THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ48

Tóm tắt:

Trên cơ sở hiện trạng thông gió của mỏ than Cẩm Thành, Công ty than Hạ Long, báo cáo đã tính đến việc khu mỏ phải tăng sản lượng trong giai đoạn đến năm 2020, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp, nhằm hoàn thiện hệ thống thông gió, giúp Công ty có được sự chủ động trong việc thực hiện kế hoạch sản xuất lâu dài, đảm bảo an toàn môi trường làm việc và góp phần giảm chi phí trong khâu thông gió mỏ.

1. Hiện trạng khai thác khu Cẩm ThànhCông ty than Hạ Long là một trong những

Công ty khai thác than hầm lò có sản lượng lớn trong Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam. Công ty gồm 03 khai trường (khu khai thác: Cẩm Thành, Tân Lập, Hà Ráng), kế hoạch năm 2017 với tổng sản lượng khoảng 1,65 triệu T/năm, và kế hoạch năm 2018 là 1,75 triệu T/năm. Khu khai trường Cẩm Thành với kế hoạch khai thác năm 2017 là 400.000 T/năm, để đạt được sản lượng này khu mỏ phải huy động 03 lò chợ khai thác và 08 gương lò đào. Theo kế hoạch thì khu Cẩm Thành sẽ là một khu vực phải tăng sản lượng lớn, giai đoạn đến năm 2020 có thể tăng sản lượng lên khoảng 700.000 T/năm và sẽ phải huy động tới 05 lò chợ vào khai thác [3]. Để tăng sản lượng khai thác của khu vực bắt buộc phải xây dựng kế hoạch khai thác tương ứng và dẫn đến cấu trúc của hệ thống thông gió phải thay đổi, thậm chí bị phá vỡ (thay đổi gần như hoàn toàn). Nhiệm vụ đặt ra là phải nghiên cứu áp dụng các giải pháp phù hợp để hoàn thiện hệ thống thông gió cho mỏ, nhằm đáp ứng các mục tiêu của công tác thông gió mỏ là đảm bảo môi trường và an toàn. Song phải đáp ứng tiêu chí về hiệu quả đầu tư.

2. Tính toán thông gió cho khu mỏ Cẩm Thành

2.1. Tính toán hiện trạng thông gió cho khu mỏ

2.1.1. Sơ đồ thông gió hiện tại của khu mỏSơ đồ mạng gió mỏ hiện trạng khu vực được

cấu trúc từ các đường lò với 3 lò chợ hoạt động và 8 gương lò chuẩn bị như trên giản đồ thông gió mỏ hình 1. Nhìn chung đây là mạng gió khá phức tạp. Khu mỏ được thông gió bằng phương pháp thông gió hút với một trạm quạt loại BD-II-6-No15/2x55kW [3].

2.1.2. Tính lưu lượng gió hiện tại cho khu vựcĐể tính toán lưu lượng gió chung cho mỏ ta

áp dụng công thức [Trần Xuân Hà và nnk, 2014]: Qm= 1,1(Ksl. SQlc+SQcb+SQht + åQrg); m

3/s (1) Trong đó:

1,1 – Hệ số kể đến sự phân phối gió không đều trong các luồng gió.

Ksl- Hệ số tính đến sự tăng sản lượng của lò chợ (chọn kt = 1.1).

åQrg - Tổng lưu lượng gió rò trong mỏ, m3/s.SQlc – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho

gương lò chợ, m3/s.SQcb – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho

gương lò đào, m3/s.SQht – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho hầm

trạm, m3/s.Với hiện trạng khai thác khu vực, ta tính toán

được có lưu lượng gió cho khu mỏ như sau [2]:Qm= 1,1(1,1 x 17,0 + 16,8 + 4,36 + 5,6) = 50,01m3/s

2.1.3. Tính hạ áp hiện tại cho khu vựcNhư trên giản đồ hình 1 cho thấy khu mỏ có

4 luồng gió chính. Để xác định được hạ áp của mỏ ta đi tính toán hạ áp của các luồng gió và áp dụng theo công thức [Trần Xuân Hà và nnk, 2014]:

GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ KHU MỎ CẨM THÀNH, CÔNG TY THAN HẠ LONG ĐẢM BẢO SẢN LƯỢNG

KHAI THÁC GIAI ĐOẠN ĐẾN 2020

Nguyễn Cao Khải, Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Biên tập: ThS. Phạm Chân Chính

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

49 KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ

Trong đó:Shms: Tổng hạ áp gây ra do sức cản ma sát

của các đoạn lò nối tiếp nhau theo một luồng gió, tính từ điểm gió vào đến điểm gió ra. Hạ áp này tính theo công thức [Trần Xuân Hà và nnk, 2014]:

Trong đó:

iα : Hệ số sức cản khí động học ở đường lò thứ i trên luồng gió, kGS2/m4;

Li, Pi, Si : Chiều dài, chu vi, tiết diện của đường lò thứ i;

Qi : Lượng gió đi qua đường lò thứ i, m3/sShCb: Tổng hạ áp do sức cản cục bộ tính

theo một luồng gió, trong thực tế thường lấy từ (10 - 25%) Hms.

Thay các thông số và tính toán có kết quả hạ áp mỏ như sau: h1 = 85,03 mmH2O (hạ áp luồng 1); h2 = 82,49 mmH2O (hạ áp luồng 2); h3 = 78,80 mmH2O (hạ áp luồng 3) và h4 = 67,26 mmH2O (hạ áp luồng 4).

Để cân bằng hạ áp mỏ, ở đây áp dụng phương pháp cân bằng là sử dụng cửa sổ gió để điều chỉnh. Hạ áp mỏ được chọn là h1 = 85,03 mmH2O.

2.1.4. Xác định chế độ làm việc hiện tại của quạt gió chính

* Xác định lưu lượng gió các quạt cần tạo raĐể tính toán lưu lượng gió quạt cần tạo ra, ta

áp dụng công thức sau [Trần Xuân Hà và nnk, 2014]:

Trong đó:Kr – Hệ số rò gió tại trạm quạt, Kr = 1,15Qm – Lưu lượng gió yêu cầu toàn mỏ, Qm =

50,01 m3/sKết quả tính toán lưu lượng gió cho quạt như

sau [2]: Qq = 57,51m3/s.* Xác định hạ áp quạt cần tạo raHạ áp của quạt được tính theo công thức [1]: hq = (k1.Rm + Rtbq).Qq

2 , mmH2O (5) Trong đó:

k1- hệ số kể đến sự rò gió tại trạm quạt, k1 = 1/kr

2, k1 = 0.76Rm- sức cản mỏ: Đối với khu mỏ thì ta có sức

cản của các nhánh đường lò tương ứng với 3 trạm quạt như sau: Rm = 0.033998 kμ;

Rtbq- sức cản nội bộ thiết bị quạt (Rtbq = a. p/D4): Đối với các quạt gió chính của khu mỏ thì ta có sức cản của các nhánh đường lò tương ứng với 3 trạm quạt như sau: Rtbq = 0,0031;

Thay vào ta có [2]: hq = 102,5 mmH2O = 1025Pa;

* Xác định chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió chính

Việc tính toán xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính như sau:

- Phương trình đường đặc tính mỏ: h = 0,030978.Q2;

- Chế độ làm việc của các quạt gió chínhKết quả xác định chế độ làm việc của quạt

gió chính như trên hình 2. Điểm làm việc là điểm B, với các thông số làm việc của quạt như sau: Lưu lượng quạt tạo ra: Qct = 59 m3/s; Hạ áp quạt tạo ra: hct1 = 108,2 mmH2O = 1082Pa; Góc lắp .,

3

smQKQ mrq = (4)

Hình 1. Giản đồ thông gió hiện tại khu Cẩm Thành (năm 2017)

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ50

cánh của bánh công tác: θ = +250 và hiệu suất làm việc của quạt: η = 0,54.

2.2. Tính toán thông gió cho khu vực mỏ khi tăng sản lượng khai thác

Việc tính toán thông gió cho khu vực mỏ khi tăng sản lượng khai thác được tiến hành thực hiện tương tự như tính toán thông gió cho khu mỏ hiện tại, nhưng theo các thông số của khu mỏ khi tăng sản lượng khai thác. Kết quả tính toán như sau [Nguyễn Cao Khải, 2017]:

2.2.1. Sơ đồ thông gió của khu mỏ khi tăng sản lượng khai thác

Để đảm bảo sản lượng khu mỏ lên 700.000 T/năm, khu Cẩm Thành tiến hành khai thác các vỉa than gồm: Vỉa 10 và vỉa 11. Khu mỏ phải huy động 5 lò chợ và 10 gương lò đào. Sơ đồ thông gió của mỏ được thể hiện như trên giản đồ thông gió hình 3.

2.2.2. Tính lưu lượng gió cho khu vực mỏ khi tăng sản lượng

Với điều kiện khi tăng sản lượng khai thác khu vực, ta tính toán được lưu lượng gió cho

khu mỏ như sau:Qm = 1,1(1,1 x 32,6 + 23,5 + 4,74 + 7,16) =

78,38 m3/s2.2.3. Tính hạ áp cho khu vực khi tăng sản

lượng Như trên giản đồ thông gió hình 3, cho thấy

mạng gió có 5 luồng gió chính. Kết quả tính toán hạ áp của các luồng gió cụ thể như sau: h1 = 118.81 mmH2O (Lò chợ V11 CB số 1 mức -50/+40); h2 = 113,45 mmH2O (Lò chợ V11 CB số 2 mức -50/+40); h3 = 126 mmH2O (Lò chợ V10 CB mức -50/-20); h4 = 130,58 mmH2O (Lò chợ V10 CN mức -50/-20); h5 = 125,81 mmH2O. (Lò chợ V11B CB mức -50/-20). Trong số 5 luồng gió mỏ, có luồng h4 = 130,58 mmH2O (Lò chợ V10 CN mức -50/-20) là lớn nhất. Ta chọn hạ áp ở luồng h4 = 130,58mm H2O làm hạ áp chung của khu mỏ. Các luồng khác được điều chỉnh cân bằng hạ áp bằng việc đặt cửa sổ gió điều chỉnh.

2.2.4. Xác định chế độ làm việc của quạt gió chính khi tăng sản lượng

* Xác định lưu lượng gió các quạt cần tạo ra [2]

Kết quả tính toán lưu lượng gió cho các quạt như sau: Qq = 90,1m3/s.

* Xác định hạ áp quạt cần tạo ra [2]Hạ áp quạt cần tạo ra: hq = 197,3mm H2O =

1973Pa;* Xác định chế độ làm việc hợp lý của các

quạt gió chínhNhư vậy với đặc tính kỹ thuật và năng lực làm

việc của loại quạt BD-II-6-No15/2x55kW hiện nay của khu mỏ đang sử dụng sẽ không đáp ứng thông gió cho mỏ nếu như chỉ sử dụng 1 quạt hoạt động và để 1 quạt ở chế độ dự phòng. Chính vì vậy nếu phương án sử dụng quạt BD-II-6-No15/2x55kW hiện có chỉ là giải pháp tạm thời trước mắt, còn về lâu dài phải tính việc đầu tư loại quạt gió mới.

Khi sử dụng loại quạt BD-II-6-No15/2x55kW hiện có thì phải huy động cả 2 quạt cùng chạy với chế độ liên hợp song song gần nhau và không còn quạt dự phòng. Kết quả xác định chế độ làm việc của quạt như sau:

- Phương trình đường đặc tính mỏ: h = 0,0243.Q2;

- Chế độ làm việc của các quạt gió chínhKết quả xác định chế độ làm việc của quạt

Hình 2. Đồ thị xác định chế độ làm việc hiện tại của quạt gió BD-II-6-No15 Khu Cẩm Thành,

Hình 3. Giản đồ thông gió khu Cẩm Thành, khi tăng sản lượng khai thác

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

51 KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ

gió chính như trên hình 4. Điểm làm việc là điểm B, với các thông số làm việc của quạt như sau: Điểm làm việc là điểm Bct1; Lưu lượng bộ quạt tạo ra Qc = 91,3 m3/s; Lưu lượng quạt tạo ra: Qct = 45,6 m3/s; Hạ áp quạt tạo ra: hct = 195,1 mmH2O = 1951Pa; Góc lắp cánh của bánh công tác: θ = 00 và Hiệu suất làm việc của quạt: η = 0,77.

3. Giải pháp hoàn thiện hệ thống thông gió mỏ khi tăng sản lượng khai thác

3.1. Định hướng về phương pháp thông gió và vị trí đặt quạt

Công tác thông gió cho khu mỏ Cẩm Thành khi tiếp tục kế hoạch khai thác từ mức -50 lên +40 vẫn tiến hành như hiện nay. Cụ thể là: Thông gió chung cho khu mỏ vẫn sử dụng phương pháp thông gió hút, với 01 trạm quạt gió chính như hiện nay: loại BD-II-6-No15/2x55kW) tại cửa lò mức +117. Tuy nhiên nếu sản lượng khu Cẩm Thành tăng trạm quạt này sẽ không đáp ứng, đề xuất: Nâng công suất của Trạm quạt gió mức +117 từ trạm quạt gió loại BD-II-6-N15/2x55kW lên loại quạt gió 2K56-N024 hay loại FBDCZ-6-No24/2x315 kW hoặc loại quạt có công suất tương đương.

3.2. Định hướng về nhu cầu lượng gió chung cần đưa vào mỏ.

Lưu lượng gió chung của mỏ cần đảm bảo được nhu cầu gió sạch như hiện tại (khoảng 57,5 m3/s) để duy trì phần sản xuất, đồng thời nếu khu Cẩm Thành huy động thêm lò chợ để tăng sản lượng khai thác theo kế hoạch, thì nhu cầu gió khu vực phía Cẩm Thành sẽ tăng, vì vậy

phải có giải pháp tính toán phù hợp.3.3. Giải pháp sử dụng quạt gió chính: Dự kiến lưu lượng gió cho mỏ khoảng 78,38

m3/s. Có nghĩa là trạm quạt gió chính cần làm việc với năng lực lớn hơn, do vậy, loại quạt BD-II-6-No15/2x55kW không còn đáp ứng. Lúc đó mỏ cần thay đổi loại quạt khác có công suất lớn hơn. Ở đây, nội dung nghiên cứu xét tới nhu cầu phát triển của mỏ tới giai đoạn sau năm 2025, vì vậy chúng tôi đề xuất sử dụng loại quạt 2K56-No24 (hoặc loại quạt có công suất tương tự). Dự kiến tính toán chế độ làm việc của quạt gió loại 2K56-No24 khi tăng sản lượng khai thác như trên hình 5.

- Chế độ làm việc của các quạt gió chínhKết quả xác định chế độ làm việc của quạt

gió chính như trên hình 5. Với các thông số làm việc của quạt như sau: Điểm làm việc là điểm Bct2; Lưu lượng quạt tạo ra: Qct = 87 m3/s; Hạ áp quạt tạo ra: hct = 164,5 mmH2O; Góc lắp cánh của bánh công tác: θ = 2,50 và Hiệu suất làm việc của quạt: η = 0,74.

Hình 4. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính Khu Cẩm Thành, khi tăng sản lượng

(theo phương án sử dụng 02 quạt BD-II-6-No15/2x55kW ghép liên hợp)

Hình 5. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính Khu Cẩm Thành, khi tăng sản lượng

(theo phương án sử dụng quạt 2K56-No24)

Hình 6. Kết quả tính toán tối ưu chế độ làm việc hiện tại của quạt BD-II-6-No15/2x55kW

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ52

3.4. Giải pháp tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính

Để nâng cao hiệu quả thông gió mỏ cũng như giảm giá thành khai thác, chúng tôi đề xuất giải pháp sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt nhằm tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính, đáp ứng nhu cầu thông gió của mỏ, nhưng giúp cho việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả điện năng và đảm bảo an toàn môi trường [4], [5]. Việc tính toán hiệu quả áp dụng biến tần có thể được thực hiện bằng phần mềm tính toán như trên hình 6.

4. Kết luậnViệc tính toán thông gió hiện tại và khi tăng

sản lượng khai thác theo kế hoạch cho thấy về cơ bản hệ thống thông gió khu mỏ vẫn đáp ứng yêu cầu như các đường lò, cửa chắn gió,... Tuy nhiên, trong tương lai năng lực yêu cầu thông gió mỏ sẽ lên tăng từ mức 57,51m3/s lên 90,01m3/s, ảnh hưởng lớn đến năng lực đáp ứng thông gió của trạm quạt gió chính, khi đó trạm quạt gió hiện tại không còn phù hợp. Để đáp ứng và nâng cao hơn nữa hiệu quả hoạt động thông gió mỏ, Công ty cần phải thực hiện một số giải pháp để hoàn thiện hệ thống thông gió như sau:

Các giải pháp trước mắtCần phải tăng cường công tác quản lý đặc

biệt là công tác đóng mở cửa gió đảm bảo điều chỉnh bổ sung lượng gió cho lò chợ còn thiếu, để cải thiện điều kiện làm việc tốt hơn. Đồng thời phải luôn đảm bảo chất lượng đường ống gió tốt hơn, giảm rò gió tới mức tối đa khi thông gió cho các gương lò chuẩn bị; Gia công các cửa kiểm tra chế độ làm việc của quạt gió chính tại các trạm quạt. Gia công, sửa chữa các cửa chắn gió, đặc biệt là cửa gió ở cửa lò đặt trạm

quạt gió chính, nhằm giảm tối đa lượng gió rò.Định hướng chung về công tác thông gió khi

tăng sản lượng khai thácKhi khu vực Cẩm Thành đưa thêm lò chợ

vào hoạt động để tăng sản lượng khu khai thác (hiện nay mới có 03 lò chợ hoạt động, do vậy khi tăng sản lượng có thể phải huy động tới 5 lò chợ hoạt động), cần phải có kế hoạch thay quạt gió chính loại BD-II-6-No15 bằng loại quạt có công suất lớn hơn như loại 2K56-No24 (hoặc tương đương); Đầu tư biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính, nhằm tăng hiệu quả thông gió và giảm chi phí thông gió, góp phần giảm giá thành khai thác mỏ, đáp ứng tốt điều kiện an toàn và môi trường./.

Tài liệu tham khảo:[1] Trần Xuân Hà và nnk, 2014. Giáo trình

thông gió mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[2] Nguyễn Cao Khải, 2017. Báo cáo tổng kết đề tài cơ sở mã số: T17-15, Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống thông gió cho khu mỏ Cẩm Thành, Công ty than Hạ Long đảm bảo tăng sản lượng từ 400.000 T/năm lên 700.000T/năm. Trường Đại học Mỏ-Địa chất.

[3] Phòng Thông gió, 2017. Kế hoạch sản xuất và thông gió khu Cẩm Thành giai đoạn đến 2017 và Kế hoạch dự kiến năm 2020. Công ty than Hạ Long-TKV.

[4] Babak G.A, K.P. Bocharov, AT Volokhiev, 1982. Main ventilation fans for underground mining. - M.: Nedra.

[5] V.V. Sobolev, 2007. Energy saving of electrical equipment for the main ventilation of mining enterprises//Mining Information and Analytical Bulletin. - Moscow. - No. 7.

Complete of the ventilation system at Cam Thanh coal mine, Ha Long Coal Company to ensure the exploitation output in the period up to 2020

Nguyen Cao Khai, Nguyen Van Thinh, Dang Vu Chi Hanoi University of Mining and Geology

Summary:Basing on the current situation of the ventilation system at Cam Thanh coal mine area, Ha Long

Coal Company, the paper has taken into account the plan when the mine increases its mining output in the period to 2020, and then, suggesting the appropriate solutions to improve the ventilation system, enabling the company to take initiative in the implementation of the long-term production plan, ensure safety in the working environment and reduce the cost of the mine ventilation work.