Bài viết nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mêtan và xác định chế độ thoát khí mêtan tại các gương lò đào của mỏ than Khe Chàm 1.
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ THỐT KHÍ MÊTAN TẠI CÁC GƯƠNG LÒ ĐÀO Ở MỎ THAN KHE CHÀM Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí, Đặng Phương Thảo Trường Đại học Mỏ địa chất Biên tập: Ths Phạm Chân Chính Tóm tắt: Mức độ nguy hiểm khí mêtan đánh giá độ chứa khí mêtan vỉa than độ khí mêtan khu vực khai thác hay tồn mỏ Độ khí mêtan thơng số quan trọng mêtan tạo nên hỗn hợp khí cháy bầu khơng khí mỏ gây mối nguy hiểm cháy nổ khí mỏ Độ khí mêtan đường lò chuẩn bị có vai trò quan trọng chế độ khí mêtan chung mỏ than hầm lò Để đề xuất giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí mêtan mỏ than hầm lò cần tìm hiểu chế độ khí mêtan đường lò chuẩn bị Hiện mỏ than Khe Chàm tiến hành thi cơng đường lò chuẩn bị khai thác xuống mức sâu Bài báo nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ khí mêtan xác định chế độ khí mêtan gương lò đào mỏ than Khe Chàm Kết nghiên cứu làm sở đề xuất giải pháp phòng ngừa cháy nỗ khí mêtan mỏ khai thác xuống mức sâu Đặc điểm khai thác đào lò chuẩn bị mỏ than Khe Chàm Khu mỏ than Khe Chàm thuộc thị trấn Mông Dương, Thành phố cẩm Phả tình Quảng Ninh, cách trung tam Thành phố cẩm Phả khoảng km phía Bắc, nằm bên trái đường quốc lộ 18A từ Hạ Long Mơng Dương, [1]: - Diện tích tồn khống sàng khoảng 9,3 km2; - Phía Bắc giáp Dương Huy, Bằng Tay; - Phía Nam giáp Khe Sim, Lộ Trí, Đèo Nai, Cọc Sáu; - Phía Đơng giáp Quảng Lợi, Mơng Dương; - Phía Tây giáp mỏ khe Tam Từ lộ vỉa đến mức -225 mỏ than Khe Chàm Công ty than Khe Chàm-TKV quản lý khai thác khai thác hết vào năm 2016 Từ 2016 đến mỏ than Khe chàm chuyển giao cho Công ty than Hạ Long quản lý khai thác từ mức -225 xuống mức -350 kết nối mức - 350 với mỏ than Khe Chàm ll-IV xây dựng [2] Hiện mỏ than Khe Chàm khai thác đào lò chuẩn bị chủ yếu vỉa 11 với lò chợ -265/ 225 sản lượng 120.000 tấn/năm gương đào lò dọc vỉa có tiết diện từ 8,4 m2 đến 11,0m2 , chống lò sắt mã hiệu SPV27 [2] Đặc điểm độ chứa khí mêtan số vỉa than mỏ Khe Chàm [1] Vỉa than khai thác mỏ than Khe Chàm vỉa 11 có vị trí nằm vỉa 10 với khoảng cách 10 ÷ 95 m; nằm vỉa 12 với khoảng cách từ 75÷80 m Vỉa lộ lớp đất phủ diện hẹp phía Tây Nam khu mỏ Vỉa 11 có cấu tạo vỉa tương đối phức tạp Các lớp đá kẹp vỉa chủ yếu sét kết, bột kết, Bảng Hàm lượng khí chất khí chứa vỉa Hàm lượng thực chất khí ( %) Tên vỉa C02Min-Max (Tr.bình) H2Min-Max(Tr.bình) CH4 Min-Max (Tr.bình) t-U+CHiCTr.bìnhL, V.12 1.73-16.00 (8,34) 0,08-8,96 (1,99) 5,20+42,50 (24,41) 26,40 V.11 3.51+34.75 (9,22) 0,00-5-21,36 (3,30) 3,12-58,74 (20.84) 24,14 V.10 1,18*23,27 (8,07) 0,00+15,16 (3,00) 3,07*71,77 (24,78) 27,78 22 KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN THÔNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ đơi chỗ sét than Chiều dày tồn vỉa thay đổi từ 0,47÷16,32 m, trung bình 3,67 m, chiều dày riêng than thay đổi từ 0,47 m đến 12,23 m, trung bình 3,30 m Đá kẹp vỉa có từ 0÷5 lớp, chiều dày đá kẹp từ 0,0 ÷4,09 m, trung bình 0,37 m Hệ số chứa than trung bình vỉa 91 %, độ tro hàng hố trung bình 13.68 % Kết thăm dò hàm lượng chất khí chứa số vỉa than thuộc mỏ than Khe Chàm giới thiệu Bảng [1] Kết lấy mẫu, phân tích độ chứa khí mêtan mức vỉa 11 thực Trung tâm an toàn mỏ, Viện Khoa học Cơng nghệ MỏVinacomin trình bày Bảng [5] Độ khí mêtan vào đường lò chuẩn bị 3.1.Nguồn khí mêtan [4] Khí mêtan vào đường lò từ nguồn sau: - Khí mêtan thoát từ than tách phá q trình đào lò; - Khí mêtan từ sườn than đường lò; - Khí mêtan từ sườn đá lò (vùng lân cận với sườn than), từ mà mêtan từ phần vỉa nằm vùng dịch động (thay đổi áp lực vỉa bị ảnh hưởng khai thác) 3.2 Cơ chế khí mêtan vào đường lò chuẩn bị Sự khí mêtan vào khơng gian làm việc đường lò q trình phát tán khí mêtan từ đất đá vùng dịch động xung quanh khu vực đường lò phay phá có chứa Bảng Kết phàn tích độ chứa khí mêtan vỉa 11 TT Mức sâu Độ chứa khí CH4, m3/TKC vỉa 11 -250 0,536 -260 0,796 -280 0,951 -295 1,538 -310 -330 1,813 2,100 -350 2,200 khí mêtan Q trình đào lò tạo khe nứt đất đá xung quanh, đất đá khu vực có chứa khí mêtan dạng tự hay hấp thụ, xung quanh khu vực lò đào có khoảng khai thác có chứa khí mêtan xảy q trình tái hấp thụ khí mêtan vùng dịch động khí mêtan chuyển dịch vào đường lò đào Sự phân bố khí mêtan đường lò đào có thơng gió cục phụ thuộc vào hai điều kiện cách thức thơng gió độ dốc đường lò Diễn biến trình khí mêtan vào đường lò chuẩn bị thường diễn ổn định phân bố sau: - Khí mêtan mạnh gương lò khu vực sát với gương lò, xảy q trình đào lò tiếp cận với bề mặt khu vực có chứa khí mêtan; - ở phần lại đường lò, q trình khí mêtan ổn định hơn, độ thẩm thấu khí đất đá xung quanh đường lò đóng vai trò quan trọng q trình khí Thực tế mỏ, thường áp dụng phương pháp thơng gió cục đào đường lò chuẩn bị: thơng gió hút; thơng gió đẩy; thơng gió kết hợp Khi sử dụng thơng gió hút, gió qua đường lò tới gương lò, gió bẩn đưa từ gương lò ống hút Tồn lượng khí mêtan từ đất đá xung quanh đường lò với gió qua gương lò, lượng khí mêtan tích tụ thường lớn Thơng gió phương pháp thường gây tổn thất gió lớn Vì gió lọt qua khe hở đường ống nên lượng gió đưa tới gương lò giảm đáng kể, điều làm cho nồng độ khí mêtan gương lò tăng lên Thơng gió hút cho gương lò chuẩn bị, có nhiều khả gây nên tích tụ khí mêtan gương lò có xu gây nên hiểm hoạ lớn Khi áp dụng thơng gió đẩy, gió đẩy qua ống gió vào gương, gió bẩn đưa qua đường lò Với biện pháp thơng gió đẩy, khí mêtan đường lò với khơng khí bần đưa ngồi đường lò Khí mêtan gương lò hồ trộn cách hữu hiệu với khơng khí nhờ áp lực ống gió, hỗn hợp khí mêtan khơng khí KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 23 THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ đưa ngồi Trong trường hợp có rò gió ống gió lỗng thêm nồng độ khí mêtan Do biện pháp thơng gió làm giảm hiểm hoạ khí mêtan Lượng khí mêtan lớn thường tập trung phía cửa gió đường lò Thơng gió hỗn hợp quy tụ hiệu chống hiểm hoạ khí mêtan, đặc trưng cho thơng gió hiệu chống bụi khơng khí gương lò, tính tích cực thơng gió hút Tuy nhiên, cần phải có phận sau đây: - ống gió để đẩy gió lắp chiều dài đường lò; - ống gió phụ để hút gió, lắp vùng gần gương, ống hút thường lắp thêm phận lọc bụi; - Nếu ống hút trang bị thêm thiết bị lọc bụi đầu ống đẩy cần phải lắp ống tạo xoáy Các yếu tố ảnh hưởng đến độ khí mêtan vào gương lò đào 4.1 Độ chứa khí mêtan vỉa than Từ kết lấy mẫu, phân tích độ chứa khí mêtan Trung tâm An tồn mỏ, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin mức khai thác vỉa 11 thực Trung tâm An tồn mỏ, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ-Vinacomin Bảng 2, sừ dụng phần mềm Microsott Excel xây dựng đồ thị biến thiên độ chứa khí mêtan (H.1) sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu xác định hàm biến thiên thể mối liên hệ độ chứa khí mêtan vởi chiều sâu khai thác vỉa 11 mỏ than Khe Chàm có dạng: y=-0,0136x-2.7462 (1) Từ phương trình biến thiên độ chứa khí mêtan vỉa 11 mỏ than Khe Chàm 1, ta xác định độ chứa khí mêtan vỉa 11 mức sâu đào lò chuẩn bị Bảng Kết đo đạc thực tế lưu lượng gió nồng độ khí CH4 gương lò chuẩn bị mỏ than Khe Chàm thể Bảng [3] Hiện mỏ than Khe Chàm khai thác chuẩn bị vỉa 11 độ sâu khác Sự chênh lệch mức không nhiều, nhiên kết đo đạc nồng độ khí mêtan gương lò độ sâu khác có khác có xu hướng tăng lên, tỷ lệ thuận theo chiều sâu khai thác Điều phù hợp Hinh Đồ thị biến thiên độ chứa khí mêtan vỉa 11 theo chiều sâu khai thác Bảng Kết tính tốn đo đạc gương lò chuẩn bị Lưu lượng gió đo Nồng độ CH4 đo Kết tính tốn gương lò, gương lò, độ chứa khí mêtan, m3/s % m 3/TKc No Tên đường lò Lò DWT 1-11-2 (-250) 7,2 0,2 0.5358 Lò DVTG 1-11-2 (-225) 7,6 0,18 0.2958 Lò DWT 1-11-3 (-300) 11,0 0,32 1.2158 Lò DVTG 1-11-3 (-260) 7,2 0,28 0.7718 Lò DVVT 1-11-4 (-300) 8,4 0,29 1.4158 Lò DWT 1-11-5 (-325) 7,5 0,36 1.7558 24 KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ Bảng Tiết diện đường lò khối lượng than đào lò [2], [3] No Tên đường lò Tiết diện đường lò đào, m2 Khối lượng than Nồng độ CH4 đo đào lò, T/ ng.đ gương lò, % Lò DWT 1-11-2 (-250) 9.2 75 0,2 Lò DVTG 1-11-2 (-225) 9.6 70 0,18 Lò DWT 1-11-3 (-300) 9.2 85 0,32 Lò DVTG 1-11-3 (-260) 8.4 85 0,28 Lò DWT 1-11-4 (-300) 9.3 70 0,29 Lò DWT 1-11-5 (-325) 11.0 85 0,36 Hình Một phần mặt cắt địa chất tuyến Ĩ mỏ Khe Chàm với quy luật độ chứa khí mêtan vỉa than, độ chứa khí mêtan vỉa tăng dần theo chiều sâu vỉa Với độ chứa khí mêtan vỉa 11 đánh giá cao khai thác xuống sâu kết đo đạc gương đào lò cho thấy cần phải tăng cường bổ sung gió cho gương lò nhằm hòa lỗng khí CH4 quạt gió cục cung cấp gió cho gương lò cần phải hoạt động liên tục nhằm tránh tích tụ khí CH4 4.2 Tốc độ đào lò Cơng nghệ đào lò sử dụng cho gương lò đào dọc vỉa mỏ than Khe Chàm sử dụng khoan nổ mìn Tuy nhiên tốc độ đào lò so sánh thơng qua hai thơng số tiết diện gương lò đào khối lượng than đào lò ngày đêm Với đường lò có tiết diện, tốc độ đào lò (khối lượng than đào lò nhau) có độ khí mêtan tương tự Sản lượng than đào lò lớn độ khí mêtan lớn ngược lại 4.3 Khoảng cách vỉa than lân cận Độ thoát mêtan vào đường lò ảnh hưởng độ chứa khí mêtan vỉa lân cận Thông qua khe nứt đất đá sụt đổ trình khai thác mà khí mêtan vìa dịch chuyển sang vỉa khác Tuy nhiên điều kiện mỏ than Khe Chàm 1, trình tự khai thác từ xuống dưới; khoảng cách từ vỉa than 11 đến vỉa 12 vỉa 10 lớn nên ảnh hưởng đến độ thoát giảm đáng kể Kết luận Độ khí mêtan đường lò chuẩn bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố địa chất, kỹ thuật cơng nghệ bao gồm yếu tố là: đọ chứa khí mêtan vỉa than, tốc độ đào lò khoảng cách tới vỉa lân cận Cùng điều kiện địa chất vỉa, xuống sâu độ chứa khí độ khí mêtan tăng; độ chứa khí mêtan vỉa than độ khí mêtan tỷ lệ thuận với tốc độ đào lò Hiện nay, nồng độ khí mêtan đo gương lò đào mỏ than Khe Chàm cao (từ 0,18-5-0,36 %) Do cần thiết phải tăng cường bổ sung gió cho gương lò nhằm hòa lỗng khí CH4 quạt gió cục cung cấp gió cho gương lò cần phải hoạt động liên tục nhằm tránh tích tụ khí CH4 Cần theo dõi độ khí mêtan thường xun cần thiết xác định, dự báo độ chứa khí mêtan vỉa 11 KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN 25 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ khai thác xuống sâu để có biện pháp tháo khí trước khai thác cần thiết nhằm đảm bảo an tồn, phòng ngừa mối nguy hiểm khí mêtan gây Tài liệu tham khảo: Trần Xuân Hà (chủ biên) nnk (2013) Giáo trình An tồn Vệ sinh Cơng nghiệp Khai thác mỏ hầm lò Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Báo cáo Tổng hợp tài liệu tính lại trữ lượng than khu mỏ Khe Chàm-Cẩm Phả-Quảng Ninh, Công ty Tin học Môi trường mỏ-Vinacomin, Hà Nội 2008 Hiện trạng khai thác mỏ than Khe Chàm Phòng Kỹ thuật Cơng ty than Hạ Long 2018 Kết đo gió, khí mỏ than Khe Chàm Phòng thơng gió Cơng ty than Hạ Long 2018 Trung tâm An toàn mỏ (2017) Dự liệu chứa khí khu Khe Chàm ll-IV Cơng ty than Hạ Long, Quảng Ninh Research factors affecting methane emission at working face of Khe Cham coal mine Nguyen Van Thinh, Đang Vu Chi, Đang Phuong Thao Hanoi University of Mining and Geology Summary: The level of danger of methane is assessed by the level of methane gas content in the coal seams and the methane emission in the mining area or the whole mine Methane emission is a very important parameter as the methane emission creates a mixture of flammable gas in the mine atmosphere and causes danger of gas explosion in the mine The methane emission in preparation roadways plays an important for the general methane emission at underground coal mine In order to propose solutions for methane explosion prevention at underground coal mines, it is necessary to find out the methane emission mechanism at preparation roadways At present, Khe Cham coal mine has been carrying out the construction of preparation roadways to exploit coal at a deeper level In this paper, the authors investigate factors affecting the methane emission and determination of methane emission mechanism at working faces of Khe Cham coal mine The results of this study is used as a basis for proposing methane explosion prevention solutions when a mine is exploited at a deeper level 26 KHCNM SỐ 3/2019 * CNKT LỘ THIÊN ... lượng than đào lò nhau) có độ khí mêtan tương tự Sản lượng than đào lò lớn độ khí mêtan lớn ngược lại 4.3 Khoảng cách vỉa than lân cận Độ thoát mêtan vào đường lò ảnh hưởng độ chứa khí mêtan. .. xoáy Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mêtan vào gương lò đào 4.1 Độ chứa khí mêtan vỉa than Từ kết lấy mẫu, phân tích độ chứa khí mêtan Trung tâm An tồn mỏ, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ- Vinacomin... ảnh hưởng đến độ thoát giảm đáng kể Kết luận Độ khí mêtan đường lò chuẩn bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố địa chất, kỹ thuật cơng nghệ bao gồm yếu tố là: đọ chứa khí mêtan vỉa than, tốc độ đào lò