Bài giảng các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

123 Chương 11 VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT TRÊN MỎ LỘ THIÊN 11 1 Khái niệm chung Nhiệm vụ chủ yếu của công tác vận tải trên mỏ lô thiên là chuyển đất đá bóc vào bãi thải và khoáng sản có ích về trạm tiếp nhận (k[.]

Chương 11 VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT TRÊN MỎ LỘ THIÊN

11.1 Khái niệm chung

Nhiệm vụ chủ yếu của công tác vận tải trên mỏ lô thiên là chuyển đất đá bóc vào bãi thải

và khoáng sản có ích về trạm tiếp nhận (kho chứa, bến bãi hoặc nhà máy tuyển khoáng) Ngoài hai loại hàng cơ bản nói trên còn có các mặt hàng phụ khác như thuốc nổ và vật liệu

nổ, thiết bị máy móc và phụ tùng thay thế, nguyên nhiên vật liệu cho các khâu công tác chính

và phụ trên mỏ,…

Thông thường ở mỏ lộ thiên có 2 khâu vận tải chính là vận tải trong mỏ và vận tải ngoài

mỏ Vận tải trong mỏ đảm nhiệm việc chuyên chở khối lượng mỏ từ các gương công các đến các trạm tiếp nhận và chuyển chở các hàng phụ vào mỏ Vận tải ngoài mỏ đảm nhiệm chuyên chở khoáng sản có ích từ kho chứa hoặc từ nhà máy sàng tuyển đến nơi tiêu thụ

Nếu là công ty liên hợp thì thêm khâu vận tải ở phân xưởng - đảm nhiệm khâu chuyên chở khoáng sản có ích tới các phân xưởng đập, phân loại hay xưởng tuyển khoáng tuỳ theo sơ

đồ gia công chế biến quặng

Đặc điếm của công các vận chuyển trên mỏ lộ thiên là:

- Khối lượng vận tải lớn, hàng chủ yếu vận chuyển theo một chiều, mật độ phương tiện lớn (hàng chục, có khi hàng trăm triệu tấn khối lượng mỏ hàng năm)

- Khoảng cách vận tải tương đối ngắn và thay đổi luôn (từ một vài km đến 1520 km)

- Lượng vận tải hàng hoá tính theo đầu phương tiện lớn Cường độ chịu tải của đường lớn Khả năng quay vòng của phương tiện nhanh

- Hàng có khối lượng riêng lớn (15 t/m3 ), có độ cứng và độ mài mòn cao, độ cục của hàng không đồng nhất, có tải trọng động lúc chất và dỡ lớn

- Có liên quan chặt chẽ tới các khâu khác trong dây truyền công nghệ trên mỏ lộ thiên

- Giờ ngừng công nghệ chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ vận tải (bốc hàng, dỡ hàng, tránh nhau, kiểm tra dự phòng,…)

- Địa điểm chất dỡ hàng không ổn định, đẫn đến phải làm lại thường xuyên đường vận tải trên tầng và trên bãi thải

- Độ chênh cao vận tải (chiều cao nâng tải) lớn Khi khai thác chọn lọc và trung hoà quặng thì việc tổ chức vận tải trở nên phức tạp

- Việc bố trí hệ thống đường trong mỏ có liên quan chặt chẽ tới các yếu tố thành tạo vỉa quặng và mặt bằng chật hẹp của mỏ

- Chi phí vận tải chiếm tỷ lệ lớn trong kết cấu giá thành của sản phẩm mỏ (thường chiếm trên 40 %, có khi tới 6575 %)

Những dặc điểm trên đã đặt ra những yêu cầu cơ bản đối với khâu vận tải mỏ lộ thiên là:

- Khoảng cách vận tải, đặc biệt đối với đất đá, phải là ngắn nhất nếu có thể

- Tạo mọi điều kiện để hệ thống đường trong mỏ là cố định, ít phải làm lại trong quá trình khai thác

- Trong một mỏ lộ thiên, số lượng hình thức vận tải và chủng loại thiết bị sử dụng nên là

ít nhất để thuận lợi cho việc thay thế, tổ chức làm việc và sửa chữa

- Dung tích và độ bền của phương tiện vận tải phải phù hợp với công suất của thiết bị xúc bóc và dỡ hàng cũng như tính chất cơ lý của đất đá vận chuyển mà đặc trưng là mức độ khó vận chuyển của chúng

- Thiết bị vận tải phải có độ tin cậy lớn trong làm việc phải tạo điều kiện để thiết bị chính (máy xúc) có giờ chết là ít nhất

- Thiết bị vận tải lựa chọn phải an toàn trong công tác, phải tạo điều kiện để giá thành khai thác lộ thiên là nhỏ nhất Cũng có thể có trường hợp khi tăng giá thành vận tải thì lại tiết kiệm chi phí ở một số khâu khác, thay đổi khối lượng công tác khai thác và xúc bóc và thay đổi sự phân bố theo thời gian, kết quả dẫn đến giảm giá thành chung của mỏ

Theo nguyên tắc tác dụng, người ta phân các hình thức vận tải trên mỏ lộ thiên thành: liên tục và gián đoạn Theo phương pháp chuyên chở hàng, kiểu di chuyển của phương tiện

và kết cấu của đường, vận tải mỏ được phân thành: đường sắt, ô tô, băng tải, sức nước, trọng lực,… Hai hình thức đầu là vận tải gián đoạn và ba hình thức sau là vận tải liên tục

Hình 11.1 Vận tải bằng ô tô điện trên mỏ lộ thiên

Đối với các thiết bị vận tải bằng bánh xe, theo loại đầu kéo người ta phân thành đường sắt và ô tô Đầu máy kéo trong vận tải đường sắt bao gồm đầu tầu điện, đầu tầu nhiệt, đầu tầu điêzen - điện Đối với ô tô có các loại ô tô chạy điêzen, điêzen - điện, và ô tô điện

(trolleybus)

Theo đặc trưng công tác chúng được phân thành loại cố định và loại di động Loại thiết

bị di động là tàu hoả, ô tô,…; loại cố định - trục tải, cáp treo, băng tải,…

Tải lượng là khối lượng hàng hoá (tính bằng tấn hoặc mét khối) vận chuyển được trong một đơn vị thời gian (giờ, ca, ngày-đêm,…)

Luồng hàng là dòng vật liệu chuyên chở có chất lượng nhất định chuyển vận theo một hướng nào đó trong thời gian tương đối ổn định Vận chuyển một số lần không thường xuyên theo một hướng nào đó thì không gọi là luồng hàng

11.2.Tính chất cơ lý của hàng hoá mỏ

Những tính chất cơ lý chủ yếu của hàng hoá mỏ – cụ thể là của đất đá và quặng, có ảnh hưởng tới công tác vận tải là độ cục, khối lượng riêng, độ mài mòn, góc trượt tự nhiên, mức

độ bám dính, độ ẩm,…

Độ cục - hay là thành phần cỡ hạt của hàng hoá là sự phân chia từng cỡ hạt theo độ lớn

của chúng Theo cỡ hạt đồng nhất, hàng mỏ được chia thành cỡ hạt và cấp Mức độ kích thước đồng nhất của cỡ hạt được đặc trưng bằng hệ số:

Ko =

min

max d

d (11-1) Trong đó: dmax- kích thức của hạt lớn nhất: dmim - kích thước của hạt nhỏ nhất Khi

Ko>2,5 thì hàng hoá mỏ được phân chia theo cấp kích thước Hàng hoá trong một cấp bao gồm các cục đá và các hạt có giá trị khác nhau, nếu số lượng các cục đá lớn nhất  10 % thì

độ cục của nó đặc trưng bằng các cục có kích thước amax, nếu < 10 % thì độ cục của nó đặc trưng bằng các cục đá gần với kích thước lớn nhất, các cục đá này có số lượng không nhỏ hơn 10 % so với toàn khối Hàng hoá trong một loại được đặc trưng bằng kích thức trung bình của cục đá:

dtb =

2

d

dmax  min

, mm (11-2) Theo độ lớn của cục đá, hàng hoá mỏ được phân thành các nhóm sau:

Cỡ hạt rất lớn: > 320

Cỡ hạt lớn: 161  320

Cỡ hạt trung bình: 61  160

Cỡ hạt nhỏ: 10  60

Phần cỡ hạt nhỏ hơn còn lại được phân chia thành đất đá dạng hạt 0,59,0 mm), dạng bột (0,050,49 mm) và dạng bụi (<0,05 mm)

Khối lượng riêng của đất đá mỏ trong nguyên khối d (t/m3) thường lớn hơn khi trong đống đá tơi vụn hay trong phương tiện vận tải ,

d (t/m3) và được đặc trưng bằng hệ số nở rời

Kr Hệ số nở rời Kr của đất đá được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng riêng của chúng ở trạng thái nguyên khối γnk và ở trạng thái nở rời γr (Kr = γnk/γr >1) Hệ số nở rời Kr đối với đất

đá mền (cát, cát pha, đất mặt, sét) có thể lấy bằng Kr =1,11,3; đối với đất đá cứng trung bình (than, diệp thạch) Kr =1,41,6 và đối với đất đá cứng có thể tới Kr =1,61,8

Hàng mỏ theo giá trị của '

d

 (t/m3) được phân thành các loại:

Rất nặng: > 2,0 Nặng: 1,1  2,0 Nặng vừa: 0,6  1,1 Nhẹ: < 0,6

Độ mài mòn của hàng mỏ được xác dịnh bởi khả năng mài mòn của cục đá khi tiếp xúc

và trượt trên bề mặt của phương tiện vận tải như bề mặt máng rót, băng tải Theo mức độ mài mòn, hàng mỏ được chia thành 4 loại: không mài mòn, mài mòn ít, mài mòn vừa và mài mòn mạnh Khi vận tải vật liệu có độ mài mòn lớn phải sử dụng các biện pháp chống mài mòn cho các chi tiết máy như dùng vật liệu đệm hay phủ lên bề mặt, làm kín ổ bi, bản lề, không cho các hạt mài mòn rơi vào bề mặt ma sát

Góc trượt tự nhiên  của đất đá tơi vụn ở trạng thái đứng yên là góc nghiêng của sườn đống đá tơi vụn khi nó đứng yên, được đặc trưng bởi mức độ di động tương đối giữa các cục

đá trong đống Tính di động của chúng càng lớn thì góc trượt càng nhỏ, giới hạn cuối cùng của chúng là bằng 0, tương ứng tính di động lớn nhất của chất lỏng không có độ nhớt (thí dụ: nước) Góc trượt tự nhiên  khi vật liệu nằm trên tấm phẳng nằm ngang đứng yên (tĩnh) có giá trị lớn hơn so với khi nằm trên tấm phẳng nằm ngang dao động đ, đ ≈ (0,35÷0,7)β Góc trượt tự nhiên của vật liệu ở trạng thái động đ là cơ sở để xác định tiết diện của dòng vật liệu vận chuyển trên băng tải

Tính bám dính là khả năng bám dính vào vật thể rắn của một số vật liệu rời như đất sét,

đá phấn khi ẩm, Khi vận chuyển các loại vật liệu này cần có các biện pháp chống bám dính như dùng lớp phủ chống dính, thay đổi kết cấu thùng xe, thay đổi góc nghiêng dỡ tải,

11.3 Đánh giá công nghệ các phương tiện vận tải

Vận tải đường sắt là hình thức vận tải kinh tế đối với các mỏ có sản lượng trung bình và lớn, cung độ vận tải xa (trên 23 km )

Ưu điển của vận tải đường có thể sử dụng các dạng năng lượng bất kỳ và các loai đầu máy khác nhau, chi phí năng lượng nhỏ do sức cản chuyển động riêng của đoàn tàu nhỏ (2,02,5 kg/t khối lượng đoàn tàu); có khả năng đáp ứng mọi nhu cầu sản lượng của mỏ lộ thiên do có thể tăng số lượng đoàn tàu hoặc tăng tải trọng của đoàn tàu (tới 1500 t hoặc hơn);

có khả năng tự động hoá trong điều khiển tàu chạy và trong các khâu phụ trợ khác; làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện khí hậu và địa chất mỏ bất kỳ; số lượng nhân viên phục vụ không nhiều; chi phí cho sửa chữa bảo dưỡng và khấu hao không lớn do thiết bị có độ bền, độ chắc chắn và thời gian phục vụ lớn (tới 2025 năm); chi phí vận tải cho 1 t/km nhỏ (so với ô

tô và băng tải - nhỏ hơn 46 lần)

Bên cạnh đó, vận tải đường sắt đòi hỏi khắt khe về điều kiện địa hình: chiều dài tuyến công tác phải đủ lớn (không nhỏ hơn 300500m), bán cong của đường lớn (không nhỏ hơn

100120 m đối với cỡ đường rộng), độ dốc của đường phải nhỏ (dưới 2530 %o), từ đó dẫn đến làm tăng một cách đáng kể chiều dài và số lượng hào dốc, chi phí đầu tư cơ bản cho khâu vận tải, khối lượng và thời gian xây dựng mỏ; làm cho việc tổ chức vận tải và trao đổi phương tiện ở gương phức tạp; làm giảm năng suất có thể của thiết bị xúc bóc, nhất là khi khai thác chọn lọc; công việc vận tải khi đất đá chứa sét, khi điều kiện thời tiết khí hậu không thuận lợi hoặc khi bảo dưỡng rất nặng nhọc Khi vận tải đường sắt, công nghệ thải đá cũng như việc cơ giới hoá khâu thải đá khá phức tạp

Vận tải ô tô được áp dụng chủ yếu cho mỏ lộ thiên có sản lượng trung bình và nhỏ với tải lượng dưới 15 triệu t/năm và phối hợp với các hình thức vận tải khác để áp dụng cho các

mỏ lộ thiên lớn Với các mỏ cỡ lớn có tải lượng 2570 triệu t/năm có thể sử dụng có hiệu quả các ô tô cỡ lớn (80180 t)

Hầu hết các mỏ lộ thiên lớn của nước ta như Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Hà Tu, Núi Béo (Quảng Ninh), Apatit Lào cai, có tải lượng 2045 triệu t/năm, sử dụng vận tải ô tô với tải trọng từ 2796 t

Ưu diểm chính của ô tô là cơ động, linh hoạt và độc lập trong công tác; không có yêu cầu cao về điều kiện địa hình do khả năng vượt dốc lớn (80100 %o), có bán kính vòng nhỏ (1525 m) Những ưu điểm đó dẫn đến dễ phối hợp với thiết bị xúc bóc, tạo điều kiện tốt để tăng cao năng suất máy xúc; giảm được khối lượng làm đường, đào hào; rút ngắn thời gian xây dựng mỏ và chi phí đầu tư cơ bản cho khâu vận tải; nâng cao mức độ tập trung công tác

mỏ, tạo điều kiện tăng nhanh tốc độ dịch chuyển tuyến công tác và cường độ ăn sâu của đáy

mỏ

Vận tải ô tô đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng mỏ, khi khai thác khoáng sàng vỉa có cấu tạo phức tạp, khi khai trường có kích thước mặt bằng chật hẹp, khi địa hình mặt đất phức tạp, khi khai thác chọn lọc,… cũng như làm các việc phụ trợ khác trên mỏ

Nhược điểm cơ bản của vận tải ô tô là chỉ có hiệu quả kinh tế khi khoảng cách vận tải không lớn (23 km với ô tô có tải trọng 45 tấn và 45 km đối với ô tô có tải trọng 65120 tấn), cường độ dịch chuyển cao trên đường (tới 1012 ngàn chuyến/ngđ), số lượng phương tiện thiết bị và phục vụ lớn, tiêu hao dầu mỡ chất đốt tương đối cao, khi đường xấu và dốc thì các bộ phận cơ khí và động cơ hao mòn nhanh, giá trị vận tải ô tô lớn, bị ảnh hưởng lớn bởi các điều kiện thời tiết khí hậu và tình trạng đường sá, gây ô nhiễm môi trường

Ngày nay, người ta đã chế tạo được những ô tô kéo moóc, ô tô tự lật có tải trọng

120180 tấn và lớn hơn để làm việc các máy xúc cỡ đại (dung tích gầu 2560 m3 và lớn hơn) làm việc ở những mỏ lộ thiên có sản lượng lớn, cung độ vận tải xa và độ sâu khai thác không sâu lắm

Loại ô tô điêzen - điện và điêzen - cần vẹt (tải trọng 6065 tấn và lớn hơn) sử dụng hợp

lý cho các mỏ lộ thiên có tải lượng hàng hoá 1020 triệu t/năm hoặc lớn hơn với cung độ vận tải 46 km Ưu điểm chủ yếu của ô tô điện - cần vẹt là khả năng vượt dốc lớn (có thể tới

100120 %o)

Vận tải băng tải chủ yếu áp dụng để chuyên chở than, đất đá mềm, cát sỏi, sét chịu lửa

và đất đá cứng được đập vỡ tốt trên các mỏ lộ thiên

Ưu điểm chủ yếu của băng tải là quá trình vận tải nhịp nhàng và liên tục: có điều kiện để nâng cao được năng suất thiết bị xúc bóc (so với khi vận tải đường sắt - cao hơn 2530 %) và năng suất thiết bị thải đá; tổ chức vận hành đơn giản; giảm được đáng kể khối lượng công tác vận tải và khối lượng xây dựng cơ bản cũng như chiều dài toàn bộ của hệ thống đường sá do băng tải có khả năng vựơt dốc lớn (1820o, nếu sử dụng các loại băng đặc biệt thì có thể tới

3060o); tạo điều kiện để tăng tốc độ của tuyến công tác và đào sâu đáy mỏ; cải thiện điều kiện làm việc và an toàn lao động; tiêu hao điện năng điều hoà và không lớn; có điều kiện để

tự động hoá và điểu khiển từ xa quá trình vận tải; năng suất làm việc cao; lắp đặt, di chuyển

và sửa chữa băng đơn giản

Băng tải sử dụng có hiệu quả cao khi tải lượng hàng từ 2030 triệu t/năm hoặc hơn trên các mỏ lộ thiên có chiều dày lớp đất bóc lớn; đất đá mềm, nếu đất đá cứng phải làm tơi tốt (khi cần, phải qua khâu nghiền đập), chiều sâu mỏ trên 150 m, khoảng cách vận tải 2,53 km Lĩnh vực sử dụng băng tải bị hạn chế bởi những nhược điểm sau: khi vận tải đất đá có

độ dính kết và ẩm (như sét, phấn thạch,…) thì dính băng, do vậy làm tăng giờ chết (để cậy gỡ)

và giảm tốc độ chuyển động của băng; khi vận tải đất đá cứng, sắc cạnh thì băng chóng mòn (chỉ được 1218 tháng); kích thước của cục đá không được vượt quá 2535 % chiều rộng của băng (đối với băng hẹp, d150200 mm và đối với băng cỡ rộng d300400 mm); do chiều dài băng hạn chế nên cần nhiều băng, do vậy phải có nhiều bộ dẫn động và khi vật liệu rót từ băng này sang băng khác làm tăng độ mài mòn của băng

Điều kiện thời tiết khí hậu có ảnh hưởng lớn tới chế độ làm việc của băng Khi khai thác chọn lọc thì việc tổ chức vận tải bằng băng tải ở gương cũng gặp khó khăn Việc chất thải vào băng yêu cầu phải liên tục không gây các va đập mạnh

Các loại băng dùng trên mỏ lộ thiên có thể đặt cố định hay di động, tự di chuyển được;

có thể là loại băng truyền tải, băng cấp liệu, bộ liên hợp thải đá trang bị băng tải, hoặc là cơ cấu băng tải nằm trong các thiết bị xúc bóc, chất hàng,…

Vận tải liên hợp là hình thức vận tải kết hợp nhiều phương tiện, phù hợp với điều kiện

cụ thể về tự nhiên và kỹ thuật của một khu mỏ cụ thể Vận tải liên hợp là ô tô - đường sắt (kết hợp thêm băng tải hoặc trục tải skip), ô tô - trọng lực - đường sắt, băng tải - sức nước, ô tô - tời dây trên không,….Với các mỏ lộ thiên sâu thì thường dùng ôtô vận tải trên tầng, sau đó dùng băng tải hoặc trục tải skip để chuyển khối lượng mỏ từ các tầng dưới thấp lên mặt đất

Từ mặt đất ra bãi thải có đường sắt, ô tô hay băng tải tuỳ theo địa hình cụ thể và cung độ vận tải

Vận tải liên hợp ô tô - đường sắt có sử dụng hiệu quả trên các mỏ lộ thiên có sản lượng lớn Ở các tầng dưới thấp (từ độ sâu 120150 m) thì dùng vận tải ô tô, sau đó chuyển tải cho đường sắt để kéo ra khỏi mỏ Ở các tầng phía trên thì có thể dùng vận tải đường sắt vào trực tiếp tới gương xúc Khoảng cách vận tải ô tô không nên vượt quá 0,70,9 km

Phối hợp vận tải ô tô và trục tải skip được sử dụng cho những mỏ lộ thiên sâu trên 150

m khi kích thước mặt bằng hạn chế, vỉa cắm dốc, đất đá ở bờ mỏ ổn định Khoảng cách vận tải ô tô khi đó không nên lớn hơn 0,50,8 km

11.4 Tính toán thiết bị vận tải

Năng suất của thiết bị vận tải là số lượng hàng hoá mà thiết bị vận chuyển được trong một đơn vị thời gian Trên các mỏ lộ thiên, khối lượng quặng vận chuyển thường được tính bằng t/h và đất đá vận chuyển được tính bằng m3/h

Cần phân biệt năng suất lý thuyết (hay năng suất hộ chiếu), năng suất kỹ thuật và năng suất thực tế (hay năng suất hiệu quả)

- Năng suất lý thuyết là năng suất mà thiết bị đạt được trong điều kiện xúc đầy và hoạt động liên tục

- Năng suất kỹ thuật là năng suất đạt được mà trong đó đã kể thời gian ngừng trong quá trình làm việc do những nguyên nhân kỹ thuật không tránh khỏi, thí dụ như dịch chuyển đường, di chuyển bunke, dịch chuyển máy xúc vào vị trí mới ở gương…

- Năng suất thực tế là năng suất ngoài thời gian ngừng không tránh khỏi kể trên, còn tính đến thời gian ngừng do những nguyên nhân công nghệ, tổ chức, thí dụ thời gian giao nhận

ca, kiểm tra, bơm dầu mỡ, thời gian ngừng do chờ máy xúc, tránh mìn, do lái xe chuẩn bị chưa tốt,… tất nhiên là năng suất kỹ thuật nhỏ hơn năng suất lý thuyết và năng suất thực tế nhỏ hơn năng suất kỹ thuật

Thời gian làm việc trong năm của thiết bị vận tải:

N=365 - (nk + nl + ns) , ngày (11-3) Trong đó: nk - số ngày nghỉ việc trong năm do điều kiện thời tiết khí hậu: nl - số ngày nghỉ lễ và chủ nhật trong năm: ns - số ngày nghỉ để sửa chữa theo định kỳ (tiểu tu, trung tu, đại tu)

Thời gian làm việc thuần tuý của thiết bị vận tải trong ca:

T = T - (tm + th + td ) , h (11-4) Trong đó: T - thời gian ca làm việc; tm - thời gian tổn thất chung do trình tự tổ chức và công nghệ theo quy định; td - thời gian giao nhận ca (td = 0,5h); th - thời gian ngừng do sự cố ngoài dự kiến

Từ đó, số giờ làm việc thuần tuý trong một măn là:

Tn = N.Tl.nc , h (11-5) Trong đó: nc - số ca làm việc trong ngày; N - số ngày làm việc trong năm

Năng suất giờ tính toán của khâu vận tải đối với quặng và đất đá là:

Ah =

n

d q T

k A , t/h và Vh =

n

d d T

k V , m3/h (11-6 )

Trong đó: Aq , Vd - sản lượng quặng và đất bóc hàng năm của mỏ, t/năm và m3/năm; kd

- hệ số không điều hoà của khâu vận tải

Các thông số để xác định năng suất làm việc của thiết bị vận tải không liên tục và liên tục là khác nhau

Đối với thiết bị vận tải hoạt động theo chu kỳ (không liên tục) thì hàng được chất vào thùng xe (toa xe, thùng ô tô,…) và các thông số để tính năng suất của chúng là khối lượng hàng q trong thùng xe của đoàn tầu n (khi vận tải đường sắt), thời gian chu kỳ xe chạy tc(s) Nếu chiều dài đường đi có tải Lc và đường về không tải Lk là khác nhau (nhiều trường hợp bằng nhau ) thì :

Tc = n

k k

e

v

L v

L



 , s (11-7) Trong đó: ve , vk - tốc độ xe chạy lúc có tải, m/s; tn - thời gian nhận tải, dỡ tải và chờ đợi trong một chuyến, s

11.5 Những đặc trưng công nghệ của đầu máy, toa xe

Toa xe sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là toa hở, chịu được lực va đập mạnh, có khả năng dỡ hàng nhanh, có độ bền cơ học lớn Trên mỏ sử dụng rộng rãi loại toa xe tự dỡ hàng

và toa tự lật bằng hệ thống thuỷ lực, thông thường là loại dỡ hàng bên sườn Tải trọng của toa

xe từ 12180 tấn

Để chuyên chở quặng với khoảng cách vận tải 2025 km thì sử dụng loại toa xe tải trọng 63, 94 và 123 tấn Nếu khoảng cách vận tải nhỏ hơn và khi vận tải than thì sử dụng toa

xe tự hành chuyên dụng, tải trọng 90140 tấn, dung tích 90142 m3là có hiệu quả kinh tế hơn

Các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là là đầu tầu điện và đầu tầu nhiệt Các thông số chủ yếu của đầu tầu là công suất Nd, lực kéo F, trọng lượng tính toán Pt và trọng lượng dính Pd , áp lực trục Po và bán kính quay có thể Re

Nd = 

270

Fv , cv (11-8)

Hoặc Nd = 

360

Fv , kw (11-9) Trong đó:  - hiệu suất truyền động từ động cơ đến bánh xe chủ động

Trọng lượng bám dính Pd của đầu máy là phần trọng lượng đặt lên các trục chuyển động của nó Lực kéo của đầu máy là ngoại lực cần thiết tiêu hao để khắc phục lực cản chuyển động Khi tốc độ càng tăng thì lực kéo càng giảm Khi vận tốc chuyển động không lớn thì lực kéo thường bị giới hạn bởi trọng lượng của đầu máy:

Ft > Fd = 1000..Pd , kg (11-10)

Trong đó: Ft, Fd - lực kéo tiếp tuyến và lực bám dính của đầu máy; - hệ số bám dính của vành bánh xe dẫn động với đường ray Khi tầu chuyển động thì: =0,180,26, còn khi bánh xe trượt tại chỗ thì =0,240,34 (giới hạn dưới dùng cho đầu máy hơi nước, giới hạn trên cho đầu tàu điện)

Thông số cơ bản của toa xe là tải trọng, dung tích thùng xe, hệ số bì, số trục, áp lực lên trục, tải trọng lên 1 m đường, bán kính cong cho phép và các kích thước tổng quát của nó Ngày nay người ta đã chế tạo được những đầu tầu điện, sử dụng dòng một chiều, có trọng dính tới 100150 tấn Ưu điểm của đầu tầu điện là khả năng vượt dốc lớn (tới 40%o), bán kính cong tương đối nhỏ (6080 m), ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu, làm việc chắc chắn, vận hành và sửa chữa đơn giản Nhược điểm chính của các đầu tầu điện là phải xây dựng các trạm điện kéo trên mỏ lộ thiên, chi phí đầu tư cơ bản ban đầu lớn, phải thường xuyên di chuyển mạng dây trần tiếp xúc theo tiến độ của gương công tác và bãi thải Đầu tầu nhiệt (trên cơ sở truyền động điện) có hiệu suất truyền động cao (tới 28 %), cơ động trong việc cấp nhiên liệu, tiêu hao năng lượng không lớn lắm, không cần phải có mạng

điện trần tiếp xúc và các công trình đi kèm Nhược điểm cơ bản của đầu tầu nhiệt là khả năng vượt dốc nhỏ (dưới 30 %), động cơ và các thiết bị phụ tùng chóng hỏng và sửa chữa phức tạp Các đầu tầu nhiệt có trọng lượng đến 150180 tấn, đối với loại đầu tầu nhiệt có trọng lượng dính dưới 70 tấn thì chỉ được sử dụng ở những mỏ có tải lượng không quá 5 triệu t/năm

11.6 Kết cấu của đường sắt

Đường sắt bao gồm 2 bộ phận: bộ phận phía dưới và bộ phận phía trên Bộ phận phía dưới là phần nền đường và các công trình xây dựng của nền đường Bộ phận phía trên là đường ray, tà vẹt và nền đá dăm

Nền đường cùng với hệ thống thoát nước là bộ phận rất quan trọng của đường sắt Phần nền đường để rải đá răm gọi là mặt bằng cơ bản

Chiều rộng của mặt bằng cơ bản phụ thuộc vào chiều rộng đường, số lượng đường và tính chất cơ lý của đất đá (Bảng 14.3)

Nền đường có thể hoàn toàn trên nền đắp, trên nền đào, trên nền đất gốc (không đào, không đắp) hoặc là trên nền nửa đào nửa đắp Nền đường phải đảm bảo độ ổn định khô ráo,

dễ thoát nước

Khi là nền đắp, nếu chiều cao dưới 10 m thì độ dốc của sườn nền là 1:1,5; nếu trên 10 m

từ 1:1,75 đến 1: 2 Hai bên sườn dốc phải để lại đai dự trữ có chiều rộng 2 m, dốc ra phía ngoài 24 % Tiếp đến là hai rãnh thoát nước, có chiều rộng tới 1 m

Khi là nền đào thì hai bên nền đường phải có rãnh thoát nước, chiều rộng đáy 0,4 m, sâu 0,5 m Ở phía trên hai bên bờ phải để lại các lề bảo vệ, phía ngoài các lề bảo vệ là các đê chắn nước đổ xuống nền đường

Khi nền là nửa đào nửa đắp thì sườn dốc phía đào phụ thuộc tính chất cơ lý của đất đá Hào thoát nước được bố trí phía trong đường sắt dưới chân sườn dốc

Bảng 11.1 Các thông số của nền đường sắt

Chiều rộng mặt tầng cơ bản Cỡ đường sắt, mm

Trên nền đắp

- Khi một đường

- Khi hai đường

4,6  5,5 8,7  9,6

2,8  3,4 5,8  6,4 Trên nền đào, m (kể cả rãnh thoát nước)

- Khi một đường

- Khi hai đường

7,6  8,0 11,7  12,1

6,1  6,7 9,1  9,7

Ray dùng để định hướng chuyển động cho các bánh xe, tiếp nhận và truyền áp lực xuống

các phần tử nằm phía dưới (tà vẹt, nền đá dăm) Trong quá trình chuyển động, các bánh xe tác động lên ray lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến Các lực này gây ra hiện tượng uốn cong ray trong mặt phẳng thẳng đứng và trong mặt phẳng nằm ngang, cũng như gây ra trên đó hiện tượng xoắn, nén ép, mài mòn Vì vậy để chống lại các hiện tượng trên tiết diện của ray có hình dạng chữ I là tiết diện có các mômen chống uốn, chống xoắn lớn Bảng 11.2 giới thiệu các thông số kỹ thuật của một số loại ray

Bảng 11.2 Thông số kỹ thuật của một số ray

Loại ray

Cỡ đường (mm)

Trọng lượng (kg/m)

Kích thước ray

của đỉnh

Rộng của chân

Dày của thân

P38 1524 38.42 135 68 114 13.0

Chiều dài tiêu chuẩn của các loại ray đường cỡ rộng là 12,5 và 25 m, đối với đường cỡ hẹp là 7 và 8 m

Các chi tiết gá lắp ray dùng để cố định ray với tà vẹt và nối các ray với nhau, bao gồm

tấm đệm và tấm lót dưới tay, bu lông, đinh vấu, nêm, tấm nối ray,…

Số lượng tà vẹt dải trên 1 km đường phụ thuộc vào tải trọng đặt lên trục của đoàn tàu, tải lượng của luồng hàng, vận tốc chuyển động của đoàn tàu, loại đường ray và loại đá rải mặt đường, chất lượng của nền đường, bán kính cong và độ dốc của nền đường, thông thường số lượng tà vẹt rải trên 1 km đường là:

Cỡ đường 1524 mm: 1440 1600 1540 1920 2000

Cỡ đường 750 mm : 1500 1625 1750 1856

Khi tăng số lượng tà vẹt rải trên 1km đường sẽ làm tăng được độ bền và độ ổn định của đường do giảm áp lực riêng đặt lên lớp đá dăm rải đường và đặt lên nền đường Tuy nhiên khoảng cách giữa 2 tà vẹt không được nhỏ hơn 25 cm để không làm ảnh hưởng đến việc gia

cố đá dăm ở nền đường Tà vẹt phải rải đều, riêng ở đầu và cuối thanh ray thì rải dày hơn Chiều dài của tà vẹt là 12,75 m đối với cỡ đường 1524 mm và 1,5 m đối với cỡ đường

750 mm

Nền đá dăm của đường sắt có tác dụng phân bố đều áp lực lên nền đường, giảm nhẹ va

đập của đoàn tàu xuống nền đường, dễ thoát nước, giữ cho nền khỏi bị xói mòn và làm tăng sức kháng cắt của các bộ gá ray

Tiêu phí đá dăm cho 1 km nền đường là 15002000 m3đối với đường cố định và

6001000 m3đối với đường tạm thời

Vật liệu để làm đá dăm rải đường có thể là đá vôi, đá granít, đá sa thạch silic với cỡ hạt

2070 mm, cuội sỏi cát hạt lớn Đối với đường di động ở mỏ có thể dùng ngay đất đá thải hoặc than có tính chất cơ lý tương đương để làm vật liệu rải nền đường

Chiều dày của lớp đá dăm phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá nền đường và tải trọng lên trục của đoàn tàu Đối với cỡ đường 1524 mm thì chiều dày đó là 2540 cm và cỡ đường 750 mm là 1525 cm (số liệu dùng cho đường tạm thời) Với các tuyến đường cố định thì chiều dày lớp đá dăm rải nền là 60 cm

11.7 Toa xe

Theo tính chất sử dụng người ta phân biệt các loại toa xe thông dụng và toa xe dùng cho vận tải công nghiệp Thông thường các toa xe dùng cho vận tải công nghiệp có cấu tạo và kích thước đặc biệt, phù hợp với mục đích sử dụng và chỉ dùng trong hệ thống vận tải công nghiệp

Theo kết cấu thùng xe người ta chia thành toa xe kín, toa xe hở, toa sàn, toa chuyên dụng,…

Theo số trục bao gồm các loại toa hai trục, bốn trục, sáu trục và tám trục

Các toa xe còn đườc phân theo kích thước đoàn tàu, chiều rộng của 2 bánh xe và cấu trúc toa xe Ở các mỏ lộ thiên thường sử dụng toa xe hở tức là toa xe trần vì nó thuận lợi cho việc chất dỡ hàng

Sự khác nhau cơ bản về cấu tạo của toa xe là phương thức dỡ hàng Hàng hoá trong toa

xe được dỡ xuống nhờ vào trọng lượng bản thân của chúng Muốn vậy thì toa xe phải có cơ cấu quay hoặc lật nghiêng, có đáy nghiêng để hàng hoá trong toa xe có thể trượt xuống khi tháo lắp mở chắn Các toa xe trần dùng trong mỏ lộ thiên bao gồm 2 loại: tự dỡ hàng và dỡ hàng cưỡng bức Toa xe tự dỡ hàng có trang bị cơ cấu lật hoặc quay, hoạt động bằng khí nén hoặc thủy lực Toa xe dỡ hàng cưỡng bức được trang bị thiết bị nâng hoặc quay lật đặt cố định

ở các điểm nhận hàng

Các toa xe hở dùng trong mỏ lộ thiên để chuyên chở dất đá và quặng, có thành đứng, đáy hình mái nhà nghiêng về 2 bên, khi mở thành chắn 2 bên hông hàng hoá tự trượt ra ngoài theo trọng lượng bản thân Loại thường dùng ở mỏ có tải trọng 63, 69 và 125 tấn với dung tích tương ứng 72,5, 106 và 137,5 m3

và hệ số bì là 0,34, 0,33 và 0,35 Chúng có chiều dài lớn nhất là 13,9, 16,4 và 20,2 m với chiều rộng tương ứng là 3,1 m

Các toa xe tự dỡ hàng có 2 hoặc 4 trục, tải trọng 2550 tấn, dùng để vận chuyển than, quặng hoặc đá dăm, có thành chắn hai đầu nghiêng để hàng hoá tự trượt xuống dưới khi mở thành chắn

Toa xe sàn trên mỏ lộ thiên được dùng để chuyên chở vật tư kỹ thuật, máy khoan, máy ủi,… Khi chuyên chở máy xúc và các thiết bị nặng khác thì phải dùng loại toa xe sàn nhiều trục chuyên dụng, tải trọng tới 300 tấn hoặc lớn hơn

Các thông số chủ yếu của toa xe là:

- Tải trọng q: khối lượng hàng hoá lớn nhất mà toa xe có thể chuyên chở được

- Trọng lượng bì qb: trọng lượng bản thân của toa xe Nếu giảm được trọng lượng bì mà vẫn giữ được độ bền của toa xe thì sẽ tăng được trọng lượng có ích của nó và tiết kiệm được năng lượng dùng để chuyển động đầu máy

- Hệ số bì Kb: là tỷ số giữa trọng lượng bì và tải trọng của toa xe, đặc trưng cho mức độ hoàn thiện của kỹ thuật chế tạo toa xe: Kb =

q

qb Tuy nhiên hệ số bì Kb chưa phản ánh được đầy đủ chất lượng sử dụng của toa xe, vì vậy người ta còn đưa ra khái niệm hệ số bì thực tế (hệ số bì vận tải) để kể đến sự sử dụng thực tế tải trọng của toa xe:

Kbt =

d

b V

q

 (11-11)

Trong đó: V - khối lượng hàng hoá chứa trong toa xe, m3; d - trọng lượng riêng của hàng hoá chuyên chở, t/m3

Trong thực tế sản xuất ở mỏ, toa xe chỉ được sử dụng ở chiều có tải, do vậy trọng lượng trung bình của toa xe trong một chuyến là:

qc = (Kb +)q , tấn (11-12) Trong đó:  =

K c

c L L

L

 ; Lc và Lk là khoảng cách vận tải của lượt đi có tải và lượt về không tải

Cho nên người ta còn sử dụng hệ số bì sản xuất Kbs để kể đến đặc điểm nói trên:

Kbs = Kb +  (11-13)

- Dung tích hình học của toa xe Vh được xác định theo kích thước hìmh học của thùng

xe và có thể tính theo biểu thức:

Vh =

d

v K

q

Trong đó: Kv - hệ số sử dụng dung tích của toa xe, có thể đạt từ 0,90 0,95 đến 1,11,2, tuỳ theo mức độ chất vơi hay đầy của hàng hoá trong thùng xe

- Số lượng trục n của xe xác định theo tải trọng cho phép p đặt nên mỗi trục:

p

q

q b

(11-15) Kích thước toa xe cần quan tâm khi lựa chọn và tính toán thiết bị là chiều rộng lớn nhất, chiều cao lớn tính từ đỉnh ray và chiều dài lớn nhất kể cả các cơ cấu nối toa của xe

11.8 Đầu máy

Trên các mỏ lộ thiên có thể dùng các loại đầu máy: hơi nước, điện và nhiệt Do tính chất của cômg tác vận tải mỏ mà các đầu máy sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu: khả năng

vượt dốc cao, khắc phục được bán kính cong nhỏ, ít phụ thuộc vào nguồn năng lượng, làm việc ổn định trong mọi điều kiện thời tiết khí hậu và hiệu quả kinh tế cao Bởi vậy, đầu máy điện và đầu máy nhiệt là được dùng nhiều hơn cả

a Đầu máy điện

So với các loại đầu máy khác, đầu máy điện có những ưu điểm nổi bật là:

1 Khả năng vượt dốc lớn, có thể đạt tới 4045 ‰

2 Công suất riêng của đầu máy lớn

3 Tính kinh tế tương đối cao

4 Có khả năng tăng trọng lượng dính của đoàn tàu bằng cách nối ghép hai hoặc nhiều đầu máy với nhau mà chỉ cần điều khiển chuyển động của đoàn tàu bằng một tốp thợ bất kỳ trong các đầu máy đó

5 Điều kiện làm việc của thợ lái là tốt nhất

6 Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu

7 Tiêu hao năng lượng trong thời gian chờ đợi, chất tải là không đáng kể

Các thông số chủ yếu của đoàn tàu do đầu máy điện kéo là trọng lượng dính, công suất động cơ và công suất của nguồn điện cung cấp (Bảng 11.3)

Bảng 11.3 Đặc tính kỹ thuật của một số đầu máy điện cần vẹt

Trong lượng dính của đầu máy được xác định theo thông số vận tải của mỏ lộ thiên: độ dốc đường, chiều sâu mỏ và khoảng cách vận tải

Công suất của động cơ đầu máy được xác định theo chế độ làm việc của nó.Yếu tố ảnh hưởng chủ yếu tới công suất động cơ cần chọn là chiều sâu mỏ, độ dốc đường và tốc độ chuyển động cần thiết khi lên dốc Đối với loại đầu máy có trọng lượng dính 1500 kN thì công suất riêng của động cơ phải đạt được 1,11,4 kW/kN, đối với loại có trọng lượng dính

3600 kN thì công suất riêng là 1,41,7 kW/kN

Theo phương thức cung cấp năng lượng điện, các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên được chia thành đầu máy điện cần vẹt, cần vẹt - ắc quy, cần vẹt - điêzen và ắc quy

Đầu máy điện cần vẹt là loại được sử dụng phổ biến trên mỏ lộ thiên Năng lượng sử dụng cho động cơ hoạt động là dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, cấp qua mạng dây trần

Trọng lượng dính, kN 1000 1500 1500 1800 1000 940 Điện áp đặt lên cần vẹt, kW 1500 1500 1500 1500 10000 1000

Dòng của động cơ (A) khi ở:

- Chế độ ngắn hạn

- Chế độ lâu dài

230

200

234

200

190

148

300

260

355

255

380

340

Đường kính trục

Chiều dài đầu máy, m 13,28 21,32 20,96 21,37 15,46 16,22

Nước sản xuất CHLB Đức CHLB Đức CH Séc CH Séc LB Nga LB Nga