BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐOÀN TRỌNG LUẬT
TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO
CÁC MỎ KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2018
Công trình hoàn thành tại:
Bộ môn Khai thác lộ thiên
Khoa Mỏ, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Bùi Xuân Nam, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
2. PGS.TS Nguyễn Đức Khoát, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
Phản biện 1: GS.TS Nhữ V n ách – Hội K thuật n m n Việt Nam
Phản biện 2: TS. M i Th To n – Bộ T i nguyên v Môi trƣờng
Phản biện 3: TS. Ph m V n H – Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất
Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án cấp Trƣờng
họp tại…………………………………………………………………..
v o hồi……..giờ……….ng y……….tháng………năm 2018.
Có thể tìm hiểu luận án t i:
- Thƣ viện Quốc gia
- Thƣ viện Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất.
1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN
Theo kế hoạch phát triển ng nh than, nhu cầu về sản lƣợng than ng y c ng tăng. Các mỏ than
lộ thiên vẫn đang đảm nhiệm một sản lƣợng lớn trong t ng sản lƣợng than của to n ng nh. Tuy
nhiên, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh - nơi cung cấp than chủ yếu cho đất nƣớc đang phải
tiến h nh khai thác trong những điều kiện khó khăn hơn: các mỏ dần khai thác xuống sâu, khối
lƣợng đất bóc lớn, thiếu diện tích v không gian đ thải, chiều cao nâng tải v cung độ vận tải
tăng, sự đồng bộ v phối hợp giữa các thiết bị chính trong mỏ chƣa phù hợp,…
Trên các mỏ than lộ thiên Việt Nam hiện nay, công tác xúc bốc v vận tải chủ yếu vẫn sử dụng
máy xúc một g u v ôtô. Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ vƣợt bậc của khoa học k thuật, các thiết
bị máy móc nhƣ máy xúc, ôtô, máy khoan,… đang ng y c ng đa dạng về chủng loại v phong phú
về số lƣợng. Nhƣ đã nói ở trên, các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung v khu vực Quảng Ninh
nói riêng (nơi tập trung các mỏ than lộ thiên lớn v đặc trƣng nhất của ng nh Than Việt Nam)
đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị, tối ƣu hóa sự phối hợp giữa các
thiết bị xúc bốc v vận tải,… đặc biệt l đối với các mỏ lộ thiên lớn khi khai thác xuống sâu, điều
kiện khai thác khó khăn hơn, tính chất cơ lý đất đá kém n định hơn, cung độ vận tải lớn hơn,…
Điều n y dẫn tới hiệu quả l m việc của các thiết bị không cao, ảnh hƣởng tới hiệu quả sản xuất v
kinh doanh của mỏ. Bên cạnh đó, việc ứng dụng những tiến bộ khoa học công nghệ của ng nh
công nghệ thông tin v o ng nh mỏ nói chung v khai thác lộ thiên nói riêng l vấn đề đƣợc cả thế
giới quan tâm v cần đƣợc nghiên cứu, ứng dụng trong ng nh mỏ của Việt Nam.
Trƣớc thực trạng đó, đề t i “Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác
than lộ thiên vùng Quảng Ninh” m NCS lựa chọn nghiên cứu là vấn đề cấp thiết đối với các mỏ
than lộ thiên Việt Nam nói chung v vùng Quảng Ninh nói riêng. Nó không chỉ mang ý nghĩa
khoa học trong lĩnh vực mỏ mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong quá tr nh sản xuất trên các mỏ than
lộ thiên vùng Quảng Ninh cũng nhƣ các mỏ lộ thiên khác có điều kiện tƣơng tự.
2. MỤC TIÊU
Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh khi
lựa chọn thiết bị cho mỏ.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tƣợng nghiên cứu: năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô.
- Phạm vi nghiên cứu: các mô h nh tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên
vùng Quảng Ninh (gồm 3 mỏ lớn, điển h nh nhất tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh l Đèo Nai,
Cao Sơn v Cọc Sáu).
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc v ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.
- T ng quan về một số thuật toán trong v ngo i nƣớc dùng để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô
trên các mỏ lộ thiên.
- Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.
- Tính toán thử nghiệm cho một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh bằng chƣơng tr nh phần
mềm OST.
5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN
Để đạt đƣợc các kết quả theo định hƣớng trên, NCS sử dụng một số các phƣơng pháp nghiên
cứu sau:
- Phƣơng pháp thống kê: Thống kê, đánh giá, xử lý các số liệu thu thập đƣợc từ các mỏ khai
thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh;
- Phƣơng pháp tra cứu: Tra cứu t i liệu từ giáo tr nh, sách báo, các văn bản pháp quy, các
website để thu thập số liệu, t i liệu có liên quan;
2
- Phƣơng pháp chuyên gia: Trao đ i với các nh khoa học, các chuyên gia về công tác quản lý,
thiết kế, điều h nh sản xuất v thực tiễn hoạt động trong các lĩnh vực có liên quan để có cái nh n
t ng quát về vấn đề nghiên cứu;
- Phƣơng pháp toán học: Sử dụng phƣơng pháp xác suất thống kê để phân tích xử lý số liệu;
xây dựng mối quan hệ toán học giữa các khâu công nghệ xúc bốc - vận tải; xây dựng mô h nh
toán học xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ƣu về mặt k thuật,…;
- Phƣơng pháp tin học: Lập tr nh xây dựng chƣơng tr nh phần mềm tin học tính toán sự phối
hợp giữa máy xúc v ôtô.
Hƣớng tiếp cận của luận án l xuất phát từ các số liệu thực tế, kết hợp với các công tr nh khoa
học trong v ngo i nƣớc có liên quan để đƣa ra định hƣớng nghiên cứu. Trên cơ sở phân tích, tính
toán các số liệu thực tế về năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ than lộ thiên lớn điển h nh
vùng Quảng Ninh trong các trƣờng hợp khác nhau, đề xuất đƣợc phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối
hợp giữa máy xúc v ôtô về mặt k thuật. Dựa trên phƣơng pháp tối ƣu xây dựng đƣợc chƣơng
tr nh phần mềm tính toán cho các trƣờng hợp cụ thể. Dùng chƣơng tr nh phần mềm n y tính toán
thử nghiệm v kiểm tra lại các kết quả đã đạt đƣợc theo mô h nh đã đƣa ra. Từ đó rút ra các kết
luận v kiến nghị cần thiết.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
6.1. Ý nghĩ kho học
- B sung cơ sở khoa học v phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho mỏ
lộ thiên dựa trên việc xác định năng suất đồng bộ tối ƣu giữa máy xúc v ôtô theo điều kiện k
thuật trong cả 2 trƣờng hợp vận tải kín v vận tải hở.
6.2. Ý nghĩ thực tiễn
- Góp phần nâng cao hiệu quả phối hợp giữa máy xúc v ôtô cũng nhƣ nâng cao năng suất cho
các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh với các phƣơng án máy xúc v ôtô khác nhau;
- Xây dựng đƣợc phần mềm tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ƣu cho các mỏ than lộ thiên
vùng Quảng Ninh.
7. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Đã đánh giá to n diện về các phƣơng pháp tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên;
- Đã xây dựng đƣợc phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho các mỏ than
lộ thiên vùng Quảng Ninh;
- Đã xây dựng đƣợc chƣơng tr nh phần mềm OST dùng để lựa chọn các đồng bộ máy xúc - ôtô
tối ƣu về mặt k thuật cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh.
8. LUẬN ĐIỂM ẢO VỆ
- Luận điểm 1: Cung độ vận tải v chu tr nh vận tải (kín - hở) có ảnh hƣởng trực tiếp tới năng
suất đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ than lộ thiên.
- Luận điểm 2: Tr nh tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô không còn phụ thuộc v o việc chọn
máy xúc trƣớc hay ôtô trƣớc m phải chọn đồng thời cả máy xúc v ôtô để cân đối năng suất l m
việc giữa các thiết bị xúc bốc v vận tải một cách hợp lý;
- Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc v năng suất của ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 l
giá trị tối ƣu nhất về mặt k thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô trên các mỏ khai thác than
lộ thiên vùng Quảng Ninh.
9. CẤU TRÚC LUẬN ÁN
Luận án đƣợc cấu trúc gồm: mở đầu, 4 chƣơng, kết luận - kiến nghị, t i liệu tham khảo v phụ
lục. Nội dung luận án đƣợc trình bày trong 206 trang đánh máy kh A4 với 31 bảng biểu, 56 hình
minh họa v 68 t i liệu tham khảo.
10. CÁC ẤN PHẨM ĐÃ CÔNG Ố
Theo hƣớng nghiên cứu của luận án, NCS đã công bố 8 công tr nh đang trong các tạp chí
chuyên ng nh mỏ, hội nghị khoa học k thuật mỏ trong nƣớc v quốc tế.
3
CHƢƠNG 1: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI
CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
1.1.1. Dây chuyền công nghệ
Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đƣợc thể hiện trong h nh 1.1.
Ở sơ đồ n y, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm các khâu: bóc đất đá v khai thác
than. Công nghệ khai thác của mỏ theo quy tr nh khép kín với các công đoạn khai thác liên ho n.
Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - n m n - xúc bốc - vận chuyển - đ thải; dây chuyền khai
thác than gồm: xúc bốc - vận chuyển - s ng, tuyển - tiêu thụ.
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh
1.1.2. Công nghệ kh i thác
Hệ thống khai thác khấu theo lớp dốc đứng đã đƣợc nghiên cứu v áp dụng th nh công ở các
mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, cho phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ
công tác, đẩy lùi một khối lƣợng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau.
Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực g u ngƣợc nhƣ hiện nay cho phép
tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than v đá kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.
Hiện nay v trong tƣơng lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công nghệ xúc bốc v
vận tải bằng máy xúc một g u v ôtô vẫn tiếp tục l những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ
thiết bị chính của mỏ.
1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
1.2.1. Hiện tr ng sử dụng máy xúc t i 3 mỏ Đèo N i, C o Sơn và Cọc Sáu
Nhìn chung, cả 3 mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn v Cọc Sáu đều có những đặc điểm chung giống
nhau, đó l các mỏ đều khai thác xuống sâu dƣới mức thoát nƣớc tự chảy, sử dụng đồng thời cả
máy xúc thủy lực v máy xúc tay g u; khối lƣợng mỏ cần xúc bốc h ng năm lớn, số lƣợng máy
xúc không đủ để xúc bốc hết khối lƣợng mỏ theo thiết kế ban đầu; các máy xúc tay gàu đã quá 10
năm nên không còn đảm bảo các yêu cầu về k thuật,…
Sự đa dạng về chủng loại đã l m giảm tính đồng bộ của hệ thống thiết bị hiện có của các mỏ
than n y. Đặc biệt, mỏ than Cao Sơn sử dụng 8 loại máy xúc, mỏ than Đèo Nai v Cọc Sáu sử
dụng 5 loại máy xúc, bao gồm cả máy xúc tay g u v máy xúc thủy lực với các loại dung tích g u
khác nhau để xúc bốc đất đá v than, khai thác chọn lọc các vỉa mỏng v dọn vách vỉa, trụ vỉa.
Chính sự đa dạng về chủng loại v khác nhau về số lƣợng các máy xúc sử dụng tại các mỏ này dẫn
tới nhu cầu về số lƣợng ôtô phục vụ cho mỗi máy xúc cũng khác nhau. Điều n y dẫn tới năng suất l m
việc của các thiết bị xúc bốc v vận tải không đồng đều, hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô thấp.