Thông tin chung đề tài:
Lĩnh vực:
Mã đề tài:
Tác giả: TS. Lê Trung Tuyến, ThS. Nguyễn Tuấn Anh, ThS. Đỗ Mạnh Hải
Đơn vị: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
Nội dung chính của giải pháp/nghiên cứu
Phòng thí nghiệm được chuyển giao công nghệ về phương pháp xác định mức độ tự cháy của than, bao gồm:
- Xác định và phân loại mức độ tự cháy (Phương pháp Olpinski);
- Phương pháp xác định nhiệt lượng ôxy hóa của mẫu than;
- Phương pháp xây dựng đường đặc tính chuẩn của mẫu than.
Mục tiêu giải pháp/nghiên cứu
Giảm thiểu các nguy cơ gây mất an toàn trong khai thác mỏ, kiểm soát các hoạt động sản xuất của mỏ, xử lý và đề xuất các giải pháp cho các sự cố xuất khí CO, tự cháy tại các mỏ.
Kết quả nghiên cứu/giải pháp
Từ năm 2016 đến 2020, sau 5 năm hoạt động, phòng thí nghiệm than tự cháy đã phân tích được 230 mẫu than của 55 vỉa than, 2384 mẫu khí phía sau luồng phá hỏa của các lò chợ tại 14 mỏ than hầm lò thuộc TKV và Tổng Công ty Đông Bắc. Một số kết quả phân loại mức độ tự cháy của các vỉa than được thống kê tại bảng 1 và các kết quả đạt được sau khi áp dụng các giải pháp để ngăn ngừa hiểm họa cháy nội sinh xem tại bảng 2.
|
TT |
Tên đơn vị |
Tên vỉa than |
Kết quả phân loại mức độ tự cháy của các vỉa than |
||||
|
Số mẫu thí nghiệm |
Chỉ số tự cháy Sza (oC/ phút) |
Năng lượng hoạt hóa E (kJ/mol) |
Phân loại |
Phân loại mức độ tự cháy |
|||
|
1 |
Khánh Hòa |
Vỉa 16 |
21 |
5,51 ÷ 12,53 |
22,26 ÷ 61,32 |
III |
Trung bình |
|
2 |
Mạo Khê |
Vỉa 10 |
24 |
4,84 ÷ 15,31 |
18,88 ÷ 66,91 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 9 |
10 |
3,49 ÷ 24 |
29,79 ÷ 57,9 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 6 |
3 |
6,49 ÷ 17 |
27,93 ÷ 43,5 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 5 |
2 |
3,55 ÷ 4,56 |
19,08 ÷ 27,43 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 1CB |
1 |
4,12 |
33,54 |
III |
Trung bình |
||
|
3 |
Uông Bí |
Vỉa 25 |
1 |
6,93 |
31,86 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 24 |
10 |
5,80 ÷ 12,06 |
32,53 ÷ 64,75 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 18 |
1 |
12,29 |
46,32 |
II |
Thấp |
||
|
Vỉa 12 |
3 |
5,46 ÷ 26 |
63,04 ÷ 71,2 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 10 |
3 |
8,73 ÷13,47 |
30,07 ÷ 72,58 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 9b |
1 |
9,02 |
32,68 |
III |
Trung bình |
||
|
4 |
Vàng Danh |
Vỉa 8 |
4 |
2,56 ÷ 4,27 |
12,21 ÷ 29,77 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 7 |
2 |
2,48 ÷ 4,07 |
31,04 ÷ 13,46 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 6 |
2 |
2,93 ÷ 4,11 |
27,88 ÷ 54,05 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 5 |
1 |
4,43 |
26,32 |
III |
Trung bình |
||
|
5 |
Nam Mẫu |
Vỉa 6 |
1 |
4,15 |
18,40 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 6A |
1 |
3,13 |
19,82 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 5 |
1 |
6,00 |
19,10 |
III |
Trung bình |
||
|
6 |
Hà Lầm |
Vỉa 11 |
10 |
6,47 ÷ 18,98 |
40,30 ÷ 69,21 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 10 |
8 |
6,79 ÷ 15,43 |
44,10 ÷ 63,34 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 7 |
11 |
3,49 ÷ 11,49 |
30,40 ÷ 56,4 |
III |
Trung bình |
||
|
7 |
Hòn Gai |
Vỉa 6 BM |
2 |
16,04 ÷ 19,23 |
41,17 ÷ 68,1 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 5 BM |
5 |
5,15 ÷ 10,87 |
38,59 ÷ 74,19 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 13 GK |
1 |
8,65 |
43,25 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 6 TC |
1 |
8,32 |
54,79 |
III |
Thấp |
||
|
Vỉa 5 TC |
1 |
13,74 |
53,79 |
II |
Thấp |
||
|
8 |
|
Vỉa 10 |
5 |
4,81 ÷ 11,41 |
23,01 ÷ 59,0 |
III |
Trung bình |
|
Hạ Long |
Vỉa 11 |
2 |
3,53 ÷ 5,85 |
23,1÷ 29,81 |
III |
Trung bình |
|
|
Vỉa 13 |
5 |
6,93 ÷ 8,56 |
31,86 ÷ 46,62 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 14 |
8 |
6,13 ÷ 13,47 |
18,75 ÷ 69,32 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 15 |
1 |
7,24 |
21,81 |
III |
Trung bình |
||
|
9 |
Núi Béo |
Vỉa 10 |
6 |
9,30 ÷ 10,93 |
42,36 ÷ 63,97 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 11 |
5 |
7,31÷ 21,22 |
47,37 ÷ 62,40 |
II |
Thấp |
||
|
Vỉa 7 |
1 |
9,01 |
44,26 |
III |
Trung bình |
||
|
10 |
Thống Nhất |
Vỉa 6D |
6 |
7,22 ÷ 12,91 |
27,15 ÷ 50,49 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 6B |
4 |
11,18÷ 14,29 |
39,55 ÷ 49,79 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 6C |
2 |
3,7÷ 13,05 |
20,98 ÷ 62,44 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 13 |
1 |
10,17 |
58,40 |
II |
Thấp |
||
|
Vỉa 5C |
1 |
5,37 |
33,7 |
III |
Trung bình |
||
|
11 |
Quang Hanh |
Vỉa 14 |
14 |
3,57 ÷ 9,62 |
9,60 ÷ 48,88 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 7 |
2 |
7,65 ÷ 15 |
39,65 ÷ 67,2 |
III |
Trung bình |
||
|
12 |
|
Vỉa 6 |
2 |
3,05 ÷ 8,62 |
34,65 ÷ 46,32 |
III |
Trung bình |
|
|
Vỉa 7 |
1 |
6,20 |
49,17 |
II |
Thấp |
|
|
Dương Huy |
V8 |
1 |
12,75 |
52,79 |
II |
Thấp |
|
|
Vỉa 9 |
2 |
6,36 ÷ 6,46 |
48,49 ÷ 67,04 |
II |
Thấp |
||
|
Vỉa 11 |
2 |
8,11 |
43,41 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 12 |
1 |
4,3 |
15,15 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 14 |
1 |
8,14 |
38,64 |
III |
Trung bình |
||
|
13 |
Mông Dương |
Vỉa 10 |
2 |
5,11 ÷ 13,11 |
36,06 ÷ 38,52 |
III |
Trung bình |
|
Vỉa 8 |
1 |
5,07 |
34,51 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 7 |
4 |
5,95 ÷ 9,90 |
27,20 ÷ 50,80 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 6 |
2 |
6,50 ÷ 8,49 |
36,32 ÷ 38,57 |
III |
Trung bình |
||
|
Vỉa 5 |
1 |
5,24 |
37,51 |
III |
Trung bình |
||
|
14 |
Khe Chàm |
Vỉa 14 |
12 |
4,19 ÷ 30 |
20,97 ÷ 60,8 |
III |
Trung bình |
Bảng 1. Kết quả áp dụng các giải pháp ngăn ngừa và xử lý sự cố cháy nội sinh áp dụng tại các mỏ than hầm lò Việt Nam
|
TT |
Đơn vị |
Vị trí, mô tả sự cố |
Giải pháp xử lý sự cố được lựa chọn |
Kết quả đạt được khi áp dụng giải pháp |
|
1 |
Khánh Hòa |
Vỉa 16: Tại lò dọc vỉa mức -183. Xuất hiện khí CO hàm lượng cao |
Điều chỉnh lại lưu lượng gió và khoan các lỗ khoan có chiều sâu 2,5m vào hông lò để bơm nước làm mát. |
Kiểm soát hiện tượng xuất khí CO trong quá trình đào lò DV -183, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. |
|
Vỉa 16: Tại lò dọc vỉa mức -91. Xuất hiện khí CO hàm lượng cao |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại các lò DVPT - Bơm khí Nitơ vào khu phá hỏa phía sau lò chợ |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
||
|
2 |
Mạo Khê |
Vỉa 10 Tây Bắc II: Lò DVPT mức -14, -38, -48, -58. Xuất hiện khí CO hàm lượng cao |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại các lò DVPT mức -14, -38, -48, -58, sau đó gia cố bằng tường xỉ tro bay khi phát hiện tường gạch có hiện tượng nứt vỡ. - Bơm khí Nito vào khu phá hỏa phía sau các DVPT. |
- Hàm lượng Oxy trong tường giảm xuống dưới 10%. |
|
3 |
Hà Lầm |
Vỉa 10-Khu III: Tại IIK 210 lò vận tải mức -130/-110. Xuất hiện khí CO |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại các lò DVVT, DVTG sau đó gia cố bằng tường xỉ tro bay khi phát hiện tường gạch có hiện tượng nứt vỡ. - Bơm khí Nitơ vào khu phá hỏa phía sau lò chợ - Điều chỉnh lại mạng gió để tránh hiện tượng rò gió vào khu vực cách lý. |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
|
Vỉa 7-Khu I: Tại lò nối thông gió mức -165. Xuất hiện khí CO hàm lượng cao |
Duy trì hoạt động lò chợ CGH 7.3.1 đảm bảo an toàn trong điều kiện xuất hiện khí CO sau luồng phá hỏa lò chợ. |
|||
|
Vỉa 10-Khu III: Tại IIK 210 lò vận tải mức -130/-110. Xuất hiện khí CO trở lại khi tháo dỡ tường chắn để khai thác |
||||
|
Vỉa 7: Tại lò nghiêng vận tải lò chợ 7.3.1. Xuất hiện khí CO hàm lượng cao trong lỗ khoan và khu vực xén lò, than tụt nóc nóng khoảng 70oC. |
||||
|
4 |
Uông Bí |
V9B Khu Tràng Khê II: Tại Lò chợ II-9-2 mức +95/+140. Xuất hiện khí trở lại khi tháo dỡ tường chắn để khai thác |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại các lò DVVT, DVTG sau đó gia cố bằng tường xỉ tro bay khi phát hiện tường gạch có hiện tượng nứt vỡ. - Bơm khí Nitơ vào khu phá hỏa phía sau lò chợ |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
|
Vỉa 24 Khu Tràng Khê II-III: Lò chợ V24.2 mức-150/-55 Xuất hiện khí CO hàm lượng cao |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại các lò DVVT, DVTG sau đó gia cố bằng tường xỉ tro bay khi phát hiện tường gạch có hiện tượng nứt vỡ. - Bơm khí Nitơ vào khu phá hỏa phía sau lò chợ |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
||
|
Vỉa 10 Khu Tràng Khê: Lò DVT +120 Vỉa 10. Xuất hiệ khí CO hàm lượng cao. |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch tại lò DVT +120. - Bơm khí Nitơ vào khu vực cách ly. |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
||
|
5 |
Thống Nhất |
Phân vỉa 6C: Tại lò thượng TG-VT mức -80/-60 lò chợ I-6C-1 xuất hiện hàm lượng khí CO tăng cao |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch cách ly khu vực xuất khí CO, phun nhám tường và khu vực xung quanh bằng bê tông đông cứng nhanh. - Bơm khí Nitơ vào khu vực cách ly |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
|
Phân vỉa 6D: Lò chợ I-6D-3-2 mức -125/-105. Xuất hiện khí CO với hàm lượng cao. |
- Xây tường chắn cách ly bằng gạch cách ly khu vực xuất khí CO, gia cố bằng các lớp tường và phun nhám tường, khu vực xung quanh bằng bê tông đông cứng nhanh. - Bơm khí Nitơ vào khu vực cách ly |
Hàm lượng Oxy trong tường chắn giảm xuống dưới 10%. |
Kết luận và kiến nghị
Hiện tượng cháy nội sinh là nguy cơ về an toàn khi các mỏ khai thác xuống sâu do áp lực mỏ tăng, thông gió gặp khó khăn. Trong giai đoạn đầu, sự cố cháy nội sinh được sự tư vấn của các chuyên gia JICA Nhật Bản, đã được TKV xử lý bằng một số giải pháp như xây tường chắn cách ly, bơm khí ni-tơ vào khu cách ly, đánh ngập nước.
Giai đoạn tiếp theo sau năm 2016 khi có phòng thí nghiệm tại Trung Tâm An toàn mỏ, Viện KHCN Mỏ-Vinacomin, công tác nghiên cứu đưa ra các giải pháp phòng chống cháy nội sinh được triển khai bài bản và có chiều sâu hơn như kết quả tại bảng 2.
Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030, trong giai đoạn 2015-2020 sẽ phát triển 39 mỏ mới; Đầu tư cải tạo và cải tạo mở rộng nâng công suất 61 dự án mỏ hiện có. Xem xét tới hiệu quả của công tác nghiên cứu, đề xuất giải pháp phòng chống than tự cháy cho than antraxit vẫn là yếu tố chính cần xem xét, xác định trong thời gian tới. Để đảm bảo an toàn trong sản xuất, ngăn ngừa sự cố cháy nội sinh, trong thời gian tới, tác giả đề xuất các định hướng nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu hoàn thiện các mảng công tác đang triển khai bao gồm:
+ Thứ nhất: Nghiên cứu cơ chế ôxy hóa của than antraxit, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ô xy hóa của than. Đánh giá phân loại tính tự cháy của than trên cơ sở phản ứng ô xy hóa than, tốc độ ô xy hóa của than.
+ Thứ hai: Nghiên cứu hoàn thiện các biện pháp phòng ngừa than tự cháy hiện đang áp dụng.
+ Thứ ba: Nghiên cứu hoàn thiện công tác lấy mẫu phân tích đánh giá dự báo sớm hiện tượng ủ nhiệt và cháy nội sinh.
2) Triển khai việc nghiên cứu mang tính chủ động trong công tác phòng chống cháy nội sinh bao gồm:
+Thứ nhất: Nghiên cứu sâu hơn về các ảnh hưởng của yếu tố nội-ngoại sinh đến hiện tượng tự cháy của than như: Tính chất than; điều kiện địa chất vỉa than (chiều dày vỉa, góc dốc vỉa, chiều sâu khai thác...), công tác thông gió (tốc độ, lưu lượng gió...), công nghệ mở vỉa, khai thác...
+ Thứ hai: Trên cơ sở nghiên cứu nêu trên đề xuất các sơ đồ công nghệ mở vỉa, khai thác và phương pháp thông gió phù hợp với các khu vực vỉa than có khả năng tự cháy khác nhau.
Tính mới, tính ứng dụng, khả năng ứng dụng kết quả vào thực tế
Tại các mỏ hầm lò đã xẩy ra hiện tượng cháy nội sinh như Mạo Khê, Uông Bí, Hà Lầm, Thống Nhất... đã triển khai đồng bộ nhiều giải pháp phòng chống cháy bao gồm:
- Giải pháp dự báo, phát hiện sớm hiện tượng than tự cháy thông qua lấy mẫu.
- Giải pháp phòng ngừa hiện tượng than tự cháy:
+ Lập sơ đồ tổ chức công tác phòng ngừa cháy nội sinh trong các mỏ than (Hình 1);
+ Giải pháp xây dựng các tường chắn;
+ Giải pháp thông gió;
+ Giải pháp phun khí Nitơ vào lò chợ đang khai thác.
