BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-----------------------------------
NGUYỄN VĂN THỊNH
NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THOÁT KHÍ METAN KHI KHAI THÁC
XUỐNG SÂU TRONG MỎ THAN HẦM LÒ
VÙNG QUẢNG NINH
Ngành: Khai thác mỏ
Mã số: 9520603
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2019
Công trình hoàn thành tại: Bộ môn khai thác hầm lò
Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đặng Vũ Chí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
2. TS. Lê Văn Thao, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam
Phản biện 1: GS.TSKH Lê Như Hùng, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam;
Phản biện 2: TS Nguyễn Anh Tuấn, Tập đoàn CN than – khoáng sản Việt Nam;
Phản biện 3: TS Đào Hồng Quảng, Viện khoa học công nghệ mỏ- Vinacomin.
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường tại
Trường Đại học Mỏ - Địa chất, P. Đức Thắng, Q. Bắc Từ Liêm, Hà Nội
vào hồi ....... giờ ......., ngày ....... tháng ....... năm 2019
Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia - Hà Nội
hoặc Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất
3
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Quyết định số 403/QĐ-TTg ngày 14 tháng 3 năm 2016 của Thủ
tướng Chính phủ về việc Phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển ngành than
Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, tại điều 1, mục II.2.b
có nêu “Sản lượng than thương phẩm sản xuất toàn ngành trong các giai đoạn
của quy hoạch: Khoảng 41 - 44 triệu tấn vào năm 2016; 47 - 50 triệu tấn vào
năm 2020; 51 - 54 triệu tấn vào năm 2025 và 55 - 57 triệu tấn vào năm 2030”.
Để đạt được yêu cầu về sản lượng các mỏ than hầm lò ngày càng phải
xuống sâu, mở rộng quy mô cũng như áp dụng cơ giới hóa trong khai thác và
đào lò. Sản lượng than khai thác tăng kéo theo lượng khí mê tan thoát ra các lò
chợ và lò chuẩn bị ngày càng nhiều. Khí mê tan là loại khí có thể gây ra hiện
tượng cháy nổ hết sức nguy hiểm.
Trong lịch sử khai thác than hầm lò trên Thế giới và ở Việt Nam đã xảy ra
nhiều vụ cháy nổ khí CH4 gây tử vong hàng chục, thậm chí đến hàng trăm người và
phá huỷ cơ sở vật chất của các mỏ than. Do tính chất nguy hiểm của khí mê tan
thoát ra trong các đường lò mỏ gây nguy cơ cháy nổ mà ngành khai thác than
hầm lò trên Thế giới cũng như ở Việt Nam luôn đặt vấn đề phòng chống cháy
nổ khí metan lên hàng đầu, trong đó có việc nghiên cứu độ thoát khí metan và
độ chứa khí metan trong các vỉa than là nguồn gốc gây thoát khí metan ra các
đường lò mỏ.
Ở nước ta, các công trình nghiên cứu về độ chứa khí và thoát khí metan
đã được thực hiện từ nhiều năm nay nhưng chủ yếu tập trung và các mỏ có độ
thoát khí cao, chưa mang tính chất tổng thể và chưa đưa ra dự báo khi khai thác
xuống sâu cho mỗi vùng khoáng sàng hay từng mỏ than hầm lò để có biện
pháp ngăn ngừa tích tụ khí quá giới hạn cho phép hữu hiệu.
Để đánh giá được mức độ nguy hiểm của khí mê tan đối với mỗi mỏ than
hoặc mỗi khu vực khai thác, cần phải xác định được chế độ thoát khí mê tan của
mỏ hoặc khu vực khai thác đó. Trong đó vấn đề đặc biệt quan trọng là nghiên
cứu xác định độ chứa khí mê tan trong các vỉa than và độ thoát khí me tan ra
các đường lò mỏ một cách định lượng để áp dựng phương pháp khai thác và sử
dụng phương tiện phòng chống cháy nổ khí mê tan phù hợp vừ bảo đảm an toàn
vừa nâng cao hiệu quả kinh tế.
Vì vậy “Nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan khi khai thác xuống sâu trong
mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” mang tính cấp thiết.
2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng
Ninh khi khai thác xuống sâu.
- Đề xuất các giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp khi tiến
hành khai thác tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
4
Đối tượng nghiên cứu: Độ thoát khí và độ chứa khí mê tan trong các vỉa
than ảnh hưởng đến quá trình khai thác xuống sâu tại các mỏ than hầm lò vùng
Quảng Ninh.
Phạm vi nghiên cứu: của đề tài là các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan trong các
mỏ than hầm lò trên Thế giới và Việt Nam
- Nghiên cứu đặc điểm độ chứa khí mê tan khi khai thác xuống sâu trong
các vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh
- Nghiên cứu độ thoát khí mê tan khi khai thác xuống sâu tại các mỏ than
hầm lò vùng Quảng Ninh
- Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phòng ngừa cháy nổ khí mê tan phù hợp
cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp khảo sát, tổng hợp, kế thừa các tài liệu;
- Phương pháp phân tích, thống kê và phương pháp đồ thị;
- Phương pháp nội suy tuyến tính và phi tuyến tính.
6. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Xây dựng các hàm hồi quy theo
phương pháp bình phương nhỏ nhất để dự báo độ chứa khí và thoát khí mê tan
tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh;
- Dự báo được quá trình thoát khí mê tan vào các khu vực khai thác trên
cơ sở xác định được độ thoát khí metan ở mức khai thác trên bà dự báo độ thoát
khí metan cho mức khai thác tiếp theo.
6.2. Giá trị thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần xác định, dự
báo độ thoát khí metan và khu vực khai thác tại các vỉa than của các mỏ than
hầm lò vùng Quảng Ninh khi khai thác xuống sâu để có biện pháp phòng ngừa
cháy nổ khí metan phù hợp.
7. Những điểm mới của luận án
- Xây dựng được hàm hồi quy về độ chứa khí mê tan trong các vỉa than tại
các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có dạng phương trình y = a.xb.
- Thành lập bản đồ phân vùng khí mê tan theo phạm vi và theo chiều sâu
của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh
- Dự báo độ thoát khí mê tan cho các lò chợ tại các mỏ than hầm lò vùng
Quảng Ninh có dạng hàm hồi quy y=0,8651x +0,00246 với độ lệch R2=0,9896,
với kết quả đo đạc thực tế bằng kết quả dự báo nhân thêm với hệ số k
=0,8651và cộng với 0,00246
8. Luận điểm khoa học
- Càng khai thác xuống sâu thì độ chứa khí và độ thoát khí mê tan càng tăng;
5
- Cùng một điều kiện địa chất, độ thoát khí mê tan phụ thuộc vào chiều
dày vỉa than và sản lượng khai thác;
- Đối với hệ thống khai khai thác chia lớp, độ thoát khí mê tan ở lò chợ
lớp vách lớn hơn ở lò chợ lớp trụ.
9. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, trang,
bao gồm hình vẽ và bảng biểu.
10. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại trường Đại học Mỏ- Địa chất dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS Đặng Vũ Chí- Trường Đại học Mỏ- Địa chất và TS
Lê Văn Thao- Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam.
Tác giả luận án xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu,
Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác hầm lò trường Đại
học Mỏ- Địa chất, đặc biệt là hai cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Vũ
Chí và TS. Lê Văn Thao đã tận tình giúp đỡ Nghiên cứu sinh trong suốt quá
trình nghiên cứu.
Tác giả luận án cũng xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học, các bạn bè
đồng nghiệp, Hội khoa học công nghệ mỏ Việt Nam, xin gửi lời cảm ơn tới lãnh
đạo, cán bộ các đơn vị: Tập đoàn công nghiệp than- khoáng sản Việt Nam, Các
công ty khai thác, hỗ trợ khai thác các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, đặc
biệt là Trung tâm An toàn mỏ, Viện KHCN mỏ-Vinacomin, Trung tâm cấp cứu
mỏ- Vinacomin,... đã hỗ trợ số liệu, tài liệu thực tế và đóng góp ý kiến phục vụ
công tác nghiên cứu.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ THOÁT KHÍ MÊTAN
TRONG CÁC MỎ THAN HẦM LÒ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ KHÍ MÊ TAN
Mêtan (CH4) là loại Cacbuahyđrô bão hoà đơn giản nhất của nhóm
parafin. Là khí không mầu, không mùi, không vị. Khối lượng riêng của nó trong
điều kiện bình thường là 0,716 kg/ m3, nhẹ hơn nhiều lần so với không khí.
Nó có thể hoà tan trong etanol, ete, hoà tan kém trong nước (đến 3,5% trong
điều kiện bình thường). Mặc dù mê tan là khí không ảnh hưởng tới quá trình hô
hấp nhưng hàm lượng đáng kể trong không khí sẽ gây nguy hiểm bởi vì khí
mêtan đẩy khí ôxy (4,8% mêtan sẽ đẩy 1%ôxy). Mê tan là khí có khả năng
cháy nổ . Khi hàm lượng thể tích của mê tan nằm trong khoảng từ 5 - 15% và
hàm lượng ôxy tối thiểu khoảng 8% hỗn hợp có khả năng nổ, hỗn hợp nổ
mạnh nhất khi hàm lượng mê tan đạt 9,5%. Giới hạn nổ của khí mêtan không