cần tiến
hành lập các trạm quan trắc thực địa ngay từ giai đoạn khai thác thử nghiệm để có
cơ sở dự báo các tham số dịch chuyển, biến dạng bề mặt có thể xảy ra cho vùng mỏ
mới.
* Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng đất đá trong phòng thí nghiệm có thể
tiến hành bằng 3 phƣơng pháp [2]: Nghiên cứu trên mô hình vật liệu tƣơng đƣơng;

- 25 -