Mỏ than tự cháy tại Centralia ở Pennsylvania (Mỹ) trong suốt 50 năm. Ảnh: Rouming.cz

Bài viết dưới đây giới thiệu về hiện tượng, nguyên nhân của than tự cháy ở Việt Nam và trên thế giới; nêu các khía cạnh than tự cháy. Từ đó, đề xuất các giải pháp kỹ thuật an toàn trong kiểm soát than tự cháy áp dụng cho các mỏ than, đồng thời định hướng nghiên cứu và hợp tác trong, ngoài nước để giải quyết các vấn đề an toàn và môi trường do than tự cháy tác động ở Việt Nam.

Ảnh hưởng đến an toàn sức khỏe, môi trường

Than tự cháy đã xuất hiện ở các mỏ than trên khắp thế giới và tồn tại nhiều bí ẩn. Quá trình tự cháy của than mang tính tự phát, không đoán định được, là nguyên nhân quan trọng nhất gây ra các vụ cháy trong môi trường không được kiểm soát. Tính phức tạp và tác động mạnh về an toàn, chất lượng môi trường của các vụ than tự cháy trở thành vấn đề nghiên cứu cấp thiết trong 10 - 20 năm trở lại đây.

Than tự cháy ảnh hưởng lớn đến an toàn sức khỏe của người dân, môi trường, đặc biệt là dân cư các vùng lân cận. Ở nước ta, khai tác than ở các mỏ như Na Dương, Khe Bố, Làng Cẩm tiến hành ở những vỉa có tính tự cháy cao.

Một số mỏ than khác cũng gặp phải hiện tượng than tự cháy ngầm trong vỉa than khi khai thác hầm lò, khai thác lộ thiên và trên bãi thải như tại vỉa 5, khu Trung tâm Khe Chuối (Tổng công ty Đông Bắc), hay tại vỉa 24 thuộc mỏ than Hồng Thái, mỏ than Hà Lầm, mỏ than Thống Nhất, mỏ than Khánh Hòa và mỏ than Nông Sơn... gây nhiều thiệt hại, ảnh hưởng lớn đến kế hoạch sản xuất.

Mỏ than tự cháy tại Centralia ở Pennsylvania (Mỹ) trong suốt 50 năm. Ảnh: Rouming.cz

Mỏ than Khánh Hòa (Thái Nguyên) và mỏ than Nông Sơn (Quảng Nam), xuất hiện các vị trí than tự cháy khi tiến hành khai thác một số vỉa than bằng phương pháp hầm lò và lộ thiên từ năm 2012 và 2013 đến nay. Hiện tượng than tự cháy tại các mỏ than này kéo dài nhiều năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của hàng trăm cán bộ công nhân khai thác than và các hộ dân sinh sống trong khu vực.

Trên thế giới cũng có rất nhiều mỏ than tự cháy, thường xảy ra dưới lòng đất và phần vỉa than lộ ra tiếp xúc với không khí, phổ biến là các mỏ than ở Mỹ, New Zealand, Ấn Độ, Trung Quốc và Turkmenistan.

Mỏ than đá lớn nhất thế giới Centralia ở Pennsylvania, Mỹ có hiện tượng bắt đầu bốc cháy từ năm 1962. Than đá ở đây không có tính tự cháy, giả thuyết lớn nhất là việc đốt rác ở một bãi rác gần đó vô tình đốt cháy than đá bên dưới lối vào khu mỏ, ngọn lửa lan rộng theo đường lò khai thác hầm lò tiếp cận với các vỉa than và gây cháy với độ sâu lên đến hơn 90m.

Có ý kiến cho rằng, mỏ than ở Jharia (Ấn Độ) áp dụng phương pháp khai thác hầm lò; sau đó, khi tiến hành khai thác lộ thiên, các đường lò dần lộ ra, các luồng khí ở bên trong và ngoài đối lưu tạo ra các vụ cháy lớn.

Các đám cháy âm ỉ của bãi thải mỏ than Nông Sơn (Quảng Nam). Ảnh: Mạnh Cường.

Cơ chế than tự cháy

Quá trình tự cháy (đốt cháy tự phát) là một hiện tượng xảy ra tự nhiên do quá trình ô-xy hóa than, một quá trình hóa học tạo ra nhiệt, diễn ra ngay cả ở nhiệt độ không khí bình thường. Quá trình này là sự cân bằng tự nhiên của sự hình thành và tản nhiệt và nếu nhiệt lượng này được phép tích tụ, tốc độ ô-xy hóa sẽ tăng theo cấp số nhân, tạo ra ngày càng nhiều nhiệt cho đến điểm thoát nhiệt dẫn đến cháy tự sinh.

Khi than cháy, nó giải phóng carbon dioxide, nước, nhiệt, lưu huỳnh, vật chất dạng hạt và các hợp chất khác vào không khí, đồng thời để lại tro bụi. Tuy nhiên, nhiệt lượng này không thể tản và thoát hết ra ngoài dẫn đến nhiệt độ môi trường than xung quanh bắt đầu tăng lên, làm tăng tốc độ phản ứng theo cấp số nhân và tất yếu gây ra hiện tượng cháy tự phát của các vỉa than.

Phản ứng tự cháy của than và quy trình cháy của than.

Phản ứng tự cháy của than và quy trình cháy của than.

Kiểm soát than tự cháy

Quá trình than tự cháy hay cháy tự phát xảy ra ở cả cấp độ hóa học và vật lý. Vậy nguyên nhân chính hiện tượng than tự cháy không kiểm soát là gì? Có một số lý do khiến than tự cháy trong môi trường tự nhiên mà không được kiểm soát, gồm sét đánh; bất cẩn hoặc tai nạn; đốt cháy tự phát trong than.

Thực tế, hầu hết các loại than đều có khả năng tự cháy trong những điều kiện môi trường nhất định (cháy nội sinh). Nguyên nhân cơ bản dẫn đến hiện tượng tự cháy của than là quá trình ô-xy hoá của than sinh ra nhiệt, nhiệt độ tích tụ lại qua thời gian dài không có nơi thoát ra sẽ gia tăng đến nhiệt độ tới hạn và sinh ra hiện tượng tự cháy trong than. Bên cạnh đó, quá trình tự cháy của than còn xảy ra trong môi trường tự nhiên và không kiểm soát được như trong quá trình khai thác (khoan - nổ mìn, xúc bốc và vận tải trong mỏ), quá trình chất kho, chung chuyển đường dài bằng ô tô, băng tải, tàu, xà lan hoặc được trữ trong các nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất xi măng, gây những tổn thất lớn về tài sản thiết bị, an toàn và môi trường xung quanh.

Để kiểm soát quá trình tự cháy an toàn và sử dụng hiệu quả than ở các công đoạn khác nhau, cần quan tâm các rủi ro mất an toàn như vận chuyển và trung chuyển than bằng ô tô, đường sắt, băng tải, sà lan; quá trình trữ và sử dụng than trong các nhà máy nhiệt điện than có thể được dự đoán và ngăn chặn nếu các điều kiện thay đổi (vật lý và hóa học) thành quá trình kiểm soát nhiệt và quá trình than tự cháy.

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học và các tập đoàn năng lượng lớn trên thế giới đã đầu tư nhiều nguồn lực để nghiên cứu cơ chế hoạt động của than tự cháy, bằng cách hiểu cơ chế thúc đẩy quá trình đốt nóng tự phát và thoát nhiệt. Làm chậm quá trình ô-xy hóa của than cả về mặt vật lý và hóa học, tùy thuộc vào ứng dụng và điều kiện.

Tập đoàn MinTech đã sản xuất ra các phương pháp kiểm soát vật lý bao gồm việc kết hợp các chất hóa học để khoanh vùng, cô lập, bịt kín đống than, chất trám bít và cô lập khu vực chứa than tự cháy. Bằng cách bảo toàn nhiệt lượng của than trong thời gian lưu trữ ngắn hạn và dài hạn, các nhà máy nhiệt điện than có thể sử dụng hiệu quả hơn và tiết kiệm hơn nguồn than nhiên liệu có khả năng tự cháy.

Ở Việt Nam, các giải pháp phù hợp trong kiểm soát và quản lý than tự cháy tập trung vào các biện pháp phòng ngừa cháy nội sinh. Viện Khoa học Công nghệ mỏ (Vinacomin) đề xuất các giải pháp chống than tự cháy khi tiến hành khai thác tại một số vỉa than. Các thiết bị chủ yếu là khoan thăm dò, đo nhiệt độ, tháo khí cháy và tạo khí nito bơm vào khu vực có nguy cơ cháy để hạn chế quá trình tự cháy của vỉa than.

Cần có những nghiên cứu và giải pháp kỹ thuật phù hợp để kiểm soát quá trình tự cháy đảm bảo an toàn trong sản xuất và bảo vệ môi trường. Trong ảnh: Công nhân điều khiển máy khoan xúc đa năng của Công ty Than Nam Mẫu (Quảng Ninh). Ảnh: Thanh Hằng.

Kết luận

Từ các thống kê, các kỹ sư biết chính xác chất lượng than trên các mỏ than, đồng thời hiểu được cơ chế tự cháy của than sẽ nghiên cứu và có giải pháp kỹ thuật phù hợp để kiểm soát quá trình tự cháy đảm bảo an toàn trong sản xuất và bảo vệ môi trường.

Để kiểm soát quá trình tự cháy của than, các kỹ sư cần lấy mẫu thí nghiệm tại các vỉa than tự cháy để chọn ra các hóa chất, hợp chất ngăn chặn/ức chế than tự cháy tốt nhất cho nhu cầu chính xác của loại than. Các hóa chất được sử dụng sẽ tương thích nhu cầu kiểm soát sự tự cháy của vỉa than để đảm bảo yêu cầu khai thác, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng than một cách hiệu quả, an toàn và bảo vệ môi trường.

Trong giám sát quá trình tự cháy của than cần lắp đặt các thiết bị cảm biến nhiệt độ, khí và các biến động hóa lý trong vỉa than trước khu vực chuẩn bị khai thác, trong vận chuyển và trong kho trữ trước khi sử dụng. Khi ứng dụng công nghệ kiểm soát than tự cháy có thể làm tăng hiệu quả sử dụng than tự cháy và tiết kiệm hàng chục tỉ đồng mỗi năm khi vận chuyển, lưu trữ và sử dụng than trong các nhà máy nhiệt điện.

Than tự cháy trên mỏ than lộ thiên Jharia (Ấn Độ). Ảnh: Wikimedia Commons.

Chăm lo đời sống tinh thần, tạo sân chơi giải trí cho người lao động Sân chơi dành cho người lao động từ trước đến nay luôn là vấn đề được các cấp Công đoàn đặc biệt quan tâm.

Biểu dương công nhân Hải Phòng có sáng kiến làm lợi 3,8 tỉ đồng/năm Sáng kiến của anh Hoàng Anh Tuấn đã được lãnh đạo Công ty TNHH Toyoda Boshoku (Công ty Toyoda Boshoku) ghi nhận và ứng dụng ...

Tổng Bí thư Nguyễn Phú Trọng: "Phát huy truyền thống “Kỷ luật và Đồng tâm” của thợ mỏ" Trong chuyến thăm và làm việc với tỉnh Quảng Ninh sáng ngày 6/4, Tổng Bí thư Nguyễn Phú Trọng dẫn đầu đoàn công tác Trung ...