Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm xác định chế độ làm việc tối ưu của các quạt gió chính trong những ngày mỏ làm việc và các ngày mỏ nghỉ làm việc, nhằm đảm bảo an toàn môi trường và tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần có được cơ sở để điều chỉnh quy định hiện hành phù hợp với thực tế sản xuất.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT =======o0o======= NGUYỄN CAO KHẢI TỐI ƢU HOÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIĨ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Khai thác mỏ Mã sô: 9520603 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018 Cơng trình đƣợc hồn thành Bộ mơn Khai thác hầm lò Khoa Mỏ, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS NGUT Trần Xuân Hà Phản biện 1: PGS TS Phùng Mạnh Đắc, Hội KHCN mỏ Việt Nam Phản biện 2: TS Nguyễn Anh Tuấn, Tập đồn cơng nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam Phản biện 3: TS Trần Tú Ba, Viện KHCN mỏ - Vinacomin Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá Luận án cấp Trƣờng Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Vào hồi .giờ .ngày .tháng .năm 2018 Địa tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Luận án Để đảm bảo cho mỏ than hầm lò hoạt động bình thường cần thiết phải đưa vào mỏ lượng gió định suốt 24/24 hàng ngày Lượng gió u cầu xác định theo tính tốn tổng nhu cầu lưu lượng gió cho khâu dây chuyền cơng nghệ khai thác mỏ như: Lò chợ khấu than, lò chuẩn bị, hầm bơm, trạm điện, bù đắp lượng gió bị tiêu hao mát hệ thống đường lò đưa vào mỏ nhờ quạt gió Chế độ làm việc quạt gió xác định sở tạo lưu lượng gió cần thiết đưa vào mỏ chi phí điện để trì chế độ làm việc quạt gió lớn, theo đánh giá chiếm khoảng 25% tổng chi phí điện cho tồn khâu dây chuyền công nghệ mỏ Một thực tế nhu cầu gió khác ngày sản xuất với ngày dừng hoạt động sản xuất, khác ca sản xuất khâu công nghệ khác Tuy nhiên, mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh nay, quạt gió hoạt động theo chế độ làm việc cố định, tức cung cấp vào mỏ lượng gió cố định suốt thời gian ngày năm, dẫn đến dư thừa lượng gió lớn khơng cần thiết ngày mỏ dừng hoạt động sản xuất khoảng thời gian khơng đòi hỏi nhu cầu lượng gió tính tốn nay, gây lãng phí lớn điện tiêu thụ Chế độ làm việc quạt gió liên quan trực tiếp đến hiệu sử dụng điện Xác định chế độ làm việc tối ưu, vừa thỏa mãn cung cấp đủ lượng gió cần thiết theo kế hoạch sản xuất mỏ, vừa giảm tối đa lãng phí điện tiêu thụ nhu cầu thực tế, trog bối cảnh mỏ than hầm lò ngày đóng vai trò lớn việc đáp ứng nhu cầu sản lượng theo Quy hoạch phát triển ngành Than Chính vậy, đề tài luận án: “Tối ưu hóa chế độ việc quạt gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh” cần thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa khoa học thực tế Mục tiêu nghiên cứu Luận án Xác định chế độ làm việc tối ưu quạt gió ngày mỏ làm việc ngày mỏ nghỉ làm việc, nhằm đảm bảo an tồn mơi trường tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần có sở để điều chỉnh quy định hành phù hợp với thực tế sản xuất Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án: Chế độ làm việc quạt gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh - Phạm vi nghiên cứu luận án: Các mỏ than hầm lò điển hình vùng Quảng Ninh Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án Ý nghĩa khoa học: - Kết nghiên cứu luận án luận giải cách khoa học mối liên hệ lưu lượng gió yêu cầu mỏ kế hoạch tổ chức sản xuất mỏ ngày làm việc, ngày nghỉ để làm sở xác định chế độ làm việc quạt gió chính, đảm bảo an tồn sử dụng điện tiết kiệm hiệu quả, góp phần giảm giá thành khai thác than - Xây dựng phương pháp luận tối ưu hố chế độ làm việc quạt gió mỏ than hầm lò nhằm đáp ứng yêu cầu thơng gió mỏ Tự động hóa chế độ làm việc quạt gió theo u cầu nhờ sử dụng biến tần Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu Luận án áp dụng cho mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, góp phần nâng cao hiệu kinh tế-kỹ thuật công tác thông gió mỏ - Kết nghiên cứu Luận án sở để nghiên cứu bổ sung, chỉnh sửa quy định cơng tác thơng gió chung mỏ than hầm lò Điểm Luận án - Xác định nhu cầu gió cho mỏ than hầm lò phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất, tức phụ thuộc vào thời gian ngày làm việc, ngày nghỉ; - Lựa chọn giải pháp tối ưu chế độ làm việc quạt gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; - Xây dựng sơ đồ tổng quát sơ đồ thuật toán tự động điều chỉnh chế độ làm việc quạt gió nhờ sử dụng biến tần; - Xây dựng chương trình tính tốn hiệu sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió Luận điểm bảo vệ luận án - Lượng gió cần thiết cho mỏ sản xuất bình thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi yếu tố thay đổi ngày làm việc ngày nghỉ lượng gió cần thiết đưa vào mỏ thay đổi; - Chế độ làm việc tối ưu quạt gió cần thay đổi theo kế hoạch sản xuất mỏ Chế độ đạt nhờ vào việc lập trình từ thiết bị biến tần Nội dung nghiên cứu Để đạt mục đích nêu trên, luận án thực nội dung sau: - Tổng quan chế độ làm việc hợp lý quạt gió chính; - Nghiên cứu xác định lưu lượng gió yêu cầu xác lập khung cho mỏ than hầm lò theo thời gian ngày mỏ làm việc với ngày mỏ nghỉ làm việc; - Nghiên cứu lựa chọn tham số để tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió Nghiên cứu lựa chọn tính tốn phương án tối ưu chế độ làm việc quạt gió chính; - Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc quạt gió mỏ than Hà Lầm, Quảng Ninh Các phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để thực luận án là: Phương pháp khảo sát đo đạc, thống kê tổng hợp, phân tích so sánh; Phương pháp tốn – tin (giải tích đồ thị); Phương pháp tra cứu chuyên khảo; Phương pháp tối ưu hoá (sử dụng phần mềm tính tốn thơng gió); Phương pháp thực nghiệm mỏ than hầm lò Cấu trúc nội dung Luận án: Luận án có kết cấu gồm chương Chƣơng 1: Tổng quan chế độ làm việc quạt gió chính; Chƣơng 2: Hiện trạng thơng gió nhu cầu gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; Chƣơng 3: Tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh; Chƣơng 4: Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc quạt gió mỏ than Hà Lầm Bố cục Luận án: Ngoài phần mở đầu luận án, luận án trình bày chương, kết luận, cơng trình cơng bố danh sách tài liệu tham khảo Với nội dung trình bày 152 trang đánh máy khổ giấy A gồm: 80 hình vẽ, 29 bảng Các kết Luận án công bố 15 báo Tạp chí, kỷ yếu Hội nghị Quốc tế nước CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIĨ CHÍNH 1.1 Đặc điểm chung quạt gió mỏ than hầm lò 1.2 Chế độ làm việc quạt gió Ví dụ: hình 1.1 giới thiệu cách xác định chế độ làm việc quạt hướng trục loại 2K56-No18 h, mmH2O h = 0,101.Q 360 A7 320 A6 280 A5 240 80% A4 70% 85% 200 hA3 = 178 60% A3 160 B h = 145,8 B 120 o A2 o 80 o A1 40 o o o o 0 10 20 30 QB = 38m³/s 50 60 70 80 90 Q, m³/s QA3= 41.8m³/s Hình 1.1 Đồ thị xác định chế độ công tác quạt gió 2K56-No18 Với điểm B điểm u cầu, điểm A3 điểm làm việc hợp lý quạt 1.3 Tổng quan tối ƣu chế độ làm việc quạt gió 1.3.1 Tổng quan tối ưu chế độ làm việc quạt gió giới Phương pháp giảm sức cản mạng gió mỏ Đối với phương án áp dụng giải pháp trực tiếp làm giảm sức cản đường lò mỏ đơn giản sơ đồ thơng gió, nhằm giảm hạ áp mỏ Việc giảm sức cản mỏ thay đổi đưa mỏ trường hợp có điều kiện thơng gió dễ Quạt gió làm việc hiệu tiết kiệm chi phí điện Phương pháp giảm rò gió điều chỉnh lưu lượng gió hợp lý khu vực khai thác mỏ Đối với phương án sử dụng cửa gió (cửa chắn gió cửa điều tiết gió) có chất lượng đảm bảo hiệu việc chắn gió hay điều tiết gió, với tiêu chí giảm tối đa lưu lượng gió rò mỏ, nâng cao hiệu phân phối điều tiết gió khu vực khai thác giảm lượng gió rò mỏ Phương pháp sử dụng quạt gió có cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh Phương án thực giải pháp sử dụng thay loại quạt với cơng nghệ cũ (góc lắp cánh bánh công tác cố định) loại quạt có tính kỹ thuật tiên tiến (loại quạt có cấu tự điều chỉnh chế độ làm việc quạt với góc lắp cánh bánh cơng tác Ví dụ quạt VOA) Phương pháp sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc quạt Phương án thực việc sử dụng biến tần để điều chỉnh tự động chế độ làm việc quạt gió nhờ nguyên lý điều chỉnh dòng điện vào dẫn đến làm thay đổi tốc độ vòng quay quạt gió (phương án giảm tiêu thụ điện tới 40%) 1.3.2 Tổng quan tối ưu chế độ làm việc quạt gió Việt Nam Phương pháp giảm sức cản đơn giản sơ đồ mạng gió mỏ Đối với phương án này, hầu hết mỏ hầm lò nước ta khó thực Do chất phương án hiệu kinh tế không cao, chi phí lớn phải chống xén đào đường lò để tăng tiết diện trực tiếp làm giảm sức cản đường lò Hiện số mỏ thực việc chống xén mở rộng diện tích đường lò, lập kế hoạch khai thác phù hợp áp dụng công nghệ khai thác tiên tiến để nâng cao suất giảm số lò chợ khai thác, giải pháp với mục đính tăng suất, giảm giá thành khai thác, cải thiện sức lao động công nhân, gián tiếp thực tối ưu chế độ làm việc quạt gió Phương pháp giảm rò gió mỏ Đối với phương án giảm rò gió mỏ, mỏ thường xuyên thực nâng cấp cửa gió thành chắn Tuy nhiên hiệu mức độ định, chất lượng cửa gió nhìn chung nên hiệu không cao Việc đầu tư lắp đặt loại cửa gió có cấu đóng mở cửa tự động chưa đầu tư nhiều, loại cửa có độ rò gió thấp (thậm chí 1m3/s), chi phí cao Phương án sử dụng biến tần để điều khiển chế độ làm việc quạt Hiện số mỏ đầu tư mua sắm thiết bị biến tần, Công ty than Hòn Gai, Hà Lầm, Khe Chàm, Thống Nhất, Nhưng đến trước thời điểm NCS nghiên cứu, nhiều nguyên nhân chưa đầu tư nghiên cứu nên mục đích mỏ đầu tư biến tần dùng để khởi động quạt thay cho khởi động mềm, việc đầu tư biến tần giúp cho mỏ thực đảo ca làm việc quạt gió trạm thường xun Chính vậy, khơng phát huy ưu điểm loại hình cơng nghệ thiết bị biến tần 1.4 Kết luận chƣơng 1.4.1 Kết luận 1- Việc tối ưu chế độ làm việc quạt gió cơng việc thực nhiều nước giới Trên giới nay, việc tối ưu chế độ làm việc quạt gió việc áp dụng tổng hợp giải pháp, đặc biệt giải pháp sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió theo nhu cầu thực tế mỏ theo thời gian tương đối phổ biến 2- Đối với nước ta, loại quạt gió loại quạt khơng có chức tự điều chỉnh góc lắp cánh Vì vậy, chế độ làm việc quạt bị cố định 24/24h tất ngày Việc nghiên cứu tối ưu chế độ làm việc quạt gió dừng lại giải pháp xử lý việc rò gió phần giải pháp giảm thiểu sức cản đường lò Do vậy, việc nghiên cứu giải pháp để tối ưu chế độ làm việc quạt gió mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh thực có tiềm năng, thực tiễn tính khả thi cao 1.4.2 Những vấn đề tập chung nghiên cứu luận án Trên sở kết nghiên cứu Chương 1, hướng nghiên cứu đề tài luận án nghiên cứu nhu cầu gió thực tế mỏ thời điểm khung khác ngày mỏ làm việc ngày mỏ nghỉ Từ đó, lựa chọn giải pháp tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió để đáp ứng phù hợp theo nhu cầu gió mỏ CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG THƠNG GIĨ VÀ NHU CẦU GIĨ SẠCH CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH 2.1 Đặc điểm khai thác mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 2.2 Hiện trạng thơng gió chế độ làm việc quạt gió 2.2.1 Đánh giá sơ đồ thơng gió - Phương pháp thơng gió: Các mỏ sử dụng phương pháp thơng gió hút - Sơ đồ thơng gió: Sơ đồ mạng gió mỏ hầu hết dạng phức tạp phức tạp Các mỏ phải sử dùng nhiều trạm quạt để thơng gió 2.2.2 Đánh giá hiệu thơng gió mỏ Các lò chợ có hướng gió từ mức lến mức trên; Lưu lượng gió vào lò chợ chủ yếu đảm bảo thừa, số thiếu quản lý đóng mở cửa gió khơng tốt Các lò chợ nhìn chung có điều kiện vi khí hậu đảm bảo Các cơng trình thơng gió nhìn chung xây dựng đạt yêu cầu, đảm bảo chất lượng đủ điều kiện hoạt động 2.2.3 Đánh giá chế độ làm việc quạt gió Hầu hết quạt gió loại quạt đầu tư, Trung Quốc sản xuất nên chất lượng tốt Chế độ làm việc quạt gió tạo lưu lượng gió vượt so với yêu cầu Góc làm việc dự trữ quạt nhìn chung còn, có quạt tới góc lắp cánh dự trữ Đánh giá chi phí điện riêng cho thơng gió mỏ: Trong khai thác than hầm lò, điện tiêu thụ cho thơng gió (cho quạt gió chính, chưa tính quạt gió cục bộ) chiếm khoảng 25,4% tổng điện cho tất q trình cơng nghệ Trị số lượng riêng cho thơng gió tính cho mỏ dao động khoảng từ 1,88kWh/T ÷ 6,75kWh/T Chi phí điện đơn vị cho thơng gió mỏ mỏ than hầm lò chủ yếu lớn 3, trung bình 3,9 kWh/T 2.3 Nghiên cứu xác định nhu cầu gió thực tế cho mỏ 2.3.1 Lưu lượng gió tính toán áp dụng cho mỏ Hiện nay, mỏ tính tốn lưu lượng gió cho mỏ áp dụng lựa chọn lưu lượng gió theo yếu tố Qmax lấy Qm số để đưa vào mỏ suốt thời gian 24/24h cho tất ngày làm việc không làm việc 2.3.2 Mối quan hệ lưu lượng gió cho mỏ với kế hoạch sản xuất Nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất mỏ TT Tên công việc Thời gian thực chu kú Ca Ca 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Ca 21 22 23 24 70 VL VL VL VL VL VL VL VL 11,65 VL VL Di chuyển máng cào VL Thu hồi than 23,25 VL VL Sửa nóc, đẩy dầm tiến g-ơng, tải than di chuyển giá chống VL VL 35 VL Chuyển vật liệu 46,65 VL Nạp nổ mìn thông gió hạ trần VL VL Nạp, nổ mìn g-ơng, thông gió VL 58,25 VL Khoan lỗ mìn hạ trần VL Khoan lỗ mìn g-ơng VL VL VL Củng cố lò Chiều dài (m) VL Ký hiƯu Hình 2.1 Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung - Trên sở tổ chức sản xuất lò chợ gương lò chuẩn bị mỏ, thời gian nổ mìn khấu than hộ tiêu thụ gió bị trải (như hình 2.1) chiếm tới 19,5 ngày tương ứng ca có tới 6,5 - Trong năm có khoảng 65 ÷ 66 ngày mỏ nghỉ khơng làm việc Thông thường mỏ tối đa có khoảng 300 ngày làm việc - Các ngày nghỉ không làm việc thời điểm mỏ không cần nhu cầu gió tính tốn theo số liệu yếu tố max lưu lượng Mối quan hệ lưu lượng gió cho mỏ với kế hoạch khai thác Phân tích kế hoạch sản xuất mỏ ta thấy: Nhu cầu gió cho mỏ chia thành mức theo khung giờ: 1- Khung (thời gian) cao điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu cung cấp gió lớn (là lưu lượng gió cần đưa vào mỏ tính tốn nay), thời điểm: nổ mìn tách phá than, đất đá lò chợ gương lò chuẩn bị, thời điểm xuất khí độc hại, nhiệt,… lớn 2- Khung (thời gian) trung điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu gió khơng thiết phải lớn nhất, thời điểm diễn hoạt động như: giao ca, chống giữ củng cố, vận tải than đất đá, ngày làm việc 3- Khung (thời gian) thấp điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu cần gió thấp Là thời gian mỏ không hoạt động sản xuất (trong ngày nghỉ) Đây thời điểm mỏ cần lượng gió vừa đủ để xử lý khí độc hại thẩm thấu từ đất đá xung quanh đường lò khơng khí mỏ 2.3.3 Xác định lƣu lƣợng gió thực cho mỏ khung 2.3.3.1 Lưu lượng gió cho mỏ khung (những thời gian) cao điểm Những thời gian cao điểm thời gian có nhu cầu gió lớn nhất, lưu lượng gió cần cho mỏ tính tốn mỏ áp dụng Lưu lượng gió cho mỏ: Qcđ = 100%.Qmax 3.3.3.2 Lưu lượng gió cho mỏ khung (những thời gian) thấp điểm Xác định nhu cầu gió mỏ theo sở lý thuyết Thời gian thấp điểm thời gian ngày mỏ nghỉ Để xác định lưu lượng gió cho mỏ thời điểm này, ta tính tốn so sánh lưu lượng gió lò chợ gương lò đào thời gian ngày mỏ nghỉ làm việc với thời gian cao điểm ngày làm việc - Đối với lò chợ: Kết tính tốn giá trị lưu lượng gió tỷ lệ gió cần thiết ngày nghỉ làm việc so với ngày làm việc bảng 2.1 Bảng 2.1 Kết tính tốn so sánh lưu lượng gió loại lò chợ trường hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc TT q, m3/T-24h A, T/24h I K C Co Qnghỉ, m3/s Qlv, m3/s Tỷ lệ, % 1,00 1,25 1,50 1,75 60 400 1000 1200 0,0007 0,0058 0,0174 0,0243 1,1 1,1 1,1 1,1 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0 0,15 1,27 3,82 5,35 1,00 8,33 25,00 35,00 15,28 15,28 15,28 15,28 - Đối với trường hợp tính cho lò chuẩn bị: Kết tính tốn giá trị lưu lượng gió tỷ lệ gió cần thiết ngày nghỉ làm việc so với ngày làm việc bảng 2.2 Bảng 2.2 Kết tính tốn so sánh lưu lượng gió loại lò chuẩn bị trường hợp ngày nghỉ ngày làm việc TT r 2,1 1,4 0,8 1,6 1,6 S 10 10 30 20 30 A 33,6 22,4 38,4 51,2 76,8 I 0,0005 0,0003 0,0006 0,0007 0,0011 k 1 1 C 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Co 0 0 Qnghi 0,0972 0,0648 0,1111 0,1481 0,2222 Qlv 5 15 10 15 Tỷ lệ (%) 1,94 1,30 0,74 1,48 1,48 Độ xuất khí ngày làm việc với ngày nghỉ Hình 2.2 Biểu đồ xuất khí metan lò chợ mỏ than ngày nghỉ Sự xuất khí ghi lưu hầu hết dạng hình 2.2 Lưu lượng gió cho mỏ khung thấp điểm (ngày nghỉ) Qua kết tính tốn nhu cầu gió mỏ kết đánh giá độ khí ngày làm việc ngày nghỉ cho thấy: - Theo tính tốn nhu cầu gió ngày nghỉ khoảng 15,3% lưu lượng gió cần thiết cho mỏ thời gian cao điểm - Theo độ xuất khí lưu lượng gió cần cho mỏ ngày nghỉ lượng gió tương ứng để xử lý với lượng khí tối đa 50% so với thời gian cao điểm - Theo Quy chuẩn Quốc gia an tồn khai thác than hầm lò QCVN 01:2011/BCT có quy định mục 4, điều 48, thuộc chương 3, quy phạm an tồn thơng gió mỏ, thực cơng tác đảo chiều gió theo quy phạm mỏ cho phép, yêu cầu hệ thống đảo chiều gió phải đảm bảo đáp ứng 60% lưu lượng gió so với chế độ thuận chiều Nhu cầu gió cho mỏ ngày nghỉ cần thực 60% lưu lượng gió thời gian cao điểm: QTh.đ = 60%QC.đ = 60%Qmax 3.3.3.3 Lưu lượng gió cho mỏ khung (những thời gian) trung điểm Kết tính lưu lượng gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Hình 2.3 Biểu đồ tỷ lệ lưu lượng gió theo yếu tố nổ mìn khấu tách than-đất đá so với yếu tố lại số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Trường hợp lưu lượng gió lấy theo yếu tố thứ hai khoảng từ 45 ÷ 52% lưu lượng gió lấy theo yếu tố max (yếu tố lớn nhất) Kết số mỏ hình 2.3 Ngồi xét ảnh hưởng loại hộ tiêu thụ gió lò chợ gương lò đào (chuẩn bị), lưu lượng gió chiếm tỷ lệ chủ yếu tổng lưu lượng gió cho mỏ từ 60,51 -:- 87,64% Đánh giá xuất khí độc hại nổ mìn khấu than Sự xuất khí độc hại CH4 nổ mìn so với khơng nổ mìn khấu hình 2.4 Hình 2.4 Biểu đồ xuất khí lò chợ ngày làm việc Các mỏ khai thác than hầm lò giới, nghiên cứu đánh giá tỷ lệ xuất chất khí hộ tiêu thụ gió cho thấy lượng khí xuất khơng khí mỏ chủ yếu từ lò chợ gương lò đào Chiếm khoảng 65 -:- 75%; Còn lại 25 -:- 35% từ khu vực khác Lưu lượng gió cho mỏ khung trung điểm Từ sở lý luận cho thấy thời gian trung điểm, nhu cầu gió cho mỏ QTh.đ cần thực 80% lưu lượng gió thời gian cao điểm 2.4 Kết luận chƣơng 1- Hầu hết mỏ khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh có sơ đồ thơng gió phức tạp phức tạp Đặc biệt đa phần mỏ phải sử dụng 01 trạm quạt gió để thơng gió cho mỏ 2- Nhu cầu gió cho mỏ thực tế phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất mỏ, nhu cầu phân thành khung (thời điểm): - Khung cao điểm: QC.đ = Qmax = 100% lưu lượng tính tốn mỏ thực - Khung trung điểm: QTr.đ = 80% QC.đ - Khung thấp điểm: QTh.đ = 60% QC.đ 3- Việc tối ưu chế độ làm việc quạt gió để thực cung cấp gió cho mỏ theo nhu cầu thực tế thời điểm hoạt động sản xuất mỏ cần thiết, góp phần giảm chi phí thơng gió mỏ hồn tồn có sở P (pa) 70 3400 74 h=R*Q² 78 2800 78 71 81 70 2200 65 60 Act hct=1798 hyc=1631 Byc 1000 +5° 0° 400 -5° 15 20 25 +2.5° -2.5° Qyc=28 30 Qct=30.3 35 40 Q(m³/s) Hình 3.1 Đồ thị xác định độ chênh lưu lượng điểm làm việc quạt với điểm yêu cầu 3.2.1.2 Xác định lưu lượng gió tối ưu Lưu lượng gió tối ưu qua độ chênh điểm công tác so với điểm yêu cầu hình 3.2 Hình 3.2 Biểu đồ đánh giá hiệu tối ưu độ chênh điểm làm việc với điểm yêu cầu số quạt gió Như vậy, quạt gió sử dụng mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Việc tối ưu chế độ làm việc quạt gió thơng qua giải pháp tối ưu độ chênh điểm làm việc với điểm yêu cầu, giảm lưu lượng gió từ ÷ 40 m3/s, tương ứng với tỷ lệ giảm tối đa từ 27,8% đến 46,8% Tỷ lệ độ chênh quạt tăng chế độ làm việc quạt góc lắp cánh nhỏ 3.2.2 Tối ưu lượng gió khơng cần thiết khung không cao điểm 3.2.2.1 Lưu lượng gió tối ưu Chế độ quạt làm việc với cơng suất đảm bảo lưu lượng gió đưa vào mỏ theo chế độ tương ứng với khung sau: 1- Khung cao điểm Ở khung cao điểm, chế độ làm việc quạt đưa lưu lượng gió vào mỏ 100% lưu lượng gió tính toán lớn theo thiết kế (QC.đ = Qmax) 2- Khung trung điểm Ở khung trung điểm, chế độ làm việc quạt đưa lưu lượng gió vào mỏ 80% lưu lượng gió tính toán lớn theo thiết kế (QTr.đ = 80%QC.đ) 3- Khung thấp điểm Ở khung thấp điểm (ngày mỏ không làm việc), chế độ làm việc quạt đưa lưu lượng gió vào mỏ 60% lưu lượng gió tính tốn lớn theo thiết kế (QTh.đ = 60%QC.đ) 3.2.2.2 Xác định thời gian tối ưu lượng gió vào mỏ Qua phân tích nghiên cứu hộ tiêu thụ gió hệ thống thơng gió mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, ta xác định thời điểm giảm lưu lượng gió vào mỏ Các thời gian giảm lưu lượng gió vào mỏ phụ thuộc vào cách bố trí lập biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất mỏ, thời gian cao điểm, trung điểm thấp điểm tất hộ tiêu thụ gió (lò chợ, gương lò chuẩn bị) trùng lặp với Đây sở để tối ưu chế độ làm việc quạt gió Thời gian tối ưu lượng gió vào mỏ nghiên cứu mục 2.3.2 chương 2, kết sau: 1- Khung cao điểm Đây thời gian diễn không nhiều, nhiên mỏ chưa có chế độ quan tâm để tính tốn giảm thời gian cao điểm, thời gian nổ mìn khấu tách than đất đá diễn lò chợ gương lò đào xen kẽ trùng lặp (chỉ có hộ tiêu thụ gió có đặc điểm cơng nghệ trùng lặp), nên thực tế tổng thời gian chiếm chủ yếu ngày làm việc, kết tính tốn thời gian cao điểm chiếm khoảng 19,5 giờ/ngày Thời gian tính năm sau: 300 ngày x 19,5h = 5850 h/năm 2- Khung trung điểm Thực tế mỏ khung cao điểm hộ tiêu thụ gió lại sen kẽ trùng lặp Vì vậy, thời gian trung điểm chọn thời gian 1,0 cuối ca (thời gian củng cố) 0,5 giao ca đầu ca để thực tính tốn, ngày đêm có khoảng 4,5 giờ/ngày đêm (thời gian tăng, xếp thời điểm nổ mìn khấu tách than đất đá ca lò chợ gương lò đào trùng lặp nhau) Tổng thời gian trung điểm tính năm: 300 ngày x 4,5 h = 1350 h/năm 3- Khung thấp điểm Toàn thời gian ngày mỏ nghỉ làm việc Tổng thời gian thấp điểm tính năm là: 65 ngày x 24h = 1560 h/năm 3.3 Lựa chọn phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc quạt gió 3.3.1 Các phương án tối ưu chế độ làm việc quạt gió 3.3.1.1 Sử dụng quạt có cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh bánh cơng tác Để khắc phục nhược điểm loại quạt nước ta sử dụng, nhiều nước sản xuất loại quạt có tính tự điều chỉnh góc lắp cánh theo góc lắp cánh việc điều chỉnh chế độ góc lắp cánh thực quạt làm việc Ví dụ quạt VOA Nga có đường đặc tính quạt hình 3.3 Khi thay đổi góc lắp cánh bánh công tác, quạt không thiết phải ngừng hoạt động, mà việc thay đổi góc lắp cánh thực quạt vận hành (đang làm việc) Nguyên lý hoạt động nhờ có giá liên kết (mâm) cánh quạt với hệ thống điều chỉnh điện, nên cần thay đổi góc lắp cánh bánh cơng tác ta điều khiển để thay đổi đồng thời tất cánh cách từ từ, việc điều chỉnh chế độ góc lắp cánh khơng ảnh hưởng đến q trình hoạt động quạt gió Đặc biệt, ta đặt chế độ làm việc quạt góc lắp cánh mà ta muốn Đối với loại quạt ta thay đổi chế độ làm việc quạt ví dụ sau: Đối với độ chênh điểm công tác với điểm yêu cầu: - Với quạt khơng có cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 40o; Qct = 257m3/s; hct = 304 mmH2O; Nct = 965 kW/h; - Với quạt có cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 36o; Qct/A = 243 m /s; hct/A = 272 mmH2O; Nct/A= 825 kW/h Như vậy, hiệu cho ta thấy giảm tiêu thụ điện giải pháp trường hợp từ 965kW/h xuống 825kW/h Đối với thời điểm mỏ khơng làm việc Ví dụ loại quạt VOA-3.0, hình 3.3, thời điểm ngày làm việc việc chế độ làm việc quạt góc lắp cánh 400 (nếu quạt không tự động điều khiển góc lắp cánh) Ngày nghỉ tính giảm 40% tương ứng với quạt làm việc góc lắp cánh bánh cơng tác 15,2 độ Ví dụ: - Với quạt khơng có cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 40o; Qct = 257m3/s; hct = 304 mmH2O; Nct = 965 kW/h; - Với quạt có cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 15,2o; Qct/A = 145 m /s; hct/A = 109 mmH2O; Nct/A= 275 kW/h Như vậy, hiệu cho ta thấy giảm tiêu thụ điện giải pháp trường hợp từ 965kW/h xuống 275kW/h Việc sử dụng loại quạt có cấu tự động điều chỉnh góc lắp cánh bánh công tác cho hiệu cao Tuy nhiên loại quạt có nhược điểm là: Khơng thực việc tự động hóa điều khiển chế độ làm việc quạt cách liên hoàn, người phải trực tiếp điều khiển để thay đổi chế độ quạt gió Cộng với chi phí lớn lãng phí, mỏ thay đổi tồn quạt gió sử dụng N, kW 1200 45 o Nct 1000 40 o Nct Nyc=Nct/A Nyc=Nct/A 800 600 36 o 35 o 30 o 25 o 400 No 15 o No 200 20 o h=R.Q 350 hct Act 300 hyc=hct/A Byc=Act/A 250 45 o 40 o 200 35 o o 32,3 30 o 150 25 o 20 o ho Ao 100 15 o 50 50 100 Qo 200 Qyc=Qct/A Qct 300 Q, m3/s Hình 3.3 Đồ thị xác định chế độ cơng tác quạt VOA-3.0, n = 750v/ph 3.3.1.2 Sử dụng biến tần để điều khiển tự động chế độ công tác quạt Tổng quan ứng dụng biến tần Việc sử dụng biến tần việc điều khiển động điện giải pháp công nghệ tiên tiến mang lại nhiều lợi ích Ngày biến tần sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt ngành công nghiệp Nguyên lý hoạt động biến tần hình 3.4 Bản chất biến tần thay đổi dòng đầu vào dẫn đến thay đổi tốc độ vòng quay Sử dụng biến tần có ưu điểm sau: - Giảm dòng khởi động; - Để dùng điều khiển chỗ, từ xa theo trình; - Nhỏ gọn, tiếng ồn thấp, thông số hiển thị - Góp phần giảm chi phí sửa chữa bảo dưỡng thiết bị kéo dài tuổi thọ thiết bị - Biến tần điều khiển nhiều động - Biến tần làm tăng hệ số cos (thường khoảng 0,96), tăng hiệu suất sử dụng điện, giảm tổn thất cho lưới điện Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động biến tần * Đối với máy bơm nƣớc quạt gió Đối với máy bơm nước quạt gió máy có mơ men tải thay đổi theo tốc độ vòng quay sau: - Lưu lượng (m3/s) tỷ lệ bậc với tốc độ (v/ph) tần số dòng điện (Hz); - Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phương tốc độ; - Cơng suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phương với tốc Q1 n1 f1 h1 n1 p1 n1 Q2 n2 f h2 n2 p2 n2 Ở đây: Q1, h1, P1 -lưu lượng, áp suất công suất điện tương ứng với số vòng quay định mức động (n1, vg/ph) Q2, h2, P2 -lưu lượng, hạ áp, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay điều chỉnh (n2) Ứng dụng biến tần vào việc tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió Hiệu việc sử dụng biến tần cho quạt gió mỏ đánh sau: - Giảm tiêu hao lượng điện khởi động quạt (khơng tăng dòng khởi động) - Giúp ổn định dòng (trong trường hợp điện áp đầu vào không ổn định) để quạt thiết bị hoạt động êm, ổn định, tăng tuổi thọ quạt thiết bị - Điều chỉnh chế độ làm việc quạt gió cách tự động theo yêu cầu 3.3.2 Lựa chọn phương án tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió Với ưu nhược điểm hai loại cơng nghệ có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng mỏ hầm lò giới với kết kiểm nghiệm cho thấy hiệu trội việc sử dụng biến vào việc điều khiển chế độ làm việc quạt gió Như hình 3.5 mối phụ thuộc thay đổi công suất tiêu thụ động quạt với lưu lượng tương ứng với phương án biểu diễn thông qua đường cong tương ứng P/P H 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 0,8 Q/QH Hình 3.5 Mối phụ thuộc thay đổi công suất động với lưu lượng - Đường cong 1: Tương ứng với phương án điều tiết (các cửa gió cửa điều chỉnh,…) nhằm giảm rò gió điều tiết lưu lượng gió phù hợp khu vực hệ thống thông gió mỏ - Đường cong 2: Tương ứng với phương án thay đổi góc lắp cánh bánh cơng tác quạt gió (sử dụng quạt có cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh bánh cơng tác) - Đường cong 3: Tương ứng với phương án sử dụng biến tần cho động không đồng pha - Đường cong 4: Biểu diễn mối phụ thuộc thay đổi công suất tiêu thụ điện động quạt với lưu lượng, tương ứng với phương án sử dụng biến tần cho động đồng pha Xét phương án: Đề tài luận án lựa chọn phương án sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc quạt gió 3.4 Xây dựng sơ đồ thuật toán tối ƣu chế độ làm việc quạt gió 3.4.1 Xây dựng sơ đồ tổng quát Với việc sử dụng biến tần kết hợp thiết bị công nghệ phụ trợ để tạo lập trình chế độ tự động điều khiển hoạt động thơng gió cho mỏ, ta có sơ đồ tổng quan hình 3.6 Các đầu đo cảm biến: khí CH4, CO2, vgió, Scs, to, Màn hình vận hành Bộ điều khiển trung tâm PLC Tủ cầu giao điện cấp biến tần quạt gió Biến tần Quạt gió mỏ Hình 3.6 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển tự động mạng gió mỏ 3.4.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán Với hệ thống tự động điều khiển chế độ quạt gió giám sát mạng gió mỏ, ta có biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển quạt hình 3.7 Và sơ đồ thuật tốn chương trình hình 3.8 Quat khong dung bien tan Qkbt>=QC.d QC.d (3) QTr.d QTh.d en Mi k uu toi su hi ng du an nt bie (1) Quat bien tan (2) Quat bien tan Quat bien tan Thoi gian thap diem Thoi gian trung diem Thoi gian cao diem Hình 3.7 Biểu đồ minh họa miền tối ưu lưu lượng gió sử dụng biến tần để tối ưu chế độ làm việc quạt gió Bắt đầu Ngày làm việc S Đ S S CH4