Bài giảng Các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của bài giảng Các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên cung cấp cho học viên những nội dung về: những vấn đề chung; công nghệ khai thác mỏ lộ thiên; khái niệm về mở vỉa và hệ thống khai thác; chuẩn bị đất đá cho xúc bốc; làm tơi đá bằng cơ giới; công tác khoan lỗ mìn trên mỏ lộ thiên;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MÔN KỸ THUẬT MỎ LỘ THIÊN - KHOA MỎ - CƠNG TRÌNH BÀI GIẢNG CÁC Q TRÌNH SẢN XUẤT MỎ LỘ THIÊN (Dành cho sinh viên bậc Đại học) (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh, 2020 Chương NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Đối tượng điều kiện áp dụng phương pháp khai thác mỏ lộ thiên 1.1.1 Đối tượng khai thác mỏ lộ thiên Khai thác lộ thiên (KTLT) dạng hoạt động công nghệ nhằm thu hồi khống sản có ích (KSCI) thể rắn từ lòng đất (bao gồm mặt đất) nhằm sử dụng vào mục đích kinh tế khác Con người Đối tượng KTLT tất khoáng sàng (nơi tập trung hay số KSCI trạng thái tự nhiên có khả khai thác được) có chứa KSCI khai thác điều kiện kinh tế - kỹ thuật cụ thể Đặc điểm công nghệ bật KTLT phải bóc khối lượng đất đá lớn (có thể tới hàng chục lần) so với khối lượng KSCI thu hồi được, nói, đối tượng tác động trực tiếp KTLT đất đá mỏ KSCI Tuy nhiên, điều kiện cụ thể địa chất thủy văn thời tiết khí hậu nước ta - mưa nhiều, lưu lượng nước ngầm lớn, đối tượng KTLT cịn nước mỏ Thí dụ, nước thải mỏ than Cọc Sáu hàng năm lên tới 910 triệu m3, mỏ sắt Thạch Khê theo tính tốn, tới triệu m3/ngày-đêm Sự phát triển khoa học-công nghệ, kinh tế-kỹ thuật nhân tố định trình mở rộng phạm vi ứng dụng cơng nghệ KTLT, nhờ mà đối tượng KTLT ngày nhiều số lượng phong phú chủng loại: Nhờ kỹ thuật gia công chế biến đại mà nhiều loại quặng nghèo (có chất lượng kém) huy động để thu hồi KTLT vonfram Núi Pháo, apatit Lào Cai loại III,…; Nhiều thân khống có chiều sâu vùi lấp lớn khai thác phương pháp lộ thiên (mà trước không thể) phần trữ lượng than từ mức -150-300 m khoáng sàng than Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn,…; Khơng khống sàng có điều kiện tự nhiên phức tạp đưa vào dự án KTLT mà điển hình sắt Thạch Khê - khống sàng có điều kiện tự nhiên khơng thuận lợi: mưa nhiều, thân khống nằm sát mép biển, quặng phân bố sâu mực nước biển tới 125750 m, lớp đất phủ mềm yếu, nước ngầm nhiều có mối quan hệ thủy lực với nước biển, tiềm ẩn nhiều cố, rủi ro mơi trường,… Các đối tượng KTLT thường có tính biến động cao đặc điểm hóa, lý học Điều dẫn đến khó khăn việc lựa chọn công cụ phương thức để tác động lên cách hiệu Cuộc đại nhảy vọt khoa học công nghệ nửa cuối Thế kỷ XX giúp cho ngành KTLT vượt qua trở ngại Ngày người ta chế tạo máy móc đa năng, có cơng suất từ nhỏ đến lớn lớn, có nhiều tính kỹ thuật phù hợp với đối tượng tác động; nhiều loại vật tư kỹ thuật tiên tiến, tương thích với yêu cầu sử dụng;… mà chúng nghiên cứu nội dung chương sau 1.1.2 Đặc điểm khai thác lộ thiên Trên mỏ lộ thiên, cơng trình khai đào tiến hành trời, so với khai thác hầm lị khai thác lộ thiên có đặc điểm sau: a) Điều kiện lao động tốt cơng việc tiến hành ngồi trời, có đầy đủ ánh sáng khí trời, có khơng gian thao tác rộng lớn Tạo điều kiện để đảm bảo sức khoẻ nâng cao suất lao động cho công nhân b) Điều kiện không gian cho phép sử dụng thiết bị đại, có suất cao khả giới hoá - tự động hoá Ngày mỏ lộ thiên lớn người ta sử dụng loại máy xúc tay gàu máy xúc thuỷ lực trang bị hệ thống điều khiển, tra dầu mỡ, phát hỏng hóc, tự động, trang bị hệ thống định vị tồn cầu GPS, có dung tích gàu 1225 m3 hơn, tơ tải trọng 75240 máy xúc nhiều gàu kiểu khung xích kiểu rơtor đại có suất đạt tới 3200 m3/giờ c) Thời gian xây dựng mỏ ngắn So với mỏ hầm lị có sản lượng tương đương thời gian xây dựng mỏ lộ thiên thường 2530 % nhỏ hơn, tiến hành song song cơng việc xây dựng, sử dụng thiết bị lớn có suất cao để thi cơng hạng mục cơng trình Vốn đầu tư xây dựng mỏ lộ thiên nhỏ nhiều so với mỏ hầm lị có sản lượng tương đương vùng d) Tổn thất tài ngun khơng cần để lại trụ bảo vệ hầm lò, điều kiện địa chất rõ ràng nên khơng bỏ sót tài ngun, dễ khai thác chọn lọc, có điều kiện để tận thu tài nguyên Tổn thất tài nguyên trung bình mỏ lộ thiên 68 %, có nơi 24 %, mỏ hầm lị 1824 %, cá biệt có nơi 60 % e) Chịu ảnh hưởng thời tiết khí hậu Đặc biệt nước ta - vùng khí hậu nhiệt đới Ảnh hưởng mùa mưa xấu mỏ lộ thiên, mỏ khai thác mức thoát nước tự chảy Mùa mưa hàng năm kéo dài từ tháng đến tháng 10, gây cố trầm trọng mỏ than: ngập lụt, đường sá hư hỏng, bờ mỏ bị sụt lở, đất đá bùn lấp đầy mỏ, Về mùa sương mù (từ tháng đến tháng 4), mỏ vùng núi cao, thường khó khăn việc quan sát, ngày hanh khô, sương mù bụi làm cho tầm nhìn tài xế lại vài ba mét Nắng to mùa hè ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người lao động g) Về mặt môi trường, mỏ lộ thiên thường gây nhiều tác động xấu, làm suy giảm chất lượng khơng khí, đất, nước, cảnh quan khu vực, so với khai thác hầm lò Khai thác lộ thiên thường chiếm diện tích lớn đất đai (để mở khai trường làm bãi thải), làm biến dạng địa hình, địa mạo, cảnh quan khu vực Các bãi thải phía nam mỏ Đèo Nai, Cọc Sáu vùi lấp hàng trăm hecta đất đai trồng trọt hai bên Quốc lộ 18 khu vực phía đơng thị xã Cẩm Phả buộc phải di chuyển Quốc lộ 18 xuống sát mép biển Mặt khác nữa, khối lượng đất đá thải mỏ lộ thiên lớn, thường trơi dạt xuống phía hạ lưu, gây bồi lấp nguồn nước chảy, trôi lấp diện tích rừng, sa mạc hố đất đai canh tác,làm nhiễm nguồn nước, Các khí độc hại bụi nổ mìn, hoạt động động chạy điêzen phát thải vào khơng khí, làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng dân cư quanh vùng xa hơn, góp phần làm gia tăng khí nhà kính trái đất 1.1.3 Những khoáng sản khai thác phương pháp KTLT Thiết bị mỏ ngày cải tiến, tổ chức công tác mỏ ngày hoàn thiện làm cho giá thành khai thác ngày hạ cho phép mở rộng phạm vi áp dụng phương pháp khai thác lộ thiên Phạm vi ứng dụng KTLT chủ yếu khoáng sản lộ mặt đất, bị vùi lấp khơng sâu; có điều kiện địa chất phức tạp; khống sàng nguy nổ bụi, khí nổ tự cháy; với khoáng sàng ngập nước bị vùi lâp nước Tuy nhiên mức độ hiệu phương pháp KTLT phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên vỉa chiều dày, góc cắm, chiều dầy lớp đất phủ tính chất lý nó; điều kiện địa hình, địa chất thuỷ văn khí hậu Các đặc trưng cấu tạo khống sàng bao gồm: a) Địa hình: bình nguyên, sườn dốc, đỉnh núi, đồi mấp mô Vứa nằm đỉnh núi, bên sườn núi chỉnh hợp không chỉnh hợp với địa hình (Hình 1.1 - a, b, k, m, n, l) b) Vị trí vỉa: trực tiếp lộ ngồi hay bị phủ lớp đất khơng dầy (Hình 1.1- c, d, k, n, l) Những khoáng sàng kiểu hỗn hợp (nằm núi sâu) thường KTLT phần cịn phần khai thác phương pháp hầm lị c) Góc cắm vỉa: gọi vỉa dốc thoải góc cắm vỉa   10o, vỉa dốc xiên =1030o, vỉa dốc đứng   30o d) Chiều dày vỉa: vỉa mỏng tiến hành khai thác tầng; vỉa trung bình tiến hành khai thác hai tầng phân tầng; vỉa dày khai thác từ ba phân tầng trở lên e) Hình dáng vỉa: vỉa có kích thước theo phương độ dốc lớn chiều dày khơng lớn lắm: dạng vỉa, dạng tấm, dạng mạch; vỉa có kích thước gần giống theo hướng: dạng khối, dạng ổ, dạng thấu kính; vỉa có kích thước dài theo phương gọi dạng ống Hình 1.1 Những dạng nằm chủ yếu khoáng sản f) Cấu tạo vỉa: Vỉa gọi đơn giản có cấu tạo đồng nhất, khơng có lớp đá kẹp xen kẽ Trường hợp đó, dùng phương pháp khai thác khơng chọn lọc tiến hành bóc tồn chiều dày vỉa Vỉa gọi phức tạp có uốn nếp mạnh, có nhiều đứt gãy kiến tạo, vỉa có hướng cắm góc cắm thay đổi mạnh phạm vi khai trường,… Vỉa phức tạp chứa loại khoáng sản khác nhau, chất lượng khác (đúng tiêu chuẩn phi tiêu chuẩn), xen kẽ đá kẹp phải dùng phương pháp khai thác chọn lọc để tách riêng KSCI có hàm lượng tiêu chuẩn đất đá làm bẩn Việc khai thác chọn lọc theo loại KSCI tiến hành sở thăm dò khai thác chi tiết Những yếu tố kể có ảnh hưởng định đến việc lựa chọn quy trình cơng nghệ, kỹ thuật thiết bị để tiến hành khai thác 1.2 Khái niệm khống sản có ích chất lượng chúng 1.2.1 Khống sản có ích Khống sản có ích (KSCI) tài nguyên thiên nhiên, có nguồn gốc thạch học từ lịng đất, khai thác chế biến cách hiệu để sử dụng vào mục đích khác Con Người Ngày khái niệm KSCI không dùng cho tài nguyên khai thác từ lòng đất, mà mở rộng cho tài nguyên thiên nhiên lắng đọng từ đáy biển thềm lục địa (như kết hạch sắt, mangan, titan…), cho chất hoà tan nước cho thân nước Khái niệm KSCI mang tính chất tương đối Đất sét, đá vôi KSCI công nghiệp xi măng, chúng nằm lẫn đất đá phủ vỉa khống sản khác chúng đá thải Bản thân đất đá phủ mỏ khống sản sử dụng vào mục đích có lợi san nền, lấp ao hồ, đem nung vôi (nếu đá vôi), rải đường, làm vật liệu đổ bê tơng,… chúng coi KSCI đưa vào bảng cân đối làm kế hoạch sản xuất xí nghiệp mỏ Một loại khống sản điều kiện tự nhiên kỹ thuật mỏ coi KSCI, điều kiện tự nhiên kỹ thuật mỏ khác lại coi đất đá thải khơng thể khai thác sử dụng chúng có hiệu mặt kinh tế Khoáng sản apatit loại III có hàm lượng 712 % P2O5 Lào Cai ví dụ cho trường hợp nói Vậy chất tự nhiên (thành phần hố học, thạch học, tính chất lý,…) chưa đủ để kết luận KSCI hay khơng mà cịn phải kèm theo khả khai thác sử dụng chúng Do vậy, với tiến khoa học kỹ thuật nói chung, Ngành Mỏ (kỹ thuật khai thác, chế biến) nói riêng, danh mục KSCI ngày nhiều lên số lượng phong phú thêm chủng loại Để thuận tiện sử dụng ngắn gọn mặt tin học, người ta gọi tắt KSCI khống sản Thơng thường người ta phân loại KSCI thành khoáng sản kim loại,khoáng sản phi kim loại khoáng sản làm nhiên liệu * Các khoáng sản kim loại bao gồm: - Quặng kim loại đen: chứa kim loại sắt (Fe), mangan (Mn), crôm (Cr), titan (Ti),… - Quặng kim loại mầu: chứa kim loại đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), nhôm (Al), thiếc (Sn), niken (Ni), antimon (Sb),… - Quặng kim loại quý: chứa kim loại vàng (Au), bạc (Ag), platin (Pt), - Quặng kim loại phóng xạ: chứa kim loại uran (U), thori (Th),… - Quặng kim loại nhẹ: chứa kim loại ziricôni (Zr), niobi (Nb), gecmani (Ge), scandi (Sc), cadimi (Cd), hafini (Hf), tantali (Ta), bêrili (Be), liti (Li),… * Các khoáng sản phi kim loại bao gồm: - Vật liệu xây dựng: đá vôi, đá granit, sét, cát, sỏi,… - Nguyên vật liệu cho luyện kim: đá vôi (CaCO3), đôlômit (CaCO3.MgCO3), flrit (CaF2), grafit (than chì), đất chịu lửa, cao lanh, manhêgit (MgCO3),… - Ngun liệu cho cơng nghiệp hóa thực phẩm: phốtphorit, apatit, lưu huỳnh, pyrit, muối khoáng,… - Nguyên liệu cho công nghiệp khác: amian, sợi đá, tan (hoạt thạch), barit, kim cương, mica, silic, pecmatit, côrinđôn (Al2O3),… * Khoáng sản nhiên liệu: bao gồm than bùn, than nâu, than đá, diệp thạch cháy, dầu mỏ, khí đốt 1.2.2 Chất lượng khống sản có ích Khi đề cập đến loại KSCI điều kiện phải nói đến chất lượng Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng KSCI khác cho chủng loại mục đích sử dụng Đối với than, tiêu chuẩn chất lượng độ tro, độ ẩm, nhiệt năng,…; khoáng sản khác thành phần khoáng vật, hàm lượng, thành phần có ích, có hại số tính chất khác Đá vơi dùng để rải đường cần quan tâm đến tính chất lý sức bền kháng nén, hệ số hút nước, hệ số biến mềm,… dùng để sản xuất cacbua - canxi phải ý tới thành phần hóa học Một cách khái quát người ta có định nghĩa: chất lượng loại KSCI tổng hợp tính chất xác định mức độ thuận lợi hiệu kinh tế sử dụng cho mục đích định Chất lượng KSCI biểu thị hai nhóm: có ích có hại Trong khống sản manhêtit, hàm lượng Fe3O4 thuộc nhóm chất lượng có ích, cịn hàm lượng lưu huỳnh, phơt thuộc nhóm có hại Người ta phân chất lượng KSCI thành chất lượng tuyệt đối chất lượng tiêu thụ Chất lượng tuyệt đối đặc trưng tổng hợp tiêu có tính chất khách quan thành phần hố học, tính chất lý, đặc trưng công nghệ,… chất lượng tiêu thụ KSCI đặc trưng hay số tiêu theo u cầu sử dụng Thí dụ: đá vôi dùng rải đường sắt, người ta quan tâm đến độ cứng độ mài mịn, dùng để nung vơi hàm lượng CaCO3 tiêu bản, dùng để trang trí hình thức đường vân, màu sắc khả mài bóng tiêu hàng đầu Để đánh giá chất lượng KSCI người ta thường dùng tiêu chất lượng tổng hợp, có kể đến ảnh hưởng thành phần có ích có hại giá trị chung sản phẩm cuối cùng:  q ia i   q jb j n q m 1 (1-1) G Trong đó: qi ; qj - tiêu chất lượng thực tế thành phần có ích thứ i có hại thứ j khống sản có ảnh hưởng đến giá trị sản phẩm cuối với tỷ lệ tương ứng bj; G - giá trị sản phẩm cuối Các giá trị bj xác định phương pháp thống kê sở tiêu chất lượng thành phần riêng biệt giá thành sản phẩm cuối Thí dụ: sau phân tích giá thành gang phụ thuộc vào hàm lượng sắt (Fe) tạp chất khác lẫn khoáng sản người ta thấy ảnh hưởng chúng giá thành theo tỷ trọng tương ứng sau: SiO2 - 26 %; lưu huỳnh - 7,7 %; phôtpho - 5,1 % oxit nhơm 3,2 % khống sản có tiêu chất lượng tổng hợp là: 0,58q Fe  0,2 q SiO  0,08q S  0,05q p  0,03q Al O q (1-2) G Khoáng sản đủ chất lượng tiêu chất lượng thành phần có ích có hại khơng vượt qua giới hạn tiêu định mức tương ứng: qi  qoi qj  qoj Trong đó: qoi, qoj tiêu chất lượng định mức thành phần có ích thứ i có hại thứ j loại khống sản (%) Các tiêu chất lượng định mức thành phần có ích có hại loại khoáng sản tiêu quan trọng, xác định cho loại khoáng sản điều kiện kinh tế kỹ thuật cụ thể tiến hành khai thác sử dụng chúng 2 1.3 Chỉ tiêu chất lượng số KSCI thông dụng 1.3.1 Khoáng sản sắt Hàm lượng nhỏ sắt đưa vào luyện loại khoáng sản quy định sau: khống sản hêmatít - manhêtít 5660 %, manhêtít (Fe3O4) 5658 %, khống sản sắt nâu (limônit) 4550 %, quăczit - sắt 5064 %, siđêrit (FeCO3) 3335 % Khi giảm hàm lượng sắt khống sản sắt chứa silic xuống % suất lò cao giảm 45 % tiêu hao cốc tăng 2,7 % Lưu huỳnh phốtpho tạp chất có hại Khi nấu khống sản trực tiếp hàm lượng lưu huỳnh khơng q 0,20,3 %, qua thiêu kết % Hàm lượng phốtpho khống sản dùng cho lị Besme khơng q 0,03 %, cho lò Mactanh 0,15 %, cho lò Tomát 0,81,2 % Độ ẩm cho phép tuỳ thuộc vào loại khống sản 533 %, kích thước cỡ hạt 5150 mm, tỷ lệ bột khống sản khơng lớn 1030 % Khống sản có chứa chất kiềm (CaO MgO) làm tăng hiệu lò cao, giảm tiêu hao chất trợ dung 1.3.2 Khoáng sản mangan Khống sản mangan dùng cơng nghiệp luyện kim đen màu, để chế tạo thép cácbon, thép đặc biệt, tiêu chất lượng mangan dùng luyện kim thành phần hoá học Khống sản oxit mangan chứa 1940 % Mn, 45 % SiO2, 0,10,3 P, 524 % CaO Nếu khoáng sản sắt-mangan dùng cho luyện kim khơng qua tuyển hàm lượng sắt mangan khống sản khơng nhỏ 4050 % 1.3.3 Khoáng sản đồng Khoáng sản đồng công nghiệp luyện kim màu, dùng để chế tạo đồng nguyên chất hợp kim Chỉ tiêu chất lượng khoáng sản đồng hàm lượng đồng (Cu), thành phần khoáng vật, độ cứng thành phần cỡ hạt Khống sản có hàm lượng đồng lớn % gọi giàu Khống sản có chất lượng trung bình hàm lượng chứa % đồng Khoáng sản chứa từ 0,71 % đồng khoáng sản nghèo Khi hàm lượng 0,7 % gọi khống sản nghèo Trong loại khống sản đồng cơng nghiệp loại khống sản đồng đa kim đồng chì - kẽm đồng-niken có giá trị cơng nghiệp lớn 1.3.4 Khống sản đa kim chì - kẽm Trong khoáng sản thường chứa bạc đồng, thiếc, coban, cátmi, vàng số thành phần khác Theo thành phần có ích người ta chia làm loại chính: kẽm, chì-kẽm, đồng-chìkẽm, thiếc-chì-kẽm asen-chì-kẽm Khống sản chứa % chì 47 % chì kẽm gọi khoáng sản giàu Gọi khoáng sản nghèo chứa 1,22 % kẽm % chì-kẽm Khi tỷ lệ chì kẽm từ 1/5 đến 1/2 tổng hàm lượng chúng khống sản đa kim khơng % 1.3.5 Khống sản nhơm Khống sản nhơm chủ yếu cơng nghiệp bauxit Bauxit làm nguyên liệu ban đầu để chế tạo oxit nhơm (Al2O3), sau dùng phương pháp điện phân để thu hồi nhôm nguyên chất Chỉ tiêu chất lượng khống sản nhơm hàm lượng Al2O3 bauxit khơng 28 %, tạp chất có hại oxit silic, canxit, đôlômit, siđêrit, pyrit,…, bauxit dùng để sản xuất vật liệu chịu lửa phải chứa 46 % Al2O3 1.3.6 Than đá Khoảng 70 % than đá khai thác dùng làm nhiên liệu Phần lại dùng vào việc luyện cốc, chế tạo sản phẩm tổng hợp, khí than,… Đặc trưng chất lượng than tiêu: hàm lượng cácbon, oxy, nitơ, độ tro, độ ẩm, tỷ lệ chất bay nung, hàm lượng lưu huỳnh, nhiệt lượng, tính thiêu kết, trọng lượng riêng, độ nóng chảy tro Chất lượng than quy định phân loại công nghiệp tiêu chuẩn tiêu thụ Thí dụ, than đá tỷ lệ chất bay tính thiêu kết; than antraxit tỷ lệ chất bay nhiệt năng; than bùn hàm lượng cácbon độ ẩm, Bảng 1.1 cho thấy chất lượng than hai vỉa mỏ Cọc Sáu Vỉa than Vỉa dày Vỉa G Bảng 1.1 Chất lượng than vỉa dày vỉa G mỏ Cọc Sáu Các tiêu Độ ẩm Chất bốc Nhiệt lượng Lưu huỳnh chất lượng (W, %) (V, %) (Q, kcal/kg) (S, %) Độ tro (A, %) 12,53 2,35 5,85 8476 0,42 9,27 1,89 6,82 8367 0,40 1.3.7 Đôlômit Đôlômit dùng để sản xuất vật liệu chịu lửa, chất cách điện, vật liệu mài, chất trợ dung luyện kim… Yêu cầu chất lượng đôlômit dùng luyện kim là: hàm lượng MgO không nhỏ 1719 %; SiO2 không lớn %; Fe2O3+MnO không lớn %, tỷ lệ bột có kích thước nhỏ 25 mm khơng vượt q %, khơng có lưu huỳnh phốtpho, sức bền kháng nén tạm thời không nhỏ 30 MPa 1.3.8 Đá vôi Đá vôi nguyên liệu phổ biến dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp: Xây dựng (sản xuất vơi ximăng), luyện kim (chất trợ dung), hố chất (chế tạo axêtylen, amơniắc, nước đá khơ, phân bón,…), giao thông vận tải… Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu đá vơi tính chất lý (độ mài mịn, độ cứng, độ bền nén, độ ngậm nước, hệ số biến mềm, trọng lượng riêng,…) thành phần hoá học Bảng 1.2 Giới thiệu tiêu tổng hợp đá vôi Việt Nam Sức kháng nén, MPa Khối lượng Tỷ Độ rỗng Độ ngậm Hệ số riêng (t/m ) trọng (%) nước (%) biến mềm Khô No nước 2,662.96 2,71 1,21,25 0,20,4 0,750,9 4375 53 Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu đá vơi tính chất lý (độ mài mòn, độ cứng, độ bền nén, độ ngậm nước, hệ số biến mềm, trọng lượng riêng,…) thành phần hố học Khi dùng để rải đường người ta quan tâm tới tiêu độ bền nén (> 4060 MPa), hệ số hút nước (  %), hệ số biến mềm (0,60,7), trọng lượng riêng (< 2,1 t/m3)… Khi dùng sản xuất cacbua canxi hàm lượng CaO > 53 %, SiO2 < 1,5 %, Mg < 1,0 %, SO3  1,0 %,… Bảng 1.3 Giới thiệu tiêu hàm lượng cỡ hạt Giới hạn dao động Từ Đến Tr bình Hàm lượng oxit chủ yếu (%) SiO2 Fe2O3 Al2O3 96,6 0,02 99,8 0,06 1,14 99,3 0,12 0,61 Cỡ hạt (%) > 0,7 mm 3,6 0,6 0,70,4 mm 0,60 53,4 11,5 0,40,1 mm 42,2 99,4 87,7 1.3.9 Đất sét chịu lửa cao lanh Đất sét chịu lửa cao lanh dùng để sản xuất vật liệu chịu lửa, làm lớp đệm lót lị luyện kim Chỉ tiêu chất lượng thành phần hoá học, thành phần khoáng vật (hàm lượng Al2O3, silic, sắt, titan, chất kiềm…) nhiệt độ nóng chảy 1.3.10 Cát thạch anh Cát thạch anh dùng vật liệu chịu lửa, dùng xây dựng, công nghiệp thủy tinh, công nghiệp điện tử… Khi dùng làm vật liệu chịu lửa lót lị luyện thép nhiệt độ nóng chảy cát khơng nhỏ 1650oC với hàm lượng SiO2  9095 %; tạp chất có hại cát Al2O3 Chỉ tiêu chất lượng tổng hợp cát thành phần khoáng vật, thành phần hoá học cỡ hạt Cát Vân Hải có chất lượng tốt, sử dụng công nghiệp thuỷ tinh cao cấp, khách hàng ngồi nước ưa thích 1.4 Khái niệm đất đá mỏ Theo quan điểm địa chất học thuật ngữ “đá” dùng để tất vật liệu tự nhiên tạo nên vỏ trái đất, trừ nước, tồn thể cứng đặc sít (đá xây dựng, đá balast, ), mềm (đá phấn) rời rạc (cát, sỏi), xốp nhẹ (than, bùn), lỏng (dầu mỏ) Trong khai thác mỏ, đất đá mỏ tập hợp tự nhiên khoáng vật từ vỏ trái đất bao quanh nằm lẫn thân khoáng mà phải loại bỏ trình khai thác để thu hồi KSCI Theo nguồn gốc thành tạo, người ta phân chia đất đá mỏ thành: đá macma, đá trầm tích đá biến chất Đá macma đá thành tạo đơng cứng dung nham nóng chảy từ lịng đất phun nằm lại vỏ trái đất, bao gồm loại: đá xâm nhập đá phun trào Một số đá xâm nhập thường gặp granit, sienit, điôrit, gabrô, đá phun trào trachit, bazan, điaba, Đá trầm tích đá tạo thành lắng đọng sản phẩm phá huỷ đá có trước tác dụng ngoại sinh qua trình lèn nén (lý học) xi măng hố (hố học) Các đá trầm tích thường gặp khai thác mỏ đá vôi, đôlômit, cát kết, dăm kết, thạch cao, laterit, Đá biến chất sản phẩm biến đổi đá macma trầm tích tác dụng trình nội sinh (nhiệt độ áp suất) xảy độ sâu khác vỏ trái đất Các đá biến chất thường gặp khai thác mỏ quaczit, cẩm thạch (còn gọi đá hoa marble), gơnai, 1.4.1 Đặc điểm chung đất đá mỏ Đá macma xâm nhập thường nằm sâu vỏ trái đất chịu áp lực lớn lớp đá nằm trình nguội từ từ, mà thường có cấu trúc tinh thể lớn, đặc sít, có mật độ lớn, cường độ kháng nén cao, hút nước Đá macma phún xuất phun trào lên mặt đất, đông cứng nhanh điều kiện nhiệt độ áp suất thấp, làm cho khống khơng kịp kết tinh, kết tinh phận với kích thước tinh thể bé, chưa hồn chỉnh, phần lớn cịn lại tồn dạng vơ định hình, chất khí nước khơng kịp ra, để lại nhiều lỗ rỗng làm cho đá xốp nhẹ Căn hàm lượng oxit silic, đá macma chia thành loại: macma axit (SiO2 > 65 %), macma trung tính (SiO2 = 6555 %), macma bazơ (SiO2 =5545 %) macma siêu bazơ (SiO2 < 45 %) Đá trầm tích tạo thành từ q trình lắng đọng sản phẩm phong hố đá có trước, trải qua thời kỳ địa chất tác động áp suất trình hoá học mà chúng tạo thành lớp rõ rệt có chiều dày, mầu sắc, cỡ hạt, độ bền, khác tuỳ theo thành phần cấu tạo Độ bền nén đá trầm tích, theo phương vng góc với lớp lớn so với độ bền nén theo phương song song với lớp Đá trầm tích thường có độ kháng nén thấp hơn, độ hút nước cao dễ gia công so với đá macma Tính chất đá biến chất tình trạng biến chất thành phần đá gốc định Đá biến chất từ macma tái kết tinh xếp lại cấu trúc dạng phiến (trừ đá hoa quaczit) nên thường yếu đá gốc tạo chúng, q trình tác động áp lực tái kết tinh lại làm cho đá biến chất từ dá trầm tích trở nên có độ bên cao so với đá gốc Tác dụng biến chất không làm thay đổi cấu trúc đá mà làm thay đổi thành phần khống vật đá 1.4.2 Đặc trưng cơng nghệ đá cứng cứng vừa Đất đá thuộc loại cứng bao gồm phần lớn đá biến chất, đá phún xuất phần đá trầm tích thạch anh, granit, đá bazan, gabrô, cát kết (sa thạch) silic, cuội kết (cơnglơmêrat), có giới hạn bền nén trục mẫu bão hoà nước 2050 MPa Đất đá thuộc loại cứng vừa bao gồm đá phún xuất biến chất bị phong hoá, đá trầm tích nguyên sinh đá phiến sét, đá phiến sét thạch pha cát, sa thạch - vôi, dăm kết, alêvrôlit, Giới hạn bền nén trục mẫu bão hoà nước đất đá cứng vừa đặc trưng công nghệ đất đá cứng cứng vừa phải làm tơi sơ trước xúc bóc Theo mức độ nứt nẻ, người ta phân đất đá cứng cứng vừa thành loại (Bảng 1.4) Bảng 1.4 Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ nguyên khối Cấp nứt nẻ Mức độ nứt nẻ I II III IV V Rất mạnh Mạnh Vừa Ít Nguyên khối Khoảng cách trung bình kẽ nứt, cm < 10 10  15 50 100 100 150 > 150 Số khe nứt > 10  10 12 0,65 < 0,65 Tỷ lệ % khối nứt có kích thước, cm 30 70 100 < 10 0 < 30 0,4 Hd suất làm việc thấp nhiều so với xúc tầng Đối với máy xúc cỡ lớn xúc hỗn hợp cách đứng vừa xúc tầng vừa xúc tầng (Hình 9.3-c) Chiều rộng lớn luồng xúc (Hình 12.3-a) xác định sau: Amax = Rx (sin1 + sin2) , m (9-1) Trong đó: 1, 2 - góc quay lệch trái lệch phải máy xúc so với trục di chuyển máy, không 30  45o 109 Khi xúc với 1 = 2 = 30  45o góc quay chung 45  90o chiều rộng luồng xúc A = Rx sin Nhưng thường 1 = 0, tức máy xúc đứng lệch phía Với máy xúc có dung tích gàu  10 m3 đơi dùng để chất trực tiếp đất đá vào phương tiện vận tải Khi xúc bóc đất đá mềm dùng máy xúc cỡ lớn (E =  15 m3), xúc tầng chất thành đống mặt tầng trên, sau dùng máy xúc tay gàu xúc chuyển đất đá vào phương tiện vận tải Khi bán kính dỡ tải máy xúc phải thoả mãn điều kiện: Rd ≥ A - 0,5Cx + lo , m (9-2) Trong đó: Cx - chiều rộng cấu di chuyển, tính từ mép ngồi xích, l d = h.A.K r ctg , với  - góc dốc sườn đống đá máy xúc chất đống; h - chiều cao tầng; Kr - hệ số nở rời đất đá đống Khi bán kính dỡ tải máy xúc gàu treo nhỏ, phải giảm bớt chiều rộng luồng xúc để đảm bảo chất hết đất đá vào đống Cũng có trường hợp máy xúc gàu treo dỡ tải vào bunke di động qua băng tải, để chất vào phương tiện vận tải Ở trường hợp thường sử dụng luồng xúc dọc, thơng tầng, trung bình hẹp khấu theo khoảnh Cũng tương tự dùng máy xúc tay gàu, sử dụng bunke di động kết hợp với công xôn băng tải trung gian băng tải di động có thơng số làm việc cần thiết để tăng chiều rộng khoảnh khai thác giảm số lần di chuyển đường vận tải dọc tuyến cơng tác Tùy theo vị trí trình tự làm việc máy xúc mà xúc theo luồng xúc dọc thông tầng cụt, luồng xúc ngang thông tầng Các thông số làm việc MXGT xác định tương tự sử dụng MXTG Ở khoáng sàng khai thác vỉa nằm ngang, đất dá mềm, MXGT sử dụng rộng rãi để xúc bóc đất đá chất trực tiếp vào bãi thải Có sơ đồ đứng máy sau: a Máy đứng vách vỉa, xúc đất đá tầng trên; b Máy đứng tầng trung gian để xúc đất đá tầng tầng trên; c Máy đứng tầng trên, xúc đát đá tầng dưới; d Máy đứng tầng thải tạm thời (sát tầng quặng) để xúc đất đá vách vỉa đổ phía sau Trong sơ đồ đứng máy (a), chiều cao tầng đất bóc theo khả dung nạp bãi thải xác định sau (Hình 12.4): hd = ( Rd - 0,5Cx - a - hq.ctg - 0,25A)tg , m (9-3) Kr Trong đó: a - khoảng cách từ mép ngồi xích máy xúc tới mép lăng trụ trượt lở, m; hq - chiều cao tầng quặng (chiều dày vỉa), m; e - khoảng cách từ mép đống đá thải đến chân tầng quặng, m;  - góc nghiêng sườn tầng quặng, độ;  - góc nghiêng sườn dốc đống đá thải, độ Sơ đồ (b) cho phép tăng chiều cao tầng bóc đất Chiều cao phân tầng h1=(0,5  0,7)Hd Chiều cao tồn tầng đất bóc (hd = h1 + h2) tính sau: R  0,5Cx  2a  h q ctg  e  0,25A  h1ctg ,m (9-4) hd  d K r ctg  ctg Trong đó:  - góc nội ma sát đất đá tầng, độ Trong sơ đồ (c) loại bỏ nhược điểm sơ đồ máy xúc xúc tầng trên, nhiên làm giảm bán kính dỡ hữu ích máy xúc máy đứng cách xa bãi thải hơn, từ dẫn đến phải hạn chế bớt chiều rộng luồng xúc chiều cao tầng đất bóc: R  0,5Cx  2a  h q ctg  e  0,25A , m (9-5) hd  d K r ctg  ctg Chiều dày tầng đất phủ sơ đồ không lớn chiều sâu xúc máy (hd  Hx) Trong sơ đồ trên, đường vận tải quặng đặt trụ vỉa (trong phạm vi có bề 110 rộng e) vách vỉa Nếu đặt vách vỉa phải tăng thêm chiều rộng mặt tầng (ở vách vỉa) giá trị bt để bố trí đường vận tải Khi bán kính dỡ hàng máy xúc không đủ để chất đất đá vào tuyến thải, chiều cao đống đá thải tạm sát tầng quặng để xúc đất đá vách vỉa đổ vào đống đá thải phía sau Đống đá thải tạm MXGT khác sau, xúc đổ vào bãi thải cố định ? ί a Hình 9.4- Sơ đồ công nghệ MXGT chất đất đá vào bãi thải 9.3 Năng suất máy xúc gàu treo Năng suất hộ chiếu, suất kỹ thuật suất thực tế MXGT tính tương tự MXTG Năng suất hộ chiếu tính tốn theo mức độ khó xúc đất đá với góc quay máy o 135 , dỡ tải vào bãi thải chiều sâu xúc theo hộ chiếu giới thiệu bảng 9.1 Bảng 9.1 Các tiêu làm việc MXGT theo dung tích gàu Các tiêu Thời gian xúc, tx (s) Thời gian quay, tq (s) Thời gian chu kỳ xúc, Tck (s) Số chu kỳ xúc phút, nlx Chỉ tiêu khó xúc theo hộ chiếu, Pxh Hệ số quy đổi từ máy xúc chuẩn, Kqđ Dung tích gàu E, m3 46 10  15 20  30 50  100 15  18 30  42 18 42 20 45 20 45 45  60 60 65 65 1,0  1,32 1,0 0,92 0,92 3,0  3,5 4,0  4,5 4,8  5,2 5,5  6,0 1,0 0,95  0,9 0,85  0,75 0,7  0,6 Khi xác định suất kỹ thuật máy xúc gàu treo Qk thời gian xúc thực tế nhỏ phụ thuộc vào sức cản đất đá xúc xác định theo tốc độ di chuyển gàu chiều dày cho phép giải khấu Khi xúc đất đá bở rời (Kt > 1,4), thời gian xúc tx tính gần theo công thức thực nghiệm sau: 450d 2tb E , s (9-6) tx   E 0,09E  0,6 Trong đó: dtb - kích thước trung bình cục đá, m; E - dung tích gàu xúc, m3 Thời gian quay phía nhỏ máy xúc gàu treo: 2,5 3 (103E  300) 2  , s (9-7) t q   0,5   E  E  Trong đó:  - góc quay phía máy xúc gàu treo dỡ hàng, độ 111 Góc quay trung bình máy xác định theo sơ đồ cụ thể thay đổi từ 45  75o đào hào, chất đất đá phía thành hào tới 170o khấu gương dọc tầng Khi phối hợp toàn thao tác quay với vị trí dỡ nâng gàu thời gian quay toàn máy xúc tq = 2tq, (tq, - thời gian quay lần) Khi góc quay  nhỏ thời gian nâng tn lớn thời gian quay thời gian chu kỳ làm việc máy xúc gàu treo là: Tck = tx + tn + tq, + td , s (9-8) Thời gian nâng gàu dỡ tính gần theo biểu thức: 0,35E  Hn , s tn  (9-9) E2 Chiều cao nâng gàu dỡ Hn phụ thuộc vào chiều cao dỡ lớn Hdmax, chiều cao gương Hg, góc nghiêng gương α (α ≈ 30o) chiều dài vệt xúc lx: Hn=Hdmax + Hg - lxsinα , m (9-10) Trong đất đá tơi vụn chiều dài hoạt động gàu xúc bằng: lx=(5+100dtb2) E , m (9-11) Khi thải đất đá tơi xốp, mềm vào bãi thải, có dtb ≤ 0,4 E việc dỡ tải máy xúc tiến hành đồng thời lúc quay Khi thải đất đá mềm dính kết, việc kết hợp dỡ tải lúc máy quay thực phần thời gian dỡ tải td ≈ 2s Khi dỡ tải vào phương tiện vận tải có tỷ lệ Vo/E = 4÷5 thời gian dỡ tải phụ thuộc vào cỡ hạt đất đá dung tích gàu xúc (Bảng 9.2) Bảng 9.2 Thời gian dỡ tải MXGT xúc đất đá tơi vụn, s Dung tích gàu, m3 0,1 ÷1,5 ÷4 ÷8 Cát pha sét khơ 1,5 1,8 2,8 Cỡ hạt đất đá Sét dính dtb≤ 0,4 E 4,8÷5,8 2,0 5,5÷6,8 2,4 6,5÷8,0 2,6 dtb> 0,4 E 2,5 3,6 3,8 Thời gian chu kỳ xúc máy xúc gàu treo thường lớn máy xúc tay gàu, trung bình 20, 40, 70 % tương ứng với dung tích gàu 2, 23, 48 m3 > m3 lớn 40 % Chiều cao nâng gàu Hn máy xúc gàu treo xác định theo chiều cao dỡ lớn máy Hdmax , chiều cao gương xúc hg , góc nghiêng gương  (= 30o) chiều dài nằm ngang gương lx xác định sau: Hn = Hdmax + hg + lxsin , m (9-12) Chiều dài gương xúc lớn tính sau: L cos e (9-13) ll max  e  Lk , m cos  Trong đó: Le , Lk - chiều dài cần xích kéo gàu MXGT, m; e - góc nghiêng cần, độ Chiều rộng dải xúc chiều rộng gàu, xúc đất đá nổ mìn xác định sau: lx=(5+100d2) E , m (9-14) Trong đó: d - đường kính trung bình cục đá, m Khi xúc đất đá mềm, bở rời đất đá nổ mìn có d  0,4 E phối hợp hồn tồn thao tác nâng gàu (khi đổ vào bãi thải trong) với thao tác quay máy Khi xúc đất đá sét dính kết đá nổ mìn cục to phối hợp phần td = s Hệ số nở rời Kr đất đá gàu xúc trực tiếp từ nguyên khối phụ thuộc vào loại đất đá: Cát cát nhẹ…………………………………… 1,15  1,3 112 Đất đá mềm khơng đặc sít sỏi có d < 15 mm… 1,25  1,35 Đặc sít, cứng………………………………… 1,3  1,4 Đặc sít, cứng vừa………………………………… 1,35  1,45 Đặc sít, cứng……………………………………… 1,4  1,50 Khi xúc đất đá nổ mìn yêu cầu mức độ đập vỡ phải lớn (Kr  1,3  1,4) Hệ số nở rời đất đá gàu xúc tra theo bảng Chiều dài lớn đoạn gương xúc (khoảng cách di chuyển máy sau chu kỳ công nghệ) MXGT xúc không quăng gàu: Pmax=1,7(0,4Lc - hg) , m (9-15) Trong đó: Lc - chiều dài cần máy xúc, m; hg - chiều cao gương xúc, m Thường máy xúc làm việc với P < Pmax nhằm giảm góc quay trung bình máy, giảm thời gian chu kỳ xúc Thí dụ P < Pmax giảm góc quay  máy từ 13  15o Năng suất tương đối MXTG MXGT phụ thuộc loại đất đá xúc bóc Tuy nhiên, hiệu làm việc MXGT điều kiện cụ thể không đánh giá qua suất thực tế đạt mà khoảng cách dịch chuyển đất đá mà máy xúc thực hiện, đặc biệt đổ trực tiếp đất đá vào bãi thải (khoảng cách dịch chuyển đất đá L ≈ R d) Vì vậy, để đánh giá hiệu làm việc loại MXGT khác nhau, người ta dùng khái niệm "năng suất quy đổi": Qq = Qx L , m3.m/h (T.m/h) (9-16) Câu hỏi ôn tập chương Ưu nhược điểm máy xúc gàu treo điều kiện sử dụng ? Kể tên thông số làm việc máy xúc gàu treo nêu mối quan hệ chúng với thông số hệ thống khai thác! Phân biệt suất lý thuyết, suất kỹ thuật suất thực tế máy xúc gàu treo! Yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng lớn đến suất máy xúc gàu treo? Trong công thức xác định suất thực tế máy xúc gàu treo, tham số đặc trưng cho ảnh hưởng yếu tố tổ chức? yếu tố kỹ thuật? 113 Chương 10 XÚC BÓC ĐẤT ĐÁ BẰNG CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 10.1 Xúc bốc đất đá máy chất tải (Wheel Loader) Máy chất tải (còn gọi máy bốc) có tính động cao, kích thước nhỏ, giá rẻ, dễ phối hợp với thiết bị vận tải khác, thường sử dụng làm thiết bị xúc bốc mỏ có đất đá mềm, bở rời cứng vừa (px6  7), đất đá nổ mìn có cỡ hạt nhỏ đặc biệt có hiệu làm chức xúc bóc - vận tải khoảng cách nhỏ (80  700 m) Máy chất tải sử dụng có hiệu mỏ khai thác vật liệu xây dựng, mỏ có chiều dày lớp đất phủ không lớn, bãi thải trong, dùng để chất bốc đánh đống bãi nghiền sàng phân loại kho chứa 10.1.1 Các đặc trưng cơng nghệ máy chất tải Máy chất tải có loại: chạy bánh lốp chạy xích Loại chạy bánh lốp có tính linh hoạt cao, tốc độ chuyển động lớn (40 km/h), lực xúc nhỏ Ngược lại, loại chạy xích có khả vượt độ dốc lớn, dễ dàng vượt qua chướng ngại vật, có lực xúc lớn, linh hoạt chạy chậm Gàu xúc máy chất tải dỡ hàng phía trước, phía sau qua sườn phía hay hai phía Theo khả quay gàu dỡ hàng người ta phân máy chất tải làm loại: không quay, quay phần quay tồn Truyền động cho máy xúc tải điêzen, điêzen - điện điêzen - thuỷ lực Theo công suất, máy chất tải chia làm loại: cỡ nhỏ (700 cv) Các cấu làm việc đuợc điều khiển cáp thuỷ lực Lực xúc cửa máy tạo nhờ hệ thống thuỷ lực lực đẩy cấu di chuyển Lực tựa lớn máy chất tải tạo bằng: Pt  Pk =φ.Gm , (10-1) Trong đó: Pk - Lực kéo lớn máy, t; G - trọng lượng bám dính máy chất tải, t; φ - hệ số bám dính bánh xích (hoặc lốp) với đất đá tầng, với máy chạy xích, φ=0,65  0,7 máy chạy bánh lốp φ = 0,5  0,6 Đặc điểm máy chất tải phận cơng tác thay dễ dàng nhiều kiểu khác để phù hợp với chức làm việc: gầu xúc có dung tích khác nhau, phận để xúc ngược, gầu xúc ngoạm, bàn gạt, máy xới, cần cẩu thời gian thay lần từ 40  60 phút Mặt khác, so với máy xúc tay gàu, khối lương kim loại tính cho m3 dung tích nhỏ  lần Hình 10.1 Máy chất tải CAT 900 tải trọng 66,2 tấn, dung tích gàu 8,9 m3 - Caterpillar Khi dỡ hàng điều chỉnh chiều cao góc dỡ hợp lý nên giảm tác động va đập đất đá vào thùng xe Do tính động cao nên phục vụ đồng thời số gương xúc, kho chứa, khu vực nằm gần nhau, Di chuyển nhanh chóng trước sau nổ mìn Có khả xúc chọn lọc, dọn vách vỉa, nạo vét trụ vỉa, giảm tổn thất làm nghèo quặng Nhược điểm chủ yếu máy chất tải lực xúc nhỏ nên xúc đất đá mềm đá cứng làm tơi vụn tốt; thân máy không quay nên phối hợp với thiết bị vận tải 114 khó khăn kéo dài thời gian chu kỳ chất đầy xe; thông số làm việc nhỏ nên phạm vi hoạt động bị hạn chế 10.1.2 Quá trình xúc bốc đất đá máy chất tải Máy chất tải xúc đất đá mềm từ nguyên khối, đất đá cứng làm tơi vụn sơ giới đất đá nổ mìn cỡ hạt nhỏ Đất đá xúc vào gầu nhờ lực tựa áp chặt gầu vào gương sau quay gầu nâng cần xúc lên Có phương pháp xúc: xúc theo lớp ngang, xúc theo lớp đứng, xúc theo lớp xiên Xúc theo lớp ngang bao gồm thao tác sau: áp lưng gầu sát xuống bề mặt gương xúc, di chuyển máy phía trước với Vx=0,6  1,1 m/s, đầy gầu dừng máy quay gầu sau nâng gầu từ 0,3  0,4 m lùi máy khỏi gương Khi xúc theo lớp đứng áp sâu gầu vào chân gương xúc khoảng 0,3 chiều sâu gầu, sau kết hợp động tác nâng gàu, đồng thời máy dịch chuyển phía trước, cuối đưa mép gàu khỏi gương xúc, quay gàu chạy tới chỗ dỡ tải Phương pháp xúc theo lớp xiên thực chất kết hợp hai phương pháp Đầu tiên áp sâu gầu vào chân gương xúc khoảng 0,2  0,5 chiều sâu gầu, sau kết hợp đồng thời động tác nâng cần, quay gầu tiến nơi dỡ tải Phương pháp dùng để xúc đất đá mềm, cỡ hạt nhỏ, dễ vụn Gương xúc máy chất tải gương ngang tầng, gương dọc tầng gương theo bề mặt Khi phối hợp làm việc với ô tô, máy chất tải làm chức xúc bóc theo sơ đồ sau (Hình 10.2): - Sơ đồ a: sau xúc đầy gàu máy lùi khỏi gương quay góc 30  45o để chạy đến dỡ tải vào ô tô Sơ đồ dùng thuận lợi sử dụng gương dọc tầng gương ngang tầng với luồng xúc rộng a) b) d) e) c) g Hình 10.2 Các sơ đồ phối hợp máy chất tải ô tô - Sơ đồ b: khác sơ đồ a chỗ có tơ vào nhận tải, tăng chiều rộng luồng xúc dùng gương ngang tầng, tăng chiều rộng mặt công tác với loại gương xúc tăng khoảng cách vận tải máy chất tải - Sơ đồ c: máy chất tải phải chuyển động thoi theo hướng vng góc với gương xúc khoảng cách  12 m Ơ tơ vào nhận tải đứng gương xúc máy chất tải Sơ đồ dùng khai thác máy chất tải chạy bánh lốp, gương ngang tầng, luồng hẹp khai thác máy chất tải chạy xích, dỡ hàng phía trước, gương ngang dọc tầng - Sơ đồ d: máy chất tải chuyển động thoi phạm vi  10 m, dỡ tải phía sau, tơ vào nhận hàng đứng cách gương  13 m - Sơ đồ e: máy chất tải phải quay lần, làm tăng khoảng cách dịch chuyển Sơ đồ dùng xúc đất đá gương ngang tầng, luồng xúc rộng ô tô chuyển động ngang tầng Trong sơ đồ gương ngang tầng sử dụng loại máy chất tải chạy bánh lốp dỡ tải bên hơng, máy chất tải chạy xích quay 90o để phối hợp với ô tô Khi dỡ hàng, máy chất tải phải lùi khỏi gương  m 115 Theo chiều cao người ta phân gương xúc máy chất tải thành gương cao (h > m), gương bình thường (h =  m) gương thấp (h > m) Đối với loại máy chất tải có dung tích gàu m3 tăng chiều cao tầng lên  m thực tế khơng thấy ảnh hưởng đến suất Phổ biến loại máy chất tải lớn, chiều cao tầng  12 m Chiều rộng tối thiểu dải khấu xúc bóc máy chất tải : Bl = bg + c , m (10-2) Trong đó: bg - chiều rộng miệng gàu máy chất tải, m; c - khoảng cách nhỏ máy chất tải mép tầng hay đống đá tơi vụn, c = 0,4  0,6 m Với máy chất tải lớn bg = 4m, Bl = 4,5  m Năng suất cao máy chất cỡ lớn đạt chúng xúc với chiều rộng luồng khấu 12  15 m, có điều kiện để sử dụng sơ đồ phối hợp làm việc với ô tô hợp lý Chiều rộng tối thiểu mặt tầng công tác xúc bốc máy chất tải phụ thuộc vào sơ đồ làm việc máy chất tải gương vị trí đứng chờ nhận tải tơ (Hình 13.2) Sơ đồ phối hợp làm việc với phương tiện vận tải máy chất tải thực cách: dỡ tải qua giếng thả đá, dỡ tải trực tiếp vào thùng xe, dỡ tải vào bun ke kho chứa, dỡ tải vào phận cấp liệu băng tải, 10.1.3 Năng suất kỹ thuật máy chất tải Máy chất tải thường chế tạo để xúc loại vật liệu rời có khối lượng riêng khác nhau, lắp (thay thế) gàu xúc có dung tích hình dạng khác tuỳ theo mục đích sử dụng Trong bảng đặc tính kỹ thuật máy chất tải, bên cạnh dung tích gàu xúc thay thế, nhà chế tạo cịn cho thêm tải trọng nâng định mức P loại máy, nhằm giúp người sử dụng lựa chọn hợp lý dung tích gàu phù hợp với khối lượng riêng vật liệu (đất đá) xúc trình vận hành Tải trọng định mức sở để xác định suất làm việc máy chất tải Năng suất kỹ thuật máy chất tải xác định theo biểu thức: 3600.E v Qx = , m3/h (10-3) Tc Trong đó: Ev - dung tích làm việc gàu xúc, m3 P.K đ Ev = , m3 (10-4)  đ K r Với: P - tải trọng nâng định mức máy chất tải, t; Kđ , Kr - hệ số xúc đầy gàu hệ số nở rời đất đá; đ - khối lượng riêng đất đá, t/m3; Tc - thời gian chu kỳ xúc, s Giá trị Kđ Kr máy chất tải điều kiện làm tải việc thuận lợi, kích thước lớn cục đá d  35cm, phụ thuộc mức độ khó xúc đất đá Px: Px Kr Kđ  4,5 1,30  1,35 1,2  1,25  5,5 1,25  1,30 1,15  1,2  6,5 1,20  1,25 1,10  1,15 Với kích thước trung bình cục đá dtb=25  30 cm hệ số xúc đầy đạt Kd= 0,9  1; tăng kích thước trung bình đất đá lên dtb= 40  45 cm hệ số xúc đầy máy chất tải giảm xuống Kđ=0,6  0,7, đồng thời hệ số nở rời đất đá tăng lên Ở máy chất tải bánh lốp đại, thao tác phụ (nâng, hạ gàu, thay đổi tốc độ, ) điều khiển đồng thời với thao tác chính, thời gian chu kỳ xúc máy là: 21 Tc = tx + tc + tk + td = td + + td , s (10-5) v Trong đó: tx, td - thời gian xúc dỡ tải, s; tc, tk - thời gian chạy có tải khơng có tải, s; l - khoảng cách dỡ hàng, m; v - tốc độ chạy trung bình dỡ tải, m/s Thời gian xúc đầy tính gần theo cơng thức; P Tx = txt x , s (10-6) Pxt 116 Trong đó: txt - thời gian xúc đầy theo hộ chiếu, s; Px Pxt - mức độ khó xúc thực tế theo hộ chiếu đất đá, tuỳ theo dung tích gàu xúc: Khi xúc bóc máy chất tải khoảng cách dỡ tải không vượt 20  25 m tốc độ chuyển động trung bình máy chất tải v =1,0  1,8 m/s E, m3 : Txt , s : Pxt : 23 10  12 4,9  5,1 46 10  12 5,2  5,4 7,5  12,5 10  12 5,5  5,7 15  20 10  12 5,8  6,0 Khi máy chất tải làm vịêc với chức vận tải chạy đường tơ mỏ đạt xấp xỉ tốc độ định mức ô tô điều kiện tương đương Thời gian dỡ tải gàu xúc lấy td =  s Bảng 10.1 Thời gian xúc tốc độ di chuyển máy chất tải làm chức xúc bốc-vận tải Tốc độ di chuyển, m/s, Loại đất đá Thời gian xúc, s công suất máy, CV 250 300 Cát đất mềm  12 1,4  1,6 1,5  1,7 Đá dăm, sỏi 10  15 1,2  1,4 1,4  1,5 Đá tơi vụn cỡ hạt nhỏ 12  18 1,0  1,1 1,2  1,4 Các biện pháp nâng cao suất máy chất tải: - Đất đá làm tơi nổ mìn giới phải đảm bảo có hệ số nở rời đống Kr=1,27  1,4; - Khi xúc áp sâu gầu vào khối đá từ (0,650,95) lk với lk chiều dài gầu - Khi xúc đất đá nổ mìn cỡ vừa lớn có khối lượng riêng 2,6  2,7 t/m3 hợp lý gầu xúc phải đầy có Hệ số xúc đầy lúc đạt 1,14  1,15; - Khi chiều cao gương 1112 m chiều rộng luồng xúc máy chất tải không nên lấy nhỏ 12  14 m, chiều cao gương lớn 11  12 m, chiều rộng luồng xúc lấy  m; - Khi sử dụng máy chất tải làm chức xúc bốc - vận tải, vị trí dỡ tải thấp vị trí vận tải nên tăng dung tích gầu 10.2 Xúc bốc đất đá máy ủi 10.2.1 Đặc điểm công nghệ máy ủi Máy ủi thiết bị phụ trợ thiếu mỏ lộ thiên Máy ủi di chuyển xích bánh lốp Trên mỏ lộ thiên chủ yếu dùng loại chạy xích có lực tựa lớn, có khả khắc phục độ dốc cao dễ dàng vượt qua chướng ngại vật (mô chân tầng, đá tảng, hố rãnh nhỏ, ) Bàn gạt máy ủi có loại quay được, có loại cố định điều khiển cáp hệ thống xi lanh thuỷ lực Theo công suất máy, chúng chia thành loại: cực mạnh (> 300 cv), loại mạnh (150  300 cv), trung bình (100  150 cv) loại nhẹ (20  80 cv) Máy ủi sử dụng mỏ lộ thiên công việc sau đây: - Khấu đất đá theo lớp mỏng có độ bền nén đến 40 MPa dịch chuyển chúng với khoảng cách đến 100150 m; - Gạt đất đá nổ mìn, đánh đống đất đá nổ mìn hay đất đá làm tơi giới (do máy xới); - Dọn vách vỉa khoáng sản, san mặt bằng, san bãi thải; - Làm đường ô tô, đường sắt, dọn đường, đào hào; - Dùng để kéo máy xới hay máy cạp cỡ lớn; - Làm công việc phụ trợ khác Gương xúc máy ủi gương phẳng nằm ngang, gương dốc dọc tầng gương bên hơng, tức máy ủi khấu đất đá theo lớp ngang hay theo lớp xiên 117 Hình 10.3 Các thơng số làm việc máy ủi Lg - chiều rộng bàn gạt; Hg - chiều cao bàn gạt; hx - chiều sâu xúc; Hmg - chiều cao máy; Lmg - chiều dài máy Ở chế độ làm việc, máy ủi vượt độ dốc 15  18 %, xuống dốc 45 %, gạt chéo góc đến 20 % Các kích thước máy ủi giới thiệu hình 10.3 10.2.2 Quá trình làm việc máy ủi Chu kỳ làm việc máy ủi bao gồm: cắt đất đá, gom đất đá thành đống trước bàn gạt, vận chuyển đất đá dỡ đất đá vào vị trí quy định Khi làm việc đất đá mềm, máy ủi cắt theo dải dài có chiều dày khơng đổi (Hình 10.4-a) Để sử dụng hợp lý lực kéo máy ủi (trong trình cắt đất đá, lực cản tạo nên khối đá gom trước bàn gạt ngày tăng) làm việc đất đá cứng vừa cắt dải theo hình nêm cách: ấn bàn gạt sâu hết cỡ sau nâng lên dần tới mặt đất cuối luồng gạt (Hình 10.4-b); cịn đất đá đặc sít, khó gạt phải cắt dải theo hình lược cách ấn bàn gạt nhiều lần với chiều dày nhỏ dần đầy tải (Hình 10.4-c) Đối với đất đá cứng, trước san gạt phải tiến hành làm tơi sơ máy xới khoan nổ mìn Kích thước cục đá lớn trước bàn gạt không lớn 100÷120 cm Để giảm tổn thất đất đá trình vận chuyển, cần tiến hành gạt lặp nhiều lần luồng rộng 3÷3,5 m với chiều sâu 0,6÷0,7 m Khi đó, bên mép luồng gạt hình thành “con trạch” ngăn khơng cho đất đá trước bàn gạt tràn luồng gạt Khi làm việc đất đá mềm dùng máy ủi gạt sóng đơi, kề sát Với phương pháp suất máy ủi tăng lên 30÷50 % Trong q trình vận chuyển đất đá, qng đường vận chuyển xa tổn thất đất đá trước bàn gạt lớn, nên 20  30 m, xa chia thành nhiều đoạn vận chuyển theo hình thức chiếu (b) (a) (c) Hình 10.4 Các phương pháp cắt dải đất máy ủi trình gạt Độ dốc lớn cho phép máy ủi làm việc là: Hành trình làm việc Chạy có tải Chạy khơng tải Dốc lên 15÷18o 35÷40o Dốc xuống 45o 45o 118 Dốc chéo 30o 30o 10.2.3 Năng suất máy ủi Năng suất thực tế máy ủi xác định theo biểu thức: 3600 Qu  V.K d  , m3/h (10-7) Tc K r Trong đó: V - khối lượng đất đá rời chứa trước bàn gạt, m3;  - hệ số sử dụng thời gian; Kr - hệ số nở rời đất đá; Tc - Thời gian chu kỳ làm việc máy ủi, s; Tc tính theo biểu thức: L L (10-8) Tc  t gđ  t c  t k  t m  gđ  c  t m , s Vgđ Vc Tgd - thời gian gom đá vào bàn gạt, s; tc, tk - thời gian vận chuyển đá chạy ngược lại, s; tm - thời gian dùng vào thao tác phụ trợ, s; Lgd - khoảng cách gom đá máy ủi, m; Lc - khoảng cách vận chuyển đá, m; Vgd, Vc ,Vk - vận tốc trung bình máy ủi gom đá, vận chuyển đá chạy không tải, m/s; Kd - hệ số thay đổi suất máy ủi, tuỳ thuộc vào độ dốc khoảng cách vận chuyển (Bảng 10.2) Bảng 10.2 Trị số hệ số Kd máy ủi làm việc Khoảng cách vận chuyển 15 30 65 100 Theo khu vực ngang 1,0 0,6 0,3 0,2 Trị số Kd máy ủi làm việc Dốc xuống Dốc xuống 10% 20% 1,8 2,5 1,7 1,6 0,6 0,9 0,36 0,55 Năng suất máy ủi san mặt bằng: 3600.Ls (b  a ) , m3/h Q L  n s  t q   Vs  Dốc lên 10% 0,6 0,37 0,18 0,12 (10-9) Trong đó: Ls - chiều dài khu vực san gạt, m; b - chiều rộng dải gạt, bmax = Lg (Lg - chiều dài bàn gạt, m); a - chiều rộng phần gạt chờm lên hai luồng gạt kề nhau, a=0,3  0,5m; n - số lần gạt lặp máy ủi theo vệt; Vs - vận tốc trung bình máy ủi san gạt, m/s; tq - thời gian quay máy san gạt xong luồng, tq =  12 s 10.3 Xúc bóc đất đá máy cạp bánh lốp (scraper) 10.3.1 Đặc điểm công nghệ máy cạp Máy cạp bánh lốp (Hình 13.5) sử dụng mỏ lộ thiên khai thác vật liệu xây dựng bóc đất đá mềm xúc đất đá đặc sít làm tơi giới (xới) Máy cạp cỡ nhỏ có dung tích gàu m3, cỡ trung bình -  15 m3, cỡ lớn - 15  40 m3 Hệ thống truyền động máy cạp thuỷ lực, - thuỷ lực điện máy cỡ lớn Với máy cạp cỡ lớn thường dỡ hàng theo phương pháp cưỡng (đất đá bị đẩy ngồi nhờ thành sau gàu di chuyển phía trước phía miệng gàu), cịn máy cạp cỡ nhỏ vừa (E < 15 m3) thường dỡ hàng theo phương thức bán cưỡng (vừa mở đáy gàu vừa di chuyển thành sau phía trước) rơi tự (khi mở đáy gàu, đất đá gàu tự đổ trọng lượng thân) Máy cạp di chuyển theo phương thức: loại trục thường kéo máy kéo, loại trục thường tự hành Điều kiện đảm bảo cho máy cạp làm việc có suất là: - Đất đá phải làm tơi tốt; - Độ ẩm đất đá không vượt 15  20 %; 119 - Khoảng cách vận chuyển đá vào bãi thải tới địa điểm chuyển tải không vượt trị số hợp lý (khi dung tích gầu m3 khoảng cách vận chuyển 300  1500 m, cịn dung tích gầu 15 m3 khoảng cách vận chuyển tới 3000 m máy cạp tự hành) Hình 10.5 Máy cạp tải bánh CAT-6276 của- hãng Caterpillar Xúc vận đất lốp đá máy cạp scraper Độ dốc đường không vượt trị số cho bảng 10.3 Bảng 10.3 Độ dốc giới hạn cho phép máy cạp Phương thức di chuyển Máy kéo Có tải Khơng tải Tự hành Có tải khơng tải Dốc lên Dốc xuống % độ Dốc chéo % độ % độ 14  18 20  23  10 11  13 30 40 18 22 12 12 7 12  15 8 27 15 10 10.3.2 Quá trình làm việc máy cạp Khi làm việc, máy cạp cắt lớp mỏng với chiều dày t=20÷30 cm (đối với đất đá mềm pha cát) t=10÷15 cm (đối với đất đá đặc sít phá vỡ tốt) đẩy vào thùng chứa nhờ cấu đặc biệt (Hình 13.6) Mức độ xúc đầy gàu phụ thuộc vào độ ẩm đất đá Độ ẩm hợp lý để dùng máy cạp đất chứa nhiều cát 4÷12 %, sét 8÷18 % Lớn giá trị máy cạp làm việc không hiệu khả chịu tải bánh lốp, phải giảm hệ số xúc đầy gàu, khó xúc đầy, khó dỡ hàng, Hình 10.6 Cơ cấu phận cơng tác máy cạp 120 Gương xúc máy cạp gương phẳng nằm ngang (Hình 13.7), gương dọc tầng gương ngang tầng, tức máy cạp khấu đất đá theo lớp ngang lớp xiên Khi khấu theo lớp xiên thời gian xúc đầy gàu giảm 20÷30 % tăng chiều dày lớp khấu chiều rộng luồng xúc Chiều dài gương xúc máy cạp phụ thuộc vào chiều cao h tầng, góc nghiêng α gương thường bội số quãng đường xúc đầy gàu Góc nghiêng gương xúc đất chứa cát không nên vượt 6÷8o đất chứa cát pha sét khơng q 10÷12o, góc nghiêng hợp lý tương ứng đất đá 5÷6o 8÷10o Để tăng hệ số xúc đầy gàu dùng hành trình lên dốc % khấu đất đá xuống dốc vận tải đất đá tới địa điểm dỡ tải Tại bãi thải (hoặc kho chứa) đất đá (hoặc khoáng sản) máy cạp dỡ tải thành lớp Sau máy cạp quay trở lại gương xúc để bắt đầu chu kỳ xúc bóc Để nâng cao hiệu làm việc máy cạp, người ta dùng máy xới làm tơi sơ đất đá với chiều sâu 0,5÷1,5 m (tuỳ theo cơng suất máy xới) trước khấu Máy xới máy cạp phối hợp làm việc với theo dải khấu song song kề 10.3.3 Năng suất máy cạp Năng suất thực tế máy cạp bánh lốp xác định theo biểu thức: 3600 Q V.K đ  , m3/h (10-10) Tc K r Hình 10.6 Sơ đồ xúc tải máy cạp với gương nằm ngang Trong đó: Kđ - hệ số xúc đầy gầu, Kđ=0,5  1,2; V - dung tích gầu máy cạp, m3; Kr - hệ số nở rời đất đá gầu, Kr =1,5  1,6; Tc - thời gian chu kỳ làm việc máy cạp, s Thời gian chu kỳ làm việc máy cạp: Tc = tx + tc + td + tk , s (10-11) Trong đó: tx - thời gian xúc đầy gầu, s; tc - thời gian chạy có tải, s; tk - thời gian chạy không tải, s;  - hệ số sử dụng thời gian (khi làm việc ca =0,85; làm việc ca, =0,7); Kr , Kđ - hệ số xúc đầy hệ số nở rời đất đá thùng máy cạp (Bảng 10.4) Bảng 10.4 Giá trị Kr Kđ đất đá thùng máy cạp Độ khó xúc thực tế Pxt ≤2 Kr Kđ 1,15  1,2 0,95  1,1 2,5  1,25  1,3 0,85  0,95 3,5  1,3  1,4 0,75  0,85 121 Câu hỏi ôn tập chương 10 Ưu nhược điểm máy chất tải (máy bốc- Weel Loader) điều kiện sử dụng ? Thông số làm việc máy chất tải có mối quan hệ với thơng số hệ thống khai thác? Ưu nhược điểm máy ủi (máy gạt) điều kiện sử dụng ? Thông số làm việc máy ủi có mối quan hệ với thơng số hệ thống khai thác? Ưu nhược điểm máy xúc tải (máy cạp-Scraper) điều kiện sử dụng ? Thông số làm việc máy xúc tải có mối quan hệ với thơng số hệ thống khai thác? Ưu nhược điểm máy phay cắt liên hợp điều kiện sử dụng ? Thông số làm việc máy phay cắt liên hợp có mối quan hệ với thông số hệ thống khai thác? 122 ... 12 28 15 62 2334 35 41 4 411 4 910 4347 378,7 585,8 494,4 704 946,6 10 77,3 17 68,5 10 ,74 893,7 213 ,6 18 2-M 19 1-M 19 2-MII 2 0 1- M 204-M 3 0 1- M 9,88 12 ,92 15 ,20 20,55 25,84 41, 04 8,08 8,66 8,66 9,52 13 , 31 10,06... P&H 16 ,15 17 ,53 17 ,53 18 ,7 19 ,5 20,02 25,48 Marion-Presser 13 ,26 23 Rxmax, m N, kW P, 14 ,15 14 ,86 16 ,15 16 ,15 17 50 2333 2662 2662 542 732,5 963 10 66,8 14 ,63 14 ,43 14 ,73 15 ,39 16 ,36 16 ,94 20,73 12 28... 8, 91 9,6 9,45 19 60-AL 210 0-BL 210 0-BLE 2300-XPA 2800-XPA 410 0 5700-XP 10 ,64 13 ,68 15 ,20 20,52 34,96 42,56 53,20 9,75 9,65 9,65 9, 91 10,46 10 ,04 13 ,26 15 1-M 7,6 6,78 Rdmax, m Busirus-Eric 17 ,22 17 ,6