ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ Ở CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG HỒNG GAI, QUẢNG NINH

1
Chương 1
ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ Ở CÁC MỎ
HẦM LÒ VÙNG HỒNG GAI, QUẢNG NINH
1.1. Vị trí địa lý khu mỏ và đặc điểm địa lý tự nhiên
1.1.1. Vị trí địa lý
Các mỏ hầm lò vùng Hồng Gai - Quảng Ninh nằm trong khu khoáng sàng Hà Tu -
Hà Lầm thuộc địa phận thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.
1.1.2. Đặc điểm địa hình
Các mỏ đều thuộc vùng đồi núi, thấp dần từ phía Bắc xuống phía Nam, đỉnh cao
nhất có độ cao +293m và đỉnh thấp nhất có độ cao +3m.
1.1.3. Đặc điểm khí hậu
Các khu mỏ đều nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm có 2 mùa rõ
rệt, mùa khô và mùa mưa. Mùa mưa thường từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11
đến tháng 4 năm sau.
1.1.4. Đặc điểm kinh tế xã hội
Hệ thống cơ sở hạ tầng, đường giao thông, hệ thống cung cấp điện, nước, sửa chữa
cơ khí, sàng tuyển than, bến cảng và các dịch vụ phục vụ đời sống…khá phát triển, đây là
các điều kiện rất thuận lợi trong quá trình xây dựng và phát triển khu mỏ nói riêng và
thành phố Hạ Long nói chung.
1.1.5. Đặc điểm địa chất công trình
Địa tầng chứa than của các mỏ than nằm trong điệp Hòn Gai (Phụ điệp giữa).
Chiều dày trầm tích thay đổi từ 500 ÷ 700m, trung bình 540m, có cấu tạo rất phức tạp,
thành phần chủ yếu gồm: bột kết, cát kết, sạn kết, ít sét kết cuội kết và các vỉa than.
1.1.6. Đặc điểm về thông gió
Các mỏ hầm lò vùng Hồng Gai – Quảng Ninh đều có các khu vực khai thác phân tán
không tập trung. Ở mỗi khu vực đều có đường lò nối thông với mặt đất nên hầu hết các mỏ
áp dụng phương pháp thông gió hút phân tán. Riêng mỏ Hà Khánh – Xí nghiệp than Giáp
Khẩu sử dụng phương pháp thông gió đẩy. Các trạm quạt chính đều được đặt tại các cửa
trên mặt bằng. Các quạt cục bộ được sử dụng khi đào lò cục bộ và các khu vực cần thiết.
111

2
1.1.7. Đặc điểm về cung cấp năng lượng
a. Mạng phân phối cao áp 6 kV
Năng lượng điện của các mỏ đều được lấy từ đường dây 35kV hoặc 22 kV từ các
trạm biến áp khu vực, sau đó hạ xuống 6 kV bằng trạm biến áp 35/6 kV hoặc 22/6/kV.
b. Mạng phân phối hạ áp
Biến áp 6/0,4 kV có điểm trung tính cách ly dùng để cấp điện cho các thiết bị điện
trong khu vực khai thác, phân xưởng, trạm bơm, trạm quạt thông qua aptomat tổng, các
khởi động từ, đường cáp Rơle rò được nối với đầu vào của aptomat tổng và đặt ở gần
biến áp. Một số đường cáp hạ áp phải dùng cầu nối cáp. Mỗi thiết bị điện đều có khởi động
từ để đóng cắt và điều khiển từ xa.
1.2. Thống kê các vụ tai nạn cháy nổ khí ở các mỏ trên thế giới và Việt Nam
Trong quá trình khai thác than hầm lò trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã xảy ra
rất nhiều vụ cháy nổ khí mêtan với thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Thực tế cho
thấy rằng khí cháy nổ khí mêtan luôn gây ra áp suất và nhiệt độ rất cao có thể dẫn đến nổ
bụi than khi trong đường lò hội tụ đủ các điều kiện nổ, gây thảm họa cho người và thiết bị.
Các vụ nổ khí mêtan điển hình trên thế giới được nêu trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các vụ nổ khí mêtan điển hỉnh trên thế giới
STT Năm Tên mỏ - Quốc gia Số người thiệt mạng
1 1906 Curiê - Pháp 1099
2 1907 Mơnôga - Mỹ 361
3 1908 Lát vốt - Đức 360
4 1913 Singheniz - Anh 439
5 1914 Hôjô - Nhật Bản 687
6 1917 Phú Thuận Đại Sơn - Trung Quốc 360
7 1963 Mi kê - Nhật Bản 458
8 07/05/2007 Shanxi – Trung Quốc 28 (mất tích 02 người)
Riêng với Nhật Bản: Trong các năm từ năm 1949 đến năm 1985 đã xảy ra 405 vụ
làm 1956 người thiệt mạng.
222

3
Với Trung Quốc: Trong các năm từ năm 2003 đến năm 2007 đã xảy ra nhiều vụ
tai nạn do cháy nổ khí mêtan làm hàng nghìn người thiệt mạng. Các số liệu thống kê cụ
theo thứ tự như sau:
- Năm 2003 đã có 2297 người thiệt mạng.
- Năm 2005 đã có trên 6000 người thiệt mạng.
- Năm 2006 đã có 4746 người thiệt mạng.
- Riêng trong 10 tháng đầu năm 2007, các vụ tai nạn xảy ra do cháy nổ khí tại các
mỏ than của Trung Quốc có tổng số là 3069 người thiệt mạng.
- Trong tháng 11 năm 2009 có một vụ nổ khí mêtan đã xảy ra tại mỏ than thuộc
tỉnh Hắc Long Giang của Trung Quốc làm 104 người thiệt mạng và 60 người bị thương.
- Trong năm 2009 tổng số thợ mỏ Trung Quốc bị chết do cháy nổ khí khoảng
2.600 người.
- Năm 2010 mặc dù tổng số người chết do cháy nổ khí mêtan ở Trung Quốc có
giảm hơn so với năm 2009 nhưng vẫn có khoảng 2.400 người thiệt mạng.
- Đặc biệt gần đây, vào ngày 30 tháng 11 năm 2011 đã xảy vụ cháy nổ khí tại mỏ
than Hành Dương thuộc tỉnh Hồ Nam làm chết 29 thợ mỏ trong tổng số 35 người đang
làm việc. Như vậy, tính trung bình một ngày ở Trung Quốc có khoảng 12 thợ mỏ bị chết
do cháy nổ khí mêtan, theo thống kê các vụ tai nạn hầm lò do cháy nổ khí mêtan xảy ra tại
nước này chiếm 80% tổng số các vụ tai nạn xảy ra trên
thế giới.
Với nước Nga, ngày 02/12/ 1997 đã xảy ra một vụ cháy nổ khí mêtan hầm lò làm
67 thợ mỏ thiệt mạng tại khu mỏ “ Kơmerôvơ” cũng tại khu mỏ trên, vào ngày 19/03/2007
đã xảy ra vụ cháy nổ khí mêtan làm thiệt mạng 111 người, đây là vụ cháy nổ khí lớn nhất
trong lịch sử ngành công nghiệp khai thác than của nước Nga. Vẫn tại mỏ này vào ngày
24/5 /2007 có xảy ra cháy nổ khí mêtan làm thiệt mạng 38 người.
Tại một mỏ than thuộc vùng Kơmerovô của nước Nga, ngày 08/05/2010 đã xảy ra cháy
nổ mỏ làm thiệt mạng 60 người, trong đó có 17 người trong đội cấp cứu mỏ. Đây là 2 vụ nổ khí
mêtan xảy ra cách nhau khoảng 3 giờ, sau khi xảy ra vụ nổ đầu tiên các nhân viên cứu trợ đã
333

4
xuống lò làm nhiệm vụ cứu nạn, khoảng 3 giờ sau đó xảy ra vụ nổ thứ hai và tất cả các nhân
viên cứu trợ đó đều bị tử nạn.
Với Ukraina, vào ngày 18/11/2007 đã xảy ra cháy nổ khí mêtan tại mỏ Zasadki
làm thiệt mạng 88 người.
Với Hợp chủng quốc Hoa Kỳ, vào ngày 06/04/2010 đã xảy ra cháy nổ mỏ
than tại bang Virginia của Mỹ làm 29 người thiệt mạng, mặc dù dây là mỏ than khai thác
có các công nghệ rất hiện đại.
Tại Việt Nam, đã xảy ra các vụ nổ cháy khí mêtan như sau:
- Với vụ nổ khí mêtan vào ngày 11/01/1999, tại Công ty than Mạo Khê đã làm 19
người thiệt mạng.
- Với hai vụ nổ khí mêtan liên tiếp vào ngày 19/12/2002, tại Xí nghiệp 909
và Xí nghiệp than Suối Lại đã làm 11 người người thiệt mạng.
- Với vụ nổ khí mêtan vào ngày 6/3/2006, tại Khu Yên Ngựa - Công ty than Thống
Nhất đã làm 8 người thiệt mạng.
- Với vụ nổ khí mêtan vào ngày 08/12/2008, tại Công ty than Khe Chàm đã làm 11
người thiệt mạng.
- Với vụ cháy nổ khí mêtan vào ngày 02/7/2012, tại Công ty TNHH MTV 86 -
Tổng Công ty Đông Bắc đã làm 04 người thiệt mạng.
Ở Việt Nam, theo các kết quả nghiên cứu và các số liệu thống kê cho thấy, tỷ
lệ tử vong trong các vụ cháy nổ khí mêtan hầm lò chiếm 10% tử nạn do tác động va
đập; 25% tử nạn do cháy bỏng; 65% do nhiễm khí độc CO.
1.3. Giới thiệu khái quát chung và yêu cầu về các hệ thống quan trắc khí mỏ
1.3.1. Các yêu cầu và chức năng cơ bản của hệ thống quan trắc khí mỏ
Các hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động cần đáp ứng những yêu cầu về
chức năng cơ bản như sau :
- Thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển quá trình công nghệ, cảnh báo bằng
âm thanh và ánh sáng liên tục 24/24 giờ trong 365 ngày/năm.
- Hệ thống mang tính mở có thể kết nối với mạng máy tính và theo dõi từ xa.
444

5
- Quan trắc các đại lượng cần giám sát dưới dạng số, tương tự và hiển thị trực tiếp trên
màn hình theo thời gian.
- Lưu trữ các dữ liệu thu được vào máy tính.
- Hiển thị biểu đồ xu hướng trong thời gian hiện tại hoặc trong bất kỳ thời gian nào trước
đó.
- Xử lý và điều hành sản xuất đảm bảo an toàn trong quá trình công nghệ tại khu vực
giám sát khi đại lượng giám sát vượt quá ngưỡng cảnh báo đặt trước.
1.3.2. Cấu trúc chung của hệ thống quan trắc khí mỏ
1.3.2.1. Cấu trúc của hệ thống
Hệ thống gồm 2 phần chính:
a. Phần trên mặt bằng
Phòng quan trắc trung tâm đặt tại Trung tâm điều hành sản xuất của đơn vị sử dụng tại
mặt bằng sân công nghiệp. Nguồn cung cấp cho hệ thống giám sát trên mặt bằng là nguồn liên
tục, khi xảy ra mất điện lưới có nguồn dự phòng hoặc máy phát hoạt động. Các tín hiệu từ
thiết bị cảnh báo đặt dưới lò truyền về phòng quan trắc trung tâm, xử lý, hiển thị và gửi dữ
liệu đến máy tính điều hành để lưu giữ, hiển thị lên màn hình và có thể in ra giấy. Mọi thông
số đặt của hệ thống được thực hiện tại phòng quan trắc trung tâm.
Máy tính khách được đặt tại phòng điều khiển sản xuất có thể hiển thị các thông tin và
không thể can thiệp được vào hệ thống để các cán bộ điều hành có thể nắm bắt được tình trạng
khí CH
4
trong các khu vực khai thác thông qua mạng LAN.
b. Phần trong hầm lò.
Hệ thống thiết bị gồm có các thiết bị chính như sau:
Đầu đo khí mêtan (CH
4
), được lắp đặt để kiểm soát khí mêtan trong gương lò khai thác,
các lò chuẩn bị trong than, gió thải của khu vực khai thác hoặc khu vực gió thải của toàn mỏ.
Đầu đo khí CO, được lắp đặt để kiểm soát khí CO tại các gương lò đào cục bộ, trạm

điện, băng tải, gió thải của khu vực khai thác và khu vực có gió thải của toàn mỏ.
Đầu đo tốc độ gió, được lắp đặt để kiểm soát thông gió mỏ tại các gương lò đào, các
gương khai thác, các khu vực khai thác, khu vực có gió thải của toàn mỏ và các khu vực cần
thiết
khác như trạm khí nén, trạm bơm….
555
6
Aptomat liên động cắt điện, có nhiệm vụ cắt điện nguồn cung cấp trong khu vực có tình
trạng nồng độ khí CH
4
vượt ngưỡng đặt trước.
Các thiết bị cảnh báo trong hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung là loại thiết bị đo
liên tục và gửi tín hiệu đo được về trung tâm với chu kỳ 8s.
1.3.2.2. Bố trí các đầu đo trong hầm lò
- Tại các đường lò xuyên vỉa và dọc vỉa của các khu vực khai thác bố trí các
Aptomat liên động cắt điện (khi khí vượt ngưỡng)
- Tại cửa lò thông gió chính bố trí thiết bị đo khí mêtan, khí CO, tốc độ gió để kiểm
soát nồng độ khí, tốc độ gió cho toàn khu vực.
- Tại khu vực khai thác, gương lò chuẩn bị bố trí các thiết bị cảnh báo khí mêtan để
theo dõi nồng độ khí mêtan trong các gương lò và ở luồng gió vào, gió ra của lò khai thác.
- Tại các khu vực trạm điện, băng tải, gió thải toàn mỏ.
Nguyên tắc bố trí các thiết bị cụ thể như sau:
- Để kiểm soát khí tại các khu vực lò chợ khai thác lắp đặt: 04 đầu đo khí mêtan
trong đó 02 đầu đo để kiểm soát luồng gió thải gương khai thác, 02 đầu đo đặt để kiểm
soát luồng gió vào gương khai thác; 01 đầu đo khí CO để kiểm soát gió thải; 01 đầu đo tốc
độ gió để kiểm soát gió ra lò chợ; 02 aptomat liên động cắt điện được đặt tại vị trí có luồng
gió sạch để không bị ảnh hưởng của khí mê tan khi bị vượt ngưỡng báo động. Sơ đồ bố trí
cụ thể như trên hình 1.1.
666
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí đầu đo tại lò chợ

7
- Để kiểm soát khí mêtan, khí CO và gió tại các lò chuẩn bị trong than đặt: 01 đầu
đo khí mêtan đặt cách gương lò từ 10-20m; 01 đầu đo khí mêtan, 01 đầu đo khí CO và 01
đầu đo gió tại vị trí cách ngã 3 xuyên vỉa 10-20m ; aptomat liên động cắt điện và quạt
thông gió cục bộ được đặt tại vị trí cách ngã 3 lò xuyên vỉa từ 10~20m về phía gió sạch để
không bị ảnh hưởng của khí mê tan khi bị vượt ngưỡng báo động. Sơ đồ bố trí cụ thể như
trên hình 1.2.
- Để kiểm soát khí mêtan, khí CO và tốc độ gió tại cửa lò thông gió chính bố trí đặt
cụm thiết bị cách ngã ba thượng thông gió 10-20m gồm: 01 đầu đo khí mêtan, 01 đầu đo
khí CO và 01 đầu đo tốc độ gió như trên hình 1.3.
777
Hình 1.2. Sơ đồ bố trí đầu đo tại lò độc đạo
Hình 1.3. Sơ đồ bố trí đầu đo tại lò thượng thông gió
(10~20)m
(10~20)m
(10~20)m
(10~20)m
(10~20)m
(10~20)m
8
- Để kiểm soát khí mê tan, khí CO và tốc độ gió tại các khu vực lò chợ khai thác ta
đặt: 05 đầu đo khí mêtan, 02 đầu đo khí CO và 01 đầu đo tốc độ gió như trên hình 1.4.
Các thiết bị làm việc dưới lò nằm trong hệ thống phải là những thiết bị có cấu tạo
đặc biệt (thiết bị an toàn tia lửa, thiết bị phòng nổ…), có thể làm việc được trong điều kiện
môi trường nguy hiểm về khí nổ.
Trong các khu vực khai thác, các lò chuẩn bị có thiết bị cảnh báo kiểm soát khi
nồng độ khí mêtan vượt ngưỡng báo động, hệ thống quan trắc khí mỏ sẽ tự động gửi tín
hiệu tác động đến các thiết bị điện để cắt điện, trừ hệ thống quạt gió (nằm trong luồng gió
sạch) sẽ không bị cắt điện. Sơ đồ nguyên lý khối liên động cắt điện các khu vực thể hiện
như trên hình 1.5.

888
Hình 1.4. Sơ đồ bố trí đầu đo tại lò chợ khai thác
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý khối liên động cắt điện
9
1.3.2.3. Lựa chọn ngưỡng cắt điện
Căn cứ vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò
QCVN 01:2011/BCT do Bộ Công Thương ban hành năm 2011 và các hướng dẫn kèm
theo, ngưỡng về hàm lượng khí mêtan để cắt điện cho từng khu vực có giá trị như trong
bảng 1.2.
Bảng 1.2. Ngưỡng về hàm lượng khí mêtan để cắt điện cho từng khu vực
TT Vị trí đặt Giá trị ngưỡng % CH
4
1 Gương lò chuẩn bị trong than (Lò chuẩn bị) 1,3
2 Gương lò khai thác (Gió thải lò chợ) 1,3
1.4. Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ hiện đang dùng ở các mỏ hầm lò vùng
Hồng Gai – Quảng Ninh
Các mỏ hầm lò vùng Hồng Gai - Quảng Ninh đều nằm trên địa bàn thành phố Hạ
Long tỉnh Quảng Ninh, có đặc điểm điều kiện môi trường tương đối giống nhau, nhưng do
quy mô sản xuất và đặc điểm địa chất khác nhau nên các mỏ vẫn có đặc thù riêng và mặc
dù các hệ thống quan trắc có cùng chủng loại nhưng phạm vi áp dụng và quy mô khác
nhau.
Hiện tại hệ thống quan trắc khí mỏ của các mỏ hầm lò vùng Hồng Gai - Quảng Ninh
đều đang sử dụng hệ thống quan trắc khí mỏ loại KSP-2C do Ba Lan sản xuất, Viện Khoa
học công nghệ Mỏ lắp đặt, kết quả được thống kê trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Số lượng thiết bị chính của các hệ thống quan trắc khí mỏ
№ Tên thiết bị Mã hiệu
Đơn
vị
Số lượng
Hoạt

động
Dự
phòng
Tổng
cộng
I Công ty CP than Hà Lầm
1 Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C
Hệ
thống
02 0 02
2 Đầu đo khí mêtan CPC-2 Cái 28 17 45
999
10
3 Đầu đo tốc độ gió
MPP hoặc
SAT-1
Cái 02 09 11
4 Đầu đo khí CO SC-CO/s Cái 03 03 06
5 Đầu đo khí CO
CSTW-3;
KX-2
Bộ 05 05 10
6
Aptomat liên động cắt
điện
KBJ-350 và
CAT-1
Bộ 11 11 22
II Xí nghiệp than Giáp Khẩu (khu mỏ Hà Khánh)
1 Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C

Hệ
thống
01 0 01
2 Đầu đo khí mêtan CPC-2 Cái 04 18 22
3 Đầu đo tốc độ gió MPP Cái 03 02 05
4 Đầu đo khí CO SC-CO/s Cái 02 01 03
5 Đầu đo khí CO SC-CO/n Cái 0 04 04
6
Aptomat liên động cắt
điện
KBJ-350 và
CAT-1.1
Bộ 04 09 13
III Xí nghiệp than Cao Thắng (khu mỏ Cái Đá)
1 Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C
Hệ
thống
01 0 01
2 Đầu đo khí mêtan SC-CH4 Cái 05 02 07
3 Đầu đo tốc độ gió MPP Cái 03 02 04
4 Đầu đo khí CO SC-CO/s Cái 03 02 05
6
Aptomat liên động cắt
điện
ĐCLĐ-400 Bộ 05 01 06
IV Xí nghiệp than Thành Công (khu mỏ Thành Công và Bình Minh)
101010
11
1 Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C
Hệ

thống
01 0 01
2 Đầu đo khí mêtan CPC-2 Cái 12 23 27
3 Đầu đo tốc độ gió MPP Cái 04 02 06
4 Đầu đo khí CO SC-CO/s Cái 02 01 03
5 Đầu đo khí CO SC-CO/n Cái 03 02 05
6
Aptomat liên động cắt
điện
KBJ-350 và
CAT-1.1
Bộ 04 09 13
1.5. Đánh giá hiện trạng các hệ thống quan trắc khí mỏ vùng Hồng Gai-Quảng Ninh
Hiện tại, các mỏ hầm lò vùng Hồng Gai-Quảng Ninh đang sử dụng hệ thống quan
trắc khí mỏ tập trung do Ba Lan chế tạo với cấu hình cơ bản gồm: các đầu đo khí, đo gió,
aptomat liên động cắt điện dưới lò và các thiết bị giám sát, điều khiển thuộc phòng giám
sát trung tâm trên mặt đất. Tín hiệu đo lường từ các đầu đo dưới lò được gửi về tủ điều
khiển trung tâm thông qua tuyến cáp truyền tín hiệu và hiển thị kết quả đo trên máy tính
điều hành được cài đặt phần mềm chuyên dụng. Hệ thống có chế độ làm việc liên tục
24h/ngày, 365 ngày/năm. Khi diện sản xuất thay đổi, hệ thống có thể dễ dàng di chuyển
theo yêu cầu với thời gian ngắn.
Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung bằng máy tính loại KSP-2C là hệ thống đồng
bộ không thể tách rời từ tủ điều khiển trung tâm tới các đầu đo và thiết bị trong lò, các
thông tin hoạt động của hệ thống đều được máy tính điều khiển và kiểm soát. Hệ thống
KSP-2C gồm 2 phần chính: Phần trên mặt bằng và phần dưới lò. Các đầu đo, thiết bị dưới
lò được kiểm soát bởi tủ điều khiển trung tâm KSP-2C đặt tại phòng quan trắc trung tâm
trên mặt bằng. Tín hiệu từ đầu đo dưới lò gửi về tủ trung tâm được mã hóa dưới dạng tần
số thông qua tuyến cáp truyền tín hiệu. Máy tính điều hành được kết nối thông tin với tủ
111111
12

KSP-2C bằng dạng truyền thông RJ45 (LAN). Máy tính hiển thị trạng thái các thiết bị
trên sơ đồ đường lò (Solaris)
được kết nối thông tin với tủ KSP-2C bằng dạng truyền thông RS232 (COM).
Tủ điều khiển trung tâm cấp nguồn an toàn tia lửa cho các đầu đo dưới lò trên cùng
một đường truyền tín hiệu. Aptomat liên động cắt điện đặt dưới lò để cắt điện khu vực có
nguy hiểm về khí. Đặc biệt hệ thống quan trắc khí mỏ loại KSP-2C có chức năng cài đặt
báo động và cắt điện liên kênh (khi một đầu đo trong khu vực có tín hiệu báo động cắt
điện, hệ thống sẽ gửi tín hiệu cắt điện đến bất kỳ kênh nào), đây là một ưu điểm của hệ
thống.
Nhìn chung, về cơ bản các hệ thống quan trắc khí mỏ tại các mỏ hầm lò vùng
Hồng Gai- Quảng Ninh đã và đang phát huy được hiệu quả, giúp các nhà quản lý cũng
như người lao động dễ dàng nắm bắt và giám sát được tình trạng khí, gió để phục vụ tốt
công tác quản lý khí mỏ nhằm đảm bảo an toàn cho sản xuất.
Tuy nhiên, quá trình khai thác than hầm lò luôn đồng hành cùng với khí mêtan, đặc
biệt khi khai thác xuống sâu sự xuất hiện khí mêtan sẽ gia tăng, nguy cơ cháy nổ mỏ sẽ
ngày càng gia tăng. Vì vậy công tác quản lý khí mỏ tại các mỏ luôn được đề cao, đặc biệt
đối với các mỏ ngày càng khai thác xuống sâu.
Với mục tiêu đảm bảo và nâng cao công tác quản lý khí mỏ khi sản lượng tăng cao
và khai thác xuống sâu cần thường xuyên duy trì công tác bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị
của hệ thống, cần tăng cường bổ sung lắp đặt thêm các chủng loại đầu đo và phát triển mở
rộng các tính năng khác của hệ thống.
121212
13
Chương 2
GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ ĐANG DÙNG TẠI
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, hệ thống quan trắc khí
mỏ tập trung tự động đã được đưa vào hoạt động ở các nước phát triển từ những năm 60
của thế kỷ 20. Hiện nay, ở các nước có ngành công nghiệp mỏ phát triển như Nhật Bản,
Ba Lan, Úc, Mỹ, Anh đã và đang sử dụng hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động

với công nghệ hiện đại. Ngoài chức năng kiểm soát nồng độ khí, các thông số vật lý và các
đại lượng phi điện khác, hệ thống quan trắc khí mỏ còn có thể điều khiển đóng cắt các thiết
bị điện khi phát hiện nguy cơ mất an toàn trong hầm lò.
2.1. Giới thiệu một số hệ thống quan trắc khí mỏ trên thế giới
Ngày nay, trên thế giới có nhiều quốc gia sản xuất hệ thống quan trắc khí mỏ tập
trung tự động nhằm mục đích kiểm soát môi trường làm việc có nguy cơ cháy nổ khí. Với
sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, hệ thống quan trắc khí mỏ ngày càng được
hoàn thiện về chức năng cũng như công nghệ.
1.1. Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ do Hãng AMR-Mỹ sản xuất
2.
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống quan trắc khí mỏ do Hãng AMR sản xuất
131313
14
Nước Mỹ với nền khoa học kỹ thuật hiện đại bậc nhất thế giới nên có ngành khai
thác than hầm lò rất phát triển. Do đó có nhiều loại hệ thống quan trắc khí mỏ được sản
xuất và sử dụng tại nước Mỹ. Dưới đây là một trong số các hệ thống đặc trưng do hãng
AMR sản xuất (hình 2.1).
Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung do hãng AMR sản xuất được sử dụng nhiều ở
nước Mỹ và các nước khác, đây là hệ thống đa năng với nhiều đối tượng giám sát như: khí
mê tan, khí CO, liên động cắt điện
2.2.1.1. Đặc điểm của hệ thống
Đặc điểm chung của hệ thống:
- Quản lý các đối tượng trong hệ thống theo dạng địa chỉ trực tiếp từ máy tính điều
khiển trung tâm đặt trên mặt bằng.
- Các đầu đo giám sát dưới lò, thiết bị trong hệ thống được đấu trực tiếp tới
đường truyền thông dạng RS-485.
- Trên đường truyền có các bộ lặp tín hiệu với khoảng cách 1,5km.
- Hệ thống có tính đồng bộ cao và có thể kết nối internet để quan sát từ xa.
2.2.1.2. Một số đầu đo khí sử dụng trong hệ thống
1. Đầu đo khí mêtan loại MC-4107 (hình 2.2)

Hình 2.2. Đầu đo khí CH
4
loại MC-4107
Các thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí CH
4
loại MC-4107 được nêu trong
bảng 2.1.
141414
15
Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí CH
4
loại MC-4107
Model MC – 4107
Điện áp hoạt động (12 ÷ 28)Vdc
Dòng tiêu thụ (25 ÷ 40)mAdc
Dải đo 5% CH
4
hoặc 100 LEL
Nguyên tắc hoạt động Đốt xúc tác
Ngưỡng cảnh báo Có 2 mức cảnh báo có thể đặt trước
Tín hiệu ra (0,1 ÷ 3,0) Vdc
Phương thức giao tiếp Dạng truyền thông RS - 485
Đầu đo khí CH
4
loại MC-4107 hoạt động theo nguyên tắc đốt xúc tác nên kết quả
đo không bị ảnh hưởng bởi các khí như CO, CO
2
…. Đầu đo có dải đo thấp do đó không
đáp ứng được việc kiểm soát liên tục, chính xác giá trị khí mêtan khi vượt quá dải đo.
2. Đầu đo khí độc NO, NO

2
, CO, SO
2
, H
2
S loại MC - 4210 (hình 2.3)
Các loại đầu đo này sử dụng để phát hiện các loại khí độc trong hầm lò.
Hình 2.3. Đầu đo các loại khí độc MC-4210
Các thông số kỹ thuật cơ bản của các loại đầu đo khí độc MC- 4210 được nêu
trong bảng 2.2.
151515
16
Bảng 2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của các loại đầu đo khí độc MC- 4210
Thông số
Loại đầu đo
CO NO NO
2
SO
2
H
2
S
Điện áp (VDC) 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28
Dòng điện (mADC) 25÷40 25÷40 25÷40 25÷40 25÷40
Dải đo (ppm) 50 50 50 50 50
Điểm cảnh báo (ppm) 10 15 5 15 15
Nguyên tắc hoạt động Điện hóa Điện hóa Điện hóa Điện hóa Điện hóa
Tín hiệu ra (V) 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0
Giao tiếp truyền thông RS 485 RS 485 RS 485 RS 485 RS 485
Dạng bảo vệ nổ Exia Exia Exia Exia Exia

Các đầu đo dạng này sử dụng để phát hiện các loại khí độc trong hầm lò. Với điều
kiện khai thác ở Việt Nam (chủ yếu dùng phương pháp khoan nổ mìn) các đầu đo này có
dải đo lớn nhất 50 ppm, nên không thể xác định chính xác giá trị của khí độc khi tiến hành
nổ mìn.
3. Thiết bị đóng cắt (Circuit Breaker)
Nhằm mục đích tăng cường an toàn cho thiết bị và đảm bảo an toàn cho người lao
động, ngoài các đầu đo khí hãng AMR còn có các Circuit Breaker (thiết bị đóng cắt) với
nhiều chức năng khác nhau, cơ bản gồm:
- Bảo vệ chạm đất;
- Bảo vệ mất pha;
- Bảo vệ quá áp, quá dòng;
- Bảo vệ điện áp thấp;
- Bảo vệ quá nhiệt, quá tải;
161616
17
Hình 2.4. Thiết bị đóng cắt CB-1000
Riêng với loại thiết bị đóng cắt CB-1000, được thể hiện trên hình 2.4, ngoài các
chức năng ở trên, còn được thiết kế để điều khiển động cơ.
Thông số kỹ thuật cơ bản của một số phiên bản thiết bị đóng cắt được nêu trong
bảng 2.3.
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật cơ bản của một số phiên bản thiết bị đóng cắt
Danh mục CB100-300 CB100-450 CB100-600
Điện áp làm việc 1000VAC 1000VAC 1000VAC
Dòng làm việc 100-300A 100-450A 100-600A
Số lần đóng cắt tối đa 1.000.000 lần 1.000.000 lần 500.000 lần
4. Bộ kết nối truyền thông MC-4011
Bộ kết nối truyền thông MC-4011 (hình 2.5) là một bộ chuyển đổi tín hiệu truyền
thông từ RS 232 sang RS 485. Bộ MC-4011 có khả năng điều khiển trong phạm vi 20.000
feet hay nhiều hơn tùy thuộc vào tiết diện của cáp và số đầu kết nối.
Chức năng của bộ MC-4011:

- Cấp nguồn cho các bộ cảm biến;
- Bảo vệ chống nhiễu cho đường truyền;
- Bảo vệ ngắn mạch cho nguồn;
- Điều khiển đường truyền thông.
171717
18
Hình 2.5. Bộ kết nối truyền thông MC-4011
5. Bộ lặp MC-4040
Bộ MC-4040 (hình 2.6) sử dụng để phân nhánh và mở rộng đường truyền của hệ
thống MC-400, được cấp nguồn tương tự như MC-4210. Một số đặc trưng và thông số kỹ
thuật của bộ MC – 4040 như sau:
- 2 đầu vào tương tự 4~20mA hoặc 0~5V;
- 2 đầu ra điều khiển 100mA ở 28VDC;
- Cấp nguồn qua đường truyền thông (hoặc cấp nguồn độc lập 120VAC);
- Có địa chỉ từ 1 đến 99.
Hình 2.6. Bộ lặp MC-4040
6. Trạm vận hành từ xa MC-4025
Trạm vận hành từ xa MC-4025 (hình 2.7) được hoạt động theo cơ chế đánh địa chỉ
trong hệ thống MC-4000, với chức năng giám sát và điều khiển các thiết bị đặt trong các
vùng nguy hiểm trong hầm lò.
181818
19
Hình 2.7. Trạm vận hành từ xa MC-4025
Thông số kỹ thuật cơ bản của trạm MC – 4025 như sau:
- Điện áp làm việc: (12 ~ 28)VDC;
- Dòng tiêu thụ: (35~45)mA (tùy thuộc vào định dạng thiết bị) cũng như phụ thuộc
vào số thiết bị đấu vào;
- Đầu vào tương tự: 4 đầu vào (4~20)mA hay( 0~5)V;
- Đầu vào trạng thái: 8 đầu từ (12~120)VDC hay VAC (điện trở đầu vào không
quá 100kΩ);

- Đầu ra điều khiển: 2 đầu 120VAC, dòng định mức 7A.
Phương pháp đấu dây trong hệ thống được thể hiện trên hình 28.
Hình 2.8. Phương pháp đấu dây MC-4025 trong hệ thống
7. Trạm quản lý từ xa đa kênh MC-4020.
Trạm MC-4020 (hình 2.9) được thiết kế nhằm quản lý những vùng, khu vực sản
xuất với số lượng thiết bị, đầu đo lớn vượt ngoài tầm quản lý của trạm MC-4025. Chúng
191919
20
được sử dụng thông thường trong việc giám sát bức xạ của thiết bị, mất pha, sự hoạt động
của động cơ, bục nước, nhiệt độ ….
Hình 2.9. Trạm quản lý từ xa đa kênh MC-4020
Thông số kỹ thuật cơ bản của MC - 4020 như sau:
- Nguồn cấp: 120 VAC;
- Nguồn ắc quy dự phòng: 2 x12VDC 4.5Ah;
- Chức năng cảnh báo trạng thái: 8 đến 16 đầu vào với trạng thái on/off, phạm vi
điện áp (5 ~ 240)VAC/DC, dòng điện tối đa 10mA;
- Đầu ra điều khiển: 6 đầu hoạt động ở cấp điện áp 240VAC, dòng điện 5A.
Phương pháp đấu dây trong hệ thống được thể hiện như trên hình 2.10.
Hình 2.10. Phương pháp đấu dây MC-4020 trong hệ thống
Các thông số kỹ thuật, tài liệu kỹ thuật, thông tin về hệ thống do chi nhánh đại diện
của hãng AMR tại Việt Nam cung cấp. Tuy nhiên, hệ thống này chưa từng được lắp đặt
trong các mỏ than hầm lò của Việt Nam.
202020
21
2.1.2. Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ do Hãng Trolex-Anh sản xuất
Vương quốc Anh có nhiều hãng sản xuất hệ thống quan trắc khí mỏ, dưới đây chỉ
giới thiệu một hệ thống đặc trưng do hãng Trolex sản xuất. Mô hình cụ thể của hệ thống
được giới thiệu như trên hình 2.11.
Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống quan trắc tập trung do
Hãng Trolex - Anh sản xuất

Đây là hệ thống hiện đại đa chức năng và kiểm soát được nhiều đối tượng. Trên
mặt bằng là hệ thống máy tính điều hành tập trung, máy tính này có thể kết nối mạng LAN
và mạng Internet để phục vụ công tác giám sát từ xa. Dọc trên đường truyền có bố trí các
Modem truyền dữ liệu FSK loại Tx-9049.
Bộ xử lý, truyền dữ liệu loại TX-9042 được kết nối với modem FSK.
Các đầu đo được kết nối với bộ transmitter.
212121
22
Nguồn điện cấp cho các Transmitter được lấy trực tiếp tại khu vực lắp đặt transmitter,
nguồn cấp cho đầu đo được lấy từ bộ Transmitter.
Hệ thống này được sử dụng nhiều trong các nước thuộc khối liên hiệp Anh và các
nước khác trên thế giới. Do tính đa năng của hệ thống nên nó không chỉ được áp dụng trong
ngành khai thác than hầm lò mà còn được sử dụng trong nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau.
2.1.2.1. Bộ xử lý và truyền tín hiệu (Transmitter) loại TX-9042
Bộ Transmitter loại TX-9042 thể hiện như trên hình 2.12. Nguyên tắc hoạt động
của bộ Transmitter loại TX-9042 được giới thiệu trên hình 2.13. Mỗi một TX-9042 kiểm
soát được 8 kênh đo, 04 đầu ra để điều khiển các mức cảnh báo với chức năng khác nhau
(như: âm thanh, ánh sáng, hư hỏng và cắt điện). Nguyên tắc điều khiển cảnh báo vượt
ngưỡng hoặc hư hỏng được mô tả trên hình 2.14.
Hình 2.12. Bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò TX-9042
Hình 2.13. Cấu trúc bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò
222222
23
Hình 2.14. Mô phỏng cấu trúc của điều khiển thông tin cảnh báo
Theo các sơ đồ trên có thể thấy rằng 8 kênh đo đều có thể điều khiển 4 kênh ra cảnh
báo khi đại lượng đo vượt các ngưỡng báo động đặt trước hoặc có hư hỏng của kênh đo.
Thông số kỹ thuật chính của bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò TX-9042 nêu
trong bảng 2.4.
Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật chính của bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò TX-9042
Đại lượng Giá trị chấp nhận Ghi chú

Điện áp 12 (+20%, -2.5%) VDC
Nguồn an toàn tia
lửa (Exia)
Dòng điện 125 mA
Số kênh đầu vào 8
Số kênh ra cắt điện 4
Đơn vị của các đại lượng đo
VA, °C, kg, , kPa, %, ppm,
%RH, m, m/s, m3/s, rpm
Tùy chọn
Điểm cảnh báo 3 điểm cảnh báo đặt trước
Đường truyền thông RS 485
Mỗi một bộ Tx-9042 có thể kiểm soát cho một khu vực lò chợ, lò đào độc đạo, khu
khai thác có quy mô vừa và nhỏ, hệ thống băng tải, hệ thống trạm bơm thoát nước, hệ
thống trạm phân phối điện, hệ thống trạm quạt gió hoặc nhiều hệ thống giám sát tự động
khác v.v … tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Mô hình sử dụng bộ TX-9042 được giới
thiệu như trên hình 2.15.
232323
24
Hình 2.15. Mô hình sử dụng bộ TX-9042 và các đầu đo TX-6383
2.1.2.2. Đầu đo khí mêtan loại TX-6383
Loại đầu đo này không tích hợp thiết bị cảnh báo âm thanh và ánh sáng bên trong.
Tuy nhiên, theo yêu cầu của người sử dụng đầu đo có thể kết nối với hệ thống cảnh báo
này thông qua bộ transmitter. Hình 2.16 giới thiệu đầu đo khí mêtan loại TX-6383.
242424
25
Hình 2.16. Đầu đo khí mê tan loại TX-6383
Đầu đo các đại lượng hóa lý khác có kết cấu tương tự như đầu đo khí mêtan loại
TX-6383 chỉ khác đơn vị đo (phụ thuộc vào đại lượng đo), giá trị của dải đo tùy theo yêu
cầu cụ thể.

Thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí mêtan TX-6383 nêu trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí mêtan TX-6383
Thông số Giá trị chấp nhận Ghi chú
Đại lượng đo CH
4
, CO, O
2
, NO
x
, H
2
S, T
0
, vv Tùy chọn
Điện áp 12 VDC
Dòng điện max 100 mAdc
Dải đo 5% thể tích hoặc 100 LEL Tùy chọn
Nguyên tắc đo Đốt xúc tác hoặc hồng ngoại
Tín hiệu ra áp (0.4 ÷2.0) Vdc Tùy chọn
Tín hiệu ra dòng (4 ÷ 20) mA Tùy chọn
Tín hiệu ra tần số (5 ÷ 15) Hz Tùy chọn
Dạng bảo vệ Thiết bị an toàn tia lửa Exia
252525