Giáo trình Nâng cao hiệu quả thông gió thoát nước khi khai thác xuống sâu: Phần 1 (Dùng cho trình độ cao học)

Phần 1 của giáo trình Nâng cao hiệu quả thông gió thoát nước khi khai thác xuống sâu (Dùng cho trình độ cao học) cung cấp cho học viên những nội dung về: đặc điểm không khí mỏ hầm lò khi khai thác xuống sâu; thiết kế thông gió đào lò khi khai thác xuống sâu; thiết kế thông gió chung cho toàn mỏ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

2 Trang phụ bìa

3

LỜI NÓI ĐẦU

Thông gió là biện pháp cơ bản nhất để cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao mức độ an toàn cho người làm việc trong hầm lò Thông gió còn là một giải pháp hữu hiệu nhất để phòng chống cháy nổ khí Metan và bụi than Công việc chủ yếu của thông gió mỏ là duy trì trong các đường lò đang hoạt động một bầu không khí sạch, mang lại cho người làm việc cảm giác nhiệt thích hợp với điều kiện lao động và đưa hàm lượng khí độc, khí cháy nổ, bụi mỏ đến mức độ an toàn theo quy định

Giáo trình nâng cao hiệu quả thông gió thoát nướckhi khai thác xuống sâu được biên soạn theo Đề cương môn học của Ngành Khai thác mỏ dành cho học viên cao học được Khoa Mỏ và Công trình, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh thông qua Trong quá trình biên soạn, giáo trình đã tham khảo và chọn lọc tài liệu từ các sách và giáo trình trong lĩnh vực thông gió thoát nướcchuyên ngành khai thác mỏ của các trường Đại học, Viện nghiên cứu khoa học, cũng như hệ thống Quy chuẩn, Quy phạm trong và ngoài nước nhằm giúp các học viên nâng cao được lý luận và thực tiễn về lĩnh vực này

Giáo trình nâng cao hiệu quả thông gió thoát nướckhi khai thác xuống sâu không chỉ là tài liệu dành cho học viên cao học ngành khai thác mỏ, mà còn có thể sử dụng để tham khảo cho các kỹ sư ngành khác như: Xây dựng mỏ, Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Kinh tế mỏ,… và cho các nhà khoa học, quản lý mỏ

4

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM KHÔNG KHÍ MỎ HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU 1.1 Khái quát chung về không khí mỏ

1.1.1 Khí trời

Xung quanh trái đất có bầu khí quyển dày hàng trăm km thành phần của khí quyển là hỗn hợp của nhiều loại khí O2, N2, CO2, khí trơ; khí quyển có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự sống của sinh vật trên trái đất

Nó như tấm lá chắn để ngăn cách các tia bức xạ có hại của vũ trụ;

Là môi trường điều hoà nhiệt độ và nước trên trái đất;

Cung cấp Oxi cho quá trình sống của động vật

Khí trời là một hỗn hợp của nhiều chất khí kết hợp với nhau theo một tỷ lệ nhất định Thành phần chủ yếu của nó chủ yếu là Nitơ, Oxi và một ít hơi nước Ngoài ra thành phần của khí trời còn có một lượng rất nhỏ các chất khí như cácboníc, các chất khí trơ: Argon, Neon, Kripton, Heli, Ozon, v.v

Không khí khi có chứa hơi nước gọi là không khí ẩm, ngược lại gọi là không khí khô

Thành phần hơi nước trong không khí ẩm có tỷ lệ thay đổi trong một khoảng khá rộng từ 0 đến 3% theo trọng lượng tuỳ theo vùng địa lý và thời gian trong ngày, trong năm

Thành phần các chất khí trong không khí khô tính theo % được giới thiệu ở bảng 1.1 và hình 1.1

Hình 1.1 Thành phần của khí quyển

5

Bảng 1.1 Tỷ lệ % các chất khí trong không khí khô

- Sự thay đổi về thành phần: Do xuất hiện các loại khí độc, khí cháy, bụi mỏ và một số chất khí khác

- Sự thay đổi về hàm lượng: Hàm lượng O2 giảm; khí CO2,, khí độc, khí cháy tăng Hay cũng có thể nói không khí mỏ là hỗn hợp các chất khí và hơi nước chứa đầy các moong ở mỏ lộ thiên và chứa đầy các đường lò ở mỏ hầm lò, đồng thời bao giờ cũng chứa một lượng bụi nhất định

Không khí mỏ lộ thiên chính là khí trời ở các mỏ lộ thiên, song thành phần của

nó đã có hàng loạt sự thay đổi, cụ thể là thoát ra nhiều chất khí cháy và độc

Còn không khí ở mỏ hầm lò chính là khí trời từ mặt đất đi vào mỏ qua các đường lò sẽ bị thay đổi hàng loạt các tính chất lý hoá Nói chung hàm lượng O2 giảm

đi, còn CO2 và N2 tăng lên, đồng thời có sự xuất hiện nhiều chất khí mới, lượng bụi cũng tăng lên

6

Ở các mỏ hầm lò các chất khí mới thoát ra bao gồm:

- Các khí độc: Các Oxit nitơ (NO, NO2, N2O3, N2O5 ), amôniac (NH3), Sunfuaro (SO2); Oxitcacbon (CO) và Sunfuahiđro (H2S), hơi Asen, thuỷ ngân, các aldehyde, akrolein, cianua hidro

- Các khí nổ: Oxitcacbon (CO), Sunfuahidro (H2S), Metan, Hidro (H2) và Cacbuahidro

- Các khí có tính phóng xạ: Radông ( Rn) và Thôrom (Th)

Các luồng không khí trong mỏ được phân thành hai loại:

- Luồng không khí sạch, khi thành phần của nó gần với thành phần khí trời

- Luồng không khí bẩn, khi thành phần của nó khác với thành phần khí trời

- Luồng không khí chứa bụi

1.1.2.1 Thành phần chủ yếu của không khí mỏ

1 Oxi (O 2 )

Oxi chiếm 20,95% thể tích khí trời, là một chất khí không màu, không mùi và không vị, với trọng lượng phân tử là 32, trọng lượng riêng là 1,106g/cm3 (so với không khí ), Oxi hòa tan trong nước kém (5% theo thể tích khi nhiệt độ 00C), duy trì sự cháy

Các nguyên nhân làm giảm hàm lượng Oxi trong không khí mỏ bao gồm:

- Quá trình Oxi hoá từ từ của than, gỗ, các chất hữu cơ và vô cơ, do cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi;

7

- Sự thoát khí tự nhiên của CH4, CO2, N2, H2S, SO2, v.v…;

- Quá trình nổ mìn, hoạt động của các động cơ đốt trong;

- Sự hô hấp của con người và sinh vật;

- Sự hoà tan Oxi trong nước mỏ

Oxi rất cần thiết để duy trì hoạt động sống của con người, nếu hàm lượng O2

18% con người làm việc trong điều kiện thiếu Oxi Khi hàm lượng O2 = 12% con người phải thở gấp Khi hàm lượng O2 = 9% con người bị ngất và có thể chết Nếu hàm lượng O2 = 1  3% con người bị chết ngay

Tiêu chuẩn quy định theo luật an toàn của nhiều nước về hàm lượng Oxi trong không khí mỏ hầm lò từ 19 đến 20% Ở Việt Nam theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2011/BCT thì hàm lượng Oxi trong không khí ở các đường lò có và sẽ có người tối thiểu là 20% theo thể tích

2 Nitơ (N 2 )

Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích khí trời, là một chất khí không màu, không mùi

và không vị, với trọng lượng phân tử là 28, trọng lượng riêng là 0,97g/cm3 Nhiệt độ sôi là -95,70C và nhiệt độ nóng chảy là -237,80C

Nitơ là một chất khí trơ về mặt hoá học và sinh lý học, không duy trì sự thở và

sự cháy, đồng thời có tác dụng làm giảm tính nổ của Metan (ví dụ một hỗn hợp khí có 10% CH4 và 90%N2 thì không thể nổ)

Những nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng nitơ trong không khí mỏ là:

- Sự phân huỷ các chất hữu cơ

- Sự phân huỷ các chất vô cơ (ví dụ khi nổ hoàn toàn 1 kg thuốc nổ Đinamit sẽ sinh ra 640 lít khí, trong đó có 135 lít N2)

- Sự thoát khí ở trạng thái tự nhiên qua các khe nứt nẻ của đất đá và khoáng sàng

3 Cacbonic (CO 2 )

Là một khí không màu, không mùi, vị hơi chua, có tính axit yếu, với trọng lượng

phân tử là 44 và trọng lượng riêng là 1,52g/cm 3 (vì vậy thường tập trung ở nền lò) Là

một khí hoà tan nhiều trong nước, khí cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy, có

tác dụng kích thích niêm mạc của mắt, mũi và mồm, độc ở mức độ thấp

8

Bảng 1.2 Tác dụng của CO2 đối với con người

10 Chỉ chịu đựng được sau một vài phút Những nguyên nhân làm tăng CO2 trong không khí mỏ bao gồm:

- Các quá trình phân huỷ chất hữu cơ và vô cơ, sự Oxi hoá từ từ của than, sự phân huỷ của cácbonat;

- Sự thoát khí CO2 tự nhiên từ các khe nứt nẻ của đất đá và khoáng sàng, từ nước trong mỏ;

- Những quá trình cháy nổ (cháy mỏ, nổ mìn, nổ khí và nổ bụi);

- Sự hô hấp của con người và sinh vật;

- Sự hoạt động của các động cơ đốt trong

Sự thoát khí CO2 từ đất đá và khoáng sàng, qua các khe nứt và lỗ hổng, có thể với cường độ nhỏ hoặc cường độ lớn (ví dụ như ở các mỏ Gard ở Pháp, Silezi ở Balan, trong một số mỏ muối ở Cộng hoà dân chủ Đức cũ)

Ở một số mỏ than hầm lò trên thế giới đã xảy ra sự phụt khí cacbonic Trên cơ

sở lượng khí CO2 thoát ra tính cho 1 tấn than khai thác trong 24h (độ thoát khí cacbonic tương đối) người ta đã phân các mỏ than ra theo các hạng sau:

Loại I : Cho đến 5 m3CO2/tấn;

Loại II : 5 – 10 m3CO2/tấn;

Loại III : 10 – 15 m3/tấn;

Siêu hạng > 15 m3 CO2/tấn

1.1.2.2 Các loại khí độc, hại sinh ra trong quá trình khai thác mỏ hầm lò

1 Oxit cacbon (CO)

Là chất khí không màu, không mùi vị, trọng lượng riêng là 0,97g/cm3, trọng lượng phân tử là 28, nhiệt độ sôi là - 1900C, nhiệt độ nóng chảy là - 2070C, hoà tan trong nước

9

Oxit cacbon là một chất khí cháy và nổ, hàm lượng oxit cacbon trong hỗn hợp không khí trong khoảng 12,5 – 75% sẽ tạo nên hỗn hợp nổ và nổ mạnh nhất khi hàm lượng là 30% Nhiệt độ đốt cháy hỗn hợp nổ này là 630 – 8100C, với ngọn lửa màu xám xanh và phản ứng diễn ra như sau:

Oxit cacbon là một chất khí độc, tác dụng của nó đối với cơ thể biểu hiện ở việc hoá hợp với hemoglobin của máu, ngăn cản vai trò hoạt động sinh lý của máu trong việc vận chuyển Oxi từ phổi đến các mạch máu nhỏ của cơ thể

Mặt khác, thực tế người ta thấy rằng Hêmôglobin của máu hoá hợp vô cùng dễ dàng với CO và so với Oxi thì gấp 250 – 300 lần Vì vậy khi hít thở không khí CO thì máu đáng lẽ đồng hoá O2, nhưng lại thay bằng CO khi đó chính ra trong máu lưu thông Oxit hemoglobin (Hb + O2 = HbO2) thì lại thay bằng Cacboxit hemoglobin (HbCO) Giữa oxit cacbon và hemoglobin được biểu diễn bằng phương trình sau:

Nghĩa là CO đẩy O2 ra khỏi oxit hemoglobin và ngược lại, O2 thừa có thể đẩy

CO khỏi hợp chất cacboxit hemoglobin

Các nguồn phát sinh CO ở trong không khí mỏ bao gồm:

Cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi;

Nổ mìn, sự hoạt động của các động cơ đốt trong;

Quá trình Oxi hoá từ từ của than;

Đôi khi thoát ra từ khoáng sàng và đất đá bao quanh cùng với CH4, CO2

và N2

Hàm lượng CO cho phép của một số nước theo thể tích như sau: Việt Nam: 0,0017% (Theo QCVN 01: 2011/BCT); Rumani, Balan: 0,002%; Nam Mỹ, Đức: 0,01%; Pháp: 0,05%

10

2 Sunfua hidro (H 2 S)

Là một chất khí không màu, mùi trứng thối, vị hơi ngọt, với trọng lượng phân tử

là 34,09, trọng lượng riêng là 1,19g/cm3, nhiệt độ nóng chảy là -830C, còn nhệt độ sôi

- Sự mục nát các chất hữu cơ, đặc biệt là gỗ ở các đường lò cũ

- Sự phân huỷ perit và sunfua canxi, v.v…

FeS2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2S + S CaS + CO2 + H2S = CaCO3 + H2S

- Sự thoát khí tự nhiên từ các khe nứt nẻ của đất đá và khoáng sản, đặc biệt là ở

mỏ muối, mỏ dầu, ở suối nước khoáng

100C Là chất khí dễ hoà tan trong nước, rất độc, ăn mòn mạnh màng niêm mạc của mắt

và hệ hô hấp Nhờ có mùi đặc biệt cho nên SO2 dễ phát hiện ngay cả khi hàm lượng của nó trong không khí mỏ chỉ bằng 0,0005%, theo thể tích

Các nguồn phát sinh SO2 trong bao gồm:

- Cháy mỏ;

- Nổ mìn, nhất là nổ mìn trong đá hoặc trong quặng có chứa S;

- Sự thoát khí tự nhiên cùng với một số khí khác

Hàm lượng SO2 cho phép trong không khí mỏ, theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc

gia của Việt Nam là 0,00038%, theo thể tích và 10g/m3, theo trọng lượng

11

4 Các Oxit nitơ

Nitơ kết hợp với Oxi để tạo ra các Oxit sau: NO, N2O, NO2, N2O4, N2O3 và

N2O5 Trong số các Oxit nitơ, NO2 và N2O4 là những Oxit thường gặp trong không khí nổ

Đioxit nitơ (NO2) là chất khí có màu vàng, trọng lượng phân tử là 64,01, trọng lượng riêng là 1,59g/cm3, nhiệt độ sôi là -21,20C, nhiệt độ nóng chảy là -100C

TetraOxit nitơ (N2O4) có trọng lượng phân tử là 92,02, trọng lượng riêng là là 3,18g/cm3 Khi nhiệt độ tăng lên thì têtraxit nitơ chuyển thành Đioxit nitơ

Tất cả các Oxit nitơ đều rất độc (trừ N2O), chúng kích thích màng miêm mạc của mắt và các cơ quan hô hấp Đặc biệt là khi hàm lượng của Oxit nitơ là 0,025% theo thể tích (0,5mg/lít) thì con người dễ dàng tử vong

Nguyên nhân chủ yếu phát sinh các ôxýt nitơ trong không khí mỏ là do nổ mìn

Ngoài ra Hidro thoát hiện trong không khí mỏ còn do việc nạp ác quy và nổ mìn Hàm lượng H2 cho phép trong không khí mỏ là 0,5% theo thể tích

6 Amoniac (NH 3 )

Là một chất khí không màu, có mùi khai, trọng lượng phân tử là 17,03; trọng lượng riêng là 0,596g/cm3

, nhiệt độ nóng chảy là -77,70C, nhiệt độ sôi là -33,30C NH3

dễ hoà tan trong nước, là khí độc, kích thích màng niêm mạc của mắt mũi, hệ thống hô hấp và da

Amoniac sinh ra trong mỏ là do nổ mìn Hàm lượng cho phép trong không khí

mỏ là 0,0025% theo thể tích hay 0,02g/lít

7 Akrolein (CH 2 CHCOH)

Là một chất khí không màu, trọng lượng riêng là 1,9g/m3, dễ hoà tan trong nước Là chất khí độc phân huỷ màng viêm mạc của hệ hô hấp, khi hít phải nồng độ 0,014% sẽ nguy hiểm đối với con người

Hàm lƣợng tối đa cho phép trong không khí mỏ là 0,00037%

9 Các hơi Asen (As), thuỷ ngân (Hg), Hidro xyanua (HCN)

Là các khí độc, hiếm và sinh ra do nổ mìn khi khai thác quặng

là 3,8 ngày Nó là một chất khí không màu, không mùi và không vị

Hàm lƣợng Radon tối đa cho phép bởi Hội đồng bảo hiểm quốc tế về chống phóng xạ ion, ở nơi làm việc liên tục 24 tiếng là 10-10curi/lít không khí

Cũng nhƣ Radon, Thorom thoát ra ở mỏ khai thác quặng, nó chính là sản phẩm phân huỷ của Thori và có chu kỳ bán rã là 54 giây Các tính chất của Thorom cũng giống nhƣ Radon và hàm lƣợng tối đa cho phép trong không khí mỏ theo Hội đồng bảo hiểm quốc tế về chống phóng xạ ion giống nhƣ đối với Radon

1.1.2.3 Khí cháy, nổ Metan trong các mỏ than hầm lò

1 Tính chất hóa lý của khí Metan

Metan là một chất khí đơn giản nhất trong số các khí thuộc cacbuahidro no

13

Metan là một chất khớ khụng màu, khụng mựi, khụng vị, trọng lượng riờng là 0,554g/cm3, trọng lượng phõn tử là 16,03 Metan thoỏt ra từ than và đất đỏ võy quanh vỉa than ra cỏc đường lũ gõy nguy hiểm nhất trong bầu khụng khớ mỏ Trong điều kiện bỡnh thường, khớ Metan ở dạng trơ và chỉ liờn kết ở dạng halogen Mặc dự Metan

là khớ khụng ảnh hưởng tới quỏ trỡnh hụ hấp nhưng hàm lượng đỏng kể trong khụng khớ

sẽ gõy nguy hiểm bởi vỡ khớ Metan đẩy khớ Oxi (4,8% Metan sẽ đẩy 1% Oxi) Metan là khớ cú khả năng chỏy nổ

Điều kiện chỏy nổ của khớ Metan: khi Metan chỏy cú ngọn lửa màu lam nhạt, đồng thời sinh ra khớ CO2và hơi nước Khi thiếu Oxi chỏy Metan tạo ra Oxitcacbon (CO), Hidro (H2) và hơi nước Nhiệt lượng chỏy của Metan là 13.300kcal/kg, nhiệt độ bốc chỏy là 650 đến 7500 (phụ thuộc hàm lượng Metan trong khụng khớ, thành phần của mụi trường, dạng và ỏp lực chỏy)

Khi trong khụng khớ cú hàm lượng Metan từ 5 đến 6% và cú nguồn lửa nú sẽ bốc chỏy, khi hàm lượng lờn đến 15% ở ỏp suất và nhiệt độ tiờu chuẩn thỡ hỗn hợp cú thể nổ nếu gặp lửa Hàm lượng 9,5% là nổ mạnh nhất Ở điều kiện bỡnh thường, khi tăng hàm lượng khớ Metan trờn 15% sẽ khụng xảy ra nổ mặc dầu gặp nguồn lửa vỡ khụng đủ hàm lượng Oxi Nhiệt độ sau khi nổ Metan nếu khụng bị giới hạn về thể tớch

là 1875oC cũn khi bị giới hạn 2150 ữ 2650oC Nổ khớ Metan gõy súng thuận khi khụng khớ truyền súng từ điểm nổ ra chu vi đường lũ cũn súng nghịch khi hơi nước chuyển về trung tõm điểm nổ Lực tỏc dụng của súng nổ nghịch yếu hơn súng nổ thuận Súng nổ tạo ra ỏp lực từ 4 ữ 20Mpa Nổ khí Metan không đơn giản là nổ xong là chấm dứt mà

có khả năng nổ tiếp do khi nổ xong tạo ra xung quanh vùng đã nổ một vùng áp suất âm Khớ Metan ở trong khoảng khụng đó khai thỏc hoặc trong khối nguyờn dồn về cõn bằng lại ỏp suất tạo nờn hỗn hợp nổ khỏc, nhờ giú mang đi gặp nhiệt độ cao trong vựng xảy

ra nổ lại gõy nổ tiếp Hiện tượng nổ này xảy ra dọc theo đường lũ cú giú đi qua gọi là

nổ lặp hay là nổ dõy chuyền

Metan là một chất khí có nhiệt dung riêng rất cao, do đó khi bắt lửa thì không nổ ngay mà có một thời gian cảm ứng nhiệt nhất định làm tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nổ Thời gian này gọi là thời gian ủ nhiệt Thời gian này sẽ giảm đi khi nhiệt độ khụng khớ tăng và hàm lượng khớ Metan trong khụng khớ giảm, Bảng1.3

2 Các dạng tồn tại của khí Metan trong khối than, đá

Metan tồn tại trong các khối than và đá bao quanh vỉa than ở trạng thái tự do và

bị liên kết Ở trạng thái tự do Metan lấp các lỗ rỗng, khe nứt, ở các tầng sâu ngoài trạng thái tự do Metan cơ bản tồn tại ở trạng thái liên kết

Hình 1.2 Sự hấp phụ và hấp phụ xâm nhập của khí Metan

Các dạng liên kết khí Metan với các chất rắn được phân làm 03 loại

Hấp phụ: là liên kết các phân tử Metan với bề mặt chất rắn dưới tác động của

lực hút phân tử mà không có phản ứng hóa học

Hấp phụ xâm nhập: Xâm nhập phân tử Metan vào chất rắn tạo ra “dung dịch

rắn”, không có phản ứng hóa học

Hoạt hóa: Liên kết hóa học nghịch một phần giữa các phân tử Metan và chất rắn

Lượng khí Metan tồn tại cơ bản trong khối than, đá ở dạng liên kết hấp phụ

15

Hình 1.3 Sự hấp phụ và thoát khí Metan trong khối than, đá

3 Các dạng thoát khí Metan trong mỏ hầm lò

Metan thoát ra trong các đường lò ở mỏ 1 trong 3 dạng sau:

Sự thoát khí từ từ liên tục: Khí Metan thoát ra bề mặt lộ gương bằng con đường thẩm thấu qua khe nứt và lỗ rỗng của khối than, đá ở độ sâu theo hướng gia tăng áp lực

mỏ một cách lâu dài, từ từ hoặc liên tục theo thời gian Dạng thoát khí này đóng vai trò

cơ bản, phổ biến trong các đường lò mỏ Lượng thoát khí Metan càng cao khi độ chứa

và độ thẩm thấu khí trong khối than càng lớn Khi đào lò chạm đến vỉa than, cường độ thoát khí Metan có giá trị lớn nhất sau đó sẽ giảm dần và sau 6 ÷ 12 tháng cơ bản sẽ hết

Sự thoát khí dưới dạng xì: Xì khí Metan là dạng thoát khí từ các khe nứt nhìn thấy được hoặc từ các các dải than, đá trong khối nguyên một cách tự nhiên hay khai thác vỉa than với cường độ không đưới 1m3/T theo khu vực khai thác có chiều dài không nhỏ hơn 20m Cường độ xì khí Metan có thể đạt từ một vài cho đến hàng chục nghìn mét khối ngày/đêm, còn thời gian có thể một vài giờ đến một vài năm Xì khí trong quá trình khai thác được hình thành khi nổ mìn hoặc điều khiển đá vách

Nguy hiểm của xì khí là làm tăng đột ngột hàm lượng khí Metan trong các đường lò dẫn đến nguy cơ tích tự khí Metan thành lớp Để ngăn ngừa xì khí Metan phải

16

sơ bộ tháo khí vỉa than bằng cách khoan tiến trước, lựa chọn phương pháp điều khiển

đá vách phù hợp cũng như tăng lưu lượng gió vào các đường lò nguy hiểm xì khí

Sự phụt khí Metan và đất đá, than vụn: Đây là sự thoát khí Metan cục bộ, tức thời (một vài chục giây) với lượng lớn khí thoát ra (vài trăm đến 500 ngàn mét khối) cùng lúc mang theo một lượng than và đá vỡ vụn ra đường lò (hàng nghìn tấn) Các ruộng mỏ nằm trong giới hạn phụt khí Metan và đất đá, than vụn hoặc các tầng phía dưới được đưa vào vùng nguy hiểm phụt bất ngờ Càng tăng độ sâu khai thác càng tăng chỉ số nguy hiểm phụt khí Metan và đất đá, than vụn Phụt bất ngờ xảy ra khí đào các đường lò khai thông mở vỉa vào các vỉa than nguy hiểm hoặc gặp vùng phá hủy kiến tạo và thỉnh thoảng ở các lò chợ khai thác than Mức độ nguy hiểm phụt bất ngờ tăng lên khi độ chứa khí các vỉa than tăng theo độ sâu khai thác Các dấu hiệu nhận biết phụt bất ngờ: rung lắc chòong khoan, xáo động vỉa than, đất đá, lở gương, than bị ép vỡ vụn, tăng độ thoát khí Áp lực mỏ, rung lắc do các thiết bị làm việc, nổ mìn, tập trung ứng suất trong khối than, đá (than, đá bị lồi ra) làm phụt bất ngờ tăng lên Các phương pháp ngăn ngừa phụt bất ngờ được chia theo các vùng và khu vực mỏ Các phương pháp chia vùng bao gồm: bảo vệ vỉa khi khai thác, sơ bộ tháo khí khối than, đá bằng các lỗ khoan, làm ẩm vỉa than bằng các lỗ khoan dài dọc theo vỉa than khai thác theo hướng nước chảy trong vỉa Các phương pháp chia thành khu vực bao gồm: Khoan tiến trước gương các đường lò đang hoạt động, bơm nước vào vỉa phía gương, chống tăng cường

vì chống tiến gương khi đào lò chuẩn bị

Metan có thể thoát theo các khe nứt từ các vỉa than và đất đá vây quanh ra các khu công nghiệp và khu dân sinh trên mặt đất Để ngăn ngừa các trường hợp này phải hút khí Metan qua các lỗ khoan từ mặt đất hoặc bơm vữa xi măng vào các khe nứt

4 Độ chứa khí Metan trong các vỉa than và độ thoát khí Metan trong

mỏ than hầm lò

a Độ chứa khí Metan trong các vỉa than

Độ chứa khí Metan là lượng khí Metan tự nhiên chứa trong khối than hoặc đất

đá vây quanh vỉa than với đơn vị khối lượng (m3/t) hoặc thể tích (m3/m3) Hiện nay để xác định độ chứa khí Metan trên cơ sở lượng khí Metan có chứa trong một tấn than nguyên khối, ở trạng thái khô, không tro, không chất bốc (m3/TKC)

dễ, dẫn đến độ chứa khí giảm

Độ chứa khí Metan của các vỉa than tăng lên theo hướng dốc khi khai thác các vỉa than xuống sâu, có thể lên đến 35m3/t Độ chứa khí Metan của đất đá vây quanh vỉa than có thể lên đến 6m3/t Các vỉa than chứa nước tạo điều kiện khí Metan hòa tan trong nước làm giảm độ chứa khí

Khí Metan đi lên mặt đất theo hướng ngược chiều luồng gió tự nhiên và các chất khí sinh học tạo thành bốn đới khí: Cácboníc, Nitơ, Nitơ - Metan, Metan

Giá trị độ chứa khí Metan rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ nguy hiểm

về khí Metan trong khai thác than hầm lò nên được nghiên cứu rất kỹ lưỡng Độ chứa khí Metan trong các vỉa than được xác định ngay trong quá trình thăm dò địa chất khi chưa có mỏ Giá trị của độ chứa khí này được sử dụng vào việc dự đoán loại mỏ trong thiết kế khai thác mỏ ban đầu Khi đã khai thác mỏ, độ chứa khí Metan bị ảnh hưởng của việc khai thông mở vỉa, khai thác mỏ, điều khiển đá vách và sử dụng các phương pháp làm giảm khí Vì vậy độ chứa khí Metan trực tiếp này được sử dụng để xếp loại

mỏ Độ chứa khí Metan của các vỉa than trong các khu vực khai thác được xác định

theo “Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01:

2011/BCT”

b Độ thoát khí Metan trong mỏ than hầm lò:

Độ thoát khí Metan trong mỏ hầm lò được thông qua cường độ thoát khí ra các đường lò riêng, các khu vực khai thác, các vỉa than hoặc các mỏ

- Độ thoát khí Metan tuyệt đối:

Lượng khí Metan thoát ra các đường lò riêng trong một đơn vị thời gian thường

là ngày đêm (m3/ngày.đêm) gọi là độ thoát khí Metan tuyệt đối

Độ thoát khí Metan của các vỉa than trong các khu vực khai thác được xác định theo “Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01: 2011/BCT”

18

c Xếp loại mỏ nguy hiểm theo khíMetan

Căn cứ vào hàm lượng và hình thức khí Metan thoát ra trong quá trình khai thác (độ thoát khí Metan tương đối), các mỏ than hầm lò được xếp hạng như trong bảng 1.4

Đối với những mỏ, khu vực mới đang chuẩn bị khi chưa xác định được độ thoát khí tương đối, việc xếp loại mỏ theo khí Metan được thực hiện cho từng vỉa căn cứ vào vào độ chứa khí Metan tự nhiên được xác định của từng vỉa đó để xếp loại mỏ theo độ chứa khí Metan tự nhiên quy định trong bảng 1.5

Bảng 1.4 Xếp loại mỏ theo độ thoát khí Metan tương đối trong quá trình khai thác

Loại mỏ theo khí Metan Độ thoát khí Metan tương đối của mỏ

Độ chứa khí Metan của vỉa than, m3/tấn-khối cháy

1.2 Các đại lượng vật lý đặc trưng của không khí mỏ khi xuống sâu

1.2.1 Trọng lượng riêng của không khí

Trọng lượng riêng của không khí là trọng lượng của không khí trong một đơn vị thể tích, ký hiệu là :

19

G - trọng lượng của một đơn vị thể tích không khí, N (kG);

Thể tích đơn vị không khí, m3

1.2.2 Khối lượng riêng của không khí

Khối lượng riêng của không khí là khối lượng chứa trong 1m3 không khí ký hiệu là ρ:

1.2.4 Nhiệt độ của không khí mỏ

1.2.4.1 Khái niệm, đơn vị đo

Nhiệt độ là một trong những thông số, biểu thị trạng thái của không khí Trong thông gió mỏ thường dùng nhiệt độ khô và ướt

Nhiệt độ khô của không khí là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế chất lỏng mà mặt ngoài bầu đựng chất lỏng của nó ở trạng thái khô ráo bình thường, được ký hiệu là tk và được đo bằng 0C

Nhiệt độ ướt của không khí là nhiệt độ đo được trên nhiệt kế chất lỏng của nó được làm ướt thường xuyên bằng một lớp vải mỏng nhúng trong một bình nước nguyên chất, ký hiệu là tư, 0C

Ngoài đơn vị bách phân (celsius) người ta còn dùng đơn vị kelvin (0K) để biểu thị nhiệt độ không khí

Quan hệ giữa các thang đo nhiệt độ là :

20

1.2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ không khí trong mỏ

Nhiệt độ không khí ngoài trời;

Nhiệt độ sinh ra do các quá trình: Người thải nhiệt, vi sinh vật hoạt động, quá trình oxi hoá than ;

Nhiệt độ sinh ra do tổn hao điện năng của thiết bị điện;

Nguyên nhân của độ nhớt là ma sát trong của các phân tử

Độ nhớt của không khí được đặc trưng bằng độ nhớt động  Trong hệ thống đo lường quốc tế, độ nhớt động lực được đo bằng N.s/m2 Độ nhớt của không khí tăng với

sự tăng của nhiệt độ Khi nhiệt độ t = 00c, áp suất p 760mmHgthì  = 1,712.10-6

Ngoài độ nhớt động lực người ta còn sử dụng độ nhớt động học

]/[, m2 s

Khi độ ẩm tương đối và áp suất không đổi, nếu tăng nhiệt độ, trọng lượng riêng của không khí sẽ giảm

Khi độ ẩm tương đối và nhiệt độ không đổi nếu tăng áp suất trọng lượng riêng của không khí sẽ tăng

Tùy theo nhiệt độ và độ bão hòa hơi nước, không khí có tác dụng khác nhau đến cảm giác và khả năng lao động của con người Cho nên những tính chất vật lý cơ bản của không khí ẩm và những đại lượng đặc trưng cho trạng thái của nó có một tầm quan trọng rất lớn

1.2.7 Tính di động của không khí

Không khí thuộc loại chất lỏng và có tính chảy Tính di động là đặc tính nổi bật của nó Nó không có hình dạng riêng ban đầu mà luôn luôn theo hình dạng của vật thể chứa đựng nó hoặc bao quanh nó

1.2.8 Tính liên tục

Không khí được coi như môi trường liên tục, tức là những phần tử chất khí chiếm đầy không gian mà không có chỗ nào trống rỗng Với tính chất liên tục này, ta

có thể coi những đặc trưng cơ bản của không khí như vận tốc, mật độ, áp suất là hàm

số của toạ độ điểm (phần tử) và thời gian, những hàm số đó được coi là liên tục

và khả vi

1.2.9 Tính nén của không khí

Là tính chất của không khí bị thu nhỏ thể tích dưới tác dụng của ngoại lực nén Tính nén được đặc trưng bởi hệ số nén (hệ số co thể tích)  biểu thị sự

22

giảm tương đối thể tích không khí V, tương ứng với sự thay đổi áp suất P lên 1 đơn vị thể tích:

N m dP V

1.2.10 Áp suất của không khí

Áp suất của không khí là một đại lượng vật lý chính để nghiên cứu những vấn

đề chủ yếu của thông gió mỏ

Áp suất của không khí là lực của cột không khí tác động lên bề mặt đáy của nó

Ký hiệu áp suất của cột không khí là P, lực tác dụng lên diện tích đáy S của nó

23

Áp suất do quạt gió tạo ra: Khi quạt gió làm việc trong ống dẫn hoặc trong giếng mỏ sẽ tạo ra phía sau nó (tính theo chiều chuyển dịch của không khí) áp suất nhỏ hơn áp suất khí trời và phía trước nó áp suất lớn hơn áp suất khí trời Ta có thể nói là quạt gió hút và quạt gió đẩy

Hiệu số giữa áp suất khí trời và áp suất tạo ra bởi quạt gió hút được gọi là hạ áp suất, ký hiệu là h

Hiệu số giữa áp suất tạo ra bởi quạt gió đẩy và áp suất khí trời cũng được gọi là

hạ áp suất Nhưng chính xác hơn có thể gọi là áp suất dư

Nếu ký hiệu áp suất trước và sau quạt gió là Pđ và Ph áp suất khí trời là P0 ta có thể xác định hạ áp suất

6,13

0

h h

h P

6,13

0

h h

h P

P  

6 , 13

0

d d

h P

6,13

0

d d

h P

P  

Nghĩa là: áp suất trước và sau quạt gió bằng áp suất khí trời thêm hoặc giảm bớt

đi một trị số hạ áp suất trong thông gió Ph và Pđ còn được gọi là áp suất tĩnh, hạ áp suất

hd , hh cũng được gọi là hạ áp suất tĩnh

1.3 Nhiệt độ của không khí trong mỏ khi khai thác xuống sâu

Ở những mỏ không sâu hoặc ở những đường lò ngắn, nhiệt độ của không khí chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí trên mặt đất Nhưng khi xuống sâu nhiệt

độ bị ảnh hưởng của các yếu tố sau:

Áp suất không khí tăng theo chiều sâu;

Nhiệt độ của đất đá trong mỏ

1.3.1.Ảnh hưởng của áp suất không khí đến nhiệt độ khi xuống sâu

Càng xuống sâu áp suất không khí càng tăng và tuân theo các quá trình biến đổi nhiệt động học Một chất khí có tỷ nhiệt cố định thì nó tuân theo định luật biến đổi nhiệt động học như sau (Phương trình Becnuli):

Trong đó:

T - Nhiệt độ không khí, C;

P - Áp suất của cột không khí, mmHg;

24

V - Thể tích của một đơn vị khối lượng không khí; m3/kg;

Do V=1/, nên ta có thể viết: T= P.(1/)n = const (1.14)

 - Trọng lượng riêng của không khí, kg/m3

n - Hệ số phụ thuộc vào quá trình nhiệt động học: Quá trình đẳng áp: n = 0; quá trình đẳng nhiệt: n = 1; quá trình đoạn nhiệt: n = 1,4; quá trình đẳng tích: n = ±0

Để loại trừ biến số  trong công thức (1.14) có thể dùng phương trình trạng thái chất khí:

P1, T1 - Nhiệt độ và áp suất không khí ở độ cao Z1;

P2 và T2 - Nhiệt độ không khí và áp suất ở độ cao Z2

Từ định luật khí tĩnh học ta biết:

dP = -dz hay dz = -dP/ (1.18) Trong đó:

z - Độ cao của 1 phân tử không khí được xét so với 1 mặt phẳng chuẩn đã chọn bất kỳ và gọi là chiều cao hình học hay chiều cao chuẩn;

P/ - Chiều cao của cột không khí có áp lực đáy là P, hay còn gọi là chiều cao tăng áp hoặc chiều cao tĩnh học

Lấy tích phân trong khoảng (z1÷z2) ta được:

[grd] = n/(n-1).R = [z]/[T], m/°C (1.21) Khi đó, sự gia tăng nhiệt độ khi xuống sâu do ảnh hưởng của sự tăng áp suất khí tĩnh được xác định theo công thức:

T2 = T1 + (Z1 - Z2)/grd (1.22) Nếu coi quá trình biến đổi nhiệt động học ở trong hầm lò là quá trình đoạn nhiệt n = 1,4 thì grd =103m/°C, nghĩa là cứ xuống sâu 103m, nhiệt độ không khí tăng l°c Với các mỏ nông thì con số trên không đáng chú ý, nhưng đối với mỏ xuống sâu thì lại là vấn đề hết sức nghiêm trọng

Nhiệt độ di chuyển trong địa tầng chủ yếu là do sự truyền dẫn Sự truyền dẫn diễn ra một cách từ từ nên đường cong Gradien địa nhiệt trơn nhưng tăng dần theo độ sâu Trên thế giới có những mỏ rất sâu, ví dụ: mỏ vàng South Deep Nam Phi 4350m,

mỏ vàng Urêhan (Ẩn Độ) 2950m, mỏ than Tân Văn - Sơn Đông (Trung Quốc) 1360m Với chiều sâu như trên nhiệt độ có thể tăng trên 20°C

1.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đất đá

Nhiệt độ trên mặt đất chỉ ảnh hưởng đến nhiệt độ của lớp đất đá trên mặt, lớp này dày khoảng 25 ÷ 30m Trong miền này nhiệt độ của đất đá thay đổi theo nhiệt độ ở ngoài trời, sau miền này là miền đẳng nhiệt, nhiệt độ tăng dân theo chiều sâu Sự tăng nhiệt độ được xác định theo công thức:

grd

H H T

x

0 0

26

grd - Gradien địa nhiệt, trong mỏ than hầm lò grd = 30÷35m/C

Gradien địa nhiệt gần bằng gradien nhiệt độ và nó thay đổi theo từng loại mỏ, từng loại đất đá, ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất của vùng khoáng sản (ví dụ các

mỏ quặng có grd lớn hơn grd ở mỏ than) Bảng 1.7 cho trị sổ grd của một số vùng

Sau khi khảo sát grd ở các vùng khác nhau tại Ba Lan đã tổng kết như sau:

1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời và cường độ thông gió

Như phân tích ở trên cho thấy chỉ ở các mỏ nông (50-100m) nhiệt độ không khí trong mỏ mới chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ bên ngoài trời, còn ở mỏ sâu thì ít chịu ảnh hưởng Ở những mỏ sâu, nhiệt độ của không khí nói chung thấp hơn nhiệt độ của đất

đá, khi tốc độ gió càng lớn sự chênh lệch nhiệt độ giữa đất đá và không khí cũng càng lớn nghĩa là không khí dịch chuyển làm lạnh vách lò kết quả là tạo ra quanh tiết diện lò một “vành làm lạnh” Vành làm lạnh có vai trò quan trọng trong việc trao đổi nhiệt giữa đất đá và không khí lưu thông qua đường lò trong mỏ

27

1.3.4 Ảnh hưởng của các nhân tố khác

Ngoài các nhân tố nói trên còn một số nhân tố khá quan trọng trong việc làm tăng nhiệt độ trong mỏ than hầm lò như: nhiệt thoát ra từ đất đá vây quanh, quá trình oxi hóa than, máy móc hoạt động, người làm việc trong mỏ, chiếu sáng, khoan nổ mìn thể hiện ở bảng 1.8

Bảng 1.8 Tỉ lệ tỏa nhiệt trong mỏ than hầm lò

Câu hỏi ôn tập chương 1

1 Sự khác nhau giữa khí trời và không khí mỏ?

2 Đặc điểm không khí mỏ khi khai thác xuống sâu?

3 Khí Metan trong mỏ và các dạng tồn tại khí Metan trong than, đá?

4 Nhiệt độ không khi mỏ khi khai thác xuống sâu?

28

Chương 2 THIẾT KẾ THÔNG GIÓ ĐÀO LÕ KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU 2.1 Khái quát chung

Khi đào các đường lò mở vỉa và chuẩn bị, các buồng hầm, các đường lò có tiết diện lớn, các tuynel cần phải tiến hành thông gió các gương lò Thông gió trong trường hợp này cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Hoà loãng hàm lượng các khí độc, khí nổ hoặc có hại, thoát ra từ đất đá và khoáng sàng hoặc sinh ra trong các quá trình công nghệ xuống tới mức giới hạn an toàn cho phép của Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò (QCVN01/2011-BCT)

- Hoà loãng nồng độ bụi sinh ra trong các quá tình công nghệ và đưa nó ra khỏi gương lò

- Tạo ra điều kiện vi khí hậu dễ chịu ở nơi làm việc của công nhân

QCVN01/2011-BCT quy định trước khi đưa người làm việc vào gương lò, sau khi nổ mìn, hàm lượng các khí độc (CO, các Oxit nitơ, Sunfua hidro, Sunfuaro ) không được vượt quá 0,008% theo thể tích quy đổi theo khí Oxit cacbon Thời gian thông gió tích cực sau khi nổ mìn không vượt quá 30 phút

Theo nguồn động lực dùng để thông gió các gương lò, người ta chia các phương pháp thông gió làm ba nhóm chính sau:

- Thông gió nhờ sức hút tự nhiên (sự khuếch tán rối) và hạ áp chung của mỏ;

- Thông gió nhờ quạt và đường ống;

- Thông gió nhờ phối hợp các phương pháp trên

Theo đặc điểm các loại đường lò, các phương pháp thông gió được phân ra như sau:

- Thông gió các đường lò ngắn và dài trung bình;

- Thông gió các đường lò dài, đường hầm giao thông;

- Thông gió khi đào giếng;

- Thông gió khi đào các công trình có tiết diện lớn (buồng hầm)

29

2.2 Lựa chọn phương pháp và sơ đồ thông gió khi đào các đường lò cụt

2.2.1 Các sơ đồ và phương pháp thông gió khi đào đường lò ngắn và dài trung bình

Các đường lò có chiều dài ngắn và dài trung bình là các đường lò dài 10- 20m cho đến 600-700m

2.2.1.1 Thông gió nhờ sự khuếch tán rối

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp này được giới thiệu trên hình 2.1 Phương pháp thông gió này chỉ cho phép sử dụng với chiều dài tối đa: ở các mỏ không có khí độc, khí cháy nổ là 10m, ở các mỏ có khí độc, khí cháy nổ là 6m và với điều kiện hàm lượng CH4 < 0,5%

Hình 2.1 Thông gió nhờ sự khuếch tán rối

Trường hợp a) Khi đào lò bằng; Trường hợp b) Khi đào đường lò ở một mỏ

2.2.1.3 Các sơ đồ và phương pháp thông gió nhờ hạ áp suất chung của mỏ

1 Thông gió gương lò nhờ thành chắc dọc hoặc ống gió

Phương pháp thông gió này được tiến hành nhờ xây dựng thành chắn dọc, đường lò được chia ra làm hai phần, một phần để gió sạch đến gương và một phần để

gỗ Khoảng cách từ thành chắc dọc đến gương lò không nên vượt quá 5m

Chiều dài tối đa của thành chắc dọc là 60m Ngoài thành chắc dọc, để thông gió cho gương lò cũng có thể sử dụng ống thông gió như trên hình 2.2b Phương pháp thông gió dùng thành chắc dọc ít được sử dụng vì khó khăn khi xây dựng thành chắn và sự rò gió lớn

2 Thông gió các gương lò nhờ các đường lò song song

Phương pháp thông gió này thường được sử dụng khi đào các đường lò dài ở

mỏ than Nguyên lý chung của phương pháp này là khi đào 2 đường lò song song thì một đường lò dùng để đưa gió sạch vào, còn đường lò kia dùng để đưa gió bẩn ra

Để thông gió cho các gương lò có thể sử dụng thành chắn dọc chắn các lò nối (hình.2.3) hoặc ống gió cứng và thành chắn (hình.2.4)

Hình 2.3 Sơ đồ thông gió các đường lò song song

31

Hình.2.4 Thông gió các gương lò nhờ cặp lò song song và ống gió

Hai đường lò được tiến hành đào đồng thời và cứ sau 15-20m (tối đa 30m), cặp lò song song được nối với đường lò nối, sau đó các đường lò này được bịt lại nhờ thành chắc, theo tiến độ của gương lò

Ưu điểm của phương pháp thông gió này là: thông gió chắc chắn các gương

lò, không cần quạt gió phụ, loại trừ khả năng gió quẩn

Nhược điểm của phương pháp thông gió này là: vận tốc gió ở gương lò tương đối nhỏ và việc thông gió ở gương chủ yếu nhờ sự khuếch tán rối

Hiệu quả thông gió các gương lò phụ thuộc chủ yếu vào độ kín của các thành chắn ở lò nối, chi phí đào lò lớn, tổn thất than lớn khi cặp lò đào trong than và gây

tự cháy đối với mỏ than có tính tự cháy

3 Thông gió gương lò nhờ các lỗ khoan

Trong thực tế mỏ, khi đào các đường lò gần mặt đất, người ta có thể sử dụng

sơ đồ thông gió này Khi đó cứ cách 50 - 100m, người ta khoan các lỗ khoan từ mặt đất đến đường lò đang đào (hình.2.5)

Hình 2.5 Thông gió nhờ các lỗ khoan (a,b Với ống gió; c Với thành chắn dọc)

Ưu điểm của phương pháp thông gió này là gương lò được thông gió liên tục, nhưng việc áp dụng nó phụ thuộc vào độ sâu của đường lò kể từ mặt đất

2.2.1.3 Các phương pháp thông gió nhờ quạt cục bộ và ống gió

32

Có ba phương pháp thông gió nhờ quạt và ống gió: thông gió đẩy, thông gió hút và thông gió hỗn hợp

1 Phương pháp thông gió đẩy

Trong phương pháp thông gió này, không khí sạch được đưa đến gương lò bằng đường ống, còn không khí bẩn ra khỏi gương nhờ đường lò (hình.2.6a)

Không khí sạch sau khi ra khỏi miệng ống gió, với một vận tốc nhất định sẽ hòa loãng bầu không khí bẩn ở gương lò trên một chiều dài nhất định (hình 2.6b)

Hình 2.6 Phương pháp thông gió đẩy

Thông gió ở vùng gương lò chủ yếu nhờ vào sự khuếch tán rối Nếu khoảng cách từ miệng ống gió đến gương quá lớn thì khi đó sẽ còn lại một vùng có chiều dài b không được thông gió, ở đó không khí gần như đứng yên Khoảng cách tối đa

từ miệng ống gió đẩy đến gương lò là 12 m đối với mỏ quặng và 8m đối với mỏ

than Còn theo A.I.Kxenofontova khoảng cách tối đa từ ống gió đến gương lò:

S

Theo V.N.Vôrônin:

m a S

2

115,

Trong các công thức trên:

S - Diện tích tiết diện đường lò (m2);

a - Hệ số cấu trúc của luồng gió;

a = 0,06 khi ống gió mới, nhẵn;

a = 0,07 khi ống gió có độ nhám trung bình;

a = 0,08 – 0,1 khi ống gió nhám

Theo yếu tố bụi, khoảng cách l = 5 ÷ 7m

33

Các ưu điểm nổi bật của phương pháp thông gió đẩy:

Quạt gió và động cơ thường xuyên làm việc trong luồng gió sạch, cho nên loại trừ khả năng đốt cháy khí CH4;

Không khí sạch do trong đường ống nên không bị hòa lẫn khí bẩn từ đường

lò và ngược lại sự rò gió trên đường ống góp phần hòa loãng khí bẩn trong đường lò;

Hiệu quả thông gió gương lò tốt hơn so với phương pháp thông gió hút; Cho phép sử dụng các loại đường ống;

Đẩy bụi nhanh và hiệu quả ra khỏi gương lò;

Tạo điều kiện vi khí hậu dễ chịu tốt hơn ở những nơi có nhiệt độ cao

Các nhược điểm của phương pháp thông gió đẩy:

Khí bẩn và bụi chuyển dịch trên toàn bộ đường lò, nơi có người làm việc và khi tốc độ gió trong đường lò nhỏ khó có khả năng tạo thành các lớp khí Metan ở nóc lò Vì vậy cần thường xuyên kiểm tra CH4 trên toàn bộ đường lò;

Cần lưu lượng và hạ áp quạt gió lớn hơn so với khi sử dụng phương pháp thông gió hút

Với những ưu điểm nổi bật của nó, phương pháp thông gió đẩy được sử dụng

ở mọi trường hợp, đặc biệt ở các mỏ có khí cháy nổ

2 Phương pháp thông gió hút

Trong phương pháp thông gió này, không khí sạch chuyển dịch trên đường lò

để đến gương, còn không khí bẩn được hút ra khỏi gương qua đường ống, nhờ quạt gió (hình 2.7)

Hình 2.7 Phương pháp thông gió hút

Không khí sạch được hút trực tiếp về miệng ống gió, vùng hiệu quả thông gió phía trước miệng ống gió ngắn hơn nhiều so với phương pháp thông gió đẩy

34

Ưu điểm của phương pháp thông gió hút như sau:

Trong đường lò có gió sạch dịch chuyển còn gió bẩn đi theo đường ống để đưa ra ngoài

Sự đưa khí bẩn sau khi nổ mìn ra khỏi gương lò nhanh hơn, nhất là khi thông gió đường lò dài

Nhược điểm:

Gió bẩn bị hút qua đông cơ quạt gây nguy hiểm cháy nổ;

Gió sạch đi trong đường lò có thể bị làm bẩn trước khi đến gương;

Vùng thông gió hiệu quả trước miệng ống gió rất nhỏ;

khí nổ Theo các chuyên gia Nga, khoảng cách từ miệng ống gió đến gương lò (lh) như sau:

Theo V.N.Vôrônin khoảng cách này l h 0,5 S , và theo A.I.Kxênofontova



h

l 1-2 m

3 Phương pháp thông gió hỗn hợp

Phương pháp thông gió này nên sử dụng khi đào các đường lò dài, lượng tiêu thụ thuốc nổ lớn và khi đào đường lò nhanh

Phương pháp thông gió này sử dụng 2 đường ống: 1 đường ống chính dùng

để hút không khí ở gương lò, 1 đường ống phụ ngắn hơn dùng đẩy gió vào, với nhiệm vụ chính là quấy trộn và hoà loãng đều hỗn hợp khí bẩn

Trong phương pháp thông gió hỗn hợp có hai cách:

- Dùng thành chắn và không dùng thành chắn

Khi dùng thành chắn (hình.2.8) có cửa đóng tự động khi nổ mìn Khí độc sinh ra khi nổ mìn nằm lại trong vùng có thành chắn và được hút ra theo ống hút nhờ quạt, trong khi đó không khí sạch qua ống đẩy được thổi vào vùng có khí độc làm loãng chúng

Để loại trừ sự rò khí độc ra bên ngoài thành chắn và sự quẩn gió ở quạt đẩy, quạt gió hút cần có lưu lượng lớn hơn ở quạt đẩy 15-20%

35

Khoảng cách tối đa từ thành chắn đến gương lò là 60-70m Khoảng cách từ miệng ống đẩy đến gương lò là4 S Ống gió đẩy nên dùng ống gió mềm, còn ống hút nên dùng ống kim loại

Hình 2.8 Thông gió hỗn hợp với thành chắn

Theo QCVN 01:2011/BCT khoảng cách từ đầu tường ngăn hoặc đầu ống gió

đến gương lò cụt tối đa là 8m đối với mỏ có khí nổ và 12m đối với mỏ không có khí nổ

Ưu điểm của phương pháp thông gió hỗn hợp có thành chắn: Thông gió nhanh gương lò khỏi khí độc và bụi với lưu lượng gió tương đối nhỏ Gió sạch đi trong đường lò đến thành chắn

Hình 2.9 Thông gió hỗn hợp không có thành chắn

36

Trên một đoạn 20-25m cuối của ống đẩy, nên là ống mềm và nó được gom lại trước khi nổ mìn, nhờ dây cáp và ròng rọc, còn sau khi nổ mìn nó lại được kéo

ra Quạt gió hút phải có lưu lượng lớn hơn quạt đẩy 20-30%

Ưu điểm của phương pháp thông gió này như đã nói ở trên, hơn thế không phải sử dụng thành chắn

2.2.2 Các sơ đồ và phương pháp thông gió khi đào các đường lò dài

Các đường lò dài là các đường lò có chiều dài 700 ÷ 800m cho đến 1÷ 2km Sơ

đồ thông gió đường lò dài phụ thuộc vào công nghệ đào lò và loại hình vận tải, kích thước hình học của đường lò, độ thoát khí Phụ thuộc vào điều kiện cụ thể các đường

lò và được thông gió theo các sơ đồ sau:

2.2.2.1 Sơ đồ thông gió đường lò dài đơn giản

Khi điều kiện cho phép như đường lò đào thẳng, tiết diện lớn người ta dùng quạt

có công suất lớn hoặc quạt đa cấp đưa gió vào gương qua ống gió có tiết diện lớn theo các sơ đồ sau:

1 Sử dụng một quạt gió để đẩy lượng gió vào gương trên một đường ống dẫn

chung, ống dẫn được sử dụng có đường kính lớn (hơn 1m) hoặc quạt gió nối đến hai đường ống dẫn song song ( hình 2.10.a)

2 Sử dụng một số quạt đặt nối tiếp trên một bộ khung hoặc quạt đa cấp Sơ đồ

này được sử dụng khi đào lò trong đá có chứa khí hoặc đường lò đào trong than (hình 2.10.b)

2.2.2.2 Sơ đồ thông gió đường lò dài đơn phức tạp

Tùy theo điều kiện thực tế như không đủ quạt có hạ áp lớn, khí mỏ, tiết diện đường lò, người ta dùng các sơ đồ sau đây để đào lò:

1 Sử dụng một số quạt gió đặt nối tiếp theo chiều dài của ống dẫn Sơ đồ này được dùng để thông gió những đường lò đào trong đá không chứa khí (hình 2.11.a)

Hình 2.10 Sơ đồ thông gió đường lò dài đơn giản

37

2 Sử dụng một số quạt gió đặt trong các buồng ngách Gió của ống dẫn của

quạt gió trước đến buồng ngách, ở đây đặt quạt gió tiếp theo đẩy gió theo ống dẫn đến buồng ngách sau Quạt gió cuối cùng đẩy không khí đến vùng cận gương Sơ đồ này cũng được sử dụng khi đào những đường lò trong đá không chứa khí (hình 2.11.b)

3 Khi đường lò đào trong lớp đá hay khoáng sản nằm không sâu mặt đất, để

thông gió nó có thể sử dụng những lỗ khoan có đường kính 200-400m Người ta khoan những lỗ khoan này từ mặt đất và cách nhau một khoảng xác định (50 – 100m), (hình 2.11 c, d)

Cũng có thể khoan những lỗ khoan này từ các tầng nằm trên, nếu ở đây có đường lò để thải gió bẩn

a Sử dụng một số quạt gió đặt nối tiếp theo chiều dài của ống dẫn; b Sử dụng một số quạt gió đặt trong các buồng ngách; c Sử dụng lỗ khoan có đường kính 200-400m;

e Sử dụng sơ đồ thông gió ngang

Hình 2.11 Sơ đồ thông gió đường lò dài phức tạp

38

4 Khi đào đường lò có chiều dài lớn và tiết diện lớn (đường hầm ôtô) người ta

sử dụng sơ đồ thông gió ngang Thực chất của sơ đồ này là như sau: Dọc theo đường lò được đặt hai đường ống, một - đẩy và một – hút Qua từng khoảng xác định, trong cả hai đường ống người ta làm những cửa sổ để thổi gió ra và gom gió vào Không khí sạch sẽ từ ống dẫn đẩy thoát ra ngoài từ các cửa sổ này, còn không khí bẩn từ đường lò được hút qua các cửa sổ gom vào các ống dẫn hút Ưu điểm của sơ đồ này là trên tất cả

chiều dài của đường lò không xảy ra sự tập trung các hỗn hợp khí độc hại ( hình 2.11e)

2.2.3 Các sơ đồ và phương pháp thông gió khi đào giếng đứng

Việc thông gió các giếng khi đào được thực hiện theo nguyên lý sử dụng không khí sạch trực tiếp từ khí quyển

Sơ đồ thông gió khi đào giếng phổ biến nhất là sơ đồ trong hình 2.12a, trong

đó không khí sạch được đưa đến gương giếng nhờ quạt gió đặt tại mặt đất

Khi đào giếng, việc thông gió gương giếng nhờ sức hút tự nhiên chỉ cho phép đối với giếng sâu đến 10m ở mỏ không có khí nổ và 6m ở mỏ có khí nổ

Đối với giếng có đường kính lớn (từ 6-8m) và sâu (trên 1000m) với điều kiện bụi và nhiệt phức tạp, cần phải đưa một lượng không khí đáng kể vào gương giếng, người ta thường sử dụng sơ đồ thông gió hỗn hợp, trong đó có một quạt đẩy và một quạt hút (hình 2.12b,c)

Trong sơ đồ hình 2.12c, lưu lượng của quạt gió đẩy không nên vượt quá 70% lưu lượng của quạt hút và lưu lượng gió đưa vào giếng phải đảm bảo vận tốc gió trên suốt chiều sâu giếng phải lớn hơn 0,15 m/s

Hình 2.12 Các sơ đồ thông gió khi đào giếng dùng quạt cục bộ

39

Khi đào cặp giếng gần nhau, sơ đồ thông gió các giếng có thể bố trí như trên hình 2.13a Còn khi đào các giếng sâu, cần lượng gió lớn người ta có thể bố trí các

sơ đồ thông gió như ở hình 2.13b,c

Hình 2.13 Các sơ đồ thông gió khi đào giếng dùng quạt kết hợp với các luồng gió xoáy 2.2.4 Thông gió buồng hầm

Trong thực tế, nhiều trường hợp cần đào các đường lò dạng buồng có tiết diện từ 25 đến 100m2, với chiều dài từ 20 đến 100m hoặc lớn hơn, ( hình.2.14)

Tất cả các đường lò dạng buồng, theo tính chất thông gió có thể chia làm hai nhóm:

- Nhóm I: các buồng được thông gió chủ yếu nhờ dòng đối lưu Tiết diện của chúng dưới 25m2

Vận tốc không khí chuyển dịch trong nó vượt quá 0,1 m/s Phương pháp thông gió và tính toán thực tế không khác gì với các đường lò thông thường

- Nhóm II: các buồng được thông gió nhờ dòng đối lưu và khuếch tán Tiết diện của chúng nằm trong giới hạn từ 20÷100m2 Vận tốc trung bình không khí chuyển dịch trong nó khoảng 0,1÷0,01 m/s

Trường hợp buồng ngắn có chiều dài dưới 20m được thông gió nhờ quạt gió nối với một ống thắt hình côn đặt ở chỗ họng buồng (là điểm nối buồng với đường

lò đi qua) Khi nổ mìn, phần lớn khí phụt ra đến lò cái, tại đó có luồng gió sạch làm loãng không khí và thải ra ngoài Phần khí còn lại trong buồng được thông gió nhờ buồng mở rộng tự do, do quạt gió và ống thắt hình côn tạo ra

2.3.1 Tính toán lưu lượng gió để thông gió giếng đứng và đường lò cụt

2.3.1.1 Khái quát chung

Lưu lượng gió yêu cầu thông gió cho các lò cụt và giếng được tính theo các yếu

tố : thoát khí Metan hoặc khí Cacbonic, các khí sinh ra do nổ mìn, số người làm việc, vận tốc gió trung bình nhỏ nhất cho phép trong đường lò và lấy kết quả lưu lượng của yếu tố lớn nhất

Trong thời gian xây dựng mỏ lưu lượng gió được tính bổ sung thêm các khí phát sinh do hàn và chọn yếu tố có lưu lượng lớn nhất

Khi chiều dài đường lò đào dài đến 300m trong tính toán lấy chiều dài lớn nhất

Để thông gió cho các đường lò có chiều dài lớn cho phép tính toán thông gió theo từng giai đoạn với các giá trị chiều dài 300, 600, 900m….chọn chiều dài lớn nhất cho giai đoạn để tính

2.3.1.2 Tính toán lưu lượng gió yêu cầu thông gió giếng đứng và gương lò cụt

1 Tính toán lưu lương gió yêu cầu theo khí Metan

Lưu lượng gió yêu cầu theo khí Metan khi đào lò bằng máy com bai, búa chèn hoặc khoan nổ mìn cũng như đào giếng được tính theo công thức:

0

100

C C

m3/ph