Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh hồng ngoại nhiệt và GIS trong cảnh báo cháy ngầm trên bể than Quảng Ninh
Việt Nam là quốc gia có nhiều mỏ than tuy nhiên quy mô nhỏ hơn so với các mỏ than trên thế giới. Cháy ngầm tại các vỉa than được định nghĩa là quá trình oxy 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. Đây là một hiện tượng vô cùng nguy hiểm trong khai thác hầm lò. Sản phẩm cháy sẽ sản sinh ra nhiều loại khí độc gây chết người, đặc biệt là khí CO. Ngoài ra nó còn có thể là nguồn lửa gây ra cháy nổ khí mê tan và bụi than. Hiện tượng tự cháy của than là vấn đề được quan tâm rất lớn trong công tác khai thác than hầm lò. Khi sự tự cháy xảy ra có thể phải đóng cửa mỏ, thiệt hại không nhỏ về kinh tế, xã hội và quan trọng nhất là gây mất an toàn trong khai thác than gây nhiều thiệt hại nhiều về kinh tế, gây thất thoát tài nguyên khoáng sản không tái tại của Quốc gia, ảnh hưởng nghiêm trọng sản xuất của các mỏ, gây sụt lún bề mặt địa hình, đặc biệt là đến môi trường sống của tự nhiên và người dân khi cháy ngầm thải ra các khí độc (như CO, N2O, SO2, NOx) và gây ra hiệu ứng khí nhà kính (CO2, CH4). Xuất hiện cháy ngầm tại các mỏ than ở Việt Nam đã và đang gây ra hậu quả nặng nề về môi trường và kinh tế - xã hội.
Những nghiên cứu gần đây mới chỉ tập trung phát hiện các vị trí đã và đang xảy ra cháy ngầm và sự lan tỏa trong quá khứ tại các mỏ than lớn, chưa giải quyết được các vấn đề liên quan đến khả năng cảnh báo cháy ngầm trong tương lai gần (một vài năm) từ đó làm cơ sở cho các cấp lãnh đạo ra các quyết định mang tính chất định hướng và quy hoạch. Đồng thời, các phương pháp đưa ra chủ yếu tập trung đối với các đám cháy lớn tại các mỏ than lớn Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thám, với những ưu điểm vượt trội về khả năng chiết tách các thông tin liên quan đến vị trí cháy ngầm tại các vỉa than một cách nhanh chóng và chính xác, đây được coi là phương pháp hiệu quả để phát hiện các vị trí xảy ra cháy ngầm. Bên cạnh đó, cùng với khả năng mạnh mẽ về phân tích không gian, GIS là công cụ rất hiệu quả trong việc phân tích dữ liệu không gian, đặc biệt đối với cháy ngầm GIS có thể giúp đánh giá phân tích một cách định lượng và trực quan quy mô cháy, đặc biệt, có thể ứng dụng các mô hình dự báo trong GIS để tiến hành dự báo các các vị trí có khả năng xảy ra cháy ngầm trong tương lai gần. Do đó việc nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh hồng ngoại nhiệt độ và GIS trong cảnh báo cháy ngầm tại các vùng than Việt Nam có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Nhằm xây dựng được cơ sở khoa học cảnh báo nguy cơ cháy ngầm tại các vỉa than trên bể than Quảng Ninh ứng dụng ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt Landsat-8 và GIS. Cụ thể: xây dựng được cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt chiết tách thông tin liên quan đến nhiệt độ bề mặt đất; xây dựng được cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS đánh giá nguy cơ cháy ngầm tại các vỉa than, PGS.TS. Nguyễn Tiến Thành cùng nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội - Bộ Tài nguyên và Môi trường đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh hồng ngoại nhiệt và GIS trong cảnh báo cháy ngầm trên bể than Quảng Ninh”. Đề tài rất thiết thực và phù hợp với bối cảnh đẩy mạnh ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý, giám sát tài nguyên và môi trường phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, đồng thời bảo đảm an ninh - quốc phòng.
Cháy ngầm mỏ than là một hiện tượng nguy hiểm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống do việc giải phóng khí độc, gây cháy rừng và sụt lún bề mặt các cơ sở hạ tầng. Nhiệt độ bề mặt ở các khu vực cháy ngầm thường cao hơn rất nhiều so với vùng xung quanh. Sự khác biệt về nhiệt độ giữa các vùng là cơ sở để xác định nguy cơ cháy ngầm tại các mỏ than. Từ những năm đầu thập kỷ 60 thế kỷ trước, ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt Landsat với nhiều ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống đã được sử dụng hiệu quả trong phát hiện và giám sát cháy ngầm.
Trong nghiên cứu này, đề tài đã xây dựng được cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt chiết tách thông tin liên quan đến nhiệt độ bề mặt đất và cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS đánh giá nguy cơ cháy ngầm tại các vỉa than. Kết quả đánh giá nguy cơ cháy ngầm như sau:
- Đối với bể than Quảng Ninh: nguy cơ cháy ngầm thường xuất hiện ở khu vực của các mỏ than khu vực Hồng Thái, Mạo Khê và Cẩm Phả. Nguy cơ cao xuất hiện trong ranh giới khu vực khai thác than của các mỏ than này.
- Đối với mỏ than Na Dương (Lạng Sơn): nguy cơ cháy ngầm ở cấp thấp, trung bình và cao xuất hiện tại khu vực trung tâm khu vực khai thác than.
- Đối với mỏ than Khánh Hòa (Thái Nguyên): nguy cơ cháy ngầm chủ yếu tại khu vực trung tâm và khu vực bãi thải tro xỉ và phía nam mỏ than.
Kết quả nghiên cứu cho thầy, nguy cơ cháy ngầm tại vỉa than có mối liên hệ chặt chẽ về không gian với những vị trí đã được ghi nhận xảy ra hiện tượng cháy ngầm trước đây. Điều này cho thấy, ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat với sự hỗ trợ đắc lực của công nghệ GIS có thể được sử dụng một cách hiệu quả trong phát hiện nguy cơ cháy ngầm tại các mỏ than ở Việt Nam.
Mặc dù ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat đã được chứng minh tính hiệu quả trong xác định nguy cơ cháy ngầm. Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn còn tồn tại một số các hạn chế cần khắc phục như sau:
- Cháy ngầm tại vỉa than thường xuất hiện trong mỏ hầm lò với độ sâu thay đổi từ -60 đến trên -100m. Với độ sâu này thì ảnh hồng ngoại nhiệt rất khó có thể phát hiện nguy cơ cháy ngầm nếu không có hiện tượng nhiệt truyền lan lên trên bề mặt. Đây là một hạn chế sử dụng ảnh vệ tinh Landsat.
- Bể than Quảng Ninh là khu vực rộng lớn, để có thể chiết tách thông tin của khu vực này từ ảnh vệ tinh Landsat thì cần phải ghép 3 cảnh ảnh. Điều này là một hạn chế khi xác định nhiệt độ từ ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat, do phải ghép ảnh thu nhận ít nhất từ hai thời điểm khác nhau.
- Độ phân giải không gian 100m của ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat-8 TIRS khó phát hiện ra những khu vực có nguy cơ cháy với diện tích nhỏ.
- Với diện tích rộng lớn như bể than Quảng Ninh, kết hợp với điều kiện thường xuyên xuất hiện của mây làm ảnh hưởng đến việc chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám Landsat-8 OLI/TIRS.
Từ một số những hạn chế trên đây, một số kiến nghị quan trọng được đưa ra để khắc phục trong những nghiên cứu tiếp theo:
- Thử nghiệm sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt có độ phân giải cao hơn như ảnh hồng ngoại nhiệt ASTER (60m) giúp phát hiện những vùng có nguy cơ cháy với phạm vi nhỏ.
- Kết hợp ảnh vệ tinh Landsat-8 và Sentinel-2 trong nâng độ phân giải không gian nhiệt độ bề mặt. Khi đó độ phân giải không gian của nhiệt độ bề mặt có thể được nâng cao từ 30m tới 10m so với khi chỉ sử dụng ảnh Landsat8. Điều này cho phép chiết tách thông tin vè nhiệt độ bề mặt với độ chính xác cao hơn tại những phạm vi nhỏ.
- Thử nghiệm sử dụng ảnh có độ phân giải thời gian cao như ảnh hồng ngoại nhiệt MODIS để có thể phát hiện nguy có trong một khoảng thời gian ngắn (vài ngày một lần).
- Những kết quả nghiên cứu của đề tài rất phù hợp để áp dụng để xác định nguy cơ cháy đối với các mỏ lộ thiên như mỏ than Khánh Hòa (Thái Nguyên) và Na Dương (Lạng Sơn).
Như vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài đã chứng minh công nghệ GIS là công cụ rất hiệu quả trong việc phân tích dữ liệu không gian, đặc biệt xác định nguy cơ cháy ngầm từ nhiệt độ bề mặt xác định từ ảnh vệ tinh Landsat. Công nghệ GIS giúp đánh giá phân tích một cách định lượng và trực quan nguy cơ cháy làm cơ sở để tiến hành dự báo các các vị trí có khả năng xảy ra cháy ngầm trong tương lai gần. Do đó, kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc giúp các cấp lãnh đạo đưa ra những quyết sách kịp thời.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19409/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
