Bài giảng Cơ giới hóa công tác chuẩn bị đất đá trong khai thác mỏ lộ thiên (Dùng cho trình độ Thạc sĩ)

Bài giảng Cơ giới hóa công tác chuẩn bị đất đá trong khai thác mỏ lộ thiên (Dùng cho trình độ Thạc sĩ) cung cấp cho học viên những nội dung về: khái quát chung phương pháp chuẩn bị đất đá bằng cơ giới; những đặc điểm kỹ thuật và các sơ đồ công nghệ của máy xới; những đặc điểm kỹ thuật và các sơ đồ công nghệ của đầu đập thủy lực;... Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

BÀI GIẢNG

CƠ GIỚI HÓA CÔNG TÁC CHUẨN BỊ ĐẤT

ĐÁ TRONG KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN

(DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

BÀI GIẢNG

CƠ GIỚI HÓA CÔNG TÁC CHUẨN BỊ ĐẤT

ĐÁ TRONG KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN

(DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ)

Quảng Ninh, năm 2018

Chương 1

Khái quát chung về phương pháp chuẩn bị đất đá bằng cơ giới

1.1 Khái quát chung về các phương pháp chuẩn bị đất đá không nổ mìn

1.1.1 Các phương pháp phá vỡ đất đá không nổ mìn

1 Khái niệm chung

Phần lớn đất đá mỏ có độ cứng lớn, không thể trực tiếp xúc chúng mà phải tiến hành làm tơi sơ bộ, tức là tiến hành tách chúng ra khỏi nguyên khối và đập vỡ chúng

Đó là khâu công nghệ đầu tiên trong dây chuyền sản xuất trên mỏ lộ thiên

Việc chuẩn bị đất đá để xúc bốc có thể tiến hành theo phương pháp sau:

- Phương pháp cơ giới hoá (máy xới, búa thuỷ lực, máy phay cắt,…);

- Phương pháp khoan - nổ mìn;

- Phương pháp dùng sức nước (súng bắn nước, ống thấm rã…);

- Phương pháp vật lý (dòng điện cao tần, dòng thấp tần, nhiệt, hạt nhân…);

- Phương pháp hoá học

Việc lựa chọn phương pháp chuẩn bị đất đá để xúc bốc trước hết phụ thuộc vào những tính chất và cấu tạo của đất đá mỏ (tính chất cơ lý, tính chất hoá, thế nằm, cấu trúc vỉa, kiến tạo…), công suất của mỏ lộ thiên, thiết bị sử dụng và các yêu cầu về chất luợng sản phẩm mỏ (thành phần, cỡ hạt, hàm lượng thành phần có ích…) Ngoài ra còn phải quan tâm tới những yêu cầu về ổn định bờ mỏ, ổn định định sườn tầng trong quá trình là việc của mỏ Thông thường, phương pháp chuẩn bị đất đá để xúc bốc bằng khoan - nổ mìn được sử dụng phổ biến nhất, sau đó là phương pháp cơ giới Phương pháp sức nước cũng được dùng trong một số trường hợp Các phương pháp còn lại ít được sử dụng do giá thành cao, công suất nhỏ hoặc nguy hiểm như sử dụng năng lượng hạt nhân

2 Các phương pháp phá vỡ đất đá không nổ mìn

a Làm mềm đất đá bằng phương pháp hóa lý

Trong cơ chế thị trường với những cuộc đấu tranh nghiệt ngã về giá cả, buộc các

mỏ lộ thiên phải thực hiện các biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm mỏ và giảm chi phí sản xuất, cũng như giảm vốn đầu tư cơ bản bằng cách áp dụng các giải pháp mới trong kỹ thuật và công nghệ khai thác mà phương pháp điều khiển thuộc tính cấu trúc độ bền của đất đá bóc là một trong những giải pháp đó Trong điều kiện mỏ có đất

đá cứng vừa thì có thể tiến hành xúc bóc trực tiếp mà không cần nổ mìn nhờ xử lý khối

đá bằng dung dịch làm mềm trên cơ sở các hoạt chất bề mặt, còn đối với mỏ có đất đá cứng thì tiến hành chuẩn bị bằng cách phối hợp khoan nổ với dung dịch làm mềm Bằng cách đó cho phép giảm đáng kể chi phí khoan nổ, cải thiện chất lượng đá cho khâu xúc bốc, nâng cao năng suất máy xúc, giảm chi phí năng lượng, cải thiện các chỉ tiêu môi sinh và dẫn đến giảm chi phí sản xuất

Hiện nay, trên các mỏ khai thác lộ thiên, hơn 80 % khối lương đất đá mỏ cần phải làm tơi sơ bộ để có thể xúc bốc bằng các máy xúc hiện có Việc làm tơi đất đá

bằng khoan - nổ mìn phải sử dụng một chỉ tiêu thuốc nổ tới 0,40,5 kg/m3, đồng thời phải cần tới một số lượng lớn thiết bị khoan, phương tiện vận tải và công nhân phục

vụ làm cho chi phí khoan - nổ chiếm từ 2530 % giá thành chung Hơn nữa khi tiến hành nổ mìn sẽ làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng khoáng sản khai thác do sự trộn lẫn đất đá và KSCI ở lớp tiếp xúc giữa chúng

Công tác khoan, đặc biệt là nổ mìn có ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh Kết quả thực nghiệm trên các mỏ lộ thiên nước ngoài cho thấy cứ 1m3 đất đá

nổ mìn tung vào khí quyển trung bình 20 g bụi, 1 kg thuốc nổ phát tán vào khí quyển

100 lít khí độc hại Các chất độc hại từ bãi mìn có thể lan xa với khoảng cách trên 20

km Khối lượng của đám mây bụi khí khi nổ mìn chứa với lượng thuốc nổ trên 30 tấn đạt trên 19 triệu m3 Chiều dài phân bố của đám mây đạt từ 715 km và lớn hơn trong đám mây có chứa khí độc lớn nhất là ôxit nitơ, khí độc này tồn tại trong khí quyển tới 15 ngày Mặt khác, để đảm bảo an toàn khi tiến hành nổ mìn yêu cầu phải ngừng sản xuất mỏ theo chu kỳ và chuuyển thiết bị ra khỏi vùng ảnh hưởng của công tác nổ mìn, dẫn đến giảm năng suất thiết bị Rõ ràng là bằng phương pháp giảm độ bền của đất đá để có thể xúc bốc trực tiếp mà không cần làm tơi sơ bộ bằng nổ mìn, dẫn đến giảm chi phí nguyên vật liệu và cải thiện đáng kể điều kiện sinh thái của khu vực

Đất đá mỏ là các vật thể xốp có nguồn gốc tự nhiên với cấu trúc và thành phần hoá học rất đa dạng Sự tác động tương hỗ của các vật thể xốp này xảy ra trong môi trường biến tính nhờ thuộc tính đặc biệt của bề mặt Trong các khoảng trống của đất

đá xuất hiện các quá trình thấm, tẩm ướt, sự hấp phụ, sự ngưng kết mao dẫn, các hiện tương điện động học v.v… Các quá trình trao đổi đó phụ thuộc vào tính chất cơ lý đất

đá mỏ, cũng như tính quy luật và cơ chế hấp phụ của các quá trình phá huỷ, biến dạng đất đá mỏ

Sự tác động tương hỗ của các phần tử chất lỏng trên bề mặt đất đá dẫn đến sự thay đổi lực tương tác giữa các phần tử, cấu trúc và độ bền của hệ thống xốp Do vậy, khi bổ sung chất phụ gia vào môi trường phân tán này sẽ làm thay đổi điện tích hay tính háo nước bề mặt của các phân tử Các chất phụ gia này có thể là muối, ôxit, chất kiềm hoặc chất hoạt tính bề mặt hữu cơ

Vai trò của chất hoạt tính bề mặt trong quá trình tác động qua lại hoá - lý của các dung dịch nước với bề mặt đất đá rất đa dạng Trước hết, chất hoạt tính bề mặt làm tăng tính háo nước của bề mặt đất đá, tạo khả năng thấm ướt bề mặt vật liệu, đặc biệt

là các lỗ nhỏ, đảm bảo sự hình thành các màng mỏng thấm ướt và hấp thụ nước trong đất đá Bằng cách như vậy, chúng tạo ra khả năng vận chuyển nước và nhờ các cation hyđrát hoá chưa trong đó mà dãn tới sự hình thành màng dung dịch thấm ướt, điều này làm xuất hiện các lực bề mặt Sự hấp thụ phân tử hay ion chất hoạt tính bề mặt trên bề mặt đất đá có thể tạo khả năng dẻo hoá vật liệu

Sự tác động qua lại của đất đá mỏ với môi trường nước xảy ra nhờ quá trình thấm

và hút Dung dịch nước khi thấm theo các kẽ nứt, do sự mao dẫn làm lấp đầy không gian lỗ hổng của đất đá Trong quá trình thấm và hút của dung dịch trên bề mặt vật liệu đất đá hình thành một màng thấm ướt làm thay đổi mật độ dung dịch và có thể dẫn đến

Thực nghiệm chỉ ra rằng để xử lý các bề mặt phía trong và phía ngoài nhằm lấp đầy khoảng trống trong đất đá mỏ, đồng thời làm mềm có hiệu quả chúng cần sử dụng dung dịch nước có ứng suất thấm ướt cao tuỳ theo từng loại đất đá cụ thể Các dung dịch đó có thể là dung dịch chứa chất hoạt tính bề mặt và các chất phụ gia khác có chứa các cation và nồng độ pH cao

Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy việc làm mềm alêvrôlit có thể đạt 50 %, còn đất đá cứng không lớn hơn 35 % Khi đó hệ số dòn của đất đá (tỷ số giữa độ bền nén

và độ bền kéo) sau quá trình tác động làm mềm của dung dịch được tăng lên

Ngoài ra, sự bão hoà các lỗ rỗng của đất đá làm giảm tương đối mức độ tạo thành bụi khi phá huỷ Sự giảm độ bền của đất đá bằng dung dịch làm mềm cũng dẫn đến làm giảm đáng kể sự mài mòn các dụng cụ phá huỷ đất đá Ở áp suất nhất định có thể làm giảm sự mài mòn kim loại khoảng 2 lần, còn hợp kim cứng 5 lần

Các thực nghiệm công nghiệp trên các mỏ lộ thiên của Nga cho thấy, mặc dù không dùng khoan nổ mìn, nhưng chi phí năng lượng cho khâu xúc bốc giảm xuống nhiều Năng lượng trung bình phá huỷ khối đá khí làm mềm bằng phương pháp hoá -

lý không vượt quá 65 kWh/t, trong khi làm tơi bằng phương pháp khoan nổ mìn là 90 kWh/t, còn đối với đá nguyên khối là lớn hơn 180 kWh/t Năng suất máy xúc rôto tăng

từ 3200 lên 4300 t/h khi khai thác khối đá được làm mềm bằng phương pháp hoá - lý

Sự tạo thành bụi khi phá huỷ và xúc bốc cũng giảm tới 3035 %

Để chuẩn bị cho xúc bốc đất đá cứng trong trường hợp làm mềm bằng phương pháp hoá - lý không đạt được mức độ cần thiết cho máy xúc làm việc cần sử dụng phương pháp phối hợp - đó là làm mềm bằng phương pháp hoá lý kết hợp khoan nổ mìn Trong trường hợp này mức tiết kiệm thuốc nổ có thể đạt tới 3035 %, cải thiện được điều kiện sinh thái, giảm khối lượng khoan, cải thiện được chất lượng chuẩn bị đống đá cho để xúc bốc (giảm cỡ hạt đất đá tới 30 % so với khoan nổ mìn thông thường), giảm chi phí năng lượng, cải thiện các chỉ tiêu sinh thái và dẫn đến giảm chi phí sản xuất Khi đó sự làm mềm hoá - lý được xem như là một trong những yếu tố điều khiển các thông số khoan nổ mìn nhằm mục đích nâng cao hiệu quả khoan - nổ, giảm ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái

Thực tế cũng cho thấy phương pháp làm mềm đất đá bằng hoạt tính bề mặt sẽ giữ cấu trúc vĩ mô, nên đảm bảo giảm tổn thất và làm bẩn khoáng sản có ích trong quá trình khai thác.Với mục đích để xác định mức độ làm mềm và các thông số công nghệ mẫu, trên một số mỏ khai thác lộ thiên của LB Nga đã tiến hành thử nghiệm chuẩn bị đất đá cứng để xúc bốc bằng phương pháp kết hợp và đưa ra trật tự tiến hành cùng các thông số cơ bản sau:

1 - Khu vực xúc được khoan thành các lỗ khoan theo mạng 8x8 m (thay cho mạng 6.5x6,5 m) Giữa các mạng lỗ khoan nổ mìn tiến hành khoan các lỗ khoan phụ với độ sâu bằng 1/3 chiều cao tầng

2 - Dung dịch làm mềm bao gồm khối lượng chất hoạt tính bề mặt là 0,1 % NaCl hay Na2CO3 là 0,5 % (phụ thuộc vào hàm lượng cacbonat có trong đất đá) Chỉ tiêu của dung dịch đối với công nghệ đã nêu không vượt quá 12 l/m3 đất đá Dung dịch được chia theo lỗ khoan phụ

3 - Giữ nguyên khu vực trong ngày sau khi nạp dung dịch

4 - Nạp thuốc nổ vào trong các lỗ khoan Chỉ tiêu thuốc nổ giảm từ 0,41 kg/m3

xuống còn 0,28 kg/m3 nhờ mở rộng mạng lỗ khoan

5 - Tiến hành nổ mìn

6 - Có thể tiến hành xúc bóc bằng MTTG Bằng phương pháp này có thể tiết kiệm cho công tác khoan là 10 % và thuốc nổ là 3040 % so với phương pháp thông thường Đây là một trong những giải pháp công nghệ mới làm tơi đất đá không chỉ giảm chi phí cho việc bóc 1m3 đất đá, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác mà còn là một trong những giải pháp tích cực nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường khai thác mỏ lộ thiên Sự ra đời của giải pháp công nghệ này được coi như là một đột biến lớn làm thay đổi về chất đầu tiên của dây truyền sản xuất trên mỏ lộ thiên

b Chuẩn bị đất đá bằng công nghệ đặc biệt

Tờ Ugol số 10 xuất bản năm 1995 (LB Nga) thông báo rằng người ta đã nghiên cứu thành công chất phá đá NPV-7B bao gồm vôi sống và 2/3 chất phụ gia trộn với tỷ

lệ 36 % để phá vỡ đất đá mà không cần nổ mìn Các lỗ khoan được bố trí trong mạng theo các thông số xác định, sau đó bơm đầy bơm đầy dung dịch NPV-7B với nước Do phản ứng hoá học chất này đông kết và trương nở tạo áp lực lớn lên thành lỗ khoan Khi áp lực này vượt giới hạn bền của đất đá vây quanh thì bắt đầu xuất hiện các nứt nẻ trong khối đá Quá trình hyđrat hoá làm áp suất tiếp tục tăng dẫn đến sự mở rộng dần khe nứt cho đến khi khối đá bị phá vỡ hoàn toàn Quá trình hoạt động của NPV-7B không gây chấn động, không bụi, không xả khí độc vào môi trường Phương pháp này gọi là công nghệ phá đá sạch ở nhiệt độ thấp

Gần đây, công ty Cardox International đã chế tạo thành công thiết bị phá đá Cardox Tube Thiết bị này sử dụng khí đioxit cacbon để tạo ra một lực nén cực mạnh làm rạn nứt và phá vỡ bề mặt khối đá đồng thời nâng các tảng đá bị phá vỡ lên trên bề mặt Cardox Tube làm việc hiệu quả không thua kém gì so với việc dùng thuốc nổ, không bụi rất an toàn người vận hành không cần tránh xa như nổ mìn Lần đầu thiết bị này được sử dụng để phá vỡ các mỏ than có nguy cơ về cháy nổ, nhưng hiện nay nó được dùng trong các mỏ khai thác quặng, vật liệu xây dựng,… ở Anh và nhiều nước khác

1.1.2 Các thiết bị cơ giới có khả năng phá vỡ trực tiếp đất đá

1 Làm tơi đất đá bằng máy xới

a Khả năng công nghệ của máy xới trong khai thác mỏ

Máy xới thực chất là máy kéo bánh xích, phía sau máy được lắp một bàn xới có

15 răng, phía trước là lưỡi gạt (Hình 1.1) Để xới đất đá cứng thường dùng một răng,

để xới đất đá đặc xít thường dùng bàn xới có lắp nhiều răng nhằm tăng năng suất của máy xới Những hãng thiết bị hàng đầu chế tạo thiết bị này là Caterpillar (Mỹ) và Komatsu (Nhật Bản),…

Hình 1.1 Máy xới D-11N của hãng Caterpillar

Việc sử dụng phương pháp gắn treo lưỡi xới phía sau đầu kéo là một biện pháp mới, đồng thời với việc sử dụng các hệ thống thuỷ lực và các loại đầu kéo có công suất lớn đã làm tăng năng suất và hiệu quả thiết bị này Theo công suất động cơ có thể chia

Trong những năm gần đây, từ kết quả đạt được với những lợi ích to lớn của nó, việc làm tơi đất đá bằng máy xới thay cho công tác khoan - nổ mìn truyền thống đã trở nên phổ biến Việc sử dụng máy xới để chuẩn bị đất đá cho xúc bốc cho phép bóc chọn lọc tốt các thân khoáng và lớp đất đá mỏng, giảm tổn thất và làm bẩn KSCI trong quá trình khai thác, điều chỉnh tốt cỡ đá, loại trừ sóng chấn động tới bờ mỏ, nâng cao

ổn định bờ mỏ, nâng cao góc bờ kết thúc, giảm khối lượng đất đá bóc, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả khai thác, công tác mỏ được tiến hành an toàn Ngoài ra, còn làm tăng hiệu quả sử dụng của máy ủi, máy bốc, máy xúc Đồng thời cũng giảm chi phí làm tơi, góp phần tăng hiệu quả khai thác khoáng sản Máy xới làm việc hiệu quả khi khai thác than, quặng phôtphorit, aptit, diệp thạch, cát kết, bột kết, đá vôi cứng vừa, cũng như khoáng sàng, đất đá nứt nẻ nhiều và có cấu tạo phân lớp

Kinh nghiệm sử dụng cho thấy, hiệu quả làm tơi của máy xới phụ thuộc vào công suất máy, áp lực lên bánh xích, góc cắm răng vào đá, độ bền và mức độ nứt nẻ của đất

đá, thế nằm của lớp đá và hướng mặt lớp Đối với đất đá có độ kiên cố nhỏ hoặc trung

loại có độ cứng âm học dưới 1500 m/s) có thể sử dụng máy xới để làm tơi thay thế

hoàn toàn công tác khoan - nổ mìn với giá thành rẻ hơn 5060 % Để xới loại đá

cứng vừa, cần dùng máy xới có công suất lớn trên 200 kW, tới 500 kW Lưỡi xới và

bàn gạt được điều khiển bằng thuỷ lực Việc sử dụng máy xới phổ biến ở LB Nga,

CHLB Đức, Mỹ, Nhật Bản,… Máy xới lớn nhất hiện nay là D575A-3 của hãng

Komatsu (Nhật Bản) có công suất 828 kW

Máy xới làm tơi và vụn đống đất đá để cho máy bốc, máy xúc hoặc máy cạp xúc

và chuyển tải ra bãi thải Các yếu tố tự nhiên có ảnh hưởng tới khả năng xới của máy

là độ cứng và sự nứt nẻ của đá Đá càng bền vững và càng ít nứt nẻ, càng đòi hỏi máy

có công suất lớn Trước đây khoảng 30 năm, chỉ có thể xới được những loại nham

thạch có tốc độ truyền âm trong khối dưới 2300 m/s Những thập niên qua, máy xới

càng hoàn thiện, công suất động cơ của máy ngày càng lớn, cho đến nay đã xới được

những nham thạch có tốc độ truyền âm tới 3800 m/s (tốc độ truyền âm là một thông số

vật lý tổng hợp của nham thạch: đá càng bền vững, càng ít nứt nẻ, tốc độ truyền âm

càng lớn)

Giữa tốc độ truyền âm của nham thạch và công suất động cơ của máy xới có mối

quan hệ tương đối chặt chẽ (với hệ số tương quan r = 0,93 ) như sau:

N = 0,19 Ve - 60 , kW (1-1) Trong đó: Ve - tốc độ truyền âm dọc của đất đá, m/s Công thức thực nghiệm

đúng trong giới hạn 800 m/s Ve 3500 m/s Tương ứng với công suất động cơ trên

máy xới có trọng lượng G (gồm cả bộ phận xới):

G = 0,172N – 0,46 , tấn (với r = 0,98) (1-2)

Công thức này nghiệm đúng trong giới hạn 223 kWN745 kW

Như vậy, khi sử dụng phương pháp làm tơi bằng máy xới cần nắm được 2 thông

số cơ bản của thiết bị (công suất động cơ N và trọng lượng máy G) và tốc độ truyền

âm của nham thạch (Ve)

Hình 1.2 Sản lượng của máy xới phụ thuộc vào công suất máy N và

tốc độ truyền âm V

Nếu đất đá có tốc độ truyền âm trên 2000 m/s thì các loại máy xới D9R, D10R, D11R của hãng Caterppilar (Mỹ) hoặc D275A, D375A, D475A, D575A của Komatsu (Nhật Bản) và các máy xới T-500, T-75-01 của LB Nga mới có thể xới được

Các loại đá thuộc trầm tích chứa than như: ácgilit, bột kết, cát kết, cuội kết nếu tốc độ truyền âm không quá 25003000 m/s đều có thể làm tơi bằng máy xới D11R thay thế cho công tác khoan - nổ mìn

b Công nghệ xới đá cứng

Các thông số của bộ phận công tác của máy xới gồm góc cắt , góc nhọn đầu răng cắt , góc sau , chiều dày và chiều dài của răng, khoảng cách giữa các răng (Hình 1.3)

Góc nhọn đầu răng xới  thường bằng 2030o Góc  phải chọn sao cho để ngập răng với góc sau = 57o khi xới đá cứng và cứng vừa Việc giảm góc  sẽ dẫn đến hiện tượng vò nát ở mặt sau của đầu răng xới, làm tăng độ mài mòn cũng như làm tăng sức cản của đất đá khi xới Chỉ tiêu xới phụ thuộc vào góc cắt  Máy đạt hiệu quả cao nhất với góc cắt 4552,5o

Hình 1.3 Sơ đồ bộ phận làm việc của răng xới

Khi máy xới làm việc thì đất đá bị phá vỡ trong giới hạn rãnh đào hình thang (Hình 9.4) Trong đống đất đá đồng nhất ở phần dưới của rãnh đào được tạo nên một rãnh con chiều rộng đáy là b’ gần bằng chiều rộng của đầu răng xới b, còn chiều cao hr

=(0,150,2)hn , trong đó hn là chiều cao ngập răng Góc nghiêng của thành rãnh đào thay đổi từ 4060o tuỳ thuộc vào mức độ khó xới của đất đá Việc xới đất đá nứt nẻ chủ yếu do sự khắc phục liên kết theo bề mặt tiếp xúc giữa các khối đất đá Đất đá bị phá vỡ mạnh trong giới hạn chiều sâu ngập răng (Hình 1.4)

Mức độ khó xới của đất đá được xác định bằng khả năng ngập sâu của răng xới

hn và độ cứng cũng như độ nứt nẻ của đất đá trong khối Quá trình phá vỡ trong đất đá đồng nhất chủ yếu xẩy ra do khắc phục sức cản kéo của nó, với trong đất đá nứt nẻ do khắc phục lực liên kết

Quá trình xới đất đá của máy xới được tiến hành chủ yếu theo 3 sơ đồ cơ bản sau đây:

- Xới đất đá theo lớp ngang, sau đó xúc chuyển bằng máy cạp hoặc dùng máy xúc, máy bốc chất lên ô tô

- Xới đất đá theo lớp ngang, sau đó dùng máy ủi gạt đất đá xuống mặt tầng dưới, sau đó dùng máy bốc hoặc máy xúc chất lên ô tô

- Xới đất đá theo lớp nghiêng (< 20o), theo hướng từ trên xuống dưới Chiều dài luồng xới hợp lý trong khoảng 7090 m

Hình 1.4 Sơ đồ xới đá bằng máy xới

Việc xới đất đá có thể bằng các luồng song song kề nhau trên mặt phẳng ngang hay trên mặt xiên Các sơ đồ làm tơi đất đá của máy xới thể hiện trong hình 5.5 Khi xới theo lớp xiên (đến 20o) thì lực kéo của máy xới được sử dụng nhiều nhất khi hành trình làm việc xuống dốc và chạy không tải lên dốc Sơ đồ công nghệ bóc đất đá theo lớp nghiêng trong hình 9.6 Để xới đất đá cứng, với hn  2 m, đá nhóm I, II, xới các rạch song song ở hai hướng; đá nhóm III, sử dụng rạch dọc - ngang với bước xới 0,70,9 m

Hình 1.5 Các sơ đồ công nghệ làm tơi đất đá bằng máy xới

a, b, c - Rạch kề nhau: dọc - tròn; xoáy trôn ốc; chuyển; d, e, h - Rạch xen nhau: dọc

tròn; xoáy trôn ốc; zíczắc; k - kề nhau: dọc ngang

a

)

b )

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ bóc đá bằng máy cày theo lớp nghiêng

H = 5m; b) H = 10m; 1- máy xới; 2 - máy xúc tải

Khoảng cách giữa hai rãnh xới kề nhau C được quy định xuất phát từ điều kiện đảm bảo cỡ đá yêu cầu và chiều sâu cần xới Giữa hai rãnh xới kề nhau sẽ để lại ở phần dưới các “doi” đất (vùng đất đá không phá hết) gây khó khăn cho công tác xúc bốc Chiều sâu xới có hiệu quả hq nhỏ hơn chiều sâu ngập răng hn Do đó, phải tiến hành xới bằng các luồng phụ vuông góc hoặc chéo góc với các luồng xúc đầu nhằm phá các “doi” đá còn lại, đảm bảo cỡ hạt tốt Khoảng cách giữa các luồng xới phụ C’ = (1,21,5)C

Mức độ khó xới phụ thuộc vào hướng xới và hệ thống khe nứt của đất đá Việc xới đất đá có hiệu quả nhất là xới theo hướng vuông góc với hệ thống khe nứt chính Đối với đất đá cứng và cứng vừa, việc khó khăn nhất là làm ngập răng lúc ban đầu

Để làm dễ dàng việc trên cần xới lặp nhiều lần tại một chỗ hay nổ mìn sơ bộ nhằm tạo nên một hố chuẩn bị đầu tiên với chiều sâu cần thiết

Các thông số làm tơi bằng máy xới được xác định theo trị số chiều sâu ngập răng

n 1 2

, m (1-4)

Trong đó: K2 - hệ số để chú ý đến sự ảnh hưởng của tình trạng khối đá tới kích thước của trụ đá không bị phá huỷ (Bảng 9.1)

Trường hợp có xới các luồng phụ C’ = (1,21,5)C thì h’q hn

Khi sử dụng toàn bộ chiều sâu xới có thể thì khoảng cách giữa các luồng xới kề nhau Co được tính theo điều kiện đạt được khối lượng đất đá chuẩn bị lớn nhất trong một luồng xới:

Năng suất máy xới được xác định bởi độ bền vững của đất đá và công suất động

cơ máy xới Với một loại máy xới nhất định, năng suất giờ kỹ thuật của nó phụ thuộc vào tốc độ xới, chiều sâu ngập răng, khoảng cách giữa các luồng xới, hệ số sử dụng chiều sâu rạch, đặc tính âm học của đất đá, thời gian quay, sơ đồ công nghệ xới, thời gian nâng hạ lưỡi xới…

Có hai phương pháp tính năng suất của máy xới :

- Phương pháp 1: là phương pháp tiến hành khảo sát diện tích làm việc, xây dựng các mặt cắt và theo dõi các thời gian tiến hành làm tơi Sau khi bóc hết đất đá, tiếp tục xây dựng mặt cắt để tính toán khối lượng đất đá đã được di chuyển Khối lượng này chia cho thời gian sẽ được năng suất cần biết

- Phương pháp 2: dựa vào các công thức tính toán để đánh giá nhanh các công việc cần thực hiện Khi biết khoảng cách làm tơi, khoảng cách giữa các rãnh, chiều sâu xới có thể tính khối lượng đất đá được làm tơi sau mỗi chu kì và tương ứng là năng suất xới

Thực tế cho thấy tính theo phương pháp 2 có giá trị lớn hơn phương pháp 1 từ

1020% Năng suất của máy xới khi các luồng song song được tính theo công thức sau:

Q =

L

t t 1

K h C

Q =

tCL

1CL

1C

1C

1V1

K.h.3600

' '

Hình 1.7 Năng suất của máy xới phụ thuộc vào chiều dài của luồng xới

1- với rạch dọc kề nhau; 2- với rạch dọc - tròn kề nhau;

3- với rạch dọc - ngang kề nhau

Theo hãng Caterpillar (Mỹ), khi tốc độ truyền âm trong đất đá Ve=2000 m/s, năng suất kỹ thuật trung bình của máy xới D9R là 350 m3/h, của máy D10R là 450

m3/h và của máy D11R là 550 m3/h; khi tốc độ truyền âm trong đất đá Ve = 1800 m/s, năng suất kỹ thuật trung bình của các máy trên tương ứng là 450, 550 và 650 m3/h Nếu mỗi giờ máy làm việc 45 phút (fh =75 %), trong đó 30 phút xới và 15 phút vun đống; mỗi năm làm việc 4500 giờ thì các máy xới có sản lượng làm tơi đất đá hàng năm theo các loại đất đá với tốc độ truyền âm khác nhau có thể tham khảo bảng 1.2

Loại máy

xới

Tốc độ truyền âm của đất đá

1600 1800 2000 2200 D9R 1.600.000 1.000.000 800.000 650.000

D10R 2.200.000 1.400.000 1.100.000 750.000 D11R 2.270.000 1.500.000 1.170.000 850.000

c Phạm vi áp dụng của máy xới

Như ở trên đã trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của máy xới

là tốc độ truyền âm của đất đá, trong đó biểu hiện bao gồm độ kiên cố và độ nứt nẻ của

nó Khi tốc độ truyền âm càng lớn thì mức độ khó khăn cho công tác xới càng cao Theo GS.TSKH O.P.Iacobasvin, đất đá có độ kiên cố f < 4 có thể xới ở các cấp nứt nẻ

từ IIV; khi đất đá f=47 ở cấp nứt nẻ III thì mới có thể làm tơi bằng phương pháp xới được; còn loại đất đá có độ kiên cố f >7 thì có thể xới với nứt nẻ cấp I Với đất đá

có độ kiên cố f >12 hoặc nứt nẻ cấp IV, V thì không thể xới được

2 Sử dụng đầu đập thuỷ lực để phá vỡ đất đá

a Khái niệm về đầu đập thuỷ lực

Đầu đập thuỷ lực là một dạng búa thuỷ lực được lắp vào vị trí gầu xúc của máy xúc thuỷ lực gàu ngược Do đó, thiết bị này vừa có những ưu điểm của máy xúc thuỷ lực gàu ngược như: khả năng di chuyển trong địa hình phức tạp tốt, quỹ đạo làm việc

do tay gàu và cần gàu tạo nên rộng… Vừa có những ưu điểm của đầu đập thuỷ lực như: có khả năng phá vỡ đất đá trực tiếp không cần nổ mìn, độ ồn và độ rung nhỏ, ít bụi, giảm thiểu được ô nhiễm môi trường sinh thái

Hiện nay, đất đá thuỷ lực được sử dụng phổ biến trên nhiều nước như: CHLB Đức, Pháp, Anh, Thụy Điển, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, v.v… trong nhiều lĩnh vực như: phá đá quá cỡ, phá đất đá nguyên khối ở gương khai thác khi khai thác lộ thiên; phá vỡ đất đá ở gương lò đào trong khai thác hầm lò hoặc trong xây dựng ngầm và mỏ; phá dỡ bê tông nhà cũ trong xây dựng; phá nền đường cũ trong giao thông; đào mương rãnh trong thuỷ lợi, v.v…

Hình 5.8 Cấu tạo của đầu

đập thuỷ lực

Có rất nhiều hãng chế tạo đầu đập thuỷ lực trên thế giới như: Krupp Berco Technik (CHLB Đức); Atlas Copco, Stanley (Mỹ); Rammer (Phần Lan); Indeco, Sôcmec (Italia); IR Motabert, Arden Equiment (Pháp); TABE (Tây Ban Nha); Lifton Breakers AS (Đan Mạch); Htachi, FRD Furukawa, NPK (Nhật Bản); Han woo, Soosan (Hàn Quốc)… Trong số đó, hãng chế tạo đầu đập thuỷ lực có từ lâu đời và nổi tiếng nhất phải kể đến là hãng Krupp Berco Technik (Đức) Năm 1963, Krupp đã nghiên cứu búa khoan thuỷ lực, năm 1967 ra đời chiếc đầu đập thuỷ lực đầu tiên HM 400, năm 1985 ra đời chiếc đầu đập thuỷ lực có bộ phận chống ồn và chống rung có tên

“Vibrosilenced Plus”; năm 1998 phát triển đầu đập thuỷ lực “Marathon” có trang bị hệ thống bảo vệ an toàn; năm 200 Krupp giới thiệu 2 loại đầu đập thuỷ lực hiện đại có năng suất cao là “Eco” và “Marathon” Tuy nhiên, trong năm 2002 vừa qua tập đoàn Atlas Copco đã mua lại tập đoàn Krupp Berco Technik của CHLB Đức và thành lập nên Atlas Copco Contruction Tools GmbH

b Các đặc điểm của đầu đập thuỷ lực

Về cơ cấu, đầu đập thuỷ có cấu tạo gần giống với máy khoan đập thuỷ lực, tuy

nhiên tính năng kỹ thuật và mục đích của hai công việc này là khác nhau

Các thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đập thuỷ lực bao gồm: lực đập, tấn; trọng lượng làm việc của đầu đập, kg; tốc độ bơm dầu thuỷ lực cho đầu đập, l/ph; áp lực của choòng khi hoạt động, bar; số lần đập của choòng trong một phút lần/phút; chiều dài làm việc của choòng, mm

Dựa vào giá trị lực đập của đầu đập thuỷ lực, kỷ lục của một số hãng chế tạo đất

đá thuỷ lực nổi tiếng thế giới như sau: hãng IR motaber của Pháp có chiếc V1600 với lực đập là 75 tấn; chiếc G130 của hãng Rammer (Phần Lan) có lực đập 60100 tấn; chiếc HM 4000S của Atlas Copco Contruction Tools GmbH có lực đập 65120 tấn Trong quá trình làm việc, năng suất của đầu đập thuỷ lực không chỉ phụ thuộc vào lực đập của piston, tần số đập của choòng, mà còn phụ thuộc vào hình dáng của mũi choòng Trên thực tế mũi choòng của đầu đập thuỷ lực có nhiều loại khác nhau, tuy nhiên, có thể phân làm ba loại chính như sau: loại đầu tù (blunt); loại đầu dẹt (flat chisel), và loại đầu nhọn (conical poit) Loại đầu tù thường dùng phá đá quá cỡ, loại đầu dẹt có thể sử dụng cho các công việc phá vỡ đất đá nói chung, loại đầu nhọn sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau

Chiều dài, đường kính và kiểu mũi choòng của đầu đập thuỷ lực phụ thuộc vào công suất của đầu đập, đối tượng đất đá cần phá vỡ Để đạt được năng suất cao nhất khi phá vỡ đất đá, các đầu đập thuỷ lực hiện đại ngày nay ngoài việc được trang bị các

bộ phận điều khiển tự động, bộ phận chống bụi, bộ phận tra dầu mỡ tự động, v.v… còn được trang bị hệ thống điều khiển tự động chế độ làm việc của đầu đập thuỷ lực phù hợp với đất đá cụ thể

Cơ cấu điều khiển tự động này là một trong các phát minh của Kupp, có tên gọi

là “hệ thống lựa chọn điều kiện làm việc” Hệ thống này điều khiển 2 trạng thái: tự động làm việc và tự động dừng Ở trạng thái tự động làm việc, đầu đập thuỷ lực vẫn

sẽ làm việc liên tục khi mũi choòng ở trạng thái có tải (đang đập vỡ đất đá) Khi mũi

đầu đập giảm bớt năng lượng, khi có tải trở lại (mũi choòng tác động vào đất đá), hệ thống này sẽ tự động điều khiển cho đầu đập tăng dần năng lượng đập

Đối tượng phá vỡ của đầu đập thuỷ lực khá đa dạng, từ đất đá quá cỡ, đất đá nguyên khối đến bê tông tường xây, mặt đường cũ,… Tuy nhiên trên các mỏ khai thác

đá, đầu đập thuỷ lực có thể phá vỡ những loại đất đá và hiệu quả tương ứng như sau: + hợp lí, ++ tốt, +++ tối ưu, - không hợp lí (GS.TS H Goergen, RWTH Aachen - CHLB Đức) (Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Khả năng làm tơi đất đá của một số phương pháp

Loại đất đá

Các phương pháp làm tơi đất đá Máy xới Đầu đập

thuỷ lực

Khoan

nổ Cát kết nhẹ, cát kết mềm +++ ++ +

Basalt, granite diabase,

gabbrro và các loại đá tương

tự

Vị trí làm việc của đầu đập thuỷ lực trên các mỏ lộ thiên khai thác đá cũng tương

tự như máy xúc thuỷ lực gàu ngược Tuỳ theo yêu cầu của công việc, đầu đập đá thuỷ lực có thể phá vỡ đá quá cỡ cùng mức máy đứng (Hình 5.9-a); phá vỡ đất đá nguyên khối dưới mức máy đứng (Hình 5.9-b) phá vỡ đất đá nguyên khối trên mức máy đứng (Hình 1.9-c)

c Các sơ đồ công nghệ của đầu đập thuỷ lực trên mỏ lộ thiên

Tuỳ theo yêu cầu của công việc, điều kiện tự nhiên của mỏ, sự đồng bộ thiết bị

mà đầu đập thuỷ lực có các sơ đồ công nghệ sau:

c)

Hình 1.9 Phạm vi làm việc của đầu đập thủy lực

d Năng suất của đầu đập thuỷ lực

Năng suất cuả đầu đập thuỷ lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: lực đập của máy, loại đất đá phá vỡ, cấu trúc của đất đá, yêu cầu đập vỡ, v.v… Các loại đầu đập thuỷ lực khác nhau sẽ có giá trị lực đập khác nhau và chính vì vậy năng suất của chúng cũng không giống nhau Bảng 1.5 thể hiện lực đập và năng suất của một số đầu đập thủy lực hãng Krupp (CHLB Đức)

Bảng 1.5 Lực đập và năng suất của một số đầu đập thuỷ lực hãng Krupp

Mã hiệu đầu đập Lực đập của máy Năng suất, tấn/h

HM 720 15  24 50  150

HM 780 15  26 60  190

HM 1000 18  34 80  250 HM1500 26  40 110  330

mỏ đá ở Châu Âu và trên thế giới Đây là một thiết bị khai thác đất đá trực tiếp không cần nổ mìn rất đa năng và tiện lợi trong khai thác mỏ lộ thiên

3 Khấu đất bằng máy phay cắt liên hợp

a Các loại máy phay cắt liên hợp và khả năng công nghệ của chúng

Cuối những năm 70 đã ra đời một loại thiết bị khấu đất đá trên mỏ trên lộ thiên

không cần khoan - nổ mìn có thể gọi là máy phay cắt liên hợp, vì nó thay thế các khâu

công nghệ chính: khoan - nổ - xúc - rót Theo tài liệu kỹ thuật của các hãng sản xuất,

các máy phay cắt liên hợp có thể khấu được đất đá với độ bền nén n=6090 MPa

tương đương 600900 kG/cm2 hay độ kiên cố f=69 theo bảng phân loại

Prôtôdiacônov, trong trường hợp đặc biệt có thể khấu được đất đá với độ kiên cố tới

f=12 mà không cần phải khoan - nổ mìn

Trên thế giới hiện nay có những hãng sản xuất máy phay cắt liên hợp nổi tiếng

như Wirtgen, Krupp, Man Takraf (CHLB Đức), Huron (Mỹ), Voest Alpine (Áo),

Dosco (Anh), v.v Tuy nhiên, nổi tiếng nhất vẫn là các hãng của CHLB Đức, đặc biệt

là các hãng Wirtgen và Krupp

Theo tiến sỹ A.R Machic, phạm vi ứng dụng máy phay cắt liên hợp do hãng

Wirtgen chế tạo hạn chế ở độ bền kháng nén của nham thạch n6090 MPa Còn

theo tác giả C.K.Côbalankô, phạm vi ứng dụng máy phay cắt liên hợp do hãng Krupp

chế tạo ở độ bền kháng nén của nham thạch n80100 MPa thì máy làm việc không

cần khoan - nổ mìn Tuy nhiên, theo một số tác giả nước ngoài khác, thì phạm vi ứng

dụng của máy phay cắt liên hợp phù hợp với loại đất đá có cường độ kháng nén

n50MPa hay f5 theo phân loại của Protođiaconov

Bảng 5.6 Các máy phay cắt liên hợp của hãng Wirtgen và các thông số

m

Công suất động cơ, HP

Trọng lượng máy, tấn

Các bộ phận cơ bản của máy liên hợp bao gồm: động cơ, bộ phận cắt đất đá, bộ

phận điều chỉnh chiều sâu cắt, hệ thống băng tải, xi lanh điều chỉnh chiều cao chất tải

của băng tải, đối trọng, xích di chuyển, điều hoà nhiệt độ cho cabin, hệ thống đèn làm

việc, v.v

Bộ phận cắt đất đá thực chất là một cái tang quay, trên đó có gắn nhiều răng kim loại Khi động cơ làm việc, thông qua hệ thống dây truyền động ở 2 đầu của tang quay, các răng kim loại gắn trên tang sẽ tác động vào đất đá và phá vỡ chúng ra khỏi khối nguyên với chiều dày xác định tuỳ theo công suất máy và tính chất cơ lý của đất đá Tuỳ theo công suất của máy và tính chất cơ lý của đất đá, bộ phận điều chỉnh chiều sâu cắt được điều khiển bằng hệ thống điện tử, cho phép máy khấu các lớp đất đá có độ dày chính xác tới 10 mm Trước tiên, đất đá bị cắt ra khỏi khối nguyên, sau đó bị va đập vào nhau làm cho cỡ hạt của đất khả nhỏ và đều đặn Sự quay đều của tang cắt kết hợp với lưỡi gạt sẽ làm cho đất đá chuyển động thành dòng theo quán tính ra ngoài theo hệ thống băng tải gắn liền với máy Hệ thống băng tải này có thể được điều khiển quay về bên phải hoặc bên trái so với trục dài của máy một góc tối đa 90o, mặt khác cũng có thể điều chỉnh được chiều cao của băng tải khi dỡ tải, do đó rất thuận lợi cho việc bố trí ô tô nhận tải trực tiếp di chuyển bên cạnh máy phay cắt liên hợp

Máy phay cắt liên hợp của hãng Wirtgen có cấu tạo bao gồm 2 hàng xích trước

và sau, ở giữa phía dưới bụng máy là một bánh xe có gắn các răng hợp kim để làm tơi đất đá Đất đá được làm tơi thành những luồng có chiều rộng bằng chiều rộng thân máy, chiều dày tương ứng với công suất và tính chất cơ lý của đất đá và sau đó được vận chuyển theo băng tải ra phía ngoài rót trực tiếp vào thùng ô tô di chuyển cùng máy liên hợp hoặc đổ thành đống dọc theo chiều dài luồng xúc sau đó sẽ được thiết bị xúc bốc chất lên phương tiện vận tải (Hình 5.11)

Máy phay cắt liện hợp có thể khai thác chọn lọc rất tốt đối với các vỉa bằng phẳng Khi khai thác chọn lọc bằng MXTL chỉ có thể xúc chọn lọc với chiều dày 10

cm, nhưng theo kinh nghiệm ở Mỹ, Ôxtrâylia và Nam Tư thì máy phay cắt liên hợp có thể xúc chọn lọc với chiều dày đến 2,5 cm [6] Việc khai thác than bằng máy phay cắt liên hợp ở Ôxtrâylia đã làm giảm được độ tro xuống còn 6,5 % so với công nghệ truyền thống là 9 % Ở Nam Tư do khai thác than nâu bằng máy phay cắt liên hợp nên

đã làm giảm được tỷ lệ làm nghèo than, tăng được hiệu quả khai thác do giảm được 20

Hình 1.11 Các sơ đồ dỡ tải của máy phay cắt liên hợp a) Sơ đồ dỡ tải trực tiếp cho ô tô; b) Sơ đồ dỡ tải thành đống

Sự xuất hiện của máy phay cắt liên hợp đã cho phép việc bóc đất đá rắn trên mỏ

lộ thiên có thể thực hiện theo dây chuyền công nghệ liên tục mà trước đây phải thực hiện theo công nghệ có tính chu kỳ là khoan - nổ mìn

Mỏ Taldinski của vùng than Kuzơbat dùng 2 máy phay cắt liên hợp KMS-2000R (trọng lượng 527 tấn) kết hợp với băng tải để khai thác chọn lọc Than được đánh đống cho máy xúc rôto xúc, đổ vào goòng đưa về nhà máy tuyển; còn đất đá (với sản lượng

15 triệu m3/năm) được băng tải chất trực tiếp vào bãi thải trong

Máy phay cắt liên hợp càng thể hiện rõ tính ưu việt so với công nghệ truyền thống, đặc biệt trên những mỏ than có cấu trúc vỉa phức tạp, có điều kiện làm việc rộng rãi; máy ít phải di chuyển; ít những công đoạn phụ trợ và ô tô vận tải luôn đáp ứng được cho máy liên hợp

b Các sơ đồ khấu đất đá của máy phay cắt liên hợp

Máy phay cắt liên hợp có thể làm việc với 3 sơ đồ khấu như sau:

* Sơ đồ khấu theo từng lớp trên toàn bộ bề mặt:

Trong trường hợp này đất đá được làm tơi theo các lớp nằm ngang lần lượt từ trên xuống dưới trên toàn bộ bề mặt (Hình 1.12) Sơ đồ công nghệ này được sử dụng khi chiều rộng bề mặt làm việc lớn hoặc khi cần làm tơi chọn lọc theo các lớp ngang

Hình 1.12 Sơ đồ khấu đất đá theo từng lớp trên toàn bộ bề mặt

* Sơ đồ khấu đất đá theo từng lớp trên các khối nối tiếp nhau:

Trong sơ đồ này, đất đá được làm tơi theo từng lớp (từ trên xuống dưới) trên các khối nối tiếp nhau (Hình 1.13) Sơ đồ công nghệ này được sử dụng khi chiều rộng làm việc có kích thước hạn chế hoặc khi cần trung hoà chất lượng khoáng sản ở các lớp khác nhau trong giới hạn của một khối

Hình 1.13 Sơ đồ khấu đất đá theo từng lớp trên các khối nối tiếp nhau

* Sơ đồ khấu đất đá trên một số lớp của các khối kề nhau:

Trong sơ đồ này, đất đá được làm tơi trên một số lớp của các khối kề nhau (Hình 1.14) Sơ đồ này là sự kết hợp của 2 sơ đồ trên và được sử dụng khi khai thác các mỏ có các lớp kẹp phân lớp theo phương xiên Tuy nhiên, sơ đồ này không thích hợp cho việc khai thác chọn lọc vì máy phay cắt liên hợp phải di chuyển nhiều trên các mức và các khối khác nhau

Hình 1.14 Sơ đồ khấu đất đá trên một số lớp của các khối kề nhau

c Các sơ đồ di chuyển của máy phay cắt liên hợp

Khi làm việc với các sơ đồ khấu ở trên, tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể mà máy phay cắt liên hợp sẽ di chuyển theo một trong các sơ đồ sau:

* Sơ đồ lùi không tải (Hình 1.15): máy phay cắt liên hợp khấu đất đá từ đầu mỏ

đến cuối mỏ, sau đó nâng bộ phận cắt đất đá lên và di chuyển giật lùi không tải trở về

vị trí ban đầu và sau đó tiếp tục luồng khấu mới ngay sát và cùng chiều với luồng khấu trước Sơ đồ di chuyển này được sử dụng khi chiều dài của mỏ hạn chế (nhỏ hơn 200 m); thời gian lùi không tải nhỏ hơn thời gian quay đầu; máy phay cắt liên hợp không

có khả năng quay đầu vì mặt bằng hạn chế

* Sơ đồ quay đầu (Hình 1.16): máy phay cắt liên hợp khấu đất đá từ đầu đến cuối

mỏ, sau đó nâng bộ phận cắt đất đá lên và quay đầu Sau khi quay đầu xong, máy liên hợp hạ bộ phận cắt đất đá xuống và tiến hành luồng khấu mới ngay sát luồng khấu trước nhưng có chiều ngược lại Sơ đồ này có năng suất khá cao và thường được sử dụng khi chiều dài của mỏ lớn hơn 200 m; thời gian quay đầu để khấu luồng khấu mới nhỏ hơn thời gian lùi không tải; kích thước mặt tầng công tác đủ rộng cho máy phay cắt liên hợp quay đầu thuận tiện

Hình 1.15 Sơ đồ lùi không tải

của máy phay cắt liên hợp

Hình 1.16 Sơ đồ quay đầu của máy phay cắt liên hợp

* Sơ đồ di chuyển theo hình xoáy ốc (Hình 1.17): là sơ đồ mà máy phay cắt

liên hợp có thể khấu đất đá một cách liên tục trong quá trình di chuyển Trong sơ đồ này, máy phay cắt liên hợp khấu đất đá theo những đường xoáy ốc có dạng hình tròn

hoặc elíp (tuỳ theo kích thước của đáy mỏ) càng gần tâm càng nhỏ dần, cho đến khi không thể khấu theo những đường xoáy ốc được nữa thì máy liên hợp sẽ khấu nốt phần còn lại bằng các luồng xúc thẳng Sơ đồ di chuyển này thường không phổ biến vì việc duy trì góc dốc bờ mỏ và dộ dốc của nền tầng trong quá trình khấu khá phức tạp, tuy nhiên sơ đồ này lại có năng suất cao khi mỏ có chiều rộng làm việc lớn

Hình 1.17 Sơ đồ di chuyển theo hình xoáy ốc của máy phay cắt liên hợp

1.2 Tình hình sử dụng các thiết bị cơ giới có khả năng làm tơi trực tiếp đất đá

1.2.1 Tình hình sử dụng máy xới

Việc sử dụng đồng bộ máy xới kết hợp với máy bốc hoàn toàn có thể nâng cao độ

ổn định của tầng và bờ mỏ Đặc biệt là giai đoạn đưa bờ mỏ vào giới hạn kết thúc Đồng bộ thiết bị này giữ được tốt đa cấu trúc tự nhiên của nham thạch ở vị trí bờ

mỏ kết thúc, bảo vệ sự ổn định của tầng và bờ mỏ Đồng bộ này đã được thí nghiệm để đưa bờ mỏ vào giới hạn cuối cùng trên một mỏ có điều kiện phức tạp: đá sét kết, bột kết, bột kết than với f=815, vùng đứt gãy bị mềm yếu; có những khu vực bờ mỏ là đá bột kết xi măng silic bị nứt nẻ mạnh

Để giữ gìn cấu trúc tự nhiên của bờ mỏ, công việc khoan - nổ mìn dừng lại cách

vị trí bố trí bờ mỏ kết thúc từ 5080 m Dải nham thạch này được làm tơi bằng máy xới có công suất động cơ 300 kW

Tuỳ thuộc vào tốc độ truyền âm trong khối đá mà có các phương pháp xới khác nhau: loại đất đá yếu, có tốc độ truyềng âm từ 5001000 m/s thì xới bằng những luồng xới song song; loại rắn hơn, có tốc độ truyền âm dưới 2500 m/s thì xới kiểu đan mắt cáo; loại xi măng silíc bền vững, ít nứt nẻ, có tốc độ truyền âm từ 25003000 m/s

thì dùng hai máy xới kề nhau cùng làm việc hoặc xới sau khi đã khoan - nổ mìn sơ bộ với mạng lỗ khoan 1010 m với chỉ tiêu thuốc nổ nhỏ

Mỗi dải đất đá xới có kích thước 50100 m, sâu 0,51 m (tuỳ thuộc vào loại đất đá), khoảng cách giữa các luồng xới 11,5 m Xới xong, vun đống cao 3 m, chiều dài

ủi khi vun đống 3040 m (dài hơn thì năng suất giảm nhanh), dùng máy bốc có dung tích gầu E=7,65 m3 xúc vào ô tô БелAЗ-548 để vận chuyển ra bãi thải

Bờ mỏ được đưa vào giới hạn cuối cùng bằng những lớp dày 3 m Bờ kết thúc có góc 55o, nâng cao trung bình 5o so với công nghệ truyền thống dùng khoan - nổ mìn kết hợp với MXTG

Tại mỏ đá vôi Estônia, đá vôi phân lớp mỏng có độ kiên cố f = 68, đã dùng máy xới Д-625-AC công suất động cơ 250 CV xới với chi phí 2 cốp/t thay vì khoan - nổ mìn trước đó với giá thành 1719 cốp/t Mỏ đá vôi của nhà máy xi măng ngoại thành Mátxcơva đã xới với giá thành 2 cốp/m3 thay vì 38 cốp/m3 Chi phí sản xuất trên các

mỏ đá ở Mỹ khi dùng máy xới cũng rẻ hơn so với khoan - nổ mìn

Theo các số liệu thống kê, khi xới nham thach cứng vừa trên mỏ Apatít ở Estônia bằng máy xới có công suất động cơ 368442 kW, mỗi năm làm tơi được 1,2 triệu m3

đất đá, tiết kiệm 500 tấn thuốc nổ

Trên một mỏ khai thác vàng ở LB Nga, có trầm tích chứa quặng là đá sét kết, bột kết với xi măng silíc biến chất cao, độ kiên cố f = 715, dung trọng 2,6 t/m3, hệ số nở rời của đất đá 1,5, tốc độ truyền âm trong khối biến dộng lớn từ 5003000 m/s, đã sử dụng có kết quả đồng bộ thiết bị cơ động bao gồm: các máy xới D9G, D9L, D9L phối hợp với máy bốc H-400C (Mỹ) có trọng tải gần 15 tấn, dung tích gầu 8,4 m3 Công nghệ sử dụng là xới, vun đống và dùng máy bốc H-400C xúc đổ vào ô tô БелАЗ-548 trọng tải 40 tấn

Khi tốc độ truyền âm trong khối đá từ 15002000m/s thì công tác xới thuận lợi, nhưng tốc độ truyền âm lên tới 3000 m/s thì hiệu quả của máy D9G giảm đi rõ rệt và lúc đó phải chuyển sang xới theo kiểu đan mắt cáo Khi công tác xới trở lên đặc biệt khó thì phải tiến hành khoan - nổ sơ bộ với mạng lưới lỗ khoan 1010m và chỉ tiêu thuốc nổ 0,150,2 kg/m3, sau đó mới tiến hành xới Khi tốc độ truyền âm là 1000 m/s năng suất xới là 600 m3/h, khi tốc độ lên tới 2000 m/s thì năng suất còn 430 m3/h Qua thí nghiệm so sánh chi phí quy đổi khoan - nổ mìn 1 m3 đất đá bằng máy СБШ-250MH là 0,177 rúp, còn bằng máy xới trung bình là 0,14 rúp và ở điều kiện khó khăn (khi tốc độ truyền âm Ve > 2500 m/s) là 0,181 rúp

- Trên mỏ lộ thiên ở Mỹ, vỉa than dày 60 m, có sản lượng 2 triệu tấn/năm, để giảm tổn thất và làm bẩn quặng trong quá trình khai thác, đã sử dụng máy xới làm tơi đất đá, rồi dùng máy bốc xúc đổ vào ô tô 120 tấn

- Mỏ than Secvani khai thác đồng thời hai vỉa than năng lượng, chiều dày từ 26

m, góc cắm đến 45o Tuỳ theo chiều dày vỉa và số lớp kẹp mà khai thác có chọn lọc hoặc xúc xô Đồng bộ thiết bị cơ bản bao gồm: máy xới CAT D9L (380 kW), Komatsu (456 KW), máy bốc CAT 988 (5,5 m3) để xúc đất đá và CAT 922 (2 m3) để xúc than,

ô tô có tải trọng 50 tấn

- Mỏ Sonicar ở Nigeria với những thấu kính than dày 18 m Đất đá phủ dày 25

m, khoan - nổ mìn theo tầng 15 m, dùng máy bốc CAT- 988 xúc đổ vào ô tô CAT- 769 tải trọng 32 tấn Những tầng đá phủ yếu dùng máy xới D9N (300 kW) để làm tơi Tại mỏ vàng Curopakski (LB Nga) hàng năm có 1 triệu m3 đất đá bóc và có 0,75 triệu m3 quặng Độ kiên cố f của đất đá không quá 4 Một nửa khối lượng đất bóc được MXTG xúc trực tiếp, phần còn lại được tiến hành khoan - nổ mìn Những thấu kính có hình thù phức tạp, có những dải quặng lượn sóng, nếu dùng khoan - nổ mìn và MXTG thì tổn thất rất lớn Do đó, phần lớn trữ lượng quặng phải để lại và cho ra ngoài bảng cân đối Người ta chuyển sang sử dụng máy xới CAT D9G và máy bốc CAT 977K bánh xích để làm tơi và xúc bốc Việc thay đổi đồng bộ thiết bị và công nghệ này đã dẫn đến làm giảm tỷ lệ làm bẩn xuống còn 6,1 %, trong khi nếu dùng đồng bộ thiết bị

cũ là 19,8 %: đồng thời chi phí cho 1 m3 đã giảm xuống 3 lần so với công nghệ cũ

Mỏ Apatit Maardus của Estonia xới đất đá và quặng bằng máy xới Fiat-Allis 41B có công suất động cơ 283kW Những khoảnh đất, quặng được xới có kích thước

HD-5015 m đến 7020 m, tốc độ công tác 0,30,4 m/s Năng suất xới phụ thuộc vào tốc

độ truyền âm trong nham thạch (Bảng 1.3)

-

Ở mỏ quặng Phosphorit Akchubínk, để xới quặng phốtpho với độ kiên cố f =

57, người ta dùng máy xới có công suất động cơ 220382 kW, năng suất xới từ 2500÷2700 m3/h; 2 máy bốc có dung tích gầu 7,65 m3 và 9,2 m3 (từ 1979-1987), giảm được 35 % tỷ lệ tổn thất quặng so với dùng máy xúc ЭO-6121 (2,5 m3)

- Những thí nghiệm dùng máy xới và máy bốc để khai thác chọn lọc các mỏ vật liệu hoá chất ở Kigizia (mỏ Haidakan và mỏ Achubinsk), mỏ đá dầu ở Estonia dưới sự chủ trì của hai viện nghiên cứu: Khai thác Tổng hợp tài nguyên lòng đất của Viện Hàn lâm (Liên Xô cũ) và Viện Khai thác Vật liệu Hoá chất đã đi tới kết luận: việc xới ở mỏ

đá dầu đã làm giảm chi phí công tác làm tơi 12,5 lần so với khoan - nổ mìn Máy xới

và máy bốc là các loại thiết bị có đặc tính công nghệ hơn hẳn đồng bộ thiết bị truyền thống khi dùng khoan - nổ mìn và máy xúc tay gầu kéo cáp trong khai thác khoáng sản vật liệu hoá chất, đá dầu; tận thu được các vỉa quặng mỏng tới 0,5 m mà trước đây phải bỏ đi, giảm tỷ lệ làm bẩn và nâng cao đáng kể hiệu quả kinh tế trong quá trình khai thác

- Theo Liên hiệp Khai thác Vật liệu phi kim loại (Liên Xô cũ), mỏ đá vôi Porkhopck đã dùng máy xới để làm tơi đất đá với sản lượng đá vôi 300.000 m3/năm,

Loại nham thạch Đá vôi Cát kết Quặng Tốc độ truyền âm (m/s) 15002000 2100 20002300

Năng suất máy xới

(m3/h)

1001100 950 750800

đất bóc 200.000 m3/năm Năng suất của máy xới khi xới là 3001200 m3/h và khi vun

đống là 160200 m3/h; đạt hiệu quả kinh tế cao so với khi sử dụng khoan - nổ mìn

1.2.2 Tình hình sử dụng đầu đập thủy lực

a Đầu đập thuỷ lực phá đá quá cỡ kết hợp với máy bốc và ô tô để xúc và vận

tải đất

Trong sơ đồ công nghệ này, đầu đập thuỷ lực đóng vai trò của một trạm nghiền

sàng sơ bộ Đất đá quá cỡ được gom thành các đống, sau khi đá quá cỡ trong đống

được phá vỡ bằng đầu đập thuỷ lực thì máy bốc và ô tô sẽ xúc và vận tải đến kho chứa

(Hình 5.10-a) Với sơ đồ công nghệ này, mặt bằng làm việc tương tự như cho các thiết

bị khác

c)

Hình 1.10 Các sơ đồ công nghệ của đầu đập thủy lực

b) Đầu đập thuỷ lực phá vỡ đất đá trực tiếp từ nguyên khối, kết hợp với máy bốc và

ô tô

Trong sơ đồ công nghệ này, đất đá được phá vỡ ra khỏi nguyên khối bởi đầu đập

thuỷ lực và sẽ được máy bốc chất lên ô tô (Hình 1.10-b) Chiều dài vận tải của ô tô sẽ

ngắn dần theo tốc độ dịch chuyển của gương khai thác Do đó, các thông số như chiều

rộng mặt tầng, chiều rộng dải khấu và chiều cao tầng là những yếu tố có quan hệ chặt

chẽ với các thiết bị sử dụng và điều kiện tự nhiên của đất đá

c) Đầu đập thuỷ lực phá vỡ đất đá trực tiếp từ nguyên khối, kết hợp với máy

Sơ đồ này có năng suất cao hơn sơ đồ trong hình 1.10-b, bởi vì có quá trình vận tải liên tục Mặt khác, với trạm nghiền sàng di động bố trí ngay gần gương khai thác, đất đá phá vỡ sẽ được nghiền đến kích thước yêu cầu và vận chuyển thẳng đến kho chứa hoặc tới nơi tiêu thụ thông qua hệ thống băng tải Tuy nhiên, khi gương khai thác dịch chuyển một khoảng cách nào đó, cần thiết phải di chuyển trạm nghiền sàng tới vị trí mới sao cho khoảng cách xúc chuyển của máy xúc là hợp lí nhất

1.2.3 Tình hình sử dụng máy phay cắt liên hợp

Ở Nam Tư, Nam Phi, Áo, Tây Ban Nha và Italia,… nhờ sử dụng máy phay cắt liên hợp mà người ta đã quay trở lại khai thác những khu vực có tài nguyên nhưng đã phải cắt bỏ lại do ở gần khu dân cư Công nghệ khai thác này đã giảm được chi phí khai thác và nghiền đập khoáng sản, tăng được năng suất lao động lên 22,5 lần

Hình 1.18 Năng suất kỹ thuật của máy phay cắt liên hợp Krupp (KSM) phụ thuộc

độ cứng của đất đá và lĩnh vực áp dụng những loại thiết bị xúc bốc khác nhau 1- Máy xúc thủy lực, máy xúc tải + khoan nổ; 2- Máy xúc tay gầu + khoan nổ; 3- Máy xúc rôto loại “mạnh”; 4- Máy liên hợp KSM; 5 - Máy cạp đất

Ở bang Teczat (Mỹ), dùng máy phay cắt liên hợp 4200SM khai thác tại mỏ than

có chiều dày lớp đá bóc 0,6 m, chiều dày vỉa than 0,351,16 m, có 11 lớp kẹp với chiều dày 0,150,35 m,… đạt năng suất Q = 3.000 t/h

Ở Ôxtrâylia, từ công nghệ truyền thống để khai thác vỉa than dày 4,5 m, chuyển sang dùng máy phay cắt liên hợp để khai thác 3 vỉa với chiều dày 1,52 m (vỉa có 23 lớp đá kẹp dày 0,2 m), đạt năng suất Q = 350400 t/h với chiều dày lớp bóc h = 0,3 m

Ở Nam Tư dùng máy phay cắt liên hợp 3500SM khai thác 4 vỉa dày 24 m, số lớp kẹp 3 lớp có chiều dày 11,3 m, năng suất đạt Q = 785 t/h với chiều dày lớp bóc h

= 0,47 m Ở đây người ta cũng sử dụng máy phay cắt liên hợp 2600SM để cải tạo đường ô tô trên nền đá vôi có n=120 MPa, năng suất máy đạt được là 100 m3/h

Ở LB Nga năm 1989 dùng máy phay cắt liên hợp 2100 SM và ô tô tự đổ khai thác đá đôlômít và đá vôi ở gần Riga Đá có độ kiên cố f=6, vỉa dày 3 m dốc 80o, chiều dày lớp bóc h= 0,2 m, tốc độ làm việc của máy v = 46,3 m/ph; máy đạt năng suất Q =

226330 t/h

Mỏ vật liệu chịu lửa đôlômít ở Tuốcmêni khai thác bằng máy phay cắt liên hợp 2100SM và ô tô tự đổ Đá rắn n=12 36 MPa, trung bình 25 MPa, chiều dày lớp bóc h=0,27 m, tốc độ khấu v = 4 m/ph; năng suất máy đạt Q = 250300 t/h

Tại mỏ đá vôi Marisk dùng máy phay cắt liên hợp 2600SM và ô tô tự đổ khai thác đá vôi có n=20120 MPa Máy liên hợp làm việc với h = 0,20,25 m, tốc độ khấu v = 3,56,4 m/ph, thời gian đổ đầy ô tô từ 1,53 ph, năng suất đạt Q = 300500 t/h

Ở Nhật Bản, sử dụng máy phay cắt liên hợp 3500SM xây dựng đường ô tô trên núi đá granit có n=120300 MPa đã đạt được năng suất 100250 m3/h

Ở LB Nga, tại mỏ đá manhêzit rắn và dai có n=80190 MPa, máy phay cắt liên hợp 2600SM làm việc với năng suất Q=50100 m3/h Các mỏ khai thác vật liệu chịu lửa đôlômít-manhêzit với n=98159 MPa (trung bình 123 MPa) và n=57174 MPa (trung bình 108 MPa) Máy liên hợp 2600SM được mang ra thử nghiệm sau khi đã sử dụng 3200 h Chiều dài luồng xúc 2530 m với những thông số công tác khác như sau:

Mỏ than Karadưra ở Kazacxtan dùng máy phay cắt liên hợp 3000SM khai thác những vỉa than dày từ 221 m, vỉa có 29 lớp than, độ tro Ak=1419 %, trữ lượng than gần 1 tỷ tấn Các thông số làm việc thực nghiệm của máy phay cắt liên hợp này như sau: v = 5, 10, 15 m/ph và h = 100, 200, 300 mm Khi đó thấy rằng: với chiều dày lớp bóc h càng lớn, tốc độ khấu càng cao thì cỡ đá và cỡ than bị bóc càng lớn

Mỏ than nâu Angrenski ở Uzbekistan khai thác với sản lượng than 5 triệu t/năm

và đất bóc 20 triệu m3/năm; mỏ có 2 vỉa than dày tới 40 m và rất nhiều lớp kẹp acgilit; các lớp than dày 0,22,3 m; đất đá phủ có n=2030 MPa Trước đây mỏ dùng công nghệ khoan - nổ mìn kết hợp máy xúc ЭКГ-5A và ЭКГ-10 và vận tải bằng đường sắt Năm 1995, mỏ sử dụng máy phay cắt liên hợp 2100DC có 167 răng cắt trên bánh xe phá đá; kích thước mỗi khu vực khấu là 150x12 m; chiều dày lớp cắt h=1225 cm, v

=1315 m/ph; năng suất máy đạt Q=213 m3/h, cỡ đá dưới 5 cm chiếm 9095 %, cỡ

58 cm chiếm 510 %

Mỏ đá dầu Djerigistan có n=3560 MPa, có hiện tượng tụt lở và có tuynen dẫn nước dưới lòng đất, đá nứt nẻ mạnh; người ta đã dùng máy phay cắt liên hợp 2100DC với kích thước mỗi khu vực khấu là 140x12 m và các thông số làm việc: h =

1520 cm, v = 812 m/ph; năng suất đạt được là Q = 200 m3/h

Ở LB Nga đã thử nghiệm máy phay cắt liên hợp 2600SM vào năm 1993 tại mỏ Iubilei Việc thử nghiệm được tiến hành trên khu vực quặng có độ bền là 4680, 2864 và

34102 MPa Chiều rộng khu vực thử nghiệm là 2050 m, chiều dài là 150200 m, chiều rộng mỗi dải khấu là 2,6 m Kết quả thử nghiệm cho thấy: khi chiều sâu của lớp

tải bằng ô tô thay đổi từ 110820 m3/h, trung bình đạt 315 m3/h (tương đương với năng suất của máy xúc ЭКГ-8И); độ bền răng cắt đạt 10001200 m3/lưỡi

1.2.4 Tình hình sử dụng máy xúc có răng gầu tích cực

Khâu xúc bóc và chất lên phương tiện vận tải có thể dùng máy xúc (máy xúc nhiều gàu, máy xúc một gàu, máy xúc tải, máy chất tải), máy khoan xoắn một gàu hoặc các thiết bị thuỷ lực (máy khuấy, máy bơm bùn, súng bắn nước, tàu cuốc)

Phần lớn các mỏ lộ thiên thế giới ngày nay đều sử dụng máy xúc dung tích gàu 10-15 m3 (Bảng 1.2) và hơn đồng bộ với ôtô tải trọng 75-120 tấn và hơn Ngav ở LB Nga theo số liệu 1991 thì tổng dung tích gầu dưới 10 m3 chỉ chiếm có 18 %, còn lại 82

% là dung tích gàu từ 10-100 m3

Bảng l 2 Đặc tính kỹ thuật của một số máy xúc tay gàu lớn

Hãng, mã hiệu E, m3 Hdmax,m Rdmax,m Rxmax,m N,kW P, tấn Busirus-Eric:

290-BII 16,72 8,86 17,22 14,15 1750 542 295-BII 22,8 8,91 17,6 14.86 2333 732,5 395-BII 32,68 9,6 20,42 16,15 2662 963 495-B 40,28 9.45 20,42 16,15 2662 1066.8

P & H :

1960-AL 10,64 9,75 16,15 14,63 1228 378,7 2100-BL 13,68 9,65 17,53 14,43 1562 585,8 2100-BLE 15,20 9,65 17,53 14,73 2334 494,4 2300-XPA 20,52 9,91 18,7 15,39 3541 704 2800-XPA 34,96 10,46 19,5 16,36 4411 946,6

4100 42,56 10,04 20,02 16,94 4910 1077,3 5700-XP 53,20 13,26 25,48 20,73 4347 1768,5 Marion-Presser

151-M 7,6 6,78 13,26 10, 74 893,7 213.6 182-M 9,88 8,08 14,88 13,03 1509 330,7 191-M 12,92 8,66 16,46 14,86 2087 499.8 192-MII 15,20 8,66 16,46 14,86 2348 499.8 201-M 20,55 9,52 17,63 15,95 2610 664.5 204-M 25,84 13,31 16,76 15,24 2882 703 301-M 41,04 10,06 19,84 17,5 3428 1 043,2

Về máy xúc tay gầu kéo cáp, đáng kể nhất là những cải tiến của hãng máy mỏ P&H về cấu trúc hình học của máy, bộ chương trình kỹ thuật số tự động điều khiển chế độ làm việc của động cơ, hệ thống làm mát, hệ thống đối trọng, bộ kiểm soát nhiệt

độ và độ rung của máy, thiết bị điện tử bảo vệ cần xúc, cho loại máy xúc 4100-XPB dung tích gầu 52 m3 dẫn đến giảm 12% tải trọng ở các bộ phận dẫn động, momen quay tăng 30%, chu kỳ xúc khi góc quay 90° chỉ còn 29s So với các máy xúc cùng dung tích gàu thì 4100-XPB có tốc độ làm việc cao hơn 40% tại mỏ than Wioming (Mỹ) Máy xúc này đã đạt kỷ lục về năng suất bóc đất đá 26,7 triệu m3/năm

Hình 1.7 Minh họa chiếc MXTG 4100-XPB của hãng P&H Tương tự như máy xúc tay gàu kéo cáp, sau 3 năm nghiên cứu thử nghiệm, năm

2001 hãng chế tạo máy mỏ P&H (Hannisíeger) đã cho ra đời chiếc máy xúc gàu treo 2570-WS chạy bằng động cơ dẫn động cơ khí có trang bị hệ thống chuẩn đoán điện tử phát tín hiệu khi có sự cố hỏng hóc và hệ thống điều khiển hiện đại với dung tích gầu

120 m3, chiều dài cần tới 128 m Trọng lượng tổng cộng của máy tới 7271 tấn

Hình 1.8 Máy xúc gầu treo 2570-WS của hãng P&H

Xu hướng chuyển đổi các thiết bị xúc bóc và vận tải có cơ cấu công tác hoạt

định, nhưng tính phổ cập của chúng chưa cao mà chỉ hạn chế sử dụng trên một số mỏ (các mỏ than nâu, một vài mỏ sa khoáng ) hoặc ở một vài bộ phận sản xuất không chủ chốt (vận tải than trong mỏ, vận tải thành phẩm ở trạm gia công chế biến, ) trong khi đó thì xu hướng mở rộng công suất của thiết bị xúc bóc và tăng tải trọng thiết bị vận tải đang được các nhà chế tạo máy mỏ và người sử dụng hưởng ứng ngày càng đông với yêu cầu ngày một cao

Bên cạnh các thiết bị xúc bóc trên, thì máy bốc (Wheel Loader) đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên mỏ lộ thiên với chức năng như một thiết bị xúc bóc mới (Bảng 1.3), đặc biệt đối với các mỏ khai thác vật liệu xây dựng, mỏ có đất đá cứng nhưng được đập vỡ tốt

Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật của một số máy bốc của hãng Komatsu

số sử dụng thời gian 97 % tại mỏ lộ thiên Graffin Coal mà làm việc vẫn tốt, máy có

dung tích gầu 30 m3, áp lực cột nước 1.274 KN, trọng lượng 200 tấn, chạy bằng bánh lốp, thời gian chu kỳ xúc 31s, có hệ thống điện tử để điều khiển hoạt động của động

cơ, báo hiệu tình trạng làm việc của các chi tiết máy và điều khiển hệ thống thuỷ lực

Tuy nhiên sự kiện được coi là lớn làm thay đổi về chất của công nghệ khai thác

lộ thiên cuối thế kỷ qua là sự ra đời của máy thuỷ lực (MXTL) Từ chiếc MXTL đầu tiên do hãng Demag chế tạo ra đời 1954 tới nay, trên thế giới đã có nhiều hãng chế tạo MXTL như Oenstein Koppel, Liebherr (Đức), Orient, Caterpillar (Mỹ), Ankerman, Volvo, Euclid (Thụy Điển), Polain (Pháp), Uran (Nga), Komatsu, Hitachi, Kobelco (Nhật), hãng Komatsu có tới 100 mã hiệu MXTL dung tích gàu từ 0,8-33 m3, hãng Caterpillar có 50 mã hiệu với dung tích gầu 0,18-27,5 m3, hãng Hitachi có 40 mã hiệu với dung tích gầu 0,11-25 m3 Bảng 1.4 giới thiệu những chiếc máy xúc thuỷ lực lớn nhất của hãng chế tạo máy mỏ nổi tiếng hiện nay

Nhờ các hệ thống pistông thuỷ lực mà giữa gàu xúc với tay gàu, tay gàu với cần máy, cần máy với thân máy đều có thể quay tương đối với nhau, giúp cho tay gầu và gàu xúc MXTL có thể tạo nên quỹ đạo xúc bất kỳ, dẫn đến sử dụng lực xúc hợp lý, tiết kiệm năng lượng, giảm khối lượng máy, giảm mômen quán tính khi quay, rút ngắn thời gian chu kỳ xúc, xúc bóc chọn lọc và dọn sạch mặt tầng một cách dễ dàng,

Bảng 1.4 Những chiếc MXTL đang giữ kỷ lục hiện nay

Tên MXTL Dung tích gầu, m3 Trọng lượng, tấn Loại gầu

Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật của một số chiếc MXTL gàu ngược cỡ lớn

Xuất phát từ nguyên lý phá vỡ đất đá như búa đập thuỷ lực, nhà máy chế tạo máy mỏ Uran (LB Nga) đã nghiên cứu thành công và đưa vào thử nhiệm có hiệu quả máy xúc có răng gầu tích cực Người ta thay thế các răng gầu cố định bằng những răng gầu hoạt động tích cực (theo nguyên lý búa chèn) với năng lượng một lần đập của răng gầu vào đất đá với 2 KJ Hiện đã có nhiều mỏ lộ thiên khai thác vật liệu xây dựng và phi quặng khác ở vùng ngoại ô Matxcơva, có đất đá với độ kiên cố f <12 (theo thang Protođiacônov) đang sử dụng hiệu quả loại máy xúc này (EKG-5I, dung tích gàu 5 m3)

để xúc bóc đất đá mà không cần làm tơi sơ bộ bằng khoan nổ mìn Nhà máy Uran đang tiến hành chế tạo máy xúc có răng gàu tích cực dung tích gàu 12 m3 (EKG -12I) theo đơn đặt hàng của các mỏ lộ thiên khai thác than và quặng khác trong liên bang

Hình 1.10 Minh họa MXTLGN và MXTLGT làm việc trên mỏ lộ thiên

Trong những năm gần đây nhiều mỏ lộ thiên của CHLB Đức, Mỹ, Australia, Italia, LB Nga, Nhật, Pháp, Iran, Bồ Đào Nha, Ấn Độ, Anh, Philipin, Hylạp, Mêhicô,

Áo, Đan Mạch, Hà Lan đã sử dụng máy liên hợp phay cắt để khấu trực tiếp đất đá có

độ cứng f = 12 (tương đương độ bền nén một trục 120 MPa) mà không cần khoan nổ mìn Theo đánh giá của một số chuyên gia khai thác mỏ Châu Âu thì khi sử dụng máy liên hợp phay để cắt trực tiếp đất đá làm giảm được tổn thất, và làm bẩn quặng, cỡ hạt đất đá phá ra đều thuận lợi cho vận tải băng tải, nâng cao độ ổn định bờ mỏ, giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xúc bóc - vận tải đến 2-3 lần so với công nghệ truyền thống

Chương 2 Những đặc điểm kỹ thuật và các sơ đồ công nghệ của máy xới

2.1 Tổng quan về máy xới

Máy xới thực chất là máy kéo bánh xích, phía sau máy được lắp một bàn xới có

15 răng, phía trước là lưỡi gạt (Hình 5.1) Để xới đất đá cứng thường dùng một răng,

để xới đất đá đặc xít thường dùng bàn xới có lắp nhiều răng nhằm tăng năng suất của máy xới Những hãng thiết bị hàng đầu chế tạo thiết bị này là Caterpillar (Mỹ) và Komatsu (Nhật Bản),…

Hình 2.1 Máy xới D-11N của hãng Caterpillar

2.2 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của máy xới

2.2.1 Phân loại máy xới

Việc sử dụng phương pháp gắn treo lưỡi xới phía sau đầu kéo là một biện pháp mới, đồng thời với việc sử dụng các hệ thống thuỷ lực và các loại đầu kéo có công suất lớn đã làm tăng năng suất và hiệu quả thiết bị này Theo công suất động cơ có thể chia

Trong những năm gần đây, từ kết quả đạt được với những lợi ích to lớn của nó, việc làm tơi đất đá bằng máy xới thay cho công tác khoan - nổ mìn truyền thống đã trở nên phổ biến Việc sử dụng máy xới để chuẩn bị đất đá cho xúc bốc cho phép bóc chọn lọc tốt các thân khoáng và lớp đất đá mỏng, giảm tổn thất và làm bẩn KSCI trong quá trình khai thác, điều chỉnh tốt cỡ đá, loại trừ sóng chấn động tới bờ mỏ, nâng cao

ổn định bờ mỏ, nâng cao góc bờ kết thúc, giảm khối lượng đất đá bóc, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả khai thác, công tác mỏ được tiến hành an toàn Ngoài ra, còn làm tăng hiệu quả sử dụng của máy ủi, máy bốc, máy xúc Đồng thời cũng giảm chi phí làm tơi, góp phần tăng hiệu quả khai thác khoáng sản Máy xới làm việc hiệu quả khi khai thác than, quặng phôtphorit, aptit, diệp thạch, cát kết, bột kết, đá vôi cứng vừa, cũng như khoáng sàng, đất đá nứt nẻ nhiều và có cấu tạo phân lớp

Kinh nghiệm sử dụng cho thấy, hiệu quả làm tơi của máy xới phụ thuộc vào công suất máy, áp lực lên bánh xích, góc cắm răng vào đá, độ bền và mức độ nứt nẻ của đất

đá, thế nằm của lớp đá và hướng mặt lớp Đối với đất đá có độ kiên cố nhỏ hoặc trung bình (f78) nứt nẻ mạnh từ cấp IIII với độ cứng âm học 2000 m/s (đặc biệt là loại có độ cứng âm học dưới 1500 m/s) có thể sử dụng máy xới để làm tơi thay thế hoàn toàn công tác khoan - nổ mìn với giá thành rẻ hơn 5060 % Để xới loại đá cứng vừa, cần dùng máy xới có công suất lớn trên 200 kW, tới 500 kW Lưỡi xới và bàn gạt được điều khiển bằng thuỷ lực Việc sử dụng máy xới phổ biến ở LB Nga, CHLB Đức, Mỹ, Nhật Bản,… Máy xới lớn nhất hiện nay là D575A-3 của hãng Komatsu (Nhật Bản) có công suất 828 kW

2.2.2 Phạm vi áp dụng của máy xới

Thông qua các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của máy xới là tốc độ truyền âm của đất đá, trong đó biểu hiện bao gồm độ kiên cố và độ nứt nẻ của nó Khi tốc độ truyền âm càng lớn thì mức độ khó khăn cho công tác xới càng cao Theo GS.TSKH O.P.Iacobasvin, đất đá có độ kiên cố f < 4 có thể xới ở các cấp nứt nẻ từ

IIV; khi đất đá f=47 ở cấp nứt nẻ III thì mới có thể làm tơi bằng phương pháp xới được; còn loại đất đá có độ kiên cố f >7 thì có thể xới với nứt nẻ cấp I Với đất đá

có độ kiên cố f >12 hoặc nứt nẻ cấp IV, V thì không thể xới được

2.2.3 Các thông số kỹ thuật của máy xới

Máy xới làm tơi và vụn đống đất đá để cho máy bốc, máy xúc hoặc máy cạp xúc

và chuyển tải ra bãi thải Các yếu tố tự nhiên có ảnh hưởng tới khả năng xới của máy

là độ cứng và sự nứt nẻ của đá Đá càng bền vững và càng ít nứt nẻ, càng đòi hỏi máy

có công suất lớn Trước đây khoảng 30 năm, chỉ có thể xới được những loại nham thạch có tốc độ truyền âm trong khối dưới 2300 m/s Những thập niên qua, máy xới càng hoàn thiện, công suất động cơ của máy ngày càng lớn, cho đến nay đã xới được những nham thạch có tốc độ truyền âm tới 3800 m/s (tốc độ truyền âm là một thông số vật lý tổng hợp của nham thạch: đá càng bền vững, càng ít nứt nẻ, tốc độ truyền âm càng lớn)

Giữa tốc độ truyền âm của nham thạch và công suất động cơ của máy xới có mối quan hệ tương đối chặt chẽ (với hệ số tương quan r = 0,93 ) như sau:

N = 0,19 Ve - 60 , kW (2-1) Trong đó: Ve - tốc độ truyền âm dọc của đất đá, m/s Công thức thực nghiệm đúng trong giới hạn 800 m/s Ve 3500 m/s Tương ứng với công suất động cơ trên máy xới có trọng lượng G (gồm cả bộ phận xới):

G = 0,172N – 0,46 , tấn (với r = 0,98) (2-2)

Công thức này nghiệm đúng trong giới hạn 223 kWN745 kW

Như vậy, khi sử dụng phương pháp làm tơi bằng máy xới cần nắm được 2 thông

số cơ bản của thiết bị (công suất động cơ N và trọng lượng máy G) và tốc độ truyền

âm của nham thạch (Ve)

Hình 2.2 Sản lượng của máy xới phụ thuộc vào công suất máy N và

Nếu đất đá có tốc độ truyền âm trên 2000 m/s thì các loại máy xới D9R, D10R,

D11R của hãng Caterppilar (Mỹ) hoặc D275A, D375A, D475A, D575A của Komatsu

(Nhật Bản) và các máy xới T-500, T-75-01 của LB Nga mới có thể xới được

Các loại đá thuộc trầm tích chứa than như: ácgilit, bột kết, cát kết, cuội kết nếu

tốc độ truyền âm không quá 25003000 m/s đều có thể làm tơi bằng máy xới D11R

thay thế cho công tác khoan - nổ mìn

2.3 Các thông số và sơ đồ công nghệ của máy xới

2.3.1 Các thông số công nghệ của máy xới

Các thông số của bộ phận công tác của máy xới gồm góc cắt , góc nhọn đầu

răng cắt , góc sau , chiều dày và chiều dài của răng, khoảng cách giữa các răng

(Hình 5.3)

Góc nhọn đầu răng xới  thường bằng 2030o Góc  phải chọn sao cho để

ngập răng với góc sau = 57o khi xới đá cứng và cứng vừa Việc giảm góc  sẽ dẫn

đến hiện tượng vò nát ở mặt sau của đầu răng xới, làm tăng độ mài mòn cũng như làm

tăng sức cản của đất đá khi xới Chỉ tiêu xới phụ thuộc vào góc cắt  Máy đạt hiệu

quả cao nhất với góc cắt 4552,5o

Hình 2.3 Sơ đồ bộ phận làm việc của răng xới

Khi máy xới làm việc thì đất đá bị phá vỡ trong giới hạn rãnh đào hình thang

(Hình 9.4) Trong đống đất đá đồng nhất ở phần dưới của rãnh đào được tạo nên một

rãnh con chiều rộng đáy là b’ gần bằng chiều rộng của đầu răng xới b, còn chiều cao hr

=(0,150,2)hn , trong đó hn là chiều cao ngập răng Góc nghiêng của thành rãnh đào 

thay đổi từ 4060o tuỳ thuộc vào mức độ khó xới của đất đá Việc xới đất đá nứt nẻ

chủ yếu do sự khắc phục liên kết theo bề mặt tiếp xúc giữa các khối đất đá Đất đá bị

phá vỡ mạnh trong giới hạn chiều sâu ngập răng (Hình 5.4)

Mức độ khó xới của đất đá được xác định bằng khả năng ngập sâu của răng xới

hn và độ cứng cũng như độ nứt nẻ của đất đá trong khối Quá trình phá vỡ trong đất đá

đồng nhất chủ yếu xẩy ra do khắc phục sức cản kéo của nó, với trong đất đá nứt nẻ do

khắc phục lực liên kết

Quá trình xới đất đá của máy xới được tiến hành chủ yếu theo 3 sơ đồ cơ bản sau

đây:

- Xới đất đá theo lớp ngang, sau đó xúc chuyển bằng máy cạp hoặc dùng máy

xúc, máy bốc chất lên ô tô

- Xới đất đá theo lớp ngang, sau đó dùng máy ủi gạt đất đá xuống mặt tầng dưới,

sau đó dùng máy bốc hoặc máy xúc chất lên ô tô

- Xới đất đá theo lớp nghiêng (< 20o), theo hướng từ trên xuống dưới Chiều dài

luồng xới hợp lý trong khoảng 7090 m

Hình 2.4 Sơ đồ xới đá bằng máy xới

2.3.2 Các sơ đồ công nghệ của máy xới

Việc xới đất đá có thể bằng các luồng song song kề nhau trên mặt phẳng ngang hay trên mặt xiên Các sơ đồ làm tơi đất đá của máy xới thể hiện trong hình 5.5 Khi xới theo lớp xiên (đến 20o) thì lực kéo của máy xới được sử dụng nhiều nhất khi hành trình làm việc xuống dốc và chạy không tải lên dốc Sơ đồ công nghệ bóc đất đá theo lớp nghiêng trong hình 9.6 Để xới đất đá cứng, với hn  2 m, đá nhóm I, II, xới các rạch song song ở hai hướng; đá nhóm III, sử dụng rạch dọc - ngang với bước xới 0,70,9 m

Hình 2.5 Các sơ đồ công nghệ làm tơi đất đá bằng máy xới

a, b, c - Rạch kề nhau: dọc - tròn; xoáy trôn ốc; chuyển; d, e, h - Rạch xen nhau: dọc

tròn; xoáy trôn ốc; zíczắc; k - kề nhau: dọc ngang

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ bóc đá bằng máy cày theo lớp nghiêng

H = 5m; b) H = 10m; 1- máy xới; 2 - máy xúc tải

Khoảng cách giữa hai rãnh xới kề nhau C được quy định xuất phát từ điều kiện đảm bảo cỡ đá yêu cầu và chiều sâu cần xới Giữa hai rãnh xới kề nhau sẽ để lại ở phần dưới các “doi” đất (vùng đất đá không phá hết) gây khó khăn cho công tác xúc bốc Chiều sâu xới có hiệu quả hq nhỏ hơn chiều sâu ngập răng hn Do đó, phải tiến hành xới bằng các luồng phụ vuông góc hoặc chéo góc với các luồng xúc đầu nhằm

a

)

b )

c )

d )

e

)

h )

k )