Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa chế độ việc của quạt gió chính mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT

=======o0o=======

NGUYỄN CAO KHẢI

TỐI ƢU HOÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT =======o0o=======

NGUYỄN CAO KHẢI

TỐI ƢU HOÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KHAI THÁC MỎ MÃ SỐ: 9520603

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS. Trần Xuân Hà

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng

tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa

từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác./.

Tác giả luận án

Nguyễn Cao Khải

MỤC LỤC……………………………… ................................................................................................. i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................. v DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................................ vii MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................................................. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH ........................ 6 1.1. Đặc điểm chung về quạt gió chính ở mỏ than hầm lò ................................................... 6 1.1.1. Cấu tạo và phân loại quạt gió ......................................................................... 6 1.1.2. Các đƣờng đặc tính của quạt gió chính ............................................................................ 7 1.1.3. Miền sử dụng công nghiệp của quạt ................................................................................. 8 1.2. Chế độ làm việc của quạt gió chính ...................................................................................... 10 1.2.1. Quan điểm chung về chế độ làm việc của quạt gió chính ............................ 11 1.2.2. Xác định chế độ công tác của quạt gió chính khi làm việc độc lập ............. 12 1.2.3. Xác định chế độ công tác của quạt gió chính khi làm việc liên hợp ........... 15 1.3. Tổng quan về tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ................................ 27 1.3.1. Tổng quan về tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính trên thế giới ........ 27 1.3.2. Tổng quan về chế độ làm việc của quạt gió chính ở Việt Nam ................... 32 1.4. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................ 35 CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG THÔNG GIÓ VÀ NHU CẦU GIÓ SẠCH CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH ............................................................................................................................... 36 2.1. Đặc điểm khai thác các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh ............................ 36 2.1.1. Đặc điểm chung về vùng than Quảng Ninh .................................................. 36 2.1.2. Hiện trạng khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh ................................... 38 2.2. Hiện trạng thông gió và chế độ làm việc của các quạt gió chính .................... 43 2.2.1. Đánh giá về sơ đồ thông gió ......................................................................... 43 2.2.2. Đánh giá về hiệu quả thông gió mỏ ........................................................................... 49 2.2.3. Đánh giá về chế độ làm việc của các quạt gió chính .................................... 56 2.3. Nghiên cứu xác định nhu cầu gió thực tế cho mỏ ............................................ 59 2.3.1. Lƣu lƣợng gió tính toán áp dụng cho các mỏ hiện nay ................................ 59 2.3.2. Mối quan hệ giữa lƣu lƣợng gió cho mỏ với kế hoạch sản xuất .................. 62 2.3.3. Xác định lƣu lƣợng gió thực cho mỏ theo các thời điểm.............................. 69 2.4. Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................... 77 CHƢƠNG 3: TỐI ƢU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH ....................................................................................................... 78 3.1. Xác định các tham số tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ............................ 78 3.1.1. Phƣơng pháp xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính .................. 78 3.1.2. Xác định các tham số tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió .................... 85

MỤC LỤC

3.2. Xây dựng phƣơng pháp luận tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ................. 92 3.2.1. Tối ƣu độ chênh do điểm làm việc với điểm yêu cầu ................................... 92 3.2.2. Tối ƣu lƣợng gió không cần thiết trong giờ không cao điểm ...................... 95 3.3. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ............................... 96 3.3.1. Các phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính .......................... 96 3.3.2. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ............... 105 3.4. Xây dựng sơ đồ thuật toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ................... 107 3.4.1. Xây dựng sơ đồ tổng quát .......................................................................... 107 3.4.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ............. 109 3.5. Chƣơng trình giải bài toán tối ...................................................................... 111 3.5.1. Quy trình tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió .................................... 111 3.5.2. Thiết lập chƣơng trình giải bài toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió . 111 3.5.3. Ứng dụng phần mềm giải bài toán tối ƣu cho một số quạt gió ................. 115 3.6. Kết luận chƣơng 3 ......................................................................................... 122 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TỐI ƢU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HÀ LÀM ........................................................................................................................ 123 4.1. Hiện trạng thông gió mỏ than hà lầm ......................................................... 123 4.1.1. Đặc điểm và hiện trạng khai thác .............................................................. 123 4.1.2. Hiện trạng thông gió mỏ ............................................................................ 124 4.2. Chế độ làm việc tói ƣu của quạt gió .............................................................. 125 4.2.1. Kết quả tính toán chế độ làm việc của quạt gió chính ................................ 125 4.2.2. Chế độ làm việc của quạt gió khi sử dụng biến tần để tối ƣu .................... 127 4.3. Lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió ................................ 128 4.3.1. Cơ sở lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió ................... 128 4.3.2. Lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió ............................. 130 4.4. Kết quả thử nghiệm tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ............................. 140 4.4.1. Kết quả sử dụng biến tần ........................................................................... 140 4.4.2. Đánh giá hiệu quả áp dụng thử nghiệm ..................................................... 141 4.5. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................................... 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................................. 146 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS CHỦ TRÌ HOẶC THAM GIA .............................................. 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................... 150

iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Giải nghĩa

Chữ viết tắt AT CBCNV CBVTC CCM CCMBC CĐVT-CT CĐVT-TC DV DVVT ĐG ĐKSX HĐKS HTKH HTTG KHTH KTM KT KT1, KT2, ….. LC NCS PX SĐKT SĐTG QCVN TCCP TG TKV TNHH MTV Tr.Q XN XV XVTG XVVT TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 An toàn Cán bộ công nhân viên Cánh bắc vỉa khu Thành Công Cấp cứu mỏ Cấp cứu mỏ bán chuyên Cơ điện vận tải Cao Thắng Cơ điện vận tải Thành Công Dọc vỉa Dọc vỉa vận tải Đánh giá Điều khiển sản xuất Hoạt động khoáng sản Hệ thống khai thác Hệ thống thông gió Kế hoạch tổng hợp Kỹ thuật mỏ Khai thác Phân xƣởng khai thác 1, 2 … Lò chợ Nghiên cứu sinh Phân xƣởng Sơ đồ khai thác Sơ đồ thông gió Quy chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn Thông gió Tập đoàn công nghiêp than - khoáng sản Việt Nam Trách nhiệm hữu hạn một thành viên Trạm quạt Xí nghiệp Xuyên vỉa Xuyên vỉa thông gió Xuyên vỉa vận tải

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1. Tổng hợp số lƣợng các loại quạt gió chính vùng Quảng Ninh .............. 33 Bảng 2.1. Tổng hợp trữ lƣợng than vùng thuộc Quảng Ninh ................................. 39 Bảng 2.2. Kết quả khảo sát lƣu lƣợng gió qua các lò chợ ở một số mỏ ................. 50 Bảng 2.3. Kết quả đo điều kiện vi khí hậu ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh ............................ 51 Bảng 2.4. Kết quả đo hàm lƣợng khí ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh ........... 53 Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả chế độ làm việc của các quạt gió chính ở một số mỏ .......................... 57 Bảng 2.6. Tiêu thụ điện năng cho khâu thông gió ở một số mỏ than hầm lò ................................ 58 Bảng 2.7 . Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió các loại lò chợ trong trƣờng hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại I về khí ........................................ 69 Bảng 2.8. Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió các loại lò chợ trong trƣờng hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại II về khí....................................... 69 Bảng 2.9. Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió các loại lò chợ trong trƣờng hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại III về khí ..................................... 70 Bảng 2.10. Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió các loại lò chợ trong trƣờng hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại siêu hạng ..................................... 70 Bảng 2.11. Kết quả tính toán giá trị và tỷ lệ của lƣu lƣợng gió các loại lò chuẩn bị trong trƣờng hợp nghỉ làm việc và ngày làm việc .................................................. 70 Bảng 2.12. Kết quả đánh giá sự thoát khí ở ngày nghỉ với ngày làm việc ............ 71 Bảng 2.13. Tỷ lệ lƣu lƣợng gió cho mỏ theo yếu tố lớn nhất so với yếu tố thứ 2 .. 73 Bảng 2.14. Tỷ lệ lƣu lƣợng gió cho mỏ và là chợ, lò chuẩn bị ............................... 74 Bảng 2.15. Tỷ lệ xuất khí CH4 ở một số mỏ than hầm lò vùng Karagandir ........... 76 Bảng 3.1. Kết quả xác định khả năng giảm độ chênh lƣu lƣợng gió giữa điểm công tác và điểm yêu cầu của một số quạt gió chính vùng Quảng Ninh ......................... 93 Bảng 4.1. Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió do trạm quạt mức +29 đảm nhiệm .... 125 Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của quạt FBDCZ-8-No30 ........................... 132 Bảng 4.3. Thông số kĩ thuật chính của tủ điện .................................................... 133 Bảng 4.4. Thông số kĩ thuật của cơ cấu thao tác ................................................. 134 Bảng 4.5. Thông số của cuộn dây đóng ngắt điện ............................................... 134 Bảng 4.6. Thông số của động cơ tính năng .......................................................... 134 Bảng 4.7. Thông số của bộ điều khiển bảo vệ ..................................................... 135 Bảng 4.8. Thông số kĩ thuật của biến tần GVF .................................................... 136 Bảng 4.9. Các thông số cài đặt biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió . 138 Bảng 4.10. Kết quả tính toán các chỉ tiêu hiệu quả vốn đầu tƣ biến tần.............. 143 Bảng 4.11. Kết quả tính thời gian thu hồi vốn đầu tƣ biến tần ............................ 143 Bảng 4.12: Kết quả đo khí trong ngày nghỉ khi áp dụng biến tần tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính mỏ than Hà Lầm ....................................................... 144

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Giới thiệu điểm công tác (điểm A) của loại quạt hƣớng trục ................... 9 Hình 1.2. Miền sử dụng công nghiệp của quạt ......................................................... 9 Hình 1.3. Đƣờng đặc tính quạt gió 2K56-No24 (n = 1000) ................................... 10 Hình 1.4. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính 2K56-No18 .......... 14 Hình 1.5. Đồ thị xác định chế độ công tác của các quạt gió giống nhau làm việc song song bằng phƣơng pháp đồ thị........................................................................ 16 Hình 1.6. Xác định chế độ công tác của các quạt gió giống nhau làm việc song song bằng phƣơng pháp đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài ......................... 16 Hình 1.7. Giản đồ xác định các chế độ công tác của quạt gió. ............................... 17 Hình 1.8. Phƣơng pháp đồ thị xác định chế độ công tác của các quạt gió làm việc liên hợp song song ................................................................................................... 19 Hình 1.9. Chế độ làm việc của các quạt làm việc nối tiếp ...................................... 23 Hình 1.10. Chế độ làm việc của quạt gió mắc song song gần nhau ....................... 25 Hình 1.11. Sơ đồ làm việc của các quạt gió làm việc song song xa nhau .............. 26 Hình 1.12. Chế độ làm việc của 2 quạt gió làm việc liên hợp song song xa nhau . 27 Hình 1.13. Xác định tối ƣu chế độ làm việc của quạt bằng phƣơng pháp giảm sức cản mỏ30 Hình 1.14. Xác định tối ƣu chế độ làm việc của quạt bằng phƣơng pháp giảm rò gió ............................................................................................................................ 31 Hình 1.15. Đồ thị xác định tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió bằng phƣơng pháp sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác và sử dụng biến tần .................................................................................................................... 32 Hình 1.16. Tỷ lệ các loại quạt gió chính mỏ than hầm lò Việt Nam năm 2017 ..... 33 Hình 2.1. Bản đồ vị trí địa lý tỉnh Quảng Ninh .................................................................... 36 Hình 2.2. Phân bố TLĐC mỏ hầm lò theo chiều dày và độ dốc của vỉa ....................................... 39 Hình 2.3. Phân bố TLĐC theo kích thƣớc đƣờng phƣơng khu khai thác ..................................... 40 Hình 2.4. Phân bố TLĐC các mỏ than hầm lò QN theo hình dạng khu khai thác .. 40 Hình 2.5. Giản đồ thông gió khu mỏ Cẩm Thành, Công ty than Hạ Long ............. 44 Hình 2.6. Giản đồ thông gió khu mỏ Bắc Cọc Sáu Công ty than Hạ Long ............ 45 Hình 2.7. Giản đồ thông gió khu mỏ Hà Ráng, Công ty than Hạ Long ................. 45 Hình 2.8. Giản đồ thông gió khu mỏ Cao Thắng, Công ty than Hòn Gai .............. 46 Hình 2.9. Giản đồ thông gió khu mỏ Thành Công, Công ty than Hòn Gai ............ 46 Hình 2.10. Giản đồ thông gió mỏ Hồng Thái, Công ty than Uông Bí .................... 47 Hình 2.11. Giản đồ thông gió mỏ Mông Dƣơng .................................................... 47 Hình 2.12. Giản đồ thông gió mỏ than Khe Chàm ................................................. 48 Hình 2.13. Giản đồ thông gió mỏ than Hà Lầm ..................................................... 48 Hình 2.14. Mặt cắt thiết kế cửa gió chắn gió cố định, cánh bằng sắt ..................... 54 Hình 2.15. Cửa gió tại thƣợng thông gió mức -100 -:- +32 mỏ than Khe Chàm ... 54

Hình 2.16. Bản vẽ thiết kế loại cửa gió tự động đóng mở cánh cửa .............................................................. 55 Hình 2.17. Biểu đồ đánh giá tỷ lệ điện năng thông gió mỏ TB một số mỏ ............ 59 Hình 2.18. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống cột thủy lực đơn ...................... 63 Hình 2.19. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ phân tầng chống giá thủy lực ............ 63 Hình 2.20. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung xích ........................ 63 Hình 2.21. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung ............................... 64 Hình 2.22. Biểu đồ tổ chức sản SX là chợ CGH chống giữ bằng giàn 2ANSHA .. 64 Hình 2.23. Biểu đồ tổ chức SX là chợ CGH chống giữ bằng giàn VINAANTA ... 64 Hình 2.24. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong đá 2 ca ...................................... 65 Hình 2.25. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong đá 1 ca ...................................... 65 Hình 2.26. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong than ........................................... 65 Hình 2.27. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong than bằng máy Cobai AM-50Z 65 Hình 2.28. Biểu đồ sự xuất khí CH4 trong lò chợ trong những ngày nghỉ ............. 72 Hình 2.29. Tỷ lệ lƣu lƣợng gió cho mỏ theo yếu tố lớn nhất so với yếu tố thứ 2 74 Hình 2.30. Biểu đồ sự xuất khí ở lò chợ trong những ngày làm việc .................... 75 Hình 3.1. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính khu Cẩm Thành ......... 80 Hình 3.2. Đồ thị tính toán liên hợp quạt mỏ than Hồng Thái ....................................... 81 Hình 3.3. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt FBDCZ-No20 mỏ Hồng Thái .. 82 Hình 3.4. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt BD-II-4-No11 mỏ Hồng Thái ... 82 Hình 3.5. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt gió 2K56-No24 Khe Chàm .. 84 Hình 3.6. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt gió 2K56-No30 Khe Chàm .. 84 Hình 3.7. Đồ thị xác định chế độ làm việc quạt gió BD-II-6-No16 Khe Chàm ..... 84 Hình 3.8. Xác định độ chênh lƣu lƣợng do điểm làm việc với điểm yêu cầu ....... 93 Hình 3.9. So sánh độ chênh lƣu lƣợng giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu ...... 94 Hình 3.10. Biểu đồ đánh giá hiệu quả việc tối ƣu độ chênh giữa điểm làm việc .. 94 Hình 3.11. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió VOA-3.0, n = 750v/ph .. 97 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của biến tần ............................................ 100 Hình 3.13. Hình dạng một số loại biến tần DANFOSS ....................................... 102 Hình 3.14. Hình dạng một loại biến tần sử dụng ở một số mỏ vùng Q.Ninh ....... 102 Hình 3.15. Mối phụ thuộc sự thay đổi công suất của động cơ với lƣu lƣợng gió khi áp dụng các phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió ................................ 106 Hình 3.16. Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển tự động mạng gió mỏ .............. 108 Hình 3.17. Biểu đồ minh họa tối ƣu chế độ làm việc khi sử dụng biến tần ............ 110 Hình 3.18. Sơ đồ thuật toán chƣơng trình sử dụng biến tần tối ƣu chế độ làm việc 110 Hình 3.19. Giao diện phần mềm giải bài toán tối ƣu hóa chế độ làm việc ........... 115 Hình 3.20. Chế độ làm việc của quạt gió chính mỏ than Bắc Cọc Sáu ................ 116 Hình 3.21. Kết quả tính toán các thông số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả của quạt 2K56-No24 mỏ than Bắc Cọc Sáu ................................................................ 117 Hình 3.22. Chế độ làm việc liên hợp 2 quạt gió chính ở mỏ than Hồng Thái ..... 118 Hình 3.23. Xác định thông số tối ƣu quạt FBDCZ-8-No20 than Hồng Thái ... .118

vii

Hình 3.24. Xác định các thông số tối ƣu quạt BD-II-4-No12 mỏ Hồng Thái ..... 119 Hình 3.25. Kết quả tính toán các thông số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả của quạt FBDCZ-8-No20 mỏ than Hồng Thái ........................................................... 120 Hình 3.26. Kết quả tính toán các thông số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả của quạt BD-II-4-No12 mỏ than Hồng Thái .............................................................. 121 Hình 4.1. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW mỏ than Hà Lầm khi không sử dụng biến tần ............................................................. 126 Hình 4.2. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW mỏ than Hà Lầm khi sử dụng biến tần ....................................................................... 128 Hình 4.3. Kết quả tính toán các thông số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả của quạt FBDCZ-8-No30 mỏ than Hà Lầm ............................................................... 129 Hình 4.4. Hình dáng chung của trạm quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW ................ 132 Hình 4.5. Sơ đồ và hình dáng màn hình điều khiển LCD ..................................... 135 Hình 4.6: Hình dáng hệ thống các tủ điều khiển trạm quạt ................................. 136 Hình 4.7. Sơ đồ thuật toán chƣơng trình điều khiển tự động chế độ làm việc của quạt gió FBDCZ-8-No30 ...................................................................................... 137 Hình 4.8. Sơ đồ chƣơng trình chạy trên Logo cho quạt gió FBDCZ-8-No30 ...... 139

MỞ ĐẦU

Việc thông gió cho các mỏ hầm lò là một khâu không thể thiếu đƣợc trong quy trình công nghệ khai thác mỏ hầm lò. Hiện nay các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đóng một vai trò lớn cho việc sản xuất than của nƣớc nhà. Hầu hết các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đang và sẽ phải mở rộng quy mô sản xuất, theo hƣớng tăng độ sâu khai thác và công suất (Theo quy hoạch phát triển ngành than tại Quyết định 403/QĐ-Tg của Thủ tƣớng Chính phủ ngày 14 tháng 3 năm 2016 thì: Đến hết năm 2020, hoàn thành công tác thăm dò đến mức -300m và một số khu vực dƣới mức -300m đảm bảo đủ trữ lƣợng và tài nguyên tin cậy huy động vào khai thác trong giai đoạn đến năm 2025; Sản lƣợng than thƣơng phẩm sản xuất toàn ngành trong các giai đoạn của quy hoạch: Khoảng 41 - 44 triệu tấn vào năm 2016; 47 - 50 triệu tấn vào năm 2020; 51 - 54 triệu tấn vào năm 2025 và 55 - 57 triệu tấn vào năm 2030 [6]). Điều này đỏi hỏi phải tăng năng lực thông gió, tăng công suất hoạt động của các thiết bị quạt gió chính. Khi thiết kế thông gió mỏ hầm lò, việc xác định chế độ làm việc tối ƣu của quạt gió sẽ đảm bảo an toàn môi trƣờng, cũng nhƣ giảm đƣợc chi phí điện năng tối đa. Đây là một vấn đề chƣa đƣợc quan tâm tƣơng xứng với vai trò của nó, trong thời gian qua.

Thông gió mỏ có vai trò rất quan trọng, đảm bảo công tác an toàn, tạo điều kiện làm việc vệ sinh cho ngƣời lao động, đặc biệt là giải pháp phòng chống mối nguy hiểm về cháy nổ khí mêtan, cháy nổ bụi. Nhiệm vụ của thông gió đối với các mỏ hầm lò là đƣa vào trong mỏ một lƣợng không khí sạch đủ lớn để thỏa mãn các mục đích sau:

- Cung cấp lƣợng ôxy cần thiết cho ngƣời và thiết bị làm việc. - Hoà loãng nồng độ các chất khí độc hại cũng nhƣ bụi trong không khí đƣợc phát sinh từ các quá trình sản xuất của mỏ xuống dƣới mức cho phép và đƣa chúng ra khỏi mỏ.

- Đảm bảo điều kiện vi khí hậu dễ chịu cho ngƣời lao động. - Đảm bảo sử dụng năng lƣợng nhỏ nhất. Trong bối cảnh sản lƣợng khai thác than hầm lò ngày càng tăng, mức chi phí cho thông gió mỏ sẽ càng lớn. Do vậy, đòi hỏi phải có các giải pháp giảm thiểu chi phí thông gió mỏ. 1. Tính cấp thiết của Luận án

Để đảm bảo cho một mỏ than hầm lò hoạt động bình thƣờng cần thiết phải đƣa vào mỏ một lƣợng gió sạch nhất định suốt 24/24 giờ hàng ngày. Lƣợng gió sạch cần đƣa vào mỏ nhờ các quạt gió chính phụ thuộc vào: Số ngƣời làm việc đồng thời lớn nhất trong mỏ; Độ xuất khí metan (Sản lƣợng khai thác ngày đêm của mỏ); Lƣợng thuốc nổ sử dụng đồng thời lớn nhất; Chế độ bụi ở lò chợ và lò chuẩn bị; Công suất làm việc của các máy bơm, trạm điện,v.v… Lƣợng gió yêu cầu đƣợc xác định theo tính toán bằng tổng nhu cầu lƣu lƣợng gió cho các khâu

trong dây chuyền công nghệ khai thác mỏ nhƣ: Lò chợ khấu than, lò chuẩn bị, các hầm bơm, trạm điện, bù đắp lƣợng gió bị tiêu hao mất mát trong hệ thống các đƣờng lò và đƣợc đƣa vào mỏ nhờ một hoặc một số quạt gió chính.

- Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là chế độ làm việc của các quạt gió

- Phạm vi nghiên cứu của luận án là các mỏ than hầm lò điển hình

Chế độ làm việc của các quạt gió chính đƣợc xác định trên cơ sở tạo ra lƣu lƣợng gió cần thiết đƣa vào mỏ và chi phí điện năng để duy trì chế độ làm việc này của các quạt gió chính là rất lớn, theo đánh giá chiếm khoảng 25% tổng chi phí điện năng cho toàn bộ các khâu trong dây chuyền công nghệ mỏ. Một thực tế là nhu cầu gió khác nhau giữa ngày sản xuất với các ngày dừng các hoạt động sản xuất, và khác nhau ngay trong một ca sản xuất ở từng khâu công nghệ khác nhau. Tuy nhiên, ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay, các quạt gió chính đều hoạt động theo một chế độ làm việc cố định, tức là luôn cung cấp vào mỏ một lƣợng gió cố định trong suốt thời gian các ngày trong năm, dẫn đến dƣ thừa một lƣợng gió lớn không cần thiết ở những ngày mỏ dừng các hoạt động sản xuất và ở những khoảng thời gian không đòi hỏi nhu cầu lƣợng gió nhƣ tính toán hiện nay, gây lãng phí lớn điện năng tiêu thụ. Chế độ làm việc của quạt gió chính liên quan trực tiếp đến hiệu quả sử dụng điện năng. Xác định một chế độ làm việc tối ƣu, vừa thỏa mãn cung cấp đủ lƣợng gió cần thiết theo kế hoạch sản xuất của mỏ, vừa giảm tối đa lãng phí điện năng tiêu thụ là nhu cầu thực tế, nhất là trong bối cảnh các mỏ than hầm lò ngày càng đóng vai trò lớn trong việc đáp ứng nhu cầu sản lƣợng theo Quy hoạch phát triển ngành Than. Tuy nhiên, cho đến nay ở nƣớc ta chƣa có một công trình nghiên cứu sâu nào về mối liên quan giữa chế độ làm việc của quạt gió chính và kế hoạch tổ chức sản xuất của mỏ (đặc biệt là giữa ngày làm việc với ngày nghỉ). Chính vì vậy, đề tài luận án: “Tối ưu hóa chế độ việc của quạt gió chính mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” là cần thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và thực tế. 2. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án Xác định chế độ làm việc tối ƣu của các quạt gió chính trong những ngày mỏ làm việc bình thƣờng, cũng nhƣ khi mỏ nghỉ làm việc, nhằm đảm bảo an toàn môi trƣờng và tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần điều chỉnh quy định hiện hành về thông gió chung của mỏ hầm lò, phù hợp với thực tế sản xuất. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. vùng Quảng Ninh. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án 4.1. Ý nghĩa khoa học

- Xây dựng phƣơng pháp luận về tối ƣu hoá chế độ làm việc của các quạt

- Tự động hóa chế độ làm việc của các quạt gió chính theo yêu cầu nhờ sử

- Kết quả nghiên cứu của Luận án là cơ sở khoa học để nghiên cứu bổ sung,

- Lựa chọn đƣợc phƣơng án – giải pháp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió

- Xây dựng đƣợc sơ đồ tổng quát và sơ đồ thuật toán tự động điều chỉnh chế

- Xây dựng chƣơng trình tính toán hiệu quả khi sử dụng biến tần để tối ƣu

- Chế độ làm việc tối ƣu của quạt gió chính cần thay đổi theo kế hoạch sản

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã luận giải một cách khoa học mối liên hệ giữa lƣu lƣợng gió yêu cầu của mỏ và kế hoạch tổ chức sản xuất của mỏ trong ngày làm việc, trong những ngày nghỉ để làm cơ sở xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính, đảm bảo an toàn và sử dụng điện tiết kiệm hiệu quả, góp phần giảm giá thành khai thác than. gió chính ở mỏ than hầm lò nhằm đáp ứng yêu cầu thông gió mỏ. dụng biến tần. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của Luận án áp dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của công tác thông gió chung của mỏ. chỉnh sửa các quy định trong công tác thông gió chung của mỏ than hầm lò. 5. Điểm mới của Luận án - Xác định đƣợc nhu cầu gió sạch cho mỏ than hầm lò phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất, tức là phụ thuộc vào thời gian trong ngày làm việc, trong ngày nghỉ và trong tuần. chính ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. độ làm việc của quạt gió chính nhờ sử dụng biến tần. hóa chế độ làm việc của quạt gió chính. 6. Luận điểm bảo vệ của luận án - Lƣợng gió cần thiết cho mỏ khi sản xuất bình thƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi các yếu tố này thay đổi trong ngày làm việc và ngày nghỉ thì lƣợng gió cần thiết đƣa vào mỏ cũng thay đổi. xuất của mỏ. Chế độ này có thể đạt đƣợc nhờ lập trình cho thiết bị biến tần. 7. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 7.1. Nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc mục đích nêu trên, luận án thực hiện các nội dung sau: - Tổng quan về chế độ làm việc hợp lý của quạt gió chính; - Nghiên cứu xác định lƣu lƣợng gió yêu cầu cho mỏ than hầm lò theo thời gian trong ca, trong ngày đêm và giữa ngày mỏ làm việc với ngày mỏ nghỉ làm việc.

- Nghiên cứu lựa chọn các tham số để tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt

- Nghiên cứu lựa chọn và tính toán phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của

- Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính

Đề tài luận án đã sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp khảo sát đo đạc, thống kê tổng hợp, phân tích và so sánh; - Phƣơng pháp toán – tin (giải tích đồ thị); - Phƣơng pháp tra cứu chuyên khảo; - Phƣơng pháp tối ƣu hoá (sử dụng phần mềm tính toán thông gió); - Phƣơng pháp thực nghiệm ở mỏ than hầm lò.

- Tài liệu về hiện trang khai thác, thông gió của một số mỏ than hầm lò điển

- Quạt gió và các thiết bị thông gió mỏ của một số mỏ than hầm lò điển hình

Luận án đƣợc bố cục gồm: Mở đầu, 4 chƣơng, kết luận và danh mục tài liệu

gió chính. quạt gió chính; ở mỏ than Hà Lầm, Quảng Ninh. 7.2. Các phương pháp nghiên cứu 8. Cơ sở dữ liệu hình vùng Quảng Ninh. vùng Quảng Ninh. 9. Cấu trúc nội dung của Luận án tham khảo. 10. Nơi thực hiện Luận án Luận án đƣợc hoàn thành tại Bộ môn Khai thác hầm lò, Khoa Mỏ, Trƣờng

Đại học Mỏ-Địa chất, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS TS. Trần Xuân Hà.

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình

của thầy giáo PGS.TS Trần Xuân Hà. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn

thành luận án NCS đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của Ban Giám hiệu, Ban lãnh

đạo Phòng Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác hầm lò trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất. Đặc biệt NCS luôn nhận đƣợc sự góp ý, giúp đỡ tận tình của các Giáo sƣ,

Tiến sỹ, các nhà khoa học trong và ngoài trƣờng nhƣ: GS.TSKH Lê Nhƣ Hùng,

PGS.TS Trần Văn Thanh, PGS.TS Đặng Vũ Chí, GS.TS Võ Trọng Hùng,… cùng

các đồng nghiệp trong Bộ môn Khai thác hầm lò, Khoa Mỏ, Ban Thông gió và thoát nƣớc-TKV, Ban KCM-TKV, Công ty than Hà Lầm, Công ty than Hòn Gai, Trung tâm An toàn mỏ,... Ngoài ra NCS cũng nhận đƣợc sự đóng góp, giúp đỡ tận

tình của các bạn đồng nghiệp khác trong trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất cũng nhƣ trong Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam. Nhân đây NCS xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành tới thầy hƣớng dẫn, tới các cơ quan và các nhà khoa học, tới các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ NCS hoàn thành luận án này./.

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH

1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ HẦM LÕ 1.1.1. Cấu tạo và phân loại quạt gió mỏ

Ngày nay quạt gió là nguồn động lực chính và duy nhất để thông gió mỏ. Ở Việt Nam các mỏ khai thác hầm lò đã và đang sử dụng nhiều loại quạt để phục vụ

cho công tác thông gió chung cho mỏ. Trên thực tế ở Việt Nam và trên Thế giới,

quạt gió đƣợc dùng để thông gió mỏ rất đa dạng, dựa vào các đặc điểm khác nhau

có thể phân loại quạt theo các chỉ tiêu sau: [7], [11], [13], [32], [33], [34].

1.1.1.1. Phân loại theo cấu tạo Theo cấu tạo quạt gió đƣợc phân thành 2 loại chính:

- Quạt hướng trục: Là loại quạt có hƣớng gió vào và hƣớng gió ra khỏi bánh công tác đồng phƣơng với trục quạt. Loại quạt này có hiệu suất cao, kích

thƣớc gọn nhỏ, có thể điều chỉnh lƣu lƣợng quạt bằng cách thay đổi góc lắp cánh

bánh công tác. Nhƣng cũng có nhƣợc điểm là tiếng ồn lớn, cấu tạo phức tạp, bảo

quản và sửa chữa khó khăn.

- Quạt li tâm: Là loại quạt có hƣớng gió vào và ra khỏi bánh công tác vuông

góc với trục quạt. Ƣu khuyết điểm của loại quạt này ngƣợc với quạt hƣớng trục.

1.1.1.2. Phân loại theo nhiệm vụ công tác Theo nhiệm vụ công tác có 3 loại quạt:

- Quạt gió chính:

Là loại quạt gió làm nhiệm vụ thông gió cho toàn mỏ hoặc một khu vực lớn

có tính chất gần nhƣ độc lập, quạt gió chính thƣờng đƣợc đặt trên mặt đất. Quạt

chính thƣờng là quạt lớn có công suất vài chục đến hàng ngàn kW, có lƣu lƣợng từ hàng chục đến hàng trăm m3/s, có hạ áp suất từ mấy chục đến vài nghìn kG/m2. - Quạt gió phụ:

Là loại quạt làm nhiệm vụ tăng cƣờng lƣu lƣợng gió cho một khu vực nào đó đã đƣợc thông gió bằng quạt gió chính, nghĩa là quạt gió phụ có nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng gió do quạt chính tạo ra cho phù hợp với yêu cầu sản xuất.

- Quạt gió cục bộ: Là loại quạt gió làm nhiệm vụ thông gió cho các đƣờng lò cụt hay các

đƣờng lò chuẩn bị khi đang đào.

1.1.1.3. Phân loại theo cấp công tác (số động cơ) Theo cấp công tác thì chia làm 2 loại:

- Quạt đơn cấp: Là loại quạt có 1 bánh công tác (1 động cơ). - Quạt đa cấp: Là loại quạt có từ 2 bánh công tác (2 động cơ) trở lên.

1.1.2. Các đƣờng đặc tính của quạt gió chính

1.1.2.1. Đặc tính động lực học của quạt gió 1. Đặc tính động lực học của quạt

Đặc tính động lực học của quạt thể hiện trên hệ trục toạ độ, biểu diễn sự phụ thuộc giữa hạ áp, công suất, hiệu suất với lƣu lƣợng của quạt ứng với tốc

độ quay và góc lắp cánh của bánh công tác nhất định (nếu là loại quạt hƣớng

trục) [7], [11], [13], [32], [33], [34],

Đƣờng đặc tính của quạt đƣợc xây dựng theo kết quả mô hình hay thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Đƣờng đặc tính có ý nghĩa lớn cho ngƣời thiết kế

sử dụng và trong việc tính toán, xác định chế độ làm việc hợp lý của quạt để đảm

bảo chế độ thông gió cho mỏ. Từ đƣờng đặc tính có thể giải các bài toán theo

phƣơng pháp đồ thị, hoặc có thể lập phƣơng trình để giải theo phƣơng pháp giải

tích hoặc kết hợp hai phƣơng pháp trên. 2. Đặc điểm năng lượng quạt:

Năng lƣợng do quạt gió tạo ra biểu diễn dƣới dạng áp suất, một phần năng lƣợng này dùng để khắc phục sức cản của nội bộ thiết bị quạt. Phần lớn còn lại dùng để khắc phục sức cản của hầm lò làm cho gió chuyển dịch đƣợc trong mạng đƣờng lò và tạo ra tốc độ gió nhất định để đƣa không khí ra khỏi mỏ.

Vậy năng lƣợng toàn bộ của quạt gồm hai phần: Phần hạ áp tĩnh và phần hạ

áp động:

htpq = htq + hđq (1-1)

Trong đó:

htpq -năng lƣợng toàn phần của quạt (hạ áp toàn phần do quạt tạo ra); htq -phần hạ áp tĩnh; htq -phần hạ động.

1.1.2.2. Các đường đặc tính của quạt gió chính 1. Đường đặc tính của quạt gió:

Đƣờng đặc tính của quạt gió là đƣờng cong biểu thị quan hệ giữa hạ áp suất do

quạt tạo ra (h) và lƣu lƣợng gió qua quạt (Q) trong hệ toạ độ h – Q.

Nhƣ vậy có hai đƣờng đặc tính: - Đƣờng biểu diễn giữa áp suất toàn phần với lƣu lƣợng gió là đƣờng đặc tính

toàn áp.

- Đƣờng biểu diễn giữa áp suất tĩnh với lƣu lƣợng gió là đƣờng đặc tính

tĩnh áp.

Ứng với số vòng quay của bánh công tác khác nhau, hoặc ứng với góc lắp cánh của bánh công tác (nếu là quạt hƣớng trục) hoặc góc lắp cánh của bản lá dẫn hƣớng khác nhau sẽ có đƣờng đặc tính khác nhau. Trong các bản thuyết minh sử dụng quạt (hộ chiếu), ngƣời ta chỉ xây dựng một đƣờng đặc tính tĩnh áp cho các góp lắp cánh

của bánh công tác, hoặc cho các góc lắp cánh của bản lá dẫn hƣớng ứng với tốc độ quay nào đó của trục quạt. 2. Các loại đường đặc tính của quạt gió chính:

Đối với các loại quạt gió, thông thƣờng các nhà chế tạo quạt đã xây dựng một số các loại đƣờng đặ tính nhằm giúp cho ngƣời sử dụng thuận lợi và đơn giản hơn trong công tác tính toán. Đƣờng đặc tính của quạt gió là đƣờng cong biểu thị mối quan hệ giữa lƣu lƣợng gió của quạt tạo ra với các yếu tố năng lƣợng tạo ra hoặc tiêu thụ tƣơng ứng của của quạt nhƣ: hạ áp tạo ra, công suất tiêu thụ hay hiệu suất làm việc của quạt. Các loại đƣờng đặc tính của quạt gió chính: a) Đƣờng đặc tính năng lƣợng của quạt gió

Đƣờng đặc tính năng lƣợng (đƣờng đặc tính) h = f1(Q) của quạt gió là đƣờng cong biểu thị mối quan hệ giữa hạ áp suất của quạt gió với lƣu lƣợng gió của quạt tạo ra. b) Đƣờng đặc tính công suất của quạt gió

Đƣờng đặc tính công suất của quạt gió là đƣờng cong biểu thị mối quan hệ giữa lƣu lƣợng gió của quạt gió tạo ra với công suất tiêu thụ điện năng tƣơng ứng của quạt gió. Đồng thời với việc xây dựng các đƣờng đặc tính h = f1(Q) nhƣ trên, ngƣời ta còn xây dựng các đƣờng đặc tính N = f2(Q) biểu diễn quan hệ giữa công suất của quạt và lƣu lƣợng gió đi qua nó. c) Đƣờng đặc tính hiệu suất của quạt gió

Đƣờng đặc tính hiệu suất của quạt gió là đƣờng cong biểu thị mối quan hệ giữa lƣu lƣợng gió của quạt gió tạo ra với hiệu suất làm việc tƣơng ứng của quạt gió. Đồng thời với việc xây dựng các đƣờng đặc tính h = f1(Q) và N = f2(Q) nhƣ trên, ngƣời ta còn xây dựng các đƣờng đặc tính  = f3(Q) biểu diễn quan hệ giữa hiệu suất của quạt và lƣu lƣợng gió. 1.1.3. Miền sử dụng công nghiệp của quạt 1.1.3.1. Điểm công tác hợp lý của quạt gió

Điểm công tác của quạt gió là giao điểm của đƣờng đặc tính quạt {h = h1(Q)}

với đƣờng đặc tính của mỏ (h = RQ2).

Điểm công tác hợp lý là điểm công tác mà nó chỉ đƣợc minh hoạ bằng một điểm trên đƣờng đặc tính hạ áp của quạt và đƣờng đặc tính của mỏ, đảm bảo quy luật là khi Q tăng thì hq giảm và ngƣợc lại. Tại điểm làm việc này quạt phải tạo ra hạ áp và lƣu lƣợng thảo mãn yêu cầu của mỏ [7], [11], [13], [32], [33], [34]. Điểm công tác hợp lý của quạt nhƣ điểm A trên hình 1-1. 1.1.3.2. Đoạn công tác hợp lý của quạt gió

Đoạn công tác hợp lý của quạt là một phần của đƣờng đặc tính hạ áp của quạt và nằm bên phải, nó bị giới hạn bởi hai điểm M và N (nhƣ trên hình 1-1). Điểm M có hạ áp hM = 0,9hmax và điểm N có hiệu suất N = 0,6.

hm = Q2R

x a m

h A

0 = max

N = 0,6

h x a m h 9 0 = m h

Hình 1-1. Giới thiệu điểm công tác (điểm A)

1.1.3.3. Miền sử dụng hợp lý của quạt:

Tập hợp tất cả các đƣờng đặc tính của quạt tạo thành một họ đƣờng đặc tính

của quạt [7], [11], [13], [32], [33], [34] nhƣ sau:

- Đối với loại quạt ly tâm thì với các quạt có cùng cấu tạo thì với mỗi một tốc độ vòng quay sẽ có một đƣờng đặc tính tƣơng ứng. Nhƣ vậy tƣơng ứng với một số tốc độ vòng quay sẽ xây dựng đƣợc một họ đƣờng đặc tính của quạt.

- Đối với loại quạt hƣớng trục thì ứng với một góc lắp cánh của bánh công tác sẽ có một đƣờng đặc tính tƣơng ứng. Nhƣ vậy với mỗi tốc độ vòng quay thì có một họ đƣờng đặc tính của quạt. Quạt hƣớng trục có nhiều tốc độ vòng quay khác nhau, vì thế một quạt hƣớng trục có nhiều miền sử dụng khác nhau.

Tập hợp tất cả các đoạn công tác hợp lý ở trên họ đƣờng đặc tính của quạt là

miền sử dụng hợp lý của quạt. Miền sử dụng hợp lý của quạt bị giới hạn bởi một số

h = 0,9h max

max 

 = 0,6

 min

đƣờng nhƣ trên hình 1-2.

Hình 1.2. Miền sử dụng hợp lý của quạt

- Đƣờng có góc lắp cánh: θmax (điều kiện kỹ thuật) - Đƣờng có góc lắp cánh: θmin (điều kiện kinh tế) - Đƣờng có hạ áp đo bằng 0,9hmax (điều kiện kỹ thuật) - Đƣờng có hiệu suất  = 0,6 (điều kiện kinh tế)

1.1.3.4. Đặc tính kỹ thuật của quạt gió

Đặc tính kỹ thuật của quạt gió là biểu thị các thông số kỹ thuật của quạt. Các thông số này đƣợc các nhà sản xuất quạt gió, thiết kế chế tạo theo những quy

chuẩn nhất định. Căn cứ vào đặc tính kỹ thuật của quạt gió, ngƣời sử dụng sẽ tuỳ thuộc vào điều kiện của mỏ, để tính toán lựa chọn mua sắm đầu tƣ loại quạt phù

hợp để phục vụ cho công tác thông gió mỏ.

Hình 1.3. Đường đặc tính quạt 2K56 No-24 (n = 1000v/phút)

Ví dụ: Nhƣ trên hình 1-3 là miền sử dụng công nghiệp đầy đủ của một quạt

hƣớng trục, có hai bánh công tác loại 2K56-No24 có tốc độ vòng quay trục quạt n

= 1000 vòng/phút do Trung Quốc sản xuất. Giới thiệu các đƣờng đặc tính của

quạt gió: Với các đƣờng (a) là các đƣờng đặc tính hạ áp tĩnh tƣơng ứng với các

góc lắp cánh của bánh công tác; Các đƣờng (b) là các đƣờng đặc tính hiệu suất và

các đƣớng (c) là các đƣờng đặc tính công suất.

1.2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CÁC QUẠT GIÓ CHÍNH Sử dụng quạt gió là nhằm tạo ra một động lực thông gió, để thắng sức cản của hệ đƣờng lò và đƣa một lƣợng không khí sạch theo yêu cầu vào mỏ. Tùy theo chế độ làm việc của quạt gió mà lƣợng gió đƣa vào mỏ sẽ khác nhau. Vì vậy đối với từng mỏ và từng quạt gió cần phải xác định đƣợc một chế độ làm việc hợp lý hoặc còn gọi là một chế độ tối ƣu.

Chế độ làm việc của quạt gió đƣợc xác định bởi giao điểm của đƣờng đặc

1.2.1. Quan điểm chung về chế độ làm việc của quạt gió chính tính hạ áp quạt với đƣờng đặc tính của mỏ.

1- Với các góc lắp cánh bánh công tác của quạt hƣớng trục, hoặc góc lắp cánh định hƣớng gió của quạt ly tâm khác nhau thì quạt gió có nhiều chế độ làm

việc khác nhau.

2- Còn theo các tài liệu chuyên ngành, cho đến nay [7], [8], [9], [10], [11],

[12], [13], [32], [33], [37], [43], [44] đều thống nhất định nghĩa chế độ làm việc hợp lý (tối ƣu) của các quạt gió chính là chế độ mà một quạt gió hoặc nhiều quạt

gió làm việc liên hợp với nhau phải tạo ra một động lực đủ lớn để thắng đƣợc sức

cản của mạng đƣờng lò và đƣa vào mỏ, cũng nhƣ đƣa ra khỏi mỏ một lƣợng gió

đúng theo yêu cầu nhằm đảm bảo an toàn môi trƣờng làm việc trong mỏ. Rõ ràng

đây là chế độ làm việc của quạt đơn thuần về mặt kỹ thuật. Quan điểm này đã tồn tại hàng trăm năm qua, kể từ khi chế tạo đƣợc quạt gió dùng năng lƣợng điện hoặc

năng lƣợng khí nén để thực hiện công tác thông gió cho các mỏ hầm lò.

Chế độ làm việc tối ƣu của một quạt gió chính, là chế độ đáp ứng yêu cầu của mỏ về lƣu lƣợng gió (Qm) và hạ áp mỏ (hm). Khi đó chế độ làm việc của quạt gió chính đƣợc thể hiện qua các thông số sau:

- Tốc độ vòng quay (n): Là số vòng quay của quạt (trục quạt) khi làm việc

trên một đơn vị thời gian (vòng/phút). - Góc láp cách (θ): Góc láp cánh là góc lắp cánh của bánh công tác đối với

các quạt hƣớng trục hoặc góc lắp cánh định hƣớng gió ở quạt ly tâm (độ).

- Hiệu suất làm việc của quạt (η): Hiệu suất làm việc của quạt đánh giá hiệu

quả về mặt kinh tế của chế độ làm việc của quạt (%)

- Công suất tiêu thụ (N): Là công suất tiêu thụ tƣơng ứng với chế độ làm

việc của quạt gió (kW).

3- Để xác định đƣợc chế độ làm việc hợp lý nhất của quạt gió chính phải

tiến hành tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió. Nhƣ vậy ―tối ƣu hóa‖ chế độ làm việc của quạt gió chính là việc tìm kiếm giao điểm của đƣờng đặc tính của mỏ

với đƣờng đặc tính hạ áp tƣơng ứng với góc lắp cánh của bánh công tác ở quạt hƣớng trục hoặc góc lắp cánh của định hƣớng gió của quạt ly tâm khi tốc độ vòng quay (n) của quạt cố định.

Quạt gió mỏ đƣợc sản xuất theo quy chuẩn từng loại vì vậy năng lực làm việc của quạt có giới hạn nhất định. Nhƣng thực tế, yêu cầu thông gió mỏ lại rất đa dạng. Để đáp ứng yêu cầu thông gió cho mỏ, ta có thể sử dụng một quạt hoặc nhiều quạt, tùy theo yêu cầu của mỏ và năng lực của quạt gió. Khi liên hợp quạt thì

có thể quạt làm việc vẫn nhƣ độc lập hoặc phải ghép thành một bộ quạt làm việc

đồng thời, từ đó tạo ra đƣợc năng lực thông gió đủ để đáp ứng với yêu cầu thông gió của mỏ. Quạt gió chính có thể làm việc một trong các trƣờng hợp sau:

- Quạt gió làm việc độc lập: Quạt thông gió cho toàn bộ mỏ hoặc một khu

vực độc lập và tách biệt riêng bằng công trình thông gió nhƣ cửa gió, thành chắn.

- Quạt làm việc liên hợp: Các quạt làm việc liên hợp cùng nhau để đảm bảo

chế độ thông gió cho mỏ. Khi đó các quạt làm việc theo các kiểu ghép sau:

+ Ghép quạt làm việc nối tiếp: Mục đích của ghép quạt làm việc nối tiếp là để bộ quạt tạo ra đƣợc hạ áp suất lớn. Ghép quạt nối tiếp áp dụng ở những mỏ

thông gió khó khăn, có sức cản lớn.

+ Ghép quạt làm việc song song: Mục đích của ghép quạt làm việc song

song là để bộ quạt tạo ra đƣợc lƣu lƣợng gió lớn. Ghép quạt song song thƣờng áp

dụng cho các mỏ có nhiều lò chợ làm việc đồng thời hoặc diện khai thác rộng.

+ Ghép quạt làm việc hỗn hợp: Mục đích của ghép quạt hỗn hợp là để bộ

quạt tạo ra đƣợc cả lƣu lƣợng và hạ áp suất lớn.

1.2.2. Xác định chế độ công tác của quạt gió chính khi làm việc độc lập

1.2.2.1. Các phương pháp xác định chế độ làm việc của quạt gió chính

Để xác định chế độ làm việc tối ƣu của quạt gió chính, có thể sử dụng một

trong các phƣơng pháp sau: 1. Phương pháp đồ thị

Phƣơng pháp đồ thị tính toán chế độ làm việc tối ƣu của quạt gió chính, là

một phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến hơn, vì đƣợc nghiên cứu bởi các nhà

khoa học Xô Viết hàng đầu nhƣ: A.C.Ƃyprakob, K.z.Yɯakob [13], [33], [43], [44].

Với phƣơng pháp này để xác định đƣợc chế độ làm việc tối ƣu của quạt ta thực

hiện các bƣớc sau:

- Xác định phƣơng trình đƣờng đặc tính mỏ khi có quạt làm việc:

(1-2) h = (kg.Rm+ Rtbq).Q2

Trong đó: kg -là hệ số kể đến sự giảm sức cản do rò gió tại trạm quạt, kg = 2) với kr là hệ số rò gió tại trạm quạt; Rm-là sức cản của mỏ và Rtbq-là sức cản (1/kr nội bộ thiết bị quạt, Rtbq = (a.π)/D4, ở đây a là hệ số kể đến đặc điểm loại quạt và rãnh gió, π = 3,14, D là đƣờng kính chuẩn của quạt.

- Vẽ đƣờng đặc tính mỏ khi có quạt làm việc (xây dựng) trên đồ thị xác định

- Xác định điểm yêu cầu (yêu cầu về năng lực thông gió của mỏ về lƣu

chế độ công tác của quạt. lƣợng và hạ áp yêu cầu) trên đƣờng đặc tính của mỏ.

- Trên cơ sở điểm yêu cầu và đƣờng đặc tính của mỏ đi xác định chế độ tối

Phƣơng pháp đồ thị là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến để xác định chế

ƣu của quạt gió. độ làm việc tối ƣu của quạt gió chính. 2. Phương pháp giải tích

Phƣơng pháp này sử dụng các công thức thực nghiệm, với các hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của quạt gió. Trong phƣơng pháp giải tích, đƣờng đặc tính của quạt gió nếu không có đoạn đứt, có thể biểu thị gần đúng bằng với phƣơng trình xác định [13], [33], [37], [39].

Thí dụ, đƣờng đặc tính không có chỗ lõm trong góc vuông thứ nhất của hệ

toạ độ Q - H, có thể viết theo phƣơng trình bậc hai:

(1-3)

H = a + bQ + cQ2 Phƣơng trình này nhận đƣợc trên cơ sở phân tích sơ đồ vật lý công tác của máy tuốc bin. Song việc xác định các hệ số: a, b, c bằng lý thuyết hiện nay chƣa giải quyết đƣợc. Những trị số của nó phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của quạt gió, chúng đƣợc xác định bằng thực nghiệm. Vì vậy phƣơng pháp này có thể gọi là phƣơng pháp của các công thức thực nghiệm.

Nếu đƣờng đặc tính của quạt gió có dạng hình yên ngựa hay là lồi lõm không

có điểm dừng thì nó có thể viết gần đúng dƣới dạng phƣơng trình bậc ba:

(1-4)

H = a + bQ + cQ2 + dQ3 Khi biết phƣơng trình đƣờng đặc tính của quạt gió và mạng ngoài, có thể

xác định chế độ công tác của quạt gió bằng phƣơng pháp giải tích. Thí dụ nếu

đƣờng đặc tính của quạt gió biểu thị theo phƣơng trình (1-3), thì chế độ công tác có thể tìm đƣợc bằng cách giải phƣơng trình H = RQ2 và phƣơng trình (1-4).

Năng suất công tác sẽ bằng:

(1-5)

2 HC = RQC

Và áp suất công tác:

Nếu nhƣ đƣờng đặc tính của quạt gió biểu thị bởi phƣơng trình (1-4), thì để

xác định chế độ công tác cần phải giải phƣơng trình:

(1-6)

RQ2 = a + bQ + cQ2 +dQ3 Hay là: dQ3 + (c – R) Q2 +bQ + a = 0

3. Phương pháp đồ thị giải tích :

Phƣơng pháp đồ thị giải tích ngƣời đầu tiên đƣa ra là V.B.Umansk [13], chủ

yếu là dùng các biểu thức giải tích của họ đƣờng đặc tính các đoạn riêng của mạng ngoài và đồ thị của đƣờng đặc tính các quạt gió. Phƣơng pháp này kết hợp các công thức thực nghiệm với giản đồ để tính toán.

Ngày nay với sự phát triển vƣợt bậc của ngành tin học, ngƣời ta đã xây

dựng các phần mềm để đƣa vào ứng dụng giải bài toán thông gió. Các phần mềm ứng dụng đƣợc xây dựng thiết lập từ các phƣơng trình đƣợc chuyển hóa từ các đƣờng đồ

thị, bản chất là đƣợc giải tích hóa bằng tin học.

1.2.2.2. Xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khi làm việc độc lập Ví dụ: trên hình 1.4 giới thiệu cách xác định chế độ làm việc của một quạt

hƣớng trục loại 2K56-No18. Để xác định đƣợc chế độ làm việc của quạt gió chính

khi làm việc độc lập, ta thực hiện trình tự theo các bƣớc nhƣ ví dụ trên hình 1.4:

Hình 1.4. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính 2K56-No18

- Trƣớc tiên ta phải xác định đƣợc phƣơng trình đƣờng đặc tính của mỏ

(theo công thức 1-1): h = R.Q2 = (kg.Rm+ Rtbq).Q2

Giả sử: Rm = 0,11989 kμ; Rtbq = 0,00149 kμ và kg = 0,83

Ta sẽ có h = 0,101.Q2

- Vẽ đƣờng đặc tính của mỏ h = 0,101.Q2 trên đồ thị các đƣờng đặc tính của

- Xác định điểm yêu cầu: Điểm yêu cầu đƣợc xác định thông qua 2 giá trị

quạt 2K56-No18 (Miền sử dụng công nghiệp của quạt; lƣu lƣợng gió và hạ áp quạt cần tạo ra (ví dụ nhƣ điểm B trên đồ thị); - Xác định điểm làm việc hợp lý của quạt gió: Vì quạt gió 2K56-No18 đƣợc sản xuất với 7 góc lắp cách của bánh công tác tƣơng ứng với các góc 200, 250, 300, 350, 400, 450 và 500, cho nên quạt gió có thể làm việc với các chế độ ở các điểm A1, A2, A3, A4, A5, A6 và A7. Tuy nhiên ta thấy điểm A1, A2 không thỏa mãn điểm

Chế độ làm việc của quạt gió sẽ tạo ra: Lƣu lƣợng gió: QA3 = 41,8 m3/s; Hạ áp:

yêu cầu B. Còn các điểm A3, A4, A5, A6 và A7 thỏa mãn điểm yêu cầu B, nhƣng các điểm A4, A5, A6 và A7 sẽ tạo ra năng lực thông gió (lƣu lƣợng và hạ áp) dƣ thừa quá nhiều so với điểm yêu cầu B, điều này là không cần thiết, do vậy ta chọn điểm A3 làm chế độ làm việc hợp lý của quạt gió. hA3 = 178,0 mmH2O; Góc lắp cánh: θ = 300 và Hiệu suất làm việc: η = 82%. 1.2.3. Xác định chế độ công tác của quạt gió chính khi làm việc liên hợp

1.2.3.1. Các phương pháp tính liên hợp quạt

Khi các quạt gió làm việc liên hợp với nhau, việc xác định chế độ công tác của chúng khá phức tạp, vì rằng giao điểm của đƣờng đặc tính mạng ngoài và của nội bộ quạt gió không còn xác định đƣợc chế độ công tác của chúng. Chế độ công tác của mỗi quạt gió phụ thuộc vào các thông số của mạng ngoài cũng nhƣ vào các thông số của các quạt gió khác.

Phân tích các quạt gió làm việc liên hợp với nhau là xác định và nghiên cứu đặc tính của các chế độ công tác của quạt gió. Việc xác định chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió khi làm việc liên hợp có thể thực hiện bằng một trong các phƣơng pháp sau [7], [13], [32], [34]: - Phƣơng pháp đồ thị; - Phƣơng pháp đồ thị giải tích; - Phƣơng pháp giải tích.

1. Phương pháp đồ thị

Phƣơng pháp đồ thị tính các quạt gió làm việc liên hợp, đây là một phƣơng pháp phổ biến hơn cả đƣợc nghiên cứu bởi các nhà khoa học Xô Viết: V.S. Pak và

D. F. Boritxop

Quan sát một trƣờng hợp đơn giản của hai quạt gió nối song song trong sơ

đồ thông gió (hình 1.5). Sức cản của các rãnh quạt gió không đáng kể và có thể coi bằng không. Áp suất của hai quạt gió đều giống nhau (H1 = H2), còn lƣợng gió qua mạng bằng tổng năng suất của hai quạt gió. Phân tích công tác của các quạt gió có thể thực hiện bằng đồ thị: bằng phƣơng pháp dựng đƣờng đặc tính tổng cộng của

các quạt gió hay là bằng phƣơng pháp đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài. * Phương pháp thứ nhất là đưa vào trong một hệ trục tọa độ đường đặc tính riêng của các quạt gió và cộng chúng theo hoành độ

Trƣờng hợp quạt làm việc song song nhƣ hình 1.5. Nếu ở một giếng mỏ đặt làm việc song song hai quạt gió giống nhau và đƣờng đặc tính của mỗi quạt là đƣờng cong I và II, thì đƣờng đặc tính tổng cộng dựng đƣợc bằng cách nhân đôi các hoành độ của đƣờng cong I, II. Giao điểm của đƣờng đặc tính của mạng (đƣờng cong OA) và đƣờng đặc tính tổng cộng I+II

(điểm PC) xác định chế độ thông gió, nghĩa là lƣợng gió QC và hạ áp suất H0. Khi kéo một đƣờng thẳng ngang qua điểm PC cắt các đƣờng đặc tính riêng của quạt gió chúng ta tìm đƣợc chế độ công tác của mỗi một quạt gió (điểm P1,2). Rõ ràng là năng suất của hai quạt đều giống nhau và bằng Q1,2. Từ hình 1.6, chúng ta thấy rằng năng suất của mỗi quạt gió Q1,2 khi làm việc song song nhỏ hơn năng suất Q0 khi chỉ có một quạt làm việc riêng với mạng OA.

H

I, II

P1,2

I + II

Q

Q1,2

Hình 1.5. Đồ thị xác định chế độ công tác của các quạt gió giống nhau làm việc song song bằng phương pháp đồ thị

* Phép phân tích tương đương trên cơ sở phương pháp đường đặc tính thu gọn

Trong trƣờng hợp này một trong các quạt gió đặt song song và mạng của mỏ cần phải xem nhƣ là hai nhánh song song của mạng ngoài đối với quạt gió thứ hai. Theo một nhánh (quạt gió) không khí không vào mà thoát ra.

H

I,II

Q

Q1 Hình 1.6. Xác định chế độ công tác của các quạt gió giống nhau làm việc song song bằng phương pháp đường đặc tính thu gọn của mạng ngoài

Để dựng đƣợc đƣờng đặc tính thu gọn mạng ngoài đối với quạt gió thứ hai, từ hoành độ của đƣờng đặc tính OA của mạng trừ đi hoành độ của đƣờng đặc tính I, II của quạt gió thứ nhất nhƣ trên hình 1.6.

Đƣờng cong 1 sẽ là đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài đối với quạt gió thứ hai. Giao điểm của nó với đƣờng cong I,II xác định chế độ công tác của quạt gió thứ hai (điểm P1), nghĩa là với hạ áp suất H1 và năng suất Q1.

Đƣờng cong 1 và điểm P1 cũng là đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài và điểm chế độ công tác của quạt gió thứ nhất. Vì rằng đƣờng đặc tính riêng của các quạt gió I, II trùng nhau.

2. Phương pháp đồ thị giải tích:

Một trong các dạng đồ thị giải tích của các quạt gió làm việc với nhau là giản đồ của M. G. Rispo. Trên cơ sở của phƣơng trình H = R.Q2, dựng những đƣờng thẳng theo lƣợng gió Q không đổi trong hệ toạ độ H – R nhƣ trên hình 1.7. Nhờ giản đồ có thể xác định chế độ công tác của các quạt gió làm việc song song,

nối tiếp hay là quạt gió trên mặt đất và dƣới mỏ làm việc liên hợp với nhau.

Hình 1.7. Giản đồ xác định các chế độ công tác của quạt gió

Trƣờng hợp công tác song song của hai quạt gió. Khi biết đƣờng đặc tính của các quạt gió này có thể đƣa chúng (đƣờng cong I và II) đƣợc vào giản đồ. Đƣờng đặc tính tổng cộng của hai quạt gió I+II, xác định bằng cách cộng các trị số Q khi trị số H bằng nhau (Đƣờng thẳng đứng R = const. Giao điểm của nó với

đƣờng đặc tính). Đƣờng đặc tính của mạng ngoài (R = 42), đƣợc biểu thị bằng

tổng cộng của các quạt gió I+II, xác định chế độ công tác chung của các quạt gió

làm việc song song (điểm A: QA = 42m3/s; HA= 87 Kg/m2). Khi kéo một đƣờng thẳng nằm ngang qua điểm này, chúng ta tìm đƣợc các chế độ công tác của mỗi một quạt gió (điểm B và điểm C).

Phƣơng pháp đồ thị giải tích ngƣời đầu tiên đƣa ra là V.B.Umansk, chủ yếu là dùng các biểu thức giải tích của họ đƣờng đặc tính các đoạn riêng của mạng

ngoài và đồ thị của đƣờng đặc tính các quạt gió làm việc với nhau. Ta quan sát công tác song song của hai quạt gió trong sơ đồ thông gió hình 1.8. Biểu thị RO, R1 và R2 là sức cản của các đoạn tƣơng ứng CO, OA, OB và với QO, Q1, Q2 là lƣợng gió chuyển dịch trong chúng nó.

(1-6)

Rõ ràng: QO = Q1 + Q2 Hạ áp suất tạo ra bởi quạt gió thứ nhất ở điểm A: 2 2 + R1 Q1 H1 = RO QO

Và hạ áp suất tạo ra bởi quạt gió thứ hai ở điểm B:

2 2 + R2 Q2 Với sự tính toán phƣơng trình (1-5) ta nhận đƣợc: 2

H2 = RO QO

(1-7)

2 2

+ 2 RO Q1 Q2 + RO Q2 + 2 RO Q1 Q2 + RO Q1 Phƣơng trình (1-7) và (1-8), đúng với những đƣờng cong là sự tổng hợp các

(1-8) H1 = (RO + R1) Q1 H2 = (RO + R2) Q2

điểm chế độ của các quạt gió làm việc song song và cần phải coi chúng nhƣ là

những đƣờng đặc tính thu gọn của mạng thông gió ngoài ở điểm A và B. Khi giải phƣơng trình (1-7) đối với Q1, chúng ta nhận đƣợc:

(1-9)

Khi so sánh công thức (1-9) với công thức (1-6), ta dẫn đến kết luận

rằng dấu âm trƣớc căn chỉ là một ý nghĩa vật lý. Vì vậy cuối cùng chúng ta có:

(1-10)

Tƣơng tự, từ phƣơng trình (1-7) có thể nhận đƣợc:

(1-11)

Nhờ các phƣơng trình (1-10) và (1-11), nếu biết trị số sức cản khí động học của các đoạn riêng của mạng, có thể xây dựng đƣờng đặc tính thu gọn của mạng đối với mỗi một quạt gió và xác định chế độ công tác của nó.

Cho đƣờng cong I và II (Hình 1-8), là các đƣờng đặc tính riêng của các quạt gió làm việc liên hợp song song, ta lấy một điểm xác định N2 trên đƣờng cong II, có toạ độ: QN2 và HN2. Điểm này chính là một chế độ có thể nào đấy của quạt gió

thứ hai. Khi thay những trị số tìm đƣợc QN2 và HN2 vào phƣơng trình (1-10) có thể xác định đƣợc lƣu lƣợng ứng với những trị số này của quạt gió thứ nhất:

R2j Q2

R1j Q1 ROj QO

H

HN1 HN2 H2

Q

Hình 1.8. Phương pháp đồ thị xác định chế độ làm việc của các quạt gió khi làm việc liên hợp song song

Trị số hạ áp suất ở điểm đó có thể tính đƣợc, nếu lấy hai phƣơng trình hạ áp

suất trên trừ cho nhau:

N2 + R1 Q2

HN1 = HN2 – R2 Q2

QN1 và HN1 là toạ độ của điểm N1 nào đó, điểm N1 chính là chế độ thông gió có thể của quạt gió thứ nhất đặt trong mạng, nghĩa là điểm N1 nằm trên đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài đối với quạt gió thứ nhất.

Điểm N2 và N1 gọi là điểm công tác phối hợp. Khi biết toạ độ một số điểm của đƣờng đặc tính quạt gió thứ hai, ta nhận đƣợc

toạ độ của số điểm liên hợp tƣơng ứng của mạng ngoài đối với quạt gió thứ nhất.

Khi nối những điểm nhận đƣợc, ta tìm thấy đƣờng đặc tính thu gọn của mạng ngoài j ở điểm A, giao điểm của nó với đƣờng cong I xác định chế độ công tác của quạt gió thứ nhất P1 (Q1 và H1).

Bằng cách tƣơng tự, dùng đƣờng đặc tính của quạt gió thứ nhất và các

phƣơng trình:

Và:

N1 + R2 Q2

HN2 = HN1 – R1 Q2

Có thể xây dựng đƣờng đặc tính thu gọn 2 của mạng ngoài, ở điểm B và xác

định chế độ công tác của quạt gió thứ hai P2 (Q2 và H2).

Phƣơng pháp trên còn có thể dùng để xây dựng các đƣờng đặc tính thu gọn

của mạng ngoài với số lƣợng quạt gió bất kỳ. 3. Phương pháp giải tích:

Trong phƣơng pháp giải tích, đƣờng đặc tính của quạt gió nếu không có

đoạn đứt, có thể biểu thị gần đúng bằng với phƣơng trình xác định.

Thí dụ, đƣờng đặc tính không có chỗ lõm trong góc vuông thứ nhất của hệ

toạ độ Q - H, có thể viết theo phƣơng trình bậc hai:

H = a + bQ + cQ2 (1-12)

Phƣơng trình này nhận đƣợc trên cơ sở phân tích sơ đồ vật lý công tác của

máy tuốc bin. Song việc xác định các hệ số: a, b, c bằng lý thuyết hiện nay chƣa

giải quyết đƣợc. Những trị số của nó phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của quạt

gió, chúng đƣợc xác định bằng thực nghiệm. Vì vậy phƣơng pháp này có thể gọi là

phƣơng pháp của các công thức thực nghiệm.

Nếu đƣờng đặc tính của quạt gió có dạng hình yên ngựa hay là lồi lõm

không có điểm dừng thì nó có thể viết gần đúng dƣới dạng phƣơng trình bậc ba:

H = a + bQ + cQ2 + dQ3 (1-13)

Khi biết phƣơng trình đƣờng đặc tính của quạt gió và mạng ngoài, có thể

xác định chế độ công tác của quạt gió bằng phƣơng pháp giải tích. Thí dụ nếu

đƣờng đặc tính của quạt gió biểu thị theo phƣơng trình (1-12), thì chế độ công tác có thể tìm đƣợc bằng cách giải phƣơng trình H = RQ2 và phƣơng trình (1-12).

Năng suất công tác sẽ bằng:

(1-14)

Và áp suất công tác:

(1-15) HC = RQC

Nếu nhƣ đƣờng đặc tính của quạt gió biểu thị bởi phƣơng trình (1-13), thì

để xác định chế độ công tác cần phải giải phƣơng trình:

RQ2 = a + bQ + cQ2 +dQ3 Hay là: dQ3 + (c – R) Q2 +bQ + a = 0

Việc giải phƣơng trình bậc ba rất phức tạp và yêu cầu sự tính toán khá lớn.

Vì vậy nếu giới hạn phần ổn định của đƣờng đặc tính quạt gió, đối với phần này phù hợp với phƣơng trình bậc hai và trong một số trƣờng hợp đúng với phƣơng trinh

bậc một.

Phƣơng pháp giải tích nghĩa là phƣơng pháp của các công thức thực

nghiệm, chỉ phức tạp khi phân tích công tác của quạt gió làm việc song song. Biểu

thức của đƣờng đặc tính khí động lực của quạt gió ở dạng phƣơng trình bậc hai

không cho phép nghiên cứu điều kiện ổn định công tác của quạt gió và nói riêng là xác định tiêu chuẩn đơn trị của các chế độ công tác.

Các phƣơng trình thực nghiệm của đƣờng đặc tính có thể dùng chỉ khi phân

tích công tác của các quạt gió nối tiếp. Ta quan sát trƣờng hợp nối tiếp của m quạt

gió có đƣờng đặc tính:

H1 = a1 + b1Q + c1Q2 H2 = a2 + b2Q + c2Q2 ………………….... Hm = am + bmQ + cmQ2 Và mạng ngoài gồm có n đoạn nối tiếp với các đƣờng đặc tính:

HR1 = R1Q2 HR2 = R2Q2 …………… HRn = RnQ2 Đƣờng đặc tính tổng cộng của quạt gió đƣợc biểu thị bởi phƣơng trình:

(1-16)

Đƣờng đặc tính tổng cộng của mạng ngoài sẽ có dạng:

Vì rằng:

Q1 = Q2 = Q3 = … = Q Và:

R1 + R2 + R3 + … + Rn = Rt Do đó có thể viết:

(1-17) HRt = RtQ2

Đối với chế độ tổng cộng:

HRt = Ht

Nghĩa là:

Từ đây ta có:

(1-18)

Phƣơng trình (1-16) và (1-17) cho phép xác định chế độ công tác khi có bất

kỳ số quạt gió đặt làm việc liên hợp nối tiếp khi không có sự rò gió trong mạng ngoài.

1.2.3.2. Xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính khi hoạt động liên hợp bằng phương pháp đồ thị [7], [13]

1. Chế độ công tác hợp lý của các quạt gió chính khi làm việc nối tiếp nhau: Khi ghép các quạt làm việc liên hợp nối tiếp nhau, mục đích là để bộ quạt

liên hợp tạo ra đƣợc hạ áp suất lớn. Ghép quạt làm việc nối tiếp áp dụng ở các mỏ

thông gió khó khăn, có sức cản R lớn. Việc xác đinh chế độ công tác của các quạt gió thành phần, khi chúng làm việc liên hợp nối tiếp nhau đƣợc tính toán nhƣ sau:

Khi ghép quạt làm việc nối tiếp nhau, ta có hạ áp của bộ quạt làm việc sẽ tăng lên. Nhƣ vậy, hạ áp suất do bộ quạt tạo ra phần lớn là dùng để khắc phục sức cản hầm lò thì một phần còn lại để khắc phục sức cản nội bộ thiết bị quạt, nghĩa là giả sử ta có n chiếc quạt nhƣ nhau ghép làm việc nối tiếp thì phần sức cản nội bộ thiết bị của bộ quạt sẽ là (n.Rtbq). Vì vậy để tính toán hạ áp của bộ quạt tạo ra ta tính theo công thức sau:

hbq = hq1 + hq2 + ... + hqn 2 Hoặc: hq = (Kg.Rm + n.Rtbq)Qq Qbq = Q1 = Q2 = ... = Qn

Còn Trong đó: hq- Là hạ áp của bộ quạt ghép nối tiếp tạo ra (mmH2O);

Kg- Hệ số phụ thuộc vào sự rò gió tại trạm quạt.

Rm- Sức cản của mỏ (kμ); n- Số quạt làm việc ghép nối tiếp với nhau; Rtbq- Sức cản nội bộ thiết bị của một quạt; Qbq- Lƣu lƣợng gió của bộ quạt.

Nhƣ vậy, muốn xây dựng đƣờng đặc tính chung của bộ quạt, chỉ việc cộng các đƣờng đặc tính riêng của các quạt thành phần theo tung độ, còn hoành độ giữ nguyên, nhƣ trên hình 1.9.

Cách vẽ các đƣờng đặc tính tổng cộng: Giả sử, ta có hai quạt làm việc nối

tiếp nhau.

- Vẽ các đƣờng đặc tính đầy đủ của hai quạt thành phần (chú ý góc phần tƣ số IV). - Kẻ nhiều đƣờng thẳng song song với trục tung, dùng compa để cộng đại số tung độ của giao điểm các đƣờng thẳng song song với các đƣờng đặc tính thành phần.

- Nối các điểm tìm đƣợc bằng một đƣờng cong mềm.

h = hq1 + hq2 = f1(Q) + f2(Q)

h = RQ2

hA hA1

hB hB1

hq1 = f1(Q)

QB QA QO

Q

hq2 = f2(Q)

Hình 1.9. Chế độ làm việc của các quạt làm việc nối tiếp

Đƣờng đặc tính của mỏ h = RQ2 cắt đƣờng đặc tính tổng cộng của hai quạt tại điểm AO. Điểm AO là điểm công tác chung của bộ quạt gồm hai quạt nối tiếp có lƣu lƣợng Q0 và hạ áp h0. Khi đó hai quạt thành phần làm việc tại điểm công tác A1 và B1 (xác định A1 và B1 bằng cách qua AO kẻ đƣờng song song với trục tung) có lƣu lƣợng QA1 và QB1 và hạ áp hA1 và hB1 (đó là giao điểm của đƣờng đặc tính mỏ với từng đƣờng đặc tính của các quạt thành phần). Tại đấy có lƣu lƣợng QA và QB, có hạ áp hA và hB. So sánh ta thấy:

Q0 > QA và Q0 > QB ; h0 < hA + hB

Nghĩa là khi ghép nối tiếp thì hạ áp của bộ quạt (chính là tổng hạ áp của các quạt thành phần khi làm việc liên hợp) sẽ nhỏ hơn tổng hạ áp của các quạt thành

phần khi làm việc đơn độc.

Bộ quạt sẽ làm việc hợp lý nếu điểm công tác AO ở trên đoạn 1-2, vì khi đó các quạt thành phần đều làm việc với hạ áp và lƣu lƣợng dƣơng. Nếu điểm công tác ở trên đoạn 2-3 thì bộ quạt làm việc không hợp lý, vì khi đó quạt gió nhỏ sẽ

làm việc với hạ áp âm. Để thu hẹp đoạn 2-3, ngƣời ta khuyên nên ghép quạt có

năng lực tƣơng đƣơng, hoặc tốt nhất nên ghép quạt giống nhau làm việc nối tiếp. 2. Chế độ làm việc của các quạt khi làm việc song song

Khi ghép quạt làm việc liên hợp song song với nhau mục đích là để bộ quạt tạo ra đƣợc lƣu lƣợng gió lớn. Ghép quạt song song thƣờng áp dụng ở mỏ có nhiều lò chợ

làm việc đồng thời.

a) Khi các quạt làm việc song song gần nhau

Việc xác đinh chế độ công tác của các quạt gió thành phần, khi chúng làm

* Cơ sở lý luận: * Cơ sở lý luận: Khi ghép quạt làm việc song song tại một điểm ta thấy lƣu lƣợng gió qua các quạt bằng lƣu lƣợng gió chung và hạ áp do các quạt tạo ra đều

việc liên hợp song song với nhau đƣợc tính toán nhƣ sau:

bằng nhau. Nghĩa là lƣu lƣợng gió của bộ quạt bằng tổng lƣu lƣợng gió của các quạt thành phần:

(1-19)

Và hạ áp của bộ quạt bằng hạ áp của các quạt thành phần:

(1-20)

* Chế độ làm việc của các quạt gió ghép song song nhau: Khi ghép quạt làm việc song song nhau, ta có lƣu lƣợng gió của bộ quạt làm việc sẽ tăng lên. Nhƣng ở

đây, hạ áp suất do bộ quạt tạo ra phần lớn là dùng để khắc phục sức cản hầm lò thì

một phần còn lại để khắc phục sức cản nội bộ thiết bị quạt. Sức cản nội bộ thiết bị

quạt đƣợc tính toán nhƣ sau:

Do các quạt ghép song song và giả sử ta có n chiếc quạt nhƣ nhau ghép làm việc

song song thì phần sức cản nội bộ thiết bị của bộ quạt sẽ đƣợc tính toán theo công thức:

(1-21)

Từ đó ta có:

Vì vậy để tính toán hạ áp của bộ quạt tạo ra ta tính theo công thức sau:

Trong đó: hq –Là hạ áp của bộ quạt ghép nối tiếp tạo ra (mmH2O);

Kg –Hệ số phụ thuộc vào sự rò gió tại trạm quạt.

Rm –Sức cản của mỏ (kμ); n –Số quạt làm việc ghép song song với nhau; Rtbq –Sức cản nội bộ thiết bị của một quạt.

Nhƣ vậy muốn xây dựng đƣờng đặc tính tổng cộng của nhiều quạt ghép song song tại cùng một điểm chỉ việc cộng các đƣờng đặc tính của các quạt thành phần về

hoành độ và giữ nguyên tung độ.

Ghép hai quạt làm việc song song tại một điểm theo hình 1-10.

Cách vẽ đường đặc tính tổng cộng: - Vẽ hai đƣờng đặc tính đầy đủ của hai quạt I và II, chú ý góc phần tƣ số II.

- Kẻ nhiều đƣờng song song với trục hoành, dùng compa để cộng đại số

hoành độ các giao điểm của các đƣờng song song với các đƣờng đặc tính của hai

quạt thành phần.

h

h = RQ2

hq2max hc = hA = hB

h = hq1 + hq2 = f1(Q) + f2(Q)

hA1 hB1 0

Q

QO hq1 = f1(Q)

QB1

1 hq2 = f2(Q)

Hình 1.10. Chế độ làm việc 2 quạt gió song song gần nhau

Đƣờng đặc tính của mỏ h = RQ2 cắt đƣờng đặc tính tổng cộng của hai quạt tại điểm O. Điểm O là điểm công tác chung của bộ quạt gồm hai quạt nối song song liền nhau có lƣu lƣợng Qo và có hạ áp ho. Khi đó hai quạt thành phần làm việc ở điểm A và B có lƣu lƣợng là QA và QB, có hạ áp là hA =hB = hO (xác định A và B bằng cách qua O kẻ đƣờng thẳng song song với trục hoành). Nếu làm việc đơn độc, quạt I làm việc tại A1 có lƣu lƣợng là QA1 và hạ áp hA1, quạt II làm việc tại điểm B1 có lƣu lƣợng QB1 và hạ áp hB1. So sánh ta thấy:

hO = hA = hB >hA1; hO = hA = hB >hB1

Nghĩa là hạ áp của bộ quạt tạo ra bằng hạ áp do mỗi quạt thành phần khi làm

việc liên hợp tạo ra, đồng thời lớn hơn các hạ áp do các quạt thành phần tạo ra khi làm việc đơn độc. Và thấy QO = QA + QB < QA1+ QB1 tức là lƣu lƣợng gió do các quạt thành phần tạo ra khi làm việc liên hợp nhƣng luôn nhỏ hơn tổng lƣu lƣợng gió của các quạt thành phần tạo ra khi làm việc đơn độc.

Bộ quạt làm việc hợp lý khi điểm công tác ở trên đoạn 1-2 và làm việc không

hợp lý ở trên đoạn 1-3. Bởi vì khi đó quạt I (quạt nhỏ) có thể làm việc không ổn định

hoặc làm việc với lƣu lƣợng gió âm (gió đi ngƣợc chiều quay của quạt). Để thu hẹp đoạn 1-3 nên ghép quạt có năng lực tƣơng đƣơng, tốt nhất nên ghép quạt giống nhau.

b) Ghép quạt làm việc song song ở xa nhau

Giả sử có hai quạt làm việc liên hợp song song ở xa nhau nhƣ ở hình 1-11a.

Trong đó đoạn là 1-2 do cả hai quạt phụ trách. Đoạn lò 2-3 do riêng quạt I phụ trách.

Đoạn lò 2-4 do riêng quạt II phụ trách.

II 1 I 3 4

R2 R1 R 3 R 1 b) a)

I’ 2 II ’

Hình 1.11. Sơ đồ làm việc của các quạt gió làm việc song song xa nhau Nguyên tắc ghép quạt: đƣa quạt I và II về vị trí 2 khi đó thành quạt I’ và II’

nhƣ ở sơ đồ hình 2-11b. Quạt I’ khác quạt I ở chỗ hạ áp quạt I’ nhỏ hơn quạt I một giá trị là h = R2Q2 và giống quạt I ở chỗ lƣu lƣợng gió quạt I’ cũng chính là lƣu lƣợng gió quạt I. Đối với quạt II’ và quạt II cũng tƣơng tự nhƣ vậy.

Từ nhận định trên thấy rằng có thể xác định đƣờng đặc tính của quạt I’ và II’

bằng cách lấy đƣờng đặc tính của quạt I và II trừ đi hạ áp của đoạn lò mà riêng quạt

đó phụ trách. Nhƣ vậy hình 1-11b là sơ đồ hình 1-11a sau khi đã di chuyển hai quạt I và II từ điểm số 3 và điểm số 4 cùng về điểm số 2.

Sau khi có đƣờng đặc tính của quạt I’ và II’, việc liên hợp chúng với nhau hoàn toàn giống việc ghép hai quạt làm việc song song tại một điểm. Khi đó đƣờng đặc tính mỏ chỉ còn là đƣờng đặc tính của đoạn lò do có hai quạt phụ trách. Tuỳ từng trƣờng hợp cụ thể mà miền sử dụng hợp lý của bộ quạt có thể thay đổi.

Theo sơ đồ ghép 2 quạt song song xa nhau nhƣ hình 1-11. Việc tính toán

xác định chế độ làm việc hợp lý cho 2 quạt nhƣ trên hình 1-12.

I = hqI = f1(Q)

II=hqII= f2(Q)

I’=hqI’

h1-2 = R1-2Q2

h2-3 = R2-3Q2 h2-4 = R2-4Q2

hA hB hc = hA1 = hB1

h = I’+II’

II’

QA=QA1

QB =QB1

Hình 1.12. Xác định chế độ làm việc của 2 quạt gió liên hợp song song xa nhau

1.3. TỔNG QUAN VỀ TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH 1.3.1. Tổng quan về tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính trên thế giới 1.3.1.1. Tổng quan vể các quạt gió chính trên thế giới [25], [26], [29], [31], [36], [41]

Cùng với sự phát triển ngành khai thác mỏ hầm lò, là sự xuất hiện và phát triển sản xuất quạt gió mỏ nói chung cũng nhƣ quạt gió chính nói riêng. Để thông gió cho mỏ hầm lò, đã có nhiều cơ sở của nhiều nƣớc chế tạo và đƣa vào sử dụng nhiều loại quạt gió khác nhau.

Trong nhiều năm qua, trên thế giới một số loại quạt đƣợc sử dụng rộng rãi

chủ yếu sau: 1. Các quạt ly tâm

Các quạt ly tâm có đặc điểm tạo ra hạ áp cao hơn so với quạt hƣớng trục và

thƣờng hoạt động có hiệu suất cao hơn.

Trên thế giới quạt ly tâm sử dụng ở những nƣớc bắt đầu chế tạo từ những năm cuối của thập kỷ 30 ở Liên Xô, phát triển mạnh từ sau năm 1950. Một trong những quạt đầu tiên mã hiệu VS4 và VS5 với đƣờng kính 4m và 5m. Các quạt này có cấu tạo theo sơ đồ khí động học của viện SAGI. Jukopski.

Cùng với thời gian này, ở Donetsk, nhà khí động học, Viện sỹ V.Spak nghiên cứu và tạo lập sơ đồ khí động học cũng nhƣ thiết kế loại quạt ly tâm mới VSO và VSD. Các quạt này mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, cấu tạo đơn giản và sử dụng công nghệ chế tạo tân tiến hơn. Thời gian cuối, cùng với các quạt VS11, VSHS16 và VSP16 xuất hiện quạt gió VS-15. Quạt gió này đƣợc thiết kế với 2 động cơ độc lập với tốc độ quay khác nhau (1500 và 1000 vòng/phút).

Những năm về sau, ở Liên xô (cũ) đã cho ra đời loại quạt ly tâm VRSD-4,5

và VSD 47,5 Y có đuờng kính bánh công tác 4,7m.

Ở CHLB Đức, hãng TLT-Turbo chế tạo các loại quạt ly tâm đƣờng kính bánh công tác đến 5,5m với lƣu lƣợng quạt tạo ra 100 ÷ 800 m3/s và hạ áp 100 ÷ 4000 pa. Công suất động cơ 500 ÷ 12500 kW [25], [29]. 2. Các quạt hướng trục Sau khi quạt ly tâm ra đời ít thời gian thì các nhà khoa học của các nƣớc đã chế tạo ra loại quạt hƣớng trục. Do những ƣu điểm nổi trội và rất phù hợp khi sử dụng trong thông gió mỏ hầm lò của các quạt hƣớng trục, nên loại quạt này đƣợc sử dụng rất phổ biến ở các nƣớc trên thế giới.

Các loại quạt hƣớng trục đời đầu trên thế giới phải kể đến loại quạt VOK, VOKD. Sau đó là loại quạt VOKR, đây là loại quạt đầu tiên có thể đảo chiều gió bằng cách thay đổi chiều quay của động cơ và hƣớng nghiêng của các bản lá bánh công tác. Và đến thập kỷ 70 thì ở Liên Xô sản xuất loại quạt VOD có thể thay đổi hƣớng gió nhờ đảo chiều quay của động cơ. Tiếp theo, xuất hiện quạt gió VOD- 16 với 2 bánh công tác quay ngƣợc chiều nhau (hai cấp).

Vào cuối thế kỷ trƣớc các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo loại quạt gió có phạm vi thay đổi chế độ công tác rộng hơn cũng nhƣ thay đổi hƣớng rò khi quạt đang hoạt động. Quạt gió seri VOA đƣợc chế tạo trên cơ sở kết quả nghiên cứu nêu trên. Loại quạt này thay đổi đƣợc góc lắp cánh của bánh công tác với góc bất kỳ ngay cả khi quạt đang làm việc. Các loại quạt Seri VOA đƣợc chế tạo trên cơ sở sơ đồ khí động học đảm bảo hiệu suất cao và thuận lợi trong việc điều chỉnh chế độ công tác của quạt.

- Lƣu lƣợng gió đƣa vào mỏ (Qm) không quá 80% (do thất thoát gió quá

Các loại quạt do Trung Quốc sản xuất. Từ những năm cuối thế kỷ trƣớc, các loại quạt do Trung Quốc có giá thành rẻ so với quạt cùng loại của các nƣớc khác nhƣ Nga, Đức, Pháp,... Thế hệ quạt đƣợc quan tâm và chú ý sử dụng đầu tiên là các loại quạt 2K60, 2K56, 2K58, 1K58,... tiếp đó là các loại quạt BD, FBCZ và FBDCZ. Do động cơ đƣợc tích hợp cùng với quạt, nên các loại này có ƣu thế trong việc xây dựng lắp đặt trạm quạt. 1.3.1.2. Tổng quan về tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió chính trên thế giới Trong những năm của thập kỷ (1970 – 1980) về trƣớc ở nhiều mỏ trên thế giới tồn tại hệ thống thông gió kém hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. Ví dụ, ở các mỏ hầm lò của Liên Xô cũ [41]: nhiều);

- Rò gió trong mỏ lớn, ở mức 30 – 35%; - Hệ số sử dụng không khí phần lớn các mỏ chỉ đạt 0,6 – 0,8; - Đối với hệ thống thông gió, việc điều chỉnh gió ở các khu kém hiệu quả và

không đảm bảo lƣu lƣợng gió ở một số gƣơng lò.

Chi phí cho công tác thông gió mỏ luôn là một chi phí lớn, đặc biệt trong đó là chi phí điện năng của khâu thông gió mỏ. Quạt gió chính là một trong những

thiết bị tiêu thụ điện năng lớn nhất ở mỏ hầm lò. Công suất động cơ quạt có thể đến hàng nghìn kW. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, trong thiết kế và sử dụng trạm quạt cần giải quyết ít nhất 2 vấn đề:

- Giải pháp tối ƣu điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính phải theo từng giai đoạn hoạt động của mỏ (theo tháng, theo quý,...) và theo các công đoạn của quy trình kế hoạch sản xuất (trong ca, ngày,...) để đảm bảo thông gió cho hộ tiêu thụ và mỏ theo quy phạm an toàn.

- Tối ƣu chế độ làm việc của quạt phải tính đến tiêu thụ điện. Đối với các trạm quạt gió cũ cần hoàn thiện mạng gió mỏ để điểm công tác của quạt thuộc miền sử dụng hợp lý.

Từ yêu cầu với mục tiêu tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính nhằm cực tiểu hóa tiêu hao điện năng nhƣng vẫn phải đảm bảo thông gió tạo môi trƣờng làm việc an toàn. Kết quả của các công trình nghiên cứu trên thế giới đã đƣợc nhiều mỏ hầm lò áp dụng có hiệu quả. Các phƣơng pháp tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính trên thế giới đã đƣợc áp dụng bao gồm [27], [41], [42]: 1. Phương pháp giảm sức cản mạng gió mỏ:

Đối với phƣơng án này là đƣợc áp dụng các giải pháp trực tiếp làm giảm sức cản các đƣờng lò mỏ hoặc đơn giản sơ đồ thông gió, nhằm giảm hạ áp mỏ. Việc giảm sức cản mỏ sẽ thay đổi và đƣa mỏ về trƣờng hợp có điều kiện thông gió dễ hơn. Quạt gió sẽ làm việc hiệu quả hơn và tiết kiệm đƣợc chi phí điện năng.

Phƣơng pháp này chi phí rất lớn, nếu chỉ cần giảm 10% sức cản của mạng gió, thì phải chống xén toàn bộ các đƣờng lò để tiết diện tăng 4,5% và khi đó lƣu lƣợng gió Qm cũng chỉ tăng thêm đƣợc 3,5% [30]. Vì vậy thƣờng đƣợc áp dụng giải quyết các vấn đề khác nhƣ yêu cầu về an toàn hoặc vận tải,...

Đơn giản sơ đồ mạng gió có thể thực hiện bằng việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong khai thác, với mục đích tăng sản lƣợng khai thác của các lò chợ, tức là giảm số hộ tiêu thụ gió, tập trung diện khai thác, khi đó nhu cầu về lƣu lƣợng gió cũng nhƣ hạ áp chung của mỏ sẽ giảm [23], [24], [33].

Trên hình 1.13, minh họa chế độ làm việc của quạt cũng nhƣ chi phí điện năng của động cơ quạt. Giả sử đƣờng đặc tính h1 là đƣờng đặc tính mỏ khi chƣa áp dụng các biện pháp giảm sức cản, còn đƣờng đặc tính h2 là đƣờng đặc tính mỏ sau khi đã giảm sức cản. Ta thấy, nếu chƣa giảm sức cản ta có B1.13/1 là điểm yêu cầu và điểm A1.13/1 là điểm làm việc hợp lý của quạt, nhƣng nếu giảm sức cản R1 xuống thành R2 thì điểm yêu cầu sẽ là điểm B1.13/2 và lúc này chế độ làm việc hợp lý của quạt sẽ là A1.13/2 nếu vẫn giữ nguyên góc lắp cánh của bánh công tác là 350 hoặc A1.13/3 nếu chuyển góc lắp cánh của bánh công tác là 300. Và rõ ràng ta thấy hiệu quả giảm tiêu thụ điện năng cho mỏ là từ điểm N1.13/1 xuống chỉ còn là N1.13/2 hoặc N1.13/3.

Hình 1.13. Đồ thị xác định tối ưu chế độ làm việc của quạt bằng phương pháp giảm sức cản mỏ

2. Phương pháp giảm rò gió và điều chỉnh lưu lượng gió hợp lý giữa các khu vực khai thác của mỏ

Đối với phƣơng án này là sử dụng các cửa gió (cửa chắn gió hoặc cửa điều

tiết gió) có chất lƣợng đảm bảo hiệu quả trong việc chắn gió hay điều tiết gió, với

tiêu chí giảm tối đa lƣu lƣợng gió rò trong mỏ, nâng cao hiệu quả phân phối điều

tiết gió giữa các khu vực khai thác [26], [33], [41].

Phƣơng án này đƣợc minh họa nhƣ trên hình 1.14. Giả sử mỏ chƣa áp dụng các biện pháp giảm rò gió trong mỏ, khi đó điểm yêu cầu là điểm B1.14/1, và chế độ làm việc của quạt gió sẽ là điểm A1.14/1 (góc lắp cánh 350). Nhƣng nếu nhƣ sau khi áp dụng các biện pháp chống rò gió hoặc điều chỉnh lƣu lƣợng gió cho các khu vực hợp lý (nâng cao chất lƣợng và sử dụng các cửa gió) thì lƣu lƣợng gió cần cho mỏ sẽ giảm và điểm yêu cầu sẽ là B1.14/2, lúc này chế độ làm việc của quạt gió chỉ là điểm A1.14/2 (góc lắp cánh 300). Và lúc này ta thấy hiệu quả giảm tiêu thụ điện năng cho mỏ là từ điểm N1.14/1 xuống chỉ còn là N1.14/2.

Hình 1.14. Đồ thị xác định chế độ tối ưu của quạt gió bằng phương pháp giảm rò gió mỏ

3. Phương pháp sử dụng quạt gió có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh

Phƣơng án này đƣợc thực hiện bằng các giải pháp là sử dụng thay loại quạt

với công nghệ cũ (góc lắp cánh của bánh công tác cố định theo một số góc nhất

định) bằng các loại quạt có tính năng kỹ thuật tiên tiến (loại quạt có cơ cấu tự điều chỉnh chế độ làm việc của quạt với góc lắp cánh của bánh công tác bất kỳ. Ví dụ

quạt VOA). Phƣơng án này có thể giảm tiêu thụ điện năng tới 30%.

Hiệu quả của phƣơng án này đƣợc minh họa nhƣ trên hình 1.15. Giả sử nếu

ta dùng loại quạt gió không có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác (các góc đƣợc định vị cố định (200, 250,......), với điểm yêu cầu là điểm B1.15 thì chế độ làm việc của quạt sẽ là điểm A1.15/1 (tƣơng ứng góc 350), nhƣng nếu là quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác thì điểm làm việc của quạt sẽ là điểm A1.15/2 = B1.15, và điện năng tiệu thụ cũng sẽ giảm tƣơng ứng từ điểm N1.15/1 xuống thành điểm N1.15/2.

Phƣơng án này cũng có thể áp dụng đối với các quạt gió ly tâm 2 mặt hút thì chuyển sang chế độ làm việc một mặt hút sẽ tăng hiệu suất làm việc của quạt và giảm điện năng tiêu thụ (có thể giảm từ 14 – 20% điện năng tiêu thụ) [25], [26], [29], [31].

Hình 1.15. Đồ thị xác định chế độ tối ƣu của quạt gió bằng phƣơng pháp sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác/sử dụng biến tần 4. Phương án sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt

Phƣơng án này đƣợc thực hiện bằng việc sử dụng biến tần để điều chỉnh tự động chế độ làm việc của quạt gió (phƣơng án này có thể giảm tiêu thụ điện năng tới 40%).

Hiệu quả của phƣơng án này đƣợc minh họa nhƣ trên hình 1.15. Giả sử nếu ta dùng loại quạt gió không có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác (các góc đƣợc định vị cố định (200, 250,......), với điểm yêu cầu là điểm B1.15 thì chế độ làm việc của quạt sẽ là điểm A1.15/1 (tƣơng ứng góc 350/50Hz). Nhƣng nếu sử dụng biến tần thì quạt vẫn làm việc ở góc lắp cánh 350, nhƣng ta điều chỉnh đƣợc chế độ làm việc của quạt gió về điểm A1.15/2 = B1.15 bằng cách thay đổi tần số dòng từ 50Hz xuống 42Hz nhờ vào đặc tính của thiết bị biến tần. Nhƣ vậy, trong trƣờng hợp sử dụng biến tần, quạt vẫn vận hành với góc lắp cánh 350, chế độ làm việc của quạt A1.15/2 đƣợc điều chỉnh tại B1.15 đạt đƣợc bằng cách giảm tần số xuống 42Hz và điện năng tiêu thụ tƣơng ứng sẽ giảm từ điểm N1.15/1 xuống điểm N1.15/2. 1.3.2. Tổng quan về tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở Việt Nam 1.3.2.1. Tổng quan về các quạt gió chính ở Việt Nam 1. Xu hướng sử dụng quạt ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

Hiện nay, ở nƣớc ta chƣa có cơ sở nào sản xuất quạt công nghiệp có công suất lớn để sử dụng cho ngành mỏ. Các quạt gió sử dụng hiện nay ở các mỏ khai

thác hầm lò đều là các loại quạt nhập khẩu từ một số nƣớc trên thế giới. Điển hình là quạt do Liên Xô và Trung Quốc sản xuất.

Nhƣng bắt đầu từ đầu thế kỷ này, các mỏ vùng Quảng Ninh bắt đầu sử dụng các loại quạt gió chính của Trung Quốc. Nguyên nhân do các loại quạt của Trung Quốc sản xuất có giá thành rẻ, điều kiện cung ứng dễ và chủng loại tƣơng đối đa dạng. Đến nay các loại quạt của Liên Xô sản xuất, gần nhƣ đã đƣợc thay thế bằng các loại quạt của Trung Quốc.

Loại quạt đầu tiên mã hiệu 2K56 và 2K60 đƣợc sử dụng ở các mỏ Mạo Khê (quạt 2K56-No24, năm 2008), Thống Nhất (quạt 2K56-No24, năm 2009), Vàng Danh và Dƣơng Huy (quạt 2K60-No16, năm 2009), Nam Mẫu (2 trạm quạt 2K56- No18, năm 2007 và 2008). Tiếp theo những năm sau một số mỏ sử dụng các quạt loại BD với công suất nhỏ hơn. Với đơn chào hàng của công ty thƣơng mại Shengang San Yutian có trụ sở tại Cát Linh, Hà Nội, các công ty than Hòn Gai, Vàng Danh, Uông Bí đã trang bị các loại quạt 2K56-No18, 2K60-No18 và 2K56- No24; muộn hơn, công ty than Dƣơng Huy đã trang bị quạt 2K60-No16 thay thế cho các trạm quạt VOD-16 đã sử dụng lâu năm ở mỏ. Hiện nay nhiều Công ty đã trang bị loại quạt 2 cấp FBDCZ. Những nhận định trong tƣơng lai, thì các loại quạt do Trung Quốc sản xuất sẽ đƣợc sử dụng rộng rãi ở các mỏ hầm lò của nƣớc ta. Đặc biệt là các loại quạt đa cấp nhƣ: FBCZ và FBDCZ. 2. Các loại quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Theo số liệu thống kê vào quý II năm 2017 của Tập đoàn Than & Khoáng sản Việt Nam thì quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đang sử dụng nhƣ trong bảng 1.1 [3]. Với số liệu các loại quạt gió chính đó ta có tỷ lệ các loại quạt theo tính toán nhƣ trên hình 1.16. Các quạt gió chính đang sử dụng ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh,

đều là các loại quạt hƣớng trục và có các bánh công tác đƣợc cấu tạo với các góc

lắp cánh theo một số góc cố định.

Bảng 1-1. Tổng hợp số lượng các quạt gió chính

TT Tên quạt Số lƣợng

2 1 BOKД

24 2 BD

34 3 2K56

8 4 2K60

58 5 FBDCZ

10 6 Khác

Tổng 136 Hình 1.16. Tỷ lệ các loại quạt gió chính mỏ than hầm lò Việt Nam năm 2017

1.3.2.2. Tổng quan về tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính ở Việt Nam Các mỏ than hầm lò ở nƣớc ta hiện nay nhìn chung đều có công nghệ còn tƣơng đối lạc hậu. Việc chi phí điện năng cho thông gió còn rất lớn, hiệu quả thông gió ở các mỏ còn thấp, một trong những nguyên nhân đó là phải kể đến chế độ làm việc của các quạt gió chính thực sự chƣa tối ƣu. Thực tế ở nƣớc ta từ trƣớc đến nay chƣa có một công trình nghiên cứu nào nghiên cứu sâu về việc tối ƣu chế độ làm việc của các quạt gió chính. Tuy nhiên trên thực tế việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở nƣớc ta cũng đƣợc thực hiện gián tiếp thông qua các giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió mỏ, chính vì vậy nhìn chung việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở nƣớc ta thực hiện còn rất hạn chế so với trên thế giới. Tổng quát các phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nhƣ sau:

- Phương pháp giảm sức cản và đơn giản sơ đồ mạng gió mỏ Đối với phƣơng án này, hầu hết các mỏ hầm lò ở nƣớc ta khó thực hiện. Do bản chất phƣơng án này là hiệu quả kinh tế không cao, chi phí quá lớn khi phải chống xén hoặc đào mới đƣờng lò để tăng tiết diện và trực tiếp làm giảm sức cản đƣờng lò. Hiện nay ở một số mỏ thậm chí tiết diện đƣờng lò bị lún nén làm cho tiết diện đƣờng lò bị thu hẹp, dẫn đến tốc độ gió quá lớn vƣợt quy phạm cho phép, nhƣng vẫn không đƣợc giải quyết kịp thời. Tuy nhiên, ở một số mỏ cũng đã thực hiện việc chống xén mở rộng diện tích đƣờng lò, lập kế hoạch khai thác phù hợp cũng nhƣ áp dụng các công nghệ khai thác tiên tiến để nâng cao năng suất và giảm số lò chợ khai thác, các giải pháp này với mục đính chính không phải là tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió, mà mục đích chính là tăng năng suất, giảm giá thành khai thác, cải thiện sức lao động của công nhân, nhƣng đã gián tiếp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính.

- Phương pháp giảm rò gió trong mỏ Đối với phƣơng án giảm rò gió trong mỏ, ở các mỏ cũng đã thƣờng xuyên thực hiện nâng cấp các cửa gió và thành chắn. Tuy nhiên về hiệu quả còn ở mức độ nhất định, chất lƣợng các cửa gió nhìn chung vẫn còn kém nên hiệu quả không đƣợc cao. Việc đầu tƣ lắp đặt loại cửa gió có cơ cấu đóng mở cửa tự động không đáng kể chiếm tỷ lệ nhỏ và mang tính chất thử nghiệm ở một số mỏ có sản lƣợng và quy mô khai thác lớn. Đây là loại cửa có độ rò gió rất thấp (thậm chí dƣới 1m3/s), nhƣng chi phí quá cao, do vậy không phù hợp với điều kiện ở các mỏ than hầm lò nƣớc ta.

- Phương án sử dụng biến tần để điều khiển chế độ làm việc của quạt Hiện nay ở một số mỏ đã đầu tƣ mua sắm thiết bị biến tần, nhƣ Công ty than Hòn Gai, Hà Lầm, Khe Chàm, Thống Nhất,... Nhƣng đến trƣớc thời điểm NCS nghiên cứu, do nhiều nguyên nhân và chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu nên mục

đích của các mỏ đầu tƣ biến tần là dùng để khởi động các quạt thay cho khởi động mềm, việc đầu tƣ biến tần chỉ giúp cho các mỏ thực hiện đảo ca làm việc các quạt gió chính trong trạm thƣờng xuyên hơn, trƣớc đây khi không có biến tần một quạt có thể làm việc đến hàng tháng và thậm chí đến cả quý, nhƣng khi có biến tần thì việc này đƣợc thực hiện thƣờng xuyên, thậm chí tính bằng tuần. Chính vì vậy, không phát huy đƣợc ƣu điểm của loại hình công nghệ thiết bị biến tần. 1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 1.4.1. Kết luận 1- Việc tối ƣu chế độ làm việc của các quạt gió chính đã đƣợc nghiên cứu và thực hiện ở nhiều nƣớc trên thế giới và cho hiệu quả rất cao, đặc biệt là các nƣớc có điều kiện và trình độ kỹ thuật tân tiến nhƣ: Liên bang Nga, Nhật, Ukraina, Tây Ban Nha, Trung Quốc,… Trên thế giới hiện nay, việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính bằng việc áp dụng các giải pháp: Giảm sức cản đƣờng lò; giảm rò gió trong mỏ, tối ƣu các công trình điều tiết gió; sử dụng các loại quạt gió tiên tiến có cơ cấu tự động điều chỉnh đƣợc góc lắp cánh của bánh công tác theo mọi góc độ bất kỳ; đặc biệt là giải pháp sử dụng thiết bị trợ giúp nhƣ biến tần để tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió theo nhu cầu của mỏ trong từng thời điểm, kể cả trong ca hay trong ngày là tƣơng đối phổ biến. 2- Đối với nƣớc ta, hiện nay tất cả các loại quạt gió chính đang sử dụng cho các mỏ đều là loại quạt không có chức năng tự điều chỉnh đƣợc góc lắp cánh. Các quạt gió đều làm việc với một góc lắp cánh nhất định theo tiêu chuẩn nhà sản xuất đã định, vì vậy chế độ này đƣợc làm việc cố định 24/24h trong suốt một thời gian theo định kỳ tới hàng quý thậm chí là cả năm. Việc nghiên cứu tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió mới dừng lại ở giải pháp xử lý việc rò gió và một phần ở giải pháp giảm thiểu sức cản đƣờng lò. Khả năng đầu tƣ thiết bị công nghệ còn hạn chế, chƣa thực sự quan tâm nghiên cứu tối ƣu chế độ làm việc của các quạt gió. Đây là một trong những nguyên nhân gây lãng phí điện năng cũng nhƣ chi phí không cần thiết. Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp để áp dụng tối ƣu chế độ làm việc của các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh thực sự có tiềm năng và tính khả thi cao. 1.4.2. Những vấn đề tập chung nghiên cứu của luận án Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của Chƣơng 1, hƣớng nghiên cứu chính của luận án là nghiên cứu nhu cầu gió thực tế của mỏ trong các thời điểm ở các khung giờ khác nhau trong những ngày mỏ làm việc cũng nhƣ ngày mỏ nghỉ (không làm việc). Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nhằm tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió để đáp ứng phù hợp theo nhu cầu gió sạch của mỏ.

CHƢƠNG 2 HIỆN TRẠNG THÔNG GIÓ VÀ NHU CẦU GIÓ SẠCH CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH

2.1. ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC CÁC MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH 2.1.1. Đặc điểm chung vùng than Quảng Ninh 1. Vị trí địa lý

Quảng Ninh là một tỉnh thuộc vùng Đông Bắc của Việt Nam, trải từ 106035’ sang 1080 Kinh độ Đông và từ 20040’ lên 21044’ Vĩ độ Bắc. Tỉnh Quảng Ninh có tổng diện tích phần đất liền là 7.064km2 (kể cả các đảo) chủ yếu là địa hình trung du và đồi núi, với dân số cho đến năm 2016 là gần 1,3 triệu ngƣời.

Phía Tây Bắc tiếp giáp với tỉnh Quảng Tây (Trung Quốc) trên chiều dài 122

km cũng đồng thời là một đƣờng biên giới phía Bắc của quốc gia, phía Tây giáp

với đồng bằng của hai tỉnh Bắc Giang và Hải Dƣơng có chiều dài tƣơng ứng là 78 km và 21 km; phía Tây Nam giáp với Hải Phòng dài 78 km; phía Nam và Đông là

biển Đông với chiều dài bờ biển 250 km.

Đƣờng giao thông của tỉnh Quảng Ninh rất thuận tiện giao lƣu với Hà Nội

bằng quốc lộ 18A, với quốc lộ 5 Hải Phòng - Hà Nội và các tỉnh đồng bằng sông

Hồng. Diện tích tự nhiên toàn tỉnh Quảng Ninh là tính đến ngày 1-10-1998 là

611.081,3 ha. Vị trí ranh giới tỉnh Quảng Ninh nhƣ hình 2.1.

Hình 2.1. Bản đồ vị trí địa lý tỉnh Quảng Ninh

2. Điều kiện địa hình

Quảng Ninh là tỉnh miền núi - duyên hải. Hơn 80% đất đai là đồi núi. Hơn

hai nghìn hòn đảo nổi trên mặt biển cũng đều là các quả núi.

Vùng núi chia làm hai miền: Vùng núi miền Đông từ Tiên Yên qua Bình Liêu, Hải Hà, Đầm Hà đến Móng Cái. Đây là vùng nối tiếp của vùng núi Thập Vạn Đại Sơn từ Trung Quốc, hƣớng chủ đạo là đông bắc - tây nam. Có hai dãy núi chính: dãy Quảng Nam Châu (1.507 m) và Cao Xiêm (1.330 m) chiếm phần lớn diện tích tự nhiên các huyện Bình Liêu, Hải Hà, Đầm Hà, dãy Ngàn Chi (1.166 m) ở phía bắc huyện Tiên Yên. Vùng núi miền tây từ Tiên Yên qua Ba Chẽ, Hoành Bồ, phía bắc thị xã Uông Bí và thấp dần xuống ở phía bắc huyện Đông Triều. Vùng núi này là những dãy nối tiếp hơi uốn cong nên thƣờng đƣợc gọi là cánh cung núi Đông Triều với đỉnh Yên Tử (1.068 m) trên đất Uông Bí và đỉnh Am Váp (1.094 m) trên đất Hoành Bồ.

Vùng trung du và đồng bằng ven biển gồm những dải đồi thấp bị phong hoá

và xâm thực tạo nên những cánh đồng từ các chân núi thấp dần xuống các triền

sông và bờ biển. Đó là vùng Đông Triều, Uông Bí, bắc Yên Hƣng, nam Tiên Yên, Đầm Hà, Hải Hà và một phần Móng Cái. ở các cửa sông, các vùng bồi lắng phù sa

tạo nên những cánh đồng và bãi triều thấp. Đó là vùng nam Uông Bí, nam Yên

Hƣng (đảo Hà Nam), đông Yên Hƣng, Đồng Rui (Tiên Yên), nam Đầm Hà, đông

nam Hải Hà, nam Móng Cái. Tuy có diện tích hẹp và bị chia cắt nhƣng vùng trung

du và đồng bằng ven biển thuận tiện cho nông nghiệp và giao thông nên đang là

những vùng dân cƣ trù phú của Quảng Ninh.

Vùng biển và hải đảo của Quảng Ninh là một vùng địa hình độc đáo. Hơn

hai nghìn hòn đảo chiếm hơn 2/3 số đảo cả nƣớc (2078/ 2779), đảo trải dài theo

đƣờng ven biển hơn 250 km chia thành nhiều lớp.

3. Khí hậu

Quảng Ninh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có một mùa hạ nóng ẩm mƣa

nhiều, một mùa đông lạnh ít mƣa và tính nhiệt đới nóng ẩm là bao trùm nhất. Do

ảnh hƣởng bởi hoàn lƣu gió mùa Đông Nam Á nên khí hậu bị phân hoá thành hai

mùa gồm có mùa hạ thì nóng ẩm với mùa mƣa, còn mùa đông thì lạnh với mùa khô. Nhiệt độ trung bình trong năm từ 21 – 23oC, lƣợng mƣa trung bình hàng năm 1.995 m, độ ẩm trung bình 82 – 85%. Mùa lạnh thƣờng bắt đầu từ hạ tuần tháng 11 và kết thúc vào cuối tháng 3 năm sau, trong khi đó mùa nóng bắt đầu từ tháng 5 và

kết thúc vào đầu tháng. Mùa ít mƣa bắt đầu từ tháng 11 cho đến tháng 4 năm sau, mùa mƣa nhiều bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào đầu tháng 10. Ngoài ra, do tác động của biển, nên khí hậu của Quảng Ninh nhìn chung mát mẻ, ấm áp, thuận lợi đối với phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp và nhiều hoạt động kinh tế khác.

4. Sông suối

Quảng Ninh có tất cả khoảng 30 sông, suối với chiều dài trên 10 km. Diện tích lƣu vực thông thƣờng không quá 300 km2, trong đó có 4 con sông lớn là hạ

lƣu sông Thái Bình, sông Ka Long, sông Tiên Yên và sông Ba Chẽ. Tuy nhiên,

hầu hết các sông suối đều ngắn, nhỏ và độ dốc lớn. Lƣu lƣợng và lƣu tốc rất khác biệt giữa các mùa. Vào mùa đông, các sông cạn nƣớc, có chỗ trơ ghềnh đá nhƣng mùa hạ lại ào ào thác lũ, nƣớc dâng cao rất nhanh. Lƣu lƣợng mùa khô 1,45 m3/s, mùa mƣa lên tới 1500 m3/s, chênh nhau 1.000 lần. 5. Kinh tế

Quảng Ninh là một trọng điểm kinh tế, một đầu tàu của vùng kinh tế trọng

điểm phía bắc đồng thời là một trong bốn trung tâm du lịch lớn của Việt Nam với di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long đã hai lần đƣợc UNESCO công nhận về

giá trị thẩm mĩ và địa chất, địa mạo. Quảng Ninh có nhiều Khu kinh tế , Trung tâm

thƣơng mại Móng Cái là đầu mối giao thƣơng giữa hai nƣớc Việt Nam - Trung

Quốc và các nƣớc trong khu vực. Năm 2010 đến nay, Quảng Ninh là tỉnh có chỉ số

năng lực cạnh tranh cấp tỉnh đứng thứ 7 ở Việt Nam.

Quảng Ninh hội tụ những điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội

quan trọng trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Là một tỉnh có

nguồn tài nguyên khoáng sản, (Quảng Ninh đã chiếm tới 90% trữ lượng than Việt

Nam) nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, cung cấp vật tƣ, nguyên liệu cho các

ngành sản xuất trong nƣớc và xuất khẩu, đóng góp quan trọng cho sự phát triển

kinh tế, tăng trƣởng GDP của tỉnh Quảng Ninh. Quảng Ninh xếp thứ 5 cả nƣớc về

thu ngân sách nhà nƣớc (2014) sau thành phố Hồ Chí Minh, thủ đô Hà Nội, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu và thành phố Hải Phòng. Tính đến hết năm 2014 GDP đầu ngƣời

đạt 3500 USD/năm. Lƣơng bình quân của lao động trong tỉnh ở các ngành chủ lực

nhƣ than, điện, cảng và du lịch đều ở mức cao.

2.1.2. Hiện trạng khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1.2.1. Tài nguyên và công suất [6]

Trữ lƣợng than Antraxít của Việt Nam tập trung chủ yếu ở vùng Quảng Ninh từ Phả Lại đến Kế Bào với diện tích khoảng 300 km2. Tổng trữ lƣợng và tài nguyên than dự tính đến ngày 31 tháng 12 năm 2015 khoảng 48,88 tỷ tấn gồm

khoảng 2,26 tỷ tấn trữ lƣợng (trong đó ở vùng Quảng Ninh là 2,218 tỷ tấn) và

46,62 tỷ tấn tài nguyên (trong đó vùng Quảng Ninh là 4,068 tỷ tấn) và trong đó có 0,34 tỷ tấn than bùn. Trữ lƣợng và tài nguyên than huy động vào quy hoạch khoảng 3,05 tỷ tấn gồm khoảng 1,22 tỷ tấn trữ lƣợng và 1,83 tỷ tấn tài nguyên, trong đó có 0,06 tỷ tấn than bùn. Trữ lƣợng than phân bố trong khu vực Quảng Ninh (Bể than Đông Bắc nhƣ trong bảng 2.1.

Vùng than Quảng Ninh chỉ có khoảng 29% số lƣợng vỉa than thuộc loại có kiến tạo đơn giản, còn lại là phức tạp và rất phức tạp. Các vỉa than không ổn định

về chiều dày và góc dốc chiếm tỷ lệ cao (gần 3/4 tổng trữ lƣợng). Cấu tạo vỉa có

chứa các lớp đá kẹp với số lƣợng, chiều dày và tính chất cơ lý của chúng thƣờng biến đổi. Các vỉa than bị phân cắt bởi hàng loạt đứt gãy, phay phá.

Bảng 2.1. Tổng hợp trữ lượng than vùng Quảng Ninh

Trữ lƣợng

Tài nguyên

Tổng số

Chắc chắn Tin cậy Dự tính

Dự báo

111+121+122 Tổng

211+221+331 222+332

333 334a

334b

I. Tài nguyên và trữ lƣợng than

6287077

2218617

4068460

109452

394958

1585050 1460988

518012

II. Tài nguyên và trữ lƣợng than huy động vào quy hoạch

2172787

1200858

971929

54834

135706

409686

119697

252006

Kết quả theo các tài liệu báo cáo địa chất thăm dò cho thấy: - Vùng Bảo Đài phát hiện 24 đứt gãy. - Vùng Mạo Khê phát hiện 21 đứt gãy. - Vùng Hòn Gai - Cẩm Phả phát hiện 70 đứt gãy. Nếu chỉ tính riêng các đứt gãy lớn này thì mức độ đứt gãy là thấp (dƣới 50m/ha). Nhƣng trong quá trình đào lò chuẩn bị và khai thác phát hiện đƣợc nhiều phay phá có biên độ nhỏ. Phân bố trữ lƣợng địa chất theo chiều dày và góc dốc vỉa đƣợc thể hiện trên hình 2.2, phân bố trữ lƣợng địa chất theo độ dài đƣờng phƣơng khu khai thác thể hiện trên hình 2.3, phân bố trữ lƣợng theo hình dạng khu khai thác thể hiện trên hình 2.4

5,25

51,77

> 3,5

0,6

9,32

2,81 - 3,5

3,49

1,13

50 g n ợ ƣ

7,85 5,82

5,64

2,01 - 2,80

2,51

l

Chiều dầy vỉa (m)

5,72

1,21 - 2,00

ữ r t )

0,9

%

< 1,2

( ệ l ỉ

T

0 > 55

36 - 55

18 - 35

< 18

Góc dốc vỉa (độ)

Hình 2.2. Phân bố trữ lượng địa chất các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh theo chiều dày và độ dốc của vỉa

Hình 2.3. Phân bố trữ lượng địa chất các mỏ hầm lò Quảng Ninh theo kích thước đường phương khu khai thác

Hình 2.4. Phân bố trữ lượng địa chất các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh theo hình dạng khu khai thác

Do yêu cầu tiêu thụ than trên Thế giới ngày càng tăng. Để đáp ứng đƣợc

nhu cầu của thị trƣờng than trên Thế giới, bắt buộc sản lƣợng khai thác than càng phải tăng mạnh theo, nhƣ vậy dẫn đến việc khai thác than bằng phƣơng pháp hầm lò trở nên có ý nghĩa quan trọng hơn bao giờ hết. Theo trữ lƣợng thăm dò địa chất thì trữ lƣợng khai thác hầm lò sẽ chiếm khoảng 76% tổng trữ lƣợng. Nhu cầu đòi hỏi để phải tăng sản lƣợng khai thác hầm lò là phải đẩy mạnh nâng cao năng suất

lò chợ, mặt khác phải mở rộng khu khai thác và các mỏ mới. Trên thực tế những năm gần đây để tăng sản lƣợng khai thác thì hầu hết các mỏ phải tăng sản lƣợng lò

chợ và diện khai thác. Theo tổng sơ đồ và chiến lƣợc phát triển ngành than Việt

Nam đến năm 2020 và dự báo đến năm 2030 thì nhu cầu sử dụng than khai thác

nƣớc ta đến năm 2016 là khoảng 41 ÷ 44 triệu tấn, đến năm 2020 là khoảng 47 ÷ 50 triệu tấn/năm, đến năm 2025 là khoảng 51 ÷ 54 triệu tấn/năm và tới năm 2030 là khoảng 55 ÷ 57 triệu tấn/năm [6].

Nhƣ vậy với việc tăng sản lƣợng than khai thác hầm lò, đòi hỏi phải mở

rộng diện khai thác và tăng sản lƣợng lò chợ của các mỏ đang tồn tại. Dẫn đến phải

tăng năng lực thông gió cho các mỏ để đáp ứng đƣợc yêu cầu sản xuất.

2.1.2.2. Đặc điểm mở vỉa và chuẩn bị 1. Sơ đồ mở vỉa

Sơ đồ mở vỉa của các mỏ hầm lò đều theo nguyên tắc ƣu tiên mở vỉa theo

phƣơng pháp lò bằng, những khoáng sàng không thể mở vỉa bằng lò bằng thì mở

vỉa bằng giếng nghiêng, những khoáng sàng với dự án khai thác xuống sâu không

thể mở vỉa đƣợc bằng lò bằng, giếng nghiêng thì mở vỉa bằng giếng đứng hoặc giếng nghiêng kết hợp giếng đứng [3], [4].

- Mở vỉa lò bằng:

Các mỏ Vàng Danh, Nam Mẫu, Đồng Rì, Cao Thắng, Giáp Khẩu, Đông

Khe Sim, Dƣơng Huy, Khe Tam, Nam Khe Tam v.v… sử dụng lò bằng để mở vỉa

cho các dự án phần nông.

- Mở vỉa giếng nghiêng:

Các mỏ sử dụng sơ đồ mở vỉa bằng giếng nghiêng nhƣ: Phần giếng các mỏ Mạo Khê đến mức -150, Hà Lầm đến mức -150, Khe Chàm I, Cái Đá (mỏ Hòn

Gai), Nam Mẫu mức dƣới +125, Vàng Danh, Đông Lộ Trí (mỏ Thống Nhất), Công

ty than Hạ Long (Hà Ráng, Bắc Cọc 6),v.v...

- Mở vỉa bằng giếng đứng:

Các mỏ sử dụng sơ đồ mở vỉa bằng giếng đứng nhƣ: Mỏ than Mông Dƣơng,

Mỏ than Hà Lầm (dự án mức dƣới -150) và Mỏ than Núi Béo (dự án hầm lò). Các

dự án mỏ đang xây dựng cơ bản nhƣ:; Mỏ than Mạo Khê (dự án mức dƣới -150) và

Mỏ than Khe Chàm 2-4. 2. Chuẩn bị khai thác

Hầu hết các mỏ đều chuẩn bị khai thác theo phƣơng pháp khấu dật, lò chợ tầng đƣợc áp dụng là phổ biến: Các mỏ Hồng Thái, Nam Mẫu, Đồng Vông, Cao Thắng, Giáp Khẩu, Đông Khe Sim, Dƣơng Huy, Khe Tam, Khe Chàm, Nam Khe Tam. Chuẩn bị khai thác theo phƣơng pháp khấu dật lò chợ phân tầng đƣợc áp dụng ở các mỏ Vàng Danh, Mông Dƣơng. Chuẩn bị khai thác theo phƣơng pháp khấu đuổi có lò đá tiến trƣớc đƣợc áp dụng ở mỏ Mạo Khê.

2.1.2.3. Hệ thống và công nghệ khai thác 1. Hệ thống và công nghệ khai thác Các mỏ than hầm lò của Việt Nam đƣợc áp dụng nhiều hệ thống khai thác

khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của mỏ. Các hệ thống khai thác phổ biến đƣợc áp dụng nhƣ sau: [3], [4]

1- Hệ thống khai thác cột dài theo phƣơng lò chợ khấu theo chiều dốc bằng

khoan nổ mìn cả chiều dày của vỉa hoặc chia lớp nghiêng, chống giữ bằng giá thủy

lực di động. Công nghệ này đang đƣợc ứng dụng và mở rộng ở các mỏ Mạo Khê, Nam Mẫu, Vàng Danh, Thống Nhất, Khe Chàm, Dƣơng Huy, Mông Dƣơng,

Quang Hanh,… và cho hiệu quả cao. Do đã đạt đƣợc các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

và mức độ an toàn cho ngƣời lao động cao, nhƣ mỏ than Hà Lầm đã sử dụng 100%

công nghệ chống giữ bằng giá khung cũng nhƣ công nghệ cơ giới hóa đồng bộ.

2- Hệ thống khai thác cột dài theo phƣơng lò chợ khấu theo chiều dốc bằng

khoan nổ mìn với chiều cao khấu 1,4  2,2 m chống lò bằng cột thuỷ lực đơn.

Đƣợc áp dụng điển hình ở các mỏ của Tổng công ty Đông Bắc, Uông Bí, Nam

Mẫu, Mạo Khê, Dƣơng Huy, Hòn Gai, Hạ Long,...

3- Hệ thống khai thác cột dài theo phƣơng lò chợ khấu theo chiều dốc bằng

áp dụng cơ giới hóa hiện đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng ở một số mỏ nhƣ: Hà

Lầm, Vàng Danh, Khe Chàm,...

4- Cá biệt ở một số mỏ có áp dụng dạng khai thác khác nhƣ: dọc vỉa phân

tầng, chia lớp bằng, ... Nhƣ mỏ Quang Hanh, Mạo Khê, Dƣơng Huy, Hòn Gai, Hạ

Long, Các mỏ của Tổng Công ty Đông Bắc,...

Với tình trạng kỹ thuật và trình độ công nghệ nhƣ hiện nay sản lƣợng và

năng suất khai thác hầm lò còn thấp. Năng suất lao động 1,5  3 tấn/ca, tốc độ tiến

gƣơng lò chợ chậm 18  25 m/tháng đối với các lò chợ thủ công khoan nổ mìn, tổn

thất than ở hầu hết các mỏ hầm lò đều còn rất lớn cá biệt có mỏ tới 30%.

Hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đã có chủ trƣơng mở rộng áp dụng công nghệ cơ giới hoá, nhƣ áp dụng tại vỉa 14 mỏ Khe

Chàm, mỏ Mạo Khê, mỏ Vàng Danh, mỏ than Nam Mẫu và dự án -150 mỏ than

Hà Lầm và các công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao năng suất và giảm tổn thất. 2. Đào lò chuẩn bị Cơ giới hoá công tác đào lò chuẩn bị còn ở mức thấp. Tại các mỏ hầm lò có quy mô sản xuất trung bình trở lên thì việc đào các đƣờng lò chuẩn bị đƣợc thực hiện nhƣ sau: [3], [4]

- Đào lò bằng trong đá bằng khoan nổ mìn, xúc bốc bằng máy lên xe goòng

với tổ hợp thiết bị gồm 1  2 máy khoan khi nén cầm tay có giá đỡ (P-30), 01

máy nén khí di động năng suất 5m3/phút (1H-5), 01 búa chèn (MO-6), quạt gió cục bộ YBT, FBD,... Trong trƣờng hợp đào sân ga hầm trạm có khối lƣợng nhiều

tại các mỏ lớn thì có sử dụng dàn khoan 2 cần (Dy-1M).

- Đào lò bằng trong than bằng khoan nổ mìn, xúc bốc bằng máy lên xe

goòng với tổ hợp thiết bị gồm: 1  2 máy khoan điện cầm tay có giá đỡ (CP- 19M), 1 máy xúc cào với năng suất 2m3/phút (1HD-2), quạt gió cục bộ CBM- 6M, YBT, FBD,… (hoặc loại quạt tƣơng đƣơng) và máy nổ mìn quay tay.

- Đào các lò nghiêng trong than hầu hết là khoan nổ mìn và xúc bốc thủ

công lên thiết bị vận tải.

Đối với các công trƣờng khai thác quy mô nhỏ lộ vỉa thì đào lò chuẩn bị chủ

yếu là khoan nổ mìn, xúc bốc thủ công lên xe goòng đẩy tay.

Tốc độ đào lò trung bình hiện nay: Đào lò trong đá có tiết diện >10m2 là 20  30m/tháng, lò đá có tiết diện 5  10m2 là 30  40m/tháng, lò than là 40  60 m/tháng. Nhìn chung công tác đào lò chuẩn bị hiện nay là đáp ứng đƣợc theo yêu

cầu sản xuất và xây dựng mở rộng mỏ.

2.2. HIỆN TRẠNG THÔNG GIÓ VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CÁC QUẠT GIÓ CHÍNH 2.2.1. Đánh giá về sơ đồ thông gió

2.2.1.1. Phương pháp thông gió

Hiện nay, tất cả các mỏ than khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh đều sử

dụng phƣơng pháp thông gió hút để thông gió chung cho mỏ. Việc sử dụng

phƣơng pháp thông gió này là hợp lý, đảm bảo yêu cầu về quy phạm an toàn và về

chế độ khí cũng nhƣ phù hợp với thực tế là các mỏ hầu hết đều khai thác với nhiều

khu phân tán không tập trung, mỗi khu vực đều có đƣờng lò nối thông với mặt đất,

nên mỗi khu đặt một trạm quạt hút sẽ cho nhiều ƣu điểm. Nhƣ ở các mỏ than Mạo Khê, Nam Mẫu, Uông Bí, Vàng Danh, Hà Lầm, Hòn Gai, Thống Nhất, Dƣơng

Huy, Khe Chàm I, v.v…

Riêng ở mỏ Mông Dƣơng, trƣớc đây áp dụng phƣơng pháp thông gió đẩy,

tuy nhiên hiện nay mỏ đã chuyển sang sử dụng phƣơng pháp thông gió hút.

2.2.1.2. Sơ đồ thông gió

Nhìn chung, hầu hết các mỏ hiện nay đều áp dụng sơ đồ thông gió sƣờn hỗn hợp (trung tâm sƣờn). Tùy thuộc vào thực tế của mỏ, gió vào trung tâm của ruộng mỏ, hoặc kết hợp vào cả trung tâm và sƣờn (ở các khu), gió bẩn đƣợc đƣa ra ngoài qua các trạm quạt gió ở các khu vực của ruộng mỏ.

Vị trí đặt quạt gió chính ở hầu hết các mỏ (nhƣ các mỏ than: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dƣơng,...) nhƣ hiện nay là hợp lý, đảm bảo thuận lợi cho việc thông gió mỏ.

Tuy nhiên, về sơ đồ mạng gió của các mỏ thì hầu hết đều ở dạng tƣơng đối

phức tạp, nhiều mỏ có sơ đồ mạng gió rất phức tạp điển hình nhƣ các mỏ than: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Mông Dƣơng,… Chỉ có một số mỏ có công suất

chỉ cần huy động một đến hai lò chợ khai thác thì sơ đồ thông gió đơn giản hơn và thuận tiện cho công tác tính toán thông gió mỏ, nhƣ mỏ Giáp Khẩu (Công ty than

Hòn Gai), mỏ than Cẩm Thành (Công ty than Hạ Long), mỏ than 35, 91, Thăng

Long (Tổng Công ty Đông Bắc)...

Đặc trƣng sơ đồ thông gió mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh trong giai đoạn qua

có thể đƣợc minh họa qua giản đồ thông gió của một số mỏ sau:

1. Mỏ than Cẩm Thành – Công ty than Hạ Long

Mỏ than Cẩm Thành thuộc Công ty than Hạ Long, khu mỏ đƣợc huy động

khai thác gồm 3 lò chợ và 8 gƣơng lò chuẩn bị, với sản lƣợng khai thác 380.000

T/năm. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ thông gió mỏ hình 2.5. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió đơn giản, tuy nhiên loại sơ đồ

này gần nhƣ là duy nhất ở vùng than Quảng Ninh.

Hình 2.5. Giản đồ thông gió khu mỏ Cẩm Thành-Công ty than Hạ Long

2. Sơ đồ thông gió mỏ than Bắc Cọc Sáu – Công ty than Hạ Long

Mỏ than Bắc Cọc Sáu thuộc công ty than Hạ Long. Với sản lƣợng khai thác khoảng 550.000T/năm, mỏ huy động 6 lò chợ khai thác đồng thời và 10 lò chuẩn bị, và sử dụng 1 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ thông gió mỏ hình 2.6. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió tƣơng đối phức tạp, tuy nhiên loại sơ đồ này cũng chiếm một tỷ lệ

rất nhỏ.

Hình 2.6. Giản đồ thông gió mỏ Bắc Cọc Sáu-Công ty than Hạ Long 3. Sơ đồ thông gió mỏ than Hà Ráng – Công ty than Hạ Long

Mỏ than Hà Ráng thuộc công ty than Hạ Long. Với sản lƣợng khai thác khoảng 350.000T/năm, mỏ huy động 15 lò chợ khai thác đồng thời và 10 lò chuẩn bị, và sử dụng 2 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ thông gió mỏ hình 2.7. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió tƣơng đối phức tạp.

Hình 2.7. Giản đồ thông gió mỏ Hà Ráng-Công ty than Hạ Long 4. Sơ đồ thông gió mỏ khu Thành Công-Cao Thắng, Công ty than Hòn Gai

Khu mỏ than Thành Công-Cao Thắng thuộc công ty than Hòn Gai. Với tổng sản lƣợng khai thác khoảng 420.000T/năm, mỏ gồm 2 khu khai thác: khu Thành Công và khu Cao Thắng. Khu Cao Thắng huy động 1 lò chợ và 4 gƣơng lò đào,

khu Thành Công huy động 8 lò chợ và 7 gƣơng lò đào. Tuy nhiên khu Cao Thắng phải sử dụng 2 trạm quạt gió chính và khu Thành Công sử dụng 1 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ thông gió mỏ hình 2.8 và hình 2.9. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió tƣơng đối phức tạp.

Hình 2.8. Giản đồ thông gió mỏ Khu Cao Thắng, Công ty than Hòn Gai

Hình 2.9. Giản đồ thông gió mỏ khu Thành Công, Công ty than Hòn Gai

5. Sơ đồ thông gió mỏ than Hồng Thái, Công ty than Uông Bí

Mỏ than Hồng Thái nay thuộc công ty than Uông Bí. Với sản lƣợng khai

thác khoảng 500.000T/năm, mỏ huy động 6 lò chợ khai thác đồng thời và 7 lò

chuẩn bị, và sử dụng 2 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió

mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ thông gió mỏ hình 2.10. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió đơn giản.

Hình 2.10. Giản đồ thông gió mỏ than Hồng Thái, Công ty than Uông Bí

6. Sơ đồ thông gió mỏ than Mông Dương

Mỏ than Mông Dƣơng. Với sản lƣợng khai thác khoảng 1.300.000T/năm,

mỏ huy động 13 lò chợ khai thác đồng thời và 20 lò chuẩn bị, và sử dụng 3 trạm

quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên

giản đồ thông gió mỏ hình 2.11. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió phức

tạp.

Hình 2.11. Giản đồ thông gió mỏ than Mông Dương

7. Sơ đồ thông gió mỏ than Khe Chàm

Mỏ than Khe Chàm, với sản lƣợng khai thác khoảng 1.100.000T/năm, mỏ huy động 7 lò chợ khai thác đồng thời và 13 lò chuẩn bị, và sử dụng 3 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ nhƣ trên hình 2.12. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió phức tạp.

Hình 2.12. Giản đồ thông gió mỏ than Khe Chàm

8. Sơ đồ thông gió mỏ than Hà Lầm

Hình 2.13. Giản đồ thông gió mỏ than Hà Lầm

Mỏ than Hà Lầm, với sản lƣợng khai thác khoảng 2.400.000T/năm, mỏ huy

động 10 lò chợ khai thác đồng thời và 18 lò chuẩn bị, và sử dụng 2 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Sơ đồ thông gió mỏ đƣợc thể hiện nhƣ trên giản đồ

thông gió mỏ hình 2.13. Đây là mỏ than hầm lò có sơ đồ thông gió phức tạp. Đặc

biệt giai đoạn trƣớc năm 2015 thì đây là một có sơ đồ thông gió rất phức tạp, tại thời điểm đó mỏ cần tới 7 trạm quạt gió chính.

9. Đánh giá hiện trạng sơ đồ thông gió các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh:

Nguyên nhân các mỏ có sơ đồ thông gió tƣơng đối phức tạp đến rất phức tạp là qua khảo sát mạng gió mỏ và mạng các đƣờng lò cho thấy một số

nguyên nhân sau:

- Các đƣờng lò xây dựng cơ bản đƣợc đào trong đá thì hầu hết đảm bảo về

chất lƣợng nhƣ: hình dạng, khung chống, tiết diện so với thiết kế. Còn các đƣờng

lò xây dựng cơ bản đào trong than thì chỉ sau một thời gian ngắn đều bị ảnh hƣởng

do áp lực mỏ lớn dẫn đến làm thay đổi diện tích và hình dáng đƣờng lò, làm lún và siêu cột chống. Đánh giá chung thì tỷ lệ đƣờng lò không đảm bảo về diện tích

chiếm tỷ lệ tƣơng đối lớn. Nhƣ mỏ than Hà Lầm mức -80 trở lên và mỏ than Mạo

Khê mức -50 trở lên,... Nguyên nhân do quá trình sử dụng bị lún nén và hầu hết

các đƣờng lò đƣợc thiết kế xây dựng cho kế hoạch sản lƣợng trƣớc đây còn nhỏ,

đến nay do kế hoạch tăng sản lƣợng hàng năm lớn dẫn đến bản thân nhiều đƣờng lò tuy không bị lún nén nhƣng cũng không đáp ứng cho hiện tại. Đặc biệt là một số

đƣờng lò dọc vỉa trong than, đầu và chân lò chợ tiết diện không đảm bảo, làm cho

tốc độ gió vƣợt quá yêu cầu, vì vậy tạo ra hạ áp mỏ lớn, đặc biệt là gây ra bụi lớn.

Đây là một trong những nguyên nhân chính gây ra hạ áp mỏ lớn.

- Số lò chợ huy động vào sản xuất nhiều, huy động nhiều vỉa và nhiều tầng cùng khai thác. Dẫn đến sơ đồ mạng gió gồm nhiều khu và nhiều đƣờng lò. Hầu hết các mỏ đều huy động nhiều khu vực khai thác đồng thời và mỗi khu vực lại bố trí một quạt gió chính. Chính vì vậy, đa số các mỏ đều sử dụng từ 2 đến 3 trạm quạt, thậm chí có mỏ phải sử dụng trên 3 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm cho sơ đồ gió phức tạp. 2.2.2. Đánh giá về hiệu quả thông gió mỏ 2.2.2.1. Đánh giá tình hình thông gió cho các gương lò chợ 1. Về hướng gió đi trong lò chợ

Kết quả khảo sát đánh giá về hƣớng gió đi trong lò chợ tại một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh cho thấy: các mỏ đều thực hiện tốt việc thiết kế để hƣớng gió đi trong lò chợ là đi từ mức dƣới đi lên mức trên đảm bảo đúng theo quy phạm an toàn. 2. Về lưu lượng gió đi qua lò chợ: Qua nghiên cứu tình hình thông gió các lò chợ của các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh cho thấy trong các thời điểm thông gió khác nhau thì lƣợng gió thực tế qua các lò chợ hầu hết là đảm bảo tính toán thiết kế. Kết quả lƣu lƣợng gió qua các lò chợ ở một số mỏ nhƣ trong bảng 2.2.

Đánh giá chung thì tổng lƣợng gió cho toàn mỏ là đảm bảo và thừa. Tuy nhiên ở một thời điểm nhất định vẫn còn có lò chợ thiếu gió so với thiết kế tính

toán, mặc dù lƣợng gió thiếu không đáng kể. Nguyên nhân là do công tác quản lý

đóng mở cửa gió không đảm bảo theo yêu cầu, dẫn đến có lò chợ thì thừa gió và lò chợ thiếu gió theo yêu cầu thiết kế.

Bảng 2.2. Kết quả khảo sát lưu lượng gió qua các lò chợ ở một số mỏ

Đánh giá

TT

Tên lò chợ

Đánh giá

Cần

Thừa (m3/s)

Thiếu (m3/s)

Các thông số lƣu lƣợng gió (m3/s) Thực tế

Mỏ than Hồng Thái

1 Chợ 47 -6

6,41

7,2

0,81

Thừa

2 Chợ 46 -19&21

8,97

8,6

0,37

Đạt

3 Chợ 43-12

6,41

6,7

0,31

Đạt

4 Chợ 43-14

5,83

6,1

0,27

Đạt

5 Chợ 43-11

6,48

6,32

Thiếu

0,16

6 Chợ 43-13

6,48

6,27

Thiếu

0,21

Mỏ than Hòn Gai

6,6

1,6

5,0

1 Lò chợ mức -200/-165 TC6-2

Thừa

7,2

0,2

7,0

2 Lò chợ mức -160/-85 TC6-1

Đạt

7,4

2,4

5,0

Thừa

Lò chợ mức -160/-125 V6BM

4,5

5,0

4 Lò chợ mức -118/-95 BM7-1

Thiếu

0,5

5,4

1,4

4,0

5 Lò chợ mức -130/-112 TC7-1

Thừa

3,6

4,0

0,4

Thiếu

Lò chợ bằng mức -105 Block4 V6BM

4,8

5,0

0,2

Thiếu

Lò chợ mức -140/- 120V11CT

Mỏ Khe Chàm I

1,9

1 Lò chợ 13.1-2 vỉa 13.1

19,1

Thừa

4,1

6,9

2 Lò chợ 13.1-3 vỉa 13.1

Thừa

3,7

6,3

3 Lò chợ 13.1a-6 vỉa 13.1a

Thừa

5,7

6,3

4 Lò chợ 12.1-2 vỉa 12

Thừa

3,7

6,3

5 Lò chợ 13.2-7 vỉa 13.2

Thừa

3,7

6,3

6 Lò chợ 14.2-7 vỉa 14.2

Thừa

Mỏ Khe Chàm III

6,7

1 Lò chợ 14.5-1A vỉa 14.5

6,3

Thừa

4,1

4,5

0,4

Đạt

Khấu ngang nghiêng vỉa 7 +125/+200 T.IIa-:-T.I (+166)

Mỏ Nam Mẫu

5,0

5,9

0,9

Thừa

Khấu buồng thƣợng V7 +100/+125 T.IIa-:-T.I

14,67

13,6

1,07

Thiếu

Lò chợ vỉa 5 +60/+80 T.I -:- T.Iia CGH KT

8,25

11,4

3,15

Thừa

Lò chợ vỉa 6 +140/+160 T.IIa-:-T.I

4,2

5,3

1,1

Lò chợ vỉa 5 +160/+200 T.V -:- F.305

8,3

14,2

5,9

Thừa

Lò chợ vỉa 4 L2 +125/+200 T.V-:-T.IV

7 Lò chợ BNM-8-1

8,8

15,8

7,0

8 Lò chợ I-9-1

9,0

11,9

2,9

9 Lò chợ I-6a-2

7,9

12,3

4,4

10 Lò chợ I-7-6

8,6

10,6

2,0

11 Lò chợ BNM-7-2

5,0

10,8

5,8

Thừa

12 Lò chợ I-8-1

5,5

11,0

5,5

Thừa

Thừa Thừa Thừa Thừa Thừa

3. Về điều kiện vi khí hậu

Kết quả nghiên cứu đánh giá về một số thông số chủ yếu của điều kiện vi

khí hậu ở lò chợ (tốc độ gió, nhiệt độ và độ ẩm) ở một số mỏ nhƣ trong bảng 2.3. Nếu nhƣ đánh giá điều kiện vi khí hậu theo tiêu chuẩn Việt Nam, thì đều đảm bảo

theo tiêu chuẩn là điều kiện vi khí hậu dễ chịu. Còn theo tiêu chuẩn của các nƣớc

có công nghiệp mỏ tiên tiến nhƣ Anh, Liên Xô cũ thì không đảm bảo.

Bảng 2.3. Kết quả đo điều kiện vi khí hậu ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh

Đánh giá theo tiêu chuẩn

Các thông số vi khí hậu

TT

Tên lò chợ

Anh

Tốc độ gió, m/s

Nhiệt độ, oC

Độ ẩm, %

TC, oC

Việt Nam Đánh TC, oC giá

Liên Xô cũ Đánh TC, oC giá

Đánh giá

Mỏ Nam Mẫu

1,1

28,5

<30 Đạt

26 Ko đạt

5,0 Ko đạt

1,3

<30 Đạt

26 Ko đạt

5,7 Ko đạt

1,6

27,5

<30 Đạt

26 Ko đạt

6,5 Ko đạt

Khấu ngang nghiêng vỉa 7 Khấu buồng thƣợng V7 Lò chợ vỉa 5 CGH KT

4 Lò chợ vỉa 6

1,8

27,2

<30 Đạt

1,3

28,5

<30 Đạt

26 Ko đạt 26 Ko đạt

7,1 Ko đạt 5,3 Ko đạt

2,7

27,8

<30 Đạt

26 Ko đạt

7,8 Ko đạt

5 Lò chợ vỉa 5, KNM Lò chợ vỉa 4 L2 +125/+200 T.V-:-T.IV

7 Lò chợ BNM-8-1

2,9

27,0

<30 Đạt

8 Lò chợ I-9-1

2,3

27,6

<30 Đạt

9 Lò chợ I-6a-2

2,3

28,2

<30 Đạt

26 Ko đạt 26 Ko đạt 26 Ko đạt

8,8 Ko đạt 7,5 Ko đạt 7,0 Ko đạt

28,5

10 Lò chợ I-7-6

2,0

<30 Đạt

28,4

11 Lò chợ BNM-7-2

2,0

<30 Đạt

27,5

12 Lò chợ I-8-1

2,1

<30 Đạt

26 Ko đạt 26 Ko đạt 26 Ko đạt

6,3 Ko đạt 6,4 Ko đạt 7,3 Ko đạt

Mỏ Hồng Thái

<30 Đạt

1 Chợ 47 -6

1,25

<30 Đạt

2 Chợ 46 -19&21

0,80

27,5

<30 Đạt

3 Chợ 43-12

1,32

<30 Đạt

4 Chợ 43-14

0,94

<30 Đạt

5 Chợ 43-11

0,69

<30 Đạt

6 Chợ 43-13

0,69

Ko đạt 5,7 Ko đạt Ko đạt 4,6 Ko đạt Ko đạt 6,0 Ko đạt Ko đạt 5,0 Ko đạt Ko đạt 4,4 Ko đạt Ko đạt 4,4 Ko đạt

<30 Đạt

Mỏ Khe Chàm 1 Lò chợ 13.1-2 vỉa 13.1 3,0 2 Lò chợ 13.1-3 vỉa 13.1 2,1 1,9

3 Lò chợ 13.1a-6 V13.1a

<30 Đạt

2,3

28,5

<30 Đạt

4 Lò chợ 12.1-2 vỉa 12 5 Lò chợ 13.2-7 vỉa 13.2 1,9 6 Lò chợ 14.2-7 vỉa 14.2 1,9

27,5

<30 Đạt

26 Ko đạt 7,05 Ko đạt 26 Ko đạt 5,92 Ko đạt 26 Ko đạt 5,64 Ko đạt 26 Ko đạt 5,83 Ko đạt 26 Ko đạt 5,64 Ko đạt 26 Ko đạt 5,96 Ko đạt

Mỏ Hòn Gai

Ko đạt 6,2 Ko đạt

29,0

2,2 < 30 Đạt

29,5

2,5 < 30 Đạt

Ko đạt 6,1 Ko đạt

29,0

2,3 < 30 Đạt

Ko đạt 6,3 Ko đạt

Hết diện

29,0

1,5 < 30 Đạt

Ko đạt 5,3 Ko đạt

29,0

1,8 < 30 Đạt

Ko đạt 5,7 Ko đạt

Hết diện

29,5

1,2 < 30 Đạt

Ko đạt 4,5 Ko đạt

29,0

1,6 < 30 Đạt

Ko đạt 5,4 Ko đạt

Lò chợ mức -200/- 165 TC6-2 Lò chợ mức -160/-85 TC6-1 Lò chợ mức -160/-125 V6BM Lò chợ mức -140/-121 BM7-1 Lò chợ mức -118/-95 BM7-1 Lò chợ mức -130/- 112 TC7-1 Lò chợ NN -95 Block4 V6BM Lò chợ bằng mức - 110V6BM Lò chợ mức -140/- 120V11CT

Ghi chú: TC - Tiêu chuẩn; ĐG - Đánh giá.

4. Hàm lượng các chất khí CO2 và CH4 Chất lƣợng không khí trong các lò chợ đƣợc đánh giá dựa theo hàm lƣợng các chất khí nguy hiểm cháy nổ và độc hại nhƣ: CH4, CO2… theo các số liệu đo đạc khảo sát và kết quả khảo sát thƣờng xuyên của Trung tâm An toàn mỏ ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh nhƣ trong bảng 2.4, thì cho thấy: Hàm lƣợng các chất khí CH4, CO2, CO và O2 đều nằm trong khoảng cho phép.

TT

Tên đƣờng lò và vị trí khảo sát khí mỏ

O2 20,1080 20,8695 20,5425 20,2307 20,3383 20,2367

CO2 0,4982 0,0433 0,1725 0,4429 0,2646 0,3604

20,0985

0,4093

0,0286

2 Thƣợng TG +13 -:- + 52 ( gió thải chung )

0,0411

0,5743

20,0145

0,000

3 DV + 18 PV 6b (gió thải KT - 8)

0,0064

0,7259

19,4063

0,000

4 DV + 8 PV 4C khu II (gió thải KT - 1 )

0,0214

0,5731

20,0098

0,000

Bảng 2.4. Kết quả đo xác định hàm lƣợng khí ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh Hàm lƣợng khí ngày làm việc (%) CO CH4 I Mỏ than Hồng Thái 0,000 0,0125 1 Lò DV +170 V45 (gió thải chợ KT8) 0,000 0,0000 2 Lò DV +180V47 (gió thải chợ KT10) 0,000 0,0132 3 Lò DV +250V46 (gió thải chợ KT4) 0,000 0,0146 4 Lò DV +120 CTV47 (gió thải chợ KT1) II Mỏ than Hà Lầm 0,000 0,0056 1 Lò DVTG -40 (Gió thải chợ -65-:- -40) 0,000 2 Lò DVTG -90 lớp vách (gió thải LC -135/-90) 0,0281 III Mỏ than Thống Nhất 0,000 1 Thƣợng TG + 13/+ 104 (gió thải cánh tây)

IV 86-Tổng c.ty Đông Bắc

1 Xuyên vỉa + 100 (Gió thải chung V.11)

0,0216

0,2071

20,3106

0,000

2 DV + 25V.10 (Gió thải chợ -40/+25)

0,0179

0,0610

20,4769

0,000

3 XV +200 (Gió thải chung)

0,0594

0,3658

20,1741

0,000

4 Xuyên vỉa +45 (Gió thải V8)

0,0330

0,0824

20,4587

0,000

5 DV+ 95 V.11 (Gió thải chợ +65/95)

0,0394

0,2125

20,3872

0,000

6 Xuyên vỉa +45 C.Tây (Gió thải V9)

0,0312

0,0644

20,5087

0,000

7 Xuyên vỉa +45 C.Đông (Gió thải V9)

0,0426

0,0776

20,4586

0,000

2.2.2.2. Đánh giá về mức độ rò gió và chất lượng các công trình thông gió 1. Các công trình thông gió trên mặt đất

- Trạm quạt và hệ thống đảo chiều gió: Các trạm quạt của các mỏ đều đƣợc thiết kế đạt tiêu chuẩn. Trạm quạt có thể là trạm cố định có nhà bao che trạm quạt (đối với các loại quạt của Liên Xô sản xuất: VOKD, VOD; quạt của Trung Quốc: loại 2K56; 2K60. Hoặc theo dạng bán cố định không có nhà bao che trạm quạt. Hầu hết các trạm quạt hiện nay không có hệ thống đảo chiều (duy chỉ có các quạt của Liên Xô sản xuất), và việc đảo chiều gió đƣợc thực hiện bằng cách đảo chiều quay của động cơ (đảo chiều quay của trục quạt). Tuy vậy tình trạng này không ảnh hƣởng chất lƣợng làm việc của trạm quạt. Các rãnh quạt gió đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chủ yếu rãnh gió đƣợc chống giữ bằng bê tông.

- Chất lƣợng các cửa gió: Các cửa gió qua khảo sát đánh giá là đều có độ vững chắc và mức độ rò gió

cho phép. Đặc biệt ở một số mỏ các cửa gió đƣợc thiết kế 2 lớp đóng mở ngƣợc

chiều đảm bảo cửa luôn đóng kín khi thông gió xuôi chiều và khi đảo chiều gió

(khi thông gió hút thì lớp ngoài đóng và lớp cửa bên trong mở, còn khi đảo chiều - thông gió đẩy thì lớp cửa bên trong đóng và lớp cửa bên ngoài mở), nhƣ mỏ than

Mạo Khê… 2. Các công trình thông gió trong mỏ

- Chất lƣợng các cửa gió:

Để đảm bảo lƣợng gió cho các lò chợ, các khu vực khai thác, cũng nhƣ các

hộ tiêu thụ gió khác, hiện các mỏ sử dụng khá nhiều cửa gió. Các cửa gió của mỏ đang sử dụng có các loại:

+ Cửa gió cố định đƣợc làm bằng sắt, có cánh khung cửa làm bằng thép góc

L63 x 63 x 6 và tôn dày 2mm. Tƣờng cửa xây bằng gạch chỉ, vữa xi măng cát khá

chắc chắn. Đây là loại cửa phổ biến, nhƣ hình 2.14, 2.15.

Hình 2.14. Mặt cắt thiết kế cửa gió cố định, cánh bằng sắt

Hình 2.15. Cửa gió tại thượng thông gió -100-:- +32 mỏ than Khe Chàm

+ Cửa gió cố định đƣợc làm bằng sắt, có hệ thống tự động đóng mở, loại

cửa này mới đƣợc đƣa vào với số lƣợng không lớn để áp dụng, do giá thành quá

đắt (nhƣ cửa gió tự động của mỏ than Khe Chàm, mỏ than Nam Mẫu,..). Thiết kế

cửa tự động đóng mở cánh nhƣ hình 2.16

+ Cửa gió tạm thời đƣợc làm bằng gỗ ván dày 1,5 cm, đóng thành 2 lớp sát

nhau kín khít, mép cửa đƣợc nẹp bằng cao su (băng tải) hoặc vải ống gió thu hồi.

Chất lƣợng các công trình thông gió nhìn chung đáp ứng yêu cầu, trừ các cửa gió chất lƣợng chƣa thật đảm bảo vì áp lực gió trong lò ở một số vị trí lớn, cho

nên áp lực va đập do đóng mở thƣờng rất lớn, dẫn đến cánh cửa bị cong vênh, bật

mối hàn và rò gió đáng kể. Còn đối với các cửa tạm làm bằng gỗ thì độ bền kém,

rò gió qua biên lò nhiều.

Hình 2.16. Bản vẽ thiết kế loại cửa gió tự động đóng mở cánh cửa

Sự rò gió qua các công trình thông gió nói chung là đáng kể và ảnh hƣởng

nhất định đến chế độ thông gió chung.

- Chất lƣợng các cửa sổ gió:

Các cửa sổ điều chỉnh gió đều đƣợc xây dựng đảm bảo quy cách và chất

lƣợng, các cửa sổ đƣợc lựa chọn vị trí đặt hợp lý để không ảnh hƣởng đến các công

tác khác nhƣ đi lại và giao thông vận tải. Đảm bảo điều chỉnh hạ áp cũng nhƣ lƣu

Từ các kết quả kiểm định chất lƣợng các công trình thông gió mỏ, nghiên

- Về chất lƣợng các công trình thông gió: Các công trình thông gió đều

lƣợng gió đi vào các nhánh đúng theo yêu cầu. - Chất lƣợng các thành chắn: Tất cả các thành chắn đều đƣợc xây dựng bằng gạch vữa xi măng, do vậy đều đảm bảo tiêu chuẩn chất lƣợng công trình và đạt tiêu chuẩn về rò gió cho phép. 3. Nhận xét cứu sinh có một số nhận xét sau: đƣợc xây dựng đạt yêu cầu, đảm bảo chất lƣợng và đủ điều kiện hoạt động. - Về hiệu quả hoạt động: Hầu hết các công trình thông gió của mỏ đều hoạt động với hiệu suất cao. Tuy nhiên, do ý thức của ngƣời sử dụng chƣa cao, đặc biệt là có nhiều trƣờng hợp công nhân khi đi lại qua các cửa gió đã không đóng mở cửa đúng theo quy định, dẫn đến làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống thông gió. 2.2.3. Đánh giá về chế độ làm việc của các quạt gió chính 2.2.3.1. Đánh giá về các quạt gió chính 1. Các loại quạt gió chính hiện nay Theo số liệu thống kê vào quý II năm 2017 của Tập đoàn Than & Khoáng sản Việt Nam thì quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đang sử dụng nhƣ trong bảng 1.1 [3], [4]. Hiện nay tổng các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò của ta có khoảng 136 chiếc, tƣơng ứng khoảng 68 trạm quạt gió chính (số liệu nhƣ trong bảng 1.1). Qua nghiên cứu đánh giá qua các chỉ tiêu cũng nhƣ đặc tính sau: - Theo cấp độ công tác: Các quạt gió đa cấp (2 cấp: FBDCZ và BD), hiện nay chiếm một tỷ trọng tƣơng đối lớn 82 chiếc (41 trạm) và bằng khoảng 60,1%. Trong tƣơng lai loại quạt này sẽ còn tăng. Loại quạt đơn cấp chủ yếu là loại quạt 2K56 và 2K60 là 42 chiếc (21 trạm). - Đánh giá về nguồn gốc sản xuất: Hiện nay chỉ còn 2 trạm quạt là quạt BOKД-1.5 của mỏ than Mạo Khê đang sử dụng và quạt BOKД-2.4 của mỏ than Mông Dƣơng (hiện cũng đã dừng hoạt động và chỉ để dự phòng) là do Liên Xô sản xuất. Còn lại đều là do Trung Quốc sản xuất. - Thời gian sử dụng: Các quạt do Liên Xô sản xuất đã qua thời gian sử dụng quá lâu, đều đã trên 40 năm. Các quạt Trung Quốc sản xuất đƣợc sử dụng trong những năm gần đây, hầu hết chỉ khoảng tới 15 năm, loại quạt đa cấp hầu hết đều là mới đƣợc vài năm nay. 2. Đánh giá về chất lượng các quạt gió chính hiện nay Đặc điểm của quạt đơn cấp là trạm quạt xây dựng ở dạng cố định nên nó có ƣu điểm rò gió tại trạm quạt nhỏ (thƣờng chỉ khoảng 5 - 10%), quạt chạy ổn định

Loại quạt đa cấp là loại quạt đƣợc xây dựng trạm ở dạng bán cố định, chính

Tổng hợp kết quả chế độ làm việc của các quạt gió chính ở một số mỏ than

và độ bền tốt hơn. Tuy nhiên chi phí xây dựng trạm quạt lớn, có nhà che quạt, đối với loại quạt BOK và BOD còn có hệ thồng rãnh gió đảo chiều nên chi phí xây dựng trạm quạt còn lớn hơn nhiều, nhƣng nhờ hệ thống đảo chiều mà hiệu suất đảo chiều gió không thay đổi so với chế độ không đảo chiều. vì vậy độ rò gió lớn, thƣờng khoảng 15 - 20%. Ƣu điểm của các quạt Trung Quốc là giá thành thấp, chi phí xây dựng trạm quạt nhỏ, khả năng cung ứng nhanh và chủng loại đa dạng. Tuy nhiên có nhƣợc điểm là độ bền thấp. Các quạt do Liên Xô sản xuất hiện nay đã quá cũ và đều là loại quạt sản xuất từ thời kỳ đầu, nên tính năng ký thuật không cao, hiệu suất làm việc thấp hơn các loại quạt đƣợc sản xuất ở giai đoạn gần đây. 2.2.3.2. Đánh giá về chế độ làm việc của các quạt gió chính hầm lò vùng Quảng Ninh nhƣ trong bảng 2.5 [3], [4]. Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả chế độ làm việc của các quạt gió chính ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Đánh giá chế độ làm việc của quạt

TT

Tên mỏ

Đánh giá

Lƣu lƣợng gió quạt cần tạo ra, m3/s 100,14

Lƣu lƣợng gió quạt tạo ra, m3/s 110,5

Thừa 1 Mỏ than Hồng Thái

191,6 213,8 Thừa 2 Mỏ than Quang Hanh

272,7 295,7 Thừa 3 Mỏ than Nam Mẫu

253 283,2 Thừa 4 Mỏ than Thống Nhất

252,9 293,4 Thừa 5 Mỏ than Hà Lầm

204,1 240,7 Thừa 6 Mỏ than Mông Dƣơng

348,48 352,17 Thừa 7 Mỏ than Mạo Khê

302,5 322,1 Thừa 8 Mỏ than Khe Chàm

312,18 337,2 9 Mỏ than Vàng Danh Thừa

143,6 184,7 10 Mỏ than Dƣơng Huy Thừa

259,9 271,1 11 Mỏ than Hạ Long Thừa

143,6 184,7 12 Mỏ than Hòn Gai Thừa

Qua kết quả nhƣ trong bảng 2.5 cho thấy: - Chế độ làm việc của các quạt gió chính đều tạo ra lƣu lƣợng gió vƣợt so

với yêu cầu.

- Góc làm việc dự trữ của các quạt vẫn còn nhiều, nhiều quạt còn tới trên 3

góc lắp cánh dự trữ.

2.2.2.3. Đánh giá về chi phí điện năng riêng cho thông gió mỏ Năng lƣợng riêng cho thông gió là đơn vị năng lƣợng điện chi phí cho một tấn than khai thác đƣợc. Đây là một đại lƣợng đặc trƣng để rất quan trọng để đánh giá hiệu quả thông gió mỏ. Đại lƣợng này còn gọi là năng lƣợng riêng cho thông gió. 1. Chi phí điện năng cho công tác thông gió

Tổng hợp báo cáo của Ban thông gió, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt

Nam về chi phí điện năng cho công tác thông gió chung của mỏ (các quạt gió

chính) ở các mỏ than hầm lò giai đoạn 2008 đến 2015 nhƣ trong bảng 2.6 [3].

Bảng 2.6. Tiêu thụ điện năng cho khâu thông gió ở một số mỏ than hầm lò

TT

Tên mỏ

Trung bình điện năng cho TG năm, kW/h

Trung bình tổng điện toàn mỏ năm, kW/h 33594756,3 10750322,00

Sản lƣợng trung bình năm, ngàn T/năm 1726

Tỷ lệ điện năng TG/toàn mỏ, % 32,00

Suất tiêu thụ điện năng, kWh/T 6,23

29078821,0 6659050,00

2099

22,90

3,17

25229088,3 5811100,00

1794

23,03

3,24

40180467,4 9455803,33

2787

23,53

3,39

13039391,7 2929516,67

1552

22,47

1,88

14174973,3 3534293,33

1559

24,93

2,26

17078509,4 3933750,00

1347

23,03

2,92

21102714,1 4846590,00

1552

22,97

3,12

18106878,3 5800236,67

858

32,03

6,75

18558482,0 4645806,67

1439

25,03

3,23

20475338,9 6545283,33

1010

31,97

6,47

1 Công ty than Mạo Khê 2 Công ty than Uông Bí 3 Công ty than Nam Mẫu 4 Công ty than Vàng Danh 5 Công ty than Hòn Gai 6 Công ty than Hạ Long 7 Công ty than Hà Lầm 8 Công ty than Thống Nhất 9 Công ty than Quang Hanh 10 Công ty than Dƣơng Huy 11 Công ty than Khe Chàm 12 công ty than Mông

22868089,7 5267283,33

1277

23,03

4,12

Dƣơng

36753449,3 8453293,33

2136

23,00

3,96

13 Tổng Cty Đông Bắc

25,4

Trung bình

2. Đánh giá về chi phí điện năng Trong khai thác than hầm lò, điện năng tiêu thụ cho thông gió (cho quạt gió chính, chƣa tính quạt gió cục bộ) chiếm khoảng 25,4% tổng điện năng cho tất cả

các quá trình công nghệ. Số liệu thống kê ở nhiều mỏ cho thấy, đại lƣợng (suất

tiêu thụ điện năng, kWh/T) thay đổi trong giới hạn rộng và phụ thuộc vào quy mô, công suất mỏ, độ xuất khí và độ sâu khai thác. Trị số năng lƣợng riêng cho thông gió tính cho các mỏ nhƣ trong bảng 2.7 (dao động trong khoảng từ 1,88kWh/T ÷ 6,75kWh/T) phản ánh mức chi phí điện năng riêng của các mỏ than hầm lò.

Tỷ lệ điện năng tiêu thụ cho khâu thông gió với điện năng tiêu thụ cho toàn bộ của mỏ, đƣợc đánh giá thông qua biểu đồ tỷ lệ điện năng thông gió mỏ trung bình trong giai đoạn từ năm 2008 đến 2015 của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hình 2.17.

Hình 2.17. Biểu đồ đánh giá tỷ lệ điện năng thông gió mỏ trung bình trong giai đoạn từ năm 2008 đến 2015 của một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Từ kết quả trên, cho thấy chi phí điện năng đơn vị cho thông gió mỏ ở các

mỏ than hầm lò chủ yếu lớn hơn 3, trung bình là 3,9 kWh/T. Cá biệt có một số mỏ

lớn hơn 6, nhƣ mỏ than Mạo Khê, Quang Hanh và Khe Chàm. Điều đó cho thấy

chi phí cho thông gió mỏ của các mỏ là khá lớn. Chi phí này phụ thuộc vào nhiều

yếu tố của hệ thống thông gió mỏ, nhƣ: Sức cản của mỏ, hạ áp mỏ, lƣu lƣợng gió

cho mỏ (hạng mỏ về khí), sơ đồ thông gió, số lƣợng quạt gió chính, và chế độ làm việc hợp lý của quạt gió, công trình thông gió,... Đặc biệt là chế độ làm việc của

quạt gió ảnh hƣởng không nhỏ tới chi phí điện năng. Do vậy, việc tối ƣu hóa chế

độ làm việc của quạt gió chính nhằm đảm bảo an toàn môi trƣờng và sử dụng điện

tiết kiệm, hiệu quả là rất cần thiết.

2.3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHU CẦU GIÓ THỰC TẾ CHO MỎ 2.3.1. Lƣu lƣợng gió tính toán áp dụng cho các mỏ hiện nay

Việc tính toán lƣu lƣợng gió cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện

nay đƣợc áp dụng công thức sau: [3], [7], [13]

(2-1)

Trong đó:

1,1- Hệ số kể đến sự phân phối gió không đồng đều. kt- Hệ số kể đến sự tăng sản lƣợng của lò chợ, ks = 1,1 ÷ 1,2.

Qlc- Tổng lƣu lƣợng gió cần thiết cho lò chợ, m3/ph Qcb- Tổng lƣu lƣợng gió cần thiết cho gƣơng lò chuẩn bị, m3/ph Qht- Tổng lƣu lƣợng gió của các hầm bơm trạm điện, m3/ph

Qrg- Tổng lƣu lƣợng gió rò trong mỏ (lƣợng gió rò qua cửa gió, thành

Tuy nhiên với công thức (2-1) thì việc xác định các tham số thành phần

chắn và khu khai thác), m3/ph đƣợc tính nhƣ sau: 2.3.1.1. Tính lượng gió cho lò chợ:

Lƣợng gió cần thiết cho một lò chợ hoạt động đƣợc tính theo các yếu tố sau: - Theo số ngƣời làm việc đồng thời lớn nhất

(2-2) QLC = 4.n, m3/ph

Trong đó: 4 - Lƣợng không khí sạch cần thiết cho một ngƣời trong 1phút, tính

bằng m3 theo quy phạm an toàn.

n - Số ngƣời làm việc đồng thời lớn nhất trong lò chợ. - Theo độ thoát khí mê tan (theo sản lƣợng khai thác):

(2-3)

Trong đó: q – Lƣợng gió sạch cần thiết cho 1 tấn than cho 1 phút, m3/T-phút; Alc - Sản lƣợng lò chợ trong một ngày - đêm, T/ng- đêm. - Theo lƣợng thuốc nổ

(2-4)

Ở đây: t- Thời gian thông gió tích cực sau khi nổ mìn, 30 phút; A- Lƣợng thuốc nổ đồng thời lớn nhất trong 1 lần; Kg; V- Thể tích của lò chợ, m3 - Theo yếu tố bụi:

(2-5) Qlc = 60.vtƣ.Slc ; m3/ph

Trong đó: vtƣ: Tốc độ gió tối ƣu theo yếu tố bụi (vtƣ = 0,5 - 2m/s) Sau khi tính toán theo các yếu tố trên, ta chọn lƣợng gió theo yếu tố có lƣu

lƣợng gió lớn nhất, đó chính là lƣợng gió cho lò chợ. 2.3.1.2. Tính lượng gió cho gương lò chuẩn bị

Lƣợng gió cần thiết cho gƣơng lò khi đào đƣợc tính theo các yếu tố sau: - Theo số ngƣời làm việc đồng thời lớn nhất

(2-6) Qcb= 4.n, m3/ph

Trong đó: 4- lƣợng gió sạch cần thiết cho một ngƣời trong 1 phút, 4m3/ph; n- Số ngƣời làm việc đồng thời lớn nhất ở gƣơng lò. - Theo lƣợng thuốc nổ đồng thời khi thông gió đẩy

(2-7)

Trong đó: t - Thời gian thông gió tích cực sau khi nổ mìn, t = 30 phút; A- Lƣợng thuốc nổ đồng thời lớn nhất, kg; b- Lƣợng khí độc sinh ra khi nổ 1 kg thuốc nổ, lít/kg;

- Hệ số tính đến sự hấp thụ khí độc của đất đá sau khi nổ mìn

; đƣờng lò ẩm ; ; đƣờng lò ẩm ƣớt hoặc có các phƣơng

pháp chống bụi phun tƣới nƣớc ;

V - Thể tích đƣờng lò đƣợc thông gió, nếu Vđl< Vgh thì V=Vđl, nếu Vđl> Vgh thì V=Vgh Trong đó:

Vđl – thể tích thực tế của đƣờng lò Vgh= 1,25 . A.b.Kr, m3; kr- Hệ số khuyếch tán rối; V = S.L, m3 S- Diện tích tiết diện lò, m2; L- Chiều dài đƣờng lò đƣợc thông gió, m; P- Hệ số rò gió của ống dẫn gió.

- Theo độ thoát khí mê tan:

(2-8)

Trong đó: I- Độ thoát khí mê tan tuyệt đối lớn nhất ở đƣờng lò, m3/ph. k. Hệ số xuất khí không đồng đều: Đối với lò chuẩn bị k = 1,0 – 1,1. C- Nồng độ khí mê tan (CH4) cho phép ở luồng gió thải ra. C- Nồng độ khí mê tan (CH4) có sẵn ở luồng gió vào. - Theo tốc độ gió tối ƣu về bụi

(2-9) Qcb=60.Vcb.S, m3/ph

Trong đó:

Vcb- Tốc độ tối ƣu của luồng gió theo yếu tố bụi, vcb = 0,5 ÷ 0,7m/s; S- Diện tích tiết diện đƣờng lò, m2.

2.3.1.3. Tính lượng gió cho các hầm bơm và trạm điện

Lƣợng gió cần thiết tính cho hầm có các máy điện theo công thức:

(2-10)

Trong đó:

N : Công suất của các thiết bị điện;

: Hiệu suất của các máy điện;

Kct : Hệ số kể đến thời gian chất tải của các thiết bị điện

2.3.1.4. Tính lượng gió cho hầm chứa thuốc nổ

(2-11)

Qtn = 0,7 V, m3/ph V- là thể tích hầm chứa thuốc nổ, m3. 2.3.1.5. Tính lượng gió cho hầm nạp ắc quy (2-12)

Qaq = 30.Ka.naq, m3/ph Trong đó: Ka- là hệ số kể đến loại ắc quy; Naq- Số ắc quy nặp đồng thời.

2.3.1.6. Tính lưu lượng gió rò trong mỏ

Qrg- Tổng lƣu lƣợng gió rò trong mỏ, m3/ph

(2-13)

Qrkt : Lƣợng gió rò qua khoảng đã khai thác, m3/ph Qrcg : Lƣợng gió rò qua cửa gió, m3/ph. Qrtc: Lƣợng gió rò qua thành chắn, m3/ph. 2.3.2. Mối quan hệ giữa lƣu lƣợng gió cho mỏ với kế hoạch sản xuất 2.3.2.1. Nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất của các mỏ Để xác định nhu cầu gió thực tế của mỏ theo các thời điểm trong các ngày, NCS thực hiện nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất ở các mỏ. Nguyên tắc tổ chức sản xuất ở các mỏ thƣờng ở các dạng sau: 1. Công tác tổ chức sản xuất trong một ngày đêm Thông thƣờng đối với các mỏ than hầm lò việc bố trí sản xuất trong mỏ đƣợc chia thành 3 ca (mỗi ca 8 tiếng) hoạt động trong ngày đêm (24 giờ). Công việc bố trí trong các ca làm việc đƣợc sắp xếp theo một nguyên tắc trình tự cơ bản. Các công việc chính và cũng là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến phải cần lƣợng gió sạch chiếm tỷ trọng chủ yếu là diễn ra ở các gƣơng lò chợ, các gƣơng lò chuẩn bị. Nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất ở 2 đối tƣợng hộ tiêu thụ gió này ở các mỏ than hầm lò điển hình vùng Quảng Ninh cho thấy: [3], [4], [14] a) Công tác tổ chức sản xuất ở các lò chợ

Căn cứ vào đặc điểm từng lò chợ cụ thể của các mỏ nhƣ: hệ thống khai thác và công nghệ khai thác áp dụng. Tại các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện đang áp dụng các loại hình lò chợ đó là:

- Hệ thống khai thác: HTKT lò chợ cột dài theo phƣơng lò chợ dài, HTKT

dọc vỉa phân tầng, HTKT lò chợ ngang nghiêng,...

- Công nghệ khai thác tại lò chợ: Lò chợ chống cột thủy lực đơn khấu than bằng khoan nổ mìn, lò chợ chống giá thủy lực khấu than bằng khoan nổ mìn và lò chợ cơ giới hóa.

Nghiên cứu các mỏ, thì việc tổ chức sản xuất ở các lò chợ về cơ bản đƣợc

xậy dựng lập kế hoạch theo nhƣ các biểu đồ tổ chức ở các dạng sau:

Hình 2.18. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống cột thủy lực đơn

Hình 2.19. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ phân tầng chống giá thủy lực

Hình 2.20. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung xích

Hình 2.21. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung

Hình 2.22. Biểu đồ tổ chức sản xuất là chợ CGH chống giữ bằng giàn chống 2ANSHA

Hình 2.23. Biểu đồ tổ chức sản xuất là chợ CGH chống giữ bằng giàn VINAATA

b) Công tác tổ chức sản xuất ở các gƣơng lò chuẩn bị

Căn cứ vào cụ thể đặc điểm của lò chuẩn bị ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, có các loại đƣờng lò đào chính là: lò đào trong than và lò đào trong đá, với công nghệ chủ yếu hiện nay là khoan nổ mìn, xúc bốc bằng thủ công hoặc kết hợp máy xúc và chống giữ đƣờng lò bằng vì chống sắt. Việc tổ chức sản xuất

tại lò chuẩn bị cũng tƣơng ứng có 2 dạng cơ bản là đào lò trong đá và đào lò trong

than. Các loại biểu đồ tổ chức chu kỳ và bố trí nhân lực đào lò ở các mỏ thƣờng nhƣ các dạng biểu đồ sau:

Hình 2.24. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong đá

Hình 2.25. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong đá

Hình 2.26. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong than

Hình 2.27. Biểu đồ tổ chức sản xuất đào lò trong than bằng máy Cobai AM-50Z

Qua nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất ở các lò chợ và gƣơng lò chuẩn

bị, cho thấy đặc điểm chung nhƣ sau:

- Công tác tổ chức sản xuất ở lò chợ: Đối với các lò chợ công nghệ khoan nổ mìn thì trong một ca có thể tổ chức nổ mìn khấu than 1 đến 2 lần, mỗi lần thời gian cách nhau khoảng 3 ÷ 4 giờ. Nhƣ vậy trong một ngày đêm sẽ có khoảng 3 ÷ 6 lƣợt nổ mìn với tổng thời gian khoảng 3,0 ÷ 6,0 giờ. Đối với công nghệ cơ giới hóa thì mỗi ca khấu than trong khoảng 2 giờ, nhƣ vậy một ngày đêm khấu trong khoảng 6,0 giờ. Với thời gian khấu than sẽ là thời gian có nhu cầu gió sạch là lớn nhất và bằng lƣu lƣợng gió cho mỏ theo tính toán nhƣ hiện nay.

Tuy nhiên để đảm bảo điều kiện môi trƣờng và an toàn tuyệt đối thì thời

gian thông gió với lƣu lƣợng lớn nhất sẽ đƣợc kéo dài thêm cho mỗi lần nổ mìn hoặc khấu than là 1,0 giờ. Nhƣ vậy thời gian lò chợ cần gió lớn nhất sẽ khoảng từ

6,0 ÷ 12,0 giờ/ngày.

- Công tác tổ chức sản xuất ở gƣơng lò chuẩn bị:

Thời gian nổ mìn thông gió khoảng 1,0 giờ/ca (đào lò trong than) hoặc 1,0 giờ/2ca (đào lò trong đá). Đối với công nghệ cơ giới hóa thì máy khấu hoạt động

khoảng 4,0 giờ/ca. Nhƣ vậy, một mỏ có công nghệ đào lò chuẩn bị chỉ là khoan nổ

mìn thì thời gian có nhu cầu gió lớn nhất là khoảng 3,0 giờ/ngày. Còn mỏ có thêm

công nghệ cơ giớ hóa đào lò thì thời gian có nhu cầu gió lớn nhất là 12,0 giờ/ngày.

Với thực tế việc bố trí lập và thực hiện biểu đồ kế hoạch tổ chức sản xuất ở

lò chợ và gƣơng lò chuẩn bị chung ở các mỏ hiện nay là đều không có sự sắp xếp

để thời gian các hộ tiêu thụ gió có nhu cầu gió lớn nhất trùng lặp nhau, mà các thời

gian này lại xen kẽ nhau và gần nhƣ chiếm thời gian lớn trong các ngày làm việc.

Chỉ có thời điểm giao ca, thời điểm gia cố và cuối các ca sản xuất là gần nhƣ

không tiến hành khấu than (đây là thời điểm nhu cầu gió sạch của mỏ không cần

lớn nhƣ ở thời điểm khấu, tách phá than và đất đá).

Trên cơ sở tổ chức sản xuất ở các lò chợ và gƣơng lò chuẩn bị nhƣ hiện nay

ở các mỏ, thì thời gian nổ mìn khấu than ở các hộ tiêu thụ gió bị trải đều và chiếm

tới 19,5 giờ trong mỗi ngày tƣơng ứng mỗi ca có tới 6,5 giờ. 2. Công tác tổ chức sản xuất mỏ trong hàng tuần, tháng, quý và năm Theo Luật lao động, thì tất cả các mỏ đều phải bố trí các ngày nghỉ theo quy định. Nhƣ nghỉ các ngày chủ nhật trong tuần, các ngày lễ tết theo quy định trong năm. Thông thƣờng, trong một năm sẽ có tổng số 365 ngày (nếu tháng 2 có 28 ngày) hoặc 366 ngày (nếu tháng 2 có 29 ngày). Trong đó: - Ngày chủ nhật: Khoảng 52 -:- 53 ngày/năm.

- Các ngày lễ, ngày tết và ngày truyền thống ngành: Khoảng 13 ngày/năm

(nghỉ tết âm lịch: 6 ngày; Giỗ tổ 10/3 âm lịch: 1 ngày; dịp 03/4 và 01/5: 2 ngày; dịp 02/9: 1 ngày; ngày truyền thống ngành: 1 ngày và tết dƣơng lịch 2 ngày).

Nhƣ vậy, trong một năm thì có ít nhất khoảng 65 -:- 66 ngày nghỉ không làm việc (chƣa tính các ngày nghỉ khác nhƣ: nghỉ ngày thứ 7 hoặc tăng ngày nghỉ

lễ tết do sản lƣợng kế hoạch có thể đạt vƣợt chỉ tiêu,...). Thƣờng đối với các mỏ tối

đa có khoảng 300 ngày làm việc.

Các ngày nghỉ không làm việc là các thời điểm mỏ không cần nhu cầu gió

nhƣ tính toán theo số liệu các yếu tố max về lƣu lƣợng.

2.3.2.2. Mối quan hệ giữa lưu lượng gió cho mỏ với kế hoạch khai thác

Nghiên cứu các biểu đồ sản xuất của các lò chợ và gƣơng lò đào ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh cho thấy: Trong mỗi chu kỳ sản xuất của 2 loại hộ tiêu thụ gió là lò chợ và gƣơng lò đào đều bao gồm nhiều hạng mục công việc khác nhau đƣợc sắp xếp theo trình tự nối tiếp hoặc song song, mỗi hạng mục công việc này có đặc điểm khác nhau và gây tác động xấu đến môi trƣờng mỏ khác nhau, chính vì vậy nhu cầu gió sạch cũng khác nhau. Nhu cầu gió cho các hộ tiêu thụ gió có mối quan hệ với kế hoạch khai thác nhƣ sau: 1. Đối với các lò chợ

Phân tích kế hoạch sản xuất ở lò chợ ta thấy: - Ở thời điểm nổ mìn khấu than: Gió sạch cho lò chợ sẽ sử dụng các công thức 2-2, 2-3, 2-4 và 2-5, sau đó ứng với lƣu lƣợng gió cho lò chợ sẽ là lƣu lƣợng gió tính toán có giá trị lớn nhất.

- Khi không khấu than: Gió sạch cho lò chợ sẽ sử dụng các công thức 2-2 và 2-5, sau đó ứng với lƣu lƣợng gió cho lò chợ sẽ là lƣu lƣợng gió tính toán có giá trị lớn nhất.

- Trong các ngày nghỉ: Các ngày mỏ nghỉ làm việc thì các lò chợ không diễn ra các hoạt động, vì vậy lúc này lò chợ đƣợc coi nhƣ các đƣờng lò bình thƣờng khác trong mỏ, lúc này yếu tố duy nhất ảnh hƣởng tới không khí mỏ là sự thẩm thấu khí thì trong lòng đất xung quanh đƣờng lò ra không khí. Vì vậy lƣu lƣợng gió cho lò chợ ở thời điểm này đƣợc xác định bằng công thức 2-8. 2. Đối với các gương lò chuẩn bị

Tƣơng tự, khi phân tích kế hoạch sản xuất ở lò chợ ta thấy: - Ở thời điểm nổ mìn tách phá gƣơng lò: Gió sạch cho lò chuẩn bị sẽ sử dụng các công thức 2-6, 2-7, 2-8 và 2-9, sau đó ứng với lƣu lƣợng gió cho lò chuẩn bị sẽ là lƣu lƣợng gió tính toán có giá trị lớn nhất.

- Khi không khấu than: Gió sạch cho lò chuẩn bị sẽ sử dụng các công thức 2-6, 2-8 và 2-9, sau đó ứng với lƣu lƣợng gió cho lò chuẩn bị sẽ là lƣu lƣợng gió

tính toán có giá trị lớn nhất.

- Trong các ngày nghỉ: Các ngày mỏ nghỉ làm việc thì các gƣơng lò đào

cũng không diễn ra các hoạt động, vì vậy lúc này đƣờng lò đào đƣợc coi nhƣ các đƣờng lò bình thƣờng khác trong mỏ, lúc này yếu tố duy nhất ảnh hƣởng tới không

khí mỏ là sự thẩm thấu khí thì trong lòng đất xung quanh đƣờng lò ra không khí. Vì vậy lƣu lƣợng gió cho gƣơng lò đào ở thời điểm này cũng đƣợc xác định bằng

công thức 2-8.

3. Đối với các hộ tiêu thụ gió khác:

Ngoài 2 loại hộ tiêu thụ gió chính là các lò chợ và gƣơng lò đào, thì còn 2 loại hộ tiêu thụ gió khác là các hầm trạm và lƣợng gió rò trong mỏ. Tuy nhiên,

thực tế cho thấy 2 loại hộ tiêu thụ gió này một phần là có lƣu lƣợng gió yêu cầu

chiếm một tỷ lệ nhỏ so với 2 loại hộ tiêu thụ gió là lò chợ và gƣơng lò đào; phần

khác hầu hết công suất hoạt động của các hầm trạm phụ thuộc vào công suất hoạt

động của lò chợ và gƣơng lò đào, tỷ lệ rò gió trong mỏ cũng phụ thuộc vào lƣu lƣợng gió cấp cho lò chợ và gƣơng lò đào (vì khi lƣu lƣợng gió tăng thì độ chênh

hạ áp tăng và tỷ lệ rò gió tăng).

Nhƣ vậy, qua phân tích kế hoạch sản xuất của mỏ nhận thấy: Đặc điểm các

công việc trong chu kỳ có ảnh hƣởng tới nhu cầu gió sạch là không nhƣ nhau. Có

thời điểm cần lƣợng gió sạch lớn nhất (khi nổ mìn tách phá than), có thời điểm

không nhất thiết cần lƣợng gió nhƣ thời điểm lớn nhất (khi giao ca, củng cố lò

chợ,...), đặc biệt là trong các ngày mỏ nghỉ làm việc thì nhu cầu gió cho mỏ hoàn toàn không nhất thiết phải lãng phí với lƣợng gió nhƣ ngày làm việc. Nhu cầu gió

sạch cho các lò chợ, lò chuẩn bị và các hầm trạm có thể đƣợc chia thành 3 mức

theo 3 khung giờ:

1- Khung giờ (thời gian) cao điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu về cung

cấp gió sạch là lớn nhất. Tức là lƣu lƣợng gió cần đƣa vào mỏ nhƣ tính toán hiện

nay (lƣu lƣợng gió cho các hộ tiêu thụ gió theo yếu tố tính toán lớn nhất), nhƣ các

thời điểm: nổ mìn tách phá than, đất đá ở lò chợ và gƣơng lò chuẩn bị, đây là thời

điểm xuất khí độc hại, bụi cũng nhƣ nhiệt lớn nhất - cần lƣợng gió sạch là lớn nhất. 2- Khung giờ (thời gian) trung điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu về gió

sạch không nhất thiết phải là lớn nhất (nhu cầu gió ở mức trung bình không cần thiết nhƣ thời gian cao điểm), đó là các thời điểm chỉ diễn ra các hoạt động nhƣ: vận tải than, đất đá và chống giữ củng cố, giao ca, ...

3- Khung giờ (thời gian) thấp điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu cần gió sạch là thấp nhất. Là thời gian mỏ không hoạt động sản xuất (các ngày nghỉ). Đây là thời điểm mỏ chỉ cần một lƣợng gió sạch vừa đủ để xử lý khí độc hại thẩm thấu từ trong đất đá xung quanh đƣờng lò ra không khí mỏ.

2.3.3. Xác định lƣu lƣợng gió thực cho mỏ theo các thời điểm

2.3.3.1. Lưu lượng gió cho mỏ trong các thời gian cao điểm Những thời gian cao điểm là những thời gian có nhu cầu gió sạch lớn nhất, lƣu lƣợng gió cần cho mỏ đƣợc tính toán nhƣ hiện nay ở các mỏ đang áp dụng. Để tính toán lƣu lƣợng gió cho mỏ trong thời điểm này sử dụng các công thức từ 2-1 đến 2-11. Lƣu lƣợng gió cho mỏ lúc này là lớn nhất và đƣợc coi là lƣu lƣợng gió cho thời gian cao điểm: Qcđ = 100%.Qmax 2.3.3.2. Lưu lượng gió cho mỏ trong các thời gian thấp điểm 1. Xác định nhu cầu gió của mỏ theo cơ sở lý thuyết Thời gian thấp điểm là thời gian trong các ngày mỏ nghỉ (không làm việc), lƣợng gió cần cho mỏ lúc này chỉ là lƣợng gió cần thiết để xử lý phần khí thẩm thấu từ trong vùng đất đá và khoáng sản xung quanh đƣờng lò ra không khí mỏ. Để xác định lƣu lƣợng gió cho mỏ trong các thời điểm này, ta tính toán so sánh lƣu lƣợng gió của lò chợ và gƣơng lò đào trong các thời gian ngày mỏ nghỉ làm việc với thời gian cao điểm trong ngày làm việc.

TT

K

C

I

Co

- Đối với các lò chợ: Trong những ngày nghỉ thì lò chợ chỉ có khí thẩm thấu từ xung quanh ra không khí mỏ, nên sử dụng công thức 2-8 so sánh với công thức 2-3, để tính toán lƣu lƣợng gió cho các trƣờng hợp lò chợ đặc trƣng cơ bản. Kết quả tính toán giá trị lƣu lƣợng gió và tỷ lệ gió cần thiết trong các ngày nghỉ làm việc so với ngày làm việc nhƣ sau: Bảng 2.7. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chợ trong trường hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại I về khí q, m3/T-24h 1 1 1 1 1 1

Tỷ lệ, % 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28

Qlv, m3/s 1,00 1,67 6,67 10,00 13,33 16,67

Qnghỉ, m3/s 0,15 0,25 1,02 1,53 2,04 2,55

A, T/24h 60 100 400 600 800 1000

0,0007 0,0012 0,0046 0,0069 0,0093 0,0116

1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

1 2 3 4 5 6

0 0 0 0 0 0

TT

K

C

I

Qlv, m3/s

Co

Bảng 2.8. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chợ trong trường hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại II về khí q, m3/T-24h 1,25

Tỷ lệ, % 15,28

A, T/24h 60

Qnghỉ, m3/s 0,19

0,0009

1,25

1,1

0,5

1,25

100

0,0014

1,1

0,5

0,32

2,08

15,28

1,25

400

0,0058

1,1

0,5

1,27

8,33

15,28

1,25

600

0,0087

1,1

0,5

1,91

12,50

15,28

1,25

900

0,0130

1,1

0,5

2,86

18,75

15,28

1,25

1000

0,0145

1,1

0,5

3,18

20,83

15,28

1 2 3 4 5 6

Bảng 2.9. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chợ trong trường hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại III về khí

K

C

TT

I

Qlv, m3/s

Co

1,1

0,5

q, m3/T-24h 1,5

A, T/24h 60

0,0010

Qnghỉ, m3/s 0,23

1,50

Tỷ lệ, % 15,28

1,1

0,5

1,5

100

0,0017

0,38

2,50

15,28

1,1

0,5

1,5

200

0,0035

0,76

5,00

15,28

1,1

0,5

1,5

600

0,0104

2,29

15,00

15,28

1,1

0,5

1,5

800

0,0139

3,06

20,00

15,28

1,1

0,5

1,5

1000

0,0174

3,82

25,00

15,28

1,1

0,5

1,5

1200

0,0208

4,58

30,00

15,28

Bảng 2.10. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chợ trong trường hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc đối với mỏ xếp loại siêu hạng

K

C

TT

I

Co

1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

1 2 3 4 5 6 7 8

q, m3/T-24h 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75

A, T/24h 60 100 200 400 600 800 1000 1200

0,0012 0,0020 0,0041 0,0081 0,0122 0,0162 0,0203 0,0243

Qnghỉ, m3/s 0,27 0,45 0,89 1,78 2,67 3,56 4,46 5,35

0 0 0 0 0 0 0 0

Qlv, m3/s 1,75 2,92 5,83 11,67 17,50 23,33 29,17 35,00

Tỷ lệ, % 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28 15,28

- Đối với trƣờng hợp tính cho lò chuẩn bị: Từ công thức 2-8 so sánh với

công thức 2-9 để tính toán lƣu lƣợng gió cho các trƣờng hợp lò chuẩn bị đặc trƣng

cơ bản. Kết quả tính toán giá trị lƣu lƣợng gió và tỷ lệ gió cần thiết trong các ngày

nghỉ làm việc so với ngày làm việc nhƣ trong các bảng 2-12.

Bảng 2.11. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chuẩn bị trong trường hợp ngày nghỉ và ngày làm việc

C

TT

r

S

A

I

k

Co

Qnghi

Qlv

0,5

2,1

33,6

0,0005

0,0972

Tỷ lệ (%) 1,94

0,5

2,8

44,8

0,0006

0,1296

2,59

0,5

1,4

22,4

0,0003

0,0648

1,30

0,5

0,8

38,4

0,0006

0,1111

0,74

0,5

0,8

19,2

0,0003

0,0556

7,5

0,74

0,5

0,8

25,6

0,0004

0,0741

0,74

0,5

1,6

51,2

0,0007

0,1481

1,48

0,5

1,6

0,0009

0,1852

12,5

1,48

0,5

1,6

76,8

0,0011

0,2222

1,48

Từ kết quả tính toán trong các bảng 2.7 đến bảng 2.11, cho thấy lƣu lƣợng gió cần thiết cung cấp cho các lò chợ trong trƣờng hợp nghỉ làm việc chỉ bằng một

phần (khoảng dƣới 15,3%) lƣu lƣợng gió cung cấp trong những ngày làm việc. Đặc biệt là trong các lò chuẩn bị thì tỷ lệ này còn nhỏ hơn rất nhiều (chỉ có vài %). 2. Nghiên cứu độ xuất khí trong ngày làm việc với ngày nghỉ Theo kết quả đo khảo sát và kiểm soát khí ở các mỏ trong các ngày làm việc, trong các ngày nghỉ của các Mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, Trung tâm cấp cứu mỏ và Trung tâm An toàn mỏ.[3], [4]. Kết quả tổng hợp đánh giá của một số mỏ nhƣ trong bảng 2.12.

Bảng 2.12. Kết quả đánh giá sự thoát khí ở ngày nghỉ với ngày làm việc tại một số mỏ

Hàm lƣợng khí ngày làm việc (%)

TT

Tên đƣờng lò và vị trí khảo sát khí mỏ

CH4

CO2

Hàm lƣợng khí ngày nghỉ (%) CH4

CO2

Tỷ lệ khí ngày nghỉ và ngày làm việc (%) CO2

CH4

I Mỏ than Hồng Thái

0,0125 0,4982 20,1080 0,000

0,0027 0,208

21,7

41,8

0,0000 0,0433 20,8695 0,000

0,0000 0,015

35,2

0,0132 0,1725 20,5425 0,000

0,0049 0,073

36,9

42,6

0,0146 0,4429 20,2307 0,000

0,0059 0,172

40,1

38,9

Lò DV +170 V45 (gió thải chợ KT8) Lò DV +180V47 (gió thải chợ KT10) Lò DV +250V46 (gió thải chợ KT4) Lò DV +120 CTV47 (gió thải chợ KT1) II Mỏ than Hà Lầm

0,0056 0,2646 20,3383 0,000

0,0026 0,0860

46,1

32,5

0,0281 0,3604 20,2367 0,000

0,0104 0,1629

36,9

45,2

Lò DVTG -40 (Gió thải chợ -65-:- -40) Lò DVTG -90 lớp vách (G.thải lò chợ -135/-90)

III Mỏ than Thống Nhất

0,0286 0,4093 20,0985 0,000

0,0107 0,1744

37,4

42,6

Thƣợng TG + 13/+ 104 (gió thải cánh tây)

0,0411 0,5743 20,0145 0,000

0,0206 0,2762

48,1

Thƣợng TG +13 -:- + 52 ( gió thải chung )

0,0064 0,7259 19,4063 0,000

0,0030 0,2875

46,3

39,6

DV + 18 PV 6b (gió thải KT - 8)

0,0214 0,5731 20,0098 0,000

0,0080 0,2441

37,4

42,6

DV + 8 PV 4C khu II (gió thải KT - 1 )

86-Tổng c.ty Đông Bắc

0,0216 0,2071 20,3106 0,000

0,0085 0,0642

39,4

Xuyên vỉa + 100 (Gió thải chung V.11)

0,0179 0,0610 20,4769 0,000

0,0074 0,0275

41,6

45,1

DV + 25V.10 (Gió thải chợ -40/+25)

3 XV +200 (Gió thải chung)

0,0594 0,3658 20,1741 0,000

0,0175 0,1196

29,5

32,7

4 Xuyên vỉa +45 (Gió thải V8) 0,0330 0,0824 20,4587 0,000

0,0160 0,0344

48,4

41,7

0,0394 0,2125 20,3872 0,000

0,0184 0,0676

46,7

31,8

DV+ 95 V.11 (Gió thải chợ +65/95)

0,0312 0,0644 20,5087 0,000

0,0089 0,0234

28,5

36,4

Xuyên vỉa +45 C.Tây (Gió thải V9)

0,0426 0,0776 20,4586 0,000

0,0135 0,0206

31,6

26,5

Xuyên vỉa +45 C.Đông (Gió thải V9)

Đặc biệt qua hệ thống kiểm soát và cảnh bào khí mê tan tự động đƣợc lắp

đặt tại các mỏ than hầm lò Quảng Ninh ghi nhận qua các kết quả đƣợc lƣu trữ cho

thấy: trong các ngày mỏ nghỉ làm việc thì độ xuất khí ra không khí mỏ rất nhỏ và gần

nhƣ không đáng kể. Sự xuất khí đƣợc ghi lƣu hầu hết dƣới dạng nhƣ trên hình 2.28.

Hình 2.28. Biểu đồ sự xuất khí metan trong lò chợ ở mỏ than Thống Nhất trong ngày nghỉ (Khí xuất ra gần như không thay đổi suốt 24 giờ trong ngày nghỉ)

Kết hợp với kết quả trong bảng 2.12 cho thấy, tỷ lệ các chất khí xuất ra

không khí mỏ trong các ngày nghỉ nhỏ hơn rất nhiều so với các ngày mỏ làm việc,

điều này cũng chứng minh rằng lƣợng gió cần thiết cho mỏ ở những ngày nghỉ chỉ cần

bằng một phần so với lƣợng gió cho mỏ trong các ngày làm việc (thời gian cao điểm).

3. Lưu lượng gió cho mỏ trong thời gian thấp điểm (ngày nghỉ)

Qua kết quả tính toán nhu cầu gió của mỏ và kết quả đánh giá độ thoát khí

giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cho thấy:

- Theo tính toán nhu cầu gió trong những ngày nghỉ (trong bảng 2.7 đến 2.11)

chỉ bằng khoảng 15,3% lƣu lƣợng gió cần thiết cho mỏ trong thời gian cao điểm.

- Theo độ xuất khí nhƣ trong bảng 2.12 và hình 2.28 thì lƣu lƣợng gió cần cho mỏ trong ngày nghỉ bằng lƣợng gió tƣơng ứng để xử lý với lƣợng khí tối đa bằng 50% so với ở thời gian cao điểm.

- Theo quy định về an toàn trong khai thác mỏ hầm lò than và diệp thạch hiện nay: Áp dụng và thực hiện theo Quy chuẩn Quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT có quy định tại mục 4, điều 48, thuộc chƣơng 3, quy phạm an toàn trong thông gió mỏ, thì khi thực hiện công tác đảo chiều gió theo quy phạm đối với những mỏ cho phép, yêu cầu là hệ thống đảo

chiều gió phải đảm bảo đáp ứng đƣợc ít nhất là 60% lƣu lƣợng gió so với chế độ thuận chiều.[5]

Từ các cơ sở lý luận trên thì trong các thời gian thấp điểm (trong các ngày mỏ nghỉ làm việc) nhu cầu gió cho mỏ QTh.đ chỉ cần thực hiện bằng 60% lƣu lƣợng gió trong thời gian cao điểm: QTh.đ = 60%QC.đ = 60%Qmax. 2.3.3.3. Lưu lượng gió cho mỏ trong các thời gian trung điểm Thời gian trung điểm là những thời gian không thực hiện công tác nổ mìn khấu tách than và đất đá ở lò chợ và gƣơng lò đào ở trong các ngày làm việc. Để xác định lƣu lƣợng gió cho các thời gian này, việc tính toán xác định đƣợc dựa vào các cơ sở sau: 1. Kết quả tính lưu lượng gió ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Kết quả tính toán lƣu lƣợng gió chung cho mỏ ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh cho thấy: Lƣu lƣợng gió của các hộ tiêu thụ gió đƣợc tính toán và chọn theo yếu tố max (Đối với lò chợ chọn theo yếu tố sản lƣợng, lò chuẩn bị theo yếu tố tốc độ gió tối ƣu hoặc theo yếu tố thuốc nổ). Và lƣu lƣợng gió các hộ tiêu thụ gió lấy theo yếu tố thứ 2 (nhƣ đối với lò chợ theo yếu tố số ngƣời làm việc, lò chuẩn bị là thoát khí mêtan). Thì trƣờng hợp lƣu lƣợng gió lấy theo yếu tố thứ hai sẽ chỉ bằng khoảng từ 45 -:- 52% lƣu lƣợng gió lấy theo yếu tố max (yếu tố lớn nhất). Kết quả ở một số mỏ nhƣ trong bảng 2.13.

Bảng 2.13. Kết quả tính toán tỷ lệ lưu lượng gió cho mỏ theo yếu tố nổ mìn khấu tách than-đất đá so với các yếu tố còn lại

Tên mỏ

Qmax (m3/s) Qthứ2 (m3/s)

Khu Thành Công- Cao Thắng

TT 1 Mỏ than Mạo Khê 2 Mỏ than Nam Mẫu 3 Mỏ than Hà Lầm 4 Mỏ Hồng Thái 5 6 Mỏ than Thống Nhất 7 Mỏ than Mông Dƣơng 8 Mỏ than Khe Chàm 9 Mỏ than Quang Hanh 10 Khu Cẩm Thành - Hạ Long 11 Khu Bắc Cọc Sáu - Hạ Long 12 Khu mỏ Hà Ráng - Hạ Long 13 Mỏ Vàng Danh

316,8 247,9 219,9 87,1 93,1 225,3 185,5 275 174,2 50,0 90,6 110,7 283,8

161,57 118,6 111,05 41,9 48,4 109,5 94,2 136,95 89,36 25,05 45,57 56,01 138,2

Tỷ lệ (%) 51 48,5 50,5 48,1 52 48,6 50,8 49,8 51,3 50,1 49,2 50,6 48,7

Từ kết quả tính lƣu lƣợng gió cho mỏ trong trƣờng hợp lớn nhất so với lƣu lƣợng gió theo yếu tố thứ 2 của một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, tiến hành phân tích khả năng tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính thông qua việc giảm lƣu lƣợng gió trong những thời điểm mỏ nghỉ làm việc hoặc không tiến hành hoạt động sản xuất với cƣờng độ yêu cầu gió lớn nhất nhƣ trong hình 2.29.

Hình 2.29. Biểu đồ tỷ lệ lưu lượng gió cho mỏ theo yếu tố nổ mìn khấu tách than-đất đá so với các yếu tố còn lại ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Ngoài ra khi xét về ảnh hƣởng của 2 loại hộ tiêu thụ gió là các lò chợ và gƣơng lò đào (chuẩn bị), ta thấy lƣu lƣợng gió cho 2 loại hộ tiêu thụ gió này của một mỏ chiếm một tỷ lệ chủ yếu trong tổng lƣu lƣợng gió cho mỏ. Tổng hợp kết quả tính toán so sánh lƣu lƣợng gió của 2 loại hộ tiêu thụ gió này so với tổng lƣu lƣợng gió cho mỏ ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh nhƣ trong bảng 2.14.

Bảng 2.14. Tỷ lệ lưu lượng gió cho mỏ và cho lò chợ, lò đào

TT

Tên mỏ

Lƣu lƣợng gió chung cho mỏ, Qm, m3/s

1 Mỏ than Mạo Khê

316,8

2 Mỏ than Nam Mẫu

247,9

3 Mỏ than Hà Lầm

219,9

4 Mỏ Hồng Thái

87,1

93,1

Khu Thành Công- Cao Thắng

6 Mỏ than Thống Nhất

225,3

7 Mỏ than Mông Dƣơng

185,5

8 Mỏ than Khe Chàm

275

9 Mỏ than Quang Hanh

174,2

Lƣu lƣợng gió cho các lò chợ, m3/s Tỷ lệ, % 185,7 58,6% 101,3 41,14% 84,87 38,6% 35,84 41,15% 41,0 44,09% 103,19 45,8% 79,74 43% 130,6 47,5% 83,09 47,7%

Lƣu lƣợng gió cho các lò đào, m3/s Tỷ lệ, % 92,01 29,04% 99,48 40,67% 101,59 46,2% 24,67 28,3% 27,5 29,6% 87,64 38,9% 75,65 41% 78,65 28,6% 34,2 19,63%

Tổng lƣu lƣợng gió lò chợ và lò đào, m3/s Tỷ lệ, % 277,71 87,64% 200,78 81,81% 186,46 84,8% 60,51 69,45% 68,5 73,69% 180,83 84,7% 155,39 84% 209,25 76,1% 117,29 67,33%

50,0

90,6

110,7

Khu Cẩm Thành - Hạ Long Khu Bắc Cọc Sáu - Hạ Long Khu mỏ Hà Ráng - Hạ Long

13 Mỏ Vàng Danh

283,8

17,9 35,81% 33,44 36,89% 20,59 18,6% 81,84 28,84%

22,89 45,76% 41,89 46,21% 59,94 54,15% 134,53 47,4%

40,79 81,57% 75,33 83,1% 80,53 72,75% 216,37 76,24%

2. Đánh giá sự xuất khí độc hại khi nổ mìn khấu than

Ngay cả những ngày mỏ làm việc thì lƣợng khí xuất ra không khí mỏ, sự xuất khí ra không khí mỏ phụ thuộc vào các quy trình sản xuất (kế hoạch sản xuất).

Các yếu tố tác động xấu đến môi trƣờng không khí mỏ (chất khí, bụi, nhiệt độ,…)

chủ yếu ở thời điểm nổ mìn khấu than hoặc tách phá đất đá ở lò chợ hay gƣơng lò

đào, còn các thời điểm khác (đặc biệt là thời điểm giao ca và củng cố gƣơng lò) thì

các yếu tố tác động môi trƣờng không khí mỏ là rất nhỏ. Hiện nay hầu hết các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đã đƣợc trang bị hệ thống kiểm soát khí tự động

(trạm kiểm soát khí mỏ). Theo số liệu cung cấp của các trạm kiểm soát ở các mỏ

cho thấy lƣợng khí xuất ra không khí mỏ ở thời điểm nổ mìn tách phá than và đất

đá ở lò chợ và gƣơng lò chuẩn bị đột biến gấp nhiều lần ở các thời điểm khác. Nhƣ trên hình 2.30 [3].

Hình 2.30. Biểu đồ xuất khí trong lò chợ mỏ than Nam Mẫu trong ngày làm việc (Khí xuất ra đột biến gấp nhiều lần tại lò chợ vào thời điểm nổ mìn lúc 13 giờ 13) Ngay các mỏ khai thác than hầm lò trên thế giới, khi nghiên cứu đánh giá tỷ lệ xuất các chất khí của các hộ tiêu thụ gió cũng cho thấy lƣợng khí xuất ra không khí mỏ cũng chủ yếu từ các lò chợ và gƣơng lò đào. Kết quả nghiên cứu sự thoát khí mêtan và các chất khí khác ở các vị trí khác nhau ra không khí mỏ theo một tỷ lệ ở một số mỏ trên thế giới nhƣ sau [28], [29]:

- Ở vùng Donbass (ДoHБacc), trong mỏ khí metan xuất ra từ khu khai thác: Lò chợ và lò chuẩn bị: Chiếm khoảng 65 -:- 75%; Còn lại 25 -:- 35% là từ các khu vực khác (khoảng đã khai thác, đƣờng lò thông gió và vận tải,...)

- Tỷ lệ trung bình xuất khí ở các mỏ hầm lò vùng Donetsk - Makeevka: Từ gƣơng khai thác: khoảng 40%; Từ lò chuẩn bị trong than: khoảng 30%; Từ các đƣờng lò khác còn lại: khoảng 30%

- Tỷ lệ khí CH4 xuất ra ở một số mỏ than hầm lò vùng Karagandir nhƣ

- Ở vùng than Kuzbass khi khai thác các vỉa than dày trung bình với hệ thống khai thác cột dài theo phƣơng thì: Khí CH4 xuất ra từ gƣơng khai thác chiếm khoảng 40 -:-50% toàn khu; Từ lò chuẩn bị khoảng 40 -:- 50%; Các khu còn lại khoảng 10 -:- 20%.

trong bảng 2.15. Bảng 2.15. Tỷ lệ xuất khí CH4 ở một số mỏ than hầm lò vùng Karagandir

Tỷ lệ % CH4 so với toàn bộ ở mỏ

Tên mỏ

Vỉa than

Khu I Khu II Khu I Khu III

Gương khai thác 38,5 47,4 38 43

Gương lò C.Bị 26,7 33,2 52 22

Ở đường lò TG 13,3 0 6 35

Ở đường lò VT 11,7 5,7 0 0

Ở đường lò TG ngoài khu KT 9,8 13,7 4 0

K12 K12 K10 K18

3. Lưu lượng gió cho mỏ trong các thời gian trung điểm

Qua các số liệu tính toán về tỷ lệ lƣu lƣợng gió giữa các hộ tiêu thụ gió với tổng lƣu lƣợng gió cho mỏ và tỷ lệ xuất khí giữa thời điểm nổ mìn khấu than với các thời điểm không nổ mìn khấu than trong các ngày làm việc ở mỏ, cho thấy:

- Lƣu lƣợng gió tối đa cho các lò chợ ở đa số các mỏ chiếm một tỷ lệ tƣơng đối lớn so với tổng lƣu lƣợng gió của mỏ và đa số đều trên 40% (tối thiểu là 18,6% nhƣ mỏ than Hà Ráng, tối đa 58,6% đối với mỏ than Mạo Khê và trung bình là khoảng 40,59%).

- Lƣu lƣợng gió tối đa cho các lò đào ở đa số các mỏ chiếm một tỷ lệ cũng lớn so với tổng lƣu lƣợng gió của mỏ và đa số là lớn hơn 40% (tối thiểu là 19,63% nhƣ mỏ than Quang Hanh, tối đa 54,15% đối với mỏ than Hà Ráng và trung bình là khoảng 37,59%).

- Lƣợng khí xuất ra không khí mỏ chủ yếu ở thời điểm nổ mìn khấu tách than và cũng chủ yếu ở các lò chợ và gƣơng lò đào. Độ xuất khí lớn gấp nhiều lần, thậm chí đến hàng chục lần (nhƣ trên biểu đồ hình 2.30).

Từ các cơ sở lý luận trên cho thấy trong các thời gian trung điểm (những thời gian trong mỏ không diễn ra nổ mìn khấu tách than ở những ngày làm việc) nhu cầu gió cho mỏ có thể chỉ cần ở mức 60% so với thời gian cao điểm. Tuy nhiên, do chƣa có quy chế tạo điều kiện, vì vậy để để đảm bảo có hệ số dự phòng

loại trừ sự cố an toàn môi trƣờng thì trong điều kiện ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay ta chọn bằng 80% lƣu lƣợng gió trong thời gian cao điểm:

Qua nghiên cứu hiện trạng thông gió các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

QTr.đ = 80%QC.đ = 80%Qmax. 2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 NCS có một số nhận xét sau:

1- Hầu hết các mỏ khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh đều có sơ đồ thông gió là phức tạp và rất phức tạp. Đặc biệt là đa phần các mỏ phải sử dụng trên 01 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ. Điển hình nhƣ các mỏ than Mạo Khê, Nam Mẫu, Hồng Thái, Hòn Gai, Hà Lầm, Vàng Danh, Quang Hanh, Mông Dƣơng, Khe Chàm,... 2. Nhu cầu gió sạch ở các hộ tiêu thụ gió nói riêng và của toàn mỏ nói chung không phải ở thời điểm nào cũng là nhƣ nhau. Hiện nay ở các mỏ đều tính toán và cho quạt hoạt động với chế độ làm việc để đƣa gió sạch vào tất cả các hộ tiêu thụ gió theo yếu tố lớn nhất với đặc điểm 24giờ/24giờ trong ngày, trong tất cả các ngày làm việc cũng nhƣ ngày nghỉ. Với chế độ làm việc này là không cần thiết, đây là một nguyên nhân làm mức tiêu thụ điện năng cho khâu thông gió mỏ tăng lên và không cần thiết. Nhu cầu gió sạch cho mỏ thực tế phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất của mỏ, nhu cầu này có thể đƣợc phân thành 3 khung giờ: - Khung giờ cao điểm: Là những khoảng thời gian thực hiện nổ mìn khấu than, nhu cầu gió sạch cho mỏ là lớn nhất (Qmax) và tính bằng 100% lƣu lƣợng nhƣ tính toán hiện nay ở các mỏ đang thực hiện. - Khung giờ trung điểm: Là những khoảng thời gian không thực hiện nổ mìn khấu than ở trong những ngày mỏ làm việc (giao ca, củng cố, bảo dƣỡng thiết bị,…), nhu cầu gió sạch cho mỏ chỉ cần bằng 80% (Qmax) lƣợng gió trong khung giờ cao điểm. - Khung giờ thấp điểm: Là khoảng thời gian trong những ngày mỏ nghỉ làm việc (Ngày chủ nhật, ngày lễ tết,…), nhu cầu gió sạch cho mỏ chỉ cần bằng 60% (Qmax) lƣợng gió trong khung giờ cao điểm. 3. Việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió để thực hiện cung cấp gió sạch cho mỏ theo nhu cầu thực tế ở từng thời điểm hoạt động sản xuất của mỏ là cần thiết, góp phần giảm chi phí thông gió mỏ là hoàn toàn có cơ sở.

CHƢƠNG 3 TỐI ƢU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH

3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ

3.1.1. Phƣơng pháp xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính

3.1.1.1. Cơ sở khoa học xác định chế độ làm việc hợp lý của quạt gió chính

Chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió chính đƣợc xác định với các thông

số cơ bản làm việc sau: [7], [13], [23], [32], [33]

- Góc lắp cánh quạt; - Tốc độ vòng quay của trục quạt; - Lƣu lƣợng gió chung cần đƣa vào mỏ; - Hạ áp mỏ và hạ áp quạt cần tạo ra. Hiện nay ở các mỏ khai thác hầm lò của nƣớc ta sử dụng quạt gió chính với

chế độ làm việc có đặc điểm sau:

- Góc lắp cánh đƣợc đặt ở một góc cố định nào đấy. - Tốc độ vòng quay của trục quạt đƣợc xác định cố định với một động cơ

nhất định theo từng loại quạt.

- Thời gian làm việc của quạt thƣờng ổn định trong một quý (3 tháng) và

thậm chí là trong một năm.

- Khi cần thay đổi góc lắp cánh thì chế độ làm việc của quạt sẽ thay đổi. - Khi có sự thay đổi về hạ áp chung của mỏ thì chế độ làm việc của quạt

cũng thay đổi.

Nhƣ vậy, chế độ làm việc của quạt gió nhìn chung ổn định trong 01 quý, thậm chí 01 năm và ngày đêm (24h/24h) quạt đều hoạt động với một công suất nhất định để đƣa vào mỏ 01 lƣợng gió cố định. 3.1.1.2. Phương pháp xác định chế độ làm việc hợp lý của quạt gió chính

Ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay có các trƣờng hợp làm

việc của các quạt gió chính nhƣ sau:

- Mỏ chỉ có 01 trạm quạt gió chính (quạt gió) làm việc đơn độc, đây là

trƣờng hợp rất hiếm chỉ có ở các mỏ có công suất sản lƣợng khai thác nhỏ, hoặc các khu vực khai thác đƣợc phân chia thành các khu khai thác tách biệt nhƣ: mỏ than Tân Lập, Giáp Khẩu,…

- Mỏ có 02 đến 03 trạm quạt gió chính (quạt gió) làm việc, nhƣ các mỏ

than: Hà lầm, Hồng Thái, Thống Nhất, Nam Mẫu, Mông Dƣơng,…

- Mỏ có trên 03 trạm quạt gió chính (quạt gió) làm việc đồng thời, nhƣ mỏ

than Mạo Khê, Vàng Danh, Quang Hanh, Dƣơng Huy,...

Nguyên lý chung, để xác định đƣợc chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió

chính, trƣớc tiên ta phải tiến hành thực hiện đƣợc các nội dung sau:

- Xác định đƣợc lƣợng gió chung vào mỏ, (lƣu lƣợng gió chung của mỏ/lƣu

lƣợng gió yêu cầu của mỏ);

- Phân phối gió trên sơ đồ gió (giản đồ thông gió); - Tính hạ áp các luồng gió và cân bằng hạ áp các luồng gió mỏ. - Xác định (hay đặt) quạt gió làm việc ở một chế độ với thông số kỹ thuật là: tốc độ vòng quay của trục quạt và góc lắp cánh của bánh công tác, các thông số này phải hợp lý để quạt tạo ra đƣợc một năng lực thông gió đáp ứng đƣợc yêu cầu về thông gió cho mỏ, cụ thể chế độ làm việc của quạt phải thỏa mãn yêu cầu sau: Lƣu lƣợng quạt tạo ra phải thỏa mãn lƣu lƣợng yêu cầu vào mỏ: Qct ≥ Qyc; Hạ áp quạt tạo ra phải thỏa mãn hạ áp yêu cầu của mỏ: hct ≥ hyc. Việc xác định chế độ làm việc (chế độ công tác) của quạt gió chính đƣợc áp

dụng trong các trƣờng hợp cụ thể: 1. Đối với các sơ đồ thông gió mỏ chỉ có một quạt làm việc đơn độc Nhìn chung các mỏ khi chỉ sử dụng một quạt gió chính để thông gió mỏ thƣờng là các mỏ có công suất (sản lƣợng) khai thác nhỏ, sơ đồ thông gió đơn giản. Việc tính toán thông gió mỏ cũng nhƣ việc xác định chế độ công tác của quạt gió đơn giản.

Ví dụ: Nhƣ mỏ than Cẩm Thành, Công ty than Hạ Long có sơ đồ thông gió nhƣ trên hình 2.5, với một quạt gió chính BD-II-6-No15/2x55kW đặt tại điểm 29 trên giản đồ (cửa lò xuyên vỉa mức +117). Kết quả tính toán xác định chế độ làm việc của quạt gió nhƣ trên hình 3.1. Các bƣớc tính toán xác định chế độ công tác của quạt gió nhƣ sau:

- Lƣu lƣợng gió cho mỏ: Qm = 50,1 m3/s - Hạ áp mỏ: hm = 85,03 mmH2O - Tính toán lƣu lƣợng gió quạt cần tạo ra: Qq = 1,15 x 50,1 = 57,5 m3/s. - Hạ áp quạt cần tạo ra tại các khu vực: hq = 102,5 mmH20 - Phƣơng trình đƣờng đặc tính của mỏ: h = 0,030978.Q2 - Điểm yêu cầu là điểm A, điểm làm việc hợp lý của quạt là điểm B trên

hình 3.1, với các thông số làm việc nhƣ sau: Góc lắp cánh: θ = +2,50 Lƣu lƣợng: Qct = 59 m3/s Hạ áp: hct = 108,2 mmH2O Hiệu suất làm việc: η = 0,54

Hình 3.1. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khu Cẩm Thành 2. Đối với các sơ đồ thông gió mỏ gồm nhiều quạt làm việc:

Đối với những mỏ sử dụng nhiều quạt gió chính để thông gió cho mỏ (có từ

2 quạt gió chính trở lên). Việc tính toán thông gió, cũng nhƣ việc xác định chế độ công tác của các quạt gió cho loại mỏ này sẽ phức tạp hơn. Với các các trƣờng hợp

này, để tính toán xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính có thể áp dụng

phƣơng pháp tính liên hợp hoặc để đơn giản cho việc tính toán thông gió cũng nhƣ

xác định chế độ công tác của các quạt gió chính, tác giả đã cùng với các đồng

nghiệp sử dụng các phần mềm ứng dụng để tính toán cho mạng gió mỏ. Giải pháp này qua tính toán và áp dụng thực tế, sau đó có kiểm tra lại mạng gió theo kết quả tính toán bằng việc đo đạc khảo sát thì cho thấy:

- Khối lƣợng tính toán ít và đơn giản hơn.

- Việc xác định chế độ công tác của các quạt gió chính đơn giản do đƣợc

phần mềm xác định tự động.

- Kết quả tính toán và kiểm tra thực tế khi áp dụng là chuẩn xác. Việc tính toán xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính khi làm việc liên hợp đã đƣợc NCS và nhóm các đồng nghiệp thực hiện ở nhiều mỏ trong nhiều

năm qua. Điển hình các kết quả nghiên cứu tại một số mỏ khai thác than hầm lò

Mỏ than Hồng thái đƣợc thông gió gồm 2 trạm quạt gió chính nhƣ trên hình 2.10.

Các trạm quạt đƣợc bố trí nhƣ sau:

đặc trƣng ở vùng Quang Ninh sau: a) Mỏ than Hồng Thái

- Trạm quạt số 1: Sử dụng quạt FBDCZ-No20/2x160kW (01 quạt làm việc

và 01 quạt dự phòng) đặt tại cửa lò mức +152.

- Trạm quạt số 2: Sử dụng quạt BD-II-4-No12 (01 quạt làm việc, 01 quạt dự

phòng) đặt tại cửa lò mức +195.

Kết quả tính toán chế độ làm việc của các quạt gió chính đƣợc thể hiện trên

các hình 3.2, hình 3.3 và hình 3.4. Với các thông số làm việc nhƣ sau:

- Chế độ công tác của bộ quạt (2 quạt) là điểm O (hình 3.2): + Lƣu lƣợng quạt: Qbq = 110,5 m3/s;

+ Hạ áp: hbq = 118 mmH2O.

Hình 3.2. Đồ thị tính toán liên hợp quạt mỏ than Hồng Thái

- Chế độ công tác của quạt FBDCZ-No20 là điểm B (hình 3.3):

+ Góc lắp cánh:  = +50; + Lƣu lƣợng quạt: Q = 82,5 m3/s;

+ Hạ áp: h = 259 mmH2O.

Hình 3.3. Đồ thị chế độ làm việc của quạt FBDCZ-No20 mỏ than Hồng Thái

- Chế độ công tác của quạt BD-II-4-No12 là điểm C (hình 3.4):

+ Góc lắp cánh:  = -50; + Lƣu lƣợng quạt: Q = 28 m3/s;

+ Hạ áp: H = 138,1 mmH2O.

Hình 3.4. Đồ thị chế độ làm việc của quạt BD-II-4-11 mỏ than Hồng Thái

b) Mỏ than Khe Chàm

Hiện nay ngoài việc tính toán thông gió cho mỏ bằng thủ công, ta có thể áp

dụng công nghệ tin học để giải quyết bài toán tính thông gió mỏ theo từng công

đoạn tính, nhƣ: Sử dụng phần mềm Excel để giải quyết các công đoạn tính lƣu

lƣợng gió cho các hộ tiêu thụ gió mỏ, tính hạ áp mỏ, tính cân bằng hạ áp mỏ,…

Hay ta có thể sử dụng các phần mềm ứng dụng nhƣ: Phần mềm Kazamazu,

Ventsim, Vengrap, … chạy trên giao diện máy tính điện tử để giải quyết hầu hết

các công đoạn tính toán một cách liên hoàn. Việc tính toán thông gió cho mỏ than

Khe Chàm đƣợc NCS và nhóm thực hiện đề tài áp dụng phần mềm Kazamazu. Kết

quả tính toán nhƣ sau:

Mỏ than Khe Chàm đƣợc thông gió nhờ 3 trạm quạt gió chính nhƣ trên giản

đồ thông gió hình 2.12. Các quạt đƣợc bố trí nhƣ sau:

- Trạm quạt số 1: Sử dụng quạt 2K56-No24 (01 quạt làm việc và 01 quạt dự

phòng) đặt tại trung tâm ruộng mỏ cửa lò mức +32.

- Trạm quạt số 2: Sử dụng quạt 2K56-No30 (01 quạt làm việc, 01 quạt dự

phòng) đặt tại cửa lò mức +35.

- Trạm quạt số 3: Sử dụng quạt BD-II-6-No16 (01 quạt làm việc, 01 quạt dự

phòng) đặt tại khu công trƣờng III, cửa lò mức +112.

Kết quả tính toán chế độ làm việc của các quạt gió chính đƣợc thể hiện trên

các hình 3.5, hình 3.6 và hình 3.7.

Qua kiểm tra lƣu lƣợng gió, hạ áp các nhánh đạt yêu cầu so với tính toán.

Điểm công tác hợp lý của các quạt nhƣ sau:

* Các thông số tính toán: - Trạm quạt số 1 (2K56 - NO24): Qyc = 115,1 m3/s; hyc = 198 mmH2O - Trạm quạt số 2 (2K56 - NO30): Qyc = 75,8 m3/s; hyc = 201 mmH2O - Trạm quạt số 3 (BD-II-6-NO16): Qyc = 36,3 m3/s; hyc = 298 mmH2O * Kết quả xác định chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió: + Trạm quạt số 1: 2K56 - NO24 lƣu lƣợng Q = 115,11 m3/s, hạ áp H = 198

mmH2O, công suất động cơ 560KW, góc lắp cánh 450;

+ Trạm quạt số 2: 2K56 - NO30 lƣu lƣợng Q = 75,8 m3/s, hạ áp H = 201

mmH2O, công suất động cơ 400 KW, góc lắp cánh 200;

+ Trạm quạt số 3: BD-II-6-N016 lƣu lƣợng Q = 36,3 m3/s, hạ áp H = 298

mmH2O, công suất động cơ 2x75 KW, góc lắp cánh +2,50;

Hình 3.5. Đồ thị xác định chế làm việc của quạt gió chính 2K56-NO24

Hình 3.6. Đồ thị xác định chế làm việc tác của quạt gió 2K56-NO30

Hình 3.7. Đồ thị xác định chế làm việc tác của quạt gió BD-II-6-N016

3.1.2. Xác định các tham số tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính

3.1.2.1. Cơ sở xây dựng bài toán tối ưu chế độ công tác của quạt gió chính Với quan điểm từ trƣớc tới nay, quạt gió làm việc phải bảo đảm các nhu cầu

thông gió là cung cấp đủ lƣu lƣợng gió sạch cho các hộ tiêu thụ gió để đảm bảo theo các tiêu chí đặt ra là:

- Đảm bảo an toàn: Về khí độc, khí nổ,... phải nằm trong giới hạn cho phép

của quy định (TCCP);

- Đảm bảo tạo đƣợc điều kiện vi khí hậu dễ chịu; - Đảm bảo tốc độ gió phải nằm trong giới hạn cho phép: tốc độ gió ở trong

khoảng giới hạn tốc độ gió nhỏ nhất (min) đến tốc độ gió lớn nhất (Max) trong các

đƣờng lò mỏ theo quy phạm;

- Quạt gió chính phải làm việc liên tục ở một chế độ 24h/24h giờ trong tất

cả các ngày trong năm theo nhƣ tính toán.

Quan điểm mới của đề tài về thông gió mỏ: Quạt gió làm việc phải bảo đảm các nhu cầu thông gió là cung cấp đủ lƣu

lƣợng gió sạch cho các hộ tiêu thụ gió để đảm bảo:

- Đảm bảo an toàn: Về khí độc, khí nổ,... phải nằm trong giới hạn cho phép

của quy định (TCCP);

- Đảm bảo tạo đƣợc điều kiện vi khí hậu dễ chịu;

- Đảm bảo tốc độ gió phải nằm trong giới hạn cho phép: tốc độ gió ở trong khoảng giới hạn tốc độ gió nhỏ nhất (min) đến tốc độ gió lớn nhất (Max) trong các

đƣờng lò mỏ theo quy phạm;

- Quạt gió chính phải làm việc liên tục 24h/24h giờ với chế độ làm việc phù

hợp với nhu cầu thực tế của mỏ;

- Tiêu tốn điện năng là nhỏ nhất.

Vì vậy, chế độ làm việc của quạt gió đƣợc điều chỉnh hoạt động theo thời

gian trong ngày (điều chỉnh theo từng thời điểm nhu cầu gió khác nhau: thời điểm

nổ mìn khấu than, thời điểm nghỉ giao ca,...), theo tuần, trong quý và trong năm (điều chỉnh theo ngày làm việc và ngày nghỉ có nhu cầu gió khác nhau: ngày chủ

nhật, ngày lễ,...) để tạo ra lƣu lƣợng gió vừa đủ để đáp ứng đƣợc các yêu cầu về thông gió mỏ, tránh lãng phí do dƣ thừa gió làm tăng chi phí điện năng cũng nhƣ tang giá thành thông gió mỏ.

Để đặt một chế độ làm việc của một quạt gió chính nào đấy, ta phải căn cứ

3.1.2.2. Xác định các tham số tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính vào các thông số kỹ thuật sau:

- Đối với quạt hƣớng trục: Các thông số kỹ thuật cho chế độ làm việc của

quạt gió là: + Tốc độ vòng quay của trục quạt;

+ Góc lắp cánh của bánh công tác. - Đối với quạt ly tâm: Thông số kỹ thuật của quạt gió tƣơng ứng một chế độ

làm việc là tốc độ vòng quay của trục quạt.

Để có đƣợc các thông số kỹ thuật của chế độ làm việc của một quạt gió thì

ta phải xác định đƣợc các tham số hay các hàm phụ thuộc:

- Lƣu lƣợng gió cho các lò chợ (ΣQLC) - Lƣu lƣợng gió cho các lò chuẩn bị (ΣQcb) - Lƣu lƣợng gió cho các hầm trạm (ΣQht) - Lƣu lƣợng gió rò của mỏ (ΣQrg). - Hệ số rò gió tại trạm quạt (kr) - Sức cản của mạng gió là tham số liên quan gây ra tổn thất hạ áp (Rm) - Hệ số kể đến lƣu lƣợng gió dƣ do điểm công tác của quạt cao hơn điểm

yêu cầu (kd):

Nhƣ vậy, để đánh giá hiệu quả của công tác thông gió mỏ (khi tính toán

thông gió mỏ), yếu tố đảm bảo kỹ thuật theo yêu cầu là hàng đầu, vì có đảm bảo về

yếu tố kỹ thuật mới thỏa đáng về các mục tiêu yêu cầu đề ra về thông gió mỏ là tạo

môi trƣờng làm việc an toàn. Tuy nhiên, yếu tố xác định tính hiệu quả về kinh tế,

nghĩa là chi phí (giá thành) cho thông gió mỏ là nhỏ nhất, tức là khi tính toán thông

gió mỏ ta phải tối ƣu hóa (tăng chi phí hữu ích, giảm chi phí vô ích). Để đánh giá

các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của một hệ thống thông gió mỏ là hiệu quả, ta đánh giá

tối ƣu (ƣu việt) dựa trên các đại lƣợng liên quan nhƣ giới thiệu ở phần "cơ sở xây

dựng bài toán tối ƣu hóa chế độ công tác của quạt gió chính". Tuy nhiên việc tối

ƣu hóa một số tham số (đại lƣợng) có hiệu quả hay không, hoặc hiệu quả của việc

tối ƣu hóa đó đạt đƣợc ở mức độ nào lại phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện cụ thể (theo các hàm phụ thuộc). Ở đây xét 2 trƣờng hợp của hệ thống thông gió cơ

bản là: Trƣờng hợp mỏ đang trong giai đoạn thiết kế chuẩn bị đƣa vào hoạt động và trƣờng hợp thứ hai là mỏ đang hoạt động khai thác. - Trƣờng hợp mỏ mới đang trong giai đoạn thiết kế: Tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính của một mỏ mới ở giai đoạn dự án thiết kế, tạo hệ thống thông gió tối ƣu nhất. Đối với trƣờng hợp này, ta có thể tính toán tất cả các tham số để kết hợp với công tác thiết kế kỹ thuật khác nhằm tối ƣu hóa các tham số liên quan đến hệ thống thông gió cũng nhƣ chế độ làm việc

của quạt gió chính. Tóm lại đối với trƣờng hợp này ta có thể đề cập việc tối ƣu đến

tất cả các tham số liên quan ở một mức độ cho phép. - Trƣờng hợp mỏ đang hoạt động khai thác:

Tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính cho các mỏ ở dạng đang thực hiện khai thác với hệ thống thông gió chƣa hợp lý. Trong trƣờng hợp này nhƣ đã trình

bày, có thể xảy ra trƣờng hợp có nhiều tham số với việc tối ƣu hóa sẽ không cho kết

quả nhƣ ta mong muốn.

Để xác định tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính của một mỏ nào đó,

Nhƣ vậy, trong hai trƣờng hợp thì trƣờng hợp đối với một mỏ mới khi thiết kế ta có thể tối ƣu đƣợc chế độ công tác của quạt gió có nhiều thuận lợi hơn, nhƣ: có phƣơng án mở vỉa chuẩn bị hợp lý, xây dựng đƣờng lò phù hợp để giảm tối đa sức cản mạng gió mỏ, lựa chọn công nghệ khai thác tiên tiến và lập sơ đồ kế hoạch khai thác khoa học cũng nhƣ lựa chọn quạt gió phù hợp,… để có đƣợc sơ đồ mạng gió đơn giản nhất. Còn đối tƣợng mỏ đang hoạt động khai thác, đặc biệt đã qua nhiều giai đoạn phát triển mỏ, thì việc tối ƣu chế độ công tác của quạt gió sẽ bị hạn chế hơn, do phƣơng án tối ƣu một tham số nào đấy sẽ cho hiệu quả thấp, thậm chí không cho kết quả. ta đánh giá trên các chỉ tiêu sau: - Về chỉ tiêu kỹ thuật + Góc lắp cánh của bánh công tác; + Tốc độ vòng quay của trục quạt; - Về chỉ tiêu kinh tế: + Lƣu lƣợng gió mà quạt phải làm việc tạo ra; + Xác định lƣợng điện tiêu thụ cho thông gió mỏ của quạt gió chính. Để xác định hai chỉ tiêu trên ta có các biểu thức tƣơng ứng để tính toán nhƣ sau: [7], [11], [13], [27], [28], [29].

(3-1)

(3-2) Qq = krq.Qm

Trong đó: Với:

Qq -là lƣu lƣợng gió mà quạt phải tạo ra, m3/s. Trong đó: Qm là lƣu lƣợng gió yêu cầu của mỏ (nhƣ công thức 2-1 có

2, mmH2O

Qm = 1,1(kt.ΣQLC + ΣQcb + ΣQht + ΣQrg), m3/s; Với: (3-3) và krq là hệ số kể đến sự rò gió tại trạm quạt. hq -hạ áp mà quạt phải tạo ra, mmH2O hq = (kg.Rm + Rtbq).Qq

kg -là hệ số kể đến sự rò gió tại trạm quạt, (3-4)

Và việc xác định công suất tiêu thụ cũng có thể sử dụng công thức sau:

(3-5)

Xét từ các biểu thức trên, ta phân tích thấy sự phụ thuộc của các chỉ tiêu vào

- Hạ áp mà quạt phải tạo ra (hq): cũng có mối quan hệ đồng biến với các

các hàm liên quan nhƣ sau: - Điện năng tiêu thụ Nq: Đƣợc xác định phụ thuộc vào các chỉ số lƣu lƣợng gió và hạ áp mà quạt cần tạo ra. Nếu các chỉ số này càng tăng thì điện năng tiêu thụ sẽ càng lớn và ngƣợc lại. Tức là chúng có mối quan hệ đồng biến. - Lƣu lƣợng gió mà quạt phải tạo ra (Qq): Đƣợc xác định phụ thuộc vào các giá trị lƣu lƣợng gió của mỏ (Qm) và hệ số rò gió tại trạm quạt gió (krg). Chúng có mối quan hệ đồng biến. - Lƣu lƣợng gió mỏ (Qm): Đƣợc xác định bởi các tham số: ΣQLC, ΣQcb, ΣQht và ΣQrg. Và chúng có mối quan hệ đồng biến (nếu các tham số có giá trị tăng lên thì Qm cũng sẽ tăng theo). hàm: Rm và Qq Trong giới hạn của đề tài luận án, NCS chỉ nghiên cứu giải pháp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đang hoạt động khai thác. Việc nghiên cứu tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh nhƣ sau: 1. Các giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió các mỏ thường áp dụng

Trên thực tế ở các mỏ than hầm lò hiện nay hàng năm hoặc định kỳ vài năm cũng đều thực hiện nghiên cứu đánh giá hiện trạng hệ thống thông gió của mỏ một

cách tổng thể, từ đó áp dụng các giải pháp hoàn thiện hệ thống thông gió mỏ phù

hợp, để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí cho công tác thông gió mỏ. Về nguyên

lý, khi thực hiện các giải pháp hoàn thiện hệ thống thông gió là gián tiếp hay trực

tiếp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính. Các giải pháp thƣờng đƣợc áp dụng

ở các mỏ than hầm lò hiện nay là:

- Xây dựng và sửa chữa các công trình thông gió mỏ nhƣ: Công trình trạm quạt, cửa chắn gió, cửa điều chỉnh gió,… vận hành đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Nâng

cao chất lƣợng hệ thống các cửa chắn gió đảm bảo kỹ thuật để giảm gió rò trong

mỏ. Tuy nhiên chất lƣợng các cửa chắn gió hiện nay ở các mỏ còn thấp (một phần do chi phí đầu tƣ xây dựng đắt, hai là công tác vận hành bảo dƣỡng không đƣợc đảm bảo, nên chất lƣợng công trình xuống cấp nhanh).

- Thƣờng xuyên sửa chữa bảo dƣỡng thiết bị thông gió: quạt gió, động cơ và

hệ thống cung cấp điện.

- Xây dựng kế hoạch khai thác một cách khoa học nhất, để đơn giản sơ đồ

thông gió mỏ giúp cho việc quản lý điều chỉnh hệ thống thông gió mỏ đơn giản hơn và gián tiếp giảm hạ áp mỏ.

- Cải tạo mạng gió mỏ: Tạo mạng sơ đồ thông gió đơn giản, đảm bảo hạ áp mỏ không lớn, tạo cho mỏ có đƣợc điều kiện thông gió dễ. Sử dụng các giải pháp

nhƣ xén lại các đƣờng lò có diện tích nhỏ không đảm bảo, hoặc xây dựng mới lại

các đƣờng lò,... Tuy nhiên biện pháp này ít đƣợc sử dụng, do chi phí quá đắt. Giải

pháp này chỉ đƣợc áp dụng mang tính chất cục bộ và kết hợp với các mục đính khác ngoài công tác thông gió mỏ, nhƣ vận tải, an toàn,...

- Thay thế các quạt cũ bằng các loại quạt đời mới có tính năng kỹ thuật ƣu

việt, sẽ cho hiệu suất làm việc tốt hơn và chi phí điện năng giảm đi.

2. Các tham số có thể tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió

Qua nghiên cứu hiện trạng đặc điểm của các các mỏ than hầm lò vùng

Quảng Ninh, đề tài nhận thấy các tham số có thể tối ƣu đƣợc bao gồm:

- Sức cản các đƣờng lò mỏ;

- Rò gió trong mỏ (rò gió ở trạm quạt và tại các cửa gió);

- Độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt;

- Lƣu lƣợng gió không cần thiết trong ngày nghỉ và giờ thấp điểm.

Nghiên cứu và phân tích đặc điểm cơ bản của các tham số trên ta thấy:

a) Sức cản các đƣờng lò mỏ Việc giảm sức cản các đƣờng lò mỏ sẽ trực tiếp giảm hạ áp mỏ, giúp cho

quạt gió có thể làm việc ở chế độ có hạ áp thấp và gián tiếp tối ƣu hóa đƣợc chế độ

làm việc của quạt gió. Tuy nhiên về thực tế giải pháp này không cho hiệu quả, do

chi phí kinh tế quá lớn. Vì vậy, giải pháp giảm sức cản các đƣờng lò nhƣ: chống

xén để tăng diện tích đƣờng lò, đào thêm đƣờng lò mới, thay đổi vật liệu chống để

giảm hệ số sức cản ma sát,... thƣờng chỉ đƣợc thực hiện áp dụng khi giải pháp này

còn kết hợp với các mục đích chính khác nhƣ: để phục vụ vận tải, do yêu cầu về an

toàn,... b) Rò gió trong mỏ

- Lƣợng gió rò tại các trạm quạt phụ thuộc vào đặc điểm của công trình thông gió trên bề mặt nhƣ: nhà trạm và chủng loại quạt gió chính. Đối với các loại quạt cố định, thƣờng công trình nhà trạm quạt là đƣợc xây dựng kiên cố, hệ số rò gió tại trạm quạt khoảng từ 5% -:- 20%. Còn đối với các loại quạt bán cố định, công trình nhà trạm quạt là bán kiên cố, hệ số rò gió có thể tới 30%. Tuy nhiên giải pháp giảm sự rò gió tại các trạm quạt lại phụ thuộc vào việc đầu tƣ loại quạt đã có. Vì vậy chi phí cho giải pháp này hoàn toàn mang nặng yếu tố kỹ thuật.

- Lƣu lƣợng gió rò qua các cửa gió và thành chắn phụ thuộc chủ yếu vào

chất lƣợng các cửa chắn gió và thành chắn gió. Thực tế có những cửa chắn gió nếu không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, hoặc không quản lý tốt có thể gây tổn thất do

rò gió rất lớn, có thể tổn thất tới vài chục phần trăm. Chất lƣợng cửa chắn gió và thành chắn gió đƣợc đánh giá về mặt kỹ thuật thông qua lƣợng gió rò qua cửa chắn

gió, đánh giá về mặt kinh tế là chi phí kinh tế để xây dựng cửa chắn gió hoặc thành

chắn gió. Việc xử lý giảm sự rò gió qua cửa gió và thành chắn là vấn đề đƣợc các

mỏ rất quan tâm. Song ở một mức độ nào đó hiện nay nhiều mỏ chƣa thực hiện tốt, vẫn để hiện tƣợng rò gió làm tổn thất gió rất lớn. Đây là giải pháp khả thi ngoài

việc nâng cao hiệu quả thông gió mỏ còn có một ý nghĩa về đảm bảo công tác an

toàn cho mỏ.

c) Độ chênh lƣu lƣợng giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt

Khi tính toán chọn điểm làm việc của quạt (chế độ công tác), ta luôn phải đảm bảo một nguyên tắc là lƣu lƣợng gió quạt làm việc phải thỏa mãn lƣu lƣợng gió yêu cầu: Qct ≥ Qyc. Do các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò nƣớc ta hiện nay đang sử dụng đều là các loại quạt có chế độ làm việc với các góc lắp cánh đã

định vị theo thiết kế chế tạo, vì vậy thông thƣờng chế độ làm việc của các quạt gió chính thƣờng có Qct > Qyc. Mục tiêu của giải pháp giảm lƣợng gió chênh do độ chênh giữa điểm công tác với điểm yêu cầu là đƣa chế độ công tác của quạt đạt ở trạng thái có Qct = Qyc. Giải pháp này sẽ giúp giảm chi phí không cần thiết do độ chênh của điểm làm việc so với điểm yêu cầu.

d) Lƣu lƣợng gió không cần thiết trong ngày nghỉ và giờ không cao điểm

Giảm lƣu lƣợng gió không cần thiết vào mỏ do nhu cầu mỏ không hoạt động sản xuất cao điểm là: Trong những ngày mỏ nghỉ sản xuất (ngày chủ nhật,

ngày lễ tết,…); Và những thời gian mỏ không hoạt động sản xuất cao điểm trong

các ngày làm việc (thời gian giao ca, củng cố lò chợ và lò chuẩn bị,…). Đây là một

yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến chi phí cho thông gió mỏ. Việc áp dụng giải pháp để

thực hiện giảm lƣợng gió không cần thiết vào mỏ do nhu cầu mỏ không hoạt động sản xuất cao điểm hiện nay ở hầu hết các mỏ là không thực hiện, do chƣa áp dụng

công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến vào trong công tác thông gió mỏ, hoặc có đầu tƣ nhƣng chƣa sử dụng hết công dụng của thiết bị công nghệ, do nhiều yếu tố đặc biệt là còn mắc do quy phạm an toàn mỏ.

Trên cơ sở phân tích các tham số về chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật có thể để tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió, NCS đã lựa chọn 2 tham số để thực hiện tối

3.1.2.3. Lựa chọn tham số để tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính

ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

nhƣ sau:

1. Độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt

Tối ƣu hóa độ chênh của điểm làm việc của quạt so với điểm yêu cầu, hay

là hệ số dƣ gió do điểm công tác của quạt so với điểm yêu cầu. Mục đính của việc tối ƣu là:

- Giảm hiệu số: (Qct - Qyc) → 0

- Hay giảm hệ số: →1

Trong đó: kđc -Là hệ số giữa lƣu lƣợng gió công tác của quạt với lƣu lƣợng

gió của điểm yêu cầu;

Qct -Lƣu lƣợng gió của quạt tạo ra ở chế độ làm việc, m3/s; Qyc -Lƣu lƣợng gió của quạt cần phải tạo ra, m3/s.

2. Lưu lượng gió không cần thiết trong ngày nghỉ và giờ không cao điểm

Tối ƣu hóa lƣu lƣợng gió không cần thiết vào mỏ ở thời điểm mỏ không

hoạt động sản xuất (ngày nghỉ làm việc gọi là thời gian thấp điểm) và các thời gian

mỏ có nhu cầu gió không lớn nhƣ tính toán thiết kế (gọi là các thời gian trung

điểm). Nhƣ vậy ta có hệ số kể đến sự giảm lƣu lƣợng gió của quạt trong các thời

gian không cao điểm điểm (Thời gian cao điểm là thời gian mỏ có nhu cầu gió bằng lƣu lƣợng gió tối đa nhƣ tính toán).

(3-6)

Trong đó:

ktƣ -Hệ số giảm lƣu lƣợng gió của quạt khi tối ƣu so với lƣu lƣợng gió của

quạt khi không tối ƣu;

ΣQC.đ -Tổng lƣu lƣợng gió cung cấp cho các khung giờ cao điểm (thời gian

cao điểm của các ngày làm việc) trong một năm, m3/s;

ΣQTr.đ -Tổng lƣu lƣợng gió cung cấp cho các khung giờ trung điểm (thời gian trong các ngày làm việc không cần lƣu lƣợng gió nhƣ thời gian cao điểm) trong một năm, m3/s;

ΣQTh.đ -Tổng lƣu lƣợng gió cung cấp cho các khung giờ thấp điểm (thời gian trong các ngày mỏ nghỉ làm việc không cần lƣu lƣợng gió nhƣ thời gian cao điểm) trong một năm, m3/s;

ΣQyc -Tổng lƣu lƣợng gió cung cấp cho mỏ khi chƣa tối ƣu trong một năm,

m3/s.

3.2. XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP LUẬN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT

Từ đặc điểm thực tế ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, để tối ƣu hóa

chế độ làm việc của quạt gió chính, đề tài nghiên cứu phƣơng pháp luận tối ƣu hóa

chế độ làm việc của quạt gió nhƣ sau:

3.2.1. Tối ƣu độ chênh do điểm làm việc với điểm yêu cầu

Độ chênh do điểm làm việc với điểm yêu cầu, sẽ gây ra độ chênh (độ dƣ) về

lƣu lƣợng và hạ áp khi quạt làm việc so với yêu cầu.

3.2.1.1. Cơ sở xác định độ chênh của điểm công tác so với điểm yêu cầu

1. Đặc điểm các quạt gió chính đang sử dụng ở các mỏ

Do các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh cũng nhƣ ở Việt Nam hiện đang sử dụng đều là loại quạt nhƣ quạt BOKД (do Liên Xô sản

xuất), 2K56, 2K60, BDII, FBDCZ,... (do Trung Quốc sản xuất). [3], [7]

Các loại quạt này đƣợc chế tạo thiết kế với một đặc điểm là:

- Các góc lắp cánh bản lề của bánh công tác đƣợc thiết kế định vị theo các

góc cố định (thƣờng các góc đã định vị cách nhau với độ lệch kế tiếp khoảng 5 độ);

- Khi cần thay đổi chế độ làm việc của quạt theo góc lắp cánh của bánh công tác, phải dừng quạt và xoay (chuyển) toàn bộ các cánh của quạt theo góc lắp

cánh đã định vị của bánh công tác.

2. Cơ sở xác định độ chênh lưu lượng gió giữa điểm công tác so với điểm yêu cầu

Hiện nay, để xác định chế độ làm việc hợp lý của một quạt gió chính nào

đấy ta phải thực hiện các bƣớc cơ bản sau:

- Tính giá trị lƣu lƣợng và hạ áp yêu cầu quạt cần tạo ra (Qyc và hyc) để xác

định điểm yêu cầu (Byc) trên đồ thị đƣờng đặc tính của quạt gió.

- Tính phƣơng trình đƣờng đặc tính mỏ (h = R.Q2) để xác định xây dựng

đƣờng đặc tính mỏ h = R.Q2 và dựng (vẽ) trên đồ thị đƣờng đặc tính của quạt gió.

- Sau đó từ điểm yêu cầu ta chọn chế độ làm việc của quạt hay còn gọi là

điểm làm việc hợp lý của quạt gió (điểm Act).

Và các bƣớc tính toán đó đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 3.8.

Nhƣ vậy, ta thấy khi xác định đặt chế độ làm việc của quạt gió, vì lý do các quạt đƣợc chế tạo thiết kế định vị cố định với một số góc lắp cánh của bánh công tác, và nguyên tắc chọn điểm làm việc là phải thỏa mãn đƣợc điểm yêu cầu với chi phí kinh tế lại nhỏ nhất, tức là giá trị điểm công tác phải tạo ra đƣợc lƣu lƣợng và hạ áp thỏa mãn đƣợc điểm yêu cầu: Act ≥ Byc

- Nếu điểm yêu cầu (điểm Byc) trùng với một góc lắp cánh của bánh công tác nào đấy đã có theo thiết kế, thì ta chọn chế độ làm việc của quạt theo đúng góc

lắp cánh ở điểm yêu cầu, và có điểm Byc = Act. Trƣờng hợp này có độ chênh bằng không và đã là tối ƣu nhất.

- Nếu điểm yêu cầu (Byc) không trùng với một góc lắp cánh theo thiết kế chế tạo của quạt, thì ta chọn chế độ công tác của quạt với góc lắp cánh liền kế tiếp có Act > Byc.

Hình 3.8. Đồ thị xác định độ chênh lưu lượng do điểm làm việc của quạt với điểm yêu cầu

3.2.1.2. Xác định lưu lượng gió tối ưu Nghiên cứu đặc điểm của đƣờng đặc tính các quạt gió chính hiện đang có ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, cho thấy: lƣu lƣợng gió có thể tối ƣu (giảm đƣợc) qua độ chênh của điểm công tác so với điểm yêu cầu nhƣ trong bảng 3.1 đƣợc tính toán xác định thông qua các đồ thị đƣờng đƣờng đặc tính của các quạt gió.

Bảng 3.1. Kết quả xác định khả năng giảm độ chênh lưu lượng gió giữa điểm công tác và điểm yêu cầu của một số quạt gió chính ở vùng Quảng Ninh

TT

Loại quạt

Lƣu lƣợng quạt, m3/s Độ chênh, Lớn nhất Nhỏ nhất

1 BOKD-1.5 2K56-No18 2 2K56-No24 3 4 2K56-No30 5 FBDCZ-No13 6 FBDCZ-No15 7 FBDCZ-No17 8 FBDCZ-No27

Tốc độ vòng quay, v/ph 980 1000 1000 750 980 980 980 740

m3/s 0-6 0-10 0-27 0-37 0-5 0-10 0-13 0-34

54 90 210 320 36 56 81 218

Tỷ lệ độ chênh, % 0-35,3 0-38,5 0-43,5 0-46,8 0-27,8 0-26,3 0-25,5 0-21

17 26 62 79 18 38 51 162

305 377 195 295 0-38 0-40 0-19,5 0-13,6 740 650

9 FBDCZ-No30 10 FBDCZ-No35 Từ kết quả xác định tỷ lệ độ chênh lƣu lƣợng gió giữa điểm làm việc với

điểm yêu cầu của một số quạt gió chính đang sử dụng phổ biến ở các mỏ than vùng Quảng Ninh, tiến hành phân tích khả năng tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió

chính thông qua tối ƣu điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt nhƣ trong hình

3.9 và 3.10.

Hình 3.9. Biểu đồ so sánh độ chênh lưu lượng giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của một số quạt gió chính

Hình 3.10. Biểu đồ đánh giá hiệu quả có thể tối ưu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của một số quạt gió chính

Nhƣ vậy, đối với các quạt gió chính đang sử dụng ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió thông qua giải pháp tối ƣu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu, có thể giảm lƣu lƣợng gió đƣợc

từ 5 ÷ 40 m3/s, tƣơng ứng với tỷ lệ giảm tối đa của quạt gió nhỏ nhất là loại FBDCZ-No13 (tốc độ vòng quay = 980V/phút, khi ở lắp cánh -5o) là 27,8% và quạt có tỷ lệ giảm tối đa với hiệu quả đạt 46,8% là quạt 2K56-No30 (tốc độ vòng quay 750V/phút, khi ở góc lắp cánh 20o). Tỷ lệ độ chênh của quạt tăng khi chế độ làm việc của quạt càng ở góc lắp cánh nhỏ.

Nhƣ vậy, việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió mỏ để giảm chi phí do độ chênh giữa chế độ công tác với điểm yêu cầu là có tính khả thi và đem lại hiệu quả kinh tế nhất định. 3.2.2. Tối ƣu lƣợng gió không cần thiết trong giờ không cao điểm

Trên cơ sở đã nghiên cứu ở mục 2.3 tại chƣơng 2 về nhu cầu gió và xác định thời gian của các thời điểm có thể điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính tại mục 2.3, việc tối ƣu (giảm) lƣợng gió không cần thiết trong những giờ không cao điểm nhƣ sau: 3.2.2.1. Lưu lượng gió tối ưu

Chế độ quạt làm việc với công suất đảm bảo lƣu lƣợng gió đƣa vào mỏ theo

3 chế độ tƣơng ứng với 3 khung giờ nhƣ sau:

1- Khung giờ cao điểm Chế độ làm việc của quạt đƣa lƣu lƣợng gió vào mỏ bằng 100% lƣu lƣợng

gió tính toán lớn nhất theo thiết kế (QC.đ = Qmax).

2- Khung giờ trung điểm Chế độ làm việc của quạt đƣa lƣu lƣợng gió vào mỏ bằng 80% lƣu lƣợng

gió tính toán lớn nhất theo thiết kế (QTr.đ = 80%QC.đ).

3- Khung giờ thấp điểm Chế độ làm việc của quạt đƣa lƣu lƣợng gió vào mỏ bằng 60% lƣu lƣợng

gió tính toán lớn nhất theo thiết kế (QTh.đ = 60%QC.đ). 3.2.2.2. Xác định thời gian tối ưu lượng gió vào mỏ Qua phân tích và nghiên cứu các hộ tiêu thụ gió đối với hệ thống thông gió của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, ta xác định đƣợc các thời điểm có thể giảm đƣợc lƣu lƣợng gió vào mỏ. Các thời gian giảm đƣợc lƣu lƣợng gió vào mỏ phụ thuộc vào cách bố trí lập biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất của mỏ, khi các thời gian cao điểm, trung điểm và thấp điểm của tất cả các hộ tiêu thụ gió (lò chợ, gƣơng lò chuẩn bị) trùng lặp đƣợc với nhau. Đây sẽ là cơ sở để tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính. Thời gian tối ƣu lƣợng gió vào mỏ đƣợc nghiên cứu tại mục 2.3.2 của chƣơng 2, kết quả nhƣ sau: 1- Khung giờ cao điểm

Là toàn bộ các thời gian diễn ra các hoạt động tách phá than và đất đá trong mỏ, nhu cầu gió sạch là lớn nhất. Đây là thời gian diễn ra không nhiều, tuy nhiên hiện nay ở các mỏ chƣa có chế độ quan tâm để tính toán giảm thời gian cao điểm,

các thời gian nổ mìn khấu tách than và đất đá diễn ra ở các lò chợ và các gƣơng lò đào vẫn xen kẽ nhau và rất ít trùng lặp (chỉ có những hộ tiêu thụ gió có đặc điểm công nghệ nhƣ nhau thì mới trùng lặp), nên thực tế tổng thời gian này chiếm chủ yếu trong các ngày làm việc, kết quả tính toán nhƣ ở chƣơng 2 thì thời gian cao điểm trong mỏ khoảng 19,5 giờ/ngày. Thời gian này nếu tính trong một năm nhƣ sau:

300 ngày x 19,5h = 5850 h/năm

2- Khung giờ trung điểm

Là toàn bộ các thời gian không diễn ra các hoạt động nổ mìn khấu than và

phá vỡ đất đá trong các ngày mỏ làm việc. Tuy nhiên, khi nghiên cứu thực tế các mỏ cho thấy, việc tách phá than và đất đá diễn ra còn xen kẽ nhau và thời gian

trùng lặp ít. Vì vậy, thời gian trung điểm ở đây chỉ chọn các thời gian gồm: 1,0 giờ

cuối ca (thời gian củng cố) và 0,5 giờ giao ca ở đầu mỗi ca để thực hiện tính toán,

một ngày đêm có 3 ca nên tổng giờ trung điểm là 4,5 giờ/ngày đêm (thời gian này

có thể tăng, nếu nhƣ lập kế hoạch sản xuất tối ƣu về thời gian thông gió, tức là sắp xếp các thời điểm nổ mìn khấu tách than và đất đá ở các ca trong các lò chợ và

gƣơng lò đào trùng lặp nhau). Tổng thời gian trung điểm đƣợc tính trong một năm:

300 ngày x 4,5 h = 1350 h/năm

3- Khung giờ thấp điểm

65 ngày x 24h = 1560 h/năm

Toàn bộ thời gian trong các ngày mỏ nghỉ làm việc (ngày mỏ không làm việc), nhu cầu về gió sạch là nhỏ nhất. Do mỏ không hoạt động, nên độ xuất khí độc hại cũng nhƣ sinh nhiệt là nhỏ nhất. Tổng thời gian thấp điểm đƣợc tính trong một năm sẽ là: 3.3. LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ 3.3.1. Các phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc đột phá trong ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất đã mang lại hiệu quả kinh tế vƣợt bậc. Để nghiên cứu việc tối ƣu chế độ công tác của quạt gió chính ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, luận án đƣa ra các phƣơng án sau: 3.3.1.1. Sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác 1. Cấu tạo và nguyên lý chung

Do các quạt đời cũ có cấu tạo với các góc lắp cánh của bánh công tác là đã đƣợc định vị cố định theo một số góc nhƣ: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 (các quạt nhƣ: BOKД, 2K56, 2K60,...) hay -50, -2,50, 00, +2,5,... (các quạt nhƣ: FBCDZ, BD-II,...), giá trị các góc này phụ thuộc tùy vào từng loại quạt và thông thƣờng là cách nhau khoảng 50. Khi cần thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác thì phải ngừng quạt, sau đó chuyển chế độ góc của các cánh công tác rồi mới khởi động quạt chạy trở lại. Đây là nhƣợc điểm chính của các loại quạt gió này.

Để khắc phục nhƣợc điểm đó nhiều nƣớc đã sản xuất ra các loại quạt có tính năng tự điều chỉnh góc lắp cánh theo góc lắp cánh bất kỳ và việc điều chỉnh chế độ góc lắp cánh đƣợc thực hiện ngay cả khi quạt đang làm việc. Ví dụ nhƣ quạt VOA của Nga có đƣờng đặc tính quạt nhƣ trên hình 3.11. [25], [29]

Hình 3.11. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt VOA-3.0, n = 750v/ph (Loại quạt tự động điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác)

Những loại quạt này đã đƣợc chế tạo từ những năm cuối thế kỷ 20, loại quạt

này có cơ cấu giúp cho quạt có thể làm việc ở chế độ với góc lắp cánh của bánh

công tác bất kỳ. Khi thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác, quạt không nhất thiết

phải ngừng hoạt động, mà việc thay đổi góc lắp cánh đƣợc thực hiện ngay cả khi quạt đang vận hành (đang làm việc). Nguyên lý hoạt động là nhờ có một giá liên kết (mâm) các cánh của quạt với hệ thống điều chỉnh bằng điện, nên khi cần thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác ta điều khiển tự động để thay đổi đồng thời tất cả các cánh một cách từ từ, do vậy việc điều chỉnh chế độ của góc lắp cánh không ảnh hƣởng đến quá trình hoạt động của quạt gió. Đặc biệt, ta có thể đặt chế độ làm việc của quạt ở bất kỳ một góc lắp cánh nào mà ta muốn.

2. Ứng dụng vào việc tối ưu chế độ công tác của quạt

 Đối với độ chênh của điểm công tác với điểm yêu cầu:

Nhƣ trên hình 3.11, là đồ thị xác định chế độ công tác của quạt VOA-3.0 do Liên Xô sản xuất. Khi ta tính toán thiết kế thông gió cho một mỏ nào đó, giả sử điểm yêu cầu tính toán đƣợc là điểm Byc, nếu quạt gió không phải là quạt có đặc điểm tự động điều chỉnh đƣợc chế độ công tác nhƣ quạt VOA thì điểm làm việc (hay chế độ làm việc) hợp lý sẽ là điểm Act tƣơng ứng với góc lắp cánh là 40 độ và sẽ cho giá trị lƣu lƣợng công tác là Qct và hạ áp công tác là hct. Nhƣng do loại quạt này có thể làm việc ở mọi góc lắp cánh, nên điểm (chế độ) làm việc ở đây sẽ là điểm Act/A = Byc và tƣơng ứng với góc lắp cánh của bánh công tác là 36 độ và sẽ cho giá trị lƣu lƣợng công tác là Qct/A và hạ áp công tác là hct/A. Xét hai trƣờng hợp ta sẽ thấy:

= 965 kW/h

- Với quạt không có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh

- Với quạt có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh + Góc làm việc của bánh công tác: 36o + Lƣu lƣợng công tác của quạt: Qct/A = 243 m3/s + Hạ áp công tác của quạt: hct/A = 272 mmH2O + Công suất tiêu thụ: Nct/A= 825 kW/h

Nhƣ vậy, hiệu quả cho ta thấy là giảm tiêu thụ điện năng của giải pháp

+ Góc làm việc của bánh công tác: 40o + Lƣu lƣợng công tác của quạt: Qct = 257m3/s + Hạ áp công tác của quạt: hct = 304 mmH2O + Công suất tiêu thụ: Nct

trong trƣờng hợp này là từ 965kW/h xuống còn 825kW/h.  Đối với những thời điểm mỏ không làm việc

Trong trƣờng hợp những ngày nghỉ (thời gian thấp điểm), chẳng hạn nếu

nhƣ tính toán lƣợng gió trong những ngày nghỉ bằng 60% lƣu lƣợng định mức theo

thời gian cao điểm. Nghĩa là giảm đƣợc 40% lƣu lƣợng gió theo định mức ở thời

gian cao điểm. Ta sử dụng loại quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công công tác (Ví dụ loại quạt VOA-3.0), ta sẽ tính toán điểm công tác trong

ngày nghỉ khi giảm lƣu lƣợng thì đổi chế độ làm việc sẽ tƣơng ứng với góc lắp cánh của bánh công tác là bao nhiêu độ, sau đó ta chuyển chế độ làm việc của quạt theo góc lắp cánh tƣơng ứng.

Nhƣ trên hình 3.11, nếu ở thời điểm các ngày làm việc với chế độ làm việc của quạt với góc lắp cánh là 40 độ (nếu là quạt không tự động điều khiển đƣợc góc lắp cánh). Ngày nghỉ tính giảm 40% thì sẽ tƣơng ứng với quạt làm việc ở góc lắp cánh của bánh công tác là 15,2 độ. Ví dụ:

= 965 kW/h

- Với quạt không có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh

- Với quạt có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh + Góc làm việc của bánh công tác: 15,2o + Lƣu lƣợng công tác của quạt: Qct/A = 145 m3/s + Hạ áp công tác của quạt: hct/A = 109 mmH2O + Công suất tiêu thụ: Nct/A= 275 kW/h

Nhƣ vậy, hiệu quả cho ta thấy là giảm tiêu thụ điện năng của giải pháp

+ Góc làm việc của bánh công tác: 40o + Lƣu lƣợng công tác của quạt: Qct = 257m3/s + Hạ áp công tác của quạt: hct = 304 mmH2O + Công suất tiêu thụ: Nct

trong trƣờng hợp này là từ 965kW/h xuống còn 275kW/h.

Việc sử dụng loại quạt có tính năng (cơ cấu) tự động điều chỉnh đƣợc góc lắp cánh của bánh công tác sẽ cho hiệu quả cao. Tuy nhiên loại quạt này vẫn có

nhƣợc điểm là: Không thực hiện đƣợc việc tự động hóa điều khiển chế độ làm việc

của quạt một cách liên hoàn, con ngƣời vẫn phải trực tiếp điều khiển để thay đổi

chế độ của quạt gió. Cộng với chi phí sẽ rất lớn và lãng phí, nếu các mỏ thay đổi

toàn bộ các quạt gió hiện đang sử dụng.

3.3.1.2. Sử dụng biến tần để điều khiển tự động chế độ công tác của quạt 1. Tổng quan về ứng dụng biến tần

Hiện nay hầu hết hệ thống truyền động điện cho máy công tác hoặc các

dây chuyền sản xuất ở các mỏ than hầm lò nói riêng cũng nhƣ các đơn vị sản xuất

công nghiệp nói chung đều đã sử dụng phổ biến động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ loại roto lồng sóc hay còn gọi là động cơ cảm ứng. Động cơ không

đồng bộ nói chung có nhiều ƣu việt nhƣng nếu sử dụng để điều khiển đơn

giản (khởi động trực tiếp hoặc khởi động sao tam giác) thì hệ tồn tại một số nhƣợc điểm nhƣ: [15], [16], [17], [20], [21], [22], [31], [41] - Dòng điện khởi động rất lớn, gấp 4 ÷ 6 lần dòng điện định mức của động cơ, đặc biệt là ở những thiết bị máy luôn có tải thƣờng trực nhƣ các loại thiết bị:

máy bơm nƣớc, quạt gió, máy nén khí, băng tải, máy nghiền búa,... ảnh hƣởng xấu tới những máy khác đang vận hành đồng thời và giảm tuổi thọ động cơ điện. - Tốc độ vòng quay của động cơ điện cảm ứng chỉ đƣợc điều khiển theo từng cấp (hữu cấp); thông thƣờng mỗi động cơ chỉ thay đổi đƣợc một trong các

dãy tốc độ đồng bộ nhƣ: 3000 ÷ 1500vg/ph; 1500 ÷ 1000vg/ph; Trong khi

đó những công nghệ sản xuất yêu cầu hệ thống truyền động cần đƣợc điều khiển

100

tốc độ liên tục (vô cấp) theo mô men và phụ tải thay đổi thì hệ truyền động điện

trên không có khả năng đáp ứng.

Do sự phát triển vƣợt bậc của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất nên

ngày càng có nhiều loại thiết bị điều khiển động cơ điện không đồng bộ với các chức năng hoàn hảo mà ―Biến tần AC‖ là một điển hình.

Việc sử dụng biến tần trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ nói

chung có nhiều ƣu việt, ngoài việc khắc phục các nhƣợc điểm của việc khởi động

trực tiếp hoặc khởi động sao tam giác (chống sốc động cơ và tiêu hao năng lƣợng lớn trong thời gian khởi động động cơ), thì biến tần còn có tác dụng là ổn định

dòng giúp cho động cơ hoạt động ổn định, đặc biệt biến tần còn có ƣu việt cực kỳ

hữu ích đó là có thể điều chỉnh tự động thiết bị hoạt động theo nhu cầu của phụ tải.

Chính vì vậy ngày nay biến tần đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc

biệt là trong các ngành công nghiệp. * Nguyên lý làm việc:

Nguyên lý hoạt động của biến tần nhƣ hình 3.12. Trƣớc tiên, Biến tần

chuyển đổi điện xoay chiều vào thành điện áp một chiều sử dụng bộ chỉnh lƣu

(chuyển đổi điện xoay chiều vào thành một chiều). Điện đầu vào có thể là một pha

hoặc ba pha, nhƣng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định. Tiếp theo, điện áp một

chiều đƣợc tạo ra sẽ đƣợc trữ trong giàn tụ điện (Tụ điện là bộ phận điện thụ động

đƣợc dùng để trữ năng lƣợng trong một trƣờng điện.). Điện áp một chiều này ở mức rất cao. Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT

(IGBT là từ viết tắt của Tranzito lƣỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống nhƣ

một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến

tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha. Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và

thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ.

Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của biến tần

Ta hiểu, ở đây là bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vƣợt tải ngay cả khi

101

ở tốc độ thấp. Đồng thời dòng điện đƣa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa

điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy, không làm sụt

áp lƣới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hƣởng. Sử dụng biến tần sẽ có những ƣu điểm sau:

- Giảm dòng khởi động: Biến tần có chức năng hạn chế dòng xung lúc khởi

động động cơ (khoảng 150% dòng định mức). Với động cơ lớn, tránh cho lƣới điện

bị sốc khi khởi động, không đòi hỏi phải đầu tƣ thêm công suất cho đƣờng dây và trạm điện để khởi động. Khi chạy với tốc độ cao nhất và không cần thay đổi tốc

độ, biến tần có chức năng chuyển tải sang khởi động từ sau khi chuyển động.

- Để dùng điều khiển tại chỗ, từ xa theo quá trình: Biến tần là thiết bị bán

dẫn, do đó dễ dàng trong điều khiển tự động. Đƣa tín hiệu vào biến tần để điều

khiển chạy dừng, điều khiển tốc độ, gia tốc. Đƣa tín hiệu từ biến tần ra hệ thống PLC và DCS, hoặc máy tính để điều khiển.

- Nhỏ gọn, tiếng ồn thấp, các thông số cơ bản đều đƣợc hiển thị. - Góp phần giảm chi phí sửa chữa và bảo dƣỡng thiết bị và kéo dài tuổi thọ

của các thiết bị. - Biến tần có thể điều khiển đƣợc nhiều động cơ.

- Biến tần làm tăng hệ số cos (thƣờng khoảng 0,96), tăng hiệu suất sử

dụng điện, giảm tổn thất cho lƣới điện. Nhờ đó thiết kiệm điện năng. Trên hình 3.13 giới thiệu một số biến tần của hãng DANFOSS. Còn ở hình 3.14 là một số biến tần hiện đang sử dụng cho quạt gió chính ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Nhiều mỏ khai thác hầm lò của BaLan từ những năm 1993 đã đƣợc trang bị

bộ biến tần PPC-3 do hãng CARRBOAUTOOMATYKA sản xuất chuyên dùng để khởi

động và điều chỉnh vô cấp các động cơ bơm, quạt gió và băng tải. Đây là bộ điều

khiển thế hệ mới, thiết kế trên cơ sở kỹ thuật vi xử lý, cho phép đặt thời gian đạt

tốc độ cần thiết, đặt dòng khởi động, đặt chế độ hãm (động năng hay hãm tải sinh, hoặc không hãm), cho phép khởi động mềm, hãm mềm.

Về nguyên lý chung: Tốc độ đồng bộ (chƣa tính đến độ trƣợt s hay hệ số

trƣợt s) của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha đƣợc tính:

, vòng/phút (3-7)

Ở đây: f -tần số lƣới điện, đối với lƣới điện của Việt Nam thì f = 50Hz (một

số quốc gia trên thế giới có tấn số f = 60Hz);

p - số cặp cực từ trên stato động cơ.

102

b) a) c)

Hình 3.13. Một số loại biến tần DANFOSS a- Biến tần VLTđ 5000 Họ biến tần VLTđ 5000 phù hợp với tất cả các ứng dung trong công nghiệp; b- Họ biến tần VLTđ 2800 là một trong những họ biến tần đa dụng; c-Biến tần VLTđ 8000 AQUA

a) c)

b) Hình 3.14. Hình ảnh biến tần hiện đang sử dụng tại một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh a-Biến tần AVG.61 cho trạm quạt 2K56-No18 mỏ than Cao Thắng; b- Biến tần GVF cho trạm quạt FBDCZ-8-No35 mỏ than Hà Lầm; c-Biến tần HMITECH cho trạm quạt 2K56-No24 mỏ than Thống Nhất.

Stato đƣợc quấn theo số cặp cực: p = 1, 2, 3 và 4; tƣơng ứng với tốc độ đồng bộ: n = 3.000, 1.500, 1.000 và 750 vg/ph. Thông thƣờng mỗi động cơ chỉ có thể đƣợc thiết kế để làm việc ở hai tốc độ đồng bộ. Ví dụ: từ n = 3.000 và 1.500vg/ph; n = 1.500 và 1.000vg/ph,... Nếu động cơ đƣợc quấn với nhiều tốc độ thì phức tạp dẫn đến giá thành không dễ chấp nhận. Mặt khác, việc thay đổi số cặp cực (p) chỉ đạt đƣợc một tốc độ rất hạn chế, nhiều trƣờng hợp không phù hợp công nghệ sản xuất.

103

Vì vậy, dựa vào công thức tính (n), ngƣời ta có thể thay đổi tần số (f) ở

nguồn vào động cơ, do đó tốc độ động cơ (n) sẽ đƣợc thay đổi theo để đạt giá trị mong muốn, thiết bị này đƣợc gọi là bộ biến tần. Bộ biến tần phải thực hiện đƣợc

các chức năng: - Biến đổi điện áp xoay chiều ba pha của nguồn điện vào thành điện áp một

chiều nhờ bộ chỉnh lƣu cầu ba pha;

- Sau đó nhờ bộ nghịch lƣu (INVERTER) sẽ đổi ngƣợc lại thành điện áp

xoay chiều ba pha biến đổi theo phƣơng pháp điều chế độ rộng của xung. * Về ứng dụng:

- Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất với tốc độ khác nhau;

- Điều chỉnh lƣu lƣợng của bơm, lƣu lƣợng không khí ở quạt gió, năng suất

máy, năng suất băng tải, máng cào, ....

- Ổn định lƣu lƣợng, áp suất ở mức cố định hoặc thay đổi theo chu trình

trên hệ thống bơm nƣớc, quạt gió, máy nén khí ... theo nhu cầu sử dụng;

- Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống

băng tải, máng cào ...

- Các loại biến tần AC công suất nhỏ có thể sử dụng để điều khiển những

máy công tác có công suất nhỏ nhƣ: cƣa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ ...

* Hiệu quả khi sử dụng biến tần:

- Hiệu suất làm việc của máy cao; - Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của

động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn;

- An toàn, tiện lợi và việc bảo dƣỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số

nhân công phục vụ và vận hành máy ...

- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.

Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung

tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy đƣợc hoạt động của hệ thống và các

thông số vận hành (áp suất, lƣu lƣợng, vòng quay,...), trạng thái làm việc cũng nhƣ cho phép điều chỉnh, chuẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra.

Đối với máy bơm nƣớc và quạt gió là những máy có mô men tải thay đổi

* Đối với máy bơm nƣớc và quạt gió theo tốc độ vòng quay nhƣ sau: - Lƣu lƣợng (m3/s) tỷ lệ bậc nhất với tốc độ (v/ph) và tần số dòng điện (Hz):

(3-8) - Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phƣơng tốc độ:

104

(3-9)

- Công suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phƣơng với tốc độ:

(3-10)

Ở đây: Q1, h1, P1 -lƣu lƣợng, áp suất và công suất điện tƣơng ứng với số

Q2, h2, P2 -lƣu lƣợng, hạ áp, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay đƣợc

vòng quay định mức của động cơ (n1, vg/ph). điều chỉnh (n2). Từ đó dễ dàng nhận thấy, ở một số trƣờng hợp mà công nghệ sản xuất đòi hỏi phải điều chỉnh lƣu lƣợng, hạ áp ở động cơ máy bơm, hoặc quạt gió theo mức tải phù hợp với từng thời điểm khác nhau thì việc thay đổi tốc độ động cơ dẫn động đƣợc xem là thích hợp nhất, đặc biệt tiết kiệm điện năng. Giải pháp này đã thay thế cho phƣơng pháp cổ truyền là khi cần thay đổi sự lƣu thông chất lỏng hay chất khí phải thông qua góc mở các van ở đầu vào hoặc đầu ra của đƣờng ống. Công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế giải pháp ứng dụng biến tần điều chỉnh tốc độ của quạt gió là sự lựa chọn hiệu quả nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao so với động cơ làm việc với tốc độ không đổi (100% tốc độ định mức). 2. Ứng dụng biến tần vào việc tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió Nhƣ vậy, từ nguyên lý hoạt động của biến tần chúng ta có thể sử dụng biến tần đồng bộ với quạt gió để giải quyết việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió mỏ một cách hiệu quả nhất.

Hiệu quả của việc sử dụng biến tần cho quạt gió mỏ đƣợc đánh giá nhƣ sau: - Giảm tiêu hao năng lƣợng điện khi khởi động quạt (không tăng dòng khởi

- Giúp ổn định dòng (trong trƣờng hợp điện áp đầu vào không ổn định) để

động động cơ). quạt và thiết bị hoạt động êm, ổn định, tăng tuổi thọ của quạt cùng các thiết bị. - Điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió một cách tự động theo yêu cầu. Việc điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió theo nguyên lý thay đổi tần số của

dòng điện, làm thay đổi tốc độ vòng quay và dẫn đến thay đổi lƣu lƣợng gió quạt tạo ra (thay đổi năng lực làm việc của quạt), giúp cho việc giảm tiêu hao điện năng

của quạt gió. Về cơ bản việc điều chỉnh tốc độ vòng quay của quạt có nguyên lý nhƣ việc ta sử dụng loại quạt có cơ cấu tự động thay đổi đƣợc góc lắp cánh của

bánh công tác, nhƣng có ƣu việt hơn là việc thay đổi chế độ làm việc của quạt

đƣợc diễn ra tự động và có thể đƣợc lập trình sẵn, giảm bớt sự can thiệp trực tiếp của con ngƣời vào công tác điều khiển.

105

3.3.2. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính

3.3.2.1. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương án

Qua nghiên cứu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của hai loại hình công

nghệ: Công nghệ sử dụng ―loại quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh của

bánh công tác" và sử dụng công nghệ "biến tần" để điều chỉnh tối ƣu hóa chế độ

làm việc của quạt gió mỏ. Ta đánh giá những ƣu nhƣợc điểm của hai loại hình

công nghệ này nhƣ sau:

1. Loại quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác

Đối với công nghệ sử dụng loại quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp

cánh của bánh công tác có những ƣu nhƣợc điểm sau: * Ƣu điểm:

- Việc điều chỉnh chế độ công tác của quạt ngay cả khi quạt đang hoạt động.

Đây là ƣu điểm chính của quạt, không phải ngừng hoạt động của quạt khi cần thay đổi chế độ làm việc của quat.

- Quạt có thể làm việc đƣợc ở mọi chế độ (góc lắp cánh) trong phạm vi

năng lực hiệu quả nhƣ nhà sản xuất cung cấp, tƣơng ứng với mọi góc lắp cánh của

bánh công tác của quạt.

- Tiết kiệm đƣợc điện năng tiêu thu do việc tối ƣu chế độ công tác của quạt gió.

Việc sử dụng biến tần để thực hiện tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió

- Việc điều chỉnh chế độ công tác của quạt gió có thể đƣợc thực hiện một

* Nhƣợc điểm: - Chỉ thay đổi chế độ công tác của quạt thông qua việc thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác. Không thay đổi đƣợc chế độ làm việc của quạt thông qua việc thay đổi tốc độ vòng quay. - Việc thay thế các quạt gió hiện nay đang sử dụng ở các mỏ, gây lãng phí lớn. Chi phí mua loại quạt này lớn hơn rất nhiều so với loại quạt cũ hiện nay các mỏ đang sử dụng. 2. Biến tần mỏ có những ƣu điểm sau: - Điều chỉnh chế độ công tác của quạt gió thông qua việc thay đổi tốc độ vòng quay của động cơ nhờ vào nguyên lý của biến tần là thay đổi tần số dòng điện. Quạt làm việc ở mọi chế độ năng lực mong muốn. cách tự động theo quy trình đã đƣợc lập trình sẵn. - Tăng tuổi thọ động cơ điện và các cơ cấu cơ khí (nhƣ quạt gió và các thiết bị của trạm quạt), do biến tần có tác dụng chống sốc khi khởi động động cơ (chống rung giật động cơ và các cơ cấu cơ khí thiết bị truyền truyền tải) và ổn

106

- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong trong quá trình khởi động và vận

- Chi phí đầu tƣ nhỏ hơn nhiều so với phƣơng án thay thế và mua sắm loại

định dòng khi điện áp nguồn vào không ổn định. Giúp thiết bị điện hoạt động êm dịu và ổn định. hành thiết bị quạt gió. quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác. 3.3.2.2. Chọn phương án tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính Trên cơ sở những ƣu nhƣợc điểm của hai loại công nghệ trên đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng ở các mỏ hầm lò trên thế giới với kết quả đã đƣợc kiểm nghiệm và cho thấy hiệu quả nổi trội của việc sử dụng biến vào việc điều khiển chế độ làm việc của quạt gió [36], [41] nhƣ trên hình 3.15.

Hình 3.15. Mối phụ thuộc sự thay đổi công suất của động cơ với lưu lượng khi áp dụng các phương án tối ưu chế độ làm việc của quạt gió

Trên hình 3.15 biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu

thụ của động cơ quạt với lƣu lƣợng khi điều chỉnh bởi các phƣơng án tƣơng ứng: - Đƣờng cong số 1: Biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ của động cơ quạt với lƣu lƣợng tƣơng ứng với phƣơng án điều tiết (các cửa gió và cửa điều chỉnh,…) nhằm giảm sự rò gió và điều tiết lƣu lƣợng gió phù hợp giữa các khu vực trong hệ thống thông gió mỏ. - Đƣờng cong số 2: Biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ của động cơ quạt với lƣu lƣợng tƣơng ứng với phƣơng án thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác của quạt gió (sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác).

107

- Đƣờng cong số 3: Biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ điện năng của động cơ quạt với lƣu lƣợng, tƣơng ứng với phƣơng án sử dụng biến tần cho động cơ không đồng bộ 3 pha. - Đƣờng cong số 4: Biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ điện năng của động cơ quạt với lƣu lƣợng, tƣơng ứng với phƣơng án sử dụng biến tần cho động cơ đồng bộ 3 pha.

Với hai phƣơng án tƣơng ứng với 2 loại hình công nghệ áp dụng cho việc tối ƣu hóa chế độ công tác của quạt gió chính: Phƣơng án sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh mềm góc lắp cánh của bánh công tác và phƣơng án sử dụng biến tần. Luận án lựa chọn phƣơng án sử dụng biến tần để tối ƣu hóa chế độ làm việc

của quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. 3.4. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ 3.4.1. Xây dựng sơ đồ tổng quát Nhƣ vậy, với việc đƣa biến tần vào thì hệ thống thống gió mỏ sẽ hoạt động

bám sát theo đúng thực tế lƣu lƣợng phụ tải yêu cầu của mỏ, do vậy sẽ giảm đáng

kể năng lƣợng điện tiêu hao không cần thiết vào các giờ phụ tải thấp điểm. Tuy

nhiên để phát huy sử dụng tốt tính năng tự động của biến tần, ngoài mục đính tối

ƣu chế độ làm việc của quạt gió để tiết kiệm tối đa năng lƣợng điện tiêu thụ, thì ta

còn có thể sử dụng thêm các thiết bị công nghệ phụ trợ nhƣ: Bộ điều khiển trung

tâm ngoài biến tần (PLC); Các đầu cảm biến (cảm biến - đầu đo tự động các loại

khí, nhiệt độ, lƣu lƣợng hay tốc độ gió,...) để nâng cao hiệu quả điều khiển tự động

chế độ làm việc của quạt gió chính đảm bảo an toàn môi trƣờng và sử dụng điện

hiệu quả nhất.

Với việc sử dụng biến tần kết hợp các thiết bị công nghệ phụ trợ để tạo và

lập trình chế độ tự động điều khiển hoạt động thông gió cho mỏ, thì ta có sơ đồ

tổng quan nhƣ hình 3.16.

Với sơ đồ tổng quan này, có sự liên kết hoạt động của các thiết bị nhƣ sau: - Bộ điều khiển trung tâm PLC: xử lý các tín hiệu thu thập về từ hệ thống để điều khiển các động cơ quạt gió. Các động cơ đƣợc điều khiển chạy thông qua

biến tần và các contactor. - Biến tần (Converter): Có chức năng điều khiển trơn tốc độ động cơ. Với biến tần thì động cơ chạy với hiệu suất rất cao ngay cả khi hoạt động ở tốc độ thấp. Biến tần sẽ làm cho hệ thống hoạt động tiết kiệm năng lƣợng điện so với cách hoạt động cũ của trạm. Biến tần điều khiển tốc độ quạt (chế độ làm việc của quạt) theo nhƣ bộ điều khiển trung tâm đã thiết lập sẵn. - Đầu đo cảm biến (Các đầu đo cảm biến): Mục đích để đo các thông số cần xử lý của mạng gió mỏ (tốc độ gió, tiết diện cửa sổ điều chỉnh gió, nồng độ các

108

Màn hình vận hành

Các đầu đo cảm biến: khí CH4, CO2, vgió, Scs, to,...

Bộ điều khiển trung tâm PLC

Tủ cầu giao điện cấp biến tần và quạt gió

Biến tần

Quạt gió mỏ

chất khí CH4, CO2, nhiệt độ không khí,...). Với tín hiệu đo đƣợc từ đầu đo cảm biến đƣa về PLC xử lý điều khiển chế độ của quạt gió mỏ. Với đầu đo này, PLC sẽ giám sát đƣợc yêu cầu về an toàn môi trƣờng mỏ.

Hình 3.16. Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển tự động mạng gió mỏ

- Cửa sổ điều chỉnh gió có cơ cấu tự động điều chỉnh tiết diện: Với loại cửa này, PLC sau khi nhận tín hiệu của các đầu cảm biến (khí CH4, CO2, ...) thông báo sự cố vƣợt quá TCCP, PLC sẽ xử lý thông tin để biến tần điều chỉnh chế độ làm

việc của quạt giúp tăng lƣu lƣợng gió tƣơng ứng, đồng thời PLC sẽ xử lý và nhờ

đầu đo cảm biến (tốc độ gió, tiết diện cửa sổ) để thay đổi tiết diện các cửa sổ điều

chỉnh gió ở các luồng gió theo tỷ lệ tƣơng ứng (luồng nào có nồng độ các chất khí hoặc nhiệt độ vƣợt tiêu chuẩn cho phép thì sẽ đƣợc điều chỉnh tăng tiết diện cửa sổ

và ngƣợc lại luồng nào không tăng sẽ đƣợc điều chỉnh tiết diện cửa sổ nhỏ lại) để xử lý sự cố. Sau khi sự cố đã đƣợc khắc phục (các đầu đo cảm biến báo về PLC với các thông số đã trở về trạng thái an toàn - nằm trong TCCP) thì mọi chế độ của hệ thống thông gió lại trở lại trang thái hoạt động nhƣ tính toán. - Màn hình hiển thị (vận hành): Dùng để cài đặt các chế độ hoạt động của trạm quạt, nhƣ: cài đặt thiết lập chế độ điều hành tự động của biến tần, cài đặt khống chế về các yếu tố liên quan đến môi trƣờng của mạng không khí mỏ,...

109

Ngoài ra, trên màn hình còn hiển thị hạ áp, lƣu lƣợng quạt tạo ra, dòng điện, điện

áp vào và ra biến tần, tần số dòng điện. - Tủ cầu dao cấp điện cho biến tần và quạt gió: Tủ cầu dao có một đầu vào

tủ (nguồn đầu vào) và 2 mạch điện nguồn cấp ra từ tủ (2 mạch điện đầu ra). Một mạch điện đầu nguồn ra của tủ đƣợc nối với quạt gió qua biến tần và một mạch

điện đầu nguồn ra của tủ đƣợc nối trực tiếp với quạt. Tác dụng là khi sử dụng biến

tần thì đóng cầu dao mạch điện đầu ra tới quạt gió, còn khi phải sửa chữa bảo

dƣờng biến tần thì ngắt cầu dao mạch đầu nguồn điện qua biến tần và đóng cầu dao mạch điện nối trực tiếp với quạt tránh phải dừng quạt khi dừng để sửa chữa

bảo dƣỡng biến tần.

3.4.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán Nguyên lý hoạt động của sơ đồ tổng quan:

- Đo lƣờng: do các đầu đo cảm biến đo lƣờng và chuyển đổi để đƣa về CPU

- Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm PLC sẽ đảm nhiệm vấn đề này. - Điều khiển: PLC sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu. - Giám sát: PLC sẽ kết nối với các đầu đo cảm biến để giám sát hệ thống

- Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có

Nếu một mỏ có hệ thống thông gió đáp ứng kế hoạch biểu mẫu thời gian

Với thiết kế này, hệ thống sẽ tự động giám sát mạng gió mỏ và điều khiển chế độ quạt gió làm việc đảm bảo tiết kiệm điện năng tiêu thụ nhƣng vẫn đáp ứng xử lý tự động đảm bảo về an toàn môi trƣờng mỏ theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển chế độ quạt và lƣu lƣợng gió trong các nhánh đƣờng lò theo đồ thị phụ tải ngày giờ, tức là hệ thống sẽ điều khiển chế độ quạt gió làm việc theo thời gian thực. Hệ thống này điều khiển tự động một số chức năng chính sau: của PLC. hoạt động. - Giao tiếp giữa ngƣời vận hành và thiết bị: do màn hình hiển thị thực hiện. - Hệ thống có thể chuyển đổi qua lại giữa các motor quạt chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ thiết bị quạt, phục vụ bảo trì bảo dƣỡng mà không làm gián đoạn sản xuất. Việc chuyển đổi có thể thực hiện bằng cách cài đặt trên màn hình hiển thị. thể sử dụng cùng lúc hai quạt nếu cần. hoạt động theo tính toán tối ƣu đƣợc xác định theo 3 mức yêu cầu nhƣ sau: - Thời gian cao điểm (QC.đ): Lƣu lƣợng gió lớn nhất, có QC.đ = 100%.Qmax; - Thời gian trung điểm (QTr.đ): Lƣợng gió, QTr.đ = 80%.Qmax. - Thời gian thấp điểm (QTh.đ): Lƣu lƣu lƣợng gió nhỏ nhất, QTh.đ = 60%.Qmax.

110

Với hệ thống tự động điều khiển chế độ quạt gió chính và giám sát mạng gió mỏ, ta có biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển quạt nhƣ trên hình 3.17. Và sơ đồ thuật toán chƣơng trình nhƣ trên hình 3.18.

Hình 3.17. Biểu đồ minh họa miền tối ưu lưu lượng gió khi sử dụng biến tần để tối ưu chế độ làm việc của quạt gió

Ngày làm việc

Giờ cao điểm

Bắt đầu

CH4<1% CO2<0,75% …….

Chạy 100% công suất

Chạy 60% công suất

Chạy 80% công suất

Chạy 100% công suất

Kết thúc

Hình 3.18. Sơ đồ thuật toán chương trình sử dụng biến tần điều khiển tối ưu chế độ làm việc của quạt gió mỏ

111

Trên biểu đồ hình 3.17 cho ta thấy hiệu quả của việc sử dụng biến tần để tối

ƣu chế độ làm việc của quạt gió đƣợc minh họa thông qua miền tối ƣu. Lƣợng gió giảm đƣợc khi áp dụng biến tần so với không sử dụng biến tần là ―Miền tối ƣu khi

quạt sử dụng biến tần‖ gồm: miền (1), (2) và (3). Với sơ đồ thuật toán nhƣ hình 3.18, hệ thống thông gió sẽ đƣợc kiểm soát

và quản lý một cách tự động, đảm bảo các yêu cầu của công tác thông gió đặc biệt

là an toàn môi trƣờng, sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả nhất.

3.5. CHƢƠNG TRÌNH GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU 3.5.1. Quy trình tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió

Từ việc nghiên cứu áp dụng biến tần vào việc điều khiển chế độ làm việc của quạt gió, NCS đã đƣa ra quy trình tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió

chính gồm các bƣớc sau:

Bƣớc 1: Xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khi không sử dụng

biến tần;

Bƣớc 2: Xác định tính toán tham số tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió;

Bƣớc 3: Lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió;

Bƣớc 4: Kiểm soát và vận hành quạt gió.

3.5.2. Thiết lập chƣơng trình tính toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió Để giải quyết bài toán xác định hiệu quả của việc tối ƣu hóa chế độ làm việc

của quạt gió. Tuy nhiên với sự phát triển vƣợt bậc của lĩnh vực tin học trong giai

đoạn cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc áp dụng công nghệ tin học thay thế

cho việc tính toán đơn thuần là điều tất yếu. Việc ứng dụng tin học vào việc giải

các bài toán phức tạp trở nên rất đơn giản và hiệu quả. Với bài toán xác định các

tham số hoạt động của quạt và xác định hiệu quả việc áp dụng biến tần vào tối ƣu chế

độ làm việc của quạt gió, NCS đã lựa chọn việc thiết lập phần mềm để giải bài toán

tối ƣu. Phần mềm đƣợc xây dựng trên cơ sở giải các thuật toán đã đƣợc thiết lập.

3.5.2.1. Thiết lập các thuật giải xác định các tham số tối ưu 1. Xác định tần số dòng điện (f), tốc độ vòng quay của trục quạt (n) và lưu lượng gió (Q) tối ưu

Từ công thức 3-8. Với lƣu lƣợng gió quạt tạo ra (Q, m3/s) tỷ lệ bậc nhất với

tốc độ (n, v/ph) và tần số dòng điện (f, Hz), ta có:

Tƣơng tự: và

112

Trong đó: Q1 -là lƣu lƣợng gió quạt tạo ra khi không sử dụng biến tần để

điều chỉnh: Q1 = Qct và Qct ≥ Qyc;

Q2 -là lƣu lƣợng gió quạt tạo ra khi sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ

làm việc của quạt: Q2 = Qyc = Qmax = QC.đ và là lƣu lƣợng gió lớn nhất theo yêu cầu tính toán thiết kế của mỏ (Thời gian cao điểm: Thời gian mỏ thực hiện các công

tác nổ mìn khấu tách than và đất đá trong các ngày mỏ làm việc);

Q3 -là lƣu lƣợng gió quạt tạo ra khi sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt đáp ứng các thời gian trung điểm của mỏ: Q3 = QTr.đ = 0,8.Q2 = 0,8.Qyc (Thời gian trung điểm: thời gian mỏ thực hiện các công tác củng cố, chống giữ lò và thời gian giao ca trong các ngày mỏ làm việc);

Q4 -là lƣu lƣợng gió quạt tạo ra khi sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt đáp ứng các thời gian thấp điểm của mỏ: Q3 = QTh.đ = 0,6.Q2 = 0,6.Qyc (Thời gian thấp điểm: thời gian các ngày mỏ nghỉ làm việc nhƣ chủ nhật, ngày lễ tết,..).

f1 -là tần số dòng điện của nguồn: f1 = 50Hz (đối với điện lƣới quốc gia của

Việt Nam);

f2 –là tần số dòng điện khi biến tần đã điều chỉnh để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió tƣơng ứng Q2 = QC.đ (Thời gian cao điểm: Thời gian mỏ thực hiện các công tác nổ mìn khấu tách than và đất đá trong các ngày mỏ làm việc);

f3 - là tần số dòng điện mà biến tần điều chỉnh để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió tƣơng ứng Q3 = QTr.đ (Thời gian trung điểm: thời gian mỏ thực hiện các công tác củng cố, chống giữ lò và thời gian giao ca trong các ngày mỏ làm việc);

f4 - là tần số dòng điện mà biến tần điều chỉnh để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió tƣơng ứng Q4 = QTh.đ (Thời gian thấp điểm: thời gian các ngày mỏ nghỉ làm việc nhƣ chủ nhật, ngày lễ tết,..).

n1 -là tốc độ vòng quay định mức của trục quạt; n2 -là tốc độ vòng quay tƣơng ứng của trục quạt khi biến tần điều chỉnh để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió là Q2 = QC.đ (Thời gian cao điểm: Thời gian mỏ thực hiện các công tác nổ mìn khấu tách than và đất đá trong các ngày mỏ làm việc);

n3 -là tốc độ vòng quay của trục quạt để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió tƣơng ứng Q3 = QTr.đ (Thời gian trung điểm: thời gian mỏ thực hiện các công tác củng cố, chống giữ lò và thời gian giao ca trong các ngày mỏ làm việc);

n4 - là tốc độ vòng quay của trục quạt để quạt tạo ra lƣu lƣợng gió tƣơng ứng Q4 = QTh.đ (Thời gian thấp điểm: thời gian các ngày mỏ nghỉ làm việc nhƣ chủ nhật, ngày lễ tết,..). 2. Xác định hạ áp (h) tối ưu

113

Từ công thức 3-9. Với hạ áp (áp suất) quạt tạo ra (h, mmH2O) tỷ lệ bình phƣơng với tốc độ (n, v/ph), tần số dòng điện (f, Hz) và lƣu lƣợng quạt tạo ra (Q,

m3/s):

Tƣơng tự có: và

Trong đó: h1 -là hạ áp quạt tạo ra tƣơng ứng với Q1 = Qct; h2 -là hạ áp quạt tạo ra khi biến tần đã điều chỉnh để quạt tƣơng ứng với lƣu lƣợng gió Q2 = QC.đ (Thời gian cao điểm: Thời gian mỏ thực hiện các công tác nổ mìn khấu tách than và đất đá trong các ngày mỏ làm việc);

h3 -là hạ áp quạt tạo ra khi biến tấn đã điều chỉnh quạt tƣơng ứng với lƣu lƣợng gió Q3 = QTr.đ (Thời gian trung điểm: thời gian mỏ thực hiện các công tác củng cố, chống giữ lò và thời gian giao ca trong các ngày mỏ làm việc);

h4 -là hạ áp quạt tạo ra khi biến tấn đã điều chỉnh quạt tƣơng ứng với lƣu lƣợng gió Q4 = QTh.đ (Thời gian thấp điểm: thời gian các ngày mỏ nghỉ làm việc nhƣ chủ nhật, ngày lễ tết,..).

3- Xác định công suất (p) tiêu thụ tối ưu

Từ công thức 3-10. Với công suất (p) tiêu thụ của quạt tỷ lệ lập phƣơng với

tốc độ (n, v/ph), tần số dòng điện (f, Hz) và lƣu lƣợng quạt tạo ra (Q, m3/s), ta có:

Tƣơng tự ta có: và

Trong đó:

p1 -là công suất tiêu thụ điện của quạt tƣơng ứng với Qct; p2 -là công suất tiêu thụ điện của quạt tƣơng ứng với Q2 = QC.đ (Thời gian cao điểm: Thời gian mỏ thực hiện các công tác nổ mìn khấu tách than và đất đá trong các ngày mỏ làm việc);

p3 -là công suất tiêu thụ điện của quạt tƣơng ứng với Q3 = QTr.đ (Thời gian trung điểm: thời gian mỏ thực hiện các công tác củng cố, chống giữ lò và thời gian giao ca trong các ngày mỏ làm việc);

p4 -là công suất tiêu thụ điện của quạt tƣơng ứng với Q4 = QTh.đ (Thời gian

thấp điểm: thời gian các ngày mỏ nghỉ làm việc nhƣ chủ nhật, ngày lễ tết,..). 4. Xác định hiệu quả tối ưu về lưu lượng gió (ηQ)

114

Để tính toán hiệu quả về tối ƣu lƣu lƣợng gió quạt tạo ra khi sử dụng biến

tần để điều khiển chế độ làm việc của quạt ta xác lập công thức:

(3-11)

ηQ -là tỷ lệ lƣu lƣợng gió khi tối ƣu so với lƣu lƣợng gió không tối ƣu

Trong đó:

(không sử dụng biến tần);

ΣQ1 -là tổng lƣu lƣợng gió khi không sử dụng biến tần để tối ƣu, m3/năm

(m3/tháng,…);

ΣQ2 -là tổng lƣu lƣợng gió trong những thời gian cao điểm khi sử dụng biến

tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt, m3/năm (m3/tháng,…);

ΣQ3 -là tổng lƣu lƣợng gió trong những thời gian trung điểm khi sử dụng

biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt, m3/năm (m3/tháng,…);

ΣQ4 -là tổng lƣu lƣợng gió trong những thời gian thấp điểm khi sử dụng

Để tính toán hiệu quả về tiêu thụ điện năng khi sử dụng biến tần để điều

biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt, m3/năm (m3/tháng,…); 5. Xác định hiệu quả tiêu thụ điện năng (ηp) khiển chế độ làm việc của quạt ta xác lập công thức:

Ta có: (3-12)

(3-13)

(3-14)

3.5.2.2. Thiết lập chương trình giải bài toán tối ưu

Với điều kiện phát triển tin học giai đoạn nhƣ ngày nay (Công nghệ 4.0), Để

giải một bài toán tối ƣu một cách đơn giản, nhanh, tiện lợi và cho kết quả chính xác về các thông số cài đặt, thông số làm việc và đánh giá hiệu quả của việc sử

dụng biến tần cho việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. NCS đã thiết lập chƣơng trình giải bài toán“Tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính”. Chƣơng trình đƣợc thiết lập trên nền của ―Microsoft Visual Basic”. Do vậy giúp cho ngƣời dùng dễ hiểu và sử dụng dễ

dàng, giao diện chƣơng trình thân thiện, có tính bao quát vì vậy rất trực quan, dễ

quan sát khi thực hiện cũng nhƣ đơn giản cho việc thao tác. Giao diện phần mềm nhƣ trên hình 3.19.

115

Hình 3.19. Giao diện phần mềm tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính

3.5.3. Ứng dụng chƣơng trình giải bài toán tối ƣu cho một số mỏ Trong thực tế, tùy thuộc vào điều kiện của mỗi mỏ, ngƣời ta có thể sử dụng

một quạt độc lập để thông gió cho mỏ, hoặc nhiều quạt liên hợp với nhau. Việc tính toán và lập trình để biến tần điều khiển chế độ làm việc của các quạt gió sẽ

phức tạp lên nhiều lần nếu nhƣ ta sử dụng tăng số quạt gió để liên hợp thông gió

mỏ. Tuy nhiên, với phần mềm “Tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính” sẽ giải

quyết việc tính toán các thông số để cài đặt chế độ làm việc của quạt gió trở nên

đơn giản và xác định chính xác đƣợc hiệu quả của việc tối ƣu chế độ làm việc của

quạt gió. Sau đây NCS giới thiệu việc sử dụng phần mềm tính toán chế độ của quạt

gió trong 3 trƣờng hợp cơ bản cụ thể và đặc trƣng ở các mỏ than hầm lò vùng

Quảng Ninh:

3.5.3.1. Trường hợp mỏ sử dụng một quạt gió chính để thông gió cho mỏ

Trƣờng hợp mỏ sử dụng một quạt để thông gió độc lập cho mỏ nhƣ mỏ than Bắng Cọc Sáu thuộc Công ty than Hạ Long. Việc tính toán tối ƣu chế độ làm việc

của quạt gió nhƣ sau:

Bƣớc 1: Xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khi không sử dụng

biến tần;

Bƣớc 2: Xác định các tham số tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió; Và kết quả xác định chế độ công tác của quạt nhƣ trên hình 3.20. Bƣớc 3: Tính toán lập trình cài đặt biến tần Bƣớc 4: Kiểm soát và vận hành quạt gió.

116

Hình 3.20. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt gió chính 2K56-No24 Mỏ than Bắc Cọc Sáu khi sử dụng biến tần

Kết quả tính toán các tham số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ công tác của quạt gió chính 2K56-No24 của khu mỏ Bắc Cọc Sáu, Công ty than Hạ Long nhƣ trên hình 3.21. 3.5.3.2. Trường hợp mỏ sử dụng liên hợp hai quạt gió để thông gió cho mỏ

Trƣờng hợp mỏ sử dụng hai quạt liên hợp song song xa nhau để thông gió

cho mỏ. Nhƣ mỏ than Hồng Thái sử dụng 2 quạt gồm: 01 quạt FBDCZ-8-No20 và

01 quạt BD-II-4/No12 ghép liên hợp song song xa nhau để thông gió cho mỏ. Việc

tính toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió nhƣ sau:

Bƣớc 1: Xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khi không sử dụng

biến tần;

Bƣớc 2: Xác định các tham số tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió;

Và kết quả xác định chế độ công tác của quạt nhƣ trên hình 3.22. Sau khi xác định đƣợc chế độ làm việc của 2 quạt làm việc liên hợp, ta chuyển về đồ thị đặc tính riêng của các quạt để tính toán tối ƣu chế độ làm việc của các quạt. Quạt FBDCZ-8-No20 đƣợc tính toán với các tham số tối ƣu nhƣ trên hình 3.23, và Quạt BD-II-4/No12 nhƣ trên hình 3.24.

117

ả u q u ệ i

h á i g h n á đ

g n o L ạ H n a h

t y t

à v n ầ t

g n ô C

n ế i b

,

t ặ đ

i à c

ố s

g n ô h

u á S c ọ C c ắ B n a h

t c á c n á o t

h n

í t

t ỏ m 4 2 o N - 6 5 K 2

ả u q

t ế K

t ạ u q

.

a ủ c

ì

1 2 3 h n H

118

Hình 3.22. Đồ thị xác định chế độ liên hợp 2 quạt gió mỏ than Hồng Thái

Hình 3.23. Đồ thị xác định các thông số tối ưu của quạt FBDCZ-8-No20 mỏ than Hồng Thái

119

Hình 3.24. Đồ thị xác định các thông số tối ưu của quạt gió BD-II-4/No12 mỏ than Hồng Thái

Bƣớc 3: Tính toán lập trình cài đặt biến tần Bƣớc 4: Kiểm soát và vận hành quạt gió. Kết quả tính toán các tham số cài đặt biến tần và đánh giá hiệu quả sử dụng

biến tần để điều chỉnh chế độ công tác của quạt gió chính FBDCZ-8-No20 và quạt

BD-II-4/No12 mỏ than Hồng Thái nhƣ trên hình 3.25 và 3.26.

Qua kết quả tính toán hiệu quả của việc sử dụng biến tần cho việc tối ƣu

hóa chế độ làm việc của quạt gió ở một số trƣờng hợp nhƣ mỏ than Bắc Cọc Sáu và mỏ than Hồng Thái cho thấy, phƣơng án sử dụng biến tần cho hiệu quả rõ về

việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho quạt gió.

120

ả u q u ệ i

h á i g h n á đ

à v n ầ t

n ế i b

i á h T g n ồ H n a h

t

t ặ đ

i à c

ố s

g n ô h

ỏ m 0 2 o N - 8 - Z C D B F

t c á c n á o t

t ạ u q

h n

í t

a ủ c

ả u q

t ế K

.

5 2

.

ì

3 h n H

121

ả u q u ệ i

h á i g h n á đ

à v n ầ t

n ế i b

i á h T g n ồ H n a h

t ặ đ

t

i à c

ố s

m a h

ỏ m 2 1 o N - 4 - I I - D B

t c á c n á o t

t ạ u q

h n

í t

a ủ c

ả u q

t ế K

.

ì

6 2 3 h n H

122

3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3

1- Đối với các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh, có nhiều nguyên nhân làm cho chế độ làm việc của quạt gió bị tăng lên. Tuy nhiên có 2 nguyên nhân mà

hiện nay chƣa đƣợc đề cập là độ chênh của điểm làm việc với điểm yêu cầu (Qlv≥Qct) và lƣu lƣợng gió không cần thiết trong các khung giờ không cao điểm (các thời điểm không nổ mìn khấu tách than và đất đá, đặc biệt là những ngày mỏ

nghỉ làm việc).

2- Nhu cầu gió sạch cho các mỏ than hầm lò phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất thực tế của mỏ (nhƣ các khung giờ có nhu cầu gió sạch giảm, đặc biệt là các

ngày mỏ nghỉ làm việc). Hiện nay, với kế hoạch sản xuất thực tế cho thấy nhu cầu

gió sạch cho mỏ có thể phân làm 3 mức với lƣợng thời gian nhƣ sau:

- Mức 1: Với nhu cầu gió sạch là lớn nhất là QC.đ (Khung giờ cao điểm) tƣơng ứng với lƣợng thời gian khoảng: 19,5 giờ/ngày x 300 ngày = 5850 giờ/năm. - Mức 2: Với nhu cầu gió sạch là QTr.đ = 0,8.QC.đ (Khung giờ trung điểm)

tƣơng ứng với lƣợng thời gian khoảng: 4,5 giờ/ngày x 300 ngày = 1350 giờ/năm.

- Mức 3: Với nhu cầu gió sạch là thấp nhất có QTh.đ = 0,6.QC.đ (Khung giờ

thấp điểm) tƣơng ứng với lƣợng thời gian khoảng: 65 ngày/năm = 1560 giờ/năm.

3- Có nhiều phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió, nhƣng phƣơng

án sử dụng biến tần để điều chỉnh tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió (tối ƣu độ

chênh chế độ làm việc của quạt với điểm yêu cầu; tối ƣu chế độ làm việc của quạt

trong các khung giờ, đặc biệt trong các ngày nghỉ), đảm bảo quy định an toàn môi

trƣờng và sử dụng điện hiệu quả trong điều kiện ở các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh hiện nay là phù hợp và hiệu quả nhất.

4- Việc áp dụng chƣơng trình tin học (phần mềm) để giải bài toán tối ƣu chế

độ làm việc của quạt gió là có cơ sở giúp cho việc đánh giá hiệu quả của phƣơng

án sử dụng biến tần. Ngoài ra, giúp cho việc tính toán đơn giản, rút ngắn thời gian

tính toán, cho kết quả chính xác và đảm bảo có độ tin cậy cao.

123

CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HÀ LẦM

4.1. HIỆN TRẠNG THÔNG GIÓ MỎ THAN HÀ LẦM 4.1.1. Đặc điểm và hiện trạng khai thác [3]

4.1.1.1. Đặc điểm địa chất và trữ lượng mỏ 1. Ranh giới mỏ:

Ranh giới mỏ than Hà Lầm đƣợc xác định theo Quyết định số 1868/QĐ-

HĐQT ngày 08 tháng 08 năm 2008 của Chủ tịch HĐQT Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam về việc giao thầu quản lý, bảo vệ ranh giới mỏ, tài

nguyên trữ lƣợng than và tổ chức khai thác than cho Công ty than Hà Lầm - TKV.

2. Trữ lượng đưa vào quy hoạch

- Khoáng sàng đã đƣợc thăm dò tỷ mỷ, trữ lƣợng trong ranh giới khai trƣờng

đến độ sâu -450m còn lại đến 01/01/2011 là 139,784 triệu tấn trữ lƣợng địa chất

huy động và ứng với trữ lƣợng công nghiệp là 94,474 triệu tấn (bao gồm cả phần

trụ bảo vệ). Trong đó:

+ Tầng từ -50 ÷ -450 là 109,195 triệu tấn trữ lƣợng địa chất huy động và ứng

với trữ lƣợng công nghiệp là 74,531 triệu tấn.

+ Trữ lƣợng phần trụ bảo vệ đƣờng ôtô, dân cƣ... tính đến -450 là 47,484 triệu

tấn trữ lƣợng địa chất tƣơng ứng với trữ lƣợng địa chất huy động là 28,49 triệu tấn

và ứng với trữ lƣợng công nghiệp là 19,943 triệu tấn.

3. Quy hoạch sản lượng

- Tầng dƣới mức -50, sản lƣợng năm 2012 khai thác 1,5 triệu tấn, nâng sản

lƣợng mỏ lên 2,4 triệu tấn vào năm 2015 và 2016; sau đó tăng dần sản lƣợng 3,0

triệu tấn/năm từ năm 2022 đến sau năm 2030.

- Phần tài nguyên trữ lƣợng nằm trong các trụ bảo vệ dân cƣ, đƣờng ôtô là rất

lớn nên cần thiết phải tìm giải pháp để huy động khai thác phần tài nguyên trữ lƣợng này.

Với quy hoạch nêu trên, sản lƣợng mỏ Hà Lầm các giai đoạn đƣợc xác định

nhƣ sau: Năm 2012 khai thác 2,1 triệu tấn; năm 2015 khai thác 2,4 triệu tấn; năm 2021 tăng lên 3,0 triệu tấn và sẽ tăng sản lƣợng lên 3,5 triệu tấn/năm từ năm 2022 đến sau năm 2030.

4.1.1.2. Đặc điểm mở vỉa và khai thác 1. Khai thông

Tầng -50  LV đã đƣợc khai thông bằng 2 giếng nghiêng hiện có với việc

bổ sung thêm ngầm +65  -50 để thông gió, cung cấp vật liệu và thải đá. Khai

124

thông cho các tầng dƣới mức -50 bằng 2 giếng đứng đặt ở mặt bằng mức +70 phía

Bắc khai trƣờng. Giếng đứng chính trang bị trục Skíp vận chuyển than đào từ mặt bằng +70 xuống mức -345. Giếng đứng phụ trang bị trục thùng cũi vận chuyển

ngƣời, thiết bị và vật liệu đào từ mặt bằng +70 xuống mức -325. Ngoài ra mỏ còn phải đào thêm 01 giếng đứng thông gió ở trung tâm khai trƣờng từ mặt bằng +28

xuống -325.

2. Các công nghệ khai thác áp dụng

Công nghệ khai thác áp dụng chủ yếu hiện nay là tổ hợp công nghệ khấu than bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng giá khung và có một tổ hợp cơ giới

hoá đồng bộ gồm máy khấu than kết hợp với giàn thuỷ lực tự hành.

Dự án cho mức dƣới -150 sẽ chủ yếu là sử dụng tổ hợp cơ giới hóa đồng bộ.

Những chỗ không cơ giới hoá đƣợc áp dụng hệ thống khai thác cột dài theo

phƣơng lò chợ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống lò chợ bằng giá khung di động hoặc cột thuỷ lực đơn.

4.1.2. Hiện trang thông gió mỏ

4.1.2.1. Phương pháp thông gió

Để phục vụ sản xuất, hiện tại mỏ đang sử dụng phƣơng pháp thông gió hút

với các trạm quạt gió chính, sơ đồ thông gió mỏ than Hà Lầm đƣợc thể hiện nhƣ

trên giản đồ thông gió hình 2.13. Quý II và quý III năm 2016 để thông gió phục vụ

sản xuất Công ty sử dụng 2 trạm quạt gió chính cụ thể nhƣ sau:

+ Trạm quạt mức +90 là quạt FBCDZ-N024/2x280kW: Gồm 01 quạt hoạt

động, 01 quạt dự phòng.

+ Trạm quạt mức +29 là quạt FBCD-8-N030/2x500kW (mặt bằng giếng gió

mức +29): Gồm 01 quạt hoạt động, 01 quạt dự phòng. Đây là trạm quạt đƣợc đầu

tƣ lắp đặt biến tần đồng bộ.

Với đặc điểm của mỏ than Hà Lầm, đề tài lựa chọn áp dụng thử nghiệm tối

ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW tại cửa giếng

mức +29.

4.1.2.2. Kết quả tính toán mạng gió mỏ 1. Tính lưu lượng gió cho mỏ

Với sản lƣợng khai thác mỏ năm 2016 là 2,4 triệu T/năm, theo kế hoạch trong quý II và quý III mỏ than Hà Lầm huy động 10 lò chợ hoạt động và đào 18 gƣơng lò chuẩn bị và đƣợc chia làm 2 khu do 2 trạm quạt gió chính đảm nhiệm. Sơ đồ thông gió của mỏ gồm hai khu khai thác, mỏ có hai trạm quạt gió chính đảm nhiệm thông gió. Việc tính toán thông gió cho mỏ sẽ đƣợc tính toán thực hiện trên cơ sở phân thành hai khu: Các lò chợ ở các khu III -Vỉa 10, khu II-

125

Vỉa 14, khu III- Vỉa 11 sẽ do trạm quạt FBCDZ-8-No30/2x500kW ở mức +29 đảm

nhiệm. Để áp dụng thử nghiệm ta tính toán lƣu lƣợng gió của khu vực do quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW đảm nhiệm. Tổng lƣu lƣợng gió của các khu III -Vỉa 10, khu II-Vỉa 14, khu III- Vỉa 11 do trạm quạt mức +29 đƣợc tính toán với kết quả

nhƣ trong bảng 4.1 [3].

Bảng 4.1. Kết quả tính toán lưu lượng gió do trạm quạt mức +29 đảm nhiệm Lƣu lƣợng gió, m3/s Tên hộ dùng gió TT

1 6,8 Lò chợ PT trụ mức -150  -110 khu III-V11

6,4 2 Lò chợ trụ mức -100  -75 khu III-V11

3 7,3 Lò chợ trụ mức -80  -60 khu III-V10

6,6 4 Lò chợ mức -170  -150 khu III-V11

5 7,0 Lò chợ trụ mức -150  -130 khu III-V11

6 Lò chuẩn bị 103,3

7 Hầm trạm 12

8 Rò gió (qua khu khai thác, qua cửa gió) 5,4

154,8

2. Tính hạ áp mỏ

Tổng lƣợng gió của khu vực do quạt mức +29

Kết quả tính toán hạ áp do trạm quạt FBCDZ-8-No30/2x500kW (mức +29)

đảm nhiệm: hm = 261,2 mmH2O; 4.2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC TỐI ƢU CỦA QUẠT GIÓ 4.2.1. Kết quả tính toán chế độ làm việc của quạt gió chính

4.2.1.1. Lưu lượng gió và hạ áp quạt cần tạo ra - Lƣu lƣợng gió quạt cần phải tạo ra:

Qq1 = kr.Qm1 = 1,2 x 154,8 = 185.8 m3/s.

- Hạ áp quạt cần phải tạo ra là:

q1 = (0.694x0,0109 + 0,00194)x185,82 = 328,1 mmH2O.

hq1 = (k.Rm1 + Rtbq1).Q2

Điểm yêu cầu là điểm Ayc/o trên hình 4.1. Với các thông số sau: - Lƣu lƣợng gió yêu cầu quạt cần tạo ra: 185,8 m3/s; - Hạ áp yêu cầu quạt cần tạo ra: 328,1 mmH2O; - Tốc độ vòng quay: n = 740 v/phút.

4.2.1.2. Chế độ làm việc của quạt gió khi không sử dụng biến tần để tối ưu

Để xác định chế độ công tác của quạt ta phải xây dựng đƣờng đặc tính của

khu mỏ quạt đảm nhiệm. Phƣơng trình đƣợc tính nhƣ sau: h = (k.Rm + Rtbq).Q2 = 0,0095.Q2

126

Nếu trạm quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW, không sử dụng biến tần thì quạt

chỉ làm việc theo một chế độ cố định trong tất cả các ngày làm việc cũng nhƣ các ngày nghỉ nhƣ điểm Act/o trên hình 4.1. Và chế độ làm việc đƣợc xác định nhƣ sau:

Hình 4.1. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW khi không sử dụng biến tần

Nhƣ trên đồ thị hình 4.1. Do điểm yêu cầu (Ayc/o) lớn hơn chế độ đặt ở góc lắp cánh -2,50, nên ta phải đặt quạt làm việc ở góc lắp cánh 00 (Act/o). Với các thông số sau:

- Lƣu lƣợng quạt tạo ra: 207,3 m3/s; - Hạ áp quạt tạo ra: 385,7 mmH2O; - Góc lắp cánh của bánh công tác: 0o; - Tần số dòng (không biến tần): f = 50Hz; - Tốc độ vòng quay: n = 740 v/phút - Hiệu suất quạt làm việc: 0,81. Nhƣ vậy, với chế độ làm việc này của quạt thì sẽ dƣ 21,5 m3/s so với điểm

yêu cầu.

127

4.2.2. Chế độ làm việc của quạt gió khi sử dụng biến tần để tối ƣu Do điều kiện về quy định ở mỏ cũng nhƣ chƣa có sự chỉ đạo của Tập đoàn, nên NCS chƣa áp dụng thử nghiệm điều chỉnh lƣu lƣợng gió ở khung giờ trung

điểm. Khi quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW tại cửa giếng mức +29, sử dụng biến tần để tối ƣu hóa chế độ công tác của quạt gió, thì sẽ điều chỉnh chế độ làm việc

của quạt gió với 2 chế độ làm việc theo 2 chế độ làm việc của mỏ:

- Ngày làm việc: điều chỉnh chế độ làm việc đúng với điểm yêu cầu (trong

thời điểm ngày làm việc, tức là quạt làm việc đúng 100% công suất thiết kế tính toán). - Ngày nghỉ: điều chỉnh quạt làm việc để tạo ra lƣu lƣợng gió bằng 60% lƣu

lƣợng gió thiết kế cho thời điểm ngày mỏ làm việc.

* Việc tính toán chế độ làm việc của quạt gió như sau:

Nếu chế độ làm việc của quạt là điểm Act/o trên hình 4.1, thì tƣơng ứng với

4.2.2.1. Chế độ làm việc của quạt trong những ngày làm việc: điểm làm việc là các thông số:

- Góc lắp cánh của bánh công tác: 00; - Tần số: f1 = 50Hz (với f1 = fct/o); - Tốc độ vòng quay: n1 = 740v/ph (với n1 = nct/o); - Lƣu lƣợng gió tạo ra: Q1 = 207,3 m3/s (với Q1 = Qct/o). Từ công thức (3-13), mối liên hệ giữa tốc độ vòng quay với tần số dòng

điện và lƣu lƣợng quạt tao ra:

Tƣơng ứng n2 = (Q2 x n1)/Q1 = 666 vòng/phút

Ta có: f2 = (Q2 x f1)/Q1 = 44,8 Hz → chọn tần số làm việc là 45Hz Chế độ làm việc của quạt trong những ngày làm việc là điểm Act nhƣ trên

- Lƣu lƣợng quạt tạo ra: 185,8 m3/s; - Hạ áp quạt tạo ra: 328,1 mmH2O; - Góc lắp cánh của bánh công tác: 0o; - Tần số biến tần điều chỉnh: f2 = 45Hz (f2 = fct); - Tốc độ vòng quay: n2 = 666 v/phút.

đồ thị xác định chế độ công tác của quạt hình 4.2. Với các thông số làm việc: 4.2.2.2. Chế độ làm việc của quạt trong những ngày nghỉ: Tƣơng tự, với điểm làm việc góc 0o (tƣơng ứng với điểm Act trên hình 4.2), có tần số f2 = fct = 45Hz, tốc độ vòng quay n2 = nct = 666 v/phút và Q2 = Qct = 185,8 m3/s.

Từ công thức (3-13), tính toán xác định đƣợc: Q3 = 60%.Q2 = 111,5 m3/s; f3 = (Q3 x f2)/Q2 = 27 Hz;

128

Tƣơng ứng: n3 = (Q3 x n2)/Q2 = 399 vòng/phút. Chế độ làm việc của quạt trong những ngày nghỉ là điểm Anghỉ nhƣ trên đồ

- Lƣu lƣợng quạt tạo ra: 111,5 m3/s; - Hạ áp quạt tạo ra: 118,1 mmH2O; - Góc lắp cánh của bánh công tác: 0o; - Tần số biến tần điều chỉnh: f = 27Hz; - Tốc độ vòng quay: n = 399 v/phút; - Hiệu suất quạt làm việc: 0,55

thị xác định chế độ công tác của quạt hình 4.2. Với các thông số làm việc:

Hình 4.2. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW, khi sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc * Việc tính toán chế độ làm việc của quạt gió khi sử dụng phần mềm:

Việc tính toán chế độ làm việc của quạt gió đƣợc sử dụng phần mềm ―tối ƣu

Nhƣ vậy, chế độ làm việc của quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500kW của mỏ

chế độ làm việc của quat‖ với kết quả nhƣ trên hình 4.3. than Hà Lầm sẽ đƣợc lập trình làm việc với chế độ nhƣ sau: Góc lắp cánh của bánh công tác: θ = 0o - Các ngày mỏ làm việc điều chỉnh tần số dòng: f = 45Hz;

Việc xây dựng quy trình điều khiển tự động chế độ làm việc của quạt gió

- Các ngày mỏ nghỉ (không làm việc) điều chỉnh tần số dòng: f = 27Hz. 4.3. LẬP QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ 4.3.1. Cơ sở lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió chính mỏ đƣợc thực hiện theo các bƣớc nhƣ sau:

129

ả u q u ệ i

h á i g h n á đ

à v n ầ t

m ầ L à H n a h

n ế i b

t

t ặ đ

ỏ m

,

i à c

ố s

g n ô h

0 3 o N - 8 - Z C D B F

t c á c n á o t

t ạ u q

h n

í t

a ủ c

ả u q

t ế K

.

3 .

ì

4 h n H

130

1. Nghiên cứu kế hoạch và công tác tổ chức sản xuất của mỏ

Việc nghiên cứu nhằm xác định mối liên hệ giữa yêu cầu về lƣu lƣợng gió (thông gió mỏ) với công tác tổ chức sản xuất của mỏ theo quy luật về thời gian. Để

xây dựng đƣợc chế độ làm việc hợp lý cho quạt, đảm bảo chi phí là nhỏ nhất nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc yêu cầu an toàn về môi trƣờng.

2- Nghiên cứu lựa chọn thiết bị công nghệ thông gió:

Việc nghiên cứu lựa chọn thiết bị với nguyên lý là chọn đƣợc các thiết bị

phải đồng bộ đảm bảo đáp ứng đƣợc thông gió cho mỏ, phù hợp điều kiện thực tại của doanh nghiệp, cũng nhƣ các thiết bị này phải đƣợc cung ứng dễ dàng trên thị

trƣờng. Các thiết bị bao gồm:

- Quạt gió mỏ: Phải đảm bảo đáp ứng đƣợc yêu cầu thông gió mỏ.

- Động cơ cho quạt: Phải đảm bảo đồng bộ phù hợp với quạt gió.

- Bộ thiết bị điều khiển: Phải đảm bảo đồng bộ và phù hợp với công suất

động cơ và tính chất mạng lƣới điện cung cấp.

3- Lập trình điều khiển tự động chế độ làm việc của quạt gió mỏ:

Trên cơ sở các thiết bị đã lựa chọn, lập trình điều khiển tự động cho quạt

gió làm việc theo chế độ phù hợp với kế hoạch tổ chức sản xuất đã định.

4- Kiểm soát và vận hành quạt gió:

Theo dõi kiểm tra, vận hành điều khiển quạt làm việc và ngừng theo yêu cầu.

4.3.2. Lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió Trên cơ sở tổ chức sản xuất của mỏ than Hà Lầm, nhận thấy việc nghiên

cứu áp dụng thử nghiệm biến tần để điều khiển chế độ làm việc của quạt gió chính

là thuận lợi. Vì hiện Công ty đã đầu tƣ lắp đặt đồng bộ biến tần cho trạm quạt gió

chính FBDCZ-8-No30/2x500kW ở cửa lò mức +29.

4.3.2.1. Nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất của mỏ 1. Công tác tổ chức sản xuất của các lò chợ

Mỏ than Hà Lầm hiện đang áp dụng loại hình lò chợ là:

- Hệ thống khai thác: hệ thống khai thác lò chợ cột dài theo phƣơng lò

chợ dài.

- Công nghệ khai thác tại lò chợ: Với công nghệ khai thác hiện nay của mỏ

chủ yếu gồm 2 loại hình công nghệ chính:

+ Hiện có 8 lò chợ trên tổng 9 lò chợ là khấu than bằng khoan nổ mìn chống giữ lò chợ bằng giá khung di động hoặc giá XDY, điều khiển áp lực bằng phá hỏa toàn phần.

+ Có 01 lò chợ CGH đồng bộ áp dụng cho lò chợ vỉa 11-1.14, điều khiển áp

lực bằng phá hỏa toàn phần.

131

2. Công tác tổ chức sản xuất đào lò chuẩn bị

Mỏ than Hà lầm là một trong những mỏ đang vừa tiến hành khai thác dự án cho mức trên (mức -150 trở lên) vừa thực hiện xây dựng cơ bản cho dự án mức

dƣới, do vậy số lò chuẩn bị chiếm một số lƣợng lớn trong hoạt động mỏ. Công nghệ đào lò chủ yếu là khoan nổ mìn, xúc bốc thủ công hoặc kết hợp máy bốc là

chủ yếu để thực hiện đào lò cả trong đá và trong than. Hiện mỏ có một máy đào lò

cơ giới hóa đào trong than, tuy nhiên do điều kiện địa chất mỏ việc áp dụng cơ giới

hóa vào đào lò chƣa cho hiệu quả nhƣ mong muốn.

Việc lập và thực hiện công tác tổ chức sản xuất của mỏ than Hà Lầm nhìn

chung là theo đúng nhƣ kế hoạch cơ bản của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh:

- Các ngày làm việc trong năm: Một năm làm việc khoảng 300 ngày

- Các ngày nghỉ: Thực hiện theo quy định về chế độ làm việc: Nghỉ các

ngày chủ nhật và ngày lễ theo quy định của nhà nƣớc và của cơ quan. Tổng các ngày nghỉ trong năm khoảng 65 ngày.

- Các ngày làm việc theo chế độ 3 ca liên tục, các công việc thực hiện quy

trình công nghệ trong lò chợ và lò chuẩn bị theo một trình tự, tuy nhiên cũng nhƣ

tình trạng chung của các mỏ là thời gian thực hiện các công việc là đan xen, duy

chỉ có thời gian giao ca giữa các ca làm việc (đầu ca) là có tính chất và nhu cầu gió

là nhƣ nhau.

Việc điều chỉnh lƣu lƣợng gió trong các ngày làm việc theo nhu cầu từng giờ phải có sự cho phép của các cấp quản lý của Tập đoàn, do các quy định đã đặt

ra (Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về an toàn trong khai thác mỏ hầm lò QCVN 01:

2011/BCT), vì vậy đề tài chỉ nghiên cứu việc ứng dụng biến tần để điều khiển tự

động chế độ làm việc của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW của mỏ than

Hà Lầm, với mục đính tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió để giảm chi phí

không cần thiết trong các ngày nghỉ và tối ƣu điểm làm việc của quạt trong các

ngày mỏ làm việc. Chế độ làm việc của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW

nhƣ sau:

- Các ngày làm việc:

Biến tần điều khiển chế độ làm việc của quạt, với công suất đảm bảo lƣu

lƣợng gió đƣa vào mỏ là 100% lƣu lƣợng nhƣ tính toán thiết kế.

- Các ngày nghỉ (nhƣ các ngày chủ nhật và ngày lễ): Biến tần điều khiển chế độ làm việc của quạt, với công suất đảm bảo lƣu

lƣợng gió đƣa vào mỏ là 60% lƣu lƣợng nhƣ tính toán thiết kế.

Trong quá trình quạt gió chính làm việc, kể cả các ngày nghỉ và làm việc của mỏ, nhờ hệ thống cảnh báo khí (nhờ hệ thống các đầu đo khí CH4, CO2) và hệ

132

thống xác nhận lƣu lƣợng gió của hệ thống mạng gió (hệ thống đầu đo cảm biến về

tốc độ gió) trên mà hình theo dõi của trung tâm sẽ giúp kiểm soát tình hình thông gió của mỏ một cách tốt nhất. 4.3.2.2. Các thiết bị cơ bản Trạm quạt gió chính mức +29 là trạm quạt đƣợc mỏ than Hà Lầm đầu tƣ

lắp đặ đồng bộ các thiết bị đều do Trung Quốc sản xuất:

- Mã hiệu (Model) quạt: FBDCZ-8-No30/2x500kW

- Mã hiệu (Model) biến tần: GVF Thông số kỹ thuật của các thiết bị cơ bản của trạm quạt nhƣ sau:

1. Quạt gió chính

Về cấu trúc và hình dáng bên ngoài của trạm quạt nhƣ trên hình 4.4.

Hình 4.4. Hình dáng chung của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW Thông số kỹ thuật chung của quạt nhƣ trong bảng sau:

Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của quạt FBDCZ-8-No30

TT Tên thông số I 1 2 Thông số chung - Ký hiệu quạt - Đƣờng kính quạt

3 - Loại quạt

Đặc tính của thông số FBCDZ-8-NO30/2*500KW 3000mm Đối lƣu 2 mâm cánh, có thể điều chỉnh góc cánh (-50, -2.50, 00, +2.50, +50) 85%

ZL104 Q235 10mm 23 - Hiệu suất toàn phần của quạt gió 3 - Điểm làm việc hiệu quả lớn nhất Lƣu lƣợng 200.4m3/s, hạ áp 3609Pa 4 - Vật liệu cánh 5 - Vật liệu vỏ quạt 6 - Độ dày vỏ quạt chính 7 8 - Tiếng ồn dB(A) II Kích thước tổng thể:

133

- Đƣờng kính ống nối - Chiều dài tổng thể của quạt - Khoảng cách tâm trục - Chiều rộng bệ quạt - Độ cao tâm quạt

1 2 3 4 5 III Động cơ điện: 1 2 3 - Công suất động cơ (kW) - Vận tốc quay (V/ph) - Điện áp đầu cấp vào 4092mm 23851mm 2100mm 2900mm 2100mm 2 x 500 740 3 pha 6kV + 10% - 50Hz

2. Hệ thống các tủ điện, máy cắt 6kv cấp điện cho biến tần

Hệ thống các tủ điện, máy cắt 6kV cấp điện cho biến tần sử dụng loại tủ

điện mã hiệu KYN28A-12, loại tủ điện đặt trong nhà vỏ bọc kim loại, trong tủ có thiết bị chuyển mạch cho ampekế và vôn kế. Dùng để nhận và phân phối điện

năng, thực hiện khống chế, bảo vệ và giám sát dòng điện.

Hệ thống cung cấp điện bao gồm 20 tủ 6kV trong đó có:

03 tủ đầu vào AH6, AH10 và AH13;

06 tủ đầu ra AH1, AH2, AH3, AH16, AH17, AH18;

03 tủ đo lƣờng AH7, AH9, AH12; 02 tủ tự dùng AH5, AH14;

02 tủ tụ bù + chống sét AH4, AH15;

02 tủ phân đoạn AH8, AH11;

02 tủ dự phòng R1, R2.

02 tủ đảo nguồn cấp cho quạt: Chạy trực tiếp hoặc qua biến tần

Ngoài ra có 2 tủ biến tần điều khiển quạt.

- Thông số kĩ thuật chính của tủ điện:

Thông số kĩ thuật của thiết bị đóng, cắt (máy cắt loại ZN63A/VSI) nhƣ

trong bảng 4.3.

Bảng 4.3. Thông số kỹ thuật chính của tủ điện

TT Hạng mục Đơn vị Tham số

1 Điện áp định mức kV 12

2 kV 42

3 kA 25 31,5 40 Khả năng cách điện định mức: chịu áp xung đỉnh 1 phút Dòng điện cắt ngắn mạch định mức

4 Dòng điện định mức A 630 1250 630 1250 1600 2000 2500 3150 1250 1600 2000 2500 3150 4000

5 kA 25 31,5 40 Dòng điện ổn định nhiệt định mức (giá trị hiệu quả)

134

6 63 80 110

7 63 80 110

8 Lần 50 Dòng điện ổn định động định mức (giá trị đỉnh) Dòng điện đóng ngắn mạch định mức (giá trị đỉnh) Số lần đóng ngắt dòng điện đóng ngắt ngắn mạch định mức

9 Điện áp mạch nhị thứ (1 phút ) V 2000

10 Trình tự thao tác định mức Cắt – Đóng – Cắt

S 11 4 Thời gian ổn định nhiệt định mức

12 Thao tác cơ khí Lần 20000

- Thông số kỹ thuật của cơ cấu thao tác nhƣ trong bảng 4.4.

Bảng 4.4. Thông số kỹ thuật cơ cấu thao tác

TT Hạng mục Đơn vị Tham số

1 Hành trình đóng cắt Mm 11±1

2 Hành trình tiếp xúc Mm 3,5±1

3 Tốc độ đóng điện trung bình m/s 0,5~0,8

4 Tốc độ ngắt điện trung bình m/s 0,9~1,2

5 Thời gian ngắt điện (điện áp định mức) Ms 20~50

6 Thời gian đóng điện ( điện áp định mức ) ms 35~70

- Thông số cuộn dây đóng ngắt điện nhƣ trong bảng 4.5.

Bảng 4.5. Thông số cuộn dây đóng ngắt điện

TT Hạng mục Cuộn đóng Cuộn cắt

1 Điện áp định mức ( V) AC110/220 AC110/220

2 Công suất cuộn dây ( W) DC110/220 DC110/220

3 Phạm vi điện áp làm việc 85% ~ 110% điện áp định mức 65% ~ 120% điện áp định mức

- Thông số động cơ tích năng nhƣ trong bảng 4.6.

Bảng 4.6. Thông số động cơ tích năng

Ký hiệu Uđm (V) Pđm (W) Thời gian tích năng ở Uđm (S)

ZYJ55-1 50-75 ≤ 15 DC110 DC220 Phạm vi điện áp làm việc (V) 85% ~ 110% điện áp định mức

- Thông số bộ điều khiển bảo vệ nhƣ trong bảng 4.7.

135

Loại nguồn điện

Bảng 4.7. Thông số bộ điều khiển bảo vệ (Rơle kỹ thuật số series YZ310) TT 1 1 chiều 220V ( ± 20%) Xoay chiều 220V ( ± 20%) Điện áp định mức

2 Tần số 50Hz (± 5%) -

3 Công suất tiêu hao <10W <10W

Bộ điều khiển bảo vệ đƣợc thực hiện trên màn hình điều khiển LCD nhƣ trên hình 4.5.

Hình 4.5. Sơ đồ và hình dáng màn hình điều khiển LCD a) sơ đồ nguyên lý; b) màn hình và bộ điều khiển PLC

Sơ đồ nguyên lý với các chỉ dẫn sau: A: Màn hình hiển thị 192x64 B: Đèn LED chỉ thị trạng thái làm việc C: Điều chỉnh độ sáng đèn nền D: Các nút thao tác LCD là bộ hiển thị tinh thể lỏng, đặc điểm hiển thị là kết cấu menu có thể

hiển thị các menu chức năng, đồng thời hiển thị các loại dữ liệu, tham số, trạng

thái bộ ngắt mạch, ghi chép sự kiện, giá trị bảo vệ… . Có chức năng nghỉ của màn

hình tinh thể lỏng, ở trạng thái không sự cố, không cảnh báo, sau 5’ LCD tự động

nghỉ. Khi có thao tác của bàn phím hoặc tín hiệu sự cố, cảnh báo, tự động mở hiển

thị LCD. Cấu trúc thao tác menu:

Trong màn hình menu thiết bị bảo vệ Rơle kỹ thuật số series YZ310 chia

thành 3 menu cấp 1 và 13 menu cấp 2 vó thể cung cấp lựa chọn. Tình hình phân bộ các menu nhƣ sau:

- Hiển thị dữ liệu:

+ hệ thống sơ cấp + dữ liệu đo + ghi chép sự việc + ghi chép SOE + giám sát thông tin + đầu vào công tắc

136

- Điều chỉnh tham số:

- Thử tự kiểm tra: + điểm 0 kênh thông tin + ký hiệu đơn nguyên + điều chỉnh hệ số + điều chỉnh tham số + điều chỉnh giá trị + tự kiểm tra hệ thống + thử đo đầu vào

a) Hình 4.6. Hình dáng hệ thống các tủ điều khiển trạm quạt a) hình dáng bên ngoài của tủ biến tần; b) hình dáng bên trong của tủ biến tần; c) hệ thống các tủ điều khiển

3. Động cơ quạt Quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW là loại quạt 2 cấp, với kết cấu trạm quạt là

bán cố định, động cơ quạt là loại đồng bộ có công suất 500kW/động cơ. Quạt và

động cơ đều do cùng nhà máy sản xuất.

4. Máy biến tần

Thông số kỹ thuật của biến tần GVF nhƣ trong bảng 4.8.

Bảng 4.8. Thông số kĩ thuật của biến tần GVF

Tên

TT 1 Tần số định mức(Hz)

2 Khả năng quá tải Thông số 50 - 1.1 lần định mức: vận hành lâu dài. - 1.2 lần định mức: 1 phút. - 1.3 lần định mức: 3 giây.

Phƣơng pháp làm mát

Phạm vi điều chỉnh tốc độ

3 4 Giao diện thao tác 5 Công suất( tổng thể) 6 Độ ồn (dB) 7 Mức độ điều chỉnh 8 9 Cấp bảo vệ vỏ ngoài Quạt gió Màn hình cảm ứng ≥ 96% ≤ 80 0,01Hz 0~75Hz IP 30

137

IGBT 900VDC -15% -:- +10%

10 Đóng mở máy nghịch biến 11 Điện áp công suất đơn nguyên 12 Nhập phạm vi điện áp 13 Chức năng bảo vệ Quá áp/thiếu áp/chống sét/quá dòng

14 AC 380/220V Nguồn điện cấp cho điều khiển, bảo vệ

4.3.2.3. Lập quy trình điều khiển tự động chế độ làm việc của quạt gió

Với bộ điều khiển PLC và biến tần GVF để xây dựng chế độ tự động điều

khiển trạm quạt gió chính theo lịch trình hoạt động: 1. Dữ liệu lập trình chế độ làm việc - Các ngày làm việc: Quạt làm việc với công suất đảm bảo lƣu lƣợng gió đƣa vào mỏ là 100%

lƣu lƣợng nhƣ tính toán thiết kế. - Các ngày nghỉ: Quạt làm việc với công suất đảm bảo lƣu lƣợng gió đƣa vào mỏ là 60% lƣu

lƣợng nhƣ tính toán thiết kế. 2. Lưu đồ thuật toán chương trình:

Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình đƣợc lập nhƣ hình 4.7.

Bắt đầu Bắt đầu

S S

Ngày làm việc Ngày làm việc

Đ Đ

Chạy 60% công suất Chạy 60% công suất

Chạy 100% công suất Chạy 100% công suất

Kết thúc Kết thúc

Hình 4.7. Sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động cho trạm quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW

Biến tần điều khiển tự động chế độ quạt gió chính đƣợc cài đặt theo các

3. Thông số cài đặt cho biến tần thông số nhƣ trong bảng 4.9.

138

Bảng 4.9. Các thông số cài đặt biến tần để tối ưu chế độ làm việc của quạt

Chức năng

Miêu tả/ghi chú

Phạm vi [mặc định]

Thông số

P000 Hiển thị chế độ

đang vận hành

P001

Chế độ hiển thị

0 - 9 [ 0 ]

P002 * Thời gian tăng (giây)

0 - 650.00 [10.00]

Đầu ra hiển thị đƣợc chọn trong P001 Trong trƣờng hợp lỗi, mã lỗi (Fxx) hiển thị (xem phầm 6), trong trƣờng hợp một cảnh báo nhấp nháy. Nếu tần số ra đƣợc chọn (P001 = 1) và biến tần là OFF, thì hiển thị thay đổi giữa tần số đã chọn và tần số hiện thời. Chọn hiển thị : 0 = Tần số đầu ra (Hz) 1 = tần số điểm đặt (Hz) 2 = dòng điện động cơ (A) 3 = điện áp liên kết DC (V) 4 = Mô mem động cơ ( % danh định) 5 = tốc độ động cơ (rpm) 6 = trạng thái bus nối tiếp USS 7 = tín hiệu phản hồi PID (%) 8 = Điện áp ra (V) 9 = tần số rotor/trục (Hz). Dùng chỉ cho điều khiển Sensorless Vector. Đây là thời gian động cơ tăng từ trạng thái đứng yên đến tần số lớn nhất đặt trong P013. Đặt thời gian quá ngắn có thể làm cho biến tần ngắt (mã lỗi F002 - quá dòng)

P003

Thời gian giảm (giây)

0 - 650.00 [10.00]

Đây là thời gian giám từ tần số lớn nhất (P013) đến khi dừng. Nếu đặt thời gian quá ngắn dẫn đến ngắt biến tần

P004 * Độ trơn (giây)

0 - 40.0 [0.0]

Sử dụng độ tăng/giảm trơn động cơ (có ích trong các ứng dụng quan trọng để tránh 'sốc', v.d. hệ thống băng tải, dệt, v.v ...).

139

P005 * Điểm đặt tần số

P006

Độ trơn chỉ số hiệu quả nếu thời gian tăng/giảm không vƣợt quá 0.3 s. Đặt tần số mà bộ biến tần sẽ chạy khi vận hành ở chế độ số. Chỉ có tác dụng khi đặt P006=0 Đặt chế độ điều khiển của biến tần:

(Hz) Chọn nguồn tần số đặt

0 - 400 [5.00] 0 - 3 [0]

0 = Dạng số. Bộ biến tần làm việc tại tần số đặt trong P005. Thay đổi, nếu P007 =0, tần số có thể đƣợc điều khiển bằng cách dùng hai trong số các đầu vào số P051-P053 đến giá trị của 11 và 12. 1 = Tƣơng tự. Điều khiển nhờ tín hiệu vào

tƣơng tự.

2 = Tần số cố định hay chiết áp động cỏ. Tần số cố định chỉ đƣợc chon khi giá trị ít nhất một đầu vào số (P051- 053) = 6,17

3 = Thêm điểm đặt số. Tần số yêu cầu = tần số (P005) + tần số cố định (P041-P044, P046-P049) đƣợc chọn. Chú ý: (1) nếu P006=1 và biến tần đặt vận hành từ xa, thì các đầu vào tương tự duy trì hoạt động.

(2) Chiết áp động cỏ đặt nhờ đầu vào số

được lưu giữ khi P011 = 1

4. Chương trình trên logo:

Chƣơng trình trên logo đƣợc lập trình thể hiện nhƣ hình 4.8.

Hình 4.8. Sơ đồ chương trình chạy trên Logo cho quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW

140

4.3.2.4. Kiểm soát và vận hành quạt gió:

Chế độ làm việc của quạt đã đƣợc cài đặt tự động trên máy tính. Tuy nhiên ngƣời công nhân vận hành trạm quạt phải nắm rõ các nguyên tắc vận hành trạm quạt và lƣu ý về chế độ làm việc cơ bản của quạt nhƣ sau:

- Các ngày nghỉ đã đƣợc lập trình mặc định (lập trình một cách tự động) là

những ngày nghỉ xác định trƣớc (nhƣ ngày chủ nhật).

- Các ngày ngày nghỉ chƣa ấn định đƣợc thời gian (nhƣ ngày bù, ngày nghỉ thêm,…) thì đến ngày nghỉ đó công nhân vận hành chỉ cần thao tác (trên màn hình LCD) chuyển chế độ của quạt từ ngày làm việc sang chế độ ngày nghỉ.

- Các ngày nghỉ cố định (nhƣ chủ nhật...) đã đƣợc lập trình nhƣng vì lý do nào đấy, mỏ vẫn phải tổ chức làm việc bình thƣờng (thay đổi) thì công nhân vận hành thao tác chuyển chế độ làm việc của quạt từ chế độ ngày nghỉ sang chế độ ngày làm việc. 4.4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ 4.4.1. Kết quả sử dụng biến tần

Quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500kW, đƣợc thực nghiệm với 3 chế độ làm

Đề tài nghiên cứu áp dụng thử nghiệm sử dụng biến tần cho việc điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW của mỏ than Hà Lầm trong các ngày làm việc và các ngày nghỉ. Sau khi nghiên cứu, lập chƣơng trình điều khiển tự động chế độ làm việc của quạt gió bằng bộ điều khiển Logo (PLC) và biến tần GVF. 4.4.1.1. Nội dung thực nghiệm việc tƣơng ứng để đối chiếu đánh giá:

1- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc coi nhƣ chƣa có biến tần. Chế độ

làm việc của quạt gió theo các thông số

- Công suất định mức của động cơ quạt: 2x500 kW - Góc lắp cánh: 00 - Tần số dòng: 50Hz - Lƣu lƣợng gió của quạt: 207,3 m3/s - Hạ áp quạt tạo ra: 408,2 mmH2O - Tốc độ vòng quay của động cơ quạt: 740 v/phút. 2- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc sử dụng biến tần để tối ƣu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt gió. Chế độ làm việc của quạt gió theo các thông số:

- Công suất định mức của động cơ quạt: 2x500 kW - Góc lắp cánh: 00 - Tần số dòng: 45Hz - Lƣu lƣợng gió của quạt: 185,8 m3/s

141

- Hạ áp quạt tạo ra: 327,9 mmH2O - Tốc độ vòng quay của động cơ quạt: 666 v/phút. 3- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc sử dụng biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt trong những ngày nghỉ. Chế độ làm việc của quạt gió theo các thông số:

- Công suất định mức của động cơ quạt: 2x500 kW - Góc lắp cánh: 00 - Tần số dòng: 27 Hz - Lƣu lƣợng gió của quạt: 111,5 m3/s - Hạ áp quạt tạo ra: 118,1 mmH2O - Tốc độ vòng quay của động cơ quạt: 399 v/phút.

4.4.1.2. Kết quả áp dụng thử nghiệm

Mức tiêu hao điện năng tính trung bình của quạt trong 24h (trong một ngày

Sau khi áp dụng thử nghiệm cho quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW, với 3 chế độ làm việc tƣơng ứng với các thời gian theo kế hoạch của mỏ. Tổng hợp kết quả áp dụng thử nghiệm nhƣ sau: 1- Chế độ làm việc của quạt khi không sử dụng biến tần: đêm): 15641,79 kWh/ngày-đêm. Và điện năng trong một giờ: 651,74 kW/h. 2- Chế độ làm việc khi tối ƣu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu:

Mức tiêu hao điện năng tính trung bình của quạt trong 24h (trong một ngày

đêm): 11.403,61 kWh/ngày-đêm. Và điện năng trong một giờ: 475,15 kW/h; 3- Chế độ làm việc khi tối ƣu chế độ làm việc trong ngày nghỉ:

Mức tiêu hao điện năng tính trung bình của quạt trong 24h (trong một ngày

đêm): 2466,28 kWh/ngày-đêm. Và điện năng trong một giờ: 102,76 kW/h ; 4.4.2. Đánh giá hiệu quả việc áp dụng thử nghiệm tối ƣu

4.4.2.1. Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế 1. Tính điện năng iết kiệm của quạt gió trong năm

a) Khi không sử dụng biến tần để tối ƣu

Trong trƣờng hợp không tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió, thì điện năng

tiêu thụ của quạt trong một năm (tính = 365 ngày/năm) là:

15641,79 kWh/ngày-đêm x 365 ngày = 5.709.253,35 kWh

b) Khi sử dụng biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió

* Công suất tiêu thụ trong các ngày làm việc Trong trƣờng hợp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió, thì điện năng tiêu thụ

của quạt trong một năm (tính = 300 ngày/năm) là:

11.403,61 kWh/ngày-đêm x 300 ngày = 3421083,0 kW/năm

* Công suất tiêu thụ trong các ngày nghỉ

142

Trong trƣờng hợp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió, thì điện năng tiêu thụ

của quạt trong một năm (tính = 65 ngày/năm) là:

2.466,28 kWh/ngày-đêm x 65 ngày = 160.308,0 kW/năm

* Tổng điện năng tiêu thụ trong năm của quạt khi tối ƣu chế độ làm việc là:

3421083,0 kW/năm + 160.308,0 kW/năm = 3.581.391,2 kWh

c) Điện năng tiết kiệm đƣợc của quạt khi tối ƣu hóa trong năm là:

5.709.253,35 kWh - 3.581.391,2 kWh = 2.127.862,15 kWh

2. Hiệu quả kinh tế Nhƣ vậy, tính ra ta có số điện tiết kiệm đƣợc từ việc tối ƣu hóa chế độ làm

việc của quạt gió trong năm là: 2.127.862,15 kWh.

Căn cứ Quyết định số 2256/QĐ-BCT ngày 12/3/2015 của Bộ Công Thƣơng

- Giờ bình thƣờng: 1518 đồng/kWh - Giớ thấp điểm: 983 đồng/kWh

về việc quy định về giá bán điện thì đơn giá bán điện tính cho sản xuất nhƣ sau:

- Giớ cao điểm: 2735 đồng/kWh.

Nếu tính giá trung bình 1kWh là 1500 đồng thì kinh phí tiết kiệm điện đối

với quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500 của mỏ than Hà Lầm trong một năm sẽ là:

2.127.862,15 kWh x 1.500 đồng = 3.191.793.225,0 đồng.

* Tính toán hiệu quả kinh tế: khi đầu tƣ biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt

FBDCZ-8-No30/2x500 kW mỏ than Hà Lầm:

- Tổng vốn đầu tƣ: I = 6.600.000.000 đồng (2 bộ biến tần cho 2 quạt của

trạm quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500);

- Thời gian sử dụng và tính khấu hao: 7 năm (Theo thông tƣ 45/2013/TT-

BTC ngày 25/4/2013 của Bộ trƣởng Bộ Tài chính về việc hƣớng dẫn chế độ quản

lý, sử dụng và chích khấu hao tài sản thì biến tần thuộc danh mục thiết bị có thời

gian khấu hao từ 7 ÷ 15 năm. Do vậy, ở đây lựa chọn thời gian khấu hao là 7 năm);

- Lãi ròng hàng năm là: Pt = 3191793225,0 đồng; - Lãi suất vay vôn: r = 10%/năm. Để tính toán hiệu quả vốn đầu tƣ ta tính các chỉ tiêu: Giá trị hiện tại

thực NPV; Tỷ suất lợi nhuận IRR và Thời gian hoàn vốn. Kết quả tính toán nhƣ sau: [18]

Mức khấu hao hàng năm Dt = Nguyên giá TSCĐ/Thời gian tính khấu hao =

0,942857143 tỷ đồng.

Hệ số chiết khấu tính theo công thức sau:

(4-1) Trong đó:

143

at- hệ số chiết khấu; r- lãi suất vay vốn;

t- năm tính chiết khấu;

Cân bằng òng tiền hàng năm: NCFt = Pt + Dt - It Kết quả tính các chỉ tiêu hiệu quả đầu tƣ nhƣ trong bảng 4.10.

Bảng 4.10. Kết quả tính toán các chỉ tiêu hiệu quả vốn đầu tư biến tần

Chỉ tiêu

Năm hoạt động 4

Giá trị t

0,909091

0,826446 0,751315

0,683013

0,620921

0,564474

1,0

at (r=10%) I (tỷ đồng)

6,6

3,191793

3,191793 3,191793

3,191793

3,191793 0,942857

0,942857

0,942857 0,942857

0,942857

-2,465349 4,134650

4,134650 4,134650

4,134650

Pt (tỷ đồng) Dt (tỷ đồng) NCFt = Pt + Dt - It

-2,465349 3,758773

3,417066 3,106424

2,824022

2,567293

2,333902

NCFt*at NPV (tỷ đ) IRR

15,542131 167%

Kết quả tính thời gín thu hồi vôn theo nguyên tác tính tổng lãi ròng với mức khấu hao hàng năm (Pt + Dt) đến khi nào cộng dồn đúng bằng vốn đầu tƣ đã bỏ ra. Kết quả nhƣ trong bảng 4.11.

Bảng 4.11. Kết quả tính thời gian thu hồi vốn đầu tư biến tần

Năm

Pt+Dt

Lãi ròng (Pt)

Khấu hao (Dt)

Vốn đầu tƣ còn lại phải thu hồi ở cuối năm

Vốn đầu tƣ còn lại cần thu hồi đầu năm (tỷ đ) 6.6 2.465207

1 2

3.191793 3.191793

0.943 0.943

4.134793 4.134793

2.465207 0

Đến năm thứ 2 không cần hết năm đã thu hồi xong vôn, số tháng trong năm thứ 2 cần để thu hồi vốn là: (2.465207/4.143)*12 = 7,15 tháng. Nhƣ vậy, tổng lãi ròng trong 7 năm là: NPV = 15,542131 tỷ đồng; Tỷ suất

lợi nhuận IRR = 167% và thời gian thu hồi vốn 19,15 tháng (1 năm 7,15 tháng),

nếu sử dụng 1 biến tần cho cả 2 quạt của trạm thì thời gian thu hồi vốn chỉ còn khoảng 10 tháng.

4.4.2.2. Đánh giá hiệu quả về đảm bảo an toàn môi trường Để đánh giá hoàn thiện việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính mỏ than Hà Lầm (FBDCZ-8-No30/2x500kW). Ta cần phải đánh giá sự đáp ứng an toàn và môi trƣờng của không khí mỏ than Hà Lầm khi áp dụng tối ƣu chế độ làm việc của quạt.

Mỏ than Hà Lầm đƣợc đầu tƣ hệ thống giám sát khí CH4, CO2 (có đầu đo cảm biến để xác định nồng độ các chất khí CH4 và CO2) và giám sát lƣu lƣợng gió

144

(đầu đo cảm biến tốc độ gió để xác định lƣu lƣợng gió mỏ). Tổng hợp kết quả của hệ thống giám sát về các chất khí CH4, CO2 và kết quả đo trực tiếp bằng thiết bị cầm tay, trong thời gian áp dụng thử nghiệm biến tần để điều khiển chế độ làm

việc của quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500, trong các ngày nghỉ khi áp dụng biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt, nhƣ trong bảng 4.12.

Bảng 4.12. Kết quả đo khí trong ngày nghỉ khi áp dụng biến tần điều khiển giảm lưu lượng gió vào mỏ

Kết quả đo khí, (%)

TT

Vị trí đo khí

Q, (m3/s)

Ký hiệu trạm đo khí

Ký hiệu trạm đo gió

CH4

CO2

Dọc vỉa chân LChợ lớp vách vỉa 11 (LC -150/-180)

1 ĐK-01 ĐG-01 4,5 0,21 0,28

ĐK-02 ĐG-02 4,7 0,42 0,39

3 ĐK-03 ĐG-03 6,9 0,36 0,32

4 ĐK-04 ĐG-04 7,1 0,51 0,5

5 ĐK-05 ĐG-05 4,3 0,27 0,31

6 ĐK-06 ĐG-06 4,4 0,56 0,48

7 ĐK-07 ĐG-07 4,7 0,28 0,3

8 ĐK-08 ĐG-08 4,5 0,47 0,45

9 ĐK-09 ĐG-09 14,9 0,46 0,32 2 Lò đầu LC lớp vách vỉa 11 mức Lò VT mức -80 Lò chợ Khu III- V10 Lò VT mức -60 Lò chợ Khu III- V10 Lò dọc vỉa VT khu III vỉa 11 mức -150 Lò TG mức -150 -:- -120 vỉa 11 (lò chợ -150/-130) Lò VT vỉa 11 mức -165 (lò chợ lớp vách -170/-150) Lò đầu lớp vách vỉa 11 mức - 150 (LC vách -170/-150) Dọc vỉa VT mức -210 vỉa 11 (lò chợ CGH)

10 Lò đầu CGH vỉa 11-1.14 ĐK-10 ĐG-10 15,2 0,54 0,5

11 ĐK-11 ĐG-11 4,2 0,34 0,41

12 ĐK-12 ĐG-12 4,1 0,47 0,52

13 ĐK-13 ĐG-13 4,3 0,36 0,32

14 ĐK-14 ĐG-14 4,3 0,48 0,45

15 ĐK-15 ĐG-15 6,8 0,31 0,24

16 ĐK-16 ĐG-16 7,2 0,5 0,43

Lò chân lớp trụ vỉa 11 khu III. (LC mức -100/-75) Lò đầu lớp trụ vỉa 11 khu III (LC mức -100/-75) Lò chân lớp trụ vỉa 11 khu III (LC mức -150/-110) Lò đầu lớp trụ vỉa 11 khu III (LC mức -150/-110) Lò VT vỉa 10 mức +0 (LC mức +0/+30) Lò TG vỉa 10 mức +30 (LC mức +0/+30) Ngầm VT/TG mức -36/+70 Khu III vỉa 10 (gió thải chính)

17 ĐK-17 ĐG-17 64,5 0,42 0,36

Căn cứ kết quả giám sát môi trƣờng mỏ nhƣ trong bảng 4.10, cho thấy việc áp dụng biến tần để tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính là đảm bảo đáp ứng đƣợc quy định về an toàn môi trƣờng. Nồng độ các chất khí CH4, CO2 gần nhƣ thay đổi không đáng kể giữa các ngày làm việc khi quạt chạy 100% công suất thiết

145

kế so với các ngày nghỉ khi quạt chạy bằng 60% công suất thiết kế và đều đảm bảo

tiêu chuẩn quy định.

4.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 4

Qua kết quả áp dụng thử nghiệm tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính

FBDCZ-8-No30/2x500kW ở mỏ than Hà Lầm, cho thấy việc sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió là hoàn toàn phù hợp và cho hiệu quả cao.

Việc giảm lƣu lƣợng gió cho mỏ ở những thời điểm trong những ngày mỏ nghỉ làm

việc (các ngày nghỉ nhƣ: ngày chủ nhật và các ngày lễ tết,..) và giảm độ chênh giữa

điểm làm việc và điểm yêu cầu ở mỏ than hầm lò không ảnh hƣởng đến mục tiêu nhiệm vụ thông gió mỏ, đặc biệt là công tác an toàn môi trƣờng. Hiệu quả khi áp

dụng thử nghiệm cho mỏ than Hà Lầm:

1- Về công tác an toàn: Kết quả đo và kiểm soát nồng độ các chất khí cũng nhƣ các yếu tố về môi trƣờng khi áp dụng thử nghiệm tối ƣu chế độ làm việc của

quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW ở mỏ than Hà Lầm phù hợp với kết quả nghiên cứu lý thuyết và tính toán phần cơ sở ở nội dung chƣơng 3. Kết quả này

khẳng định việc tối ƣu chế độ làm việc của quạt trong các ngày nghỉ (không làm

việc) chỉ cần đƣa một lƣợng không khí sạch bằng 60% so với ngày làm việc là đáp

ứng đƣợc yêu cầu.

2- Về hiệu quả kinh tế: Việc đánh giá hiệu quả của áp dụng biến tần để tối

ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW mỏ than Hà

Lầm hoàn toàn phù hợp với tính toán hiệu quả nhƣ đã nghiên cứu lý thuyết.

- Giá trị hiện tại thực NPV: 15 542 131 000 đồng (trong 7 năm).

- Tỷ suất lợi nhuận IRR: 167%

- Thời gian hoàn vốn: 01 năm 7,15 tháng

Trong trƣờng hợp trƣờng hợp sử dụng 1 biến tần cho cả 2 quạt gió thì thời

gian thu hồi vốn có thể rút ngắn lại chỉ còn 10tháng.

3- Về hoạt động của các thiết bị quạt gió: Hệ thống các thiết bị quạt gió đều

hoạt động ổn định, đặc biệt là khi khởi động quạt gió thì hệ thống thiết bị quạt

chạy êm và không ảnh hƣởng tới hệ thống cung cấp điện năng (không gây sụt áp

khi khởi động động cơ).

146

Qua quá trình nghiên cứu việc tối ƣu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh và ứng dụng thử nghiệm cho quạt gió mỏ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

FBDCZ-8-No30/2x500kW ở mỏ than Hà Lầm. Luận văn đƣa ra một số kết luận và

kiến nghị sau:

Kết luận 1- Hiện nay, các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh đa phần đều có sơ đồ

thông gió phức tạp, hầu hết đều phải sử dụng trên 01 trạm quạt để thông gió cho

mỏ. Chế độ làm việc của các quạt gió chính đều chƣa đƣợc tối ƣu, chi phí điện

năng cho khâu thông gió mỏ còn rất lớn (trung bình tới trên 25% tổng chi phí điện

năng cho toàn bộ mỏ).

2- Hiện nay ở tất cả các mỏ khai thác hầm lò đều tính toán và đặt chế độ

làm việc của quạt theo lƣu lƣợng gió yêu cầu cho mỏ là lớn nhất. Chế độ đó đƣợc

duy trì 24/24h trong tất cả các ngày trong năm, kể cả những ngày mỏ không làm

việc. Với chế độ này sẽ gây lãng phí cũng nhƣ sử dụng điện năng kém hiệu quả.

Nhu cầu gió thực tế cho mỏ có thể đƣợc chia làm 3 khung giờ nhƣ sau:

- Khung giờ cao điểm: Lƣợng gió cấp cho mỏ bằng lƣợng gió nhƣ yêu cầu

tính toán hiện nay ở các mỏ đang thực hiện. Với tổng số giờ = 19.5 giờ/ngày.

- Khung giờ trung điểm: Lƣợng gió cấp cho mỏ bằng 80% lƣợng gió của

khung giờ cao điểm. Với tổng số giờ = 4.5 giờ/ngày.

- Khung giờ thấp điểm (các ngày mỏ nghỉ không làm việc): Lƣợng gió cấp

cho mỏ bằng 60% lƣợng gió của khung giờ cao điểm. Với tổng số giờ = 65 ngày.

Việc điều chỉnh giảm lƣu lƣợng gió này vẫn đảm bảo đƣợc nhiệm vụ và

mục đích yêu cầu của thông gió mỏ, đặc biệt là công tác an toàn môi trƣờng làm

việc của mỏ.

3- Sử dụng biến tần là phƣơng án phù hợp nhất trong điều kiện ở các mỏ

than hầm lò vùng Quang Ninh hiện nay, đặc biệt là tính chất các quạt gió chính

hiện có. Biến tần giúp việc tối ƣu độ chênh giữa điểm làm việc của quạt với điểm

yêu cầu và điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió phù hợp với nhu cầu thực tế của mỏ một cách đơn giản. Đáp ứng yêu cầu của thông gió mỏ và giảm thiểu tối đa việc chi phí điện năng, góp phần đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia một cách bền vững. Ngoài ra, biến tần còn mang lại những lợi ích sau: - Giúp ổn định dòng (trong trƣờng hợp điện áp đầu vào không ổn định).

Chống sốc động cơ và thiết bị quạt khi khởi động, tạo cho quạt và thiết bị hoạt động êm, ổn định, góp phần làm tăng tuổi thọ của quạt và các thiết bị.

147

- Vốn đầu tƣ không lớn và phù hợp trong điều kiện ở các mỏ than hầm lò

vùng Quảng Ninh hiện nay. Hiệu quả vốn đầu tƣ cao, thời gian thu hồi vốn ngắn. Là phƣơng án đầu tƣ có hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra nếu không sử dụng biến tần

thì chi phí điện năng cho phần khởi động động cơ sẽ tăng và việc đầu tƣ xây dựng công trình cấp điện cho trạm quạt sẽ phải tăng do dòng điện yêu cầu khi khởi động

tăng nhiều lần.

4- Sử dụng biến tần với sơ đồ và thuật toán đã đƣợc đề tài luận án xây dựng,

mở ra triển vọng của phƣơng án đột phá trong việc tự động hóa hệ thống thông gió mỏ trong giai đoạn cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.

5- Kết quả nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tại mỏ Hà Lầm là cơ sở tin cậy

cho việc nghiên cứu ứng dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh nói riêng

và các mỏ hầm lò của nƣớc ta nói chung.

Kiến nghị Trên cơ sở những vấn đề đã đƣợc nghiên cứu đánh giá và những vấn đề cần

phải giải quyết, tác giả luận án xin có kiến nghị sau:

- Kiến nghị Tập đoàn công nghiệp Than & Khoáng sản Việt Nam đầu tƣ

nghiên cứu và áp dụng thử nghiệm việc điều chỉnh lƣu lƣợng gió cho mỏ ở khung

giờ không cao điểm trong các ngày mỏ làm việc.

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận án, có nghĩa thực tiễn cao, vì mối

quan hệ giữa chế độ làm việc của quạt gió chính với biểu đồ tổ chức sản xuất của mỏ đã đƣợc xác định trong luận án, là cơ sở cho việc xây dựng hoặc chỉnh sửa, bổ

sung các quy định về an toàn thông gió mỏ trong các quy chuẩn, quy phạm kỹ

thuật an toàn hoặc các văn bản pháp quy về an toàn trong thông gió mỏ hầm lò.

Kiến nghị với Bộ Công Thƣơng và Tập đoàn công nghiệp Than & Khoáng sản

Việt Nam nghiên cứu bổ sung quy định về an toàn trong thông gió mỏ, để cho

phép thực hiện điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính theo yêu gió thực tại

của mỏ theo thời gian nhƣ kế hoạch tổ chức sản xuất.

148

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS CHỦ TRÌ HOẶC THAM GIA LIÊN QUAN ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ

1. Các đề tài nghiên cứu khoa học đã tham gia

1. Nguyễn Cao Khải (2008), ―Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống thông gió cho xí nghiệp than Nam Mẫu‖, Đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số: T40-2006. Trƣờng ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

2. Nguyễn Cao Khải (2012), ―Nghiên cứu đánh giá khả năng tiết kiệm điện trong công tác thông gió ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh‖, Đề tài NCKH cấp Bộ năm 2010, Mã số: B2010-02-101, Trƣờng ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

2. Các bài báo đăng trong các Tạp chí và Hội nghị chuyên ngành

1. Đặng Vũ Chí, Nguyễn Cao Khải và Nguyễn Văn Thịnh (2014), “Giải pháp đảm

bảo thông gió cho mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh trong những năm tới‖, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 1-2014, Tr. 16-20, Hà Nội.

2. Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí và Nguyễn Cao Khải (2014), Giải pháp nâng

cao hiệu quả thông gió của khu Lộ Trí-Công ty than Thống Nhất, Tạp chí công

nghiệp mỏ, số 3-2014, Tr. 61-65, Hà Nội.

3. Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí và Nguyễn Cao Khải (2014), ―Đánh giá mức

độ chứa và thoát khí metan khi khai thác ở một số mỏ than hầm lò khu vực

Uông Bí - Quảng Ninh‖ Tạp chí công nghiệp mỏ, số 6-2014, Tr. 13-17, Hà Nội.

4. Nguyễn Cao Khải, PGS TS Đặng Vũ Chí, ThS Nguyễn Văn Thịnh (2015), “Xác

định chế độ làm việc hợp lý của các trạm quạt gió chính để nâng cao hiệu quả

thông gió cho một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh‖, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 2-2015, Tr. 25-29, Hà Nội.

5. Đặng vũ Chí, Nguyễn Cao Khải (2016), ―Hiện trạng thông gió mỏ hầm lò vùng

Quảng Ninh và định hƣớng trong tƣơng lai‖, Tuyển tập báo cáo, Hội nghị

KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 25, Tr. 470-475, Nhà xuất bản Công Thƣơng, Hà

Nội.

6. Nguyễn Cao Khải, Nguyên Văn Thịnh. (2016), ―Hiện trạng và giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió mỏ than Hồng Thái‖, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 2-2016, Tr. 24-28, Hà Nội.

7. NGUYEN Van Thinh, NGUYEN Cao Khai (2017), ―Study Formulate a Resonable Working Mode of the Main Fans in Nammau Coal Mine, Uongbi – QuangNinh‖, 4th International conference scientific-research cooperation between Vietnam and Poland, Agh University of Science and Technology 20-22 November 2017, Krakow, Poland.

8. NGUYEN Van Thinh, NGUYEN Cao Khai (2017), ―Resonable working mode of the Main Fans in Hongthai Coal Mine, Uong bi – Quang Ninh‖, Geo-spatial

149

Technologyes and Earth Resources (GTER 2017). Publishing House for Science and Technology – 2017, Tr. 461-465.

9. Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Cao Khải và nnk (2017), ―Xác định chế độ làm việc hợp lý của trạm quạt gió chính 2K56-N24/600kW tại khu Lộ Trí – Công ty than Thống Nhất‖ Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 1-4 và 12, Hà Nội. 10. Nguyễn Cao Khải, Đặng Vũ Chí (2017), ―Mối quan hệ giữa sơ đồ rò gió và sức cản với chi phí xây dựng cửa gió ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh‖, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 35-38, Hà Nội.

11. Nguyễn Cao Khải, Trần Xuân Hà (2017), ―Xác định lƣu lƣợng gió sạch cần thiết cho mỏ than hầm lò trong nhữnrg ngày nghỉ làm việc‖, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 48-52, Hà Nội.

13. Nguyễn Cao Khải và nnk (2018), Đánh giá hiện trạng và giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió cho mỏ than Hà Ráng, Công ty than Hạ Long-TKV, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 3 -2018, Tr. 66-71, Hà Nội.

14. Nguyễn Cao Khải, Nguyễn Văn Thịnh (2018). Xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính tại mỏ than Hà Ráng, Công ty than Hạ Long. Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 - 2018. Tr. 45-50, Hà Nội.

15. Nguyễn Cao Khải (2018). Đánh giá giải pháp sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng cho các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 -2018. Tr. 74-79 + 96, Hà Nội.

12. Nguyễn Cao Khải (2018), Giải pháp tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 3 -2018, Tr.76-82, Hà Nội.

150

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Kỳ Anh, Giải tích số, Hà Nội-1996.

[2] Trần Tú Ba và nnk. Nghiên cứu tích hợp hệ thống tập trung kiểm soát thông gió và quan trắc khí mỏ cho các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Tạp chí công

nghiệp mỏ, số 6-2012.

[3] Ban Thông gió thoát nƣớc, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam – Báo cáo

kế hoạch và tổng kết công tác thông gió , an toàn của Tập đoàn. Các năm: 2010,2011, 2012, 2013, 2014, 2015 và 2016.

[4] Ban Kỹ thuật mỏ, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam – Báo cáo kế hoạch

và tổng kết công tác khai thác của Tập đoàn. Các năm: 2010,2011, 2012,

2013, 2014, 2015 và 2016.

[5] Bộ Công Thƣơng - QCVN 01: 2011/BCT, Quy chuẩn Quốc gia về An toàn

trong khai thác than mỏ hầm lò, Hà Nội-2011.

[6] Thủ tướng Chính Phủ. Quyết định phê duyệt điều chỉnh phát triển ngành Than

Việt Nam đến năm 2020 có xét triển vọng đến năm 2030, Số 403/QĐ-TTg

ngày 14 tháng 3 năm 2016‖.

[7] Trần Xuân Hà và nnk, Giáo trình thông gió mỏ, Nhà xuất bản Khao học và Kỹ

thuật, Hà Nội -2014.

8 Trần Xuân Hà, và n.n.k. Báo cáo đề tài: Tính toán liên hợp quạt cho Công ty

than Mạo Khê. Hà Nội-2006.

9 Trần Xuân Hà, và n.n.k. Báo cáo đề tài: Kiểm định trạm quạt gió 2K56-N018

mức +300 Công ty than Nam Mẫu. Hà Nội-2007.

10 Trần Xuân Hà, và n.n.k. Báo cáo đề tài: Kiểm định trạm quạt gió 2K56-N018

mức +210 Công ty than Nam Mẫu. Hà Nội-2007.

[11] Trần Xuân Hà- Nâng cao hiệu quả thông gió mỏ- Bài giảng dành cho lớp Cao

học khai thác mỏ, Hà Nội -2009

[12] Trần Xuân Hà, và n.n.k - Giáo trình thông gió mỏ, Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật, Hà Nội -2014.

[13] Đinh Hùng, Kỹ thuật thông gió mỏ, Tập I, II, III, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa

chất, 1974.

[14] Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam - Báo cáo tổng kết công tác khai

thác, thông gió, an toàn của tập đoàn các năm từ 2010 đến 2016.

[15] Bùi Quốc Khánh, nnk- Truyển động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,

Hà Nội -2004.

151

[16] Nguyễn Văn Liễu, nnk- Điều khiển động cơ xoay chiều cấp từ biến tần bán

dẫn, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội -2003.

[17] Trần trọng Minh, và nnk- Giáo trình Điện tử công suất, Nhà xuất bản Giáo

dục, TPHCM-2004

[18] TS. Phan Thị Thái, Đồng Thị Bích - Quản trị dự án đầu tư, Nhà xuất bản giao

thông vận tải, Hà Nội -2017.

[19] Lê Văn Thao và nnk, Báo cáo tổng kết đề tài “Hướng dẫn tính toán thông gió

mỏ than hầm lò áp dụng trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam‖, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam -2015.

[20] Thái Duy Thức nnk, Điện tử công suất trông công nghiệp mỏ và dầu khí, Nhà

xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội -2007.

[21] Thái Duy Thức, Cơ sở lý thuyết truyền động điện tự động, Nhà xuất bản giao

thông vận tải, Hà Nội -2001.

[22] Nguyễn Hãnh Tiến, Bài giảng máy điện Tập I và Tập II, Trƣờng ĐH Mỏ Địa

chất - 2001

23 Абрамов Ф.А. Расчет вентиляционных сетей шахт и рудников/Ф.А.

Абрамов, П.Б. Тян, В.Я. Потемкин. - М.: Недра, 1978. - 232 с.

[24] Брусиловский И.В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. -

М.: Машиностроение, 1986.

[25] Бабак Г.А. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания

/Г.А. Бабак, К.П. Бочаров, А.Т.Волохев - М.: Недра, 1982. – 296 с.

[26] Балов С.В, Основные направления энергосберегающего проветривания шахт/С.В. Балов, Н.Н. Гатауллин, Ю.М. Озеркин // Уголь Украины. – 2016. – № 12. – С. 27-32.

[27] Джиенбеков P.C. Автоматизация шахтных осевых вентиляторных

установок/P.C. Джиенбеков. - Алма-Ата: Казахстан, 1981. - С. 122-131.

[28] Дошнский Е.А. О расчетном определении коэффициентов аэродинамического сопротивления горных выработок/Е.А. Долинский, Р.С. Кирин//Изв. Ву3oв. Горн. журн. - 1990. - № 6. - С. 53-57.

[29] Жуков Ю.П, Вентиляторы главного проветривания и общешахтная вентиляция: контроль и управление/Ю. П. Жуков, В. Ф. Боронин, В. И. Бабырь, В. Н. Миронов//Уголь Украины. – 2011. – № 12. – С. 23-27.

[30] Кривцун Г.П. Рекомендации по снижению аэродинамического

сопротивления горных выработок. ДГИ- 1988. построения Основы [31] Круглов Ю.В, оптимальных

систем автоматического управления проветриванием подземных рудников

152

/Ю.В. Круглов, Л.Ю. Левин//Известия ТулГУ.-2010.-Выпуск 2.-С. 104- 109.

[32] Комаров В.Б., Килькеев Ш.Х. Рудничная вентиляция. М.: Недра, 1969 -

416с.

[33] Мохирев II.Л. Проветривание подземных горнодобывающих предприятий.

Пермь, 2001.-280 с.

[34] Мясников А.А, Миллер Ю.А, Комаров Н.Е. Вентиляционные сооруже-

ния в угольных шахтах.- М.: Недра, 1983 .- 270 с.

[35] Петров Н.Н, Регулируемые и реверсируемые на ходу осевые

вентиляторы для главного проветривания шахт/Н.Н. Петров, Н.А.

Попов, В.А. Новиков/Тр. Междунар. конф. "Наукоемкие технологии

угледобычи и угле-переработки". - Кемерово, 1998.

вентиляторов

[36] Пронько В.С, Структура и энергосберегающие алгоритмы управления главного электроприводом частотно-регулируемым проветривания шахт: автореферат дис. ... канд. техн. наук. - Санкт- Петербург, 2016. - 20 с.

[37] Рудничная вентиляция. Справочник/Под ред. К.З. Ушакова. -М.: Недра,

1988. - 440 с.

[38] Ушаков К.З, Бурчаков А.С, Пучков Л.А, Медведев И.И/Аэрология

горных предприятий. -М.: Недра, 1987 -421с.

[39] Рудничная аэрология. 2-е изд., иерераб. и доп./Ушаков К.З., Бурчаков

[40] Селиванов Ю.П. Экономия электроэнергии на метрополитене/ Ю.П. Селиванов, Ф.Е. Овчинников/Ж.-д. Транспорт, 1985. - № 6. - С. 49-52. [41] Соболев В. В, Энергосбережение электроприводов главного проветривания горнодобывающих предприятий//Горный информационно - аналитический бюллетень. - Москва, 2007. - № 7. - С. 391-395.

А.С., Медведев И.И.//М.: Недра, 1978 .- 440 с.

[42] Дошнский Е.А. О расчетном определении коэффициентов

аэродинамического сопротивления горных выработок/ Е.А. Долинский, Р.С. Кирин // Изв. Ву3oв. Горн. журн. — 1990. - № 6. — С. 53-57. (Tính

toán xác định hệ số sức cản đƣờng lò. Thông tin KH. Tạp chí mỏ, No.6, 1990)

43 Цой С, Рогов Е.И. Основы теории вентиляционных сетей. Атма-Ата:

ИГД АН КазССР, 1965 .-214 с.

[44] Шепелев С.Ф, Методические указания по составлению, упрощению, расчету и проектированию схем проветривания рудников ccd/С.Ф.

Шепелев, В.Ф. Слепых, Е.В. Вязниковцев. - Алма-Ата, 1973. - 160 с.