Giáo trình Nâng cao hiệu quả thông gió thoát nước khi khai thác xuống sâu: Phần 2 (Dùng cho trình độ cao học)

Chương 4
THIÊT KẾ THƠNG GIĨ MỎ L

THIÊN

4.1. Khái qt chung
Thiết kế kỹ thuật khai thác mỏ bằng phƣơng pháp lộ thiên cần phải có một phần
riêng “Thiết kế thơng gió cho các khu vực khai thác mỏ lộ thiên”. Mục tiêu của phần
này là tiến hành đánh giá tình trạng bầu khơng khí mỏ, lựa chọn phƣơng pháp thơng
gió và các phƣơng tiện chống bụi, khí gây ơ nhiễm nhằm cải thiện điều kiện lao động,
an toàn cho ngƣời và trang thiết bị làm việc trong mỏ lộ thiên. Thiết kế thơng gió mỏ lộ
thiên gồm hai phần cơ bản:
Đánh giá hiệu quả của thơng gió tự nhiên mỏ lộ thiên;
Thiết kế thơng gió nhân tạo. Phần này có thể khơng cần nếu hiệu quả thơng gió
tự nhiên ở tất cả các thời kỳ khai thác đủ để duy trì thành phần khơng khí bình thƣờng
trong mỏ.
Việc đánh giá hiệu quả thơng gió tự nhiên đƣợc tiến hành theo một trình tự nhất
định đó là:
Tập hợp và phân tích các tài liệu xác định điều kiện khơng khí trong các khu
khai thác mỏ bao gồm: thơng số về khí hậu trong vùng, về các điều kiện môi trƣờng
của địa phƣơng và của mỏ, về công nghệ áp dụng và việc cơ giới hoá khai thác khoáng
sản. Ở giai đoạn thiết kế ban đầu này có nhiều phƣơng án đƣa ra để lựa chọn. Mỗi
phƣơng án đƣa ra đều có sự tham gia của vấn đề thơng gió mỏ lộ thiên trong đó đặc
biệt quan tâm là điều kiện vi khí hậu mỏ. Vấn đề ơ nhiểm bầu khơng khí mỏ nhiều khi
giữ vai trò quyết định cho việc lựa chọn phƣơng án khai thác mỏ.
Tiếp theo là đánh giá các thơng số thơng gió tự nhiên của khu khai thác. Ở giai
đoạn này phải xác định sơ đồ thơng gió tự nhiên đối với các thời kỳ phát triển đặc trƣng
của mỏ chú trọng đến hƣớng và vận tốc gió. Xác định đƣợc lƣu lƣợng gió yêu cầu cho
các khu vực khai thác trong mỗi một thời kỳ phát triển mỏ và xác định điều kiện khi
thơng gió tự nhiên khơng cịn hiệu quả.
Sau khi đánh giá các thơng số của sơ đồ thơng gió tự nhiên đối với cơng nghệ

áp dụng và việc cơ giới hoá khai thác, xác định mức độ khí độc, hại và bụi xâm nhập
vào bầu khí quyển khu vực khai thác: Đối với trƣờng hợp có hoặc khơng sử dụng các

107


phƣơng tiện chống bụi, khí, khu vực có bầu khí quyển xấu nhất. Đối với những khu
vực khai thác không sâu thành phần khí quyển bình thƣờng có thể duy trì cơng việc
quanh năm mà khơng cần dùng các phƣơng tiện riêng để chống bụi và khí hoặc chỉ
chống ở những khu vực sản xuất bị ơ nhiễm bụi, khí cục bộ. Trƣờng hợp khu khai thác
xuống sâu bầu không khí khu vực khai thác bị ơ nhiễm phải dùng tất cả các phƣơng
tiện đồng bộ để chống bụi và khí. Trƣờng hợp sau khơng nhất thiết phải xem xét ở các
giai đoạn thiết kế ban đầu song ở các giai đoạn sau phải xác định các phƣơng tiện cần
thiết để chống bụi và khí.
Khi biết qua mỗi một thời kỳ phát triển mỏ lƣợng khí, bụi xâm nhập vào bầu khí
quyển và lƣu lƣợng gió vào mỏ ngƣời ta xác định đƣợc mức độ ơ nhiễm khí, bụi bầu
khơng khí mỏ. Căn cứ số liệu về mức độ ơ nhiễm khí, bụi các chuyên gia khai thác mỏ
sẽ biết thời kỳ phát triển mỏ nào, khi hƣớng và vận tốc gió do thơng gió tự nhiên khơng
đảm bảo thành phần khơng khí bình thƣờng. Sau khi đánh giá các sơ đồ thơng gió tự
nhiên đạt và khơng đạt u cầu cũng nhƣ việc phải ngừng thơng gió tự nhiên trong
năm, kết hợp với những tài liệu về hƣớng và vận tốc gió, xác định các thời kỳ cần phải
dùng thơng gió nhân tạo.
Việc đánh giá hiệu quả của thơng gió tự nhiên mỏ lộ thiên đƣợc kết thúc ở giai
đoạn này và chuyển sang thiết kế thơng gió nhân tạo.
Giai đoạn thứ nhất thiết kế thơng gió nhân tạo khu khai thác là đánh giá khả
năng tăng cƣờng sự trao đổi gió tự nhiên giữa khơng gian bên trong khu vực khai thác
và trên mặt mỏ. Đồng thời tiến hành xem xét khả năng thay đổi cơng nghệ, trình tự
khai thác, vấn đề cơ giới hóa để có thể cải thiện bầu khí quyển mỏ.
Để tăng hiệu quả thơng gió nhân tạo trong thiết kế cần sử dụng tối đa thơng
gió tự nhiên theo hƣớng tăng cƣờng mọi năng lực thơng gió tự nhiên với việc sử

dụng các biện pháp cơng nghệ cải thiện bầu khí quyển khu khai thác cũng tính tốn
chính xác phần tỷ lệ sử dụng phƣơng pháp thơng gió này theo các thời kỳ trong năm.
Căn cứ vào tính tốn phần tỷ lệ các thành phần gây ơ nhiễm, chọn quạt thơng
gió, vị trí đặt quạt và sơ đồ công tác liên hợp các quạt gió trong mỏ.
Hiệu quả cơng tác của thiết bị thơng gió đƣợc đánh giá theo thời gian mà chúng
hao phí để làm sạch khí quyển khu khai thác từ mức độ ô nhiễm ban đầu đến mức độ
cho phép, cũng nhƣ theo hiệu quả kinh tế của việc thơng gió nhân tạo.

108


Cuối cùng là đánh giá hiệu quả kinh tế của thơng gió nhân tạo qua các giai đoạn.
Nhƣ vậy, thiết kế thơng gió mỏ lộ thiên gồm các giai đoạn sau:
Đánh giá điều kiện môi trƣờng vùng mỏ;
Lựa chọn công nghệ, thiết bị cơ giới hố và kích thƣớc hình học của khu khai
thác theo yếu tố thơng gió;
Xác định các thơng số thơng gió tự nhiên;
Xác định lƣợng khí độc, hại và bụi xâm nhập vào bầu khơng khí mỏ;
Xác định các thời kỳ yêu cầu phải tăng cƣờng thơng gió trong khu khai thác;
Chọn các phƣơng tiện tăng cƣờng thơng gió tự nhiên cho khu vực khai thác;
Xác định các thời kỳ u cầu sử dụng thơng gió nhân tạo, điều kiện và mức độ ô
nhiễm bầu không khí trong khu vực khai thác;
Xác định lƣu lƣợng gió để thơng gió cho khu vực khai thác;
Chọn quạt thơng gió, vị trí đặt quạt và sơ đồ cơng tác liên hợp các quạt gió;
Xác định số quạt gió cơng tác liên hợp;
Đánh giá hiệu quả công tác của quạt gió;
Đánh giá hiệu quả kinh tế của thơng gió nhân tạo.
Cuối cùng hiệu quả thơng gió lộ thiên có thể xác định đƣợc từ kết quả tính tốn
lặp lại theo các sơ đồ thơng gió hoặc theo các giai đoạn thơng gió riêng. Thí dụ, nếu
đánh giá hiệu quả của thơng gió tự nhiên ở giai đoạn thứ năm khơng thoả mãn u cầu

có thể tính lặp lại bắt đầu từ giai đoạn thứ ba, khi ấy phải hoàn thiện hơn các phƣơng
tiện chống bụi và khí.
Phần sau sẽ đề cập đến nội dung tính tốn các giai đoạn thiết kế thơng gió
mỏ lộ thiên.
4.2. Các sơ đồ và phương pháp thơng gió mỏ lộ thiên
4.2.1.Thơng gió nhờ năng lượng gió
Trong mục này xem xét hai sơ đồ thơng gió: thuận và tuần hồn đƣợc tạo ra khi
năng lƣợng gió khá lớn trên mặt đất đƣợc biểu thị bằng vận tốc gió. Sơ đồ thơng gió
thuận hay tuần hồn lúc này phụ thuộc vào dạng hình học của khu khai thác (các góc
dốc của bờ mỏ). Việc giảm năng lƣợng gió dẫn đến sơ đồ thơng gió “nhiệt” sẽ đƣợc đề
cập ở phần sau. Khi tăng vận tốc gió trên mặt đất và khơng thay đổi dạng hình học khu
khai thác sơ đồ thơng gió tuần hồn có thể chuyển thành sơ đồ thơng gió thuận.

109


4.2.1.1. Sơ đồ thơng gió thuận
Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió thuận hình thành khi vận tốc gió trên mặt
đất lớn hơn 0,8  1 m/s và góc dốc của góc nghiêng sƣờn tầng bờ khuất gió 1≤ 150.
Sơ đồ chuyển dịch của luồng gió : Luồng gió chuyển dịch giữa một mặt phẳng
a-a nào đó so với mặt đất khi đến khu khai thác ở điểm O bắt đầu mở rộng theo chiều
sâu sinh ra sự kìm hãm (hình 4.1) làm giảm vận tốc gió. Do hiện tƣợng này phía trên
khu khai thác tạo ra một vùng nhƣ “cái mũ chụp OAO” của các lớp khơng khí làm vận
tốc gió bị hãm từng phần. Giản đồ tƣơng tự cũng quan sát thấy cả khi sơ đồ tuần hồn.
Mặt phẳng a-a giới hạn phần luồng gió mở rộng xuống dƣới khu khai thác phần luồng
gió này chịu sự biến dạng.
A
a

a

O

O'

Hình 4.1. Sự hãm luồng gió phía trên khu khai thác
Sự dịch chuyển của luồng gió trong khu khai thác có thể biểu thị ở dạng sơ đồ
nhƣ trên (hình 4.1).
Khi thơng gió theo sơ đồ thơng gió thuận hình 4.2, luồng gió trên mặt đất
chuyển dịch với vận tốc Ub, ở mép trên của bờ khuất gió (điểm O trên hình 4.2) thay
đổi hƣớng của mình, bắt đầu mở rộng về phía khu khai thác và chiếm bờ khuất gió. Sau
khi gặp bờ hứng gió, luồng gió bị uốn ngoặt lên trên và thu hẹp dịng. Nhờ góc dốc nhỏ
của bờ khuất gió, ở bề mặt cứng ở điểm O khơng xảy ra sự cắt dịng mà luồng gió hữu
hạn đƣợc lan truyền trong khu khai thác đến giới hạn của nó là bờ mỏ và đáy moong.
Giới hạn của vùng vận tốc khơng đổi ở phía trên khu khai thác là 1, cao hơn đƣờng
này vận tốc gió bằng vận tốc gió trên mặt đất. Đƣờng 1 tạo với mặt phẳng ngang một
góc 2 400. Nhƣ vậy, giữa bề mặt cứng khu khai thác (bờ mỏ và moong) và các giới

110


hạn vùng vận tốc gió khơng đổi  xảy ra sự thay đổi vận tốc gió từ giá trị 0 ở bề mặt
cứng đến UB trên đƣờng giới hạn 1.

Ub

dy
Ub
1

a

O

b

x

Hl

c
2

l
y

Ln
2

Hình 4.2. Sơ đồ thơng gió thuận
Sự phân bố vận tốc gió giữa trục Ox và bề mặt các tầng trong tiết diện khác
nhau của luồng gió tƣơng tự có thể lấy theo dạng:
U  U 0  cos  ; m/s

(4.1)

Uo- Vận tốc gió trên trục ox, m/s;
  5,85 

x

; rad
y

(4.2)

x, y - toạ độ.
Vận tốc gió Uo trên đoạn Oa giảm đi cùng với sự tăng x, do sự mở rộng luồng,
còn trên đoạn bc tăng lên do sự thu hẹp luồng.
Lƣu lƣợng gió thơng gió khu khai thác: Với sự gần đúng cho phép có thể xem
khu khai thác đƣợc thơng gió bởi lƣu lƣợng gió chuyển dịch giữa trục Ox và bề mặt
khu khai thác (hình 4.2).
Giả thiết một phần tử lƣu lƣợng gió đi qua một diện tích nằm trong một tiết diện
xác định của luồng gió x = l = const và có kích thƣớc dy theo phƣơng thẳng đứng và
một đơn vị theo chiều ngang, trong một đơn vị thời gian bằng:
3
q  U  l  dy , m /s

U - Vận tốc gió ở tâm diện tích, m/s.

111

(4.3)


Lƣu lƣợng gió chung qua mặt cắt x = l = const sẽ là:
H1

3

Q   U  dy , m /s

(4.4)

O

H1- chiều sâu khu khai thác ở mặt cắt x = l = const hay là
H1

Q   U o  cos   dy , m /s
3

(4.5)

O

Khi chuyển từ biến số y và  nhờ công thức (4.2) khi x = const ta nhận đƣợc:
dy 

x
 d  0,171  x  d
5,85

(4.6)

Sau khi thay biểu thức nhận đƣợc cho dy và sau khi thay giới hạn trên của tích
phân H1 bằng 2 = 5,84 H1/l 2  5,84 

H1

l (Trị số biến số  tƣơng ứng với bề mặt bờ

khuất gió), ta nhận đƣợc:
2

Q  0,171  U o  x   cos   dy , hay là sau khi tích phân:
O

Q  0,171  U 0  x  sin 2 , m3/s

(4.7)

Khi 1 = 150 thì 2 = /2:
Q  0,171  U 0  x , m3/s

(4.8)

Các công thức (4.7), (4.8) đúng cho tất cả các mặt cắt của khu khai thác khi
x=const thoả mãn điều kiện 0 ≤ x ≤ L.
L- chiều dài hình chiếu của bờ khuất gió trên mặt phẳng ngang, m.
Giả thiết vận tốc gió Uo đã đƣợc cho trƣớc.
Giữa vận tốc gió trên mặt đất Ub và vận tốc gió Uo trên trục Ox tồn tại mối quan
hệ phụ thuộc vào toạ độ dọc:
U0
 ax
UB

(4.9)

Trị số đối với sơ đồ thơng gió thuận theo V.S Nikitin bằng 0,725 hay:
U0

 0,725 , m/s
UB

112

(4.10)


Theo số liệu của МГИ, đối với sơ đồ thông gió thuận, tỷ số này bằng 0,78; đối
với sơ đồ tuần hoàn, tỷ lệ này thay đổi theo quan hệ gần với hàm mũ từ 1 ở mép trên
đến 0,48 ở mép dƣới của bờ khuất gió. Đối với sơ đồ thơng gió thuận tỷ số Uo/Ub lấy
trung bình bằng 0,75; do đó, từ cơng thức (4.7) nhận đƣợc:
3

Q  0,128  U B  x ; m /s

(4.11)

Từ công thức (4.8), lƣu lƣợng gió thƣờng đƣợc tính đối với mặt cắt x = L:
3

Q  0,128  U B  L , m /s

(4.12)

Các công thức (4.5), (4.6), (4.11) và (4.12) xác định lƣu lƣợng gió đi qua một
tiết diện bất kỳ của khu khai thác, kích thƣớc của tiết diện theo chiều cao bằng chiều
sâu khu khai thác, cịn theo chiều rộng bằng 1 đơn vị.
Sự tải khí và bụi ra khỏi khu khai thác: Đối với sơ đồ thơng gió thuận, trong khu
khai thác khơng hình thành những vùng ơ nhiễm có kích thƣớc lớn, ở đây chỉ có thể tập

trung khí, bụi hàm lƣợng thấp. Với quan điểm tải khí, bụi, sơ đồ thơng gió thuận là hiệu
quả nhất. Khi mỏ thơng gió bằng sơ đồ thơng gió này sự ơ nhiễm khơng khí chung
khơng xảy ra, thƣờng chỉ quan sát thấy những vùng ô nhiễm khơng khí cục bộ quanh
nguồn tạo khí, bụi phụ thuộc vào vận tốc gió. Góc dốc bờ mỏ nhỏ vận tốc gió tăng làm
tăng hiệu quả tải khí, bụi. Góc dốc bờ mỏ lớn làm tăng mức độ mở rộng luồng gió kéo
theo vận tốc gió giảm, giảm hiệu quả tải khí, bụi.
4.2.1.2. Sơ đồ thơng gió tuần hồn
Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió tuần hồn xảy ra khi vận tốc gió trên mặt
đất lớn hơn 0,81 m/s và góc nghiêng sƣờn tầng của bờ khuất gió 1>150.
Sơ đồ chuyển dịch của luồng gió (hình 4.3): Do sự thay đổi hƣớng đƣờng giới
hạn cứng của luồng gió ở điểm O và lực qn tính lớn của nó ở điểm này gây ra sự đứt
dòng khỏi giới hạn cứng. Theo đó luồng gió trong khơng gian của khu khai thác
chuyển dịch ở dạng tự do với các đƣờng giới hạn 1 và 2. Ở vị trí cao hơn đƣờng giới
hạn 1, vận tốc gió bằng vận tốc gió trên mặt đất ub. Luồng gió tự do đi đến bờ hứng
gió chia ra làm 2 phần. Phần thứ nhất chuyển dịch dọc theo các tầng lên trên thoát ra
mặt đất, phần thứ 2 ngoặt xuống phía dƣới và chuyển dịch theo hƣớng ngƣợc với
hƣớng ban đầu tạo ra luồng tự do mới gọi là luồng loại 2.

113


Với sơ đồ thơng gió tuần hồn trong khu khai thác có hai vùng riêng trong đó
hƣớng chuyển dịch của các luồng gió khác nhau.
A

UB

P

O

1

x

4

K

3
2

o

P1
H

=15
o
'
3=1 25
2

y

P2
x1

2

o

y1

B

4

'

=7 20

1

Uo4

P3

O1

xpp3
xc

Hình 4.3. Sơ đồ chuyển dịch luồng gió tuần hồn trong khu khai thác
Vùng chủ động, hƣớng chuyển dịch luồng gió trong khu vực khai thác trùng với
hƣớng gió trên mặt đất. Giới hạn của luồng gió tạo với mặt ngang một góc 2 150
(đƣờng OO1), chính xác hơn góc này có thể xác định theo công thức:
2  19,6 

86,8

62,5
, độ

  1,1   1,6

(4.13)

 - Góc nghiêng sƣờn tầng của bờ khuất gió khu khai thác, độ.
Vùng xốy với hƣớng gió chuyển dịch ngƣợc lại (giữa vùng khuất gió và đƣờng
OO1).
Giữa hai vùng này có một đoạn luồng gió chuyển dịch theo từng đợt và ln
thay đổi hƣớng.
Đối với luồng gió tự do loại 1 lƣu lƣợng gió của lõi khơng đổi, trong đó lƣu
lƣợng gió ở một mặt cắt bất kỳ bằng lƣu lƣợng gió vào khu khai thác giữa các đƣờng
thẳng OP và OP1 tạo với trục Ox những góc 3=1025’ và 4=7020’. Tiếp theo các giới
hạn của lõi lƣu lƣợng không đổi đi theo các đƣờng PAK và P1BK. Góc 4 đƣợc xác
định theo cơng thức sau và nằm trong giới hạn 7110:
4 

86,8
 6,7 , độ
  1,1

114

(4.14)


Luồng gió trong vùng chủ động (luồng tự do loại 1) có vận tốc giảm xuống theo
chiều sâu. Trên đƣờng giới hạn của luồng 2, vận tốc dọc bằng 0 cịn vận tốc ngang ở

các vị trí khác, khác với 0.
Luồng gió trong vùng xốy (luồng tự do loại 2) đƣợc quan sát thấy mối quan hệ
ngƣợc: vận tốc gió tăng khi chiều sâu tăng lên và đạt trị số cực đại ở moong khu khai
thác. Trong giới hạn của đáy moong vận tốc cực đại của vùng xoáy nằm trên mặt cắt PP3, vị trí của nó đƣợc xác định theo hoành độ:
x PP3  0,6  x k

(4.15)

Trong đó:
xc - Hồnh độ của điểm O1 là giao điểm của đƣờng OO1 với bề mặt khu khai
thác.
Trƣờng vận tốc gió trong luồng loại 1 tƣơng tự từ điểm O đến mặt cắt PP2, còn
trong luồng loại 2 nằm trong giới hạn của đáy moong.
Sự phân bố vận tốc gió trong các mặt cắt của luồng loại 1 phù hợp với định luật
lớp giới hạn của luồng phẳng song song không giới hạn.
F ( ) 



u
3
3
 0,0176  e  0,6623  e 2  cos(
  )  0, 228  e 2  sin(
  ) , (4.16)
uB
2
2

Ub- Vận tốc gió trên mặt đất, m/s.



y
tg
y

 7,64  ; rad
ax
a
x

( 4.17)

x,y- Toạ độ của điểm có toạ độ dọc .
a - hệ số cấu tạo luồng, xác định từ thực nghiệm. Khi sơ đồ thơng gió tuần hồn,
với luồng loại 1, a = 0,131.
Sự phân bố vận tốc trong các mặt cắt của luồng loại 2 ở đáy moong đƣợc xác
định bởi biểu thức:
u
 F (1 )  1  F ( ) , m/s
u01

(4.18)

u01- vận tốcgió theo trục O1x1, m/s.
1 

y1
, rad
ax1

  1, 48  1  2,04 , rad

115

(4.19)
(4.20)


x1, y1 - Toạ độ của điểm có vận tốc gió dọc U trong hệ toạ độ của luồng loại 2.
F(1) - hàm số, tƣơng tự với hàm số đƣợc diễn tả bởi công thức (4.18).
Đối với luồng loại 2, hệ số cấu tạo cũng nhƣ đối với luồng loại 1, (a=0,131).
Các trị số của hàm số F() và F(1) có thể tìm trong bảng.
Vận tốc gió ở các tầng và đáy moong có ảnh hƣởng rất lớn đến thơng gió các vị
trí làm viêc trong khu khai thác: Ở bờ khuất gió khơng vƣợt q 0,5Ub và bị giảm
xuống khi góc dốc của bờ mỏ tăng. Trên đoạn BK của bờ hứng gió vận tốc gió tăng lên
từ 0,1 Ub ở điểm B đến Ub ở điểm K.
Ở các đoạn của bờ hứng gió BO1 và đáy moong O1P3, vận tốc gió tăng lên theo
hƣớng từ điểm B đến điểm P3 và đạt cực đại ở điểm cuối cùng.
Trên đoạn BK của bờ hứng gió, vận tốc gió có thể xác định theo công thức:
u  uB  (1  1,14    0,35   2 ) , m/s

(4.21)

Công thức này đúng khi -1,43 ≤  ≤ 0.
Ở bề mặt của bờ khuất gió vận tốc gió đƣợc xác định theo công thức:
u  0,39 

UB
 ( H1  0,27  x1 ) , m/s

h

(4.22)

h - Chiều cao của luồng loại 2 trong mặt cắt đi qua điểm đƣợc chọn, m;
H1- khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ mặt đất đến giao điểm của đƣờng
giới hạn luồng loại 2 OO1 với bề mặt khu khai thác, m;
x1- Hồnh độ của điểm chọn trong toạ độ x1O1y1, m.
Cơng thức đúng khi 0,4xc ≤ x1 ≤ xc.
Sơ đồ chuyển dịch luồng gió đã diễn tả ở trên xảy ra khi tỷ số kích thƣớc bề mặt
đối với chiều sâu của khu khai thác không vƣợt quá 6. Khi tỷ số này lớn, một phần khu
khai thác sẽ đƣợc thông gió theo sơ đồ tuần hồn, cịn một phần theo sơ đồ thuận.
Lƣu lƣợng gió u cầu để thơng gió khu khai thác: Từ những điểm đã nói trên,
cũng nhƣ từ hình 4-3 thấy rằng lƣu lƣợng gió chuyển dịch qua khu khai thác bằng lƣu
lƣợng gió chuyển dịch trong lõi lƣu lƣợng khơng đổi nghĩa là chỉ khí, bụi xâm nhập
vào vùng lƣu lƣợng gió chuyển dịch chủ động giữa các đƣờng OPAK và OP1BK mới
đƣợc tải ra khỏi khu khai thác. Nhƣ vậy chỉ có lƣu lƣợng gió đi qua một mặt cắt bất kỳ
của lõi lƣu lƣợng không đổi trong một đơn vị thời gian mới thực hiện đƣợc cơng việc
thơng gió khu khai thác và đƣợc xác định theo công thức:

116


3

Q  0,0077  xc.cp  U B  L , m /s

(4.23)

xc.cp- Trị số trung bình của khoảng cách xc đối với một số mặt cắt vận tốc gió

của khu khai thác trùng với hƣớng gió.
L - Kích thƣớc ở mức mặt đất của khu khai thác theo hƣớng vng góc với
hƣớng gió, m.
Lƣu lƣợng gió này có thể xác định theo công thức khác:
3

Q  k  hc  uB , m /s

(4.24)

k- Hệ số tính đến việc giảm vận tốc luồng gió khi đi đến mép trên bờ khuất gió
của khu khai thác. Theo thực nghiệm trị số trung bình k=0,9.
hc- Chiều dày của luồng gió tự do trên mép trên của bờ khuất gió, m.
Tính tốn theo cơng thức (4.24) đƣợc bắt đầu từ vị trí biến dạng của luồng gió,
thực tế đƣợc bắt đầu sớm hơn trƣớc khi đến mép trên của bờ khuất gió (hình 4.3). Trị
số hc có thể đo tại khu khai thác, hay đƣợc tính theo cơng thức:
hc  H  [

4,6
 0,046] ; m
(  20)2  20

(4.25)

Trong đó:
H - Chiều sâu của khu khai thác, m;
- Góc dốc của bờ khuất gió, độ.
Việc tải khí, bụi ra khỏi khu khai thác: Nhƣ đã thấy việc tải khí bụi ra khỏi khu
khai thác đƣợc thực hiện bởi lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi. Sự xâm nhập khí, bụi vào lõi
này xảy ra ở giai đoạn đầu từ vùng P2OP1 của luồng loại 1. Dƣới đƣờng giới hạn OP1B

của lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi, khí, bụi xâm nhập vào bầu khơng khí khu khai thác
nằm trong vùng chuyển dịch tuần hồn. Khi độ thốt khí, bụi ổn định, lƣợng bụi, khí
xâm nhập vào bầu khí quyển trong q trình khai thác bằng lƣợng tải ra khỏi khu khai
thác với lƣu lƣợng gió khơng đổi.
Từ hình 4.4 thấy rằng với sơ đồ thơng gió tuần hồn phần lớn bề mặt cơng tác
của khu khai thác (bờ khuất gió, đáy moong và một phần của bờ hứng gió) nằm trong
vùng tác động của luồng gió tuần hồn. Khi có tác động của nguồn khí, bụi bên ngồi
vào khu khai thác thì chỉ một phần chúng đi vào luồng loại 1 và đƣợc tải ra ngồi, phần
cịn lại nằm trong vùng liên kết giữa đƣờng OP1B và OP2O1 nghĩa là lƣợng này đi qua

117


mặt cắt P1P2. Khi có thêm tác động của nguồn ô nhiễm bên trong nằm giới hạn
OCP3O1B thì tất cả lƣợng bụi, khí đƣa vào từ bên ngồi và thốt ra từ bên trong sẽ xâm
nhập vào vùng tuần hoàn. Lƣợng bụi, khí trong vùng tuần hồn tập trung trong một
đơn vị thời gian sẽ đƣợc tải đến lõi lƣu lƣợng gió khơng đổi và đƣợc tải ra khỏi khu
khai thác bằng lƣợng khí, bụi hình thành trong một đơn vị thời gian trên đoạn
COP3O1B. Sau đó lƣợng khí, bụi tập hợp trong vùng tuần hồn sẽ giữ lại khơng đổi.

h

Hình 4.4. Sơ đồ phát triển luồng tự do trƣớc khi vào khu khai thác
4.2.1.3. Sơ đồ thơng gió hỗn hợp
Dạng hình học thực tế của khu khai thác khác rất nhiều so với hai sơ đồ đã nêu.
Khi ấy có thể có trƣờng hợp một phần của khu khai thác đƣợc thơng gió theo sơ đồ
thuận cịn phần khác theo sơ đồ tuần hồn.
Thí dụ: khi kích thƣớc của khu khai thác theo hƣớng gió đủ lớn việc thơng gió
mỏ có thể theo sơ đồ tuần hồn, thuận (hình 4.5). Đối với sơ đồ này giới hạn dƣới của
luồng loại 1 cắt đáy moong khu khai thác ở một điểm B nào đó, bên phải của điểm B

(đoạn BCD) của khu khai thác đƣợc thơng gió theo sơ đồ thơng gió thuận.
A
D

O

B

C

Hình 4.5. Sơ đồ thơng gió tuần hồn thuận.

118


Phần khai thác ở phía trái mặt cắt A-B đƣợc thơng gió tuần hồn.
Cũng có thể có những sơ đồ hỗn hợp khác: sơ đồ thơng gió thuận, tuần hồn: thí
dụ (hình 4.6) Ở phía trên khu khai thác có một phần bờ khuất gió thoải hơn (AO) đƣợc
thơng gió theo sơ đồ thuận, phần còn lại theo sơ đồ tuần hồn.

D

O
A

B

C

Hình 4.6. Sơ đồ thơng gió thuận - tuần hồn

4.2.2 Thơng gió nhờ năng lượng nhiệt
4.2.2.1. Sơ đồ thơng gió thuận
Lực nhiệt có ảnh hƣởng rõ rệt đến thơng gió khu khai thác khi vận tốc gió trên
mặt đất dƣới 2 m/s. Vận tốc gió càng thấp ảnh hƣởng của lực nhiệt càng lớn. Sự
chuyển dịch luồng gió đối lƣu hoặc đảo nghịch trong sơ đồ thơng gió đối lƣu hoặc đảo
nghịch phụ thuộc vào vị trị số Gradient nhiệt độ trong khu khai thác. Đối với sơ đồ
thông gió đối lƣu: những lớp khơng khí nằm dƣới nóng hơn đƣợc nâng lên trên mang
theo lƣợng khí, bụi xâm nhập vào bầu khí quyển khu khai thác. Đối vơi sơ đồ đảo
nghịch: các lớp khơng khí lạnh chuyển dịch xuống dƣới mang lƣợng khí, bụi xuống
phần sâu của khu khai thác lúc này thơng gió khơng tải khí, bụi ra ngồi mà tập trung
khí, bụi xuống phần dƣới của khu khai thác. Nếu tập trung ở mức độ cao dẫn đến việc
phải ngừng công tác khai thác mỏ..
Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió đối lƣu hình thành khi các bờ của khu
khai thác bị đốt nóng và năng lƣợng của luồng gió trên mặt đất nhỏ.
Nhiệt từ bờ mỏ đốt nóng khơng khí bên trên làm khơng khí bị đốt nóng chuyển
dịch lên trên, dẫn đến việc khơng khí lạnh từ trên hạ xuống chiếm chỗ tạo nên luồng
gió đi từ trên xuống. Nguyên nhân sự chuyển dịch đó là do nhiệt độ làm thay đổi khối
lƣợng riêng lớp khơng khí trên một mặt phẳng ngang.

119


Sự đốt nóng chung các bờ mỏ gây ra sự chuyển dịch các luồng gió trong tất cả
khu khai thác.
Ngồi sự chuyển dịch đối lƣu trong khu khai thác còn thấy những luồng gió đối
lƣu cục bộ sinh ra bởi mức độ nóng khác nhau: màu sắc đất đá, tính chất lý học khác
nhau, nhiệt dƣới sâu, cƣờng độ các q trình Oxi hố trên bề mặt.
Sơ đồ thơng gió đối lƣu đƣợc hình thành khi tốc độ gió nhỏ hơn 0,70,8 m/s,
tƣơng ứng với động năng của luồng gió trên mặt đất khoảng 0,04 kG.m/m3. Khi năng
lƣợng của luồng gió (vận tốc gió) trên bề mặt giảm thì sự luồng gió chuyển dịch đối

lƣu trong khu khai thác mạnh lên.
Sơ đồ chuyển dịch luồng gió: Sơ đồ chuyển dịch luồng gió đối lƣu trong khu
khai thác đƣợc biểu thị trên (hình 4.7).

Hình 4.7. Sự chuyển dịch luồng gió khi thơng gió đối lƣu
Từ hình vẽ trên ta thấy khối lƣợng khơng khí nóng dâng lên trên dọc theo các
tầng do bị nén bởi khối khơng khí lạnh hơn đang hạ xuống. Khi ấy thể tích khơng khí
đƣợc nâng lên tăng theo chiều cao kể từ moong khu khai thác. Lng gió đối lƣu mạnh
nhất ở vào các tầng cao nhất của khu khai thác.
Vận tốc và chế độ chuyển dịch luồng gió : Do tăng khối khơng khí nâng lên trên
dọc theo các bờ mỏ dẫn đến tăng vận tốc chuyển dịch của luồng gió hƣớng lên trên dọc
theo các bờ mỏ theo chiều cao. Vận tốc gió cực đại đạt ở mép trên của bờ mỏ, có thể
tới 1,5 m/s khi chiều sâu moong khai thác đến từ 100200m.
Thành phần nằm ngang của vận tốc gió luồng đối lƣu có thể tính theo cơng thức:
u  0,55  k1  g  sin   ( H  h) 

tg  tg 
; m/s
t  0,01  t  H

k1- Hệ số tính đến sự làm chậm luồng gió do ảnh hƣởng của các tầng;

120

(4.26)


g - Gia tốc trọng trƣờng, m/s2;
 - Góc dốc của bờ mỏ, độ;
h - Chiều sâu của bề mặt, trên đó xác định sự chuyển dịch của luồng gió đối lƣu, m;

t - Nhiệt độ bề mặt bờ nghiêng sƣờn tầng khu khai thác ở chiều sâu h, oC;
t - Gradient nhiệt độ thực tế, oC/m.
Một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến thơng gió đối lƣu trong khu khai
thác là sự đốt nóng các bờ mỏ nhờ năng lƣợng mặt trời. Sự chuyển dịch luồng gió đối
lƣu xảy ra ban ngày khi bờ Bắc đƣợc đốt nóng nhiều hơn bờ Nam. Từ kết quả đó, lƣu
lƣợng gió chuyển dịch dọc bờ Bắc lên mặt đất lớn hơn và vận tốc cao hơn so với bờ Nam.
Khi có những nguồn nhiệt khác nhƣ : cháy mỏ, đốt nóng ngoại sinh các bờ mỏ
.v.v... luồng gió đối lƣu có thể chuyển dịch suốt ngày đêm.
Tải khí, bụi ra khỏi khu khai thác: Việc tải khí, bụi ra khỏi khu khai thác đƣợc
nhờ luồng gió chuyển dịch lên dọc theo các bờ mỏ. Lƣợng khí, bụi trong luồng gió tăng
lên khi gần với bề mặt khu khai thác.
Các nguồn thoát khí, bụi ở bên trong mỏ (cơng tác khoan, máy xúc ...) ảnh
hƣởng chủ yếu đến việc ơ nhiễm khí quyển mỏ, đặc biệt từ mặt khuất gió và nơi có vận
tốc gió nhỏ. Các nguồn bên ngồi khơng ảnh hƣởng đến ơ nhiễm khí quyển mỏ.
4.2.2.2. Sơ đồ thơng gió đảo nghịch
Điều kiện hình thành: Sơ đồ thơng gió đảo nghịch hình thành khi nhiệt độ bờ
mỏ và năng lƣợng của luồng gió trên mặt đất nhỏ. Sự chuyển dịch đảo nghịch đặc biệt
mạnh khi gradient nhiệt độ âm.
Để sinh ra luồng gió đảo nghịch, vận tốc gió trên mặt đất không vƣợt quá
0,70,8 m/s. Nghĩa là động năng của luồng gió gió nhỏ hơn 0,04 KG.m/m3. Khi năng
lƣợng của luồng gió nâng cao sẽ gây ảnh hƣởng đến trạng thái nhiệt động của luồng
gió.
Sơ đồ chuyển dịch luồng gió: Những lớp khơng khí nằm gần bờ mỏ đƣợc làm
lạnh, nặng hơn bắt đầu chuyển dịch xuống dƣới đến đáy moong, các lớp nằm ở đáy
moong nóng hơn sẽ chuyển dịch lên trên. Theo sự phát triển đảo nghịch, chiều sâu của
lớp khơng khí lạnh ở phần dƣới khu khai thác sẽ tăng lên. Sau một thời gian tất cả công
trƣờng của khu khai thác tràn ngập các khối khơng khí lạnh.

121

Trên (hình 4.8) biểu thị sơ đồ chuyển dịch luồng gió trong khu khai thác, khi
một phần chiều sâu của nó tràn ngập khơng khí lạnh. Lớp khơng khí lạnh lấp đầy khu
khai thác khi đảo nghịch gọi là lớp đảo nghịch (trên hình 4.8, chiều sâu của nó bằng h)
cịn giới hạn trên của nó gọi là mức đảo nghịch (mức a-a hình 4-8).

h
Hình 4.8. Sự chuyển dịch luồng gió khi thơng gió đảo nghịch
Vận tốc và chế độ chuyển dịch luồng gió: Theo sơ đồ thơng gió đảo nghịch vận
tốc gió cực đại của luồng gió ở trên bề mặt của bờ mỏ không vƣợt quá 1 m/s. Theo
hƣớng của luồng đảo nghịch vận tốc gió sẽ giảm xuống, cịn dƣới mức đảo nghịch,
thực tế khơng khí khơng chuyển dịch.
Vận tốc trung bình của luồng gió ở mặt dốc của bờ mỏ có thể xác định gần đúng
theo công thức:
u  1,41  k2  H  g 

Tk  T
; m/s
T

(4.27)

k2 - Hệ số thực nghiệm tính đến sự giảm tác động của trọng lực do đốt nóng
đoạn nhiệt khơng khí, nén ép luồng gió đi xuống các tầng sâu hơn và ảnh hƣởng của
ma sát các tầng đến luồng gió đi vào lớp khơng khí khơng chuyển dịch;
H - Chiều cao từ mặt đất đến lớp khơng khí khơng chuyển dịch hay là đáy
moong, m;
g - Gia tốc trọng trƣờng, m/s2;
T - Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của khơng khí bao quanh khu khai thác, oK;
Tk - Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của luồng gió chuyển dịch đến khu khai thác, oK.

Sự chuyển dịch đảo nghịch có thể kéo dài với thời gian khác nhau,trong vài giờ
đến vài ngày và thƣờng xảy ra trong mùa lạnh.
Chế độ chuyển dịch này gây khó khăn cho sự trao đổi khơng khí trong khu khai
thác và có thể làm cho hàm lƣợng khí, bụi cao trong bầu khơng khí ở một khoảng cách
xa nguồn tạo ra chúng.

122


Theo sơ đồ thơng gió đảo nghịch, sự trao đổi khơng khí giữa lớp đảo nghịch và
lớp khí quyển nằm trên cực kỳ bị hạn chế, vì vậy sự tải khí bụi ra khỏi khu khai thác
thực tế khơng xảy ra. Kết quả là dƣới mức đảo nghịch điều kiện vệ sinh lao động
khơng thuận lợi. Vì vậy một trong những nhiệm vụ cơ bản của việc thơng gió khu khai
thác là tìm các biện pháp phá vỡ dịch chuyển đảo nghịch và khơi phục sự trao đổi
khơng khí trong khu khai thác.
4.2.2.3. Sơ đồ thơng gió hỗn hợp
Trên thực tế các sơ đồ thơng gió khu khai thác khơng hoàn toàn giống những sơ
đồ quan sát ở trên mà mang tính hỗn hợp. Khi vận tốc gió gió trên mặt đất từ 2  5 m/s,
sự chuyển dịch luồng gió trong khu khai thác bị biến dạng do tác động hỗn hợp của
năng lƣợng gió và lực nhiệt.
Trong các khu khai thác sâu có thể thấy sự hỗn hợp của sơ đồ thơng gió do tác
động nhiệt và gió. Thực nghiệm đã chứng minh rằng, thậm chí khi gió trên bề mặt đất
mạnh, luồng gió vào khu khai thác không vƣợt quá mức sâu 150200m. Dƣới mức
này, năng lƣợng gió hầu nhƣ tác động rất yếu và khơng gây ảnh hƣởng đến sự hình
thành các luồng gió mà luồng gió chỉ hình thành dƣới tác động của lực nhiệt. Ở phần
sâu của khu khai thác, luồng gió có thể là đối lƣu hay đảo nghịch. Trên (hình 4.9) giới
thiệu sơ đồ chuyển dịch khơng khí thuận - đối lƣu trong khu khai thác, khi đó phần trên
của nó đƣợc thơng gió nhờ năng lƣợng gió, cịn phần dƣới nhờ năng lƣợng nhiệt. Theo
sơ đồ này khí, bụi nhờ luồng gió đối lƣu đƣa đến vùng tác động của luồng gió thuận và
sẽ đƣợc tải ra khỏi giới hạn khu khai thác.

Hình 4.9. Sơ đồ thơng gió thuận - đối lƣu

123


Cũng có thể có những sơ đồ hỗn hợp khác. Thí dụ nhƣ nếu một bờ mỏ đƣợc làm
lạnh, cịn bờ khác bị đốt nóng do một nguyên nhân nào đó, có thể có sơ đồ thơng gió
đối lƣu - đảo nghịch, nhƣ đã giới thiệu trên (hình 4.10).

Hình 4.10. Sơ đồ thơng gió đối lƣu - đảo nghịch
4.2.3. Thơng gió nhân tạo
Thơng gió nhân tạo khu khai thác mỏ lộ thiên cần thiết khi lƣu lƣợng gió cấp
cho khu khai thác khơng đủ để duy trì trạng thái khí quyển bình thƣờng về vệ sinh lao động.
Các trƣờng hợp đó là: tập trung khí, bụi trong khu khai thác do giảm năng lƣợng
gió trên mặt đất, xuất hiện gradient nhiệt độ theo chiều thẳng đứng nhỏ hơn gradient
đoạn nhiệt, cƣờng độ thốt khí, bụi cao…
Sự giảm năng lƣợng gió trên mặt đất là yếu tố cơ bản tạo khả năng tập trung
khí, bụi trong khu khai thác. Khi vận tốc độ gió trên mặt đất nhỏ hơn 2m/s, sự trao đổi
khơng khí giữa bầu khí quyển trong khu khai thác và trên mặt đất bị giảm rất lớn.
Gradient nhiệt độ theo chiều thẳng đứng xác định cƣờng độ trao đổi khơng khí
đối lƣu trong khu khai thác. Gradient đoạn nhiệt bằng 1o/100m chiều sâu thẳng đứng
dẫn đến trạng thái cân bằng của khí quyển, là giới hạn giữa sự chuyển dịch luồng gió
đối lƣu và trạng thái khơng có chuyển dịch. Trạng thái không gây ra sự chuyển dịch khi
Gradient < 1o/100m.
Để tăng cƣờng sự trao đổi khơng khí cần phải:
- Chọn mặt bằng mỏ đúng hƣớng gió chủ đạo;
- Chọn kích thƣớc khu khai thác hợp lý theo yếu tố thơng gió;
- Tạo trên bề mặt mỏ những cơng trình nhân tạo để nâng cao vận tốc gió và
tăng cƣờng độ chảy rối của luồng gió;

- Thay đổi màu sắc của đất đá trên bề mặt mỏ; Sử dụng nhiệt của đất đá khi
xuống sâu mỏ.

124


Thơng gió nhân tạo bao gồm:
- Thơng gió nhờ ống đẫn và đƣờng lị dẫn gió;
- Thơng gió nhờ luồng gió tự do.
Sử dụng các phƣơng tiện thơng gió nhân tạo chỉ cần thiết trong thời kỳ lặng gió
và khi xảy ra sự chuyển dịch đảo nghịch.
4.2.3.1. Các cơng trình thơng gió trên mặt mỏ
Thơng gió các khu vực khai thác có thể thực hiện tốt hơn khi bố trí trên mặt mỏ
những bãi thải nhằm định hƣớng và tăng cƣờng độ chảy rối của luồng gió. Cùng mục
đích này có thể sử dụng cả nhà cửa bố trí gần khu khai thác làm tƣờng gió (hình 4.11)
cho phép tăng vận tốc gió trên khu khai thác từ 1020%. Kết quả khả quan khi chiều
rộng l lớn, song chiều rộng đó phải lớn hơn chiều rộng của khu khai thác. Góc  tối ƣu
giữa các cơng trình bằng khoảng 700.
1

2

3

l

1

Hình 4.11. Sơ đồ bố trí các tƣờng gió
4.2.3.2. Thơng gió nhờ ống gió và đƣờng lị dẫn gió

Trên (hình 4.12) giới thiệu sơ đồ thơng gió khu khai thác bằng phƣơng pháp
đẩy. Với phƣơng pháp thơng gió đẩy gió sạch sẽ đến tiếp cận trực tiếp vùng ô nhiễm
bảo đảm việc tải khí, bụi tƣơng đối nhanh. Phƣơng pháp này làm lỗng khí, bụi và thổi
lên các tầng cao hơn bay đến một vị trí khác khơng có ngƣời làm việc hoặc các khu vực
ít ơ nhiễm hơn.

125


Khi sử dụng phƣơng pháp hút, thời gian thơng gió sẽ lâu hơn, song ƣu điểm của
nó là hút trực tiếp khơng khí bẩn đƣa ra khỏi biên giới của khu khai thác, ngồi ra
phƣơng pháp thơng gió hút khơng thổi tung bụi lắng đọng ở bề mặt khu khai thác nhƣ
khi thơng gió đẩy.
Nhìn chung các phƣơng pháp này ít hiệu quả, nên hiện nay rất ít sử dụng. Có
thể sử dụng nó nhƣ là một biện pháp phụ.

a) Nhờ ống; b) Nhờ đường lị.
Hình 4.12. Sơ đồ thơng gió bằng phƣơng pháp đẩy
4.2.3.3. Thơng gió nhờ các luồng đẳng nhiệt
Luồng gió tự do truyền lan trong khí quyển, có nhiệt độ khơng đổi và bằng nhiệt
độ mơi trƣờng xung quanh gọi là luồng đẳng nhiệt. Thực tế nhiệt độ khơng khí theo
chiều dài của luồng đẳng nhiệt có một số thay đổi do sự đốt nóng ban đầu từ thiết bị
thơng gió và lại đƣợc làm nguội khi hỗn hợp thổi lên cao. Vì vậy từ “đẳng nhiệt” thực
tế mang tính quy ƣớc.
Luồng gió tự do đẳng nhiệt trong các khu khai thác đƣợc tạo ra bởi các quạt gió,
chủ yếu nhờ cánh quạt máy bay. Hiện nay ngƣời ta hay sử dụng các loại cánh quạt và
động cơ máy bay  - 18,  - 144, hay là các cánh quạt của máy bay công suất nhỏ
và loại trực thăng  -,  - ...
Vận tốc gió trên trục của luồng ở khoảng cách x cách tiết diện ban đầu có thể
xác định theo cơng thức:

um 

0, 48  uo.cp  o
, m/s
ax
 0,145
D

uo.cp- Vận tốc gió trung bình ở tiết diện ban đầu, m/s;
o- Hệ số tính đến sự phân bố khơng đều vận tốc gió ở tiết diện ban đầu;

126

(4.28)


a - Hệ số cấu tạo luồng (a=0,060,08 đối với cánh quạt ngƣợc, a>0,08 đối với
cánh quạt đơn);
D - Đƣờng kính cánh quạt, m.
Vận tốc gió trung bình trong mặt cắt của luồng:
ucp  0,2  um ; m/s

(4.29)

Lƣu lƣợng gió trong một mặt cắt bất kỳ của luồng:
Q  4,36  Qo  (

ax
3
 0,145) ; m /s

D

(4.30)

Qo- Lƣu lƣợng gió ở tiết diện ban đầu của luồng, m3/s.
Chiều dài của luồng gió đƣợc xác định theo cơng thức:
0,095 
L  D

uo.cp
 o  0,145
uk .cp
a

;m

(4.31)

uk.cp- Vận tốc gió trung bình ở tiết diện cuối của luồng, m/s.
Đối với luồng ngang uk.cp=0,25 m/s; đối với luồng đứng uk.cp=0,6 m/s, song
những giới hạn này khơng phải là chính xác hồn tồn.
Đƣờng kính của luồng gió ở khoảng cách x bằng:
Dx  6,8  a  x  D ; m

(4.32)

4.3. Đánh giá điều kiện tự nhiên của các mỏ lộ thiên
Khí hậu, núi non và thảm thực vật của vùng mỏ là những điều kiện thiên nhiên
cơ bản xác định thơng gió khu khai thác.
Từ điều kiện khí hậu trƣớc tiên phải biết rõ vận tốc và hƣớng gió, thời kỳ lặng

gió, nhiệt độ đảo nghịch, nhiệt độ trong năm, lƣợng và đặc tính mƣa, đại lƣợng bức xạ
mặt trời…
Trị số vận tốc độ gió ngày đêm và trong năm, cũng nhƣ các số liệu về sự đảo
nghịch cho phép ta xác lập thời kỳ phá hoại sự trao đổi khơng khí trong khu khai thác,
trƣớc tiên là thời kỳ lặng gió, cũng nhƣ thời kỳ vận tốc gió khơng lớn (không lớn hơn
1m/s đối với khu khai thác không sâu và không lớn hơn 2m/s đối với khu khai thác
sâu). Biết đƣợc thời gian của những thời kỳ đó cho phép đƣa ra yêu cầu về công nghệ
khai thác, sử dụng thiết bị cơ giới hố, vị trí và các kích thƣớc hình học của khu khai

127


thác và làm cơ sở cho việc tính tốn giai đoạn thiết kế ban đầu. Thí dụ, trong năm có
những thời kỳ dài tồn tại vận tốc gió nhỏ phải sử dụng phƣơng án vận tải hạn chế việc
tạo ra hàm lƣợng khí, bụi cao trong khu khai thác (bằng tàu điện hay băng tải). Ƣu thế
của vận tốc gió một hƣớng xác định nào đó cho phép xem xét khả năng phát triển khu
khai thác dọc theo hƣớng này.
Nếu có những thời kỳ lặng gió trong ngày đêm cần phải xem xét vấn đề tổ chức
thực hiện khai thác trong các thời kỳ có tốc độ gió cao. Những hƣớng gió có ƣu thế
phải đƣợc sử dụng để xác định vị trí của khu khai thác và tránh các nguồn gây ơ nhiễm
từ bên ngồi (nhà máy sàng, đƣờng đất vận tải ...). Cuối cùng có thể xác định vị trí bờ
khuất gió đối với khu khai thác. Những số liệu về vận tốc gió là dữ liệu cơ bản để đánh
giá chi tiết các thông số của các sơ đồ thơng gió tự nhiên cho giai đoạn thiết kế thứ ba.
Những số liệu về nhiệt độ và mƣa trong vùng cho phép xem xét trƣớc trạng thái
bụi lan tỏa trong khu khai thác. Lƣợng mƣa nhỏ, sự hạ thấp nhiệt độ lớn có khả năng
tạo ra lƣợng bụi lớn trong khu khai thác cũng nhƣ trên mặt đất.
Bức xạ mặt trời, một mặt xác định nhiệt độ của đá và khơng khí trong khu khai
thác ảnh hƣởng đến sự tạo bụi, mặt khác nó xác định tính ổn định của khí quyển và sự
trao đổi khơng khí trong khu khai thác .
Núi đồi đặc trƣng cho hình dạng của mặt đất trong vùng đặt khu khai thác, trƣớc

tiên xác định mức độ che phủ bờ mỏ bởi địa hình bên ngồi khơng bằng phẳng. Sự làm
yếu gió trên mặt đất phụ thuộc vào độ che phủ bờ mỏ. Mức độ che phủ đƣợc xác định
bởi tỷ số H/L.
Trong đó:
H - Chiều cao địa hình vƣợt lên so với mốc ban đầu của khu khai tác;
L - Khoảng cách từ khu khai thác đến chỗ nhơ cao.
Vận tốc gió trên mặt khu khai thác uk phụ thuộc vào mức độ làm yếu gió P và
vận tốc gió đặc trƣng cho vùng quan sát uo và đƣợc xác định theo công thức:
uk  (1  P)  uo ; m/s

(4.33)

Những số liệu về thảm thực vật trong vùng có ý nghĩa để đánh giá sự tạo bụi và
sự làm yếu luồng gió trên mặt đất. Thảm thực vật dày đặc và rừng làm giảm sự tạo bụi
trên mặt đất, nhƣng có thể làm yếu luồng gió.

128


4.4. Lựa chọn công nghệ khai thác theo yếu tố thơng gió
Tính đặc biệt khống sản của một mỏ, trữ lƣợng, các tính chất và điều kiện tự
nhiên là những cơ sở để thiết kế công nghệ khai thác mỏ lộ thiên. Quan trọng hơn khi
thiết kế khai thác mỏ cần phải tính đến ảnh hƣởng của các yếu tố cơng nghệ đến điều
kiện khí quyển của mỏ.
Nếu điều kiện khai thác cho phép sử dụng một số phƣơng án công nghệ, phải
loại trừ những phƣơng án gây tác động xấu đến điều kiện khí quyển trong khu khai
thác. Các loại mỏ, hình dạng kích thƣớc của ruộng mỏ, tuyến công tác, phƣơng pháp
khai thác và mở vỉa là những yếu tố công nghệ cơ bản xác định điều kiện khí quyển
trong khu khai thác.
Loại mỏ, xác định bởi điều kiện sản trạng gây ra sự ảnh hƣởng chủ yếu đến

thơng gió khu khai thác. Tƣơng ứng với sự phân loại, ngƣời ta phân chia ra các loại mỏ
sau: trên mặt bằng, sâu, đồi núi cao, thung lũng và dƣới mặt nƣớc.
Loại mỏ núi cao, khoáng sàng nằm cao hơn mức bề mặt xung quanh rất thuận
lợi cho thơng gió tự nhiên nhƣng không loại trừ trƣờng hợp gặp phải điều kiện khó
thơng gió khi vị trí của mỏ nằm gần với các dãy núi bên cạnh.
Loại mỏ đặc trƣng bởi khoáng sàng nằm ngang hay dốc thoải với chiều sâu
tƣơng đối nhỏ không gây ra sự phức tạp trong thơng gió. Khi tính tốn hiệu quả thơng
gió tự nhiên, đa số trƣờng hợp chỉ yêu cầu một phƣơng án, vì chiều sâu cơng nghệ ít
thay đổi.
Khó khăn nhất làm xấu hiệu quả thơng gió tự nhiên là loại mỏ sâu. Vì trong suốt
q trình khai thác phải khơng ngừng tăng chiều sâu làm giảm vận tốc gió khi gặp điều
kiện khơng thuận lợi, khí, bụi tập trung trong bầu khơng khí của khu khai thác có thể
vƣợt q giới hạn cho phép. Đối với những khu khai thác sâu khi thiết kế phải xem xét
chi tiết hơn khả năng thơng gió tự nhiên theo từng giai đoạn phát triển mỏ. Đối với
những mỏ sâu khi có sự tập trung sự ơ nhiễm khí, bụi có thể cần phải sử dụng thơng
gió nhân tạo, đặc biệt khi xảy ra tình trạng luồng gió chuyển dịch đảo nghịch và cƣờng
độ thốt khí, bụi mạnh.
Ở những mỏ nằm trong khu vực vừa có đồi cao vừa có vực sâu, làm cho sơ
đồ thơng gió theo hai loại cơ bản, một phần ở trên cao, một phần thuộc loại vực sâu.

129


Hình dạng và kích thƣớc của ruộng mỏ cũng ảnh hƣởng tới thơng gió mỏ: dạng
cơng trƣờng bị kéo dài có tỷ số chiều dài đối với chiều rộng bằng 4 hoặc hơn, dạng tròn
khi chiều rộng gần bằng chiều dài, dạng các khu khai thác có trị số trung gian và những
dạng phức tạp hơn. Hình dạng cơng trƣờng làm thay đổi hƣớng gió trong khoảng đã
khai thác.
Các thơng số hình học có ảnh hƣởng đến sự tồn tại sơ đồ thơng gió khu khai
thác. Đối với loại mỏ sâu và trong một số trƣờng hợp cả loại bằng phẳng, tỷ số chiều

dài đối với chiều rộng của khu khai thác xác định sơ đồ thơng gió. Phụ thuộc vào tỷ số
này ngƣới ta chia ra những nhóm thơng gió nhƣ sau: đƣợc thơng gió tốt (tỷ số lớn hơn
10); thơng gió yếu (610); và khó thơng gió (nhỏ hơn 6).
Bề mặt, góc dốc của bờ khuất gió và kích thƣớc đáy moong có ý nghĩa cơ bản
về mặt thơng gió. Nhƣ đã biết từ lý thuyết, lớp giới hạn của luồng song song phẳng,
góc mở của luồng gió khoảng 150 dẫn đến khu khai thác có thể có hai sơ đồ thơng gió
cơ bản nhờ gió: sơ đồ thơng gió thuận khi góc dốc của bờ khuất gió nhỏ hơn 150, với
sự tăng góc dốc, thể tích của khu khai thác tăng lên, thể tích này đƣợc thơng gió bằng
luồng gió ngƣợc. Góc dốc bờ mỏ đƣợc lựa chọn từ cơng nghệ khai thác và duy trì ổn
định bờ mỏ, vì vậy khi thiết kế khai thác, phát triển mỏ phải tính tốn hợp lý để bờ
cơng tác có góc dốc nhỏ nằm về phía gió khống chế. Đối với sơ đồ thơng gió tuần
hồn, sự giảm kích thƣớc đáy moong làm cho thể tích tƣơng đối có các luồng gió
ngƣợc đi qua cao.
Chiều sâu của khu khai thác là chỉ số quan trọng đối với các mỏ khai thác sâu.
Với sự tăng chiều sâu, phần tăng nhiệt độ theo chiều thẳng đứng của khơng khí có thể
là một yếu tố tích cực phát sinh các luồng gió. Đối với các mỏ sâu với sự phức tạp của
công tác thơng gió có thể dẫn đến sự ơ nhiễm nghiêm trọng khí quyển trong khu vực
khai thác.
Trong thực tế ngƣời ta phân loại mỏ theo kích thƣớc của khu khai thác: rất nhỏ,
trung bình, lớn và rất lớn. Các khu khai thác rất nhỏ có diện tích mặt bằng dƣới 0,4 km2
và sâu dƣới 100m, khi có những phƣơng tiện làm lỗng cục bộ khí, bụi thì khơng có
khả năng ơ nhiễm khí quyển. Những cơng trƣờng cịn lại loại mỏ sâu u cầu xác định
khả năng thơng gió tự nhiên.

130


Các thông số đặc trƣng cho tuyến công tác cũng gây ảnh hƣởng đến hàm lƣợng
khí, bụi trong bầu khơng khí ở các chỗ cơng tác. Hƣớng tuyến (dọc theo trục dài hay
trục ngắn của khu khai thác theo đƣờng trịn đồng tâm hay theo hình e-lip) cho phép

thay đổi vị trí đặt và tập trung thiết bị liên quan đến hƣớng gió.
Tiến độ của tuyến cơng tác và cũng nhƣ hƣớng chuyển dịch của tuyến có sự ảnh
hƣởng đến luồng gió trong khu khai thác. Sự chuyển dịch song song của tuyến từ vị trí
trung gian giữa các đƣờng giới hạn ruộng mỏ cho phép có những góc dốc bờ mỏ nhỏ
giảm thể tích vùng có luồng gió ngƣợc.
Trình tự khai thác các khối đất đá mỏ và khoáng sản trên tầng xác định sự hình
thành các luồng gió trong các gƣơng của đáy mỏ. Trong trƣờng hợp đào các lớp mỏng
dọc theo mặt trên của tầng hay là các block, gƣơng khai thác đƣợc thơng gió tốt khi các
hƣớng gió bất kỳ.
Trình tự bốc dỡ khối đất đá mỏ và khống sản ở một mức độ nào đó, ảnh hƣởng
đến cƣờng độ tạo bụi. Cƣờng độ tạo bụi nhỏ nhất khi dùng máy vừa đào vừa bốc tải,
cƣờng độ tạo bụi lớn nhất khi sử dụng máy xúc, khi đó khối đất đá đƣợc đảo trộn nhiều lần.
Những sự phân tích trên cho phép xác lập sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp khai
thác đến thơng gió tồn bộ mỏ. Phƣơng pháp khai thác với vùng công tác không đổi
toàn bộ mỏ an toàn hơn. Nếu bãi thải nằm cách xa mép trên của khu khai thác thì thơng
gió chủ yếu theo sơ đồ thơng gió thuận. Nếu có vùng có luồng gió ngƣợc thì thể tích
liên tục bị giảm với sự phát triển của khu khai thác.
Khi mở vỉa bằng hào ngồi cộng với sự tính tốn hƣớng gió chủ đạo cho phép
giảm vùng có luồng gió ngƣợc, kể cả khi góc dốc của bờ mỏ lớn, đặc biệt giảm khi mở
vỉa bằng hào song đôi.
Khi mở vỉa bằng đƣờng lị cho khả năng đƣa gió vào các vùng khơng khí đọng
bằng biện pháp nhân tạo, song phƣơng pháp thơng gió này cũng chỉ mang tính cục bộ.
Sự ảnh hƣởng lớn đến hàm lƣợng khí, bụi trong khu khai thác là năng suất khai thác,
công tác mở vỉa và chuẩn bị.
4.5. Xác định các thơng số thơng gió tự nhiên của mỏ
Xác định sơ đồ thơng gió mỏ trong những thời kỳ phát triển khác nhau và lƣu
lƣợng gió u cầu thơng gió mỏ là nội dung cơ bản của giai đoạn thiết kế này.
Cơng việc đƣợc hồn thiện theo các trình tự sau:

131