Báo cáo khoa học: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ SCADA PHỤC VỤ AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC HẦM LÒ

Chia sẻ: Vo Danh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây, sản lượng khai thác than của Tổng công ty Than Việt Nam (TVN) ngày càng tăng, cùng theo đó là việc tăng sản lượng than xuất khẩu nên lợi nhuận thu được từ ngành than ngày càng lớn. Đến ngày 21/11/2003 sản lượng khai thác than của TVN đạt 18 triệu tấn, về trước kế hoạch đặt ra là 2 năm. Theo Tổng công ty Than Việt Nam, tổng doanh thu năm 2003 của ngành dự kiến đạt gần 9.502 tỷ đồng, trong đó, doanh thu từ sản xuất than là 6.050 tỷ đồng, còn lại là các ngành nghề khác....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ SCADA PHỤC VỤ AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC HẦM LÒ

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 156A Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ SCADA PHỤC VỤ AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC HẦM LÒ GS.TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh Hà Nội, 05/2004 Bản quyền 2001-2004, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 156A Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ SCADA PHỤC VỤ AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC HẦM LÒ GS.TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh Hà Nội, 05/2004 Bản thảo viết xong 05/2004 Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nước mã số KC.03.04
DANH SÁCH CÁN BỘ KHOA HỌC CHÍNH THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Tên Ghi chú 1 Chủ nhiệm đề tài GS.TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh 2 Chủ trì phần thiết kế các trạm đo TS. Nguyễn Thế Truyện 3 Chủ trì phần thiết kế hệ thống ThS. Nguyễn Duy Hưng 4 ThS. Trần Thanh Thủy 5 ThS. Trịnh Hải Thái 6 KS. Nguyễn Thị Hương Lan 7 KS. Tạ Văn Nam 8 KS. Nguyễn Nam Hải 9 KS. Bùi Đức Trí 10 KS. Nguyễn Đức Lương 11 KS. Nguyễn Công Hiệu 12 KS. Luyện Tuấn Anh 13 KS. Kiều Mạnh Cường 14 KS. Nguyễn Thế Vinh 15 KS. Nguyễn Văn Cường * CHUYÊN GIA CỐ VẤN CHUYÊN NGÀNH: KS. Bàng Đức, Phó cục trưởng Cục Kỹ thuật An toàn - Bộ Công nghiệp TS. Lê Văn Thao, Viện khoa học Công nghệ mỏ
BÀI TÓM TẮT Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Nhà nước KC.03.04 thuộc chương trình Khoa học Công nghệ quốc gia về Tự động hoá KC.03 có tên gọi : “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ SCADA phục vụ an toàn lao động trong ngành khai thác hầm lò” là một trong những đề tài trọng điểm của chương trình KC.03. Những tai nạn do cháy nổ gây ra tại các mỏ than Việt nam và trên thế giới trước đó và gần đây đã gây ra nỗi bức xúc cho những người làm nghên cứu Khoa học Công nghệ, đồng thời phản ánh tính thời sự cấp bách của đề tài. Tuy thời gian thực hiện không dài nhưng đề tài đã đưa ra đuợc nhiều kết quả nghiên cứu đáng kể cả về mặt khoa học, công nghệ và cả về mặt ứng dụng thực tiễn. Sau đây là một số kết quả nghiên cứu chính: 1. Đã khảo sát tương đối đầy đủ thực trạng khai thác than và kỹ thuật cảnh báo cháy nổ tại các mỏ than hầm lò của Việt Nam. 2. Nghiên cứu giải pháp tổng thể và thiết kế chi tiết cho hệ thống SCADA đặc thù phục vụ an toàn lao động trong ngành khai thác than hầm lò trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt ở Việt Nam. 3. Xây dựng mô hình mô phỏng để phục vụ cho công tác nghiên cứu lý thuyết cũng như nghiên cứu thiết kế. 4. Chế tạo hoàn chỉnh hệ thống SCADA phục vụ an toàn lao động trong khai thác than hầm lò. Đồng thời đề tài cũng chế tạo thành công bộ cảnh báo cháy nổ cầm tay đưa vào ứng dụng được các công ty than hết sức hoan nghênh và hiện nay đang chuyển sang dự án sản xuất hàng loạt. 5. Hệ thống thiết bị SCADA của đề tài đã được đưa vào ứng dụng nhiều tháng nay tại khu mỏ và mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Hệ thống đã được Tổng công ty than Việt Nam đánh giá cao và hứa hẹn nhiều triển vọng. 6. Về mặt khoa học, đề tài đã công bố được 8 công trình khoa học trong và ngoài nước. Hai nghiên cứu sinh đang làm luận án Tiến sĩ theo hướng nghiên cứu của đề tài. Nội dung các luận án là những phát triển sâu hơn về mặt học thuật của nội dung nghiên cứu Đề tài. Cuối cùng đề tài đã xây dựng được mô hình đầy đủ tại phòng thí nghiệm phục vụ cho công tác nghiên cứu lâu dài, đồng thời đào tạo được một đội ngũ cán bộ chuyên sâu cho hướng nghiên cứu này.
MỤC LỤC PHẦN I : MỞ ĐẦU ......................................................................... 5 I. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................................ 5 II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 6 PHẦN II : NỘI DUNG CHÍNH BÁO CÁO ...........................................7 III. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ........................... 7 IV. CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ NGHIÊN CỨU............................................................... 9 1. Khảo sát tình hình tại các mỏ ([8], [9]).............................................................................. 9 2. Một số vấn đề về an toàn lao động trong khai thác hầm lò ([8], [9]) .............................. 11 2.1. Công tác an toàn ở các mỏ ......................................................................... 11 2.2. Vấn đề về phòng chống cháy nổ ................................................................. 14 2.3. Vấn đề về môi trường độc hại .................................................................... 17 2.4. Vấn đề về thoát khí trong khai thác............................................................ 18 2.5. Các thông số môi trường cần kiểm soát trong khai thác hầm lò ............... 19 3. Thiết bị điện trong khai thác mỏ ([10],[11]) ..................................................................... 20 3.1. Phân loại thiết bị điện trong hầm mỏ ......................................................... 20 3.2. Các yêu cầu đối với thiết bị điện trong hầm lò .......................................... 21 4. Cơ sở lý thuyết và yêu cầu của các cảm biến khí .......................................................... 21 4.1. Cơ sở lý thuyết............................................................................................ 21 4.2. Yêu cầu của các cảm biến .......................................................................... 22 4.3. Các phương pháp cảm biến khí.................................................................. 22 4.4. Giới thiệu về các loại sensor lựa chọn ....................................................... 28 4.5. Hiện trạng về các thiết bị đo khí trong Tổng Công ty than Việt Nam........ 33 V. CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................................................... 36 1. Cơ sở, quan điểm thiết kế các thành phần trong hệ thống ............................................ 36 1.1. Cơ sở chung thiết kế hệ thống .................................................................... 36 1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống thiết bị đo phân tán ...................................... 38 2. Cấu trúc các thành phần trong hệ thống ........................................................................ 39 VI. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ TT ĐIỀU HÀNH .................................................. 43 1. Mô hình và các giao diện nối ghép trong hệ thống......................................................... 43 1.1. Các nội dung chính thử nghiệm ................................................................. 43 1.2. Mô hình chung hệ thống thử nghiệm.......................................................... 43 1.3. Trạm thiết bị chủ VIAG-MCS05 và cấu hình PC-Server trong mô hình thử nghiệm.......................................................................................... 45 1.4. Thiết kế các khối nối ghép mạng ................................................................ 46 2. Thiết kế giao thức truyền thông ...................................................................................... 48 2.1. Giới thiệu chung về giao thức .................................................................... 48 2.2. Cấu hình và cấu trúc các thành phần trong hệ thống mạng ...................... 49 3. Thiết kế phần mềm quản lý, điều hành SLabS-Mining trên PC-Server.......................... 56 3.1. Xây dựng các chức năng phần mềm........................................................... 56 3.2. Thiết kế cơ sở dữ liệu ................................................................................. 57 3.3. Hoạt động trao đổi dữ liệu giữa PC-Server với trạm thiết bị chủ VIAG-MCS05.............................................................................................. 64 Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 3 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
3.4. Giao diện và các chức năng phần mềm được xây dựng............................. 66 VII. THIẾT KẾ CÁC TRẠM THIẾT BỊ ĐO PHÂN TÁN ......................................................... 71 1. Giới thiệu chung.............................................................................................................. 71 2. Thiết kế chi tiết các trạm thiết bị đo ................................................................................ 71 2.1. Thiết kế phần cứng trạm làm việc .............................................................. 71 2.2. Thiết kế phần cứng điểm đo ....................................................................... 75 2.3. Thiết kế thiết bị đo khí mêtan cầm tay........................................................ 77 3. Thiết kế phần mềm ......................................................................................................... 80 3.1. Thiết kế phần mềm trạm làm việc............................................................... 80 3.2. Thiết kế phần mềm cho điểm đo ................................................................. 91 3.3. Thiết kế phần mềm cho thiết bị đo khí mêtan cầm tay ............................... 93 3.4. Thiết kế phần mềm quản lý số liệu tại trạm làm việc ................................. 93 4. Các phương pháp truyền thông...................................................................................... 97 4.1. Truyền dẫn vô tuyến (dùng cho trạm làm việc DCS02) ............................. 97 4.2. Truyền dẫn hữu tuyến................................................................................. 98 VIII. THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM ............................................... 101 1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm ..................................................................................... 101 2. Cấu hình và bài toán phục vụ thử nghiệm tại phòng thí nghiệm .................................. 101 3. Kết quả thử nghiệm mô hình tại phòng thí nghiệm ...................................................... 105 IX. THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TẠI MỎ THAN NGÃ HAI.................................................. 108 1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm ..................................................................................... 108 1.1. Mục tiêu thử nghiệm................................................................................. 108 1.2. Nội dung thử nghiệm ................................................................................ 108 2. Hệ thống thử nghiệm và bài toán giải quyết ................................................................. 109 2.1. Cấu hình phục vụ bài toán thử nghiệm tại mỏ than ................................. 109 2.2. Mô tả khai trường..................................................................................... 110 2.3. Yêu cầu về ngưỡng báo động ................................................................... 112 2.4. Công tác đối sánh kết quả giám sát ......................................................... 112 3. Kết quả thử nghiệm và đánh giá................................................................................... 112 3.1. Phần hệ thống TT điều hành .................................................................... 112 3.2. Phần các thiết bị đo.................................................................................. 116 PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ PHỤ LỤC BÁO CÁO ................................ 118 X. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 118 XI. PHỤ LỤC BÁO CÁO .................................................................................................... 122 1. Đối chiếu kết quả thực hiện so với đăng ký ban đầu ................................................... 122 2. Hồ sơ, văn bản pháp lý liên quan ................................................................................. 124 3. Các sơ đồ thiết kế trạm thiết bị chủ VIAG-MCS05 ....................................................... 145 4. Sơ đồ thiết kế các trạm thiết bị đo DCS.xx................................................................... 153 5. Các dịch vụ cơ bản và quy định chung trong giao thức KC.03.04-PB v1.0 ................. 161 6. Một số số liệu thu được trong đợt thử nghiệm tại mỏ than Ngã Hai ............................ 166 7. Tổng hợp một số màn hình chức năng phần mềm Slabs-Mining ................................ 170 8. Diễn giải một số hàm người dùng UF (User Functions) sử dụng trong phần mềm SLabs Mining V1.02............................................................................................. 172 Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 4 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
PHẦN I : MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU CHUNG Trong những năm gần đây, sản lượng khai thác than của Tổng công ty Than Việt Nam (TVN) ngày càng tăng, cùng theo đó là việc tăng sản lượng than xuất khẩu nên lợi nhuận thu được từ ngành than ngày càng lớn. Đến ngày 21/11/2003 sản lượng khai thác than của TVN đạt 18 triệu tấn, về trước kế hoạch đặt ra là 2 năm. Theo Tổng công ty Than Việt Nam, tổng doanh thu năm 2003 của ngành dự kiến đạt gần 9.502 tỷ đồng, trong đó, doanh thu từ sản xuất than là 6.050 tỷ đồng, còn lại là các ngành nghề khác. Như vậy, tỷ trọng tính theo doanh thu của các ngành nghề khác so với than năm 2003 đạt 36/64%. Năm nay, Than Việt Nam nộp vào NSNN khoảng 375 tỷ đồng, lợi nhuận trước thuế đạt 352 tỷ đồng. Thu nhập bình quân của CBCNV đạt gần 2 triệu đồng/người/tháng. Tuy nhiên đi cùng với những con số trên thì về khai thác, hiện nay TVN đã phải đầu tư nhiều vào khai thác hầm lò, còn sản lượng khai thác than lộ thiên ngày càng giảm. Khi triển khai vào khai thác hầm lò thì luôn có nguy cơ xẩy ra các hiểm hoạ như: cháy nổ khí mêtan, bục nước, sập hầm lò,… Trong các hiểm hoạ trên thì hiểm hoạ cháy nổ khí mê tan là khủng khiếp nhất bởi vì nó xẩy ra rất nhanh trong một diện rộng với nhiệt độ và áp suất ở mức rất cao (có thể lên tới 2650oC và 10at), do đó không có ai đang ở trong vùng xẩy ra hiểm hoạ lại có thể sống sót được. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam vẫn thường xẩy ra hiểm hoạ cháy nổ khí mêtan. Vụ cháy nổ khí mêtan ngày 11/1/1999 tại lò thượng V9B đông Công ty Than Mạo khê làm 19 người bị chết và 12 người bị thương là nghiêm trọng nhất. Sau vụ tai hoạ này TVN đã ra các quy định nghiêm ngặt về vấn đề an toàn lao động trong khai thác hầm lò. Cũng từ sau tai hoạ này Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá (VIELINA) đã đầu tư nghiên cứu, chế tạo các thiết bị cũng như hệ thống đo khí mêtan trong mỏ than. Đặc biệt từ tháng 10 năm 2001 VIELINA đã được giao chủ trì thực hiện đề tài cấp nhà nước mã số KC.03.04: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống SCADA phục vụ an toàn lao động trong khai thác hầm lò. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng tôi luôn phối hợp chặt chẽ với TVN và các Công ty thành viên để đảm bảo sản phẩm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của người sử dụng cũng như các yêu cầu về an toàn, phòng chống cháy nổ. Mặc dù môi trường đặc thù trong hầm lò rất khắc nghiệt, nhưng được sự phối hợp giúp đỡ của TVN, các cơ quan chức năng VIELINA đã thiết kế chế tạo được hệ thống đảm bảo các yêu cầu khắc nghiệt đó và đảm bảo độ ổn định, tin cậy trong quá trình thử nghiệm. Sau đây, chúng tôi xin trình bày chi tiết về các kết quả đã đạt được trong quá trình thực hiện đề tài KC.03.04. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 5 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu đăng ký Tự thiết kế chế tạo được hệ SCADA phức hợp đa thông số (như CH4, CO2, CO, NOx, SOx, H2S, t0 …) cho ngành khai thác hầm lò thay thế nhập ngoại, giá thành thấp, có thể nhân rộng cho nhiều đối tượng khai thác hầm lò, nâng cao độ chính xác, độ tin cậy và tính ổn định của hệ thống. Nội dung nghiên cứu − Khảo sát tình hình thực tiễn tại một số mỏ hầm lò, ưu tiên mỏ than Hà Lầm − Nghiên cứu nguyên lý làm việc của các loại Sensor đo các khí cần nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm − Tham khảo và hội thảo về khoa học liên quan đến Sensor − Nghiên cứu thiết kế hệ thống SCADA − Thiết kế chi tiết các phân hệ trong hệ thống SCADA (các hệ đo lường, điều khiển tự động, thông tin, xử lý tín hiệu v.v…) − Thiết kế phần mềm hệ thống, phần mềm điều khiển, phần mềm xử lý tín hiệu v.v… Viết các bộ phần mềm tương ứng − Trao đổi với Ấn Độ, Hàn Quốc, Nhật, Mỹ v.v… có thể chuyển giao công nghệ − Hợp tác với 1 mỏ than để thử nghiệm và đưa vào ứng dụng − Hoàn thiện và tổ chức tổng kết rút kinh nghiệm Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 6 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
PHẦN II : NỘI DUNG CHÍNH BÁO CÁO III. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tình hình nghiên cứu ngoài nước Do những vấn đề bức xúc trong việc khai thác trong các hầm lò như phải đảm bảo an toàn cho người lao động và bảo vệ các đường hầm, các nước trên thế giới hàng năm đã phải chi những khoản kinh phí lớn cho việc nghiên cứu, lắp đặt, đổi mới các thiết bị phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò nhằm nâng cao độ an toàn, ngăn chặn kịp thời và giảm thiểu các vụ tai nạn do khí độc hay cháy nổ gây ra. Tuy nhiên do chi phí lớn, các nước đang phát triển luôn bị tụt hậu so với các nước có nền công nghiệp đã phát triển trong vấn đề đảm bảo an toàn, có thể thấy hầu hết các vụ tai nạn cháy nổ lớn đều xảy ra ở các nước có nền kinh tế chậm phát triển do sử dụng thiết bị công nghệ lạc hậu, độ tin cậy kém và hoạt động thiếu ổn định. Đối với các nước phát triển, vấn đề an toàn trong khai thác hầm lò đã được đặc biệt chú trọng và được nghiên cứu từ rất sớm nhằm đưa ra các biện pháp giải quyết và hiện nay các nước này đã đạt được những kết quả khả quan. Nhờ sự phát triển nhanh của các ngành khoa học kỹ thuật trong những năm gần đây mà các hệ thống dạng SCADA phục vụ cho công tác bảo đảm an toàn lao động trong hầm lò đã được đưa vào sử dụng từ những năm đầu thập kỷ 90 và thực tế cho thấy số vụ tai nạn do cháy nổ đã giảm hẳn khi sử dụng các hệ thống này. Do những quy định nghiêm ngặt về an toàn trong khai thác hầm lò và do đặc thù của ngành khai thác này (như nằm sâu dưới lòng đất, địa hình trải dài và phức tạp, môi trường khắc nghiệt do nhiệt độ, độ ẩm cao và sự đe dọa luôn xuất hiện các loại khí độc và khí dễ gây cháy nổ) mà các hệ thống thiết bị phải có cấu trúc linh hoạt, độ bền cơ học cao, hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt trên diện rộng nên giá thành cũng khá cao. Hiện nay các hệ thống bảo đảm an toàn thường có cấu trúc theo kiểu mạng SCADA bao gồm trung tâm giám sát, cảnh báo và điều phối kịp thời hoạt động của thợ mỏ dưới hầm lò khi có nguy cơ xảy ra cháy nổ nhằm ngăn chặn kịp thời tai nạn có thể xảy ra. Trung tâm này sẽ thu thập các số liệu đo truyền về từ các điểm đo cố định và/hoặc các điểm đo di động (như gắn trên xe, đeo bên người, ...) thông qua hệ thống mạng truyền tin hữu tuyến và/hoặc vô tuyến cho phép cảnh báo tại chỗ hoặc từ xa trước những nguy hiểm có thể xảy ra. Ngoài ra một số hệ thống còn cho phép liên lạc đàm thoại giữa trung tâm với các khu vực nhằm cảnh báo và trao đổi thông tin kịp thời với các thợ hầm lò ở trong vùng nguy hiểm. Đặc biệt ở úc, Anh và Đức các hệ thống SCADA diện rộng phục vụ cho an toàn lao động trong ngành khai thác hầm lò rất phát triển. Chính vì vậy ít xảy ra tai nạn ở ngành này trong các nước kể trên. Tình hình nghiên cứu trong nước Mặc dù vấn đề an toàn trong hầm lò tại Việt nam đã được chú trọng từ lâu nhưng do nguồn kinh phí hạn hẹp và những giải pháp thực hiện còn gặp nhiều khó khăn trong điều kiện Việt nam nên chưa có nhiều nghiên cứu tổng thể nhằm giải quyết Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 7 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
vấn đề này. Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa là cơ quan đã sớm phối hợp với các cơ sở trong Tổng công ty than triển khai những nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề trên và bước đầu đã đạt được những kết quả khả quan với sự ra đời của hệ SCADA đầu tiên do Việt nam chế tạo mang ký hiệu DCX-70-1. Tuy nhiên do vấn đề kinh phí và mục đích chính là phục vụ việc nghiên cứu, thử nghiệm ban đầu mà hệ SCADA này mới chỉ giới hạn ở việc đo khí mêtan trong hầm lò, việc đo và cảnh báo các khí độc hại khác (như CO2, CO, NOx, SOx, SH2, ...) còn chưa có điều kiện thực hiện được. Có thể nói ở trong nước đây là nghiên cứu đầu tiên tiếp cận đến lĩnh vực này. Danh mục một số công trình nghiên cứu có liên quan − Các bài báo về an toàn mỏ đã được đăng trong tuyển tập các Hội nghị VICA 3 và VICA 4. − Xây dựng hệ thống đo lường cảnh báo và xử lý khí cháy nổ ở mỏ than DCX 70-1 và DCX 70-2 (KHCN - 04 - 04 - 01) − Sensor khí mê tan SM1 và SM2 (KHCN - 04 - 04 - 01) − Thiết bị đo và cảnh báo khí metal đặt tại chỗ ký hiệu CMQX-10 − Robot đo khí độc hại Tocomfinder để kiểm tra khí metal ở cửa gió thải trước khi cho công nhân vào hầm lò (KHCN - 04 - 04 - 01) − Hệ thống chuẩn khí metal (KHCN - 04 - 04 - 01) − Các hệ SCADA phục vụ cho bảo đảm môi trường nuôi trồng thuỷ sản (KHCN - 04 - 01) − Các hệ SCADA phục vụ cho ngành năng lượng, hoá chất, dầu khí đã đưa vào ứng dụng có hiệu quả (KHCN-04-07, KHCN-04-11, KHCN-04-14) Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 8 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
IV. CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ NGHIÊN CỨU 1. Khảo sát tình hình tại các mỏ ([8], [9]) Vài nét về hoạt động sản xuất và công nghệ khai thác ở các mỏ than hầm lò liên quan đến môi trường làm việc Việc xuất hiện các loại khí tự nhiên trong khai thác mỏ nói chung là điều tất yếu. Do quá trình hình thành hàng triệu năm, các phản ứng hoá học xảy ra trong tự nhiên đã tạo ra các loại khí khác nhau. Các loại khí này tích tụ, khuyếch tán vào trong các khoáng vật. Công việc khai thác đương nhiên làm giải phóng ra các chất khí đó. Chúng có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ con người hoặc gây nguy hiểm trong quá trình khai thác. Trong khai thác than, đặc biệt là phương pháp khai thác hầm lò, thường tạo ra các loại khí độc như: CO, CO2, N2, NOX… Nguy hiểm hơn cả là khí CH4 có khả năng gây cháy, nổ rất cao. Ngoài ra trong khi khai thác còn tạo ra bụi than có thể gây cháy và ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động. Điều kiện địa chất, công nghệ khai thác, quy mô sản xuất và việc thông gió có ảnh hưởng tới việc thoát khí cũng như các điều kiện về môi trường trong khai thác hầm lò. Ở Việt Nam quy mô khai thác hầm lò không lớn, trải dài trên một diện tích rộng. Việc nghiên cứu được thực hiện ở vùng mỏ hầm lò Quảng Ninh trực thuộc Tổng công ty than Việt Nam - Đây là vùng khai thác có quy mô công nghiệp, trữ lượng và sản lượng tương đối lớn. Sau đây là kết quả nghiên cứu và khảo sát tập trung vào một số mỏ than hầm lò lớn trong Tổng công ty than Việt Nam bao gồm mỏ than Mông Dương, mỏ than Vàng Danh và mỏ than Hà Lầm. Công nghệ khai thác Dựa vào cấu tạo, trữ lượng của các vỉa than và tính chất đá vách, trụ của vỉa than kết hợp với kinh nghiệm sản xuất, mỏ than Mông Dương đã áp dụng các sơ đồ công nghệ khai thác khác nhau như khấu than bằng khoan nổ mìn, điều khiển đá vách bằng phá hoả toàn phần. Trước đây các vỉa than cánh đông I(12), trung tâm và vũ môn sử dụng hệ thống khai thác cột dài theo phương, lò chợ dọc vỉa phân tầng còn hiện nay khu vực I(12) cánh tây khai thác buồng cột. Đối với mỏ than Vàng Danh hệ thống khai thác được mở bằng các lò chuẩn bị dọc vỉa trong than để các trụ bảo vệ duy trì lò cái chân cho tầng khai thác tiếp theo làm lò thông gió. Mỏ được chia làm 2 khu khai thác: Khu tây Vàng Danh hiện nay khai phá các vỉa 6,7,8; khu cánh gà khai thác các vỉa 4,5,6,7. Mỏ than Hà Lầm được khai thác bằng phương pháp hầm lò từ thời Pháp đô hộ. Phương pháp khai thác truyền thống là lò chợ dây diều (lò chợ) cột dài theo phương. Công nghệ khai thác bằng khoan nổ mìn – chống giữ lò chợ bằng gỗ, vận chuyển trong lò chợ bằng máng cào SKAT – 80 than đến lò cái chân được rót vào goòng và được tàu điện kéo ra ngoài nhà sàng. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 9 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Hệ thống thông gió Như trên đã đề cập, hệ thống thông gió có vai trò quan trọng trong việc thông thoát khí, giảm thiểu các rủi ro độc hại và nguy cơ cháy nổ do khí gây nên do đó có thể thấy hệ thống thông gió ở tất cả các mỏ than khảo sát đều được đặc biệt coi trọng từ khâu thiết kế đến khâu vận hành hoạt động tuy nhiên quá trình sử dụng cũng bộc lộ nhiều vấn đề cần xem xét. Mỏ than Mông Dương là mỏ có phương pháp chuẩn bị bằng giếng đứng trung tâm và hệ thống thông gió chính sử dụng quạt gió BOKD–2,4 đẩy gió vào hai cánh đông, tây thuộc xuyên vỉa –97,5. Khu cánh đông từ dọc vỉa vận chuyển –97,5 H10 C8 theo các thượng mức (-89÷78) thông gió cho gương lò chợ (-55 H10 C8) và ra ngoài cửa lò thông gió +20 qua thượng đường ray mức (–97,5÷+14) H10 C8 thông gió cho gương lò chợ khai thác (–55÷25) ra lò thông gió –25 và ra trung gian +14 ra ngoài. Khu cánh tây gió sạch từ xuyên vỉa –97,5 cánh tây 1 nhánh vào thượng mức (–7,5÷+9,8) gương lò chợ (–97,6÷−40) ra lò xuyên vỉa mức +9,8 ra ngoài. Hệ thống thông gió lò chuẩn bị hiện tại có 4 gương lò chuẩn bị hoạt động. Chiều dài lớn nhất 450m được thông gió bằng ống sắt Φ500 nối tiếp bằng 6 quạt, quạt cục bộ có mã hiệu CBM-6 (14KW), đường lò ngắn, thông gió bằng ống vải tuồn. Do kỹ thuật thông gió và cách đấu nối thông gió càng về cuối càng hút gió quẩn, ống gió chất lượng không tốt gây rách và rò gió lớn. Đối với khu tây mỏ than Vàng Danh lại được thông gió nhờ quạt BOKD-1.5; khu Cánh Gà dùng quạt BOKD-1,1. Các đường lò chuẩn bị được thông gió bằng các quạt cục bộ CBM–5, CBM–6. Khảo sát ở mỏ than Hà Lầm cho thấy hiện tại công việc khai thác hầm lò chủ yếu ở mức –50, các lò chợ được thông gió bằng quạt CTD của Pháp (cũ). Thông gió các lò chuẩn bị nhờ các quạt cục bộ CBM – 5, T1KW (Trung Quốc). Ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới các thiết bị phục vụ sản xuất Các thiết bị trong khai thác hầm lò phải làm việc trong một môi trường vô cùng khắc nghiệt. Do đó với cùng một loại thiết bị, ngoài các tính năng kỹ thuật như các thiết bị làm việc trong môi trường bình thường, chúng còn được thiết kế, chế tạo đặc biệt để đáp ứng được môi trường trong mỏ. Các đặc điểm đặc trưng môi trường như sau: Độ ẩm, nhiệt độ Do đặc điểm của sản xuất thường diễn ra ở sâu dưới mặt đất, nên độ ẩm rất cao (90 ÷ 100%), nhiệt độ phụ thuộc vào môi trường và phụ thuộc vào thông gió. Môi trường hóa học có hoạt tính cao Trong khi khai thác thường giải phóng ra các nguyên tố, các hợp chất tồn tại dưới cả 3 dạng: Rắn, lỏng, khí. Các chất này dưới tác động của môi trường và các xúc tác thực hiện các phản ứng hóa học phức tạp, tạo ra các hợp chất khác nhau, trong đó có các hợp chất mang tính axit, bazơ và các dung môi hoà tan… Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 10 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Môi trường có các loại khí độc, khí cháy nổ Quá trình khai thác làm giải phóng ra các chất khí như: CO, CO2, CH4, N2, NO, NO2, SO2… Đặc biệt nguy hiểm đối với con người là khí CO và nguy cơ gây cháy nổ rất cao là khí CH4 Như vậy các thiết bị phục vụ sản xuất trong mỏ ngoài các tính năng kỹ thuật bình thường còn phải chịu đựng được các điều kiện môi trường như trên và đáp ứng được các yêu cầu về an toàn phòng chống cháy nổ. 2. Một số vấn đề về an toàn lao động trong khai thác hầm lò ([8], [9]) 2.1. Công tác an toàn ở các mỏ Tình hình an toàn tại các mỏ trên thế giới Khai thác hầm lò là một công việc hết sức nặng nhọc chịu nhiều nguy hiểm, rủi ro. Đặc biệt các tai nạn cháy, nổ khí làm thiệt hại nặng nề về người và vật chất. Ngay cả đối với các nước có ngành công nghiệp khai thác hùng mạnh như Nga, Ucraina, Trung Quốc, … các tai nạn đáng tiếc vẫn xảy ra. Sau đây là một số ví dụ điển hình, theo thống kê chưa đầy đủ của các cơ quan chức năng: Tại Nga Ngày 02/12/1997 Tại mỏ than Zyryanovskaya ở phía nam Sebrian, thuộc vùng mỏ Kuzbass xảy ra vụ nổ khí mêtan làm 61 người chết Ngày 10/04/2004 vụ nổ gần đây nhất tại mỏ than Taizhina Liên bang Nga làm hơn 40 người chết. Tại Ucraina Tháng 4/1998: Tại mỏ than Donestk nổ khí metane làm 74 người chết. Ngày 24/5/1999 nổ khí mêtan ở độ sâu 3,482 bộ Anh (1000m) chết 30 thợ mỏ, 20 người mất tích (VASC trích dịch 25/5/99). 11/3/2000: 13h30 ở mỏ Barakova nổ khí mêtan làm chết 80 người. Tại Trung Quốc Ngày 08/05/2001 một vụ nổ khí mỏ than đã xảy ra ở tỉnh Heilongjiang phía đông nam Trung Quốc làm 9 người chết, 45 người mất tích (theo China Central Television – CCTV 08/05/2001) Ngày 22/07/2001 khoảng 106 công nhân đã bị mắc kẹt sau vụ nổ khí xảy ra tại mỏ than ở thành phố Xuzhou, tỉnh Jiangsu phía đông nam Trung Quốc. Sau khi cứu hộ đã tìm thấy 46 thi thể. (Theo Xinhua News Agency 23/07/2001) Ngày 25/11/2001 tại mỏ Wangjiying tỉnh Liaoning – Đông bắc Trung Quốc xảy ra nổ khí CH4 làm 77 người thiệt mạng (BBC 25/11/2001) Ngày 26/02/2002 tại mỏ than ở Hebei phía bắc Trung Quốc xảy ra liên tiếp 2 vụ nổ khí methane làm ít nhất 27 người thiệt mạng (Theo ABC News ngày 28/01/2002) Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 11 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Ngày 14/11/2003 vụ nổ tại khu mỏ than Kiến Tân ở tỉnh Giang Tây Trung Quốc làm 48 người chết Thực trạng an toàn ở Việt Nam ở Việt Nam những năm trước, sản lượng khai thác còn thấp và đa số ở mức nông, do đó vấn đề an toàn trong khai thác mỏ chưa được chú trọng và đầu tư đúng mức. Nhưng trong những năm gần đây công suất khai thác liên tục gia tăng và ngày càng phải đi xa, xuống sâu. Hơn nữa, qua các nghiên cứu của ngành than, vùng than Quảng Ninh là loại than antraxit – có độ ngậm khí cao, có nơi khi xuống sâu, hàm lượng CH4 có thể đạt tới 28m3/tấn. Điều đó đồng nghĩa với khả năng gặp phải tai nạn, rủi ro ngày càng lớn. Có thể kể ra một số vụ cháy nổ khí gần đây ở Việt nam như vụ nổ ngày 11/1/1999 tại lò thượng V9B đông Công ty Than Mạo khê làm 19 người bị chết và 12 người bị thương. Vụ nổ tại đường lò V13 khu tây bắc ngã hai thuộc xí nghiệp khai thác than 190 Công ty Đông bắc ngày 29/5/1999 làm 3 người chết và 2 người bị thương. Hai vụ nổ liên tiếp trong ngày 19/12/2002 tại XN than Suối lại (Công ty than Quảng ninh) và XN 909 (Công ty Địa chất và khai thác khoáng sản) làm tổng cộng 13 người chết và 5 người bị thương. Độ chứa khí tự nhiên ở một số mỏ Việc khảo sát, đánh giá độ chứa khí tự nhiên ở các mỏ nhằm mục đích phát hiện các nguy cơ về tai nạn do khí, giúp cho việc xây dựng các biện pháp khai thác khả thi, cũng như công tác an toàn hữu hiệu Theo các số liệu thống kê của Viện KHCN Mỏ, và đánh giá mức độ nguy hiểm về khí của Tổng công ty Than Việt Nam kết quả đo khí ở một số mỏ như sau: Mỏ Thống Nhất Khí Nitơ (N2): Hàm lượng thay đổi từ 4,7 ÷ 99,34% Khí cháy nổ (H2 và CH4): Hàm lượng thay đổi từ 0,00 ÷ 94,91%; Độ chứa khí 0,00m3/T ÷ 15,832m3/T Khí Cacbonic(CO2): Hàm lượng thay đổi trong khoảng 0,00 ÷ 33,57%; Độ chứa khí: 0,00m3/T ÷ 1,602m3/T. Trong khoảng đất đá vây quanh, hàm lượng khí nổ (H2 + CH4) trong khoảng 13 ÷ 82%, độ chứa khí 0,059 ÷ 4,279 m3/T Kết quả đo đạc được ghi ở sổ đo khí của mỏ chứng minh rằng mỏ vượt quá 0,8% có khí ở nhiều gương lò và lò chuẩn bị kể cả khi được thông gió. Theo đánh giá của Tổng Công Ty Than Việt Nam, mỏ xếp loại II. Mỏ Mông Dương Các công tác riêng biệt nhằm nghiên cứu độ chứa khí của vỉa than và nham thạch trong khu thăm dò tỷ mỷ chưa được tiến hành do điều kiện kỹ thuật. Nhưng vụ cháy nổ đã xảy ra ngày 31 tháng 5 năm 1937 ở một lò thượng nằm ở giữa tầng –97 và -40 khi một vài giờ trước đó không thông được gió. Sau vụ nổ, lò thượng và các Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 12 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
cúp bị cháy, khí CH4 thường xuyên thoát ra, hàm lượng từ 0,6÷1,25%, có khi đến 1,75%. Nhiều lò đã phải đình chỉ và khí mêtan thoát ra. Tuy chưa có thăm dò về khí, song mỏ Mông dương là mỏ gần với mỏ Thống nhất đã được thăm dò cho thấy độ chứa khí tự nhiên ở đới khí mêtan đạt đến 15,83 m3/T. Với độ chứa khí như vậy khi xuống sâu và khai thác vào các vỉa than mới không tránh khỏi việc thoát khí hàm lượng lớn vào các gương lò, dẫn đến nguy hiểm nổ cháy. Được Liên xô (cũ) hỗ trợ về kỹ thuật, thiết bị. Với trang thiết bị hệ thống thông gió bảo đảm an toàn cho mỏ hoạt động với công suất lớn nên có điều kiện đưa khí CH4 ra ngoài. Nhưng mức khai thác hiện nay đã xuống sâu –97,5m nên thường xuyên xuất hiện khí CH4 ở hàm lượng cao. ở lò thông gió đạt đến 0,5% và đào thượng đến 2,5÷6% ở giới hạn nổ rất nguy hiểm. Kết quả đo đạc được thống kê ở sổ đo khí của mỏ cho thấy: nếu không được thiết kế điều chỉnh thông gió tốt, khí CH4 có thể thoát ra đến giới hạn gây cháy nổ khi có nguồn lửa hở. Mỏ Mạo Khê Từ những năm 1994 về trước đo đạc ít thấy xuất hiện khí CH4. Đặc biệt thời gian gần đây mỏ đã khai thác xuống dưới (+0); khí mêtan xuất hiện thường xuyên ở các lò chợ và lò chuẩn bị từ 0,25÷1%, trong đó khí của mỏ. Gần đây khi nghiên cứu đề tài mẫu khí ở khu vực lò chợ 9T đã vượt giới hạn cho phép 1%, khí các lò chuẩn bị trong than cao hơn mức độ cho phép 2%. Nguy hiểm hơn nữa khi không được thông gió hàm lượng khí CH4 nằm trong giới hạn cháy nổ. Đặc biệt tai nạn ngày 11/01/1999 đã để lại những hậu quả khủng khiếp và là một minh chứng cho việc mất cảnh giác trong việc phòng chống cháy, nổ khí CH4. Căn cứ vào kết quả phân tích và các nguy cơ thực tế, mỏ được xếp loại III về khí cháy nổ. Mỏ Vàng Danh Trước đây khai thác ở mức nông khí CH4 ít xuất hiện. Theo kết quả đo đạc gần đây 1996-1997 theo sổ đo khí của mỏ, kết quả cho thấy khí CH4 đã xuất hiện 0,02÷0,05% khi được thông gió tốt. Đột xuất khu lò chợ trụ 3 vỉa 8A Tây Vàng danh mức 260 xuất hiện mêtan 1%. Đến nay mỏ chưa có công trình nào nghiên cứu xếp loại mỏ theo mức độ nguy hiểm cháy nổ khí CH4. Mỏ Hà Lầm Việc khí CH4 xuất hiện gây cháy mỏ xảy ra năm 1975-1976 tại khu Hữu nghị gây thiệt hại lớn. Kết quả đo đạc cho thấy hàm lượng khí CH4 khi được thông gió tốt hàm lượng dưới mức độ an toàn cho phép, tuy nhiên khi ngừng thông gió hàm lượng có lúc tăng đến 0,75÷1,65% vượt quá giới hạn cho phép. Hiện nay mỏ đặc biệt quan tâm đến việc đo khí và thông gió, tuy vậy do khai thác xuống sâu ở luồng gió thải lò chợ đạt 0,3%. Căn cứ vào kết quả phân tích, theo quy phạm an toàn và thực tế đo đạc khí CH4, mỏ Hà Lầm được xếp loại II về nguy cơ cháy nổ. Theo các số liệu thống kê, phân tích các tai nạn, sự cố trong các báo cáo của tổng công ty than năm 1995, 1996, 1997 cho thấy số vụ cháy nổ khí chỉ chiếm 5% trong tổng số các vụ sự cố nhưng số ca tử vong lại chiếm đến 20% - đứng hàng thứ hai sau tai nạn ở khâu khai thác. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 13 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Các công tác bảo đảm an toàn Qua khảo sát thực tế các tại các mỏ lớn của vùng than Quảng Ninh như Mông Dương, Hà Lầm, Vàng Danh và Mạo Khê cho thấy: Những năm gần đây, do yêu cầu tăng sản lượng, các mỏ đã chú trọng đầu tư trang thiết bị mới cũng như đầu tư khai thác theo các công nghệ phù hợp nhằm bảo đảm năng suất khai thác và nâng cao độ an toàn khi xuống sâu. Những công tác an toàn về khí cháy nổ được thực hiện một cách nghiêm ngặt. Nhưng do khả năng đầu tư có hạn do đó phần lớn các thiết bị cũ từ thời Liên Xô cũ , thậm chí thời Pháp thuộc, và các thiết bị của Trung Quốc có độ tin cậy kém vẫn được tận dụng, đó là những nguy cơ phát sinh cháy,nổ. Mặt khác, công tác an toàn tuy được chú trọng nhưng phần lớn các thiết bị đo, cảnh báo khí cháy nổ là các thiết bị sử dụng công nghệ cũ, độ chính xác không được kiểm tra định kỳ. Đồng thời việc đo kiểm tra nồng độ khí hoàn toàn thủ công và rời rạc, phụ thuộc hoàn toàn vào ý thức và trách nhiệm của người đo. Thiết bị đo ở tất cả các mỏ khác phần lớn là các thiết bị xách tay di động, có ưu điểm như sau: • Cho phép thay đổi các vị trí đo một cách linh hoạt. • Chi phí đầu tư thấp Nhược điểm lớn của thiết bị loại này là: • Việc đo, lấy mẫu hoàn toàn thủ công. • Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào người thao tác. • Giám sát gián đoạn. • Lưu trữ kết quả khó khăn Do các nhược điểm như trên nên các mỏ chỉ tiến hành đo, giám sát khí một cách gián đoạn, theo chu kỳ (Đầu ca, giữa ca, cuối ca …) hoặc thậm chí có nơi nghi ngờ thì mới kiểm tra. Do đó không phát hiện kịp thời các phụt khí bất ngờ, dẫn đến lơ là trong công tác đo kiểm tra khí. Về mặt kiểm soát chất lượng thông gió chưa có mỏ nào ứng dụng tự động kiểm soát thông gió cục bộ, tự động điều khiển cửa chắn gió. 2.2. Vấn đề về phòng chống cháy nổ Đối với vấn đề phòng chống cháy nổ trong khai thác hầm lò, mêtan (CH4) là loại khí nguy hiểm nhất thường xuất hiện đặc biệt là khi khai thác xuống sâu do đó việc phòng chống sự cố cháy nổ khí mêtan trong ngành công nghiệp khai thác than hầm lò luôn được coi trọng là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Tình hình xuất khí mêtan trong các mỏ than hiện nay Khí mêtan (CH4) có nguồn gốc từ than (gọi tắt là khí than) là một trong nhiều loại khí thiên nhiên được hình thành trong quá trình sinh hoá biến đổi vật chất hữu cơ ban đầu và quá trình biến chất than tiếp theo dưới tác động của nhiệt và áp suất. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 14 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Khí mêtan có thể cháy và nổ khi gặp ngọn lửa trần và nồng độ khí từ (5 ÷ 15)% (khả năng dễ cháy nổ nhất là 9,5%). Khi có sự cố cháy nổ thì trong hầm lò nhiệt độ có thể lên tới 2650oC và áp suất lên tới 10at. Phương trình phản ứng tổng quát cho khí cháy là: CmHn + (m+n/4)O2 ==> mCO2 + (n/2)H2O Với khí mêtan ta có phương trình: CH4 + 2O2 ==> CO2 + 2H2O Điều kiện cháy nổ của khí mêtan (CH4) phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: nồng độ của khí Metan (%CH4), Oxy (%O2), áp suất (at), Nhiệt độ (oC) và độ ẩm tương đối (%RH). Bảng sau đây mô tả đặc tính cháy nổ của một số loại khí tự nhiên (thường là khí ở mỏ than Metan) hoặc khí dầu mỏ (thường là Metan, Ethane, Propane, Butane ...) (Loại khí) (Điểm bốc cháy) (Giới hạn nổ) o Name of Gas Ignition point C Explosive limit L.E.L U.E.L vol% vol% Methane 537 5.0 15 Ethane 515 3.0 15.5 Propane 470 2.0 9.5 Butane 365 1.5 8.5 Bảng 1 : Đặc tính cháy nổ của một số loại khí tự nhiên Trong ngành than Việt nam hiện nay, sản lượng khác thác ngày càng tăng, nhưng lượng than lộ thiên ngày một giảm. Do đó chúng ta phải tăng cường hình thức khai thác than hầm lò. Khai thác càng xuống sâu thì nguy cơ cháy nổ khí mêtan ngày càng lớn. Trên thế giới cũng như ở Việt nam trong các năm vừa qua đã xẩy ra rất nhiều vụ cháy nổ khí làm chết hàng chục, thậm chí hàng trăm người. Sau tai hoạ ngày 11/1/1999 Tổng công ty than Việt Nam đã rất quan tâm tới vấn đề an toàn lao động và phòng ngừa sự cố cháy nổ khí mêtan tại tất cả các mỏ than. Ngay trong năm 1999 Tổng Công ty Than Việt Nam (TVN) đã trang bị một hệ thống monitoring của Ba Lan cho mỏ than Mạo Khê. Tiếp sau đó, TVN đã được chính phủ Nhật Bản trang bị cho một hệ thống monitoring khác và cũng lại triển khai lắp đặt cho mỏ Mạo Khê (Mỏ có mức độ xuất khí cao nhất trong TVN). Căn cứ vào mức độ và hình thức xuất khí mêtan người ta phân thành các loại mỏ như Bảng 2 sau: Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 15 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
Độ thoát khí mêtan tương đối Loại mỏ theo khí mêtan (m3/T.than.ngđ) I
2.3. Vấn đề về môi trường độc hại Khí cacbon-monoxit (CO) CO là một loại khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng 0,967, tạo ra do sự cháy không hoàn toàn của các vật liệu có chứa cacbon. Thông thường hàm lượng khí oxy trong không khí ở dưới các đường hầm khai thác than không cao, nên quá trình hình thành khí CO một cách tự nhiên và do các vụ cháy nổ rất dễ dàng. Khí CO là loại khí rất độc hại, người và động vật có thể chết đột ngột khi tiếp xúc hít thở khí CO, do nó tác dụng mạnh với hemoglobin (Hb, mạnh gấp 250 lần so với oxy), lấy oxy của hemoglobin và tạo thành cacboxyhemoglobin, làm mất khả năng vận chuyển oxy của máu và gây ngạt. Nhiễm độc cấp CO thường bị đau đầu, ù tai, chóng mặt, buồn nôn, mệt mỏi, co giật, rồi bị nôn mê. Nếu bị nhiễm nặng thì bị hôn mê ngay, chân tay mềm nhũn, mặt xanh tím, bị phù phổi cấp, dẫn đến tử vong. Nhiễm độc mãn tính CO thường bị đau đầu dai dẳng chóng mặt, mỏi mệt, sút cân. Mỗi năm trên thế giới có hàng trăm người bị chết do trúng độc khí CO. Khí sulfuroxit (SOx) Trong than ở các mỏ đều có chứa lưu huỳnh, trong quá trình cháy than, xảy ra phản ứng giữa lưu huỳnh và oxy trong không khí, chủ yếu tạo thành khí sulfurdioxit (SO2) và một phần rất nhỏ khí sulfurtrioxit (SO3) Khí SO2 không màu, có vị cay, mùi khó chịu. Trong môi trường ẩm ướt, SO2 tác dụng với nước tạo thành dung dịch axit sulfuric (H2SO4) – là dung dịch ăn mòn các thiết bị kim loại trong mỏ. Khí cacbonic (CO2) Là sản phẩm chủ yếu của quá trình cháy các chất hữu cơ, đặc biệt là than trong mỏ. Hàm lượng CO2 lớn có thể gây ngạt cho công nhân và làm tăng nhiệt độ trong mỏ, ảnh hưởng tới quá trình sản xuất. Trong ngành công nghiệp khai thác than hầm lò, việc đảm bảo an toàn cho công tác mỏ là một nhiệm vụ cực kỳ quan trọng, trong đó nhiệm vụ phòng chống sự cố cháy nổ khí CH4 luôn luôn được coi là nhiệm vụ hàng đầu. Ngoài ra các điều kiện vi khí hậu trong mỏ như: Nhiệt độ, tốc độ gió, độ ẩm, chất lượng gió và các loại khí độc khác có ảnh hưởng trực tiếp đến phát sinh cháy nổ và ảnh hưởng tới sức khoẻ con người. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 17 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855
2.4. Vấn đề về thoát khí trong khai thác Việc thoát khí mêtan ở trong mỏ hiện được thực hiện dưới 3 dạng sau: Dạng thoát khí thông thường Đặc điểm của dạng thoát khí thông thường Dạng này gồm các hiện tượng thoát mêtan từ các mặt lộ phía ngoài của các than và đất đá mỏ, từ các khối than được tách khỏi khối nguyên từ các vỉa than tiếp cận đối với vỉa đang khai thác, từ khoảng trống đã khai thác. Đây là quá trình kéo dài, được xác định bởi hiện tượng nhả và lọc khí mêtan ra mặt ngoài của than và đất đá. Sự thoát khí mạnh vẫn là những ngày đầu khi mới làm lộ bề mặt, mạnh nhất trong khoảng 40÷50 phút sau khi than bị tách ra khỏi nguyên khối. Dạng thoát khí thông thường phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác nhau từ nhóm các điều kiện tự nhiên cũng như nhóm các yếu tố kỹ thuật công nghệ. Mức độ nguy hiểm và biện pháp phòng chống đối với dạng thoát khí thông thường Đây là dạng thoát khí phổ biến nhất và chiếm phần lớn lượng mêtan thoát ra trong quá trình khai thác mỏ. Tuy nhiên dạng thoát khí này không gây nguy hiểm lớn vì nó chỉ làm tăng hàm lượng mêtan trong không khí mỏ, tính nguy hiểm của nó chỉ xuất hiện khi hàm lượng mêtan vượt quá giới hạn an toàn tới giới hạn gây nổ. Phòng chống dạng thoát khí thông thường chủ yếu nhờ công tác thông gió mỏ, mà bản chất của nó là đưa một lượng gió vào mỏ và phân phối nó tới các đường lò đủ để hoà loãng lượng khí mêtan thoát ra có hàm lượng mêtan dưới giới hạn nổ mà công tác an toàn qui định. Dạng xì khí mêtan trong lò Đặc điểm của dạng xì khí mêtan Đây là dạng thoát khí mêtan tự do từ các khe nứt, các lỗ trông thấy được, các khe nứt này phát sinh từ các quá trình địa chất cũng như công nghệ khai thác. ở dạng thoát khí này có dấu hiệu đặc trưng là có tiếng kêu như gió thổi. Khi đó qua các khe nứt và lỗ hổng một lượng khí mêtan từ một đến vài ngàn mét khối sẽ thoát ra. Nguồn gốc của dạng thoát khí này là các vỉa tiếp cận vỉa và vỉa đang khai thác có độ chứa khí tự nhiên tương đối cao, áp suất khí trong vỉa lớn. Thực tế dạng thoát khí này xảy ra chủ yếu trong các đường lò chuẩn bị và lò cái. Mức độ nguy hiểm và biện pháp phòng chống Đây là một dạng thoát khí nguy hiểm, bởi vì trong một thời gian ngắn hàm lượng khí mêtan trong không khí mỏ tăng rất nhanh, nó không chỉ có khả năng gây nổ mêtan mà còn làm hàm lượng ôxy giảm mạnh, tới mức gây ngạt cho con người. Cường độ xì khí thường vào khoảng 5÷6 m3/phút, cá biệt có trường hợp đạt tới 15÷17 m3/phút. Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thác hầm lò 18 VIELINA – Tel. (04) 7.164 855