Giáo trình Máy thủy khí: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Máy thủy khí cung cấp cho học viên những nội dung về: máy quạt gió và thiết bị thông gió mỏ; những vấn đề chung về mạng thông gió mỏ; điều chỉnh quạt gió mỏ; thiết bị thông gió mỏ; máy nén khí và thiết bị cung cấp khí nén; tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị cung cấp khí nén;... Mời các bạn cùng tham khảo!

75

PHẦN 2: MÁY QUẠT GIÓ VÀ THIẾT BỊ THÔNG GIÓ MỎ

Chương 3 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MẠNG THÔNG GIÓ MỎ

3.1 Tính chất của mạng thông gió mỏ và phân loại thiết bị thông gió mỏ

3.1.1 Tính chất của mạng thông gió mỏ

3.1.1.1 Đặc điểm của không khí trong đường lò mỏ

Không khí trong các đường lò mỏ có nguồn gốc là khí trời, khi di chuyển vào trong các đường lò nó bị pha trộn với bụi bẩn, khí độc, khí cháy, bụi nổ…làm thay đổi hàng loạt tính chất lý hóa khác không khí sạch ngoài trời Độ nhớt động học của không khí mỏ sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 200 C

hay 2930 K, độ ẩm tương đối 50%, áp suất 760mmHg hay 10,33mH 2 0) thì ʋ = 1,4.10-5

m 2 /s

Thành phần chủ yếu của không khí mỏ:

+ Khí Oxi (O2): Là chất khí không mầu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 1,11 Oxi là chất khí quan trọng giúp duy trì sự sống cơ thể con

người Khi hàm lượng oxi trong không khí trong khoảng từ (18÷21)% thì nhịp thở con người bình thường, khi nồng độ oxi giảm xuống khoảng (6÷10)% thở rất mạnh và nhanh, khi nồng độ khoảng (3÷5)% thì sẽ tử vong Các nguyên nhân làm giảm hàm

lượng oxi trong không khí mỏ như: Quá trình oxi hóa chậm của than, gỗ, cháy mỏ, nổ khí, bụi; Sự xuất hiện các khí CH4, CO2, N2…; Sự hô hấp của con người; Sự hòa tan oxi trong nước mỏ

+ Khí Nitơ (N2): Là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 0,97 N2 là chất khí rất trơ về mặt hóa học và sinh lý học, không duy trì sự thở, sự cháy Nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng N2 ở trong mỏ: Sự phân

hủy của các chất hữu cơ, khi nổ mìn (khi nổ hoàn toàn 1kg thuốc nổ đinamit sẽ sản sinh ra khoảng 130l N2)

+ Khí Cacbonic (CO2): Là chất khí không mầu, không mùi, vị hơi chua, có tính axit yếu, tỷ trọng so với không khí khoảng 1,52 Khí CO2 không cháy, không duy trì

sự thở và cháy, ở mức độ thấp có tác dụng kích thích đến màng niêm mạc của mắt, mũi, mồm Nồng độ CO2 đạt khoảng 10% con người chỉ chịu được trong vài phút, khi nồng độ khoảng (20÷25)% con người sẽ bị ngộ độc Những nguyên nhân làm tăng

nồng độ khí CO2: Quá trình oxi hóa chậm của than, các chất hữu cơ khác; Những quá trình cháy nổ trong mỏ (cháy mỏ, nổ mìn, nổ khí và nổ bụi); Sự thở của con người

(một người sản sinh ra khoảng 50lít CO 2 /giờ); Sự xuất khí CO2 từ trong các vỉa khoáng sản Theo quy định an toàn nồng độ CO2 như sau: tại vị trí làm việc, luồng gió thải của khu vực dưới 0,5%; Luồng gió thải của cánh tầng toàn mỏ dưới 0,75%; Khi đào lò thượng vào khu vực sụt lở dưới 1%

Các khí độc và khí cháy nổ trong mỏ:

76

+ Khí Cacbon oxit (CO): Là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng

so với không khí khoảng 0.97 CO là chất khí cháy và nổ trong hỗn hợp với không khí

khi nồng độ đạt khoảng (16,2÷73,4)% , nhiệt độ đốt cháy khoảng (630÷810) 0 C CO là

chất khí có “ái lực” rất mạnh với phân từ Hemoglobin (cao gấp khoảng 300 lần so với

O2) nên khi nạn nhân hít phải khí này, ngay lập tức nó hóa hợp với Hemoglobin ngăn chặn việc vận chuyển O2 từ phổi đi nuôi cơ thể Tình trạng “đói” oxi bắt đầu khi cơ thể hít phải khí CO và khi máu bão hòa CO thì nạn nhân sẽ bị tử vong Nguyên nhân sinh

ra khí CO: Sự cháy trong tình trạng thiếu oxi, nổ mìn, nổ bụi hoặc xuất ra từ các vỉa than Theo quy định an toàn, nồng độ CO lớn nhất cho phép trong không khí mỏ là 0,0017%

+ Các khí Nitơ oxit: Bao gồm các khí như: Nitơ oxit (NO), Nitơ đioxit (NO2), tetra-oxit Nitơ (N2O4), pen-oxit Nitơ (N2O5), trong không khí mỏ chủ yếu là NO2 và

N2O4 Khí NO2 có tỷ trọng so với không khí khoảng 1,59, hòa tan tốt trong nước tạo thành axit (2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3) Khí N2O4 có tỷ trọng so với không khí khoảng 3,18, hòa tan tốt trong nước Các khí Nitơ oxit nhìn chung rất độc, chúng kích thích màng niêm mạc của mắt và các cơ quan hô hấp Đặc biệt khi nồng độ đạt khoảng

0,025% (0,5mg/l) con người dễ dàng bị chết Hàm lượng NO2 cho phép trong các đường lò đang hoạt động là 0,00026%

+ Khí Sunfurơ (SO2): Là chất khí không màu, có mùi lưu huỳnh cháy, vị chua,

tỷ trọng so với không khí là 2,3 SO2 là chất khí rất độc, ăn mòn mạnh màng niêm mạc của mắt và hệ thống hô hấp Nguồn gốc tạo ra SO2: do cháy mỏ, nổ mìn, nhất là khi nổ trong đá và khoáng sản có chứa lưu huỳnh… Nồng độ phần trăm SO2 lớn nhất cho phép là 0,00038%

+ Khí Hydrô Sunfua (H2S): Là chất khí không màu, mùi trứng thối vị hơi ngọt,

tỷ trọng so với không khí khoảng 1,19 H2S là chất khí cháy nổ khi hàm lượng của nó trong không khí đạt đến 6% H2S là chất khí rất độc tác dụng trực tiếp và làm tổn thương lên niêm mạc của mắt và hệ thống hô hấp Nguồn sinh ra khí H2S có thể là: Sự mục nát của gỗ chống lò; sự phân hủy Pyrit sắt và Canxi Sunfua (FeS2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2S + S và CaS + CO2 + H2O = CaCO3 + H2S); Sự xuất khí tích tụ trong các kẽ nứt mỏ khoảng sản; Sự cháy mỏ, nổ mìn (dây cháy chậm) Hàm lượng cho phép của khí H2S là 0,00017%

+ Khí Amoniac (NH3): Là khí không màu có mùi khai, tỷ trọng so với không khí là 0,59 Hàm lượng NH3 trong không khí đạt khoảng (16÷26)% có thể gây nổ

NH3 là chất khí độc kích thích màng niêm mạc hệ thống hô hấp, da, gây hiện tượng đau đầu, chóng mặt buồn nôn Nồng độ NH3 cho phép trong không khí mỏ là 0,002%

+ Khí Hydro (H2): Là khí không màu, không vị, về mặt sinh lý là một khí trơ, rất nhẹ - tỷ trọng so với không khí là 0,07, nhiệt độ gây cháy khoảng (100÷200)0 C H2

thường xuất hiện ở các mỏ than nâu, than gầy, mỏ muối Kali…ngoài ra còn do việc nạp ắc-quy và nổ mìn Hàm lượng cho phép của H2 khoảng 0,5%

+ Khí Mêtan (CH4): Mêtan là chất khí hay gặp và nguy hiểm nhất trong các mỏ than Khí CH4 được tạo thành theo thời gian cùng quá trình hình thành tạo than Mêtan

là chất khí không màu, không mùi, không vị, tỷ trọng so với không khí khoảng 0,554 Mêtan không độc nhưng khi nồng độ của nó tăng lên sẽ làm giảm nồng độ oxi và gây nguy hiểm về cháy nổ khí Vì là một khí nhẹ nên CH4 thường tập trung ở trần lò và rất

77

linh động, dễ dàng khuếch tán hơn không khí gấp 1,6 lần Quá trình cháy của CH4 khi

đủ oxi tạo thành khí CO2 (CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Qtỏa) và thiếu oxi sẽ tạo thành khí cực độc CO (CH4 + O2 = CO + H2 + H2O + Q’tỏa)

Nổ khí Mêtan là một hiện tượng nổ lặp, nghĩa là sẽ nổ đi, nổ lại nhiều lần tại một vị trí Khi nổ mêtan nhiệt độ không khí sẽ tăng lên rất cao (khoảng 1850÷26500C), đồng thời sinh ra sóng nổ phá hủy máy móc, thiết bị, khung giá chống lò dẫn đến làm sạt lở đất đá, sập đường lò hoặc có thể gây nổ bụi than Hậu quả lớn nhất của nổ khí mêtan là hậu quả hóa học – một lượng rất lớn khí độc CO sẽ được sinh ra làm ngộ độc

và tử vong bất kỳ một cơ thể sống nào nếu gặp phải luồng khí này đi qua Qua các tài liệu thống kê về tác hại của các vụ nổ khí mêtan và bụi mỏ, người ta thấy rằng: khoảng 10% số nạn nhân chết là do tác dụng cơ học, 25% bị chết do tác dụng nhiệt và khoảng 65% bị chết do tác dụng hóa học

Để ngăn ngừa nổ khí mêtan thì thông gió là một phương pháp chủ yếu để hòa loãng nồng độ khí mêtan Theo quy định an toàn: Nồng độ CH4 ở luồng gió chung đi

ra của mỏ không quá 0,75%, ở lờ chợ không quá 0,5%, ở lò chuẩn bị trước khi nổ mìn không quá 1%

Như đã phân tích ở trên, bầu không khí mỏ có những tính chất lý, hóa khác không khí bình thường ngoài khí quyển, đặc biệt là không khí trong mỏ hầm lò có chứa nhiều tạp chất bẩn, độc hại và dễ bắt cháy Vì vậy, để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình lao động thì phải có biện pháp hợp lý để loại trừ tối đa bầu không khí độc hại này và thay vào đó là nguồn không khí sạch tự nhiên cho các hầm lò

3.1.1.2 Ảnh hưởng của sức hút tự nhiên trong đường lò mỏ

Sức hút tự nhiên là những nguồn động lực tự nhiên gây nên sự dịch chuyển của không khí trong các đường lò mỏ Năng lượng mà một đơn vị thể tích không khí nhận được từ các nguồn động lực tự nhiên được gọi là hạ áp của sức hút tự nhiên, ký hiệu

Trước khi người ta chế tạo được máy quạt gió mỏ, sức hút tự nhiên là nguồn động lực duy nhất để thông gió mỏ Ngày nay, luật an toàn nghiêm cấm thông gió mỏ chỉ dùng sức hút tự nhiên, bởi vì hướng và lưu lượng gió không ổn định và không đảm bảo được yêu cầu thông gió mỏ

Sức hút tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chệnh lệch nhiệt độ của các cột không khí, chiều sâu của mỏ, sự chênh lệch độ ẩm của không khí và khả năng trao đổi nhiệt giữa không khí và đất đá, khoáng sản

Quạt gió làm việc đồng thời với sức hút tự nhiên thì có thể coi như là hai quạt gió làm việc nối tiếp với nhau, chỉ có khác là đường đặc tính của sức hút tự nhiên là một đường thẳng song song với trục hoành, nghĩa là trị số của nó ở mọi chế độ đều bằng nhau

78

Khi xây dựng đường đặc tính tổng cộng của máy quạt và sức hút tự nhiên, ta chỉ việc cộng tung độ của đường đặc tính quạt với cùng một trị số sức hút tự nhiên nếu hướng của sức hút tự nhiên cùng chiều với quạt gió hoặc trừ tung độ của đặc tính quạt với cùng trị số đó nếu hướng của sức hút tự nhiên ngược chiều với quạt gió Đường

đặc tính tổng cộng của quạt và sức hút tự nhiên được xác định như Hình 3-1 Khi quạt

làm việc không có sức hút tự nhiên thì điểm làm việc là điểm M1 có lưu lượng Q1 và cột áp h1 Nếu sức hút tự nhiên có chiều trùng với chiều thông gió nhân tạo (do quạt tạo ra) thì nó có tác dụng tăng cường lượng gió cho mỏ Lúc này sức hút tự nhiên mang dấu +he, điểm làm việc

là từ ngoài trời vào mạng dẫn (do khe hở của mỏ) khi thông gió hút hoặc sự rò khí ra ngoài trời khi thông gió đẩy

Rò gió có thể diễn ra với nhiều mức độ khác nhau, căn cứ vào phần trăm lượng gió rò so với lưu lượng của máy quạt gió người ta đánh giá công tác thông gió mỏ như:

thông gió rất tốt khi lưu lượng gió rò Q rò ≤ 5%Q quạt , thông gió tốt khi Q rò

=(5÷10]%Q quạt , thông gió trung bình khi Q rò =(10÷20]%Q quạt , thông gió kém khi Q rò

=(20÷40]%Q quạt , thông gió rất kém khi Q rò > 40%Q quạt

Trong trường hợp này, ngoài mạng dẫn chính của mỏ (đường đặc tính số 1), còn có thêm đường đặc tính mạng dẫn rò khí (đường đặc tính số 2) nối song song

nhau Vì vậy, đặc tính mạng dẫn chung của mỏ lúc này là đường số 3 (Hình 3-2) Khi

không có rò khí trong mỏ, điểm làm việc của quạt là điểm M1 với lưu lượng thông gió

Q 1 , cột áp h 1 Nhưng khi có rò gió thì điểm làm việc của quạt trong hệ thống mạng dẫn

79

bị dịch chuyển sang điểm M2 với lưu lượng gió Q 2 , cột áp h 2 Nhận thấy lưu lượng gió

mà quạt phải vận chuyển tăng lên (từ Q 1 lên Q 2), tuy nhiên lưu lượng thông gió thực tế

có ích (Q 3) cho mỏ lại giảm đi (so với trường hợp không có rò gió), vì phải kể đến

lượng gió bị rò rỉ (Q r) nhưng công suất tiêu thụ của quạt lại tăng lên

3 2 r

Hình 3-2 Ảnh hưởng của sự rò gió đến công tác thông gió

Vì vậy, hiện tượng rò gió ra hoặc vào mỏ đều gây bất lợi cho công tác thông gió nên cần phải có những biện pháp khắc phục triệt để, nhằm mang lại hiệu quả cao hơn cho công tác thông gió mỏ

3.1.1.4 Hiện tượng thay đổi sức cản trong mạng thông gió mỏ

Tính chất mạng thông gió mỏ luôn có sự thay đổi do sự thay đổi của tiết diện, hình dạng, chiều dài, chiều sâu của mỏ; Số lượng, hình dạng, kích thước các thiết bị, nguyên vật liệu nằm hoặc di chuyển trong hệ thống đường lò mỏ… Sự thay đổi đó có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác thông gió mỏ Để đánh giá khả năng thông gió của một mỏ hầm lò hay chỉ một đường lò là tốt hay chưa tốt ngoài trị số sức cản mạng dẫn

(R), người ta còn sử dụng một thông số khác gọi là “lỗ tương đương”

Lỗ tương đương là một lỗ tưởng tượng hình tròn nằm trên một thành chắn có chiều dầy vô cùng nhỏ, lưu lượng gió đi qua nó bằng lưu lượng gió đi qua mỏ và độ chênh áp suất hai bên thành chắn bằng hạ áp của mỏ Diện tích của lỗ tương đương ký hiệu Amd (m 2 ) Quan hệ giữa lưu lượng, diện tích lỗ tương đương và hạ áp của mỏ

được xác định theo công thức:

80

h e - hạ áp do sức hút tự nhiên tạo ra, (mmH 2 0) Nếu mỏ không có sức hút tự nhiêu thì thay h e =0 vào công thức (3-2);

dấu “+” hay “-” dùng khi hạ áp cùng chiều hay ngược chiều với quạt gió

Căn cứ vào giá trị của A md để đánh giá tình trạng thông gió của mỏ: nếu A md < 1

mỏ thông gió khó, nếu A md = [1÷2) mỏ thông gió trung bình, nếu A md > 2 mỏ thông gió dễ

Khi lưu lượng không khí tiêu thụ (Q) là như nhau nhưng lỗ tương đương có sự thay đổi thì hạ áp của mỏ (h), công suất tiêu thụ của quạt (N) cũng thay đổi theo:

Như vậy, khi A md tăng thì tính kinh tế của công tác thông gió mỏ tăng theo (do

A md tỷ lệ nghịch với công suất tiêu thụ của quạt N) và ngược lại

Khi A md thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nó tỷ lệ nghịch với trị số sức cản trong thông gió mỏ Trong thực tế trị số A md dao động trong phạm vi tương đối rộng và xảy ra thường xuyên nên chế độ thông gió mỏ không hoàn toàn ổn định

3.1.2 Phân loại thiết bị thông gió và những yêu cầu đối với trạm quạt

3.1.2.1 Phân loại thiết bị thông gió

Phần tử chính của thiết bị thông gió là máy quạt gió Vì vậy, việc phân loại thiết

bị thông gió cũng là phân loại máy quạt gió Có nhiều cách thức phân loại máy quạt gió tùy theo chức năng, phạm vi hoạt động, cấu tạo, nguyên lý hoạt động,… Sau đây,

là một số cách thức phân loại thiết bị thông gió phổ biến:

a) Phân loại theo chức năng của thiết bị thông gió, gồm ba loại sau:

+ Thiết bị thông gió chính: được đặt ở trên mặt đất, gần miệng giếng được bịt

kín, bảo đảm thông gió cho toàn bộ các khu vực của mỏ;

+ Thiết bị thông gió phụ: được đặt trên mặt đất nhưng chỉ thông gió cho một

đến ba gương lò khai thác Đây là thiết bị thông gió kết hợp với thiết bị thông gió chính ở từng thời kỳ khai thác của mỏ

+ Thiết bị thông gió cục bộ: Dùng để thông gió cho các gương lò cụt, thông

thường là các đường lò chuẩn bị

b) Phân loại theo nguyên tắc làm việc, gồm các loại sau:

+ Máy quạt gió hướng trục: Là loại quạt có hướng gió vào và hướng gió ra khỏi

bánh công tác của quạt đồng phương với trục quạt Quạt hướng trục có các loại một cấp hoặc hai cấp Ưu điểm của loại quạt này là hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi lưu lượng gió cung cấp vào mỏ, nên hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các mỏ Than của Việt Nam; Tuy nhiên nhược điểm chính của loại quạt này là tiếng ồn lớn, cấu tạo phức tạp, bảo quản và sửa chữa khó khăn

+ Máy quạt gió ly tâm: Là loại quạt có hướng gió ra khỏi bánh công tác vuông

góc với trục quạt Quạt ly tâm có các loại một hoặc hai mặt hút Ưu nhược điểm của loại quạt này ngược với máy quạt gió hướng trục

81

c) Phân loại theo cấu tạo, gồm các loại sau:

+ Máy quạt gió có một miệng hút và máy quạt gió có hai miệng hút;

+ Máy quạt gió một cấp hay máy quạt gió nhiều cấp (nhiều bánh công tác)

d) Căn cứ vào áp suất do quạt tạo ra gồm các loại sau:

- Máy quạt có áp suất thấp đến 1000 N/m2 (100 mm H20);

- Quạt trung áp đến 3000 N/m2 (300 mm H20);

- Quạt cao áp đến 10000 N/m2 (1000 mm H20)

e) Căn cứ vào tốc độ quay của máy quạt, gồm các loại:

- Quạt quay chậm: n = 100 ÷ 200 (vòng/ phút);

- Quạt quay vừa: n = 200 ÷ 600 (vòng/ phút);

- Quạt quay nhanh: n = 600 ÷ 1200 (vòng/ phút);

- Quạt quay đặc biệt nhanh: n = 1200 ÷ 4000 (vòng/ phút);

3.1.2.2 Những yêu cầu với trạm quạt

Trong quá trình khai thác khoáng sản, chiều dài, chiều sâu các đường lò ngày một tăng thêm, kèm theo đó là sự cơ giới hoá quá trình khai thác ngày một phát triển

Do đó, nồng độ bụi ở các gương lò, sự xuât hiện khí Mêtan và nhiệt độ không khí cũng tăng lên Vì vậy, cần phải tăng cường độ tin cậy của công tác thông gió mỏ, muốn vậy máy quạt và các thiết bị thông gió phải đáp ứng được các nhu cầu đặt ra như sau:

1/ Thiết bị thông gió phải được đặt trên mặt đất, gần miệng giếng được bịt kín

và nối với quạt bằng lò liên kết Ở những mỏ có khí bụi nổ phải thông gió hút, nếu thông gió đẩy phải được cơ quan an toàn cho phép

2/ Đối với mỏ nguy hiểm về khí bụi nổ, thiết bị thông gió phải bảo đảm được

hạ áp cần thiết và có hệ số dự trữ lưu lượng khoảng 20%

3/ Trạm quạt thông gió chính cần có hai quạt cùng loại để thay nhau làm việc, đảm bảo cho thông gió liên tục Hoặc với các mỏ nhỏ, không có khí bụi nổ, có thể dùng một quạt nhưng phải có hai động cơ

4/ Thiết bị thông gió phải đảm bảo cung cấp không khí cần thiết một cách liên tục và ổn định trong thời gian dài (thường trên 15 năm) và phải đảm bảo hiệu quả kinh

tế (hiệu suất tối thiểu của thiết bị là 0,6)

5/ Thiết bị thông gió phải được trang bị cơ cấu điều chỉnh chế độ làm việc thuận lợi và ổn định trong suốt quá trình làm việc

6/ Thiết bị thông gió cần phải được trang bị cơ cấu đổi chiều gió, sao cho vừa đảm bảo đựơc thời gian và lưu lượng gió sạch theo đúng yêu cầu an toàn khi thực hiện đảo chiều thông gió Cơ cấu đảo chiều thông gió phải đảm bảo cho sự rò khí ở mức thấp nhất (nhỏ hơn 5% lưu lượng tính toán của quạt)

82

7/ Ghép song song hay nối tiếp các máy quạt gió cùng làm việc phải thực hiện theo thiết kế đã có trước, phải đảm bảo tính kinh tế, ổn định và an toàn cho quạt và các thiết bị thông gió Việc điều chỉnh chúng phải ở chế độ được tính toán trước và theo phương pháp điều chỉnh tự động

8/ Thiết bị thông gió đặt trên giếng có trục tải thùng skíp, cần phải có đường dẫn gió độc lập để hạn chế bụi than và có cơ cấu định kỳ làm sạch thiết bị khỏi bụi than

9/ Để đảm bảo thiết bị thông gió làm việc ổn định, an toàn và liên tục cần có các thiết bị đo lường, giám sát thường xuyên trong suốt quá trình làm việc, đồng thời phải có các thiết bị báo tín hiệu về phòng chức năng, thiết bị tự động cắt máy quạt sự

cố và đóng quạt dự phòng

10/ Mỗi trạm quạt phải được cung cấp bằng hai đường dây điện độc lập từ hai nguồn khác nhau, để đảm bảo cho quạt được cung cấp điện liên tục 24/24h hoặc cho phép mất điện nhưng thời gian mất điện bằng thời gian đóng nguồn dự phòng

11/ Nhà trạm của thiết bị thông gió phải đảm bảo tiện nghi, đủ ánh sáng và có các thiết bị phòng chống cháy nổ

12/ Việc tính chọn, sử dụng vận hành và bảo quản thiết bị thông gió cần phải được tuân theo luật an toàn mỏ

3.2 Phân tích sự làm việc của máy quạt gió trong mạng thông gió mỏ

Cũng giống như ở đường ống dẫn nước của máy bơm, để nghiên cứu sự chuyển động của dòng chất khí trong mạng dẫn của thiết bị thông gió mỏ, ta áp dụng phương trình Béc-nu-li để thành lập phương trình chuyển động của dòng chảy Trước hết ta phải đưa ra các giả thiết lý tưởng sau đây:

- Dòng chảy là ổn định, nghĩa là áp suất và tốc độ ở mỗi điểm bất kỳ tại một tiết diện của dòng chảy là không thay đổi theo thời gian;

- Không khí không bị nén ép, nghĩa là khối lượng riêng (mật độ)  =const Quạt gió có thể làm việc trong trường hợp thông gió hút hoặc thông gió đẩy Để tiện cho việc nghiên cứu chung, sau đây nghiên cứu trường hợp quạt đặt trong mạng

dẫn vừa thông gió hút vừa thông gió đẩy (Hình 3-3)

Hình 3-3 Sơ đồ quạt gió làm việc trong mạng dẫn

Gọi mặt cắt ướt (1-1) cách miệng hút của quạt đủ lớn để vận tốc gió tại đó rất nhỏ nên có thể coi c1 = 0; Mặt cắt ướt (2-2) cắt ngang qua miệng hút của quạt; Mặt cắt ướt (3-3) cắt ngang qua miệng đẩy của quạt; Mặt cắt ướt (4-4) cắt ngang qua cuối ống đẩy và mặt chuẩn là mặt phẳng nằm ngang đi qua đường tâm của hệ thống Áp dụng

p 1 , p 2 , p 3 , p 4 và c 1 , c 2 , c 3 , c 4 – là áp suất tuyệt đối và vận tốc tuyệt đối của dòng

không khí tại các mặt cắt ướt tương ứng;

p q – áp suất toàn phần do quạt sinh ra, cũng là năng lượng toàn phần mà 1m 3

không khí nhận được từ máy quạt gió;

đ,

h

  - tổn thất áp suất trong đường ống hút và ống đẩy

Từ các phương trình (3-4), (3-5), (3-6) kết hợp với p 1 = p 4 =p a, v1 = 0 ta được:

2 4 đ2

ở vị trí đi ra của mạng dẫn Trong đó, tổng  +  = là thành phần áp suất tĩnh p h pđ p t

của quạt dùng để khắc phục toàn bộ sức cản của mạng dẫn; Thành phần áp suất động 2

4

2

c

g sẽ bị mất đi sau khi ra khỏi mạng dẫn Như vậy, thành phần áp suất tĩnh của quạt là

có ích vì nó dùng để khắc phục toàn bộ sức cản của mạng dẫn để dòng không khí di

chuyển, về giá trị của nó bằng hạ áp chung h của mỏ

- Trị số của áp suất toàn phần do quạt sinh ra không phụ thuộc vào vị trí đặt quạt trong mạng dẫn và nó hoàn toàn như nhau khi thông gió hút hoặc thông gió đẩy

- Ngoài thành phần áp suất của quạt, còn có các thông số quan trọng khác để đánh giá chỉ tiêu làm việc của nó, đó là hiệu suất và công suất của quạt

84

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3

Câu 1 Hãy trình bầy những đặc điểm cơ bản của không khí mỏ và vai trò của công tác

thông gió mỏ?

Câu 2 Hãy cho biết nồng độ giới hạn cho phép theo quy định an toàn đối với các khí

độc và khí cháy nổ trong mỏ hầm lò?

Câu 3 Sức hút tự nhiên là gì? Sức hút tự nhiên phụ thuộc vào những yếu tố nào? Phân

tích ảnh hưởng của sức hút tự nhiên trong đường lò mỏ?

Câu 4 Rò gió trong mỏ là gì? Phân tích ảnh hưởng của hiện tượng rò gió tới sự làm

việc của máy quạt gió?

Câu 5 Nguyên nhân thay đổi sức cản trong mạng thông gió mỏ là gì? Hãy cho biết

“Lỗ tương đương” trong mỏ là gì và ứng dụng của nó?

Câu 6 Hãy trình bầy các cách phân loại thiết bị thông gió mỏ?

Câu 7 Hãy phân tích sự làm việc của máy quạt gió trong mạng thông gió mỏ?

Câu 8 Hãy phân tích những yêu cầu đối với trạm quạt gió mỏ?

Câu 9 * Hãy nêu những điều kiện cần và đủ để xảy ra cháy, nổ khí mê-tan (CH4) trong hầm lò khai thác than? Từ đó suy nghĩ các biện pháp phòng chống cháy nổ khí mê-tan?

Câu 10 * Hãy cho biết cơ chế gây ngộ độc khí cacbon oxit (CO)? Từ đó giải thích các

trường hợp:

- Khi phát hiện có hỏa hoạn trong hầm lò, ngay lập tức phải sử dụng mặt lạ phòng độc khí CO va bình tự cứu để thở;

- Không được đốt bếp than để sưởi ấm trong phòng kín;

- Không được ngồi lâu trong ô tô có nổ máy, bật điều hòa khi ở trong ga ra, hầm

85

Chương 4 ĐIỀU CHỈNH QUẠT GIÓ MỎ 4.1 Cơ sở của việc điều chỉnh quạt gió mỏ

Trong quá trình khai thác mỏ, các thông số mạng dẫn gió thường xuyên thay đổi có thể do các nguyên nhân như: Do mạng đường lò mỏ nối dài thêm hoặc các đường lò bị móp méo, biến dạng, làm tăng sức cản toàn mỏ; Do mở thêm lò chợ hoạt động đồng thời nên lưu lượng gió yêu cầu tăng lên; Do sức cản trong các nhánh lò chợ thay đổi dẫn đến việc phân phối gió vào các nhánh lò cũng thay đổi theo hoặc do sản lượng khai thác của lò chợ thay đổi do kế hoạch sản xuất của mỏ; Do độ xuất khí độc hại ở trong mỏ luôn thay đổi…Do vậy, khi mỏ đã đi vào sản xuất (hoạt động) một thời gian qua kiểm tra lưu lượng gió tại các hộ tiêu thụ gió có thể thấy những hiện tượng sau xảy ra: Lưu lượng thực tế trong các hộ tiêu thụ gió sạch đều nhỏ hơn lưu lượng yêu cầu; Lưu lượng thực tế của một số lò chợ lớn hơn lưu lượng gió yêu cầu còn một

số lò chợ khác lại có lưu lượng nhỏ hơn lưu lượng gió yêu cầu

Ngoài các nguyên nhân kể trên, sự thay đổi của các thông số mạng dẫn gió còn phụ thuộc vào phương pháp khai thác của từng mỏ Cụ thể, với mỏ khai thác bằng phương pháp khấu giật thì thời kỳ đầu của quá trình khai thác chiều dài đường lò lớn nhất nên sức cản trong mạng thông gió lớn nhất và càng về cuối quá trình khai thác đường lò càng ngắn lại, sức cản trong mạng thông gió do đó cũng giảm Ngược lại, với những mỏ sử dụng phương pháp khai thác khấu đuổi, thì thời kỳ đầu của quá trình khai thác chiều dài đường lò là ngắn nhất nên sức cản trong mạng thông gió nhỏ nhất

và càng về cuối quá trình khai thác đường lò càng dài thêm nên sức cản trong mạng thông gió do đó cũng tăng lên Do đó, nếu không điều chỉnh máy quạt gió mỏ thì sẽ có những thời điểm máy quạt gió sẽ cung cấp thừa hoặc thiếu gió sạch cho mỏ

Vì vậy, cần thiết phải điều chỉnh chế độ làm việc của quạt trong hệ thống thông gió cho phù hợp, kịp thời với yêu cầu thông gió của các hộ tiêu thụ gió sạch trong mỏ theo từng giai đoạn và phương pháp khai thác

Cơ sở của việc điều chỉnh quạt gió mỏ có thể quy về các trường hợp cơ bản như sau:

- Lỗ tương đương của mạng dẫn không đổi (A md = const), thay đổi lưu lượng của quạt (Q q = var);

- Lỗ tương đương của mạng dẫn thay đổi (A md = var), lưu lượng của quạt gió không đổi (Q q = const);

- Lỗ tương đương của mạng dẫn thay đổi (A md = var) và lưu lượng của quạt cũng thay đổi (Q q = var)

4.2 Phương pháp điều chỉnh quạt gió mỏ

4.2.1 Điều chỉnh quạt bằng cách thay đổi tốc độ quay của quạt

Khi tốc độ quay của quạt (n) thay đổi, thì sự thay đổi của các các thông số lưu lượng (Q), áp suất (p), công suất (N) cũng thay đổi tương ứng tỷ lệ bậc một, bậc hai và

bậc ba với sự thay đổi tốc độ đó

Q 1 , p 1 , N 1 - lần lượt là lưu lượng, áp suất và công suất của quạt ở tốc độ quay n 1;

Q 2 , p 2 , N 2 - lần lượt là lưu lượng, áp suất và công suất của quạt ở tốc độ quay n 2

Để điều chỉnh tốc độ quay của trục máy quạt gió, người ta có thể dùng một trong các phương pháp sau:

4.2.1.1 Thay thế động cơ điện có công suất và tốc độ quay lớn hơn so với động cơ

cũ

Tăng tốc độ quay của quạt dẫn đến sự gia tăng giá trị của các thông số làm việc khác như: lưu lượng, áp suất, công suất bằng cách thay mới động cơ có tốc độ quay lớn hơn so với động cơ cũ Phương pháp này tuy đơn giản nhưng không kinh tế, vì nếu

sử dụng phương pháp này thì phải có nhiều động cơ dự trữ để thay thế trong nhiều thời điểm suốt quá trình làm việc lâu dài của quạt Mặt khác, thời gian để điều chỉnh quạt kéo dài đồng nghĩa với thời gian quạt tạm dừng làm việc lâu, làm ảnh hưởng đến an toàn thông gió mỏ

Để xác định các thông số làm việc mới của quạt khi điều chỉnh ta có thể sử dụng các công thức định luật tỷ lệ

4.2.1.2 Dùng truyền động điện điều khiển tốc độ động cơ quạt

Dùng động cơ điện nhiều tốc độ hoặc dùng hệ thống điều chỉnh máy phát - động cơ hoặc dùng biến tần điều khiển động cơ Trong nhóm các phương pháp này mỗi phương pháp sẽ có những ưu, nhược điểm riêng nhưng nhìn chung có thể nói rằng: thời gian điều chỉnh ngắn, độ chính xác cao, có khả năng tự động hóa cao, không phải dừng quạt khi điều chỉnh nhưng có thể gây lãng phí năng lượng vô ích trong quá trình điều khiển, hệ thống phức tạp, độ an toàn về phương diện cháy nổ thấp, chi phí đầu tư cao

4.2.1.3 Dùng hộp số có nhiều cấp tốc độ khác nhau

Nhược điểm của phương pháp này là: dải điều chỉnh hẹp, điều chỉnh không trơn

mà có cấp, kích thước cồng kềnh, khối lượng lớn, khả năng tự động hóa thấp

4.2.1.4 Dùng khớp nối thủy lực

Phương pháp này thay đổi được tốc độ quay của quạt nhưng không cần thay đổi tốc độ quay của động cơ điện truyền động cho quạt, thay đổi tốc độ đều đặn vô cấp, dải điều chỉnh rộng, êm dịu, độ ổn định cao, tuy nhiên giá thành đắt

4.2.2 Các phương pháp điều chỉnh không thay đổi tốc độ quay của quạt

4.2.2.1 Điều chỉnh độ mở của cửa chắn gió

Người ta điều chỉnh độ mở của cửa chắn gió nhằm điều tiết lưu lượng và sức cản của mạng dẫn, dẫn đến thay đổi lưu lượng, áp suất và tốc độ dòng không khí chuyển động đi vào trong mạng thông gió mỏ, trong khi đó công suất tiêu thụ của quạt gió vẫn không thay đổi Phương pháp này đơn giản nhưng không kinh tế, vì nó làm tăng tổn thất áp suất trong hệ thống thông gió

4.2.2.3 Thay đổi góc lắp cánh trên bánh công tác

Góc lắp cánh trên bánh công tác hay còn gọi là góc định vị cánh quạt Với các máy quạt gió chính thì góc lắp cánh có thể thay đổi được để thay đổi năng suất của quạt, thậm chí còn dùng để đổi chiều gió với các máy quạt hướng trục

Thời gian đầu của quá trình khai

thác sức cản trong mạng thông gió của

mỏ là R, thì đường đặc tính sức cản của

mỏ là RQ 2 và quạt làm việc ở góc lắp

cánh θ 1 , thì điểm làm việc là điểm M1 tạo

ra một lưu lượng gió Q 1 > Q yc Sau một

thời gian khai thác, giả sử sức cản trong

mạng thông gió mỏ thay đổi tăng từ R

đến R ’, đường đặc tính sức cản của mạng

thông gió mỏ lúc này là R ’ Q 2, điểm làm

việc của quạt trong mạng dẫn lúc này là

điểm M2, quạt tạo ra lưu lượng gió Q 2 <

Q yc (Hình 4-1)

Nhận thấy lưu lượng gió (Q 2 ) nhỏ

hơn lưu lượng gió yêu cầu của mỏ (Q yc)

nên cần phải điều chỉnh bằng cách thay

đổi góc lắp cánh của cánh dẫn trên bánh

công tác từ θ 1 đến θ 2 sao cho khi quạt làm việc ứng với điểm M3, tạo ra lưu lượng thực

tế (Q 3 ) lớn hơn lưu lượng yêu cầu (Q yc)

Vị trí các góc lắp cánh trên bánh công tác đã được thiết kế và đánh dấu sẵn từ

θ min đến θ max Vì vậy, khi xác định góc lắp cánh mới của cánh dẫn mà không trùng khớp với các góc lắp cánh chuẩn đã được xác định trước, thì phải chọn góc lắp cánh lớn hơn, gần nhất so với góc lắp cánh tính toán

Việc xoay các cánh dẫn đến vị trí góc lắp cánh mới khi điều chỉnh quạt, thường phải tạm dừng quạt và xoay từng chiếc cánh (phương pháp thủ công) hoặc với một số quạt hiện đại, thì có thể quay đồng thời các cánh dẫn bằng cơ cấu liên động cơ - điện đặc biệt (phương pháp tự động cơ khí hóa)

Phương pháp điều chỉnh đơn giản, rất kinh tế, không cần phải thay đổi tốc độ quay của động cơ máy quạt, hiệu suất quạt sau điều chỉnh cao, tổn thất năng lượng khi điều chỉnh nhỏ Tuy nhiên, dải điều chỉnh hẹp, điều chỉnh có cấp bậc, thường phải dừng quạt khi điều chỉnh, đặc biệt với các máy quạt phải điều chỉnh thủ công thì thời gian điều chỉnh kéo dài

Hình 4-1 Điểm làm việc của quạt khi thay đổi góc lắp cánh trên bánh công tác

88

4.2.2.4 Thay đổi góc lắp cánh của bộ phận dẫn hướng vào

Ở một số máy quạt hướng trục và quạt ly tâm có bộ phận dẫn hướng vào, mà cấu tạo các cánh dẫn của bộ phận này có thể xoay được một cách đồng thời nhờ cơ cấu liên động cơ - điện chuyên dùng Khi các cánh dẫn xoay, làm thay đổi góc của cánh

dẫn hướng θ HV (Hình 4-2) Không khí trước khi vào bánh công tác số 1 phải đi qua bộ

phận dẫn hướng vào số 7 Do tác dụng của các cánh dẫn hướng, dòng không khí sẽ bị lệch phương, chiều khi vào bánh công tác Do đó, phương chiều và trị số của thành phần vận tốc thực tế của dòng không khí qua bánh công tác CQ, áp suất của quạt, đường đặc tính làm việc của quạt cũng thay đổi theo, do vậy chế độ làm việc của quạt cũng thay đổi

A

A

HR HV

d D A-A

Q C

Q C

Hình 4-2 Bộ phận dẫn hướng gió vào quạt hướng trục

Quá trình xoay các cánh dẫn hướng vào sẽ làm thay đổi vận tốc thực tế dòng không khí qua bánh công tác, làm tăng tổn thất áp suất trong quạt và làm cho hiệu suất của quạt giảm đi Tuy nhiên, phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện tự động hóa việc điều chỉnh thiết bị thông gió, thời gian điều chỉnh ngắn, ít tốn kém về kinh tế

4.2.2.5 Phương pháp liên hợp quạt nối tiếp

Mục đích: Khi một máy quạt làm việc riêng lẻ mà không đảm bảo được hạ áp

và lưu lượng gió sạch như yêu cầu, thì người ta sẽ sử dụng hai hay nhiều máy quạt cùng làm việc liên hợp nối tiếp với nhau

Sơ đồ ghép hai quạt nối tiếp: Là kiểu ghép mà miệng đẩy của máy quạt gió này

được nối trực tiếp với miệng hút của quạt gió kia (Hình 4-3a) hoặc được nối với miệng hút của quạt kia thông qua một đoạn đường lò (Hình 4-3b)

Hình 4-3 Sơ đồ hai máy quạt gió ghép nối tiếp

Điều kiện để hai máy quạt ghép nối tiếp cùng làm việc: Hai máy quạt phải hoàn toàn giống hệt nhau hoặc nếu khác loại thì lưu lượng của hai quạt phải bằng nhau

Đặc tính của bộ quạt liên hợp nối tiếp: Về mặt lý thuyết hạ áp của bộ quạt liên hợp bằng tổng hạ áp của hai máy quạt tạo ra; lưu lượng của bộ quạt liên hợp bằng lưu lượng hai quạt khi làm việc riêng rẽ

Để thành lập đường đặc tính của hai quạt liên hợp nối tiếp, ta chỉ việc cộng tung

độ (theo phương cột áp) đặc tính của hai quạt (Hình 4-4)

Nhìn vào đặc tính Hình 4-4,

ta thấy rằng: Khi sức cản trong

mạng thông gió mỏ là R thì đường

đặc tính mạng dẫn gió là RQ 2, khi

đó nếu vận hành riêng lẻ quạt 1 hoặc

quạt 2, thì đều đảm bảo áp suất và

lưu lượng yêu cầu của mạng dẫn

Tuy nhiên, khi sức cản của mạng

dẫn tăng lên từ R đến R, ’ thì đặc tính

mạng dẫn lúc này là R ’ Q 2 Nếu để

quạt số 1 hoặc quạt số 2 làm việc

riêng lẻ, thì đều không đáp ứng

được yêu cầu mạng thông gió, do

lưu lượng và cột áp hai quạt tạo ra

khi làm việc riêng lẻ đều nhỏ hơn

yêu cầu của mạng dẫn (Q 1 < Q 2 <

90

nhau cùng làm việc sẽ cho đường đặc tính hai quạt liên hợp là h lh = f(Q), điểm làm

việc lúc đó là điểm M3, có lưu lượng gió là Q 3 > Q yc , cột áp là h lh > h yc thỏa mãn yêu

cầu mạng thông gió

Ưu điểm của phương pháp ghép liên hợp hai quạt nối tiếp là: đáp ứng được yêu cầu thực tế của công tác thông gió mỏ, tận dụng được quạt cũ thừa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là: quạt ghép nối tiếp phải thỏa mãn điều kiện liên hợp nối tiếp, thời gian thi công kéo dài, hiệu suất làm việc của bộ quạt nối tiếp thường thấp

Chú ý: Nếu hai quạt ghép liên hợp nối tiếp không đảm bảo điều kiện ghép liên hợp nối tiếp, thì quạt có năng suất nhỏ sẽ là vật cản quạt có năng suất lớn, khi đó hiệu suất chung của bộ quạt nối tiếp sẽ rất thấp, không có lợi về mặt kinh tế

4.2.2.6 Phương pháp liên hợp quạt song song

Mục đích: Khi một máy quạt làm việc riêng lẻ mà không đảm bảo được lưu lượng gió như yêu cầu, thì người ta sẽ sử dụng hai hay nhiều máy quạt cùng làm việc liên hợp song song với nhau

Sơ đồ ghép hai quạt song song cùng làm việc: Là kiểu ghép mà các miệng đẩy

hoặc miệng hút của các máy quạt gió cùng nối với một điểm một cách trực tiếp (Hình 4-5a) hoặc thông qua một đoạn đường lò (Hình 4-5b)

2

Hình 4-5 Sơ đồ hai máy quạt gió ghép song song

Điều kiện để hai máy quạt ghép song song cùng làm việc: Hai máy quạt phải hoàn toàn giống hệt nhau hoặc nếu khác loại thì cột áp của hai quạt phải bằng nhau

Đặc tính của bộ quạt liên hợp song song: Về mặt lý thuyết, thì lưu lượng của bộ quạt liên hợp song song bằng tổng lưu lượng của hai máy quạt tạo ra còn cột áp của bộ quạt liên hợp bằng cột áp hai quạt khi làm việc riêng rẽ

Để thành lập đường đặc tính của hai quạt liên hợp song song, ta chỉ việc cộng

hoành độ (theo phương lưu lượng) đặc tính của hai quạt (Hình 4-6)

Hình 4-6 Đặc tính hai quạt làm việc liên hợp song song

Nội dung phương pháp điều chỉnh: Giả sử quạt số 2 đang làm việc trong mạng

dẫn với đặc tính h q2 = f(Q), điểm làm việc là điểm M2, lưu lượng quạt tạo ra là Q 2 Do

sản lượng khai thác của mỏ tăng lên, do đó lưu lượng gió yêu cầu cũng tăng theo (Q yc

> Q 2), khi đó nếu chỉ dùng riêng quạt số 2 làm việc thì không đáp ứng được yêu cầu

an toàn thông gió cho mỏ Do vậy, người ta ghép liên hợp hai máy quạt số 1 và số 2

cùng làm việc song song với nhau, đặc tính của bộ hai quạt ghép song song là h lh = f(Q), điểm làm việc lúc này là điểm M, lưu lượng gió sinh ra là Q > Q yc

Ưu điểm của phương pháp ghép liên hợp hai quạt song song là: đáp ứng được yêu cầu thực tế của công tác thông gió mỏ, tận dụng được quạt cũ thừa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là: quạt ghép song song phải thỏa mãn điều kiện liên hợp song song, tính toán thi công phức tạp, hiệu suất làm việc của bộ quạt nối tiếp thấp Để hiệu suất của hai quạt liên hợp song song không quá thấp nên sử dụng các máy quạt cùng chủng loại, cùng công suất (giống hệt nhau)

92

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 4

Câu 1 Tại sao phải điều chỉnh máy quạt gió mỏ? Hãy phân tích các trường hợp cơ bản

để làm cơ sở điều chỉnh máy quạt gió mỏ?

Câu 2 Trình bầy nội dung và ưu nhược điểm các phương pháp điều chỉnh máy quạt

gió mỏ bằng cách thay đổi tốc độ quay của máy quạt?

Câu 3 Trình bầy nội dung và ưu nhược điểm các phương pháp điều chỉnh máy quạt

gió mỏ mà không thay đổi tốc độ quay của máy quạt?

Câu 4 Hãy phân tích mục đích, điều kiện, phương trình và cách xây dựng đường đặc

tính liên hợp khi ghép hai máy quạt gió làm việc nối tiếp?

Câu 5 Hãy phân tích mục đích, điều kiện, phương trình và cách xây dựng đường đặc

tính liên hợp khi ghép hai máy quạt gió làm việc song song?

Câu 6 Máy quạt gió вод-18 là máy quạt gió dùng để thông gió chính cho các mỏ hầm lò có khí, bụi ăn mòn Lưu lượng và cột áp của máy quạt tạo ra lần lượt là là 80

m 3 /s và 450 mmH 2 0, ở tốc độ quay 1000 v/ph Khi yêu cầu lưu lượng gió, cột áp trong

mỏ tăng lên, người ta thay mới động cơ truyền động cho máy quạt có tốc độ 1875

v/ph Tính lưu lượng gió, cột áp của quạt tạo ra sau khi thay mới động cơ

Câu 7 Hãy tính công suất máy quạt và công suất động cơ truyền động cho máy quạt

gió dùng thông gió hút cho mỏ hầm lò, biết: lưu lượng của quạt là 80 m 3 /s, cột áp của máy quạt tạo ra là 450 mmH 2 0, tốc độ quay 1000 v/ph, khối lượng riêng của không khí

là 1,3kg/m 3 , hiệu suất của quạt ηQ = 0,9, ηck = 0,95, ηtl = 0,85, g = 9,81m/s 2 , hệ số dự

trữ công suất của động cơ k = 1,5

93

Chương 5 THIẾT BỊ THÔNG GIÓ MỎ

5.1 Quạt ly tâm dùng để thông gió chính

5.1.1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc cơ bản của máy quạt gió ly tâm

Quạt gió ly tâm được dùng để vận chuyển chất khí và tạo nên áp suất toàn phần

không quá 1500 kG/m 2 (khi khối lượng riêng của không khí là ρ = 1,2kg/m 3) và có hệ

số tăng áp ε < 1,15 Do áp suất nhỏ như vậy nên sự nén không khí không ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của máy quạt và tính bị nén của không khí có thể bỏ qua, nghĩa

là coi khí như chất lỏng Bởi vậy các cơ sở lý thuyết, các thông số cơ bản và mọi tính toán đối với máy bơm ly tâm cũng dùng trực tiếp được cho máy quạt ly tâm Sự khác nhau rất ít về kết cấu, chủ yếu là dòng lưu thể đi qua quạt là không khí có khối lượng

riêng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng riêng của nước (ở nhiệt độ 4 0C, khối lượng riêng của không khí khoảng k =1, 293kg/m 3, còn nước là

H

 = kg/m 3 )

Khi mạng thông gió có hạ áp lớn và yêu cầu lưu lượng không lớn lắm, thì người

ta dùng quạt ly tâm để thông gió chính Quạt ly tâm dùng để thông gió chính cho mỏ

có thể có cấu tạo một hoặc hai mặt hút và thường có một cấp (một BCT) Khi nối vào mạng thông gió, nó được đặt trên mặt đất gần miệng giếng bịt kín nhờ các cửa chắn gió

Sơ đồ cấu tạo chung của máy quạt gió ly tâm như Hình 5-1 dưới đây :

Hình 5-1 Sơ đồ cấu tạo chung của máy quạt gió ly tâm

1 - trục quạt; 2 - đĩa chính (đĩa sau); 3 - cánh dẫn; 4 - đĩa phụ (đĩa trước); 5 - các cánh quạt (mạng cánh); 6 - vỏ quạt; 7- cửa hút; 8 - cửa đẩy; 9 - gối đỡ trục máy quạt; 10 - ổ đỡ; 11 - trục truyền động

Quạt gió ly tâm có bánh công tác cánh dẫn cong về phía trước (Hình 52a forward curving) sẽ có áp suất lớn hơn loại bánh công tác có cánh dẫn thẳng (Hình 5- 2b - radial) hoặc cong về phía sau (Hình 5-2c - backward curving), song hiệu suất thủy lực là thấp hơn một chút Khi góc cấu trúc bánh công tác β 2 càng lớn thì kích thước

-của quạt càng nhỏ gọn nhưng hiệu suất giảm, vì khi đó thành phần vận tốc xoáy c 2u

lớn, làm tăng tổn thất thủy lực – giảm hiệu suất chung của quạt Với các máy quạt gió

94

ly tâm thường dùng loại bánh công tác có cánh dẫn thẳng hoặc cong phía trước, chỉ trừ các máy quạt cao áp

a) b) c)

Hình 5-2 Các dạng cấu cánh dẫn của quạt ly tâm

Ở các mỏ than, quặng của Việt Nam hiện nay quạt ly tâm dùng để thông gió được sử dụng rất hạn chế Nguyên nhân chủ yếu là quạt ly tâm có nhiều nhược điểm hơn các máy quạt hướng trục: năng suất thấp, kích thước cồng kềnh, tiếng ồn lớn Các loại quạt sử dụng chủ yếu do Liên Xô cũ sản xuất có ký hiệu: вц, вцд, вшц, вшп, вцз và kèm theo các con số bên phải

Ví dụ: Quạt вцд - 32M/300-600, trong đó ý nghĩa như sau:

в - quạt gió; ц - Ly tâm; д - hai miệng (mặt) hút; 32 - đường kính danh định

của BCT là 3200 mm; tốc độ quay n = (300 ÷ 600) v/ph

Trên Hình 5-3 là sơ đồ cấu tạo và lắp đặt quạt gió ly tâm вцд –32M:

Hình 5-3 Sơ đồ cấu tạo và lắp đặt tổ hợp thiết bị quạt ly tâm вцд - 32M

1- động cơ điện; 2 - khớp nối; 3, 9 - ổ đỡ; 4 - bộ phận điều chỉnh cánh dẫn hướng vào BCT; 5, 8 - bộ dẫn hướng vào; 6 - hai bánh công tác; 7 - vỏ quạt

95

Máy quạt gió вцд - 32M là loại máy quạt gió ly tâm, bánh công tác có hai mặt hút, được thiết chuyên dùng cho việc thông gió ở các mỏ khai thác than hầm lò với lưu

lượng yêu cầu khoảng từ (60÷305) m 3 /s, áp suất tĩnh tạo ra khoảng từ (700÷5100)Pa

Khi động cơ 1 được cấp điện và quay, chuyển động quay từ trục độc cơ được truyền đến BCT số 6, làm cho BCT và không khí trong nó quay theo Không khí trong BCT số 6 bị văng từ trong ra ngoài do tác dụng của lực ly tâm, làm cho áp suất trong BCT giảm tạo ra áp suất chân không trong bánh công tác Do sự chênh lệch áp suất giữa bên ngoài cửa hút và bên trong BCT mà không khí từ ngoài trời chảy qua bộ phận dẫn hướng 5 và 8 vào điền đầy khoảng trống, sau đó lại bị văng từ trong ra ngoài Khi không khí bị văng ra khỏi BCT sẽ chuyển động theo phần ống mở rộng của vỏ và được đẩy ra khỏi quạt

Thiết bị dẫn hướng của quạt ly tâm có hai chức năng là: điều chỉnh chế độ làm việc của máy quạt và đóng kín cửa gió vào trong quạt khi khởi động quạt Thiết bị dẫn hướng được điều chỉnh bởi bộ phận điều chỉnh chuyên dùng số 4, khi quạt khởi động thì người ta xoay cánh dẫn hướng tạo với đường tâm trục của quạt một góc 900, dẫn đến tiết diện dòng chảy vào BCT bị đóng kín Do đó, lúc này khởi động quạt có lưu lượng Q = 0 nên mô men cản trên trục quạt là nhỏ nhất

Bộ phận làm việc chính của quạt ly tâm là BCT, mà ở đó khi quạt làm việc, cơ năng của trục động cơ dẫn động sẽ chuyển thành năng lượng của dòng không khí đi qua quạt

Mạng cánh dẫn trên các máy quạt gió thường không giống nhau về số lượng cánh dẫn, góc cấu trúc của cánh dẫn BCT Ví dụ:

- Với quạt вц-1,45; вц-2 có BCT kiểu hở, hút không khí từ hai phía (BCT có hai mặt hút), cánh dẫn cong về phía trước (β2 < 900); Hoặc với quạt вц- 4; вц- 5 có BCT hút một phía với 24 cánh dẫn, và các cánh dẫn có cấu tạo hướng kính (β2 = 900); Hoặc với quạt вцд-2,18; вцд-3,3 có BCT hút không khí từ hai phía, với 28 cánh dẫn kiểu cong sau (β2 > 900)

Ống khuếch tán (ống mở rộng) dùng để biến đổi một phần động năng của dòng không khí sau khi ra khỏi BCT và bộ dẫn hướng ra thành áp năng(biến đổi áp suất tĩnh thành áp suất động), nhằm làm tăng hiệu suất của máy quạt Vì vậy ống mở rộng có ý nghĩa quan trọng, góp phần làm tăng chỉ tiêu kinh tế của thiết bị thông gió mỏ

Đối với thiết bị thông gió là quạt ly tâm, thì việc thực hiện đảo chiều gió được thực hiện thông qua mương gió phụ và các cửa chắn gió Điều này có thể giải thích từ nguyên lý làm việc, nghĩa là ngoài sự phụ thuộc vào chiều quay của BCT, dòng không khí đi qua quạt ly tâm chuyển động từ tâm BCT theo phương hướng kính ra ngoài, nên BCT không thể quay ngược chiều được

5.1.2 Các thông số cơ bản của máy quạt gió ly tâm

5.1.2.1 Áp suất quạt

Để tính toán áp suất toàn phần mà quạt đạt được một cách nhanh chóng, người

ta sử dụng phương pháp hệ số áp suất toàn phần

96

Ta biểu diễn thành phần vận tốc c2u theo hệ số xoắn 2

2 2

u c u

 = ở lối ra của cánh dẫn và sử dụng phương trình cơ bản của máy ly tâm, ta có:

Đặt q = tl 2, gọi là hệ số áp suất toàn phần, thay vào trên ta được áp suất toàn phần của quạt là:

2 2

q

trong đó: u - vận tốc vòng tại điểm ra khỏi bánh công tác, m/s; 2

u2 =r2, với r ,2  - lần lượt là bán kính ngoài và vận tốc góc của BCT;

- khối lượng riêng của không khí nơi quạt làm việc, kg/m 3 Thông số này

phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ nhiễm bụi bẩn… với không khí khô, khối lượng riêng được xác định:

(1 0, 00367 7601, 293. )

p t

 =

trong đó: p - áp suất không khí tại nơi đặt quạt (mmHg); t là nhiệt độ không khí ( 0 C)

Ví dụ: Ở điều kiện tiêu chuẩn (0 0 C, áp suất 760mmHg) thì không khí khô có khối lượng riêng là 1,293 kg/m 3; Ở điều kiện nhiệt độ 20 0 C, áp suất không khí là 760mmHg thì không khí có khối lượng riêng 1,205 kg/m 3

Để tiện cho việc tính toán áp suất toàn phần với ba loại cánh khác nhau, có thể

sử dụng bảng thực nghiệm dưới đây:

Bảng 5-1 Sự phụ thuộc của các hệ số 2,tl,q vào góc cấu trúc 2

97

5.1.2.2 Lưu lượng

Ta phân biệt các dạng lưu lượng:

- Lưu lượng thực: Là lượng (thể tích hoặc trọng lượng) không khí đi qua máy quạt trong một đơn vị thời gian trong điều kiện làm việc thực tế (nhiệt độ, độ ẩm, áp

suất…của môi trường) của máy quạt, ký hiệu Q, (m 3 /s)

- Lưu lượng tiêu chuẩn: Là lưu lượng của quạt làm việc trong điều kiện tiêu

chuẩn với môi trường công tác là không khí sạch, khô có áp suất p =760mmHg, nhiệt

độ t = 0 0 C, khối lượng riêng của không khí ρ = 1,293 kg/m 3 , ký hiệu Q 0 , m 3 /s hoặc

m 3 /h

0 0

G Q



trong đó: G - là lưu lượng trọng lượng (là trọng lượng không khí ở điều kiện tiêu chuẩn mà quạt vận chuyển được trong một đơn vị thời gian), N/s hoặc N/h;

0- trọng lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, N/m 3

Lưu lượng tiêu chuẩn có ý nghĩa trong tính toán – thường tính toán quạt trong điều kiện tiêu chuẩn, sau đó quy đổi về điều kiện làm việc thực tế cho từng trường

hợp cụ thể Sự liên hệ giữa lưu lượng tiêu chuẩn (Q 0 ) với lưu lượng thực tế (Q) được

tính theo công thức sau:

0 0



trong đó: γ - trọng lượng riêng của không khí ở thực tế, (N/m 3)

5.1.2.3 Công suất và hiệu suất

Công suất hữu ích N hi (công suất thủy lực) là năng lượng mà bánh công tác của máy quạt truyền cho dòng không khí khi chuyển động qua quạt:

hi

Công suất trên trục máy quạt (N), là công suất toàn phần bao gồm công suất

hữu ích và công suất để khắc phục các loại tổn thất năng lượng (tổn thất cơ khí trên trục quạt, tổn thất thủy lực, tổn thất lưu lượng) trong quạt

Hiệu suất làm việc của máy quạt là tỷ số giữa công suất có ích mà bánh công

tác truyền cho dòng không khí (N hi) với công suất mà động cơ truyền cho trục quạt

(N), ký hiệu: η

.g Q h N

trong đó: ρ, γ - khối lượng riêng và trọng lượng riêng của không khí;

c, Q, tl - lần lượt là hiệu suất cơ khí, lưu lượng và thủy lực trong quạt;

Q - lưu lượng thể tích thực tế của quạt, m 3 /s;

h - cột áp do quạt tạo ra, (mH 2 0);

tđ- hiệu suất truyền động từ trục động cơ điện đến trục máy quạt Khi nối trực tiếp trục máy quạt với trục động cơ truyền động thì tđ = ; Khi truyền động bằng 1

cơ cấu dây đai hình thang thì tđ =(0,9 0,95 )

k dt – hệ số dự trữ công suất, thông thường chọn k = dt (1,05 1, 2 ) Chú ý nếu

công suất động cơ càng nhỏ thì cần chọn giá trị của k dt càng lớn

5.1.3 Sự làm việc của quạt trong hệ thống

Tương tự như phần máy bơm nước ly tâm, tổn thất áp suất của dòng không khí

di chuyển trong hệ thống ống dẫn được tính theo công thức:

2 0

md t

trong đó: h t - chiều cao cột nước tĩnh của không khí, mmH 2 0;

R 0 - hệ số sức cản của hệ thống mạng dẫn, mmH 2 0 Hệ số này có thể được tính toán thông qua hệ số sức cản riêng của ống dẫn (S, mmH 2 0/m ống) và chiều dài ống

Đặc tuyến của quạt gió ly tâm có hình dạng tương tự như đặc tính của máy bơm

nước ly tâm (Hình 5-4b) Đặc biệt ở một số quạt thì đặc tính áp suất h q = f(Q) có dạng yên ngựa do góc cấu trúc bánh công tác β 2 nhỏ khi tỷ số đường kính D 2 /D 1 bé

Phối hợp đặc tuyến của mạng ống dẫn và của quạt, thì điểm cắt nhau M được

gọi là điểm làm việc của máy quạt gió (Hình 5-4c) Từ điểm làm việc M, bằng cách dóng đồ thị ta sẽ tìm được giá trị các thông số là việc của quạt trong hệ thống là Q 1 ,

N 1 , H 1 , η 1

99

Hình 5-4 Đặc tính hệ thống mạng dẫn và máy quạt ly tâm

5.1.4 Tính toán thiết kế

5.1.4.1 Tính toán thông số chính của bánh công tác

Các thông số chính của bánh công tác máy quạt gió ly tâm được thể hiện trên

Hình 5-5 Các thông số chính của bánh công tác

a) Đường kính trong của bánh công tác tính theo công thức:

3 1

Q

n

trong đó: n - là số vòng quay của quạt, v/ph;

Q - là lưu lượng của máy quạt gió, m 3 /s;

k - hệ số kinh nghiệm, k = (3,25÷4), chọn giá trị của k lớn khi hệ số cao tốc

ns nhỏ;

100

b) Đường kính ngoài của bánh công tác:

1 2

D D m

trong đó: m - là hệ số kinh nghiệm, với cách chọn như sau:

+ Chọn m = (0,85÷0,9) với quạt thấp áp;

+ Chọn m = (0,4÷0,5) với quạt cao áp

c) Chiều dài cánh dẫn: được xác định theo công thức sau

2 12

=

trong đó: S - chiều dầy của cánh dẫn, m;

C 1 - vận tốc của dòng không khí ở cửa vào bánh công tác, m/s;

u 1 - vận tốc vòng ở cửa vào bánh công tác, m/s;

φ 1 - hệ số xoáy của dòng khí, φ 1 = (0,3÷0,5)

g) Đường kính miệng hút của bánh công tác D s (m):

h) Góc cấu trúc bánh công tác 1 và 2:

Diện tích dòng không khí lưu thông phía trong cánh dẫn là diện tích mặt trụ

tròn xoay có đường kính mặt đáy D 1 (m), chiều cao là bề dày của bánh công tác b (m):

1 1

101

trong đó: r 1 - là bán kính trong của bánh công tác, (m);

n - tốc độ quay của bánh công tác, (v/ph)

Vận tốc tuyệt đối của dòng không khí tại điểm vào cánh dẫn bánh công tác c 1

được tính như sau:

1 1

Q c A

hay 1

1

4Q c

bD



trong đó: Q - lưu lượng không khí qua bánh công tác, (m 3 /s)

Góc cấu trúc bánh công tác tại điểm vào cánh dẫn bánh công tác 1 được tính như sau:

1 1 1

Trên thực tế giá trị góc 1 thường nằm trong khoảng từ (100÷300)

Tương tự, ta cũng tính được diện tích lưu thông của dòng không khí tại điểm ra khỏi bánh công tác (đầu cánh dẫn) A2 (m 2):

2 2

trong đó: p - áp suất tĩnh do quạt tạo ra, mH 2 0; K – hằng số phụ thuộc vào hai yếu tố là

tổn thất thủy lực và chuyển động tuần hoàn của dòng khí trong máy quạt, thông số này thường được chọn bằng kinh nghiệm chứ không thể tính chính xác

Góc cấu trúc bánh công tác 2 trên lý thuyết được tính toán như sau:

102

2 2

5.1.4.2 Tính toán thông số chính của vỏ quạt

Hình dạng vỏ quạt (Hình 5-6) được xây dựng theo “phương pháp hình vuông”

trong đó: ρ – là khối lượng riêng của không khí, kg/m 3

c) Xác định diện tích miệng đẩy

'

Q F c

d) Xác định kích thước của miệng đẩy:

103

- Nếu miệng đẩy tròn thì: d 4F



e) Vẽ đường tròn có đường kính D 2, rồi vẽ hình vuông có tâm là tâm của quạt, cạnh có

độ dài a = A/4 để vẽ các cung có bán kính r 1 , r 2 , r 3 , r 4 tạo thành vỏ xoắn ốc như Hình 5-6 Trong đó, cung AB có bán kính là r 1 , tâm là điểm 1; Cung BC có bán kính là r 2,

tâm là điểm 2; Cung CD có bán kính là r 3 , tâm là điểm 3; Cung DE có bán kính là r 4, tâm là điểm 4

5.2 Quạt hướng trục dùng để thông gió chính

Hiện nay, ở các mỏ khai thác khoáng sản của Việt Nam có sử dụng các loại quạt hướng trục do Liên Xô cũ chế tạo để thông gió chính cho mỏ

Các loại quạt hướng trục có cấu tạo và ký hiệu khác nhau thì có công dụng khác nhau Ví dụ: Quạt вод -16п là quạt hướng trục hai cấp, có hai BCT quay ngược chiều nhau và có hai động cơ dẫn động, dùng để thông gió chính cho mỏ hầm lò và các xí nghiệp mỏ có công suất vừa và nhỏ Các loại quạt вод-21М, вод-30М, вод-40М, вод-50М là những quạt hướng trục có hai cấp, BCT đảo được chiều quay, dùng để

thông gió chính cho mỏ Thứ tự bố trí các tầng cánh dẫn trên roto của nhóm quạt này như sau: BCT1 + DHTG (có điều chỉnh được góc nghiêng) + BCT2 + DHR, trong đó:

DHR: Bộ dẫn hướng ra là bộ nắn dòng chảy của không khí ở nối ra, nó bao gồm các cánh dẫn hướng có thể xoay bằng cơ cấu chuyên dùng để thay đổi góc ra của dòng không khí

BCT: Bánh công tác của hầu hết các quạt hướng trục hiện nay có 12 cánh dẫn xoắn “kiểu vỏ đỗ” Riêng máy quạt вод-16п có 10 cánh dẫn trên BCT

Thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy trong các quạt hướng trục có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chỉ tiêu kinh tế của thiết bị thông gió Các cánh dẫn của thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy của các quạt hướng trục: вод-

21М, вод-30М, вод-40М vµ вод-50 là được cấu tạo theo dạng cong hình cầu, không

bị vặn xoắn

Hiện nay, các nhà máy chế tạo quạt của Liên Xô cũ đã chế tạo được những loại quạt hướng trục khá hiện đại, có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tương đối cao, điển hình là hai loại quạt вод-16п và вод-50

Quạt вод-50 là loại quạt hướng trục tương đối hiện đại và lớn hiện nay, nó dùng để thông gió chính cho mỏ khai thác hầm lò Cấu tạo của máy quạt gió вод-50

trên Hình 5-7

Hình 5-7 Sơ đồ cấu tạo của quạt gió ВОД-50 dùng cho thông gió chính

1- động cơ dẫn động; 2 - khớp nối điện từ và cơ cấu hãm; 3 - trục truyền động;

4 - ống nối dạng răng cưa; 5,9 - bánh công tác (mỗi BCT có 12 cánh dẫn kiểu vặn xoắn); 6 - cánh quạt (cánh dẫn); 7 - bộ phận dẫn hướng trung gian, 8 - cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của bộ phận dẫn hướng; 10 - bộ phận dẫn hướng ra; 11,14 - ổ đỡ;

12 - ống mở rộng; 13 - bệ để bắt giữ chân đế quạt

Hình 5-8 Rôto và hình dạng cánh quạt hướng trục

a)- Rôto của quạt ВОД-50 b)- hình dạng cánh dẫn của quạt ВОД-40M

Bánh công tác 7 và 8 quay ngược chiều nhau và đều được lắp công-xôn vào trục Rô to của quạt được nối với trục truyền động 3, 12 và động cơ dẫn động 1, 14 bằng các khớp nối dạng ống lồng 2, 4 và 13, 10 Ở cơ cấu 2 và 13 được lắp đặt thêm

cơ cấu hãm điện từ, bảo đảm dừng nhanh roto trước lúc đảo chiều quay của BCT

5.3 Thiết bị thông gió chính cho mỏ

Thiết bị thông gió chính cho mỏ bao gồm: quạt làm việc và quạt đảo chiều được nối với các bộ phận phụ ở cửa vào và cửa ra của quạt; lò dẫn gió; ống khuếch tán; bộ tiêu âm; các thiết bị dùng đảo chiều gió Tuy nhiên ở những mỏ không có khí, bụi nổ hoặc nồng độ thấp thì luật an toàn cho phép dùng một quạt để thông gió nhưng phải có động cơ đảo chiều được

Hiệu quả làm việc của các thiết bị thông gió chính phụ thuộc rất nhiều vào việc giải quyết các vấn đề về: làm giảm sự rò gió, giảm sức cản khí động học trong lò thông gió (tổn thất áp suất của tất cả các thiết bị ở trong lò dẫn gió vào khoảng từ (10÷30)%; trong đoạn lò nối giữa lò thông gió với đường lò chính vào khoảng 10% áp suất do máy quạt tạo ra) Sơ đồ của các thiết bị thông gió khác nhau phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu của mỗi loại quạt nhưng tất cả đều phải đảm bảo thời gian đảo chiều gió là ngắn nhất (không được quá 10 phút) khi cần đảo chiều thông gió trong mỏ

106

Theo quy định an toàn thông gió mỏ: Các mỏ khai thác than hầm lò có khí bụi

nổ bắt buộc phải thực hiện thông gió hút nhưng khi xảy ra hỏa hoạn trong lò thì ngay lập tức phải đổi chiều thông gió Thực chất của việc đảo chiều gió là ngăn ngừa những rủi ro tai nạn có thể xẩy ra phát sinh từ mỏ Hiệu quả cao nhất của chế độ đảo chiều thông gió khi cháy mỏ là: Tạo ra một luồng không khí sạch, mát mẻ đến khu vực của đám cháy, cho phép con người di chuyển theo luồng gió sạch đến vùng an toàn hơn, hạn chế đám cháy lan nhanh sang các khu vực khác, hòa loãng nồng độ khí cháy góp phần dập tắt đám cháy…

Theo luật an toàn thông gió mỏ hầm lò quy định: Khi đổi chiều thông gió, lưu lượng không khí sạch ở những khu vực khai thác không được nhỏ hơn 60% lưu lượng không khí lúc bình thường, thời gian đảo chiều gió không được quá 10 phút

5.3.1 Sơ đồ thiết bị thông gió mỏ với quạt ly tâm

Đối với thiết bị thông gió với quạt gió ly tâm, thì việc đảo chiều thông gió được thực hiện nhờ lò dẫn gió đi vòng kết hợp với việc điều khiển sự đóng-mở của các cửa chắn gió Điều này được giải thích rằng ngoài sự phụ thuộc vào hướng quay của BCT, dòng không khí đi qua quạt ly tâm chuyển động từ tâm BCT theo phương hướng kính

ra ngoài Do đó, máy quạt không thể làm việc được khi bánh công tác của nó quay theo chiều ngược

Trên Hình 5-10 là sơ đồ bố trí các thiết bị thông gió chính có hai máy quạt gió

ly tâm вц-25 cùng với hệ thống lò dẫn gió đi vòng và các cửa chắn gió để đảo chiều gió khi cần thiết

7

14

12

3 10

11

Ð2 Ð1

107

Trên Hình 5-10 là sơ đồ bố trí các thiết bị thông gió chính có hai máy quạt ly

tâm вц- 25 được đăt trong hệ thống thông gió chính có đường dẫn gió đi vòng để đảo chiều gió khi cần thiết Nguyên lý làm việc của sơ đồ này như sau:

Khi thông gió bình thường, dòng không khí đi từ lò thông gió chính 1, qua nhánh lò nối số 2, qua khuỷu nối ống số 9, rồi qua ống hút số 3 vào máy quạt gió số

10, sau đó gió bẩn được dẫn qua bộ khuếch tán số 4, qua ống đẩy ra ngoài trời Trong khi đó, cửa chắn gió số 7 và số 8 đang ở vị trí phía trên (nét liền), cửa chắn gió số 5 đang ở vị trí tách ống mở rộng 4 ra khỏi ống dẫn gió đi vòng số 6

Khi muốn đảo chiều thông gió thì: Hạ cửa chắn gió số 7, nâng cửa chắn gió số

14 và số 5 lên (vị trí nét đứt) Khi đó, gió sạch từ ngoài trời được hút vào qua cửa chắn gió 14 đang mở, qua buồng gió, qua ống hút số 3 đi vào máy quạt gió, đi qua lò dẫn gió đi vòng số 6, qua đoạn lò nối số 2 đi vào lò thông gió chính số 1

5.3.2 Sơ đồ thiết bị thông gió mỏ với quạt hướng trục

Đối với những quạt gió hướng trục thông gió chính, việc đảo chiều gió được thực hiện bằng cách thay đổi chiều quay của bánh công tác

Trong nền công nghiệp khai thác than, người ta thường sử dụng các máy quạt

gió hướng trục hai cấp để thông gió chính Trên Hình 5-11 là sơ đồ bố trí các cánh dẫn

của bánh công tác (BCT), bộ dẫn hướng trung gian (DHTG) và bộ dẫn hướng ra (DHR) Đây là sơ đồ đặc trưng về hướng chuyển động của dòng không khí qua các tiết

diện của quạt: Khi làm việc với hướng quay bình thường (a) và khi thay đổi hướng quay (b)

Hình 5-11 Sơ đồ bố trí các các cánh dẫn của BCT, DHTG, DHR và

hướng chuyển động của dòng không khí qua mạng cánh dẫn ở hai chiều quay của quạt

Nguyên lý làm việc được mô tả trên sơ đồ như sau: Khi quạt làm việc bình

thường (Hình 5-11a), dòng không khí có vận tốc hướng trục C T đi vào BCT thứ nhất

qua các cánh dẫn với vận tốc tương đối W 1 Ở đây dòng chảy chuyển động xoáy và có

vận tốc tuyệt đối C 1 Sau đó, không khí đi qua mạng cánh dẫn trung gian (2) đến BCT thứ hai (3) Tại đây, chuyển động của dòng không khí cũng tương tự như ở BCT thứ nhất (1) Sau đó, dòng không khí đi qua mạng cánh dẫn của bộ dẫn hướng ra (4) với

108

vận tốc hướng trục C R và chuyển động đến ống mở rộng để ra ngoài khí quyển Đây là một sơ đồ khí động học điển hình nhất đối với các máy quạt hướng trục dùng cho thông gió chính ở mỏ

Khi thay đổi hướng quay của quạt, thì hướng vận tốc của dòng không khí cũng

thay đổi theo (Hình 5-11b) Không khí chuyển động từ ống mở rộng qua ống góp gió

có chụp thông gió chạy về cạnh sắc (cạnh mỏng nhất) của cánh dẫn BCT, làm giảm đáng kể áp suất của quạt nếu như thiết bị nắn dòng chảy vẫn giữ nguyên vị trí như khi quạt quay thuận Để khắc phục phần nào ảnh hưởng này, với các máy quạt gió hiện đại như: ВОД -21M, ВОД -30M vа ВОД -50, khi thay đổi hướng quay của quạt, thì đồng thời thay đổi góc lắp cánh của các thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy

Khi đảo chiều quay của quạt, trước tiên phải ngắt điện cung cấp cho động cơ dẫn động và nhờ các cơ cấu phanh hãm và dừng nhanh được động cơ truyền động cho quạt Sau đó, dùng các cơ cấu chuyên dụng xoay các cánh dẫn, cánh của thiết bị nắn dòng đến một góc độ đã được tính toán trước Cuối cùng, đảo chiều quay của động cơ bằng cách đảo vị trí hai trong ba mạch lực cung cấp điện cho động cơ

Ở phương pháp này, việc đảo chiều thông gió thực hiện dễ dàng và đơn giản hóa được sơ đồ thiết bị thông gió so với phương pháp dùng máy quạt gió ly tâm

Trên Hình 5-12 là sơ đồ thiết bị thông gió chính có hai quạt gió hướng trục cho phép đảo được chiều quay khi cần đảo chiều thông gió

13

3

14

Hình 5-12 Sơ đồ thiết bị thông gió chính với hai quạt hướng trục đảo được chiều quay

1 - lò thông gió; 2 - nhánh nối lò; 3 - rãnh thông gió chính; 4 - ống hút; 5 - ống

mở rộng; 6 - bộ tiêu âm; 7, 13 - quạt gió; 8, 14 - cửa chắn gió; 9 - khuỷu nối lò; 10, 12

- động cơ truyền động cho quạt; 11 - nhà trạm

109

Nguyên lý làm việc của quạt trong sơ đồ này như sau:

Khi thông gió hút ở chế độ bình thường, dòng không khí đi từ đường lò thông gió số 1 qua nhánh nối lò số 2, rãnh thông gió chính số 3, vào khuỷu nối lò số 9 Lúc này cửa chắn gió số 8 bên phía quạt gió số 7 đang được nâng lên, dòng khí thải đi qua ống hút số 4 vào máy quạt gió số 7 Sau đó, quạt đẩy dòng khí bẩn qua ống mở rộng số

5, qua bộ phận tiêu âm số 6 ra ngoài trời

Khi cần đảo chiều gió, ta đảo chiều quay của quạt, đồng thời phải xoay các cánh của thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy Khi thông gió bình thường hoặc khi đảo chiều gió thì các quạt đều có chung một thiết bị là bộ tiêu âm số 6 Bộ tiêu âm cũng giống như bộ khuếch tán của thiết bị thông gió dùng với quạt ly tâm

5.4 Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị thông gió mỏ

5.4.1 Tài liệu ban đầu

- Lượng không khí yêu cầu để thông gió Q yc , m 3 /s;

- Hạ áp tối đa h max ở cuối thời kỳ khai thác và hạ áp tối thiểu h min ở đầu thời kỳ khai thác của mạng thông gió mỏ;

- Thời gian sử dụng hệ thống thông gió (chính là thời gian khai thác mỏ) T,

năm;

- Sơ đồ mạng thông gió mỏ từ đầu đến cuối thời kỳ khai thác mỏ;

- Sự xuất hiện của các loại khí độc hại, khí dễ bốc cháy trong mỏ hoặc ở từng khu vực mỏ

5.4.2 Sơ lược các bước tính chọn

5.4.2.1 Chọn phương pháp thông gió

Căn cứ vào tình hình cụ thể của mỏ mà lựa chọn phương pháp thông gió phù hợp, đảm bảo tính kinh tế và đúng quy định an toàn hiện hành Thường ở những mỏ có khí bụi nổ (mỏ có khí bụi nổ loại I trở lên) nên chọn phương pháp thông gió hút Còn đối với những mỏ bình thường, không có khí bụi nổ, nếu được cơ quan an toàn cho phép thì có thể lựa chọn phương pháp thông gió đẩy

5.4.2.2 Tính lưu lượng cần thiết và lưu lượng dự trữ của quạt

Căn cứ vào lưu lượng không khí sạch yêu cầu thông gió mỏ Q yc, ta xác định được lưu lượng của máy quạt:

1, 2

trong đó: 1,2 - là hệ số tính đến 20% lưu lượng dự trữ của quạt;

k - hệ số tính đến sự rò gió qua các công trình xây dựng của mỏ và qua rãnh thông gió chính, cụ thể [TL1]:

k = 1,25 - khi thiết bị thông gió ở lò giếng có trục tải thùng Skíp;

k = 1,1 - khi ở giếng nông;

k = 1,3 - khi ở giếng nông có vận chuyển vật liệu chống lò

110

Việc tính toán lưu lượng của quạt theo công thức (5-38) cho hai thời kỳ đầu và cuối của quá trình khai thác mỏ

5.4.2.3 Tính áp suất tĩnh cần thiết của quạt

Khi tính toán áp suất tĩnh của quạt cũng phải tính cho hai thời kỳ khai thác Áp suất tĩnh mà quạt cần phải tạo ra:

5.4.2.4 Chọn quạt để thông gió chính

Việc chọn quạt ly tâm hay hướng trục là phụ thuộc vào lưu lượng và hạ áp yêu cầu của mạng thông gió ở các thời kỳ thông gió khác nhau, cũng như năng suất và áp suất của mỗi quạt nhưng phải dựa vào vùng sử dụng hợp lý (VSDHL) của máy quạt

đó Theo kinh nghiệm, người ta chọn quạt có hiệu suất cao và có tính chắc chắn hơn trong sử dụng, cụ thể như sau:

- Khi lưu lượng của quạt tới 50 m 3 /s và áp suất tới 3000 N/m 2, chọn quạt hướng

trục một hoặc hai cấp có đường kính ngoài của bánh công tác D 2 = (1,0÷1,5)m, làm việc với tốc độ vòng đến 77m/s;

- Khi lưu lượng của quạt từ (30÷350) m 3 /s và áp suất tới 4200 N/m 2, chọn quạt

hướng trục hai cấp có đường kính ngoài của bánh công tác D 2 = (1,8÷3,6)m, làm việc với tốc độ vòng đến 94m/s;

- Khi lưu lượng của quạt từ (60÷300)

m 3 /s và áp suất từ (3300÷4200) N/m 2, nên

chọn quạt ly tâm

Khi lưu lượng và áp suất cảu quạt lớn

hơn các con số nêu trên, thì có thể chọn quạt

ly tâm hay hướng trục, nhưng phải dựa vào

VSDHL và chú ý đến hiệu suất của nó

Việc chọn quạt theo VSDHL được

tiến hành theo chỉ dẫn trên Hình 5-13

Trước hết, lấy trị số lưu lượng tính

toán Qq đưa vào VSDHL của quạt Qua vị trí

của Qq kẻ một đường thẳng đứng và cắt hai

đường thẳng nằm ngang đi qua p tmin và p tmax

tại điểm 1 và điểm 2 Chúng ta nên chọn quạt

nào chứa cả hai điểm 1 và 2 Trường hợp có

nhiều quạt cùng chứa hai điểm ấy, ta chọn quạt nào có đường kính BCT nhỏ hơn, tốc

độ quay cao hoặc quạt có hiệu suất cao hơn Trường hợp khác, chỉ có một trong hai điểm 1 hoặc 2 nằm trong VSDHL của một số quạt, thì ta cần phân tích khả năng điều

Hình 5- 13.Chọn quạt thông gió theo

VSDHL

111

chỉnh chế độ làm việc của các quạt đó xem có đáp ứng được yêu cầu thông gió đặt ra hay không, bên cạnh đó cần phải xem xét thêm chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mỗi quạt Sau đó quyết định chọn quạt có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và khả năng điều chỉnh tốt hơn Nếu xảy ra trường hợp không có quạt nào đáp ứng được yêu cầu thông gió trong suốt quá trình khai thác của mỏ, ta chọn hai hay nhiều quạt cùng làm việc song song

5.4.2.5 Xây dựng các đường đặc tính làm việc của quạt đã chọn

Ứng với các phương pháp điều chỉnh cho phép của quạt, xây dựng các đường đặc tính làm việc của nó đảm bảo được các điều kiện: kinh tế, kỹ thuật và an toàn

5.4.2.6 Xây dựng đường đặc tính mạng dẫn của thiết bị thông gió

Theo công thức xác định quan hệ giữa hạ áp suất h của mỏ và hệ số sức cản R

F - diện tích tiết diện của ống mở rộng (khuếch tán), m 2

Đường đặc tính mạng dẫn của thiết bị thông gió được xây dựng theo hai thời kỳ

(Hình 5-14):

2 min min

Qq, kẻ đường thẳng song song với trục tung cắt đường đặc tính mạng dẫn p min và p max ở

đầu và cuối thời kỳ khai thác ở hai điểm 1 và 2 (Hình 5-14)

112

Hình 5-14 Điểm làm việc của quạt ở các thời kỳ thông gió khác nhau

Lưu lượng dự trữ của thiết bị thông gió ở điểm 3 và 4 – đó là giao điểm của đường đặc tính mạng dẫn ở hai thời kỳ với đường đặc tính áp suất của quạt ở vị trí cao nhất (ví dụ: CD =450)

trong đó:  và Q3  - là lưu lượng dự trữ tương đối của quạt, (%); Q4

Q 3 và Q 4 – là lưu lượng giới hạn cho phép của quạt gió

5.4.2.8 Điều chỉnh chế độ làm việc của quạt thông gió

Căn cứ và các phương pháp điều chỉnh ở quạt đã chọn, ta nên chọn phương pháp điều chỉnh nào cho phù hợp với điều kiện mỏ và tiện lợi trong vận hành Thông thường, người ta thường dùng các phương pháp điều chỉnh sau:

- Thay đổi tốc độ quay của quạt;

- Thay đổi góc lắp cánh của bộ DHV hoặc góc lắp cánh của BCT (đối với quạt gió hướng trục)

5.4.2.9 Xác định công suất động cơ truyền động và chọn động cơ truyền động

Xác định công suất của động cơ truyền động theo hai thời kỳ khai thác mỏ:

- Thời kỳ đầu khai thác (hạ áp cực tiểu):

q t

Q p N

q t

Q p N

N k N

Nếu k > 0,6 thì chọn động cơ có công suất bằng Nmax để truyền động cho quạt gió trong suốt quá trình khai thác mỏ; Nếu k < 0,6 thì ta chọn hai động cơ làm việc cho hai thời kỳ đầu và cuối riêng biệt:

+ Động cơ làm việc ở thời kỳ đầu:

trong đó: đc, lđ, tđ - hiệu suất động cơ điện, lưới điện và hiệu suất truyền động

5.4.2.11 Lập sơ đồ thông gió chính, sơ đồ xây dựng và bố trí trạm quạt, các đường

lò dẫn gió chính, dẫn gió vòng khi cần đảo chiều gió và trạm quạt dự phòng (nếu có)

Tính toán kích thước, cấu tạo rãnh dẫn gió vào, bộ tiêu âm (đối với thiết bị quạt hướng trục); rãnh dẫn gió đi vòng (nếu có); các cửa chắn gió và cửa đảo chiều gió…

Tính toán thiết kế nhà trạm, vịt rí các thiết bị trong nhà trạm…

5.4.2.12 Tính toán thiết kế cung cấp điện và điều khiển truyền động điện cho trạm quạt

- Tính toán lựa chọn trạm biến áp, đường dây cung cấp điện, các thiết bị điện và chiếu sáng nhà trạm

- Tính toán lựa chọn sơ đồ điều khiển truyền động điện trạm quạt, lựa chọn các thiết bị điều khiển tự động và thuyết minh sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động đó

5.4.2.13 Các quy định về an toàn, vận hành, kiểm tra và bảo dưỡng thiết bị thông gió

mỏ khi cần thiết và phải được cơ quan quản lý mỏ có thẩm quyền cho phép

3 Trạm quạt thông gió chính phải có ít nhất hai tổ hợp quạt, một trong hai tổ hợp quạt đó dùng để dự phòng Quạt gió mới hoặc cải tạo lại đều phải cùng kiểu và cùng kích thước Trường hợp đặc biệt, có thể cho phép khác loại nhưng phải bảo đảm

đủ lưu lượng và hạ áp theo yêu cầu thông gió và phải được cơ quan quản lý mỏ có thẩm quyền cho phép theo quy định sau:

+ Đối với những mỏ không nguy hiểm về khí và bụi nổ, cho phép có một tổ hợp thiết bị thông gió chính hoạt động với một động cơ dự phòng