Phần 1 của giáo trình Nâng cao hiệu quả thông gió thoát nước khi khai thác xuống sâu (Dùng cho trình độ cao học) cung cấp cho học viên những nội dung về: đặc điểm không khí mỏ hầm lò khi khai thác xuống sâu; thiết kế thông gió đào lò khi khai thác xuống sâu; thiết kế thông gió chung cho toàn mỏ;... Mời các bạn cùng tham khảo!
78 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Hoàng Hùng Thắng TS Lê Văn Thao TS Phạm Đức Thang GIÁO TRÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ THƠNG GIĨ THỐT NƯỚC KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU D NG CHO TR NH Đ CAO HỌC QUẢNG NINH – 2020 Trang phụ bìa LỜI NĨI ĐẦU Thơng gió biện pháp để cải thiện điều kiện làm việc nâng cao mức độ an toàn cho ngƣời làm việc hầm lị Thơng gió cịn giải pháp hữu hiệu để phòng chống cháy nổ khí Metan bụi than Cơng việc chủ yếu thơng gió mỏ trì đƣờng lị hoạt động bầu khơng khí sạch, mang lại cho ngƣời làm việc cảm giác nhiệt thích hợp với điều kiện lao động đƣa hàm lƣợng khí độc, khí cháy nổ, bụi mỏ đến mức độ an tồn theo quy định Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu đƣợc biên soạn theo Đề cƣơng môn học Ngành Khai thác mỏ dành cho học viên cao học đƣợc Khoa Mỏ Cơng trình, Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh thơng qua Trong q trình biên soạn, giáo trình tham khảo chọn lọc tài liệu từ sách giáo trình lĩnh vực thơng gió nƣớcchuyên ngành khai thác mỏ trƣờng Đại học, Viện nghiên cứu khoa học, nhƣ hệ thống Quy chuẩn, Quy phạm nƣớc nhằm giúp học viên nâng cao đƣợc lý luận thực tiễn lĩnh vực Giáo trình nâng cao hiệu thơng gió nƣớckhi khai thác xuống sâu khơng tài liệu dành cho học viên cao học ngành khai thác mỏ, mà cịn sử dụng để tham khảo cho kỹ sƣ ngành khác nhƣ: Xây dựng mỏ, Xây dựng cơng trình ngầm mỏ, Kinh tế mỏ,… cho nhà khoa học, quản lý mỏ Chương ĐẶC ĐIỂM KHƠNG KHÍ MỎ HẦM LÒ KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU 1.1 Khái quát chung khơng khí mỏ 1.1.1 Khí trời Xung quanh trái đất có bầu khí dày hàng trăm km thành phần khí hỗn hợp nhiều loại khí O2, N2, CO2, khí trơ; khí có tầm quan trọng đặc biệt sống sinh vật trái đất Nó nhƣ chắn để ngăn cách tia xạ có hại vũ trụ; Là mơi trƣờng điều hồ nhiệt độ nƣớc trái đất; Cung cấp Oxi cho trình sống động vật Khí trời hỗn hợp nhiều chất khí kết hợp với theo tỷ lệ định Thành phần chủ yếu chủ yếu Nitơ, Oxi nƣớc Ngồi thành phần khí trời cịn có lƣợng nhỏ chất khí nhƣ cácboníc, chất khí trơ: Argon, Neon, Kripton, Heli, Ozon, v.v Khơng khí có chứa nƣớc gọi khơng khí ẩm, ngƣợc lại gọi khơng khí khơ Thành phần nƣớc khơng khí ẩm có tỷ lệ thay đổi khoảng rộng từ đến 3% theo trọng lƣợng tuỳ theo vùng địa lý thời gian ngày, năm Thành phần chất khí khơng khí khơ tính theo % đƣợc giới thiệu bảng 1.1 hình 1.1 Hình 1.1 Thành phần khí Bảng 1.1 Tỷ lệ % chất khí khơng khí khơ Tên chất khí Tỷ lệ % theo Ký hiệu hố học Thể tích Trọng lượng Nitơ N2 78,08 75,6 Oxi O2 20,95 23,1 Acgon Ar 0,9325 1,286 Cacbonic CO2 0,03 0,046 Neon Ne 0,0018 0,0012 Heli He 0,0005 0,00007 Kripton Kr 0,00011 0,0003 Xenon Xe 0,000008 0,00004 Ozon O3 1.10-6 - Radon Rn 6.10-8 - 1.1.2 Khơng khí mỏ Khơng khí mỏ hỗn hợp học khí trời loại khí độc, khí cháy nổ, bụi sinh q trình khai thác mỏ Về thực chất khơng khí mỏ khí trời nhƣng vào mỏ bị thay đổi thành phần hàm lƣợng - Sự thay đổi thành phần: Do xuất loại khí độc, khí cháy, bụi mỏ số chất khí khác - Sự thay đổi hàm lƣợng: Hàm lƣợng O2 giảm; khí CO2,, khí độc, khí cháy tăng Hay nói khơng khí mỏ hỗn hợp chất khí nƣớc chứa đầy moong mỏ lộ thiên chứa đầy đƣờng lò mỏ hầm lò, đồng thời chứa lƣợng bụi định Khơng khí mỏ lộ thiên khí trời mỏ lộ thiên, song thành phần có hàng loạt thay đổi, cụ thể nhiều chất khí cháy độc Cịn khơng khí mỏ hầm lị khí trời từ mặt đất vào mỏ qua đƣờng lị bị thay đổi hàng loạt tính chất lý hố Nói chung hàm lƣợng O2 giảm đi, cịn CO2 N2 tăng lên, đồng thời có xuất nhiều chất khí mới, lƣợng bụi tăng lên Ở mỏ hầm lị chất khí bao gồm: - Các khí độc: Các Oxit nitơ (NO, NO2, N2O3, N2O5 ), amôniac (NH3), Sunfuaro (SO2); Oxitcacbon (CO) Sunfuahiđro (H2S), Asen, thuỷ ngân, aldehyde, akrolein, cianua hidro - Các khí nổ: Oxitcacbon (CO), Sunfuahidro (H2S), Metan, Hidro (H2) Cacbuahidro - Các khí có tính phóng xạ: Radơng ( Rn) Thơrom (Th) Các luồng khơng khí mỏ đƣợc phân thành hai loại: - Luồng khơng khí sạch, thành phần gần với thành phần khí trời - Luồng khơng khí bẩn, thành phần khác với thành phần khí trời Luồng khơng khí bẩn là: - Luồng khơng khí có hại, hàm lƣợng N2 CO2 tăng lên O2 giảm - Luồng khơng khí độc, hàm lƣợng oxitcacbon (CO), sunfuahidro (H2S), oxit nitơ, sunfuarơ, cacbonic, v.v tăng lên - Luồng khơng khí cháy nổ, khí chứa nhiều khí nổ khác nhau: CH4, C2H6, H2, CO, v.v - Luồng khơng khí chứa bụi 1.1.2.1 Thành phần chủ yếu khơng khí mỏ Oxi (O2) Oxi chiếm 20,95% thể tích khí trời, chất khí không màu, không mùi không vị, với trọng lƣợng phân tử 32, trọng lƣợng riêng 1,106g/cm3 (so với khơng khí ), Oxi hịa tan nƣớc (5% theo thể tích nhiệt độ 00C), trì cháy thở Oxi có nhiệt độ nóng chảy - 2190C, nhiệt độ sôi -1830C Ở trạng thái tự do, Oxi có khơng khí, khí nƣớc tự nhiên Oxi nguyên tố hoạt động mạnh, có khả kết hợp trực tiếp gián tiếp với tất nguyên tố khác, trừ khí hiếm, tạo nên tƣợng oxi hóa Các nguyên nhân làm giảm hàm lƣợng Oxi khơng khí mỏ bao gồm: - Q trình Oxi hoá từ từ than, gỗ, chất hữu vơ cơ, cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi; - Sự khí tự nhiên CH4, CO2, N2, H2S, SO2, v.v…; - Quá trình nổ mìn, hoạt động động đốt trong; - Sự hô hấp ngƣời sinh vật; - Sự hoà tan Oxi nƣớc mỏ Oxi cần thiết để trì hoạt động sống ngƣời, hàm lƣợng O2 18% ngƣời làm việc điều kiện thiếu Oxi Khi hàm lƣợng O2 = 12% ngƣời phải thở gấp Khi hàm lƣợng O2 = 9% ngƣời bị ngất chết Nếu hàm lƣợng O2 = 3% ngƣời bị chết Tiêu chuẩn quy định theo luật an toàn nhiều nƣớc hàm lƣợng Oxi khơng khí mỏ hầm lò từ 19 đến 20% Ở Việt Nam theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2011/BCT hàm lƣợng Oxi khơng khí đƣờng lị có có ngƣời tối thiểu 20% theo thể tích Nitơ (N2) Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích khí trời, chất khí khơng màu, khơng mùi không vị, với trọng lƣợng phân tử 28, trọng lƣợng riêng 0,97g/cm3 Nhiệt độ sôi -95,70C nhiệt độ nóng chảy -237,80C Nitơ chất khí trơ mặt hố học sinh lý học, khơng trì thở cháy, đồng thời có tác dụng làm giảm tính nổ Metan (ví dụ hỗn hợp khí có 10% CH4 90%N2 khơng thể nổ) Những ngun nhân làm tăng hàm lƣợng nitơ khơng khí mỏ là: - Sự phân huỷ chất hữu - Sự phân huỷ chất vơ (ví dụ nổ hồn toàn kg thuốc nổ Đinamit sinh 640 lít khí, có 135 lít N2) - Sự khí trạng thái tự nhiên qua khe nứt nẻ đất đá khoáng sàng Cacbonic (CO2) Là khí khơng màu, khơng mùi, vị chua, có tính axit yếu, với trọng lƣợng phân tử 44 trọng lƣợng riêng 1,52g/cm3 (vì thường tập trung lị) Là khí hồ tan nhiều nƣớc, khí cacbonic khơng cháy khơng trì cháy, có tác dụng kích thích niêm mạc mắt, mũi mồm, độc mức độ thấp Bảng 1.2 Tác dụng CO2 ngƣời % CO2 (theo thể tích) Tác dụng sinh lý 0,5 Mức độ thở tăng lên 2,0 Mức độ thở tăng lên tới 50% Khó thở nghỉ ngơi Thở khó khăn yếu dần 10 Chỉ chịu đựng đƣợc sau vài phút Những nguyên nhân làm tăng CO2 không khí mỏ bao gồm: - Các q trình phân huỷ chất hữu vơ cơ, Oxi hố từ từ than, phân huỷ cácbonat; - Sự khí CO2 tự nhiên từ khe nứt nẻ đất đá khoáng sàng, từ nƣớc mỏ; - Những trình cháy nổ (cháy mỏ, nổ mìn, nổ khí nổ bụi); - Sự hơ hấp ngƣời sinh vật; - Sự hoạt động động đốt Sự khí CO2 từ đất đá khoáng sàng, qua khe nứt lỗ hổng, với cƣờng độ nhỏ cƣờng độ lớn (ví dụ nhƣ mỏ Gard Pháp, Silezi Balan, số mỏ muối Cộng hoà dân chủ Đức cũ) Ở số mỏ than hầm lò giới xảy khí cacbonic Trên sở lƣợng khí CO2 tính cho than khai thác 24h (độ khí cacbonic tƣơng đối) ngƣời ta phân mỏ than theo hạng sau: Loại I : Cho đến m3CO2/tấn; Loại II : – 10 m3CO2/tấn; Loại III : 10 – 15 m3/tấn; Siêu hạng > 15 m3 CO2/tấn 1.1.2.2 Các loại khí độc, hại sinh trình khai thác mỏ hầm lị Oxit cacbon (CO) Là chất khí khơng màu, không mùi vị, trọng lƣợng riêng 0,97g/cm3, trọng lƣợng phân tử 28, nhiệt độ sôi - 1900C, nhiệt độ nóng chảy - 2070C, hồ tan nƣớc Oxit cacbon chất khí cháy nổ, hàm lƣợng oxit cacbon hỗn hợp khơng khí khoảng 12,5 – 75% tạo nên hỗn hợp nổ nổ mạnh hàm lƣợng 30% Nhiệt độ đốt cháy hỗn hợp nổ 630 – 8100C, với lửa màu xám xanh phản ứng diễn nhƣ sau: 2CO + O2 = CO2 (1.1) Oxit cacbon chất khí độc, tác dụng thể biểu việc hoá hợp với hemoglobin máu, ngăn cản vai trò hoạt động sinh lý máu việc vận chuyển Oxi từ phổi đến mạch máu nhỏ thể Mặt khác, thực tế ngƣời ta thấy Hêmơglobin máu hố hợp vơ dễ dàng với CO so với Oxi gấp 250 – 300 lần Vì hít thở khơng khí CO máu đồng hoá O2, nhƣng lại thay CO máu lƣu thơng Oxit hemoglobin (Hb + O2 = HbO2) lại thay Cacboxit hemoglobin (HbCO) Giữa oxit cacbon hemoglobin đƣợc biểu diễn phƣơng trình sau: Hb + CO = HbCO (1.2) Tình trạng đói O2 bắt đầu thể hít thở phải CO máu hồn tồn bão hịa CO ngƣời chết Phản ứng O2, CO Hb biểu thị phƣơng trình: HbO2 + CO HbCO + O2 (1.3) Nghĩa CO đẩy O2 khỏi oxit hemoglobin ngƣợc lại, O2 thừa đẩy CO khỏi hợp chất cacboxit hemoglobin Các nguồn phát sinh CO khơng khí mỏ bao gồm: Cháy mỏ, nổ khí, nổ bụi; Nổ mìn, hoạt động động đốt trong; Q trình Oxi hố từ từ than; Đơi từ khống sàng đất đá bao quanh với CH 4, CO2 N2 Hàm lƣợng CO cho phép số nƣớc theo thể tích nhƣ sau: Việt Nam: 0,0017% (Theo QCVN 01: 2011/BCT); Rumani, Balan: 0,002%; Nam Mỹ, Đức: 0,01%; Pháp: 0,05% Sunfua hidro (H2S) Là chất khí khơng màu, mùi trứng thối, vị ngọt, với trọng lƣợng phân tử 34,09, trọng lƣợng riêng 1,19g/cm3, nhiệt độ nóng chảy -830C, cịn nhệt độ sơi -60,2 0C H2S chất khí dễ hồ tan nƣớc, chất khí cháy nổ Hàm lƣợng H2S khơng khí từ 4,5% đến 45% tạo nên hỗn hợp nổ nhiệt độ bốc cháy 3700C Sunfua hidro độc, tác dụng lên niêm mạc mắt hệ hô hấp Các nguồn làm phát sinh H2S mỏ bao gồm: - Sự mục nát chất hữu cơ, đặc biệt gỗ đƣờng lò cũ - Sự phân huỷ perit sunfua canxi, v.v… FeS2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2S + S CaS + CO2 + H2S = CaCO3 + H2S - Sự khí tự nhiên từ khe nứt nẻ đất đá khoáng sản, đặc biệt mỏ muối, mỏ dầu, suối nƣớc khoáng - Do cháy mỏ, nổ mìn Hàm lƣợng tối đa cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam 0,00070%, theo thể tích 10mg/m3, theo trọng lƣợng Sunfuaro (SO2) Là chất khí khơng màu, mùi lƣu huỳnh cháy, vị chua, trọng lƣợng phân tử 64,07, trọng lƣợng riêng 2,22 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy -72,70C nhiệt độ sơi là100C Là chất khí dễ hồ tan nƣớc, độc, ăn mịn mạnh màng niêm mạc mắt hệ hơ hấp Nhờ có mùi đặc biệt SO2 dễ phát hàm lƣợng khơng khí mỏ 0,0005%, theo thể tích Các nguồn phát sinh SO2 bao gồm: - Cháy mỏ; - Nổ mìn, nổ mìn đá quặng có chứa S; - Sự khí tự nhiên với số khí khác Hàm lƣợng SO2 cho phép khơng khí mỏ, theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam 0,00038%, theo thể tích 10g/m3, theo trọng lƣợng 10 Việc tính tốn chế độ làm việc quạt gió giải mạng thơng gió đƣợc trợ giúp phần mềm chuyên dụng: phần mềm thơng gió sơ đồ mạng PATH KAZAMARU (mục 3.9) 3.9 Ứng dụng số phần mềm để tính tốn thơng gió mỏ Khi xây dựng mỏ mới, cải tạo mỏ cũ, hồn thiện hệ thống thơng gió mỏ hoạt động, việc tính tốn thơng gió, đặc biệt mỏ cũ có sơ đồ phức tạp gặp nhiều khó khăn Để thực cơng việc phải giải vấn đề sau: Tính tốn lƣu lƣợng gió u cầu để thơng gió theo yếu tố; Chỉnh định lại lƣu lƣợng gió hệ số khí Metan khơng đồng k1, lị chợ dự phịng k2 tổn thất gió mỏ k3 ; Phân phối lƣu lƣợng gió vào mỏ theo yêu cầu hộ tiêu thụ (sản lƣợng, số lƣợng ngƣời làm việc, mức độ khí, bụi mỏ ) Xác định hƣớng gió lƣu lƣợng qua nhánh; Kiểm tra lƣu lƣợng gió theo vận tốc gió đƣợc quy định Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia an tồn khai thác than hầm lị QCVN01: 2011/BCT; Tính tốn hạ áp suất chung mỏ; Cân hạ áp suất nhánh mỏ Tính tốn tiêu chí phục vụ việc thiết kế, quản lý thơng gió mỏ cơng việc phức tạp khơng mặt lý thuyết mà cịn vấn đề áp dụng thực tiễn Sử dụng phƣơng pháp tính tốn thơng gió sơ đồ mạng PATH phần mềm tính tốn để đƣa phƣơng án thơng gió nhanh chóng đáp ứng u cầu sản xuất đặc biệt điều chỉnh lƣu lƣợng gió kịp thời cho hộ tiêu thụ 3.9.1 Phần mềm tính tốn thơng gió, sơ đồ mạng PATH 3.9.1.1 Những vấn đề chung Để tính hạ áp suất chung mỏ phải tính hạ áp suất lớn luồng gió Nhƣ phải tính tốn hạ áp suất tất đƣờng mạng chọn đƣờng có hạ áp suất lớn Vấn đề trở nên phức tạp mạng gồm nhiều đƣờng từ điểm gió vào đến điểm gió Một phƣơng pháp giải nhanh xác phƣơng pháp tối ƣu theo sơ đồ mạng PATH lý thuyết sơ đồ mạng có phƣơng pháp đƣờng găng bao gồm bƣớc sau : 92 Biểu diễn đối tƣợng bao gồm hoạt động nhau, phụ thuộc lẫn sơ đồ mạng; Xác định thời gian hoạt động, sở xác định đƣờng găng (thời gian mà từ thực cơng việc đƣợc), sau bố trí thời gian cho đƣờng lại (thời gian làm chậm trễ hoạt động khác); Tìm kiếm giải pháp tối ƣu việc giảm thời gian thực tổng chi phí cho việc giảm thời gian này; Để giải tốn đặt mạng thơng gió mỏ phải thực hai bƣớc là: Thành lập sơ đồ thơng gió theo sơ đồ mạng xác định đƣờng găng mạng (đƣờng có hạ áp lớn nhất) 3.9.1.2 Xác định hạ áp suất chung mỏ Việc xác định luồng có hạ áp lớn khó khăn mạng thơng gió phức tạp bao gồm nhiều nút mắt mạng Để tính tốn hạ áp lớn áp dụng phần mềm sơ đồ mạng PATH nhƣ sau: Mỗi sơ đồ thơng gió đƣợc biểu diễn sơ đồ mạng PATH Căn vào thông số ghi sơ đồ mạng PATH xác định “đƣờng găng” mạng đƣờng có hạ áp lớn 3.9.1.3 Biểu diễn sơ đồ thơng gió thành sơ đồ mạng PATH Khái niệm sơ đồ mạng biểu nhiều cách: Sơ đồ hình vẽ đƣợc diễn tả số hệ thống điểm nút đƣờng (cung) Đƣờng biểu thị mối quan hệ điểm nút mạng, mũi tên đƣờng thể hƣớng luồng gió Sơ đồ mạng đƣợc thể từ sơ đồ tính tốn viết dƣới dạng: X = x1 , x2 , x3 , x4 , .xn (3.51) G (x4) = x5 , x6 , G (x5) = x7 (3.52) Quan hệ (3.51) biểu diễn tập hợp điểm nút từ xây dựng sơ đồ mạng Còn (3.52) biểu thị quan hệ điểm nút Nhƣ nút x1 có liên hệ với x2 nút x2 có liên hệ với x1 x5 Để thành lập sơ đồ mạng biểu thị cho sơ đồ thơng gió cần thiết thực thống nhất: Các nút mạng điểm giao đƣờng lò mỏ; Giá trị biểu thị cung hạ áp suất nhánh đƣờng lị mỏ 93 Trên thực tế sơ đồ thơng gió mỏ thƣờng gặp phổ biến nhiều đƣờng lị có gió vào mỏ, điểm nút không tồn mối liên hệ để xác định hạ áp suất nhánh liên tục lớn theo phƣơng pháp đƣờng găng; ngƣời ta đƣa vào quan hệ ảo với giá trị "khơng" mà khơng ảnh hƣởng đến kết tính tốn Trong mạch vòng nối song song cho phép đƣa thêm nút để thuận lợi cho việc tính tốn 3.9.1.4 Xác định hạ áp lớn - đƣờng găng - hmax - Tính tốn giải tích: Mỗi điểm nút sơ đồ mạng thứ (i) đƣợc thể giá trị số học ký hiệu Sơ đồ mạng thể theo hƣớng mũi tên biểu thị gió vào mỏ gió từ khỏi mỏ Công thức tổng quát: i = i-1 + u( i-1 ); i (3.53) Từ (3.53) thấy rằng: Giá trị điểm nút giá trị điểm nút trƣớc cộng thêm giá trị đƣờng cung nối liền hai điểm nút Nhƣ vào điểm nút nhiều cung từ điểm nút trƣớc Giá trị lớn cho điểm nút : max i1 (i 1) u(i 1), i i (i 2) u(i 2), i (3.54) Đối với điểm nút nằm đƣờng thẳng lƣợng giá trị đƣợc chọn giá trị lớn nhất, thành phần đƣờng găng cung từ điểm nút trƣớc có giá trị lớn -Tính tốn ma trận: Mỗi sơ đồ mạng lập thành ma trận Trƣờng hợp tổng quát: Cung u ij đƣợc hiểu điểm i đến điểm tới j có giá trị cung uij Nếu i = j giá trị Giá trị số viết theo hàng ma trận biểu thị điểm nút từ gió Giá trị số viết theo cột ma trận biểu thị điểm nút vào Các giá trị ma trận sơ đồ mạng đƣợc lấy từ giá trị mạng Giá trị dƣới đƣờng chéo giá trị theo chiều ngƣợc lại sơ đồ mạng 94 Thành phần sớm đạt hạ áp suất lớn nhất: j = max i + ui j (3.55) Trong đó: j - Giá trị điểm nút i - Điểm nút (từ đến nút j) ui j - Giá trị cung nối hai điểm nút i - Giá trị điểm nút trƣớc Cách tính tốn: Bắt đầu từ j = Dọc theo cột j đến đƣờng gạch chéo gặp giá trị xác định khác Cộng giá trị tìm thấy với giá trị i dành cho hàng tƣơng ứng Chọn tổng số có giá trị lớn cho điểm nút đó; cơng việc đƣợc thực điểm nút cuối đạt giá trị n lớn hạ áp lớn Đƣờng găng biểu thị đƣờng có hạ áp lớn nhƣng mặt tốn học đƣờng dài sơ đồ mạng Thành phần đạt chậm hạ áp suất nhất: Sau tính tốn xác định đƣợc tổng hạ áp lớn nhất, lấy hạ áp làm chuẩn để tính hạ áp nhỏ (chậm nhất) theo hƣớng ngƣợc lại với việc xác định hạ áp lớn j = i - ui j (3.56) Cách tính toán: Bắt đầu từ j = n Dọc theo cột đến tận đƣờng gạch chéo gặp có giá trị xác định, trừ giá trị tìm thấy ô với giá trị i cho hàng tƣơng ứng ô Chọn giá trị thấp hiệu số tìm thấy Xác định đường găng: Để thuận tiện cho việc tính tốn đƣờng găng chọn phƣơng pháp ma trận Từ sơ đồ thơng gió theo mạng PATH lập ma trận tính tốn đƣờng găng bảng (PATH) Đƣờng găng chuỗi hạ áp suất nối tiếp từ 1 n với giá trị hạ áp suÊt tối ƣu Hạ áp suất tối ƣu hạ áp suất điểm nút có giá trị hạ áp suất lớn hạ áp suất nhỏ Ghi chú: Khi có hai nhánh song song hợp nút biểu diễn thành sơ đồ mạng cần bổ sung nút phụ (nút số 2) việc tính tốn triển khai đƣợc 95 3.9.1.5.Tính tốn điều chỉnh cân hạ áp suất mỏ - Tính tốn cân hạ áp mỏ Để tính đảm bảo việc phân phối gió, việc phải cân hạ áp suất mỏ Sau xác định hạ áp suÊt lớn nhất, để đảm bảo lƣu lƣợng gió phù hợp với lƣu lƣợng gió yêu cầu phải thực cân hạ áp suất nhánh thành phần luồng gió khơng nằm đƣờng găng với hạ áp suất nhánh đƣờng găng Hiệu số hạ áp suất đƣợc tính từ kết cân đƣợc thực nhờ cơng trình thơng gió mỏ nhƣ cửa sổ điều chỉnh, khung chống v.v Việc cân hạ áp suất nhánh thực cách đơn giản lý thuyết sơ đồ mạng PATH Thuật toán nhằm cân giá trị hạ áp mỏ đƣợc thực theo trình tự: + Bắt đầu từ hàng cuối ( i ) với trợ giúp đƣờng chéo tìm cột có thứ tự i = j Để cân giá trị hạ áp suất đƣợc thể cột từ giá trị hạ áp cột min(j) dòng cuối (i) trừ giá trị ô cột tƣơng ứng Công việc tƣơng ứng kết thúc hàng cuối + Nếu kết giống giá trị hạ áp ma trận có nghĩa cung tƣơng ứng thuộc phần đƣờng găng +Trƣờng hợp ngƣợc lại kết giảm tƣơng ứng với hạ áp cân đƣợc ghi vào nhánh cần điều chỉnh Ghi chú: việc tính điều chỉnh lấy theo hạ áp suÊt thành phần lớn thuộc đƣờng găng mà không sử dụng hạ áp suÊt thành phần chậm + Điều chỉnh hạ áp suất nhánh mạng thơng gió: Sau cân hạ áp suất, hạ áp suất điều chỉnh nhánh đƣợc tính hiệu số hạ áp suất sau điều chỉnh hạ áp suất trƣớc điều chỉnh nhánh đƣợc tính theo cơng thức (3.33) 3.9.1.6 Tính tốn tiết diện cửa sổ điều chỉnh Từ kết tính tốn, để đạt đƣợc mục tiêu phải tăng sức cản đƣờng lị có hạ áp cần điều chỉnh Phƣơng pháp đơn giản phổ biến đặt cửa sổ gió đƣờng lị cần tăng sức cản theo công thức (3.34), (3.35) (3.36) 96 3.9.2 Phần mềm tính tốn thơng gió Kazamaru Sự tính tốn phân phối lƣu lƣợng dƣới điều kiện bình thƣờng điều kiện cháy Biên tập liệu mạng thông gió phƣơng thức họa hình tác động lẫn 3.9.2.1 Các thành phần hệ thống mạng thơng gió Đƣờng lị: đƣờng dẫn gió qua Nhánh (đƣờng lị) đƣờng dẫn gió đƣợc xác định số nút hai đầu Đƣợc thể đƣờng thẳng nối hai hình trịn Nút: khớp nối đƣờng lò phần bề mặt đƣờng lò Nút dƣới mặt đất: thể vòng tròn đơn Nút mặt đất: thể vòng tròn kép Quạt: thể vòng tròn kép với tam giác 3.9.2.2 Các đặc điểm riêng thành phần mạng thơng gió Số lƣợng đƣờng lò đƣợc nối với nút dƣới lòng đất phải lớn Số lƣợng đƣờng lò nối với nút bề mặt quạt phải lớn Độ cao nút hai phía quạt phải nhƣ Khơng đƣợc tạo nhánh gió mà kết nối với có nút Một tập hợp hai nút đƣợc kết nối với đƣờng lị mà thơi (Thực khơng có vấn đề việc tính tốn lƣu lƣợng, nhiên trở nên khó khăn việc phân biệt đƣờng lò) 3.9.2.3 Giới hạn hệ thống Giới hạn hệ thống bao gồm: Nút: 800; nút số: 1000; đƣờng lò: 1000; quạt: 50; nút bề mặt: 50; số vị trí đƣờng lị1000 Thí dụ 97 Một cửa số Menu (danh mục chọn lựa) xuất hình KAZEMARU (Avwin.exe) khởi động ý nghĩa lệnh nhƣ sau: Mở tệp cất giữ tệp, in, thoát khỏi hệ thống… nhƣ ứng dụng khác Tạo, thay đổi, xố nút, đƣờng lị quạt Tính tốn phân phối lƣu lƣợng gió Thay đổi đặt cỡ hình, cỡ chữ, màu sắc đƣờng liệu hiển thị Một tập hợp liệu nút, đƣờng lị quạt u cầu cần phải có phân tích hệ thống mạng thơng gió Những liệu đƣợc gọi (dữ liệu hệ thống mạng bản) Một mạng thơng gió đơn giản đƣợc thể hình vẽ phía bên phải đƣợc dùng để phân tích nhƣ ví dụ Có vài hệ thống đơn vị khác lƣu lƣợng, áp suất sức cản KAZEMARU sử dụng hệ thống đơn vị Các liệu phía trƣớc đƣợc thể hệ thống đơn vị theo kiểu Nhật [m3/s] lƣu lƣợng, (mmH20) áp suất, (kGs2/m8) sức cản Những liệu sau đƣợc biểu thị đơn vị quốc tế (SI), (m3/s) lƣu lƣợng, (Pa) áp suất, (Ns2/m8) sức cản đƣợc viết chữ nghiêng ngoặc đơn dƣới Để làm cho ví dụ trở nên đơn giản, giả sử độ cao tất nút (m), nhiệt độ khơng khí sức cản tất đƣờng lò 20 (0C) 100 (murgue) (0.98Ns2/m8), áp suất quạt không đổi 100 (mmH20) (980 Pa) (1) Tạo nút bề mặt số Đầu tiên, nút bề mặt phải đƣợc nhập vào, Nhấn vào (Click) Dịch chuyển trỏ đến vị trí thích hợp cho nút nhấn vào phím trái chuột Khi vịng tròn đoạn đối thoại (dialog) cho nút đƣợc hiển thị hình Hãy kiểm tra nút bề mặt nhập cho tên nút cho độ cao nút Vòng tròn kép với số xuất nhấn vào () đoạn đối thoại 98 Không đƣợc quên kiểm tra bề mặt Tiếp theo, làm tƣơng tự nút số (2) Tạo nút mặt đất số 3, 4, Tiếp theo, nút 3, (dƣới mặt đất) đƣợc nhập vào Nhập vị trí liệu nút theo cách tƣơng tự nhƣ nhƣ làm với nút bề mặt Không đƣợc quên kiểm tra nút dƣới mặt đất đoạn đối thoại (3) Nhiệt độ bề mặt Tiếp theo, nhiệt độ bề mặt phải đƣợc đƣa Chọn Bảng menu tham số xuất Sau nhập 20 vào hộp nhiệt độ bề mặt, nhấn vào (4) Tạo đường lò Một đƣờng lò đƣợc xác định cách phân phối số nút bên phần cuối đƣờng lò Đầu tiên đƣờng lò (1-4) đƣợc nhập vào Nhấn vào , đoạn đối thoại xuất Nhập 100 (murgue) (0.98 Ns2/m8) 200C tƣơng ứng cho sức cản nhiệt độ Đƣờng lò giá trị sức cản đƣợc biểu thị hình nhấn vào Diện tích mặt cắt, độ dài, tính co giãn theo nhiệt u cầu phải có trƣờng hợp mô cháy mỏ than (dƣới lịng đất) Những số liệu khơng cần thiết phân tích bình thƣờng khơng nhập số liệu (5) Tạo quạt Quạt đƣợc xác định việc phân phối số nút hai phía cuối quạt tƣơng tự nhƣ tạo đƣờng lị Hƣớng luồng khí thơng qua quạt đƣợc xác định theo hƣớng từ nút đƣợc xác định đến nút đƣợc xác định sau Nhấn vào Nhấn vào nút sau nút số đoạn đối thoại cho quạt xuất Nhập 1000 [m2/min] (16.7 m3/s) đơn vị lƣu lƣợng, liệu đƣờng cong đặc tính quạt 100 (mmH20) (980 Pa) tất áp suất Một quạt đƣợc hiển thị sau nhấn vào nút Nhƣ tất liệu yêu cầu cho phân tích hệ thống mạng thơng gió đƣợc chuẩn bị xong, nhƣ đƣợc hoàn thành 99 (6) Ghi tệp liệu Trƣớc tiến hành phân tích điều cần thiết nên ghi lại liệu Nhấn vào , sau ghi tệp liệu giống nhƣ ứng dụng khác (7) Phân tích Chọn Khi đoạn đối thoại xuất hiện, nhấn vào Việc tính tốn đƣợc bắt đầu kết thúc giây nhƣ liệu xác Nhấn vào Chọn Khi hình vẽ nhƣ hình phía dƣới đƣợc hiển thị hình Hình bên trái hệ thống đơn vị theo kiểu Nhật hình bên phải cho hệ thống đơn vị quốc tế Menu Tạo liệu hệ thống mạng thơng gió mới, mở liệu hệ thống mạng thơng gió Ghi liệu hệ thống mạng thơng gió Chuyển đổi sang phƣơng thức in Biên tập Nút 1.Tạo nút 2.Chèn thêm nút đƣờng lò Chuyển trỏ tới vị trí thích hợp cho nút nhấn, vịng trịn hộp đối thoại cho nút xuất Hãy lựa chọn nút bề mặt nút dƣới mặt đất nhập số nút, độ cao nút Vòng tròn kép cho nút bề mặt vòng tròn đơn cho nút dƣới mặt đất với số xuất nhấn nút hộp đối thoại 100 Thay đổi nút 1.Thay đổi độ cao nút 2.Thay đổi vị trí nút.Một hộp đối thoại xuất nhấn lần vị trí nút Độ cao nút đƣợc thay đổi hộp đối thoại Cịn vị trí nút đƣợc thay đổi cách kéo lê vòng tròn nút Xoá nút 1.Xoá nút Nhấn lần vào nút cần xố đoạn đối thoại xuất Chọn để xố nút Sẽ khơng thể xố đƣợc nút điều kiện sau đây: Một nút cần xố có liên kết với đƣờng lị quạt có lƣu lƣợng cố định; Diện tích mặt cắt co giãn theo nhiệt đƣờng lị có liên kết với nút cần xố khác nhau; Một đƣờng lò mà số nút đầu giống với đƣờng lị khác đƣợc tạo nhƣ nút bị xố; Số đƣờng lị có liên kết với Muốn xố đƣợc nút phải bỏ hết đƣợc điều kiện khơng thích hợp sau dùng lệnh xố nhƣ trình bày Đƣờng lị 1.Tạo đƣờng lò mới, 2.Tạo đƣờng lò với lƣu lƣợng cố định Chọn nút hai đầu đƣờng lị cách nhấn vào phím trái chuột Sự lựa chọn dừng lại cách nhấn vào phím nhấn vào phím phải chuột sau chọn () Sau chọn nút hai phía 101 hộp đối thoại xuất Xác định đƣờng lò đƣờng lị bình thƣờng đƣờng lị với lƣu lƣợng cố định đƣợc đƣợc thực cách lựa chọn nút nhấn khác Thay đổi đƣờng lò : 1.Thay đổi sức cản, tốc độ lƣu lƣợng…, 2.Thay đổi vị trí đƣờng lị Chọn nút phía đƣờng lị cách nhấn phím trái chuột, đoạn đối thoại xuất Chọn "Thay đổi vị trí" thay đổi đƣờng lị chuột Nhấn phím trái chuột để tạo đƣờng thẳng, nhấn phím phải chuột để tạo đƣờng ẩn biểu tƣợng khác đƣờng lò Chuyển sang nhấn vào nút khác có nghĩa kết thúc việc thay đổi Một đƣờng lị thơng thƣờng đƣợc thể hình đƣờng thẳng nối nút Tuy nhiên, thuận tiện minh hoạ đƣờng lò đƣờng cong đƣờng ẩn chỗ xuyên qua bên dƣới đƣờng dẫn khác Lệnh "thay đổi vị trí" làm cho yêu cầu thực đựơc Xố đƣờng lị : 1.Xố đƣờng lị Chọn nút phía đƣờng lị, sau nhấn vào , đƣờng lị đƣợc xố Tạo quạt : Tạo quạt Chọn nút hai phía quạt, hộp đối thoại đƣợc mở Chú ý quạt đƣợc tạo độ cao nút phía nhƣ Hƣớng luồng gió qua quạt theo hƣớng từ nút đƣợc xác định đến nút xác định sau Các liệu đƣợc nhập tƣơng ứng tốc độ lƣu lƣợng 0, 1x đơn vị lƣu lƣợng, x đơn vị lƣu lƣợng nhƣ thế… Thay đổi quạt : Thay đổi liệu quạt Xoá quạt : Xoá quạt có Chọn nút hai phía quạt để xố Phân tích Lƣu lƣợng gió: Phân tích phân phối lƣu lƣợng gió hệ thống mạng Điều kiện quạt đƣợc hiển thị chọn nút Tham số:Thay đổi tham số đƣợc yêu cầu phân tích 102 Sai số Acc (hệ số gia tốc) Bƣớc hiển thị phía trƣớc Thay đổi giới hạn “sai số lƣu lƣợng nút trung bình chấp nhận đƣợc” Thay đổi hệ số gia tốc (1.6:1.5 - 1.8) "bƣớc hiển thị phía trƣớc"(phút) Số nút bị cháy Số nút bị cháy Nhiệt độ cháy Nhiệt độ cháy Thời gian bƣớc cháy "Phân tích thời gian bƣớc cháy"(phút) Thời gian kết thúc Hàm lƣợng khí Độ lặp lại tối đa "Phân tích thời gian kết thúc cháy"(phút) Sự khác hàm lƣợng khí phải đƣợc nhận biết trƣớc Số lần lặp lại tối đa Một cách tổng qt, hội tụ tính tốn nhanh hệ số gia tốc đƣợc sử dụng có giá trị lớn Tuy nhiên, tính tốn có biểu khơng ổn định giá trị acc lớn lại rơi vào trạng thái phân kỳ Giá trị thích hợp acc (hệ số gia tốc) khoảng từ 1.6 đến 1.8 Lệnh dùng để khởi động chƣơng trình khác để hiển thị đặc tính cong quạt dƣới dạng liệu Cặp nhật: Vẽ lại hình vẽ, sơ đồ hệ thống mạng thơng gió Những kết tính tốn đƣợc hiển thị Thiết lập hiển thị Lệnh dùng để thay đổi cỡ hình, sơ đồ, cỡ chữ, góc hiển thị, giá trị phía dƣới đƣờng lò … Các giá trị đƣợc hiển thị trên/dƣới đƣờng lò đƣợc lựa chọn từ danh sách hộp đối thoại Những liệu dƣới đƣợc hiển thị Thông số Số hiển thị Lƣu lƣợng (Tiêu chuẩn) Lƣu lƣợng gió điều kiện tiêu chuẩn Lƣu lƣợng(B) Lƣu lƣợng gió điều kiện Direction Hƣớng luồng gió 103 Thơng số Số hiển thị Pressure loss Tổn thất áp suất Sức cản Sức cản hƣớng lƣu lƣợng bình thƣờng Sức cản B Sức cản hƣớng lƣu lƣợng bất bình thƣờng Nhiệt độ Nhiệt độ điều kiện bình thƣờng Tiết diện Diện tích tiết diện Độ dài Độ dài 10 Suất dẫn nhiệt Độ co giãn nhiệt đá xung quanh đƣờng lò 11 Gas concentration Hàm lƣợng khí nguy hiểm (ví dụ nhƣ CO) 12 Road name Tên đƣờng lò 13 Hazard Mối nguy hiểm 14 Gas Nhiệt độ Nhiệt độ khí cháy 15 Gas Nhiệt độ* Nhiệt độ khí cháy* 16 DBT* Nhiệt độ nhiệt kế khơ 17 WBT* Nhiệt độ nhiệt kế ƣớt 18 RH* Độ ẩm tƣơng đối 19 EN* Enthalpy Giá trị vị trí nút đƣợc chọn từ hộp đối thoại Thông số Số hiển thị Số lƣợng nút Nút số Độ cao Độ cao Pressure* Áp suất tổng Pressure loss Hạ áp có quạt tạo Gas Nhiệt độ Nhiệt độ khí cháy Hazard Mối nguy hiểm DBT* Nhiệt độ nhiệt kế khô WBT* Nhiệt độ nhiệt kế ƣớt RH* Độ ẩm tƣơng đối 10 EN* Enthalpy 104 Vừa với cửa sổ: Lựa chọn cỡ hình phù hợp cách tự động cho cửa sổ thời Thu nhỏ phóng to: Thay đổi cỡ hình, sơ đồ lên 200% xuống 50% Thu nhỏ cách dùng chuột: Chọn tỷ lệ hình vẽ, hay sơ đồ để hiển thị cách kéo lê chuột Xoay sang bên phải bên trái: Có thể quay hình vẽ đồ thị ngƣợc chiều kim đồng hồ theo chiều kim đồng hồ góc 45 độ nhấn vào nút Phương thức in Một hộp hội thoại in xuất chọn phƣơng thức in Xem trƣớc hình ảnh trƣớc in đƣợc hiển thị hình Một hình chữ nhật hiển thị hình có nghĩa trang đƣợc in Chỉ có nút hoạt động phƣơng thức Vị trí in thay đổi cách kéo lê hình vẽ hay sơ đồ sang vị trí khác chuột Quay trở hình thức bình thƣờng nút đƣợc nhấn lại Mơ cháy mỏ Ngoài kiện yêu cầu cho phân tích hệ thống mạng thơng thƣờng, kiện dƣới u cầu phải có mơ cháy mỏ dƣới mặt đất Độ dài, diện tích tiết diện độ co giãn theo nhiệt độ đá xung quanh đƣờng lị Các thơng tin cháy mỏ (nhƣ nút số mấy, nhiệt độ cháy… ) Nếu nhƣ "Phân tích thời gian kết thúc cháy" đƣợc thiết lập lớn 0, chƣơng trình tính tốn phân phối lƣu lƣợng khí dƣới điều kiện cháy Đƣờng lị có lƣu lƣợng cố định khơng sử dụng chƣơng trình mơ cháy mỏ Sự phân kỳ tính tốn áp suất Những sai số đƣợc đƣa hộp đối thoại tiêu hội tụ tính tốn Giá trị trở nên nhỏ tiếp tục q trình tính tốn, nhƣ việc tính tốn diễn bình thƣờng Tuy nhiên trình vận hành gặp cố cách bất thƣờng Sự cố xảy thƣờng hệ số gia tốc (acc) lớn Trong trƣờng hợp 105 giá trị phải đƣợc hạ bớt xuống (hạ khoảng 0.1 đến 0.2) q trình tính tốn lại đƣợc khơi phục lại Cũng có lí khác dẫn đến tƣợng phân kỳ tính tốn Khi kiểm tra lại tất tham số đƣợc sử dụng cho việc tính tốn Câu hỏi ơn tập chương Sơ đồ thơng gió chung cho tồn mỏ, khu khai thác? Các phƣơng pháp thơng gió chung cho tồn mỏ? Tính tốn thơng gió chung cho tồn mỏ? Phân phối gió điều chỉnh lƣu lƣợng gió? Ứng dụng số phần mềm để tính tốn thơng gió mỏ? 106 ... 5,5 1, 01 1,04 1, 14 1, 29 1, 53 6,0 1, 01 1,04 1, 14 1, 31 6,5 1, 01 1,04 1, 15 1, 33 7,0 1, 01 1,04 1, 16 7,5 1, 01 1,05 1, 16 8,0 1, 01 1,05 1, 17 47 Khi ống gió 0,8 m 10 11 12 13 14 15 16 0,5 1, 01 1, 01 1,04... 2,5 1, 00 1, 01 1,03 1, 06 1, 10 1, 14 1, 19 1, 25 1, 32 1, 39 1, 47 1, 66 1, 90 2 ,18 2,93 3,0 1, 00 1, 01 1,03 1, 06 1, 10 1, 15 1, 20 1, 26 1, 33 1, 41 1,50 1, 71 1,96 2,27 3 ,13 3,5 1, 00 1, 01 1,03 1, 07 1, 11 1 ,15 1, 21. .. 5,0 1, 00 1, 01 1,04 1, 07 1, 12 1, 17 1, 23 1, 31 1,39 1, 49 1, 61 1,88 2,24 2,69 5,5 1, 00 1, 01 1,04 1, 07 1, 12 1, 17 1, 24 1, 32 1, 41 1, 51 1,63 1, 93 2, 31 2, 81 6,0 1, 00 1, 01 1,04 1, 08 1, 12 1, 18 1, 25 1, 33 1, 43