1. Tính cấp thiết của đề tài Nhu cầu năng lượng không thể thiếu đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Than là một trong những nguồn cung cấp năng lượng được sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới. Trong những năm qua, Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam đã không ngừng mở rộng diện khai thác và khai thác xuống sâu nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng. Việc khai đào các hệ thống đường lò chuẩn bị xuống sâu gặp rất nhiều khó khăn về trang thiết bị, nhân công, thông gió, thoát nước, vận chuyển đặc biệt trong quá trình đào lò xuống sâu luôn tiềm ẩn hiểm họa về cháy nổ do khí bụi nổ, đặc trưng là cháy nổ khí mêtan làm thiệt hại lớn về con người cũng như vật chất. 2. Mục đích nghiên cứu Đưa ra các giải pháp thi công an toàn khi thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng.
Trang 2CHƯƠNG 3 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MẤT
AN TOÀN KHI THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT ĐÁ CÓ BỤI NỔ SIÊU HẠNG
CHƯƠNG 4 ĐỂ XUẤT GIẢI PHÁP THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG KHU VỰC ĐẤT ĐÁ CÓ KHÍ VÀ BỤI NỔ SIÊU HẠNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trang 3M Đ U Ở Ầ
1 Tính cấp thiết của đề tài
Nhu cầu năng lượng không thể thiếu đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Than là một trong những nguồn cung cấp năng lượng được
sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới Trong những năm qua, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đã không ngừng mở rộng diện khai thác và khai thác xuống sâu nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng Việc khai đào các hệ thống đường lò chuẩn bị xuống sâu gặp rất nhiều khó khăn về trang thiết bị, nhân công, thông gió, thoát nước, vận chuyển đặc biệt trong quá trình đào lò xuống sâu luôn tiềm ẩn hiểm họa về cháy
nổ do khí bụi nổ, đặc trưng là cháy nổ khí mêtan làm thiệt hại lớn về con người cũng như vật chất.
2 Mục đích nghiên cứu
Đưa ra các giải pháp thi công an toàn khi thi công các đường lò bằng trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng.
Trang 43 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực
có khí bụi nổ siêu hạng.
Phạm vi nghiên cứu: Các đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than
Mạo Khê.
4 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan công tác thi công các đường lò bằng đào
trong đá ở Việt Nam và trên thế giới.
Những yếu tố ảnh hưởng đến thi công các đường lò bằng đào trong khu vực đất đá có khí bụi nổ siêu hạng.
Nghiên cứu thực trạng thi công các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê.
Các giải pháp kỹ thuật thi công các đường lò bằng đào trong đá ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng tại Công ty than Mạo Khê
Đề xuất những kiến nghị.
Trang 55 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế sản xuất và đưa ra giải pháp thi công phù hợp vào thực tiễn.
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Phân tích, đánh giá các giải pháp thi công trong điều kiện mỏ có khí bụi nổ siêu hạng, đề xuất giải pháp thi công
an toàn hợp lý.
Ý nghĩa thực tế: Có thêm lựa chọn giải pháp thi công khi thi công các đường lò ở khu vực có khí bụi nổ siêu hạng
Trang 6CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÀO LÒ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1 Tổng quan công tác đào lò khai thác than trên thế giới.
Công nghiệp khai thác than xuất hiện tương đối sớm và được phát triển từ nửa sau thế kỷ XIX Sản lượng khai thác than của các quốc gia giữa các thời kỳ cũng rất khác nhau, song nói chung có xu hướng tăng lên
Hiện nay các nước hầu như không còn áp dụng giải pháp xúc bốc bằng thủ công mà thay thế bằng cơ giới, máy móc
Một số nước có nền công nghiệp phát triển nghiên cứu áp dụng thành công
kỹ thuật thu hồi, tháo khí mêtan từ các vỉa than, luồng gió thải để tái sử dụng làm năng lượng
Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh) [6]
Trang 71.2 Tổng quan công tác đào lò khai thác than tại Việt Nam
Ở Việt Nam than có nhiều loại, với trữ lượng lớn, tập trung chủ yếu ở Quảng Ninh ( chiếm 90% trữ lượng than cả nước) Trữ lượng than của nước ta ước chừng hơn 6,6 tỷ tấn, trong đó trữ lượng có khả năng khai thác là 3,6 tỷ tấn (đứng đầu Đông Nam Á) Quảng Ninh có khoảng 20 mỏ khai thác hầm lò, trong đó có các mỏ khai thác với công suất >1 triệu tấn/năm như mỏ: Mạo Khê, Vàng Danh, Năm Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy
Đào lò và vận chuyển đất đá bằng thủ công
Trang 8Đào lò bằng máy, chống lò bằng vì thép
Trong thời gian vừa qua nhiều mỏ vùng Quảng Ninh như: Mạo Khê,Nam Mẫu, Khe Chàm đã đầu tư sử thiết bị đào lò bằng máy Combai AM-45Z, AM-50Z, vận tải bằng hệ thống máng cào treo trên mônoray kết hợp với goòng
3 tấn được tàu điện di chuyển ra ngoài, chống giữ bằng khung thép, chèn bằng tấm chèn bê tông
Đào lò bằng máy Kombai
Trang 9CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG THI CÔNG LÒ BẰNG Ở MỎ THAN MẠO KHÊ
2.1 Điều kiện địa chất ở mỏ than Mạo Khê
Sơ đồ phân khối kiến trúc bể than Quảng Ninh
Địa tầng ở mỏ than Mạo Khê có cấu trúc chia thành 2 cánh, đứt gãy FA trùng với mặt trục nếp lồi làm mặt phân chia cánh Bắc và cánh Nam Khối Bắc gồm toàn bộ địa tầng cánh Bắc cũ và khối Nam chỉ còn phần địa tầng cánh Nam từ vỉa 3 đến vỉa 14 (F.B)
Trang 102.3 Các sự cố đã sẩy ra khi thi công lò bằng tại mỏ than Mạo Khê.
Sự cố cháy lò DV mức -45 quay Tây vỉa 9T tầng -80/-25
Ngày 16/2/2012 tại phân xưởng khai thác 13 (PX KT13) lò DV mức -45 quay Tây diện đào lò vỉa 9Tây tầng -80/-25 do PXKT13 quản lý, đang đào lò, chiều dài lò 30m Sau khi nổ mìn (10 phát, 4,8kg thuốc nổ NTLT) và thông gió khoảng 25 phút, lò trưởng và thợ mìn vào kiểm tra gương lò DV mức -45 quay Tây phát hiện có hiện tượng cháy tại khu vực gương lò, nhiều bụi bất thường, nhiệt độ tăng cao Sau đó kiểm tra thì thấy phía trong gương lò có lửa, nhiệt độ tăng cao
* Nguyên nhân do vỉa 9 Tây cánh Bắc tầng -80/-25 là vỉa có độ xuất khí cao, khí mêtan bị tích tụ trên nóc lò (vị trí rỗng nóc) Cháy do gặp tia lửa phát sinh khi nổ mìn (nhiệt độ cao và sinh nhiều khí CO, CO2 cao tới 1%) trong điều kiện gương lò bắn mìn, do thuốc mìn bị cháy khi nổ mìn
Trang 11Sự cố cháy nổ khí mêtan tại lò XVTBI mức -80
Ngày 19/9/1999 tại gương đào lò dọc vỉa 9 khu TBI mức -80, đường lò có tiết diện Sđ=8,5m2, sau khi đội thợ khoan xong 20 lỗ khoan và nạp thuốc mìn vào trong lỗ khoan xong, đội thợ rút ra khỏi vị trí gương lò và lò trưởng ra lệnh tiến hành bắn mìn, sau một lúc thì thấy một tiếng nổ lớn
Nguyên nhân do khi bắn mìn, thuốc mìn đã bị cháy cộng với hàm lượng khí mêtan xuất ra ở các khe nứt của đất đá tại lò dọc vỉa 9 khu TBI mức -80, khi đo đạc thấy hàm lượng khí metan lớn hơn rất nhiều so với quy định , vị trí quạt thông gió ở rất xa, lưu lượng gió để thông vào gương lò là yếu do vậy khi hàm lượng khí mêtan tích tụ trong đường lò quá nhiều, khi bắn mìn tại gương lò đã sẩy ra cháy thuốc mìn, thông gió kém thì sẽ sẩy ra hiện tượng cháy nổ khí mêtan
Hậu quả: Do nổ khí CH4 nên đã làm thiệt mạng 11 người công nhân làm trong khu vực gương lò và đường lò, làm cháy nổ toàn bộ những thiết bị có trong đường như máy xúc gàu ngược 1IIIIH-5, các khởi động từ ABB
Trang 122.4 Thực trạng thi công các đường lò bằng đào trong đá tại mỏ than Mạo Khê
Hiện tại thi công các đường lò đào trong đá tại Mạo Khê sử dụng thiết bị khoan gương lò loại búa khoan khí nén cầm tay YT-28 là chủ yếu (có một số gương lò tiết diện lớn sử dụng máy khoan Tamrốc), thuốc nổ nhũ tương an toàn dùng cho lò đá, kíp phi điện vi sai khởi nổ bằng máy bắn mìn an toàn phòng nổ, vận tải đất đá trong lò bằng tầu điện ắc quy phòng nổ AM-8D, chống lò bằng vì thép
Đào lò sử dụng máy xúc phòng nổ XD - 0-32
Trang 13Công tác khoan lỗ mìn, sử dụng thuốc nổ, kíp nổ, công tác xúc bốc, vận chuyển đất đá và chống giữ các đường đều theo quy trình như đào các đường
lò trong đá với tiết diện Sđ<16m2 Nhưng khác ở công tác khoan lỗ mìn là sử dụng máy khoan tự hành Tamrốc
Máy khoan Tam rốc CDH 1F/E50
Trang 14Nhận xét
Mỏ than Mạo Khê có cấu trúc địa chất phức tạp, địa tầng không ổn định các vỉa than có cấu tạo dầy mỏng và độ dốc khác nhau,Với việc sử dụng các sơ đồ công nghệ thi công các đường lò đào trong đá ở trong điều kiện có khí bụi nổ như hiện nay nhận xét thấy:
+ Về công tác thông gió: Hiện tại mỏ than Mạo Khê đang sử dụng sơ đồ thông gió hút cho toàn mỏ
+ Về công tác khoan bắn mìn:
- Các gương lò trước khi đào đã lập các biện pháp thi công, có tính toán đến lượng thuốc nổ và kíp nổ cần sử dụng cho từng đợt nổ, sử dụng thường xuyên hệ thống dập bụi tại vị trí gương lò (phun sương)
- Thuốc nổ là thuốc nổ nhũ tương lò đá, lò than Kíp phi điện vi sai, bua mìn chủ yếu sử dụng là loại đất sét nặn, sử dụng các loại bua mìn bằng nước
+ Công tác bố trí thiết bị: Sử dụng các thiết bị an toàn phòng nổ
+ Công tác quản lý:
Về cơ bản công ty cũng đã kết hợp cùng với trung tâm an toàn mỏ-Viện KHCN mỏ tổ chức lớp tập huấn cho công nhân trong hầm lò về phòng chống cháy nổ khí bụi nổ Tuy nhiên yêu cầu công tác huấn luyện về cháy khí bụi nổ nêu trên phải được thường xuyên và nhân rộng trong toàn công ty đi học vào những ngày nghỉ cuối tuần
Trang 15CHƯƠNG 3 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MẤT AN TOÀN KHI THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT ĐÁ
TT Tên khí Phần trăm tính theo khối lượng mg/lít
Trang 16Nguyên nhân và hậu quả của nổ khí mêtan (CH4)
Mêtan là một trong những loại khí hay gặp và nguy hiểm nhất trong các
mỏ than Khí mêtan ở các mỏ than được hình thành cùng với thời kỳ thành tạo than Trong quá trình oxy hóa từ thực vật, nhờ oxy riêng của nó sẽ tạo nên những sản phẩm khí CH4, CO2, hơi nước axít hữu cơ dưới dạng chất bốc Quá trình lên men thực vật giải phóng một lượng lớn mêtan và cacbonic Sự phân hủy xenlulô tiến hành như sau:
2C6H10O5 = 5CH4 + 5CO2 +2C
4C6H10C5 = 7CH4 + 8CO2 + 3H2O + C9H6O
Điều kiện gây nổ khí mêtan.
CH4 + 2(O2 + 4N2) = CO2 +2H2O + 8N2
Giới hạn nổ dưới của một số khí nổ trong không khí, ở điều kiện bình
thường, theo phần trăm thể tích
Trang 17Nhiệt độ nổ.
Nhiệt độ nổ là nhiệt độ làm nóng hỗn hợp mêtan với không khí đến khi nổ Nhiệt đổ nổ bình thường từ 650÷750oC Nhiệt độ gây nổ CH4 còn phụ thuộc các yếu tố sau: nồng độ khí CH4, áp suất không khí: áp suất không khí càng lớn thì nhiệt độ gây nổ càng thấp
CH4% 2 3,4 6,5 7,6 8,1 9,5 11 14 Nhiệt độ nổ 810 665 512 510 514 528 539 565
Nồng độ nổ của khí mêtan theo nhiệt độ
Thời gian: Khí CH4 là loại khí có tỷ nhiệt cao, nên khi bắt lửa không nổ
ngay mà có một quá trình làm tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nổ Với nồng độ khác nhau và nhiệt độ gây nổ khác nhau ta có thời gian nổ khác nhau Người
ta thấy rằng nhiệt độ càng nhỏ và hàm lượng càng lớn thì thời gian gây nổ càng dài Nhiệt độ nổ
Trang 18Nồng độ O2
Nếu trong không khí mỏ không có oxy hoặc % oxy qúa thấp thì CH4 không thể nổ được Cụ thể là hàm lượng O2 < 12% trong thành phần khí mỏ thì không gây nổ CH4 Như vậy hàm lượng O2 là điều kiện cần thiết để gây
nổ CH4 Trên hình 3.1 cho biết giới hạn nổ của hỗn hợp mêtan trong không khí Hàm lượng mêtan trong không khí nếu đạt tới 5% sẽ bốc cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa hở Hiện tượng cháy nổ mêtan trong không khí xảy ra theo phản ứng oxy hóa sau:
- Khi đủ oxy: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q
- Khi thiếu oxy: CH4 + O2 = CO + H2 + H2O +QNhiệt lượng tỏa ra khi cháy của khí Mêtan là 78470.103 J/kg
Trang 193.2 Những yếu tố gây mất an toàn về cháy nổ trong thi công đường lò bằng đào trong đá
Ảnh hưởng của thông gió mỏ:Thông gió nhằm tạo ra không khí trong
gương lò cũng như trong suốt chiều dài lò đảm bảo thành phần các khí theo quy định: Oxy≥20%, CO2≤0,5%; CH4≤ 1%; CO ≤ 0, 0016 % và nhiệt độ trong lò ≤ 26 độ Nếu thông gió không tạo ra và duy trì được những chỉ số trên
ở gương lò đều có thể dẫn đến mất an toàn cho sức khoẻ người lao động và thậm trí còn dẫn đến cháy, nổ mỏ
Sơ đồ đào gương
Hàm lượng khí CH4 thoát từ các kẽ đá, tích tụ tại gương lò phụ thuộc vào nhiều yếu tố Một trong những yếu tố đó phải kể đến là diện tích tiết diện gương đào, hay nói cách khác là khoảng trống sau mỗi chu kỳ đào Chính vì vậy, việc đào chia gương cũng là một giải pháp tháo khí, làm cho lượng khí CH4 thoát ra từ từ và tích tụ ở gương là nhỏ nhất
Người ta có thể chia gương theo 2 cách: Gương phải và gương trái; gương bậc trên và gương bậc dưới Song sơ đồ chia gương thành 2 phần: bậc trên và bặc dưới được sử dụng phổ biến
Trang 20Phương pháp phá vỡ đất đá trên gương (đào lò).
Hiện tại có nhiều phương pháp phá vỡ đất đá đang được áp dụng, nó tuỳ thuộc vào tính chất cơ học của đất đá ở gương, diện tích tiết diện gương đào, quy mô
và mức độ đầu tư trang thiết bị của mỏ mà có thể áp dụng một trong các phương pháp: phá vỡ đất đá bằng thủ công, phá vỡ đất đá bằng búa chèn, phá
vỡ đất đá bằng sức nước, phá vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn hay phá vỡ đất đá bằng máy đào lò
Trang 21Ảnh hưởng kết cấu chống
Đối với những đường lò được đào trong đất đá có khí bụi nổ siêu hạng thì việc lựa chọn kết cấu chống là rất cần thiết Các dạng kết cấu chống hợp lý khi sử dụng ở các mỏ có hạng mỏ cao hoặc siêu hạng là không cản trở sự thoát khí độc
và khí nổ; tránh được sự dồn nén, tích tụ khí trên toàn bộ chiều dài đường lò
Sơ đồ thi công
Đối với những đường lò được đào trong đất đá có khí bụi nổ siêu hạng thì việc lựa chọn sơ thi công phù hợp là rất cần thiết Sơ đồ thi công hợp lý ở đây là các
sơ đồ thi công không cản trở sự thoát khí độc và khí nổ; tránh được sự dồn nén, tích tụ khí trên gương lò
Yếu tố bố trí thiết bị
Trong thi công các đường lò, các thiết bị có thể phát ra tia lửa hở không chỉ
là các máy thi công như máy đào lò, máy khoan hay các thiết bị vận tải như đầu tầu điện cần vẹt mà còn cả các thiết bị chiếu sáng, các khởi động từ hay các thiết bị điện khác
Như vậy, an toàn về cháy nổ khi thi công các đường lò trong đất đá thuộc
mỏ siêu hạng về khí nổ chỉ có khi loại bỏ được các tia lửa hở sinh ra ở các trang thiết bị thi công và phụ trợ thi công
Trang 22CHƯƠNG 4 ĐỂ XUẤT GIẢI PHÁP THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG KHU VỰC ĐẤT ĐÁ CÓ KHÍ VÀ BỤI NỔ SIÊU HẠNG
4.1 Phân tích đánh giá lựa chọn giải pháp thi công an toàn về cháy nổ khi thi công các đường lò ở các mỏ siêu hạng về khí CH4
Lựa chọn phương pháp phá đá ở gương lò
Các đường lò bằng ở mỏ than Mạo Khê được đào trong đá và trong than cho nên có thể áp dụng các giải pháp thi công theo hướng giảm thiểu tác động xấu đến môi trường, nhưng phải phù hợp với tính chất cơ học của các loại đất
đá nơi đường lò đi qua để đảm bảo tốc độ đào lò là cao nhất
Lựa chọn sơ đồ đào gương
Sơ đồ đào chia gương thường dẫn tới thi công phức tạp, tốc độ đào lò giảm
so với khi đào toàn gương Song nó lại giảm được lượng thuốc nổ đồng thời so với đào toàn gương Đặc biệt là lại hạn chế được sự thoát khí mêtan thoát ra ồ
ạt từ khe nứt làm tăng hàm lượng khí mêtan ở gương
Do vậy, tốt hơn cả là lựa chọn sơ đồ đào chia gương khi đào các đường lò trong khu vực siêu hạng về khí mêtan
Trang 23Lựa chọn sơ đồ chống giữ
- Với các đường lò chống giữ bằng khung chống hoặc neo đều tạo điều kiện thuận lợi cho việc khí mêtan khuếch tán dần dần trên suốt chiều dài đường lò, vì vậy tránh được việc xuất khí tập trung tại gương, cho nên rất phù hợp với các
mỏ siêu hạng về khí nổ CH4
- Với các đường lò phải chống giữ bằng vỏ bê tông liền khối không nên sử dụng sơ đồ thi công phối hợp vì sơ đồ thi công này không cho phép khí mêtan khuếch tán dần dọc theo chiều dài đường lò Chính vì vậy, mà lượng khí tích tụ sau vỏ chống có thể khuếch tán mạnh tại gương gây mất an toàn cho người và
an toàn cháy nổ
Vì vậy, khi phải chống giữ đường lò trong khu vực siêu hạng về khí mêtan, hợp lý hơn cả là lựa chọn sơ đồ thi công nối tiếp
Tổ chức thông gió
Lựa chọn thiết bị thi công và phụ trợ thi công
Tuyệt đối không được sử dụng đầu tầu cần vẹt trong vận tải đất đá thải, vật liệu chống lò hay vận tải than Các thiết bị khác đều phải dùng thiết bị phòng nổ trong mỏ hầm lò siêu hạng về khí và bụi nổ
