Báo cáo về phần mêm vensim

* Có thể xây dựng và mô phỏng tính toán mạng gió trực tiếp từ sơ đồ mạng thực 2 chiều 2D hoặc 3 chiều 3D với số liệu đo đạc thực tế do trắc địa cung cấp hoặc xây dựng từ các dữ liệu trun

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm tới nhu cầu than tiêu thụ trong nước ngày càng tăng, đòi hỏi ngành than phải nâng cao sản lượng khai thác, trong đó than khai thác bằng hầm lò chiếm tỷ trọng ngày càng cao Sản lượng tăng, mức độ cơ giới hóa cao, nguy cơ về cháy nổ CH4 càng lớn thì công tác an toàn cần phải được quan tâm hàng đầu, mà một trong những yếu tố quan trọng của công tác an toàn đó là công tác thông gió mỏ

Cùng với thay đổi của hệ thống đường lò trong quá trình sản xuất thì hệ thống thông gió và chế độ thông gió cũng thay đổi theo Tuy nhiên, việc tính toán thông gió là một bài toán khó, phức tạp, đặc biệt là điều chỉnh mạng gió, chọn quạt và xác định chế độ công tác của liên hợp quạt trong mạng Vì thế, hầu hết các mỏ than hầm ở Việt Nam hiện nay đều chưa làm được dẫn đến chế

độ công tác chưa đảm bảo song hiệu quả thông gió thấp Đây là vấn đề khó khăn, bức thiết đặt ra trong công tác thông gió hiện nay Với khoa học ngày càng phát triển, công nghệ thông tin ngày càng cao được ứng dụng ngày càng rộng rãi, thì những bài toán phức tạp về thông gió có thể thực hiện được nhờ sự trợ giúp của máy tính

VENTSIM là phần mềm tính toán mô phỏng thông gió mỏ “Mine Ventilation Simulation Software VENTSIM” của hãng SDS-AUSIMINCO Australia, nó là một phần mềm đã được ứng dụng để tính toán thiết kế, kiểm soát chế độ thông gió cho hơn 130 mỏ hầm lò lớn trên thế giới Nhiều trường đại học, nhiều cơ quan tư vấn thiết kế, viện nghiên cứu trên thế giói, các chuyên gia mỏ thế giới đánh giá cao Đối với Việt Nam thì đây là lần đầu tiên được nghiên cứu ứng dụng vào thực tế để tính toán kiểm soát chế độ thông gió mỏ than hầm lò

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM VENTSIM 1.1 Một số đặc điểm và tính năng chủ yếu của phần mềm

Phần mềm chạy trên môi trường Windows tương thích với nhiều hệ điều hành Microsoft 95/98/NT/2000/XP, giao diện đẹp, chạy ổn định, dữ liệu dễ dàng được phục hồi Không đòi hỏi cấu hình máy cao: Máy tính 486, ram 32 Mb, Card VGA 2Mb

* Có thể xây dựng và mô phỏng tính toán mạng gió trực tiếp từ sơ đồ mạng thực 2 chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D) với số liệu đo đạc thực tế do trắc địa cung cấp hoặc xây dựng từ các dữ liệu trung gian từ cơ sở dữ liệu số dưới dạngASC và DXF hay từ các bản đồ hệ thống đường lò khai thông chuẩn bị thiết kế, bản đồ hiện trạng, bản đồ kế hoạch

* Các thông số mạng gió có thể được nhập trực tiếp, qua CSDL hoặc phần mềm

tự động tính toán như: Chiều dài , kích thước tiết diện lò, sức cản, lưu lượng, hạ

áp, hướng gió Với mô hình mạng không gian (3D) với toạ độ các nhánh gió thực (X,Y, Z), chiều dài đường lò thông gió tự động tính toán làm tăng tốc độ xây dựng mạng, tránh nhầm lẫn với các mạng lớn, phức tạp

* Có khả năng xây dựng thư viện gồm:

- Loại quạt cùng đường đặc tính quạt cho khoảng 1000 quạt khác nhau với các đường đặc tính tương ứng với góc cánh công tác Dữ liệu này có thể nhập từ Excel hoặc dạng khác của nhà cung cấp

- Xây dựng thư viện sức cản đơn vị cho từng loại đường lò khác nhau.Có thể thiết lập cấu hình riêng cho cá nhân sử dụng như Font, độ chính xác các tham số tính toán Q, P ,v, R Khả năng tạo thư viện giúp cho việc lựa chọn và tra cứu, thay thế nhanh thuận tiện dễ dàng, sử dụng thư viện rộng rãi cho nhiều mỏ khác nhau

* Cho phép nhập sức cản đường lò từ kết quả đo đạc thực tế hoặc tự động tính toán sức cản ma sát và sức cản cục bộ khi biết các tham số đầu vào cần thiết như: Loại đường lò, tiết diện đào, chu vi, hệ số ma sát, chiều dài đường lò, tính toán sức cản chung cho toàn mạng hoặc từng khu vực khai thác

* Có khả năng nhập và xuất dữ liệu dưới dạng ASC, DXF thuận tiện cho chuyển đổi dữ liệu giữa phần mềm với các ứng dụng khác như Autocad, Mapinfo, MicroStation, Surfer, Surpac để khai thác các dữ liệu phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau

* Khả năng tìm kiếm thông tin, tìm lỗi và trợ giúp sửa lỗi khi xây dựng và mô phỏng mạng gió

* Tính toán mô phỏng phân phối gió tự nhiên trên mạng gió hiện trạng

* Tính toán điều chỉnh mạng gió và tính sức cản cửa sổ khi cần điều chỉnh lưu lượng gió cung cấp cho các hộ tiêu thụ theo yêu cầu phù hợp với quy phạm

an toàn cho phép theo các định luật thông gió Kiếchốp I và Kiếchốp II

* Cho phép bổ sung và điều chỉnh mạng gió khi có tham gia của hạ áp suất thông gió tự nhiên

* Đề xuất lựa chọn số lượng, loại quạt gió cung cấp cho từng vị trí trạm quạt trong mạng (quạt chính, quạt phụ, quạt cục bộ )

* Xác định điểm công tác và chế độ công tác trong quá trình liên hợp quạt

* Cho phép mô phỏng sự cố cháy mỏ, mức độ ô nhiễm khí độc, khí CH4 trên

sơ đồ không gian 4 chiều (x, y, z, và thời gian (t))

* Tính toán năng lượng tiêu thụ và giá thành thông gió

* Thông tin kết xuất rất trực quan, phong phú và đa dạng: Lưu lượng, hạ áp, vận tốc gió, hướng gió, sức cản lên nhánh lò, nút mạng, chiều dài, kích thước đường lò, toạ độ, chiều dài nhánh gió, sức cản toàn mạng, tổng chiều dài các đường dài thông gió và rất nhiều thông tin có ích khác

1.2 Các ứng dụng thực tiễn

1.2.1 Quản lý mạng thông gió mỏ

- Tính toán kiểm định mạng thông gió mỏ:

Kiểm định chế độ thông gió hiện tại bằng phần mềm và so sánh với các thông số mạng gió theo quy định an toàn, kiểm tra chế độ làm việc và hiệu suất của các mạng gió, từ đó đề xuất điều chỉnh mạng gió, điều chỉnh quạt, bố trí hợp lý các công trình thông gió để đảm bảo đạt dược chế độ thông gió tối ưu

Dữ liệu đầu vào là sơ đồ đường lò thông gió được cập nhật, chu vi, diện tích trong khung chống, sức cản chung các nhánh gió, áp suất không khí tự nhiên (có

thể đo đạc và tính toán bằng các thiết bị chuyên dùng), đặc tính quạt chính, quạt phụ (theo thiết kế hoặc đã điều chỉnh) Từ dữ liệu hiện trạng ban đầu, qua kết quả tính toán và mô phỏng, cho biết lưu lượng, hạ áp, tốc độ gió đi qua các đường lò, sức cản toàn bộ mạng gió, hướng gió, lưu lượng gió vào, gió ra và chế độ công tác hiện tại của quạt gió; Đối chiếu với quy phạm, đề xuất phương án điều chỉnh và điều chỉnh trực tiếp trên Ventsim bằng các phương pháp như đặt cửa gió,

mở rộng tiết diện lò, đặt thêm quạt phụ, mở thêm thượng hay nhánh gió, điều chỉnh góc cánh công tác của quạt Kết suất kết quả tính toán, lập báo cáo, lạp bản đồ thông gió và triển khai điều chỉnh mạng gió trên thực tế

- Cập nhật mạng gió:

Từ mạng gió hiện trạng, có thể cập nhật thường xuyên hay đột xuất tuỳ theo điều kiện của mỏ, chỉ cần cập nhật các số liệu mới trong kỳ như các thông số đường

lò mới đào trong kỳ, các công trình thông gió bổ sung vào phần mềm mà không phải lặp lại mạng gió ban đầu, các tham số mạng gió trước đó vẫn được giữ nguyên Kết quả tính toán mô phỏng cho ta biết các thông số mạng gió hiện trạng, kiểm tra tính bất hợp lý để tư vấn và kịp thời điều chỉnh và kết suất dữ liệu lập báo cáo

- Lập kế hoạch thông gió:

Với khả năng cập nhật và tính toán mô phỏng nêu trên, việc lập kế hoạch hoàn toàn đơn giản Dữ liệu đầu vào là kế hoạch đào lò và khai thác (sơ đồ đường lò theo kế hoạch) được cập nhật bổ sung vào mạng gió hiện trạng, sau đó tính toán mô phỏng như quá trình kiểm địmh chế độ thông gió Mạng gió mới thiết lập, cùng các thông số tính toán phù hợp với kế hoạch sản xuất trong kỳ tiếp theo; từ đây, theo kết quả tính toán, nếu chế độ thông gió không đáp ứng được theo yêu cầu quy định thì cần phải điều chỉnh kế hoạch để hoàn thiện

- Mô phỏng sự cố cháy và lan toả khí độc; lập kế hoạch đề phòng và thủ tiêu sự cố:

Với khả năng mô phỏng dòng không khí di chuyển thực trong các đường lò

về cả không gian và thời gian (4 chiều); Vì vậy, khi giả định sự cố xảy ra như cháy mỏ, xuất khí CH4 đột biến , thì không khí đang lưu thông trong mỏ vào dịch chuyển theo hướng thông gió Dựa trên nguyên lý chung của dòng chảy, phần mềm cho biết hướng lan toả trong từng nhánh gió, thời gian dịch chuyển dòng không khí bị ô nhiễm, từ đó cho ta biết giả định sự cố xảy ra theo phương án

thì công nhân sẽ phải xử trí thế nào, tránh vào đâu? di chuyển ra sao, điều chỉnh hướng gió lưu lượng gió như thế nào? để đảm bảo an toàn

1.2.2 Tính toán thiết kế mạng gió mỏ hầm lò

Để tính toán thiết kế mỏ, dữ liệu đầu vào là sơ đồ hệ thống đường lò khai thông và chuẩn bị theo các phương án được chuyển hoá dưới dạng 3 chiều (3D) hay 2 chiều (2D), các tham số đầu vào là chu vi, tiết diện lò, loại vật liệu chống,

vị trí đặt quạt, vị trí các công trình, hầm trạm, hướng gió vào và ra khỏi hầm lò, lưu lượng gió yêu cầu tính toán và cho từng hộ tiêu thụ và cho cả toàn mỏ, các tham

số còn lại khác phần mềm tự tính toán như sức cản, chiều dài lò sau đó tiến hành

mô phỏng mạng gió, tính toán phân phối gió tự nhiên Căn cứ vào kết quả mô phỏng và phân phối gió tự nhiên, để bố trí cửa gió, cửa sổ thông gió , điều chỉnh mạng gió, tính toán phân phối gió sao cho đảm bảo đủ lượng gió cung cấp cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo tốc độ gió theo quy định an toàn hiện hành, đồng thời qua kết quả tính toán phân phối gió đề xuất lựa chọn quạt gió chính, quạt phụ, tính liên hợp quạt (nếu có), xác định chế độ công tác của quạt Kết xuất dữ liệu đầu ra, thông báo kết quả, lưu thông tin, dữ liệu, lập bản đồ thông gió

Khi phương án thiết kế thay đổi, chỉ vịêc bổ sung mạng gió, cập nhật dữ liệu rùi tiến hành mô phỏng tính toán lại theo các bước nêu trên Nhờ đó, giúp cho công tác thiết kế thông gió đơn giản và thuận tiện, đề xuất được những phương án tối ưu

1.2.3 Phạm vi và khả năng ứng dụng

Phần mềm không phụ thuộc vào điều kiện mạng gió hay điều kiện công nghệ mỏ, có thể áp dụng cho các mỏ có mạng gió khác nhau từ đơn giản đến phức tạp, công nghệ thủ công hay cơ giới

Với công nghệ thông tin phát triển và phổ cập như hiện nay thì việc chuyển giao quản lý và sử dụng phần mềm rất dễ dàng Để sử dụng, cần phải có kiến thức về thông gió và biết sử dụng máy tính văn phòng

Điều quan trọng là phần mềm chạy ổn định không lỗi, không mất dữ liệu, cấu hình máy tính không đòi hỏi cao, chi phí đầu tư mua phần mềm và chuyển giao không lớn

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM VENTSIM TÍNH TOÁN THIẾT

KẾ MẠNG THÔNG GIÓ MỎ

Cho mạng gió như hình vẽ với các thông số sau:

1. Các thông số về đường lò nhập thông qua file Execl.

2. Mạng gió gồm 6 lò chợ hoạt động đồng thời với 2 lò 16-17 và 18-19 chống bằng GTL, các lò chợ còn lại chống bằng TLĐ.

3. Chiều dài lò chợ 120m

4. Sản lượng khai thác trong một ngày đêm là 334T/ngày.đêm

5. Mỏ xếp hạng I về khí Mêtan

2.1 Phương pháp xây dựng mạng gió

- Từ bản vẽ AutoCAD (sơ đồ thông gió của mạng gió mỏ) ta vẽ tâm đường lò bằng lớp đường lò riêng Sau đó lưu dưới dạng AutoCAD R12/LT2 DXF hay

*.dxf

- Sau đó từ Ventsim ta Import Data file vừa lưu, ta sẽ được mô hình đường lò Trong Ventsim ta có thể nhập các thông số cho các đường lò: diện tích, chu vi, chiều dài, kiểu vì chống,…

- Khi nhập xong ta cho thông gió tự nhiên bằng cách đặt quạt thỏa mản các điều kiện(lưu lượng, điểm công tác, sức cản, ) Sau khi thông gió tự nhiên, ta phải đặt cửa sổgió, tường chắn,… tại một số đường lò thì sẽ được kết quả đúng nhu cầu cho các lòchợ Ta có thể điều chỉnh góc cánh của quạt nhằm thỏa mản được yêu cầu cho các khu vực lò chợ Từ đó ta sẽ có các kết quả như mong muốn

2.2 Tính toán thông gió

2.2.1 Tính lưu lượng gió yêu cầu

2.2.1.1 Tính lưu lượng gió cung cấp cho lò chợ

Lưu lượng gió cung cấp cho lò chợ được tính toán theo các yếu tố sau:

a) Theo số người làm việc lớn nhất.

Q 1 = 4*n (m 3 /phút)

Trong đó:

- 4 : Lượng gió tiêu chuẩn cho một người ; 4 m3/ph

- n : Số người làm việc trong ca đông nhất; n = 30 người

Thay số:

Q 1 =120m 3 /ph=2m 3 /s

b) Theo lượng thuốc nổ đồng thời một lần

Trong đó:

- T : Thời gian thông gió sau khi nổ mìn; T = 30 ph

- A : Lượng thuốc nổ đồng thời lớn nhất cho 1 lần nổ; A = 10 kg

- V : Thể tích lò chợ được thông gió; V = L*S

- L : Chiều dài lò chợ; L= 120 m

Thay số:

Trong đó: 2 lò 16-17 và 18-19 chống bằng GTL có tiết diện S= 5,5 m2

Q 2(16-17,18-19) = 92,07243 m 3 /ph = 1,5345 m 3 /s

4 lò còn lại có tiết diện S= 4 m2

Q 2(4 lò còn lại) = 78,51963 m 3 /ph = 1,3086 m 3 /s

c) Theo sản lượng của mỏ

Q 3 = Q tc *T

Trong đó:

Qtc: Lượng gió sạch tiêu chuẩn cần cho một tấn than Qtc= 1

T: Sản lượng khai thác trong một ngày đêm T= 334

Thay số:

Q 3 = 334*1= 334 (m 3 /phút)= 5,56 (m 3 /s)

d) Theo vận tốc gió nhỏ nhất

Q 4 = 60 * V min *S

Trong đó:

Vmin: vận tốc nhỏ nhất: Vmin= 0,25

S: tiết diện đường lò:

Theo nhánh 16-17,18-19: S=5,5

Q 4 = 60 *0,25* 5,5= 82,5 (m 3 /phút)= 1,375 (m 3 /s)

Nhánh lò chợ còn lại: S= 4

Q 4 = 60 *0,25* 4= 60 (m 3 /phút)= 1 (m 3 /s)

Từ những tính toán trên Ta lấy được Q lò chợ :

kết quả Q lc = Q 3 = 5,56m 3 /s

2.2.1.2 Tính lưu lượng gió cung cấp cho lò chuẩn bị

Chọn lò chuẩn bị là những lò: 5-6, 5-8, 4-11, 4-13, 3-16, 3-18

a Theo lượng thuốc nổ đồng thời một lần

Trong đó:

- T : Thời gian thông gió sau nổ mìn; T = 30 phút

- A : Lượng thuốc nổ cho 1 lần nổ lớn nhất; A = 10 kg

- b : Lượng khí CO2 xuất ra khi nổ mìn; b = 100 (l/ kg) thuốc nổ

- Ψ Hệ số tính đến sự hấp phụ khí độc Dạo động từ 0,3- 0,8: lấy Ψ = 0,5

- V thể tích đường lò thông gió khi V< VGH

V = S.L, m3

- S : Diện tích tiết diện đào; S = 6,4 m2

- L chiều dài đường lò thông gió, m ( L= 500 m)

V = 3200 m3/ph

P hệ số rò gió của đường ống dẫn : P=1

Thay số vào ta có: Q t = 129,26608 (m 3 /phút)= 2,15443 (m 3 /s)

b Theo số người làm việc lớn nhất

Q 1 = 4*n (m 3 /phút)

Trong đó:

- 4 : Lượng gió tiêu chuẩn cho một người ; 4 m3/ph

- n : Số người làm việc trong ca đông nhất; n = 6-8 người, chọn n=7

Thay số:

Q 1 =28m 3 /ph=0,46m 3 /s

c Theo vận tốc gió nhỏ nhất

Q 4 = 60 * V min *S

Trong đó:

Vmin: vận tốc nhỏ nhất: Vmin= 0,25

S= 6,4

Thay số:

Q 4 = 60 *0,25* 6,4= 96 (m 3 /phút)= 1,6 (m 3 /s)

Từ những tính toán trên Ta lấy được Q lò chuẩn bị :

kết quả Q cb = Q t = 2,15443 (m 3 /s)

- Lưu lượng gió cung cấp cho trạm biến áp, trạm bơm

Q HT = 10 N (1- η) K dt

N –Công suất trạm =1200 KW

η - hệ số chất tải = 0,9

Kdt – 0,8

Thay số: Q HT = 16 (m 3 /s)

2.2.1.3- Lưu lượng gió cho toàn mỏ:

Qm = 1,1.(K.ΣQrglc + ΣQrgc + ΣQrgtc + ) ; m3/s Trong đó:

- 1,1 : Hệ số tính đến sự phân phối gió không đều

- K hệ số tính đến sự tăng sản lượng lò chợ (Khu khai thác) =1,2

- ΣQlc : 20% tổng lưu lượng gió cho các lò chợ = 20%*6*5,56= 6,672

- ΣQtc : 7-42 m3/s: lấy = 20

- ΣQc : 19-82 m3/s: lấy = 40

Thay số vào ta được: Q m = 76,998 m 3 /s

2.2.2 Tính sức cản toàn mỏ

Sức cản mỏ gồm 2 loại Sức cản ma sát và sức cản cục bộ được tính toán theo công thức sau:

R m = R ms + R CB + R VC , Kg.s 2 /m 8

Rms Sức cản ma sát đường lò

RCB Sức cản cục bộ đường lò

RVC Sức cản vật chắn

Thông thường khí tính toán thiết kế chỉ tính toán sức cản ma sát và sức cản cục

bộ còn sức cản vật chắn coi như bỏ qua.