CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ THIẾT BỊ CHO MỎ LỘ THIÊN
2.2 Phân loại và đặc điểm của các phương pháp lựa chọn đồng bộ thiết bị
2.2.1 Nhóm các phương pháp cổ điển
2.2.1.2 Lựa chọn đồng bộ thiết bị khâu xúc bốc vận tải
Trong đồng bộ thiết bị thì thiết bị xúc bốc thường được lựa chọn đầu tiên và được coi là thiết bị chủ yếu của dây truyền đồng bộ thiết bị vì nó chiếm đến 60% giá thành sản phẩm. Thiết bị xúc được lựa chọn trên cơ sở:
+ Qui mô sản xuất (sản lượng than, khối lượng đất bóc).
+ Điều kiện mỏ địa chất (chiều dày, sản trạng của vỉa than và đá bóc, kích thước và hình dạng khoáng sàng, địa hình mỏ, tính chất cơ lý của đất đá).
+ Các yếu tố kỹ thuật công nghệ mỏ.
+ Giá thành khai thác 1 tấn sản phẩm.
a. Chọn thiết bị xúc bốc
Thiết bị xúc bốc được lựa chọn chủ yếu theo qui mô sản lượng mỏ và kích thước hình học mỏ. Đây là một trong những điều kiện quan trọng khi xác định dung tích gàu xúc. Dung tích gàu xúc phù hợp khi biết sản lượng bóc đất của mỏ và các thông số hình học mỏ biểu thị qua biểu thức 2.1.
n t p tb S K tb
Q K M L V L
n L . . . .
' γ
=
= (2.1)
Trong đó:
n’- số luồng công tác đồng thời;
Ltb- chiều dài trung bình khai trường, m;
Kt- hệ số bóc sản xuất, m3/tấn.
Biểu thức (2.1) cho thấy vế phải là số máy xúc cần thiết để thực hiện khối lượng đất đá, do đó:
Qn = LK.Vs.M.γp.Kt
Từ đó xác định được dung tích gàu xúc (E) phù hợp với quy mô sản lượng đất đá của mỏ thông qua mối quan hệ như biểu thức 2.2:
tg ca x ca
t p s K ck
K T K N
K M V L E T
. . . . 3600
. . . .
. γ
= , m3 (2.2)
Trong đó:
Tck- thời gian chu kỳ xúc, s;
Nca- số ca làm việc trong năm;
Kx- hệ số xúc;
Tca- thời gian ca sản xuất;
Ktg- hệ số sử dụng thời gian ca máy xúc.
b. Chọn thiết bị vận tải
Phương thức vận tải bằng ôtô phù hợp với điều kiện đồi núi, kích thước khai trường chật hẹp như ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, bởi vì cường độ khai thác khi vận tải ôtô lớn hơn 1,5÷2 lần các phương thức vận tải khác; công nghệ vận tải ôtô linh hoạt, mềm dẻo cho phép đạt tốc độ xuống sâu Vs = 15÷20 m/năm. Nhờ vậy mà việc tăng sản lượng mỏ thuận lợi hơn so với các hình thức vận tải khác. Điều này rất phù hợp khi khai thác với góc bờ công tác lớn. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng sẽ kém khi cung độ vận tải > 5 km và chiều cao nâng tải lớn. Khi vận tải ô tô, việc lựa chọn tải trọng ô tô (q0) như sau:
- Số gầu xúc hợp lý đối với ô tô được xác định theo biểu thức 2.3.
d d
r
g EK
K n q
.γ .
0.
= , (2.3)
Hay:
r d d g
K K E q n . . .γ
0= , tấn (2.4)
Trong đó:
Kr- hệ số nở rời của đất đá trong gầu xúc, Kd- hệ số xúc đầy gầu.
Từ q0 cho phép lựa chọn loại ô tô phù hợp với điều kiện của từng mỏ.
Hệ số sử dụng tải trọng (Kq) và hệ số sử dụng dung tích (Kv) của ô tô được xác định theo biểu thức 2.5 và 2.6.
r o
d d g
q q K
K E K n
. . .
. γ
= (2.5)
0
. . .
V K K E
Kv = ng d l (2.6)
Trong đó: Kl- hệ số lèn chặt đất đá trong thùng ô tô, Kl = 1,05÷1,2.
Quan hệ giữa dung tích thùng ôtô (Vo) và dung tích gàu xúc của máy xúc (E) phụ thuộc vào khoảng cách vận tải xác định theo công thức:
)3
5 , 4
( E a L
Vo = + , tấn (2.7)
Trong đó:
E- Dung tích gàu xúc, m3;
a- Hệ số phụ thuộc vào dung tích gầu của máy xúc;
L- Khoảng cách vận tải, km.
c. Tính toán số ôtô, máy xúc
Sau khi đã lựa chọn được các tổ hợp thiết bị theo yêu cầu tiến hành tính toán số ôtô và máy xúc đảm bảo thực hiện sản lượng mỏ.
* Năng suất khâu xúc bốc vận tải - Năng suất cụm máy xúc tải - ôtô:
Các máy xúc tải chỉ làm việc hiệu quả trong phạm vi cung độ ≤ 300- 500, do vậy ở đây tính cho trường hợp máy xúc tải xúc đá nổ mìn đổ lên ôtô để xem xét và so sánh theo biểu thức 4.25:
dp o
o xt
ng ca
ca q K K K
T T
T
Q T . . 1. 2. +
= − , tấn (2.8)
Trong đó:
Tca, Tng, Txt, Tô- Tương ứng với thời gian 1 ca, ngừng làm việc trong ca do tổ chức sản xuất, thời gian chất tải và thời gian ô tô chờ nhận tải, phút;
K1- hệ số dọn gương tầng của máy, K1 = 0,97;
K2- hệ số giảm năng suất do chiều cao đống đá xúc thấp, K2 = 1;
Kđp- hệ số địa phương, Kđp = 0,85.
Khi tính cả ảnh hưởng của lực cản xúc thì năng suất máy xúc tải xác định như biểu thức 2.9.
d xt x o
ck
d dp ca tg o d
ca T q EK T
K T K q E Q K
γ γ . . . .
. . . . . . . 3600
= + , m3/ca (2.9)
Trong đó:
Kd, Ktg- hệ số xúc đầy và hệ số sử dụng thời gian ca của máy;
Kd = 0,85÷0,95 tuỳ thuộc vào hệ số nở rời và cỡ hạt trung bình;
Ktg = 0,83; 0,8; 0,75; 0,7- tương ứng với điều kiện: dễ xúc, trung bình, hơi khó và khó xúc.
- Năng suất tổ hợp máy xúc - ôtô
Năng suất giờ của tổ hợp máy xúc- ôtô được tính theo biểu thức 2.10:
dp q E o ck
tg q
o o xt
dp tg
th q K K
T T K K T q
T K
Q K . . .
. . . . 60
. . . 60
= +
= +
ξ
ξ , tấn/h (2.10)
Trong đó:
qo,qE- Tải trọng ôtô và khối lượng đất đá trong gàu xúc, tấn;
Kq- hệsố sử dụng tải trọng ôtô, Kq = 0,9;
Txt, To- thời gian chất tải, chờ ôtô nhận tải, phút; Txt = Tck . ξ ; ξ = qo/qE
- Tính toán số ôtô phục vụ 1 máy xúc
Thời gian chu kỳ vận chuyển của ôtô bao gồm: Thời gian chạy trên đường kể cả có tải và chạy không tải quay về và dỡ tải của ôtô tính theo công thức 2.11:
dt k t
ck t
V L V
T L ⎟⎟⎠+
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ +
=3600 , giây (2.11)
Trong đó:
L- cung độ vận tải, km;
Vt, Vk- tốc độ xe chạy có tải và không tải, km/h;
tdt-thời gian dỡ tải, s;
Số ôtô để phục vụ cho máy xúc là: = +1
xt o ck
T
n T , chiếc Năng suất năm của các tổ hợp xúc bốc - vận chuyển
Qn = Qca.nca. Nn , m3/năm (2.12)
Số tổ hợp đảm bảo sản lượng mỏ
n th m
Q
N = A , chiếc (2.13)
Trong đó:
Qn- năng suất năm của tổ hợp, m3/năm;
Qca- năng suất ca của tổ hợp, m3/ca;
nca- số ca làm việc trong ngày;
Nn- số ngày làm việc trong năm, ngày.
So sánh giá thành các tổ hợp theo cự ly vận tải (kể cả chi phí khoan nổ) Giá thành (khoan nổ - xúc bốc - vận chuyển) 1 m3 đất đá của các tổ hợp xác định theo biểu thức 2.14:
kn d nth
o o x
db Z
Q n Z
Z = Z + . γ + ,đ/m3 (2.14)
Trong đó:
Zx- chi phí xúc đ/h;
Zô- chi phí vận tải, đ/h;
nô- số ôtô tối ưu trong 1 tổ hợp;
Qh- năng suất tổ hợp, T/h;
γđ- khối lượng riêng đất đá, T/m3; Zkn- giá thành khoan nổ, đ/m3
Qua việc so sánh giá thành của các tổ hợp sẽ chọn được dây chuyền đồng bộ thiết bị tối ưu.
2.2.1.3. Lựa chọn ĐBTB khâu làm tơi đất đá
Đối với các mỏ lộ thiên Quảng Ninh có độ cứng trung bình f = 7÷14, mức độ nứt nẻ chủ yếu cấp II, III. Nhằm đáp ứng yêu cầu sản lượng đất bóc trong những năm tới phù hợp nhất là sử dụng phương pháp làm tơi đá bằng khoan nổ mìn. Để phù hợp với các thiết bị xúc bốc vận tải có công suất lớn, xu thế là mở rộng đường kính lỗ khoan. Mở rộng đường kính lỗ khoan cho phép mở rộng quy mô vụ nổ, dễ thực hiện khâu cơ giới hoá nạp thuốc. Ngoài ra, mở rộng đường kính lỗ khoan cho phép mở rộng mạng lưới khoan nổ tiết kiệm chi phí.
a. Lựa chọn máy khoan
Các yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn thiết bị khoan là:
a.1. Phương pháp khoan:
Cấu tạo, cấu trúc và các tính chất cơ lý, mức độ nứt nẻ, độ khó khoan của đất đá cần khoan. Điều kiện địa hình, đặc điểm địa chất thuỷ văn khu vực cần khoan.
a.2. Lựa chọn đường kính lỗ khoan theo các yếu tố:
- Chiều cao tầng.
- Sản lượng mỏ.
- Dung tích gàu xúc
a.3. Chi phí giờ máy và giá thành khoan nổ 1 m3 là nhỏ nhất, đảm bảo sản lượng mỏ và nâng cao năng suất cho khâu xúc bốc.
b. Lựa chọn phương pháp khoan
Độ khó khoan Pk và khó nổ qc của đất đá mỏ được xác định như sau:
Pk = 0,007(δn + τc ) + 0,7γd (2.15) qc = [0,1kn (δn + τc +δk) + 4γd]1/3 (2.16) Trong đó:
δn, δk - độ bền nén, kéo của đất đá, kg/cm2; τc- độ bền cắt, kg/cm2;
γd- khối lượng riêng của đất đá, kg/cm3; kn- hệ số ảnh hưởng của mức độ nứt lẻ.
c. Lựa chọn đường kính lỗ khoan
Đường kính lỗ khoan phụ thuộc vào sản lượng mỏ yêu cầu, chiều cao tầng, độ cứng đất đá và dung tích của gầu máy xúc sử dụng. Đường kính lỗ khoan càng lớn tương ứng với sản lượng càng cao.
c.1. Lựa chọn đường kính lỗ khoan theo chiều cao tầng khai thác
Trên mỏ lộ thiên có thể sử dụng các chiều cao tầng khác nhau. Chiều cao tầng lớn nhất hmax phụ thuộc vào loại thiết bị khoan và dung tích gầu máy xúc sử dụng. Nói chung, chiều cao tầng có quan hệ tỷ lệ thuận với dlk. Mối quan hệ giữa đường kính lỗ khoan và chiều cao tầng thể hiện trên hình 2.1
Qua hình 2.1 thấy rằng với các mỏ vùng Quảng Ninh khi chiều cao tầng từ 13÷17m, đường kính lỗ khoan xác định như sau:
H= 13 m thì dlk = 80 ÷ 178mm H= 15÷17 m thì dlk = 90 ÷ 200mm
nên Không nên
Không nên 4
8 12 16 20 24 28
25 38 51 64 76 89 102 115 127 140 152 165 178 h (m)
32
dlk (mm)
Hình 2.1. Biểu đồ quan hệ giữa đường kính lỗ khoan và chiều cao tầng
c.2. Lựa chọn đường kính lỗ khoan phụ thuộc dung tích gàu xúc
Đường kính lỗ khoan và dung tích gầu xúc có quan hệ với nhau thông qua chỉ tiêu kích thước cỡ hạt trung bình hợp lý để cho máy xúc hoạt động có hiệu quả. Đối với đất đá dễ nổ và khó nổ vừa, kích thước trung bình hợp lý của cỡ hạt nổ mìn theo dung tích gầu xúc được tính theo biểu thức
(0,15 0,2).3 E
dtb ≈ ÷ , m (2.17)
Đường kính lỗ khoan còn phụ thuộc vào các tính chất cơ lý đá nứt nẻ:
với điều kiện địa chất các mỏ vùng Quảng Ninh không thể dùng phương pháp khoan xoắn. Phương pháp khoan xoay cầu áp dụng với đường kính ≥ 200 mm. Với đá cứng như ở mỏ than Cao sơn, Đèo Nai phải dùng đường kính trên 250mm. Nhìn chung phương pháp khoan đập xoay (đập đỉnh và đập đáy) với đường kính 90÷251 mm có thể khoan được mọi loại đá với độ cứng khác
nhau ở vùng Quảng Ninh. Đất đá nứt nẻ cấp IV và V khi chỉ tiêu thuốc nổ không thay đổi thì càng giảm dlk sẽ thu hẹp mạng lỗ khoan nên cỡ hạt đá nổ ra sẽ giảm đi. Đất đá nứt nẻ cấp I, II việc thay đổi dlk thực tế không làm thay đổi mức phá đá. Vì thế với đất đá nứt nẻ mạnh không phụ thuộc vào độ khó khoan nên áp dụng dlk lớn. Đối với đá khó khoan thường tăng chi phí khoan, nhưng kinh tế đạt được nhờ giảm chi phí nổ lần 2, xúc bốc và vận tải khi giảm dlk. Quan hệ giữa đường kính lỗ khoan với dung tích gầu xúc và cỡ hạt đất đá trung bình (hình 2.2).
dtb, mm
100 dlk,mm
75 I-Khó nổ 300 50 200 III
25 II-TB II
0 I
0 100 200 300 dlk,mm 5 10 15 20 E,m3 Hình 2.2: Quan hệ giữa cỡ hạt đá nổ mìn (dtb) và dung tích gầu máy
xúc (E) với đường kính lỗ khoan (dlk)
Đường kính lỗ khoan dlk còn được lựa chọn theo quy mô sản lượng mỏ, công suất thiết bị mỏ. Thiết bị càng lớn tương ứng cỡ hạt tối ưu càng to, có thể dùng đường kính và máy khoan cỡ lớn hơn và ngược lại.
- Các mỏ có độ khó nổ từ trung bình đến dễ nổ: Hà Tu, Núi Béo, Cọc Sáu lựa chọn đường kính lỗ khoan theo cơ cấu đồng bộ thiết bị được trình bày ở bảng 2.1.
- Các mỏ có độ khó nổ như: Đèo Nai, Cao Sơn lựa chọn đường kính lỗ khoan theo cơ cấu đồng bộ thiết bị được trình bày ở bảng 2.2.
100 III-Dễ
ổ