Các nguyên nhân biện pháp xử lý cháy số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Số 57 (2016) 33-38 33 Các nguyên nhân biện pháp xử lý cháy số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Trần Xuân Hà 1,*, Đào Văn Chi 2, Nguyễn Xn Hồn Hội Khoa học Cơng nghệ mỏ Việt Nam, Việt Nam Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Sinh vien Cao học, Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Khoa THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Quá trình: Nhận 05/8/2016 Chấp nhận 13/9/2016 Đăng online 30/12/2016 Trong năm qua, vùng than Quảng Ninh xẩy nhiều vụ cháy mỏ Đó hiểm họa lớn, phát sinh hàng loạt khí độc ảnh hưởng đến an tồn q trình khai thác mỏ Nội dung báo tiến hành mơ tả tóm tắt diễn biến vụ cháy mỏ số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 10 năm qua kết nghiên cứu đánh giá khả tự cháy vỉa than dựa vào phương pháp Ba Lan Nhật Bản Trên có sở đề xuất tổng hợp giải pháp phòng ngừa chống cháy hợp lý cần áp dụng Từ khóa: Cháy nội sinh Tự cháy Hầm lị Hiểm họa © 2016 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Trong năm gần quy mô sản xuất mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh ngày mở rộng, độ sâu khai thác mỏ ngày tăng tượng khác thường cháy vỉa than xuất Các vụ cháy vỉa than xảy chủ yếu mỏ hầm lị vùng Đơng Triều - ng Bí Đó vụ cháy vỉa 24 mỏ than Hồng Thái; cháy vỉa 12 Tràng Khê thuộc Công ty ng Bí; cháy vỉa mỏ than Khe Chuối, xí nghiệp than 91 - Tổng Cơng ty Đơng Bắc Hiện tượng cháy vỉa than khẳng định than tự cháy gọi cháy nội sinh Cháy nội sinh hiểm họa lớn _ *Tác giả liên hệ E-mail: tranxuanha@humg.edu.vn mỏ than hầm lị sản phẩm vụ cháy phát sinh hàng loạt khí độc CO, CO2, v.v… đồng thời nguyên nhân gây vụ nổ khí nổ bụi tổn thất tài nguyên Tình hình than tự cháy mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh 2.1 Tình hình than tự cháy số mỏ hầm lò 2.1.1 Cháy mỏ than Hồng Thái Ở mỏ than Hồng Thái, khu vực Đơng Triều ng Bí, xẩy tượng than tự cháy liên tục nhiều năm, từ tháng năm 2004 đến tháng 11 năm 2013, nhiều khu vực vỉa than khác (Trần Xuân Hà nnk, 2012) cụ thể là: - Cháy vỉa 24: Vỉa 24 có chiều dầy trung bình từ 2,0÷25m Chiều dầy trung bình riêng than 34 Trần Xuân Hà nnk/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 57 (33-38) 1,9m có 1÷ lớp đá kẹp góc dốc trung bình 350 Lần 1: Đám cháy phát vào ngày 24/5/2004 phía sau lò chợ lò song song chân mức +204, tầng +200÷+280 Lần 2: Ngày 28/8/2004 phát khói lò dọc vỉa +320 dấu hiệu đám cháy thuộc khu vực lị chợ mức +280÷+320, vỉa 24 Lần 3: Ngày 17/5/2005 xuất đám cháy khu vực lị chợ mức +240÷+280 Các lần khác vỉa 24 vụ cháy tiếp tục xảy vào năm 2008, năm 2009 khu vực lò chợ Các vụ cháy vỉa 24 xử lý sở xây dựng tường cách ly vùng cháy, kết hợp bơm khí nitơ vào khoảng khai thác sau lị chợ - Cháy vỉa 12, Tràng Khê: Vỉa 12 có chiều dầy dao động khoảng 0,55÷2,53m, trung binh 1,37m, có 1÷5 lớp kẹp, góc dốc trung bình 420 Ngày 3/9/2013 phát đám cháy đường lị xuyên vỉa mức -150 cắt qua vỉa 12 bên phải theo hướng từ vào Để xử lý đám cháy, Trung tâm Cấp cứu mỏ mỏ đổ bê tơng đoạn lị qua vỉa than, xây tường cách ly phun khí nitơ vào vùng sau tường chắn 2.1.2 Cháy mỏ Khe Chuối, Công ty than 91 - Tổng Công ty Đông Bắc Ở mỏ than Khe Chuối, xảy 04 lần cháy vỉa vào năm 2008 2011 Vỉa có chiều dày thay đổi từ 0,27÷15,93, trung bình 4,51, chứa từ đến 16 lớp đá kẹp, góc dốc trung bình từ 10÷140 Lần 1: Dấu hiệu cháy vỉa năm 2007 phát vào ngày 28/1/2007 khu vực lị chợ mức +370÷+390 cơng nhân thấy đau đầu, chóng mặt, hàm lượng khí độc CO cao Giải pháp xử lý đám cháy thực nhờ xây dựng tường cách ly vị trí cần thiết Đến ngày 10/3/2007 đám cháy coi dập tắt lị chợ mức +370÷+390 hoạt động trở lại Lần 2: Đám cháy phát vào ngày 13/8/2007 vỉa mức +370÷+413 khu Trung tâm phát nồng độ khí độc cao thoát từ khu vực khai thác cũ mức +378/lộ vỉa Lần 3: Ngày 8/5/2008 lại xuất hàm lượng khí độc cao CO vỉa mức +370÷+413 khu Trung tâm Lần 4: Đám cháy phát vào ngày 12/6/2011 lò song song đầu (mức +370) lị chợ +300÷+370 cách lị chợ khoảng 30m Đám cháy xử lý nhờ xây dựng tường cách ly khu vực lò chợ 2.1.3 Cháy mỏ than hầm lị khác Ngồi tượng than tự cháy vỉa 5, vỉa 12 mỏ than hầm lị vùng Đơng Triều - ng Bí tượng xẩy phân vỉa 6C, mức -35, khu Lộ Trí - Cơng ty than Thống Nhất ngày 5/3/2011 vỉa 11, mức -35, ngày 19/3/2011 Công ty than Hà Lầm 2.2 Đánh giá khả than tự cháy mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Cho đến cơng trình nghiên cứu tính tự cháy than mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Kết nghiên cứu thực tập thể chuyên gia mỏ Viện Khoa học Công nghệ mỏ - TKV, qua Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đánh giá tính tự cháy than đề xuất giải pháp kỹ thuật công nghệ phòng ngừa tự cháy mỏ than hầm lị Việt Nam” (Nghiên cứu đánh giá tính tự cháy than đề xuất giải pháp kỹ thuật cơng nghệ phịng ngừa tự cháy mỏ than hầm lò Việt Nam, 2015) Dựa vào số lượng hoạt hóa (E, KJ/mol) số tự cháy (Sza, 0C/phút) theo cách Ba Lan phân loại tính tự cháy vỉa than (Nghiên cứu đánh giá tính tự cháy than đề xuất giải pháp kỹ thuật cơng nghệ phịng ngừa tự cháy mỏ than hầm lò Việt Nam, 2015) Viện Khoa học Cơng nghệ mỏ - TKV phân loại tính tự cháy số vỉa than số mỏ vùng Quảng Ninh theo Bảng Theo cách phân loại Nhật Bản tấtcả vỉa than có khả tự cháy than chất cháy có khả xy hóa tích nhiệt (Nghiên cứu đánh giá tính tự cháy than đề xuất giải pháp kỹ thuật công nghệ Việt Nam, 2015) Do vỉa than phân loại theo khả cháy mạnh hay cháy yếu dễ cháy hay không dễ cháy Cách phân loại giới thiệu Hình Xuất phát từ quan điểm dựa kết nghiên cứu giới thiệu Bảng 1, khẳng định rằng: vỉa than mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh có tính tự cháy, song đa số thuộc vào loại có tính tự cháy thấp trung bình Trần Xn Hà nnk/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 57 (33-38) Nguyên nhân than tự cháy mỏ hầm lò 3.1 Nguyên nhân tự cháy mỏ hầm lò Than tự cháy tượng ô xy hóa hấp phụ ô xy khơng khí mỏ làm 35 tăng nhiệt độ than lên đến 800C Khi vượt qua nhiệt độ xảy trình tự cháy 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính tự cháy than mỏ hầm lị Bảng Bảng phân loại tính tự cháy vỉa than mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Tên vỉa than Hà Lầm 10 10 Hồng Thái 18 24 Khe Chàm 12 Vàng Danh Mạo Khê 14 Quang Hanh 7 Thống Nhất Công ty 91 Dương Huy TT Tên mỏ Chỉ số tự cháy Sza (0C/phút) 4,18 3,21 4,31 4,06 2,01 1,15 1,96 3,03 3,29 2,71 5,31 4,60 3,50 Năng lượng hoạt Phân loại than Khả tự hóa (KJ/mol) tự cháy cháy than 54,99 II Thấp 47,45 II Thấp 52,06 II Thấp 54,77 II Thấp 36,04 III Trung bình 25,63 III Trung bình 28,65 III Trung bình 64,15 II Thấp 40,62 III Trung bình 42,12 III Trung bình 47,75 II Thấp 54,77 II Thấp 54,09 II Thấp Hình Biểu đồ xác định q trình xy hóa mẫu than theo cách phân loại Nhật Bản 36 Trần Xuân Hà nnk/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 57 (33-38) Khả tự cháy vỉa than trước hết phụ thuộc vào đặc điểm tự nhiên than, phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố mỏ - địa chất kỹ thuật công nghệ mỏ 3.2.1 Các yếu tố Mỏ - Địa chất vỉa than Các yếu tố mỏ - địa chất chủ yếu vỉa than bao gồm (Trần Xuân Hà nnk, 2012; Phạm Văn Huyên, 2015): - Mức độ biến chất than: Các cơng trình nghiên cứu chứng minh độ biến chất than cao tính tự cháy thấp - Thành phần thạch học than: Thành phần thạch học than bao gồm durit, pyrit, vitrit, phuzit có ảnh hưởng đáng kể đến tính tự cháy than Trong vitrit pyrit có vai trị quan trọng Đặc biệt vitrit - Độ ẩm than: Than có độ ẩm lớn có hoạt tính cao, có khả hấp thụ ôxy cao dẫn đến khả tự cháy cao - Chiều dầy vỉa than: Khả tự cháy vỉa than dầy lớn vỉa mỏng dầy trung bình tiến hành cơng tác khai thác - Góc dốc vỉa than: Góc dốc vỉa than ảnh hưởng đến tính tự cháy vỉa than Vỉa dốc dễ để lại nhiều khoảng trống vùng khai thác xảy tượng ơxy hóa than mạnh có nhiều xy - Ảnh hưởng đá vách: Khả xảy cháy nội sinh lớn đá vách vỉa vững so với vỉa than có đá vách mềm yếu Điều giải thích trụ than bảo vệ dọc đường lò dễ bị vỡ vụn tạo nhiều khe nứt, vỉa dầy, tạo điều kiện ơxy hóa than dễ cháy 3.2.2 Các yếu tố công nghệ - Công tác mở vỉa góp phần đáng kể vào việc hạn chế khả cháy nội sinh Cụ thể mỏ vỉa than có khả tự cháy cao thìcác đường lị mở vỉa cần đào đá Thời gian chuẩn bị ruộng mỏ dài thìcàng dễ xẩy cháy nội sinh Các yếu tố liên quan đến công tác khai thác hệ thống khai thác định khả khai thác hết than, áp lực mỏ, sơ đồ thông gió khu khai thác, thứ tự khai thác, hướng khai thác thời gian khai thác có ảnh hưởng lớn đến khả cháy nội sinh mỏ - Ảnh hưởng chế độ thơng gió chung mỏ vỉa than có tính tự cháy cao cần sử dụng phương pháp thơng gió đẩy nhằm tránh gió rò nhiều từ mặt đất vào khoảng khai thác Hạ áp chung mỏ cần 200mm H2O nhằm tránh rị gió qua khoảng khai thác sơ đồ thơng gió khu khai thác phải sơ đồ thơng gió hình chữ U Các giải pháp phòng chống than tự cháy mỏ hầm lò 4.1 Giải pháp chung mở vỉa - Ở vỉa dầy trung bình, vỉa than có tính tự cháy cao, đường lò mở vỉa chuẩn bị cần đào đá - Lò xuyên vỉa vỉa than có tính tự cháy cao cần phải đổ bê tơng đoạn lị qua vỉa 3m hai đầu đoạn lị - Góc tạo thành đường lò vỉa than hai đường lò cắt đào than, vỉa than có khả tự cháy cao, cần phải lớn 600 để loại trừ nứt nẻ khối than chúng - Các đường lị đào than khơng dừng lại tháng - Các trụ than bảo vệ dọc hai đường lị song song phải có chiều rộng lớn 10 m nhằm tránh trụ than bị nứt nẻ - Ở vỉa than có khả tự cháy cao nên sử dụng vữa xi măng cát có phụ gia đơng kết nhanh phun hóa chất Procem C (nhập từ nước ngoài) lên bề mặt than đường lị đào than (Bộ Cơng thương, 2011; Trần Xuân Hà nnk, 2012; Phạm Văn Huyên, 2015) - Ở vỉa than có khả tự cháy cao nên sử dụng vữa xi măng cát có phụ gia đơng kết nhanh phun hóa chất Procem C (nhập từ nước ngoài) lên bề mặt than đường lị đào than (Bộ Cơng thương, 2011; Trần Xuân Hà nnk, 2012; Phạm Văn Huyên, 2015) Các giải pháp cần phải áp dụng với mỏ xẩy cháy nội sinh, mỏ Hồng Thái, mỏ Khe Chuối, mỏ than có khả tự cháy cao: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Thống Nhất, Khe Chàm, v.v… 4.2 Giải pháp cơng nghệ khai thác nhằm phịng ngừa than tự cháy Các giải pháp kỹ thuật công nghệ cần áp dụng vỉa than có khả tự cháy cao bao gồm (Bộ Công thương, 2011; Trần Xuân Hà nnk, 2012; Phạm Văn Huyên, 2015) Trần Xuân Hà nnk/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 57 (33-38) 37 Hình Lị chợ với bao cát xếp thường kỳ - Khai thác vỉa than phải từ vách sang trụ Khi khai thác đồng thời nhiều vỉa mức phải khai thác vỉa trước, vỉa sau Lò chợ vỉa nằm cần trước lò chợ vỉa nằm lần bước sập đổ vách - Đối với vỉa than có tính tự cháy cần sử dụng phương pháp chèn lị tồn phần có từngphần khoảng khai thác Ví dụ giải pháp chèn lị bán phần áp dụng vỉa 24 Tràng Khê (mỏ Hồng Thái) từ năm 2006 đến Sơ đồ bố trí bao cát giới thiệu Hình Các bao cát xếp theo chu kỳ tháng, tương ứng tiến độ lò chợ 30m - Sử dụng khí nitơ phun vào khoảng khai thác phía sau lị chợ, cách lị chợ khoảng 20÷90m Vì khu vực tốc độ gió nhỏ, từ 0,2÷10cm/s, nồng độ ơxy 5÷18%, có khả xẩy q trình xy hóa than mạnh dễ xẩy cháy mỏ 4.3 Giải pháp thơng gió Ở mỏ có khả cháy nội sinh cao cần áp dụng chế độ thơng gió hợp lý Cụ thể phương pháp thơng gió cần áp dụng thơng gió đẩy hỗn hợp Phải đảm bảo lượng gió đủ theo yêu cầu, song hạ áp chung mỏ phải 200mm H2O Giảm lượng gió rị qua khoảng khai thác tới mức độ tối đa 4.4 Giải pháp chống cháy Để xử lý đám cháy mỏ than hầm lị áp dụng giải pháp sau (Bộ Công thương, 2011; Trần Xuân Hà nnk, 2012): 38 Trần Xuân Hà nnk/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 57 (33-38) - Dập cháy phương pháp trực tiếp: Phương pháp áp dụng đám cháy phạm vi hẹp có khả tiếp cận; dập cháy phun nước, phun hóa chất chống cháy… - Phương pháp dập cháy gián tiếp: Nhờ xây tường cách ly toàn vùng cháy - Phương pháp dập cháy hỗn hợp: Nhờ cách ly vùng cháy tường chắn cách ly bơm khí ni tơ, cacbonic, bơm bùn bơm hóa chất vào vùng cháy Đối với mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh giải pháp thứ hai thứ ba áp dụng phổ biến hiệu Kết luận Từ vấn đề trình bày rút số kết luận sau: - Từ 10 năm qua, tượng cháy nội sinh số mỏ than vùng Quảng Ninh thường xuyên xuất - Với kết phân tích xác định tính tự cháy than vỉa than mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh đa số thuộc loại có khả tự cháy từ loại thấp đến trung bình - Để giảm tối đa khả tự cháy vỉa than mỏ hầm lò cần áp dụng triệt để giải pháp phịng ngừa chống cháy trình bày Tài liệu tham khảo Bộ Công thương, 2011 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia An toàn khai thác than hầm lò Nhà xuất Lao động, Hà Nội Phạm Văn Huyên, 2015 Nghiên cứu khả tự cháy vỉa than số mỏ vùng Đơng Triều, ng Bí - Quảng Ninh đề xuất giải pháp phịng ngừa hợp lý q trình khai thác Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trần Xuân Hà, Đặng Vũ Chí, Nguyễn Văn Sung, Nguyễn Cao Khải, Nguyễn Văn Thịnh, Phan Quang Văn, 2012 An toàn vệ sinh lao động khai thác mỏ hầm lò, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2015 Nghiên cứu đánh giá tính tự cháy than đề xuất giải pháp kỹ thuật cơng nghệ phịng ngừa tự cháy mỏ than hầm lò Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, Hà Nội ABSTRACT Coal Fire in Quang Ninh Underground Mines: Causes and Solutions Ha Xuan Tran1, Chi Van Dao2, Hoan Xuan Nguyen3 1Society of Mining Science and Technology, Vietnam of Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam 3Graduate student, Faculty of Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam 2Faculty Over the years, coal mine fires in Quang Ninh have occurred more frequently This generates a series of toxic gases that affect seriously to the safety of the mining operations This paper conducts a brief description of underground mine fires in some areas of Quang Ninh over the past ten years Then, some methods from Poland and Japan are presented to predict of the ability of coal fire Finally, general preventive measures and appropriate fire protection are proposed Keywords: Coal mine fire, fire danger, underground mines, threats