Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu sõu về cụng nghệ vận tải trờn mỏ lộ thiờn đó trực tiếp hoặc giỏn tiếp đề cập tới phương phỏp mụ hỡnh húa quỏ trỡnh sản xuất mỏ, tớnh toỏn thiết kế và tổ chức vận hành tổ hợp thiết bị vận tải theo mụ hỡnh tớnh toỏn kinh tế đảm bảo năng suất yờu cầu và hiệu quả kinh tế cao. Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu ở nước ngoài thường xuất phỏt từ điều kiện cỏc mỏ cú sản lượng lớn, cỏc thiết bị chế tạo đó qua thử nghiệm và đỏnh giỏ trờn quy mụ cụng nghiệp trong khoảng thời gian 5ữ10 năm.
Cỏc nghiờn cứu lựa chọn cụng nghệ vận tải đất đỏ hợp lý dựa trờn phương phỏp so sỏnh kinh tế theo hàm mục tiờu:
- Giỏ thành vận tải 1 tấn (1 m3) đất đỏ min
- Chi phớ xỳc vận tải và thải 1 tấn (1 m3) đất đỏ min
- Chi phớ quy chuyển khai thỏc hoặc vận tải 1 tấn (1 m3) đất đỏ min
Một số trường hợp khỏc đó tớnh đến mức độ khú khăn, tiờu hao nhiờn liệu, vật liệu, năng lượng...
Phương phỏp so sỏnh cỏc chỉ tiờu kinh tế: Giỏ thành vận tải đất đỏ, chi phớ quy chuyển vận tải đất đỏ…dựa trờn cỏc số liệu thống kờ, cỏc chi phớ mua thiết bị, đơn giỏ nguyờn, nhiờn liệu phụ thuộc thị trường, điều hành kinh tế của Nhà nước nờn chỉ đỳng trong giai đoạn so sỏnh. Trong khi đú, để nõng 1 tấn đất đỏ lờn chiều cao 1 m mỗi cụng nghệ vận tải đều phải tiờu hao một năng lượng nhất định. Năng lượng khụng phụ thuộc vào chớnh sỏch điều hành kinh tế của Nhà nước, lạm phỏt hay thị
24
trường. Năng lượng là chỉ tiờu mang tớnh khỏch quan nhất và đỳng trong mọi thời gian. Chớnh vỡ vậy, ngoài tiờu chớ lựa chọn về kinh tế cần kết hợp với tiờu chớ về tiờu hao năng lượng của cỏc cụng nghệ vận tải. Từ đú, Nghiờn cứu sinh (NCS) tập trung giải quyết cỏc vấn đề về việc lựa chọn cụng nghệ vận tải đất đỏ hợp lý theo cỏc điều kiện:
- Điều kiện cần: Quy mụ cụng nghệ phự hợp với đặc điểm hỡnh học, cụng suất trỡnh tự, HTKT và năng suất lớn nhất;
- Điều kiện đủ: Cụng nghệ vận tải lựa chọn cú chi phớ vận tải quy chuyển và tiờu hao năng lượng nhỏ nhất, ớt ảnh hưởng tới mụi trường.
1.3. Kết luận Chƣơng 1
Qua tổng quan hiện trạng sử dụng và kinh nghiệm nghiờn cứu cụng nghệ vận tải đất đỏ tại cỏc mỏ than lộ thiờn sõu trong và ngoài nước cho thấy:
- Cỏc mỏ than lộ thiờn Việt Nam thuộc dạng sõu và rộng bao gồm: Cọc Sỏu, Đốo Nai, Cao Sơn, Hà Tu, Khỏnh Hũa; thuộc dạng sõu và dài là mỏ than Na Dương. Hầu hết cỏc mỏ sử dụng HTKT xuống sõu, dọc, một (hai) bờ cụng tỏc, đất đỏ đổ bói thải ngoài (bói thải trong), CNKT khấu theo lớp dốc đứng;
- Cụng nghệ vận tải đất đỏ sử dụng ụ tụ đơn thuần với nhiều chủng loại, mó hiệu cú tải trọng từ 36ữ96 tấn hoạt động trờn cựng cỏc thụng số của HTKT. Từ năm 2009ữ2013, chi phớ vận tải chiếm 59,18% tổng chi phớ sản xuất mỏ; chi phớ đầu tư cho khõu vận tải chiếm 68,71% tổng đầu tư dõy chuyền sản xuất. Càng xuống sõu, chiều cao nõng tải, cung độ vận tải lớn. ễ tụ vận tải từ cỏc tầng sõu đó xảy ra hàng loạt cỏc hỏng húc, hao mũn lốp nhanh, tỡnh trạng tạm dừng nghỉ trong hành trỡnh nõng tải trờn bờ mỏ là thường xuyờn. Từ đú, chi phớ vận tải tại cỏc mỏ càng tăng;
- Cỏc mỏ than lộ thiờn sõu nước ngoài thường cú kớch thước hỡnh học mỏ và khối lượng đất búc lớn. Khi chiều cao nõng tải lớn, cụng nghệ vận tải ụ tụ được thay thế bằng liờn hợp ụ tụ - băng tải, ụ tụ - trục tải. Cụng nghệ vận tải liờn hợp đó phỏt huy cỏc ưu điểm và khắc phục cỏc nhược điểm của cỏc dạng vận tải. Đặc biệt, cụng nghệ vận tải chu kỳ - liờn tục, ụ tụ - băng tải dốc với hệ thống băng nộn cú gúc dốc từ 30ữ70o
mang lại hiệu quả cho sản xuất vỡ khối lượng xõy dựng cơ bản nhỏ, giỏ thành đơn vị thấp ớt ảnh hưởng tới mụi trường;
25
- Cụng tỏc nghiờn cứu lựa chọn cụng nghệ vận tải đất đỏ tại cỏc mỏ sõu đó được nhiều nhà khoa học thực hiện dựa trờn nhiều phương phỏp nghiờn cứu nhưng tập trung chủ yếu là phương phỏp so sỏnh cỏc chỉ tiờu kinh tế như: giỏ thành hay chi phớ vận tải… Cỏc chỉ tiờu kinh tế phụ thuộc vào thị trường và đỳng trong thời điểm so sỏnh. Trong khi đú, năng lượng để nõng 1 tấn đất đỏ từ khai trường lờn bói thải là chỉ tiờu khỏch quan đỳng trong mọi thời điểm. Cụng nghệ vận tải đất đỏ hợp lý cho cỏc mỏ than lộ thiờn sõu ở Việt Nam cần đỏp ứng cỏc yờu cầu: đảm bảo khối lượng mỏ với chi phớ vận tải quy chuyển và tiờu hao năng lượng nhỏ nhất và ớt ảnh hưởng tới mụi trường.
26
Chƣơng 2
ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC CễNG NGHỆ VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIấN SÂU VIỆT NAM 2.1. Đặc điểm cỏc mỏ than lộ thiờn sõu Việt Nam
2.1.1. Đặc điểm hỡnh học mỏ
Cỏc mỏ than lộ thiờn sõu Việt Nam thường cú dạng đất búc tập trung phớa trờn, khoỏng sản nằm phớa dưới sõu. Cỏc tầng phớa trờn cao cú khối lượng đất đỏ búc và chiều dài nhỏ; chiều dài tầng cụng tỏc và khối lượng đất đỏ búc lớn nhất tập trung tại khu vực hào vận chuyển chớnh. Số lượng tầng cụng tỏc lớn thường từ 10ữ15 tầng. Cường độ khai thỏc tại mỗi tầng tăng nờn cường độ phỏt triển đới cụng tỏc trờn cỏc bờ lớn. Biểu đồ phõn bố khối lượng than đất và chiều dài trung bỡnh tuyến cụng tỏc tại một số mỏ than lộ thiờn sõu Việt Nam như: Đốo Nai, Cọc Sỏu, Cao Sơn, Na Dương,... được thể hiện ở cỏc Hỡnh 2.1ữ2.3. Chi tiết tại Bảng PL 2.1ữPL 2.2 - Phụ lục Chương 2.
Hỡnh 2.1: Biểu đồ V, P, Lct=f(H) mỏ than Cọc Sỏu
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 V, P, Lct H, m Đất búc V, 1000 m3 Than P, 1000 tấn Lct, m Hào vận tải chớnh +30
27
Hỡnh 2.2: Biểu đồ V, P, Lct=f(H) mỏ than Cao Sơn
Hỡnh 2.3: Biểu đồ V, P=f(H) mỏ than Na Dương
2.1.2. Đặc điểm địa chất cụng trỡnh
Đất đỏ tại cỏc mỏ than lộ thiờn Việt Nam cú đầy đủ cỏc loại nham thạch: Cuội, sạn kết, cỏt kết, bột kết. Hàm lượng cỏc thành phần nham thạch thay đổi khỏ nhiều
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 V, P, Lct H, m Đất búc V, 1000 m3 Than P, 1000 tấn Lct, m Hào vận tải chớnh +50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 V, P, Lct H,m Đất búc V, 1000 m3 Than P, 1000 tấn Lct, m Hào vận tải chớnh +280
28
trờn cựng một khu vực khai trường và toàn mỏ. Tuy nhiờn, chiếm phần lớn là loại cuội, sạn, cỏt kết. Cường độ khỏng nộn lớn nờn khối lượng đất đỏ cần làm tơi bằng khoan nổ mỡn chiếm tỷ lệ từ 80ữ90% đất đỏ trong mỏ.
Khi khai thỏc xuống sõu, độ kiờn cố, thể trọng của đất đỏ, độ khối tăng lờn theo quan hệ hàm bậc nhất.
2.1.3. Đặc điểm khớ hậu - thủy văn
Cỏc mỏ nằm trong miền khớ hậu nhiệt đới giú mựa, đặc trưng bởi hai mựa rừ rệt, mựa mưa và mựa khụ:
- Mựa khụ bắt đầu từ thỏng 11 đến thỏng 4 năm sau; lượng mưa trung bỡnh hàng thỏng từ 30ữ40 mm. Lượng bốc hơi lớn nhất xảy ra vào mựa khụ từ thỏng 12 đến thỏng 3. Trong đú, lớn nhất là 11 mm (ngày 7/3/2004);
- Mựa mưa bắt đầu từ thỏng 5 đến thỏng 10 hàng năm. Cỏc trận mưa lớn thường tập trung vào thỏng thỏng 7 hoặc thỏng 8. Trong đú lượng mưa lớn nhất trong ngày đạt 409,3 mm (ngày 22/7/1986). Lượng mưa bỡnh quõn hàng thỏng từ 400ữ600 mm; hàng năm đạt xấp xỉ 2.500 mm.
Ngoài nước mưa, cỏc tầng sõu được bổ sung lượng nước ngầm. Lượng nước chảy vào đỏy mỏ lớn nhất (trong 1 ngày đờm) tại một số mỏ than lộ thiờn Việt Nam được thống kờ, tớnh toỏn và thể hiện ở Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Lượng nước chảy vào mỏ theo trận mưa lớn nhất trong ngày đờm
TT Tờn mỏ Diện tớch mặt mỏ, m2
Lượng nước chảy vào mỏ (m3) lớn nhất trong 1 ngày đờm
1 Đốo Nai 5.639.100 1.036.227
2 Cọc Sỏu 3.599.385 705.466
3 Cao Sơn 6.258.900 1.289.198
4 Na Dương 5.726.627 954.056
2.1.4. Đặc điểm cụng tỏc đào sõu
Với đặc điểm hỡnh học mỏ trờn sườn nỳi dưới moong sõu nờn khu vực khai thỏc than thường tập trung tại cỏc tầng phớa đỏy mỏ. Vào mựa mưa, đỏy mỏ ngập nước nờn cụng tỏc đào sõu khai thỏc than thực hiện từ thỏng 11 năm trước đến hết
29
thỏng 4 năm sau. Từ thỏng 5 đến thỏng 10 hàng năm, cỏc thiết bị khai thỏc di chuyển lờn cỏc tầng trờn cao, làm cụng tỏc búc đất chuẩn bị cho kỳ đào sõu mới. Cụng tỏc đào sõu thực hiện trờn toàn đỏy mỏ và theo một hướng cố định.
Cụng nghệ đào sõu chủ yếu là chia đỏy mỏ thành nhiều phõn tầng (trừ trường hợp cỏc mỏ cú chiều dài mỏ lớn). Đỏy khai trường khi kết thỳc mựa đào sõu là nơi chứa bựn nước trong mựa mưa. Tốc độ đào sõu hàng năm tại cỏc mỏ từ 10ữ15 m. Theo điều kiện kỹ thuật, tốc độ đẩy ngang bờ cụng tỏc từ 40ữ60 m. Từ đú, động thỏi đào sõu mỏ ảnh hưởng tới việc điều hành thiết bị vận tải theo mựa.
2.2. Đỏnh giỏ cỏc yếu tố ảnh hƣởng tới cụng tỏc vận tải đất đỏ tại cỏc mỏ than lộ thiờn Việt Nam
Khi khai thỏc cỏc tầng dưới sõu, cỏc yếu tố đặc trưng ảnh hưởng tới mỏ lộ thiờn gồm:
- Yếu tố tự nhiờn: Đặc điểm hỡnh học mỏ, lượng mưa, thời gian mưa, độ bền, độ nứt nẻ, độ lỗ hổng, độ ngậm nước, hệ số thấm, ỏp lực, mực nước ngầm;
- Yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng tới cụng tỏc vận tải gồm: Chiều dài, chiều cao nõng tải, sơ đồ vận tải; độ tin cậy của cỏc thiết bị; năng suất thiết bị; phương phỏp cung cấp nhiờn liệu; điều kiện vi khớ hậu…;
- Yếu tố tổ chức: Sự phối hợp giữa cỏc thiết bị; hệ số sử dụng thời gian ra sản phẩm...
2.2.1. Ảnh hưởng của yếu tố tự nhiờn đến cụng tỏc vận tải mỏ
Với đặc điểm hỡnh học mỏ cú dạng "trờn sườn nỳi - dưới moong sõu" nờn khối lượng cũng như cung độ vận tải trờn cỏc tầng khụng đều nhau và tập trung chủ yếu ở phớa dưới gần hào vận chuyển chớnh. Điều đú ảnh hưởng tới việc lựa chọn dạng vận tải. Khi vận tải bằng ụ tụ, sự phõn bố khối lượng và chiều dài tuyến cụng tỏc ảnh hưởng tới tải trọng ụ tụ, thụng số bề rộng mặt đường, mật độ lưu thụng xe.
Chiều sõu mỏ lớn đó làm tăng chiều cao nõng tải, chiều dài vận tải; tăng số tuyến cụng tỏc cũng như cỏc tuyến cụt, gõy khú khăn trong việc trao đổi cỏc thiết bị vận tải và làm giảm hệ số sử dụng thời gian vận hành xe. Vận tải đất đỏ cú tải theo 2 chiều lờn dốc và nằm ngang đó ảnh hưởng tới việc lựa chọn tải trọng xe và tải trọng bỡ vỡ nú liờn quan tới cụng cơ học vận chuyển đất đỏ bằng ụ tụ.
30
Lượng mưa, thời gian mưa ảnh hưởng tới hệ số sử dụng thời gian ra sản phẩm của ụ tụ. Với một mỏ cụ thể, khối lượng mỏ cố định, thời gian làm việc ra sản phẩm của ụ tụ ảnh hưởng tới cụng tỏc lựa chọn cụng suất thiết bị vận tải.
Độ bền, độ nứt nẻ, ảnh hưởng tới cỏc thụng số khoan nổ mỡn, kớch thước cục đỏ sau nổ mỡn. Kớch thước đỏ sau nổ mỡn ảnh hưởng tới hiệu quả xỳc của mỏy xỳc, hệ số đầy thựng xe khi vận chuyển, thời gian hao mũn lốp xe… Độ ngậm nước, hệ số thấm, ỏp lực, mực nước ngầm ảnh hưởng tới chất lượng mặt đường và trực tiếp là vận tốc di chuyển của ụ tụ. Chiều cao bờ mỏ lớn ảnh hưởng tới sự ổn định của bờ mỏ, bề rộng của tầng vận tải.... cỏc thụng số của tầng vận tải.
2.2.2. Ảnh hưởng của yếu tố kỹ thuật đến cụng tỏc vận tải mỏ
Khi tăng chiều sõu khai thỏc, số lượng tầng cụng tỏc tăng lờn. Do đú, sơ đồ vận tải đối với cỏc mỏ lộ thiờn sõu phức tạp do luồng hàng vận chuyển phõn tỏn, mật độ lưu thụng trờn đường mỏ lớn.
Theo [23], giỏ thành vận tải 1 tấn đất đỏ tại vựng Sarbaika (LB Nga) khi vận chuyển bằng ụ tụ sẽ tăng lờn theo chiều sõu và chiều dài vận tải và xỏc định theo cụng thức (2.1):
Cụ = 0,08H + 0,003L + 2,6 (2.1)
Trong đú: H và L - chiều cao và chiều dài vận tải, m.
Khi làm việc tại cỏc tầng sõu, độ tin cậy của cỏc thiết bị giảm, nờn năng suất thiết bị giảm. Theo [22], khi tăng chiều sõu khai thỏc, năng suất thiết bị giảm đi. Năng suất thiết bị ở độ sõu H cú thể xỏc định theo quan hệ (2.2):
QH = Qo.KH (2.2)
Trong đú: Qo - năng suất thiết bị ở độ sõu H = 0; QH - năng suất thiết bị ở độ sõu H; KH - hệ số ảnh hưởng của độ sõu đến năng suất gồm: sự phức tạp về địa chất, tổ chức sản xuất và thụng số của HTKT (chiều rộng mặt tầng cụng tỏc). Năng suất của mỏy vận tải theo chu kỳ phụ thuộc chiều sõu mỏ được xỏc định theo quan hệ (2.3):
. ( p )n . H o o t H K H i Q Q L m (2.3)
Trong đú: Lo - khoảng cỏch vận tải khi chiều sõu vận tải H = 0; i - gúc nghiờng tuyến đường vận tải; Kpt - hệ số phỏt triển tuyến đường; n,m - hệ số kinh nghiệm.
31
Theo [22], hệ số KH tựy thuộc loại thiết bị và độ sõu hoạt động, cú thể tham khảo ở Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Giỏ trị hệ số ảnh hưởng đến năng suất thiết bị và chiều sõu khai thỏc mỏ
TT Loại thiết bị Giỏ trị KH theo độ sõu H
H = 100 m H = 200 m H = 400 m 1 Mỏy xỳc EKG-4,6; EKG-8I 0,85ữ0,87 0,72ữ0,74 0,47ữ0,52 2 ễ tụ BELAZ-540 0,65ữ0,70 0,45ữ0,47 0,28ữ0,30 BELAZ-548 0,68ữ0,72 0,5ữ0,55 0,35ữ0,40
Theo [22], khi tăng chiều sõu khai thỏc, chiều dài cỏc tầng cụng tỏc dưới sõu giảm, cần giảm chiều dài bloc mỏy xỳc để đảm bảo tốc độ đào sõu. Điều đú làm giảm tốc độ chuyển động của ụ tụ. Tại vựng mỏ Krivbass, trờn mỗi đoạn xuống sõu 100 m của mỏ khi đỏy mỏ đào sõu từ 50ữ250 m thỡ năng suất của ụ tụ giảm 10ữ15%. Tiếp tục tăng chiều sõu đỏy mỏ từ 250ữ400 m thỡ năng suất ụ tụ giảm từ 20ữ25%.
Theo V.L.Yakovlev, khi kể đến mức độ phức tạp về điều kiện địa chất và tổ chức sản xuất theo từng dạng vận tải khối lượng vận chuyển (QH) tớnh theo T.km cú thể xỏc định theo quan hệ (2.4):
QH = (Lt +Kn.H)Vo, T.km (2.4)
Trong đú: Lt - khoảng cỏch vận tải thực tế, km; Vo - khối lượng đất đỏ vận chuyển, tấn; H - chiều cao nõng tải, km; Kn - hệ số tỷ lệ phụ thuộc từng dạng vận tải: Đối với vận tải bằng ụ tụ: Kn = 0,03; Đối với vận tải bằng băng tải: Kn = 0,015.
Điều kiện vi khớ hậu tại cỏc tầng sõu như: nhiệt độ, bức xạ, ỏp suất khụng khớ tại cỏc độ sõu khỏc nhau và tựy thuộc từng mựa sẽ khỏc nhau. Theo A.A. Kulesov [33], tốc độ chuyển động của ụ tụ tại cỏc tầng sõu phụ thuộc cỏc thụng số vi khớ hậu và được xỏc định theo quan hệ (2.5) và (2.6):
- Khi chuyển động cú tải:
34, 3 0, 75 0, 01 0,16 0, 08 0, 2 0, 51 o ct cp V L H J C T f B - 0,08to+0,65b+ 0,05So-6,1P-0,35q, km/h (2.5)
32
- Khi chuyển động khụng tải:
83, 4 1,35 0, 05 0,18 0, 2 8 0, 03 0, 08 0, 2 0, 4 78 o o ct cp o V L H J C T f B t b S P, km/h (2.6)
Trong đú: L, H - chiều dài và chiều cao nõng tải, m; T - chiều rộng đường ụ tụ,