APPLICATION OF COMBAI IN MINING AND TUNNELING INDUSTRIES - Full 10 điểm

Ứ NG D Ụ NG COMBAI TRONG CÔNG NGHI Ệ P M Ỏ VÀ XÂY D Ự NG CÔNG TRÌNH NG Ầ M ROADHEADER APPLICATIONS IN MINING AND TUNNELING INDUSTRIES By: H Copur 1 , L Ozdemir 2 , và J Rostami 3 1 Sinh viên đ ã t ố t nghi ệ p, 2 Giám đố c và Giáo s ư , và 3 Phó Giáo s ư Vi ệ n C ơ h ọ c Trái đấ t, Tr ườ ng Đạ i h ọ c M ỏ Colorado, Golden, Colorado, 80401 Biên d ị ch: KS Ph ạ m Ti ế n V ũ Phòng Công ngh ệ Xây d ự ng Công trình Ng ầ m và M ỏ , Vi ệ n Khoa h ọ c Công ngh ệ M ỏ Mobile: 0904 330 130 Tel: (04) 864 5256 Fax: (04) 8641564 Email: phamtienvu@gmail com URL: http://phamtienvu googlepages com/ ABSTRACT Roadheaders offer a unique capability and flexibility for excavation of soft to medium strength rock formations, therefore, are widely used in underground mining and tunneling operations A critical issue in successful roadheader application in the ability to develop accurate and reliable estimates of machine production capacity and the associated bit costs This paper presents and disscusses the recent work completed at the Earth Mechanics Institute of Colorado School of Mines on the use of historical data for use as a performance predictor model The model is based on extensive field data collected from different roadheader operations in a wide variety of geologic formations The paper also disscusses the development of this operations devired to estimate roadheader cutting rates and bit consumption TÓM T Ắ T Combai đ em l ạ i kh ả n ă ng và tính linh độ ng độ c nh ấ t cho khai đ ào trong đ á m ề m và c ứ ng trung bình Vì th ế , nó đượ c ứ ng d ụ ng r ộ ng rãi trong các công trình ng ầ m trong m ỏ c ũ ng nh ư dân d ụ ng M ộ t v ấ n đề đ ang đượ c tranh cãi là vi ệ c ứ ng d ụ ng m ộ t cách thích h ợ p kh ả n ă ng c ủ a combai và chi phí tiêu hao r ă ng c ắ t c ủ a nó trong khai đ ào các công trình ng ầ m Bài vi ế t này gi ớ i thi ệ u và th ả o lu ậ n nh ữ ng nghiên c ứ u đ ã đượ c th ự c hi ệ n b ở i Vi ệ n C ơ h ọ c trái đấ t tr ự c thu ộ c Đạ i h ọ c M ỏ Colorado, trong vi ệ c s ử d ụ ng các d ữ li ệ u l ị ch s ử v ề m ộ t mô hình d ự báo hi ệ u su ấ t Mô hình đượ c thành l ậ p d ự a trên tr ườ ng d ữ li ệ u m ở r ộ ng đượ c thu th ậ p t ừ s ự ho ạ t độ ng c ủ a các combai khác nhau trong các đ i ề u ki ệ n đị a ch ấ t khác nhau Bài vi ế t c ũ ng th ả o lu ậ n v ề các công th ứ c th ự c nghi ệ m d ự báo hi ệ u su ấ t đượ c rút ra t ừ s ự kh ả o sát v ề t ố c độ c ắ t c ủ a combai và s ự tiêu hao r ă ng c ắ t GI Ớ I THI Ệ U Vi ệ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi h ơ n c ủ a các h ệ th ố ng khai đ ào c ơ gi ớ i là m ộ t xu h ướ ng nó làm t ă ng độ ng l ự c trong công nghi ệ p xây d ự ng và công nghi ệ p m ỏ nh ằ m thay th ế d ầ n d ầ n công ngh ệ khoan – n ổ mình truy ề n th ố ng làm t ă ng s ả n l ượ ng và gi ả m chi phí s ả n xu ấ t L ợ i ích h ơ n n ữ a c ủ a khai đ ào c ơ gi ớ i còn là làm t ă ng tính an toàn m ộ t cách rõ r ệ t, gi ả m b ớ t kh ố i l ượ ng công tác ch ố ng lò và chi phí nhân l ự c Các thành t ự u này đ i đ ôi v ớ i vi ệ c t ă ng n ă ng su ấ t và độ tin c ậ y c ủ a máy trong các m ỏ đ ã đượ c c ơ gi ớ i, n ơ i mà th ị tr ườ ng áp d ụ ng c ơ gi ớ i đ ang còn r ấ t r ộ ng rãi Các combai đượ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi trong m ộ t ph ầ n các g ươ ng thi công công trình ng ầ m để đ ào đ á m ề m đế n đ á c ứ ng trung bình đặ c bi ệ t là trong đ á tr ầ m tích Chúng để đượ c s ử d ụ ng để phát tri ể n và s ả n xu ấ t trong công nghi ệ p m ỏ trong đ á m ề m (t ứ c là: các đườ ng lò v ậ n t ả i, các lò b ằ ng, vv) đặ c bi ệ t trong than, qu ặ ng và đấ t đ á evaporitic Trong xây d ự ng dân d ụ ng, ng ườ i ta s ử d ụ ng combai để đ ào các công trình ng ầ m ( đườ ng s ắ t, đườ ng giao thông, c ố ng rãnh, các công trình ng ầ m ph ụ c v ụ gi ả i trí ) trong đ i ề u ki ệ n đấ t đ á m ề m y ế u, c ũ ng nh ư trong m ở r ộ ng và ph ụ c h ồ i các c ấ u trúc công trình ng ầ m Kh ả n ă ng c ủ a chúng là có th ể khai đ ào trong b ấ t k ỳ h ộ chi ế u t ạ o nên s ự h ữ u d ụ ng c ủ a chúng trong các công trình ng ầ m dân d ụ ng và trong m ỏ , nh ữ ng n ơ i mà các ki ể u h ộ chi ế u, kích th ướ c thay đổ i đ a d ạ ng H ơ n n ữ a tính c ơ độ ng và linh ho ạ t cao, các combai đ òi h ỏ i m ộ t chi phí so v ớ i h ầ u h ế t các máy khai đ ào khác Do công su ấ t đ ông c ơ kh ấ u cao h ơ n nên tang kh ấ u nh ỏ h ơ n, chúng t ạ o ra m ộ t kh ả n ă ng c ắ t đấ t đ á c ứ ng h ơ n và có độ mài mòn cao h ơ n so v ớ i các máy cùng lo ạ i, ch ẳ ng h ạ n nh ư các máy đ ào lò liên t ụ c và các máy khoan COMBAI TRONG 50 N Ă M QUA Combai đượ c phát tri ể n r ấ t s ớ m để khai đ ào c ơ gi ớ i trong than và nó xu ấ t hi ệ n l ầ n đầ u vào nh ữ ng n ă m 1950 Ngày nay, l ĩ nh v ự c áp d ụ ng c ủ a chúng đ ã đượ c m ở r ộ ng v ượ t ra ngoài ngành khai thác m ỏ than b ở i vi ệ c t ă ng n ă ng su ấ t làm vi ệ c liên t ụ c, các s ự phát tri ể n công ngh ệ và các c ả i ti ế n thi ế t k ế S ự c ả i ti ế n chính c ủ a các combai trong nh ữ ng n ă m 1950 là tr ọ ng l ượ ng, kích th ướ c và công su ấ t đầ u kh ấ u, c ả i ti ế n thi ế t k ế c ầ n kh ấ u, ki ể u v ơ và ki ể u ch ấ t t ả i v ậ t li ệ u th ả i các s ự phát tri ể n v ề c ơ khí luy ệ n kim trong ch ế t ạ o r ă ng kh ấ u, các h ệ th ố ng đ i ệ n và th ủ y l ự c và s ự phát tri ể n m ở r ộ ng t ă ng c ườ ng t ự độ ng hóa và các tính n ă ng đ i ề u khi ể n t ừ xa T ấ t c ả nh ữ ng đ i ề u này đ ã thúc đẩ y m ạ nh m ẽ các kh ả n ă ng c ắ t, kh ả n ă ng thích ứ ng c ũ ng nh ư tu ổ i th ọ c ủ a combai Tr ọ ng l ượ ng c ủ a máy đ ã đạ t t ớ i 120 t ấ n t ạ o nên tính ổ n đị nh và v ữ ng ch ắ c h ơ n khung máy (gi ả m rung, gi ả m b ả o trì) t ừ đ ó t ạ o ra l ự c đẩ y cao h ơ n và ti ế p c ậ n đấ t đ á c ứ ng h ơ n Công su ấ t c ủ a đầ u kh ấ u đ ã đượ c t ă ng lên đ áng k ể , đạ t t ớ i 500 kW cho phép kh ả n ă ng xo ắ n m ạ nh h ơ n Các combai hi ệ n đạ i đ ã đ áp ứ ng đượ c vi ệ c c ắ t đấ t đ á trong các g ươ ng h ầ m lên t ớ i h ơ n 100 m 2 t ừ m ộ t v ị trí c ắ t B ằ ng vi ệ c thi ế t k ế b ố trí r ă ng c ắ t đầ u kh ấ u b ằ ng s ự h ỗ tr ợ c ủ a máy tính nên đ ã t ạ o ra đượ c hi ệ u qu ả cao trong các đ i ề u ki ệ n đấ t đ á Các r ă ng c ắ t đượ c phát tri ể n t ừ d ạ ng c ấ u t ạ o nêm c ắ t sang các d ạ ng r ă ng tr ụ c ầ u kh ỏ e H ệ th ố ng v ơ và v ậ n t ả i c ũ ng đượ c c ả i ti ế n để đạ t đượ c n ă ng su ấ t cao nh ấ t Bàn v ơ ch ấ t t ả i c ũ ng đượ c ch ế t ạ o v ớ i các m ả nh ghép r ờ i có th ể m ở r ộ ng t ạ o nên s ự linh ho ạ t và c ơ độ ng Các máy đượ c trang b ị thêm máy khoan neo, các thi ế t b ị x ử lý b ụ i c ũ ng đượ c trang b ị để đả m b ả o an toàn cho công nhân làm vi ệ c trong g ươ ng lò Chúng còn đượ c g ắ n thêm các thi ế t b ị đị nh h ướ ng lazer và ở m ộ t s ố máy còn đượ c g ắ n thi ế t b ị h ỗ tr ợ b ằ ng máy tính và đ i ề u khi ể n t ừ xa để t ă ng tính linh ho ạ t trong ho ạ t độ ng, t ă ng n ă ng su ấ t và hi ệ u qu ả c ủ a máy Hình 1 th ể hi ệ n m ộ t combai ki ể u c ầ n kh ấ u ngang tr ụ c hi ệ n đạ i v ớ i c ầ n kh ấ u co rút (ben) và h ệ th ố ng khoan neo Hình 1 M ộ t combai v ớ i đầ u c ắ t ngang tr ụ c (Voest Alpine) Tính c ơ độ ng, tính linh ho ạ t và kh ả n ă ng khai thác đượ c l ự a ch ọ n c ấ u thành nhi ề u thành t ự u ứ ng d ụ ng quan tr ọ ng nh ấ t c ủ a combai t ạ o nên chi phí khai đ ào hi ệ u qu ả Tính c ơ độ ng có ngh ĩ a là d ễ dàng di chuy ể n t ừ v ị trí g ươ ng này đế n g ươ ng khác trong m ở r ộ ng và s ả n xu ấ t c ủ a m ỏ trong ngày, ch ẳ ng h ạ n v ớ i các h ộ chi ế u g ươ ng lò khác nhau (lò ti ế t di ệ n móng ng ự a, lò ti ế t di ệ n ch ữ nh ậ t ), kích th ướ c m ặ t c ắ t ngang, độ nghiêng (lên t ớ i 20, đ ôi khi là 30 độ ) và bán kính quay (có th ể t ạ o ra đườ ng lò quay g ầ n nh ư là vuông góc 90 độ ) S ự l ự a ch ọ n ph ả i đ áp ứ ng đượ c kh ả n ă ng khai đ ào ở nh ữ ng ph ầ n khác nhau c ủ a h ỗ n h ợ p g ươ ng n ơ i mà các thân qu ặ ng có th ể b ị phân tán ở nhi ề u v ị trí nh ằ m gi ả m b ớ t lao độ ng th ủ công và t ố i thi ể u hóa kh ố i l ượ ng b ị hao phí b ở i lao độ ng chân tay c ả trong đ óng góp và c ả i thi ệ n n ă ng su ấ t T ừ khi các combai tr ở thành các máy làm vi ệ c trong g ươ ng lò c ụ c b ộ , các g ươ ng lò b ắ t đầ u s ử d ụ ng chúng vì th ế đầ u kh ấ u có th ể ch ấ p nh ậ n và thay đổ i d ễ dàng, và ch ố ng gi ữ nóc lò có th ể đượ c ti ế n hành ngay sát g ươ ng lò H ơ n n ữ a, t ố c độ n ă ng su ấ t cao trong các đ i ề u ki ệ n đấ t đ á thích h ợ p, tính an toàn đượ c c ả i thi ệ n, gi ả m v ớ i ch ố ng gi ữ và yêu c ầ u v ề thông gió, và k ế t qu ả cu ố i cùng là gi ả m b ớ t chi phí khai đ ào, đ ó chính là thành t ự u c ủ a các máy combai Kh ả n ă ng c ắ t đ á c ứ ng c ủ a combai là nhân t ố gi ớ i h ạ n quan tr ọ ng nh ấ t ả nh h ưở ng đế n kh ả n ă ng ứ ng d ụ ng c ủ a chúng Nó h ầ u nh ư ph ụ thu ộ c vào kh ả n ă ng ch ị u đự ng c ủ a r ă ng c ắ t trong đ á r ắ n c ứ ng, và đ á có độ mài mòn cao Ngày nay, các com bai h ạ ng n ặ ng có th ể kh ấ u hi ệ u qu ả trong h ầ u h ế t các lo ạ i đ i ề u ki ệ n đấ t đ á có c ườ ng độ kháng nén không gi ớ i h ạ n lên t ớ i 100 MPa (~14 5000 psi) và đấ t đ á c ứ ng t ớ i 160 MPa (~23 000) n ế u các v ế t n ứ t hay các m ặ t liên k ế t thu ậ n l ợ i v ớ i ch ỉ s ố RQD th ấ p T ă ng t ầ n s ố xu ấ t hi ệ n c ủ a các v ế t n ứ t hay hay đấ t đ á y ế u s ẽ làm cho đấ t đ á tr ở lên d ễ khai đ ào h ơ n b ằ ng vi ệ c ch ỉ bóc tác các m ả nh đấ t đ á ho ặ c c ắ t nó ra kh ỏ i kh ố i thay b ằ ng vi ệ c c ắ t thông th ườ ng khác N ế u đấ t đ á có độ mài mòn r ấ t cao, hay t ố c độ tiêu hao r ă ng c ắ t l ớ n h ơ n 1 r ă ng/m 3 đấ t đ á, thì s ự khai đ ào b ằ ng combai tr ở lên không kinh t ế do đ ó ph ả i thay th ế liên t ụ c và đ i đ ôi v ớ i nó là vi ệ c làm t ă ng độ rung và chi phí b ả o d ưỡ ng cho máy Nhi ề u n ỗ l ự c đ áng k ể đ ã đượ c th ự c hi ệ n t ỏ ng vòng nhiêu n ă m qua trong vi ệ c làm t ă ng kh ả n ă ng đ áp ứ ng c ủ a combai đ ào trong đ á c ứ ng H ầ u h ế t các n ỗ l ự c này đ ã chú tr ọ ng vào vi ệ c thay đổ i c ấ u trúc c ủ a máy combai, ch ẳ ng h ạ n nh ư : t ă ng tr ọ ng l ượ ng c ủ a máy, t ă ng độ c ứ ng v ữ ng c ủ a khung và t ă ng công su ấ t c ủ a độ ng c ơ đầ u kh ấ u Các th ử nghi ệ m trên các l ĩ nh v ự c m ở r ộ ng c ủ a máy đ ã ch ỉ ra r ằ ng công c ụ c ắ t là m ộ t n ơ i y ế u nh ấ t trong khai đ ào đ á c ứ ng Tr ừ khi có m ộ t s ự c ả i thi ệ n m ạ nh m ẽ trong nâng cao tu ổ i th ọ c ủ a r ă ng c ắ t, th ự c th ậ t c ủ a vi ệ c c ắ t đ á c ứ ng v ẫ n còn là m ộ t l ĩ nh v ự c xa v ớ i trong kh ả n ă ng c ủ a combai Vi ệ n C ơ h ọ c Trái đấ t (EMI) thu ộ c Đạ i h ọ c M ỏ Colorado đ ã phát tri ể n m ộ t công ngh ệ r ă ng c ắ t Đĩ a c ắ t c ắ t nh ỏ (Mini-Disc Cutter) để th ự c hi ệ n vi ệ c đư a đĩ a c ắ t v ớ i kh ả n ă ng c ắ t đ á c ứ ng vào trong máy combai, t ươ ng ứ ng v ớ i các lo ạ i máy khai đ ào c ơ gi ớ i khác (Ozdemir và nnk, 1995) Các th ử nghi ệ m trong phòng thí nghi ệ m v ớ i các đầ u c ắ t ngang tr ụ c tiêu chu ẩ n đ ã ch ỉ ra r ằ ng các Đĩ a c ắ t nh ỏ có th ể làm t ă ng kh ả n ă ng c ủ a combai khai đ ào trong đ á r ắ n c ứ ng s ẽ đ em l ạ i hi ệ u qu ả gi ả m chi phí thay th ế r ă ng c ắ t và gi ả m th ờ i gian ng ư ng tr ệ Công ngh ệ c ắ t m ớ i này h ứ a h ẹ n cho s ự áp d ụ ng combai v ớ i kh ả n ă ng kinh t ế cho vi ệ c khai đ ào trong đ á c ứ ng H ơ n n ữ a, vi ệ c s ử d ụ ng các đĩ a c ắ t nh ỏ mà tang c ắ t c ủ a máy đ ã đượ c EMI phát tri ể n để ứ ng d ụ ng khai đ ào đ á c ứ ng M ộ t hình ả nh v ề c ủ a tang c ắ t c ủ a EMI trong th ử nghi ệ m trong phòng thí nghi ệ m tiêu chu ẩ n đượ c th ể hi ệ n ở hình 2 Hình 2 Đầ u kh ấ u Drum Miner C Ơ S Ở D Ữ LI Ệ U V Ề HI Ệ U SU Ấ T HI Ệ N TR ƯỜ NG Vi ệ c d ự báo hi ệ u su ấ t là m ộ t nhân t ố quant tr ọ ng trong vi ệ c áp d ụ ng combai thành công Vi ệ c này thông th ườ ng đ i đ ôi v ớ i l ự a ch ọ n máy N ă ng su ấ t và s ự kh ả o sát chi phí r ă ng c ắ t S ự áp d ụ ng thành công c ủ a công ngh ệ combai trong khai đ ào các công trình m ỏ khi ế n cho s ự đ ánh giá đ úng đắ n và xác th ự c đượ c phát tri ể n để đ áp ứ ng n ă ng su ấ t và đ i theo nó là các chi phí r ă ng c ắ t H ơ n n ữ a, v ấ n đề thi ế t k ế r ă ng c ắ t là h ế t s ứ c quan tr ọ ng và s ự b ố trí r ă ng trên đầ u kh ấ u là ph ả i đượ c nhìn nh ậ n theo đ i ề u ki ệ n c ủ a đ á khi g ặ p ph ả i trong quá trình khai đ ào S ự d ự báo tr ướ c hi ệ u su ấ t bao g ồ m hành độ ng đ ánh giá t ố c độ c ắ t t ứ c th ờ i, t ố c độ tiêu hao r ă ng c ắ t và kh ả n ă ng s ử d ụ ng máy trong nh ữ ng vùng có đ i ề u ki ệ n đị a ch ấ t khác nhau T ố c độ c ắ t t ứ c th ờ i (ICR) là n ă ng su ấ t th ự c t ế trong quá trình c ắ t (t ấ n hay m 3 /h) T ố c độ tiêu hao r ă ng c ắ t là s ố l ượ ng r ă ng c ắ t ph ả i thay th ế trong m ộ t đơ n v ị th ể tích hay tr ọ ng l ượ ng đấ t đ á khai đ ào (r ă ng/m 3 hay t ấ n) Kh ả n ă ng s ử d ụ ng máy là ph ầ n tr ă m th ờ i gian s ử d ụ ng để khai đ ào công trình Vi ệ n C ơ h ọ c Trái đấ t thu ộ c Đạ i h ọ c M ỏ Colorado h ợ p tác v ớ i Phòng Công trình M ỏ c ủ a Đạ i h ọ c K ỹ thu ậ t Istanbul đ ã cho ra đờ i m ộ t c ơ s ở d ữ li ệ u m ở r ộ ng liên quan đế n hi ệ u su ấ t c ủ a combai v ớ i ch ủ th ể c ủ a mô hình kinh nghi ệ m phát tri ể n để d ự báo chính xác đ áng tin c ậ y hi ệ u su ấ t combai C ơ s ơ d ữ li ệ u bao g ồ m d ữ li ệ u th ự c đị a t ừ s ố nhi ề u công trình xây d ự ng dân d ụ ng và m ỏ trên th ế gi ớ i và bao g ồ m đ a d ạ ng các máy combai và đ a d ạ ng các đ i ề u ki ệ n đị a ch ấ t khác nhau Các ph ươ ng pháp d ự báo hi ệ u su ấ t kinh nghi ệ m ch ủ y ế u d ự a trên kinh nghi ệ m đ ã qua và s ự gi ả i thích theo ph ươ ng pháp th ố ng kê c ủ a các tr ườ ng h ợ p đ ã đượ c ghi nh ậ n tr ướ c đ ó trong l ị ch s ử Để thu đượ c d ữ li ệ u hi ệ n tr ườ ng theo yêu c ầ u trong đị nh d ạ ng có ngh ĩ a và s ử d ụ ng đượ c, m ộ t b ả n s ư u t ậ p d ữ li ệ u đượ c chu ẩ n b ị để g ử i t ớ i m ộ t nhà đầ u t ư , nhà th ầ u, ch ủ đầ u t ư , các đơ n v ị t ư v ấ n và nhà s ả n xu ấ t combai H ơ n n ữ a, d ữ li ệ u đượ c thu đượ c t ừ tài li ệ u s ẵ n có trong hi ệ u su ấ t c ủ a combai và thông qua các cu ộ c kh ả o sát t ừ th ự c t ế s ử d ụ ng Nh ữ ng c ố g ắ ng s ư u t ậ p d ữ li ệ u này hi ệ n v ẫ n còn đ ang ti ế p t ụ c đượ c th ự c hi ệ n C ơ s ở d ữ li ệ u bao g ồ m 6 ch ủ m ụ c thông tin, nh ư th ể hi ệ n trong b ả ng I Các thông s ố đị a ch ấ t v ề c ơ s ở d ữ li ệ u nói chung bao g ồ m các tính ch ấ t c ủ a kh ố i đ á và đ á nguyên kh ố i Đ i ề u quan tr ọ ng và thích h ợ p nh ấ t c ủ a các tính ch ấ t kh ố i đ á trong c ơ s ở d ữ li ệ u bao g ồ m ch ỉ s ố RQD, độ dày phân l ớ p, ph ươ ng và góc d ố c c ủ a t ệ p khe n ứ t, các đ i ề u ki ệ n v ề n ướ c Các tính ch ấ t c ủ a đ á nguyên kh ố i là c ườ ng độ kháng nén d ọ c tr ụ c, c ườ ng độ kháng kéo, hàm l ượ ng quartz, độ m ị n và độ mài mòn C ấ u trúc đấ t đ á đượ c phân thành các vùng riêng bi ệ t để t ố i thi ể u hóa độ rung trong d ữ li ệ u hi ệ u su ấ t máy để đ em l ạ i s ự phân tích v ớ i độ chính xác cao h ơ n Đ i ề u này c ũ ng làm đơ n gi ả n hóa s ự phân lo ạ i các tính ch ấ t cho m ỗ i vùng và đ ánh giá d ữ li ệ u hi ệ u su ấ t th ự c đị a Các thông s ố chính c ủ a combai bao g ồ m lo ạ i máy (lo ạ i bánh xích, lo ạ i khiên đ ào), tr ọ ng l ượ ng máy, lo ạ i đầ u c ắ t (d ọ c tr ụ c, ngang tr ụ c), công su ấ t đầ u kh ấ u, thi ế t k ế r ă ng c ắ t, lo ạ i c ầ n kh ấ u ( đơ n, kép, do du ỗ i, kh ớ p n ố i) và thi ế t b ị đ i kèm (ví d ụ : b ộ hãm, c ấ u hình t ự độ ng, lazer d ẫ n h ướ ng, làm mát r ă ng c ắ t và d ậ p b ụ i b ở i tia n ướ c, vv) Thông th ườ ng các thông s ố ho ạ t độ ng c ủ a máy đ ào ả nh h ưở ng đế n hi ệ u su ấ t c ủ a máy khai đ ào thông qua quá trình s ử d ụ ng máy Các thông s ố ho ạ t độ ng quan tr ọ ng nh ấ t bao g ồ m: ch ố ng gi ữ , h ệ th ố ng h ệ th ố ng h ỗ tr ợ (v ậ n t ả i, các đườ ng ố ng s ử d ụ ng, ngu ồ n cung c ấ p, công tác đ o đạ c ), x ử lý n ề n móng (thoát n ướ c, b ơ m v ữ a, đ óng b ă ng ), nhân công (s ẵ n có, chuyên nghi ệ p) và t ổ ch ứ c s ả n xu ấ t (qu ả n lý, gi ờ ca/kíp, ngu ồ n v ậ t li ệ u ) B ả ng I Phân lo ạ i thông tin trong C ơ s ở d ữ li ệ u NHÓM THÔNG TIN CHI TI Ế T THÔNG TIN Thông tin chung Lo ạ i/m ụ c đ ích khai đ ào (lò b ằ ng, lò đườ ng s ắ t, c ố ng rãnh, lò trong m ỏ than ), nhà th ầ u, ch ủ đầ u t ư , t ư v ấ n, đị a đ i ể m, ngày kh ở i công và hoàn công Thông tin combai Nhà s ả n xu ấ t, tình tr ạ ng combai (m ớ i, tân tr ạ ng l ạ i, t ậ n d ụ ng), phân lo ạ i combai, tr ọ ng l ượ ng máy, công su ấ t và đườ ng kính đầ u kh ấ u, s ố l ượ ng và ki ể u r ă ng c ắ t, các thi ế t b ị đ i kèm ( đ i ề u khi ể n t ự độ ng, xé n ướ c, thi ế t b ị hãm an toàn ) Thông tin v ề ho ạ t độ ng và k ỹ thu ậ t Chi ề u dài khai đ ào, độ s ố và góc nghiêng, kích th ướ c h ộ chi ế u công trình, kinh nghi ệ m đ i ề u khi ể n, trình t ự kh ấ u g ươ ng, gi ờ làm vi ệ c trong tu ầ n và trong ngày, h ệ th ố ng đổ th ả i, h ệ th ố ng ch ố ng gi ữ công trình Thông tin v ề kh ố i đ á trong m ỗ i vùng đấ t đ á Ngu ồ n g ố c đị a ch ấ t, s ố l ượ ng và phân lo ạ i vùng đị a ch ấ t, đ i ề u ki ệ n n ướ c, phân lo ạ i kh ố i đ á, RQD, tính ch ấ t phân l ớ p, tính ch ấ t t ệ p khe n ứ t (h ướ ng, kho ả ng cách, độ nhám, ch ấ t l ấ p nhét) Thông tin v ề đ á nguyên kh ố i trong m ỗ i vùng đấ t đ á Tính ch ấ t c ắ t đ á, c ườ ng độ kháng kéo và d ọ c tr ụ c, mô đ un đ àn h ồ i, độ c ứ ng b ề m ặ t, ki ế n trúc đ á ( độ r ỗ ng, hàm l ượ ng h ạ t khoáng/quartz và c ỡ h ạ t, vi n ứ t n ẻ ), độ mài mòn Các ghi chép v ề hi ệ u su ấ t cho m ỗ i vùng đấ t đ á T ố c độ c ắ t, t ố c độ tiêu th ụ r ă ng/l ợ i c ắ t, kh ả n ă ng s ử d ụ ng c ủ a combai và tình tr ạ ng có th ể mua, tiêu th ụ n ă ng l ượ ng, t ố c độ ti ế n g ươ ng l ớ n nh ấ t và trung bình, (trên ca/ngày/tu ầ n/tháng), s ự c ố chính trong khi ho ạ t độ ng khai đ ào, th ờ i gian ch ế t ướ c l ượ ng (th ờ i gian combai d ừ ng, d ừ ng vì h ệ th ố ng h ỗ tr ợ , d ừ ng để ch ố ng/x ử lý n ề n móng ) D Ự Đ OÁN HI Ệ U SU Ấ T Trong m ộ t nghiên c ứ u tr ướ c đ ây (Copur và nnk, 1997), trong đ ó đề xu ấ t r ằ ng thay vì phát tri ể n m ộ t mô hình d ự báo hi ệ u su ấ t ph ổ thông, các mô hình riêng l ẻ cho các đ i ề u ki ệ n máy và đị a ch ấ t khác nhau (b ằ ng s ự phân lo ạ i và tiêu chu ẩ n hóa sau c ủ a d ữ li ệ u th ự c đị a) s ẽ đượ c phát tri ể n để c ả i thi ệ n độ chính xác và tin c ậ y các d ự báo hi ệ u su ấ t Ph ươ ng pháp lu ậ n này đượ c đư a ra và th ả o lu ậ n trong bài vi ế t này là T ố c độ c ắ t t ứ c th ờ i (ICR – Instantaneous Cutting Rate) và T ố c độ Tiêu th ụ R ă ng c ắ t (BCR – Bit Cutting Consumption) Combai và các ki ể u đầ u c ắ t, ngu ồ n g ố c kh ố i đ á và lo ạ i đ á đượ c s ử d ụ ng nh ư các thông s ố phân lo ạ i ch ủ y ế u C ườ ng độ kháng nén d ọ c tr ụ c (UCS – Uniaxial Compressive Strength), công su ấ t đầ u c ắ t (P-cutterhead power), tr ọ ng l ượ ng combai (W-Weight) và đườ ng kính đầ u c ắ t (CHD-Cutterhead Diameter) đượ c s ử d ụ ng nh ư là các thông s ố để tiêu chu ẩ n hóa S ự bi ế n thiên c ủ a ICR v ớ i UCS, d ự a trên d ữ li ệ u hi ệ u su ấ t th ự c đị a, đượ c th ể hi ệ n trong hình 3 cho t ấ t c ả các đ i ề u ki ệ n đị a ch ấ t g ặ p ph ả i trong t ấ t c ả các lo ạ i combai Đ úng nh ư trông đợ i, d ữ li ệ u ch ỉ ra s ự phân tán đ áng k ể v ớ i h ệ s ố t ươ ng quan th ấ p, không cho ph ươ ng nào để gi ả m đ i gi ữ a UCS và ICR Sau khi dàn x ế p d ữ li ệ u cho combai đầ u c ắ t ngang tr ụ c trong đấ t đ á tr ầ m tích, s ự phân tán tr ở lên nh ỏ h ơ n, nh ư th ể hi ệ n trong hình 4 H ệ s ố t ươ ng quan v ẫ n còn th ấ p, để ng ă n ng ừ a, m ộ t bi ể u th ứ c chính xác c ủ a b ấ t k ỳ m ố i liên h ệ gi ữ a hai bi ế n T ừ ICR là t ươ ng ứ ng tr ự c ti ế p gi ữ a P và W và t ươ ng ứ ng ngh ị ch đả o v ớ i UCS, sau khi tiêu chu ẩ n hóa b ằ ng (P/UCS) (W/UCS) và (P x W/UCS), s ự t ươ ng x ứ ng đượ c c ả i thi ệ n đ áng k ể , nh ư th ể hi ệ n trong hình 5, 6 và 7 Nh ư trong hình, s ự phân lo ạ i và s ự tiêu chu ẩ n hóa v ề sau đ ã đượ c đư a ra vài khuynh h ướ ng đị nh ngh ĩ a trong d ữ li ệ u Nh ư ng m ố i liên h ệ v ẫ n ch ư a đủ độ chính xác M ộ t b ướ c khác c ủ a quá trình phân lo ạ i là áp đặ t lên d ữ li ệ u trong các đ i ề u ki ệ n c ủ a nhóm đ á Nó phân b ố s ự c ả i thi ệ n xa h ơ n trong m ố i liên h ệ , nh ư th ể hi ệ n trong hình 8 cho đấ t đ á evaporatic Trong tr ườ ng h ợ p này, công th ứ c d ự báo đượ c bi ể u th ị nh ư sau: ) ( 0023 , 0 511 , 27 RPI e ICR × × = UCS W P RPI / × = Trong đ ó: ICR = T ố c độ c ắ t t ứ c th ờ i, m 3 /h RPI = Ch ỉ s ố xuyên c ắ t c ủ a combai UCS = C ườ ng độ kháng nén đơ n tr ụ c, MPa W = Tr ọ ng l ượ ng combai, t ấ n P = Công su ấ t độ ng c ơ đầ u kh ấ u, kW e = C ơ s ố c ủ a hàm lô-ga-rít t ự nhiên Công th ứ c này có th ể đượ c s ử d ụ ng để d ự báo ICR cho khai đ ào trong đ á evaporitic v ớ i các combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Nó c ũ ng có th ể đượ c s ử d ụ ng để ch ọ n các combai để khai đ ào trong đ á evaporitic để đạ t đượ c n ă ng su ấ t theo mong mu ố n Vi ệ c m ở r ộ ng c ơ s ở d ữ li ệ u và vi ệ c th ự c thi các thông s ố tiêu chu ẩ n hóa khác có th ể làm t ă ng h ơ n n ữ a độ chính xác c ủ a m ố i t ươ ng quan này Công vi ệ c này hi ệ n nay đ ang đượ c th ự c hi ệ n Ph ả i nh ớ rõ r ằ ng đấ t đ á evaporitic thông th ườ ng là d ạ ng kh ố i mà không có s ự xu ấ t hi ệ n c ủ a các v ế t n ứ t, khe n ứ t, b ấ t k ỳ m ộ t thông s ố nào, ch ẳ ng h ạ n nh ư RQD đượ c đề c ậ p t ớ i trong quá trình tiêu chu ẩ n hóa T ấ t nhiên, c ấ u trúc s ắ p x ế p đấ t đ á luôn phô bày l ượ ng l ớ n các v ế t n ứ t hay n ứ t n ẻ , ch ỉ s ố RQD đượ c cho là đ óng m ộ t vai trò chính y ế u trong hi ệ u su ấ t c ủ a máy, nh ư các th ả o lu ậ n tr ướ c đ ây Hình 3 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và UCS cho t ấ t c ả các đ i ề u ki ệ n đấ t đ á và t ấ t c ả các lo ạ i combai Hình 4 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và UCS trong đ á tr ầ m tích v ớ i các combai ki ể u đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Hình 5 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và P/UCS trong đấ t đ á tr ầ m tích v ớ i các combai ki ể u đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Hình 6 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và W/UCS trong đấ t đ á tr ầ m tích v ớ i combai ki ể u đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Hình 7 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và (PxW/UCS) cho đấ t đ á tr ầ m tích v ớ i các combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Hình 8 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a ICR và RPI cho đấ t đ á Evaporitic và các combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Ph ươ ng pháp lu ậ n t ươ ng t ự c ũ ng đượ c áp đặ t lên s ự d ự báo t ố c độ tiêu th ụ r ă ng c ắ t (BCR) S ự bi ế n thiên gi ữ a BCR và UCS đượ c th ể hi ệ n trong hình 9 Sau khi phân m ụ c d ữ li ệ u c ủ a combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c trong đấ t đ á tr ầ m tích và tiêu chu ẩ n hóa b ằ ng UCS, tr ọ ng l ượ ng máy và công su ấ t độ ng c ơ đầ u kh ấ u, m ố i liên h ệ đượ c th ể hi ệ n s ự c ả i thi ệ n đ áng k ể nh ư trong hình 10 T ừ đ ó các đườ ng kính c ủ a đầ u kh ấ u l ớ n h ơ n đượ c s ử d ụ ng cho đ á m ề m h ơ n và độ mài mòn nh ỏ h ơ n, đườ ng kính c ủ a đầ u kh ấ u c ũ ng đượ c dùng nh ư là m ộ t thông s ố tiêu chu ẩ n hóa N ế u tiêu chu ẩ n hóa v ớ i thông s ố đườ ng kính, m ộ t m ố i liên h ệ t ố t h ơ n s ẽ đượ c th ể hi ệ n nh ư trong hình 11 Trong tr ườ ng h ợ p này, công th ứ c d ự báo là nh ư sau: ) ( 1769 , 6 ) ( 06 , 897 2 RCI RCI BCR + = ) /( CHD W P UCS RCI = Trong đ ó: BRC = T ố c độ tiêu th ụ r ă ng c ắ t, r ă ng/m 3 RCI = Ch ỉ s ố tiêu th ụ đầ u kh ấ u UCS = C ườ ng độ kháng nén đơ n tr ụ c, MPa W = Tr ọ ng l ượ ng combai, t ấ n P = Công su ấ t độ ng c ơ đầ u kh ấ u, kW CHD = Đườ ng kính đầ u kh ấ u, m Độ chính xác c ủ a công th ứ c d ự báo có th ể đượ c t ă ng lên l ớ n h ơ n n ế u m ộ t vài thông s ố , ch ẳ ng h ạ n nh ư : hàm l ượ ng quartz trong đấ t đ á, c ỡ h ạ t đượ c phân h ạ ng và tiêu chu ẩ n hóa d ữ li ệ u Hình 9 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a BCR và UCS trong t ấ t c ả các đ i ề u ki ệ n đị a ch ấ t cho t ấ t c ả các lo ạ i combai Hình 10 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a BCR và UCS/(PxW) cho đấ t đ á tr ầ m tích v ớ i các combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Hình 11 Bi ể u đồ t ươ ng quan gi ữ a BCR và RCI cho đấ t đ á tr ầ m tích và các combai đầ u kh ấ u ngang tr ụ c Các k ế t qu ả cho đế n nay đ ã ch ỉ ra r ằ ng ph ươ ng pháp lu ậ n áp d ụ ng phân lo ạ i và tiêu chu ẩ n hóa c ơ s ở phù h ợ p này để đư a ra các công th ứ c d ự tính v ớ i độ chính xác l ớ n h ớ n Vào th ờ i đ i ể m hi ệ n t ạ i, công vi ệ c đ ang đượ c th ự c hi ệ n để ph ố i h ợ p các thông s ố b ổ xung (vd: hàm l ượ ng quartz) vào công th ứ c đ ã phát tri ể n để c ả i thi ệ n độ chính xác và ph ạ m vi c ủ a kh ả n ă ng áp d ụ ng K Ế T LU Ậ N Vi ệ c phân tích và ướ c l ượ ng d ữ li ệ u biên so ạ n cho c ơ s ở d ữ li ệ u hi ệ u su ấ t th ự c đị a c ủ a combai đ ã mang l ạ i nh ữ ng thành công, m ộ t t ậ p h ợ p các công th ứ c đ ã đượ c s ử d ụ ng d ể d ự báo kh ả n ă ng c ắ t t ứ c th ờ i (ICR) và t ố c độ tiêu hao r ă ng c ắ t (BCR) cho combai M ộ t m ố i liên h ệ m ậ t thi ế t đượ c tìm ra gi ữ a hai thông s ố v ớ i công su ấ t độ ng c ơ đầ u kh ấ u (P), tr ọ ng l ượ ng combai (W) c ũ ng nh ư c ườ ng độ kháng nén đơ n tr ụ c c ủ a đấ t đ á (UCS) Các công th ứ c đượ c phát tri ể n v ớ i các thông s ố này là công th ứ c v ề P, W à UCS Các công th ứ c này đượ c tìm ra ch ủ y ế u áp d ụ ng cho đấ t đ á m ề m ngu ồ n g ố c evaporitic S ự phân tích hi ệ n nay đ ang đượ c m ở r ộ ng sang đấ t đ á r ắ n c ứ ng có ho ặ c không có v ế t n ứ t, khe n ứ t s ẽ làm cho các công th ứ c tr ở lên đ a d ạ ng và ph ổ bi ế n h ơ n Trong đấ t đ á n ứ t n ẻ , giá tr ị RQD s ẽ đượ c s ử d ụ ng nh ư là m ộ t đơ n v ị đ o l ườ ng v ề phân lo ạ i kh ố i đ á đố i trên quan đ i ể m kh ả n ă ng c ắ t c ủ a combai V ớ i các n ỗ l ự c hi ệ n nay ch ắ c ch ắ n vi ệ c thi ế t l ậ p công th ứ c v ề các mô hình d ự báo hi ệ u su ấ t c ủ a combai tr ở lên ngày càng chính xác h ơ n, chúng có th ể đượ c dùng để tính toán trong các lo ạ i đấ t đ á khác nhau nh ữ ng n ơ i mà combai có th ể ho ạ t độ ng đ em l ạ i hi ệ u qu ả kinh t ế TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 1) Bilgin, N , Yazici, S , and Eskikaya, S , 1996, “A model to predict the performance pf roadheaders and impact hammers in tunnel drivages,” Int Eurock ’96 Symp , 2-5 Sep , Torino 2) Copur, H , Rostami, J , Ozdemir, L , and Bilgin, N , 1997, “Studies of Performance Prediction of Roadheaders Based on Field Date in Mining and Tunneling Projects,” Int, 4 th Mine Mechanization and Atutomation Symp , Bristane, Australia, pp 4 A1-4A7 3) Neil, D M , Rostami, J , Ozdemir, L , and Gertsch, R , 1994, “Construction and estimate techniques for underground development and production using roadheaders,” SME Annual Meeting , Phoenix, Arizona 4) Ozdemir, L, Rostami, J , and Neil, D M , 1995, “Roadheaders Development for Hard Rock Mining,” SME Annual Meeting , March 6-9, Denver, Colorado

ỨNG DỤNG COMBAI TRONG CÔNG NGHIỆP MỎ VÀ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM ROADHEADER APPLICATIONS IN MINING AND TUNNELING INDUSTRIES By: H Copur1, L Ozdemir2, J Rostami3 Sinh viên tốt nghiệp, Giám đốc Giáo sư, Phó Giáo sư Viện Cơ học Trái đất, Trường Đại học Mỏ Colorado, Golden, Colorado, 80401 Biên dịch: KS Phạm Tiến Vũ Phịng Cơng nghệ Xây dựng Cơng trình Ngầm Mỏ, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ Mobile: 0904 330 130 Tel: (04) 864 5256 Fax: (04) 8641564 Email: phamtienvu@gmail.com URL: http://phamtienvu.googlepages.com/ ABSTRACT Roadheaders offer a unique capability and flexibility for excavation of soft to medium strength rock formations, therefore, are widely used in underground mining and tunneling operations A critical issue in successful roadheader application in the ability to develop accurate and reliable estimates of machine production capacity and the associated bit costs This paper presents and disscusses the recent work completed at the Earth Mechanics Institute of Colorado School of Mines on the use of historical data for use as a performance predictor model The model is based on extensive field data collected from different roadheader operations in a wide variety of geologic formations The paper also disscusses the development of this operations devired to estimate roadheader cutting rates and bit consumption TÓM TẮT Combai đem lại khả tính linh động độc cho khai đào đá mềm cứng trung bình Vì thế, ứng dụng rộng rãi cơng trình ngầm mỏ dân dụng Một vấn đề tranh cãi việc ứng dụng cách thích hợp khả combai chi phí tiêu hao cắt khai đào cơng trình ngầm Bài viết giới thiệu thảo luận nghiên cứu thực Viện Cơ học trái đất trực thuộc Đại học Mỏ Colorado, việc sử dụng liệu lịch sử mơ hình dự báo hiệu suất Mơ hình thành lập dựa trường liệu mở rộng thu thập từ hoạt động combai khác điều kiện địa chất khác Bài viết thảo luận công thức thực nghiệm dự báo hiệu suất rút từ khảo sát tốc độ cắt combai tiêu hao cắt GIỚI THIỆU Việc sử dụng rộng rãi hệ thống khai đào giới xu hướng làm tăng động lực công nghiệp xây dựng công nghiệp mỏ nhằm thay cơng nghệ khoan – nổ truyền thống làm tăng sản lượng giảm chi phí sản xuất Lợi ích khai đào giới cịn làm tăng tính an tồn cách rõ rệt, giảm bớt khối lượng cơng tác chống lị chi phí nhân lực Các thành tựu đôi với việc tăng suất độ tin cậy máy mỏ giới, nơi mà thị trường áp dụng giới rộng rãi Các combai sử dụng rộng rãi phần gương thi cơng cơng trình ngầm để đào đá mềm đến đá cứng trung bình đặc biệt đá trầm tích Chúng để sử dụng để phát triển sản xuất công nghiệp mỏ đá mềm (tức là: đường lò vận tải, lò bằng, vv) đặc biệt than, quặng đất đá evaporitic Trong xây dựng dân dụng, người ta sử dụng combai để đào cơng trình ngầm (đường sắt, đường giao thơng, cống rãnh, cơng trình ngầm phục vụ giải trí ) điều kiện đất đá mềm yếu, mở rộng phục hồi cấu trúc cơng trình ngầm Khả chúng khai đào hộ chiếu tạo nên hữu dụng chúng công trình ngầm dân dụng mỏ, nơi mà kiểu hộ chiếu, kích thước thay đổi đa dạng Hơn tính động linh hoạt cao, combai địi hỏi chi phí so với hầu hết máy khai đào khác Do công suất đông khấu cao nên tang khấu nhỏ hơn, chúng tạo khả cắt đất đá cứng có độ mài mịn cao so với máy loại, chẳng hạn máy đào lò liên tục máy khoan COMBAI TRONG 50 NĂM QUA Combai phát triển sớm để khai đào giới than xuất lần đầu vào năm 1950 Ngày nay, lĩnh vực áp dụng chúng mở rộng vượt ngành khai thác mỏ than việc tăng suất làm việc liên tục, phát triển công nghệ cải tiến thiết kế Sự cải tiến combai năm 1950 trọng lượng, kích thước công suất đầu khấu, cải tiến thiết kế cần khấu, kiểu vơ kiểu chất tải vật liệu thải phát triển khí luyện kim chế tạo khấu, hệ thống điện thủy lực phát triển mở rộng tăng cường tự động hóa tính điều khiển từ xa Tất điều thúc đẩy mạnh mẽ khả cắt, khả thích ứng tuổi thọ combai Trọng lượng máy đạt tới 120 tạo nên tính ổn định vững khung máy (giảm rung, giảm bảo trì) từ tạo lực đẩy cao tiếp cận đất đá cứng Công suất đầu khấu tăng lên đáng kể, đạt tới 500 kW cho phép khả xoắn mạnh Các combai đại đáp ứng việc cắt đất đá gương hầm lên tới 100 m2 từ vị trí cắt Bằng việc thiết kế bố trí cắt đầu khấu hỗ trợ máy tính nên tạo hiệu cao điều kiện đất đá Các cắt phát triển từ dạng cấu tạo nêm cắt sang dạng trụ cầu khỏe Hệ thống vơ vận tải cải tiến để đạt suất cao Bàn vơ chất tải chế tạo với mảnh ghép rời mở rộng tạo nên linh hoạt động Các máy trang bị thêm máy khoan neo, thiết bị xử lý bụi trang bị để đảm bảo an tồn cho cơng nhân làm việc gương lò Chúng gắn thêm thiết bị định hướng lazer số máy gắn thiết bị hỗ trợ máy tính điều khiển từ xa để tăng tính linh hoạt hoạt động, tăng suất hiệu máy Hình thể combai kiểu cần khấu ngang trục đại với cần khấu co rút (ben) hệ thống khoan neo Hình Một combai với đầu cắt ngang trục (Voest Alpine) Tính động, tính linh hoạt khả khai thác lựa chọn cấu thành nhiều thành tựu ứng dụng quan trọng combai tạo phí khai đào hiệu Tính động có nghĩa dễ dàng di chuyển từ vị trí gương đến gương khác mở rộng sản xuất mỏ ngày, chẳng hạn với hộ chiếu gương lò khác (lị tiết diện móng ngựa, lị tiết diện chữ nhật ), kích thước mặt cắt ngang, độ nghiêng (lên tới 20, đơi 30 độ) bán kính quay (có thể tạo đường lị quay gần vng góc 90 độ) Sự lựa chọn phải đáp ứng khả khai đào phần khác hỗn hợp gương nơi mà thân quặng bị phân tán nhiều vị trí nhằm giảm bớt lao động thủ cơng tối thiểu hóa khối lượng bị hao phí lao động chân tay đóng góp cải thiện suất Từ combai trở thành máy làm việc gương lò cục bộ, gương lò bắt đầu sử dụng chúng đầu khấu chấp nhận thay đổi dễ dàng, chống giữ lị tiến hành sát gương lò Hơn nữa, tốc độ suất cao điều kiện đất đá thích hợp, tính an tồn cải thiện, giảm với chống giữ u cầu thơng gió, kết cuối giảm bớt chi phí khai đào, thành tựu máy combai Khả cắt đá cứng combai nhân tố giới hạn quan trọng ảnh hưởng đến khả ứng dụng chúng Nó phụ thuộc vào khả chịu đựng cắt đá rắn cứng, đá có độ mài mịn cao Ngày nay, com bai hạng nặng khấu hiệu hầu hết loại điều kiện đất đá có cường độ kháng nén không giới hạn lên tới 100 MPa (~14.5000 psi) đất đá cứng tới 160 MPa (~23.000) vết nứt hay mặt liên kết thuận lợi với số RQD thấp Tăng tần số xuất vết nứt hay hay đất đá yếu làm cho đất đá trở lên dễ khai đào việc bóc tác mảnh đất đá cắt khỏi khối thay việc cắt thơng thường khác Nếu đất đá có độ mài mòn cao, hay tốc độ tiêu hao cắt lớn răng/m3 đất đá, khai đào combai trở lên khơng kinh tế phải thay liên tục đơi với việc làm tăng độ rung chi phí bảo dưỡng cho máy Nhiều nỗ lực đáng kể thực tỏng vòng nhiêu năm qua việc làm tăng khả đáp ứng combai đào đá cứng Hầu hết nỗ lực trọng vào việc thay đổi cấu trúc máy combai, chẳng hạn như: tăng trọng lượng máy, tăng độ cứng vững khung tăng công suất động đầu khấu Các thử nghiệm lĩnh vực mở rộng máy công cụ cắt nơi yếu khai đào đá cứng Trừ có cải thiện mạnh mẽ nâng cao tuổi thọ cắt, thực thật việc cắt đá cứng lĩnh vực xa với khả combai Viện Cơ học Trái đất (EMI) thuộc Đại học Mỏ Colorado phát triển công nghệ cắt Đĩa cắt cắt nhỏ (Mini-Disc Cutter) để thực việc đưa đĩa cắt với khả cắt đá cứng vào máy combai, tương ứng với loại máy khai đào giới khác (Ozdemir nnk, 1995) Các thử nghiệm phịng thí nghiệm với đầu cắt ngang trục tiêu chuẩn Đĩa cắt nhỏ làm tăng khả combai khai đào đá rắn cứng đem lại hiệu giảm chi phí thay cắt giảm thời gian ngưng trệ Công nghệ cắt hứa hẹn cho áp dụng combai với khả kinh tế cho việc khai đào đá cứng Hơn nữa, việc sử dụng đĩa cắt nhỏ mà tang cắt máy EMI phát triển để ứng dụng khai đào đá cứng Một hình ảnh tang cắt EMI thử nghiệm phịng thí nghiệm tiêu chuẩn thể hình Hình Đầu khấu Drum Miner CƠ SỞ DỮ LIỆU VỀ HIỆU SUẤT HIỆN TRƯỜNG Việc dự báo hiệu suất nhân tố quant trọng việc áp dụng combai thành công Việc thông thường đôi với lựa chọn máy Năng suất khảo sát chi phí cắt Sự áp dụng thành cơng cơng nghệ combai khai đào cơng trình mỏ khiến cho đánh giá đắn xác thực phát triển để đáp ứng suất theo chi phí cắt Hơn nữa, vấn đề thiết kế cắt quan trọng bố trí đầu khấu phải nhìn nhận theo điều kiện đá gặp phải trình khai đào Sự dự báo trước hiệu suất bao gồm hành động đánh giá tốc độ cắt tức thời, tốc độ tiêu hao cắt khả sử dụng máy vùng có điều kiện địa chất khác Tốc độ cắt tức thời (ICR) suất thực tế trình cắt (tấn hay m3 /h) Tốc độ tiêu hao cắt số lượng cắt phải thay đơn vị thể tích hay trọng lượng đất đá khai đào (răng/m3 hay tấn) Khả sử dụng máy phần trăm thời gian sử dụng để khai đào cơng trình Viện Cơ học Trái đất thuộc Đại học Mỏ Colorado hợp tác với Phịng Cơng trình Mỏ Đại học Kỹ thuật Istanbul cho đời sở liệu mở rộng liên quan đến hiệu suất combai với chủ thể mơ hình kinh nghiệm phát triển để dự báo xác đáng tin cậy hiệu suất combai Cơ sơ liệu bao gồm liệu thực địa từ số nhiều cơng trình xây dựng dân dụng mỏ giới bao gồm đa dạng máy combai đa dạng điều kiện địa chất khác Các phương pháp dự báo hiệu suất kinh nghiệm chủ yếu dựa kinh nghiệm qua giải thích theo phương pháp thống kê trường hợp ghi nhận trước lịch sử Để thu liệu trường theo yêu cầu định dạng có nghĩa sử dụng được, sưu tập liệu chuẩn bị để gửi tới nhà đầu tư, nhà thầu, chủ đầu tư, đơn vị tư vấn nhà sản xuất combai Hơn nữa, liệu thu từ tài liệu sẵn có hiệu suất combai thông qua khảo sát từ thực tế sử dụng Những cố gắng sưu tập liệu tiếp tục thực Cơ sở liệu bao gồm chủ mục thông tin, thể bảng I Các thơng số địa chất sở liệu nói chung bao gồm tính chất khối đá đá nguyên khối Điều quan trọng thích hợp tính chất khối đá sở liệu bao gồm số RQD, độ dày phân lớp, phương góc dốc tệp khe nứt, điều kiện nước Các tính chất đá nguyên khối cường độ kháng nén dọc trục, cường độ kháng kéo, hàm lượng quartz, độ mịn độ mài mòn Cấu trúc đất đá phân thành vùng riêng biệt để tối thiểu hóa độ rung liệu hiệu suất máy để đem lại phân tích với độ xác cao Điều làm đơn giản hóa phân loại tính chất cho vùng đánh giá liệu hiệu suất thực địa Các thơng số combai bao gồm loại máy (loại bánh xích, loại khiên đào), trọng lượng máy, loại đầu cắt (dọc trục, ngang trục), công suất đầu khấu, thiết kế cắt, loại cần khấu (đơn, kép, duỗi, khớp nối) thiết bị kèm (ví dụ: hãm, cấu hình tự động, lazer dẫn hướng, làm mát cắt dập bụi tia nước, vv) Thông thường thông số hoạt động máy đào ảnh hưởng đến hiệu suất máy khai đào thông qua q trình sử dụng máy Các thơng số hoạt động quan trọng bao gồm: chống giữ, hệ thống hệ thống hỗ trợ (vận tải, đường ống sử dụng, nguồn cung cấp, công tác đo đạc ), xử lý móng (thốt nước, bơm vữa, đóng băng ), nhân cơng (sẵn có, chun nghiệp) tổ chức sản xuất (quản lý, ca/kíp, nguồn vật liệu ) Bảng I Phân loại thông tin Cơ sở liệu NHĨM THƠNG TIN Thơng tin chung Thơng tin combai Thơng tin hoạt động kỹ thuật Thông tin khối đá vùng đất đá Thông tin đá nguyên khối vùng đất đá Các ghi chép hiệu suất cho vùng đất đá CHI TIẾT THƠNG TIN Loại/mục đích khai đào (lị bằng, lị đường sắt, cống rãnh, lò mỏ than ), nhà thầu, chủ đầu tư, tư vấn, địa điểm, ngày khởi cơng hồn cơng Nhà sản xuất, tình trạng combai (mới, tân trạng lại, tận dụng), phân loại combai, trọng lượng máy, cơng suất đường kính đầu khấu, số lượng kiểu cắt, thiết bị kèm (điều khiển tự động, xé nước, thiết bị hãm an toàn ) Chiều dài khai đào, độ số góc nghiêng, kích thước hộ chiếu cơng trình, kinh nghiệm điều khiển, trình tự khấu gương, làm việc tuần ngày, hệ thống đổ thải, hệ thống chống giữ cơng trình Nguồn gốc địa chất, số lượng phân loại vùng địa chất, điều kiện nước, phân loại khối đá, RQD, tính chất phân lớp, tính chất tệp khe nứt (hướng, khoảng cách, độ nhám, chất lấp nhét) Tính chất cắt đá, cường độ kháng kéo dọc trục, mô đun đàn hồi, độ cứng bề mặt, kiến trúc đá (độ rỗng, hàm lượng hạt khoáng/quartz cỡ hạt, vi nứt nẻ ), độ mài mòn Tốc độ cắt, tốc độ tiêu thụ răng/lợi cắt, khả sử dụng combai tình trạng mua, tiêu thụ lượng, tốc độ tiến gương lớn trung bình, (trên ca/ngày/tuần/tháng), cố hoạt động khai đào, thời gian chết ước lượng (thời gian combai dừng, dừng hệ thống hỗ trợ, dừng để chống/xử lý móng ) DỰ ĐOÁN HIỆU SUẤT Trong nghiên cứu trước (Copur nnk, 1997), đề xuất thay phát triển mơ hình dự báo hiệu suất phổ thơng, mơ hình riêng lẻ cho điều kiện máy địa chất khác (bằng phân loại tiêu chuẩn hóa sau liệu thực địa) phát triển để cải thiện độ xác tin cậy dự báo hiệu suất Phương pháp luận đưa thảo luận viết Tốc độ cắt tức thời (ICR – Instantaneous Cutting Rate) Tốc độ Tiêu thụ Răng cắt (BCR – Bit Cutting Consumption) Combai kiểu đầu cắt, nguồn gốc khối đá loại đá sử dụng thông số phân loại chủ yếu Cường độ kháng nén dọc trục (UCS – Uniaxial Compressive Strength), công suất đầu cắt (P-cutterhead power), trọng lượng combai (W-Weight) đường kính đầu cắt (CHD-Cutterhead Diameter) sử dụng thơng số để tiêu chuẩn hóa Sự biến thiên ICR với UCS, dựa liệu hiệu suất thực địa, thể hình cho tất điều kiện địa chất gặp phải tất loại combai Đúng trông đợi, liệu phân tán đáng kể với hệ số tương quan thấp, không cho phương để giảm UCS ICR Sau dàn xếp liệu cho combai đầu cắt ngang trục đất đá trầm tích, phân tán trở lên nhỏ hơn, thể hình Hệ số tương quan cịn thấp, để ngăn ngừa, biểu thức xác mối liên hệ hai biến Từ ICR tương ứng trực tiếp P W tương ứng nghịch đảo với UCS, sau tiêu chuẩn hóa (P/UCS) (W/UCS) (P x W/UCS), tương xứng cải thiện đáng kể, thể hình 5, Như hình, phân loại tiêu chuẩn hóa sau đưa vài khuynh hướng định nghĩa liệu Nhưng mối liên hệ chưa đủ độ xác Một bước khác q trình phân loại áp đặt lên liệu điều kiện nhóm đá Nó phân bố cải thiện xa mối liên hệ, thể hình cho đất đá evaporatic Trong trường hợp này, công thức dự báo biểu thị sau: ICR = 27,511× e 0,0023×( RPI ) RPI = P × W / UCS Trong đó: ICR RPI UCS W P e = = = = = = Tốc độ cắt tức thời, m3/h Chỉ số xuyên cắt combai Cường độ kháng nén đơn trục, MPa Trọng lượng combai, Công suất động đầu khấu, kW Cơ số hàm lơ-ga-rít tự nhiên Cơng thức sử dụng để dự báo ICR cho khai đào đá evaporitic với combai đầu khấu ngang trục Nó sử dụng để chọn combai để khai đào đá evaporitic để đạt suất theo mong muốn Việc mở rộng sở liệu việc thực thi thơng số tiêu chuẩn hóa khác làm tăng độ xác mối tương quan Công việc thực Phải nhớ rõ đất đá evaporitic thơng thường dạng khối mà khơng có xuất vết nứt, khe nứt, thông số nào, chẳng hạn RQD đề cập tới q trình tiêu chuẩn hóa Tất nhiên, cấu trúc xếp đất đá phô bày lượng lớn vết nứt hay nứt nẻ, số RQD cho đóng vai trị yếu hiệu suất máy, thảo luận trước Hình Biểu đồ tương quan ICR UCS cho tất điều kiện đất đá tất loại combai Hình Biểu đồ tương quan ICR UCS đá trầm tích với combai kiểu đầu khấu ngang trục Hình Biểu đồ tương quan ICR P/UCS đất đá trầm tích với combai kiểu đầu khấu ngang trục Hình Biểu đồ tương quan ICR W/UCS đất đá trầm tích với combai kiểu đầu khấu ngang trục Hình Biểu đồ tương quan ICR (PxW/UCS) cho đất đá trầm tích với combai đầu khấu ngang trục Hình Biểu đồ tương quan ICR RPI cho đất đá Evaporitic combai đầu khấu ngang trục Phương pháp luận tương tự áp đặt lên dự báo tốc độ tiêu thụ cắt (BCR) Sự biến thiên BCR UCS thể hình Sau phân mục liệu combai đầu khấu ngang trục đất đá trầm tích tiêu chuẩn hóa UCS, trọng lượng máy công suất động đầu khấu, mối liên hệ thể cải thiện đáng kể hình 10 Từ đường kính đầu khấu lớn sử dụng cho đá mềm độ mài mịn nhỏ hơn, đường kính đầu khấu dùng thông số tiêu chuẩn hóa Nếu tiêu chuẩn hóa với thơng số đường kính, mối liên hệ tốt thể hình 11 Trong trường hợp này, công thức dự báo sau: BCR = 897,06( RCI ) + 6,1769( RCI ) RCI = UCS /( P.W CHD) Trong đó: BRC RCI UCS = = = Tốc độ tiêu thụ cắt, răng/m3 Chỉ số tiêu thụ đầu khấu Cường độ kháng nén đơn trục, MPa W P CHD = = = Trọng lượng combai, Công suất động đầu khấu, kW Đường kính đầu khấu, m Độ xác cơng thức dự báo tăng lên lớn vài thông số, chẳng hạn như: hàm lượng quartz đất đá, cỡ hạt phân hạng tiêu chuẩn hóa liệu Hình Biểu đồ tương quan BCR UCS tất điều kiện địa chất cho tất loại combai Hình 10 Biểu đồ tương quan BCR UCS/(PxW) cho đất đá trầm tích với combai đầu khấu ngang trục Hình 11 Biểu đồ tương quan BCR RCI cho đất đá trầm tích combai đầu khấu ngang trục Các kết phương pháp luận áp dụng phân loại tiêu chuẩn hóa sở phù hợp để đưa cơng thức dự tính với độ xác lớn hớn Vào thời điểm tại, công việc thực để phối hợp thông số bổ xung (vd: hàm lượng quartz) vào công thức phát triển để cải thiện độ xác phạm vi khả áp dụng KẾT LUẬN Việc phân tích ước lượng liệu biên soạn cho sở liệu hiệu suất thực địa combai mang lại thành công, tập hợp công thức sử dụng dể dự báo khả cắt tức thời (ICR) tốc độ tiêu hao cắt (BCR) cho combai Một mối liên hệ mật thiết tìm hai thơng số với cơng suất động đầu khấu (P), trọng lượng combai (W) cường độ kháng nén đơn trục đất đá (UCS) Các công thức phát triển với thông số công thức P, W UCS Các cơng thức tìm chủ yếu áp dụng cho đất đá mềm nguồn gốc evaporitic Sự phân tích mở rộng sang đất đá rắn cứng có khơng có vết nứt, khe nứt làm cho công thức trở lên đa dạng phổ biến Trong đất đá nứt nẻ, giá trị RQD sử dụng đơn vị đo lường phân loại khối đá đối quan điểm khả cắt combai Với nỗ lực chắn việc thiết lập công thức mơ hình dự báo hiệu suất combai trở lên ngày xác hơn, chúng dùng để tính tốn loại đất đá khác nơi mà combai hoạt động đem lại hiệu kinh tế TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Bilgin, N., Yazici, S., and Eskikaya, S., 1996, “A model to predict the performance pf roadheaders and impact hammers in tunnel drivages,” Int Eurock ’96 Symp., 2-5 Sep., Torino 2) Copur, H., Rostami, J., Ozdemir, L., and Bilgin, N., 1997, “Studies of Performance Prediction of Roadheaders Based on Field Date in Mining and Tunneling Projects,” Int, 4th Mine Mechanization and Atutomation Symp., Bristane, Australia, pp 4.A1-4A7 3) Neil, D M., Rostami, J., Ozdemir, L., and Gertsch, R., 1994, “Construction and estimate techniques for underground development and production using roadheaders,” SME Annual Meeting, Phoenix, Arizona 4) Ozdemir, L, Rostami, J., and Neil, D M., 1995, “Roadheaders Development for Hard Rock Mining,” SME Annual Meeting, March 6-9, Denver, Colorado