Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan của vỉa 6A mỏ than Mạo Khê

Chia sẻ: Tưởng Trì Hoài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của bài báo "Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan của vỉa 6A mỏ than Mạo Khê" là nghiên cứu để xác định các yếu tố ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính đến độ thoát khí mê tan khi khai thác vỉa 6A mỏ than Mạo Khê để có thể chủ động điều chỉnh nồng độ khí mê tan phù hợp trong bầu không khí mỏ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan của vỉa 6A mỏ than Mạo Khê

HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan của vỉa 6A mỏ than Mạo Khê Nguyễn Văn Thịnh1,* 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất TÓM TẮT Mỏ than Mạo Khê do Công ty than Mạo Khê - TKV quản lý. Hiện tại, mỏ than Mạo Khê được khai thác từ lộ vỉa đến mức -150 và được xếp hạng IV về khí mêtan. Tại mỏ than này đã xảy ra một vụ nổ khí mêtan vào năm 1999 làm 19 người thương vong, nguyên nhân chính được xác định là do nồng độ khí mê tan tại tâm vụ nổ vượt quá giới hạn cho phép. Để tránh xảy ra các vụ nổ khí tại các mỏ như năm 1999, cần phải có các giải pháp phù hợp để loại bỏ sự tích tụ khí mêtan trong các đường dẫn hầm lò. Vỉa 6A của mỏ than Mạo Khê được đánh giá có độ chứa khí mê tan cao và có nguy cơ xì khí mê tan trong quá trình khai thác. Do đó tác giả lựa chọn vỉa 6A tại mỏ than Mạo Khê là đối tượng nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan khi khai thác. Mục tiêu của tác giả là nghiên cứu để xác định các yếu tố ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính đến độ thoát khí mê tan khi khai thác vỉa 6A mỏ than Mạo Khê để có thể chủ động điều chỉnh nồng độ khí mê tan phù hợp trong bầu không khí mỏ. Bài báo đã sử dụng các phương pháp đo, lấy mẫu và phân tích thực tế để xác định mức độ phát thải khí mêtan từ các lò chợ ở các mức khai thác khác nhau của vỉa than 6A và xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính đến độ thoát khí mê tan. Mức độ ảnh hưởng của sản lượng khai thác đến độ thoát khí mê tan được thể hiện qua phương trình y = a.x2 + b.x + c, mức độ ảnh hưởng của độ chứa khí mê tan trong vỉa than 6A đến độ thoát khie mê tan được thể hiện qua phương trình y = a.ln(x) + b. Từ khóa: Mạo khê; độ thoát khí; khí mê tan; dự báo. 1. Đặt vấn đề Vấn đề nghiên cứu về khí mê tan tại các vỉa than đã có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đề cập tới, một số công trình tiêu biểu có những đóng góp đáng kể như: Nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan khi khai thác xuống sâu tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh [Nguyễn Văn Thịnh 2019, Trần Xuân Hà 2013]. Các công trình nghiên cứu có những đóng góp to lớn đối với việc chủ động kiểm soát khí mê tan trong các mỏ khai thác than bằng phương pháp hầm lò. Tuy nhiên với mỗi vỉa than sẽ có những điều kiện địa chất khác nhau và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ thoát khí mê tan từ các vỉa than là khác nhau, do đó với mỗi vỉa than cần có những nghiên cứu cụ thể cho từng điều kiện của vỉa than đó. Trong kế hoạch khai thác của mỏ than Mạo Khê đến mức -400, vỉa 6 tiếp tục được huy động vào khai thác, do đó việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan tại vỉa than này có nhiều thuận lợi trong việc kiểm chứng kết quả tại thực tế. Để xác định các yếu tố ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đến độ thoát khí mê tan khi khai thác vỉa 6 của mỏ than Mạo Khê, tác giả đã xử lý số liệu phân tích độ chứa khí mê tan trong vỉa than, nồng độ khí mê tan thoát ra khi khai thác vỉa 6 ở các cost cao khác nhau từ khi bắt đầu khai thác đến quý 1 năm 2022. Từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến độ thoát khí mê tan và xây dựng phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố đó với nhau. 2. Đặc điểm địa chất của vỉa 6 Vỉa tồn tại khắp diện tích khu mỏ, vỉa xuất hiện lộ vỉa trên tuyến T.Ib rồi vát nhọn đến đứt gãy F.430, vỉa tiếp tục xuất lộ ở tuyến T.IIA nằm về phần cánh nâng của đứt gãy F.430 đến hết tuyến T.X và chìm vào đứt gãy F.11. Trên tuyến T.XIA tiếp tục xuất lộ tại tuyến và kéo dài đến tuyến T.XIV và gặp đứt gãy F.129. Theo phương vỉa này dài khoảng 8,1km. Từ T.XV về phía Tây góc dốc thay đổi từ 550  700, qua T.XV về phía Đông thoải dần, góc dốc thay đổi từ 170  350. Vỉa có cấu tạo phức tạp, có từ 0  9 lớp đá kẹp, chiều dày lớp kẹp từ 0,00m  3,21m, trung bình 0,48m. Vỉa được chia ra làm 2 phân vỉa, phân vỉa 6(V) có chiều dày thay đổi từ 0,38m (G.X.192)  9,77m (LK.346), trung bình 3,26m. Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,38m  6,98m, trung bình 2,78m. Phân vỉa 6(T) có chiều dày vỉa thay đổi từ 0,33m *Tác giả liên hệ Email: nguyenvanthinh.hl@humg.edu.vn 675
(H.VIIA.374)  10,22m (C3-D-80), trung bình 3,17m. Chiều dày riêng than thay đổi từ 0,28m  8,56m, trung bình 2,73m [Công ty VITE, 2011]. Hình 1. Mặt cắt địa chất đặc trưng khu mỏ 3. Đặc điểm độ thoát khí mê tan của các vỉa than 3.1. Đặc điểm nguồn thoát khí mê tan Khí Mêtan thoát vào đường lò từ các nguồn sau [Trần Xuân Hà 2013]:  Khí mê tan được thoát ra từ than được tách phá trong quá trình đào lò;  Khí metan thoát ra từ sườn than của đường lò;  Khí metan thoát ra từ sườn đá của đường lò (vùng lân cận với sườn than), ở đây mêtan thoát ra từ phần vỉa than nằm trong vùng thay đổi áp lực trong vỉa do ảnh hưởng của khai thác. 3.2. Đặc điểm cơ chế thoát khí mê tan từ các vỉa than Trong các đường lò mêtan xuất ra qua các mặt tự do và của vỉa than và một lượng nhỏ qua mặt tự do của đất đá, từ than đã khấu, từ các vùng đã khai thác… Qua quan sát lâu dài người ta thấy có ba dạng xuất khí mêtan như sau: Sự xuất khí từ từ liên tục: Dạng xuất 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. Khí mêtan xuất ra trong trường hợp này qua các kẽ nứt nẻ nhỏ và không 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 hoàn toàn sau khoảng thời gian 6-10 tháng. Sự xuất khí dưới dạng xì: Sự xuất khí mêtan dưới dạng này nguy hiểm hơn, vì một lượng tương đối lớn khí mêtan thoát ra trong một thời gian ngắn, mặt khác sự xuất khí này không phán đoán trước được. Lưu lượng khí xuất ra trong trường hợp này thay đổi từ một vài m3 trong một ngày đến hàng chục nghìn m3 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 vật 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 676
việc khai thác phù hợp các vỉa than gần nhau cũng như áp dụng phương pháp điều khiển áp lực phù hợp. Ngoài 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 hòa loãng mêtan đến giới hạn cho phép. Sự xuất khí dưới dạng phụt khí và than vụn: Phụt khí và than vụn là một hiện tượng xảy ra trong một khoảng thời gian hết sức ngắn, trong gương lò xuất ra một lượng khí lớn và một lượng lớn than vụn cũng được tung ra, có thể tới hàng trăm hoặc hàng nghìn tấn. Sau khi phụt khí, đường lò nơi xảy ra phút khí bị lấp đầy khí và than vụn. Ở một số vụ phụt khí, khí xuất ra có thể chứa đầy đường lò bên cạnh, hay cả khu hoặc toàn mỏ. Kết quả phân tích độ chứa khí mê tan trong vỉa than 6A mỏ than Mạo Khê ở các mức sâu khác nhau được thực hiện bởi Trung tâm an toàn mỏ -Vinacomin và được tổng hợp trình bày tại các bảng 1, bảng 3, bảng 5 và bảng 7. Kết quả tính toán độ thoát khí mê tan tuyệt đối và độ thoát khí mê tan tương đối được trình bày tại các bảng 2, bảng 4, bảng 6 và bảng 8 4. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoát khí mê tan từ vỉa 6A mỏ than Mạo Khê 4.1. Ảnh hưởng của độ chứa khí mê tan tới độ thoát khí mê tan của vỉa 6A Kết quả phân tích độ chứa khí mê tan trong vỉa than 6A được tổng hợp từ kết quả lấy mẫu phân tích tại các mức khai thác của vỉa do Trung tâm an toàn mỏ-Vinacomin thực hiện từ năm 2011 đến năm 2022. Kết quả phân tích độ chứa khí mê tan trong vỉa than 6A mỏ than Mạo Khê ở các mức sâu khác nhau được thực hiện bởi Trung tâm an toàn mỏ -Vinacomin và được tổng hợp trình bày tại các bảng 1, bảng 3, bảng 5 và bảng 7. Kết quả tính toán độ thoát khí mê tan tuyệt đối và độ thoát khí mê tan tương đối được trình bày tại các bảng 2, bảng 4, bảng 6 và bảng 8 Bảng 1.Độ chứa khí metan lò chợ 6A +30/+67[Trung tâm An toàn mỏ 2020] STT Vị trí lấy mẫu Mức sâu của lò chợ, m Độ chứa khí metan (m3/Tkc) 1 Lò chợ 6A +30/+67 +60 0.281 2 Lò chợ 6A +30/+67 +40 0.298 3 Lò chợ 6A +30/+67 +30 0.32 4 Độ chứa khí metan trung bình 0.299 Bảng 2. Kết quả tính toán độ thoát khí khu lò chợ 6A +30/+67 [Công ty than Mạo Khê] Trung TT Thông số T4 T5 T6 T7 T8 T9 bình 1 Sản lượng tháng, A (T) 15445 13445 19153 14707 6622 5374 12457 Số ngày làm việc, N 2 27 26 28 27 13 10 21.83 (ngày đêm) Lưu lượng gió Q 3 579 482 730 510 428 430 526.5 (m3/phút) Hàm lượng khí CH4 4 0.26 0.26 0.31 0.27 0.25 0.25 0.27 C(%) Độ thoát khí tuyệt đối I 5 1.505 1.253 2.263 1.377 1.07 1.075 1.42 (m3/phút) Độ thoát khí tương đối, q 6 3.79 3.49 4.76 3.64 3.02 2.88 3.60 (m3/Tngày-đêm) Bảng 3.Độ chứa khí metan lò chợ 6A -25/+30 [Trung tâm An toàn mỏ 2020] STT Vị trí lấy mẫu Mức sâu của lò chợ, m Độ chứa khí metan (m3/Tkc) 1 Lò chợ 6A -25/+30 +30 0.293 2 Lò chợ 6A -25/+30 0 0.350 3 Lò chợ 6A -25/+30 -20 0.399 4 Độ chứa khí metan trung bình 0.349 677
Bảng 4. Kết quả tính toán độ thoát khí khu lò chợ 6A -25/+30 [Công ty than Mạo Khê] Trung TT Thông số T6 T7 T8 T9 T10 T11 bình 1 Sản lượng tháng, A (T) 13247 14772 16451 12707 13622 13456 14042 Số ngày làm việc, N (ngày 2 25 24 28 24 26 26 25.50 đêm) Lưu lượng gió Q 3 550 680 738 512 624 572 612.6 (m3/phút) 4 Hàm lượng khí CH4 C(%) 0.24 0.27 0.27 0.25 0.24 0.25 0.25 Độ thoát khí tuyệt đối I 5 1.32 1.836 1.992 1.28 1.4976 1.43 1.56 (m3/phút) Độ thoát khí tương đối, q 6 3.59 4.30 4.88 3.48 4.12 3.98 4.06 (m3/Tngày-đêm) Bảng 5. Độ chứa khí metan lò chợ 6A -80/-25 [Trung tâm An toàn mỏ 2020] STT Vị trí lấy mẫu Mức sâu của lò chợ, m Độ chứa khí metan (m3/Tkc) 1 Lò chợ 6ĐMR -80/-25 -25 0.399 2 Lò chợ 6ĐMR -80/-25 -60 0.422 3 Lò chợ 6ĐMR -80/-25 -80 0.456 4 Độ chứa khí metan trung bình 0.426 Bảng 6. Kết quả tính toán độ thoát khí khu lò chợ 6A -80/-25 [Công ty than Mạo Khê] Trung TT Thông số T7 T8 T9 T10 T11 T12 bình 1 Sản lượng tháng, A (T) 10136 15709 12084 18139 16611 14713 14565 Số ngày làm việc, N 2 25 27 25 28 26 26 26.17 (ngày đêm) Lưu lượng gió Q 3 450 600 490 870 792 516 619.6 (m3/phút) 4 Hàm lượng khí CH4 C(%) 0.23 0.31 0.28 0.3 0.28 0.32 0.29 Độ thoát khí tuyệt đối I 5 1.04 1.86 1.37 2.61 2.22 1.65 1.79 (m3/phút) Độ thoát khí tương đối, q 6 3.68 4.60 4.09 5.80 5.00 4.20 4.56 (m3/Tngày-đêm) Bảng 7. Độ chứa khí metan lò chợ 6A -150/-80 [Trung tâm An toàn mỏ 2020] STT Vị trí lấy mẫu Mức sâu của lò chợ, m Độ chứa khí metan (m3/Tkc) 1 Lò chợ 6ĐMR -150/-80 -80 0.456 2 Lò chợ 6ĐMR -150/-80 -100 0.672 3 Lò chợ 6ĐMR -150/-80 -150 0.9582 4 Độ chứa khí metan trung bình 0.696 Bảng 8. Kết quả tính toán độ thoát khí khu lò chợ 6A-150/-80 [Công ty than Mạo Khê] Trung TT Thông số T3 T4 T5 T6 T7 T8 bình 1 Sản lượng tháng, A (T) 14000 16858 15668 12866 18850 13385 15271 Số ngày làm việc, N (ngày 2 25 27 25 26 28 23 25.67 đêm) 3 Lưu lượng gió Q (m3/phút) 821 998 958 712 1124 780 898.8 4 Hàm lượng khí CH4 C(%) 0.25 0.29 0.26 0.24 0.33 0.27 0.27 Độ thoát khí tuyệt đối I 5 2.053 2.894 2.491 1.709 3.7092 2.106 2.49 (m3/phút) Độ thoát khí tương đối, q 6 5.28 6.67 5.72 4.97 7.93 5.21 5.97 (m3/Tngày-đêm) 678
Hình 2. Mối quan hệ giữa độ chứa khí và độ thoát khí metan tuyệt đối Hình 3. Mối quan hệ giữa độ chứa khí và độ thoát khí metan tương đối 4.2. Ảnh hưởng của sản lượng đến độ thoát khí mê tan tại các lò chợ khai thác của vỉa 6A Độ thoát khí mêtan tuyệt đối được xác định bởi trung bình công của ba kết quả đo ở ba ca làm việc, theo công thức: I = Q1.m1  Q2 .m2  Q3 .m3 ; (m3/ph) 3.100 Trong đó: Qi - lưu lượng không khí, đo được trong thời điểm lấy mẫu không khí, m3/ph mi - Hàm lượng mêtan ở mẫu khí, %. Độ thoát khí mê tan tương đối là lượng mêtan thoát ra chia cho một tấn than khai thác trong một ngày 𝑄 𝑚𝑎𝑥.24.60.𝑛 đêm (thường biểu thị bằng m3/t.24h) qCH4 = 𝐶𝐻4 𝑇 ; (m3/t.24h) Trong đó: QCH4max - độ thoát khí mêtan tuyệt đối lớn nhất trong ba kết quả đo trong tháng, m3/ph n- số ngày làm việc trong tháng T- sản lượng của mỏ trong tháng, tấn Từ kết quả tính toán độ thoát khí mê tan tuyệt đối và độ thoát khí mê tan tương đối tại các bảng 2, bảng 4, bảng 6 và bảng 8 cho thấy: Độ thoát khí mê tan tuyệt đối và độ thoát khí mê tan tương đối tại các lò chợ khai thác than vỉa 6A mỏ than Mạo Khê đêu tỷ lệ thuận với sản lượng khai thác than lò chợ. Để xác định mức độ ảnh hưởng của sản lượng khai thác đến độ thoát khí mê tan, tác giả đã sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xây dựng phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa sản lượng khai thác với độ thoát khí mê tan. Với mỗi lò chợ khai thác của vỉa 6A sẽ xây dựng được hàm số biểu thị mối quan hệ giữa sản lượng khai thác và độ thoát khí mê tan khác nhau, kết quả thể hiện mối quan hệ này được trình bày tại hình 4 và hình 5 679
Hình 4. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí metan tuyệt đối Hình 5. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí metan tương đối 4.3 Ảnh hưởng của việc khai thác các vỉa gần nhau Đặc điểm của vỉa 6 có chiều dày than lớp vách 2,78m, chiều dày than lớp trụ là 2,73m, chiều dày lớp đá kẹp là 2,25m, khoảng cách giữa vỉa 6 và viar 7 là 63m, khoảng cách giữa vỉa 5 và vỉa 6 trung bình là 52m. Do đó khi vỉa 6 nằm độc lập với các vỉa xung quan, trong quá trình thực hiện khai thác không có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các vỉa nên độ thoát khí mê tan của các vỉa không ảnh hưởng lẫn nhau. 5. Kết luận - Độ chứa khí mê tan trong vỉa 6A của mỏ than Mạo Khê tăng theo mức sâu của vỉa, từ mức +60 đến mức -150, độ chứa khí mê tan trong viara dao động từ 0,281 đến 0,9582 - Mối quan hệ giữa độ chứa khí mê tan và độ thoát khí mê tan được thể hiện bởi phương trình y = a.ln(x) + b - Độ thoát khí mê tan tại vỉa 6A mỏ than Mạo Khê tỷ lệ thuận với sản lượng khai thác của vỉa - Mối quan hệ giữa sản lượng khai thác than lò chợ và độ thoát khí mê tan được thể hiện bởi phương trình y = a. x2 + b.x+ c - Khoảng cách từ vỉa 6A đến các vỉa lân cận lớn nên không có sự ảnh hưởng lẫn nhau khi khai thác các vỉa. Tài liệu tham khảo Công ty VITE, 2011. Báo cáo tổng hợp trữ lượng địa chất mỏ than Mạo Khê. Công ty than Mạo Khê, Thống kê sản lượng các lò chợ khai thác vỉa 6A Nguễn Văn Thịnh, 2019. Nghiên cứu chế độ thoát khí mê tan khi khai thác xuống sâu của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, Luận án tiến sỹ kỹ thuật. Trần Xuân Hà (chủ biên) và nnk, 2013. Giáo trình An toàn vệ sinh công nghiệp trong khai thác mỏ hầm lò. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật. Trung tâm An toàn mỏ, Kết quả phân tích độ chứa khí mê tan của mỏ than Mạo Khê các năm 2013- 2020 680
ABSTRACT Determining factors affecting methane release of 6A coal seam of Mao Khe coal mine Nguyen Van Thinh1,* 1 Hanoi University of Mining and Geology Mao Khe coal mine is managed by Mao Khe Coal Company - TKV. Currently, Mao Khe coal mine is exploited from the topographical surface to -150 level and is ranked IV in terms of methane. In Mao Khe coal mine, there was a methane explosion in 1999 that killed 19 people, the main cause was determined to be due to the concentration of methane at the center of the explosion exceeding the allowable limit. In order to avoid similar occurrences, suitable solutions are required to eliminate the accumulation of methane in the tunnels. 6A coal seam of Mao Khe coal mine is assessed to have a high methane content and has a high risk of methane escaping during the mining process. Therefore, the author chooses 6A coal seam at Mao Khe coal mine as the object of study on factors affecting methane release when mining. The objective of the author is to study to determine the influencing factors and the degree of influence of the main factors on the methane release when exploiting the 6A coal seam at Mao Khe coal mine so that the concentration can be adjusted proactively suitable methane in the mine. The article used practical methods of measurement, sampling and analysis to determine the level of methane emissions from the market furnaces at different exploitation levels of the 6A coal seam and and determine the influence of the main factors on methane release. The degree of influence of mining output on methane release is shown by the equation y = a.x2 + b.x + c, the influence of methane content in coal seam 6A on methane release is shown by the equation y = a.ln(x) + b. Keywords: Mao Khe; air release; methane gas; forecast. 681