Giáo trình Kỹ thuật thông gió và thoát nước mỏ (Ngành Kỹ thuật mỏ) - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
KHOA MỎ & CÔNG TRÌNH

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT THƠNG GIĨ
VÀ THỐT NƯỚC MỎ
(DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KỸ THUẬT MỎ)

LƯU HÀNH NỘI BỘ

QUẢNG NINH – 2015
1


Phần I

thông gió mỏ hầm lò

Ch-ơng 1- Không khí mỏ
1.1 Đặc điểm của không khí mỏ và các thành phần chủ yếu của không khí mỏ
1.1.1. Đặc điểm của không khí mỏ
a, Khí trời
Khí trời là bầu khí quyển bao quanh trái đất dày hàng trăm km. Thành phần của
khí quyển là hỗn hợp của nhiều loại khí O2, N2, CO2, các khí trơ và hơi n-ớc. Khí
quyển có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự sống của sinh vật trên trái đất.
- Nó nh- tấm lá chắn để ngăn cách các tia bức xạ có hại của vũ trụ.
- Điều hoà nhiệt độ của môi tr-ờng không khí và n-ớc trên trái đất.
- Cung cấp ôxy cho quá trình sống của các sinh vật trên trái đất.
b, Không khí mỏ
Không khí mỏ là hỗn hợp cơ học giữa khí trời và các loại khí độc, khí hại, khí

cháy và bụi sinh ra trong quá trình khai thác mỏ. Về thực chất không khí mỏ là khí
trời nh-ng khi đi vào mỏ bị thay đổi về thành phần và hàm l-ợng.
- Sự thay đổi về thành phần: Do xuất hiện các loại khí độc (NO; NO2; N2O3;
N2O4; N2O5; NH3; SO2; CO2; H2S; CO); khÝ ch¸y, nỉ (CO; CH4; CnHn; H2) bụi mỏ và
một số chất khí khác.
- Sự thay đổi về hàm l-ợng: Hàm l-ợng O2 giảm; khí CO2,, khí độc, khí cháy, nổ
tăng.
1.1.2. Các thành phần chủ yếu của không khí mỏ
a, Khí ôxy (O2)
Là chất khí không màu, không mùi, không vị. Tỷ trọng so với không khí là
1,103; ít hoà tan trong n-ớc. Chiếm khoảng 20,99% thể tích khí trời. Ôxy rất cần
thiết để duy trì hoạt động sống của con ng-ời, nếu hàm l-ợng O 2 18% con ng-ời
làm việc trong điều kiện thiếu ôxy. Khi hàm l-ợng O2 = 12% con ng-ời phải thở
gấp. Khi hàm l-ợng O2 = 9% con ng-ời bị ngất và có thể chết. Nếu hàm l-ợng O2 =
1 3% con ng-ời bị chết ngay.
QPAT quy định hàm l-ợng ôxy trong không khí ở các lò có và sẽ có ng-ời đi lại
và làm việc không đ-ợc thấp hơn 20% (về thể tích).
b, Khí nitơ (N2)
Chiếm khoảng 78% thể tích khí trời. Là chất khí không màu, không mùi, không
vị, ít tan trong n-ớc. Tỷ trọng so với không khí là 0,965. ở điều kiện bình th-ờng khí
Nitơ nh- một khí trơ, do đó khí nitơ không độc nh-ng có thể gây ngạt thở.
c, Khí cácbonníc (CO2)
Chiếm 0,04  0,05% vỊ thĨ tÝch khÝ trêi.
2


Là chất khí không màu, không mùi vị hơi chua, cã tÝnh axÝt u. Tû träng so víi
kh«ng khÝ  1,52, tan nhiỊu trong n-íc. ë 00C víi ¸p st khí trời là 760 mmHg thì
1lít n-ớc hoà tan đ-ợc 1,8 lít CO2. Khí CO2 không duy trì sự cháy và sự thở.
Khí CO2 gây độc nhẹ gây ngạt là chủ yếu, gây buồn ngủ, khi lao động nặng cơ

thể ch-a thải hết CO2 gây đau cơ bắp.
Điều 119 Quy phạm an toàn quy định hàm l-ợng CO2 tại các vị trí trong mỏ:
- Khi đào và phục hồi lò ®ỉ CO2  1,0% (vỊ thĨ tÝch)
- Lng giã th¶i của một cánh, của toàn mỏ CO2 0,75% (về thể tích).
- ở những nơi làm việc, lò độc đạo, luồng gió thải ở khu khai thác CO2 0,5%
(về thể tích).
d, Các loại khí trơ
Gồm các loại khí Hêly, Acgon, Krupton chiếm hàm l-ợng khoảng 1% thể tích
khí trời, không ảnh h-ởng tới hoạt động sống của sinh vật.
e, Hơi n-ớc
Là trạng thái tồn tại của n-ớc ở dạng hơi có trong không khí. Hơi n-ớc tồn tại
trong không khí gọi là độ ẩm của không khí. Th-ờng có ba loại
- Độ ẩm tuyệt đối, ký hiệu d: là số gam n-ớc có trong 1m3 không khí.
- Độ ẩm bÃo hoà ký hiệu D: là l-ợng n-ớc lớn nhất tồn tại trong 1m3 không khí.
- Độ ẩm t-ơng đối ký hiệu : đ-ợc tính bằng công thức =

d
100 (%)
D

Căn cứ vào độ ẩm t-ơng đối để phân chia không khí thành các loại
40 không khí rất kh«
 = 40  60 kh«ng khÝ kh«
 = 60 80 không khí bình th-ờng
= 80 <100 không khí ẩm
= 100 không khí bÃo hoà
1.2. Các chất khí độc và khí có hại trong mỏ, phân cấp mỏ
1.2.1. Các chất khí độc và khí có hại trong mỏ
a, Khí ôxít cácbon (CO)
Là chất khí không màu không mùi, không vị; ít tan trong n-ớc; tỷ trọng so với

không khí là 0,967; khi cháy với ôxi có ngọn lửa màu xanh; khi hàm l-ợng của nó
trong không khí từ 12,5 75 sẽ tạo nên hỗn hợp nổ, nổ mạnh nhất khi hàm l-ợng
30 và nhiệt độ bốc cháy từ 630 810oC.
Ôxít cácbon là khí rất độc khi xâm nhập vào cơ thể con ng-ời nó tác dụng với
Hêmôglôbin (Hb) làm mất chức năng vận chuyển O2 của hồng cầu. Hàm l-ợng
khoảng 0,5% con ng-ời chết ngay lập tức sau một vài hơi thở.
3


Thực tế thấy rằng Hêmôglôbin của máu dễ hoá hợp với ôxít cácbon gấp 250
300 lần so với ôxi.
Hb + CO = HbCO
HbO2 + CO = HbCO + O2
Nguån ph¸t sinh ra CO trong má:
- Do ch¸y má, nỉ khí, nổ bụi, nổ mìn, sự hoạt động của các động cơ đốt trong.
- Do quá trình ôxi hoá than.
QPAT quy định hàm l-ợng CO 0,0017 (về thể tích) hoặc CO 20 mg/m3 không khí.
b, Khí Sunpuahyđrô (H2S)
Là chất khí không màu, mùi trứng thối, vị hơi ngọt; tỷ trọng so với không khí là
1,92; dễ hoà tan trong n-ớc; dễ cháy nổ; hàm l-ợng từ 4,5 45 tạo nên hỗn hợp
nổ; nhiệt độ bốc cháy là 370oC.
Sunpuahyđrô rất độc, tác dụng lên niêm mạc của mắt và hệ hô hấp.
Nguồn phát sinh ra H2S trong mỏ bao gồm:
- Sự phân huỷ gỗ và các chất hữu cơ, sự phân huỷ của quặng perít và sunpua
canxi.
QPAT quy định hàm l-ợng H2S 0,0007 (về thể tích) hoặc CO 10mg/m3.
c, Khí Sunfuarơ (SO2)
Là chất khí không màu, mùi l-u huỳnh cháy, vị cay, tỷ trọng so với không khí
là 2,22 dễ hoà tan trong n-ớc.
Khí SO2 rất độc, ăn mòn mạnh niêm mạc của mắt và hệ hô hấp, có thể gây bệnh

phù phổi.
Nguồn phát sinh ra SO2 trong mỏ: Do cháy mỏ, nổ mìn.
QPAT quy định hàm l-ợng SO2 0,00038 (về thể tích) hoặc CO 10mg/m3 không khí.
d, Các ôxít nitơ (NO, NO2)
Khí NO là khí không màu, ít tan trong n-ớc; tỷ trọng so với không khí là 1,34;
dễ tác dụng với ôxi tạo thành NO2.
Khí NO2 là khí màu vàng, không mùi, không vị, tan nhiều trong n-ớc; tỷ trọng
so với không khí 1,57; là khí rất độc tác dụng lên niêm mạc của mắt và hệ hô hấp;
với hàm l-ợng 0,006 đà gây chết ng-ời.
Nguồn gốc phát sinh do nổ mìn với cân bằng O2 d-ơng
Quy phạm an toàn quy định:
NO 0,0001 (về thể tích)

Hoặc NO 2mg/m3 không khí.

NO2 0,00025 (về thể tích)

Hoặc NO2 5mg/m3 không khÝ.

4


e, Khí Mêtan (CH4)
Là chất khí không màu, không mùi, không vị. Tỷ trọng so với không khí 0,554,
ít tan trong n-ớc, là khí nhẹ dễ khuyếch tán, th-ờng tập trung ở nóc lò và các điểm
cao trong lò.
Khí CH4 không độc nh-ng đặc biệt nguy hiểm là khả năng cháy, giới hạn nổ
của CH4 từ 5 15, nổ mạnh nhất khoảng 9,5, khi nổ sinh ra nhiệt độ cao, áp suất
lớn, có thể phá huỷ toàn bộ hệ thống đ-ờng lò trong mỏ.
Nguồn gốc thành tạo: Do tàng trữ trong các vỉa than.

Quy phạm an toàn quy định hàm l-ợng CH4 nh- sau:
- ở lò chợ, g-ơng lò chn bÞ CH4  1 (vỊ thĨ tÝch).
- ë lng gió thải của một cánh hoặc toàn mỏ CH4 0,75 (vỊ thĨ tÝch).
- ë lng giã s¹ch CH4  0,5 (vỊ thĨ tÝch).
- TÝch tơ cơc bé ë g-¬ng khấu, lò độc đạo CH4 2 (về thể tích).
h, Bụi mỏ
Là các hạt đất đá, than lơ lửng trong không khí một khoảng thời gian nhất định,
khoảng thời gian này phụ thuộc vào kích th-ớc, trọng l-ợng hạt bụi, độ ẩm của
không khí và tốc độ của gió.
Nếu bụi than có hàm l-ợng chất bốc từ > 10 thì bơi cã tÝnh nỉ, nỉ bơi rÊt
nguy hiĨm nã cã tính nổ lặp có thể phá huỷ toàn bộ mỏ.
Bụi là nguyên nhân gây ra các bệnh bụi phổi, bệnh về mắt.
Nguồn gốc phát sinh: Do nổ mìn, do khấu than, do nổ khí mêtan, nổ bụi than...
Quy phạm an toàn quy định:
- Nếu bụi than có tính nổ thì:

[N ] 20g/m3 không khí.

- Nếu bụi đá chứa SiO2 thì:

[N ] 2g/m3 không khí.

- Nếu bụi xỉ than thì:

[N ] 6 g/m3 không khí.

- Nếu bụi than thuần tuý thì: [N ] 10 g/m3 không khí
Nguyên nhân sinh ra các loại khí độc - khí hại:
- Do ng-ời và thiết bị làm việc.
- Do n-ớc và vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra CO2, H2S (sunfuahiđrô)

- Do nổ mìn: Khói mìn là hỗn hợp của nhiều khí CO; CO2; SO2 và các ôxít ni tơ
NO; NO2; N2O3
- Do sự tàng trữ khí CO2, CH4 trong các vỉa than.
- Do các quá trình ôxy hóa
1.2.2. Phân cấp mỏ
a, Khái niệm
5


Khí CH4, CO2 là một trong những nguyên nhân gây ra sự thay đổi thành phần
không khí mỏ nó tàng trữ trong các vỉa than. Để đánh giá mức độ nguy hiểm về sự
tàng trữ khí trong các vỉa than ng-ời ta tiến hành phân cấp mỏ.
b, Chỉ tiêu phân cấp mỏ
Chỉ tiêu phân cấp mỏ là số m3 khí CH4 hoặc CO2 thoát ra tính cho một tấn than
khai thác trong ngày đêm; ký hiệu qCH4, qCO2;
qCH4 = ICH4/ASL, (m3 CH4/Tấn than-ngày đêm)
(1-1)
3
qCO2 = ICO2 /ASL, (m CO2/Tấn than-ngày đêm)
(1-2)
Trong đó : ICH4 , ICO2 là độ thoát khí tuyệt đối khí CH4, CO2 trong một ngày đêm.
ICH4 =

24 x60 xQmax 1.mCH 41  ...  Qmax n .mCH 4 n 
100

ICO2 =

(1-3)

24 x60 xQmax 1 (n1  no )  ...  Qmax n (nn  no )
100

(1-4)

Qmax- L-u l-ợng gió lớn nhất đo đ-ợc ở luồng gió thải; m3/phút
Qmax = V.S
(1-5)
V- Vận tốc gió đo ở luồng gió thải; m/phút.
S- Diện tích tiết diện đ-ờng lò tại nơi đo; m2
mCH4- Hàm l-ợng CH4 đo đ-ợc ở luồng gío thải; .
n, n0- Hàm l-ợng khí CO2 đo đ-ợc ở luồng gió thải và ở luồng gió sạch,
n0 = 0,04 0,05.
100- mẫu số % của hàm l-ợng chất khí.
Asl- Sản l-ợng khái thác trong một ngày đêm của mỏ; Tấn/ngày đêm.
Để đảm bảo độ tin cậy phải xác định qCH4; qCO2 trong nhiều ngày rồi tính giá trị
trung b×nh:
n

qCH4TB =


i 1

q CH 4i
n

n

(1-6)

qCO2TB =


i 1

q CO 2i
n

(1-6’ )

qCH4i, qCO2i- Kết quả đo đ-ợc ở lần thứ i;
n- Số lần đo.
Từ kết quả xác định ở trên, mỏ đ-ợc phân cấp nh- sau.
Bảng 1-1: Bảng phân cấp mỏ
qCH4TB
qCO2TB
Cấp mỏ
(m3/T.than-ngày đêm)
(m3/T.than-ngày đêm)
I
<5
<5
II
5 10
5 10
III
Ngoại hạng

10 15

>15, xì khí

10 15
>15 , xì khí

Mỏ phụt khí và than

phụt khí và than

phụt khí vµ than

6


c, ý nghĩa của phân cấp mỏ
Căn cứ vào phân cấp mỏ để lựa chọn sơ đồ mở vỉa, hệ thống khai thác, quy
trình công nghệ, sơ đồ và ph-ơng pháp thông gió, hình thức vận tải, ph-ơng pháp
đào lò và lựa chọn thiết bị phù hợp với cấp mỏ.
Căn cứ vào cấp mỏ để xây dựng quy trình quy phạm an toàn, đề ra chế độ nghỉ
ngơi, bồi d-ỡng cho công nhân phù hợp
1.3. Vai trò và nhiệm vụ của công tác thông gió
1.3.1. Vai trò của công tác thông gió
Công tác thông gió giữ vai trò hết sức quan trọng trong quá trình khai thác mỏ
hầm lò vì:
- Nó ảnh h-ởng trực tiếp và có tính quyết định tới công tác an toàn và bảo hộ
lao động.
- Nếu thực hiện tốt công tác thông gió nó sẽ góp phần duy trì sức khoẻ của
ng-ời lao động, giảm chi phí về bảo hiểm xà hội, xoá đi mặc cảm về nghề nghiệp.
- Góp phần bảo vệ tài sản nhà n-ớc tr-ớc các sự cố của mỏ hầm lò.
1.3.2. Nhiệm vụ của công tác thông gió

- Cung cấp l-ợng ôxi tối thiểu mà quy phạm an toàn cho phép để con ng-ời và
thiết bị làm việc bình th-ờng.
- Hoà loÃng các loại khí độc, khí cháy, nổ, bụi tới giới hạn an toàn cho phép và
đ-a chúng ra khỏi mỏ.
- Cải thiện điều kiện vi khí hậu trong các đ-ờng lò mỏ, tạo nên môi tr-ờng làm
việc phù hợp với tâm sinh lý ng-ời lao động.
- Cùng với công tác cấp cứu nhanh chóng giải quyết các sự cố trong mỏ.
Câu hỏi và bài tập
Câu hỏi
1- Phân biết sự khác nhau giữa khí trời và không khí mỏ.
2-Trong các nhiệm vụ của công tác thông gió, nhiệm vụ nào quan trọng
nhất? Tại sao?
Bài tập
1- Phân cấp mỏ theo khí CH4 biết sản l-ợng khai thác của mỏ 1200 tấn/ngày
đêm. Mỏ có hai luồng gió thải; tại cửa lò thứ nhất cã diÖn tÝch tiÕt diÖn S 1 =6 m2,vËn
tèc giã V1 = 4m/s, mCH4.1 = 0,5%; tại cửa lò thứ hai cã diÖn tÝch tiÕt diÖn S2 = 5,5m2,
vËn tèc giã V2 =4 ,5m/s, mCH4.2 = 0,4%.

7


ch-ơng 2- các định luật cơ bản về khí động học
2.1. Khái niệm về dịch thể và các đại l-ợng vật lý của dịch thể
2.1.1. Khái niệm về dịch thể
Dịch thể bao gồm những chất chảy đ-ợc (hay những chất có thể dịch chuyển
đ-ợc trong một môi tr-ờng nhất định).
Dịch thể có tính liên tục, dễ di động, bản thân dịch thể không có hình dáng
nhất định, mà phụ thuộc vào hình dáng của bình chứa hoặc ống dẫn. Dịch thể hầu
nh- không chịu lực kéo và lực cắt (các chất nh-: n-ớc, dầu, kim loại lỏng là những
chất có tính chống nén cao và thể tích thay đổi không ®¸ng kĨ khi ¸p st thay ®ỉi

lín). C¸c chÊt khÝ có thể tích phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ là loại dịch thể nén
đ-ợc và chiếm hết không gian của bình chứa hoặc ống dẫn nó.
2.1.2. Các đại l-ợng vật lý của dịch thể
1. Nhiệt độ
a, Khái niệm
Nhiệt độ là đại l-ợng đặc tr-ng cho trạng thái nhiệt năng và nội năng của không khí.
Đơn vị đo thông th-ờng có hai thang đo nhiệt độ:
- Độ bách phân, ký hiƯu t (0C)
- NhiƯt ®é tut ®èi, ký hiƯu T (0K)
T = t + 273 (0K)
(2-1)
b, C¸c yÕu tè ảnh h-ởng tới nhiệt độ không khí trong mỏ
- Nhiệt độ không khí ngoài trời
- Nhiệt độ sinh ra do các quá trình: Ng-ời và thiết bị làm việc, do phân huỷ các
chất hữu cơ, ô xy hoá than...
- Do địa nhiệt
- Trong các yếu tố trên khi khai thác xuống sâu địa nhiệt đóng vai trò chủ yếu.
Địa nhiệt có hai cách biểu diễn:
+ Địa nhiệt cấp là số mét xuống sâu để nhiệt độ tăng lên một 0C.
+ Địa nhiệt suất là số độ bách phân tăng lên khi xuống sâu 100m.
Quy phạm an toàn quy định: nhiệt độ lớn nhất cho phép trong đ-ờng lò là 30 0C.
2. áp suất của không khí
a, Khái niệm
áp suất là lực tác dụng của không khí trên một đơn vị diện tích.
P=

F
S

, Đơn vị đo : N/m2; mmH2O ; mmHg

1mmH2O = 1KG/m2 = 1/13,6 mmHg
b, Các thành phần của áp st
+ ¸p st tÜnh, ký hiƯu Pt
8

(2-2)


Là áp lực của không khí không chuyển động lên một đơn vị diện tích, áp suất
tĩnh tác dụng theo mọi ph-ơng, chiều đều nh- nhau.
Pt = R..T (mmHg)
(2-3)
ở điều kiện chuẩn: 200C, độ cao 0m khí trời có áp suÊt tÜnh Pa = 760mmHg.
R = 2,197 h»ng sè cña khí
- Trọng l-ợng riêng của không khí; KG/m3
T- Nhiệt độ tuyệt đối của không khí; oK
+ áp suất động, ký hiệu Pv
Là áp lực của dòng không khí chuyển động lên một đơn vị diện tích vuông góc
với h-ớng dòng chuyển động.
Pv

V 2
2g

,

(mmH2O)

(2-4)

+ áp suất toàn phần, ký hiệu Ptp
Ptp = Pt+ Pv
(2-5)
3. Hạ áp suất của dòng không khí
Ký hiệu: h (mmH2O, mmHg)
Là độ chênh áp suất gi-Ã hai điểm trong một luồng gió chuyển động; gồm ba
thành phần
- Hạ áp suất tĩnh ht = Pt1 - Pt2
- Hạ áp suất động hv= Pv1 - Pv2
- Hạ áp suất toàn phần htp= Ptp1 - Ptp2
4. Mật độ của không khí
Ký hiệu: (kg/m3)
Là đại l-ợng đặc tr-ng cho số phân tử khí trong một đơn vị thể tích
5. Trọng l-ợng riêng của không khí
Ký hiệu: (KG/m3)
Là trọng l-ợng của không khí trong một đơn vị thể tích
= .g (KG/m3) hoặc =

Pt
RT

,với R = 2,197 nên = 0,455

Pt
T

ở điều kiện bình th-ờng: P = 760mmHg, t =15oC,  = 60% th×  = 1,2 KG/m3
2.2. Các định luật cơ bản về khí động học
2.2.1. Ph-ơng trình Becnuly về sự dịch chuyển ổn định của khí lý t-ởng

Khí lý t-ởng là khí đồng nhất đẳng h-ớng, khi chuyển động khoảng cách giữa
các phân tử ổn định (không dÃn) khí lý t-ởng khi chuyển động không có ma sát nên
năng l-ợng của dòng khí đ-ợc bảo toàn.

9


Ph-ơng trình năng l-ợng của dòng tại các mặt cắt I-I và II-II (hình 2.1) bằng
ph-ơng trình.
Thực tế đo đạc ¸p suÊt P tÝnh b»ng mmHg,  b»ng KG/m3, Z b»ng m, V b»ng m/s
VËy trong tÝnh to¸n ng-êi ta th-êng dïng c«ng thøc sau
13,6 P1  Z1 1 

 1V1 2
2g

 13,6 P2  Z 2 2 

 2V2 2
2g

, mmH2O

(2-6)

Trong đó:P1, P2- áp suất của không khí tại mặt cắt I-I và II-II; mmHg
E1, E2- năng l-ợng của dòng khí tại mặt cắt I-I và II-II
Z1, Z2- độ cao từ trọng tâm của mặt cắt I-I và II-II đến mặt chuẩn; m
V1,V2- vận tốc dịch chuyển của không khí tại mặt cắt I-I và II-II; m/s
1,2- trọng l-ợng riêng của không khí tại mặt cắt I-I và II-II; KG/m3

2
1
P2,2, v2

P1, 1, v1
Z1
O

Z2
1

2

O

Hình 2.1: Sơ đồ dịch chuyển của dòng khí lý t-ởng
2.2.2. Ph-ơng trình Becnuly về sự dịch chuyển của khí thực
Khí thực khác khí lý t-ởng là nó có độ nhớt, gây nên lực ma sát cản trở sự dịch
chuyển của không khí, trong quá trình dịch chuyển nó làm tiêu hao dần năng l-ợng
của dòng khí, vậy ph-ơng trình năng l-ợng đ-ợc viết d-ới dạng sau:
E1 =E2 + hR 1-2
(2-7)
hR1-2- Tổn hao năng l-ợng của dòng khí dịch chuyển từ mặt cắt I-I đến II-II
(hình 2.2) phần năng l-ợng này biến thành nhiệt năng
E
2 2
1 E1
P2,2, v2

P1, 1, v1

Z1
O

Z2
1

2

O

Hình 2.2: Sơ đồ dịch chuyển của dòng khí thực
Vậy ph-ơng trình Becnuly với khí thực viết nh- sau
13,6 P1  Z1 1 

 1V12
2g

 13,6 P2  Z 2 2 

 2V2 2
2g

 hR1 2 (mmH2O)

10

(2-8)


Tổn hao năng l-ợng của dòng khí dịch chuyển từ mặt cắt I-I đến II-II chủ yếu

do ma sát của không khí với môi tr-ờng dẫn, ngoài ra còn do tổn thất năng l-ợng vì
có sự thay đổi tính chất cục bộ về ph-ơng chiều hoặc trị số vận tốc của dòng chảy
2.3. Các hệ quả của ph-ơng trình Becnuly ứng dụng trong thông gió mỏ.
2.3.1. Hệ quả 1: Nguồn năng l-ợng trong thông gió mỏ
Xét sơ đồ thông gió mỏ hầm lò (hình 2.3 )
Về mặt năng l-ợng của luồng gió, ứng dụng
2
ph-ơng trình Becnuly từ mặt cắt I-Iđến II-II ta cã
Z2

2
2
Z
1
1
V
V
13,6 P1  Z1 1  1 1  13,6 P2  Z 2 2  2 2  hR1 2 (mmH2O)
2g

2g

hR12  13,6( P1  P2 )   1Z1   2 Z 2 

 1V12   2V2 2
(mmH2O)
2g

(2-9)

Hình 2.3: Sơ đồ thơng gió mỏ

Tõ ph-ơng trình thấy rằng muốn cho không khí dịch chuyển từ I-I đến II-II thì
phải khắc phục đ-ợc tổn thất năng l-ợng h R 1-2, nguồn sinh ra năng l-ợng ®Ĩ kh¾c
phơc tỉn thÊt ®ã cã thĨ bao gåm mét hoặc cả ba đại l-ợng nh- sau:
+ 13,6(P1 - P2) chênh áp suất tĩnh ở mặt cắt I-I và II-II, độ chênh áp suất này
do quạt gió tạo ra luôn d-¬ng(> 0); ký hiƯu hq
+  1 Z1   2 Z 2 chênh áp suất do chiều cao cột không khí ở giếng (đ-ờng lò) vào
và ra của mỏ; độ chênh áp suất này phụ thuộc vào vị trí giếng gió vào và ra, phụ
thuộc vào trọng l-ợng riêng cuả không khí ở hai giếng(đ-ờng lò) đó; những yếu tố
này phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên và gọi là sức hút tự nhiên; ký hiệu he. Sức hút
tự nhiên có thể (+) hoặc (-), nghĩa là có thể cùng chiều (-) hoặc ng-ợc chiều (+) với
quạt gió.
+

1V12 2V2 2
2g

chênh lệch động năng của dòng không khí ở mặt cắt I-I và

II-II, gọi là hạ áp động; ký hiệu hv. Hạ áp động có thể (+), (-) hoặc bằng không
hR 1-2 = hq + he + hv
(2-10)
Kết luận: Năng l-ợng làm cho dòng không khí dịch chuyển trong mỏ bao gồm
hạ áp suất do quạt tạo ra (hq), sức hút tự nhiên (he), hạ áp động (hv).
2.3.2. Hệ quả 2: Ph-ơng pháp thông gió
II Pa
II
I Pa I
Xét sơ đồ thông gió mỏ hầm lò (hình 2.4)

P2
P1
Không khí dịch chuyển từ I-I đến II-II, nh- vậy P1
> P2, có các tr-ờng hợp sau:
+ Nếu P1 = Pa (Pa là áp suất khí trời) thì P2 < Pa
(P2 gọi là áp suất chân không) việc tạo ra P2 < Pa
thực hiện bằng quạt gió làm việc ở chế ®é hót,
Hình 2.4: Sơ đồ thơng gió
11


ph-ơng pháp thông gió nh- vậy gọi là ph-ơng pháp
thông giã hót.
+ NÕu P2 = Pa th× P1> Pa (P1 là áp suất d-) việc tạo ra P1 > Pa thực hiện bằng quạt
gió làm việc ở chế độ đẩy, ph-ơng pháp thông gió nh- vậy gọi là ph-ơng pháp thông
gió đẩy.
+ Nếu P1 > Pa và P2 < Pa; viƯc t¹o ra P1 > Pa thùc hiƯn b»ng qu¹t gió làm việc ở
chế độ đẩy, việc tạo ra P2 < Pa thực hiện bằng quạt gió làm việc ở chế độ hút. Ph-ơng
pháp thông gió nh- vậy gọi là ph-ơng pháp thông gió liên hợp đẩy hút.
+ Nếu P1 = Pa và P2 = Pa thì ng-ời ta phải tạo ra b-ớc nhảy về áp suất tại một vị
trí nào đó nằm trong khoảng từ I-I đến II-II. Việc tạo ra b-ớc nhảy về áp suất nhờ
quạt gió đặt ngay trong mỏ, ph-ơng pháp thông gió nh- vậy gọi là ph-ơng pháp
thông gió liên hợp hút đẩy.
2.3.3. Hệ quả 3: Tổn thất năng l-ợng trên đ-ờng lò
Xét sơ đồ thông gió mỏ (hình 2.5); ứng
dụng ph-ơng trình Becnuly cho dòng khí dịch
chuyển từ I-I đến II-II
V

1V12 2V2 2

hR1 2  13,6( P1  P2 )   1Z1   2 Z 2 
2g

IV

I

I

II

II

IV

III
III

Hình 2.5: Sơ đồ xác định tổn thất năng lượng

hR 1-2 = E1 - E2

ứng dụng cho dòng khí dịch chuyển từ II-II ®Õn III-III
hR1 2  13,6( P2  P3 )   2V2   3V3 

V

 2V2   3V3
2g

(mmH2O)

hR 2-3 = E2 - E3
Tỉng qu¸t : hR(n-1)-n=En-1 - En
n

n

1

1

Tỉn thÊt : hR(n-1)-n= En-1 - En =  ( E n 1  E n )   h( n 1)n

(2-11)

Kết luận: Tổng tổn hao năng l-ợng của toàn bộ luồng gió bằng tổng tổn hao
năng l-ợng trên các đoạn đ-ờng lò nối tiếp nhau có gió dịch chuyển qua để tạo nên
luồng gió

12


Ch-ơng 3- sự dịch chuyển không khí trong đ-ờng lò
3.1. Các dạng chuyển động của không khí trong đ-ờng lò
Bằng quan sát thực nghiệm ng-ời ta thấy rằng trạng thái chảy của dòng không
khí gồm ba loại.
a, Chảy tầng
Các lớp không khí trong một dòng chuyển động với vận tốc gần nh- nhau, giữa
các lớp không có ma sát, ranh giới các lớp rõ ràng.

b, Chảy rối
Các lớp không khí trong một dòng chuyển động với vận tốc khác nhau, gây nên
hiện t-ợng xoáy, không có ranh giới gi-Ã các lớp.
c, Chảy trung gian
Là trạng thái chảy rối không hoàn toàn, các lớp không khí trong một dòng
chuyển động với vận tốc khác nhau không nhiều, có ma sát giữa các lớp nh-ng
không gây ra hiện t-ợng xoáy
Để xác định trạng thái của dòng không khí chuyển động ng-ời ta sư dơng hƯ sè
Reynol ký hiƯu lµ Re
Re 

V .D



,

m

(3-1)

V- Vận tốc trung bình của dòng không khí; m/s
D- Đ-ờng kính thuỷ lực của ống dẫn (đ-ờng kính -ớt là đại l-ợng đ-ợc tính
bằng tỉ số giữa diện tích mặt cắt -ớt và chu vi -ớt của lòng dẫn đó); m
D=

S
,
P

m

(3-2)

S- diện tích mặt cắt -ớt; m2
P- là chu vi -ớt; m
Nếu ống tròn D = d/4, nếu không tròn D tính theo công thức sau:
- Độ nhớt động häc cđa kh«ng khÝ,  = 14,4.10-6.
NÕu Re < 2300 dòng không khí chảy tầng
Nếu Re = 2300 dòng không khí chảy trung gian
Nếu Re > 2300 dòng không khí chảy rối
Thực tế nghiên cứu trong mỏ trạng thái chảy tầng ít gặp, nếu có chỉ ở các dải đá
chèn khu vực đà phá hoả. Hầu hết không khí trong mỏ chảy rối .
3.2. Khái niệm và các loại sức cản mỏ hầm lò
3.2.1. Khái niệm
Sức cản mỏ hầm lò là: Tập hợp tất cả các lực cản trở chuyển động của luồng gió
gây tổn thất cơ năng của luồng gió đ-ợc gọi là sức cản khí động học. Ký hiệu R
Bằng thực nghiệm ng-ời ta xác định đ-ợc mối quan hệ giữa tổn thất năng l-ợng
của luồng gió với sức cản mỏ hầm lò theo công thức:
13


E h R.Q x

mmH 2 0

(3-3)

Trong đó:
h- Hạ áp mỏ hầm lò; mmH20

Q- L-u l-ợng gió yêu cầu đ-a vào mỏ; m3/s
R- Sức cản mỏ hầm lò; k
x- Số mũ phụ thuộc vào trạng thái chảy của dòng không khí.
x=1
- chảy tầng
x=2
- chảy rối
1- chảy trung gian
Không khí chuyển động trong hầm lò chảy rối do đó
h = R.Q2
(3-4)
Đơn vị tính của sức cản 1KG / .m 2 1K (

m3 2
KGS 2
) 1K
s
m8

3.2.2. Các loại sức cản khí động học mỏ
1. Sức cản ma sát, ký hiệu Rms (k)
a, Khái niệm
Sức cản ma sát là tập hợp tất cả các lực ma sát giữa luồng gió với vỏ chống
đ-ờng lò, lực ma sát giữa các lớp không khí trong luồng gió gây tổn thất cơ năng của
luồng gió (biến cơ năng thành nhiệt năng).
b, Cách xác định sức cản ma sát
Sức cản ma sát đ-ợc xác đinh theo công thức.
Rms

L.P
S3

K

(3-5)

Trong đó:
L- Chiều dài của đ-ờng lò cần tính sức cản; m
P - Chu vi tiết diện ngang của đ-ờng lò; m
S - Diện tích tiết diện ngang của đ-ờng lò; m2
- hệ số sức can ma sát Atkinsơn phụ thuộc vào hinh dạng đờng lò và vật liệu
chống, kg.s2/m4.
* Xác định hệ số sức cản ma sát của một số đ-ờng lò
+ Những đ-ờng lò chống bằng bê tông gạch đá
Chống bằng bê tông liền khối có diện tích tròn
.10 4

150
(1,74 2 lg

D 2
)
2d 0

D- đ-ờng kính của đ-ờng lò , m
d0- trị số nhô trung bình của những chỗ nh¸m , m
14

Đối với đ-ờng lò có tiết diện không tròn thì ®-êng kÝnh cã thĨ thay b»ng ®-êng
kÝnh thủ lùc D =

4S
P

S- diện tich tiết diện của đ-ờng lò, m2
P- chu vi tiết diện đ-ờng lò , m2
Nếu gọi cỡ ngang của độ nhám


D
thì đ-ờng lò có tiết diện không tròn
2d 0

2S
khi đó hệ số sức cản của đ-ờng lò sẽ là
Pd 0

150

.10 4

2s 2
)
Pd 0

(1,74 2 lg

Bảng3-1: Trị số nhô trung bình của độ nhám

Nhóm nhám

d0 (m)

Bê tông trát phẳng
Bê tông không trát
Khối gạch xây

Nhóm nhám

0,00025
0,007
0,0013

Khối sỏi xây
Sỏi nhỏ
Sỏi lớn

d0 (m)
0,02
0,06
0,275

+ Những đ-ờng lò chống bằng gỗ
Hệ số sức cản ma sát của những đ-ờng lò chống bằng gỗ phụ thuộc vào cỡ
dọc của khung chống và tiết diện đ-ờng lò
Cỡ dọc của khung chống là tỷ số khoảng cách giữa trung tâm cđa hai cét khung
chèng kỊ nhau (l) víi ®-êng kÝnh cđa chóng d0 ;  

l

d0

Khi cì däc cđa khung chèng   5
1

 .10 4 

(0.205  0.12. lg

ë đây m1 1

0,12
0,24
và






(*)
2

m1 m 2

)

m2

Pk

P

Khi cỡ dọc cña khung chèng 5
1

 .10 4 

(0,175  0,06 lg

ë ®©y , =

5


5


(**)


, m1 .m2

; m1,  1  0,12  0,12

,

)

5


15

2


Víi =1 5 cã thĨ tÝnh .104 b»ng c«ng thøc nghiệm của Vôrônina(Viện mỏ
thuộc viện hàn lâm khoa học Liên xô)
l

.10 4 18 695

s

Các trị số .104 của những đ-ờng lò cái sạch, thẳng chống bằng khung chống
không hoàn toàn từ gỗ tròn tính bằng công thức (*), (**) (Bảng 3-2)
Bảng 3-2: Bảng xác định trị số ở các đ-ờng lò chống gỗ không hoàn toàn
Đ-ờng
kính cđa
cét chèng
d0 (cm)
15
16
17
18
20
22
24
26

TrÞ sè .104 khi cì däc cđa khung chống

l
d0

Trị số điều chỉnh theo
T.diện đ-ờng lò S(m2)

1

2

3

4

5

6

7

T.diện
đ-ờng lò S
(m2)

9
9,2
9,4
9,6

9,8
10,1
10,5
10,7

11,8
12,1
12,4
12,6
13,0
13,6
14,1
14,6

14,0
14,4
14,7
15,1
15,8
16,0
17,1
17,8

15,9
16,5
16,9
17,3
18,1
18,9
19,7

20,4

17,8
18,4
18,9
19,4
20,3
21,3
22,2
23,0

16,8
17,1
17,3
17,5
17,9
18,2
19,6
20,2

16,2
16,3
16,6
16,8
17,2
17,5
17,8
18,4

1

2
3
4
5
6
7
10

Hệ số
điều chỉnh K
1,2
1,1
1,0
0,93
0,89
0,86
0,82
0,78

Chú thích:
-Trong bảng giới thiệu trị số .104 đối với đ-ờng lò có tiết diện trong khung
chống S=3m2;các đ-ờng lò có tiết diện khác phải nhân thêm hệ số điều chỉnh K
-Khi tính .104 chu vi Pk lấy bằng 3/4 chu vi chung của đ-ờng lò (m2 = 3/4)
-Khi chống các lò cái bằng khung chống không hoàn toàn từ những cột gỗ tiết
diện vuông trị số .104 lấy lớn hơn khoảng 10% so với gỗ tròn (trừ chống sít nhau)
Trị số .104của các đ-ờng lò chống bằng khung chống hoàn toàn từ gỗ vuông
có thể tra theo bảng 3-3.
Bảng 3-3: Bảng xác định trị số ở các đ-ờng lò chống bằng gỗ vuông
Tiết diện
đ-ờng lò

S (m2)

3

4

Chiều
dày gỗ
d0 (cm)
15
17
20
22
15

Trị số .10-4 khi cỡ dọc của khung chèng  

l
d0

2

3

4

5

6

14
15
16
16
13

17
18
19
19
16

19
20
21
22
18

21
22
24
25
20

23
24
26
27
21

16


5

17
20
22
15
17
20
22

14
15
16
13
14
15
16

17
18
19
15
16
16
17

19

20
21
17
18
19
20

21
22
23
19
20
21
22

22
24
25
20
21
23
24

Bảng 3-4: Bảng xác định trị số .104 của các đ-ờng lò khi xà bằng gỗ tròn
l
Tiết diện Đ-ờng
Trị số .10-4 khi cỡ dọc của xà
d0
đ-ờng lò kính gỗ
2

3
5
6
8
S (m2)
d0 (cm)

3

4

5

12
14
16
18
20
22
24
12
14
16
18
20
22
24
12
14
16

18
20
22
24

4,9
5,1
5,2
5,4
5,6
5,7
5,9
4,7
4,9
5,1
5,2
5,4
5,5
5,6
4,5
4,7
4,8
5,0
5,1
5,2
5,3

5,5
5,7
5,9

6,1
6,3
6,5
6,7
5,1
5,5
5,7
5,8
6,1
6,2
6,3
5,0
5,2
5,4
5,5
5,7
5,9
6,0

6,4
6,8
7,0
7,3
7,5
7,8
8,o
6,2
6,5
6,7
7,0

7,2
7,5
7,7
5,8
6,1
6,3
6,5
6,7
6,9
7,0

* Các đ-ờng lò chống bằng kim loại

.10 4 

l
2s
0,175  0,2 lg
Pk

(***)

Trong ®ã : S tiÕt diện đ-ờng lò trong khung chống, m2
Pk chu vi phần chèng ®-êng, m
17

6,8
7,2
7,5
7,7

8,0
8,2
8,4
8,6
6,9
7,2
7,5
7,7
7,8
8,0
6,2
6,5
6,7
7,o
7,2
7,4
7,5

6,6
7,0
7,3
7,5
7,8
8,0
8,2
6,4
6,7
7,0
7,3
7,5

7,6
7,8
6,0
6,3
6,5
6,8
7,0
7,2
7,3


l khoảng cách giữa hai khung chống kế tiếp nhau, m
Trong bảng 6 giới thiệu các trị số của hệ số sức cản ma sát tính theo (***) và
các biểu thức đó phụ thuộc vào cỡ dọc của khung chống
Chú thích:Trong bảng giới thiệu những trị số .104 đối với ®-êng lß cã tiÕt diƯn
trong khung chèng S = 4m2. Đối với những đ-ờng lò có tiết diện khác cần phải đ-a
vào hệ số nhân điều chỉnh K và đ-a các trị số lẻ lên tròn số nguyên (bảng 6)
Bảng 3-5: Bảng xác định trị số .104 ở các đ-ờng lò chống thép S = 4m2.
Hệ số điều chỉnh theo tiÕt
l
-4
Sè hiƯu TrÞ sè .10 khi cì däc cđa khung d
0
diện đ-ờng lò
của
Tiết diện
thanh
Hệ số điều
đ-ờng lò
2

3
4
5
8
d0 (cm)
chỉnh K
S (m2)
10
11
15
18
21
25
3
1,08
12
13
17
21
25
30
4
1,00
14
14
19
23
29
34
6

0,91
16
15
21
26
32
40
8
0,88
18
16
23
30
39
44
10
0,84
Các trị số ở một số đ-ờng lò th-ờng gặp
- Các đ-ờng lò không chống = 5 20.10-4
- Các giếng thoát gió có đ-ờng kính lớn = (2 8).10-4
- Các lò bằng vận tải chống bằng bêtông gạch đá = (3 7).10-4
- Các lò bằng vận tải chống - gỗ tròn không hoàn toàn = (9 23).10-4
- Các lò bằng vận tải chống bằng vì sắt định hình = (5 23).10-4
- Các lò bằng vận tải chống bằng vì bêtông đúc sẵn lắp ghép = (5 23).10-4
- Lò chợ chống bằng vì chống th-ờng = (30 260).10-4
- Lò chợ chống bằng vì chống liên hợp = (45 120).10-4
c, Hạ áp để khắc phục sức cản ma sát
hms = Rms.Q2
(3-6)
2. Sức cản cục bộ, ký hiệu Rcb (k)

a, Khái niệm
Sức cản cục bộ là tập hợp tất cả các lực gây cản trở chuyển động của luồng gió
trong một khu vực mà nguyên nhân là do thay đổi h-ớng dòng và tiết diện dòng.
Rcb 0,06

1
S2

(3-7)

S là diện tích tiết diện đ-ờng lò là nơi sinh ra sức cản cục bộ; m2
18


là hệ số sức cản cục bộ đ-ợc xác định bằng thực nghiệm.
* Khi vị trí đ-ờng lò đột ngột mở rộng:
Trị số r phụ thuộc vào tỷ số S2/S1 nghĩa là tỷ số của tiết diện lớn đối víi tiÕt
diƯn nhá, cã thĨ lÊy theo b¶ng 3.6
B¶ng 3.6: Bảng xác định hệ số sức cản cục bộ khi më réng ®ét ngét
S2
S1

r

1

1,25

1,5

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

6,0

7,0

8,0

0 0,06 0,25 2,25 4,00 6,25 9,00 10,5 16,0 25,0 36,0 49,0
S1 – DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang đ-ờng lò ch-a mở rộng (m2)
S2 Diện tiết diện ngang đ-ờng lò bị mở rộng (m2)
Các trị số r trong bảng 3.6 đối với những đ-ờng lò gồ ghề cần phải tăng lên và

phụ thuộc vào hệ số ma sát của đ-ờng lò
Tăng lên 20 25% khi = 0,001
Tăng lên 25 50% khi = 0,001 0,0015
Tăng lên 50 80% khi = 0,0015 0,0020
Tăng lên 50 80% khi = 0,0015 0,0020
Tăng lên 100% khi = 0,0025
* Khi đ-ờng lò bị mở rộng từ từ d-ới một góc 

 mr  K mr  r
K mr  lµ hệ số phụ thuộc vào góc đ-ợc xác định theo bảng 3.7

Bảng 3.7: Bảng xác định hệ khi mở réng tõ tõ mét gãc 
 (®é)

4

K mr 

0,07

5

6

7

8

9

11  15 16  70

10

0,09 0,11 0,12 0,14 0,16

0,17

0,20

0,3

>70
1

* HÖ sè sức cản cục bộ khi luồng gió thu hẹp đột ngét
h  (

1



 1) 2

 phơ thc vµo S2/S1 theo bảng 3.8

Bảng 3.8: Bảng xác định hệ số khi thu hẹp đột ngột
S2
S1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0



0,62

0,63

0,64

0,67

0,69

0,72

0,75

0,8

0,88

1,0

Tr-ờng hợp đ-ờng lò thu hẹp từ tõ d-íi mét gãc 
 h  K h  h

19


K h phơ thc vµo gãc  vµ tra theo bảng 3.9

Bảng 3.9: Bảng xác định hệ số thu hẹp tõ tõ mét gãc 
 (®é)

5

7

10

15

20

30

40

50

60

70

80

90

K h

0,06

0,16

0,17

0,18

0,20

0,24

0,28

0,31

0,32

0,34

0,38

1

* HƯ sè søc cản ma sát ở các vị trí trong mỏ
Bảng 3-10: Bảng xác định hệ số cục bộ trong các tr-ờng hợp
Những đặc tính gây nên Rcb

cb

Hình vẽ minh hoạ

H-ớng đi của gió
1- Đi vào mỏ

0,6

2- Tại nơi đ-ờng lò bị gấp khúc 900

1,4

3- Tại nơi đ-ờng lò bị uốn cong

0,6

4- Khi luồng gió bị chia nhánh d-ới
một góc 600

1,5

5- Luồng gió bị chia có nhánh
vuông góc

3,6

6- Khi hai luồng giã héi tơ d-íi
mét gãc vu«ng

2,0

7- Khi hai lng giã héi tơ d-íi
mét gãc 600

1,0

8- Khi hai lng héi tơ

2,6

9- Khi bị chia nhánh d-ới một góc
600

1,0

10- Khi luồng gió ra khỏi mỏ

1,0

b, Hạ áp khắc phục sức cản cục bé
hcb = Rcb.Q2

(3-8)
20


3. Sức cản vật chắn, ký hiệu Rvc (k)
a, Khái niệm
Sức cản vật chắn là tập hợp tất cả các lực gây cản trở chuyển động của luồng
gió nguyên nhân do vật chắn ngang h-ớng chuyển động của luồng gió.
b, Các xác định sức cản vật chắn
Rvc 0,06

C.S c
S .(S  S c ) 2

K

(3-9)

Trong ®ã:
C- HƯ sè phơ thuộc hình dạng của vật chắn;
S- Diện tích tiết diện ngang đ-ờng lò chứa vật chắn; m2
Sc-Diện tích tiết diện ngang của vật chắn; m2
Trong mỏ hầm lò các đầu tầu, goòng, các đống vật liệu. đều gây nên sức cản
vật chắn. Tuy nhiên chúng th-ờng xuyên thay đổi vị trí do đó khó xác định đ-ợc sức
cản vật chắn cụ thể.
c, Hạ áp khắc phục sức cản vật chắn
hvc = Rvc.Q2

(3-10)
4. Sức cản đ-ờng lò và biện pháp giảm sức cản đ-ờng lò
a, Sức cản đ-ờng lò: ký hiệu R (k)
Tr-ờng hợp tổng quát R bao gồm cả ba thành phần sức cản
R = Rms + Rcb + Rvc
(3-11)
Trong đó:
Rms- Sức cản ma sát của đ-ờng lò; K
Rcb- Sức cản cục bộ của đ-ờng lò; K
Rvc- Sức cản vật chắn của đ-ờng lò; K
Để tiện cho việc tính toán
R = (1,1  1,25).(Rms + Rcb), K
Rcb = (0,1  0,25) (Rms + Rcb) K

(3-12)

b, Biện pháp giảm sức cản đ-ờng lò
- Để gảm sức cản ma sát của đ-ờng lò biện pháp có hiệu quả nhất là tăng diện
tích tiết diện ngang đ-ờng lò hoặc thay đổi vật liệu chống lò.
- Tiến hành đào các đ-ờng lò song song để dẫn gió tới các nơi tiêu thụ.
- Để giảm sức cản cục bộ của đ-ờng lò cần tránh mở rộng hoặc thu hẹp diện
tích tiết diện đ-ờng lò đột ngột, các đ-ờng lò vòng nên có bán kính lớn.
- Để giảm sức cản vật chắn của đ-ờng lò cần điều phối các ph-ơng tiện vận tải
hợp lý, tránh tr-ờng hợp để goòng, đầu tàu ở trên đoạn đ-ờng lò có diện tích nhỏ
lâu, các thiết bị và vật liệu chống lò cần sắp đặt đúng quy định, hạn chế thÊp nhÊt
21


ảnh h-ởng tới sự chuyển động của không khí. Th-ờng xuyên tổ chức dọn vệ sinh
công nghiệp trên các đ-ờng lò.

3.3. Đ-ờng đặc tính sức cản mỏ và lỗ t-ơng đ-ơng
3.3.1. Đ-ờng đặc tính sức cản mỏ
1. Khái niệm
Đ-ờng đặc tính sức cản mỏ hầm lò là đồ thị biểu diƠn mèi quan hƯ h = R.Q 2
trªn trơc hƯ toạ độ hOQ
Khi he = 0 Là đ-ờng cong parabôn đi qua gốc toạ độ (hình 3.1a)
Khi he 0 thì đ-ờng đặc tính sức cản đ-ợc nâng lên hay hạ xuống 1 giá trị bằng
của he tuỳ theo cùng chiều hay ng-ợc chiều với quạt
+ he nếu sức hút tự nhiên ng-ợc chiều quạt gió (hình 3.1b)
+ he nếu sức hút tự nhiên cùng chiều quạt gió (hình 3.1c)

h

h

h

b,

a,

c,

+he
o

o

Q

Q

o
- he

Q

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa he v ng c tớnh sc cn
m
h,mmH2O
2. Đặc điểm
h1 = R1Q2
Giả sử có hai đ-ờng đặc tính sức cản h1 =
R1.Q2 và h2 = R2.Q2 với điều kiện R1 > R2 đ-ờng h1
h1
= R1.Q2 nằm phía trên đ-ờng h2 = R2.Q2
Nếu sức cản lớn đ-ờng đặc tính sức cản càng dốc.
h2
,
Ta cần tăng l-u l-ợng gió vào mỏ từ Q ®Õn Q
o

h2 = R2Q2

Q Q,

Q
ë ®-êng ®Ỉc tÝnh h1 = R1.Q2 giá trị hạ áp cần tăng h1
Hỡnh 3.2: th biu din sc cn ca m
2

- ở đ-ờng đặc tính h2 = R2.Q giá trị hạ áp cần tăng h2
h1 h2

I

Kết luận: Nếu sức cản của mỏ càng lớn khi cần
tăng l-u l-ợng gió cho mỏ thì tổn hao năng l-ợng
càng lớn. Trong thông gió gọi hiện t-ơng trên là
thông gió khó.
3.3.2. Lỗ t-ơng đ-ơng của mỏ
1. Khái niệm
22

P1
A
v1 0

II
P2
v2

A
1

II
I
Hình 3.3: Sơ đồ xác định diện tích
lỗ t-ơng ®-¬ng

Để đánh giá khả năng thông gió của một mỏ hầm lò hay một đ-ờng lò dễ hay
khó ngoài trị số sức cản R ng-ời ta còn sử thông số là lỗ t-ơng đ-ơng
Lỗ t-ơng đ-ơng của mỏ là lỗ t-ởng t-ợng nằm trên thành chắn mỏng chiều dày
gần bằng 0, có hạ áp hai bên thành chắn bằng hạ áp của mỏ, có l-u l-ợng gió qua lỗ
t-ơng đ-ơng bằng l-u l-ợng gió của mỏ.
2. Cách xác định diện tích lỗ t-ơng đ-ơng
Ký hiệu: A (m2)
Xét sơ đồ (hình 3.3), có dòng không khí chuyển động qua lỗ tròn, chọn mặt cắt
I-I cách lỗ tròn một khoảng sao cho tốc độ gió V1 gần bằng 0 (coi nh- bằng 0), còn
mặt cắt II-II chọn ở vị trí hẹp nhất của dòng viết ph-ơng trình Becnuly cho dòng
không khí chuyển động tại mắt I-I và II-II ta có
p1

V12
2g

p2

V2 2
2g

, Vì V1 0 nên p1 P2

V2 2
2g

và V2 =

Q
A,

Trong đó:
P1 , P2- áp suất của không khí tại mặt cắt I-I và II-II; mmH20
V1, V2- Vận tốc gió tại mặt cắt I-I và II-II; m/s
- Trọng l-ợng riêng của không khí; KG/m3
Q- L-u l-ợng gió đi qua lỗ t-ơng đ-ơng; m3/s
A - Diện tích tiết diện ngang của dòng chảy ở chỗ hẹp nhất; m2
- hằng số thu hẹp dòng khi đi qua những nơi bị co thắt, đ-ợc xác định bằng
thực nghiệm, đối với lỗ trßn  = 0,65.
V
V
Q
Ta cã A =  . A vµ V2=
, p1  p 2  2  p1 p 2 h 2
A
2g
2g
2



2

Thay V2 vào công thøc trªn ta cã
h

Q 2
1 Q 2 1

A



2 g 2 A2
 2 gh 


2 gR

(3-13)

Thay  =0,65;  = 1,2KG/m3 và g = 9,81m/s2 nhận đ-ợc
A

0,38Q 0,38

h
R

(m 2 )

(3-14)

Trong tr-ờng hợp mỏ có sức hút tự nhiên thì lỗ t-ơng đ-ơng của mỏ sẽ là
A

0,38Q
hq he

(m2)

h- Hạ áp của mỏ; mmH20
R- Sức cản mỏ; K
Căn cứ vào diện tích lỗ t-ơng đ-ơng quy định
A < 1 (m2) mỏ khó th«ng giã
23

(3-15)


A = 1 2 (m2) mỏ thông gió trung bình
A > 2 (m2) mỏ thông gió dễ.
Câu hỏi và bài tập
Câu hỏi:
1/ Các dạng chuyển động của không khí trong hầm lò,
2/ Đ-ờng đặc tính sức cản mỏ hầm lò,
3/ Lỗ t-ơng đ-ơng; mục đích của việc xác định lỗ t-ơng đ-ơng,
4/ Các thành phần sức cản khí động học mỏ, biện pháp giảm sức cản,
Bài tập:
1/ Xây dựng đ-ờng đặc tính sức cản của mỏ hầm lò biết R= 0,042K, sức hút tự
nhiên (he = 0),
2/ Xây dựng đ-ờng đặc tính sức cản của mỏ hầm lò biết R= 0,0352K , søc hót
tù nhiªn he =15 mmH20,
3/ TÝnh søc cản, lỗ t-ơng đ-ơng và hạ áp suất của đ-ờng lò biết chống bằng
khung chống gỗ không hoàn toàn, đ-ờng kính gỗ d o = 20cm, khoảng cách giữa hai
khung chống kế tiếp nhau l=70 cm, tiết diện đ-ờng lò trong khung chèng S = 5 m 2,
lưu l-ỵng giã đi trong đ-ờng lò Q = 10m3/s ,chiều dài đ-ờng lò L= 200m, sức cản
vật chắn và sức cản cục bộ bằng không.
Số
TT
I

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
II
1
2
3

Bảng 3-2: thông số tính sức cản của đ-ờng lò
Loại
L
Tên các đ-ờng lò
vì chống
(m)
Luồng I
Lò dọc vỉa 3 +200
Lß XV +200 (V4 -:-V6)

Lß XV +200 (V6 -:-V6a)
Lß XV +200 (V6a -:-V7)
Lò xuyên vỉa +200 (V7 -:- V8 )
Lò dọc vỉa 8 +200
Lò HS +// chân V8
Lò chợ V8 +200/+250
Lò dọc vỉa 8 +250
Lò xuyên vỉa +250 (V8 -:- V7 )
Lò xuyên vỉa +250 (V7 -:- V6)
Lò xuyên vỉa +250 (V6 -:- V4 )
Lò thợng TG V4+ 250/290
Lò dọc vỉa 4 +290
Lò xuyên vỉa +290 (CL -:- V4 )
Trạm quạt RÃnh gió +300
Luồng II
Lò dọc vỉa 3 +200
Lò XV +200 (V4 -:-V6)
Lò XV +200 (V6 -:-V6a)

24

S
(m2 )

P
(m)

Sắt
Sắt
Sắt

Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
TLĐ
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt

700
190
80
100
160
130
60
110
110
120
200
120
70
200
80
80

7.3
7.3
7.3
7.3
7.3
7.3
4.5
7.9
7.3
7.3
7.3
7.3
4.5
6
6
6

10.2
10.2
10.2
10.2
10.2
10.2
8.7
11.6
10.2
10.2
10.2
10.2

8.7
9.3
9.3
9.3

Sắt
Sắt
Sắt

700
190
80

7.3
7.3
7.3

10.2
10.2
10.2


4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
III
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
IV
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
V
1
2
3
4
5
6
7
8

Lò XV +200 (V6a -:-V7)
Lò xuyên vỉa +200 (V7 -:- V8 )
Lò dọc vỉa 8 +200
Lò HS +// chân V8
Lò chợ V8 +200/+250
Lò dọc vỉa 8 +250
Lò xuyên vỉa +250 (V8 -:- V7 )
Lò xuyên vỉa +250 (V7 -:- V6)
Lò xuyên vỉa +250 (V6 -:- V4 )
Lò thợng TG V4+ 250/290
Lò dọc vỉa 4 +290
Lò xuyên vỉa +290 (CL -:- V4 )
Trạm quạt RÃnh gió +300
Luồng III
Lò dọc vỉa 3 +200

Lß XV +200 (V4 -:-V6)
Lß XV +200 (V6 -:-V6a)
Lß XV +200 (V6a -:-V7)
Lò dọc vỉa 7 +200
Lò HS +// chân
Lò chợ V7 +200/+250
Lò dọc vỉa 7 +250
Lò xuyên vỉa +250 (V7 -:- V6 )
Lò xuyên vỉa +250 (V6 -:- V4 )
Lò thợng TG V4+ 250/290
Lò dọc vỉa 4 +290
Lò xuyên vØa +290 (CL -:- V4 )
Tr¹m qu¹t R·nh giã +300
Luång IV
Lß däc vØa 3 +200
Lß XV +200 (V4 -:-V6)
Lß XV +200 (V6 -:-V6a)
Lß XV +200 (V6a -:-V7)
Lß däc vØa 7 +200
Lò HS +// chân
Lò chợ V7 +200/+250
Lò dọc vỉa 7 +250
Lò xuyên vỉa +250 (V7 -:- V6 )
Lò xuyên vỉa +250 (V6 -:- V4 )
Lò thợng TG V4+ 250/290
Lò dọc vỉa 4 +290
Lò xuyên vỉa +290 (CL -:- V4 )
Trạm quạt RÃnh gió +300
Luồng V
Lò dọc vỉa 3 +200

Lò XV +200 (V4 -:-V6)
Lß XV +200 (V6 -:-V6a)
Lß däc vØa 6a +200
Lò thợng TGV6a + 200/+250
Lò dọc vỉa 6a +250
Lò chợ V6a +250/+305
Lò dọc vỉa 6a +305

25

Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
TLĐ
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt

100
160
160
60
100
140

120
200
120
70
200
80
80

7.3
7.3
7.3
4.5
7.9
7.3
7.3
7.3
7.3
4.5
6
6
6

10.2
10.2
10.2
8.7
11.6
10.2
10.2
10.2

10.2
8.7
9.3
9.3
9.3

Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
TLĐ
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt

700
190
80
100
180
60
110
220
200

120
70
200
80
80

7.3
7.3
7.3
7.3
7.3
4.5
7.9
7.3
7.3
7.3
4.5
6
6
6

10.2
10.2
10.2
10.2
10.2
8.7
11.6
10.2
10.2

10.2
8.7
9.3
9.3
9.3

Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
TLĐ
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt

700
190
80
100
180
60
110
220
200

120
70
200
80
80

7.3
7.3
7.3
7.3
7.3
4.5
7.9
7.3
7.3
7.3
4.5
6
6
6

10.2
10.2
10.2
10.2
10.2
8.7
11.6
10.2
10.2

10.2
8.7
9.3
9.3
9.3

Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
Sắt
TLĐ
Sắt

700
190
80
60
90
90
100
120

7.3
7.3
7.3
7.3
3.7
7.3

7.9
4.5

10.2
10.2
10.2
10.2
8
10.2
11.6
8.1