Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng mô hình biến động địa cơ khu vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày ở một số mỏ than hầm lò ở Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
……………………….

PHẠM VĂN CHUNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BIẾN
ĐỘNG ĐỊA CƠ KHU VỰC LÒ CHỢ CƠ GIỚI
KHAI THÁC VỈA DÀY Ở MỘT SỐ MỎ THAN
HẦM LÒ QUẢNG NINH

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số: 9520503

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018


Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa mỏ,
Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất Bộ môn Điện khí hóa, Khoa Cơ-

Điện, trường Đại học Mỏ-Địa chất.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Anh

Nghĩa
1. PGS.TS Phùng Mạnh Đắc
2. TS Vương Trọng Kha
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Xuân Thụy
Phản biện 2: PGS.TS Kiều Kim Trúc

Phản biện 3: TS Nguyễn Bá Dũng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Vào hồi…..giờ…..ngày….tháng… năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Thư viện Quốc Gia Việt Nam;
Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chấtr


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình và tính chất dịch chuyển đất đá trong khu vực lò chợ cơ
giới khai thác vỉa dày phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có sản trạng
của vỉa, tính chất của đất đá bao quanh vỉa và công nghệ, thiết bị khai
thác sử dụng, cùng với sự phát triển không ngừng của phương pháp lý
thuyết dựa trên phương pháp số, mô hình địa cơ đã cho phép làm sáng
tỏ quy luật và tính chất quá trình dịch chuyển biến dạng đất đá trong khu
vực lò chợ cơ giới khai thác vỉa dày. Đặc điểm cơ bản của mô hình địa
cơ là: (i) việc mô phỏng 3 chiều của khối đá trong môi trường liên tục
đồng nhất, hoặc không đồng nhất thông qua các tính chất biến dạng
trong môi trường, mô hình có thể giả định các tính chất của khối đá mỏ
tự nhiên và đặc tính biến dạng của chúng. (ii) Nhận trạng thái ứng suất
ban đầu của khối đá mỏ làm điều kiện biên để tính toán mô hình địa cơ.
(iii) Nguồn kích hoạt trạng thái ứng suất là khoảng trống khai thác được
đặc trưng bằng các thông số hình học trong không gian 3 chiều
Việc khai thác vỉa dày bằng công nghệ cơ giới hoá khấu than với

phương pháp hạ trần thu hồi than nóc như hiện nay ở một số mỏ hầm lò
Quảng Ninh đã tạo ra những khoảng trống lớn do vỉa than rất dày
Với phương pháp luận giải trên, đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu
xây dựng mô hình biến động địa cơ khu vực lò chợ cơ giới khai thác
vỉa dày ở một số mỏ than hầm lò Quảng Ninh” đã được lựa chọn là
xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý nghĩa thực tiễn.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng mô hình
biến động địa cơ để xác định các quy luật dịch chuyển biến dạng địa
tầng đất đá và bề mặt đất do ảnh hưởng của lò chợ cơ giới hoá khai thác
vỉa dày ở một số mỏ than hầm lò Quảng Ninh
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tổng quan về mô hình địa cơ mỏ;
- Nghiên cứu điều kiện địa chất, tính chất cơ lý đất đá vùng than
Quảng Ninh trong điều kiện khai thác vỉa dày;
- Nghiên cứu phương pháp luận khoa học xây dựng mô hình biến
động địa cơ;
- Nghiên cứu xác định các điều kiện biên cho mô hình biến động
địa cơ thông qua việc xử lý các số liệu quan trắc thực địa;


2

- Ứng dụng mô hình biến động địa cơ xác định quy luật dịch
chuyển biến dạng khi khai thác vỉa dày bằng lò chợ cơ giới hóa, áp dụng
cho mỏ Nam Mẫu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các quá trình dịch chuyển và biến dạng bề

mặt đất và quá trình sập đổ đá vách khi khai thác vỉa dày bằng công
nghệ cơ giới hóa
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Luận án nghiên cứu mối tương quan giữa độ lún cực đại với thông
số đàn hồi của khối đá thông qua ứng dụng mô hình địa cơ để tính toán
dự báo dịch chuyển và biến dạng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thực địa: Đo đạc trên các trạm quan trắc dịch động
vùng than Quảng Ninh nhằm kiểm chứng độ chính xác mô hình địa cơ,
xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn vùng Quảng Ninh;
- Phương pháp lý thuyết: Dựa trên nền tảng phương pháp số, sử
dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán trên mô hình địa cơ
- Phương pháp thu thập phân tích và tổng hợp: Phục vụ cho phần tổng
quan luận án;
- Phương pháp hồi quy thống kê: Xác định các mối quan hệ giữa
các biến thông số đàn hồi và độ lún cực đại;
5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Hàm đường cong tiêu chuẩn được xây dựng theo kết
quả quan trắc thực địa tại một số mỏ than hầm lò cho phép xác định kích
thước vùng ảnh hưởng trên bề mặt, tính toán xác định các đại lượng dịch
chuyển, đồng thời phục vụ dự báo độ sâu khai thác an toàn các mỏ than
hầm lò Quảng Ninh.
Luận điểm 2: Mô hình địa cơ được xây dựng trên cơ sở mối quan
hệ giữa mô đun đàn hồi và độ lún cực đại của mặt đất theo kết quả quan
trắc thực địa cho phép đồng thời nghiên cứu xác định được quy luật dịch
chuyển biến dạng và phá hủy của khối đá trong địa tầng và bề mặt đất.
6. Những điểm mới của luận án
- Lần đầu tiên ở Việt Nam luận án đã xây dựng hàm đường cong
tiêu chuẩn S(z), F(z), F’(z) phục vụ cho công tác dự báo dịch chuyển
biến dạng vùng than Quảng Ninh.

- Luận án xác định mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi khối đá mỏ
và độ lún cực đại theo kết quả quan trắc thực địa.
- Luận án đã xác định hệ số giảm bền K = 1,24 để xây dựng mô


3

hình địa cơ khu vực Quảng Ninh nhằm dự báo dịch chuyển biến dạng và
phá hủy khối đá và bề mặt đất.
- Luận án đã xác định được quy luật dịch chuyển biến dạng và phá
hủy đá vách lò chợ cơ giới hóa khai thác hạ trần thu hồi than nóc vỉa V7
mỏ than Nam Mẫu.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
7.1. Ý nghĩa khoa học:
Thiết lập cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng mô hình
biến động địa cơ với môi trường đồng nhất hoặc không đồng nhất của
khối đá để dự báo các thông số dịch chuyển biến dạng đất đá khi khai
thác vỉa dày bằng lò chợ cơ giới hóa.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn:
- Ứng dụng mô hình biến động địa cơ cho phép khảo sát sự ảnh
hưởng của các tham số cơ học đến thông số đàn hồi và chiều dày vỉa
than
- Sử dụng mô hình cho phép dự báo các thông số dịch chuyển và
biến dạng đối với các vùng mỏ chưa được nghiên cứu kỹ về dịch chuyển
biến dạng
8. Cơ sở tài liệu
Luận án được thực hiện trên cơ sở các nguồn tài liệu đo đạc thực
địa phong phú từ các trạm quan trắc ở các mỏ than Quảng Ninh.
Đồng thời, luận án cũng tham khảo rất nhiều đề tài, dự án, báo cáo
khoa học về dịch chuyển biến dạng đất đá, mô hình địa cơ của các tác

giả trong và ngoài nước
9. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 5 chương cùng với phần mở đầu và kết luận, tài
liệu tham khảo được trình bày trong 128 trang đánh máy A4. Dưới đây
là tiêu đề các chương:
Chương 1: Tổng quan về các kết quả nghiên cứu dịch chuyển biến
dạng địa tầng đất đá và bề mặt đất do ảnh hưởng khai thác
Chương 2: Mô hình địa cơ trong nghiên cứu dịch chuyển biến dạng
địa tầng đất đá và bề mặt đất do ảnh hưởng khai thác
Chương 3: Nghiên cứu xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn
từ số liệu quan trắc ở các mỏ than hầm lò Quảng Ninh
Chương 4: Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lún cực đại xác định
từ kết quả quan trắc thực địa với mô đun đàn hồi khối đá mỏ
Chương 5: Ứng dụng mô hình địa cơ nghiên cứu quy luật dịch
chuyển biến dạng địa tầng đất đá và bề mặt do ảnh hưởng khai thác lò
chợ vỉa V7 mỏ than Nam Mẫu Quảng Ninh


4

Kết luận và kiến nghị
Các công trình khoa học công bố liên quan đến luận án
Tài liệu tham khảo
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT
DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC

1.1 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu mô hình địa cơ trên thế
giới

Trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu lý thuyết dựa
trên phương pháp số:
1. Để giải các bài toán cơ học môi trường liên tục, có một số nhà
nghiên cứu như: A.B Fadeev, Vitke, S. G Ashikhmin vv
2. Để giải quyết các bài toán mô hình môi trường đàn hồi, liên tục
trong các công trình của các nhà nghiên cứu như: A. D. Xashurin, V. E.
Bolicov, A. B. Makarov, vv [23, 27, 52, 56, 57]
3. Để tính toán các thông số quá trình dịch chuyển khi khai thác
các vỉa than có chiều dày không lớn có các nhà khoa học A.B. Makarov,
V.N. Bors – Komponees vv
4. Các nhà bác học M.V. Kurlen, A.B. Fadeev và những nhà khoa
học khác [37, 42, 72] đã có đóng góp quan trọng phát triển các mô hình
biến dạng phi tuyến của khối đá mỏ.
5. Lần đầu tiên phương pháp số được Kratch [48] sử dụng để tính
toán dự báo dịch chuyển đá mỏ trong trường hợp khai thác vỉa than độ
dốc thoải với mô hình môi trường đàn hồi.
 T2

2

1

3

T1

5

4

Hình 1.3: Mô hình địa cơ của Xashurin phân tích quá trình
dịch chuyển đá mỏ


5

1.2 Tình hình nghiên cứu dịch chuyển biến dạng vùng Quảng Ninh
Ở Việt Nam giai đoạn từ năm 1980 đến năm 2010 thì nghiên cứu
dịch chuyển biến dạng chưa quan tâm:
Năm 1980, PGS.TS. Nguyễn Đình Bé [1] là người đầu tiên đặt nền
móng cho việc nghiên cứu dịch chuyển và biến dạng đất đá do khai thác
hầm lò ở Việt Nam.
Tiếp theo là PGS.TS. Võ Chí Mỹ [14], Năm 1988, TS. Nguyễn
Xuân Thụy. TS Kiều Kim Trúc [21].
Năm 2003 TS. Vương Trọng Kha [13]. Từ năm 2002 đến 2007,
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - TKV tiến hành xây dựng các trạm quan
trắc và quan trắc thực địa thuộc cấp nhà nước do TS. Phùng Mạnh Đắc
chủ nhiệm, thực hiện chính KS. Phạm Văn Chung [7]
Giai đoạn từ năm 2010 đến nay phải để đến một số nhà khoa học
đã sử phương pháp lý thuyết sử dụng phương pháp số như:
Năm 2011, TS Nguyễn Anh Tuấn và nhóm nghiên cứu đã sử dựng
chương trình Phase 2 phân tích sụt lún và quá trình biến đổi cơ học khi
khai thác hỗn hợp hầm lò và lộ thiên.
Năm 2014, TS Lê Văn Công nghiên cứu áp dụng mô hình số xác
định các thông số dịch chuyển, biến dạng đất đá trong quá trình đào lò
và khai thác tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh sử dụng phần mềm
FLAC 2D.
Năm 2015, GS.TS Nguyễn Quang Phích nghiên cứu ứng dụng và
phát triển mô hình phân tích, dự báo tai biến địa chất - kỹ thuật đối với
công trình ngầm, công trình khai thác mỏ ở Việt Nam.

1.3 Kết luận chương 1
1. Mô hình địa cơ với những ưu điểm vượt trội (khả năng tạo ra các
mô hình từ đơn giản đến phức tạp về cấu trúc cũng như linh hoạt trong
các lựa chọn các tham số mô hình mà các phương pháp nghiên cứu khác
không có được) cùng với sự phát triển nhanh của phương pháp số và
công cụ tính toán số đang được ưu tiên lựa chọn để giải quyết các bài
toán liên quan đến dịch chuyển biến dạng đất đá và bề mặt do khai thác
hầm lò.
2. Ở Việt Nam, cho đến nay có một số công trình nghiên cứu dự báo
dịch chuyển và biến dạng mặt đất do ảnh hưởng khai thác hầm lò bằng
phương pháp mô hình vật liệu tương đương của PGS.TS Nguyễn Đình Bé,


6

Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - TKV và Bộ môn Trắc địa mỏ, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất. Đây là những kết quả ban đầu rất quý giá, nhưng vẫn
còn những hạn chế, chẳng hạn như: không thể tạo được sự giống nhau về
các chỉ số cơ lý giữa mô hình và thực tế, tỷ lệ mô hình quá bé so với phạm
vi thực tế và các kết quả nhận được chỉ có ý nghĩa về mặt định tính, không
thể có được về mặt định lượng. Thực tế đã có một vài kết quả nghiên cứu
dịch chuyển biến dạng bằng mô hình địa cơ của các tác giả như: GS.TS
Nguyễn Quang Phích và TS Lê Văn Công, tuy nhiên các kết quả này
ứng dụng trong xây dựng ngầm và đường lò. Rõ ràng vấn đề nghiên cứu
dịch chuyển biến dạng địa tầng đất đá và bề mặt do ảnh hưởng của khai
thác là một đề tài mở trong bối cảnh của Việt Nam.
3. Kết quả quan trắc thực địa cho phép xác định chính xác thông số và
đại lượng dịch chuyển biến dạng trên bề mặt đất của một khu vực nào đó do
ảnh hưởng của khai thác hầm lò, nhưng cũng có những hạn chế nhất định
đó là không thể mô tả được tổng thể bức tranh của quá trình dịch chuyển

biến dạng khối đá mỏ. Chính vì vậy, cần nghiên cứu kết hợp hai phương
pháp: phương pháp lý thuyết dựa trên nền tảng của phương pháp số và
phương pháp quan trắc hiện trường để bổ trợ lẫn nhau cho phép nghiên cứu
được bức tranh tổng thể quá trình dịch chuyển biến dạng của khối đá cũng
như điều khiển áp lực mỏ để có các giải pháp khai thác an toàn, hiệu quả.
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH ĐỊA CƠ TRONG NGHIÊN CỨU
DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT ĐẤT
DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC

2.1 Quan niệm về mô hình
2.1.1. Định nghĩa về mô hình
Trước hết có thể hiểu đơn giản: một mô hình là một bức tranh rất
hạn chế về thực tế hay thực thể. Bức tranh này có thể được xây dựng lên
bằng vật chất hay hoàn toàn trừu tượng bằng lý thuyết.
2.1.2. Các đặc trưng của mô hình
Theo Herbert Stachowiak, một mô hình được đặc trưng bởi ít nhất
ba đặc điểm [46]:
1. Bản sao lại, 2. Thu hẹp, thu nhỏ. 3. Tính thực dụng
2.1.3. Phân loại mô hình
1. Mô hình kinh nghiệm, 2. Mô hình giải tích, 3. Mô hình số
2.1.4. Ưu nhược điểm của các mô hình


7

- Mô hình kinh nghiệm mô phỏng các yếu tố địa chất, cơ học đơn
giản. Do vậy chỉ cho kết quả định tính
- Mô hình giải tích: với các hàm toán học thường cho lời giải
nghiệm kín, kết quả chính xác. Tuy nhiên mô hình này có hạn chế

thường chỉ giải trên giả thiết đơn giản, đất đá đàn hồi, đẳng hướng chưa
chú ý đến ứng suất, đặc tính cơ học đất đá
- Mô hình số: Mô phỏng được đầy đủ các đặc tính của đất đá và
thay đổi các tham số đầu vào nhanh chóng để cho kết quả phù hợp. Do
vậy, lời giải phức tạp, môi trường khối đá không giống nhau tại mọi vị
trí nên mô phỏng cũng khó khăn
2.2 Nghiên cứu trên mô hình
2.2.1. Xây dựng mô hình

a) Địa chất
b) Địa kỹ thuật
c) Kỹ thuật
2.2.2. Nghiên cứu trên mô hình
Nghiên cứu trên mô hình nghĩa là tìm cách mô phỏng lại những gì có
thể tác động lên vật thể thực, để thu nhận các tín hiệu hay thông tin
theo cách mong muốn của người nghiên cứu
2.2.3. Kiểm chứng mô hình
Kết quả nghiên cứu trên mô hình, hay kết quả mô phỏng, sẽ có ý
nghĩa thực tế, khi các kết quả đó được thử nghiệm để minh chứng trên vật
thể thực, trong trường hợp này là khối đá xung quanh không gian khai thác.
2.2.4. Điều chỉnh các tham số của mô hình
Khi có sự sai lệch, công việc tiếp theo là xác định lại các tham số
đầu vào thông qua bài toán phân tích ngược đối với các mô hình
được thiết lập bằng lý thuyết (mô hình lý thuyết), hoặc điều chỉnh hệ số
của các hàm thực nghiệm, các tham số hay hệ số kinh nghiệm đối với
các mô hình toán học (hay mô hình bán thực nghiệm
2.3 Mô hình địa cơ mỏ phục vụ nghiên cứu dịch chuyển biến dạng
đất đá
2.3.1. Lịch sử nghiên cứu trên mô hình địa cơ

8

Để nghiên cứu và giải thích các quy luật dịch chuyển biến dạng đất
đá do đào lò chuẩn bị cũng như khai thác than ở lò chợ người ta đưa ra
mô hình địa cơ đơn giản cho một khối đá nguyên thủy hình lập phương
có thể tích khối đá bằng đơn vị nằm ở độ sâu H thể hiện trên hình 2.3.
Điều kiện biên của mô hình này là chịu các thành phần ứng lực pháp
tuyến σ1 và các ứng lực hông σ2, σ3 với các giá trị xác định như sau [2]:
P = 1 = H
(2.1)
2 = 3 = k1.
(2.2)

σ3

σ1
σ2

σ2

2

σ1

σ3

Hình 2.3. Mô hình địa cơ đơn giản với véc tơ ứng lực khối đá
nguyên thủy ở độ sâu H
Dựa vào mô hình trên người ta giải thích các quy luật dịch chuyển biến

dạng khi đào lò chuẩn bị (hình 2.4) và khi khai thác than ở lò chợ (hình
2.5)
Kratch [48] đã khắc phục một số nhược điểm của mô hình trên bằng
cách đưa ra các mô hình biến động địa cơ (hình 2.6)

Hình 2.6. Sơ đồ phân bố ứng lực đất đá vùng lò chợ
2.3.2. Hệ thống hóa các mô hình cơ học đá và khối đá mỏ


9

2.3.3. Quan niệm hiện đại về mô hình địa cơ
2.3.4. Các thông số trên mô hình địa cơ
2.3.5. Tính chất biến dạng và cấu trúc mô hình địa cơ
2.3.6. Điều kiện biên trong môi trường địa cơ mỏ
2.3.7. Các dạng mô hình địa cơ dự báo dịch chuyển biến dạng
2.4 Lựa chọn mô hình địa cơ ứng dụng cho điều kiện bể than Quảng
Ninh
- Mô hình với điều kiện môi trường đàn hồi, đồng nhất, đẳng
hướng.
- Mô hình này được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn
- Dữ liệu đầu vào của mô hình là các tham số cơ học, kích thước
hình học, chiều dày vỉa như: Độ bền nén σ của các loại đất đá, chỉ số
bền địa chất (GSI), chỉ số phá hoại do nổ mìn (D), hằng số vật liệu (m i)
để xác định thông số đàn hồi E. Kích thước hình học như chiều sâu khai
thác, chiều dài lò chợ theo phương và theo hướng dốc.
- Các kết quả quan trắc thực địa xác định hàm đường cong tiêu
chuẩn cho bể than Quảng Ninh phục vụ công tác dự báo dịch chuyển
biến dạng
- Phần mền chuyên dụng để giải bài toán đó là: Rockdata, R và

Rocscience 2.0.
2.5 Kết luận chương 2
1. Trên cơ sở phân tích các dạng mô hình địa cơ và các phương
pháp số khác nhau, nghiên cứu sinh lựa chọn mô hình đàn hồi đẳng
hướng và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Sự lựa chọn này dựa
trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã được công bố và hoàn cảnh cụ
thể về điều kiện nghiên cứu (dữ liệu thực tế, công cụ tính toán và kinh
nghiệm nghiên cứu).
2. Khi áp dụng mô hình địa cơ này vào thực tế, để tránh những hạn
chế (cách tiếp cận chủ quan khi phân chia khối đá thành các phần tử hữu
hạn, sự quân bình hóa tính chất cơ lý khối đá, số lượng hạn chế các phần
tử, để mô phỏng môi trường đàn hồi không liên tục hoặc liên tục gần thực
tế thì mô hình trở nên cồng kềnh và phức tạp), điều quan trọng là phải
nghiên cứu điều chỉnh mô hình địa cơ cho phù hợp với điều kiện khu vực
nghiên cứu được đặc trưng bởi các dữ liệu quan trắc thực địa.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC HÀM ĐƯỜNG CONG TIÊU CHUẨN
TỪ SỐ LIỆU QUAN TRẮC Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ QUẢNG NINH

3.1 Phương pháp quan trắc và xử lý số liệu


10

Hiện nay, kỹ thuật và phương pháp quan trắc dịch chuyển và biến
dạng đất đá đi từ hướng truyền thống đến hiện đại, có rất nhiều phương
pháp quan trắc khác nhau như: phương pháp quan trắc mặt đất độ chính
xác cao, phương pháp đo ảnh và hệ thống quan trắc GPS [12]
3.2 Phương pháp luận xây dựng các hàm đường cong tiêu chuẩn
Phương pháp đồ thị giải tích dựa trên việc sử dụng các đường cong

tiêu chuẩn phân bố độ lún và biến dạng trong bồn dịch chuyển. Điểm
gốc của toạ độ thường lấy điểm có độ lún cực đại (hình 3.1).

a, Đường cong lún thực tế
b, Đường cong lún không thứ nguyên
Hình 3.1. Đường cong lún thực tế và đường cong lún không thứ nguyên
Trên cơ sở lý thuyết xây dựng hàm đường cong tiêu chuẩn, các giá trị
của hàm cong tiêu chuẩn S(zx), F(zx), F’(zx) được xác định cho vùng
Quảng Ninh.
3.3 Xác định các thông số và đại lượng dịch chuyển
3.3.1. Cơ sở lý thuyết xác định các tham số cho vùng ít được nghiên
cứu dịch động đá mỏ
a. Xác định hệ số kiên cố địa tầng
b. Lựa chọn nhóm mỏ theo hệ số kiên cố địa tầng f.
3.3.2. Xác định các thông số và đại lượng dịch chuyển
3.4 Xác định các hàm đường cong chuẩn vùng Quảng Ninh
Bán bồn dịch chuyển thực tế được phân chia ra làm 10 phần, tại
mỗi điểm đã chia, cần tính các giá trị độ lún i, độ nghiêng ii, độ cong
ki. Dịch chuyển ngang i và biến dạng ngang i. Hàm số phân bố độ lún,
độ nghiêng, độ cong, dịch chuyển ngang và biến dạng ngang được xác
định như các đạo hàm tương ứng sau [23]: (3.29)


11

Bảng 3.16: Hàm đường cong tiêu chuẩn
STT
0
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10

S(z)
S’(z)
S” (z)
F(z)
-1,00
0,12
3,19
4,59
-0,90
0,88
-0,68
4,29
-0,76
0,06
1,70
3,47
-0,51
2,39
-9,83
2,55
-0,30

0,33
14,08
2,71
-0,20
0,88
2,08
1,91
-0,13
0,59
2,64
1,14
-0,09
0,42
0,74
0,97
-0,06
0,19
1,11
0,80
-0,04
0,78
-6,33
0,89
0,00
0,04
1,40
0,02
Bảng 3.17: Hàm đường cong tiêu chuẩn

F’ (z)

-2,40
6,87
0,83
6,80
5,53
2,54
1,78
0,61
0,61
0,86
-0,12

STT
S(z)
S’(z)
S” (z)
F(z)
F’ (z)
0
-1,00
3,11
-62,69
6,75
-14,34
1
-0,61
4,10
-15,80
4,15
-13,28

2
-0,37
2,78
25,53
2,92
-12,96
3
-0,27
0,89
24,87
1,69
-13,53
4
-0,23
0,06
-21,68
1,60
-5,01
5
-0,22
-0,05
6,57
1,95
-2,63
6
-0,20
0,15
14,17
2,17
-0,11

7
-0,19
0,16
-0,59
1,90
-6,67
8
-0,14
-0,01
1,35
1,26
5,88
9
-0,08
0,54
-1,61
0,65
2,41
10
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
3.5 Kết luận chương 3
1. Các phương pháp được áp dụng tính toán xác định các thông số
dịch chuyển biến dạng và các hàm đường cong chuẩn là tin cậy và đã
được ứng dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Do vậy, từ các kết
quả trên đã xác định kích thước hình học của mô hình địa cơ, góc dịch
chuyển của mô hình, xác định độ lún cực đại một mặt cho phép dự báo

dịch chuyển biến dạng đá mỏ cho Việt Nam, mặt khác xác lập điều kiện
biên cho mô hình địa cơ.


12

2. Phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu quan trắc thực địa của mỏ than
Mạo Khê, Mông Dương đã xác định được các hàm đường cong tiêu
chuẩn S(z), S’(z), S”(z), F(z), F’(z) phù hợp với các điều kiện địa chất khai thác của bể than Quảng Ninh để phục vụ cho công tác tính toán dự
báo các đại lượng dịch chuyển biến dạng bề mặt mỏ nhằm bảo vệ các
công trình và đảm bảo an toàn quá trình khai thác than hầm lò.
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LÚN CỰC ĐẠI XÁC
ĐỊNH TỪ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THỰC ĐỊA VỚI MÔ ĐUN
ĐÀN HỒI KHỐI ĐÁ MỎ
4.1 Xây dựng mô hình địa cơ cho khối đá tại bể than Quảng Ninh
4.1.1. Khái quát đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu
Bể than Quảng Ninh gồm ba khu vực [8]: Uông Bí, Hòn Gai, Cẩm
Phả với các điều kiện địa chất khác nhau:
Kết quả thí nghiệm các mẫu đá bằng phương pháp nén đơn trục tại
vùng bể than Quảng Ninh được ghi ở bảng 4.1 [8]
Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm nén đơn trục các loại đá
STT
Loại đá
Độ bền nén σ (Mpa)
Ghi chú
1
Cát kết
114
2

Bột kết
42
3
Sét kết
31
4
Than
17.1
4.1.2. Xác định mô đun đàn hồi cho các lớp đất đá tại bể than Quảng
Ninh
4.1.3. Kết quả xác định mô đun đàn hồi E theo Rockdata
Để tính mô đun đàn hồi E theo Rockdata, cần có thông số đầu vào
như độ bền nén một trục (σ), chỉ số bền địa chất (GSI), chỉ số phá hoại
do nổ mìn (D) của bể than Quảng Ninh, các chỉ số GSI, D lấy theo kinh
nghiệm của chuyên gia Ngô Văn Sỹ. Các số liệu đầu vào ghi bảng 4.5,
kết quả tính hệ số đàn hồi E thể hiện bảng 4.6


13

STT

Bảng 4.5: Dữ liệu đầu vào của RocData
Loại đá
Độ bền
Chỉ số bền Chỉ số phá
nén σ
địa chất
hoại do nổ
MPa

GSI
mìn (D)

Hằng số
vật liệu
(mi)

1

Cát kết

114

45

0.8

17

2

Bột kết

42

37

0.8

7

3

Sét kết

31

11

0.8

4

4

Than

17.1

8

0.8

4

Bảng 4.6 Kết quả tính mô đun đàn hồi E theo tiêu chuẩn Hoek - Brown
TT

Loại đá

Độ bền
nén σ
(MPa)

Chỉ số bền
địa chất
(GSI)

Chỉ số phá
hoại do nổ
mìn (D)

Hằng số
vật liệu
(mi)

Mô đun đàn hồi
E (Mpa)

1

Cát kết

114

45

0.8

17

2115

2

Bột kết

42

37

0.8

7

691.36

3

Sét kết

31

11

0.8

4

244.03

4

Than

17.1

8

0.8

4

93.01

4.2 Tính toán dịch chuyển biến dạng địa tầng đất đá và bề mặt đất
4.2.1 Khái quát bộ phần mềm RS2 (Phase2) của hãng Rocscience Inc.
(Canada)
4.2.2. Thông số đầu vào và các trường hợp tính toán
TH1: Xây dựng mô hình địa cơ với mô đun đàn hồi của các loại đá
cát kết có E = 2115 MPa, bột kết có E = 691.36 MPa, sét kết có E =
244.03 MPa tính được từ Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi
TH2: Tham số đầu vào bằng 70% hệ số đàn hồi tính được từ
Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi
TH3: Tham số đầu vào bằng 50% hệ số đàn hồi tính được từ
Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi
TH4: Tham số đầu vào bằng 125% hệ số đàn hồi tính được từ
Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi
TH5: Tham số đầu vàobằng 30% hệ số đàn hồi tính được từ
Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi

14

TH6: Tham số đầu vào bằng 10% hệ số đàn hồi tính được từ
Rocdata, hệ số Poisson ʋ không đổi.
4.3.3 Kết quả tính toán cho trường hợp theo hướng dốc lò chợ
Từ bảng 4.7 rút ra nhận xét mô đun đàn hồi càng lớn độ lún càng
giảm, như vậy có mối quan hệ tương quan rất chặt chẽ
Bảng 4.7 Giá trị độ lún cực đại và mô đun đàn hồi
Kết quả xác định độ lún và mô đun đàn hồi
Loại
TT
Giá trị
đá
TH1
TH2
TH3
TH4
TH5
TH6
1

2

3
4
5

Cát

kết
Bột

E(MPa) 2115.00 1480.50 1057.50 2643.75 634.50 211.50
E(MPa)

691.36

483.95

345.68

864.20

207.41

69.14

E(MPa)

244.03

170.82

122.02

305.04

73.21

24.40

Than E(MPa)

93.01

93.01

93.01

93.01

93.01

93.01

1.906

1.500

1.918

0.944

2.658

5.095

kết
Sét

kết

Ƞ(m)

Hình 4.5: Biểu đồ độ lún các lớp đất
đá trong trường hợp 1

Hình 4.6: Biểu đồ độ lún trong
trường hợp 1

4.3 Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
4.3.1 Phương pháp phân tích thống kê
4.3.2 Phương pháp hồi quy tuyến tính


15

4.3.3 Xác định mối quan hệ giữa độ lún cực đại với mô đun đàn hồi
Để đánh giá tầm quan trọng của các biến số ảnh hưởng với nhau,
sử dụng ngôn ngữ phân tích thông kê và đồ thị (phần mềm R) xác định
biểu đồ tương quan và phương trình của các biến độc lập
Cơ sở dữ liệu được lấy từ bảng 4.7, kết quả phân tích như sau:
Đối với đá cát kết, bột kết, sét kết ta có biểu đồ tương quan thể
hiện hình 4.17, 4.18.
5

neta

4

3

2

1

250

500

750

E

Hình 4.18. Biểu đồ tương quan độ
Hình 4.17. Biểu đồ tương quan độ lún
lún với hệ số đàn hồi của đá bột kết
với hệ số đàn hồi của đá cát kết
Phương trình biểu thị mối tương quan giữa độ lún cực đại với hệ số
đàn hồi của các loại đá:
ƞ= a+ EX+EX2+ EX3
Trên cơ sở đó xác định mối tương quan giữa đá cát kết với hệ số
đàn hồi của nó xác định được phương trình 3.4
Ƞ= 7.01 - 1.04.10-2. E + 6.50.10-6. (E)2- 1.30.10-9. (E)3
(4.4)
Đát bột kết xác định phương trình 3.5
Ƞ= 7.01 - 3.17.10-2. E + 6.08.10-5. (E)2 - 3.72.10-8. (E)3
(4.5)
Đát sét kết xác định phương trình 3.6
Ƞ= 7.01 - 8.99.10-2. E+ 4.88.10-4. (E)2 - 8.46.10-7. (E)3

(4.6)
Như vậy, giải các phương trình (4.4), (4.5), (4.6) xác định được hệ
số đàn hồi EC kết quả ghi ở bảng 4.8
Bảng 4.8 Kết quả tính hệ số đàn hồi các loại đá
TT
Hệ số
Cát kết
Bột kết
Sét kết
Ghi chú
1

ER

2115

691.36

244.03

2

EC

2628.788

860.368

303.637

16

Từ kết quả của bảng 4.8 thấy rằng nếu sử dụng hệ số đàn hồi tính được
trên phần mềm Rockdata (ER) đưa vào mô hình địa cơ cho bất kỳ vùng
nào thì ta có thể dự báo dịch chuyển biến dạng bề mặt, xác định các
thông số dịch chuyển từ đó có cơ sở đưa ra giải pháp khai thác an toàn,
hiệu quả. Trong quá trình xử lý số liệu Tuy nhiên, khi sử dụng mô hình
địa cơ cho bể than Quảng Ninh theo tác giả nghiên cứu và xác định
được hệ số phụ thuộc giảm bền theo công thức 4.7.
KC = EC/ER=1,24
(4.7)
4.4 Kết luận chương 4
1. Trên thế giới có nhiều mô hình địa cơ phân tích, dự báo dịch
chuyển và biến dạng bề mặt đất, phát triển ở các dạng khác nhau. Kết
quả tổng hợp và phân tích cho thấy, các mô hình đều có những tồn tại,
hạn chế nhất định và thường mang tính địa phương, liên quan với các
điều kiện địa chất cụ thể của từng khu vực, từng nước. Các mô
hình địa cơ sử dụng phương pháp số có tính định lượng rất cao. Độ
chính xác các mô hình tùy thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố thí
nghiệm độ bền nén một trục rất quan trọng
2. Trong thực tế nghiên cứu dịch chuyển biến dạng bề mặt đất do
ảnh hưởng của khai thác hầm lò, luận án sử dụng mô hình địa cơ với
nguồn dữ liệu đầu của bể than Quảng Ninh đã xác định được mô đun
đàn hồi cho mô hình địa cơ với điều kiện biên mô hình là độ lún cực đại
đã xác định được do quan trắc thực địa, đã điều chỉnh mô hình địa cơ về
sát thực tế hơn. Tác giả xây dựng được mô hình địa cơ phục vụ cho
công tác phân tích, dự báo dịch chuyển và biến dạng bề mặt có cơ sở
khoa học. Đối với mô hình địa cơ áp dụng cho bể than Quảng Ninh thì
hệ số giảm bền KC =1,24.

CHƯƠNG 5
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ NGHIÊN CỨU QUY LUẬT
DỊCH CHUYỂN BIẾN DẠNG ĐỊA TẦNG ĐẤT ĐÁ VÀ BỀ MẶT
ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG KHAI THÁC LÒ CHỢ VỈA V7
MỎ THAN NAM MẪU QUẢNG NINH
5.1 Vị trí địa lý và ranh giới khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu đặt trạm quan trắc dịch chuyển biến dạng đất
đá và bề mặt có các điểm toạ độ ghi ở bảng 5.1 [7].


17

Bảng 5.1: Tọa độ giới hạn khu vực trạm quan trắc
Điểm

X

Y

A

40400

368900

B

40400

370300

C

39100

368900

D

39100

370300

5.2 Khái quát về công nghệ cơ giới hóa khai thác cột dài theo
phương, lò chợ hạ trần thu hồi than
Sơ đồ công nghệ này đề xuất áp dụng cho điều kiện vỉa dày, thoải đến
nghiêng thể hiện hình 5.3 [9]. Đặc điểm của công nghệ khai thác vỉa dày
là tỷ lệ tổn thất than sẽ tăng theo chiều dày lớp than hạ trần

Hình 5.3: Sơ đồ công nghệ cơ giới hóa khai thác cột dài theo phương, lò
chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc [9]
5.3 Kiến nghị các thông số đàn hồi cho mô hình địa cơ mỏ than Nam
Mẫu
Trong quá trình thi công địa chất công trình ngoài việc lấy mẫu thí
nghiệm tại các tuyến V còn lấy thêm các lỗ khoan LK-24, LK-NM20,
LK-NM51 tuyến VA, LK-36, LK-38A, LK-82 tuyến VI, LK-CG16,
LK-NM27, LK-CG17, LK-NM28 tuyến III
Bảng 5.3 Kết quả xác định E, C, φ mỏ than Nam Mẫu theo Rockdata

18

TT

Loại đá

Độ bền
nén σ
(MPa)

Chỉ số
bền
địa
chất
(GSI)

Chỉ số
phá hoại
do nổ
mìn (D)

Hằng
số vật
liệu
(mi)

Thông
số đàn
hồi E
(MPa)

Lực
dính
kết C
(Mpa)

Góc nội
ma sát
trong φ
(độ)

1

Cát kết

114

45

0.8

17

2115

0.807

42.358

2

Bột kết

42

37

0.8

7

691.36

0.324

23.276

3

Sét kết

31

11

0.8

4

244.03

0.41

12.281

4

Than

17.1

8

0.8

4

93.01

0.059

3.5

Như vậy, kết quả xác định các thông số E, C, φ đầu vào để chạy cho mô
hình địa cơ và tính toán với trạng thái đàn hồi dẻo mỏ than Nam Mẫu
Quảng Ninh ghi ở bảng 5.4.
Bảng 5.4: Kết quả xác định E, C, φ mỏ than Nam Mẫu
TT
Hệ
Cát kết

Bột kết
Sét kết
Than
Ghi chú
số
1

EC

2628.788

860.368

303.637

93.01

2

C

42.358

23.276

12.281

3.50

3

φ

0.807

0.324

0.41

0.059

5.4 Tính toán dịch chuyển biến dạng khi khai thác lò chợ cơ giới
hóa theo hướng dốc trên mô hình địa cơ
Mô hình địa cơ đã được xây dựng ở chương 4, các tham số đầu vào
trong quá trình tính toán là các giá trị E, C, φ được đưa phần mềm
thương mại Rocscience 2.0. Miền tính toán của mô hình lấy chiều rộng
và chiều cao là 700x300m so với chiều rộng thực tế mặt cắt 1400x450m,
tuy nhiên khu vực đặt trạm quan trắc dịch động vỉa 7 giới hạn từ lỗ
khoan LK7 đến biên giới ngoài là 500m, mức khai thác vỉa 7 từ -80 đến
mặt đất là 250m, nghĩa là chiều cao khoảng 330m. Do vậy, tác giả
nghiên cứu mô hình là 700x300 là hợp lý so thực thế.


19

Hình 5.4: Sơ đồ tính toán

Hình 5.5: Nhập các thông số cho
mô hình

Hình 5.7: Mô hình mô tả biểu đồ
độ lún

Hình 5.8: Mô hình mô tả biểu đồ
biến dạng ngang

Hình 5.9: Xác định góc dịch
chuyển theo hướng dốc

Hình 5.10: Biểu đồ độ lún và góc
dịch chuyển

Hình 5.11: Biểu đồ dịch chuyển
biến dạng của các lớp đất đá

Hình 5.12: Véc tơ dịch chuyển
theo thời gian


20

Ở hình 5.7 độ lún trên mặt đất thể hiện đường màu đỏ có giá trị lớn
nhất, đường màu xanh có giá trị nhỏ nhất, và kết quả tính toán xác định
độ lún cực đại ƞ = 1.150m, góc dịch chuyển biên 0 = 470 thể hiện hình
5.9
Trên hình 5.9, 5.10 là tập hợp các kết quả phân tích độ lún trên mặt
đất, thể hiện qua sự biến hình của lưới phần tử hữu hạn, cho thấy khi
khai thác ở độ sâu nhất định, vùng sụt lún rộng thêm trên mặt đất, nhưng
độ cong giảm dần, cũng có nghĩa là khi khai thác càng sâu thì khả năng
gây phá hủy làm trượt, đổ các công trình kiến trúc có thể càng giảm.

Điều này chứng tỏ rằng càng khai thác xuống sâu và đến một độ sâu
khai thác an toàn thì dịch chuyển biến dạng không lan truyền lên đến bề
mặt đất.
Trên hình 5.10 thể hiện dịch chuyển biến dạng các lớp đất đá
cho thấy rằng có ba vùng rõ rệt: vùng dịch chuyển hoàn toàn ở gần
nóc lò tạo ra như hình chữ V, phía trên nữa là vùng uốn võng và
vùng đất đá chịu nén
5.5 Tính toán dịch chuyển biến dạng khi khai thác lò chợ cơ giới
hóa theo đường phương
Sơ đồ tính toán được thể hiện trong hình 5.16 với các lớp đất đá
được lấy theo chỉ tiêu cơ lý ở bảng 4.6. Khoảng cách tiến gương ban đầu
là 12.3m (bao gồm 10 bước tiến gương lò chợ và khoảng cách chuẩn bị
lắp giàn chống); để thể hiện rõ vùng ứng suất biến dạng tác giả giải
quyết bài toán 10 bước tiến gương lò chợ 6.3m là một khẩu độ trên mô
hình với 20 khẩu độ tiến gương lò chợ để tìm quy luật phân bố vùng
dịch chuyển biến dạng xung quanh lò chợ khai thác và trên bề mặt đất

Hình 5.16 Mô hình tính toán lò chợ
cơ giới hóa theo đường phương

Hình 5.17. Mô tả ứng suất chính
1 tại lò chợ ban đầu


21

Hình 5.18. Mô tả ứng suất chính

Hình 5.19. Mô tả ứng suất chính

1 tại khẩu độ thứ 2

1 tại khẩu độ thứ 5

Thông qua số liệu của các hình trên ta thấy sau hướng tiến gương
là sự phá hủy (đặc trưng là các điểm vòng tròn) mô tả sự sập lở của các
lớp đất đá trên nóc lò chợ. Qua các hình trên ta tính toán được chiều cao
sập lở (vùng phân bố của các điểm vòng tròn) là H=12m. Như vậy đến
khẩu độ thứ 11 thì bước sập đổ lập lại, nghĩa là chiều dài lò chợ khai
thác theo đường phương đi được 69m thì lập lại bước sập đổ và chiều
cao vùng sập đổ
Tổng hợp các bước tiến gương với 11 khẩu độ ta thấy tại khẩu độ
thứ 11 quy luật phân bố ứng chính σ1 trở về trạng thái ban đầu thể hiện
hình 5.24

Hình 5.24: Quy luật phân bố ứng suất chính σ1 tại các khẩu độ


22

5.6 Kiểm chứng mô hình địa cơ với kết quả quan trắc thực địa
Như chúng ta đã biết, để dự báo dịch chuyển biến dạng do ảnh
hưởng khai thác hầm lò của khu vực nào đó chưa có quan trắc dịch động
chúng ta cần phải xác định độ lún cực đại. Như vậy, đề tài luận án tác
giả lựa chọn xác định độ lún cực đại thông qua mô hình địa cơ để kiểm
chứng kết quả quan trắc dịch động tại mỏ than Nam Mẫu được thể hiện
bảng 5.5.
Bảng 5.5: Kết quả so sánh các giá trị dịch chuyển theo hướng dốc
Giá trị
Mô hình địa cơ

Quan trắc thực
Ghi chú
địa
ƞ

-1,150m

-1,082m

Theo hướng dốc

ƞ

-1,186m

-1,185m

Theo

đường

phương
β0

470

450

5.7 Kết luận chương 5
Kết quả phân tích cho thấy:

1. Mô hình địa cơ luận án sử dụng cho Quảng Ninh xác định quy
luật phân bố ứng suất chính σ1 tại các khẩu độ của lò chợ và quy luật sập
đổ lặp lại trạng thái ban đầu khi khai thác tiến gương đến khẩu độ thứ 10
trên mô hình tương đương 69m, chiều cao vùng sập đổ phá hủy H=12m
2. Mô hình địa cơ xác định được các thông số dịch chuyển biến
dạng cho mỏ than Mam Mẫu có độ tin cậy cao nhờ so sánh kết quả
thông số và đại lượng dịch chuyển quan trắc thực địa về cơ bản giá trị
như nhau
3. Mô hình địa cơ tính toán cho lò chợ theo hướng dốc đã xác định
được biến động các lớp đất đá xung quanh lò chợ cũng như địa tầng đất
đá và bề mặt đất. Xác định được chiều cao vùng sập đổ, bước sập đổ của
đá vách khi khai thác vỉa dày bằng lò chợ cơ giới hóa. Xác định vùng
uốn võng liên tục, vùng uốn võng có kẽ nứt và bồn dịch chuyển trên bề
mặt đất. Như vậy, mô hình địa cơ cho phép nghiên cứu dịch chuyển biến
dạng địa tầng đất đá và bề mặt đất một bức tranh tổng thể quá trình dịch
chuyển biến dạng.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu của luận án đã khẳng định rằng: các luận điểm
khoa học của luận án đã được chứng minh và rút ra một số kết luận và
kiến nghị sau đây:
1. Kết luận
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã thu được có thể rút ra một số
kết luận sau:
1. Các phương pháp quan trắc hiện trường xác định thông số dịch
chuyển đá mỏ và bề mặt đất là công cụ chủ yếu để chuẩn xác hóa các
thông số dịch chuyển đá mỏ được xác định từ nghiên cứu lý thuyết

trên các mô hình địa cơ với giả định rằng các lực chuyển động trong
mô hình là lực trọng trường, tức trọng lực của khối đá sập đổ và khối
đá mỏ là một môi trường đẳng hướng. Như vậy, việc áp dụng rộng rãi
các nghiên cứu lý thuyết dựa trên nền tảng phương pháp số với giả
định khối đá là môi trường biến dạng đàn hồi, bất đẳng hướng đòi hỏi
sự cần thiết phải lựa chọn các điều kiện biên cho các mô hình địa cơ
thông qua phương pháp đo đạc tại hiện trường
2. Phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu quan trắc thực địa của mỏ than
Mạo Khê, Mông Dương đã xác định được các hàm đường cong tiêu
chuẩn S(z), F(z), F’(z) phù hợp với các điều kiện địa chất - khai thác của
bể than Quảng Ninh để phục vụ cho công tác tính toán dự báo các đại
lượng dịch chuyển biến dạng bề mặt mỏ nhằm bảo vệ các công trình và
đảm bảo an toàn quá trình khai thác than hầm lò. Xác định các thông số
và đại lượng dịch chuyển đá mỏ cung cấp điều kiện biên cho bài toán
mô hình địa cơ như: kích thước vùng biến dạng, góc dịch chuyển giới
hạn, góc dịch chuyển biên, vv. Đồng thời độ lún cực đại là đại lượng để
nghiên cứu mối tương quan với thông số đàn hồi.
3. Nghiên cứu dịch chuyển biến dạng bề mặt đất do ảnh hưởng của
khai thác hầm lò, luận án xây dựng mô hình địa cơ với nguồn dữ liệu
đầu là các tham số cơ học của khối đá của bể than Quảng Ninh. Từ đó
xác định được hệ số đàn hồi cho mô hình địa cơ với điều kiện biên mô
hình là độ lún cực đại đã xác định được do quan trắc thực địa. Thiết lập
phương trình mối tương quan giữa độ lún cực đại với thông số đàn hồi.
Tác giả xây dựng được mô hình địa cơ phục vụ cho công tác phân tích,
dự báo dịch chuyển và biến dạng bề mặt. Đối với mô hình địa cơ áp
dụng cho bể than Quảng Ninh thì hệ số giảm bền KC =1,24.