Địa chất thủy văn mỏ

Đ ỊA CHẤT T H U Ỷ V Ă N

Các công thức trên d ùn g đ ế xác định các thông số
theo tài liệu hút nước từ lô khoan có áp, hoàn chinh,
hút nước với lưu lượng ổn định. Tính không hoàn
chinh của lô khoan chi ảnh hường đến kết quả xác
định T = km và có th ể loại trừ bằng cách cộng với hệ
sô hiệu chinh Verigin đã trình bày ờ trên. Các công
thức trên cũng có thế sử d ụn g đ ê xử lý tài liệu hút
nước từ tầng không áp nếu trị s ố hạ thâp m ực nước
cực đại (Smax) trong quá trình bơm hút nước không
vượt quá 20% b ể dày tẩng chứa nước. N ếu s >20% H,
thì trên trục tung thay vào vị trí s ta ghi s(2H - s) ứng
với m ỗi thời điếm lấy giá trị tính toán.
Các công thức và phương pháp trên củng có thể sử
d ụng đê xử lý tài liệu phục hổi m ực nước nếu tổng
thời gian phục hổi t* không vượt qua 10% tổng thời
gian kéo dài hút nước t (trường hợp này ta gọi là hổi
phục nhanh). N ếu t* > 0,11, thì trên trục hoành của đổ
thị theo dõi thòi gian là logarit của t* /t + ị*, trong đ ó t
là tổng thời gian kéo dài hút nước k ể từ lúc bắt đẩu
hút nước cho đến thòi điểm đừng hút đ ể đ o hổi phục;
t* là thừi gian hổi phục k ế từ lúc dừng hút đến thời
điếm đo m ực nước dâng cao khi hổi phục.
Đơn vị tính t phụ thuộc vào đơn vị của
nếu Q được đo bằng m 3/ n g à y thì t sê là
không phụ thuộc vào đơn vị đo thời gian
hoành, dù tính bằng phút, giờ hay ngày đ ế
hình dáng đẹp; ngược lại đơn vị của hệ s ố

Q (tức là

m 2/ngày)
trên trục
đ ổ thị có
(a a * ) lại

431

phụ thuộc vào đơn vị thời gian đặt trên trục hoành
và đơn vị của hạ thâp mực nước đặt trên trục tung.
Củng phái nói thêm rằng, hiện nay tât cả các
phương pháp này đều đã được số hóa và có nhiều
phần m ểm chuyên dụng đ ế xử lý s ố liệu rất thuận lợi
và dê khai thác sử dụng. Hai phẩn mểm đang được sử
dụng rộng rãi trên th ế giới và ờ Việt N am là phẩn mềm
A quiíer Test và Groundvvater for VVindovvs (GWW).
T à i liệ u th a m k h ả o
Đoàn Văn Cánh, Bùi Học, Hoàng Văn Hưng, Nguyễn Kim
Ngọc, 2001. Các phương pháp điều tra ĐCTV.

NXB

G ia o

thông Vận tài. 160 tr. Hà Nội.

Fetter, C.YV, 2000. Applied H ydrogeology, 4th Edition, Prentice
Hall, ISBN: 0130882399.
Handbook of Groundvvater Development,1989. Roscoe Moss
Company. Los Angeles, Caliíomia.

Kruseman G.P., De Ridder N.A., 1994. Analysis and Evaluation
of Pumping Test Data. International In stitu tefor Land Recỉamation and Improvement. 376 pgs. P.O.Box 45, 6700 AA YVage-

ningen, The Netherlands.
Todd, D.K. and Mays, L.w, 2005. Grounđwater Hydrology, 3rd
Edition, Ịohn W iley & Sons, Inc., N ew York, ISBN: 0-47105937-4 (cloth), 0-471-45254-8 (VVIE)
BopeBCKMM E.B., CaMCOHOB E .r , 5I:ibmh A . c , 1979. MeTOAMKa
onpeAC/ienMM

napaMeTpoB

B040H0CHbix rc>pM30HT0B n o

A aHHbiM OTKaneK. Ỉ4 ò ồ . H e d p a . 2 4 0 c r p . M o cK B a

Địa chất thủy văn mỏ
N guyễn Văn Chi.
Hội Đ ịa chât thủy văn V iệt Nam.

G iớ i th iệ u

Đ ịa chất thủy văn m ỏ nghiên cứu n guồn gốc
thành tạo, quy luật phân bố, tính chất vật lí, thành
phần hóa học, đ ộn g lực, đ ộ n g thái nước chảy vào các
m ỏ khai thác khoáng sản cứng, dầu khí, nước trong
vỏ Trái Đât; n ghiên cứu sự thay đổi c h ế đ ộ d òng
chảy tự nhiên do hoạt đ ộn g khai thác m ỏ tạo ra;
n g h iên cứu tổ chức thoát nước mỏ, tháo khô m ỏ và

xử lý các sự CỐ do nước mỏ gây ra, bảo vệ môi
trường mò.
Khai thác m ỏ là hoạt đ ộn g khai thác khoáng sản
hoặc các vật liệu địa châ't từ lòng đât, thường là các
n gu ồn tài n guyên không tái tạo. Theo phương thức
khai thác, có ba loại m ò - m ỏ lộ thiên, m ò hẩm lò, m ỏ
khai thác qua các lỗ khoan. Theo dạng tổn tại của
khoán g sản, có các loại m ỏ - m ỏ khoáng sản cứng
(kim loại đen, kim loại m àu, sắt, urani, than, kim

cương, đá vôi, đá phiến dầu, đá m uối, kali carbonat,
v.v...,); m ỏ dầu khí (dầu, khí tự nhiên); m ỏ nước
d ư ới đất (nước nhạt, nư óc khoáng, nước nóng). Hoạt
đ ộ n g khai thác m ỏ bao gồm tìm kiếm, thăm dò, xây
d ự n g m ỏ, khoan nô mìn, xúc bốc, vận tải, đô đắp,
sàn g tuyến, c h ế biến, tiêu thụ. Khai thác m ỏ theo
p hư ơn g thức nào củng tạo ra khoảng trống trong
lòn g đất làm cho nước (khí và đât đá) xung quanh có
xu th ế dồn tới lâp kín khoảng trổng lập lại cân bằng
tự nhiên.
N ước m ỏ hình thành từ nước mưa, nước mặt
(suối, sông, ao, hổ, biển), nước dưới đất, nước trong
côn g trình khai thác cũ (m oong, hẩm lò, bãi thải
v .v ...) chảy vào m ỏ và nước đưa vào m ỏ đ ể khai thác
(khai thác thuý lực, dập bụi, khoan). N ư ớc chảy vào
m ỏ làm su y giảm độ ổn định đâ't đá, gây ra biến


432

BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT

dạng, sụt lờ, sập đ ổ công trình mò, bục nước, làm
thiết bị m ỏ bị ăn m òn, hư hòng. Mưa bão, lủ, triều
cường làm cho m ỏ có th ể bị ngập lụt do nước chảy
vào vượt quá năng lực bơm thoát nước. N ư ớc m ỏ có
tính kiểm hay acid tùy loại quặng và đâ't đá vây
quanh. Phòng chống nước m ỏ râ't quan trọng trong
khai thác m ò khoáng sản cứng. Phòng chống nước
m ỏ bằng hai phương thức - thoát nước m ỏ và tháo
khô mỏ.
Thoát nước mò là hoạt đ ộng thu gom m ọi n guồn
nước chày vào m ỏ đ ế tự chảy thoát ra hoặc bơm lên
b ể mặt địa hình chảy ra ngoài. Khi m ỏ khai thác
khoáng sàn ở cao hơn m ức xâm thực địa p hư ơng thì
m ọi n guồn nước chảy vào m ỏ tự chảy thoát ra ngoài.
Khi m ỏ khai thác sâu hơn m ức xâm thực thì thu gom
nước tự chảy v ể các hầm chứa tập trung rồi bơm lên
địa hình thoát ra ngoài. Bơm m ỏ thường c h ế tạo
bang các hợp kim chịu ăn m òn, có thê bơm được
nước có 5% bùn, bơm được các hạt đâ't đá có đ ư ờng
kính tới 9mm. Bơm chìm chịu ngập nước là loại bơm
thoát nước m ò hiệu suất cao nhâ't.
Tháo khô mò là hệ thống thiết bị, công trình chủ
đ ộn g tháo nước ngầm tàng trữ trong đất đá mỏ, hạ
thâp m ực nước ngẩm , áp lực nước gia tăng độ ổn
định đâ't đá mỏ. N h ừ n g m ỏ quá sũ ng nước, phải tiến
hành tháo khô m ò trước và trong quá trinh khai thác.
Hoạt đ ộn g tháo khô m ỏ chi có hiệu quá khi hệ s ố
thâm của đât đá chứa nước lớn hon 2-ỉ-5m/ngày.

Thông thường m ỏ chi được khai thác khi đánh giá so
sánh v ề m ặt kinh tế, chi phí tháo khô, thoát nước nhỏ
hơn giá thành khai thác quặng.
Bảo vệ môi trường nước mò. Khai thác m ỏ làm thay
đổi m ôi trường địa châ't trên d iện tích và đ ộ sâu lớn.
Khai thác m ỏ có thê làm cạn kiệt nước ngầm của khu
dân cư xu ng quanh m ỏ (ví dụ, m ỏ Khánh Hoà, Thái
N gu yên , năm 2011); N ư ớc thải m ỏ acid gây tổn hại
cho m ôi trường (như m ỏ Khe Chàm năm 2000, m ỏ
pyrit Giáp Lai, Phú Thọ).

Nhiệm vụ của địa chất thuỷ văn mỏ
ơ giai đoạn thăm dò sơ bộ các nhà địa chât thủy
văn (ĐCTV) m ỏ phải làm rõ điều kiện sủ n g nước
m ỏ, đánh giá khả năng kinh t ế - kỹ thuật, khả năng
khai thác (ví dụ m ỏ sắt Thạch Khê chỉ khai thác đư ợc
nếu tháo khô được khoảng 3/4 lượng nước ngẩm
chảy vào mỏ; M ỏ than đ ổ n g bằng Bắc Bộ chưa thê
khai thác được vì vỉa than m ểm , đá vách, đá trụ cùng
m ềm yếu).
ơ giai đoạn thăm dò ti mi, các nhà ĐCTV m ò
phài d ự báo được lưu lượng, đ ộn g thái, thành phần
hóa iý các nguổn nước chảy vào m ỏ từ khi m ờ vỉa,
xây d ự n g mỏ, tới khi đạt công suât khai thác cao
nhât, khâu vét và đ ón g cửa m ỏ, phục hổi m ôi
trường. ĐCTV m ỏ phai đ ể xuất các giải pháp phòng
chống nước khả thi như thoát nước mỏ, tháo khô
m ò, phụt ép bịt nước gia cường đất đá mò.

Từ khi m ờ via tới khi đ ó n g cửa m ỏ (toàn bộ quá

trình m ỏ h oạt đ ộ n g ), Đ CTV m ỏ phải quan trắc đ ộn g
thái n ư ớc chảy v à o m ò đ ê đ iều chinh công tác tháo
khô, thoát n ư ớ c m ỏ, p h ò n g ch ố n g b ục nước ngầm ,
nước lò cũ, n ư ớ c m ặt, trượt lở b ờ m ỏ, ngập lụt hầm
m ỏ m ùa m ư a bão.

Phương
vào mò

pháp

đánh

giá

lượng

nước chảy

Tính giai đoạn của dòng chảy vào mỏ

Khi tìm k iếm thăm d ò k ho á n g sản, việc khoan
bơm đ o thí n g h iệm , quan trắc chỉ đ ánh giá đư ợc ch ế
đ ộ d ò n g ch ảy tự n hiên. Khai thác m ỏ phải khoan, nổ
m ìn, khai đào, bốc xúc, d i dời, đ ô đ ắp hàng tỳ m ét
khối đẩt đá, làm chê đ ộ d ò n g chảy tự nhiên trong
"lưu v ự c m ỏ" ch u y ển sa n g "chê' đ ộ d ò n g chảy phá
huy" đ ôi khi g â y ra b ụ c n ư ớc, n g ậ p mỏ, chết người.
N g h iên cứ u v ề " ch ế đ ộ d ò n g chảy phá huỷ" ở Việt
N am m ới ở giai đ o ạ n đầu.

D o n ư ớ c chảy v à o m ỏ ch ỉ ổ n đ ịn h trong từng giai
đoạn và p h ụ th u ộc và o n h iều y ếu tô tự nhiên và
nhân tạo n h ư v ậ y n ên chưa tìm ra côn g thức tính
đ ú n g lư ợ n g n ư ớ c ch ảy và o m ỏ. Q u an trắc địa chất
thuỷ văn m ỏ tron g quá trình khai thác là cách tốt
nhất đ ê có s ố liệu d ự b áo lư ợ n g n ư ớ c chảy v ào khu
vự c chuẩn bị khai thác.
Đ ế đ ánh giá g ẩ n đ ú n g lư ợ n g n ư ớ c chảy vào công
trình m ỏ h iện nay th ư ò n g sư d ụ n g các phương pháp
sau đây.
- P h ư ơ n g p h á p th ú y đ ộ n g lực;
- P h ư ơ n g p h á p tư ơ n g tự địa ch ấ t thuỷ văn;
- P hư ơ ng p h á p cân b ằng nước;
- P h ư ơ n g p h á p m ô hình.
Đánh giá lượng nước chảy vào mỏ bằng phương
pháp thuỷ động lực

Khi m ỏ đ a n g trong giai đ oạn thăm dò, thiết k ế
(chưa quan trắc đ ư ợ c n ư ớ c ch ảy v à o m ỏ), phải d ùng
các cô n g thức th u ỷ đ ộ n g lự c d ự tính lượng nư ớc sẽ
chảy và o m ỏ. N ă m 1953, T roianskyi s .v . (TpoHHCKMM
c . B.) đ ể xu ât sử d ụ n g cô n g thứ c "giếng lán" đ ể dự
tính lư ợ n g n ư ớ c ch ảy v à o m ỏ (Q). Theo đ ó hệ thống
công trình m ỏ h o ặ c các thiết bị tiêu nư ớc được thay
bằng n h ừ n g " g iến g lớn" có d iện tích và kích thước
tương đ ư ơ n g . L ư ợ ng n ư ớ c ch ảy v à o "giếng lán" xác
định theo cô n g thứ c của J. D u p u it.
N ếu chảy v à o m ỏ là n ư ớc n gầm không áp dùng
công thức sau:
ọ _ 1 .3 6 5 ./l(2 .// - S).S

m 3/h;

(1 )

lg /ỉ- lg r o

N ếu ch ảy v à o m ò là n ư ớc n gẩm có áp d ùng công
thức:
_ 2 J 3 J C ( 2 H - h)m
\gR-\gr

m 3/h;

(2)


Đ ỊA CHẤT TH U Ỷ V Ă N

Trong đó: K - hệ s ố thâm , lây theo h ệ s ố thâm
trung bình các tầng chứa n ư ớc trong khu m ỏ tính
theo công thức:
K = K íM ] + K 2M 2 + ... + K nM n '

m /ngày;

(3)

A/, + M 2+
Trong đó: Kn - h ệ s ố thấm tính theo kết quà bơm

nước thí nghiệm lỗ khoan s ố n, m /ngày; s - trị s ố hạ
thấp mực nước trong " giến g lớn", m; mn - tổng bể
dày đá chứa n ư ớc theo lô khoan sô n, m; H - chiểu
cao cột nước tĩnh trung b ình tính đ ến m ức khai thác
dự tính, m; R - bán kính phát triến p hễu hạ thâp m ực
nước không áp tính theo côn g thức:
R = 2 x S^Ị Hx K

,

m;

(4)

R - bán kính g iế n g tư ơng ứ n g với d iện tích
"giếng lớn" khi m ò có d ạ n g h ình v u ô n g hay tròn
tính theo công thức:
r = 0 ,5 6 5 ^ ,

m;

(5)

Trong đó: F - d iện tích cô n g trình m ỏ đ an g thiết
k ế hoặc diện tích giớ i hạn b ằng đ ư ờ n g th u ỷ đẳng cao
khép kin gần nhằ't bao quan h h ình p hễu hạ thâp, m 2.
Đối với n h ừ n g d iện tích có h ình d ạ n g phức tạp
hoặc kéo dài theo m ột trục thì n ên sử d ụ n g các công
thức khác đ ể tìm bán kính. C ô n g thức "giếng lớn"
cho kết quá tốt đ ố i với d ò n g chảy đ ộ n g tại các m ỏ có

đ iều kiện ĐCTV đ ơ n giản. C ó th ế áp d ụ n g côn g thức
của Kamenski d ự tính Q đ ối vớ i d ò n g chảy xuyên
tâm trong nươc k h òn g áp. Khi tâng chứa n ư ớc năm
n ông J. Szeteluk cải tiến p h ư ơ n g pháp "giếng lớn"
dự tính Q cho ba loại cấu trúc địa chất thuỷ văn là
cấu trúc có điểu kiện địa chất th ù y văn đơn giản,
phức tạp và rất p h ứ c tạp.
Kết quà tính Q theo cô n g thức "giêhg lớn" phụ
thuộc chủ yếu v à o hệ s ố thâm K và cốt cao m ự c nước
tĩnh H. Với các thân q u ặn g nằm trong địa tầng n ghèo
nước (q < 0,01 l.s/m ) k h ôn g n ên bơm h út nước mà
tiến hành ép n ư ớc thí n g h iệm đ ể xác đ ịn h K. Các lỗ
khoan quan trắc m ự c n ư ớ c tĩnh H nên k hoan bằng

nước sạch.
Đánh giá lượng nước chảy vào mỏ theo phương
pháp tương tự địa chất thuỷ văn

Phương pháp tư ơng tự địa chất th u ỷ văn sử

dụng SỐ liệu thoát nước, tháo khô các m ỏ đang hoạt
đ ộn g đ ế dự tính Q ch ảy vào m ỏ thiết k ế có đ iều kiện
địa châ't thuý văn tư ơ n g tự với m ỏ đ a n g khai thác.
Cần chú ý d ò n g ch ảy v à o m ò chi ổn đ ịn h theo giai
đoạn. Trong giai đ oạn m ờ via, khai đ ào xây d ự n g các
công trình m ỏ, d ò n g chảy v à o m ỏ chù yếu hình
thành từ trừ lư ợn g tĩnh. L ư ợ ng n ư ớ c chảy vào m ỏ có
th ể tính theo ch iểu dài các đ ư ờ n g lò, g iế n g m ò có
thiết diện tương tụ ở cù n g đ ộ sâu khai đào. Khi m ỏ
khai thác trong m ùa khô, d ò n g ch ảy v à o m ò đi vào

ôn định, có th ế tính tư ơ n g tự theo d iện tích lò chợ

433

hay khối lượng than khâu hao theo tuần, tháng trong
m ùa khô. Khi m ỏ khai thác trong mùa mưa cẩn bóc
tách đư ợc lượng nước m ưa chảy xuống lò qua vù ng
khe nứt dân nước và lư ợng nước ngẩm chảy vào mò.
N ên tính tương tự theo lưu lượng nước lớn nhât,
nhò nhất, trung bình phải bơm ra khỏi m ò trong
m ùa mưa.
Phương pháp này chi gần đúng, vì không có sự
tương tự hoàn toàn v ể câu trúc địa châ't và m ức độ
sũ ng nước của đâ't đá ngay ca đối với nhừ ng khu
nằm gần nhau. Các m ỏ có thời gian thoát nước, tháo
khô càng lâu thì độ tin cậy s ố liệu càng lớn. S ố liệu
quan trắc trong nhiều năm thuỷ văn (m ột năm có 12
tháng liên tục) tại nhiều m ò cho thây đà hình thành
quan hệ tuyến tính giừa lượng nước chảy vào m ỏ (Q)
v ó i đ ộ sâu hạ thấp m ực nước (S), với diện tích m ỏ
đư ợc tháo khô (F) và với khối lượng quặng khai thác
(đât đá bóc đi) trong cùng thời gian. Khi các s ố liệu
trên (Q, s, F, khối lượng) giữa m ò đang hoạt đ ộng và
m ỏ thiết k ế chênh lệch không lớn thì phương pháp
tương tự ĐCTV cho kết quà gần thực t ế nhất. Phương
pháp này nên sử d ụng cho các m ỏ quặng có câu tạo
ĐCTV cùng như điều kiện ĐCTV phức tạp.
D ự tính lư ợng nước chảy vào m ỏ thiết k ế Q ' theo
lưu lượng đơn vị q
Q = q o. F . S ,

mTh;

(6)

qo = q / s ,

m 3/h /m 2;

(7)

q =Q/F ,

m 3/h /m 2;

(8)

Trong đó: Q - lưu lượng nước chảy vào m ò hiện
tại, m 3/h; Q'- lưu lư ợng dự đoán chảy vào m ỏ thiết
kế, m 3/h; q - lun lư ợng đơn vị m ỏ hiện tại tính cho
lm 2diện tích hẩm lò, m 3/h /m 2; c\o - lưu lư ợng đ o n vị
m ỏ hiện tại cho lm hạ thấp m ực nước và lm 2 diện
tích lò, m3/h /m 2; F - diện tích hẩm lò được tháo khô
của m ỏ hiện tại, m 2; F - diện tích d ự đoán tháo khô
m ỏ thiết kế, m2; s - đ ộ sâu hạ m ực nước trung bình
trong m ỏ hiện tại, m; S '- đ ộ sâu hạ m ực nước trung
bình khi tháo khô m ỏ thiết kế, m;
Dụ tính lượng nước chảy vào m ỏ thiết k ế Q' theo
đ ộ sâu hạ thấp m ực nước s
1) Đ ối với nước áp lực ở nông:

e=QÌs-ts),mìịh.

(9)

2) Đ ối với nước áp lực sâu:
Q = Q p ' / S , mVh;

(10)

3) Đ ối với nước không áp:
Q = ọ ( 2 H - - s )s / ( 2 H - S ) S ,

m3/h;

(11)

D ự tính lư ợng nước chảy vào m ò thiết k ế Q ' theo

chỉ SỐ ngập nước của quặng

kng.n

Q = k ngnp -, mVh;

(12)

k ng.n = Q ! P ' m /ngày;

(13)

434

BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT

D ự tính Q ' theo hệ s ố thấm k ,đ ộ sâu hạ m ực
nước s, b ể dày tầng chứa nước m
- Đ ổi với nước áp lực:

Q , = V.JU + ị x . R . H ) l t \ [ r o + ( * / 3 ) l nvVh

Q = ọ ỵ j k ; m \ H '/ ỵ jk imiH r

m 3/h;

(14)

Q = k \ l H - - s ) s - / k ( 2 H - s ) s , mVh;

(15)

- Đ ổi với nước không áp:

Trong đó: kng.n- chi s ố ngập nước của quặng, m3/t;
p - sản lượng trung bình của m ò hiện tại, t/h; P' - sản
ỉượng trung bình của m ỏ thiết kế, t/h; H,H' - độ cao
cột nước trước lúc bơm của m ỏ hiện tại và thiết kế, m;
k X

-

h ệ SỐ th ấ m

của đá

và từ các tầng chứa nước xu ng quanh chảy v à o hầm
lò. Lưu lượng d òn g tĩnh tính như sau:

c h ứ a n ư ớ c tro n g

m ỏ

h iệ n

tạ i

và m ỏ thiết kế, m/h; i - s ố lượng tầng chứa nước.
D ự tính lượng nước chảy vào m ỏ thiết k ế Q ' theo
hàm xu thế(T rend)
Phương pháp tương tự ĐCTV được z . W ilk cải
tiến thành phương pháp các đ ư ờng xu th ế d ù n g cho
m ỏ than đá, n hưng cùng có thê sử d ụn g cho các m ỏ
khác. D òng chảy d ự đoán được biểu thị dưới d ạng
đổ thị quan hệ giừa lun lượng (Q) với tích F.H của
m ỏ hiện tại. Giả thiết dòng chảy vào m ỏ thiết k ế xảy
ra đ ún g như đối với m ỏ hiện tại có điều kiện ĐCTV
tưưrig tự:
Q = b{F .H )a ,m 7 h ;
\g Q - \g b + lg a .( F .H ) ,

(16)
m 3/h;

(17)

Trong đó: Q - lưu lượng nước chảy vào m ỏ,
m 3/phút; F - diện tích khai thác, km 2; H - đ ộ sâu của
mỏ, km; a, b - thông số, tính từ các phương trình với
m ỏ đang hoạt đ ộn g khi Q, F, H đà biết trước.
C ông thức thực nghiệm (16) có giá trị với đ iều
kiện: l^ k m 2 < F < 28km 2; 0,03km < H < 0,281(111,
0,04 < (F.H) < 3,88.
Đánh giá lượng nước chảy vào mỏ theo phương
pháp cân bằng niPỚc

Phương pháp cân bằng nước sử d ụ n g với các m ỏ
nằm biệt lập, khai thác lộ thiên hoặc bằng hẩm lò
không quá sâu, n guổn cung cấp chủ yếu bằng nư ớc
m ưa và diện phân b ố của tầng chứa nước coi n hư
đơn vị ĐCTV khép kín. P hương pháp này tính tổng
tât cả các d òn g chảy xuất phát từ nước mưa thấm
xuyên, nước bề mặt, do tháo khô đất đá và từ các
d òn g bên sườn:
Ổ= & +& +& '

m3/h;

(18)

Trong đó: Q - dòng chảy tổng cộng vào m ỏ thiết
kế, m 3/h; Qb - lưu lượng d òn g chảy từ nước mưa và
nước bể mặt, m3/h; Q,i - lưu lượng d òn g chảy đ ộng,
mVh; Qs - lưu lượng d òng chảy tĩnh, m 3/h.
D òng chảy loại này tổn tại sau khi tháo cạn d ò n g
tĩnh của nước dưới đất, chi còn lại d òn g đ ộng cung
cấp từ bể mặt (thâm nước mưa, hâ'p thu nước mặt)

(19)

Trong đó: V - th ế tích đâ't đá chứa n ư ớc d ự định
tháo khô, m 3; ị.1 - hệ s ố p h ón g thích nư ớc (với đá nứt
nẻ thay bằng hệ s ố khe nứt), %; R - bán kính p hễu hạ
thâp, m; H - b ể d ày tầng chứa nước, m; t - thời gian
d ự định tháo cạn trữ lư ợn g tĩnh chảy và o m ỏ, ngàyđêm ; Vo - bán kính tư ơng đ ư ơng của khu vự c d ự
đoán tháo khô, m.
Phần thứ nhất của công thức (19) xác định lượng
nước cẩn phải bơm ra từ khu vự c d ự đ ịnh khai thác,
phần thứ hai là lưu lư ợng d òn g chảy từ v ù n g phễu
hạ thấp.
Lượng nước đ ộ n g chảy tới (Zii) xác đ ịnh bằng tích
s ố giữa hệ s ố thấm của tẩng chứa nước (k), gradient
áp lực (ỉ) và diện tích m ặt cắt ngang của tầng chứa
nư ớc (F) mà từ đấy nước dưới đâ't sẽ chảy v ào công
trình m ỏ trong quá trình khai thác:

Zd =FJcJ,
H ệ

SỐ d ò n g

ch ảy

d ư ớ i

m3/h;
đ â 't x á c

(20)
đ ịn h

th e o

tà i

liệ u

quan trắc của các trạm thuỷ văn gấn nhât hoặc tính
gần đ ún g theo bản đ ồ d ò n g chảy. Lượng m ưa lây ở
các trạm khí tượng gần nhất. Tích s ố của hệ s ố d òn g
chảy dưới đâ't (rj) với lư ợng m ưa (N ) và diện tích thu
nước (Fd) là trị s ố lượng nước chảy tói (Q) cẩn tìm:

Q =r/.N.Fd,

mVh;

(21)

Khi biết đư ợc m odu l d ò n g chảy d ư ới đất ( M Ạ có

th ế xác định lư ợng nư ớc (Q) chảy v à o bằng cách
nhân (M ii) với diện tích thu nước d ư ỏ i đâ't (Fd) mà từ
đ ấy nước chảy vào các công trình mỏ:

Q = M d.Fd,

mVh;

(22)

Đánh giá lượng nước chảy vào mỏ bằng phương
pháp mô hình

P hương pháp m ô hình có th ể m ô p h ỏn g đư ợc các
quá trình và hiện tư ợng khác nhau làm quá trình
n ghiên cứu đơn giản và rõ ràng hơn. N h ữ n g năm
1930, trên th ế giới n gư ời ta đã sử d ụ n g m ô hình
tương tự đê d ự tính d ò n g chảy vào n hiều khu m ỏ lộ
thiên. Giừa nhử ng năm 1970 m áy tính cá nhân trờ
nên phô biến, m ô hình s ố ĐCTV m ỏ đ ư ợc lập dựa
trên các p hư ơng trình sai phân hừu hạn, phương
trình vi phân. M ột s ố phần m ềm lập m ô hình s ố
ĐCTV của Mỹ, ú c, N ga, N hật đã đ ư ợ c sử dụng ở
Việt Nam .
Quá trình m ô hình hóa bao gồm n hiều bư ớc như
lập m ô hình s ố và chạy m ô hình giái các bài toán
thuận, nghịch, d ự báo... M ô hình s ố là côn g cụ mạnh
đê dự tính nước chảy vào m ỏ với khi toàn bộ trường
m ò ba chiểu đư ợc s ố hóa nếu như m ò có h ệ thống
công trình quan trắc mưa, bốc hơi, d ò n g mặt, m ực

Đ ỊA CHẤT TH U Ỷ V Ă N

nước ngẩm , áp lực, tính thấm, lượng nước chảy vào
m ỏ hoạt đ ộn g liên tục nhiều năm.

Phản nhóm mỏ
Phân nhóm m ỏ rất quan trọng khi lựa chọn
phương thức khai thác nói chung và thiết k ế tháo
khô, thoát nước m ỏ nói riêng. V iệc khai thác m ỏ tủy
thuộc rất lớn vào vào độ sũ ng nước m ỏ hay đ ộ phức
tạp v ể điểu kiện địa chất thuý văn. Ví dụ, m ỏ A có
thê đưa vào khai thác, còn m ỏ B phải sau nhiều năm
nữa mới có thế khai thác khi đ iểu kiện kinh t ế - kỹ
thuật cho phép khắc phục n hữ n g vấn đ ể phức tạp v ề
địa chất thủy văn mỏ.

435

Trong m ỗi phụ nhóm m ỏ lại chia ra thành hạng
tùy thuộc vào vị trí phân b ố của đá chứa nước so với
thân quặng (trên vách, trong thân quặng, dưới trụ)
như sau: 1- K hông có đá chứa nước; 2- Đá chứa nước
nằm trên mỏ; 3- Đá chứa nước nằm trên và trong
thân quặng; 4- Đá chứa nước nằm trên và dưới thân
quặng; 5- Đá chứa nước nằm trong và dư ới thân
quặng; 6- Đ á chứa nước nằm trong, trên và dưới
thân quặng. Phân loại m ỏ của Stanislav Turer phù
hợp với các m ỏ khai thác "kín", tức ỉà nước chảy vào

m ỏ là nư ớc dư ới đất (nước mưa, nước m ặt không
rơi, chảy trực tiếp vào mỏ).
Phân nhóm mỏ theo điều kiện địa chắt thuỷ văn

BồcẶp

M ỏ lộ thiên có điều kiện Đ C T V -Đ C C T đơn giản là
m ỏ có câu trúc đơn giản, thành phần thạch học và
b ể d ày Ổn đ ịnh, các lớp đất đá nằm n g a n g hoặc
thoải. Thân khoán g nằm k hôn g sâu, xa các d òn g
k hối nư ớc mặt. Các tầng chứa nước cách ly với
nhau. Lượng nư ớc chảy và o m ỏ k h ôn g lớn, không
có n g u y cơ bục nước. Đất đá bóc có tầng chứa nước
d ày < lOm. áp lực n ư ớc d ư ớ i đất lên trụ via (thân
khoáng) < 30m . Bờ m ỏ cấu tạo chủ yếu bởi đâ't sét,
đá cứ n g và nửa cứng, ít bị nứt nẻ, đá carbonat bị
karst hóa yếu.

Hình 1. Mô hình số ĐCTV mô phỏng điều kiện tự nhiên.

Phân nhóm mỏ theo độ sũng nước

Đ ộ sũ n g nước m ỏ xác định theo lượng nước cần
p h à i th á o k h ô , b ơ m th o á t đ ể k h a i th á c quặng v à đ à m

bảo đất đá vách, trụ thân quặng có đ ộ ổn định cao
trong quá trình khai thác, đơn vị tính là m 3/tấn. Đ ộ
sũ n g nước m ỏ phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên
(lượng m ưa, bốc hơi, địa hình, các dòng, khối nước
mặt, thành phần và m ức đ ộ bóc lộ của đất đá che

phủ thấm nước yếu, tỷ lệ phẩn trăm b ề d ày đất đá
chứa dẫn nước bị các công trình khai đào xu yên cắt
qua. Sự thay đổi tính thấm nước của đất đá theo
chiều sâu, kiến tạo của vù n g và hình d áng địa hình
chôn vùi cổ ... và các yếu tố nhân tạo (bơm thoát
nước m ỏ lằu dài hạ thấp m ực nước dưới đất làm
tăng chiểu sâu thấm của nước mưa, nước mặt; hoạt
đ ộ n g

k h a i

th á c

m ỏ

là m

đ ấ t

đ á

m ỏ

d ịc h

c h u yể n

—►

biến dạng —►nứt v ỡ —* sụt lún gia tăng lư ợng nước

m ưa, nước m ặt thấm xu ốn g sâu).
Phân nhóm mò theo độ sũng nước của Stanislav Turer
(Ba Lan). Các m ỏ được phân thành 2 nhóm theo lu n
lư ợn g nước chảy vào mỏ: 1) M ỏ có đ iều kiện ĐCTV
đ ơn giản, đâ't đá chứa nước kém , có lưu lượng nước
chảy vào m ò đạt tới 600m 3/giờ; 2) Mỏ có điểu kiện
ĐCTV phức tạp, đất đá chứa nước tốt, có lưu lượng
nư ớc chảy vào m ỏ lớn hơn 600m 3/giờ.
Trong m ỗi nhóm m ỏ lại phân ra 2 phụ nhóm theo
đ ộ sâu khai thác: a) N h ữ n g m ỏ nông, đến khoảng
lOOm, dễ khai thác lộ thiên; b) N h ữ n g m ỏ nằm sâu,
khai thác hẩm lò.

M ò lộ thiên có điều kiện Đ C T V -Đ C C T phức tạp là
m ỏ có cấu trúc tương đối phức tạp, nhiều lớp không
ổ n định v ề thành phần thạch học và b ể d ày như ng có
quy luật nhât định. Thân khoáng đa dạng, nằm
tư ơng đối sâu và gần các d òn g khối nư ớc mặt, có
phá h ủy kiến tạo. Có nhiều tầng chứa nước b ề dày
lớn. N ư ớc trong các tầng có quan hệ thuý lực với
nhau và với nước mặt. Lượng nước chảy vào m ỏ
tư ơng đ ối lớn. Có khả năng bục nước. Đất đá bóc có
tầng chứa nước d ày 10+30m. Á p lực nước lên trụ vỉa
(thân khoáng) 30-ỉ-50m. Có th ể tháo khô bằng m ương
thoát nước tự chảy hoặc g iến g thu nước. Bờ m ỏ cấu
tạo bời cát, sạn, cuội bở ròi xen kẽ sét pha và sét, đá
cứ ng và nửa cứng bị nứt nẻ m ạnh, có đới p hon g hóa
dày hoặc các lớp m ềm yếu, đá biến chất bị v ò nhàu,
uốn nếp m ạnh và đá carbonat bị karst hóa yếu, đá
biến chất bị vò nhàu, uốn nếp m ạnh và đá carbonat

bị karst hóa mạnh.
M ò lộ thiên có điều kiện Đ C T V -Đ C C T rất phức tạj) là
m ỏ có cấu trúc rất phức tạp với nhiều tầng, lớp có
thành phần thạch học và b ề dày biến đổi không theo
quy luật. Thân khoáng nằm khá sâu và phân b ố gần
các d òn g hoặc khối nước m ặt lớn. N h iều tầng chứa
nước có quan hệ thuỷ lực với nhau và với nước mặt.
Lượng nước chảy vào m ỏ rất lớn. Đất đá bóc có tầng
chứa nước d ày hơn 30m. Á p lực nước lên trụ vỉa
(thân khoáng) lớn hơn 50m. Bờ m ỏ cấu tạo bởi các
trầm tích m ểm rời với bể dày lớn, đá cứng và nửa
cứng bị nứt nẻ, v ò nhàu rất m ạnh, đá carbonat bị
karst hóa rất mạnh.


436

BÁCH KHOA THƯ Đ ỊA CHÁT

M ỏ hãm lò có điều kiện Đ C TV -Đ C C T đơn giản l à
m ỏ có câu trúc đơn giản, đất đá nằm ngang hoặc
thoải dưới góc d ốc nhỏ hơn 25°. Thành phẩn thạch
học và b ề dày tương đối ổn định theo diện tích và
theo chiều sâu. Có th ể có n hữ n g uốn nếp đơn giản.
K hông có hoặc có ít đứt gãy gây ảnh hư ởng trực tiếp
đối với khai thác. Các thân khoáng nằm cao hơn gốc
xâm thực địa phương. K hông có hoặc có n hữ ng
d òn g và khối nước m ặt nhỏ. N ư ớc dưới đất không
có quan hệ thuỷ lực với nước mặt. Lượng nước chảy
vào côn g trình khai thác k hông lớn. Đ iểu kiện tháo

khô m ỏ dễ dàng. Đ ất đá ở vách và trụ vỉa (thân
khoáng) tương đối ổn định. Với các m ỏ nằm dưới
gốc xâm thực địa p hư ơn g trong trầm tích m ềm , bở
rời không chứa nước hoặc chứa nước kém . Bể dày
các tầng chứa nước n hỏ hơn lOm. Trị s ố áp lực nước
lên trụ vỉa 5-1 Om, các m ỏ nằm trong đá cứ ng và nửa
cứng ít nứt nẻ, trong đá carbonat bị karst hóa yếu, có
áp lực thuỷ tĩnh lên trụ vỉa không quá 50m.
M ò hẩm lò có điều kiện Đ C TV -Đ C C T phức tạp là m ỏ
có câu trúc tương đối phức tạp. Đâ't đá có th ế nằm
n ghiêng 25-45°. Thành phẩn thạch học và b ề dày
không ổn định theo diện tích và theo chiều sâu. Có
nhiều nếp uốn phức tạp và đứt gãy kiến tạo gây ảnh
hương trực tiếp đối với khai thác. Thân khoáng đa
dạng và nằm sâu hơn dưới gốc xâm thực địa
phương. Có những d òn g và khối nước m ặt lớn.
N ư ớc dưới đâ't có th ể có quan hệ thuý lực với nước
mặt. Lượng nước chảy vào công trình khai thác lớn.
Đ iều kiện tháo khô m ỏ khó khăn. Đât đá ở vách và
trụ vỉa (thân khoáng) kém ốn định. Có m ặt các hiện
tượng địa chất đ ộn g lực gây trờ ngại cho khai thác.
Thuộc nhóm m ỏ này còn k ể cả những m ỏ nằm trong
trầm tích m ềm , bở rời có các tầng chứa nước dày
10-5-15m, trị s ố áp lực thuý tĩnh lên vách và trụ vỉa
(thân khoáng) đến 20-ỉ-30m, trong đá cứng và nửa
cứng bị p hon g hóa, nứt n ẻ mạnh, có các lớp kẹp yếu,
cũng n hư trong đá carbonat bị karst hóa mạnh, hang
hốc karst được lấp đ ẩy bởi vật chất bở rời thứ sinh,
trên mặt bị phủ bởi các th ể địa chất thấm nước tốt,
áp lực thuỷ tĩnh lên trụ vỉa 50-*-100m.

M ỏ hầm lò có điều kiện Đ C T V -Đ C C T rất phức tạp
là m ỏ có cấu trúc địa chất rất phức tạp, đất đá có
th ế nằm d ốc hơn 45°. Thành phần thạch h ọc và b ề
dày biến đổi k h ôn g có quy luật. C ó n hiều n ếp u ốn
phức tạp làm ch o th ế nằm đất đá bị đ ảo lộn và
nhiều đứt gãy hoặc các đới phá h uỷ kiến tạo gây
ảnh h ư ở n g trực tiếp đ ến khai thác. Các thân khoáng
đa d ạn g và nằm rất sâu d ư ới gốc xâm thực địa
p hương. Thân khoán g và đá v â y quanh bị sũ n g
n ư ớc m ạnh. Có n h ữ n g d òn g hoặc khối nư ớc m ặt
lớn có quan h ệ thuỷ lực với n ư ớc dưới đất. Lượng

n ư ớ c ch ả y v à o m ỏ rất lớn . C ó n g u y cơ b ụ c nước
và o cô n g trình khai thác. Đ iều k iện k hai thác m ỏ rất
khó khăn. Đâ't đ á câu tạo v á ch và trụ v ia (thân
k h oán g) k h ô n g ổ n đ ịn h . H iệ n tư ợ n g đ ịa chất đ ộn g
lự c p h át triển m ạnh và đa d ạ n g , g â y n h iều trở ngại
ch o khai thác. T h u ộ c v ể n h ó m n à y cò n có các m ỏ
nằm tro n g trầm tích m ềm , bở rời có n h iều tầng
chứa n ư ớ c xen kẽ các tần g (lớ p h o ặ c thấu kính)
cách nư ớc. B ề d à y các tầ n g ch ứ a n ư ớ c lớn h ơ n 15m,
trị

SỐ á p

lự c

th u ỷ

tĩn h

lê n

v á c h

v à

trụ

th â n

kh o án g

lớn h a n 30m . Trong đá cứ n g và nử a cứ ng bị phong
hóa nứt n ẻ m ãnh liệt chứa nước, xen kẽ nhiều lớp yếu
và

tro n g

đ á

Tất

c a rb o n a t b ị k a rs t h ó a

m ạ n h

v ó i áp

lự c

thuý tĩnh lên vách và trụ thân khoán g lớn hơn trụ
lOOm.

Nghiên cứu chế độ dòng chảy phá hủy
H oạt đ ộ n g khai thác k h o á n g sản gồ m khai đào,
khoan n ô m ìn, b ốc xúc, v ậ n ch u y ển , đ ổ lâ'p, v .v ...
làm thay đ ổ i b ề m ặt địa h ìn h củ n g n h ư cấu trúc dẫn,
chứa n ư ớ c m ặt, n ư ớc n g ẩ m trên d iện tích h àn g trăm,
hàng n gàn cây s ố v u ô n g cũ n g n h ư từ b ề m ặt địa
hình tới đ ộ sâu vài k ilom et. Sự thay đổi của m ôi
trường địa chất trong các khu v ự c khai thác m ỏ làm
c h ế đ ộ d ò n g ch ảy tự n h iên ch u y ển sa n g c h ế đ ộ d òng
chảy phá h ủ y, g â y ra n h iều sự cố. C h ế đ ộ d ò n g chảy
phá h ủ y chưa đ ư ợ c đ ẩu tư n g h iên cứu ở Việt N am .
Từ kết quả n g h iên cứu c h ế đ ộ d ò n g chảy phá
hủy, cô n g tác p h ò n g ch ố n g n ư ớ c đ ư ợ c quan tâm đầy
đủ, toàn d iện hơn từ k hâu thăm d ò đánh giá tài
n g u y ên tới k hâu thiết k ế kỹ thuật. T ừ khâu m ờ vỉa
xây d ự n g m ỏ tới khâu đ ó n g củ a m ỏ.

Tài liệu tham khảo
N guyễn Khắc Vinh (Chủ biên), 2010. Cẩm nang công nghệ địa
châ't. Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam . NXB
Khoa học tự nhiên và Công nghệ. 641 tr. Hà Nội.

AõpaMOB c . K., 1955. rM4poreoyiorMHecKMe pacneTbi
BepTMKayibHbix ApeHaaceíí npn ocyuieHMM yro.ibHbix
M e c ro p c » K 4 e H M M . ĩ o a e o A U ỏ d a m . 2 5 5 CTp. M o c K B a .

A õpaM O B

c.

K .,

196 8 .

O c y u ie H M e

IlIax T H b ix

H K a p b e p b ix

n c M e ií. Hedpa. 2 5 5 c r p . M ocK B a.

IOiMM6HTOB n .n ., 1967. MeTOAbi nơ/ieBbix rM4poreo/iorMHecKMX
M C O ie d O B a H M iĩ

c

OCHO B3M M

M e c r o p c » K 4 eH M M

T B e p A b ix

yM 6H H H

n c > y ie 3 H h ix

o

ITO A 3eM H bIX

H C K o n a e M h ix .

04a x

B

B m ucvi

UlKOẢứ. MoCKBa.
TpoAHCKM M

c.

B .,

MecTopoac^eHMH
MocKBa.

1956.

Ĩ M A p o r e o /io r m ỉ

no^e3Hbix

MCKonaeMbix.

M

ocym eH M e

YỉAe

Mỏờam.