Về vấn đề khoảng cách giữa các quạt nối tiếp để thông gió khi đào các đường lò

Trong quá trình đào các đường lò, thông gió là một trong những công tác cần chú trọng đặc biệt. Thông gió tốt sẽ nâng cao an toàn trong sản xuất và góp phần đảm bảo tiến độ đào đường lò theo kế hoạch. Trong khuôn khổ bài báo này, chỉ đề cập đến vấn đề xác định khoảng cách giữa các quạt cục bộ khi ghép nối tiếp với nhau để thông gió khi đào các đường lò với chiều dài lớn.

Khái niệm về đường lò dài ít được các tài liệu đề cập đến, hay nói đúng hơn khi phân loại người ta chưa đưa ra cơ sở rõ ràng, đôi khi mang tính chất tương đối và chủ quan từ góc độ chiều dài thực tế các đường lò đã và đang đào ở mỏ. Trong lĩnh vực thông gió, tồn tại khái niệm “chiều dài tới hạn” L _thcủa đường lò khi đào (1). Chiều dài này là giới hạn khoảng không gian gần gương lò cần tiến hành thông gió tích cực và được xác định theo công thức:

L _th= (12,5.A.b.K _k/S.p ²), m. [1]

Trong đó A: Lượng thuốc nổ đồng thời lớn nhất ở gương lò, kg; b - Lượng khí độc sinh ra khi nổ mìn ở gương lò, l/kg; K _k- Hệ số khuếch tán rối của không khí; S – Kích thước tiết diện đường lò, m2; p - Hệ số rò gió qua đường ống dẫn gió.

Chiều dài tới hạn của đường lò có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán lưu lượng gió sạch cần đưa vào gương lò đang đào. Thông số này cũng phục vụ cơ sở để xác định khoảng cách hợp lý của quạt gió gần gương mà chúng ta sẽ đề cập sau đây.

Trong công thức nêu trên, một thông số chưa được chú ý là độ ẩm của đất đá trong gương lò. Rõ ràng rằng, đất đá ẩm ướt có tác dụng hấp thụ khí độc cao hơn so với trường hợp đất đá khô. Để tính đến ảnh hưởng của thông số này, ở đây đề xuất bổ sung hệ số W phản ánh mức độ hấp thu khí độc của đất đá và công thức [1] sẽ có dạng:

L _th= (12,5.A.b.W.K _k/S.p ²), m. [2]

Trị số W = 0,67 – 0,93 phụ thuộc vào độ ẩm của đất đá gương lò. Từ khái niệm về chiều dài tới hạn, có thể đưa ra quan điểm: đường lò được định nghĩa là dài khi chiều dài cần thông gío cục bộ lớn hơn trị số “chiều dài tới hạn”.

Tại các mỏ than khi đào các đường lò dài thường áp dụng phương pháp thông gió đẩy bởi các quạt cục bộ và ống dẫn gió. Về nguyên tắc, có thể sử dụng một quạt đủ công suất để thông gió từ giai đoạn đầu đến khi kết thúc đào đường lò dài. Đây có thể coi như là phương án đơn giản nhất, nếu như có thể điều chỉnh lưu lượng quạt gió theo mức độ tăng dần của chiều dài đường lò đang đào. Ngược lại, ở giai đoạn đầu khi chiều dài thông gió chưa đủ lớn dẫn đến hiện tượng “thừa gió” vô ích. Điều này không những làm tăng chi phí năng lượng thông gió mà còn gây ra hiện tượng ô nhiễm môi trường không khí ở gương lò chuẩn bị. Khắc phục nhược điểm này có thể sử dụng các quạt có năng lực công tác khác nhau: đầu tiên đặt quạt lưu lượng lớn, theo chiều dài đường ống bố trí các quạt có năng lực nhỏ dần. Nhưng phương án này đòi hỏi thiết kế thông gió chính xác; ngược lại hiệu suất công tác của các quạt sẽ giảm rõ rệt, thậm chí xảy ra trường hợp quạt nhỏ cản trở sự làm việc của quạt gió lớn. Mặt khác, điều kiện thực tế ở mỏ không phải khi nào cũng đáp ứng được loại thiết bị quạt cục bộ có năng lực theo yêu cầu của thiết kế. Do đó, trên thực tế khi đào đường lò dài thường áp dụng phương pháp thông gió đẩy với các quạt giống nhau (hoặc tương đương) bố trí phân tán dọc theo đường ống dẫn gió.

Vấn đề đặt ra là với mỗi loại quạt cục bộ đã chọn, phải xác định khoảng cách hợp lý L _i(m) cần đặt quạt tiếp theo khi quạt đang hoạt động không còn cung cấp đủ lượng gió đến gương lò. Hiện tại tồn tại phương pháp xác định khoảng cách này xuất phát từ khả năng đưa được lượng gió yêu cầu vào gương khi quạt làm việc với một loại ống gió nhất định. Lưu lượng gió quạt tiếp theo cần tạo ra sẽ nhỏ hơn do hiện tượng rò gió tất yếu theo chiều dài đường ống. Như vậy, càng gần cửa lò quạt phải tạo ra lưu lượng gió càng lớn; và các quạt càng gần gương khoảng cách giữa chúng càng tăng. Kết quả tính toán này có thể minh hoạ trên sơ đồ hình H.1

Trong phương pháp tính toán này, khoảng cách cần đặt quạt kế tiếp thường được thiết kế bằng 80% chiều dài tối đa L _maxmà quạt phía trước có thể đảm bảo thông gió cho gương lò. Ngoài ra, độ rò gió trên đường ống được coi là phụ thuộc tuyến tính vào chiều dài của ống gió. Giả thiết này nhằm đơn giản hoá việc tính toán. Trên thực tế, hệ số rò gió của đường ống chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau. Nếu không kể đến chất lượng thi công, đối với mỗi loại ống gió nhất định, hệ số này còn phụ thuộc vào lưu lượng gió cũng như đường kính ống dẫn. Trong các tài liệu chuyên ngành hệ số này thường giới thiệu ở dạng bảng biểu hoặc đồ thị. Khảo sát tập hợp các số liệu này và bằng phương pháp xây dựng mối tương quan đa biến [2, 3] cho kết quả biểu thức xác định hệ số rò gió p:

ln(p-1) = (lna + 2lnL + 2lnD + 0.6lnQ) (3)

Tại đây: L, D - Chiều dài và đường kính của ống gió, m; Q – Lưu lượng gió trong ống dẫn, m3/s; a - hệ số phụ thuộc vào chủng loại và đường kính ống gió.

Khi sử dụng ống gió đường kính D = 0,8 m với khoảng biến thiên L = 100 ÷ 1200 m và Q = 2 ÷ 10 m3/s trị số a = 0,9016.10 ^-16.

Như vậy, khi tính đủ các yếu tố ảnh hưởng đến độ rò gió qua ống dẫn, khoảng cách giữa các quạt sẽ giảm đi so với kết quả tính toán theo phương pháp thường đang áp dụng trong tính toán thông gió khi các quạt ghép nối tiếp xa nhau. Điều này mang ý nghĩa thực tế quan trọng, vì nếu bố trí các quạt xa hơn khoảng cách hợp lý sẽ dẫn đến hiện tượng không đảm bảo lưu lượng gió sạch cho quạt kế tiếp và ở gương lò chuẩn bị.

Kết luận

- Nếu cần sử dụng nhiều quạt cục bộ ghép nối tiếp đặt phân tán dọc theo ống gió, cần hạn chế tối đa các quạt đặt trong khoảng không gian “chiều dài tới hạn” gần gương lò. Trong quá trình thi công, cần điều chỉnh hợp lý khoảng cách giữa các quạt sao cho quạt gió cuối cùng đặt càng xa gương lò càng tốt.

- Biểu thức hệ số rò gió phục vụ cơ sở xác định khoảng cách tối đa giữa các quạt ghép nối tiếp phân tán dọc theo đường ống dẫn gió. Ngoài ra, biểu thức này có thể sử dụng để giải các bài toán khác trong lĩnh vực thông gió mỏ, nhất là trong trường hợp tối ưu hoá các thông gió bằng phương pháp giải tích.

- Kiến nghị trên nhằm nâng cao hiệu quả thông gió và an toàn lao động khi cần sử dụng các thiết bị thông gió cục bộ đang tồn tại ở các Công ty khai thác mỏ. Cũng trên cơ sở này, cần định hướng trang bị các loại quạt đa cấp hoặc thuận lợi ghép nối tiếp gần nhau phục vụ thông gió khi đào các đường lò dài có khí nổ.

Tài liệu tham khảo

Đặng Vũ Chí. Phương pháp giải tích với bài toán thông gió khi đào đường lò. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 17. Trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, 2006.

Đào Hữu Hồ. Xác suất thống kê, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999, 258 trang.