CHƯƠNG 3 ĐỒNG BỘ THIẾT BỊ TRÊN MỎ LỘ THIÊN
3.4. Lựa chọn đồng bộ thiết bị theo phương pháp kinh nghiệm chuyên gia
3.4.3. Kinh nghiệm lựa chọn thiết bị xúc bóc
Máy xúc là thiết bị cơ bản để hoàn thành khối lượng mỏ hàng năm trên mỏ lộ thiên. Thiết bị xúc bóc chủ yếu là MXTG, MXTLGN, MXTLGT, MXGT, máy bốc, máy xúc nhiều gầu kiểu rôto (máy xúc rơto) và máy xúc nhiều gầu kiểu khung xích (máy xúc kiểu khung xích).
Theo GS. Samuel Frimpong, Đại học Alberta (Canada) thì MXTG có những ưu điểm sau:
1. Độ bền cơ học cao, tuổi thọ lớn, có thể gấp 23 lần hoặc hơn so với máy xúc thuỷ lực, dễ dàng thích nghi với các giải pháp nâng cấp về công nghệ.
2. Chi phí thường xuyên rẻ hơn (chạy điện, dễ dàng trong sửa chữa, phụ tùng thay thế, ít hỏng hóc,…)
3. Có lực xúc lớn hơn.
4. Có thơng số làm việc lớn hơn khi cùng dung tích gầu xúc.
5. Ít gây ơ nhiễm mơi trường (khơng phát thải các khí độc hại như khi sử dụng động cơ điêzen)
Trên thực tế thì hiện nay các nhà chế tạo MXTG nổi tiếng thế giới như AO.Ijorxki, GP.Krastiajmas, AO.UZTM (của LB Nga) đang chế tạo các MXTG có dung tích từ 520 m3, được sử dụng rất phổ biến ở các nước Đông Âu và Việt Nam. Ở Mỹ có các hãng Bussyrus Erie sản xuất MXTG có dung tích gầu 1340 m3, hãng Marion - Dresser sản xuất MXTG có dung tích gàu 7,641 m3. Đặc biệt là hãng P&H (Harnisfeger) sản xuất các MXTG có các trang thiết bị tự động hố cao (trang bị bộ chương trình kỹ thuật số tự động điều khiển chế độ làm việc của động cơ, hệ thống làm mát, hệ thống đối trọng, bộ kiểm soát nhiệt độ và độ rung của máy, thiết bị điện tử bảo vệ cần xúc,…) có dung tích gàu từ 10,653,2 m3. Các máy xúc này đang chiếm thị phần khá lớn ở Mỹ và một số nước khác. MXTG 4100 XPB của hãng này có E = 52 m3 đang hoạt động tại mỏ than Wyoming (Mỹ) đạt kỷ lục về năng suất bóc đất đá 26,7 triệu m3/năm.
Theo Gert U.Mosch (CHLB Đức) thì MXTL có những ưu điểm nổi trội so với MXTG như sau:
1. Số bậc tự do của cơ cấu làm việc nhiều hơn, cho phép thực hiện các quỹ đạo xúc bất kỳ, do vậy sử dụng lực xúc hợp lý, làm tăng tuổi thọ răng gàu, giảm tiêu hao năng lượng, sử dụng có hiệu quả trong việc dọn sạch mặt tầng, cậy bẩy đá treo, xúc bóc chọn lọc,…
2. Lực cản khi xúc tác động chủ yếu lên gàu, mà không truyền toàn bộ vào trọng tâm máy như MXTG, nhờ vậy mà giảm được khối lượng phần quay, dẫn đến giảm mơmen qn tính, từ đó giảm thời gian chu kỳ xúc, giảm áp lực lên nền.
3. Hệ thống xy lanh thuỷ lực cho phép các cơ cấu làm việc của máy xúc hoạt động độc lập hoặc đồng thời, có thể tạo ra một cách chính xác lực xúc và hướng xúc cần thiết, nhờ đó mà tăng được hệ số xúc đầy gàu, nâng cao năng suất làm việc.
4. Tính cơ động cao (do khơng phụ thuộc vào lưới điện), tốc độ di chuyển lớn, áp lực lên nền nhỏ, kích thước hình học nhỏ, do vậy mà phù hợp với điều kiện làm việc chất hẹp, nền đất yếu, địa hình phức tạp, phối hợp dễ dàng với thiết bị vận tải.
Hiện trên thế giới, MXTL ngày càng được sử dụng nhiều trên các mỏ lộ thiên khai thác than. Ở Anh, CHLB Đức và một số nước Châu Âu khác nhiều mỏ lộ thiên sử dụng 70100 % MXTL để bóc đất đá và than. Các hãng chế tạo MXTL cho ngành mỏ nổi tiếng thế giới là: Demag, Liebherr, Orienstein Koppel (CHLB Đức); Terex Mining, Caterpillar (Mỹ); Komatsu, Hitachi (Nhật Bản).
Một số mỏ than lộ thiên trên thế giới đã dùng MXTLGT và MXTLGN trong một số trường hợp sau:
Mỏ Eklington (Anh) dùng MXTLGN mã hiệu RH-75 (của Terex Mining - Mỹ), có dung tích gàu 5,5 m3 để bóc đất đá và khai thác chùm vỉa than mỏng xen kẽ giữa các lớp đá kẹp. Để xúc bóc đất đá bao gồm sét, cát kết, đá tảng lăn và khấu than, mỏ Park Slip (Anh) dùng MXTLGT mã hiệu 1266D có E = 6,1 m3. Ở vùng đông bắc Tây Ban Nha, tại mỏ Galixia - một khoáng sàng than nâu lớn, người ta đã dùng các MXTLGT mã hiệu 1000CK (của Poclain - Pháp) có E = 6,8 m3 để bóc đất đá và khấu than. Mỏ Witbank từ năm 1981 đã dùng các MXTLGT H-121 có E = 7,5 m3 và H-241 có E = 12 m3 (của Demag – CHLB Đức) để khấu than và xúc đất đá, nhờ thế mà đã mở
rộng được mạng lưới nổ mìn và xúc chọn lọc trực tiếp các lớp đất đá kẹp mà không cần làm tơi sơ bộ. Trên mỏ lộ thiên Vuden (Anh) đã dùng MXTLGN có E = 2,5 m3 để xúc đất đá và chọn lọc các vỉa than mỏng. Trên mỏ than lộ thiên Kedrovxki (LB Nga), nhờ thay thế các MXTG bằng MXTLGT ЭO-12 có E = 12 m3 để xúc đất đá mà đã giảm được chi phí xúc bóc 1213%, nâng cao năng suất lao động lên 2,33 lần
Từ những nhận xét và kinh nghiệm trên có thể rút ra các kết luận về MXTG và MXTL sau đây:
1. Sử dụng MXTG cho những mỏ lộ thiên có tuổi thọ lớn, đất đá cứng, có độ ổn định nền đất đá cao, điều kiện địa hình rộng rãi, có nguồn cung cấp điện ổn định (kể cả lúc mưa bão), khơng có nguy cơ ngập lụt.
2. Sử dụng MXTLGT và MXTLGN cho những mỏ lộ thiên có tuổi thọ nhỏ, đất đá cứng được làm tơi tốt hoặc đất đá mềm, nền đất khơng ổn định, địa hình mỏ chật hẹp; những nơi có cấu tạo địa chất phức tạp, vỉa mỏng, nhiều lớp kẹp,… cần khai thác chọn lọc; những nơi khó khăn về nguồn điện, dễ ngập lụt khi có mưa to. Để phát huy hiệu quả xúc, MXTLGT nên làm việc với gương trên mức máy đứng, còn MXTLGN nên làm việc với gương dưới mức máy đứng với cách lựa chọn hệ thống cần gầu - tay gầu - gầu xúc để điều chỉnh lực xúc thích hợp khi xúc bốc.
MXTLGN khi xúc vật liệu nặng ở xa, nên lắp loại cần gầu dài, tay gầu dài và gầu xúc có dung tích nhỏ (Hình 3.5-a); Khi xúc vật liệu nặng trung bình với khối lượng lớn, cần lắp loại cần gầu ngắn, tay gầu ngắn và gầu xúc có dung tích lớn (Hình 3.5-b); Khi xúc vật liệu cứng, nặng, nên lắp loại cần gầu ngắn, tay gầu ngắn và loại gầu xúc hẹp (Hình 3.5-c); Khi xúc vật liệu nặng, khoảng cách khá xa, nên lắp loại cần gầu và tay gầu có cơ cấu trợ lực cùng với loại gầu xúc đặc biệt (Hình 3.5-d).
Hình 3.5. Các sơ đồ điều chỉnh lực xúc phù hợp cho MXTLGN
Máy xúc gàu treo (MXGT) được dùng nhiều trên các mỏ lộ thiên trên thế giới để bóc đất đá mềm, ngậm nước hoặc đất đá cứng được làm tơi vụn tốt. Ở LB Nga thường dùng MXGT để xúc chuyển đất đá từ các tầng bóc đất vào bãi thải trong trên các mỏ khai thác than nâu. MXGT thường có chiều dài cần và dung tích gàu lớn. Máy xúc ES - 100/125 do hãng AO.YZTM (LB Nga) sản xuất có E = 100 m3 và chiều dài
cần tới 125 m. Máy xúc 2570 WS do hãng Harnisfeger (P & H) chế tạo có trang bị hệ thống chuẩn đốn điện tử phát tín hiệu khi có sự cố hỏng hóc, với E = 120 m3 và chiều dài cần 128 m.
Máy bốc chạy bánh lốp được các mỏ lộ thiên thế giới sử dụng trong khâu bốc đất đá mềm, tơi vụn hoặc đất đá cứng được làm tơi tốt và dùng để xúc than. Ưu điểm của máy bốc là có tính cơ động cao, có khả năng leo dốc tốt, có thể thay thế cho đồng bộ máy xúc và ô tô khi cung độ vận tải dưới 200 m. Máy bốc hoạt động đặc biệt có hiệu quả ở các khu kho bãi trong việc đánh đống, xúc chuyển và phân loại sản phẩm sau nghiền đập. Nhược điểm là lực xúc yếu, thơng số làm việc nhỏ, máy khơng có trục quay như máy xúc nên việc dỡ tải vào thiết bị vận tải phải quay lùi tốn nhiều thời gian. Tuy nhiên, trên các mỏ lộ thiên thế giới chỉ dùng máy bốc để thực hiện các công việc phụ trợ, chứ không thể coi máy bốc là thiết bị xúc bóc cơ bản.
Máy bốc CAT-994 có cơng suất 932 KW, bóc đất đá với các gàu có dung tích khác nhau, từ 1420 m3, khi bóc than dùng gàu 30 m3, có khả năng leo dốc tới i = 20 %. Hãng Komatsu (Nhật Bản) từ năm 2001 đã xuất xưởng hàng loạt máy bốc bánh lốp WA-1200-3 theo đơn đặt hàng của các mỏ lộ thiên ở Ôxtrâylia, Mỹ và Canada. Đây là các máy bốc có dung tích gàu E=30 m3, có trang bị hệ thống điện tử để điều khiển động cơ, báo hiệu tình trạng làm việc của máy, điều khiển hệ thống thuỷ lực và lưới sắt bảo vệ lốp (Hình 3.6).
Hình 3.6. Lưới sắt giúp nâng tuổi thọ cho lốp của máy bốc
Máy xúc nhiều gàu kiểu rơto và kiểu khung xích là loại thiết bị xúc bóc hoạt động liên tục, có năng suất cao, trang thiết bị kỹ thuật hiện đại, có thể hoạt động tự động hoàn toàn, được sử dụng rộng rãi trên các mỏ than nâu có đất đá mềm, khơng cần làm tơi sơ bộ, vỉa nằm ngang hoặc dốc thoải ở CHLB Đức, Séc, Slovakia, Balan, LB Nga, Mỹ,… Các thiết bị xúc bóc loại này được kết hợp với vận tải băng tải đặt trên cầu thải đá hoặc công xôn thải đá. Các hãng máy mỏ thế giới có thế mạnh về sản xuất loại máy xúc này là Krupp và Takraf (CHLB Đức), các nhà máy chế tạo máy Đônhet, Novo - Kramatorxki và Adovxki (LB Nga). Phổ biến là các loại máy xúc có năng suất bóc đá rời Q = 15006000 m3/h. Loại lớn nhất (do Krupp chế tạo) là SchRs
.51 17 9 6600 có Q = 19.000 m3/h.
Hình 3.7. Máy xúc nhiều gầu cỡ lớn (Bagger 288) kiểu rôto
trọng lượng máy 13.000 t, dài 280 m, cao 100 m, năng suất 240 nghìn tấn/ngày
Hình 3.8. Máy xúc nhiều gầu cỡ lớn kiểu xích kết hợp với vận tải bằng băng tải
3.4.4. Kinh nghiệm lựa chọn ô tô vận tải
Theo kết quả nghiên cứu và kinh nghiệm rút ra từ hoạt động thực tiễn trên các mỏ lộ thiên thế giới thì tải trọng ơ tơ sử dụng cho mỏ lộ thiên được chọn trên cơ sở dung tích gàu xúc của máy xúc và quãng đường vận tải của ô tô. Mối quan hệ đó được biểu thị qua biểu thức:
4,5.E a3 L. o
q , tấn (3.4)
Trong đó: a - hệ số, a = 3 khi E 4 m3 và a = 2 khi E < 4 m3.
Số lượng gàu xúc đầy ơ tơ (ng) có mối quan hệ với quãng đường vận tải theo số liệu kinh nghiệm như sau:
Khoảng cách vận tải L, km: 1 2 5 7 8
Số gàu xúc đầy ô tô ng: 4 6 6 8 8 12
Một số chuyên gia mỏ khác đã đưa ra các số liệu kinh nghiệm giữa các thơng số trên với dung tích gàu xúc như sau (Bảng 3.1):
Bảng 3.1. Số gàu xúc đầy thùng xe ơ tơ theo kinh nghiệm
Dung tích gàu E, m3
Số gàu xúc đầy ng khi cung độ vận tải L, km
1 2 3 4 5 6 7 8 3,2 5,5 6,4 8,0 10,0 4,0 5,5 6,4 8,0 10,0 5,0 5,2 6,2 7,6 9,6 6,3 5,2 6,2 7,6 9,6 8,0 4,7 5,7 7,3 9,3 10,0 4,7 5,7 7,3 9,3
Căn cứ vào số gàu xúc đầy ô tô, xác định được tải trọng ơ tơ cần tìm. Khi xúc vật liệu nặng (đất đá, quặng,…) thì tải trọng ơ tơ cần tìm là:
r d d g o K . K . E . n q , tấn (3.5)
Khi xúc vật liệu nhẹ (than, đá túp,…) thì dung tích thùng xe ơ tơ cần tìm là: l đ g o K K . E . n V , m3 (3.6)
Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ơ tơ lựa chọn theo dung tích gàu xúc E và quãng đường vận tải L; E - dung tích gàu xúc m3, Kđ - hệ số xúc đầy gàu; Kr - hệ số nở rời của đất đá trong gàu xúc; đ - khối lượng riêng của đất đá trong vỉa, t/m3; Kl - hệ số lèn chặt của đất đá trong thùng xe do quá trình dỡ tải của máy xúc, Kl = 1,051,1.
Khi vận tải theo chu trình kín thì số lượng ơ tơ phục vụ cho một máy xúc được xác định theo biểu thức:
No = 10,56 - 1,13.ng + 1,08.L , chiếc (3.7)
Ơ tơ là thiết bị vận tải được sử dụng trên hầu hết các mỏ lộ thiên thế giới. Khối lượng vận tải trên mỏ lộ thiên bằng ô tô ở Mỹ là 85%, ở Pêru là 91%, ở LB Nga là 62,5% đối với đất đá và 50,9% đối với than. Tải trọng ô tô được sử dụng phổ biến là 75180 tấn. Theo kinh nghiệm của LB Nga thì trên các mỏ than lộ thiên, sử dụng ơ tơ có tải trọng 150250 tấn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn hơn so với khi sử dụng ơ tơ có tải trọng dưới 100 tấn. Trong điều kiện địa hình phức tạp, đường xấu và dốc, người ta sử dụng ô tô khung mềm thay cho ơ tơ khung cứng. Ơ tơ khung mềm do cấu tạo đặc biệt gồm nhiều khớp nối, phân bố tải trọng hợp lý nên có một số ưu điểm sau:
- Bán kính vịng nhỏ so với ơ tơ khung cứng cùng tải trọng - Khả năng vượt dốc cao, có thể vượt được dốc i = 30 %.
- Các bánh đều là bánh chủ động nên lực kéo của ô tô lớn, cho phép hoạt động tốt trên các địa hình lầy lội, chật hẹp, ghồ ghề.
Hiện trên nhiều mỏ lộ thiên thế giới đang sử dụng loại ô tô này của các hãng Volvo và Unit-Rig như A-35D, A-40D, 2566B, 4066B,… Riêng hãng Unit - Rig trong những năm vừa qua đã cung cấp cho các mỏ lộ thiên thế giới hơn 1800 xe khung mềm.