SỰ CẦN THIẾT TRONG CÔNG TÁC KIỂM TOÁN MẠNG GIÓ TẠI MỎ THAN HẦM LÒ

1. Giới thiệu

Trong ngành công nghiệp khai khoáng, khai thác than hầm lò giữ vai trò chủ yếu trong việc cung ứng năng lượng cho các ngành sản xuất trọng điểm. Nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác than hầm lò, công tác thông gió đóng vai trò rất quan trọng. Ngoài việc cung cấp đủ lượng không khí cần thiết cho công nhân, giảm nhiệt độ, giảm hàm lượng bụi cải thiện điều kiện vi khí hậu. Thông gió mỏ hầm lò còn có tác dụng hòa loãng các khí độc, khí hại, bụi than xuống dưới giới hạn cho phép trong quá trình sản xuất, ngăn ngừa xảy ra nguy hiểm về cháy nổ khí và bụi than. Trong những năm gần đây sản lượng than sản xuất tại Việt Nam đạt gần 40 triệu tấn, trong đó sản lượng than khai thác từ các mỏ hầm lò chiếm 60-70% và sẽ tiếp tục tăng lên trong các năm tới khi nhiều mỏ khai thác lộ thiên bị thu hẹp hoặc tiến tới đóng cửa mỏ. Do vậy, các mỏ than hầm lò ngày càng mở rộng quy mô khai thác xuống sâu hơn, xa hơn, số đường lò cơ bản và chuẩn bị sản xuất nhiều hơn, hệ thống đường lò phức tạp hơn, năng suất lò chợ cao hơn, do đó công tác thông gió cũng càng phức tạp hơn. Vì vậy, khi quy mô sản xuất tăng lên thì yêu cầu về lưu lượng gió cung cấp và hạ áp cũng tăng lên dẫn đến việc kiểm toán tổng thể mạng gió, đánh giá năng lực thông gió và hoàn thiện mạng gió mỏ hầm lò là cần thiết và liên tục nhằm tối ưu hóa mạng gió, nâng cao hiệu quả thông gió về cả mặt kỹ thuật và kinh tế cho mỏ than hầm lò.

2. Hệ thống thông gió chung

Trong khai thác than hầm lò, vấn đề quan trọng nhất về an toàn là hệ thống thông gió. Mục đích của công tác thông gió như sau:

Làm loãng và loại bỏ các loại khí phát sinh trong lò, đặc biệt là các loại khí cháy nổ như khí Mê tan, khí Cacbonic…
Đảm bảo điều kiện vi khí hậu cho người lao động và máy móc làm việc;
Cung cấp đủ lưu lượng không khí cần thiết để hạn chế sự gia tăng nhiệt độ trong mỏ than hầm lò do các yếu tố như địa nhiệt, quá trình oxy hóa trong than, quá trình vận hành máy móc thiết bị….

Hiện nay, tất cả các mỏ than hầm lò tại Việt Nam sử dụng hệ thống thông gió bằng thiết bị thông gió với phương pháp thông gió hút, kết hợp sơ đồ thông gió trung tâm hoặc thông gió sườn. Trong đó thiết bị thông gió là các trạm quạt gió chính được đặt trên mặt đất, tại các cửa lò gió ra; khi quạt làm việc tạo ra áp suất trong mỏ than hầm lò thấp hơn áp suất khí quyển, do đó không khí bên ngoài sẽ tràn vào trong mỏ, còn không khí trong mỏ được quạt gió hút ra qua quạt.

Hình 1. Các trạm quạt gió chính được sử dụng tại một số mỏ than hầm lò tại Việt Nam

Hình 2. Mô phỏng sơ đồ thông gió trung tâm và thông gió sườn

3. Sự cần thiết của công tác kiểm toán mạng gió

Trong thời điểm hiện nay và các năm tiếp theo, nhu cầu sử dụng nguyên liệu than làm năng lượng cho các ngành công nghiệp ngày càng tăng, do đó các mỏ than hầm lò dần mở rộng quy mô sản xuất để đáp ứng sự cung ứng sản phẩm. Việc gia tăng sản lượng than, bắt buộc các mỏ than hầm lò phải tiến hành khai thác xuống sâu hơn và xa hơn dẫn đến công tác thông gió gặp khó khăn do sức cản hệ thống đường lò lớn, lưu lượng gió không đảm bảo theo yêu cầu, các trạm quạt gió chính không đủ năng lực làm việc…. Vì vậy để đảm bảo an toàn phục vụ sản xuất, hàng năm Trung tâm an toàn Mỏ phối hợp với các đơn vị khai thác than hầm lò thực hiện công tác kiểm toán mạng gió mỏ hầm lò nhằm tối ưu hoá mạng gió và nâng cao hiệu quả công tác thông gió.

Việc kiểm toán mạng thông gió mỏ hầm lò phải đáp ứng được yêu cầu về lưu lượng gió cho các hộ tiêu thu và toàn mỏ như sau:

Thứ nhất: Không khí đưa vào mỏ sử dụng để thông gió cho 02 nhóm: nhóm hộ tiêu thụ chính (gồm các gương khai thác và gương lò đào) và nhóm hộ tiêu thụ gió thứ yếu (các hộ tiêu thụ còn lại). Tỷ lệ lưu lượng gió thực tế với lưu lượng gió yêu cầu đối với mỗi hộ tiêu thụ gió phản ánh mức độ đáp ứng thông gió mỏ sau khi thực hiện phương án kiểm toán.
Thứ hai: Phân phối lưu lượng gió cho các hộ tiêu thụ chiếm tỷ lện gần một nửa tổng lưu lượng gió toàn mỏ. Lưu lượng để thông gió cho các gương lò đào cục bộ chiếm tỷ lệ không cao, lưu lượng gió cho lò chợ trung bình gấp 3-4 lần lưu lượng gió vào gương lò đào. Tổng lưu lượng gió cho các hộ tiêu thụ gió khác còn lại bằng khoảng ¼ lưu lượng gió chung của mỏ.
Thứ ba: Lưu lượng gió chung để thông gió cho cả mỏ trong thời điểm khảo sát cũng như cho các năm tới phải đáp ứng được theo nhu cầu gia tăng sản lượng và chuyển diện sản xuất ở các mức sâu hơn.
Thứ tư: Sức cản và hạ áp chung của mỏ khi mở rộng quy mô sản xuất sẽ tăng lên, cần tính toán lựa chọn các thiết bị thông gió phù hợp với sự phát triển của mỏ trong các giai đoạn tiếp theo.
Thứ năm: Rò gió trong và ngoài mỏ hầm lò: Trong mỏ hầm lò hiện tượng rò gió xảy ra tại các khu khai thác, các công trình thông gió tương đối lớn dẫn đến tổn thất năng lượng điện năng cho thông gió. Qua công tác kiểm toán cần giảm lượng rò gió xuống thấp nhất, giảm tổn thất điện năng và giảm sức cản rãnh gió.

3.1. Quy trình kiểm toán mạng gió mỏ hầm lò

a. Phương pháp khảo sát mạng gió và tính toán sức cản hệ thống đường lò

Khảo sát sức cản hệ thống đường lò là nội dung cơ bản nhất trong công tác khảo sát hệ thống thông gió. Trước đây, để xác định sức cản đường lò, thường phải xác định qua các thông số hình học, đặc điểm kết cấu chống giữ, các đoạn rẽ ngoặt cục bộ, các vật chắn trên đường lò…và các hệ số thực nghiệm. Phương pháp này mất rất nhiều công sức nhưng vẫn cho kết quả có độ chính xác không cao. Ngày nay, với sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại, Trung tâm An toàn Mỏ đã sử dụng phương pháp khảo sát áp suất để tính toán sức cản của từng nhánh đường lò.

Bản chất của phương pháp này là khảo sát xác định sức cản của các đoạn đường lò bằng đo đạc lưu lượng gió, giá trị áp suất tuyệt đối và các thông số nhiệt độ, độ ẩm của không khí tại hai điểm đầu nút của đoạn đường lò, những thiết bị cần thiết để áp dụng phương pháp này gồm:

- Máy đo áp suất tuyệt đối;
- Máy đo tốc độ gió;
- Máy đo độ ẩm không khí.

Mô tả phương pháp như sau:

Để xác định sức cản đoạn đường lò từ điểm 1 đến điểm 2 trong mạng thông gió mỏ (Điểm 1, 2 là các nút trong mạng thông gió; Z₁, Z₂ là cao độ tương ứng của điểm đo và q là giá trị lưu lượng gió qua đoạn đường lò tại thời điểm khảo sát, chi tiết xem tại Hình 3) cần thực hiện đo đạc và tính toán như sau:

Tại mỗi điểm nút 1 và nút 2 đặt một máy đo áp suất, đồng thời trong cùng một thời điểm đo xác định các giá trị:

- Áp suất tuyệt đối tại 2 điểm nút: P₁và P₂ (Pa)
- Lưu lượng gió đi qua đoạn đường lò: q (m³/s)

Đo đạc giá trị nhiệt độ khô t_K, nhiệt độ ướt t_Ư (⁰C) bằng ẩm kế Assman.

Hình 3. Mô tả phương pháp khảo sát mạng gió

Tính toán hạ áp trên đoạn đường lò (1-2) theo công thức: H = P₁ – P₂ + g.w (Z₁– Z₂), (Pa)

Trong đó:

- g: Gia tốc trọng trường, m/s²
- Z₁ , Z₂: Cao độ của các điểm nút, m
- W: Trọng lượng riêng của không khí, kg/m³

Với: P là áp suất tuyệt đối trung bình trong đường lò, P = (P₁ + P₂)/2 (Pa),

Từ giá trị hạ áp trên đường lò H và lưu lượng gió q có thể tính được giá trị sức cản đoạn đường lò 1-2 theo công thức sau: R_1-2= H/q²

b. Xác định đường đặc tính quạt gió chính

- Chuẩn bị:
- Thu thập các tài liệu kỹ thuật của loại quạt cần xác định đường đặc tính.
- Xác lập và thống nhất lịch trình, nhân sự.
- Khảo sát thực tế để thiết kế và lắp đặt cửa chắn phục vụ kiểm định đồng thời xây dựng phương án thực hiện.
- Lắp đặt cửa và các công trình phục vụ khác.
- Trước khi tiến hành xác định đường đặc tính cần tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa quạt như thay bạc, vòng bi, tra dầu mỡ, định vị cân bằng tĩnh cho quạt.

Hình 4. Vị trí cửa kiểm định trong trường hợp có rãnh quạt

Tính toán hạ áp của quạt:

Tổn thất áp suất cụ thể được tính theo công thức sau: H = P₁ – P₂ + g.w (Z₁– Z₂), (Pa)

Trong đó:

H: Tổn thất áp suất ma sát, Pa

P: áp suất, Pa (chỉ số 2 là áp suất ở phía trên và chỉ số 1 là áp suất ở phía dưới đường lò)

g: Gia tốc trọng trường, m/s²

w: Tỷ trọng trung bình của không khí, kg/m³

Z: Chênh cao, m

Tỷ trọng không khí, w cụ thể được tính từ dữ liệu khi khảo sát áp suất, nhiệt độ ướt và nhiệt độ khô sử dụng công thức thực nghiệm.

Sau khi đã có các số liệu của hạ áp và lưu lượng gió qua quạt, sử dụng phương pháp hồi quy để xác định đường đặc tính kiểm định của quạt.

c. Tính toán lưu lượng gió cho lò chợ và lò cục bộ

- Tính toán lưu lượng gió yêu cầu theo số người làm việc đồng thời lớn nhất
- Tính toán lưu lượng gió yêu cầu theo độ thoát khí mê tan
- Tính toán lưu lượng gió yêu cầu theo lượng khí độc sinh ra do nổ mìn
- Tính toán lưu lượng gió theo vận tốc gió tối ưu
- Tính toán lưu lượng gió yêu cầu chung cho toàn mỏ
- Tính toán lưu lượng quạt gió
- Tính toán phân phối gió theo yêu cầu
- Sử dụng phần mềm thông gió mô phỏng, phân phối mạng gió theo yêu cầu.

3.2. Các công trình kiểm toán mạng gió đã thực hiện

Trung tâm An toàn Mỏ là đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực thông gió trong và ngoài ngành mỏ, được Tập đoàn than Khoáng sản Việt Nam – TKV và các đơn vị tin tưởng phối hợp thực hiện công tác kiểm toán, đánh giá hiệu quả mạng thông gió, kiểm định quạt cục bộ, xác định chế độ làm việc thực tế của các trạm quạt chính, đánh giá năng lực hoạt động của trạm quạt. Những năm gần đây, Trung tân An toàn Mỏ đã phối hợp cùng một số đơn vị khai thác than hầm lò thực hiện công tác khảo sát, kiểm toán mạng gió nhằm đánh giá lại mạng gió, từ đó đề xuất các biện pháp thông gió phù hợp nhằm tối ưu hóa mạng gió và nâng cao hiệu quả thông gió.

Một số công trình tiêu biểu đã thực hiện những năm gần đây như sau:

1. Công ty than Thống Nhất – TKV

Hàng năm, Công ty than Thống Nhất phối hợp với TTATM thực hiện công tác Kiểm tra, khảo sát mạng thông gió hầm lò và đề xuất các giải pháp tối ưu để phục vụ sản xuất đảm bảo an toàn, hiệu quả. Qua quá trình khảo sát, Trung tâm đã đánh giá hiện trạng mạng gió mỏ, tính toán lưu lượng gió yêu cầu và đề xuất các giải pháp phân phối mạng gió nhằm nâng cao hiệu quả thông gió tại Công ty.

Hình 5. Mô phỏng mạng gió khu Lộ trí – Công ty than Thống Nhất bằng phầm mềm thông gió Ventsim

2. Công ty CP than Vàng Danh – Vinacomin

Trong năm 2022, Công ty CP than Vàng Danh phối hợp cùng TTATM thực hiện công tác kiểm toán, đánh giá lại hệ thống mạng gió theo quy định và đưa ra kế hoạch thông gió dài hạn cho đơn vị, từ đó đề xuất các phương án thông gió phù hợp và định hướng thông gió cho các giai đoạn sản xuất tiếp theo của mỏ.

Hình 6. Mô phỏng mạng gió khu Giếng Cánh Gà bằng phần mềm thông gió Ventsim

3. Công ty CP than Hà Lầm – Vinacomin

Trong năm 2022, Công ty CP than Hà Lầm phối hợp cùng TTATM thực hiện công tác kiểm toán, đánh giá lại hệ thống mạng gió và kiểm định 01 trạm quạt gió chính; từ đó hoàn thiện hệ thống thông gió và tính toán tối ưu năng lực hoạt động của các trạm quạt gió chính.

Hình 7. Mô phỏng mạng gió Công ty CP than Hà Lầm – Vinacomin bằng phần mềm thông gió Ventsim

4. Công ty than Uông Bí – TKV

Trong năm 2021, Công ty than Uông Bí tập trung sản xuất tại các khu Tràng Bạch, Tràng Khê, Hồng Thái với 16 lò chợ hoạt động đồng thời và 11 trạm quạt gió chính phục vụ công tác thông gió. Hiện trạng hệ thống thông gió tương đối phức tạp, Công ty than Uông Bí đã phối hợp cùng TTATM thực hiện công tác khảo sát, kiểm toán tổng thể mạng gió và quy hoạch lộ trình giảm các trạm quạt gió chính theo giai đoạn sản xuất tiếp theo.

Hình 8. Mô phỏng mạng gió khu Tràng Bạch – Công ty than Uông Bí bằng phần mềm thông gió Ventsim

5. Công ty than Hạ Long – TKV

Năm 2021, Công ty than Hạ Long phối hợp cùng Trung tâm An toàn Mỏ thực hiện công tác khảo sát, đánh giá hiện trạng hệ thống thông gió khu Tân Lập nhằm xác định hệ thống sức cản đường lò và điều tiết phân phối lưu lượng gió cho các hộ tiêu thụ phục vụ công tác mở rộng diện sản xuất, đào lò xuống mức -200 nhằm cung cấp đủ lưu lượng gió cho sản xuất và góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác thông gió mỏ.

Hình 9. Mô phỏng mạng gió hiện trạng mỏ than Tân Lập – Công ty than Hạ Long bằng phần mềm Ventsim

Thực hiện công tác kiểm toán mạng thông gió mỏ hầm lò và xác định chế độ làm việc thực tế của các trạm quạt chính của các đơn vị khai thác than hầm lò là yêu cầu cần thiết. Qua quá trình khảo sát, đo đạc các thông số thực tế của mạng gió mỏ hầm lò sẽ tính toán, phân phối điều chỉnh lưu lượng gió thực tế phù hợp với yêu cầu của các hộ tiêu thụ gió trong mỏ than hầm lò, từ đó tối ưu hóa mạng gió, nâng cao hiệu quả về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế cho các mỏ than hầm lò.

N.M.Phiên (P.TG-ATM)