Giáo trình Máy thủy khí: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Máy thủy khí" cung cấp cho học viên những nội dung về: máy quạt gió và thiết bị thông gió mỏ; những vấn đề chung về mạng thông gió mỏ; điều chỉnh quạt gió mỏ; thiết bị thông gió mỏ; máy nén khí và thiết bị cung cấp khí nén; tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị cung cấp khí nén;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy thủy khí: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

PHẦN 2: MÁY QUẠT GIÓ VÀ THIẾT BỊ THÔNG GIÓ MỎ Chương 3 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MẠNG THÔNG GIÓ MỎ 3.1. Tính chất của mạng thông gió mỏ và phân loại thiết bị thông gió mỏ 3.1.1. Tính chất của mạng thông gió mỏ 3.1.1.1. Đặc điểm của không khí trong đường lò mỏ Không khí trong các đường lò mỏ có nguồn gốc là khí trời, khi di chuyển vào trong các đường lò nó bị pha trộn với bụi bẩn, khí độc, khí cháy, bụi nổ…làm thay đổi hàng loạt tính chất lý hóa khác không khí sạch ngoài trời. Độ nhớt động học của không khí mỏ sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 200C hay 2930K, độ ẩm tương đối 50%, áp suất 760mmHg hay 10,33mH20) thì ʋ = 1,4.10-5 m2/s. Thành phần chủ yếu của không khí mỏ: + Khí Oxi (O2): Là chất khí không mầu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 1,11. Oxi là chất khí quan trọng giúp duy trì sự sống cơ thể con người. Khi hàm lượng oxi trong không khí trong khoảng từ (18÷21)% thì nhịp thở con người bình thường, khi nồng độ oxi giảm xuống khoảng (6÷10)% thở rất mạnh và nhanh, khi nồng độ khoảng (3÷5)% thì sẽ tử vong. Các nguyên nhân làm giảm hàm lượng oxi trong không khí mỏ như: Quá trình oxi hóa chậm của than, gỗ, cháy mỏ, nổ khí, bụi; Sự xuất hiện các khí CH4, CO2, N2…; Sự hô hấp của con người; Sự hòa tan oxi trong nước mỏ. + Khí Nitơ (N2): Là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 0,97. N2 là chất khí rất trơ về mặt hóa học và sinh lý học, không duy trì sự thở, sự cháy. Nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng N2 ở trong mỏ: Sự phân hủy của các chất hữu cơ, khi nổ mìn (khi nổ hoàn toàn 1kg thuốc nổ đinamit sẽ sản sinh ra khoảng 130l N2). + Khí Cacbonic (CO2): Là chất khí không mầu, không mùi, vị hơi chua, có tính axit yếu, tỷ trọng so với không khí khoảng 1,52. Khí CO2 không cháy, không duy trì sự thở và cháy, ở mức độ thấp có tác dụng kích thích đến màng niêm mạc của mắt, mũi, mồm. Nồng độ CO2 đạt khoảng 10% con người chỉ chịu được trong vài phút, khi nồng độ khoảng (20÷25)% con người sẽ bị ngộ độc. Những nguyên nhân làm tăng nồng độ khí CO2: Quá trình oxi hóa chậm của than, các chất hữu cơ khác; Những quá trình cháy nổ trong mỏ (cháy mỏ, nổ mìn, nổ khí và nổ bụi); Sự thở của con người (một người sản sinh ra khoảng 50lít CO2/giờ); Sự xuất khí CO2 từ trong các vỉa khoáng sản. Theo quy định an toàn nồng độ CO2 như sau: tại vị trí làm việc, luồng gió thải của khu vực dưới 0,5%; Luồng gió thải của cánh tầng toàn mỏ dưới 0,75%; Khi đào lò thượng vào khu vực sụt lở dưới 1%. Các khí độc và khí cháy nổ trong mỏ: 75
+ Khí Cacbon oxit (CO): Là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 0.97. CO là chất khí cháy và nổ trong hỗn hợp với không khí khi nồng độ đạt khoảng (16,2÷73,4)% , nhiệt độ đốt cháy khoảng (630÷810)0C. CO là chất khí có “ái lực” rất mạnh với phân từ Hemoglobin (cao gấp khoảng 300 lần so với O2) nên khi nạn nhân hít phải khí này, ngay lập tức nó hóa hợp với Hemoglobin ngăn chặn việc vận chuyển O2 từ phổi đi nuôi cơ thể. Tình trạng “đói” oxi bắt đầu khi cơ thể hít phải khí CO và khi máu bão hòa CO thì nạn nhân sẽ bị tử vong. Nguyên nhân sinh ra khí CO: Sự cháy trong tình trạng thiếu oxi, nổ mìn, nổ bụi hoặc xuất ra từ các vỉa than. Theo quy định an toàn, nồng độ CO lớn nhất cho phép trong không khí mỏ là 0,0017%. + Các khí Nitơ oxit: Bao gồm các khí như: Nitơ oxit (NO), Nitơ đioxit (NO2), tetra-oxit Nitơ (N2O4), pen-oxit Nitơ (N2O5), trong không khí mỏ chủ yếu là NO2 và N2O4. Khí NO2 có tỷ trọng so với không khí khoảng 1,59, hòa tan tốt trong nước tạo thành axit (2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3). Khí N2O4 có tỷ trọng so với không khí khoảng 3,18, hòa tan tốt trong nước. Các khí Nitơ oxit nhìn chung rất độc, chúng kích thích màng niêm mạc của mắt và các cơ quan hô hấp. Đặc biệt khi nồng độ đạt khoảng 0,025% (0,5mg/l) con người dễ dàng bị chết. Hàm lượng NO2 cho phép trong các đường lò đang hoạt động là 0,00026%. + Khí Sunfurơ (SO2): Là chất khí không màu, có mùi lưu huỳnh cháy, vị chua, tỷ trọng so với không khí là 2,3. SO2 là chất khí rất độc, ăn mòn mạnh màng niêm mạc của mắt và hệ thống hô hấp. Nguồn gốc tạo ra SO2: do cháy mỏ, nổ mìn, nhất là khi nổ trong đá và khoáng sản có chứa lưu huỳnh… Nồng độ phần trăm SO2 lớn nhất cho phép là 0,00038%. + Khí Hydrô Sunfua (H2S): Là chất khí không màu, mùi trứng thối vị hơi ngọt, tỷ trọng so với không khí khoảng 1,19. H2S là chất khí cháy nổ khi hàm lượng của nó trong không khí đạt đến 6%. H2S là chất khí rất độc tác dụng trực tiếp và làm tổn thương lên niêm mạc của mắt và hệ thống hô hấp. Nguồn sinh ra khí H2S có thể là: Sự mục nát của gỗ chống lò; sự phân hủy Pyrit sắt và Canxi Sunfua (FeS2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2S + S và CaS + CO2 + H2O = CaCO3 + H2S); Sự xuất khí tích tụ trong các kẽ nứt mỏ khoảng sản; Sự cháy mỏ, nổ mìn (dây cháy chậm). Hàm lượng cho phép của khí H2S là 0,00017%. + Khí Amoniac (NH3): Là khí không màu có mùi khai, tỷ trọng so với không khí là 0,59. Hàm lượng NH3 trong không khí đạt khoảng (16÷26)% có thể gây nổ. NH3 là chất khí độc kích thích màng niêm mạc hệ thống hô hấp, da, gây hiện tượng đau đầu, chóng mặt buồn nôn. Nồng độ NH3 cho phép trong không khí mỏ là 0,002%. + Khí Hydro (H2): Là khí không màu, không vị, về mặt sinh lý là một khí trơ, rất nhẹ - tỷ trọng so với không khí là 0,07, nhiệt độ gây cháy khoảng (100÷200)0C. H2 thường xuất hiện ở các mỏ than nâu, than gầy, mỏ muối Kali…ngoài ra còn do việc nạp ắc-quy và nổ mìn. Hàm lượng cho phép của H2 khoảng 0,5%. + Khí Mêtan (CH4): Mêtan là chất khí hay gặp và nguy hiểm nhất trong các mỏ than. Khí CH4 được tạo thành theo thời gian cùng quá trình hình thành tạo than. Mêtan là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 0,554. Mêtan không độc nhưng khi nồng độ của nó tăng lên sẽ làm giảm nồng độ oxi và gây nguy hiểm về cháy nổ khí. Vì là một khí nhẹ nên CH4 thường tập trung ở trần lò và rất 76
linh động, dễ dàng khuếch tán hơn không khí gấp 1,6 lần. Quá trình cháy của CH4 khi đủ oxi tạo thành khí CO2 (CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Qtỏa) và thiếu oxi sẽ tạo thành khí cực độc CO (CH4 + O2 = CO + H2 + H2O + Q’tỏa). Nổ khí Mêtan là một hiện tượng nổ lặp, nghĩa là sẽ nổ đi, nổ lại nhiều lần tại một vị trí. Khi nổ mêtan nhiệt độ không khí sẽ tăng lên rất cao (khoảng 1850÷26500C), đồng thời sinh ra sóng nổ phá hủy máy móc, thiết bị, khung giá chống lò dẫn đến làm sạt lở đất đá, sập đường lò hoặc có thể gây nổ bụi than. Hậu quả lớn nhất của nổ khí mêtan là hậu quả hóa học – một lượng rất lớn khí độc CO sẽ được sinh ra làm ngộ độc và tử vong bất kỳ một cơ thể sống nào nếu gặp phải luồng khí này đi qua. Qua các tài liệu thống kê về tác hại của các vụ nổ khí mêtan và bụi mỏ, người ta thấy rằng: khoảng 10% số nạn nhân chết là do tác dụng cơ học, 25% bị chết do tác dụng nhiệt và khoảng 65% bị chết do tác dụng hóa học. Để ngăn ngừa nổ khí mêtan thì thông gió là một phương pháp chủ yếu để hòa loãng nồng độ khí mêtan. Theo quy định an toàn: Nồng độ CH4 ở luồng gió chung đi ra của mỏ không quá 0,75%, ở lờ chợ không quá 0,5%, ở lò chuẩn bị trước khi nổ mìn không quá 1%... Như đã phân tích ở trên, bầu không khí mỏ có những tính chất lý, hóa khác không khí bình thường ngoài khí quyển, đặc biệt là không khí trong mỏ hầm lò có chứa nhiều tạp chất bẩn, độc hại và dễ bắt cháy. Vì vậy, để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình lao động thì phải có biện pháp hợp lý để loại trừ tối đa bầu không khí độc hại này và thay vào đó là nguồn không khí sạch tự nhiên cho các hầm lò. 3.1.1.2. Ảnh hưởng của sức hút tự nhiên trong đường lò mỏ Sức hút tự nhiên là những nguồn động lực tự nhiên gây nên sự dịch chuyển của không khí trong các đường lò mỏ. Năng lượng mà một đơn vị thể tích không khí nhận được từ các nguồn động lực tự nhiên được gọi là hạ áp của sức hút tự nhiên, ký hiệu he. Nguồn động lực chủ yếu gây nên sức hút tự nhiên là sự chênh lệch về trọng lượng riêng của không khí, ngoài ra còn có thể do gió hoặc mưa, nước ngầm. Sức hút tự nhiên trong mỏ có thể phát sinh trong trường hợp mỏ có hai hoặc nhiều giếng đứng hoặc lò nghiêng và trọng lượng riêng của không khí trong các đường lò là khác nhau. Chiều sâu của mỏ càng lớn thì sức hút tự nhiên càng lớn và ngược lại. Trước khi người ta chế tạo được máy quạt gió mỏ, sức hút tự nhiên là nguồn động lực duy nhất để thông gió mỏ. Ngày nay, luật an toàn nghiêm cấm thông gió mỏ chỉ dùng sức hút tự nhiên, bởi vì hướng và lưu lượng gió không ổn định và không đảm bảo được yêu cầu thông gió mỏ. Sức hút tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chệnh lệch nhiệt độ của các cột không khí, chiều sâu của mỏ, sự chênh lệch độ ẩm của không khí và khả năng trao đổi nhiệt giữa không khí và đất đá, khoáng sản. Quạt gió làm việc đồng thời với sức hút tự nhiên thì có thể coi như là hai quạt gió làm việc nối tiếp với nhau, chỉ có khác là đường đặc tính của sức hút tự nhiên là một đường thẳng song song với trục hoành, nghĩa là trị số của nó ở mọi chế độ đều bằng nhau. 77
Khi xây dựng đường đặc tính tổng cộng của máy quạt và sức hút tự nhiên, ta chỉ việc cộng tung độ của đường đặc tính quạt với cùng một trị số sức hút tự nhiên nếu hướng của sức hút tự nhiên cùng chiều với quạt gió hoặc trừ tung độ của đặc tính quạt với cùng trị số đó nếu hướng của sức hút tự nhiên ngược chiều với quạt gió. Đường đặc tính tổng cộng của quạt và sức hút tự nhiên được xác định như Hình 3-1. Khi quạt làm việc không có sức hút tự nhiên thì điểm làm việc là điểm M1 có lưu lượng Q1 và cột áp h1. Nếu sức hút tự nhiên có chiều trùng với chiều thông gió nhân tạo (do quạt tạo ra) thì nó có tác dụng tăng cường lượng gió cho mỏ. Lúc này sức hút tự nhiên mang dấu +he, điểm làm việc. a) b) Hình 3-1. Xác định đường đặc tính tổng cộng Như vậy, khi sức hút tự nhiên cùng chiều hoạt động của quạt thì nó hỗ trợ cho quạt làm việc, ngược lại nó sẽ cản trở hoạt động của quạt gió. 3.1.1.3. Hiện tượng rò gió (rò khí) trong mạng thông gió mỏ và ảnh hưởng của nó đến sự làm việc của quạt Rò gió là hiện tượng một lượng gió sạch bị mất đi qua các đường lò, các khe nứt đất đá hay qua các khoảng đã khai thác… làm giảm lượng gió sạch đưa vào thông gió cho các đường lò, giảm tác dụng của công tác thông gió, ảnh hưởng đến chế độ công tác và tuổi thọ của máy quạt gió. Rò gió có thể dẫn đến các nguy cơ của sự cố nguy hiểm xảy ra trong mỏ như: ngạt khí, ngộ độc khí, cháy nổ khí… Sự rò gió có thể là từ ngoài trời vào mạng dẫn (do khe hở của mỏ) khi thông gió hút hoặc sự rò khí ra ngoài trời khi thông gió đẩy. Rò gió có thể diễn ra với nhiều mức độ khác nhau, căn cứ vào phần trăm lượng gió rò so với lưu lượng của máy quạt gió người ta đánh giá công tác thông gió mỏ như: thông gió rất tốt khi lưu lượng gió rò Qrò ≤ 5%Qquạt, thông gió tốt khi Qrò =(5÷10]%Qquạt, thông gió trung bình khi Qrò =(10÷20]%Qquạt, thông gió kém khi Qrò =(20÷40]%Qquạt, thông gió rất kém khi Qrò > 40%Qquạt. Trong trường hợp này, ngoài mạng dẫn chính của mỏ (đường đặc tính số 1), còn có thêm đường đặc tính mạng dẫn rò khí (đường đặc tính số 2) nối song song nhau. Vì vậy, đặc tính mạng dẫn chung của mỏ lúc này là đường số 3 (Hình 3-2). Khi không có rò khí trong mỏ, điểm làm việc của quạt là điểm M1 với lưu lượng thông gió Q1, cột áp h1. Nhưng khi có rò gió thì điểm làm việc của quạt trong hệ thống mạng dẫn 78
bị dịch chuyển sang điểm M2 với lưu lượng gió Q2, cột áp h2. Nhận thấy lưu lượng gió mà quạt phải vận chuyển tăng lên (từ Q1 lên Q2), tuy nhiên lưu lượng thông gió thực tế có ích (Q3) cho mỏ lại giảm đi (so với trường hợp không có rò gió), vì phải kể đến lượng gió bị rò rỉ (Qr) nhưng công suất tiêu thụ của quạt lại tăng lên. Q3 = Q2 − Qr (3- 1) Hình 3-2. Ảnh hưởng của sự rò gió đến công tác thông gió Vì vậy, hiện tượng rò gió ra hoặc vào mỏ đều gây bất lợi cho công tác thông gió nên cần phải có những biện pháp khắc phục triệt để, nhằm mang lại hiệu quả cao hơn cho công tác thông gió mỏ. 3.1.1.4. Hiện tượng thay đổi sức cản trong mạng thông gió mỏ Tính chất mạng thông gió mỏ luôn có sự thay đổi do sự thay đổi của tiết diện, hình dạng, chiều dài, chiều sâu của mỏ; Số lượng, hình dạng, kích thước các thiết bị, nguyên vật liệu nằm hoặc di chuyển trong hệ thống đường lò mỏ… Sự thay đổi đó có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác thông gió mỏ. Để đánh giá khả năng thông gió của một mỏ hầm lò hay chỉ một đường lò là tốt hay chưa tốt ngoài trị số sức cản mạng dẫn (R), người ta còn sử dụng một thông số khác gọi là “lỗ tương đương”. Lỗ tương đương là một lỗ tưởng tượng hình tròn nằm trên một thành chắn có chiều dầy vô cùng nhỏ, lưu lượng gió đi qua nó bằng lưu lượng gió đi qua mỏ và độ chênh áp suất hai bên thành chắn bằng hạ áp của mỏ. Diện tích của lỗ tương đương ký hiệu Amd (m2). Quan hệ giữa lưu lượng, diện tích lỗ tương đương và hạ áp của mỏ được xác định theo công thức: 0,38Q 0,38Q Amd = = , (m2) (3- 2) h hq  he trong đó: Q - lưu lượng gió qua lỗ tương đương, (m3/s); h - hạ áp suất của mỏ, (mmH20); hq - hạ áp do máy quạt gió tạo ra, (mmH20); 79
he - hạ áp do sức hút tự nhiên tạo ra, (mmH20). Nếu mỏ không có sức hút tự nhiêu thì thay he =0 vào công thức (3-2); dấu “+” hay “-” dùng khi hạ áp cùng chiều hay ngược chiều với quạt gió. Căn cứ vào giá trị của Amd để đánh giá tình trạng thông gió của mỏ: nếu Amd < 1 mỏ thông gió khó, nếu Amd = [1÷2) mỏ thông gió trung bình, nếu Amd > 2 mỏ thông gió dễ. Khi lưu lượng không khí tiêu thụ (Q) là như nhau nhưng lỗ tương đương có sự thay đổi thì hạ áp của mỏ (h), công suất tiêu thụ của quạt (N) cũng thay đổi theo: 2  Amd 2  h1 N1 (3- 3)   = =  Amd 1  h2 N 2 Như vậy, khi Amd tăng thì tính kinh tế của công tác thông gió mỏ tăng theo (do Amd tỷ lệ nghịch với công suất tiêu thụ của quạt N) và ngược lại. Khi Amd thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nó tỷ lệ nghịch với trị số sức cản trong thông gió mỏ. Trong thực tế trị số Amd dao động trong phạm vi tương đối rộng và xảy ra thường xuyên nên chế độ thông gió mỏ không hoàn toàn ổn định. 3.1.2. Phân loại thiết bị thông gió và những yêu cầu đối với trạm quạt 3.1.2.1. Phân loại thiết bị thông gió Phần tử chính của thiết bị thông gió là máy quạt gió. Vì vậy, việc phân loại thiết bị thông gió cũng là phân loại máy quạt gió. Có nhiều cách thức phân loại máy quạt gió tùy theo chức năng, phạm vi hoạt động, cấu tạo, nguyên lý hoạt động,… Sau đây, là một số cách thức phân loại thiết bị thông gió phổ biến: a) Phân loại theo chức năng của thiết bị thông gió, gồm ba loại sau: + Thiết bị thông gió chính: được đặt ở trên mặt đất, gần miệng giếng được bịt kín, bảo đảm thông gió cho toàn bộ các khu vực của mỏ; + Thiết bị thông gió phụ: được đặt trên mặt đất nhưng chỉ thông gió cho một đến ba gương lò khai thác. Đây là thiết bị thông gió kết hợp với thiết bị thông gió chính ở từng thời kỳ khai thác của mỏ. + Thiết bị thông gió cục bộ: Dùng để thông gió cho các gương lò cụt, thông thường là các đường lò chuẩn bị b) Phân loại theo nguyên tắc làm việc, gồm các loại sau: + Máy quạt gió hướng trục: Là loại quạt có hướng gió vào và hướng gió ra khỏi bánh công tác của quạt đồng phương với trục quạt. Quạt hướng trục có các loại một cấp hoặc hai cấp. Ưu điểm của loại quạt này là hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi lưu lượng gió cung cấp vào mỏ, nên hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các mỏ Than của Việt Nam; Tuy nhiên nhược điểm chính của loại quạt này là tiếng ồn lớn, cấu tạo phức tạp, bảo quản và sửa chữa khó khăn. + Máy quạt gió ly tâm: Là loại quạt có hướng gió ra khỏi bánh công tác vuông góc với trục quạt. Quạt ly tâm có các loại một hoặc hai mặt hút. Ưu nhược điểm của loại quạt này ngược với máy quạt gió hướng trục. 80
c) Phân loại theo cấu tạo, gồm các loại sau: + Máy quạt gió có một miệng hút và máy quạt gió có hai miệng hút; + Máy quạt gió một cấp hay máy quạt gió nhiều cấp (nhiều bánh công tác). d) Căn cứ vào áp suất do quạt tạo ra gồm các loại sau: - Máy quạt có áp suất thấp đến 1000 N/m2 (100 mm H20); - Quạt trung áp đến 3000 N/m2 (300 mm H20); - Quạt cao áp đến 10000 N/m2 (1000 mm H20). e) Căn cứ vào tốc độ quay của máy quạt, gồm các loại: - Quạt quay chậm: n = 100 ÷ 200 (vòng/ phút); - Quạt quay vừa: n = 200 ÷ 600 (vòng/ phút); - Quạt quay nhanh: n = 600 ÷ 1200 (vòng/ phút); - Quạt quay đặc biệt nhanh: n = 1200 ÷ 4000 (vòng/ phút); 3.1.2.2. Những yêu cầu với trạm quạt Trong quá trình khai thác khoáng sản, chiều dài, chiều sâu các đường lò ngày một tăng thêm, kèm theo đó là sự cơ giới hoá quá trình khai thác ngày một phát triển. Do đó, nồng độ bụi ở các gương lò, sự xuât hiện khí Mêtan và nhiệt độ không khí cũng tăng lên. Vì vậy, cần phải tăng cường độ tin cậy của công tác thông gió mỏ, muốn vậy máy quạt và các thiết bị thông gió phải đáp ứng được các nhu cầu đặt ra như sau: 1/. Thiết bị thông gió phải được đặt trên mặt đất, gần miệng giếng được bịt kín và nối với quạt bằng lò liên kết. Ở những mỏ có khí bụi nổ phải thông gió hút, nếu thông gió đẩy phải được cơ quan an toàn cho phép. 2/. Đối với mỏ nguy hiểm về khí bụi nổ, thiết bị thông gió phải bảo đảm được hạ áp cần thiết và có hệ số dự trữ lưu lượng khoảng 20%. 3/. Trạm quạt thông gió chính cần có hai quạt cùng loại để thay nhau làm việc, đảm bảo cho thông gió liên tục. Hoặc với các mỏ nhỏ, không có khí bụi nổ, có thể dùng một quạt nhưng phải có hai động cơ. 4/. Thiết bị thông gió phải đảm bảo cung cấp không khí cần thiết một cách liên tục và ổn định trong thời gian dài (thường trên 15 năm) và phải đảm bảo hiệu quả kinh tế (hiệu suất tối thiểu của thiết bị là 0,6) 5/. Thiết bị thông gió phải được trang bị cơ cấu điều chỉnh chế độ làm việc thuận lợi và ổn định trong suốt quá trình làm việc. 6/. Thiết bị thông gió cần phải được trang bị cơ cấu đổi chiều gió, sao cho vừa đảm bảo đựơc thời gian và lưu lượng gió sạch theo đúng yêu cầu an toàn khi thực hiện đảo chiều thông gió. Cơ cấu đảo chiều thông gió phải đảm bảo cho sự rò khí ở mức thấp nhất (nhỏ hơn 5% lưu lượng tính toán của quạt). 81
7/. Ghép song song hay nối tiếp các máy quạt gió cùng làm việc phải thực hiện theo thiết kế đã có trước, phải đảm bảo tính kinh tế, ổn định và an toàn cho quạt và các thiết bị thông gió. Việc điều chỉnh chúng phải ở chế độ được tính toán trước và theo phương pháp điều chỉnh tự động. 8/. Thiết bị thông gió đặt trên giếng có trục tải thùng skíp, cần phải có đường dẫn gió độc lập để hạn chế bụi than và có cơ cấu định kỳ làm sạch thiết bị khỏi bụi than. 9/. Để đảm bảo thiết bị thông gió làm việc ổn định, an toàn và liên tục cần có các thiết bị đo lường, giám sát thường xuyên trong suốt quá trình làm việc, đồng thời phải có các thiết bị báo tín hiệu về phòng chức năng, thiết bị tự động cắt máy quạt sự cố và đóng quạt dự phòng. 10/. Mỗi trạm quạt phải được cung cấp bằng hai đường dây điện độc lập từ hai nguồn khác nhau, để đảm bảo cho quạt được cung cấp điện liên tục 24/24h hoặc cho phép mất điện nhưng thời gian mất điện bằng thời gian đóng nguồn dự phòng. 11/. Nhà trạm của thiết bị thông gió phải đảm bảo tiện nghi, đủ ánh sáng và có các thiết bị phòng chống cháy nổ. 12/. Việc tính chọn, sử dụng vận hành và bảo quản thiết bị thông gió cần phải được tuân theo luật an toàn mỏ. 3.2. Phân tích sự làm việc của máy quạt gió trong mạng thông gió mỏ Cũng giống như ở đường ống dẫn nước của máy bơm, để nghiên cứu sự chuyển động của dòng chất khí trong mạng dẫn của thiết bị thông gió mỏ, ta áp dụng phương trình Béc-nu-li để thành lập phương trình chuyển động của dòng chảy. Trước hết ta phải đưa ra các giả thiết lý tưởng sau đây: - Dòng chảy là ổn định, nghĩa là áp suất và tốc độ ở mỗi điểm bất kỳ tại một tiết diện của dòng chảy là không thay đổi theo thời gian; - Không khí không bị nén ép, nghĩa là khối lượng riêng (mật độ)  = const . Quạt gió có thể làm việc trong trường hợp thông gió hút hoặc thông gió đẩy. Để tiện cho việc nghiên cứu chung, sau đây nghiên cứu trường hợp quạt đặt trong mạng dẫn vừa thông gió hút vừa thông gió đẩy (Hình 3-3) Hình 3-3. Sơ đồ quạt gió làm việc trong mạng dẫn Gọi mặt cắt ướt (1-1) cách miệng hút của quạt đủ lớn để vận tốc gió tại đó rất nhỏ nên có thể coi c1 = 0; Mặt cắt ướt (2-2) cắt ngang qua miệng hút của quạt; Mặt cắt ướt (3-3) cắt ngang qua miệng đẩy của quạt; Mặt cắt ướt (4-4) cắt ngang qua cuối ống đẩy và mặt chuẩn là mặt phẳng nằm ngang đi qua đường tâm của hệ thống. Áp dụng 82
phương trình Béc-nu-li cho ba đoạn dòng chất khí nằm giữa các mặt cắt trên (mặt chuẩn trùng với mặt phẳng nằm ngang đi qua đường tâm quạt): - Đoạn dòng chất lỏng giữa hai mặt cắt (1-1) và (2-2): p1 c12 p c2 + = 2 + 2 + ph (3- 4)  2g  2g - Đoạn dòng chất lỏng giữa hai mặt cắt (2-2) và (3-3): p2 c22 p c2 + = 3 + 3 − pq (3- 5)  2g  2g - Đoạn dòng chất lỏng giữa hai mặt cắt (3-3) và (4-4): p3 c32 p c2 + = 4 + 4 + pđ (3- 6)  2g  2g trong đó: p1, p2, p3, p4 và c1, c2, c3, c4 – là áp suất tuyệt đối và vận tốc tuyệt đối của dòng không khí tại các mặt cắt ướt tương ứng; pq – áp suất toàn phần do quạt sinh ra, cũng là năng lượng toàn phần mà 1m3 không khí nhận được từ máy quạt gió; ph , pđ - tổn thất áp suất trong đường ống hút và ống đẩy. Từ các phương trình (3-4), (3-5), (3-6) kết hợp với p1 = p4 =pa, v1 = 0 ta được: c42 pq = ph + pđ + (3- 7) 2g Nhận xét: - Từ phương trình (3-9) ta thấy rằng: áp suất toàn phần do quạt sinh ra hoàn toàn tiêu phí để khắc phục sức cản trên đường ống hút, ống đẩy và tạo ra áp suất động ở vị trí đi ra của mạng dẫn. Trong đó, tổng ph + pđ = pt là thành phần áp suất tĩnh của quạt dùng để khắc phục toàn bộ sức cản của mạng dẫn; Thành phần áp suất động c42 sẽ bị mất đi sau khi ra khỏi mạng dẫn. Như vậy, thành phần áp suất tĩnh của quạt là 2g có ích vì nó dùng để khắc phục toàn bộ sức cản của mạng dẫn để dòng không khí di chuyển, về giá trị của nó bằng hạ áp chung h của mỏ. - Trị số của áp suất toàn phần do quạt sinh ra không phụ thuộc vào vị trí đặt quạt trong mạng dẫn và nó hoàn toàn như nhau khi thông gió hút hoặc thông gió đẩy. - Ngoài thành phần áp suất của quạt, còn có các thông số quan trọng khác để đánh giá chỉ tiêu làm việc của nó, đó là hiệu suất và công suất của quạt. 83
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 Câu 1. Hãy trình bầy những đặc điểm cơ bản của không khí mỏ và vai trò của công tác thông gió mỏ? Câu 2. Hãy cho biết nồng độ giới hạn cho phép theo quy định an toàn đối với các khí độc và khí cháy nổ trong mỏ hầm lò? Câu 3. Sức hút tự nhiên là gì? Sức hút tự nhiên phụ thuộc vào những yếu tố nào? Phân tích ảnh hưởng của sức hút tự nhiên trong đường lò mỏ? Câu 4. Rò gió trong mỏ là gì? Phân tích ảnh hưởng của hiện tượng rò gió tới sự làm việc của máy quạt gió? Câu 5. Nguyên nhân thay đổi sức cản trong mạng thông gió mỏ là gì? Hãy cho biết “Lỗ tương đương” trong mỏ là gì và ứng dụng của nó? Câu 6. Hãy trình bầy các cách phân loại thiết bị thông gió mỏ? Câu 7. Hãy phân tích sự làm việc của máy quạt gió trong mạng thông gió mỏ? Câu 8. Hãy phân tích những yêu cầu đối với trạm quạt gió mỏ? Câu 9*. Hãy nêu những điều kiện cần và đủ để xảy ra cháy, nổ khí mê-tan (CH4) trong hầm lò khai thác than? Từ đó suy nghĩ các biện pháp phòng chống cháy nổ khí mê- tan? Câu 10*. Hãy cho biết cơ chế gây ngộ độc khí cacbon oxit (CO)? Từ đó giải thích các trường hợp: - Khi phát hiện có hỏa hoạn trong hầm lò, ngay lập tức phải sử dụng mặt lạ phòng độc khí CO va bình tự cứu để thở; - Không được đốt bếp than để sưởi ấm trong phòng kín; - Không được ngồi lâu trong ô tô có nổ máy, bật điều hòa khi ở trong ga ra, hầm để xe. 84
Chương 4 ĐIỀU CHỈNH QUẠT GIÓ MỎ 4.1. Cơ sở của việc điều chỉnh quạt gió mỏ Trong quá trình khai thác mỏ, các thông số mạng dẫn gió thường xuyên thay đổi có thể do các nguyên nhân như: Do mạng đường lò mỏ nối dài thêm hoặc các đường lò bị móp méo, biến dạng, làm tăng sức cản toàn mỏ; Do mở thêm lò chợ hoạt động đồng thời nên lưu lượng gió yêu cầu tăng lên; Do sức cản trong các nhánh lò chợ thay đổi dẫn đến việc phân phối gió vào các nhánh lò cũng thay đổi theo hoặc do sản lượng khai thác của lò chợ thay đổi do kế hoạch sản xuất của mỏ; Do độ xuất khí độc hại ở trong mỏ luôn thay đổi…Do vậy, khi mỏ đã đi vào sản xuất (hoạt động) một thời gian qua kiểm tra lưu lượng gió tại các hộ tiêu thụ gió có thể thấy những hiện tượng sau xảy ra: Lưu lượng thực tế trong các hộ tiêu thụ gió sạch đều nhỏ hơn lưu lượng yêu cầu; Lưu lượng thực tế của một số lò chợ lớn hơn lưu lượng gió yêu cầu còn một số lò chợ khác lại có lưu lượng nhỏ hơn lưu lượng gió yêu cầu. Ngoài các nguyên nhân kể trên, sự thay đổi của các thông số mạng dẫn gió còn phụ thuộc vào phương pháp khai thác của từng mỏ. Cụ thể, với mỏ khai thác bằng phương pháp khấu giật thì thời kỳ đầu của quá trình khai thác chiều dài đường lò lớn nhất nên sức cản trong mạng thông gió lớn nhất và càng về cuối quá trình khai thác đường lò càng ngắn lại, sức cản trong mạng thông gió do đó cũng giảm. Ngược lại, với những mỏ sử dụng phương pháp khai thác khấu đuổi, thì thời kỳ đầu của quá trình khai thác chiều dài đường lò là ngắn nhất nên sức cản trong mạng thông gió nhỏ nhất và càng về cuối quá trình khai thác đường lò càng dài thêm nên sức cản trong mạng thông gió do đó cũng tăng lên. Do đó, nếu không điều chỉnh máy quạt gió mỏ thì sẽ có những thời điểm máy quạt gió sẽ cung cấp thừa hoặc thiếu gió sạch cho mỏ. Vì vậy, cần thiết phải điều chỉnh chế độ làm việc của quạt trong hệ thống thông gió cho phù hợp, kịp thời với yêu cầu thông gió của các hộ tiêu thụ gió sạch trong mỏ theo từng giai đoạn và phương pháp khai thác. Cơ sở của việc điều chỉnh quạt gió mỏ có thể quy về các trường hợp cơ bản như sau: - Lỗ tương đương của mạng dẫn không đổi (Amd = const), thay đổi lưu lượng của quạt (Qq = var); - Lỗ tương đương của mạng dẫn thay đổi (Amd = var), lưu lượng của quạt gió không đổi (Qq = const); - Lỗ tương đương của mạng dẫn thay đổi (Amd = var) và lưu lượng của quạt cũng thay đổi (Qq = var). 4.2. Phương pháp điều chỉnh quạt gió mỏ 4.2.1. Điều chỉnh quạt bằng cách thay đổi tốc độ quay của quạt Khi tốc độ quay của quạt (n) thay đổi, thì sự thay đổi của các các thông số lưu lượng (Q), áp suất (p), công suất (N) cũng thay đổi tương ứng tỷ lệ bậc một, bậc hai và bậc ba với sự thay đổi tốc độ đó. 85
2 3 Q1 n1 p1  n1  N1  n1  (4- 1) = ; =  ; =  Q2 n2 p2  n2  N 2  n2  trong đó: Q1, p1, N1 - lần lượt là lưu lượng, áp suất và công suất của quạt ở tốc độ quay n1; Q2, p2, N2 - lần lượt là lưu lượng, áp suất và công suất của quạt ở tốc độ quay n2. Để điều chỉnh tốc độ quay của trục máy quạt gió, người ta có thể dùng một trong các phương pháp sau: 4.2.1.1. Thay thế động cơ điện có công suất và tốc độ quay lớn hơn so với động cơ cũ Tăng tốc độ quay của quạt dẫn đến sự gia tăng giá trị của các thông số làm việc khác như: lưu lượng, áp suất, công suất bằng cách thay mới động cơ có tốc độ quay lớn hơn so với động cơ cũ. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng không kinh tế, vì nếu sử dụng phương pháp này thì phải có nhiều động cơ dự trữ để thay thế trong nhiều thời điểm suốt quá trình làm việc lâu dài của quạt. Mặt khác, thời gian để điều chỉnh quạt kéo dài đồng nghĩa với thời gian quạt tạm dừng làm việc lâu, làm ảnh hưởng đến an toàn thông gió mỏ. Để xác định các thông số làm việc mới của quạt khi điều chỉnh ta có thể sử dụng các công thức định luật tỷ lệ. 4.2.1.2. Dùng truyền động điện điều khiển tốc độ động cơ quạt Dùng động cơ điện nhiều tốc độ hoặc dùng hệ thống điều chỉnh máy phát - động cơ hoặc dùng biến tần điều khiển động cơ. Trong nhóm các phương pháp này mỗi phương pháp sẽ có những ưu, nhược điểm riêng nhưng nhìn chung có thể nói rằng: thời gian điều chỉnh ngắn, độ chính xác cao, có khả năng tự động hóa cao, không phải dừng quạt khi điều chỉnh nhưng có thể gây lãng phí năng lượng vô ích trong quá trình điều khiển, hệ thống phức tạp, độ an toàn về phương diện cháy nổ thấp, chi phí đầu tư cao. 4.2.1.3. Dùng hộp số có nhiều cấp tốc độ khác nhau Nhược điểm của phương pháp này là: dải điều chỉnh hẹp, điều chỉnh không trơn mà có cấp, kích thước cồng kềnh, khối lượng lớn, khả năng tự động hóa thấp... 4.2.1.4. Dùng khớp nối thủy lực Phương pháp này thay đổi được tốc độ quay của quạt nhưng không cần thay đổi tốc độ quay của động cơ điện truyền động cho quạt, thay đổi tốc độ đều đặn vô cấp, dải điều chỉnh rộng, êm dịu, độ ổn định cao, tuy nhiên giá thành đắt. 4.2.2. Các phương pháp điều chỉnh không thay đổi tốc độ quay của quạt 4.2.2.1. Điều chỉnh độ mở của cửa chắn gió Người ta điều chỉnh độ mở của cửa chắn gió nhằm điều tiết lưu lượng và sức cản của mạng dẫn, dẫn đến thay đổi lưu lượng, áp suất và tốc độ dòng không khí chuyển động đi vào trong mạng thông gió mỏ, trong khi đó công suất tiêu thụ của quạt gió vẫn không thay đổi. Phương pháp này đơn giản nhưng không kinh tế, vì nó làm tăng tổn thất áp suất trong hệ thống thông gió. 86
4.2.2.2. Thay đổi số cánh dẫn trên bánh công tác của máy quạt hoặc thay bánh công tác khác Quá trình điều chỉnh quạt khi sử dụng phương pháp này rất phức tạp, thời gian điều chỉnh kéo dài, phải dừng quạt khi điều chỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất của quạt hoặc phải có nhiều bánh công tác dự trữ gây tốn kém về mặt kinh tế... do đó ít dùng trong thực tế. 4.2.2.3. Thay đổi góc lắp cánh trên bánh công tác Góc lắp cánh trên bánh công tác hay còn gọi là góc định vị cánh quạt. Với các máy quạt gió chính thì góc lắp cánh có thể thay đổi được để thay đổi năng suất của quạt, thậm chí còn dùng để đổi chiều gió với các máy quạt hướng trục. Thời gian đầu của quá trình khai thác sức cản trong mạng thông gió của mỏ là R, thì đường đặc tính sức cản của mỏ là RQ2 và quạt làm việc ở góc lắp cánh θ1, thì điểm làm việc là điểm M1 tạo ra một lưu lượng gió Q1 > Qyc. Sau một thời gian khai thác, giả sử sức cản trong mạng thông gió mỏ thay đổi tăng từ R đến R’, đường đặc tính sức cản của mạng thông gió mỏ lúc này là R’Q2, điểm làm việc của quạt trong mạng dẫn lúc này là điểm M2, quạt tạo ra lưu lượng gió Q2 < Qyc (Hình 4-1) Nhận thấy lưu lượng gió (Q2) nhỏ hơn lưu lượng gió yêu cầu của mỏ (Qyc) Hình 4-1. Điểm làm việc của quạt khi thay nên cần phải điều chỉnh bằng cách thay đổi góc lắp cánh trên bánh công tác đổi góc lắp cánh của cánh dẫn trên bánh công tác từ θ1 đến θ2 sao cho khi quạt làm việc ứng với điểm M3, tạo ra lưu lượng thực tế (Q3) lớn hơn lưu lượng yêu cầu (Qyc). Vị trí các góc lắp cánh trên bánh công tác đã được thiết kế và đánh dấu sẵn từ θmin đến θmax. Vì vậy, khi xác định góc lắp cánh mới của cánh dẫn mà không trùng khớp với các góc lắp cánh chuẩn đã được xác định trước, thì phải chọn góc lắp cánh lớn hơn, gần nhất so với góc lắp cánh tính toán. Việc xoay các cánh dẫn đến vị trí góc lắp cánh mới khi điều chỉnh quạt, thường phải tạm dừng quạt và xoay từng chiếc cánh (phương pháp thủ công) hoặc với một số quạt hiện đại, thì có thể quay đồng thời các cánh dẫn bằng cơ cấu liên động cơ - điện đặc biệt (phương pháp tự động cơ khí hóa). Phương pháp điều chỉnh đơn giản, rất kinh tế, không cần phải thay đổi tốc độ quay của động cơ máy quạt, hiệu suất quạt sau điều chỉnh cao, tổn thất năng lượng khi điều chỉnh nhỏ... Tuy nhiên, dải điều chỉnh hẹp, điều chỉnh có cấp bậc, thường phải dừng quạt khi điều chỉnh, đặc biệt với các máy quạt phải điều chỉnh thủ công thì thời gian điều chỉnh kéo dài. 87
4.2.2.4. Thay đổi góc lắp cánh của bộ phận dẫn hướng vào Ở một số máy quạt hướng trục và quạt ly tâm có bộ phận dẫn hướng vào, mà cấu tạo các cánh dẫn của bộ phận này có thể xoay được một cách đồng thời nhờ cơ cấu liên động cơ - điện chuyên dùng. Khi các cánh dẫn xoay, làm thay đổi góc của cánh dẫn hướng θHV (Hình 4-2). Không khí trước khi vào bánh công tác số 1 phải đi qua bộ phận dẫn hướng vào số 7. Do tác dụng của các cánh dẫn hướng, dòng không khí sẽ bị lệch phương, chiều khi vào bánh công tác. Do đó, phương chiều và trị số của thành phần vận tốc thực tế của dòng không khí qua bánh công tác CQ, áp suất của quạt, đường đặc tính làm việc của quạt cũng thay đổi theo, do vậy chế độ làm việc của quạt cũng thay đổi. A-A 3 7 A CQ 1 D d 2 HV HR 6 CQ A 4 7 1 2 8 Hình 4-2. Bộ phận dẫn hướng gió vào quạt hướng trục Quá trình xoay các cánh dẫn hướng vào sẽ làm thay đổi vận tốc thực tế dòng không khí qua bánh công tác, làm tăng tổn thất áp suất trong quạt và làm cho hiệu suất của quạt giảm đi. Tuy nhiên, phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện tự động hóa việc điều chỉnh thiết bị thông gió, thời gian điều chỉnh ngắn, ít tốn kém về kinh tế. 4.2.2.5. Phương pháp liên hợp quạt nối tiếp Mục đích: Khi một máy quạt làm việc riêng lẻ mà không đảm bảo được hạ áp và lưu lượng gió sạch như yêu cầu, thì người ta sẽ sử dụng hai hay nhiều máy quạt cùng làm việc liên hợp nối tiếp với nhau. Sơ đồ ghép hai quạt nối tiếp: Là kiểu ghép mà miệng đẩy của máy quạt gió này được nối trực tiếp với miệng hút của quạt gió kia (Hình 4-3a) hoặc được nối với miệng hút của quạt kia thông qua một đoạn đường lò (Hình 4-3b). 88
Q1 Q2 Q1 Q2 a) b) Hình 4-3. Sơ đồ hai máy quạt gió ghép nối tiếp Điều kiện để hai máy quạt ghép nối tiếp cùng làm việc: Hai máy quạt phải hoàn toàn giống hệt nhau hoặc nếu khác loại thì lưu lượng của hai quạt phải bằng nhau. Q1 = Q 2 (4- 2) Đặc tính của bộ quạt liên hợp nối tiếp: Về mặt lý thuyết hạ áp của bộ quạt liên hợp bằng tổng hạ áp của hai máy quạt tạo ra; lưu lượng của bộ quạt liên hợp bằng lưu lượng hai quạt khi làm việc riêng rẽ. hlh = h1 + h2 (4- 3) Qlh = Q1 = Q 2 (4- 4) Để thành lập đường đặc tính của hai quạt liên hợp nối tiếp, ta chỉ việc cộng tung độ (theo phương cột áp) đặc tính của hai quạt (Hình 4-4). Nhìn vào đặc tính Hình 4-4, h (mmH2 0) ta thấy rằng: Khi sức cản trong mạng thông gió mỏ là R thì đường R'Q 2 đặc tính mạng dẫn gió là RQ2, khi M3 hlh RQ 2 đó nếu vận hành riêng lẻ quạt 1 hoặc quạt 2, thì đều đảm bảo áp suất và h yc lưu lượng yêu cầu của mạng dẫn. M2 h2 Tuy nhiên, khi sức cản của mạng h lh = f(Q) dẫn tăng lên từ R đến R,’ thì đặc tính h1 M1 mạng dẫn lúc này là R’Q2. Nếu để quạt số 1 hoặc quạt số 2 làm việc hq2 = f(Q) riêng lẻ, thì đều không đáp ứng được yêu cầu mạng thông gió, do hq1 = f(Q) lưu lượng và cột áp hai quạt tạo ra khi làm việc riêng lẻ đều nhỏ hơn 0 Q1 Q2 Qyc Q3 Q(m3/s) yêu cầu của mạng dẫn (Q1 < Q2 < Qyc, h1 < h2 < hyc). Khi đó, nếu ta Hình 4-4. Đặc tính hai quạt liên hợp nối tiếp ghép hai quạt số 1 và số 2 nối tiếp 89
nhau cùng làm việc sẽ cho đường đặc tính hai quạt liên hợp là hlh = f(Q), điểm làm việc lúc đó là điểm M3, có lưu lượng gió là Q3 > Qyc, cột áp là hlh > hyc thỏa mãn yêu cầu mạng thông gió. Ưu điểm của phương pháp ghép liên hợp hai quạt nối tiếp là: đáp ứng được yêu cầu thực tế của công tác thông gió mỏ, tận dụng được quạt cũ thừa... Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là: quạt ghép nối tiếp phải thỏa mãn điều kiện liên hợp nối tiếp, thời gian thi công kéo dài, hiệu suất làm việc của bộ quạt nối tiếp thường thấp... Chú ý: Nếu hai quạt ghép liên hợp nối tiếp không đảm bảo điều kiện ghép liên hợp nối tiếp, thì quạt có năng suất nhỏ sẽ là vật cản quạt có năng suất lớn, khi đó hiệu suất chung của bộ quạt nối tiếp sẽ rất thấp, không có lợi về mặt kinh tế. 4.2.2.6. Phương pháp liên hợp quạt song song Mục đích: Khi một máy quạt làm việc riêng lẻ mà không đảm bảo được lưu lượng gió như yêu cầu, thì người ta sẽ sử dụng hai hay nhiều máy quạt cùng làm việc liên hợp song song với nhau. Sơ đồ ghép hai quạt song song cùng làm việc: Là kiểu ghép mà các miệng đẩy hoặc miệng hút của các máy quạt gió cùng nối với một điểm một cách trực tiếp (Hình 4-5a) hoặc thông qua một đoạn đường lò (Hình 4-5b). Q1 Q2 Q1 Q2 a) b) Hình 4-5. Sơ đồ hai máy quạt gió ghép song song Điều kiện để hai máy quạt ghép song song cùng làm việc: Hai máy quạt phải hoàn toàn giống hệt nhau hoặc nếu khác loại thì cột áp của hai quạt phải bằng nhau. hq1 = hq2 (4- 5) Đặc tính của bộ quạt liên hợp song song: Về mặt lý thuyết, thì lưu lượng của bộ quạt liên hợp song song bằng tổng lưu lượng của hai máy quạt tạo ra còn cột áp của bộ quạt liên hợp bằng cột áp hai quạt khi làm việc riêng rẽ. Qlh = Q1 + Q2 (4- 6) hlh = h1 = h 2 (4- 7) Để thành lập đường đặc tính của hai quạt liên hợp song song, ta chỉ việc cộng hoành độ (theo phương lưu lượng) đặc tính của hai quạt (Hình 4-6). 90
h (mmH2 0) RQ 2 h lh = f(Q) hq2 = f(Q) M hq1 = f(Q) M2 M1 0 Q1 Q2 Qyc Q Q(m3/s) Hình 4-6. Đặc tính hai quạt làm việc liên hợp song song Nội dung phương pháp điều chỉnh: Giả sử quạt số 2 đang làm việc trong mạng dẫn với đặc tính hq2 = f(Q), điểm làm việc là điểm M2, lưu lượng quạt tạo ra là Q2. Do sản lượng khai thác của mỏ tăng lên, do đó lưu lượng gió yêu cầu cũng tăng theo (Qyc > Q2), khi đó nếu chỉ dùng riêng quạt số 2 làm việc thì không đáp ứng được yêu cầu an toàn thông gió cho mỏ. Do vậy, người ta ghép liên hợp hai máy quạt số 1 và số 2 cùng làm việc song song với nhau, đặc tính của bộ hai quạt ghép song song là hlh = f(Q), điểm làm việc lúc này là điểm M, lưu lượng gió sinh ra là Q > Qyc. Ưu điểm của phương pháp ghép liên hợp hai quạt song song là: đáp ứng được yêu cầu thực tế của công tác thông gió mỏ, tận dụng được quạt cũ thừa... Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là: quạt ghép song song phải thỏa mãn điều kiện liên hợp song song, tính toán thi công phức tạp, hiệu suất làm việc của bộ quạt nối tiếp thấp... Để hiệu suất của hai quạt liên hợp song song không quá thấp nên sử dụng các máy quạt cùng chủng loại, cùng công suất (giống hệt nhau). 91
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 4 Câu 1. Tại sao phải điều chỉnh máy quạt gió mỏ? Hãy phân tích các trường hợp cơ bản để làm cơ sở điều chỉnh máy quạt gió mỏ? Câu 2. Trình bầy nội dung và ưu nhược điểm các phương pháp điều chỉnh máy quạt gió mỏ bằng cách thay đổi tốc độ quay của máy quạt? Câu 3. Trình bầy nội dung và ưu nhược điểm các phương pháp điều chỉnh máy quạt gió mỏ mà không thay đổi tốc độ quay của máy quạt? Câu 4. Hãy phân tích mục đích, điều kiện, phương trình và cách xây dựng đường đặc tính liên hợp khi ghép hai máy quạt gió làm việc nối tiếp? Câu 5. Hãy phân tích mục đích, điều kiện, phương trình và cách xây dựng đường đặc tính liên hợp khi ghép hai máy quạt gió làm việc song song? Câu 6. Máy quạt gió вод-18 là máy quạt gió dùng để thông gió chính cho các mỏ hầm lò có khí, bụi ăn mòn. Lưu lượng và cột áp của máy quạt tạo ra lần lượt là là 80 m3/s và 450 mmH20, ở tốc độ quay 1000 v/ph. Khi yêu cầu lưu lượng gió, cột áp trong mỏ tăng lên, người ta thay mới động cơ truyền động cho máy quạt có tốc độ 1875 v/ph. Tính lưu lượng gió, cột áp của quạt tạo ra sau khi thay mới động cơ. Câu 7. Hãy tính công suất máy quạt và công suất động cơ truyền động cho máy quạt gió dùng thông gió hút cho mỏ hầm lò, biết: lưu lượng của quạt là 80 m3/s, cột áp của máy quạt tạo ra là 450 mmH20, tốc độ quay 1000 v/ph, khối lượng riêng của không khí là 1,3kg/m3, hiệu suất của quạt ηQ = 0,9, ηck = 0,95, ηtl = 0,85, g = 9,81m/s2, hệ số dự trữ công suất của động cơ k = 1,5. 92
Chương 5 THIẾT BỊ THÔNG GIÓ MỎ 5.1. Quạt ly tâm dùng để thông gió chính 5.1.1. Cấu trúc và nguyên lý làm việc cơ bản của máy quạt gió ly tâm Quạt gió ly tâm được dùng để vận chuyển chất khí và tạo nên áp suất toàn phần không quá 1500 kG/m2 (khi khối lượng riêng của không khí là ρ = 1,2kg/m3) và có hệ số tăng áp ε < 1,15. Do áp suất nhỏ như vậy nên sự nén không khí không ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của máy quạt và tính bị nén của không khí có thể bỏ qua, nghĩa là coi khí như chất lỏng. Bởi vậy các cơ sở lý thuyết, các thông số cơ bản và mọi tính toán đối với máy bơm ly tâm cũng dùng trực tiếp được cho máy quạt ly tâm. Sự khác nhau rất ít về kết cấu, chủ yếu là dòng lưu thể đi qua quạt là không khí có khối lượng riêng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng riêng của nước (ở nhiệt độ 4 0C, khối lượng riêng của không khí khoảng  k = 1, 293 kg/m3, còn nước là  H2 0 = 1000 kg/m3). Khi mạng thông gió có hạ áp lớn và yêu cầu lưu lượng không lớn lắm, thì người ta dùng quạt ly tâm để thông gió chính. Quạt ly tâm dùng để thông gió chính cho mỏ có thể có cấu tạo một hoặc hai mặt hút và thường có một cấp (một BCT). Khi nối vào mạng thông gió, nó được đặt trên mặt đất gần miệng giếng bịt kín nhờ các cửa chắn gió. Sơ đồ cấu tạo chung của máy quạt gió ly tâm như Hình 5-1 dưới đây : Hình 5-1. Sơ đồ cấu tạo chung của máy quạt gió ly tâm 1 - trục quạt; 2 - đĩa chính (đĩa sau); 3 - cánh dẫn; 4 - đĩa phụ (đĩa trước); 5 - các cánh quạt (mạng cánh); 6 - vỏ quạt; 7- cửa hút; 8 - cửa đẩy; 9 - gối đỡ trục máy quạt; 10 - ổ đỡ; 11 - trục truyền động. Quạt gió ly tâm có bánh công tác cánh dẫn cong về phía trước (Hình 5-2a - forward curving) sẽ có áp suất lớn hơn loại bánh công tác có cánh dẫn thẳng (Hình 5- 2b - radial) hoặc cong về phía sau (Hình 5-2c - backward curving), song hiệu suất thủy lực là thấp hơn một chút. Khi góc cấu trúc bánh công tác β2 càng lớn thì kích thước của quạt càng nhỏ gọn nhưng hiệu suất giảm, vì khi đó thành phần vận tốc xoáy c2u lớn, làm tăng tổn thất thủy lực – giảm hiệu suất chung của quạt. Với các máy quạt gió 93
ly tâm thường dùng loại bánh công tác có cánh dẫn thẳng hoặc cong phía trước, chỉ trừ các máy quạt cao áp. a) b) c) Hình 5-2. Các dạng cấu cánh dẫn của quạt ly tâm Ở các mỏ than, quặng của Việt Nam hiện nay quạt ly tâm dùng để thông gió được sử dụng rất hạn chế. Nguyên nhân chủ yếu là quạt ly tâm có nhiều nhược điểm hơn các máy quạt hướng trục: năng suất thấp, kích thước cồng kềnh, tiếng ồn lớn.... Các loại quạt sử dụng chủ yếu do Liên Xô cũ sản xuất có ký hiệu: вц, вцд, вшц, вшп, вцз ...và kèm theo các con số bên phải. Ví dụ: Quạt вцд - 32M/300-600, trong đó ý nghĩa như sau: в - quạt gió; ц - Ly tâm; д - hai miệng (mặt) hút; 32 - đường kính danh định của BCT là 3200 mm; tốc độ quay n = (300 ÷ 600) v/ph. Trên Hình 5-3 là sơ đồ cấu tạo và lắp đặt quạt gió ly tâm вцд –32M: Hình 5-3. Sơ đồ cấu tạo và lắp đặt tổ hợp thiết bị quạt ly tâm вцд - 32M 1- động cơ điện; 2 - khớp nối; 3, 9 - ổ đỡ; 4 - bộ phận điều chỉnh cánh dẫn hướng vào BCT; 5, 8 - bộ dẫn hướng vào; 6 - hai bánh công tác; 7 - vỏ quạt. 94