SỰ CẦN THIẾT TRONG ĐÀO TẠO NÂNG CAO NHẬN THỨC CHO NGƯỜI LAO ĐỘNG VỀ SỰ NGUY HIỂM CỦA KHÍ MÊ TAN TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ

           Để phát triển nâng cao sản lượng đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế thị trường, ngành Khai thác than Hầm lò đã và đang tập trung hoá sản xuất, mở rộng các Khu Khai thác càng ngày càng phát triển xuống sâu hơn. Điều đó thực tế làm cho hiểm hoạ về khí mê tan ngày càng tăng cao.

           Trong mỏ Hầm lò, khí mê tan là khí gây nên hiểm hoạ cực kỳ lớn, đặc biệt là cho sức khoẻ và sự sống của con người. Chỉ trong vòng một thế kỷ qua, các vụ cháy nổ khí mê tan trong mỏ hầm lò đã cướp đi sinh mạng của hàng nghìn thợ mỏ trên toàn thế giới. Bên cạnh đó, cần nhấn mạnh rằng trong không ít các trường hợp xảy ra thì nổ khí mê tan thường là nguyên nhân gây ra nổ bụi than, mà hậu quả của nó lớn gấp nhiều lần so với nổ khí, phần lớn dẫn đến thảm hoạ mỏ.

1. Tính chất lý hóa của khí mê tan

            Mê tan (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, vậy mê tan nhẹ hơn nhiều lần so với không khí . Nó có thể hoà tan trong etanol, eter, 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 mê tan đẩy khí ôxy (4,8% mê tan sẽ đẩy 1%  ôxy). Mê tan là khí có khả năng cháy nổ. Khi nồng độ 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. Nhiệt độ cháy của mê tan từ 650 tới 750°C, nhiệt độ nổ từ 1500 tới 2650°C. Nếu nồng độ mê tan dưới 5% thì mê tan sẽ cháy khi tiếp xúc với nguồn nhiệt, trong khoảng từ 5 -15% thì xảy ra hiện tượng nổ, trên 15% thì hỗn hợp sẽ không cháy. Hỗn hợp nổ mạnh nhất khi nồng độ mê tan đạt 9,5%. Giới hạn nổ của khí mê tan không cố định và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, vị trí cháy, cừơng 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.

Phản ứng cháy của khí mê tan được biểu thị như sau:  CH4 + 2O2  →  CO2 + 2H2O + 55594 KJ trên 1kg CH4

Trong điều kiện thiếu ôxy thì phản ứng cháy diễn ra như sau: CH4 + O2 →  CO + H2 + H2O

Nhiệt độ tối đa khi nổ trong buồng kín là 2650°C, áp suất tối đa khi nổ là 650kPa (6,5at). Nổ khí mê tan diễn ra dưới dạng phản ứng dây chuyền (giống như nổ bom nguyên tử ).

2. Sự tồn tại của khí mê tan trong nham thạch

           Quá trình biến đổi vật chất từ thực vật thành than đá gọi là sự hoá than hoặc cacbon hoá. Quá trình này là quá trình biến chất, làm tăng hàm lượng của nguyên tố cacbon C trong vật chất ban đầu. Hàm lượng phần trăm của nguyên tố này là chỉ số quan trọng nhất của độ biến chất. Sản phẩm của quá trình biến chất ngoài than đá còn có các chất khí như cacbonic (CO2), mê tan (CH4), Nitơ (N2), hiđrô (H2), cacbuahydrô (CxHy), các khí khác và cả nước (H2O). Trong thời gian biến chất, một phần các chất này đã thoát vào khí quyển hoặc nham thach bao quanh, chỉ còn một phần của nó được giữ lại trong vật chất ban đầu.

           Quá trình biến chất có thể phân thành 2 thời kỳ cơ bản:

• Thời kỳ thành tạo (diagenez) – bao gồm quá trình biến chất sinh hoá của vật chất hữu cơ thành than bùn, sau đó thành than nâu.
• Thời kỳ biến chất (metamorfizm) – trong thời kỳ này tiếp tục biến đổi than nâu thành than đá và sau đó thành antraxit dưới sự tác động của các yếu tố địa chất như nhiệt độ, áp suất,và thời gian.

         Một phân đoạn quan trọng của thời kì thành tạo là lên men của mê tan, trong thời gian này vật chất hữu cơ đã bị phân huỷ trong điều kiện không có khí ôxy và chịu tác động của vi khuẩn. Phương trình hoá học của quá trình phân huỷ xenlulô diễn ra như sau:      2C6H10O5 → 5CH4 + 5CO2 + 2C

           Trong nham thạch, mê tan tồn tại ở trạng thái tự do và trạng thái hấp thụ, có nghĩa là liên kết với than. Ta phân biệt ba hình thức liên kết khí với than như sau:

• Hấp thụ bề mặt – tụ tập các phần tử khí trên bề mặt của than bằng lực kéo phân tử.
• Hấp thụ thẩm thấu – Các phần tử khí thẩm thấu vào trong cấu trúc của than, không có liên kết hoá học.
• Hấp thụ hoá học – Liên kết hoá học giữa khí và than.

Hình 1: Sự di chuyển của khí mê tan trong vỉa than

          Trong lỗ khoan hoặc khe nứt, hàm lượng khí có thể đạt tới 100%, sau khi thoát vào đường lò, hàm lượng khí giảm dần do sự hòa loãng bởi hệ thống thông gió.

Hình 2: Sự thoát khí mê tan từ vỉa than

            Khí mê tan thoát vào đường lò từ nhiều vị trí khác nhau, tại các lò chợ, khí mê tan chủ yếu thoát trực tiếp từ gương khấu, khu vực phá hỏa, từ nền lò, nóc lò hoặc từ những vỉa than, lớp than lân cận phía trên hoặc phía đưới. Tại các đường lò chuẩn bị, khí mê tan thoát vào từ bề mặt gương đào lò, hông lò, nóc lò, nền lò…

Hình 3: Sự thoát khí trong lò chợ

Hình 4: Sự thoát khí trong lò chuẩn bị

Hình 5: Sự tồn tại của các loại khí trong đường lò

3. Các vụ nổ khí mê tan trên thế giới và tại Việt Nam

            Theo quan sát có thể thấy rằng các vụ nổ nổ trong các mỏ than hầm lò xảy ra vì những lí do sau: việc mở lại các công trình bịt kín, các khu vực bị phong tỏa, than tự cháy, tích tụ khí mê tan tại các đường lò không được thông gió, nổ khí tại gương lò chợ (gương lò đào) do hệ thống thông gió kém hiệu quả, Bảng 1 mô tả các thảm kịch nổ khí mỏ trên toàn thế giới trong hai mươi năm qua (từ năm 2000-2020), danh sách này bao gồm: Thời gian (năm), quốc gia, tên mỏ, nguyên nhân tai nạn và số người thiệt mạng. Có 2.240 người chết trong 57 vụ tai nạn. Có thể thấy rằng năm 2010 là một năm đáng sợ trong lịch sử khai thác than với 9 thảm họa mỏ xảy ra ở 8 quốc gia dẫn đến tổng số 299 người thiệt mạng. Tương tự như vậy năm 2006 và 2007 đã chứng kiến số vụ tai nạn mức cao nhất, lần lượt là 8 và 6 vụ, gây thiệt hại nặng nề lần lượt là 281 và 296. Thảm họa ở mỏ than Soma, Thổ Nhĩ Kỳ cũng cướp đi 301 sinh mạng vào năm 2014.

Bảng 1: Những thảm họa nổ mỏ điển hình tại các mỏ than hầm lò trên thế giới

Tại Việt Nam đã xảy ra một số vụ cháy nổ khí, điển hình như:

– Ngày 11/01/1999 ở Mỏ Mạo Khê làm chết 19 người.

– Trong cùng ngày 19/12/2002 ở Mỏ Suối Lại làm chết 7 người, Xí nghiệp than 909 làm chết 6 người.

– Ngày 06/3/2006 xảy ra ở khu Yên Ngựa – Công ty than Thống Nhất làm chết 08 người.

– Ngày 08/12/2008 xảy ra cháy nổ khí ở mỏ Khe Chàm làm chết 11 người và bị thương 22 người.

– Ngày 02/7/2012 xảy ra tại Công ty 86 – Đông Bắc làm chết 04 người.

– 03/4/2016: Cháy khí tại Công trường Hà Ráng – Công ty than Hạ Long làm bị thương 6 người.

• Năm 2019 xảy ra tại Khu vực Hà Ráng Cty than Hạ Long làm 02 người chết;
• Năm 2022 xảy ra cháy khí mê tan tại đường lò dọc vỉa 9 ĐB Công ty than Dương Huy làm 4 công nhân bị bỏng.

       Theo thống kê, cháy nổ khí mê tan chỉ chiếm 5% trong số các vụ tại nạn trong hầm lò, nhưng số người thiệt mạng lại lên đến 20% trong tổng số người chết hàng năm do tai nạn trong hầm lò.

         Hiện tại với với nhu cầu gia tăng sản lượng ngày càng cao, việc áp dụng công nghệ khai thác than ngày càng hiện đại, trong mỏ Hầm lò, nghiêm cấm sử dụng ngọn lửa hở, việc sử dụng thuốc nổ an toàn trong môi trường có khí mê tan, sử dụng các máy móc, thiết bị điện phòng nổ, áp dụng hệ thống đo khí tự động, tăng cường thông gió và việc áp dụng tháo khí mê tan đã góp phần đáng kể để nâng cao mức độ an toàn về khí mê tan trong mỏ Hầm lò. Nhưng một yếu tố cơ bản và có vai trò to lớn nhất đó là kiến thức hiểu biết sâu rộng có cơ sở dựa trên kết quả nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm thực tế về khí mê tan. Vì vậy công tác đào tạo cho cán bộ công nhân để có được trình độ chuyên môn phù hợp là việc rất quan trọng trong việc nâng cao mức độ an toàn về khí mê tan.

         Thực hiện chỉ đạo của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam theo Quy chế AT-VSLĐ 245/QĐ-TKV, Trung tâm An toàn mỏ phối hợp với các đơn vị khai thác than hầm lò triển khai đào tạo an toàn – trình diễn cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than định kỳ 2 năm một lần, nhằm nâng cao nhận thức cho người lao động trong hầm lò về hiểm họa cháy nổ khí mê tan trong quá trình sản xuất than.

          Các bài giảng không chỉ cung cấp cho người lao động những kiến thức quan trọng, cần thiết về nguy cơ cháy nổ khí mê tan luôn thường trực trong công tác khai thác than mà còn cung cấp những bài học kinh nghiệm quý báu được rút ra từ những bài học thực tế từ những vụ tai nạn thảm khốc về cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than diễn ra trên thế giới và tại Việt Nam. Bằng những thử nghiệm trực quan về cháy nổ khí trên các mô hình đường lò mô phỏng đã giúp các cán bộ, công nhân làm việc trong mỏ than hầm lò có hình dung cụ thể về nguyên nhân, diễn biến và hậu quả của các vụ tai nạn cháy nổ khí mê tan, cũng như các biện pháp cần thực hiện để phòng chống các vụ tai nạn cháy nổ khí mê tan xảy ra.

         Các thử nghiệm trình diễn nhằm mục đích giúp cán bộ, công nhân mỏ hiểu rõ các vấn đề sau:

• Tính chất hóa lý của khí mê tan, nguồn gốc hình thành và sự tồn tại của khí mê tan trong các vỉa than.
• Các biện pháp phát hiện sớm khí mê tan thoát ra từ các khu vực khai thác (phương pháp đo khí mê tan từ các thiết bị đo khí quang học, các thiết bị điện tử có sensor khí).
• Các quy định về ngưỡng giới hạn nồng độ khí độc, cháy nổ trong mỏ than hầm lò tại các khu vực sản xuất, lò chợ, lò cục bộ tại QCVN 01:2011/BCT.
• Cơ chế hình thành một vụ nổ khí mê tan
• Hậu quả khi xảy ra cháy nổ khí mê tan
• Tính chất cháy nổ của bụi than
• Cơ chế hình thành một vụ nổ bụi than
• Các biện pháp phòng ngừa cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than.

         Các thử nghiệm được thực hiện trên hệ thống đường lò mô phỏng, bao gồm:

• Thử nghiệm cháy khí mê tan trên đường lò bằng, rỗng nóc có thông gió. Đây là thử nghiệm giúp công nhân mỏ than hầm lò hiểu được cơ chế hình thành một vụ cháy nổ khí mê tan, tính lan truyền và tốc độ của ngọn lửa trong đường lò.
• Thử nghiệm với mô hình giếng đứng với tia lửa điện phát sinh tại đáy giếng. Thử nghiệm này giúp công nhân mỏ hầm lò hiểu được cơ chế phát sinh một vụ nổ khí mê tan, tốc độ lan truyền của ngọn lửa, áp lực nổ tạo ra.
• Thử nghiệm sử dụng thiết bị điện không đảm bảo tính năng phòng nổ gây rò rỉ tia lửa điện trong môi trường khí mê tan nằm trong ngưỡng cháy nổ. Thử nghiệm này giúp công nhân nhận thức được cơ chế phát sinh một vụ nổ khí mê tan, áp lực nổ, nhiệt độ nổ, sóng xung động do vụ nổ khí mê tan tạo ra.

        Thử nghiệm nổ bụi than giúp công nhân nhận biết cơ chế phát sinh một vụ nổ bụi than, áp lực nổ, nhiệt độ nổ, sóng xung động cũng như phạm vi ảnh hưởng do vụ nổ bụi than tạo ra.

        Những hình ảnh thực tế từ các buổi đào tạo trình diễn cháy nổ khí được ghi lại tại khai trường sản xuất các mỏ than hầm lò – TKV.

Hình 6: Trình diễn cháy nổ bụi than tại mặt bằng +32 Công ty than Khe Chàm – TKV

Hình 7: Đào tạo an toàn – trình diễn cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than tại khai trường Công ty than Dương Huy-TKV

Hình 8: Đào tạo an toàn – trình diễn cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than tại khai trường Công ty CP than Mông Dương – Vinacomin

Hình 9: Thử nghiệm nổ khí mê tan đối với các thiết bị điện không đảmbảo tính năng phòng nổ trong môi trường có khí mê tan tại khai trường khe chàm II-IV Công ty than Hạ Long – TKV

4. Kết luận

            Song song với việc đẩy mạnh cơ giới hóa, tự động hóa nhằm nâng cao sản lượng cũng như năng suất lao động, việc giữ gìn và tăng cường công tác an toàn cũng là yếu tố then chốt giúp ngành than phát triển bền vững, giúp người lao động tham gia công tác sản xuất, khai thác than ở trong và ngoài tập đoàn Than Khoáng sản Việt Nam có niềm tin, đóng góp càng nhiều cho sự phát triển của ngành than. Trong đó việc giữ vững công tác an toàn, không để xảy ra các vụ tai nạn lao động đặc biệt là tai nạn về cháy nổ khí mỏ, nổ bụi than là yếu tố mang tính chất then chốt. Trong nhiều năm vừa qua, cùng sự phối hợp chặt chẽ với các đơn vị sản xuất than trong và ngoài ngành, bám sát chủ trương điều hành của TKV trong công tác An toàn vệ sinh lao động, Trung tâm an toàn mỏ đã thực hiện Đào tạo an toàn – trình diễn cháy nổ khí mê tan và nổ bụi than cho hàng nghìn cán bộ, công nhân lao động trực tiếp trong các mỏ than hầm lò, là một mắt xích quan trọng trong việc giữ vững an toàn lao động trong Tập đoàn than Khoáng sản Việt Nam. Trong thời gian tới với nhiều thách thức và khó khăn đặt ra cả về sản lượng khai thác than cũng như giảm thiểu tai nạn lao động xảy ra tại các mỏ than hầm lò, công tác đào tạo an toàn, nâng cao nhận thức cho người lao động càng cần phải được đẩy mạnh nâng cao hơn nữa.

Phòng Thông gió – An toàn Mỏ

Tin liên quan

SỰ CẦN THIẾT TRONG CÔNG TÁC KIỂM TOÁN MẠNG GIÓ TẠI MỎ THAN HẦM LÒ

Giới thiệu các loại hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động ở các mỏ than hầm lò tại Việt Nam

Xác định giá trị độ chứa khí mêtan của vỉa than phục vụ công tác xếp loại mỏ theo QCVN 01:2011/BCT

DIỄN TẬP PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY VÀ CỨU NẠN CỨU HỘ TẠI TRUNG TÂM AN TOÀN MỎ

ĐÀO TẠO AN TOÀN, TRÌNH DIỄN CHÁY NỔ KHÍ MÊTAN VÀ BỤI THAN TẠI CÔNG TY THAN HẠ LONG – TKV