Nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển tự động và giám sát trạm thông gió chính của công ty cổ phần than thống nhất vinacomin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ======= ====== NGUYỄN THỊ MINH THÙY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ GIÁM SÁT TRẠM THƠNG GIĨ CHÍNH CỦA CƠNG TY CỔ PHẦN THAN THỐNG NHẤT- VINACOMIN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ======= ====== NGUYỄN THỊ MINH THÙY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ GIÁM SÁT TRẠM THƠNG GIĨ CHÍNH CỦA CƠNG TY CỔ PHẦN THAN THỐNG NHẤT- VINACOMIN Chuyên ngành:Tự động hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN CHÍ TÌNH HÀ NỘI – 2012 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Khi sản lượng mỏ than hầm lò tăng, chiều sâu khai thác mỏ lớn, hệ thống thơng gió phức tạp, nhiều thông số thay đổi, yêu cầu đặt cho hệ thống tự động hoá điều chỉnh tốc độ quạt đưa lưu lượng gió phù hợp cung cấp cho hệ thống khai thác hầm lò Đề tài " Nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển tự động giám sát trạm thơng gió Cơng ty cổ phần than Thống NhấtVinacomin" giải vấn đề nâng cao chất lượng hệ thống tự động hố thơng gió mỏ, đáp ứng phần yêu cầu đặt cho hệ thống tự động hóa thơng gió mỏ đại Mục đích nghiên cứu luận văn Sử dụng phần mềm Ventsim mơ hệ thống thơng gió mỏ, để từ đưa thuật tốn điều khiển hợp lý Ứng dụng PLC-Biến tần hệ thống trạm quạt thơng gió mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật góp phần vào việc đại hóa ngành mỏ Việt Nam Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu mạng thơng gió mỏ than Thống Nhất, từ đưa biện pháp điều khiển tự động hóa Mạng thơng gió mỏ, trạm quạt, phương pháp điều khiển trạm mạng thơng gió mỏ thỏa mãn u cầu đặt sở ứng dụng PLC-Biến tần – Động Các vấn đề cần giải mơ tả tính tốn cho hệ thống thơng gió mỏ, từ xây dựng thuật tốn điều khiển hệ thống tự động hố thơng gió cho khu vực Lộ trí Công ty TNHH- MTV than Thống Nhất Các phương pháp nghiên cứu Triệt để tận dụng ưu điểm phần mềm mô hệ thống Nghiên cứu, sâu vào lập trình PLC-Biến tần để giải tốn tự động hóa thơng gió mỏ than Thống Nhất Trên sở phân tích phần mềm giới lựa chọn phương pháp mô mạng hợp lý, tổng hợp hệ thống điều khiển sở nghiên cứu phối hợp phương pháp điều khiển riêng Những đóng góp luận văn - Phân tích tổng quan hệ thống truyền động điện quạt gió số mỏ than Thống Nhất - Phân tích chi tiết đặc điểm cơng nghệ khai thác than Việt Nam năm gần tương lai - Mơ xác mạng thơng gió đề xuất tốc độ quạt phù hợp nhằm thỏa mãn yêu cầu đặt nhằm giảm thiểu thiết bị cảm biến - chấp hành - Ứng dụng tin học đại Ventsim mô mạng thơng gió mỏ phù hợp với điều kiện thực tế để xác định lưu lượng hạ áp làm sở chọn tốc độ quạt hợp lý, đảm bảo điều kiện làm việc vận hành nhằm giảm chi phí điện - Ứng dụng hệ PLC - Biến tần để điều khiển số khâu hệ thống thơng gió mỏ Thống Nhất Chương ĐẶC ĐIỂM VÀ THỰC TRẠNG KHAI THÁC THAN TRONG MỎ HẦM LỊ CỦA CƠNG TY TNHH MTV THỐNG NHẤT 1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 1.1.1 Vị trí địa lý mỏ Khu Lộ Trí- Cơng ty than Thống Nhất nằm phía Bắc thị xã Cẩm Phả, Tỉnh Quảng Ninh, có diện tích khoảng 5,5km2 + Phía Bắc giáp khống sàng than Khe Chàm, Khe Tam + Phía Đơng giáp mỏ than Đèo Nai + Phía Nam giáp thị xã Cẩm Phả + Phía Tây giáp khoáng sàng Khe Sim (Theo đứt gãy F.B) Theo định phê duyệt quy hoạch điều chỉnh ranh giới mỏ than thuộc Tập đồn Cơng nghiệp Than- Khống sản Việt Nam số 1122/QĐ-HĐQT ngày 16/5/2008 Khu Lộ Trí có toạ độ sau: 1.1.2 Địa hình Khống sàng Lộ Trí phần Nam dải chứa than Cẩm Phả Địa hình vùng mỏ mang nhiều đặc điểm vùng rừng, núi ven biển, độ cao đỉnh núi trung bình 200 ÷ 300 m, đỉnh cao +439,6 m Các dãy núi có phương kéo dài vĩ tuyến, từ Khe Sim đến Đơng Quảng Lợi Tồn diện tích phía Tây Nam thung lũng, tạo thành công ty than Thống Nhất khai thác lộ thiên công trường +110 Trên mặt, thảm thực vật rừng khơng cịn nhiều, sườn núi dốc, dễ bị xói lở mùa mưa Đặc điểm địa hình, nên nước mặt khơng tồn lâu, hướng dịng chảy phía Nam Đơng Nam Lộ Trí 1.1.3 Khí hậu Khí hậu khu mỏ mang nét đặc trưng vùng nhiệt đới gió mùa Mùa mưa thường từ tháng đến tháng 10 (tháng tháng thường có mưa to bão) Lượng mưa tháng cao khoảng 1089mm, Tổng lượng mưa lớn mùa mưa 2850mm (vào năm 1966) Số ngày mưa lớn năm 103 ngày Tổng lượng mưa lớn năm 3076mm Mùa khô từ tháng 11 năm trước đến tháng năm sau Số ngày mưa lớn mùa khô 68 ngày (vào năm 1967) Lượng mưa lớn mùa khô 892mm (vào năm 1976) Tháng thường tháng mưa nhiều mùa khô Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 290÷300C, cao 370C, lạnh 50÷80C 1.2 Đặc điểm địa chất khu mỏ 1.2.1 Đặc điểm địa tầng Địa tầng chứa than khu Lộ Trí- Cơng ty than Thống Nhất bao gồm trầm tích hệ Trias thống thượng, bậc Nori-Rêti- Hệ tầng Hòn Gai (T3n-rhg) phủ bất chỉnh hợp đá vơi có tuổi Carbon - Pecmi sớm (C3 - P1) * Phụ hệ tầng Hòn Gai (T3n - r)hg1: Phụ hệ tầng lộ phía Nam khoáng sàng, với chiều dầy khoảng 300m, thành phần cuội kết xen kẽ số lớp mỏng cát kết, bột kết, sét kết số lớp than mỏng khơng có giá trị cơng nghiệp * Phụ hệ tầng Hòn Gai (T3n - r)hg2: Cột địa tầng có chiều dày từ 700m ÷ 1000m bao gồm đá chủ yếu như: cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, vỉa than Qui luật trầm tích vỉa than phức tạp Chiều dầy địa tầng chứa than tăng dần từ Nam lên Bắc từ Tây sang Đông Hệ số chứa than tập trung chủ yếu phần trung tâm (nếp lõm Lộ Trí) Càng lên phía Bắc địa tầng chứa than dầy lên chiều dầy vỉa than bị vát mỏng dần * Phụ hệ tầng Hòn Gai (T3n - r)hg3: Đây phụ hệ tầng cùng, nằm chuyển tiếp vách Vỉa H(5) Diện phân bố hạn chế, nhỏ hẹp phần phía Bắc tiếp giáp với đứt gãy A-A Đặc điểm trầm tích phụ hệ tầng đá hạt thô, nguồn gốc lục địa Thành phần thạch học bao gồm: Sạn kết, cuội kết, cát kết, bột kết Đặc tính phân bố khơng rõ ràng Các vỉa than phụ hệ tầng giá trị cơng nghiệp 1.2.3 Đặc điểm cấu tạo vỉa than Khống sàng than Lộ Trí theo địa tầng từ lên có vỉa than sau: Dưới vỉa Mỏng(1), chùm vỉa Dày(2) gồm 27 phân vỉa, chùm vỉa có giá trị cơng nghiệp có cấu tạo phức tạp Trên chùm vỉa Dày(2) vỉa Trung gian(3) [V.TG(3)], V.TG(3) chùm Vỉa G(4) Vỉa H(5) Trong dự án quan tâm đến chùm vỉa Dày(2) gồm 27 phân vỉa mô tả từ xuống sau: 1.2.4.Chất lượng than Sơ lược đặc tính kỹ thuật khống sàng than Lộ Trí, tính chung cho vỉa, sau: - Độ ẩm phân tích (Wpt) thay đổi từ 0,31% ÷ 11,64%, trung bình 2,11 % - Chất bốc than (Vch) thay đổi từ 2,57% ÷ 26,27%, trung bình 6,22% - Nhiệt lượng cháy (Qch) thay đổi từ 5413 ÷ 9664, trung bình 8482 Kcal/kg - Nhiệt lượng khơ Qk thay đổi từ 3283÷9145, trung bình 7510 Kcal/kg - Tỷ trọng than (d) thay đổi từ 1,03g/cm ÷ 2,38, trung bình 1,45g/cm3 - Lưu huỳnh (Sch) thay đổi từ 0,02% ÷ 2,52%, trung bình 0,49% - Độ tro trung bình cân (AkTBC) thay đổi từ 1,10% ÷ 39,65%, trung bình 11,88% - Độ tro hàng hố (AkHH) thay đổi từ 3,17% ÷ 26,24%, trung bình 14,27% Than khu Lộ Trí có nhãn hiệu Antraxit bán Antraxit, chúng than lượng có chất lượng tốt sử dụng nhiều ngành kinh tế quốc dân Thể trọng lớn (DL ) dùng để tính trữ lượng cho chùm vỉa tổng hợp theo báo cáo thăm dị tỉ mỉ Đơng Lộ Trí năm 1980 Hồ Minh Tâm Qua tổng hợp lấy thể trọng lớn (DL): 1,45 cho phân vỉa 1.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất cơng trình 1.3.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn * Đặc điểm nước mặt Trong khu vực suối suối cạn, có nước ngày mưa Nước mặt có hồ Bara moong khai thác lộ thiên +110 Hồ Bara: Hồ Bara hồ nhân tạo Cuối năm 1923, người Pháp ngăn khe núi tạo hồ chứa nước Hồ Bara nằm phía Đơng Bắc cách khu khai thác IV-A mỏ Thống Nhất khoảng 500m Theo tài liệu trước diện tích hồ khoảng 400.000m2, mực nước cao +361,99 (tháng năm 1962) thấp +341,99 * Đặc điểm nước đất Nhìn chung, phức hệ chứa nước trầm tích Đệ Tứ khống sàng Lộ Trí thuộc loại nghèo nước, lớp chứa nước phân bố tập chung phần phía Nam khu mỏ Nước mưa, nước mặt nguồn cung cấp trực tiếp cho phức hệ chứa nước trầm tích Đệ Tứ Đối với việc khai thác lộ thiên, phức hệ chứa nước ảnh hưởng đến việc tháo khô moong, ngồi với khai thác hầm lị nước mặt có khả thẩm thấu nên ảnh hưởng lớn đến lưu lượng nước chảy vào mỏ 1.3.2 Đặc điểm địa chất cơng trình Trầm tích chứa than bao gồm loại đá sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết đá sét vỉa than Tổng hợp tiêu lý đá xem bảng sau: Đặc tính vỉa than: Các vỉa than mỏ Lộ Trí có cấu tạo phức tạp, chiều Dày(2) phân vỉa vỉa Dày(2) mà cơng trình gặp vỉa bắt thay đổi từ 0,14m đến 85,76 m thường ổn định biến đổi liên tục theo đường theo đường phương, hướng dốc Trong phân vỉa có từ đến 15 lớp kẹp Những lớp kẹp gây khó khăn khai thác vỉa có chiều Dày(2) lớn Các phân vỉa than bị phân cắt uốn nếp phức tạp, phía Tây, phía Bắc khống sàng mật độ chứa than giảm dần, chiều Dày(2) vỉa mỏng Về phía Đơng, độ chứa than tăng dần phân nhánh phức tạp, vỉa than thoải dần, chiều Dày(2) vỉa thường biến động phức tạp 1.4.Đặc điểm khí mỏ 1.4.1 Thành phần, độ chứa khí, đặc điểm phân bố khí mỏ Kết phân tích cho thấy mẫu khí khống sàng than Lộ Trí có chất khí : Ni tơ (N2), Cacbonic (CO2), Hyđrơ (H2) khí Mê tan (CH4) Hàm lượng, độ chứa khí tự nhiên đặc điểm phân bố loại khí chủ yếu sau: Bảng 1.1: Phân loại mỏ theo độ khí Mêtan Loại mỏ theo khí Mêtan Độ khí Mêtan tương đối mỏ (m3/T-ngày đêm) I