Giới thiệu các loại hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động ở các mỏ than hầm lò tại Việt Nam
Lịch sử ra đời của các thiết bị cảnh báo khí và HTQT bắt đầu từ sớm nhất là vào giữa thế kỷ 19, khi đó đã xuất hiện các thiết bị được sử dụng để giám sát khí gas trong hầm mỏ tuy nhiên ở mức độ rất đơn giản. Ngày nay công nghệ giám sát và đo lường đã được phát triển nhờ các tiến bộ khoa học công nghệ trong lĩnh vực điện tử, tự động hoá và các loại cảm biến mới đã cho chúng ta sự phát triển vượt bậc của các HTQT so với những năm trước đây.
Môi trường làm việc của người và thiết bị điện trong mỏ hầm lò với không gian chật hẹp, cộng với các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, độ bụi cao, hiện trường công tác thường xuyên thay đổi và luôn tiềm ẩn tồn tại các loại khí cháy (CH4), khí độc gây nguy cơ mất an toàn nếu không được giám sát chặt chẽ. Chính vì vậy Công tác giám sát khí mỏ ra đời thực hiện hai nhiệm vụ chính sau:
Thứ nhất: phát hiện khí cháy (gas) hoặc khí độc (kể cả dạng hơi).
Thứ hai: giám sát bầu không khí mỏ để đưa ra cảnh báo nhằm đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, ngăn chặn các thảm hoạ (cháy nổ khí, ngộ độc, mất an toàn…).
Mục đích chính của HTQT chính là giám sát các thành phần không khí trong mỏ nhằm đảm bảo môi trường làm việc và ngăn ngừa cháy nổ khí mỏ. Các thông số giám sát bao gồm: khí CH4, CO, CO2, O2, tốc độ gió và một số khí khác tuỳ theo quy mô và yêu cầu cụ thể của từng mỏ trong từng giai đoạn cụ thể mà số lượng, đại lượng giám sát có thể khác nhau.
Các yêu cầu chính đối với HTQT:
– Hệ thống được thiết kế để làm việc liên tục 24h/ngày, 365 ngày/năm. Giám sát được các đại lượng đo ở hiện trường từ phòng quan trắc trung tâm và các thiết bị kết nối qua internet. Cài đặt được các thông số cảnh báo từ phòng quan trắc Trung tâm.
– Hiển thị các giá trị đo tại chỗ (trong lò) đề người làm việc có thể quan sát. Có các tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh, ánh sáng khi có sự cố khí tăng vượt ngưỡng cảnh báo nguy hiểm.
– Cắt điện các thiết bị điện tại khu vực có hàm lượng khí tăng cao vượt qua giá trị cho phép.
– Hệ thống phải có ít nhất 01 nguồn điện dự phòng để có thể làm việc khi mất điện ngắn hạn.
Cấu trúc cơ bản của một HTQT gồm 02 phần:
Phần trên mặt bằng gồm: Các thiết bị hiển thị, điều khiển như tủ điều khiển, màn hình hiển thị, máy tính điều khiển giám sát, thiết bị nguồn điện dự phòng và truyền dẫn kết quả lên internet phục vụ công tác giám sát từ xa.
Phần trong lò gồm: đầu đo, cảm biến, cơ cấu chấp hành: aptomat, bộ phối hợp cắt điện, chuông còi đèn cảnh báo…và hệ thống truyền thông tin (cáp tín hiệu).
Hiện nay tại các đơn vị thác than hầm lò trong Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam (TKV) và Tổng Công ty Đông Bắc (TCT) đã được trang bị hệ thống giám sát khí mỏ tập trung tự động hay còn gọi là hệ thống quan trắc khí mỏ (HTQT) được sản xuất bởi các nước Ba Lan, Trung Quốc, Nhật Bản, Anh Quốc, Đức và Việt Nam. Trong đó hệ thống KSP-2C do Balan sản xuất chiếm tỉ lệ lớn khoảng 90%, đến nay các hệ thống tại các đơn vị vẫn duy trì hoạt động ổn định, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật về công tác kiểm soát khí, gió mỏ.
1. Hệ thống KSP-2C
Là hệ thống phổ biến nhất hiện nay đang được sử dụng tại các đơn vị trong các đơn vị mỏ hầm lò thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam và Tổng Công ty Đông Bắc.
Sơ đồ hệ thống quan trắc loại KSP-2C
Hệ thống loại KSP-2C do hãng CarboAutomatyka S.A thiết kế, chế tạo. Thiết kế tủ điều khiển trung tâm 40 kênh đo. Có thể mở rộng khả năng đo của hệ thống bằng cách lắp thêm vào các đầu đo được thiết kế truyền tín hiệu dạng tần số trùng với tần số đã được mã hóa của tủ KSP-2C. Hệ thống có giao diện thông báo kết quả đo ở dạng biểu đồ hoặc dạng text (chữ), báo động, những thông tin phụ có liên quan, tình trạng hỏng hóc cũng như đường đồ thị biểu thị kết quả đo. Những kết quả đo và cấu hình của kênh đo được ghi vào ổ đĩa và lưu trữ trong thời gian rất dài.
Hệ thống đã được nâng cấp lên KSP-3 nguyên lý giống với hệ thống KSP-2C, hoàn toàn có thể tích hợp các thiết vị của hệ thống cũ sang. Điểm khác biệt của hệ thống nâng cấp này nằm ở chỗ các phần mềm hệ thống có thể cài đặt và sử dụng trên các nền tảng máy tính đời mới hiện nay và nâng tổng số kênh đo từ 40 lên 80, đáp ứng nhu cầu lắp đặt thêm đầu đo tại các đơn vị khi triển khai dự án khai thác xuống sâu.
2. Hệ thống VIELINA-WS.40
Hệ thống do Viện nghiên cứu Điện tử tin học và tự động hóa nghiên cứu và chế tạo hiện đang được sử dụng tại Công ty than Uông Bí, Công ty Than Khe Chàm, Công ty 91… Hệ thống được thiết kế giám sát các thông số về giá trị nồng độ khí CH4; CO và đo tốc độ gió. Hệ thống kết nối được tối đa 40 đầu đo các loại.
Sơ đồ hệ thống VIELINA-WS
3. Hệ thống Mine Scada
Hệ thống quan trắc loại MineScada do hãng David Derby (Anh Quốc) nghiên cứu và sản xuất.
Hệ thống được thiết kế gồm các bộ xử lý và truyền tín hiệu loại TX-9042. Mỗi bộ Tx-9042 có thể kiểm soát cho một khu vực lò chợ, lò đào độc đạo, khu khai thác có quy mô vừa và nhỏ, hệ thống băng tải, hệ thống trạm bơm thoát nước, hệ thống trạm phân phối điện …. Mỗi bộ CTXX có thể kết nối tối đa 8 đầu đo các loại và điều khiển 4 kênh cắt điện khi các đại lượng đo vượt vưỡng báo động. Tín hiệu từ các độ TX-9042 truyền lên trạm điều khiển trung tâm trên mặt bằng thông qua cáp quang.
Giao diện phần mềm giám sát từ xa qua Internet
4. Hệ thống KJ770, KJ90N
Được nghiên cứu và sản xuất tại Trung Quốc. Hiện hệ thống đang được lắp đặt và sử dụng tại Công ty than Nam Mẫu (KJ770) và công ty Than Khánh Hòa – VVMI (KJ90N). Các thông tin, dữ liệu hệ thống được kết nối theo mạng vòng và truyền tải thông qua cáp quang lên server đặt trên mặt bằng. Đầu đo, cảm biến được kết nối với bộ phân trạm KJ770-F3, số lượng thiết bị kết nối có thể lên tới 16 thiết bị các loại cho 1 bộ phân trạm. Ngoài ra tại các bộ phân trạm có ắc quy để cung cấp nguồn điện dự phòng cho các thiết bị đo đảm bảo việc giám sát khi có sự cố mất điện lưới.
Giao diện phần mềm hệ thống
5. Hệ thống THY-2000
Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động do Công ty KCME Nhật Bản sản xuất đã được lắp đặt và đi vào hoạt động từ tháng 10 năm 2010 tại Công ty than Mạo Khê. Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động loại THY-2000 có tính đồng bộ cao từ máy tính điều khiển, bộ nhận dữ liệu, các bộ xử lý và truyền dữ liệu đặt trong lò (Transmitter) tới các đầu đo đặt ở các vị trí cần kiểm soát. Các thông tin về tình trạng khí, gió trong lò được hiển thị và cảnh báo nguy hiểm tại chỗ và truyền về Transmitter, từ đây thông tin được truyền về máy tính chủ để xử lý, lưu trữ hoặc đưa ra cảnh báo bằng âm thanh và ánh sáng khi đại lượng đo vượt ngưỡng đặt.
Giao diện phần mềm hệ thống tại máy tính điều hành
6. Hệ thống quan trắc DKDP
Là một sản phẩn được nghiên cứu và chế tạo bởi hãng Carboautomatyka nên hệ thống này có khác nhiều điểm tương đồng với các hệ thống KSP như có thể lắp đặt các đầu đo dạng truyền tần số của loại KSP với hệ thống này. Hiện tại Việt Nam hệ thống đang được lắp đặt và sử dụng tại Công ty CP than Núi Béo.
Hệ thống có thể kết nối tối đa được 8 tủ điều khiển và mỗi tủ điều khiển có 10 module để kết nối đầu đo các loại. Các dữ liệu từ đầu đo gửi về tủ điều khiển dưới dạng FSK với tốc độ truyền đạt 1,5kb/s. Tất cả các dữ liệu từ các tủ điều khiển lắp đặt trong lò sẽ được gửi về server đặt trên mặt bằng qua tuyến cáp quang để xử lý hiển thị trên màn hình giám sát tại Trung tâm điều hành và phục vụ công tác lưu trữ lâu dài.
Giao diện giám sát hệ thống từ xa tại Trung tâm An toàn Mỏ
Theo chủ trương của TKV từ những năm 1999 và các năm tiếp theo, trực tiếp giao cho Viện khoa học Công nghệ Mỏ – Vinacomin – Trung tâm An toàn Mỏ tư vấn lập các dự án: HTQT tại các đơn vị khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh, phối hợp với các đơn vị lắp đặt và chuyển giao công nghệ các hệ thống do Ba Lan, Nhật Bản sản suất, tính đến thời điểm hiện tại các mỏ trong TKV đang lắp đặt và vận hành gồm: Nam Mẫu, Uông Bí, Vàng Danh, Hòn Gai, Hà Lầm, Quang Hanh, Dương Huy, Thống Nhất, Khe Chàm, Hạ Long, các hệ thống trong Tổng Công ty Đông Bắc: 91, 790, 45, Khe Sim, 35 với tổng số 15 hệ thống hệ thống giám sát khí mỏ tập trung tự động loại KSP-2C, KSP-3 do Ba Lan sản suất với 31 tủ điều khiển KSP-2C, 01 tủ KSP-3 và trên 1400 đầu đo, thiết bị các loại đang hoạt động đồng bộ với hệ thống, ngoài ra tại một số đơn vị đã trang bị, bổ sung lắp đặt mới một số hệ thống quan trắc ngoài Ba Lan như hệ thống quan trắc: THY 2000 (Nhật Bản), KJ770 (Trung Quốc), MineSCAD (Anh Quốc), DKDP (Ba Lan), WDC (Đức), Vielina (Việt Nam).
Sau khi các hệ thống giám sát khí mỏ tập trung tự động tại các mỏ hầm lò đi vào hoạt động, đã đem lại các kết quả tích cực: kiểm soát tập trung được bầu không khí, gió mỏ 24/24h, cảnh báo sớm các nguy cơ về suất khí CO, CH4, O2 và nhiều loại khí khác ngăn ngừa hiểm họa cháy nổ khí, đảm bảo an toàn trong khai thác than hầm lò, giảm thiểu nhân lực trong công tác kiểm tra kiểm soát khí mỏ. Để có các kết quả trên, hàng năm các đơn vị hầm lò đã phối hợp chặt chẽ với Trung tâm An toàn Mỏ trong công tác kiểm tra, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa, hiệu chuẩn, kiểm định các thiết bị trong hệ thống đảm bảo yêu cầu công tác kiểm soát khí mỏ.
