Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng tại công ty than mạo khê

NGUYễN Văn Tùng Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

NGUYễN Văn Tùng

Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng

tại Công ty than Mạo Khê

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2013

NGUYễN Văn Tùng

Nghiên cứu giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng

tại Công ty than Mạo Khê

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Ngụ Doón Hào

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tùng

MỤC LỤC

Trang TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

2.2.Thực trạng khí mỏ ở các đường lò bằng đang thi công trong khu vực đất

có khí bụi nổ siêu hạng ở mỏ than Mạo Khê

17

2.4 Thực trạng hệ thống các đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo

2.5 Các thực trạng thi công đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo

Khê

24

Chương 3 Những yếu tố ảnh hưởng tới mất an toàn trong thi công các đường

lò bằng trong điều kiện đất đá có khí bụi nổ siêu hạng

3.2.Những yếu tố gây mất an toàn về cháy nổ trong thi công đường lò bằng

đào trong đá

40

3.2.4.3.Vỏ chống bêtông và bêtông cốt thép 55

Chương 4 Đề xuất các giải pháp thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có

khí bụi nổ siêu hạng

64

4.1 Phân tích đánh giá lựa chọn giải pháp thi công an toàn về cháy nổ khi thi

64

4.2.Đề xuất các giải pháp an toàn khi thi công các đường lò trong khu vực mỏ

siêu hạng về khí nổ mêtan

67

DANH MỤC CÁC BẢNG

loại khí độc

32

điều kiện bình thường, theo phần trăm thể tích

37

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu năng lượng không thể thiếu đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người đã tìm

ra rất nhiều nguồn năng lượng như năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời, năng lượng gió… Tuy nhiên than vẫn là nguồn cung cấp năng lượng được sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới Đặc biệt với điều kiện ở Việt Nam hiện nay, than là nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú Đó là nguồn năng lượng quan trọng phục vụ sản xuất và đời sống hiện nay và trong tương lai gần than vẫn là nguồn năng lượng không thể thiếu được Do đó chúng ta cần phải khai thác và sử dụng một cách hợp lý

Trong những năm qua, Tập đoàn Công nghiệp than khoáng sản Việt Nam đã chú trọng đầu tư khai thác than hầm lò, khôi phục các mỏ cũ, xây dựng các mỏ xuống sâu nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng Việc khai đào các hệ thống đường lò chuẩn bị xuống sâu gặp rất nhiều khó khăn về trang thiết bị, nhân công, thông gió, thoát nước, vận chuyển đặc biệt trong quá trình đào lò xuống sâu luôn tiềm ẩn hiểm họa về cháy nổ do khí bụi nổ, đặc trưng là cháy

nổ khí mêtan làm thiệt hại lớn về con người cũng như vật chất Trong đó phải

kể đến vụ cháy nổ khí mêtan ở Công ty than Mạo Khê ngày 19/9/1999 làm

11 người thiệt mạng …

trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê là vấn

đề cần thiết và cấp bách

2 Mục đích nghiên cứu

Đưa ra các giải pháp thi công an toàn cho các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Các đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo Khê

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan công tác thi công các đường lò bằng đào trong

đá ở Việt Nam và trên thế giới

- Những yếu tố ảnh hưởng đến thi công các đường lò bằng đào trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng

- Nghiên cứu thực trạng thi công các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê

- Nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới thi công các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê

- Các giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê

- Đề xuất những kiến nghị

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế sản xuất và đưa ra giải pháp thi công phù hợp vào thực tiễn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Phân tích, đánh giá các giải pháp thi công trong điều kiện mỏ có khí bụi nổ siêu hạng, đề xuất giải pháp thi công an toàn hợp

lý

- Ý nghĩa thực tế: Các giải pháp thi công đã đề xuất có thêm phần lựa chọn cho mỏ than Mạo Khê, nhằm đảm bảo an toàn trong thi công các đường

lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng và các mỏ khác có điều kiện tương tự

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: Phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị được trình bầy trong 80 trang với 23 hình vẽ và 18 bảng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành ngoài sự lỗ lực của bản thân, còn được

sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Viện khoa học công nghệ mỏ, Công ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ & công nghiệp, Công ty than Mạo Khê và đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Ngô Doãn Hào

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Ngô Doãn Hào đã dành rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Xây dựng Công trình và Mỏ, các bạn đồng nghiệp, Viện Khoa học công nghệ mỏ, Công

ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ & công nghiệp, Công ty than Mạo Khê đã giúp

đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÀO LÒ KHAI THÁC THAN TRÊN THẾ

GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1 Tổng quan công tác đào lò khai thác than trên thế giới

Công nghiệp khai thác than xuất hiện tương đối sớm và được phát triển

từ nửa sau thế kỷ XIX Sản lượng khai thác than của các quốc gia giữa các thời kỳ cũng rất khác nhau, song nói chung có xu hướng tăng lên Trong vòng

50 năm qua tốc độ trung bình là 5,4%/năm Cao nhất vào thời kỳ 1950-1980 đạt 7%/năm Từ đầu thập kỷ 90 đến nay mức tăng giảm xuống chỉ còn 1,5%/năm Mặc dù việc khai thác và sử dụng than có thể gây hậu quả xấu đến môi trường như: Đất, nước, không khí song nhu cầu than không thể mà giảm

đi Sản lượng than tập trung chủ yếu ở các khu vực Châu Á, Thái Bình Dương, Bắc Mỹ, Nga và một số nước Đông Âu Các nước sản xuất than hàng đầu là Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Nga chiếm 2/3 sản lượng than của thế giới Công nghiệp khai thác than ra đời trước tiên ở nước Anh vào đầu thế kỷ XIX Sau đó, người ta tìm thấy nhiều than ở Hoa Kỳ, Ấn Độ, Canađa

Vì thế các quốc gia này lần lượt dẫn đầu về sản lượng than khai thác trên thế giới Sau chiến tranh thế giới thứ hai, hàng loạt mỏ than khổng lồ được phát hiện ở Êkibát, Đôn bát (Liên Xô cũ), ở BaLan, Đông Đức Trong nhiều năm, Liên Xô dẫn đầu về sản lượng than Từ năm 1990 do những biến động về chính trị về kinh tế nên sản lượng than ở Đông Âu và Liên Xô cũ bị giảm xút

Từ thập niên 90 của thế kỷ XX việc tìm ra những mỏ than lớn ở Trung Quốc

đã giúp nước này đứng đầu về khai thác than vượt trên cả Hoa Kỳ

Hình 1.1 Biểu đồ khai thác than của các nước đứng đầu thế giới

Song song với việc để khai thác tăng sản lượng than cho các quốc gia nêu trên thì phải kể đến việc phát triển của công nghệ đào lò đá phục vụ cho khai thác than

Trên thế giới công nghệ đào chống các đường lò tùy theo điều kiện địa chất mỏ mà người ta chia thành 2 loại theo phương pháp thi công: đào lò bằng phương pháp đặc biệt và các phương pháp thông thường

Đào lò bằng phương pháp đặc biệt được áp dụng khi đào qua vùng khối đất đá kém ổn định như qua phay phá, qua phay cát chảy, qua đất yếu, vùng đất đá ngập nước hoặc có chứa nước, vùng có khí bụi nổ siêu hạng nên trước khi đào phải có các biện pháp cải tạo, gia cố nhằm nâng cao độ ổn định của đường lò Sau khi gia cố ổn định khối đá xung quanh công trình xong thì người ta có thể thi công đào lò theo phương pháp bình thường

Đào lò bằng phương pháp thông thường như khoan nổ mìn, đào bằng máy hay bằng búa chèn, bằng sức nước

Hiện nay, ở các nước hầu như không còn áp dụng giải pháp xúc bốc bằng thủ công Đây là công việc nặng nhọc nhất trong một chu kỳ đào lò Trong trường hợp công tác khoan được thực hiện bằng các máy khoan tay thì công tác xúc bốc vẫn thực hiện bằng phương pháp cơ giới

Hình 1.2 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh)

Ngoài ra ở các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Ba Lan khi đào các đường lò trong vùng đất đá có khí mêtan tích tụ, người ta đã nghiên cứu áp dụng thành công kỹ thuật thu hồi, tháo khí mêtan

từ các vỉa than, thu hồi khí từ luồng gió thải để sử dụng làm năng lượng như: chạy máy phát điện, sưởi ấm và đun nấu Dây chuyền công nghệ thu hồi khí mêtan và sử dụng chúng bao gồm hàng loạt trang thiết bị hiện đại như máy khoan sâu lấy khí, máy nén khí, hệ thống ống dẫn, thiết bị thu nạp khí, thiết bị kiểm soát, dập lửa Đây là một tiến bộ vừa mang lại lợi ích kinh tế xã hội vừa đảm bảo trong lành trong khu vực khai thác than Ở một số mỏ có nhiều khí,

với lượng khí mê tan thu hồi được lớn có thể sử dụng để chạy máy phát điện

ở Ba Lan có những mỏ dùng khí thu hồi được để chạy máy phát điện

1.2 Tổng quan công tác đào lò khai thác than tại Việt Nam

Ở Việt Nam than có nhiều loại, với trữ lượng lớn, tập trung chủ yếu ở Quảng Ninh ( chiếm 90% trữ lượng than cả nước) Trữ lượng than của nước

ta ước chừng hơn 6,6 tỷ tấn, trong đó trữ lượng có khả năng khai thác là 3,6 tỷ tấn (đứng đầu Đông Nam Á) Quảng Ninh có khoảng 20 mỏ khai thác với sản lượng lớn, trong đó có các mỏ khai thác với công suất >1 triệu tấn/năm như mỏ: Mạo Khê, Vàng Danh, Năm Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy và các mỏ có công suất > 2 triệu tấn/năm gồm mỏ: Cọc Sáu, Cao Sơn, Đèo Nai, Núi Béo, Hà Tu

Những năm trước thập kỷ 70 dưới thời kỳ Pháp thuộc việc đào lò đá và khai thác than hoàn toàn bằng thủ công, dụng cụ đào lò thô sơ cầm tay như: cuốc chim, choòng, búa chặt và đục mìn, các đường lò thông gió bằng hứng gió tự nhiên không có quạt gió chạy điện mà chỉ có quạt gió dạng lò rèn để thông gió cho các đường lò thi công hoặc thông gió tự nhiên

Hình 1.3 Đào lò và vận chuyển đất đá bằng thủ công

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của thế giới về khoa học và công nghệ thì các mỏ ở Việt Nam cũng có sự phát triển đi theo, công nghệ đào lò ngoài khoan nổ mìn đã sử dụng rất nhiều công nghệ đào lò bằng máy

Hình 1.4 Đào lò bằng máy, chống lò bằng vì thép

Từ năm 2000 đến nay các mỏ than vùng Quảng Ninh đã phát triển theo công nghệ hiện đại, dưới sự chỉ đạo của Tập đoàn Công nghiệp than khoáng sản Việt Nam, sản lượng than khai thác của các mỏ đã được tăng cao khi áp dụng các công nghệ đào lò hiện đại Hiện nay công nghệ sử dụng chủ yếu để đào các đường lò là:

+ Khoan lỗ mìn bằng các máy khoan cầm tay của Trung Quốc YT-28

do Trung Quốc sản xuất, xúc bốc và trao đổi goòng thủ công, đẩy goòng bằng thủ công ra vị trí đổ thải, chống giữ bằng khung thép, chèn bê tông hoặc chống bằng neo

+ Khoan lỗ mìn bằng xe khoan Tamrock 1F/E50, 2F/E50, xúc bốc cơ giới bằng máy xúc lật sau, vận tải bằng tàu điện, chống giữ bằng khung thép, chèn tấm chèn bê tông

Trong thời gian vừa qua nhiều mỏ vùng Quảng Ninh như: Mạo Khê, Năm Mẫu, Khe Chàm đã đầu tư sử thiết bị đào lò bằng máy Combai AM-45Z, AM-50Z, vận tải bằng hệ thống máng cào treo trên mônoray kết hợp với goòng 3 tấn được tàu điện di chuyển ra ngoài, chống giữ bằng khung thép, chèn bằng tấm chèn bê tông

Hình 1.5 Đào lò bằng máy Kombai

Nhìn chung về công tác đào lò của Việt Nam nói chung và của Tập đoàn Công nghiệp than khoáng sản Việt Nam nói riêng trong đó có mỏ than Mạo Khê đến nay đã có nhiều phát triển Trong đào lò đã sử dụng phần nhiều thiết bị cơ giới hóa để làm giảm sức lao động, đảm bảo an toàn cho người công nhân làm việc trong hầm lò

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG THI CÔNG LÒ BẰNG Ở MỎ THAN MẠO KHÊ

2.1 Thực trạng địa chất các đường lò đã thi công mỏ than Mạo Khê

2.1.1 Địa tầng

Theo [3] địa tầng ở mỏ than Mạo Khê có cấu trúc chia thành 2 cánh, đứt gãy FA trùng với mặt trục nếp lồi làm mặt phân chia cánh Bắc và cánh Nam Khối Bắc gồm toàn bộ địa tầng cánh Bắc cũ và khối Nam chỉ còn phần địa tầng cánh Nam từ vỉa 3 đến vỉa 14 (F.B)

+ Địa tầng khối Bắc: Chia khối Bắc ra 3 tập than (gọi theo thuật ngữ

chứa các vỉa than từ 2 đến 17

các vỉa than từ 18 đến 27

Tập than dưới lộ ra từ tuyến X về phía Đông: Phía Bắc từ trụ lộ vỉa 2, phía Nam từ trụ lộ vỉa 4 cũ hoặc sát phay FA Đá và các vỉa than tạo cấu trúc nếp lồi không hoàn chỉnh Chia nếp nồi thành 2 phần: Phần 1 gồm các vỉa than từ 1 trở xuống cắm Bắc thuộc cánh Bắc; phần gồm các vỉa than từ vỉa 3 trở xuống cắm Nam thuộc cánh Nam Mặt phân chia là phay FA, hai cánh không liên hệ với nhau và khác nhau về địa tầng

Các vỉa than trong tập than dưới có chiều dày từ mỏng đến trung bình (trừ diện vỉa ở đỉnh nếp lồi) Độ duy trì ổn định của vỉa kém, có vỉa chỉ có giá

trị từng diện hẹp (vỉa 1c, 1c trụ) Tính nhịp trầm tích không rõ (nhịp không hoàn chỉnh) khoảng cách giữa các vỉa từ 18 đến 70 mét; theo hướng cắm, khoảng cách giữa các vỉa giảm dần, nhất là các vỉa cắm Bắc Ở tâm nếp lồi, chiều dày các vỉa lớn, mật độ chứa than cao Ra xa hai cánh về phía Đông và theo hướng cắm chiều dày vỉa mỏng dần Tập than dưới đã xác định có trên

14 vỉa than, trong đó có 6 vỉa đạt chiều dày công nghệ và tính trữ lượng gồm

Phân bố rộng và chiếm phần lớn diện tích khối Bắc, tạo đơn nghiêng cắm Bắc, kéo dài suốt từ Tây về Đông khu mỏ Giới hạn dưới của tập vỉa là 2, giới hạn trên là trụ vỉa 18, tổng chiều dày của tập than là 1170m Tập than giữa chứa 17 vỉa và nhịp vỉa than, trong đó có 9 vỉa đạt chiều dày công nghiệp

đối tượng khai thác chính mức lò bằng +30 từ trước đến nay, cũng đồng thời

là đối tượng khai thác mức +30 trở xuống sau này

Trầm tích mang nhịp khá hoàn chỉnh, bắt đầu là trầm tích hạt thô sạn kết hoặc cuội kết, chuyển dần lên cát kết hạt thô, trung mịn, bột kết, sét kết, kết thúc là vỉa than hoặc sét than; Sau đó quá trình ngược lại Đương nhiên trong các tập hợp đá chủ yếu có sự xen kẽ các lớp đá khác hoặc có chiều dày mỏng hơn

Tỷ lệ các loại đá: Sạn và cuội kết khoảng 40%, cát kết (thô, trung, mịn) khoảng 30%, bột kết khoảng 20% sét kết khoảng 5%, than khoảng 5%

Các vỉa than thuộc loại có chiều dày mỏng đến trung bình, duy trì tương đối liên tục nhưng không ổn định về chiều dày Các vỉa than có quy luật chung là chiều vát mỏng từ Tây sang Đông và từ lộ vỉa xuống sâu theo hướng dốc (trừ vỉa 12) Độ tro của than cũng tăng dần theo hướng đó (trừ vỉa 10; 12) Về đặc điểm

hình thái, cấu trúc các vỉa thuộc loại tương đối phức tạp đến phức tạp; Mức độ

Các vỉa than trong tập thuộc loại có chiều dày mỏng, ít diện đạt chiều dày trung bình và không ổn định Cấu tạo vỉa tương đối phức tạp Hình thái cấu trúc vỉa tương đối phức tạp

kẹp giữa đứt gãy FA ở phía Bắc, Đông Bắc và đứt gãy FB ở phía Nam Đến nay hầu hết các nhà địa chất thống nhất xếp địa tầng này vào phụ điệp Hòn

lượng gồm vỉa 6, 7, 8, 8a, 9, 9a, 9b, 10 Các vỉa than đa số thuộc loại có chiều

dày trung bình đến mỏng, một số phần vỉa thuộc loại vỉa dày Các vỉa khối Nam thuộc loại có chiều dày không ổn định, hình thái cấu trúc thuộc loại tương đối phức tạp, cấu tạo vỉa thuộc loại phức tạp đến rất phức tạp (có vỉa có chỗ đến 20 lớp kẹp)

Hình 2.1 Sơ đồ phân khối kiến trúc bể than Quảng Ninh

Nhìn chung địa tầng mỏ than Mạo Khê có cấu trúc rất phức tạp, các vỉa than ở các khu có độ dầy mỏng khác nhau, các vỉa than có độ dốc lớn Vì vậy

để đào và chống giữ các đường lò trong đá, trong than là rất khó khăn, Ngoài

ra với phần địa chất còn có phay phá, vò nhàu, trương lở của đất đá tạo cho các đường lò của mỏ Mạo Khê có tiềm ẩn tích tụ nhiều khí bụi nổ và khí độc trong đá

2.1.2 Đặc điểm các vỉa than mỏ Mạo Khê

Qua mục 2.1.1 nêu trên tác giả cho thấy địa tầng mỏ Mạo Khê có cấu trúc rất phúc tạp, các vỉa than ở các khu có độ dầy mỏng khác nhau, các vỉa

than có độ dốc lớn Vì vậy để đào và chống giữ các đường lò trong đá, trong than là rất khó khăn, Ngoài ra với phần địa chất còn có phay phá, vò nhàu, trương lở của đất đá tạo cho mỏ Mạo Khê có tiềm ẩn tích tụ nhiều khí bụi nổ

và khí độc trong đá Qua bảng dưới đây tác giả muốn cho thấy cấu tạo địa chất mỏ than Mạo Khê rất phức tạp[3]

Bảng 2.1 Đặc điểm các vỉa than của mỏ than Mạo Khê [3]

Tên

vỉa than

Khu vực

Chiều dày vỉa (m)

Đá kẹp

Độ dốc (độ)

Cấu tạo vỉa

dày (m)

TS lớp kẹp

2.1.3 Địa chất thủy văn

Trong khu mỏ có hai suối chính là suối Văn Lôi và suối Bình Minh chiều dài từ 2 đến 6km, rộng từ 3 đến 8m và có 2 hồ chính là hồ Tràng Bạch

và hồ Yên Thọ Do địa hình ít thực vật nên điều kiện tập trung nước trong các suối và hồ nhanh

Tầng chứa nước trong địa tầng là sa thạch cứng, độ ngấm nước tương đối yếu Nguồn cung cấp chính cho nước ngầm là nước mưa, do đó lượng nước phụ thuộc vào mùa mưa Hàng năm về mùa mưa lưu lượng nước trong

Nhìn chung qua phần địa chất thủy văn của mỏ Mạo Khê nhận thấy rằng các đường lò của mỏ Mạo Khê luôn luôn tích tụ và chứa nhiều nước ở trên đường lò, trên gương lò đào vì vậy khi đào lò phải lựa chọn loại thuốc nổ

có khả năng chịu ngập được trong các lỗ khoan chứa nước [3]

2.1.4 Địa chất công trình

Qua tài liệu địa chất công trình của mỏ than Mạo Khê, các nham thạch trong khu mỏ chủ yếu là sa thạch dày khá vững chắc, đảm bảo xây dựng các công trình trên mặt bình thường

Đá vách chủ yếu là alevrolit và acgrilit có tính chất cơ lý được tổng hợp trong bảng 2.2

2.2 Thực trạng khí mỏ ở các đường lò bằng đang thi công trong khu vực đất có khí bụi nổ siêu hạng ở mỏ than Mạo Khê

Theo [3] tài liệu địa chất của mỏ than Mạo Khê, các đường lò đào trong

lượng % các chất khí chủ yếu như sau:

+ Khớ chỏy nổ (H2+CH4), cú hàm lượng thay đổi từ 0,00% đến 97,07%, trung bỡnh 37,23% Dưới đõy là bảng phõn loại mỏ theo độ thoỏt khớ mờtan

tấn than khai thác ngày đêm

* Phõn loại cấp khớ nổ Mờtan tại mỏ than Mạo Khờ

Căn cứ vào qui định phõn loại mỏ theo cấp khớ, xếp loại mỏ theo độ

than, sự biến đổi độ chứa khớ tự nhiờn theo độ sõu, tham khảo kết quả xếp loại

mỏ hàng năm ở cơ sở sản xuất, dự bỏo xếp nhúm mỏ theo cấp khớ khu mỏ than Mạo khờ theo mức sõu khai thỏc như sau:

- Phần khai thỏc lũ bằng từ lộ vỉa đến +30m xếp vào nhúm mỏ loại II theo cấp khớ

- Phần khai thỏc lũ giếng từ +30m đến -80m xếp nhúm mỏ loại II theo cấp khớ, cỏnh Nam chỉ tương ứng nhúm mỏ loại I theo cấp khớ

- Phần khai thác lò giếng từ -80 m đến -400m xếp nhóm mỏ loại III đến siêu hạng theo cấp khí, cánh Nam chỉ tương ứng nhóm mỏ loại II theo cấp khí,

Kết quả khảo sát, xác định độ thoát khí tương đối, xếp loại mỏ được cho ở bảng 2.4

Bảng 2.4 Độ thoát khí và xếp loại mỏ Mạo Khê năm 2012[3]

thác

Độ thoát khí

2.3 Các sự cố đã xẩy ra khi thi công lò bằng tại mỏ than Mạo Khê

2.3.1 Sự cố cháy lò DV mức -45 quay Tây vỉa 9T tầng -80/-25

Ngày 16/2/2012 tại phân xưởng khai thác 13 (PX KT13) lò DV mức

-45 quay Tây diện đào lò vỉa 9Tây tầng -80/-25 do PXKT13 quản lý, đang đào

lò, chiều dài lò 30m Sau khi nổ mìn (10 phát, 4,8kg thuốc nổ NTLT) và

thông gió khoảng 25 phút, lò trưởng và thợ mìn vào kiểm tra gương lò DV mức -45 quay Tây phát hiện có hiện tượng cháy tại khu vực gương lò, nhiều bụi bất thường, nhiệt độ tăng cao Sau đó kiểm tra thì thấy phía trong gương

lò có lửa, nhiệt độ tăng cao

* Nguyên nhân do vỉa 9 Tây cánh Bắc tầng -80/-25 là vỉa có độ xuất khí cao, khí mêtan bị tích tụ trên nóc lò (vị trí rỗng nóc) Cháy do gặp tia lửa

trong điều kiện gương lò bắn mìn, do thuốc mìn bị cháy khi nổ mìn

* Hậu quả sự cố cháy lò DV mức -45 quay Tây vỉa 9T tầng -80/-25:

làm cháy hỏng một số thiết bị gần gương lò như máy xúc đất đá, khởi động từ

và hệ thống các đường cáp điện dẫn vào gương lò

- Không có thiệt hại về người

2.3.2 Sự cố cháy nổ khí mêtan tại lò XVTBI mức -25

Ngày 19/9/1999 tại gương đào lò dọc vỉa 9 khu TBI mức -25, đường lò

mìn vào trong lỗ khoan xong, đội thợ rút ra khỏi vị trí gương lò và lò trưởng

ra lệnh tiến hành bắn mìn, sau một lúc thì thấy một tiếng nổ lớn

Nguyên nhân do khi bắn mìn, thuốc mìn đã bị cháy cộng với hàm lượng khí mêtan xuất ra ở các khe nứt của đất đá tại lò dọc vỉa 9 khu TBI mức -25, khi đo đạc thấy hàm lượng khí metan lớn hơn rất nhiều so với quy định ,

vị trí quạt thông gió ở rất xa, lưu lượng gió để thông vào gương lò là yếu do vậy khi hàm lượng khí mêtan tích tụ trong đường lò quá nhiều, khi bắn mìn tại gương lò đã sẩy ra cháy thuốc mìn, thông gió kém thì sẽ sẩy ra hiện tượng cháy nổ khí mêtan

trong khu vực gương lò và đường lò, làm cháy nổ toàn bộ những thiết bị có trong đường như máy xúc gàu ngược 1IIIIH-5, các khởi động từ ABB…

2.4 Thực trạng hệ thống các đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo Khê

Do đặc điểm địa chất vỉa than phức tạp, mỏ khai thác ở độ sâu lớn, độ xuất khí mêtan lớn không có điều kiện để phát triển sản lượng và cơ giới hóa dây chuyền công nghệ

Căn cứ vào điều kiện địa chất mỏ như phay phá, đặc điểm cấu trúc và kiến tạo vỉa, điều kiện áp dụng các công nghệ khai thác mà khoáng sàng được chia thành các khu gồm: Tây Bắc I (TBI), Tây Bắc II (TBII), Đông Bắc I (ĐBI), Đông Nam I(ĐNI), Đông Nam II(ĐNII) và Tây Nam I (TNI), theo [3]

2.4.1 Khu TBI và TBII:

Lò xuyên vỉa TBI mức -80 đào đến vỉa 10, từ xuyên vỉa tiến hành đào các

lò dọc vỉa vận tải đá, than của các vỉa đến tận biên giới khu khai thác

Từ lò dọc vỉa đá mức -80 của vỉa 8 cánh Tây đào đến biên giới khu (giữa tuyến thăm dò II & III) và mở xuyên vỉa TBII-1 tới vỉa 9b, sau đó tiếp tục đào

lò dọc vỉa đá 9b mức -80 tới tuyến thăm dò tuyến Ic thì mở xuyên vỉa TBII-2

Từ các xuyên vỉa này tiến hành đào các lò dọc vỉa đá đi theo vỉa than

2.4.2 Khu ĐBI

Từ lò dọc vỉa đá mức 80 của vỉa 8 cánh Đông (điểm đầu sân ga mức

-80 phía Đông) đào đến biên giới khu giữa tuyến thăm dò VII và VIII, sau đó

mở xuyên vỉa ĐBI-1 về phía Bắc đến vỉa 10 Tuỳ theo chiều dài theo phương của vỉa mà từ xuyên vỉa này tiến hành đào các lò dọc vỉa đá như vỉa 3, vỉa 6 hoặc lò dọc vỉa trong than khấu dật

2.4.3 Khu ĐNI, II

Từ lò dọc vỉa đá -80 vỉa 8 Đông cánh Nam, đào lò xuyên vỉa Đông Nam

I -80 (XVĐNI -80) khai thông cho cụm vỉa 8 và V8a Sử dụng lại cửa lò bằng +25,34 đặt trạm quạt gió chính cho khu vực này

2.4.4 Khu TNI

Từ lò xuyên vỉa TNI đào lò dọc vỉa đá vỉa 9b mức -80 đào cúp chân thượng và thượng thông gió theo đá lên mức +22 Từ xuyên vỉa TNI -80, đào

dọc vỉa đá -80 vỉa 9a đến cúp đầu thượng rót than

Từ lò dọc vỉa đá đặt băng tải và đường xe vận tải đá và vật liệu mức

-150 cánh Tây, đào xuyên vỉa TNI 150 đến gặp vỉa 9a, sau đó đào lò dọc vỉa đá mức -150 vỉa 9a khu TN đến cúp chân thượng rót than

Bảng 2.5 Các đường lò đào trong đá mỏ than Mạo Khê [7]

3 )

Hình 2.2 Sơ đồ các đường lò ở mỏ Mạo Khê

3 29327

Xuyên vỉa TN I -150

TBI I-6-1' TBII-7-1' TBII-8-1' TBII-9-1'

TBII-6-2' TBII-7-2'

TBII-9b-1' TBII-10-1'

Ga tầu chở người (Nơi lên xuống tầu)

Lò nối hầm chờ lên xuống giếng

Ga chân trục giếng phụ

Hầm bơm trung tâm

Đề pô nạp ắc quy đầu tầu

Đề pô đoàn tầu cứu hỏa

LK64

LK390 LK218

V.10(- 150) V.10 (-1 50)

V.10

V.9b V.9a(-80)

Ga tránh lò xuyên vỉa ĐBI - 80 số 2

Ga tránh lò xuyên vỉa ĐBI -80 số 1

ĐBI-9b-1' F.CB

ĐBI-6'

b V9(-150)

V 9b (-150)

V9b )

(-V8 (-1

V )

60

60 75

TBI I-10 -2'

TB II-8-3'

TBI-6-1' TBI-7-1'

V1 15

TBI-8-2'

LK15

LK363

b V9(-150)

LK371

LK370

t.i1

t.i

Xuyên vỉa TBII mức -150

Lò xuyên vỉa TBI mức -150 (2 đường xe)

t.id

t.ibt.i

t.ii t.i

t.vii t.vii t.viii t.vii

x x

x x

V8A(-150)

V1(3)

V1(-150 ) LK360

LK15

LK21 a

V 9(-150) V.8 ( -1 50)

+ + + + + + F.340

+ + + +

Xuyên vỉa TBII mức -80

Ga tránh xuyên vỉa TBI-80 (Số2)

B V BV

Thựơng mở lò chợ ĐBI-6'

L = 80 m,  = 62°

B V BV BV

10

92

790

Th Ư ợng mở lò chợ TBI-10-6 L=155 m, =27

Th Ư ợng mở lò chợ ĐBI-10-10 L=120 m,  =36

386

55

465 646

60 60 248 175

Lò xuyên vỉa TB.I mức -150 vỉa 6 sang vỉa 7

Lò xuyên vỉa TB.I mức -80 vỉa 6 sang vỉa 7

Lò xuyên vỉa cánh Đông mức -150 từ vỉa 6 sang vỉa 7

16

C L +22

100

V8(-150) V8(-80)

Trạm BA N/11 L=21m

Trạm BA N/6 L=25m

MK.5

VC VC VC VC VC VC VC

VC VC VC VC VC VC

32 31

33

29 30

V 7(-80) -1 50

V9(-8 0)

V9(-150) b

LK415 LK417

t.ix a

t.ix

t.ict.ibt.i

d

2.5 Các thực trạng thi công đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo Khê

Hiện tại thi công các đường lò đào trong đá tại Mạo Khê sử dụng thiết

bị khoan gương lò loại búa khoan khí nén cầm tay YT-28 là chủ yếu (có một

số gương lò tiết diện lớn sử dụng máy khoan Tamrốc), thuốc nổ nhũ tương an toàn dùng cho lò đá, kíp phi điện vi sai khởi nổ bằng máy bắn mìn an toàn phòng nổ, vận tải đất đá trong lò bằng tầu điện ắc quy phòng nổ AM-8D, chống lò bằng vì thép

- Sơ đồ thông gió đường lò: Sử dụng quạt cục bộ để thổi gió sạch vào gương lò bằng ống dẫn gió, miệng ống gió cách gương lò khoảng 8m gió sạch được đưa vào vị trí gương lò đào, gió bẩn được hút ra ngoài qua các trạm quạt +73, trạm quạt +120 của toàn mỏ

dụng loại máy khoan khí nén cầm tay YT-28 để khoan các lỗ khoan ở gương

lò đào

- Nạp thuốc nổ và kíp nổ: Thuốc nổ sử dụng là thuốc nổ nhũ tương lò

đá, kíp nổ vi sai điện của Trung quốc sản xuất Khởi nổ bằng máy bắn mìn an toàn phòng nổ MFB-100, MFD-100, FD – 100D Có các đặc tính sau:

+ Khả năng chịu nước: 12 giờ

* Đặc tính kíp vi sai an toàn phòng nổ do Trung Quốc sản xuất:

+ Khả năng chịu nước, ở độ sâu 1m  1 giờ

+ Tỷ lệ cháy trong môi trường 9  1% khí mê tan

- Công tác xúc bốc vận chuyển đất đá: Sau khi đất đá được nổ mìn xong Sử dụng máy xúc XD-0-32, xúc lên goòng 3 tấn đẩy bộ ra ga chứa goòng từ đây được đầy tàu kéo ra vị trí tập kết

Sơ đồ đào lò bằng trong đá được thể hiện trong hình 2.3

- Công tác chống giữ: Chống giữ các đường lò bằng vì chống thép lòng

mo CBII22kg/m, chèn bằng tấm chèn bê tông cốt thép chiều dài L=900mm Đặc tính kỹ thuật của máy khoan khí nén cầm tay YT-28 được cho trong bảng 2.6, máy xúc XD-0-32 được cho trong bảng 2.7, đặc tính kỹ thuật của tàu điện phòng nổ AM-8D được cho trong bảng 2.8

Hình 2.3 Sơ đồ đào lò bằng trong đá mỏ than Mạo Khê Bảng 2.6 Đặc tính kỹ thuật của máy khoan khí nén phòng nổ YT-28

Bảng 2.7 Đặc tính kỹ thuật của máy xúc phòng nổ XD - 0-32

TT

+ Trong vùng hoạt động của tay cào

+ Trong vùng dỡ tải của máng cào

+ áp suất trong hệ

+ Tiêu phí nước tối thiểu

vòi vòi mpa 1/ph

8

4 0,7±0,2

60

Bảng 2.8 Đặc tính kỹ thuật của tàu điện phòng nổ AM-8D

Hình 2.4 Sơ đồ đào lò máy xúc phòng nổ XD - 0-32

+ Công tác khoan lỗ mìn, sử dụng thuốc nổ, kíp nổ, công tác xúc bố, vận chuyển đất đá và chống giữ các đường đều theo quy trình như đào các

mìn là sử dụng máy khoan tự hành Tamrốc Sơ đồ máy khoan tự hành Tamrốc và đặc tính của máy khoan được thể hiện dưới hình 2.5 và bảng 2.9

Hình 2.5 Máy khoan Tam rốc CDH 1F/E50

Bảng 2.9 Đặc tính kỹ thuật của máy khoan Tamrốc CDH 1F/E50 Máy khoan Tamrốc phòng nổ CDH 1F/E50

1- Kích thước và trọng lượng máy khoan

2.6 Công tác chuẩn bị phục vụ cho đào lò mỏ Mạo Khê

Hàng năm tại mỏ than mạo khê đã kết hợp cùng trung tâm an toàn mỏ viện khoa học công nghệ mỏ tổ chức huấn luyện an toàn về phòng chống các hiện tượng cháy nổ khí mêtan trong các đường lò cho tất cả công nhân toàn công ty, để người công nhân có những kiến thức để sử lý những tình huống mất an toàn tại nơi mình đang làm việc trong hầm lò khi cháy nổ khí xẩy ra

Mỏ than mạo Khê được Bộ công thương đánh giá và xếp hạng vào loại

mỏ về khí bụi nổ siêu hạng, vì vậy các thiết bị sử dụng trong hầm lò thuộc loại phòng nổ, các thiết bị trên thường xuyên phải được công nhân kiểm tra, bảo dưỡng và vận hành đúng theo các quy định, không để sẩy ra các hiện tượng cháy, chập nổ trong hầm lò

Những người công nhân ngay ngày đầu vào công ty đã được học huấn luyện an toàn, đảm bảo trước khi làm việc trong hầm lò

2.7 Nhận xét:

Mỏ than Mạo Khê có cấu trúc địa chất phức tạp, địa tầng không ổn định các vỉa than có cấu tạo dầy mỏng và độ dốc khác nhau Do đó các đường lò xuyên vỉa và dọc vỉa vận chuyển ở mỏ than Mạo Khê không thể thiết kế đào chống được trong vỉa than mà các đường lò này chủ yếu được đào trong đá Với việc sử dụng các sơ đồ công nghệ thi công các đường lò đào trong đá ở trong điều kiện có khí bụi nổ như hiện nay nhận xét thấy:

+ Về công tác thông gió:

- Hiện tại mỏ than Mạo Khê đang sử dụng sơ đồ thông giố hút cho toàn

mỏ, các trạm quạt gió hút đang được đặt tại các cửa lò mức +120 để phục vụ thông gió khai thác khu Tây Bắc I, Tây Bắc II; trạm quạt mức +70 để phục vụ thông gió khai thác khu Đông Nam I, Đông Nam II, trạm quạt mức +25 để phục vụ thông gió cho các khu Tây Nam Các trạm quạt trên đảm bảo thông gió cho toàn mỏ Để thông gió cho các tầng khai thác mức -25/-80, -80/-150

sử dụng các thượng thông gió có tiết diện đảm bảo Nhưng do việc bố trí các trạm quạt chỉ có thể thông gió cho từng khu riêng biệt, các khu cách xa nhau Cho nên khi đào các đường lò trong đá, thông gió cho các gương lò phải sử dụng quạt cục bộ Các quạt gió cục bộ đặt ở các vị trí lò xuyên vỉa, dọc vỉa để lấy gió sạch và dùng hệ thống các đường ống gió vải để dẫn gió vào trong vị trí các gương lò

- Việc thông gió cho các gương lò của mỏ Mạo Khê đang sử dụng sơ

đồ thông gió đẩy từ các quạt cục bộ đặt nối tiếp nhau nhiều hay ít tùy thuộc vào công suất quạt và vị trí đường lò đào xa hay gần Việc thông gió đẩy bằng quạt cục bộ vào vị trí các gương lò sẽ làm tích tụ khí bụi nổ và có thể gây cháy nổ khí Vì vậy nên chọn sơ đồ thông gió hút bằng các quạt cục bộ để thông gió cho các gương lò thi công

+ Về công tác khoan bắn mìn:

- Các gương lò trước khi đào đã lập các biện pháp thi công, có tính toán đến lượng thuốc nổ và kíp nổ cần sử dụng cho từng đợt nổ Song hiện nay trong quá trình khoan để giảm lưu lượng khí bụi trong đường lò không để tích

tụ gây sẩy ra cháy nổ yêu cầu phải sử dụng thường xuyên hệ thống dập bụi tại

vị trí gương lò (dập bụi dạng phun sương)

- Thuốc nổ của mỏ than Mạo Khê hiện nay đang sử dụng là thuốc nổ nhũ tương lò đá, lò than Kíp phi điện vi sai, bua mìn chủ yếu sử dụng là loại đất sét nặn Để tránh hiện tượng cháy nổ khí trong quá trình nổ mìn do bị cháy thuốc nổ yêu cầu có thể sử dụng các loại bua mìn bằng nước

+ Công tác bố trí thiết bị:

- Về cơ bản hiện nay mỏ than Mạo Khê đã sử dụng các loại thiết bị trong hầm lò an toàn phòng nổ Để tránh hiện tượng cháy nổ khí có thể sẩy ra yêu cầu phải có chế độ kiểm tra thường xuyên các thiết bị, không để những thiết bị bị rò điện, chập điện sử dụng

+ Công tác quản lý:

- Về cơ bản công ty cũng đã kết hợp cùng với trung tâm an toàn Viện KHCN mỏ tổ chức lớp tập huấn cho công nhân trong hầm lò về phòng chống cháy nổ khí bụi nổ Tuy nhiên yêu cầu công tác huấn luyện về cháy khí bụi nổ nêu trên phải được thường xuyên và nhân rộng trong toàn công ty đi học vào những ngày nghỉ cuối tuần

mỏ-CHƯƠNG 3 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MẤT AN TOÀN

KHI THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT ĐÁ CÓ KHÍ BỤI NỔ SIÊU HẠNG

3.1.Nguồn gốc, mức độ nguy hiểm của khí độc và khí nổ sinh ra trong quá trình đào lò

3.1.1 Khí độc

Con người có thể sống không được ăn, được uống trong một thời gian dài, nhưng không thể sống thiếu không khí trong thời gian ngắn Có thể nói không khí là thành phần môi trường hết sức quan trọng của con người Thành phần không khí được gọi là bình thường với tỷ lệ phần trăm các chất khí như sau: Nitơ 79,02%, oxy 20,9%, oxytcacbon 0,34%, các chất khí khác không lớn hơn 0,024%[5]

Theo TCVN 5966-1995 sự ô nhiễm không khí được quy định như sau:

ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất trong khí quyển sinh ra từ hoạt động của con người hoặc từ các quá trình tự nhiên và nếu nồng độ đủ lớn và thời gian đủ lâu chúng sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái dễ chịu, sức khỏe hoặc lợi ích của người hoặc môi trường

Bảng 3.1 Tính chất, mức độ nguy hiểm và nguyên nhân sinh ra các loại khí độc [5]

gốc

lượng 0,025%(theo thể tích) có thể gây

nước và nước

Sinh ra do

nổ mìn