v BÀI GIẢNG CAO HỌC PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUÔNG SÂU QUẢNG NINH 202 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH 2 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG N[.]
v BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH - - BÀI GIẢNG CAO HỌC PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUÔNG SÂU QUẢNG NINH-202 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BÀI GIẢNG CAO HỌC PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU Ngành đào tạo: Kỹ thuật mỏ TS Nguyễn Văn Thản LỜI GIỚI THIỆU Trong ngành cơng nghiệp khai thác than, khống sản tiềm ẩn nhiều nguy gây an toàn lao động, đặc biệt khai thác than hầm lò xuống sâu Mơi trường khai thác than hầm lị mơi trường đặc biệt nguy hiểm có xuất chất khí độc, hại dễ cháy nổ tồn lòng đất (CO, CH4 ), nhiệt độ khơng khí mỏ hầm lị có xu hướng tăng dần theo chiều sâu khai thác, vấn đề bụi than phát sinh trình khai thác vận chuyển than làm tăng mức độ nguy hiểm mơi trường mỏ lầm lị Nếu để xảy cố liên quan đến cháy, nổ khí mê tan bụi than, hậu vô vùng nghiêm trọng việc xử lý tốn kinh tế, thời gian Do đó, phịng ngừa hiểm họa khai thác hẩm lò khai thác xuống sâu việc đảm bảo an tồn sức khỏe, tính mạng cho người lao động hầm lò cần đặt lên hàng đầu Học phần phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khai thác xuống sâu bố cục thành bài, với nội dung sau: Bài 1: Đặc điểm khai thác hầm lò xuống sâu hiểm họa xảy giới Việt Nam Bài 2: Phòng ngừa hiểm họa khí Mêtan khai thác mỏ hầm lị Bài 3: Phòng ngừa hiểm họa cháy mỏ khai thác mỏ hầm lò Bài 4: Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc khai thác mỏ hầm lò Bài 5: Phòng ngừa hiểm họa khác thường gặp khai thác mỏ hầm lò Bài : Cơng tác ứng cứu có hiểm họa xảy Mặc dù tác giả có cố gang khơng tránh khỏi sai sót q trình biên soạn nội dung môn học Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp hữu ích bạn đọc để tác giả tiếp tục hồn thiện giảng mơn học Xin trân trọng cảm ơn! MỤ C L Ụ C ĐÈ MỤC Lời giới thiệu TRANG Mục lục Bài 1: Đặc điếm khai thác hầm lò xuống sâu hiểm họa xảy giới Việt Nam 1.1 Đặc điểm chung khai thác hầm lò xuống sâu 1.2 Các hiểm họa xảy khai thác hàm lò giới 1.3 Các hiểm họa xảy khai thác hầm lò Việt Nam 2.2 Bài Phòng ngừa họa khí Mêtan khai thác mỏ hầm lị 2.1 Ngn gơc dạng tơn khí mêtan vỉa Độ chứa khí vỉa than cách xác định 2ề3 Phòng ngừa hiểm họa cháy nổ khí mêtan 11 2.4 Phịng ngừa hiểm họa khí than Bài 3: Phòng ngừa hiểm họa cháy mỏ khai thác mỏ hầm lò 3.1 Khái quát chung 3.2 Nguyên nhân cháy mỏ 12 3.3 Phòng ngừa hiểm họa cháy mỏ khai thác Bài 4: Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc khai thác mỏ hầm lị 4.1 Thành phần khơng khí mỏ 18 4.2 Tính chất loại khí hàm lượng cho phép chất khí mỏ hầm lị 4.3 Các chất khí độc nổ mỏ 67 4.4 Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc khai thác mỏ hầm lò Bài 5: Phòng ngừa hiểm họa khác thường gặp khai thác mỏ hầm lò 5.1 Khái quát chung 5.2 Phòng ngừa hiểm họa bục nước, bục bùn khai thác hầm lò 74 5.3 Phịng ngừa hiêm họa q trình đào lò, khai thác 5.4 Phòng ngừa hiêm họa thiêt bị điện, vận tải công tác nơ mìn 17 17 17 67 67 70 76 76 76 80 84 Bài 6: Công tác ứng cứu có hiêm họa xảy 90 6.1 Các trang thiêt bị dùng cho đội câp cứu 90 6.2 Tô chức công tác thủ tiêu cố, cấp cứu mỏ Tài liêu tham khảo 111 • 115 BÀI ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HẦM LÒ KHI XUỒNG SÂU VÀ CÁC HIỂM HỌA TỪNG XẢY RA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM l l Đặc điểm chung khai thác hầm lò xuống sâu Đặc điểm chung khai thác hầm lò xuống sâu mỏ hầm lị gặp nhiều khó khăn hiểm họa so với mức nơng Các khó khăn kể đến điêu kiện khai thác mỏ xuống sâu phức tạp cơng tác mở vỉa, thơng gió, vận tải, lại, cơng tác nước đặc biệt công tác điều khiển áp lực mỏ Các hiểm họa có xu hướng tăng cường độ, số lượng tính chất mức độ khai thác xuống sâu Khi khai thác mỏ xuống sâu gặp số khó khăn hiểm họa sau đây: Phương án mở vỉa thường lựa chọn mở vỉa giếng đứng, phương án mở vỉa giếng nghiêng chiều dài giếng chính, giếng phụ lớn, lực vận tải thông qua giếng nghiêng hạn chế sơ với giếng đứng, dẫn đến đầu tư xây dựng mỏ kéo dài thời gian suất đầu tư lớn, làm ảnh hưởng đến hiệu đâu tư mỏ ảnh hưởng trực tiêp đến hiệu kinh tế người lao động Công tác thơng gió gặp khó khăn đường lị có chiều dài lớn, sơ đồ thơng gió phức tạp, chất lchí sinh nhiều diện lộ than đất đá lớn khả phát sinh nhiệt độ đất đá xung quanh đường lò khu vực khai thác ngày tăng xuống sâu, lực đáp ứng quạt gió hạn chế ảnh hưởng trực tiếp đên cơng tác thiết kế, tính tốn lựa chọn, sơ đồ, hệ thống thơng gió thiết bị thơng gió mỏ, làm ánh hưởng trực tiếp đến điều kiện làm việc người lao động Công tác vận tải phúc tạp khó khăn chiều dại đường lị lớn ảnh hưởng đên công tác vận tải, lại trình khai thác mỏ Đường lị dài hệ thơng thiêt bị vận tải nhiều, công suất thiết bị phải lớn, việc điều hành công tác vận tải ngày phức tạp giảm hiệu suất thiết bịế Ngồi ra, tác lại khó khăn phải vặn chuyên lại quãng đường lớn nhiều thời gian, ảnh hưởng đến suất sức khỏe người lao động Hiểm họa khí no có nguy cao hơn, theo ngun lý xuống sâu hàm lượng khí mê tan vỉa than có xu hướng tăng cao, với nguy khí bất ngờ khả dự báo khó khăn mức nơng, kết hợp với khó khăn cơng tác thơng gió làm tăng nguy cháy nơ khí mỏ Nguy cháy mỏ tăng lên theo nguyên lý xuống sâu nhiệt độ đất đá lớn, kết hợp với khó khăn thơng gió làm tăng nguy phát sinh cố cháy mỏ Nguy bục nưóểc, bục bùn điêu khiên áp lực mỏ tăng xuống sâu, khả tăng tàng trữ nước, bùn đất đá nguyên khối khu vực khai thác có xu hướng tăng làm tăng nguy bục nước, bục bùn trình khai thác mỏ Đặc biệt nguy sập dổ lò áp lực mỏ ngày lớn Các hiểm họa xảy khai thác hầm lò giới Một số vụ tai nạn cháy nơ khí mê tan giới bảng 1.1 Bảng 1.1: Tổng hợp sổ vụ nổ khí mêían giới TT Tên nước Nhật Bản 1.3 Thời gian Số vụ Tên mỏ ( Bể than) Sô người chết 1945-1985 405 1965 Yamono Trung Quôc 1942 Benshi 2003 2005 ' 2006 Mỹ 5/4/2010 Ưpper Big Branch New Zeaỉand 19/11/2010 Thô Nhĩ Kỳ 13/5/2014 Manisa Nga 8/5/2010 Kemerovơ 25/2/2016 Sevemaya 28/2/2016 Sevemaya 1908 Đôn bát Bỉ 1907 Agrapee Nr.2 Tây Đức 1908 Ham Vestíali Nam Tư 1965 Kakan Các hiêm họa xảy khai thác hầm lò Việt Nam 1956 237 1527 2297 6000 4746 29 29 301 60 30 270 124 335 129 Tống hợp vụ tai nạn cháy nổ khí mê tan Việt Nam thể bảng 1.2 Bảng 1.2 Tống hợp số vụ cháy nổ khí mêtan Việt Nam TT Tên mỏ Thời gian Sô người chết Cơng ty than Mạo Khê Xí nghiệp than Si Lại Xí nghiệp than 909 Cơng ty than Thông Nhât Công ty than Khe Chàm Công ty 86 Hà Ráng - Hạ Long 11/1/1999 19/12/2002 19/12/2002 6/3/2006 8/12/2008 2/7/2012 3/4/2016 19 11 Số người bị thương 12 BÀI PHÒNG NGỪA CÁC HIỂM HỌA VỀ KHÍ MÊTAN TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ 2.1 Nguồn gốc dạng tồn khí mêtan vỉa Q trình hình thành than phân hủy biên chất loại thực vật tạo số lượng khí lớn Mỗi than Antraxil than Bitum tạo xấp xỉ 340 m3 765 m3 khí Mêtan Khối lượng khí tạo từ q trình than hóa tăng lên theo ti than, phẩn lớn lượng khí ngồi khơng khí q trình biến chât vật chât phân hủy Lượng khí giũ’ lại than thay đổi từ nhỏ đến lớn 25 m3 /tấn, thông thường lượng khí lăng theo tuổi than độ sâu vỉa than Khi tạo thành than, khí C02 chiếm thê tích lớn so với khí CH4 Tuy nhiên, ảnh nước ngâm, khí C02 hịa lan với nước trình chon vùi dưỡi long đất nên khí Meetan thành phần khí than chiêm từ 80 95% thê tíchề Ngồi ra, cịn có loại khí Êtan, Prơpan, Butan, Carbon điơxit, Hyđrơ, Ôxy, Nitơ, v.v Khi chưa có thay đổi áp suất vỉa than, khí Meetan chủ yếu tồn dạng hâp thụ bê mặt hạt than ốn định Tuy nhiên, trình khai thác than, áp suất khí vỉa bị biến động dịch động, biến dạng đất đá, khí Mêtan tách khỏi bề mặt hạt than khơng gian đường lị qua hệ thống khe nút tự nhiên nứt nỏ hoạt động khai thác mị gây Dịng khí khuếch tán qua khe nút hạt than nhỏ, sau di chuyến phía khe nút gồm khe nứt khe nứt phụ hình 2ếl Khả khí hay tơc độ khí Mêtan vỉa than phụ thuộc váo câu trúc khe nứt, độ nứt nẻ độ thẩm thấu khí than Hình 2.1: cấu trúc khe nứt lỗ rỗng khối than Các dạng tàng trữ khí mêtan vỉa than: Dạng tự do: Khi áp suất khí vỉa cao khí mê tan lấp đầy vào khe nứt có vỉa, áp suất khí đạt đến hàng chục at Dạng khơng tự (dạng liên kết): Trạng thái dính vào bê mặt vật răn, phân tử CH4 bám bề mặt than, - đất đá tác dụng lực liên kết phân tử, dạng tàng trữ chủ yếu Trạng thái bị hâp thụ vào vật răn Trạng thái liên kết hố học phân tử khí phân tử vật rắn Các yếu tố ảnh hưởng đến tàng trữ CH4 vỉa than Độ biến chất than: Khi độ biến chất than lớn lượng mêtan tạo thành than lớn khả chứa khí mê tan vỉa tăng Chiều sâu khai thác: Khi khai thác xuống sâu tàng trữ khí mê tan tăng Cấu trúc địa chất khu vực: Phụ thuộc vào kẽ nứt, đứt gãy 2.2 Độ chứa khí vỉa than cách xác định Mức độ nguy khí mê tan có ảnh hưởng lớn cơng tác khai thác than hầm lị nhiêu tnrờng hợp có ảnh hưởng mang tính định đến việc lựa chọn mơ hình khai thác mỏ, mơ hình hệ thơng thơng gió, chọn quạt, phương pháp mở vỉa chuấn bị Chính vậy, việc đánh giá mức độ nguy khí mê tan vùng khoáng sàng hay mỏ than hầm lị có ý nghĩa to lớn, giúp cho người làm công tác mỏ đưa biện pháp, giải pháp ngăn ngừa hiểm hoạ cháy nổ áp dụng trang thiết bị, phương pháp khai thác phù hợp với mức độ nguy hiểm khí mê tan đánh giáẽ Việc dự báo độ khí mê tan vào khu vực khai thác cho mức khai thác tương lai thực cơng việc quan trọng, ảnh hưởng đến việc định lựa chọn phương pháp thơng gió, phương pháp chuẩn bị khai thác, nhiều có ảnh hưởng mang tính định tồn mỏ Đe tính tốn dự báo độ khí cần thiết phải tính tốn dự báo độ chứa khí mức sâu Dưới nêu phương pháp tính tốn dự báo độ chứa khí độ khí thường hay sử dụng: Phương pháp tính tốn dự báo độ chứa khí tự nhiên Theo nhà khoa học thuộc mỏ thử nghiệm Barbara thuộc Viện Mỏ Trung ương Ba Lan (GIG) độ chứa khí tự nhiên xuống sâu dự báo phương pháp nội suy 2.2 Trên sở hạ tầng thơng số độ chứa khí tự nhiên xác định mức vỉa vào xu hướng thay đổi độ chứa khí tự nhiên theo chiều sâu dự báo độ chứa khí tự nhiên mức sâu 2.2.2 Phương pháp tính tốn dự báo độ khí mê tan vào đường lị Trên giới có phương pháp dự báo độ khí mê tan thơng dụng bao gồm: Phương pháp nước Tây Âu theo: Shulza, Wintera, Stuffkena Pattei Skyego Phương pháp thống kê Liên Xô (cũ) Phương pháp Viện Skoczynski (CHLB Nga) Phương pháp dựa vào đồ đồng đẳng độ chứa khí tự nhiên Phương pháp dự báo độ khí vào lị chợ mỏ thử nghiệm Barbara (Ba Lan) Dưới mô tả sơ phương pháp thông dụng sử dụng phương pháp theo mỏ thực nghiệm Barbara (Ba Lan) Điểm mấu chốt phương pháp xác định nguồn gốc xuất khí CH vào đường lị khai thác Khí CH4 xuất từ than khấu, từ mặt gương lò chợ, từ lò chuẩn bị (lò chân lò đầu) từ vỉa lân cận IC = (K, + K2 + K3 + ICO Trong đó: K - X Lượng khí CH4 ra, (m3 /phút); K| - Lượng khí CH4 thoát từ than khấu, (nrVphút); K2 - Lượng khí CH4 xuất từ bề mặt lộ gương lị chợ, (m3 /phút); K3 Lượng khí CRị xuất từ đường lò chuẩn bị, (m3 /phút); K4 - Lượng khí CH4 xuất từ vỉa lân cận, (m3 /phút) Lượng khí CH4 từ than khấu đuợc tính cơng thức: Trong đó: PE - Tiến độ lò chợ, (m/ngày-đêm), - Chiêu dài lò chợ, (m); mw - Chiều dày than khai thác, (m); y - Trọng lượng tích than, (tấn/m3); Wo, Wk - Độ chứa khí than gương độ chứa khí cịn lại, (m3 /T) Trong cơng thức lấy giá trị 0,8 Wo Khí CH4 từ bề mặt lộ gương: WE2 = (mwlgp) Trong đó: gp - Cường độ xuất khí từ bề mặt lộ gương, (m3 /m2 phút) Giá trị hệ sổ cường độ xuất khí xác định theo thị riêng Khí CH4 từ đường lò chuẩn bị (K3) trường hợp khai thác khấu đuổi cần tính dựa vào phương pháp tính tốn dự báo độ khí CH4 vào đường hầm lò đào thanệ Đối với hệ thống khai thác khấu giật, đại lượng K3 nhỏ vì: khơng có khí mê tan xuất từ than khấu gương lị chuẩn bị, khơng có khí mêtan xuất bề mặt gương lị chn bị; lượng khí mê tan xuât từ thành đường lò chuẩn bị nhỏ đường lò đào xong thời gian lâu Do đó, bỏ qua đại lượng phương pháp khấu giật Lượng khí CH4 xuất từ vỉa lân cận chiếm tỉ trọng lớn tổng lượng khí CH4 vào đường lị khai thác (lò chợ) Đại lượng tỷ lệ thuận với bề mặt lộ trần (tức tích số chiều dài lò chợ tiến độ lò chợ) với độ chứa khí vỉa, chiều dày vỉa tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ vỉa lân cận đến vỉa khai thác Ngồi ra, cịn phụ thuộc vào phương pháp điều khiển đá vách Khái niệm “khoảng cách biếu kiến” hiểu hiệu số khoảng cách thực tế chia cho chiều cao khấu lò chợ khai thác Đối với hệ thống khai thác phá hoả toàn phần, lấy toàn chiều cao khấu; hệ thống khai thác chèn lò, lấy giá trị dịch động vách thực tế Thực tế khai thác chèn lò thuỷ lực cát, lấy giá trị 20% chiều cao khấu, chèn lị khơ lấy giá trị 35 - 40% chiều cao khấu Khí mê tan khí vơ nguy hiểm ngành khai thác than hầm lị Khí mê tan ln ln đường lị với nhiều hình thức khác bị ảnh hưởng nhiều yếu tố phức tạp, cần thiết phải nghiên cứu độ khí mê tan, dự báo độ khí mê tan có nhận thức đăn vê nguy hiểm, cách phịng chống cháy, nố khí mê tan cơng tác mỏ Trên giới có nhiều phương pháp nghiên cứu độ khí dự báo độ khí mê tan vào Irong đường lị nước Nga, Ba Lan, nước Tây Âu, Nhật Tuy nhiên để áp dụng cách hiệu phương pháp vào ngành mỏ Việt Nam cần phải xem xét cách tỉ mỉ Qua nghiên cứu cho thây việc áp dụng phương pháp dự báo độ khí mê tan vào đường lò Ba Lan phù hợp với mỏ hầm lò Việt Nam Thời gian qua Trung tâm An tồn Mỏ - Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ áp dụng phương pháp cho hâu hêt mỏ hâm lị Tập đồn Than - Khống sản Việt Nam, phục vụ công tác phân loại mỏ sở để có giải pháp, biện pháp phịng chống cháy nơ khí mê tan, đảm bảo sản xt “An tồn - Tăng trưởng - Hiệu quả” 2.3 Phịng ngừa hiểm họa cháy nổ khí inctan Hiện tượng nơ khí mêtan: Nơ khí mêtan tượng nổ lặp nghĩa nổ nô lại nhiều lần vị trí, tượng nổ ngừng nồ điều kiện gây nổ khơng cịn Ề Điểu kiện gây no khí mêtan: Điều kiện để xảy vụ cháy nổ khí mê tan hội tụ đồng thời yếu tố: Hàm lượng lượng khí mê tan khoảng ~ 15%; Khí ơxy; Nguồn lửa * Hàm lượng khí mêtan Khi hàm lượng khí mêtan khơng khí khoảng 15% với áp suất nhiệt độ tiêu chuẩn, có nguồn lửa hỗn hợp mê tan khơng khí nổ nổ mạnh khoảng 7,5 11% Khi hàm lượng mêtan nhỏ 5% lớn 15% điều kiện bình thường khơng nổ mà cháy, q trình cháy liên tục có đủ ôxy tắt nguồn lửa 10 Bảng 2.1: Giới hạn nổ sổ khí nổ khơng khí điều kiện bìnlĩ thường, theo phần trăm thể tích Khí nổ Mêtan Oxyt cácbon Etan Hiđrô Giới hạn nô (%) Dưới 5,0 12,5 3,2 4,0 Trên 15,0 75,0 12,5 74,0 * Nồng độ ơxi tronịỊ khơng khí Nếu khơng khí mỏ khơng có ơxi nồng độ ơxi q thấp mêtan khơng thể nổ Khí mêtan ngừng nổ nồng độ ơxi khơng khí nhỏ 12 % Ị * Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa hâm lò Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa hầm lò nhiều yếu tố sau: Con người mang vậl dụng phát sinh lửa vào lò (diêm, bật lửa); Sử dụng thuốc no khơng an tồn; Sử dụng thiết bị điện khơng đảm báo tính phịng nổ; Sử dụng vật liệu phi kim loại khơng có khả chông tĩnh điện; Va đập học dụng cụ làm kim loại, ma sát, hàn cắt điện lò; Cháy nội sinh, ngoại sinh * Hâu vu cháy/nơ khí mê tan sau: Vụ cháy/nổ khí mê tan sính lửa với tốc độ cháy 660 (m/s); Nhiệt độ không khí đường lị lên tới 1850°c (khu vực kín 2650°C); Tạo sóng nổ với áp suất lớn (KG/cm2); Nổ khí mê tan có tính chất dây truyền, sau vụ nổ khí mê tan gây áp suất nhiệt độ cao cỉẫn đến vụ no bụi than; Sản phẩm phản ứng cháy/nổ khí mê tan hầm lị khí độc co (CO: Là loại khí cực độc gây chết người với nồng độ khoảng 0,1% co khơng khí nguy đến tính mạng) d) Các biện pháp phịng chống cháy nố khí mêtan Các biện pháp phịng chống cháy nổ khí mê tan sau: Triệt tiêu nguồn lửa phát sinh mỏ hầm lò yếu tố chủ quan người (kiểm sốt, phịng ngừa cán bộ, công nhân viên mang vật dụng phát sinh nguồn lửa vào mỏ hầm lị); Bố trí người thường xun kiếm tra, đo khí gương lị cục lò chợ; Lập biện pháp, quy định phịng ngừa, đảm bảo an tồn cháy nổ khí khai thác than hầm lị; Kiếm sốt hàm lượng khí mê tan vào bầu khơng khí mỏ hầm lò giới hạn cho phép số biện pháp gồm: Thơng gió mỏ hầm lị; Sử dụng hệ thống quan trăc khí mỏ tập trung; Sử dụng thiêt bị điện kiểm định tính phịng no Ngồi ra, cơng tác tun truyền, vận động học tập nâng cao ý thức cán bộ, công nhân viên mang yếu tố định việc phịng ngừa cháy nổ khí mê tan mỏ hầm lị 2.4 Phịng ngừa hiểm họa khí than 3.3.3 Phòng chống co nồ bụi than a) Khái niệm 12 Bụi mỏ tập hợp hạt khoáng vật phân tán, mịn, tham gia vào bầu khơng khí mỏ q trình tiến hành cơng tác có khả tồn trạng thái lơ lửng thời gian tương đối dài b) Nồng độ bụi mổ cách xác định * Phân loại khơng khí theo nồng độ bụi Khơng khí bụi: K < (mg/m3) Khơng khí bụi: K = -M,5 (mg/m3) Khơng khí bụi: K = -MO (mg/m3) Khơng khí bụi: K = 10-^20 (mg/m3) Khơng khí bụi: K < 100 (mg/m3) K - Là trọng lượng bụi tính mg l m3 khơng khí (mg/m3) c) Cơ chế hình thành nổ bụi than, giới hạn nguyên nhân nổ bụi * Cơ chê hình thành cháy, nồ bụi than Có ba điều kiện cần thiết phải diễn đông thời gây vụ cháy bụi than là: Bụi than; Nguồn nhiệt (lửa); Ồxy Những điều kiện hình thành ba đỉnh tam giác cháy bụi than Băng cách loại bỏ điều kiện này, vụ cháy bụi than xảy Nguốu nhiệt, tia lửa liệu Ị\-Ỵ Hình 2.3: Tam giác chảy Mặt khác, với vụ nố bụi than xảy có điều kiện cẩn thiết phải diễn đồng thời bao gồm: Nguồn nhiêu liệu bụi than; Nguồn nhiệt (lửa); Hàm lượng ôxy; Nồng độ bụi than lơ lửng; Khoảng không gian giới hạn Năm điều kiện gọi ngũ giác nổ bụi than Cũng giống tam giác cháy bụi than, loại bỏ điều kiện ngăn chặn vụ nổ bụi than 13 Nguồu nhiệt, tia lừa Kinh 2.4: Ngũ giác nỗ bụi than * Giới hạn nguyên nhân cháy, nô bụi than Hiện tượng cháy, nổ bụi than phản ứng cháy liên tiếp bụi than khơng khí, nhiên, khơng phải bụi than nguyên nhân gây cháy, nổ Loại bụi than tạo tượng cháy, nổ gọi bụi than cháy, nổ Cháy, nổ bụi than kết hợp cứa nhiều yếu tố, tính chất than chất bốc, độ ẩm, hàm lượng tro, cỡ hạt mức độ nguồn lửa Sự kết hợp yếu tố nêu làm cho việc định nghĩa tính chất cháy, nố bụi than trở nên phức tạp Tuy nhiên, cách phân loại chung tính chất cháy, nổ bụi than nhiều nước đưa dựa thành phần chất bốc bảng 2 Bảng 2.2: Phăn loại tính nổ bụi than số nước TT Quốc gia Hàm lượng chất bốc, (%) Nhật Bản > 11 Mỹ > 10 Anh > 15 Pháp > 14 > 16 Đức > 14 Việc phân loại thay đối theo nước từ 10 -ỉ- 16 % hàm lượng chất bốc than Các phân loại dựa điều kiện thử nghiệm nổ bụi than như: mức độ nguồn lửa, cỡ hạt yếu tố khác Mối quan hệ vai trò yếu tố điều kiện thử nghiệm nổ bụi than thể hình 4.5 14 Hình 2.5.Ễ Mơ hình mô tả CO' chế nổ bụi than d) Mối quan hệ bụi than khí mê tan việc hình thành nguy cháy nổ * Nồng độ bụi Giới hạn nổ bụi than là: 16 + 50 (g/m3) Giới hạn nồ là: 1700 -ỉ- 2500 (g/m3)ệ Giới hạn nồ mạnh nhất: 300 -ỉ- 600 (g/m3) Cũng giống mê tan, bụi than không gây nổ nồng độ định mà nổ giới hạn lớn khoảng 2000 -ỉ- 3000 (g/m3) * Sự có mặt mê tan Sự có mặt mê tan làm tăng tính nổ bụi than, cụ thể giảm giới hạn nồ bụi Ví dụ, giới hạn nổ bụi than 40 (g/m3), hỗn hợp với 2% khí mê tan giới hạn giảm xuống 40 - X 12=16 (g/m3) Khi nồng độ khí mê tan 2,5% giới hạn nổ -T- (g/m3) e) Các biện pháp phòng ngừa cháy, nổ bụi than mỏ hầm lò Từ thực tế phân tích nêu cho thấy, để xảy cháy, nổ bụi than mỏ hàm lò phải hội tụ yếu tố gồm: Có tích tụ bụi than đường lò; Bụi than lắng đọng bị tung lên tạo thành mây bụi, nồng độ bụi phù họp; Khoảng khơng gian giới hạn; Khí ơxy; Nguồn lửa với lượng đủ để đánh lửa Trong trường hợp xảy cháy bụi than hội tụ đủ điều kiện (1), (4) (5), đó, cần phải loại bỏ yếu tố đế không xảy cháy bụi than Trong trường hợp xảy nổ bụi than hội tụ đủ yếu tố nêu Vì vậy, yếu tố cần thiết để hình thành nguy cháy, nổ bụi than, biện pháp phòng ngừa cần thực gồm: Ngăn ngừa phát sinh bụi than; Làm lượng bụi sinh ra; Làm tính nồ bụi than; Loại bỏ nguồn đánh lửa * Các biện pháp ngăn ngừa làm bụi than gôm: Bơm nước vào vỉa than; Phun sương máy khấu điểm chât tải; Sử dụng máy khoan thoát phoi nước; 15 Nạp thuốc phân đoạn nước; Nổ mìn có phun nước * Ngăn ngừa nơ khí nguồn đánh lửa: Một điểm quan trọng để phòng ngừa cháy nổ bụi than phịng ngừa no khí nguyên nhân dẫn đến hai yếu tố quan trọng đế cháy nổ bụi than cung cấp nguồn đánh lửa yếu tố làm tung bụi than tích tụ tạo đám mây bụi * Sử dụng bụi đá: Dựa kết nghiên cứu kết cho thấy vai trò bụi đá việc phòng ngừa nô bụi than Theo kinh nghiệm Nhật Bản quy định thông báo số 738 (10/12/1964) Bộ Công thương Nhật Bản với bụi đá: Bụi đá sử dụng ngăn ngừa cháy nả bụi than mỏ hầm lị phải có 45% số lượng hạt có kích cỡ vượt qua cỡ 74 ịim Tùy theo hàm lượng khí cháy nổ áp dụng cách tính hàm lượng bụi đá BÀI PHÒNG NGỪA CÁC HIỂM HỌA VÈ CHÁY MỎ TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ 3.1 Khái quát chung Cháy mỏ tượng cháy xảy mỏ, tượng vô nguy khai thác than hầm lò Sản phẩm cháy sản sinh nhiều loại khí độc theo luồng gió gây chết người, đặc biệt khí co Ngồi ra, cịn nguồn lửa gây cháy nổ khí Mê tan bụi than Phịng ngừa cháy mỏ vấn đề quan tâm lớn cơng tác khai thác than hầm lị Khi cố cháy xảy phải đóng cửa mỏ, thiệt hại không nhỏ mặt kinh tế, xã hội quan trọng gây an toàn khai thác than Điều kiện để cháy xảy gồm: Khí xi Nhiên liệu cháy Nguồn gây cháy (lửa) Tùy theo nguyên nhân phát sinh cháy mỏ, phân thành hai nhóm là: cháy ngoại sinh tác dụng xung lượng nhiệt bên cháy nội sinh than có tính tự cháy 3.2 Nguyên nhân cháy mỏ Cháy mỏ hiểm họa khủng khiếp khơng nồ khí mê tan hay bục nước hầm lị Cháy mỏ xảy từ nguyên nhân nội sinh ngoại sinhề Nội sinh tức khơng cần có lửa mà tự cháy được, cịn ngoại sinh phải có nguồn lửa gây cháy điều kiện thích hợp 3.2.1 Nguyên nhân chảy ngoại sình gồm: Hư hỏng thiết bị điện (nhất ngắn mạch) Vi phạm quy tắc hàn cắt lị Nổ mìn Nổ khí, nổ bụi Ma sát phận máy móc, thiết bị cấu bánh răng, cáp trục, v.vẳ Sử dụng lửa thiếu thận trọng 16 3.2.2 Nguyên nhân cháy nội sinh: Than tự cháy kết q trình ơxi hóa tự tỏa nhiệt than, sau than tiếp xúc với ôxi, phân tử hoạt tính cao bề mặt than xảy phản ứng vật lý với phân tử ôxi, phản ứng hấp thụ hóa học sau xảy phản ứng hóa học, phản ứng tỏa nhiệt Phản úng ôxi than tiêu hao phân tử hoạt tính cao bề mặt than, phá vờ cân phân tử bề mặt than, sinh phân tử hoạt tính cao mới, lúc này, cịn phân tử ơxi, phản ứng ôxi hóa tiếp tục xảy ra, nhiệt độ không ngừng tăng cao, nhiệt độ vượt nhiệt độ giới hạn tăng nhanh, sau đạt đến nhiệt độ điếm cháy, than tự cháy Nguyên lý phát sinh cố than tự cháy phải có đủ yếu tố sau: (1) Than có tính tự cháy (2) Có hàm lượng ơxi > 12% tồn luồng gió cung cấp cho khu vực có than (3) Có xi hóa than (4) Ba điều kiện phải đồng thời xảy địa điếm đồng thời tồn với thời gian đủ dài 3.3 Phòng ngừa hiem họa cháy mỏ khai thác 3.3.1 Phòng ngừa cháy ngoại sinh Tránh dùng vật liệu dễ cháy gần vị trí đế mơ tơ, trạm điện, giếng gió Xây dựng nhà kho chứa riêng đế chứa vật liệu dễ cháy Có mạng điện cố định dễ dàng kiểm tra để phòng tải ngắn mạch Kiểm tra tất nơi có ma sát nguy hiểm nhà trục, puly, phanh, ế v.v Có biện pháp kiểm tra nghiêm cấm người lao động đưa vật dụng, nguồn phát sinh lửa vào lịễ 3.3.2 Phịng ngừa dtáy nội sinh Tính tự cháy than nhân tố nội thể mức độ khó dễ tự cháy, định kết cấu hóa học tính chất vật lý (cấu trúc hữu vô cơ) Đe xác định tính tự chảy mức độ khó dễ ơxy hóa cháy than, thiết phải nghiên cứu từ chất biến đổi hóa học, vật lý than trình ơxy hố Có nhiều phương pháp xác định tính tự cháy than, nước giới sử dụng phương pháp như: phương pháp King-Altman, phương pháp điểm bắt cháy, phương pháp điểm giao nhiệt độ, phương pháp điểm giao nhiệt lượng, phương pháp hấp phụ ôxy trạng thái động trạng thái tĩnh, v.v Các phương pháp không sử dụng đông thời đêu có tính thích ứng riêng, nhung dùng số đặc tính hấp phụ ơxy để làm số phân ỉoại tính tự cháy than, có tính hạn chê Tại Trung Quốc sử dụng số lượng hoạt hóa bắt cháy than làm số xác định tính tự cháy than Đây phương pháp khoa học dùng để xác định đặc tính tự cháy thanệ 3.3.2.1 Năng lượng hoạt hoá bắt cháy than 17 Căn lí thuyêt vận động phân tử chât khí, điều kiện cần đủ để phát sinh phản ứng ôxy than phản úng tương tác hai phân tử, vị trí phát sinh liên kêt phân tử khơng đủ lượng xúc tác xảy phản ứng, làm cho kêt va chạm giũa phân tử khơng xảy phản úng hố học Thực nghiệm chứng minh có sơ phân tứ có lượng cao phân tử phô thông va chạm phương vị định có khả gây phản ứng hoá học Trong động lực học phản ứng hoá học, lượng phát sinh làm tăng hiệu khả liên kết phân tử phản ứng hoá học Lý thuyết tương tác lượng hoạt hoá dùng để hoạt hoá phân tử có lượng thấp nhấtế Năng lượng hoạt hoá phản ứng hoá học lớn, chứng tỏ lượng hoạt hoá yêu cầu cho phân tử trạng thái phổ thơng lớn; lượng hoạt hố nhỏ lượng hoạt hố u cầu cho phân tử trạng thái phổ thông nhỏ Đối với phản ứng hoá học, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng chủ yếu nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác nhân tố khác, vềv Nguyên lý làm tăng tốc độ phản ứng hoá học chất xúc tác giảm lượng hoạt hố Phản ứng ơxy hố cháy than phản ứng nhiều cấp phức tạp, ý nghĩa vật lý lượng hoạt hố khơng làm sở nên tảng cho lượng luỹ kế phản ứng gọi bê lượng hoạt hoá Thực nghiệm chứng tỏ gia nhiệt than điều kiện nhiệt độ tăng dần, q trình ơxy hố cháy than phân chia thành q trình nước, q trình trọng lượng, q trình ơxy hố tăng trọng ỉượng đốt cháy trọng lượng Sau trình nước kết thúc giai đoạn tăng trọng lượng, kết phản ứng hoá học, hấp phụ vật lý phức tạp, trình hấp phụ xy than xảy sau q trình nước, nhiệt độ điểm cong từ trình tăng trọng lượng chuyển sang trình trọng lượng nhiệt độ bắt cháy than,năng lượng hoạt hoá giai đoạn tăng trọng lượng lượng hoạt hố bắt cháy Năng lượng hoạt hố bắt cháy chất phản ứng than tự cháy 3.3.2.2 Q trình thí nghiệm Thí nghiệm phân tích q trình gia nhiệt mẫu than tiến hành máy phân tích gia nhiệt tống hợp TG/DAT loại STA449C Các điều kiện thí nghiệm gồm: mẫu than thí nghiệm nghiền nhỏ có cỡ hạt nhỏ 270 (|!m), tốc độ gia tăng nhiệt độ 5°C min’1, lun tốc khí 02, N2 đưa vào phản ứng 10 (ml/min) 40 (ml/min), mơ hình ơxy hố tự cháy khơng khí Khối lượng mẫu thí nghiệm 13+- 14 mg, phạm vi nhiệt độ phản ứng từ 25 800°c, kết thu đồ thị TG-DSC đồ thị gia tăng nhiệt tương ứng từ hình 3.1 đến hình 3.5 18 DSC /(mW/mg) mlKMT IM í 'C TG/% 100 • \ 400 Temperalure/'C ,ế nJe;'.iori 372 í 'C 500 Hình 3.1 ể Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố 24 Hồng Thái TG mẫu than lị chợ vỉa DSC /(nMí/mg) fk 100 Inledion 619 ‘C Hình 3.2 Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu than lị dọc vỉa mức -35 phân vỉa 6B Thống Nhất 19 TG/% 100 ; Hình 3.3 Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu lị dọc vỉa mức -40 vỉa Quang Hanh t than lit-ỉsiKNt 197 ‘C hidecllcn 4s *c osc /(mVWmg) ị toa* 400 Tempítalurt rc 500 Hình 3.4 Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu than lò dọc vỉa mức +125 vỉa khu Than Thùng Hình 4.4 Q trình ơxy hoả than điều kiện gia nhiệt mẫu than lò chợ vỉa 24 Hồng Thái 20 Ị Hỉ ... ngừa hiểm họa cháy mỏ khai thác mỏ hầm lò Bài 4: Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc khai thác mỏ hầm lò Bài 5: Phòng ngừa hiểm họa khác thường gặp khai thác mỏ hầm lò Bài : Cơng tác ứng cứu có hiểm họa. .. thác xuống sâu bố cục thành bài, với nội dung sau: Bài 1: Đặc điểm khai thác hầm lò xuống sâu hiểm họa xảy giới Việt Nam Bài 2: Phòng ngừa hiểm họa khí Mêtan khai thác mỏ hầm lò Bài 3: Phòng ngừa. .. phịng ngừa hiểm họa khai thác hẩm lò khai thác xuống sâu việc đảm bảo an tồn sức khỏe, tính mạng cho người lao động hầm lò cần đặt lên hàng đầu Học phần phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khai thác