Xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển hệ thống bơm thoát nước mỏ

Tính cấp thiết của đề tài Hệ thống bơm thoát nước trong mỏ hầm lò là một khâu rất quan trọng trong quá trình khai thác than.. Hầu hết các hệ thống bơm thoát nước trong các mỏ than tại v

liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo

T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn Minh §øc

MỤC LỤC

Trang phụ bìa……….…

Mục lục………

Lời cam đoan ………

Mục lục ………

Danh mục các chữ viết tắt ………

Danh mục bảng biểu ………

Danh mục vẽ………

Mở đầu………

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA BƠM THOÁT NƯỚC TRONG KHAI THÁC MỎ 13

1.1 Mục đích của việc bơm thoát nước 13

1.2 Vai trò của việc bơm thoát nước trong khai thác mỏ 13

1.3 Cách thức thực hiện thoát nước mỏ 14

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG BƠM THOÁT NƯỚC CỦA CÔNG TY THAN DƯƠNG HUY 17

2.1 Giới thiệu chung về mỏ than Dương Huy 17

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển .17

2.1.2 Ngành nghề kinh doanh 19

2.1.3 Thành tích .20

2.2 Tổng quan về hệ thống bơm thoát nước của mỏ than Dương Huy 20

2.2.1 Sơ đồ trạm bơm trung tâm và hệ thống đường ống dẫn .20

2.2.2 Đặc điểm chung của trạm bơm trung tâm .23

2.3 Tính chọn máy bơm 24

2.3.1 Tính lưu lượng của bơm .24

2.3.2 Tính sơ bộ cột áp bơm 25

2.3.3 Chọn bơm 27

2.3.4 Tính số lượng bơm .28

2.4 Tính toán lựa chọn đường ống dẫn 29

2.4.1 Tính chọn đường ống đẩy 29

2.4.1.1 Trường hợp các bơm độc lập đường ống đẩy 29

2.4.1.2 Trường hợp các bơm dùng chung đường ống đẩy 30

2.4.2 Tính chọn đường kính ống hút 32

2.4.3 Kiểm tra độ bền của ống 33

2.5 Xây dựng đường đặc tính mạng dẫn 34

2.5.1 Tính tổn thất trên đường ống hút 34

2.5.2 Tính chiều cao đặt bơm .35

2.5.3 Tính tổn thất trên đường ống đẩy .36

2.6 Xác định điểm làm việc của máy bơm và hệ thống 38

2.7 Sơ đồ cung cấp điện 40

2.8 Tủ khởi động mềm QBRG400/6K 41

2.8.1 Công dụng và chức năng 41

2.8.2 Đặc điểm chủ yếu 43

2.8.3 Thuyết minh ký hiệu 43

2.8.4 Phạm vi và điều kiện sử dụng 43

2.8.5 Quy cách và thông số kỹ thuật chính của tủ khởi động mềm 44

2.8.6 Đặc điểm kết cấu 45

2.8.7 Nguyên lý làm việc 46

2.9 Quy trình vận hành của hệ thống bơm 47

CHƯƠNG 3GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA THOÁT NƯỚC CHO MỎ 50

3.1 Giải pháp cho việc tự động hóa hoạt động của trạm bơm 50

3.1.1 Mục tiêu của việc tự động hóa hoạt động của trạm bơm .50

3.1.2 Giải pháp thay thế phương pháp thoát nước và bổ xung phần cứng 50 3.2 Giải pháp cho việc hoạt động từng bơm riêng biệt 55

3.2.1 Yêu cầu công nghệ vận hành tự động từng bơm: 55

3.2.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển khởi động từng bơm 56

3.3 Giải pháp cho việc hoạt động luân phiên các bơm 59

3.3.1 Yêu cầu công nghệ của hệ thống bơm thoát nước mỏ 59

3.3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển các bơm chạy luân phiên 60

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM THOÁT NƯỚC MỎ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 66

4.1 Giới thiệu mô hình 66

4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho mô hình dùng PLC S7-200 66

4.2.1 Thiết kế hệ thống thủy lực 66

4.2.2 Thiết kế cảm biến mức nước .68

4.2.3 Xây dựng yêu cầu công nghệ cho mô hình .69

4.2.4 Lựa chọn thiết bị điều khiển .72

4.2.4.1 Giới thiệu chung về CPU 226 72

4.2.4.2 Lựa chọn CPU 73

4.2.5 Thiết kế sơ đồ điện cho mô hình 75

4.2.6 Thiết kế chương trình điều khiển mô hình bơm thoát nước mỏ 77

4.2.6.1 Bảng xác định các tín hiệu vào/ ra 77

4.2.6.2 Thiết kế chương trình điều khiển 80

b) Thiết kế lưu đồ điều khiển 80

c) Viết chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ lập trình LAD 86

4.3 Kết quả chạy thí nghiệm mô hình và các hình ảnh minh họa 99

4.3.1 Kết quả chạy thí nghiệm mô hình .99

4.3.2 Các hình ảnh minh họa .100

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

B1 – Động cơ bơm 1 B2 – Động cơ bơm 2 B3 – Động cơ bơm 3

PCK1 – Cảm biến chân không 1

PCK2 – Cảm biến chân không 2

PCK3 – Cảm biến chân không 3 PLC – Programmable Logic Controller P1 – Cảm biến áp suất 1

P2 – Cảm biến áp suất 2 P3 – Cảm biến áp suất 3 Q1 – Cảm biến lưu lượng 1 Q2 – Cảm biến lưu lượng 2 Q3 – Cảm biến lưu lượng 3 VĐ1 – Van đáy 1

VĐ 2 – Van đáy 2

VĐ 3 – Van đáy 3 VM1 – Van mồi 1 VM2 – Van mồi 2 VM3 – Van mồi 3 VNS1 – Van năng suất 1 VNS2 – Van năng suất 2 VNS3 – Van năng suất 3 V1C1 – Van 1 chiều 1 V1C2 – Van 1 chiều 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của bơm Trung Quốc mã hiệu FD720-72x5 27

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật một số loại bơm của hãng EBARA 27

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của ống thép đen Trung Quốc 33

Bảng 2.4: Bảng quan hệ giữa lưu lượng và cột áp của mạng dẫn 37

Bảng 2.5: Bảng thông số làm việc của bộ tiếp xúc chân không 45

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của CPU 226 72

Bảng 4.2: Bảng đấu nối vào/ra giữa hệ thống bơm và PLC S7-200 77

Bảng 4.3: Bảng gán địa chỉ vào/ra cho các cổng địa chi hình thức 79

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa hệ thống thoát nước mỏ 15

Hình 2.1: Văn phòng Công ty than Dương Huy 18

Hình 2.2: Cuộc thi thợ giỏi cấp tập đoàn 20

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống thủy lực trạm bơm trung tâm 21

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống ống dẫn trạm bơm trung tâm -150 [m] 22

Hình 2.5: Sơ đồ cột áp bơm 26

Hình 2.6: Đặc tính mạng dẫn 2 bơm ghép song song 32

Hình 2.7: Chi tiết cút nối hình côn 33

Hình 2.8: Sơ đồ đường đặc tính mạng dẫn 38

Hình 2.9: Sơ đồ thể hiện điểm làm việc của bơm 39

Hình 2.10: Sơ đồ cung cấp điện trạm bơm 40

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý tủ khởi động mềm 41

Hình 2.12: Sơ đồ thủy lực trạm bơm 47

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý đấu nối bộ nút ấn điều khiển từ xa của tủ khởi động mềm 50

Hình 3.2: Sơ đồ thay thế nút ấn 51

Hình 3.3: Van điện từ 51

Hình 3.4: Van servo D400mm 52

Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ của hệ thống bơm thoát nước 54

Hình 3.6: Sơ đồ khối chức năng điều khiển 1 bơm 55

Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán điều khiển khởi động 1 bơm 56

Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán chương trình báo lỗi của 1 bơm 57

Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán cảnh báo sự cố 58

Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình chính 60

Hình 3.11: Lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình tự động 61

Hình 3.12: Lưu đồ thuật toán điều khiển luân phiên tại mỗi thời điểm có 1

bơm làm việc 62

Hình 3.13: Lưu đồ thuật toán điều khiển luân phiên tại mỗi thời điểm có 2 bơm làm việc 64

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực mô hình bơm thoát nước mỏ 67

Hình 4.2: Sơ nguyên lý cảm biến mức 69

Hình 4.3: Sơ đồ công nghệ của mô hình bơm thoát nước mỏ 70

Hình 4.4: Cấu trúc phần cứng của hệ thống 74

Hình 4.5: Sơ đồ mạch lực của mô hình 75

Hình 4.6: Sơ đồ mạch điều khiển của mô hình 76

Hình 4.7: Lưu đồ điều khiển chương trình chính 81

Hình 4.8: Lưu đồ điều khiển chương trình auto (SUB1) 81

Hình 4.9: Lưu đồ điều khiển chương trình Auto 1 82

Hình 4.10: Lưu đồ điều khiển Auto 2 83

Hình 4.11: Lưu đồ điều khiển chương trình Auto 3 84

Hình 4.12: Lưu đồ thuật toán điển hình điều khiển khởi động bơm 85

Hình 4.13: Lưu đồ thuật toán điển hình báo lỗi bơm 85

Hình 4.14: Ảnh bảng bố trí thiết bị điệnmặt trước của mô hình 100

Hình 4.15: Ảnh bố trí thiết bị điện trong tủ điểu khiển mô hình bơm thoát nước mỏ 100

Hình 4.16: Ảnh bảng cảm biến mức dùng cho mô hìnhđấu nối thiết bị trên cánh tủ 101

Hình 4.17: Ảnh mặt sau của mô hình 101

Hình 4.18: Ảnh cảm biến mức nước 102

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống bơm thoát nước trong mỏ hầm lò là một khâu rất quan trọng trong quá trình khai thác than Hầu hết các hệ thống bơm thoát nước trong các

mỏ than tại vùng Quảng Ninh của Nga (Liên xô cũ) cung cấp nên các thiết bị

tự động hóa đã rất lạc hậu Việc thay thế các thiết bị này bằng một công nghệ

tự động hóa mới là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả, năng xuất của quá trình khai thác than

Mặt khác những thành tựu từ tự động hóa (TĐH) nhiều năm cho thấy, TĐH đem lại năng suất lao động cao, giảm chi phí nguyên vật liệu và các dạng năng lượng tiêu thụ, làm tăng năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm Tự động hóa giúp xã hội được văn minh hơn, nâng cao dân trí trên diện rộng trong tổ chức các quá trình sản xuất và các tổ chức xã hội khác, đồng thời tự động hóa còn bảo vệ được môi trường sinh thái và giải phóng được con người khỏi lao động chân tay nhàm chán và độc hại Tự động hóa là một hướng đi đúng đắn nhất xong cũng là một nhiệm vụ khó khăn cho những người làm việc trên lĩnh vực này

Hệ thống bơm thoát nước tại mỏ than Dương Huy

4 Nhiệm vụ của đề tài

Để thực hiện được mục đớch như nờu ở trờn, đề tài cần giải quyết cỏc nhiệm vụ sau:

+ Đỏnh giỏ hiện trạng hệ thống bơm thoỏt nước mỏ tại mỏ than Dương Huy

+ Nghiờn cứu, đề xuất cỏc phương ỏn tự động húa bơm thoỏt nước + Nghiờn cứu hệ thống tự động húa bơm thoỏt nước mỏ bằng PLC + Xõy dựng mụ hỡnh bơm thoỏt nước mỏ dựa theo thực tế cụng ty than Dương Huy

5 Nội dung của đề tài

Đánh giá tổng quan hiện trạng hệ thống bơm thoát nước tại mỏ than Dương Huy

Nghiên cứu thiết kế, đề xuất các phương án bơm thoát nước tại mỏ Dương Huy

Nghiên cứu thiết kế, đề xuất các phương án tự động hóa hệ thống bơm thoát nước tại mỏ Dương Huy

Xõy dựng lưu đồ thuật toỏn điều khiển hệ thống bơm thoỏt nước mỏ than Dương Huy

Xõy dựng mụ hỡnh bơm thoỏt nước mỏ

6 Phương phỏp nghiờn cứu

Để giải quyết cỏc nhiệm vụ của đề tài, tỏc giả sử dụng cỏc phương phỏp nghiờn cứu tổng hợp sau:

Nghiờn cứu so sỏnh phương ỏn dựng chung đường ống đẩy thoỏt nước chớnh với phương ỏn cỏc đường ống độc lập

Khảo sỏt thực trạng hệ thống bơm thoỏt nước của mỏ than Dương Huy

Tớnh toỏn, đề xuất phương ỏn cải tạo tự động húa hệ thống bơm thoỏt nước của mỏ than Dương Huy

Xõy dựng mụ hỡnh bơm thoỏt nước mỏ để phục vụ cho cụng tỏc giảng

dạy tại trường Đại Học Mỏ địa chất Hà Nội

7 í nghĩa khoa học và thực tiễn

Đánh giá hiện trạng hệ thống bơm thoỏt nước tại mỏ than Dương Huy, nghiờn cứu đưa ra cỏc giải phỏp, thiết kế hệ thống tự động húa bơm thoỏt nước sử dụng PLC, đề xuất và kiến nghị phương án đưa tự động húa vào điều khiển hệ thống bơm thoỏt nước mỏ nhằm đảm bảo yờu cầu kỹ thuật, độ an toàn và tin cậy cao, vì vậy đề tài mang tính khoa học và thực tiễn

8 Cơ sở dữu liệu

Luận văn được thực hiện dựa trên cơ sở các tài liệu sau:

+ Căn cứ vào hiện trạng của hệ thống bơm thoỏt nước mỏ của mỏ than Dương Huy

+ Căn cứ vào quy hoạch phát triển của mỏ than Dương Huy

+ Các số liệu khảo sát về tình hỡnh mưa lũ

+ Kế hoạch thoỏt nước năm 2010

+ Phương ỏn phũng chống mưa bóo, thiờn tai năm 2010

+ Tài liệu bỏo cỏo tỡnh hỡnh địa chất thủy văn năm 2010 của mỏ than Dương Huy

9 Cấu trỳc của đề tài

Luận văn được trình bày trong 4 chương, phần mở đầu và kết luận với nhiều bảng biểu, hình vẽ, và danh mục của tài liệu tham khảo Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Tự động húa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn

khoa học của: TS KHỔNG CAO PHONG

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ chân thành và nhiệt tình của các đồng nghiệp trong Bộ môn Điện mỏ, Điện Cụng Nghiệp của Trường Cao đẳng nghề mỏ Hồng Cẩm - VINACOMIN, Phòng Đại học và Sau đại học trường đại học Mỏ - Địa chất, Viện Năng lượng

Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS KHỔNG CAO PHONG người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các tập thể, cá

nhân, các nhà khoa học và các đồng nghiệp về những đóng góp quý báu trong quá trình thực hiện đề tài

CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA BƠM THOÁT NƯỚC TRONG KHAI THÁC MỎ 1.1 Mục đích của việc bơm thoát nước

Chức năng của hệ thống thoát nước là điều khiển, khống chế và tiêu tán lượng nước xuất hiện trong một khu vực Chức năng này được thể hiện với việc thu gom, vận chuyển và tiêu tán lượng nước đó Do đó, hệ thống có thể

là các kênh dẫn nước được đào trên bề mặt hoặc hệ thống kênh, rãnh được gia

cố bằng gạch xây, đá lát hay bê tông Hệ thống thoát nước cũng có thể là các ống dẫn ngầm hay nổi Các ống dẫn này có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau: gang, thép, gốm, nhựa

Hệ thống thoát nước có thể được phân loại thành 2 nhóm chính

+ Thoát nước bề mặt: là hệ thống thoát nước bằng các kênh, rãnh thoát

nước, chúng hoạt động chủ yêu nhờ tự chảy do trọng lực

+ Thoát nước kín: là hệ thống thoát nước ngầm hoặc thoát nước nhờ

các hệ thống ống dẫn Nguyên lý hoạt động của phương pháp này có thể là tự chảy hoặc sử dụng bơm cưỡng bức

Trong công tác thoát nước, các nguồn nước cần tiêu tán được dẫn về các hệ thống thoát nước trung tâm Tại đây nước được điều khiển thoát ra thông qua các hệ thống ống dẫn hoặc dùng bơm cưỡng bức

1.2 Vai trò của việc bơm thoát nước trong khai thác mỏ

Trong quá trình khai thác lượng nước phát sinh là rất lớn Đặc biệt ở điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa như ở nước ta thì lượng nước trung bình thường cao hơn nhiều so với các nước Nguồn nước thứ nhất là nguồn nước

bề mặt Nguồn nước này phát sinh do quá trình mưa, lũ Lương nước này thông qua các kênh dẫn tự chảy tự nhiên chảy vào khu vực khai thác Nguồn nước thứ 2 là nguồn nước ngầm Nguồn nước này chảy vào khu vực khai thác

thông qua các mạch nước ngầm trong lòng đất Nguồn nước cuối cùng thường xuất hiện ngẫu nhiêu nhưng rất nguy hiểm do dung lượng rất lớn Nguồn nước này là các túi nước ngầm hoặc các hồ ao chứa nước trên bền mặt Trong quá trình khai thác các thiết bị khai thác có thể làm bục các nguồn nước này làm chúng chảy vào mỏ Tất cả các dạng nguồn nước này đều cần được dự báo và tiêu tán với lượng phát sinh trong quá trình khai thác kể trên là rất lớn,

hệ thống thoát nước trong mỏ là một trong những hệ thống quan trọng của

mỏ Chúng có vai trò đảm bảo cho sự liên tục của sản xuất cũng như đảm bảo

an toàn cho máy móc thiết bị cũng như cho con người

Quá trình thoát nước góp phần đảm bảo cho máy móc thiết bị cũng như con người có được điều kiện làm việc tốt hơn (môi trường khô ráo) Từ đó nó góp phần nâng cao năng suất làm việc của mỏ Khi lượng nước phát sinh nhiều mà không được thoát kịp thời có thể gây ra tình trạng ngập úng của mỏ Hiện tượng này làm cho máy móc thiết bị dễ dàng bị hỏng hóc (do rỉ sét, chạm chập ) Trong trường hợp xấu, hiện tượng ngập úng còn gây nguy hiểm tới tính mạng con người Chính vì vai trò quan trọng như vậy nên các

mỏ dành rất nhiều quan tâm tới công tác thoát nước Theo thống kê thì năng lượng trung bình dành cho các hệ thống thoát nước mỏ chiểm khoảng 15% công suất tiêu thụ của toàn mỏ

1.3 Cách thức thực hiện thoát nước mỏ

Phương pháp chính để tiêu tán năng lượng phát sinh trong quá trình khai thác mỏ với nguồn nước nằm trên mức tự chảy là các kênh rãnh dẫn nước Còn các nguồn thấp hơn mức tự chảy thì các bơm nước cưỡng bức được sử dụng

* Sử dụng kênh thoát nước

Ở khu vực địa hình cho phép, các kênh, rãnh dẫn nước tự chảy để thoát nước cho mỏ hoặc thoát nước cục bộ cho một khu vực Phương pháp này có

ưu điểm là giá thành thấp Trong thiết kế khai thác các kênh dẫn này được thiết kế để thu gom nước về một bể chứa khu vực hoặc bể chứa trung tâm cho toàn mỏ

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa hệ thống thoát nước mỏ

Quan sát trên hình 1.1 ta thấy nước ở khu vực khai thác được các kênh dẫn nước tự chảy dẫn tới bể lắng của trạm bơm trung tâm Tại trạm bơm trung

Trạm bơm trung tâm

Trạm bơm trung gian 1

Trạm bơm trung gian 2 Trạm bơm

trung gian 3

tâm được bơm cưỡng bức thoát ra ngoài thông qua 3 trạm bơm trung gian Số lượng trạm bơm trung gian phụ thuộc vào độ sâu khai thác của mỏ và chiều cao cột áp cụ thể của từng bơm Trong trường hợp độ sâu khai thác của mỏ phù hợp với chiều cao cột áp của bơm thì không cần bố trí thêm trạm bơm trung gian

1.4 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu so sánh phương án dùng chung đường ống đẩy thoát nước chính với phương án các đường ống độc lập

Thiết kế tự động hóa cho hệ thống bơm thoát nước mỏ điều khiển bằng PLC thay thế cho mỏ than Dương Huy

Xây dựng mô hình bơm thoát nước mỏ để phục vụ cho công tác giảng dạy tại trường Đại Học Mỏ địa chất Hà Nội

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG BƠM THOÁT NƯỚC CỦA CÔNG TY THAN

Trong thời kỳ thực hiện nhiệm vụ xây lắp ( Từ năm 1978 đến 1990 ) cán bộ công nhân Công ty than Dương Huy đã xây dựng nhiều công trình trọng điểm, góp phần quan trọng phục vụ cho quá trình phát triển kinh tế xã hội của Tỉnh Quảng Ninh cũng như phát triển Ngành than Một số công trình tiêu biểu là: Xây dựng hoàn chỉnh mỏ than Mông Dương với công suất thiết

kế 900.000 tấn than/năm, trong đó thực hiện đào trên 10.000 mét lò XDCB, lắp đặt hàng ngàn tấn thiết bị bàn giao đưa vào hoạt động hiệu quả Cải tạo xây dựng mở rộng nhà máy tuyển than Cửa Ông, nhà máy tuyển than Nam cầu trắng Tham gia đào lò và bàn giao mỏ than Tân Lập vào sản xuất, xây dựng Mỏ than Khe Bố (Nghệ An) Ngoài ra còn tham gia cùng các ngành khác xây dựng và hoàn chỉnh các công trình công nghiệp quan trọng như nhà máy đại tu ôtô Vườn Cam, Nhà máy cơ khí Trung tâm Cẩm Phả, các công trình phúc lợi của thị xã Cẩm Phả như nhà hát, sân vận động và nhiều công trình khác

Hình 2.1: Văn phòng Công ty than Dương Huy

2.1.2 Ngành nghề kinh doanh

• Khai thác, chế biến, kinh doanh than và các loại khoáng sản khác;

• Thi công xây lắp các công trình mỏ và công trình công nghiệp, luyện kim, giao thông, thuỷ lợi, dân dụng, kết cấu hạ tầng, đường dây và trạm điện;

• Vận tải đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường ống;

• Thiết kế, chế tạo, lắp ráp, sửa chữa các sản phẩm cơ khí, thiết bị mỏ, thiết bị điện, thiết bị chịu áp lực, kết cấu thép và các thiết bị công nghiệp khác;

• Quản lý các dự án đầu tư xây dựng công trình;

• Quản lý, kinh doanh đường vận tải chuyên dùng;

• Sản xuất vật liệu xây dựng;

• Sản xuất, kinh doanh nước tinh khiết, nước khoáng;

• Mua bán, xuất nhập khẩu vật tư, thiết bị, hàng hoá;

• Kinh doanh các ngành nghề khác theo quy định của pháp luật

Hình 2.2: Cuộc thi thợ giỏi cấp tập đoàn 2.1.3 Thành tích

Năm 1978: XN Xây lắp mỏ Mông Dương đón nhận Cờ luân lưu của Bộ

§ c o

L

ß nèi hÇm b

¬m G9

Theo sơ đồ hình 2.3 ta thấy trạm bơm trung tâm gồm có:

- Bơm 1, Bơm 2, Bơm 3: là ba bơm chính

- Bơm chống ngập: là bơm công suất nhỏ để dự phòng trong trường hợp khẩn cấp, bơm này sử dụng độc lập 1 đường thoát nước riêng

- VNS1, VNS2, VNS3: là các van năng suất 2 chiều để khóa đường ống trong quá trình khởi động bơm

- V1C1, V1C2, V1C3: là các van 1 chiều để ngăn không cho nước từ đường ống chảy về bơm trong quá trình bơm không hoạt động

- VM1, VM2, VM3: là các van mồi 2 chiều, chúng được mở ra để nước lưu đọng từ đường ống mồi cho bơm trước khi khởi động bơm Trong quá trình làm việc thì các van này được khóa lại

- VC1.1, VC1.2, VC1.3: là các van chặn 2 chiều, được dùng để cho phép (van ở trạng thái mở) hoặc không cho phép (van ở trạng thái đóng) các bơm sử dụng đường ống thoát nhánh số 1 để thoát nước ra ngoài

- VC2.1, VC2.2, VC2.3: là các van chặn 2 chiều, được dùng để cho phép (van ở trạng thái mở) hoặc không cho phép (van ở trạng thái đóng) các bơm sử dụng đường ống thoát nhánh số 2 để thoát nước ra ngoài

- VX1, VX2, VX3: là các van xả 2 chiều, dùng để xả nước lưu đọng trên đường ống trong trường hợp cần phải sửa chữa đường ống

- VC1, VC1: là các van chặn 2 chiều, dùng để khóa nước từ các bể lắng sang trong trường hợp muốn thao tác dưới bể chứa

- VĐ1, VĐ2, VĐ3: là các van đáy 1 chiều, bảo vệ chống bị e bơm

2.2.2 Đặc điểm chung của trạm bơm trung tâm

Trạm bơm trung tâm - 150 được xây dựng để bơm thoát nước mỏ phục

vụ cho việc khai thác than mức -150 Nước được đưa vào hai hầm lắng sau đó

chảy qua hai van chặn Φ 600 vào hai hố chứa nước, hai hố chứa nước thông nhau và được lắp một van chặn Φ 600 bên hố chứa nước số 1

Trạm bơm được đặt trong hầm bơm trung tâm đã được thiết kế sẵn, đảm bảo các kích thước và các yêu cầu cho phép Mỗi bơm được đặt trên 1 bệ

bê tông, và được cố định bằng bu lông bắt chặt giữa bơm và bệ bơm mỗi bệ

có kích thước như sau :

vị trí thuận lợi của giàn ống đẩy Bố trí các van khoá và các van một chiều để đóng mở nước một cách hợp lý khi bơm làm việc, hoặc khi sửa chữa, khi cần mồi nước trước khi bơm

Hệ thống ống dẫn được thiết kế bố trí 2 tuyến ống dẫn độc lập, được nối với giàn đẩy của bơm, một tuyến ống làm việc một tuyến ống dự phòng chiều dài mỗi tuyến ống là 650 [m], mỗi đoạn ống dài 6 [m] Hệ thống ống đẩy được lắp đặt qua giếng phụ

2.3 Tính chọn máy bơm

2.3.1 Tính lưu lượng của bơm

Theo tài liệu của công ty than Dương Huy, về việc triển khai phương

án thoát nước phục vụ công tác khai thác than năm 2010, dựa vào trữ lượng nước mưa đã được thống kê qua các năm, đưa ra dự kiến lượng nước phải bơm của năm 2010

Trạm bơm đặt tại hầm bơm với khả năng bơm hết 3.600[m3/ h] là trạm bơm được thiết kế để bơm hết nước cho toàn bộ các khu vực khai thác, các đường lò phục vụ quá trình khai thác than của công ty than Dương Huy Yêu cầu của trạm bơm mức - 150 là phải bơm hết nước đảm bảo an toàn về nước cho các hoạt động khai thác than cho toàn bộ công ty

Theo tài liệu thống kê của công ty than Dương Huy năm 2008 và năm

2009 lượng nước ngầm tổng cộng trung bình phải bơm hết trong 1 ngày đêm của trạm bơm mức - 150 cụ thể là

Lượng nước lưu tụ bình thường trong mùa khô trung bình là 4.450 [m3/ngày đêm]

Lượng nước lưu tụ bình thường trong mùa mưa trung bình là 12.824 [m3/ngày đêm]

Lượng nước lưu tụ cực đại trong mùa mưa trung bình là 25.776[m3 /ngày đêm]

Xác định lưu lượng cần thiết của máy bơm (Q) từ lượng nước lưu tụ bình thường và tối đa ở trạm bơm mức - 150 Máy bơm phải bơm hết lượng nước này trong thời gian không quá 16 giờ (theo yêu cầu thiết kế của mỏ)

ηổ dẫn = 0,87÷0,95 là hiệu suất ống dẫn ta lấy ηôdẫn= 0,9

Như vậy để tiện cho việc tính toán ta vẽ sơ đồ sơ bộ cột áp bơm như hình vẽ sau để tính toán

Hình 2.5: Sơ đồ cột áp bơm

H HÚT

Trong đó:

HHÚT : Chiều cao từ cửa hút của bơm đến mặt thoáng của hố bơm

HĐẨY : Chiều cao từ bơm đến mặt bằng xả nước

HHÌNH HỌC : Chiều cao từ mặt thoáng hố bơm đến mặt bằng xả nước

2.3.3 Chọn bơm

Căn cứ vào lưu lượng cần bơm và cột áp cần có để bơm nước ở mức

-150 ta có thể chọn một số loại bơm sau:

* Bơm Trung Quốc có mã hiệu và các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của bơm Trung Quốc mã hiệu FD720-72x5

Tốc

độ (n)

Công suất định mức (Kw)

Hiệu suất η(%)

Hhút (m)

Đ.Kính ống hút (mm)

Trong lượng (Kg)

* Bơm EBARA của Italya có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật một số loại bơm của hãng EBARA

Tốc

độ (n)

Công suất định mức (Kw)

Hiệu suất η(%)

Hhút (m)

Đ.Kính ống hút (mm)

Trong lượng (Kg)

Về mặt kỹ thuật thì cả hai loại bơm trên đều đáp ứng được yêu cầu đặt

ra nhưng loại bơm Trung Quốc có ưu điểm hơn là giá thành rẻ hơn, trên thị

trường có bán các phụ kiện để thay thế (cánh bơm, trục bơm ) còn loại

EBARA phải nhập khẩu nguyên chiếc Mặt khác do đặc thù nước mỏ có khả

năng ăn mòn cao dễ làm hỏng cánh bơm dó đó ta chọn loại bơm Trung Quốc

K : số lượng máy bơm cần có

Qlt : lượng nước lưu tụ trong một ngày đêm

Qb : lưu lượng của máy bơm

Nếu dùng loại bơm FD720 – 72×5 để bơm hết lưu lượng nước lưu tụ

bình thường trong mùa khô thì cần số bơm là:

K1 =

720

.

16

4450 = 0,386 Trường hợp này ta chọn 1 bơm là đủ

Cũng loại bơm này dùng để bơm hết lưu lượng nước lưu tụ trong mùa

12824 = 1,113 Trường hợp này ta cần 2 bơm là đủ

Như vậy về mùa mưa ta chỉ cần 2 bơm là đủ

Cũng loại bơm này dùng để bơm hết lượng nước cực đại trong mùa

mưa cần số lượng bơm là

Ở đây ta thấy mức chênh lệch về lưu lượng nước phải bơm giữa mùa khô và mùa mưa là quá lớn 12824/4450≈ 3 lần, ta thấy với lưu lượng này vẫn dùng 3 bơm FD720 – 72×5 với công suất tiêu thụ điện năng 1000kW để bơm thì thấy lãng phí điện năng, hơn nữa nếu vận hành cả 3 bơm cùng lúc sẽ không có phương án dự phòng và ảnh hưởng đến chất lượng điện do vậy bình thường ta chỉ sử dụng 01 bơm để bơm là đảm bảo điều kiện thoát nước cho

mỏ Mặt khác mỏ than Dương Huy là một mỏ hầm lò thường hay gặp túi nước ngầm, bục nước trên mặt đất tràn xuống đường lò Tháng 7 năm 2000 lụt mỏ nước trên mặt đất tràn xuống ngập toàn bộ các đường lò, làm hư hại toàn bộ thiết bị trong hầm lò

Vì những lý do trên công ty bố trí thêm 1 máy bơm HACOC 280/72 để bơm nước chống ngập nước cục bộ trạm bơm Như vậy để đảm bảo an toàn cho các hoạt động khai thác than dưới hầm lò công ty bố trí tại hầm bơm mức -150 số lượng bơm là: 3 máy bơm FD720 – 72×5 và 1 máy bơm HACOC 280/72 là hoàn toàn hợp lý tăng phần dự phòng trong mùa mưa và khả năng chống sự cố ngập nước đột ngột

2.4 Tính toán lựa chọn đường ống dẫn

2.4.1 Tính chọn đường ống đẩy

2.4.1.1 Trường hợp các bơm độc lập đường ống đẩy

Tính chọn đường kính ống đẩy sao cho tốc độ nước đi trong đường ống đẩy theo các điều kiện về kinh tế kỹ thuật thường lấy theo tài liệu “Các bảng tính toán thủy lực cống và mương thoát nước”

V = (1,5 ÷ 2,2) [m/s]

Tính sơ bộ đường kính ống đẩy bằng miệng ống đẩy của bơm ta có đường kính miệng ống đẩy của bơm : D = 300[mm]

720 4 4

720 4

720 4

720 4 4

=

D

Q

Đối với điều kiện nước trong hầm lò của mỏ có ít tạp chất và hạt cứng

nên với vận tốc V = 1,6 m/s là hoàn toàn hợp lý

Như vậy đường kính ống đẩy được lắp đặt hoàn toàn đáp ứng yêu cầu

về kinh tế kỹ thuật của đường ống

Do đường kính ống đẩy lớn hơn miệng ống đẩy của bơm nên ta phải sử

dụng các đoạn ống côn D400/300 [mm]

2.4.1.2 Trường hợp các bơm dùng chung đường ống đẩy

Nếu dùng chung đường ống đẩy thì tiết diện của đường ống đẩy phải

đảm bảo khi cả 3 bơm hoạt động đồng thời, lúc đó lưu lượng trong ống là:

Với V = 1,5 [m/s] thì đường kính ống tương ứng sẽ là:

0 , 714

5 , 1 14 , 3 3600

2160 4

=

V

Q D

π [m] Với V = 2,2 [m/s] thì đường kính ống tương ứng sẽ là:

2 , 2 14 , 3 3600

2160 4

=

V

Q D

π [m] Vậy 589 [mm] ≤ D ≤ 714 [mm] Vậy chọn đường kính ống đẩy có đường kính d = 600 [mm]

Kiểm tra vận tốc nước đi trong đường ống đẩy trong trường hợp 3 bơm hoạt động đồng thời

6 , 0 14 , 3 3600

2160 4 4

1440 4 4

720 4 4

Mặt khác ta thấy về mặt lưu lượng trong hai trường hợp được thể hiện qua đồ thị sau:

Hình 2.6: Đặc tính mạng dẫn 2 bơm ghép song song

Trên đồ thị ta thấy HB1, B2-Q là đặc tính làm việc của bơm 1 và bơm 2 (vì 2 bơm giống nhau lên có cùng một đặc tính làm việc) HC-Q là đặc tuyến khi 2 bơm dùng chung đường ống đẩy (được xây dựng bằng cách cộng đồ thị của hai bơm B1 và B2 trên cùng một cột áp H) Hl-Q là đặc tính lưới Như vậy ta thấy trên cùng một lưới lưu lượng làm việc kinh tế của 2 bơm ghép song song nhỏ hơn lưu lượng làm việc kinh tế của 2 bơm độc lập

* Kết luận :

Qua các phân tích trên ta thấy chọn phương án lắp 3 đường ống đẩy riêng biệt sẽ đảm bảo hơn và tiết kiệm hơn Vậy ta chọn phương án lắp 3 đường ống đẩy riêng biệt cho từng bơm

2.4.2 Tính chọn đường kính ống hút

Đường kính ống hút được chọn lớn hơn đường kính ống đẩy một cấp

ta chọn đường kính ống hút có Dh = 500 [mm]

325 650

1500

500

R1250 R12.5

Tính vận tốc nước đi trong ống hút:

4 = 1,02 [m/s]

Theo tài liệu “Cơ học chất lỏng ứng dụng và máy thủy lực” tốc độ nước trong ống hút thường là 1÷1,5 [m/s] ta có vận tốc nước trong ống là 1,02 [m/s] là hợp lý

Do đường kính ống đẩy lớn hơn đường kính miệng ống đẩy của bơm nên ta tính đoạn ống côn chuyển tiếp giữa cửa ống đẩy và ống đẩy, đoạn ống côn ta tính và thiết kế như hình vẽ 2.7

Hình 2.7: Chi tiết cút nối hình côn 2.4.3 Kiểm tra độ bền của ống

Thông số kỹ thuật của ống nối được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của ống thép đen Trung Quốc

Áp suất làm việc cho phép Kg/cm3

Chiều dầy ống mm

Trong quá trình làm việc đường ống phải chịu một áp suất lớn Lực do

áp suất cột nước tạo ra, có khả năng phá vỡ đường ống, nếu ta chọn đường ống không đủ bền

Pmax ≤ Pống (2-5)

Pmax là áp lực lớn nhất do cột nước tạo ra được xác định theo:

Pmax= ( 0,11 ÷ 0,15 ).Hđ = 0,116 177 = 20,5 [kG /cm2]

ở đây Hd = 177 là chiều cao đẩy hình học của bơm

Pống là áp lực làm việc cho phép của ống đã chọn

=

Qua khảo sát thực tế chiều dài của đoạn ống hút từ cửa hút đến van lọc

là 9 mét

Trên đoạn ống hút gồm có các tổn thất cục bộ như sau :

¾ 1 Lưới lọc van đáy có :ξ = 4÷ 10 ta lấy ξ= 5

¾ 1 Ống cút cong 900 ξ = 1,1

¾ 6 Chỗ nối 6.ξ = 6 0,2 =1,2

¾ 1 Đoạn ống côn ξ = 0,25

¾ 1 Van một chiều ξ = 4,5 ÷ 14 chọn ξ = 5

¾ Tổng cộng ∑ ξ = 12,55

Theo tài liệu “Cơ học chất lỏng ứng dụng và máy thủy lực” ta có công

thức tính tổn thất ta có tổng tổn thất trên đường ống hút như sau:

ΣΔHh = ( λ

h F g

Q D

720

55 , 12 5 , 0

9 02456

,

0 + = 1,35 [m H2O]

2.5.2 Tính chiều cao đặt bơm

Chiều cao đặt bơm (H) được tính theo công thức :

2

2

xt h

h H g

(2-9) Trong đó :

Hck = 5,9 [m] là chiều cao hút chân không của bơm

Vh= 1,02 [m/s] là vận tốc nước chẩy trong đường ống hút

g = 9,81 [m/ s2] là gia tốc trọng trường

Δ Η = 1,35 [m H20]

02 ,

+ 1,35 + 0,04) = 4,457 [m]

Vậy chiều cao tính đặt bơm Hđ ≤ 4,457 [m]

2.5.3 Tính tổn thất trên đường ống đẩy

Hệ thống ống dẫn của công ty đã được dùng qua thời gian dài và nước

mỏ có tính axít nên ảnh hưởng lớn đến thiết bị và tổn thất cục bộ trong đường ống khá lớn Tuyến ống dài 650[m] Chiều cao đẩy hình học từ mức -150 đến +32 so với mực nước biển Đường ống đẩy là ống Φ 400 [mm]

Theo công thức 5-97 sách cơ học chất lỏng ứng dụng và máy thủy lực đối với đường kính ống đẩy D đ = 400 [mm] có:

400

0195,00195,

= ( 0,00265 74,19 1

4,0

2

1256,0.81,9.2.3600

K md = 2

720

35,1274,

=0,0000224 Vậy ta có Hmd = H hh + Kmd Q2

H md = 182 + 0,0000224.Q2

Ta lần lượt cho các giá trị của Q lập bảng tính Hmd như sau:

Bảng 2.4: Bảng quan hệ giữa lưu lượng và cột áp của mạng dẫn