Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng quảng ninh

LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” là kết quả của quá trì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐOÀN TRỌNG LUẬT

TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ

CHO CÁC MỎ KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS BÙI XUÂN NAM

2: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận án này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, chưa hề được

sử dụng để bảo vệ một học vị nào Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo cho việc thực hiện luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Tối ưu hóa sự phối

hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” là

kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian qua với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các nhà khoa học trong ngành mỏ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Mỏ, Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Khai thác lộ thiên cùng các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình

NCS xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Tiểu ban hướng dẫn: PGS.TS Bùi Xuân Nam và PGS.TS Nguyễn Đức Khoát đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và các thông tin cần thiết cho NCS cũng như thường xuyên đôn đốc NCS làm việc và hoàn thành luận án tiến sĩ của mình đúng thời hạn

Cuối cùng, NCS xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp; các nhà khoa học trong ngành mỏ và các ngành khác có liên quan đã tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong suốt thời gian học tập và làm luận án Qua đây, NCS cũng xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt thời gian qua để NCS hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 5

1.1 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 5

1.1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh 5

1.1.2 Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 6

1.1.3 Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 7

1.2 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 13

1.2.1 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai 13

1.2.2 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cao Sơn 20

1.2.3 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu 25

1.2.4 Đánh giá chung về hiện trạng sử dụng máy xúc tại 3 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 29

1.3 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 30

1.3.1 Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Đèo Nai 30

1.3.2 Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cao Sơn 35

1.3.3 Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cọc Sáu 39

1.4 HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 44

1.4.1 Hiện trạng đồng bộ thiết bị tại các mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 44

1.4.2 Hiện trạng phối hợp máy xúc - ôtô trên các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 46 1.4.3 Một số bất cập trong sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 48 1.4.4 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 49 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 49 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG VÀ NGOÀI

LỘ THIÊN 51 2.1 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 51 2.1.1 Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh tế 51 2.1.2 Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính tới

độ tin cậy 57 2.1.3 Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên 60 2.1.4 Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa trên dung tích gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển 62 2.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN NGOÀI NƯỚC TRONG VIỆC TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 64 2.2.1 Thuật toán xếp hàng 64 2.2.2 Thuật toán Monte Carlo và ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên 71 2.2.3 Nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động của thiết bị trong đồng bộ: 82 2.2.4 Nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo: 85 2.2.5 Nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ Liên Xô cũ: 88 2.2.6 Nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương trình phần mềm tính toán có sẵn 89

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 93

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN 99

3.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 99

3.1.1 Sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau 99

3.1.2 Cung độ vận tải chưa được cập nhật theo bước dịch chuyển của gương khai thác 100

3.1.3 Sử dụng các thiết bị đã cũ, năng suất thấp 101

3.1.4 Sơ đồ xúc bốc, nhận tải chưa hợp lý 101

3.1.5 Ảnh hưởng của vận tốc xe chạy đến chu kỳ vận tải 103

3.1.6 Ảnh hưởng của chất lượng đường vận tải 104

3.1.7 Ảnh hưởng của loại vật liệu xúc bốc, vận tải 104

3.1.8 Ảnh hưởng của chu trình vận tải trên mỏ 106

3.2 CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN 107

3.2.1 Sử dụng ít chủng loại thiết bị khác nhau 107

3.2.2 Cập nhật cung độ vận tải định kỳ theo bước dịch chuyển của gương khai thác 107

3.2.3 Không sử dụng những thiết bị quá cũ 108

3.2.4 Tối ưu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải 108

3.2.5 Tối ưu hóa vận tốc xe chạy (có tải và không tải) 110

3.2.6 Nâng cao chất lượng đường vận tải 111

3.2.7 Sử dụng chu trình vận tải hở thay cho chu trình vận tải kín 111

3.3 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 112

3.3.1 Xác định năng suất của máy xúc 112

3.3.2 Xác định năng suất của ôtô 114

3.3.3 Tính toán năng suất đồng bộ 116

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 132

CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO MỘT SỐ MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM OST 133

4.1 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI THAN CHO MỎ THAN CAO SƠN 133

4.1.1 Trường hợp 1 133

4.1.2 Trường hợp 2 138

4.1.3 Trường hợp 3 143

4.1.4 Trường hợp 4 147

4.2 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ BÓC CHO MỎ THAN ĐÈO NAI 151

4.2.1 Trường hợp 1 151

4.2.2 Trường hợp 2 155

4.2.3 Trường hợp 3 159

4.2.4 Trường hợp 4 164

4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 167

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 169

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 171

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

DSMC Phương pháp mô phỏng Monte Carlo trực tiếp

OST Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô

THĐ Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi bóc đất đá

THT Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi khai thác than

TKV Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh 10

Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh 11

Bảng 1.3 Các thông số cơ bản của HTKT tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 12 Bảng 1.4 Nhu cầu sử dụng thiết bị chủ yếu của mỏ than Đèo Nai 13

Bảng 1.5 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai 14

Bảng 1.6 Khối lượng đất bóc và năng suất của thiết bị xúc bốc 17

Bảng 1.7 Các chỉ tiêu đất đá và thông số xúc bốc tại mỏ than Đèo Nai 18

Bảng 1.8 Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn 20

Bảng 1.9 Năng suất của các loại máy xúc đang sử dụng trên mỏ than Cao Sơn 24

Bảng 1.10 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu 25

Bảng 1.11 Khối lượng mỏ cần xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu 27

Bảng 1.12 Năng suất các loại máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu 27

Bảng 1.13 Khối lượng vận tải hàng năm của mỏ than Đèo Nai theo thiết kế 31

Bảng 1.14 Số lượng ôtô vận tải tại mỏ than Đèo Nai (2016) 33

Bảng 1.15 Năng suất vận tải của mỏ than Đèo Nai (2016) 34

Bảng 1.16 Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn năm 2016 36

Bảng 1.17 Năng suất làm việc của các loại ôtô trên mỏ than Cao Sơn 38

Bảng 1.18 Thiết bị của mỏ than Cọc Sáu tính đến năm 2016 41

Bảng 1.19 Năng suất thiết bị vận tải của mỏ than Cọc Sáu năm 2016 43

Bảng 1.20 Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi bóc đất đá 47

Bảng 1.21 Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi khai thác than 47

Bảng 2.1 Các thông số kinh tế - kỹ thuật của máy xúc và ôtô 55

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu phân tích tình hình hoạt động của máy xúc và ôtô 57

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu số lượng độ tin cậy của ôtô - máy xúc trên các mỏ lộ thiên Việt Nam 59

Bảng 2.4 Các biến số ngẫu nhiên tìm được theo các phân phối cơ bản 78

Bảng 3.1 Xác định giá trị Krg theo E và dtb 114

Bảng 3.2 Xác định giá trị Kxđ theo E và dtb 114

Bảng 4.1 Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn 138

Bảng 4.2 Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn năm 2016 138

Bảng 4.3 Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai 155

Bảng 4.4 Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai năm 2016 156

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 8

Hình 1.2 Công tác xúc bốc đất đá tại mỏ than Đèo Nai 14

Hình 1.3 Các sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc đất đá theo phương thức khấu đuổi trong một nhóm tầng tại mỏ than Đèo Nai 16

Hình 1.4 Sơ đồ a, b, d nạp xe 1 bên; sơ đồ c nạp xe 2 bên 19

Hình 1.5 Công tác xúc bốc tại mỏ than Cao Sơn 21

Hình 1.6 Hộ chiếu xúc đất đá tại mỏ than Cao Sơn 22

Hình 1.7 Hộ chiếu xúc than tại mỏ than Cao Sơn 23

Hình 1.8 Công tác xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu 25

Hình 1.9 Gương xúc bên hông sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu 26

Hình 1.10 Biểu đồ V, P = f(H) mỏ than Đèo Nai 32

Hình 1.11 Sơ đồ nhận tải của ôtô khi đào hào tại mỏ than Cao Sơn 39

Hình 2.1 Các trạng thái của hệ thống phục vụ đám đông chờ 53

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển đổi từ trạng thái này snag trạng thái khác 59

của tổ hợp ôtô - máy xúc 59

Hình 2.3 Mô hình thuật toán xếp hàng của đồng bộ máy xúc - ôtô 64

Hình 2.4 Minh hoạt các hoạt động xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ thiên 66

Hình 2.5 Các biến điểm trung chuyển và thời gian di chuyển qua các điểm 67

Hình 2.6 Minh họa mô hình LP đơn giản xác định Xij và Tij tương ứng với 2 khu vực chất tải 67

Hình 2.7 Minh họa mô hình LP mở rộng với 3 khu vực chất tải 69

Hình 2.8 Nguyên tắc hoạt động của phương pháp Monte Carlo 75

Hình 2.9 Miền biến thiên của mẫu Monte Carlo 77

Hình 2.10 Sơ đồ khối mô phỏng quá trình lựa chọn ôtô 82

Hình 2.11 Sơ đồ của một hệ thống chuyên gia điển hình 86

Hình 2.12 Minh họa cơ cấu thuật toán di truyền 87

Hình 2.13 Giao diện chương trình FPC 89

Hình 2.14 Cấu trúc dữ liệu của TALPAC 92

Hình 2.15 Giao diện phần mềm TALPAC 92

Hình 3.1 Sơ đồ nhận tải quay đảo chiều, nạp xe 1 bên 102

Hình 3.2 Sơ đồ dỡ tải của máy xúc 103

Hình 3.3 Sơ đồ quá trình xúc đất đá 105

Hình 3.4 Minh họa chu trình vận tải kín 106

Hình 3.5 Minh họa chu trình vận tải hở 107

Hình 3.6 Các sơ đồ nạp xe trên mỏ 109

Hình 3.7 Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên 121

Hình 3.8 Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô hoàn toàn mới 123

Hình 3.9 Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô tối ưu trong số các thiết bị đã có sẵn của mỏ 124

Hình 3.10 Minh họa quá trình lựa chọn ôtô mới phù hợp với máy xúc đã có của mỏ 126

Hình 3.11 Minh họa quá trình lựa chọn máy xúc mới phù hợp với ôtô đã có của mỏ 127

Hình 3.12 Phần mềm tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên (OST) 128

Hình 3.13 Cơ sở dữ liệu máy xúc của phần mềm OST 129

Hình 3.14 Cơ sở dữ liệu ôtô của phần mềm OST 129

Hình 3.15 Đồ thị xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ 130

Hình 3.16 Các giá trị tính toán theo từng cặp máy xúc - ôtô trên phần mềm OST131 Hình 4.1 Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Cao Sơn 135

Hình 4.2 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn khi chọn mới máy xúc và ôtô 136

Hình 4.3 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô 137

Hình 4.4 Tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô đối với thiết bị có sẵn của mỏ than Cao Sơn sử dụng chu trình vận tải kín 140

Hình 4.5 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị có sẵn của mỏ 141

Hình 4.6 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị sẵn có của mỏ 142 Hình 4.7 Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ than Cao Sơn, sử dụng chu trình vận tải kín 144 Hình 4.8 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ 145 Hình 4.9 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị xúc bốc sẵn có của mỏ 146 Hình 4.10 Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị ô tô có sẵn của mỏ than Cao Sơn, sử dụng chu trình vận tải kín 148 Hình 4.11 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ 149 Hình 4.12 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị ô tô sẵn có của mỏ 150 Hình 4.13 Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín 152 Hình 4.14 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi chọn mới máy xúc và ôtô với chu trình vận tải kín 153 Hình 4.15 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô với chu trình vận tải kín 154 Hình 4.16 Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô có sẵn cho mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín 157 Hình 4.17 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi chọn máy xúc và ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín 159 Hình 4.18 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn máy xúc – ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín 159 Hình 4.19 Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị máy xúc có sẵn của mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín khi vận tải đất đá trên mỏ 161

Hình 4.20 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi chọn đồng bộ ô tô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín 162 Hình 4.21 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín 163 Hình 4.22 Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín khi vận tải đất đá trên mỏ 165 Hình 4.23 Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi chọn đồng bộ máy xúc dựa trên cơ sở dữ liệu ô tô có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín 166 Hình 4.24 Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín 167

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Theo kế hoạch phát triển ngành than, nhu cầu về sản lượng than ngày càng tăng Các mỏ than lộ thiên vẫn đang đảm nhiệm một sản lượng lớn trong tổng sản lượng than của toàn ngành Tuy nhiên, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh - nơi cung cấp than chủ yếu cho đất nước đang phải tiến hành khai thác trong những điều kiện khó khăn hơn: các mỏ dần khai thác xuống sâu, khối lượng đất bóc lớn, thiếu diện tích và không gian đổ thải, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải tăng, sự đồng

bộ và phối hợp giữa các thiết bị chính trong mỏ chưa phù hợp,…

Trên các mỏ than lộ thiên Việt Nam hiện nay, công tác xúc bốc và vận tải chủ yếu vẫn sử dụng máy xúc một gàu và ôtô Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, các thiết bị máy móc như máy xúc, ôtô, máy khoan,… đang ngày càng đa dạng về chủng loại và phong phú về số lượng Như đã nói ở trên, các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung và khu vực Quảng Ninh nói riêng (nơi tập trung các mỏ than lộ thiên lớn và đặc trưng nhất của ngành Than Việt Nam) đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị, tối ưu hóa sự phối hợp giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải,… đặc biệt là đối với các mỏ lộ thiên lớn khi khai thác xuống sâu, điều kiện khai thác khó khăn hơn, tính chất cơ lý đất đá kém

ổn định hơn, cung độ vận tải lớn hơn,… Điều này dẫn tới hiệu quả làm việc của các thiết bị không cao, ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất và kinh doanh của mỏ Bên cạnh đó, việc ứng dụng những tiến bộ khoa học công nghệ của ngành công nghệ thông tin vào ngành mỏ nói chung và khai thác lộ thiên nói riêng là vấn đề được cả thế giới quan tâm và cần được nghiên cứu, ứng dụng trong ngành mỏ của Việt Nam

Trước thực trạng đó, đề tài “Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho

các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” mà NCS lựa chọn nghiên cứu là

vấn đề cấp thiết đối với các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung và vùng Quảng Ninh nói riêng Nó không chỉ mang ý nghĩa về mặt khoa học trong lĩnh vực mỏ mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong quá trình sản xuất trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cũng như các mỏ lộ thiên khác có điều kiện tương tự

2 Mục tiêu

Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh khi lựa chọn thiết bị cho mỏ

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô

- Phạm vi nghiên cứu: các mô hình tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các

mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (gồm 3 mỏ lớn, điển hình nhất tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh là Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu)

4 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

- Tổng quan về một số thuật toán trong và ngoài nước dùng để tính toán đồng

bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ lộ thiên

- Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

- Tính toán thử nghiệm cho một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh bằng chương trình phần mềm OST

5 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận

Để đạt được các kết quả theo định hướng trên, NCS sử dụng một số các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thống kê: Thống kê, đánh giá, xử lý các số liệu thu thập được

từ các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh;

- Phương pháp tra cứu: Tra cứu tài liệu từ giáo trình, sách báo, các văn bản pháp quy, các website để thu thập số liệu, tài liệu có liên quan;

- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi với các nhà khoa học, các chuyên gia về công tác quản lý, thiết kế, điều hành sản xuất và thực tiễn hoạt động trong các lĩnh vực có liên quan để có cái nhìn tổng quát về vấn đề nghiên cứu;

- Phương pháp toán học: Sử dụng phương pháp xác suất thống kê để phân tích xử lý số liệu; xây dựng mối quan hệ toán học giữa các khâu công nghệ xúc bốc

- vận tải; xây dựng mô hình toán học xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

- Bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho mỏ lộ thiên dựa trên việc xác định năng suất đồng bộ tối ưu giữa máy xúc và ôtô theo điều kiện kỹ thuật trong cả 2 trường hợp vận tải kín và vận tải

hở

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần nâng cao hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô cũng như nâng cao năng suất cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh với các phương án máy xúc và ôtô khác nhau;

- Xây dựng được phần mềm tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu cho các

mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

7 Điểm mới của luận án

- Đã đánh giá toàn diện về các phương pháp tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên;

- Đã xây dựng được phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh;

- Đã xây dựng được chương trình phần mềm OST dùng để lựa chọn các đồng

bộ máy xúc - ôtô tối ưu về mặt kỹ thuật cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh

8 Luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Cung độ vận tải và chu trình vận tải (kín - hở) có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ than lộ thiên

- Luận điểm 2: Trình tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô không còn phụ thuộc vào việc chọn máy xúc trước hay ôtô trước mà phải chọn đồng thời cả máy xúc và ôtô để cân đối năng suất làm việc giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải một cách hợp lý;

- Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc và năng suất của ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 là giá trị tối ưu nhất về mặt kỹ thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh

9 Cấu trúc của luận án

Luận án được cấu trúc gồm: mở đầu, 4 chương, kết luận - kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục Nội dung luận án được trình bày trong 206 trang đánh máy khổ A4 với 31 bảng biểu, 56 hình minh họa và 68 tài liệu tham khảo

10 Các ấn phẩm đã công bố

Theo hướng nghiên cứu của luận án, NCS đã công bố 8 công trình đang trong các tạp chí chuyên ngành mỏ, hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ trong nước và quốc tế

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1.1 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1.1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh

Quảng Ninh là tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, được ví như một “Việt Nam thu nhỏ” vì có cả biển, đảo, đồng bằng, trung du, đồi núi và biên giới Trong quy hoạch phát triển kinh tế, Quảng Ninh vừa thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, vừa thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ và đây là tỉnh khai thác than chính của Việt Nam

Với sản lượng chiếm 50% tổng sản lượng than khai thác được trong năm

2016 thì các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (chủ yếu và điển hình tại khu vực Cẩm Phả) vẫn đang và vẫn tiếp tục có vai trò quan trọng trong ngành Than của Việt Nam [13]

Theo quy hoạch phát triển than các vùng Uông Bí, Hòn Gai và Cẩm Phả đến năm 2020, tổng tài nguyên trữ lượng cả ba vùng, khoảng 8,6 tỷ tấn (trong đó vùng Uông Bí trên 5 tỷ tấn; Hạ Long trên 1,2 tỷ tấn; Cẩm Phả trên 2,2 tỷ tấn) Tài nguyên, trữ lượng than huy động vào quy hoạch đến năm 2020 là hơn 1,1 tỷ tấn; đến năm 2015 thực hiện xong các đề án thăm dò phần tài nguyên và trữ lượng than thuộc tầng trên mức -300m Giai đoạn 2016 - 2020, hoàn thành cơ bản công tác thăm dò đến đáy tầng than [13]

Theo kế hoạch phát triển ngành Than, nhu cầu về sản lượng ngày càng tăng, các mỏ than lộ thiên phải đảm nhiệm sản lượng mỏ chiếm 60% (năm 2010) và sẽ duy trì 45÷50% trong tổng sản lượng của toàn ngành từ sau năm 2020 Trong khi các mỏ than lộ thiên đang phải tiến hành khai thác với điều kiện ngày càng khó

khăn hơn: khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, khối lượng đất bóc của các mỏ tăng nhanh, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải lớn,

Để đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, NCS tiến hành khảo sát chi tiết tại 03 mỏ than lộ thiên lớn, điển hình tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, đó là các mỏ: Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu Các mỏ này điển hình cho tất cả các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh về điều kiện tự nhiên, kỹ thuật, công nghệ khai thác và thiết bị sử dụng

1.1.2 Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.2.1 Mỏ than Đèo Nai

Mỏ than Đèo Nai thuộc thị xã Cẩm Phả - Quảng Ninh, nằm trong giới hạn tọa độ (hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trục 105o, múi chiếu 6o):

X = 2327694 ÷ 2324705; Y = 738178  741536

Phía Đông giáp mỏ than Cọc Sáu Phía Tây giáp công trường +110 mỏ than Thống Nhất Phía Nam giáp khu vực dân cư các phường Cẩm Đông, Cẩm Tây, Cẩm Sơn - Thành phố Cẩm Phả Phía Bắc giáp mỏ than Cao Sơn và mỏ than Khe Chàm

Mỏ than Đèo Nai đang khai thác với diện tích 6,06 km2, trữ lượng khai thác 42,5.106 tấn [13]

1.1.2.2 Mỏ than Cao Sơn

Mỏ than Cao Sơn thuộc địa bàn phường Cao Sơn, và phường Mông Dương -

Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 4 km về hướng Đông Bắc Khai trường mỏ Cao Sơn nằm trong khoáng sàng than Khe Chàm với tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60):

X = 26.880  28.330; Y = 427.900  429.250; Z = Từ lộ vỉa  80 m

Phía Đông giáp khai trường mỏ than Mông Dương Phía Tây giáp mỏ Đông

Đá Mài Phía Nam giáp các mỏ Đèo Nai và Cọc Sáu

Mỏ than Cao Sơn có diện tích khu vực khai thác là 4,87 km2 và trữ lượng khai thác 48,13.106 tấn [11]

cư phường Cẩm Phú; qua khu dân cư khoảng 2 km là Quốc lộ 18A

Mỏ than Cọc Sáu có diện tích khu vực khai thác 5,35 km2, trữ lượng khai thác 51,947.106 tấn [12]

Đặc điểm chung của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là đều có địa hình dạng đồi núi, bao gồm các đỉnh núi nằm xen lẫn với các thung lũng Hiện trạng địa hình trên mặt của các khu mỏ lộ thiên nói trên hầu như đã bị khai thác, đổ thải,… làm thảm thực vật rừng không còn nguyên vẹn, sườn núi khá dốc, dễ bị xói

lở trong mùa mưa Địa hình nguyên thuỷ của khu vực bị biến đổi hoàn toàn Địa hình các mỏ hiện nay chủ yếu là các moong khai thác, các tầng đất đá đang khai thác và các bãi thải, các mương, rãnh và các công trình xây dựng phục vụ khai thác

mỏ

1.1.3 Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.1 Dây chuyền công nghệ

Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh được thể hiện trong hình 1.1 Ở sơ đồ này, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm: bóc đất đá và khai thác than Công nghệ khai thác của mỏ theo quy trình khép kín với các công đoạn khai thác liên hoàn Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - nổ mìn

- xúc bốc - vận chuyển - đổ thải; dây chuyền khai thác than gồm: xúc bốc - vận chuyển - sàng, tuyển - tiêu thụ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.2 Công nghệ khai thác

Các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đã hoàn thiện và làm chủ được công nghệ đào sâu đáy mỏ dưới mức thoát nước tự chảy Sự phối hợp giữa máy xúc đào hào chuẩn bị với máy xúc tay gàu mở rộng tầng, giữa đào hào và khấu than theo phân tầng và bóc đất đá toàn tầng ngày càng thuần thục, nhờ thế mà mỏ tăng được tốc độ xuống sâu từ 57 m/năm lên 1015 m/năm, thậm chí đến nay tại các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai có thể đạt 2025 m/năm

Trong khâu khoan - nổ mìn, tiến bộ kỹ thuật thể hiện qua việc ứng dụng máy khoan thủy lực; công nghệ nổ mìn vi sai phi điện kết hợp với việc sử dụng nhiều loại thuốc nổ có tính năng phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể của mỏ Ngoài hiệu quả kinh tế trực tiếp mang lại, các thành tựu do tiến bộ khoa học trong công nghệ khoan - nổ mìn nói riêng và tiến bộ khoa học, công nghệ nói chung đã làm ảnh hưởng lớn đến việc đầu tư bổ sung, thay thế và sử dụng hệ thống thiết bị xúc bóc, vận tải, thải đá của các mỏ

Để khắc phục khó khăn do úng lụt trong mùa mưa gây ra cho sản xuất, hầu hết các mỏ đều sử dụng công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp Việc sử dụng công nghệ khai thác này đã giúp cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh chủ động điều hoà được sản lượng than, đất trong các mùa của năm

Hệ thống khai thác (HTKT) khấu theo lớp dốc đứng đã được nghiên cứu và

áp dụng thành công ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh Với HTKT này cho phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ công tác, đẩy lùi một khối lượng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau

Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực gàu ngược (MXTLGN) như hiện nay cho phép tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than và đá kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về công nghệ vận tải đất đá hợp lý cho các mỏ than lộ thiên sâu ở Việt Nam, hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã có chủ trương đầu tư thí điểm hệ thống vận tải liên hợp ôtô - băng tải dốc kết hợp với các trạm đập nghiền đá di động Trong công nghệ này, việc

sử dụng thiết bị máy xúc là gần như không thay đổi nhưng số lượng, chủng loại ôtô

và các loại hình thiết bị khác trong đồng bộ thiết bị của mỏ cần được tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn, đầu tư, bố trí sử dụng hợp lý để đảm bảo hiệu quả sản xuất

Mặc dù vậy hiện nay và trong tương lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công nghệ xúc bốc và vận tải bằng máy xúc một gàu và ôtô vẫn tiếp tục là những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ thiết bị chính của mỏ

1.1.3.3 Sản lượng khai thác

a Mỏ than Đèo Nai

Sản lượng khai thác của mỏ than Đèo Nai đạt bình quân 2,5.106 tấn/năm, tương ứng sản lượng đất bóc hàng năm thay đổi từ 20.10632.106 m3/năm

Dự kiến tuổi thọ của mỏ là 30 năm với sản lượng theo than 2,5.1061,0.106

tấn/năm và theo đất đá là 32,5.10620.106

m3/năm và kết thúc khai thác vào năm

2037

Bảng 1.1 Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

KG/cm2

k, KG/cm2

c, KG/cm2

, KG/dm3

Hiện tại, số ngày làm việc trong năm của mỏ than Đèo Nai là 355 ngày Số

ca làm việc trong ngày là 3 ca (xúc bốc đất đá) và 2 ca (khai thác than) Số giờ làm việc trong ca là 8 giờ

b Mỏ than Cao Sơn

Công suất được phép khai thác của mỏ than Cao Sơn là 3,5.106 tấn/năm (từ

2009 đến 2021) và 2,63.106 tấn/năm (từ 2022 đến khi kết thúc mỏ)

Mỏ Cao Sơn áp dụng chế độ làm việc trong năm là 293 ngày Số ca làm việc trong ngày: 3 ca (xúc bốc đất đá), 2 ca (khai thác than) Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ

c Mỏ than Cọc Sáu

Trên cơ sở sự phân bổ trữ lượng than còn lại theo tầng, tốc độ xuống sâu tại khu Thắng Lợi theo dự tính là 15 m/năm thì sản lượng của mỏ Cọc Sáu đạt 2,5.1063,6.106 tấn/năm Tuổi thọ của mỏ là 24 năm (từ 2010 đến 2033)

Mỏ than Cọc Sáu làm việc theo chế độ không liên tục, nghỉ chủ nhật và ngày

lễ Số ngày làm việc trong năm của mỏ than Cọc Sáu là 300 ngày (khai thác than là

270 ngày) Số ca làm việc trong ngày: 3 ca (bóc đất đá), 23 ca (khai thác than, tùy theo thời kỳ) Thời gian làm việc 1 ca: 8 giờ

Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh

TT Tên mỏ

Chiều dài trên mặt, m

Chiều rộng trên mặt,

m

Cao độ đáy mỏ,

m

Khối lượng đất bóc,

106 m3

Khối lượng than nguyên khai,

103 tấn

Chiều cao

Bảng 1.3 Các thông số cơ bản của HTKT tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế

1.2 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1.2.1 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai

1.2.1.1 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Với tổng diện tích khai trường của mỏ than Đèo Nai là 390 ha, HTKT sử dụng cho mỏ là HTKT xuống sâu, dọc một bờ công tác, sử dụng bãi thải ngoài với việc áp dụng công nghệ khấu theo lớp đứng và đào sâu đáy mỏ bằng MXTLGN thì nhu cầu sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai là rất lớn (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Nhu cầu sử dụng thiết bị chủ yếu của mỏ than Đèo Nai

vị

Số lượng Ghi chú

Xúc đất đá và than

2 Máy xúc thuỷ lực (5,2 m3

3 Máy xúc tay gàu EKG-4,6; -5A (4,6÷5,0 m3) Cái 12

Hình 1.2 Công tác xúc bốc đất đá tại mỏ than Đèo Nai Bảng 1.5 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Số

Dung tích gàu xúc,

m3

Số lượng, cái

Năng suất định mức của ngành than, m3/ca

so sánh với khối lượng mà các máy xúc hiện nay đang đảm nhận là 20.350.000 m3

thì vẫn còn tồn lại 11.900.000 m3 đất đá chưa được xúc

1.2.1.2 Sơ đồ công nghệ và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị xúc bốc tại mỏ than Đèo Nai

Trên cơ sở đặc điểm cấu tạo của các vỉa than tại mỏ Đèo Nai, thiết bị sử dụng và hiện trạng khai thác tại các khu vực, để giảm tổn thất và làm bẩn than trong

quá trình khai thác, công nghệ khai thác than tại mỏ được thực hiện như sau:

- Khu công trường chính: Than được khai thác theo các phân tầng với chiều cao 5 m, chiều dày của các lớp than và đá kẹp cần tách chọn lọc  0,5m Công tác dọn sạch vách, trụ vỉa và các lớp đá kẹp được thực hiện bằng MXTLGN kết hợp với máy gạt Đào hào mở vỉa bằng hào bám vách và hướng khai thác than từ vách sang trụ vỉa

- Khu Lộ Trí: Tiến hành khai thác đồng thời gồm nhiều vỉa than có cấu tạo rất phức tạp, đặc biệt là các vỉa Bắc A2 Hiện trạng, việc khai thác các vỉa này là cắt tầng than theo các tầng đất đá và hướng khai thác từ trụ sang vách vỉa Với công nghệ khai thác như vậy gây tổn thất và làm bẩn rất lớn Công nghệ khai thác các vỉa than thuộc khu Lộ Trí cũng tương tự như khu công trường chính, nhưng hào mở vỉa được tiến hành trong than và hướng khai thác từ hào trung gian sang trụ vỉa, khi đẩy được đất đá vách đến vị trí cần thiết thì đi hào vách và tiến hành khai thác than từ hào vách tới hào trung gian

Công tác đào sâu đáy mỏ và khai thác than hiện trạng đang được thực hiện bằng MXTLGN với dung tích gàu E = 3,1 m3 phối hợp với các máy xúc hiện có của

mỏ Phương hướng đầu tư ĐBTB chủ yếu để khai thác và vận chuyển than, trong thời gian tới dùng loại MXTLGN có E = 33,5 m3

, chiều sâu xúc tối đa hs  89 m, kết hợp với ôtô chuyên dùng để chở vật liệu nhẹ, có dung tích thùng xe 1718 m3, tương ứng với tải trọng 2425 tấn là hợp lý Ngoài ra, do đặc điểm cấu tạo của các vỉa than rất phức tạp, đặc biệt là các vỉa Bắc A2, sử dụng 01 MXTLGN có dung tích gàu E = 11,5 m3

để tăng cường khai thác chọn lọc, tận thu các lớp than mỏng, giảm tổn thất và làm nghèo khoáng sản

Trình tự phát triển công trình trên toàn bộ hay từng phần của bờ mỏ khi áp dụng công nghệ này là từ trên xuống dưới, các máy xúc làm việc trên các tầng kề nhau hay trên cùng một tầng là theo phương thức khấu đuổi và có thể có một số phương pháp bố trí máy xúc trên một nhóm tầng cơ bản như sau:

a Một máy xúc trên 1 tầng và xúc đuổi

nhau với luồng xúc dọc tầng

b Hai máy xúc trên 1 nhóm tầng được

bố trí trên cùng 1 tầng

c Hai máy xúc trên 1 nhóm tầng được

bố trí mỗi máy 1 tầng

d Một máy xúc trên 1 nhóm tầng

Hình 1.3 Các sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc đất đá theo phương thức khấu đuổi trong

một nhóm tầng tại mỏ than Đèo Nai

1 Một máy xúc trên một tầng và xúc đuổi nhau với luồng xúc dọc tầng (Hình 1.3-a)

2 Hai máy xúc trên một tầng với luồng xúc dọc tầng (Hình 1.3-b)

3 Hai máy xúc trên một nhóm tầng với luồng xúc dọc tầng (Hình 1.3-c)

4 Sử dụng một máy xúc trên một nhóm tầng (Hình 1.3-d)

Khối lượng đất đá bóc và năng suất của các thiết bị xúc bốc hiện đang sử dụng tại mỏ được thể hiện trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Khối lượng đất bóc và năng suất của thiết bị xúc bốc

1 Khối lượng đất bóc hàng năm lớn nhất 103m3 32.250

2 Khối lượng đất bóc do máy xúc hiện có đảm nhận 103m3 20.350

3 Khối lượng đất bóc cần bổ sung thiết bị xúc bốc 103m3 11.900

4 Năng suất máy xúc EKG 4,6; 5A hiện có xúc đất đá 103 m3 600÷750

5 Năng suất máy xúc tay gàu có E = 8÷10 m3 103 m3 2500÷3000

6 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 5,2÷6,7 m3 103 m3 1500÷1700

7 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 2,5÷3,5 m3

103 m3 750

8 Số lượng máy xúc thuỷ lực đầu tư bổ sung:

Bảng 1.7 Các chỉ tiêu đất đá và thông số xúc bốc tại mỏ than Đèo Nai

TÊN MÁY

Theo danh sách

Làm việc thực tế

danh sách

Thực tế làm việc EKG 6 1 1 839.699 834.102 5.597 274 722 3.736 3.065 1.163 225

PC-315DL 1 1 141.560 122.127 19.433 270 676 3.044

PC-200W7 1 1 37.492 30.814 6.678 350 1.024 4.346

Cộng PC-CT gạt 2 2 179.052 152.941 26.111 620 1.700 7.390

XL-2 1 1 281.749 32.413 249.336 276 533 2.250 1.021 529 125 XL-3 1 1 359.634 26.812 332.822 306 604 2.665 1.175 595 135 XL-4 1 1 730.123 29.308 700.815 301 763 3.195 2.426 957 229

Cộng máy bốc 3 3 1.371.506 88.533 1.282.973 883 1.900 8.110 457.169 457.169 1.553 722 169

Với các thiết bị xúc bốc chủ yếu là máy xúc tay gàu EKG và MXTLGN thì kiểu gương xúc phục vụ cho công tác xúc bốc trên mỏ hiện nay là gương bên hông

Khi sử dụng gương bên hông, có các sơ đồ nhận tải của ôtô đối với máy xúc tại mỏ than Đèo Nai như sau:

a) b) c) d)

Hình 1.4 Sơ đồ a, b, d nạp xe 1 bên; sơ đồ c nạp xe 2 bên

Sơ đồ (Hình 1.4-a) có trục ôtô song song với trục máy xúc ở vị trí chính diện,

sơ đồ này áp dụng khi chiều rộng luồng xúc hẹp Sơ đồ này có nhược điểm là thời gian trao đổi xe lớn

Sơ đồ (Hình 1.4-b) có trục ôtô lệch so với phương thẳng đứng 1 góc 35, ở

sơ đồ này thời gian xúc của máy xúc giảm do giảm thời gian của vòng quay

Sơ đồ (Hình 1.4-c) ôtô được bố trí ở hai bên máy xúc nên giảm được thời gian vòng quay của máy, thời gian làm việc của máy xúc là lớn nhất, sơ đồ trao đổi

xe an toàn, đơn giản

Sơ đồ (Hình 1.4-d) nâng cao thời gian của máy xúc do không mất thời gian chờ đợi trao đổi xe, sơ đồ này chỉ áp dụng khi ôtô có tải trọng không lớn vì việc lùi

xe theo sơ đồ này rất phức tạp

1.2.1.3 Đánh giá hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai

Số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai hiện nay khoảng 25 chiếc bao gồm cả máy xúc tay gàu (chủ yếu để xúc đất đá) và MXTLGN để xúc than và xúc chọn lọc các vỉa mỏng là chưa đáp ứng đủ yêu cầu xúc bốc hết khối lượng mỏ theo thiết kế

Ngoài ra, trên mỏ còn sử dụng một số loại máy xúc tay gàu có tuổi thọ trên dưới 10 năm, tình trạng kỹ thuật đã xuống cấp và chỉ sử dụng tạm thời tại một số bãi xúc than, dẫn đến sự không đồng bộ trong quá trình làm việc với các thiết bị khác

Như vậy, mỏ than Đèo Nai cần đầu tư thêm thiết bị xúc bốc trong thời gian tới Khi tiến hành đầu tư thêm thiết bị xúc bốc sẽ kéo theo sự thay đổi về năng suất xúc bốc và khối lượng mỏ hàng năm, điều này dẫn tới sự thay đổi trong quá trình vận tải trên mỏ và cần thiết phải điều chỉnh thiết bị vận tải sao cho sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô là hợp lý nhất

1.2.2 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cao Sơn

1.2.2.1 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

Là một trong những mỏ khai thác than lộ thiên lớn của TKV, mỏ than Cao Sơn sử dụng các thiết bị xúc bốc như trong bảng 1.8

Bảng 1.8 Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

TT Chủng loại Dung tích gầu, m 3 Số lượng

Hình 1.5 Công tác xúc bốc tại mỏ than Cao Sơn

1.2.2.2 Sơ đồ công nghệ và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị xúc bốc tại mỏ than Cao Sơn

Hiện nay, mỏ than Cao Sơn cũng như các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh vẫn đang sử dụng HTKT xuống sâu dọc một hoặc hai bờ công tác, đáy mỏ hai cấp,

sử dụng bãi thải ngoài Với HTKT này, các sơ đồ công nghệ xúc bốc đang thực hiện tại mỏ than Cao Sơn bao gồm:

- Đất đá được xúc với chiều cao tầng 10÷15 m bằng máy xúc tay gàu và MXTLGN, xúc đuổi trên các tầng kề nhau với luồng xúc dọc tầng

- Than được khai thác theo các phân tầng 5÷7,5 m; chiều dày của các lớp than và đá kẹp cần bóc tách chọn lọc  0,3 m Công tác dọn sạch vách, trụ vỉa và các lớp đá kẹp được thực hiện bằng máy gạt kết hợp với MXTLGN Hào mở vỉa bám vách vỉa than và hướng khai thác từ vách sang trụ vỉa

Năng suất của các thiết bị xúc bốc trên mỏ than Cao Sơn được thể hiện cụ thể trong bảng 1.9

Với các thiết bị xúc bốc chủ yếu trên mỏ là máy xúc tay gàu EKG và MXTLGN thì kiểu gương xúc phục vụ cho công tác xúc bốc đất đá trên mỏ than Cao Sơn hiện nay là gương bên hông

Mỏ sử dụng sơ đồ nhận tải cho gương xúc bên hông tương tự như sơ đồ trong hình 1.6

Hình 1.6 Hộ chiếu xúc đất đá tại mỏ than Cao Sơn [10]

1.2.2.3 Đánh giá hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ Cao Sơn

Nhìn chung, mỏ than Cao Sơn cũng có tình trạng tương tự như các mỏ than Đèo Nai, Cọc Sáu của vùng Quảng Ninh So với khối lượng mỏ cần phải xúc bốc hàng năm lớn thì số lượng máy xúc đang phục vụ tại mỏ (nếu không kể tới số máy xúc của các đơn vị thuê ngoài) chưa đáp ứng được năng suất so với kế hoạch đề ra

Tổng số máy xúc hiện đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn là 31 chiếc, trong

đó có 20 máy xúc tay gàu EKG với các kiểu dung tích khác nhau, 11 MXTLGN Các máy xúc tay gàu hầu hết đã có niên hạn sử dụng khá lâu, thường xuyên xảy ra hỏng hóc phải sửa chữa và bảo trì thường xuyên dẫn tới hiệu quả sử dụng và năng

suất của các máy xúc giảm mạnh Ngoài ra, do niên hạn sử dụng đã lâu nên hầu hết các máy xúc tay gàu này không còn đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật

Các MXTLGN được đầu tư mới bổ sung phục vụ cho công tác xúc bốc, chủ yếu là xúc than (hình 1.7) bước đầu đã đạt được những hiệu quả đáng kể Do quỹ đạo xúc của MXTLGN lớn nên hiệu quả mang lại của các MXTLGN là rất cao Tuy nhiên vẫn không thể đáp ứng và thay thế hoàn toàn các máy xúc tay gàu có niên hạn

sử dụng đã quá lâu như trên

A - A

Hình 1.7 Hộ chiếu xúc than tại mỏ than Cao Sơn [10]

Hơn nữa, hiện tại mỏ than Cao Sơn đang tiến hành khai thác xuống sâu, dẫn tới khối lượng đất đá bóc sẽ tăng lên, chiều cao nâng tải lớn, ảnh hưởng lớn tới khối lượng mỏ cần xúc bốc và hiệu quả làm việc của các thiết bị xúc bốc Do vậy, một vấn đề cấp bách đặt ra đối với mỏ than Cao Sơn là cần phải xem xét sử dụng các thiết bị xúc bốc một cách hợp lý cho mỏ

Bảng 1.9 Năng suất của các loại máy xúc đang sử dụng trên mỏ than Cao Sơn [10]

Năng suất bình quân

Tổng

số

Ra sản phẩm

S/C định

kỳ

Bàn giao

ca

Hư hỏng máy

Mất điện

Chờ vật

tư

Nguyên nhân khác

Sản lượng (m 3 , tấn)

m 3 /ngày m 3 /ca m 3 /h

1 Máy xúc tay gàu EKG-4,6+5A 11 31.051 28.515 1.491 15.840 3.664 1.283 43.053 5.658.171 509.520 1.954 739 197

1.2.3 Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu

1.2.3.1 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu

Trên cơ sở đặc điểm địa chất mỏ và trình tự khai thác, hiện tại mỏ than Cọc Sáu đang áp dụng HTKT có vận tải, đất đá đổ bãi thải ngoài (các bãi thải Đông Cao Sơn, Đông bắc Cọc Sáu)

Toàn bộ công tác xúc bốc hiện nay tại mỏ than Cọc Sáu được cơ giới hoá bằng các loại máy xúc thủy lực gầu thuận (MXTLGT) có dung tích gầu từ 4,610m3 và MXTLGN có dung tích gầu đến 4,7m3 (để xúc than, đào hố bơm và hào tháo khô)

Hình 1.8 Công tác xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu

Số lượng thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu được thể hiện trong bảng 1.10

Bảng 1.10 Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu [11]

Số

Dung tích gàu xúc,

m3

Số lượng, cái

Năng suất định mức của ngành than, m3/ca

Ghi chú

xúc đất đá

xúc đất đá

Các máy xúc tay gàu hầu hết có tuổi thọ trên 10 năm do vậy nên tình trạng kỹ thuật chỉ đạt loại B và C, một số đang chờ tháo dỡ và chỉ có thể sử dụng xúc ở các bãi than Cần thiết đầu tư thay thế bằng MXTLGT với dung tích gầu E = 510,5 m3