Đang tải... (xem toàn văn)
107 Chương 4 THIÊT KẾ THÔNG GIÓ MỎ L THIÊN 4 1 Khái quát chung Thiết kế kỹ thuật khai thác mỏ bằng phƣơng pháp lộ thiên cần phải có một phần riêng “Thiết kế thông gió cho các khu vực khai thác mỏ lộ t[.]
Chương THIÊT KẾ THƠNG GIĨ MỎ L THIÊN 4.1 Khái quát chung Thiết kế kỹ thuật khai thác mỏ phƣơng pháp lộ thiên cần phải có phần riêng “Thiết kế thơng gió cho khu vực khai thác mỏ lộ thiên” Mục tiêu phần tiến hành đánh giá tình trạng bầu khơng khí mỏ, lựa chọn phƣơng pháp thơng gió phƣơng tiện chống bụi, khí gây nhiễm nhằm cải thiện điều kiện lao động, an toàn cho ngƣời trang thiết bị làm việc mỏ lộ thiên Thiết kế thông gió mỏ lộ thiên gồm hai phần bản: Đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên mỏ lộ thiên; Thiết kế thơng gió nhân tạo Phần khơng cần hiệu thơng gió tự nhiên tất thời kỳ khai thác đủ để trì thành phần khơng khí bình thƣờng mỏ Việc đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên đƣợc tiến hành theo trình tự định là: Tập hợp phân tích tài liệu xác định điều kiện khơng khí khu khai thác mỏ bao gồm: thơng số khí hậu vùng, điều kiện môi trƣờng địa phƣơng mỏ, công nghệ áp dụng việc giới hoá khai thác khoáng sản Ở giai đoạn thiết kế ban đầu có nhiều phƣơng án đƣa để lựa chọn Mỗi phƣơng án đƣa có tham gia vấn đề thơng gió mỏ lộ thiên đặc biệt quan tâm điều kiện vi khí hậu mỏ Vấn đề nhiểm bầu khơng khí mỏ nhiều giữ vai trò định cho việc lựa chọn phƣơng án khai thác mỏ Tiếp theo đánh giá thơng số thơng gió tự nhiên khu khai thác Ở giai đoạn phải xác định sơ đồ thơng gió tự nhiên thời kỳ phát triển đặc trƣng mỏ trọng đến hƣớng vận tốc gió Xác định đƣợc lƣu lƣợng gió yêu cầu cho khu vực khai thác thời kỳ phát triển mỏ xác định điều kiện thơng gió tự nhiên khơng cịn hiệu Sau đánh giá thông số sơ đồ thơng gió tự nhiên cơng nghệ áp dụng việc giới hoá khai thác, xác định mức độ khí độc, hại bụi xâm nhập vào bầu khí khu vực khai thác: Đối với trƣờng hợp có khơng sử dụng 107 phƣơng tiện chống bụi, khí, khu vực có bầu khí xấu Đối với khu vực khai thác không sâu thành phần khí bình thƣờng trì công việc quanh năm mà không cần dùng phƣơng tiện riêng để chống bụi khí chống khu vực sản xuất bị ô nhiễm bụi, khí cục Trƣờng hợp khu khai thác xuống sâu bầu khơng khí khu vực khai thác bị nhiễm phải dùng tất phƣơng tiện đồng để chống bụi khí Trƣờng hợp sau khơng thiết phải xem xét giai đoạn thiết kế ban đầu song giai đoạn sau phải xác định phƣơng tiện cần thiết để chống bụi khí Khi biết qua thời kỳ phát triển mỏ lƣợng khí, bụi xâm nhập vào bầu khí lƣu lƣợng gió vào mỏ ngƣời ta xác định đƣợc mức độ nhiễm khí, bụi bầu khơng khí mỏ Căn số liệu mức độ nhiễm khí, bụi chuyên gia khai thác mỏ biết thời kỳ phát triển mỏ nào, hƣớng vận tốc gió thơng gió tự nhiên khơng đảm bảo thành phần khơng khí bình thƣờng Sau đánh giá sơ đồ thơng gió tự nhiên đạt khơng đạt u cầu nhƣ việc phải ngừng thơng gió tự nhiên năm, kết hợp với tài liệu hƣớng vận tốc gió, xác định thời kỳ cần phải dùng thơng gió nhân tạo Việc đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên mỏ lộ thiên đƣợc kết thúc giai đoạn chuyển sang thiết kế thơng gió nhân tạo Giai đoạn thứ thiết kế thơng gió nhân tạo khu khai thác đánh giá khả tăng cƣờng trao đổi gió tự nhiên không gian bên khu vực khai thác mặt mỏ Đồng thời tiến hành xem xét khả thay đổi cơng nghệ, trình tự khai thác, vấn đề giới hóa để cải thiện bầu khí mỏ Để tăng hiệu thơng gió nhân tạo thiết kế cần sử dụng tối đa thơng gió tự nhiên theo hƣớng tăng cƣờng lực thơng gió tự nhiên với việc sử dụng biện pháp cơng nghệ cải thiện bầu khí khu khai thác tính tốn xác phần tỷ lệ sử dụng phƣơng pháp thơng gió theo thời kỳ năm Căn vào tính tốn phần tỷ lệ thành phần gây ô nhiễm, chọn quạt thơng gió, vị trí đặt quạt sơ đồ cơng tác liên hợp quạt gió mỏ Hiệu cơng tác thiết bị thơng gió đƣợc đánh giá theo thời gian mà chúng hao phí để làm khí khu khai thác từ mức độ nhiễm ban đầu đến mức độ cho phép, nhƣ theo hiệu kinh tế việc thơng gió nhân tạo 108 Cuối đánh giá hiệu kinh tế thơng gió nhân tạo qua giai đoạn Nhƣ vậy, thiết kế thơng gió mỏ lộ thiên gồm giai đoạn sau: Đánh giá điều kiện môi trƣờng vùng mỏ; Lựa chọn cơng nghệ, thiết bị giới hố kích thƣớc hình học khu khai thác theo yếu tố thơng gió; Xác định thơng số thơng gió tự nhiên; Xác định lƣợng khí độc, hại bụi xâm nhập vào bầu khơng khí mỏ; Xác định thời kỳ u cầu phải tăng cƣờng thơng gió khu khai thác; Chọn phƣơng tiện tăng cƣờng thơng gió tự nhiên cho khu vực khai thác; Xác định thời kỳ u cầu sử dụng thơng gió nhân tạo, điều kiện mức độ ô nhiễm bầu khơng khí khu vực khai thác; Xác định lƣu lƣợng gió để thơng gió cho khu vực khai thác; Chọn quạt thơng gió, vị trí đặt quạt sơ đồ cơng tác liên hợp quạt gió; Xác định số quạt gió cơng tác liên hợp; Đánh giá hiệu cơng tác quạt gió; Đánh giá hiệu kinh tế thơng gió nhân tạo Cuối hiệu thơng gió lộ thiên xác định đƣợc từ kết tính tốn lặp lại theo sơ đồ thơng gió theo giai đoạn thơng gió riêng Thí dụ, đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên giai đoạn thứ năm khơng thoả mãn u cầu tính lặp lại giai đoạn thứ ba, phải hoàn thiện phƣơng tiện chống bụi khí Phần sau đề cập đến nội dung tính tốn giai đoạn thiết kế thơng gió mỏ lộ thiên 4.2 Các sơ đồ phương pháp thơng gió mỏ lộ thiên 4.2.1.Thơng gió nhờ lượng gió Trong mục xem xét hai sơ đồ thơng gió: thuận tuần hồn đƣợc tạo lƣợng gió lớn mặt đất đƣợc biểu thị vận tốc gió Sơ đồ thơng gió thuận hay tuần hồn lúc phụ thuộc vào dạng hình học khu khai thác (các góc dốc bờ mỏ) Việc giảm lƣợng gió dẫn đến sơ đồ thơng gió “nhiệt” đƣợc đề cập phần sau Khi tăng vận tốc gió mặt đất khơng thay đổi dạng hình học khu khai thác sơ đồ thơng gió tuần hồn chuyển thành sơ đồ thơng gió thuận 109 4.2.1.1 Sơ đồ thơng gió thuận Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió thuận hình thành vận tốc gió mặt đất lớn 0,8 m/s góc dốc góc nghiêng sƣờn tầng bờ khuất gió 1≤ 150 Sơ đồ chuyển dịch luồng gió : Luồng gió chuyển dịch mặt phẳng a-a so với mặt đất đến khu khai thác điểm O bắt đầu mở rộng theo chiều sâu sinh kìm hãm (hình 4.1) làm giảm vận tốc gió Do tƣợng phía khu khai thác tạo vùng nhƣ “cái mũ chụp OAO” lớp khơng khí làm vận tốc gió bị hãm phần Giản đồ tƣơng tự quan sát thấy sơ đồ tuần hoàn Mặt phẳng a-a giới hạn phần luồng gió mở rộng xuống dƣới khu khai thác phần luồng gió chịu biến dạng A a a O O' Hình 4.1 Sự hãm luồng gió phía khu khai thác Sự dịch chuyển luồng gió khu khai thác biểu thị dạng sơ đồ nhƣ (hình 4.1) Khi thơng gió theo sơ đồ thơng gió thuận hình 4.2, luồng gió mặt đất chuyển dịch với vận tốc Ub, mép bờ khuất gió (điểm O hình 4.2) thay đổi hƣớng mình, bắt đầu mở rộng phía khu khai thác chiếm bờ khuất gió Sau gặp bờ hứng gió, luồng gió bị uốn ngoặt lên thu hẹp dịng Nhờ góc dốc nhỏ bờ khuất gió, bề mặt cứng điểm O khơng xảy cắt dịng mà luồng gió hữu hạn đƣợc lan truyền khu khai thác đến giới hạn bờ mỏ đáy moong Giới hạn vùng vận tốc không đổi phía khu khai thác 1, cao đƣờng vận tốc gió vận tốc gió mặt đất Đƣờng 1 tạo với mặt phẳng ngang góc 2 400 Nhƣ vậy, bề mặt cứng khu khai thác (bờ mỏ moong) giới 110 hạn vùng vận tốc gió khơng đổi xảy thay đổi vận tốc gió từ giá trị bề mặt cứng đến UB đƣờng giới hạn 1 Ub dy Ub a O b x Hl c l y Ln Hình 4.2 Sơ đồ thơng gió thuận Sự phân bố vận tốc gió trục Ox bề mặt tầng tiết diện khác luồng gió tƣơng tự lấy theo dạng: U U cos ; m/s (4.1) Uo- Vận tốc gió trục ox, m/s; 5,85 x ; rad y (4.2) x, y - toạ độ Vận tốc gió Uo đoạn Oa giảm với tăng x, mở rộng luồng, đoạn bc tăng lên thu hẹp luồng Lƣu lƣợng gió thơng gió khu khai thác: Với gần cho phép xem khu khai thác đƣợc thơng gió lƣu lƣợng gió chuyển dịch trục Ox bề mặt khu khai thác (hình 4.2) Giả thiết phần tử lƣu lƣợng gió qua diện tích nằm tiết diện xác định luồng gió x = l = const có kích thƣớc dy theo phƣơng thẳng đứng đơn vị theo chiều ngang, đơn vị thời gian bằng: q U l dy , m /s U - Vận tốc gió tâm diện tích, m/s 111 (4.3) Lƣu lƣợng gió chung qua mặt cắt x = l = const là: H1 Q U dy , m /s (4.4) O H1- chiều sâu khu khai thác mặt cắt x = l = const H1 Q U o cos dy , m /s (4.5) O Khi chuyển từ biến số y nhờ công thức (4.2) x = const ta nhận đƣợc: dy x d 0,171 x d 5,85 (4.6) Sau thay biểu thức nhận đƣợc cho dy sau thay giới hạn tích phân H1 2 = 5,84 H1/l 2 5,84 H1 l (Trị số biến số tƣơng ứng với bề mặt bờ khuất gió), ta nhận đƣợc: 2 Q 0,171 U o x cos dy , sau tích phân: O Q 0,171 U x sin 2 , m3/s (4.7) Khi 1 = 150 2 = /2: Q 0,171 U x , m3/s (4.8) Các công thức (4.7), (4.8) cho tất mặt cắt khu khai thác x=const thoả mãn điều kiện ≤ x ≤ L L- chiều dài hình chiếu bờ khuất gió mặt phẳng ngang, m Giả thiết vận tốc gió Uo đƣợc cho trƣớc Giữa vận tốc gió mặt đất Ub vận tốc gió Uo trục Ox tồn mối quan hệ phụ thuộc vào toạ độ dọc: U0 ax UB (4.9) Trị số sơ đồ thơng gió thuận theo V.S Nikitin 0,725 hay: U0 0,725 , m/s UB 112 (4.10) Theo số liệu МГИ, sơ đồ thơng gió thuận, tỷ số 0,78; sơ đồ tuần hoàn, tỷ lệ thay đổi theo quan hệ gần với hàm mũ từ mép đến 0,48 mép dƣới bờ khuất gió Đối với sơ đồ thơng gió thuận tỷ số Uo/Ub lấy trung bình 0,75; đó, từ cơng thức (4.7) nhận đƣợc: Q 0,128 U B x ; m /s (4.11) Từ cơng thức (4.8), lƣu lƣợng gió thƣờng đƣợc tính mặt cắt x = L: Q 0,128 U B L , m /s (4.12) Các công thức (4.5), (4.6), (4.11) (4.12) xác định lƣu lƣợng gió qua tiết diện khu khai thác, kích thƣớc tiết diện theo chiều cao chiều sâu khu khai thác, theo chiều rộng đơn vị Sự tải khí bụi khỏi khu khai thác: Đối với sơ đồ thơng gió thuận, khu khai thác khơng hình thành vùng nhiễm có kích thƣớc lớn, tập trung khí, bụi hàm lƣợng thấp Với quan điểm tải khí, bụi, sơ đồ thơng gió thuận hiệu Khi mỏ thơng gió sơ đồ thơng gió nhiễm khơng khí chung khơng xảy ra, thƣờng quan sát thấy vùng nhiễm khơng khí cục quanh nguồn tạo khí, bụi phụ thuộc vào vận tốc gió Góc dốc bờ mỏ nhỏ vận tốc gió tăng làm tăng hiệu tải khí, bụi Góc dốc bờ mỏ lớn làm tăng mức độ mở rộng luồng gió kéo theo vận tốc gió giảm, giảm hiệu tải khí, bụi 4.2.1.2 Sơ đồ thơng gió tuần hồn Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió tuần hồn xảy vận tốc gió mặt đất lớn 0,81 m/s góc nghiêng sƣờn tầng bờ khuất gió 1>150 Sơ đồ chuyển dịch luồng gió (hình 4.3): Do thay đổi hƣớng đƣờng giới hạn cứng luồng gió điểm O lực qn tính lớn điểm gây đứt dịng khỏi giới hạn cứng Theo luồng gió không gian khu khai thác chuyển dịch dạng tự với đƣờng giới hạn 1 2 Ở vị trí cao đƣờng giới hạn 1, vận tốc gió vận tốc gió mặt đất ub Luồng gió tự đến bờ hứng gió chia làm phần Phần thứ chuyển dịch dọc theo tầng lên thoát mặt đất, phần thứ ngoặt xuống phía dƣới chuyển dịch theo hƣớng ngƣợc với hƣớng ban đầu tạo luồng tự gọi luồng loại 113 Với sơ đồ thơng gió tuần hồn khu khai thác có hai vùng riêng hƣớng chuyển dịch luồng gió khác A UB P O x K o P1 H =15 o ' 3=1 25 y P2 x1 o y1 B ' =7 20 Uo4 P3 O1 xpp3 xc Hình 4.3 Sơ đồ chuyển dịch luồng gió tuần hồn khu khai thác Vùng chủ động, hƣớng chuyển dịch luồng gió khu vực khai thác trùng với hƣớng gió mặt đất Giới hạn luồng gió tạo với mặt ngang góc 2 150 (đƣờng OO1), xác góc xác định theo cơng thức: 2 19,6 86,8 62,5 , độ 1,1 1,6 (4.13) - Góc nghiêng sƣờn tầng bờ khuất gió khu khai thác, độ Vùng xốy với hƣớng gió chuyển dịch ngƣợc lại (giữa vùng khuất gió đƣờng OO1) Giữa hai vùng có đoạn luồng gió chuyển dịch theo đợt ln thay đổi hƣớng Đối với luồng gió tự loại lƣu lƣợng gió lõi khơng đổi, lƣu lƣợng gió mặt cắt lƣu lƣợng gió vào khu khai thác đƣờng thẳng OP OP1 tạo với trục Ox góc 3=1025’ 4=7020’ Tiếp theo giới hạn lõi lƣu lƣợng không đổi theo đƣờng PAK P1BK Góc 4 đƣợc xác định theo công thức sau nằm giới hạn 7110: 4 86,8 6,7 , độ 1,1 114 (4.14) Luồng gió vùng chủ động (luồng tự loại 1) có vận tốc giảm xuống theo chiều sâu Trên đƣờng giới hạn luồng 2, vận tốc dọc cịn vận tốc ngang vị trí khác, khác với Luồng gió vùng xốy (luồng tự loại 2) đƣợc quan sát thấy mối quan hệ ngƣợc: vận tốc gió tăng chiều sâu tăng lên đạt trị số cực đại moong khu khai thác Trong giới hạn đáy moong vận tốc cực đại vùng xoáy nằm mặt cắt PP3, vị trí đƣợc xác định theo hồnh độ: x PP3 0,6 x k (4.15) Trong đó: xc - Hoành độ điểm O1 giao điểm đƣờng OO1 với bề mặt khu khai thác Trƣờng vận tốc gió luồng loại tƣơng tự từ điểm O đến mặt cắt PP2, luồng loại nằm giới hạn đáy moong Sự phân bố vận tốc gió mặt cắt luồng loại phù hợp với định luật lớp giới hạn luồng phẳng song song không giới hạn F ( ) u 3 0,0176 e 0,6623 e cos( ) 0, 228 e sin( ) , (4.16) uB 2 Ub- Vận tốc gió mặt đất, m/s y tg y 7,64 ; rad ax a x ( 4.17) x,y- Toạ độ điểm có toạ độ dọc a - hệ số cấu tạo luồng, xác định từ thực nghiệm Khi sơ đồ thơng gió tuần hồn, với luồng loại 1, a = 0,131 Sự phân bố vận tốc mặt cắt luồng loại đáy moong đƣợc xác định biểu thức: u F (1 ) F ( ) , m/s u01 (4.18) u01- vận tốcgió theo trục O1x1, m/s 1 y1 , rad ax1 1, 48 1 2,04 , rad 115 (4.19) (4.20) x1, y1 - Toạ độ điểm có vận tốc gió dọc U hệ toạ độ luồng loại F(1) - hàm số, tƣơng tự với hàm số đƣợc diễn tả công thức (4.18) Đối với luồng loại 2, hệ số cấu tạo nhƣ luồng loại 1, (a=0,131) Các trị số hàm số F() F(1) tìm bảng Vận tốc gió tầng đáy moong có ảnh hƣởng lớn đến thơng gió vị trí làm viêc khu khai thác: Ở bờ khuất gió khơng vƣợt q 0,5Ub bị giảm xuống góc dốc bờ mỏ tăng Trên đoạn BK bờ hứng gió vận tốc gió tăng lên từ 0,1 Ub điểm B đến Ub điểm K Ở đoạn bờ hứng gió BO1 đáy moong O1P3, vận tốc gió tăng lên theo hƣớng từ điểm B đến điểm P3 đạt cực đại điểm cuối Trên đoạn BK bờ hứng gió, vận tốc gió xác định theo công thức: u uB (1 1,14 0,35 ) , m/s (4.21) Công thức -1,43 ≤ ≤ Ở bề mặt bờ khuất gió vận tốc gió đƣợc xác định theo cơng thức: u 0,39 UB ( H1 0,27 x1 ) , m/s h (4.22) h - Chiều cao luồng loại mặt cắt qua điểm đƣợc chọn, m; H1- khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ mặt đất đến giao điểm đƣờng giới hạn luồng loại OO1 với bề mặt khu khai thác, m; x1- Hoành độ điểm chọn toạ độ x1O1y1, m Công thức 0,4xc ≤ x1 ≤ xc Sơ đồ chuyển dịch luồng gió diễn tả xảy tỷ số kích thƣớc bề mặt chiều sâu khu khai thác không vƣợt Khi tỷ số lớn, phần khu khai thác đƣợc thơng gió theo sơ đồ tuần hồn, cịn phần theo sơ đồ thuận Lƣu lƣợng gió u cầu để thơng gió khu khai thác: Từ điểm nói trên, nhƣ từ hình 4-3 thấy lƣu lƣợng gió chuyển dịch qua khu khai thác lƣu lƣợng gió chuyển dịch lõi lƣu lƣợng khơng đổi nghĩa khí, bụi xâm nhập vào vùng lƣu lƣợng gió chuyển dịch chủ động đƣờng OPAK OP1BK đƣợc tải khỏi khu khai thác Nhƣ có lƣu lƣợng gió qua mặt cắt lõi lƣu lƣợng không đổi đơn vị thời gian thực đƣợc cơng việc thơng gió khu khai thác đƣợc xác định theo công thức: 116 Q 0,0077 xc.cp U B L , m /s (4.23) xc.cp- Trị số trung bình khoảng cách xc số mặt cắt vận tốc gió khu khai thác trùng với hƣớng gió L - Kích thƣớc mức mặt đất khu khai thác theo hƣớng vng góc với hƣớng gió, m Lƣu lƣợng gió xác định theo cơng thức khác: Q k hc uB , m /s (4.24) k- Hệ số tính đến việc giảm vận tốc luồng gió đến mép bờ khuất gió khu khai thác Theo thực nghiệm trị số trung bình k=0,9 hc- Chiều dày luồng gió tự mép bờ khuất gió, m Tính tốn theo cơng thức (4.24) đƣợc vị trí biến dạng luồng gió, thực tế đƣợc bắt đầu sớm trƣớc đến mép bờ khuất gió (hình 4.3) Trị số hc đo khu khai thác, hay đƣợc tính theo công thức: hc H [ 4,6 0,046] ; m ( 20)2 20 (4.25) Trong đó: H - Chiều sâu khu khai thác, m; - Góc dốc bờ khuất gió, độ Việc tải khí, bụi khỏi khu khai thác: Nhƣ thấy việc tải khí bụi khỏi khu khai thác đƣợc thực lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi Sự xâm nhập khí, bụi vào lõi xảy giai đoạn đầu từ vùng P2OP1 luồng loại Dƣới đƣờng giới hạn OP1B lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi, khí, bụi xâm nhập vào bầu khơng khí khu khai thác nằm vùng chuyển dịch tuần hoàn Khi độ khí, bụi ổn định, lƣợng bụi, khí xâm nhập vào bầu khí q trình khai thác lƣợng tải khỏi khu khai thác với lƣu lƣợng gió khơng đổi Từ hình 4.4 thấy với sơ đồ thơng gió tuần hồn phần lớn bề mặt cơng tác khu khai thác (bờ khuất gió, đáy moong phần bờ hứng gió) nằm vùng tác động luồng gió tuần hồn Khi có tác động nguồn khí, bụi bên ngồi vào khu khai thác phần chúng vào luồng loại đƣợc tải ngồi, phần cịn lại nằm vùng liên kết đƣờng OP1B OP2O1 nghĩa lƣợng qua 117 mặt cắt P1P2 Khi có thêm tác động nguồn nhiễm bên nằm giới hạn OCP3O1B tất lƣợng bụi, khí đƣa vào từ bên ngồi từ bên xâm nhập vào vùng tuần hoàn Lƣợng bụi, khí vùng tuần hồn tập trung đơn vị thời gian đƣợc tải đến lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi đƣợc tải khỏi khu khai thác lƣợng khí, bụi hình thành đơn vị thời gian đoạn COP3O1B Sau lƣợng khí, bụi tập hợp vùng tuần hồn giữ lại khơng đổi h Hình 4.4 Sơ đồ phát triển luồng tự trƣớc vào khu khai thác 4.2.1.3 Sơ đồ thơng gió hỗn hợp Dạng hình học thực tế khu khai thác khác nhiều so với hai sơ đồ nêu Khi có trƣờng hợp phần khu khai thác đƣợc thông gió theo sơ đồ thuận cịn phần khác theo sơ đồ tuần hồn Thí dụ: kích thƣớc khu khai thác theo hƣớng gió đủ lớn việc thơng gió mỏ theo sơ đồ tuần hồn, thuận (hình 4.5) Đối với sơ đồ giới hạn dƣới luồng loại cắt đáy moong khu khai thác điểm B đó, bên phải điểm B (đoạn BCD) khu khai thác đƣợc thơng gió theo sơ đồ thơng gió thuận A D O B C Hình 4.5 Sơ đồ thơng gió tuần hồn thuận 118 Phần khai thác phía trái mặt cắt A-B đƣợc thơng gió tuần hồn Cũng có sơ đồ hỗn hợp khác: sơ đồ thơng gió thuận, tuần hồn: thí dụ (hình 4.6) Ở phía khu khai thác có phần bờ khuất gió thoải (AO) đƣợc thơng gió theo sơ đồ thuận, phần cịn lại theo sơ đồ tuần hoàn D O A B C Hình 4.6 Sơ đồ thơng gió thuận - tuần hồn 4.2.2 Thơng gió nhờ lượng nhiệt 4.2.2.1 Sơ đồ thơng gió thuận Lực nhiệt có ảnh hƣởng rõ rệt đến thơng gió khu khai thác vận tốc gió mặt đất dƣới m/s Vận tốc gió thấp ảnh hƣởng lực nhiệt lớn Sự chuyển dịch luồng gió đối lƣu đảo nghịch sơ đồ thơng gió đối lƣu đảo nghịch phụ thuộc vào vị trị số Gradient nhiệt độ khu khai thác Đối với sơ đồ thơng gió đối lƣu: lớp khơng khí nằm dƣới nóng đƣợc nâng lên mang theo lƣợng khí, bụi xâm nhập vào bầu khí khu khai thác Đối vơi sơ đồ đảo nghịch: lớp khơng khí lạnh chuyển dịch xuống dƣới mang lƣợng khí, bụi xuống phần sâu khu khai thác lúc thơng gió khơng tải khí, bụi ngồi mà tập trung khí, bụi xuống phần dƣới khu khai thác Nếu tập trung mức độ cao dẫn đến việc phải ngừng công tác khai thác mỏ Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió đối lƣu hình thành bờ khu khai thác bị đốt nóng lƣợng luồng gió mặt đất nhỏ Nhiệt từ bờ mỏ đốt nóng khơng khí bên làm khơng khí bị đốt nóng chuyển dịch lên trên, dẫn đến việc khơng khí lạnh từ hạ xuống chiếm chỗ tạo nên luồng gió từ xuống Nguyên nhân chuyển dịch nhiệt độ làm thay đổi khối lƣợng riêng lớp không khí mặt phẳng ngang 119 Sự đốt nóng chung bờ mỏ gây chuyển dịch luồng gió tất khu khai thác Ngồi chuyển dịch đối lƣu khu khai thác thấy luồng gió đối lƣu cục sinh mức độ nóng khác nhau: màu sắc đất đá, tính chất lý học khác nhau, nhiệt dƣới sâu, cƣờng độ q trình Oxi hố bề mặt Sơ đồ thơng gió đối lƣu đƣợc hình thành tốc độ gió nhỏ 0,70,8 m/s, tƣơng ứng với động luồng gió mặt đất khoảng 0,04 kG.m/m3 Khi lƣợng luồng gió (vận tốc gió) bề mặt giảm luồng gió chuyển dịch đối lƣu khu khai thác mạnh lên Sơ đồ chuyển dịch luồng gió: Sơ đồ chuyển dịch luồng gió đối lƣu khu khai thác đƣợc biểu thị (hình 4.7) Hình 4.7 Sự chuyển dịch luồng gió thơng gió đối lƣu Từ hình vẽ ta thấy khối lƣợng khơng khí nóng dâng lên dọc theo tầng bị nén khối khơng khí lạnh hạ xuống Khi thể tích khơng khí đƣợc nâng lên tăng theo chiều cao kể từ moong khu khai thác Lng gió đối lƣu mạnh vào tầng cao khu khai thác Vận tốc chế độ chuyển dịch luồng gió : Do tăng khối khơng khí nâng lên dọc theo bờ mỏ dẫn đến tăng vận tốc chuyển dịch luồng gió hƣớng lên dọc theo bờ mỏ theo chiều cao Vận tốc gió cực đại đạt mép bờ mỏ, tới 1,5 m/s chiều sâu moong khai thác đến từ 100200m Thành phần nằm ngang vận tốc gió luồng đối lƣu tính theo cơng thức: u 0,55 k1 g sin ( H h) tg tg ; m/s t 0,01 t H k1- Hệ số tính đến làm chậm luồng gió ảnh hƣởng tầng; 120 (4.26) g - Gia tốc trọng trƣờng, m/s2; - Góc dốc bờ mỏ, độ; h - Chiều sâu bề mặt, xác định chuyển dịch luồng gió đối lƣu, m; t - Nhiệt độ bề mặt bờ nghiêng sƣờn tầng khu khai thác chiều sâu h, oC; t - Gradient nhiệt độ thực tế, oC/m Một nguyên nhân dẫn đến thơng gió đối lƣu khu khai thác đốt nóng bờ mỏ nhờ lƣợng mặt trời Sự chuyển dịch luồng gió đối lƣu xảy ban ngày bờ Bắc đƣợc đốt nóng nhiều bờ Nam Từ kết đó, lƣu lƣợng gió chuyển dịch dọc bờ Bắc lên mặt đất lớn vận tốc cao so với bờ Nam Khi có nguồn nhiệt khác nhƣ : cháy mỏ, đốt nóng ngoại sinh bờ mỏ v.v luồng gió đối lƣu chuyển dịch suốt ngày đêm Tải khí, bụi khỏi khu khai thác: Việc tải khí, bụi khỏi khu khai thác đƣợc nhờ luồng gió chuyển dịch lên dọc theo bờ mỏ Lƣợng khí, bụi luồng gió tăng lên gần với bề mặt khu khai thác Các nguồn khí, bụi bên mỏ (công tác khoan, máy xúc ) ảnh hƣởng chủ yếu đến việc nhiễm khí mỏ, đặc biệt từ mặt khuất gió nơi có vận tốc gió nhỏ Các nguồn bên ngồi khơng ảnh hƣởng đến nhiễm khí mỏ 4.2.2.2 Sơ đồ thơng gió đảo nghịch Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió đảo nghịch hình thành nhiệt độ bờ mỏ lƣợng luồng gió mặt đất nhỏ Sự chuyển dịch đảo nghịch đặc biệt mạnh gradient nhiệt độ âm Để sinh luồng gió đảo nghịch, vận tốc gió mặt đất khơng vƣợt q 0,70,8 m/s Nghĩa động luồng gió gió nhỏ 0,04 KG.m/m3 Khi lƣợng luồng gió nâng cao gây ảnh hƣởng đến trạng thái nhiệt động luồng gió Sơ đồ chuyển dịch luồng gió: Những lớp khơng khí nằm gần bờ mỏ đƣợc làm lạnh, nặng bắt đầu chuyển dịch xuống dƣới đến đáy moong, lớp nằm đáy moong nóng chuyển dịch lên Theo phát triển đảo nghịch, chiều sâu lớp khơng khí lạnh phần dƣới khu khai thác tăng lên Sau thời gian tất công trƣờng khu khai thác tràn ngập khối khơng khí lạnh 121 Trên (hình 4.8) biểu thị sơ đồ chuyển dịch luồng gió khu khai thác, phần chiều sâu tràn ngập khơng khí lạnh Lớp khơng khí lạnh lấp đầy khu khai thác đảo nghịch gọi lớp đảo nghịch (trên hình 4.8, chiều sâu h) cịn giới hạn gọi mức đảo nghịch (mức a-a hình 4-8) h Hình 4.8 Sự chuyển dịch luồng gió thơng gió đảo nghịch Vận tốc chế độ chuyển dịch luồng gió: Theo sơ đồ thơng gió đảo nghịch vận tốc gió cực đại luồng gió bề mặt bờ mỏ không vƣợt m/s Theo hƣớng luồng đảo nghịch vận tốc gió giảm xuống, cịn dƣới mức đảo nghịch, thực tế khơng khí khơng chuyển dịch Vận tốc trung bình luồng gió mặt dốc bờ mỏ xác định gần theo công thức: u 1,41 k2 H g Tk T ; m/s T (4.27) k2 - Hệ số thực nghiệm tính đến giảm tác động trọng lực đốt nóng đoạn nhiệt khơng khí, nén ép luồng gió xuống tầng sâu ảnh hƣởng ma sát tầng đến luồng gió vào lớp khơng khí khơng chuyển dịch; H - Chiều cao từ mặt đất đến lớp khơng khí khơng chuyển dịch đáy moong, m; g - Gia tốc trọng trƣờng, m/s2; T - Nhiệt độ tuyệt đối trung bình khơng khí bao quanh khu khai thác, oK; Tk - Nhiệt độ tuyệt đối trung bình luồng gió chuyển dịch đến khu khai thác, oK Sự chuyển dịch đảo nghịch kéo dài với thời gian khác nhau,trong vài đến vài ngày thƣờng xảy mùa lạnh Chế độ chuyển dịch gây khó khăn cho trao đổi khơng khí khu khai thác làm cho hàm lƣợng khí, bụi cao bầu khơng khí khoảng cách xa nguồn tạo chúng 122 Theo sơ đồ thơng gió đảo nghịch, trao đổi khơng khí lớp đảo nghịch lớp khí nằm bị hạn chế, tải khí bụi khỏi khu khai thác thực tế không xảy Kết dƣới mức đảo nghịch điều kiện vệ sinh lao động khơng thuận lợi Vì nhiệm vụ việc thơng gió khu khai thác tìm biện pháp phá vỡ dịch chuyển đảo nghịch khơi phục trao đổi khơng khí khu khai thác 4.2.2.3 Sơ đồ thơng gió hỗn hợp Trên thực tế sơ đồ thơng gió khu khai thác khơng hồn tồn giống sơ đồ quan sát mà mang tính hỗn hợp Khi vận tốc gió gió mặt đất từ m/s, chuyển dịch luồng gió khu khai thác bị biến dạng tác động hỗn hợp lƣợng gió lực nhiệt Trong khu khai thác sâu thấy hỗn hợp sơ đồ thơng gió tác động nhiệt gió Thực nghiệm chứng minh rằng, chí gió bề mặt đất mạnh, luồng gió vào khu khai thác khơng vƣợt mức sâu 150200m Dƣới mức này, lƣợng gió hầu nhƣ tác động yếu không gây ảnh hƣởng đến hình thành luồng gió mà luồng gió hình thành dƣới tác động lực nhiệt Ở phần sâu khu khai thác, luồng gió đối lƣu hay đảo nghịch Trên (hình 4.9) giới thiệu sơ đồ chuyển dịch khơng khí thuận - đối lƣu khu khai thác, phần đƣợc thơng gió nhờ lƣợng gió, cịn phần dƣới nhờ lƣợng nhiệt Theo sơ đồ khí, bụi nhờ luồng gió đối lƣu đƣa đến vùng tác động luồng gió thuận đƣợc tải khỏi giới hạn khu khai thác Hình 4.9 Sơ đồ thơng gió thuận - đối lƣu 123 Cũng có sơ đồ hỗn hợp khác Thí dụ nhƣ bờ mỏ đƣợc làm lạnh, bờ khác bị đốt nóng nguyên nhân đó, có sơ đồ thơng gió đối lƣu - đảo nghịch, nhƣ giới thiệu (hình 4.10) Hình 4.10 Sơ đồ thơng gió đối lƣu - đảo nghịch 4.2.3 Thơng gió nhân tạo Thơng gió nhân tạo khu khai thác mỏ lộ thiên cần thiết lƣu lƣợng gió cấp cho khu khai thác khơng đủ để trì trạng thái khí bình thƣờng vệ sinh lao động Các trƣờng hợp là: tập trung khí, bụi khu khai thác giảm lƣợng gió mặt đất, xuất gradient nhiệt độ theo chiều thẳng đứng nhỏ gradient đoạn nhiệt, cƣờng độ thoát khí, bụi cao… Sự giảm lƣợng gió mặt đất yếu tố tạo khả tập trung khí, bụi khu khai thác Khi vận tốc độ gió mặt đất nhỏ 2m/s, trao đổi khơng khí bầu khí khu khai thác mặt đất bị giảm lớn Gradient nhiệt độ theo chiều thẳng đứng xác định cƣờng độ trao đổi khơng khí đối lƣu khu khai thác Gradient đoạn nhiệt 1o/100m chiều sâu thẳng đứng dẫn đến trạng thái cân khí quyển, giới hạn chuyển dịch luồng gió đối lƣu trạng thái khơng có chuyển dịch Trạng thái khơng gây chuyển dịch Gradient < 1o/100m Để tăng cƣờng trao đổi khơng khí cần phải: - Chọn mặt mỏ hƣớng gió chủ đạo; - Chọn kích thƣớc khu khai thác hợp lý theo yếu tố thơng gió; - Tạo bề mặt mỏ cơng trình nhân tạo để nâng cao vận tốc gió tăng cƣờng độ chảy rối luồng gió; - Thay đổi màu sắc đất đá bề mặt mỏ; Sử dụng nhiệt đất đá xuống sâu mỏ 124 Thơng gió nhân tạo bao gồm: - Thơng gió nhờ ống đẫn đƣờng lị dẫn gió; - Thơng gió nhờ luồng gió tự Sử dụng phƣơng tiện thơng gió nhân tạo cần thiết thời kỳ lặng gió xảy chuyển dịch đảo nghịch 4.2.3.1 Các cơng trình thơng gió mặt mỏ Thơng gió khu vực khai thác thực tốt bố trí mặt mỏ bãi thải nhằm định hƣớng tăng cƣờng độ chảy rối luồng gió Cùng mục đích sử dụng nhà cửa bố trí gần khu khai thác làm tƣờng gió (hình 4.11) cho phép tăng vận tốc gió khu khai thác từ 1020% Kết khả quan chiều rộng l lớn, song chiều rộng phải lớn chiều rộng khu khai thác Góc tối ƣu cơng trình khoảng 700 l Hình 4.11 Sơ đồ bố trí tƣờng gió 4.2.3.2 Thơng gió nhờ ống gió đƣờng lị dẫn gió Trên (hình 4.12) giới thiệu sơ đồ thơng gió khu khai thác phƣơng pháp đẩy Với phƣơng pháp thơng gió đẩy gió đến tiếp cận trực tiếp vùng ô nhiễm bảo đảm việc tải khí, bụi tƣơng đối nhanh Phƣơng pháp làm lỗng khí, bụi thổi lên tầng cao bay đến vị trí khác khơng có ngƣời làm việc khu vực nhiễm 125 Khi sử dụng phƣơng pháp hút, thời gian thơng gió lâu hơn, song ƣu điểm hút trực tiếp khơng khí bẩn đƣa khỏi biên giới khu khai thác, phƣơng pháp thơng gió hút khơng thổi tung bụi lắng đọng bề mặt khu khai thác nhƣ thơng gió đẩy Nhìn chung phƣơng pháp hiệu quả, nên sử dụng Có thể sử dụng nhƣ biện pháp phụ a) Nhờ ống; b) Nhờ đường lị Hình 4.12 Sơ đồ thơng gió phƣơng pháp đẩy 4.2.3.3 Thơng gió nhờ luồng đẳng nhiệt Luồng gió tự truyền lan khí quyển, có nhiệt độ khơng đổi nhiệt độ môi trƣờng xung quanh gọi luồng đẳng nhiệt Thực tế nhiệt độ khơng khí theo chiều dài luồng đẳng nhiệt có số thay đổi đốt nóng ban đầu từ thiết bị thơng gió lại đƣợc làm nguội hỗn hợp thổi lên cao Vì từ “đẳng nhiệt” thực tế mang tính quy ƣớc Luồng gió tự đẳng nhiệt khu khai thác đƣợc tạo quạt gió, chủ yếu nhờ cánh quạt máy bay Hiện ngƣời ta hay sử dụng loại cánh quạt động máy bay - 18, - 144, cánh quạt máy bay công suất nhỏ loại trực thăng -, - Vận tốc gió trục luồng khoảng cách x cách tiết diện ban đầu xác định theo công thức: um 0, 48 uo.cp o , m/s ax 0,145 D uo.cp- Vận tốc gió trung bình tiết diện ban đầu, m/s; o- Hệ số tính đến phân bố khơng vận tốc gió tiết diện ban đầu; 126 (4.28) ... Sơ đồ bố trí tƣờng gió 4 .2. 3 .2 Thơng gió nhờ ống gió đƣờng lị dẫn gió Trên (hình 4. 12) giới thiệu sơ đồ thơng gió khu khai thác phƣơng pháp đẩy Với phƣơng pháp thơng gió đẩy gió đến tiếp cận trực... khu khai thác 4 .2. 1.3 Sơ đồ thơng gió hỗn hợp Dạng hình học thực tế khu khai thác khác nhiều so với hai sơ đồ nêu Khi có trƣờng hợp phần khu khai thác đƣợc thơng gió theo sơ đồ thuận cịn phần. .. khí lạnh hạ xuống Khi thể tích khơng khí đƣợc nâng lên tăng theo chiều cao kể từ moong khu khai thác Lng gió đối lƣu mạnh vào tầng cao khu khai thác Vận tốc chế độ chuyển dịch luồng gió : Do tăng