I. Tổng Quan Nghiên Cứu Thoát Khí Metan Tại Mỏ Than QN
Nghiên cứu chế độ thoát khí metan trong khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh là vấn đề cấp thiết. Quyết định 403/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ nhấn mạnh việc tăng sản lượng than, đồng nghĩa với việc khai thác xuống sâu hơn. Điều này làm tăng lượng khí metan thoát ra, gây nguy cơ cháy nổ. Các nghiên cứu trước đây chưa đủ tổng thể và thiếu dự báo cho từng vùng. Việc xác định độ chứa khí metan và độ thoát khí metan là rất quan trọng để đảm bảo an toàn hầm lò và hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu này tập trung vào việc định lượng chế độ thoát khí để áp dụng các biện pháp phòng chống cháy nổ phù hợp. Cần đánh giá mức độ nguy hiểm của khí metan đối với từng mỏ than hoặc khu vực khai thác. "Nghiên cứu chế độ thoát khí metan khi khai thác xuống sâu trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh" mang tính cấp thiết.
1.1. Đặc Điểm Chung Về Khí Metan Trong Mỏ Than
Khí metan (CH4) là hydrocacbon bão hòa đơn giản nhất, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí. Nó có thể gây nguy hiểm vì đẩy oxy. Hỗn hợp khí metan và không khí có khả năng nổ khi nồng độ khí metan từ 5-15% và oxy tối thiểu 8%. Giới hạn nổ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ. Phản ứng cháy tạo ra CO2, H2O và nhiệt lượng lớn. Nhiệt độ tối đa khi nổ trong buồng kín là 2650°C, áp suất tối đa là 650kPa. Khí metan được tạo thành cùng thời gian và cùng các chất hữu cơ với than trong quá trình hình thành than.
1.2. Nguồn Gốc Hình Thành Khí Metan Trong Mỏ Than
Khí metan ở những vỉa than được tạo thành cùng thời gian và cùng các chất hữu cơ với than trong quá trình hình thành tạo than. Trong quá trình ôxy hóa từ thực vật, nhờ ôxy riêng của nó, sẽ tạo nên những sản phẩm khí sau: CH4 , CO 2 , hơi nước axit hữu cơ dưới dạng chất bốc. Người ta thấy rằng vi sinh vật, vi khuẩn đóng vai trò chủ yếu trong việc kích thích lên men thực vật. Quá trình lên men thực vật sẽ giải phóng một lượng lớn metan và cacbonic. Lượng khí metan tạo ra phụ thuộc vào thành phần của chất kích thích lên men và những điều kiện xảy ra quá trình lên men.
II. Thách Thức An Toàn Do Thoát Khí Metan Tại Quảng Ninh
Khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh đối mặt với nhiều thách thức về an toàn, đặc biệt là nguy cơ cháy nổ do thoát khí metan. Lịch sử đã chứng minh những vụ tai nạn nghiêm trọng do khí metan. Việc tăng sản lượng và khai thác xuống sâu làm gia tăng lượng khí metan thoát ra. Cần có các biện pháp giảm thiểu metan hiệu quả để bảo vệ tính mạng công nhân và tài sản. Nồng độ metan cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh vượt quá giới hạn cho phép. Các biện pháp thông gió hầm lò cần được cải thiện để đảm bảo an toàn. Các giải pháp công nghệ tiên tiến cần được áp dụng để quản lý khí metan hiệu quả.
2.1. Các Vụ Cháy Nổ Khí Metan Điển Hình Trên Thế Giới
Trong lịch sử khai thác than hầm lò trên Thế giới 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 metan 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.
2.2. Các Vụ Cháy Nổ Khí Metan Điển Hình Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, 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.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Chế Độ Thoát Khí Metan Hiệu Quả
Để đánh giá mức độ nguy hiểm của khí metan, cần xác định chế độ thoát khí metan của mỏ hoặc khu vực khai thác. Nghiên cứu cần tập trung vào xác định độ chứa khí metan trong vỉa than và độ thoát khí metan ra các đường lò mỏ. Cần áp dụng phương pháp khai thác và phương tiện phòng chống cháy nổ khí metan phù hợp. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát, tổng hợp tài liệu, phân tích thống kê, và nội suy tuyến tính. Cần xây dựng các hàm hồi quy để dự báo độ chứa khí và thoát khí metan.
3.1. Khảo Sát Tổng Hợp Tài Liệu Về Thoát Khí Metan
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. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài.
3.2. Xây Dựng Hàm Hồi Quy Dự Báo Thoát Khí Metan
Xây dựng các hàm hồi quy theo phương pháp bình phương nhỏ nhất để dự báo độ chứa khí và thoát khí metan tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; Dự báo được quá trình thoát khí metan 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.
IV. Ứng Dụng Giải Pháp Phòng Ngừa Cháy Nổ Khí Metan QN
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. Điều này giúp có biện pháp phòng ngừa cháy nổ khí metan phù hợp. Cần thành lập bản đồ phân vùng khí metan theo phạm vi và chiều sâu của các mỏ. Các giải pháp cần tập trung vào thông gió hầm lò, giảm thiểu metan, và quản lý khí metan hiệu quả. Cần áp dụng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt và quy trình khai thác an toàn.
4.1. Đề Xuất Giải Pháp Phòng Ngừa Nguy Cơ Cháy Nổ
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. Càng khai thác xuống sâu thì độ chứa khí và độ thoát khí metan càng tăng; Cùng một điều kiện địa chất, độ thoát khí metan phụ thuộc vào độ chứa khí metan trong vỉa và sản lượng khai thác.
4.2. Áp Dụng Công Nghệ Giảm Thiểu Phát Thải Khí Metan
Đối với hệ thống khai khai thác chia lớp, độ thoát khí metan ở lò chợ lớp vách lớn hơn ở lò chợ lớp trụ. Luận án gồm 4 chương, các phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị. 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.
V. Đánh Giá Độ Chứa Khí Metan Tại Các Mỏ Than Hầm Lò QN
Nghiên cứu đặc điểm độ chứa khí metan khi khai thác xuống sâu trong các vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Cần xác định độ chứa khí metan trong các vỉa than. Nghiên cứu quy luật phân bố độ chứa khí metan trong vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Cần đánh giá sự biến thiên độ chứa khí metan trong vỉa than của các mỏ than.
5.1. Đặc Điểm Chung Về Độ Chứa Khí Metan Trong Vỉa Than
Đặc điểm chung về độ chứa khí metan trong các vỉa than. Đặc điểm địa chất vùng than Quảng Ninh. Kết quả xác định độ chứa khí metan trong vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
5.2. Quy Luật Phân Bố Độ Chứa Khí Metan Trong Vỉa Than
Nghiên cứu quy luật phân bố độ chứa khí metan trong vỉa than của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Biến thiên độ chứa khí metan trong vỉa than của mỏ than Mạo Khê. Biến thiên độ chứa khí metan trong vỉa than của mỏ than Hà Lầm. Biến thiên độ chứa khí metan trong vỉa than mỏ than Khe Chàm.
VI. Dự Báo Thoát Khí Metan Khi Khai Thác Than Hầm Lò QN
Nghiên cứu độ thoát khí metan khi khai thác xuống sâu tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Dự báo độ thoát khí metan ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khi khai thác xuống sâu. Cần đánh giá mối quan hệ giữa độ chứa khí và độ thoát khí metan. Cần đánh giá mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí metan.
6.1. Nghiên Cứu Độ Thoát Khí Metan Tại Các Mỏ Than
Nghiên cứu độ thoát khí metan tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Độ chứa khí metan lò chợ. Kết quả tính toán độ thoát khí khu vực lò chợ. Tổng hợp chế độ khí metan của các lò chợ lựa chọn khảo sát tại mỏ than Mạo Khê.
6.2. Dự Báo Độ Thoát Khí Metan Khi Khai Thác Sâu
Dự báo độ thoát khí metan ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khi khai thác xuống sâu. Mối quan hệ giữa độ chứa khí và độ thoát khí metan tuyệt đối mỏ than Mạo Khê. Mối quan hệ giữa sản lượng và độ thoát khí metan tuyệt đối mỏ than Mạo Khê.
