6907
16/5/2008
Hà Nội - 2007 1
MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH 4
Mở đầu 6
Chương 1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
BỤI 7
1.1. Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm 7
1.1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò 8
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm bụi than trong hầm lò tại khu vực khai thác than. 11
1.2 Hiện trạng công nghệ x
ử lý bụi trong hầm lò của thế giới và trong nước 12
1.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới 12
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước 14
1.3. Nghiên cứu các phương pháp xử lý bụi 14
1.3.1. Khái niệm chung về bụi 14
1.3.2. Các phương pháp xử lý bụi theo phương pháp khô 15
1.3.2.1. Buồng lắng bụi 15
1.3.2.2. Lọc bụi ly tâm 16
1.3.2.3. Lọc bụi qua lưới vải lọc 17
1.3.2.4. Lọc bụi điện 17
1.3.3 Các phương thức thu bụi theo phương pháp ướt 18
1.3.3.1. Khái niệm chung 18
1.3.3.2. Các tháp rửa khí rỗng 19
1.3.3.3. Các tháp rửa khí có ô đệm 20

2
34
2.2.2.3. Đường kính tại tiết diện ra của ống khuếch tán D
3
35
2.2.2.4. Chiều dài phần ống thu hẹp l
1
35
2.2.2.5. Chiều dài phần cổ ống l
2
35
2.2.2.6. Chiều dài phần ống khuếch tán l
3
35
2.2.2.7. Chiều dài tổng cộng của ống venturi 35
2.2.3. Tính toán đường kính trung bình giọt nước trong ống Venturi 36
2.2.4. Tính toán trở lực của ống Venturi 36
2.2.5. Tính toán hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi 37
Chương 3. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TÁCH GIỌT NƯỚC 43
3.1. Nghiên cứu các thiết bị tách giọt nước 43
3.2. Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng ly tâm nằm ngang 48
3.2.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 48
3.2.2. Tính toán thiết bị ly tâm kiểu nằm ngang 50
3.2.3. Đường kính giới hạn của giọt nước 51
3.2.4. Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị 51
3.3. Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính 52
3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc 52

3
3.3.2. Tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính 52

Bảng 3.3 Thông số kết cấu lớp đệm tách giọt dạng quán tính
52
Bảng 3.4 Tính thiết bị l
ọc ly tâm kiểu nằm ngang
54
Bảng 4.1. Thành phần hợp phần bụi thí nghiệm
56
Hình 1.1 Máy combai AM - 50Z
9
Hình 1.2 Sơ đồ khai thác than bằng máy combai AM-50Z
10
Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng
13
Hình 1.4 Thiết bị hút - xử lý bụi của Ba Lan
14
Hình 1.5 Sơ đồ buồng lắng bụi
15
Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi ly tâm
16
Hình 1.7 Quá trình tích điện và di chuyể
n bụi trong điện trường
18
Hình 1.8 Sơ đồ khối thiết bị lọc bụi than
22
Hình 2.1 Ống Venturi tiêu chuẩn
23
Hình 2.2 Cấu trúc của các ống venturi
24
Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa độ nhớt của dịch tưới và kích thước giọt
28

45
Hình 3.5 Thiết bị tách giọt nước ly tâm dạng côn
45
Hình 3.6 Kết cấu các phần tử của lớp đệm
47
Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang
48
Hình 3.8 Các dạng miệng thoát giọt và khí sạch của thiết bị lọc ly tâm
nằm ngang
49
Hình 3.9 Các loại cánh hướng dòng khác nhau để tạo chuyển động xoáy
ốc trong thiết bị
tách giọt ly tâm nằm ngang
50
Hình 3.10 Cấu tạo của lớp đệm dạng mành sáo đứng
52
Hình 4.1 Thiết bị thí nghiệm lọc bụi
55

6
Mở đầu

Ở tất cả các công đoạn sản xuất mỏ đều phát sinh bụi. Ở các mỏ hầm lò
lượng bụi phát sinh nhiều nhất là ở khâu khấu than hoặc đào lò than bằng máy
Combai không sử dụng hệ thống chống bụi, ở giai đoạn khoan nổ mìn ở lò chợ và
lò chuẩn bị, ở điểm chuyển tải than. Theo các số liệu thống kê, khi khai thác 1000
tấn than ở mỏ hầm lò t
ạo ra 11-12 kg bụi. Với sản lượng khai thác hàng năm như
trên thì lượng bụi được tạo ra ở các mỏ hầm lò là rất lớn.
Năm 2003 khi công ty than Mông Dương đưa chiếc combai đầu tiên và áp 7

Chương 1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI
1.1. Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm
Tài nguyên thiên nhiên (TNTN) là một trong những nguồn nội lực quan
trọng và là lợi thế so sánh trong thời kỳ công nghiệp hóa, đặc biệt đối với các nước
đang phát triển. Khoáng sản là một trong những tài nguyên thiên nhiên cơ bản.
Cùng với các tài nguyên thiên nhiên cơ bản khác như đất nước, sinh vật…tài
nguyên khoáng sản cung cấp nguyên liệu, nhiên liệ
u cho các hoạt động của con
người.
Khác với các loại TNTN khác, khoáng sản là loại tài nguyên hữu hạn, không
tái tạo. Tùy theo điều kiện sinh khoáng, khoáng vật có ích thường ở dạng tập hợp
các khoáng vật và có mặt cùng với các khoáng vật cộng sinh khác. Khoáng sản có
thể được sử dụng trực tiếp sau khi khai thác chọn lọc hoặc chế biến thô sơ. Nhưng
khoáng sản cũng là nguyên vật liệu cho các ngành kỹ thuật cao sau khi được chế
biến sâu bằng các công nghệ hỗn hợp và phức tạp.
Khoáng sản than là nguồn TNTN quý giá và có những đóng góp hết sức to
lớn trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Trong mười năm, sản
lượng than tiêu thụ đã tăng từ 6,0 triệu tấn năm 1994 lên 18,8 triệu tấn năm 2003.
Nhận thức được sâu sắc tầm quan trọng của ngành công nghiệp than trong quá
trình xây dựng và phát triển đất nước Tổng Công ty Than Việt Nam đ
ã đề ra những
kế hoạch và định hướng phát triển lâu dài. Trong đó kế hoạch khai thác theo các
năm từ năm 2005 đến năm 2020 của toàn ngành than và của tổng khu vực, theo
phương án I và II do Công ty Tư vấn Đầu tư Mỏ & Công nghiệp đã được điều

II 31660 33635 35330 36710 40875 45240 46340 47935
I 16270 17000 17740 17690 20910 22755 22305 23200
Vùng Cẩm
Phả
II 16270 17000 17740 17690 21210 23255 22805 23200
I 6920 4765 7650 7850 8050 8850 9700 9800
Vùng Hòn
Gai
II 6920 4765 7650 7850 8050 8850 9700 10000
I 6170 6720 7340 8200 8800 10100 10600 11400
Vùng
Uông Bí
II 6170 6720 7340 8200 8850 10200 10800 11600
I 2300 2450 2600 2700 2765 2935 3035 3135
Vùng Nội
Địa
II 2300 2450 2600 2700 2765 2935 3035 3135
Toàn
ngành,
khu vực
Phương
án
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
I 48975 49335 50185 50920 51655 52635 54035 54755
Toàn
ngành
II 49575 49935 50785 51520 52855 54635 57435 59655
I 23640 23800 24050 24275 23930 23800 23800 23705
Vùng Cẩm
Phả

0
, song những công
nghệ này chưa hoàn thiện, năng suất còn thấp. Hiện nay toàn vùng Quảng Ninh có
một lò chợ cơ giới hóa toàn bộ, bước đầu cho kết quả tốt, sản lượng đạt 200.000
tấn/năm.
Trong vài năm gần đây các combai hạng nhẹ (h.1.1) đã được sử dụng khá rộng

Hình 1.1. Máy combai AM-50Z

10
rãi trong các công ty than hầm lò thuộc tập đoàn TKV để đào các đường lò than và
đá mềm (h 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ khai thác than bằng máy combai AM-50Z

11
Việc ứng dụng thiết bị đào lò cơ giới này đã đem lại được nhiều thành công
đáng kể, ngoài các kỷ lục về tốc độ đào lò đã được xác lập thì công nghệ đào lò cơ
giới này đã làm giảm được nhân lực và chi phí thi công rõ rệt.
Theo chiến lược phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2015 và định
hướng đến năm 2020 của TKV thì nhu cầu phải xuống sâu để nâng công suấ
t của
các mỏ hầm lò thì khối lượng lò đào trong đá càng tăng lên một cách đáng kể. Do
đó việc lựa chọn combai đào lò là một xu thế tất yếu.

tới việc mất an toàn khi nguy cơ nổ bụi cao hơn.
Trên cơ sở kế hoạch khai thác, bóc đất đá cũng như các chỉ tiêu về mức độ
phát thải bụi, dưới đây trình bày kết quả tính toán dự báo mức độ phát thải bụi cho
ở bảng 2 với các chỉ s
ố tối đa.
12
Bảng 1.2. Mức độ phát thải bụi ở các mỏ hầm lò (triệu tấn than/tấn bụi) [5]
S¶n l−îng than, triÖu tÊn/tÊn bôi
2005 2010 2015 2020
Khu
vùc
P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II
148,8 148,8 312 319,2 379,2 386,4 439,2 474
Tæng
sè
12,4 12,4 20,6 26,6 31,6 32,2 36,6 39,5
61,2 61,2 146,4 152,4 165,6 165,6 163,2 187,2
CÈm
Ph¶
5,1 5,1 12,2 12,7 13,8 13,8 13,6 15,6
21,6 21,6 48 48 58,8 63,6 70,8 79,2
Hßn
Gai
1,8 1,8 4,0 4,0 4,9 5,3 5,9 6,6
62,4 62,4 114,0 115,2 142,8 145,2 140,4 142,8
U«ng
BÝ
Hình 1.3. Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng
Mặc dù có những cải tiến về công nghệ phun nước áp lực cao trên combai
khai đào, bụi phát sinh trong quá trình cắt vẫn không thể được loại trừ tuyệt đối. Sự
phát sinh bụi trên gây nhiều hậu quả:
• Giảm tầm quan sát của thợ vận hành làm giảm độ chính xác trong điều
khiển;
• Khó khăn di chuyển và phối h
ợp trong đội thợ;
• Ảnh hưởng sức khoẻ người lao động;

14
• Nguy cơ nổ bụi cao (đặc biệt khi cắt than);
• Giảm độ bền của thiết bị trong gương lò.
Đã có nhiều công ty quan tâm nghiên cứu chế tạo các thiết bị hút - xử lý bụi
như: CFT (Đức), Howden (Anh), Wiromag (Ba Lan) (h.1.4), tuy nhiên giá thành
nhập khẩu thiết bị trên rất cao.

Hình 1.4. Thiết bị hút - xử lý bụi của Ba Lan
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước
Hiện nay tại các hầm lò khai thác than ở Việt Nam sử dụng máy combai
AM-50Z còn nhiều mỏ chưa có hệ thống hút - xử lý bụi. Hiện đang dự kiến nhập
thiết bị này của nước ngoài. Phương pháp đang được sử dụng là phun nước (thiết
bị đi kèm máy combai) chỉ có thể xử lý
được các hạt bụi kích thước lớn. Do vậy
nồng độ bụi tại khu vực khai thác cao hơn chỉ tiêu cho phép.
Một số đơn vị nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau như cyclone, lọc bụi túi, lọc bụi kiểu ướt để xử lý bụi cho nhiều
ngành công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên hệ thống hút - xử lý bụi cho khu vực khai

Buồng lắng bụi có sơ đồ như hình 1.5:
Vµo
Ra

Hình 1.5. Sơ đồ buồng lắng bụi
Trong thực tế người ta sử dụng buồng lắng bụi nhiều tầng thì nâng cao được
hiệu quả lọc bụi. Nhược điểm của loại lọc bụi buồng lắng là khó dọn vệ sinh trên
các tầng lọc.

16
1.3.2.2. Lọc bụi ly tâm [4][8]
Thiết bị lọc bụi kiểu ly tâm được sử dụng phổ biến là dạng buồng xyclon.
Nó có cấu tạo đơn giản (h. 1.6) và lọc bụi với cỡ hạt > 5 µm. Quá trình thu bụi
trong các thiết bị dựa trên nguyên lý lực quán tính.
Không khí mang bụi đi vào xyclon theo ống (1) được nối theo phương tiếp
tuyến với thân ống hình trụ (2). Phía dưới là phễu côn thu bụi (3) và ống xả bụi (4)
có l
ắp van quay hoặc loại van lật kiểu đối trọng. Bên trong xyclon có ống thoát khí
sạch (5). Do cấu tạo như vậy, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân
ống hình trụ, trong dòng chuyển động xoáy ốc các hạt bụi chụi tác động bởi lực ly
tâm làm cho chúng di chuyển và va chạm vào thành ống, mất động năng rồi rơi
xuống đáy côn thu bụi, còn dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn chuyển
động xoáy ốc và theo ống thoát (5) ra ngoài.

Vµo
Ra
1
2
3
4

ụi. Quá trình tích điện của các hạt bụi xảy ra rất nhanh do số lượng
ion quá nhiều và dày đặc. Sau khi các hạt bụi đi đến bản cực dương, phóng bớt
điện tử và tích tụ dần trên mặt bản cực đến một độ dày nào đó, thông qua cơ cấu gõ
rung rũ bụi, các hạt bụi sẽ bị rơi xuống phếu hứng bụi. Quá trình tích điện và di
chuyển của h
ạt bụi cho trên hình 1.7: 18
Khí mang
++++ +++
++++ + ++
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+

1.3.3.1. Khỏi nim chung
Quỏ trỡnh lc bi trong cỏc thit b lc bi kiu t c da trờn nguyờn lý
tip xỳc gia dũng khớ mang bi vi cht lng, bi trong dũng khớ b cht lng gi
li v thi ra ngoi di dng cn bựn. Phng hỏp lc bi bng thit b lc kiu
t cú th xem l rt n gin nhng hiu qu li rt cao.
Thit b lc bi kiu t cú nhiu u im ni bt so vi cỏc loi lc bi khỏc. C
th l:
Thit b lc bi kiu t d ch to, giỏ thnh thp nhng hiu qu lc bi
cao;
Cú th lc
c bi kớch thc di 0,1àm (vớ d trong thit b lc venturi);
Cú th lm vic vi khớ cú nhit v m cao m mt s cỏc thit b lc
bi khỏc khụng th ỏp ng c nh thit b lc bi tỳi vi, lc bi tnh
in;
Thit b lc bi kiu t khụng nhng lc c bi m cũn lc
c c khớ
c hi bng quỏ trỡnh hp th, bờn cnh ú nú cũn c s dng nh thit
b lm ngui v lm m khớ m trong nhiu trng hp trc thit b lc bi
tnh in phi cn n nú.
Tuy nhiờn thit b lc bi kiu t cng cú mt s nhc im ỏng lu ý:
Bi c thi ra d
i dng cn bựn do ú cú th lm phc tp cho h thng
thoỏt nc v x lý nc thi;
Dũng khớ thoỏt ra t thit b lc cú m cao v cú th mang theo c nhng
git nc lm han g ng ng, ng khúi v cỏc thit b khỏc phớa sau
thit b;

19
• Trường hợp khí thải có chứa các chất ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và hệ
thống đường ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và hệ thống

Trong đa số các trường hợp cần phải đặt ở phía sau các đường dẫn khí có phun
dịch thể một thiết bị thu giọt và trang bị những dụng cụ thoát nước để thải dịch thể
lắng đọng.
Các buồng rửa khí:
Các buồng rửa khí được chế tạo bằng kim loại, bêtông cốt thép hoặc bằng
gạch. Bên trong buồng có các mỏ phun để tạo thành màn chắn nước trên đường
đi
của dòng khí, các mỏ phun này được bố trí thành một số hàng, nhưng phổ biến
nhất là xếp theo kiểu bàn cờ. Để tăng hiệu suất thu bụi khí đôi khi trong buồng rửa

20
trên đường chuyển dộng của khí người ta đặt các tấm chắn, các lá khoan lỗ hoặc là
các lưới, ở cuối buồng rửa người ta đặt bộ gom hạt nước.
Các tháp rửa phun rỗng:
Các tháp rửa phun rỗng là tháp có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, trong đó
sự tiếp xúc giữa khí cần thu bụi với các giọt dịch thể được tiến hành nhờ các mỏ
phun. Theo hướng chuyển động của khí và dị
ch thể, các tháp rửa rỗng được chia
thành loại ngược dòng, đồng dòng và chính giao. Người ta thường sử dụng các
thiết bị với sự chuyển động ngược dòng của khí và dịch thể, còn loại cấp dịch thể
chính giao tức là dịch thể được đưa vào dưới góc vuông với hướng của dòng khí
thì ít được sử dụng. Trong các tháp rửa ngược dòng, các giọt dịch thể từ mỏ phun
rơi xuống gặp dòng khí bụ
i. Các giọt này phải đủ lớn để không bị dòng khí thường
có vận tốc từ 0,6 đến 1,2 m/s cuốn ra ngoài. Khi vận tốc dòng khí lớn hơn nữa thì
trong thiết bị cần phải đặt tấm chắn nước. Người ta đặt mỏ phun trong thiết bị ở
một hoặc nhiều tiết diện: đôi khi bố trí thành nhiều tầng, đôi khi lại chỉ đặt dọc
theo trục thiết bị.
1.3.3.3. Các tháp rửa khí có ô đệm
Khác với tháp rửa khí rỗng, trong tháp rửa có ô đệm người ta đặt các cục

quán tính là một tháp đứng có lớp dịch thể ở phần dưới tháp. Khi dòng khí bụi
quay ngoắt 180
0
, các hạt bụi lắng trên mặt nước, còn khí sạch sẽ đi về phía ống xả
khí. Các thiết bị loại này chỉ thích hợp để thu bụi có kích thước lớn hơn 20 µm.
Cặn được lấy ra khỏi thiết bị theo chu kỳ hoặc liên tục qua cửa chắn nước.
1.3.3.6. Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm
Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động c
ủa lực ly tâm được chia làm hai loại
theo cấu trúc: ở loại thứ nhất có chuyển động quay của dòng khí do đưa khí vào
theo hướng tiếp tuyến; còn ở loại thứ hai cấu tạo cánh ở tâm chính là bộ phận tạo
xoáy. ở Nga đối với các máy rửa khí người ta đưa dòng khí vào theo phương tiếp
tuyến và với sự tưới màng bởi các mỏ phun. Khi hàm lượng bụi lớn hơn 2 g/m
3
thì
ở phía trước xyclon với màng nước nên đặt một thiết bị lọc bụi bước một như
xyclon khô hoặc một dạng thu bụi quán tính khác.
1.3.3.7. Thu bụi ẩm qua ống venturi [4][6][7]
Các máy rửa khí Venturi là những thiết bị thu ẩm hiệu quả. Đặc điểm cấu
trúc chung của các thiết bị này là có ống biến bụi trong đó xảy ra quá trình đập nhở
thể tích tưới phun bởi dòng khí bụi chuyển động vớ
i vận tốc lớn đến 150 m/s và
phía sau có đặt bộ phận thu giọt.
Nguyên tắc thu bụi theo phương pháp khí động, đó là tạo ra sự thấm ướt các
hạt bụi trong dòng khí chuyển động ở trạng thái chảy rối bằng nước trong ống
Venturi. Thấm ướt các hạt bụi ở trạng thái chảy rối tạo nên sự kết tụ các hạt bụi
cùng với giọt nước. Các hạt bụi kế
t tụ đã được tăng lên về kích thước và các giọt
nước được thu lại trong bộ phận thu giọt.
1.3.3.8. Ưu nhược điểm của phương pháp ẩm

Ra không khí
Ra bãi thải
Thiết bị lọc bụi
Bộ phận
cấp bụi
Quạt
hút
Bể chứa
nớc
Bơm
T
uần
hoàn
Bơm bùn
xả cặn

23
Chương 2. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI
2.1 Khái quát về thiết bị Venturi
2.1.1. Nguyên lý hoạt động
Các máy rửa khí Venturi là những thiết bị thu bụi ẩm hiệu quả. Đặc điểm
cấu trúc chung của các thiết bị này là có ống biến bụi trong đó xảy ra quá trình đập
nhỏ thể tích tưới phun bởi dòng khí bụi chuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến
150 m/s và phía sau có đặt bộ phận thu giọ
t.
Nguyên tắc thu bụi theo phương pháp khí động, đó là tạo ra sự thấm ướt các
hạt bụi trong dòng khí chuyển động ở trạng thái chảy rối bằng nước trong ống
Venturi. Sự thấm ướt các hạt bụi ở trạng thái chảy rối tạo nên sự kết tụ các hạt bụi
cùng với giọt nước. Các hạt bụi kết tụ đã được tăng lên về kích thước và các giọt
nước được thu lại trong bộ phận thu giọt.

1
/2
α
2
/2

24
Theo quan điểm khí động, máy rửa venturi sẽ có cấu trúc tối ưu khi kích
thước các đơn nguyên như sau:
• Ống thu hẹp:
- Đường kính miệng vào D
1
(m)
- Góc thu hẹp α
1
= 25 - 28
0

- Chiều dài
2
.2
1
21
1
α
tg
DD
l
−
=

=
(m)
2.1.3. Phân loại ống Venturi [7][8] a) b) c) d)
Hình 2.2 - Cấu trúc của các ống venturi
a) Đưa nước tưới phun qua mỏ phun ở tâm; b) Tưới phun ở biên;
b) Tưới màng; d) Tưới phun không cần mỏ phun
Thiết bị venturi tưới phun theo trục tâm bằng mỏ phun (h. 2.2a). Trong thiết
bị kiểu này sự cấp nước vào để tưới phun được thực hiện bởi các mỏ phun đặt