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

Nội dung text: 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

1. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 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 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 Thành cấu trúc từ các đường lò với 3 lò chợ hoạt động Công ty than Hạ Long là một trong những và 8 gương lò chuẩn bị như trên giản đồ thông Công ty khai thác than hầm lò có sản lượng lớn gió mỏ hình 1. Nhìn chung đây là mạng gió khá trong Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản phức tạp. Khu mỏ được thông gió bằng phương Việt Nam. Công ty gồm 03 khai trường (khu khai pháp thông gió hút với một trạm quạt loại BD-II- thác: Cẩm Thành, Tân Lập, Hà Ráng), kế hoạch 6-No15/2x55kW [3]. năm 2017 với tổng sản lượng khoảng 1,65 triệu 2.1.2. Tính lưu lượng gió hiện tại cho khu vực T/năm, và kế hoạch năm 2018 là 1,75 triệu T/ Để tính toán lưu lượng gió chung cho mỏ ta năm. Khu khai trường Cẩm Thành với kế hoạch áp dụng công thức [Trần Xuân Hà và nnk, 2014]: S S å 3 khai thác năm 2017 là 400.000 T/năm, để đạt Qm= 1,1(Ksl. SQlc+ Qcb+ Qht + Qrg); m /s (1) được sản lượng này khu mỏ phải huy động 03 Trong đó: lò chợ khai thác và 08 gương lò đào. Theo kế 1,1 – Hệ số kể đến sự phân phối gió không hoạch thì khu Cẩm Thành sẽ là một khu vực đều trong các luồng gió. phải tăng sản lượng lớn, giai đoạn đến năm Ksl- Hệ số tính đến sự tăng sản lượng của lò 2020 có thể tăng sản lượng lên khoảng 700.000 chợ (chọn kt = 1.1). å 3 T/năm và sẽ phải huy động tới 05 lò chợ vào Qrg - Tổng lưu lượng gió rò trong mỏ, m /s. S khai thác [3]. Để tăng sản lượng khai thác của Qlc – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho khu vực bắt buộc phải xây dựng kế hoạch khai gương lò chợ, m3/s. S thác tương ứng và dẫn đến cấu trúc của hệ Qcb – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho thống thông gió phải thay đổi, thậm chí bị phá gương lò đào, m3/s. S vỡ (thay đổi gần như hoàn toàn). Nhiệm vụ đặt Qht – Tổng lưu lượng gió cần thiết cho hầm ra là phải nghiên cứu áp dụng các giải pháp phù trạm, m3/s. hợp để hoàn thiện hệ thống thông gió cho mỏ, Với hiện trạng khai thác khu vực, ta tính toán nhằm đáp ứng các mục tiêu của công tác thông được có lưu lượng gió cho khu mỏ như sau [2]: 3 gió mỏ là đảm bảo môi trường và an toàn. Song Qm= 1,1(1,1 x 17,0 + 16,8 + 4,36 + 5,6) = 50,01m /s phải đáp ứng tiêu chí về hiệu quả đầu tư. 2.1.3. Tính hạ áp hiện tại cho khu vực 2. Tính toán thông gió cho khu mỏ Cẩm Như trên giản đồ hình 1 cho thấy khu mỏ có Thành 4 luồng gió chính. Để xác định được hạ áp của 2.1. Tính toán hiện trạng thông gió cho mỏ ta đi tính toán hạ áp của các luồng gió và khu mỏ áp dụng theo công thức [Trần Xuân Hà và nnk, 2.1.1. Sơ đồ thông gió hiện tại của khu mỏ 2014]: Sơ đồ mạng gió mỏ hiện trạng khu vực được 48 KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ
2. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ Hình 1. Giản đồ thông gió hiện tại khu Cẩm Thành (năm 2017) Trong đó: Trong đó: S hms: Tổng hạ áp gây ra do sức cản ma sát Kr – Hệ số rò gió tại trạm quạt, Kr = 1,15 của các đoạn lò nối tiếp nhau theo một luồng Qm – Lưu lượng gió yêu cầu toàn mỏ, Qm = gió, tính từ điểm gió vào đến điểm gió ra. Hạ áp 50,01 m3/s này tính theo công thức [Trần Xuân Hà và nnk, Kết quả tính toán lưu lượng gió cho quạt như 3 2014]: sau [2]: Qq = 57,51m /s. * Xác định hạ áp quạt cần tạo ra Trong đó: Hạ áp của quạt được tính theo công thức [1]: h = (k .R + R ).Q 2 , mmH O (5) α : Hệ số sức cản khí động học ở đường lò q 1 m tbq q 2 i Trong đó: thứ i trên luồng gió, kGS2/m4; k - hệ số kể đến sự rò gió tại trạm quạt, k = L , P, S : Chiều dài, chu vi, tiết diện của 1 1 i i i 1/k 2, k = 0.76 đường lò thứ i; r 1 R - sức cản mỏ: Đối với khu mỏ thì ta có sức Q : Lượng gió đi qua đường lò thứ i, m3/s m i cản của các nhánh đường lò tương ứng với 3 Sh : Tổng hạ áp do sức cản cục bộ tính Cb trạm quạt như sau: R = 0.033998 kμ; theo một luồng gió, trong thực tế thường m R - sức cản nội bộ thiết bị quạt (R = a. p/ lấy từ (10 - 25%) H . tbq tbq ms D4): Đối với các quạt gió chính của khu mỏ thì ta Thay các thông số và tính toán có kết quả có sức cản của các nhánh đường lò tương ứng hạ áp mỏ như sau: h = 85,03 mmH O (hạ áp 1 2 với 3 trạm quạt như sau: R = 0,0031; luồng 1); h = 82,49 mmH O (hạ áp luồng 2); h tbq 2 2 3 Thay vào ta có [2]: h = 102,5 mmH O = = 78,80 mmH O (hạ áp luồng 3) và h = 67,26 q 2 2 4 1025Pa; mmH O (hạ áp luồng 4). 2 * Xác định chế độ làm việc hợp lý của các Để cân bằng hạ áp mỏ, ở đây áp dụng quạt gió chính phương pháp cân bằng là sử dụng cửa sổ gió Việc tính toán xác định chế độ làm việc của để điều chỉnh. Hạ áp mỏ được chọn là h = 1 các quạt gió chính như sau: 85,03 mmH O. 2 - Phương trình đường đặc tính mỏ: h = 2.1.4. Xác định chế độ làm việc hiện tại của 0,030978.Q2; quạt gió chính - Chế độ làm việc của các quạt gió chính * Xác định lưu lượng gió các quạt cần tạo ra Kết quả xác định chế độ làm việc của quạt Để tính toán lưu lượng gió quạt cần tạo ra, ta gió chính như trên hình 2. Điểm làm việc là điểm áp dụng công thức sau [Trần Xuân Hà và nnk, B, với các thông số làm việc của quạt như sau: 2014]: Lưu lượng quạt tạo ra: Q = 59 m3/s; Hạ áp quạt m3 ct Qq = K r Qm , . s (4) tạo ra: hct1 = 108,2 mmH2O = 1082Pa; Góc lắp KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ 49
3. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ cánh của bánh công tác: θ = +250 và hiệu suất khu mỏ như sau: làm việc của quạt: η = 0,54. Qm = 1,1(1,1 x 32,6 + 23,5 + 4,74 + 7,16) = 78,38 m3/s 2.2.3. 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 Hình 2. Đồ thị xác định chế độ làm việc hiện tại chợ V10 CN mức -50/-20) là lớn nhất. Ta chọn o của quạt gió BD-II-6-N 15 Khu Cẩm Thành, hạ áp ở luồng h4 = 130,58mm H2O làm hạ áp 2.2. Tính toán thông gió cho khu vực mỏ chung của khu mỏ. Các luồng khác được điều khi tăng sản lượng khai thác chỉnh cân bằng hạ áp bằng việc đặt cửa sổ gió Việc tính toán thông gió cho khu vực mỏ khi điều chỉnh. tăng sản lượng khai thác được tiến hành thực 2.2.4. Xác định chế độ làm việc của quạt gió hiện tương tự như tính toán thông gió cho khu chính khi tăng sản lượng mỏ hiện tại, nhưng theo các thông số của khu * Xác định lưu lượng gió các quạt cần tạo ra mỏ khi tăng sản lượng khai thác. Kết quả tính [2] toán như sau [Nguyễn Cao Khải, 2017]: Kết quả tính toán lưu lượng gió cho các quạt như sau: Q = 90,1m3/s. 2.2.1. Sơ đồ thông gió của khu mỏ khi tăng q sản lượng khai thác * Xác định hạ áp quạt cần tạo ra [2] Hạ áp quạt cần tạo ra: h = 197,3mm H O = Để đảm bảo sản lượng khu mỏ lên 700.000 q 2 T/năm, khu Cẩm Thành tiến hành khai thác các 1973Pa; vỉa than gồm: Vỉa 10 và vỉa 11. Khu mỏ phải * Xác định chế độ làm việc hợp lý của các huy động 5 lò chợ và 10 gương lò đào. Sơ đồ quạt gió chính thông gió của mỏ được thể hiện như trên giản Như vậy với đặc tính kỹ thuật và năng lực làm o đồ thông gió hình 3. việc của loại quạt BD-II-6-N 15/2x55kW hiện 2.2.2. Tính lưu lượng gió cho khu vực mỏ khi nay của khu mỏ đang sử dụng sẽ không đáp tăng sản lượng ứng thông gió cho mỏ nếu như chỉ sử dụng 1 Với điều kiện khi tăng sản lượng khai thác quạt hoạt động và để 1 quạt ở chế độ dự phòng. khu vực, ta tính toán được lưu lượng gió cho 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 chính Hình 3. Giản đồ thông gió khu Cẩm Thành, khi tăng sản lượng khai thác Kết quả xác định chế độ làm việc của quạt 50 KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ
4. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ gió chính như trên hình 4. Điểm làm việc là điểm phải có giải pháp tính toán phù hợp. B, với các thông số làm việc của quạt như sau: 3.3. Giải pháp sử dụng quạt gió chính: Điểm làm việc là điểm Bct1; Lưu lượng bộ quạt Dự kiến lưu lượng gió cho mỏ khoảng 78,38 3 3 tạo ra Qc = 91,3 m /s; Lưu lượng quạt tạo ra: m /s. Có nghĩa là trạm quạt gió chính cần làm 3 Qct = 45,6 m /s; Hạ áp quạt tạo ra: hct = 195,1 việc với năng lực lớn hơn, do vậy, loại quạt BD- o mmH2O = 1951Pa; Góc lắp cánh của bánh công II-6-N 15/2x55kW không còn đáp ứng. Lúc đó tác: θ = 00 và Hiệu suất làm việc của quạt: η = mỏ cần thay đổi loại quạt khác có công suất lớn 0,77. 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. 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) 3. Giải pháp hoàn thiện hệ thống thông Hình 5. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió mỏ khi tăng sản lượng khai thác gió chính Khu Cẩm Thành, khi tăng sản lượng 3.1. Định hướng về phương pháp thông gió (theo phương án sử dụng quạt 2K56-No24) và vị trí đặt quạt Công tác thông gió cho khu mỏ Cẩm Thành - Chế độ làm việc của các quạt gió chính khi tiếp tục kế hoạch khai thác từ mức -50 lên +40 Kết quả xác định chế độ làm việc của quạt vẫn tiến hành như hiện nay. Cụ thể là: Thông gió gió chính như trên hình 5. Với các thông số làm chung cho khu mỏ vẫn sử dụng phương pháp việc của quạt như sau: Điểm làm việc là điểm thông gió hút, với 01 trạm quạt gió chính như 3 Bct2; Lưu lượng quạt tạo ra: Qct = 87 m /s; Hạ áp hiện nay: loại BD-II-6-No15/2x55kW) tại cửa lò quạt tạo ra: hct = 164,5 mmH2O; Góc lắp cánh mức +117. Tuy nhiên nếu sản lượng khu Cẩm của bánh công tác: θ = 2,50 và Hiệu suất làm Thành tăng trạm quạt này sẽ không đáp ứng, việc của quạt: η = 0,74. 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 Hình 6. Kết quả tính toán tối ưu chế độ làm việc cầu gió khu vực phía Cẩm Thành sẽ tăng, vì vậy hiện tại của quạt BD-II-6-No15/2x55kW KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ 51
5. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 3.4. Giải pháp tối ưu chế độ làm việc của quạt quạt gió chính, nhằm giảm tối đa lượng gió rò. gió chính Định hướng chung về công tác thông gió khi Để nâng cao hiệu quả thông gió mỏ cũng như tăng sản lượng khai thác giảm giá thành khai thác, chúng tôi đề xuất giải Khi khu vực Cẩm Thành đưa thêm lò chợ pháp sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm vào hoạt động để tăng sản lượng khu khai thác việc của quạt nhằm tối ưu chế độ làm việc của (hiện nay mới có 03 lò chợ hoạt động, do vậy khi quạt gió chính, đáp ứng nhu cầu thông gió của tăng sản lượng có thể phải huy động tới 5 lò chợ mỏ, nhưng giúp cho việc sử dụng tiết kiệm, hiệu hoạt động), cần phải có kế hoạch thay quạt gió quả điện năng và đảm bảo an toàn môi trường chính loại BD-II-6-No15 bằng loại quạt có công [4], [5]. Việc tính toán hiệu quả áp dụng biến tần suất lớn hơn như loại 2K56-No24 (hoặc tương có thể được thực hiện bằng phần mềm tính toán đương); Đầu tư biến tần để điều chỉnh chế độ như trên hình 6. làm việc của quạt gió chính, nhằm tăng hiệu quả 4. Kết luận thông gió và giảm chi phí thông gió, góp phần Việc tính toán thông gió hiện tại và khi tăng giảm giá thành khai thác mỏ, đáp ứng tốt điều sản lượng khai thác theo kế hoạch cho thấy về kiện an toàn và môi trường./. cơ bản hệ thống thông gió khu mỏ vẫn đáp ứng Tài liệu tham khảo: yêu cầu như các đường lò, cửa chắn gió, Tuy [1] Trần Xuân Hà và nnk, 2014. Giáo trình nhiên, trong tương lai năng lực yêu cầu thông gió thông gió mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ mỏ sẽ lên tăng từ mức 57,51m3/s lên 90,01m3/s, thuật, Hà Nội. ảnh hưởng lớn đến năng lực đáp ứng thông [2] Nguyễn Cao Khải, 2017. Báo cáo tổng gió của trạm quạt gió chính, khi đó trạm quạt kết đề tài cơ sở mã số: T17-15, Nghiên cứu gió hiện tại không còn phù hợp. Để đáp ứng và hoàn thiện hệ thống thông gió cho khu mỏ Cẩm nâng cao hơn nữa hiệu quả hoạt động thông gió Thành, Công ty than Hạ Long đảm bảo tăng mỏ, Công ty cần phải thực hiện một số giải pháp sản lượng từ 400.000 T/năm lên 700.000T/năm. để hoàn thiện hệ thống thông gió như sau: Trường Đại học Mỏ-Địa chất. Các giải pháp trước mắt [3] Phòng Thông gió, 2017. Kế hoạch sản Cần phải tăng cường công tác quản lý đặc xuất và thông gió khu Cẩm Thành giai đoạn đến biệt là công tác đóng mở cửa gió đảm bảo điều 2017 và Kế hoạch dự kiến năm 2020. Công ty chỉnh bổ sung lượng gió cho lò chợ còn thiếu, than Hạ Long-TKV. để cải thiện điều kiện làm việc tốt hơn. Đồng [4] Babak G.A, K.P. Bocharov, AT Volokhiev, thời phải luôn đảm bảo chất lượng đường ống 1982. Main ventilation fans for underground gió tốt hơn, giảm rò gió tới mức tối đa khi thông mining. - M.: Nedra. gió cho các gương lò chuẩn bị; Gia công các [5] V.V. Sobolev, 2007. Energy saving of cửa kiểm tra chế độ làm việc của quạt gió chính electrical equipment for the main ventilation tại các trạm quạt. Gia công, sửa chữa các cửa of mining enterprises//Mining Information and chắn gió, đặc biệt là cửa gió ở cửa lò đặt trạm 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. 52 KHCNM SỐ 1/2019 * AN TOÀN MỎ