Những Thách Thức Làm Mát Phổ Biến Trong Hoạt Động Khai Thác Mỏ

TẠI SAO Két làm mát cho ngành khai thác Thất Bại Dưới Điều Kiện Cực Đoan Dưới Hầm

Quá Tải Nhiệt Từ Độ Dốc Địa Nhiệt Và Tải Nhiệt Từ Thiết Bị

Két làm mát cho ngành khai thác đối mặt với tình trạng căng thẳng nhiệt độ liên tục phát sinh từ hai vấn đề chính, thường vượt xa mức thiết kế. Bên dưới, lòng đất trở nên nóng hơn khi chúng ta đào sâu xuống. Cứ mỗi một kilômét dưới lòng đất, nhiệt độ tăng khoảng 30 độ Celsius. Điều đó có nghĩa là trong các mỏ khai thác sâu, nhiệt độ môi trường xung quanh có thể đạt trên 79 độ Celsius. Đồng thời, tất cả những cỗ máy lớn hoạt động liên tục tạo ra lượng nhiệt dư thừa rất lớn. Các giàn khoan, máy xúc tải, mọi thiết bị đều sinh nhiệt thải chỉ do vận hành liên tục. Khi kết hợp lại, những yếu tố này đẩy nhiệt độ chất làm mát vượt quá mức nguy hiểm. Điều gì xảy ra tiếp theo? Chất làm mát sôi lên, hiện tượng khóa hơi xuất hiện, và cuối cùng hệ thống tản nhiệt mất khả năng truyền tải nhiệt một cách hiệu quả. Nếu không có đủ công suất làm mát, các vật liệu bắt đầu bị suy giảm nhanh hơn bình thường và hiệu suất giảm dần. Kết quả là một vòng xoáy suy thoái, khi quá nhiệt khiến thiết bị chậm lại, điều này làm cho làm mát càng thêm tồi tệ, cho đến khi một bộ phận nào đó hỏng hoàn toàn và cần được thay thế.

Ứng Suất Cơ Học: Chấn Động, Bụi Xâm Nhập, và Môi Trường Mỏ Ăn Mòn

Các bộ tản nhiệt trong môi trường hầm lò phải chịu sự mài mòn và hư hỏng nghiêm trọng do điều kiện xung quanh. Những rung động liên tục từ các hoạt động nổ mìn và di chuyển máy móc nặng tạo ra những vết nứt nhỏ trong vật liệu lõi và tại các điểm hàn theo thời gian. Các hạt bụi lơ lửng trong không khí thường đạt mức trên 1.200 phần triệu TDS, bám vào các cánh tản nhiệt và làm giảm hiệu suất truyền nhiệt khoảng 40 phần trăm. Đồng thời, các khoáng chất lơ lửng trong nước làm mát tích tụ thành lớp cặn đóng vai trò như một lớp cách nhiệt. Các khu vực dưới lòng đất thường có điều kiện ăn mòn mạnh với lượng lớn hợp chất lưu huỳnh cùng nước ngầm axit, khiến quá trình ăn mòn xảy ra nhanh hơn khoảng năm lần so với mặt đất. Tất cả những vấn đề này kết hợp với nhau theo hướng tiêu cực: những vết nứt nhỏ do rung động cho phép các hạt bụi mài mòn lọt vào, trong khi sự ăn mòn làm kim loại yếu đi trước những tổn thương do rung động tiếp theo. Kết quả cuối cùng là gì? Rò rỉ xuất hiện sớm, sau đó là sự cố hoàn toàn của hệ thống làm mát. Điều này không chỉ làm hỏng thiết bị đắt tiền mà còn đặt người lao động vào tình trạng nguy hiểm trong quá trình vận hành sâu dưới lòng đất.

Hạn Chế Hiệu Suất Chính Của Bộ Tản Nhiệt Trong Hệ Thống Thông Gió Thực Tế Trong Mỏ

Hạn Chế Dòng Khí: Tổn Thất Ma Sát, Rò Rỉ Ống Dẫn Và Khoảng Trống So Với Tiêu Chuẩn ASHRAE

Các hệ thống thông gió ngầm thường gặp khó khăn trong việc cung cấp đủ lượng không khí đến các bộ tản nhiệt do sự tích tụ áp suất tổn thất theo thời gian. Sự ăn mòn bên trong các ống dẫn tạo ra ma sát, làm giảm lưu lượng không khí khoảng từ 15 đến thậm chí 30 phần trăm. Và đừng quên các điểm rò rỉ tại các khớp nối ống cũ, điều này chỉ làm tình hình trở nên tồi tệ hơn. Nhiều mỏ hiện tại không đạt được các tiêu chuẩn thoải mái của ASHRAE năm 2020, dẫn đến việc công nhân phải chịu các điểm nóng nơi không khí đầu vào trở nên ấm hơn nhiều so với mức dự định, đôi khi vượt quá 8 độ C so với kế hoạch. Khi điều này xảy ra, các bộ tản nhiệt phải hoạt động với công suất cao hơn mức thiết kế, ở mức khoảng 120 đến 135 phần trăm, làm chúng bị mài mòn nhanh hơn. Nếu không có mô hình hóa máy tính phù hợp để kiểm tra cách không khí thực tế lưu động trong hệ thống, thì ở những khu vực dày đặc thiết bị, khả năng thải nhiệt sẽ giảm mạnh xuống dưới 60 phần trăm hiệu suất.

Ảnh hưởng đến chất lượng nước: TDS > 1.200 ppm và hiện tượng bám cặn khoáng làm giảm hiệu suất truyền nhiệt

Nước từ các mỏ khai thác chứa tổng lượng chất rắn hòa tan vượt quá 1.200 ppm bắt đầu tạo thành lớp cặn cách nhiệt trên các ống tản nhiệt chỉ sau khoảng 400 giờ vận hành. Chỉ một lớp canxi cacbonat dày 1,5 mm có thể làm giảm khả năng dẫn nhiệt gần một phần tư, theo nghiên cứu công bố trên Tạp chí Chuyển nhiệt ASME vào năm 2022. Điều này khiến nhiệt độ lõi tăng vọt từ 30 đến 40 độ Celsius so với mức an toàn. Khi xử lý các hệ thống vòng kín, nồng độ silicat tăng lên trên 150 ppm sẽ tạo thành các lớp cặn cứng, dạng thủy tinh bám chặt vào bề mặt như keo dán. Các đội bảo trì không còn lựa chọn nào khác ngoài việc giảm tốc độ dòng chất làm mát xuống khoảng 18 đến 22 phần trăm để duy trì áp suất ổn định, điều này đồng nghĩa với việc một số bộ phận nhất định trong hệ thống không còn được làm mát đầy đủ. Việc vệ sinh bằng hóa chất vẫn là cần thiết tuyệt đối dù chi phí lên tới khoảng 10% ngân sách bảo trì hàng năm và gây gián đoạn thường xuyên trong hoạt động sản xuất tại nhà máy.

Hậu quả vận hành do bộ tản nhiệt khai thác hoạt động kém

Rủi ro an toàn công nhân: WBGT > 30°C, mệt mỏi và tỷ lệ sai sót của con người tăng cao

Các bộ tản nhiệt hoạt động không đúng cách có thể làm nhiệt độ dưới lòng đất tăng lên trên 30 độ Celsius theo thang đo WBGT, điều này vượt xa mức mà OSHA coi là an toàn cho công nhân. Những người tiếp xúc với nhiệt độ này trong thời gian dài sẽ bắt đầu gặp khó khăn trong khả năng tư duy và nhanh bị mệt mỏi hơn nhiều. Các nghiên cứu cho thấy sai sót tăng khoảng 12 phần trăm khi mọi người phải thực hiện các nhiệm vụ quan trọng trong những điều kiện này. Vấn đề trở nên tồi tệ hơn trong các khu vực chật hẹp như hầm hoặc tầng hầm, nơi không có lưu thông không khí tốt để làm mát. Nếu không có thông gió thích đáng bù đắp cho bộ tản nhiệt bị hỏng, tai nạn sẽ có khả năng xảy ra cao hơn nhiều, và điều này làm rủi ro toàn bộ chương trình an toàn tại nơi làm việc.

Suy giảm thiết bị: Throttling nhiệt trong PLC và phần cứng điều khiển

Khi làm mát không đầy đủ, hệ thống điều khiển điện tử sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, buộc các bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và phần cứng hỗ trợ phải chuyển sang chế độ giảm nhiệt bảo vệ. Hậu quả là? Tốc độ xử lý có thể giảm khoảng 35-40%, trong khi các linh kiện bắt đầu mài mòn nhanh hơn bình thường. Nếu các hệ thống này vận hành liên tục trên mức nhiệt độ tới hạn 85 độ C, tuổi thọ của chúng sẽ giảm khoảng 15%. Các hoạt động khai thác hầm lò gặp thách thức đặc biệt ở điểm này, vì việc làm mát đáng tin cậy về cơ bản chính là yếu tố duy trì sản xuất ổn định. Khi hệ thống làm mát thất bại trong những môi trường này, nó không chỉ dừng một phần quy trình mà còn khiến toàn bộ khu vực hoạt động phải ngừng trệ bất ngờ.

Các Chiến Lược Giảm Thiểu Đã Được Chứng Minh Nhằm Đảm Bảo Hoạt Động Bộ Tản Nhiệt Khai Thác Tin Cậy

Để duy trì hiệu suất hoạt động tốt của các bộ tản nhiệt trong những môi trường ngầm khắc nghiệt, chúng ta thực sự cần suy nghĩ trước và kết hợp nhiều giải pháp khác nhau. Việc thực hiện làm sạch cặn bằng sóng siêu âm mỗi ba tháng một lần sẽ giúp loại bỏ các chất khoáng tích tụ trước khi chúng bắt đầu ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt trong hệ thống, điều này trở nên đặc biệt quan trọng khi tổng lượng chất rắn hòa tan đạt khoảng 1.200 phần triệu. Bên cạnh chế độ bảo trì này, việc lắp đặt các giá đỡ giảm chấn rung và lựa chọn những vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ duplex hay các lõi hàn bạc nhôm-silicon – loại mà nhiều kỹ sư tin dùng – là rất hợp lý. Khi nói đến việc kiểm soát nhiệt độ, không gì vượt trội hơn việc sử dụng các cảm biến nhiệt độ thông minh được kết nối internet. Những thiết bị nhỏ này có thể tự động điều chỉnh tốc độ quạt mỗi khi nhiệt độ bên ngoài tăng cao hơn 40 độ Celsius. Việc kết hợp tất cả các phương pháp này sẽ ngăn chặn tình trạng chậm trễ trong hệ thống điều khiển do vấn đề nhiệt độ và giữ nhiệt độ bóng ướt (wet bulb globe temperature) dưới mức giới hạn an toàn 30 độ, từ đó kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo điều kiện làm việc an toàn hơn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao các bộ tản nhiệt trong khai thác mỏ lại thất bại trong điều kiện khắc nghiệt?

Các bộ tản nhiệt trong khai thác mỏ thất bại trong điều kiện khắc nghiệt do quá tải nhiệt từ cả gradient địa nhiệt và tải nhiệt của máy móc, cũng như ứng suất cơ học từ rung động, bụi xâm nhập và môi trường mỏ ăn mòn.

Dấu hiệu phổ biến nào cho thấy bộ tản nhiệt hoạt động kém trong các hoạt động khai thác mỏ?

Các dấu hiệu phổ biến bao gồm thiết bị quá nhiệt, nhiệt độ chất làm mát tăng cao, hiệu suất hệ thống giảm và nguy cơ rò rỉ hoặc hỏng hoàn toàn hệ thống làm mát.

Chất lượng nước kém ảnh hưởng như thế nào đối với bộ tản nhiệt trong khai thác mỏ?

Nước có hàm lượng Tổng chất hòa tan (TDS) cao và cặn khoáng làm giảm hiệu suất truyền nhiệt, dẫn đến nhiệt độ lõi tăng và nguy cơ hỏng hệ thống.

Các chiến lược giảm thiểu nào có thể được sử dụng để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của bộ tản nhiệt trong mỏ?

Chiến lược bao gồm loại bỏ cặn bằng sóng siêu âm, sử dụng vật liệu chống ăn mòn, lắp đặt các giá đỡ giảm chấn động, và triển khai cảm biến nhiệt thông minh để quản lý làm mát một cách hiệu quả hơn.