Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống cháy lan truyền cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

 tạo ra từ vụ 
nổ, về cơ bản không khác nhiều so với nguyên 
bản. Các hệ thống chống cháy nổ lan truyền sử 
dụng cảm biến áp lực tĩnh được USBM thiết kế 
đề ngăn chặn các vụ nổ có tốc độ lan truyền thấp 
(đến 30,5 m/s), các hệ thống này được kích hoạt 
điều khiển bằng khóa cảm biến tĩnh áp, khi áp lực 
tĩnh gia tăng khi vụ nổ xảy ra, khóa tự động mở và 
xả nước từ thùng chứa xuống đường lò (hình 2).
* Hệ thống kiểu Nhật:
Hệ thống chống cháy lan truyền sử dụng nước 
tại Nhật Bản là các túi nhựa dẻo hình máng, gọi là 
máng linh hoạt. Hệ thống được treo trên móc bằng 
các khoen trên cả hai mặt dọc của máng hoặc có 
một hệ thống treo. Tùy thuộc vào hình dạng và tiết 
diện của đường lò, các túi nước thiết kế có kích 
thước khác nhau để mỗi túi có thể chứa lượng 
nước từ 25 ÷ 340 lít (Hình 2c).
* Hệ thống kiểu Nga:
Tại Nga, ngoài các hệ thống sử dụng bột đá 
theo kiểu Ba Lan và Đức, các mỏ hầm lò cũng sử 
dụng hệ thống chống cháy lan truyền máng chứa 
kiểu Đức, ngoài ra một số mỏ sử dùng các túi 
nước, trong đó nước được chứa trong các túi sản 
xuất chuyên dụng được thiết kế đặc biệt để có khả 
năng vỡ ra và giải phóng nước khi gặp các sóng 
chấn động (Hình 2d).
Tại một số quốc gia khác, hệ thống chống cháy 
lan truyền bị động cũng được sử dụng tại một số 
quốc gia khác với các loại tương tự như trên hoặc 
có sự cải tiến nhỏ:
a. Hệ thống máng nước (Đức)
 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
41
- Ba Lan: Sử dụng hệ thống máng nước tương 
tự như Đức, lượng nước chứa trong máng là 40l.
- Pháp: Sử dụng hệ thống máng nước kết hợp 
giữa kiểu Ba Lan và kiểu Đức.
- Vương quốc Anh: Các thùng chứa nước 
được sử dụng có dung tích 50l và 25l. Khối lượng 
nước tối thiểu là 22 lb/ft2 (0,93 kg/m2) theo mặt 
cắt ngang và 40 lb/ft (59,5 kg/m) theo chiều dài 
giá chứa.
- Canada: Mỏ Sparwood (B.C. Coal) và 
Quinsam sử dụng loại túi treo tương tự như Nhật 
Bản. Mỏ Prince sử dụng hệ thống máng nước kiểu 
Đức.
3. Các hệ thống chống cháy nổ lan truyền 
chủ động
Hệ thống chống cháy nổ lan truyền chủ động 
sẽ sẽ bao gồm ba bộ phận chính: Cảm biến, thiết 
bị phân phối và vật liệu trơ gây ức chế ngọn lửa. 
Thiết bị cảm biến sẽ phát hiện vụ nổ dựa trên sự 
gia tăng áp lực tĩnh, nhiệt độ, bức xạ và gây ra 
b. Hệ thống sử dụng cảm biến áp lực tĩnh (Mỹ)
c. Hệ thống máng nước dẻo (Nhật) d. Hệ thống túi nước (Nga)
Hình 2. Một số hệ thống chống cháy nổ lan truyền bị động sử dụng nước
42 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
một cơ chế kích hoạt thiết bị phân phối. Các thiết 
bị phân phối vật liệu trơ bằng khí nén, lò xo hoặc 
vật liệu nổ.
3.1. Các bộ phận của hệ thống chống cháy 
nổ lan truyền chủ động
- Cảm biến: Gồm các loại cảm biến như sau
+ Cảm biến tia cực tím: Phản ứng với bức xạ 
tia cực tím phát ra từ ngọn lửa trần;
+ Cảm biến hồng ngoại: Phản ứng với những 
thay đổi trong cường độ bức xạ hồng ngoại;
+ Cảm biến nhiệt ngẫu: Phản ứng với nhiệt 
được cung cấp từ vụ nổ;
+ Cảm biến nhiệt cơ: Phản ứng với áp suất 
động của vụ nổ;
+ Cảm biến hoạt nổ: Phản ứng với sự gia tăng 
các yếu tố của vụ nổ tương tự như hệ thống bị 
động;
- Bộ phận phân phối:hầu hết đều sử dụng 
phương pháp dây nổ hoặc khí nén làm năng lượng 
phát tán vật liệu trơ. Bộ phận phân phối thường sử 
dụng một ống thép hoặc nòng súng để nén và đẩy 
vật liệu trơ ra môi trường.
- Vật liệu trơ:cácloại vật liệu trơ đã được 
thử nghiệm và sử dụng, bao gồm: Halon1301 
(Bromotrifluoromethane), nước, bụi đá (VD: đá 
vôi), natri bicarbonate, ammonium dihydrogen 
phosphate, kali clorua, kali cacbonat và natri 
clorua.
3.2. Một số hệ thống chống cháy nổ lan 
truyền chủ động
* Hệ thống chủ động của Bỉ:
Bỉ đã phát triển một hệ thống chống cháy lan 
truyền chủ động rất nhạy, có thể kích hoạt phát 
tán vật liệu trơ khắp toàn bộ khu vực mỏ, bất kể 
hướng bùng nổ và vận tốc. Hệ thống bao gồm một 
cảm biến cơ nhiệt, bộ phận phân phối và chất ức 
chế là nước.Cảm biến của hệ thống chủ động của 
Bỉ bao gồm một cảm biến cơ nhiệt, nó sẽ phản ứng 
với áp lực của vụ nổ, trong trường hợp áp lực quá 
thấp để kích hoạt hệ thống, các cảm biến sẽ phản 
ứng với sức nóng của ngọn lửa. Bộ phận cảm 
biến sẽ bao gồm ba bộ phận (2 hoạt động và 1 dự 
phòng) kèm theo vỏ thép bảo vệ (rộng 66,5cm, cao 
30,5cm, sâu 46,5cm). Cả bộ phận cảm biến và hệ 
thống đều được cách điện.Các thiết bị phân phối 
bao gồm một xi lanh của polyurethane bọc trong 
một ống PVC và được định vị bằng lưới thép. Bộ 
phận phân phối sử dụng một dây nổ làm phương 
tiện phát tán. Ống đựng nước (xilanh) có chiều dài 
2m, đường kính 22,5cm, trọng lượng khô là 10kg. 
Tổng lượng nước chứa từ 90 ÷ 100l (Hình 3a).
* Hệ thống chủ động của Pháp:
Hệ thống chống chảy lan truyền tại Pháp sử 
dụng một bộ cảm biến tia cực tím và đáy hình tam 
giác có chứa vật liệu gây ức chế ngọn lửa. Các 
thiết bị phân phối bao gồm máng kim loại hình tam 
giác chứa được 25 lít nước. Vật liệu gây ức chế là 
hốn hợp của kali bicarbonate (10kg) và bụi đá vôi 
rất mịn, được xử lý đảm bảo chống thấm nước. Hệ 
thống được vận hành bằng cách cảm nhận bức xạ 
tia cực tím từ ngọn lửa nhưng không bị ảnh hưởng 
bởi những nguồn sáng khác trong mỏ hầm lò như 
đèn an toàn và đèn sợi đốt. Các cảm biến sẽ gửi 
một xung đến ngòi nổ và phân tán vật liệu trơ. Các 
ngòi nổ khởi bắn nổ một cầu chì dài 3,6m, chứa 10 
gram chất nổ penthrite trên mỗi mét làm phát tán 
chất trơ vào trong môi trường.
* Hệ thống chủ động của Đức:
Tại Đức đã nghiên cứu và phát triển hai loại hệ 
thống chống cháy nổ lan truyền chủ động:
- Hệ thống Tremonia: Hệ thống bao gồm một 
cảm biến nhiệt điện, dây nổ và máng nước chứa 
80 lít nước. Cảm biến nhiệt điện phát hiện vụ cháy 
nổ và gửi một xung đến các dây nổ làm vỡ máng 
chứa nước. Ưu điểm của hệ thống này là khi cảm 
biến bị lỗi, hệ thống vẫn làm việc tương tự như 
một hệ thống chống cháy nổ lan truyền bị động 
và được kích hoạt nhờ các sóng chấn động của 
vụ nổ. 
- Hệ thống BVS(BERGBAU Versuchsstrecke): 
Hệ thống bao gồm một cảm biến tia cực tím, bộ 
phận phân phối bằng khí ni tơ nén và vật chất gây 
ức chế là amoni phốt phát. Cảm biến xác định vụ 
nổ thông qua ánh sáng phát ra từ vụ nổ, kích hoạt 
bộ phận phân phối. Một ngòi nổ được kích hoạt, 
thổi mở van của các thùng chứa, chất gây ức chế 
ngọn lửa được phát tán bằng khí ni tơ cao áp. Bộ 
phận phân phối bao gồm một bình xịt có dung tích 
12,3 lít chứa amoni phốt phát và khí ni tơ với áp 
suất là 120 bar. Hai cửa van trên bình xịt được mở 
ra nhờ ngòi nổ kích hoạt và giải phóng chất gây ức 
chế. Lượng chất gây ức chế được quy định là 20 
kg/m2 tiết diện ngang của đường lò, có thể dập tắt 
một vụ nổ với tốc độ lên đến 500m/s.
* Hệ thống chủ động của Ba Lan:
Hệ thống chủ động của Ba Lan sử dụng hai 
loại cảm biến: Cảm biến nhiệt ngẫu và cảm biến 
hồng ngoại. Các cảm biến hồng ngoại phản ứng 
với nhiệt bức xạ. Cảm biến nhiệt ngẫu phản ứng 
với cả hai sự thay đổi về quang học (ánh sáng) 
 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
43
và nhiệt độ. Bộ phận phân phối bao gồm một xi 
lanh thép chứa bột khô, phát tán bằng khí ni tơ 
nén. Các xi lanh có khả năng chứa 4 hoặc 8kg bột 
khô, nén với áp lực 120 atm bằng khí ni tơ. Xi lanh 
của bộ phân phân phối được kích hoạt theo hai 
cơ chế: nổ dây bằng một kíp nổ điện hoặc ngòi nổ 
điện để mở đầu van teflon (van nấm).
* Hệ thống chủ động của Anh:
Các nhà khoa học Anh đã phát triển một hệ 
thống chủ động được kích hoạt sử dụng cảm biến 
nhiệt ngẫu kết hợp với bộ phân tán nước và khí 
ni tơ nén. Hệ thống này bao gồm hai bộ cảm biến 
và hai bộ phận phân tán. Các cảm biến nhiệt ngẫu 
phát hiện vụ cháy – nổ và gửi tín hiệu đến bộ phân 
tán, nước được phát tán ra môi trường bằng năng 
lượng từ khí ni tơ nén. Bộ phận phân tán bao gồm 
một bình dung tích 81 lít chứa khí ni tơ ở áp xuất 
7 bar, bình khí ni tơ này được nối với bình chứa 
227kg nước ở áp suất khí quyển.
* Hệ thống chủ động của Mỹ:
USBM (United States Bureau of Mines) đã phát 
triển hai hệ thống chống cháy lan truyền chủ động. 
Trong đó, hệ thống Cardox sử dụng một xi lanh áp 
suất cao để phân tán vật liệu trơ, hệ thống Fenwal 
sử dụng xi lanh áp suất thấp chứa khí ni tơ hoặc 
Halon 1301. Cả hai hệ thống đều có hiệu quả cao 
trong việc dập tắt các vụ nổ bụi than, tuy nhiên hệ 
thống Cardox có nguy cơ gây nguy hiểm trong quá 
trình lắp đặt và sử dụng vì áp suất lớn để đẩy các 
vật liệu trơ trong bộ phận phân tán (Hình 3 b).
* Hệ thống chủ động của Ucraina:
Hệ thống СЛВА được phát triển bởi Viện Mỏ 
McNeil. Nguyên lý hoạt động của thiết bị tương tự 
như hệ thống của Ba Lan và Anh. Thiết bị được 
kích hoạt phát tán bụi trơ khi cảm biến nhiệt phát 
hiện nhiệt độ từ vụ nổ (Hình 3c).
* Hệ thống chủ động của Nga:
Vụ sinh thái, công nghệ và giám sát hạt nhân 
LB Nga và Viện mỏ Scochinskyi đã phát triển hệ 
thống chống cháy lan truyền chủ động loại АСВП-
ЛВ.1М. Trải qua nhiều thử nghiệm, từ năm 2005 
hệ thống này được cấp phép sản xuất và áp dụng 
trong các mỏ than hầm lò. Hệ thống hoạt động 
dựa trên nguyên lý cảm biến áp suất không khí, 
sau khi cảm biến nhận được áp suất của vụ nổ với 
độ nhạy khoảng ≥ 0,02MPa sẽ kích hoạt mở một 
bình khí nén có áp suất khoảng 10 ÷14MPa,trong 
vòng 15 ÷20 mili giây, khí nén sẽ phun một lượng 
bột đá (khoảng 25kg) tại phía phễu của thiết bị 
tạo ra một đám mây bụi dài khoảng 30 m, nồng 
độ bụi khoảng 10g/m3,thời gian tồn tại (lơ lửng 
trong không gian đường lò) tới 370 giây để đón 
đầu, dập lửa trước khi ngọn lửa kịp lan truyền tới 
các khu vực khác trong hệ thống đường lò (Hình 
3 d,e). Đây là hệ thông hoạt động hoàn toàn độc 
lập không phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài.
Hệ thống АСВП-ЛВ, 1М được áp dụng rộng rãi tại 
Ucraina và từ năm 2007 thiết bị được liên kết sản 
xuất tại tỉnh Sơn Đông (Trung Quốc) cung cấp cho 
các Công ty khai thác than tại đây.
4. Ưu, nhươc điểm của các hệ thống chống 
cháy lan truyền
4.1. Hệ thống bị động
+ Nếu vụ nổ quá yếu, sóng nổ không thể lật đổ 
các giá và giải phóng vật liệu trơ (bụi đá). Điều này 
thường xảy ra khi hệ thống giá gần hơn 60m với 
nguồn phát sinh vụ nổ.
+ Tại các đường lò có tốc độ gió lớn, bụi có 
thể bị thổi bay ra khỏi giá làm giảm hiệu quả ngăn 
ngừa bảo vệ;
+ Hệ thống sử dụng bụi đá có tác dụng tối đa 
với ngọn lửa có tốc độ lan truyền từ 100 ÷ 500 m/s. 
Điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng trong 
những điều kiện khác nhau của vụ cháy - nổ;
+ Với các gương đào lò và khai thác tiến nhanh, 
hệ thống sử dụng bụi đá gặp phải khó khăn trong 
công tác lắp đặt do phải di chuyển liên tục để đảm 
bảo khoảng cách tối ưu.
+ Càng nhiều thiết bị trên đường lò, khả năng 
lắp đặt hệ thống chống cháy lan truyền với các đặc 
điểm kỹ thuật cần thiết càng khó khăn.
+ Khi gương đào lò hoặc khai thác càng tiến 
nhanh, hệ thống chống cháy lan truyền càng phải 
di chuyển nhiều để đảm bảo khoảng cách theo 
yêu cầu.
+ Hệ thống chống cháy lan truyền bị động có 
thể bị giảm hiệu quả làm việc bởi không gian trống 
trong đường lò, ví dụ như đường lò bị rỗng nóc.
4.2. Hệ thống chủ động
So với các hệ thống chống cháy lan truyền bị 
động, hệ thống chủ động có những ưu điểm sau:
- Chất gây ức chế dập tắt cháy nổ được phân 
tán bởi một nguồn năng lượng khép kín độc lập;
- Hệ thống phù hợp với những đường lò xuyên 
vỉa chính, nơi mà thường có chiều cao nhỏ hơn 
80% chiều rộng;
- Hệ thống phù hợp với những khu vực có 
gương (đào lò hoặc khai thác) tiến nhanh;
- Hệ thống mang tính tiêu chuẩn an toàn cao 
do có khả năng dập tắt ngọn lửa trước khi nó phát 
44 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
triển thành một vụ nổ với quy mô đầy đủ.
- Hệ thống có thể phát hiện được giai đoạn đầu 
của công tác lan truyền.
Hầu hết các hệ thống yêu cầu phải có nguồn 
điện cung cấp bên ngoài, chỉ có hệ thống của Nga 
hoạt động độc lập dựa trên cảm biến áp suất, 
không phụ thuộc vào nguồn điện. Tại các mỏ than 
hầm lò, việc cung cấp nguồn điện có cơ cấu phòng 
nổ tương đối phức tạp, nhất là đối với các thiết bị 
cần di chuyển liên tục theo tiến độ sản xuất. Tuy 
nhiên, vấn đề này có thể khắc phục bằng cách sử 
dụng pin hoặc bình ắc quy.
5. Kết luận
Dựa trên tổng hợp kinh nghiệm cho thấy, các 
phương pháp chống cháy lan truyền chủ động có 
nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp bị 
động. Tuy nhiên, hệ thống chống cháy lan truyền 
chủ động phức tạp, khó lắp đặt và gặp khó khăn 
trong công tác di chuyển, cụm thiết bị có giá thành 
cao. Các mỏ than hầm lò tại Việt Nam hiện nay có 
nhiều diện sản xuất đào lò và khai thác nên khả 
năng áp dụng rộng rãi hệ thống chống cháy lan 
truyền chủ động phức tạp, có giá thành cao như 
trên tại tất cả các đường lò có nguy cơ cháy nổ là 
chưa thực tế.
Với điều kiện khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam, các 
đường lò thường xuyên có rò nước qua các kẽ nứt 
từ bề mặt địa hình hoặc vùng đất đá lân cận. Do 
đó, các hệ thống chống cháy lan truyền sử dụng 
bột đá sẽ trở nên kém hiệu quả, nguyên nhân do 
các bột đá sẽ bị vón cục. Ngoài ra khả năng giữ ổn 
định các hệ thống sử dụng bột đá cũng gặp nhiều 
khó khăn, đặc biệt tại các đường lò có lưu lượng 
gió lớn.Với mục tiêu chính là nâng cao an toàn, 
hiệu quả trong phòng chống cháy nổ, cùng với yếu 
tố dễ dàng thực hiện gia công, lắp đặt, bảo dưỡng. 
Trong giai đoạn hiện tại, phương pháp chống cháy 
lan truyền bằng hệ thống túi nước treo theo kiểu 
Nhật Bản được coi là khả thi, có khả năng sản 
xuất nội địa cao, phù hợp với điều kiện thực tế của 
các mỏ hầm lò tại Việt Nam.
Tài liệu tham khảo:
[1]. Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia QCVN 
01:2011/BCT về an toàn trong khai thác than hầm 
lò. BCT -2011. 
[2.]. Инструкция по локализации и 
предупреждению взрывов пылегазовоздушных 
смесей в угольных шахтах, Москва 2013.
[3]. Отчет о научно-иследовательской 
работе. Алализ действующих в угольных 
шахтах систем локализации взрывов и оценка 
и эффективности их применения, Москва 
2014.
[4]. D. H. (Steve) Zou, S. Panawalage, Graduate 
Student. “Passive and Triggered Explosion 
Barriers in Underground Coal Mines- A literature 
review of recent research”, Canada- 2001.
Research on and proposal of the fire spread prevention solutions to the 
underground coal mines in Quang Ninh
Dr. Nguyen Minh Phien, MSc. Pham Huu Hai, MSc. Thieu Dinh Thanh
 Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology
Abstract:
The Methane explosion is considered to be the biggest danger to the coal mining industry. When a 
methane gas explosion occurs, if there are no measures to prevent the explosion spread, it will result in 
more serious consequences that are the consecutive chain and mine dust explosion. The research on and 
proposal of the effective fire spread prevention measures in the roadway system when a gas explosion 
occurs are considered to be essential for all the underground coal mines with potential methane gas fire 
and explosion risks.