Bài tập lớn về thông gió mỏ: Thiết kế thông gió

Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò ngày càng khai thác xuống sâu. Khi khai thác xuống sâu thì áp lực tăng, lượng khí độc tăng lên, nhiệt độ cũng tăng lên. Vấn đề đặt ra phải thông gió cho những mỏ để đảm bảo điều kiện tốt cho con người làm việc dưới mỏ và tránh hiện tượng nổ mỏ. Để đáp ứng yêu cầu đó thì bộ môn khai thác Hầm Lò giảng dạy kỹ sư khai thác môn Thông gió mỏ. Nâng cao chất lượng giảng dạy và giúp sinh viên nắm vững kiến thức đã học và tập làm quen với các bước thiết kế thông gió dưới mỏ. Do đó mà chúng em được giao bài tập lớn về thông gió mỏ. Bài tập lớn gồm 2 chương : Chương I : Thông số mở vỉa và khai thác Chương II: Thiết kế thông gió

Lời nói đầu

Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò ngày càng khai thác xuống sâu Khi khai thác xuống sâu thì áp lực tăng, lợng khí độc tăng lên, nhiệt độ cũng tăng lên Vấn đề đặt ra phải thông gió cho những mỏ để đảm bảo điều kiện tốt cho con ngời làm việc dới mỏ và tránh hiện tợng nổ mỏ Để đáp ứng yêu cầu đó thì bộ môn khai thác Hầm Lò giảng dạy kỹ s khai thác môn Thông gió mỏ Nâng cao chất lợng giảng dạy và giúp sinh viên nắm vững kiến thức đã học và tập làm quen với các bớc thiết kế thông gió dới mỏ Do đó mà chúng em đợc giao bài tập lớn về thông gió mỏ.

Bài tập lớn gồm 2 chơng :

Chơng I : Thông số mở vỉa và khai thác

Chơng II: Thiết kế thông gió

Chơng II: Thiết kế thông gió

Do kiến thức và hiểu biết còn ít nên bài tập lớn chắc chắn có thiếu sót Em mong đợc thầy và các bạn đồng nghiệp xem xét, góp ý để bài tập hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn

SV : Phạm Văn Việt

Chơng I Các thông số mở vỉa và khai thác

I.1.Điều kiện địa hình và đặc điểm của vỉa than

Khu mỏ gồm 2 vỉa than phân bố trên núi cao có điều kiện địa chất tơng đối ổn định, có chiều dày và góc dốc

đảm bảo cho mở vỉa và khai thác thuận lợi Độ cao bề mặt

địa hình mặt mỏ +150, độ sâu phân bố của vỉa than từ +100

Điều kiện địa chất quanh vỉa cũng nh đặc điểm của đá vách, đá trụ, vỉa than thuộc loại bền vững, hai vỉa nằm độc lập với nhau cách nhau một khoảng cách 50m đảm bảo hai vỉa

có thể khai thác đồng thời mà không ảnh hởng lẫn nhau

Các thông số chính của vỉa than

+ Chiều dày của vỉa than : M = 2,2 m

+ Góc dốc của vỉa than : α = 25o

+ Dung trọng của than : γ = 1,6 t/m3

+ Hệ số kiên cố của than : f = 2

+ Vỉa có chiều dài theo phơng 2000m

+ Vỉa than có độ chứa khí CH4 thuộc loại mỏ hạng I ( ≤ 5m3/T –ngđ)

I.2 Các thông số mở vỉa

I.2.1Phơng pháp mở vỉa:

Theo đầu bài đã cho thì phơng án mở vỉa bằng giếng

đứng nhiều mức, liên hệ giữa giếng và vỉa than bằng lò xuyênvỉa tầng Giếng đứng đợc mở về phía trụ của vỉa than Theo

đầu bài cho thì ta đang khai thác tầng thứ 2 và đang chuẩn

bị tầng thứ 3

Chia mỗi tầng theo chiều cao thẳng đứng là 50m Nh vậy

từ độ cao mặt mỏ là +150m đến giới hạn dới tầng 1là +50m

mở 1 sân giếng mở đờng lò xuyên vỉa mứđào sâu giếng

đến giới hạn dới của tầng 2 là ± 0m mở sân giếng và đào ờng lò xuyên vỉa mức 2 vào gặp vỉa than, tiếp tục đào sâuthêm giếng đến giới hạn mức 3 ( -50m) mở sân giếng và đào

đ-đờng lò xuyên vỉa mức 3 vào gặp vỉa than

-50m +0 +50 m

Hình 1: sơ đồ mở vỉa và chuẩn bị 1- Giếng chính; 2- Giếng phụ; 3- Sân giếng

c 1 vào gặp vỉa than, tiếp tụ

4- Lò xuyên vỉa thông gió; 4’Lò dọc xuyên vỉa vận tải

5- Lò dọc vỉa vận tảI;6- Lò dọc vỉa thông gió;

7-Lò chợ;8-Lò song song 9-Trụ than bảo vệ lò dọc vỉa vận tải;10-Họng sáo

I.2.2 Các thông số của đờng lò mở vỉa:

I.2.2 1 Giếng chính, giếng phụ:

Giếng chính và giếng phụ đợc đào ở trung tâm của vỉathan Giếng chính bố trí trục tải thùng kíp, giếng phụ dùng đểvận tải ngời, thiết bị

Các thông số của giếng chính giếng phụ thể hiện ở bảngdới đây:

I.2.2.2 Lò xuyên vỉa chính:

Đờng lò xuyên vỉa bố trí 2 đờng xe tàu điện chạy nên đờng lòhình vòm tờng đứng 1 tâm có tiết diện Ssd = 12m2 Chu vi của đờng lò là P = 16m Đờng lò đợc chống bằng vì chống thép định hình

Theo sơ đồ mở vỉa thì chiều dài của từng đoạn đờng lòxuyên vỉa thể hiện hình sau:

I.2.2.3 Đờng lò dọc vỉa vận tải:

Đờng lò dọc vỉa vận tải bố trí 1 đờng xe chạy nên chọn

đờng lò hình vòm tờng đứng 1tâm tiết diện của đờng lò Ssd

= 7,5m2, chu vi củađờng lò P = 8,6m đợc chống bằng vìchống thép SVP – 22 Chiều dài của các đờng lò trong quátrình khai thác luôn thay đổi Chiều dài lớn nhất một cánh của

đờng lò dọc vỉa là 1000m Mỏ đang vào giai đoạn khai thácnên chiều dài của đờng lò dọc vỉa đợc thông gió chỉ là 600m

I.2.2.4 Lợng thuốc nổ lớn nhất để đào lò :

Để đáp ứng tiến độ khai thác liên tục nên trong quá trìnhkhai thác tầng 2 thì tiến hành chuẩn bị tầng 3 Quá trìnhchuẩn bị cho tầng 3 đang trong giai đoạn đào lò xuyên vỉa

mức 3 đợc 1 đoạn dài 239m Khối lợng thuốc nổ lớn nhất để

đào đờng lò này là:

Q = q S ltd kgTrong đó:

q – chỉ tiêu thuốc nổ tính toán, với f = 7 thì q = 2,0kg/m3

S – Tiết diện đờng lò đào, S = 12m2

ltd – Bớc tiến của 1 chu kỳ đào lò , ltd = 1,4m

Thay số: Q = 2,0.12.1,4 = 33,6kg

I.2.2.5 Thể tích của sân giếng, thể tích buồng hầm:

Thể tích sân giếng đợc sác định theo san lợng của mỏ.Theo L.D Sêviakôv thể tích sân giếng có thể xác định theocông thức sau:

V = 5 A + 0,002A, m3Trong đó:

I.3 Các thông số của hệ thống khai thác

I.3.1 Hệ thống khai thác áp dụng:

Đối với vỉa có thuộc loại dốc nghiếng và có chiều dày trungbình thì hai hệ thống khai thác hợp lý nhất có thể áp dụng làHTKT liền gơng và HTKT cột dài theo phơng Do đặc tính u

việt của HTKT cột dài theo phơng nên trong trờng hợp này chọn

hệ thống khai thác cột dài theo phơng là hợp lý nhất Sơ đồ hệthống khai thác cột dài theo phơng thể hiện hình vẽ:

Hình 3: 1 – Lò xuyên vỉa vận tải; 2 – Lò dọc vỉa vận tải;

3 – Họng sáo; 4- Lò song song chân;

5 – Lò chợ; 6- Lò xuyên vỉa thông gió;

7- Lò dọc vỉa thông gió

I.3.2 Các thông số của hệ thống khai thác:

I.3.2.1 Chiều dài lò chợ:

Công việc khấu than đợc tiến hành phơng pháp khoan nổmìn thủ công và vỉa than thuộc loại vỉa dày trung bình vàdôc nghiêng nên ta có thể chọn chiều dài lò chợ Lc = 100m

I.3.2.2 Tiến độ khấu :

Do khấu than bằng khoan nổ mìn nên một ngày đêmthực hiện 1 chu kỳ khấu than Chống bằng vì chống thuỷ lực

đơn nên chọn bớc khấu bằng chiều dài của xà kim loại là r =1,2m

I.3.2.3 Chiều cao lò chợ:

Do vỉa thuộc loại dày trung bình m =2,2m phù hợp vớithông số chiều cao của cột thuỷ lực đơn Tiến hành khấu thanhết chiều dài lò chợ không có thu hồi than nóc Vậy chiều cao lòchợ mc = 2,2m

I.3.2.4 Tiết diện lò chợ:

Chiều rộng lò chợ nhỏ nhất ứng với vị trí vừa phá hoả song

là

b= 2,4m Chiều rộng lò chợ lớn nhất ứng với vị trí đã khấu thancha phá hoả là b = 3,6m.

Vậy tiết diện lò chợ S = 2,4.mc = 2,4.2,2 = 5,28m2

I.3.2.5 Sản lợng của một lò chợ trong 1ngày đên:

Do 2 vỉa nằm cách nhau 50m và thuộc loại vỉa dốcnghiêng nên khai thác không ảnh hởng lẫn nhau Nên khai thác

đồng thời 2 vỉa, mỗi tầng có 4 lò chợ hoạt động

Theo đầu bài sản lợng của của mỏ A = 800.000tấn/năm

Sản lợng của mỏ trong một ngày đêm Amỏ = 300

000 800

=

N A

2666,67tấn/ngđ

Sản lợng của một lò chợ trong một ngày đêm:

Ang-đ = Lc mc.r.γ ,tấnTrong đó: N – Số ngày làm việc trong 1 năm, N = 300

Lc – Chiều dài lò chợ, Lc = 100m

mc – Chiều cao lò chợ, mc = 2,2m

r – Tiến độ lò chợ trong 1 ngày đêm r = 1,2m

γ - Dung trọng của than, γ = 1,6 T/m3

Thay số: Ang-đ = 100.2,2.1,2.1,6 = 422,4 tấn/ngđ

I.3.2.6 Số lò chợ hoạt động đồng thời trong mỏ:

67 , 2666

6 (lò chợ)

Nh vậy trong 2 vỉa trên có 4 lò chợ hoạt động còn 2 lò chợhoạt động thuộc khu vực khác không thuộc phần thiết kếthông gió

I.3.2.7 Số lò chợ dự phòng:

Để đảm bảo sản lợng của mỏ luôn luôn ổn định kể cảkhi gặp sự cố mỏ thì cần thiết phảicó lò chợ dự phòng Số lòchợ dự phòng lấy bằng 20% số lò chợ hoạt động.

ndf = 0,2.6 =1,2

Vậy lấy số lò chợ dự phòng là 1 lò chợ

I.3.3 Khối lợng thuốc nổ, nổ 1 lần lớn nhất:

Lợng thuốc nổ cho một chu kỳ lò chợ:

Q = q.Lc.mc.r (kg/m3)Trong đó:

q – Lợng thuốc nổ đơn vị, do than có f = 2 nên q =0,2kg/m3

Vậy khối lợng thuốc nổ, nổ một lần lớn nhất là:

Q1lần = 52,8/4 = 13,2kg

I.3.4 Chống giữ lò chợ:

Chống giữ lò chợ bằng cột thuỷ lực đơn Luồng phá hoả

đợc chống giữ bằng cột thuỷ lực đơn tăng cờng Khoảng cáchcác cột chống theo phơng a = r =1,2m Khoảng cách các cộtthuỷ lực theo hớng dốc, theo quy phạm an toàn thì d = 0,8m

Để đảm bảo hoàn thành hết công việc trong một chu kỳ

lò chợ ta lấy 66 ngời Trong 1ngày đêm ta tiến hành làm 3 ca.Trong đó ca I và ca II tiến hành khấu than và vận tải than, còn

ca III tiến hành chuyển gỗ và chuyển cột thuỷ lực tăng cờng vàphá hoả đá vách

Để thuận tiện cho việc giao ca, đổi ca ta lấy số ngời củamỗi ca bằng nhau là 22ngời/ca

Chơng II Thiết kế thông gió II.1 Lựa chọn phơngpháp thông gió

Do mỏ có vỉa kéo dài xuống sâu Thời gian tồn tại của mỏ lớn

Để giảm sự cố cháy mỏ nên phơng pháp thông gió an toàn nhất

là phơng pháp thông gió hút Vì trong quá trình thông gió thìmọi điểm trong đờng lò đều có áp suất khí trời cho nên khigặp sự cố, quạt ngừng làm việc thì áp suất khí trời Nh vậygiảm sự thoát khí vào đờng lò

II.3 Tính lợng gió chung cho mỏ

Xác định lợng gió cần thiết để thông gió cho toàn mỏ làmột trong những bớc quan trọng nhất của công tác thiết kếthông gió Lợng gió thiết kế đa vào mỏ phải tạo nên điều kiệnlao động dễ chịu và an toàn cho công nhân nghĩa là đảmbảo lợng ôxi cần thiết trong không khí, lợng khí độc, khí nổ,bụi mỏ nhỏ hơn nồng độ cho phép, nhiệt độ không khí thíchhợp

II.4.1 Lựa chọn phơng pháp tính lu lợng gió:

Để tính đúng lợng gió cho các hộ dùng gió một cách chínhxác nhất thì ta dùng phơng pháp tính lu lợng gió từ trong rangoài

II.4.2 Tính toán lu lợng gió:

II.4.2.1 Tính cho lò chợ hoạt động:

1) Theo số ngời làm việc lớn nhất trong lò chợ: Qm1 = 4.n ,

34

m3/phútTrong đó:

t – Thời gian thông gió tích cực sau nổ mìn, t = 30phút

B – Lợng thuốc nổ, nổ đồng thời lớn nhất trong lò chợ, B =13,2kg

Vlc – Thể tích của lò chợ, m2

Vlc = 2 Lc.mc.r = 2.100.2,2.1,2 = 528m3

Thay số: Qlchd =

528 2 , 13 30

34

= 94,6 m3/phút3) Theo độ xuất khí mê tan (CH4):

Qlchd3 = 0

100

4

n n

q CH

− , m3/phútTrong đó:

qCH4- Độ xuất khí mêtan tơng đối, mỏ hạng I nên qCH4=1m3/T-ph

n - Nồng độ tối đa cho phép khí mêtan ở luồng gió thải,

−

=250m3/phút 4) Theo yếu tố bụi:

Qlchđ4 = 60.Slc.Vt , m3/phútTrong đó:

Slc – Tiết diện lò chợ của lò chợ , Slc = 5,28 m2

Vt – Tốc độ gió tối u, Vt = 1,5m/s

Thay số: Qlchđ = 60.5,28.1,5 = 475,2 m3/phút

Nh vậy lu lợng gió cần dùng cho lò chợ hoạt động làQlchd=475,2m3/phút = 7,92 m3/s Với tổng số lò chợ hoạt đồngthời là 4 thì cần lu lợng gió là:

Vbh – Thể tích buồng hầm, Vbh = 3036m3

Thay số: Qbh = 0,07.3036 = 212,5 m3/phút = 3,54m3/s

∑Qbh = 3.3,54 = 10,62m3/s

II.4.2.4 Tính cho hầm bơm, trạm điện:

Tính theo công thức:

Qhb = 10N(1 - η).kct , m3/phútTrong đó:

N - Công suất của máy bơm, N = 150KW

kct – Hệ số chất tải, kct = 0,9

η - Hiệu suất làm việc, η = 0,83

Thay số: Qhb = 10.150(1- 0,83).0,9 = 229,5 m3/phút = 3,8m/s

∑Qhb = 5.3,8 = 19 m3/s

II.4.2.5 Tính cho lò chuẩn bị:

1) Theo số ngời làm việc ở gơng:

Qcb1 = 4.n , m3/phútTrong đó:

n – Số ngời làm việc ở gơng lò, n =10 ngời

Thay số: Qcb1 = 4.10 = 40m3/phút

2) Theo tốc độ gió tối thiểu:

Qcb2 = 60.S.Vmin , m3/phútTrong đó: S – Tiết diện đờng lò đào, S = 12m2

Vmin – Tốc độ gió nhỏ nhất ở gơng lò, Vmin = 0,15m/s

Thay số: Qcb2 = 60.12.0,15 = 108m3/phút

3) Theo yếu tố bụi:

Qcb3 = 60.S.Vt , m3/phútTrong đó:

S – Tiết diện đờng lò đào, S = 12m2

Vt – Tốc độ gió tối u, Vt = 0,6m/s

Thay số:

Qcb3 = 60.12.0,6 = 432m3/phút4) Theo lợng thuốc nổ:

Qcb4 =

V b A

4 , 3

, m3/phútTrong đó:

t- Thời gian thông gió tích cực, t= 30phút

A – Lợng thuốc nổ , nổ đồng thời lớn nhất A = 33,6kg

b- Lợng khí độc sinh ra, b = 40lit/kg

V- Thể tích đờng lò cần thông gió, m3

V = L.S

L – Chiều dài đoạn lò đào, L = 239m

S – Tiết diện đờng lò đào, S = 12m2

V = 239.12 = 2868m3

Thay số: Qcb4 =

2868 40 6 , 33 30

4 , 3

Qcg = 60m3/phút = 1m3/s

∑Qcg = 3.1 = 3m3/s4) Rò gió ở cầu gió:

Qcau gio = 60m3/phút = 1m3/s

Qr-m = 6,34 + 3+1 = 9,34 m3/s

II.4.2.7 Tính gió chung cho mỏ:

Lợng gió chung cần cung cấp cho lò chợ xác định theocông thức :

Vậy lu lợng gió cho toàn khu mỏ là 89,2m3/

II.5 Tính phân phối và kiểm tra tốc độ gió

II.5.1 Tính phân phối gió:

Dựa vào sơ đồ mở vỉa và hệ thống khai thác ta có sơ

đồ phân phối gió :

II.5.2 Kiểm tra tốc độ gió:

Lợng gió thực tế dịch chuyển trong các đờng lò sẽ bằng:

∑Qjs – Tổng lu lợng gió sạch cung cấp cho các bộ phận sau dẫn gió qua đờng lò đó

Để kiểm tra tốc độ gió trong các đờng lò ta áp dụng côngthức sau:

Qtt – Lu lợng gió thực tế trong các đờng lò, m3/sSsd – Diện tích sử dụng của đờng lò, m2

Để đảm bảo thông gió cho các đờng lò thì thoả mãn hệ thức:

Qua bảng trên ta thấy tất cả các đờng lò đều thoả mãn

về khả năng thông qua của luồng gió trong điều kiện chophép

II.6 Tính hạ áp chung của mỏ

II.6.1 Lựa chọn phơng pháp tính ha áp chung cho mỏ:

Sau khi tính lu lợng cho các hộ dùng gió Để xem xéthạ áp có cân bằng hay không ta phải tiến hành tính hạ

áp.Trong đồ án chọn phơng pháp tính hạ áp riêng cho từngluồng sau đó chọn hạ áp của một nhánh có hạ áp lớn nhất làmhạ áp chung cho toàn mỏ Do có hai vỉa khai thác đồngthời.Mỗi vỉa có 2 lò chợ khai thác đồng thời nên sức cản và lu lợngcủa 2 luồng này giống nhau Do đó ta chỉ cần tính hạ áp cho

1 luồng trong 1 vỉa Nh vậy trong 1 mỏ ta chỉ cần tính 2luồng gió

Hình7 : Giản đồ thông gió

II.6.1 Tính hạ áp cho các luồng:

Để tính hạ áp cho các luồng áp dụng công thức:

hi = Ri.Qi2 , mmH20Trong đó:

S

P L

, kà

αi – Hệ số sức cản ma sát của đờng lò thứ i

Li – Chiều dài của đờng lò thứ i, m

Pi – Chu vi của đờng lò thứ i, m

Si – Tiết diện của đờng lò thứ i, m2Rcbi – Sức cản cục bộ của đờng lò thứ i, kà

hiệu Đờnglò Vì chống α

10 4

L (m) P (m) S (m 2 ) S

Bảng tính hạ áp cho luồng I và II

Hạ áp cụ thể của từng luồng là:

Luồng I: hI =1,2 hmsI = 1,2.94,6 = 113,52 mmH20Luồng II: hII = 1,2hmsII = 1,2 97,08 = 116,5 mmH20Dựa vào kết quả tính toán của các bảng hạ áp ở trên của các luồng gió Ta lấy hạ áp củaluồng lớn nhất làm hạ áp chung cho mỏ Vậy hạ áp cung của mỏ là hạ áp của luồng II và luồng III:

hm = hmax = hII = 116,5 mmH20

II.7 điều chỉnh công trình

II.71 Phơng pháp điều chỉnh :

Để đơn giản phơng pháp điều hạ áp của nhánh gió thì ta có thể điều chỉnh bằng

ph-ơng pháp tăng sức cản đờng lò Nội dung của phph-ơng pháp này là muốn tăng hạ áp ở mộtnhánh của mạng thì ngời ta tăng sức cản của nhánh đó lên

Dùng cửa sổ gió để điều chỉnh sức cản Cửa sổ gió đợc đặt ở đờng lò DVTG

II.7.2 Phơng pháp tính toán:

Sức cản của cửa gió:

R0 =

2 0

i

Q

h

∆, kà

S

63 , 2 65 ,

, m2Trong đó:

S – Tiết diện đờng lò đặt cửa gió, m2

Bảng thông số cửa gió

II.8 tính chọn quạt gió chính cho mỏ

II.8.1 Tính lợng gió quạt cần tạo ra:

Qq = kr.Qm , m3/sTrong đó:

kr – Hệ số rò gió ở tram quạt

kr = 1,25 khi quạt gió đặt ở giếng có thùng kíp

Qm – Lu lợng gió cần thiết của mỏ, m3/s

Thay số:

Qq = 1,25.89,2 = 111,5m3/s

II.8.2 Tính hạ áp của quạt:

hq = hm + htbq , mmH20Trong đó:

= 116,5

2 , 89 38 , 0

= 3,14 m2

Dsb =

=

44 , 0

14 , 3

2,67 m ( Do Am≥ 2m2 nªn chän D =2,4m)

Rtbq =

4

4 , 2

14 , 3 05 , 0

= 0,003 kµ

htbq = 0,003.111,52 = 37,3 mmH20VËy hq = 116,5 + 37,3 = 153,8 mmH20

II.83 Chän qu¹t giã chÝnh:

Căn cứ vào lu lợng và hạ áp của quạt cần thiết phải tạo ra ta lựa chọn loại quạt 2K56 N-24.

Bảng đặc tính kỹ thuật của quạt 2K56N-24

II.84 Xác định điểm công tác của quạt:

Là giao điểm đờng đặc tính mạng dẫn của mỏ và đờng đặc tính của quạt.

II.7.4.1 Xây dựng đờng đặc tính của mỏ khi có quạt làm việc:

Đờng đặc tính mạng dẫn của mỏ có dạng:

hm = (kgRm +Rtbq ) Qq2Trong đó:

kg – Hệ số kể đến giảm sức cản ở trạm quạt kg =

2 1

= 0,64