Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khi khai thác xuống sâu. Đề xuất các giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp khi tiến hành khai thác tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - NGUYỄN VĂN THỊNH NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỐT KHÍ METAN KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU TRONG MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn khai thác hầm lò Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Vũ Chí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất TS Lê Văn Thao, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam Phản biện 1: GS.TSKH Lê Như Hùng, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam; Phản biện 2: TS Nguyễn Anh Tuấn, Tập đoàn CN than – khoáng sản Việt Nam; Phản biện 3: TS Đào Hồng Quảng, Viện khoa học công nghệ mỏ- Vinacomin Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường Trường Đại học Mỏ - Địa chất, P Đức Thắng, Q Bắc Từ Liêm, Hà Nội vào hồi ., ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia - Hà Nội Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo Quyết định số 403/QĐ-TTg ngày 14 tháng năm 2016 Thủ tướng Chính phủ việc Phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, điều 1, mục II.2.b có nêu “Sản lượng than thương phẩm sản xuất tồn ngành giai đoạn quy hoạch: Khoảng 41 - 44 triệu vào năm 2016; 47 - 50 triệu vào năm 2020; 51 - 54 triệu vào năm 2025 55 - 57 triệu vào năm 2030” Để đạt yêu cầu sản lượng mỏ than hầm lò ngày phải xuống sâu, mở rộng quy mô áp dụng giới hóa khai thác đào lò Sản lượng than khai thác tăng kéo theo lượng khí mê tan lò chợ lò chuẩn bị ngày nhiều Khí mê tan loại khí gây tượng cháy nổ nguy hiểm Trong lịch sử khai thác than hầm lò Thế giới Việt Nam xảy nhiều vụ cháy nổ khí CH4 gây tử vong hàng chục, chí đến hàng trăm người phá huỷ sở vật chất mỏ than Do tính chất nguy hiểm khí mê tan đường lò mỏ gây nguy cháy nổ mà ngành khai thác than hầm lò Thế giới Việt Nam ln đặt vấn đề phòng chống cháy nổ khí metan lên hàng đầu, có việc nghiên cứu độ khí metan độ chứa khí metan vỉa than nguồn gốc gây khí metan đường lò mỏ Ở nước ta, cơng trình nghiên cứu độ chứa khí khí metan thực từ nhiều năm chủ yếu tập trung mỏ có độ khí cao, chưa mang tính chất tổng thể chưa đưa dự báo khai thác xuống sâu cho vùng khống sàng hay mỏ than hầm lò để có biện pháp ngăn ngừa tích tụ khí q giới hạn cho phép hữu hiệu Để đánh giá mức độ nguy hiểm khí mê tan mỏ than khu vực khai thác, cần phải xác định chế độ khí mê tan mỏ khu vực khai thác Trong vấn đề đặc biệt quan trọng nghiên cứu xác định độ chứa khí mê tan vỉa than độ khí me tan đường lò mỏ cách định lượng để áp dựng phương pháp khai thác sử dụng phương tiện phòng chống cháy nổ khí mê tan phù hợp vừ bảo đảm an tồn vừa nâng cao hiệu kinh tế Vì “Nghiên cứu chế độ khí mê tan khai thác xuống sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” mang tính cấp thiết Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu chế độ khí mê tan mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khai thác xuống sâu - Đề xuất giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp tiến hành khai thác mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Độ khí độ chứa khí mê tan vỉa than ảnh hưởng đến trình khai thác xuống sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Phạm vi nghiên cứu: đề tài mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan nghiên cứu chế độ khí mê tan mỏ than hầm lò Thế giới Việt Nam - Nghiên cứu đặc điểm độ chứa khí mê tan khai thác xuống sâu vỉa than mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Nghiên cứu độ khí mê tan khai thác xuống sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí mê tan phù hợp cho mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp khảo sát, tổng hợp, kế thừa tài liệu; - Phương pháp phân tích, thống kê phương pháp đồ thị; - Phương pháp nội suy tuyến tính phi tuyến tính Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học đề tài: - Xây dựng hàm hồi quy theo phương pháp bình phương nhỏ để dự báo độ chứa khí khí mê tan mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; - Dự báo trình khí mê tan vào khu vực khai thác sở xác định độ khí metan mức khai thác bà dự báo độ khí metan cho mức khai thác 6.2 Giá trị thực tiễn đề tài: kết nghiên cứu góp phần xác định, dự báo độ khí metan khu vực khai thác vỉa than mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khai thác xuống sâu để có biện pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp Những điểm luận án - Xây dựng hàm hồi quy độ chứa khí mê tan vỉa than mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có dạng phương trình y = a.xb - Thành lập đồ phân vùng khí mê tan theo phạm vi theo chiều sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Dự báo độ khí mê tan cho lò chợ mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có dạng hàm hồi quy y=0,8651x +0,00246 với độ lệch R2=0,9896, với kết đo đạc thực tế kết dự báo nhân thêm với hệ số k =0,8651và cộng với 0,00246 Luận điểm khoa học - Càng khai thác xuống sâu độ chứa khí độ khí mê tan tăng; - Cùng điều kiện địa chất, độ khí mê tan phụ thuộc vào chiều dày vỉa than sản lượng khai thác; - Đối với hệ thống khai khai thác chia lớp, độ khí mê tan lò chợ lớp vách lớn lò chợ lớp trụ Cấu trúc luận án Luận án gồm chương, phần Mở đầu Kết luận kiến nghị, trang, bao gồm hình vẽ bảng biểu 10 Lời cảm ơn Luận án hoàn thành trường Đại học Mỏ- Địa chất hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Vũ Chí- Trường Đại học Mỏ- Địa chất TS Lê Văn Thao- Hội Khoa học công nghệ mỏ Việt Nam Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ mơn Khai thác hầm lò trường Đại học Mỏ- Địa chất, đặc biệt hai cán hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Vũ Chí TS Lê Văn Thao tận tình giúp đỡ Nghiên cứu sinh suốt trình nghiên cứu Tác giả luận án xin gửi lời cảm ơn tới nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam, xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, cán đơn vị: Tập đồn cơng nghiệp than- khống sản Việt Nam, Các cơng ty khai thác, hỗ trợ khai thác mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, đặc biệt Trung tâm An toàn mỏ, Viện KHCN mỏ-Vinacomin, Trung tâm cấp cứu mỏ- Vinacomin, hỗ trợ số liệu, tài liệu thực tế đóng góp ý kiến phục vụ cơng tác nghiên cứu Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THỐT KHÍ MÊTAN TRONG CÁC MỎ THAN HẦM LỊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ KHÍ MÊ TAN Mêtan (CH4) loại Cacbuahyđrơ bão hồ đơn giản nhóm parafin Là khí khơng mầu, khơng mùi, khơng vị Khối lượng riêng điều kiện bình thường 0,716 kg/ m3, nhẹ nhiều lần so với khơng khí Nó hoà tan etanol, ete, hoà tan nước (đến 3,5% điều kiện bình thường) Mặc dù mê tan khí khơng ảnh hưởng tới q trình hơ hấp hàm lượng đáng kể khơng khí gây nguy hiểm khí mêtan đẩy khí ơxy (4,8% mêtan đẩy 1%ơxy) Mê tan khí có khả cháy nổ Khi hàm lượng thể tích mê tan nằm khoảng từ - 15% hàm lượng ôxy tối thiểu khoảng 8% hỗn hợp có khả nổ, hỗn hợp nổ mạnh hàm lượng mê tan đạt 9,5% Giới hạn nổ khí mêtan khơng cố định phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vị trí cháy, cường độ gia nhiệt ban đầu Theo chiều giảm áp suất, giới hạn nổ thu nhỏ lại Theo chiều gia tăng nhiệt độ - giới hạn nổ mở rộng ngược lại 1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI a Phương pháp nước Tây Âu Ở nước Tây Âu, người ta thường sử dụng phương pháp dự báo độ khí mêtan vào lò chợ theo Shulza, Wintera Stuffkena Trong đó: M- Đơ khí tương đối lò chợ (m3CH4/T-ng.đ) Wtn- Đơ chứa khí tự nhiên vỉa than (m3CH4/T) Wlc- Đơ chứa khí vỉa lân cận (trên hoặc dưới) (m3CH4/T than sạch) mlc- Chiều dày vỉa lân cận (trên hoặc dưới); (m) mkt- Chiều dày vỉa khai thác nlc - Hê số khí từ vỉa lân cận (trên hoặc dưới), số phụ thuộc vào khoảng cách từ vỉa lân cận đến vỉa khai thác b Phương pháp thống kê Liên Xô Cơ sở phương pháp thống số liệu thống kê lại q khứ độ khí khu vực khai thác hay tầng khai thác yếu tố khác mức khai thác, chiều dài lò chợ Độ chuẩn xác phương pháp phụ thuộc vào độ tin cậy số liệu thống kê Độ khí mê tan mức khai thác tính theo cơng thức: Trong đó:Mp - Độ khí mêtan mức khai thác m3/Tngàyđêm H – Độ sâu mức thác (m) H0- Độ sâu vách đới chứa khí mê tan (m) L- Bậc giàu khí biểu thị mức tăng chiều sâu để độ khí tương đối tăng lên m3CH4/T-ng.đ; đơn vị (m/m3CH4/T) Giá trị bậc giàu khí L tổng kết từ số liêu thống kê mức khai thác Giá trị L xác định theo công thức sau: Lp- Độ giầu khí H1- Độ sâu khai thác mức nông (m) H2- Độ sâu khai thác mức sâu (m) Mp1- Độ khí mức nơng (m3CH4/T-ng.đ) Mp2- Độ khí mức sâu (m3CH4/T-ng.đ) Đối với mỏ có thống kê nhiều số liêu H1? H2 giá trị Mp1 Mp2 khác nhau, đưa lên đổ thị mối quan M- khí tương đối H- độ sâu mức khai thác Trên sở đường hổi quy M = f(H) ta dự báo khí Mp dự báo theo giá trị độ sâu mức khai thác Trong phương pháp có nhiều số liêu thống kê Mpi Hi độ chuẩn xác dự báo cao Hạn chế phương pháp cần có nhiều số liêu thống kê qua nhiều năm mức khác c Phương pháp dự báo độ khí mê tan từ đường lò khai thác Mỏ thực nghiệm “Barbara”, Ba Lan Theo phương pháp này, độ khí mê tan tuyệt đối vào lò chợ tính theo cơng thức chung sau: Vkt: khí mêtan từ than khai thác, m3/ph - Llc : Chiều dài lò chợ, m - mkh : Chiều dầy lớp khấu m - Yv : Trọng lượng thể tích than vỉa T/m3 Wv : Độ chứa khí mê tan vỉa m3/ Tkhối cháy Vg: Khí mê tan từ gương lò chợ Vtr: Khí mê tan từ phía lò chợ Vdi: Khí mê tan từ phía lò chợ p - tốc tiến gương lò chợ, m/ngày đêm 1.3 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LỊ Ở VIỆT NAM Cơng tác nghiên cứu độ khí metan Việt Nam số tác giả đề cập Trần Tú Ba, Lê Văn Thao Hiện nay, Việt Nam sử dụng phương pháp mỏ thực nghiêm “Barbara” Ba Lan để nghiên cứu áp dụng dự báo độ khí vào lò chợ phù hợp với điều kiên mỏ than hầm lò Việt Nam vì: Các yếu tố mỏ địa chất cơng nghệ mỏ hầm lò Balan Việt Nam khơng tương đồng Đặc biệt nói điều kiên mỏ-địa chất than Balan than lượng (Bitumineous), than Việt Nam than an- tra- xít (Anthracite) Các vỉa than Balan nằm sâu lớn (hàng nghìn mét) phần lớn vỉa thoải Còn vỉa than vùng Quảng Ninh đa số vỉa dốc, nằm gần mặt đất (hiện mỏ than sâu Việt Nam mỏ than Khe Chàm II-IV dự kiến đến mức -500 cho sản lượng vào năm 2022) Chính lý cần tính toán đối chứng với kết đo đạc thực tế để đề xuất hệ số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện mỏ địa chất mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 1.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG - Khí mê tan loại khí nguy hiểm mỏ than khai thác phương pháp hầm lò khí xuất thường xun mỏ than (đặc biệt mỏ than antraxit than bán antraxit vùng Quảng Ninh) xảy cháy nổ khí mê tan thường gây tổn thất lớn người, tài sản ảnh hưởng đến hoạt động sản thoát mỏ - Nhu cầu sử dụng than giới Việt Nam ngày tăng Đồng thời sản lượng than khai thác phương pháp hầm lò ngày chiếm tỷ lệ so với khai thác phương pháp lộ thiên Chính vấn đề đảm bảo an tồn cháy nổ khí mê tan mỏ than hầm lò cần đặt lên hàng đầu - Có phương pháp nghiên cứu độ chứa khí mê tan là: Nghiên cứu độ chứa khí mê tan q trình thăm dò địa chất nghiên cứu độ chứa khí mê tan trình khai thác Ở Việt Nam Nghiên cứu độ chứa khí mê tan q trình thăm dò địa chất với số liệu ít, dùng để phục vụ công tác thiết kế mỏ ban đầu; nghiên cứu độ chứa khí mê tan trình khai thác dùng để phân loại mỏ Chương ĐẶC ĐIỂM ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN CỦA CÁC VỈA THAN TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 2.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN TRONG CÁC VỈA THAN Độ chứa khí mêtan lượng khí mêtan tính theo điều kiện tiêu chuẩn có khối cháy vỉa than Yếu tố định mức độ chứa khí mê tan khoáng sàng chứa than biến động kiến tạo gần Các vỉa than có điều kiện tích tụ khí mê tan thường vỉa nằm lớp đất phủ khơng thẩm thấu khí Hiện tượng lớp ngăn cách vỉa than có thẩm thấu khí hay khơng tạo hai loại hình khống sàng kín hở Mức độ chứa khí mê tan vỉa loại khoáng sàng phụ thuộc vào tồn lớp ngăn cách khơng thẩm thấu khí Đặc trưng khống sàng loại kín tồn chung lớp ngăn cách vỉa than không thẩm thấu khí lớp đất phủ lớp nham thạch bon nằm xen kẽ vỉa than Nhờ lớp ngăn cách mà chuyển dịch khí mê tan từ lớp sâu bị chậm lại Khi tăng chiều sâu khai thác, độ chứa khí mê tan khống sμng loại tăng lên có khác vỉa 2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG THAN QUẢNG NINH Các mỏ than bể than Quảng Ninh chịu tác động hoạt động uốn nếp đứt gãy mạnh, than bị biến chất cao Trong bể than Quảng Ninh có 84,5% số mỏ than thuộc nhóm mỏ III, số thuộc nhóm mỏ II nhóm mỏ IV Tuy nhiên, việc phân chia nhóm mỏ chất trị số trung bình Mỗi mỏ than có trường hình học riêng khối kiến trúc đồng bậc cao có đặc tính dị hướng hình học với hệ số dị hướng khác Trong phạm vi bể than, trầm tích hệ tầng Hòn Gai có diện tích phân bố lớn nhất, tập trung thành dải lớn gần vĩ tuyến chạy dọc khu vực vùng Bảo Đài Phả Lại - Kế Bào Trầm tích chứa than bể than Quảng Ninh nhà địa chất thống xếp vào tuổi (T3n - r) có tên hệ tầng Hòn Gai Thành phần vật chất gần đồng lặp lại đơn điệu lớp đá giống mặt cắt, khó khăn phân chia địa tầng việc so sánh mặt cắt mang ý nghĩa tương đối 2.3 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN TRONG VỈA THAN CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Bảng Kết phân tích độ chứa khí metan vỉa than mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Tên mỏ Tên vỉa Vỉa 1CB Vỉa Mỏ than Mạo Khê Vỉa Vỉa Vỉa Mức Giá trị trung bình độ chứa khí, m3/TKC 50 -25 -70 -120 -150 -15 -59 -80 -100 -150 30 -25 -60 -80 -100 -150 -25 -50 -80 -120 -150 -25 -50 -80 0.01787 0.311 0.32033 0.462 0.634 0.253 0.467 0.78 0.825 1.05 0.299 0.399 0.422 0.456 0.672 0.9582 0.366 0.938 1.01266 1.342 1.5785 0.367 0.52639 1.418 Ghi 10 Vỉa Vỉa 9b Vỉa 10 Vỉa 10 Mỏ than Hà Lầm Vỉa 11 Vỉa 14 -135 -150 30 -25 -57 -80 -120 -25 -58 -68 -80 -105 70 32 -25 -38 -80 -95 +10 +5 -10 -40 -46 -50 -65 -90 -150 1.83364 1.988 0.356 0.698 1.389 2.26722 3.59497 0.1479 0.4141 0.8571 1.423 1.635 0.21066 0.289 0.375 0.661 0.936 1.029 0.061 0.0704 0.1131 0.1726 0.196817 0.24 0.2515 0.26385 0.2988 0.332 -200 0.37578 -46 -50 -70 -100 -110 -130 -145 -160 -250 +12 -25 0.01034 0.072 0.15 0.2311 0.25193 0.2745 0.262 0.2961 0.37494 0.105 0.192 11 Vỉa 12 Vỉa 13.1a Vỉa 13.1 Mỏ than Khe Chàm Vỉa 13.2 Vỉa 14.2 -80 -90 -110 -150 -300 -120 -130 -140 -160 -180 -200 -110 -125 -130 -120 -163 -200 -90 -100 -120 -130 -180 -225 -56 -100 -105 -120 -147 -152 -164 -190 -37 -45 -75 -80 -91 -94 -110 -124 -140 0.208 0.217 0.239 0.272 0.35953 1.5 2.203 2.809 3.282 3.37104 3.916 2.263 3.53632 3.81109 3.976 4.8583 5.302 3.37501 3.50684 4.758 4.827 5.02296 6.29 1.103 1.82 2.212 2.6 3.161 3.607 3.86856 4.148 1.522 2.19 2.386 2.661 3.114 3.14 3.66089 3.96833 4.2122 12 Vỉa 14.4 Vỉa 14.5 +69 -28 -45 -90 -100 -124 -150 -168 +59 +35 +3 -50 -71 -100 -140 0.3064 0.38 0.8 1.055456 1.28536 1.21072 1.331 1.419 0.13684 1.0207 1.1666 1.19645 2.089 2.089 2.49023 2.4 NGHIÊN CỨU QUY LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHỨA KHÍ METAN TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Sự thay đổi độ chứa khí metan theo chiều sâu vỉa mỏ Mạo Khê, Hà Lầm Khe Chàm xác định từ liệu đầu vào phương phpas hồi quy thực nghiệm theo quan hệ y = a.xb thể hình sau: Hình Biến thiên độ chứa khí mê tan vỉa than mỏ than Mạo Khê 13 Hình Biến thiên độ chứa khí mê tan vỉa than mỏ than Hà Lầm Hình Biến thiên độ chứa khí mê tan vỉa than mỏ than Khe Chàm Từ đồ thị biến thiên độ chứa khí mê tan theo chiều sâu vỉa than cho thấy độ chứa khí mê tan tăng theo chiều sâu vỉa độ chứa khí mê tan tuân theo quy luật với hàm hồi quy có dạng phương trình y=a.xb với biến x độ sâu (cao độ) vỉa than, y độ chứa khí mê tan độ sâu x Tùy điều kiện cụ thể vỉa mà có giá trị a b khác 14 2.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG Từ kết nghiên cứu độ chứa khí mê tan cho vỉa than mỏ Luận án có số nhận xét sau: - Độ chứa khí mê tan tăng theo chiều sâu vỉa mỏ theo quy luật y = a.xb - Trong bể than Quảng Ninh, mỏ hầm lò chia khu vực có độ chứa khí mê tan cao khu vực có độ chứa khí mê tan thấp Khu vực có độ chứa khí mê tan cao biểu mỏ: Mạo Khê, Đồng Vông, Quang Hanh, Dương Huy, Khe Chàm ( mỏ hạng III siêu hạng) Các mỏ than hầm lò lại vùng Quảng Ninh có độ chứa khí mê tan vỉa than thấp (chủ yếu mỏ hạng I II) Chương NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU TẠI CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 3.1 NGHIÊN CỨU ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ khí mê tan từ vỉa than khai thác, nhiên khuôn khổ luận án xét ảnh hưởng yếu tố là: Ảnh hưởng độ chứa khí vỉa than đến độ khí metan ảnh hưởng sản lượng khai thác đến độ khí metan Hình Mối quan hệ sản lượng độ thoát khí mê tan tuyệt đối mỏ than Mạo Khê 15 Hình Mối quan hệ sản lượng độ khí mê tan tuyệt đối mỏ than Hà Lầm Hình Mối quan hệ sản lượng độ khí mê tan tuyệt đối mỏ than Khe Chàm 16 Hình Thể tích khí metan từ mỏ than hầm lò 3.2 DỰ BÁO ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU Trên sở phân tích nêu trên, tác giả lựa chọn phương pháp Ba Lan làm phương pháp sở để nghiên cứu áp dụng việc tính tốn dự báo độ khí vào lò chợ cho phù hợp với điều kiên mỏ than hầm lò Việt Nam Hình Mỗi tương quan kết dự báo kết đo đạc thực tế độ thoát khí mê tan Kết tính tốn dự báo kết đo đạc thực tế thốt khí 17 tuyệt đối lò chợ dài cơng ty có chứa khí cao thuộc khu vực Mạo Khê, ng bí, Hòn Gai Cẩm Phả trình bày bảng cho thấy: - Các kết dự báo kết đo đạc thực tế có sai lệch khơng nhiều, với hàm hồi quy phương pháp bình phương cực tiểu có dạng: y=0,8651x +0,00246 với độ lệch R2=0,9896 Do kết dự báo để áp dụng vào thực tế cần phải nhân thêm với hệ số k =0,8651và cộng với 0,00246 - Các kết dự báo độ khí tuyệt đối khu vực nhìn chung cao so với kết đo đạc thực tế 3.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG - Độ khí mêtan lò chợ, lò chuẩn bị sơ đổ công nghệ khác tuân theo quy luật chung phụ thuôc chủ yếu vào chứa khí mêtan sản lượng khai thác lò chợ : - Đơ khí mêtan tương đối khí mêtan tuyệt đối tăng chứa khí mêtan tăng - Khi sản lượng khai thác tăng lên khí mêtan tuyệt đối tăng theo ngược lại khí mêtan tương đối lại giảm Từ bảng kết tổng hợp bình qn cho thấy, lượng khí mê tan mỏ có xu hướng năm sau tăng năm trước Mặt khác mỏ khai thác xuống sâu sản lượng khai thác không tăng nhiều, nên cho nhận xét khai thác xuống sâu lượng khí mê tan từ khu vực khai thác tăng lên Chương ĐỀ THỐT CÁC GIẢI PHÁP PHỊNG NGỪA CHÁY NỔ KHÍ MÊ TAN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 4.1 CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA MỐI NGUY HIỂM TỪ KHÍ MÊ TAN 4.1.1 Cảnh báo mối nguy hiểm khí metan nhờ giải pháp khoan tiến gương lò đào than 18 Hình Sơ đổ bố trí lỗ khoan thăm dò Nhóm lỗ khoan thẳng gương Nhóm lỗ khoan biên 4.1.2 Áp dụng thiết bị đo đạc khí mêtan cầm tay Hình 10 Hình ảnh thiết bị đo, cảnh báo khí mê tan cầm tay 4.1.3.Áp dụng hệ thống quan trắc cục tự động mỏ có độ nguy hiểm cao khí mêtan Hình 11 Sơ đồ khối hệ thống quan trắc 4.2 BIỆN PHÁP CHỦ ĐỘNG LOẠI TRỪ MỐI NGUY HIỂM CỦA KHÍ MÊ TAN Để chủ động loại trừ mối nguy hiểm khí mê tan cần thiết phải làm thoát khí mê tan cách khoan thu khí mê tan thải bên ngồi mỏ Lò chợ lựa chọn khoan tháo khí mêtan lò chợ I-11-5 vỉa 11 mỏ than Khe Chàm 1, Công ty than Hạ Long-TKV, có thơng số địa chất, kỹ thuật sau: - Chiều dày vỉa trung bình, m = 2,5 (m); - Góc dốc vỉa trung bình, = 280; - Tỷ trọng than, = 1,6 (T/m3); 19 - Chiều dài theo phương khu khai thác, Lp = 830 (m); - Chiều dài theo hướng dốc khu khai thác, Ld = 105 (m); - Sản lượng khai thác 500 T/ngày đêm - Hệ thống khai thác công nghệ khai thác: Hệ thống khai thác cột dài theo phương, chống giữ giá thủy lực di động XDY, khấu than khoan nổ mìn thủ cơng, điều khiển đá vách phá hỏa tồn phần - Độ chứa khí mêtan tự nhiên lớn vỉa: 10,3 m3/TKC - Độ khí mêtan tương đối lớn vỉa 7,51 m3/Tng.đ - Lưu lượng gió trung bình qua lò chợ: 8,0 m3/s - Biến động địa chất: khơng có đứt gãy phay phá Khí mêtan hút lỗ khoan qua hệ thống đường ống tháo khí mêtan, để xử lý khí mêtan thu có phương án để lựa chọn * Phương án Đưa khí mêtan lên mặt đất thu hồi khí để sử dụng; * Phương án Đưa khí mêtan lên mặt đất xả bầu khí quyến; * Phương án Xả khí mêtan đường lò thơng gió trạm quạt Hiện mỏ than Khe Chàm khai thác đến mức -250 đến mức 350, lượng khí mêtan vào lò chợ khơng ổn định nên lưu lượng, hàm lượng khí mêtan hút khơng ổn định Do đầu tư hệ thống để hút xử lý khí mêtan để sử dụng tốn mà hiệu đem lại chưa cao Vậy đề tài không xem xét đến phương án Phương án Đưa khí mêtan lên mặt đất xả bầu khí: Khí mêtan từ lò dẫn theo hệ thống đường ống DN200 (đường A) qua ngắt lửa (1) (để tách biệt hệ thống ống đất mặt đất) đến đường ống có lắp đặt thiết bị cảm biến (2), hỗn hợp khí đưa đến Injector (3) Các Injector trang bị van thải (8) để khử nước Khí sau qua Injector (3) làm lỗng quạt gió (4) khối trộn khơng khí (9) trước thải vào khí (B) Tiếng ồn quạt gió máy hút tạo khử phận giảm âm (5) Toàn trình làm việc trạm vận hành nhờ thiết bị đặt container văn phòng (7), lắp đặt thiết bị động lực, điều khiển hệ thống máy tính quản lý q trình làm việc hệ thống Phương án Xả khí mêtan đường lò thơng gió trạm quạt: Injector (3) nhờ lượng khí nén tạo hạ áp âm hút khí mêtan từ lỗ khoan lên theo hệ thống đường ống DN200 (đường A) qua đoạn đường ống có lắp đặt van điện từ (1) thiết bị cảm biến, đầu đo khí mêtan Tiếp theo hỗn hợp khí đưa đến Injector (3) Khí sau qua Injector (3) hòa lỗng luồng gió thải đường lò thượng thơng gió 20 B Container văn phòng (phòng điều khiển) Cột chống sét Khối trộn không khí Bộ phận giảm âm Tủ động lực, điều khiển thiết bị, đo l-ờng hiển thị Khu vực hòa loãng khí mêtan áp suất Min 0,7MPa Quạt gió Đ-ờng truyền số liệu đo an toµn tia lưa 3 x 400 AC ®-êng ®iƯn ngn, 35kW §-êng èng khÝ nÐn Injector dP %CH4 P Bộ ngắt lửa T A Cảm biến áp suất Cảm biến nhiệt độ Đ-ờng ống tháo khí mêtan từ d-ới hầm lò lên Đầu đo CH4 0-100% Cảm biến đo hạ áp Khử n-ớc Nối ®Êt Hình 12 Sơ đồ đưa khí mêtan lên mặt đất xả bầu khí quyến PT Van đóng mở Trạm khí nén Đ-ờng ống khí nén mặt đất PT Phòng điều khiển Bảng thị thông số trạm mặt Nút điều khiển van d-ới hầm lò FT Injector Đầu đo CH4, 0-5% Van điện từ phòng nổ DN250 TE PT 10 Đầu đo CH4 0-100% PP A Đ-ờng ống tháo khí mêtan ghi chú: Van điện từ phòng nổ DN250 Đầu đo CH4 0-100% Injector Cảm biến chênh lệch áp suất APR 2000 Ex 2Kpa (FT,PP) Cảm biến nhiệt độ CT-9Ex 1000C (TE) Đầu đo CH4, 0-5% Cảm biến áp suất PC-28 Ex -60 0Pa (PT) Van đóng mở Cảm biến ¸p suÊt PC-28 Ex 1Pa (PT) 10 Ch¹c ba DN250x2DN80 cho Injector Hình 13 Sơ đồ xả khí mêtan đường lò thơng gió trạm quạt Đối với phương án 2: dẫn khí mêtan lên mặt tăng chiều dài lắp đặt hệ thống chi phí vận hành hệ thống thi khí mê tan mặt bằng, phương án nên áp dụng có khả thu hồi khí mêtan để sử dụng Vì lựa chọn phương án 3: xả khí mêtan đường lò thơng gió trạm quạt 21 hợp lý đảm bảo hiệu an tồn q trình tháo khí mêtan, chi phí đầu tư thấp Để kiểm tra lưu lượng gió qua xun vỉa -225 hòa lỗng lượng khí mêtan Injector xả đường lò xuống 0,75% xem tính tốn phần dưới: - Để đảm bảo an tồn đường ống tháo khí mêtan phải đường lò gió thải, đến giai đoạn triển khai hệ thống khoan tháo khí mêtan đến trạm quạt ngắn nhất, chọn xun vỉa -225 vị trí để đặt Injector hút khí - Lưu lượng gió qua xun vỉa -225 80 m3/s (4800 m3/ph), hàm lượng khí mêtan lớn qua xuyên vỉa -225 0,3%, lưu lượng khí mêtan qua xun vỉa -225 là: 0,3x4800/100 = 14,4 m3/ph - Lưu lượng khí mêtan tháo lớn 5,98 m3/ph, tổng lưu lượng khí mêtan sau vị trí Injector xả khí mêtan là: 14,4 + 5,98 = 20,38 m3/ph Tổng lượng gió qua xuyên vỉa -225 sau vị trí Injector xả khí là: 4800 + 5,98 = 4805,98 m3/ph - Hàm lượng khí mêtan sau vị trí Injector xả khí mêtan tính tổng lưu lượng khí mêtan chia cho tổng lưu lượng gió, thay số vào ta tính hàm lượng khí mêtan xuyên vỉa -225 sau vị trí Injector xả khí là: 20,38 / 4805,98 x 100% = 0,42 % Vậy lưu lượng gió qua xuyên vỉa -225 hòa lỗng lượng khí mêtan Injector xả xuống mức cho phép Kết luận: Chọn phương án xử lý khí mêtan thu phương án 3: Xả khí mêtan đường lò thơng gió mỏ 4.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG Giải pháp áp dụng phòng ngừa cháy nổ khí mê tan mỏ than hầm lò vung Quảng Ninh cần áp dụng tổng thể giải pháp như: Sử dụng lỗ khoan tiến gương với chiều sâu lớn 10m, chí đến hàng trăm mét để thăm dò túi chứa khí, chứa nước, đồng thời áp dụng biệt pháp đo đạc khí mê tan tay thiết bị cảnh báo khí mê tan cá nhân trang bị cho cán công nhân mỏ Duy tu bảo dưỡng thường xuyên hệ thống cảnh báo khí mê tan lắp đặt mỏ lắp đặt cho khu vực chuẩn bị khai thác Đối với vỉa có độ chứa khí mê tan cao vỉa 11 mỏ than Khe Chàm 1, Công ty than Hạ Long-TKV, cần có biện pháp tháo khí Trong luận án, tác giả tính tốn cho lò chợ I-11-5 mỏ than Khe Chàm lựa chọn giải pháp khoan tháo khí xả đường lò gió thải mỏ với hàm lượng khí CH4 đầu xả khí 0,42% Tuy nhiên tiếp tục khai thác xuống sâu, độ chứa khí tự nhiên vỉa tăng lên cần tiếp tục tính tốn để kết nối với trạm hút khí mặt để đưa khí mê tan trực tiếp trời 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, ta rút kết luận sau: - Nhìn chung xu hướng độ chứa khí mê tan tăng theo chiều sâu vỉa mỏ - Trong bể than Quảng Ninh, xét riêng mỏ hầm lò chia khu vực có độ chứa khí mê tan cao khu vực có độ chứa khí mê tan thấp - Độ khí mêtan lò chợ, lò chuẩn bị sơ đổ công nghệ khác tuân theo quy luật chung phụ thc chủ yếu vào chứa khí mêtan sản lượng khai thác lò chợ - Đơ khí mêtan tương đối khí mêtan tuyệt đối tăng chứa khí mêtan tăng - Khi sản lượng khai thác tăng lên khí mêtan tuyệt đối tăng theo ngược lại độ khí mêtan tương đối lại giảm Từ bảng kết tổng hợp bình quân cho thấy, lượng khí mê tan mỏ từ năm 2007 đến năm 2015 có xu hướng năm sau tăng năm trước Mặt khác mỏ khai thác xuống sâu sản lượng khai thác không tăng nhiều, nên cho nhận xét khai thác xuống sâu lượng khí mê tan từ khu vực khai thác tăng lên II KIẾN NGHỊ Tăng chiều sâu khoan tiến gương lên tối thiểu 30m (vượt qua kẽ nứt tác động nổ mìn), chiều sâu tiến gương đạt tới hàng trăm mét cần để thăm dò khí nước Cần áp dụng khoan tháo khí mỏ có vỉa than có độ chứa khí lớn (những mỏ hạng III mỏ lên hạng III khai thác xuống sâu) Áp dụng kết nghiên cứu dự báo độ khí mê tan vào thực tế cách lấy kết dự báo nhân thêm với hệ số k =0,8651và cộng với 0,00246 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí, Nguyễn Cao Khải, Nhữ Việt Tuấn, Ngơ Hồng Ngân (2013), “Dự báo độ chứa khí khí mê tan vỉa than mỏ than Mạo Khê độ sâu khai thác khác nhau”, Tạp chí cơng nghiệp mỏ (5), tr 26-28, 25 Nguyễn Văn Thịnh, Trần Xn Hà, Nguyễn Cao Khải, Ngơ Hồng Ngân, Vũ Thành Lâm(2013), “Đánh giá xếp hạng mỏ theo độ thoát khí mê tan mỏ than Mơng Dương”, Tạp chí công nghiệp mỏ (4), trang 16-18 23 Nguyễn Văn Thịnh (chủ nhiệm), Nguyễn Văn Quang, Ngô Thái Vinh (2013), Nghiên cứu chế độ chứa, khí mê tan khai thác xuống sâu mỏ than Mạo Khê đề xuất biện pháp phòng ngừa cháy nổ khí mê tan, Đề tài cấp sở mã số T13-30, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí, Nguyễn Cao Khải (2014), “Đánh giá mức độ chứa khí mê tan khai thác số mỏ than hầm lò khu vực ng Bí- Quảng Ninh”, Tạp chí cơng nghiệp mỏ (6), trang 13-17 Nguyễn Văn Thịnh (chủ nhiệm), Nguyễn Cao Khải, Đinh Thị Thanh Nhàn (2015), Nghiên cứu độ chứa, khí mê tan độ sâu khai thác khác đề xuất giải pháp phòng ngừa mối nguy hiểm cháy nổ khí số mỏ than hầm lò vùng ng Bí- Quảng Ninh, Đề tài cấp sở mã số T14-25, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Đào Văn Chi, Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Trọng Phúc(2015), “Giải pháp tháo khí CH4 lò dọc vỉa mức +270 vỉa thiết bị Ekizoster mỏ than Hoành Bồ”, Tạp chí cơng nghiệp mỏ (5), trang 86-89 Nguyen Van Thinh, Dang Vu Chi, Dang Phuong Thao, Pham Thi Nhung, Tran Anh Duong (2017), “Methane forecast in the coal seams of Quang Hanh underground coal mine”, International Conferentce on Geo-spatial Technologies and Earth Resources-HaNoi 2017, ISBN978-604-913-618-4, pages 487-492 Van Thinh Nguyen, Waldemar Mijał, Vu Chi Dang (2017), “Methane estimation in DuongHuy coal mine”, 4th International conference scientificresearch cooperation between Vietnam and Poland, E3S Web of Conferences 35, 01005 s(2018) https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183501005 POL-VIET 2017 Van Thinh Nguyen (2018), “Determination of Methane Content at Hongthai Coal Mine from Curent Mining To -150 Level in Vietnam”, International Journal of Latest Engineering and Management Research (IJLEMR), ISSN: 2455-4847, www.ijlemr.com || Volume 03 - Issue 08 || August 2018 ||PP.65-71 10 Nguyễn Văn Thịnh (2018), “Xác định độ chứa khí mê tan vỉa than mỏ than Mông Dương đến mức -350”, Tạp chí cơng nghiệp mỏ (4), trang 24-27 24 11 Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí, Đặng Phương Thảo(2018), “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ khí mê tan gương lò đào mỏ than Khe Chàm 1”, Tạp chí cơng nghiệp mỏ (6), trang 21-26 ... hầm lò vùng Quảng Ninh - Nghiên cứu độ khí mê tan khai thác xuống sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí mê tan phù hợp cho mỏ than hầm lò vùng. .. (chủ yếu mỏ hạng I II) Chương NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU TẠI CÁC MỎ HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH 3.1 NGHIÊN CỨU ĐỘ THỐT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Có... vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Độ khí độ chứa khí mê tan vỉa than ảnh hưởng đến trình khai thác xuống sâu mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Phạm vi nghiên cứu: đề tài mỏ than hầm lò vùng Quảng