Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc khí ỏ nhằm đảm bảo an toàn ở các mỏ vùng cẩm phả quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHAN BÌNH VƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN Ở CÁC MỎ VÙNG CẨM PHẢ-QUẢNG NINH Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thế Truyện HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các tài liệu, số liệu nêu luận văn trung thực Các luận điểm kết nghiên cứu chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Phan Bình Vương MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Lời cảm ơn Chương 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ Ở CÁC MỎ HẦM LỊ VÙNG CẨM PHẢ, QUẢNG NINH 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.2.1 1.3.2.2 1.3.2.3 Vị trí địa lý khu mỏ đặc điểm địa lý tự nhiên Vị trí địa lý Đặc điểm địa hình Đặc điểm khí hậu Đặc điểm kinh tế xã hội Đặc điểm địa chất công trình Đặc điểm thơng gió Đặc điểm cung cấp lượng Thống kê vụ tai nạn cháy nổ khí mỏ giới Việt Nam Giới thiệu khái quát chung yêu cầu hệ thống quan trắc khí mỏ Các yêu cầu chức hệ thống quan trắc khí mỏ Cấu trúc chung hệ thống quan trắc khí mỏ Cấu trúc hệ thống 7 Bố trí đầu đo hầm lò Lựa chọn ngưỡng cắt điện 11 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ dùng mỏ hầm lò 1.3.3 vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 11 Đánh giá trạng hệ thống quan trắc khí mỏ vùng Cẩm Phả1.3.4 Quảng Ninh Chương 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ ĐANG DÙNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 2.1 2.2 Giới thiệu số hệ thống quan trắc khí mỏ giới Giới thiệu số hệ thống quan trắc khí mỏ sử dụng phương pháp đường truyền thơng dạng RS-485 (truyền tín hiệu điện): 12 15 15 15 2.2.1 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ Vương Quốc Anh: 15 2.2.2 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ Hoa Kỳ sản xuất : 19 2.2.3 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ Nhật Bản: 24 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 Hệ thống quan trắc khí mỏ Viện Điện tử tin học tự động hóa-Bộ Cơng Thương chế tạo (VIELINA-WS.07) Giới thiệu số hệ thống quan trắc khí mỏ sử dụng phương pháp truyền tần số: Hệ thống quan trắc khí mỏ nước Ba Lan: Hệ thống quan trắc khí mỏ Viện Điện tử tin học tự động hóa-Bộ Cơng Thương chế tạo (VIELINA-WS40.FT) Chương 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ THỐNG QUAN TRẮC HỢP LÝ ỨNG DỤNG Ở CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 3.1 3.2 Đánh giá hệ thống quan trắc khí mỏ sử dụng Việt Nam Nghiên cứu đề xuất hệ thống quan trắc khí mỏ hợp lý ứng dụng ỏ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh 37 50 50 71 91 91 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT APS: alarm przyrostów i spadków AO: alarm ostrzegawczy z możliwością niezależnego wyłączania AG: alarm główny FSK: Frequency Shift Keying AMR: American Mine Research CP: Cổ phần TNHH MTV: Trách nhiệm hữu hạn thành viên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 1.2 Tên bảng Các vụ nổ khí mêtan điển hỉnh giới Ngưỡng hàm lượng khí mêtan để cắt điện cho khu vực Trang 11 Bảng tổng hợp hệ thống giám sát khí tập trung tự độngvùng Cẩm 1.3 Phả - Quảng Ninh 12 Thông số kỹ thuật xử lý truyền tín hiệu lò 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 TX-9042 Thông số kỹ thuật đầu đo khí mêtan TX-6383 Các thơng số kỹ thuật đầu đo khí CH4 loại MC-4107 Các thông số kỹ thuật loại đầu đo khí độc MC- 4210 Thơng số kỹ thuật số phiên thiết bị đóng cắt Thông số kỹ thuật thiết bị thu phát tín hiệu MP-6 Thơng số kỹ thuật Transmitter loại TM-08-01 Đặc tính kỹ thuật đầu đo khí mêtan loại MS-08-01 Thống kê số lần hệ thống phát nồng độ khí vượt ngưỡng Đặc tính kỹ thuật đầu đo lắp đặt hệ thống 17 19 20 21 22 27 27 29 36 41 Thông số kỹ thuật thiết bị nguồn đóng cắt VIELINA2.11 PCO 42 2.12 Thống kê số lần hệ thống phát nồng độ khí vượt ngưỡng 49 2.13 3.1 Số lần vượt ngưỡng cảnh báo ghi nhận từ đơn vị Kết so sánh chức loại hệ thống 70 93 Đặc tính kỹ thuật số đầu đo lắp đặt hệ 3.2 3.3 thống Các thiết bị hệ thống 99 101 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ Trang 1.1 Sơ đồ bố trí đầu đo lị chợ 1.2 Sơ đồ bố trí đầu đo lò độc đạo 10 1.3 Sơ đồ bố trí đầu đo lị thượng thơng gió 10 1.4 Sơ đồ bố trí đầu đo lị chợ khai thác 10 1.5 Sơ đồ nguyên lý khối liên động cắt điện 11 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống quan trắc tập trung Hãng Trolex - Anh sản xuất 16 2.2 Bộ xử lý truyền tín hiệu lò TX-9042 17 2.3 Cấu trúc xử lý truyền tín hiệu lị 17 2.4 Mơ cấu trúc điều khiển thông tin cảnh báo 18 2.5 Mơ hình sử dụng TX-9042 đầu đo TX-6383 18 2.6 Đầu đo khí mê tan loại TX-6383 18 2.7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống quan trắc khí mỏ Hãng AMR sản xuất 19 2.8 Đầu đo khí CH4 loại MC-4107 20 2.9 Đầu đo loại khí độc MC-4210 21 2.10 Thiết bị đóng cắt CB-1000 22 2.11 Bộ kết nối truyền thơng MC-4011 22 2.12 Bộ lặp MC-4040 23 2.13 Trạm vận hành từ xa MC-4025 23 2.14 Phương pháp đấu dây MC-4025 hệ thống 23 2.15 Trạm quản lý từ xa đa kênh MC-4020 24 2.16 Phương pháp đấu dây MC-4020 hệ thống 24 2.17 Sơ đồ khối hệ thống quan trắc khí mỏ loại THY-2000 25 2.18 Sơ đồ khối mặt hệ thống THY-2000 26 2.19 Thiết bị thu phát tín hiệu MP-6 26 2.20 Bộ xử lý truyền tín hiệu (Transmitter) loại TM-08-01 28 2.21 Mơ hình kết nối cho kênh đo từ MP-6, TM-08-01 MS-08-01 28 2.22 Đầu đo khí mêtan MS-08-01 30 2.23 Sơ đồ nguyên lý làm việc sensor quang học 30 2.24 Sơ đồ khối nguyên lý cắt điện khu vực 30 2.25 Atomat liên động cắt điện loại KDB-350 31 2.26 Cầu hình phần mềm điều khiển hệ thống 31 2.27 Màn hình hiển thị 32 2.28 Hiển thị kênh đo cắt điện 32 2.29 Màn hình chép liệu 32 2.30 Màn hình khai báo đồ đường lị 32 2.31 Màn hình khai báo đầu đo giám sát tín hiệu analog, digital 33 2.32 Thanh trạng thái kênh đo analog 33 2.33 Thanh trạng thái kênh đo digital 34 2.34 Màn hình giao diện hệ thống máy tính điều hành 35 2.35 Thơng tin kênh đo đồ đường lò 35 2.36 Biểu đồ xu hướng kênh đo 36 2.37 Sơ đồ khối hệ thống giám sát khí mỏ Viện nghiên cứu Điện tử-Tin họcTự động hóa 38 2.38 Mơ hình thiết bị phòng giám sát trung tâm 39 2.39 Tủ điều khiển VIELINA-WS.07 40 2.40 Nồng độ khí hiển thị tủ VIELINA-WS.40 40 2.41 Một số loại đầu đo khí lắp đặt hệ thống giám sát VIELINA 41 2.42 Màn hình hiển thị nồng độ khí mêtan 42 2.43 Thiết bị nguồn đóng cắt VIELINA- PCO 42 2.44 Màn hình hiển thị máy tính 44 2.45 Các chức hệ thống 44 2.46 Cửa sổ đăng nhập 45 2.47 Màn hình cửa sổ lưa tay lưu tự động 45 2.48 Cửa sổ thông tin điểm đo 45 2.49 Cửa sổ cài đặt cắt điện đầu đo 46 2.50 Màn hình đặt chế độ kết nối tự động kết nối 46 2.51 Báo cáo dạng đồ thị 47 2.52 Báo cáo dạng bảng 47 2.53 Chọn loại đầu đo báo cáo 47 2.54 Chọn loại báo cáo, thời gian loại biểu đồ báo cáo 48 2.55 Màn hình báo cáo trạng thái đầu đo 48 2.56 Báo cáo nhật ký kết nối 48 2.57 Cài đặt ngưỡng báo động 48 2.58 Biểu tượng kết nối 49 2.59 Sơ đồ khối hệ thống giám sát khí mỏ loại KSP-2C 51 2.60 Mơ hình thiết bị phịng giám sát trung tâm 52 2.61 Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C 54 2.62 Đầu đo khí mê tan loại CPC-2 sơ đồ nguyên tắc làm việc sensor đốt xúc tác 56 2.63 Đầu đo khí mê tan loại SC-CH4 56 2.64 Đầu đo khí Oxitcacbon loại SC-CO 57 2.65 Đầu đo khí Oxi loại SC-O2 58 2.66 Đầu đo vận tốc gió MPP 59 2.67 Đầu đo hạ áp mạng gió loại CPRC-1 60 2.68 Aptomat liên động cắt điện loại KBD-200 61 2.69 Màn hình giao diện phần mềm metan8k6 61 2.70 Các thông số cho kênh đo hình 62 2.71 Dạng biểu đồ số 62 2.72 Dạng biểu đồ số 62 2.73 Thanh menu dạng text 63 2.74 Các biểu tượng truy cập nhanh 63 2.75 Màn hình kiểm tra liệu trước in 63 2.76 Màn hình lựa chọn ngày báo 64 2.77 Màn hình giao diện để cài đặt cấu hình kênh đo 64 2.78 Màn hình giao diện để giải kiện xảy kênh đo 65 2.79 Màn hình cảnh báo hệ thống 65 2.80 Tín hiệu báo động gửi từ kênh đo tới kênh đo khác 66 2.81 Giao diện hiển thị biểu đồ 10 kênh đo 66 2.82 Giao diện hiển thị biểu đồ kênh đo 67 2.83 Giao diện hiển thị biểu đồ kênh đo 67 2.84 Giao diện gọi liệu cấu hình xảy khứ 67 2.85 Hiển thị thông tin lỗi xảy khứ 68 2.86 Các đồng hồ thời gian 68 2.87 Biểu tượng lựa chọn tủ KSP-2C 68 2.88 Lập báo cáo hệ thống với chương trình Solaris-Helios 69 2.89 Hiển thị thiết bị lị hình 70 2.90 Sơ đồ mơ hình hệ thống giám sát khí mê tan tập trung 73 2.91 Tủ giám sát điều khiển trung tâm VIELINA-WS40.FT 74 2.92 Đầu đo khí mê tan VIELINA-CH4.FT 75 2.93 Đầu đo khí CO (VIELINA-CO.FT) 77 2.94 Đầu đo vận tốc gió 78 2.95 Đầu đo khí H2 78 2.96 Đầu đo áp suất 78 2.97 Bộ điều khiển liên động đóng cắt điện VIELINA-PCO.01 79 2.98 Sơ đồ đấu nối hệ thống 80 2.99 Cửa sổ thể sơ đồ toàn hệ thống chức phần mềm 82 2.100 Màn hình cấu hình kênh đo 83 91 Chương NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ THỐNG QUAN TRẮC HỢP LÝ ỨNG DỤNG Ở CÁC MỎ HẦM LÒ VÙNG CẨM PHẢ - QUẢNG NINH Hiện nước ta, nhằm đảm bảo an tồn cơng tác quản lý khí mỏ hầu hết đơn vị sản xuất than hầm lò sử dụng hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động gồm có loại hệ thống sau: - Hệ thống Nhật Bản Công ty KCME sản xuất - Hệ thống Ba Lan Công ty Carboautimatyka sản xuất - Hệ thống Việt Nam Viện Nghiên cứu Điện tử, tin học tự động hóa sản xuất Mỗi hệ thống có cấu hình hoạt động riêng, nhiên chúng có nguyên lý hoạt động giống gồm: đầu đo khí, đo gió, áttomát liên động cắt điện lị thiết bị giám sát, điều khiển thuộc phòng giám sát trung tâm mặt đất Tín hiệu đo lường từ đầu đo lò gửi tủ điều khiển trung tâm thông qua tuyến cáp truyền, hiển thị kết đo máy tính điều hành (sever) cài đặt phần mềm chuyên dụng Hệ thống thiết kế để làm việc liên tục 24h/ngày, 365 ngày/năm Tuy nhiên hệ thống có ưu nhược điểm khác Trong trình vận hành hệ thống bộc lộ rõ tính ưu việt riêng có điểm hạn chế riêng Nhưng hệ thống hoạt động ổn định đảm bảo yêu cầu cơng tác quản lý khí mỏ Tuy nhiên, với mục đích đảm bảo an tồn cơng tác quản lý khí mỏ giai đoạn khai thác xuống sâu khu mỏ, đặc biệt mỏ than hầm lò vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh cần phải nghiên cứu phân tích, cân nhắc lựa chọn loại hệ thống quan trắc khí mỏ phù hợp với mỏ 3.1 Đánh giá hệ thống quan trắc khí mỏ sử dụng Việt Nam a Hệ thống quan trắc tập trung Nhật Bản, sản xuất Hệ thống sản xuất dây truyền công nghệ tiên tiến nên đại có chất lượng tốt Hệ thống có tính mở nên nhiều chức năng, dễ vận hành, hiệu chỉnh kiểm tra, hệ thống kết nối tối đa với 120 đầu đo 120 trạng thái làm việc thiết bị 92 Các truyền tín hiệu (transmitter) đặt khu vực lò Các đầu đo kết nối với trung tâm quan trắc mặt thông qua truyền hệ thống cáp truyền tín hiệu Khi có báo động vượt ngưỡng, đầu đo phát cảnh báo âm thanh, ánh sáng transmitter gửi tín hiệu cắt điện khu vực Hệ thống thiết bị phòng quan trắc hệ thống thiết bị lò cấp nguồn điện độc lập với nhau, truyền tín hiệu thông qua đường cáp thông tin Đầu đo hoạt động dựa nguyên tắc giao thoa ánh sáng, có tuổi thọ cao (trong khoảng năm) Vận hành hệ thống dễ dàng, nhiên đòi hỏi người vận hành phải có trình độ tốt Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động loại THY -2000 phù hợp với mỏ than có quy mơ sản xuất lớn, tập trung khai thác xuống sâu (từ mức -150 trở xuống) b Hệ thống quan trắc tập trung Balan sản xuất Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C, đo với nhiều thơng số đo khác nhau, có tính mở (có thể kết nối lớn 10 tủ KSP-2C với nhau) sử dụng phương pháp truyền tần số, việc lắp đặt, đấu nối tương đối khó khăn phức tạp Nguồn cung cấp cho đầu đo thực từ tủ KSP-2C đặt mặt làm việc đầu đo khơng bị ảnh hưởng nguồn điện sản xuất lò, ưu điểm hệ thống Các đầu đo khí mêtan (CPC-2 SC-CH4) có sensor làm việc theo nguyên tắc đốt xúc tác dải đo thấp (0~5)% nguyên tắc truyền nhiệt dải đo cao (5~100)% Các đầu đo thiết kế để làm việc với hệ thống hoạt động liên tục, với chu kỳ 8s gửi tín hiệu trung tâm lần, có nguồn ắc quy bên trong, độ xác cao Khi nồng độ CH4 vượt ngưỡng đặt đầu đo gửi tín hiệu cắt điện tới cấu chấp hành cắt điện khu vực có nguy hiểm khí Tuổi thọ sensor thấp có tuổi thọ trung bình từ (1 ~2) năm (tùy thuộc vào môi trường làm việc người sử dụng) Ngôn ngữ thiết bị cảnh báo CH4 thuộc hệ ngôn ngữ Slavor (Tiếng Ba lan, nên có gây khó khăn bước đầu cơng tác vận hành 93 Hệ thống quan trắc khí mỏ loại KSP-2C Công ty Carboaumatyka-Ba Lan sản xuất phù hợp với mỏ có quy mơ sản xuất vừa nhỏ, khu vực khai thác tập trung phân tán, khai thác độ sâu vừa phải (từ mức -150 trở lên) Do hệ thống loại sử dụng nhiều mỏ than hầm lò khu vực Quảng Ninh c Hệ thống quan trắc tập trung Việt Nam sản xuất Hệ thống Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa nghiên cứu chế tạo, cập nhật ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến hệ thống phù hợp với điều kiện môi trường, xã hội, giá thành rẻ thiết bị nhập ngoại làm chủ công tác bảo dưỡng, sửa chữa Tủ điều khiển trung tâm kết nối quản lý đến hàng trăm, chí hàng nghìn điểm đo, thuận lợi cho trình mở rộng hệ thống phù hợp với loại mỏ có điều kiện sản xuất phân tán tập trung Các đầu đo khí mêtan sử dụng phương pháp đo đốt xúc tác, đầu đo khí CO sử dụng phương pháp đo điện hóa kết đo tương đối xác ổn định Hệ thống Việt Nam sản xuất nên thuận lợi cho thao tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, thay linh kiện yếu tố chăm sóc khách hàng Kết so sánh chức loại hệ thống nêu bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết so sánh chức loại hệ thống Hệ thống Hệ thống Hệ thống BaLan Nhật Bản Việt Nam x x x số theo dõi x x x Đặt thông số theo dõi từ trung tâm x x x Thông báo tình trạng cố (đứt kết nối) x x x Lưu trữ dự liệu theo thời gian x x x Quan sát thiết bị đồ đường x x x Tên chức № I Hệ thống phòng quan trắc mặt Quan trắc thơng số nồng độ khí CH4, CO, Vgió Hiển thị biểu đồ xu hướng thơng 94 lò Hiện danh sách cảnh báo theo thời gian Ngơn ngữ giao diện máy tính Vận hành bảo trì hệ thống 10 Tín hiệu cắt điện gửi từ phịng quan trắc 11 Kiểm tra trạng thái làm việc động x x x Anh Anh/Việt Việt Nam Phức tạp Phức tạp Đơn giản x - x x x - - x x II Hệ thống hầm lò 11 12 13 Bộ sử lý tín hiệu độc lập lị (Transmitters) Nguyên tắc hoạt động đầu đo khí CH4 tác Nguyên tắc hoạt động đầu đo khí CO 14 Ngôn ngữ giao diện đầu đo 15 16 17 18 Đốt xúc Thay thế, hiệu chỉnh & bảo trì đầu đo Tín hiệu cắt điện gửi trực tiếp tới Aptomat Ảnh hưởng tới hệ thống nguồn điện sản xuất lò bị cố Số đầu đo lò mà hệ thống giám sát lớn Điện hóa Ba Lan Phức tạp Quang học Điện hóa Anh Phức tạp Đốt xúc tác, truyền nhiệt Điện hóa Việt Nam Đơn giản x x x - x x/- 400 120 Analog 120 1024 Digital Ghi chú: x có - khơng có 3.2 Nghiên cứu đề xuất hệ thống quan trắc khí mỏ hợp lý ứng dụng ỏ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh 95 Căn vào số hệ thống quan trắc khí mỏ giới giới thiệu 03 loại hệ thống sử dụng Việt Nam; Căn vào điều kiện sản xuất ngành mỏ, vào điều kiện môi trường, điều kiện kinh tế xã hội Với phương trâm người việt nam ưu tiên dùng hàng việt nam, tác giả lựa chọn hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động có cấu sau: a Phần mềm quản lý khí mỏ: Sử dụng phần mềm hệ thống giám sát khí Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa thiết lập Phần mềm có ưu điểm như: Thao tác thuận tiện, dễ dàng vận hành, giao diện trực quan, dễ hiểu; Có tích hợp phần hiển thị thiết bị đường lò; Thuận lợi muốn thay đổi đường lị, vị trí lắp đặt đầu đo; Ngồi có chức khác tương đương với phần mềm Ba lan Nhật b.Nguyên tắc truyền tín hiệu cấp nguồn cho đầu đo: Sử dụng nguyên tắc truyền tần số cấp nguồn cho đầu đo lò hệ thống VIELINA-WS40.FT Viện nghiên cứu điện tử, tin học, tự động hóa, đầu đo làm việc khơng phụ thuộc vào nguồn điện sản xuất lò c Các đầu đo khí Mêtan: sử dụng loại có sensor hoạt động theo nguyên tắc đốt xúc tác truyền nhiệt Việt Nam Ba lan Đầu đo khí CO sử dụng phương pháp điện hóa 03 hệ thống sử dụng Sơ đồ khối hệ thống quan trắc khí mỏ đề xuất giới thiệu hình 3.1 Cấu hình hệ thống quan trắc đề xuất gồm phần chính: phần thiết bị mặt phần thiết bị hầm lò, thiết bị lò đấu nối với tủ điều khiển trung tâm mặt thông qua tuyến cáp điện thoại loại chuyên sử dụng cho mỏ hầm lị tuyến cáp điện thoại ngồi trời 96 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống quan trắc khí mỏ d Hệ thống thiết bị mặt Sơ đồ thiết bị mặt thể hình 3.2 Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị phòng quan trắc trung tâm  Tủ điều khiển trung tâm Tủ điểu khiển trung tâm làm việc nguyên tắc truyền nhận tín hiệu dạng tần số Tín hiệu từ tủ, qua bảo vệ có chống sét đặt phịng quan trắc trung tâm thông qua tuyến cáp truyền mặt bằng, lò đến đầu đo, thiết bị thực chức năng: - Cấp nguồn an toàn tia lửa cho đầu đo, thiết bị; - Nhận liệu từ đầu đo, thiết bị gửi lên; - Truyền tín hiệu xuống cho đầu đo, thiết bị; 97 Tủ có khả kết nối với loại đầu đo: Oxitcacbon, Mêtan, Oxy, Hydrogen, Tốc độ gió, Nhiệt độ, Độ ẩm, Thiết bị kiểm tra trạng thái làm việc động v.v… Tủ có ngưỡng báo động riêng biệt: Báo động mức cảnh giới, báo động nguy hiểm báo động gia tăng bất thường Hệ thống có khả gửi tín hiệu cắt điện đến kênh đo có cố bất thường hệ thống, song song với tín hiệu báo động cắt điện báo động âm ánh sáng Các đầu đo, thiết bị giám sát lò kiểm soát tủ điều khiển trung tâm; Tủ điều khiển trung tâm cấp nguồn an toàn tia lửa cho đầu đo, thiết bị lò đường truyền tín hiệu riêng biệt  Máy tính điều hành Việc cài đặt thơng số cấu hình hệ thống thực máy tính điều hành tủ điều khiển trung tâm; Hiển thị liệu đo lường hình; Lưu liệu đo lường từ kênh đo; Máy tính điều hành có đặc tính sau: Kết nối máy tính với tủ điều khiển trung tâm; Nguồn điện: 220V/50Hz; Center Proseesor Unit: Inter ® Core ™ i5 (hoặc cao hơn); Bộ nhớ RAM: 2GB; Tốc độ: 2.0GHz lớn hơn; Hệ điều hành: Windows XP quyền; Có 02 cổng COM (sử dụng cho việc kết nối mở dộng kết nối); Phần mềm sử dụng: Sử dụng phần mềm Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa thiết lập  Máy tính khách 98 Máy tính khách có chức quan sát, khơng thực thao tác cài đặt, thay đổi cấu hình hệ thống Máy tính điều hành có đặc tính sau: - Kết nối với máy tính chủ qua mạng LAN; - Nguồn điện: 220V/50Hz; - Center Proseesor Unit: Inter ® Core ™ i5 (hoặc cao hơn); - Bộ nhớ RAM: 2GB; - Tốc độ: 2.0GHz lớn hơn; - Hệ điều hành: Windows XP quyền; Phần mềm sử dụng: Sử dụng phần mềm Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa thiết lập  Các thiết bị phụ trợ khác - Switch dùng cho việc kết nối mạng LAN; Máy in để in kết cho việc báo cáo; UPS onlie sử dụng cho việc cấp nguồn ổn định cho trạm giám sát có cố điện lưới, UPS tự động cung cấp nguồn điện cho trạm hoạt động phục vụ cơng tác kiểm sốt liên tục khí mỏ - Bên cạnh cịn có thiết bị cung cấp điện, hệ thống thiết bị chiếu sáng, thiết bị bảo vệ điện áp tự nhiên điện áp cảm ứng với mục đích đảm bảo cho hệ thống hoạt động ổn định tin cậy  Cáp điện thoại trời Cáp truyền tín mặt từ phịng quan trắc trung tâm tới khu vực cửa lò, sử dụng cáp điện thoại lõi đồng đơn ủ mềm, cách điện nhựa, có xoắn đơi, có nhồi dầu chống ẩm, có vỏ bọc kim chống nhiễu đồng, có vỏ bọc ngồi nhựa PVC, có lõi thép chịu lực sử dụng treo trời e Hệ thống thiết bị lò Hệ thống thiết bị lò gồm thiết bị cảnh báo khí mêtan (CH4), CO, thiết bị kiểm tra trạng thái động cơ, thiết bị đo tốc độ gió v.v… atomat liên động cắt điện, hộp nối cáp, cáp truyền hộp nối cáp, cáp truyền từ hộp nối đến thiết bị cảnh báo cáp liên động cắt điện 99  Một số loại đầu đo Tùy vị trí cụ thể, loại số lượng đầu đo khí, gió v.v lắp đặt cách hợp lý để giám sát thơng số vi khí hậu lị Để đảm bảo cơng tác an tồn giám sát khí mỏ với đặc thù khai thác điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh, đặc tính kỹ thuật số đầu đo lắp đặt hệ thống liệt kê bảng 3.2 Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật số đầu đo lắp đặt hệ thống Chỉ tiêu Nguồn cung cấp Nguyên tắc hoạt động Loại đầu đo, thông số Đầu đo khí mêtan Đầu đo khí CO Đầu đo tốc độ gió Nguồn an tồn tia Nguồn an tồn tia Nguồn an toàn tia lửa lửa ExiaI từ Bộ lửa ExiaI từ Bộ ExiaI từ Bộ Transmitter Transmitter Transmitter Điện hóa Cánh quạt Dải đo (0~100)% CH4: Nguyên tắc giao thoa ánh sáng Dải đo (0÷100) % CH4 (0÷1000) ppm (0÷20) m/s Phương thức đo Liên tục Liên tục Liên tục Tín hiệu Dịng điện Dịng điện Dịng điện Dạng bảo vệ nổ ExiaI ExiaI ExiaI  Liên động cắt điện Liên động cắt điện khu vực nồng độ khí CH4 vượt ngưỡng đặt trước thiết bị cảnh báo, yêu cầu sử dụng loại có mạch cắt điện an toàn tia lửa phù hợp với mạch cắt thiết bị cảnh báo tự động hình 3.3 Hình 3.3 Liên động cắt điện  Cáp truyền tín hiệu lị 100 Cáp truyền từ cửa lò vào lò qua hộp nối cáp hộp nối cáp dùng cáp điện thoại lõi đồng đơn ủ mềm, cách điện nhựa PVC khơng lan truyền cháy, có xoắn đơi, có vỏ bọc kim băng đồng, dây tiếp địa đồng tráng thiếc chuyên sử dụng cho mỏ hầm lò hình 3.4 Hình 3.4 Cáp tín hiệu quan trắc  Hộp nối cáp Các hộp nối cáp sử dụng để đấu nối cho thiết bị vị trí ngã 3, ngã cần rẽ nhánh, sử dụng loại hộp nối cáp chuyên sử dụng hầm lị, cho mạch an tồn tia lửa hình 3.5 Hình 3.5 Hộp nối cáp kết cấu ExiaI f Phần mềm hệ thống Trong luận văn đề xuất lựa chọn phần mềm Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa, ngồi chức phần mềm sẵn có, tác giả đề xuất thêm số chức cho phần mềm: - Chức kiểm soát hoạt động động cơ; - Xem biểu đồ kênh đo riêng biệt; - Khi kênh đo hệ thống xuất hiện tượng bất thường, biểu đồ dạng đồ thị hiển thị góc hình máy tính; - Với cố kênh hệ thống gửi lệnh cảnh báo âm cắt điện đến kênh đo lại hệ thống; - Tích hợp hệ thống thơng tin liên lạc - Phần mềm phải có tính mở để dễ ràng việc thay đổi có u cầu cơng nghệ 101 Các thiết bị hệ thống tổng hợp bảng 3.3 Bảng 3.3 № Tên thiết bị Máy tính chủ Máy tính khách Phần mềm hệ thống Bộ lưu điện UPS Online Đầu đo khí Mêtan Đầu đo khí CO Đầu đo gió Hộp nối cáp an tồn tia lửa Cáp điện thoại trời 10 Cáp điện thoại Mã hiệu Kiểu loại CPU: Inter ® Core ™ i5, 3GHz, 160GB, RAM 2GB, DVD-R/W, LCD 21inch CPU: Inter ® Core ™ i5, 3GHz, 160GB, RAM 2GB, DVD-R/W, LCD 21inch Xuất sứ Đông nam Đông nam Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa SANTAK Dải đo (0~5)% CH4: Nguyên tắc đốt xúc tác; Dải đo (5~100)% CH4: Nguyên tắc truyền nhiệt Dải đo (0~1000)ppm CO Nguyên tắc hoạt động: Điện hóa Dải đo ±20 m/s Nguyên tắc hoạt động: Cánh quạt HĐAT Cách điện nhựa PVC, xoắn đơi, ruột đồng, có vỏ bọc kim chống nhiễu, có vỏ bọc ngồi nhựa PVC, có dây treo chịu lực Cách điện nhựa PVC, xoắn đôi, ruột đồng, có vỏ bọc kim băng đồng, có vỏ bọc ngồi nhựa PVC khó lan truyền cháy Việt Nam Việt Nam Việt Nam Việt Nam Việt Nam Việt Nam Việt Nam Hệ thống quan trắc tập trung đề xuất có chức sau: - Ghi, xử lý liệu điều khiển chức tới cấu chấp hành hệ thống; - Giám sát giá trị thông số nồng độ khí, gió v.v…dưới lị hiển thị hình dạng số; 102 - Giám sát tình trạng hoạt động động lị (tình trạng làm việc hay không làm việc động cơ: Băng tải, máng cào, tời v.v…); - Lưu trữ liệu thu vào hệ thống máy tính, hiển thị biểu đồ xu hướng thời gian thời gian trước hệ thống ghi lại; - Xử lý vấn đề nhằm đảm bảo an tồn cho q trình cơng nghệ khu vực giám sát đại lượng giám sát vượt ngưỡng cảnh báo đặt trước (ví dụ cắt điện thiết bị khu vực khai thác hầm lò nồng độ khí CH vượt ngưỡng cảnh báo đặt trước) vv… - Quan sát tình trạng thiết bị, đầu đo đồ đường lò; - Cài đặt lưu giữ tồn cấu hình hệ thống để trì giám sát điều khiển cách xác; - Có cảnh báo âm ánh sáng để người lao động lò, nhân viên vận hành, cán người xung quanh nhận biết tình trạng cố cụ thể xảy ra; - Hiển thị cảnh báo theo thời gian; - Khi có cố nào, kênh đo hệ thống, hệ thống gửi tín hiệu cảnh báo âm lệnh cắt điện đến kênh đo lại; - Hoạt động liên tục 24/24 365 ngày/năm; - Có thể mở rộng cấu hình, chức giám sát hệ thống cần thiết Với thực tế hệ thống giám sát khí mỏ sử dụng mỏ Việt Nam khả chế tạo nước, để thực chủ trương ”Người Việt Nam ưu tiên dung hang Việt Nam” nhà nước kiến nghị lựa chọn hệ thống giám sát khí mỏ chế tạo, lắp ráp nước thay cho hệ thống nhập ngoại không vùng Cẩm phả Quảng Ninh mà tất cá mỏ than hầm lò Việt Nam 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn hệ thống quan trắc khí mỏ nhằm đảm bảo an tồn mỏ hầm lị vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh” tập trung nghiên cứu vấn đề quản lý khí mỏ, nhằm đảm bảo an tồn phịng chống cháy nổ cơng tác khai thác than hầm lị Vấn đề nghiên cứu có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học mang tính thực tiễn Luận văn giải số vấn đề sau: Đánh giá tổng quan hệ thống quan trắc khí mỏ mỏ hầm lị vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh: Các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh sử dụng hai hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung Ba Lan Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa-Bộ Cơng Thương chế tạo lắp đặt Các hệ thống giám sát khí thực việc truyền, nhận liệu cung cấp nguồn an toàn tia lửa cho đầu đo đôi dây cáp điện thoại riêng biệt, nồng độ khí vượt ngưỡng báo động đặt trước, tủ gửi tín hiệu cắt điện đến cấu chấp hành, cắt điện thiết bị điện nằm vùng nguy hiểm khí Hiện tại, hệ thống đáp ứng tốt cơng tác quan trắc, quản lý khí mỏ, giúp đơn vị quản lý, theo dõi có đối sách hợp lý, kịp thời nồng độ khí gia tăng Giới thiệu số hệ thống quan trắc khí mỏ dùng Việt Nam giới: Trong phần luận văn giới thiệu 05 hệ thống: - Hệ thống quan trắc Mỹ; - Hệ thống quan trắc Anh; - Hệ thống quan trắc Ba lan; - Hệ thống quan trắc Nhật Bản; - Hệ thống quan trắc Việt Nam Các hệ thống giống nhau, gồm phần chính: phần thiết bị ngồi mặt thiết bị hầm lị Thiết bị ngồi mặt bao gồm tủ điều khiển, máy tính thiết bị phụ trợ cho mục đích kết nối mạng, lưu trữ, in liệu … Các thiết bị lò 104 thực việc đo lường, hiển thị gửi liệu phịng quan trắc trung tâm ngồi mặt Nghiên cứu lựa chọn hệ thống quan trắc hợp lý ứng dụng mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh: Trong phần này, vào việc nghiên cứu hệ thống quan trắc lắp đặt giới Việt Nam, vào điều kiện kinh tế, xã hội, môi trường, công nghệ khai thác…tác giả đề xuất cấu hình hệ thống quan trắc khí mỏ hợp lý để lắp đặt cho mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh Nhằm đảm bảo cơng tác an tồn phịng chống cháy nổ khí mêtan, nâng cao trình độ chun mơn, nội địa hóa thiết bị nhập ngoại, đề nghị quan có thẩm quyền: Bộ khoa học Cơng nghệ, Bộ công nghiệp… đạo, tạo điều kiện cho quan, nhà khoa học nước nghiên cứu, thiết kế hệ thống quan trắc khí mỏ phù hợp với yêu cầu sản xuất điều kiện Việt Nam, để thay cho hệ thống quan trắc nhập ngoại lắp đặt nước Bên cạnh Bộ quan có chức cần đạo quan nghiên cứu mở rộng hệ thống quan trắc khí mỏ tích hợp thêm chức gồm: Điều khiển, giám sát trạng thái hoạt động thiết bị lị, cửa gió; Hệ thống camera; Hệ thống người vào lò; Áp lực khu khai thác v.v… 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Công Nghiệp (2011), QCVN01: 2011/BCT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn khai thác than hầm lị, Hà Nội Cơng ty Cổ phần kỹ thuật KCM-KCME (2008), Hệ thống quan trắc tập trung THY-2000 phiên TOKA, Hà Nội Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (2011), Tủ điều khiển trung tâm VIELINA- WS.40, Hà Nội Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (2012), Đầu đo VIELINA-CO, Hà Nội Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (2012), Đầu đo VIELINA-CH4, Hà Nội Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (2011), Thiết bị đo tốc độ gió VIELINA-AF01, Hà Nội Carboautomatyka SA (2010), Monoxitcacbon SC-CO/s-Technical Documentation, Tychy Krzysztof Gowarzewski (2007), Measuring computer system KSP-2C, PKiMSA Carboutomatyta SA, Tychy PKiMSA Carboutomatyta SA (2003), Methanometer CPC-2, Tychy 10 Strata mechanics research institute (2009), Sattionary vane anemometer MPP, Krakow ... tổng quan hệ thống quan trắc khí mỏ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh - Giới thiệu số hệ thống quan trắc khí mỏ dùng Việt Nam giới - Nghiên cứu lựa chọn hệ thống quan trắc khí mỏ hợp lý ứng dụng. .. thống quan trắc khí mỏ dùng mỏ hầm lò 1.3.3 vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 11 Đánh giá trạng hệ thống quan trắc khí mỏ vùng Cẩm Phả1 .3.4 Quảng Ninh Chương 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ... thống quan trắc khí mỏ nhằm đảm bảo an tồn mỏ hầm lị vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh? ?? mang tính cấp thiết Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, so sánh lựa chọn hệ thống quan trắc hợp lý ứng dụng cho mỏ than