Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông ở Việt Nam nhằm đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường và phục vụ công tác quản lý

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu đề tài là phân tích tổng quan về công nghệ khai thác cát lòng sông tại Việt Nam và trên thế giới; Nghiên cứu đặc điểm thành tạo và phân bố của các mỏ cát dưới lòng sông; Nghiên cứu quy luật xói lở đất đá dưới tác động của hoạt động khai thác theo dọc theo dòng chảy của sông, xây dựng mối quan hệ bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn với các yếu tố tự nhiên – kĩ thuật;

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông ở Việt Nam nhằm đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường và phục vụ công tác quản lý

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG Ở VIỆT NAM NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN, BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 62.52.06.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017
2 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn khai thác lộ thiên, Khoa mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hồ Sĩ Giao Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam 2. TS. Lại Hồng Thanh Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Xuân Nam Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 2: TS. Mai Thế Toản Bộ Tài nguyên và Môi trường Phản biện 3: TS. Nguyễn Phụ Vụ Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Mỏ - Địa chất, phường Đức Thắng - quận Bắc Từ Liêm - Hà Nội. Vào hồi ....... giờ ...... phút, ngày ......tháng ..... năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc Gia, Hà Nội - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
3 MỞ ĐẦU 1. Tính tấp thiết của đề tài Việt Nam là quốc gia có tiềm năng về tài nguyên khoáng sản làm vật liệu xây dựng. Trong đó, cát lòng sông là loại khoáng sản đang có nhu cầu lớn, phục vụ đắc lực cho ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi và các ngành kinh tế khác. Trong những năm qua, hoạt động khai thác cát lòng sông đem lại nhiều lợi ích thiết thực, song cũng tác động tiêu cực đến môi trường như: gây xói lở bờ sông, đe dọa đến độ an toàn của giao thông đường thủy và các công trình xung quanh. Nguyên nhân của vấn đề này là quy mô khai thác nhỏ, công nghệ khai thác, trình tự khai thác và thiết bị khai thác chưa phù hợp với từng mỏ cụ thể. Bên cạnh đó, công tác quản lý, cấp quyền khai thác chưa gắn liền với các kết quả nghiên cứu khoa học. Xuất phát từ những bất cập nêu trên, việc lựa chọn đề tài của luận án tiến sĩ "Nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông ở Việt Nam nhằm đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường và phục vụ công tác quản lý" là cần thiết và cấp bách nhằm tăng hiệu quả kinh tế, nâng cao mức độ an toàn, giảm ô nhiễm môi trường, sử dụng hiệu quả, bền vững tài nguyên cát lòng sông. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác, trình từ khai thác đảm bảo hiệu quả kinh tế và hạn chế vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn. - Nghiên cứu đề xuất các giải pháp về góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lý Nhà nước đối với hoạt động khai thác cát lòng sông. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là các mỏ cát nằm dưới lòng sông thuộc khu vực miền núi, trung du và hạ nguồn. Phạm vi nghiên cứu là công nghê ̣ khai thác cát và các giải pháp quản lý hoa ̣t đô ̣ng khai thác cát lòng sông. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích tổng quan về công nghệ khai thác cát lòng sông tại Việt Nam và trên thế giới; - Nghiên cứu đặc điểm thành tạo và phân bố của các mỏ cát dưới lòng sông; - Nghiên cứu quy luật xói lở đất đá dưới tác động của hoạt động khai thác theo dọc theo dòng chảy của sông, xây dựng mối quan hệ bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn với các yếu tố tự nhiên – kĩ thuật; - Nghiên cứu đề xuất hoàn thiện công nghệ khai thác, trình tự khai thác và lựa chọn đồng bộ thiết bị đảm bảo hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp và hạn chế vùng xói lở đất đá; đề xuất các giải pháp quản lý nhà nước. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa để phát triển, hoàn thiện; - Phương pháp giải tích, mô hình hoá toán và thực nghiệm; - Phương pháp phân tích, chọn lọc so sánh và kinh nghiệm chuyên gia.
4 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1. Ý nghĩa khoa học: 1. Xây dựng được các sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp với các mỏ cát lòng sông khu vực trung du - miền núi và các mỏ cát lòng sông khu vực hạ lưu. 2. Đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác khoáng sản nhằm tăng cường hiệu quả công tác quản lý nhà nước đối với hoạt động khai thác cát lòng sông. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án giúp cho các đơn vị khai thác có giải pháp để hoàn thành kế hoạch sản xuất, đáp ứng yêu cầu thị trường và giúp các cơ chức năng xây dựng các chính sách quản lý hoạt động khai thác cát lòng sông nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên cát, gắn liền với bảo vệ môi trường. 7. Những luận điểm bảo vệ 7.1. Bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường chịu ảnh hưởng của tính chất cơ lý đất đá và các thông số hình học của mỏ. Trong đó, các yếu tố cơ bản chi phối mạnh mẽ đến vùng xói lở đất đá là tốc độ dòng chảy, chiều sâu khai trường và đường kính cỡ hạt. 7.2. Tố c đô ̣ dòng chảy là nhân tố làm kéo dài cung đô ̣ vâ ̣n tải, làm lêch ̣ hướng di chuyể n của tầ u chở cát, thời gian chu kì vâ ̣n tải và dung tích tầ u chở cát. 7.3. Điều kiện phân bố mỏ, ảnh hưởng của hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh là cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý nhà nước đối với cát lòng sông. 8. Những điể m mới của luâ ̣n án 8.1. Thiết lập được sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở đất đá phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường với tốc độ dòng chảy, chiều sâu mỏ và đường kính cỡ hạt đất đá trên cơ sở nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở bằng phương pháp mô hình mô phỏng. 8.2. Phân loại các mỏ cát dưới lòng sông theo nguồn gốc thành tạo và tốc độ xói lở làm cơ sở phân tích lựa chọn công nghệ và thiết bị khai thác hợp lý đáp ứng sản lượng yêu cầu của các mỏ. 8.3. Xây dựng sơ đồ công nghệ khai thác kết hợp với sàng tách đá tảng, cuội sỏi trực tiếp vào bãi thải trong, cho phép giảm khối lượng vận tải và hạn chế ảnh hưởng của hoạt động khai thác tới môi trường đối với các mỏ cát có lẫn cuô ̣i, tảng, sỏi khu vực trung du, miền núi. 8.4. Thiế t lâ ̣p mố i quan hê ̣ giữa lưu lươ ̣ng tầ u hút cát và dung tích tầ u chở cát trong điề u kiê ̣n ảnh hưởng của dòng chảy. 8.5. Đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên, cấp quyền khai thác cát lòng sông phù hợp điều kiện Việt Nam dựa trên các kết quả nghiên cứu về vùng xói lở đất đá và công nghệ, trình tự khai thác. 9. Bố cục của luận án Ngoài phần mục lục và danh mục các bảng, biểu, hình vẽ, luận án gồm 114 trang đánh máy khổ A4; 15 biểu, bảng; 30 hình vẽ, ảnh chụp minh hoạ; 55 văn
5 liệu tham khảo và các bản vẽ kèm theo. Bố cục của luận án ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ khai thác cát lòng sông ta ̣i Viêṭ Nam và trên thế giới Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên – kỹ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở khi khai thác cát lòng sông. Chương 3: Nghiên cứu công nghệ khai thác đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu tác động đến vùng xói lở. Chương 4: Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên cát lòng sông ở Việt Nam. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1. Tổng quan về tình hình khai thác cát lòng sông trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tổng quan về tình hình khai thác cát trên thế giới Ở các nước phát triển như Nga, Mỹ, Úc, Hà Lan, Ý … các mỏ thường có quy mô công suất lớn, ĐBTB hiện đại. Công tác bảo vệ môi trường trong quá trình khai thác được chú trọng, hoàn thiện. Các nước phát triển đã ra nhiều cơ chế chính sách và tổ chức lại các cơ quan quản lý đối với các hoạt động này kể từ khâu thăm dò, quy hoạch, cấp phép khai thác, kiểm tra, hậu kiểm chặt chẽ. Trong khi đó, ở các quốc gia đang phát triển như Trung Quốc, Myanma, Ấn Độ, Malaysia v.v…hoạt động khai thác còn tồn tại nhiều bất cập, đặc biệt là lĩnh vực bảo vệ môi trường và khắc phục hậu quả khai thác vẫn còn yếu kém. 1.1.2. Tổng quan về tình hình khai thác, sử dụng cát ta ̣i Viê ̣t Nam Việt Nam là quốc gia có nhiều mỏ cát có trữ lượng khác nhau. Công nghê ̣ khai thác đa da ̣ng, quy mô sản lươ ̣ng nhỏ. 1.2. Tổng quan công nghệ khai thác cát lòng sông Phạm vi luận án đi sâu nghiên cứu về công nghệ khai thác các mỏ cát phân bố dưới lòng sông (ngập hoàn toàn). Công nghệ khai thác hiện đang áp dụng tại các nước tiên tiến trên thế giới và Viê ̣t Nam đươ ̣c phân loa ̣i như sau: Hình 1.1. Công nghệ khai thác theo chiều sâu ngập nước của thân cát 1 – Bãi tập kết cát; 2 – máy xúc gầu ngoạm lắp trên cầu cạn; 3- máy xúc gầu thuận hoặc máy xúc thuỷ lực gàu ngược lắp trên phà nổi; 4 – tầu cuốc nhiều gầu; 5, 6 – tầu hút bùn; 7 – máy xúc gàu ngoa ̣m; 8 – bơm lắp trên tầu; 9 – bơm bùn lắp trên phà nổi; 10 - tầu cuốc một gầu.
6 - Khai thác bằng cơ giới: sử dụng các thiết bị như máy xúc thủy lực gầu ngược, máy xúc gầu ngoạm, máy xúc gầu treo, tầu cuốc lắ p trên các phà nổ i hoă ̣c trên bờ sông xúc bố c lên các tầ u chở cát hoă ̣c đổ thành đố ng trên bờ sông. - Khai thác bằng sức nước: sử dụng tầu hút bùn, bơm bùn bơm lên các tầ u chở cát hoă ̣c các hố thu cát trên bờ sông. - Khai thác hỗn hợp: Trong dây chuyền công nghệ có sự phối hợp các loại thiết bị như máy xúc, tầu cuốc, tầu hút bùn, tầ u cuố c,.... để phát huy hiêụ quả công tác khai thác. 1.3. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu công nghệ khai thác cát lòng sông Công nghệ cát lòng sông được nhiều học giả trong và ngoài nước đi sâu nghiên cứu. Tổng hợp các tài liệu cho thấy có một số hướng cơ bản sau: Hướng 1: Nghiên cứu công nghệ khai thác: Các tác giả tiêu biểu như: И.М. Ялтанец, Г.А. Нурок, Ржевский В.В, Б.Э.Фридман (Liên Bang Nga) W.J. Vlasblom, Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam (Viêṭ Nam) ... Các tác giả đã đề xuất công nghệ khai thác, trình tự khai thác, phương pháp mở mỏ và phương pháp lựa chọn các loại thiết bị khai thác phù hợp với điều kiện các mỏ. Hướng 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động khai thác đến môi trường xung quanh: Theo hướng nghiên cứu này có các tác giả tiêu biểu như: Андреев О.В., Барышников Н.Б., Наумов Г.Г., Андреев О.В., Пичугов Г.С, Hồ Sỹ Giao, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Phương, Lê Ma ̣nh Hùng, Đinh Công Sản ... Các kết quả nghiên cứu đã đạt được của các tác giả là: nghiên cứu về sự thay đổi hình thái khai trường, hiện tượng sạt lở bờ sông, ảnh hưởng lòng dẫn. Hướng 3: Nghiên cứu các giải pháp về quản lý: Nhóm tác giả Binoy Aliyas Mattamana, Shiney Varghese, Kichu Paul dựa trên các kết quả quan trắc, thông kê số liệu của một đoạn sông cụ thể, đã đưa ra một số quan điể m như: không nên khai thác một cách liên tục nhằm ổn định dòng chảy và cân bằng lượng cát. Cục Thủy lợi và Thoát nước thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường Malaysia năm 2009; Bộ Môi trường, Lâm nghiệp và Biến đổi khí hậu Ấn Độ đã nghiên cứu, ban hành Hướng dẫn quản lý khai thác cát bền vững, quy trình cấ p quyề n khai thác. 1.4. Kết luận Chương 1 Các nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam đã đề xuất được các công thức lý thuyết và thực nghiệm để xác định các thông số hình học khai trường, thông số hệ thống khai thác, phương pháp tính toán xác định các chỉ tiêu công nghệ. Tuy nhiên, các công trình còn chưa giải quyết triệt để một số vấn đề sau: - Các kết quả nghiên cứu được xây dựng trên các con sông có điều kiện địa chất khác nhau, do đó các kết quả nghiên cứu tuy đa dạng nhưng không thể áp dụng vào điều kiện một số mỏ cát lòng sông tại Việt Nam. - Chưa thiết lập hoàn chỉnh mối quan hệ giữa bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường đến các thông số tự nhiên, kĩ thuật như: tốc độ dòng chảy, cỡ hạt đất đá và các thông số hình học mỏ.
7 - Chưa đề xuất được các giải pháp về công nghệ khai thác và trình tự khai thác phù hợp để bảo vệ các công trình xung quanh khi chế độ dòng chảy biến đổi theo mùa và thân cát có cấ u ta ̣o điạ chấ t khác nhau. - Các giải pháp quản lý, cấp quyền khai thác cát lòng sông vẫn còn tách rời các kết quả nghiên cứu khoa học, chưa xây dựng được các quy chuẩn, tiêu chuẩn phù hợp với đặc trưng của hoạt động khai thác cát lòng sông. CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN- KĨ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN VÙNG XỎI LỞ KHI KHAI THÁC CÁT LÒNG SÔNG 2.1. Cơ sở lý thuyết về sự hình thành vùng xói lở đất đá khi khai thác cát dưới lòng sông Khi khai thác các mỏ khoáng sàng sa khoáng nằm dưới các lòng sông, dưới tác động của của hoạt động khai thác và động năng dòng chảy, đất đá xung quanh khai trường trong phạm vi nào đó sẽ bị phá hủy và dịch chuyển, tạo ra vùng xói lở về phía thượng nguồn và hạ nguồn. Cơ chế xói lở như sau: Khi dòng nước đi từ thượng nguồn qua ranh giới khai trường sẽ chuyển động theo dạng xoáy, kéo đất đá từ phía thượng nguồn xuống moong khai thác. Đi ra khỏi phạm vi vùng chuyển động xoáy, hướng chuyển động của dòng chảy gần như song song với đáy mỏ. Khi tới ranh giới bờ mỏ phía hạ nguồn khai trường, do sự cản chuyển động của bờ mỏ khu vực này, vùng xoáy lại được hình thành và kết quả là đất đá cũng bị xói lở tương tự như khu vực thượng nguồn. Tuy nhiên, tốc độ và phạm vi vùng xói lở nhỏ hơn phía thượng nguồn. Dưới tác dụng của dòng chảy sau khi kết thúc khai thác biên giới mỏ mỏ có sự thay đổi so với biên giới thiết kế. Kết quả của quá trình xói lở - trầ m tích đã tạo ra khai trường mỏ có dạng hình đa giác A1A2B1C1D3D1 (Hình 2.1). LTN Lm LHN 1 2 PhÝa th-îng nguån PhÝa h¹ nguån Khu vùc khai tr-êng 5 4 6 A1 Vn A 3 D Vn D1 A3 D3 C¸t A2 D2 C¸t B B1 C1 C L® Hình 2.1. Sơ đồ hình thành vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khi khai thác cát dưới lòng sông 1, 2 – mặt nước thủy tĩnh trước và sau khi khai thác; 3, 4 - vùng chuyển động xoáy tại ranh giới khai trường phía thượng nguồn và phía hạ nguồn; 5,6 – vùng xói lở phía thượng nguồn và phía hạ nguồn khai trường; ABCD – hình dạng khai trường thiết kế; A1A2B1C1D3D1 – hình dạng khai trường thực tế sau khi kết thúc khai thác. Việc nghiên cứu cơ chế xói lở đất đá và ảnh hưởng các yếu tố tới bán kính vùng xói lở mang ý nghĩa hết sức quan trọng để làm cơ sở lựa chọn các giải pháp về kĩ thuật – công nghệ khai thác phù hợp, quy đinh ̣ khoảng cách an
8 toàn từ công triǹ h cầ n bảo vê ̣ đế n điể m khai thác, cũng như các giải pháp trong quản lý tài nguyên khoáng sản dưới các lòng sông. Tính từ hạ nguồn lên thượng nguồn dòng chảy các khu vực như sau: ZTN > 0 in 4 ZHN > 0 Z = 0 3 Vn im 2 hn G=G n G=G n+ G 1 in TN Lx hHN 0
9 Chiều sâu vùng xói lở z phía hạ nguồn được xác định im theo công thức: in ZHN 0,25m 0,86 .in0, 42 .hn1, 4 n hn hxl  , m (2.2) LHN dc 0, 28 c D xl c D1 hxl Trong đó: m – hệ số kể đến độ  HN đồng đều của cỡ hạt đất đá; dc – D2 đường kính cỡ hạt đất đá, m; in –  độ dốc dọc của dòng chảy ở trạng thái tự nhiên, %; hn – chiề u sâu O x ngập nước, m. Hình 2.3. Sơ đồ xác định các thông số vùng xói lở phía hạ nguồn Tốc độ của dòng chảy khi vật liệu bắt đầu xói lở: 0 ,17 h  V xl  1,6 g.d c  n  , m/s (2.3)  dc  Gọi QHN là trữ lượng cát chảy vào mỏ từ vùng xói lở phía hạ nguồn. Giá trị của QHN tỉ lệ thuận với thể tích vùng xói lở DD1D2: QHN  VDD1D 2  Vtr (2.4) LHN .hHN .B VDD1D 2  S DD1D 2 B  sin    c  , m3 (2.5) 2. cos  c . sin  Với LHN – bán kính xói lở phía ha ̣ nguồ n, m; B – chiề u rô ̣ng khai trường, m; c - góc dốc của thân cát, độ;  - góc dố c sườn tầ ng, đô ̣; Vtr – trữ lượng cát trôi ra khỏi vùng xói lở phí hạ nguồn, m3. 2.1.2. Xác định các thông số vùng xói lở phía thượng nguồn Do quá trình vận động z của vật liệu xuôi theo dòng in 3 chảy lên toàn bộ vật liệu im  thuộc phạm vi vùng xói lở ZTN n hn phía thượng nguồn sẽ dịch LTN chuyển vào trong đáy khai A1 A V m   trường mỏ và bồi tích tại c xl  ZTN c  chân tầng khai thác. Khi đi  A2 TN qua mặt phẳng 3-3 vào khu o  vực khai trường (Hình 2.4) x 3 B độ dốc mặt nước và vận tốc Hình 2.4. Sơ đồ xác định các thông số vùng xói dòng chảy tại khu vực (im) lở phía thượng nguồn có sự thay đổi so với trạng thái tự nhiên.
10 Vận tốc dòng chảy tại khu vực khai trường được xác định theo công thức: n .hn Vm  , m/s (2.6) hm  hn Độ dốc mặt nước tại khu vực khai trước tính toán theo biểu thức: in .hn3,3 im  , m/s (2.7) hm  hn 3,3 Trong đó:  n – tốc độ dòng chảy ở chế độ tự nhiên, m/s; hm – chiều sâu khai trường, m; hn- chiều sâu ngập nước, m; in – độ dốc bề mặt dòng chảy ở trạng thái tự nhiên, %. Gọi QTN là trữ lượng cát chảy vào mỏ từ vùng xói lở phía thượng nguồn. Giá trị của QTN chính là thể tích vùng xói lở AA1A2: L2TN .B. sin 2    c  V AA1A2  S AA1A2 B  , m3 (2.8)    2. sin    c   xl* . cos2  c   ar sin in  im  * xl Trong đó: LTN – bán kính vùng xói lở phía thươ ̣ng nguồ n khai trường, m. 2.2. Thực nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến vùng xói lở 2.2.1. Mô hình thực nghiệm Sử dụng tấm mica trong suốt uốn thành máng dạng parabol để mô phỏng hình dạng tự nhiên của lòng sông. Bịt kín hai đầu máng bằng hai tấm mica hình bán nguyệt, trên mỗi tấm mica này có lắp van hình chữ T để tiếp nhận hoặc xả nước. Một đầu của máng được lắp với hệ thống cấp nước có áp. Khi thực nghiệm nước được tháo từ hệ thống cấp nước có áp qua máng tạo dòng chảy tương tự như quá trình vận động của nước dưới dòng sông. Máng được đặt trên một giá làm bằng sắt, sau khi đã lắp đặt xong sẽ đổ các loại vật liệu có độ hạt khác nhau (cát đen, cát vàng và sỏi nhỏ), tiếp sau đó xả nước vào máng và tiến hành làm các thực nghiệm. 3 A-A 50 m 1 1 A 4 5 n-íc 60 cm h¹ nguån khai tr-êng th-îng nguån 2 c¸t A 2 Hình 2.6. Mô hình thực nghiệm nghiên cứu vùng xói lở phía hạ nguồ n và hạ nguồ n khai trường khi khai thác cát dưới lòng sông 1 – máng mica; 2 – giá đỡ bằng thép; 3 - ống dẫn nước; 4 – van chữ T thượng nguồn; 5 – van chữ T hạ nguồn) 2.2.2. Quá trình thực hiện công tác nghiên cứu Để nghiên cơ chế xói lở của đất đá khi có hoạt động khai thác mỏ, tiến hành đổ cát vào máng với chiều cao từ 10÷30 cm và bơm nước ngập từ 10÷15 cm. Mở van T tại hai đầu máng để tạo dòng chảy, song song với quá trình tháo
11 nước, tiến hành xúc một phần hoặc toàn bộ khối cát ra khỏi phạm vi ranh giới khai trường. Các yếu tố ảnh hưởng tới vùng xói lở phía thượng nguồn và phía hạ nguồn khai trường được nghiên cứu gồm: tốc độ dòng chảy, chiều sâu khai thác, chiều dài khai trường, đường kính cỡ hạt. a) b) Hình 2.7. Minh họa hình ảnh trước (a) và sau thực nghiệm (b) Các thông số thực nghiệm sẽ được lập thành bảng, sau đó sử dụng phần mềm Excel xây dựng mối sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở với từng yếu tố về tốc độ dòng chảy, chiều sâu khai thác, chiều dài khai trường, đường kính cỡ hạt. 2.2.3. Nghiên cứu các yếu tố tự nhiên – kĩ thuật ảnh hưởng đến vùng xói lở 2.2.3.1. Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy 70 Bán kính vùng xói lở phía 60 y = 4,1087x 2 thươ ̣ng nguồ n và ha ̣ nguồ n khai 0,6946 R = 0,9933 trường tỉ lê ̣ thuâ ̣n với tố c đô ̣ dòng Bán kính vùng xói lở, cm 50 chảy (Hình 2.8). Phương trình 40 biểu diễn mối quan hệ giữa bán 30 kính vùng xói lở với tốc độ dòng 20 chảy: 0,4139 y = 4,6898x 10 R = 0,9879 + Phía thượng nguồn: 2 0 LTN  0,8696n0, 6949 , m (2.9a) 0 10 20 30 40 50 60 Tốc độ dòng chảy, cm/s (R2 = 0,9756) Phía hạ nguồn Phía thượng nguồn + Phía thượng nguồn: Hình 2.8. Sự phụ thuộc của bán kính LTN  0,3342 n0, 471 , m (2.9b) vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn vào tốc độ dòng chảy (R2 = 0,9968) 2.2.3.2. Ảnh hưởng của đường kính cỡ hạt
12 70 Bán kính vùng xói lở phía Bán kính vùng xói lở, cm 60 thươ ̣ng nguồ n và ha ̣ nguồ n khai 50 y = 47,819x -0,3465 trường tỉ lê ̣ nghicḥ với đường kính cỡ ha ̣t đấ t đá (Hình 2.9). 2 R = 0,9909 40 Phương trình biểu diễn mối quan 30 hệ giữa bán kính vùng xói lở với 20 y = 22,942x -0,3077 đường kính cỡ hạt: + Phía thượng nguồn: 10 2 R = 0,9871 0 0,4271 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 LTN  , m (2.10a) d c0,352 Đường kính cỡ hạt, mm Phía thượng nguồn Phía hạ nguồn (R2 = 0,9816) + Phía thượng nguồn: Hình 2.9. Sự phụ thuộc của bán kính LHN  0,306 , m (2.10b) vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ dc nguồn vào đường kính cỡ hạt đất đá (R2 = 0,9942) 2.2.3.3. Ảnh hưởng của độ dốc lòng sông Từ kết quả thực nghiệm cho thấy: Với một loại đất đá nhất định độ dốc lòng sông càng lớn thì vùng xói lở càng rộng. 2.2.3.4. Ảnh hưởng của chiều dài khai trường Trong điều kiện thực tế sản xuất, do cát lòng sông có cấu tạo dạng dải dọc theo lòng sông, nên chiều dài khai trường thường lớn hơn rất nhiều lần chiều sâu khai trường. Do dó, có thể coi sự ảnh hưởng của chiều dài khai trường đến bán kính vùng xói lở là không lớn và giá trị này có thể bỏ qua. 2.2.3.5. Ảnh hưởng của chiều sâu khai trường . 50 Chiều sâu khai thác càng lớn thì 0,7907 y = 3,1045x R = 0,9976 bán kính vùng xói lở ảnh hưởng 2 40 càng lớn đă ̣c biệt là bờ mỏ phía Bán kính vùng xói lở, m 30 thượng nguồn. Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa bán kính 0,5325 20 y = 4,6311x R = 0,9881 vùng xói lở với chiều sâu khai 2 10 trường qua kết quả thực nghiệm như sau: 0 + Phía thượng nguồn: 5 10 15 20 25 30 35 LTN = 1,175 hm0,7897, m (2.11a) Chiều sâu khai thác, m 2 Phía thượng nguồn Phía hạ nguồn (R = 0,9974) + Phía hạ nguồn: Hình 2.13. Sự phụ thuộc của bán LHN = 0,5454 hm0,5302, m (2.11b) kính vùng xói lở vào chiều sâu khai (R2 = 0,9804) thác
13 2.3. Thiết lập sự phụ thuộc bán kính vùng xói lở với các thông số tự nhiên - kĩ thuật Khi bứt ra khỏi nguyên khối các phần tử đất đá này chuyển động trong môi trường thủy lực, tại thời điểm bất kì mỗi phần tử đất đá chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet, trọng lực và tác động của dòng nước tác đô ̣ng. Sử du ̣ng phương pháp tổ ng hơ ̣p lực tác đô ̣ng lên các phầ n tử cát và các các số liệu thực nghiệm cho phép thiết lập công thức xác định vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn như sau: 2  0,6949    LTN  n0,352  n  1  hm0,7987  (2.12a) dc  c  2  0, 4071    LHN  n0,306  n  1  hm0,3502  (2.12b) dc  c  Trong đó:  n - tố c đô ̣ dòng chảy, m/s; dc – đường kính cỡ hạt, m;  n ,  c - dung trọng của nước và cát, kg/m3; hm – chiề u sâu khai trường, m. 2.4. Kết luận chương 2 - Bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn khai trường chịu ảnh hưởng của tính chất cơ lý đá và các thông số hình học của mỏ. Trong đó, các yếu tố cơ bản chi phối mạnh mẽ đến vùng xói lở đất đá là tốc độ dòng chảy, chiều sâu khai trường và đường kính cỡ hạt. - Sự thay đổi chế độ dòng chảy và các thông số hình học mỏ là cơ sở khoa học để phân tích, lựa chọn công nghệ khai thác, trình tự khai thác, nhằm giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế và tận thu tối đa tài nguyên. Đồng thời các kết quả nghiên cứu cũng là cơ sở để đề xuất các giải pháp quản trị tài nguyên, trên có sở đó kiến nghị với Nhà nước và các cơ quan chức năng xây dựng, điều chỉnh các chính sách phù hợp với đặc trưng của hoạt động khai thác cát dưới lòng sông. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ĐẢM BẢO HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ GIẢM THIỂU VÙNG XÓI LỞ 3.1. Khái quát về tiềm năng cát lòng sông ở Việt Nam 3.1.1. Tiềm năng, trữ lượng cát xây dựng Việt Nam có nguồn tài nguyên cát xây dựng dồi dào và phong phú với tổng trữ lươ ̣ng khoảng 790 triệu m3 phân bố ở các sông 3 miề n Bắ c, Trung, Nam nhưng phân bố không đồng đều ở các địa phương. Ngoài ra, hàng năm có khoảng từ 311–415 triệu m3 đươ ̣c bồ i lắ ng bổ sung. Tuy nhiên, trữ lươ ̣ng thường xuyên thay đổ i do sự biế n đổ i dòng chảy tự nhiên và nhân ta ̣o (các đoa ̣n sông có các đập thuỷ điện và thuỷ lợi) cho nên, trữ lượng và tài nguyên dự báo còn chưa được đánh giá chính xác. 3.1.2. Đặc điểm phân bố các mỏ cát
14 Theo Schumm (1977) phân lưu vực sông ra 3 vùng: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu với các đặc điểm về trữ lượng, chất lượng cát được mô tả theo Hình 3.1: Hình 3.1. Đặc điểm các vùng của lưu vực sông 3.1.3. Đặc điểm địa chất một số mỏ cát dưới lòng sông Theo kế t quả khảo sát, thăm dò của một số mỏ cát lòng sông điển hình cho các vùng miền như sau: - Các khoáng sàng cát ở khu vực thươ ̣ng nguồ n các con sông: Thân cát thường có chiề u dày nhỏ (từ 0,5÷3,0 m), cát ở da ̣ng ha ̣t thô với kích thước cỡ ha ̣t từ 0,5÷2,0 mm, trong thâ cát thường có lẫn cuô ̣i tảng với kích thước lớn. - Các khoáng sàng cát nằ m ở vùng trung du: Thân cát thường có chiề u dày từ 2,0÷5,0 m, cát ở da ̣ng pha lẫn ha ̣t thô và miṇ với kích thước cỡ ha ̣t từ 0,1÷0,5 mm, trong thân cát có thành phầ n cuô ̣i, tảng với tỉ lê ̣ không lớn. - Các khoáng sàng cát ở khu vực ha ̣ nguồ n các con sông: Thân cát thường có chiề u dày từ 5,0÷15,0 m, cát ở da ̣ng ha ̣t miṇ với kích thước cỡ ha ̣t từ 0,05÷0,1 mm, trong thân cát không có thành phầ n cuô ̣i, tảng. 3.1.4. Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng cát lòng sông ở Việt Nam Theo các số liê ̣u thố ng kê trong nhiề u năm cho thấ y: Năm 2006, sản lươ ̣ng cát tiêu thụ là 73 triệu m3, năm 2007: 78,3 triệu m3, năm 2008: 85,5 triệu m3, năm 2010 tiêu thụ 136,9 triệu m3, năm 2015 từ 190-200 triệu m3, năm 2020 khoảng 240- 260 triệu m3. 3.2. Phân loại mỏ phục vụ công tác lựa chọn công nghệ khai thác Trên cơ sở tổng hợp các điều kiện về nguồn ngốc thành tạo, cấu trúc địa chất, các yếu tố thủy văn và các kết quả nghiên cứu về sự phụ thuộc của bán kính vùng xói lở phía thượng nguồn và hạ nguồn vào tốc độ dòng chảy, đường kính cỡ hạt và pha ̣m vi làm viê ̣c hiê ̣u quả của tầ u chở cát luận án chia các mỏ cát sa khoáng dưới lòng sông thành 3 nhóm sau: Bảng 3.1. Phân loại mỏ Nhóm mỏ Đă ̣c điể m Phân bố Tên mỏ Là những mỏ cát sa khoáng chiều rộng vùng Các mỏ cát trên sông hẹp, cát hạt to, trong thân cát có nhiều thượng Gâm, xã Ngọc Hội, Nhóm I đá cuội, tảng với kích thước lớn, chiều nguồn huyện Chiêm Hoá, tỉnh sâu ngập nước nhỏ và tốc độ dòng Tuyên Quang chảy lớn.
15 Là những mỏ cát sa khoáng chiều rộng vùng trung Các mỏ cát trên sông trung bình, cát hạt thô, trong thân cát có du Lô, đoạn qua huyện Phù nhiều cuội, sỏi với kích thước trung Ninh, huyện Đoan Hùng Nhóm II bình và nhỏ, chiều sâu ngập nước và và thành phố Việt Trì, tốc độ dòng chảy trung bình. tỉnh Phú Thọ Là những mỏ cát sa khoáng chiều rộng vùng hạ Các bãi bồi sông Hồng; phân bố lớn, cát hạt mịn, trong thân nguồn hoặc sông Tiền và sông Nhóm III cát rất ít hoặc không có cuội, sỏi, chiều các cửa Hậu.... sâu ngập nước lớn, tốc độ dòng nhỏ. sông 3.3. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác phù hợp điều kiện Việt Nam Các tiêu chí đề xuấ t công nghê ̣ khai thác: (i) Giảm chi phí sản xuất; (ii)- Hạn chế phạm vi vùng xói lở; (iii)Giảm tổn thất tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Qua nghiên cứu phạm vi làm việc hiệu quả của các thiết bị cơ giới (tầu hút, máy xúc, bơm bùn, …), nghiên cứu kinh nghiệm khai thác các mỏ cát trong và ngoài nước và điều kiện địa chất mỏ, Luận án đề xuất hoàn thiện 02 loại công nghệ khai thác cát lòng sông phù hợp điều kiện Việt Nam và nhóm mỏ đã nghiên cứu, phân loại như sau: 3.3.1. Công nghệ khai thác bằng máy xúc TLGN, thải sỏi sạn tại bãi thải trong Máy xúc TLGN được lắp trên phà nổi, làm việc với gương bên hông, dọc tầng, xúc bóc toàn bộ cát và sỏi theo gương xúc dưới mức máy đứng, đổ lên cụm sàng nghiêng lắp liền trên tầu chở cát. Tại cụm sàng, cát sẽ tách ra khỏi vật liệu nguyên khai và rơi xuống bồn chứa cát của tầu, còn đá thải sẽ xô về phía cuối sàng, đá thải sẽ được rót vào bãi thải trong. Công nghệ này cho phép loại bỏ trực tiếp một khối lượng cuội, sỏi và đá tảng tại khai trường, do đó giảm khối lượng vận tải đá thải so với trường hợp phải vận tải cả khối vật liệu về bãi chứa. Mặt khác, sản phẩm thải được đổ thành các lớp ốp theo bờ mỏ, các lớp thải này với vai trò như các đê chắn, có tác dụng hạn chế sự phát triển của vùng xói lở (Hình 3.2). Sơ đồ công nghê ̣ này áp du ̣ng với các mỏ cát có chứa thành phầ n cuô ̣i, tảng (nhóm I và II). B A-A 1 – phà nổi; 2 – máy Rdmax 2 xúc thuỷ lực gàu 1 8 ngược; 3 – tầu chở 5 LTN cát (31- sàng hn 1 8 4 6 nghiêng; 32- cửa gạt hm 2  0 H0 A L A0 đá cuội, tảng; 33 – 3 A A 3 32 B-B 33 31 vòi rửa); 4 – bãi thải 7 8 7 9 cuội, tảng; 5 – ranh giới vùng xói lở khi có bãi thải; 6 – ranh B giới vùng xói lở khi Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ khai thác các mỏ cát khu vực không có bãi thải; 7 vùng thượng nguồn bằng máy xúc TLGN ngược lắp trên – cát sau rửa; 8- cuội, sỏi; 9 – vòi xả phà nổi nước.
16 Các thông số công nghê ̣ cơ bản - Chiều cao bãi thải H0: H 0  Rd max  L  hm .ctg  C tg 0 , m (3.1) - Chiều rộng dải khấu: hm .K r 1  K c   Rd max  L  hm .ctg  C tg 0 A (3.2) 0,25tg 0 - Chiều dài khoảng lắng của đất đá thải: Vx  Vm .H L  α. ,m (3.3) w Trong đó: Rdmax – bán kính dỡ lớn nhất của máy xúc TLGN, m; hm – chiều cao tầng khai thác, m;  ,  0- góc nghiêng sườn tầng, baĩ thải, độ; L – khoảng cách chân tầng tới chân bãi thải trong, m; C – khoảng cách từ trục di chuyển của máy xúc đến mép tầng, m; Vx – tốc độ xả thải theo phương nằm ngang, m/s; Vm – tốc độ dòng chảy trong khai trường, m/s; w – tốc độ lắng của hạt sỏi, sạn có kích thước nhỏ nhất trong thành phần đất đá thải, m/s. 3.3.2. Công nghệ khai thác bằng tầu hút bùn 1 A-A Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ khai thác cát dưới hm hn lòng sông bằng tầu hút bùn A 1 B-B 41 42 4 1- tầu hút bùn; 11 – vòi hút; 3 11 12 2 12- cột định vị; 2 - phao Lc nổi; 3 – đường ống;4 – hố Lb thu cát;41- đê chắn;42- nền hố thu cát Đối với các mỏ sa khoáng cát phân bố tại khu vực hạ lưu của dòng sông (các mỏ cát thuộc Nhóm III), thành phần sa khoáng đa phần là cát hạt mịn có kích thước nhỏ. Trong trường hợp này sẽ sử dụng tầu hút bùn, hút trực tiếp. Hỗn hợp bùn cát được vận tải bằng đường ống nổi về các hố thu cát trên bờ sông hoă ̣c các tầu chờ cát để thay thế hố thu cát. Đối với công nghệ này cho phép vận hành dây chuyển công nghệ liên tục, nâng cao sản lượng khai thác và mức độ tự động hóa sản xuấ t (Hình 3.3). 3.4. Phương pháp lựa cho ̣n lưu lươ ̣ng tầ u hút và dung tích tầ u chở cát Khi đồng bộ thiết bị bơm hút – vận tải hợp lý sẽ làm giảm thời gian ngừng nghỉ, tăng năng suất tổ hợp và giảm giá thành khai thác. Khi tầu chở cát di chuyển trên sông thì hướng, vận tốc và thời gian chuyển động của nó sẽ chịu tác động của chế độ dòng chảy theo hướng có lợi hoặc bất lợi. Vận tốc của nước làm giảm chi phí năng lượng, giảm thời gian di chuyển của tầu cát nếu tầu chuyển động xuôi dòng hoặc làm lệch hướng chuyển động, kéo dài cung độ vận tải và tăng chi phí năng lượng trong trường hợp chuyển động ngược dòng. Do vậy, khi lựa chọn tải trọng tầu chở cát hợp lý cần tính đến các yếu tố trên. Năng suất tầu hút đạt trị số lớn nhất khi bơm làm việc liên tục. Nghĩa là tầu chở cát phải có dung tích phù hợp để đảm bảo tại gương khai thác không có
17 xảy ra hiện tượng nhận tải gián đoạn. Khi đó, hệ số sử dụng tầ u hút (Kth) và hệ số sử dụng tầu chở cát (Kch) bằng nhau: K th  K ch (3.4) tb K th  (3.5) tb  tc 3600Vch 1  q  m  tb  (3.6) Qb Trong đó: tb - thời gian bơm đầy tầu chở cát, s; q - chỉ tiêu tiêu hao nước, m3/m3; m - độ rỗng của đất đá, m = 0,25÷0,4 ; Vch- dung tích của tầu chở cát, m3; tc – thời gian ngừng do trao đổi tầu chở cát tại gương hút, s. Tck  t b K ch  (3.7) Tck - Xác định thời gian chuyển động có tải và không tải của tầu chở cát Giả sử điểm khai thác tại điểm K, cách bến tập kết (B) một khoảng cách L, lệch về phía hạ nguồn một góc β so với phương nằm ngang (Hiǹ h 3.6). a) b) Vn K Vn K Vn Vt Lct L Vct  Vkt Vt  Vn L   A  B B' Hình 3.6. Sơ đồ xác định hướng di chuyển, cung độ vận tải và tốc độ di chuyển của tầu chở cát (a – nhánh không tải ; b – nhánh có tải) Vận tốc của tầu chở cát khi chạy không tải được xác định theo công thức : Vkt  Vn 1  tg 2  , m/s (3.8) Khoảng thời gian cần thiết để tầu chở cát di chuyển từ bãi tập kết tới điểm khai thác: L L t kt   ,s (3.9) Vkt Vn 1  tg 2  - Khi làm việc ở chế độ có tải: Để có thể di chuyển từ điểm khai thác về bến tập kết thì hướng di chuyển của tầu chở cát sẽ phải lệch một góc  so với đường thẳng KB, nghĩa là tầu phải đi từ điểm K đến điểm B’ nằm về phía thượng nguồn của bãi tập kết.  Vn . sin     arcsin  , độ (3.10)  Vt 
18 Như vậy, khi hoạt động ở chế độ có tải, cung độ vận tải bị kéo dài thành L. sin  . Khi đó, thời gian chuyển động có tải: sin     L. sin  t ct  , s (3.11) Vt . sin     Từ các công thức (3.4),…. (3.11) và qua các phép biến đổi thiết lập được mối quan hệ giữa dung tích tầu chở cát với năng suất máy bơm cát: Qb  1 sin   Vch    .L.t c , m3 (3.12) 3600.1  q  m Vn 1  tg 2  Vct . sin       Trong đó: Vt – tốc độ di chuyển của tầu chở cát, m/s; Vn – vận tốc của dòng chảy, m/s ; β – góc lệch giữa hướng chuyển động của tầu so với bờ sông, độ. Trong công thức trên thì Qb được xác định theo khả năng hoàn thành sản lượng mỏ : Am 1  q  m Qb  , m3/h (3.13) N ca .Tca .K tg Phạm vi áp dụng công thức trên khi Vn ≤ Vt Quan hệ giữa lưu lượng máy bơm của tầu hút với dung tích tầu chở cát xem hình 3.17 và hình 3.8. 700 450 Dung tích của tầu chở cát, m3 400 600 Dung tích tầu chở cát, m3 350 500 300 400 250 200 300 150 200 100 100 50 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Năng suất của tầu hút, m3/h Lưu lượng máy bơm, m3/h L = 2.000 m L = 3.000 m Vn = 0,5 m/s Vn = 1,0 m/s L = 4.000 m L = 5.000 m Hình 3.10. Quan hệ giữa dung tích Hình 3.11. Quan hệ giữa dung tích tầu tầu chở cát với lưu lượng máy bơm chở cát với lưu lượng máy bơm khi khi tốc độ dòng chảy thay đổi (L = cung độ vận tải thay đổi (Vn = 0,5 m/s 3.000 m;  = 300) m;  = 300) Từ kế t quả nghiên cứu, Luâ ̣n án đã xây dựng thuâ ̣t toán và chương trình tính toán để tiń h toán lựa cho ̣n đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣theo sản lươ ̣ng mỏ (hình 3.11 và hình 3.12).
19 Hình 3.9. Sơ đồ thuật toán xác đi ̣nh lưu lượng tầ u hút dung tích tầ u chở cát theo sản lượng mỏ và điề u kiê ̣n khai thác Hình 3.13. Kế t quả tính toán lựa chọn đồng bộ thiết bị khai thác cát 3.5. Tính toán minh ho ̣a về khoảng cách an toàn cho mỏ cát trên sông Tiề n, đoa ̣n gầ n cầ u Mỹ Thuâ ̣n, thuô ̣c điạ phâ ̣n tỉnh Vinh ̃ Long Hiện nay, tại một số con sông của nước ta, các mỏ cát phân bố gần các công trình quan trọng cần bảo như: cầu qua sông, cột biển báo công trình giaoo thông đường thủy.... Ví dụ tại sông Hồng có cầu Long Biên, cầu Nhật Tân, cầu thăng Long..., ta ̣i sông Lô có các cầu qua sông như Cầu An Hoà; Cầu Sông Lô, Cầu Việt Trì; Sông Tiền có Cầu Cao Lãnh; Cầu Mỹ Thuận; Sông Hậu có Cầu Vĩnh Trường, Cầu Châu Đốc, …. Đăc điểm chế độ dòng chảy khu vực: Mực nước sông Tiền thay đổi lớn giữa mùa kiệt và mùa lũ, ta ̣i Tân Châu - Hồng Ngự xấp xỉ 2,0 m. Vận tốc dòng chảy trong mùa lũ của sông Tiền ở Tân Châu là 2,70 m/s. Tài nguyên cát: Theo đánh giá: dưới chân cầu Mỹ Thuận có mỏ cát lớn ước đến 14 triệu mét khối. Các thân cát có chiề u dày từ 5-15 m, chiề u sâu ngâ ̣p
20 nước từ 10-15 m, đô ̣ ha ̣t từ 0,25-0,1 mm chiế m trên 80%. Hiê ̣n ta ̣i, đã có mô ̣t số đơn vi khai ̣ thác cát ta ̣i khu vực này, với sản lươ ̣ng từ 200-300 nghìn m3/năm. Hình 3.14 Khoảng cách an toàn phía hạ nguồ n và thượng nguồ n cầ u Mỹ Thuận khi khai thác cát - Lựa chọn khoảng cách an toàn: Khoảng cách an toàn từ ranh giới khu vực bảo vê ̣ cầ u Mỹ Thuâ ̣n đế n vi ̣ trí khai thác đươ ̣c xác đinh ̣ theo công thức (2.12a) và (2.12b): Với các số liêụ n  2,7m / s , dc = 0,1.10 m,  c = 1,6 T/m3, -3  n = 1,0 T/m3; hm = 15 m, xác đinh ̣ đươ ̣c: LHN = 1.218 m; LTN = 304 m. Căn cứ vào các kế t quả tính toán cho thấ y: Vi ̣ trí khai thác cầ n cách hành lang bảo vê ̣ cầ u 1.220 m về phía ha ̣ nguồ n và 305 m về phía thươ ̣ng nguồ n. Theo Nghị định số 11/2010/NĐ-CP của Chính phủ, hành lang bảo vê ̣ cầ u là 150 m (đố i với cầ u có chiề u dài trên 300 m). Như vâ ̣y khoảng cách an toàn cho cầ u phía ha ̣ nguồ n là 1.370 m, phía thươ ̣ng nguồ n là 455 m (hình 3.14). - Lựa chọn công nghê ̣ khai thác Với đă ̣c điể m điề u kiê ̣n điạ chấ t và các kế t quả nghiên cứu cho thấ y: công nghê ̣ khai thác đố i với khu vực là công nghê ̣ khai thác bằ ng tầ u hút kế t hơ ̣p với các tầ u chở cát. ĐBTB khai thác gồ m tầ u hút cát và tàu chở cát, quy mô các loa ̣i thiế t bi ̣ đươ ̣c xác đinḥ bằ ng chương triǹ h tiń h toán đồ ng bô ̣ thiế t bi ̣ khai thác như trên. Kế t quả tính toán như sau: - Lưu lươ ̣ng tầ u hút cát: 1.000 m3/h. - Dung tích tầ u chở cát: 31 m3. - Số lươ ̣ng tầ u chở cát: 07 chiế c 3.6. Kết luận Chương 3 - Để phục vụ cho công tác nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác và lựa chọn đồng bộ thiết bị, luận án đã đề xuất phân chia các mỏ cát lòng sông thành 3 nhóm mỏ trên cơ sở tổng hợp điều kiện đia chất, đặc điểm phân bố dòng sông và chế độ dòng chảy. - Công nghệ khai thác phù hợp với các mỏ cát dưới các lòng sông khu vực trung du, miền núi là công nghệ khai thác sử dụng máy xúc thủy lực gàu ngược kết hợp với công tác sàng và thải đá tảng, cuội sỏi trực tiếp vào bãi thải trong.