THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KIỂM SỐT Q TRÌNH THƠNG GIĨ MỎ HẦM LỊ TS Nguyễn Minh Phiên ThS Hồng Quang Hợp ThS Thiều Đình Thành, ThS Phạm Hữu Hải Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: ThS Phạm Chân Chính Tóm tắt: Với mục tiêu giảm chi phí điện cho hệ thống thơng gió mỏ, góp phần tăng suất lao động nâng cao hiệu khai thác khoáng sản Việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ kiểm sốt tự động q trình thơng gió coi tất yếu thời điểm Với thực trạng mỏ hầm lò nay, để áp dụng hệ thống đại có mức độ tự động hóa cao mục tiêu khó khăn thiếu thực tế Do vậy, cần bước rà soát, đánh giá điều kiện kỹ thuật mỏ để nghiên cứu ứng dụng phần, bán tự động hệ thống thơng gió, sau cần có lộ trình cụ thể để tự động hóa tồn phần q trình thơng gió mỏ hầm lị Đặt vấn đề Trong khai thác than hầm lị, cơng tác thơng gió đóng vai trị quan trọng Ngồi việc cung cấp đủ lượng khơng khí cần thiết cho cơng nhân làm việc, giảm nhiệt độ, giảm hàm lượng bụi, cải thiện điều kiện vi khí hậu, thơng gió mỏ hầm lị cịn có tác dụng hồ lỗng khí mê tan loại khí độc hại khác xuống giới hạn cho phép nhằm ngăn ngừa cháy nổ mỏ Trong mỏ hầm lị điển hình, chi phí điện dành cho hệ thống thơng gió chiếm tới 1/3 tổng lượng điện tiêu thụ Việc giảm chi phí sản xuất coi mục tiêu doanh nghiệp khai thác khoáng sản nhằm nâng cao hiệu kinh doanh sản xuất đơn vị Hệ thống tự động điều khiển thơng gió hay thơng gió theo nhu cầu (Ventilation on demand – VOD) giải pháp tối ưu cho phép giải nhiệm vụ Khái niệm “Thơng gió theo nhu cầu” thực thơng gió mỏ hầm lị thời điểm cụ thể, điều khiển gió từ nơi có nhu cầu thấp tới nơi có nhu cầu cao, việc dẫn tới cho phép giảm chi phí thơng gió hệ thống thơng gió mỏ Phương pháp dường đơn giản, nhiên thuật tốn điều khiển thiết bị hệ thống phức tạp, cần phải tính tới hoạt động nhiều thành phần như: quạt gió chính, cửa gió, quạt cục bộ, cảm biến kiểm sốt khí luồng gió… nhằm thống kê, đánh giá tình trạng lưu lượng gió, khơng khí mỏ, với chế độ kiểm sốt quan trắc liên tục mơi trường làm việc hầm mỏ Từ đó, hệ thống đưa cảnh báo, điều khiển tự động thành phần đảm bảo tối ưu luồng gió mỏ hầm lị Mục tiêu hệ thống thơng gió trì mơi trường khơng khí thích hợp cho cơng nhân thiết bị làm việc Để giải vấn đề này, cần đưa khơng khí vào khu vực làm việc nhanh chóng đưa khí độc hại, bụi theo gió bẩn khỏi mơi trường làm việc Để làm giảm chi phí cho thơng gió, lựa chọn thơng gió chọn lọc hay lựa chọn đối tượng để thơng gió, cho phép tập trung phần lớn dịng khơng khí đến khu vực phát hay phát sinh nhu cầu thơng gió giảm đưa lượng khơng khí vừa đủ vào khu vực khơng làm việc Hệ thống thơng gió làm việc cần trì lượng gió vừa đủ cho nhu cầu hịa lỗng khí độc tạo mơi trường tiêu chuẩn theo quy định an toàn tiết kiệm Nhờ khả quan trắc phân tích tình trạng khơng khí mỏ đạt hiệu suất cao, cho phép tăng suất cơng tác mỏ tiết kiệm chi phí thơng gió mỏ Lịch sử phát triển hệ thống VOD Từ nhu cầu thực tế này, năm 1986, cơng ty Canada có tên gọi SimSmart bắt đầu phát triển hệ thống công nghệ quản lý thơng gió hải qn Mỹ đặt hàng Danh sách nhiệm vụ hệ thống lớn, hệ thống phải mô thực công tác kiểm sốt chất lỏng khơng khí tàu ngầm cho trình hoạt động hệ thống sưởi, hệ thống thơng gió điều hịa KHCNM SỐ 2/2021 * AN TỒN MỎ 45 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ khơng khí, có tính đến khả làm việc hệ thống điện sẵn có Do vậy, yêu cầu cần sử dụng thiết bị đại phần mềm quản lý để kiểm soát trình Hệ thống đáp ứng hầu hết yêu cầu đối tác Tuy nhiên, không dừng đây, đến năm 2006 công ty bắt đầu nghiên cứu áp dụng thử nghiệm hệ thống vào điều kiện không gian hầm mỏ, mỏ than doanh nghiệp khai thác quặng để giám sát điều khiển hệ thống thơng gió Với tham gia trực tiếp chuyên gia khai thác mỏ, vào cuối năm 2006 hệ thống nghiên cứu áp dụng thành công cấp sáng chế cơng nghệ kiểm sốt tự động q trình thơng gió mỏ có tên gọi SmartEXEC (kiểm sốt lượng thơng minh) Ngun lý hoạt động hệ thống VOD Hệ thống sử dụng OPC (phần mềm chung cho phép phần mềm dùng với thiết bị phần cứng hãng khác nhau), sử dụng chuyển đổi liệu từ thiết bị tới chương trình ứng dụng khác mà khơng làm lẫn đường truyền thiết bị điều khiển thành phần OPC kết nối thiết bị thông tin liên lạc kiểm sốt nên cơng nghệ dễ dàng tích hợp vào hệ thống thơng gió Các thành phần kiểm sốt hệ thống kết nối trực tiếp thông qua hệ thống điều khiển PLC (thiết bị điều khiển lập trình, thiết kế chuyên dùng ngành cơng nghiệp để điều khiển tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp) Khi kết nối thiết lập thành phần thiết bị, hệ thống phần mềm bắt đầu theo dõi quản lý phần khu vực khai thác hầm mỏ Khi thay đổi số lượng thành phần quản lý hệ thống thơng gió đưa liệu vào để thiết lập thay đổi chương trình Các thơng số đưa vào cách trực tiếp người điều hành hệ thống Khi sở liệu cập nhật đầy đủ phần cứng, phần mềm hệ thống tái lập hoạt động kiểm soát ghi lại thay đổi sở hạ tầng hệ thống điều khiển Một vấn đề tối ưu hóa hệ thống điều khiển thơng gió tự động thay đổi liên tục điều kiện làm việc lòng đất Các hệ thống điều khiển phải kiểm soát, giám sát chất lượng lưu lượng khơng khí cho tất khu vực khai thác, vị trí hoạt động máy móc thiết bị mỏ Dựa 20 năm kinh nghiệm trình xây dựng phát triển hệ thống, công ty Simsmart 46 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ phát triển hai phương pháp điều khiển hệ thống thơng gió tự động khác tùy thuộc theo quy mô mục tiêu sản xuất cụ thể doanh nghiệp mỏ Hệ thống SmartEXEC tính đến thay đổi thực tế trình trạng khơng khí mơi trường khu vực khai thác quản lý dịng khơng khí chung cung cấp cho mỏ, sử dụng lựa chọn mở rộng yếu tố khác như: chiều sâu khai thác, nhiệt độ, chất lượng khơng khí, có mặt công nhân thiết bị khu vực khai thác cụ thể để khoanh vùng quản lý Ngoài việc kiểm sốt luồng khơng khí, hệ thống có khả đảm bảo tối ưu hóa lượng mức cao Hệ thống sử dụng phần mềm máy tính để hiển thị, giám sát, phân tích điều khiển q trình thơng gió Đây coi não hệ thống, cài đặt tự động điều chỉnh hỗ trợ cho nhân viên hệ thống điều khiển thành phần cịn lại làm việc xác Hoạt động phần mềm dựa số lượng lớn thông tin từ cảm biến tất vị trí sản xuất, đưa cảnh báo hàm lượng khí, vận tốc gió, lưu lượng gió thực tế Từ tự động bán tự động điều khiển hệ thống cửa gió, quạt gió chính, quạt gió cục bộ, để tăng lưu lượng gió giảm tùy theo nhu cầu thực tế hộ tiêu thụ Ngoài ra, phần mềm giúp ích cho kỹ sư việc tính tốn thơng gió mỏ, kiểm tra xác minh thơng số có phù hợp với quy định an tồn hay khơng Việc gia tăng hộ tiêu thụ gió khơng thiết phải tăng công suất hệ thống thông gió Bởi số trường hợp phân phối lại vừa đủ khu vực làm việc với luồng khơng khí sẵn có, với phần mềm mơ q trình thơng gió cho thấy nguồn dự trữ gió để tối ưu hóa luồng gió cho hệ thống thơng gió Một thách thức phải đối mặt với công ty Simsmart, tạo sản phẩm sử dụng mỏ có quy mơ áp dụng giai đoạn phát triển sản xuất doanh nghiệp Để giải vấn đề này, chương trình SmartEXEC có tới cấp độ khác (bảng 1), cấp độ số có lợi riêng sử dụng tùy thuộc vào quy mô sản xuất mỏ yêu cầu an toàn tiết kiệm lượng Kết luận Hiện nay, cơng nghệ kiểm sốt tự động q trình thơng gió thơng gió theo nhu cầu THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ KHCNM SỐ 2/2021 * AN TỒN MỎ 47 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Giao diện phần mềm quản lý SmartEXEC Bảng Các cấp độ kiểm soát hệ thống Kiểm sốt dựa mơ Kiểm sốt hình (các phép đo thơng tính tốn dựa thường thông số thực: áp suất, (đo lường nhiệt độ, sức cản khơng khí vật lý) theo chiều sâu khai thác…) Các cấp độ thực Mô tả cấp độ kiểm sốt Cấp độ Kiểm sốt thủ cơng: phần mềm cho phép điều khiển từ xa mặt mỏ thiết bị bật/tắt quạt, cài đặt tốc độ, đóng mở cửa gió, điều chỉnh cửa sổ gió Tiêu chuẩn Tùy chọn Cấp độ Lập kế hoạch kiểm sốt: thời gian, ngưỡng tín hiệu đặc biệt nhu cầu gió thời điểm (sau nổ mìn, hàm lượng khí tăng cao, thời gian gương lò hoạt động ngừng hoạt động…) Tiêu chuẩn Tùy chọn Cấp độ Tự động kiểm sốt lưu lượng gió, hàm lượng khí nhiệt độ Tiêu chuẩn Tùy chọn Cấp độ Kiểm soát lưu lượng thơng qua tính tốn nhu cầu thơng gió Tiêu chuẩn Tùy chọn Cấp độ Tối ưu hóa kiểm sốt dịng khơng khí phân phối lượng điện tiêu thụ cho quạt gió Tiêu chuẩn Tùy chọn phát triển mạnh mẽ, nước có ngành công nghiệp khai thác than phát triển nghiên cứu áp dụng hệ thống thơng gió tự động (hoặc 48 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ bán tự động) dựa nguyên lý kiểm soát phân phối gió theo nhu cầu Trong bối cảnh chi phí sản xuất tăng cao, tồn THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Sơ đồ ngun lý hoạt động hệ thống thực cấp độ kiểm sốt điều khiển khác Hình Sơ đồ cấu trúc thành phần hệ thống KHCNM SỐ 2/2021 * AN TỒN MỎ 49 THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ kho lớn, cần nghiên cứu giải pháp góp phần giảm giá thành sản phẩm than Theo kế hoạch sản xuất TKV, sản lượng than hầm lò tăng lên chiếm khoảng 80% tổng sản lượng vào năm 2030 Để đạt mục tiêu đề ra, việc triển khai áp dụng đồng dây chuyền đại khai thác than nhằm nâng cao hiệu khai thác kinh doanh, việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ kiểm sốt tự động q trình thơng gió thơng gió theo nhu cầu mỏ than hầm lò giải pháp khả quan, góp phần tiết giảm chi phí điện cho hệ thống thơng gió, giúp giảm nhân cơng cơng tác thơng gió - kiểm sốt khí mỏ, giảm giá thành khai thác nâng cao suất lao động Tài liệu tham khảo: [1] Круглов Ю В Научные основы построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн научн сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2009 г — Пермь — 2010.— С 151 — 162 [2] Гитис Ю.Л Шахтная вентиляция Автоматическая система управления и контроль за заходами.// издательство «Горная книга» - 2012.- C.280-282 [3] Website:http://www.miningtechnology.com/ contractors/ventilation/simsmart [4] In full control, Sara Perno Mining Magazine, July/August 2011, p 59—61 The automatic control and monitoring system for the underground mine ventilation Dr Nguyen Minh Phien, MSc Hoang Quang Hop, MSc Thieu Dinh Thanh MSc Pham Huu Hai - Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology Abstract: For the purpose of decrease in electricity costs for the mine ventilation system and increase in the labor productivity and improvement of the mineral mining efficiency The research on and application of the automatic control for the ventilation processes are considered indispensable at the present time In consideration of the current status of underground mines, it will be a difficult and unrealistic goal to apply a modern system with a high degree of automation Therefore, it is necessary to step by step review and evaluate the technical conditions of the mine to study and apply the partial and semi-auto ventilation system, then a specific roadmap for the whole automation of underground mine ventilation processes 50 KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ