Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than hầm lò giữ vai trò là ngành năng lượng trụ cột bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia với quy hoạch phát triển bền vững theo Quyết định số 60/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Tại bể than Quảng Ninh, tổng trữ lượng antraxit xác định đạt 3,222 tỷ tấn, trong đó trữ lượng khai thác hầm lò chiếm gần 80%. Tuy nhiên, việc gia tăng sản lượng buộc các đơn vị phải mở rộng diện khai thác xuống sâu dưới mức thông thủy từ mức -150m xuống đến -400m, đối mặt với những hiểm họa tự nhiên cực kỳ phức tạp. Thống kê toàn vùng than Quảng Ninh giai đoạn 2007 - 2016 ghi nhận 216 vụ tai nạn lao động nghiêm trọng làm chết 272 người.

Được đánh giá là một trong những mỏ hầm lò có điều kiện địa chất phức tạp và xếp loại nguy hiểm siêu hạng về khí mêtan, Công ty than Mạo Khê - TKV phải đối diện với nguy cơ tụt lở đất đá, bục nước và cháy nổ khí ngày càng nghiêm trọng. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm rõ quy luật biến động của các vụ sự cố nhằm tìm ra căn nguyên gây mất an toàn lao động.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là thu thập, xử lý dữ liệu và phân tích toàn diện 236 vụ tai nạn lao động xảy ra tại Công ty than Mạo Khê trong giai đoạn 10 năm từ năm 2007 đến năm 2016 gắn liền với quy mô sản lượng 16,938 triệu tấn than. Trên cơ sở đó, đề tài xây dựng mô hình toán học xác suất để dự báo tần suất tai nạn lao động theo kế hoạch phát triển của đơn vị đến năm 2025. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp hệ thống giải pháp kỹ thuật và quản trị khả thi, hướng tới mục tiêu giảm thiểu tối đa tai nạn lao động trên từng triệu tấn than khai thác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết áp lực mỏ và cơ học đất đá ngầm để giải thích quá trình phá hủy, biến dạng của các lớp vách trực tiếp, vách cơ bản và trụ vỉa khi mỏ khai thác xuống sâu. Đi kèm với đó là lý thuyết khí động lực học mỏ và cơ chế phát tán khí cháy nổ trong không gian ngầm, đặc biệt áp dụng cho mỏ có độ xuất khí mêtan phân cấp siêu hạng theo Quyết định số 1144/QĐ-BCT với độ thoát khí đo được đạt mức 15,30 m³/tấn ngày. Đồng thời, nghiên cứu ứng dụng lý thuyết toán học xác suất thống kê để xác định phân phối tần suất và quy luật lặp lại của các hiểm họa lao động.

Các khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa xuyên suốt đề tài bao gồm: áp lực mỏ cục bộ, hộ chiếu chống giữ lò chợ, hệ số thoát khí tương đối, hiện tượng bán mái trong quá trình phá hỏa và chỉ số tần suất tai nạn trên 1 triệu tấn than. Toàn bộ khung phân tích được đặt trong bối cảnh cấu trúc nếp lồi Mạo Khê - Tràng Bạch với 18 đứt gãy kiến tạo phân cắt 106 vỉa than phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thứ cấp chuẩn xác từ hệ thống báo cáo an toàn và thống kê kỹ thuật sản xuất của Công ty than Mạo Khê cùng Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam trong chuỗi thời gian liên tục từ năm 2007 đến năm 2016. Cỡ mẫu nghiên cứu bao quát toàn bộ 236 trường hợp tai nạn lao động gắn liền với tổng sản lượng khai thác 16,938 triệu tấn than, kết hợp với bộ dữ liệu quan trắc khí liên tục từ 148 đầu đo chuyên dụng trong hầm lò.

Phương pháp chọn mẫu được thực hiện theo nguyên tắc hồi cứu toàn diện 100% các vụ sự cố xảy ra trong giai đoạn 10 năm, bảo đảm tính bao trùm và loại bỏ sai số do chọn mẫu ngẫu nhiên. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thống kê kết hợp toán học xác suất là vì công cụ này cho phép lượng hóa chính xác mối quan hệ phi tuyến giữa các yếu tố mùa vụ, công nghệ đào chống lò, áp lực địa chất với tần suất tai nạn. Timeline nghiên cứu được thiết lập từ dữ liệu cơ sở 2007 - 2016 để hoạch định mô hình dự báo và giải pháp ứng dụng đến năm 2025.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích cơ cấu nguyên nhân tai nạn lao động cho thấy sự cố sập lò và tụt lở đất đá chiếm tỷ lệ áp đảo với 88 người bị nạn, tương đương 37,3% tổng số vụ và đạt tỷ lệ 5,20 vụ trên 1 triệu tấn than. Nhóm nguyên nhân khác xếp thứ hai với 74 người, chiếm 31,4% (tương ứng 4,36 vụ/triệu tấn), và tai nạn do vận tải, đi lại, trượt ngã chiếm 21,2% với 50 người (đạt 2,95 vụ/triệu tấn). Các nguyên nhân do điện giật chiếm 4,7% (11 người), nổ mìn chiếm 4,2% (10 người), nổ khí và ngạt khí chiếm 0,8% (2 người), bục nước chiếm 0,4% (1 người).

Thứ hai, nghiên cứu phát hiện quy luật biến thiên rõ nét của tai nạn lao động theo chu kỳ các quý trong năm. Quý III luôn là thời điểm có tần suất tai nạn cao nhất với 74 vụ (chiếm 31,35%), đạt tỷ lệ 4,37 vụ trên 1 triệu tấn than, cao hơn 61,3% so với Quý IV chỉ ghi nhận 46 vụ (tỷ lệ 2,71 vụ/triệu tấn). Quý II và Quý I lần lượt xảy ra 60 vụ (3,54 vụ/triệu tấn) và 56 vụ (3,31 vụ/triệu tấn).

Thứ ba, điều kiện địa chất biến đổi khi khai thác xuống sâu làm gia tăng áp lực mỏ. Các vỉa than có góc dốc lớn từ 40 đến 80 độ cùng sự hiện diện của các lớp sét kết mềm yếu dày từ 1m đến 2m có cường độ chịu nén chỉ 270 kG/cm² là nguồn gốc trực tiếp gây sập đổ vách lò. Độ chứa khí mêtan tự nhiên tại một số diện khai thác như Vỉa 9 Tây Bắc II mức -150/-80 lên tới 16,11 m³/tấn ngày, tiềm ẩn hiểm họa bùng phát khí rất lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến sự cố sập lò chiếm tỷ trọng cao nhất xuất phát từ việc vi phạm hộ chiếu chống giữ, sử dụng cột chống gỗ chịu lực kém, không kiểm soát được áp lực mỏ cục bộ và công đoạn phá hỏa thu hồi than nóc không triệt để dẫn đến hiện tượng bán mái. Sự gia tăng tai nạn đột biến trong Quý III được lý giải trực tiếp bởi yếu tố khí tượng thủy văn mùa mưa lũ nhiệt đới. Nước mặt từ hệ thống suối Tràng Bạch và suối Bình Minh với lưu lượng lũ lên tới 28.930 lít/giây thẩm thấu qua các đứt gãy kiến tạo, làm suy yếu liên kết đất đá vách trụ và đẩy áp lực nước ngầm lên cao.

Toàn bộ các chuỗi dữ liệu định lượng này được trình bày trực quan và khoa học trong công trình nghiên cứu thông qua hệ thống 20 bảng số liệu chi tiết và 19 biểu đồ chuyên khảo, kết hợp giữa đồ thị phân bố tỷ lệ hình quạt và biểu đồ cột so sánh tần suất sự cố trên từng triệu tấn than.

So với bức tranh an toàn chung của ngành than Quảng Ninh trong cùng thời kỳ, tỷ lệ tai nạn do khí mêtan tại Mạo Khê được khống chế ở mức thấp nhờ vận hành 148 đầu đo cảnh báo tự động, song rủi ro cơ học đá vách và vận chuyển trong lò dốc vẫn đòi hỏi các biện pháp kiểm soát kỹ thuật nghiêm ngặt hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện và hiện đại hóa công nghệ chống giữ lò chợ. Đơn vị cần khẩn trương thay thế hoàn toàn hệ thống chống gỗ tạm thời bằng các tổ hợp giá khung thủy lực di động, giàn chống tự hành và công nghệ neo bê tông phun tại các đường lò chuẩn bị. Mục tiêu cụ thể là giảm tỷ lệ sự cố tụt lở đá vách từ mức 5,20 vụ/triệu tấn xuống dưới 2,0 vụ/triệu tấn than vào năm 2025. Chủ thể chịu trách nhiệm thực thi là Phòng Kỹ thuật Khai thác phối hợp cùng các phân xưởng khai thác hầm lò.

Thứ hai, nâng cấp đồng bộ mạng lưới quan trắc và thông gió tự động. Doanh nghiệp cần duy trì hoạt động liên tục của 148 đầu đo khí thuộc các hệ thống kiểm soát THY-2000, Mitsushima và MineSCADA, kết hợp điều chỉnh tối ưu góc lắp cánh quạt tại 5 trạm quạt gió chính như trạm mức +69 và trạm mức +120. Mục tiêu đặt ra là duy trì tỷ lệ 0 vụ nổ khí mêtan khi mở rộng diện khai thác xuống mức -230m và -400m. Thời hạn triển khai rà soát định kỳ trước quý II hàng năm do Phòng Cơ điện đảm nhiệm.

Thứ ba, chủ động kiểm soát địa chất thủy văn và phòng chống bục nước mùa mưa bão. Hàng năm, công ty cần hoàn thành nạo vét 2,2 km dòng chảy suối Bình Minh và suối Văn Lôi trước tháng 6, đồng thời nâng công suất trạm bơm thoát nước dự phòng tại các hầm bơm trung tâm mức -25m, -80m và -150m thêm 30% để sẵn sàng ứng phó trong Quý III. Chủ thể triển khai là Phân xưởng Thông gió Thoát nước.

Thứ tư, đổi mới quy trình quản lý lao động và chuyển đổi số khâu an toàn. Doanh nghiệp cần bắt buộc 100% công nhân quẹt thẻ từ nhận diện tự động tại cửa lò -25m và -80m, đồng thời tổ chức đào tạo lại kỹ năng nhận biết áp lực mỏ cho thợ lò với tần suất 2 đợt mỗi năm. Ban Giám đốc và Phòng An toàn chịu trách nhiệm giám sát trực tiếp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là Ban lãnh đạo, cán bộ quản lý an toàn và kỹ sư mỏ tại các công ty khai thác than hầm lò thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam. Luận văn cung cấp phương pháp phân tích định lượng nguyên nhân tai nạn và mô hình dự báo tần suất sự cố dựa trên sản lượng, giúp doanh nghiệp chủ động lập phương án phòng ngừa rủi ro hàng năm.

Nhóm thứ hai là các chuyên gia quy hoạch mỏ và kỹ sư thiết kế công nghệ khai thác hầm lò. Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực chứng chi tiết về 18 đứt gãy kiến tạo, đặc tính cơ lý của các lớp sét kết, cát kết và thông số thoát khí mêtan thực tế tại khai trường Mạo Khê, phục vụ đắc lực cho việc lập hộ chiếu chống giữ các mức sâu từ -150m đến -400m.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khai thác mỏ, Kỹ thuật trắc địa mỏ và Kỹ thuật an toàn - Môi trường lao động. Luận văn là tài liệu tham khảo mẫu mực về việc ứng dụng phương pháp toán học xác suất trong nghiên cứu an toàn mỏ với hệ thống dữ liệu thực nghiệm phong phú trong 10 năm.

Nhóm thứ tư là các cơ quan quản lý nhà nước như Cục Kỹ thuật an toàn và Môi trường công nghiệp thuộc Bộ Công thương. Báo cáo cung cấp căn cứ thực tiễn để hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn đối với các mỏ than hầm lò phân cấp siêu hạng khí mêtan tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Thứ nhất, vì sao Công ty than Mạo Khê được xếp vào mỏ có khí mêtan cấp siêu hạng? Theo Quyết định số 1144/QĐ-BCT của Bộ Công thương, mỏ Mạo Khê có độ thoát khí mêtan tương đối vượt mức 15,30 m³/tấn ngày tại các vỉa 6, 7, 8, 9 cánh Bắc và cánh Nam. Thậm chí tại Vỉa 9 Tây Bắc II mức -150/-80, độ thoát khí đo được lên tới 16,11 m³/tấn ngày, đòi hỏi chế độ kiểm soát phòng nổ nghiêm ngặt nhất.

Thứ hai, nguyên nhân chính khiến tai nạn lao động tập trung nhiều nhất vào Quý III là gì? Quý III ghi nhận 74 vụ tai nạn (chiếm 31,35%) do trùng với mùa mưa bão nhiệt đới tại Quảng Ninh. Nước mưa tập trung với lưu lượng lũ suối lên tới 28.930 lít/giây thẩm thấu qua các đới phá hủy của 18 đứt gãy, làm giảm cường độ chịu nén của đất đá vách trụ và gây gia tăng áp lực mỏ đột ngột dẫn đến sập lò.

Thứ ba, loại hình tai nạn lao động nào chiếm tỷ lệ cao nhất và do yếu tố nào gây ra? Tai nạn do sập lò và tụt lở đất đá chiếm tỷ lệ cao nhất với 37,3% tổng số vụ (88 người bị nạn, đạt 5,20 vụ/triệu tấn than). Căn nguyên trực tiếp do áp lực mỏ phân bố không đều, điều khiển đá vách bằng phá hỏa chưa triệt để và hộ chiếu chống giữ bằng cột gỗ đơn chưa thích ứng kịp với biến động địa chất.

Thứ tư, phương pháp chọn mẫu và cỡ mẫu của luận văn có bảo đảm độ tin cậy khoa học không? Nghiên cứu sử dụng phương pháp chọn mẫu hồi cứu toàn diện 100% trên toàn bộ 236 trường hợp tai nạn lao động trong suốt 10 năm (2007 - 2016) ứng với sản lượng 16,938 triệu tấn than. Cỡ mẫu bao quát kết hợp 148 đầu đo khí chuyên dụng giúp loại bỏ sai số ngẫu nhiên và nâng cao độ chính xác của mô hình xác suất.

Thứ năm, giải pháp kỹ thuật đột phá nào giúp mỏ Mạo Khê kiểm soát an toàn đến năm 2025? Giải pháp đột phá là cơ giới hóa đồng bộ công nghệ chống giữ thông qua các tổ hợp giàn chống tự hành, giá thủy lực di động 2ANSH kết hợp duy trì mạng lưới quan trắc khí số hóa gồm 115 đầu đo mêtan và 33 đầu đo khí CO, hướng tới mục tiêu giảm tần suất tụt lở vách nóc xuống dưới 2,0 vụ/triệu tấn than.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích hệ thống và toàn diện 236 vụ tai nạn lao động gắn liền với 16,938 triệu tấn than khai thác tại Công ty than Mạo Khê trong giai đoạn 10 năm từ 2007 đến 2016.
  • Đề tài chỉ rõ sập lò và tụt lở đất đá là nguy cơ hàng đầu (chiếm 37,3% với tỷ lệ 5,20 vụ/triệu tấn than) và Quý III là giai đoạn rủi ro cao nhất trong năm (chiếm 31,35%, tỷ lệ 4,37 vụ/triệu tấn).
  • Nghiên cứu làm sáng tỏ tác động của điều kiện địa chất phức tạp với 18 đứt gãy và tính chất mỏ siêu hạng khí mêtan có độ thoát khí lên đến 16,11 m³/tấn ngày đến công tác an toàn mỏ.
  • Luận văn xây dựng thành công mô hình toán học xác suất dự báo tần suất tai nạn và đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, quản lý đồng bộ có tính khả thi cao đến năm 2025.
  • Đóng góp chính của công trình là cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác và công cụ quản trị rủi ro khoa học cho ngành khai thác than hầm lò Việt Nam khi khai thác xuống sâu.

Các đơn vị mỏ cần nhanh chóng áp dụng mô hình dự báo và hoàn thành nâng cấp hệ thống chống giữ cơ giới hóa trước năm 2025. Các nhà quản lý và kỹ sư an toàn hãy khai thác ngay toàn văn luận văn thạc sĩ này để hoàn thiện phương án phòng ngừa sự cố cho doanh nghiệp.