Bài giảng Phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khi khai thác xuống sâu: Phần 1 (Trình độ cao học)

Phần 1 của bài giảng Phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khi khai thác xuống sâu (Trình độ cao học) cung cấp cho học viên những nội dung về: đặc điểm khai thác hầm lò khi xuống sâu và các hiểm họa từng xảy ra trên thế giới và Việt Nam; phòng ngừa các hiểm họa về khí Mêtan trong khai thác mỏ hầm lò;... Mời các bạn cùng tham khảo!

- -

2

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ

KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU Ngành đào tạo: Kỹ thuật mỏ

TS Nguyễn Văn Thản

3

LỜI GIỚI THIỆU

Trong ngành công nghiệp khai thác than, khoáng sản tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ gây mất

an toàn lao động, đặc biệt là trong khai thác than hầm lò khi xuống sâu Môi trường khai thác than trong hầm lò là một môi trường đặc biệt nguy hiểm vì có sự xuất hiện của các chất khí độc, hại và dễ cháy nổ tồn tại trong lòng đất (CO, CH4 ), nhiệt độ không khí trong mỏ hầm lò có xu hướng tăng dần theo chiều sâu khai thác, vấn đề bụi than phát sinh trong quá trình khai thác và vận chuyển than làm tăng mức độ nguy hiểm của môi trường mỏ lầm lò Nếu để xảy ra sự cố liên quan đến cháy, nổ khí mê tan và bụi than, hậu quả sẽ vô vùng nghiêm trọng và việc xử lý sẽ rất tốn kém về kinh tế, thời gian Do đó, phòng ngừa hiểm họa khai thác hẩm lò khi khai thác xuống sâu và việc đảm bảo an toàn sức khỏe, tính mạng cho những người lao động trong hầm lò cần được đặt lên hàng đầu

Học phần phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khi khai thác xuống sâu được bố cục thành 6 bài, với những nội dung chính như sau:

Bài 1: Đặc điểm khai thác hầm lò khi xuống sâu và các hiểm họa từng xảy ra trên thế giới

và Việt Nam

Bài 2: Phòng ngừa các hiểm họa về khí Mêtan trong khai thác mỏ hầm lò

Bài 3: Phòng ngừa các hiểm họa về cháy mỏ trong khai thác mỏ hầm lò

Bài 4: Phòng ngừa các hiểm họa về nhiễm độc trong khai thác mỏ hầm lò

Bài 5: Phòng ngừa các hiểm họa khác thường gặp trong khai thác mỏ hầm lò

Bài 6: Công tác ứng cứu khi có hiểm họa xảy ra

Mặc dù tác giả đã có những cố gang nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót trong quá trình biên soạn các nội dung của môn học Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp hữu ích của các bạn đọc để tác giả tiếp tục hoàn thiện bài giảng môn học này

Xin trân trọng cảm ơn!

5

1.1 Đặc điểm chung về khai thác hầm lò khi xuống sâu 5 1.2 Các hiểm họa từng xảy ra trong khai thác hàm lò trên thế giới 6 1.3 Các hiểm họa từng xảy ra trong khai thác hầm lò tại Việt Nam 6

hầm lò

7

2.1 Nguôn gôc và các dạng tôn tại của khí mêtan trong vỉa 7

hầm lò

17

3.3 Phòng ngừa hiểm họa cháy mỏ trong khai thác 18

4.4 Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc trong khai thác mỏ hầm lò 74

mỏ hầm lò

76

5.2 Phòng ngừa hiểm họa về bục nước, bục bùn khi khai thác hầm lò 76 5.3 Phòng ngừa các hiêm họa trong quá trình đào lò, khai thác 80 5.4 Phòng ngừa các hiêm họa do thiêt bị điện, vận tải và trong công tác nô mìn 84

6.2 Tô chức công tác thủ tiêu sự cố, cấp cứu mỏ 111

5

BÀI 1

ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HẦM LÒ KHI XUỒNG SÂU VÀ CÁC HIỂM HỌA TỪNG XẢY

RA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Đặc điểm chung khi khai thác hầm lò xuống sâu đối với các mỏ hầm lò sẽ gặp nhiều khó khăn và hiểm họa hơn so với mức nông Các khó khăn có thể kể đến là điêu kiện khai thác mỏ xuống sâu sẽ phức tạp về công tác mở vỉa, thông gió, vận tải, đi lại, công tác thoát nước và đặc biệt là công tác điều khiển áp lực mỏ Các hiểm họa có xu hướng tăng cả về cường độ, số lượng cũng như tính chất và mức độ khi càng khai thác xuống sâu Khi khai thác mỏ càng xuống sâu sẽ gặp một số khó khăn và hiểm họa sau đây:

Phương án mở vỉa thường được lựa chọn là mở vỉa bằng giếng đứng, do phương án mở vỉa bằng giếng nghiêng thì chiều dài giếng chính, giếng phụ rất lớn, năng lực vận tải thông qua của giếng nghiêng hạn chế hơn sơ với giếng đứng, dẫn đến đầu tư xây dựng mỏ kéo dài thời gian

và suất đầu tư lớn, làm ảnh hưởng đến hiệu quả đâu tư mỏ cũng như ảnh hưởng trực tiêp đến hiệu quả kinh tế và người lao động

Công tác thông gió cũng gặp khó khăn do đường lò có chiều dài lớn, sơ đồ thông gió phức tạp, các chất lchí sinh ra nhiều hơn do diện lộ than và đất đá lớn cũng như khả năng phát sinh nhiệt độ của đất đá xung quanh đường lò và khu vực khai thác ngày càng tăng khi xuống sâu, năng lực đáp ứng của các quạt gió hạn chế do đó ảnh hưởng trực tiếp đên công tác thiết kế, tính toán lựa chọn, sơ đồ, hệ thống thông gió cũng như thiết bị thông gió mỏ, làm ánh hưởng trực tiếp đến điều kiện làm việc của người lao động

Công tác vận tải phúc tạp và khó khăn do chiều dại đường lò lớn sẽ ảnh hưởng đên công tác vận tải, đi lại trong quá trình khai thác mỏ Đường lò dài thì hệ thông thiêt bị vận tải sẽ nhiều, công suất thiết bị phải lớn, việc điều hành công tác vận tải ngày càng phức tạp và giảm hiệu suất của các thiết bịế Ngoài ra, là côn tác đi lại cũng khó khăn do phải vặn chuyên và đi lại quãng đường lớn và mất nhiều thời gian, ảnh hưởng đến năng suất và sức khỏe người lao động

Hiểm họa về khí no sẽ có nguy cơ cao hơn, vì theo nguyên lý càng xuống sâu thì hàm lượng khí mê tan trong vỉa than có xu hướng tăng cao, cùng với đó là nguy cơ phụt khí bất ngờ

do khả năng dự báo sẽ khó khăn hơn mức nông, kết hợp với khó khăn về công tác thông gió sẽ làm tăng nguy cơ cháy nô khí mỏ

Nguy cơ về cháy mỏ cũng tăng lên vì theo nguyên lý càng xuống sâu nhiệt độ đất đá càng lớn, kết hợp với khó khăn thông gió sẽ làm tăng nguy cơ phát sinh sự cố cháy mỏ

Nguy cơ bục nưóểc, bục bùn và điêu khiên áp lực mỏ cũng tăng do khi xuống sâu, khả tăng tàng trữ nước, bùn trong đất đá nguyên khối và cả khu vực đã khai thác đều có xu hướng tăng làm tăng nguy cơ bục nước, bục bùn trong quá trình khai thác mỏ Đặc biệt là nguy cơ sập

dổ lò do áp lực mỏ ngày càng lớn

Một số vụ tai nạn cháy nô khí mê tan trên thế giới được thế hiện trong bảng 1.1

6

Tống hợp các vụ tai nạn cháy nổ khí mê tan ớ Việt Nam thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.1: Tổng hợp một sổ vụ nổ khí mêían trên thế giới

TT Tên nước Thời gian Tên mỏ ( Bể

Bảng 1.2 Tống hợp một số vụ cháy nổ khí mêtan tại Việt Nam

thương

2 Xí nghiệp than Suôi Lại 19/12/2002 7

4 Công ty than Thông Nhât 6/3/2006 8

5 Công ty than Khe Chàm 8/12/2008 11

BÀI 2 PHÒNG NGỪA CÁC HIỂM HỌA VỀ KHÍ MÊTAN TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ 2.1. Nguồn gốc và các dạng tồn tại của khí mêtan trong vỉa

Quá trình hình thành than là sự phân hủy và biên chất các loại thực vật tạo ra một số lượng khí lớn Mỗi tấn than Antraxil và than Bitum tạo ra xấp xỉ 340 m3 và 765 m3 khí Mêtan Khối lượng khí được tạo ra từ quá trình than hóa tăng lên theo tuôi than, phẩn lớn lượng khí này được thoát ra ngoài không khí trong quá trình biến chât của vật chât phân hủy Lượng khí giũ’ lại trong than thay đổi từ nhỏ đến rất lớn 25 m3/tấn, thông thường lượng khí này lăng theo tuổi than và độ sâu vỉa than Khi tạo thành than, khí C02 chiếm thê tích lớn so với khí CH4 Tuy nhiên, do ảnh của nước ngâm, khí C02 đã hòa lan với nước trong quá trình chon vùi dưỡi long đất nên khí Meetan là thành chính của phần khí trong than chiêm từ 80 95% thê tíchề Ngoài ra, còn có các loại khí như Êtan, Prôpan, Butan, Carbon điôxit, Hyđrô, Ôxy, Nitơ, v.v

Khi chưa có sự thay đổi về áp suất trong vỉa than, khí Meetan chủ yếu tồn tại ở dạng hâp thụ trên bê mặt hạt than và khá ốn định Tuy nhiên, trong quá trình khai thác than, áp suất khí trong vỉa bị biến động do dịch động, biến dạng của đất đá, khí Mêtan sẽ tách ra khỏi bề mặt của hạt than và thoát ra không gian đường lò qua hệ thống khe nút tự nhiên và các nứt nỏ do hoạt động khai thác mò gây ra Dòng khí này được khuếch tán qua các khe nút giữa các hạt than nhỏ, sau đó di chuyến về phía các khe nút chính gồm khe nứt chính và khe nứt phụ hình 2ếl Khả năng thoát khí hay tôc độ thoát khí Mêtan trong vỉa than phụ thuộc váo câu trúc khe nứt, độ nứt nẻ và

độ thẩm thấu khí của than

Hình 2.1: cấu trúc các khe nứt và lỗ rỗng trong khối than

8

Các dạng tàng trữ của khí mêtan trong vỉa than:

Dạng tự do: Khi áp suất khí trong vỉa cao thì khí mê tan sẽ lấp đầy vào các khe nứt có trong vỉa, áp suất khí có thể đạt đến hàng chục at

Dạng không tự do (dạng liên kết):

Trạng thái dính vào bê mặt vật răn, phân tử CH4 bám trên bề mặt của than, - đất đá

dưới tác dụng của lực liên kết phân tử, đây là dạng tàng trữ chủ yếu

Trạng thái bị hâp thụ vào vật răn

Trạng thái liên kết hoá học giữa các phân tử khí và các phân tử vật rắn

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tàng trữ CH 4 trong vỉa than

Độ biến chất của than: Khi độ biến chất của than càng lớn thì lượng mêtan tạo thành

trong than càng lớn và khả năng chứa khí mê tan của vỉa cũng tăng

Chiều sâu khai thác: Khi khai thác càng xuống sâu thì sự tàng trữ khí mê tan càng

tăng

Cấu trúc địa chất của khu vực: Phụ thuộc vào các kẽ nứt, đứt gãy

2.2 Độ chứa khí của vỉa than và cách xác định

Mức độ nguy hiếm về khí mê tan có ảnh hưởng rất lớn đối với công tác khai thác than hầm lò và trong nhiêu tnrờng hợp có ảnh hưởng mang tính quyết định đến việc lựa chọn mô hình khai thác mỏ, mô hình hệ thông thông gió, chọn quạt, phương pháp mở vỉa chuấn bị Chính vì vậy, việc đánh giá mức độ nguy hiếm về khí mê tan đối với mỗi vùng khoáng sàng hay từng mỏ than hầm lò có ý nghĩa rất to lớn, nó giúp cho những người làm công tác mỏ đưa ra các biện pháp, giải pháp ngăn ngừa hiểm hoạ cháy nổ cũng như áp dụng các trang thiết bị, phương pháp khai thác phù hợp với mức độ nguy hiểm về khí mê tan đã được đánh giáẽ

Việc dự báo độ thoát khí mê tan vào khu vực khai thác hoặc cho một mức khai thác mới trong tương lai thực sự là công việc quan trọng, nó ảnh hưởng đến việc quyết định lựa chọn phương pháp thông gió, phương pháp chuẩn bị và khai thác, nhiều khi có ảnh hưởng mang tính quyết định toàn mỏ Đe tính toán dự báo độ thoát khí cần thiết phải tính toán dự báo độ chứa khí ở các mức sâu hơn Dưới đây nêu các phương pháp tính toán dự báo độ chứa khí và độ thoát khí thường hay sử dụng:

Theo các nhà khoa học thuộc mỏ thử nghiệm Barbara thuộc Viện Mỏ Trung ương

Ba Lan (GIG) độ chứa khí tự nhiên khi xuống sâu có thể dự báo bằng phương pháp nội suy

Trên cơ sở hạ tầng các thông số độ chứa khí tự nhiên đã được xác định ở các mức trên trong từng vỉa và căn cứ vào xu hướng thay đổi độ chứa khí tự nhiên theo chiều sâu có thể dự báo độ chứa khí tự nhiên ở các mức sâu hơn

2.2.2 Phương pháp tính toán dự báo độ thoát khí mê tan vào đường lò

Trên thế giới hiện nay có các phương pháp dự báo độ thoát khí mê tan được thông dụng bao gồm:

Phương pháp tại các nước Tây Âu theo: Shulza, Wintera, Stuffkena và Pattei Skyego Phương pháp thống kê của Liên Xô (cũ)

Phương pháp của Viện Skoczynski (CHLB Nga)

Phương pháp dựa vào bản đồ đồng đẳng độ chứa khí tự nhiên

Phương pháp dự báo độ thoát khí vào lò chợ của mỏ thử nghiệm Barbara (Ba Lan)

Dưới đây là mô tả sơ bộ phương pháp thông dụng nhất đang được sử dụng đó là phương pháp theo mỏ thực nghiệm Barbara (Ba Lan)

Điểm mấu chốt của phương pháp là xác định nguồn gốc xuất khí CH4 vào đường lò khai thác Khí CH4 được xuất ra từ than mới khấu, từ mặt gương lò chợ, từ các lò chuẩn bị (lò chân

và lò đầu) và từ các vỉa lân cận

IC = (K, + K2 + K3 + ICO Trong đó: K - X Lượng khí CH4 thoát ra, (m3/phút); K| - Lượng khí CH4 thoát ra từ than mới khấu, (nrVphút); K2 - Lượng khí CH4 xuất ra từ bề mặt lộ gương lò chợ, (m3/phút); K3 - Lượng khí CRị xuất ra từ đường lò chuẩn bị, (m3/phút); K4 - Lượng khí CH4 xuất ra từ các vỉa lân cận, (m3/phút)

Lượng khí CH4 thoát ra từ than mới khấu đuợc tính bằng công thức:

Trong đó:

PE - Tiến độ lò chợ, (m/ngày-đêm),

1 - Chiêu dài lò chợ, (m);

mw - Chiều dày than khai thác, (m);

y - Trọng lượng thế tích của than, (tấn/m3);

Wo, Wk - Độ chứa khí của than tại gương và độ chứa khí còn lại, (m3/T) Trong công thức lấy giá trị 0,8 Wo

Khí CH4 thoát ra từ bề mặt lộ gương:

WE2 = (mwlgp) Trong đó: gp - Cường độ xuất khí từ bề mặt lộ gương, (m3/m2.phút)

Giá trị của hệ sổ cường độ xuất khí xác định theo đô thị riêng Khí CH4 thoát ra từ các đường lò chuẩn bị (K3) trong trường hợp khai thác khấu đuổi cần được tính dựa vào phương pháp tính toán dự báo độ thoát khí CH4 vào các đường hầm lò đào trong thanệ

Đối với hệ thống khai thác khấu giật, đại lượng K3 rất nhỏ bởi vì: không có khí mê tan xuất ra từ than được khấu tại gương lò chuẩn bị, không có khí mêtan xuất ra bề mặt gương lò chuân bị; lượng khí mê tan xuât ra từ thành đường lò chuẩn bị sẽ rất nhỏ do đường lò đã được đào xong trong thời gian khá lâu

Do đó, có thể bỏ qua đại lượng này đối với phương pháp khấu giật Lượng khí CH4 xuất

ra từ các vỉa lân cận chiếm một tỉ trọng khá lớn trong tổng lượng khí CH4 thoát ra vào đường lò khai thác (lò chợ) Đại lượng này tỷ lệ thuận với bề mặt lộ trần (tức là tích số của chiều dài lò chợ

và tiến độ lò chợ) với độ chứa khí của vỉa, chiều dày vỉa và tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ vỉa lân cận đó đến vỉa đang khai thác Ngoài ra, còn phụ thuộc vào phương pháp điều khiển đá vách

1 0

Khái niệm “khoảng cách biếu kiến” được hiểu là hiệu số của khoảng cách thực tế chia cho chiều cao khấu của lò chợ đang khai thác Đối với hệ thống khai thác bằng phá hoả toàn phần, lấy toàn bộ chiều cao khấu; đối với hệ thống khai thác bằng chèn lò, lấy giá trị dịch động vách thực

tế Thực tế khi khai thác bằng chèn lò thuỷ lực cát, lấy giá trị 20% chiều cao khấu, chèn lò khô lấy giá trị 35 - 40% chiều cao khấu

Khí mê tan là khí vô cùng nguy hiểm đối với ngành khai thác than hầm lò Khí mê tan luôn luôn thoát ra đường lò với nhiều hình thức khác nhau và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố phức tạp, do đó cần thiết phải nghiên cứu độ thoát khí mê tan, dự báo độ thoát khí mê tan và có nhận thức đúng đăn hơn vê sự nguy hiểm, cách phòng chống cháy, nố khí mê tan trong công tác mỏ

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu độ thoát khí và dự báo độ thoát khí mê tan vào Irong đường lò của các nước như Nga, Ba Lan, các nước Tây Âu, Nhật Tuy nhiên để có thể áp dụng một cách hiệu quả các phương pháp này vào ngành mỏ Việt Nam chúng ta cần phải xem xét một cách tỉ mỉ Qua nghiên cứu cho thây việc áp dụng phương pháp

dự báo độ thoát khí mê tan vào trong đường lò của Ba Lan là phù hợp hơn với mỏ hầm lò Việt Nam Thời gian qua Trung tâm An toàn Mỏ - Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã áp dụng phương pháp này cho hâu hêt các mỏ hâm lò trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam, phục vụ công tác phân loại mỏ và là cơ sở để có giải pháp, biện pháp phòng chống cháy nô khí mê tan, đảm bảo sản xuât “An toàn - Tăng trưởng - Hiệu quả”

Hiện tượng nô khí mêtan: Nô khí mêtan là một hiện tượng nổ lặp nghĩa là nổ đi nô lại

nhiều lần tại một vị trí, hiện tượng nổ này chỉ ngừng nồ khi điều kiện gây nổ không còn nữa Ề

Điểu kiện gây no của khí mêtan: Điều kiện để xảy ra một vụ cháy nổ khí mê tan khi hội

tụ đồng thời 3 yếu tố: Hàm lượng lượng khí mê tan trong khoảng 5 ~ 15%; Khí ôxy; Nguồn lửa

* Hàm lượng khí mêtan

Khi hàm lượng khí mêtan trong không khí khoảng 5 15% với áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn, khi có nguồn lửa thì hỗn hợp mê tan không khí có thể nổ và nổ mạnh nhất trong khoảng 7,5 11% Khi hàm lượng mêtan nhỏ hơn 5% và lớn hơn 15% ở điều kiện bình thường thì không

nổ mà chỉ có thể cháy, quá trình cháy liên tục nếu vẫn có đủ ôxy và nó chỉ tắt khi không có nguồn lửa

Bảng 2.1: Giới hạn nổ dưới và trên của một sổ khí nổ trong không khí ở điều kiện bìnlĩ thường, theo phần trăm thể

1 2

* Nồng độ ôxi tronịỊ không khí

Nếu trong không khí mỏ không có ôxi hoặc nồng độ ôxi quá thấp thì mêtan không thể nổ được Khí mêtan chỉ ngừng nổ khi nồng độ ôxi trong không khí nhỏ hơn 12% Ị

* Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa trong hâm lò

Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa trong hầm lò do nhiều yếu tố như sau:

Con người mang vậl dụng phát sinh lửa vào lò (diêm, bật lửa);

Sử dụng thuốc no không an toàn;

Sử dụng thiết bị điện không đảm báo tính năng phòng nổ;

Sử dụng các vật liệu phi kim loại không có khả năng chông tĩnh điện;

Va đập cơ học của các dụng cụ làm bằng kim loại, do ma sát, hàn cắt điện trong lò; Cháy nội sinh, ngoại sinh

* Hâu quả của một vu cháy/nô khí mê tan như sau:

Vụ cháy/nổ khí mê tan sính ra ngọn lửa với tốc độ cháy là 660 (m/s);

Nhiệt độ không khí trong đường lò có thể lên tới 1850°c (khu vực kín là 2650°C);

Tạo ra sóng nổ với áp suất rất lớn 8 (KG/cm2);

Nổ khí mê tan có tính chất dây truyền, sau vụ nổ khí mê tan gây ra áp suất và nhiệt độ rất cao có thế cỉẫn đến một vụ no bụi than;

Sản phẩm của phản ứng cháy/nổ khí mê tan trong hầm lò là khí độc co (CO: Là loại khí cực độc có thế gây chết người với nồng độ chỉ khoảng 0,1% co trong không khí cũng có thể là nguy hiếm đến tính mạng)

d) Các biện pháp phòng chống cháy nố khí mêtan

Các biện pháp phòng chống cháy nổ khí mê tan như sau:

Triệt tiêu nguồn lửa phát sinh trong mỏ hầm lò do yếu tố chủ quan của con người (kiểm soát, phòng ngừa cán bộ, công nhân viên mang các vật dụng phát sinh nguồn lửa vào mỏ hầm lò);

Bố trí người thường xuyên đi kiếm tra, đo khí tại các gương lò cục bộ và lò chợ;

Lập các biện pháp, quy định về phòng ngừa, đảm bảo an toàn cháy nổ khí trong khai thác than hầm lò;

Kiếm soát hàm lượng khí mê tan thoát vào bầu không khí mỏ hầm lò trong giới hạn cho phép bằng một số biện pháp cơ bản gồm: Thông gió mỏ hầm lò; Sử dụng hệ thống quan trăc khí

mỏ tập trung; Sử dụng những thiêt bị điện đã được kiểm định tính năng phòng no

Ngoài ra, công tác tuyên truyền, vận động và học tập nâng cao ý thức của cán bộ, công nhân viên mang yếu tố quyết định việc phòng ngừa cháy nổ khí mê tan trong mỏ hầm lò

2.4 Phòng ngừa hiểm họa phụt khí và than

3.3.3 Phòng chống sự co nồ bụi than

a) Khái niệm

1 3

Bụi mỏ là tập hợp các hạt khoáng vật phân tán, mịn, tham gia vào bầu không khí mỏ trong quá trình tiến hành các công tác và có khả năng tồn tại trong trạng thái lơ lửng trong một thời gian tương đối dài

b) Nồng độ bụi trong mổ và cách xác định

* Phân loại không khí theo nồng độ bụi

Không khí ít bụi: K < 1 (mg/m3)

Không khí hơi bụi: K = 1 -M,5 (mg/m3)

Không khí bụi: K = 5 -MO (mg/m3)

Không khí rất bụi: K = 10-^20 (mg/m3)

Không khí cực kỳ bụi: K < 100 (mg/m3)

K - Là trọng lượng bụi tính bằng mg trong l m3 không khí (mg/m3) c) Cơ chế hình thành nổ bụi than, giới hạn và nguyên nhân nổ bụi

* Cơ chê hình thành cháy, nồ bụi than

Có ba điều kiện cần thiết phải diễn ra đông thời gây ra một vụ cháy bụi than đó là: Bụi than; Nguồn nhiệt (lửa); Ồxy

Những điều kiện trên hình thành ba đỉnh của tam giác cháy bụi than Băng cách loại bỏ bất kỳ một trong các điều kiện này, một vụ cháy bụi than sẽ không thể xảy ra

Nguốu nhiệt, tia lửa

Mặt khác, với một vụ nố bụi than xảy ra có 5 điều kiện cẩn thiết phải diễn ra đồng thời bao gồm: Nguồn nhiêu liệu bụi than; Nguồn nhiệt (lửa); Hàm lượng ôxy; Nồng độ bụi than lơ lửng; Khoảng không gian giới hạn

Năm điều kiện trên được gọi là ngũ giác nổ bụi than Cũng giống như tam giác cháy bụi than, loại bỏ bất kỳ một trong các điều kiện trên sẽ ngăn chặn một vụ nổ bụi than

Hình 2.3: Tam giác chảy

Nguồu nhiệt, tia lừa

Việc phân loại thay đối theo từng nước từ 10 -ỉ- 16 % hàm lượng chất bốc trong than Các phân loại này dựa trên điều kiện thử nghiệm nổ bụi than như: mức độ nguồn lửa,

cỡ hạt và các yếu tố khác Mối quan hệ và vai trò của các yếu tố trong điều kiện thử nghiệm

nổ bụi than thể hiện như trong hình 4.5

Kinh 2.4: Ngũ giác nỗ bụi than

* Giới hạn và nguyên nhân cháy, nô bụi than

Bảng 2.2: Phăn loại tính nổ của bụi than tại một số nước

* Sự có mặt của mê tan

Sự có mặt của mê tan làm tăng tính nổ của bụi than, cụ thể là giảm giới hạn nồ dưới của bụi Ví dụ, giới hạn nổ dưới của bụi than là 40 (g/m3), nếu hỗn hợp với 2% khí mê tan thì giới hạn này sẽ giảm xuống là 40 - 2 X 12=16 (g/m3)

Khi nồng độ khí mê tan là 2,5% thì giới hạn nổ dưới là 3 -T- 5 (g/m3)

e) Các biện pháp phòng ngừa cháy, nổ bụi than trong mỏ hầm lò

Từ thực tế và các phân tích nêu trên cho thấy, để xảy ra cháy, nổ bụi than trong mỏ hàm lò phải hội tụ 5 yếu tố chính gồm: Có tích tụ bụi than trong các đường lò; Bụi than lắng đọng bị tung lên tạo thành mây bụi, nồng độ bụi phù họp; Khoảng không gian giới hạn; Khí ôxy; Nguồn lửa với năng lượng đủ để đánh lửa

Trong trường hợp xảy ra cháy bụi than khi hội tụ đủ 3 điều kiện (1), (4) và (5), do

đó, cần phải loại bỏ một trong các yếu tố trên đế không xảy ra cháy bụi than Trong trường hợp xảy ra nổ bụi than nếu hội tụ đủ 5 yếu tố nêu trên Vì vậy, căn cứ trên các yếu tố cần thiết để hình thành nguy cơ cháy, nổ bụi than, các biện pháp phòng ngừa

cần được thực hiện gồm: Ngăn ngừa phát sinh bụi than; Làm sạch lượng bụi sinh ra; Làm mất tính nồ của bụi than; Loại bỏ nguồn đánh lửa

* Các biện pháp ngăn ngừa và làm sạch bụi than gôm: Bơm nước vào vỉa than;

Phun sương tại các máy khấu và điểm chât tải; Sử dụng máy khoan thoát phoi bằng nước;

Hình 2.5. Ễ Mô hình mô tả CO' chế nổ bụi than

1 6

Nạp thuốc phân đoạn nước; Nổ mìn có phun nước

* Ngăn ngừa nô khí và các nguồn đánh lửa: Một trong những điểm quan trọng để

phòng ngừa cháy nổ bụi than là phòng ngừa no khí vì đây là nguyên nhân dẫn đến cả hai yếu tố quan trọng đế cháy nổ bụi than là cung cấp nguồn đánh lửa và yếu tố làm tung bụi than tích tụ tạo đám mây bụi

* Sử dụng bụi đá: Dựa trên các kết quả nghiên cứu và kết quả cho thấy vai trò của

bụi đá trong việc phòng ngừa nô bụi than Theo kinh nghiệm của Nhật Bản được quy định trong thông báo số 738 (10/12/1964) của Bộ Công thương Nhật Bản với bụi đá: Bụi đá sử dụng ngăn ngừa cháy nả bụi than trong mỏ hầm lò phải có 45% số lượng hạt có kích cỡ

vượt qua cỡ 74 ịim Tùy theo hàm lượng khí cháy nổ có thế áp dụng cách tính hàm lượng

bụi đá

BÀI 3 PHÒNG NGỪA CÁC HIỂM HỌA VÈ CHÁY MỎ TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ

3.1 Khái quát chung

Cháy mỏ là hiện tượng cháy xảy ra trong mỏ, là một hiện tượng vô cùng nguy hiếm trong khai thác than hầm lò Sản phẩm cháy sẽ sản sinh ra nhiều loại khí độc đi theo luồng gió gây chết người, đặc biệt là khí co Ngoài ra, nó còn có thể là nguồn lửa gây ra cháy nổ khí Mê tan và bụi than Phòng ngừa cháy mỏ là vấn đề được quan tâm rất lớn trong công tác khai thác than hầm lò Khi sự cố cháy xảy ra có thể phải đóng cửa mỏ, thiệt hại không nhỏ về mặt kinh tế, xã hội và quan trọng nhất là gây mất an toàn trong khai thác than

Điều kiện để sự cháy xảy ra gồm:

Khí ô xi

Nhiên liệu cháy

Nguồn gây cháy (lửa)

Tùy theo nguyên nhân phát sinh cháy mỏ, có thể phân thành hai nhóm là: cháy ngoại sinh do tác dụng của xung lượng nhiệt bên ngoài và cháy nội sinh do than có tính tự cháy

3.2 Nguyên nhân cháy mỏ

Cháy mỏ là một hiểm họa khủng khiếp không kém gì nồ khí mê tan hay bục nước trong hầm lò Cháy mỏ có thể xảy ra từ nguyên nhân nội sinh hoặc ngoại sinhề Nội sinh tức

là không cần có lửa mà nó vẫn tự cháy được, còn ngoại sinh thì phải có nguồn lửa mới gây được cháy trong điều kiện thích hợp

3.2.1 Nguyên nhân chảy ngoại sình gồm:

Hư hỏng thiết bị điện (nhất là ngắn mạch)

1 7

3.2.2 Nguyên nhân cháy nội sinh:

Than tự cháy là kết quả của quá trình ôxi hóa tự tỏa nhiệt của than, sau khi than tiếp xúc với ôxi, các phân tử hoạt tính cao tại bề mặt của than sẽ xảy ra phản ứng vật lý với phân tử ôxi, phản ứng hấp thụ hóa học và sau đó xảy ra phản ứng hóa học, phản ứng tỏa nhiệt Phản úng giữa ôxi và than sẽ tiêu hao các phân tử hoạt tính cao tại bề mặt than, phá

vờ sự cân bằng của phân tử tại bề mặt than, sinh ra các phân tử hoạt tính cao mới, lúc này, nếu còn các phân tử ôxi, phản ứng ôxi hóa tiếp tục được xảy ra, nhiệt độ sẽ không ngừng tăng cao, khi nhiệt độ vượt quá nhiệt độ giới hạn sẽ tăng nhanh, sau khi đạt đến nhiệt độ điếm cháy, than sẽ tự cháy

Nguyên lý phát sinh sự cố than tự cháy phải có đủ 4 yếu tố sau:

3.3 Phòng ngừa hiem họa cháy mỏ trong khai thác

3.3.1 Phòng ngừa cháy ngoại sinh

Tránh dùng vật liệu dễ cháy ở gần các vị trí đế mô tơ, các trạm điện, giếng

gió

Xây dựng nhà kho chứa riêng đế chứa vật liệu dễ cháy

Có mạng điện cố định và dễ dàng kiểm tra để phòng quá tải và ngắn mạch

Kiểm tra tất cả những nơi có ma sát nguy hiểm như nhà trục, puly, phanh,

ế v.v

Có biện pháp kiểm tra và nghiêm cấm người lao động đưa vật dụng, nguồn phát sinh lửa vào trong lòễ

3.3.2 Phòng ngừa dtáy nội sinh

Tính tự cháy của than là nhân tố nội tại thể hiện mức độ khó dễ tự cháy, được quyết định bởi kết cấu hóa học và tính chất vật lý (cấu trúc hữu cơ và vô cơ) Đe xác định tính tự chảy và mức độ khó dễ ôxy hóa cháy than, nhất thiết phải nghiên cứu từ bản chất biến đổi hóa học, vật lý của than trong quá trình ôxy hoá

Có rất nhiều phương pháp xác định tính tự cháy của than, các nước trên thế giới đã

sử dụng các phương pháp như: phương pháp King-Altman, phương pháp điểm bắt cháy, phương pháp điểm giao nhau nhiệt độ, phương pháp điểm giao nhau nhiệt lượng, phương pháp hấp phụ ôxy trạng thái động và trạng thái tĩnh, v.v Các phương pháp trên không sử dụng đông thời và đêu có tính thích ứng riêng, nhung đều chỉ dùng một chỉ số đặc tính hấp phụ ôxy để làm chỉ số phân ỉoại tính tự cháy của than, vì vậy đều có tính hạn chê của nó

Tại Trung Quốc đã sử dụng chỉ số năng lượng hoạt hóa bắt cháy của than làm chỉ số xác định tính tự cháy của than Đây là một phương pháp khoa học mới dùng để xác định đặc tính tự cháy của thanệ

3.3.2.1 Năng lượng hoạt hoá bắt cháy của than

1 8

Căn cứ lí thuyêt vận động phân tử chât khí, điều kiện cần và đủ để phát sinh phản ứng giữa ôxy và than là phản úng tương tác giữa hai phân tử, nhưng khi vị trí phát sinh liên kêt giữa các phân tử không đủ năng lượng xúc tác hoặc xảy ra phản ứng, làm cho kêt quả

va chạm giũa các phân tử không xảy ra phản úng hoá học Thực nghiệm chứng minh chỉ có một sô phân tứ có năng lượng cao hơn phân tử phô thông va chạm trên một phương vị nhất định mới có khả năng gây ra phản ứng hoá học

Trong động lực học phản ứng hoá học, năng lượng phát sinh sẽ làm tăng hiệu quả

và khả năng liên kết các phân tử trong phản ứng hoá học Lý thuyết tương tác về năng lượng hoạt hoá dùng để chỉ hoạt hoá của các phân tử có năng lượng thấp nhấtế Năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học càng lớn, chứng tỏ năng lượng hoạt hoá yêu cầu cho phân

tử ở trạng thái phổ thông càng lớn; năng lượng hoạt hoá càng nhỏ thì năng lượng hoạt hoá yêu cầu cho phân tử ở trạng thái phổ thông càng nhỏ Đối với phản ứng hoá học, các yếu

tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng chủ yếu là nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác cũng như các nhân tố khác, vềv Nguyên lý làm tăng tốc độ phản ứng hoá học của chất xúc tác là giảm năng lượng hoạt hoá

Phản ứng ôxy hoá cháy than là phản ứng nhiều cấp và phức tạp, ý nghĩa vật lý của năng lượng hoạt hoá không làm cơ sở nên tảng cho năng lượng luỹ kế của phản ứng cơ bản cho nên được gọi là bê ngoài năng lượng hoạt hoá Thực nghiệm chứng tỏ khi gia nhiệt than trong điều kiện nhiệt độ tăng dần, quá trình ôxy hoá cháy than phân chia thành quá trình mất nước, quá trình mất trọng lượng, quá trình ôxy hoá tăng trọng ỉượng và đốt cháy mất trọng lượng Sau khi quá trình mất nước kết thúc là giai đoạn tăng trọng lượng, đây là kết quả của phản ứng hoá học, hấp phụ vật lý phức tạp, quá trình hấp phụ ô xy của than xảy ra sau quá trình mất nước, nhiệt độ tại điểm cong từ quá trình tăng trọng lượng chuyển sang quá trình mất trọng lượng là nhiệt độ bắt cháy của than,năng lượng hoạt hoá của giai đoạn tăng trọng lượng là năng lượng hoạt hoá bắt cháy Năng lượng hoạt hoá bắt cháy có thể là bản chất của phản ứng than tự cháy

2 0

lò dọc vỉa mức -40 vỉa 7 Quang Hanh

Hình 4.4 Quá trình ôxy hoả than trong điều kiện gia nhiệt mẫu than lò chợ vỉa 24 Hồng Thái

2 1

Phân tích đường cong gia nhiệt có thế nhận thấy: nhiệt độ của than tính từ khi gia nhiệt đến khi chuyên sang giai đoạn tăng trọng lượng (25 + 199,5°C) là giai đoạn mất nước, nhiệt độ tử 199,5 372,5°c là giai đoạn ôxy hoá tăng trọng lượng, nhiệt độ từ giai đoạn tăng trọng lượng chuyên sang giai đoạn mât trọng lượng (372,5°C) trở đi là giai đoạn bắt cháy

Tiếp tục gia tăng nhiệt độ khi giá trị đạt khoảng 520° c đường cong DSC xuất hiện giá trị toả nhiệt cực đại, điểm cực đại này tương ứng với nhiệt độ cháy lớn nhất của mẫu than từ trạng thái tỏa nhiệt chuyển sang hấp phụ nhiệt, từ đó cũng biểu thị bắt đầu cháy của than Ket quả xác định điểm kết thúc nhiệt độ mất nước và bắt cháy (các giai đoạn trong quá trình ôxy hoá) của các mẫu than được thể hiện trong bảng 3.1

Năng lượng hoạt hoá bắt cháy của than là năng lượng hoạt hoá giai đoạn gia tăng trọng lượng xuất hiện trong quá trình ôxy hoá cháy than, từ đồ thị đường cong TG của thí nghiệm gia nhiệt nêu trên cho thấy có sự tăng trọng lượng rõ ràng (hình 3.5), từ kết quả nghiên cứu nguyên lý ôxy hoá cháy than nhận thấy phản ứng ôxy hoá giữa than và ôxy xảy

ra rất phức tạp

Phương pháp sử dụng chí số năng lượng hoạt hoá bắt cháy để phân định mức độ khó

dễ tự cháy của than được biểu lộ bởi năng lượng hoạt hoá bắt cháy của than Năng lượng hoạt hóa càng nhỏ càng dễ phát sinh tính tự cháy, ngược lại năng lượng hoạt hoá bắt cháy của than càng lớn càng khó phát sinh tính tự cháy

Với kinh nghiệm của Trung Quôc, xây dựng bảng phân loại than theo tiêu chuấn và xác định tính tự cháy của than theo giá trị năng lượng hoạt hoá bắt cháy cần được đúc rút

từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thống kê từ thực tiễn theo môi trường sản xuất Việc xác định tính tự cháy của than được phân loại than theo

Bảng 3.1 Báng tổng họp nhiệt độ các giai đoạn thí nghiệm

Quang

Hanh

3.3.2.3 Phân định mức độ khó dễ tự cháy và bản chất năng lượng hoạt hoá bắt cháy

2 2

tiêu chuân và xác định tính tự cháy của than theo giá trị năng lượng hoạt hoá bắt cháy nhir bảng 3.2

Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 3.3 có thế rút ra nhận xét: các mẫu than thí nghiệm

có phản ứng ôxy hóa trong quá trình thí nghiệm, năng lượng hoạt hoá bắt cháy nằm trong khoảng 86,96 -ỉ- 167,95 KJ/mol Trên đây chỉ là một số kết quả nghiên cứu thí nghiệm ban đầu theo phương pháp sử dụng chỉ số năng lượng hoạt hoá bắt cháy của Trung Quốc, cho thấy một số vỉa than tại các mỏ hầm lò Việt Nam có tính ôxy hóa, trong một số điều kiện nhất định thích hợp có khả năng tự cháyế Tuy nhiên, áp dụng các tiêu chuấn của Trung Quốc

đế xác định tính tự cháy cho than Việt Nam còn chưa có cơ sở khoa học, đòi hỏi có các nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn để xác định phân loại

Hiện nay, ở một số mỏ hầm lò như Công ty than Hồng Thái, Công ty than 91, Công

Bảng 3.2 Mối quan hệ tuơtig ímg giữa tỉnh tự cháy của than và năng lượng hoạt Itoá

Tính tự cháy của than Cực kỳ dễ cháy Dễ cháy Tự cháy Không tự cháy

Năng lượng hoạt hoá

Tên công ty £)w điểm lẩy mẫu than Nhiệt độ, °c Năng lượng hoạt hoả,

KJ/mol'

Quang

Hanh

3.3.3.1 Nguyên tắc phòng chống than tự cháy trong đường lò than

a Bố trí các đường lò hợp lý

Vị trí các đường lò bố trí hợp lý hay không, sẽ trực tiếp quyết định đến sự nguyên trạng của trụ, vách vỉa (là một trong những nhân tố chính gây ra than tự cháy) Khi bố trí đường lò đào, phải căn cứ các tài liệu phân tích về áp lực mỏ, đặc điểm điều kiện địa chất của các đường lò gần đó đã thi công, các khu vực phá hỏa cũ liền kề, độ kiên cố của than, tính chất đất đá cửa trụ và vách vỉa Sau khi tổng hợp phân tích, dựa theo nguyên tắc “vị trí đặt đường lò khi đảm bảo áp lực mỏ nhỏ nhất, phải đảm bảo cách xa khu vực phá hỏa cũ, ít

đi qua các kết cấu địa chất đặc biệt, lựa chọn đường lò nằm trong khu vực cấu tạo địa chất

ổn định” để lựa chọn vị trí cho đường lò, giảm tối đa áp lực tác dụng lên đường lò, sau khi

bị áp lực tác động, biên độ biến dạng cua đường lò sẽ là nhỏ nhất, từ đó làm giảm tối đa nguy

cơ than tự cháy

Khi đường lò bố trí không hợp lý sẽ gây ra các nguyên nhân sau đây:

Một là áp lực mỏ sẽ tăng mạnh, than tại nóc và nền đường lò chịu áp lực lớn sẽ bị phá

vỡ và dịch chuyến mạnh, tạo ra tiết diện các mặt thoáng tiếp xúc với ôxi tăng cao Ngoài ra, sau khi đường lò biến dạng, sẽ tạo ra các nồi lõm trên bề mặt đường lò, tăng thêm lượng sức cản không khí, làm tăng khả năng rò gió từ đường lò vào các khe nứt

Hai là khi đường lò đi qua các khu vực có cấu tạo địa chất đặc biệt hoặc khu vực đường lò cũ, than trong một phạm vi nhất định sẽ bị ảnh hưởng lớn, cấu tạo rất

phức tạp, đồng thời có đầy đủ các điều kiện cấp khí và tiết diện tiếp xúc với ôxi tăng cao Đó là những nguyên nhân lớn nhất tiềm ẩn sự cố về than tự cháy

Ba là sau khi đường lò được hoàn thiện, đất đá và than xung quanh đường lò sẽ bị áp lực nén vỡ, rất có thể sẽ hình thành một đường gió có thể kiểm tra thấy được

Bốn là khi vị trí cốt cao của đường lò không đảm bảo, rất có thể sẽ đi thông với đường

lò cũ của phản tầng trên, là điều kiện thuận lợi cho gió rò vào trong than

Năm là trong quá trình đào lò than, thường xuất hiện hiện tượng bùng nền, làm cho biên độ dịch động của than tăng cao, tạo điều kiện thuận lợi cho than tiếp xúc với ô xi, làm diện tích ôxi hóa tăng cao

b Lựa chọn phương thức và tham sô chống giữ lò hợp lý

Sau khi xác định vị trí của đường lò, phương thức và tham số chống giữ họp lý sẽ trực tiếp quyết định đến mức độ an toàn của phương pháp phòng chống than tự cháy thấp hay cao Các vì chống có độ cứng thấp, chống bị động như vì thép lòng mo và vì thép chữ

I, đối với các đường lò áp lực mỏ nhỏ, không hiển thị rõ ràng, hiệu quả của các vì chống trên tương đối tốt Nhưng đối với các đường lò áp lực mỏ lớn, các loại vì chống nêu trên sẽ không thể thích ứng, đặc biệt là đối với các đường lò ở phân tầng dưới, các vì chống luôn ở trạng thái bị động Khi áp lực mỏ tác động mạnh, vì chống luôn có hiện tượng chịu lực không đồng đều, phát sinh biên dạng xoăn hoặc chịu lực ép cục bộ làm biên dạng vì chống, các biến dạng đêu rât rõ ràng, than trên phía nóc lò cũng sẽ bị phá hủy theo sự biến dạng này, làm tăng lượng rò gió và tiết diện tiêp xúc với ôxi, làm tăng nguy hiểm về than tự cháy

Các phương pháp chống giữ chủ động như vì neo, có tác dụng treo, tác dụng tô hợp

xà và các tác dụng khác, khi áp lực mỏ tăng mạnh, cường độ của áp lực mỏ sẽ thay đổi không đồng đều, tác dụng của vì neo và vì neo dài (neo cáp) không những càng tăng cường độ chịu nén, mà còn liên kết các kết cấu đất đá xung quanh thành một chỉnh thề, vì vậy sẽ có hiệu quả chống giữ tổng thề cao, tránh được sự chịu lực không đồng đều, hạn chế gây ra sự phá hủy trên biên độ rộng với than xung quanh Trên thực tế chống giữ đường lò, thường sử dụng chống vì neo phun bê tông, kết họp với các vì chống thép, lợi dụng được tuyệt đối các

ưu điểm của từng phương pháp, đông thời kêt hợp với các nghiên cứu thực tế về áp lực mỏ tại khu vực than xung quanh, cường độ của vì chông sẽ có hiệu quả cao hơn rất nhiêu, sau khi ưu việt hóa, hiệu quả sẽ rõ ràng hơn, lưọng biến dạng của than trên nóc lò giảm, đồng thời làm giảm áp lực mỏ

c Ổn định chất lượng chông giữ đường lò, giảm lượng biến dạng của đường lò và than tại nóc lò

Sau khi xác định phương pháp và tham số chống giữ đường,lò, trong quá trình thi công đào lò cụ the, chất lượng chống giữ đườn lò sẽ là nhân tố quan trọng quyết định hiệu quả phòng chống than tự cháy vả làm giảm biến dạng của đường lò Theo tiên độ đào lò, cân thực hiện nghiêm túc theo yêu cẩu thiết kế, đảm bảo chất lượng chống giữ, phát huy tối đa tác dụng tổng hợp, làm cho áp ỉực mỏ khi mạnh nhất thì đã ở phía sau của đường lò, giảm biến dạng của đường lò

d Cần giảm tối thiêu các đường lò đi qua các câu tạo địa chât đặc biệt, giảm lượng than vụn vỡ tiêp xúc với không khí

Các vị trí địa chất có cấu tạo đặc biệt và các khu vực xung quanh đó đất đá, than thường vỡ vụn, nhiều nứt nẻ, khi đường lò đi qua các khu vực này thường phải để lại trụ than bảo vệ lớn, làm cho tiết diện than tiêp xúc với ôxi càng lớn, dưới tác dụng của quá trình thông gió, than bị ôxi hóa và rất dễ xảy ra than tự cháy

tự cháy

f Chống lò bịt kín, khép kín nóc lò, giảm lượng gió rò vào xung quanh đường lò Các đường lò có than nóc lộ trực tiếp ra không khí, sau khi đào xong lò, áp lực mỏ xuất hiện và liên tực thay đối, hình thành thế cân bằng mới, khi đó một lượng than nhất định xung quanh đường lò sẽ bị biến dạng, luôn tồn tại vòm phá hủy khách quan, phạm vi của vòm phá hủy phụ thuộc vào hiệu quả chống giữ của đường lò, mức độ lớn nhỏ của áp lực

mỏ Đối với các đường lò thông gió bình thường, luôn tồn tại hiện tượng rò gió vào khu vực xung quanh đường lò, do các nguyên nhân khác nhau, nhưng đều gây nguy hiểm đối với than

tự cháy Sử dụng chèn kín hoặc phun bê tông lên thành lò với mức độ nào đó, ít nhiều có tác dụng tăng khả năng chống giữ đường lò, mặt khác quan trọng hơn là giảm lượng rò gió vào trong khu vực than xung quanh đường lò, làm giảm chênh lệch áp suất phía trước mặt than

và trong than, giảm thiểu các mối nguy hiểm về than tự cháy

g Tính toán lưu lượng gió hợp lý, giảm tối đa nhiệt độ không khí trong đường lò Lưu lượng gió trong đường lò hợp lý hay không, trực tiếp quyết định đến vấn đề nhiệt

độ không khí cao thâp trong đường lò Do nhiệt độ chênh lệch của than và không khí trong đường lò cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng than tự cháy Các vỉa than càng dày và mềm, các nứt nẻ càng nhiều, nhiệt độ bên trong của than càng cao, lượng không khí cấp vào càng đầy đủ thì nguy hiểm than tự cháy càng tăng cao Vì thế, lưu lượng gió trong đường lò hợp lý cũng có tác dụng khuếch tán nhiệt độ sinh ra trong quá trình ôxi hóa Neu lưu lượng gió nhỏ, nhiệt độ của không khí trong đường lò cũng tăng cao, nhiệt độ sinh ra trong quá trình ôxi hóa sẽ khó khuếch tán, làm cho nhiệt độ của than tăng cao, sau khi ôxi hóa mạnh

mẽ, sẽ gây ra than tự cháy Khi lưu lượng gió lớn, mặc dù nhiệt độ không khí tại đường lò thấp, nhưng áp lực tĩnh cua giỏ cũng sẽ lớn, độ sâu của rò gió vào thành than xung quanh đường lò cũng lớn, mặc dù phía bê ngoài của vòm phá hủy khó tích tụ nhiệt, nhưng phía bên trong, nhiệt độ sẽ không thể khuếch tán, rất dễ gây ra sự cố than tự cháy

h Tăng chất lượng ông gió, giảm rò gió sinh ra từ ông gió

Trong quá trình làm việc thực tế, ảnh hưởng của chất lượng ống gió, năng lực quạt cục bộ, năng lực quản lý thường nhật và các nhân tố khác, ít nhiều ống gió đều có các vị trí hoặc to hoặc nhỏ bị thủng, gió rò tại các vị trí này cũng sẽ cung cấp ôxi liên tục cho than tại thành lò, một khi quản lý không đạt yêu cầu, thời gian kéo dài, tốc độ ôxi hóa tăng cao, nhiệt lượng sinh ra ngày càng lớn, rất dễ làm cho than tự cháy

Tất cả những vấn đề nêu trên, đều có lác dụng phòng chông than tự cháy đối với các đường lò đào than, là những biện pháp chủ yếu phòng chống than tự cháy tại đường lò đào trong than, làm tốt các công tác nêu trên, sẽ đạt được mục đích phòng chống than tự cháy

Lò xuyên vỉa ở những vỉa than có tính tự cháy cần phải đổ bê tông trên toàn bộ đoạn

lò đi qua chiều dày nằm ngang của vỉa và cả phần than kẹp đá và cộng thêm đoạn lò đồ bê tông ít nhất là 3 m về phía vách và trụ vỉa như hình vẽ 3.6

Để có thể đóng kín một khu khai thác khi có cháy mỏ, tất cả những đường lò xuyên vỉa nên có những khung thành chắn, nhưng không được cản trở đến việc vận tải và thông gió

Góc tạo thành giữa dường lò và những vỉa than cũng như của hai đường lò cắt nhau đào trong than cần phải lớn hơn 60° để loại trừ sự nứt nẻ của khối thán giữa chúng.

Cầu gió không được đào trong những vỉa có khả năng tự cháy, nếu điều này không loại trừ được thì phải đổ bê tông cả hai phía của đường lò nêu trên một đoạn ít nhất là 10 m

kể từ giao điểm

Tất cả các buồng, hầm, trạm chỉ nên đào trong đá

Nếu ở một đoạn lò đào trong vỉa than có tính tự cháy khi bị sập cần phải dọn ngay than vụn, còn các lỗ hổng tạo thành phải chèn đá và chông thêm ở hai đầu đoạn lò sập một đoạn dài 3 m

Những đường lò đào trong than không được dừng lại ở khoảng thời gian ỉớn hơn 3 tháng

3.3.3.3 Nguyên tấc phòng khống cháy khi khai thác

Thứ tự khai thác các vỉa cần phải tiến hành từ vách đến trụ đế loại trừ sự sụp

lở

Khi khai thác đồng thời nhiều vỉa ở cùng một mức, để loại trừ sự sụp lở cần phải khai thác vỉa ở vách trước một khoảng cách ít nhất là 2 lần bước sập lở

Trong cùng một vỉa phải khai thác từ trên xuống dưới

Nên khai thác bằng phương pháp khấu dật trong phạm vi một khu cũng như trong phạm vi một khoảnh

ở những vỉa dày và trung bình, không được để lại trụ bảo vệ bằng than với mục đích

Hình vẽ: 3.6: Đổ bê tông đoạn lò xuyên vỉa đi qua vỉa than có tính tự cháy

1- Vỉa than; 2- Đường lò xuyên via; 3- Đoạn lò xuyên vỉa cần phải đổ bê tông

Nên lấp lỗ hồng sau khi khai thác bằng cách chèn lò và khi chèn phải thi công thận trọng, vật liệu chèn không được chứa chất cháy

Khi lấp khoảng trống đã khai thác bằng cách phá hỏa, cần phải chú ý tới những biện pháp chống cháy như dọn sạch than và đá phiến ở lò chợ, thi công tốt việc làm sàn, phá hỏa toàn bộ

Khi chọn phương pháp khai thác cần phải loại trừ những vùng có áp suất lớn ở lò chợ, thông qua việc đảm bảo tiến độ lò chợ một cách bình thường và số đường lò chuẩn bị nhỏ, việc khấu và bốc toàn bộ than cũng như đá phiến, đồng thời đảm bảo tốc độ khai thác lớn

Không cho phép h > 200 (mmH20) ở mỏ có nguy cơ cháy nội sinh

a Nghiên cứu nguyên lý áp dụng công nghệ khai thác phòng chống cháy tại

lò chợ

Than là một chất do rất nhiều liên kết hóa học, được tạo thành do các nhóm liên kết hóa học hữu cơ và chất vô cơ phức tạp, tạo thành một chất hỗn hợp cùng tồn tại chất chất hữu cơ và vô cơ Trong than chửa nhiều chủng loại, kết cấu hóa học, vật lý phức tạp, thành phần của than có sự khác nhau rất lớn Tính tự cháy của than là nhân tố nội tại cho thấy mức

độ khó dễ tự cháy của than Tính tự cháy của than được quyêt định bởi kêt cấu hóa học và tính chất vật lý của than Than tự cháy là một quá trình phản ứng hóa học vật lý phức tạp, đê xảy ra sự cố than tự cháy bắt buộc phải có 4 điều kiện sau:

(1) - Bản thân than phải mang tính tự cháy và tồn tại trạng thái than bị nứt nẻ, vỡ vụn, chất thành đống: ở điều kiện nhiệt độ thường cũng có nhiều phần tử than hoạt tính ôxi hóa cao;

(2) - Có điều kiện cung cấp không khí liên tục với hàm lượng ô xi > 12% vào khu vực có than tồn đã nứt nẻ, vỡ vụn, đảm bảo duy trì trong một thời gian đủ để phát triển quá trình ôxi hóa;

(3) - Than vỡ vụn, nhiều nứt nẻ trong môi trường có điều kiện tích tụ nhiệt độ và làm cho nhiệt độ của than tăng cao với tốc độ chuyển động thích hợp của không khí

(4) - Ba điều kiện nêu trên phải đồng thời xảy ra tại một địa điểm và tồn tại trong khoảng thời gian đủ dài đê xảy ra phản ứng cháy

Trong 4 điều kiện nêu trên thì ba điều kiện đầu tiên là điều kiện cần thiết để than tự cháy, điều kiện thú tư là điều kiện đủ Trong đó, điều kiện thứ nhất là điều kiện cơ bản nhât,

là nguyên nhân bên trong, là đặc tính nội bộ của than được quyết định bởi thành phần và cấu tạo của than cũng như điều kiện hình thành than Hai điều kiện tiếp theo là điều kiện bên ngoài, được quyết định bởi điều kiện địa chất của mỏ, năng lực quản lý và điều kiện khai thác của mỏ

2 8

Thực tiễn cho thấy, phương pháp khai thông và chuẩn bị ruộng mỏ, cách thức bố trí thứ tự khai thác, công nghệ khai thác, phương pháp thông gió và năng lực quản lý là các nhân tố quyết định đến sự cố than tự cháy: Các phương pháp khai thông khác nhau sẽ làm cho vỉa than có mức độ nguy hiểm về tự cháy khác nhau Việc bố trí các đường lò hợp lý sẽ giảm lượng than bị phá vỡ, ít phải để trụ than bảo vệ, có đủ điều kiện cách ly vùng phá hỏa kịp thời; Ap dụng hệ thống khai thác, công nghệ khai thác hợp lý sẽ nâng cao hiệu suất thu hồi than, đẩy nhanh tốc độ khai thác lò chợ, làm giảm lượng rò gió vào khu vực phá hỏa

Tốc độ tiến gương của lò chợ cần hợp lý, rút ngắn thời gian than tồn tại ở phạm vi đới ôxi hóa trong khu vực phá hỏa, nâng cao hiệu suất thu hồi than, giảm lượng than tồn và độ dày cùa than tồn là nhân tố có ý nghĩa quan trọng trong công tác phòng chống than tự cháy với lò chợ khai thác

Từ nghiên cứu lý thuyết về than tự cháy nêu trên, cho phép đề tài rút ra các nguyên lý

áp dụng công nghệ khai thác phòng chống cháy tại lò chợ như sau:

al) Nâng cao hiệu suất thu hồi than của lò chợ

Than tồn trong khu vực phá hỏa là nguyên nhân và điều kiện chính của sự cố than tự cháy Dưới tác dụng của ôxi, than tồn trong khu vực phá hỏa sẽ xảy ra phản ứng ô xi hóa than và sinh nhiệt, đồng thời thông qua đất đá trên vách vỉa và đường gió rò vào khu vực phá hỏa khuếch tán nhiệt Vì vậy, lượng than tồn trong phá hỏa khác nhau, nhiệt lượng sinh ra cũng khác nhau Neu khi nhiệt lượng khuếch tán nhỏ hơn nhiệt lượng sinh ra, than sẽ tích tụ

và tăng nhiệt cho đến khi đủ điều kiện nhiệt độ sinh ra sự cố tự cháy

Nâng cao hiệu suất thu hồi than lò chợ đồng nghĩa với giảm than tồn trong khu vực phá hỏa, ngăn cản điều kiện sinh và tích tụ đủ nhiệt của than, từ đó đạt được hiệu quả cao trong công tác phòng chống than tự cháy

PA1: Bơm ép nước lên nóc lò, vách vỉa

Khi tiến hành khoan bắn mìn thu hồi than hạ trần, độ cao thu hồi than hạ trần lớn, dưới tác động của mìn nổ, các kết cấu của thực thể than bị phá hủy, nhưng trong một thời gian ngắn ban đầu than vẫn ở trạng thái cân bằng Đặc biệt là khi thực hiện công tác phá hỏa ban đầu, sau khi nổ mìn than nóc không sập đổ xuống tức thời hoặc chỉ một bộ phận sập xuống, một số lượng than sẽ rơi vào trong khu vực phá hỏa, làm lãng phí tài nguyên, làm giảm hiệu suất thu hồi than Vì vậy, trong qua trình bắn mìn thư hồi than, áp dụng biện pháp bơm ép nước lên nóc lò, vách vỉa làm mềm than, tạo điều kiện cho than sập xuống nhanh và hoàn toàn là biện pháp nâng cao hiệu suất thu hồi

PA2 Sử dụng phương pháp khoan lẽ dài khi thu hồi than

Dùng các lỗ khoan dài phá vỡ các liên kết cân bằng của than, từ đó làm than sập xuống kịp thời và triệt để hơn No mìn lỗ khoan dài được chia làm 2 đợt dựa theo hiệu quả là nổ mìn om và nổ mìn rurig, vì thế lượng thuốc nổ không cần quá lớn

PẢ3 Thu hoi than hạ trán cách đoạn tuân hoàn

Thu hồi than hạ trần cách đoạn tuần hoàn, khi nạp nổ mìn, trần than đã bị phá vỡ một phần phía dưới, làm cho phần than phía trên có đủ thời gian sập đổ, phá hủy do chịu tải của bản thân lớp than than trên đỉnh, tạo cho than có thể sập xuống kịp thời, thông qua thu hồi than tuân hoàn, có thể nâng cao hiệu suất thu hồi than Thu hồi than tuần hoàn dựa theo độ dày của lớp than hạ trần, mức độ đánh sập than sau khi nổ mìn, hiệu quả nổ mìn, lượng mìn,

2 9

trình độ và khả năng của công nhân khi thực hiện bơm ép nước làm mềm than, xác định phương thức hạ trần tuần hoàn và số lần hạ trần tuần hoàn, đạt dược mục đích làm than nóc kịp thời sập, tránh thời gian cách đoạn quá dài, nâng cao hiệu suât thu hôi than lên mức cao nhất

đi vào đới dập tất, đạt được mục tiêu phòng chống cháy

Khi lò chợ sản xuất bình thường, ba đới trong khu vực phá hỏa tồn tại ở trạng thái động, than tồn tự cháy không những liên quan đến thời gian tiếp xúc với ôxi mà còn liên quan đến tốc độ tiến gương của lò chợ, là quan hệ hàm số không gian và thời gian Tốc độ tiến gương của lò chợ nhanh chậm, sẽ quyết định thời gian than tồn tiếp xúc với không khí lâu hay nhanh Tốc độ tiến gương lò chợ nhanh, thời gian tiếp xúc ôxi của than tồn ngắn, than không dễ tự cháy và ngược lại sẽ làm than dễ tự cháy Cùng với đó, tốc độ tiến gương nhanh, thời gian áp lực mỏ đến sau, các khe hở trong khu vực phá hỏa sỗ nhiều, lượng gió

rò vào có xu hướng tăng lên, nhiệt lượng sẽ được khuếch tán nhanh hơn, khu vực tích nhiệt

sẽ nằm sâu trong khu vực phá hỏa, than không dễ tự cháy Vì vậy, tốc độ tiến gương của lò chợ nhanh cũng chính là giảm độ nguy hiểm về than tự cháy trong khu vực phá hỏaẾ

a3) Giảm tối đa lượng gió rò vào khu vực phá hỏa

Than tồn trong khu vực phá hỏa cần được cung cấp ôxi liên tục, cường độ rò gió trực tiếp ảnh hưởng đến sự phân bố, tích tụ ôxi trong khu vực phá hỏa, cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự khuếch tán nhiệt của than Vì vậy, rò gió là một nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến than

tự cháy Trong công tác phòng chống than tự cháy, phải giảm tối đa lượng rò gió

Căn cứ đặc điểm khai thác than của các mỏ, đề tài kiến nghị dùng các phương pháp sau:

Khi khai thác phân tầng trên cần làm vách giả tốt, đồng thời bơm bùn vào khu vực phá hỏa, đối với phân tầng dưới, khi khai thác cần giảm tối đa lượng gió sạch rò lên khu vực phá hỏa của phân tầng trên

Khi thông gió cho lò chợ sử dụng phương pháp thông gió đẩy, không được sử dụng ống gió hướng trực tiếp vào lò chợ, giảm lượng gió rò vào khu vực phá hỏa

Khi khai thác phân tầng dưới, phải đợi phân tầng trên có đủ thời gian ổn định mới được tiến hành khai thác, tránh trường hợp gió rò vào khu vực chưa nén chặt

3.3.3.4 Các giải pháp về đào, chống lò nhằm giảm thiểu nguy cơ cháy nội

sinh

Căn cứ vị trí các đường lò và đặc điêm than tự cháy của khu vực mỏ cần thiết kế, đề tài đê xuât các giải pháp vê đào, chông lò nhăm giảm thiếu nguy cơ cháy nội sinh như sau:

Các đường lò khai thông, vận chuyến chính, lò gió thải chính nên được bố trí trong

đá, làm giảm tối đa sự ảnh hưởng với tầng than

3 0

Đối với các đường lò bố trí trong than, cần cố gắng xây tường hoặc phun bê tông, cách ly đường lò với không khí

Đe nâng cao phòng chống than tự cháy trong đường lò của mỏ than có tính tự cháy,

sử dụng các biện pháp phòng chông sau:

1 Công tác dự báo, dự đoán nguy hiểm than tự cháy

Đối với các vị trí rỗng nóc, vị trí than bị phá hủy, nứt nẻ phải tăng cường giám sát nhiệt độ và theo dồi biến đổi của nồng độ các chất khí

2 Quản lý nghiêm ngặt chất lượng chống giữ trong quá trình đào lò, xén lò, tránh hiện tượng tụt nóc, rỗng nóc, làm giảm tối đa các nứt nẻ xung quanh đường lò

3 Tăng cường công tác kiếm tra, theo dõi lưu lượng gió hàng ngày, hàng ngày kiểm tra chất lượng của ống gió ít nhất 1 lần, cần giám sát chặt chẽ sự thay đổi của lưu lượng gió, tránh tối đa thay đổi lưu lượng gió

4 Phun bê tông cho đường lò

Sử dụng phương pháp phun bê tông cho đường lò than là 1 trong những biện pháp phòng chống than tự cháy quan trọng Theo tiến độ đào lò, phun 1 lóp bê tông dày khoảng

10 cm lên thành lò và nóc lò, đảm bảo phun kín, cách ly không khí, từ đó ngăn chặn được sự ôxi hóa của than Phương pháp này hiện được sử dụng rỗng rãi tại các đường lò chuân bị sản xuất, đối với các đường lò dọc vỉa của lò chợ chưa được sử dụng nhiều vì lý do sau: (1) giá thành cao; (2) lượng tiêu hao vật liệu nhiều, bị ảnh hưởng nhiều của hệ thống vận tải Kỹ thuật này còn được áp dụng với các đường lò được xác định là có nguy hiểm về than tự cháy cao

5 Bơm ép nước vào vỉa than

Đối với các vỉa than có nhiệt độ cao, nên lựa chọn phương pháp bơm ép nước vào vỉa,

có thê đạt được mục đích hạ nhiệt than nhanh chóng Phương pháp này có hiệu quả cao và

dễ thực hiện, đối với các vỉa than dễ tự cháy, có thể sử dụng bơm ép nước liên tục, đảm bảo than luôn trong trạng thái ẩm, từ đó loại bỏ được nhân tố tích nhiệt của than

6 Sử dụng hóa chât phòng chong cháy

Hiệu quả của hóa chât phòng chông cháy chủ yêu thê hiện như sau: một là ngăn cách không khí và than tiếp xúc; hai là đảm bảo được độ ướt tại bề mặt than; ba là ngăn chặn quá trình ôxi hóa tại nhiệt độ thâp của than, ngăn chặn sản sinh các phân tử hoạt tính cao; bốn là tăng nhanh tốc độ khuếch tán nhiệt Khi đào lò, nếu có xảy ra hiện tượng tụt nóc, rỗng nóc hoặc trong quá trình sản xuất thấy có hiện tượng “đổ mồ hôi” hay các hiện tượng khác, nếu công tác thông gió không có hiệu quả rõ ràng, cần tiến hành phun hóa chất đối với các vị trí rỗng nóc, hoặc bơm ép hóa chất vào thành lò

Khi tiến hành cắm ống bơm hóa chất vào trong than tại các vị trí rỗng nóc cao, hình thành vòng bảo vệ chống rò giỏ và khuếch tán nhiệt, nếu không có biện pháp nào được sử dụng, than chắc chắn sẽ tự cháy Vì vậy, có kịp thời tiến hành xử lý với các đoạn lò như trên hay không cũng là một nhân tố quan trọng phòng chống than tự cháy

7 Sử dụng vật liệu keo chống cháy

Keo chống cháy thường được dùng đê bơm ép vào các khu vực than nứt nẻ mạnh hoặc khu vực đường lò rỗng nóc, lợi dụng đặc điểm đặc biệt của keo, sau khi đi vào trong than, làm giảm nhanh chóng hoạt tính của các phân tử ôxi, bao bọc lấy than, đồng thời làm nhiệt

độ của than nhanh chỏng khuếch tán; Keo cũng sẽ lấp đầy các nứt nẻ trong than, giảm lượng không khí và cách ly than với không khí; Keo khi đi vào vùng than tự cháy, sẽ nhanh chóng

3 1

hút nhiệt, nâng cao tính khuếch tán nhiệt của than và cuối cùng đạt được mục đích dập cháy

Khi mặt than xuất hiện hiện tượng tăng nhiệt, có thể thông qua các lỗ khoan bơm ép bùn, bùn pha keo hoặc các hóa chất keo khác vào phía trong sâu, có thể đạt được mục đích dập cháy

Các vật liệu keo chống cháy vừa có thể sử dụng trên mặt đất, vừa có thể sử dụng dưới

lò, thường được sử dụng với các vỉa than dễ tự cháy hoặc xử lý các khu vực có nhiệt độ cao

3.3.3.5 Các qui định khi sử dụng tường chắn cách ly khu vực đã khai thác các vỉa than có tính tự cháy

Các tường cách ly khi quản lý cần tuân thủ các quy định sau:

Môi tường cách lỵ đều phải có lan can, cảnh báo, biển báo, nghiêm cấm người vào trong và đề rõ nguyên nhân

Định kỳ kiêm tra nhiệt độ và nông độ các cliầt khí trong tường cách ly

Phải định kỹ kiểm tra nhiệt dộ, nồng độ khí mêtan, chênh lệch áp suất ngoài và trong tường chắn cách ly

Tất cả các kết quả theo dõi đều phải được ghi nhớ lại

Khi mỏ tiến hành điều chỉnh lưu lượng gió trong phạm vi rộng, phải kiểm tra nhiệt độ

và nồng độ các chất khí phía trong tường chắn cách ly

Các tường chăn cách ly vĩnh cửu phải được đánh sô đồng thời được ghi chú rõ ràng trên bản đô

Ngoài ra, phải tiến hành ghi nhớ lại tình trạng, hiện trạng do gió, tiết diện đường lò, các kết cấu chông giữ, tại các khu vực đó

3.3.3.6 Giải pháp sử dụng tường chắn cách ly khu vực đã khai thác

Từ nguyên lý phòng chống cháy đối với khu vực đã khai thác các vỉa than có tính tự cháy, đề tài đề xuất các giải pháp sử dụng tường chắn cách ly khu vực đã khai thác như sau:

a) Tường chắn cách lỵ (trụ bảo vệ) bảo vệ các đường lò tiếp giáp với khoảng trong

đã khai thác

Trong sơ đồ công nghệ khai thác không đế lại trụ bảo vệ, trường hợp khấu đồng thời giữa hai phân tầng, để duy trì đường lò vận tải của phân tầng trên làm lò thông gió cho phân tầng dưới trong thời gian ngắn, đã sử dụng các hàng cũi lợn chống tăng cường khoảng không gian tiếp giáp với đường lò hoặc các dải đá chèn như hình 3.7 Tuy nhiên, hiện nay ở các mỏ

áp dụng loại trụ bảo vệ này không nhiều Một là do công tác bảo vệ đường lò khó khăn nên

sơ đồ công nghệ ít được các mỏ quan tâm áp dụng, hai lả thay vào đó là việc đào đường lò mới men theo khoảng không gian đã khai thác