Xác định lượng nước chảy vào mỏ bằng phương pháp mô hình số khu mỏ cóc và ngõi đum - Đông hồ, mỏ apatit Lào Cai - Lê huy Hoàng

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 3 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO MỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH SỐ KHU MỎ CÓC VÀ NGÕI ĐUM - ĐÔNG HỒ, MỎ APATIT LÀO CAI LÊ HUY HOÀNG *, VŨ ĐÌNH HOAN*, ĐẶNG TRẦN TRUNG** Determining the debit of watter flow the mine Coc and Ngoi Dum, apatit Lao Cai by the numerical modelling method Abstract: The paper presents the application of numerical modelling method in determining the debit of watter flow into the mine of Coc and Ngoi Dum, apatit Lao Cai. The result of calculation by software MODFLOW is considered to be applicable in comparision with by the underground watter hydrodynamic method and insitu-monitoring data. I. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT - KHAI THÁC MỎ Các mỏ apatit Lào Cai ở miền núi cao. Địa hình bị chia cắt mạnh. Mạng sông suối khá phát triển. Không có các khối nƣớc mặt. Hệ tầng chứa quặng là đá trầm tích biến chất thuộc hệ tầng Cam Đƣờng (1cđ). Đá loại cứng và nửa cứng, nứt nẻ không đều, chứa nƣớc kém.1 Trong vòng 15 - 20 năm nữa, khi mà quặng apatit loại I, III trong vỏ phong hóa hóa học bị cạn kiệt thì quặng loại II nằm dƣới đới phong hóa sẽ trở thành nguồn tài nguyên quan trọng để khai thác làm phân lân, photpho vàng và xuất khẩu. Khu Mỏ Cóc và Ngòi Đum - Đông Hồ thuộc phần trung tâm của bể apatit Lào Cai, nơi tập trung khoảng 180tr.tấn quặng loại II với hàm lƣợng P2O5 trung bình 20,76 - 27,55%, chiếm hơn 30% tổng trữ lƣợng quặng apatit loại này trên toàn bể (tính đến độ sâu -500m). Quặng * CTCP Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Mỏ. 38-Bích Câu, Hà Nội. Tel (04) 3732-23-42 ** Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước quốc gia. ĐT: 0983 397 833 nằm dƣới mực thoát nƣớc tự nhiên, từ độ sâu 40 - 60m, tƣơng ứng độ cao tuyệt đối 85 - 125m, trở xuống. Các thân quặng dạng đơn nghiêng (cánh nếp lõm), cắm nghiêng dƣới góc từ 40 - 45 đến 900. Chiều dày trung bình 8 - 8,6 m. Phần trên sẽ đƣợc khai thác lộ thiên. Còn phần dƣới sâu khai thác ngầm bằng lò giếng. Ranh giới độ sâu áp dụng công nghệ khai thác lộ thiên và hầm lò chƣa xác định. Khi khai thác lộ thiên, bờ tĩnh cắt theo trục vỉa phía tây nam, còn bờ động mở rộng dần về phía đông bắc. Ở khu Mỏ Cóc, muốn mở moong xuống sâu lấy quặng loại II ở Mỏ Cóc và Làng Cóc bắt buộc phải dịch chuyển suối Cóc về phía tây nam, ra ngoài phạm vi moong khai thác. Ngòi Pèng và phần hạ lƣu của nó là ngòi Đƣờng chảy cắt ngang vuông góc với đƣờng phƣơng vỉa không thể di rời. Khu mỏ này dự kiến mở hai moong: một moong ở bên phải ngòi Pèng, gồm Mỏ Cóc và Làng Cóc, và moong kia ở bên trái ngòi Pèng, gồm Làng Cáng 1 và Làng Cáng 2. Đối với khu Ngòi Đum - Đông Hồ chỉ cần mở một moong theo đƣờng phƣơng vỉa. Tất cả có 3 moong khai thác lớn. Quy mô kích thƣớc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 2 và đặc tính địa chất - khai thác của chúng nêu trong bảng 1. Bảng 1. Đặc tính địa chất-khai thác các moong Các đặc trƣng Moong khai thác Mỏ Cóc Làng Cáng 1, 2 Ngòi Đum-Đông Hồ Độ cao địa hình, m 200-300 200-300 250-350 Chiều dài, m 1700 1600 2550 Chiều rộng, m 466 393 300 Diện tích mặt moong, ha 79,21 62,88 76,5 Diện tích đáy moong, m2 1700x40 1600x40 2550x40 Chiều dày đới phong hóa, m 60 60 40 Độ cao ranh giới phong hóa, m +85 +85 +125 Độ sâu thăm dò, m -300 -300 -500 Trữ lƣợng quặng II, tr.tấn 42,5 36,71 5,79 134,5 trong đó, cấp A+B+C1 60,5 cấp C2 74 Hàm lƣợng trung bình P2O5, % 27,55 27,55 20,76 Chiều dày thân quặng, m 8,6 8,6 8 Độ cao mực nƣớc tĩnh, m +130 +130 +142 Độ cao tháo khô tự chảy, m +120 +120 +90 Ven bờ các suối lớn nhƣ ngòi Pèng, ngòi Đum và suối Đông Hồ trừ dải (trụ) bảo vệ không cho nƣớc mặt tràn vào moong. II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH II.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình Mô hình hóa quá trình thấm của chất lỏng trong môi trƣờng hổng là một phƣơng pháp thực nghiệm để giải các bài toán động lực học nƣớc dƣới đất xác định lƣu lƣợng dòng thấm và sự phân bố áp lực nƣớc trên toàn bộ miền thấm. Trên cơ sở lý thuyết cân bằng khối lƣợng nƣớc trong tầng (phức hệ) chia nƣớc của Bucsines và các định luật thấm Darcy, sự chuyển động của nƣớc dƣới đất đƣợc viết bằng phƣơng trình vi phân đạo hàm riêng: W z h K zy h K yx h K xt h zzyyxx                                  .... , (1) trong đó, h- độ cao mực nƣớc tại vị trí x, y, z ở thời điểm t, là hàm phụ thuộc vào vị trí không gian và thời gian: h = h(x, y, z, t); Kxx, Kyy, Kzz - hệ số thấm theo các trục x, y và z, trong đó z là trục thẳng đứng. Kxx = Kxx(x, y, z), Kyy = Kyy(x, y, z), Kzz = Kzz(x, y, z);  - hệ số nhả nƣớc tại vị trí x, y, z.  = (x,y,z). W - modun ngầm, nguồn cung cấp hay lƣợng nƣớc thoát tại vị trí x, y, z ở thời điểm t. W = W(x, y, z, t). Với phƣơng trình này, khi cho trƣớc điều kiện ban đầu và điều kiện biên có thể xây dựng một mô hình toán học về dòng chảy nƣớc dƣới đất trong điều kiện vận động ổn định và không ổn định, môi trƣờng một lớp hay nhiều lớp, đồng nhất hoặc không đồng đều về tính thấm. Bài toán đƣợc giải bằng phƣơng pháp sai phân hữu hạn theo chiều cao cột nƣớc cần tháo khô để xác định lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào công trình khai thác. II.2. Cơ sở xây dựng mô hình Mô hình đƣợc xây dựng trên cơ sở nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10000 cùng với bản đồ địa chất tỷ lệ 1/25000 và các số liệu thu đƣợc trong quá trình thăm dò trƣớc đây. Song, vì khu mỏ đƣợc khai thác liên tục trong nhiều năm, cảnh ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 5 quan địa hình - địa mạo và mạng sông suối luôn bị thay đổi không còn nhƣ trƣớc, cho nên việc khôi phục tình trạng ban đầu gặp nhiều khó khăn. Chỉ có thể mô phỏng những nét cơ bản nhất đặc trƣng cho từng khu mỏ. II.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên Khu Mỏ Cóc, gồm có Mỏ Cóc - Làng Cóc và Làng Cáng 1, 2. Địa hình cao 200 - 300m và lớn hơn. Mực nƣớc tĩnh đo ở 42 lỗ khoan thăm dò có độ cao từ 107 đến 205, trung bình 130,25m. Độ cao mực nƣớc tĩnh ban đầu tại thời điểm t=0 là +130m. Độ cao địa hình lấy đồng nhất hóa +300m. Ở khu Ngòi Đum - Đông Hồ, địa hình cao 250 - 350m, lấy trung bình nhƣ khu Mỏ Cóc, bằng +300m. Số liệu đo mực nƣớc tĩnh ở 26 lỗ khoan có độ cao từ 95 đến 166, trung bình 142,1m. Độ cao mực nƣớc tĩnh ban đầu +142 m. Phía bên ngoài trƣờng thấm đặt biên loại I - biên áp lực H = const, đƣợc điều chỉnh trong quá trình chạy mô hình, tùy thuộc vào sự lan rộng của phễu hạ thấp mực nƣớc. Bên trong trƣờng thấm, trên các sông suối đặt biên loại II - biên lƣu lƣợng Q = const, tức là các dòng mặt cung cấp cho tầng (phức hệ) chứa nƣớc với lƣu lƣợng ổn định, tùy thuộc vào chiều rộng suối, chiều cao áp lực nƣớc, độ cao đáy và sức cản lòng. Các điều kiện biên của mô hình đƣợc xác lập riêng cho từng mỏ theo các phƣơng án tính. II.4. Giải bài toán ngƣợc Bài toán ngƣợc, về thực chất, là chạy thử mô hình, chỉnh lý các dữ liệu đầu vào, làm chính xác hóa điều kiện biên và các thông số địa chất thủy văn cho phù hợp với điều kiện tự nhiên của khu mỏ. Bài toán ngƣợc đƣợc tiến hành hai bƣớc: giải theo vận động ổn định và không ổn định. Bƣớc thứ nhất chỉnh lý sơ bộ hệ số thấm và điều kiện biên. Bƣớc thứ hai làm chính xác hóa điều kiện biên, hệ số nhả nƣớc và các thông số khác. Mức độ chính xác của lời giải đƣợc đánh giá theo sai số tuyệt đối trung bình hoặc sai số trung bình quân phƣơng của trị số mực nƣớc trên mô hình so với mực nƣớc quan trắc thực tế. Song, tiếc rằng vì không có số liệu quan trắc động thái mực nƣớc cho nên không thể đánh giá chính xác đƣợc chất lƣợng mô hình. Phải chạy thử nhiều lần để chỉnh lý số liệu. Các bƣớc chỉnh lý nhƣ sau: - Chỉnh lý độ cao địa hình và mực nƣớc tĩnh - Chỉnh lý độ cao lòng và mực nƣớc suối - Chỉnh lý biên loại II - lƣu lƣợng từ suối chảy vào tầng chứa nƣớc - Chỉnh lý hệ số thấm - Chỉnh lý hệ số nhả nƣớc II.5. Các dữ liệu đầu vào Diện tích moong Mỏ Cóc - Làng Cóc 79,21ha. Moong Làng Cáng 1,2 rộng 62,88ha. Diện tích lập mô hình chung cho cả hai moong 141,5km 2. Lƣới chia không đều, gồm 117 hàng và 131 cột. Tổng cộng 15327 ô lƣới với kích thƣớc 66x53m ở trong khu mỏ và 133x106m ở ngoài khu mỏ (H1). Diện tích moong Ngòi Đum - Đông Hồ 76,5ha. Diện tích lập mô hình 142,3km2. Lƣới chia gồm 118 hàng và 124 cột. Tổng cộng 14632 ô lƣới với kích thƣớc 69x51m ở trong khu mỏ và 138x 102m ở ngoài khu mỏ (H2). Độ cao địa hình lấy đồng nhất hóa +300m. Độ cao mực nƣớc tĩnh ban đầu (tại thời điểm t=0) lấy trung bình +130m ở khu Mỏ Cóc và +142m ở khu Ngòi Đum - Đông Hồ. Chiều dày tầng (phức hệ) chứa nƣớc tính từ độ cao mực nƣớc tĩnh đến độ sâu dự kiến khai thác, tƣơng ứng  0m, -100m và -200m. Trị số hệ số thấm của đá chứa quặng lấy trung bình 0,115m/ngày. Hệ số nhả nƣớc lấy 0,15. Chiều rộng đới phá hủy kiến tạo (đứt gãy F2) 250 - 300m với hệ số thấm 4m/ngày. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 6 Hình 1. Sơ đồ bước lưới mô hình khu Mỏ Cóc Hình 2. Sơ đồ bước lưới trong mô hình khu Ngòi Đum-Đông Hồ III. KẾT QUẢ CHẠY DỰ BÁO LƢU LƢỢNG DÒNG NGẦM CHẢY VÀO MỎ III.1. Trƣờng hợp dòng chảy ổn định Dòng chảy ổn định là dòng chảy không phụ thuộc vào thời gian. Lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào mỏ là lƣu lƣợng lớn nhất vào cuối thời kỳ khai thác ở độ sâu nhất định. Mô hình chạy theo hai phƣơng án sau: Phƣơng án I - vỉa vô hạn, nƣớc không áp và đồng nhất về tính thấm. Phƣơng án II - vỉa nửa vô hạn, có xét đến nƣớc mặt từ sông suối chảy vào tầng (phức hệ) chứa nƣớc. Kết quả thu đƣợc lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào các moong 12855 - 25777 m 3/ngày đối với vỉa vô hạn và 16515 - 29431 m 3/ngày đối với vỉa nửa vô hạn. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 7 Ngoài ra, còn áp dụng phƣơng pháp “giếng lớn” để tính lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào mỏ theo các công thức: Phƣơng án Ia - vỉa vô hạn: 00 2 lg)lg( 36,1 rrR KH Q   , m 3 /ngày. (2) Phƣơng án IIa - vỉa nửa vô hạn: 0 2 lg2lg 36,1 rl KH Q   , m 3 /ngày. (3) Trong các công thức trên, ký hiệu: K- hệ số thấm, m/ngày; H- chiều cao cột nƣớc cần tháo khô, m; S- mực nƣớc hạ thấp, S = H, m; l- khoảng cách từ trung tâm mỏ đến biên cấp (sông suối), m; R- bán kính ảnh hƣởng KHSR 2 , m; 0r - bán kính “giếng lớn”, Khi :3 B L  F r 0 , m, (4) Khi :103  B L 4 0 BL r   , m, (5) ở đây, F - diện tích moong khai thác, m 2 ; L - chiều dài moong, m; B - chiều rộng moong, m;  - hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều dài với chiều rộng moong. Các giá trị thông số tính nêu trong bảng 2. Kết quả thu đƣợc 5183 - 22886 m3/ngày đối với vỉa vô hạn và 4806 - 35586 m3/ngày đối với vỉa nửa vô hạn, tùy thuộc vào độ sâu khai thác (bảng 3). Bảng 2. Thông số tính Moong khai thác L, m B, m F, ha l, m 0r , m Ht, m K, m/ngày Mỏ Cóc - Làng Cóc 1700 466 79,21 850 502 +130 0,115 Làng Cáng 1, 2 1600 393 62,88 800 447 +130 0,115 Ng.Đum - Đông Hồ 2550 300 76,50 1275 798 +142 0,115 Bảng 3. Lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào mỏ (m3/ngày) Moong khai thác Độ sâu (m) Mô hình Phƣơng pháp “giếng lớn” Tỷ số lƣu lƣợng IPA. IIPA. H (m) R (m) lgR/ 0r aIPA. aIIPA. aIPA IPA . . aIIPA IIPA . . Mỏ Cóc - Làng Cóc  0 12855 17098 130 1005 0,48 5507 4987 2,33 3,43 -50 180 1638 0,63 8043 9561 -100 20291 24469 230 2366 0,76 10887 15610 1,86 1,57 -150 280 3178 0,86 14258 23135 -200 24720 28847 330 4066 0,96 17742 32136 1,39 0,90 Làng Cáng 1- Làng Cáng 2  0 13415 16515 130 1005 0,51 5183 4806 2,59 3,44 -50 180 1638 0,67 7563 9213 -100 19277 23545 230 2366 0,80 10342 15043 1,86 1,56 -150 280 3178 0,91 13474 22294 -200 22824 26529 330 4066 1,0 17032 30967 1,34 0,86 Ngòi Đum -  0 14922 18832 142 1148 0,39 8086 6307 1,84 2,99 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 8 Đông Hồ -50 192 1804 0,51 11305 11531 -100 21489 25897 242 2553 0,62 14773 18319 1,45 1,41 -150 292 3384 0,72 18521 26670 -200 25777 29431 342 4290 0,80 22886 36586 1,13 0,80 Từ những số liệu trên đây có thể rút ra mấy nhận xét sau: Thứ nhất, cả hai phƣơng pháp đều phản ánh rõ nét về điều kiện hình thành các nguồn nƣớc chảy vào mỏ. Lƣu lƣợng dòng chảy tính cho trƣờng hợp vỉa nửa vô hạn (có xét đến ảnh hƣởng của các dòng mặt) luôn lớn hơn so với vỉa vô hạn (không có nguồn cấp từ sông suối), trung bình cấp 1,2 - 1,3 lần. Thứ hai, các giá trị lƣu lƣợng dòng ngầm chảy vào moong khai thác thu đƣợc trên mô hình lớn gấp 1,5 - 2 lần so với kết quả tính theo phƣơng pháp “giếng lớn”. Tỷ số lƣu lƣợng giữa mô hình và “giếng lớn” trong cả hai trƣờng hợp: vỉa vô hạn (PA.I/ PA.I a) và vỉa nửa vô hạn (PA.II/PA.II a) ở độ sâu đến -50m thƣờng lớn hơn 2; từ -50 đến -150m vào khoảng 2 - 1,5; sâu hơn -150m không quá 1,5, chứng tỏ mức độ giàu nƣớc và tính thấm của đất đá giảm dần theo chiều sâu. Thứ ba, xét về giá trị tuyệt đối, cả hai phƣơng pháp đều cho kết quả lƣu lƣợng tăng theo tỷ lệ thuận với độ sâu khai thác. Tuy nhiên, mức độ tăng xấp xỉ nhau chỉ nằm trong giới hạn đến độ sâu -50m, lớn gấp 1,5 lần so với 0m. Còn sâu hơn nữa đến -200m, lƣu lƣợng thu đƣợc bằng mô hình tăng không quá 2 lần. Trong khi đó, theo phƣơng pháp “giếng lớn”, lƣu lƣợng tăng gấp 2 - 3 lần đối với vỉa vô hạn và 4,5 – 6,5 lần đối với vỉa nửa vô hạn. Đó có lẽ vì cách đặt điều kiện biên trên mô hình còn là vấn đề cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu thêm. III.2. Trƣờng hợp dòng chảy không ổn định Vì không có các dữ liệu đầu vào về quy hoạch khai thác tổng thể và kế hoạch sản xuất cho từng mỏ (khu mỏ) cho nên việc chạy dự báo dòng ngầm chảy vào moong khai thác chỉ đƣợc tiến hành cho trƣờng hợp vỉa vô hạn, đồng nhất về tính thấm. Mô hình chạy riêng cho từng moong ở các độ sâu: 0, -100 và -200m. Tƣơng ứng với từng độ sâu, mỗi moong giả định chia ra 4 phần diện tích phát triển mở rộng khai thác. Thời gian bóc hết quặng và đất đá trong phạm vi mỗi phần là 5 năm, tổng cộng 20 năm (bảng 4). Bảng 4. Diện tích mở rộng moong khai thác Moong khai thác Diện tích mô hình, (km 2 ) Diện tích moong (ha) Diện tích khai thác (ha) F1 F2 F3 F4 Mỏ Cóc-Làng Cóc 141,5 79,21 15,87 19,15 20,94 23,25 Làng Cáng 1,2 62,88 13,82 15,34 17,54 16,18 Ngòi Đum-Đông Hồ 142,3 76,5 14,23 20,31 21,35 20,61 Sau đó, tiếp tục chạy dự báo lƣu lƣợng chảy vào moong sau thời gian 1; 3; 5; 10; 15; 20 và 25 năm để làm cơ sở điều chỉnh thiết kế tháo khô, tìm kiếm các giải pháp xử lý, đối phó với dòng ngầm hoặc lựa chọn công nghệ khai thác xuống sâu. Kết quả thu đƣợc nêu trong các bảng 5, 6 và 7. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 9 Bảng 5. Dự báo lƣu lƣợng dòng không ổn định chảy vào Mỏ Cóc - Làng Cóc Độ sâu (m) Diện tích (ha) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) 15,87 5 20171 ±0 35,02 10 21046 55,96 15 22243 79,21 20 23676 15,87 21 23062 5 25452 -100 35,02 23 22122 10 26514 55,96 25 21397 15 27749 79,21 30 20096 20 31007 15,87 35 19175 21 30329 5 29227 -200 35,02 40 18469 23 29351 10 29719 55,96 45 17904 25 28634 15 30310 79,21 30 27394 20 33153 35 26532 40 25873 45 25342 Bảng 6. Dự báo lƣu lƣợng dòng không ổn định chảy vào Làng Cáng 1, 2 Độ sâu (m) Diện tích (ha) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) 13,82 5 21447 ±0 29,16 10 20921 46,70 15 21118 62,88 20 21627 13,82 21 21163 5 24942 -100 29,16 23 20431 10 25502 46,70 25 19850 15 25836 62,88 30 18777 20 29083 13,82 35 17997 21 28492 5 28374 -200 29,16 40 17389 23 27636 10 28379 46,70 45 16897 25 27004 15 28533 62,88 30 25903 20 28545 35 25132 40 24538 45 24057 Bảng 7. Dự báo lƣu lƣợng dòng không ổn định chảy vào Ngòi Đum-Đông Hồ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 10 Độ sâu (m) Diện tích (ha) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) t (năm) Q (m 3 /ngày) 14,23 5 19573 ±0 34,54 10 22822 55,89 15 25463 76,50 20 27781 14,23 21 26898 5 27208 -100 34,54 23 25563 10 28800 55,89 25 24549 15 30328 76,50 30 22767 20 33320 14,23 35 21534 21 32575 5 30690 -200 34,54 40 20605 23 31477 10 31662 55,89 45 20534 25 30655 15 32553 76,50 30 29213 20 34957 35 28200 40 27422 45 26794 Lƣu lƣợng dòng ngầm từ 21627 - 27781 đến 28545 - 34957m3/ngày, trung bình lớn gấp 1,5 lần so với dòng chảy ổn định. Song, mức độ tăng theo diện tích mở rộng moong và cả theo chiều sâu đều không lớn, chỉ vào khoảng 12 - 14%. Thêm vào đó, lƣu lƣợng giảm theo thời gian với tốc độ trung bình 200 - 300 m 3/ngày. năm. Sau 20 - 25 năm, kể từ khi đáy moong đạt độ sâu thiết kế, lƣu lƣợng gần nhƣ ổn định ở mức 16897 - 26794m3/ngày, chênh lệch không nhiều so với trƣờng hợp dòng chảy ổn định. IV. XÁC ĐỊNH LƢỢNG NƢỚC CẦN THÁO KHÔ Lƣợng nƣớc cần tháo khô là lƣợng nƣớc tối đa chảy vào mỏ vào cuối thời kỳ khai thác, gồm nƣớc mƣa và nƣớc ngầm. Lƣợng nƣớc mƣa tính bằng lƣợng mƣa lớn nhất trong ngày (190 mm/ngày lấy theo số liệu đo nhiều năm của trạm Khí tƣợng Lào Cai) nhân với diện tích moong. Còn lƣợng nƣớc ngầm là lƣu lƣợng dòng chảy ổn định thu đƣợc bằng mô hình đối với vỉa vô hạn, nƣớc không áp và đồng nhất về tính thấm (bảng 8). Bảng 8. Lƣợng nƣớc chảy vào mỏ Moong khai thác Diện tích (ha) Độ sâu (m) Lƣợng nƣớc cần tháo khô (m3/ngày) Nƣớc mƣa Nƣớc ngầm Tổng cộng Mỏ Cóc- Làng Cóc ±0 12855 163354 79,21 -100 150499 20291 170790 -200 24720 175219 Làng Cáng 1- Làng Cáng 2 ±0 13415 132887 62,88 -100 119472 19277 138749 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 2 Moong khai thác Diện tích (ha) Độ sâu (m) Lƣợng nƣớc cần tháo khô (m3/ngày) Nƣớc mƣa Nƣớc ngầm Tổng cộng -200 22824 142296 Ngòi Đum- Đông Hồ ±0 14922 160272 76,5 -100 145350 21489 166839 -200 25777 171127 Có hai nguồn nƣớc chảy vào mỏ: nƣớc mƣa và nƣớc ngầm, chủ yếu là nƣớc mƣa. Lƣu lƣợng dòng ngầm không lớn, chỉ bằng 10 - 15% tổng lƣợng nƣớc chảy vào mỏ. Xét về địa chất thủy văn, hợp lý nhất nên lấy mốc độ sâu 0m làm ranh giới giữa khai thác lộ thiên và khai thác ngầm bằng lò giếng, vì mấy lý do sau đây. - Độ sâu 0m là gốc xâm thực khu vực, tƣơng ứng với độ cao mực nƣớc biển. Đất đá chứa nƣớc từ gƣơng nƣớc ngầm đến 0m thuộc đới thủy động trao đổi nƣớc mạnh và rất mạnh. Dòng mặt và dòng ngầm thoát nhanh. Nếu khai thác bằng lộ thiên, nƣớc mặt ảnh hƣởng không lớn đến khai thác. Phần lớn lƣợng nƣớc mƣa rơi xuống moong đƣợc tháo khô bằng tự chảy đến độ cao gốc xâm thực địa phƣơng +120m ở khu Mỏ Cóc và +90m ở Ngòi Đum - Đông Hồ. Lƣợng nƣớc còn lại có thể bơm thoát dễ dàng ra khỏi mỏ. - Nếu moong mở xuống sâu dƣới 0m, sẽ hình thành một phễu hạ thấp mực nƣớc. Đáy moong càng sâu, phễu phát triển càng sâu và lan càng rộng. Lƣợng nƣớc mặt bị lôi cuốn từ sông suối chảy vào mỏ càng lớn. Một mặt, làm tăng lƣợng nƣớc cần tháo khô trong moong. Và mặt khác, có thể làm khô kiệt các dòng mặt, gây tác động xấu đến môi trƣờng nƣớc trên lãnh thổ. - Trong điều kiện địa hình không thuận lợi và đất đai hạn hẹp nhƣ vùng mỏ apatit Lào Cai, nếu khai thác lộ thiên quá sâu dƣới mức 0m, sẽ không giải quyết đƣợc vấn đề đổ thải một khối lƣợng khổng lồ đất đá không quặng và tìm kiếm các bãi chứa quặng loại IV hiện nay chƣa sử dụng nhƣng cần đƣợc bảo vệ lƣu giữ cho sau này. - Từ 0m trở xuống, nếu áp dụng công nghệ khai thác ngầm bằng lò giếng, sẽ loại trừ đƣợc sự ảnh hƣởng của nƣớc mƣa và nƣớc mặt. Nguồn nƣớc duy nhất chảy vào mỏ là nƣớc ngầm với lƣu lƣợng nhỏ. Tháo khô dễ dàng, thuận lợi. Giảm tải khối lƣợng đổ thải và phục hồi đất đai sau khai thác. Lại bảo vệ đƣợc các nguồn nƣớc mặt khỏi bị suy giảm cả về số lƣợng và chất lƣợng. Bảo vệ đƣợc tài nguyên khoáng sản và môi trƣờng - sinh thái. V. KẾT LUẬN 1. Phƣơng pháp mô hình số có sử dụng phần mềm MODFLOW, lần đầu tiên, áp dụng tính lƣu lƣợng dòng ngầm ở khu Mỏ Cóc và Ngòi Đum - Đông Hồ, mặc dù còn hạn chế về chất lƣợng mô hình, đã thu đƣợc những kết quả nhất định, mở ra triển vọng áp dụng cho toàn vùng mỏ apatit Lào Cai. 2. Mô hình đã mô phỏng đƣợc những nét cơ bản nhất về điều kiện địa chất thủy văn và phản ánh quy luật chung về sự hình thành các nguồn nƣớc chảy vào mỏ và sự suy giảm tính thấm của đất đá theo chiều sâu. Kết quả nghiên cứu có giá trị sử dụng tham khảo để đối sánh và đánh giá mức độ tin cậy của các số liệu tính bằng phƣơng pháp thủy động lực học nƣớc dƣới đất. 3. Lƣợng nƣớc cần tháo khô thu đƣợc trên mô hình tƣơng đối phù hợp với kết quả tính theo phƣơng pháp “giếng lớn”, gồm hai nguồn: nƣớc mƣa và nƣớc ngầm, chủ yếu là nƣớc mƣa. Lƣu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 11 lƣợng dòng ngầm không lớn, chiếm 10 - 15% tổng lƣợng nƣớc chảy vào mỏ, tùy thuộc vào độ sâu khai thác. 4. Trong tƣơng lai, cần thiết phải đầu tƣ nghiên cứu xây dựng mạng lƣới công trình quan trắc lâu dài về động thái nƣớc mặt và nƣớc dƣới đất cùng với việc nghiên cứu xây dựng một mô hình hoàn chỉnh về dòng ngầm để phục vụ cho thiết kế khai thác xuống sâu, trƣớc mắt tập trung ở khu Mỏ Cóc và Ngòi Đum - Đông Hồ, nơi quặng loại II có trữ lƣợng lớn và chất lƣợng tốt. 5. Việc xác định độ sâu hợp lý khai thác lộ thiên rất phức tạp, đòi hỏi phải luận chứng đầy đủ và chính xác các yếu tố (chỉ tiêu) kinh tế - kỹ thuật. Về địa chất thủy văn, có thể lấy mốc 0m làm ranh giới áp dụng công nghệ khai thác giữa lộ thiên và lò giếng. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Huy Hoàng và n.n.k. Báo cáo tổng kết đề tài Đánh giá tổng hợp điều kiện khai thác mỏ apatit Lào Cai và Phƣơng pháp nghiên cứu địa chất thủy văn-địa chất công trình phục vụ thiết kế khai thác mỏ, 2006. Lƣu trữ Bộ Công Thƣơng. 2. Lê Huy Hoàng. Định hình hóa mức độ phức tạp khai thác quặng apatit Lào Cai. Tạp chí Địa kỹ thuật, số 2/2012. 3. Trƣơng Đình Long và Lê Thanh Sơn. Báo cáo địa chất về kết quả công tác thăm dò bổ sung khu Ngòi Đum-Đông Hồ mỏ apatit Lào Cai, 1973. Lƣu trữ Viện TTTLĐC. 4. Nguyễn Văn Thoắng. Báo cáo địa chất về kết quả thăm dò tỷ mỷ khu Mỏ Cóc mỏ apatit Lào Cai, 1980. Lƣu trữ Viện TTTLĐC. Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN VĂN CÁNH