a Hệ thụ́ng bunke tại kho thn NMT thn Cử ễng; b Hệ thụ́ng bunke chứ thn trong nhà sàng củ NMT thn Cử ễng.
1.5.3. Sự hỡnh thành vũm trong bunke
Việc đảm bảo vọ̃t liệu chảy liờn tục, đờ̀u đặn qua cửa tháo bunke là mụ̣t trong các yờu cầu chớnh vờ̀ đụ̣ tin cọ̃y vọ̃n hành của bunke. Khi dòng vọ̃t liệu qua cửa tháo bunke bị gián đoạn, gõy ra sự cụ́ cú thờ̉ ảnh hưởng đến dõy chuyờ̀n cụng nghệ của hệ thụ́ng vọ̃n tải, thọ̃m chớ ảnh hưởng đến cả dõy chuyờ̀n sản xuṍt của mụ̣t nhà máy.
Hiện tượng các cục vọ̃t liệu cú kớch thước lớn bị kẹt với nhau, hỡnh thành vòm trong bunke chứa là nguyờn nhõn tắc nghẽn bunke. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tạo liờn kết vòm trong bunke, nú là hiện tượng thường gặp, khụng chỉ ở những bunke chứa than, mà còn ở các bunke chứa vọ̃t liệu rời núi chung. Khi vọ̃t liệu tạo vòm trong bunke, sẽ gõy ra hiện tượng tắc nghẽn,
Đề tài NCKH: Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị chống dớnh và chống tạo vũm trong cỏc bunke chứa than thuộc TKV.
khụng tháo được liệu ra khỏi bunke từ cửa tháo dưới đáy bunke.
Bunke chứa vọ̃t liệu nờn trong bunke luụn cú các dòng vọ̃t liệu chốn ộp lờn nhau. Đặc biệt với dạng cṍu tạo hỡnh học của bunke là thu nhỏ đường kớnh vờ̀ phớa miệng tháo, nờn các dòng vọ̃t liệu chốn ộp lờn nhau và lờn thành nghiờng của bunke. Mặt khác, do trong dòng vọ̃t liệu cú nhiờ̀u loại hạt với kớch cỡ khác nhau, các hạt này ngẫu nhiờn nằm xen kẽ nhau, dưới áp lực của khụ́i vọ̃t liệu phớa trờn nú, chốn ộp bản thõn các hạt lờn thành nghiờng bunke và lờn các hạt nằm cạnh nhau, hiện tượng này dẫn đến tắc bunke. Quá trỡnh tắc bunke sảy ra trong mụ̣t khoảng thời gian kờ̉ từ khi mụ̣t vài cục lớn chốn ộp khụng thoát qua cửa bunke sẽ làm diện tớch của đoạn phễu thoát của bunke liờn tiếp giảm diện tớch cho đến khi tắc nghẽn hoàn toàn.
Hiện tượng tắc do cục vọ̃t liệu kớch thước lớn trong dòng vọ̃t liệu vọ̃n tải cú thờ̉ được giảm khi kớch thước cửa tháo bunke lớn hơn 4 ữ 5 lần kớch thước cục lớn nhṍt chứa trong bunke [5].
Tắc bunke phổ biến là do hiện tượng tạo vòm ở vựng đáy bunke gần cửa tháo. Hiện tượng thành tạo vòm xảy ra khi cú sự cụ́ phõn bụ́ ngẫu nhiờn trong vọ̃t liệu các cục vọ̃t liệu riờng biệt cú các bờ̀ mặt lồi, lừm khác nhau và kớch thước khác nhau dưới tác đụ̣ng của áp lực do trọng lượng của phần võt liệu phớa trờn các cục này chốn ộp với nhau và với thành nghiờng của bunke. Khi áp lực trờn mụ̣t vựng đủ lớn giữa vọ̃t liệu với thành nghiờng của bunke tạo ra lực ma sát lớn hơn tổng trọng lực do trọng lượng vọ̃t liệu phớa trờn, bunke sẽ bị tắc hoàn toàn do mụ̣t liờn kết vọ̃t liệu dạng vòm đó hỡnh thành.
Hiện tượng vọ̃t liệu tạo hỡnh dạng vòm ở cửa bunke phụ thuụ̣c vào các yếu tụ́ sau[2]:
+ Gúc nghiờng so với phương nằm ngang của thành bờn phần đáy bunke. + Diện tớch cửa tháo.
+ Tớnh chṍt khụng đồng đờ̀u vờ̀ kớch thước cục vọ̃t liệu và hỡnh dạng bờ̀ mặt ngoài của chỳng.
+ Trạng thái làm việc của bunke (cửa tháo mở hay đúng...). Mức đụ̣ vọ̃t liệu đang cú trong bunke khi bắt đầu mở cửa tháo.
+ Đụ̣ ẩm của vọ̃t liệu chứa trong bunke, đặc biệt vọ̃t liệu chứa trong bunke cú chứa các hạt mịn. (amin < 0,5mm), ngọ̃m nước (sột, cao lanh...), khi cú các hạt vọ̃t liệu dạng ngọ̃m nước thỡ là nguyờn nhõn chớnh tạo vòm và làm tắc bunke.
+ Đụ̣ nhám bờ̀ mặt trong của bunke, làm tăng hệ sụ́ ma sát giữa vọ̃t liệu trong bunke với thành bunke.
ra các cụng trỡnh dạng vòm như: cổng vòm, trần dạng vòm, cụ́ng dạng vòm. Trong ngành than thỡ các đường lò dạng vòm cú đụ̣ bờ̀n và tớnh ổn định rṍt lớn, đõy là mụ̣t dạng vòm nhõn tạo.
Mụ̣t sụ́ nghiờn cứu cú phõn chia ra 2 loại hỡnh thành vòm: dạng vòm do các cục kớch thước lớn và dạng vòm do hạt mịn. Riờng đụ́i với ngành than và nhiờ̀u ngành sản xuṍt khác, vọ̃t liệu qua bunke là loại hỗn hợp của cả cục lớn, hạt với đủ kớch cỡ khác nhau và cả hạt dạng bụ̣t mịn.
Việc phõn chia hướng nghiờng của vòm và đụ̣ bờ̀n của nú phụ thuụ̣c vào mục đớch khác nhau, nhưng nguyờn lý hỡnh thành vòm và khả năng chịu lực (đụ̣ bờ̀n) và tớnh ổn định là duy nhṍt.
Thực tế và theo nhiờ̀u nghiờn cứu đó đờ̀ cọ̃p vòm cú dạng gần với Parabon (Parabolic). Đụ̣ cao đỉnh vòm và chiờ̀u rụ̣ng chõn vòm phụ thuụ̣c chủ yếu vào gúc nghiờng thành bờn của bunke chứa.
Cơ sở lớ thuyết tạo vòm trong vọ̃t liệu cục lớn được V.A.Olevxki [11] đưa ra. Còn trong vọ̃t liệu cục nhỏ cú đụ̣ bám dớnh do R.L.Zenkov [16] đưa ra. Đụ̣ bờ̀n và tớnh vững chắc của vòm được hỡnh thành trong vọ̃t liệu cục lớn phụ thuụ̣c vào khẩu đụ̣ của vòm, cũng như gúc nghiờng thành phần đáy. Hiờ̉n nhiờn là khẩu đụ̣ càng lớn thỡ càng nhiờ̀u sụ́ cục lớn tham gia tạo vòm, nờn xác suṍt hỡnh thành vòm càng ớt.
Đề tài NCKH: Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị chống dớnh và chống tạo vũm trong cỏc bunke chứa than thuộc TKV.
a) b)
Hỡnh 1.19. Trạng thỏi ổn đinh của vũm
a - Phõn bụ́ lực trờn vòm dạng dụ́c; b - Phõn bụ́ lực trờn vòm dạng dụ́c thoải; Theo [9] cú hai loại vòm (hỡnh 1.19) ở trạng thái ổn định Theo [9] cú hai loại vòm (hỡnh 1.19) ở trạng thái ổn định
+ Vòm dụ́c (dụ́c đứng) - Hỡnh 1.19a + Vòm thoải (dụ́c thoải) - Hỡnh 1.19b
Thành phần lực nằm ngang (p) do vòm tác đụ̣ng vào thành bờn của bunke cú thờ̉ xác định như sau [9]:
2 oqb qb p tgβ = ; kG (1.8) trong đú:
q - Trọng lượng phõn bụ́ trờn mụ̣t đơn vị chiờ̀u dài của hỡnh chiếu của mụ̣t tiết diện vọ̃t liệu trong bunke cú cạnh đáy là đường cong parabol; kg/m.
b - Chiờ̀u dài hỡnh chiếu của đường cong parabol; m.
βo - Gúc nghiờng của đường tiếp tuyến Parabon tại vị trớ tiếp xỳc vách bunke so với phương nằm ngang; đụ̣.
Theo cụng thức (1.8), thṍy rằng đụ̣ cong của vòm được đặc trưng bởi gúc βo cú ảnh hưởng đến trị sụ́ lực chặn p. Thọ̃m chớ nếu gúc nghiờng thành phần đáy Bunke khụng đổi thỡ các vòm cũng cú thờ̉ phõn bụ́ khác nhau và cú đụ̣ cong nằm trong miờ̀n βomax ≥ βo ≥ βomin, tại đú sự cõn bằng của vòm được giữ vững.
max 90 1
o
β = − +α δ
(1.9) trong đú: α1 - gúc nghiờng thành của Bunke.
δ - gúc giữa hướng áp lực chõn vòm lờn thành và đường pháp tuyến với thành Bunke.
Nếu vòm thoải (Hỡnh 1.19b) chõn vòm được giữ đờ̉ khụng dịch lờn trờn bởi lực ma sát F2, hướng đi xuụ́ng bởi gúc:
0min 90 1 β = − −α δ
(1.10) Trong trường hợp lực dịch chuyờ̉n bằng lực nớu giữ, các cụng thức (1.9 và 1.10) cú dạng: max 90 1 o β = − +α ψ (1.11) min 90 1 o β = − −α ψ (1.12) trong đú: ψ là gúc ma sát vọ̃t liệu với thành bunker.
+ Tương tự các lực chặn đụ́i với các vòm đứng: min tg( 1 )
2
b
p =q α ψ−
(1.13) + Lực chặn đụ́i đụ́i với vòm thoải:
max tg( 1 ) 2
b
p =q α ψ+
(1.14) Từ các cụng thức (1.13) và (1.14) suy ra rằng khi gúc nghiờng thành của bunke tăng lờn thỡ trị sụ́ lực chặn cũng tăng lờn. Nếu α1 ≥ 60 đụ̣ thỡ ở các vòm thoải trị sụ́ lực chặn sẽ lớn tới mức và lực ma sát do áp lực pháp tuyến lờn thành lớn hơn nhiờ̀u lần lực dịch chuyờ̉n chõn vòm, do đú những vòm loại này cú đụ̣ bờ̀n cao và khú bị phá hủy.
Đề tài NCKH: Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị chống dớnh và chống tạo vũm trong cỏc bunke chứa than thuộc TKV.
Trong lớ luọ̃n đưa ra các kết luọ̃n cho các phương trỡnh (1.13) và (1.14) đó đơn giản húa, với cṍu trỳc và phộp tớnh được thực hiện với bài toán phẳng, nhưng trong khi đú vòm lại là vòm khụng gian với các điờ̀u kiện cõn bằng khác với sự cõn bằng của cổng vòm parabol phẳng. Ngoài ra, vòm còn được hỡnh thành từ các cục vọ̃t liệu đơn lẻ, liờn kết với nhau bằng lực ma sát và chỳng như các mắt xớch riờng biệt trong chuỗi vòm. Sự cõn bằng của mỗi mắt xớch như vọ̃y cũng ảnh hưởng đến đụ̣ bờ̀n vững của vòm. Thờm nữa, các vòm ở vọ̃t liệu cục lớn khụng phải lỳc nào cũng cú đường trục parabol và chỳng cú hỡnh dạng khác nhau. Tuy nhiờn các cụng thức (1.13) và (1.14) cú ý nghĩa thực tiễn, xác định gúc thành bunker tụ́i ưu cho vọ̃t liệu cục lớn đó qua phõn loại.
Chi tiết hơn vṍn đờ̀ này đó được K.B.Alferov nghiờn cứu [10], mà trong nghiờn cứu này đó xác lọ̃p được giới hạn dưới của gúc nghiờng thành phần đáy đụ́i với vọ̃t liệu cục lớn đó qua phõn loại khụng được vượt quá 50 đụ̣, bởi vỡ nếu gúc nghiờng lớn thỡ vòm được tạo ra cú đụ̣ bờ̀n đáng kờ̉ và khú bị phá hủy.
Trong các cụng trỡnh nghiờn cứu vờ̀ lĩnh vực này, cụng trỡnh nghiờn cứu thực nghiệm và lý thuyết của P. Л. Зенкова [16] là cụng trỡnh được chỳ ý nhṍt, tại đõy ụng đó chỉ ra là đụ̣ tin cọ̃y làm việc của bunke chỉ phụ thuụ̣c vào cơ tớnh vọ̃t liệu trong bunke khi đó lựa chọn kớch thước miệng tháo hợp lý.
Hiện tượng tạo vòm trong bunke do các tớnh chṍt cơ học của vọ̃t liệu cú thờ̉ được giải thớch như trờn hỡnh 1.20 như sau:
Hỡnh 1.20. Hiợ̀n tượng tạo vũm trong bunke do tính chất cơ học của vật liợ̀u
Xột mỗi phõn tụ́ vọ̃t liệu trờn thành vòm Δ (với Δ bằng đường kớnh của hạt vọ̃t liệu), cú hệ lực tác dụng như trờn hỡnh 1.20. Lực do khụ́i lượng cụ̣t vọ̃t liệu cú đường kớnh Δ phớa trờn vòm tạo ra (G) được phõn tớch thành 2 thành phần là:
+ Lực tiếp tuyến: Si = Gi.cosβ; (1.16) Trái ngược với lực P, giá trị lực S tăng dần từ 0 → Smax = G (nếu xột dần từ đỉnh vòm tới chõn vòm là ẵ hỡnh chỏm cầu).
Từ hỡnh 1.20 thṍy rằng lực tiếp tuyến S
uur
sẽ ộp vào các hạt vọ̃t liệu nằm kờ̀ 2 bờn hạt vọ̃t liệu đang xột (trờn bờ̀ mặt vòm), tạo nờn lực ma sát giữa các hạt vọ̃t liệu kờ̀ nhau: Fims = Si.à; (1.17)
Với: à là hệ sụ́ ma sát giữa các hạt vọ̃t liệu.
Giả thiết: khi P = k.Fms (cụ̣ng với lực kết dớnh của các hạt vọ̃t liệu do đụ̣ ẩm, sột…) sẽ làm hệ lực cõn bằng, các hạt ở vị trớ đứng yờn, lỳc này chớnh là nguyờn nhõn tạo thành vòm trong bunke.
Nếu ta xột tuần tự các phõn tụ́ như vọ̃y từ đỉnh vòm đến chõn vòm thỡ tổng các vectơ lực S
uur
sẽ là giá trị lực của khụ́i vọ̃t liệu trong bunke tác đụ̣ng vào chõn vòm 1 n i i S S = = ∑ ∑ , (1.18) trong đú: .cos S = S β
, với β biến thiờn từ 90o (đỉnh vòm) đến 0o (chõn vòm). Tuy nhiờn trờn thực tế gúc β cú thờ̉ ở vị trớ < 0o vớ dụ như đụ́i với vòm dạng dụ́c thoải (hỡnh 1.18d). Thực tế thỡ hiện tượng tạo vòm rṍt phức tạp và cú nhiờ̀u hỡnh dạng khụng thờ̉ xác định (với lý do các hạt vọ̃t liệu cú kớch thước, hỡnh dạng, tớnh chṍt bờ̀ mặt, phõn bụ́ các hạt tại các vị trớ khụng đồng đờ̀u…). Chỉ cú vòm nhõn tạo (trong kiến trỳc...) là xác định được dạng Parabol và các thụng sụ́ h, b và ngược lại nhờ xác định các kớch thước từng phần tử (trong xõy dựng là các viờn gạch) như hỡnh 1.21.
Đề tài NCKH: Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị chống dớnh và chống tạo vũm trong cỏc bunke chứa than thuộc TKV.
a) b)
Hỡnh 1.21. Mụ hỡnh xếp vũm của cỏc cục vật liợ̀u đinh hỡnh
a. Mụ hỡnh vòm khi các phần tử cú thờ̉ xác định chớnh xác kớch thước.b. Kớch thước - Các thành phần lực tác dụng ở mặt bờn mỗi phần tử thuụ̣c parabol. b. Kớch thước - Các thành phần lực tác dụng ở mặt bờn mỗi phần tử thuụ̣c parabol.
Như vọ̃y nếu ta cṍu tạo các hạt tạo thành vòm cú biờn dạng và kớch thước xác định thỡ sẽ xác định được biờn dạng của vòm và ngược lại. Do các hạt cú cṍu tạo ngẫu nhiờn nờn chỉ cú thờ̉ dựng thực nghiệm đờ̉ xác định các thụng sụ́ vòm. Tuy vọ̃y, điờ̀u này ở đõy là khụng cần thiết vỡ mục đớch của đờ̀ tài là làm sao phá vỡ được liờn kết vòm đờ̉ bunke làm việc bỡnh thường.
Từ hỡnh 1.21 ta thṍy, nếu thiếu mụ̣t trong các phần tử tạo vòm thỡ vòm sẽ khụng tồn tại. Tức là nếu phần tử (0) hoặc phần tử (4) và (4') ở chõn vòm mṍt đi thỡ vòm sẽ bị phá hủy dễ nhṍt trờn toàn bụ̣ diện tớch vòm.
* Nhận xột:
Việc hỡnh thành vòm trong bunke chứa vọ̃t liệu dạng hạt đa dạng vờ̀ kớch thước là khụng tránh khỏi. Đờ̉ bunke làm việc thụng suụ́t, cần phải áp dụng biện pháp nào đú đờ̉ phá vỡ liờn kết vòm.
Việc phá vỡ liờn kết vòm trong bunke chứa vọ̃t liệu dạng hạt cú thờ̉ thực hiện bằng phương pháp tạo mụ̣t khoảng trụ́ng ở đỉnh vòm và cắt chõn vòm, làm cho toàn bụ̣ kết cṍu vòm khụng cú điờ̉m tựa và bị phá hủy, giỳp bunke hoàn toàn khụng còn hiện tượng tắc nghẽn.
Vòm dễ hỡnh thành nhṍt và cú tớnh ổn định nhṍt khi bunke chứa đầy vọ̃t liệu trước thời điờ̉m mở cửa tháo, do chịu áp lực chốn ộp bởi trọng lượng của đụ́ng vọ̃t liệu trong đú (đặc biệt đụ́i với vọ̃t liệu ẩm, cú yếu tụ́ dớnh kết).