Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng, nhu cầu tiêu thụ than trong nước và xuất khẩu tăng mạnh, ngành than Việt Nam đặt mục tiêu nâng sản lượng khai thác từ khoảng 41-44 triệu tấn năm 2019 lên 47-50 triệu tấn năm 2023, tiếp tục tăng lên 55-57 triệu tấn vào năm 2030. Tuy nhiên, khai thác than lộ thiên ngày càng gặp khó khăn do diện sản xuất thu hẹp, buộc các mỏ than hầm lò phải tăng công suất để đáp ứng nhu cầu. Công ty than Mạo Khê hiện khai thác các tầng -80/-25 và -150/-80, đồng thời chuẩn bị mở rộng xuống sâu dưới mức -150. Sản lượng năm 2018 đạt khoảng 1,75 triệu tấn, với diện sản xuất ngày càng sâu và xa, đặt ra thách thức lớn về công tác thông gió nhằm đảm bảo an toàn lao động và phòng chống cháy nổ khí Mêtan.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng hệ thống thông gió tại Công ty than Mạo Khê, đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió phù hợp với kế hoạch sản xuất giai đoạn 2019-2023, đồng thời định hướng phát triển hệ thống thông gió đến năm 2023. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống thông gió mỏ than Mạo Khê, với các số liệu đo đạc thực tế tại các lò chợ, đường lò và trạm quạt gió. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc đảm bảo an toàn sản xuất, nâng cao hiệu quả khai thác và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các mỏ than hầm lò khác trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hệ thống thông gió mỏ hầm lò, bao gồm:

  • Lý thuyết thông gió hút và đẩy: Phương pháp thông gió hút được áp dụng phổ biến tại các mỏ than hầm lò sâu, với sơ đồ thông gió sườn hoặc kết hợp thông gió trung tâm và sườn nhằm đảm bảo lưu lượng gió sạch đi từ dưới lên trên, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ khí Mêtan.

  • Mô hình liên hợp trạm quạt gió: Việc sử dụng nhiều trạm quạt làm việc song song hoặc nối tiếp giúp tăng năng lực thông gió, phù hợp với các mỏ có diện khai thác rộng và sâu, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt trong vận hành.

  • Khái niệm lưu lượng gió, hạ áp và sức cản mỏ: Các khái niệm này được sử dụng để tính toán lưu lượng gió cần thiết, hạ áp quạt và sức cản của hệ thống nhằm lựa chọn thiết bị phù hợp và tối ưu hóa hiệu quả thông gió.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực nghiệm đo đạc lưu lượng gió, vận tốc gió, nồng độ khí CO2, CH4 tại các lò chợ, đường lò và trạm quạt gió của Công ty than Mạo Khê trong tháng 01/2019. Đồng thời tổng hợp tài liệu thiết kế mỏ, tài liệu kỹ thuật và các báo cáo liên quan.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu thực nghiệm kết hợp với mô hình tính toán lưu lượng gió, hạ áp và sức cản mỏ để đánh giá hiện trạng hệ thống thông gió. Phân tích so sánh hiệu quả các trạm quạt gió hiện tại với yêu cầu sản xuất.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2018-2019 với kế hoạch sản xuất đến năm 2023, nhằm đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió phù hợp với định hướng phát triển của Công ty than Mạo Khê.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Số liệu được thu thập tại 13 lò chợ, 16 đường lò và 5 trạm quạt gió chính, đảm bảo đại diện cho toàn bộ hệ thống thông gió mỏ. Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí khai thác, mức độ sử dụng và tầm quan trọng trong mạng lưới thông gió.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng lưu lượng gió tại các lò chợ: Lưu lượng gió thực tế tại các lò chợ như Vỉa 5CB, Vỉa 7 Đông-vách, Vỉa 7 Đông-trụ và Vỉa 6 Tây TBII dao động từ 11,5 đến 13,5 m³/s, thấp hơn so với lưu lượng tính toán cần thiết (từ 28 đến 30 m³/s), dẫn đến nhiệt độ tại một số đường lò tăng cao, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của công nhân.

  2. Hiệu quả thông gió tại các gương lò chuẩn bị: Trong 16 gương lò chuẩn bị được khảo sát, có 6 gương thiếu lưu lượng gió so với yêu cầu, với lưu lượng thực tế thấp hơn từ 0,5 đến 1,3 m³/s so với lưu lượng cần thiết, nguyên nhân chủ yếu do tiết diện đường lò nhỏ, biến dạng và sức cản lớn.

  3. Công suất và hiệu quả các trạm quạt gió chính: Trạm quạt mức +120 với quạt FBCDZ-N035 tạo ra lưu lượng tối đa 401 m³/s, đáp ứng tốt yêu cầu sản xuất với lưu lượng cần thiết 173 m³/s. Tuy nhiên, trạm quạt mức +73 hiện tại (quạt BOKД-1,5) chỉ tạo được 60 m³/s, không đáp ứng được lưu lượng yêu cầu 83,6 m³/s, cần thay thế bằng quạt công suất lớn hơn. Các trạm quạt mức +50 và +45 cũng hoạt động ổn định, đáp ứng lưu lượng yêu cầu lần lượt là 16,5 m³/s và 82,3 m³/s.

  4. Tình trạng công trình thông gió và cửa gió: Các công trình thông gió được xây dựng đạt tiêu chuẩn ngành, tuy nhiên ý thức vận hành của công nhân chưa cao, nhiều trường hợp không đóng mở cửa gió đúng quy định, làm giảm hiệu quả thông gió.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến lưu lượng gió tại các lò chợ và gương lò chuẩn bị không đạt yêu cầu là do hệ thống đường lò có nhiều đoạn tiết diện nhỏ, biến dạng, gây sức cản lớn làm giảm lưu lượng gió. Việc sử dụng nhiều trạm quạt gió làm việc liên hợp là phù hợp với đặc điểm mỏ than sâu và có khí cháy nổ siêu hạng như Mạo Khê, tương tự các mỏ than hầm lò trên thế giới như mỏ Taiheiyo (Nhật Bản) hay các mỏ than tại Trung Quốc.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc thay thế trạm quạt mức +73 bằng quạt có công suất lớn hơn là cần thiết để đảm bảo lưu lượng gió phục vụ sản xuất, đồng thời giảm áp lực cho các trạm quạt khác. Việc cải tạo, mở rộng tiết diện đường lò và nâng cao ý thức vận hành cửa gió sẽ góp phần giảm sức cản, tăng hiệu quả thông gió.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lưu lượng gió thực tế so với lưu lượng yêu cầu tại các lò chợ, gương lò chuẩn bị và các trạm quạt gió, giúp trực quan hóa hiệu quả hệ thống thông gió hiện tại và nhu cầu cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo và mở rộng tiết diện đường lò: Tiến hành xén, cải tạo các đoạn đường lò có tiết diện nhỏ, biến dạng để giảm sức cản, tăng lưu lượng gió đến các lò chợ và gương lò chuẩn bị. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, do phòng kỹ thuật mỏ phối hợp với đơn vị thi công.

  2. Thay thế trạm quạt mức +73: Lắp đặt trạm quạt mới có công suất lưu lượng ≥ 83,6 m³/s, hạ áp phù hợp, thay thế quạt BOKД-1,5 hiện tại nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất năm 2019 và các năm tiếp theo. Thời gian thực hiện trong 6-12 tháng, do phòng kỹ thuật và phòng vận hành quạt phối hợp.

  3. Nâng cao quản lý và ý thức vận hành cửa gió: Tổ chức đào tạo, tuyên truyền cho công nhân về tầm quan trọng của việc đóng mở cửa gió đúng quy định, giảm thất thoát gió và tăng hiệu quả thông gió. Thực hiện liên tục, do phòng an toàn và phòng kỹ thuật phối hợp.

  4. Hoàn thiện hệ thống thông gió cục bộ: Sử dụng kết hợp phương pháp thông gió đẩy với ống gió vải mềm tại các gương lò chuẩn bị để đảm bảo lưu lượng gió đủ và ổn định. Thời gian thực hiện trong 1 năm, do phòng kỹ thuật và phòng vận hành phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và quản lý mỏ than hầm lò: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn để nâng cao hiệu quả hệ thống thông gió, đảm bảo an toàn và tăng sản lượng khai thác.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khai thác mỏ, kỹ thuật mỏ: Tài liệu tham khảo về phương pháp phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp thông gió trong mỏ than hầm lò sâu, có khí cháy nổ.

  3. Cơ quan quản lý ngành than và an toàn lao động: Tham khảo để xây dựng chính sách, quy định về công tác thông gió, phòng chống cháy nổ khí Mêtan trong các mỏ than hầm lò.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị và công nghệ thông gió mỏ: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật, đặc điểm vận hành hệ thống thông gió tại các mỏ than Việt Nam để phát triển sản phẩm phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao công tác thông gió lại quan trọng trong mỏ than hầm lò?
    Thông gió đảm bảo cung cấp khí tươi, loại bỏ khí độc và khí cháy nổ như Mêtan, giảm nhiệt độ, tạo môi trường làm việc an toàn cho công nhân, phòng tránh tai nạn cháy nổ.

  2. Phương pháp thông gió hút có ưu điểm gì?
    Phương pháp này tạo dòng gió sạch đi từ dưới lên trên, phù hợp với mỏ sâu và có khí cháy nổ, giúp kiểm soát khí độc hiệu quả và dễ dàng điều chỉnh lưu lượng gió.

  3. Làm thế nào để xác định lưu lượng gió cần thiết cho mỏ?
    Lưu lượng gió được tính dựa trên tổng lưu lượng gió cần cho các lò chợ, gương lò chuẩn bị, hầm trạm và lưu lượng gió rò rỉ, có tính đến hệ số dự trữ và phân phối không đồng đều.

  4. Nguyên nhân chính khiến lưu lượng gió thực tế thấp hơn yêu cầu là gì?
    Do tiết diện đường lò nhỏ, biến dạng, sức cản lớn, thất thoát gió qua các cửa gió không được đóng đúng quy định và hệ thống quạt gió chưa đáp ứng đủ công suất.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để nâng cao hiệu quả thông gió?
    Kết hợp cải tạo đường lò, thay thế trạm quạt công suất lớn, nâng cao ý thức vận hành cửa gió và áp dụng thông gió cục bộ bằng ống gió vải mềm giúp tăng lưu lượng gió và ổn định hệ thống.

Kết luận

  • Đánh giá hiện trạng cho thấy lưu lượng gió tại nhiều lò chợ và gương lò chuẩn bị chưa đạt yêu cầu, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc và an toàn sản xuất.
  • Hệ thống trạm quạt gió chính hoạt động liên hợp, tuy nhiên cần thay thế trạm quạt mức +73 để đáp ứng lưu lượng gió phục vụ sản xuất năm 2019.
  • Các công trình thông gió được xây dựng đạt tiêu chuẩn, nhưng cần nâng cao ý thức vận hành để giảm thất thoát gió.
  • Đề xuất các giải pháp cải tạo đường lò, thay thế quạt, hoàn thiện hệ thống thông gió cục bộ và nâng cao quản lý vận hành nhằm nâng cao hiệu quả thông gió.
  • Tiếp tục nghiên cứu và triển khai các giải pháp trong giai đoạn 2019-2023 để đảm bảo an toàn và hiệu quả sản xuất tại Công ty than Mạo Khê.

Hành động tiếp theo: Áp dụng các giải pháp đề xuất, theo dõi hiệu quả vận hành hệ thống thông gió, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các mỏ than hầm lò khác trong khu vực.