Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tóm tắt ngành khai thác mỏ với đề tài: Tối ưu hóa chế độ việc của quạt gió chính mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, cho các bạn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
=======o0o=======
NGUYỄN CAO KHẢI
TỐI ƢU HOÁ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN
HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH
Ngành: Khai thác mỏ
Mã sô: 9520603
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2018

2. Công trình đƣợc hoàn thành tại Bộ môn Khai thác hầm lò
Khoa Mỏ, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS TS. NGUT. Trần Xuân Hà
Phản biện 1:
PGS. TS Phùng Mạnh Đắc, Hội KHCN mỏ Việt Nam
Phản biện 2:
TS Nguyễn Anh Tuấn, Tập đoàn công nghiệp Than
và Khoáng sản Việt Nam
Phản biện 3:
TS Trần Tú Ba, Viện KHCN mỏ - Vinacomin
Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá Luận án
cấp Trƣờng tại Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
Vào hồi.........giờ.......ngày.......tháng.......năm 2018
Địa chỉ tìm hiểu Luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

3. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Luận án
Để đảm bảo cho một mỏ than hầm lò hoạt động bình thường cần thiết phải
đưa vào mỏ một lượng gió sạch nhất định suốt 24/24 giờ hàng ngày. Lượng gió
yêu cầu được xác định theo tính toán bằng tổng nhu cầu lưu lượng gió cho các
khâu trong dây chuyền công nghệ khai thác mỏ như: Lò chợ khấu than, lò chuẩn
bị, các hầm bơm, trạm điện, bù đắp lượng gió bị tiêu hao mất mát trong hệ thống
các đường lò và được đưa vào mỏ nhờ một hoặc một số quạt gió chính.
Chế độ làm việc của các quạt gió chính được xác định trên cơ sở tạo ra lưu
lượng gió cần thiết đưa vào mỏ và chi phí điện năng để duy trì chế độ làm việc
này của các quạt gió chính là rất lớn, theo đánh giá chiếm khoảng 25% tổng chi
phí điện năng cho toàn bộ các khâu trong dây chuyền công nghệ mỏ. Một thực
tế là nhu cầu gió khác nhau giữa ngày sản xuất với các ngày dừng các hoạt động
sản xuất, và khác nhau ngay trong một ca sản xuất ở từng khâu công nghệ khác
nhau. Tuy nhiên, ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay, các quạt gió
chính đều hoạt động theo một chế độ làm việc cố định, tức là luôn cung cấp vào
mỏ một lượng gió cố định trong suốt thời gian các ngày trong năm, dẫn đến dư
thừa một lượng gió lớn không cần thiết ở những ngày mỏ dừng các hoạt động
sản xuất và ở những khoảng thời gian không đòi hỏi nhu cầu lượng gió như tính
toán hiện nay, gây lãng phí lớn điện năng tiêu thụ. Chế độ làm việc của quạt gió
chính liên quan trực tiếp đến hiệu quả sử dụng điện năng. Xác định một chế độ
làm việc tối ưu, vừa thỏa mãn cung cấp đủ lượng gió cần thiết theo kế hoạch sản
xuất của mỏ, vừa giảm tối đa lãng phí điện năng tiêu thụ là nhu cầu thực tế, nhất
là trog bối cảnh các mỏ than hầm lò ngày càng đóng vai trò lớn trong việc đáp
ứng nhu cầu sản lượng theo Quy hoạch phát triển ngành Than. Chính vì vậy, đề
tài luận án: “Tối ưu hóa chế độ việc của quạt gió chính mỏ than hầm lò vùng
Quảng Ninh” là cần thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và thực tế.
2. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án
Xác định chế độ làm việc tối ưu của các quạt gió chính trong những ngày mỏ
làm việc và các ngày mỏ nghỉ làm việc, nhằm đảm bảo an toàn môi trường và
tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần có được cơ sở để điều chỉnh quy định hiện
hành phù hợp với thực tế sản xuất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của luận án: Chế độ làm việc của các quạt gió
chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án: Các mỏ than hầm lò điển hình vùng Quảng Ninh.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả nghiên cứu của luận án đã luận giải một cách khoa học mối liên hệ
giữa lưu lượng gió yêu cầu của mỏ và kế hoạch tổ chức sản xuất của mỏ trong
ngày làm việc, trong những ngày nghỉ để làm cơ sở xác định chế độ làm việc của
các quạt gió chính, đảm bảo an toàn và sử dụng điện tiết kiệm hiệu quả, góp phần
giảm giá thành khai thác than.
- Xây dựng phương pháp luận về tối ưu hoá chế độ làm việc của các quạt gió
chính ở mỏ than hầm lò nhằm đáp ứng yêu cầu thông gió mỏ. Tự động hóa chế
độ làm việc của các quạt gió chính theo yêu cầu nhờ sử dụng biến tần.

4. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của Luận án áp dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quảng
Ninh, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của công tác thông gió mỏ.
- Kết quả nghiên cứu của Luận án là cơ sở để nghiên cứu bổ sung, chỉnh sửa
các quy định trong công tác thông gió chung của mỏ than hầm lò.
5. Điểm mới của Luận án
- Xác định được nhu cầu gió sạch cho mỏ than hầm lò phụ thuộc vào kế
hoạch sản xuất, tức là phụ thuộc vào thời gian trong ngày làm việc, trong ngày nghỉ;
- Lựa chọn được giải pháp tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính ở mỏ
than hầm lò vùng Quảng Ninh;
- Xây dựng được sơ đồ tổng quát và sơ đồ thuật toán tự động điều chỉnh chế
độ làm việc của quạt gió chính nhờ sử dụng biến tần;
- Xây dựng chương trình tính toán hiệu quả khi sử dụng biến tần để tối ưu
hóa chế độ làm việc của quạt gió chính.
6. Luận điểm bảo vệ của luận án
- Lượng gió cần thiết cho mỏ khi sản xuất bình thường phụ thuộc vào
nhiều yếu tố. Khi các yếu tố đó thay đổi trong ngày làm việc và ngày nghỉ thì
lượng gió cần thiết đưa vào mỏ cũng thay đổi;
- Chế độ làm việc tối ưu của quạt gió chính cần thay đổi theo kế hoạch sản
xuất của mỏ. Chế độ này đạt được nhờ vào việc lập trình từ thiết bị biến tần.
7. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích nêu trên, luận án thực hiện các nội dung sau:
- Tổng quan về chế độ làm việc hợp lý của quạt gió chính;
- Nghiên cứu xác định lưu lượng gió yêu cầu và xác lập các khung giờ cho
mỏ than hầm lò theo thời gian giữa ngày mỏ làm việc với ngày mỏ nghỉ làm việc;
- Nghiên cứu lựa chọn các tham số để tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt
gió chính. Nghiên cứu lựa chọn và tính toán phương án tối ưu chế độ làm việc
của quạt gió chính;
- Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính
ở mỏ than Hà Lầm, Quảng Ninh.
Các phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng
để thực hiện luận án là: Phương pháp khảo sát đo đạc, thống kê tổng hợp, phân
tích và so sánh; Phương pháp toán – tin (giải tích đồ thị); Phương pháp tra cứu
chuyên khảo; Phương pháp tối ưu hoá (sử dụng phần mềm tính toán thông gió);
Phương pháp thực nghiệm ở mỏ than hầm lò.
8. Cấu trúc nội dung của Luận án: Luận án có kết cấu gồm 4 chương
Chƣơng 1: Tổng quan về chế độ làm việc của quạt gió chính;
Chƣơng 2: Hiện trạng thông gió và nhu cầu gió sạch của các mỏ than hầm
lò vùng Quảng Ninh;
Chƣơng 3: Tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính ở các mỏ than
hầm lò vùng Quảng Ninh;
Chƣơng 4: Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc của quạt
gió chính ở mỏ than Hà Lầm.
9. Bố cục của Luận án: Ngoài phần mở đầu của luận án, luận án được trình bày
trong 4 chương, kết luận, các công trình đã công bố và danh sách các tài liệu
tham khảo. Với nội dung trình bày trong 152 trang đánh máy khổ giấy A4 gồm:

5. 80 hình vẽ, 29 bảng. Các kết quả chính của Luận án được công bố trên 15 bài
báo trên các Tạp chí, kỷ yếu Hội nghị Quốc tế trong và ngoài nước.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH
1.1. Đặc điểm chung về quạt gió chính ở mỏ than hầm lò
1.2. Chế độ làm việc của các quạt gió chính
Ví dụ: trên hình 1.1 giới thiệu cách xác định chế độ làm việc của một quạt
hướng trục loại 2K56-No18.
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
0 10 20 30 50 60 70 80 90
60%
70%
80%
85%
hA3 = 178
QA3= 41.8m³/s
hB = 145,8
QB = 38m³/s
A3
B
Q, m³/s
h, mmH2O
h = 0,101.Q2
o o
o
o
o
o
oA2
A1
A4
A5
A6
A7
Hình 1.1. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt gió chính 2K56-No18
Với điểm B là điểm yêu cầu, điểm A3 là điểm làm việc hợp lý của quạt
1.3. Tổng quan về tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính
1.3.1. Tổng quan về tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính trên thế giới
1. Phương pháp giảm sức cản mạng gió mỏ
Đối với phương án này là được áp dụng các giải pháp trực tiếp làm giảm sức
cản các đường lò mỏ hoặc đơn giản sơ đồ thông gió, nhằm giảm hạ áp mỏ. Việc
giảm sức cản mỏ sẽ thay đổi và đưa mỏ về trường hợp có điều kiện thông gió dễ
hơn. Quạt gió sẽ làm việc hiệu quả hơn và tiết kiệm được chi phí điện năng.
2. Phương pháp giảm rò gió và điều chỉnh lưu lượng gió hợp lý giữa các khu
vực khai thác của mỏ
Đối với phương án này là sử dụng các cửa gió (cửa chắn gió hoặc cửa điều
tiết gió) có chất lượng đảm bảo hiệu quả trong việc chắn gió hay điều tiết gió,
với tiêu chí giảm tối đa lưu lượng gió rò trong mỏ, nâng cao hiệu quả phân phối
điều tiết gió giữa các khu vực khai thác và giảm lượng gió rò của mỏ.
3. Phương pháp sử dụng quạt gió có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh
Phương án này được thực hiện bằng các giải pháp là sử dụng thay thế loại
quạt với công nghệ cũ (góc lắp cánh của bánh công tác cố định) bằng các loại
quạt có tính năng kỹ thuật tiên tiến (loại quạt có cơ cấu tự điều chỉnh chế độ làm
việc của quạt với góc lắp cánh của bánh công tác bất kỳ. Ví dụ quạt VOA).
4. Phương pháp sử dụng biến tần để điều chỉnh chế độ làm việc của quạt
Phương án này được thực hiện bằng việc sử dụng biến tần để điều chỉnh tự
động chế độ làm việc của quạt gió nhờ nguyên lý điều chỉnh dòng điện vào dẫn

6. đến làm thay đổi tốc độ vòng quay của quạt gió. (phương án này có thể giảm
tiêu thụ điện năng tới 40%).
1.3.2. Tổng quan về tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính ở Việt Nam
1. Phương pháp giảm sức cản và đơn giản sơ đồ mạng gió mỏ
Đối với phương án này, hầu hết các mỏ hầm lò ở nước ta khó thực hiện. Do
bản chất phương án này là hiệu quả kinh tế không cao, chi phí quá lớn khi phải
chống xén hoặc đào mới đường lò để tăng tiết diện và trực tiếp làm giảm sức
cản đường lò. Hiện một số mỏ cũng đã thực hiện việc chống xén mở rộng diện
tích đường lò, lập kế hoạch khai thác phù hợp cũng như áp dụng các công nghệ
khai thác tiên tiến để nâng cao năng suất và giảm số lò chợ khai thác, các giải
pháp này với mục đính chính là tăng năng suất, giảm giá thành khai thác, cải
thiện sức lao động của công nhân, nhưng đã gián tiếp thực hiện tối ưu chế độ
làm việc của quạt gió chính.
2. Phương pháp giảm rò gió trong mỏ
Đối với phương án giảm rò gió trong mỏ, ở các mỏ cũng đã thường xuyên
thực hiện nâng cấp các cửa gió và thành chắn. Tuy nhiên về hiệu quả còn ở mức
độ nhất định, chất lượng các cửa gió nhìn chung vẫn còn kém nên hiệu quả
không được cao. Việc đầu tư lắp đặt loại cửa gió có cơ cấu đóng mở cửa tự động
chưa được đầu tư nhiều, do đây là loại cửa có độ rò gió rất thấp (thậm chí dưới
1m3
/s), nhưng chi phí quá cao.
3. Phương án sử dụng biến tần để điều khiển chế độ làm việc của quạt
Hiện nay ở một số mỏ đã đầu tư mua sắm thiết bị biến tần, như Công ty than
Hòn Gai, Hà Lầm, Khe Chàm, Thống Nhất,... Nhưng đến trước thời điểm NCS
nghiên cứu, do nhiều nguyên nhân và chưa được đầu tư nghiên cứu nên mục
đích của các mỏ đầu tư biến tần là dùng để khởi động các quạt thay cho khởi
động mềm, việc đầu tư biến tần chỉ giúp cho các mỏ thực hiện đảo ca làm việc
của các quạt gió chính trong trạm thường xuyên hơn. Chính vì vậy, không phát
huy được ưu điểm của loại hình công nghệ thiết bị biến tần.
1.4. Kết luận chƣơng 1
1.4.1. Kết luận
1- Việc tối ưu chế độ làm việc của các quạt gió chính là công việc thực hiện
ở nhiều nước trên thế giới. Trên thế giới hiện nay, việc tối ưu chế độ làm việc
của quạt gió chính bằng việc áp dụng tổng hợp các giải pháp, trong đó đặc biệt
là giải pháp sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió theo nhu
cầu thực tế của mỏ theo thời gian là tương đối phổ biến.
2- Đối với nước ta, hiện nay các loại quạt gió chính đều là loại quạt không
có chức năng tự điều chỉnh được góc lắp cánh. Vì vậy, chế độ làm việc của quạt
bị cố định 24/24h trong tất cả các ngày. Việc nghiên cứu tối ưu chế độ làm việc
của quạt gió mới dừng lại ở giải pháp xử lý việc rò gió và một phần ở giải pháp
giảm thiểu sức cản đường lò. Do vậy, việc nghiên cứu giải pháp để tối ưu chế độ
làm việc của các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh thực sự
có tiềm năng, thực tiễn và tính khả thi cao.
1.4.2. Những vấn đề tập chung nghiên cứu của luận án
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của Chương 1, hướng nghiên cứu chính của
đề tài luận án là nghiên cứu nhu cầu gió thực tế của mỏ trong các thời điểm ở
các khung giờ khác nhau trong những ngày mỏ làm việc cũng như ngày mỏ

7. nghỉ. Từ đó, lựa chọn giải pháp tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió để đáp
ứng phù hợp theo nhu cầu gió sạch của mỏ.
CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG THÔNG GIÓ VÀ NHU CẦU GIÓ SẠCH
CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH
2.1. Đặc điểm khai thác các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh
2.2. Hiện trạng thông gió và chế độ làm việc của các quạt gió chính
2.2.1. Đánh giá về sơ đồ thông gió
- Phương pháp thông gió: Các mỏ đều sử dụng phương pháp thông gió hút.
- Sơ đồ thông gió: Sơ đồ mạng gió của các mỏ thì hầu hết đều ở dạng phức
tạp và rất phức tạp. Các mỏ đều phải sử dùng nhiều trạm quạt để thông gió.
2.2.2. Đánh giá về hiệu quả thông gió mỏ
Các lò chợ đều có hướng gió đi từ mức dưới lến mức trên; Lưu lượng gió
vào lò chợ chủ yếu là đảm bảo và thừa, một số thiếu do quản lý đóng mở cửa
gió không tốt. Các lò chợ nhìn chung có điều kiện vi khí hậu là đảm bảo.
Các công trình thông gió nhìn chung được xây dựng đạt yêu cầu, đảm bảo
chất lượng và đủ điều kiện hoạt động.
2.2.3. Đánh giá về chế độ làm việc của các quạt gió chính
Hầu hết các quạt gió chính đều là loại quạt mới được đầu tư, do Trung Quốc
sản xuất nên chất lượng còn tốt. Chế độ làm việc của các quạt gió chính đều tạo
ra lưu lượng gió vượt so với yêu cầu. Góc làm việc dự trữ của các quạt nhìn
chung vẫn còn, có quạt còn tới trên 3 góc lắp cánh dự trữ.
Đánh giá về chi phí điện năng riêng cho thông gió mỏ: Trong khai thác than
hầm lò, điện năng tiêu thụ cho thông gió (cho quạt gió chính, chưa tính quạt gió
cục bộ) chiếm khoảng 25,4% tổng điện năng cho tất cả các quá trình công nghệ.
Trị số năng lượng riêng cho thông gió tính cho các mỏ dao động trong khoảng
từ 1,88kWh/T ÷ 6,75kWh/T. Chi phí điện năng đơn vị cho thông gió mỏ ở các
mỏ than hầm lò chủ yếu lớn hơn 3, trung bình là 3,9 kWh/T.
2.3. Nghiên cứu xác định nhu cầu gió thực tế cho mỏ
2.3.1. Lưu lượng gió tính toán áp dụng cho các mỏ hiện nay
Hiện nay, ở các mỏ khi tính toán lưu lượng gió cho mỏ đều áp dụng và lựa
chọn lưu lượng gió theo yếu tố Qmax và lấy Qm là một hằng số để đưa vào mỏ trong
suốt cả thời gian 24/24h và cho tất cả các ngày làm việc và không làm việc.
2.3.2. Mối quan hệ giữa lưu lượng gió cho mỏ với kế hoạch sản xuất
 Nghiên cứu công tác tổ chức sản xuất của các mỏ
TT Tªn c«ng viÖc Ký hiÖu
ChiÒu
dµi
(m)
Cñng cè lß1
Ca 1
Thêi gian thùc hiÖn mét chu kú
7 8 9 10 11 12 13
Khoan lç m×n g-¬ng
N¹p, næ m×n g-¬ng, th«ng giã
Di chuyÓn m¸ng cµo
N¹p næ m×n th«ng giã h¹ trÇn
15 16 17 1814
Ca 2
19 20 21 22
Thu håi than nãc
Khoan lç m×n h¹ trÇn
ChuyÓn vËt liÖu VL
23 24 1 2 3 4 5 6
0
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
Ca 3
70
58,25
46,65
35
23,25
11,65
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
VL
2
3
4
5
6
7
8
9
Söa nãc, ®Èy dÇm tiÕn g-¬ng, t¶i than
di chuyÓn gi¸ chèng
Hình 2.1. Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ chống giá khung

8. - Trên cơ sở tổ chức sản xuất ở các lò chợ và gương lò chuẩn bị như hiện nay
ở các mỏ, thì thời gian nổ mìn khấu than ở các hộ tiêu thụ gió bị trải đều (như hình
2.1) và chiếm tới 19,5 giờ trong mỗi ngày tương ứng mỗi ca có tới 6,5 giờ.
- Trong một năm có khoảng 65 ÷ 66 ngày mỏ nghỉ không làm việc. Thông
thường đối với các mỏ tối đa có khoảng 300 ngày làm việc.
- Các ngày nghỉ không làm việc là các thời điểm mỏ không cần nhu cầu gió
như tính toán theo số liệu các yếu tố max về lưu lượng như hiện nay.
 Mối quan hệ giữa lưu lượng gió cho mỏ với kế hoạch khai thác
Phân tích kế hoạch sản xuất ở các mỏ ta thấy: Nhu cầu gió sạch cho mỏ được
chia thành 3 mức theo 3 khung giờ:
1- Khung giờ (thời gian) cao điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu về cung cấp
gió sạch là lớn nhất (là lưu lượng gió cần đưa vào mỏ như tính toán hiện nay),
như các thời điểm: nổ mìn tách phá than, đất đá ở lò chợ và gương lò chuẩn bị,
đây là thời điểm xuất khí độc hại, nhiệt,… lớn nhất.
2- Khung giờ (thời gian) trung điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu về gió
sạch không nhất thiết phải là lớn nhất, đó là các thời điểm chỉ diễn ra các hoạt động
như: giao ca, chống giữ củng cố, vận tải than và đất đá,... trong ngày làm việc.
3- Khung giờ (thời gian) thấp điểm: Là thời gian mỏ có nhu cầu cần gió
sạch là thấp nhất. Là thời gian mỏ không hoạt động sản xuất (trong các ngày
nghỉ). Đây là thời điểm mỏ chỉ cần một lượng gió sạch vừa đủ để xử lý khí độc
hại thẩm thấu từ trong đất đá xung quanh đường lò ra không khí mỏ.
2.3.3. Xác định lƣu lƣợng gió thực cho mỏ ở các khung giờ
2.3.3.1. Lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ (những thời gian) cao điểm
Những thời gian cao điểm là những thời gian có nhu cầu gió sạch lớn nhất,
lưu lượng gió cần cho mỏ được tính toán như hiện nay ở các mỏ đang áp dụng.
Lưu lượng gió cho mỏ: Qcđ = 100%.Qmax
3.3.3.2. Lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ (những thời gian) thấp điểm
1. Xác định nhu cầu gió của mỏ theo cơ sở lý thuyết
Thời gian thấp điểm là thời gian trong các ngày mỏ nghỉ. Để xác định lưu
lượng gió cho mỏ trong các thời điểm này, ta tính toán so sánh lưu lượng gió
của lò chợ và gương lò đào trong các thời gian ngày mỏ nghỉ làm việc với thời
gian cao điểm trong ngày làm việc.
- Đối với các lò chợ: Kết quả tính toán giá trị lưu lượng gió và tỷ lệ gió cần
thiết trong các ngày nghỉ làm việc so với ngày làm việc như bảng 2.1.
Bảng 2.1. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chợ trong trường
hợp nghỉ làm việc với ngày làm việc
TT
q,
m3
/T-24h
A, T/24h I K C Co Qnghỉ, m3
/s Qlv, m3
/s Tỷ lệ, %
1 1,00 60 0,0007 1,1 0,5 0 0,15 1,00 15,28
2 1,25 400 0,0058 1,1 0,5 0 1,27 8,33 15,28
3 1,50 1000 0,0174 1,1 0,5 0 3,82 25,00 15,28
4 1,75 1200 0,0243 1,1 0,5 0 5,35 35,00 15,28
- Đối với trường hợp tính cho lò chuẩn bị: Kết quả tính toán giá trị lưu lượng
gió và tỷ lệ gió cần thiết trong các ngày nghỉ làm việc so với ngày làm việc như
trong các bảng 2.2.
Bảng 2.2. Kết quả tính toán so sánh lưu lượng gió các loại lò chuẩn bị trong
trường hợp ngày nghỉ và ngày làm việc

9. TT r S A I k C Co Qnghi Qlv Tỷ lệ (%)
1 2,1 10 33,6 0,0005 1 0,5 0 0,0972 5 1,94
2 1,4 10 22,4 0,0003 1 0,5 0 0,0648 5 1,30
3 0,8 30 38,4 0,0006 1 0,5 0 0,1111 15 0,74
4 1,6 20 51,2 0,0007 1 0,5 0 0,1481 10 1,48
5 1,6 30 76,8 0,0011 1 0,5 0 0,2222 15 1,48
2. Độ xuất khí trong ngày làm việc với ngày nghỉ
Hình 2.2. Biểu đồ sự xuất khí metan trong lò chợ ở mỏ than trong ngày nghỉ
Sự xuất khí được ghi lưu hầu hết dưới dạng như trên hình 2.2.
3. Lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ thấp điểm (ngày nghỉ)
Qua kết quả tính toán nhu cầu gió của mỏ và kết quả đánh giá độ thoát khí
giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cho thấy:
- Theo tính toán nhu cầu gió trong những ngày nghỉ chỉ bằng khoảng 15,3% lưu
lượng gió cần thiết cho mỏ trong thời gian cao điểm.
- Theo độ xuất khí thì lưu lượng gió cần cho mỏ trong ngày nghỉ bằng lượng gió
tương ứng để xử lý với lượng khí tối đa bằng 50% so với ở thời gian cao điểm.
- Theo Quy chuẩn Quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò QCVN
01:2011/BCT có quy định tại mục 4, điều 48, thuộc chương 3, quy phạm an toàn
trong thông gió mỏ, thì khi thực hiện công tác đảo chiều gió theo quy phạm đối
với những mỏ cho phép, yêu cầu là hệ thống đảo chiều gió phải đảm bảo đáp
ứng được ít nhất là 60% lưu lượng gió so với chế độ thuận chiều.
Nhu cầu gió cho mỏ ở những ngày nghỉ chỉ cần thực hiện bằng 60% lưu
lượng gió trong thời gian cao điểm: QTh.đ = 60%QC.đ = 60%Qmax.
3.3.3.3. Lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ (những thời gian) trung điểm
1. Kết quả tính lưu lượng gió ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

10. Hình 2.3. Biểu đồ tỷ lệ lưu lượng gió theo yếu tố nổ mìn khấu tách than-đất đá so
với các yếu tố còn lại ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh
Trường hợp lưu lượng gió lấy theo yếu tố thứ hai sẽ chỉ bằng khoảng từ 45 ÷
52% lưu lượng gió lấy theo yếu tố max (yếu tố lớn nhất). Kết quả ở một số mỏ
như trong hình 2.3. Ngoài ra khi xét về ảnh hưởng của 2 loại hộ tiêu thụ gió là các
lò chợ và gương lò đào (chuẩn bị), thì lưu lượng gió chiếm một tỷ lệ chủ yếu trong
tổng lưu lượng gió cho mỏ từ 60,51 -:- 87,64%.
2. Đánh giá sự xuất khí độc hại khi nổ mìn khấu than
Sự xuất khí độc hại như CH4 khi nổ mìn so với khi không nổ mìn khấu như
trong hình 2.4.
Hình 2.4. Biểu đồ sự xuất khí trong lò chợ trong ngày làm việc
Các mỏ khai thác than hầm lò trên thế giới, khi nghiên cứu đánh giá tỷ lệ
xuất các chất khí của các hộ tiêu thụ gió cũng cho thấy lượng khí xuất ra không
khí mỏ cũng chủ yếu từ các lò chợ và gương lò đào. Chiếm khoảng 65 -:- 75%;
Còn lại 25 -:- 35% là từ các khu vực khác.
3. Lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ trung điểm
Từ các cơ sở lý luận trên cho thấy trong các thời gian trung điểm, nhu cầu gió
cho mỏ QTh.đ chỉ cần thực hiện bằng 80% lưu lượng gió trong thời gian cao điểm.
2.4. Kết luận chƣơng 2
1- Hầu hết các mỏ khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh đều có sơ đồ
thông gió là phức tạp và rất phức tạp. Đặc biệt là đa phần các mỏ phải sử dụng
trên 01 trạm quạt gió chính để thông gió cho mỏ.
2-. Nhu cầu gió sạch cho mỏ thực tế phụ thuộc vào kế hoạch sản xuất của
mỏ, nhu cầu này có thể được phân thành 3 khung giờ (thời điểm):
- Khung giờ cao điểm: QC.đ = Qmax = 100% lưu lượng như tính toán hiện nay ở
các mỏ đang thực hiện.
- Khung giờ trung điểm: QTr.đ = 80% QC.đ.
- Khung giờ thấp điểm: QTh.đ = 60% QC.đ.
3- Việc tối ưu chế độ làm việc của quạt gió để thực hiện cung cấp gió sạch
cho mỏ theo nhu cầu thực tế ở từng thời điểm hoạt động sản xuất của mỏ là cần
thiết, góp phần giảm chi phí thông gió mỏ là hoàn toàn có cơ sở.

11. CHƢƠNG 3: TỐI ƢU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HẦM LÕ VÙNG QUẢNG NINH
3.1. Xác định các tham số tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính
3.1.1. Nguyên lý xác định chế độ làm việc của các quạt gió chính
Nguyên lý chung, để xác định được chế độ làm việc hợp lý của các quạt gió
chính, trước tiên ta phải tiến hành thực hiện được các nội dung sau:
- Xác định được lượng gió chung vào mỏ;
- Phân phối gió trên sơ đồ gió (giản đồ thông gió);
- Tính hạ áp các luồng gió và cân bằng hạ áp các luồng gió mỏ.
- Xác định quạt gió làm việc ở một chế độ với thông số kỹ thuật là: tốc độ
vòng quay của trục quạt và góc lắp cánh của bánh công tác, các thông số này
phải hợp lý để quạt tạo ra được một năng lực thông gió phù hợp:
+ Lưu lượng quạt tạo ra phải thỏa mãn lưu lượng yêu cầu vào mỏ: Qct ≥ Qyc;
+ Hạ áp quạt tạo ra phải thỏa mãn hạ áp yêu cầu của mỏ: hct ≥ hyc.
Việc xác định chế độ làm việc của quạt gió chính được áp dụng trong các
trường hợp cụ thể:
- Đối với các sơ đồ thông gió mỏ chỉ có một quạt làm việc đơn độc;
- Đối với các sơ đồ thông gió mỏ gồm nhiều quạt làm việc.
3.1.2. Xác định các tham số tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính
3.1.2.1. Cơ sở xây dựng bài toán tối ưu chế độ công tác của quạt gió chính
Quan điểm mới của đề tài về thông gió mỏ:
Quạt gió làm việc phải bảo đảm các nhu cầu thông gió là cung cấp đủ lưu
lượng gió sạch cho các hộ tiêu thụ gió để đảm bảo:
- Đảm bảo an toàn;
- Đảm bảo tạo được điều kiện vi khí hậu dễ chịu;
- Đảm bảo tốc độ gió phải nằm trong giới hạn cho phép;
- Quạt gió chính phải làm việc liên tục 24h/24h giờ với chế độ làm việc phù
hợp với nhu cầu thực tế của mỏ.
- Ngoài các quan điểm từ trước đến nay về thông gió mỏ thì đề tài bổ sung
thêm quan điểm mới: Tiêu tốn điện năng là nhỏ nhất.
Vì vậy, chế độ làm việc của quạt gió được điều chỉnh hoạt động phù hợp với
thực tiễn sản xuất (kế hoạch trong ngày, đặc biệt là giữa ngày làm việc và ngày
nghỉ) để tạo ra lưu lượng gió vừa đủ để đáp ứng được các yêu cầu về thông gió
mỏ, tránh lãng phí do dư thừa gió làm tăng chi phí giá thành thông gió mỏ.
3.1.2.2. Xác định các tham số tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính
Để có một chế độ làm việc của một quạt gió chính, ta phải căn cứ vào các
thông số kỹ thuật sau: Đối với quạt hướng trục là các thông số Tốc độ vòng
quay của trục quạt, Góc lắp cánh của bánh công tác. Đối với quạt ly tâm thông
số kỹ thuật là tốc độ vòng quay của trục quạt. Để có được các thông số kỹ thuật
của chế độ làm việc của một quạt gió thì ta phải xác định được các tham số hay
các hàm phụ thuộc:
- Lưu lượng gió cho các lò chợ (ΣQLC)
- Lưu lượng gió cho các lò chuẩn bị (ΣQcb)
- Lưu lượng gió cho các hầm trạm(ΣQht)
- Lưu lượng gió rò của mỏ (ΣQrg).
- Hệ số rò gió tại trạm quạt (kr)
- Sức cản của mạng gió là tham số liên quan gây ra tổn thất hạ áp (Rm)

12. - Hệ số kể đến lưu lượng gió dư do điểm công tác của quạt cao hơn điểm yêu
cầu (kd): kd = Qq/Qyc
Như vậy, để đánh giá hiệu quả của công tác thông gió mỏ, yếu tố đảm bảo
kỹ thuật theo yêu cầu là hàng đầu, đây là yếu tố thỏa đáng về các mục tiêu yêu
cầu của thông gió mỏ là tạo môi trường làm việc an toàn. Yếu tố xác định tính
hiệu quả về kinh tế, nghĩa là chi phí cho thông gió mỏ là nhỏ nhất, tức là khi
tính toán thông gió mỏ ta phải tối ưu hóa (tăng chi phí hữu ích, giảm chi phí vô
ích). Tuy nhiên, việc tối ưu hóa một tham số có hiệu quả hay không, hoặc hiệu
quả của việc tối ưu hóa đó đạt được ở mức độ nào lại phụ thuộc rất nhiều vào
các điều kiện cụ thể.
Đặc điểm các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh là đã qua nhiều giai đoạn
phát triển mỏ, việc tối ưu chế độ công tác của quạt gió sẽ bị hạn chế, do phương
án tối ưu một số tham số sẽ cho hiệu quả thấp, thậm chí không cho kết quả. Để xác
định tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính, ta đánh giá trên các chỉ tiêu sau:
- Chỉ tiêu kỹ thuật: Góc lắp cánh bánh công tác; Tốc độ vòng quay của trục quạt;
- Chỉ tiêu kinh tế: Lưu lượng gió quạt tạo ra; Lượng điện tiêu thụ.
Trong giới hạn của đề tài luận án, NCS nghiên cứu tối ưu hóa chế độ làm
việc của quạt gió chính ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh như sau:
1. Các giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió các mỏ thường áp dụng
- Xây dựng và sửa chữa các công trình thông gió mỏ;
- Thường xuyên sửa chữa bảo dưỡng thiết bị thông gió;
- Xây dựng kế hoạch khai thác để đơn giản sơ đồ thông gió giúp cho việc
quản lý điều chỉnh hệ thống thông gió mỏ đơn giản hơn;
- Cải tạo mạng gió mỏ;
- Thay thế các quạt cũ bằng các loại quạt mới có tính năng kỹ thuật ưu việt.
2. Các tham số có thể tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió
a) Sức cản các đường lò mỏ
Giải pháp này không hiệu quả, do chi phí kinh tế quá lớn. Do vậy, chỉ được
thực hiện áp dụng khi kết hợp với các mục đích chính khác như: diện tích đường
lò quá nhỏ phải chống xén để phục vụ vận tải, do yêu cầu về an toàn,...
b) Rò gió trong mỏ
Đây là giải pháp hiện nay các mỏ thường xuyên phải thực hiện. Việc xử lý
giảm rò gió qua cửa gió và thành chắn là vấn đề được các mỏ rất quan tâm và
thường xuyên thực hiện. Giải pháp này có tính khả thi ngoài việc nâng cao hiệu
quả thông gió mỏ còn có một ý nghĩa về đảm bảo công tác an toàn cho mỏ.
c) Độ chênh lưu lượng giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt
Khi tính toán lựa chọn điểm làm việc của quạt, luôn phải đảm bảo một
nguyên tắc là lưu lượng gió quạt làm việc phải thỏa mãn lưu lượng gió yêu cầu:
Qct ≥ Qyc. Hiện nay, thông thường chế độ làm việc của các quạt gió chính
thường có Qct > Qyc. Mục tiêu của giải pháp giảm lượng gió chênh do độ chênh
giữa điểm công tác với điểm yêu cầu là đưa chế độ công tác của quạt đạt ở trạng thái
có Qct = Qyc. Biện pháp này ở các mỏ chưa được thực hiện do yếu tố công nghệ.
d) Lưu lượng gió không cần thiết trong ngày nghỉ và giờ không cao điểm
Giảm lưu lượng gió không cần thiết vào mỏ do nhu cầu mỏ không hoạt động
sản xuất cao điểm là: Trong những ngày mỏ nghỉ sản xuất; Và những thời gian

13. mỏ không hoạt động sản xuất cao điểm. Đây là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn
đến chi phí cho thông gió mỏ. Biện pháp này ở các mỏ chưa được thực hiện.
3.1.2.3. Chọn tham số để tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính
1. Độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của quạt
Tối ưu hóa độ chênh của điểm làm việc so với điểm yêu cầu, hay là hệ số dư
gió do điểm công tác của quạt so với điểm yêu cầu. Mục đính của việc tối ưu là:
- Giảm hiệu số: (Qct - Qyc) → 0
- Hay giảm hệ số: kđc = (Qct/Qyc) →1
Trong đó: kđc -Là hệ số giữa lưu lượng gió công tác của quạt với lưu lượng
gió của điểm yêu cầu;
Qct -Lưu lượng gió của quạt tạo ra ở chế độ làm việc, m3
/s;
Qyc -Lưu lượng gió của quạt cần phải tạo ra, m3
/s.
2. Lưu lượng gió không cần thiết trong ngày nghỉ và giờ không cao điểm
Tối ưu hóa lưu lượng gió không cần thiết vào mỏ ở những khung giờ không
cao điểm.
Như vậy ta có hệ số kể đến sự giảm lưu lượng gió của quạt trong các thời
gian không cao điểm điểm:

  

yc
đThđTrđC
tw
Q
QQQ
k
...
Trong đó:
ktư -Hệ số giảm lưu lượng gió của quạt khi tối ưu so với lưu lượng gió của
quạt khi không tối ưu;
ΣQC.đ-Tổng lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ cao điểm trong một năm, m3
/s;
ΣQTr.đ-Tổng lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ trung điểm trong một năm, m3
/s;
ΣQTh.đ- Tổng lưu lượng gió cho mỏ ở khung giờ thấp điểm trong một năm, m3
/s;
ΣQyc-Tổng lưu lượng gió cho mỏ khi chưa tối ưu trong một năm, m3
/s.
3.2. Xây dựng phƣơng pháp luận tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió
3.2.1. Tối ưu độ chênh do điểm làm việc với điểm yêu cầu
Độ chênh do điểm làm việc với điểm yêu cầu, sẽ gây ra độ chênh (độ dư) về
lưu lượng và hạ áp khi quạt làm việc so với yêu cầu.
3.2.1.1. Cơ sở xác định độ chênh của điểm công tác so với điểm yêu cầu
- Tính giá trị lưu lượng và hạ áp yêu cầu quạt cần tạo ra (Qyc và hyc) để xác
định điểm yêu cầu (Byc) trên đồ thị đường đặc tính của quạt gió.
- Tính phương trình đường đặc tính mỏ (h = R.Q2
) để xác định xây dựng đường
đặc tính mỏ h = R.Q2
và dựng (vẽ) trên đồ thị đường đặc tính của quạt gió.
- Sau đó từ điểm yêu cầu ta chọn chế độ làm việc của quạt hay còn gọi là
điểm làm việc hợp lý của quạt gió (điểm Act).
Và các bước tính toán đó được thể hiện như trên hình 3.1.
Với các quạt gió hiện nay ở nước ta điểm làm việc là phải thỏa mãn được
điểm yêu cầu với chi phí kinh tế nhỏ nhất, tức là giá trị điểm công tác phải tạo ra
năng lực thỏa mãn yêu cầu: Act ≥ Byc. Như vậy, có thể xảy ra:
- Điểm Act = Byc. Như vậy có độ chênh bằng không và đã là tối ưu nhất.
- Điểm Act > Byc. Độ chênh cần được tối ưu.

14. 400
1000
2200
3400
15 20 40 Q(m³/s)
P (pa)
0°
-2.5°-5°
+2.5°
+5°
60
65
70
71
78
81
78
74
70
Qct=30.3
Byc
Act
Qyc=2825
hyc=1631
h=R*Q²
3530
2800
hct=1798
Hình 3.1. Đồ thị xác định độ chênh lưu lượng do điểm làm việc của quạt
với điểm yêu cầu
3.2.1.2. Xác định lưu lượng gió tối ưu
Lưu lượng gió có thể tối ưu qua độ chênh của điểm công tác so với điểm yêu
cầu như trong hình 3.2.
Hình 3.2. Biểu đồ đánh giá hiệu quả có thể tối ưu độ chênh
giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu của một số quạt gió chính
Như vậy, đối với các quạt gió chính đang sử dụng ở các mỏ than hầm lò
vùng Quảng Ninh. Việc tối ưu chế độ làm việc của quạt gió thông qua giải pháp
tối ưu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu, có thể giảm lưu lượng gió
được từ 5 ÷ 40 m3
/s, tương ứng với tỷ lệ giảm tối đa là từ 27,8% đến 46,8% Tỷ
lệ độ chênh của quạt tăng khi chế độ làm việc của quạt càng ở góc lắp cánh nhỏ.
3.2.2. Tối ưu lượng gió không cần thiết trong khung giờ không cao điểm
3.2.2.1. Lưu lượng gió tối ưu
Chế độ quạt làm việc với công suất đảm bảo lưu lượng gió đưa vào mỏ theo
3 chế độ tương ứng với 3 khung giờ như sau:
1- Khung giờ cao điểm
Ở khung giờ cao điểm, chế độ làm việc của quạt đưa lưu lượng gió vào mỏ
bằng 100% lưu lượng gió tính toán lớn nhất theo thiết kế như hiện nay (QC.đ = Qmax).
2- Khung giờ trung điểm
Ở khung giờ trung điểm, chế độ làm việc của quạt đưa lưu lượng gió vào mỏ
bằng 80% lưu lượng gió tính toán lớn nhất theo thiết kế (QTr.đ = 80%QC.đ).
3- Khung giờ thấp điểm

15. Ở khung giờ thấp điểm (ngày mỏ không làm việc), chế độ làm việc của quạt
đưa lưu lượng gió vào mỏ bằng 60% lưu lượng gió tính toán lớn nhất theo thiết
kế (QTh.đ = 60%QC.đ).
3.2.2.2. Xác định thời gian tối ưu lượng gió vào mỏ
Qua phân tích và nghiên cứu các hộ tiêu thụ gió đối với hệ thống thông gió
của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, ta xác định được các thời điểm có
thể giảm được lưu lượng gió vào mỏ. Các thời gian giảm được lưu lượng gió
vào mỏ phụ thuộc vào cách bố trí lập biểu đồ tổ chức chu kỳ sản xuất của mỏ,
khi các thời gian cao điểm, trung điểm và thấp điểm của tất cả các hộ tiêu thụ
gió (lò chợ, gương lò chuẩn bị) trùng lặp được với nhau. Đây sẽ là cơ sở để tối
ưu chế độ làm việc của quạt gió chính. Thời gian tối ưu lượng gió vào mỏ được
nghiên cứu tại mục 2.3.2 của chương 2, kết quả như sau:
1- Khung giờ cao điểm
Đây là thời gian diễn ra không nhiều, tuy nhiên hiện nay ở các mỏ chưa có
chế độ quan tâm để tính toán giảm thời gian cao điểm, các thời gian nổ mìn
khấu tách than và đất đá diễn ra ở các lò chợ và các gương lò đào vẫn xen kẽ
nhau và rất ít trùng lặp (chỉ có những hộ tiêu thụ gió có đặc điểm công nghệ như
nhau thì mới trùng lặp), nên thực tế tổng thời gian này chiếm chủ yếu trong các ngày
làm việc, kết quả tính toán thời gian cao điểm chiếm khoảng 19,5 giờ/ngày. Thời
gian này nếu tính trong một năm như sau: 300 ngày x 19,5h = 5850 h/năm
2- Khung giờ trung điểm
Thực tế các mỏ khung giờ cao điểm của các hộ tiêu thụ gió lại sen kẽ nhau
và ít trùng lặp. Vì vậy, thời gian trung điểm ở đây chỉ chọn các thời gian 1,0 giờ
cuối ca (thời gian củng cố) và 0,5 giờ giao ca ở đầu mỗi ca để thực hiện tính
toán, một ngày đêm chỉ có khoảng 4,5 giờ/ngày đêm (thời gian này có thể tăng,
nếu sắp xếp các thời điểm nổ mìn khấu tách than và đất đá ở các ca trong các lò
chợ và gương lò đào trùng lặp nhau). Tổng thời gian trung điểm được tính trong
một năm: 300 ngày x 4,5 h = 1350 h/năm
3- Khung giờ thấp điểm
Toàn bộ thời gian trong các ngày mỏ nghỉ làm việc. Tổng thời gian thấp
điểm được tính trong một năm sẽ là: 65 ngày x 24h = 1560 h/năm
3.3. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính
3.3.1. Các phương án tối ưu chế độ làm việc của quạt gió chính
3.3.1.1. Sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác
Để khắc phục nhược điểm của các loại quạt như ở nước ta đang sử dụng,
nhiều nước đã sản xuất ra các loại quạt có tính năng tự điều chỉnh góc lắp cánh
theo góc lắp cánh bất kỳ và việc điều chỉnh chế độ góc lắp cánh được thực hiện
ngay cả khi quạt đang làm việc. Ví dụ như quạt VOA của Nga có đường đặc
tính quạt như trên hình 3.3.
Khi thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác, quạt không nhất thiết phải
ngừng hoạt động, mà việc thay đổi góc lắp cánh được thực hiện ngay cả khi quạt
đang vận hành (đang làm việc). Nguyên lý hoạt động là nhờ có một giá liên kết
(mâm) các cánh của quạt với hệ thống điều chỉnh bằng điện, nên khi cần thay
đổi góc lắp cánh của bánh công tác ta điều khiển để thay đổi đồng thời tất cả các
cánh một cách từ từ, do vậy việc điều chỉnh chế độ của góc lắp cánh không ảnh

16. hưởng đến quá trình hoạt động của quạt gió. Đặc biệt, ta có thể đặt chế độ làm
việc của quạt ở bất kỳ một góc lắp cánh nào mà ta muốn.
Đối với loại quạt này ta thay đổi được chế độ làm việc của quạt như ví dụ sau:
 Đối với độ chênh của điểm công tác với điểm yêu cầu:
- Với quạt không có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 40o
; Qct =
257m3
/s; hct = 304 mmH2O; Nct = 965 kW/h;
- Với quạt có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 36o
; Qct/A = 243
m3
/s; hct/A = 272 mmH2O; Nct/A= 825 kW/h
Như vậy, hiệu quả cho ta thấy là giảm tiêu thụ điện năng của giải pháp trong
trường hợp này là từ 965kW/h xuống còn 825kW/h.
 Đối với những thời điểm mỏ không làm việc
Ví dụ loại quạt VOA-3.0, như trên hình 3.3, nếu ở thời điểm các ngày làm
việc việc chế độ làm việc của quạt sẽ là góc lắp cánh là 400
(nếu là quạt không
tự động điều khiển được góc lắp cánh). Ngày nghỉ tính giảm 40% thì sẽ tương
ứng với quạt làm việc ở góc lắp cánh của bánh công tác là 15,2 độ. Ví dụ:
- Với quạt không có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 40o
; Qct =
257m3
/s; hct = 304 mmH2O; Nct = 965 kW/h;
- Với quạt có cơ cấu tự động điều khiển góc lắp cánh: θ = 15,2o
; Qct/A = 145
m3
/s; hct/A = 109 mmH2O; Nct/A= 275 kW/h
Như vậy, hiệu quả cho ta thấy là giảm tiêu thụ điện năng của giải pháp trong
trường hợp này là từ 965kW/h xuống còn 275kW/h.
Việc sử dụng loại quạt có cơ cấu tự động điều chỉnh được góc lắp cánh của
bánh công tác sẽ cho hiệu quả cao. Tuy nhiên loại quạt này vẫn có nhược điểm
là: Không thực hiện được việc tự động hóa điều khiển chế độ làm việc của quạt
một cách liên hoàn, con người vẫn phải trực tiếp điều khiển để thay đổi chế độ
của quạt gió. Cộng với chi phí sẽ rất lớn và lãng phí, nếu các mỏ thay đổi toàn
bộ các quạt gió hiện đang sử dụng.
N, kW
Q, m3/s
1200
1000
600
400
200
350
300
250
200
150
100
50
50 100 200 300
45o
40o
35 o
30 o
25o
20o
15 o
15 o
20o
25o
30 o
35 o
40o
45o
0
32,3
o
Byc=Act/A
Act
h=R.Q
2
Qyc=Qct/A Qct
Nct
Nyc=Nct/A
Nyc=Nct/A
Nct
hct
hyc=hct/A
Qo
ho Ao
36 o
800
No
No
Hình 3.3. Đồ thị xác định chế độ công tác của quạt VOA-3.0, n = 750v/ph

17. 3.3.1.2. Sử dụng biến tần để điều khiển tự động chế độ công tác của quạt
1. Tổng quan về ứng dụng biến tần
Việc sử dụng biến tần trong việc điều khiển động cơ điện hiện nay là một
giải pháp công nghệ tiên tiến mang lại nhiều lợi ích. Ngày nay biến tần đã được
sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp.
Nguyên lý hoạt động của biến tần như hình 3.4. Bản chất là biến tần thay đổi
dòng đầu vào dẫn đến thay đổi tốc độ vòng quay.
Sử dụng biến tần sẽ có những ưu điểm sau:
- Giảm dòng khởi động;
- Để dùng điều khiển tại chỗ, từ xa theo quá trình;
- Nhỏ gọn, tiếng ồn thấp, các thông số cơ bản đều được hiển thị.
- Góp phần giảm chi phí sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị và kéo dài tuổi thọ
của các thiết bị.
- Biến tần có thể điều khiển được nhiều động cơ.
- Biến tần làm tăng hệ số cos (thường khoảng 0,96), tăng hiệu suất sử dụng
điện, giảm tổn thất cho lưới điện.
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của biến tần
* Đối với máy bơm nƣớc và quạt gió
Đối với máy bơm nước và quạt gió là những máy có mô men tải thay đổi theo tốc độ
vòng quay như sau:
- Lưu lượng (m3
/s) tỷ lệ bậc nhất với tốc độ (v/ph) và tần số dòng điện (Hz);
- Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phương tốc độ;
- Công suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phương với tốc.
2
1
2
1
2
1
f
f
n
n
Q
Q

2
2
1
2
1







n
n
h
h
3
2
1
2
1







n
n
p
p
Ở đây: Q1, h1, P1 -lưu lượng, áp suất và công suất điện tương ứng với số vòng quay
định mức của động cơ (n1, vg/ph).
Q2, h2, P2 -lưu lượng, hạ áp, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay được điều
chỉnh (n2).
2. Ứng dụng biến tần vào việc tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió
Hiệu quả của việc sử dụng biến tần cho quạt gió mỏ được đánh giá như sau:
- Giảm tiêu hao năng lượng điện khi khởi động quạt (không tăng dòng khởi động).
- Giúp ổn định dòng (trong trường hợp điện áp đầu vào không ổn định) để quạt và
thiết bị hoạt động êm, ổn định, tăng tuổi thọ của quạt cùng các thiết bị.
- Điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió một cách tự động theo yêu cầu.
3.3.2. Lựa chọn phương án tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính
Với ưu nhược điểm của hai loại công nghệ trên đã có nhiều công trình nghiên cứu
ứng dụng ở các mỏ hầm lò trên thế giới với kết quả đã được kiểm nghiệm và cho thấy
hiệu quả nổi trội của việc sử dụng biến vào việc điều khiển chế độ làm việc của quạt gió.
Như trên hình 3.5 là mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ của động cơ quạt với
lưu lượng tương ứng với phương án được biểu diễn thông qua các đường cong tương ứng.

18. 0,80,2 0,4 0,6
0,8
0,9
1,0
0,7
0,6
1,0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,1
0
Q/QH
P/PH
1 2
3
4
Hình 3.5. Mối phụ thuộc sự thay đổi công suất của động cơ với lưu lượng
- Đường cong 1: Tương ứng với phương án điều tiết (các cửa gió và cửa điều
chỉnh,…) nhằm giảm sự rò gió và điều tiết lưu lượng gió phù hợp giữa các khu vực trong
hệ thống thông gió mỏ.
- Đường cong 2: Tương ứng với phương án thay đổi góc lắp cánh của bánh công tác
của quạt gió (sử dụng quạt có cơ cấu tự điều chỉnh góc lắp cánh của bánh công tác).
- Đường cong 3: Tương ứng với phương án sử dụng biến tần cho động cơ không
đồng bộ 3 pha.
- Đường cong 4: Biểu diễn mối phụ thuộc sự thay đổi công suất tiêu thụ điện năng
của động cơ quạt với lưu lượng, tương ứng với phương án sử dụng biến tần cho động cơ
đồng bộ 3 pha.
Xét 2 phương án: Đề tài luận án lựa chọn phương án sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế
độ làm việc của quạt gió chính.
3.4. Xây dựng sơ đồ thuật toán tối ƣu chế độ làm việc của quạt gió chính
3.4.1. Xây dựng sơ đồ tổng quát
Với việc sử dụng biến tần kết hợp các thiết bị công nghệ phụ trợ để tạo và lập trình
chế độ tự động điều khiển hoạt động thông gió cho mỏ, thì ta có sơ đồ tổng quan như
hình 3.6.
Màn hình vận hành Các đầu đo cảm biến:
khí CH4, CO2, vgió, Scs, to
,...
Bộ điều khiển trung tâm PLC
Tủ cầu giao điện cấp biến tần và
quạt gió
Biến tần
Quạt gió mỏ
Hình 3.6. Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển tự động mạng gió mỏ

19. 3.4.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán
Với hệ thống tự động điều khiển chế độ quạt gió chính và giám sát mạng gió mỏ, ta
có biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển quạt như trên hình 3.7. Và sơ đồ thuật toán
chương trình như trên hình 3.8.
QTh.d
QTr.d
QC.d
Qkbt>=QC.d
Thoi gian thap diem
Quat bien tan
Thoi gian trung diem Thoi gian cao diem
Quat bien tan
Quat bien tan
Quat khong dung bien tan
(1)
(3)
(2)
Mien toi uu khi su dung bien tan
Hình 3.7. Biểu đồ minh họa miền tối ưu lưu lượng gió khi sử dụng biến tần
để tối ưu chế độ làm việc của quạt gió
Hình 3.9. Sơ đồ thuật toán chương trình sử dụng biến tần điều khiển
tối ưu chế độ làm việc của quạt gió mỏ
3.5. Chƣơng trình giải bài toán tối ƣu
3.5.1. Quy trình tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió
3.5.2. Thiết lập chương trình tính toán tối ưu chế độ làm việc của quạt gió
3.5.2.1. Thiết lập các thuật giải xác định các tham số tối ưu
- Xác định tần số dòng điện (f), tốc độ vòng quay của trục quạt (n) và lưu lượng
gió (Q) tối ưu
- Xác định hạ áp (h) tối ưu
- Xác định công suất (p) tiêu thụ tối ưu
- Xác định hiệu quả tối ưu về lưu lượng gió (ηQ)
Chạy 100%
công suất
Chạy 80% công suất
CH4<1%,CO2<0,75%
…….
CH4<1%
CO2<0,75%
…….
Giờ cao điểm
Chạy 100% công suất
Bắt đầu
Ngày làm việc
S
Đ
Chạy60% công suất Chạy 100% công suất
Kết thúc
Đ Đ
S
Đ
S
S

20. - Xác định hiệu quả tiêu thụ điện năng (ηp)
3.5.2.2. Thiết lập chương trình giải bài toán tối ưu
Với điều kiện phát triển tin học giai đoạn như ngày nay (Công nghệ 4.0),
NCS đã thiết lập chương trình giải bài toán“Tối ưu chế độ làm việc của quạt gió
chính”. Giao diện phần mềm như trên hình 3.10.
Hình 3.10. Giao diện phần mềm tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió chính
3.6. Kết luận chƣơng 3
1- Đối với các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh, có nhiều nguyên nhân làm
cho chế độ làm việc của quạt gió bị tăng lên. Tuy nhiên có 2 nguyên nhân mà
hiện nay chưa được đề cập: Độ chênh của điểm làm việc với điểm yêu cầu
(Qlv≥Qct); Giảm lưu lượng gió trong các khung giờ không cao điểm.
2- Nhu cầu gió sạch cho các mỏ than hầm lò phụ thuộc vào kế hoạch sản
xuất thực tế của mỏ. Hiện nay, với kế hoạch sản xuất thực tế cho thấy nhu cầu
gió sạch cho mỏ có thể phân làm 3 mức với thời gian như sau:
- Khung giờ cao điểm: Với nhu cầu gió sạch là lớn nhất là QC.đ tương ứng
với lượng thời gian khoảng: 19,5 giờ/ngày x 300 ngày = 5850 giờ/năm.
- Khung giờ trung điểm: Với nhu cầu gió sạch là QTr.đ = 0,8.QC.đ tương ứng
với lượng thời gian khoảng: 4,5 giờ/ngày x 300 ngày = 1350 giờ/năm.
- Khung giờ thấp điểm: Với nhu cầu gió sạch là thấp nhất có QTh.đ = 0,6.QC.đ
tương ứng với lượng thời gian khoảng: 65 ngày/năm = 1560 giờ/năm.
3- Có nhiều phương án tối ưu chế độ làm việc của quạt gió, nhưng phương
án sử dụng biến tần để tối ưu chế độ làm việc của quạt gió (tối ưu độ chênh của
chế độ làm việc của quạt với điểm yêu cầu; tối ưu chế độ làm việc của quạt
trong các khung giờ, đặc biệt là trong các ngày nghỉ), đảm bảo quy định an toàn
môi trường và sử dụng điện hiệu quả trong điều kiện ở các mỏ than hầm lò vùng
Quang Ninh hiện nay là hợp lý và cho hiệu quả nhất.
4- Việc áp dụng chương trình tin học (phần mềm) để giải bài toán tối ưu chế
độ làm việc của quạt gió là có cơ sở giúp cho việc đánh giá hiệu quả của phương
án sử dụng biến tần. Ngoài ra, giúp cho việc tính toán đơn giản, rút ngắn thời
gian tính toán, cho kết quả chính xác và đảm bảo có độ tin cậy cao.

21. CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TỐI ƢU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA QUẠT GIÓ CHÍNH Ở MỎ THAN HÀ LẦM
4.1. Hiện trạng thông gió mỏ than Hà Lầm
4.1.1. Đặc điểm và hiện trạng khai thác
4.1.2. Hiện trang thông gió mỏ
Đề tài lựa chọn nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc của quạt
gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW tại cửa giếng mức +29, với 2 khung giờ:
- Khung giờ cao điểm cho tất cả thời gian trong các ngày làm việc;
- Khung giờ thấp điểm cho thời gian của các ngày nghỉ làm việc.
1. Lưu lượng gió cho mỏ
Với sản lượng khai thác mỏ năm 2016 là 2,4 triệu T/năm, theo kế hoạch
trong quý II và quý III mỏ than Hà Lầm huy động 10 lò chợ hoạt động và đào 18
gương lò chuẩn bị và được chia làm 2 khu do 2 trạm quạt gió chính đảm nhiệm.
Tổng lượng gió của khu vực do quạt mức +29: Qm = 154,8 m3
/s
2. Hạ áp mỏ
Hạ áp do trạm quạt FBCDZ-8-No30/2x500kW (mức +29) đảm nhiệm: hm
= 261,2 mmH2O;
4.2. Chế độ làm việc tối ƣu của quạt gió chính
4.2.1. Kết quả tính toán chế độ làm việc của quạt gió chính
4.2.1.1. Lưu lượng gió và hạ áp quạt cần tạo ra
Điểm yêu cầu là điểm Ayc/o trên hình 4.1. Với các thông số: Qyc = 185,8
m3
/s; hyc = 328,1 mmH2O; n = 740 v/phút.
Hình 4.1. Đồ thị xác định chế độ làm việc của quạt FBDCZ-8-No30/2x500kW,
khi sử dụng biến tần để tối ưu hóa chế độ làm việc
4.2.1.2. Chế độ làm việc của quạt gió khi không sử dụng biến tần để tối ưu
Để xác định chế độ công tác của quạt ta phải xác định đường đặc tính của
khu mỏ quạt đảm nhiệm. Phương trình: h = (k.Rm + Rtbq).Q2
= 0,0095.Q2
Như trên đồ thị hình 4.1. Chế độ làm việc của quạt ở góc lắp cánh 00
(Act/o).
Với các thông số sau: Qyc = Q1 = 207,3 m3
/s; hyc =h1 = 385,7 mmH2O; θ = 0o
; f1
= 50Hz; n1 = 740 v/phút; η1 = 0,81. Như vậy, với chế độ làm việc này của quạt thì sẽ
dư 21,5 m3
/s so với điểm yêu cầu của mỏ.
4.2.2. Chế độ làm việc của quạt gió khi sử dụng biến tần để tối ưu
+5
o
+2,5
o
+0 /50Hz
o
45Hz
40Hz35Hz30Hz
0
1000
2000
3000
5000
60
65
70
75
80
85
80
75
70
h, (Pa)
Q, (m3/s)50 100 150 250 300 350
6000
185,8
h = (0,0095)Q2
Ayc = Act
1181
111,5
Anghi
27Hz
207,3
Act/o

22. 4.2.2.1. Chế độ làm việc của quạt trong những ngày làm việc:
Chế độ làm việc của quạt trong những ngày làm việc là điểm Act = Ayc như
trên hình 4.1. Với các thông số làm việc: Qct =Q2 = 185,8 m3
/s; hct =h2 = 328,1
mmH2O; θ = 0o
; f2 = 45Hz (f2 = fct); n2 = 666 v/phút.
4.2.2.2. Chế độ làm việc của quạt trong những ngày nghỉ:
Chế độ làm việc của quạt trong những ngày nghỉ là điểm Anghỉ như trên hình
4.1. Với các thông số làm việc: Q3 = 111,5 m3
/s; h3 = 118,1 mmH2O; θ = 0o
; f3 =
27Hz; n3 = 399 v/phút; η3 = 0,55
* Việc tính toán chế độ làm việc của quạt gió khi sử dụng phần mềm:
Việc tính toán chế độ làm việc của quạt gió được sử dụng phần mềm “tối ưu
chế độ làm việc của quat” với kết quả như trên hình 4.2.
Hình 4.2. Tính toán các thông số và hiệu quả khi tối ưu bằng phần mềm
4.3. Lập trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió
4.3.1. Cơ sở lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió chính
4.3.2. Lập quy trình điều khiển chế độ làm việc của quạt gió
Trạm quạt gió chính mức +29 là trạm quạt được mỏ than Hà Lầm đầu tư lắp
đặ đồng bộ các thiết bị đều do Trung Quốc sản xuất: Mã hiệu (Model) quạt là
FBDCZ-8-No30/2x500kW và mã hiệu (Model) biến tần: GVF
Với bộ điều khiển PLC và biến tần GVF để xây dựng chế độ tự động điều
khiển trạm quạt gió chính theo lịch trình hoạt động:
- Các ngày làm việc: Quạt làm việc với công suất đảm bảo lưu lượng gió đưa
vào mỏ là 100% lưu lượng như tính toán thiết kế.
- Các ngày nghỉ: Quạt làm việc với công suất đảm bảo lưu lượng gió đưa vào
mỏ là 60% lưu lượng như tính toán thiết kế.
a) b) c)
Hình 4.3. Hình dáng hệ thống các tủ điều khiển trạm quạt

23. a) hình dáng bên ngoài của tủ biến tần; b) hình dáng bên trong của tủ biến tần;
c) hệ thống các tủ điều khiển
Lưu đồ thuật toán chương trình được lập như hình 4.4.
Hình 4.4. Sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động cho trạm quạt
gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW
Chương trình trên logo được lập trình thể hiện như hình 4.5.
4.4. Kết quả thử nghiệm
4.4.1. Kết quả sử dụng biến tần
4.4.1.1. Nội dung thực nghiệm
Quạt gió FBDCZ-8-No30/2x500kW, được thực nghiệm với 3 chế độ làm
việc tương ứng để đối chiếu đánh giá:
1- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc không có biến tần. Thông số làm
việc: θ = 00
; f1 = 50Hz; Q1 = 207,3 m3
/s; h1 = 408,2 mmH2O; n1= 740 v/phút.
2- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc sử dụng biến tần. Với các thông
số: θ= 00
; f2= 45Hz; Q2=185,8 m3
/s; h2=327,9 mmH2O; n2= 666 v/phút.
3- Vận hành quạt gió với chế độ làm việc sử dụng biến tần để tối ưu chế độ
làm việc của quạt trong những ngày nghỉ. Với các thông số: θ= 00
; f3= 27 Hz;
Q3= 111,5 m3
/s; h3= 118,1 mmH2O; n3= 399 v/phút.
Hình 4.5. Sơ đồ chương trình chạy trên Logo cho quạt gió chính
FBDCZ-8-No30/2x500kW
4.4.1.2. Kết quả áp dụng thử nghiệm
Bắt đầu
Ngày làm việc
Chạy 100% côngsuất
Kết thúc
Chạy 60% công suất
Đ
S

24. 1- Chế độ làm việc của quạt khi không sử dụng biến tần:
Mức tiêu hao điện năng tính trung bình của quạt trong 24h: 15641,79
kWh/ngày-đêm. Và điện năng trong một giờ: 651,74 kW/h.
2- Chế độ làm việc khi tối ưu độ chênh giữa điểm làm việc với điểm yêu cầu:
Điện năng tiêu hao trung bình của quạt trong 24h: 11.403,61 kWh/ngày-
đêm. Và điện năng trong một giờ: 475,15 kW/h;
3- Chế độ làm việc khi tối ưu chế độ làm việc trong ngày nghỉ:
Điện năng tiêu hao trung bình của quạt trong 24h: 2466,28 kWh/ngày-đêm.
Và điện năng trong một giờ: 102,76 kW/h;
4.4.2. Đánh giá hiệu quả việc áp dụng thử nghiệm tối ƣu
4.4.2.1. Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế
1. Tính điện năng iết kiệm của quạt gió trong năm
a) Khi không sử dụng biến tần để tối ưu
Điện năng tiêu thụ của quạt trong một năm (tính = 365 ngày/năm) là:
15641,79 kWh/ngày-đêm x 365 ngày = 5.709.253,35 kWh
b) Khi sử dụng biến tần để tối ưu chế độ làm việc của quạt gió
* Công suất tiêu thụ trong các ngày làm việc
Điện năng tiêu thụ của quạt trong một năm (tính = 300 ngày/năm) là:
11.403,61 kWh/ngày-đêm x 300 ngày = 3421083,0 kW/năm
* Công suất tiêu thụ trong các ngày nghỉ
Điện năng tiêu thụ của quạt trong một năm (tính = 65 ngày/năm) là:
2.466,28 kWh/ngày-đêm x 65 ngày = 160.308,0 kW/năm
* Tổng điện năng tiêu thụ trong năm của quạt khi tối ưu chế độ làm việc là:
3421083,0 kW/năm + 160.308,0 kW/năm = 3.581.391,2 kWh
c) Điện năng tiết kiệm được của quạt khi tối ưu hóa trong năm là:
5.709.253,35 kWh - 3.581.391,2 kWh = 2.127.862,15 kWh
2. Hiệu quả kinh tế
Như vậy, điện tiết kiệm được từ việc tối ưu hóa chế độ làm việc của quạt gió
trong năm là: 2.127.862,15 kWh. Nếu tính giá trung bình 1kWh là 1500 đồng
thì kinh phí tiết kiệm điện trong một năm sẽ là:
Lãi ròng hàng năm: Pt = 2.127.862,15 kWh x 1.500 đồng = 3.191.793.225,0
đồng.
Tổng vốn đầu tư: I = 6,6 tỷ đồng.
Thời gian tính khấu hao: 7 năm
Lãi suất vay vốn: r =10%/năm
Giá trị hiện tại thực: NPV = 15542131000 đồng (trong 7 năm)
Tỷ suất lợi nhuận IRR: 167%
Thời gian hoàn vốn: 01 năm 7,15 tháng
4.4.2.2. Đánh giá hiệu quả về đảm bảo an toàn môi trường
Ta cần phải đánh giá sự đáp ứng an toàn và môi trường của không khí mỏ
than Hà Lầm khi áp dụng tối ưu chế độ làm việc của quạt.
Mỏ than Hà Lầm được đầu tư hệ thống giám sát khí CH4, CO2 (có đầu đo
cảm biến để xác định nồng độ các chất khí CH4 và CO2) và giám sát lưu lượng
gió. Tổng hợp kết quả giám sát về các chất khí CH4, CO2 và kết quả đo trực tiếp
bằng thiết bị cầm tay, trong thời gian áp dụng thử nghiệm, cho thấy nồng độ các
chất khí CH4, CO2 là không thay đổi giữa các ngày làm việc khi quạt chạy

25. 100% công suất thiết kế so với các ngày nghỉ khi quạt chạy bằng 60% công suất
thiết kế và đều đảm bảo tiêu chuẩn quy định.
4.5. Kết luận chƣơng 4
Qua kết quả áp dụng thử nghiệm cho thấy:
1- Về công tác an toàn: Kết quả đo và kiểm soát nồng độ các chất khí cũng
như các yếu tố về môi trường khi áp dụng thử nghiệm tối ưu chế độ làm việc
của quạt gió chính FBDCZ-8-No30/2x500kW ở mỏ than Hà Lầm phù hợp với
nội dung và kết quả nghiên cứu lý thuyết và tính toán. Kết quả này khẳng định
việc tối ưu chế độ làm việc của quạt trong các ngày nghỉ chỉ cần đưa một lượng
không khí sạch bằng 60% so với ngày làm việc đảm bảo yêu cầu.
2- Về hiệu quả kinh tế: Việc đánh giá hiệu quả của áp dụng thử nghiệm quạt
gió FBDCZ-8-No30/2x500kW ở mỏ than Hà Lầm hoàn toàn phù hợp với tính
toán hiệu quả như đã nghiên cứu.
Thời gian thu hồi vốn: 01 năm 7,15 tháng.
Trong trường hợp trường hợp sử dụng 1 biến tần cho cả 2 quạt gió thì thời
gian thu hồi vốn có thể rút ngắn lại chỉ còn 10tháng.
3- Về hoạt động của các thiết bị quạt gió: Hệ thống các thiết bị quạt gió đều
hoạt động ổn định, đặc biệt là khi khởi động quạt gió thì hệ thống thiết bị quạt
chạy êm và không ảnh hưởng tới hệ thống cung cấp điện năng (không gây sụt áp
khi khởi động động cơ).
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1- Lưu lượng gió yêu cầu của mỏ phụ thuộc vào kế hoạch tổ chức sản xuất
của mỏ. Nhu cầu này phụ thuộc chặt chẽ vào nhu cầu gió sạch của các hộ tiêu
thụ gió và trực tiếp là quy trình sản xuất trong mỏ. Thời điểm nào diễn ra các
hoạt động gây tác động lớn đến môi trường mỏ thì thời điểm đó đòi hỏi nhu cầu
gió là lớn nhất. Nhu cầu gió cho mỏ này thay đổi theo các thời gian trong ca,
trong ngày và giữa các ngày mỏ làm việc với ngày mỏ nghỉ làm việc.
2- Hiện nay ở tất cả các mỏ khai thác hầm lò đều tính toán và đặt chế độ làm
việc của quạt theo lưu lượng gió yêu cầu cho mỏ là lớn nhất, chế độ đó được
duy trì 24/24h trong tất cả các ngày trong năm, kể cả những ngày mỏ không làm
việc. Với chế độ này, sẽ gây lãng phí cũng như sử dụng điện năng kém hiệu quả.
Chế độ làm việc của quạt gió có thể tối ưu theo 3 khung giờ để giảm lưu lượng
gió không cần thiết như sau:
- Khung giờ cao điểm: Lượng gió cấp cho mỏ bằng lượng gió như yêu cầu
tính toán hiện nay ở các mỏ đang thực hiện. Với tổng số giờ = 19.5 giờ/ngày.
- Khung giờ trung điểm: Lượng gió cấp cho mỏ bằng 80% lượng gió của
khung giờ cao điểm. Với tổng số giờ = 4.5 giờ/ngày.
- Khung giờ thấp điểm: Lượng gió cấp cho mỏ bằng 60% lượng gió của
khung giờ cao điểm. Với tổng số giờ = 65 ngày.
Việc điều chỉnh giảm lưu lượng gió này vẫn đảm bảo được nhiệm vụ và mục
đích yêu cầu của thông gió mỏ, đặc biệt là công tác an toàn và môi trường mỏ.
3- Sử dụng biến tần là phương án phù hợp nhất trong điều kiện ở các mỏ
than hầm lò vùng Quang Ninh hiện nay, đặc biệt là tính chất các quạt gió chính
hiện có. Biến tần giúp việc tối ưu độ chênh giữa điểm làm việc của quạt với
điểm yêu cầu và điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió phù hợp với nhu cầu

26. thực tế của mỏ một cách đơn giản. Đáp ứng yêu cầu của thông gió mỏ và giảm
thiểu tối đa việc chi phí điện năng, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc
gia một cách bền vững. Ngoài ra, biến tần còn mang lại những lợi ích sau:
- Giúp ổn định dòng (trong trường hợp điện áp đầu vào không ổn định).
Chống sốc động cơ và thiết bị quạt khi khởi động, tạo cho quạt và thiết bị hoạt
động êm, ổn định, góp phần làm tăng tuổi thọ của quạt và các thiết bị.
- Vốn đầu tư không lớn và phù hợp trong điều kiện ở các mỏ than hầm lò
vùng Quảng Ninh hiện nay. Hiệu quả vốn đầu tư cao, thời gian thu hồi vốn
ngắn. Là phương án đầu tư có hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra nếu không sử dụng
biến tần thì chi phí điện năng cho phần khởi động động cơ sẽ tăng và việc đầu tư
xây dựng công trình cấp điện cho trạm quạt sẽ phải tăng do dòng điện yêu cầu
khi khởi động tăng nhiều lần.
4- Sử dụng biến tần với sơ đồ và thuật toán đã được đề tài luận án xây dựng,
mở ra triển vọng của phương án đột phá trong việc tự động hóa hệ thống thông
gió mỏ trong giai đoạn cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
5- Kết quả nghiên cứu áp dụng thử nghiệm tại mỏ Hà Lầm là cơ sở tin cậy
cho việc nghiên cứu ứng dụng cho các mỏ than hầm lò vùng Quang Ninh nói
riêng và các mỏ hầm lò của nước ta nói chung.
Kiến nghị
Kiến nghị với Bộ Công Thương và Tập đoàn Than & Khoáng sản Việt Nam
nghiên cứu bổ sung quy định về an toàn trong thông gió mỏ, để cho phép thực
hiện điều chỉnh chế độ làm việc của quạt gió chính theo yêu gió thực tại của mỏ
theo thời gian như kế hoạch tổ chức sản xuất.

27. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS
CHỦ TRÌ HOẶC THAM GIA LIÊN QUAN ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ
1. Các đề tài nghiên cứu khoa học đã tham gia
1. Nguyễn Cao Khải (2008), “Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống thông gió cho xí
nghiệp than Nam Mẫu”, Đề tài NCKH cấp cơ sở, m số: T40-2006. Trường ĐH
Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
2. Nguyễn Cao Khải (2012), “Nghiên cứu đánh giá khả năng tiết kiệm điện trong
công tác thông gió ở một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh”, Đề tài NCKH cấp
Bộ năm 2010, M số: B2010-02-101, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
2. Các bài báo đăng trong các Tạp chí và Hội nghị chuyên ngành
1. Đặng Vũ Chí, Nguyễn Cao Khải và Nguyễn Văn Thịnh (2014), “Giải pháp
đảm bảo thông gió cho mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh trong những năm tới”,
Tạp chí công nghiệp mỏ, số 1-2014, Tr. 16-20, Hà Nội.
2. Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí và Nguyễn Cao Khải (2014), Giải pháp
nâng cao hiệu quả thông gió của khu Lộ Trí-Công ty than Thống Nhất, Tạp chí
công nghiệp mỏ, số 3-2014, Tr. 61-65, Hà Nội.
3. Nguyễn Văn Thịnh, Đặng Vũ Chí và Nguyễn Cao Khải (2014), “Đánh giá
mức độ chứa và thoát khí metan khi khai thác ở một số mỏ than hầm lò khu vực
Uông Bí - Quảng Ninh” Tạp chí công nghiệp mỏ, số 6-2014, Tr. 13-17, Hà Nội.
4. Nguyễn Cao Khải, PGS TS Đặng Vũ Chí, ThS Nguyễn Văn Thịnh (2015),
“Xác định chế độ làm việc hợp lý của các trạm quạt gió chính để nâng cao hiệu
quả thông gió cho một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh”, Tạp chí công
nghiệp mỏ, số 2-2015, Tr. 25-29, Hà Nội.
5. Đặng vũ Chí, Nguyễn Cao Khải (2016), “Hiện trạng thông gió mỏ hầm lò
vùng Quảng Ninh và định hướng trong tương lai”, Tuyển tập báo cáo, Hội nghị
KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 25, Tr. 470-475, Nhà xuất bản Công Thương, Hà
Nội.
6. Nguyễn Cao Khải, Nguyên Văn Thịnh. (2016), “Hiện trạng và giải pháp nâng
cao hiệu quả thông gió mỏ than Hồng Thái”, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 2-2016, Tr.
24-28, Hà Nội.
7. NGUYEN Van Thinh, NGUYEN Cao Khai (2017), “Study Formulate a
Resonable Working Mode of the Main Fans in Nammau Coal Mine, Uongbi –
QuangNinh”, 4th International conference scientific-research cooperation
between Vietnam and Poland, Agh University of Science and Technology 20-22
November 2017, Krakow, Poland.
8. NGUYEN Van Thinh, NGUYEN Cao Khai (2017), “Resonable working
mode of the Main Fans in Hongthai Coal Mine, Uong bi – Quang Ninh”, Geo-
spatial Technologyes and Earth Resources (GTER 2017). Publishing House for
Science and Technology – 2017, Tr. 461-465.
9. Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Cao Khải và nnk (2017), “Xác định chế độ làm
việc hợp lý của trạm quạt gió chính 2K56-N24/600kW tại khu Lộ Trí – Công ty than
Thống Nhất” Tạp chí công nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 1-4 và 12, Hà Nội.
10. Nguyễn Cao Khải, Đặng Vũ Chí (2017), “Mối quan hệ giữa sơ đồ rò gió và
sức cản với chi phí xây dựng cửa gió ở mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh”, Tạp
chí công nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 35-38, Hà Nội.

28. 11. Nguyễn Cao Khải, Trần Xuân Hà (2017), “Xác định lưu lượng gió sạch cần
thiết cho mỏ than hầm lò trong nhữnrg ngày nghỉ làm việc”, Tạp chí công
nghiệp mỏ, số 4 -2017, Tr. 48-52, Hà Nội.
12. Nguyễn Cao Khải (2018), Giải pháp tối ưu chế độ làm việc của quạt gió
chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, Tạp chí công nghiệp mỏ, số 3 -
2018, Tr.76-82, Hà Nội.
13. Nguyễn Cao Khải và nnk (2018), Đánh giá hiện trạng và giải pháp nâng cao
hiệu quả thông gió cho mỏ than Hà Ráng, Công ty than Hạ Long-TKV, Tạp chí
công nghiệp mỏ, số 3 -2018, Tr. 66-71, Hà Nội.
14. Nguyễn Cao Khải, Nguyễn Văn Thịnh (2018). Xác định chế độ làm việc của
các quạt gió chính tại mỏ than Hà Ráng, Công ty than Hạ Long. Tạp chí công
nghiệp mỏ, số 4 -2018. Tr. 45-50, Hà Nội.
15. Nguyễn Cao Khải (2018). Đánh giá giải pháp sử dụng biến tần để tiết kiệm
điện năng cho các quạt gió chính ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Tạp
chí công nghiệp mỏ, số 4 -2018. Tr. 74-79 + 96, Hà Nội.