Hệ thống tự động điều khiển và kiểm soát quá trình thông gió mỏ hầm lò
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH
THÔNG GIÓ MỎ HẦM LÒ
TS. Nguyễn Minh Phiên
ThS. Hoàng Quang Hợp
ThS. Thiều Đình Thành, ThS Phạm Hữu Hải
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
Biên tập: ThS. Phạm Chân Chính
Tóm tắt:
Với mục tiêu giảm chi phí điện năng cho hệ thống thông gió mỏ, góp phần tăng năng suất lao động
và nâng cao hiệu quả trong khai thác khoáng sản. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ kiểm soát tự
động các quá trình thông gió được coi là tất yếu trong thời điểm hiện tại. Với thực trạng các mỏ hầm
lò hiện nay, để áp dụng một hệ thống hiện đại có mức độ tự động hóa cao sẽ là mục tiêu khó khăn thiếu
thực tế. Do vậy, cần từng bước rà soát, đánh giá các điều kiện kỹ thuật mỏ để nghiên cứu ứng dụng từng
phần, bán tự động hệ thống thông gió, sau đó cần có lộ trình cụ thể để tự động hóa toàn phần các quá
trình thông gió mỏ hầm lò.
1. Đặt vấn đề
làm việc trong hầm mỏ. Từ đó, hệ thống sẽ đưa ra
Trong khai thác than hầm lò, công tác thông gió cảnh báo, điều khiển tự động các thành phần đảm
đóng vai trò rất quan trọng. Ngoài việc cung cấp đủ bảo tối ưu luồng gió trong mỏ hầm lò.
lượng không khí cần thiết cho công nhân làm việc,
Mục tiêu chính của hệ thống thông gió là duy trì
giảm nhiệt độ, giảm hàm lượng bụi, cải thiện điều môi trường không khí thích hợp cho công nhân và
kiện vi khí hậu, thông gió trong mỏ hầm lò còn có thiết bị làm việc. Để giải quyết vấn đề này, cần đưa
tác dụng hoà loãng khí mê tan cũng như các loại không khí sạch vào khu vực làm việc và nhanh
khí độc hại khác xuống dưới giới hạn cho phép chóng đưa các khí độc hại, bụi theo gió bẩn ra
nhằm ngăn ngừa cháy nổ mỏ. Trong một mỏ hầm khỏi môi trường làm việc. Để làm giảm chi phí cho
lò điển hình, chi phí điện năng dành cho hệ thống thông gió, có thể lựa chọn thông gió chọn lọc hay
thông gió chiếm tới 1/3 tổng năng lượng điện tiêu lựa chọn đối tượng để thông gió, cho phép tập
thụ. Việc giảm chi phí sản xuất được coi là mục trung phần lớn dòng không khí chính đến khu vực
tiêu của bất kỳ doanh nghiệp khai thác khoáng sản phát hiện hay phát sinh nhu cầu thông gió và giảm
nào nhằm nâng cao hiệu quả kinh doanh sản xuất hoặc đưa một lượng không khí vừa đủ vào khu
của đơn vị.
vực không làm việc. Hệ thống thông gió làm việc
Hệ thống tự động điều khiển thông gió hay chỉ cần duy trì một lượng gió sạch vừa đủ cho nhu
thông gió theo nhu cầu (Ventilation on demand – cầu hòa loãng khí độc tạo ra một môi trường tiêu
VOD) là một giải pháp tối ưu hiện nay cho phép giải chuẩn theo quy định an toàn sẽ là tiết kiệm nhất.
quyết nhiệm vụ này. Khái niệm “Thông gió theo Nhờ khả năng quan trắc và phân tích tình trạng
nhu cầu” là thực hiện thông gió trong mỏ hầm lò không khí mỏ đạt hiệu suất cao, cho phép tăng
ở một thời điểm cụ thể, điều khiển gió từ nơi có năng suất công tác mỏ và tiết kiệm chi phí thông
nhu cầu thấp tới những nơi có nhu cầu cao, việc gió mỏ.
này dẫn tới cho phép giảm chi phí thông gió của
hệ thống thông gió mỏ. Phương pháp dường như
2. Lịch sử phát triển của hệ thống VOD
Từ nhu cầu thực tế này, năm 1986, một công ty
có vẻ đơn giản, tuy nhiên thuật toán điều khiển các của Canada có tên gọi là SimSmart bắt đầu phát
thiết bị của hệ thống rất phức tạp, cần phải tính tới triển một hệ thống công nghệ quản lý thông gió do
hoạt động của rất nhiều thành phần trong đó như: hải quân Mỹ đặt hàng. Danh sách các nhiệm vụ
quạt gió chính, cửa gió, quạt cục bộ, các cảm biến của hệ thống là khá lớn, hệ thống phải mô phỏng
kiểm soát khí và luồng gió… nhằm thống kê, đánh và thực hiện công tác kiểm soát chất lỏng và không
giá tình trạng lưu lượng gió, không khí mỏ, với các khí trên tàu ngầm cho các quá trình hoạt động của
chế độ kiểm soát và quan trắc liên tục môi trường hệ thống sưởi, hệ thống thông gió và điều hòa
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
45
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
không khí, trong đó có tính đến khả năng làm việc đã phát triển hai phương pháp điều khiển hệ thống
các hệ thống điện sẵn có. Do vậy, yêu cầu cần sử thông gió tự động khác nhau tùy thuộc theo quy
dụng các thiết bị hiện đại cùng phần mềm quản lý mô và mục tiêu sản xuất cụ thể của doanh nghiệp
để kiểm soát quá trình đó. Hệ thống này đã đáp mỏ. Hệ thống SmartEXEC có thể tính đến những
ứng được hầu hết các yêu cầu của đối tác. Tuy thay đổi thực tế trình trạng không khí môi trường
nhiên, không dừng tại đây, đến năm 2006 công trong khu vực khai thác và quản lý dòng không
ty này bắt đầu nghiên cứu áp dụng thử nghiệm khí chung cung cấp cho mỏ, hoặc cũng có thể sử
hệ thống này vào điều kiện trong không gian hầm dụng một lựa chọn mở rộng các yếu tố khác như:
mỏ, tại các mỏ than và các doanh nghiệp khai chiều sâu khai thác, nhiệt độ, chất lượng không
thác quặng để giám sát điều khiển hệ thống thông khí, sự có mặt của công nhân và thiết bị trong một
gió. Với sự tham gia trực tiếp của các chuyên gia khu vực khai thác cụ thể để khoanh vùng quản lý.
khai thác mỏ, vào cuối năm 2006 hệ thống này
Ngoài việc kiểm soát các luồng không khí, hệ
đã được nghiên cứu áp dụng thành công và cấp thống có khả năng đảm bảo tối ưu hóa năng lượng
bằng sáng chế công nghệ đầu tiên về kiểm soát tự ở mức cao nhất. Hệ thống sử dụng một phần mềm
động các quá trình thông gió mỏ và có tên gọi là máy tính để hiển thị, giám sát, phân tích và điều
SmartEXEC (kiểm soát năng lượng thông minh).
khiển quá trình thông gió. Đây được coi là bộ não
của hệ thống, có thể cài đặt tự động điều chỉnh
3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VOD
Hệ thống sử dụng OPC (phần mềm chung cho hoặc hỗ trợ cho nhân viên hệ thống điều khiển
phép các phần mềm dùng với các thiết bị phần các thành phần còn lại làm việc chính xác. Hoạt
cứng của các hãng khác nhau), sử dụng chuyển động của phần mềm này dựa trên số lượng lớn
đổi dữ liệu từ bất kỳ thiết bị nào đó tới bất kỳ một các thông tin từ các cảm biến tại tất cả các vị trí
chương trình ứng dụng khác mà không làm lẫn sản xuất, đưa ra các cảnh báo về hàm lượng khí,
đường truyền của các thiết bị điều khiển thành vận tốc gió, lưu lượng gió thực tế. Từ đó sẽ tự
phần. OPC kết nối các thiết bị thông tin liên lạc và động hoặc bán tự động điều khiển hệ thống cửa
kiểm soát nên công nghệ này có thể dễ dàng tích gió, quạt gió chính, quạt gió cục bộ, để tăng lưu
hợp vào các hệ thống thông gió. Các thành phần lượng gió hoặc giảm tùy theo nhu cầu thực tế của
kiểm soát của hệ thống có thể kết nối trực tiếp các hộ tiêu thụ. Ngoài ra, phần mềm này cũng giúp
thông qua hệ thống điều khiển PLC (thiết bị điều ích cho các kỹ sư trong việc tính toán thông gió
khiển lập trình, thiết kế chuyên dùng trong ngành mỏ, kiểm tra và xác minh các thông số có phù hợp
công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ với quy định an toàn hay không.
đơn giản đến phức tạp). Khi các kết nối được thiết
Việc gia tăng các hộ tiêu thụ gió không nhất
lập giữa các thành phần thiết bị, hệ thống phần thiết phải tăng công suất của hệ thống thông gió.
mềm bắt đầu theo dõi và quản lý từng phần của Bởi vì trong một số trường hợp có thể là phân phối
các khu vực khai thác trong hầm mỏ. Khi thay đổi lại vừa đủ trong các khu vực làm việc hiện tại với
số lượng các thành phần quản lý của hệ thống luồng không khí sẵn có, với phần mềm mô phỏng
thông gió thì có thể đưa dữ liệu vào để thiết lập các quá trình thông gió sẽ cho thấy các nguồn dự
thay đổi trong chương trình. Các thông số mới trữ gió để tối ưu hóa các luồng gió cho hệ thống
được đưa vào một cách trực tiếp bởi người điều thông gió. Một thách thức phải đối mặt với công
hành hệ thống. Khi cơ sở dữ liệu đã được cập nhật ty Simsmart, là tạo ra một sản phẩm có thể được
đầy đủ phần cứng, phần mềm hệ thống sẽ tái lập sử dụng tại các mỏ có quy mô bất kỳ và có thể áp
hoạt động kiểm soát và ghi lại sự thay đổi cơ sở dụng tại bất kỳ giai đoạn phát triển và sản xuất của
hạ tầng của hệ thống điều khiển. Một trong những doanh nghiệp. Để giải quyết vấn đề này, chương
vấn đề tối ưu hóa hệ thống điều khiển thông gió tự trình SmartEXEC có tới các cấp độ khác nhau
động đó là sự thay đổi liên tục trong điều kiện làm (bảng 1), mỗi cấp độ trong số đó có những lợi thế
việc dưới lòng đất. Các hệ thống điều khiển phải riêng của nó và có thể được sử dụng tùy thuộc vào
kiểm soát, giám sát chất lượng và lưu lượng của quy mô sản xuất từng mỏ và các yêu cầu về an
không khí cho tất cả các khu vực khai thác, các toàn và tiết kiệm năng lượng.
vị trí hoạt động của máy móc và thiết bị trong mỏ.
Dựa trên 20 năm kinh nghiệm trong quá trình
4. Kết luận
Hiện nay, công nghệ kiểm soát tự động các
xây dựng và phát triển hệ thống, công ty Simsmart quá trình thông gió và thông gió theo nhu cầu đang
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
46
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
47
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 1. Giao diện cơ bản của phần mềm quản lý SmartEXEC
Bảng 1. Các cấp độ kiểm soát của hệ thống
Kiểm soát dựa trên mô
hình (các phép đo được
tính toán dựa trên các
thông số thực: áp suất,
nhiệt độ, sức cản không khí
theo chiều sâu khai thác…)
Kiểm soát
thông
thường
(đo lường
vật lý)
Các
cấp độ
thực
Mô tả cấp độ kiểm soát
hiện
Kiểm soát thủ công: phần mềm cho phép điều
khiển từ xa trên mặt bằng mỏ các thiết bị như
bật/tắt quạt, cài đặt tốc độ, đóng mở cửa gió,
điều chỉnh cửa sổ gió.
Cấp
độ 1
Tiêu
chuẩn
Tùy chọn
Lập kế hoạch kiểm soát: căn cứ trên thời gian,
ngưỡng tín hiệu và đặc biệt là nhu cầu gió trong
từng thời điểm (sau nổ mìn, hàm lượng khí tăng
cao, trong thời gian gương lò hoạt động hoặc
ngừng hoạt động…).
Cấp
độ 2
Tiêu
chuẩn
Tùy chọn
Cấp
độ 3
Tự động kiểm soát lưu lượng gió, hàm lượng khí
và nhiệt độ.
Tiêu
chuẩn
Tùy chọn
Tùy chọn
Cấp
độ 4
Kiểm soát lưu lượng thông qua tính toán nhu cầu
thông gió.
Tiêu
chuẩn
Tối ưu hóa kiểm soát dòng không khí phân phối
cũng như năng lượng điện tiêu thụ cho quạt gió
chính.
Cấp
độ 5
Tiêu
chuẩn
Tùy chọn
phát triển mạnh mẽ, tại các nước có ngành công bán tự động) dựa trên nguyên lý kiểm soát và
nghiệp khai thác than phát triển đã và đang nghiên phân phối gió theo nhu cầu.
cứu áp dụng các hệ thống thông gió tự động (hoặc
Trong bối cảnh chi phí sản xuất tăng cao, tồn
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
48
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống khi thực hiện các cấp độ kiểm soát và điều khiển
khác nhau
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc và các thành phần của hệ thống
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
49
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
kho lớn, cần nghiên cứu các giải pháp góp phần оптимальных
giảm giá thành sản phẩm than. Theo kế hoạch sản управления
систем
проветриванием
автоматического
подземных
xuất của TKV, sản lượng than hầm lò sẽ tăng lên рудников. // Стратегия и процессы освоения
và chiếm khoảng 80% tổng sản lượng vào năm георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии
2030. Để đạt được mục tiêu đề ra, ngoài việc triển Горного института УрО РАН по результатам
khai áp dụng đồng bộ dây chuyền hiện đại trong НИР в 2009 г. — Пермь. — 2010.— С. 151 —
khai thác than nhằm nâng cao hiệu quả trong khai 162.
thác kinh doanh, việc nghiên cứu ứng dụng công
[2]. Гитис Ю.Л. Шахтная вентиляция.
nghệ kiểm soát tự động các quá trình thông gió và Автоматическая система управления
и
thông gió theo nhu cầu tại các mỏ than hầm lò là контроль за заходами.// издательство «Горная
một giải pháp khả quan, góp phần tiết giảm chi phí книга» - 2012.- C.280-282.
điện năng cho hệ thống thông gió, giúp giảm nhân
công trong công tác thông gió - kiểm soát khí mỏ, contractors/ventilation/simsmart
giảm giá thành khai thác và nâng cao năng suất
lao động.
[4]. In full control, Sara Perno. Mining Magazine,
July/August 2011, p. 59—61.
Tài liệu tham khảo:
[1].КругловЮ.В.Научныеосновыпостроения
The automatic control and monitoring system
for the underground mine ventilation
Dr. Nguyen Minh Phien, MSc. Hoang Quang Hop, MSc. Thieu Dinh Thanh
MSc. Pham Huu Hai - Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology
Abstract:
For the purpose of decrease in electricity costs for the mine ventilation system and increase in the
labor productivity and improvement of the mineral mining efficiency. The research on and application
of the automatic control for the ventilation processes are considered indispensable at the present time.
In consideration of the current status of underground mines, it will be a difficult and unrealistic goal
to apply a modern system with a high degree of automation. Therefore, it is necessary to step by step
review and evaluate the technical conditions of the mine to study and apply the partial and semi-auto
ventilation system, then a specific roadmap for the whole automation of underground mine ventilation
processes.
KHCNM SỐ 2/2021 * AN TOÀN MỎ
50
6 trang
12900
Free
Bạn đang xem tài liệu "Hệ thống tự động điều khiển và kiểm soát quá trình thông gió mỏ hầm lò", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- he_thong_tu_dong_dieu_khien_va_kiem_soat_qua_trinh_thong_gio.pdf
