Phun khí nitơ vào khu vực phá hoả: Giải pháp mới trong chống cháy nội sinh tại các mỏ than hầm lò

Từ năm 2013, Trung tâm An toàn mỏ đã lập và phối hợp với Tổng Công ty Đông Bắc, Trung tâm Cấp cứu mỏ thực hiện thử nghiệm giải pháp “Phun khí nitơ vào khu vực phá hoả nhằm chống cháy nội sinh các mỏ than hầm lò” tại lò chợ vỉa 5 Công ty Than 91 - Tổng Công ty Đông Bắc”. Tháng 12/2014, giải pháp đã được Bộ Công Thương nghiệm thu đề tài cấp Bộ và được nhiều đơn vị khai thác than hầm lò đánh giá rất cao sau khi đưa vào áp dụng.

Cán bộ Công ty Than 91 - Tổng Công ty Đông Bắc, xác định vùng nứt nẻ phía trên lò chợ để phục vụ phương án phun xả khí nitơ phòng ngừa than tự cháy. Ảnh: Trung tâm An toàn mỏ cung cấp

Trong 10 năm trở lại đây, hiện tượng cháy mỏ mà nguyên nhân được cho là than có tính tự cháy xảy ra trong các mỏ hầm lò trên địa bàn tỉnh. Bản chất của hiện tượng than tự cháy là phản ứng ô xy hoá của than với khí ô xy. Sản phẩm sinh ra của phản ứng là nhiệt độ cao và các khí độc trong đó có khí CO là khí độc trong mỏ than hầm lò. Khác với các đám cháy có nguyên nhân khác, việc khống chế phòng ngừa than tự cháy phải giải quyết được vấn đề cơ bản là ngăn chặn nguồn cấp ô xy cho phản ứng ô xy hoá nêu trên. Trên thế giới, việc phòng chống hiện tượng than tự cháy trong các mỏ than chủ yếu sử dụng công nghệ phun khí nitơ để phun vào khu vực cháy hoặc khu vực xuất hiện hiện tượng ô xy hoá than, với sự hỗ trợ mô phỏng tính toán của các phần mềm chuyên dụng. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc sử dụng khí nitơ trong công tác phòng chống than tự cháy mới được áp dụng cho các khu vực xảy ra tự cháy và đã được cách ly. Việc sử dụng khí nitơ chỉ mang tính đối phó thuần tuý là bơm khí nitơ càng nhiều càng tốt để nhanh chóng dập tắt tự cháy vì khu vực cần bơm khí không có người, không có các yếu tố rủi ro, chứ chưa triển khai việc bơm nitơ vào khu phá hoả của lò chợ đang hoạt động (nơi có các công nhân đang làm việc). Bởi lẽ, lò chợ thường là nơi tập trung đông công nhân làm việc nên phải đảm bảo hàm lượng ô xy, mê tan, nhiệt độ, độ ẩm theo đúng quy định về môi trường làm việc. Trong khi đó, khu vực phá hoả của lò chợ đang hoạt động phía sau lò chợ lại là khu vực có nguy cơ tự cháy lớn nhất. Ô xy cấp cho quá trình hô hấp của các công nhân làm việc tại lò chợ rò rỉ vào khu phá hoả làm phát sinh và duy trì sự ô xy hoá của than nhưng lại không có lượng gió đủ lớn để hoà loãng lượng nhiệt sinh ra do quá trình ô xy hoá. Kết quả của quá trình này là sinh ra tự cháy tại khu phá hoả của lò chợ. Việc xảy ra cháy do than tự cháy tại khu phá hoả của lò chợ làm gián đoạn sản xuất và cao hơn nữa là phải đóng cửa lò chợ gây tổn thất lớn về tài nguyên và thiết bị tại khu vực.

Trao đổi với chúng tôi, anh Lê Trung Tuyến, Phó Giám đốc Trung tâm An toàn mỏ cho biết: Sau khi tham khảo các kinh nghiệm của một số nước và nhiều lần tiến hành thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy, muốn phòng ngừa tự cháy khu phá hoả của lò chợ đang hoạt động cần áp dụng công nghệ phun khí nitơ để giảm lượng ô xy trong khu phá hoả của lò chợ đang hoạt động xuống dưới mức 12% và phải đảm bảo hàm lượng ô xy tại khu vực gương lò chợ theo yêu cầu lớn hơn 20%. Bên cạnh đó, hàm lượng các khí độc CO, CO2, khí nổ CH4 phải theo quy định. Nghe thì rất đơn giản, nhưng để làm được điều này, chúng tôi đã phải thử nghiệm mô phỏng trên phần mềm rất nhiều lần và trực tiếp xuống các mỏ than để xác định các vùng có nguy cơ tự cháy lớn nhất của khu vực phá hoả; xác định lượng gió rò từ lò chợ vào khu phá hoả; tính toán được lượng khí nitơ cần thiết bơm vào khu phá hoả để thay thế lượng ô xy có trong khu phá hoả; thiết lập biện pháp kiểm soát hàm lượng khí tại khu vực… Sau khi đã tìm được chính xác nguyên lý của giải pháp, Trung tâm An toàn mỏ đã hoàn thiện đề tài với gói các giải pháp sau: Thiết kế, xác định vùng có nguy cơ xảy ra tự cháy tại khu phá hoả của lò chợ đang hoạt động; thiết kế hệ thống bơm xả khí nitơ: Đường ống, bố trí điểm phun, thời gian và lưu lượng khí nitơ dự kiến bơm vào; thiết kế hệ thống đường ống lấy mẫu khí trong khu phá hoả; thiết kế hệ thống thông gió tại khu vực lò chợ áp dụng: Thiết kế bố trí hệ thống đầu đo, điểm đo khí trong khu vực lò chợ áp dụng. Điều đáng nói là  những gói giải pháp trên có thể triển khai được ngay với trình độ kỹ thuật và thị trường vật tư trong nước nên được các đơn vị hầm lò trong ngành Than đánh giá rất cao. Hiện sáng kiến này đang được áp dụng tại lò chợ khai thác than mức +325/+360, vỉa 5 khu Khe Chuối (Công ty Than 91 - Tổng Công ty Đông Bắc) và một số mỏ than hầm lò khác. Với việc lựa chọn giải pháp này, các lò chợ tại vỉa than có tính tự cháy không phải dừng sản xuất do xuất hiện hiện tượng tự cháy hoặc khí CO tăng cao.

Như vậy, cùng với các giải pháp phòng ngừa cháy nội sinh hiện có, giải pháp “Phun khí nitơ vào khu vực phá hoả của lò chợ đang hoạt động” của Trung tâm An toàn mỏ đã mở ra hướng mới trong việc phòng ngừa nguy cơ cháy tại các vỉa than có tính tự cháy  với nhiều điểm ưu việt riêng.

Hoàng Nga