Bài giảng phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khi khai thác xuống sâu phần 1 (trình độ cao học)

v BÀI GIẢNG CAO HỌC PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUÔNG SÂU QUẢNG NINH 202 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH 2 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG N[.]

v

BÀI GIẢNG CAO HỌC PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ

KHI KHAI THÁC XUÔNG SÂU

QUẢNG NINH-202

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

- -

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!

MỤC L ỤC

4

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

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

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

7

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

17

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

67

4.2 Tính chất các loại khí và hàm lượng cho phép các chất khí trong mỏ hầm

lò

67

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

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

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 Bài 6: Công tác ứng cứu khi có hiêm họa xảy ra 90

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

l . l Đặc điểm chung về khai thác hầm lò khi xuống sâu

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

1 . 2 . Các hiểm họa từng xảy ra trong khai thác hầm lò trên thế giới

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

than)

Số vụ Sô người chết

1.3 Các hiêm họa từng xảy ra trong khai thác hầm lò tại Việt Nam

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

thương

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

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:

2.2 Phương pháp tính toán dự báo độ chứa khí tự nhiên

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”

2.3 Phòng ngừa hiểm họa cháy nổ khí inctan

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