Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chế độ thoát khí metan khi khai thác xuống sâu trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

nh. 6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài 6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Xây dựng các hàm hồi quy theo phương pháp bình phương nhỏ nhất để dự báo độ chứa khí và thoát khí mê tan tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; - Dự báo được quá trình thoát khí mê tan vào các khu vực khai thác trên cơ sở xác định được độ thoát khí metan ở mức khai thác trên bà dự báo độ thoát khí metan cho mức khai thác tiếp theo. 6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần xác định, dự báo độ thoát khí metan và khu vực khai thác tại các vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khi khai thác xuống sâu để có biện pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp. 7. Những điểm mới của luận án - Xây dựng được hàm hồi quy về độ chứa khí mê tan trong các vỉa than tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có dạng phương trình y = a.xb. - Thành lập bản đồ phân vùng khí mê tan theo phạm vi và theo chiều sâu của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Dự báo độ thoát khí mê tan cho các lò chợ tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có dạng hàm hồi quy y=0,8651x +0,00246 với độ lệch R2=0,9896, với kết quả đo đạc thực tế bằng kết quả dự báo nhân thêm với hệ số k =0,8651và cộng với 0,00246 8. Luận điểm khoa học - Càng khai thác xuống sâu thì độ chứa khí và độ thoát khí mê tan càng tăng; 5 - Cùng một điều kiện địa chất, độ thoát khí mê tan phụ thuộc vào chiều dày vỉa than và sản lượng khai thác; - Đối với hệ thống khai khai thác chia lớp, độ thoát khí mê tan ở lò chợ lớp vách lớn hơn ở lò chợ lớp trụ. 9. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, trang, bao gồm hình vẽ và bảng biểu. 10. Lời cảm ơn Luận án được hoàn thành tại trường Đại học Mỏ- Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đặng Vũ Chí- Trường Đại học Mỏ- Địa chất và TS Lê Văn Thao- Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam. Tác giả luận án xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác hầm lò trường Đại học Mỏ- Địa chất, đặc biệt là hai cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Vũ Chí và TS. Lê Văn Thao đã tận tình giúp đỡ Nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu. Tác giả luận án cũng xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học, các bạn bè đồng nghiệp, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam, xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, cán bộ các đơn vị: Tập đoàn công nghiệp than- khoáng sản Việt Nam, Các công ty khai thác, hỗ trợ khai thác các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, đặc biệt là Trung tâm An toàn mỏ, Viện KHCN mỏ-Vinacomin, Trung tâm cấp cứu mỏ- Vinacomin,... đã hỗ trợ số liệu, tài liệu thực tế và đóng góp ý kiến phục vụ công tác nghiên cứu. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THOÁT KHÍ MÊTAN TRONG CÁC MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ KHÍ MÊ TAN Mêtan (CH4) là loại Cacbuahyđrô bão hoà đơn giản nhất của nhóm parafin. Là khí không mầu, không mùi, không vị. Khối lượng riêng của nó trong điều kiện bình thường là 0,716 kg/ m3, nhẹ hơn nhiều lần so với không khí. Nó có thể hoà tan trong etanol, ete, 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 bởi vì khí mêtan đẩy khí ôxy (4,8% mêtan sẽ đẩy 1%ôxy). Mê tan là khí có khả năng cháy nổ . Khi hàm lượng thể tích của mê tan nằm trong khoảng từ 5 - 15% và hàm lượng ôxy tối thiểu khoảng 8% hỗn hợp có khả năng nổ, hỗn hợp nổ mạnh nhất khi hàm lượng mê tan đạt 9,5%. Giới hạn nổ của khí mêtan không 6 cố định và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vị trí cháy, cường 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. 1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THOÁT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI a. Phương pháp tại các nước Tây Âu Ở các nước Tây Âu, người ta thường sử dụng phương pháp dự báo độ thoát khí mêtan vào lò chợ theo Shulza, Wintera và Stuffkena. Trong đó: M- Đô thoát khí tương đối ở lò chợ (m3CH4/T-ng.đ) Wtn- Đô chứa khí tự nhiên của vỉa than (m3CH4/T) Wlc- Đô chứa khí của vỉa lân cận (trên hoặc hoặc dưới) (m3CH4/T than sạch) mlc- Chiều dày của vỉa lân cận (trên hoặc hoặc dưới); (m). mkt- Chiều dày vỉa khai thác. nlc - Hê số thoát khí từ các vỉa lân cận (trên hoặc hoặc dưới), hê số này phụ thuộc vào khoảng cách từ các vỉa lân cận đến vỉa đang khai thác. b. Phương pháp thống kê của Liên Xô Cơ sở của phương pháp này là hê thống số liệu được thống kê lại trong quá khứ về độ thoát khí của khu vực khai thác hay tầng khai thác và các yếu tố khác như mức khai thác, chiều dài lò chợ. Độ chuẩn xác của phương pháp phụ thuộc vào độ tin cậy của số liệu thống kê. Độ thoát khí mê tan của mức khai thác mới được tính theo công thức: Trong đó:Mp - Độ thoát khí mêtan của mức khai thác m3/Tngàyđêm H – Độ sâu của mức khi thác mới (m) H0- Độ sâu của vách đới chứa khí mê tan (m) L- Bậc giàu khí biểu thị mức tăng chiều sâu để độ thoát khí tương đối tăng lên 1 m3CH4/T-ng.đ; đơn vị (m/m3CH4/T) Giá trị bậc giàu khí L được tổng kết từ các số liêu đã thống kê tại các mức đã và đang khai thác. Giá trị L được xác định theo công thức sau: Lp- Độ giầu khí H1- Độ sâu khai thác của mức nông (m) H2- Độ sâu khai thác của mức sâu hơn (m) Mp1- Độ thoát khí ở mức nông hơn (m3CH4/T-ng.đ) Mp2- Độ thoát khí ở mức sâu hơn (m3CH4/T-ng.đ) Đối với các mỏ có thống kê nhiều số liêu H1? H2 và các giá trị Mp1 Mp2 7 khác nhau, có thể đưa lên đổ thị mối quan hê giữa M- đô thoát khí tương đối và H- độ sâu của mức khai thác. Trên cơ sở đường hổi quy M = f(H) ta có thể dự báo đô thoát khí Mp dự báo theo giá trị độ sâu của mức khai thác mới. Trong phương pháp này nếu có càng nhiều số liêu thống kê Mpi và Hi độ chuẩn xác dự báo càng cao. Hạn chế của phương pháp là cần có nhiều số liêu thống kê qua nhiều năm ở các mức khác nhau. c. Phương pháp dự báo độ thoát khí mê tan từ các đường lò khai thác của Mỏ thực nghiệm “Barbara”, Ba Lan Theo phương pháp này, độ thoát khí mê tan tuyệt đối vào lò chợ được tính theo công thức chung sau: Vkt: thoát khí mêtan từ than khai thác, m3/ph - Llc : Chiều dài lò chợ, m - mkh : Chiều dầy lớp khấu m - Yv : Trọng lượng thể tích của than trong vỉa T/m3 Wv : Độ chứa khí mê tan trong vỉa m3/ Tkhối cháy Vg: Khí mê tan thoát từ gương lò chợ Vtr: Khí mê tan thoát từ phía trên lò chợ Vdi: Khí mê tan thoát từ phía dưới lò chợ p - tốc đô tiến gương của lò chợ, m/ngày đêm. 1.3. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THOÁT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ Ở VIỆT NAM Công tác nghiên cứu độ thoát khí metan ở Việt Nam đã được một số tác giả đề cập như Trần Tú Ba, Lê Văn Thao Hiện nay, ở Việt Nam đang sử dụng phương pháp của mỏ thực nghiêm “Barbara” của Ba Lan để nghiên cứu áp dụng dự báo độ thoát khí vào lò chợ phù hợp với điều kiên các mỏ than hầm lò Việt Nam vì: Các yếu tố mỏ địa chất và công nghệ các mỏ hầm lò Balan và Việt Nam không tương đồng. Đặc biệt nếu nói về điều kiên mỏ-địa chất thì than của Balan là than năng lượng (Bitumineous), còn than Việt Nam là than an- tra- xít (Anthracite). Các vỉa than của Balan nằm sâu khá lớn (hàng nghìn mét) và phần lớn là vỉa thoải. Còn các vỉa than vùng Quảng Ninh đa số là vỉa dốc, nằm gần mặt đất hơn (hiện nay mỏ than sâu nhất Việt Nam là mỏ than Khe Chàm II-IV dự kiến đến mức -500 và sẽ cho sản lượng vào năm 2022). Chính vì lý do đó cần tính toán và đối chứng với kết quả đo đạc thực tế để có thể đề xuất hệ số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện mỏ địa chất các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 1.4. NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 8 - Khí mê tan là loại khí nguy hiểm đối với các mỏ than khai thác bằng phương pháp hầm lò bởi khí này xuất hiện thường xuyên ở trong các mỏ than (đặc biệt là các mỏ than antraxit và than bán antraxit như ở vùng Quảng Ninh) và khi xảy ra cháy nổ khí mê tan thường gây tổn thất lớn về người, tài sản và ảnh hưởng đến hoạt động sản thoát của mỏ. - Nhu cầu sử dụng than trên thế giới cũng như ở Việt Nam ngày càng tăng. Đồng thời sản lượng than khai thác bằng phương pháp hầm lò ngày càng chiếm tỷ lệ hơn so với khai thác bằng phương pháp lộ thiên. Chính vì vậy vấn đề đảm bảo an toàn về cháy nổ khí mê tan trong các mỏ than hầm lò cần được đặt lên hàng đầu - Có 2 phương pháp chính nghiên cứu độ chứa và thoát khí mê tan là: Nghiên cứu độ chứa và thoát khí mê tan trong quá trình thăm dò địa chất và nghiên cứu độ chứa và thoát khí mê tan trong quá trình khai thác. Ở Việt Nam Nghiên cứu độ chứa và thoát khí mê tan trong quá trình thăm dò địa chất với số liệu ít, được dùng để phục vụ công tác thiết kế mỏ ban đầu; nghiên cứu độ chứa và thoát khí mê tan trong quá trình khai thác dùng để phân loại mỏ. Chương 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN CỦA CÁC VỈA THAN TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 2.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN TRONG CÁC VỈA THAN Độ chứa khí mêtan là lượng khí mêtan tính theo điều kiện tiêu chuẩn có trong 1 tấn khối cháy của vỉa than. Yếu tố quyết định mức độ chứa khí mê tan của khoáng sàng chứa than là những biến động kiến tạo gần nhất. Các vỉa than có điều kiện tích tụ khí mê tan thường là các vỉa nằm dưới lớp đất phủ không thẩm thấu khí. Hiện tượng các lớp ngăn cách vỉa than có thẩm thấu khí hay không tạo ra hai loại hình khoáng sàng kín và hở. Mức độ chứa khí mê tan của từng vỉa trong các loại khoáng sàng phụ thuộc vào sự tồn tại của các lớp ngăn cách không thẩm thấu khí. Đặc trưng của khoáng sàng loại kín là sự tồn tại chung các lớp ngăn cách vỉa than 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 các lớp ngăn cách này mà sự chuyển dịch khí mê tan từ các lớp sâu hơn bị chậm lại. Khi tăng chiều sâu khai thác, độ chứa khí mê tan trong khoáng sμng loại này tăng lên và có sự khác nhau trong từng vỉa. 2.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG THAN QUẢNG NINH Các mỏ than trong bể than Quảng Ninh chịu tác động của hoạt động uốn nếp và đứt gãy rất mạnh, than bị biến chất cao. Trong bể than Quảng Ninh có trên 84,5% số mỏ than thuộc nhóm mỏ III, chỉ một số ít thuộc nhóm mỏ II và nhóm mỏ IV. Tuy nhiên, việc phân chia nhóm mỏ về bản chất chỉ là trị số trung 9 bình. Mỗi mỏ than đều có các trường hình học riêng trong từng khối kiến trúc đồng nhất bậc cao và đều có đặc tính dị hướng hình học với hệ số dị hướng khác nhau. Trong phạm vi bể than, các trầm tích của hệ tầng Hòn Gai có diện tích phân bố lớn nhất, tập trung thành 2 dải lớn gần vĩ tuyến chạy dọc giữa khu vực vùng Bảo Đài và Phả Lại - Kế Bào. Trầm tích chứa than bể than Quảng Ninh được các nhà địa chất thống nhất xếp vào tuổi (T3n - r) và có tên là hệ tầng Hòn Gai. Thành phần vật chất gần như đồng nhất và sự lặp lại đơn điệu của các lớp đá giống nhau trong mặt cắt, rất khó khăn khi phân chia địa tầng và việc so sánh mặt cắt chỉ mang ý nghĩa tương đối. 2.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐỘ CHỨA KHÍ MÊ TAN TRONG VỈA THAN CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Bảng 1. Kết quả phân tích độ chứa khí metan trong các vỉa than của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Tên mỏ Tên vỉa Mức Giá trị trung bình độ chứa khí, m3/TKC Ghi chú Mỏ than Mạo Khê Vỉa 1CB 50 0.01787 -25 0.311 -70 0.32033 -120 0.462 -150 0.634 Vỉa 5 -15 0.253 -59 0.467 -80 0.78 -100 0.825 -150 1.05 Vỉa 6 30 0.299 -25 0.399 -60 0.422 -80 0.456 -100 0.672 -150 0.9582 Vỉa 7 -25 0.366 -50 0.938 -80 1.01266 -120 1.342 -150 1.5785 Vỉa 8 -25 0.367 -50 0.52639 -80 1.418 10 -135 1.83364 -150 1.988 Vỉa 9 30 0.356 -25 0.698 -57 1.389 -80 2.26722 -120 3.59497 Vỉa 9b -25 0.1479 -58 0.4141 -68 0.8571 -80 1.423 -105 1.635 Vỉa 10 70 0.21066 32 0.289 -25 0.375 -38 0.661 -80 0.936 -95 1.029 Mỏ than Hà Lầm Vỉa 10 +10 0.061 +5 0.0704 0 0.1131 -10 0.1726 -40 0.196817 -46 0.24 -50 0.2515 -65 0.26385 -90 0.2988 -150 0.332 -200 0.37578 Vỉa 11 -46 0.01034 -50 0.072 -70 0.15 -100 0.2311 -110 0.25193 -130 0.2745 -145 0.262 -160 0.2961 -250 0.37494 Vỉa 14 +12 0.105 -25 0.192 11 -80 0.208 -90 0.217 -110 0.239 -150 0.272 -300 0.35953 Mỏ than Khe Chàm Vỉa 12 -120 1.5 -130 2.203 -140 2.809 -160 3.282 -180 3.37104 -200 3.916 Vỉa 13.1a -110 2.263 -125 3.53632 -130 3.81109 -120 3.976 -163 4.8583 -200 5.302 Vỉa 13.1 -90 3.37501 -100 3.50684 -120 4.758 -130 4.827 -180 5.02296 -225 6.29 Vỉa 13.2 -56 1.103 -100 1.82 -105 2.212 -120 2.6 -147 3.161 -152 3.607 -164 3.86856 -190 4.148 Vỉa 14.2 -37 1.522 -45 2.19 -75 2.386 -80 2.661 -91 3.114 -94 3.14 -110 3.66089 -124 3.96833 -140 4.2122 12 Vỉa 14.4 +69 0.3064 -28 0.38 -45 0.8 -90 1.055456 -100 1.28536 -124 1.21072 -150 1.331 -168 1.419 Vỉa 14.5 +59 0.13684 +35 1.0207 +3 1.1666 -50 1.19645 -71 2.089 -100 2.089 -140 2.49023 2.4. NGHIÊN CỨU QUY LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHỨA KHÍ METAN TẠI CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Sự thay đổi độ chứa khí metan theo chiều sâu vỉa của các mỏ Mạo Khê, Hà Lầm và Khe Chàm 1 được xác định từ dữ liệu đầu vào bằng phương phpas hồi quy thực nghiệm theo quan hệ y = a.xb và được thể hiện trên hình sau: Hình 1. Biến thiên độ chứa khí mê tan trong vỉa than của mỏ than Mạo Khê 13 Hình 2. Biến thiên độ chứa khí mê tan trong vỉa than của mỏ than Hà Lầm Hình 3. Biến thiên độ chứa khí mê tan trong vỉa than mỏ than Khe Chàm 1 Từ các đồ thị biến thiên độ chứa khí mê tan theo chiều sâu của các vỉa than cho thấy độ chứa khí mê tan tăng theo chiều sâu của vỉa và độ chứa khí mê tan tuân theo quy luật với hàm hồi quy có dạng phương trình y=a.xb với các biến x là độ sâu (cao độ) của vỉa than, y là độ chứa khí mê tan tại độ sâu x. Tùy từng điều kiện cụ thể của từng vỉa mà có giá trị a và b khác nhau. 14 2.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 Từ kết quả nghiên cứu về độ chứa khí mê tan cho các vỉa than của các mỏ Luận án có một số nhận xét sau: - Độ chứa khí mê tan tăng theo chiều sâu của vỉa cũng như của mỏ theo quy luật y = a.xb - Trong bể than Quảng Ninh, các mỏ hầm lò cũng chia ra các khu vực có độ chứa khí mê tan cao và khu vực có độ chứa khí mê tan thấp hơn. Khu vực có độ chứa khí mê tan cao được biểu hiện ở các mỏ: Mạo Khê, Đồng Vông, Quang Hanh, Dương Huy, Khe Chàm ( mỏ hạng III và siêu hạng). Các mỏ than hầm lò còn lại của vùng Quảng Ninh đều có độ chứa khí mê tan trong các vỉa than thấp (chủ yếu là các mỏ hạng I và II) Chương 3 NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THOÁT KHÍ MÊ TAN KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU TẠI CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 3.1. NGHIÊN CỨU ĐỘ THOÁT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan từ trong vỉa than khi khai thác, tuy nhiên trong khuôn khổ luận án chỉ xét ảnh hưởng của 2 yếu tố chính đó là: Ảnh hưởng của độ chứa khí trong vỉa than đến độ thoát khí metan và ảnh hưởng của sản lượng khai thác đến độ thoát khí metan. . Hình 4. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí mê tan tuyệt đối mỏ than Mạo Khê 15 Hình 5. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí mê tan tuyệt đối mỏ than Hà Lầm Hình 6. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí mê tan tuyệt đối mỏ than Khe Chàm 1 16 Hình 7. Thể tích khí metan thoát ra từ các mỏ than hầm lò 3.2. DỰ BÁO ĐỘ THOÁT KHÍ MÊ TAN Ở CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU Trên cơ sở các phân tích nêu trên, tác giả lựa chọn phương pháp của Ba Lan làm phương pháp cơ sở để nghiên cứu áp dụng trong việc tính toán dự báo độ thoát khí vào lò chợ cho phù hợp với điều kiên các mỏ than hầm lò Việt Nam Hình 8. Mỗi tương quan giữa kết quả dự báo và kết quả đo đạc thực tế về độ thoát khí mê tan Kết quả tính toán dự báo và kết quả đo đạc thực tế đô thoát đô thoát khí 17 tuyệt đối của các lò chợ dài các công ty có đô chứa khí cao thuộc từng khu vực Mạo Khê, Uông bí, Hòn Gai và Cẩm Phả trình bày trong bảng trên cho thấy: - Các kết quả dự báo và kết quả đo đạc thực tế có sự sai lệch không nhiều, với hàm hồi quy bằng phương pháp bình phương cực tiểu có dạng: y=0,8651x +0,00246 với độ lệch R2=0,9896 Do đó kết quả dự báo để áp dụng vào thực tế cần phải nhân thêm với hệ số k =0,8651và cộng với 0,00246 - Các kết quả dự báo độ thoát khí tuyệt đối của các khu vực nhìn chung cao hơn so với kết quả đo đạc thực tế. 3.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 - Độ thoát khí mêtan ở lò chợ, lò chuẩn bị trong các sơ đổ công nghệ khác nhau đều tuân theo quy luật chung và phụ thuôc chủ yếu vào đô chứa khí mêtan và sản lượng khai thác lò chợ : - Đô thoát khí mêtan tương đối và đô thoát khí mêtan tuyệt đối tăng khi đô chứa khí mêtan tăng. - Khi sản lượng khai thác tăng lên thì đô thoát khí mêtan tuyệt đối tăng theo nhưng ngược lại đô thoát khí mêtan tương đối lại giảm đi. Từ các bảng kết quả tổng hợp bình quân trên cho thấy, lượng khí mê tan của các mỏ đều có xu hướng năm sau tăng hơn năm trước. Mặt khác các mỏ đều khai thác xuống sâu hơn và sản lượng khai thác không tăng nhiều, nên cho nhận xét rằng khi khai thác xuống sâu thì lượng khí mê tan thoát ra từ các khu vực khai thác cũng tăng lên. Chương 4 ĐỀ THOÁT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA CHÁY NỔ KHÍ MÊ TAN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 4.1. CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA MỐI NGUY HIỂM TỪ KHÍ MÊ TAN 4.1.1. Cảnh báo mối nguy hiểm về khí metan nhờ giải pháp khoan tiến gương đối với các lò đào trong than 18 Hình 9. Sơ đổ bố trí lỗ khoan thăm dò 1. Nhóm lỗ khoan thẳng gương 2. Nhóm lỗ khoan biên 4.1.2. Áp dụng các thiết bị đo đạc khí mêtan cầm tay Hình 10. Hình ảnh thiết bị đo, cảnh báo khí mê tan cầm tay 4.1.3.Áp dụng hệ thống quan trắc cục bộ tự động đối với những mỏ có độ nguy hiểm cao về khí mêtan Hình 11. Sơ đồ khối về hệ thống quan trắc 4.2. BIỆN PHÁP CHỦ ĐỘNG LOẠI TRỪ MỐI NGUY HIỂM CỦA KHÍ MÊ TAN Để chủ động loại trừ mối nguy hiểm của khí mê tan cần thiết phải làm mất sự thoát hiện của khí mê tan bằng cách khoan thu khí mê tan và thải ra bên ngoài mỏ Lò chợ lựa chọn khoan tháo khí mêtan là lò chợ I-11-5 vỉa 11 mỏ than Khe Chàm 1, Công ty than Hạ Long-TKV, có các thông số địa chất, kỹ thuật như sau: - Chiều dày vỉa trung bình, m = 2,5 (m); - Góc dốc vỉa trung bình,  = 280; - Tỷ trọng than,  = 1,6 (T/m3); 19 - Chiều dài theo phương khu khai thác, Lp = 830 (m); - Chiều dài theo hướng dốc khu khai thác, Ld = 105 (m); - Sản lượng khai thác 500 T/ngày đêm. - Hệ thống khai thác và công nghệ khai thác: Hệ thống khai thác cột dài theo phương, chống giữ bằng giá thủy lực di động XDY, khấu than bằng khoan nổ mìn thủ công, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần. - Độ chứa khí mêtan tự nhiên lớn nhất của vỉa: 10,3 m3/TKC. - Độ thoát khí mêtan tương đối lớn nhất của vỉa là 7,51 m3/Tng.đ. - Lưu lượng gió trung bình qua lò chợ: 8,0 m3/s. - Biến động địa chất: không có đứt gãy phay phá. Khí mêtan hút trong các lỗ khoan qua hệ thống đường ống tháo khí mêtan, để xử lý khí mêtan thu được có 3 phương án để lựa chọn. * Phương án 1. Đưa khí mêtan lên mặt đất và thu hồi khí để sử dụng; * Phương án 2. Đưa khí mêtan lên mặt đất và xả ra bầu khí quyến; * Phương án 3. Xả khí mêtan ra đường lò thông gió của trạm quạt. Hiện nay mỏ than Khe Chàm 1 đang khai thác đến mức -250 đến mức - 350, lượng khí mêtan thoát vào lò chợ không ổn định nên lưu lượng, hàm lượng khí mêtan hút được sẽ không ổn định. Do đó nếu đầu tư hệ thống để hút và xử lý khí mêtan để có thể sử dụng được sẽ rất tốn kém mà hiệu quả đem lại chưa cao. Vậy đề tài này sẽ không xem xét đến phương án 1. Phương án 2. Đưa khí mêtan lên mặt đất và xả ra bầu khí: Khí mêtan từ dưới lò được dẫn theo hệ thống đường ống DN200 (đường A) đi qua bộ ngắt lửa (1) (để tách biệt hệ thống ống dưới đất và trên mặt đất) đến đường ống có lắp đặt các thiết bị cảm biến (2), tiếp theo hỗn hợp khí được đưa đến Injector (3). Các Injector này được trang bị van thải (8) để khử nước. Khí sau khi qua Injector (3) được làm loãng bằng quạt gió (4) trong khối trộn không khí (9) trước khi thải vào khí quyển (B). Tiếng ồn do quạt gió và máy hút tạo ra được khử bằng bộ phận giảm âm (5). Toàn bộ quá trình làm việc của trạm được vận hành nhờ các thiết bị đặt trong container văn phòng (7), trong đó lắp đặt các thiết bị động lực, điều khiển và hệ thống máy tính quản lý quá trình làm việc của hệ thống. Phương án 3. Xả khí mêtan ra đường lò thông gió của trạm quạt: Injector (3) nhờ năng lượng khí nén tạo ra hạ áp âm hút khí mêtan từ các lỗ khoan lên theo hệ thống đường ống DN200 (đường A) đi qua đoạn đường ống có lắp đặt van điện từ (1) và các thiết bị cảm biến, đầu đo khí mêtan. Tiếp theo hỗn hợp khí được đưa đến Injector (3). Khí sau khi qua Injector (3) được hòa loãng bằng luồng gió thải trên đường lò thượng thông gió. 20 P T ¸p suÊt Min 0,7MPa §-êng èng khÝ nÐn Khu vùc hßa lo·ng khÝ mªtan dP %CH4 Tñ ®éng lùc, ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ, ®o l-êng vµ hiÓn thÞ §-êng èng th¸o khÝ mªtan tõ d-íi hÇm lß lªn Bé ng¾t löa §Çu ®o CH4 0-100% Bé phËn gi¶m ©mKhèi trén kh«ng khÝ Qu¹t giã Injector Cét chèng sÐt Khö n-íc C¶m biÕn ®o h¹ ¸p Container v¨n phßng (phßng ®iÒu khiÓn) C¶m biÕn nhiÖt ®éC¶m biÕn ¸p suÊt §-êng truyÒn sè liÖu ®o an toµn tia löa A B 1 3 3 44 5 7 6 2 8 9 3 x 400 AC ®-êng ®iÖn nguån, 35kW Nèi ®Êt Hình 12. Sơ đồ đưa khí mêtan lên mặt đất và xả ra bầu khí quyến In je c to r A 1 2 3 3 4 5 6 PT TE PP FT PT PT Van ®ãng më §-êng èng khÝ nÐn trªn mÆt ®Êt trªn mÆt b»ng d-íi hÇm lß Tr¹m khÝ nÐn §-êng èng th¸o khÝ mªtan §Çu ®o CH4, 0-5% §Çu ®o CH4 0-100% 6 78 9 9 10 Van ®iÖn tõ phßng næ DN250 B¶ng hiÖn thÞ c¸c th«ng sè cña tr¹m Nót ®iÒu khiÓn van ghi chó: 1 Van ®iÖn tõ phßng næ DN250 2 §Çu ®o CH4 0-100% 3 Injector 4 §Çu ®o CH4, 0-5% 5 Van ®ãng më 6 7 8 9 10 C¶m biÕn chªnh lÖch ¸p suÊt APR 2000 Ex 2Kpa (FT,PP) Ch¹c ba DN250x2DN80 cho Injector C¶m biÕn nhiÖt ®é CT-9Ex 1000C (TE) C¶m biÕn ¸p suÊt PC-28 Ex -60...0Pa (PT) C¶m biÕn ¸p suÊt PC-28 Ex 1Pa (PT) Phßng ®iÒu khiÓn Hình 13. Sơ đồ xả khí mêtan ra đường lò thông gió của trạm quạt Đối với phương án 2: nếu dẫn khí mêtan lên mặt bằng sẽ tăng chiều dài lắp đặt của hệ thống và chi phí vận hành hệ thống thi khí mê tan trên mặt bằng, phương án này nên áp dụng khi có khả năng thu hồi khí mêtan để sử dụng. Vì vậy lựa chọn phương án 3: xả khí mêtan ra đường lò thông gió của trạm quạt là 21 hợp lý vì vẫn đảm bảo được hiệu quả và an toàn trong quá trình tháo khí mêtan, chi phí đầu tư thấp. Để kiểm tra lưu lượng gió đi qua xuyên vỉa -225 có thể hòa loãng lượng khí mêtan do Injector xả ra đường lò xuống dưới 0,75% xem tính toán phần dưới: - Để đảm bảo an toàn đường ống tháo khí mêtan phải đi trong các đường lò gió thải, đến giai đoạn triển khai hệ thống khoan tháo khí mêtan đến trạm quạt là ngắn nhất, vì vậy chọn xuyên vỉa -225 là vị trí để đặt Injector hút khí. - Lưu lượng gió qua xuyên vỉa -225 là 80 m3/s (4800 m3/ph), hàm lượng khí mêtan lớn nhất qua xuyên vỉa -225 là 0,3%, do đó lưu lượng khí mêtan đi qua xuyên vỉa -225 là: 0,3x4800/100 = 14,4 m3/ph. - Lưu lượng khí mêtan tháo được lớn nhất là 5,98 m3/ph, vậy tổng lưu lượng khí mêtan sau vị trí Injector xả khí mêtan là: 14,4 + 5,98 = 20,38 m3/ph. Tổng lượng gió đi qua xuyên vỉa -225 sau vị trí Injector xả khí là: 4800 + 5,98 = 4805,98 m3/ph. - Hàm lượng khí mêtan sau vị trí Injector xả khí mêtan tính bằng tổng lưu lượng khí mêtan chia cho tổng lưu lượng gió, thay số vào ta tính được hàm lượng khí mêtan trên xuyên vỉa -225 sau vị trí Injector xả khí là: 20,38 / 4805,98 x 100% = 0,42 % . Vậy lưu lượng gió qua xuyên vỉa -225 có thể hòa loãng lượng khí mêtan do Injector xả ra xuống dưới mức cho phép. Kết luận: Chọn phương án xử lý khí mêtan thu được là phương án 3: Xả khí mêtan ra đường lò thông gió của mỏ. 4.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 Giải pháp áp dụng phòng ngừa cháy nổ khí mê tan trong mỏ than hầm lò vung Quảng Ninh cần áp dụng tổng thể các giải pháp như: Sử dụng lỗ khoan tiến gương với chiều sâu lớn hơn 10m, thậm chí đến hàng trăm mét để thăm dò các túi chứa khí, chứa nước, đồng thời áp dụng các biệt pháp đo đạc khí mê tan bằng tay và thiết bị cảnh báo khí mê tan cá nhân trang bị cho cán bộ công nhân trong mỏ. Duy tu bảo dưỡng thường xuyên các hệ thống cảnh báo khí mê tan hiện đã lắp đặt tại mỏ và lắp đặt mới cho các khu vực chuẩn bị khai thác. Đối với những vỉa có độ chứa khí mê tan cao như vỉa 11 mỏ than Khe Chàm 1, Công ty than Hạ Long-TKV, cần có biện pháp tháo khí. Trong luận án, tác giả đã tính toán cho lò chợ I-11-5 mỏ than Khe Chàm 1 lựa chọn giải pháp khoan tháo khí