Nghiên cứu lựa chọn phương án vận tải đất đá thải hợp lý cho mỏ than Đèo Nai

Đất đá bóc tập trung chủ yếu từ mức -100 lên mức +100, than tập trung từ mức -345 đến mức + 100 (hình 1).

Thời gian tồn tại của mỏ còn lại từ năm 2012 - 2037, với khối lượng đất đá bóc hàng năm khoảng 28,5 triệu m³ và sản lượng than khai thác 2,5 triệu tấn. Đối với đất đá thải, khối lượng gần 30 triệu tấn/năm là rất lớn, nếu vận tải bằng ôtô, cung độ vận tải từ 5- 9km, chiều cao nâng tải 300400m. Hiện nay, các thiết bị đang hoạt động khai thác, vận tải tại mỏ thuộc dạng tiền tiến gồm: máy khoan có đường kính d = 220250mm, máy xúc có dung tích gầu phổ biến từ 3,56,7m³, ô tô vận tải đất đá có tải trọng từ 5891 tấn. Với điều kiện khai thác, đổ thải tại mỏ có thể sử dụng phương án vận tải bằng ôtô hoặc liên hợp ôtô với băng tải. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả sản xuất, cần thiết phải xác định được phương án vận tải hợp lý trong điều kiện của mỏ. Trên cơ sở phân tích các phương án vận tải bằng ôtô đơn thuần và phương án liên hợp ôtô – băng tải, từ đó xây dựng và giải bài toán hàm mục tiêu chi phí vận tải đất đá nhỏ nhất để lựa chọn phương án hợp lý.

Đây là phương án vận tải ”truyền thống” tại các mỏ lộ thiên Việt Nam, với khối lượng đất đá vận tải hàng năm 28,5 triệu m³, cung độ vận tải đất đá từ 5-9km cần lựa chọn thiết bị máy xúc và ôtô phù hợp.

Chỉ tiêu quan trọng để lựa chọn máy xúc là dung tích gàu xúc E, được lựa chọn trên cơ sở hàm mục tiêu:

Chi phí xúc bốc vận tải  min

E _min E  E_max (Trong đó: E_min, E_max là dung tích gàu xúc nhỏ nhất và lớn nhất có thể sử dụng, được tính toán từ chiều dài và khả năng bố trí máy xúc trên tầng công tác).

E_min = , m³ (1)

E_max = , m³ (2)

Trong đó: t_c- Thời gian chu kỳ xúc, giây; N_ca- Số ca làm việc trong năm; K_x- Hệ số xúc; T- Thời gian ca sản xuất; - Hệ số sử dụng thời gian máy xúc.

Căn cứ vào khối lượng đất đá cần vận chuyển hàng năm, chiều dài tuyến công tác trung bình L_TB = 2000m, chiều dài bloc xúc L_x = 250 m thì dung tích gàu xúc E_min = 6,7 m³ và E_max = 15 m³ tương ứng với các ôtô có tải trọng q = 58-137 tấn.

Chi phí xúc bốc và giá thành các tổ hợp ôtô – máy xúc có thể sử dụng tại mỏ Đèo Nai được trình bày ở bảng 1.

Qua tính toán tại bảng 1 cho thấy tổ hợp máy xúc có E = 10m³, ôtô q = 91 tấn có chi phí thấp nhất nên được lựa chọn sử dụng tại mỏ.

Đây là phương án vận tải đất đá thải mới tại Việt Nam, với khối lượng vận tải yêu cầu hàng năm lớn, đất đá có độ bền nén trung bình P = 90- 130 MPa, để có thể vận chuyển bằng băng tải cần thiết phải nghiền, đập đất đá, tạo cỡ hạt và lựa chọn các thông số băng hợp lý.

Trong việc vận tải bằng băng tải, cỡ hạt đất đá lớn nhất có mối quan hệ chặt chẽ với chiều rộng băng tải, tốc độ và độ dốc băng, cỡ hạt tối ưu (d_tu) phụ thuộc vào chiều dài con lăn l_l, góc dốc sườn con lăn , góc dốc vật liệu trên băng :

d_tu = f(B, l_l, , ), cm (3)

Khi sử dụng băng tải lòng máng 3 con lăn, bề rộng băng B = 1,8- 2m, chiều dài con lăn l_l = 0,7 m, góc nghiêng sườn con lăn  = 35^o, góc chất tải  = 18^o – 20^o, thì d_tu = (30 – 40) cm

+ Tốc độ thích hợp của băng tải phụ thuộc phần lớn vào đặc điểm của vật liệu vận chuyển, năng suất yêu cầu và sức căng của băng. Các loại vật liệu nặng, và sắc nhọn nên được vận chuyển với một tốc độ trung bình để hạn chế rách băng.

Với đất đá mỏ Đèo Nai, chọn bề rộng băng tải B = 1,8-2m, tốc độ băng 4 m/giây.

+ Công suất băng được tính toán với hệ số dự trữ 1,2 là 15,5 triệu m³/năm (9140 tấn/giờ), khối lượng đất đá còn lại do máy xúc và ôtô đảm nhiệm.

Đối với mỏ Đèo Nai đang khai thác xuống sâu, điểm chuyển tải đầu tiên cũng chính là vị trí được lựa chọn dựa trên so sánh chi phí (giá thành) vận tải ôtô đơn thuần và vận tải băng tải kết hợp với ôtô theo chiều sâu khai thác. Chiều sâu đặt vị trí chuyển tải từ trên mặt mỏ (H) hay còn gọi là tầng tập trung mà tại đó chi phí vận tải ôtô thuần tuý lớn hơn hoặc bằng chi phí vận tải liên hợp được gọi là điểm chuyển tải đầu tiên của mỏ. Chiều cao nhóm tầng tập trung được xác định theo công thức

H = , m (4)

Trong đó: Z - Tổng chi phí tầng dịch chuyển (đ);  - Dung trọng đất đá (T/m³); S_y - Diện tích trung bình của tầng (m²); C_o, C_b - Tương ứng là chi phí nâng 1 tấn đất đá bằng ôtô và băng tải (đ/tấn).

Nếu sử dụng băng tải có bề rộng 1,8m, ôtô vận tải có tải trọng 91 tấn thì chiều cao nhóm tầng tập trung được tính toán tuỳ thuộc vào Z và được tính toán H = 60-75m. Như vậy, đối với Đèo Nai, bước dịch chuyển các tầng tập trung là 75 m (tương đương với 5 tầng khai thác).

Điểm chuyển tải này chính là hố nhận tải từ ôtô vào bun ke máy đập, vì mỏ đang khai thác nên vị trí điểm khai thác đặt trên bờ Tây moong Lộ Trí và có chiều sâu từ mặt mỏ mức +200 trở xuống bằng bội số của chiều cao tầng tập trung. Hố nhận được lựa chọn theo các vị trí +82 và -38 (hình 2).

Từ đặc điểm địa hình chọn tuyến băng như sau:

+ Phần trên sườn nghiêng: Đoạn nghiêng 1 (D2D), băng tải số 1, Từ mức -38 lên mức +82; Đoạn nghiêng 2 (EH) chia thành các đoạn băng tải số 2A, 2B, 2C, từ mức +82 lên +330.

+ Phần trên mặt bằng chia thành 02 đoạn: đoạn băng tải số 3 và đoạn băng tải số 4.

Các thông số tuyến băng lựa chọn được giới thiệu trên bảng 2

Bảng 2. Các thông số tuyến băng

TT	Q (Tấn/giờ)	Chiều rộng (mm)	Vận tốc (m/giây)	Chiều dài Lvc (m)	Độ cao nâng H (m)	P Chọn (Kw)
1	4570	1800	2,3	581	122	4×855
2A	9140	1800	4	450	59	4×825
2B	9140	1800	4	320	68	4x825
2C	9140	1800	4	412	60	4×855
3	9140	1800	4	1118	25	4×855
4	9140	1800	4	1430	20	4×1000
Bán di động	9140	1800	4	200	4.5	4×160
Kéo dài	9140	1800	4	2000	20	4×1400

2. Lựa chọn phương án vận tải đất đá hợp lý.

Từ những phân tích ở trên, giải bài toán hàm mục tiêu chi phí vận tải đất đá nhỏ nhất, cho thấy, với khối lượng đất đá cần đổ thải 28,5 triệu m³, sử dụng băng tải vận tải 15,5 triệu m³, sử dụng ôtô vận tải đơn thuần 13 triệu m³ thì giá thành đổ thải bằng liên hợp ôtô băng tải là 98.988 đ/ m³ bằng 80% giá thành đổ thải bằng ôtô đơn thuần.

1) Tại mỏ than Đèo Nai, với khối lượng đất đá thải trung bình hàng năm là 28,5 triệu m³, được đổ thải ra các bãi thải ngoài như Nam Khe Tam, Khe Chàm II-IV… cung độ vận tải 6,7 km, chiều cao nâng tải trên 500m, có thể sử dụng các dạng vận tải ôtô đơn thuần hoặc liên hợp ôtô - băng tải. Trường hợp vận tải bằng băng tải, với cỡ hạt đất đá trung bình sau nổ mìn là 0,6 m, độ cứng f = 15, cần phải nghiền, đập ra cỡ hạt d_max ≤ 0,4 m để cấp cho băng tải.

2. Sử dụng hệ thống vận tải liên hợp gồm: máy xúc có dung tích gàu E = 10 m³, ôtô có tải trọng 91 tấn, kết hợp băng tải, sẽ đảm bảo năng suất tuyến băng đạt 15,0 triệu m³/năm, giá thành đổ thải đất đá bình quân bằng 80% so với phương án sử dụng máy xúc - ôtô. Trong đó, băng tải được chia thành 4 đoạn có tổng chiều dài 4,3km, với các thông số băng tải như chiều rộng 1,8m; góc nghiêng sườn con lăn 35^o, tốc độ băng 4,0 m/giây, miệng bunke đặt tại mức +82; và – 38 và phải bổ sung thêm 02 trạm nghiền (mỗi trạm 1 máy nghiền thuỷ lực 2 trục cán, công suất 4.762 tấn/giờ)./.

Tài liệu tham khảo

1.Васильев М. В. (1975), Комбинированный карьерный транспорт , Издательство “Недра”, Mocквa.

2.Васильев М.В. (1983), Транспорт глубоких карьеров , Издательство “Недра”, Mocквa.

3. Кулешов А. А. (1980), Мощные экскаваторно– автомобильные комплексы

4. Pжевский B. B. (1985), Окрытыe гoрные pабoты , Издательство “Недра”, Mocквa.