Nghiên cứu đánh giá và đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ vùng quảng ninh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT PHẠM QUANG THÁI NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ VÙNG QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

PHẠM QUANG THÁI

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ VÙNG QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

PHẠM QUANG THÁI

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ VÙNG QUẢNG NINH

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN ANH NGHĨA

Hà Nội 2014

Tôi xin cam đoan luận văn cao học này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các tài liệu, số liệu được nêu trong luận văn là trung thực, khách quan Các luận điểm và các kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công

bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2014

Tác giả luận văn

Phạm Quang Thái

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 3

1.1.Đặc điểm công nghệ khai thác và điều kiện làm việc của các thiết bị điện trong mỏ hầm lò 3

1.1.1 Đặc điểm công nghệ khai thác 3

1.1.2 Các thiết bị phục vụ công nghệ 3

1.1.3 Môi trường hầm lò 4

1.2.Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 4

1.2.1 Cung cấp điện 4

1.2.2 Cung cấp điện cho các khu khai thác 5

1.3.Kết cấu mạng hạ áp của một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 13

1.4 Thiết bị điện hạ áp dùng trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 17

1.5 Nhận xét 22

Chương 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG ĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 23

2.1 Đánh giá công tác an toàn trong khai thác than hầm lò 23

2.1.1 Công tác an toàn trong khai mỏ của Nhật Bản giai đoạn 1950 ÷ đến nay 23 2.1.2 Công tác an toàn trong khai thác than hầm lò của Việt Nam giai đoạn 2008 ÷ 2013 26

2.1.3 Nhận xét 28

2.2 Điều kiện cháy nổ khí mêtan trong mỏ hầm lò 29

2.3 Đánh giá thực trạng điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ vùng Quảng Ninh 31

2.4 Nhận xét 66

Chương 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAOĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH 67

3.1 Khái quát chung 67

3.2 Các giải pháp về tổ chức quản lý 69

3.2.1 Phương pháp đánh giá rủi ro 69

3.2.2 Cách xác định rủi ro 69

3.2.3 Đánh giá rủi ro thiết bị điện mỏ 70

3.3 Các giải pháp về kỹ thuật 75

3.3.1 Lắp đặt thiết bị 75

3.3.2 Lắp đặt cáp điện 78

3.3.3 Tiếp đất bảo vệ 78

3.3.4 Bảo vệ khỏi rò điện 80

3.3.5 Bảo vệ ngắn mạch 81

3.3.6 Bảo vệ quá nhiệt 83

3.3.7 Bảo vệ mạng cáp hạ áp bằng thiết bị tự động tác động nhanh làm việc theo nguyên tắc cắt sớm 87

3.3.8 Bảo vệ bằng bao phủ hợp chất đổ đầy 88

3.4 Nhận xét 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Dương 6

Hình 1.2 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò khu vực-250VM – Công ty than Mông Dương 7

Hình 1.3 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò khu vực V11-KTT – Công ty than Dương Huy 8

Hình 1.4 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò DV-110 vỉa 7.3 – Công ty than Quang Hanh 9

Hình 1.5 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò Chợ 7-3A – Công ty than Thống Nhất 10

Hình 1.6 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò DV7-GVD– Công ty than Vàng Danh 11

Hình 1.7 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò PX KT 10– Công ty than Nam Mẫu 12

Hình 2.1 Vị trí và số vụ tai nạn trong hầm lò Nhật Bản từ 1950÷đến nay 23

Hình 2.2 Tỷ lệ nguyên nhân các vụ tai nạn ở Nhật Bản 25

Hình 2.3 Biểu đồ số vụ tai nạn xẩy ra theo nguyên nhân 27

Hình 2.4 Tỉ lệ các nguyên nhân gây tai nạn 28

Hình 2.5 Biểu đồ tỉ lệ phân loại nguyên nhân gây tai nạn 28

Hình 2.6 Mô hình mô tả điều kiện cháy nổ hốn hợp khí mêtan-không khí 29

Hình 2.7 Cách ly giữa các cọc đấu dây an toàn và không an toàn tia lửa 34

Hình 2.8 Cấu tạo thiết bị thử tia lửa 42

Hình 2.9 Mạch điện trở 45

Hình 2.10 Mạch điện dung 46

Hình 2.11 Mạch điện cảm 47

Hình 2.12 Đo khoảng cách rò 56

Hình 2.13 Đo khe hở 57

Hình 2.14 Đo khoảng cách của hợp chất đổ đầy 57

combai, mạch tiếp đất của máy combai sắp bị đứt và máy combai tiếp xúc với máng

cào 79

Hình 3.3 Sơ đồ bảo vệ cực đại tác động nhanh theo nguyên tắc N.F Shishkin: A- máy cắt tác động nhanh; B- cầu dao môtơ ở động cơ điện;N- vị trí hư hỏng của cáp 87

Hỡnh 3.5 Vỏ cú nắp 88

Hỡnh 3.6 Vỏ kớn toàn bộ 89

Hỡnh 3.7 Ngăn ngừa tiếp xỳc với khụng khớ 89

Hỡnh 3.8 Cỏch ly giữa cỏc mạch điện 89

Bảng 1.2: Tổng hợp số lượng thiết bị ở một số mỏ lớn vùng Quảng Ninh 19

Bảng 1.3: Số lượng phân bổ thiết bị điện ở một số mỏ lớn vùng Quảng Ninh 20

Bảng 2.1 Nguyên nhân các vụ tai nạn trong hầm lò ở Nhật Bản từ năm 24

1950 ÷ đến nay 24

Bảng 2.2 Tổng hợp số vụ, số người chết trong hầm lò than Việt Nam 26

Bảng 2.3 Thời gian trễ nổ của khí CH4 ở nồng độ và nhiệt độ khác nhau 30

Bảng 2.4 Dụng cụ, thiết bị chính phục vụ công tác thử nghiệm 32

Bảng 2.5 Khoảng cách rò, khe hở, khoảng cách qua hợp chất đổ đầy và 35

khoảng cách qua chất cách điện rắn 35

Bảng 2.6 Dòng điện cho phép của dây dẫn bằng đồng 36

Bảng 2.7 Dòng điện cho phép lớn nhất của đường dẫn bằng đồng 36

trên các bảng mạch in 36

Bảng 2.8 Thử va đập 38

Bảng 2.9 Mức thử nghiệm 38

Bảng 2.10 Mômen xoắn tác dụng vào các cọc đấu dây và 39

đầu cốt sử dụng để nối 39

Bảng 2.11 Khả năng chịu xâm thực của vật liệu cách điện 41

Bảng 2.12 Tiêu chuẩn Quốc gia và Quốc tế của thiết bị điện dùng trong môi trường khí cháy nổ 48

Bảng 2.13 Quan hệ giữa cấp bảo vệ an toàn tia lửa với số lần hư hỏng của mạch điện 51

Bảng 2.14: Thiết bị an toàn tia lửa và thiết bị có mạch an toàn tia lửa hiện đang sử dụng trong mỏ vùng Quảng Ninh 52

Bảng 2.15 Một số chủng loại thiết bị điện sử dụng trong mỏ than hầm lò 58

Bảng 2.16 Tổng hợp chủng loại, số lượng thiết bị được đánh giá 61

Bảng 2.17 Kết quả kiểm tra khe hở mối ghép một số chủng loại thiết bị điện 63

hiện đang vận hành ở một số mỏ 63

Bảng 2.19 Kết quả đo điện trở tiếp đất bảo vệ ở một số 65

mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 65

Bảng 3.1: Đánh giá các mức độ rủi ro 69

Bảng 3.2: Một số đánh giá rủi ro trong hệ thống thiết bị điện mỏ 70

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Để đáp ứng nhu cầu nguyên nhiên liệu than cho các ngành công nghiệp trong nước và xuất khẩu,hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam

đã triển khai đồng loạt một số giải pháp như mở rộng, nâng công suất các mỏ than hầm lò, đổi mới công nghệ khai thác, áp dụng cơ giới hóa và tự động hóa trong khai thác….Đồng hànhvới nó cũng tiềm ẩn nhiều mối nguy hiểm như cháy nổ khí mêtan,

nổ bụi than, bục nước Trong những năm qua trong ngành than Việt Nam đã xẩy

ra nhiều vụ cháy nổ khí mêtan gây thiệt hại lớn về người và tài sản, điển hình là vụ

nổ khí mêtan năm 1999 ở Công ty than Mạo Khê làm chết 19 người, năm 2002 ở Xí nghiệp than Suối Lại và Xí nghiệp 909 làm chết 13 người, năm 2006 ở Công ty than Thống nhất làm chết 8 người, năm 2008 ở Công ty than Khe Chàm làm chết 11 người và gần đây nhất năm 2012 ở Công ty than 86 làm chết 4 người Qua phân tích nguyên nhân các vụ nổ khí ở Việt Nam nhận thấy rằng, phần lớn do việc sử dụng các thiết bị điện chưa thực sự được tốt, chưa thực hiện đúng các Quy trình, Quy phạm an toàn do đó dẫn đến những thảm họa đã xẩy ra do tia lửa thiết bị điện trong

lò gây ra

Vì vậy việc nghiên cứu hiện trạng an toàn tia lửa của thiết bị điện mỏ và đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu hiện trạng về điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh và đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Một số mỏ công suất lớn vùng Quảng Ninh: Khe Chàm; Mông Dương; Thống Nhất; Quang Hanh; Dương Huy; Vàng Danh; Hồng Thái; Nam Mẫu; Mạo Khê…

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh

- Đánh giá hiện trạng về điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ hầm

lò vùng Quảng Ninh

- Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

5 Phương pháp nghiên cứu

Thống kê, thu thập số liệu tại các mỏ Tổng hợp, phân tích, đánh giá, nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kinh nghiệm các nước có nền công nghiệp khai thác mỏ phát triểnphục vụ cho công tác nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiến

Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp nâng cao điều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ hầm lò Trong đó quan tâm đến các giải pháp quản lý và kỹ thuật góp phần nâng cao điều kiện làm việc an toàn cho người lao động

Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở để các đơn vị và kỹ thuật viên công tác trong ngành mỏ tham khảo, đưa ra những giải pháp thích hợp, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị điện, đảm bảoan toàn trong khai thác mỏ than hầm lò

7 Bố cục luận văn

Bản thuyết minh luận văn gồm Mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị với 93 trang đánh máy, 24 bảng biểu, 29 hình vẽ

Luận văn Thạc sĩ được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học

Mỏ - Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự chỉ bảo tận tình của người hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Anh Nghĩa, cũng như các ý kiến đóng góp của các nhà khoa học trong lĩnh vực Điện khí hóa mỏ

Tác giả xin chân thành cảm ơn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH

1.1 Đặc điểm công nghệ khai thác và điều kiện làm việc của các thiết bị điện trong mỏ hầm lò

1.1.1 Đặc điểm công nghệ khai thác

Các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh phân bố chủ yếu tập trung ở 3 khu vực chính: Cẩm Phả; Hòn Gai và Uông Bí-Đông Triều

Khai thác than hầm lò hiện nay chủ yếu là sản xuất thủ công với phương pháp khấu than bằng khoan nổ mìn, chống lò bằng cột chống thủy lực đơn, phần cơ giới hóa chủ yếu vận chuyển bằng máng cào, băng tải, tầu điện, tời trục….Một số mỏ có trữ lượng và công suất khai thác lớn đã đưa hệ thống giàn thủy lực di động kết hợp với máy khấu than vào khai thác như Nam Mẫu, Vàng Danh, Khe Chàm…

Một số loại hình vận tải hiện nay trong khai thác mỏ hầm lò:

Loại 1: : Máy xúc (máng trượt) Cầu chuyển tải (máng cào) Băng tải Bunke Băng tải (đang áp dụng tại các dự án tại Hà Lầm, Nam Mẫu….phục vụ đào lò và cơ giới hóa khai thác)

Loại 2: Máy xúc (máng trượt) Máng cào Goòng+Tàu điện Bunke Băng tải lên mặt bằng (dây chuyền vận tải linh hoạt được áp dụng phổ biến tại các đơn vị ở Uông Bí; Mông Dương; Quang Hanh; Dương Huy…)

Loại 3: Máy xúc (máng trượt) Máng cào Goòng + Tàu điện Tời trục lên mặt bằng (dây chuyền vận tải này đang áp dụng ở một số mỏ Vàng Danh; Thống Nhất; Hà Ráng; Bắc Cọc Sáu; công ty Đông Bắc…)

1.1.2 Các thiết bị phục vụ công nghệ

Thiết bị dùng trong khai thác hầm lò là thiết bị điện phòng nổ dùng trong môi trường nguy hiểm về khí cháy nổ Các thiết bị chủ yếu là của Trung Quốc, một số lượng ít thiết bị của Nga, Ucraina, Ba Lan, Nhật Bản…., lượng thiết bị sản xuất trong nước không đáng kể Các thiết bị cung cấp, đóng cắt, điều khiển và các loại

bảo vệ an toàn cho con người và thiết bị Các thiết bị điện dùng trong khai thác hầm

lò chủ yếu bao gồm:

- Trạm điện: biến áp phòng nổ 6/0,69/0,4 kV;

- Thiết bị đóng cắt: máy cắt cao áp, aptomat;

- Thiết bị điều khiển: khởi động từ;

- Động cơ điện, quạt gió, biến áp khoan, chiếu sáng…;

- Máy khai thác, đào lò, khoan…;

- Thiết bị thông tin liên lạc, đo lường;

- Hệ thống cáp dẫn với các cấp điện áp khác nhau

1.1.3 Môi trường hầm lò

rất lớn từ (95÷100)%; môi trường chứa nhiều bụi bẩn có khả năng dẫn điện; có chứa một số loại khí độc như (CO; CO2; H2S….); khí dễ cháy như (CH4; H2…), trong điều kiện môi trường như vậy nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật liệu cách điện và các phần cơ khí của thiết bị

Đặc điểm làm việc của thiết bị trong mỏ hầm lò:

- Không gian chật hẹp, môi trường khắc nghiệt …….do đó đòi hỏi thiết bị có đặc điểm riêng như kín tránh bụi bẩn, hơi ẩm

- Thiết bị phải có độ bền cơ học cao vì thường xuyên di chuyển và dùng trong điều kiện có sự va đập mạnh của đất đá khi sụp đổ lò, do nổ mìn

1.2 Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

1.2.1 Cung cấp điện

Các mỏ được cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, bằng các đường dây 110/220 kV dẫn về các trạm biến áp khu vực; từ các trạm biến áp khu vực, hai tuyến đường dây 35 kV (một làm việc, một dự phòng) dẫn về trạm biến áp chính 35/6 kV của mỏ

Từ các trạm biến áp chính của mỏ, điện áp 6kV được cung cấp tới các trạm biến áp khu vực trong hầm lò bằng các đường dây trên không và cáp lực đến các

trạm biến áp khu vực.Từ các trạm biến áp khu vực trong hầm lò cung cấp điện hạ áp cho các thiết bị khai thác với mức điện áp 380V/660V

1.2.2 Cung cấp điện cho các khu khai thác

Qua khảo sát các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh về mạng điện hạ áp của các

mỏ hầm lò cơ bản giống nhau, cung cấp điện đối với mỗi khu vực, kết cấu và thông

số mạng điện hạ áp khu vực mỏ được quyết định bởi phương pháp mở vỉa; phương pháp khai thác, vận chuyển than, đất đá; chiều dài vỉa, sản lượng vỉa; mức độ trang

bị cơ giới hóa khai thác than

Mỗi khu vực khai thác được cấp điện từ trạm biến áp khu vực 6/0,4/0,69 kV Các trạm biến áp khu vực chủ yếu đặt trong hầm lò được cung cấp điện từ trạm phân phối trung tâm hầm lò Các trạm biến ápđặt trong hầm lò là máy biến áp phòng nổ cố định hoặc được dịch chuyển định kỳ để cung cấp điện hạ áp cho các phụ tải bằng cáp đặt theo đường lò Có một số ít trường hợp trạm biến áp khu vực đặt ở ngoài cửa lò

Hiện nay ở các mỏ, các thiết bị chủ yếu sử dụng cấp điện áp 660V, còn ít mỏ

và khu vực khai thác sử dụng điện áp 380V Một số khu vực khai thác áp dụng công nghệ cơ giới hóa sử dụng cấp điện áp 1140V cho các thiết bị trong tổ hợp của máy khấu như Công ty than Khe Chàm, Công ty than Vàng Danh; Công ty than Nam Mẫu…

Các thiết bị đóng cắt, điều khiển hạ áp được lắp đặt tập trung thành cụm, nhiều khu khai thác các thiết bị thường đặt bên cạnh đường lò gần các máy khai thác

Một hệ thống cung cấp điện điển hình cho một khu vực khai thác - 250VM của mỏ Mông Dương gồm có:

Sơ đồ bố trí thiết bị trong khu vực -250VM hình 1.1

Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện khu vực -250VM hình 1.2

Một số sơ đồ cung cấp điện hạ áp của một số mỏ hầm lò từ hình 1.3 đến 1.7

L X V S è

3 -M 6

L

D V 5 -T 7

B¶ng kª thiÕt bÞ

1 Tr¹m biÕn ¸p khu vùc 2

3 5 6 7

Têi ®iÖn M¸y xóc ZCY-60

Tñ ph©n phèi ®iÖn

8 Qu¹t giã côc bé

§­êng c¸p ®iÖn

M

M

Lß V

C

-250 K8-P-VM.

Lß DVVC-250K8-T-VM.

DV2 -232.53

lß h

a g

9 c t( -97.5 -;- -250)

38.500

Lß D

V C -2 50 M 7

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị điện trong hầm lò mức -250VM – Công ty than Mông Dương

kbz-9-400

Kn=1,62 Ic®=1500A

L> 5m

YAKU-T5 380/660V

kbj-350

Kn=4,0 Ic®=400A

Kn=4,6 Ic®=400A

dz dz

dz

R t® < 

M¸y xóc ZCY-60 P=45KW

200

KBZ 630

TR? M BI? N ÁP S? 18, S=400KVA (6/0,69KV) Ð? T T? I M? C -50 C? M V?A 4,5,6,7

KBD 350

DW 200

QBD 120

QBD 120

Qu?t gió FBDY, P=2x30kw thông gió chính, Idm=33A

3x70+1x10 L=350m

3x50+1x10

L=05m

3x50+1x10 L=05m

QBD 120

QBD 120

3x50+1x10 L=05m

3x50+1x10 L=75m

Máng cào SKAT80 P=18,5KW, I dm=20,4A (s? 1)

pp-03

DW 200

QBD 120

QBD 120

Qu?t gió FBDY2x30kw thông gió chính, Idm=33A

3x50+1x10 L=05m

3x50+1x10 L=05m

DW 200

QBD 120

QBD 120

3x50+1x10 L=05m

3x50+1x10 L=75m

3x50+1x10 L=75m

kn = 2.2

Icd = 400A

kn = 7.64 Icd = 300A

Id=50A Icd = 250A

kn = 5,92 Icd = 300A

Id=50A Icd = 250A

kn = 8,48 Icd = 200A Id = 30AIcd = 150A

Máng cào SKAT80 P=18,5KW, Idm=20,4A (s? 2)

Máng cào SKAT80 P=18,5KW, Idm=20,4A (s? 3)

Máng cào SKAT80 P=18,5KW, Idm=20,4A (s? 4)

Hình 1.4 Sơ đồ cung cấp điện hạ áp trong hầm lò DV-110 vỉa 7.3 – Công ty than Quang Hanh

3x50+1x10 50m

Qbz-80 K-449

Ic®=200A

ATP-200 A- 424

Ic®=300A

KDB-350 (A281)

3x50+1x10 5m

=5M

Ic®= 45A

A? -4 BK-128

18,5

M.cµo T.TG-VC +10-:-+50, L=50m

KDP-80 K-978

15

Qbz-80 K-451

3x35+1x10 70m

qBZ-200 (K609)

ATP-400 (A387)

qBZ-200 (K610)

B¬m dung dÞch BRW 80/ 35 sè 2

5m

18,5

Qbz-80 K-450

A? -4 BK-129

Ic®=200A

ATP-200 A-128

4,5

QC83-80 K-452

3x25+1x10 3m

3x35+1x10 5m

18,5

QC83-80 K-430

11

Qu¹t giã YBT-11

3x35+1x10 5m

Ic®=200A

ATP-200 A-422

3x35+1x10 5m

18,5

QC83-80 K-430

QC83-80 K-419

A? -4 BK-127

HN

3x50+1x10 200m

3x50+1x10 10m 3x50+1x10

18,5

QC83-80 K-430

Ic®=200A

ATP-200 A-455

11

Qu¹t giã YBT-11 Thu håi v× s¾t lß+105

3x25+1x10 5m

QC83-80 K-419

I cd = 450A

KBD-400 A-302

3x50+1x10 200m

C? M éI?N TR?M D?CH Lề DV-VT mức+0 GVD

3x50+1x10 60m

ATP-350 A-187

3x25+1x10 5m

Bom XRB2B s? 1 37

3x25+1x10 5m

Bom XRB2B s? 2

ATP-350 A-467

3x50+1x10 5m

M.cào SKAT Cúp tiêu than

3x35+1x10 125m

C? M éI?N Lề cúp TIấU THAN

3x35+1x10 50m

M.cào SKAT Thượng TG-VC

18,5

KDP-30 K-934

3x35+1x10 5m

18,5

QBZ-80 K-96

3x35+1x10 70m

M.cào SKAT s? 2

M.cào SKAT s? 1

3x35+1x10 75m

M.cào SKAT s? 3

3x35+1x10 60m

M.cào SKAT s? 4

3x35+1x10 60m

M.cào SKAT s? 5

ATP-350 A-421

3x25+1x10 5m

ATP-350 A-466

3x35+1x10 5m

M.cào SKAT s? 6 18,5

Bơm chìm BQK 30-5,5 5,5

? U =34,5V

3x10+1x6 5m 3x35+1x10

v a

BX§-50 660/100

TI 500/50 kwh

350/660

TI 500/50 kwh

350/660

BX§-50 660/100

TI 500/50 kwh

350/660

BX§-50 660/100

TI 500/50 kwh

350/660

BX§-50 660/100

TI 500/50 kwh

350/660

Ic® =135 A

M¸ng cµo MC-80/15 sè 4 L=40m (s ? ki?m kê 123)

BGP9 L-6G

l  5m

18,5 1450

Ic® =135 A

M¸ng cµo MC-80/15 sè 5 L=40,5m(s ? ki?m kê 18)

C¸p : 3x50+1x10

L = 50m

C5

18,5 1450

Ic® =135 A

M¸ng cµo MC-80/15 sè 3 L=40m (s ? ki?m kê 125) C¸p : 3x50+1x10

L = 50m

ic®= 10A

ChiÕu s¸ng tÝn hiÖu

Ic®=450 A ic®=600A YCQJR -400

ATP-I -200 A8

30 1450

Ic® =220 A

M¸ng cµo SGB420/22-30 sè 1 (s ? ki?m kê 120)

C¸p : 3x35+1x10

L = 50m

30 1450

Ic® =220 A KBD

-200 Ic® =300A

M¸ng cµo SGB420/22-30 sè 2 (s ? ki?m kê 124)

Các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò Quảng Ninh có tổng chiều dài mạng không lớn từ 0,53,2 km (trung bình 1,0 km); phân nhánh không nhiều, có từ 17 nhánh;

số thiết bị đấu vào mạng trung bình ở các mỏ là 12 thiết bị; chiều dài xa nhất từ máy biến áp đến phụ tải từ 0,121,5 km (trung bình 0,40,5 km) Mạng cáp điện hạ áp hầm lò thường sử dụng các loại cáp hạ áp có mức điện áp đến 660 V, do Nga và Trung Quốc sản xuất Cáp điện được treo bên cạnh đường lò trên các móc treo, tuổi thọ từ 13 năm đối với cáp ở những đường lò di chuyển nhiều, ảnh hưởng của đất

đá, sụp đổ lò; ở những đường lò chính, ổn định, ít bị tác động trực tiếp của điều kiện khai thác, thời gian sử dụng có thể được lâu hơn

Bảng 1.1 Cấu hình mạng hạ áp của một số mỏ vùng Quảng Ninh

Số phân nhánh (n)

Chiều dài mạng xa nhất Lmax (km)

Tổng chiều dài mạng L (km)

Tổng thiết bị đấu vào mạng (N)

1.4 Thiết bị điện hạ áp dùng trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

Thiết bị điện trong các mỏ khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh bao gồm rất nhiều chủng loại khác nhau: Máy biến áp lực, biến áp khoan và chiếu sáng, máy cắt, aptomat, khởi động từ, rơle rò điện, quạt gió, máy nén khí, máng cào, băng tải, tời điện, khoan điện cầm tay, máy xúc lật hông, máy khoan cần… Các thiết bị này chủ yếu của Trung Quốc sản xuất, một số lượng nhỏ thiết bị do Nga, Ba Lan, Séc, Việt Nam… sản xuất

Một số loại thiết bị thường sử dụng trong khai thác mỏ như máy biến áp lực của Nga loại: TKШBП; Trung Quốc loại KBSG, KBSGZY; Việt Nam loại TBKP

Quốc ZBZ; Áptômát của Nga loại AФB-1A, AФB-2A, AФB-1AT, AФB-2A; Trung Quốc loại DW80, BKD ; Việt nam ATM-(I, II)…; Khởi động từ của Nga loại ПMBИ, ABB; Trung Quốc loại QBZ, QJZ, QC…; Ba Lan loại KWSOI, OWD…; Việt Nam loại KDP-(I,II); động cơ phòng nổ thường sử dụng loại BOA; YB; YBK2; JDSB; dSKg; 3PN132,160, 180…do Nga, Trung Quốc, Ba Lan và Việt Nam sản xuất

Tổng hợp số lượng thiết bị điện phòng nổ chủ yếu trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh được thống kê trong bảng 1.2

Thống kê phân bố thiết bị điện mỏ phòng nổ sử dụng trong mỏ than hầm lò

vùng Quảng Ninh như trong bảng 1.3

Khe Chàm

Mông Dương

Thống Nhất

Quang Hanh

Dương Huy

Mạo Khê

Nam Mẫu

Than Uông

Bí

Vàng Danh

Stt Chủng loại

Số lượng huy động của các đơn vị

% Khe

Chàm

Mông Dương

Thống Nhất

Quang Hanh

Dương Huy

Mạo Khê

Nam Mẫu

Than Uông

Bí

Vàng Danh

Trung Quốc 44.72

7 Máy biến áp phòng nổ ( Biến áp

- Thiết bị phục vụ cho khai thác, vận tải….đa dạng, nhiều chủng loại; các thiết

bị đóng cắt, điều khiển lắp đặt phân tán, không thuận tiện trong công tác quản lý và vận hành, phần nhiều các thiết bị lắp đặt bên cạnh lò, rất ít khu vực thiết bị để trong các khám riêng biệt

- Các thiết bị được kê cao trên các giá kê bằng sắt, một số ít khu vực thiết bị

kê trên gỗ

- Hệ thống cáp điện cao, hạ áp, thông tin, đo lường được treo bên cạnh đường

lò, tuy nhiên nhiều vị trí, khu vực của các mỏ hệ thống cáp vẫn chồng chéo lên nhau không theo quy định

- Các thiết bị điện sử dụng trong các mỏ hầm lò đa dạng, nhiều chủng loại chủ yếu của Trung Quốc chế tạo chiếm số lượng lớn từ 75% đến 85%, còn lại là của Nga, Ba Lan, Việt Nam… chế tạo chiếm số lượng nhỏ từ 15% đến 25%

- Tất cả các thiết bị được đấu vào hệ thống tiếp đất chung của mỏ

- Thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt…do đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền thiết bị, điều kiện an toàn mỏ (cách điện của thiết bị nhanh giảm, các phần cơ khí dễ bị ăn mòn hóa học….)

Chương 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG ĐIỀU KIỆN AN TOÀN TIA LỬA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN MỎ HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH

2.1 Đánh giá công tác an toàn trong khai thác than hầm lò

2.1.1 Công tác an toàn trong khai mỏ của Nhật Bản giai đoạn 1950 ÷ đến nay

Trong khai thác than hầm lò luôn có khí cháy nổ mêtan (CH4) đồng hành thoát

ra Các vụ cháy nổ khí, nổ bụi than xẩy ra phải hội tụ đủ 2 yếu tố: môi trường nổ và nguồn gây nổ Để ngăn ngừa những tai nạn cháy nổcần triệt tiêu hoàn toàn nguồn tia lửa và môi trường nguy hiểm có chứa CH4 gây nổ

Ở Nhật Bản đã xẩy ra nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng ở các mỏ than do nổ khí,

nổ bụi than, sập đổ lò, sự tự cháy, cháy dưới đường lò, bục khí……Các vụ tai nạn nghiêm trọng xẩy ra trong hầm lò Nhật Bản từ năm 1950 ÷ đến nayđược thể hiện trên hình 2.1; hình 2.2 và bảng 2.1

Hình 2.1 Vị trí và số vụ tai nạn trong hầm lò Nhật Bản từ 1950 ÷ đến nay

Nguyên nhân các vụ tai nạn trong hầm lò của Nhật Bản từ năm từ năm 1950÷ đến nay như trong bảng 2.1

0 20 40 60 80 100

Bảng 2.1 Nguyên nhân các vụ tai nạn trong hầm lò ở Nhật Bản từ năm

Cháy tự nhiên 7%

Hư hỏng điện 30%

Ngọn lửa trần 29%

Tia lửa do máy móc 4%

Chưa biết 7%

Nhận xét

Qua thống kê các vụ thảm họa gây chết nhiều người và thiệt hại lớn về kinh tế trong mỏ hầm lò khai thác than ở Nhật Bản giai đoạn 1950 ÷ đến naynhận thấy,một

số nguyên nhân chủ yếu gây ra là:

- Do tia lửa của thiết bị điện gây ra chiếm tỷ lệ lớn 30%;

- Tia lửa do nổ mìn chiếm 23%;

- Ngọn lửa trần chiếm 29%;

- Tia lửa do máy móc chiếm 4%,

- Cháy tự nhiên chiếm 7% và chưa rõ nguyên nhân chiếm 7%

Để làm giảm và ngăn ngừa tia lửa điện do thiết bị điện gây ra cần có những giải pháp kỹ thuật, quản lý phù hợp cho từng khu vực khai thác hầm lò theo điều kiện cụ thể của từng đơn vị

2.1.2 Công tác an toàn trong khai thác than hầm lò của Việt Nam giai đoạn 2008÷2013

Trong những năm gần đây do sản lượng khai thác theo yêu cầu tăng nhanh, cùng với công nghệ khai thác và máy móc thiết bị được áp dụng nhiều trên quy mô rộng và ngày càng xuống sâu, cộng với tính phức tạp trong sản xuất, vấn đề rủi ro gây tai nạn nghiêm trọng ngày càng diễn biến phức tạp, số vụ tai nạn có xu hướng tăng lên mặc dù đã triển khai nhiều giải pháp đối sách

Số vụ tai nạn và số người chết trong khai thác than hầm lò ở Việt Nam từ năm

2008 đến 8/2013 được thống kê trong bảng 2.2 và các hình 2.3; hình 2.4; hình 2.5

Bảng 2.2 Tổng hợp số vụ, số người chết trong hầm lò than Việt Nam

Năm

lò

Ngạt khí, nhiễm độc khí

Cháy nổ khí CH4 Bục nước

Cơ điện, vận tải Nổ mìn

Nguyên nhân khác

Bục nước

Cơ điện vận tải

Nổ mìnNguyên nhân khác

44 7

2 4

25 6

22

55 9

15 9

28 6

26

Sập đổ lò40%

Ngạt , nhiễm độc khí6%

Cháy nổ khí CH42%

Bục nước4%

Cơ điện vận tải23%

Nổ mìn5%

Nguyên nhân khác20%

Hình 2.4 Tỉ lệ các nguyên nhân gây tai nạn

Hình 2.5 Biểu đồ tỉ lệ phân loại nguyên nhân gây tai nạn 2.1.3 Nhận xét

Từ năm 2008 đến tháng 8 năm 2013, trong khai thác than hầm lò, ngành than

đã xẩy ra 110 vụ tai nạn làm chết 148 người,trung bình mỗi năm xẩy ra 18,33 vụ, làm chết 24,66 người Các vụ tai nạn cũng như người chết xẩy ra trong các năm gần đây không có xu hướng giảm, năm 2008 là 20 vụ với 30 người chết, năm 2010 là 27

vụ với 34 người chết, 8 tháng đầu năm 2013 là 12 vụ với 18 người chết

Các vụ tai nạn xẩy ra với nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó sập đổ lò chiếm 40% số vụ và 37% số người chết;tai nạn liên qua đến cơ điện, vận tải chiếm 23% số vụ và 19% số người chết; tai nạn cháy nổ khí tuy chỉ chiếm 2% (2 vụ) nhưng số người chết lớn (15 người) chiếm 10%

Qua biểu đồ và thống kê nhận thấy các vụ tai nạn xẩy ra liên quan đến tất cả các khâu trong dây truyền công nghệ khai thác, cơ điện, vận tải, cháy nổ khí…, nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tai nạn chết người do nguyên nhân chủ quan của người công nhân hoặc người quản lý chiếm đến 52%; nguyên nhân khách quan

Khách quan 6%

Chủ quan 52%

Khách quan + chủ quan 42%

chiếm tỉ lệ nhỏ 6%; còn lại số vụ tai nạn xẩy ra do nguyên nhân chủ quan kết hợp với khách quan

Số vụ tai nạn cháy nổ khí tuy ít xẩy ra, chiểm tỉ lệ nhỏ tuy nhiên mức độ thiệt hại lớn (số người chết nhiều) và để tránh khỏi những hậu quả nghiêm trọng đáng tiếc xẩy ra cần xem xét nghiên cứu một số giải pháp ngăn ngừa số các vụ tai nạn nói chung và tai nạn cháy nổ khí nói riêng

2.2 Điều kiện cháy nổ khí mêtan trong mỏ hầm lò

Theo các nghiên cứu cũng như các thử nghiệm, để có thể xảy ra cháy nổ khí cháy phải hội tụ đồng thời 2 điều kiện (hình 2.6):

- Môi trường không khí mỏ có chứa CH4và nồng độ khí mêtan nằm trong giới hạn nguy hiểm nổ

- Có nguồn nhiệt năng đủ sức gây nổ

Hình 2.6 Mô hình mô tả điều kiện cháy nổ hốn hợp khí mêtan - không khí

Khí cháy mêtan (CH4)sinh ra và tồn tại đồng hành với vỉa than, nhưng phân bố không đồng đều trong các vỉa than

Nguồn nhiệt năng (lửa) do nhiều yếu tố gây lên: con người, thiết bị (ma sát, tĩnh điện, tia lửa , quá nhiệt…)

Khi tiếp xúc với nguồn gây cháy, hỗn hợp khí nổkhông cháy nổ ngay mà trễ sau một khoảng thời gian nào đó Thời gian bắt cháy của khí mêtan ở các nồng độ

và nhiệt độ là khác nhau, thời gian này giảm đi nhiều khi nhiệt độ tăng cao và tăng

Ch¸y næ

Nguån löa

Nhiªn liÖu (metan)

Oxy (Kh«ng khÝ)

không đáng kể khi hàm lượng khí CH4 trong không khí tăng lên Thời gian trễ nổ khí CH4 khi cháy nổ theo bảng 2.3

Các nguồn nhiệt năng gây cháy nổ hỗn hợp không khí – mêtan có thể là:

- Tia lửa phát sinh từ các nguồn điện năng:

+ Tia lửa và các sản phẩm nổ, sản phẩm ngắn mạch hồ quang phát sinh bên trong vỏ thiết bị phụt qua khe hẹp của vỏ ra môi trường xung quanh vỏ; + Tia lửa, hồ quang phát sinh khi đóng cắt tiếp điểm của mạch điện hoặc khi xẩy ra ngắn mạch trong mạng điện;

+ Nhiệt năng của bộ phận mang dòng điện bị nung nóng quá mức do dòng điện ngắn mạch;

+ Tia lửa điện, hồ quang điện phát sinh trong mạch nối đất do dòng điện dò

- Tia lửa phát sinh do phóng tĩnh điện trên bề mặt chất cách điện

- Tia lửa phát sinh do nổ mìn bằng thuốc nổ không an toàn

- Tia lửa phát sinh do ma sát, va đập

Trong điều kiện bình thường, nồng độ khí mêtan trong không khí ở phạm vi 5÷15% là hỗn hợp khí nguy hiểm cháy nổ nhất

Qua các tài liệu nghiên cứu nhận thấy nồng độ dễ gây nổ nhất của hỗn hợp mêtan-không khí khác nhau khi mà nguồn gây nổ khác nhau: nồng độ khoảng 8,3

÷8,5% nếu nguồn gây nổ là tia lửa phóng điện hoặc hồ quang điện; bằng 9,8  0,2% nếu nguồn gây nổ là nhiệt năng sinh ra trực tiếp từ sợi tóc của bóng đèn mỏ; bằng 6,4 ÷ 7,4% nếu nguồn gây nổ là tia lửa do ma sát hoặc va đập; bằng 9,5% nếu nguồn gây nổ là tia lửa phụt qua khe hẹp

Năng lượng gây cháy tối thiểu hỗn hợp không khí - mêtan bằng tia lửa điện ở áp

2.3 Đánh giá thực trạngđiều kiện an toàn tia lửa của các thiết bị điện mỏ vùng Quảng Ninh

Quá trình làm việc của thiết bị điện sinh nhiệt và sinh ra các tia lửa như hồ quang điện, tia lửa điện, ma sát, tĩnh điện hoặc các bộ phận dẫn điện bị nung quá nóng…, các tia lửa phải được kiểm soát đảm an toàn không thể gây cháy nổ

Trên cơ sở chế tạo các thiết bị điện dùng trong môi trường có khí cháy nổ, yêu cầu kỹ thuật an toàn phòng chống cháy nổ, ta có thể chia thành các nhóm như sau:

- Nhóm thứ nhất: tia lửa, hiệu ứng nhiệt của mạch điện; thiết bị điện sinh trong quá trình hoạt động bình thường hoặc sự cố không thể để gây cháy nổ bầu không khí nguy hiểm nổ xung quanh nó

- Nhóm thứ hai: nhóm các thiết bị điện ngăn chặn tia lửa và các sản phẩm nổ, sản phẩm ngắn mạch hồ quang phát sinh khi đóng cắt tiếp điểm của mạch điện hoặc khi xẩy ra ngắn mạch trong mạng điện bên trong vỏ thiết bị phụt qua khe hẹp của vỏ

ra môi trường xung quanh vỏ; các bộ phận mang dòng điện bị nung nóng quá mức bởi dòng điện có thể gây cháy nổ bầu không khí xung quanh nó

Để đánh giá an toàn tia lửa của các thiết bị, có hai phương pháp đánh giá chúng:

- Kiểm tra và thử nghiệm trong phòng thử nghiệm

- Kiểm tra và đánh giá thông qua các yêu cầu kỹ thuật trong các tiêu chuẩn

2.3.1 Cơ sở đánh giáđiều kiện an toàn tia lửa

2.3.1.1 Phương pháp kiểm tra thử nghiệm trong phòng thử nghiệm

Các thiết bị phải được đánh giá tính phù hợp với tiêu chuẩn thiết bị điện phòng

nổ tại các cơ quan tổ chức được công nhận và chỉ định