Bài giảng Các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:137

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của bài giảng "Các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: vận tải đường sắt trên mỏ lộ thiên; vận tải ô tô trên mỏ lộ thiên; vận tải băng tải và máng trượt trên mỏ lộ thiên; công tác thải đá trên mỏ lộ thiên; công nghệ chế biến đá trên mỏ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Các quá trình sản xuất mỏ lộ thiên: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 11 VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT TRÊN MỎ LỘ THIÊN 11.1. Khái niệm chung Nhiệm vụ chủ yếu của công tác vận tải trên mỏ lô thiên là chuyển đất đá bóc vào bãi thải và khoáng sản có ích về trạm tiếp nhận (kho chứa, bến bãi hoặc nhà máy tuyển khoáng). Ngoài hai loại hàng cơ bản nói trên còn có các mặt hàng phụ khác như thuốc nổ và vật liệu nổ, thiết bị máy móc và phụ tùng thay thế, nguyên nhiên vật liệu cho các khâu công tác chính và phụ trên mỏ,… Thông thường ở mỏ lộ thiên có 2 khâu vận tải chính là vận tải trong mỏ và vận tải ngoài mỏ. Vận tải trong mỏ đảm nhiệm việc chuyên chở khối lượng mỏ từ các gương công các đến các trạm tiếp nhận và chuyển chở các hàng phụ vào mỏ. Vận tải ngoài mỏ đảm nhiệm chuyên chở khoáng sản có ích từ kho chứa hoặc từ nhà máy sàng tuyển đến nơi tiêu thụ. Nếu là công ty liên hợp thì thêm khâu vận tải ở phân xưởng - đảm nhiệm khâu chuyên chở khoáng sản có ích tới các phân xưởng đập, phân loại hay xưởng tuyển khoáng tuỳ theo sơ đồ gia công chế biến quặng. Đặc điếm của công các vận chuyển trên mỏ lộ thiên là: - Khối lượng vận tải lớn, hàng chủ yếu vận chuyển theo một chiều, mật độ phương tiện lớn (hàng chục, có khi hàng trăm triệu tấn khối lượng mỏ hàng năm). - Khoảng cách vận tải tương đối ngắn và thay đổi luôn (từ một vài km đến 1520 km). - Lượng vận tải hàng hoá tính theo đầu phương tiện lớn. Cường độ chịu tải của đường lớn. Khả năng quay vòng của phương tiện nhanh. - Hàng có khối lượng riêng lớn (1  5 t/m3 ), có độ cứng và độ mài mòn cao, độ cục của hàng không đồng nhất, có tải trọng động lúc chất và dỡ lớn. - Có liên quan chặt chẽ tới các khâu khác trong dây truyền công nghệ trên mỏ lộ thiên. - Giờ ngừng công nghệ chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ vận tải (bốc hàng, dỡ hàng, tránh nhau, kiểm tra dự phòng,…). - Địa điểm chất dỡ hàng không ổn định, đẫn đến phải làm lại thường xuyên đường vận tải trên tầng và trên bãi thải. - Độ chênh cao vận tải (chiều cao nâng tải) lớn. Khi khai thác chọn lọc và trung hoà quặng thì việc tổ chức vận tải trở nên phức tạp. - Việc bố trí hệ thống đường trong mỏ có liên quan chặt chẽ tới các yếu tố thành tạo vỉa quặng và mặt bằng chật hẹp của mỏ. - Chi phí vận tải chiếm tỷ lệ lớn trong kết cấu giá thành của sản phẩm mỏ (thường chiếm trên 40 %, có khi tới 65  75 %). Những dặc điểm trên đã đặt ra những yêu cầu cơ bản đối với khâu vận tải mỏ lộ thiên là: - Khoảng cách vận tải, đặc biệt đối với đất đá, phải là ngắn nhất nếu có thể. - Tạo mọi điều kiện để hệ thống đường trong mỏ là cố định, ít phải làm lại trong quá trình khai thác. - Trong một mỏ lộ thiên, số lượng hình thức vận tải và chủng loại thiết bị sử dụng nên là ít nhất để thuận lợi cho việc thay thế, tổ chức làm việc và sửa chữa. - Dung tích và độ bền của phương tiện vận tải phải phù hợp với công suất của thiết bị xúc bóc và dỡ hàng cũng như tính chất cơ lý của đất đá vận chuyển mà đặc trưng là mức độ khó vận chuyển của chúng. - Thiết bị vận tải phải có độ tin cậy lớn trong làm việc phải tạo điều kiện để thiết bị chính (máy xúc) có giờ chết là ít nhất. - Thiết bị vận tải lựa chọn phải an toàn trong công tác, phải tạo điều kiện để giá thành khai thác lộ thiên là nhỏ nhất. Cũng có thể có trường hợp khi tăng giá thành vận tải thì lại tiết kiệm chi phí ở một số khâu khác, thay đổi khối lượng công tác khai thác và xúc bóc và thay đổi sự phân bố theo thời gian, kết quả dẫn đến giảm giá thành chung của mỏ. Theo nguyên tắc tác dụng, người ta phân các hình thức vận tải trên mỏ lộ thiên thành: liên tục và gián đoạn. Theo phương pháp chuyên chở hàng, kiểu di chuyển của phương tiện 123
và kết cấu của đường, vận tải mỏ được phân thành: đường sắt, ô tô, băng tải, sức nước, trọng lực,… Hai hình thức đầu là vận tải gián đoạn và ba hình thức sau là vận tải liên tục. Hình 11.1. Vận tải bằng ô tô điện trên mỏ lộ thiên Đối với các thiết bị vận tải bằng bánh xe, theo loại đầu kéo người ta phân thành đường sắt và ô tô. Đầu máy kéo trong vận tải đường sắt bao gồm đầu tầu điện, đầu tầu nhiệt, đầu tầu điêzen - điện. Đối với ô tô có các loại ô tô chạy điêzen, điêzen - điện, và ô tô điện (trolleybus). Theo đặc trưng công tác chúng được phân thành loại cố định và loại di động. Loại thiết bị di động là tàu hoả, ô tô,…; loại cố định - trục tải, cáp treo, băng tải,… Tải lượng là khối lượng hàng hoá (tính bằng tấn hoặc mét khối) vận chuyển được trong một đơn vị thời gian (giờ, ca, ngày-đêm,…). Luồng hàng là dòng vật liệu chuyên chở có chất lượng nhất định chuyển vận theo một hướng nào đó trong thời gian tương đối ổn định. Vận chuyển một số lần không thường xuyên theo một hướng nào đó thì không gọi là luồng hàng. 11.2.Tính chất cơ lý của hàng hoá mỏ Những tính chất cơ lý chủ yếu của hàng hoá mỏ – cụ thể là của đất đá và quặng, có ảnh hưởng tới công tác vận tải là độ cục, khối lượng riêng, độ mài mòn, góc trượt tự nhiên, mức độ bám dính, độ ẩm,… Độ cục - hay là thành phần cỡ hạt của hàng hoá là sự phân chia từng cỡ hạt theo độ lớn của chúng. Theo cỡ hạt đồng nhất, hàng mỏ được chia thành cỡ hạt và cấp. Mức độ kích thước đồng nhất của cỡ hạt được đặc trưng bằng hệ số: d Ko = max (11-1) d min Trong đó: dmax- kích thức của hạt lớn nhất: dmim - kích thước của hạt nhỏ nhất. Khi Ko>2,5 thì hàng hoá mỏ được phân chia theo cấp kích thước. Hàng hoá trong một cấp bao gồm các cục đá và các hạt có giá trị khác nhau, nếu số lượng các cục đá lớn nhất  10 % thì độ cục của nó đặc trưng bằng các cục có kích thước amax, nếu < 10 % thì độ cục của nó đặc trưng bằng các cục đá gần với kích thước lớn nhất, các cục đá này có số lượng không nhỏ hơn 10 % so với toàn khối. Hàng hoá trong một loại được đặc trưng bằng kích thức trung bình của cục đá: d  d min dtb = max , mm (11-2) 2 Theo độ lớn của cục đá, hàng hoá mỏ được phân thành các nhóm sau: Cỡ hạt rất lớn: > 320 Cỡ hạt lớn: 161  320 Cỡ hạt trung bình: 61  160 Cỡ hạt nhỏ: 10  60 124
Phần cỡ hạt nhỏ hơn còn lại được phân chia thành đất đá dạng hạt 0,5  9,0 mm), dạng bột (0,05  0,49 mm) và dạng bụi (1). Hệ số nở rời Kr đối với đất đá mền (cát, cát pha, đất mặt, sét) có thể lấy bằng Kr =1,1  1,3; đối với đất đá cứng trung bình (than, diệp thạch) Kr =1,4  1,6 và đối với đất đá cứng có thể tới Kr =1,6  1,8. Hàng mỏ theo giá trị của  'd (t/m3) được phân thành các loại: Rất nặng: > 2,0 Nặng: 1,1  2,0 Nặng vừa: 0,6  1,1 Nhẹ: < 0,6 Độ mài mòn của hàng mỏ được xác dịnh bởi khả năng mài mòn của cục đá khi tiếp xúc và trượt trên bề mặt của phương tiện vận tải như bề mặt máng rót, băng tải... Theo mức độ mài mòn, hàng mỏ được chia thành 4 loại: không mài mòn, mài mòn ít, mài mòn vừa và mài mòn mạnh. Khi vận tải vật liệu có độ mài mòn lớn phải sử dụng các biện pháp chống mài mòn cho các chi tiết máy như dùng vật liệu đệm hay phủ lên bề mặt, làm kín ổ bi, bản lề,... không cho các hạt mài mòn rơi vào bề mặt ma sát. Góc trượt tự nhiên  của đất đá tơi vụn ở trạng thái đứng yên là góc nghiêng của sườn đống đá tơi vụn khi nó đứng yên, được đặc trưng bởi mức độ di động tương đối giữa các cục đá trong đống. Tính di động của chúng càng lớn thì góc trượt càng nhỏ, giới hạn cuối cùng của chúng là bằng 0, tương ứng tính di động lớn nhất của chất lỏng không có độ nhớt (thí dụ: nước). Góc trượt tự nhiên  khi vật liệu nằm trên tấm phẳng nằm ngang đứng yên (tĩnh) có giá trị lớn hơn so với khi nằm trên tấm phẳng nằm ngang dao động đ, đ ≈ (0,35÷0,7)β. Góc trượt tự nhiên của vật liệu ở trạng thái động đ là cơ sở để xác định tiết diện của dòng vật liệu vận chuyển trên băng tải. Tính bám dính là khả năng bám dính vào vật thể rắn của một số vật liệu rời như đất sét, đá phấn khi ẩm,... Khi vận chuyển các loại vật liệu này cần có các biện pháp chống bám dính như dùng lớp phủ chống dính, thay đổi kết cấu thùng xe, thay đổi góc nghiêng dỡ tải,.. 11.3. Đánh giá công nghệ các phương tiện vận tải Vận tải đường sắt là hình thức vận tải kinh tế đối với các mỏ có sản lượng trung bình và lớn, cung độ vận tải xa (trên 2  3 km ). Ưu điển của vận tải đường có thể sử dụng các dạng năng lượng bất kỳ và các loai đầu máy khác nhau, chi phí năng lượng nhỏ do sức cản chuyển động riêng của đoàn tàu nhỏ (2,0  2,5 kg/t khối lượng đoàn tàu); có khả năng đáp ứng mọi nhu cầu sản lượng của mỏ lộ thiên do có thể tăng số lượng đoàn tàu hoặc tăng tải trọng của đoàn tàu (tới 1500 t hoặc hơn); có khả năng tự động hoá trong điều khiển tàu chạy và trong các khâu phụ trợ khác; làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện khí hậu và địa chất mỏ bất kỳ; số lượng nhân viên phục vụ không nhiều; chi phí cho sửa chữa bảo dưỡng và khấu hao không lớn do thiết bị có độ bền, độ chắc chắn và thời gian phục vụ lớn (tới 20  25 năm); chi phí vận tải cho 1 t/km nhỏ (so với ô tô và băng tải - nhỏ hơn 4  6 lần). Bên cạnh đó, vận tải đường sắt đòi hỏi khắt khe về điều kiện địa hình: chiều dài tuyến công tác phải đủ lớn (không nhỏ hơn 300  500m), bán cong của đường lớn (không nhỏ hơn 100  120 m đối với cỡ đường rộng), độ dốc của đường phải nhỏ (dưới 25  30 %o), từ đó dẫn đến làm tăng một cách đáng kể chiều dài và số lượng hào dốc, chi phí đầu tư cơ bản cho khâu vận tải, khối lượng và thời gian xây dựng mỏ; làm cho việc tổ chức vận tải và trao đổi phương tiện ở gương phức tạp; làm giảm năng suất có thể của thiết bị xúc bóc, nhất là khi khai thác chọn lọc; công việc vận tải khi đất đá chứa sét, khi điều kiện thời tiết khí hậu không thuận lợi hoặc khi bảo dưỡng rất nặng nhọc. Khi vận tải đường sắt, công nghệ thải đá cũng như việc cơ giới hoá khâu thải đá khá phức tạp. 125
Vận tải ô tô được áp dụng chủ yếu cho mỏ lộ thiên có sản lượng trung bình và nhỏ với tải lượng dưới 15 triệu t/năm và phối hợp với các hình thức vận tải khác để áp dụng cho các mỏ lộ thiên lớn. Với các mỏ cỡ lớn có tải lượng 25  70 triệu t/năm có thể sử dụng có hiệu quả các ô tô cỡ lớn (80  180 t). Hầu hết các mỏ lộ thiên lớn của nước ta như Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Hà Tu, Núi Béo (Quảng Ninh), Apatit Lào cai, có tải lượng 20  45 triệu t/năm, sử dụng vận tải ô tô với tải trọng từ 27  96 t. Ưu diểm chính của ô tô là cơ động, linh hoạt và độc lập trong công tác; không có yêu cầu cao về điều kiện địa hình do khả năng vượt dốc lớn (80  100 %o), có bán kính vòng nhỏ (15  25 m). Những ưu điểm đó dẫn đến dễ phối hợp với thiết bị xúc bóc, tạo điều kiện tốt để tăng cao năng suất máy xúc; giảm được khối lượng làm đường, đào hào; rút ngắn thời gian xây dựng mỏ và chi phí đầu tư cơ bản cho khâu vận tải; nâng cao mức độ tập trung công tác mỏ, tạo điều kiện tăng nhanh tốc độ dịch chuyển tuyến công tác và cường độ ăn sâu của đáy mỏ. Vận tải ô tô đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng mỏ, khi khai thác khoáng sàng vỉa có cấu tạo phức tạp, khi khai trường có kích thước mặt bằng chật hẹp, khi địa hình mặt đất phức tạp, khi khai thác chọn lọc,… cũng như làm các việc phụ trợ khác trên mỏ. Nhược điểm cơ bản của vận tải ô tô là chỉ có hiệu quả kinh tế khi khoảng cách vận tải không lớn (2  3 km với ô tô có tải trọng  45 tấn và 4  5 km đối với ô tô có tải trọng 65  120 tấn), cường độ dịch chuyển cao trên đường (tới 10  12 ngàn chuyến/ngđ), số lượng phương tiện thiết bị và phục vụ lớn, tiêu hao dầu mỡ chất đốt tương đối cao, khi đường xấu và dốc thì các bộ phận cơ khí và động cơ hao mòn nhanh, giá trị vận tải ô tô lớn, bị ảnh hưởng lớn bởi các điều kiện thời tiết khí hậu và tình trạng đường sá, gây ô nhiễm môi trường. Ngày nay, người ta đã chế tạo được những ô tô kéo moóc, ô tô tự lật có tải trọng 120  180 tấn và lớn hơn để làm việc các máy xúc cỡ đại (dung tích gầu 25  60 m3 và lớn hơn) làm việc ở những mỏ lộ thiên có sản lượng lớn, cung độ vận tải xa và độ sâu khai thác không sâu lắm. Loại ô tô điêzen - điện và điêzen - cần vẹt (tải trọng 60  65 tấn và lớn hơn) sử dụng hợp lý cho các mỏ lộ thiên có tải lượng hàng hoá 10  20 triệu t/năm hoặc lớn hơn với cung độ vận tải 4  6 km. Ưu điểm chủ yếu của ô tô điện - cần vẹt là khả năng vượt dốc lớn (có thể tới 100  120 %o). Vận tải băng tải chủ yếu áp dụng để chuyên chở than, đất đá mềm, cát sỏi, sét chịu lửa và đất đá cứng được đập vỡ tốt trên các mỏ lộ thiên. Ưu điểm chủ yếu của băng tải là quá trình vận tải nhịp nhàng và liên tục: có điều kiện để nâng cao được năng suất thiết bị xúc bóc (so với khi vận tải đường sắt - cao hơn 25  30 %) và năng suất thiết bị thải đá; tổ chức vận hành đơn giản; giảm được đáng kể khối lượng công tác vận tải và khối lượng xây dựng cơ bản cũng như chiều dài toàn bộ của hệ thống đường sá do băng tải có khả năng vựơt dốc lớn (18  20o, nếu sử dụng các loại băng đặc biệt thì có thể tới 30  60o); tạo điều kiện để tăng tốc độ của tuyến công tác và đào sâu đáy mỏ; cải thiện điều kiện làm việc và an toàn lao động; tiêu hao điện năng điều hoà và không lớn; có điều kiện để tự động hoá và điểu khiển từ xa quá trình vận tải; năng suất làm việc cao; lắp đặt, di chuyển và sửa chữa băng đơn giản. Băng tải sử dụng có hiệu quả cao khi tải lượng hàng từ 20  30 triệu t/năm hoặc hơn trên các mỏ lộ thiên có chiều dày lớp đất bóc lớn; đất đá mềm, nếu đất đá cứng phải làm tơi tốt (khi cần, phải qua khâu nghiền đập), chiều sâu mỏ trên 150 m, khoảng cách vận tải 2,5  3 km. Lĩnh vực sử dụng băng tải bị hạn chế bởi những nhược điểm sau: khi vận tải đất đá có độ dính kết và ẩm (như sét, phấn thạch,…) thì dính băng, do vậy làm tăng giờ chết (để cậy gỡ) và giảm tốc độ chuyển động của băng; khi vận tải đất đá cứng, sắc cạnh thì băng chóng mòn (chỉ được 12  18 tháng); kích thước của cục đá không được vượt quá 25  35 % chiều rộng của băng (đối với băng hẹp, d  150  200 mm và đối với băng cỡ rộng d  300  400 mm); do chiều dài băng hạn chế nên cần nhiều băng, do vậy phải có nhiều bộ dẫn động và khi vật liệu rót từ băng này sang băng khác làm tăng độ mài mòn của băng. 126
Điều kiện thời tiết khí hậu có ảnh hưởng lớn tới chế độ làm việc của băng. Khi khai thác chọn lọc thì việc tổ chức vận tải bằng băng tải ở gương cũng gặp khó khăn. Việc chất thải vào băng yêu cầu phải liên tục không gây các va đập mạnh. Các loại băng dùng trên mỏ lộ thiên có thể đặt cố định hay di động, tự di chuyển được; có thể là loại băng truyền tải, băng cấp liệu, bộ liên hợp thải đá trang bị băng tải, hoặc là cơ cấu băng tải nằm trong các thiết bị xúc bóc, chất hàng,… Vận tải liên hợp là hình thức vận tải kết hợp nhiều phương tiện, phù hợp với điều kiện cụ thể về tự nhiên và kỹ thuật của một khu mỏ cụ thể. Vận tải liên hợp là ô tô - đường sắt (kết hợp thêm băng tải hoặc trục tải skip), ô tô - trọng lực - đường sắt, băng tải - sức nước, ô tô - tời dây trên không,….Với các mỏ lộ thiên sâu thì thường dùng ôtô vận tải trên tầng, sau đó dùng băng tải hoặc trục tải skip để chuyển khối lượng mỏ từ các tầng dưới thấp lên mặt đất. Từ mặt đất ra bãi thải có đường sắt, ô tô hay băng tải tuỳ theo địa hình cụ thể và cung độ vận tải. Vận tải liên hợp ô tô - đường sắt có sử dụng hiệu quả trên các mỏ lộ thiên có sản lượng lớn. Ở các tầng dưới thấp (từ độ sâu 120  150 m) thì dùng vận tải ô tô, sau đó chuyển tải cho đường sắt để kéo ra khỏi mỏ. Ở các tầng phía trên thì có thể dùng vận tải đường sắt vào trực tiếp tới gương xúc. Khoảng cách vận tải ô tô không nên vượt quá 0,7  0,9 km. Phối hợp vận tải ô tô và trục tải skip được sử dụng cho những mỏ lộ thiên sâu trên 150 m khi kích thước mặt bằng hạn chế, vỉa cắm dốc, đất đá ở bờ mỏ ổn định. Khoảng cách vận tải ô tô khi đó không nên lớn hơn 0,5  0,8 km. 11.4. Tính toán thiết bị vận tải Năng suất của thiết bị vận tải là số lượng hàng hoá mà thiết bị vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Trên các mỏ lộ thiên, khối lượng quặng vận chuyển thường được tính bằng t/h và đất đá vận chuyển được tính bằng m3/h. Cần phân biệt năng suất lý thuyết (hay năng suất hộ chiếu), năng suất kỹ thuật và năng suất thực tế (hay năng suất hiệu quả). - Năng suất lý thuyết là năng suất mà thiết bị đạt được trong điều kiện xúc đầy và hoạt động liên tục. - Năng suất kỹ thuật là năng suất đạt được mà trong đó đã kể thời gian ngừng trong quá trình làm việc do những nguyên nhân kỹ thuật không tránh khỏi, thí dụ như dịch chuyển đường, di chuyển bunke, dịch chuyển máy xúc vào vị trí mới ở gương… - Năng suất thực tế là năng suất ngoài thời gian ngừng không tránh khỏi kể trên, còn tính đến thời gian ngừng do những nguyên nhân công nghệ, tổ chức,... thí dụ thời gian giao nhận ca, kiểm tra, bơm dầu mỡ, thời gian ngừng do chờ máy xúc, tránh mìn, do lái xe chuẩn bị chưa tốt,… tất nhiên là năng suất kỹ thuật nhỏ hơn năng suất lý thuyết và năng suất thực tế nhỏ hơn năng suất kỹ thuật. Thời gian làm việc trong năm của thiết bị vận tải: N=365 - (nk + nl + ns) , ngày (11-3) Trong đó: nk - số ngày nghỉ việc trong năm do điều kiện thời tiết khí hậu: nl - số ngày nghỉ lễ và chủ nhật trong năm: ns - số ngày nghỉ để sửa chữa theo định kỳ (tiểu tu, trung tu, đại tu). Thời gian làm việc thuần tuý của thiết bị vận tải trong ca: T = T - (tm + th + td ) , h (11-4) Trong đó: T - thời gian ca làm việc; tm - thời gian tổn thất chung do trình tự tổ chức và công nghệ theo quy định; td - thời gian giao nhận ca (td = 0,5h); th - thời gian ngừng do sự cố ngoài dự kiến. Từ đó, số giờ làm việc thuần tuý trong một măn là: Tn = N.Tl.nc , h (11-5) Trong đó: nc - số ca làm việc trong ngày; N - số ngày làm việc trong năm. Năng suất giờ tính toán của khâu vận tải đối với quặng và đất đá là: A .k V .k Ah = q d , t/h và Vh = d d , m3/h (11-6 ) Tn Tn 127
Trong đó: Aq , Vd - sản lượng quặng và đất bóc hàng năm của mỏ, t/năm và m3/năm; kd - hệ số không điều hoà của khâu vận tải. Các thông số để xác định năng suất làm việc của thiết bị vận tải không liên tục và liên tục là khác nhau. Đối với thiết bị vận tải hoạt động theo chu kỳ (không liên tục) thì hàng được chất vào thùng xe (toa xe, thùng ô tô,…) và các thông số để tính năng suất của chúng là khối lượng hàng q trong thùng xe của đoàn tầu n (khi vận tải đường sắt), thời gian chu kỳ xe chạy tc(s). Nếu chiều dài đường đi có tải Lc và đường về không tải Lk là khác nhau (nhiều trường hợp bằng nhau ) thì : L L Tc = c  k  t n , s (11-7) ve vk Trong đó: ve , vk - tốc độ xe chạy lúc có tải, m/s; tn - thời gian nhận tải, dỡ tải và chờ đợi trong một chuyến, s. 11.5. Những đặc trưng công nghệ của đầu máy, toa xe Toa xe sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là toa hở, chịu được lực va đập mạnh, có khả năng dỡ hàng nhanh, có độ bền cơ học lớn. Trên mỏ sử dụng rộng rãi loại toa xe tự dỡ hàng và toa tự lật bằng hệ thống thuỷ lực, thông thường là loại dỡ hàng bên sườn. Tải trọng của toa xe từ 12180 tấn. Để chuyên chở quặng với khoảng cách vận tải 2025 km thì sử dụng loại toa xe tải trọng 63, 94 và 123 tấn. Nếu khoảng cách vận tải nhỏ hơn và khi vận tải than thì sử dụng toa xe tự hành chuyên dụng, tải trọng 90140 tấn, dung tích 90142 m 3 là có hiệu quả kinh tế hơn. Các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là là đầu tầu điện và đầu tầu nhiệt. Các thông số chủ yếu của đầu tầu là công suất Nd, lực kéo F, trọng lượng tính toán Pt và trọng lượng dính Pd , áp lực trục Po và bán kính quay có thể Re . F Nd = v  , cv (11-8) 270 F Hoặc Nd = v  , kw (11-9) 360 Trong đó:  - hiệu suất truyền động từ động cơ đến bánh xe chủ động. Trọng lượng bám dính Pd của đầu máy là phần trọng lượng đặt lên các trục chuyển động của nó. Lực kéo của đầu máy là ngoại lực cần thiết tiêu hao để khắc phục lực cản chuyển động. Khi tốc độ càng tăng thì lực kéo càng giảm. Khi vận tốc chuyển động không lớn thì lực kéo thường bị giới hạn bởi trọng lượng của đầu máy: Ft > Fd = 1000.  .Pd , kg (11-10) Trong đó: Ft, Fd - lực kéo tiếp tuyến và lực bám dính của đầu máy;  - hệ số bám dính của vành bánh xe dẫn động với đường ray. Khi tầu chuyển động thì:  =0,180,26, còn khi bánh xe trượt tại chỗ thì  =0,240,34 (giới hạn dưới dùng cho đầu máy hơi nước, giới hạn trên cho đầu tàu điện). Thông số cơ bản của toa xe là tải trọng, dung tích thùng xe, hệ số bì, số trục, áp lực lên trục, tải trọng lên 1 m đường, bán kính cong cho phép và các kích thước tổng quát của nó. Ngày nay người ta đã chế tạo được những đầu tầu điện, sử dụng dòng một chiều, có trọng dính tới 100150 tấn. Ưu điểm của đầu tầu điện là khả năng vượt dốc lớn (tới 40%o), bán kính cong tương đối nhỏ (6080 m), ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu, làm việc chắc chắn, vận hành và sửa chữa đơn giản. Nhược điểm chính của các đầu tầu điện là phải xây dựng các trạm điện kéo trên mỏ lộ thiên, chi phí đầu tư cơ bản ban đầu lớn, phải thường xuyên di chuyển mạng dây trần tiếp xúc theo tiến độ của gương công tác và bãi thải. Đầu tầu nhiệt (trên cơ sở truyền động điện) có hiệu suất truyền động cao (tới 28 %), cơ động trong việc cấp nhiên liệu, tiêu hao năng lượng không lớn lắm, không cần phải có mạng 128
điện trần tiếp xúc và các công trình đi kèm. Nhược điểm cơ bản của đầu tầu nhiệt là khả năng vượt dốc nhỏ (dưới 30 %), động cơ và các thiết bị phụ tùng chóng hỏng và sửa chữa phức tạp. Các đầu tầu nhiệt có trọng lượng đến 150180 tấn, đối với loại đầu tầu nhiệt có trọng lượng dính dưới 70 tấn thì chỉ được sử dụng ở những mỏ có tải lượng không quá 5 triệu t/năm. 11.6. Kết cấu của đường sắt Đường sắt bao gồm 2 bộ phận: bộ phận phía dưới và bộ phận phía trên. Bộ phận phía dưới là phần nền đường và các công trình xây dựng của nền đường. Bộ phận phía trên là đường ray, tà vẹt và nền đá dăm. Nền đường cùng với hệ thống thoát nước là bộ phận rất quan trọng của đường sắt. Phần nền đường để rải đá răm gọi là mặt bằng cơ bản. Chiều rộng của mặt bằng cơ bản phụ thuộc vào chiều rộng đường, số lượng đường và tính chất cơ lý của đất đá (Bảng 14.3). Nền đường có thể hoàn toàn trên nền đắp, trên nền đào, trên nền đất gốc (không đào, không đắp) hoặc là trên nền nửa đào nửa đắp. Nền đường phải đảm bảo độ ổn định khô ráo, dễ thoát nước. Khi là nền đắp, nếu chiều cao dưới 10 m thì độ dốc của sườn nền là 1:1,5; nếu trên 10 m từ 1:1,75 đến 1: 2. Hai bên sườn dốc phải để lại đai dự trữ có chiều rộng  2 m, dốc ra phía ngoài 24 %. Tiếp đến là hai rãnh thoát nước, có chiều rộng tới 1 m. Khi là nền đào thì hai bên nền đường phải có rãnh thoát nước, chiều rộng đáy 0,4 m, sâu 0,5 m. Ở phía trên hai bên bờ phải để lại các lề bảo vệ, phía ngoài các lề bảo vệ là các đê chắn nước đổ xuống nền đường. Khi nền là nửa đào nửa đắp thì sườn dốc phía đào phụ thuộc tính chất cơ lý của đất đá. Hào thoát nước được bố trí phía trong đường sắt dưới chân sườn dốc. Bảng 11.1 . Các thông số của nền đường sắt Chiều rộng mặt tầng cơ bản Cỡ đường sắt, mm 1524 750 Trên nền đắp - Khi một đường 4,6  5,5 2,8  3,4 - Khi hai đường 8,7  9,6 5,8  6,4 Trên nền đào, m (kể cả rãnh thoát nước) - Khi một đường 7,6  8,0 6,1  6,7 - Khi hai đường 11,7  12,1 9,1  9,7 Ray dùng để định hướng chuyển động cho các bánh xe, tiếp nhận và truyền áp lực xuống các phần tử nằm phía dưới (tà vẹt, nền đá dăm). Trong quá trình chuyển động, các bánh xe tác động lên ray lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến. Các lực này gây ra hiện tượng uốn cong ray trong mặt phẳng thẳng đứng và trong mặt phẳng nằm ngang, cũng như gây ra trên đó hiện tượng xoắn, nén ép, mài mòn. Vì vậy để chống lại các hiện tượng trên tiết diện của ray có hình dạng chữ I là tiết diện có các mômen chống uốn, chống xoắn lớn. Bảng 11.2 giới thiệu các thông số kỹ thuật của một số loại ray. Bảng 11.2. Thông số kỹ thuật của một số ray Loại Cỡ Trọng Kích thước ray ray đường lượng Cao Rộng Rộng Dày của (mm) (kg/m) của đỉnh của chân thân P75 1524 75.1 192 75 160 20.0 P65 1524 64.98 180 75 150 18.0 P50 1524 51.51 152 70 132 15.5 P43 1524 44.65 140 70 114 14.5 129
P38 1524 38.42 135 68 114 13.0 P24 750 24.04 107 51 92 10.5 P18 750 18.06 90 40 80 10.0 Chiều dài tiêu chuẩn của các loại ray đường cỡ rộng là 12,5 và 25 m, đối với đường cỡ hẹp là 7 và 8 m. Các chi tiết gá lắp ray dùng để cố định ray với tà vẹt và nối các ray với nhau, bao gồm tấm đệm và tấm lót dưới tay, bu lông, đinh vấu, nêm, tấm nối ray,… Số lượng tà vẹt dải trên 1 km đường phụ thuộc vào tải trọng đặt lên trục của đoàn tàu, tải lượng của luồng hàng, vận tốc chuyển động của đoàn tàu, loại đường ray và loại đá rải mặt đường, chất lượng của nền đường, bán kính cong và độ dốc của nền đường, thông thường số lượng tà vẹt rải trên 1 km đường là: Cỡ đường 1524 mm: 1440 1600 1540 1920 2000 Cỡ đường 750 mm : 1500 1625 1750 1856 Khi tăng số lượng tà vẹt rải trên 1km đường sẽ làm tăng được độ bền và độ ổn định của đường do giảm áp lực riêng đặt lên lớp đá dăm rải đường và đặt lên nền đường. Tuy nhiên khoảng cách giữa 2 tà vẹt không được nhỏ hơn 25 cm để không làm ảnh hưởng đến việc gia cố đá dăm ở nền đường. Tà vẹt phải rải đều, riêng ở đầu và cuối thanh ray thì rải dày hơn. Chiều dài của tà vẹt là 12,75 m đối với cỡ đường 1524 mm và 1,5 m đối với cỡ đường 750 mm. Nền đá dăm của đường sắt có tác dụng phân bố đều áp lực lên nền đường, giảm nhẹ va đập của đoàn tàu xuống nền đường, dễ thoát nước, giữ cho nền khỏi bị xói mòn và làm tăng sức kháng cắt của các bộ gá ray. Tiêu phí đá dăm cho 1 km nền đường là 15002000 m 3 đối với đường cố định và 6001000 m 3 đối với đường tạm thời. Vật liệu để làm đá dăm rải đường có thể là đá vôi, đá granít, đá sa thạch silic với cỡ hạt 2070 mm, cuội sỏi cát hạt lớn. Đối với đường di động ở mỏ có thể dùng ngay đất đá thải hoặc than có tính chất cơ lý tương đương để làm vật liệu rải nền đường. Chiều dày của lớp đá dăm phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá nền đường và tải trọng lên trục của đoàn tàu. Đối với cỡ đường 1524 mm thì chiều dày đó là 2540 cm và cỡ đường 750 mm là 1525 cm (số liệu dùng cho đường tạm thời). Với các tuyến đường cố định thì chiều dày lớp đá dăm rải nền là 60 cm. 11.7. Toa xe Theo tính chất sử dụng người ta phân biệt các loại toa xe thông dụng và toa xe dùng cho vận tải công nghiệp. Thông thường các toa xe dùng cho vận tải công nghiệp có cấu tạo và kích thước đặc biệt, phù hợp với mục đích sử dụng và chỉ dùng trong hệ thống vận tải công nghiệp. Theo kết cấu thùng xe người ta chia thành toa xe kín, toa xe hở, toa sàn, toa chuyên dụng,… Theo số trục bao gồm các loại toa hai trục, bốn trục, sáu trục và tám trục. Các toa xe còn đườc phân theo kích thước đoàn tàu, chiều rộng của 2 bánh xe và cấu trúc toa xe. Ở các mỏ lộ thiên thường sử dụng toa xe hở tức là toa xe trần vì nó thuận lợi cho việc chất dỡ hàng. Sự khác nhau cơ bản về cấu tạo của toa xe là phương thức dỡ hàng. Hàng hoá trong toa xe được dỡ xuống nhờ vào trọng lượng bản thân của chúng. Muốn vậy thì toa xe phải có cơ cấu quay hoặc lật nghiêng, có đáy nghiêng để hàng hoá trong toa xe có thể trượt xuống khi tháo lắp mở chắn. Các toa xe trần dùng trong mỏ lộ thiên bao gồm 2 loại: tự dỡ hàng và dỡ hàng cưỡng bức. Toa xe tự dỡ hàng có trang bị cơ cấu lật hoặc quay, hoạt động bằng khí nén hoặc thủy lực. Toa xe dỡ hàng cưỡng bức được trang bị thiết bị nâng hoặc quay lật đặt cố định ở các điểm nhận hàng. 130
Các toa xe hở dùng trong mỏ lộ thiên để chuyên chở dất đá và quặng, có thành đứng, đáy hình mái nhà nghiêng về 2 bên, khi mở thành chắn 2 bên hông hàng hoá tự trượt ra ngoài theo trọng lượng bản thân. Loại thường dùng ở mỏ có tải trọng 63, 69 và 125 tấn với dung tích tương ứng 72,5, 106 và 137,5 m 3 và hệ số bì là 0,34, 0,33 và 0,35. Chúng có chiều dài lớn nhất là 13,9, 16,4 và 20,2 m với chiều rộng tương ứng là 3,1 m. Các toa xe tự dỡ hàng có 2 hoặc 4 trục, tải trọng 2550 tấn, dùng để vận chuyển than, quặng hoặc đá dăm, có thành chắn hai đầu nghiêng để hàng hoá tự trượt xuống dưới khi mở thành chắn Toa xe sàn trên mỏ lộ thiên được dùng để chuyên chở vật tư kỹ thuật, máy khoan, máy ủi,… Khi chuyên chở máy xúc và các thiết bị nặng khác thì phải dùng loại toa xe sàn nhiều trục chuyên dụng, tải trọng tới 300 tấn hoặc lớn hơn. Các thông số chủ yếu của toa xe là: - Tải trọng q: khối lượng hàng hoá lớn nhất mà toa xe có thể chuyên chở được. - Trọng lượng bì qb: trọng lượng bản thân của toa xe. Nếu giảm được trọng lượng bì mà vẫn giữ được độ bền của toa xe thì sẽ tăng được trọng lượng có ích của nó và tiết kiệm được năng lượng dùng để chuyển động đầu máy. - Hệ số bì Kb: là tỷ số giữa trọng lượng bì và tải trọng của toa xe, đặc trưng cho mức độ q hoàn thiện của kỹ thuật chế tạo toa xe: Kb = b . q Tuy nhiên hệ số bì Kb chưa phản ánh được đầy đủ chất lượng sử dụng của toa xe, vì vậy người ta còn đưa ra khái niệm hệ số bì thực tế (hệ số bì vận tải) để kể đến sự sử dụng thực tế tải trọng của toa xe: q Kbt = b (11-11) V. d Trong đó: V - khối lượng hàng hoá chứa trong toa xe, m3; d - trọng lượng riêng của hàng hoá chuyên chở, t/m3. Trong thực tế sản xuất ở mỏ, toa xe chỉ được sử dụng ở chiều có tải, do vậy trọng lượng trung bình của toa xe trong một chuyến là: q c = (Kb +  )q , tấn (11-12) Lc Trong đó:  = ; Lc và Lk là khoảng cách vận tải của lượt đi có tải và lượt về Lc  L K không tải. Cho nên người ta còn sử dụng hệ số bì sản xuất Kbs để kể đến đặc điểm nói trên: Kbs = Kb +  (11-13) - Dung tích hình học của toa xe Vh được xác định theo kích thước hìmh học của thùng xe và có thể tính theo biểu thức: q Vh = , m3 (11-14) K v . d Trong đó: Kv - hệ số sử dụng dung tích của toa xe, có thể đạt từ 0,90 0,95 đến 1,11,2, tuỳ theo mức độ chất vơi hay đầy của hàng hoá trong thùng xe. - Số lượng trục n của xe xác định theo tải trọng cho phép p đặt nên mỗi trục: q  qb n= (11-15) p Kích thước toa xe cần quan tâm khi lựa chọn và tính toán thiết bị là chiều rộng lớn nhất, chiều cao lớn tính từ đỉnh ray và chiều dài lớn nhất kể cả các cơ cấu nối toa của xe. 11.8. Đầu máy Trên các mỏ lộ thiên có thể dùng các loại đầu máy: hơi nước, điện và nhiệt. Do tính chất của cômg tác vận tải mỏ mà các đầu máy sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu: khả năng 131
vượt dốc cao, khắc phục được bán kính cong nhỏ, ít phụ thuộc vào nguồn năng lượng, làm việc ổn định trong mọi điều kiện thời tiết khí hậu và hiệu quả kinh tế cao. Bởi vậy, đầu máy điện và đầu máy nhiệt là được dùng nhiều hơn cả. a. Đầu máy điện So với các loại đầu máy khác, đầu máy điện có những ưu điểm nổi bật là: 1. Khả năng vượt dốc lớn, có thể đạt tới 4045 ‰ 2. Công suất riêng của đầu máy lớn. 3. Tính kinh tế tương đối cao. 4. Có khả năng tăng trọng lượng dính của đoàn tàu bằng cách nối ghép hai hoặc nhiều đầu máy với nhau mà chỉ cần điều khiển chuyển động của đoàn tàu bằng một tốp thợ bất kỳ trong các đầu máy đó. 5. Điều kiện làm việc của thợ lái là tốt nhất. 6. Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu. 7. Tiêu hao năng lượng trong thời gian chờ đợi, chất tải là không đáng kể. Các thông số chủ yếu của đoàn tàu do đầu máy điện kéo là trọng lượng dính, công suất động cơ và công suất của nguồn điện cung cấp (Bảng 11.3) Bảng 11.3. Đặc tính kỹ thuật của một số đầu máy điện cần vẹt a. Một chiều c. Xoay chiều Các chỉ tiêu EL-2 L-1 3E 6E D-100M D-94 Trọng lượng đầu máy 100 150 150 180 100 94 Trọng lượng dính, kN 1000 1500 1500 1800 1000 940 Điện áp đặt lên cần vẹt, kW 1500 1500 1500 1500 10000 1000 Công suất máy, kW 160 242 198 317 165 200 Tốc độ, km/h 30,5 30,5 28 28,7 31 30 Dòng của động cơ (A) khi ở: - Chế độ ngắn hạn 230 234 190 300 355 380 - Chế độ lâu dài 200 200 148 260 255 340 Tải trọng lên trục, kN 250 250 250 300 355 380 Đường kính trục 1120 1120 1100 1200 1250 1250 dẫn động, mm Bán kính cong nhỏ nhất, m 60 60 60 60 75 75 Chiều dài đầu máy, m 13,28 21,32 20,96 21,37 15,46 16,22 Chiều cao lớn nhất, m 4,66 4,60 4,80 4,98 - - CHLB CHLB Nước sản xuất CH Séc CH Séc LB Nga LB Nga Đức Đức Trong lượng dính của đầu máy được xác định theo thông số vận tải của mỏ lộ thiên: độ dốc đường, chiều sâu mỏ và khoảng cách vận tải. Công suất của động cơ đầu máy được xác định theo chế độ làm việc của nó.Yếu tố ảnh hưởng chủ yếu tới công suất động cơ cần chọn là chiều sâu mỏ, độ dốc đường và tốc độ chuyển động cần thiết khi lên dốc. Đối với loại đầu máy có trọng lượng dính 1500 kN thì công suất riêng của động cơ phải đạt được 1,11,4 kW/kN, đối với loại có trọng lượng dính 3600 kN thì công suất riêng là 1,41,7 kW/kN. Theo phương thức cung cấp năng lượng điện, các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên được chia thành đầu máy điện cần vẹt, cần vẹt - ắc quy, cần vẹt - điêzen và ắc quy. Đầu máy điện cần vẹt là loại được sử dụng phổ biến trên mỏ lộ thiên. Năng lượng sử dụng cho động cơ hoạt động là dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, cấp qua mạng dây trần 132
(Hình 11.2), do vậy nguồn năng lượng là không hạn chế, nhờ thế mà công suât riêng (tính cho một kN trọng lượng dính) của đầu máy điện cần vẹt là lớn nhất so với các loại đầu máy điện khác. Điều đó cho phép đầu máy đạt được vận tốc lớn trong chuyển động và gia tốc lớn khi khởi động. Nhược điểm của đầu máy cần vẹt là phải sử dụng mạng dây điện trần do vậy không thuận lợi khi hoạt động trên các đoạn đường di động như trên các tầng công tác, các tầng thải. Đầu máy điện cần vẹt - điêzen sử dụng thuận lợi cho các mỏ lộ thiên có khoảng cách vận tải trên các tầng công tác và trên bãi thải lớn. Trên các đoạn đường cố định thì đầu máy được hoạt động nhờ năng lượng nguồn điện từ mạng điện dây trần. Còn trên các đoạn đường tạm thời (ở tầng công tác, ở bãi thải) đầu máy hoạt động nhờ năng lượng của động cơ điêzen. Năng lượng này chỉ đạt 25 35 % năng lượng định mức khi sử dụng nguồn điện. a) b) Hình 11.2- Sơ đồ cung cấp năng lượng cho đầu máy điện a) Điện một chiều; b) Điện xoay chiều 1. Mạng điện 3 pha; 2. Biến áp hạ thế; 3. Bộ nắn dòng 4. Thanh cấp điện; 5. Cáp trần; 6. Đường ray; 7. Dây tiếp đất Đầu máy điện cần vẹt - ắc quy được sử dụng trên những mỏ lộ thiên có các đường vận chuyển tạm thời tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ. Năng lượng điện cung cấp cho đầu máy hoạt động ở các đoạn đường di động được lấy từ bộ nguồn ắc quy . Khi chạy trên đường cố định thì đầu máy nhận năng lượng trực tiếp từ nguồn điện của mạng dây trần. Đồng thời, năng lượng tiêu hao trên đoạn đường di động của bộ ắc qui cũng được nguồn điện này bổ sung thông qua bộ nạp đặt trên đầu máy. Tuy nhên việc chế tạo những bộ nguồn ắc quy có điện dung cần thiết và tuổi thọ lớn là rất khó, do vậy làm hạn chế việc áp dụng những đầu máy điện cần vẹt - ắc quy có công suất lớn trên các mỏ lộ thiên. b. Đầu máy nhiệt Đầu máy nhiệt là loại đầu máy có trang bị động cơ đốt trong (Bảng 11.4). Theo phương thức truyền động mômen quay lên trục chuyển động người ta phân thành 3 nhóm: truyền động cơ khí, truyền động cơ điện, truyền động cơ thuỷ lực. Loại đầu máy nhiệt có cơ cấu truyền động điện được sử dụng khá phổ biến trong ngành vận tải đường sắt và trên các mỏ lộ thiên. Động cơ đốt trong làm quay máy phát một chiều hoặc xoay chiều để tạo ra dòng điện cung cấp cho động cơ điện và các thiết bị phụ trợ của đầu máy hoạt động. Bảng 11.4. Đặc tính kỹ thuật của một số đầu máy nhiệt do LB Nga sản xuất Các chỉ tiêu TRM-3 TЭM-1 TЭM-2 TЭM-3 Trọng lượng dính 680 1235 1224 2520 Công suất động cơ, kW 550 736 880 1470 Vận tốc định mức, v/ph 1400 740 750 850 Cơ - Thuỷ Loại truyền động Cơ Điện Cơ điện Cơ điện lực 133
Công suất đặt lên trục chuyển động, KW - 550 660 2430 Công suất máy phát, KW - 780 700 1350 Trong đầu máy có cơ cấu truyền động thuỷ lực, hệ thống truyền động thuỷ lực thông thường được nối trực tiếp vào bộ truyền cơ khí của động cơ điêzen và cho phép truyền được công suất lớn tới 750 kw. Đặc trưng cơ bản đánh giá tính ưu việt của đầu máy nhiệt là: - Hiệu suất công tác của đầu máy nhiệt đạt 2426 %. - Tính cơ động của đầu máy nhiệt cao, không phụ thuộc vào mạng cáp điện, không phải thường xuyên bổ sung dự trữ nước hay chất đốt. - Khả năng thay đổi chế độ công tác lớn, phù hợp với điều kiện làm việc đa dạng của mỏ lộ thiên. 11.9. Tính toán vận tải đường sắt a. Xác định trọng lượng đoàn tầu Trọng lượng của đoàn tàu trong điều kiện làm việc ở mỏ lộ thiên được xác định theo điều kiện cân bằng chuyển động của đoàn tàu trên độ dốc khống chế với việc sử dụng toàn bộ trọng lượng của đầu máy. d Khi cân bằng chuyển động thì v = 0, lực kéo F k bằng lực cản chuyển động: dt F k = Q(o’ + io) + Q(o” + io) , kN (11-16) Trong đó: P - trọng lượng tính toán của đầu máy kN; Q - trọng lượng của các toa xe của đoàn tàu, kN. Từ đó: F  P(o  i o ) ' Q= k , kN (11-17) o  i o " Giá trị lực kéo F k được xác định theo biểu thức: F k =1000.Pd. , kN (11-18) Trong đó: Pd - trọng lượng dính của đầu máy, KN;  - hệ số dính khi chuyển động  = 0,18 ÷ 0,26; io - độ dốc khống chế của đường. Khi kéo bằng đầu máy điện thì trọng lượng toàn phần của đầu máy bằng trọng lượng dính (P = Pd) thì: P (1000.  o  i o ) ' Q= d , kN (11-19) ("o  i o ) Trong đó 'o , "o - là sức cản chuyển động của đầu máy toa xe, N/kN. Khi chuyển động có dòng điện trên đường cố định: 'o = 1,5 +0,0014.v 2 (11-20) Trong đó: q o - tải trọng từ trục toa xe đặt lên hai ray, kN; v - vận tốc của đoàn tàu, km/h. Trong trường hợp tổng quát, trọng lượng đoàn tàu được xác định theo biểu thức: P (1000.k  'o  k  i k  108a ) Q= d , kN (11-21) ("o  k  i k  108a ) Trong đó: k - hệ số dính khi khởi động  = 0,24 ÷ 0,34; k - sức cản phụ khi khởi động; i k - độ dốc dọc của đường tại điểm đoàn tàu khởi động, %o; a = 0,0250,05, m/s2. Số toa xe trong đoàn tàu: 134
Q Q N=  (11-22) q  q b q (l  K b ) Trong đó: q - tải trọng của toa xe, kN; q b - trọng lượng bì của toa xe, kN; K b - hệ số bì. c. Khả năng thông qua của đường sắt: Khả năng thông qua của đường sắt là số lượng nhiều nhất đoàn tàu có thể đi qua trên một đoạn đường xác định (nằm giữa 2 ga liên tiếp) trong một đơn vị thời gian (thường lấy là một ngày đêm). Khả năng thông qua của đường sắt bị phụ thuộc bởi: 1. Số lượng đường sắt trên quãng đó. 2. Thời gian tàu chạy trên đoạn đường. Với trọng lượng đoàn tàu xác định và loại đầu máy sử dụng nhất định thì thời gian tàu chạy phụ thuộc vào chiều dài của chặng đường (giữa 2 ga) và độ dốc của đường. 3. Phương thức thông tin giữa các ga hai đầu chặng đường. Đối với đường 2 chiều, khả năng thông qua tính theo chuyến đi về là: 60T N , chuyến/ngđ (11-23) t c  t k  2 Trong đó:  - thời gian điều chỉnh chuyển động của đoàn tàu ở 2 ga tránh; t c , t k - thời gian của lượt đi có tải và lượt về không tải của đoàn tàu trên đoạn đường đó. 60L c 60L c tc  ; tk  , ph (11-24) vc vk Trong đó: L c - chiều dài chặng đường, km; v c , v k - tốc độ đoàn tàu khi có tải và khi không có tải, km/h. Đối với dường một chiều thì khả năng thông qua của đường xác định cho từng chiều: 60T Chiều có tải: Nc  , lượt/ngđ (11-25) t c  2 60T Chiều không tải: Nk  , lượt/ngđ (11-26) t k  2 Khả năng thông qua của đường sắt trên tầng là: 60T Nt  , chuyến/ngđ (11-27) t ch  t c  t k   Trong đó: t ch - thời gian chất tải của đoàn tàu; t c , t k - thời gian tàu có tải và không tải trên tầng;  - tổng thời gian chi phí cho móc nối, trao đổi, di chuyển,…tại gương công tác. Khả năng thông qua của đường sắt trên bãi thải có sơ đồ đường cụt là: 60T N th  , chuyến/ngđ (11-28) td  tc  tk   Trong đó: t d - thời gian dỡ tải của đoàn tàu, t d  (1,5  2)n , ph; n - số toa xe trong đoàn tàu. Khả năng thông qua của đường sắt trong mỏ bị hạn chế bởi khả năng thông qua của từng chặng giữa các ga. Trong tính toán thường lấy theo khả năng thông qua của chặng đường nào có địa hình khó khăn nhất (độ dốc lớn, bán kính cong nhỏ, đường phức tạp,…) và có chiều dài lớn nhất. Năng lực vận tải của đường sắt là khối lượng hàng hoá có thể chuyên chở qua trên tuyến đường đó trong một đơn vị thời gian. Nếu tải lượng là đièu hoà thì năng lực vận tải của một tuyến đường sắt xác định theo khả năng thông qua của nó trên chặng đường khó khăn nhất: N M  .n.q , t/ngđ (11-29) f Trong đó: N - khả năng thông qua của đường sắt; n - số toa xe trong đoàn tàu; q - tải trọng của một toa xe; f - hệ số dự trữ trong tính toán để kể đến sự làm việc không đều của đường sắt, f =1,10 1,25. 135
Để tăng năng lực vận tải của đường sắt trên mỏ có thể áp dụng các biện pháp sau: 1. Tăng tốc độ chuyển động các đoàn tàu bằng cách thay thế đầu kéo có công suất lớn hoặc cải thiện chất lượng đường. 2. Rút ngắn khoảng cách của các chặng đường giữa các ga tránh bằng cách tăng thêm các ga tránh phụ. 3. Hoàn thiện hệ thống thông tin tín hiệu để giảm bớt tiêu phí thời gian do làm việc không điều hoà. 4. Đặt thêm đường phụ để vận tải một chiều, tuy nhiên điều này làm tăng vốn đầu tư cơ bản lên một cách đáng kể. d. Năng suất đoàn tàu và số lượng đâù máy cần thiết. Năng suất của đoàn tàu là khối lượng khoáng sản có ích hay đất đá mà đoàn tàu chuyên chở được ra khỏi mỏ trong một đơn vị thời gian. 60T Qt  .n.q , t/ngđ (11-30) Tc Trong đó: T - thời gian làm việc trong ngày đêm, h; Tc - thời gian chu kì tàu chạy; n.q - tải trọng đoàn tàu. Tc  t ch  t d  t 'c  t"c  t 'k  t 'k  t "k  t o , ph (11-31) Trong đó: t ch , t d - thời gian chất tải và dỡ tải của đoàn tàu, ph; t 'c , t 'k - thời gian tàu chạy có tải và không tải trên đoạn đường cố định, ph; t "c , t "k - thời gian tàu chạy có tải và không tải trên đoạn đường tạm thời, ph; t o - thời gian vô ích của đoàn tàu do chờ đợi chất tải và dỡ tải và do các nguyên nhân khác, t o = 510 ph. V .nt .K t ch  t c r , ph (11-32) 60E.K d t d  nt'd , ph (11-33) 60L t 'c  t 'k  ' c , ph (11-34) v tb 60L t "c  t "k  " t , ph (11-35) v tb Trong đó: Vt - dung tích toa xe, m3; n - số lượng toa xe trong đoàn tàu; t c - thời gian chu kì xúc của máy xúc, s; E - dung tích của gàu xúc, m3; K r - hệ số xúc đầy gàu của máy xúc; t 'd - thời gian dỡ hàng của một toa xe, t 'd = 1,52 ph về mùa khô và 35 ph về mùa mưa; L c - chiều dài đoạn đường cố định, km; L t - chiều dài đoạn đường công tác (đoạn đường tạm thời), km; v'tb , v"tb - tốc độ trung bình tàu chạy trên đoạn đường cố định và trên đoạn đường tạm thời, km/h. Năng suất làm việc ngày đêm của đoàn tàu phụ thuộc vào trọng lượng có ích của đoàn tàu, chất lượng đường sá, tổ chức chỉ huy chạy tàu và công tác chất dỡ hàng ở gương công tác và ở bãi thải (hoặc kho chứa). Số lượng đầu máy cần thiết cho mỏ bao gồm các đầu máy làm việc, đầu máy sửa chữa, đầu máy dự phòng và đầu máy phục vụ cho công việc phụ trợ khác trong mỏ. Số lượng đầu máy để làm việc được xác định trên cơ sở số chuyến hàng hoá trong mỏ cần chuyên chở trong ngày đêm: f .Q hh R , chuyến/ngđ (11-36) n.q Trong đó: f - hệ số làm việc không điều hoà, f  1,051,15; Q hh - khối lượng hàng hoá phải chuyên chở trong ngày đêm của mỏ lộ thiên, t; n.q - tải trọng đoàn tàu, t. 136
T Với số chuyến của mỗi đoàn tàu trong 1 ngày đêm là r  , ta có số lượng đầu máy Tc cần thiết là: Q hh Tc Nd  f . . , chiếc (11-37) n.q T Theo kinh nghiệm thực tế thì số lượng đầu máy đem sửa chữa N'd  0,12Nd , số lượng dầu máy dự phòng N"d  (0,05  0,1) Nd và số lượng đầu máy dùng vào các công việc phụ khác như vận tải đá dăm để sửa chữa bảo dưỡng đường, vật tư kỹ thuật,…là N'd''  1  2 chiếc. Số lượng toa xe cần thiết cho mỏ (chưa kể dự trữ) là: Q T N tx  n.N d  f . hh . c , cái (11-38) n.q T 11.10. Tổ chức vận tải đường sắt trên mỏ lộ thiên a. Biểu đồ vận hành của đoàn tàu Trên mỏ lộ thiên, các đoàn tàu chuyển động theo chu trình khép kín: gương xúc - điểm dỡ tải - gương xúc. Tài liệu cơ sở để tổ chức chạy tàu là biểu đồ vận hành của đoàn tàu. Biểu đồ vận hành của đoàn tàu là biểu đồ biểu thị quá trình hoạt động của đoàn tàu theo không gian và theo thời gian trên đoạn đường từ gương công tác đến ga dỡ tải. Biểu đồ vận hành cho phép ta phân tích tỉ mỉ và trực giác các chu kỳ chuyển động của đoàn tàu và mối quan hệ giữa chúng trong từng thời điểm ở mọi vị trí bất kỳ của tuyến đường vận chuyển, trên cơ sở đó để tổ chức vận hành (bố trí các địa điểm để tránh nhau, trình tự chuyển động, thời gian bốc dỡ cần thiết,…) và điều chỉnh các hoạt động, nhất là khi gặp sự cố bất thường, để đảm bảo sự cân bằng công tác của mọi khâu trong dây chuyền sản suất của mỏ lộ thiên. Khi đường sắt là hai chiều, thì các đoàn tàu ngược chiều nhau phải tránh nhau ở các ga (Hình 11.3-a). Tàu đi không tải phải dừng để tránh tàu về có tải. Để đáp ứng nhu cầu của mỏ lộ thiên, có thể tăng số lượng đoàn tàu trong mỏ và tổ chức vận hành nối đuôi (Hình 11.3-b). Khi đó số lượng đường ở ga tránh phải tăng lên và thời gian tránh của các đoàn tàu không tải cũng bị kéo dài, tuỳ theo số lượng đoàn tàu nối đuôi. Khoảng cách cần thiết giữa 2 đoàn tàu nối đuôi là: Lo = 0,6lt + lh + la , m (11-39) Trong đó: lt - chiều dài đoàn tàu, m; lh - chiều đoạn đường hãm phanh, m; lo - khoảng cách đảm bảo theo điều kiện an toàn, m. Thông thường, đối với những mỏ lộ thiên lớn người ta sử dụng đường một chiều, trong trường hợp đó năng lực vận tải của đường sắt tăng lên nhiều, thời gian chu kỳ vận tải của đoàn tàu cũng rút ngắn một cách đáng kể (Hình 11.3-c) do chúng không cần dừng tránh nhau ở các ga dọc đường. a) b) c) 137
Hình 11.3- Các dạng biểu đồ vận hành của các đoàn tàu:1, 2, 3, 4 - thứ tự các đoàn tàu b. Các trạm trao đổi đoàn tàu Để đảm bảo sự vận hành của đoàn tàu trên mỏ lộ thiên được an toàn và có hiệu quả, người ta tổ chức các ga phụ, trạm trao đổi, trạm tập kết đất đá và quặng, trạm phân phối trên mặt đất, trên bãi thải, trên bờ mỏ, ở gương công tác, ở các bề mặt tiếp giáp của hào dốc với mặt tầng,…(Hình 11.4). Hình 11.4- Sự phân bố các trạm trao đổi 1- ở trên mặt đất; 2- ở mặt bằng tiếp giáp; 3- ở đai vận tải; 4- ở tầng công tác. Chiều dài của ga tránh phụ thuộc vào cỡ đường và chiều dài của đoàn tàu. Lg = lci + 2lg , m (11-40) Trong đó: lg - chiều dài ghi chuyển đường, tính từ đầu ghi đến cột hiệu, phụ thuộc cỡ đường và loại ghi, lg=25 65 m; lci - chiều dài của ga tránh, m. Lci = Lt + ld + lh , m (11-41) Trong đó: lt - chiều dài đoàn tàu, m; ld - khoảng cách dự trữ, để đề phòng tránh tàu không chính xác, ld = 15 m; lh - khoảng cách từ đầu máy đến cột hiệu, lh=20 m (Hình 11.4). Với mác ghi 1/7 và 2/9, p = 5,3 m thì lg= 42 và 55 m, khi Lci=180 m thì lg = 265 290 m. Đối với các sơ đồ khác, dựa vào kết cấu cụ thể của đường nhánh trong ga để tính Lg theo cách tương tự (Hình 11.4 - b, c): L'g = Lci + 2lg + d , m (11-42) Hình 14.13. Sơ đồ xác định chiều dài của một số ga đơn giản I, II, III - Các đường nhánh;1, 2, 3,… Ghi chuyển đường L"g = Lci + 2lg + dl + lc + T , m (11-43) 138
Với mác ghi như trên, L'g =340  350 m và L"g = 395  470 m. Việc trao đổi đoàn tàu ở gương công tác có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hoạt động của máy xúc và làm giảm một cách đáng kể năng suất làm việc của nó, biểu thị qua hệ số đảm bảo gương xúc: t o = ch (11-44) t ch  t o Trong đó: tch , to - thời gian chất a) hàng và trao đổi đoàn tàu, tính trung bình theo điều kiện cộng nghệ cụ thể. Với một loại đất đá nhất định thì thời gian chất hàng tch phụ thuộc vào dung tích gàu xúc và b) dung tích các toa xe của đoàn tàu. Nếu các thông số trên là cố định thì hệ số đảm bảo gương xúc chỉ còn phụ thuộc vào thời gian trao đổi đoàn tàu to, tức c) là phụ thuộc vào sơ đồ tổ chức trao đổi đoàn tàu ở gương công tác. Hình 11.5 giới thiệu một số phương án tổ chức trao đổi d) đoàn tàu ở gương công tác trong trường hợp phổ biến là dùng 1 máy xúc và dùng 2 máy xúc làm việc đồng thời trên tuyến công tác. Khi dùng một máy xúc có thể áp dụng sơ e) đồ đường cụt, không có ga tránh trên tầng (Hình 11.5 - a, o=0,60,7), có ga tránh phụ trên tầng (Hình 14.14 - b, o=0,750,85) và dùng đường đôi (Hình 11.5 - c, o=0,951,0) hoặc áp dụng sơ đồ f) đường thông tầng (Hình 11.5 - d) để nâng cao hệ số đảm bảo gương xúc (o=0,91,0). Tương tự như vậy, khi có hai máy xúc làm việc trên tầng cùng có thể áp dụng g) sơ đồ đường cụt (Hình 11.5 - e, g, h) hoặc sơ đồ đường thông tầng (Hình 11.5 - i) với một đường sắt hoặc hai đường sắt. Khi sử dụng một máy xúc một gàu hoặc nhiều gàu có năng suất lý thuyết 400500 m3/h thì thường sử dụng sơ đồ h) hình 14.14 - a, e. Nếu cần tăng cường độ phát triển công trình mỏ thì sử dụng sơ đồ 14.14 - b, g, khi đó chiều dài tuyến công tác tương ứng là Lt=1,21,8 km và Lt2,5 km. Sơ đồ 14.14 - c, h, chỉ sử dụng hợp lý Hình 11.5- Sơ đồ tổ chức trao đổi đoàn tàu ở gương công tác khi dùng máy xúc cỡ lớn E 12,5 m3). Công thức xác định thời gian to cho từng sơ đồ cụ thể giới thiệu ở bảng 14.6. Với các ký hiệu trong công thức là: Lc , Lt - chiều dài của đoạn đường nối và của tuyến công tác, km; L1, L2 - chiều dài làm việc của máy xúc No1 và của máy xúc No1, km; lk- khoảng cách giữa hai đoàn tàu có tải và không có tải khi chuyển động cùng chiều, km; lt - chiều dài đoàn tàu, km; 139
vt , vc - tốc độ đoàn tàu trên tầng và trên đoạn đường nối, km/h;  - thời gian chuyển ghi sang đường, h. Bảng 11.5. Thời gian trung bình để trao đổi đoàn tàu Công thức xác định t o Sơ đồ  Máy xúc N 1 Máy xúc N  2 a L 0,5L1 t o  2.( c   ) vc vt 2L 0,5L1 b to  c   vc vt c to  0 Lk d to  vt L c 0,5L1 L c L1 0,5L 2 e t o  2.(   ) t o  2.(    ) vc vt vc v t vt L c 0,5L1 2(l t  0,015) 0,5L 2 g t o  2.(   ) to    vc vt vt vt h to  0 to  0 lk lk i to  to  vt vt Câu hỏi ôn tập chương 11 1. Hãy nêu những đặc điếm của công các vận tải trên mỏ lộ thiên! 2. Hãy nêu những đặc điểm của hàng hoá mỏ! 3. Ưu nhược điểm của vận tải đưường sắt và điều kiện sử dụng ? 4. Ưu nhược điểm của vận tải ôtô và điều kiện sử dụng ? 5. Ưu nhược điểm của vận tải băng tải và điều kiện sử dụng ? 6. Ưu nhược điểm của vận tải bằng trục tải và điều kiện sử dụng ? 7. Ưu nhược điểm của vận tải hỗn hợp và điều kiện sử dụng ? 8. Hãy nêu các thông số chủ yếu của đường sắt! 140
Chương 12 VẬN TẢI ÔTÔ TRÊN MỎ LỘ THIÊN 12.1. Đặc điểm của đường ô tô trên mỏ lộ thiên Đường ô tô ở mỏ lộ thiên phân thành hai loại: đường sản xuất và đường dân dụng. Đường sản xuất dùng để vận chuyển đất đá, khoáng sản có ích và các vật tư kỹ thuật của mỏ. Đường dân dụng để chuyên chở các hàng hoá dân dụng và các hàng hoá khác. Đường sản xuất ở mỏ bao gồm: - Mạng đường chính trên mặt bằng mỏ. - Đường ở hào cơ bản và các hào nối cố định. - Đường ở tầng công tác và ở bãi thải. Theo kết cấu bề mặt, đường mỏ được phân chia thành rải nhựa (hoặc bê tông) và đường cấp phối. Theo thời gian tồn tại, đường mỏ được phân thành đường cố định, đường bán cố định và đường tạm thời. Đường tạm thời là đường trên các tầng bóc đất đá và khai thác quặng, trên bãi thải, đường nối từ đường vận tải chính đến các mặt bằng công tác. Thời gian phục vụ của đường tạm thời thường dưới 1  2 năm, có chất lượng tương đương cấp V hoặc cấp IV, mặt đường được rải cấp phối hoặc chỉ san gạt và gia cố bằng vật liệu tại chỗ. Đường tạm thời thường dịch chuyển theo chu kỳ cùng với tuyến công tác hoặc tuyến thải đá trên bãi thải. Đường cố định có thời gian phục vụ lâu dài, có thể là suốt đời mỏ. Tuỳ theo thời gian tồn tại của mỏ, mật độ xe chạy và tải trộng ôtô sử dụng mà chất lượng của đường có thể là cấp II, cấp III hoặc cấp IV, mặt đường được rải bêtông atphan hoặc bê tông xi măng, nếu tải trọng xe lớn có thể thêm cốt thép. Đường bán cố định là đường chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn (khoảng 4  8 năm), thường là đường nối từ hệ thống vận tải chính tới các tầng, đường trên bờ mỏ, đường tới các bãi thải nhỏ,...Tuỳ theo thời gian phục vụ của đường mà chất lượng của đường có thể là cấp IV hoặc cấp V. Những đặc điểm của đường mỏ là: 1. Đường có bán kính vòng nhỏ (có thể tới 15  20 m) và độ dốc dọc lớn (i = 0,10  0,12); 2. Đường thường bị thay đổi chiều dài và vị trí (theo sự dịch chuyển của tuyến công tác và vị trí thải trên bãi thải); 3. Đường thường có chất lượng không tốt; 4. Đường phải chịu tải trọng của thiết bị vận tải lớn, có thể tới 200 tấn hoặc hơn. 5. Đường chỉ vận tải một chiều, hệ số sử dụng đường Kđ = 0,5. 6. Độ cao nâng tải lớn, có thể tới 200  300 m, có khi tới 500 m. 12.2. Các thông số của đường ô tô trên mỏ lộ thiên a) Chiều rộng phần xe chạy: Nền đường phải có độ bền, độ ổn định đủ lớn, đảm bảo không bị biến dạng dưới tác dụng của thời tiết khí hậu, của nước hoặc của tải trọng động gây ra trong quá trình xe chạy và để thoát nước. Độ nghiêng của sườn dốc nền đường khi chiều dày phần đắp nhỏ hơn 1 m là 1:1,5. Hai bên đường phải có rãnh thoát nước có độ dốc dọc 2  4 %o. Nếu là ở sườn núi thì phía trên phải xây dựng các mương thoát nước để ngăn nước mặt và đất đá trôi làm xói lở mặt đường. Ở phần xe chạy, mặt đường phải chịu tải trọng lớn gây ra do xe chuyển động, do vậy cần phủ một lớp áo đường có độ bền cần thiết. Chiều rộng của phần này phụ thuộc vào kích thước của xe, tốc độ xe chạy và số lượng vệt xe chạy. Chiều rộng phần xe chạy khi đường hai chiều (Hình 12.1) là: B = 2(a + y) + x , m (12-1) Hoặc b = 2akv + Bk , m (12-2) 141
Trong đó: x = 0,5 + 0,005v; v - tốc độ xe chạy, km/h; a - chiều rộng ô tô, kv - hệ số kể đến tốc độ hai xe gặp nhau, khi v = 20  30 km/h thì kv =1,6  1,9;  Bk - hệ số kể đến kích thước của ô tô. Với kích thước của các loại ô tô chở đất đá ở mỏ thì: Tải trọng (tấn) 27 40 75 120 :  Bk 1,0 1,3 2,3 3,8 : Chiều rộng của đường tạm thời ở tầng công tác và bãi thải xác định theo kích thước ô tô, tương ứng với kích thước các loại xe có tải trọng từ 27  75 tấn là 10,5  13,5 m và có tải trọng 65  120 tấn là 10,5  15,5 m. Hình 12.1. Sơ đồ xác định chiều rộng phần xe chạy b) Bán kính đoạn đường cong: Bán kính nhỏ nhất của đoạn đường cong được xác định theo điều kiện đảm bảo tốc độ xe chạy cần thiết như sau: v2 R= ,m (12-3) 127d  i n  Trong đó: φd - hệ số bám dính của bánh xe với mặt đường (khi mặt đường ẩm thì φd=0,16); in - độ dốc ngang của mặt đường, in = 0  06 %. Dấu “+” tương ứng với trường hợp mặt đường nghiêng về phía tâm cong, dấu “-” tương ứng với trắc ngang 2 mái và xe chạy ở làn ngoài. Tương ứng với độ siêu cao lớn nhất in = 0,06 thì bán kính cong sẽ là nhỏ nhất và được xác định theo biểu thức: Rmin = 0,0375.v2 , m (12-4) Trong thiết kế, thường chọn sao cho đường có bán kính cong lớn, μ ≤ 0,1 và không phải bố trí siêu cao. Bán kính cong không cần có siêu cao được xác định theo biểu thức: v2 Ro = ,m (12-5) 127(0,08  i n ) c) Siêu cao lưng đường ở đoạn cong: Ở các đoạn đường cong có bán kính nhỏ hơn 200 m thì cần phải siêu cao lưng đường nhằm khắc phục lực ly tâm tác động lên ô tô do chuyển động quay tròn. Độ dốc ngang (siêu cao) của mặt đường lấy bằng in = 20  60 %o tuỳ theo bán kính cong hoặc tính theo công thức: v2 in =   , đvtp (12-6) 127 R Trong đó: v - tốc độ xe chạy km/h; R - bán kính cong của đường, m; μ - hệ số lực ngang tính toán, thường lấy μ = 0,08  0,10, tối đa là 0,15 (tương ứng với khi R ≈ Rmin). Ở những sườn núi cao, nếu tâm cong nằm về phía vực thì siêu cao lớn nhất không được quá i n ≤ 0,04. 142