12 HIỆN TƯỢNG CHÁY NỔ KHÍ MÊTAN VÀ BỤI THAN TRONG MỎ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (284.59 KB, 31 trang )

NHÓM 12:
HIỆN TƯỢNG CHÁY NỔ KHÍ MÊTAN
VÀ BỤI THAN TRONG MỎ

THÀNH VIÊN NHÓM 12
1. Đặng Anh Tuấn
2. Vũ Anh Tuấn
3. Đỗ Đại Sơn
4. Phạm Thế Quang
5. Nguyễn Văn Quý

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

MỤC LỤC

Nhóm 12

2

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

MỞ ĐẦU
Kể từ khi con người bắt đầu khai thác than đã phải đối mặt với hàng loạt hiểm họa,
rủi ro có thể xảy ra, Mặc dù khoa học và công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ nhưng
những hiểm họa này vẫn chưa được loại bỏ hoàn toàn, bằng chứng là tai nạn vẫn tiếp tục
xảy ra tại các mỏ. Nổ khí mêtan và tiếp theo nữa là nổ bụi than là một trong những mối
hiểm họa nguy hiểm nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ. Khí mêtan là nguyên nhân
của các tai nạn hầm mỏ lớn.
Mêtan, với công thức hóa học là CH4 là một chất khí không màu, không mùi, không

vị, dễ cháy và có thể tác dụng với không khí tạo ra sản phẩm dễ cháy nổ, khí mêtan là
nguyên nhân của các tai nạn hầm mỏ lớn. Nổ khí mêtan và tiếp theo nữa là nổ bụi than là
một trong những mối hiểm họa nguy hiểm nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ gây
thiệt hại đến người và tài sản mỏ.
Mục đích của việc nghiên cứu:
•

•
•

Tìm ra các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng cháy nổ khí mêtan và đề xuất các
biện pháp phòng ngừa trong khai thác hầm lò, góp phần giải quyết được các
vấn đề an toàn về khí mêtan trong hầm lò và giảm thiểu tai nạn lao động do
cháy nổ.
Đưa ra các giải pháp thi công an toàn khi thi công các đường lò qua khu vực
đất đá có khí bụi nổ cụ thể.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn áp dụng cho
các mỏ khai thác than hầm lò.

Nhóm 12

3

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

CHƯƠNG I
HIỆN TƯỢNG CHÁY NỔ KHÍ MÊTAN
Mêtan, với công thức hóa học là CH4 là một chất khí không màu, không mùi, không
vị, dễ cháy và có thể tác dụng với không khí tạo ra sản phẩm dễ cháy nổ, khí mêtan là

nguyên nhân của các tai nạn hầm mỏ lớn. Nổ khí mêtan và tiếp theo nữa là nổ bụi than là
một trong những mối hiểm họa nguy hiểm nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ gây
thiệt hại đến người và tài sản mỏ.
Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu để tìm ra những nguyên nhân từ đó tìm ra các biện
pháp phù hợp nhất, ứng dụng trong phòng ngừa nổ mêtan đã và đang được nhiều nhà khoa
học nghiên cứu về mỏ, cũng như những người đang trực tiếp làm việc trong mỏ đặc biệt
quan tâm.

I. Nguồn gốc và các dạng tồn tại của khí mêtan.
1.1. Nguồn gốc của khí mêtan.
Khí Mêtan ở những vỉa than được tạo thành cùng thời gian và cùng các chất hữu cơ
với than trong quá trình hình thành tạo than. Trong quá trình oxy hoá từ thực vật, nhờ ôxy
riêng của nó, sẽ tạo nên những sản phẩm khí sau: CH 4, CO2, hơi nước axit hữu cơ dưới
dạng chất bốc. Người ta thấy rằng vi sinh vật, vi khuẩn đóng vai trò chủ yếu trong việc
kích thích lên men thực vật. Quá trình lên men thực vật sẽ giải phóng một lượng lớn
mêtan và cacboníc, sự phân huỷ xenlulô tiến hành như sau:
2C6H10O5 = 5CH4 + 5CO2 +2C
4C6H10O5 = 7CH4 + 8CO2 + 3H2O+C9H6O.
Lượng khí mêtan tạo ra phụ thuộc vào thành phần của chất kích thích lên men và
những điều kiện xaỷ ra quá trình lên men (nhất là nhiệt độ và áp suất).
1.2. Những dạng tồn tại của khí mêtan
Nếu như sau khi được tạo thành, trong quá trình thành tạo than, khí mêtan đi lên
mặt đất thì nó sẽ mất đi. Ngược lại, ta có thể gặp mêtan ở mọi nơi mà ở đó đã xảy ra quá
trình lên men thực vật khi các sản phầm khí sinh ra không có điều kiện thoát ra ngoài khí
quyển.
Theo các kỷ nguyên địa chất, một phần đáng kể khí mêtan sẽ mất đi, còn phần khác
dưới tác dụng của áp suất trong đất đá, sẽ di động dưới dạng khác trong đất đá xung
quanh.
Trong đất đá và khoáng sàng, mêtan sẽ tồn tại dưới hai dạng sau: dạng tự do và
dạng không tự do.

Dưới dạng tự do, mêtan sẽ chiếm tất cả những lỗ hổng trong lòng đất. Theo
Nhóm 12

4

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

M.Ianôscôi, lượng mêtan tự do chiếm tỷ lệ 5 -22% tổng số hiện có ở dạng áp suất 50barơ
(1barơ = 750,06mm Hg); 36% ở áp suất 100 barơ và 65% ở 800 barơ.
Dưới dạng không tự do (dạng liên kết) khí mêtan tồn tại theo ba kiểu sau:

– Trạng thái dính vào bề mặt vật rắn. Trong trường hợp này, các phân tử khí dính trên
bề mặt vật rắn dưới tác dụng của các lực liên kết phân tử, tạo nên một bọc khí.
Ở dạng liên kết này khí xuất ra cũng dễ dàng gần như ở dạng tự do.

– Trạng thái bị hấp thụ vào vật rắn: Ở trường hợp này các phân tử khí đi vào vật rắn,
nhưng không tham gia phản ứng hoá học với các phân tử vật rắn và tạo thành một
dung dịch rắn. Lượng khí mêtan bị hấp thụ vào vật rắn phụ thuộc vào độ kiên cố
của cấu trúc vật rắn và càng nhỏ dần khi độ kiên cố của vật rắn càng tăng.
– Trạng thái liên kết hoá học giữa các phân tử khí và các phân tử vật rắn.
1.3. Các phương pháp xác định hàm lượng mêtan trong than.
Mặc dù các công trình nghiên cứu trong vấn đề này bắt đầu từ những năm 19251930, nhưng cho đến nay người ta chưa tìm được phương pháp duy nhất, chính xác và
hoàn thiện cho việc xác định hàm lượng mêtan của than.
+ Phương pháp thể tích:
Phương pháp này tiến hành bằng cách đo thể tích CH 4 hấp thụ bởi bụi than
cho đến lúc bão hoà rồi sau đó chia thể tích này cho trọng lượng của mẫu than. Sự
hấp thụ mêtan đến mức bão hoà của mẫu than tiến hành ở áp suất khí quyển hoặc
áp suất cao.
+ Phương pháp trọng lực.

Phương pháp này tiến hành bằng cách cân mẫu than trước và sau khi bão
hoà việc hấp thụ mêtan nhờ những cân đặc biệt. Sự hấp thụ mêtan đến mức bão hoà
của mẫu than tiến hành ở áp suất lớn.
+ Phương pháp phân tích.
Phương pháp này sử dụng sự tính toán giải tích hàm lượng khí mêtan, dựa
trên cơ sở nhận xét sau: Có một mối liên hệ giữa hàm lượng mêtan và độ biến chất
của than. Thực chất đặc điểm của độ biến chất của than được đánh giá qua hàm
lượng chất bốc.
+ Các phương pháp hỗn hợp.
Các phương pháp này gồm:

– Phương pháp trực tiếp: Tiến hành bằng cách lấy mẫu than và phủ kín mẫu
(bằng nến hoặc các vật liệu khác), rồi hút hết khí ở mẫu nhờ bơm chân không
hoặc có thể nung nóng mẫu và đo lượng khí thu được. Phương pháp này chỉ
có thể áp dụng ở nơi mà áp suất khí trong khoáng sản nhỏ (1 -1,5 barơ).
– Phương pháp phối hợp, tiến hành như sau: thu khí xuất ra ở lỗ khoan và đo
thể tích rồi cộng thêm lượng khí lấy được ở mẫu than. Tổng lượng khí thu
Nhóm 12

5

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

được đem chia cho trọng lượng than đã khoan.
– Phương pháp tính toán trên cơ sở phân tích kỹ thuật.
Phương pháp này có đặc tính giải tích và nên dùng khi phương pháp trực
tiếp không có thể sử dụng, phương pháp này bắt đầu từ việc phân tích kỹ thuật của
than.

II. Các miền khí trong một khoáng sàng và tính độ thoát khí mêtan của mỏ
2.1. Các miền khí.
Trong một khoáng sàng, sự dịch chuyển của các chất khí tiến hành theo hai hướng
như sau: các chất khí trong khoáng sàng chuyển dịch lên mặt đất, còn các chất khí quyển và
sinh hóa động vật chuyển dịch ngược lại theo hướng đi xuống. Những dịch chuyển trên của
chất khí sẽ tạo lên những miền nhất định mà ở đó có một chất khí chiếm ưu thế. Hiện tượng
phân chia các chất khí như vậy được gọi là các miền khí trong một khoáng sàn, hay là các
miền khí của Lidin (Liên Xô cũ). Ở Liên Xô (cũ) đối với những bể than chính người ta đã
xác định được các miền khí và có thể biểu diễn định luật tổng quát cho tất cả các khoáng
sàng than. Người ta đã xác định được bốn miền khí như sau:
– Miền các khí hóa sinh và khí quyển mà ở đó nito và cacbonic chiếm ưu thế. Nito
có mặt ở đây là do sự trao đổi giữa các chất khí với khí quyển, còn cacbonic (tối thiểu là
20%) là do sự phân hủy các chất hữu cơ còn lại.
– Miền các chất khí quyển với nito là chủ yếu (ít nhất 80%).
– Miền các chất khí quyển và biến chất được xác định theo hai điều kiện là hàm
lượng nito cũng như mêtan không vượt quá 50% khi độ sâu tăng lên, hàm lượng N 2 giảm đi,
còn CH4 tăng lên, xong lưu lượng mêtan tương đối không vượt quá 2m3/t.24h.
-Miền các chất khí biến chất được đặc trưng bởi hàm lượng CH 4 nhỏ nhất là 80%,
hàm lượng của nó tăng cùng với chiều sâu.
2.2. Độ thoát khí mêtan của mỏ.
Lượng mêtan thoát ra trong mỏ (đường lò) và sự nguy hiểm của nó đối với một mỏ
được biểu thị dưới hai dạng sau:
– Độ thoát khí mêtan tuyệt đối.
– Độ thoát khí mêtan tương đối.
2.2.1. Độ thoát khí mêtan tuyệt đối của mỏ.
Là lượng mêtan thoát ra trong mỏ (đường lò) trong một đơn vị thời gian(thường
được biểu thị bằng m3/ngày).
Độ thoát khí mêtan tuyệt đối của mỏ, của vỉa than hoặc một khu vực được xác định
trung bình công của ba kết quả đo ở ba ca làm việc, theo công thức:
Nhóm 12

6

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

QCH4= ; [m3/ph]
Trong đó: + Qi – lưu lượng không khí, đo được trong thời điểm lấy mẫu không khí,
3

m /ph.
+ mi – Hàm lượng mêtan ở mẫu khí, %
Nếu như nó được thong gió bởi nhiều quạt, lưu lượng mêtan tuyệt đối của mỏ sẽ
được xác định bằng tổng các lưu lượng mêtan tuyệt đối của tất cả các luồng gió đi lên ở mỗi
quạt.
2.2.2. Độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ
Là lượng mêtan thoát ra trong mỏ (đường lò) chia cho một tấn than khai thác trong
một ngày đêm (thường biểu thị bằng m3/t.24h). Độ thoát khí mêtan tương đối được xác định
theo quy định của nhiều nước, trên cơ sở ba kết quả đo độ thoát khí mêtan tuyệt đối trong
một tháng (đầu tháng, giữa tháng và cuối tháng) và tính theo công thức:
qCH4= ; [m3/t.24h]
Trong đó:
+ QCH4max – độ thoát khí mêtan tuyệt đối lớn nhất trong ba kết quả đo trong tháng,
3

m /ph.
+ n – số ngày làm việc trong tháng
+ T – sản lượng của mỏ trong một tháng, t.
Khi tính toán dự báo độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ đang thiết kế hoặc của các
mức sâu ở các mỏ đang khai thác, ta dùng công thức sau:

qCH4= q0CH4 + ;

[m3/t]

Trong đó:
+ qCH4 – độ thoát khí mêtan tương đối ở độ sâu H (m); m3/t
+ q0CH4- độ thoát khí mêtan tương đối đã biết ở độ sâu H0 (m), m3/t ; đối với mỏ đang
thiết kế q0= 2…3m3/t.
+ Hst- gradient độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ (m/m 3/t) và nó chinh là chiều dài
theo phương thẳng đứng tương ứng với sự tăng độ thoát khí mêtan tương đối 1m 3/t.
Ở các bể than Đôn-bát, Ku-zơ-bát, ka-ra-gan-da, Trung Á,… Đối với các vỉa có góc
dốc và chất lượng than khác nhau, gradient độ thoát khí mêtan tương đối thay đổi trong
khoảng (5-30)m/m3/t.
Nhóm 12

7

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Theo quy định của quy phạm kĩ thuật an toàn trong các mỏ hầm lò than và diệp
thách của Việt Nam thì độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ, mức, vỉa, cánh mỏ, khu vực
khai thác được xác định theo công thức:
Q i=
Trong đó:
ni – số tháng làm việc trong nam của đối tượng (khu khai thác, cánh mỏ, vỉa, toàn
mỏ) trong tháng thứ i, m3/ph.
Đại lượng Ii xác định theo các công thức dưới đây:
Ni – số ngày khai thác than thực tế trong tháng.
Ai – sản lượng than của các đối tượng theo mỗi tháng trong năm, tấn.

Kf – hệ số tính đến độ tro của than khai thác ảnh hưởng đến độ thoát khí tương đối,
được xác định theo công thức.8. 7
– Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của khu khai thác ;
Īkt = Ī5 – Īl + 0,835Ītk1 + Ītk2 + Ītk3 ;
Trong đó:
0,835- hệ số tính đến sự tăng trưởng lượng khí mêtan từ mỏ lân cận do việc tháo
khí.
Ītk1, Ītk2, Ītk3 – lưu lượng khí mêtan được hút ra bằng các thiết bị tháo khí của các
vỉa lân cận, khoảng không đã khai thác và các vỉa đang khai thác, m 3/ph.
Īl- lưu lượng khí trung bình đi qua lò vận tải ở điểm 1, m3/ph.
Ī5- lưu lượng khí trung bình, thoát ra đường lò trong khu vực khai thác.
– Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của các đường lò của vỉa;
Īv =Ī9 + Ī10 + )
Trong đó:
Ī9, Ī10 – lưu lượng khí trung bình đi qua các đường lò của vỉa.
– Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của mỏ.
Īm =
Hệ số Kf được xác định theo công thức:
Kf =
– độ tro trung bình thực tế của than khai thác, %
– độ trot rung bình của vỉa, %
2.3. Phân loại mỏ theo khí mêtan

Nhóm 12

8

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Mỏ có khí mêtan là mỏ mà người ta thấy có 0,2% CH4 theo thể tích,thậm chí chỉ
thấy có một lần và chỉ ở một chỗ bất kể dưới dạng nào mà được xác định bằng phương tiện
gì.
Theo sự có mặt của mêtan cũng như số lượng và lượng thoát khí người ta xác định
mỏ theo khí mêtan
Việc phân loại mỏ nhằm mục đích đánh giá chính xác mức độ nguy hiểm của khí
mêtan đối với mỏ và xác định những biện pháp an toàn phù hợp.
Theo luật an toàn của nhiều nước có 3 cách phân loại mỏ theo khí mêtan như sau:
+ Phân loại theo độ thoát khí mêtan tương đối
+ Phân loại mỏ theo hàm lượng mêtan ở luồng gió chính đi ra và ở các luồng gió chính
trong mỏ
+ Phân loại theo độ chứa khí mêtan của vỉa than.
Phân tích theo 3 cách phân loại mỏ này ta đều thấy mỗi cách đều có ưu điểm và
nhược điểm của nó.
Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng cách thứ nhất để phân loại mỏ.
Luật an toàn của Liên Xô ( cũ ) phân loại theo độ thoát khí mêtan tương đối thành 4 loại
như bảng sau:
Loại mỏ
Độ thoát khí mêtan
tương đối m³/t.24h

I

II

III

Siêu hạng
Lớn hơn 15 và các mỏ khai thác
Đến 5

5-10
10-15
những vỉa nguy hiểm về phụt
khí hoặc xỉ khí
Bảng 1.Phân loại mỏ có khí mêtan theo độ xuất khí tương đối.

Luật an toàn của Rumani lại phân mỏ theo khí mêtan như bảng sau:
Đặc điểm
Lượng khí CH4 xuất
ra trong 24h chia cho
sản lượng khai thác
trong cùng thời gian

Loại mỏ theo lưu lượng mêtan tương đối m³/t
I
II
III
0-5

Trên 5 đến 10

Trên 10 đến 15

IV
Trên 15 hoặc
những mỏ thoát
ra dưới dạng xỉ

Bảng 2. Phân loại mỏ theo khí mêtan.

Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò:
QCVN:2011/BCT (ban hành kèm theo thông tư số 03/2011/TT-BCT ngày 15/02/2011 của
bộ trưởng bộ công thương) quy định mỏ hầm lò có khí mêtan phải xếp loại theo độ thoát khí
mêtan tương đối như ở bảng 3.
Nhóm 12

9

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than
STT

Loại mỏ theo khí mêtan

1
2
3
4
5

I
II
III
Siêu hạng
Nguy hiểm phụt khí bất ngờ

Độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ m³/T
_ngày-đêm
<5
Từ 5 đến <10 Từ 10 đến <15
≥15, những mỏ nguy hiểm xỉ khí
Mỏ hầm lò khai thác các vỉa nguy phụt than
và khí bất ngờ

Bảng 3. Xếp loại mỏ theo độ thoát khí mêtan tương đối trong quá trình khai thác

Đối với những mỏ, khu vực đang chuẩn bị việc xếp loại mỏ theo khí mêtan được
thực hiện cho từng vỉa căn cứ vào độ chứa khí mêtan theo tự nhiên được xác định theo từng
vỉa đó để xếp loại mỏ theo độ chứa khí mêtan tự nhiên được quy định theo bảng 4.
STT

Loại mỏ theo khí mêtan

1
2
3

4

I
II
III

Hàm lượng khí mêtan trong lỗ Độ chứa khí mêtan của
khoan lấy mẫu của vỉa than, %
vỉa than, m³/tấn-khối
cháy
1-60
<2.5 60-80
Từ 2.5 đến <4.5
>80
Từ 4.5 đến <8.0 Siêu hạng >80

>8

Bảng 4. Xếp loại mỏ theo độ chứa khí mêtan tự nhiên của vỉa than

III. Những tính chất của khí mêtan
3.1. Tính chất lý học.
Mêtan là một khí đơn giản nhất trong số các khí thuộc cácbua-hiđrô no. Mêtan sạch
là một khí không màu, không mùi và không vị. Nhưng do sự có mặt của các hiđrô-cácbua
thơm và dấu vết của sun-fua hiđrô trong bầu không khí mỏ, nên đôi khi mêtan có mùi đặc
biệt tương tự như mùi táo chín.
Mêtan không độc, nhưng khi hàm lượng của nó trong không khí mỏ tăng lên sẽ làm
cho hàm lượng ôxy giảm đi và gây nguy hiểm về nổ.
3
Trọng lượng riêng của mêtan là 0,554g/cm, trọng lượng phân tử là 16,03,còn ở điều
3
kiện áp suất bình thường (1at), một m mêtan nặng 0,716kg. Vì là một chất khí nhẹ, nên
trong mỏ mêtan thường tập trung ở trần lò. Nó là một chất khí rất linh động và dễ dàng
khuyếch tán hơn không khí 1,6 lần. Mêtan ít hoà tan trong nước (dưới 1% theo thể tích), bị
nén và dẫn nhiệt kém.

Nhóm 12

10

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

0
Khi áp suất bình thường, mêtan hoá ở nhiệt độ – 161,6 C và đông đặc ở nhiệt độ 0
182,5 C. Mêtan cháy với ngọn lửa ít sáng và toả ra một nhiệt lượng là 13.300kcal/kg. Nhiệt
0
độ bình thường làm cháy mêtan là 650-750 C, nhưng nó
có thể tăng hoặc giảm tuỳ theo điều kiện xung quanh.
Mêtan xuất ra trong mỏ không phải là một chất khí sạch mà cùng với mỏ, ở phần lớn
các trường hợp, còn kèm theo các loại hiđrô-cácbua khác (êtan C 2H6, prôpan C3H8, butan
C4H4 v.v…), cũng như một số khí khác (cácboníc, nitơ, sunfua hiđrô, oxyt lưu huỳnh và đôi
khi cả hiđrô). Sự có mặt của các khí này làm tăng mức nguy hiểm về nổ.
3.2. Tính chất hoá học.
Khi hỗn hợp với không khí, mê tan sẽ tạo nên một hỗn hợp cháy và nổ
Quá trình cháy của khí mêtan khi đủ ôxy được biểu diễn bởi phương trình sau:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Hoặc:
CH4 + 2(O2 + 4N2) = CO2 + 2H2O + 8N2
Từ hai phương trình trên ta nhận thấy mêtan cháy và nổ mạnh nhất khi kết hợp với
2 thể tích ôxy hoặc 10 thể tích khí. Khi không đủ ôxy, mêtan cháy và phương trình cháy:
CH4 +O2 = CO + H2 + H2O
Mêtan có thể tham gia các phản ứng thế halôgen như sau:
CH4 + Cl2 = CH3.Cl +HCl
CH3CL + Cl2 = CH2.CL2+ HCl
CH2.Cl2 + Cl2 = CH.Cl3 + HCl
CH.Cl3 + Cl2 = C.Cl3 + HCl

IV. Các dạng xuất khí mêtan
4.1. Các dạng xuất khí mêtan
+ Sự xuất khí mêtan từ từ liên tục.
Dạng suất khí này không sinh ra những thay đổi lớn về lưu lượng, theo thời gian,
lưu lượng khí mêtan xuất ra gần như không đổi và cũng không lớn.
Nhóm 12

11

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Sự xuất khí, l/phút

Khí mêtan xuất ra trong trường hợp này qua các kẽ nứt nẻ nhỏ và khơng nhìn thấy,
đồng thời là lượng chính khí mêtan xuất ra trong một mỏ. Sự tăng khả năng chứa mêtan và
tính thẩm thấu đối với khí của vỉa than, cũng như sự tăng áp suất của khí, sẽ dẫn đến sự xuất
khí mêtan qua các mặt tự do, sau khi mở vỉa, sự xuất khí xảy ra rất mạnh, sau đó cường độ
xuất khí giảm đột ngột và dừng lại hồn tồn sau khoảng thời gian 6..10 tháng.
7,5

5

4
3

2,5

5

2

0

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Thời gian từ khi mở vỉa, tháng

Hình 1. Sự xuất khí thay đổi theo thời gian trên 1m2 bề mặt vỉa than.

Với 1 và 2 là hai vỉa vùng Đơn Bát; 3,4 và 5 là ba vỉa ở vùng Karaganda.
Sự xuất khí qua bề mặt tự do của vỉa than phụ thuộc vào q trình sản xuất: đánh
rạch, cắt than, điều khiển áp lực..
Trong thời gian đánh rạch sẽ có một sự xuất khí mêtan quan trọng, do sự mở nhanh
vỉa than trong một vùng gần như chưa xuất khí. Vì vậy phải thường xun kiểm tra hàm
lượng mêtan trong khơng khí ở gần máy đánh rạch hoặc combai nhất là ở các mỏ có khí
mêtan nguy hiểm.
Sau nổ mìn ở các lò chuẩn bị đào trong than cũng có sự xuất khí mêtan quan trọng.

Nhóm 12

12

Lưu lượng CH 4, m 3 /phút

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

3
2
1

20 25
Thời gian, phút
Hình 2. Sự xuất hiện khí mêtan sau khi nổ mìn ở gương lò chuẩn bị
5

10 15

Khấu than ở lò chợ bằng búa chèn khơng dẫn đến sự xuất khí đáng kể. Sự xuất khí

mêtan từ từ liên tục khơng nguy hiểm, cho nên với phương tiện thơng gió bình thường sẽ
làm cho hàm lượng của nó nhỏ hơn hàm lượng cho phép cho phép bởi luật an tồn.
+ Sự xuất khí dưới dạng xì.
Sự xuất khí mêtan dưới dạng này nguy hiểm hơn, vì một lượng tương đối lớn khí
mêtan thốt ra trong một thời gian ngắn, mặt khác sự xuất khí này khơng phán đốn trước
3
được. Lưu lượng khí xuất ra trong trường hợp này thay đổi từ một vài m trong một ngày
3
đến hàng chục nghìn m trong một ngày, còn thời gian xuất khí có thể từ vài giờ đến nhiều
năm.
Dưới dạng xuất khí này, mêtan xuất ra qua các kẽ nứt lớn, nhìn thấy và từ những lỗ
hổng trong than và đá, mà ở đó CH4 được lưu trữ dưới một áp suất tương đối lớn.
Cường độ xuất khí ở đây phụ thuộc vào áp suất của khí bị nén và những bức cản mà nó gặp
phải trên đường đi vào đường lò.
Ngăn chặn sự xuất khí này tiến hành nhờ những lỗ khoan dài để kiểm tra và thu
mêtan, hoặc áp dụng việc khai thác phù hợp các vỉa than gần nhau, cũng như áp dụng
phương pháp điều khiển áp lực phù hợp. Ngồi ra có thể thu khí ở nơi xì ra đưa lên mặt đất
hoặc đưa ra luồng gió thải đi lên của mỏ nhờ các đường ống. Bên cạnh các biện pháp trên,
cần đưa một lượng gió tương đối lớn vào mỏ để hồ lỗng mêtan đến giới hạn cho phép.
+ Sự phụt khí mêtan.
Dưới dạng này, trong một khoảng thời gian hết sức ngắn, suất ra một lượng khí và
than vụn lớn, đồng thời tạo ra một lỗ hổng trong vỉa than.
Nhóm 12

13

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Các biện pháp phòng tránh phụt khí và than vụn bao gồm:

a. Nhóm các biện pháp bảo vệ công nhân khi cho phép sự phụt khí và than vụn xảy
ra:
– Nổ mìn chấn động
– Đào lò dưới sự bảo vệ của dàn chống.
b. Nhóm các biện pháp phòng chống sự phụt khí xảy ra
– Khai thác các vỉa bảo vệ.
– Các biện pháp đặc biệt khi mở vỉa bằng lò xuyên vỉa
– Biện pháp chống bổ sung ở nóc lò
– Các biện pháp thu tháo khí mêtan
– Khoan các lỗ khoan có đường kính lớn trước gương lò chuẩn bị
– Bơm nước vào vỉa than qua các lỗ khoan.

V. Những nguyên nhân đốt chát mêtan trong mỏ.
– Qua thực tế của ngành mỏ hầm lò, người ta thấy những nguyên nhân đốt cháy khí
mêtan bao gồm:
+ Ngọn lửa hở có thể sinh ra do các đèn khí axêtilen, đèn dầu an toàn bị hỏng, các
máy hàn, hút thuốc, cháy nội sinh và ngoại sinh v..v..
+ Các khí thải ra từ tàu có động cơ đốt trong và nhất là những phần tử than cốc cháy
đỏ bị thải ra và sẽ có khả năng làm cháy mêtan.
+ Công tác nổ mìn theo các tài liệu thống kê thì đây là nguyên nhân chính làm cháy
và nổ mêtan từ xưa đến nay.
+ Ngọn lửa cơ học sinh ra do sự va đập hoặc cọ sát giữa hai vật thể rắn, cũng có khả
năng làm cháy mêtan. Đặc biệt nguy hiểm là ngọn lửa sinh ra do các rang của các máy đánh
rạch hoặc combai khi làm việc. Ví dụ ở Anh, trong những năm 1961 và 1963, 25% trong
tổng số lần cháy khí mêtan gây ra là do ngọn lửa này.

Nhóm 12

14

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

+ Mặt khác người ta còn thấy rằng tần số lần cháy mêtan phụ thuộc vào độ rắn của
đất đá, nghĩa là khi độ rắn của đất đá tăng thì tần số làm cháy mêtan tăng. Thế nhưng, tần số
làm cháy mêtan lại không phụ thộc vào kích thước độ rỗng và mật độ của đất đá.
+ Tia lửa tĩnh điện rất hay gặp trong thực tế, nhưng năng lượng điện nhỏ. Trong
những điều kiện thuận lợi, năng lượng của ngọn lửa này có thể tăng lên và có thể làm cháy
hỗn hợp nổ.
+ Trong các ống dẫn gió, do sự cọ sát giữa không khí chứa bụi và ống kim loại lẫn
các hạt bụi có thể tích tĩnh điện. Qua đo đạc người ta thấy rằng các hạt bụi mang điện âm
còn các ống kim loại mang điện dương.
+ Cũng qua thực nghiệm người ta còn thấy lượng tĩnh điện tăng tỉ lệ với trọng lượng
hạt bụi cỡ hạt, nhiệt độ tốc độ gió và giảm đi cùng với sự tăng độ ẩm. Sự nguy hiểm xảy ra
khi CV2/2 > 0,00028Jun, năng lượng có thể đôt cháy hỗn hợp nổ có 8% mêtan.
+ Những nơi có sự nguy hiểm về tĩnh điện ở trong mỏ bao gồm: những ống dẫn khí
nén, ống dẫn vật liệu chèn lò bằng khí nén, nạp bua lỗ mìn bằng cát, máy phun vữa xi măng
lên tường lò, ống gió kim loại, băng tải, băng chuyền.
VI. Những điều kiện gây nổ khí mêtan.
Các điều kiện gây nổ của khí mê tan bao gồm :
Nồng độ mêtan.
Thời gian gây nổ.
Nhiệt độ gây nổ.
Nồng độ oxy trong không khí mỏ.
6.1. Nồng độ mêtan:
Khi xét phản ứng của mêtan với không khí :
CH4 + 2 (O2 +4N2) = CO2 + 2H2O + 8N2.
Ta thấy cứ 1 thể tích mêtan hóa hợp với 10 thể tích không khí, ở điều kiện bình
thường thì hỗn hợp trên là một hỗn hợp gây nổ rất mạnh: nghĩa là với tỉ lệ mêtan trong
không khí bằng 1/11≈ 9,1% theo thể tích thì gây nỏ mạnh.

Trong thực tế, mêtan không phải chỉ nổ ở nồng độ 9,1% mà nổ trong một giới hạn
tương đối rộng. Giới hạn nổ dưới của mêtan là 5 – 6% và giới hạn nổ trên là 14 – 16%.

Nhóm 12

15

O2, %

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

22
hỗn hợp CH4, không khí không tạo ra được

20
18

hỗn hợp
nổ

16
14
12

hỗn hợp có thể nổ nếu
thêm không khí sạch

hỗn hợp
khí nổ

10
8
6
4
2
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

CH 4, %

Hình 3. Các giai đoạn nổ của hỗn hợp mêtan – khơng khí

Ngồi những giới hạn nổ trên, hỗn hợp mêtan khơng khí có thể cháy do một ngọn
lửa nào đó, song khơng gây nổ. Khi nồng độ mêtan nhỏ hơn 5% q trình cháy liên tục nếu
vẫn có đủ oxy và nó chỉ tắt khi khơng có nguồn lửa.
Trong khơng khí mỏ, khí nổ khơng phải chỉ có mêtan mà là một hỗn hợp gồm các
khí nổ khác nhau, vì vậy nồng độ dư của hỗn hợp nổ được tính theo cơng thức sau:

X=

100
P
P
P1
P
+ 2 + 3 + …. n
N1
N2
Nn
N3

[%]

Ở đây: P1,P2,P3,…Pn – là nồng độ theo phần trăm thể tích của mỗi khí thành phần của
hỗn hợp.
N1,N2,N3,..Nn – giới hạn nổ dưới của mỗi khí thành phần.
Khí nổ
Mêtan
Ơxyt cácbon
Êtan

Hidrơ

Nhóm 12

Giới hạn nổ, %
Dưới
5,0
12,5
3,2
4,0

16

Trên
15,0
75,5
12,5
74,0

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than
Bảng 5: Giới hạn nổ dưới của một số khí nổ trong không khí, ở điều kiện bình thường, theo
phần trăm thể tích.

6.2. Nhiệt độ gây nổ.
Nhiệt đổ nổ là nhiệt độ làm nóng hỗn hợp mêtan – không khí đến khi nổ. Nhiệt độ
bình thường và gây nổ khí mêtan là 650-750oC.
Nhiệt độ gây nổ khí mêtan phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Phụ thuộc vào nồng độ khí mêtan.
CH4,%

2
810

3,4
665

6,5
512

7,6
510

8,1
514

9,5
525

11
539

14
565

Bảng 6: Nhiệt độ nổ khí mêtan phụ thuộc vào nồng độ của nó.

Như vậy, ở nồng độ khoảng 8%, nhiệt độ gây nổ khí mêtan là thấp nhất.
Phụ thuộc vào áp suất không khí; khi áp suất không khí càng lớn thì nhiệt độ gây nổ
càng thấp.

Các quá trình nén khí là quá trình tăng áp suất và tăng nhiệt độ, cho nên nén khí
cũng có thể gây nổ. Điều này có ý nghĩa rất lớn đến việc sử dụng các máy nén khí di động
trong mỏ.
6.3. Thời gian gây nổ trong mỏ.
Mêtan là một chất khí có tỉ nhiệt khá cao, do đó khi bắt lửa thì không nổ ngay mà có
một quá trình tự làm tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nổ.
Thời gian gây nổ khí mêtan có một ý nghĩa rất lớn về mặt an toàn. Với nồng độ và
nhiệt dộ gây nổ khác nhau thì thời gian gây nổ cũng khác nhau.
o

C

775 oC

875 oC

975 oC

CH4,%
6
7
8
9
10
12

1.08s
1.15s
1.25s
1.30s

1.40s
1.64s

0.35s
0.36s
0.37s
0.39s
0.41s
0.44s

Bảng 7: Thời gian gây nổ khí mêtan phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ.
Nhóm 12

17

0.12s
0.13s
0.14s
0.14s
0.15s
0.16s

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Từ bảng trên ta thấy rằng nhiệt độ càng nhỏ và nồng độ càng lớn thì thời gian gây
nổ càng lớn.
6.4. Nồng độ ôxy trong không khí.
Nếu trong không khí mỏ không có oxy hoặc nồng độ oxy quá thấp thì mêtan không
thể nổ được, cụ thể là nếu nồng độ oxy nhỏ hơn 12% thì mêtan không thể gây nổ, như vậy

nồng độ oxy là điều kiện cần thiết để gây nổ mêtan.
VII. Hiện tượng và hậu quả nổ khí mê tan.
7.1. Hiện tượng nổ mêtan
Nổ khí mêtan là một hiện tượng nổ lặp, nghĩa là nổ đi, nổ lại nhiều lần tại một vị trí.
Hiện tượng này được giải thích như sau: khi nổ mêtan, các chất khí dẫn nở rất lớn, làm cho
nhiệt độ và áp suất ở xung quanh tâm nổ tăng lên nhanh chóng, đồng thời tạo ra áp suất rất
nhỏ ở tâm nổ. Vì vậy, sau khi nổ, do có sự chênh lệch áp suất giữa tâm nổ và xung quanh,
các chất khí sẽ đổ dồn về tâm nổ. Mêtan là một chất khí linh động, nên dồn về tâm nổ trước
tiên và tích tụ lại ở đó. Với điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, mêtan lại gây nổ lần thứ hai.
Hiện tượng nổ như vậy cứ diễn ra cho đến khi hết mêtan, hoặc nồng độ ôxy ở vùng nổ giảm
xuống không đủ gây nổ.
Khi nổ mêtan sẽ sinh ra làn sóng nổ. Tốc độ lan truyền của sóng nổ, dọc theo đường
lò, lúc đầu tăng theo sự tăng của nồng độ mêtan trên 5…6%, nhưng sau đó giảm đến bằng
không, khi nồng độ mêtan là 14..16%. Tốc độ lan truyền này càng lớn nếu như trước khi nổ,
mêtan ở trạng thái di động. Trong quá trình lan truyền của sóng nổ, dọc theo đường lò, nếu
gặp phải phải các vật cản ở đường lò thì tốc độ lan truyền của sóng nổ càng tăng từ vài chục
mét đến hàng trăm mét trong một giây.
7.2. Hậu quả nổ khí mêtan.
Khi nổ khí mêtan, ở trên nổ xảy ra hàng loạt quá trình biến đổi lý hoá. Nổ mêtan
không có gì khác so với bất kỳ hiện tượng nổ khí nào, vì trong một thời gian hết sức ngắn,
do sự cháy thể tích khí ban đầu biến thành một thể tích rất lớn các khí khác. Trong thời gian
nổ, nhiệt độ không khí tăng lên rất cao, do phản ứng hoá học giữa mêtan và ôxy.
Nhiều công trình nghiên cứu đã cho thấy, khí mêtan nổ trong một môi trường kín,
0
0
nhiệt độ có thể tới 2650 C. Trong thực tế mỏ, nhiệt độ không vượt quá 1850 C. Với nhiệt
độ này, mọi vật thể đều có thể bị cháy thành than. Tuy nhiên, hậu quả gây ra do nhiệt độ cao
chỉ biểu hiện ở bề mặt của vật thể và thời gian tồn tại của ngọn lửa quá ngắn. Đôi khi nhiệt
độ trên còn gây ra cháy làm tăng thêm hậu quả của vụ nổ.
Một hậu quả khác của nổ mêtan là hậu quả cơ học. Do tác dụng này mà các toa tầu

có thể bị lật đổ, đường tàu bị bẻ gãy, các thiết bị máy móc bị phá huỷ, đường ống gió cục
Nhóm 12

18

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

bộ, ống dẫn khí nén, máng cào cũng bị phá huỷ, ngoài ra còn phá huỷ khung chống lò hạc
phá sập đường lò.
Hậu quả lớn nhất của nổ khí mêtan cũng như nổ bụi than là hậu quả hoá học. Vì khí
nổ mêtan sẽ tạo ra một lượng lớn khí CO và với lượng khí này thì bất kỳ một cơ thể sống
nào cũng có thể bị chết vì ngộ độc nếu gặp phải luồng gió đi qua, nồng độ CO sinh ra trong
điều kiện bình thường có thể có nồng độ 1% hoặc 2- 4%, còn khi thiếu O 2, có thể đạt 1040%. Mặt khác, khi nổ mêtan, do sự dãn nở của không khí mà bụi than đã lắng đọng ở nền
lò hoặc trên các khung chống, bị tung lên hoà lẫn với không khí, có thể đạt đến nồng độ nổ.
Và khi ngọn lửa cháy mêtan đốt cháy hỗn hợp bụi than này thì cường độ của vụ nổ sẽ tăng
lên, đồng thời làm tăng nồng độ khí độc.
Qua các tài liệu thống kê về tác hại của các vụ nổ khí mêtan và bụi mỏ, người ta
thấy rằng: khoảng 8-10% số người bị chết, do tác dụng cơ học khoảng 255 bị chết do tác
dụng nhiệt, còn khoảng 65% bị chết do tác dụng hoá học.
Số người chết
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15

Năm

Tên mỏ (bể than)

Nước

1907
1908
1908
1922
1940
1942
1965
1965
1965
1965
1965
1965
1972
1974
1976

Agrapee Nr.2

Đônbát
Ham Vestfali
Aureli vỉa5 Lupeni
Lupeni
Hônkêikô
Clyđêch Vale
Liêvanh
Kakan
Uricani
Nitêtin Kôgiô
Jubôri
Uricani
Liêvanh
Kentắcki

Bỉ
Liên xô
Tây Đức
Ru-ma-ni
Ru-ma-ni
Trung quốc
Anh
Pháp
Nam tư
Ru-ma-ni
Nhật bản
Nhật bản
Ru-ma-ni
Pháp
Mỹ

124
270
335
82
53
1527
31
31
129
41
30
60
> 30
42
24

Bảng 8. Các vụ cháy nổ khí mêtan điển hình ở thế giới

Nhóm 12

19

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

TT

Thời gian

Tên Mỏ

Nguyên nhân

1
2
3

8/1993
1995
1996

Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan
Cháy khí Mêtan

4

1997

Cháy khí Mêtan

1

5
6
7
8
9
10

11

11/1/1999
19/12/2002
12/2002
12/2002
4/2003
3/2006
12/2008

Mỏ Tân Lập – Hòn Gai
XN 190 Công ty Đông Bắc
Mỏ Bình Minh
Lò thực tập Trường đào tạo
CN Cẩm Phả
Mạo Khê
Mỏ Tây Nam Đá Mài
Suối Lại
XN Than 909
Mỏ than Bố Hạ – Bắc Giang
Thống Nhất
Mỏ Khe Chàm

Số người
chết
7
6
3

Nổ khí Mêtan

Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan
Nổ khí Mêtan

19
7
6
5
4
8
11

Bảng 9. Các vụ cháy nổ khí mêtan điển hình ở Việt Nam

VIII. Ngăn ngừa nổ khí mêtan.
Như ở trên ta đã biết điều kiện gây nổ khí mêtan gồm có bốn điều kiện. Vì vậy, các
biện pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan đều nhằm phá vỡ một trong bốn điều kiện gây nổ của
mêtan, điều kiện về nồng độ ôxy không thể phá vỡ được vì không thể hạ thấp nồng độ ôxy
dưới qui định cuả luật an toàn. Ngoài ra điều kiện vào thời gian gây nổ mêtan cũng khó có
thể điều khiển được. Như vậy, các biện pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan sẽ tập trung vào việc
phá vỡ hai điều kiện đầu và trong trường hợp này, thông gió là phương tiện chủ yếu.
Các biện pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan có thể chia thành 3 nhóm sau:
Các biện pháp loại trừ sự tập trung nguy hiểm khí mêtan.
Các biện pháp loại trừ sự đốt cháy mêtan.
Các biện pháp hạn chế hậu quả nổ mêtan.
8.1. Các biện pháp loại trừ sự tập trung nguy hiểm khí mêtan.
Hòa loãng nồng độ mêtan trong các vị trí trong mỏ phải đảm bảo yêu cầu theo bảng

sau:

Nhóm 12

20

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

STT

Hàm lượng khí mêtan % không
cho phép theo thể tích không khí
mỏ.

Luồng gió
Luồng gió thải đi ra từ gương khấu
hoặc lò cụt, hầm, trạm, khu khai thác
Luồng gió thải đi ra từ một cánh
hoặc toàn mỏ
Luồng gió đi vào khu khai thác,
gương khấu, gương lò cụt và hầm
Tích tụ khí mêtan cục bộ ở gương
khấu, lò cụt và các lò khác

1
2
3
4

>1
>0,75
>0,5
≥2

Bảng 10. Hòa loãng nồng độ mêtan trong các vị trí trong mỏ

Theo luật an toàn của một số nước, nồng độ khí mêtan như ở bảng 11. Để đảm bảo
qui định của luật an toàn về nồng độ khí mêtan như ở trên, cần phải thực hiện những biện
pháp sau:
8.1.1. Đảm bảo thông gió phù hợp
Nước

Nồng độ tối đa ở luồng Nồng độ mêtan trong mạng thông gió mỏ, %
gió chung ,%

Mỹ
Tây Đức

0,75
1,00

Anh

1,25

Hà lan

0,5

Liên xô

0,75

Pháp

1,0

Ba lan

0,75

Tiệp khắc

1,0

1,5 ở vị trí làm việc.

Bỉ
Ru-ma-ni

1,00

Không quá 2,0 và ngoại lệ là 3,00
Lớn nhất là 1,00 ở luồng gió thải của khu hoặc ở các lò
thông gió của các lò chợ.

Nhóm 12

1-2

Tối đa 1 và ngoại lệ là 1,80
Không vượt quá 0,25 ở luồng gió đi vào lò chợ, còn ở
các luồng gió khác là 1,25 và ngoại lệ là 2,50
Không được quá 1,5 và ngoại lệ là 2,0
Không quá 0,5 ở luồng gió đi vào lò chợ, 1,0 ở luồng
gió đi ra khỏi một khu và 2,0 ở lò chuẩn bị cũng như ở
một số vị trí riêng lẻ khác.
Không quá 1,0 ở luồng gió tại vị trí làm việc, 1,5 ở lò
chuẩn bị và 2,5 ở các trường hợp ngoại lệ.
ở luồng gió của một khu không vượt quá 1,0
Không quá 0,5 ở luồng gió vào nơi làm việc 2,0 ở các
ổ khí. Đối với trường hợp đặc biệt:-1,0 ở luồng gió vào
nơi làm việc

21

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than
Bảng 11.Hàm lượng mêtan cho phép ở một số nước

Thông gió phù hợp nghĩa là phải đảm bảo hòa loãng tất cả các khí, sao cho ở các vị
trí làm việc nồng độ ôxy trong không khí không nhỏ hơn 20%, còn nồng độ khí mêtan ở
các vị trí khác nhau phải nhỏ hơn quy định của luật an toàn.
Muốn đảm bảo chế độ thông gió phù hợp, cần phải thực hiện những qui định sau:
Đối với mỏ có khí phải dùng thông gió hút. Thông gió đẩy chỉ cho phép đối với các
tầng đầu ở mỏ có khí mêtan loại I và loại II. Thông gió đẩy- hút cho phép đối với bất kỳ loại
mỏ nào, với quạt chính đẩy và các quạt phụ hút, sao cho ở các lò chợ phải tạo ra hạ áp suất.
Tất cả các mỏ phải sử dụng thông gió nhân tạo. Thông gió tự nhiên chỉ cho phép đối
với những mỏ không nguy hiểm về khí, đồng thời phải có cơ quan có trách nhiệm duyệt.
Các thiết bị quạt chính cần có một môtơ dự trữ, hoạt động nhờ một nguồn năng lượng khác.

Ở những mỏ có khí, các trạm quạt chính phải trang bị hai quạt, trong đó một quạt dự trữ.
2
Cần tạo lỗ tương đương của mỏ càng lớn càng tốt ( 1,5m ) và hạ áp suất lớn nhất
vào khoảng 150…300mm cột H2O.
Thông gió cục bộ ở những mỏ có khí phải là thông gió đẩy.
Các quạt gió chính của mỏ phải đặt trên mặt đất, còn khi đặt ở dưới mỏ đối với
những mỏ không có khí cần được phân tích tỷ mỉ.
Gió sạch phải được đưa xuống mức thấp nhất của mỏ, thông gió chung của mỏ phải
là thông gió với hướng đi lên, trong trường hợp ở các mỏ có khí và góc dốc của vỉa lớn hơn
0
5. Việc thông gió chung của mỏ với hướng đi xuống chỉ cho phép đối với những mỏ
không có khí nổ hoặc mỏ loại I, đồng thời phải được cơ quan có trách nhiệm duyệt.
Gió thải ở các gương lò chuẩn bị hoặc ở các mức mới phải đưa vào luồng gió thải
chung của mỏ hoặc của khu.
Cần ngăn ngừa sự quẩn gió trong trường hợp làm việc của các quạt phụ dưới mỏ và
của các quạt cục bộ. Đối với trường hợp thông gió cục bộ, quạt phải đặt ở luồng gió sạch,
cách luồng gió thải ra ít nhất là 10m, sao cho quạt có thể hút tối đa 70% lượng gió đến vùng
đặt quạt nhờ hạ áp chung của mỏ. Khi sử dụng nhiều quạt đặt dọc đường ống để thông gió
cục bộ, phải ngăn ngừa sự hút gió bẩn chuyển dịch trong đường lò vào ống dẫn, đồng thời
phải ngăn ngừa sự rò gió sạch trong ống dẫn ra ngoài. Đặc biệt khi đặt nối tiếp hai quạt cục
bộ để thông gió cho một khu vực, thì khoảng cách giữa hai quạt tối đa là 1/3 chiều dài toàn
bộ đường ống.
Để điều chỉnh lượng gió giữa các luồng trong mỏ, cố gắng sử dụng càng ít cửa gió
càng tốt.
Nhóm 12

22

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Cần sử dụng các hạ áp kế và lưu lượng kế tự ghi đặt ở các trạm quạt chính để theo
dõi tình hình làm việc của quạt.
8.1.2. Kiểm tra khí mêtan
Để theo dõi nồng độ khí mêtan trong các đường lò, ở tất cả các mỏ có khí phải tổ
chức kiểm tra thường xuyên. Nhiệm vụ kiểm tra này thuộc về các nhân viên đo khí của
phòng thông gió an toàn, sao cho trong mỗi ca làm việc phải đo khí mêtan hai lần.
Ở những mỏ thuộc loại III và ngoại hạng về khí mêtan, nếu sử dụng máy
đánh rạch và combai thì khi máy làm việc, cần phải kiểm tra khí mêtan thường
xuyên.
Đo khí mêtan có thể dùng đèn dầu an toàn hoặc các máy và thiết bị đo đã
giới thiệu. Đối với mỏ ngoại hạng hoặc nguy hiểm về phụt khí, không được dùng
đèn dầu an toàn để đo mêtan. Kết quả đo phải ghi lên bảng treo ở mỗi vị trí đo,
đồng thời nhân viên đo khí phải làm báo cáo lên quản đốc cũng như ghi vào sổ đo
khí của mỏ.
Ngoài việc đo mêtan thường xuyên do các nhân viên đo khí, các nhân viên
kỹ thuật cũng phải kiểm tra mêtan khi đi vào bất kỳ một lò chợ nào.
Việc tổ chức kiểm tra mêtan tốt ở những vị trí làm việc, giúp cho cán bộ và
công nhân kịp thời sử dụng những biện pháp có hiệu quả để ngăn ngừa nguy cơ nổ
khí.
8.2. Các biện pháp loại trừ nguồn đốt cháy mêtan.
Để tăng mức an toàn về chống nổ khí mêtan càn phải loại trừ các nguồn đốt
cháy
Các biện pháp chính quan trọng nhằm loại trừ nguồn đốt cháy mêtan bao
gồm:

– Cấm các ngọn lửa để hở, trong mỏ chỉ sử dụng các đèn chiếu sáng cá
nhân là đèn ác qui hoặc đèn dầu an toàn.
Việc sử dụng các máy hàn trong mỏ chỉ được phép ở các luồng gió sạch, trừ
trường hợp mỏ ngoại hạng thì không được hàn trong mỏ.

– Phải loại trừ sự đốt cháy mêtan do các tia lửa điện, cụ thể là phải thực hiện tất
cả các qui định về dùng năng lượng điện trong các mỏ có khí.
– Đối với các đầu tầu với động cơ đốt trong, khi làm việc ở những mỏ có khí nổ
phải trang bị các thiết bị làm lạnh khí bằng nước. Trong những mỏ loại I và
II, ở các đường lò chính có gió sạch đi qua, có thể sử dụng tàu điện cần vẹt.
– Phải loại trừ đốt cháy mêtan do nổ mìn. Như ta đã biết, nổ mìn là nguyên
nhân gây nổ khí mêtan ở phần lớn các trường hợp. Ví dụ mỏ than Đôrtmunđ
đã thống kê các nguyên nhân nổ mêtan như ở bảng VII-9.
Việc nổ mìn chỉ tiến hành ở những vị trí làm việc được thông gió liên tục và
chỉ sử dụng thuốc nổ an toàn cũng như phương tiện an toàn.
Nhóm 12

23

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

Trước khi nạp thuốc nổ và nổ mìn, hàm lượng mêtan ở vị trí nổ cũng như ở
vùng xung quanh cách nơi nổ 20m, phải nhỏ hơn 1%. Khi hàm lượng mêtan ở nơi
làm việc bằng hoặc lớn hơn 2% thì mọi công tác phải dừng lại. Công việc chỉ tiếp
tục khi hàm lượng mêtan giảm xuống dưới 1%.
Nguyên
nhân

1940-1953
Số lần
%

Nổ mìn

23

Cháy nổ

10

Năng
lượng
4
điện
Nguyên nhân
khác
Tổng số

1954- 1959
Số lần
%
40,

2
17,
5
7,2

4

15,4

3

11,6

5

19,2

20

35,1

14

53,8

57

100,0

26

100,0

Bảng 12. Những nguyên nhân gây nổ khí mêtan do ngọn lửa cơ học.

Phải ngăn ngừa sự đốt cháy mêtan do ngọn lửa cơ học.
8.3. Các biện pháp hạn chế hậu quả nổ mêtan.
Các biện pháp quan trọng nhất trong trường hợp này bao gồm:

– Chia mỏ thành nhiều khu độc lập với việc thông gió riêng lẻ.

– Chia luồng gió chính thành nhiều luồng song song, không khí bẩn được đưa
đến giếng gió ra ngắn nhất.
– Hạn chế hoặc cấm việc thông gió nối tiếp các vị trí lao động.
– Đảm bảo tốt sự cách biệt giữa luồng gió sạch và luồng gió bẩn, nhằm ngăn
chặn sự quẩn gió giữa các luồng khi xảy ra nổ mêtan.
– Đảm bảo tiết diện của đường lò để việc đi lại không bị cản trở.
– Tổ chức và trang bị hiện đại cho đội cấp cứu mỏ. Tất cả công nhân cần được
trang bị bình tự cứu cá nhân.
– Xây dựng một hầm trú ẩn ở những nơi đông người làm việc và có tính nguy
hiểm về nổ khí.
– Khi quạt gió chính cũng như quạt gió phụ ngừng làm việc trong một khu,
mọi hoạt động ở đây phải ngừng lại, công nhân phải đi ra luồng gió sạch và mạch
điện phải ngắt.
– Trang bị những hiểu biết kỹ thuật tối thiểu cho công nhân về tính chất của
khí mêtan và của bụi than về những biện pháp ngăn ngừa nổ khí, nổ bụi than và
những phương pháp cấp cứu ở mỏ.

Nhóm 12

24

Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than

CHƯƠNG II
BỤI THAN
Bụi than là một trong hai loại bụi thuộc bụi mỏ. nó còn được gọi là bụi gây cháy nổ
hay bụi không chỉ gây độc, tức là nó không những gây độc mà còn gây nổ và là nguyên
nhân gây nên nhiều bệnh bụi phổi khác nhau.
I. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cháy và nổ của bụi than.

Tính nổ của bụi than phụ thuộc vào một loạt các yếu tố. Các yếu tố này bao gồm: hàm
lượng chất bốc, cỡ hạt bụi, độ tro, độ ẩm, thành phần thạch học, sự có mặt của mêtan, tính
chất và cường độ nguồn nhiệt,…
1.1. Hàm lượng chất bốc.
Bụi than có tính cháy nổ khi hàm lượng chất bốc của than trong các vỉa lớn hơn 10- 15%
( tính theo trọng lượng so với khối than cháy, không kể độ ẩm, độ tro của than).
1.2. Cỡ hạt bụi.
Tham gia vào các vụ nổ là bụi có cỡ hạt rất nhỏ cho đến 750 μm(0,75 mm) và nổ
mạnh nhất là các hạt bụi có đường kính đến 1 mm.
Các hạt bụi có đường kính 0.075 mm là nguy hiểm nhất về nguy cơ nổ.
Các hạt bụi nhỏ hơn 10 μm ít nguy hiểm về nổ.
1.3. Sự có mặt của mêtan.
Sự có mặt của mêtan làm tăng tính nổ của bụi than, cụ thể là giảm giới hạn nổ dưới của bụi.
Ví dụ, giới hạn nổ của bụi than là 40 g/m3, nếu hỗn hợp với 2 % mêtan thì giới hạn này sẽ
giảm xuống là 40 – 2 x 12 = 16 g/m3
Khi nồng độ mêtan là 2,5 % thì giới hạn nổ dưới là 3 – 5 g/m 3.
1.4. Độ tro của bụi than.
Độ tro và độ ẩm của bụi than là các yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt năng và
thời gian gây nổ. Độ tro càng cao thì càng cần nhiệt dộ đốt cháy bụi càng cao, còn giới hạn
nổ dưới về nồng độ cũng cần cao hơn. Bụi than sẽ không nổ kho độ tro của nó là 60 – 70%
1.5. Thành phần thạch học.
Yếu tố này ảnh hưởng đến tính nổ của bụi than do chứa các thành phần thạch học
khác nhau khi đước phá vỡ, cũng như các đặc tính khác nhau của chúng (nồng độ khí, độ
ẩm, trọng lượng riêng…) Vitrit là thành phần nguy hiểm nhất, phuzit it nguy hiểm hơn, bởi
vì mặc dù khả năng phá vỡ lớn hơn so với vitrit, nhưng lại chứa hàm lượng chất bốc ít hơn
và có độ tro lớn hơn.
1.6. Độ trơ của bụi.
Nhóm 12

25

vị, dễ cháy và hoàn toàn có thể tính năng với không khí tạo ra mẫu sản phẩm dễ cháy nổ, khí mêtan lànguyên nhân của những tai nạn thương tâm hầm mỏ lớn. Nổ khí mêtan và tiếp theo nữa là nổ bụi than làmột trong những mối tai hại nguy hại nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ gâythiệt hại đến người và gia tài mỏ. Mục đích của việc nghiên cứu và điều tra : Tìm ra những nguyên do dẫn đến hiện tượng cháy nổ khí mêtan và yêu cầu cácbiện pháp phòng ngừa trong khai thác hầm lò, góp thêm phần xử lý được cácvấn đề bảo đảm an toàn về khí mêtan trong hầm lò và giảm thiểu tai nạn thương tâm lao động docháy nổ. Đưa ra những giải pháp thi công an toàn khi thiết kế những đường lò qua khu vựcđất đá có khí bụi nổ đơn cử. Kết quả điều tra và nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn vận dụng chocác mỏ khai thác than hầm lò. Nhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanCHƯƠNG IHIỆN TƯỢNG CHÁY NỔ KHÍ MÊTANMêtan, với công thức hóa học là CH4 là một chất khí không màu, không mùi, khôngvị, dễ cháy và hoàn toàn có thể công dụng với không khí tạo ra loại sản phẩm dễ cháy nổ, khí mêtan lànguyên nhân của những tai nạn đáng tiếc hầm mỏ lớn. Nổ khí mêtan và tiếp theo nữa là nổ bụi than làmột trong những mối tai hại nguy hại nhất trong ngành công nghiệp khai thác mỏ gâythiệt hại đến người và gia tài mỏ. Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu và điều tra để tìm ra những nguyên do từ đó tìm ra những biệnpháp tương thích nhất, ứng dụng trong phòng ngừa nổ mêtan đã và đang được nhiều nhà khoahọc điều tra và nghiên cứu về mỏ, cũng như những người đang trực tiếp thao tác trong mỏ đặc biệtquan tâm. I. Nguồn gốc và những dạng sống sót của khí mêtan. 1.1. Nguồn gốc của khí mêtan. Khí Mêtan ở những vỉa than được tạo thành cùng thời hạn và cùng những chất hữu cơvới than trong quá trình hình thành tạo than. Trong quá trình oxy hoá từ thực vật, nhờ ôxyriêng của nó, sẽ tạo nên những mẫu sản phẩm khí sau : CH 4, CO2, hơi nước axit hữu cơ dướidạng chất bốc. Người ta thấy rằng vi sinh vật, vi trùng đóng vai trò đa phần trong việckích thích lên men thực vật. Quá trình lên men thực vật sẽ giải phóng một lượng lớnmêtan và cacboníc, sự phân huỷ xenlulô thực thi như sau : 2C6 H10O5 = 5CH4 + 5CO2 + 2C4 C6H10O5 = 7CH4 + 8CO2 + 3H2 O + C9H6O. Lượng khí mêtan tạo ra phụ thuộc vào vào thành phần của chất kích thích lên men vànhững điều kiện kèm theo xaỷ ra quá trình lên men ( nhất là nhiệt độ và áp suất ). 1.2. Những dạng sống sót của khí mêtanNếu như sau khi được tạo thành, trong quá trình thành tạo than, khí mêtan đi lênmặt đất thì nó sẽ mất đi. Ngược lại, ta hoàn toàn có thể gặp mêtan ở mọi nơi mà ở đó đã xảy ra quátrình lên men thực vật khi những sản phầm khí sinh ra không có điều kiện kèm theo thoát ra ngoài khíquyển. Theo những kỷ nguyên địa chất, một phần đáng kể khí mêtan sẽ mất đi, còn phần khácdưới công dụng của áp suất trong đất đá, sẽ di động dưới dạng khác trong đất đá xungquanh. Trong đất đá và khoáng sàng, mêtan sẽ sống sót dưới hai dạng sau : dạng tự do vàdạng không tự do. Dưới dạng tự do, mêtan sẽ chiếm toàn bộ những lỗ hổng trong lòng đất. TheoNhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanM. Ianôscôi, lượng mêtan tự do chiếm tỷ suất 5 – 22 % tổng số hiện có ở dạng áp suất 50 barơ ( 1 barơ = 750,06 mm Hg ) ; 36 % ở áp suất 100 barơ và 65 % ở 800 barơ. Dưới dạng không tự do ( dạng link ) khí mêtan sống sót theo ba kiểu sau : – Trạng thái dính vào mặt phẳng vật rắn. Trong trường hợp này, những phân tử khí dính trênbề mặt vật rắn dưới tính năng của những lực link phân tử, tạo nên một bọc khí. Ở dạng link này khí xuất ra cũng thuận tiện gần như ở dạng tự do. – Trạng thái bị hấp thụ vào vật rắn : Ở trường hợp này những phân tử khí đi vào vật rắn, nhưng không tham gia phản ứng hoá học với những phân tử vật rắn và tạo thành mộtdung dịch rắn. Lượng khí mêtan bị hấp thụ vào vật rắn nhờ vào vào độ kiên cốcủa cấu trúc vật rắn và càng nhỏ dần khi độ bền vững và kiên cố của vật rắn càng tăng. – Trạng thái link hoá học giữa những phân tử khí và những phân tử vật rắn. 1.3. Các giải pháp xác lập hàm lượng mêtan trong than. Mặc dù những khu công trình điều tra và nghiên cứu trong yếu tố này khởi đầu từ những năm 19251930, nhưng cho đến nay người ta chưa tìm được giải pháp duy nhất, đúng mực vàhoàn thiện cho việc xác lập hàm lượng mêtan của than. + Phương pháp thể tích : Phương pháp này thực thi bằng cách đo thể tích CH 4 hấp thụ bởi bụi thancho đến lúc bão hoà rồi sau đó chia thể tích này cho khối lượng của mẫu than. Sựhấp thụ mêtan đến mức bão hoà của mẫu than triển khai ở áp suất khí quyển hoặcáp suất cao. + Phương pháp trọng tải. Phương pháp này thực thi bằng cách cân mẫu than trước và sau khi bãohoà việc hấp thụ mêtan nhờ những cân đặc biệt quan trọng. Sự hấp thụ mêtan đến mức bão hoàcủa mẫu than triển khai ở áp suất lớn. + Phương pháp nghiên cứu và phân tích. Phương pháp này sử dụng sự đo lường và thống kê giải tích hàm lượng khí mêtan, dựatrên cơ sở nhận xét sau : Có một mối liên hệ giữa hàm lượng mêtan và độ biến chấtcủa than. Thực chất đặc thù của độ biến chất của than được nhìn nhận qua hàmlượng chất bốc. + Các giải pháp hỗn hợp. Các chiêu thức này gồm : – Phương pháp trực tiếp : Tiến hành bằng cách lấy mẫu than và phủ kín mẫu ( bằng nến hoặc những vật tư khác ), rồi hút hết khí ở mẫu nhờ bơm chân khônghoặc hoàn toàn có thể nung nóng mẫu và đo lượng khí thu được. Phương pháp này chỉcó thể vận dụng ở nơi mà áp suất khí trong tài nguyên nhỏ ( 1 – 1,5 barơ ). – Phương pháp phối hợp, triển khai như sau : thu khí xuất ra ở lỗ khoan và đothể tích rồi cộng thêm lượng khí lấy được ở mẫu than. Tổng lượng khí thuNhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanđược đem chia cho khối lượng than đã khoan. – Phương pháp đo lường và thống kê trên cơ sở nghiên cứu và phân tích kỹ thuật. Phương pháp này có đặc tính giải tích và nên dùng khi chiêu thức trựctiếp không hoàn toàn có thể sử dụng, giải pháp này khởi đầu từ việc nghiên cứu và phân tích kỹ thuật củathan. II. Các miền khí trong một khoáng sàng và tính độ thoát khí mêtan của mỏ2. 1. Các miền khí. Trong một khoáng sàng, sự di dời của những chất khí triển khai theo hai hướngnhư sau : những chất khí trong khoáng sàng vận động và di chuyển lên mặt đất, còn những chất khí quyển vàsinh hóa động vật hoang dã chuyển dịch ngược lại theo hướng đi xuống. Những di dời trên củachất khí sẽ tạo lên những miền nhất định mà ở đó có một chất khí chiếm lợi thế. Hiện tượngphân chia những chất khí như vậy được gọi là những miền khí trong một khoáng sàn, hay là cácmiền khí của Lidin ( Liên Xô cũ ). Ở Liên Xô ( cũ ) so với những bể than chính người ta đãxác định được những miền khí và hoàn toàn có thể trình diễn định luật tổng quát cho toàn bộ những khoángsàng than. Người ta đã xác lập được bốn miền khí như sau : – Miền những khí hóa sinh và khí quyển mà ở đó nito và cacbonic chiếm lợi thế. Nitocó mặt ở đây là do sự trao đổi giữa những chất khí với khí quyển, còn cacbonic ( tối thiểu là20 % ) là do sự phân hủy những chất hữu cơ còn lại. – Miền những chất khí quyển với nito là đa phần ( tối thiểu 80 % ). – Miền những chất khí quyển và biến chất được xác lập theo hai điều kiện kèm theo là hàmlượng nito cũng như mêtan không vượt quá 50 % khi độ sâu tăng lên, hàm lượng N 2 giảm đi, còn CH4 tăng lên, xong lưu lượng mêtan tương đối không vượt quá 2 m3 / t. 24 h. – Miền những chất khí biến chất được đặc trưng bởi hàm lượng CH 4 nhỏ nhất là 80 %, hàm lượng của nó tăng cùng với chiều sâu. 2.2. Độ thoát khí mêtan của mỏ. Lượng mêtan thoát ra trong mỏ ( đường lò ) và sự nguy khốn của nó so với một mỏđược biểu lộ dưới hai dạng sau : – Độ thoát khí mêtan tuyệt đối. – Độ thoát khí mêtan tương đối. 2.2.1. Độ thoát khí mêtan tuyệt đối của mỏ. Là lượng mêtan thoát ra trong mỏ ( đường lò ) trong một đơn vị chức năng thời hạn ( thườngđược bộc lộ bằng m3 / ngày ). Độ thoát khí mêtan tuyệt đối của mỏ, của vỉa than hoặc một khu vực được xác địnhtrung bình công của ba tác dụng đo ở ba ca thao tác, theo công thức : Nhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanQCH4 = ; [ m3 / ph ] Trong đó : + Qi – lưu lượng không khí, đo được trong thời gian lấy mẫu không khí, m / ph. + mi – Hàm lượng mêtan ở mẫu khí, % Nếu như nó được thong gió bởi nhiều quạt, lưu lượng mêtan tuyệt đối của mỏ sẽđược xác lập bằng tổng những lưu lượng mêtan tuyệt đối của tổng thể những luồng gió đi lên ở mỗiquạt. 2.2.2. Độ thoát khí mêtan tương đối của mỏLà lượng mêtan thoát ra trong mỏ ( đường lò ) chia cho một tấn than khai thác trongmột ngày đêm ( thường bộc lộ bằng m3 / t. 24 h ). Độ thoát khí mêtan tương đối được xác địnhtheo pháp luật của nhiều nước, trên cơ sở ba hiệu quả đo độ thoát khí mêtan tuyệt đối trongmột tháng ( đầu tháng, giữa tháng và cuối tháng ) và tính theo công thức : qCH4 = ; [ m3 / t. 24 h ] Trong đó : + QCH4max – độ thoát khí mêtan tuyệt đối lớn nhất trong ba tác dụng đo trong tháng, m / ph. + n – số ngày thao tác trong tháng + T – sản lượng của mỏ trong một tháng, t. Khi thống kê giám sát dự báo độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ đang phong cách thiết kế hoặc của cácmức sâu ở những mỏ đang khai thác, ta dùng công thức sau : qCH4 = q0CH4 + ; [ m3 / t ] Trong đó : + qCH4 – độ thoát khí mêtan tương đối ở độ sâu H ( m ) ; m3 / t + q0CH4 – độ thoát khí mêtan tương đối đã biết ở độ sâu H0 ( m ), m3 / t ; so với mỏ đangthiết kế q0 = 2 … 3 m3 / t. + Hst – gradient độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ ( m / m 3 / t ) và nó chinh là chiều dàitheo phương thẳng đứng tương ứng với sự tăng độ thoát khí mêtan tương đối 1 m 3 / t. Ở những bể than Đôn-bát, Ku-zơ-bát, ka-ra-gan-da, Trung Á, … Đối với những vỉa có gócdốc và chất lượng than khác nhau, gradient độ thoát khí mêtan tương đối biến hóa trongkhoảng ( 5-30 ) m / m3 / t. Nhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanTheo lao lý của quy phạm kĩ thuật bảo đảm an toàn trong những mỏ hầm lò than và diệpthách của Nước Ta thì độ thoát khí mêtan tương đối của mỏ, mức, vỉa, cánh mỏ, khu vựckhai thác được xác lập theo công thức : Q i = Trong đó : ni – số tháng thao tác trong nam của đối tượng người tiêu dùng ( khu khai thác, cánh mỏ, vỉa, toànmỏ ) trong tháng thứ i, m3 / ph. Đại lượng Ii xác lập theo những công thức dưới đây : Ni – số ngày khai thác than thực tiễn trong tháng. Ai – sản lượng than của những đối tượng người tiêu dùng theo mỗi tháng trong năm, tấn. Kf – thông số tính đến độ tro của than khai thác ảnh hưởng tác động đến độ thoát khí tương đối, được xác lập theo công thức. 8. 7 – Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của khu khai thác ; Īkt = Ī5 – Īl + 0,835 Ītk1 + Ītk2 + Ītk3 ; Trong đó : 0,835 – thông số tính đến sự tăng trưởng lượng khí mêtan từ mỏ lân cận do việc tháokhí. Ītk1, Ītk2, Ītk3 – lưu lượng khí mêtan được hút ra bằng những thiết bị tháo khí của cácvỉa lân cận, khoảng chừng không đã khai thác và những vỉa đang khai thác, m 3 / ph. Īl – lưu lượng khí trung bình đi qua lò vận tải đường bộ ở điểm 1, m3 / ph. Ī5 – lưu lượng khí trung bình, thoát ra đường lò trong khu vực khai thác. – Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của những đường lò của vỉa ; Īv = Ī9 + Ī10 + ) Trong đó : Ī9, Ī10 – lưu lượng khí trung bình đi qua những đường lò của vỉa. – Độ thoát khí tuyệt đối trung bình của mỏ. Īm = Hệ số Kf được xác lập theo công thức : Kf = – độ tro trung bình trong thực tiễn của than khai thác, % – độ trot rung bình của vỉa, % 2.3. Phân loại mỏ theo khí mêtanNhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanMỏ có khí mêtan là mỏ mà người ta thấy có 0,2 % CH4 theo thể tích, thậm chí còn chỉthấy có một lần và chỉ ở một chỗ bất kể dưới dạng nào mà được xác lập bằng phương tiệngì. Theo sự xuất hiện của mêtan cũng như số lượng và lượng thoát khí người ta xác địnhmỏ theo khí mêtanViệc phân loại mỏ nhằm mục đích mục tiêu nhìn nhận đúng chuẩn mức độ nguy hại của khímêtan so với mỏ và xác lập những giải pháp bảo đảm an toàn tương thích. Theo luật bảo đảm an toàn của nhiều nước có 3 cách phân loại mỏ theo khí mêtan như sau : + Phân loại theo độ thoát khí mêtan tương đối + Phân loại mỏ theo hàm lượng mêtan ở luồng gió chính đi ra và ở những luồng gió chínhtrong mỏ + Phân loại theo độ chứa khí mêtan của vỉa than. Phân tích theo 3 cách phân loại mỏ này ta đều thấy mỗi cách đều có ưu điểm vànhược điểm của nó. Nhiều nước trên quốc tế đã sử dụng cách thứ nhất để phân loại mỏ. Luật bảo đảm an toàn của Liên Xô ( cũ ) phân loại theo độ thoát khí mêtan tương đối thành 4 loạinhư bảng sau : Loại mỏĐộ thoát khí mêtantương đối m³ / t. 24 hIIIIISiêu hạngLớn hơn 15 và những mỏ khai thácĐến 55-1010 – 15 những vỉa nguy khốn về phụtkhí hoặc xỉ khíBảng 1. Phân loại mỏ có khí mêtan theo độ xuất khí tương đối. Luật bảo đảm an toàn của Rumani lại phân mỏ theo khí mêtan như bảng sau : Đặc điểmLượng khí CH4 xuấtra trong 24 h chia chosản lượng khai tháctrong cùng thời gianLoại mỏ theo lưu lượng mêtan tương đối m³ / tIIIII0-5Trên 5 đến 10T rên 10 đến 15IVT rên 15 hoặcnhững mỏ thoátra dưới dạng xỉBảng 2. Phân loại mỏ theo khí mêtan. Quy chuẩn kĩ thuật vương quốc về bảo đảm an toàn trong khai thác than hầm lò : QCVN : 2011 / BCT ( phát hành kèm theo thông tư số 03/2011 / TT-BCT ngày 15/02/2011 củabộ trưởng bộ công thương ) lao lý mỏ hầm lò có khí mêtan phải xếp loại theo độ thoát khímêtan tương đối như ở bảng 3. Nhóm 12H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanSTTLoại mỏ theo khí mêtanIIIIISiêu hạngNguy hiểm phụt khí bất ngờĐộ thoát khí mêtan tương đối của mỏ m³ / T_ngày-đêm < 5T ừ 5 đến < 10T ừ 10 đến < 15 ≥ 15, những mỏ nguy hại xỉ khíMỏ hầm lò khai thác những vỉa nguy phụt thanvà khí bất ngờBảng 3. Xếp loại mỏ theo độ thoát khí mêtan tương đối trong quá trình khai thácĐối với những mỏ, khu vực đang sẵn sàng chuẩn bị việc xếp loại mỏ theo khí mêtan đượcthực hiện cho từng vỉa địa thế căn cứ vào độ chứa khí mêtan theo tự nhiên được xác lập theo từngvỉa đó để xếp loại mỏ theo độ chứa khí mêtan tự nhiên được pháp luật theo bảng 4. STTLoại mỏ theo khí mêtanIIIIIHàm lượng khí mêtan trong lỗ Độ chứa khí mêtan củakhoan lấy mẫu của vỉa than, % vỉa than, m³ / tấn-khốicháy1-60 < 2.560 - 80T ừ 2.5 đến < 4.5 > 80T ừ 4.5 đến < 8.0 Siêu hạng > 80 > 8B ảng 4. Xếp loại mỏ theo độ chứa khí mêtan tự nhiên của vỉa thanIII. Những đặc thù của khí mêtan3. 1. Tính chất lý học. Mêtan là một khí đơn thuần nhất trong số những khí thuộc cácbua-hiđrô no. Mêtan sạchlà một khí không màu, không mùi và không vị. Nhưng do sự xuất hiện của những hiđrô-cácbuathơm và dấu vết của sun-fua hiđrô trong bầu không khí mỏ, nên nhiều lúc mêtan có mùi đặcbiệt tương tự như như mùi táo chín. Mêtan không độc, nhưng khi hàm lượng của nó trong không khí mỏ tăng lên sẽ làmcho hàm lượng ôxy giảm đi và gây nguy hại về nổ. Trọng lượng riêng của mêtan là 0,554 g / cm, khối lượng phân tử là 16,03, còn ở điềukiện áp suất thông thường ( 1 at ), một m mêtan nặng 0,716 kg. Vì là một chất khí nhẹ, nêntrong mỏ mêtan thường tập trung chuyên sâu ở trần lò. Nó là một chất khí rất linh động và dễ dàngkhuyếch tán hơn không khí 1,6 lần. Mêtan ít hoà tan trong nước ( dưới 1 % theo thể tích ), bịnén và dẫn nhiệt kém. Nhóm 1210H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanKhi áp suất thông thường, mêtan hoá ở nhiệt độ – 161,6 C và đông đặc ở nhiệt độ 0182,5 C. Mêtan cháy với ngọn lửa ít sáng và toả ra một nhiệt lượng là 13.300 kcal / kg. Nhiệtđộ thông thường làm cháy mêtan là 650 – 750 C, nhưng nócó thể tăng hoặc giảm tuỳ theo điều kiện kèm theo xung quanh. Mêtan xuất ra trong mỏ không phải là một chất khí sạch mà cùng với mỏ, ở phần lớncác trường hợp, còn kèm theo những loại hiđrô-cácbua khác ( êtan C 2H6, prôpan C3H8, butanC4H4 v.v… ), cũng như một số ít khí khác ( cácboníc, nitơ, sunfua hiđrô, oxyt lưu huỳnh và đôikhi cả hiđrô ). Sự xuất hiện của những khí này làm tăng mức nguy hại về nổ. 3.2. Tính chất hoá học. Khi hỗn hợp với không khí, mê tan sẽ tạo nên một hỗn hợp cháy và nổQuá trình cháy của khí mêtan khi đủ ôxy được trình diễn bởi phương trình sau : CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2 OHoặc : CH4 + 2 ( O2 + 4N2 ) = CO2 + 2H2 O + 8N2 Từ hai phương trình trên ta nhận thấy mêtan cháy và nổ mạnh nhất khi tích hợp với2 thể tích ôxy hoặc 10 thể tích khí. Khi không đủ ôxy, mêtan cháy và phương trình cháy : CH4 + O2 = CO + H2 + H2OMêtan hoàn toàn có thể tham gia những phản ứng thế halôgen như sau : CH4 + Cl2 = CH3. Cl + HClCH3CL + Cl2 = CH2. CL2 + HClCH2. Cl2 + Cl2 = CH.Cl 3 + HClCH. Cl3 + Cl2 = C.Cl 3 + HClIV. Các dạng xuất khí mêtan4. 1. Các dạng xuất khí mêtan + Sự xuất khí mêtan từ từ liên tục. Dạng suất khí này không sinh ra những đổi khác lớn về lưu lượng, theo thời hạn, lưu lượng khí mêtan xuất ra gần như không đổi và cũng không lớn. Nhóm 1211H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanSự xuất khí, l / phútKhí mêtan xuất ra trong trường hợp này qua những kẽ nứt nẻ nhỏ và khơng nhìn thấy, đồng thời là lượng chính khí mêtan xuất ra trong một mỏ. Sự tăng năng lực chứa mêtan vàtính thẩm thấu so với khí của vỉa than, cũng như sự tăng áp suất của khí, sẽ dẫn đến sự xuấtkhí mêtan qua những mặt tự do, sau khi mở vỉa, sự xuất khí xảy ra rất mạnh, sau đó cường độxuất khí giảm bất ngờ đột ngột và dừng lại hồn tồn sau khoảng chừng thời hạn 6 .. 10 tháng. 7,52,510 Thời gian từ khi mở vỉa, thángHình 1. Sự xuất khí biến hóa theo thời hạn trên 1 mét vuông mặt phẳng vỉa than. Với 1 và 2 là hai vỉa vùng Đơn Bát ; 3,4 và 5 là ba vỉa ở vùng Karaganda. Sự xuất khí qua mặt phẳng tự do của vỉa than phụ thuộc vào vào q trình sản xuất : đánhrạch, cắt than, điều khiển và tinh chỉnh áp lực đè nén .. Trong thời hạn đánh rạch sẽ có một sự xuất khí mêtan quan trọng, do sự mở nhanhvỉa than trong một vùng gần như chưa xuất khí. Vì vậy phải thường xun kiểm tra hàmlượng mêtan trong khơng khí ở gần máy đánh rạch hoặc combai nhất là ở những mỏ có khímêtan nguy hại. Sau nổ mìn ở những lò chuẩn bị sẵn sàng đào trong than cũng có sự xuất khí mêtan quan trọng. Nhóm 1212L ưu lượng CH 4, m 3 / phútHiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than20 25T hời gian, phútHình 2. Sự Open khí mêtan sau khi nổ mìn ở gương lò chuẩn bị10 15K hấu than ở lò chợ bằng búa chèn khơng dẫn đến sự xuất khí đáng kể. Sự xuất khímêtan từ từ liên tục khơng nguy khốn, do đó với phương tiện đi lại thơng gió thông thường sẽlàm cho hàm lượng của nó nhỏ hơn hàm lượng được cho phép được cho phép bởi luật an tồn. + Sự xuất khí dưới dạng xì. Sự xuất khí mêtan dưới dạng này nguy hại hơn, vì một lượng tương đối lớn khímêtan thốt ra trong một thời hạn ngắn, mặt khác sự xuất khí này khơng phán đốn trướcđược. Lưu lượng khí xuất ra trong trường hợp này biến hóa từ một vài m trong một ngàyđến hàng chục nghìn m trong một ngày, còn thời hạn xuất khí hoàn toàn có thể từ vài giờ đến nhiềunăm. Dưới dạng xuất khí này, mêtan xuất ra qua những kẽ nứt lớn, nhìn thấy và từ những lỗhổng trong than và đá, mà ở đó CH4 được tàng trữ dưới một áp suất tương đối lớn. Cường độ xuất khí ở đây phụ thuộc vào vào áp suất của khí bị nén và những bức cản mà nó gặpphải trên đường đi vào đường lò. Ngăn chặn sự xuất khí này triển khai nhờ những lỗ khoan dài để kiểm tra và thumêtan, hoặc vận dụng việc khai thác tương thích những vỉa than gần nhau, cũng như áp dụngphương pháp tinh chỉnh và điều khiển áp lực đè nén tương thích. Ngồi ra hoàn toàn có thể thu khí ở nơi xì ra đưa lên mặt đấthoặc đưa ra luồng gió thải đi lên của mỏ nhờ những đường ống. Bên cạnh những giải pháp trên, cần đưa một lượng gió tương đối lớn vào mỏ để hồ lỗng mêtan đến số lượng giới hạn được cho phép. + Sự phụt khí mêtan. Dưới dạng này, trong một khoảng chừng thời hạn rất là ngắn, suất ra một lượng khí vàthan vụn lớn, đồng thời tạo ra một lỗ hổng trong vỉa than. Nhóm 1213H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanCác giải pháp phòng tránh phụt khí và than vụn gồm có : a. Nhóm những giải pháp bảo vệ công nhân khi được cho phép sự phụt khí và than vụn xảyra : – Nổ mìn chấn động – Đào lò dưới sự bảo vệ của dàn chống. b. Nhóm những giải pháp phòng chống sự phụt khí xảy ra – Khai thác những vỉa bảo vệ. – Các giải pháp đặc biệt quan trọng khi mở vỉa bằng lò xuyên vỉa – Biện pháp chống bổ trợ ở nóc lò – Các giải pháp thu tháo khí mêtan – Khoan những lỗ khoan có đường kính lớn trước gương lò sẵn sàng chuẩn bị – Bơm nước vào vỉa than qua những lỗ khoan. V. Những nguyên do đốt chát mêtan trong mỏ. – Qua thực tiễn của ngành mỏ hầm lò, người ta thấy những nguyên do đốt cháy khímêtan gồm có : + Ngọn lửa hở hoàn toàn có thể sinh ra do những đèn khí axêtilen, đèn dầu bảo đảm an toàn bị hỏng, cácmáy hàn, hút thuốc, cháy nội sinh và ngoại sinh v .. v .. + Các khí thải ra từ tàu có động cơ đốt trong và nhất là những thành phần than cốc cháyđỏ bị thải ra và sẽ có năng lực làm cháy mêtan. + Công tác nổ mìn theo những tài liệu thống kê thì đây là nguyên do chính làm cháyvà nổ mêtan từ xưa đến nay. + Ngọn lửa cơ học sinh ra do sự va đập hoặc cọ sát giữa hai vật thể rắn, cũng có khảnăng làm cháy mêtan. Đặc biệt nguy khốn là ngọn lửa sinh ra do những rang của những máy đánhrạch hoặc combai khi thao tác. Ví dụ ở Anh, trong những năm 1961 và 1963, 25 % trongtổng số lần cháy khí mêtan gây ra là do ngọn lửa này. Nhóm 1214H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than + Mặt khác người ta còn thấy rằng tần số lần cháy mêtan phụ thuộc vào vào độ rắn củađất đá, nghĩa là khi độ rắn của đất đá tăng thì tần số làm cháy mêtan tăng. Thế nhưng, tần sốlàm cháy mêtan lại không phụ thộc vào kích cỡ độ rỗng và tỷ lệ của đất đá. + Tia lửa tĩnh điện rất hay gặp trong thực tiễn, nhưng nguồn năng lượng điện nhỏ. Trongnhững điều kiện kèm theo thuận tiện, nguồn năng lượng của ngọn lửa này hoàn toàn có thể tăng lên và hoàn toàn có thể làm cháyhỗn hợp nổ. + Trong những ống dẫn gió, do sự cọ sát giữa không khí chứa bụi và ống sắt kẽm kim loại lẫncác hạt bụi có thể tích tĩnh điện. Qua đo đạc người ta thấy rằng những hạt bụi mang điện âmcòn những ống sắt kẽm kim loại mang điện dương. + Cũng qua thực nghiệm người ta còn thấy lượng tĩnh điện tăng tỉ lệ với trọng lượnghạt bụi cỡ hạt, nhiệt độ vận tốc gió và giảm đi cùng với sự tăng nhiệt độ. Sự nguy hại xảy rakhi CV2 / 2 > 0,00028 Jun, nguồn năng lượng hoàn toàn có thể đôt cháy hỗn hợp nổ có 8 % mêtan. + Những nơi có sự nguy hại về tĩnh điện ở trong mỏ bao gồm : những ống dẫn khínén, ống dẫn vật tư chèn lò bằng khí nén, nạp bua lỗ mìn bằng cát, máy phun vữa xi mănglên tường lò, ống gió sắt kẽm kim loại, băng tải, băng chuyền. VI. Những điều kiện kèm theo gây nổ khí mêtan. Các điều kiện kèm theo gây nổ của khí mê tan gồm có : Nồng độ mêtan. Thời gian gây nổ. Nhiệt độ gây nổ. Nồng độ oxy trong không khí mỏ. 6.1. Nồng độ mêtan : Khi xét phản ứng của mêtan với không khí : CH4 + 2 ( O2 + 4N2 ) = CO2 + 2H2 O + 8N2. Ta thấy cứ 1 thể tích mêtan hóa hợp với 10 thể tích không khí, ở điều kiện kèm theo bìnhthường thì hỗn hợp trên là một hỗn hợp gây nổ rất mạnh : nghĩa là với tỉ lệ mêtan trongkhông khí bằng 1/11 ≈ 9,1 % theo thể tích thì gây nỏ mạnh. Trong trong thực tiễn, mêtan không phải chỉ nổ ở nồng độ 9,1 % mà nổ trong một giới hạntương đối rộng. Giới hạn nổ dưới của mêtan là 5 – 6 % và số lượng giới hạn nổ trên là 14 – 16 %. Nhóm 1215O2, % Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi than22hỗn hợp CH4, không khí không tạo ra được2018hỗn hợpnổ161412hỗn hợp hoàn toàn có thể nổ nếuthêm không khí sạchhỗn hợpkhí nổ10101214161820CH 4, % Hình 3. Các tiến trình nổ của hỗn hợp mêtan – khơng khíNgồi những số lượng giới hạn nổ trên, hỗn hợp mêtan khơng khí hoàn toàn có thể cháy do một ngọnlửa nào đó, tuy nhiên khơng gây nổ. Khi nồng độ mêtan nhỏ hơn 5 % q trình cháy liên tục nếuvẫn có đủ oxy và nó chỉ tắt khi khơng có nguồn lửa. Trong khơng khí mỏ, khí nổ khơng phải chỉ có mêtan mà là một hỗn hợp gồm cáckhí nổ khác nhau, vì thế nồng độ dư của hỗn hợp nổ được tính theo cơng thức sau : X = 100P1 + 2 + 3 + …. nN1N2NnN3 [ % ] Ở đây : P1, P2, P3, … Pn – là nồng độ theo Xác Suất thể tích của mỗi khí thành phần củahỗn hợp. N1, N2, N3, .. Nn – số lượng giới hạn nổ dưới của mỗi khí thành phần. Khí nổMêtanƠxyt cácbonÊtanHidrơNhóm 12G iới hạn nổ, % Dưới5, 012,53,24,016 Trên15, 075,512,574,0 Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanBảng 5 : Giới hạn nổ dưới của 1 số ít khí nổ trong không khí, ở điều kiện kèm theo thông thường, theophần trăm thể tích. 6.2. Nhiệt độ gây nổ. Nhiệt đổ nổ là nhiệt độ làm nóng hỗn hợp mêtan – không khí đến khi nổ. Nhiệt độbình thường và gây nổ khí mêtan là 650 – 750 oC. Nhiệt độ gây nổ khí mêtan phụ thuộc vào vào những yếu tố sau : Phụ thuộc vào nồng độ khí mêtan. CH4, % 8103,46656,55127,65108,15149,55251153914565 Bảng 6 : Nhiệt độ nổ khí mêtan phụ thuộc vào vào nồng độ của nó. Như vậy, ở nồng độ khoảng chừng 8 %, nhiệt độ gây nổ khí mêtan là thấp nhất. Phụ thuộc vào áp suất không khí ; khi áp suất không khí càng lớn thì nhiệt độ gây nổcàng thấp. Các quá trình nén khí là quá trình tăng áp suất và tăng nhiệt độ, do đó nén khícũng hoàn toàn có thể gây nổ. Điều này có ý nghĩa rất lớn đến việc sử dụng những máy nén khí di độngtrong mỏ. 6.3. Thời gian gây nổ trong mỏ. Mêtan là một chất khí có tỉ nhiệt khá cao, do đó khi bắt lửa thì không nổ ngay mà cómột quá trình tự làm tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nổ. Thời gian gây nổ khí mêtan có một ý nghĩa rất lớn về mặt bảo đảm an toàn. Với nồng độ vànhiệt dộ gây nổ khác nhau thì thời hạn gây nổ cũng khác nhau. 775 oC875 oC975 oCCH4, % 10121.08 s1. 15 s1. 25 s1. 30 s1. 40 s1. 64 s0. 35 s0. 36 s0. 37 s0. 39 s0. 41 s0. 44 sBảng 7 : Thời gian gây nổ khí mêtan phụ thuộc vào vào nồng độ và nhiệt độ. Nhóm 12170.12 s0. 13 s0. 14 s0. 14 s0. 15 s0. 16 sHiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanTừ bảng trên ta thấy rằng nhiệt độ càng nhỏ và nồng độ càng lớn thì thời hạn gâynổ càng lớn. 6.4. Nồng độ ôxy trong không khí. Nếu trong không khí mỏ không có oxy hoặc nồng độ oxy quá thấp thì mêtan khôngthể nổ được, đơn cử là nếu nồng độ oxy nhỏ hơn 12 % thì mêtan không hề gây nổ, như vậynồng độ oxy là điều kiện kèm theo thiết yếu để gây nổ mêtan. VII. Hiện tượng và hậu quả nổ khí mê tan. 7.1. Hiện tượng nổ mêtanNổ khí mêtan là một hiện tượng nổ lặp, nghĩa là nổ đi, nổ lại nhiều lần tại một vị trí. Hiện tượng này được giải thích như sau : khi nổ mêtan, những chất khí dẫn nở rất lớn, làm chonhiệt độ và áp suất ở xung quanh tâm nổ tăng lên nhanh gọn, đồng thời tạo ra áp suất rấtnhỏ ở tâm nổ. Vì vậy, sau khi nổ, do có sự chênh lệch áp suất giữa tâm nổ và xung quanh, những chất khí sẽ đổ dồn về tâm nổ. Mêtan là một chất khí linh động, nên dồn về tâm nổ trướctiên và tích tụ lại ở đó. Với điều kiện kèm theo áp suất và nhiệt độ cao, mêtan lại gây nổ lần thứ hai. Hiện tượng nổ như vậy cứ diễn ra cho đến khi hết mêtan, hoặc nồng độ ôxy ở vùng nổ giảmxuống không đủ gây nổ. Khi nổ mêtan sẽ sinh ra làn sóng nổ. Tốc độ Viral của sóng nổ, dọc theo đườnglò, lúc đầu tăng theo sự tăng của nồng độ mêtan trên 5 … 6 %, nhưng sau đó giảm đến bằngkhông, khi nồng độ mêtan là 14 .. 16 %. Tốc độ Viral này càng lớn nếu như trước khi nổ, mêtan ở trạng thái di động. Trong quá trình Viral của sóng nổ, dọc theo đường lò, nếugặp phải phải những vật cản ở đường lò thì vận tốc Viral của sóng nổ càng tăng từ vài chụcmét đến hàng trăm mét trong một giây. 7.2. Hậu quả nổ khí mêtan. Khi nổ khí mêtan, ở trên nổ xảy ra hàng loạt quá trình đổi khác lý hoá. Nổ mêtankhông có gì khác so với bất kể hiện tượng nổ khí nào, vì trong một thời hạn rất là ngắn, do sự cháy thể tích khí khởi đầu biến thành một thể tích rất lớn những khí khác. Trong thời giannổ, nhiệt độ không khí tăng lên rất cao, do phản ứng hoá học giữa mêtan và ôxy. Nhiều khu công trình điều tra và nghiên cứu đã cho thấy, khí mêtan nổ trong một môi trường tự nhiên kín, nhiệt độ hoàn toàn có thể tới 2650 C. Trong trong thực tiễn mỏ, nhiệt độ không vượt quá 1850 C. Với nhiệtđộ này, mọi vật thể đều hoàn toàn có thể bị cháy thành than. Tuy nhiên, hậu quả gây ra do nhiệt độ caochỉ biểu lộ ở mặt phẳng của vật thể và thời hạn sống sót của ngọn lửa quá ngắn. Đôi khi nhiệtđộ trên còn gây ra cháy làm tăng thêm hậu quả của vụ nổ. Một hậu quả khác của nổ mêtan là hậu quả cơ học. Do công dụng này mà những toa tầucó thể bị lật đổ, đường tàu bị bẻ gãy, những thiết bị máy móc bị phá huỷ, đường ống gió cụcNhóm 1218H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanbộ, ống dẫn khí nén, máng cào cũng bị phá huỷ, ngoài những còn phá huỷ khung chống lò hạcphá sập đường lò. Hậu quả lớn nhất của nổ khí mêtan cũng như nổ bụi than là hậu quả hoá học. Vì khínổ mêtan sẽ tạo ra một lượng lớn khí CO và với lượng khí này thì bất kể một khung hình sốngnào cũng hoàn toàn có thể bị chết vì ngộ độc nếu gặp phải luồng gió đi qua, nồng độ CO sinh ra trongđiều kiện thông thường hoàn toàn có thể có nồng độ 1 % hoặc 2 – 4 %, còn khi thiếu O 2, hoàn toàn có thể đạt 1040 %. Mặt khác, khi nổ mêtan, do sự dãn nở của không khí mà bụi than đã và lắng đọng ở nềnlò hoặc trên những khung chống, bị tung lên hoà lẫn với không khí, hoàn toàn có thể đạt đến nồng độ nổ. Và khi ngọn lửa cháy mêtan đốt cháy hỗn hợp bụi than này thì cường độ của vụ nổ sẽ tănglên, đồng thời làm tăng nồng độ khí độc. Qua những tài liệu thống kê về mối đe dọa của những vụ nổ khí mêtan và bụi mỏ, người tathấy rằng : khoảng chừng 8-10 % số người bị chết, do công dụng cơ học khoảng chừng 255 bị chết do tácdụng nhiệt, còn khoảng chừng 65 % bị chết do công dụng hoá học. Số người chết101112131415NămTên mỏ ( bể than ) Nước190719081908192219401942196519651965196519651965197219741976Agrapee Nr. 2 ĐônbátHam VestfaliAureli vỉa5 LupeniLupeniHônkêikôClyđêch ValeLiêvanhKakanUricaniNitêtin KôgiôJubôriUricaniLiêvanhKentắckiBỉLiên xôTây ĐứcRu-ma-niRu-ma-niTrung quốcAnhPhápNam tưRu-ma-niNhật bảnNhật bảnRu-ma-niPhápMỹ124270335825315273131129413060 > 304224B ảng 8. Các vụ cháy nổ khí mêtan nổi bật ở thế giớiNhóm 1219H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanTTThời gianTên MỏNguyên nhân8 / 199319951996N ổ khí MêtanNổ khí MêtanCháy khí Mêtan1997Cháy khí Mêtan101111 / 1/1999 19/12/200212 / 200212 / 20024 / 20033 / 200612 / 2008M ỏ Tân Lập – Hòn GaiXN 190 Công ty Đông BắcMỏ Bình MinhLò thực tập Trường đào tạoCN Cẩm PhảMạo KhêMỏ Tây Nam Đá MàiSuối LạiXN Than 909M ỏ than Bố Hạ – Bắc GiangThống NhấtMỏ Khe ChàmSố ngườichếtNổ khí MêtanNổ khí MêtanNổ khí MêtanNổ khí MêtanNổ khí MêtanNổ khí MêtanNổ khí Mêtan1911Bảng 9. Các vụ cháy nổ khí mêtan nổi bật ở Việt NamVIII. Ngăn ngừa nổ khí mêtan. Như ở trên ta đã biết điều kiện kèm theo gây nổ khí mêtan gồm có bốn điều kiện kèm theo. Vì vậy, cácbiện pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan đều nhằm mục đích phá vỡ một trong bốn điều kiện kèm theo gây nổ củamêtan, điều kiện kèm theo về nồng độ ôxy không hề phá vỡ được vì không hề hạ thấp nồng độ ôxydưới qui định cuả luật bảo đảm an toàn. Ngoài ra điều kiện kèm theo vào thời hạn gây nổ mêtan cũng khó cóthể tinh chỉnh và điều khiển được. Như vậy, những giải pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan sẽ tập trung chuyên sâu vào việcphá vỡ hai điều kiện kèm theo đầu và trong trường hợp này, thông gió là phương tiện đi lại đa phần. Các giải pháp ngăn ngừa nổ khí mêtan hoàn toàn có thể chia thành 3 nhóm sau : Các giải pháp loại trừ sự tập trung chuyên sâu nguy hại khí mêtan. Các giải pháp loại trừ sự đốt cháy mêtan. Các giải pháp hạn chế hậu quả nổ mêtan. 8.1. Các giải pháp loại trừ sự tập trung chuyên sâu nguy hại khí mêtan. Hòa loãng nồng độ mêtan trong những vị trí trong mỏ phải bảo vệ nhu yếu theo bảngsau : Nhóm 1220H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanSTTHàm lượng khí mêtan % khôngcho phép theo thể tích không khímỏ. Luồng gióLuồng gió thải đi ra từ gương khấuhoặc lò cụt, hầm, trạm, khu khai thácLuồng gió thải đi ra từ một cánhhoặc toàn mỏLuồng gió đi vào khu khai thác, gương khấu, gương lò cụt và hầmTích tụ khí mêtan cục bộ ở gươngkhấu, lò cụt và những lò khác > 1 > 0,75 > 0,5 ≥ 2B ảng 10. Hòa loãng nồng độ mêtan trong những vị trí trong mỏTheo luật bảo đảm an toàn của một số ít nước, nồng độ khí mêtan như ở bảng 11. Để đảm bảoqui định của luật bảo đảm an toàn về nồng độ khí mêtan như ở trên, cần phải thực thi những biệnpháp sau : 8.1.1. Đảm bảo thông gió phù hợpNướcNồng độ tối đa ở luồng Nồng độ mêtan trong mạng thông gió mỏ, % gió chung, % MỹTây Đức0, 751,00 Anh1, 25H à lan0, 5L iên xô0, 75P háp1, 0B a lan0, 75T iệp khắc1, 01,5 ở vị trí thao tác. BỉRu-ma-ni1, 00K hông quá 2,0 và ngoại lệ là 3,00 Lớn nhất là 1,00 ở luồng gió thải của khu hoặc ở những lòthông gió của những lò chợ. Nhóm 121 – 2T ối đa 1 và ngoại lệ là 1,80 Không vượt quá 0,25 ở luồng gió đi vào lò chợ, còn ởcác luồng gió khác là 1,25 và ngoại lệ là 2,50 Không được quá 1,5 và ngoại lệ là 2,0 Không quá 0,5 ở luồng gió đi vào lò chợ, 1,0 ở luồnggió đi ra khỏi một khu và 2,0 ở lò chuẩn bị sẵn sàng cũng như ởmột số vị trí riêng không liên quan gì đến nhau khác. Không quá 1,0 ở luồng gió tại vị trí thao tác, 1,5 ở lòchuẩn bị và 2,5 ở những trường hợp ngoại lệ. ở luồng gió của một khu không vượt quá 1,0 Không quá 0,5 ở luồng gió vào nơi thao tác 2,0 ở cácổ khí. Đối với trường hợp đặc biệt quan trọng : – 1,0 ở luồng gió vàonơi làm việc21Hiện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanBảng 11. Hàm lượng mêtan được cho phép ở một số ít nướcThông gió tương thích nghĩa là phải bảo vệ hòa loãng tổng thể những khí, sao cho ở những vịtrí thao tác nồng độ ôxy trong không khí không nhỏ hơn 20 %, còn nồng độ khí mêtan ởcác vị trí khác nhau phải nhỏ hơn pháp luật của luật bảo đảm an toàn. Muốn bảo vệ chính sách thông gió tương thích, cần phải triển khai những qui định sau : Đối với mỏ có khí phải dùng thông gió hút. Thông gió đẩy chỉ được cho phép so với cáctầng đầu ở mỏ có khí mêtan loại I và loại II. Thông gió đẩy – hút được cho phép so với bất kể loạimỏ nào, với quạt chính đẩy và những quạt phụ hút, sao cho ở những lò chợ phải tạo ra hạ áp suất. Tất cả những mỏ phải sử dụng thông gió tự tạo. Thông gió tự nhiên chỉ được cho phép đốivới những mỏ không nguy hại về khí, đồng thời phải có cơ quan có nghĩa vụ và trách nhiệm duyệt. Các thiết bị quạt chính cần có một môtơ dự trữ, hoạt động giải trí nhờ một nguồn nguồn năng lượng khác. Ở những mỏ có khí, những trạm quạt chính phải trang bị hai quạt, trong đó một quạt dự trữ. Cần tạo lỗ tương tự của mỏ càng lớn càng tốt (  1,5 m ) và hạ áp suất lớn nhấtvào khoảng chừng 150 … 300 mm cột H2O. Thông gió cục bộ ở những mỏ có khí phải là thông gió đẩy. Các quạt gió chính của mỏ phải đặt trên mặt đất, còn khi đặt ở dưới mỏ đối vớinhững mỏ không có khí cần được nghiên cứu và phân tích tỷ mỉ. Gió sạch phải được đưa xuống mức thấp nhất của mỏ, thông gió chung của mỏ phảilà thông gió với hướng đi lên, trong trường hợp ở những mỏ có khí và góc dốc của vỉa lớn hơn5. Việc thông gió chung của mỏ với hướng đi xuống chỉ được cho phép so với những mỏkhông có khí nổ hoặc mỏ loại I, đồng thời phải được cơ quan có nghĩa vụ và trách nhiệm duyệt. Gió thải ở những gương lò sẵn sàng chuẩn bị hoặc ở những mức mới phải đưa vào luồng gió thảichung của mỏ hoặc của khu. Cần ngăn ngừa sự quẩn gió trong trường hợp thao tác của những quạt phụ dưới mỏ vàcủa những quạt cục bộ. Đối với trường hợp thông gió cục bộ, quạt phải đặt ở luồng gió sạch, cách luồng gió thải ra tối thiểu là 10 m, sao cho quạt hoàn toàn có thể hút tối đa 70 % lượng gió đến vùngđặt quạt nhờ hạ áp chung của mỏ. Khi sử dụng nhiều quạt đặt dọc đường ống để thông giócục bộ, phải ngăn ngừa sự hút gió bẩn chuyển dời trong đường lò vào ống dẫn, đồng thờiphải ngăn ngừa sự rò gió sạch trong ống dẫn ra ngoài. Đặc biệt khi đặt tiếp nối đuôi nhau hai quạt cụcbộ để thông gió cho một khu vực, thì khoảng cách giữa hai quạt tối đa là 1/3 chiều dài toànbộ đường ống. Để kiểm soát và điều chỉnh lượng gió giữa những luồng trong mỏ, cố gắng nỗ lực sử dụng càng ít cửa giócàng tốt. Nhóm 1222H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanCần sử dụng những hạ áp kế và lưu lượng kế tự ghi đặt ở những trạm quạt chính để theodõi tình hình thao tác của quạt. 8.1.2. Kiểm tra khí mêtanĐể theo dõi nồng độ khí mêtan trong những đường lò, ở tổng thể những mỏ có khí phải tổchức kiểm tra tiếp tục. Nhiệm vụ kiểm tra này thuộc về những nhân viên cấp dưới đo khí củaphòng thông gió bảo đảm an toàn, sao cho trong mỗi ca thao tác phải đo khí mêtan hai lần. Ở những mỏ thuộc loại III và ngoại hạng về khí mêtan, nếu sử dụng máyđánh rạch và combai thì khi máy thao tác, cần phải kiểm tra khí mêtan thườngxuyên. Đo khí mêtan hoàn toàn có thể dùng đèn dầu bảo đảm an toàn hoặc những máy và thiết bị đo đãgiới thiệu. Đối với mỏ ngoại hạng hoặc nguy khốn về phụt khí, không được dùngđèn dầu bảo đảm an toàn để đo mêtan. Kết quả đo phải ghi lên bảng treo ở mỗi vị trí đo, đồng thời nhân viên đo khí phải làm báo cáo giải trình lên quản đốc cũng như ghi vào sổ đokhí của mỏ. Ngoài việc đo mêtan tiếp tục do những nhân viên cấp dưới đo khí, những nhân viênkỹ thuật cũng phải kiểm tra mêtan khi đi vào bất kể một lò chợ nào. Việc tổ chức triển khai kiểm tra mêtan tốt ở những vị trí thao tác, giúp cho cán bộ vàcông nhân kịp thời sử dụng những giải pháp có hiệu suất cao để ngăn ngừa rủi ro tiềm ẩn nổkhí. 8.2. Các giải pháp loại trừ nguồn đốt cháy mêtan. Để tăng mức bảo đảm an toàn về chống nổ khí mêtan càn phải loại trừ những nguồn đốtcháyCác biện pháp chính quan trọng nhằm mục đích loại trừ nguồn đốt cháy mêtan baogồm : – Cấm những ngọn lửa để hở, trong mỏ chỉ sử dụng những đèn chiếu sáng cánhân là đèn ác qui hoặc đèn dầu bảo đảm an toàn. Việc sử dụng những máy hàn trong mỏ chỉ được phép ở những luồng gió sạch, trừtrường hợp mỏ ngoại hạng thì không được hàn trong mỏ. – Phải loại trừ sự đốt cháy mêtan do những tia lửa điện, đơn cử là phải thực thi tấtcả những qui định về dùng nguồn năng lượng điện trong những mỏ có khí. – Đối với những đầu tầu với động cơ đốt trong, khi thao tác ở những mỏ có khí nổphải trang bị những thiết bị làm lạnh khí bằng nước. Trong những mỏ loại I vàII, ở những đường lò chính có gió sạch đi qua, hoàn toàn có thể sử dụng tàu điện cần vẹt. – Phải loại trừ đốt cháy mêtan do nổ mìn. Như ta đã biết, nổ mìn là nguyênnhân gây nổ khí mêtan ở hầu hết những trường hợp. Ví dụ mỏ than Đôrtmunđđã thống kê những nguyên do nổ mêtan như ở bảng VII-9. Việc nổ mìn chỉ triển khai ở những vị trí thao tác được thông gió liên tục vàchỉ sử dụng thuốc nổ bảo đảm an toàn cũng như phương tiện đi lại bảo đảm an toàn. Nhóm 1223H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanTrước khi nạp thuốc nổ và nổ mìn, hàm lượng mêtan ở vị trí nổ cũng như ởvùng xung quanh cách nơi nổ 20 m, phải nhỏ hơn 1 %. Khi hàm lượng mêtan ở nơilàm việc bằng hoặc lớn hơn 2 % thì mọi công tác làm việc phải dừng lại. Công việc chỉ tiếptục khi hàm lượng mêtan giảm xuống dưới 1 %. Nguyênnhân1940-1953Số lầnNổ mìn23Cháy nổ10NănglượngđiệnNguyên nhânkhácTổng số1954 – 1959S ố lần40, 17,7,215,411,619,22035,11453,857100,026100,0 Bảng 12. Những nguyên do gây nổ khí mêtan do ngọn lửa cơ học. Phải ngăn ngừa sự đốt cháy mêtan do ngọn lửa cơ học. 8.3. Các giải pháp hạn chế hậu quả nổ mêtan. Các giải pháp quan trọng nhất trong trường hợp này gồm có : – Chia mỏ thành nhiều khu độc lập với việc thông gió riêng không liên quan gì đến nhau. – Chia luồng gió chính thành nhiều luồng song song, không khí bẩn được đưađến giếng gió ra ngắn nhất. – Hạn chế hoặc cấm việc thông gió tiếp nối đuôi nhau những vị trí lao động. – Đảm bảo tốt sự cách biệt giữa luồng gió sạch và luồng gió bẩn, nhằm mục đích ngănchặn sự quẩn gió giữa những luồng khi xảy ra nổ mêtan. – Đảm bảo tiết diện của đường lò để việc đi lại không bị cản trở. – Tổ chức và trang bị văn minh cho đội cấp cứu mỏ. Tất cả công nhân cần đượctrang bị bình tự cứu cá thể. – Xây dựng một hầm trú ẩn ở những nơi đông người thao tác và có tính nguyhiểm về nổ khí. – Khi quạt gió chính cũng như quạt gió phụ ngừng thao tác trong một khu, mọi hoạt động giải trí ở đây phải ngừng lại, công nhân phải đi ra luồng gió sạch và mạchđiện phải ngắt. – Trang bị những hiểu biết kỹ thuật tối thiểu cho công nhân về đặc thù củakhí mêtan và của bụi than về những giải pháp ngăn ngừa nổ khí, nổ bụi than vànhững giải pháp cấp cứu ở mỏ. Nhóm 1224H iện tượng cháy nổ khí Mêtan và bụi thanCHƯƠNG IIBỤI THANBụi than là một trong hai loại bụi thuộc bụi mỏ. nó còn được gọi là bụi gây cháy nổhay bụi không chỉ gây độc, tức là nó không những gây độc mà còn gây nổ và là nguyênnhân gây nên nhiều bệnh bụi phổi khác nhau. I. Các yếu tố ảnh hưởng tác động đến tính cháy và nổ của bụi than. Tính nổ của bụi than phụ thuộc vào vào một loạt những yếu tố. Các yếu tố này gồm có : hàmlượng chất bốc, cỡ hạt bụi, độ tro, nhiệt độ, thành phần thạch học, sự xuất hiện của mêtan, tínhchất và cường độ nguồn nhiệt, … 1.1. Hàm lượng chất bốc. Bụi than có tính cháy nổ khi hàm lượng chất bốc của than trong những vỉa lớn hơn 10 – 15 % ( tính theo khối lượng so với khối than cháy, không kể nhiệt độ, độ tro của than ). 1.2. Cỡ hạt bụi. Tham gia vào những vụ nổ là bụi có cỡ hạt rất nhỏ cho đến 750 μm ( 0,75 mm ) và nổmạnh nhất là những hạt bụi có đường kính đến 1 mm. Các hạt bụi có đường kính 0.075 mm là nguy khốn nhất về rủi ro tiềm ẩn nổ. Các hạt bụi nhỏ hơn 10 μm ít nguy hại về nổ. 1.3. Sự xuất hiện của mêtan. Sự xuất hiện của mêtan làm tăng tính nổ của bụi than, đơn cử là giảm số lượng giới hạn nổ dưới của bụi. Ví dụ, số lượng giới hạn nổ của bụi than là 40 g / m3, nếu hỗn hợp với 2 % mêtan thì số lượng giới hạn này sẽgiảm xuống là 40 – 2 x 12 = 16 g / m3Khi nồng độ mêtan là 2,5 % thì số lượng giới hạn nổ dưới là 3 – 5 g / m 3.1.4. Độ tro của bụi than. Độ tro và nhiệt độ của bụi than là những yếu tố ảnh hưởng tác động đáng kể đến nhiệt năng vàthời gian gây nổ. Độ tro càng cao thì càng cần nhiệt dộ đốt cháy bụi càng cao, còn giới hạnnổ dưới về nồng độ cũng cần cao hơn. Bụi than sẽ không nổ kho độ tro của nó là 60 – 70 % 1.5. Thành phần thạch học. Yếu tố này tác động ảnh hưởng đến tính nổ của bụi than do chứa những thành phần thạch họckhác nhau khi đước phá vỡ, cũng như những đặc tính khác nhau của chúng ( nồng độ khí, độẩm, khối lượng riêng … ) Vitrit là thành phần nguy hại nhất, phuzit it nguy hại hơn, bởivì mặc dầu năng lực phá vỡ lớn hơn so với vitrit, nhưng lại chứa hàm lượng chất bốc ít hơnvà có độ tro lớn hơn. 1.6. Độ trơ của bụi. Nhóm 1225

Source: https://vh2.com.vn
Category : Startup