Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố mỏ địa chất và công nghệ đến độ thoát khí mêtan tương đối ở một số lò chợ dài trong các mỏ than hầm lò vùng quảng ninh

cho công tác nghiên cứu sau này như đánh giá trữ lượng khí mêtan, nghiên cứu khả năng tháo khí mêtan của các vỉa than vùng Quảng Ninh… - Đồng thời các kết quả nghiên cứu của luận án có ý

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn ¸n

TrÇn Tó Ba

Mục lục

Trang

1.1.1 Tính chất hoá lý của khí mêtan 16

1.1.2 Các điều kiện gây nổ của khí mêtan 16

1.1.3 Sự tồn tại của khí mêtan trong mỏ than hầm lò 19

1.1.4 Độ chứa khí mêtan của vỉa than 19

1.1.5 Độ thoát khí mêtan của mỏ 21

1.1.6 Hiểm hoạ của khí mêtan trong mỏ than hầm lò 22

1.2.1 Các nguồn thoát khí mêtan vào lò chợ 23

1.2.2 Chế độ thoát khí mêtan trong lò chợ dài 26

vùng Quảng Ninh

40

vùng Quảng Ninh

42

2.3.1 Độ chứa khí mêtan tăng theo độ sâu 50

2.3.2 Độ chứa khí mêtan thay đổi theo các khu vực khác nhau 53

trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

55

3.1.1 Phân loại các dạng lò chợ dài 55

3.1.2 Hiện trạng các lò chợ dài ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 55

3.2.2 Kết quả xác định cân bằng khí khu vực lò chợ 62

3.3.1 Lựa chọn các yếu tố mỏ địa chất và công nghệ chủ yếu ảnh hưởng

đến độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài

64

3.3.2 Lựa chọn các lò chợ dài đặc trưng để nghiên cứu 65

3.3.3 Kết quả đo đạc khảo sát 66

3.3.4 Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mêtan 76

khí mêtan và đề xuất các giải pháp phòng ngừa cháy

nổ khí áp dụng cho vùng than quảng ninh

4.1.3 Phương pháp của Viện Scô-chin-ski Liên Xô (cũ) 100

4.1.4 Phương pháp dự báo độ thoát khí mê tan từ các đường lò khai thác

của “mỏ thực nghiệm Barbara”, Ba Lan:

101

4.2.1 Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp 105

4.2.2 Lựa chọn phương pháp dự báo 106

4.2.3 Tính toán kiểm tra phương pháp dự báo áp dụng cho vùng Quảng

Ninh

106

áp dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Danh mục các bảng

Trang

Bảng 1.2 Thời gian trễ nổ của khí mê tan trong mối tương quan với hàm

Bảng 2.1 Tổng hợp kết quả xác định độ chứa khí mêtan của các vỉa than ở

Bảng 3.4 Kết quả tính toán độ thoát khí khu vực lò chợ V.13.2 mức 25 ữ

-55 Cty Than Khe Chàm [13]

68

Bảng 3.5 Kết quả xác định độ chứa khí mêtan khu vực lò chợ V.14.2 mức

-55 ữ -100 Cty than Khe Chàm

69

Bảng 3.6 Độ thoát khí mêtan của lò chợ V.14.2 (3-3) cánh đông mức -55

Bảng 3.8 Kết quả tính toán độ thoát khí mêtan khu vực V.9T - 25ữ -80 lớp

vách năm 2003

72

Bảng 3.9 Các giá trị độ chứa khí mêtan trong khu vực lò chợ V.9T lớp trụ

mức -25 ữ -80 Cty than Mạo Khê khai thác năm 2005

73

Bảng 3.10 Kết quả tính toán xác định độ thoát khí tại khu vực lò chợ vỉa 9T

mức -25 ữ -80 Công ty Than Mạo Khê, khai thác năm 2005

74

Bảng 3.11 Độ chứa khí mêtan trong vỉa than khu vực lò chợ V.9Đ mức -25

Bảng 3.12 Kết quả xác định độ thoát khí mêtan tương đối khu vực lò chợ

vỉa 9Đ mức -25 ữ -80 Cty Than Mạo Khê

76

Bảng 4.2 Các thông số địa chất kỹ thuật một số lò chợ Công ty Than Mạo

Bảng 4.3 Các thông số địa chất kỹ thuật một số lò chợ Công ty Than Đồng

Bảng 4.4 Các thông số địa chất kỹ thuật một số lò chợ Công ty Than Khe

Bảng 4.9 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.10 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.11 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.12 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.13 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.14 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.15 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế độ thoát khí

Bảng 4.16 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc khảo sát thực tế độ

thoát khí tuyệt đối các khu vực lò chợ một số Công ty vùng Mạo

Khê - Uông Bí

115 Bảng 4.17 Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc khảo sát thực tế độ

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Trang

Hình 1.3 Phân bố độ chứa khí mê tan ở khu vực Tây Bắc và miền Trung của

Hình 1.4 Phân bố độ chứa khí mê tan ở khu vực phía Nam của bể than

Hình 1.7 Quan hệ giữa độ thoát khí mêtan tuyệt đối với sản lượng lò chợ

Hình 1.8 Quan hệ giữa độ thoát khí mêtan tương đối với sản lượng lò chợ

Hình 1.9 Đồ thị biến thiên hàm lượng mê tan trong luồng gió thải của lò chợ

Hình 1.10 Biến thiên hàm lượng mê tan theo biểu đồ chu kỳ sản xuất Mỏ

Hình 1.11 Sự thoát khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

phương với hệ thống thông gió kiểu chữ “c” (luồng gió thải quay ngược trở laị)

30

Hình 1.12 Sự thoát khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

Hình 1.13 Sự thoát khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

Hình 1.14 Sự thoát khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

Hình 1.17 Sự thoát khí từ than đã khấu của vỉa than Bonđurevski thuộc Mỏ

Hình 1.21 Phân bố nồng độ mêtan trong không gian đã khai thác của lò chợ

Hình 1.22 Sự phát triển nồng độ khí Mêtan trong lò chợ dài vỉa B, bloc VI,

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống tách khí bằng phương pháp nhiệt chân không 43 Hình 2.2 Biến thiên độ chứa khí theo chiều sâu các vỉa than Công ty Than

Hình 2.5 Biểu đồ biến động độ chứa khí theo chiều sâu các vỉa ở một số mỏ

Hình 2.6 Bản đồ phân bố độ chứa khí mêtan trong các vỉa than các mỏ hầm

Hình 3.4 Sơ đồ lò chợ khai thác chia 2 lớp nghiêng lấy đất đá phá hỏa liên

Hình 3.5 Sơ đồ khai thác chia lớp nghiêng dùng lớp than đệm làm vách nhân

Hình 3.6 Sơ đồ gương khai thác chia hai lớp nghiêng – hạ trần than lớp giữa

Hình 3.8 Sơ đồ khu vực lò chợ V.7Đ mức -25 -80 cánh đông Công ty Than

Hình 3.9 Sơ đồ khu vực khai thác lò chợ Vỉa 13.2 Cánh đông mức -25 ữ -55

Cty Than Khe Chàm

67

Hình 3.11 Sơ đồ khu vực lò chợ vỉa 9 cánh tây lớp vách mức -25 ữ -80 Công

ty Than Mạo Khê (khai thác 2003)

Hình 3.19: ảnh hưởng của phương pháp khấu than đến độ thoát khí tương đối 82

Hình 3.22 Biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ V.9Đ

Hình 3.23 Biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ V.9Đ

Hình 3.24 Biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ V.9Đ

Hình 3.27 Đồ thị minh hoạ quy luật biến thiên hàm lượng khí mêtan trong

Hình 3.28 Biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ V.7Đ

Hình 3.29 Biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ V.7Đ

Hình 3.33 Đồ thị minh hoạ quy luật biến thiên hàm lượng khí mêtan trong

Hình 4.3 So sánh tương quan giữa kết quả đo đạc thực tế với kết quả tính

toán dự báo độ thoát khí mêtan tuyệt đối các lò chợ vùng Quảng Ninh

117

Mở đầu

Khí mêtan là khí có khả năng cháy nổ Với hàm lượng khoảng từ 5 ữ 6%

đến 14ữ16% là hỗn hợp nổ khi đủ điều kiện Khi cháy nổ thiếu ôxy sản sinh ra

Mức độ nguy hiểm về khí mê tan được đánh giá thông qua các thông số cơ bản: độ chứa khí tự nhiên trong vỉa than, độ thoát khí mêtan tuyệt đối, độ thoát khí tương đối của khu vực khai thác hay toàn mỏ

C với áp lực nổ rất lớn Do đó mê tan là loại khí cực kỳ nguy hiểm trong ngành khai thác than hầm lò và đặc điểm chứa khí mê tan là một trong những yếu tố đặc biệt quan trọng quyết định điều kiện kỹ thuật khai thác mỏ

Trong lịch sử khai thác than hầm lò trên thế giới đã xảy ra nhiều vụ cháy

hợp tới hàng nghìn người và phá huỷ hoặc phải đóng cửa nhiều khu khai thác rộng lớn thậm chí cả mỏ than

Chính vì vậy, việc đánh giá mức độ nguy hiểm 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 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

Theo nhu cầu tăng sản lượng chung về than trên toàn thế giới, sản lượng than ở Việt Nam cần tăng mạnh dự kiến đạt khoảng trên 50 triệu tấn vào năm

2010, trong đó than khai thác hầm lò cần tăng nhanh cả về sản lượng lẫn tỷ trọng Tỷ trọng than hầm lò cần tăng từ mức hiện tại 35 % lên mức 50 ữ 60 % trong năm 2020 [34]

Để đáp ứng mức tăng trưởng sản lượng nêu trên, các mỏ hầm lò càng ngày càng phát triển khai thác xuống sâu, mức độ nguy hiểm về khí mêtan tăng lên, đòi hỏi cần tăng cường kiểm soát về khí mêtan, nâng cao mức độ an toàn phòng chống cháy nổ khí đảm bảo phát triển sản xuất bền vững

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong các thông số nêu trên, độ thoát khí mêtan là thông số rất quan trọng bởi vì khí mêtan thoát ra tham gia trực tiếp tạo hỗn hợp khí cháy trong bầu không khí mỏ gây ra mối nguy hiểm cháy nổ trong mỏ than hầm lò

Trong quy phạm an toàn hiện hành của Việt Nam, độ thoát khí mêtan tương đối được lấy làm tiêu chí quyết định để phân loại mỏ theo độ nguy hiểm

về khí mêtan

Chế độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài có vai trò đặc biệt đối với chế độ thoát khí mêtan chung ở mỏ than hầm lò Vì vậy để đề xuất được các giải pháp hữu hiệu phòng ngừa cháy nổ khí mêtan ở mỏ than hầm lò cần tìm hiểu rõ chế

độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài

Tuy vậy, cho đến nay ở nước ta chưa có một công trình nghiên cứu sâu

và toàn diện nào về chế độ thoát khí mêtan tương đối ở lò chợ dài ở mỏ than hầm lò

công nghệ đến độ thoát khí mê tan tương đối ở một số lò chợ dài trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” mang ý nghĩa thực tiễn và rất cấp thiết, nhằm

góp phần xác định chế độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài để đề xuất được các giải pháp phòng ngừa cháy nổ hữu hiệu

2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định độ chứa khí mêtan tự nhiên trong quá trình khai thác các vỉa than hầm lò vùng Quảng Ninh

- Xác định mối quan hệ giữa độ thoát khí mêtan với các yếu tố địa chất

và công nghệ khai thác cơ bản trong các lò chợ dài vùng Quảng Ninh và Lựa chọn phương pháp dự báo độ thoát khí mêtan phù hợp với điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nhằm đề ra các giải pháp hữu hiệu phòng ngừa cháy

nổ khí đảm bảo an toàn trong khai thác than hầm lò

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là mối quan hệ giữa độ thoát khí mêtan nói chung và độ thoát khí mêtan tương đối nói riêng với các yếu tố mỏ -

địa chất và công nghệ

Phạm vi nghiên cứu của luận án là các lò chợ dài trong các mỏ than hầm

lò vùng Quảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích nêu trên, luận án thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

- Tổng quan về nghiên cứu độ thoát khí mêtan trong các lò chợ dài mỏ than hầm lò ở một số nước trên thế giới

- Nghiên cứu độ chứa khí mêtan tự nhiên trong các vỉa than mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Nghiên cứu quy luật thoát khí mêtan ở lò chợ dài trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán dự báo độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài và đề xuất các giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí mêtan

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa khoa học to lớn bởi đã xác định

được quy luật biến đổi độ chứa khí mêtan tự nhiên theo độ sâu làm cơ sở

cho công tác nghiên cứu sau này như đánh giá trữ lượng khí mêtan, nghiên cứu khả năng tháo khí mêtan của các vỉa than vùng Quảng Ninh…

- Đồng thời các kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa thực tiễn cao vì mối quan hệ giữa độ thoát khí mêtan với các yếu tố mỏ - địa chất và công nghệ cơ bản trong đó đặc biệt là sản lượng lò chợ đã xác định được trong luận án có thể làm cơ sở cho việc xây dựng hoặc chỉnh sửa, bổ xung các quy định về an toàn phòng chống cháy nổ khí trong quy phạm kỹ thuật an toàn hoặc các văn bản pháp quy về an toàn phòng chống cháy nổ khí liên quan khác

- Ngoài ra, phương pháp tính toán dự báo độ thoát khí mêtan đã được lựa chọn là công cụ đắc lực giúp cho các cán bộ ngành khai thác hầm lò dùng

để dự báo mức độ nguy hiểm trong quá trình thiết kế, khai thác mỏ và kịp thời đưa ra các biện pháp an toàn phòng chống cháy nổ khí phù hợp

7 Cơ sở tài liệu và cấu trúc của luận án

Luận án được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các tạp chí khoa học, các công trình nghiên cứu ứng dụng trong và ngoài nước, các kết quả

đo đạc, khảo sát và nghiên cứu thực tế ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Luận án gồm phần báo cáo luận án và phần phụ lục

Báo cáo luận án gồm: phần mở đầu, 04 chương và phần kết luận và kiến nghị Luận án được trình bày trong 132 trang đánh máy vi tính, 67 hình vẽ và

36 bảng được xắp xếp theo trình tự các chương

Những điểm mới của luận án

- Lần đầu tiên độ chứa khí mêtan tự nhiên được nghiên cứu một cách có hệ thống và trên diện rộng ở tất cả các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh và bước

đầu tìm ra quy luật biến đổi độ chứa khí theo chiều sâu của vỉa than trong vùng Quảng Ninh

- Mối quan hệ giữa các yếu tố mỏ địa chất, công nghệ cơ bản như độ chứa khí

và sản lượng than khai thác với độ thoát khí mêtan lần đầu tiên được nghiên cứu trong điều kiện các lò chợ dài vùng Quảng Ninh đặc biệt trong sơ đồ

công nghệ khai thác chia lớp nghiêng và sơ đồ công nghệ khai thác hạ trần thu hồi than nóc

- Đề xuất được phương pháp tính toán dự báo độ thoát khí mêtan vào lò chợ dài và xác định được hệ số điều chỉnh phù hợp để áp dụng trong điều kiện các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Những luận điểm bảo vệ

1 Giữa độ chứa khí mêtan và chiều sâu khai thác có mối quan hệ trực tiếp Càng xuống sâu độ chứa khí mêtan càng cao Ngoài ra độ chứa khí mêtan biến động rất đa dạng theo vùng, khu vực

2 Độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài trong các sơ đồ công nghệ khác nhau

đều tuân theo quy luật chung và phụ thuộc chủ yếu vào độ chứa khí mêtan và sản lượng khai thác lò chợ cụ thể là:

tăng theo nhưng ngược lại độ thoát khí mêtan tương đối lại giảm đi Hai yếu tố nêu trên là quan trọng nhất, ngoài ra còn các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến độ thoát khí đó là công nghệ khai thác, chiều dầy vỉa than và các công đoạn sản xuất trong lò chợ

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn khai thác hầm lò, Khoa Mỏ, Trường

Đại Học Mỏ - Địa Chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Xuân

Hà và PGS.TS Đỗ Mạnh Phong

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy PGS.TS Trần Xuân Hà và PGS.TS Đỗ Mạnh Phong Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án tôi đã nhận được sự giúp

đỡ tận tình của Ban lãnh đạo Khoa sau Đại học, Khoa Mỏ Trường Đại Học Mỏ

- Địa Chất, Bộ môn khai thác Hầm lò Đặc biệt tôi nhận được sự góp ý, giúp đỡ

tận tình của các Giáo Sư, Tiến Sỹ trong Trường như GS.TSKH Lê Như Hùng, PGS.TS Đặng Văn Cương, PGS.TS.Trần Văn Thanh, GS.TS Võ Trọng Hùng,

TS Đặng Vũ Chí, TS Nguyễn Văn Sung, TS Phùng Mạnh Đắc Phó TGĐ Tập

Đoàn CN Than KS Việt Nam, TS Lê Văn Thao phó Trưởng Ban An toàn & BHLĐ Tập Đoàn TKV, TS Nguyễn Anh Tuấn Viện Trưởng Viện KH CN Mỏ - TKV, TS Trương Đức Dư Phó Viện Trưởng Viện KHCN Mỏ - TKV Ngoài ra tôi cũng được sự đóng góp, giúp đỡ tận tình của các bạn đồng nghiệp khác trong Trung Tâm An toàn Mỏ, trong Viện KHCN Mỏ Tôi xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành tới các thầy hướng dẫn, tới các cơ quan và các nhà khoa học, tới các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

Chương 1

Tổng quan về chế độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài

của các mỏ than hầm lò

1.1 Đặc điểm chung về khí mêtan và hiểm hoạ của nó ở mỏ than hầm lò

1.1.1 Tính chất hoá lý của khí mêtan

Mê tan (CH4) là loại Cacbuahyđrô bão hoà đơn giản nhất của nhóm parafin Là khí không mầu, không mùi, không vị Mê tan nhẹ hơn không khí

hoà tan trong etanol, eter, hoà tan kém trong nước (đến 3,5% trong điều kiện bình thường) Mặc dù mê tan là khí không ảnh hưởng tới quá trình hô hấp nhưng hàm lượng đáng kể trong không khí sẽ gây nguy hiểm vì khí mê tan đẩy khí ôxy (4,8% mêtan sẽ đẩy 1% ôxy) trong không khí

Mê tan là khí có khả năng cháy nổ Khi nồng độ thể tích của mê tan nằm trong khoảng từ 5 - 16% và hàm lượng ôxy tối thiểu khoảng 12% hỗn hợp có khả năng nổ Nhiệt độ cháy của mê tan từ 650 tới 750°C, nhiệt độ nổ từ

1.1.2 Các điều kiện gây nổ của khí mêtan

)

Hỗn hợp mêtan-không khí chỉ có thể nổ khi có sự tham gia đồng thời của các yếu tố sau: 1: Nồng độ mêtan, 2: Nồng độ ôxy trong không khí, 3: Nhiệt độ gây nổ, 4: Thời gian gây nổ

1.1.2.1 Nồng độ mêtan và ôxy

Nếu nồng độ mê tan dưới 5% thì mê tan sẽ cháy khi tiếp xúc với nguồn nhiệt, trong khoảng từ 5 -16% thì xảy ra hiện tượng nổ, trên 16% cháy tại bề mặt tiếp xúc với không khí Hỗn hợp nổ mạnh nhất khi nồng độ mê tan đạt 9,5% Giới hạn nổ của khí mêtan được minh hoạ trên hình 1.1

1) - Vùng không tạo được hỗn hợp nổ 2) - Vùng hỗn hợp nổ

3) - Vùng hỗn hợp có thể nổ nếu có thêm không khí Hình 1.1 Hỗn hợp nổ của mê tan với không khí (tam giác nổ)

Giới hạn nổ của khí mê tan không cố định và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt

độ, vị trí cháy, cừơng độ gia nhiệt ban đầu Theo chiều giảm áp suất, giới hạn nổ

sẽ thu nhỏ lại Theo chiều gia tăng nhiệt độ, giới hạn nổ sẽ mở rộng ra và ngược lại Sự phụ thuộc của giới hạn nổ vào áp suất ban đầu được minh hoạ trên hình 1.2

60

50

40

30

20

10

Hình 1.2 Giới hạn nổ của khí mêtan phụ thuộc vào áp suất ban đầu

1.1.2.2 Nhiệt độ gây nổ

Nhiệt độ gây nổ của hỗn hợp mêtan- không khí thay đổi phụ thuộc vào hàm lượng khí mêtan trong không khí Nhiệt độ gây nổ thấp nhất với hàm lượng khí khoảng 7,6 % Sự phụ thuộc của nhiệt độ gây nổ vào hàm lượng khí mê tan trong hỗn hợp không khí và được giới thiệu trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Nhiệt độ cháy nổ và hàm lượng khí mêtan trong không khí

1.1.2.3 Thời gian gây nổ (còn gọi là thời gian trễ khi nổ)

Thời gian gây nổ (thời gian trễ khi nổ) của khí mê tan là một tính chất

đặc trưng Sự cháy, nổ không xảy ra ngay sau khi hỗn hợp khí tiếp xúc với nguồn nhiệt, mà xảy ra sau một thời gian nhất định Thời gian này giảm đi nhiều khi nhiệt độ lên cao và tăng không đáng kể khi hàm lượng mê tan trong không khí tăng lên Thời gian trễ khi cháy nổ khí mêtan được giới thiệu trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Thời gian trễ nổ của khí mê tan trong mối tương quan với hàm lượng

và nhiệt độ nguồn lửa

Thực chất của hiện tượng trễ khi nổ của khí mê tan có thể làm cơ sở để

áp dụng các loại thuốc nổ an toàn mà thời gian làm mát của các sản phẩm nổ ngắn hơn thời gian trễ khi nổ của mê tan Hiện tượng này cũng được tận dụng khi thiết kế và sản xuất vỏ của các thiết bị điện phòng nổ dùng trong môi trường

có khí mê tan

1.1.3 Sự tồn tại của khí mêtan trong mỏ than hầm lò

Trong vỉa than, khí mê tan tồn tại dưới hai dạng:

- Dạng tự do: Khí mê tan tự do nằm ở các lỗ hổng, khe nứt trong than

- Dạng hấp thụ: Khí mê tan được hấp thụ trong chất than kiểu hấp thụ hoá

học và hấp thụ vật lý (trên cơ sở lực liên kết phân tử Vander valsa)

Có ba hình thức thoát khí mê tan từ vỉa vào bầu không khí mỏ

- Hình thức thứ nhất là thoát khí thông thường

- Hình thức thứ hai là hiện tượng xì khí

- Hình thức thứ ba nguy hiểm nhất là phụt khí kèm phụt than và đất đá

1.1.4 Độ chứa khí mê tan của vỉa than

Độ chứa khí mêtan là lượng khí mêtan tính theo điều kiện tiêu chuẩn có trong 1 tấn than khối cháy của vỉa than

Nhiều dấu hiệu cho thấy yếu tố quyết định mức độ chứa khí mê tan của khoáng sàng chứa than ngày nay là những biến động kiến tạo gần đây nhất

Những biến động đó đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển dịch khí mê tan

từ các lớp sâu lên phía trên và tái hấp thụ khí mê tan trong các vỉa than trước đó

đã bị thoát khí Các vỉa có điều kiện thuận lợi nhất để tích tụ khí mê tan thường

là các vỉa nằm dưới lớp đất phủ không thẩm thấu khí Hiện tượng này đã tạo nên hai loại hình khoáng sàng: kín và hở Mức độ chứa khí mê tan của từng lớp trong các loại khoáng sàng này phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các lớp ngăn cách không thẩm thấu khí

Đặc trưng của khoáng sàng loại kín là có các lớp ngăn cách không thẩm thấu khí cả trong các lớp đất phủ và cả trong các lớp nham thạch các bon nằm xen kẽ giữa các vỉa than Nhờ đó mà sự chuyển dịch khí mê tan từ các lớp sâu hơn bị chậm lại Cùng với gia tăng chiều sâu, độ chứa khí mê tan trong khoáng sàng loại này tăng lên và độ chứa khí không đồng đều trong từng vỉa

Đặc trưng của khoáng sàng loại hở là các lớp ngăn cách cho phép thẩm thấu khí mê tan ở chừng mực nhất định Vì vậy mà mê tan có điều kiện chuyển dịch từ lớp sâu tới các lớp nông hơn, nếu đất phủ cũng cho phép thẩm thấu thì

mê tan sẽ thoát vào khí quyển

Khoáng sàng loại hở trong điều kiện đất phủ không thẩm thấu, được đặc trưng bằng độ chứa khí mê tan cao (kể cả mê tan hấp thụ và mê tan tự do) trong các lớp nằm trực tiếp dưới lớp đất phủ; độ chứa khí mê tan giảm dần theo chiều sâu đến một độ sâu nhất định, sau đó độ chứa khí mê tan sẽ lại tăng dần lên

Trong thực tế thì các khoáng sàng có đặc tính hỗn hợp và sự phân tán khí mê tan cũng khác nhau rất nhiều

Trên hình 1.3 giới thiệu phân bố độ chứa khí mêtan trong khoáng sàng ở khu vực Tây Bắc và khu Trung tâm của bể than Silesia Balan Đây là khu vực quặng loại kín, nằm dưới đất phủ không thẩm thấu Vì bố cục như vậy nên trong lớp than nằm ngay sát với lớp đất phủ, độ chứa khí mê tan có giá trị khá cao và trong các lỗ rỗng có đầy khí mê tan tự do Độ chứa khí mê tan tăng dần theo chiều sâu Người ta đã thấy rằng các vỉa có độ sâu tới 600 ữ 700m không chứa

khí mê tan, nhưng dưới độ sâu này độ chứa khí mê tan tăng tới 11ữ 12 m3/Tkc, còn ở dưới độ sâu 1000m có thể xuất hiện cả Cac-bua-hy-đờ-rô nặng

Hình 1.3 Phân bố độ chứa khí mê tan ở khu vực Tây Bắc và miền Trung của bể

than Silesia (quặng loại kín) [33]

Trên hình 1.4 giới thiệu phân bố độ chứa khí của khu vực phía nam của

bể than Silesia Balan Khu vực này đặc trưng cho khoáng sàng loại hở, nằm dưới

đất phủ không thẩm thấu Vì bố cục như vậy nên trong lớp than nằm ngay sát với lớp đất phủ, độ chứa khí mê tan có giá trị khá cao và trong các lỗ rỗng có

đầy khí mê tan tự do Càng xuống sâu, độ chứa khí mê tan có khác hơn nhưng nhìn chung là có xu hướng giảm đi [33]

1.1.5 Độ thoát khí mêtan của mỏ

1.1.5.1 Độ thoát khí mêtan tuyệt đối

Độ thoát khí mêtan tuyệt đối là lượng khí mêtan tiêu chuẩn tính theo thể tích thoát ra trong một đơn vị thời gian

Độ thoát khí mêtan tuyệt đối được áp dụng đối với tất cả các khu vực cả

Hình 1.4 Phân bố độ chứa khí mê tan ở khu vực phía Nam của bể than Silesia

(quặng loại hở) [33]

1.1.5.2 Độ thoát khí mêtan tương đối

Độ thoát khí mêtan tương đối là lượng khí mêtan tiêu chuẩn thoát ra tính trên một tấn than khai thác trong một ngày đêm, chỉ được áp dụng đối với khu

Một vụ cháy hoặc nổ khí mê tan xảy ra khi hội tụ bốn điều kiện: 1-khí mê tan với hàm lượng đủ gây cháy/nổ, 2- khí ô xy, 3- nguồn lửa, 4- thời gian duy trì nguồn lửa đủ gây cháy nổ (dài hơn thời gian trễ khi nổ)

Nguồn ô xy Nguồn lửa

Vụ nổ

Hình 1.5 Các yếu tố hình thành vụ nổ khí mêtan

Từ trước đến nay trong lịch sử ngành khai thác than trên thế giới đã xảy ra rất nhiều

vụ cháy nổ khí mêtan thiệt hại nhiều người và tài sản Trong bảng 1.3 nêu một số

vụ tai nạn cháy nổ khí điển hình trên thế giới Bảng 1.4 nêu các vụ cháy nổ khí mêtan điển hình ở Việt Nam [27]

1.2 Chế độ thoát khí mêtan ở lò chợ dài

1.2.1 Các nguồn thoát khí mêtan vào lò chợ

Theo nhiều tác gỉa [33, 43, 63, 65, 70] , các nguồn thoát khí mê tan vào trong lò chợ bao gồm:

 Từ than được khấu trong lò chợ;

 Từ bề mặt lộ gương lò chợ;

 Từ các vỉa và các lớp nằm phía trên và dưới vỉa đang khai thác;

 Từ khoảng đã khai thác (vùng đã phá hoả, khu vực chèn lò);

 Từ các nguồn khác (lò chuẩn bị, các đới phay phá.v.v);

Bảng 1.3 Các vụ cháy nổ khí mêtan điển hình trên thế giới

Bảng 1.4 Các vụ cháy nổ khí mêtan điển hình ở Việt Nam

chết

Tất cả các nguồn thoát khí mê tan kể trên tạo thành môi trường của lò chợ Hoạt

động khai thác than gây nên biến động về áp lực ở trong đất đá xung quanh khu vực khai thác Trong một phạm vi nhất định áp lực của đất đá sẽ giảm đi, đất đá

Hình 1.6 Vùng thoát khí xung quanh lò chợ

Vùng không có sự thoát khí

Vùng thoát khí

bị nứt nẻ, dịch động và khí mê tan có trong các lớp than và đất đá nằm trong phạm vi nứt nẻ dịch động đó được thoát ra vào trong không gian khu vực lò chợ Phạm vi đất đá bị nứt nẻ dịch động nơi khí mêtan thoát ra có thể tạm gọi là vùng thoát khí Giới hạn theo chiều ngang cũng như chiều thẳng đứng của vùng thoát khí này phụ thuộc vào chiều dài của lò chợ và độ dốc của các lớp và được mô tả trên hình 1.6 [33]

1.2.2 Chế độ thoát khí mêtan trong lò chợ dài

1.2.2.1 Kết quả các công trình nghiên cứu của các chuyên gia Balan

Một số tác giả Balan [58, 74] đã nghiên cứu về sự phụ thuộc của độ thoát khí mêtan vào sản lượng lò chợ, sự thay đổi hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải phụ thuộc vào các công tác của lò chợ, và phân bố hàm lượng khí mêtan trong lò chợ đối với các hệ thống khai thác khác nhau

• Sự phụ thuộc của độ thoát khí mêtan vào sản lượng lò chợ

Độ thoát khí mêtan phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Có những yếu tố có

ảnh hưởng rất rõ rệt mang tính quyết định trong khi đó những yếu tố khác còn lại là những yếu tố rất khó nắm bắt

Để đánh giá sự ảnh hưởng của sản lượng đến độ thoát khí mêtan, các tác giả Balan đã khảo sát đo đạc lấy số liệu của 21 lò chợ của 06 mỏ than hầm lò thuộc vùng than Silesia Bằng cách dùng máy đo diện tích trên các băng giấy ghi của

hệ thống quan trắc khí tự động để xác định hàm lượng khí mêtan trung bình trong luồng gió thải trong một ngày đêm, các tác giả Balan xác định độ thoát khí mêtan tuyệt đối và tương đối trung bình trong các ngày sản xuất của từng lò chợ của một số mỏ hầm lò Đây là công việc hết sức tỷ mỉ tốn nhiều thời gian vì

đã đo diện tích của biểu đồ của hơn 4.500 m băng giấy ghi Kết quả độ thoát khí

được đem so sánh với sản lượng lò chợ được đưa vào trong 139 bảng so sánh (do mức độ hạn hẹp của luận án không nêu ra ở đây) Trên cơ sở kết quả đo đạc trong các lò chợ nêu trên, các tác giả [58] đã tổng hợp đưa ra đồ thị mối quan hệ giữa độ thoát khí mêtan với sản lượng lò chợ như trên hình 1.7 và 1.8

Hình 1.7 Quan hệ giữa độ thoát khí mêtan tuyệt đối với sản lượng lò chợ (Vùng

than Silesia Balan) [58]

Mỗi đường cong tương ứng với 1 lò chợ với điều kiện địa chất kỹ thuật

cụ thể Qua đó cho thấy độ thoát khí mêtan tuyệt đối tăng khi sản lượng lò chợ

tăng và độ thoát khí mêtan tương đối giảm khi sản lượng lò chợ tăng lên

Hình 1.8 Quan hệ giữa độ thoát khí mêtan tương đối với sản lượng lò chợ

(Vùng than Silesia Balan) [58]

W, T/ng.đêm

V T , m 3 /Tngàyđêm

W, T/ng.đêm

• Độ thoát khí mêtan phụ thuộc vào các công tác trong lò chợ

Qua các công trình nghiên cứu tại Mỏ thử Nghiệm “Barbara” cho thấy khó tìm thấy một quy luật nào về biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải theo chu kỳ sản xuất của lò chợ Còn tại mỏ “BRZESZCZE” cho thấy ở các lò chợ khai thác bằng phá hỏa toàn phần hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải chủ yếu phụ thuộc vào mức sản lượng lò chợ và phụ thuộc vào sự thay đổi của

áp suất khí quyển Sự ảnh hưởng của các loại hình công việc khác nhau đến hàm lượng khí trong các trường hợp này rất khó xác định

Tuy nhiên trong trường hợp lò chợ XXXII mỏ than “BRZESZCZE” điều khiển

đá vách bằng chèn lò khô thủ công có quan sát được quy luật biến thiên hàm lượng khí rất rõ rệt [74] Quy luật biến thiên hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải lò chợ XXXII được giới thiệu trên các hình 1.9 và 1.10

Trên hình 1.10, đường đồ thị thể hiện sự biến thiên độ thoát khí mê tan trong ngày Ta nhận thấy rằng: trong khoản 3 giờ ở thời diểm kết thúc tải than hàm lượng hầu như không đổi, khi bắt đầu tiến hành phá hoả và khoan nổ mìn phần trên đầu lò chợ thì hàm lượng mê tan tăng lên 0,2%, sau đó lại giảm xuống khoảng 0,13% Khi bắt đầu tiến hành khoan nổ mìn phần dưới chân lò chợ thì hàm lượng mê tan tăng lên 0,33% Sau khi kết thúc giai đoạn khoan nổ mìn và bắt đầu tải than thì hàm lượng mê tan giảm dần, ban đầu giảm nhẹ sau đó giảm nhanh khoảng 0,4% và đạt mức thấp nhất trong ngày Khi phá hoả gây ra sự thay đổi áp lực trong vỉa than do đó than bị vỡ vụn trong khoảng cự ly 15 – 20m trong vỉa có mê tan cao sẽ thoát mạnh ra lò chợ Khi tải than lượng mê tan thoát

ra giảm, khi đó lượng mê tan thoát ra từ mặt gương cũng như từ khu vực đã phá hoả đều giảm Như vậy khi bắn mìn hoặc tháo than, hàm lượng khí mêtan tăng khoảng gấp rưỡi đến gần gấp đôi so với hàm lượng khí trong thời gian tiến hành các công việc khác trong lò chợ

Thời gian (ngày trong tuần)

Hình 1.9 Đồ thị biến thiên hàm lượng mê tan trong luồng gió thải của lò chợ

vỉa XXXII mỏ than Brzeszcze trong 1 tuần [74]

Hình 1.10 Biến thiên hàm lượng mê tan theo biểu đồ chu kỳ sản xuất Mỏ

Brzeszcze, lò chợ vỉa XXXII [74]

• Phân bố hàm lượng khí mêtan trong khu vực lò chợ

Các tác giả Balan [33] có tổng kết một số quy luật về sự phân bố khí mêtan trong khu vực lò chợ phụ thuộc vào sơ đồ hệ thống khai thác cũng như phương pháp thông gió Dưới đây sẽ trích dẫn các dạng phân bố khí khác nhau trong khu vực lò chợ dạng khác nhau Các vị trí và các vùng nêu trên thay đổi khác

nhau tuỳ thuộc vào hệ thống khai thác, phương pháp thông gió của từng khu vực lò chợ

1 Trường hợp thứ nhất đối với hệ thống khai thác lò chợ dài theo phương với phương pháp thông gió kiểu chữ “c” (hình 1.7)

Đây là hệ thống khai thác khá phổ biến với việc sử dụng thông gió kiểu chữ

“c”, ở đây cả gió sạch và gió bẩn đều tiếp xúc với than Trong trường hợp này khu vực phá hoả nói chung nằm ngoài phạm vi thông gió, chỉ có một phần nhỏ với thể tích không đáng kể tiếp xúc với lò chợ

Hình 1.11 Sự phân bố khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

phương với hệ thống thông gió kiểu chữ “c” (luồng gió thải quay ngược trở laị) [33]

Trong khu vực phá hoả có vùng với hàm lượng khí mêtan cao nằm gần khu vực công tác của lò chợ Vùng này có thể tạm gọi là “vùng khí mêtan cao” Còn nơi có cường độ thoát khí lớn nhất là góc phía trên của lò chợ, nơi tiếp xúc với đầu lò thông gió (nơi vẽ các mũi tên chỉ cường độ thoát khí cao) Sẽ không đảm bảo an toàn nếu áp dụng hệ thống khai thác này với các vỉa có độ chứa khí mê tan cao

2 Trường hợp thứ 2 đối với hệ thống khai thác lò chợ dài theo phương với thông gió hình chữ Z từ dưới lên trên (như trong hình 1.12) hoặc từ trên xuống, có bổ xung gió sạch (như trong hình 1.13)

Vùng khí mê tan cao

Hình 1.12 Sự phân bố khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

phương với thông gió từ dưới lên trên [33]

Trong trường hợp này vùng khí mê tan cao được đẩy sâu vào khu vực phá hoả, cũng như các điểm thoát khí mê tan vào trong đường lò được đẩy ra xa gương lò Mức độ an toàn được tăng lên

Hình 1.13 Sự phân bố khí mê tan trong hệ thống khai thác lò chợ dài theo

phương với thông gió từ trên xuống [33]

3 Trường hợp thứ 3 đối với hệ thống khai thác lò chợ dài khấu đuổi (Xem hình 1.14)

Trong trường hợp này vùng chứa khí mê tan cao được đẩy ra xa gương lò, về phía đường lò thông gió, tạo cơ hội cho khí mê tan thoát ra đường lò nhiều, gây nên hiểm hoạ nghiêm trọng Các điểm thoát khí mê tan có thể xuất hiện trên cả chiều dài của khu vực phá hoả dọc theo đường lò thông gió và có thể xuất hiện bất ngờ Điều này từy thuộc vào những thay đổi các thông số

Vùng khí mê tan cao Vùng khí mê tan cao

thông gió và đặc biệt phụ thuộc vào các hiện tượng xảy ra khi đá vách sập

1.2.2.2 Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô cũ

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô cũ [51] đã chỉ ra rằng

sự thoát khí mê tan vào lò chợ có nguồn gốc chủ yếu từ:

Hình 1.15 Cường độ thoát khí từ mặt lộ gương theo thời gian [51]

1, 2, : Các vỉa h10, h10’ bể than Đôn-bát

3, 4, 5: Các vỉa k18, k12, k10 bể than Karaganda

• Sự thoát khí Mêtan từ than đã khấu ra

Sự thoát khí Mêtan từ than đã khấu ra tương tự như sự thoát khí từ bề mặt

tự do của vỉa than, song cường độ thoát khí giảm nhanh đáng kể (hình 1.16)

Mức độ giảm của cường độ thoát khí phụ thuộc vào độ chứa khí, độ rỗng và cỡ

hạt của than đã khấu (hình 1.17)

Hình 1.16 Sự thoát khí từ than đã khai thác [51]

1 - Vỉa than Felix Mỏ 50 năm CM tháng Mười- Karaganđa 2 - Vỉa Mới Mỏ 50 năm

CM tháng Mười- Karaganđa 3 - Vỉa Prokopecski-Kocsovia, Kuzbat 4 - Vỉa

Mariana- Đubovskaia, Karaganđa 5 - Vỉa Đvoinoi- Sakhanskaia, Karaganđa

q (m 3 /(m 2 /phút))

T (tháng)

g (m 3 /T.phút)

T (phút)

Hình 1.17 Sự thoát khí từ than đã khấu của vỉa than Bonđurevski thuộc Mỏ

mang tên Kirov vùng Kuzbas [51]

1 - Cỡ hạt 0,14 - 1,5 mm 2 - Cỡ hạt 0,3 - 5,0 mm 3 - Cỡ hạt 5 - 10 mm

• Sự thoát khí mê tan từ khoảng đã khai thác

Sự thoát khí mê tan từ khoảng đã khai thác ở các khu khai thác trong các

mỏ than hầm lò diễn ra ở đường lò thông gió và ở gần gương lò chợ Sự thoát khí mê tan trong đường lò thông gió như là một hàm số khoảng cách từ lò chợ

có thể quan sát được coi là ổn định Tổng lượng khí mê tan thoát ra từ khoảng

đã khai thác vào đường lò thông gió tăng lên theo mức độ tách xa lò chợ, tiến

đến một số giới hạn mà thông thường đạt đến khoảng cách 100-250m, và phụ thuộc vào phương pháp điều khiển đá vách, tính chất đất đá vách, sự có mặt của các vỉa tiếp theo, sơ đồ thông gió Trong một số trường hợp sự tăng đột thoát khí mêtan quan sát được ở khoảng cách tới 1000m từ lò chợ

Nồng độ khí mê tan dọc theo đường lò thông gió dao động tương tự sự thoát khí mê tan

• Sự thoát khí Mêtan khi khấu than bằng Combai ở lò chợ

Sự thoát khí này đặc trưng bởi sự tăng nhanh trong những phút đầu sau khi bắt đầu khấu than và có sự ổn định tiếp theo ở mức độ cao hơn Sự thoát khí này phụ thuộc vào công suất của Combai (hình 1.18) Đôi khi sự thoát khí

g (m 3 /T.phút)

T, (phút)

Mêtan sau khi tăng rõ rệt khi Combai bắt đầu làm việc thì giảm đi để sau đó ổn

định trở lại Nồng độ của Mêtan ở Combai thay đổi theo độ thoát khí Mêtan

Hình 1.18 Sự thoát khí Mêtan khi Combai KM-52M làm việc [51]

1,5m/ph, công suất 0,54 T/ph

1.2.2.3 Kết quả nghiên cứu của các chuyên gia Rumani

Các chuyên gia Rumani [80] đã có các nghiên cứu về sự phân bố nồng

độ khí mêtan trong không gian và thời gian trong lò chuẩn bị và trong luồng gió thải của lò chợ như sau:

• Sự phân bố nồng độ khí mêtan trong tiết diện ngang của các đường lò

Nồng độ khí mêtan trong tiết diện ngang của lò chuẩn bị hoặc trong lò chợ dài phụ thuộc vị trí nguồn suất khí và sự chảy rối của luồng không khí (Hình 1.19)

I (m 3 /phút)

T, (phút)

a b c

Hình 1.19 Sự phân bố nồng độ khí mêtan trong tiết diện đường lò [80]

a Trong trường hợp không khí được hoà trộn đều

Hình 1.20 Sự tăng nồng độ khí mêtan trong luồng gió thải ở lò chợ dài [80]

a - Khấu đuổi b - Khấu giật

• Phân bố hàm lượng khí mêtan trong tiết diện ngang của lò chợ

Sự tồn tại khí mêtan trong khoảng đã khai thác là từ các trụ than bảo vệ,

mà ở đó tiếp tục thoát khí mêtan, cũng như sự xuất khí từ các vỉa than (không

khai thác hoặc không thể khai thác) và đất đá chịu ảnh hưởng bởi việc khấu than

từ vỉa đang khai thác Sự lưu tụ khí mêtan dễ dàng nhờ sự hình thành các lỗ hổng có các kích thước khác nhau, trong trường hợp phương pháp điều khiển áp lực lò chợ bằng phá hoả toàn phần và đặc biệt trong trường hợp đá vách khó sập

đổ và sập đổ theo các blốc lớn Những điều kiện như vậy được sinh ra trong trường hợp các lò chợ dài được khai thác ở các vỉa than dưới vách tự nhiên Các

số liệu đo đạc trong không gian khai thác của các lò chợ dài, ở các mỏ than hầm

lò thuộc vùng thung lũng Jiu, đã chỉ ra rằng sự có mặt của mêtan với nồng độ nổ hoặc nồng độ đến 60% Sự phân bố nồng độ khí mêtan trong một tiết diện ngang của không gian lò chợ dài cho thấy có một sự tăng đều trị số theo mức độ

xa dần gương lò chợ (Hình 1.21)

Hình 1.21 Phân bố nồng độ mêtan trong không gian đã khai thác của lò chợ dài [80]

Các công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng nồng độ khí mêtan thay

Những thay đổi nồng độ khí mêtan trong những khoảng thời gian ngắn xuất hiện ở các lò chợ dài khấu đuổi nhanh và điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần

Sự thay đổi hàng ngày, hàng tuần và hàng tháng thay đổi từ lò chợ này sang lò chợ khác, nó phản ánh sự lặp lại qui trình công nghệ trong thời gian một ngày, một tuần hay tháng Sự thay đổi hàng ngày sinh ra do sự tồn tại của các công đoạn công nghệ trong lò chợ, trong đó sự thoát khí mê tan lớn (khấu than bằng combai, nổ mìn, điều khiển đá vách.v.v ) Sự phát triển của nồng độ khí

mê tan theo tuần phụ thuộc vào nhịp điệu tần suất các chu kỳ trong lò chợ dài Trong trường hợp nhịp độ khai thác không thay đổi thì nồng độ trung bình hàng ngày của khí Mêtan tăng lên cho đến cuối tuần và sau đó giảm xuống trong những ngày nghỉ Sự phát triển nồng độ khí Mêtan hàng tháng được tạo ra từ tổng cộng sự phát triển của các tuần, mà nó xác định giá trị nhỏ nhất khi bắt đầu mỗi tuần là lớn hơn giá trị nhỏ nhất từ đầu tuần trước đó (Hình 1.22)

Hình1.22 Sự phát triển nồng độ khí Mêtan trong lò chợ dài vỉa B, bloc VI, Mỏ

Lupeni [80]

Tuần 2

Từ những vấn đề đã nghiên cứu trong chương 1, có thể rút ra các nhận định sau:Các công trình của các tác giả trên thế giới đã tập trung nghiên cứu về phân bố độ chứa khí mêtan tự nhiên trong vỉa than, các đánh giá về sự phân bố khí mêtan trong lò chợ, mối quan hệ giữa độ thoát khí mêtan với sản lượng lò chợ và ảnh hưởng của các công đoạn sản xuất trong lò chợ đến hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải

1 Đối với các khoáng sàng than có các lớp ngăn cách giữa các vỉa than không cho phép thẩm thấu khí (khoáng sàng loại kín) thì càng xuống sâu độ chứa khí mêtan càng tăng lên Ngược lại các khoáng sàng có các lớp ngăn cách giữa các vỉa than cho phép thẩm thấu khí (khoáng sàng loại hở) lại nằm dưới lớp đất phủ không cho phép thẩm thấu khí được đặc trưng bởi độ chứa khí mêtan cao trong các vỉa nằm trực tiếp dưới lớp đất phủ và độ chứa khí giảm dần theo chiều sâu đến một độ sâu nhất

định sau đó lại tăng dần lên

2 Các tác giả tập trung chủ yếu vào nghiên cứu độ thoát khí đối với các lò chợ dài trong sơ đồ công nghệ khai thác khấu 1 lớp hết chiều dầy vỉa và đã đưa ra một số quy luật:

- Độ thoát khí mêtan tuyệt đối tăng giảm cùng chiều với chiều tăng giảm của sản lượng lò chợ và độ thoát khí mêtan tương đối tăng giảm ngược chiều với chiều tăng giảm của sản lượng lò chợ

- Tại một số lò chợ (như lò chợ XXXII của mỏ BRZESZCZE Balan), hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải thay đổi có quy luật, cụ thể khi tiến hành công tác khoan bắn mìn, tháo than hàm lượng khí mêtan trong luồng gió thải tăng khoảng gấp rưỡi đến gần gấp đôi so với hàm lượng khí trong thời gian tiến hành các công việc khác trong lò chợ

3 Các mối quan hệ do các tác giả đưa ra chưa được nghiên cứu trên các sơ đồ công nghệ khác nhau như khai thác chia lớp, hạ trần thu hồi than nóc

Do vậy luận án dự kiến nghiên cứu về độ chứa khí mêtan tự nhiên trong các vỉa than, nghiên cứu các mối quan hệ giữa độ thoát khí với các điều kiện trong điều kiện các mỏ hầm lò Việt Nam trong một số các sơ đồ công nghệ khác nhau của lò chợ dài

Chương 2

Nghiên cứu độ chứa khí mêtan của các vỉa than

vùng Quảng Ninh

2.1 Đặc điểm chung về địa chất các vỉa than vùng Quảng Ninh

Than Vùng Quảng ninh là than antraxit và bán antraxit, cấu tạo ở dạng vỉa Các vỉa than ở vùng Quảng Ninh chạy dài từ khu vực Đông triều qua khu vực Đông Dương ra tận khu đảo cái bầu

Theo số liệu của Tập Đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam [34] trữ lượng vùng than Quảng Ninh như sau:

Tổng trữ lượng địa chất: 4.049.559.000 tấn

đến 1000m

Các vỉa than vùng Quảng ninh rất đa dạng Đa số các vỉa có độ dốc cao, rất ít vỉa thoải Chiều dày vỉa trung bình 1,5ữ2,5m có những vỉa dày tới