Bài giảng Phòng ngừa hiểm họa khai thác hầm lò khi khai thác xuống sâu: Phần 1 (Trình độ cao học)

v

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
----- ---------------------------

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

BÀI GIẢNG CAO HỌC
PHÒNG NGỪA HIỂM HỌA KHAI THÁC HẦM LÒ
KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU
Ngành đào tạo: Kỹ thuật mỏ

TS. Nguyễn Văn Thản

2


LỜI GIỚI THIỆU
Trong ngành cơng nghiệp khai thác than, khống sản tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ gây mất
an toàn lao động, đặc biệt là trong khai thác than hầm lị khi xuống sâu. Mơi trường khai thác
than trong hầm lị là một mơi 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 khơng khí trong mỏ hầm lị 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 lị 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 lị.
Bài 3: Phịng 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 lị.
Bài 6 : Cơng 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 q
trình biên soạn các nội dung của mơn học. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp
hữu ích của các bạn đọc để tác giả tiếp tục hồn thiện bài giảng mơn học này.
Xin trân trọng cảm ơn!

3


MỤ C L Ụ C

ĐÈ MỤC
Lời giới thiệu

TRANG
3

Mục lục

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
1.1 Đặc điểm chung về khai thác hầm lò khi xuống sâu

5

1.2

Các hiểm họa từng xảy ra trong khai thác hàm lò trên thế giới

5
6

1.3

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

6

2

7

2.2

7
8

Bài 2 Phòng ngừa các hiếm họa về khí Mêtan trong khai thác mỏ
hầm lị
2.1 Ngn gơc và các dạng tơn tại của khí mêtan trong vỉa

Độ chứa khí của vỉa than và cách xác định

2ề3 Phịng ngừa hiểm họa cháy nổ khí mêtan

11

2.4 Phịng ngừa hiểm họa phụt khí và than
3 Bài 3: Phòng ngừa các hiểm họa về cháy mỏ trong khai thác mỏ
hầm lò
3.1 Khái quát chung
3.2 Nguyên nhân cháy mỏ

12

3.3 Phòng ngừa hiểm họa cháy mỏ trong khai thác
4 Bài 4: Phòng ngừa các hiểm họa về nhiễm độc trong khai thác mỏ
hầm lị
4.1 Thành phần khơng khí mỏ

18

4.2 Tính chất các loại khí và hàm lượng cho phép các chất khí trong mỏ hầm
lị
4.3 Các chất khí độc và nổ trong mỏ

67

4.4 Phòng ngừa hiểm họa nhiễm độc trong khai thác mỏ hầm lò
5 Bài 5: Phòng ngừa các hiểm họa khác thường gặp trong khai thác
mỏ hầm lò
5.1 Khái quát chung
5.2 Phòng ngừa hiểm họa về bục nước, bục bùn khi khai thác hầm lò

74

5.3

Phòng ngừa các hiêm họa trong q trình đào lị, khai thác

5.4 Phịng ngừa các hiêm họa do thiêt bị điện, vận tải và trong cơng tác nơ mìn

17

17
17
67
67

70
76
76

76
80
84

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

90

6.1

Các trang thiêt bị dùng cho đội câp cứu

90

6.2

Tô chức công tác thủ tiêu sự cố, cấp cứu mỏ
Tài liêu tham khảo

111

•

4

115


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 nơng. Các khó khăn có thể kể đến là điêu kiện khai thác mỏ
xuống sâu sẽ phức tạp về cơng tác mở vỉa, thơng gió, vận tải, đi lại, cơng tác thốt nước và đặc
biệt là cơng 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 thơng 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 lị có chiều dài lớn, sơ đồ thơng 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 cơng tác thiết kế, tính
tốn lựa chọn, sơ đồ, hệ thống thơng gió cũng như thiết bị thơng 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 lị lớn sẽ ảnh hưởng đên công
tác vận tải, đi lại trong q trình khai thác mỏ. Đường lị 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 Ngồi ra, là cơn 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 ngun 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 nơng, kết hợp với khó khăn về cơng tác thơng gió sẽ
làm tăng nguy cơ cháy nơ 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 thơng 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 nơ khí mê tan trên thế giới được thế hiện trong bảng 1.1

5


Bảng 1.1: Tổng hợp một sổ vụ nổ khí mêían trên thế giới

TT

Tên nước

1

Nhật Bản

2

3
4
5
6

7
8

9
1.3.

Thời gian

Số vụ

Tên mỏ ( Bể
than)

Sô người chết

1945-1985
405
1
1965
Yamono
1
Trung Quôc
1942
Benshi
2003
2005
'
2006
1
Mỹ
5/4/2010
Ưpper Big Branch
1

New Zeaỉand
19/11/2010
1
Thô Nhĩ Kỳ
13/5/2014
Manisa
1
Nga
8/5/2010
Kemerovơ
1
25/2/2016
Sevemaya
1
28/2/2016
Sevemaya
1
1908
Đôn bát
1
Bỉ
1907
Agrapee Nr.2
1
Tây Đức
1908
Ham Vestíali
1
Nam Tư
1965

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

1956
237
1527
2297
6000
4746
29
29
301
60
30
6
270
124
335
129

Tống hợp các vụ tai nạn cháy nổ khí mê tan ớ Việt Nam thể hiện trong bảng 1.2
Bảng 1.2 Tống hợp một số vụ cháy nổ khí mêtan tại Việt Nam
TT
Tên mỏ
Thời gian
Sơ người chết
1
2
3
4

5
6
7

Cơng ty than Mạo Khê
Xí nghiệp than Si Lại
Xí nghiệp than 909
Công ty than Thông Nhât
Công ty than Khe Chàm
Công ty 86
Hà Ráng - Hạ Long

11/1/1999
19/12/2002
19/12/2002
6/3/2006
8/12/2008
2/7/2012
3/4/2016

6

19
7
6
8
11
4

Số người bị

thương
12

6


BÀI 2
PHỊNG 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
Q 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 q trình than hóa tăng lên theo ti than, phẩn lớn lượng khí này được
thốt ra ngồi khơng khí trong q trình biến chât của vật chât phân hủy. Lượng khí giũ’ lại trong
than thay đổi từ nhỏ đến rất lớn 25 m3 /tấn, thơng 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 hịa lan với nước trong q trình chon vùi dưỡi long đất nên khí
Meetan là thành chính của phần khí trong than chiêm từ 80 95% thê tíchề Ngồi ra, cịn có các
loại khí như Êtan, Prơpan, Butan, Carbon điơxit, Hyđrơ, Ơxy, 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 khơng gian đường lị qua hệ thống khe nút tự nhiên và các nứt nỏ do hoạt
động khai thác mị gây ra. Dịng 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
thốt khí hay tơc độ thốt 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

1

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 khơng 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 hố học giữa các phân tử khí và các phân tử vật rắn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tàng trữ CH4 trong vỉa than
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 cơng tác khai thác
than hầm lị và trong nhiêu tnrờng hợp có ảnh hưởng mang tính quyết định đến việc lựa
chọn mơ hình khai thác mỏ, mơ hình hệ thơng thơng 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
khống sàng hay từng mỏ than hầm lị có ý nghĩa rất to lớn, nó giúp cho những người làm
cơng 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 thốt khí mê tan vào khu vực khai thác hoặc cho một mức khai thác
mới trong tương lai thực sự là cơng việc quan trọng, nó ảnh hưởng đến việc quyết định lựa
chọn phương pháp thơng gió, phương pháp chuẩn bị và khai thác, nhiều khi có ảnh hưởng
mang tính quyết định tồn mỏ. Đe tính tốn dự báo độ thốt khí cần thiết phải tính tốn dự

báo độ chứa khí ở các mức sâu hơn. Dưới đây nêu các phương pháp tính tốn dự báo độ
chứa khí và độ thốt khí thường hay sử dụng:
Phương pháp tính tốn 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.
2.2.

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 tốn dự báo độ thốt khí mê tan vào đường lị
Trên thế giới hiện nay có các phương pháp dự báo độ thốt 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).
8


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 thốt khí vào lị 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 CH 4 vào đường lị 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 thốt 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 lị chợ, (m3 /phút); K3 Lượng khí CRị xuất ra từ đường lị chuẩn bị, (m3 /phút); K4 - Lượng khí CH4 xuất ra từ các vỉa
lân cận, (m3 /phút).

Lượng khí CH4 thốt ra từ than mới khấu đuợc tính bằng cơng thức:

Trong đó:
PE - Tiến độ lị 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 cịn lại, (m3 /T). Trong cơng thức
lấy giá trị 0,8 Wo.
Khí CH4 thốt 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 đơ thị riêng. Khí CH4 thốt ra từ các
đường lị chuẩn bị (K3) trong trường hợp khai thác khấu đuổi cần được tính dựa vào phương pháp
tính tốn dự báo độ thốt khí CH4 vào các đường hầm lị đào trong thanệ
Đối với hệ thống khai thác khấu giật, đại lượng K3 rất nhỏ bởi vì: khơng có khí mê tan
xuất ra từ than được khấu tại gương lò chuẩn bị, khơng có khí mêtan xuất ra bề mặt gương lị
chn bị; lượng khí mê tan xt 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 thốt ra vào đường lị
khai thác (lị chợ). Đại lượng này tỷ lệ thuận với bề mặt lộ trần (tức là tích số của chiều dài lị chợ
và tiến độ lị 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. Ngồi ra, còn phụ thuộc vào phương pháp điều khiển đá vách.


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 lị khơ
lấy giá trị 35 - 40% chiều cao khấu.
Khí mê tan là khí vơ cùng nguy hiểm đối với ngành khai thác than hầm lị. Khí mê tan
ln ln thốt ra đường lị với nhiều hình thức khác nhau và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố phức
tạp, do đó cần thiết phải nghiên cứu độ thốt khí mê tan, dự báo độ thốt khí mê tan và có nhận
thức đúng đăn hơn vê sự nguy hiểm, cách phòng chống cháy, nố khí mê tan trong cơng tác mỏ.
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu độ thốt khí và dự báo độ
thốt 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 thốt 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 tồn Mỏ - Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ đã áp dụng phương
pháp này cho hâu hêt các mỏ hâm lị trong Tập đồn Than - Khống sản Việt Nam, phục vụ công
tác phân loại mỏ và là cơ sở để có giải pháp, biện pháp phịng chống cháy nơ khí mê tan, đảm
bảo sản xt “An tồn - Tăng trưởng - Hiệu quả”.
2.3. Phòng ngừa hiểm họa cháy nổ khí inctan

Hiện tượng nơ khí mêtan: Nơ 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 khơng cịn 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 ơxy; Nguồn
lửa.

* Hàm lượng khí mêtan
Khi hàm lượng khí mêtan trong khơng khí khoảng 5 15% với áp suất và nhiệt độ tiêu
chuẩn, khi có nguồn lửa thì hỗn hợp mê tan khơng 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 khơng
nổ mà chỉ có thể cháy, q trình cháy liên tục nếu vẫn có đủ ơxy và nó chỉ tắt khi khơng có nguồn
lửa.
10

Bảng 2.1: Giới hạn nổ dưới và trên của một sổ khí nổ trong khơng khí ở điều kiện bìnlĩ thường, theo phần trăm thể
tích

Khí nổ
Mêtan
Oxyt cácbon
Etan
Hiđrơ

Giới hạn nơ (%)
Dưới
5,0
12,5
3,2
4,0

Trên
15,0
75,0
12,5
74,0


* Nồng độ ơxi tronịỊ khơng khí
Nếu trong khơng khí mỏ khơng có ơxi hoặc nồng độ ơxi q thấp thì mêtan khơng thể nổ
được. Khí mêtan chỉ ngừng nổ khi nồng độ ơxi trong khơng khí nhỏ hơn 12 %.
Ị
* Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa trong hâm lò

Nguyên nhân phát sinh nguồn lửa trong hầm lò do nhiều yếu tố như sau:
Con người mang vậl dụng phát sinh lửa vào lị (diêm, bật lửa);
Sử dụng thuốc no khơng an tồn;
Sử dụng thiết bị điện khơng đảm báo tính năng phòng nổ;
Sử dụng các vật liệu phi kim loại khơng có khả năng chơng tĩnh điện;
Va đập cơ học của các dụng cụ làm bằng kim loại, do ma sát, hàn cắt điện trong lò;
Cháy nội sinh, ngoại sinh.
* Hâu quả của một vu cháy/nơ khí mê tan như sau:
Vụ cháy/nổ khí mê tan sính ra ngọn lửa với tốc độ cháy là 660 (m/s);
Nhiệt độ khơng khí trong đường lị có thể lên tới 1850°c (khu vực kín là 2650°C);
Tạo ra sóng nổ với áp suất rất lớn 8 (KG/cm2);
Nổ khí mê tan có tính chất dây truyền, sau vụ nổ khí mê tan gây ra áp suất và nhiệt độ rất
cao có thế cỉẫn đến một vụ no bụi than;
Sản phẩm của phản ứng cháy/nổ khí mê tan trong hầm lị là khí độc co (CO: Là loại khí
cực độc có thế gây chết người với nồng độ chỉ khoảng 0,1% co trong khơng khí cũng có thể là
nguy hiếm đến tính mạng).
d) Các biện pháp phịng chống cháy nố khí mêtan
Các biện pháp phịng chống cháy nổ khí mê tan như sau:
Triệt tiêu nguồn lửa phát sinh trong mỏ hầm lò do yếu tố chủ quan của con người (kiểm
sốt, phịng ngừa cán bộ, cơng nhân viên mang các vật dụng phát sinh nguồn lửa vào mỏ hầm
lị);
Bố trí người thường xun đi kiếm tra, đo khí tại các gương lị cục bộ và lị chợ;
Lập các biện pháp, quy định về phòng ngừa, đảm bảo an tồn cháy nổ khí trong khai thác
than hầm lị;
Kiếm sốt hàm lượng khí mê tan thốt vào bầu khơng khí mỏ hầm lị trong giới hạn cho
phép bằng một số biện pháp cơ bản gồm: Thơng gió mỏ hầm lị; Sử dụng hệ thống quan trăc khí
mỏ tập trung; Sử dụng những thiêt bị điện đã được kiểm định tính năng phịng no.
Ngồi ra, cơng tác tun truyền, vận động và học tập nâng cao ý thức của cán bộ, cơng
nhân viên mang yếu tố quyết định việc phịng ngừa cháy nổ khí mê tan trong mỏ hầm lị.
2.4. Phịng ngừa hiểm họa phụt khí và than

3.3.3. Phịng chống sự co nồ bụi than
a) Khái niệm

12


Bụi mỏ là tập hợp các hạt khoáng vật phân tán, mịn, tham gia vào bầu khơng khí mỏ
trong q trình tiến hành các cơng tác và có khả năng tồn tại trong trạng thái lơ lửng trong một
thời gian tương đối dài.
b) Nồng độ bụi trong mổ và cách xác định
* Phân loại khơng khí theo nồng độ bụi.
Khơng khí ít bụi:

K < 1 (mg/m3).

Khơng khí hơi bụi: K = 1 -M,5 (mg/m3).
Khơng khí bụi:

K. = 5 -MO (mg/m3).

Khơng khí rất bụi: K = 10-^20 (mg/m3).
Khơng khí cực kỳ bụi: K < 100 (mg/m3).
K - Là trọng lượng bụi tính bằng mg trong l m3 khơng khí (mg/m3)
c) Cơ chế hình thành nổ bụi than, giới hạn và nguyên nhân nổ bụi
* Cơ chê hình thành cháy, nồ bụi than
Có ba điều kiện cần thiết phải diễn ra đơng thời gây ra một vụ cháy bụi than đó là: Bụi
than; Nguồn nhiệt (lửa); Ồxy.
Những điều kiện trên hình thành ba đỉnh của tam giác cháy bụi than. Băng cách loại bỏ
bất kỳ một trong các điều kiện này, một vụ cháy bụi than sẽ không thể xảy ra.

Nguốu nhiệt, tia lửa

liệu

Ị\-Ỵ

Hình 2.3: Tam giác chảy

Mặt khác, với một vụ nố bụi than xảy ra có 5 điều kiện cẩn thiết phải diễn ra đồng
thời bao gồm: Nguồn nhiêu liệu bụi than; Nguồn nhiệt (lửa); Hàm lượng ôxy; Nồng độ bụi
than lơ lửng; Khoảng không gian giới hạn.
Năm điều kiện trên được gọi là ngũ giác nổ bụi than. Cũng giống như tam giác cháy
bụi than, loại bỏ bất kỳ một trong các điều kiện trên sẽ ngăn chặn một vụ nổ bụi than.

13


Nguồu nhiệt, tia lừa

Kinh 2.4: Ngũ giác nỗ bụi than

* Giới hạn và nguyên nhân cháy, nô bụi than
Hiện tượng cháy, nổ bụi than là phản ứng cháy liên tiếp của bụi than trong khơng
khí, tuy nhiên, khơng phải bụi than là nguyên nhân gây ra cháy, nổ.
Loại bụi than tạo ra hiện tượng cháy, nổ được gọi là bụi than cháy, nổ. Cháy, nổ bụi
than là sự kết hợp cứa nhiều yếu tố, tính chất của than như chất bốc, độ ẩm, hàm lượng tro,
cỡ hạt và mức độ của nguồn lửa. Sự kết hợp của các yếu tố nêu trên làm cho việc định nghĩa
tính chất cháy, nố của bụi than trở nên phức tạp. Tuy nhiên, một cách phân loại chung về
tính chất cháy, nổ của bụi than được nhiều nước đưa ra là dựa trên thành phần chất bốc như
trong bảng 2 .2 .

Bảng 2.2: Phăn loại tính nổ của bụi than tại một số nước
TT
Quốc gia
Hàm lượng chất bốc, (%)
1

Nhật Bản

> 11

2

Mỹ

> 10

3

Anh

> 15

4

Pháp

> 14 hoặc > 16

5

Đức

> 14

Việc phân loại thay đối theo từng nước từ 10 -ỉ- 16 % hàm lượng chất bốc trong
than. Các phân loại này dựa trên điều kiện thử nghiệm nổ bụi than như: mức độ nguồn lửa,
cỡ hạt và các yếu tố khác. Mối quan hệ và vai trò của các yếu tố trong điều kiện thử nghiệm
nổ bụi than thể hiện như trong hình 4.5.

14


Hình 2.5.Ễ Mơ hình mơ tả CO' chế nổ bụi than

d) Mối quan hệ giữa bụi than và khí mê tan trong việc hình thành nguy cơ cháy nổ
* Nồng độ bụi
Giới hạn nổ dưới của bụi than là: 16 + 50 (g/m3).
Giới hạn nồ trên là: 1700 -ỉ- 2500 (g/m3)ệ
Giới hạn nồ mạnh nhất: 300 -ỉ- 600 (g/m3).
Cũng giống như mê tan, bụi than không chỉ gây nổ ở nồng độ nhất định mà nổ trong
một giới hạn lớn trong khoảng 2000 -ỉ- 3000 (g/m3).
* Sự có mặt của mê tan
Sự có mặt của mê tan làm tăng tính nổ của bụi than, cụ thể là giảm giới hạn nồ dưới
của bụi. Ví dụ, giới hạn nổ dưới của bụi than là 40 (g/m3), nếu hỗn hợp với 2% khí mê tan
thì giới hạn này sẽ giảm xuống là 40 - 2 X 12=16 (g/m3).
Khi nồng độ khí mê tan là 2,5% thì giới hạn nổ dưới là 3 -T- 5 (g/m3).
e) Các biện pháp phòng ngừa cháy, nổ bụi than trong mỏ hầm lò
Từ thực tế và các phân tích nêu trên cho thấy, để xảy ra cháy, nổ bụi than trong mỏ
hàm lò phải hội tụ 5 yếu tố chính gồm: Có tích tụ bụi than trong các đường lò; Bụi than
lắng đọng bị tung lên tạo thành mây bụi, nồng độ bụi phù họp; Khoảng không gian giới

hạn; Khí ơxy; Nguồn lửa với năng lượng đủ để đánh lửa.
Trong trường hợp xảy ra cháy bụi than khi hội tụ đủ 3 điều kiện (1), (4) và (5), do
đó, cần phải loại bỏ một trong các yếu tố trên đế không xảy ra cháy bụi than. Trong trường
hợp xảy ra nổ bụi than nếu hội tụ đủ 5 yếu tố nêu trên. Vì vậy, căn cứ trên các yếu tố cần
thiết để hình thành nguy cơ cháy, nổ bụi than, các biện pháp phòng ngừa
cần được thực hiện gồm: Ngăn ngừa phát sinh bụi than; Làm sạch lượng bụi sinh ra; Làm
mất tính nồ của bụi than; Loại bỏ nguồn đánh lửa.
* Các biện pháp ngăn ngừa và làm sạch bụi than gôm: Bơm nước vào vỉa than;
Phun sương tại các máy khấu và điểm chât tải; Sử dụng máy khoan thoát phoi bằng nước;

15


Nạp thuốc phân đoạn nước; Nổ mìn có phun nước.
* Ngăn ngừa nơ khí và các nguồn đánh lửa: Một trong những điểm quan trọng để
phòng ngừa cháy nổ bụi than là phịng ngừa no khí vì đây là ngun nhân dẫn đến cả hai
yếu tố quan trọng đế cháy nổ bụi than là cung cấp nguồn đánh lửa và yếu tố làm tung bụi
than tích tụ tạo đám mây bụi.
* Sử dụng bụi đá: Dựa trên các kết quả nghiên cứu và kết quả cho thấy vai trò của
bụi đá trong việc phịng ngừa nơ bụi than. Theo kinh nghiệm của Nhật Bản được quy định
trong thông báo số 738 (10/12/1964) của Bộ Công thương Nhật Bản với bụi đá: Bụi đá sử
dụng ngăn ngừa cháy nả bụi than trong mỏ hầm lị phải có 45% số lượng hạt có kích cỡ
vượt qua cỡ 74 ịim. Tùy theo hàm lượng khí cháy nổ có thế áp dụng cách tính hàm lượng
bụi đá.
BÀI 3
PHÒNG NGỪA CÁC HIỂM HỌA VÈ CHÁY MỎ TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ
3.1. Khái quát chung

Cháy mỏ là hiện tượng cháy xảy ra trong mỏ, là một hiện tượng vô cùng nguy hiếm
trong khai thác than hầm lò. Sản phẩm cháy sẽ sản sinh ra nhiều loại khí độc đi theo luồng

gió gây chết người, đặc biệt là khí co. Ngồi ra, nó cịn có thể là nguồn lửa gây ra cháy nổ
khí Mê tan và bụi than. Phòng ngừa cháy mỏ là vấn đề được quan tâm rất lớn trong công
tác khai thác than hầm lị. Khi sự cố cháy xảy ra có thể phải đóng cửa mỏ, thiệt hại khơng
nhỏ về mặt kinh tế, xã hội và quan trọng nhất là gây mất an toàn trong khai thác than.
Điều kiện để sự cháy xảy ra gồm:
Khí ơ xi.
Nhiên liệu cháy.
Nguồn gây cháy (lửa).
Tùy theo nguyên nhân phát sinh cháy mỏ, có thể phân thành hai nhóm là: cháy ngoại
sinh do tác dụng của xung lượng nhiệt bên ngoài và cháy nội sinh do than có tính tự cháy.
3.2. Ngun nhân cháy mỏ
Cháy mỏ là một hiểm họa khủng khiếp khơng kém gì nồ khí mê tan hay bục nước
trong hầm lị. Cháy mỏ có thể xảy ra từ nguyên nhân nội sinh hoặc ngoại sinhề Nội sinh tức
là khơng cần có lửa mà nó vẫn tự cháy được, cịn ngoại sinh thì phải có nguồn lửa mới gây
được cháy trong điều kiện thích hợp.

3.2.1. Nguyên nhân chảy ngoại sình gồm:
Hư hỏng thiết bị điện (nhất là ngắn mạch).
Vi phạm các quy tắc về hàn cắt trong lị.
Nổ mìn.
Nổ khí, nổ bụi.
Ma sát giữa các bộ phận của máy móc, thiết bị và các cơ cấu như bánh răng, cáp
trục, ...v.vẳ
Sử dụng lửa thiếu thận trọng.

16


3.2.2. Nguyên nhân cháy nội sinh:
Than tự cháy là kết quả của q trình ơxi hóa tự tỏa nhiệt của than, sau khi than tiếp

xúc với ôxi, các phân tử hoạt tính cao tại bề mặt của than sẽ xảy ra phản ứng vật lý với
phân tử ôxi, phản ứng hấp thụ hóa học và sau đó xảy ra phản ứng hóa học, phản ứng tỏa
nhiệt. Phản úng giữa ơxi và than sẽ tiêu hao các phân tử hoạt tính cao tại bề mặt than, phá
vờ sự cân bằng của phân tử tại bề mặt than, sinh ra các phân tử hoạt tính cao mới, lúc này,
nếu cịn các phân tử ơxi, phản ứng ơxi hóa tiếp tục được xảy ra, nhiệt độ sẽ không ngừng
tăng cao, khi nhiệt độ vượt quá nhiệt độ giới hạn sẽ tăng nhanh, sau khi đạt đến nhiệt độ
điếm cháy, than sẽ tự cháy.
Nguyên lý phát sinh sự cố than tự cháy phải có đủ 4 yếu tố sau:
(1) Than có tính tự cháy.
(2) Có hàm lượng ơxi > 12% tồn tại trong luồng gió cung cấp cho khu vực có than.
(3) Có sự ô xi hóa than.
(4) Ba điều kiện trên phải đồng thời xảy ra tại 1 địa điếm và đồng thời tồn tại với
thời gian đủ dài.
3.3. Phòng ngừa hiem họa cháy mỏ trong khai thác

3.3.1. Phòng ngừa cháy ngoại sinh
Tránh dùng vật liệu dễ cháy ở gần các vị trí đế mơ tơ, các trạm điện, giếng
gió.
Xây dựng nhà kho chứa riêng đế chứa vật liệu dễ cháy.
Có mạng điện cố định và dễ dàng kiểm tra để phòng quá tải và ngắn mạch.
Kiểm tra tất cả những nơi có ma sát nguy hiểm như nhà trục, puly, phanh,
ế..v.v.

Có biện pháp kiểm tra và nghiêm cấm người lao động đưa vật dụng, nguồn phát sinh
lửa vào trong lòễ
3.3.2. Phòng ngừa dtáy nội sinh
Tính tự cháy của than là nhân tố nội tại thể hiện mức độ khó dễ tự cháy, được quyết
định bởi kết cấu hóa học và tính chất vật lý (cấu trúc hữu cơ và vô cơ). Đe xác định tính tự
chảy và mức độ khó dễ ơxy hóa cháy than, nhất thiết phải nghiên cứu từ bản chất biến đổi
hóa học, vật lý của than trong quá trình ơxy hố.

Có rất nhiều phương pháp xác định tính tự cháy của than, các nước trên thế giới đã
sử dụng các phương pháp như: phương pháp King-Altman, phương pháp điểm bắt cháy,
phương pháp điểm giao nhau nhiệt độ, phương pháp điểm giao nhau nhiệt lượng, phương
pháp hấp phụ ôxy trạng thái động và trạng thái tĩnh, v.v. Các phương pháp trên khơng sử
dụng đơng thời và đêu có tính thích ứng riêng, nhung đều chỉ dùng một chỉ số đặc tính hấp
phụ ơxy để làm chỉ số phân ỉoại tính tự cháy của than, vì vậy đều có tính hạn chê của nó.
Tại Trung Quốc đã sử dụng chỉ số năng lượng hoạt hóa bắt cháy của than làm chỉ số
xác định tính tự cháy của than. Đây là một phương pháp khoa học mới dùng để xác định
đặc tính tự cháy của thanệ
3.3.2.1. Năng lượng hoạt hố bắt cháy của than.

17


Căn cứ lí thuyêt vận động phân tử chât khí, điều kiện cần và đủ để phát sinh phản
ứng giữa ôxy và than là phản úng tương tác giữa hai phân tử, nhưng khi vị trí phát sinh liên
kêt giữa các phân tử không đủ năng lượng xúc tác hoặc xảy ra phản ứng, làm cho kêt quả
va chạm giũa các phân tử khơng xảy ra phản úng hố học. Thực nghiệm chứng minh chỉ có
một sơ phân tứ có năng lượng cao hơn phân tử phô thông va chạm trên một phương vị nhất
định mới có khả năng gây ra phản ứng hoá học.
Trong động lực học phản ứng hoá học, năng lượng phát sinh sẽ làm tăng hiệu quả
và khả năng liên kết các phân tử trong phản ứng hoá học. Lý thuyết tương tác về năng
lượng hoạt hoá dùng để chỉ hoạt hoá của các phân tử có năng lượng thấp nhấtế Năng lượng
hoạt hố của phản ứng hoá học càng lớn, chứng tỏ năng lượng hoạt hố u cầu cho phân
tử ở trạng thái phổ thơng càng lớn; năng lượng hoạt hố càng nhỏ thì năng lượng hoạt hoá
yêu cầu cho phân tử ở trạng thái phổ thơng càng nhỏ. Đối với phản ứng hố học, các yếu
tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng chủ yếu là nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác cũng như các
nhân tố khác, vềv. Nguyên lý làm tăng tốc độ phản ứng hoá học của chất xúc tác là giảm
năng lượng hoạt hố.
Phản ứng ơxy hố cháy than là phản ứng nhiều cấp và phức tạp, ý nghĩa vật lý của

năng lượng hoạt hố khơng làm cơ sở nên tảng cho năng lượng luỹ kế của phản ứng cơ bản
cho nên được gọi là bê ngoài năng lượng hoạt hoá. Thực nghiệm chứng tỏ khi gia nhiệt
than trong điều kiện nhiệt độ tăng dần, q trình ơxy hố cháy than phân chia thành quá
trình mất nước, quá trình mất trọng lượng, q trình ơxy hố tăng trọng ỉượng và đốt cháy
mất trọng lượng. Sau khi quá trình mất nước kết thúc là giai đoạn tăng trọng lượng, đây là
kết quả của phản ứng hoá học, hấp phụ vật lý phức tạp, q trình hấp phụ ơ xy của than
xảy ra sau quá trình mất nước, nhiệt độ tại điểm cong từ quá trình tăng trọng lượng chuyển
sang quá trình mất trọng lượng là nhiệt độ bắt cháy của than,năng lượng hoạt hoá của giai
đoạn tăng trọng lượng là năng lượng hoạt hoá bắt cháy. Năng lượng hoạt hoá bắt cháy có
thể là bản chất của phản ứng than tự cháy.
3.3.2.2. Q trình thí nghiệm
Thí nghiệm phân tích q trình gia nhiệt của mẫu than được tiến hành trên máy phân
tích gia nhiệt tống hợp TG/DAT loại STA449C.
Các điều kiện thí nghiệm gồm: mẫu than thí nghiệm được nghiền nhỏ có cỡ hạt nhỏ
hơn 270 (|!m), tốc độ gia tăng nhiệt độ là 5°C min’1, lun tốc khí 02, N2 đưa vào phản ứng
lần lượt là 10 (ml/min) và 40 (ml/min), mơ hình ơxy hố tự cháy trong khơng khí. Khối
lượng mẫu thí nghiệm là 13+- 14 mg, phạm vi nhiệt độ phản ứng từ 25 800°c, kết quả thu
được đồ thị TG-DSC và đồ thị gia tăng nhiệt tương ứng từ hình 3.1 đến hình 3.5.

18


DSC /(mW/mg)
mlKMT. IM í 'C

TG/%

100 •

\

400
Temperalure/'C

,ế

nJe;'.iori 372 í 'C

500

Hình 3.1 ể Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố
24 Hồng Thái
TG

mẫu than lị chợ vỉa
DSC /(nMí/mg)

fk

100

Inledion 619 4 ‘C

Hình 3.2. Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu than lị dọc vỉa mức -35 phân vỉa 6B Thống Nhất

19


TG/% 100

;

Hình 3.3. Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu
lị dọc vỉa mức -40 vỉa 7 Quang Hanh
t

than

lit-ỉsiKNt 197 7 ‘C

hidecllcn. 4s
*c

osc /(mVWmg)

ị toa*

0
2

400
Tempítalurt

rc

500

Hình 3.4. Biểu đồ gia nhiệt ơxy hố mẫu than lị dọc vỉa mức +125 vỉa 5 khu Than Thùng

Hình 4.4. Q trình ơxy hoả than trong điều kiện gia nhiệt mẫu than lò chợ vỉa 24 Hồng Thái

20

Ị Hỉ


Phân tích đường cong gia nhiệt có thế nhận thấy: nhiệt độ của than tính từ khi gia
nhiệt đến khi chuyên sang giai đoạn tăng trọng lượng (25 + 199,5°C) là giai đoạn mất nước,
nhiệt độ tử 199,5 372,5°c là giai đoạn ơxy hố tăng trọng lượng, nhiệt độ từ giai đoạn tăng
trọng lượng chuyên sang giai đoạn mât trọng lượng (372,5°C) trở đi là giai đoạn bắt cháy.
Tiếp tục gia tăng nhiệt độ khi giá trị đạt khoảng 520° c đường cong DSC xuất hiện
giá trị toả nhiệt cực đại, điểm cực đại này tương ứng với nhiệt độ cháy lớn nhất của mẫu
than từ trạng thái tỏa nhiệt chuyển sang hấp phụ nhiệt, từ đó cũng biểu thị bắt đầu cháy của
than. Ket quả xác định điểm kết thúc nhiệt độ mất nước và bắt cháy (các giai đoạn trong
q trình ơxy hố) của các mẫu than được thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Báng tổng họp nhiệt độ các giai đoạn thí nghiệm
Tên
Địa điếm lấy mẫu than
Nhiêt đơ
cơng ty
mất nước,°C
Lị doc vỉa vân tải +115 vỉa 10
181,9
Lị doc vỉa vân tải +125 vỉa 46
181,9
Lò dọc vỉa vận tải +251 vỉa 47
205,8
Lị dọc vìa vận tải -i-200vỉa 12
219,9
Hơng

Lị dọc vỉa vận tải +125 vỉa 18HT
213,8
Thái
Lò dọc vỉa vận tải +30 vỉa 18TK
181,1
Đâu lò chợ vỉa 24 mức+115
209,3
Lò chơ vỉa 24 mức -1-90
199,0
Lị dọc vỉa thơng gió +110 vỉa 24
199,4
Lò chợ vỉa 24 mức +90 (lân 2)
199,5
Nam
Lò doc vỉa vân tải +125 vỉa 5
187,7
Mâu
Lò dọc vỉa vận tải +125 vỉa 6a
235,5
Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 6B
170,1
Lò dọc vỉa thơng gió +18 vỉa 6D
146,8
Thơng
Lị dọc vỉa vận tải -35 vỉa 5C
214,3
nhât
Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 6B-CĐ
178,8
Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 13-2

177,7
Lò dọc vỉa vận tài -35 vỉa 13-1
141,3
Lị dọc vỉa thơng gió -10 vỉa 6
196,2
Lò dọc via vận tải -40 vỉa 7
233,2
Quang
Hanh
Lò dọc vỉa vận tải -50 vỉa 13
197,0
Lò dọc vỉa vận tải -110 vỉa 14
194,2
Lị dọc vỉa vận tải -150 vỉa 15
199,0

Nhiêtđơ
bắt cháy, °c
392,6
396,5
360,1
374,0
361,1
368,2
379,8
372,4
375,8
372,5
423,6
355,2

391,0
390,8
361,4
384,8
357,9
367,2
377,1
381,0
387,0
385,0
385,8

Nhiêt đơ
chảy hếu
692,6
630,1
653,1
690,1
611,6
681,5
611.2
672,8
655,1
619,4
717,4
771,8

°c

741,7

699,1
673,1
677,6
699,6
655,6
673,8
673,7
672,7
673,8
672,8

3.3.2.3. Phân định mức độ khó dễ tự cháy và bản chất năng lượng hoạt hoá bắt cháy
Năng lượng hoạt hoá bắt cháy của than là năng lượng hoạt hoá giai đoạn gia tăng
trọng lượng xuất hiện trong q trình ơxy hố cháy than, từ đồ thị đường cong TG của thí
nghiệm gia nhiệt nêu trên cho thấy có sự tăng trọng lượng rõ ràng (hình 3.5), từ kết quả
nghiên cứu ngun lý ơxy hố cháy than nhận thấy phản ứng ơxy hố giữa than và ơxy xảy
ra rất phức tạp.
Phương pháp sử dụng chí số năng lượng hoạt hố bắt cháy để phân định mức độ khó
dễ tự cháy của than được biểu lộ bởi năng lượng hoạt hố bắt cháy của than. Năng lượng
hoạt hóa càng nhỏ càng dễ phát sinh tính tự cháy, ngược lại năng lượng hoạt hoá bắt cháy
của than càng lớn càng khó phát sinh tính tự cháy.
Với kinh nghiệm của Trung Quôc, xây dựng bảng phân loại than theo tiêu chuấn và
xác định tính tự cháy của than theo giá trị năng lượng hoạt hoá bắt cháy cần được đúc rút
từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu trong phịng thí nghiệm và thống kê từ thực
tiễn theo mơi trường sản xuất. Việc xác định tính tự cháy của than được phân loại than theo

21


tiêu chuân và xác định tính tự cháy của than theo giá trị năng lượng hoạt hoá bắt cháy nhir

bảng 3.2.

Bảng 3.2. Mối quan hệ tuơtig ímg giữa tỉnh tự cháy của than và năng lượng hoạt Itoá

Năng lượng hoạt hố
KJ/mol ’

<50

Dễ cháy

oố
ì
o

Cực kỳ dễ cháy

.

Tính tự cháy của than

Tự cháy

Khơng tự cháy

80-150

> 150

Với các thí nghiệm theo phương pháp sử dụng chỉ số năng lượng hoạt hoá bắt cháy của

Trung quốc, đã xác định được một số thông số năng lượng hoạt hoá bắt cháy của các mẫu
than như bảng 3ễ3.
___________ Bảng 3.3.ễ Năng lượng hoạt hoá bắt cháy của các mẫu than thỉ nghiệm _________________
Tên công ty
£)w điểm lẩy mẫu than
Nhiệt độ, °c
Năng lượng hoạt hoả,
Hồng Thái

Nam Mầu
Thống nhất

Quang
Hanh

Lò dọc vỉa vận tải +115 vỉa 10

181,9-392,6

KJ/mol'
100,06

Lò dọc vỉa vận tải +125 vỉa 46

181,9-396,5

105,35

Lò dọc vỉa vận tải +251 vỉa 47

205,8-360,1

130,35

Lò dọc vỉa vận tải +200vỉa 12

219,9-374,0

145,74

Lò dọc vỉa vận tải +125 vỉa 18HT

213,8-361,1

145,36

Lò dọc vỉa vận tải +30 vỉa 18TK

181,1-368,2

134,21

Đầu lò chợ vỉa 24 mức+115

209,3-379,8

149,44

Lò chợ vỉa 24 mức +90

] 99,0-372,4

150,19

Lị dọc vỉa thơng gió +110 vỉa 24

199,4-375,8

127,40

Lị chợ vỉa 24 mức +90 (lần 2)

199,5-372,5

131,76

Lò dọc vỉa vận tải +125 vỉa 5

187,7-423,6

103,14

Lò dọc vỉa vận tải +125 vỉa 6a

235,5-355,2

86,96

Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 6B

170,1-391,0

111,18

Lò dọc vỉa thơng gió +18 vỉa 6D

146,8-390,8

107,09

Lị dọc vỉa vận tải -35 vỉa 5C

214,3-361,4

133,27

Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 6B-CĐ

1 78,8-384,8

118,74

Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 13-2

177,7-357,9

104,62

Lò dọc vỉa vận tải -35 vỉa 13-1

141,3-367,2

106,79

Lị dọc vỉa thơng gió -10 vỉa 6

196,2-377,1

117,57

Lò dọc vỉa vận tải -40 vỉa 7

233,2-381,0

167,95

Lò dọc vỉa vận tài -50 vỉa 13

197,0-387,0

134,90

Lò dọc vỉa vận tải -110 via 14

194,2-385,0

124,43

Lò dọc vỉa vận tải -150 vỉa 15

199,0-385,8

132,93

Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 3.3 có thế rút ra nhận xét: các mẫu than thí nghiệm
có phản ứng ơxy hóa trong q trình thí nghiệm, năng lượng hoạt hố bắt cháy nằm trong
khoảng 86,96 -ỉ- 167,95 KJ/mol. Trên đây chỉ là một số kết quả nghiên cứu thí nghiệm ban
đầu theo phương pháp sử dụng chỉ số năng lượng hoạt hoá bắt cháy của Trung Quốc, cho
thấy một số vỉa than tại các mỏ hầm lị Việt Nam có tính ơxy hóa, trong một số điều kiện
nhất định thích hợp có khả năng tự cháyế Tuy nhiên, áp dụng các tiêu chuấn của Trung Quốc
đế xác định tính tự cháy cho than Việt Nam cịn chưa có cơ sở khoa học, địi hỏi có các
nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn để xác định phân loại.
Hiện nay, ở một số mỏ hầm lị như Cơng ty than Hồng Thái, Công ty than 91, Công
22


ty than Khánh Hịa, Cơng ty than Na Dương, Hà Lầm đã xảy ra các hiện tượng ơxy hóa than
cao, có dấu hiệu than tự cháy và đã thực hiện các giải pháp kỹ thuật công nghệ khai thác ứng
xử như đối với với than có tính tự cháy. Đe đảm bảo an toàn trong khai thác và xác định các
giải pháp kinh tế - kỹ thuật phù họp với điều kiện môi trường sản xuất cần triển khai các
nghiên cứu xác định tính tự cháy của than (mức độ tự cháy, mức độ ơxy hóa, năng lượng
hoạt hóa, v.v.) cho các vỉa than, nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định tính tự cháy của
than trong điều kiện khai thác mỏ hầm lò Việt Nam, đầu tư xây dựng các phịng thí nghiệm
chun ngành phục vụ cho cơng tác xác định tính tự cháy của thanẼ
3 . 3.3. Các giải pháp phòng chống cháy nội sinh

3.3.3.1. Nguyên tắc phòng chống than tự cháy trong đường lị than
a. Bố trí các đường lị hợp lý
Vị trí các đường lị bố trí hợp lý hay khơng, sẽ trực tiếp quyết định đến sự nguyên
trạng của trụ, vách vỉa (là một trong những nhân tố chính gây ra than tự cháy). Khi bố trí

đường lị đào, phải căn cứ các tài liệu phân tích về áp lực mỏ, đặc điểm điều kiện địa chất
của các đường lị gần đó đã thi cơng, các khu vực phá hỏa cũ liền kề, độ kiên cố của than,
tính chất đất đá cửa trụ và vách vỉa. Sau khi tổng hợp phân tích, dựa theo nguyên tắc “vị trí
đặt đường lị khi đảm bảo áp lực mỏ nhỏ nhất, phải đảm bảo cách xa khu vực phá hỏa cũ, ít
đi qua các kết cấu địa chất đặc biệt, lựa chọn đường lò nằm trong khu vực cấu tạo địa chất
ổn định” để lựa chọn vị trí cho đường lò, giảm tối đa áp lực tác dụng lên đường lò, sau khi
bị áp lực tác động, biên độ biến dạng cua đường lò sẽ là nhỏ nhất, từ đó làm giảm tối đa nguy
cơ than tự cháy.
Khi đường lị bố trí khơng hợp lý sẽ gây ra các nguyên nhân sau đây:
Một là áp lực mỏ sẽ tăng mạnh, than tại nóc và nền đường lị chịu áp lực lớn sẽ bị phá
vỡ và dịch chuyến mạnh, tạo ra tiết diện các mặt thoáng tiếp xúc với ơxi tăng cao. Ngồi ra,
sau khi đường lị biến dạng, sẽ tạo ra các nồi lõm trên bề mặt đường lị, tăng thêm lượng sức
cản khơng khí, làm tăng khả năng rị gió từ đường lị vào các khe nứt.
Hai là khi đường lị đi qua các khu vực có cấu tạo địa chất đặc biệt hoặc khu vực
đường lò cũ, than trong một phạm vi nhất định sẽ bị ảnh hưởng lớn, cấu tạo rất

23


phức tạp, đồng thời có đầy đủ các điều kiện cấp khí và tiết diện tiếp xúc với ơxi tăng
cao. Đó là những nguyên nhân lớn nhất tiềm ẩn sự cố về than tự cháy.
Ba là sau khi đường lò được hoàn thiện, đất đá và than xung quanh đường lị sẽ bị áp
lực nén vỡ, rất có thể sẽ hình thành một đường gió có thể kiểm tra thấy được.
Bốn là khi vị trí cốt cao của đường lị khơng đảm bảo, rất có thể sẽ đi thơng với đường
lò cũ của phản tầng trên, là điều kiện thuận lợi cho gió rị vào trong than.
Năm là trong q trình đào lị than, thường xuất hiện hiện tượng bùng nền, làm cho
biên độ dịch động của than tăng cao, tạo điều kiện thuận lợi cho than tiếp xúc với ơ xi, làm
diện tích ơxi hóa tăng cao.
b. Lựa chọn phương thức và tham sơ chống giữ lị hợp lý
Sau khi xác định vị trí của đường lị, phương thức và tham số chống giữ họp lý sẽ

trực tiếp quyết định đến mức độ an tồn của phương pháp phịng chống than tự cháy thấp
hay cao. Các vì chống có độ cứng thấp, chống bị động như vì thép lịng mo và vì thép chữ
I, đối với các đường lị áp lực mỏ nhỏ, không hiển thị rõ ràng, hiệu quả của các vì chống trên
tương đối tốt. Nhưng đối với các đường lò áp lực mỏ lớn, các loại vì chống nêu trên sẽ khơng
thể thích ứng, đặc biệt là đối với các đường lò ở phân tầng dưới, các vì chống ln ở trạng
thái bị động. Khi áp lực mỏ tác động mạnh, vì chống ln có hiện tượng chịu lực không
đồng đều, phát sinh biên dạng xoăn hoặc chịu lực ép cục bộ làm biên dạng vì chống, các
biến dạng đêu rât rõ ràng, than trên phía nóc lị cũng sẽ bị phá hủy theo sự biến dạng này,
làm tăng lượng rị gió và tiết diện tiêp xúc với ôxi, làm tăng nguy hiểm về than tự cháy.
Các phương pháp chống giữ chủ động như vì neo, có tác dụng treo, tác dụng tơ hợp
xà và các tác dụng khác, khi áp lực mỏ tăng mạnh, cường độ của áp lực mỏ sẽ thay đổi không
đồng đều, tác dụng của vì neo và vì neo dài (neo cáp) khơng những càng tăng cường độ chịu
nén, mà cịn liên kết các kết cấu đất đá xung quanh thành một chỉnh thề, vì vậy sẽ có hiệu
quả chống giữ tổng thề cao, tránh được sự chịu lực không đồng đều, hạn chế gây ra sự phá
hủy trên biên độ rộng với than xung quanh. Trên thực tế chống giữ đường lị, thường sử
dụng chống vì neo phun bê tơng, kết họp với các vì chống thép, lợi dụng được tuyệt đối các
ưu điểm của từng phương pháp, đông thời kêt hợp với các nghiên cứu thực tế về áp lực mỏ
tại khu vực than xung quanh, cường độ của vì chơng sẽ có hiệu quả cao hơn rất nhiêu, sau
khi ưu việt hóa, hiệu quả sẽ rõ ràng hơn, lưọng biến dạng của than trên nóc lị giảm, đồng
thời làm giảm áp lực mỏ.
c. Ổn định chất lượng chông giữ đường lò, giảm lượng biến dạng của đường lò và
than tại nóc lị
Sau khi xác định phương pháp và tham số chống giữ đường,lị, trong q trình thi
cơng đào lò cụ the, chất lượng chống giữ đườn lò sẽ là nhân tố quan trọng quyết định hiệu
quả phòng chống than tự cháy vả làm giảm biến dạng của đường lò. Theo tiên độ đào lò, cân
thực hiện nghiêm túc theo yêu cẩu thiết kế, đảm bảo chất lượng chống giữ, phát huy tối đa
tác dụng tổng hợp, làm cho áp ỉực mỏ khi mạnh nhất thì đã ở phía sau của đường lò, giảm
biến dạng của đường lò.
d. Cần giảm tối thiêu các đường lò đi qua các câu tạo địa chât đặc biệt, giảm lượng
than vụn vỡ tiêp xúc với khơng khí

Các vị trí địa chất có cấu tạo đặc biệt và các khu vực xung quanh đó đất đá, than
thường vỡ vụn, nhiều nứt nẻ, khi đường lò đi qua các khu vực này thường phải để lại trụ than
bảo vệ lớn, làm cho tiết diện than tiêp xúc với ôxi càng lớn, dưới tác dụng của q trình thơng
gió, than bị ơxi hóa và rất dễ xảy ra than tự cháy.


e. Đảm bảo duy trì ngun trạng than tại nóc lị, giảm khả năng phát sinh rị gió cục
bộ
Đối với các đường lị bất kỳ áp dụng chế độ thơng gió bình thường, mức độ ngun
trạng của than tại nóc lò sẽ quyết định đên độ ốn định của đường gió và mức độ khuếch tán
của rị gió lớn hay nhỏ, cũng là nhân tố gián tiếp khống chế nguy hiểm về than tự cháy với
phần than tại nóc lị. Trong q trình đào lị, khi sử dụng quạt cục bộ thơng gió, gió ln ở
trạng thái bị nén, đấy, gió sẽ rị liên tục vào các khu vực nứt nẻ, vụn vỡ của đường lị. Đối
với các vị trí đường lị cong cua gấp khúc hoặc góc dốc thay đổi đột ngột, sau khi bị tác động
của áp lực, biến dạng của đường lò sẽ tương đối lớn, lượng rị gió lớn, gió rị vào với độ sâu
dài, sẽ hình thành hệ thống tuần hồn, khi đạt đến mức độ nhất định sẽ gây hiện tượng than
tự cháy.
f. Chống lị bịt kín, khép kín nóc lị, giảm lượng gió rị vào xung quanh đường lị
Các đường lị có than nóc lộ trực tiếp ra khơng khí, sau khi đào xong lò, áp lực mỏ
xuất hiện và liên tực thay đối, hình thành thế cân bằng mới, khi đó một lượng than nhất định
xung quanh đường lò sẽ bị biến dạng, ln tồn tại vịm phá hủy khách quan, phạm vi của
vòm phá hủy phụ thuộc vào hiệu quả chống giữ của đường lò, mức độ lớn nhỏ của áp lực
mỏ. Đối với các đường lị thơng gió bình thường, ln tồn tại hiện tượng rị gió vào khu vực
xung quanh đường lò, do các nguyên nhân khác nhau, nhưng đều gây nguy hiểm đối với than
tự cháy. Sử dụng chèn kín hoặc phun bê tơng lên thành lị với mức độ nào đó, ít nhiều có tác
dụng tăng khả năng chống giữ đường lò, mặt khác quan trọng hơn là giảm lượng rị gió vào
trong khu vực than xung quanh đường lị, làm giảm chênh lệch áp suất phía trước mặt than
và trong than, giảm thiểu các mối nguy hiểm về than tự cháy.
g. Tính tốn lưu lượng gió hợp lý, giảm tối đa nhiệt độ khơng khí trong đường lị
Lưu lượng gió trong đường lị hợp lý hay không, trực tiếp quyết định đến vấn đề nhiệt

độ không khí cao thâp trong đường lị. Do nhiệt độ chênh lệch của than và khơng khí trong
đường lị cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng than tự cháy. Các vỉa than càng dày và
mềm, các nứt nẻ càng nhiều, nhiệt độ bên trong của than càng cao, lượng không khí cấp vào
càng đầy đủ thì nguy hiểm than tự cháy càng tăng cao. Vì thế, lưu lượng gió trong đường lị
hợp lý cũng có tác dụng khuếch tán nhiệt độ sinh ra trong q trình ơxi hóa. Neu lưu lượng
gió nhỏ, nhiệt độ của khơng khí trong đường lị cũng tăng cao, nhiệt độ sinh ra trong q
trình ơxi hóa sẽ khó khuếch tán, làm cho nhiệt độ của than tăng cao, sau khi ơxi hóa mạnh
mẽ, sẽ gây ra than tự cháy. Khi lưu lượng gió lớn, mặc dù nhiệt độ khơng khí tại đường lị
thấp, nhưng áp lực tĩnh cua giỏ cũng sẽ lớn, độ sâu của rị gió vào thành than xung quanh
đường lị cũng lớn, mặc dù phía bê ngồi của vịm phá hủy khó tích tụ nhiệt, nhưng phía bên
trong, nhiệt độ sẽ khơng thể khuếch tán, rất dễ gây ra sự cố than tự cháy.
h. Tăng chất lượng ơng gió, giảm rị gió sinh ra từ ơng gió
Trong q trình làm việc thực tế, ảnh hưởng của chất lượng ống gió, năng lực quạt
cục bộ, năng lực quản lý thường nhật và các nhân tố khác, ít nhiều ống gió đều có các vị trí
hoặc to hoặc nhỏ bị thủng, gió rị tại các vị trí này cũng sẽ cung cấp ơxi liên tục cho than tại
thành lị, một khi quản lý khơng đạt yêu cầu, thời gian kéo dài, tốc độ ôxi hóa tăng cao, nhiệt
lượng sinh ra ngày càng lớn, rất dễ làm cho than tự cháy.
Tất cả những vấn đề nêu trên, đều có lác dụng phịng chơng than tự cháy đối với các
đường lò đào than, là những biện pháp chủ yếu phòng chống than tự cháy tại đường lị đào
trong than, làm tốt các cơng tác nêu trên, sẽ đạt được mục đích phịng chống than tự cháy.

25