Xây dựng hàm số đường cong mẫu cho bể than Quảng Ninh từ các số liệu quan trắc thực địa

54 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 1 (2018) 54-60 
Xây dựng hàm số đường cong mẫu cho bể than Quảng Ninh từ 
các số liệu quan trắc thực địa 
Phạm Văn Chung 1, Phùng Mạnh Đắc 2, Vương Trọng Kha 1 
1 Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai , Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
2 Hội Khoa học Công nghệ Mỏ, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2017 
Chấp nhận 20/7/2017 
Đăng online 28/2/2018 
 Cho đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về dịch chuyển và biến dạng 
đất đá do ảnh hưởng khai thác hầm lò. Tuy nhiên, vẫn chưa xây dựng được 
hàm đường cong mẫu (hàm đường cong tiêu chuẩn) cho vùng than Quảng 
Ninh với các điều kiện địa chất- khai thác cụ thể. Bài báo xử lý các kết quả 
quan trắc thực địa, xác định các thông số dịch chuyển và biến dạng, xây 
dựng các hàm số đường cong mẫu S(z), S’(z), S”(z), F(z), F’(z) cho các mỏ 
Mông Dương, Mạo Khê. Kết quả nghiên cứu trên có thể áp dụng cho những 
vùng mỏ chưa được nghiên cứu dịch chuyển biến dạng và sử dụng để dự 
báo xác định vùng ảnh hưởng do khai thác hầm lò. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Quan trắc thực địa 
Thông số dịch chuyển 
biến dạng 
Hàm số đường cong mẫu 
1. Mở đầu 
Hậu quả quá trình mở rộng mỏ và khai thác 
xuống sâu đã làm khối đá mỏ bị phá vỡ, mất tính 
liên tục; môi truờng đá trở nên đa dạng và phức 
tạp, chuyển biến từ môi truờng bền vững sang môi 
trường kém bền vững, dẫn đến sự biến dạng dịch 
chuyển bề mặt mỏ, gây thiệt hại đến các công trình 
(Phạm Văn Chung và Vương Trọng Kha, 2012). Ở 
các mỏ Mạo Khê, Nam Mẫu, Hà lầm, Mông 
Dương, đã xây dựng các trạm quan trắc thực địa, 
qua đó cho phép thu thập được tập hợp lớn các dữ 
liệu đo, từ đó cho phép xác định các thông số dịch 
chuyển biến dạng đá mỏ và bề mặt đất cần thiết để 
làm cơ sở lựa chọn các biện pháp bảo vệ công 
trình, đối tượng tự nhiên và tiến hành khai thác 
hợp lý, an toàn ở các mỏ than hầm lò nói trên. 
Thực tế cho thấy, giá trị các đại lượng dịch chuyển 
biến dạng đất đá và mặt đất phụ thuộc vào nhiều 
yếu tố như kích thước lò chợ, chiều sâu khai thác, 
phương pháp điều khiển đá vách, tốc độ đi lò, 
chiều dày và thành phần thế nằm của vỉa, công 
nghệ khai thác, đặc điểm địa chất, nước ngầm, độ 
bền của đất đá,... Do vậy nghiên cứu tính toán dự 
báo ảnh hưởng công tác khai thác hầm lò đến các 
công trình và bề mặt đất sát với điều kiện thực tế 
mỏ là rất cần thiết và cấp bách, đáp ứng yêu cầu 
thực tiễn sản xuất. 
2. Cơ sở xây dựng trạm quan trắc 
Để tính chiều dài tuyến quan trắc ở các mỏ 
thuộc bể than Quảng Ninh, trong đó có các mỏ 
Mông Dương, Mạo Khê đã áp dụng phương pháp 
vùng tương tự của GS D.A. Kazacovski; thông qua
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: phamvanchung@humg.edu.vn 
 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 55 
việc xác định hệ số cứng đất đá của địa tầng lỗ 
khoan ở vùng nghiên cứu và áp dụng quy phạm để 
lấy góc dịch chuyển theo bảng phân loại nhóm mỏ, 
xây dựng mặt cắt địa hình để xác định chiều dài 
tuyến. Xác định hệ số kiên cố  của đất đá mỏ theo 
trình tự (Phạm Đại Hải và nnk., 2004): 
+ Tính hệ số kiên cố trung bình của các lớp đá 
cát kết, sạn kết và các loại tương đương: 
𝑓𝑐 =
∑𝑚𝑐𝑖𝑓𝑐𝑖
∑𝑚𝑐𝑖
10−2 
+ Tính hệ số kiên cố trung bình của các lớp đá 
bột kết, sét kết, á sét, than và các loại tương đương: 
𝑓𝑚 =
∑𝑚𝑚𝑖𝑓𝑚𝑖
∑𝑚𝑚𝑖
10−2 
+ Tính hệ số kiên cố địa tầng chứa than: 
𝑓 =
30𝑓𝑐 + 70𝑓𝑚
100
+ Xác định hệ số A: 
𝐴 =
𝑓𝑚
𝑓𝐶
+ Xác định hệ số C: 
𝐶% =
∑𝑀𝑐
∑𝑀𝑐 + ∑𝑀𝑚
+ Xác định hệ số D: 
𝐷% =
∑𝑀𝑚
∑𝑀𝑐 + ∑𝑀𝑚
Trong đó: mci là chiều dày các lớp đá cứng; mmi 
- là chiều dày các lớp đá mềm; ci là hệ số kiên cố 
của các lớp đá cứng; mi là hệ số kiên cố của các lớp 
đá mềm;  hệ số kiên cố của địa tầng, 
ci=nén/(100), mi=nén/(100); A là hệ số xác định 
tỷ lệ giữa độ cứng đất đá mềm và đất đá cứng; 
C là hệ số (%) của tổng đất đá cứng trên tổng chiều 
dày địa tầng; D là hệ số (%) của tổng đất đá mềm 
trên tổng chiều dày địa tầng; Mc là tổng chiều dày 
đá cứng trong địa tầng; Mm là tổng chiều dày đá 
mềm trong địa tầng. 
STT Các thông số của lò chợ Đơn vị 
Vỉa than 
Vỉa I (12) 
1 Mức khai thác m -97  -45 
2 Chiều dày vỉa m 8 
3 Góc dốc vỉa độ 40 
4 Chiều dày đất phủ m 5 
5 
Chiều dài lò chợ theo 
hướng dốc 
m 60-70 
6 
Chiều dài lò chợ theo 
phương 
m 80-120 
7 
Chiều sâu trung bình 
của lò chợ 
m 90-120 
STT Các thông số của lò chợ Đơn vị 
Vỉa than 
Vỉa 8 
1 Mức khai thác m -80  -25 
2 Chiều dày vỉa m 2.5 
3 Góc dốc vỉa độ 25-27 
4 Chiều dày đất phủ m 10 
5 
Chiều dài lò chợ theo 
hướng dốc 
m 110 
6 
Chiều dài lò chợ theo 
phương 
m 600 
7 
Chiều sâu trung bình 
của lò chợ 
m 380-400 
(1) 
(2) 
(3) 
(4) 
(5) 
(6) 
Bảng 1. Điều kiện địa chất vỉa I(12). 
Bảng 2. Điều kiện địa chất vỉa 8. 
Hình 1. Mặt cắt địa chất tuyến XII. 
56 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 
Trạm quan trắc ở mỏ than Mông Dương nằm 
trên vỉa I (12), được khai thác bằng các lò chợ ở 
mức -97 đến -45 với hệ thống cột dài theo phương, 
phá hỏa toàn phần. Độ sâu trung bình từ mặt đất 
xuống các lò chợ khai thác là 90m - 120m. Điều 
kiện địa chất vỉa I(12) ghi ở bảng 1, mặt cắt địa 
chất tuyến XII qua khu vực trạm quan trắc thể hiện 
trên Hình 1. (Phạm Đại Hải và nnk., 2004) 
Trạm quan trắc ở mỏ than Mạo Khê nằm trên 
vỉa 9b, có điều kiện địa chất và thế nằm của vỉa ghi 
trên bảng 2. Mặt cắt địa chất tuyến IV qua khu vực 
đặt trạm quan trắc thể hiện Hình 2 (Nguyễn Tam 
Sơn và nnk., 2006). 
3. Xây dựng hàm số đường cong mẫu cho bể 
than Quảng Ninh 
Bể than Quảng Ninh nói chung và các mỏ than 
Mông Dương, Mạo Khê,  nói riêng có trữ lượng 
công nghiệp lớn, các vỉa than có thế nằm đa dạng 
với điều kiện địa chất phức tạp, nhiều uốn nếp, 
phay phá. Việc nghiên cứu ngoài thực địa tại các 
mỏ than Quảng Ninh chưa được tiến hành một 
cách đầy đủ, chi tiết vì vậy cần nghiên cứu ứng 
dụng kết hợp nhiều phương pháp để xác định 
được các thông số dịch chuyển phù hợp nhất. Ở 
Việt Nam, với những mỏ than chưa được nghiên 
cứu dịch chuyển đầy đủ nên áp dụng phương pháp 
vùng tương tự để xác định các góc dịch chuyển, 
sau đó xây dựng trạm quan trắc và đo đạc để xác 
định lại các góc dịch chuyển cho mỏ cụ thể như 
Mông Dương, Mạo Khê,và cho cả vùng than 
Quảng Ninh. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng thành quy
 phạm áp dụng cho các mỏ Việt Nam. 
3.1. Vị trí địa lý của khu vực nghiên cứu 
3.1.1. Mỏ than Mông Dương 
Khu vực nghiên cứu có diện tích 49 ha, được 
giới hạn bằng bốn điểm A, B, C, D có tọa độ ghi ở 
Bảng 3. Bản đồ trạm quan trắc thể hiện trên Hình 
3 (Nguyễn Tam Sơn và Phạm Văn Chung, 2005). 
3.1.2. Mỏ than Mạo Khê 
Khu vực nghiên cứu có diện tích 150ha, được 
giới hạn bằng bốn điểm A’, B’, C’, D’ có tọa độ ghi ở 
Bảng 4. Sơ đồ lưới khống chế và tuyến quan trắc 
thể hiện trên Hình 4. 
STT Điểm 
Tọa độ 
X Y 
1 A 2329600 31200 
2 B 2329600 31900 
3 C 2330300 31900 
4 D 2331300 31200 
STT Điểm 
Tọa độ 
X Y 
1 A’ 33000 355000 
2 B’ 33000 356000 
3 C’ 34500 356000 
4 D’ 34500 355000 
Bảng 3. Bảng tọa độ mỏ Mông Dương. 
Bảng 4. Bảng tọa độ mỏ Mạo Khê. 
Hình 2. Mặt cắt địa chất tuyến IV. 
 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 57 
Hình 3. Bản đồ bố trí trạm quan trắc vỉa I(12). 
Hình 4. Bản đồ bố trí trạm quan trắc vỉa 8. 
58 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 
3.2. Cơ sở của phương pháp xây dựng hàm số 
đường cong mẫu 
Tính toán dịch chuyển biến dạng đá mỏ nhằm 
mục đích xác định mức độ phá hủy, hư hại của các 
công trình và các đối tượng tự nhiên khác trên mặt 
đất do ảnh hưởng khai thác mỏ. Trên cơ sở phân 
tích, xử lý các số liệu quan trắc cho phép xác định 
khả năng khai thác dưới các công trình công 
nghiệp dân dụng, di tích lịch sử văn hóa cần bảo 
vệ. Các phương pháp tính toán được chia thành 
các nhóm: 
- Phương pháp theo lý thuyết. 
- Phương pháp theo thực nghiệm. 
- Phương pháp kết hợp lý thuyết và thực 
nghiệm (bán thực nghiệm). 
Phương pháp lý thuyết dựa trên cơ sở các 
phương trình toán cơ học môi trường liên tục với 
giả định rằng khối đá mỏ là một môi trường đàn 
hồi, dẻo, nhớt hoặc môi trường rời 
Phương pháp thực nghiệm dựa trên các mối 
tương quan xác định được từ các kết quả quan 
trắc, đo đạc hiện trường. 
Phương pháp bán thực nghiệm dựa trên cơ 
sở các mối tương quan được khái quát hóa từ kết 
quả đo đạc, từ các mô phỏng lý thuyết và tương tự 
toán học với các hệ số được xác định thông qua đo 
đạc thực tế. 
Các phương pháp bán thực nghiệm được 
phân chia thành các phương pháp giản đồ, 
phương pháp giải tích, phương pháp đồ thị giải 
tích. 
Phương pháp đồ thị giải tích dựa trên việc sử 
dụng các đường cong mẫu chuẩn phân bố độ lún 
và biến dạng trong bồn dịch chuyển. Trong trường 
hợp này độ lún tại các điểm được biểu thị bằng tỷ 
lệ giữa độ lún tại điểm đó với độ lún cực đại, còn vị 
trí điểm được xác định bằng tỷ lệ khoảng cách từ 
tâm bồn dịch chuyển đến điểm đó với kích thước 
bán bồn dịch chuyển L. Điểm gốc toạ độ thường 
lấy điểm có độ lún cực đại Hình 5. 
Trên Hình 5 là đồ thị biểu diễn đường cong độ 
lún theo thực tế xn = f(x) của một nửa bồn dịch 
chuyển. Do điều kiện địa chất- khai thác mỏ rất 
khác nhau nên các đường cong độ lún sẽ khác 
nhau và không thể so sánh được với nhau ở các 
đợt quan trắc hoặc ở các trạm quan trắc. Để có thể 
so sánh được các đường cong lún trên, người ta 
tính chuyển các đường cong lún thực tế về dạng 
đường cong lún không có thứ nguyên bằng cách 
đặt tỷ lệ (
𝑋
𝐿
) theo trục hoành và (
𝜂𝑥
𝜂𝑚𝑎𝑥
) theo trục 
tung, từ đó ta có công thức ( Sanh Peterbua VNIMI 
1998) 
𝜂𝑥
𝜂𝑚𝑎𝑥
= 𝜑 (
𝑥
𝐿
) = 𝑆(𝑧𝑥) 
hoặc: 
𝜂𝑥 = 𝜂𝑚𝑎𝑥𝑆(𝑧𝑥) 
Nếu trên bán bồn dịch chuyển quy đổi về đơn 
vị được phân chia ra làm 10 phần, thì tại mỗi điểm 
đã chia có thể tính được các giá trị độ lún i, độ 
nghiêng ii, độ cong ki và dịch chuyển ngang i , biến 
dạng ngang i. Hàm số phân bố độ nghiêng, độ 
cong, dịch chuyển ngang và biến dạng ngang được 
xác định như các đạo hàm các bậc tương ứng sau: 
𝑆(𝑧) =
𝜂𝑖
𝜂𝑚
; 𝑆′(𝑧) =
𝑖𝑖
𝜂𝑚
𝐿
; 𝑆"(𝑧) =
𝐾𝑖
𝜂𝑚
𝐿2
𝐹(𝑥) =
𝜉𝑖
0.5𝑎0𝜂𝑚
; 𝐹′(𝑧) =
𝜀𝑖
0.5𝑎0𝜂𝑚
𝐿
Đồ thị đi qua các giá trị được xác định theo các 
hàm số trên sẽ được làm trơn bằng một trong 
những phương pháp thông dụng. Các hàm số trên 
được sử dụng để dự báo dịch chuyển và biến dạng 
do ảnh hưởng của các lò chợ đang thiết kế. Trên 
cơ sở nghiên cứu, tổng hợp các số liệu quan trắc 
thực địa ở các mỏ Quảng Ninh, đã xác định được 
các hàm phi tỷ lệ trên. Tuy nhiên, với các hàm 
được xác định trong điều kiện khai thác hiện nay, 
chỉ cho phép áp dụng với N≤ 0.7. 
3.3. Xác định hàm số đường cong mẫu bể than 
Quảng Ninh 
Tại mỏ than Mông Dương, qua 8 đợt quan 
trắc thực địa đã xác định được các hàm số đường 
Hình 5. Đường cong lún thực tế và đường cong 
lún không thứ nguyên. (a) Đường cong lún thực 
tế; (b) Đường cong lún không thứ nguyên. 
(8) 
(9) 
(10) 
(7) 
 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 59 
Bảng 5. Hàm số đường cong mẫu mỏ than 
Mông Dương. 
Bảng 6. Hàm số đường cong mẫu mỏ than 
Mạo Khê. 
cong mẫu trung bình cho các tuyến quan trắc; giá 
trị của các hàm số thể hiện trên Bảng 5. 
STT S(z) S'(z) S"(z) F(z) F"(z) 
0 -1,00 3,11 -62,69 6,75 -14,34 
0,1 -0,61 4,10 -15,80 4,15 -13,28 
0,2 -0,37 2,78 25,53 2,92 -12,96 
0,3 -0,27 0,89 24,87 1,69 -13,53 
0,4 -0,23 0,06 -21,68 1,60 -5,01 
0,5 -0,22 -0,05 6,57 1,95 -2,63 
0,6 -0,20 0,15 14,17 2,17 -0,11 
0,7 -0,19 0,16 -0,59 1,90 -6,67 
0,8 -0,14 -0,01 1,35 1,26 5,88 
0,9 -0,08 0,54 -1,61 0,65 2,41 
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 
STT S(z) S'(z) S"(z) F(z) F"(z) 
0 -1,00 0,12 3,19 4,59 -2,40 
0,1 -0,90 0,88 -0,68 4,29 6,87 
0,2 -0,76 0,06 1,70 3,47 0,83 
0,3 -0,51 2,39 -9,83 2,55 6,80 
0,4 -0,30 0,33 14,08 2,71 5,53 
0,5 -0,20 0,88 2,08 1,91 2,54 
0,6 -0,13 0,59 2,64 1,14 1,78 
0,7 -0,09 0,42 0,74 0,97 0,61 
0,8 -0,06 0,19 1,11 0,80 0,61 
0,9 -0,04 0,78 -6,33 0,89 0,86 
1 0,00 0,04 1,40 0,02 -0,12 
Tại mỏ than Mạo Khê, qua 6 lần quan trắc 
thực địa đã xác định các hàm số đường cong mẫu 
trung bình cho các tuyến quan trắc, giá trị của các 
hàm thể hiện trên Bảng 6. 
4. Kết luận 
Kết quả phân tích số liệu địa tầng lỗ khoan và 
công tác đo đạc quan trắc thực địa là cơ sở xác 
định và đánh giá độ tin cậy các thông số dịch 
chuyển. Các kết quả nghiên cứu này sẽ cho phép 
hiệu chỉnh lại giá trị góc dịch chuyển tương ứng 
điều kiện địa chất khai thác cụ thể của mỏ. Điều 
này rất quan trọng trong việc tính toán để lại trụ 
bảo vệ, tiết kiệm tài nguyên than. 
Kết quả xử lý số liệu quan trắc thực địa ở các 
mỏ than Mông Dương, Mạo Khê đã sơ bộ xác định 
được giá trị của các hàm số mẫu đường cong S(z), 
S’(z), S”(z), F(z), F’(z) phù hợp với các điều kiện địa 
chất - khai thác. Giá trị của các hàm số này có thể 
sử dụng trong 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 thuộc bể than Quảng Ninh. 
Tài liệu tham khảo 
Nguyễn Tam Sơn, Phạm Văn Chung, 2005. Báo cáo 
kết quả quan trắc trên bề mặt địa hình vỉa I (12) 
mỏ than Mông Dương. Viện Khoa học Công 
nghệ Mỏ. 
Nguyễn Tam Sơn, Phạm Văn Chung, Lê Ngọc 
Hưng, 2006. Báo cáo kết quả quan trắc trên bề 
mặt địa hình vỉa 9b mỏ than Mạo Khê. Viện 
Khoa học Công nghệ Mỏ. 
Phạm Đại Hải, Đỗ Kiên Cường, Trần Văn Yết, 2004. 
Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý đá. Viện Khoa 
học Công nghệ Mỏ. 
Phạm Văn Chung, Vương Trọng Kha, 2012. Xác 
định các thông số dịch chuyển và biến dạng đất 
đá do ảnh hưởng của khai thác hầm lò mỏ than 
Mông Dương. Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa 
học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ XXIII. 
Quy phạm bảo vệ công trình và các đối tượng tự 
nhiên từ ảnh hưởng có hại khi khai thác hầm lò 
dưới khoáng sàng than. Sanh Peterbua VNIMI 
1998. 
60 Phạm Văn Chung và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 54-60 
ABSTRACT 
Building curvature functions for Quang Ninh coal basin based on the 
field observation data 
Chung Van Pham 1, Dac Manh Phung 2, Kha Trong Vuong 1 
1 Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam. 
2 Vietnam Mining Science and Technology Asocciation, Vietnam. 
There have been many studies on the displacement and deformation of rocks due to underground 
mining. However, there has been no result representing the function of curvature for the Quang Ninh coal 
basin with its geological conditions, the depth of workings, and exploitation technology. In this study, the 
field observation data of Mong Duong and Mao Khe mines was processed to identify movement and 
deformation parameters, before creating curvature functions such as S(z), S’(z), S”(z), F(z), and F’(z) for 
the two mines. These functions can be applied to other mining areas and to predict surface movement 
and deformation due to underground mining.