Thông gió mỏ hầm lò

Thông gió mỏ hầm lò là gì?

Thông gió mỏ hầm lò là quá trình tổ chức và phân phối không khí qua các công trình ngầm để duy trì chất lượng không khí, vi khí hậu và điều kiện làm việc phù hợp. Gió sạch được đưa đến các khu vực đang sản xuất, đường đi lại và vị trí có người. Không khí chứa chất ô nhiễm, nhiệt hoặc hơi ẩm dư được dẫn theo tuyến gió thải rồi đưa ra ngoài mỏ. Trong bài viết, gió thải không phải là luồng khí mặc nhiên được phép đưa trở lại nơi làm việc.

Hệ thống thường bao gồm:

• các cửa thông ra mặt đất, giếng đứng, giếng nghiêng, cửa lò bằng, đường lò vận tải dốc, lò thượng và các đường lò dẫn gió;

• các tuyến gió sạch và gió thải;

• các nhánh phân phối gió cho khu vực khai thác và đào lò chuẩn bị;

• tường chắn gió, cửa gió, cửa điều tiết, kết cấu làm kín và cầu gió để tách các luồng gió;

• đường ống gió phục vụ lò cụt và các khu vực cần thông gió cục bộ;

• thiết bị thông gió chính, quạt tăng áp trong mạng khi được phép sử dụng và thiết bị thông gió cục bộ;

• thiết bị đo và giám sát lưu lượng, áp suất, nồng độ khí, nhiệt độ, độ ẩm và tình trạng thiết bị.

Các thành phần phải được đánh giá như một hệ thống thống nhất. Lưu lượng đo trên mặt bằng mỏ không cho biết trực tiếp lưu lượng thực tế đến một gương lò ở xa. Sức cản từng nhánh, rò gió, cửa điều tiết và tình trạng ống gió quyết định lưu lượng thực tế tại nơi sử dụng. Nghiên cứu về các mỏ thuộc Tổng Công ty Đông Bắc cũng xem xét trạm quạt chính, quạt cục bộ, công trình thông gió và khả năng điều tiết trong cùng mạng gió.^[6]

Hình 1. Sơ đồ thông gió hút đơn giản: gió sạch đi vào mỏ, được phân phối qua các mức và khu vực làm việc; gió thải được dẫn ra ngoài qua trạm quạt gió chính trên mặt đất. Hình chỉ minh họa nguyên lý, không đại diện cho mọi sơ đồ thông gió mỏ.

Mạng thông gió hầm lò hoạt động như thế nào?

Không khí chuyển động do chênh lệch áp suất giữa phía gió vào và phía gió thải của mạng. Chênh lệch này phải đủ để khắc phục tổn thất trên các giếng, đường lò dốc, lò vận tải, lò thượng, ống gió, đoạn cong, nút giao, công trình điều tiết và đường dẫn nối với trạm quạt trên mặt đất.

Có thể mô tả đường đi của gió qua năm bước:

1. Gió đi vào mỏ. Gió sạch được hút hoặc đẩy qua giếng mỏ, cửa lò bằng, giếng nghiêng hoặc cửa gió vào khác đã xác định trong thiết kế.

2. Luồng gió chính được phân chia. Tổng lưu lượng được phân bổ cho các mức khai thác, khu vực sản xuất, xưởng sửa chữa, đường đi lại, trạm bơm và các nơi khác theo nhu cầu.

3. Gió đến nơi làm việc. Những đường lò có đường gió vào và gió ra nối thông có thể được thông gió bằng luồng gió chung. Lò cụt và gương đào lò thường cần quạt gió cục bộ kết hợp đường ống gió.

4. Gió nhiễm bẩn vào tuyến gió thải. Luồng gió nên đi từ khu vực sạch hơn đến nơi phát sinh chất ô nhiễm, sau đó vào đường gió thải. Khi có thể tránh được, không dẫn luồng gió này qua một vị trí khác có người làm việc; đồng thời phải tuân thủ yêu cầu áp dụng cho sơ đồ của mỏ.

5. Gió thải ra ngoài. Gió được đưa về giếng gió thải, cửa lò thông ra mặt đất hoặc trạm quạt trên mặt bằng. Các đường lò nối giữa các mức có thể là một phần của tuyến này, nhưng không phải mọi đường lò đứng hoặc dốc đều trực tiếp thông ra mặt đất.

Mạng thực tế hiếm khi là một tuyến thẳng duy nhất. Các nhánh được nối tiếp hoặc song song; cửa gió có thể mở, cửa điều tiết được điều chỉnh, lò mới được nối vào mạng, khu vực cũ bị bịt kín và đường rò gió thay đổi. Vì vậy, thông gió là công tác vận hành liên tục, không kết thúc khi lắp đặt xong thiết bị.

Thông gió chính, phân phối gió, thông gió cục bộ và quạt tăng áp phối hợp ra sao?

Mạng gió kết hợp thông gió toàn mỏ, phân phối đến các khu vực và thông gió cục bộ cho lò cụt. Nếu được phép, quạt tăng áp bổ sung chênh áp trong một phần mạng. Hệ thống đo và điều khiển liên kết các cấp này bằng việc kiểm tra trạng thái thực tế so với thiết kế. Quạt cục bộ làm việc với ống gió và quạt tăng áp đặt trong một nhánh mạng không phải hai tên gọi thay thế cho cùng một nhiệm vụ.

Thông gió chính

Thông gió chính tổ chức dòng khí giữa các tuyến gió vào và gió thải chủ yếu của mỏ. Lưu lượng và áp suất yêu cầu phụ thuộc vào độ sâu, phương pháp khai thác, tiết diện đường lò, chủng loại và số lượng thiết bị, nguồn ô nhiễm, tải nhiệt và kế hoạch phát triển. Các giếng, đường lò chính, đường dẫn quạt, rò gió và tuyến thải đều tác động đến điểm làm việc. Vì vậy, việc chọn quạt gió chính phải dựa trên phân tích mạng, rồi kiểm tra lại sự phối hợp giữa quạt và mạng sau khi xác định cấu hình lắp đặt.

Phân phối gió giữa các khu vực và nhánh

Luồng gió chính được phân chia cho các nhánh khai thác và phục vụ. Cửa điều tiết làm tăng sức cản của nhánh để thay đổi phân phối gió, chứ không tạo thêm không khí. Tiết lưu quá mức làm tăng tổn thất và có thể giảm lưu lượng ở nơi khác. Khi có điều kiện, cần so sánh với việc khôi phục tiết diện hữu ích, xử lý rò gió, rút ngắn tuyến thải hoặc bổ sung đường gió song song phù hợp.

Thông gió cục bộ

Lò cụt không có đường nối thứ hai để tạo luồng gió xuyên suốt giữa tuyến gió sạch và gió thải, nên thường được thông gió bằng quạt cục bộ và ống gió. Hệ thống phải được mạng chính cấp đủ gió sạch, cấp không khí đến gương với lưu lượng yêu cầu theo sơ đồ đẩy hoặc hút không khí từ khu vực gương với lưu lượng yêu cầu theo sơ đồ hút, đồng thời thải khí bẩn mà không gây tuần hoàn gió. Các sơ đồ đẩy, hút và hỗn hợp được trình bày ở phần sau; việc so sánh thiết bị xem tại hướng dẫn về quạt thông gió mỏ.

Quạt tăng áp và tác động qua lại trong mạng gió

Trong bài viết, quạt tăng áp là quạt tạo thêm chênh áp trong một tuyến thông gió ngầm đã được thiết kế, nếu quy định áp dụng cho phép. Quạt này khác với quạt cục bộ nối ống gió để phục vụ lò cụt. Cần đánh giá sự phối hợp với quạt chính, phân bố áp suất trong các nhánh liên quan, nguy cơ gió tuần hoàn, đường đi vòng nếu có, trạng thái khi quạt dừng và hệ thống giám sát, điều khiển. Đây là mô tả chức năng, không phải xác nhận một nhóm thiết bị pháp lý riêng hoặc cho phép lắp đặt trong mọi mỏ.

Xác định lưu lượng gió và áp suất yêu cầu

Một đánh giá thông gió hữu ích cần tách hai câu hỏi:

1. Mỗi vị trí làm việc cần bao nhiêu lưu lượng gió trong từng tình huống vận hành?

2. Cần chênh lệch áp suất bao nhiêu để đưa lượng gió đó qua các tuyến đã chọn?

Nhu cầu gió được xác định từ nguy cơ cần kiểm soát và hoạt động thực tế. Có thể phải xét số người, thiết bị diesel, khí thoát ra, khói khí nổ mìn, bụi, nhiệt, độ ẩm, khu sạc ắc quy, xưởng sửa chữa và nguồn thải công nghệ. Quy định áp dụng và thiết kế thông gió còn có thể yêu cầu lưu lượng hoặc tốc độ gió tối thiểu. Phải xác định yếu tố chi phối cho từng khu vực và các tổ hợp hoạt động đồng thời hợp lý, không chỉ dựa vào tổng lưu lượng quạt của toàn mỏ.

Các quan hệ cơ bản dưới đây giúp tổ chức dữ liệu lưu lượng và áp suất. Chúng không thay thế mô hình mạng gió đã được hiệu chỉnh, đánh giá nguy cơ tại mỏ hoặc thiết kế thông gió theo yêu cầu của dự án.

Lưu lượng gió và tốc độ gió

Với một tiết diện đường lò hoặc ống gió đã xác định, quan hệ cơ bản là:

Q = A × v

• Q — lưu lượng thể tích, thường tính bằng m³/s: thể tích không khí đi qua tiết diện trong một đơn vị thời gian, không phải thể tích tích lũy hoặc lượng rò gió;

• A — diện tích tiết diện thực sự thông thoáng cho dòng khí đi qua, tính bằng m²;

• v — tốc độ gió trung bình trên tiết diện đó, tính bằng m/s.

Quan hệ này là cơ sở của đo lưu lượng trong mỏ. Số đo tốc độ không cho kết quả lưu lượng đáng tin cậy nếu diện tích tiết diện không chính xác. Một điểm đo đơn lẻ có thể không đại diện cho tốc độ trung bình của cả tiết diện. Hồ sơ đo cần ghi phương pháp xác định tốc độ trung bình, vị trí, kích thước tiết diện, tình trạng và thông tin hiệu chuẩn thiết bị, cùng các hệ số hiệu chỉnh cần thiết.

Cân bằng lưu lượng tại nút phân nhánh và hợp dòng

Trong trạng thái ổn định, khi khối lượng riêng của không khí tại các nhánh so sánh gần bằng nhau, tổng lưu lượng thể tích đi vào một nút phải xấp xỉ tổng đi ra. Các dòng rò đã xác định phải được tính vào cân bằng; phần chênh lệch còn lại được xem xét cùng độ không đảm bảo đo:

ΣQ_in ≈ ΣQ_out

Nếu khối lượng riêng khác nhau đáng kể giữa các điểm đo, cần so sánh lưu lượng khối lượng hoặc quy đổi lưu lượng thể tích về cùng điều kiện tham chiếu trước khi cân bằng. Trong công thức, in chỉ dòng vào nút, còn out chỉ dòng ra.

Kiểm tra cân bằng hữu ích tại cửa vào các mức, điểm chia gió cho khu vực, nút hợp gió thải và nơi nối hệ thống thông gió cục bộ. Sai lệch lớn chưa giải thích được có thể do rò gió, đường nối chưa ghi nhận, tiết diện đo không phù hợp hoặc số liệu được lấy ở các cấu hình mạng khác nhau.

Sức cản khí động và tổn thất áp suất

Với một nhánh mạng gió được mô hình hóa đơn giản, tổn thất áp suất thường được biểu diễn như sau:

ΔP = R × Q²

• ΔP — tổn thất áp suất trên nhánh, thường tính bằng Pa;

• R — sức cản khí động tương đương của nhánh, chẳng hạn tính bằng Pa/(m³/s)² hoặc N·s²/m⁸;

• Q — lưu lượng thể tích qua nhánh, thường tính bằng m³/s.

Quan hệ bậc hai là dạng gần đúng cho dòng chảy rối, với hình học đường gió và điều kiện khối lượng riêng đã xác định. Phải xem xét lại sức cản khi tiết diện, độ nhám, vật cản, công trình điều tiết hoặc điều kiện quy chiếu của không khí thay đổi.

Trong kỹ thuật thông gió mỏ, đại lượng tương đương này thường được gọi là sức cản đường lò hoặc sức cản Atkinson. Trong bài viết, R là sức cản khí động tương đương của toàn nhánh và đã bao gồm ảnh hưởng của khối lượng riêng ở điều kiện nêu rõ; R không phải là hệ số ma sát. Trong các công thức tách khối lượng riêng thành một thừa số riêng, sức cản được định nghĩa theo cách khác. Không được thay thế trực tiếp các giá trị sức cản giữa hai cách viết mà chưa kiểm tra đơn vị và quy đổi.

Sức cản tương đương phản ánh ảnh hưởng tổng hợp của chiều dài, chu vi và diện tích tiết diện, độ nhám bề mặt và vì chống, vật cản, đoạn cong, chỗ nối và công trình thông gió. Tiết diện bị thu hẹp hoặc đường lò xuống cấp có thể làm tăng mạnh áp suất yêu cầu. Cần kiểm tra phần tiết diện còn thông thoáng và trạng thái thực tế, không chỉ kích thước danh nghĩa trên bản vẽ.

Nếu sức cản không đổi, tăng lưu lượng gấp đôi làm tổn thất áp suất tăng khoảng bốn lần. Công suất khí động lý thuyết Q × ΔP khi đó tăng khoảng tám lần, trước khi xét hiệu suất quạt, động cơ và bộ truyền động. Điều này không có nghĩa công suất điện thực tế chắc chắn tăng đúng tám lần. Xử lý điểm nghẽn hoặc bổ sung một đường gió song song phù hợp có thể hiệu quả hơn việc liên tục tăng áp suất quạt.

Loại áp suất, điều kiện quy đổi lưu lượng và khối lượng riêng

Dữ liệu dự án phải phân biệt áp suất tĩnh với áp suất toàn phần và xác định vị trí đo. Với chênh áp, phải nêu cả hai điểm cùng loại áp suất được so sánh. Trong tài liệu thông gió mỏ Việt Nam, thuật ngữ hạ áp cũng được sử dụng khi mô tả chế độ làm việc của trạm quạt; cần đọc cùng định nghĩa, điểm đo và đơn vị của tài liệu, không hiểu thành điện áp thấp. Áp suất tăng qua quạt không tự động bằng tổn thất của một nhánh nếu các cơ sở đo chưa thống nhất.^[3]

Lưu lượng phải được ghi rõ theo điều kiện thực tế dưới mỏ hay đã quy đổi về điều kiện tham chiếu. Khối lượng riêng là khối lượng không khí trên một đơn vị thể tích. Ở cùng tốc độ quay và chế độ khí động tương ứng, độ tăng áp suất và công suất truyền cho không khí phụ thuộc vào khối lượng riêng. Cần xét cao độ, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khí quyển khi so sánh dữ liệu hiện trường với đường đặc tính hoặc kết quả thử nghiệm quạt.

Các đại lượng cần phân biệt và thống nhất trước khi so sánh

• lưu lượng qua quạt và lưu lượng thực tế cấp ở đầu ra ống gió đẩy hoặc hút ở đầu vào ống gió hút;

• áp suất tĩnh, áp suất toàn phần và chênh áp có nêu rõ hai điểm đo cùng các đại lượng được so sánh;

• lưu lượng thể tích ở điều kiện thực tế và lưu lượng đã quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn hoặc điều kiện tham chiếu khác;

• giá trị mô hình và số đo thu được khi mạng gió hoặc chế độ quạt ở cấu hình khác.

Đường gió nối tiếp và song song

Trong các đoạn nối tiếp không có rò gió trung gian, với khối lượng riêng gần nhau, không khí đi qua từng đoạn với cùng lưu lượng thể tích. Khi đó, các sức cản được cộng lại:

R_total = R_1 + R_2 + R_3 + ...

Các nhánh song song phân chia lưu lượng giữa hai hoặc nhiều tuyến. Quan hệ sau áp dụng khi chúng nối cùng một cặp nút, không có nguồn tạo áp độc lập trong từng nhánh và tổn thất áp suất tuân theo quan hệ bậc hai:

1 / sqrt(R_total) = 1 / sqrt(R_1) + 1 / sqrt(R_2) + 1 / sqrt(R_3) + ...

Trong đó, sqrt(R) là căn bậc hai của sức cản, còn R_total là sức cản tương đương của hệ nhánh đang xét.

Hai đường gió song song có sức cản bằng nhau cho sức cản tương đương bằng một phần tư sức cản của một đường, nếu cả hai còn thông và được nối đúng. Cách bố trí này có thể giảm áp suất yêu cầu và tăng tính linh hoạt. Lợi ích giảm khi một đường bị hẹp, tắc hoặc bảo dưỡng không tốt. Tuyến đưa khí bẩn đến một khu vực khác có người làm việc có thể không được chấp nhận dù kết quả tính sức cản thuận lợi.

Rò gió và tổn thất áp suất cục bộ

Không phải toàn bộ lưu lượng gió do hệ thống chính vận chuyển đều tới đúng nơi làm việc. Gió có thể rò qua cửa, tường chắn, kết cấu làm kín, mối nối ống hoặc lỗ hở ngoài thiết kế. Cửa điều tiết, thay đổi đột ngột tiết diện, đoạn cong, nút nối, lưới chắn, bộ tiêu âm và đoạn chuyển tiếp làm tăng tổn thất áp suất. Rò gió thay đổi đường đi và phân phối lưu lượng, còn ma sát và tổn thất cục bộ tiêu tán năng lượng. Trong ống hút, không khí đường lò có thể lọt vào qua các chỗ không kín.

Vì vậy, khi đánh giá hệ thống cần tách riêng:

• lưu lượng đi vào mỏ;

• lưu lượng đến từng khu vực;

• lưu lượng thực sự có tại từng khu vực đang có người làm việc hoặc đang sản xuất;

• lưu lượng tại đầu ra ống gió đẩy hoặc đầu vào ống gió hút;

• lưu lượng được đưa ra ngoài theo tuyến gió thải đã định.

Sau khi xác định sơ bộ lưu lượng, áp suất, dải vận hành và điều kiện lắp đặt, có thể so sánh loại quạt, mẫu quạt, đường đặc tính, động cơ và phương thức điều khiển tại trang lựa chọn quạt thông gió mỏ. Tiếp đó, đưa đặc tính của quạt đã chọn và cấu hình lắp đặt thực tế vào tính toán mạng, rồi điều chỉnh giả thiết nếu cần.

Bố trí tuyến gió sạch, khu vực làm việc và tuyến gió thải

Dẫn gió từ khu vực sạch hơn đến nguồn phát sinh chất ô nhiễm

Khi sơ đồ mỏ cho phép, gió sạch nên đi qua các khu vực có người và mức ô nhiễm thấp trước khi đến nơi phát sinh khí, bụi, khí thải diesel, khói khí nổ mìn hoặc nhiệt. Sau đó, gió nhiễm bẩn được đưa vào tuyến thải, tránh sử dụng lại để thông gió cho một vị trí làm việc khác. Cách tổ chức này hạn chế phơi nhiễm bổ sung và giúp xác định nguồn gây ra trạng thái bất thường.

Không được mặc nhiên coi việc thông gió nối tiếp qua nhiều khu vực có người là phù hợp trong mọi trường hợp. Khi được quy định áp dụng cho phép và đã đưa vào thiết kế, vẫn phải đánh giá sự lan truyền chất ô nhiễm, nhiệt, khói và tác động của sự cố đến các khu vực phía sau theo chiều gió. Một đám cháy hoặc sự thoát khí ở phía trước có thể ảnh hưởng đến toàn bộ phần mạng phía sau. Việc có thể cộng sức cản của các đoạn nối tiếp không đồng nghĩa với việc sơ đồ thông gió nối tiếp đó được phép áp dụng.

Ngăn gió đi tắt và gió tuần hoàn

Gió đi tắt xảy ra khi không khí đi theo một tuyến ngoài thiết kế có sức cản thấp từ phía gió sạch sang phía gió thải, bỏ qua khu vực cần thông gió. Gió tuần hoàn xảy ra khi gió thải nhiễm bẩn quay trở lại tuyến gió sạch hoặc cửa hút của hệ thống thông gió cục bộ. Khi đó, quạt có thể vẫn làm việc với lưu lượng lớn nhưng gương lò không nhận đủ gió sạch. Trong nội dung này, ngắn mạch thông gió là sự nối tắt đường đi của gió, không phải ngắn mạch điện.

Các nguyên nhân thường gặp gồm:

• cửa gió bị hỏng hoặc để mở;

• rò gió quanh tường chắn hay kết cấu làm kín;

• quạt cục bộ đặt tại nơi không có đủ lưu lượng gió sạch;

• điểm xả gió bẩn và điểm lấy gió sạch cho thông gió cục bộ không được tách biệt phù hợp;

• cửa điều tiết đặt sai vị trí hoặc điều chỉnh không phù hợp;

• đường nối mới giữa lò gió vào và lò gió thải;

• thay đổi chế độ quạt làm thay đổi quan hệ áp suất giữa các nhánh.

Vận hành công trình thông gió theo thiết kế và quy trình kiểm soát

Tường chắn, cửa gió, cửa điều tiết, cầu gió, kết cấu làm kín và tường ngăn có nhiệm vụ hướng dòng và tách các luồng gió. Cầu gió cho phép hai tuyến cắt nhau ở cao độ khác nhau mà vẫn được ngăn cách về mặt kết cấu. Tình trạng thực tế của công trình quan trọng không kém thiết kế ban đầu. Một tường chắn hỏng hoặc cửa để mở có thể làm thay đổi lưu lượng ở xa vị trí đó. Các công trình phải được kiểm tra, thể hiện trên sơ đồ thông gió và đưa vào quy trình quản lý thay đổi.

Cửa điều tiết cần được xem xét cẩn thận. Tăng sức cản của một nhánh thường làm giảm lưu lượng qua nhánh đó và thay đổi phân phối ở các nhánh liên quan; không tạo thêm không khí. Kết quả phụ thuộc vào toàn mạng và điểm làm việc của quạt. Các điều chỉnh đáng kể cần được phân tích trên mô hình rồi kiểm tra bằng đo đạc. Giảm độ mở cửa điều tiết không tự bảo đảm thông gió tốt hơn ở khu vực mong muốn.

Tính đến sự phát triển của mỏ

Mạng gió thay đổi khi gương lò tiến lên, khu vực khai thác được đưa vào hoặc kết thúc hoạt động, tuyến vận tải chuyển vị trí và đường gió thải kéo dài. Sơ đồ phù hợp ở giai đoạn hiện tại có thể không còn đáp ứng nhu cầu khi nối thêm mức khai thác hoặc kéo dài ống gió.

Kế hoạch thông gió cần xem xét ít nhất:

• sơ đồ đường lò và chế độ vận hành hiện tại;

• các giai đoạn đào lò chuẩn bị và khai thác tiếp theo;

• các tuyến gió vào và gió thải dài nhất dự kiến;

• vị trí, số lượng và lịch sử dụng thiết bị diesel hoặc thiết bị điện trong tương lai;

• điều kiện nhiệt và nước chảy vào mỏ ở độ sâu lớn hơn;

• kế hoạch đóng khu vực, xây tường chắn và thay đổi đường gió;

• các tình huống sản xuất bình thường, giảm sản lượng, nổ mìn, bảo dưỡng và ứng phó sự cố.

Thông gió cục bộ cho gương đào lò

Sơ đồ và thông số thông gió cục bộ cần được đánh giá lại theo tiến độ đào lò. Khi ống gió dài hơn, sức cản tăng và có thêm mối nối có thể rò gió. Tuy nhiên, tổn thất áp suất tăng và rò gió là hai hiện tượng tác động khác nhau đến hệ thống. Ống gió trong bài viết là tuyến ống mềm hoặc cứng đặt trong đường lò để dẫn không khí, không phải bản thân đường lò.

Ma sát và các chỗ thu hẹp làm tăng áp suất cần thiết để duy trì một lưu lượng nhất định. Khi tốc độ quay và góc lắp cánh không đổi, thay đổi sức cản làm dịch chuyển giao điểm giữa đường đặc tính quạt và đường đặc tính mạng, tức điểm làm việc. Ma sát không làm mất không khí khỏi một tuyến ống kín. Với dòng ổn định và không rò, lưu lượng khối lượng được bảo toàn; lưu lượng thể tích ở các tiết diện có thể khác nhau nếu khối lượng riêng thay đổi.

Rò gió làm thay đổi quan hệ giữa lưu lượng qua quạt và lưu lượng cấp đến hoặc hút từ khu vực gương. Trong sơ đồ đẩy, một phần không khí có thể thoát ra trước đầu cuối ống. Trong sơ đồ hút, khí trong đường lò lọt vào qua mối nối hoặc chỗ hỏng, khiến lưu lượng qua quạt lớn hơn lưu lượng thực sự hút ở đầu ống gần gương. Gió tuần hoàn là vấn đề riêng: lưu lượng gió sạch có thể giảm ngay cả khi tổng lưu lượng qua quạt vẫn cao.

Khi đánh giá toàn hệ thống cục bộ, cần kiểm tra:

• lưu lượng gió sạch có sẵn từ mạng chính để cấp cho hệ thống cục bộ;

• vị trí quạt và điểm xả khí bẩn so với tuyến gió sạch và tuyến gió thải;

• đường kính, chiều dài, vật liệu, mối nối, đoạn cong và tình trạng hư hỏng của ống gió;

• khoảng cách từ đầu ra ống đẩy hoặc đầu vào ống hút đến gương;

• lưu lượng đo tại đầu ra hoặc đầu vào đó, không chỉ lưu lượng ghi trên nhãn quạt;

• đường đi của không khí trong lò, phía ngoài ống gió, nối phần cấp gió sạch với phần thải gió bẩn;

• khí thoát ra và tích tụ, bụi, nhiệt, khói khí sau nổ mìn;

• ảnh hưởng của di chuyển thiết bị và nối dài ống gió;

• liên động bảo vệ, cảnh báo và quy trình xử lý khi thông gió dừng hoặc không đủ.

Trong sơ đồ đẩy, áp suất bên trong ống thường cao hơn áp suất không khí ở đường lò xung quanh. Trong sơ đồ hút, áp suất bên trong thấp hơn, nên ống phải chịu được chênh áp mà không bị bẹp. Sơ đồ hỗn hợp có thể có lợi trong một số điều kiện, nhưng cần phối hợp lưu lượng và vị trí các tuyến ống. Chỉ đảo chiều quay động cơ không biến một hệ thống đẩy thành hệ thống hút phù hợp. Đặc tính khí động của quạt, kết cấu ống, cửa vào, cửa ra, hệ thống điều khiển và tuyến thải đều phải phù hợp với nhiệm vụ dự kiến.

Các vấn đề chọn thiết bị và phối hợp với ống gió được trình bày tại trang quạt gió cục bộ. Tài liệu kỹ thuật của Trung tâm An toàn Mỏ cũng xem xét đặc tính quạt cục bộ và sức cản ống gió như hai yếu tố cần đánh giá cùng nhau. Trang giới thiệu này không phải báo cáo kiểm định của một sản phẩm BOFENG FAN hoặc quy trình nghiệm thu toàn mạng gió.^[7]

Những vấn đề chính của thông gió mỏ hầm lò

Khí mỏ và khói khí sau nổ mìn

Nguy cơ do khí mỏ phụ thuộc vào địa chất và hoạt động của mỏ. Khí mê tan là yếu tố quan trọng trong khai thác than hầm lò; các mỏ khác có thể phải kiểm soát sản phẩm nổ mìn, cacbon monoxit, các oxit nitơ, hợp chất lưu huỳnh, radon hoặc khí từ quá trình công nghệ. Thiết kế cần xác định nguồn có thể phát sinh, tốc độ thoát khí, điểm giám sát, ngưỡng cảnh báo, điều kiện thải khí và thủ tục cho người trở lại làm việc. Tên khoáng sản không tự loại trừ nguy cơ khí cháy.

Sau nổ mìn, việc quạt chạy trở lại không chứng minh khu vực đã an toàn. Thời gian thải khói khí phụ thuộc vào lượng và vị trí phát sinh, lưu lượng gió có sẵn, đường dẫn đến tuyến thải, vùng không khí tù đọng và tình trạng ống gió. Việc trở lại làm việc phải tuân theo quy trình của mỏ và kết quả kiểm tra không khí. Chỉ hết thời gian chờ cố định hoặc nhìn thấy quạt quay là chưa đủ.

Hạt bụi trong khí thải diesel và các thành phần khí

Thiết bị diesel phát sinh vật chất dạng hạt trong khí thải, thường gọi tắt là DPM, cùng các khí như cacbon monoxit, cacbon dioxit, oxit nitơ, hợp chất lưu huỳnh và hydrocacbon. DPM chỉ phần hạt, không phải toàn bộ khí thải. Ở mỏ được phép sử dụng thiết bị diesel, cần kết hợp giảm phát thải tại nguồn với kiểm soát phơi nhiễm của người lao động. Thông gió là một thành phần, không thay thế động cơ ít phát thải, xử lý khí thải, bảo dưỡng hoặc đo đánh giá phơi nhiễm.

Biện pháp kiểm soát DPM có thể kết hợp:

• lưu lượng gió đủ để pha loãng và đưa chất ô nhiễm về tuyến thải;

• động cơ ít phát thải hơn và nhiên liệu đáp ứng yêu cầu của thiết bị;

• bảo dưỡng định kỳ và kiểm tra phát thải;

• bộ lọc hạt khí thải diesel hoặc hệ thống xử lý khí thải khác phù hợp với máy và điều kiện làm việc;

• điều phối giao thông và hạn chế động cơ diesel chạy không tải khi không cần thiết;

• lập lịch sử dụng và kiểm soát số máy hoạt động đồng thời trong từng khu vực;

• đo đánh giá phơi nhiễm của người lao động và giám sát không khí trong lò.

Tăng lưu lượng có thể làm giảm nồng độ nhưng cũng tăng tiêu thụ điện, trong khi nguồn phát thải quá mức từ máy bảo dưỡng kém vẫn còn. Cần phối hợp thông gió với xử lý tại nguồn. Kết quả phân tích phải nêu thành phần hoặc chỉ tiêu được đo, phương pháp lấy mẫu và cơ sở so sánh. Nồng độ của một thành phần không mặc nhiên bằng tổng nồng độ các hạt trong khí thải diesel. Đo khí thải tại máy hoặc tính gió theo công suất động cơ không thay thế đánh giá phơi nhiễm của người lao động.

Kiểm soát bụi và thu gom bụi

Thông gió giúp pha loãng và vận chuyển bụi lơ lửng nhưng không tự thu gom bụi ngay tại nguồn. Tốc độ gió quá lớn có thể cuốn bụi đã lắng trở lại không khí. Cắt, khoan, đập nghiền, xúc tải, chuyển tải và phun bê tông có thể cần phun nước, bao che, thiết bị rửa khí, thu bụi ướt hoặc hút cục bộ bên cạnh thông gió chung. Khi đánh giá phơi nhiễm tại Việt Nam, phải xác định đúng loại bụi thuộc phạm vi quy chuẩn; QCVN 02:2019/BYT không phải phương pháp phân tích riêng cho DPM.^[5]

Khi cần thu gom hoặc xử lý bụi, lưu lượng hút, vị trí chụp hút, sức cản ống, hệ thống nước hoặc lọc và tuyến xả cuối phải được thiết kế như một hệ thống kiểm soát nguồn riêng. Thiết bị liên quan được giới thiệu tại hướng dẫn thiết bị hút bụi mỏ. Hút tại nguồn và thông gió toàn gương là hai nhiệm vụ khác nhau. Lưu lượng không khí qua thiết bị thu bụi không phải số đo nồng độ bụi tại vùng hô hấp của người lao động.

Nhiệt và độ ẩm ở các mức khai thác sâu

Tải nhiệt có thể đến từ đất đá xung quanh, nước ngầm nóng, sự nén không khí khi đi xuống giếng, động cơ diesel, động cơ điện, thiết bị, nổ mìn và con người. Thông gió là biện pháp kỹ thuật quan trọng nhưng đôi khi cần làm mát bổ sung. Nghiên cứu năm 2021 về mỏ than Mông Dương phân tích điều kiện vi khí hậu và giải pháp làm mát cho lò chợ. Đây là nghiên cứu của một trường hợp cụ thể, không xác định sẵn công suất lạnh cho mỏ khác hoặc chứng minh trạng thái vận hành hiện nay.^[4]

Tăng gió không phải lúc nào cũng giải quyết hết vấn đề nhiệt. Nếu gió vào đã nóng và ẩm, hiệu quả làm mát chỉ bằng tăng lưu lượng có thể bị hạn chế. Tốc độ gió cao cũng có thể cuốn bụi hoặc gây bất lợi cho đi lại và thao tác. Tùy điều kiện, đánh giá nhiệt cần xem xét:

• nhiệt độ bầu khô, bầu ướt và các đại lượng khác cần cho phương pháp đánh giá vi khí hậu được lựa chọn;

• độ ẩm và nước chảy vào các tuyến gió sạch;

• nhiệt truyền từ đất đá và nước ngầm;

• nhiệt phát ra từ thiết bị và nổ mìn;

• chiều dài đường gió và sự tăng nhiệt do không khí bị nén khi đi xuống;

• khả năng làm mát cục bộ hoặc làm mát tập trung cho luồng gió;

• chế độ làm việc–nghỉ ngơi và biện pháp phòng ngừa căng thẳng nhiệt. Đánh giá phơi nhiễm nhiệt và tính công suất lạnh là hai công việc khác nhau.

Sản xuất thay đổi và nhu cầu gió biến động

Nhu cầu gió thay đổi khi máy và người di chuyển, sản xuất chuyển sang mức khác, nổ mìn diễn ra và gương lò tiến lên. Các thiết lập cố định có thể cấp quá nhiều gió cho khu vực tạm ngừng làm việc, trong khi một gương đang đào lại thiếu gió. Tuy nhiên, giảm lưu lượng mà không có thông tin đáng tin cậy có thể làm mất phần dự phòng an toàn cần thiết.

Cần xác định chế độ bình thường và bất thường, lưu lượng tối thiểu, yêu cầu giám sát và người có quyền thay đổi cửa điều tiết hoặc chế độ quạt. Một khu vực tạm thời không có hoạt động sản xuất vẫn có thể cần thông gió.

Tiêu thụ điện và hiệu quả toàn hệ thống

Thiết bị thông gió có thể tạo ra phụ tải điện liên tục đáng kể trong mỏ hầm lò. Tỷ trọng điện năng tiêu thụ cho thông gió phụ thuộc vào độ sâu, sơ đồ đường lò, khí hậu, phương pháp khai thác, thiết bị và nhu cầu làm mát. Không lấy tỷ lệ của một nghiên cứu nước ngoài hoặc một mỏ riêng lẻ làm số liệu chung cho Việt Nam. Cơ hội tiết kiệm cần được đánh giá bằng lưu lượng đo, điện năng tiêu thụ và nhật ký vận hành của chính mỏ đó.

Hiệu quả hệ thống không chỉ là hiệu suất quạt. Điện năng có thể bị lãng phí do:

• tuyến gió vào hoặc gió thải có sức cản quá lớn;

• các chỗ thu hẹp, vật cản hoặc mức tiết lưu không cần thiết;

• rò gió qua cửa, tường chắn, mối làm kín hoặc ống gió;

• cửa vào, đoạn chuyển tiếp hoặc cửa xả của trạm quạt bố trí bất hợp lý;

• cấp cho khu vực tạm ngừng sản xuất nhiều gió hơn mức cần thiết để giữ điều kiện an toàn;

• thiết lập điều khiển không phù hợp với chế độ vận hành;

• quạt làm việc ở điểm không phù hợp với cặp lưu lượng–áp suất mà mạng cần.

Đo khảo sát và giám sát thông gió

Thiết kế hoặc mô hình tính toán vẫn là dự báo cho đến khi được đối chiếu với đo đạc trong lò. Đo khảo sát xác định phân phối lưu lượng và quan hệ áp suất thực tế ở một cấu hình mạng đã biết. Giám sát liên tục bổ sung thông tin về những biến động giữa các đợt khảo sát.

Cần đo những thông số nào?

Tốc độ gió và diện tích tiết diện. Hai thông số kết hợp để xác định lưu lượng tại nhánh hoặc nơi làm việc, kiểm tra phân phối gió, phát hiện suy giảm và cập nhật mô hình. Phải ghi cách xác định tốc độ trung bình trên tiết diện.

Áp suất. Ghi rõ áp suất tĩnh hay toàn phần. Khi đo chênh áp, xác định hai điểm và loại áp suất tại mỗi điểm. Dữ liệu tương thích với phép đo lưu lượng hỗ trợ kiểm tra điểm làm việc, xác định chỗ nghẽn, rò gió hoặc ảnh hưởng của thay đổi điều tiết.

Nồng độ khí và chất ô nhiễm. Chọn thiết bị và cách lấy mẫu phù hợp với nguy cơ đã xác định. Kết quả dùng để đánh giá không khí và phơi nhiễm, đặt cảnh báo, thiết lập bảo vệ thiết bị và xem xét điều kiện trở lại làm việc.

Nhiệt độ và độ ẩm. Các phép đo hỗ trợ đánh giá vi khí hậu và hiệu quả làm mát. Cần so sánh giữa khu vực và chế độ để phân biệt ảnh hưởng của độ sâu, mùa và hệ thống lạnh. Phương pháp đánh giá phơi nhiễm nhiệt có thể yêu cầu thêm các thông số khác.

Tình trạng vận hành quạt. Ghi trạng thái chạy hoặc dừng, tốc độ quay, công suất, rung và nhiệt độ ổ đỡ. Phân biệt công suất cơ trên trục với công suất điện đầu vào. Đối chiếu các dữ liệu này với thay đổi của mạng để nhận biết xuống cấp hoặc hư hỏng thiết bị.

Trạng thái cửa gió và độ mở cửa điều tiết. Kiểm tra cấu hình thực tế so với thiết kế. Chỉ một cửa mở khác đi cũng có thể giải thích sự thay đổi lưu lượng nhánh, dù chế độ quạt không đổi.

Đo khảo sát mạng gió, giám sát khí liên tục, đánh giá phơi nhiễm của người lao động và thử đặc tính quạt có mục đích khác nhau. Thiết bị, điểm đo, ngưỡng cảnh báo và tần suất phải được xác định theo nguy cơ, thiết kế và yêu cầu đang áp dụng. Với dự án tại Việt Nam, cần phân biệt quy chuẩn dành cho khai thác than hầm lò với quy chuẩn dành cho khai thác quặng hầm lò, không áp dụng nguyên xi chu kỳ kiểm tra của nước khác hoặc loại phép thử khác.^[1][2]

Bảo đảm chất lượng phép đo

Sai số có thể phát sinh do tiết diện đo không thích hợp, xác định kích thước không chính xác, dòng khí bị xáo trộn gần đoạn cong hoặc cửa, tình trạng thiết bị không bảo đảm hoặc số điểm đo tốc độ quá ít. Việc thiếu hồ sơ hiệu chuẩn và thông tin về cấu hình mạng khiến việc kiểm chứng, so sánh kết quả khó khăn hơn. Nhật ký cần có ngày giờ, vị trí, tiết diện, phương pháp, thiết bị, trạng thái vận hành và công trình điều tiết hoặc vật cản gần đó. Hiệu chuẩn thiết bị đo khác với hiệu chỉnh mô hình mạng gió bằng số liệu thực tế.

Đối chiếu mô hình với mạng thực tế

Nếu lưu lượng đo khác với tính toán, không nên mặc nhiên tăng áp suất quạt. Nguyên nhân có thể là:

• sức cản đường lò hoặc nhánh được ước tính sai;

• trạng thái đóng, mở của cửa gió hoặc độ mở cửa điều tiết khác với giả thiết trong mô hình;

• rò qua tường chắn hoặc sang các đường lò cũ không còn sử dụng;

• đường gió bị hẹp, tắc hoặc xuống cấp;

• ống gió không kín hoặc mối nối bị hỏng;

• đường nối mới chưa được cập nhật vào mô hình;

• quạt hoặc thiết bị điều tiết làm việc khác trạng thái đã giả định.

Phải hiệu chỉnh mô hình theo số đo và cập nhật sau những thay đổi đáng kể của mạng. Trước khi thay đổi giá trị sức cản để làm khớp kết quả, hãy kiểm tra cấu hình và chế độ thực tế. Nghiên cứu năm 2021 tại khu Lộ Trí, mỏ than Thống Nhất, xem xét sự phối hợp giữa các trạm quạt chính khi vận hành thử nghiệm trạm mới. Trường hợp này cho thấy cần đánh giá quạt cùng toàn mạng; các thông số trong nghiên cứu không được dùng nguyên trạng cho mỏ khác.^[3]

Dấu hiệu bất thường và các bước kiểm tra ban đầu

Những dấu hiệu dưới đây chỉ là điểm bắt đầu điều tra, không phải chẩn đoán cuối cùng. Cần làm theo quy trình của mỏ và ghi nhận cấu hình mạng. So sánh lưu lượng–áp suất đòi hỏi các thiết lập quạt, vị trí đo và điều kiện khối lượng riêng tương thích.

Thông gió gương suy giảm trong khi quạt có vẻ vẫn chạy bình thường.

Rò ống, mối nối hỏng, đường ống dài thêm, ống bẹp, chỗ nghẽn hoặc vị trí đầu ống không phù hợp có thể làm giảm lưu lượng cấp hoặc hút gần gương. Gió tuần hoàn có thể giảm gió sạch dù lưu lượng đo qua quạt còn cao.

So sánh lưu lượng qua quạt với lưu lượng tại đầu ra ống đẩy hoặc đầu vào ống hút trong cùng trạng thái vận hành và điều kiện khối lượng riêng tương thích. Kiểm tra ống và tuyến gió sạch–gió thải cục bộ. Không coi toàn bộ khí hút được là gió sạch.

Lưu lượng một nhánh giảm dù không có kế hoạch thay đổi chế độ quạt.

Thay đổi trạng thái cửa gió hoặc độ mở cửa điều tiết, tường chắn bị hỏng, đường nối mới hay vật cản có thể làm thay đổi phân bố áp suất và lưu lượng. Nguyên nhân có thể nằm ở nhánh liên thông khác, không ngay tại vị trí thiếu gió.

Kiểm tra các cửa và thiết lập điều tiết, khảo sát tuyến rồi đo lại lưu lượng, áp suất. So sánh cấu hình thực tế với sơ đồ thông gió hiện hành của mỏ.

Áp suất quạt tăng nhưng lưu lượng giảm.

Khi các thiết lập không đổi và quạt làm việc trên phần ổn định của đường đặc tính, dấu hiệu này có thể phù hợp với sức cản hệ thống tăng. Cần kiểm tra ống bẹp, lưới chắn tắc, đoạn chuyển tiếp hỏng hoặc tiết diện đường lò bị thu hẹp.

Xác nhận thiết lập quạt, loại áp suất và vị trí đo. So sánh áp suất dọc tuyến và kiểm tra các đoạn, bộ phận có tổn thất tăng.

Lưu lượng qua quạt tăng bất ngờ trong khi áp suất giảm.

Ở các thiết lập quạt tương đương, cửa gió mở rộng hơn, cửa điều tiết tăng độ mở, một đường rò lớn hoặc gió đi tắt có thể làm giảm sức cản tương đương. Điều này không chứng minh gió sạch hữu ích tại nơi làm việc tăng.

Kiểm tra cân bằng lưu lượng và các cửa, tường chắn, chỗ làm kín, cửa điều tiết, đường nối mới. Xác định phần gió tăng thêm đang đi về đâu.

Nồng độ khí, DPM hoặc nhiệt độ tăng sau khi chuyển vị trí sản xuất.

Nhu cầu có thể đã chuyển sang khu vực khác mà điều tiết chưa thay đổi tương ứng. Cũng cần kiểm tra lịch sử dụng thiết bị, lưu lượng các nhánh, chất lượng phép đo và vị trí đo.

Xác nhận nơi đang làm việc và vị trí máy. Kiểm tra thiết bị đo hoặc kết quả phân tích mẫu liên quan, sau đó đo lưu lượng qua khu vực có vấn đề.

Sai lệch lớn giữa lưu lượng tính toán và lưu lượng đo vẫn tồn tại.

Có thể do hình học hoặc sức cản sai, vị trí cửa và đường nối chưa ghi nhận, rò gió, tiết diện khảo sát không phù hợp hoặc số liệu thuộc các trạng thái khác nhau.

Đo lại trong cấu hình đã được ghi nhận, đối chiếu bản vẽ với thực tế và hiệu chỉnh mô hình trước khi thay đổi yêu cầu lưu lượng–áp suất của quạt.

Thông gió theo nhu cầu và điều khiển thích ứng

Thông gió theo nhu cầu (Ventilation on Demand, VoD) điều chỉnh lưu lượng theo hoạt động và điều kiện thực tế dưới mỏ, thay vì giữ nguyên thiết lập riêng của từng bộ phận có thể điều khiển. Dữ liệu đầu vào có thể gồm kế hoạch sản xuất, vị trí xe và người, nồng độ khí, nhiệt độ, lưu lượng nhánh, áp suất, trạng thái cửa và thiết bị. Cụm từ thông gió theo nhu cầu cũng được sử dụng trong tài liệu chuyên ngành tiếng Việt.^[6]

Có thể triển khai từng bước theo các mức điều khiển sau:

1. Theo thời gian: thiết lập trước chế độ cho ca làm việc, nổ mìn, bảo dưỡng hoặc thời gian không sản xuất.

2. Theo sự kiện: thay đổi lưu lượng khi xe vào khu vực hoặc một công việc bắt đầu.

3. Theo phản hồi đo lường: điều chỉnh theo nồng độ khí, nhiệt độ, áp suất hoặc lưu lượng thực tế.

4. Phối hợp trên toàn mạng: điều khiển đồng bộ quạt, cửa điều tiết, cửa gió và thiết lập của từng khu vực.

Nghiên cứu năm 2023 về các mỏ thuộc Tổng Công ty Đông Bắc phân biệt các cải thiện thông gió đã thực hiện với định hướng tự động hóa trong tương lai. Không nên đọc định hướng này thành bằng chứng mọi mỏ đã vận hành đầy đủ VoD.^[6] Hiệu quả dự án cần được kiểm chứng bằng lưu lượng thực tế tại nơi làm việc và điện năng trước, sau thay đổi, có xét sản lượng, thời gian vận hành, lịch vận hành thiết bị, mùa và nhu cầu làm mát. Tiết kiệm dự báo bằng mô hình không bảo đảm kết quả hiện trường tương đương. Lợi ích phụ thuộc vào biến động nhu cầu, khả năng điều tiết, cảm biến, truyền thông, chạy thử và thực hành vận hành.

Không được giảm lưu lượng trong hệ thống VoD chỉ vì một khu vực có vẻ đang tạm ngừng hoạt động. Vẫn phải bảo đảm lưu lượng tối thiểu và tuân thủ các giới hạn an toàn. Khởi động hoặc dừng quạt từ xa chưa phải một hệ thống VoD hoàn chỉnh. Hệ thống tin cậy cần:

• lưu lượng tối thiểu và ràng buộc an toàn được xác định rõ;

• vị trí cảm biến đã kiểm tra và thiết bị đo được hiệu chuẩn theo yêu cầu;

• trạng thái vận hành an toàn khi mất truyền thông hoặc cảm biến hỏng;

• liên động bảo vệ và quy trình phản ứng với cảnh báo;

• mô hình mạng hoặc logic điều khiển đã thử nghiệm, có xét tác động giữa các nhánh liên thông;

• thẩm quyền của nhân sự và thủ tục chuyển sang điều khiển bằng tay;

• đo xác nhận lưu lượng trong lò thực sự thay đổi theo lệnh điều khiển.

Chuẩn bị ứng phó khi mất thông gió và quản lý thay đổi

Phân phối gió có thể đổi nhanh khi quạt dừng do bảo vệ tác động, mất điện, cháy, công trình thông gió hư hỏng, cửa điều tiết thay đổi, đường nối mới mở hoặc ống gió cục bộ bị hỏng. Hậu quả có thể lan ra ngoài khu vực xuất hiện sự cố.

Kế hoạch ứng phó riêng của mỏ cần xem xét:

• các tình huống quạt chính, quạt tăng áp hoặc quạt cục bộ dừng;

• mất điện, hỏng hệ thống điều khiển, cảm biến hoặc truyền thông;

• cảnh báo áp suất thấp hoặc thiếu lưu lượng;

• cảnh báo khí, khói, nhiệt độ hoặc chất ô nhiễm;

• rút toàn bộ người khỏi khu vực bị ảnh hưởng, dừng thiết bị và cô lập các nguồn năng lượng của thiết bị theo quy trình của mỏ;

• các hạn chế và điều kiện khởi động lại thiết bị;

• kiểm tra đường lò và không khí trước khi cho người trở lại;

• sơ đồ thông gió tạm thời đã qua kiểm tra và phê duyệt cần thiết;

• ghi chép, xem xét và cho phép thực hiện thay đổi.

Tại Việt Nam, Thông tư 03/2011/TT-BCT ban hành QCVN 01:2011/BCT về an toàn khai thác than hầm lò; Thông tư 31/2017/TT-BCT ban hành QCVN 04:2017/BCT về an toàn khai thác quặng hầm lò. Khi áp dụng, phải đọc cùng các sửa đổi và yêu cầu còn hiệu lực đối với loại mỏ cụ thể.^[1][2] Thiết kế thông gió, quy trình vận hành và kế hoạch ứng cứu sự cố phải thống nhất nhưng không thay thế nhau. Danh sách trên không phải kế hoạch ứng cứu hoàn chỉnh hoặc hướng dẫn thao tác cho mọi mỏ.

Quy trình đánh giá hệ thống thông gió hầm lò

1. Xác định giai đoạn phát triển và tình huống vận hành. Thu thập sơ đồ đường lò hiện tại, kế hoạch đào lò chuẩn bị, khu vực khai thác, lịch vận hành thiết bị, chu kỳ nổ mìn, điều kiện bảo dưỡng và kế hoạch mở rộng.

2. Xác định nguy cơ và tiêu chí cấp gió. Xét khí mỏ, DPM, bụi, khói khí nổ mìn, nhiệt, độ ẩm, cháy và nguồn thải công nghệ. Kiểm tra lưu lượng, tốc độ tối thiểu, tiêu chí phơi nhiễm và yêu cầu riêng áp dụng cho mỏ.

3. Lập sơ đồ mạng gió. Ghi tuyến gió vào, gió thải, các nút nối, công trình điều tiết, mạng cục bộ, vùng bịt kín, đường rò, vị trí quạt và điểm giám sát.

4. Đo hệ thống hiện có. Đo lưu lượng, áp suất, nồng độ khí và chất ô nhiễm liên quan cùng thông số nhiệt trong một trạng thái vận hành đã biết. Với thông gió cục bộ, đo lưu lượng tại đầu ra ống đẩy hoặc đầu vào ống hút tùy cấu hình.

5. Xây dựng hoặc cập nhật mô hình. Sử dụng lưu lượng và áp suất đo để ước tính sức cản nhánh, hiệu chỉnh mô hình. Không chỉ dựa vào bản vẽ thiết kế hoặc độ nhám giả định.

6. So sánh phương án. Xét cải tạo đường gió, xử lý rò, đường song song, điều tiết, trình tự khai thác, thiết lập quạt và giai đoạn phát triển tiếp theo. Các phần dự phòng cho rò gió, mở rộng và bất định phải có cơ sở; không cộng tỷ lệ tùy ý hoặc tính trùng cùng một phần dự phòng.

7. Xác định sơ bộ dải làm việc rồi so sánh thiết bị. Lập các cặp lưu lượng–áp suất tương ứng với nhu cầu tối thiểu, bình thường và lớn nhất. Nêu khối lượng riêng, cấu hình lắp, điều khiển và cách ứng phó khi thiết bị ngừng. Sau khi chọn quạt, kiểm tra lại mạng bằng đường đặc tính và điều kiện lắp đặt thực tế.

8. Chạy thử, hiệu chỉnh và nghiệm thu. Xác nhận chế độ bằng đo đạc hiện trường, thử cảnh báo và điều khiển, cùng thử nghiệm tại nhà máy hoặc nơi lắp đặt khi được yêu cầu. Phải xác định trước phương pháp, dung sai, phiên bản và sửa đổi tiêu chuẩn áp dụng. Thử một quạt riêng lẻ không đồng nghĩa nghiệm thu toàn bộ mạng gió. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo trang chế tạo và kiểm soát chất lượng quạt thông gió mỏ.

9. Bảo dưỡng và đánh giá lại. Cập nhật sơ đồ, mô hình sau thay đổi lớn; theo dõi xu hướng số đo, kiểm tra công trình thông gió và ống gió, tìm nguyên nhân của sai lệch chưa giải thích được.

Ưu tiên thông gió thay đổi theo loại mỏ

Mỏ than hầm lò. Khí mê tan, bụi than, nguy cơ tự nung nóng, tự cháy và nguồn gây cháy có thể chi phối yêu cầu. Phân tách các luồng gió, giám sát, tính phù hợp của thiết bị, chế độ quạt và phòng ngừa gió tuần hoàn phải đáp ứng điều kiện và quy định áp dụng của mỏ.

Mỏ quặng kim loại hầm lò. Khí thải diesel, khói khí nổ mìn, bụi chứa silic hoặc thành phần quặng và nhiệt ở độ sâu lớn thường là các yếu tố quan trọng. Đường lò dốc dài và khu vực sản xuất phân tán đòi hỏi xem xét cùng sức cản mạng, lịch vận hành thiết bị, thông gió gương và kế hoạch chuẩn bị mức mới.

Mỏ khoáng sản phi kim khai thác hầm lò. Khí thải diesel, bụi và khói khí nổ mìn vẫn cần kiểm soát. Với tiết diện lớn hoặc hệ thống khai thác buồng–cột, trong đó để lại trụ chống đỡ giữa các buồng, cần kiểm tra phân phối gió trên toàn khu làm việc, tránh gió đi tắt, đáp ứng nhu cầu thiết bị và đo lại nhánh khi vị trí sản xuất thay đổi.

Đây là so sánh khái quát. Địa chất, hệ thống khai thác, độ sâu, quy định tại nơi triển khai và đánh giá nguy cơ thực tế quyết định thiết kế cuối cùng. Tên khoáng sản không đủ để kết luận mỏ không có khí cháy hoặc nguy cơ đặc thù khác.

Yêu cầu đối với mạng gió và yêu cầu đối với thiết bị phải được kiểm tra theo đúng phạm vi. Thông tư 44/2026/TT-BCT ngày 27/8/2026 ban hành các sửa đổi quy chuẩn trong lĩnh vực khai thác khoáng sản và thiết bị điện phòng nổ dùng trong mỏ hầm lò, có hiệu lực từ ngày 1/11/2026. Đây không phải quy chuẩn mới thay thế toàn bộ phương pháp thiết kế thông gió, và ngày ban hành không đồng nghĩa với ngày có hiệu lực.^[8] Quy định Việt Nam cũng không tự áp dụng cho một dự án ở quốc gia khác chỉ vì hồ sơ được viết bằng tiếng Việt.

Thông tin dự án cần cho đánh giá mạng thông gió

Để có đánh giá sơ bộ hữu ích, hãy cung cấp các dữ liệu sẵn có sau:

• sơ đồ mỏ hiện tại và dự kiến, gồm các mức, giếng, cửa lò, đường lò dốc, lò thượng và các đường gió chủ yếu;

• vị trí tuyến gió sạch, tuyến gió thải và chiều gió dự kiến;

• tiết diện, chiều dài, tình trạng đường gió và những chỗ thu hẹp chính;

• các cặp lưu lượng–áp suất tương ứng với nhu cầu tối thiểu, bình thường và lớn nhất trong các chế độ hiện tại và tương lai;

• lưu lượng, áp suất đo tại các trạm đo chính và nơi làm việc, kèm vị trí đo và trạng thái vận hành;

• lưu lượng được ghi ở điều kiện thực tế hay đã quy đổi; áp suất tĩnh hoặc toàn phần; với chênh áp, ghi hai điểm và các đại lượng được so sánh;

• khối lượng riêng hoặc điều kiện tham chiếu dùng trong tính toán, đường đặc tính quạt và kết quả thử nghiệm phục vụ nghiệm thu;

• độ sâu mỏ, cao độ mặt bằng so với mực nước biển, nhiệt độ, độ ẩm và điều kiện nước ngầm;

• hệ thống khai thác, lịch đào lò và các giai đoạn mở rộng;

• loại, công suất, số lượng, vị trí và thời gian vận hành của máy diesel;

• nguy cơ từ khí, bụi, DPM, khói khí nổ mìn, nhiệt hoặc công nghệ;

• đường kính, vật liệu, chiều dài, đoạn cong, độ kín của ống gió cục bộ và lưu lượng cần tại gương;

• nhãn thông số quạt hiện có, đường đặc tính, tốc độ quay hoặc góc lắp cánh, số đo vận hành, hệ thống điều khiển và bố trí quạt làm việc, quạt dự phòng;

• điện áp, tần số nguồn điện, cách khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ và giao diện điều khiển cần thiết;

• cửa gió, cửa điều tiết, tường chắn, kết cấu làm kín, đường rò và các công trình thông gió khác;

• điểm giám sát, ngưỡng cảnh báo và dữ liệu lưu trữ theo thời gian của các thông số đo;

• quy định áp dụng, thiết kế thông gió và tiêu chí nghiệm thu của dự án.

Khi dữ liệu chưa đầy đủ, vẫn có thể trao đổi sơ bộ, nhưng độ chính xác của đề xuất lưu lượng và áp suất sẽ bị hạn chế. Số đo tại các nhánh và sơ đồ thông gió cập nhật thường hữu ích hơn chỉ có công suất động cơ hoặc đường kính quạt.

Câu hỏi thường gặp về thông gió mỏ hầm lò

Hệ thống thông gió khác quạt thông gió mỏ như thế nào?

Hệ thống là tổng thể các tuyến gió vào, gió thải, đường lò, công trình điều tiết, ống gió, giám sát, quy trình và quạt. Quạt tạo chênh áp để không khí chuyển động trong mạng. Vì vậy, cần xác định sơ bộ nhiệm vụ hệ thống trước khi chọn quạt, rồi kiểm tra lại sự phối hợp với thiết bị và lắp đặt thực tế.

Thông gió chính khác thông gió cục bộ như thế nào?

Thông gió chính tổ chức dòng khí qua các tuyến gió vào và gió thải chủ yếu. Thông gió cục bộ phục vụ lò cụt hoặc khu vực không có đủ dòng gió xuyên suốt và phụ thuộc vào nguồn gió sạch của mạng chính. Với sơ đồ hút, gió sạch phải đến gương qua phần đường lò ngoài ống. Quạt bổ sung áp suất cho một nhánh mạng thực hiện nhiệm vụ khác.

Vì sao lưu lượng gần gương có thể thấp hơn lưu lượng qua quạt?

Trong sơ đồ đẩy, rò gió làm giảm lượng khí đến đầu cuối ống. Trong sơ đồ hút, không khí đường lò lọt vào qua chỗ rò, nên lưu lượng qua quạt có thể lớn hơn lưu lượng hút tại đầu ống gần gương. Ma sát và chỗ nghẽn làm đổi điểm làm việc nhưng không làm không khí biến mất trong ống kín. Gió tuần hoàn có thể giảm cấp gió sạch dù tổng lưu lượng qua quạt không giảm. Cần so sánh lưu lượng đo tại các tiết diện tương ứng, với điều kiện khối lượng riêng của không khí tương thích.

Tăng tốc độ quay của quạt có luôn khắc phục được thiếu gió không?

Không. Đường gió hẹp, công trình hỏng, rò gió, gió đi tắt, gió tuần hoàn, phân phối không cân bằng hoặc ống không phù hợp có thể là nguyên nhân. Tăng áp suất trước khi chẩn đoán có thể làm tăng công suất điện tiêu thụ và mức ồn nhưng không cải thiện đáng kể lưu lượng gió hữu ích. Hãy xác định yếu tố hạn chế trước, thay vì mặc định quạt quá nhỏ.

Bao lâu cần đo khảo sát thông gió hầm lò?

Tần suất phụ thuộc vào yêu cầu áp dụng, loại mỏ, nguy cơ, thiết kế và tốc độ thay đổi của mạng. Ngoài các kỳ bắt buộc, cần đánh giá nhu cầu đo thêm sau thay đổi lớn, số đo bất thường, điều chỉnh quạt hoặc cửa, mở đường nối mới hoặc gương đào lò tiến thêm một khoảng đáng kể. Chu kỳ của phép kiểm tra khác hoặc của một mỏ khác không tự áp dụng cho toàn hệ thống.

Chỉ thông gió có đủ kiểm soát nhiệt ở mỏ sâu không?

Trong một số trường hợp có thể đủ. Tuy nhiên, nhiệt từ đất đá, nước ngầm, thiết bị và không khí bị nén khi đi xuống có thể vượt khả năng kiểm soát của hệ thống hiện tại. Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến khả năng cơ thể thải nhiệt. Khi cần, có thể phải kết hợp làm mát cục bộ, nước lạnh, máy lạnh, cải thiện thoát nước hoặc làm mát tập trung với các biện pháp bảo vệ người lao động khỏi căng thẳng nhiệt.

Có thể dùng cùng một thiết kế cho mỏ than và mỏ quặng không?

Không có một thiết kế phù hợp với mọi mỏ. Mỏ than có thể bị chi phối bởi mê tan, bụi than, tự nung nóng, tự cháy và yêu cầu thiết bị. Mỏ kim loại và phi kim có thể chịu ảnh hưởng lớn của DPM, khói khí nổ mìn, bụi silic hoặc bụi quặng, nhiệt và đường lò dài, phân tán. Thiết kế phải dựa trên nguy cơ thực tế và các quy định áp dụng.

Kết luận

Thông gió hầm lò hiệu quả phụ thuộc vào việc đưa đủ gió đến từng nơi làm việc, không chỉ tổng lưu lượng qua quạt. Trình tự phù hợp là xác định nhu cầu, đo và mô hình hóa mạng, giảm sức cản không cần thiết và khắc phục các điểm rò gió, xác định sơ bộ dải lưu lượng–áp suất, rồi chọn hoặc điều chỉnh thiết bị. Sau đó phải kiểm tra lại quạt cùng mạng. Thiết kế hệ thống và lựa chọn quạt liên quan chặt chẽ nhưng không phải một nhiệm vụ duy nhất.