Lý do cần giám sát nhiệt độ vỉa than?

Giám sát nhiệt độ vỉa than là một biện pháp quan trọng nhằm phát hiện sớm nguy cơ cháy nội sinh, đảm bảo an toàn trong khai thác hầm lò. Hầu hết các loại than đều có khả năng tự cháy khi tiếp xúc với không khí do quá trình ôxy hóa than sinh nhiệt. Nếu nhiệt lượng này tích tụ trong thời gian dài mà không được kiểm soát, nó có thể khiến nhiệt độ vỉa than tăng cao đến mức tự bốc cháy, sinh ra khí độc như CO, làm mất an toàn lao động, thậm chí gây nổ khí mê tan và bụi than.

Ngoài yếu tố tự nhiên, hoạt động khai thác cũng góp phần thúc đẩy quá trình ủ nhiệt và tự cháy, đặc biệt khi có hiện tượng rò rỉ gió, mất lớp phủ bề mặt than, tổn thất tài nguyên than. Nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời, cháy nội sinh có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như đóng cửa mỏ, thiệt hại kinh tế lớn, ảnh hưởng đến tâm lý thợ mỏ và làm gián đoạn hoạt động khai thác.

Thực tế tại nhiều mỏ than như Vỉa 9b, 10, 24 (Khu Tràng Khê - Công ty than Uông Bí - TKV) hay Vỉa 10 mức +30/+200 đã ghi nhận các trường hợp cháy nội sinh do không kiểm soát tốt nhiệt độ vỉa than. Điều này cho thấy việc giám sát nhiệt độ liên tục là cần thiết để đảm bảo an toàn lao động, duy trì hiệu quả khai thác và giảm thiểu rủi ro cháy nổ.

>>> Đọc thêm: Tổng hợp các loại thiết bị phòng nổ cần thiết cho nhà máy, kho chứa, hầm mỏ

Dấu hiệu nhận biết hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than

Việc phát hiện sớm hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than đóng vai trò quan trọng trong công tác phòng ngừa cháy nội sinh, giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn khai thác. Có ba phương pháp chính để nhận biết than đang trong quá trình ủ nhiệt: quan sát dấu hiệu vật lý, đo nhiệt độ, và phân tích không khí mỏ

Quan sát dấu hiệu vật lý

Hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than thường đi kèm với những dấu hiệu vật lý có thể nhận biết bằng mắt thường. 

• Sự xuất hiện của sương mù trong mỏ: Khi quá trình ôxy hóa than diễn ra, hơi nước sẽ thoát ra từ than và gặp không khí lạnh trong hệ thống thông gió. Sự chênh lệch nhiệt độ khiến hơi nước ngưng tụ, tạo thành sương mù, làm giảm tầm nhìn trong khu vực xung quanh. Đây là một dấu hiệu ban đầu cảnh báo nguy cơ than đang trong quá trình ủ nhiệt.
• Hiện tượng "đổ mồ hôi" trên bề mặt lò: Khi nhiệt độ vỉa than tăng lên, hơi nước tích tụ bên trong than bị đẩy ra ngoài. Hơi nước này bám vào nóc lò, hông lò và khung chống, tạo thành những giọt nước nhỏ. Sự xuất hiện liên tục của các giọt nước trên bề mặt hầm lò là dấu hiệu rõ ràng cho thấy nhiệt độ trong vỉa than đang gia tăng và có thể tiến triển thành hiện tượng tự cháy nếu không được kiểm soát kịp thời.
• Sự xuất hiện của mùi hắc đặc trưng: Khi than bắt đầu quá trình ôxy hóa mạnh, các hợp chất hydrocarbon không no và hydrocarbon no sẽ được giải phóng, tạo ra một mùi khó chịu trong không khí. Mùi hắc này thường xuất hiện ở những khu vực có nguy cơ cháy nội sinh cao và được coi là một dấu hiệu cảnh báo quan trọng. Khi phát hiện mùi hắc, cần nhanh chóng kiểm tra các thông số nhiệt độ và thành phần khí để đánh giá mức độ nguy hiểm của vỉa than.

Giám sát nhiệt độ vỉa than

Hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than đi kèm với sự thay đổi nhiệt độ, thành phần không khí và mùi đặc trưng. Trong đó, nhiệt độ là chỉ số quan trọng để dự báo nguy cơ cháy nội sinh. Tuy nhiên, do than có tính dẫn nhiệt kém và nhiệt độ ban đầu thường thấp, việc đo nhiệt độ cần thiết bị chính xác và phương pháp hợp lý để phát hiện sớm khu vực ủ nhiệt.

Theo mô hình nghiên cứu của H. Bystronia, quá trình ủ nhiệt và tự cháy của than trải qua các giai đoạn chính:

• Giai đoạn ủ nhiệt (30-60°C): Đây là giai đoạn nguy hiểm, khi nhiệt độ tăng dần và bắt đầu xuất hiện khí CO ở mức tối thiểu (10 ppm).
• Giai đoạn bay hơi nước (60-180°C): Than tiếp tục ôxy hóa, sinh nhiệt mạnh hơn, khí CO tăng lên 50 ppm.
• Giai đoạn chuyển tiếp (180-300°C): Tại 280°C, than bắt đầu phát hỏa, khí CO đạt 200 ppm. Khi nhiệt độ chạm 300°C, quá trình tự cháy diễn ra hoàn toàn.

Lấy mẫu phân tích không khí mỏ

Để kiểm soát hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than, cần lấy mẫu không khí tại các trạm đo để phân tích thành phần khí, đặc biệt là khí CO. Hầu hết các mỏ than trong TKV áp dụng sơ đồ thông gió hình chữ "U" để khai thác các vỉa có nguy cơ cháy nội sinh cao.

Các trạm đo không khí chính gồm:

• Trạm đo số 1: Đặt trong luồng gió sạch trước khi vào lò chợ.
• Trạm đo số 2: Đặt trong luồng gió bẩn thoát ra từ lò chợ.
• Trạm đo số 3: Đặt tại vùng phá hỏa, nơi giao nhau giữa lò chợ và lò thông gió.

Việc phân tích mẫu khí giúp đánh giá nguy cơ cháy nội sinh thông qua các yếu tố:

• Gia tăng hàm lượng CO tại trạm đo số 3, dấu hiệu than đang tự nóng.
• Chênh lệch CO (∆CO) giữa trạm đo số 1 và số 2 theo thời gian.
• Thể tích VCO giữa đầu vào và đầu ra của lò chợ.

Khi quá trình tự nóng than bắt đầu, hàm lượng CO tại vùng phá hỏa sẽ tăng dần từ 2 ppm đến 100 ppm. Nếu lượng oxy trong vùng phá hỏa trên 20% và CO đạt 50 ppm, nguy cơ cháy nội sinh ở mức cao, đòi hỏi phải có biện pháp kiểm soát ngay lập tức.

Phương pháp phòng, chống ủ nhiệt trong vỉa than

Hiện tượng ủ nhiệt trong vỉa than có thể dẫn đến cháy nội sinh, gây nguy hiểm cho hoạt động khai thác mỏ. Để kiểm soát và phòng ngừa sự cố này, các mỏ than hầm lò đã áp dụng nhiều giải pháp đồng bộ nhằm phát hiện sớm, ngăn ngừa và kiểm soát quá trình tự nóng của than. 

Dự báo, phát hiện sớm hiện tượng ủ nhiệt

Các mỏ than tiến hành lấy mẫu khí tại các vị trí quan trọng như khu vực phá hỏa, luồng gió thải của lò chợ để phân tích hàm lượng các loại khí (CO, O₂, CH₄, CO₂…). Thông qua hệ thống máy sắc ký khí và các chỉ số cháy, nguy cơ ủ nhiệt được đánh giá và phát hiện sớm để có biện pháp xử lý kịp thời.

Giải pháp phòng ngừa, kiểm soát hiện tượng ủ nhiệt

• Xây dựng tường chắn cách ly: Giúp ngăn chặn rò gió vào khu vực phá hỏa và cách ly các khu vực đã kết thúc khai thác. Các tường chắn có thể làm bằng gạch, bê tông, bao cát, vải bạt hoặc cửa sắt chống cháy, đồng thời được lắp đặt ống đo khí, ống tháo nước và hệ thống phun Nitơ khi cần thiết.
• Điều chỉnh thông gió: Kiểm soát lưu lượng gió vào lò chợ để giảm chênh lệch áp suất, hạn chế rò gió gây gia tăng quá trình oxy hóa than. Đối với các lò chợ dài, sử dụng quạt cục bộ và cửa gió để cân bằng áp suất, giảm nguy cơ cháy nội sinh.
• Phun khí Nitơ: Trong trường hợp phát hiện dấu hiệu gia tăng khí CO, khí Ni tơ sẽ được phun vào khu vực phá hỏa nhằm cách ly than với oxy, hạn chế quá trình oxy hóa gây ủ nhiệt.
• Lắp đặt hệ thống quan trắc khí tự động: Các đầu đo khí CO, O₂… được bố trí tại các đường lò gió thải để theo dõi liên tục, giúp phát hiện sớm và đưa ra biện pháp kiểm soát kịp thời. 
• Sử dụng nước để làm mát: Khi nghi ngờ có hiện tượng ủ nhiệt, có thể sử dụng hệ thống phun nước vào các khu vực nguy cơ cao nhằm làm giảm nhiệt độ, ngăn chặn quá trình tự nóng.
• Dùng vôi non hoặc hợp chất làm lạnh: Phun dung dịch vôi đặc vào khu vực phá hỏa giúp làm trơ hóa than, ngăn chặn quá trình oxy hóa. Ngoài ra, một số mỏ đang nghiên cứu việc sử dụng hợp chất làm lạnh từ dung dịch amoniac pha loãng để giảm nhiệt, hạn chế nguy cơ cháy nội sinh. Tuy nhiên, phương pháp này cần được nghiên cứu kỹ lưỡng về hiệu quả cũng như tác động đến sức khỏe người lao động.

Hệ thống giám sát nhiệt độ vỉa than Haso

Việc giám sát nhiệt độ thường xuyên vẫn là giải pháp ưu việt trong phòng chống hiện tượng ủ nhiệt và cháy nội sinh trong vỉa than. Tuy nhiên, do than có tính dẫn nhiệt kém, quá trình tích tụ nhiệt thường diễn ra âm thầm trong thời gian dài trước khi có biểu hiện rõ ràng, việc đo nhiệt độ cần được thực hiện bằng thiết bị có độ chính xác cao và phương pháp phù hợp. Nếu chỉ dựa vào các phương pháp giám sát thông thường, như đo thủ công hoặc kiểm tra định kỳ, có thể bỏ sót các khu vực có nguy cơ cháy đang tiềm ẩn sâu trong vỉa than.

Hệ thống giám sát nhiệt độ vỉa than của hãng Haso (Ba Lan) là một giải pháp hiện đại, giúp theo dõi và kiểm soát nhiệt độ trong các vỉa than và khối đá nhằm phát hiện sớm nguy cơ ủ nhiệt, cháy nội sinh và các sự cố khác trong khai thác than hầm lò. 

• Được thiết kế tối ưu về chi phí, sử dụng một cặp cáp duy nhất để truyền dữ liệu và cấp nguồn cho các cảm biến, giúp giảm thiểu chi phí lắp đặt và bảo trì. 
• Dữ liệu nhiệt độ được truyền theo giao thức số hóa hai chiều, giúp thu thập và phân tích nhanh chóng
• Với khả năng đo trên phạm vi rộng, đường truyền có thể lên đến 15 km, hệ thống có thể giám sát toàn diện các khu vực khai thác lớn.
• Hoạt động độc lập và có thể lắp đặt bên ngoài phòng điều khiển, giúp tích hợp linh hoạt vào các hệ thống giám sát tự động hóa trong ngành khai thác. 
• Các cảm biến được trang bị vỏ bảo vệ IP65, đảm bảo chống bụi và chống tia nước, giúp duy trì hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Sản phẩm được cung cấp bởi Công ty Cổ phần Thiết bị Tân Việt Phát, đơn vị uy tín chuyên cung cấp các giải pháp công nghệ hiện đại trong lĩnh vực khai thác mỏ. Với kinh nghiệm nhiều năm và cam kết mang đến những thiết bị tiên tiến, chúng tôi tự hào là đối tác tin cậy, đồng hành cùng các doanh nghiệp trong việc nâng cao an toàn lao động, tối ưu hiệu suất khai thác và giảm thiểu rủi ro trong môi trường hầm lò.

Kết luận

Giám sát nhiệt độ vỉa than là một giải pháp quan trọng và cần thiết để đảm bảo an toàn trong khai thác than hầm lò. Việc áp dụng các hệ thống giám sát hiện đại giúp phát hiện sớm nguy cơ ủ nhiệt, cháy nội sinh, từ đó đưa ra biện pháp xử lý kịp thời, giảm thiểu rủi ro và bảo vệ tài nguyên. Không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, công nghệ giám sát nhiệt độ còn giúp tối ưu hóa hoạt động khai thác, đảm bảo môi trường làm việc an toàn và bền vững.