luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu giải pháp nâng cao tính an toàn tia lửa của mạch điều khiển khởi động từ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò

Trong quá trình sử dụng nếu bị đứt cáp gây chập mạch ngắn mạch hoặc sử dụng không đúng cách như: tại các nút bấm điều khiển thiếu bu lông bắt chặt, khe hở mối ghép không đảm bảo, cáp sử

Trang 1

Học viên: Vũ Thành Thái -1- Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ngành công nghiệp khai thác khoáng sản của Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng cao của đất nước Việc nâng cao sản lượng than đòi hỏi phải đầu tư mở rộng khai thác và đầu tư thêm các thiết bị, máy móc Thiết bị, máy móc sử dụng trong mỏ hầm lò chủ yếu là các máy cắt phân phối, trạm biến áp, các biến áp chiếu sáng, các biến tần, các khởi động mềm, các khởi động từ, động cơ băng tải, động cơ máng cào, động cơ bơm nước, động cơ quạt gió Với động cơ này đều được điều khiển chủ yếu bởi các khởi động từ (KĐT) phòng nổ, các động cơ có công suất lớn chủ yếu là động cơ bơm nước, động cơ máy khấu… thường sử dụng các khởi động mềm phòng nổ và biến tần phòng nổ Thực tế với các động cơ có công suất nhỏ là chủ yếu chiếm số lượng lớn trong mỏ và được sử dụng các khởi động từ để điều khiển, khởi động từ có chức năng điều khiển từ xa hoặc tại chỗ Có nhiều loại khởi động từ phòng nổ được sử dụng trong mỏ hầm lò, tại vùng mỏ Quảng Ninh, gồm các loại khởi động từ của Trung Quốc, Nga, Ba Lan và Việt Nam Hiện nay các khởi động từ của Nga, Ba Lan gần như là không còn hoặc có còn chủ yếu đã được cải tạo lại các mạch điện bên trong, không còn được như ban đầu Do đó các khởi động từ đang sử dụng chủ yếu là của Trung Quốc và một phần là do Việt Nam sản xuất Mỗi loại KĐT đều có những ưu nhược điểm khác nhau, nhìn chung các mạch điều khiển trong các khởi động như:

Khởi động từ loại QC 83-80, 60, 80, 120, 200A…, mạch điều khiển từ xa sử dụng mạch thường, không sử dụng mạch an toàn tia lửa

Khởi động từ loại QBZ-30, 60, 80, 120, 200A…, mạch điều khiển từ xa sử dụng mạch thường, không sử dụng mạch an toàn tia lửa

Hiện nay một số mỏ đã sử dụng loại khởi động tử QJZ-60, 80, 120, 200A, đây là khởi động từ có mạch điều khiển là mạch an toàn tia lửa

Trong quá trình điều khiển từ xa cho các động cơ, nếu chỉ sử dụng các mạch điều khiển điện áp 36V từ cuộn sơ cấp của biến áp 660/1140/36V Trong quá trình sử dụng nếu bị đứt cáp gây chập mạch ngắn mạch hoặc sử dụng không đúng cách như: tại các nút bấm điều khiển thiếu bu lông bắt chặt, khe hở mối ghép không đảm bảo, cáp sử dụng không phù hợp với vòng kẹp giữ cáp dẫn đến nguy cơ rủi ro cháy nổ là không thể tránh khỏi Ngoài ra theo phân vùng thì các các nút bấm phòng nổ dạng Ex d I không được phép sử dụng ở ‘vùng 0’ chỉ được phép sử dụng trong vùng 1, 2 (Trong khai thác than hầm lò khí mê tan luôn tiềm ẩn trong các vỉa than đo đó không phân biệt được các vùng), nhưng tại các lò chợ khai thác than thì luôn tiềm ẩn khí mê tan

Với lý do trên nhằm nâng cao trong công tác an toàn, cần có giải pháp để nâng cấp các mạch điều khiển thường, cải tạo sử dụng các mạch điều khiển từ xa trong các khởi động từ, điều khiển từ xa cho các động cơ cần sử dụng mạch điều khiển từ xa an toàn tia lửa, ngoài ra tại các vị trí đặt nút bấm điều khiển cho các động cơ đặt tại các

Trang 2

gương lò chợ, khu vực thường xuyên có khí mê tan, luôn tiềm ẩn nguy cơ rủi ro mất an toàn

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong khai thác than hầm lò tại các mỏ vùng Quảng Ninh, ngoài việc mở rộng quy mô sản xuất, diện khai thác ngày càng xuống sâu cũng đồng nghĩa với nguy cơ mất an toàn ngày càng tăng, luôn có nguy cơ xảy ra các hiểm họa tai nạn có thể xảy ra bất kỳ lúc nào như: cháy nổ khí mêtan, bục nước, sập lò…Với các hiểm họa trên thì hiểm họa cháy nổ khí mêtan là khủng khiếp nhất vì nó xảy ra rất nhanh trong một diện rộng với nhiệt độ và áp suất ở mức rất cao, gây nguy hại đến tính mạng người lao động Trong môi trường khai thác này thì các thiết bị điện phải làm việc trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt như va đập, nhiệt độ, độ ẩm đặc biệt là môi trường xung quanh khu vực thiết bị làm việc luôn tồn tại khí cháy nổ

Theo thống kê hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam vẫn thường xảy ra hiểm họa cháy nổ khí, gây thiệt hại lớn về người và tài sản

Tại Việt Nam, từ năm 1999 đến nay, ngành sản xuất than hầm lò đã xảy ra nhiều vụ tai nạn lao động do nhiều yếu tố khác nhau làm chết và bị thương nhiều ở các mỏ Đáng nói là các vụ cháy nổ khí mêtan gây thiệt hại lớn về người và vật chất, điển hình có các vụ sau:

- Năm 1999 cháy nổ khí mêtan tại Công ty than Mạo Khê làm chết 19 người - Năm 2002 cháy nổ khí mêtan tại Các đơn vị khai thác than hầm lò 909 và Suối Lại làm chết 13 người

- Năm 2006 cháy nổ khí mêtan tại công ty than Thống Nhất làm chết 8 người - Năm 2008 cháy nổ khí mêtan tại Công ty than Khe chàm làm chết 11 người - Năm 2012 cháy nổ khí mêtan tại Công ty 86 làm chết 4 người

- Năm 2016 cháy khí mêtan tại khai trường Hà Ráng – Công ty than Hạ Long làm bỏng 6 người

- Năm 2017 ngạt khí dẫn đến tai nạn tại - Công ty CP than Vàng Danh làm bỏng 1 người chết

- Năm 2019 cháy khí mêtan tại - Công ty Than Hạ Long khiến 02 công nhân tử vong và 03 công nhân bị thương

Một trong những nguyên nhân gây cháy, nổ khí là do hệ thống thông gió chưa tốt, khí mêtan được tích tụ với nồng độ cao (5-10)%CH4 và nếu có xuất hiện tia lửa điện thì sẽ xảy ra một vụ cháy nổ khí

Do đó để hạn chế được các vụ tai nạn trên cần nâng cao công tác an toàn trong quá trình làm việc cũng như sử dụng các thiết bị điện trong lò Cần tìm ra các giải pháp nhằm nâng cao trong công tác an toàn, dưới đây là 1 trong các giải pháp cần quan

tâm đó là “Nghiên cứu giải pháp nâng cao tính an toàn tia lửa của mạch điều

Trang 3

khiển khởi động từ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò” là một yếu tố mang

tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong công tác an toàn khai thác mỏ

2 Đối tượng nghiên cứu

Các khởi động từ phòng nổ hạ áp sử dụng trong mỏ than hầm lò;

Mạch điều khiển từ xa trong các khởi động từ phòng nổ thông dụng đang sử dụng trong các mỏ hầm lò tại Việt Nam

3 Phạm vi nghiên cứu

Các khởi động từ phòng nổ đang sử dụng trong một số mỏ than hầm lò lớn, hiện nay tại Việt Nam

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu các dạng bảo vệ và các mạch điều khiển từ xa của các khởi động từ phòng nổ mạng hạ áp, hiện nay đang sử dụng trong mỏ than hầm lò

Đánh giá điều kiện an toàn tia lửa của các khởi động từ phòng nổ đang sử dụng trong mỏ hầm lò

Nghiên cứu giải pháp nâng cao tính an toàn tia lửa của mạch điều khiển từ xa, của các khởi động từ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò

5 Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Phương pháp thực nghiệm

+ Phương pháp nghiên cứu dựa trên quy chuẩn, tiêu chuẩn

+ Thống kê, thu thập số liệu tại một số mỏ lớn Tổng hợp, phân tích, đánh giá, nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kinh nghiệm trong quá trình công tác nghiên cứu

khoa học của tác giả và tài liệu tham khảo ở trong nước và nước ngoài 6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu giải pháp nhằm nâng cao tính an toàn tia lửa của mạch điều khiển khởi động từ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò

Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để các đơn vị khai thác than hầm lò tham khảo, đưa ra những giải pháp thích hợp, nhằm bổ sung thay thế đối với các khởi động từ hiện tại chưa sử dụng mạch điều khiển từ xa an toàn tia lửa hoặc đã sử dụng nhưng không hiệu quả trong quá trình điều khiển các động cơ điện, đảm bảo an toàn trong khai thác than hầm lò

7 Kết cấu của luận văn:

Chương 1 Tổng quan về mạng điện hạ áp sử dụng trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Chương 2 Đánh giá quá trình làm việc của các khởi động từ sử dụng trong mỏ than hầm lò

Trang 4

Chương 3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao tính an toàn tia lửa của mạch điều khiển khởi động từ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò

Kết luận, kiến nghị

Luận văn Thạc sĩ được thực hiện tại, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng

dẫn TS Trần Hữu Phúc, cũng như các ý kiến đóng góp của các thầy giáo trong

Trường và các thầy có giáo Trong Bộ môn Điện khí hóa Trường Đại học mỏ địa chất, cũng như các ý kiếm đóng góp của các đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Trang 5

Điện năng cung cấp cho các đơn vị khai thác than hầm lò có thể thực hiện theo hai phương thức:

Với các các đơn vị khai thác than hầm lò ở gần trạm biến áp vùng và công suất tiêu thụ không lớn thì lấy trực tiếp điện áp 6kV, bằng một hoặc hai tuyến 6kV (tuỳ theo yêu cầu về nhu cầu cung cấp điện liên tục hay không liên tục) Tại các đơn vị khai thác than hầm lò lắp đặt trạm phân phối chính để phân phối điện năng 6kV cho nội bộ các đơn vị khai thác than hầm lò Trường hợp chỉ có một đường dây 6kV thì nguồn dự phòng có thể lấy từ nguồn điện của các đơn vị khai thác than hầm lò lân cận

Với các các đơn vị khai thác than hầm lò ở xa trạm biến áp vùng thì điện năng từ trạm biến áp vùng được dẫn đến các đơn vị khai thác than hầm lò theo hai đường dây 35kV dự phòng nóng, tại các đơn vị khai thác than hầm lò xây dựng trạm biến áp chính 35/6kV gồm hai máy biến áp dự phòng nóng hoặc nguội

1.1.2 Hệ thống cung cấp điện trong nội bộ các đơn vị khai thác than hầm lò

Hệ thống cung cấp điện trong các mỏ than hầm lò, nhìn chung đều có những đặc điểm cơ bản sau:

Các mỏ được cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, bằng các đường dây 110kV dẫn về các trạm biến áp vùng 110/35/6kV, từ các trạm biến áp vùng, điện năng theo hai tuyến đường dây 35kV (một làm việc, một dự phòng) được dẫn về trạm biến áp chính 35/6kV của từng mỏ, luân phiên theo chu kỳ ca sản xuất

Với hệ thống lưới điện như vậy thì việc cung cấp điện cho các mỏ than đến thanh cái phía 35kV của trạm biến áp chính là liên tục, thời gian mất điện chỉ bằng thời gian cần thiết để đóng nguồn dự phòng nên thoả mãn yêu cầu cung cấp điện liên tục đối với các mỏ than hầm lò

Do đặc thù và điều kiện địa chất mỏ, hiện nay việc cung cấp điện cho các mỏ hầm lò được thực hiện chủ yếu qua lò giếng Từ trạm biến áp chính điện năng được cung cấp trực tiếp cho các động cơ cao áp 6kV (quạt gió chính, trục tải) và qua các biến áp 6/0,69(1,2)kV để cung cấp cho các phụ tải trên mặt mỏ Đồng thời cũng từ trạm biến áp chính điện năng được dẫn đến miệng giếng bằng hai đường dây trên

Trang 6

không hoặc cáp và cung cấp cho trạm phân phối trung tâm hầm lò bằng hai tuyến cáp đặt trong giếng Từ trạm phân phối trung tâm hầm lò cung cấp cho các khu vực khai thác thông qua đường cáp và các trạm biến áp di động 6/0,69(1,2)kV để cung cấp điện cho các máy khoan, động cơ máng cào, động cơ băng tải, quạt gió cục bộ và các máy biến áp 1140/660/127V dùng cho chiếu sáng mỏ Cụ thể thể hiện trong hình 1.1 Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp của mỏ từ 6kV trở xuống

1.1.3 Môi trường hầm lò

Môi trường khai thác than hầm lò, được đặc trưng bởi nhiệt độ cao từ (25÷35)0C; độ ẩm rất lớn đến ≤ 100%RH; môi trường chứa nhiều bụi bẩn có khả năng dẫn điện; có chứa một số loại khí độc như (CO; CO2; H2S….); khí dễ cháy như (CH4; H2…), trong điều kiện môi trường như vậy, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật liệu cách điện và các phần cơ khí của thiết bị

Đặc điểm làm việc của thiết bị trong mỏ than hầm lò:

- Không gian chật hẹp, môi trường khắc nghiệt … do đó đòi hỏi thiết bị có đặc điểm riêng như kín tránh bụi bẩn, hơi ẩm

- Thiết bị phải có độ bền cơ học cao vì thường xuyên di chuyển và dùng trong điều kiện có sự va đập mạnh của đất đá khi sụp đổ lò, do nổ mìn

1.2 Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 1.2.1 Cung cấp điện

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp của mỏ từ 6kV trở xuống

Trang 7

Các mỏ được cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, bằng các đường dây 110/220kV dẫn về các trạm biến áp khu vực, từ các trạm biến áp khu vực qua hai tuyến đường dây 35kV (một làm việc, một dự phòng) dẫn về trạm biến áp chính 35/6 kV của mỏ

Từ các trạm biến áp chính của mỏ, điện áp 6kV được cung cấp tới các trạm biến áp khu vực trong hầm lò bằng các đường dây trên không và cáp lực đến các trạm biến áp khu vực Từ các trạm biến áp khu vực trong hầm lò, cung cấp điện hạ áp cho các thiết bị khai thác với mức điện áp 660/1140V

1.2.2 Cung cấp điện cho các khu khai thác

Qua khảo sát các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh về mạng điện hạ áp của các mỏ hầm lò cơ bản giống nhau, cung cấp điện đối với mỗi khu vực, kết cấu và thông số mạng điện hạ áp khu vực mỏ được quyết định bởi phương pháp mở vỉa, phương pháp khai thác, vận chuyển than, đất đá, chiều dài vỉa, sản lượng vỉa, mức độ trang bị cơ giới hóa khai thác than

Mỗi khu vực khai thác được cấp điện từ trạm biến áp khu vực 6/0,4/0,69 kV hoặc 6/0,69/1,14kV Các trạm biến áp khu vực chủ yếu đặt trong hầm lò được cung cấp điện từ trạm phân phối trung tâm hầm lò Các trạm biến áp đặt trong hầm lò là máy biến áp phòng nổ cố định hoặc được dịch chuyển định kỳ để cung cấp điện hạ áp cho các phụ tải bằng cáp đặt theo đường lò Có một số ít trường hợp trạm biến áp khu vực đặt ở ngoài cửa lò

Hiện nay ở các mỏ gần như đã không còn sử dụng điện áp 380V, các thiết bị chủ yếu sử dụng cấp điện áp 660V/1140V Được dẫn tới trạm phân phối lò chợ và từ đó phân phối cho các phụ tải trong khu vực bằng các đường cáp mềm Tuỳ theo góc nghiêng của vỉa và phương pháp cung cấp điện cho khu khai thác mà thiết bị trong khu và trạm phân phối hạ áp lò chợ được bố trí ở lò vận chuyển hoặc một bộ phận ở lò vận chuyển, một bộ phận ở lò thông gió Hiện tại, chủ yếu các lò chợ vẫn được khai thác theo công nghệ cũ là khoan, nổ mìn và sử dụng cột chống thủy lực đơn nên yêu cầu về cung cấp điện vận hành không quá phức tạp Trong thời gian gần đây, tập đoàn CN Than và Khoáng sản Việt Nam đã cho triển khai các dự án lò chợ cơ giới hóa dùng máy khấu than kết hợp với dàn chống tự hành, với xu hướng đó, việc nâng cấp điện áp từ 380V lên 660V hoặc 660V lên 1140V ở nhiều mạng hạ áp mỏ hầm lò là tất yếu

Công nghệ khai thác than hầm lò tạo ra những đặc điểm đòi hỏi việc tổ chức cung cấp điện và trang thiết bị điện phải phù hợp với những đặc điểm đó, chủ yếu gồm:

- Độ ẩm và chứa bụi trong bầu không khí ở các đường lò cao đòi hỏi các thiết bị điện phải được lắp đặt trong vỏ đặc biệt để bảo vệ khỏi ẩm và bụi

- Không gian chật hẹp, khả năng sập lò và đất đá sụt lở đòi hỏi thiết bị điện phải có kích thước tối thiểu và độ bền cơ học cao

Trang 8

- Khả năng cháy nổ bầu không khí mỏ đòi hỏi thiết bị điện phải được chế tạo đặc biệt để không thể là nguyên nhân gây cháy, nổ

- Khả năng dễ gây ra điện giật đòi hỏi phải sử dụng loại mạng điện riêng (mạng trung tính cách ly) và phải sử dụng từng hình thức bảo vệ riêng để kiểm tra thường xuyên cách điện và cắt điện bảo vệ

Những đặc điểm kể trên ngoài các yêu cầu đòi hỏi trang thiết bị phải thoả mãn, còn đặt ra các yêu cầu đối với tổ chức hệ thống cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện ngoài việc phải thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện năng, còn phải thoả mãn một số yêu cầu chủ yếu gồm:

- Tăng năng suất của các máy móc khai thác bằng cách tăng công suất động cơ truyền động, nhưng không vì thế mà tăng kích thước của động cơ Vì thế xu hướng chung là tăng cường phẩm chất của cách điện, tăng cấp điện áp cung cấp cho động cơ công suất lớn, tăng cường làm nguội động cơ theo hướng thổi khí có áp suất đủ

- Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục theo hướng chọn lọc thụ động - Đảm bảo dòng rò nhờ kết hợp mạng hợp lý nhằm hạn chế chiều dài mạng cáp và số lượng thiết bị đấu vào mạng trên cơ sở sử dụng các trạm biến áp di động công suất không lớn

- Sử dụng thiết bị khởi động mềm và tự động điều chỉnh tốc độ

1.2.3 Phương pháp tổ chức cung cấp điện

Do đặc thù hoạt động sản xuất và các yếu tố đe dọa tới điều kiện an toàn lao động (cháy nổ khí, bục nước, sập lò…), nên mỏ than hầm lò luôn được coi là hộ tiêu thụ điện đặc biệt quan trọng Không giống như phần lớn các xí nghiệp công nghiệp sản xuất tập trung, các xí nghiệp mỏ thường được cung cấp điện theo mô hình: lưới cao áp quốc gia  lưới phân phối  lưới hạ áp Hiện nay ở Việt Nam, lưới phân phối có các cấp điện áp được áp dụng như sau: 6kV, 10kV, 22kV, 35kV; lưới hạ áp khu vực có: 660V, 1140V, với mạng điện 380V hiện nay không còn sử dụng nữa

Tùy theo độ sâu, diện tích của vỉa than và cấp điện áp làm việc của các thiết bị sử dụng trong hầm lò, trên thế giới từ lâu nay phổ biến hai phương pháp cung cấp điện như sau:

1.2.3.1 Cấp điện qua giếng

Phương pháp này được áp dụng cho mỏ sâu Trạm chính của mỏ nhận điện cao áp từ lưới quốc gia, chuyển hạ cấp điện áp xuống lưới phân phối, thường là 6kV Điện áp này được dẫn từ trạm biến áp chính (T.B.A.C) hoặc trạm phân phối trên mặt bằng qua lò giếng (thường là giếng phụ) tới các trạm biến áp di động (T.B.D) hoặc cố định (T.B.C) trong lò, với mô hình chung như minh họa nêu trên hình 1.2a Trạm phân phối trung tâm hầm lò (T.P.T.H) thường được bố trí lắp đặt cạnh sân giếng, lân cận với trạm bơm thoát nước chính và trạm chỉnh lưu

Trang 9

1.2.3.2 Cấp điện qua lỗ khoan

Phương pháp này nói chung chỉ áp dụng cho các mỏ nông, khi các vỉa than nằm sâu nhất không quá 300m Theo phương pháp này, điện hạ thế được cấp thẳng từ trạm chính hoặc từ các biến áp phân phối đặt trên mặt bằng đến tận lò chợ, dẫn cáp qua lỗ khoan hoặc thượng thông gió Như vậy sơ đồ này không có trạm phân phối ngầm Mô hình cung cấp điện theo phương án này được minh họa trên hình 1.2b

Hình 1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác

Phương pháp cung cấp điện đối với mỗi khu vực, kết cấu và thông số mạng điện hạ áp khu vực mỏ được tính toán dựa trên phương pháp mở vỉa, phương pháp khai thác, vận chuyển than, đất đá, chiều dài vỉa, sản lượng vỉa; mức độ trang bị cơ giới hoá khai thác than… Mỗi đơn vị khai thác được cấp điện từ trạm biến áp khu vực 6/0,4kV hoặc 6/0,69kV Chủ yếu các trạm biến áp khu vực đặt trong hầm lò, được cung cấp điện qua lò bằng, giếng nghiêng hoặc giếng đứng từ trạm biến áp chính trên mặt bằng theo đường dây trên không và cáp điện 6kV

Các trạm đặt trong hầm lò chủ yếu sử dụng các máy biến áp phòng nổ do các nước sản xuất như:

Nga loại: TKШBП- 200, 250, 400, 630kVA, dạng bảo vệ nổ là: PB 3B; Ba Lan loại: JTZSB -315kVA, dạng bảo vệ nổ là: Ex d I;

Trung Quốc loại: KBSGZY - 200, 250, 400, 630, 800, 1000, 1200kVA, dạng bảo vệ nổ là: Ex d I;

Việt Nam loại: TBKP – 400, 630kVA loại có dạng bảo vệ là Ex de q I và TBHDP - 400, 630, 1200kVA, dạng bảo vệ nổ là: Ex d I;

Trang 10

Có thể đặt chúng cố định hoặc di chuyển định kỳ nhằm cung cấp điện áp 660V hoặc 1140V đến các điểm phân phối điện hạ áp của các công trường khai thác bằng cáp cứng và cáp mềm đặt theo đường lò Có một số trường hợp trạm biến áp khu vực 6/0,69(1,2)/1,2kV đặt ở ngoài cửa lò, sử dụng máy biến áp kiểu thông thường, cấp điện hạ áp tới các át tô mát tổng và từ át tô mát tổng cấp điện đến các khởi động từ và từ khởi động từ cấp điện đến cho từng phụ tải theo yêu cầu như:

Máy biến áp chiếu sáng loại ZBZ của Trung Quốc, biến áp khoan loại AПШ của Nga;

Động cơ phòng nổ thường sử dụng loại YB2; YBK2; JDSB; dSKg; 3PN, …do Trung Quốc, Ba Lan và Việt Nam sản xuất

Dưới đây là một số sơ đồ cung cấp điện hạ áp của một số mỏ hầm lò từ hình 1.3 đến 1.4

Trang 11

Học viên: Vũ Thành Thái -11- Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tkbii50-6/0,69kV

Sè 11 TR¹ M B.A i iK370Lß D.VØa 7 mø c +0 c ¸ n h t ©y

3x50+1x10 50m

Qb z -80 K-449

I c®=200A

ATP-200 A- 424

I c®=300A

KDB-350 (A281)

3x50+1x10 5m

Ic®= 45A

A? -4 BK-128

M.cµo T.TG-VC+10-:-+50, L=50m

KDP-80 K-978

Qb z -80 K-451

q BZ-200 (K609)

ATP-400 (A387)

q BZ-200 (K610)

B¬m dung dÞchBRW 80/ 35 sè 2

5m

Qb z -80 K-450

M.Cµo SKAT-80Sè 3 (Lß chî )

A? -4 BK-129

I c®=200A

QC83-80 K-452

QC83-80 K-430

A? -4 BK-127

QC83-80 K-430

I c®=200A

Qu¹ t giã YBT-11Thu håi v× s¾t lß+1053x25+1x10

Iqt=80AI c®=396A

I qt=16AI c®=80A

Inm = 1845A(2)

Tqt=5sI qt=27AI c®=133ATqt=5sIqt=27A

Ic®=133ATqt=5sI qt=27A

I c®=133A

Tqt=5sIqt=27AI c®=133ATqt=5s

I qt=22AI c®=108ATqt=5s

I c®=32A

Tqt=5sI qt=80AI c®=396A

Tqt=5sI qt=27AI c®=133A

Icc= 28AInm = 3815A(2)

Inm = 4497A(2)

Inm = 1559A(2)Inm = 1622A(2)

Inm = 2131A(2)

? U =28,5V ? U = 26,2V

? U = 24,5V

I qt=16AI c®=80ATqt=5s

Hình 1.3 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò DV-110 - Công ty than Quang Hanh

Trang 12

Hình 1.4 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò – Công ty than Vàng Danh

Trang 13

1.2.3.3 Kết cấu mạng hạ áp của một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Nhìn chung các mạng hạ áp đều có sơ đồ nguyên lý giống nhau, chỉ khác chiều dài mạng điện, cũng như số lượng thiết bị đấu vào mạng và các phân nhánh của tùng mỏ như:

- Các mạng điện hạ áp có tổng chiều dài (l) của mạng không lớn với chiều dài l < 3km (trung bình 1,0 km);

- Các nhánh có từ 15 nhánh;

- Số thiết bị đấu vào mạng trung bình ở các mỏ là 10 thiết bị;

- Chiều dài xa nhất từ máy biến áp đến phụ tải từ 0,21km (trung bình 0,5km) - Cáp điện được treo bên cạnh đường lò trên các móc treo, tuổi thọ khoảng 3 năm đối với cáp ở những đường lò di chuyển nhiều, do thường xuyên phải chịu làm việc quá dòng điện, điều kiện môi trường khắc nghiệt, môi trường có độ ẩm cao, nước a xít, do ảnh hưởng của biến động địa chất, do đất đá sụp đổ lò, dẫn đến thời gian sử dụng có của cáp điện giảm

1.3 Các thiết bị điện hạ áp dùng trong các mỏ than hầm lò

Hiện nay các thiết bị điện sử dụng trong mỏ than hầm lò chủ yếu là các thiết bị điện phòng nổ với các dạng bảo vệ “d”, “q”, “e”, “i” , “m” …tùy vào dạng bảo vệ khác nhau, chức năng và vị trí, khu vực lắp đặt khác nhau, do đó các thiết bị điện loại này phải tuân thủ theo các yêu cầu của TCVN 7079, nếu đảm bảo mới được phép sử dụng trong môi trường có khí cháy nổ, trong các mỏ khai thác than hầm lò Các thiết bị được sử dụng hiện nay có rất nhiều chủng loại khác nhau và được sản xuất từ các nước khác nhau như Nga, Ba Lan, Trung Quốc, Việt Nam, số lượng thiết bị sử dụng trong một số mỏ than hầm lò tổng hợp trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tổng hợp các thiết bị điện tại một số mỏ vùng Quảng Ninh

Trang 14

Một số thiết bị điện hạ áp đang sử dụng trong hầm lò

Tổng số Dạng

bảo vệ

Mạo Khê

Nam Mẫu

Than Uông Bí

Vàng Danh

Mông

Khe Chàm

Quang Hanh

Trang 15

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật đối với các thiết bị sử dụng trong mỏ hầm lò

Thiết bị điều khiển được sử dụng để điều khiển mạng điện, máy móc dùng điện theo các chế độ làm việc cần thiết của chúng như: Đóng cắt, đảo mạch

Thiết bị điện dùng trong mỏ hầm lò phải tuân theo các qui định trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7079-xx Những yêu cầu chủ yếu đối với thiết bị điện dùng trong mỏ hầm lò có thể tóm tắt như sau:

- Vỏ thiết bị điện không thể mở nhanh hơn thời gian cần thiết đủ để phóng hết điện tích dư của các tụ điện trong thiết bị với tổng năng lượng dư thừa là 0,2mJ, phải có nhãn trên vỏ thiết bị ghi rõ thời gian trễ cần thiết trước khi mở vỏ

- Thiết bị điện có chứa các phần tử thoát ẩm phải tuân theo các qui định của tiêu chuẩn này và các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

1.4.1 Yêu cầu về nhiệt độ

a) Nhiệt độ xung quanh

Thiết bị điện làm việc trong môi trường khí nổ thường được thiết kế để vận hành ở nhiệt độ xung quanh từ -200C ÷ 400C Nếu thiết bị điện làm việc trong phạm vi nhiệt độ khác với phạm vi này thì phải ghi vào nhãn phạm vi nhiệt độ tương ứng

b) Nhiệt độ tối đa trên bề mặt thiết bị

Nhiệt độ tối đa trên bề mặt thiết bị không được vượt quá: - 1500C khi có bụi than bám thành lớp;

- 4500C nếu tránh được bụi than nguy hiểm nêu trên bám vào

1.4.2 Yêu cầu về cơ cấu bắt chặt

Cơ cấu bắt chặt nhằm đáp ứng các yêu cầu bảo vệ hoặc sử dụng để ngăn không cho tiếp xúc với các phần tử mang điện mà không được cách điện, phải dùng dụng cụ mới tháo hoặc mở ra được

Bu lông của cơ cấu bắt chặt cho vỏ bằng hợp kim nhẹ phải được chế tạo bằng hợp kim nhẹ hoặc bằng các vật liệu khác, thích hợp với vật liệu của vỏ

Các lỗ có ren của vỏ cho các cơ cấu bắt chặt, những nắp an toàn của chúng dự kiến mở ra khi hiệu chỉnh, kiểm tra và thực hiện những thao tác khác phải được tráng hợp kim nhẹ có dạng ren thích hợp với vật liệu của vỏ

a) Cơ cấu bắt chặt đặc biệt

Khi có một phần tử nào đó đòi hỏi cơ cấu bắt chặt đặc biệt, thì cơ cấu này phải là

loại chỉ có dụng cụ chuyên dùng mới mở ra được

- Có thể dùng các cơ cấu bắt chặt sau đây:

+ Bu lông sáu cạnh không xẻ rãnh, có đầu bu lông phù hợp với tiêu chuẩn ISO 262 và ISO 272, hoặc đai ốc sáu cạnh phù hợp với ISO 262 hoặc ISO 272 lắp vào

Trang 16

những bu lông có ren phù hợp với ISO 262, hoặc bu lông sáu cạnh đầu chìm phù hợp với ISO 262 và ISO 4762

+Các nắp bảo vệ hoặc lỗ khoét che chắn mỗi đầu bu lông hoặc đai ốc với toàn bộ chiều cao và ít nhất hai phần ba chu vi đường tròn của chúng Các nắp bảo vệ phải được coi là:

Phần không thể tách rời của vỏ,

Phần gắn với vỏ và đảm bảo vững chắc cho vỏ, Được cố định với vỏ và không thể xoay rời ra được

Đối với những giải pháp nêu trên, các kích thước của bulông, của nắp và lỗ khoét bảo vệ ghi trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Số liệu kích thước của cơ cấu bắt chặt đặc biệt

h mm

danh định, d2 mm

thu nhỏ, d2 mm 6H

Trang 17

c) Cọc đấu dây và đầu cốt

Các cọc đấu dây và đầu cốt dùng làm phương tiện đấu nối phải chịu được mômen xoắn khi đấu nối phải được lắp vào sao cho không tự nới lỏng ra

Việc thử nghiệm mômen xoắn cho các cọc đấu dây và đầu cốt được qui định như sau:

Các cọc đấu dây và đầu cốt sử dụng để đấu nối chịu một mômen xoắn khi xiết chặt hoặc nới lỏng phải được thử khả năng chống xoắn và chống xoay với mômen xoắn ứng với giá trị nêu trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Mômen xoắn tác dụng vào các cọc đấu dây và đầu cốt sử dụng để đấu nối

Tính ổn định nhiệt của các vật liệu này được coi là đạt nếu vật liệu ổn định với hai nhiệt độ sau đây:

- Chịu được nhiệt độ thấp nhất với thang nhiệt độ làm việc của thiết bị;

- Chịu được quá 200K so với nhiệt độ làm việc lớn nhất của thiết bị hoặc là chịu được 1200C, lấy giá trị cao hơn

Trang 18

e) Đầu nối

Áp lực tiếp xúc trên các đầu nối điện phải chịu được sự thay đổi kích thước của các vật liệu cách điện khi làm việc (do nhiệt độ, độ ẩm v.v…)

f) Cơ cấu đấu nối để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế

- Cơ cấu đấu nối hoặc phương tiện đấu nối để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế phải được bố trí bên trong các khoang đầu cáp của thiết bị điện và gần với các đầu nối khác - Các thiết bị điện có vỏ bằng kim loại cần phải có các cơ cấu đấu nối bổ sung để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế Không cần có các cơ cấu nối ngoài đối với các thiết bị điện di động khi được cấp điện bằng cáp có lõi tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế

- Đối với thiết bị điện có cách điện kép không cần tới cơ cấu tiếp đất ngoài hay tiếp đất trong hoặc nối dây đẳng thế Đối với thiết bị có vỏ kim loại dùng làm các hệ thống truyền dẫn cũng không cần đến tiếp đất bổ sung

- Việc tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế trong các khoang đầu cáp phải phù hợp với lõi dây có tiết diện qui định trong IEC 364.5.54

- Để đảm bảo tiếp xúc dẫn điện tốt, các cơ cấu đấu nối phải được chống rỉ có hiệu quả và phải thiết kế sao cho các dây dẫn đảm bảo không tự nới lỏng, không bị vặn, xoắn và duy trì được áp lực tiếp xúc

- Phải có biện pháp phòng ngừa đặc biệt để chống rỉ nếu sử dụng các phần tiếp xúc có chứa hợp kim nhẹ

g) Cơ cấu đấu nối và khoang đấu cáp

- Thiết bị điện chế tạo để nối với các mạch điện ngoài phải có các cơ cấu đấu nối, trừ các thiết bị điện được chế tạo đã có sẵn cáp nối với chúng

- Khoang đầu cáp và các lỗ luồn cáp vào phải được thiết kế sao cho các dây dẫn có thể nối được dễ dàng

- Khoang đầu cáp phải phù hợp các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

- Khoang đầu cáp phải được thiết kế sao cho sau khi đấu nối đúng cách với các dây dẫn, các khe hở và khoảng cách rò phải đáp ứng các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

- Khoang đầu cáp phải được thiết kế sao cho sau khi đầu nối đúng cách với các dây dẫn, các khe hở và khoảng cách rò phải đáp ứng các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

h) Ống luồn cáp và dây dẫn

Ống luồn cáp và dây dẫn phải được cấu tạo và lắp ghép sao cho chúng không làm thay đổi tính chất cơ bản của dạng bảo vệ thiết bị khi chúng được nối Điều này được

Trang 19

Vòng đệm kim loại (khi dùng cáp có vỏ bọc kim loại); Amiăng hoặc các dây bện bằng amiăng

- Ống luồn cáp phải đảm bảo để:

+ Luồn cáp qua vỏ thiết bị mà không làm hư hỏng cáp;

+ Kẹp được cáp, nối ghép vỏ bọc thép, vỏ hoặc màn chắn kim loại 1 Điểm rẽ nhánh của cáp điện

2 Vòng đệm kín 3 Thân ống luồn cáp 4 Vòng kẹp có vành lót 5 Cáp điện

Hình 1.6 Minh họa sử dụng ống luồn cáp có vòng đệm

- Ống luồn cáp phải có khả năng kẹp chặt cáp điện đề phòng bị kéo, giật tụt cáp ra hoặc xoắn vặn cáp dẫn đến các cơ cấu đấu nối

- Ống luồn cáp phải không có cạnh sắc để khỏi làm hư hỏng cáp khi đưa chúng vào thiết bị theo bất cứ hướng nào kể cả góc 900 so với trục vào Miệng ống luồn cáp phải được loe tròn với bán kính cong của miệng loe không nhỏ hơn một phần tư đường kính của cáp lớn nhất mà đầu vào cáp có thể cho cáp đi qua

- Ống luồn cáp có thể được bắt vít vào trong các lỗ có ren hoặc gắn vào các lỗ phẳng:

+ Trên thành, vách vỏ thiết bị;

+ Trên tấm phẳng được thiết kế vừa khít vào trong hoặc trên vách của vỏ;

+ Trong một khoang được hàn hoặc gắn với vách vỏ như một bộ phận của thiết bị + Lỗ hở trên vỏ thiết bị điện dùng để lắp ống luồn cáp phải được thiết sao cho nếu không sử dụng đến một lỗ hở nào thì nó phải được che chắn một cách tin cậy bằng

Trang 20

phần tử ngăn cách theo qui định ở phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ thiết bị và thoả mãn mức bảo vệ của nó

+ Phần tử ngăn cách này chỉ có thể tháo ra được bằng các dụng cụ chuyên dùng + Trong trường hợp ngoại lệ, khi nhiệt độ vượt quá 700C tại điểm luồn cáp, hoặc 800C tại điểm rẽ nhánh của lõi cáp, phải gắn nhãn bên ngoài thiết bị để chỉ dẫn cho người sử dụng cách chọn cáp hoặc đi dây trong ống luồn cáp

- Bề mặt mối ghép phòng nổ và các khe hở của tất cả các mối ghép phòng nổ của thiết bị (mối ghép mở chậm, mở nhanh, trục, cơ cấu kẹp giữ chặt cáp….);

- Kết cấu bên ngoài của vỏ;

- Cơ cấu bắt chặt và kẹp giữ chặt cáp điện; - Công tác quản lý kỹ thuật

- Do điều kiện môi trường có độ ẩm cao, nước A xít, do đó các thiết bị được kê cao trên các giá kê bằng giá sắt hoặc một số được kê trên cũi xếp bằng các tấm bê tông, ngoài ra một số ít khu vực thiết bị kê trên gỗ

- Hệ thống cáp điện cao áp, hạ áp, thông tin, đo lường được treo bên cạnh đường lò, để hạn chế được các nhiễu do từ trường gây ra từ các tuyến cáp lực đến các tuyến cáp thông tin làm ảnh hưởng đến quá trình đo lường, khoảng cách tối thiểu giữa hai đường cáp này phải ≥ 0,2m tuy nhiên nhiều vị trí, khu vực của các mỏ hệ thống cáp vẫn chồng chéo lên nhau không theo quy định

- Các thiết bị điện sử dụng trong các mỏ hầm lò đa dạng, nhiều chủng loại chủ yếu của Trung Quốc chế tạo chiếm số lượng lớn từ 80%, còn lại là của Nga, Ba Lan, Việt Nam… chế tạo chiếm số lượng nhỏ từ 20%

- Các thiết bị điện có nhiều bụi than bám vào, chưa có biện pháp bố trí, khắc phục bụi bẩn bám vào

- Vào mùa mưa một số thiết bị ở một số khu vực của một số mỏ vẫn có hiện tượng nước nhỏ giọt trực tiếp vào thiết bị, do đó nguy cơ mất an toàn do điện giật, do chập điện là không thể tránh khỏi nếu các thiết bị bảo vệ không tốt, các mạch điều

Trang 21

khiển điện tử, mạch an toàn tia lửa sử dụng không đúng cách, thay thế bảo trì không đúng

- Tất cả các thiết bị được đấu vào hệ thống tiếp đất chung của mỏ

- Thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt…do đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền thiết bị, do đó các mạch điện tử rất dễ bị hư hỏng (cách điện của thiết bị nhanh giảm, các phần cơ khí dễ bị ăn mòn hóa học….)

Trang 22

Chương 2

ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA CỦC KHỞI ĐỘNG TỪ SỬ DỤNG TRONG MỎ THAN HẦM LÒ

2.1 Công tác an toàn trong khai thác than hầm lò

2.1.1 Công tác an toàn trong khai thác than hầm lò của Nhật Bản

Theo thống kê cho thấy khai thác than hầm lò, tại Nhật Bản đã xảy ra nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng ở các mỏ than do nổ khí, nổ bụi than, sập đổ lò, sự tự cháy, cháy dưới đường lò, bục khí……Các vụ tai nạn nghiêm trọng xảy ra trong hầm lò Nhật Bản từ năm 1950 ÷ 1985, cụ thể được thể hiện trong bảng 2.1 và hình 2.1; hình 2.2

Nguyên nhân các vụ tai nạn trong hầm lò của Nhật Bản từ năm từ năm 1950÷ 1985 thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Nguyên nhân các vụ tai nạn trong hầm lò ở Nhật Bản từ năm 1950÷ 1985

Trang 23

Trang 24

Hình 2.1 Vị trí và số vụ tai nạn trong hầm lò Nhật Bản từ 1950÷1985

Hình 2.2 Tỷ lệ nguyên nhân các vụ tai nạn ở Nhật Bản

Trang 25

Đánh giá các vụ tai nạn tại Nhật Bản

Với thống kê ở trên, các vụ tai nạn xảy ra làm chết chết nhiều người và thiệt hại lớn về kinh tế trong mỏ hầm lò khai thác than ở Nhật Bản giai đoạn 1950÷ 1985, nguyên nhân chủ yếu là:

- Tia lửa do nổ mìn chiếm 23%; - Tia lửa do máy móc chiếm 4%,

- Do tia lửa của thiết bị điện gây ra chiếm tỷ lệ lớn 30%; - Ngọn lửa trần chiếm 29%;

- Cháy tự nhiên chiếm 7% và chưa rõ nguyên nhân chiếm 7%

2.1.2 Công tác an toàn trong khai thác than hầm lò tại Việt Nam

Trong những năm gần đây từ năm 1995 ÷ 2020 trong khai thác than hầm lò tại các mỏ than hầm lò khu vực Quảng Ninh, khả năng mất an toàn gây ra từ máy, thiết bị cũng như quá trình khai thác… luân tiềm ẩn những rủi ro gây tai nạn

Dưới đây là số vụ tai nạn và số người chết trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam từ năm 1995 ÷2020 được thống kê trong bảng 2.2 dưới đây

Bảng 2.2 Số vụ tai nạn, số người chết trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam

vụ tai nạn lao

động trong TKV

Phân loại tai nạn lao động theo nguyên nhân (vụ - người chết) Phân loại nguyên nhân

Trang 26

Trang 27

Hình 2.3 Biểu đồ số vụ tai nạn xảy ra theo nguyên nhân

Bảng thống kê số người chết trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam từ năm 1995 ÷2020 được thống kê trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Số người chết trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam

Trang 28

Hình 2.4 Tỉ lệ các nguyên nhân gây tai nạn

Bảng thống kê nguyên nhân tai nạn trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam từ năm 1995 ÷2020 được thống kê trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Nguyên nhân các vụ tai nạn

Đánh giá các vụ tai nạn tại Việt Nam

Với thống kê ở trên tính đến năm 2020, tổng số vụ tai nạn xảy ra trong khai thác than hầm lò là 450 vụ tai nạn làm chết 258 người, trung bình mỗi năm xảy ra khoảng 17,3 vụ, làm chết khoảng 22,54 người

Trang 29

Qua biểu đồ và thống kê nhận thấy các vụ tai nạn xảy ra liên quan đến tất cả các khâu trong dây truyền công nghệ khai thác, cơ điện, vận tải, cháy nổ khí…, nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tai nạn chết người do nguyên nhân chủ quan của người công nhân hoặc người quản lý chiếm đến 80,8%; nguyên nhân khách quan chiếm tỉ lệ nhỏ 11%; còn lại số vụ tai nạn xảy ra do nguyên nhân chủ quan kết hợp với khách quan là 15,8%

Số vụ tai nạn do cháy nổ khí tuy ít xảy ra nhưng khi đã xảy ra thì hậu quả rất khó lường và thiệt hại về người và tài sản là rất lớn Để hạn chế mức tối đa những vụ cháy nổ và những nguyên nhân tai nạn không đáng có xảy ra cần xem xét nghiên cứu một số giải pháp ngăn ngừa số các vụ tai nạn nói chung và tai nạn cháy nổ khí nói riêng

2.2 Điều kiện cháy nổ khí mêtan trong mỏ hầm lò

Thiết bị điện lắp đặt trong vùng có nguy cơ cháy nổ luôn chứa đựng tiềm năng nguy hiểm, bởi vì chúng có thể phát ra hồ quang, tia lửa điện hoặc sinh ra nhiệt độ cao có thể bốc cháy hỗn hợp chất cháy nổ trong môi trường xung quanh nó

Theo các nghiên cứu cũng như các thử nghiệm, để có thể xảy ra cháy nổ khí cháy phải hội tụ đồng thời 3 yếu tố để cấu thành một vụ cháy nổ khí mê tan (hình 2.5)

- Môi trường không khí mỏ có chứa CH4 và nồng độ khí mêtan nằm trong giới hạn nguy hiểm nổ

- Có nguồn nhiệt đủ điều kiện gây nổ - Ôxy trong không khí

Hình 2.5 Điều kiện cháy nổ hỗn hợp khí mêtan-không khí

Theo nghiên cứu từ một số tài liệu cũng như tiêu chuẩn cho thấy: - Giớ i ha ̣n cháy nổ: (5÷15)%CH4

- Nổ mạnh nhất: 9,5%CH4- Năng lượng bắ t cháy: 0,28mJ - Nồng độ dễ bắt lửa nhất: 8,3%CH4

Khí cháy mêtan (CH4) có trong than, thoát ra từ các vỉa than

Trang 30

Nhìn từ góc độ hóa học, sự ôxi hóa, sự cháy, sự nổ đều là những phản ứng sinh ra nhiệt lượng, nhưng chúng có tốc độ phản ứng khác nhau Các phản ứng khi xảy ra, về cơ bản chúng cần ba yếu tố sau xuất hiện đồng thời:

+ Nhiên liệu: Hơi cháy, chất lỏng cháy, khí cháy, bụi cháy + Chất ôxi hóa: không khí, ôxi, các chất khác

+ Năng lượng bốc lửa: điện hoặc nhiệt - Phương pháp đảm bảo an toàn

Phương pháp đảm bảo an toàn để tránh sự cố cháy nổ tại khu vực tiềm năng cháy nổ nguy hiểm là ngăn chặn sự xuất hiện đồng thời của hỗn hợp khí nổ và các nguồn có thể gây ra năng lượng làm bốc cháy hỗn hợp đó

Phương pháp cơ bản là:

- Đưa các thiết bị có khả năng gây bốc lửa, sinh hồ quang và tia lửa vào không gian hết sức chắc chắn đảm bảo nó không gây ra bất kỳ nguy hại nào tới hỗn hợp khí nổ, ví dụ: đưa thiết bị vào trong vỏ phòng nổ

- Cách ly nguồn gây nổ với hỗn hợp khí cháy nổ

- Hạn chế nguồn năng lượng phát ra từ các thiết bị dưới mức cho phép có khả năng gây nổ cho hỗn hợp khí nổ ví dụ: thiết kế các mạch điện có điện áp thấp an toàn tia lửa

Như vậy, đã có các biện pháp chống cháy nổ phù hợp khác nhau cho phép các thiết bị sử dụng trong vùng có nguy cơ cháy nổ Tất cả các phương pháp áp dụng cho các thiết bị chống cháy nổ đều phải tuân theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế Các tiêu chuẩn sẽ định ra cách thiết kế và lắp đặt thiết bị cho các nhà sản xuất và người sử dụng, tuy nhiên các sản phẩm phải được các cơ quan có thẩm quyển chấp nhận và cấp chứng chỉ Trong tất cả các phương pháp chống cháy nổ, thì phương pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất áp dụng cho các thiết bị điện - điện tử là phương pháp an toàn tia lửa (Ex i I) Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho các mạch điều khiển và các mạch có điện áp thấp

Nguồn nhiệt năng (lửa) do nhiều yếu tố gây lên: do con người mang những vật liệu như mang diêm, hút thuốc trong lò, do cọ sát, ma sát, do kíp mìn không đảm bảo an toàn, do thiết bị điện

Khi tiếp xúc với nguồn gây cháy, hỗn hợp khí nổ không cháy nổ ngay mà trễ sau một khoảng thời gian nào đó Thời gian bắt cháy của khí mêtan ở các nồng độ và nhiệt độ là khác nhau, thời gian này giảm đi nhiều khi nhiệt độ tăng cao và tăng không đáng kể khi hàm lượng khí CH4 trong không khí tăng lên

- Tia lửa phát sinh do phóng tĩnh điện trên bề mặt chất cách điện - Tia lửa phát sinh do nổ mìn bằng thuốc nổ không an toàn

Trang 31

- Tia lửa phát sinh do cọ xát, ma sát, va đập

- Tia lửa sinh ra tại các đầu tiếp điểm của mạch điện do ngắn mạch hồ quang phát sinh bên trong vỏ thiết bị phóng qua khe hở mối ghép phòng nổ, do các thiết bị sử dụng không đảm bảo về tính năng phòng nổ, sử dụng không đúng cách, không tuân thủ đúng theo hướng dẫn của nhà sản xuất cũng như:

Sử dụng không đúng theo quy phạm an toàn dẫn đến qúa trình làm việc do sự cố, phát sinh ra tia lửa khi đủ các yếu tố trên nó sẽ cấu thành một vụ cháy nổ ra môi trường xung quanh

- Nhiệt năng của bộ phận mang dòng điện bị nung nóng quá mức do dòng điện ngắn mạch;

Nhiệt độ trên bề mặt lớn nhất của thiết bị cũng phải được giới hạn nếu vượt quá giá trị sau sẽ gây cháy do đó yêu cầu:

- 1500C trên bất kỳ bề mặt nào khi có bụi than bám thành lớp - 4500C khi không có bụi than bám thành lớp

Hình 2.7 Nhiệt độ vượt qúa nhiệt độ bề mặt

Hình 2.6 Tia lửa phát sinh trong qúa trình làm việc thiết bị điện

Trang 32

Các thiết bị điện sử dụng trong mỏ than hầm lò hiện nay được sử dụng với nhiều loại thiết bị và có nhiều dạng bảo vệ khác nhau

- Bảo vệ thiết bị bằng vỏ bọc không xuyên nổ “d”

+ Vỏ mà trong đó các bộ phận mà có thể kích nổ một hỗn hợp khí nổ ở trong đó và có thể chịu đựng sự tăng áp suất trong khi một vụ nổ bên trong của một hỗn hợp khí nổ và chúng ngăn cản sự lan truyền nổ ra môi trường khí nổ xung quanh vỏ

- Tăng cường độ tin cậy - Dạng bảo vệ "e"

+ Loại bảo vệ được áp dụng cho các thiết bị điện mà các biện pháp bổ sung được áp dụng để nâng cao độ an toàn chống lại khả năng quá nhiệt, khả năng gây ra hồ quang và phóng điện trong lúc làm việc bình thường hoặc dưới những điều kiện bất thường xác định khác

- Thiết bị đổ đầy cát - Dạng bảo vệ "q"

Hình 2.9 Không được phát sinh tia lửa

Hình 2.10 Không được phát sinh hồ quang

Hình 2.11 Không được vượt qúa nhiệt độ bề mặt

Trang 33

+ Loại bảo vệ mà trong đó các bộ phận có khả năng đốt cháy môi trường khí nổ được cố định ở vị trí và được bao quanh hoàn toàn bằng cách điền đầy vật liệu để ngăn chặn việc bắt lửa của môi trường khí nổ bên ngoài, ngoài ra nó có tác dụng dập tia lửa và không cho khí cháy nổ xâm nhập vào bên trong tiếp cận với các thiết bị mang điện được

- Thiết bị đổ đầy chất bao phủ - Dạng bảo vệ "m"

+ Loại bảo vệ nhờ đó các bộ phận có khả năng gây cháy bầu không khí nổ hoặc phát ra tia lửa hoặc bị nung nóng được bao bọc trong một hợp chất mà như vậy bầu không khí nổ không thể bị bắt lửa dưới các điều kiện lắp đặt hoặc hoạt động, ngoài ra có tác dụng không cho khí cháy nổ có thể xâm nhập vào bên trong tiếp cận tới các mạch điện được

- Thiết bị tổng hợp - Dạng bảo vệ Ex d [ia] I

+ Là thiết bị có đầu vào không an toàn tia lửa, nhưng tín hiệu đầu ra của thiết bị là an toàn tia lửa (hạn chế năng lượng đầu ra)

Hình 2.12 Vỏ thiết bị đổ đầy cát

Hình 2.13 Vỏ được đổ đầy chất bao phủ

Trang 34

Bản chất là hạn chế năng lượng đầu ra, trong quá trình làm việc bình thường hoặc khi có sự cố năng lượng sinh ra không đủ điều kiện bắt cháy môi trường có khí cháy nổ được

- Với các dạng bảo vệ như trên trong qúa trình thiết kế, chế tạo thì thiết bị phải đảm bảo khi có sự cố bên trong, không làm bắt cháy môi trường khí cháy nổ xung quanh thiết bị đó

2.3 Nghiên cứu các khởi động từ phòng nổ trong mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.3.1 Tìm hiểu một số loại KĐT phòng nổ thường sử dụng trong các mỏ hầm lò

Khởi động từ (KĐT) là một loại thiết bị điều khiển được sử dụng rất phổ biến trong các mỏ hầm lò hiện nay Tại vùng mỏ Cẩm Phả - Quảng Ninh Các khởi động từ đều có chức năng bảo vệ qúa tải, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ qúa dòng cực đại … ngoài ra có thể điều khiển từ xa thông qua nút bấm điều khiển hoặc điều khiển tại chỗ, điều khiển cho các động cơ điện như: động cơ máng cào, động cơ băng tải, động cơ tời điện, ….Các khởi động từ này chủ yếu do Trung Quốc sản xuất, một số lượng nhỏ còn lại hiện nay là thiết bị do Nga sản xuất, các khởi động từ do Việt Nam sản xuất cũng đang sử dụng trong mỏ với số lượng không nhiều Dưới đây là bảng tổng hợp số lượng các loại khởi động từ phòng nổ chủ yếu trong các mỏ hầm lò Số liệu thống kê thể hiện trong bảng 2.6

Hình 2.14 Tín hiệu đầu vào không an toàn, đầu ra an toàn tia lửa

Trang 35

Bảng 2.6 Bảng thống kê các KĐT ở các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

STT Tên Công ty Than

Số lượng khởi động từ, nước sản xuất Tổng số khởi động

từ của từng Công ty

Trang 36

Bảng 2.7 Bảng thống kê các số lượng khởi động từ do các nước sản xuất hiện đang sử dụng tại một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Với thống kê thực tế số lượng các khởi động từ đang sử dụng tại một số mỏ hiện nay cho thấy, các khởi động từ hiện nay sử dụng trong các mỏ than hầm lò chiếm đa phần là khởi động từ do Trung Quốc sản xuất cụ thể thể hiện trong bảng 2.8

Bảng 2.8 Tỉ lệ các khởi động từ hiện nay đang sử dụng trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Các khởi động từ sử dụng trong mỏ hầm lò của Việt Nam hiện nay chủ yếu là các loại trong bảng 2.9

Bảng 2.9 Một số loại khởi động từ phòng nổ đang sử dụng trong mỏ than hầm lò

(Cái)

Tỉ lệ (%)

Dạng bảo vệ

Nước sản xuất

1 Khởi động từ phòng nổ

QBD-80, 120A; QC83 - 80,

120A

80, 120 380/660;

660/1140 Ex d I

Trung Quốc

QBZ -30, 60, 80, 120, 200A

30; 60; 80; 120;

200

380/660;

660/1140 Ex d I

Trung Quốc

Trang 37

Các khởi động từ của Nga hiện nay đang sử dụng với số lượng rất ít, ngoài ra các mạch điều khiển bên trong đã được cải tạo lại không còn nguyên bản như ban đầu (với lý do không có linh kiện để thay thế hoặc không sửa chữa và khắc phục được) Các loại khởi động từ hiện đang sử dụng trong mỏ nêu trên, có nhiều dải công suất khác nhau tùy vào yêu cầu của phụ tải Bên trong mỗi khởi động từ thường có bố trí mạch điều khiển từ xa hoặc tại chỗ, để điều khiển các động cơ, Hiện nay một số khởi động từ do Trung Quốc sản xuất loại QJZ các mạch điều khiển này đã được cải tiến sang mạch điều khiển an toàn tia lửa Riêng loại khởi động từ QBZ và QC83-80 thì không được trang bị mạch điều khiển an toàn tia lửa, điện áp điều khiển được lấy trực tiếp từ phía thứ cấp của máy biến áp 660/1140/36V Các loại thiết bị này hiện vẫn đang sử dụng phổ biến trong các mỏ Tuy nhiên một số thiết bị hiện đã được cải tạo lắp bổ sung, mạch điều khiển từ xa an toàn tia lửa với số lượng không nhiều, dưới đây là nguyên lý của một số khởi động từ hiện đang sử dụng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

2.3.2 Khởi động từ QC 83-120

Loại này do Trung Quốc sản xuất, có thông số kỹ thuật đươc ghi trong bảng 2.10

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của KĐT QC 83-120

Mã hiệu Iđm(A)

Dòng chỉnh định (A)

Dòng ngắt hiệu quả (A)

QJZ - 60, 80, 120, 315, 400A

30; 60; 80; 120;

400

380/660; 660/1140

Ex d [ib]I

Trung Quốc

KDP - I KDP -125

60; 80; 120; 250

380/660;

660/1140 Ex d I Việt Nam

IIMBN-41

Trang 38

89 di

+ Điều khiển tại chỗ:

Nối 2-9 trên hộp đấu cáp, nối cầu 5-2 trong KĐT, đóng cầu dao HGK, KĐT có điện ấn nút OA – XA rơ le JZ có điện tác động đóng tiếp điểm trên mạch điều khiển công tắc tơ XLC XLC có điện tác động đóng tiếp điểm mạch lực cung cấp điện cho động cơ (phụ tải) Đồng thời đóng tiếp điểm XLC1 trên mạch điều khiển để duy trì mạch điều khiển khi rời tay khỏi nút bấm, đóng tiếp điểm XLC2 để liên động với KĐT khác hoặc mạch tín hiệu Muốn dừng động cơ ta ấn nút TA, lúc này rơle JZ mất điện cắt công tắc tơ XLC, XLC cắt tiếp điểm mạch lực, động cơ dừng làm việc

+ Điều khiển từ xa:

Nối hộp nút bấm với 1, 2, 9 (di), bỏ cầu nối 5-2 Nguyên lý điều khiển tương tự như điều khiển tại chỗ

Trang 39

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển từ xa

2.3.3 Khởi động từ QBZ -120

Loại này do Trung Quốc sản xuất, có thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.11

Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật của KĐT QBZ 120

STT Mã hiệu Iđm (A)

Uđm (V)

Pđm (W)

Dạng bảo vệ

Dòng chỉnh định A

Dòng ngắt hiệu quả A

380/ 660

55/ 75

Rơ le cực đại

120;180;200;

Sơ đồ nguyên lý KĐT QBZ 120 được thể hiện như hình 2.12

Trang 40

33 JDBXLC3

915 90V380V660V

19 18C

+ Điều khiển tại chỗ:

Nối sơ đồ như hình 2.18, vận chuyển mạch về vị trí TC, đóng cầu dao HGK, KĐT có điện Nếu Rcđ của cáp và động cơ tốt, JDB cho phép điều khiển, ấn nút OA rơle ZJ có điện tác động đóng tiếp điểm trên mạch điều khiển công tắc tơ XLC

XLC có điện tác động đóng tiếp điểm mạch lực cung cấp điện cho động cơ (phụ tải)

Đồng thời đóng tiếp điểm XLC2 trên mạch điều khiển để duy trì mạch điều khiển khi rời tay khỏi nút bấm

Đóng tiếp điểm XLC4 để liên động với khởi động từ khác hoặc mạch tín hiệu Đồng thời mở tiếp điểm XLC1 để đưa thêm 2 cuộn dây CTT vào làm việc mục đích làm giảm dòng làm việc của CTT một chiều

Muốn dừng động cơ ta ấn nút TA, lúc này rơle JZ mất điện cắt công tắc tơ XLC, XLC cắt tiếp điểm mạch lực, động cơ dừng làm việc

+ Mạch điều khiển từ xa:

Như hình 2.19, chuyển mạch về vị trí TX Nối hộp nút bấm với 1, 2, 9