Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện, việc đào đường hầm bằng phương pháp khoan - nổ mìn được áp dụng rộng rãi tại nhiều công trình lớn như nhà máy thủy điện Hòa Bình, Nam Củn, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình, Ông Nai. Theo ước tính, phương pháp này chiếm ưu thế do khả năng thi công nhanh, hiệu quả trong điều kiện địa chất phức tạp. Tuy nhiên, quá trình khoan - nổ mìn tạo ra lượng bụi lớn và khí độc hại như CO, CO₂, H₂S, NOx, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe công nhân và môi trường làm việc trong đường hầm.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích đặc điểm sự hình thành bụi trong quá trình thi công đường hầm bằng khoan - nổ mìn, thiết kế và bố trí hệ thống thông gió nhằm làm sạch không khí trong đường hầm, đồng thời áp dụng thực tiễn cho công trình thủy điện Nam Củn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình đường hầm thi công trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2012 tại Việt Nam, đặc biệt là các công trình thủy điện miền núi.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao điều kiện làm việc, bảo vệ sức khỏe công nhân, giảm thiểu ô nhiễm không khí trong đường hầm, đồng thời góp phần tăng năng suất thi công và đảm bảo an toàn lao động. Các chỉ số như nồng độ bụi cho phép trong không khí (0,5 mg/m³ đối với bụi khoáng, 0,12 mg/m³ đối với amiăng) và lưu lượng khí sạch cần thiết (khoảng 6 m³/phút/người) được sử dụng làm tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả hệ thống thông gió.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết về sự hình thành bụi và khí độc trong quá trình khoan - nổ mìn, và lý thuyết về nguyên lý thông gió trong không gian kín.

  1. Lý thuyết sự hình thành bụi và khí độc: Bụi được phân loại theo kích thước hạt (siêu mịn <0,1 µm, rất mịn 0,1-1 µm, mịn 1-10 µm, thô >10 µm) và nguồn gốc (hữu cơ, vô cơ). Khí độc sinh ra chủ yếu từ thuốc nổ và động cơ diesel, gồm CO, CO₂, H₂S, NOx, với nồng độ vượt ngưỡng cho phép gây nguy hiểm cho sức khỏe.

  2. Lý thuyết thông gió: Thông gió được phân loại theo phương pháp tổ chức (thông gió tổng thể, thông gió cục bộ), theo động lực tạo ra (tự nhiên, cưỡng bức), và theo hướng gió (thổi, hút, kết hợp). Nguyên lý thông gió nhằm cung cấp lượng không khí sạch đủ để pha loãng khí độc và làm giảm nồng độ bụi trong không khí.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng khí sạch cần thiết, vận tốc lay động hạt bụi, áp lực tổn thất trong ống thông gió, và các phương pháp xử lý bụi như lọc bụi khô, lọc tĩnh điện, lọc bụi ướt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm tại công trình thủy điện Nam Củn. Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu đo đạc nồng độ bụi, khí độc, lưu lượng khí trong đường hầm, và các thông số kỹ thuật của hệ thống thông gió.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các điểm đo khí và bụi tại các gương đào trong đường hầm với số lượng khoảng 10-15 vị trí, được chọn mẫu ngẫu nhiên theo phương pháp chọn mẫu phân tầng nhằm đảm bảo đại diện cho toàn bộ khu vực thi công.

Phân tích dữ liệu sử dụng các công thức tính toán lưu lượng khí cần thiết, vận tốc khí trong ống, áp lực tổn thất, dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn an toàn lao động. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, từ khảo sát thực địa, thu thập số liệu đến thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống thông gió.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Sự hình thành bụi và khí độc: Quá trình khoan - nổ mìn tạo ra lượng bụi trung bình khoảng 0,8 mg/m³, vượt mức cho phép 0,5 mg/m³ đối với bụi khoáng. Nồng độ CO đo được sau nổ mìn lên tới 0,05 ppm, gần gấp đôi giới hạn an toàn 0,03 ppm. Khí H₂S và NOx cũng được phát hiện với nồng độ lần lượt 0,00016 mg/m³ và 0,00066 mg/m³.

  2. Lưu lượng khí sạch cần thiết: Tính toán cho 5 công nhân làm việc đồng thời, lượng khí sạch cần cung cấp tối thiểu là 45 m³/phút để đảm bảo nồng độ oxy không dưới 20% và pha loãng khí độc. Lưu lượng khí cần hút bụi và khí độc tối thiểu là 153 m³/phút với đường kính ống thông gió 0,6 m và vận tốc khí 9,82 m/s.

  3. Hiệu quả hệ thống thông gió: Hệ thống thông gió thiết kế theo sơ đồ thổi kết hợp hút, sử dụng quạt công suất 15 kW, đảm bảo áp lực và lưu lượng khí phù hợp với yêu cầu. Sau khi lắp đặt, nồng độ bụi giảm xuống còn 0,3 mg/m³, giảm 62,5% so với trước khi thông gió. Nồng độ khí CO giảm 50%, đạt mức an toàn.

  4. Tổn thất áp lực trong ống thông gió: Tổn thất áp lực dọc ống dài 600 m được tính là 0,055 mmAg, đảm bảo quạt có công suất đủ để duy trì vận tốc khí cần thiết.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự hình thành bụi và khí độc là do thuốc nổ và hoạt động của máy móc diesel trong không gian kín. So với các nghiên cứu trong ngành xây dựng hầm mỏ, kết quả nồng độ bụi và khí độc tại công trình Nam Củn tương đương hoặc thấp hơn nhờ áp dụng biện pháp thông gió hiệu quả.

Việc lựa chọn hệ thống thông gió kết hợp thổi và hút giúp tối ưu hóa lưu lượng khí, giảm thiểu vùng khí tù đọng và tăng hiệu quả làm sạch không khí. Kết quả giảm nồng độ bụi và khí độc chứng minh tính khả thi của phương pháp thiết kế và bố trí hệ thống thông gió.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nồng độ bụi và khí CO trước và sau khi lắp đặt hệ thống thông gió, cũng như bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật quạt và ống dẫn khí.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát bụi và khí độc: Thực hiện đo đạc nồng độ bụi và khí độc định kỳ, đặc biệt sau mỗi lần nổ mìn, nhằm kịp thời điều chỉnh lưu lượng thông gió. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý công trình, thời gian: hàng tháng.

  2. Cải tiến hệ thống thông gió: Lắp đặt thêm các thiết bị lọc bụi tĩnh điện hoặc lọc bụi ướt tại các điểm phát sinh bụi lớn để nâng cao hiệu quả làm sạch. Chủ thể: Nhà thầu thi công, thời gian: 6 tháng.

  3. Đào tạo công nhân: Tổ chức các khóa huấn luyện về an toàn lao động, nhận biết và phòng tránh tác hại của bụi và khí độc, nâng cao ý thức sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân. Chủ thể: Phòng an toàn lao động, thời gian: 3 tháng.

  4. Nghiên cứu áp dụng công nghệ mới: Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng máy đào hầm TBM thay thế phương pháp khoan - nổ mìn tại các khu vực địa chất phù hợp để giảm thiểu bụi và khí độc. Chủ thể: Viện nghiên cứu công nghệ xây dựng, thời gian: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện: Nắm bắt kiến thức về đặc điểm thi công đường hầm và biện pháp xử lý bụi, khí độc để áp dụng trong thiết kế và thi công.

  2. Chuyên gia an toàn lao động: Sử dụng dữ liệu và giải pháp thông gió để xây dựng quy trình an toàn, bảo vệ sức khỏe công nhân trong môi trường làm việc có nguy cơ ô nhiễm cao.

  3. Nhà quản lý dự án xây dựng: Đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí, tối ưu hóa chi phí và tiến độ thi công.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình ngầm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, tính toán kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực đào đường hầm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao bụi trong đường hầm lại nguy hiểm hơn so với môi trường ngoài trời?
    Bụi trong đường hầm có kích thước nhỏ, dễ xâm nhập sâu vào phổi, nồng độ cao do không gian kín, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ hô hấp và sức khỏe công nhân.

  2. Làm thế nào để xác định lượng khí sạch cần thiết trong đường hầm?
    Dựa vào số lượng công nhân, nồng độ khí độc sinh ra từ thuốc nổ và máy móc, sử dụng công thức tính toán lưu lượng khí sạch theo tiêu chuẩn an toàn lao động.

  3. Phương pháp thông gió nào hiệu quả nhất trong đường hầm thi công?
    Thông gió kết hợp thổi và hút được đánh giá là hiệu quả nhất, giúp cung cấp khí sạch và loại bỏ khí độc, bụi một cách đồng đều.

  4. Có thể áp dụng công nghệ nào để giảm bụi trong quá trình khoan - nổ mìn?
    Ngoài thông gió, có thể sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi ướt hoặc phun nước để giảm bụi lơ lửng trong không khí.

  5. Làm sao để bảo đảm an toàn cho công nhân khi làm việc trong môi trường có bụi và khí độc?
    Ngoài hệ thống thông gió, cần trang bị thiết bị bảo hộ cá nhân, đào tạo nhận thức an toàn và kiểm tra định kỳ nồng độ bụi, khí độc để điều chỉnh kịp thời.

Kết luận

  • Phương pháp khoan - nổ mìn là kỹ thuật thi công đường hầm phổ biến nhưng tạo ra lượng bụi và khí độc hại đáng kể.
  • Hệ thống thông gió được thiết kế và bố trí hợp lý giúp giảm nồng độ bụi xuống 0,3 mg/m³ và khí CO xuống mức an toàn.
  • Lưu lượng khí sạch cần thiết cho 5 công nhân làm việc đồng thời là khoảng 45 m³/phút, với vận tốc khí trong ống thông gió đạt 9,82 m/s.
  • Tổn thất áp lực trong ống thông gió dài 600 m được kiểm soát ở mức 0,055 mmAg, đảm bảo hiệu quả vận hành quạt.
  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công cho công trình thủy điện Nam Củn, làm cơ sở cho các công trình tương tự trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu áp dụng công nghệ mới và đào tạo nâng cao nhận thức an toàn cho công nhân. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện để đảm bảo môi trường làm việc an toàn và hiệu quả thi công cao.

Hành động ngay: Các nhà quản lý và kỹ sư thi công nên áp dụng thiết kế hệ thống thông gió theo tiêu chuẩn nghiên cứu để bảo vệ sức khỏe công nhân và nâng cao chất lượng công trình.