Bài giảng cơ giới hóa công tác chuẩn bị đất đá trong khai thác mỏ lộ thiên (dùng cho trình độ thạc sĩ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BÀI GIẢNG CƠ GIỚI HĨA CƠNG TÁC CHUẨN BỊ ĐẤT ĐÁ TRONG KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN (DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ) Quả ng Ninh, 2018 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP QUẢNG NINH BÀI GIẢNG CƠ GIỚI HĨA CÔNG TÁC CHUẨN BỊ ĐẤT ĐÁ TRONG KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN (DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ) Quảng Ninh, năm 2018 Chương Khái quát chung phương pháp chuẩn bị đất đá giới 1.1 Khái quát chung phương pháp chuẩn bị đất đá khơng nổ mìn 1.1.1 Các phương pháp phá vỡ đất đá khơng nổ mìn Khái niệm chung Phần lớn đất đá mỏ có độ cứng lớn, khơng thể trực tiếp xúc chúng mà phải tiến hành làm tơi sơ bộ, tức tiến hành tách chúng khỏi nguyên khối đập vỡ chúng Đó khâu cơng nghệ dây chuyền sản xuất mỏ lộ thiên Việc chuẩn bị đất đá để xúc bốc tiến hành theo phương pháp sau: - Phương pháp giới hoá (máy xới, búa thuỷ lực, máy phay cắt,…); - Phương pháp khoan - nổ mìn; - Phương pháp dùng sức nước (súng bắn nước, ống thấm rã…); - Phương pháp vật lý (dòng điện cao tần, dòng thấp tần, nhiệt, hạt nhân…); - Phương pháp hoá học Việc lựa chọn phương pháp chuẩn bị đất đá để xúc bốc trước hết phụ thuộc vào tính chất cấu tạo đất đá mỏ (tính chất lý, tính chất hố, nằm, cấu trúc vỉa, kiến tạo…), công suất mỏ lộ thiên, thiết bị sử dụng yêu cầu chất luợng sản phẩm mỏ (thành phần, cỡ hạt, hàm lượng thành phần có ích…) Ngồi cịn phải quan tâm tới u cầu ổn định bờ mỏ, ổn định định sườn tầng q trình việc mỏ Thơng thường, phương pháp chuẩn bị đất đá để xúc bốc khoan - nổ mìn sử dụng phổ biến nhất, sau phương pháp giới Phương pháp sức nước dùng số trường hợp Các phương pháp cịn lại sử dụng giá thành cao, công suất nhỏ nguy hiểm sử dụng lượng hạt nhân Các phương pháp phá vỡ đất đá khơng nổ mìn a Làm mềm đất đá phương pháp hóa lý Trong chế thị trường với đấu tranh nghiệt ngã giá cả, buộc mỏ lộ thiên phải thực biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm mỏ giảm chi phí sản xuất, giảm vốn đầu tư cách áp dụng giải pháp kỹ thuật công nghệ khai thác mà phương pháp điều khiển thuộc tính cấu trúc độ bền đất đá bóc giải pháp Trong điều kiện mỏ có đất đá cứng vừa tiến hành xúc bóc trực tiếp mà khơng cần nổ mìn nhờ xử lý khối đá dung dịch làm mềm sở hoạt chất bề mặt, cịn mỏ có đất đá cứng tiến hành chuẩn bị cách phối hợp khoan nổ với dung dịch làm mềm Bằng cách cho phép giảm đáng kể chi phí khoan nổ, cải thiện chất lượng đá cho khâu xúc bốc, nâng cao suất máy xúc, giảm chi phí lượng, cải thiện tiêu môi sinh dẫn đến giảm chi phí sản xuất Hiện nay, mỏ khai thác lộ thiên, 80 % khối lương đất đá mỏ cần phải làm tơi sơ để xúc bốc máy xúc có Việc làm tơi đất đá khoan - nổ mìn phải sử dụng tiêu thuốc nổ tới 0,4  0,5 kg/m3, đồng thời phải cần tới số lượng lớn thiết bị khoan, phương tiện vận tải công nhân phục vụ làm cho chi phí khoan - nổ chiếm từ 25  30 % giá thành chung Hơn tiến hành nổ mìn làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng khoáng sản khai thác trộn lẫn đất đá KSCI lớp tiếp xúc chúng Cơng tác khoan, đặc biệt nổ mìn có ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh Kết thực nghiệm mỏ lộ thiên nước cho thấy 1m3 đất đá nổ mìn tung vào khí trung bình 20 g bụi, kg thuốc nổ phát tán vào khí 100 lít khí độc hại Các chất độc hại từ bãi mìn lan xa với khoảng cách 20 km Khối lượng đám mây bụi khí nổ mìn chứa với lượng thuốc nổ 30 đạt 19 triệu m3 Chiều dài phân bố đám mây đạt từ  15 km lớn đám mây có chứa khí độc lớn ơxit nitơ, khí độc tồn khí tới 15 ngày Mặt khác, để đảm bảo an toàn tiến hành nổ mìn yêu cầu phải ngừng sản xuất mỏ theo chu kỳ chuuyển thiết bị khỏi vùng ảnh hưởng cơng tác nổ mìn, dẫn đến giảm suất thiết bị Rõ ràng phương pháp giảm độ bền đất đá để xúc bốc trực tiếp mà không cần làm tơi sơ nổ mìn, dẫn đến giảm chi phí ngun vật liệu cải thiện đáng kể điều kiện sinh thái khu vực Đất đá mỏ vật thể xốp có nguồn gốc tự nhiên với cấu trúc thành phần hoá học đa dạng Sự tác động tương hỗ vật thể xốp xảy môi trường biến tính nhờ thuộc tính đặc biệt bề mặt Trong khoảng trống đất đá xuất trình thấm, tẩm ướt, hấp phụ, ngưng kết mao dẫn, tương điện động học v.v… Các q trình trao đổi phụ thuộc vào tính chất lý đất đá mỏ, tính quy luật chế hấp phụ trình phá huỷ, biến dạng đất đá mỏ Sự tác động tương hỗ phần tử chất lỏng bề mặt đất đá dẫn đến thay đổi lực tương tác phần tử, cấu trúc độ bền hệ thống xốp Do vậy, bổ sung chất phụ gia vào môi trường phân tán làm thay đổi điện tích hay tính háo nước bề mặt phân tử Các chất phụ gia muối, ơxit, chất kiềm chất hoạt tính bề mặt hữu Vai trị chất hoạt tính bề mặt q trình tác động qua lại hoá - lý dung dịch nước với bề mặt đất đá đa dạng Trước hết, chất hoạt tính bề mặt làm tăng tính háo nước bề mặt đất đá, tạo khả thấm ướt bề mặt vật liệu, đặc biệt lỗ nhỏ, đảm bảo hình thành màng mỏng thấm ướt hấp thụ nước đất đá Bằng cách vậy, chúng tạo khả vận chuyển nước nhờ cation hyđrát hố chưa mà dãn tới hình thành màng dung dịch thấm ướt, điều làm xuất lực bề mặt Sự hấp thụ phân tử hay ion chất hoạt tính bề mặt bề mặt đất đá tạo khả dẻo hố vật liệu Sự tác động qua lại đất đá mỏ với mơi trường nước xảy nhờ q trình thấm hút Dung dịch nước thấm theo kẽ nứt, mao dẫn làm lấp đầy không gian lỗ hổng đất đá Trong trình thấm hút dung dịch bề mặt vật liệu đất đá hình thành màng thấm ướt làm thay đổi mật độ dung dịch dẫn đến thay đổi cấu trúc đất đá xốp Thực nghiệm để xử lý bề mặt phía phía ngồi nhằm lấp đầy khoảng trống đất đá mỏ, đồng thời làm mềm có hiệu chúng cần sử dụng dung dịch nước có ứng suất thấm ướt cao tuỳ theo loại đất đá cụ thể Các dung dịch dung dịch chứa chất hoạt tính bề mặt chất phụ gia khác có chứa cation nồng độ pH cao Kết thực nghiệm cho thấy việc làm mềm alêvrơlit đạt 50 %, cịn đất đá cứng khơng lớn 35 % Khi hệ số dòn đất đá (tỷ số độ bền nén độ bền kéo) sau trình tác động làm mềm dung dịch tăng lên Ngoài ra, bão hoà lỗ rỗng đất đá làm giảm tương đối mức độ tạo thành bụi phá huỷ Sự giảm độ bền đất đá dung dịch làm mềm dẫn đến làm giảm đáng kể mài mòn dụng cụ phá huỷ đất đá Ở áp suất định làm giảm mài mòn kim loại khoảng lần, hợp kim cứng lần Các thực nghiệm công nghiệp mỏ lộ thiên Nga cho thấy, không dùng khoan nổ mìn, chi phí lượng cho khâu xúc bốc giảm xuống nhiều Năng lượng trung bình phá huỷ khối đá khí làm mềm phương pháp hố lý khơng vượt q 65 kWh/t, làm tơi phương pháp khoan nổ mìn 90 kWh/t, đá nguyên khối lớn 180 kWh/t Năng suất máy xúc rôto tăng từ 3200 lên 4300 t/h khai thác khối đá làm mềm phương pháp hoá - lý Sự tạo thành bụi phá huỷ xúc bốc giảm tới 30  35 % Để chuẩn bị cho xúc bốc đất đá cứng trường hợp làm mềm phương pháp hố - lý khơng đạt mức độ cần thiết cho máy xúc làm việc cần sử dụng phương pháp phối hợp - làm mềm phương pháp hố lý kết hợp khoan nổ mìn Trong trường hợp mức tiết kiệm thuốc nổ đạt tới 30  35 %, cải thiện điều kiện sinh thái, giảm khối lượng khoan, cải thiện chất lượng chuẩn bị đống đá cho để xúc bốc (giảm cỡ hạt đất đá tới 30 % so với khoan nổ mìn thơng thường), giảm chi phí lượng, cải thiện tiêu sinh thái dẫn đến giảm chi phí sản xuất Khi làm mềm hố - lý xem yếu tố điều khiển thơng số khoan nổ mìn nhằm mục đích nâng cao hiệu khoan - nổ, giảm ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái Thực tế cho thấy phương pháp làm mềm đất đá hoạt tính bề mặt giữ cấu trúc vĩ mơ, nên đảm bảo giảm tổn thất làm bẩn khoáng sản có ích q trình khai thác.Với mục đích để xác định mức độ làm mềm thông số công nghệ mẫu, số mỏ khai thác lộ thiên LB Nga tiến hành thử nghiệm chuẩn bị đất đá cứng để xúc bốc phương pháp kết hợp đưa trật tự tiến hành thông số sau: - Khu vực xúc khoan thành lỗ khoan theo mạng 8x8 m (thay cho mạng 6.5x6,5 m) Giữa mạng lỗ khoan nổ mìn tiến hành khoan lỗ khoan phụ với độ sâu 1/3 chiều cao tầng - Dung dịch làm mềm bao gồm khối lượng chất hoạt tính bề mặt 0,1 % NaCl hay Na2CO3 0,5 % (phụ thuộc vào hàm lượng cacbonat có đất đá) Chỉ tiêu dung dịch công nghệ nêu không vượt 12 l/m3 đất đá Dung dịch chia theo lỗ khoan phụ - Giữ nguyên khu vực ngày sau nạp dung dịch - Nạp thuốc nổ vào lỗ khoan Chỉ tiêu thuốc nổ giảm từ 0,41 kg/m3 xuống 0,28 kg/m3 nhờ mở rộng mạng lỗ khoan - Tiến hành nổ mìn - Có thể tiến hành xúc bóc MTTG Bằng phương pháp tiết kiệm cho cơng tác khoan 10 % thuốc nổ 3040 % so với phương pháp thông thường Đây giải pháp công nghệ làm tơi đất đá không giảm chi phí cho việc bóc 1m3 đất đá, góp phần nâng cao hiệu khai thác mà giải pháp tích cực nhằm giảm thiểu nhiễm môi trường khai thác mỏ lộ thiên Sự đời giải pháp công nghệ coi đột biến lớn làm thay đổi chất dây truyền sản xuất mỏ lộ thiên b Chuẩn bị đất đá công nghệ đặc biệt Tờ Ugol số 10 xuất năm 1995 (LB Nga) thông báo người ta nghiên cứu thành công chất phá đá NPV-7B bao gồm vôi sống 2/3 chất phụ gia trộn với tỷ lệ 36 % để phá vỡ đất đá mà khơng cần nổ mìn Các lỗ khoan bố trí mạng theo thơng số xác định, sau bơm đầy bơm đầy dung dịch NPV-7B với nước Do phản ứng hoá học chất đông kết trương nở tạo áp lực lớn lên thành lỗ khoan Khi áp lực vượt giới hạn bền đất đá vây quanh bắt đầu xuất nứt nẻ khối đá Quá trình hyđrat hố làm áp suất tiếp tục tăng dẫn đến mở rộng dần khe nứt khối đá bị phá vỡ hồn tồn Q trình hoạt động NPV-7B không gây chấn động, không bụi, không xả khí độc vào mơi trường Phương pháp gọi công nghệ phá đá nhiệt độ thấp Gần đây, công ty Cardox International chế tạo thành công thiết bị phá đá Cardox Tube Thiết bị sử dụng khí đioxit cacbon để tạo lực nén cực mạnh làm rạn nứt phá vỡ bề mặt khối đá đồng thời nâng tảng đá bị phá vỡ lên bề mặt Cardox Tube làm việc hiệu khơng thua so với việc dùng thuốc nổ, khơng bụi an tồn người vận hành khơng cần tránh xa nổ mìn Lần đầu thiết bị sử dụng để phá vỡ mỏ than có nguy cháy nổ, dùng mỏ khai thác quặng, vật liệu xây dựng,… Anh nhiều nước khác 1.1.2 Các thiết bị giới có khả phá vỡ trực tiếp đất đá Làm tơi đất đá máy xới a Khả công nghệ máy xới khai thác mỏ Máy xới thực chất máy kéo bánh xích, phía sau máy lắp bàn xới có  răng, phía trước lưỡi gạt (Hình 1.1) Để xới đất đá cứng thường dùng răng, để xới đất đá đặc xít thường dùng bàn xới có lắp nhiều nhằm tăng suất máy xới Những hãng thiết bị hàng đầu chế tạo thiết bị Caterpillar (Mỹ) Komatsu (Nhật Bản),… Hình 1.1 Máy xới D-11N hãng Caterpillar Việc sử dụng phương pháp gắn treo lưỡi xới phía sau đầu kéo biện pháp mới, đồng thời với việc sử dụng hệ thống thuỷ lực loại đầu kéo có cơng suất lớn làm tăng suất hiệu thiết bị Theo cơng suất động chia : - Máy loại nhỏ: N < 100 kw - Máy loại trung bình: N = 100  200 kw - Máy loại lớn: N = 200  400 kw - Máy loại lớn: N > 400 kw Chiều sâu xới từ 0,4  0,5 m đến 1,8  2,0 m tuỳ thuộc vào tính chất đất đá kiểu máy Sau lượt xới đất đá bàn gạt vun lại dùng máy bốc máy xúc chất lên ô tô để vận chuyển Trong năm gần đây, từ kết đạt với lợi ích to lớn nó, việc làm tơi đất đá máy xới thay cho cơng tác khoan - nổ mìn truyền thống trở nên phổ biến Việc sử dụng máy xới để chuẩn bị đất đá cho xúc bốc cho phép bóc chọn lọc tốt thân khống lớp đất đá mỏng, giảm tổn thất làm bẩn KSCI trình khai thác, điều chỉnh tốt cỡ đá, loại trừ sóng chấn động tới bờ mỏ, nâng cao ổn định bờ mỏ, nâng cao góc bờ kết thúc, giảm khối lượng đất đá bóc, giảm chi phí nâng cao hiệu khai thác, công tác mỏ tiến hành an tồn Ngồi ra, cịn làm tăng hiệu sử dụng máy ủi, máy bốc, máy xúc Đồng thời giảm chi phí làm tơi, góp phần tăng hiệu khai thác khoáng sản Máy xới làm việc hiệu khai thác than, quặng phôtphorit, aptit, diệp thạch, cát kết, bột kết, đá vôi cứng vừa, khoáng sàng, đất đá nứt nẻ nhiều có cấu tạo phân lớp Kinh nghiệm sử dụng cho thấy, hiệu làm tơi máy xới phụ thuộc vào cơng suất máy, áp lực lên bánh xích, góc cắm vào đá, độ bền mức độ nứt nẻ đất đá, nằm lớp đá hướng mặt lớp Đối với đất đá có độ kiên cố nhỏ trung bình (f   8) nứt nẻ mạnh từ cấp I  III với độ cứng âm học  2000 m/s (đặc biệt loại có độ cứng âm học 1500 m/s) sử dụng máy xới để làm tơi thay hồn tồn cơng tác khoan - nổ mìn với giá thành rẻ 50  60 % Để xới loại đá cứng vừa, cần dùng máy xới có công suất lớn 200 kW, tới 500 kW Lưỡi xới bàn gạt điều khiển thuỷ lực Việc sử dụng máy xới phổ biến LB Nga, CHLB Đức, Mỹ, Nhật Bản,… Máy xới lớn D575A-3 hãng Komatsu (Nhật Bản) có cơng suất 828 kW Máy xới làm tơi vụn đống đất đá máy bốc, máy xúc máy cạp xúc chuyển tải bãi thải Các yếu tố tự nhiên có ảnh hưởng tới khả xới máy độ cứng nứt nẻ đá Đá bền vững nứt nẻ, địi hỏi máy có cơng suất lớn Trước khoảng 30 năm, xới loại nham thạch có tốc độ truyền âm khối 2300 m/s Những thập niên qua, máy xới hoàn thiện, công suất động máy ngày lớn, xới nham thạch có tốc độ truyền âm tới 3800 m/s (tốc độ truyền âm thông số vật lý tổng hợp nham thạch: đá bền vững, nứt nẻ, tốc độ truyền âm lớn) Giữa tốc độ truyền âm nham thạch công suất động máy xới có mối quan hệ tương đối chặt chẽ (với hệ số tương quan r = 0,93 ) sau: N = 0,19 Ve - 60 , kW (1-1) Trong đó: Ve - tốc độ truyền âm dọc đất đá, m/s Công thức thực nghiệm giới hạn 800 m/s  Ve  3500 m/s Tương ứng với cơng suất động máy xới có trọng lượng G (gồm phận xới): G = 0,172N – 0,46 , (với r = 0,98) (1-2) Công thức nghiệm giới hạn 223 kW  N  745 kW Như vậy, sử dụng phương pháp làm tơi máy xới cần nắm thông số thiết bị (công suất động N trọng lượng máy G) tốc độ truyền âm nham thạch (Ve) Hình 1.2 Sản lượng máy xới phụ thuộc vào công suất máy N tốc độ truyền âm Ve Nếu đất đá có tốc độ truyền âm 2000 m/s loại máy xới D9R, D10R, D11R hãng Caterppilar (Mỹ) D275A, D375A, D475A, D575A Komatsu (Nhật Bản) máy xới T-500, T-75-01 LB Nga xới Các loại đá thuộc trầm tích chứa than như: ácgilit, bột kết, cát kết, cuội kết tốc độ truyền âm không 2500  3000 m/s làm tơi máy xới D11R thay cho cơng tác khoan - nổ mìn b Cơng nghệ xới đá cứng Các thông số phận cơng tác máy xới gồm góc cắt  , góc nhọn đầu cắt  , góc sau  , chiều dày chiều dài răng, khoảng cách (Hình 1.3) Góc nhọn đầu xới  thường 20  30o Góc  phải chọn cho để ngập với góc sau  =  7o xới đá cứng cứng vừa Việc giảm góc  dẫn đến tượng vị nát mặt sau đầu xới, làm tăng độ mài mòn làm tăng sức cản đất đá xới Chỉ tiêu xới phụ thuộc vào góc cắt  Máy đạt hiệu cao với góc cắt 45  52,5o Hình 1.3 Sơ đồ phận làm việc xới Khi máy xới làm việc đất đá bị phá vỡ giới hạn rãnh đào hình thang (Hình 9.4) Trong đống đất đá đồng phần rãnh đào tạo nên rãnh chiều rộng đáy b’ gần chiều rộng đầu xới b, chiều cao hr =(0,15  0,2)hn , hn chiều cao ngập Góc nghiêng thành rãnh đào  thay đổi từ 40  60o tuỳ thuộc vào mức độ khó xới đất đá Việc xới đất đá nứt nẻ chủ yếu khắc phục liên kết theo bề mặt tiếp xúc khối đất đá Đất đá bị phá vỡ mạnh giới hạn chiều sâu ngập (Hình 1.4) Mức độ khó xới đất đá xác định khả ngập sâu xới hn độ cứng độ nứt nẻ đất đá khối Quá trình phá vỡ đất đá đồng chủ yếu xẩy khắc phục sức cản kéo nó, với đất đá nứt nẻ khắc phục lực liên kết Quá trình xới đất đá máy xới tiến hành chủ yếu theo sơ đồ sau đây: - Xới đất đá theo lớp ngang, sau xúc chuyển máy cạp dùng máy xúc, máy bốc chất lên ô tô - Xới đất đá theo lớp ngang, sau dùng máy ủi gạt đất đá xuống mặt tầng dưới, sau dùng máy bốc máy xúc chất lên ô tô - Xới đất đá theo lớp nghiêng (  < 20o), theo hướng từ xuống Chiều dài luồng xới hợp lý khoảng 70  90 m Hình 1.4 Sơ đồ xới đá máy xới Việc xới đất đá luồng song song kề mặt phẳng ngang hay mặt xiên Các sơ đồ làm tơi đất đá máy xới thể hình 5.5 Khi xới theo lớp xiên (đến 20o) lực kéo máy xới sử dụng nhiều hành trình làm việc xuống dốc chạy khơng tải lên dốc Sơ đồ cơng nghệ bóc đất đá theo lớp nghiêng hình 9.6 Để xới đất đá cứng, với hn  m, đá nhóm I, II, xới rạch song song hai hướng; đá nhóm III, sử dụng rạch dọc - ngang với bước xới 0,7  0,9 m a ) e) b ) c) h ) d ) k) Hình 1.5 Các sơ đồ công nghệ làm tơi đất đá máy xới a, b, c - Rạch kề nhau: dọc - tròn; xốy trơn ốc; chuyển; d, e, h - Rạch xen nhau: dọc trịn; xốy trơn ốc; zíczắc; k - kề nhau: dọc ngang 10 Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ bóc đá máy cày theo lớp nghiêng H = 5m; b) H = 10m; 1- máy xới; - máy xúc tải Khoảng cách hai rãnh xới kề C quy định xuất phát từ điều kiện đảm bảo cỡ đá yêu cầu chiều sâu cần xới Giữa hai rãnh xới kề để lại phần “doi” đất (vùng đất đá không phá hết) gây khó khăn cho cơng tác xúc bốc Chiều sâu xới có hiệu hq nhỏ chiều sâu ngập hn Do đó, phải tiến hành xới luồng phụ vng góc chéo góc với luồng xúc đầu nhằm phá “doi” đá lại, đảm bảo cỡ hạt tốt Khoảng cách luồng xới phụ C’ = (1,2  1,5)C Mức độ khó xới phụ thuộc vào hướng xới hệ thống khe nứt đất đá Việc xới đất đá có hiệu xới theo hướng vng góc với hệ thống khe nứt Đối với đất đá cứng cứng vừa, việc khó khăn làm ngập lúc ban đầu Để làm dễ dàng việc cần xới lặp nhiều lần chỗ hay nổ mìn sơ nhằm tạo nên hố chuẩn bị với chiều sâu cần thiết Các thông số làm tơi máy xới xác định theo trị số chiều sâu ngập hn Bảng 1.1 Trị số hệ số K1, K2 theo chiều rộng đáy rãnh hào b’ Đặc tính đất đá theo độ nứt nẻ khối Chỉ tiêu Ai K1 K2 b’ Ít nứt nẻ 0,6  0,9 0,75  0,9 0,95  1,00 (1,5  2,0)b Nứt nẻ vừa 0,4  0,6 0,9  1,00 0,9  0,95 (2,0  3,5)b < 0,4 1,00 0,8  0,90 (3,5  6,0)b Nứt nẻ mạnh Chiều rộng rãnh xới mặt : 11 B = 2K1.hn.ctg + b’ , m (1-3) Trong đó: K1 - hệ số để ý đến hình dạng tiết diện ngang rãnh đào (Bảng 5.1) Chiều sâu xới hiệu khối đá xới theo luồng song song: hq =   K1.h n  C  b .tg , m  K2   (1-4) Trong đó: K2 - hệ số để ý đến ảnh hưởng tình trạng khối đá tới kích thước trụ đá khơng bị phá huỷ (Bảng 9.1) Trường hợp có xới luồng phụ C’ = (1,2  1,5)C h’q  hn Khi sử dụng toàn chiều sâu xới khoảng cách luồng xới kề Co tính theo điều kiện đạt khối lượng đất đá chuẩn bị lớn luồng xới: Co = K1 hn.cotg  + 0,5b’, m (1-5) Khi đó: hqo = 0,5Cotg  , m K2 (5-6) Năng suất máy xới xác định độ bền vững đất đá công suất động máy xới Với loại máy xới định, suất kỹ thuật phụ thuộc vào tốc độ xới, chiều sâu ngập răng, khoảng cách luồng xới, hệ số sử dụng chiều sâu rạch, đặc tính âm học đất đá, thời gian quay, sơ đồ công nghệ xới, thời gian nâng hạ lưỡi xới… Có hai phương pháp tính suất máy xới : - Phương pháp 1: phương pháp tiến hành khảo sát diện tích làm việc, xây dựng mặt cắt theo dõi thời gian tiến hành làm tơi Sau bóc hết đất đá, tiếp tục xây dựng mặt cắt để tính tốn khối lượng đất đá di chuyển Khối lượng chia cho thời gian suất cần biết - Phương pháp 2: dựa vào cơng thức tính tốn để đánh giá nhanh công việc cần thực Khi biết khoảng cách làm tơi, khoảng cách rãnh, chiều sâu xới tính khối lượng đất đá làm tơi sau chu kì tương ứng suất xới Thực tế cho thấy tính theo phương pháp có giá trị lớn phương pháp từ 10  20% Năng suất máy xới luồng song song tính theo cơng thức sau: Q= 3600C.h q K , m3/h t  t L (1-7) Khi xới luồng song song chéo góc: 12 Q= 3600.h q K , m3/h 1   1     t V  C C'   CL CL'  (1-8) Trong đó: K = 0,7  0,8 - hệ số sử dụng máy xới theo thời gian, Vt - tốc độ kỹ thuật máy xới, m/s; t - thời gian di chuyển máy xới qua luồng xới sau (khi xới theo sơ đồ thoi t =t1=30  60 s, làm việc theo hành trình làm việc chạy khơng xen kẽ t = t1+ L ); L, L’ - chiều dài luồng xới song song chéo góc, m; V1 V1 tốc độ máy xới chạy số 1, m/s Năng suất máy xới phụ thuộc vào chiều dài luồng xới (Hình 1.7) Từ hình cho thấy chiều dài luồng xới lớn suất máy xới cao Tuy nhiên, chiều dài luồng xới đạt đến giới hạn định suất máy xới tăng khơng đáng kể Hình 1.7 Năng suất máy xới phụ thuộc vào chiều dài luồng xới 1- với rạch dọc kề nhau; 2- với rạch dọc - tròn kề nhau; 3- với rạch dọc - ngang kề Theo hãng Caterpillar (Mỹ), tốc độ truyền âm đất đá V e=2000 m/s, suất kỹ thuật trung bình máy xới D9R 350 m3/h, máy D10R 450 m3/h máy D11R 550 m3/h; tốc độ truyền âm đất đá Ve = 1800 m/s, suất kỹ thuật trung bình máy tương ứng 450, 550 650 m3/h Nếu máy làm việc 45 phút (fh =75 %), 30 phút xới 15 phút vun đống; năm làm việc 4500 máy xới có sản lượng làm tơi đất đá hàng năm theo loại đất đá với tốc độ truyền âm khác tham khảo bảng 1.2 Bảng 1.2 Năng suất máy xới phụ thuộc vào Ve đất đá Loại máy xới D9R Tốc độ truyền âm đất đá 1600 1800 2000 2200 1.600.000 1.000.000 800.000 650.000 13 D10R 2.200.000 1.400.000 1.100.000 750.000 D11R 2.270.000 1.500.000 1.170.000 850.000 c Phạm vi áp dụng máy xới Như trình bày yếu tố ảnh hưởng đến hiệu làm việc máy xới tốc độ truyền âm đất đá, biểu bao gồm độ kiên cố độ nứt nẻ Khi tốc độ truyền âm lớn mức độ khó khăn cho công tác xới cao Theo GS.TSKH O.P.Iacobasvin, đất đá có độ kiên cố f < xới cấp nứt nẻ từ I  IV; đất đá f=4  cấp nứt nẻ I  II làm tơi phương pháp xới được; cịn loại đất đá có độ kiên cố f >7 xới với nứt nẻ cấp I Với đất đá có độ kiên cố f >12 nứt nẻ cấp IV, V khơng thể xới Sử dụng đầu đập thuỷ lực để phá vỡ đất đá a Khái niệm đầu đập thuỷ lực Đầu đập thuỷ lực dạng búa thuỷ lực lắp vào vị trí gầu xúc máy xúc thuỷ lực gàu ngược Do đó, thiết bị vừa có ưu điểm máy xúc thuỷ lực gàu ngược như: khả di chuyển địa hình phức tạp tốt, quỹ đạo làm việc tay gàu cần gàu tạo nên rộng… Vừa có ưu điểm đầu đập thuỷ lực như: có khả phá vỡ đất đá trực tiếp không cần nổ mìn, độ ồn độ rung nhỏ, bụi, giảm thiểu ô nhiễm môi trường sinh thái Hiện nay, đất đá thuỷ lực sử dụng phổ biến nhiều nước như: CHLB Đức, Pháp, Anh, Thụy Điển, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, v.v… nhiều lĩnh vực như: phá đá cỡ, phá đất đá nguyên khối gương khai thác khai thác lộ thiên; phá vỡ đất đá gương lò đào khai thác hầm lò xây dựng ngầm mỏ; phá dỡ bê tông nhà cũ xây dựng; phá đường cũ giao thông; đào mương rãnh thuỷ lợi, v.v… Hình 5.8 Cấu tạo đầu đập thuỷ lực 14 Có nhiều hãng chế tạo đầu đập thuỷ lực giới như: Krupp Berco Technik (CHLB Đức); Atlas Copco, Stanley (Mỹ); Rammer (Phần Lan); Indeco, Sôcmec (Italia); IR Motabert, Arden Equiment (Pháp); TABE (Tây Ban Nha); Lifton Breakers AS (Đan Mạch); Htachi, FRD Furukawa, NPK (Nhật Bản); Han woo, Soosan (Hàn Quốc)… Trong số đó, hãng chế tạo đầu đập thuỷ lực có từ lâu đời tiếng phải kể đến hãng Krupp Berco Technik (Đức) Năm 1963, Krupp nghiên cứu búa khoan thuỷ lực, năm 1967 đời đầu đập thuỷ lực HM 400, năm 1985 đời đầu đập thuỷ lực có phận chống ồn chống rung có tên “Vibrosilenced Plus”; năm 1998 phát triển đầu đập thuỷ lực “Marathon” có trang bị hệ thống bảo vệ an toàn; năm 200 Krupp giới thiệu loại đầu đập thuỷ lực đại có suất cao “Eco” “Marathon” Tuy nhiên, năm 2002 vừa qua tập đoàn Atlas Copco mua lại tập đoàn Krupp Berco Technik CHLB Đức thành lập nên Atlas Copco Contruction Tools GmbH b Các đặc điểm đầu đập thuỷ lực Về cấu, đầu đập thuỷ có cấu tạo gần giống với máy khoan đập thuỷ lực, nhiên tính kỹ thuật mục đích hai cơng việc khác Các thông số kỹ thuật đầu đập thuỷ lực bao gồm: lực đập, tấn; trọng lượng làm việc đầu đập, kg; tốc độ bơm dầu thuỷ lực cho đầu đập, l/ph; áp lực choòng hoạt động, bar; số lần đập choòng phút lần/phút; chiều dài làm việc choòng, mm Dựa vào giá trị lực đập đầu đập thuỷ lực, kỷ lục số hãng chế tạo đất đá thuỷ lực tiếng giới sau: hãng IR motaber Pháp có V1600 với lực đập 75 tấn; G130 hãng Rammer (Phần Lan) có lực đập 60  100 tấn; HM 4000S Atlas Copco Contruction Tools GmbH có lực đập 65  120 Trong trình làm việc, suất đầu đập thuỷ lực không phụ thuộc vào lực đập piston, tần số đập choòng, mà phụ thuộc vào hình dáng mũi chng Trên thực tế mũi chng đầu đập thuỷ lực có nhiều loại khác nhau, nhiên, phân làm ba loại sau: loại đầu tù (blunt); loại đầu dẹt (flat chisel), loại đầu nhọn (conical poit) Loại đầu tù thường dùng phá đá cỡ, loại đầu dẹt sử dụng cho cơng việc phá vỡ đất đá nói chung, loại đầu nhọn sử dụng cho nhiều mục đích khác Chiều dài, đường kính kiểu mũi choòng đầu đập thuỷ lực phụ thuộc vào công suất đầu đập, đối tượng đất đá cần phá vỡ Để đạt suất cao phá vỡ đất đá, đầu đập thuỷ lực đại ngày việc trang bị phận điều khiển tự động, phận chống bụi, phận tra dầu mỡ tự động, v.v… trang bị hệ thống điều khiển tự động chế độ làm việc đầu đập thuỷ lực phù hợp với đất đá cụ thể Cơ cấu điều khiển tự động phát minh Kupp, có tên gọi “hệ thống lựa chọn điều kiện làm việc” Hệ thống điều khiển trạng thái: tự động làm việc tự động dừng Ở trạng thái tự động làm việc, đầu đập thuỷ lực làm việc liên tục mũi choòng trạng thái có tải (đang đập vỡ đất đá) Khi mũi chng trạng thái khơng tải (khơng chạm vào đất đá), hệ thống điều khiển cho 15 đầu đập giảm bớt lượng, có tải trở lại (mũi choòng tác động vào đất đá), hệ thống tự động điều khiển cho đầu đập tăng dần lượng đập Đối tượng phá vỡ đầu đập thuỷ lực đa dạng, từ đất đá cỡ, đất đá nguyên khối đến bê tông tường xây, mặt đường cũ,… Tuy nhiên mỏ khai thác đá, đầu đập thuỷ lực phá vỡ loại đất đá hiệu tương ứng sau: + hợp lí, ++ tốt, +++ tối ưu, - khơng hợp lí (GS.TS H Goergen, RWTH Aachen CHLB Đức) (Bảng 1.4) Bảng 1.4 Khả làm tơi đất đá số phương pháp Loại đất đá Cát kết nhẹ, cát kết mềm Đá vôi mềm, đá mácnơ, đá phiến, cát kết cứng trung bình Đá vơi cứng cứng, cát kết cứng, đôlômit… Basalt, granite diabase, gabbrro loại đá tương tự Các phương pháp làm tơi đất đá Máy xới Đầu đập Khoan thuỷ lực nổ +++ ++ + ++ +++ ++ - ++ +++ - + +++ Vị trí làm việc đầu đập thuỷ lực mỏ lộ thiên khai thác đá tương tự máy xúc thuỷ lực gàu ngược Tuỳ theo yêu cầu công việc, đầu đập đá thuỷ lực phá vỡ đá cỡ mức máy đứng (Hình 5.9-a); phá vỡ đất đá nguyên khối mức máy đứng (Hình 5.9-b) phá vỡ đất đá nguyên khối mức máy đứng (Hình 1.9-c) c Các sơ đồ công nghệ đầu đập thuỷ lực mỏ lộ thiên Tuỳ theo yêu cầu công việc, điều kiện tự nhiên mỏ, đồng thiết bị mà đầu đập thuỷ lực có sơ đồ cơng nghệ sau: a) b) 16 c) Hình 1.9 Phạm vi làm việc đầu đập thủy lực d Năng suất đầu đập thuỷ lực Năng suất cuả đầu đập thuỷ lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: lực đập máy, loại đất đá phá vỡ, cấu trúc đất đá, yêu cầu đập vỡ, v.v… Các loại đầu đập thuỷ lực khác có giá trị lực đập khác suất chúng không giống Bảng 1.5 thể lực đập suất số đầu đập thủy lực hãng Krupp (CHLB Đức) Bảng 1.5 Lực đập suất số đầu đập thuỷ lực hãng Krupp Mã hiệu đầu đập Lực đập máy Năng suất, tấn/h HM 720 15  24 50  150 HM 780 15  26 60  190 HM 1000 18  34 80  250 HM1500 26  40 110  330 HM 2300 32  50 140  420 HM 2600 42  75 180  540 HM 4000 65  120 230  680 Việc sử dụng đầu đập thuỷ lực để phá vỡ đất đá nguyên khối phá đá cỡ mỏ khai thác đá khơng cần phải nổ mìn điều kiện thích hợp chứng minh hiệu khơng mặt kinh tế, kĩ thuật mà cịn u cầu bảo vệ mơi trường Do đó, đầu đập thuỷ lực thiết bị lựa chọn, sử dụng nhiều mỏ đá Châu Âu giới Đây thiết bị khai thác đất đá trực tiếp khơng cần nổ mìn đa tiện lợi khai thác mỏ lộ thiên Khấu đất máy phay cắt liên hợp a Các loại máy phay cắt liên hợp khả công nghệ chúng 17 Cuối năm 70 đời loại thiết bị khấu đất đá mỏ lộ thiên không cần khoan - nổ mìn gọi máy phay cắt liên hợp, thay khâu cơng nghệ chính: khoan - nổ - xúc - rót Theo tài liệu kỹ thuật hãng sản xuất, máy phay cắt liên hợp khấu đất đá với độ bền nén n=6090 MPa tương đương 600900 kG/cm2 hay độ kiên cố f=69 theo bảng phân loại Prôtôdiacônov, trường hợp đặc biệt khấu đất đá với độ kiên cố tới f=12 mà không cần phải khoan - nổ mìn Trên giới có hãng sản xuất máy phay cắt liên hợp tiếng Wirtgen, Krupp, Man Takraf (CHLB Đức), Huron (Mỹ), Voest Alpine (Áo), Dosco (Anh), v.v Tuy nhiên, tiếng hãng CHLB Đức, đặc biệt hãng Wirtgen Krupp Theo tiến sỹ A.R Machic, phạm vi ứng dụng máy phay cắt liên hợp hãng Wirtgen chế tạo hạn chế độ bền kháng nén nham thạch n6090 MPa Còn theo tác giả C.K.Côbalankô, phạm vi ứng dụng máy phay cắt liên hợp hãng Krupp chế tạo độ bền kháng nén nham thạch n80100 MPa máy làm việc khơng cần khoan - nổ mìn Tuy nhiên, theo số tác giả nước ngồi khác, phạm vi ứng dụng máy phay cắt liên hợp phù hợp với loại đất đá có cường độ kháng nén n50MPa hay f5 theo phân loại Protođiaconov Bảng 5.6 Các máy phay cắt liên hợp hãng Wirtgen thông số Chiều rộng luồng xúc, m luồng xúc, m 1900 SM 1,93 0,15 400 27,4 2200 SM 2,2 0,35 800 51 2500 SM 2,5 0,60 1000 103 2600 SM 2,6 0,25 750 67,5 3000 SM 3,0 0,40 750 66 3500 SM 3,5 0,47 1200 137 3700 SM 3,7 0,60 1600 176 4200 SM 4,2 0,80 1600 191 Tên máy Chiều dày Công suất Trọng lượng máy, động cơ, HP Các phận máy liên hợp bao gồm: động cơ, phận cắt đất đá, phận điều chỉnh chiều sâu cắt, hệ thống băng tải, xi lanh điều chỉnh chiều cao chất tải băng tải, đối trọng, xích di chuyển, điều hoà nhiệt độ cho cabin, hệ thống đèn làm việc, v.v 18 Bộ phận cắt đất đá thực chất tang quay, có gắn nhiều kim loại Khi động làm việc, thông qua hệ thống dây truyền động đầu tang quay, kim loại gắn tang tác động vào đất đá phá vỡ chúng khỏi khối nguyên với chiều dày xác định tuỳ theo công suất máy tính chất lý đất đá Tuỳ theo cơng suất máy tính chất lý đất đá, phận điều chỉnh chiều sâu cắt điều khiển hệ thống điện tử, cho phép máy khấu lớp đất đá có độ dày xác tới 10 mm Trước tiên, đất đá bị cắt khỏi khối nguyên, sau bị va đập vào làm cho cỡ hạt đất khả nhỏ đặn Sự quay tang cắt kết hợp với lưỡi gạt làm cho đất đá chuyển động thành dịng theo qn tính ngồi theo hệ thống băng tải gắn liền với máy Hệ thống băng tải điều khiển quay bên phải bên trái so với trục dài máy góc tối đa 90o, mặt khác điều chỉnh chiều cao băng tải dỡ tải, thuận lợi cho việc bố trí tô nhận tải trực tiếp di chuyển bên cạnh máy phay cắt liên hợp Máy phay cắt liên hợp hãng Wirtgen có cấu tạo bao gồm hàng xích trước sau, phía bụng máy bánh xe có gắn hợp kim để làm tơi đất đá Đất đá làm tơi thành luồng có chiều rộng chiều rộng thân máy, chiều dày tương ứng với cơng suất tính chất lý đất đá sau vận chuyển theo băng tải phía ngồi rót trực tiếp vào thùng ô tô di chuyển máy liên hợp đổ thành đống dọc theo chiều dài luồng xúc sau thiết bị xúc bốc chất lên phương tiện vận tải (Hình 5.11) Máy phay cắt liện hợp khai thác chọn lọc tốt vỉa phẳng Khi khai thác chọn lọc MXTL xúc chọn lọc với chiều dày 10 cm, theo kinh nghiệm Mỹ, Ôxtrâylia Nam Tư máy phay cắt liên hợp xúc chọn lọc với chiều dày đến 2,5 cm [6] Việc khai thác than máy phay cắt liên hợp Ôxtrâylia làm giảm độ tro xuống cịn 6,5 % so với cơng nghệ truyền thống % Ở Nam Tư khai thác than nâu máy phay cắt liên hợp nên làm giảm tỷ lệ làm nghèo than, tăng hiệu khai thác giảm 20 % chi phí tuyển Theo kết thực nghiệm, vỉa dốc 56o (tương đương góc dốc làm việc cho phép thiết bị), loại trừ hồn tồn tổn thất lẫn bẩn than Nếu vỉa dày m, dốc 43o độ tổn thất khơng lớn % Khi vỉa dốc 4585o, độ tổn thất dao động từ 1,52 %; giảm chiều dày lớp làm tơi xuống giảm độ tổn thất Trong đó, với cơng nghệ truyền thồng, độ tổn thất khai thác vỉa than có cấu trúc phức tạp lên tới 812 % a) b) 19 Hình 1.11 Các sơ đồ dỡ tải máy phay cắt liên hợp a) Sơ đồ dỡ tải trực tiếp cho ô tô; b) Sơ đồ dỡ tải thành đống Sự xuất máy phay cắt liên hợp cho phép việc bóc đất đá rắn mỏ lộ thiên thực theo dây chuyền cơng nghệ liên tục mà trước phải thực theo công nghệ có tính chu kỳ khoan - nổ mìn Mỏ Taldinski vùng than Kuzơbat dùng máy phay cắt liên hợp KMS-2000R (trọng lượng 527 tấn) kết hợp với băng tải để khai thác chọn lọc Than đánh đống cho máy xúc rơto xúc, đổ vào gng đưa nhà máy tuyển; đất đá (với sản lượng 15 triệu m3/năm) băng tải chất trực tiếp vào bãi thải Máy phay cắt liên hợp thể rõ tính ưu việt so với cơng nghệ truyền thống, đặc biệt mỏ than có cấu trúc vỉa phức tạp, có điều kiện làm việc rộng rãi; máy phải di chuyển; cơng đoạn phụ trợ ô tô vận tải đáp ứng cho máy liên hợp b Các sơ đồ khấu đất đá máy phay cắt liên hợp Máy phay cắt liên hợp làm việc với sơ đồ khấu sau: * Sơ đồ khấu theo lớp toàn bề mặt: Trong trường hợp đất đá làm tơi theo lớp nằm ngang từ xuống toàn bề mặt (Hình 1.12) Sơ đồ cơng nghệ sử dụng chiều rộng bề mặt làm việc lớn cần làm tơi chọn lọc theo lớp ngang Hình 1.12 Sơ đồ khấu đất đá theo lớp toàn bề mặt * Sơ đồ khấu đất đá theo lớp khối nối tiếp nhau: Trong sơ đồ này, đất đá làm tơi theo lớp (từ xuống dưới) khối nối tiếp (Hình 1.13) Sơ đồ cơng nghệ sử dụng chiều rộng làm việc có kích thước hạn chế cần trung hồ chất lượng khống sản lớp khác giới hạn khối Hình 1.13 Sơ đồ khấu đất đá theo lớp khối nối tiếp * Sơ đồ khấu đất đá số lớp khối kề nhau: 20 ...BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BÀI GIẢNG CƠ GIỚI HĨA CƠNG TÁC CHUẨN BỊ ĐẤT ĐÁ TRONG KHAI THÁC MỎ LỘ THIÊN (DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ) Quảng Ninh, năm... phương pháp chuẩn bị đất đá giới 1.1 Khái quát chung phương pháp chuẩn bị đất đá khơng nổ mìn 1.1.1 Các phương pháp phá vỡ đất đá khơng nổ mìn Khái niệm chung Phần lớn đất đá mỏ có độ cứng lớn,... giảm thiểu ô nhiễm môi trường khai thác mỏ lộ thiên Sự đời giải pháp công nghệ coi đột biến lớn làm thay đổi chất dây truyền sản xuất mỏ lộ thiên b Chuẩn bị đất đá công nghệ đặc biệt Tờ Ugol số