luận văn thạc sĩ kỹ thuật đầu tư mở rộng sản xuất mỏ than mạo khê công suất 1 600 000 tấnnăm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài- Kết quả đánh giá hiện trạng phương pháp phòng chống cháy nội sinh tại diệnsản xuất vỉa 10 TBII Công ty than Mạo Khê - TKV phục vụ cơ sở xây dựng

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế thì nhu cầu về thantiêu thụ trong nước và xuất khẩu sẽ tăng nhanh trong thời gian tới Để thoả mãn nhucầu trên, ngành than đã có quy hoạch phát triển sản lượng khai thác dự kiến đạt 56 

62 triệu tấn vào năm 2020 và 70  75 triệu tấn vào năm 2025 Tuy nhiên theo dự báonhu cầu tiêu thụ than Việt Nam vào năm 2020 cần 77  80 triệu tấn Khai trường khaithác than lộ thiên ngày càng khó khăn về diện sản xuất, thời gian tới sản lượng khaithác lộ thiên sẽ giảm đáng kể Để hoàn thành kế hoạch đặt ra phải tăng tỷ lệ khai thác

ở các mỏ than hầm lò, đặc biệt phải tổ chức khai thác được ở những nơi có điều kiệnkhó khăn, luôn tiềm ẩn các nguy cơ xảy ra sự cố như: Bục nước, cháy nổ khí mê tan,cháy nội sinh

Hiện tại Công ty than Mạo Khê - TKV đang khai thác than các tầng -80/-25 và

tầng -150/-80 theo dự án “Đầu tư mở rộng sản xuất Mỏ than Mạo Khê công suất 1.600.000 tấn/năm”; sản lượng năm 2018 của mỏ đạt 1.680.000 tấn

Trong năm 2017 và 2018 Công ty than Mạo Khê -TKV đã xảy ra 02 vụ cháynội sinh tại diện sản xuất vỉa 10 TBII tầng -80/-25, nên công tác phòng chống cháy nộisinh là hết sức quan trọng không những đảm bảo an toàn cho người lao động mà còn làbiện pháp hữu hiệu để tiến hànhkhai thác những vỉa than có tính tự cháy cao

Trong những năm gần đây tốc độ tăng trưởng của ngành than phát triển mạnh,trong đó tỷ trọng về khai thác than hầm lò ngày càng tăng Do vậy công tác phòngchống cháy nội sinh tại các vỉa có nguy cơ tự cháy cao để nâng cao sản lượng của mỏtrở lên cần thiết

Đối với Công ty than Mạo Khê - TKV việc nghiên cứu giải pháp phòng chốngcháy nội sinh tại diện sản xuất có nguy cơ tự cháy cao là vấn đề hết sức cần thiết

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Từ yêu cầu về việc phải tăng sản lượng khai thác trong những năm tới và điềukiện thực tế, các diện khai thác của Công ty than Mạo Khê - TKV Một trong nhữngvấn đề khó khăn khi khai thác than hầm lò là công tác phòng chống cháy nội sinh

Vì vậy, Đề tài “Nghiên cứu đề xuất một sốgiải pháp chống cháy hợp lý trong quá trình khai thác vỉa 10 cánh Bắc, Công ty than Mạo Khê-TKV” là mang tính cấp

thiết nhằm duy trì phát triển, sản xuất ổn định ở Công ty Than Mạo Khê - TKV nóiriêng và ngành công nghiệp khai khoáng ở nước ta nói chung

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Đánh giá hiện trạng phòng chống cháy tại các mỏ trong Tập đoàn TKV, đề xuấtcác giải pháp phòng chống cháy nhằm đảm bảo an toàn sản xuất tại Mỏ than Mạo Khê

- Lập phương án phòng chống cháy tại diện sản xuất vỉa 10 TBII tầng -150/-80

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Đặc điểm chung về mỏ than Mạo Khê hiện nay

- Nghiên cứu, phân tích và đánh giá công tác phòng chống cháy tại các mỏ trongTập đoàn TKV và đề xuất các biện pháp phòng chống cháy tại Công ty Than Mạo Khê

- TKV

- Lập phương án phòng chống cháy tại diện sản xuất vỉa 10 TBII tầng -150/-80 –Công ty Than Mạo Khê - TKV

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp phòng chống cháy nội sinh tại Công tyThan Mạo Khê - TKV

- Phạm vi nghiên cứu: Công ty than Mạo Khê - TKV

5 Các phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu nhập xử lý dữ liệu

- Phương pháp tổng hợp và phân tích các tài liệu liên quan đến công tác phòngchống cháy nội sinh ở các mỏ khai thác hầm lò

- Phương pháp thực nghiệm: đo đạc và khảo sát tình hình phòng chống cháy tạiCông ty Than Mạo Khê- TKV

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả đánh giá hiện trạng phương pháp phòng chống cháy nội sinh tại diệnsản xuất vỉa 10 TBII Công ty than Mạo Khê - TKV phục vụ cơ sở xây dựng các giảipháp khai thác đảm bảo an toàn sản xuất, nâng cao hiệu quả tận thu than tại các vỉathan có tính tự cháy cao

- Phương pháp nghiên cứu nhằm hoàn thiện công tác phòng chống cháy nội sinhđáp ứng yêu cầu sản xuất khi mỏ khai thác ở vỉa than có tính tự cháy cao, có thể sửdụng tham khảo cho các mỏ than khác có hiện tượng than tự cháy

7 Cơ sở tài liệu

- Các tài liệu khảo sát địa chất, trắc địa của Mỏ than Mạo Khê

- Các tài liệu thiết kế mỏ, hệ thống khai thác, công nghệ khai thác của Mỏ thanMạo Khê

- Các tài liệu trong thư viện trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh liên quan đến

đề tài

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: Phần mở đầu, 3 chương và kết luận chung, bảng biểu và hình vẽbao gồm: 16 bảng biểu và 26 hình vẽ, phần tài liệu tham khảo minh họa

Luận văn được hoàn thành tại Quảng Ninh, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM HIỆN TRẠNG KHU MỎ

Công ty Than Mạo Khê - TKV thuộc địa phận thị xã Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh.Hiện đang khai thác khấu vét tầng -80/LV và khai thác tầng -150/-80 ở cả cánh Bắc và cánhNam, với công suất khoảng trên 1,6 triệu tấn, theo các thiết kế kỹ thuật của Dự án Đầu tư

mở rộng sản xuất Công ty than Mạo Khê - TKV Theo các thiết kế này, ở cánh Bắc huyđộng khai thác các vỉa: 10, 9b, 9, 8, 7, 6, 5, 3, ở cánh Nam huy động khai thác các vỉa: 9a, 9,

8, 8a

Đối với vỉa 10 cánh Bắc, hiện Công ty đang khai thác ở các lò chợ: lò chợ mức

-80/-25 khu TB.II; lò chợ mức 80/-25/+32 khu TB.I; lò chợ mức +32/+94 và lò chợ mức +220/LVkhu ĐB.I, với các loại hình công nghệ khai thác, như: (1) Với các khu vực vỉa có góc dốc 

≤ 400áp dụng công nghệ khai thác cột dài theo phương, khai thác lò chợ chống cột thủy lựcđơn xà khớp, khấu than bằng khoan nổ mìn, điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hỏatoàn phần; (2) Với các khu vực có góc dốc vỉa  ≥ 400áp dụng công nghệ khai thác lòDVPT, khấu than bằng khoan nổ mìn, điều khiển đá vách bằng phương pháp phá hỏa toànphần

Tuy nhiên, tháng 01/2017 trong quá trình đào lò và khai thác các phân tầng của lò chợmức -80/-25 khu TB.II phát hiện than vỉa 10 có dấu hiệu tự cháy (hàm lượng khí CO tăngcao, tại phân tầng mức -38 hàm lượng khí CO lên đến 344ppm) Công ty đã thực hiện nhiềubiện pháp nhằm làm giảm hàm lượng khí, nhưng hàm lượng khí CO không có xu hướnggiảm nên đã dừng toàn bộ diện sản xuất này từ ngày 14/01/2017

Đến tháng 4 năm 2018, Công ty tiến hành khôi phục lại diện sản xuất vỉa 7 TBII tầng-80/-25, đến tháng 10 năm 2018 trong quá trình đào lò DVT -14 Đông vỉa 10 TBII tầng -80/-25 lại xảy ra hiện tượng cháy nội sinh nên đã thi công các tường chắn cách ly, bơm xảkhí ni tơ vào vùng cách ly và dừng diện sản xuất trên từ tháng 10 năm 2018

Để đưa các lò chợ vỉa 10 cánh Bắc trở lại khai thác cần có các giải pháp phòng chốngcháy nội sinh để triển khai áp dụng vào phục vụ sản xuất đảm bảo an toàn cho người laođộng

1 HIỆN TRẠNG KHU MỎ MẠO KHÊ

1.1 Tài nguyên

Trữ lượng địa chất khoáng sàng (cánh Bắc và cánh nam) từ -25  -150 tính đến31/12/2009 là 42 668 ngàn tấn, trữ lượng địa chất huy động là 22 480 ngàn tấn, tươngứng với 16 404 ngàn tấn trữ lượng công nghiệp

1.2 Khai thông khai trường

1.2.1 Mức -25

Đã được khai thông bằng một đôi giếng nghiêng ở cánh Bắc từ -25/+27,5, giếngchính có góc dốc 160 đặt băng tải, giếng phụ có góc dốc 250 đặt trục tải Hiện đang làmnhiệm vụ thông gió cho mỏ.

+ Mức thông gió: lò bằng xuyên vỉa TBI -25 và lò dọc vỉa đá -25

+ Mức vận tải -80: Từ lò xuyên vỉa TBI -80 đào các đường lò dọc vỉa đá -80 về 2cánh của khu, mở các cúp vào vỉa, đào lò dọc vỉa than và thượng mở lò chợ

- Từ mức -80/-150:

+ Mức thông gió: lò bằng xuyên vỉa TBI -80 và lò dọc vỉa đá -80

+ Mức vận tải -150: Từ lò xuyên vỉa TBI -150 đào các đường lò dọc vỉa đá -150

về 2 cánh của khu, mở các cúp vào vỉa, đào lò dọc vỉa than và thượng mở lò chợ

Cả 2 mức trên, trong mỗi vỉa than tiến hành đào các lò dọc vỉa đá ở lớp đá trụ vỉa và

từ các lò dọc vỉa đá đào các cúp xuyên vỉa với chiều dài 40  50m tới các vỉa than Chuẩn

bị khai thác theo phương pháp khấu đuổi có lò dọc vỉa đá tiến trước

1.4 Hệ thống khai thác

Trong quá trình khai thác tùy theo điều kiện địa chất vỉa, mỏ áp dụng chủ yếumột số các hệ thống khai thác sau:

- Hệ thống khai thác chia lớp, lò chợ liền gương, khấu than bằng khoan nổ mìn,

lò chợ chống gỗ, điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần, áp dụng cho các vỉa có

Phương pháp khấu than từ trước đến nay chủ yếu đều bằng khoan nổ mìn, xúcbốc thủ công, chống giữ lò chợ bằng gỗ, cột thuỷ lực đơn, giá thuỷ lực di động Điềukhiển đá vách bằng phá hoả toàn phần đối với vỉa thoải, để lại cũi lợn cố định đối vớivỉa dốc

1.5 Thông gió mỏ

Theo quyết định số 279/QĐ-BCT ngày 25 tháng 01 năm 2017 của Bộ CôngThương về việc: “Xếp loại mỏ theo khí Mêtan năm 2017”, vỉa 10 TB.II được xếp siêuhạng về khí mỏ Theo quyết định số 1059/QĐ-BCT ngày 02/03/2010 của Bộ côngthương về việc xếp loại mỏ theo khí Mê tan, các vỉa 6, 7, 8, 9 và 9b Cánh Bắc, Vỉa 8Cánh Nam từ mức -150  +30 mỏ than Mạo Khê được phân loại mỏ siêu hạng về độxuất khí mê tan

- Hiện tại, Công ty than Mạo Khê - TKV đang áp dụng sơ đồ thông gió hút với

04 trạm quạt gió chính hoạt động liên tục 365/365 ngày trong năm, cụ thể như sau:+Trạm quạt FBCDZ-35 mức +120 (có 01 quạt hoạt động, 01 quạt dự phòng) hoạtđộng với góc lắp cánh -20, Lưu lượng: 145 m3/s, Hạ áp: 320 mmH20

+ Trạm quạt FBCDZ-27 mức +45 (có 01 quạt hoạt động, 01 quạt dự phòng) hoạtđộng với góc lắp cánh -2,50, Lưu lượng: 90 m3/s, Hạ áp: 280 mmH20

+ Trạm quạt 2K56 mức +69 (có 01 quạt hoạt động, 01 quạt dự phòng) hoạt độngvới góc lắp cánh 350, Lưu lượng: 95 m3/s, Hạ áp: 300 mmH20

+ Trạm quạt FBCDZ-17mức +25 Tràng khê (có 01 quạt hoạt động, 01 quạt dựphòng) hoạt động với góc lắp cánh +2,50, Lưu lượng: 47 m3/s, Hạ áp: 126 mmH20.Thông gió cho các gương lò, sử dụng quạt gió có công suất từ 5,5 đến 37x2KW,ống gió vải Ø500- Ø1000mm

1.6 Thoát nước mỏ

Thoát nước bao gồm thoát nước mặt và thoát nước trong lò Hiện tại hệ thốngthoát nước của các mặt bằng mỏ thông qua hệ thống rãnh xây đá hộc thoát ra hệ thốngsuối hiện có của khu vực

Thoát nước trong lò:

* Hiện nay Công ty có 03 trạm bơm TT tại (-25), (-80), (-150)

- Trạm bơm trung tâm (-25):

+ Bố trí thiết bị trong trạm bơm: bố trí 05 bơm có Q= 200m3/h và H=125m, trong

đó 02 bơm sẵn sàng hoạt động, 03 bơm dự phòng

- Trạm bơm trung tâm (-80):

+ Bố trí thiết bị trong trạm bơm: bố trí 09 bơm cao áp 6KV, có Q= 1250m3/h vàH=125m; 02 bơm hạ áp có Q= 200m3/h và H=125m Trong đó 05bơm cao áp và 01bơm hạ áp sẵn sàng hoạt động; 04 bơm cao áp và 01 bơm hạ áp dự phòng

- Trạm bơm trung tâm (-150):

+ Bố trí thiết bị trong trạm bơm: bố trí 06 bơm cao áp có Q= 1250m3/h vàH=125m; 02 bơm hạ áp có Q= 200m3/h và H=125m, trong đó 02 bơm cao áp và 01bơm hạ áp sẵn sàng hoạt động, 04 bơm cao áp và 01 bơm hạ áp dự phòng

1.7 Vận tải

- Vận tải than ở lò chợ bằng máng cào, máng trượt.

- Vận tải than ở các lò dọc vỉa than bằng máng cào, băng tải

- Vận tải ở lò xuyên vỉa và các lò dọc vỉa đá bằng tàu điện ắc quy AM-8, xe goòng3T, cỡ đường 900mm

- Vận tải qua giếng: Than qua giếng nghiêng chính bằng băng tải Đất đá, thiết bịvật liệu qua giếng phụ bằng hệ thống trục tải

- Gỗ, vật liệu, thiết bị được ôtô chở đến mặt bằng 56, mặt bằng cửa giếngnghiêng phụ -25 và mặt bằng cửa giếng nghiêng phụ -80

1.8 Hệ thống cấp nước

Mỏ hiện nay đã có hệ thống cấp nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuấttrên các mặt bằng và các cụm dân cư thuộc mỏ quản lý Nguồn cung cấp nước lấy từgiếng khoan của mỏ, vị trí giếng cách văn phòng khoảng 700m Nước từ giếng qua hệthống máy bơm có Q80m3/h dẫn theo tuyến ống chính 200 và rẽ nhánh về các hộtiêu thụ trên mặt bằng cụ thể như sau:

1.10 Hệ thống thông tin liên lạc

Hiện tại mỏ than Mạo Khê đang thực hiện các loại thông tin liên lạc sau:

Tại khu vực Văn phòng trang bị máy điện thoại tự động trực thuộc bưu chínhviễn thông Quảng Ninh

Tại khu Văn phòng đang sử dụng tổng đài điện thoại tự động dung lượng 150 số

các khu vực khai thác hầm lò, các đối tượng có liên quan trong điều hành sản xuấttrong dây chuyền sản xuất trong khu vực.

1.11 Các công trình kiến trúc xây dựng

Công ty than Mạo Khê - TKV đã được tiếp quản, khôi phục và phát triển từ năm

1955 cho đến nay, hiện đang khai thác vì thế trên mặt bằng sân công nghiệp đã đượcxây dựng một số các hạng mục công trình:

+ Tại MB khu Mạo Khê I đã xây dựng các hạng mục công trình như: Nhà tắm,nhà nấu nước nóng, trạm khí nén, nhà đèn, nhà giặt sấy quần áo, ga ra xe đạp xemáy…để phục vụ sản xuất và xưởng sàng công suất 1triệu tấn/năm

1.12 Các mặt bằng mỏ

a Khu Văn phòng mỏ:

Khu văn phòng nằm trong khu vực phường Mạo Khê, mặt bằng được bố trí tạitrung tâm khu dân cư Các công trình hiện có bao gồm: Nhà văn phòng, các nhà làmviệc, nhà ăn, nhà khách, nhà thường trực, ga ra ôtô Các công trình được xây dựng vớiqui mô và trang thiết bị tương đối hiện đại đảm bảo cho nhu cầu làm việc và điều hànhsản xuất của mỏ

b Mặt bằng sân công nghiệpMạo Khê I

Mặt bằng sân công nghiệp Mạo khê I đã được san gạt tương đối hoàn chỉnh vớidiện tích khoảng 26ha, cốt cao trung bình +14 Trên mặt bằng đã xây dựng các côngtrình để phục vụ thi công mức -80, -150 bao gồm: Trung tâm Điều hành sản xuất,Trạm điện, nhà giao ca, nhà tắm, xưởng Cơ khí - Xây dựng, phân xưởng Ô tô…

1.13 Tổ chức sản xuất của mỏ

- Chế độ làm việc hiện nay của mỏ:

+ Số ngày làm việc 1 năm: 300ngày (nghỉ ngày lễ và chủ nhật)

+ Số ca làm việc 1 ngày: 3 ca (gián tiếp làm việc 1 ca)

+ Số giờ làm việc 1 ca: 8h

lò chợ TB.II mức -150/-80 vỉa 10 để thiết kế mẫu Trên cơ sở lò chợ thiết kế, trong quátrình khai thác các lò chợ vỉa 10, Công ty có thể lập các giải pháp khai thác tương tự.

2.2 Khái quát chung điều kiện của lò chợ thiết kế

2.2.1 Đặc điểm địa chất

2.2.1.1 Địa hình

Bề mặt địa hình cốt cao địa hình từ +30 đến +120 Vị trí tuyến IIa có miếu thờ(đền Khe) Địa hình là thung lũng lòng suối, suối chảy theo phương Tây bắc - Đôngnam, đầu lộ vỉa nằm trùng với lòng suối Phần đầu lộ vỉa đã được khai thác Lộ thiên và

đã được hoàn thổ môi trường Từ tuyến IIa đến tuyến II trên mặt địa hình suối Văn Lôichảy qua đường sang bên vách vỉa và trên lòng moong đã khai thác Từ tuyến II đếntuyến Ia suối chảy về phía trụ vỉa rồi chảy sang vỉa 9b Trên địa hình có tuyến đườngvận chuyển từ nhà sàng lên các diện vỉa 10 chạy song song với suối Văn Lôi và phầnđầu lộ vỉa đoạn từ tuyến II - IIa

2.2.1.2 Cấu tạo vỉa

Vỉa 10 cánh Bắc từ tuyến Ia đến tuyến IIa, chiều dài theo phương là 486m vỉathan có cấu tạo phức tạp, tương đối ổn định, số lớp đá kẹp từ 1  4 lớp, chiều dày lớp

đá kẹp từ 0,17  0,83m, trung bình 0,5m Thành phần đá kẹp là sét kết phân lớpmỏng, độ cứng f = 2  4 Chiều dày vỉa than thay đổi từ 2,58 3,44m, trung bình3,14m (chiều dày toàn vỉa) Vỉa 10 cánh Bắc mức -150/-80 TB.II có độ dốc vỉa biếnđổi từ 35  650, độ dốc vỉa có xu hướng tăng dần từ Đông sang Tây, độ dốc vỉa trungbình 470 Đặc điểm đá vách, trụ vỉa: vỉa 10 cánh Bắc mức -150/-80 TB.II đôi chỗ cólớp vách giả là sét kết, sét than bở rời, độ cứng f = 1  3 Vách trực tiếp là bột kếttương đối rắn phân lớp mỏng tách lớp, đá nứt nẻ cao, chiều dày thay đổi từ 5,5 12,0m, trung bình 8,0m, độ cứng f = 4  8 Vách cơ bản là đá cát kết phân lớp trungbình đến dày, rắn chắc, chiều dày thay đổi từ 45,2  90.5m, trung bình 70,5m, độcứng đá f = 8  10 Trụ trực tiếp là sét kết xen kẹp các lớp than mỏng, tương đối mềmyếu, gặp nước dễ bị trương nở, bóc lớp gây bùng nền, độ cứng f = 2  3, chiều dàytrung bình 3,5m Than trong vỉa có tính tự cháy loại II đến III, mức độ cháy từ thấpđến trung bình, thời gian ủ nhiệt của than từ 296  655 ngày

2.2.1.3 Trữ lượng và chất lượng than

Than vỉa 10 cánh Bắc mức -150/-80 TB.II chủ yếu là than cám, màu đen ánh

kim, mềm yếu, bở rời, phân lớp vừa đến mỏng Độ cứng than f = 12, độ tro than sạchđịa chất trung bình 28,47 %, độ tro nguyên khai 35,2 % Than trong vỉa có tính tự cháythuộc nhóm II và III, có khả năng tự cháy từ thấp đến trung bình Thời gian ủ nhiệt từ

296 đến 655 ngày

Trữ lượng huy động của khu vực lò chợ 155.184 tấn, trữ lượng than nguyên khai263.647 tấn

3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỰ CHÁY CỦA THAN VỈA 10 CÁNH BẮC, CÔNG TY THAN MẠO KHÊ - TKV

3.1 Quá trình tự cháy của than

3.1.1 Khái niệm về sự tự cháy của than

Than tự cháy được hiểu là sự cháy âm ỉ các vỉa than trong lòng đất hoặc các đốngthan đã khai thác được lưu kho cũng như ở các bãi thải Sự ôxy hóa của than với ôxytrong không khí tại bề mặt hoặc các khe nứt của than tạo ra quá trình ôxy hóa nhờ cácphản ứng hóa học tỏa nhiệt Điều này dẫn đến sự tăng nhiệt độ trong khối than Quátrình này được gọi là “tự cháy”, là nguyên nhân chính gây cháy cho các vùng than trêndiện rộng Quá trình tự cháy có thể được thúc đẩy nhanh hơn do tác động của conngười

3.1.2 Cơ chế và điều kiện ảnh hưởng đến hiện tượng tự cháy

Hiện nay, hiện tượng than tự cháy được giải thích theo các hướng khác nhau dựatrên các nghiên cứu độc lập, riêng biệt với tính chất các vỉa than khác nhau, điều kiệnđịa chất khác nhau Quá trình dẫn đến sự tự cháy được khái quát như sau:

- Quá trình ôxy hóa than xuất hiện khi ôxy phản ứng với chất ôxy hóa như than.Phản ứng này chuyển từ dạng phản ứng vật lý sang phản ứng hóa học tùy thuộc điềukiện nhiệt độ

- Phản ứng ôxy hóa sinh nhiệt, CO, CO2 và hơi nước

- Nếu nhiệt độ sinh ra từ phản ứng ôxy hóa bị phân tán, nhiệt độ của than sẽkhông tăng Ngược lại, khi nhiệt của phản ứng ôxy hóa bị tích tụ, nhiệt độ của thantăng

- Ở nhiệt độ cao (1000C), lượng ẩm trong than giảm đi, tốc độ phản ứng ôxy hóađược đẩy mạnh

3.1.3 Nguyên nhân của hiện tượng than tự cháy

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hiện tượng cháy nội sinh như

Ba Lan, Nhật Bản, Nga, Đức…Các tác giả đã tổng kết những nguyên nhân sinh ra hiệntượng cháy nội sinh phụ thuộc vào các yếu tố về bản chất của than và yếu tố tác độngbên ngoài Các yếu tố bản chất của than như bản chất tự nhiên của than, tính chất than,vỉa than Các yếu tố tác động bên ngoài như không khí, yếu tố địa chất, điều kiện côngtác mỏ

- Yếu tố bản chất: tuổi than (mức độ biến chất của than), thành phần thạch học,tính vỡ vụn, cỡ hạt, diện tích bề mặt tiếp xúc của than, độ ẩm/hơi nước, thành phần lưuhuỳnh trong than, hoạt động vi khuẩn

- Yếu tố bên ngoài: Điều kiện khí hậu, nhiệt độ, áp suất khí quyển, hàm lượngôxy, điều kiện địa chất, vỉa than, địa tầng, chiều dày vỉa, góc nghiêng, tính chất hangcác tơ, phay phá, nguy cơ phụt than, độ vỡ vụn, chiều sâu lớp đất phủ Điều kiện mỏ:

Phương pháp khai thác, tốc độ tiến gương, điều kiện trụ than, điều kiện, vách - trụ,mức độ phá vỡ, lưu than trong lò, ảnh hưởng của gỗ chống lò và các chất thải hữu cơ,

rò gió, khai thác nhiều vỉa, tổn thất than, khu vực đã kết thúc khai thác, nhiệt từ cácmáy móc, chèn lò, hệ thống thông gió và lưu lượng gió, áp suất thông gió, phươngpháp lưu kho

Như vậy, việc phát hiện sớm cháy nội sinh trong mỏ được thực hiện thông quathí nghiệm xác định mức độ tự cháy, thời gian ủ nhiệt và gây cháy của than Quá trình

ủ nhiệt là quá trình hấp thụ oxy của than có tính tự cháy và tỏa nhiệt Nhiệt lượng tỏa

ra sẽ làm cho than nóng lên và kích thích quá trình oxy hóa than diễn ra mạnh hơn.Quá trình này tiếp diễn đưa than đến nhiệt độ tự cháy

Một trong những dấu hiệu để phát hiện đám cháy nội sinh là sự xuất hiện của khí

CO với nồng độ 0,01% hoặc cao hơn cũng như sự xuất hiện của các sản phẩm của quátrình oxy hóa như hydro (H2), axetylen (C2H2), etan (C2H6) và sự hao hụt nồng độoxy trong không khí Do đó, trong quá trình khai thác than cần thiết phải thường xuyên

đo, phân tích nồng độ không khí trong các đường lò để có được các dấu hiệu sớm về

sự xuất hiện của đám cháy nội sinh trong mỏ

3.2 Nghiên cứu xác định tính tự cháy của than vỉa 10 cánh Bắc

Để nghiên cứu, xác định tính tự cháy của than tại vỉa 10 cánh Bắc, Công ty thanMạo Khê - TKV, ngay sau khi xử lý xong sự cố cháy nội sinh tại diện khai thác vỉa 10TBII tầng -80/-25 (đầu năm 2017), Viện Khoa học Công nghệ Mỏ tiến hành lấy mẫuthan, thí nghiệm phân tích tính tự cháy của than Số lượng mẫu lấy gồm: 13 mẫu tạicác vị trí khác nhau thuộc vỉa 10 cánh Bắc, Công ty than Mạo Khê - TKV Các mẫuđược phân tích xác định tính tự cháy tại Trung tâm An toàn mỏ của Viện Khoa họcCông nghệMỏ theo phương pháp của Ba Lan Các nội dung, bao gồm:

3.2.1 Công tác lấy mẫu

3.2.1.1 Vị trí lấy mẫu

Mẫu than để tiến hành thí nghiệm được lấy tại gương lò dọc vỉa, các diện khaithác thuộc vỉa 10 cánh Bắc (khu vực có xuất hiện than tự cháy), Công ty than MạoKhê - TKV Vị trí lấy mẫu, xem hình 1.2 và 1.3 Số hiệu mẫu, xem bảng 1.1

Bảng 1.1 Vị trí lấy mẫu than tại vỉa 10 cánh Bắc T

26/7/2018 M1 Diện khai thác vỉa 10 TBIII tầng -150/-80, mức -115

2 M2 Diện khai thác vỉa 10 TBIII tầng -150/-80, mức -1263

7 04/8/2018 M7 Diện khai thác vỉa 10T tầng -80/-25, mức -25

8 M8 Diện khai thác vỉa 10T tầng -80/-25, mức -50

9 09/8/2018 M9 Diện khai thác vỉa 10 Tây tầng -150/-80, mức-80

10 M10 Diện khai thác vỉa 10 Tây tầng -150/-80, mức-11011

3.2.1.2 Công tác lấy mẫu

Mẫu than được lấy dưới dạng cục và được lấy cách mặt gương mới lộ ≥ 30cm; Các bước lấy mẫu được tiến hành, như sau:

- Bước 1: Kiểm tra điều kiện vi khí hậu tại gương và đo nhiệt độ vỉa than tại vị trí

lấy mẫu

- Bước 2: Xác định vị trí lấy mẫu trên gương, sử dụng choòng, cuốc để đào lớp

than với độ sâu ≥30cm thì dừng lại; làm sạch mặt gương, tiếp tục sử dụng choòng,cuốc để đào lấy mẫu than (than cục nguyên khai) với trọng lượng mẫu than từ 3 ÷ 5kg

- Bước 3: Đưa ngay mẫu than nguyên khai vừa lấy được vào bình đựng mẫu

(mẫu than trong bình phải được lấp đầy khoảng trống của bình) vệ sinh sạch sẽ vòngđệm cao su, miệng và nắp bình, đóng chặt nắp bình đựng mẫu

- Bước 4: Bảo quản và vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm Trong quá trình

vận chuyển và bảo quản tránh va đập gây vỡ, bật nắp bình đựng mẫu Tuyệt đối khôngđược mở bình trước khi tiến hành phân tích mẫu

Hình 1.3 Vị trí lấy mẫu than tại gương lò đào

3.2.2 Nghiên cứu xác định tính tự cháy của than vỉa 10 cánh Bắc

Để xác định tính tự cháy của than tại vỉa 10 cánh Bắc Viện Khoa học CôngnghệMỏ sử dụng phương pháp xác định tính tự cháy của than theo phương pháp của

Ba Lan Bao gồm xác định các chỉ tiêu: Xác định khả năng tự cháy của than theophương pháp Olpinski và phương pháp nhiệt lượng ôxy hóa mẫu than

3.2.2.1 Xác định tính tự cháy của than theo phương pháp Olpinski - Ba Lan

a Mô tả phương pháp

Phương pháp nghiên cứu mức độ ôxy hóa của mẫu than có cỡ hạt 0,063 đến0,075 mm được đặt trong luồng không khí có lưu lượng Q = 25 dm3/giờ ở điều kiệnđoạn nhiệt với hai mức nhiệt độ 237oC và 190oC Chỉ số tự cháy Sza là tốc độ gia tăngnhiệt độ (oC/phút) của than ôxy hóa ở nhiệt độ 237oC, chỉ số tự cháy Sza’là tốc độ giatăng nhiệt độ (oC/phút) của than ôxy hóa được xác định ở nhiệt độ 190oC Trên cơ sởhai chỉ số trên, xác định được năng lượng hoạt hóa E của mẫu than

Chỉ số tự cháy Sza, Sza’ và năng lượng hoạt hóa E tương ứng với khuynh hướng

tự cháy của than tại vị trí lấy mẫu trong vỉa than khai thác Trên cơ sở chỉ số tự cháySza và năng lượng hoạt hóa E, phân loại mức độ tự cháy của than theo tiêu chuẩn

b Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị ESO-1, xem hình 1.5 được sử dụng để xác định khả năng tự cháy củathan và được thiết kế, chế tạo tại Công ty Thiết kế - Ứng dụng Điện tử và Tin họcINPRO - KATOWICE Thiết bị giúp người dùng xác định được các chỉ số cháy Sza vàSza’ Thiết bị cần phải đặt trong phòng thí nghiệm với nhiệt độ trong phòng 20±50C,phía trên có chụp hút gió, đầu ra của hệ thống hút được dẫn tới khu vực ống thông giócủa phòng Điện áp cấp cho thiết bị là: 220V, 50 Hz và có tiếp đất

Hình 1.4 Thiết bị ESO-1 xác định chỉ số tự cháy Szavà năng lượng hoạt hóa E

Ghi chú: 1: Lò kháng; 2: Cột lưu lượng; 3: Màn hình hiển thị nhiệt độ lò; 4: Màn hình

hiển thị nhiệt độ mẫu than; 5: Cần đưa mẫu than; 6: Máy tính điều khiển

c Trình tự thí nghiệm

Mẫu than sau khi được lấy tại gương lò, được gia công có dạng hình trụ với cỡhạt từ 0,063 đến 0,075 mm Khối than mẫu có chiều cao 9mm và đường kính 7,5 mm(xem hình 1.6), được gia công bằng cách nén một lượng than khoảng 0,3 ÷ 0,4gam với

áp lực 2,28 kN trong khoảng thời gian 20 giây Khối than mẫu có khoét lỗ để có thểđặt vào đầu của cảm biến nhiệt Lỗ ở trên mẫu than vẫn còn một lớp than nén cách đáy1mm, chiều dày của lớp than để lại nêu ở trên phụ thuộc vào lượng than dùng để nénthành mẫu Khối than mẫu được đặt tại vị trí đầu cảm biến và đẩy vào trong buồngphản ứng để xác định khả năng tự cháy

Hình 1.5 Mẫu than dùng để xác định

khả năng tự cháy

Nhiệt độ không khí trong buồng phản ứng ở đợt đo đầu tiên là 2370C và cho đợt

đo thứ hai là 1900C Việc thí nghiệm kết thúc khi nhiệt độ của khối mẫu trong đợt đođầu tiên vượt 2600C và đợt đo thứ hai vượt 2150C

d Phương pháp tính toán

Trên cơ sở các kết quả đo được phần mềm tính toán dựng đường tiệm cận vớiđường cong biến thiên nhiệt độ của khối than mẫu tại các điểm đoạn nhiệt (2370C và

1900C)

Tiệm cận trên được sử dụng để tính các chỉ số:

- Đối với nhiệt độ 237oC:

Trong đó: t1, t2, t’1, t’2 - Nhiệt độ ,oC ; τ1, τ2, τ’1, τ’2 - Thời gian, phút

Trên cơ sở kết quả tính toán các chỉ số trên xác định được năng lượng hoạt hóa E[kJ/mol] cho quá trình, theo công thức:

E=96,79.lg S za

Sza '

Năng lượng hoạt hóa E là lượng năng lượng nhỏ nhất mà tập hợp các phân tử cần

có để xảy ra phản ứng hóa học Giá trị E xuất hiện trong công thức Arrhenius: k = ko.

Xác định được chỉ số năng lượng hoạt hóa E và chỉ số tự cháy Sza Đây là cơ sở

để phân loại than tự cháy và xác định khả năng tự cháy của than

f Phân loại mức độ tự cháy của than theo phương pháp Olpinski

Trên cơ sở xác định chỉ số tự cháy Sza và năng lượng hoạt hóa E, phân loại mức

độ tự cháy của than theo tiêu chuẩn Ba Lan PN-90/G-04558 theo bảng phân loại 1.2

Bảng 1.2 Phân loại than theo khả năng tự cháy Chỉ số tự cháy

g Kết quả thí nghiệm xác định khả năng tự cháy của than vỉa 10 cánh Bắc

Với các mẫu than lấy tại vỉa 10 cánh Bắc Công ty than Mạo Khê, Trung tâm Antoàn mỏ của Viện KHCN Mỏ tiến hành thí nghiệm và cho các kết quả, xem bảng 1.3

3.2.2.2 Xác định tính tự cháy của than theo phương pháp nhiệt lượng ôxy hóamẫu than.

Cùng với việc xác định khả năng tự cháy của than theo phương pháp Olpinski,kết hợp xác định khả năng tự cháy của than theo phương pháp nhiệt lượng ôxy hóamẫu than bằng thiết bị nhiệt lượng C80 Nhằm đánh giá và phân loại chính xác nhất vềkhả năng tự cháy của than

a Mô tả phương pháp

Phương pháp được quy định theo tiêu chuẩn Ba Lan để xác định nhiệt lượng tỏa

ra trong quá trình ôxy hóa than tại nhiệt độ tương ứng với nhiệt độ tự nhiên của vị trílấy mẫu than

Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ôxy hóa mẫu than được xác định bằng cách: sửdụng 7g mẫu than được đựng trong cốc mẫu Mẫu than được đặt trong buồng nhiệt độtương ứng với nhiệt độ tự nhiên tại vị trí lấy mẫu than ngoài thực địa trong dòng khí

Ni tơ với lưu lượng khí 100ml/giờ trong vòng khoảng 16 giờ Sau 16 giờ duy trì buồngnhiệt độ với nhiệt độ tự nhiên tại vị trí lấy mẫu than ngoài thực địa trong dòng khí ôxyvới lưu lượng mức I = 65ml/giờ, mức II = 80ml/giờ, mức III = 95ml/giờ, mức IV =110ml/giờ, mức V = 130ml/giờ, trong vòng khoảng 2 giờ Thí nghiệm kết thúc xácđịnh được nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ôxy hóa than tại các mức 1 giờ và 2 giờ

b Thiết bị thí nghiệm

Tổ hợp thiết bị xác định nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ôxy hóa than (xemhình 1.7) được sử dụng để xác định nhiệt lượng tỏa ra của mẫu than trong thời gian 1giờ và 2 giờ Tổ hợp thiết bị mô phỏng thực tế điều kiện ôxy hóa tỏa nhiệt của mẫuthan tại thực địa

Hình 1.6 Tổ hợp thiết bị xác định nhiệt lượngôxy hóa than mẫu than C80

Ghi chú: 1- Buồng nhiệt độ (thiết bị Setaram C80); 2- Thiết bị tạo độ ẩm Wetsys; 3- Bình khí Ôxy và Ni tơ; 4- Bộ van điều khiển lưu lượng khí; 5- Bộ điều khiển nhiệt

d Phương pháp tính toán và thông số đạt được

Trên cơ sở thí nghiệm xác định nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ôxy hóa than tạinhiệt độ tương ứng với nhiệt độ tự nhiên của vị trí lấy mẫu than ngoài thực địa Phần

mềm tính toán xác định được nhiệt lượng ôxy hóa của than tại các mức thời gian trong

1 giờ và 2 giờ Nhiệt lượng ôxy hóa của than là Q, đơn vị J/kg

e Đánh giá mức độ tự cháy của than

Dựa vào chỉ số nhiệt lượng ôxy hóa của than Q (J/Kg) để phân loại mức độ tựcháy của than trên cơ sở nhiệt lượng ôxy hóa 1kg than ở nhiệt độ tự nhiên của vị trí lấymẫu trong vòng 2 giờ, xem bảng 1.4

Bảng 1.4 Bảng đánh giá phân loại mức độ tự cháy của than theo nhiệt lượng tỏa ra Nhóm

tự

cháy

Mức độ tự cháy của than

Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ôxy hóa 1kg than

ở nhiệt độ bằng nhiệt độ tự nhiên của than tại vị trí

lấy mẫu trong vòng 2 giờ Qp, J

f Kết quả thí nghiệm xác định khả năng tự cháy của than

Với các mẫu than lấy tại vỉa 10 cánh Bắc Công ty than Mạo Khê, Trung tâm Antoàn mỏ của Viện KHCN Mỏ tiến hành thí nghiệm và cho các kết quả, xem bảng 1.5

Bảng 1.5: Bảng phân loại khả năng tự cháy của than tại vỉa 10 cánh Bắc, theo

phương pháp nhiệt lượng ôxy hóa mẫu than

lấy mẫu

Ký hiệu mẫu

Nhóm tự cháy

Nhiệt độ

tự nhiên tại vị trí lấy mẫu than [°C]

Lưu lượng không khí đưa vào [ml n /h]

Nhiệt lượng oxy hóa 1

kg than trong thời gian 2h [J]

Phân loại than tự cháy

Khả năng tự cháy của than

E - chỉ số năng lượng hoạt hóa kJ/mol

Ei - Chỉ số năng lượng hoạt hóa nhóm quá trình ôxy hóa, và bằng:

τZ - Thời gian ủ nhiệt tối thiểu của đám cháy nội sinh, xác định trong điều kiệnđoạn nhiệt đối với than nghiền nhỏ, có nhiệt độ ban đầu 10oC, và bằng:

kw - hệ số kiểm định thời gian ủ nhiệt tối thiếu của đám cháy nội sinh (τZ) xácđịnh trong điều kiện đoạn nhiệt đối với điều kiện thực địa, và bằng:

ki - Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu t của than khi bắt đầu xảy

ra quá trình oxy hóa, nhiệt độ đó bằng:

* Nhiệt độ của luồng gió ở cửa vào đường lò trong trường hợp đường lò đangđược thông gió, t oC

* Nhiệt độ tự nhiên của đất đá trong trường hợp đường lò thiết kế, t oC

2

1,11

1,0

0 0,90

0,8

0 0,70 0,60 0,51 0,42 0,33

3.3.2 Kết quả tính toán thời gian ủ nhiệt các mẫu than vỉa 10 cánh Bắc

Áp dụng công thức thực nghiệm, tính toán xác định thời gian ủ nhiệt theo đối với

13 mẫu tại vỉa 10 cánh Bắc, Công ty than Mạo Khê - TKV Kết quả tính toán, xembảng 1.6

4.4 Nhận xét Chương I

Vỉa 10 cánhBắc từ tuyến Ia đến tuyến IIa, vỉa than có cấu tạo phức tạp, tương đối

ổn định, số lớp đá kẹp từ 1  4 lớp, chiều dày lớp đá kẹp từ 0,17  0,83m, trung bình0,5m Thành phần đá kẹp là sét kết phân lớp mỏng, độ cứng f = 2  4 Chiều dày vỉathan thay đổi từ 2,58  3,44m, trung bình 3,14m (chiều dày toàn vỉa) Than trong vỉa

có tính tự cháy loại III, mức độ cháy trung bình Đá vách, trụ vỉa: Vách trực tiếp là bộtkết tương đối rắn phân lớp mỏng tách lớp, đá nứt nẻ cao, chiều dày thay đổi từ 5,5 12,0m, trung bình 8,0m, thuộc loại ổn định trung bình Vách cơ bản là đá cát kết phânlớp trung bình đến dày, rắn chắc, chiều dày thay đổi từ 45,2  90.5m, trung bình70,5m, sập đổ trung bình Trụ trực tiếp là sét kết xen kẹp các lớp than mỏng, tương đốimềm yếu, gặp nước dễ bị trương nở, bóc lớp gây bùng nền, bền vững trung bình Khuvực được xếp loại siêu hạng về khí Mêtan

Căn cứ theo kết quả thí nghiệm với 13 mẫu than được lấy tại vỉa 10 Cánh BắcCông ty than Mạo Khê - TKV theo phương pháp phân loại than tự cháy của Ba Lancho thấy: than tại vỉa 10 cánh Bắc có khả năng tự cháy từ thấp đến trung bình và đượcxếp loại thuộc nhóm tự cháy II và III

Thời gian ủ nhiệt của 13 mẫu than dự tính khoảng từ 296 đến 655 ngày, kết quảtính toán thời gian ủ nhiệt trong phòng thí nghiệm có thể không sát với điều kiện thực

tế trong quá trình sản xuất, bởi lẽ lượng than tồn tại trong khu vực phá hỏa và thannguyên khai chịu tác động của rất nhiều yếu tố khác như điều kiện địa chất, điều kiện

kỹ thuật công nghệ, thông gió…tác động trực tiếp tới quá trình ôxy hóa của than Dovậy, thời gian ủ nhiệt của các mẫu than trên chỉ mang tính chất tham khảo

Theo kết quả tổng hợp các sự cố liên quan đến than tự cháy ở Việt Nam từ năm

2004 đến nay: khai thác than hầm lò đã xảy ra 17 vụ Tất cả các vụ cháy đều xảy ra tạicác mỏ có mức độ phân loại than tự cháy từ thấp đến trung bình (theo phân loại của BaLan) Điều này chứng tỏ, ngay cả với các vỉa than có tính tự cháy thấp đến trung bìnhvẫn có thể xảy ra cháy mỏ nếu trong quá trình khai thác không có các biện pháp phòngngừa cháy nội sinh Trên thực tế, trong quá trình khai thác tại vỉa 10 cánh Bắc TBIItầng -80/-25 đã xảy ra cháy nội sinh Do vậy, mặc dù qua kết quả thí nghiệm, than vỉa

10 cánh Bắc có tính tự cháy từ thấp đến trung bình Song, để đảm bảo an toàn trongquá trình đào lò và khai thác tại vỉa 10 cánh Bắc cần phải lập các giải pháp phòng ngừacháy nội sinh cho phù hợp

Chương2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG CHÁY HỢP

LÝ TRONG ĐIỀU KIỆN VỈA 10 CÁNH BẮC, MẠO KHÊ

1 KINH NGHIỆM KHAI THÁC VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG, CHỐNGTHAN TỰ CHÁY Ở MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tổng hợp tình hình than tự cháy trên thế giới và Việt Nam.

Các vụ cháy nội sinh thường gây ra các thiệt hại rất lớn Mặc dù, hàng năm các

vụ cháy nội sinh đều có xu hướng giảm về số lượng, song về mức độ nghiêm trọng,phức tạp của công tác khắc phục sự cố cháy nội sinh lại tăng lên Hầu như tất cả các vụcháy nội sinh đều có những diễn biến phức tạp bởi xuất hiện những ngọn lửa và nhiềutình huống nguy hiểm có thể dẫn đến cháy nổ

Tần suất xảy ra các vụ cháy nội sinh trong các mỏ là khác nhau, phụ thuộc vàođiều kiện địa chất và chất lượng của vật liệu cách ly, cũng như quy mô các biện phápphòng ngừa Cháy nội sinh thường xảy ra ở các vị trí: các khu phá hỏa; khu vực bị pháhủy địa chất; khu vực đã kết thúc khai thác Tổng hợp các sự cố cháy mỏ (do than tựcháy gây ra) xảy ra tại một số nước, như sau:

- Các sự cố cháy xảy ra tại Nga: Trong khoảng thời gian từ năm 1998 đến 2012

có từ 2  32 vụ cháy nội sinh, xem bảng 2.1

Bảng 2.1 Tổng hợp các vụ cháy nội sinh ở Nga

- Các sự cố cháy xảy ra tại Trung Quốc: Khu vực phía Bắc Trung Quốc là nơi

xảy ra nhiều vụ tự cháy: khu tự trị Xinjiang, Ningxia Hui và Nội Mông Các mỏ cháynằm tập trung tại các khu vực núi Quinlin và Kunlun với 56 vụ cháy mỏ Hiện nay, 8

mỏ đã được dập tắt, 2 mỏ được kiểm soát, có đám cháy kích thước đến 35km2 (khuvực Wuda thuộc Nội Mông)

- Các vụ sự cố cháy xảy ra tại Nhật Bản: Nhật Bản đã xảy ra rất nhiều các vụ

cháy nguyên nhân là do than tự cháy và gây ra những hậu quả hết sức nghiêm trọng,xem bảng 2.2

Bảng 2.2 Thống kê các vụ cháy, do than tự cháy tại Nhật Bản

Năm Tên mỏ Người

02/1965

Than tự cháy Khắc phục bằng xây dựngcác tường chắn Hàm lượng khí CH4 tăngcao gây nổ khí phía trong khu vực tườngchắn từ nguồn nhiệt của than tự cháy vàcông nhân bên ngoài bị ảnh hưởng

8/1966 Oshima 5 6 Than tự cháy sinh ra khí CO Công nhân

bị nhiễm độc khí CO

9/1967

- Các vụ sự cố cháy xảy ra tại Ba Lan: Việc sản xuất than bitumminus tại Ba

Lan luôn đi kèm với việc tạo ra các sản phẩm phụ, chất thải Theo ước tính, để sảnxuất ra một tấn than tại Ba Lan sẽ sản sinh 0,3  0,6 tấn chất thải Các chất thải nêutrên thông thường có lượng chất hữa cơ chiếm 8  10% nhưng cũng có thể tăng caohơn nếu độ ẩm đạt 30% Các chất thải nêu trên thường được cách ly với không khíbằng các lớp phủ đất sét bằng vật liệu trơ như bột đá, tro, đất sét, bùn Tuy nhiên, hiện

tượng cháy vẫn xảy ra tại các khu vực này Hiện nay, có một số khu vực đã được dậptắt.

- Các vụ sự cố cháy xảy ra tại Việt Nam: Trong khai thác than hầm lò tại Việt

nam đã xảy ra một số vụ cháy được cho là do than có tính tự cháy tại các mỏ: NaDương (Lạng Sơn), Phấn Mễ - Làng Cẩm, Khánh Hòa (Thái Nguyên), Khe Bố (NghệAn), Khe Chuối - Công ty 91, Tràng Khê II, III - Công ty than Hồng Thái, KhánhHòa Các vỉa than ở vùng Quảng Ninh được đánh giá là ít có khả năng tự cháynhưng trong thời gian gần đây đã xảy ra một số các vụ cháy tại Công ty than HồngThái -TKV (cũ), Công ty 91 và đầu năm 2017 là Công ty than Mạo Khê - TKV Các

vụ cháy tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây mất an toàn, khó kiểm soát và ảnh hưởng nhiềuđến các hoạt động sản xuất gây thiệt hại kinh tế cho mỏ Thống kê các sự cố liên quanđến than tự cháy, xem bảng 2.3

Bảng 2.3 Thống kê các sự cố liên quan đến than tự cháy tại Việt Nam

Cháy vỉa than

3 28/01/2007

MỏKheChuốiCông ty 91

Vỉa 5 mức +370/+413Khu Trung Tâm Xuất khí độc CO

4 13/08/2007

Mỏ KheChuốiCông ty 91

Vỉa 5 mức +370/+413Khu Trung Tâm Xuất khí độc CO

5 08/05/2008

Mỏ KheChuốiCông ty 91

Vỉa 5 mức +370/+413Khu Trung Tâm Xuất khí độc CO

9 183 vỉa 16 điểm cháy đỏ

10 29/06/2011 Khánh Hòa Lò dọc vỉa mức -58 vỉa

16

Xuất khí độc CO

và nhiệt độ tăngđến 60oC

13 05/11/2013 Uông Bí

XV -150 Vỉa 12 Tràng

Khê

Nóc lò, phát hiệnđiểm cháy đỏ

14 11/02/2015 Hồng Thái DV +30, vỉa 10, Tràng

15 17/01/2017 Mạo Khê Vỉa 10 TBII -80/-25 Xuất khí CO

16 21/10/2018 Mạo Khê Vỉa 10 TBII -80/-25 Nóc lò, phát hiện

điểm cháy đỏ

1.2 Một số giải pháp kỹ thuật công nghệ dự báo, phòng ngừa và kiểm soát

tự cháy của các nước trên thế giới và Việt Nam.

1.2.1 Các giải pháp kỹ thuật phòng ngừa than tự cháy của Nga

Dựa trên các phương pháp nghiên cứu than tự cháy, đặc điểm địa chất, đặc điểm

cơ lý hóa của than Tại Nga đã xây dựng các phương pháp phòng chống cháy nội sinh,bao gồm:

+ Phương pháp dập cháy tích cực: Dập cháy bằng nước là phương pháp thường

được áp dụng và phổ biến nhất Người ta dùng nước ở dạng bó tia hay ở trạng thái bụi

để dập cháy Ở những nơi khó dập người ta dùng nước ở trạng thái bụi, cách ly đượccác vật cháy khỏi ôxy của không khí giảm được chi phí sử dụng nước Ngoài ra, còn

sử dụng các bình chữa cháy

+ Phương pháp cách ly: Được áp dụng trong trường hợp không thể dùng

phương pháp tích cực hoặc phối hợp Trong thực tế ít khi có thể bịt kín hoàn toàn khuvực cháy Để cách ly đám cháy người ta dùng các loại tường chắn bằng bê tông hoặcgạch, hoặc tường tạm dùng các tấm chắn gỗ ghép lại trát bằng đất sét Khi xây cáctường chắn ở phần hông, nóc và nền lò cần đào các rạch sâu để tăng độ kín của cáctường chắn Tại các tường chắn cách ly cố định người ta dùng các lớp phủ không thấmkhí có thể dùng vữa silicat, mactit bitum làm các lớp phủ

+ Phương pháp phối hợp: Thường áp dụng trong các trường hợp khi không thể

đi đến được đám cháy hoặc đám cháy có quy mô lớn Phương pháp lấp bùn là phươngpháp chủ yếu được áp dụng rộng rãi nhất ở Nga Phương pháp này có một số ưu điểm:

tạo ra 1 hàng rào chống cháy lan rộng ra, ngăn gió lọt vào đám cháy, giảm nhanh nhiệt

độ trong khu vực đang cháy

Hiện nay để dập cháy người ta dùng chất chống cháy, thường từ dung dịch nướcvôi tôi 1-10%, tùy theo giai đoạn cháy, thể tích và chế độ bơm vào khu vực cháy Khiđưa vào vùng có nhiệt độ cao vôi bị rữa ra và giải thoát khí CO2, khí này là một loạikhí trơ và không cháy

Ngoài các phương pháp trên người ta còn có thể dập cháy bằng cách phun khí trơvào khu vực đang bị cháy, nhằm mục đích đưa hết ôxy của không khí ra khỏi khu vựccháy và làm thoát nhiệt Điều kiện cơ bản có thể sử dụng khí trơ là không được làmcho khí trơ lan truyền trong toàn mỏ

1.2.2 Các giải pháp kỹ thuật phòng ngừa than tự cháy của Trung Quốc

Theo các nghiên cứu của Viện nghiên cứu than Trùng Khánh - Trung Quốc cácđiều kiện để than tự cháy, bắt buộc phải có đủ 3 điều kiện: than mang tính tự cháy, cónguồn cấp ôxy, có điều kiện tích nhiệt, đồng thời phải có đủ thời gian than mới có thể

tự cháy Chỉ cần loại bỏ 1 trong 3 điều kiện trên, sẽ phòng chống được than tự cháy.Xuất phát từ mục tiêu khống chế các điều kiện của than tự cháy để phòng chống than

tự cháy, Viện nghiên cứu của Trung Quốc đã đưa ra các giải pháp phòng ngừa than tựcháy phổ biến tại các mỏ hầm lò Trung Quốc, như sau:

- Giải pháp bơm xả khí Ni tơ vào vùng có nguy cơ tự cháy: Bơm ni tơ phòng

chống cháy là lợi dụng ni tơ được tách ra từ không khí, qua hệ thống ống dẫn bơm vàokhu vực phá hỏa, làm trơ hóa, giảm nồng độ ôxy xuống dưới mức nguy hiểm, từ đóhình thành khu vực dập cháy Trung Quốc đã có nhiều kinh nghiệm và kỹ thuật sửdụng trong công tác bơm ni tơ phòng chống cháy Việc áp dụng phương pháp bơm xảkhí ni tơ vào phòng chống cháy, tùy thuộc vào mức độ tự cháy của vỉa than mà đưa racác biện pháp bơm xả khí ni tơ cho hợp lý như: bơm nitơ trong quá trình khai thác lòchợ; bơm nitơ vào khu vực nhiệt độ cao; bơm nitơ tại tường chắn cách ly; thời gian vàthời điểm bơm ni tơ

- Giải pháp bơm bùn phòng chống than tự cháy: Để đảm bảo an toàn sản xuất, sử

dụng biện pháp bơm bùn làm biện pháp chính trong phòng chống than tự cháy Dungdịch là bùn trộn nước theo tỉ lệ thích hợp Sau đó, sử dụng bơm kết hợp với đường ốngđưa bùn vào khu vực phá hỏa của lò chợ để phòng chống than tự cháy Bùn có tácdụng cách ly ôxy, hút nhiệt Sau khi bùn bơm vào khu vực phá hỏa, chất rắn sẽ kết lại,bao bọc lấy than và lấp đầy các khe hở, tăng mật độ của than tồn, giảm lượng rò gió;lượng nước bề mặt than tăng lên, quá trình ôxy hóa than bị hạn chế Đối với các vị tríthan đang ở giai đoạn ủ nhiệt, bùn có tác dụng hấp thụ nhiệt Bơm bùn là một trongnhững biện pháp kỹ thuật phòng chống than tự cháy có hiệu quả nhất

- Giải pháp lắp đặt hệ thống giám sát khí mỏ: Giải pháp lắp đặt hệ thống giám

sát khí mỏ đã được các nước trên thế giới áp dụng để theo dõi, giám sát nồng độ khí

CH4, CO, CO2,O2, H2, tốc độ gió, áp lực gió, nhiệt độ, trạng thái dòng điện, trạng tháicửa gió, trạng thái quạt cục bộ, trạng thái quạt gió chính Đồng thời, thực hiện cảnhbáo khi nồng độ các chất khí nguy hiểm tăng cao, tự động ngắt điện và nhiều các tínhnăng khác Khi kiểm tra phát hiện các tham số khác thường, hệ thống sẽ tự động cảnhbáo, khi cần thiết có tính năng tự động ngắt điện Đồng thời, có chức năng cảnh báođến các bộ phận quản lý liên quan, từ đó giảm tối đa tổn thất kinh tế cũng như thươngvong Hệ thống có ý nghĩa rất lớn với việc quản lý an toàn, dự báo than tự cháy đối với

mỏ hầm lò

- Các giải pháp khác: gồm giải pháp sử dụng hóa chất phòng chống cháy; giải

pháp chống rò gió phòng chống cháy; giải pháp cân bằng áp suất; giải pháp dùng bọttổng hợp phòng chống cháy; giải pháp dùng keo hóa chất phòng chống cháy…

+ Giải pháp sử dụng hóa chất phòng chống cháy: Hóa chất thường dùng là hóa

chất khắc chế quá trình ôxy hóa, ngăn chặn phản ứng ôxy hóa xảy ra Các hóa chất,thường dùng là: CaCl2, MgCl2 và các muối có tính năng hút nước mạnh khác Khi cáctinh thể này hấp thụ trên bề mặt than đang bị ôxy hóa, sẽ hình thành một lớp ngậmnước, trơ hóa các phân tử hoạt tính cao, ngăn chặn ôxy tiếp xúc với than, đạt được mụcđích phòng chống ôxy hóa Đồng thời, các hóa chất làm cho bề mặt than luôn ở trạngthái ẩm ướt, có tác dụng làm giảm nhiệt, hạn chế được quá trình sinh nhiệt, ủ nhiệt củathan

+ Giải pháp chống rò gió phòng chống cháy: Kỹ thuật chống rò gió là kỹ thuật

sử dụng các biện pháp ngăn chặn hoặc giảm nhỏ lượng rò gió vào khu vực phá hỏahoặc lượng rò gió vào trụ than, làm cho nồng độ ôxy giảm, không xảy ra hiện tượng tựcháy Các kỹ thuật và vật liệu chống rò gió đang được nghiên cứu, phát triển mạnh.Các vật liệu chế tạo, sử dụng thích ứng với các khu vực rỗng nóc cao như: keo bọttổng hợp thích ứng dùng chống rò gió trong đường lò như bê tông; xi măng, hóa chấttổng hợp thích ứng dùng trong lò chợ; keo bọt tổng hợp để chắn lấp lò song song vị trítiếp giáp với khu vực phá hỏa và nhiều kỹ thuật khác Mỗi phương pháp đều có ưu,nhược điểm riêng Kỹ thuật cân bằng áp suất và sử dụng keo bọt tổng hợp, thao tácđơn giản, không ô nhiễm môi trường và nhiều các ưu điểm khác, giá thành đầu tư thấp

+ Giải pháp cân bằng áp suất: Cân bằng áp suất tức là dùng các biện pháp kỹ

thuật cân bằng áp suất hai đầu đường lò, làm giảm chênh lệch áp suất, phá vỡ điềukiện tự cháy của than Từ đó, phòng chống được than tự cháy

+ Giải pháp dùng bọt tổng hợp phòng chống cháy: Bọt tổng hợp, được chia ra

thành hai loại: bọt tổng hợp thường và bọt tổng hợp trộn khí trơ Bọt tổng hợp thườngchủ yếu làm giảm nhiệt độ bề mặt của nguồn nhiệt, tác dụng phòng chống cháy kém;bọt tổng hợp trộn khí trơ vừa có thể làm giảm nồng độ ôxy, lại có tác dụng dập tắtnguồn nhiệt, hiệu quả tương đối cao

+ Giải pháp dùng keo hóa chất phòng chống cháy: Kỹ thuật dùng keo hóa chất

phòng chống cháy là kỹ thuật mới đơn giản, thao tác thuận tiện, hiệu quả phòng chốngcháy cao Vật liệu keo được đông cứng trong thời gian nhất định, có tác dụng trơ hóacác phân tử hoạt tính cao tại bề mặt than, cách ly không khí, hấp thu nhiệt Đồng thời,hạn chế tính nổ của các chất khí

Các giải pháp kỹ thuật phòng, chống than tự cháy nêu trên đều có các đặc điểmkhác nhau, phù hợp với môi trường và hoàn cảnh khác nhau, chủ yếu tập trung vào cáctính năng “hạ nhiệt, chống , trơ hóa” Thông thường, trong quá trình phòng, chốngthan tự cháy, không sử dụng một giải pháp kỹ thuật mà thường kết hợp các giải pháp

kỹ thuật với nhau, thành phương pháp phòng, chống cháy tổng hợp

1.2.3 Các giải pháp kỹ thuật phòng ngừa than tự cháy của Nhật Bản

Dựa vào các đặc điểm và điều kiện cần để phát sinh đám cháy nội sinh, người ta

đã đưa ra các giải pháp phòng ngừa, như sau:

- Giải pháp xây tường chắn: Tại khu vực đã khai thác, có sự tự cháy than xảy ra

hoặc có khả năng xảy ra, cần áp dụng các biện pháp phù hợp như lấp kín, xây tườngchắn Các tường chắn được xây dựng thật kín để cách ly các khu vực đã khai thác, xemhình 2.1

- Giải pháp thông gió và kiểm soát rò gió: Điều chỉnh phân phối gió cho khu vực

có khả năng xảy ra tự cháy Thường xuyên kiểm tra chất lượng các tường chắn cũngnhư sự rò gió và thành phần không khí trong khu vực được cách ly và trong các lò cóluồng gió thải đi qua, đề phòng gió rò qua các tường chắn ngăn cách Sử dụng các ốngtạo khói trong hầm lò để kiểm tra sự rò gió vào khu vực phá hỏa và rò gió qua các khenứt tại các tường chắn cách ly

Hình 2.1 Xây dựng các tường chắn cách ly theo phương pháp Nhật Bản

Ghi chú: 1,10- Ống kiểm tra khí Ø60; 2,11- Ống thoát khí Ø80; 3- Ống kiểm tra bùn tro bay Ø60; 4- Ống bơm bùn tro bay Ø60; 5,12- Ống thoát nước Ø100÷120; 6- Trụ cột gỗ; 7- Xà ngang gỗ; 8- Tấm chèn gỗ (240x150x18); 9- Vải lọc kỹ thuật; 13- Bùn tro bay lấp đầy; 14- Vữa xi măng; 15- Đá chèn; 16- Dầm ngang gỗ.

- Các giải pháp khác: Tiến hành lấy mẫu than, khí phân tích xác định rõ các chỉ

tiêu theo quy định trong quy phạm an toàn hiện hành; Tiến hành lắp đặt các đầu cảmbiến, thiết bị đo nhiệt độ, đầu đo khí CO tự động tại các khu vực có khả năng xảy ra tựcháy Ngăn ngừa sự vỡ vụn của than, không để than chất đống quá nhiều trong lò

1.2.4 Các giải pháp kỹ thuật công nghệ phòng ngừa than tự cháy của Ba Lan.

Ba Lan áp dụng các giải pháp để đề phòng, kiểm soát cháy mỏ do than tự cháyrất đa dạng Phụ thuộc vào tính tự cháy của than, điều kiện địa chất kỹ thuật khu vựckhai thác, trình độ công nghệ Các giải pháp được áp dụng như:

- Giải pháp sử dụng khí trơ xả vào vùng có nguy cơ tự cháy: Đây là phương pháp

nhằm giảm hàm lượng ôxy trong khu vực có nguy cơ tự cháy cao xuống dưới giới hạn

có nguy cơ cháy (có thể dùng khí nitơ lỏng song rất đắt phương pháp này ít dùng)

- Giải pháp xả bùn loãng trộn từ khói bụi Công nghiệp và nước thải trong mỏ:

Hỗn hợp dung dịch bùn loãng được trộn theo tỉ lệ nhất định (có thể kết hợp trộn thêmbột xi măng theo tỉ lệ từ 1 ÷ 3%), tạo ra một hỗn hợp chèn hữu hiệu cho vùng phá hỏachống hoặc hạn chế lún và sụt lở, nhằm hạn chế nguy cơ cháy nội sinh

- Các giải pháp khác: Ngoài các giải pháp cơ bản nêu trên, ngành khai thác mỏ

Ba Lan còn áp dụng các giải pháp về công nghệ như: khai thác không để lại trụ bảo vệ,chia lớp nghiêng sử dụng lớp ngăn cách nhân tạo thay thế cho lớp than đệm, phundung dịch CaCl2 hoặc hóa chất dạng gel, giải pháp chống rò gió, xây tường cách ly,v.v

1.2.5Một số giải pháp phòng ngừa than tự cháy của Việt Nam.

Trong những năm gần đây, một số mỏ hầm lò Việt Nam liên tiếp xảy ra các vụcháy mỏ, nguyên nhân được cho là than có tính tự cháy Trung tân An toàn Mỏ - ViệnKhoa học Công nghệ Mỏ đã tiến hành một số các giải pháp nhằm ngăn ngừa than tựcháy tại Công ty TNHH MTV 91 - Tổng Công ty Đông Bắc, Công ty than Hồng Thái -TKV (cũ), Các giải pháp đã triển khai áp dụng, bao gồm:

- Cách ly khu vực đã khai thác: Theo kết quả khảo sát và đánh giá hiện trạngthông gió, hiện trạng khu vực cháy, cho thấy: có hiện tượng gió rò vào khu khai thác quacác họng sáo, các đường lò khác trong khu vực vào khu phá hỏa Để phòng ngừa và xử

lý việc cung cấp ôxy vào khu phá hỏa gây ra hiện tượng tự cháy, các mỏ đã áp dụng cácgiải pháp (xem hình 2.2, 2.3, 2.4):

+ Xây dựng các tường chắn bịt các họng sáo để cách ly khu vực phá hỏa phía sau

lò chợ tránh lượng gió rò qua các họng sáo vào khu vực phá hỏa

+ Xây dựng các tường chắn tạm ở đầu và chân lò chợ để hạn chế rò gió vào khuvực đã khai thác ở phía sau lò chợ, ngăn ngừa hiện tượng tự cháy có thể phát sinhtrong khu vực đã khai thác phía sau lò chợ

+ Xếp dải bao cát dọc hướng dốc của lò chợ theo chu kỳ Khoảng cách giữa cácdải bao cát theo phương khấu lò chợ từ 50 ÷ 60m

+ San gạt mặt bằng, nhằm giảm các khe nứt gây rò gió và nước xuống khu vực khaithác, phá hỏa Công tác này được kiểm tra thường xuyên khi phát hiện có khe nứt, hố sụt,lún để tiến hành san lấp mặt bằng

Hình 2.2 Xây dựng tường chắn cách ly ở họng sáo, lò nối

Hình 2.3 Xây dựng tường chắn cách ly ở lò dọc vỉa

Hình 2.4 Xây dựng tường chắn bằng bao cát cách ly dọc lò chợ

- Giải pháp lắp đặt hệ thống quan trắc tập trung tự động: Hiện nay tất các các

mỏ hầm lò tại Việt Nam được lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc tập trung tự động,

sử dụng đầu đo khí CO, CH4, đầu đo tốc độ gió để phát hiện sự thay đổi không khí mỏnhằm cảnh báo sớm các nguy cơ xảy ra cháy, nổ khí trong đó có than tự cháy (xemhình 2.5)

Để nghiên cứu, lựa chọn công nghệ khai thác và giải pháp phòng chống cháy hợp

lý trong điều kiện địa chất vỉa 10 cánh Bắc, báo cáo tổng hợp và phân tích các yêu cầuchung để khai thác đối với điều kiện vỉa than có tính chất tự cháy, gồm: (1) Điều kiệnđịa chất vỉa than (chiều dày, góc dốc, tính chất đá vách đá trụ); (2) Công tác khaithông, chuẩn bị; (3) Hệ thống khai thác và công nghệ khai thác; (4) Công tác thônggió; (5) Áp dụng các giải pháp cách ly (làm tường chắn cách ly, bơm khí nitơ, bơmbùn…) để hạn chế khả năng gây cháy; (6) Nhóm các giải pháp kiểm soát tính tự cháy

- Điều kiện địa chất vỉa than (chiều dày, góc dốc, tính chất đá vách đá trụ):

Điều kiện địa chất vỉa than ảnh hưởng rất lớn đến việc nghiên cứu, lựa chọn cácloại hình công nghệ khai thác (đặc biệt về chiều dày, góc dốc, điều kiện đá vách, trụvỉa) Trên cơ sở điều kiện địa chất vỉa than lựa chọn loại hình công nghệ khai thác chophù hợp Tuy nhiên, phải phù hợp với điều kiện của Công ty than Mạo Khê và các giảipháp phòng chống cháy phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Công tác khai thông, chuẩn bị:Căn cứ nguyên lý thiết kế phòng, chống cháy

tại đường lò Trên cơ sở công tác khai thông và chuẩn bị ruộng mỏ, lựa chọn phương

án khai thông, chuẩn bị áp dụng cho vỉa 10 (than có tính tự cháy), cần xem xét đếnhiện trạng cụ thể khu vực, đảm bảo phòng chống cháy mỏ

- Hệ thống khai thác và công nghệ khai thác:Những yếu tố chính ảnh hưởng

đến lựa chọn hệ thống khai thác là: Dạng khoáng sàng, chiều dày, góc dốc, cấu trúcvỉa, tính chất cơ lý của than và đất đá xung quanh, hàm lượng khí và nước trongkhoáng sàng, khả năng tự cháy của than, vị trí tương quan của các vỉa trong cụm, độsâu khai thác, mức độ cơ giới hóa và tổ chức công việc khai thác, chuẩn bị và nhữngđiều kiện khác Căn cứ nguyên lý phòng, chống than tự cháy khi khai thác, đề xuất lựachọn hệ thống, công nghệ khai thác phù hợp với điều kiện của Công ty than Mạo Khê

và các giải pháp phòng chống cháy phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Công tác thông gió: Thông gió trong các mỏ hầm lò là cung cấp lượng không

khí sạch cho công nhân làm việc, hòa loãng các khí gây cháy nổ, khí độc đến giới hạn

an toàn Tuy nhiên, tác động của thông gió với hiện tượng tự cháy được xem là yếu tốquan trọng trong việc phòng ngừa hoặc thúc đẩy quá trình tự cháy Như đã biết, hiệntượng tự cháy xảy ra khi có sự ôxy hóa của than và nguồn nhiệt do sự ôxy hóa đượctích tụ, không được phân tán nhờ công tác thông gió

+ Thông gió cho các lò chợ dài, thông gió bằng hạ áp chung của mỏ: Nguy cơ tự

cháy tại các lò chợ hiện nay tại các lò chợ dài tập trung chủ yếu tại khu vực phá hỏa vàkhu vực tiếp giáp giữa khu phá hỏa của mức trên với mức dưới Hiện tượng cháy, phụthuộc chủ yếu vào lượng gió rò từ đường lò, lò chợ vào khu phá hỏa Nguyên nhânhiện tượng rò gió chủ yếu được tạo ra do có sự chênh lệch áp suất ở các vị trí nêu trên.Nếu không có sự chênh lệch áp suất sẽ không tồn tại dòng không khí rò vào khu vựcphá hỏa Tuy nhiên, tại khu vực lò chợ luôn tồn tại sự chênh lệch áp suất do cácnguyên nhân: Do sự khác biệt về tiết diện giữa đường lò thông gió và lò vận tải làmgió đi từ lò chợ vào khu phá hỏa; Do các tường chắn tại các lò dọc vỉa chân chợ khôngkín; Do các khe nứt từ bề mặt xuống khu phá hỏa (khi khai thác ở mức nông); Do đất

đá trong khu phá hỏa không sập đổ hoàn toàn khi tiến gương lò chợ tạo ra khoảngtrống lớn phía sau lò chợ; Do lượng gió đi qua lò chợ lớn; Do áp dụng hệ thống khaithác khấu đuổi hoặc có thượng thông gió sau lò chợ nên khu phá hỏa nằm trong vùngảnh hưởng của gió vào và ra lò chợ Từ lý do trên, cho thấy: việc cân bằng áp suất tạinơi có áp suất lớn (lò dọc vỉa vận tải) và nơi có áp suất thấp (lò dọc vỉa thông gió) làgiải pháp quan trọng để tránh gió rò vào khu vực phá hỏa lò chợ

Với giải pháp phòng ngừa thông gió bằng hạ áp chung của mỏ cần thực hiện cácyêu cầu sau: (1) Điều chỉnh sự chênh lệch áp suất bằng quạt cục bộ với các khu vựckhông sử dụng tường chắn; (2) Áp dụng giải pháp đặt cửa gió kết hợp quạt gió cục bộtrên lò dọc vỉa thông gió tạo buồng cân bằng áp suất; (3) Sơ đồ thông gió lò chợ kếthợp điều chỉnh lưu lượng gió qua lò chợ bằng cửa gió tại lò thượng phía trước hoặc lò

dọc vỉa vận tải, loại bỏ thông gió qua khu vực phá hỏa lò chợ; (4) Bố trí các quạt thônggió cục bộ hợp lý; (5) Cân bằng áp suất của các khu vực đã kết thúc khai thác.

+ Thông gió cho các gương lò ngắn (thông gió cục bộ): Thông thường, các

đường lò cục bộ được thông gió nhờ các quạt cục bộ Tuy nhiên, các nguy cơ cháy tạicác đường lò dọc vỉa và lò chuẩn bị được thông gió cục bộ cần được xem xét để có cácbiện pháp đề phòng do các đường lò cục bộ nằm trong vỉa than Các đường lò đàotrong than bằng phương pháp khoan nổ mìn nên có nhiều khe nứt bên hông lò Thanbên các thành lò có thời gian tiếp xúc với ôxy lâu dài gây ra hiện tượng ôxy hóa than.Ngoài nguy cơ tự cháy tại các gương lò ngắn, thành lò, các vị trí như lò nối trụ thanngã ba, các lò DVPT, gương lò chợ ngang nghiêng cũng là đối tượng có nguy cơ cao

về tự cháy

Việc thông gió cung cấp đủ lưu lượng gió trong các đường lò bằng qua các quạtcục bộ cần được lên kế hoạch khi đóng/mở, tính toán lưu lượng gió cần thiết Khi quạtcục bộ đủ gió hoặc khoảng cách thông gió hợp lý, lượng gió cấp vào đủ có tác dụng hạnhiệt độ và phát tán nhiệt độ do than bị ôxy hóa Tuy nhiên, khi lượng gió yếu (không

đủ cung cấp) tạo điều kiện cho hiện tượng ôxy hóa vì nhiệt sinh ra trong quá trình ôxyhóa không bị mất đi mà tích tụ lại, gây ra hiện tượng ôxy hóa mạnh hơn Để ngăn ngừahiện tượng tự cháy cho các đường lò ngắn, thông gió cục bộ cần xem xét một số giảipháp: (1) Sử dụng các vách ngăn tại (tường chắn cách ly) ngã ba với đường lò nối kếthợp quạt cục bộ đưa gió vào gương; (2) Sử dụng các cửa gió di động trên đường lòchuẩn bị; (3) Áp dụng các giải pháp cách ly (làm tường chắn cách ly, bơm khí ni tơ,bơm bùn…) để hạn chế khả năng gây cháy; (4) Thông gió, kiểm soát tại vị trí áp lựccao, lò nối

* Đối với các giải pháp cách ly (làm tường chắn cách ly, bơm khí nitơ, bơm bùn…) để hạn chế khả năng gây cháy:

a) Giải pháp sử dụng hóa chất nhằm cách ly than với không khí: Trên thế giới,

việc sử dụng hóa chất để phòng ngừa tự cháy đã trở nên phổ biến tại các nước sản xuấtthan như Đức, Ba Lan, Mỹ, Nga Hóa chất đóng vai trò quan trọng trong việc phòngngừa và khống chế hiện tượng tự cháy Sử dụng hóa chất làm chậm quá trình ôxy hóa

để giảm thiểu hiện tượng tự cháy Việc sử dụng chất lỏng như nước có thể được xem

là giải pháp trực tiếp để khống chế hiện tượng tự cháy nhưng chỉ phù hợp với quy mônhỏ, còn trường hợp quy mô vụ cháy than lại lớn lại hạn chế rất nhiều Trong nhữngtrường hợp này, việc sử dụng hóa chất kết hợp với nước sẽ nâng cao hiệu quả việckhống chế dập tắt đám cháy Có thể sử dụng chất gel, bọt, vữa, hóa chất hấp thụ cũngnhư các vật liệu dập lửa để phòng chống tự cháy Việc sử dụng hóa chất sẽ tùy thuộcvào tình hình thực tế của khu vực áp dụng Hóa chất tạo gel, điền đầy các khe nứt củathan, tạo lớp bọc chịu lửa hoặc bọc kín phủ lên mặt gương than, trần và nóc lò, đường

lò, đống than nhằm phòng ngừa than tiếp xúc với không khí, hóa chất hấp thu nhiệtngăn chặn phản ứng của than; bùn trơ điền đầy các khe nứt, kẽ nứt; khí trơ (CO2, N2)

làm trơ hóa không khí tại khu vực cách ly; vật liệu chữa cháy dùng trực tiếp cho cháythan để dập tắt ngọn lửa, làm nguội các điểm nóng; vật liệu tạo bọt, kết hợp giữa hóachất và không khí tạo bọt để ngăn chặn dòng không khí trong đường lò.

b) Giải pháp sử dụng hỗn hợp bùn nước cách ly than với không khí: Than tự

cháy đe dọa nghiêm trọng đến an toàn trong sản xuất than hầm lò, để cải thiện điềukiện an toàn, đảm bảo an toàn sản xuất, sử dụng biện pháp bơm bùn phòng chống than

tự cháy Dung dịch bùn là bùn trộn nước theo tỉ lệ thích hợp, bơm bùn vào khu đất đáphá hỏa của lò chợ hoặc các khu vực xuất hiện đám cháy để phòng chống than tự cháy.Khi bơm bùn nước vào khu vực đất đá phá hỏa của lò chợ, bùn sẽ là chất liên kết cácchất rắn lại với nhau, bùn nước bao bọc lấy than than tồn và lấp đầy các khe hở, giảmlượng rò gió Do đó, bùn nước có tác dụng ngăn, cách ly nguồn cung cấp ôxy cho quátrình ôxy hóa than, làm hạn chế và dập tắt đám cháy Khi bơm bùn vào khu vực đất đáphá hỏa và khu vực cháy, lượng nước bề mặt than tăng lên, hạn chế quá trình ôxy hóathan Đối với các vị trí than đang ở giai đoạn ủ nhiệt, bùn có tác dụng hấp thụ nhiệt.Bơm bùn là một trong những biện pháp kỹ thuật phòng ngừa than tự cháy có hiệu quảnhất

Các yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu trộn bùn nước, gồm: (1) Không có các vậtchất hỗ trợ sự cháy, không dễ cháy, đường kính hạt dưới 2 mm; (2) Có khả năng tạothành dung dịch khi hòa trộn với nước; (3) Khi vận chuyển không làm tắc đường ống;(4) Tháo nước dễ, có tính ổn định nhất định; (5) Độ co ngót nhỏ; (6) Dễ kết lắng, hiệusuất tổn thất nhỏ; (7) Nguồn vật liệu dồi dào, giá thành thấp

Các căn cứ để lựa chọn phương pháp bơm bùn, gồm: (1) Thời gian khai thác lòchợ; (2) Chiều dài các đường lò và thời gian tồn tại của đường lò; (3) Vị trí cần bơmbùn; (4) Chu kỳ tự cháy của than Để hạn chế xảy ra hiện tượng ôxy hóa than, căn cứtheo điều kiện thực tế của mỏ để lựa chọn phương pháp bơm bùn: có thể chọn phươngpháp khai thác và bơm bùn song song hoặc trước khi khai thác

c) Giải pháp sử dụng khí ni tơ nhằm cách ly than với không khí: Phương pháp

phổ biến để phòng chống than tự cháy, bao gồm: sử dụng khí trơ, hỗn hợp khí - nước

và bọt trơ Mục đích sử dụng khí trơ là: (1) Đề phòng ngừa hiện tượng ôxy hóa tại cáckhu vực có nguy cơ tự cháy cao; (2) Giảm thiểu các tác hại, nguy cơ cháy nổ trong quátrình làm các tường chắn; (3) Thúc đẩy quá trình trơ hóa tại các khu vực mới đượccách ly và hạn chế nguy cơ nổ khi mở lại các khu cách ly; (4) Điều khiển quá trình lantruyền lửa trong quá trình làm các tường cách ly Một số loại khí được dùng với mụcđích trơ hóa gồm: các khí là sản phẩm cháy, khí ni tơ, khí CO2 Khí nitơ được dụngphổ biến và rộng rãi hơn cả, do nitơ là thành phần chính có trong không khí, có trọnglượng riêng (1,25) nhỏ hơn không khí (1,29 kg/m3) nên có nhiều ưu thế trong việcphòng ngừa tự cháy tại các mỏ hầm lò

- Nhóm các giải pháp kiểm soát tính tự cháy:

+ Kiểm soát tự cháy từ thiết lập vị trí các trạm đo, lấy mẫu khí (thiết lập các trạm đo, vị trí lấy mẫu khí và các chỉ số xác định):

* Thiết lập các trạm đo, vị trí lấy mẫu khí: Giải pháp kiểm soát tự cháy dựa chủ

yếu trên kết quả đo khí của đội thông gió - đo khí cũng như số liệu từ hệ thống quantrắc Công tác quan trắc hàm lượng khí mỏ tại nơi xảy ra tự cháy cũng như tại khu vựcđược cách ly phải được đo đạc theo dõi, nhằm đánh giá tình trạng đám cháy và cảnhbáo hiện tượng tự cháy Để kiểm soát cháy nội sinh cần phải tiến hành lấy mẫu khí tạicác trạm đo để phân tích xác định thành phần các loại khí, xem hình 2.6, 2.7

Hình 2.6 Vị trí đặt trạm đo để kiểm soát cháy nội sinh trong luồng gió chung (S1, S2), trong khu vực đã khai thác (P1, P2) và phía trong tường ngăn (T1, T3)

Ghi chú: a) Lò chợ phá hỏa khai thác khấu dật và thông gió Trung tâm; b) Lò chợ phá hỏa khai thác khấu đuổi và thông gió Trung tâm; c) Lò chợ phá hỏa khai thác khấu đuổi phá bỏ lò đầu dùng để thông gió và áp dụng thông gió chéo; d) Lò chợ phá hỏa khai thác khấu đuổi để lại lò thông gió và áp dụng thông gió chéo; e) hai lò chợ phá hỏa khai thác khấu dật thông gió nối tiếp có gió bổ sung.

Hình 2.7 Ví dụ đặt trạm đo để kiểm soát cháy nội sinh trong các đường lò

Ghi chú: a) Lò chuẩn bị thông gió bằng quạt cục bộ đẩy; b) Lò chuẩn bị thông gió bằng quạt cục bộ hút.