Nghiên cứu, đánh giá phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước của một số mỏ than hầm lò khi khai thác xuống sâu, phương hướng nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm

trần thị thanh Nghiên cứu, đánh giá phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước của một số mỏ than hầm lò khi khai thác xuống sâu, phương hướng nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm

trần thị thanh

Nghiên cứu, đánh giá phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước của một số mỏ than hầm lò khi khai thác xuống sâu, phương hướng nâng cao

hiệu quả sử dụng máy bơm

trường đại học mỏ - địa chất

trần thị thanh

Nghiên cứu, đánh giá phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước của một số mỏ than hầm lò khi khai thác xuống sâu, phương hướng nâng cao hiệu quả

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

MỞ ĐẦU 7 CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT SỬ DỤNG BƠM

LY TÂM ĐỂ THOÁT NƯỚC TẠI MỘT SỐ MỎ HẦM LÒ KHI

KHAI THÁC XUỐNG SÂU

10

1.1 Xu hướng phát triển của các mỏ than hầm lò trong tương lai

1.2 Phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước hầm lò

10

15 CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM LY

TÂM TRONG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHI KHAI THÁC

XUỐNG SÂU CỦA MỘT SỐ MỎ HẦM LÒ

30

2.1 Cơ sở xác định điểm làm việc của bơm ly lâm trong mạng dẫn

2.2 Ứng dụng phần mềm Matlab Xác định điểm làm việc của bơm ly

tâm trong hệ thống thoát nước chính tại một số mỏ hầm lò hiện tại

2.3 Ứng dụng phần mềm Matlab Xác định điểm làm việc của bơm ly

tâm trong hệ thống thoát nước của một số mỏ hầm lò khi khai thác

SO SÁNH VÀ ĐƯA RA MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO

HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG THOÁT NƯỚC

CHÍNH TẠI MỘT SỐ MỎ THAN HẦM LÒ KHI KHAI THÁC

XUỐNG SÂU

65

3.1 Vùng làm việc hiệu quả của bơm ly tâm trong hệ thống mạng dẫn

3.2 Hiệu quả sử dụng bơm ly tâm trong thoát nước chính tại một số mỏ

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

TrangBảng 2.1 Đặc điểm các thông số trong một hệ thống đường ống

thoát nước trạm bơm chính -54 Hà Lầm

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của bơm LTC450-65x2

Bảng 2.3 Đặc điểm các thông số trong một hệ thống đường ống

thoát nước trạm bơm chính -225 Khe Chàm

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của bơm FD720-72x5

Bảng 2.5 Đặc điểm các thông số trong một hệ thống đường ống

thoát nước trạm bơm chính -97,5 Mông Dương

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của bơm hai cửa hút 200LHP-660

Bảng 2.7 Đặc điểm các thông số trong một hệ thống đường ống

thoát nước trạm bơm trung tâm -250 Mông Dương

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật của bơm ly tâm D580-60x6

Bảng 2.9 Đặc điểm các thông số trong một hệ thống đường ống

thoát nước trạm -300 Hà Lầm

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của bơm MD650-70x6

Bảng 3.1 Đặc điểm trạm thoát nước tại Hà Lầm, Khe Chàm và

Mông Dương

Bảng 3.2 Thông số làm việc của bơm ly tâm trong trạm thoát nước

tại Hà Lầm, Khe Chàm và Mông Dương

Bảng 3.3 Thông số làm việc của bơm ly tâm trong trạm thoát nước

khi xuống sâu tại Hà Lầm, Mông Dương

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TrangHình 1.1 Các sơ đồ thoát nước khi khai thác một cấp

Hình 1.2 Các sơ đồ thoát nước khi khai thác nhiều cấp

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý trạm bơm trung tâm -225m Khe Chàm

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý trạm bơm trung tâm -97,5m Mông Dương

Hình 1.5 Sơ đồ trạm bơm trung tâm -54m Hà Lầm

Hình 1.6 Sơ đồ trạm bơm -300 Hà Lầm

Hình 1.7 Sơ đồ trạm bơm -250 Trung tâm Mông Dương

Hình 1.8 Sơ đồ trạm bơm -225 Khe Chàm

Hình 2.3 Ghép song song tập trung hai máy bơm giống nhau

Hình 2.4 Hai máy bơm giống nhau làm việc nối tiếp

Hình 2.5 Ghép nối tiếp tập trung và ghép song song

chính -54 Hà Lầm

Hình 2.7 Đường đặc tính mạng dẫn của một tuyến đường ống thoát

nước chính -54Hà Lầm

Hình 2.9 Đường đặc tính máy bơm LTC450-65x2 trạm bơm chính -54

Hà Lầm

Hình 2.10 Điểm làm việc của bơm LTC450-65x2 tại mức -54 Hà Lầm

chính -225 Khe Chàm

Hình 2.12 Đường đặc tính mạng dẫn trạm bơm chính -225 Khe Chàm

FD720-72x5

Hình 2.14 Đường đặc tính máy bơm FD720-72x5 mức -225 Khe Chàm

Hình 2.15 Điểm làm việc bơm FD720-72x5 mức -225 Khe Chàm

Hình 2.18 Sơ đồ khối tính Kb, Ho cho một cấp của máy bơm mức -97,5

Mông Dương

Hình 2.19 Đường đặc tính bơm 200LHP-660 mức -97,5 Mông Dương

Hình 2.20 Điểm làm việc bơm200LHP-660 mức -97,5 Mông Dương

Hình 2.22 Đường đặc tính mạng dẫn trạm bơm -250 trung tâm Mông

Dương

trung tâm Mông Dương

Hình 2.24 Đường đặc tính bơm D580-60x6 mức -250 trung tâm Mông

Hình 2.30 Điểm làm việc bơm MD650-70x6mức -300 Hà Lầm

Hình 3.1 Điểm xác định chế độ làm việc của máy bơm ly tâm

Hình 3.2 Điểm làm việc của bơm LTC450-65x2 tại mức -54 Hà Lầm

Hình 3.3 Điểm làm việc của bơm 200LHP660 mức -97,5 Mông

Dương

Hình 3.4 Điểm làm việc của bơm FD720-72x5 mức -225 Khe Chàm

Hình 3.5 Điểm làm việc của bơm D580-60x6 mức -250 trung tâm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo tổng sơ đồ phát triển của ngành Than thì năm 2010 phải đạt sản lượng 48-50 triệu tấn Năm 2015 đạt 60- 65 triệu tấn Năm 2020 từ 70-75 triệu tấn Đến năm 2025 khoảng 80 triệu tấn [21]

Với việc hoàn thành nhanh hàng loạt nhà máy nhiệt điện, xi măng, luyện thép thì từ sau năm 2011-2012 sức tăng trưởng của ngành than sẽ không đủ sức đáp ứng tiêu dùng trong nước nếu không có sự đầu tư cực lớn, hầu hết các

mỏ lộ thiên và hầm lò ở bể than Đông Bắc đang phải xuống sâu dưới mặt nước biển âm trên 300m Độ sâu trung bình mỏ hầm lò hiện nay là -100m; năm 2015 là -300m; năm 2020 có thể đạt -500m

Để phục vụ tốt cho công tác khai thác khi xuống sâu thì công việc thoát nước chiếm một vị trí rất quan trọng Điều đó đòi hỏi các mỏ phải nghiên cứu, ứng dụng và cải tạo các hệ thống bơm thoát nước hiện tại và nghiên cứu phương án thoát nước mới trong tương lai

Vì các lý do trên đây, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá phương án kỹ thuật

sử dụng bơm ly tâm để thoát nước của một số mỏ than hầm lò khi khai thác xuống sâu, phương hướng nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm” được đặt ra

2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các phương án thoát nước của các mỏ để tính toán, lựa chọn được hệ thống thoát nước thích hợp khi khai thác xuống sâu trong hiện tại và tương lai

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là máy bơm ly tâm dùng trong thoát nước khi khai thác xuống sâu của mỏ hầm lò

Phạm vi nghiên cứu là mỏ than Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương

- Đánh giá phương án thoát nước tại các mỏ: Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương…

- Đánh giá hiệu quả sử dụng máy bơm trong trạm thoát nước của các mỏ: Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương…

- Tính toán xác định chế độ làm việc của bơm thoát nước mỏ ở các mỏ:

Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương… để khẳng định được tính hợp lý của các phương án

- Đưa ra phương hướng nâng cao hiệu quả sử dụng bơm trong thoát nước mỏ xuống sâu

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được những mục đích nghiên cứu, luận văn đã sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu: Thu thập các tài liệu liện quan đến lĩnh vực nghiên cứu, sau đó phân tích, tổng hợp, đánh giá bơm ly tâm được dùng để thoát nước cho các mỏ Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương

- Áp dụng phần mềm Matlab trong việc tính toán, xác định điểm làm việc của bơm

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến góp ý của giáo viên hướng dẫn, các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Xây dựng phương pháp tính toán, lựa chọn và kiểm tra xác định chế độ làm việc hợp lý của các máy bơm thoát nước mỏ hầm lò

Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần hoàn thiện tài liệu tính toán lựa chọn, lắp đặt và vận hành thiết bị thoát nước khi khai thác xuống sâu

7 Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận được trình bày trong 85 trang với 13 bảng và 48 hình

8 Cơ sở tài liệu của luận văn

- Tài liệu về trạm thoát nước của các dự án của các công ty than Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương

- Tài liệu về phần mềm Matlab- Simulink

- Tài liệu về xây dựng đường đặc tính bơm, cách xác định điểm làm việc của bơm trong hệ thống mạng dẫn

- Tài liệu về tình hình phát triển Than Việt Nam hiện tại và trong tương lai

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT SỬ DỤNG BƠM LY TÂM ĐỂ THOÁT NƯỚC TẠI MỘT SỐ MỎ HẦM LÒ

KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU 1.1 Xu hướng phát triển của các mỏ than hầm lò trong tương lai

Trong Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam có 20 mỏ khai thác hầm

lò, trong đó có 7 mỏ hầm lò có công suất lớn từ 1.000.000 tấn than trở lên gồm các mỏ than: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy Hầu hết các mỏ còn lại đã được cải tạo công suất để đạt mức (300.000 ÷ 800.000) tấn/năm [22]

Ở hầu hết các mỏ hầm lò, sơ đồ khai thông, mở vỉa được áp dụng là phương pháp khai thông bằng giếng nghiêng kết hợp lò bằng từng tầng, sử dụng băng tải vận chuyển than trên giếng chính để đáp ứng yêu cầu nâng công suất mỏ hàng năm Công nghệ khai thác phổ biến là lò chợ chia cột dài theo phương; các vỉa dày, vỉa dốc được áp dụng các công nghệ riêng phù hợp với từng mỏ Công tác khấu than đang được dịch chuyển dần từ công nghệ khoan nổ mìn sang công nghệ cơ giới hoá: ở khâu đào lò than hiện đại đã có

11 tổ hợp máy Combai đào lò AM – 45 và AM -50Z đang hoạt động; có hai dây chuyền cơ giới hoá đang hoạt động tại công ty than Khe Chàm Một số công ty thành viên đã xây dựng kế hoạch và dự án đầu tư các tổ hợp cơ giới hoá đào lò và khai thác than để nâng cao năng suất Công tác chống giữ các đường hầm lò đang có các bước chuyển biến lớn theo hướng: thuỷ lực hoá trong các lò chợ khai thác than và từng bước trang bị dàn chống thủy lực trong các lò chợ có điều kiện khai thác thuận lợi, hạn chế sử dụng gỗ chống lò khai thác lò chợ Việc đào chống các đường lò cái đang thay đổi theo xu hướng mở tiết diện cho các đường lò để cải thiện điều kiện lao động cho công

nhân và tạo điều kiện ứng dụng các thiết bị cơ giới hoá đào lò và khai thác than có kích thước, khối lượng lớn có công suất cao để tăng năng suất lao động trong hầm lò

Như vậy mục tiêu phát triển công nghệ hầm lò các năm tới là: tăng năng suất lao động, giảm tổn thất than và đảm bảo an toàn lao động; do vậy phải tiếp tục nghiên cứu, thay đổi và áp dụng công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện mỏ và địa chất tại các công ty thành viên; cơ giới hóa các khâu đào lò, vận tải và từng bước cơ giới hoá khai thác các lò chợ có điều kiện địa chất thuận lợi; nâng cao khả năng phát hiện và phòng ngừa các hiểm hoạ mỏ như:

nổ khí, bục nước mỏ

1.1.1 Xu hướng phát triển của công ty than Hà Lầm

Căn cứ định hướng phát triển và nhiệm vụ của tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam giao cho công ty than Hà Lầm – TKV thì nhiệm vụ sản xuất than theo tổng sơ đồ phát triển đến năm 2011 là 1,7 triệu tấn/năm Trong khi

đó, diện sản xuất của công ty ngày càng thu hẹp, đó là tầng khai thác từ mức -50m đến lộ vỉa sẽ khai thác đến năm 2012

Do trữ lượng công nghiệp than hầm lò còn lại của các khu duy trì và khu vực mở rộng phía Bắc thuộc mức – 50m đến lộ vỉa khoảng 3,5 triệu tấn, nên tập đoàn TKV đã quyết định đầu tư dự án xuống sâu dưới – 50m nhằm phát triển mỏ Hà Lầm xuống dưới mức -300m Tập đoàn TKV đã đồng ý cho công

ty than Hà Lầm xây dựng phương án khai thác mức -150m ÷ -50m trong giai đoạn chuyển tiếp xuống mức -300m, điều này được thể hiện cụ thể hóa bằng

“Thiết kế kỹ thuật duy trì sản xuất Công ty than Hà Lầm – TKV giai đoạn

2008 ÷ 2011” do Công ty Cổ phần tư vấn đầu tư Mỏ và Công nghiệp – TKV lập Giai đoạn 2008 ÷ 2011 mức -150m ÷ -50m chỉ đạt công suất 750.000tấn/ năm, đến năm 2011 mỏ đạt công suất thiết kế 1.500.000 tấn/ năm (kể cả hai

đạt công suất 1500000 tấn/ năm [2]

Để chuẩn bị cho chiến lược phát triển lâu dài và bền vững, Công ty Cổ phần Than Hà Lầm đã có sự chuẩn bị tốt về công nghệ và nguồn nhân lực Công ty thường xuyên đầu tư, đổi mới công nghệ, áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, phục vụ đời sống cho người lao động Chủ trương cơ giới hóa, hiện đại hóa dây chuyền sản xuất được lãnh đạo Công ty đặc biệt quan tâm Hầu hết các lò chợ của Công ty đều sử dụng giá thủy lực di động, giá khung

GK, cột thủy lực đơn…; hệ thống vận tải, các thiết bị bốc xúc đều được cơ giới hóa Công ty đã đầu tư nhiều loại máy đào lò hiện đại như máy khoan tự hành Tamrock, máy xúc đá, máy cào vơ… làm tăng năng suất đào lò, giảm thiểu sức lao động và an toàn cho người công nhân Hà Lầm là đơn vị đầu tiên trong ngành than sử dụng hệ thống Monoray của Cộng hòa Séc để vận chuyển người và thiết bị tới tận nơi khai thác, nhằm đảm bảo an toàn và giảm thiểu sức lao động cho người công nhân [26]

1.1.2 Xu hướng phát triển của công ty than Khe Chàm

Trong điều kiện khó khăn do nguồn tài nguyên đang cạn kiệt dần, Công

ty Than Khe Chàm đã xác định: muốn tăng sản lượng than hàng năm thì phải tiếp tục xuống sâu và mở thêm mỏ mới

Tại khu vực trung tâm sản xuất, ngoài các công trường hiện có, năm

2005 Công ty thi công giếng phụ từ mức -225m ÷ +32m so với mực nước thông thủy và giếng chính từ mức -100m ÷ -250m; vận chuyển than bằng băng tải để mở rộng diện sản xuất mức -225m cho những năm tiếp theo Công

ty đã mạnh dạn đầu tư 51,3 tỷ đồng mua hệ thống thiết bị đồng bộ cơ giới hóa khấu than lò chợ bằng máy khấu MG-750 và chống giữ bằng dàn chống di động Với trình độ tay nghề và chuyên môn kỹ thuật được đào tạo bài bản cộng với sự lao động sáng tạo của đội ngũ Cán bộ công nhân, Công ty đã

thành công phương án đưa cơ giới hóa vào lò chợ khai thác than Ngoài ra, Công ty còn đầu tư 7,7 tỷ đồng mua 1 máy đào lò đưa vào hoạt động nên đã tăng được mét lò chuẩn bị sản xuất Để khắc phục tình hình địa chất phức tạp, Công ty thực hiện biện pháp đào các đường lò tránh các điểm phay phá và phân tầng khai thác.Thay "cũi lợn” bằng vì chống thủy lực kết với việc áp dụng cộng nghệ trải lưới nóc lò nhằm giảm chi phí gỗ lò chợ

Dự án đầu tư khai thác mỏ than Khe Chàm III có vốn đầu tư hơn 2.200

tỷ đồng được khởi công từ tháng 2 năm 2006 bao gồm một cặp giếng nghiêng

này thi công trong thời gian 5 năm và sau khi hoàn thành sẽ nâng công suất

mỏ lên 2,5 triệu tấn/năm [24]

Từ đầu năm 2009, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ triển khai thực hiện công tác thiết kế “Dự án đầu tư xây dựng mỏ Khe Chàm II – IV” với sự hợp tác của các chuyên gia Viện Giproshakht (Cộng hoà Liên bang Nga) Mỏ Khe Chàm II - IV sẽ phát triển hai giai đoạn: Giai đoạn đầu, hầm lò giếng được tính toán đến mức -500m, thiết kế xây dựng khai thác các vỉa than 11, 10 , 9

và 8 với tổng trữ lượng địa chất đến trên 86 triệu tấn, tương ứng với trữ lượng công nghiệp 56 triệu tấn Riêng giai đoạn này, công suất mỏ thiết kế 3,5 triệu tấn/năm với tuổi thọ mỏ 22 năm kể cả thời gian xây dựng cơ bản Giai đoạn sau, tầng lò giếng dưới – 500m đến đáy tầng than - 1260 m (chủ yếu cụm vỉa

7 -:- 1 và một phần của các vỉa 10, 9, 8) có tổng trữ lượng địa chất 119,7 triệu tấn sẽ được đầu tư xây dựng sau khi có kết quả thăm dò địa chất bổ sung và tài liệu thu thập được trong quá trình khai thác tầng trên – 500m Mỏ hầm lò giếng Khe Chàm II - IV được thiết kế theo mô hình hiện đại, đồng bộ khép kín từ trong lò đến mặt bằng Dự kiến, đến năm 2010 sẽ khởi công xây dựng,

từ năm 2016 mỏ bắt đầu khai thác Tuổi thọ của mỏ là 45 năm [23]

nhiều hạng mục cho sản xuất như mua mới 4 máy xúc, 2 máy khoan hầm lò, đầu tư giàn khung thủy lực phục vụ khai thác các vỉa ở công trường 3 trị giá 30

tỷ đồng, đào giếng gió từ mức +32m ÷ - 112m Đồng thời, chuẩn bị các điều kiện tiếp quản và ra than của dự án Khe Chàm III vào năm 2011, 2012 [24]

1.1.3 Xu hướng phát triển của công ty than Mông Dương

Ở vùng than Quảng Ninh, khu vực khai thác của Công ty than Mông Dương được coi là vùng sâu, vùng xa, có nhiều khó khăn bởi ở điểm cuối của

bể than Quảng Ninh, đồng thời lại có cấu tạo địa chất rất phức tạp nhiều phay phá, đứt gãy Trong công cuộc đổi mới của đất nước, của ngành than thì Công ty đã mạnh dạn đầu tư và cải tiến công nghệ khai thác; đổi mới công nghệ khai thác bằng sử dụng cột chống thuỷ lực đơn, giá chống thuỷ lực di động trong các lò chợ Công ty còn thực hiện công nghệ đào lò cơ giới hoá đồng bộ bằng máy đào lò AM-50; sử dụng công nghệ cầu chuyển tải trong đào lò Các công nghệ trên đã mang lại hiệu quả, nâng cao công suất lò chợ, tăng tuổi thọ đường lò, giảm chi phí chống xén và sử dụng gỗ chống lò, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân Các hệ thống trạm, mạng điện, nuớc, đèn chiếu sáng, vận tải, công nghệ sàng tuyển, chất tải từ trong khu vực các đường lò khai thác, sân ga đều đuợc Công ty cải tạo nâng cấp đáp ứng yêu cầu nâng cao năng lực sản xuất kinh doanh

Hiện nay, Công ty Mông Dương đang thực hiện đào lò ở độ sâu -250m, dự kiến tháng 6-2010, Cty Cổ phần Than Mông Dương sẽ tiếp tục đào giếng đứng

ở độ sâu -750m Theo giám đốc Nguyễn Văn Thành, giếng đứng này có trữ lượng than địa chất 207 triệu tấn [25]

1.2 Phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm để thoát nước hầm lò

1.2.1 Phương án thoát nước xuống sâu thông dụng

Công tác khai thác than có thể tiến hành trên cùng một mức hay được tiến hành đồng thời ở hai hoặc nhiều cấp khác nhau Khi công việc khai thác than tiến hành cùng một mức độ sâu nào đó thì lượng nước lưu tụ ở mỏ tập trung về bể chứa được bơm trực tiếp lên trên mặt mỏ Khi độ sâu của mỏ khá lớn, có thể dùng hai trạm bơm thoát nước chuyển tiếp hoặc bơm nối tiếp Sau khi khai thác xong mức thứ nhất, công việc khai thác được tiến hành ở mức sâu thứ hai Khi đó phải lắp đặt một trạm bơm để thoát nước cho mức thứ hai này Lượng nước lưu tụ của mức trên vẫn có thể sử dụng trạm bơm cũ để thoát nước hoặc có thể sử dụng ống Xi phông để dẫn nước từ tầng trên xuống

bể bơm của tầng dưới Một số trường hợp ống Xi phông có thể nối vào cửa hút của máy bơm tầng dưới

Hình 1.1 Các sơ đồ thoát nước khi khai thác một cấp

Hình 1.2 Các sơ đồ thoát nước khi khai thác nhiều cấp Với xu hướng phát triển mạnh về khai thác hầm lò trong tương lai thì vấn đề thoát nước mỏ càng chiếm vị thế quan trọng Khi khai thác càng xuống sâu thì lượng nước lưu tụ của mỏ được tập trung về bể bơm càng nhiều, vì vậy cần phải tính toán thiết kế lựa chọn được các máy bơm để thoát hết lượng nước lưu tụ của mỏ theo quy định an toàn trong thoát nước mỏ hầm.[8]

1.2.2 Phương án thoát nước tại công ty than Khe Chàm

Công ty xác định, khai thác than vỉa sâu phải đối mặt với bao khó khăn thử thách, nếu không sáng tạo trong lao động sản xuất và thực hiện nghiêm túc các quy định về kỹ thuật, an toàn thì không những không nâng cao năng suất lao động mà còn có nguy cơ xảy ra sự cố Hiện nay công ty có hai hệ thống máy bơm được lắp đặt ở hai vị trí khác nhau, tại sân ga đáy giếng ở các phân tầng mức âm để thoát nước mạch, nước ngầm từ các diện khai thác của các phân tầng khác nhau

Tại mức -100m bố trí một trạm bơm trung tâm cạnh sân ga giếng phụ gồm 3 bơm ly tâm hai cửa hút loại 200LHP – 600 và một bơm ly tâm hai cấp LTC 450 -65X2 để thoát nước cho phân tầng -100m lên +32m

Tại mức -225 bố trí trạm bơm trung tâm đặt ở hầm bơm giếng chính mức -225m gồm 5 máy bơm ly tâm năm cấp loại FD 720 – 72x5 để thoát nước cho phân tầng từ -225m lên +32m (Hình 1.3)

Một máy bơm HACOC 280/72 dùng để bơm chống ngập hầm bơm.[9] Điện cấp cho các máy bơm và các loại thiết bị từ ba nguồn: Trạm điện

110 KV Mông Dương, trạm 35KV Cao Sơn và 1 máy phát điện của Công ty Nhờ nguồn điện dự phòng, kể cả khi có sự cố mất điện lưới, mỏ than Khe Chàm vẫn có điện cho máy bơm hoạt động [18]

1.2.3 Phương án thoát nước tại công ty than Mông Dương

Mỏ than Mông Dương là một mỏ hầm lò lớn, khai thác theo phương pháp giếng đứng và hiện đang khai thác ở mức -97,5m; đang đào lò chuẩn bị khai thác ở mức -250m Do địa hình phức tạp gần nhiều sông suối, lại gần biển nên lượng nước ngầm thẩm thấu vào mỏ rất lớn, đã có năm nước tràn vào

mỏ quá nhanh không thoát nước kịp, bị ngập mỏ gây thiệt hại lớn về kinh tế Công ty chủ trương thoát nước mỏ bằng tự chảy về khu vực trung tâm là chủ yếu Nước tự chảy về khu trung tâm qua hệ thống bể lắng và cuối cùng chảy vào hầm bơm và được bơm lên mặt đất qua hệ thống ống dẫn được lắp đặt thẳng đứng theo tháp giếng phụ Trạm bơm thoát nước chính mức -97,5m gồm 4 máy bơm ly tâm hai cửa hút loại 200LHP – 660 ghép song song với nhau để thoát nước cho phân tầng -97,5m lên + 9,8m (Hình 1.4)

Theo [15] ta có, nước thoát ra từ các địa tầng, các đường lò khai thác theo các đường lò chảy vào hầm chứa nước:

- Trạm số một: ở mức -250 khu trung tâm

- Trạm số hai: ở mức -250 khu Đông Bắc

Việc thoát nước cưỡng bức cho mỗi mức được thực hiện bằng các trạm bơm để bơm lên mặt bằng giếng đứng phụ mức +5,3 khu Trung tâm và mặt

theo các rãnh xây (Hình 1.7)

1.2.4 Phương án thoát nước tại công ty than Hà Lầm

Công ty đang khai thác tại mức 50m, còn dự án khai thác dưới mức 50m đang được triển khai thực hiện Vì vậy trạm thoát nước chính của công

-ty đặt tại mức -54m Tại đây bố trí trạm bơm thoát nước gồm 4 máy bơm LTC 450-65x2 và 4 máy bơm LTC150-55x2 cùng với 6 tuyến ống để thoát nước cho phân tầng -54m lên +28m (Hình 1.5) [2]

Trạm điện số 1 cung cấp điện cho trạm bơm -51:

Máy biến áp số 1 TBKP6/0.69KV-400KVA;

Máy biến áp số 2 TBKP6/0.69KV-630KVA

Theo [3], các lò dọc vỉa chân lò chợ và gương đào lò đều bố trí bơm thoát nước, nước được thoát vào lò bằng trong đá đặt đường ray, lò nghiêng trong đá đặt đường ray, sau đó qua lò chính mức -300m và tự chảy vào lò chứa nước đáy giếng, được thiết bị và đường ống thoát nước bơm lên mặt bằng qua giếng phụ (Hình 1.6)

hè thu n−íc sè 01

V§ Ø300 1

VC Ø600

2

b¬m 1 V1C

Ø300 1

VC Ø300

I1

b¬m chèng ngËp

VK 2C VM V1C

V1C Ø400 Møc -225

I 1

BV sè:01

TËp ®oµn c«ng nghiÖp than - kho¸ng s¶n viÖt nam C«ng ty than khe chµm - tkv

Ch÷ ký NguyÔn V¨n Th¾ng PG§ - C§VT

tõ 600000t/n lªn 1000000t/n

S¥ §å nguyªn lý tr¹m b¬m -225

Ngµy ký

10/05/2008 C¬ §iÖn 1:1000 Sè BV: ThiÕt kÕ §Æng Quang HiÖp

V1C Ø400 Møc -114

I 2 +32

V§ Ø300 5

I2

VC Ø300

I3

VC Ø300

I4

VC Ø300

I5

VC Ø300

II5

VC Ø300

II4

VC Ø300

II3

VC Ø300

II2

VC Ø300

II1

VK 2C Ø300 1

V1C Ø300 2

VK 2C Ø300 2

V1C Ø300 3

VK 2C Ø300 3

V1C Ø300 4

VK 2C Ø300 4

V1C Ø300 5

VK 2C Ø300 5

VM 2C Ø100

I 1

V1C Ø400 Møc -225

II 1

V1C Ø400 Møc -114

họ và tên

Nguyễn Trọng Tốt Bùi Văn Kiểm Lãnh Văn Lực Cao Xuân Đích

công ty CP than mông dƯơng

pgĐ CĐVT T.P CĐVT

P AT NgƯời lập

Chức danh

pgĐ AT

07-01-2009

Sơ đồ nguyên lý trạm bơm trung tâm - 9 7,5

SBV:01- HBTT-97,5 TGTN CCM

Ngày ký

Chữ ký

Vũ Huy Thế

van sàn dy-300 số11 van sàn dy-300 số10

( lắp mới ) van sàn dy-300 số 9

( lắp mới )

van sàn dy-300 số 8 van sàn dy-250 số 7

bơm số Iv

200 lhp-660

630 kw

van lƯu lƯợng dy-300

van bể lắng DY-550

hố chứa nước số II V= 74,7 M3 (3,4x4,2x5,3)

van sàn dy-300 số 6

van sàn dy-300 số 2 van sàn dy-300 số 1

bơm số iI

200 lhp-660

630 kw

van thông hầm VC-600

ống hút Φ=535

hố chứa nước số I V= 89,4 M3 (4x4,2x5,3)

van hầm chứa VC-600

ống hút Φ=535

van dy- 25 cho bơm mồi chân không van dy- 25 cho bơm

mồi chân không van dy- 25 cho bơm

φ219 φ275

Hố hút

3400 4200

500

Ngầm ống đẩy lên mặt bằng +28

công ty than Hà Lầm Phòng Cơ Điện Sơ đồ lắp đặt trạm bơm -54

Lập TP.KTM

ống đẩy bơm B1, B2 ống đẩy bơm B3 ống đẩy bơm B4

1700

20000

φ219 φ168

B9 φ275

Hình 1.6 Sơ đồ trạm bơm -300 Hà Lầm

CN đề án Thẩm tra KT

TKKT Thiết kế

s CT

4001- Máy bơm nước kèm động cơ điện D580-60 4002- Pa lăng xích kéo tay 3,2 tấn

1 Đặc tính kỹ thuật và khối lượng thiết bị xem trong liệt kê số: H13 -18/ -04

BV số:01

Tập đoàn công nghiệp than - khoáng sản việt nam Công ty than khe chàm - tkv

Chữ ký

Nguyễn Văn Thắng

PGĐ - CĐVT Chức danh

từ 600000t/n lên 1000000t/n

Hệ thống thoát nứơc trong lò hầm bơm sân ga múc -225

Ngày ký

VC 2 c Φ300 bơm 4 ra // 1

VC 2 c Φ300 Bơm 4 ra // 2

VK 2 c Φ300

Bơm số 05

VC 2 c Φ300 Bơm 3 ra // 2

VC 2 c Φ300 Bơm 2 ra // 2

Bơm số 02

Bơm số 03

VC 2 c Φ300 Bơm 1 ra // 2

VC 2 c Φ300 Bơm 1 ra //1

VC 2 c Φ300 bơm 5 ra // 1

II tâm đừơng sắt

VM 2 c Φ100 0K g/ Cm2( 60 át) áp kế

VM 2 c Φ100 0Kg/ Cm2(60 á t) áp kế

VM 2 c Φ100 0Kg/ Cm2(60 á t)

VC 2 c Φ300 Bơm 3 ra // 1

VC 2 c Φ300 Bơm 2 ra // 1

V 1 c Φ300

V 1 c Φ300

V 1 c Φ300

V 1 c Φ300

V 1 c

Φ100 0Kg/ Cm2(60 á t) áp kế

VK 2 c Φ300 (60 á t)2Kg/ Cm6 0 áp kế

VM 2 c Φ100

hầm chứa nứơc

Bơm số 02

VK 2 c Φ300

10 xμ I300 x 6000 để cẩu tháo - lắp máy bơm

10 dầm I200 x 6000 để đỡ dμn ống song song

vμ lμm dμn thao tác lắp đặt thiết bị trạm bơm

Động cơ điện 1000Kw - 6000v Bơm số 03 Động cơ điện

1000Kw - 6000v Bơm số 04 Động cơ điện

1000Kw - 6000v Bơm số 05

Động cơ điện 1000Kw - 6000v

0K g/ Cm2 ( 60 á t)

10/05/2008 Cơ Điện 1:1000 Số BV:

Thiết kế Đặng Quang Hiệp

Vx 2 c Φ100 (03 cái)

V 1 c Φ 400

Bơm số 04

VK 2 c Φ300

Bơm số 01

VK 2 c Φ300

Hỡnh 1.8 Sơ đồ trạm bơm -225 Khe Chàm

Hình 1.9 Kết cấu bơm D580-60; MD650-70

25

Hình 1.10 Kết cấu bơm 200LHP660

26

4 lç Φ42

Sè BV:

BV sè:02

TËp ®oµn c«ng nghiÖp than - kho¸ng s¶n viÖt nam C«ng ty than khe chµm - tkv

Ch÷ ký NguyÔn V¨n Th¾ng

ThiÕt kÕ PG§-C§VT Chøc danh

khai th¸c xuèng s©u dø¬i -100

má than khe chµm c«ng ty than khe chµm n©ng c«ng suÊt

tõ 600000t/n lªn 1000000t/n

b¶n vÏ kÝch thø¬c c¬ b¶n m¸y b¬m fd720-72x5 Ngµy ký

Hình 1.11 Kích thước cơ bản của bơm FD720-72x5

27

Hình 1.12 Kết cấu bơm LTC450-65x2

Theo xu hướng phát triển của Tập đoàn Than – Khoáng sản nói chung

và của các mỏ hầm lò nói riêng là khai thác vỉa sâu và mở rộng quy mô mỏ Khai thác càng xuống sâu thì các yêu cầu về an toàn trong lao động, sản xuất càng phải được quan tâm Muốn đảm bảo các hoạt động khai thác trong đường lò diễn ra ổn định, an toàn thì phải đảm bảo các yêu cầu về thoát nước, thông gió mỏ cũng như các yêu cầu khác Để thoát nước và ngăn ngừa bục nước từ các đường lò đang ngập nước và các đối tượng chứa nước khác thì máy bơm và thiết bị thoát nước mỏ phải tuân theo các yêu cầu an toàn nghiêm ngặt

Vậy với trạm thoát nước chính hiện nay tại công ty: Hà Lầm, Khe Chàm, Mông Dương… có đảm bảo yêu cầu về thoát nước mỏ hầm lò không

và khi khai thác xuống sâu thì trạm thoát nước đó vẫn duy trì là một trạm thoát nước chính hay trở thành một trạm thoát nước phụ Các loại máy bơm

đã sử dụng trong thoát nước chính ở mức khai thác hiện tại có hoạt động tốt hay không và khi khai thác xuống sâu thì có tiếp tục sử dụng loại máy bơm đó cho trạm thoát nước chính ở mức khai thác mới hay không Vấn đề này đã và đang là mối quan tâm cho nhiều nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất máy bơm cũng như các mỏ khai thác hầm lò

Để giải đáp được vấn đề này, ta cần phải xác định được điểm làm việc của bơm có nằm trong vùng sử dụng hợp lý hay không và khi khai thác xuống sâu thì điểm làm việc sẽ thay đổi thế nào?

Ngày nay, lĩnh vực tin học phát triển rất mạnh mẽ Nó không chỉ ứng dụng trong các lĩnh vực về kinh tế - tài chính mà còn ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật Để giải một bài toán kỹ thuật ta có thể áp dụng

luận văn này, phần mềm Matlab sẽ được ứng dụng để giải bài toán tìm điểm làm việc của bơm

TRONG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHI KHAI THÁC XUỐNG SÂU

CỦA MỘT SỐ MỎ HẦM LÒ 2.1 Cơ sở xác định điểm làm việc của bơm ly lâm trong mạng dẫn

2.1.1 Điểm làm việc của máy bơm ly tâm

Điểm làm việc của máy bơm ly tâm trên mạng dẫn là giao điểm của đường đặc tính máy bơm trong mạng dẫn với đường đặc tính của hệ thống mạng dẫn trên cùng một hệ tọa độ

Xét một trạm bơm bao gồm máy bơm ly tâm, các ống hút và ống đẩy cùng các phụ kiện đường ống như các van, khóa… Máy bơm hút nước từ bể hút lên bể đẩy (Hình 2.1)

Phương trình đường đặc tính mạng ống dẫn hệ thống thoát nước

g

p p H

1

đ

n i

n i

đi đi

đi đi h

n i

n i

hi hi

hi hi md

gF D

l gF

D

2.1.3 Đường đặc tính máy bơm

2.1.3.1 Đường đặc tính thực tế của máy bơm ly tâm

Theo [8] ta có phương trình đường đặc tính lý thuyết của máy bơm

ly tâm:

b D

g u

u g c u c u g

2 2

2 2

2 1

1 2 2

cot 1

g u

ku g kH

H

2 2

2 2

2 cot 1

Từ phương trình (2.5) ta sẽ vẽ được đường đặc tính thực tế của máy bơm

của máy cánh dẫn nói chung và máy bơm ly tâm nói riêng, đường này tìm

LT

h

thất khác nên đường đặc tính sẽ có thể bị hạ thấp xuống một ít [8]

(Qn, Hn), ta xây dựng được đường đặc tính thực tế của bơm theo công

thức kinh nghiệm sau:

1

n o

n o

Q

Q H

H H

H H

Đối với các máy bơm nhiều cấp, ta tính toán xây dựng đường đặc tính một cấp rồi cộng áp suất lên nhiều cấp Vì vậy, phương trình (2.9) là phương trình đặc tính của bơm tính cho một cấp

2.1.3.2 Đường đặc tính khi khép liên hợp các máy bơm

Do yêu cầu thực tế của mỏ về áp suất và lưu lượng nên người ta thường ghép các máy bơm thành những tổ máy cùng làm việc Các cách ghép gồm:

- Ghép song song hai hay nhiều máy bơm để chúng có thể cùng làm việc, cung cấp nước cho mạng dẫn khi lưu lượng yêu cầu lớn hơn hoặc cần một số máy ghép song song để dự trữ Khi đó lưu lượng trong đường ống chung bằng

tổng lưu lượng các máy, cột áp bằng cột áp từng máy tạo nên ở đầu ống chung

Hai máy bơm giống nhau có chung đường đặc tính (đường I,II) và đường đặc

việc của từng máy khi chúng làm việc riêng lẻ (Hình 2.3b)

èng

®Èy

èng hót

Hình 2.3 Ghép song song tập trung hai máy bơm giống nhau

- Ghép nối tiếp các máy với nhau khi cột áp yêu cầu lớn Khi đó các máy cùng làm việc, lưu lượng bằng lưu lượng đi qua từng máy Cột áp trong ống chung bằng tổng cột áp các máy, lưu lượng bằng lưu lượng đi qua từng máy Xét trường hợp ghép nối tiếp tập trung hai máy bơm khác nhau (bơm I lớn hơn bơm II), (Hình 2.4a)

Đường đặc tính của hai bơm tương ứng là I và II Đường đặc tính

Hình 2.4 Hai máy bơm giống nhau làm việc nối tiếp

- Xét trường hợp đồng thời ghép nối tiếp tập trung và ghép song song (Hình 2.5a)

Đường đặc tính của hai bơm tương ứng là I và II Đường đặc tính

định chế độ làm việc của tổ máy trong mạng khi chúng cùng làm việc song

làm việc nối tiếp (Hình 2.5b)

0 Q

H

I a

H 0

B¬m I

B¬m II

M A

Q A

Q B

B

Hình 2.5 Ghép nối tiếp tập trung và ghép song song

2.1.4 Đường đặc tính hiệu suất máy bơm ly tâm

Theo [8], hiệu suất máy bơm ly tâm:

t

N

H gQ

3600 1000

3 , 1 1 , 1 (

N N

N N

ρ = 1000 (kg/m3 ); g = 9 , 81 (m/s2 )

2.2 Ứng dụng phần mềm Matlab xác định điểm làm việc của bơm ly tâm trong hệ thống thoát nước chính tại một số mỏ hầm lò hiện tại

2.2.1 Ứng dụng của Simulink trong Matlab

Để giải một bài toán kỹ thuật và vẽ đồ thị, ta có dùng phương pháp toán hay ứng dụng các phần mềm tin học để giải Ứng dụng phần mềm để giải các bài toán kỹ thuật ngày càng được sử dụng rộng rãi Một trong những công cụ

họa hướng đối tượng của Matlab cho phép tạo ra các hình vẽ chất lượng cao Ngày nay, Matlab trở thành ngôn ngữ “chuẩn” được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành và nhiều quốc gia trên thế giới Một tính chất rất mạnh là nó có thể liên kết với các ngôn ngữ khác Matlab có thể gọi các hàm viết bằng ngôn

gọi từ các ngôn ngữ này

Simulink được tích hợp vào Matlab như một công cụ để mô phỏng, giúp người sử dụng phân tích và tổng hợp một cách trực quan

Trong Simulink, hệ thống không được mô tả dưới dạng dòng lệnh theo kiểu truyền thống mà ở dưới dạng sơ đồ khối Với dạng sơ đồ khối này, ta có thể quan sát các đáp ứng thời gian của hệ thống tín hiệu với nhiều tín hiệu vào khác nhau: tín hiệu bậc thang, tín hiệu sinux, xung chữ nhật, tín hiệu ngẫu nhiên… bằng cách thực hiện mô phỏng Kết quả mô phỏng có thể được xem theo thời gian thực trên các Oscilloscope trong môi trường Simulink hay trong môi trường Matlab Simulink hoàn toàn tương thích với Matlab và là giao diện đồ họa Tất cả các hàm trong Matlab đều có thể truy cập được từ Simulink, ngay cả các hàm do người sử dụng tạo ra Ngược lại, các kết quả tìm được trong Simulink đều có thể sử dụng và khai thác trong môi trường Matlab Simulink cho phép người sử dụng khả năng tạo ra một thư viện khối riêng Chính vì những đặc điểm nổi bật trên đây, trong phạm vi tính toán của luận văn này sẽ ứng dụng Simulink để vẽ đường đặc tính bơm và hệ thống mạng ống dẫn, từ đó xác định được điểm làm việc của máy bơm trong mạng dẫn

2.2.2 Xác định điểm làm việc của máy bơm LTC450-65x2 trong trạm bơm chính mức -54 tại công ty Hà Lầm

Đơn

vị

Ký hiệu

Số lượng