1 78 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Hoàng Hùng Thắng TS Lê Văn Thao TS Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ THOÁT NƯỚC KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU D NG CHO TR NH[.]
78 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Hoàng Hùng Thắng TS Lê Văn Thao TS Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ THƠNG GIĨ THỐT NƯỚC KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU D NG CHO TR NH Đ CAO HỌC QUẢNG NINH – 2020 Trang phụ bìa LỜI NĨI ĐẦU Thơng gió biện pháp để cải thiện điều kiện làm việc nâng cao mức độ an toàn cho ngƣời làm việc hầm lị Thơng gió cịn giải pháp hữu hiệu để phòng chống cháy nổ khí Metan bụi than Cơng việc chủ yếu thơng gió mỏ trì đƣờng lị hoạt động bầu khơng khí sạch, mang lại cho ngƣời làm việc cảm giác nhiệt thích hợp với điều kiện lao động đƣa hàm lƣợng khí độc, khí cháy nổ, bụi mỏ đến mức độ an tồn theo quy định Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu đƣợc biên soạn theo Đề cƣơng môn học Ngành Khai thác mỏ dành cho học viên cao học đƣợc Khoa Mỏ Cơng trình, Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh thơng qua Trong q trình biên soạn, giáo trình tham khảo chọn lọc tài liệu từ sách giáo trình lĩnh vực thơng gió nƣớcchuyên ngành khai thác mỏ trƣờng Đại học, Viện nghiên cứu khoa học, nhƣ hệ thống Quy chuẩn, Quy phạm nƣớc nhằm giúp học viên nâng cao đƣợc lý luận thực tiễn lĩnh vực Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu khơng tài liệu dành cho học viên cao học ngành khai thác mỏ, mà cịn sử dụng để tham khảo cho kỹ sƣ ngành khác nhƣ: Xây dựng mỏ, Xây dựng cơng trình ngầm mỏ, Kinh tế mỏ,… cho nhà khoa học, quản lý mỏ Chương ĐẶC ĐIỂM KHƠNG KHÍ MỎ HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU 1.1 Khái quát chung khơng khí mỏ 1.1.1 Khí trời Xung quanh trái đất có bầu khí dày hàng trăm km thành phần khí hỗn hợp nhiều loại khí O2, N2, CO2, khí trơ; khí có tầm quan trọng đặc biệt sống sinh vật trái đất Nó nhƣ chắn để ngăn cách tia xạ có hại vũ trụ; Là mơi trƣờng điều hồ nhiệt độ nƣớc trái đất; Cung cấp Oxi cho trình sống động vật Khí trời hỗn hợp nhiều chất khí kết hợp với theo tỷ lệ định Thành phần chủ yếu chủ yếu Nitơ, Oxi nƣớc Ngồi thành phần khí trời cịn có lƣợng nhỏ chất khí nhƣ cácboníc, chất khí trơ: Argon, Neon, Kripton, Heli, Ozon, v.v Khơng khí có chứa nƣớc gọi khơng khí ẩm, ngƣợc lại gọi khơng khí khơ Thành phần nƣớc khơng khí ẩm có tỷ lệ thay đổi khoảng rộng từ đến 3% theo trọng lƣợng tuỳ theo vùng địa lý thời gian ngày, năm Thành phần chất khí khơng khí khơ tính theo % đƣợc giới thiệu bảng 1.1 hình 1.1 Hình 1.1 Thành phần khí Bảng 1.1 Tỷ lệ % chất khí khơng khí khơ Tên chất khí Tỷ lệ % theo Ký hiệu hố học Thể tích Trọng lượng Nitơ N2 78,08 75,6 Oxi O2 20,95 23,1 Acgon Ar 0,9325 1,286 Cacbonic CO2 0,03 0,046 Neon Ne 0,0018 0,0012 Heli He 0,0005 0,00007 Kripton Kr 0,00011 0,0003 Xenon Xe 0,000008 0,00004 Ozon O3 1.10-6 - Radon Rn 6.10-8 - 1.1.2 Khơng khí mỏ Khơng khí mỏ hỗn hợp học khí trời loại khí độc, khí cháy nổ, bụi sinh q trình khai thác mỏ Về thực chất khơng khí mỏ khí trời nhƣng vào mỏ bị thay đổi thành phần hàm lƣợng - Sự thay đổi thành phần: Do xuất loại khí độc, khí cháy, bụi mỏ số chất khí khác - Sự thay đổi hàm lƣợng: Hàm lƣợng O2 giảm; khí CO2,, khí độc, khí cháy tăng Hay nói khơng khí mỏ hỗn hợp chất khí nƣớc chứa đầy moong mỏ lộ thiên chứa đầy đƣờng lò mỏ hầm lò, đồng thời chứa lƣợng bụi định Khơng khí mỏ lộ thiên khí trời mỏ lộ thiên, song thành phần có hàng loạt thay đổi, cụ thể nhiều chất khí cháy độc Cịn khơng khí mỏ hầm lị khí trời từ mặt đất vào mỏ qua đƣờng lị bị thay đổi hàng loạt tính chất lý hố Nói chung hàm lƣợng O2 giảm đi, cịn CO2 N2 tăng lên, đồng thời có xuất nhiều chất khí mới, lƣợng bụi tăng lên Ở mỏ hầm lị chất khí bao gồm: - Các khí độc: Các Oxit nitơ (NO, NO2, N2O3, N2O5 ), amôniac (NH3), Sunfuaro (SO2); Oxitcacbon (CO) Sunfuahiđro (H2S), Asen, thuỷ ngân, aldehyde, akrolein, cianua hidro - Các khí nổ: Oxitcacbon (CO), Sunfuahidro (H2S), Metan, Hidro (H2) Cacbuahidro - Các khí có tính phóng xạ: Radơng ( Rn) Thơrom (Th) Các luồng khơng khí mỏ đƣợc phân thành hai loại: - Luồng khơng khí sạch, thành phần gần với thành phần khí trời - Luồng khơng khí bẩn, thành phần khác với thành phần khí trời Luồng khơng khí bẩn là: - Luồng khơng khí có hại, hàm lƣợng N2 CO2 tăng lên O2 giảm - Luồng khơng khí độc, hàm lƣợng oxitcacbon (CO), sunfuahidro (H2S), oxit nitơ, sunfuarơ, cacbonic, v.v tăng lên - Luồng khơng khí cháy nổ, khí chứa nhiều khí nổ khác nhau: CH4, C2H6, H2, CO, v.v - Luồng khơng khí chứa bụi 1.1.2.1 Thành phần chủ yếu khơng khí mỏ Oxi (O2) Oxi chiếm 20,95% thể tích khí trời, chất khí không màu, không mùi không vị, với trọng lƣợng phân tử 32, trọng lƣợng riêng 1,106g/cm3 (so với khơng khí ), Oxi hịa tan nƣớc (5% theo thể tích nhiệt độ 00C), trì cháy thở Oxi có nhiệt độ nóng chảy - 2190C, nhiệt độ sôi -1830C Ở trạng thái tự do, Oxi có khơng khí, khí nƣớc tự nhiên Oxi nguyên tố hoạt động mạnh, có khả kết hợp trực tiếp gián tiếp với tất nguyên tố khác, trừ khí hiếm, tạo nên tƣợng oxi hóa Các nguyên nhân làm giảm hàm lƣợng Oxi khơng khí mỏ bao gồm: - Q trình Oxi hoá từ từ than, gỗ, chất hữu vơ cơ, cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi; - Sự khí tự nhiên CH4, CO2, N2, H2S, SO2, v.v…; - Quá trình nổ mìn, hoạt động động đốt trong; - Sự hô hấp ngƣời sinh vật; - Sự hoà tan Oxi nƣớc mỏ Oxi cần thiết để trì hoạt động sống ngƣời, hàm lƣợng O2 18% ngƣời làm việc điều kiện thiếu Oxi Khi hàm lƣợng O2 = 12% ngƣời phải thở gấp Khi hàm lƣợng O2 = 9% ngƣời bị ngất chết Nếu hàm lƣợng O2 = 3% ngƣời bị chết Tiêu chuẩn quy định theo luật an toàn nhiều nƣớc hàm lƣợng Oxi khơng khí mỏ hầm lò từ 19 đến 20% Ở Việt Nam theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2011/BCT hàm lƣợng Oxi khơng khí đƣờng lị có có ngƣời tối thiểu 20% theo thể tích Nitơ (N2) Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích khí trời, chất khí khơng màu, khơng mùi không vị, với trọng lƣợng phân tử 28, trọng lƣợng riêng 0,97g/cm3 Nhiệt độ sôi -95,70C nhiệt độ nóng chảy -237,80C Nitơ chất khí trơ mặt hố học sinh lý học, khơng trì thở cháy, đồng thời có tác dụng làm giảm tính nổ Metan (ví dụ hỗn hợp khí có 10% CH4 90%N2 khơng thể nổ) Những ngun nhân làm tăng hàm lƣợng nitơ khơng khí mỏ là: - Sự phân huỷ chất hữu - Sự phân huỷ chất vơ (ví dụ nổ hồn toàn kg thuốc nổ Đinamit sinh 640 lít khí, có 135 lít N2) - Sự khí trạng thái tự nhiên qua khe nứt nẻ đất đá khoáng sàng Cacbonic (CO2) Là khí khơng màu, khơng mùi, vị chua, có tính axit yếu, với trọng lƣợng phân tử 44 trọng lƣợng riêng 1,52g/cm3 (vì thường tập trung lị) Là khí hồ tan nhiều nƣớc, khí cacbonic khơng cháy khơng trì cháy, có tác dụng kích thích niêm mạc mắt, mũi mồm, độc mức độ thấp Bảng 1.2 Tác dụng CO2 ngƣời % CO2 (theo thể tích) Tác dụng sinh lý 0,5 Mức độ thở tăng lên 2,0 Mức độ thở tăng lên tới 50% Khó thở nghỉ ngơi Thở khó khăn yếu dần 10 Chỉ chịu đựng đƣợc sau vài phút Những nguyên nhân làm tăng CO2 không khí mỏ bao gồm: - Các q trình phân huỷ chất hữu vơ cơ, Oxi hố từ từ than, phân huỷ cácbonat; - Sự khí CO2 tự nhiên từ khe nứt nẻ đất đá khoáng sàng, từ nƣớc mỏ; - Những trình cháy nổ (cháy mỏ, nổ mìn, nổ khí nổ bụi); - Sự hơ hấp ngƣời sinh vật; - Sự hoạt động động đốt Sự khí CO2 từ đất đá khoáng sàng, qua khe nứt lỗ hổng, với cƣờng độ nhỏ cƣờng độ lớn (ví dụ nhƣ mỏ Gard Pháp, Silezi Balan, số mỏ muối Cộng hoà dân chủ Đức cũ) Ở số mỏ than hầm lò giới xảy khí cacbonic Trên sở lƣợng khí CO2 tính cho than khai thác 24h (độ khí cacbonic tƣơng đối) ngƣời ta phân mỏ than theo hạng sau: Loại I : Cho đến m3CO2/tấn; Loại II : – 10 m3CO2/tấn; Loại III : 10 – 15 m3/tấn; Siêu hạng > 15 m3 CO2/tấn 1.1.2.2 Các loại khí độc, hại sinh trình khai thác mỏ hầm lị Oxit cacbon (CO) Là chất khí khơng màu, không mùi vị, trọng lƣợng riêng 0,97g/cm3, trọng lƣợng phân tử 28, nhiệt độ sôi - 1900C, nhiệt độ nóng chảy - 2070C, hồ tan nƣớc Oxit cacbon chất khí cháy nổ, hàm lƣợng oxit cacbon hỗn hợp khơng khí khoảng 12,5 – 75% tạo nên hỗn hợp nổ nổ mạnh hàm lƣợng 30% Nhiệt độ đốt cháy hỗn hợp nổ 630 – 8100C, với lửa màu xám xanh phản ứng diễn nhƣ sau: 2CO + O2 = CO2 (1.1) Oxit cacbon chất khí độc, tác dụng thể biểu việc hoá hợp với hemoglobin máu, ngăn cản vai trò hoạt động sinh lý máu việc vận chuyển Oxi từ phổi đến mạch máu nhỏ thể Mặt khác, thực tế ngƣời ta thấy Hêmơglobin máu hố hợp vơ dễ dàng với CO so với Oxi gấp 250 – 300 lần Vì hít thở khơng khí CO máu đồng hoá O2, nhƣng lại thay CO máu lƣu thơng Oxit hemoglobin (Hb + O2 = HbO2) lại thay Cacboxit hemoglobin (HbCO) Giữa oxit cacbon hemoglobin đƣợc biểu diễn phƣơng trình sau: Hb + CO = HbCO (1.2) Tình trạng đói O2 bắt đầu thể hít thở phải CO máu hồn tồn bão hịa CO ngƣời chết Phản ứng O2, CO Hb biểu thị phƣơng trình: HbO2 + CO HbCO + O2 (1.3) Nghĩa CO đẩy O2 khỏi oxit hemoglobin ngƣợc lại, O2 thừa đẩy CO khỏi hợp chất cacboxit hemoglobin Các nguồn phát sinh CO khơng khí mỏ bao gồm: Cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi; Nổ mìn, hoạt động động đốt trong; Q trình Oxi hố từ từ than; Đơi từ khống sàng đất đá bao quanh với CH 4, CO2 N2 Hàm lƣợng CO cho phép số nƣớc theo thể tích nhƣ sau: Việt Nam: 0,0017% (Theo QCVN 01: 2011/BCT); Rumani, Balan: 0,002%; Nam Mỹ, Đức: 0,01%; Pháp: 0,05% Sunfua hidro (H2S) Là chất khí khơng màu, mùi trứng thối, vị ngọt, với trọng lƣợng phân tử 34,09, trọng lƣợng riêng 1,19g/cm3, nhiệt độ nóng chảy -830C, cịn nhệt độ sơi -60,2 0C H2S chất khí dễ hồ tan nƣớc, chất khí cháy nổ Hàm lƣợng H2S khơng khí từ 4,5% đến 45% tạo nên hỗn hợp nổ nhiệt độ bốc cháy 3700C Sunfua hidro độc, tác dụng lên niêm mạc mắt hệ hô hấp Các nguồn làm phát sinh H2S mỏ bao gồm: - Sự mục nát chất hữu cơ, đặc biệt gỗ đƣờng lò cũ - Sự phân huỷ perit sunfua canxi, v.v… FeS2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2S + S CaS + CO2 + H2S = CaCO3 + H2S - Sự khí tự nhiên từ khe nứt nẻ đất đá khoáng sản, đặc biệt mỏ muối, mỏ dầu, suối nƣớc khoáng - Do cháy mỏ, nổ mìn Hàm lƣợng tối đa cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam 0,00070%, theo thể tích 10mg/m3, theo trọng lƣợng Sunfuaro (SO2) Là chất khí khơng màu, mùi lƣu huỳnh cháy, vị chua, trọng lƣợng phân tử 64,07, trọng lƣợng riêng 2,22 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy -72,70C nhiệt độ sơi là100C Là chất khí dễ hồ tan nƣớc, độc, ăn mịn mạnh màng niêm mạc mắt hệ hơ hấp Nhờ có mùi đặc biệt SO2 dễ phát hàm lƣợng khơng khí mỏ 0,0005%, theo thể tích Các nguồn phát sinh SO2 bao gồm: - Cháy mỏ; - Nổ mìn, nổ mìn đá quặng có chứa S; - Sự khí tự nhiên với số khí khác Hàm lƣợng SO2 cho phép khơng khí mỏ, theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam 0,00038%, theo thể tích 10g/m3, theo trọng lƣợng 10 Các Oxit nitơ Nitơ kết hợp với Oxi để tạo Oxit sau: NO, N2O, NO2, N2O4, N2O3 N2O5 Trong số Oxit nitơ, NO2 N2O4 Oxit thƣờng gặp khơng khí nổ Đioxit nitơ (NO2) chất khí có màu vàng, trọng lƣợng phân tử 64,01, trọng lƣợng riêng 1,59g/cm3, nhiệt độ sôi -21,20C, nhiệt độ nóng chảy -100C TetraOxit nitơ (N2O4) có trọng lƣợng phân tử 92,02, trọng lƣợng riêng là 3,18g/cm3 Khi nhiệt độ tăng lên têtraxit nitơ chuyển thành Đioxit nitơ Tất Oxit nitơ độc (trừ N2O), chúng kích thích màng miêm mạc mắt quan hô hấp Đặc biệt hàm lƣợng Oxit nitơ 0,025% theo thể tích (0,5mg/lít) ngƣời dễ dàng tử vong Ngun nhân chủ yếu phát sinh ơxýt nitơ khơng khí mỏ nổ mìn 5.Hidro (H2) Là khí không màu, không mùi, không vị, mặt sinh lý khí trơ, nhẹ, trọng lƣợng riêng 0,09g/cm3, nhiệt độ sơi -252,80C, nhiệt độ nóng chảy -259,20C Là khí cháy nổ hàm lƣợng khơng khí 4% ÷ 74% hỗn hợp nổ, nhiệt độ bốc cháy Hidro 100 ÷ 2000C Hyđrơ mỏ than nâu than gầy, mỏ muối kali Nó tìm thấy đất đá xung quanh đƣờng lị, nhƣ than dƣới dạng xì, đơi với Metan, khí cacbonic, nitơ.v.v Ngồi Hidro khơng khí mỏ cịn việc nạp ác quy nổ mìn Hàm lƣợng H2 cho phép khơng khí mỏ 0,5% theo thể tích Amoniac (NH3) Là chất khí khơng màu, có mùi khai, trọng lƣợng phân tử 17,03; trọng lƣợng riêng 0,596g/cm3, nhiệt độ nóng chảy -77,70C, nhiệt độ sơi -33,30C NH3 dễ hồ tan nƣớc, khí độc, kích thích màng niêm mạc mắt mũi, hệ thống hơ hấp da Amoniac sinh mỏ nổ mìn Hàm lƣợng cho phép khơng khí mỏ 0,0025% theo thể tích hay 0,02g/lít Akrolein (CH2CHCOH) Là chất khí khơng màu, trọng lƣợng riêng 1,9g/m3, dễ hồ tan nƣớc Là chất khí độc phân huỷ màng viêm mạc hệ hô hấp, hít phải nồng độ 0,014% nguy hiểm ngƣời 11 Nguyên nhân phát sinh Akrolein hoạt động động đốt điều kiện nhiệt độ cao Hàm lƣợng tối đa cho phép khơng khí mỏ 0,00008% Các Aldehid Các khí aldehiđ bao gồm: axetandehid (CH3COH), benzandehid (C6O5COH), fomandehid (HCOH), Cloral (CCl3COH), v.v Phát sinh hoạt động động đốt Tất aldehid độc, phân huỷ màng miên mạc hệ hô hấp Nguy hiểm số aldehid formandehid, với trọng lƣợng riêng 1,04g/cm3, dễ hoà tan nƣớc Hàm lƣợng tối đa cho phép khơng khí mỏ 0,00037% Các Asen (As), thuỷ ngân (Hg), Hidro xyanua (HCN) Là khí độc, sinh nổ mìn khai thác quặng 10 Axetylen (C2H2) Là chất cháy nổ hỗn hợp với khơng khí Nó sinh khơng khí mỏ nổ mìn 11 Các khí phóng xạ Ở mỏ khai thác quặng ngƣời ta gặp khí phóng xạ nhƣ Radon (Rn), Thoron (Th) Actinon (An) Khi khai thác quặng uran, thƣờng thoát khí có tính phóng xạ Radon Khí Radon phát sinh phân huỷ Uran có chu kỳ bán rã 3,8 ngày Nó chất khí không màu, không mùi không vị Hàm lƣợng Radon tối đa cho phép Hội đồng bảo hiểm quốc tế chống phóng xạ ion, nơi làm việc liên tục 24 tiếng 10-10curi/lít khơng khí Cũng nhƣ Radon, Thorom mỏ khai thác quặng, sản phẩm phân huỷ Thori có chu kỳ bán rã 54 giây Các tính chất Thorom giống nhƣ Radon hàm lƣợng tối đa cho phép khơng khí mỏ theo Hội đồng bảo hiểm quốc tế chống phóng xạ ion giống nhƣ Radon 1.1.2.3 Khí cháy, nổ Metan mỏ than hầm lị Tính chất hóa lý khí Metan Metan chất khí đơn giản số khí thuộc cacbuahidro no 12 Metan chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, trọng lƣợng riêng 0,554g/cm3, trọng lƣợng phân tử 16,03 Metan thoát từ than đất đá vây quanh vỉa than đƣờng lò gây nguy hiểm bầu khơng khí mỏ Trong điều kiện bình thƣờng, khí Metan dạng trơ liên kÕt dạng halogen Mặc dù Metan khí khơng ảnh hƣởng tới q trình hơ hấp nhƣng hàm lƣợng đáng kể khơng khí gây nguy hiểm khí Metan đẩy khí Oxi (4,8% Metan đẩy 1% Oxi) Metan khí có khả cháy nổ Điều kiện cháy nổ khí Metan: Metan cháy có lửa màu lam nhạt, đồng thời sinh khí CO2và nƣớc Khi thiếu Oxi cháy Metan tạo Oxitcacbon (CO), Hidro (H2) nƣớc Nhiệt lƣợng cháy Metan 13.300kcal/kg, nhiệt độ bốc cháy 650 đến 7500 (phụ thuộc hàm lƣợng Metan khơng khí, thành phần môi trƣờng, dạng áp lực cháy) Khi khơng khí có hàm lƣợng Metan từ đến 6% có nguồn lửa bốc cháy, hàm lƣợng lên đến 15% áp suất nhiệt độ tiêu chuẩn hỗn hợp nổ gặp lửa Hàm lƣợng 9,5% nổ mạnh Ở điều kiện bình thƣờng, tăng hàm lƣợng khí Metan 15% không xảy nổ gặp nguồn lửa khơng đủ hàm lƣợng Oxi Nhiệt độ sau nổ Metan không bị giới hạn thể tích 1875oC cịn bị giới hạn 2150 ÷ 2650oC Nổ khí Metan gây sóng thuận khơng khí truyền sóng từ điểm nổ chu vi đƣờng lị cịn sóng nghịch nƣớc chuyển trung tâm điểm nổ Lực tác dụng sóng nổ nghịch yếu sóng nổ thuận Sóng nổ tạo ỏp lc t ữ 20Mpa Nổ khí Metan không đơn giản nổ xong chấm dứt mà có khả nổ tiếp nổ xong tạo xung quanh vùng đà nổ vùng áp suất âm Khí Metan khoảng khơng khai thác khối nguyên dồn cân lại áp suất tạo nên hỗn hợp nổ khác, nhờ gió mang gặp nhiệt độ cao vùng xảy nổ lại gây nổ tiếp Hiện tƣợng nổ xảy dọc theo đƣờng lị có gió qua gọi nổ lặp nổ dây chuyền Metan lµ mét chÊt khí có nhiệt dung riêng cao, bắt lửa không nổ mà có thời gian cảm ứng nhiệt định làm tăng nhiệt độ ®Õn nhiƯt ®é nỉ Thời gian gọi thời gian ủ nhiệt Thời gian giảm nhiệt độ khơng khí tăng hàm lƣợng khí Metan khơng khí giảm, B¶ng1.3 13 Bảng 1.3 Thời gian ủ nhiệt khí Metan Toc 775 875 975 1,08s 0,35s 0,12s 1,15s 0,36s 0,13s 1,25s 0,37s 0,14s 1,30s 0,39s 0,14s 10 1,40s 0,41s 0,15s 12 1,64s 0,44s 0,16s CH4% Căn vào thời gian ủ nhiệt ngƣời ta chế tạo thuốc nổ an toàn cách triệt tiêu lửa trƣớc thời gian ủ nhiệt Metan Các dạng tồn khí Metan khối than, đá Metan tồn khối than đá bao quanh vỉa than trạng thái tự bị liên kết Ở trạng thái tự Metan lấp lỗ rỗng, khe nứt, tầng sâu trạng thái tự Metan tồn trạng thái liên kết Hình 1.2 Sự hấp phụ hấp phụ xâm nhập khí Metan Các dạng liên kết khí Metan với chất rắn đƣợc phân làm 03 loại Hấp phụ: liên kết phân tử Metan với bề mặt chất rắn dƣới tác động lực hút phân tử mà phản ứng hóa học Hấp phụ xâm nhập: Xâm nhập phân tử Metan vào chất rắn tạo “dung dịch rắn”, khơng có phản ứng hóa học Hoạt hóa: Liên kết hóa học nghịch phần phân tử Metan chất rắn Lƣợng khí Metan tồn khối than, đá dạng liên kết hấp phụ 14 Hình 1.3 Sự hấp phụ khí Metan khối than, đá Các dạng khí Metan mỏ hầm lị Metan đƣờng lò mỏ dạng sau: Sự khí từ từ liên tục: Khí Metan bề mặt lộ gƣơng đƣờng thẩm thấu qua khe nứt lỗ rỗng khối than, đá độ sâu theo hƣớng gia tăng áp lực mỏ cách lâu dài, từ từ liên tục theo thời gian Dạng khí đóng vai trị bản, phổ biến đƣờng lị mỏ Lƣợng khí Metan cao độ chứa độ thẩm thấu khí khối than lớn Khi đào lị chạm đến vỉa than, cƣờng độ khí Metan có giá trị lớn sau giảm dần sau ÷ 12 tháng hết Sự khí dƣới dạng xì: Xì khí Metan dạng khí từ khe nứt nhìn thấy đƣợc từ các dải than, đá khối nguyên cách tự nhiên hay khai thác vỉa than với cƣờng độ khơng đƣới 1m3/T theo khu vực khai thác có chiều dài khơng nhỏ 20m Cƣờng độ xì khí Metan đạt từ vài hàng chục nghìn mét khối ngày/đêm, cịn thời gian vài đến vài năm Xì khí trình khai thác đƣợc hình thành nổ mìn điều khiển đá vách Nguy hiểm xì khí làm tăng đột ngột hàm lƣợng khí Metan đƣờng lị dẫn đến nguy tích tự khí Metan thành lớp Để ngăn ngừa xì khí Metan phải 15 sơ tháo khí vỉa than cách khoan tiến trƣớc, lựa chọn phƣơng pháp điều khiển đá vách phù hợp nhƣ tăng lƣu lƣợng gió vào đƣờng lị nguy hiểm xì khí Sự khí Metan đất đá, than vụn: Đây thoát khí Metan cục bộ, tức thời (một vài chục giây) với lƣợng lớn khí (vài trăm đến 500 ngàn mét khối) lúc mang theo lƣợng than đá vỡ vụn đƣờng lị (hàng nghìn tấn) Các ruộng mỏ nằm giới hạn khí Metan đất đá, than vụn tầng phía dƣới đƣợc đƣa vào vùng nguy hiểm bất ngờ Càng tăng độ sâu khai thác tăng số nguy hiểm khí Metan đất đá, than vụn Phụt bất ngờ xảy khí đào đƣờng lị khai thông mở vỉa vào vỉa than nguy hiểm gặp vùng phá hủy kiến tạo lò chợ khai thác than Mức độ nguy hiểm bất ngờ tăng lên độ chứa khí vỉa than tăng theo độ sâu khai thác Các dấu hiệu nhận biết bất ngờ: rung lắc chòong khoan, xáo động vỉa than, đất đá, lở gƣơng, than bị ép vỡ vụn, tăng độ khí Áp lực mỏ, rung lắc thiết bị làm việc, nổ mìn, tập trung ứng suất khối than, đá (than, đá bị lồi ra) làm bất ngờ tăng lên Các phƣơng pháp ngăn ngừa bất ngờ đƣợc chia theo vùng khu vực mỏ Các phƣơng pháp chia vùng bao gồm: bảo vệ vỉa khai thác, sơ tháo khí khối than, đá lỗ khoan, làm ẩm vỉa than lỗ khoan dài dọc theo vỉa than khai thác theo hƣớng nƣớc chảy vỉa Các phƣơng pháp chia thành khu vực bao gồm: Khoan tiến trƣớc gƣơng đƣờng lò hoạt động, bơm nƣớc vào vỉa phía gƣơng, chống tăng cƣờng chống tiến gƣơng đào lò chuẩn bị Metan theo khe nứt từ vỉa than đất đá vây quanh khu công nghiệp khu dân sinh mặt đất Để ngăn ngừa trƣờng hợp phải hút khí Metan qua lỗ khoan từ mặt đất bơm vữa xi măng vào khe nứt Độ chứa khí Metan vỉa than độ khí Metan mỏ than hầm lị a Độ chứa khí Metan vỉa than Độ chứa khí Metan lƣợng khí Metan tự nhiên chứa khối than đất đá vây quanh vỉa than với đơn vị khối lƣợng (m3/t) thể tích (m3/m3) Hiện để xác định độ chứa khí Metan sở lƣợng khí Metan có chứa than nguyên khối, trạng thái khô, không tro, không chất bốc (m3/TKC) 16 Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ chứa khí Metan tự nhiên vỉa than bao gồm: Mức độ biến chất than, khả liên kết, lỗ rỗng, độ thẩm thấu khí, độ ẩm, độ sâu khai thác theo hƣớng dốc, địa chất thủy văn Mức độ biến chất than cao mức độ chứa khí Metan lớn Trong điều kiện than có nhiều lỗ rỗng lƣợng khí Metan chứa nhiều Độ thẩm thấu khí cao khí Metan dễ, dẫn đến độ chứa khí giảm Độ chứa khí Metan vỉa than tăng lên theo hƣớng dốc khai thác vỉa than xuống sâu, lên đến 35m3/t Độ chứa khí Metan đất đá vây quanh vỉa than lên đến 6m3/t Các vỉa than chứa nƣớc tạo điều kiện khí Metan hịa tan nƣớc làm giảm độ chứa khí Khí Metan lên mặt đất theo hƣớng ngƣợc chiều luồng gió tự nhiên chất khí sinh học tạo thành bốn đới khí: Cácboníc, Nitơ, Nitơ - Metan, Metan Giá trị độ chứa khí Metan quan trọng việc đánh giá mức độ nguy hiểm khí Metan khai thác than hầm lò nên đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng Độ chứa khí Metan vỉa than đƣợc xác định q trình thăm dị địa chất chƣa có mỏ Giá trị độ chứa khí đƣợc sử dụng vào việc dự đoán loại mỏ thiết kế khai thác mỏ ban đầu Khi khai thác mỏ, độ chứa khí Metan bị ảnh hƣởng việc khai thông mở vỉa, khai thác mỏ, điều khiển đá vách sử dụng phƣơng pháp làm giảm khí Vì độ chứa khí Metan trực tiếp đƣợc sử dụng để xếp loại mỏ Độ chứa khí Metan vỉa than khu vực khai thác đƣợc xác định theo “Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia an tồn khai thác than hầm lị QCVN 01: 2011/BCT” b Độ khí Metan mỏ than hầm lị: Độ khí Metan mỏ hầm lị đƣợc thơng qua cƣờng độ khí đƣờng lò riêng, khu vực khai thác, vỉa than mỏ - Độ khí Metan tuyệt đối: Lƣợng khí Metan đƣờng lị riêng đơn vị thời gian thƣờng ngày đêm (m3/ngày.đêm) gọi độ khí Metan tuyệt đối Độ khí Metan vỉa than khu vực khai thác đƣợc xác định theo “Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia an toàn khai thác than hầm lò QCVN 01: 2011/BCT” 17 c Xếp loại mỏ nguy hiểm theo khí Metan Căn vào hàm lƣợng hình thức khí Metan q trình khai thác (độ khí Metan tƣơng đối), mỏ than hầm lò đƣợc xếp hạng nhƣ bảng 1.4 Đối với mỏ, khu vực chuẩn bị chƣa xác định đƣợc độ khí tƣơng đối, việc xếp loại mỏ theo khí Metan đƣợc thực cho vỉa vào vào độ chứa khí Metan tự nhiên đƣợc xác định vỉa để xếp loại mỏ theo độ chứa khí Metan tự nhiên quy định bảng 1.5 Bảng 1.4 Xếp loại mỏ theo độ khí Metan tƣơng đối q trình khai thác Độ khí Metan tƣơng đối mỏ Loại mỏ theo khí Metan (m3/T- ngày – đêm) I 80,0 Từ 4,5 đến < > 80,0 >8 Loại mỏ theo khí Metan Siêu hạng 1.2 Các đại lượng vật lý đặc trưng khơng khí mỏ xuống sâu 1.2.1 Trọng lượng riêng khơng khí Trọng lƣợng riêng khơng khí trọng lƣợng khơng khí đơn vị thể tích, ký hiệu : G , ( N/m3) (kG/m3) V Trong đó: 18 (1.4) G - trọng lƣợng đơn vị thể tích khơng khí, N (kG); Thể tích đơn vị khơng khí, m3 1.2.2 Khối lượng riêng khơng khí Khối lƣợng riêng khơng khí khối lƣợng chứa 1m3 khơng khí ký hiệu ρ: M kg/m3 V (1.5) Giữa trọng lƣợng riêng khối lƣợng riêng có mối quan hệ sau: g (1.6) Trong đó: g gia tốc trọng trƣờng, m/s2 Ở điều kiện áp suất khơng khí 760 mmHg nhiệt độ 00c 1,2kg / m 1.2.3 Thể tích riêng Là thể tích đơn vị trọng lƣợng khơng khí, ký hiệu v G (m3/N; m3/kG) M (1.7) 1.2.4 Nhiệt độ không khí mỏ 1.2.4.1 Khái niệm, đơn vị đo Nhiệt độ thông số, biểu thị trạng thái khơng khí Trong thơng gió mỏ thƣờng dùng nhiệt độ khơ ƣớt Nhiệt độ khơ khơng khí nhiệt độ đọc đƣợc nhiệt kế chất lỏng mà mặt ngồi bầu đựng chất lỏng trạng thái khơ bình thƣờng, đƣợc ký hiệu tk đƣợc đo 0C Nhiệt độ ƣớt khơng khí nhiệt độ đo đƣợc nhiệt kế chất lỏng đƣợc làm ƣớt thƣờng xuyên lớp vải mỏng nhúng bình nƣớc nguyên chất, ký hiệu tƣ, 0C Ngoài đơn vị bách phân (celsius) ngƣời ta dùng đơn vị kelvin (0K) để biểu thị nhiệt độ khơng khí Quan hệ thang đo nhiệt độ : T = 273 + t 19 , 0K (1.8) 1.2.4.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới nhiệt độ khơng khí mỏ Nhiệt độ khơng khí ngồi trời; Nhiệt độ sinh trình: Ngƣời thải nhiệt, vi sinh vật hoạt động, q trình oxi hố than ; Nhiệt độ sinh tổn hao điện thiết bị điện; Do địa nhiệt; Trong yếu tố khai thác xuống sâu địa nhiệt đóng vai trị chủ yếu Địa nhiệt có hai cách biểu diễn: Địa nhiệt cấp số mét xuống sâu để nhiệt độ tăng lên 0C; Địa nhiệt suất số độ bách phân tăng lên xuống sâu 100 m 1.2.5 Độ nhớt Là tính chất dịch thể cản lại chuyển động phân tử mặt phân tử khác Nguyên nhân độ nhớt ma sát phân tử Độ nhớt khơng khí đƣợc đặc trƣng độ nhớt động Trong hệ thống đo lƣờng quốc tế, độ nhớt động lực đƣợc đo N.s/m2 Độ nhớt khơng khí tăng với tăng nhiệt độ Khi nhiệt độ t = 00c, áp suất p 760mmHg = 1,712.10-6 Ngồi độ nhớt động lực ngƣời ta cịn sử dụng độ nhớt động học ,[m / s ] , (1.9) 1.2.6 Độ ẩm khơng khí Hỗn hợp khơng khí khơ nƣớc gọi khơng khí ẩm Khí trời nhƣ khơng khí hầm lị ln ln chứa lƣợng nƣớc định Sự tồn nƣớc không khí gọi độ ẩm khơng khí Độ ẩm khơng khí bao gồm độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm bão hòa độ ẩm tƣơng đối 1.2.6.1.Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối khơng khí lƣợng nƣớc tính kg chứa m3 khơng khí ẩm Ký hiệu độ ẩm tuyệt đối d, đơn vị đo kg/m3 1.2.6.2 Độ ẩm bão hoà Độ ẩm bão hoà trọng lƣợng nƣớc tối đa chứa m3 khơng khí Ký hiệu độ ẩm bão hoà D, đơn vị đo kg/m3 20 ... giảm, B¶ng1.3 13 Bảng 1. 3 Thời gian ủ nhiệt khí Metan Toc 775 875 975 1, 08s 0,35s 0 ,12 s 1, 15s 0,36s 0 ,13 s 1, 25s 0,37s 0 ,14 s 1, 30s 0,39s 0 ,14 s 10 1, 40s 0,41s 0 ,15 s 12 1, 64s 0,44s 0 ,16 s CH4% Căn... nhằm giúp học viên nâng cao đƣợc lý luận thực tiễn lĩnh vực Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu khơng tài liệu dành cho học viên cao học ngành khai thác mỏ, mà cịn sử... theo quy định Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu đƣợc biên soạn theo Đề cƣơng môn học Ngành Khai thác mỏ dành cho học viên cao học đƣợc Khoa Mỏ Cơng trình, Trƣờng