Nghiên cứu hệ thống gió có xét đến sự cân bằng nhiệt trong quá trình đào hầm bằng phương pháp nổ mìn ứng dụng cho thủy điện đăkđring

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - NGUYỄN THỊ ĐỨC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THƠNG GIĨ CĨ XÉT ĐẾN SỰ CÂN BẰNG NHIỆT TRONG Q TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN-ỨNG DỤNG CHO THỦY ĐIỆN ĐĂKĐRING Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ TRỌNG HỒNG Hà Nội – 2011 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt trình đào hầm phương pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng, Bộ môn Công nghệ QLXD Trường Đại học thủy lợi trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, khoa Cơng trình thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học trường Đại học thủy lợi, trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Cán bộ, công nhân viên trường TCN NN&PTNT Thanh Hóa, bạn bè đồng nghiệp gia đình tận tình giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Do cịn hạn chế trình độ chun mơn, thời gian có hạn, nên q trình thực luận văn, tác giả không tránh khỏi số sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận bảo thầy, giáo góp ý bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng… năm 2011 Tác giả Nguyễn Thị Đức MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐÀO HẦM NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN 1.1 Đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện 1.1.1 Các phương pháp đào đường hầm 1.1.2 Q trình thi cơng hầm phương pháp nổ mìn 1.1.2.1 Công tác khoan đào 1.1.2.2 Công tác nổ mìn 1.1.3 Dọn vận chuyển đất đá đường hầm 11 1.1.4 Thi công vỏ đường hầm 11 1.1.5 Công tác gia cố khối đào 12 1.1.6 Một số công tác khác 12 1.1.3 Những yêu cầu thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện.13 1.1.3.1 Yêu cầu an tồn lao động thi cơng đường hầm 13 1.1.3.2 Yêu cầu không gian thi công 13 1.1.4 u cầu thơng gió đào đường hầm phương pháp nổ mìn 14 1.1.5 Các sơ đồ thơng gió áp dụng giới Việt Nam 15 1.1.5.1 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi 16 1.1.5.2 Sơ đồ thơng gió kiểu hút 16 1.1.5.3 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp 17 1.2 Kết luận chương1 18 CHƯƠNG 2: NHỮNG U CẦU VỀ THƠNG GIĨ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN 19 2.1 Những lượng khí độc phát sinh đường hầm 19 2.1.1 Khí độc nổ mìn 19 2.1.2 Khí độc động Diesel 22 2.2.3 Khí độc đoạn nằm sâu lòng đất 24 2.2 Nhu cầu vệ sinh cho người đường hầm 26 2.2.1 Nhu cầu khí O cho người 26 2.2.2 Lượng nhiệt dư thừa đường hầm sâu lòng đất 26 2.3 Yêu cầu cơng tác thơng gió q trình mở gương hầm 40 2.3.1 Pha lỗng khí độc 40 2.3.2 Pha loãng bụi 41 2.3.3 Cấp oxy cần dùng 42 2.3.3 Giải nhiệt 43 2.4 Kết luận chương 2: 45 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG GIĨ CĨ XÉT ĐẾN SỰ CÂN BẰNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN 46 3.1 Các cơng thức tính tốn 46 3.1.1 Lượng khí pha lỗng khí độc 46 3.1.2 Xác định lượng khí cho cơng nhân 50 3.1.3 Xác định lưu lượng khí cần để giảm nhiệt hầm 50 3.2 Lựa chọn máy quạt thiết bị 51 3.3 Bố trí hệ thống thơng gió q trình đào hầm 60 3.4 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG GIĨ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN CHO ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐAKDRING 63 4.1 Giới thiệu tổng quan nhà máy thủy điện Đakdring 63 4.2 Trình tự thi cơng đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đakđring 68 4.3 Thiết kế hệ thống thơng gió 70 4.3.1 Bố trí hệ thống thơng gió 70 4.3.2 Chọn ống thơng gió 70 4.3.3 Bố trí hệ thống thơng gió theo gương 71 4.3.4 Chọn quạt thông gió cho gương đào 72 4.4 Kết luận chương 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 Các kết đạt 82 Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu 82 Kiến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đường hầm dẫn nước thủy điện Hịa Bình Hình 1.2 Bên hầm cửa nhận nước nhà máy thủy điện Nho Quế -Hà Giang4 Hình 1.3 Hầm phụ nhà máy thủy điện Nho Quế – Hà Giang Hình 1.4 Tác dụng nổ mìn Hình 1.5 Vùng ảnh hưởng nổ mìn Hình 1.6 Định vị phục vụ cho cơng tác khoan đào Hình1.7 Lắp đặt dây nổ Hình1.8 Nổ mìn vận chuyển đá thải 10 Hình 1.9 Dây cháy chậm 10 Hình 1.10 Kíp điện 11 Hình 1.11 Thi cơng đào hầm dẫn nước thủy điện Ngịi Phát 14 Hình 1.12 Hình ảnh thơng gió đường hầm Bn Kop 15 Hình 1.13 Thơng gió đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện La Hiêng2 15 Hình 1.14 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi 16 Hình 1.15 Sơ đồ thơng gió kiểu hút 17 Hình 1.16 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp 17 Hình 2.1 Động làm việc hầm 22 Hình 2.2 Quan hệ nhiệt q h nhiệt ẩn q â theo nhiệt độ 32 Hình 2.3 Biểu đồ nhiệt hiệu tương đương 36 Hình 2.4 Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn ASHRAE (Mỹ) 43 Hình 2.5 Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ t k t 44 Hình 3.1 Biểu đồ tra tổn thất ma sát 55 Hình 3.2 Hình ảnh minh họa bố trí ống gió 61 Hình 4.1 Hình phối cảnh cơng trình thủy điện Đakdring 63 Hình 4.2 Hình ảnh minh họa bố trí tuyến hầm 68 Hình 4.3 Các hướng đào hầm 69 Hình 4.4 Bố trí hệ thống thơng gió 70 Hình 4.5 Vị trí gương đào Q4, Q5 72 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Lượng khí độc nổ mìn thải 21 Bảng 2.2 Nồng độ cho phép khí độc nổ mìn 21 Bảng 2.3 Lượng khí độc động .23 Bảng 2.4 Nồng độ cho phép khí độc động 23 Bảng 2.5 Nồng độ cho phép số khí hầm 25 Bảng 2.6 Thành phần khơng khí 26 Bảng 2.7 Nhiệt sinh lý thể người theo trạng thái lao động 27 Bảng 2.8 Hệ số kể đến tốc độ khơng khí phịng (k v ) .29 Bảng 2.9 lượng nhiệt tỏa người 33 Bảng 2.10 Nhiệt độ hiệu tương đương 34 Bảng 2.11 Chỉ số đánh giá cảm giác nhiệt theo Zôilen - Kôrencôp .37 Bảng 2.12 Chỉ số đánh giá cảm giác nhiệt theo Bendinh - Hats .37 Bảng 2.13 Nhiệt máy móc tỏa dạng nhiệt 38 Bảng 2.14 Nồng độ khí độc cho phép .41 Bảng 2.15 Mối quan hệ nồng độ khí sức khỏe người 41 Bảng 2.16 Nồng độ bụi cho phép 42 Bảng 2.17 Tiêu chuẩn vệ sinh khơng khí hầm .43 Bảng 3.1 Hệ số lọt gió cao su 53 Bảng 3.2 Hệ số lọt gió ống kim loại 53 Bảng 3.3 Hệ số lọt gió ống chất dẻo PVC 54 Bảng 3.4 Bảng hệ số lực cản ma sát ống α 54 Bảng 3.5 Hệ số hiệu chỉnh η 56 Bảng 3.6 Hệ số dự trữ công suất động 57 Bảng 3.7 Đặc tính máy thơng gió 58 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cơng trình ngầm nói chung cơng trình hầm nói riêng sử dụng từ lâu lĩnh vực khác kinh tế quốc dân đặc biệt nước phát triển Cơng trình hầm sử dụng lĩnh vực giao thông, thuỷ lợi, quốc phịng khai thác khống sản… Ở Việt Nam đào đường hầm phương pháp nổ mìn nghiên cứu áp dụng hiệu cao đường hầm dẫn nước nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, đường hầm cho nhà máy thuỷ điện Yaly, đường hầm qua đèo Hải Vân… Đây phương pháp truyền thống, thi công điều kiện địa chất, phù hợp với hình dáng mặt cắt hầm… Tuy nhiên thi cơng nổ mìn đào hầm, ngồi lượng lớn khí độc nổ mìn tạo cịn vấn đề nhiệt độ lòng đất tăng lên theo chiều sâu đặt hầm chiều dài đường hầm Để đảm bảo sức khoẻ tính mạng cơng nhân xây dựng cần đảm bảo khơng khí hầm ln có nồng độ khí độc mức cho phép tạo điều kiện lao động thống mát biện pháp thơng gió tỏ thích hợp trở thành biện pháp truyền thống thiếu xây dựng công trình ngầm Hiện cơng trình ngầm việc tính tốn thơng gió chưa bao gồm việc tính tốn cân nhiệt độ hầm điều địi hỏi có nghiên cứu vấn đề này… Đề tài “Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt trình đào hầm phương pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” cần thiết có ứng dụng vào thực tiễn cao 2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế hệ thống thơng gió q trình đào hầm phương pháp khoan nổ mìn có xét đến cân nhiệt Ứng dụng cụ thể vào công trình thủy điện Đakdring, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho đường hầm khác ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hệ thống thơng gió q trình đào hầm phương pháp khoan nổ mìn Từ yêu cầu giảm nồng độ khí độc hại nổ mìn, động cơ, người , yêu cầu giảm nhiệt dư thừa hầm, yêu cầu đủ lượng khí cho người lao động hầm, tình hình cụ thể cơng trình tiến hành tính tốn, lựa chọn hệ thống thơng gió đảm bảo điều kiện an toàn lao động sức khỏe cho người lao động đồng thời bố trí hợp lý để ảnh hưởng đến không gian đào hầm CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Điều tra, thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài gồm: + Lượng khí độc hại nổ mìn, động nồng độ cho phép tương ứng + Nhiệt lượng dư thừa hầm - Phân tích, tính tốn lưu lượng gió cần thổi vào hầm + Lượng khí pha lỗng khí độc + Lượng khí cho người + Lượng khí cần để giảm nhiệt hầm - Dựa tiêu chuẩn thơng gió, đặc thù cơng trình tính chọn quạt gió, đường ống thơng gió bố trí hệ thống thơng gió CHƯƠNG 1: ĐÀO HẦM NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN 1.1 Đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện đường hầm sử dụng để đưa nước nguồn tự nhiên (như hồ sông) nguồn nước người làm (như đập hồ chứa ngăn sơng) đến nhà máy, lượng nước nhờ máy tuốc bin chuyển thành lượng điện, sau đường hầm lại đưa nước bị lấy chuyển thành lượng điện Sau đường hầm lại đưa nước bị lấy lượng để chảy vào điểm mà chúng hồ sông khác lại sông cũ nơi thấp Khi đường hầm vận hành điều kiện hồn tồn có áp lực nước gọi “đường hầm có áp”, cịn mực nước khơng phủ kín mặt cắt hầm đươc gọi “đường hầm chảy tự do” Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện có đặc điểm chạy qua địa chất tương đối phức tạp yêu cầu đảm bảo xác mặt cắt, độ bền cao đảm bảo chế độ làm việc cung cấp nước cho nhà máy thủy điện suốt thời gian vận hành Hình 1.1 Đường hầm dẫn nước thủy điện Hịa Bình Hình 1.2 Bên hầm cửa nhận nước nhà máy thủy điện Nho Quế – Hà Giang ( địa chất tốt - đá cứng) Hình 1.3 Hầm phụ nhà máy thủy điện Nho Quế – Hà Giang (địa chất yếu – toàn đất sét) 69 -Hướng 2: Từ vị trí cửa đào đến vị trí cách cửa 2850 m - Hướng 3: Đào từ vị trí hầm ngang đào vào, nhiệm vụ hướng đào cho hầm áp lực ngang giếng nghiêng, tới tháp điều áp dừng ( đào 266.48 m) - Hướng 4: Từ khoảng CNN tháp điều bố trí ngách đào để tiện cho việc thi công Từ ngách đào tiến hành đào hầm sang hai bên hình vẽ Ngách đào CNN Tháp điều áp Ống hở Cửa Hầm ngang Hình 4.3 Các hướng đào hầm 4.2.2 Trình tự thi cơng hướng Mỗi hướng thi công đào hầm công đoạn phải thực việc hết chu kỳ sau thực chu kỳ Chu kỳ thi công đường hầm khoan nổ: - Chuẩn bị khoan: Dùng máy định vị vị trí khoan đánh dấu vị trí cần khoan - Khoan lỗ dọc gương đào - Nạp thuốc kiểm tra an tồn trước nổ - Nổ mìn - Thơng gió hút bụi - Kiểm tra an tồn sau nổ đánh giá kết nổ - Kiểm tra an toàn sau nổ đánh giá kết nổ - Đánh giá tình hình địa chất hầm để đưa biện pháp xử lý cần thiết - Bốc xúc vận chuyển đất đá sau nổ - Gia cố vỏ hầm cần thiết - Dọn gương đào chuẩn bị cho chu kỳ 70 4.3 Thiết kế hệ thống thơng gió 4.3.1 Bố trí hệ thống thơng gió Từ sơ đồ vẽ thiết kế sơ đồ hướng đào hầm, yêu cầu thơng gió cần đảm bảo 600 m bố trí quạt máy có động đảo chiều (có thể hút thổi) để dùng chung đường ống thơng gió Ta bố trí hệ thống thơng gió sau: -Từ CNN đến đoạn ống hở ta bố trí quạt máy -Từ Ngách đào đến đoạn ống hở ta bố trí quạt máy -Từ Ngách đào đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy - Từ Cửa đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy -Từ Hầm ngang đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy Hình 4.4 Bố trí hệ thống thơng gió Theo hướng đào hầm phân nhiệm vụ hướng sau: - Hướng đào từ CNN vào bố trí quạt gió Q , Q , Q , Q - Hướng đào từ ngách đào phía CNN bố trí quạt Q , Q , Q - Hướng đào từ ngách đào phía cửa bố trí quạt Q , Q , Q 10 , Q 11 - Hướng đào từ cửa đào vào bố trí quạt Q 16 , Q 15 ,Q 14 ,Q 13 ,Q 12 - Hướng đào từ hầm áp lực ngang đào vào bố trí quạt Q 17 4.3.2 Chọn ống thơng gió Căn vào lượng thơng gió xác định, tốc độ gió ống, chiều dài ống diện tích mặt cắt hầm để xét cách tổng hợp định chọn đường kính ống D =0.7 m , ống làm nhựa tổng hợp, chiều dài ống 20 m 71 4.3.3 Bố trí hệ thống thơng gió theo gương 4.3.3.1 Bố trí ống thơng gió Hiệu thơng gió có liên quan đến khoảng cách từ đầu mút ống đến gương đào, phải cố gắng tiếp cận mặt gương đào, khơng làm cho đá nổ mìn va đập gây hư hỏng thiết bị thơng gió Khoảng cách từ điểm cuối ống gió đến gương đào L Z = 15.13 m 4.3.3.2 Lắp đặt ống thơng gió Ống gió lắp đường hầm phải lắp chỗ không gây trở ngại cho vận chuyển thi công, treo đỉnh vịm cửa hầm Ống gió có dụng cụ cặp lắp cấu kiện che chống lắp vào neo vỏ hầm dùng thiết bị đặc biệt, dây treo thơng qua móc cẩu treo ống lên Ống lắp khít, kín, giảm thiểu lọt gió Khi nối ống thơng gió có đường kính khác phải dùng cút nối, tránh thay đổi đột biến tiết diện ống gió Ống gió phải làm cho ống phẳng, thẳng, ổn định, sít chặt, bán kính cong rẽ ngoặt khơng nhỏ lần đường kính ống gió Cố gắng tăng chiều dài đốt ống để giảm bớt cút nối Khi tác nghiệp đồng thời đào đổ bê tông đào phun bê tơng, ống gió xun qua khối đổ phun bê tơng phải đặt ống gió tạm thời để đảm bảo thơng gió tốt cho gương đào 4.3.3.3 Bố trí quạt gió Tuyến ống thơng gió tuyến hầm thơng gió có khoảng cách dài, lực cản tương đối lớn, quạt gió khơng thể đáp ứng u cầu, nối tiếp số quạt gió lại với nhau, nên chọn loại quạt gió có cơng suất Bố trí quạt gió thủy điện Đăkđring nối tiếp giãn cách Khoảng cách dãn cách theo chiều dài hầm, cách 600m quạt 72 4.3.4 Chọn quạt thơng gió cho gương đào Chọn gương đào Q , Q đại diện tính tốn thiết kế Các gương đào cịn lại tính tốn tương tự Hình 4.5 Vị trí gương đào Q4, Q5 4.3.4.1 Thiết kế hệ thống thơng gió cho gương đào Q5 Bước 1: Các số liệu cần cho thiết kế - Đường kính đào hầm D = 4m - Chiều dài tính tốn gương hầm L h1 =550 m - Chiều dài chu kỳ đào L CK = 4m - Tiết diện ngang hầm: S= 14.3 m2 - Vận tốc tối thiểu dịng khơng khí hầm υ =0.3 m/s - Số người làm việc tối đa hầm N=10 người - Lượng khí cần thiết cho người làm việc hầm q n =3(m3/phút) - Khoảng cách từ điểm cuối ống thơng gió đến gương đào (m) L Z =4 S L Z =15.13 m - Thời gian thơng gió sau nổ mìn: t= 30 phút - Đường kính ống gió: D =0.7 m - Chu vi ống gió: U D1 =2.199 m - Diện tích ống gió: S D1 = 0.385 m2 - Chi phí thuốc nổ cho m3 đá m = 1.6 kg/m3 - Lượng Oxit cacbon tạo nổ kg thuốc nổ, bao gồm khí Nitơ B=100 lít - Số máy móc làm việc đồng thời hầm: n= - Lượng gió cần cho đơn vị công suất υ =3m3/(kW.phút) - Tổng công suất định mức máy Diesel làm việc lúc hầm, ô tô tấn, xúc lật cào vơ (kW): P = 243 kW 73 - Chiều dài đốt ống gió: m =20 m - Hệ số sức cản khơng khí với ống có D = 0.7m α =3.2x10-4 - Hệ số nối ống đơn vị: k = 0.005 - Hệ số lực cản ma sát ống gió có D= 0.7 m - Hệ số lực cản cục bộ: α 1.2 = 0.0051 ξ =1 Bước 2: Tính tốn lưu lượng gió cần thiết cho gương đào Q v = Q pl + Q ks + Q gn Q v : Lưu lượng khí cần thổi vào Q pl : Lưu lượng khí cần pha lỗng khí độc Q ks : Lưu lượng khí cần cung cấp cho người lao động Q gn : Lưu lượng khí cần để giảm nhiệt hầm Xác định lưu lượng khí cần cung cấp cho người lao động Theo số người làm việc tối đa hầm: Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút): Q h1 = k.N.q n = 1,15.10.3 =34,5 m3/phút Xác định lưu lượng khí cần pha lỗng khí độc - Theo tốc độ gió thấp cho phép Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h2 = 60 υ S max = 60.0,3.14,3 = 257,4 m3/phút - Theo điều kiện hịa tan khí độc sau nổ mìn Giai đoạn chọn thơng gió theo kiểu ép vào, lượng gió cần thiết tính sau: + Lượng tiêu hao thuốc nổ cho chu kỳ đào lớn (kg) A = S.L CK m = 14,3.4.16 = 91,52 kg + Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h3 = 21,4 21,4 A.S Lh1 = 91,52.14,3.550 =605 t 30 m3/phút - Tính lưu lượng gió theo cơng thức kinh nghiệm Romanov (m3/phút) S t Q h4 = 100 = 100 14.3 =47,67 30 m3/phút 74 - Theo lượng khí thải động đốt làm việc hầm Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h5 = υ P =3.243 = 729 m3/phút Xác định lượng khí cần thổi vào hầm để khử nhiệt thừa người máy móc tạo Q h6 + Lượng nhiệt tỏa người W Q = N.q =10.44194 = 441,94 W N =10 số người lớn thi công hầm q = 38Kcal/giờ = 44,194 W nhiệt tỏa người thi công hầm điều kiện nhiệt độ hầm 280C + Lượng nhiệt tỏa từ máy móc thi cơng Q2 = N c ϕ1.ϕ ϕ3 (1 − η + ϕ + η ) W N c : Công suất động điện W N c =243 000 W ϕ1 : Hệ số sử dụng công suất , chọn 0.8 ϕ : Hệ số tải trọng, chọn 0.7 ϕ3 : Hệ số làm việc đồng thời, chọn 0.75 ϕ : Hệ số chuyển thành nhiệt năng, chọn 0.5 η : Hiệu suất động điện 0.85 Q = 243000.0,8.0,7.0,75.(1-0,85+0,5.0,85) = 58684,5 W + Lượng nhiệt thừa địa tầng phát sinh, trường hợp lượng nhiệt địa chất thủy điện Đăkdring nhỏ nên bỏ qua + Tổng lượng nhiệt thừa hầm ∆ Q = Q +Q = 441,94 + 58684,5 = 59126,44 W + Lượng khí cần thổi vào hầm để khử nhiệt thừa G= ∆Q 59126,44 = = 21268,5 kg/ CP (t R − tV ) 0,278.(35 − 25) Qh = G 21268,5 = 18024,16 m3/ = 1,18 P Q h6 = 3004 m3/phút 75 C P : Nhiệt dung riêng khối lượng khơng khí (KJ/giờ 0C) C p =1KJ/giờ 0C = 0,278 W/giờ 0C t R: Nhiệt độ khơng khí thổi ra, chọn t R = 350C, tương ứng khối ρ khơng khí ρ R = 1,15 kg/m3 t V : Nhiệt độ không khí thổi vào chọn t v = 250C, tương ứng khối ρ khơng khí ρ R = 1,18 kg/m3 - Hệ số xét tới tổn thất khí đường ống  6.5.α1.Lh1  k D1.Lh1 D15  η1 = 1 + 3.m0        =1,10    Bước 3: Chọn máy quạt - Lưu lượng gió cần thổi vào hầm (m3/phút) Q h7 = Q h1 +Q h6 + max(Q h2, Q h3, Q h4, Q h5 ) Q h7 =34,5 + 300,4 + 729 = 1064 m3/phút - Lưu lượng máy quạt gió: Q h1 = η1 Q h6 = 1064.1,1 = 1170,3 m3/phút - Công suất quạt (KW) + Tổn thất ma sát qua ống thơng gió (mmHg) hmax = 0,01.α1.2 Lh1.U D1 Qq21 S D3 =0,01.0,0051.550.2,199 19,52 = 411 mmHg 0,3853 + Tổn thất cục (mmHg) hcuc1 = 0,01.(0,612.ξ1 Qq21 S D3 ) = 0,01.(0,612.1 19,52 03853 ) =15,7 mmHg + Tổng tổn thất (mmHg) h tt = h ma1 + h cuc1 = 411 + 15,7 = 426,7 mmHg + Công suất quạt (KW) N quat = Qq1 426,7 htt1 = 19,5 =95,97 102.0,85 102.0,85 KW 76 - Công suất động điện để kéo quạt (KW) + Hệ số truyền động η td = 0,95 + Hệ số dự trữ động cơ: K dc = 1,05 + Công suất động (KW): N dc = N quat kdc ηtd = 95,97.1,05 =106,97 0,95 KW - Áp lực quạt máy + Hệ số lọt gió: ρ = 1,22 + Áp lực máy quạt: H = ρ h tt1 = 1,22.426,7 = 520,57 - Lựa chọn máy quạt Từ kết tính tốn tra bảng 3.2 chọn quạt máy ký hiệu BM-12 có thơng số sau: + Lưu lượng quạt gió: 10÷32 (m3/giờ) + Áp lực 650÷ 3600 (mmHg) + Cơng suất động cơ: 20÷ 110 (KW) 4.3.4.2 Thiết kế hệ thống thơng gió cho gương Q6 Bước 1: Các số liệu cần cho thiết kế - Đường kính đào hầm: D = m - Chiều dài tính tốn cho gương hầm: L h1 = 660 m - Chiều dài chu kỳ đào : L CK = 4m Tiết diện ngang hầm: S =14.3 m3 - Vận tốc tối thiểu dịng khơng khí hầm: N = 10 người - Lượng khí cần thiết cho người làm việc hầm:Q n =3 (m3/phút) - Khoảng cách từ điểm cuối ống gió đến gương đào L Z = S L Z = 15.13 m 77 - Thời gian thơng gió sau nổ mìn: t= 30 phút - Đường kính ống gió: D =0.7 m - Chu vi ống gió: U D1 =2.199 m - Diện tích ống gió: S D1 = 0.385 m2 - Chi phí thuốc nổ cho m3 đá m = 1.6 kg/m3 - Lượng Oxit cacbon tạo nổ kg thuốc nổ, bao gồm khí Nitơ B=100 lít - Số máy móc làm việc đồng thời hầm: n= - Lượng gió cần cho đơn vị cơng suất υ =3m3/(kW.phút) - Tổng công suất định mức máy Diesel làm việc lúc hầm, ô tô tấn, xúc lật cào vơ (kW): P = 243 kW - Chiều dài đốt ống gió: m =20 m - Hệ số sức cản khơng khí với ống có D = 0.7m α =3.2x10-4 - Hệ số nối ống đơn vị: k = 0.005 - Hệ số lực cản ma sát ống gió có D= 0.7 m - Hệ số lực cản cục bộ: α 1.2 = 0.0051 ξ =1 Bước 2: Tính tốn lưu lượng gió cần thiết cho gương đào Q v = Q pl + Q ks + Q gn Q v : Lưu lượng khí cần thổi vào Q pl : Lưu lượng khí cần pha lỗng khí độc Q ks : Lưu lượng khí cần cung cấp cho người lao động Q gn : Lưu lượng khí cần để giảm nhiệt hầm Xác định lưu lượng khí cần cung cấp cho người lao động Theo số người làm việc tối đa hầm: Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút): Q h1 = k.N.q n = 1,15.10.3 =34,5 m3/phút Xác định lưu lượng khí cần pha lỗng khí độc - Theo tốc độ dịch chuyển tối thiểu dịng khơng khí: Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h2 = 60 υ S max = 60.0,3.14,3 = 257,4 m3/phút 78 - Theo điều kiện hịa tan khí độc sau nổ mìn Giai đoạn chọn thơng gió theo kiểu ép vào, lượng gió cần thiết tính sau: + Lượng tiêu hao thuốc nổ cho chu kỳ đào lớn (kg) A = S.L CK m = 14,3.4.16 = 91,52 kg + Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h3 = 21,4 21,4 A.S Lh1 = 91,52.14,3.660 =662,96 t 30 m3/phút + Tính lưu lượng gió theo cơng thức kinh nghiệm Romanov (m3/phút) S t Q h4 = 100 = 100 14.3 =47,67 30 m3/phút - Theo lượng khí thải động đốt làm việc hầm + Lưu lượng gió cần thiết (m3/phút) Q h5 = υ P =3.243 = 729 m3/phút Xác định lượng khí cần thổi vào hầm để khử nhiệt thừa người máy móc tạo Q h6 + Lượng nhiệt tỏa người W Q = N.q =10.44194 = 441,94 W N =10 số người lớn thi công hầm q = 38Kcal/giờ = 44,194 W nhiệt tỏa người thi công hầm điều kiện nhiệt độ hầm 280C + Lượng nhiệt tỏa từ máy móc thi cơng Q2 = N c ϕ1.ϕ ϕ3 (1 − η + ϕ + η ) W N c : Công suất động điện W N c =243 000 W ϕ1 : Hệ số sử dụng công suất , chọn 0.8 ϕ : Hệ số tải trọng, chọn 0.7 ϕ3 : Hệ số làm việc đồng thời, chọn 0.75 ϕ : Hệ số chuyển thành nhiệt năng, chọn 0.5 η : Hiệu suất động điện 0.85 Q = 243000.0,8.0,7.0,75.(1-0,85+0,5.0,85) = 58684,5 W 79 + Tổng lượng nhiệt thừa hầm ∆ Q = Q +Q = 441,94 + 58684,5 = 59126,44 W + Lượng khí cần thổi vào hầm để khử nhiệt thừa G= ∆Q 59126,44 = = 21268,5 CP (t R − tV ) 0,278.(35 − 25) Qh = G 21268,5 = 18024,16 = P 1,18 kg/ m3/ Q h6 = 300,4 m3/phút C P : Nhiệt dung riêng khối lượng khơng khí (KJ/giờ 0C) C p =1KJ/giờ 0C = 0,278 W/giờ 0C t R: Nhiệt độ khơng khí thổi ra, chọn t R = 350C, tương ứng khối ρ khơng khí ρ R =1,15 kg/m3 t V : Nhiệt độ không khí thổi vào chọn t v = 250C, tương ứng khối ρ khơng khí ρ R = 1,18 kg/m3 - Hệ số xét tới tổn thất khí đường ống  6.5.α1.Lh1  k D1.Lh1 D15  η1 = 1 + 3.m0           = 1,10 Bước 3: Chọn máy quạt - Lưu lượng gió cần thổi vào hầm (m3/phút) Q h7 = Q h1 +Q h6 + max(Q h2, Q h3, Q h4, Q h5 ) Q h7 =34,5 + 300,4 + 729 = 1064 m3/phút - Lưu lượng máy quạt gió: Q h1 = η1 Q h6 = 1064.1,1 = 1170,3 m 3/phút - Công suất quạt (KW) + Tổn thất ma sát qua ống thông gió (mmHg) hmax Qq21 19,52 = 493,2 = 0,01.α1.2 Lh1.U D1 =0,01.0,0051.660.2,199 S D1 0,3853 mmHg 80 + Tổn thất cục (mmHg) hcuc1 = 0,01.(0,612.ξ1 Qq21 S D3 ) = 0,01.(0,612.1 19,52 03853 ) =15,7 mmHg + Tổng tổn thất (mmHg) h tt = h ma1 + h cuc1 = 493+ 15,7 = 508,9 mmHg + Công suất quạt (KW) N quat = Qq1 508,9 htt1 = 19,5 = 114,4 102.0,85 102.0,85 KW - Công suất động điện để kéo quạt (KW) + Hệ số truyền động η td = 0,95 + Hệ số dự trữ động cơ: K dc = 1,05 + Công suất động (KW): N dc = N quat kdc ηtd = 114,4.1,05 =126,5 0,95 KW - Áp lực quạt máy + Hệ số lọt gió: ρ = 1,22 + Áp lực máy quạt: H = ρ h tt1 = 1,22.5089 = 620,86 - Lựa chọn máy quạt Từ kết tính tốn tra bảng 3.2 chọn quạt máy ký hiệu BM-12 có thơng số sau: + Lưu lượng quạt gió: 18÷70 (m3/giờ) + Áp lực 350÷ 2000 (mmHg) + Cơng suất động cơ: 15÷ 130 (KW) 81 4.4 Kết luận chương Để đảm bảo sức khỏe an toàn cho người lao động thi cơng hầm việc tính tốn thiết kế hệ thống thơng gió quan trọng Bố trí lắp đặt hệ thống thơng gió cần phải đảm bảo hiệu thơng gió khơng ảnh hưởng đến không gian thi công công việc khác - Để đảm bảo sức khỏe an toàn cho người lao động thi công hầm Đăkđring cần bố trí 18 quạt máy, cơng suất quạt tùy thuộc vào diện tích gương đào, địa chất (khối lượng thuốc nổ), số lượng công nhân thi công… + Từ CNN đến đoạn ống hở ta bố trí quạt máy +Từ Ngách đào đến đoạn ống hở ta bố trí quạt máy +Từ Ngách đào đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy +Từ Cửa đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy + Từ Hầm ngang đến Tháp điều áp ta bố trí quạt máy - Với gương đào Q5 dùng quạt máy ký hiệu BM-12 có thơng số sau:Lưu lượng quạt gió: 10÷32 (m3/giờ), Áp lực 650÷ 3600 (mmHg), Cơng suất động cơ: 20÷ 110 (KW) - Với gương đào Q5 dùng quạt máy ký hiệu BM-12 có thơng số sau: Lưu lượng quạt gió: 18÷70 (m3/giờ), Áp lực 350÷ 2000 (mmHg), Cơng suất động cơ: 15÷ 130 (KW) - Việc lựa chọn máy thơng gió bố trí cho gương đào Q5,Q6 bố trí tài liệu cho gương đào lại đường hầm thủy điện Đăkđring tài liệu tham khảo cho đường hầm dẫn nước khác để hoàn thiện việc đảm bảo sức khỏe an toàn cho người lao động 82 KẾT LUẬN Các kết đạt Luận văn : “Nghiên cứu hệ thống thông gió có xét đến cân nhiệt trình đào hầm phương pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” nêu lên bước thiết kế hệ thống thơng gió đáp ứng cung cấp lượng gió hạ thấp nồng độ chất độc hại nổ mìn, loại động Diesel giảm nồng độ bụi có hầm tới nồng độ cho phép, cung cấp đủ lượng khí đảm bảo lượng ôxy cho người lao động Đồng thời giảm lượng nhiệt hầm đến nhiệt lượng phù hợp tới sức khỏe người lao động Nhiệt lượng cần thông gió hầm tùy thuộc vào mùa, tính chất lao động, độ ẩm có hầm … Theo sơ đồ vùng nhiệt tiện nghi, ứng với cường độ lao động hầm, độ ẩm… nhiệt độ hầm thích hợp với người lao động 28oC Việc tính tốn hệ thống thơng gió dựa đẳng thức cân nhiệt, thổi luồng khơng khí mát để khử lượng nhiệt thừa nổ mìn, máy móc, người … (trong mùa đơng thổi luồng khơng khí ấm) đảm bảo nhiệt lượng hầm ổn định, tạo môi trường làm việc thoải mái cho người lao động Luận văn chọn thủy điện Đakring làm thí dụ tính tốn, mong tài liệu tham khảo hữu ích cho nhà thiết kế hệ thống thơng gió nhằm tạo điều kiện làm việc an toàn thoải mái cho người lao động Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu Trong luận văn “Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt Ứng dụng cho thủy điện Đakdring” đưa phương hướng tính cân nhiệt Trong lượng nhiệt dư thừa lòng đất gồm tổng nhiệt lượng dư thừa nổ mìn, người , nhiệt lượng máy móc thải địa tầng phát sinh Tuy nhiên địa chất khu vực khác có nhiệt địa tầng khác Rất mong có thêm tài liệu nhiệt địa tầng để hoàn thiện luận văn Kiến nghị - Nghiên cứu thêm nhiệt tăng thêm xuống sâu lòng đất - Luận văn “Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt - Ứng dụng cho thủy điện Đakdring” có tính ứng dụng thực tiễn cao Kiến nghị ban ngành có liên quan để đề tài sớm ứng dụng vào thực tế 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Ngọc Chấn (2008), Kỹ thuật thơng gió, Nhà xt xây dựng, Hà Nội 2.Võ Chí Chính , Điều hịa khơng khí thơng gió, Đại học bách khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng Dự án VIE/05/01/lux, An toàn vệ sinh lao động thi cơng xây dựng Phan Đình Đại (2004), Thi cơng cơng trình ngầm thủy điện Hịa Bình, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Duy Động (2005), Thơng gió kỹ thuật xử lý khí thải, Nhà xuất giáo dục Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, vẽ thi cơng cơng trình thủy điện Đakdring Vũ Trọng Hồng (2004), Bài giảng cao học thi công đường hầm thủy công, Đại học thủy lợi, Hà Nội Vũ Trọng Hồng (2010), Bài giảng cao học cơng trình ngầm, Đại học thủy lợi, Hà Nội Hồng Hiền (2000), Thơng gió khí, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 10 Nguyễn Đình Huấn (2008), Thơng gió, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 11 Nguyễn Thị Lê (2008), Giáo trình thơng gió, Đại học bách khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng 12 Bùi Sỹ Lý, Hồng Thị Hiền, Thơng gió, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 13 Nguyễn Thế Phùng (2009), Thi cơng cơng trình ngầm phương pháp đặc biệt, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 14 Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tiến (2001), Thi công hầm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Phan Quang Vinh (2008), An toàn lao động, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội ... ? ?Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt trình đào hầm phương pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” cần thiết có ứng dụng vào thực tiễn cao 2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết... thiết kế hệ thống thơng gió q trình đào hầm phương pháp khoan nổ mìn có xét đến cân nhiệt Ứng dụng cụ thể vào cơng trình thủy điện Đakdring, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho đường hầm khác... gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: ? ?Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến cân nhiệt trình đào hầm phương pháp