Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG 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

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS BÙI XUÂN NAM

2: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận án này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập

của tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, chưa hề được

sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo

cho việc thực hiện luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Tối ưu hóa sự phối

hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” là

kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời

gian qua với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa

chất, các nhà khoa học trong ngành mỏ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ -

Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Mỏ, Ban chủ nhiệm và tập

thể các thầy, cô giáo Bộ môn Khai thác lộ thiên cùng các thầy, cô giáo trong

Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ để NCS hoàn

thành luận án tiến sĩ của mình.

NCS xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Tiểu ban hướng dẫn:

PGS.TS Bùi Xuân Nam và PGS.TS Nguyễn Đức Khoát đã trực tiếp hướng dẫn tận

tình, cung cấp tài liệu và các thông tin cần thiết cho NCS cũng như thường xuyên

đôn đốc NCS làm việc và hoàn thành luận án tiến sĩ của mình đúng thời hạn.

Cuối cùng, NCS xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi

trường tỉnh Quảng Ninh, các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp; các nhà khoa học

trong ngành mỏ và các ngành khác có liên quan đã tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong

suốt thời gian học tập và làm luận án. Qua đây, NCS cũng xin cảm ơn gia đình đã

luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt thời gian qua để NCS hoàn thành tốt công

việc nghiên cứu khoa học của mình.

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................................................... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ

TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH ....................................... 5

1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH .... 5

1.1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh .... 5

1.1.2. Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh ....................................... 6

1.1.3. Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh .......................... 7

1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN

VÙNG QUẢNG NINH ......................................................................................... 13

1.2.1. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai ............................................... 13

1.2.2. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cao Sơn .............................................. 20

1.2.3. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu............................................... 25

1.2.4. Đánh giá chung về hiện trạng sử dụng máy xúc tại 3 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và

Cọc Sáu ............................................................................................................................. 29

1.3. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG

QUẢNG NINH ...................................................................................................... 30

1.3.1. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Đèo Nai ........................................................ 30

1.3.2. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cao Sơn ....................................................... 35

1.3.3. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cọc Sáu ........................................................ 39

1.4. HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ

THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH .......................................................... 44

iii

1.4.1. Hiện trạng đồng bộ thiết bị tại các mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu ...... 44

1.4.2. Hiện trạng phối hợp máy xúc - ôtô trên các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và

Cọc Sáu ...................................................................................................... 46

1.4.3. Một số bất cập trong sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên

vùng Quảng Ninh ............................................................................................................. 48

1.4.4. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ

than lộ thiên vùng Quảng Ninh .......................................................................... 49

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG .................................................................................. 49

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG VÀ NGOÀI

NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ

LỘ THIÊN................................................................................................................. 51

2.1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG NƯỚC DÙNG ĐỂ

TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ ....................................................... 51

2.1.1. Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên

bằng bài toán kinh tế ........................................................................................................ 51

2.1.2. Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính tới

độ tin cậy ............................................................................................................ 57

2.1.3. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên ...................... 60

2.1.4. Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa trên dung tích

gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển ............................................... 62

2.2. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN NGOÀI NƯỚC TRONG VIỆC

TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ ....................................................... 64

2.2.1. Thuật toán xếp hàng ............................................................................................... 64

2.2.2. Thuật toán Monte Carlo và ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên .................. 71

2.2.3. Nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động của thiết bị

trong đồng bộ: ................................................................................................................... 82

2.2.4. Nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo: ............................................... 85

2.2.5. Nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ Liên Xô cũ: ..... 88

2.2.6. Nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương trình phần mềm tính

toán có sẵn ......................................................................................................................... 89

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG .................................................................................. 93

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP

GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN ........................... 99

3.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHỐI HỢP GIỮA MÁY

XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH .... 99

3.1.1. Sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau ....................................................... 99

3.1.2. Cung độ vận tải chưa được cập nhật theo bước dịch chuyển của gương

khai thác............................................................................................................ 100

3.1.3. Sử dụng các thiết bị đã cũ, năng suất thấp .......................................................... 101

3.1.4. Sơ đồ xúc bốc, nhận tải chưa hợp lý ................................................................... 101

3.1.5. Ảnh hưởng của vận tốc xe chạy đến chu kỳ vận tải .......................................... 103

3.1.6. Ảnh hưởng của chất lượng đường vận tải .......................................................... 104

3.1.7. Ảnh hưởng của loại vật liệu xúc bốc, vận tải ..................................................... 104

3.1.8. Ảnh hưởng của chu trình vận tải trên mỏ ........................................................... 106

3.2. CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ

ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN ...................................................................... 107

3.2.1. Sử dụng ít chủng loại thiết bị khác nhau............................................................. 107

3.2.2. Cập nhật cung độ vận tải định kỳ theo bước dịch chuyển của gương

khai thác ................................................................................................... 107

3.2.3. Không sử dụng những thiết bị quá cũ ................................................................. 108

3.2.4. Tối ưu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải ........................................................... 108

3.2.5. Tối ưu hóa vận tốc xe chạy (có tải và không tải) ............................................... 110

3.2.6. Nâng cao chất lượng đường vận tải .................................................................... 111

3.2.7. Sử dụng chu trình vận tải hở thay cho chu trình vận tải kín .............................. 111

3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA VÀ CHƯƠNG TRÌNH

PHẦN MỀM LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ CHO CÁC MỎ

THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH ........................................................ 112

3.3.1. Xác định năng suất của máy xúc ......................................................................... 112

3.3.2. Xác định năng suất của ôtô .................................................................................. 114

3.3.3. Tính toán năng suất đồng bộ ............................................................................... 116

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ................................................................................ 132

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO MỘT SỐ MỎ THAN LỘ THIÊN

VÙNG QUẢNG NINH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM OST ................ 133

4.1. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI THAN CHO MỎ

THAN CAO SƠN ................................................................................................ 133

4.1.1. Trường hợp 1 ........................................................................................................ 133

4.1.2. Trường hợp 2 ........................................................................................................ 138

4.1.3. Trường hợp 3 ........................................................................................................ 143

4.1.4. Trường hợp 4 ........................................................................................................ 147

4.2. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ BÓC

CHO MỎ THAN ĐÈO NAI ................................................................................ 151

4.2.1. Trường hợp 1 ........................................................................................................ 151

4.2.2. Trường hợp 2 ........................................................................................................ 155

4.2.3. Trường hợp 3 ........................................................................................................ 159

4.2.4. Trường hợp 4 ........................................................................................................ 164

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ................................................................................ 167

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 169

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS ..... Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 171

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Đồng bộ thiết bị ĐBTB

Phương pháp Monte Carlo động lực DMC

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo trực tiếp DSMC

First Reaction Method FRM

HTKT HTKT

Phương pháp Monte Carlo động học KMC

Khoáng sản có ích KSCI

Luận án Tiến sĩ LATS

Linear Programming LP

MXTLGN Máy xúc thủy lực gàu ngược

Nghiên cứu sinh NCS

Giá trị hiện tại thực NPV

Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô OST

Hàm mật độ xác suất PDF

Phương pháp Monte Carlo lượng tử QMC

Nguồn phát số ngẫu nhiên RNG

Phương pháp lựa chọn ngẫu nhiên RSM

Trường hợp TH

Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi bóc đất đá THĐ

Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi khai thác than THT

Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam TKV

vii

VLXD Vật liệu xây dựng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh ............................................................................................................... 10

Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh ..... 11

Bảng 1.3. Các thông số cơ bản của HTKT tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 12

Bảng 1.4. Nhu cầu sử dụng thiết bị chủ yếu của mỏ than Đèo Nai .......................... 13

Bảng 1.5. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai .......................... 14

Bảng 1.6. Khối lượng đất bóc và năng suất của thiết bị xúc bốc .............................. 17

Bảng 1.7. Các chỉ tiêu đất đá và thông số xúc bốc tại mỏ than Đèo Nai .................. 18

Bảng 1.8. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn ............. 20

Bảng 1.9. Năng suất của các loại máy xúc đang sử dụng trên mỏ than Cao Sơn ..... 24

Bảng 1.10. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu ........................ 25

Bảng 1.11. Khối lượng mỏ cần xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu .................................. 27

Bảng 1.12. Năng suất các loại máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu ............ 27

Bảng 1.13. Khối lượng vận tải hàng năm của mỏ than Đèo Nai theo thiết kế ......... 31

Bảng 1.14. Số lượng ôtô vận tải tại mỏ than Đèo Nai (2016)................................... 33

Bảng 1.15. Năng suất vận tải của mỏ than Đèo Nai (2016) ...................................... 34

Bảng 1.16. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

năm 2016 ................................................................................................................... 36

Bảng 1.17. Năng suất làm việc của các loại ôtô trên mỏ than Cao Sơn ................... 38

Bảng 1.18. Thiết bị của mỏ than Cọc Sáu tính đến năm 2016 .................................. 41

Bảng 1.19. Năng suất thiết bị vận tải của mỏ than Cọc Sáu năm 2016 .................... 43

Bảng 1.20. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi bóc đất đá ............................................. 47

Bảng 1.21. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi khai thác than ....................................... 47

Bảng 2.1. Các thông số kinh tế - kỹ thuật của máy xúc và ôtô ................................. 55

Bảng 2.2. Các chỉ tiêu phân tích tình hình hoạt động của máy xúc và ôtô ............... 57

Bảng 2.3. Các chỉ tiêu số lượng độ tin cậy của ôtô - máy xúc trên các mỏ lộ thiên

viii

Việt Nam ................................................................................................................... 59

Bảng 2.4. Các biến số ngẫu nhiên tìm được theo các phân phối cơ bản ................... 78

Bảng 3.1. Xác định giá trị Krg theo E và dtb ............................................................ 114

Bảng 3.2. Xác định giá trị Kxđ theo E và dtb ............................................................ 114

Bảng 4.1. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn ........... 138

Bảng 4.2. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

năm 2016 ................................................................................................................. 138

Bảng 4.3. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai ........... 155

Bảng 4.4. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai năm

2016 ......................................................................................................................... 156

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh ...... 8

Hình 1.2. Công tác xúc bốc đất đá tại mỏ than Đèo Nai ........................................... 14

Hình 1.3. Các sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc đất đá theo phương thức khấu đuổi trong

một nhóm tầng tại mỏ than Đèo Nai ......................................................................... 16

Hình 1.4. Sơ đồ a, b, d nạp xe 1 bên; sơ đồ c nạp xe 2 bên ...................................... 19

Hình 1.5. Công tác xúc bốc tại mỏ than Cao Sơn ..................................................... 21

Hình 1.6. Hộ chiếu xúc đất đá tại mỏ than Cao Sơn ................................................. 22

Hình 1.7. Hộ chiếu xúc than tại mỏ than Cao Sơn .................................................... 23

Hình 1.8. Công tác xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu ..................................................... 25

Hình 1.9. Gương xúc bên hông sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu .................................. 26

Hình 1.10. Biểu đồ V, P = f(H) mỏ than Đèo Nai .................................................... 32

Hình 1.11. Sơ đồ nhận tải của ôtô khi đào hào tại mỏ than Cao Sơn ....................... 39

Hình 2.1. Các trạng thái của hệ thống phục vụ đám đông chờ ................................. 53

Hình 2.2. Sơ đồ chuyển đổi từ trạng thái này snag trạng thái khác .......................... 59

của tổ hợp ôtô - máy xúc ........................................................................................... 59

Hình 2.3. Mô hình thuật toán xếp hàng của đồng bộ máy xúc - ôtô ......................... 64

Hình 2.4. Minh hoạt các hoạt động xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ thiên ..................... 66

Hình 2.5. Các biến điểm trung chuyển và thời gian di chuyển qua các điểm ........... 67

Hình 2.6. Minh họa mô hình LP đơn giản xác định Xij và Tij tương ứng với 2 khu

vực chất tải ................................................................................................................ 67

Hình 2.7. Minh họa mô hình LP mở rộng với 3 khu vực chất tải ............................. 69

Hình 2.8. Nguyên tắc hoạt động của phương pháp Monte Carlo ............................. 75

Hình 2.9. Miền biến thiên của mẫu Monte Carlo ...................................................... 77

Hình 2.10. Sơ đồ khối mô phỏng quá trình lựa chọn ôtô .......................................... 82

Hình 2.11. Sơ đồ của một hệ thống chuyên gia điển hình ........................................ 86

Hình 2.12. Minh họa cơ cấu thuật toán di truyền ...................................................... 87

Hình 2.13. Giao diện chương trình FPC ................................................................... 89

Hình 2.14. Cấu trúc dữ liệu của TALPAC ................................................................ 92

Hình 2.15. Giao diện phần mềm TALPAC ............................................................... 92

Hình 3.1. Sơ đồ nhận tải quay đảo chiều, nạp xe 1 bên .......................................... 102

Hình 3.2. Sơ đồ dỡ tải của máy xúc ........................................................................ 103

Hình 3.3. Sơ đồ quá trình xúc đất đá ....................................................................... 105

Hình 3.4. Minh họa chu trình vận tải kín ................................................................ 106

Hình 3.5. Minh họa chu trình vận tải hở ................................................................. 107

Hình 3.6. Các sơ đồ nạp xe trên mỏ ........................................................................ 109

Hình 3.7. Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ

thiên ......................................................................................................................... 121

Hình 3.8. Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô hoàn toàn mới ...... 123

Hình 3.9. Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô tối ưu trong số các

thiết bị đã có sẵn của mỏ ......................................................................................... 124

Hình 3.10. Minh họa quá trình lựa chọn ôtô mới phù hợp với máy xúc đã có của mỏ .. 126

Hình 3.11. Minh họa quá trình lựa chọn máy xúc mới phù hợp với ôtô đã có của mỏ .. 127

Hình 3.12. Phần mềm tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên (OST) ...... 128

Hình 3.13. Cơ sở dữ liệu máy xúc của phần mềm OST ......................................... 129

Hình 3.14. Cơ sở dữ liệu ôtô của phần mềm OST .................................................. 129

Hình 3.15. Đồ thị xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ .................... 130

Hình 3.16. Các giá trị tính toán theo từng cặp máy xúc - ôtô trên phần mềm OST131

Hình 4.1. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Cao Sơn ................. 135

Hình 4.2. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn

khi chọn mới máy xúc và ôtô .................................................................................. 136

Hình 4.3. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn

khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô .............................................................................. 137

Hình 4.4. Tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô đối với thiết bị có sẵn của mỏ than Cao

Sơn sử dụng chu trình vận tải kín ........................................................................... 140

Hình 4.5. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn

với các thiết bị có sẵn của mỏ ................................................................................. 141

Hình 4.6. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn

với các thiết bị sẵn có của mỏ ................................................................................. 142

Hình 4.7. Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ

than Cao Sơn, sử dụng chu trình vận tải kín ........................................................... 144

Hình 4.8. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn

với các thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ .................................................................... 145

Hình 4.9. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn

với các thiết bị xúc bốc sẵn có của mỏ .................................................................... 146

Hình 4.10. Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị ô tô có sẵn của mỏ

than Cao Sơn, sử dụng chu trình vận tải kín ........................................................... 148

Hình 4.11. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn

với các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ .......................................................................... 149

Hình 4.12. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao

Sơn với các thiết bị ô tô sẵn có của mỏ ................................................................... 150

Hình 4.13. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Đèo Nai với chu trình

vận tải kín ................................................................................................................ 152

Hình 4.14. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi chọn mới máy xúc và ôtô với chu trình vận tải kín .......................................... 153

Hình 4.15. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô với chu trình vận tải kín ....................................... 154

Hình 4.16. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô có sẵn cho mỏ than Đèo Nai với chu

trình vận tải kín ....................................................................................................... 157

Hình 4.17. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi chọn máy xúc và ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín ...................................... 159

Hình 4.18. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi lựa chọn máy xúc – ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín .................................. 159

Hình 4.19. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị máy xúc có sẵn của mỏ

xii

than Đèo Nai với chu trình vận tải kín khi vận tải đất đá trên mỏ .......................... 161

Hình 4.20. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi chọn đồng bộ ô tô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình

vận tải kín ................................................................................................................ 162

Hình 4.21. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo

Nai khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu

trình vận tải kín ....................................................................................................... 163

Hình 4.22. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ than

Đèo Nai với chu trình vận tải kín khi vận tải đất đá trên mỏ .................................. 165

Hình 4.23. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

khi chọn đồng bộ máy xúc dựa trên cơ sở dữ liệu ô tô có sẵn của mỏ với chu trình

vận tải kín ................................................................................................................ 166

Hình 4.24. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo

Nai khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu

xiii

trình vận tải kín ....................................................................................................... 167

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Theo kế hoạch phát triển ngành than, nhu cầu về sản lượng than ngày càng

tăng. Các mỏ than lộ thiên vẫn đang đảm nhiệm một sản lượng lớn trong tổng sản

lượng than của toàn ngành. Tuy nhiên, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh - nơi

cung cấp than chủ yếu cho đất nước đang phải tiến hành khai thác trong những điều

kiện khó khăn hơn: các mỏ dần khai thác xuống sâu, khối lượng đất bóc lớn, thiếu

diện tích và không gian đổ thải, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải tăng, sự đồng

bộ và phối hợp giữa các thiết bị chính trong mỏ chưa phù hợp,…

Trên các mỏ than lộ thiên Việt Nam hiện nay, công tác xúc bốc và vận tải

chủ yếu vẫn sử dụng máy xúc một gàu và ôtô. Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ vượt

bậc của khoa học kỹ thuật, các thiết bị máy móc như máy xúc, ôtô, máy khoan,…

đang ngày càng đa dạng về chủng loại và phong phú về số lượng. Như đã nói ở trên,

các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung và khu vực Quảng Ninh nói riêng (nơi tập

trung các mỏ than lộ thiên lớn và đặc trưng nhất của ngành Than Việt Nam) đang

gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị, tối ưu hóa sự phối hợp

giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải,… đặc biệt là 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

ổn định hơn, cung độ vận tải lớn hơn,… Điều này dẫn tới hiệu quả làm việc của các

thiết bị không cao, ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất và kinh doanh của mỏ. Bên

cạnh đó, việc ứng dụng những tiến bộ khoa học công nghệ của ngành công nghệ

thông tin vào ngành mỏ nói chung và khai thác lộ thiên nói riêng là vấn đề được cả

thế giới quan tâm và cần được nghiên cứu, ứng dụng trong ngành mỏ của Việt Nam.

Trước thực trạng đó, đề tài “Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho

các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” mà NCS lựa chọn nghiên cứu là

vấn đề cấp thiết đối với các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung và vùng Quảng

Ninh nói riêng. Nó không chỉ mang ý nghĩa về mặt khoa học trong lĩnh vực mỏ mà

còn có ý nghĩa thực tiễn trong quá trình sản xuất trên các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh cũng như các mỏ lộ thiên khác có điều kiện tương tự.

2. Mục tiêu

Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh khi lựa chọn thiết bị cho mỏ.

3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô.

- Phạm vi nghiên cứu: các mô hình tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các

mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (gồm 3 mỏ lớn, điển hình nhất tại khu vực Cẩm

Phả - Quảng Ninh là Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu).

4. Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên

vùng Quảng Ninh.

- Tổng quan về một số thuật toán trong và ngoài nước dùng để tính toán đồng

bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ lộ thiên.

- Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và 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

chương trình phần mềm OST.

5. Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận

Để đạt được các kết quả theo định hướng trên, NCS sử dụng một số các

phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thống kê: Thống kê, đánh giá, xử lý các số liệu thu thập được

từ các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh;

- Phương pháp tra cứu: Tra cứu tài liệu từ giáo trình, sách báo, các văn bản

pháp quy, các website để thu thập số liệu, tài liệu có liên quan;

- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi với các nhà khoa học, các chuyên gia về

công tác quản lý, thiết kế, điều hành sản xuất và thực tiễn hoạt động trong các lĩnh

vực có liên quan để có cái nhìn tổng quát về vấn đề nghiên cứu;

- Phương pháp toán học: Sử dụng phương 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 hình toán học xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối

ưu về mặt kỹ thuật,…;

- Phương pháp tin học: Lập trình xây dựng chương trình phần mềm tin học

tính toán sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô.

Hướng tiếp cận của luận án là xuất phát từ các số liệu thực tế, kết hợp với

các công trình khoa học trong và ngoài nước có liên quan để đưa ra định hướng

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 hình vùng Quảng Ninh trong các

trường hợp khác nhau, đề xuất được phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy

xúc và ôtô về mặt kỹ thuật. Dựa trên phương pháp tối ưu xây dựng được chương

trình phần mềm tính toán cho các trường hợp cụ thể. Dùng chương trình phần mềm

này tính toán thử nghiệm và kiểm tra lại các kết quả đã đạt được theo mô hình đã

đưa ra. Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị cần thiết.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1. Ý nghĩa khoa học

- Bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy

xúc và ôtô cho mỏ lộ thiên dựa trên việc xác định năng suất đồng bộ tối ưu giữa

máy xúc và ôtô theo điều kiện kỹ thuật trong cả 2 trường hợp vận tải kín và vận tải

hở.

6.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần nâng cao hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô cũng như nâng

cao năng suất cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh với các phương án máy

xúc và ôtô khác nhau;

- Xây dựng được phần mềm tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu cho các

mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

7. Điểm mới của luận án

- Đã đánh giá toàn diện về các phương pháp tối ưu hóa đồng bộ máy xúc -

ôtô trên mỏ lộ thiên;

- Đã xây dựng được phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và

ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh;

- Đã xây dựng được chương trình phần mềm OST dùng để lựa chọn các đồng

bộ máy xúc - ôtô tối ưu về mặt kỹ thuật cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng

Quảng Ninh.

8. Luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Cung độ vận tải và chu trình vận tải (kín - hở) có ảnh hưởng

trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ than lộ thiên.

- Luận điểm 2: Trình tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô không còn phụ

thuộc vào việc chọn máy xúc trước hay ôtô trước mà phải chọn đồng thời cả máy

xúc và ôtô để cân đối năng suất làm việc giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải một

cách hợp lý;

- Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc và năng suất của ôtô đạt giá

trị tiệm cận 1 là giá trị tối ưu nhất về mặt kỹ thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc và

ôtô trên các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

9. Cấu trúc của luận án

Luận án được cấu trúc gồm: mở đầu, 4 chương, kết luận - kiến nghị, tài liệu

tham khảo và phụ lục. Nội dung luận án được trình bày trong 206 trang đánh máy

khổ A4 với 31 bảng biểu, 56 hình minh họa và 68 tài liệu tham khảo.

10. Các ấn phẩm đã công bố

Theo hướng nghiên cứu của luận án, NCS đã công bố 8 công trình đang

trong các tạp chí chuyên ngành mỏ, hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ trong nước và

quốc tế.

CHƯƠNG 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 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng

Quảng Ninh

Quảng Ninh là tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, được ví như

một “Việt Nam thu nhỏ” vì có cả biển, đảo, đồng bằng, trung du, đồi núi và biên

giới. Trong quy hoạch phát triển kinh tế, Quảng Ninh vừa thuộc vùng kinh tế trọng

điểm phía Bắc, vừa thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ và đây là tỉnh khai thác than

chính của Việt Nam.

Với sản lượng chiếm 50% tổng sản lượng than khai thác được trong năm

2016 thì các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (chủ yếu và điển hình tại khu vực

Cẩm Phả) vẫn đang và vẫn tiếp tục có vai trò quan trọng trong ngành Than của Việt

Nam [13].

Theo quy hoạch phát triển than các vùng Uông Bí, Hòn Gai và Cẩm Phả đến

năm 2020, tổng tài nguyên trữ lượng cả ba vùng, khoảng 8,6 tỷ tấn (trong đó vùng

Uông Bí trên 5 tỷ tấn; Hạ Long trên 1,2 tỷ tấn; Cẩm Phả trên 2,2 tỷ tấn). Tài

nguyên, trữ lượng than huy động vào quy hoạch đến năm 2020 là hơn 1,1 tỷ tấn;

đến năm 2015 thực hiện xong các đề án thăm dò phần tài nguyên và trữ lượng than

thuộc tầng trên mức -300m. Giai đoạn 2016 - 2020, hoàn thành cơ bản công tác

thăm dò đến đáy tầng than [13].

Theo kế hoạch phát triển ngành Than, nhu cầu về sản lượng ngày càng tăng,

các mỏ than lộ thiên phải đảm nhiệm sản lượng mỏ chiếm 60% (năm 2010) và sẽ

duy trì 45÷50% trong tổng sản lượng của toàn ngành từ sau năm 2020. Trong khi

các mỏ than lộ thiên đang phải tiến hành khai thác với điều kiện ngày càng khó

khăn hơn: khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, khối lượng đất bóc của

các mỏ tăng nhanh, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải lớn,....

Để đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên

vùng Quảng Ninh, NCS tiến hành khảo sát chi tiết tại 03 mỏ than lộ thiên lớn, điển

hình tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, đó là các mỏ: Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc

Sáu. Các mỏ này điển hình cho tất cả các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh về điều

kiện tự nhiên, kỹ thuật, công nghệ khai thác và thiết bị sử dụng.

1.1.2. Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.2.1. Mỏ than Đèo Nai

Mỏ than Đèo Nai thuộc thị xã Cẩm Phả - Quảng Ninh, nằm trong giới hạn

tọa độ (hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trục 105o, múi chiếu 6o):

X = 2327694 ÷ 2324705; Y = 738178  741536

Phía Đông giáp mỏ than Cọc Sáu. Phía Tây giáp công trường +110 mỏ than

Thống Nhất. Phía Nam giáp khu vực dân cư các phường Cẩm Đông, Cẩm Tây, Cẩm

Sơn - Thành phố Cẩm Phả. Phía Bắc giáp mỏ than Cao Sơn và mỏ than Khe Chàm. Mỏ than Đèo Nai đang khai thác với diện tích 6,06 km2, trữ lượng khai thác

42,5.106 tấn [13].

1.1.2.2. Mỏ than Cao Sơn

Mỏ than Cao Sơn thuộc địa bàn phường Cao Sơn, và phường Mông Dương -

Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 4 km về hướng Đông Bắc. Khai

trường mỏ Cao Sơn nằm trong khoáng sàng than Khe Chàm với tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60):

X = 26.880  28.330; Y = 427.900  429.250; Z = Từ lộ vỉa  80 m

Phía Đông giáp khai trường mỏ than Mông Dương. Phía Tây giáp mỏ Đông

Đá Mài. Phía Nam giáp các mỏ Đèo Nai và Cọc Sáu.

Mỏ than Cao Sơn có diện tích khu vực khai thác là 4,87 km2 và trữ lượng

khai thác 48,13.106 tấn [11].

1.1.2.3. Mỏ than Cọc Sáu

- Mỏ than Cọc Sáu thuộc địa bàn phường Cẩm Phú - Thành phố Cẩm Phả,

cách trung tâm thành phố 6 km về hướng Đông Bắc, có vị trí nằm trong giới hạn tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60):

X = 254000  27000; Y = 429000  431200

Phía Tây Bắc giáp mỏ than Cao Sơn. Phía Tây giáp mỏ than Đèo Nai. Phía

Đông giáp mỏ than Quảng Lợi (Tổng Công ty Đông Bắc). Phía Nam giáp khu dân

cư phường Cẩm Phú; qua khu dân cư khoảng 2 km là Quốc lộ 18A.

Mỏ than Cọc Sáu có diện tích khu vực khai thác 5,35 km2, trữ lượng khai

thác 51,947.106 tấn [12].

Đặc điểm chung của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là đều có địa

hình dạng đồi núi, bao gồm các đỉnh núi nằm xen lẫn với các thung lũng. Hiện trạng

địa hình trên mặt của các khu mỏ lộ thiên nói trên hầu như đã bị khai thác, đổ

thải,… làm thảm thực vật rừng không còn nguyên vẹn, sườn núi khá dốc, dễ bị xói

lở trong mùa mưa. Địa hình nguyên thuỷ của khu vực bị biến đổi hoàn toàn. Địa

hình các mỏ hiện nay chủ yếu là các moong khai thác, các tầng đất đá đang khai

thác và các bãi thải, các mương, rãnh và các công trình xây dựng phục vụ khai thác

mỏ.

1.1.3. Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.1. Dây chuyền công nghệ

Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh được thể

hiện trong hình 1.1. Ở sơ đồ này, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm:

bóc đất đá và khai thác than. Công nghệ khai thác của mỏ theo quy trình khép kín

với các công đoạn khai thác liên hoàn. Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - nổ mìn

- xúc bốc - vận chuyển - đổ thải; dây chuyền khai thác than gồm: xúc bốc - vận

chuyển - sàng, tuyển - tiêu thụ.

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

1.1.3.2. Công nghệ khai thác

Các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đã hoàn thiện và làm chủ được công

nghệ đào sâu đáy mỏ dưới mức thoát nước tự chảy. Sự phối hợp giữa máy xúc đào

hào chuẩn bị với máy xúc tay gàu mở rộng tầng, giữa đào hào và khấu than theo

phân tầng và bóc đất đá toàn tầng ngày càng thuần thục, nhờ thế mà mỏ tăng được

tốc độ xuống sâu từ 57 m/năm lên 1015 m/năm, thậm chí đến nay tại các mỏ Cao

Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai có thể đạt 2025 m/năm.

Trong khâu khoan - nổ mìn, tiến bộ kỹ thuật thể hiện qua việc ứng dụng máy

khoan thủy lực; công nghệ nổ mìn vi sai phi điện kết hợp với việc sử dụng nhiều

loại thuốc nổ có tính năng phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể của mỏ. Ngoài hiệu

quả kinh tế trực tiếp mang lại, các thành tựu do tiến bộ khoa học trong công nghệ

khoan - nổ mìn nói riêng và tiến bộ khoa học, công nghệ nói chung đã làm ảnh

hưởng lớn đến việc đầu tư bổ sung, thay thế và sử dụng hệ thống thiết bị xúc bóc,

vận tải, thải đá của các mỏ.

Để khắc phục khó khăn do úng lụt trong mùa mưa gây ra cho sản xuất, hầu

hết các mỏ đều sử dụng công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp. Việc sử dụng công nghệ

khai thác này đã giúp cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh chủ động điều hoà

được sản lượng than, đất trong các mùa của năm.

Hệ thống khai thác (HTKT) khấu theo lớp dốc đứng đã được nghiên cứu và

áp dụng thành công ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Với HTKT này cho

phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ công tác, đẩy lùi một khối

lượng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau.

Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực gàu ngược

(MXTLGN) như hiện nay cho phép tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than và đá

kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về công nghệ vận tải đất đá hợp lý cho các mỏ

than lộ thiên sâu ở Việt Nam, hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản

Việt Nam (TKV) đã có chủ trương đầu tư thí điểm hệ thống vận tải liên hợp ôtô -

băng tải dốc kết hợp với các trạm đập nghiền đá di động. Trong công nghệ này, việc

sử dụng thiết bị máy xúc là gần như không thay đổi nhưng số lượng, chủng loại ôtô

và các loại hình thiết bị khác trong đồng bộ thiết bị của mỏ cần được tiếp tục nghiên

cứu, lựa chọn, đầu tư, bố trí sử dụng hợp lý để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Mặc dù vậy hiện nay và trong tương lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh, công nghệ xúc bốc và vận tải bằng máy xúc một gàu và ôtô vẫn tiếp tục là

những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ thiết bị chính của mỏ.

1.1.3.3. Sản lượng khai thác

a. Mỏ than Đèo Nai Sản lượng khai thác của mỏ than Đèo Nai đạt bình quân 2,5.106 tấn/năm,

tương ứng sản lượng đất bóc hàng năm thay đổi từ 20.10632.106 m3/năm.

Dự kiến tuổi thọ của mỏ là 30 năm với sản lượng theo than 2,5.1061,0.106

tấn/năm và theo đất đá là 32,5.10620.106 m3/năm và kết thúc khai thác vào năm

2037.

Bảng 1.1. Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Mỏ Loại đá f Độ dốc vỉa, độ , độ C, KG/cm2 n, KG/cm2 k, KG/cm2 c, KG/cm2 , KG/dm3

Cuội 1193 158,5 239 265 30 2,57

Cát kết 1231 157 242 180 29 2,50 Đèo Nai 8,0 ÷ 12,3 10 ÷ 75 Bột 818 142 187,4 80 29 2,64

Sét 50 29

Cuội 1405 74 177,3 398 31 2,60

1284 90 187 500 31 Cao Sơn Cát kết 7,9 ÷ 14,0 3 ÷ 74 2,67

Bột 791 132 177,7 123 31 2,55

Cuội 1100 59 140,1 113 37 2,61

Cát kết 990 59 133 180 52 2,59 Cọc Sáu 4,0 ÷ 11,0 8 ÷ 60 Bột 410 25,2 55,9 96 38 2,64

Sét 150 9,5 20,8 60 2,50

Hiện tại, số ngày làm việc trong năm của mỏ than Đèo Nai là 355 ngày. Số

ca làm việc trong ngày là 3 ca (xúc bốc đất đá) và 2 ca (khai thác than). Số giờ làm

việc trong ca là 8 giờ.

b. Mỏ than Cao Sơn Công suất được phép khai thác của mỏ than Cao Sơn là 3,5.106 tấn/năm (từ

2009 đến 2021) và 2,63.106 tấn/năm (từ 2022 đến khi kết thúc mỏ).

Mỏ Cao Sơn áp dụng chế độ làm việc trong năm là 293 ngày. Số ca làm việc

trong ngày: 3 ca (xúc bốc đất đá), 2 ca (khai thác than). Số giờ làm việc trong ca: 8

giờ.

c. Mỏ than Cọc Sáu

Trên cơ sở sự phân bổ trữ lượng than còn lại theo tầng, tốc độ xuống sâu tại

khu Thắng Lợi theo dự tính là 15 m/năm thì sản lượng của mỏ Cọc Sáu đạt

2,5.1063,6.106 tấn/năm. Tuổi thọ của mỏ là 24 năm (từ 2010 đến 2033).

Mỏ than Cọc Sáu làm việc theo chế độ không liên tục, nghỉ chủ nhật và ngày

lễ. Số ngày làm việc trong năm của mỏ than Cọc Sáu là 300 ngày (khai thác than là

270 ngày). Số ca làm việc trong ngày: 3 ca (bóc đất đá), 23 ca (khai thác than, tùy

theo thời kỳ). Thời gian làm việc 1 ca: 8 giờ. Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh

Khối

Chiều Khối lượng Chiều Chiều rộng Cao độ dài lượng đất than cao TT Tên mỏ trên mặt, đáy mỏ, trên nguyên bờ m m mặt, m bóc, 106 m3 mỏ, m

khai, 103 tấn

1 Đèo Nai 3.370 1.620 2.500 497 -345 20,532

2 Cao Sơn 33.220 2.350 5.000 695 -325 44 54

3 Cọc Sáu 3.220 1.680 3.600 615 -330 35,546,2

Bảng 1.3. Các thông số cơ bản của HTKT tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Cọc Sáu Đèo Nai Cao Sơn

TT Các thông số Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế Thiết kế Thực tế

15 1 Chiều cao tầng, m 12÷15 13÷15 15 15 15

50 2 Chiều rộng mặt tầng công tác, m 30÷40 30÷35 30÷45 45 50

3 Chiều rộng dải khấu, m 14÷21 14÷21 14÷21 14÷21 14÷21 14÷21

- 4 Chiều rộng mặt tầng dừng, m 10÷20 10÷20 10÷20 - -

5 Góc dốc sườn tầng, độ 65÷70 60÷65 65÷70 60÷65 65÷70 60÷65

- 6 Số lượng tầng trong một nhóm tầng 2÷4 2÷4 2÷4 - -

7 Góc bờ công tác, độ 28÷35 25÷30 28÷35 25÷27 28÷35 23÷27

8 Chiều rộng đường vận tải, m 24 24 20÷22 20÷22 23÷27 23÷27

9 Độ dốc dọc đường vận tải, % 8÷10 8÷10 8÷10 8÷10 8÷10 8÷10

1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ

THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1.2.1. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai

1.2.1.1. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Với tổng diện tích khai trường của mỏ than Đèo Nai là 390 ha, HTKT sử

dụng cho mỏ là HTKT xuống sâu, dọc một bờ công tác, sử dụng bãi thải ngoài với

việc áp dụng công nghệ khấu theo lớp đứng và đào sâu đáy mỏ bằng MXTLGN thì

nhu cầu sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai là rất lớn (bảng 1.4).

Bảng 1.4. Nhu cầu sử dụng thiết bị chủ yếu của mỏ than Đèo Nai

Đơn Số TT Tên thiết bị Ghi chú vị lượng

Cái 7

Cái 2

Cái 4

Cái 1

Xúc đất đá và than 1 Máy xúc thuỷ lực (6,7 m3) 2 Máy xúc thuỷ lực (5,2 m3) Cái 3 Máy xúc tay gàu EKG-4,6; -5A (4,6÷5,0 m3) Cái Máy xúc tay gàu EKG-10 (10 m3) 4 MXTLGN (3÷3,5 m3) 5 MXTLGN (1÷1,5 m3) 6 Máy chất tải (2,8 m3) 7 Máy chất tải (3,5÷3,8 m3) Cái 3

Cái 1

Thoát nước và gỡ đá đầu băng tải 8 MXTLGN PC 200-7 (1,8÷2,0 m3) 9 MXTLGN PC 220-3 (2,0÷2,5 m3) Cái 1

Với khối lượng đất đá bóc theo kế hoạch sản xuất năm 2016 của mỏ là 17.400.000 m3, khối lượng xúc bốc than theo kế hoạch là 1.450.000 tấn, khối lượng

than khai thác lại là 350.000 tấn thì hiện tại mỏ đang sử dụng 19 thiết bị xúc bốc các

loại trong đó gồm 11 máy xúc tay gàu EKG-4,6 và EKG-5A có dung tích gầu

4,65m3 (trong đó có 02 chiếc để xúc than), 07 MXTLGN PC1250 có dung tích gàu

5,26,7 m3 và 01 MXTLGN PC750 loại dung tích gàu 2,2÷3,5 m3. Các máy xúc tay

gàu hầu hết có tuổi thọ trên 10 năm nên tình trạng kỹ thuật chỉ đạt loại B và C, một

số đang chờ tháo dỡ và chỉ có thể sử dụng xúc ở các bãi than. Ngoài ra mỏ sử dụng

thêm 04 máy chất tải để dọn dẹp vách vỉa và trụ vỉa.

Đối chiếu với nhu cầu máy xúc của mỏ than Đèo Nai theo bảng 1.4 thì số

lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế của mỏ

theo thiết kế ban đầu. Điều này dẫn tới hiệu quả và năng suất của mỏ chưa cao, ảnh

hưởng tới hiệu quả sản xuất trong toàn mỏ than Đèo Nai nói riêng và của ngành

Than nói chung.

Hình 1.2. Công tác xúc bốc đất đá tại mỏ than Đèo Nai

Bảng 1.5. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Năng suất Dung tích Số Số định mức Loại máy lượng, Ghi chú TT gàu xúc, m3 cái của ngành than, m3/ca

Máy xúc điện, gàu 1 EKG-4,6B (5A) 15 1500 4,65 thuận, xúc đất đá

MXTLGN, 2 PC 1250SP-7 6,7 4 1800 xúc đất đá

MXTLGN, 3 PC 1250-7 5,2 1500 1 xúc đất đá và than

MXTLGN, 4 PC 750-6 4,0 1200 2 xúc đất đá và than

MXTLGN, 5 CAT 320 1,5 500 3 xúc than

Khối lượng đá bóc hàng năm lớn nhất tại mỏ than Đèo Nai là 32.250.000 m3, so sánh với khối lượng mà các máy xúc hiện nay đang đảm nhận là 20.350.000 m3 thì vẫn còn tồn lại 11.900.000 m3 đất đá chưa được xúc.

1.2.1.2. Sơ đồ công nghệ và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị xúc

bốc tại mỏ than Đèo Nai

Trên cơ sở đặc điểm cấu tạo của các vỉa than tại mỏ Đèo Nai, thiết bị sử

dụng và hiện trạng khai thác tại các khu vực, để giảm tổn thất và làm bẩn than trong

quá trình khai thác, công nghệ khai thác than tại mỏ được thực hiện như sau:

- Khu công trường chính: Than được khai thác theo các phân tầng với chiều

cao 5 m, chiều dày của các lớp than và đá kẹp cần tách chọn lọc  0,5m. Công tác

dọn sạch vách, trụ vỉa và các lớp đá kẹp được thực hiện bằng MXTLGN kết hợp với

máy gạt. Đào hào mở vỉa bằng hào bám vách và hướng khai thác than từ vách sang

trụ vỉa.

- Khu Lộ Trí: Tiến hành khai thác đồng thời gồm nhiều vỉa than có cấu tạo

rất phức tạp, đặc biệt là các vỉa Bắc A2. Hiện trạng, việc khai thác các vỉa này là cắt

tầng than theo các tầng đất đá và hướng khai thác từ trụ sang vách vỉa. Với công

nghệ khai thác như vậy gây tổn thất và làm bẩn rất lớn. Công nghệ khai thác các vỉa

than thuộc khu Lộ Trí cũng tương tự như khu công trường chính, nhưng hào mở vỉa

được tiến hành trong than và hướng khai thác từ hào trung gian sang trụ vỉa, khi đẩy

được đất đá vách đến vị trí cần thiết thì đi hào vách và tiến hành khai thác than từ

hào vách tới hào trung gian.

Công tác đào sâu đáy mỏ và khai thác than hiện trạng đang được thực hiện bằng MXTLGN với dung tích gàu E = 3,1 m3 phối hợp với các máy xúc hiện có của

mỏ. Phương hướng đầu tư ĐBTB chủ yếu để khai thác và vận chuyển than, trong thời gian tới dùng loại MXTLGN có E = 33,5 m3, chiều sâu xúc tối đa hs  89 m, kết hợp với ôtô chuyên dùng để chở vật liệu nhẹ, có dung tích thùng xe 1718 m3,

tương ứng với tải trọng 2425 tấn là hợp lý. Ngoài ra, do đặc điểm cấu tạo của các

vỉa than rất phức tạp, đặc biệt là các vỉa Bắc A2, sử dụng 01 MXTLGN có dung tích

gàu E = 11,5 m3 để tăng cường khai thác chọn lọc, tận thu các lớp than mỏng,

giảm tổn thất và làm nghèo khoáng sản.

Trình tự phát triển công trình trên toàn bộ hay từng phần của bờ mỏ khi áp

dụng công nghệ này là từ trên xuống dưới, các máy xúc làm việc trên các tầng kề

nhau hay trên cùng một tầng là theo phương thức khấu đuổi và có thể có một số

phương pháp bố trí máy xúc trên một nhóm tầng cơ bản như sau:

a Một máy xúc trên 1 tầng và xúc đuổi b Hai máy xúc trên 1 nhóm tầng được

nhau với luồng xúc dọc tầng bố trí trên cùng 1 tầng

c Hai máy xúc trên 1 nhóm tầng được d Một máy xúc trên 1 nhóm tầng

bố trí mỗi máy 1 tầng

Hình 1.3. Các sơ đồ bố trí thiết bị xúc bốc đất đá theo phương thức khấu đuổi trong

một nhóm tầng tại mỏ than Đèo Nai

1. Một máy xúc trên một tầng và xúc đuổi nhau với luồng xúc dọc tầng

(Hình 1.3-a).

2. Hai máy xúc trên một tầng với luồng xúc dọc tầng (Hình 1.3-b).

3. Hai máy xúc trên một nhóm tầng với luồng xúc dọc tầng (Hình 1.3-c).

4. Sử dụng một máy xúc trên một nhóm tầng (Hình 1.3-d).

Khối lượng đất đá bóc và năng suất của các thiết bị xúc bốc hiện đang sử

dụng tại mỏ được thể hiện trong bảng 1.6.

Bảng 1.6. Khối lượng đất bóc và năng suất của thiết bị xúc bốc

TT Tên chỉ tiêu Giá trị

1 Khối lượng đất bóc hàng năm lớn nhất 32.250

2 Khối lượng đất bóc do máy xúc hiện có đảm nhận 20.350

3 Khối lượng đất bóc cần bổ sung thiết bị xúc bốc 11.900

600÷750

2500÷3000

1500÷1700

4 Năng suất máy xúc EKG 4,6; 5A hiện có xúc đất đá 5 Năng suất máy xúc tay gàu có E = 8÷10 m3 6 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 5,2÷6,7 m3 7 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 2,5÷3,5 m3 Đơn vị 103m3 103m3 103m3 103 m3 103 m3 103 m3 103 m3 750

cái 3

Số lượng máy xúc thuỷ lực đầu tư bổ sung: - Máy xúc tay gàu có E = 10 m3 - Máy xúc thuỷ lực có E = 5,2÷6,7 m3 cái 2÷7

SẢN LƯỢNG

THỜI GIAN

NĂNG SUẤT

Số máy

TÊN MÁY

Đất, m3

Ca làm Giờ máy

Giờ

Ngày

Than, m3 Ngày làm

CỘNG, m3

Bảng 1.7. Các chỉ tiêu đất đá và thông số xúc bốc tại mỏ than Đèo Nai

Thực tế làm việc 639.629 721.995

Bình quân 1 máy Theo danh sách 3.065 1.198 2.445 2.906 2.620 3.301 2.829 3.087 2.833 2.613 2.888 3.205 2.560 2.987 2.751 639.629 2.788 721.995 1.526.973 1.526.973 4.802 4.678 4.412 4.729 4.514 5.357 4.956 1.443.212 1.443.212 4.803

EKG 6 8 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 Cộng EKG Cộng PC-750 PC4 (PC 5,2 m3) PC5 PC6 PC8 PC9 PC10 PC11 Cộng PC 6,7 m3 PC-315DL PC-200W7 Cộng PC-CT gạt XL-2 XL-3 XL-4 Cộng máy bốc TỔNG TOÀN CÔNG TY

Theo danh sách 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 1 1 1 3 27

Làm việc thực tế 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 1 1 1 3 27

839.699 340.303 200.513 793.469 694.348 927.508 500.810 419.766 835.829 407.591 600.632 874.844 757.880 761.613 8.954.805 721.995 1.526.973 1.515.757 952.891 1.205.850 1.489.604 1.800.108 1.695.063 8.659.273 141.560 37.492 179.052 281.749 359.634 730.123 1.371.506 21.413.604

834.102 - 200.437 786.558 692.300 926.155 500.810 419.675 818.552 405.149 596.731 869.930 752.183 744.244 8.546.826 659.471 1.321.980 1.412.074 905.138 1.185.107 1.326.782 1.751.102 1.568.064 8.148.267 122.127 30.814 152.941 32.413 26.812 29.308 88.533 18.918.018

274 284 82 273 265 281 177 136 295 156 208 273 296 255 3.255 259 318 324 216 255 330 336 342 1.803 270 350 620 276 306 301 883 7.138

722 403 200 717 665 737 447 353 749 396 531 724 740 644 8.028 691 863 879 565 711 884 934 941 4.914 676 1.024 1.700 533 604 763 1.900 18.096

3.736 1.815 - 3.328 3.590 3.877 1.894 3.549 3.827 466 4.090 2.670 3.899 3.420 40.161 4.158 3.988 4.767 2.326 4.379 3.762 5.053 4.883 25.170 3.044 4.346 7.390 2.250 2.665 3.195 8.110 88.977

457.169 1.021 1.175 2.426 1.553

1.163 844 1.003 1.107 1.044 1.258 1.120 1.189 1.116 1.029 1.131 1.208 1.024 1.183 1.115 1.045 1.769 1.724 1.687 1.696 1.685 1.927 1.801 1.762 529 595 957 722

225 187 238 193 239 264 118 218 875 147 328 194 223 223 174 383 318 410 275 396 356 347 344 125 135 229 169

5.597 340.303 76 6.911 2.048 1.353 - 91 17.277 2.442 3.901 4.914 5.697 17.369 407.979 62.524 204.993 103.683 47.753 20.743 162.822 49.006 126.999 511.006 19.433 6.678 26.111 249.336 332.822 700.815 1.282.973 2.495.586 18

Với các thiết bị xúc bốc chủ yếu là máy xúc tay gàu EKG và MXTLGN thì

kiểu gương xúc phục vụ cho công tác xúc bốc trên mỏ hiện nay là gương bên hông.

Khi sử dụng gương bên hông, có các sơ đồ nhận tải của ôtô đối với máy xúc

tại mỏ than Đèo Nai như sau:

a) b) c) d)

Hình 1.4. Sơ đồ a, b, d nạp xe 1 bên; sơ đồ c nạp xe 2 bên

Sơ đồ (Hình 1.4-a) có trục ôtô song song với trục máy xúc ở vị trí chính diện,

sơ đồ này áp dụng khi chiều rộng luồng xúc hẹp. Sơ đồ này có nhược điểm là thời

gian trao đổi xe lớn.

Sơ đồ (Hình 1.4-b) có trục ôtô lệch so với phương thẳng đứng 1 góc 35, ở

sơ đồ này thời gian xúc của máy xúc giảm do giảm thời gian của vòng quay.

Sơ đồ (Hình 1.4-c) ôtô được bố trí ở hai bên máy xúc nên giảm được thời

gian vòng quay của máy, thời gian làm việc của máy xúc là lớn nhất, sơ đồ trao đổi

xe an toàn, đơn giản.

Sơ đồ (Hình 1.4-d) nâng cao thời gian của máy xúc do không mất thời gian

chờ đợi trao đổi xe, sơ đồ này chỉ áp dụng khi ôtô có tải trọng không lớn vì việc lùi

xe theo sơ đồ này rất phức tạp.

1.2.1.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai

Số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai hiện nay khoảng 25

chiếc bao gồm cả máy xúc tay gàu (chủ yếu để xúc đất đá) và MXTLGN để xúc

than và xúc chọn lọc các vỉa mỏng là chưa đáp ứng đủ yêu cầu xúc bốc hết khối

lượng mỏ theo thiết kế.

Ngoài ra, trên mỏ còn sử dụng một số loại máy xúc tay gàu có tuổi thọ trên

dưới 10 năm, tình trạng kỹ thuật đã xuống cấp và chỉ sử dụng tạm thời tại một số

bãi xúc than, dẫn đến sự không đồng bộ trong quá trình làm việc với các thiết bị

khác.

Như vậy, mỏ than Đèo Nai cần đầu tư thêm thiết bị xúc bốc trong thời gian

tới. Khi tiến hành đầu tư thêm thiết bị xúc bốc sẽ kéo theo sự thay đổi về năng suất

xúc bốc và khối lượng mỏ hàng năm, điều này dẫn tới sự thay đổi trong quá trình

vận tải trên mỏ và cần thiết phải điều chỉnh thiết bị vận tải sao cho sự phối hợp giữa

máy xúc và ôtô là hợp lý nhất.

1.2.2. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cao Sơn

1.2.2.1. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

Là một trong những mỏ khai thác than lộ thiên lớn của TKV, mỏ than Cao

Sơn sử dụng các thiết bị xúc bốc như trong bảng 1.8.

Bảng 1.8. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

TT Chủng loại Dung tích gầu, m3 Số lượng

1 Máy xúc EKG-4,6; EKG-5A 4,6÷5,0 11

2 Máy xúc EKG-8I 8,0 8

3 Máy xúc EKG-10 10,0 1

4 MXTLGN PC1800-6 12,0 1

5 MXTLGN PC750-7 3,4 2

6 MXTLGN PC1250 6,7 4

7 MXTLGN Hitachi 670 3,5 2

8 MXTLGN CAT-365BL 3,2 2

Tổng số máy xúc tay gàu trên mỏ than Cao Sơn hiện nay là 20 chiếc. Các

máy xúc này hầu hết được đầu tư đã lâu và một số không còn đảm bảo các yêu cầu

về kỹ thuật. Số máy xúc thủy lực phục vụ cho công tác xúc bốc tại mỏ bao gồm 11

chiếc, phục vụ cho cả việc xúc bốc đất đá và than cũng như dọn vách vỉa và trụ vỉa.

Hình 1.5. Công tác xúc bốc tại mỏ than Cao Sơn

1.2.2.2. Sơ đồ công nghệ và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị xúc

bốc tại mỏ than Cao Sơn

Hiện nay, mỏ than Cao Sơn cũng như các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

vẫn đang sử dụng HTKT xuống sâu dọc một hoặc hai bờ công tác, đáy mỏ hai cấp,

sử dụng bãi thải ngoài. Với HTKT này, các sơ đồ công nghệ xúc bốc đang thực hiện

tại mỏ than Cao Sơn bao gồm:

- Đất đá được xúc với chiều cao tầng 10÷15 m bằng máy xúc tay gàu và

MXTLGN, xúc đuổi trên các tầng kề nhau với luồng xúc dọc tầng.

- Than được khai thác theo các phân tầng 5÷7,5 m; chiều dày của các lớp

than và đá kẹp cần bóc tách chọn lọc  0,3 m. Công tác dọn sạch vách, trụ vỉa và

các lớp đá kẹp được thực hiện bằng máy gạt kết hợp với MXTLGN. Hào mở vỉa

bám vách vỉa than và hướng khai thác từ vách sang trụ vỉa.

Năng suất của các thiết bị xúc bốc trên mỏ than Cao Sơn được thể hiện cụ

thể trong bảng 1.9.

Với các thiết bị xúc bốc chủ yếu trên mỏ là máy xúc tay gàu EKG và

MXTLGN thì kiểu gương xúc phục vụ cho công tác xúc bốc đất đá trên mỏ than

Cao Sơn hiện nay là gương bên hông.

Mỏ sử dụng sơ đồ nhận tải cho gương xúc bên hông tương tự như sơ đồ

trong hình 1.6.

Hình 1.6. Hộ chiếu xúc đất đá tại mỏ than Cao Sơn [10]

1.2.2.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ Cao Sơn

Nhìn chung, mỏ than Cao Sơn cũng có tình trạng tương tự như các mỏ than

Đèo Nai, Cọc Sáu của vùng Quảng Ninh. So với khối lượng mỏ cần phải xúc bốc

hàng năm lớn thì số lượng máy xúc đang phục vụ tại mỏ (nếu không kể tới số máy

xúc của các đơn vị thuê ngoài) chưa đáp ứng được năng suất so với kế hoạch đề ra.

Tổng số máy xúc hiện đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn là 31 chiếc, trong

đó có 20 máy xúc tay gàu EKG với các kiểu dung tích khác nhau, 11 MXTLGN.

Các máy xúc tay gàu hầu hết đã có niên hạn sử dụng khá lâu, thường xuyên xảy ra

hỏng hóc phải sửa chữa và bảo trì thường xuyên dẫn tới hiệu quả sử dụng và năng

suất của các máy xúc giảm mạnh. Ngoài ra, do niên hạn sử dụng đã lâu nên hầu hết

các máy xúc tay gàu này không còn đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật.

Các MXTLGN được đầu tư mới bổ sung phục vụ cho công tác xúc bốc, chủ

yếu là xúc than (hình 1.7) bước đầu đã đạt được những hiệu quả đáng kể. Do quỹ

đạo xúc của MXTLGN lớn nên hiệu quả mang lại của các MXTLGN là rất cao. Tuy

nhiên vẫn không thể đáp ứng và thay thế hoàn toàn các máy xúc tay gàu có niên hạn

sử dụng đã quá lâu như trên.

A - A

Hình 1.7. Hộ chiếu xúc than tại mỏ than Cao Sơn [10]

Hơn nữa, hiện tại mỏ than Cao Sơn đang tiến hành khai thác xuống sâu, dẫn

tới khối lượng đất đá bóc sẽ tăng lên, chiều cao nâng tải lớn, ảnh hưởng lớn tới khối

lượng mỏ cần xúc bốc và hiệu quả làm việc của các thiết bị xúc bốc. Do vậy, một

vấn đề cấp bách đặt ra đối với mỏ than Cao Sơn là cần phải xem xét sử dụng các

thiết bị xúc bốc một cách hợp lý cho mỏ.

Bảng 1.9. Năng suất của các loại máy xúc đang sử dụng trên mỏ than Cao Sơn [10]

Giờ ngừng

Giờ hoạt động

Giờ ngừng do tổ chức sản xuất

Năng suất bình quân

chế độ

Sản

Số

lượng

Tên thiết bị

Ra

S/C

Bàn

Hư

Chờ

Nguyên

Sản

TT

lượng

Tổng

Mất

bình

sản

định

giao

hỏng

vật

nhân

m3/ngày m3/ca

m3/h

số

điện

quân/máy

phẩm

kỳ

ca

máy

tư

khác

lượng (m3, tấn)

I Máy xúc đất - than

22,169,881

31

1 Máy xúc tay gàu EKG-4,6+5A

31.051 28.515 1.491 15.840 3.664 1.283

43.053 5.658.171 509.520

1.954

739

197

2 Máy xúc tay gàu EKG-8U

26.439 24.105 1.176 11.280 3.926 1.043

24.961 5.768.840 713.083

2.532

936

237

3 Máy xúc EKG-10Y

3.113 2.834

224

1.440

535

110

3.365

887.889

3.051 1.203 313

4 MXTLGN PC 1800-6

4.159 3.690

1.347

330

2.636

839.471

2.761 1.018 227

5 MX TLGN PC 750-7

9.825 8.131

2.694

369

4.191 1.815.990 907.995

2.811

987

223

6 MXTLGN PC 1250

21.740 18.444 380

5.388

110

6.939 4.198.744 1.049.686 3.065 1.062 228

7 MXTLGN Hitachi 670

10.810 9.862

2.694

148

3.602 1.638.058 819.029

2.377

818

166

8 MXTLGN CAT-365BL

8.571 6.911

2.694

588

4.853 1.362.718 681.359

2.460

875

197

1.2.3. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu

1.2.3.1. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu

Trên cơ sở đặc điểm địa chất mỏ và trình tự khai thác, hiện tại mỏ than Cọc

Sáu đang áp dụng HTKT có vận tải, đất đá đổ bãi thải ngoài (các bãi thải Đông Cao

Sơn, Đông bắc Cọc Sáu).

Toàn bộ công tác xúc bốc hiện nay tại mỏ than Cọc Sáu được cơ giới hoá

bằng các loại máy xúc thủy lực gầu thuận (MXTLGT) có dung tích gầu từ

4,610m3 và MXTLGN có dung tích gầu đến 4,7m3 (để xúc than, đào hố bơm và

hào tháo khô).

Hình 1.8. Công tác xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu

Số lượng thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu được thể hiện

trong bảng 1.10.

Bảng 1.10. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu [11]

Loại máy Ghi chú Số TT Số lượng, cái

1 EKG-10 Dung tích gàu xúc, m3 10 Năng suất định mức của ngành than, m3/ca 1.800 Máy xúc tay gầu 3

2 EKG-4,6B (5A) 1.200 21 4,65 Máy xúc tay gầu, xúc đất đá

3 PC 1250 6,7 1.450 6 MXTLGN, xúc đất đá

MXTLGN, 4 PC 750-7 3,4 900 4 xúc than

MXTLGN, xúc 5 CAT 385B 4,0 1.000 1 đất đá và than

Hiện tại, mỏ than Cọc Sáu đang sử dụng trên 20 thiết bị xúc bốc các loại

trong đó gồm 19 máy xúc tay gàu EKG-4,6 và EKG-5A có dung tích gầu

E=4,65m3, 4 MXTLGN có E = 2,84,7 m3. Các máy xúc tay gàu hầu hết có tuổi

thọ trên 10 năm do vậy nên tình trạng kỹ thuật chỉ đạt loại B và C, một số đang chờ

tháo dỡ và chỉ có thể sử dụng xúc ở các bãi than. Cần thiết đầu tư thay thế bằng

MXTLGT với dung tích gầu E = 510,5 m3.

1.2.3.2. Sơ đồ công nghệ và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị xúc

bốc tại mỏ than Cọc Sáu

Công tác xúc bốc đất đá trên mỏ than Cọc Sáu được tiến hành bằng gương

xúc bên hông, khấu đuổi. Trình tự khấu đuổi được thực hiện như hình 1.9.

Hình 1.9. Gương xúc bên hông sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu

Khi khai thác dưới mức thoát nước tự chảy, mỏ sử dụng công nghệ đào sâu

đáy mỏ 2 cấp hoặc đáy mỏ nghiêng với việc áp dụng MXTLGN. Mùa mưa tiến

hành bóc đất đá ở các tầng trên cao, còn tầng dưới cùng được sử dụng làm hố chứa

nước. Đến những tháng chuyển mùa, cần phải bơm cạn moong để vào đầu mùa khô

có thể đưa các thiết bị xuống đáy moong tiến hành đào sâu và khai thác than. Công

nghệ này cũng đã được áp dụng thành công tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh trong những năm qua.

Bảng 1.11. Khối lượng mỏ cần xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu [11]

TT Tên chỉ tiêu Số lượng

1 Khối lượng đất bóc hàng năm lớn nhất Đơn vị 103 m3 46.500

2 Máy xúc EKG-5A hiện có sử dụng xúc đất đá 3032

3 Khối lượng đất bóc do máy xúc hiện có đảm nhận 32.000

13.000

2.000

4 Khối lượng đất bóc cần bổ sung thiết bị xúc bốc 5 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 8÷10 m3 6 Năng suất máy xúc thuỷ lực có E = 5÷7 m3 cái 103 m3 103 m3 103 m3 103 m3 1.500

7 Số lượng máy xúc thuỷ lực đầu tư bổ sung: - Máy xúc thủy lực có E = 10 m3 cái 4

Bảng 1.12. Năng suất các loại máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu [11]

Loại máy xúc/ dung tích gầu Các chỉ tiêu - Đơn TT thông số kỹ thuật vị Thuỷ lực/ 5÷7m3 Tay gàu 8÷10m3 Tay gàu/ 4,6m3

I Đất đá xúc

1 Thể trọng t/m3 2,6 2,6 2,6

2 Hệ số nở rời 1,5 1,5 1,5

3 Thể trọng đất đá nở rời t/m3 1,73 1,73 1,73

II Ôtô phục vụ

4 Mã hiệu CAT-773D CAT-777D HD325

5 Tải trọng 58 96,7 32

6 Dung tích thùng xe 35,2 t m3 60,1 19

7 Thời gian trao đổi xe ở s 30 30 30

gương xúc

III Máy xúc

CAT-5090 EKG-10 EKG-5A 8 Mã hiệu

9 Dung tích gầu xúc 6 m3 10 5

10 Hệ số xúc đầy gầu 0,9 0,95 0,9

11 Khối lượng đất đá thực tế 5,2 m3 9,5 4,5

một lần xúc

12 Trọng lượng đất đá thực tế 8,9 t 16,5 7,8

một lần xúc

13 Thời gian một chu kỳ xúc 25 25 30

14 Số gầu cho một ôtô theo gầu

tính toán

- Theo khối tích 6,9 gầu 6,4 4,22

- Theo trọng lượng 6,5 gầu 5,9 4,1

- Theo tính chọn 6 gầu 6 4

15 Khối lượng đất đá thực tế

một ôtô

- Theo khối tích 30,8 m3 56,7 18

- Theo trọng lượng 53,4 t 98,28 31,2

16 Số chuyến ôtô xúc được 17 14 25

trong 1 giờ

17 Các hệ số làm giảm năng % 71,2 85 71,2

suất

- Hệ số sử dụng thời gian % 83 85 83

- Hệ số trình độ tay nghề % 95 100 95

của công nhân

- Hệ số sẵn sàng của máy % 95 100 95

xúc

- Hệ số sẵn sàng của ôtô 95 % 100 95

18 Năng suất giờ của máy xúc

- Theo khối rời 365 977 256

- Theo khối nguyên 244 664 171

m3/h m3/h m3/n 19 Năng suất năm của máy 1.474.016 3.388.731 598.080

xúc

1.2.3.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu

Nhìn chung, công tác xúc bốc tại mỏ than Cọc Sáu cũng tương tự như của mỏ than Đèo Nai và Cao Sơn. Tổng khối lượng mỏ cần xúc bốc là 46.500.000 m3

(năm lớn nhất). Trong khi đó, số lượng máy xúc hiện tại chỉ đảm nhiệm được 32.000.000 m3/năm. Như vậy, mỏ cũng cần thiết phải bổ sung máy xúc để phục vụ

cho công tác xúc bốc đất đá và than.

Ngoài ra, trên mỏ Cọc Sáu hiện nay còn đang sử dụng các máy xúc tay gàu

có tuổi thọ trên 10 năm, không đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và chỉ sử dụng để

xúc than tại các bãi than. Do đó, năng suất làm việc của các thiết bị xúc bốc không

đồng đều, dẫn tới sự không đồng bộ hoặc hiệu quả đồng bộ thấp trong công tác xúc

bốc và vận tải. Vì vậy, cần có phương án cụ thể để nâng cao hiệu quả phối hợp giữa

máy xúc và ôtô cho mỏ Cọc Sáu.

1.2.4. Đánh giá chung về hiện trạng sử dụng máy xúc tại 3 mỏ Đèo Nai,

Cao Sơn và Cọc Sáu

Nhìn chung, cả 3 mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu đều có những đặc

điểm chung giống nhau, đó là các mỏ đều khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước

tự chảy, sử dụng đồng thời cả máy xúc thủy lực và máy xúc tay gàu; khối lượng mỏ

cần xúc bốc hàng năm lớn, số lượng máy xúc không đủ để xúc bốc hết khối lượng

mỏ theo thiết kế ban đầu; các máy xúc tay gàu đã quá 10 năm nên không còn đảm

bảo các yêu cầu về kỹ thuật,…

Sự đa dạng về chủng loại đã làm giảm tính đồng bộ của hệ thống thiết bị

hiện có của các mỏ than này. Đặc biệt, mỏ than Cao Sơn sử dụng 8 loại máy xúc,

mỏ than Đèo Nai và Cọc Sáu sử dụng 5 loại máy xúc, bao gồm cả máy xúc tay gàu

và máy xúc thủy lực với các loại dung tích gàu khác nhau để xúc bốc đất đá và than,

khai thác chọn lọc các vỉa mỏng và dọn vách vỉa, trụ vỉa.

Chính sự đa dạng về chủng loại và khác nhau về số lượng các máy xúc sử

dụng tại các mỏ này dẫn tới nhu cầu về số lượng ôtô phục vụ cho mỗi máy xúc cũng

khác nhau. Điều này dẫn tới năng suất làm việc của các thiết bị xúc bốc và vận tải

không đồng đều, hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô thấp.

Qua số liệu thu thập từ các mỏ than nói trên cho thấy: năng suất thực tế trung

bình trong năm của các thiết bị xúc bốc và vận tải đều thấp hơn so với năng suất

định mức của ngành Than (cá biệt trong một số ca sản xuất, có thiết bị lại đạt năng

suất cao hơn năng suất theo định mức). Thực tế này đặt ra vấn đề cần tìm ra các giải

pháp khắc phục nhằm nâng cao hiệu quả xúc bốc cũng như tối ưu hóa sự phối hợp

giữa máy xúc và ôtô để mang lại hiệu quả sản xuất cao nhất cho các doanh nghiệp

mỏ.

1.3. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN

VÙNG QUẢNG NINH

1.3.1. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Đèo Nai

1.3.1.1. Khối lượng, hình thức, và cung độ vận tải của mỏ than Đèo Nai

Hiện tại, mỏ than Đèo Nai vẫn đang sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô với

khối lượng mỏ cần thiết phải vận tải hàng năm (than và đất đá thải) rất lớn. Khối

lượng mỏ cần thiết phải vận tải tại mỏ than Đèo Nai (đất đá bóc vận chuyển ra bãi

thải và than nguyên khai từ khai trường về các xưởng sàng và bunke trung chuyển

đi nhà máy tuyển) theo thiết kế ban đầu được thể hiện trong bảng 1.13.

Bảng 1.13. Khối lượng vận tải hàng năm của mỏ than Đèo Nai theo thiết kế (Chưa tính 6,5 tr.m3đất đá bóc lại) [12]

C. trường chính Moong Lộ trí Nam Lộ trí Toàn mỏ Năm

Khai

thác Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t

2010 15.031 1.767 4.296 726 4.973 207 24.300 2.700

2011 19.815 1.910 1.940 338 8.245 252 30.000 2.500

2012 21.750 1.700 200 100 9.800 700 31.750 2.500

2013 21.950 1.800 9.800 700 31.750 2.500

2014 21.950 1.800 9.800 700 31.750 2.500

2015 20.950 1.800 9.800 700 30.750 2.500

2016 23.250 1.800 9.000 700 32.250 2.500

2017 21.750 1.700 10.500 800 32.250 2.500

2018 20.850 1.631 11.150 869 32.000 2.500

2019 21.500 1.600 10.500 900 32.000 2.500

2020 22.250 1.650 9.750 850 32.000 2.500

2021 21.750 1.700 10.000 800 31.750 2.500

2022 19.750 1.700 10.000 800 29.750 2.500

2023 20.500 1.800 8.750 700 29.250 2.500

2024 20.600 1.800 8.750 700 29.350 2.500

2025 19.225 1.800 8.250 700 27.475 2.500

2026 17.175 1.692 7.203 608 24.378 2.300

2027 17.561 1.736 3.082 264 20.643 2.000

2028 15.222 1.500 15.222 1.500

2029 13.400 1.400 13.400 1.400

2030 11.562 1.400 11.562 1.400

2031 7.700 1.400 7.700 1.400

2032 6.500 1.300 6.500 1.300

C. trường chính Moong Lộ trí Nam Lộ trí Toàn mỏ Năm

Khai

thác Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t Đất, 103m3 Than, 103t

2033 5.200 1.300 5.200 1.300

2034 4.400 1.100 4.400 1.100

2035 4.000 900 4.000 900

2036 1.425 400 1.425 400

2037 500 194 500 194

Cộng 437.516 42.280 6.436 1.164 159.353 11.950 603.305 55.394

Tuy nhiên, theo số liệu thực tế của mỏ than Đèo Nai trong năm 2016, khối lượng đất đá bóc phải vận tải là 18.021.986 m3, khối lượng than phải vận tải là

1.056.938 tấn, khối lượng than khai thác lại là 516.333 tấn. Như vậy, so với thiết kế

ban đầu thì cả khối lượng đất đá bóc và khối lượng than cần phải vận tải đều nhỏ

hơn so với thiết kế. Điều này có thể do nhiều nguyên nhân bao gồm cả nguyên nhân

khách quan và nguyên nhân chủ quan, trong đó có cả nguyên nhân do số lượng máy

xúc trên mỏ không đáp ứng đủ theo thiết kế ban đầu.

Theo số liệu thống kê năm 2016 của mỏ, tổng số ôtô làm việc trên mỏ

(không tính các xe đang trong quá trình duy tu, bảo dưỡng) là 73 xe/ca. Trong đó xe

90 tấn là 18 xe/ca; xe 96 tấn là 5 xe/ca; HD-765 (55 tấn) là 21 xe/ca; CAT 773F (55

tấn) là 21 xe/ca và Volvo-HM (34 tấn) là 8 xe/ca.

Hình 1.10. Biểu đồ V, P = f(H) mỏ than Đèo Nai [17]

Cung độ vận tải bình quân trên mỏ than Đèo Nai đối với đất đá là 4,9 km và

đối với than là 4,2 km (năm 2016). Theo thiết kế ban đầu, do điều kiện đổ thải khó

khăn, khó bố trí vị trí đổ thải cũng như diện tích bãi thải thì mỗi năm cung độ vận

tải tại mỏ than Đèo Nai tăng bình quân 0,3 km. Điều này sẽ làm thay đổi toàn bộ

chu kỳ của chuyến xe, dẫn tới làm thay đổi năng suất của máy xúc và ảnh hưởng tới

hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô của mỏ cũng như năng suất của toàn mỏ.

1.3.1.2. Công nghệ vận tải và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị

vận tải tại mỏ than Đèo Nai

Hiện tại, mỏ than Đèo Nai vẫn đang sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô với

các loại ôtô sử dụng được thể hiện trong bảng 1.14. Mỏ sử dụng hình thức vận tải

theo chu trình kín, số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc được tính toán cố định

phù hợp theo lý thuyết.

Trong giai đoạn này, mỏ sẽ khai thác song song tại 2 khu vực đó là Khu Nam

Lộ Trí và Khu Vỉa Chính. Theo bảng khối lượng phân bổ theo tầng và bố trí của

tuyến hào vận tải thì tại mỏ sẽ tồn tại các hướng vận tải khác nhau:

- Khu Nam Lộ Trí từ mức +120m đến mức +255m, cung độ vận tải bằng ôtô

ra bãi thải Đông Khe Sim là từ 4,5÷5,5 km. Nếu vận tải kết hợp ôtô với băng tải thì

cung độ vận tải bằng ôtô là 2,9÷4,5 km, cung độ vận tải bằng băng tải là 4÷4,5 km.

Vậy cung độ vận tải bằng ôtô sẽ ngắn hơn do đó lựa chọn hình thức vận chuyển ra

bãi thải của Khu Nam Lộ Trí từ mức +120 m đến mức +255 m bằng ôtô là hợp lý.

Bảng 1.14. Số lượng ôtô vận tải tại mỏ than Đèo Nai (2016) [12]

STT Loại xe Tải trọng Số lượng

CAT 773 1 18 90 tấn

CAT777 2 5 96 tấn

HD - 785 3 21 55 tấn

CAT 773F 4 21 55 tấn

Volvo - HM400 5 8 34 tấn

- Khu Vỉa Chính từ mức +150 đến mức +360m, nếu vận tải bằng ôtô ra bãi

thải Đông Khe Sim thì có cung độ vận tải là 4,56,3 km. Nếu vận tải kết hợp ôtô

với băng tải thì cung độ vận tải bằng ôtô là 3,5÷5,0 km, cung độ vận tải bằng băng

tải là 4÷4,5 km. Như vậy, phương án vận tải bằng ôtô là hợp lý.

Từ sự phân bố khối lượng và cung độ vận tải của mỏ theo từng khu, tầng cụ

thể khối lượng đất đá vận tải của mỏ Đèo Nai trong giai đoạn 2013-2026 sẽ được

chia ra thành hai phần: Với các mức tầng phía trên (Nam Lộ Trí từ mức +120 m trở

lên, khu Vỉa Chính từ mức +150m trở lên) thuận lợi cho việc vận tải bằng ôtô sẽ sử

dụng hình thức vận tải bằng ôtô; các mức bên dưới sẽ xem xét và sử dụng hình thức

vận tải kết hợp ôtô với băng tải.

Với số lượng ôtô thực tế đang sử dụng tại mỏ, cung độ vận tải như trên thì

năng suất vận tải của mỏ được thể hiện trong bảng 1.15.

Bảng 1.15. Năng suất vận tải của mỏ than Đèo Nai (2016) [12]

Thời gian Năng suất Chủng loại Tổng, Tkm Ngày Ngày Ca Ca

CAT 773E 76 385.318 5.070 1.917 201

CAT 773EA 70 437.238 6.246 2.338 187

CAT 773F 120 599.167 4.993 2.080 288

CAT 777D 103 1.218.863 11.834 4.706 259

HM 400 98 199.915 2.040 803 249

HD 785-7 192 1.833.897 9.552 3.944 465

HD 465-7 286 1.472.262 5.148 2.156 683

Cộng 945 2.332 6.146.660

1.3.1.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Đèo Nai

Nhìn chung, công tác vận tải tại mỏ than Đèo Nai hiện nay vẫn đang sử dụng

hình thức vận tải bằng ôtô, với số lượng 73 xe gồm nhiều loại tải trọng khác nhau.

Về cơ bản các xe đều được tính toán theo số lượng máy xúc đang sử dụng tại

mỏ. Tuy nhiên, do điều kiện khai thác than trên các tầng phức tạp, điều kiện đổ thải

khó khăn, phương pháp vận tải theo chu trình kín nên đôi khi xảy ra hiện tượng dồn

xe, đôi khi thiếu xe. Nguyên nhân chủ yếu là do quá trình vận tải đất đá để đổ vào

bãi thải tạm, trên tầng chứa bãi thải tạm lại đồng thời tiến hành khai thác than. Do

vậy trong một số trường hợp khi đi thì ôtô chở đất đá thải và khi về chở than. Chính

điều đó đã phá vỡ sự đồng bộ giữa máy xúc và ôtô theo tính toán ban đầu, dẫn tới

tình trạng dồn xe hoặc thiếu xe khi sử dụng chu trình vận tải kín.

Ngoài ra, theo kế hoạch của TKV cũng như của Công ty cổ phần Than Đèo

Nai, giai đoạn sau (Nam Lộ Trí từ mức +120 m trở xuống, khu Vỉa Chính từ mức

+150 m trở xuống) sẽ tiến hành vận tải hỗn hợp ôtô - băng tải. Vì vậy, cần phải xem

xét sự phù hợp giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải trong quá trình sử dụng.

1.3.2. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cao Sơn

1.3.2.1. Khối lượng, hình thức, và cung độ vận tải của mỏ than Cao Sơn

Với khối lượng mỏ cần thiết phải xúc bốc hàng năm lớn thì khối lượng cần

phải vận tải cũng tương tự. Năm 2016, các chỉ tiêu sản xuất kinh doanh của mỏ than

Cao Sơn bị hụt từ 10÷15% so với kế hoạch đề ra. Cụ thể, khối lượng bốc xúc đất đá đạt 28 triệu m3; sản lượng than sản xuất 3,5 triệu tấn.

Theo số liệu thống kê năm 2016 của mỏ than Cao Sơn, cung độ vận chuyển

than của mỏ là 4,2 km; cung độ vận chuyển đất đá của mỏ là 5,8 km.

Năm 2016, tổng số ôtô hiện có tại mỏ là 191 xe các loại. Tổng số xe huy

động thực tế vào sản xuất là 164 xe. Như vậy, số xe huy động vào thực tế so với số

xe mà mỏ hiện có chỉ chiếm khoảng 86%. Trong đó sử dụng và huy động nhiều

nhất vẫn là HD 465-7, HD 465-7R và CAT 773F.

Hình thức vận tải hiện nay tại mỏ than Cao Sơn đang áp dụng là vận tải bằng

ôtô. Hiện nay mỏ có tổng số 137 xe trọng tải từ 55÷96 tấn, trong đó, loại A: 25 xe

(8,25%), loại B: 35 xe (25,55%), loại C, C1, C2, C3: 77 xe (56,20%) và 33 xe HM,

Volvo có trọng tải 32-40 tấn đều là loại B và C, C1, C2 phục vụ chạy than và công

nghệ. Tại sao lại có sự giảm đi về số lượng ôtô sử dụng trên mỏ như vậy? Trước hết

là do điều kiện khai thác ngày càng khó khăn, hơn nữa từ năm 2016, mỏ sử dụng

hình thức vận tải liên hợp ôtô - băng tải kết hợp với máy nghiền để vận chuyển đất

đá. Tuy nhiên trong phạm vi luận án, NCS chỉ xét tới đồng bộ máy xúc - ôtô.

Bảng 1.16. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng

tại mỏ than Cao Sơn năm 2016 [10]

Số lượng, cái Số Loại máy, thiết bị, mã hiệu Tỷ lệ TT Hiện có Huy động Huy động, %

22 18 82 1 CAT 773E (58 tấn) (loại B)

10 9 90 2 CAT 773F (55 tấn) (loại B)

20 16 80 3 CAT 777D (96 tấn) (loại B)

42 38 90 4 HD 465-7 (58 tấn) (loại C)

30 28 93 5 HD 465-7R (58 tấn) (loại B)

14 12 86 6 HD 785 (91 tấn) (loại C)

10 7 70 7 Volvo A35D (32.5 tấn) (loại C)

8 7 88 8 Volvo A40E (38 tấn) (loại B)

15 13 87 9 HM 400-2R (36.5 tấn) (loại C)

10 7 70 10 Kamaz 6520 (20 tấn) (loại C)

10 9 90 11 Scania P340 (28 tấn) (loại A)

1.3.2.2. Công nghệ vận tải và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị

vận tải tại mỏ than Cao Sơn

Mỏ Cao Sơn là một trong những mỏ than lộ thiên có sản lượng lớn trong

toàn ngành than nói chung và vùng than Quảng Ninh nói riêng. Công nghệ khai thác

chủ yếu vẫn là sử dụng HTKT xuống sâu, dọc một (hoặc hai) bờ công tác, đáy mỏ

hai cấp và sử dụng bãi thải ngoài.

Công nghệ khai thác của mỏ theo quy trình khép kín được chia làm hai dây

chuyền bóc đất đá và khai thác than với các công đoạn liên hoàn. Dây chuyền bóc

đất đá gồm: khoan - nổ mìn - bốc xúc - vận chuyển - đổ thải, dây chuyền sản xuất

than gồm: bốc xúc - vận chuyển - sàng, tuyển - tiêu thụ. Các khâu công nghệ đều

được cơ giới hoá. Việc bố trí hai dây chuyền sản xuất (xúc bốc đất đá và khai thác

than) tương đối độc lập nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và tính chuyên môn, hợp

lý hoá việc bố trí thiết bị. Các mỏ đã tạo điều kiện giao khoán và hạch toán chặt chẽ

trong từng khâu. Than nguyên khai khi xúc không cần phải làm tơi nên khâu khoan

- nổ mìn chỉ phục vụ để làm tơi đất đá. Thiết bị vận chuyển chủ yếu là ôtô, được các

mỏ sử dụng linh hoạt, không chia ra để phục vụ chung cho cả vận chuyển đất đá và

vận chuyển than, tuy nhiên có định hướng tập trung loại ôtô tải trọng lớn dùng cho

vận chuyển đất đá và loại tải trọng nhỏ dùng cho vận chuyển than.

Hiện tại, mỏ than Cao Sơn cũng như các mỏ than lộ thiên khác khu vực

Quảng Ninh vẫn đang sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô theo chu trình kín, ôtô vào

nhận tải theo sơ đồ quay đảo chiều. Số lượng ôtô được tính toán phục vụ cho mỗi

máy xúc là cố định. So với số lượng ôtô huy động thực tế vào sản xuất chỉ chiếm

khoảng 85÷86% số ôtô hiện có của mỏ có thể thấy số lượng máy xúc đang sử dụng

chưa phát huy được hết khả năng thiết bị của mỏ.

Năng suất thực tế của các thiết bị vận tải tại mỏ than Cao Sơn được thể hiện

cụ thể trong bảng 1.17.

Bảng 1.17. Năng suất làm việc của các loại ôtô trên mỏ than Cao Sơn [10]

Năng suất

Số lượng, cái

Giờ hoạt động

(bình quân)

Ca

Khối

Số

máy

Tỷ lệ

Loại máy, thiết bị, mã hiệu

lượng,

Giờ ra

TT

hoạt

Hiện

Huy

huy

Tổng

Tkm

sản

T.km/ca T.km/giờ

động

có

động

động,

số

phẩm

%

1 CAT 773E (58 tấn) (loại B)

14.738

72.683

58.883

23.922.107

1.623

406

2 CAT 773F (55 tấn) (loại B)

4.785

23.466

19.284

7.563.377

1.581

392

3 CAT 777D (96 tấn) (loại B)

11.356

59.350

51.945

36.761.863

3.237

708

4 HD 465-7 (58 tấn) (loại C)

26.312 126.542 107.923

43.027.271

1.635

399

5 HD 465-7R (58 tấn) (loại B)

21.645 107.074

99.746

40.219.312

1.858

403

6 HD 785 (91 tấn) (loại C)

9.095

45.256

40.746

26.815.749

2.948

658

297

7 Volvo A35D (32.5 tấn) (loại C)

6.769

26.751

24.471

2.011.431

8 Volvo A40E (38 tấn) (loại B)

7.167

28.782

28.494

5.114.913

714

180

9 HM 400-2R (36.5 tấn) (loại C)

9.780

39.799

28.148

5.546.352

567

197

10 Kamaz 6520 (20 tấn) (loại C)

8.240

397.132

11 Scania P340 (28 tấn) (loại A)

40.300

4.602.346

1.3.2.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cao Sơn

Nhìn chung, công tác vận tải trên mỏ than Cao Sơn cũng tương tự như các

mỏ than lộ thiên khác vùng Quảng Ninh. Hình thức vận tải chủ yếu vẫn là ôtô với

các loại ôtô có tự đổ có tải trọng từ 5896 tấn. Tuy nhiên, tổng số ôtô hiện có của

mỏ so với tổng số ôtô huy động vào sản xuất thực tế lại lớn hơn (chiếm 85÷86%).

Như vậy, một số xe ở trạng thái sẵn sàng, hoặc duy tu sửa chữa còn khá lớn (chiếm

khoảng 14÷15%).

Hình 1.11. Sơ đồ nhận tải của ôtô khi đào hào tại mỏ than Cao Sơn

Ngoài ra, mỏ than Cao Sơn đang tiến hành khai thác xuống sâu, đặc biệt là

khu Đông Cao Sơn. Hiện tại cung độ vận tải đất đá của mỏ là 5,8 km nhưng đến

năm 2018 khi khai thác xuống sâu, đổ thải lên trên thì cung độ vận tải lên tới 6,8 km

theo tính toán của mỏ. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến công tác vận tải cũng như

số lượng ôtô huy động vào sản xuất của mỏ. Ngoài phát sinh chi phí sản xuất do

tăng cung độ vận tải, còn phát sinh ra nhiều khó khăn khác như diện đổ thải chật

hẹp; đường vận tải qua địa phận đơn vị bạn, nảy sinh nhiều bất cập,…

1.3.3. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cọc Sáu

1.3.3.1. Khối lượng, hình thức, và cung độ vận tải của mỏ than Cọc Sáu

Theo tính toán của mỏ than Cọc Sáu, mỏ sẽ khai thác đến mức -175m và tổng khối lượng đất đá bóc của mỏ lúc này là 706.366.000 m3 và tổng khối lượng

than là 55.765.000 tấn. Ngoài khối lượng đất bóc trên mỏ còn một lượng đất bóc lại nên tổng khối lượng đất đá cần vận tải là 733.139.000 m3.

Với hai hình thức vận tải chủ yếu tại mỏ than Cọc Sáu là vận tải bằng ôtô

đơn thuần và vận tải liên hợp ôtô - băng tải thì công tác vận tải đất đá và vận tải

than tại mỏ than Cọc Sáu có những đặc điểm riêng biệt.

Hiện tại, mỏ than Cọc Sáu đang sử dụng kết hợp cả vận tải bằng ôtô và vận

tải liên hợp ôtô - băng tải trong từng khâu. Sơ đồ vận tải than hiện mỏ đang áp dụng

là vận tải liên hợp ôtô + băng tải.

Quy trình vận tải than tại mỏ hiện nay là than nguyên khai từ các gương tầng

khai thác được ôtô chở về bun ke băng tải +30m ở phía Tây Nam khai trường khu

Tả Ngạn, tiếp đó được băng tải chuyển về bãi than sàng gốc thông. Từ bãi than sàng

gốc thông, than đạt tiêu chuẩn cấp cho tuyển 2 Cửa Ông được vận chuyển bằng

tuyến băng tải mới được đầu tư xây dựng về máng ga B trung chuyển qua phương

tiện vận tải đường sắt về Cửa Ông.

Trong thời gian tới mỏ khai thác ngày càng xuống sâu, đáy moong khai thác

ngày càng chật hẹp và để giảm chi phí vận tải than nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất

kinh doanh cuả mỏ, thiết kế xem xét phương án vận tải Than nguyên khai từ các

gương tầng khai thác được ôtô chở về bun ke trạm chất tải mức -26m, qua các máy

cấp liệu xuống băng tải mức -30m đến mức +45m ở phía đông Nam khai trường

khu Tả Ngạn, rót vào tuyến băng tải T2 hiện có, rót vào máng đón đuôi băng

chuyển tải 4001, sau đó được rót xuống các cầu chuyển tải 4002, 4003 ở mức +48m

để đánh đống riêng biệt theo chất lượng than nguyên khai xuống mặt bằng mức

+36m. Than từ bãi chứa sẽ được các máy bốc xúc pha trộn hoặc xúc trực tiếp vào

ôtô để chuyển đến các hệ thống sàng 1 hoặc sàng 2.

Theo lịch khai thác đã lập thì khối lượng đất đá bóc hàng năm của mỏ từ 3246,5 triệu m3 với cung độ vận tải thay đổi từ 0,56 km, trung bình 3,6 km. Hiện

tại toàn bộ đất đá thải được vận chuyển ra bãi thải bằng ôtô tự đổ tải trọng từ 3091

tấn. Tổng năng lực vận tải bằng ôtô của mỏ hiện có thể đáp ứng sản lượng 170175

triệu T.km/năm. Mỏ đang sử dụng 179 ôtô tự đổ gồm các loại BelAZ, Komatsu,

Caterpillar và các loại xe trung xa để phục vụ cho việc vận tải đất đá và than, trong

số xe mỏ hiện có hầu hết đã được sử dụng trên 12 ngàn giờ máy. Tình trạng kỹ

thuật xe hầu hết là loại B và C, những năm gần đây mỏ đã đầu tư mới các loại ôtô

có tải trọng lớn loại  100 tấn phục hồi nâng cấp tối đa các xe hiện có để đáp ứng

đủ năng lực vận tải đất đá của mỏ.

Do cung độ vận chuyển thay đổi theo mức độ phát triển của khai trường nên

nhu cầu về ôtô vận tải cũng sẽ thay đổi. Khối lượng vận chuyển nguyên vật liệu và

thiết bị của mỏ hàng năm là 150.000 t/năm, dự kiến sử dụng các loại ôtô vận tải

thùng và ben trọng tải 5÷12 tấn để vận chuyển nguyên vật liệu phục vụ sản xuất, số

lượng ôtô yêu cầu là 15 cái, dự kiến sử dụng thiết bị hiện có tại mỏ.

Bảng 1.18. Thiết bị của mỏ than Cọc Sáu tính đến năm 2016 [11]

TT Tên gọi Mã hiệu Số lượng

EKG-4,6 15

1 Máy xúc tay gầu, E = 4,6÷10m3 EKG-5A 7

EKG-10 3

PC và CAT 10 2 Máy xúc thuỷ lực gầu ngược E = 2,84,7m3

CBS-250 9 Máy khoan xoay cầu, d = 200242mm 3 D45KS 2 Máy khoan xoay cầu, d = 200228mm

4 Xe gạt, công suất động cơ 230 CV D-85A, D7R 22

5 Ôtô tự đổ trọng tải 32 tấn HD-320 37

6 Ôtô tự đổ trọng tải 36 tấn CAT-769 16

7 Ôtô tự đổ trọng tải 30 tấn BelAZ-7522 10

8 Ôtô tự đổ trọng tải 42 tấn BelAZ-7548 10

10 9 Ôtô tự đổ khung động trọng tải 40 tấn HM400

CAT+Komatsu 19+54 10 Ôtô tự đổ trọng tải 5560 tấn

5 11 Ôtô tự đổ trọng tải 91 tấn Komasu

Hiện tại, mỏ đã trang bị cho máy xúc và ôtô 100% đều sử dụng hệ thống bộ

đàm để bộ phận điều hành sản xuất thực hiện điều hành trực tuyến, xử lý kịp thời

mọi phát sinh đảm bảo cho sản xuất được liên thông, không ách tắc, nâng cao thời

gian công ích của xe, máy.

1.3.3.2. Công nghệ vận tải và năng suất làm việc thực tế của các thiết bị

vận tải tại mỏ than Cọc Sáu

Về công nghệ vận tải hiện nay đang áp dụng tại mỏ than Cọc Sáu được chia

làm hai phần: vận tải đất đá và vận tải than.

Đối với công tác vận tải đất đá thì mỏ sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô đơn

thuần theo chu trình vận tải kín. Các ôtô sử dụng vận tải đất đá có tải trọng từ 30÷91 tấn. Với hệ số bóc hiện nay của mỏ than Cọc Sáu là 12÷13 m3/t thì khối lượng đất

bóc của mỏ là rất lớn. Chi phí vận tải tăng dẫn tới chi phí sản xuất cũng tăng lên.

1.3.3.3. Đánh giá hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cọc Sáu

Nhìn chung, công tác vận tải tại mỏ than Cọc Sáu về cơ bản cũng giống các

mỏ Đèo Nai và Cao Sơn trong vận tải đất đá bằng ôtô đơn thuần. Điểm khác với 2

mỏ than Đèo Nai và Cao Sơn là mỏ than Cọc Sáu đã tiến hành sớm hơn khi sử dụng

vận tải liên hợp ôtô - băng tải để vận tải than.

Việc sử dụng 4 tuyến băng tải này trong vận tải than đã làm giảm đi khá

nhiều số lượng ôtô phục vụ cho công tác vận tải than cũng như tổng số ôtô phục vụ

cho mỏ; làm thay đổi năng suất làm việc của máy xúc, ôtô cũng như thay đổi hiệu

quả đồng bộ máy xúc - ôtô - băng tải. Như vậy, để nâng cao năng suất làm việc của

thiết bị, phải tính toán lại năng suất đồng bộ giữa máy xúc - băng tải, ôtô - băng tải

để sử dụng thiết bị một cách phù hợp.

Ngoài ra, trong số xe mỏ hiện có hầu hết đã được sử dụng trên 12 ngàn giờ

máy, tình trạng kỹ thuật xe hầu hết là loại B và C và không đảm bảo các yêu cầu về

kỹ thuật trong quá trình vận tải. Hơn thế nữa, các xe vận tải tại mỏ than Cọc Sáu có

tải trọng từ 30÷91 tấn, việc sử dụng các xe có tải trọng nhỏ sẽ làm tăng chi phí vận

tải, tăng giá thành sản xuất của mỏ. Để khắc phục hiện tượng đó, hiện tại mỏ than

Cọc Sáu đã đầu tư thêm 10 xe có tải trọng 96 tấn để nâng cao hiệu quả công tác vận

tải trên mỏ, giảm giá thành sản xuất.

Năng suất thực tế của các thiết bị vận tải tại mỏ than Cọc Sáu được thể hiện

cụ thể trong bảng 1.19.

Bảng 1.19. Năng suất thiết bị vận tải của mỏ than Cọc Sáu năm 2016 [11]

Năng suất

Số lượng, cái

Giờ hoạt động

(Bình quân)

Ca

Số

Loại máy, mã hiệu

Khối lượng,

máy

Tỷ lệ

Giờ ra

TT

thiết bị vận tải

T.km

hoạt

Hiện

Huy

huy

Tổng số

sản

T.km/ca T.km/giờ

động

có

động

động,

phẩm

%

1 CAT 773E (58 tấn)

16.3

5.484

30.166

28.458

10.007.992

1.825

352

100

9.175

51.192

52.912

39.699.917

2 CAT 777D (96 tấn)

4.327

750

3.5

1.068

8.000

6.446

587.168

3 CAT 769D (40 tấn)

550

100

229

1.500

1.139

68.720

4 CAT 769C (40 tấn)

300

4.2

1.870

11.234

10.318

815.925

5 HD-6 (32 tấn)

436

100

7.999

44.902

43.922

9.905.033

6 HD 325-7R (36 tấn)

1.238

226

3.5

1.046

8.500

5.236

1.969.881

7 HD 465-5 940 tấn)

1.883

376

100

23.850

129.500

126.526

49.281.401

8 HD 465-7 (58 tấn)

2.066

389

100

21.944

120.000

118.536

49.965.045

9 HD 465-7R (58 tấn)

2.277

422

100

17.589

105.000

101.199

69.417.869

10 HD 785 (91 tấn)

3.947

686

1.4. HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC

MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1.4.1. Hiện trạng đồng bộ thiết bị tại các mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và

Cọc Sáu

Qua nghiên cứu, tổng hợp số liệu thu thập tại 3 mỏ khai thác than lộ thiên

lớn nhất tại Quảng Ninh là mỏ Cọc Sáu, Đèo Nai và Cao Sơn nhận thấy cả 3 mỏ

này có các điều kiện tự nhiên và kỹ thuật gần như nhau.

Trong đồng bộ thiết bị mỏ, máy xúc và ôtô là hai loại thiết bị có số lượng lớn

và tổng mức chi phí thiết bị lớn nhất. Hơn nữa, máy xúc và ôtô tham gia trực tiếp

vào quá trình sản xuất chính của mỏ, quyết định đối với năng suất lao động của toàn

mỏ. Các khâu công nghệ chính trên các mỏ này như sau:

* Khâu chuẩn bị đất đá xúc bốc: tại các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng

Ninh, đa số các loại đất đá có độ cứng lớn f = 6÷13, cần làm tơi sơ bộ trước khi xúc.

Để làm tơi đất đá, các mỏ này đều sử dụng công nghệ khoan, nổ mìn. Hai loại máy

khoan chính đang được sử dụng là máy khoan xoay cầu (CBS-250) và máy khoan

thủy lực (DML hoặc TAMROCK) với đường kính lỗ khoan d = 150÷250 mm trong

đó loại có đường kính d = 250 mm là chủ yếu (chiếm khoảng 90÷95% sản lượng khoan tính theo m3 đất đá khoan - nổ). Với điều kiện công nghệ khoan như trên,

mạng lỗ khoan thường được bố trí dạng tam giác đều, trường hợp chập tầng được

xử lý theo từng hộ chiếu cụ thể). Với chiều rộng dải khấu từ 25÷30 m, công nghệ nổ

mìn phá đá sử dụng rất nhiều loại thuốc nổ, trong đó chủ yếu sử dụng thuốc nổ

ANFO, WATERGEL (TFD-15H), SOFANIT (AFST-15) hoặc AD1, kết hợp với

một số loại thuốc nổ chịu nước như ANFO chịu nước, TFD-15WR, thuốc nổ nhũ

tương - NT. Đấu nối mạng nổ dùng hoàn toàn bằng kíp vi sai phi điện. Điều khiển

nổ thường dùng phương pháp nổ vi sai toàn phần. Việc bổ sung máy khoan thủy lực

(DML hoặc TAMROCK) có năng suất cao đã tạo điều kiện rút ngắn thời gian thi

công bãi khoan, chủ động bố trí công việc khoan, tránh thời tiết mưa, giảm bớt số

mét khoan bị ngập nước. Giá thành công đoạn khoan, nổ mìn tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đạt khoảng từ 20.000÷22.000 đ/m3 đất đá (tính cho đất đá

nguyên khối). Do sử dụng phổ biến kíp nổ phi điện và công nghệ nổ vi sai đã tạo

điều kiện để nâng cao suất phá đá cho mỗi mét lỗ khoan, giảm hậu xung, giảm chiều

cao mô chân tầng và đặc biệt là giảm đến trên 50% lượng bụi phát sinh do nổ mìn

và giảm trên 90 khối lượng đá văng (thậm chí có bãi nổ mìn gần như không có đá

văng). Với điều kiện đất đá mỏ, các điều kiện công nghệ về khoan, nổ mìn như hiện

tại, các mỏ đã giải quyết được tương đối tốt khâu chuẩn bị đất đá xúc. Khối lượng

đá quá cỡ, đá mô chân tầng phải nổ mìn xử lý để tạo nền khoan ổn định chỉ còn

chiếm khoảng 2÷3% tổng khối lượng đất đá phải nổ.

* Khâu xúc bốc: từ khi bắt đầu đi vào hoạt động, các mỏ đều được thiết kế,

trang bị thiết bị xúc bốc một gàu điều khiển xúc bằng tay gàu và cáp kéo chạy bằng

động cơ điện. Đến nay, các mỏ vẫn đang sử dụng các máy xúc tay gầu cũ và đã bổ sung thay thế một số loại máy xúc thủy lực có dung tích gầu từ 1,512 m3 để xúc

đất đá và than. Các máy xúc có dung tích gàu lớn (có dung tích gàu từ 3,512 m3)

thường được bố trí xúc bóc đất đá, các máy xúc có dung tích gàu loại nhỏ (có dung tích gàu từ 3,51,5 m3) thường được bố trí xúc than. Phục vụ các tầng dưới mức

thoát nước tự chảy là các MXTLGN có dung tích gàu nhỏ từ 1,55,2 m3. Để có

được than nguyên khai có chất lượng tốt các mỏ đều đã sử dụng MXTLGN có dung tích gàu xúc từ 1,52,5 m3 để xúc chọn lọc than. Sự đa dạng về chủng loại đã làm

giảm tính đồng bộ của hệ thống thiết bị hiện có của các mỏ than này.

* Khâu vận tải: Trên cơ sở kế thừa hệ thống thiết bị vận tải có từ trước và

đầu tư bổ sung qua nhiều giai đoạn, đến nay đội hình xe vận tải của 03 mỏ nói

chung đều rất đa dạng về chủng loại. Do ảnh hưởng từ việc sử dụng máy xúc có

dung tích gàu nhỏ để xúc chọn lọc, việc sử dụng thiết bị thuê ngoài theo công đoạn

(theo cơ chế quản lý mỏ), việc tận dụng năng lực của đội hình xe vận tải than tiêu

thụ (có tải trọng nhỏ) vào vận chuyển nội mỏ trong những giai đoạn nhất định đã

tạo nên tổ hợp thiết bị vận tải mỏ với rất nhiều chủng loại cùng với những tính năng

kỹ thuật khác nhau, đã phá vỡ tính đồng bộ trong dây chuyền sản xuất của các mỏ

theo thiết kế ban đầu. Về định hướng sử dụng, các mỏ đều có định hướng thông qua

kế hoạch kỹ thuật sản xuất hàng kỳ với định hướng sử dụng ôtô tải trọng từ 2796

tấn để vận tải đất đá và sử dụng ôtô loại có tải trọng 1640 tấn để vận tải than.

Ngoài các thiết bị chính phục vụ khoan, xúc bốc, vận tải trong đồng bộ thiêt

bị như nêu trên, các mỏ còn sử dụng các thiết bị phụ trợ khác như máy ủi, máy gạt

đá làm đường chạy bánh lốp, các xe téc chở nước tưới đường,… Máy gạt trong mỏ

được sử dụng để gạt thải tại bãi thải kết hợp với làm đường, gạt dọn bãi khoan, vun

gom than tại bãi than. Các máy gạt hiện đang sử dụng tại các mỏ than lộ thiên nói

trên đều chủ yếu là các máy của hãng Komatsu và Caterpillar với công suất từ

180320 HP.

Tại các mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu hiện nay đang sủ dụng các loại máy xúc tay gầu với dung tích gầu 5÷10m3, MXTLGN có dung tích gầu tới 12m3, ôtô tự đổ có tải trọng 58÷96 tấn, ôtô khung động có tải trọng 35÷40 tấn để

xúc bốc và vận chuyển.

Trong điều kiện khai thác hiện tại của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh, với số lượng ôtô hiện tại có thể đáp ứng đủ số lượng cho các máy xúc hoạt

động. Tuy nhiên các máy xúc tay gầu đã làm việc lâu năm nên đã xuống cấp, làm

việc kém ổn định thường xuyên phải sửa chữa ảnh hưởng đến năng suất đồng bộ

máy xúc - ôtô.

1.4.2. Hiện trạng phối hợp máy xúc - ôtô trên các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn

và Cọc Sáu

Máy xúc và ôtô chiếm phần chủ yếu cả về số lượng thiết bị và giá trị đầu tư

trong hệ thống thiết bị mỏ. Sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trong đồng bộ thiết bị

mỏ thể hiện qua hoạt động trong khâu xúc bốc, vận tải đất đá và than. Trong các mỏ

than lộ thiên này, khối lượng đất đá bóc rất lớn so với khối lượng than khai thác. Với hệ số bóc trung bình hàng năm của các mỏ 10÷13 m3/t, tương ứng với khối

lượng xúc bóc, vận chuyển đất đá bóc chiếm 95÷97% khối lượng xúc bốc, vận tải

chung của mỏ.

- Về quy mô công suất, sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trong việc bóc đất

đá và khai thác than tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh hiện nay có thể được

phân thành hai loại đồng bộ máy xúc - ôtô là: đồng bộ có công suất lớn và đồng bộ

có công suất nhỏ, trong đó:

+ Đồng bộ máy xúc - ôtô có công suất nhỏ bao gồm các loại máy xúc có

dung tích gầu từ 3,0<5 m3 và các loại ôtô có tải trọng từ 2758 tấn.

+ Đồng bộ máy xúc - ôtô có công suất lớn bao gồm các loại máy xúc có dung

tích gầu ≥ 5m3 và các loại ôtô có tải trọng ≥ 58 tấn.

Bảng 1.20. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi bóc đất đá

Tên đồng bộ Ôtô TT máy xúc - ôtô Máy xúc (dung tích, m3) (tải trọng, tấn)

1 ĐB 1 35 2742

2 ĐB 2 56,7 4258

3 ĐB 3 6,78 5891

4 ĐB 4 1012 9196

Bảng 1.21. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi khai thác than

Tên đồng bộ Ôtô TT máy xúc - ôtô Máy xúc (dung tích, m3) (tải trọng, tấn)

1 ĐB 1 1,82,5 1527

2 ĐB 2 2,53,5 2737

- Sơ đồ phối hợp giữa máy xúc và ôtô trong quá trình xúc bốc, vận tải đất đá

và than: chủ yếu sử dụng gương xúc bên hông (khi xúc đất đá) và gương dốc dọc

tầng (khi xúc than); máy xúc chất tải lên ôtô đỗ cùng mức (đối với máy xúc tay gầu

hoặc MXTLGT), máy xúc chất tải cho ôtô đỗ ở mức thấp hơn (đối với MXTLGN).

Đây là các sơ đồ xúc được đánh giá là hiệu quả nhất trong điều kiện sản xuất của

các mỏ than lộ thiên hiện nay do giải quyết được một số vấn đề như: giảm được góc

quay của máy từ gương ra vị trí dỡ tải, giảm được thời gian chu kỳ xúc, thuận lợi và

an toàn cho máy xúc trong thao tác khi xúc đầy gàu và dỡ tải lên xe, thuận lợi để

máy xúc kết hợp dọn nền đường cho ôtô vào nhận tải, giảm thời gian phục vụ của

máy gạt khi làm đường tại các vị trí làm việc của máy xúc.

1.4.3. Một số bất cập trong sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ

than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Thực tế sản xuất tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cho thấy sự phù

hợp về các tính năng kỹ thuật giữa máy xúc và ôtô trong bốc xúc, vận chuyển đất

đá, than còn chưa được đảm bảo, thậm chí trong nhiều tình huống còn tiềm ẩn nguy

cơ về mất an toàn lao động.

Do thiếu đồng bộ về thiết bị, nhất là thiết bị vận tải dẫn đến tình trạng trong

mỏ tồn tại nhiều chủng loại xe ôtô cùng vận tải trên một tuyến đường và đổ thải

chung tại cùng một bãi thải. Việc duy trì bãi thải có các thông số kỹ thuật theo yêu

cầu như: độ dốc vào phía trong của nền bãi thải, kích thước bờ chắn an toàn, khoảng

cách và phạm vi quay đầu đối với các loại xe khác nhau rất khó khan, từ đó rất khó

đảm bảo an toàn cho các hoạt động của mỏ nhất là trong công tác điều hành sản

xuất và đẫn đến việc giảm năng suất của từng thiết bị và của cả đồng bộ máy xúc -

ôtô:

Một số nguyên nhân chính dẫn đến sự giảm năng suất của đồng bộ máy xúc -

ôtô bao gồm:

- Chất lượng bãi nổ mìn là một nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến năng

suất của đồng bộ máy xúc-ôtô. Trong nhiều tình huống như: gặp đá mô chân tầng

còn sót lại do nổ mìn chưa phá hết hoặc chất lượng đập vỡ do nổ mìn chưa tốt, tỷ lệ

đá to (chưa đến mức quá cỡ) còn nhiều sẽ làm cho máy xúc không thể phát huy

được năng suất.

- Các mỏ đã và đang khai thác xuống sâu, chiều cao nâng tải lớn, đường vận

tải nhiều đoạn có độ dốc lớn, thời tiết vùng Quảng Ninh nằm trong vùng nhiệt đới,

gió mùa có mưa nhiều, nên mỗi khi gặp thời tiết mưa thì thiết bị vận tải bị trơn, lầy,

nhiều khi không thể tiếp tục sản xuất được, cả máy xúc và ôtô đều phải nghỉ gián

đoạn.

- Việc sử dụng đồng bộ máy xúc - ôtô không phù hợp về dung tích gàu xúc

và thùng xe ôtô (tải trọng ôtô) và sự phối hợp không nhịp nhàng giữa hai thiết bị

này dẫn đến giảm năng suất của máy xúc, của ôtô và của cả đồng bộ máy xúc - ôtô.

1.4.4. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô tại các

mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Từ thực trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh hiện nay, vấn đề đặt ra là phải tính toán lại việc lựa chọn các đồng bộ

máy xúc - ôtô nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, góp phần hạ giá thành sản

xuất.

Phương pháp lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ nói trên phải được

xây dựng trên cơ sở khoa học, cách tiếp cận tiên tiến, phù hợp với xu thế của thế

giới, phù hợp với điều kiện về kinh tế, kỹ thuật cụ thể hiện tại của các mỏ này, đồng

thời cho phép đối chiếu, so sánh với phương pháp lựa chọn truyền thống.

Việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên lớn nói riêng

và các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh nói chung còn cần tính đến việc kế thừa,

phát huy được khả năng của hệ thống các thiết bị hiện có của các mỏ đã được đầu tư

từ trước, đồng thời có tính định hương đầu tư, nhằm tạo điều thuận lợi cho việc điều

động thiết bị trong quá trình điều hành sản xuất mỏ, nâng cao được năng suất thiết

bị hiệu quả khai thác mỏ.

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Như vậy, với công nghệ khai thác hiện nay tại các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh, điển hình là các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu, thì hầu hết các mỏ

đều sử dụng máy xúc tay gàu kết hợp với MXTLGN trong công tác xúc bốc và vận

tải trực tiếp bằng ôtô.

Đối với khâu xúc bốc, các mỏ này đều có sự tương đồng về khối lượng mỏ

cần xúc bốc hàng năm, tính chất cơ lý đất đá và than, hộ chiếu xúc bốc, thiết bị xúc

bốc sử dụng.

Đối với khâu vận tải, các thiết bị vận tải sử dụng chủ yếu ở mỏ này là ôtô tự

đổ tải trọng từ 30÷96 tấn, vận tải theo chu trình kín.

Sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ này về cơ bản cũng đã dần đi

vào quỹ đạo. Tuy nhiên, với thực trạng khai thác xuống sâu như hiện nay, bước tiến

của gương luôn dịch chuyển, vị trí đổ thải ngày càng xa và thường xuyên thay đổi

dẫn tới khoảng cách vận tải cũng thay đổi. Chính điều này đã ảnh hưởng không nhỏ

tới năng suất làm việc của các thiết bị xúc bốc, vận tải cũng như hiệu quả đồng bộ

máy xúc - ôtô.

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ

TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN

2.1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG NƯỚC DÙNG

ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ

2.1.1. Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các

mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh tế [16]

Theo [16], để tổ chức dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ than hay mỏ

quặng khai thác lộ thiên, một nhiệm vụ cần phải giải quyết là tính toán số lượng

ôtô phục vụ cho một máy xúc. Thông thường số lượng này được tính toán dựa vào

năng lực sản xuất của máy xúc, năng lực sản xuất của ôtô cũng như căn cứ vào các

điều kiện cụ thể nơi làm việc của các loại thiết bị. Mặc dù vậy, việc phối hợp hoạt

động của các thiết bị xúc bốc, vận tải vẫn thường xảy ra hiện tượng mất cân đối và

kém hiệu quả. Điều này xảy ra do các dòng đất đá, than, quặng cần vận chuyển

cũng như các dòng ôtô vận tải thường mang tính “ngẫu nhiên” và “đám đông”,

hơn nữa khi tính toán số lượng các thiết bị các nhá tổ chức thường chưa để ý tới

các chỉ tiêu kinh tế có liên quan.

Sự phối hợp hoạt động của máy xúc và ôtô có thể được xem là một hệ thống

phục vụ đám đông. Dòng đất đá, than hay quặng do máy xúc xúc ra có thể được

coi là “dòng yêu cầu”, một yêu cầu có thể được hiểu là một chuyến xe đất đá, xe

than hay xe quặng cần vận chuyển. Dòng này theo kiểm định bằng tiêu chuẩn ,

đó là dòng Poát-xông dừng, mật độ của dòng chính là năng suất của máy xúc (tính

ra số chuyến xe cần vận chuyển). Các xe ôtô vận tải được xem là các “kênh phục

vụ”. Thời gian vận chuyển một chuyến xe từ máy xúc ra vị trí đổ, dỡ tải và quay

trở về vị trí xúc là thời gian phục vụ một yêu cầu. Theo tính chất của hoạt động

này có thể coi đây là hệ thống phục vụ đám đông chờ.

2.1.1.1. Mô hình bài toán phục vụ đám đông chờ [16]

Một hệ thống phục vụ đám đông chờ có n kênh phục vụ. Các kênh phục vụ

có năng suất ( là số yêu cầu được phục vụ tại mỗi kênh trong một đơn vị thời

gian). Dòng yêu cầu đến hệ thống là dòng Poát-xông dừng có cường độ ( là số

yêu cầu xuất hiện tại hệ thống trong một đơn vị thời gian). Một yêu cầu đến hệ

thống gặp lúc có ít nhất một kênh rỗi, nó sẽ được nhận vào phục vụ ngay. Ngược

lại nếu một yêu cầu đến hệ thống gặp lúc tất cả các kênh phục vụ đều bận thì nó

phải xếp hàng chờ đến lượt được nhận vào phục vụ. Độ dài hàng chờ của các yêu

cầu không bị hạn chế và thời gian chờ của các yêu cầu không bị hạn chế.

Ở đây, đơn vị thời gian được lấy là thời gian chế độ công tác của một ca sau

khi đã trừ thời gian chuẩn kết và thời gian nghỉ giữa ca; n là số ôtô phục vụ cho

một máy xúc; là năng suất của máy xúc (số chuyến xe xúc được trong một ca,

chuyến/ca); là số chuyến xe chạy được trong một ca tùy theo từng loại xe và

từng cung độ, , trong đó là thời gian trung bình của một chuyến xe. Bài

toán đặt ra là cần xác định số lượng ôtô (n) phục vụ cho một máy xúc. Để giải bài

toán, xét các trạng thái tại vị trí xúc, hệ phương trình trạng thái và các chỉ tiêu

đánh giá tình hình hoạt động của hệ thống này.

2.1.1.2. Các trạng thái của hệ thống tại vị trí xúc và sơ đồ trạng thái [16]

Căn cứ vào giả thiết và các điều kiện được đặt ra của bài toán, tại vị trí xúc sẽ

có các trạng thái sau đây:

Xo - máy xúc không làm việc, tất cả n ôtô chờ việc (rỗi);

Xk (k = 1, 2, …, n - 1) - có k chuyến xe quặng được máy xúc xúc ra và được

k ôtô vận chuyển đến vị trí đổ;

Xn - có n chuyến ôtô quặng được máy xúc xúc ra và được cả n ôtô vận

chuyển đi;

Xn+s (s = 1, 2 …) - có n chuyến xe quặng được xúc và được n ôtô vận chuyển

đi còn s chuyến được xúc ra nhưng chưa có ôtô vận chuyển ngay mà phải chờ.

Sơ đồ trạng thái của hệ thống được biểu diễn như hình 2.1.

Hình 2.1. Các trạng thái của hệ thống phục vụ đám đông chờ [16]

Dựa vào sơ đồ trạng thái trên và qui tắc thiết lập các phương trình xác suất

trạng thái viết được hệ phương trình trạng thái của hệ thống ở điều kiện dừng như

sau (điều kiện dừng là điều kiện mà với thời gian quan sát đủ lớn, tất cả các dòng

biến cố xà các xác suất trạng thái đều không phụ thuộc vào thời gian) [16]:

(2.1)

Hệ phương trình trên được giải với điều kiện xác suất đầy đủ [16]:

hay có thể viết (2.2)

Giải hệ phương trình (2.1) với điều kiện (2.2) tìm được các xác suất trạng

thái của hệ thống phục vụ đám đông này như sau [16]:

, với và k = 1, 2, …, n-1.

với s = 0, 1, 2, …

Cuối cùng P0 được rút ra từ điều kiện (2.2) và bằng [16]:

, với

2.1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá tình hình hoạt động của hệ thống

a. Xác suất tất cả các ôtô vận tải đều rỗi hay xác suất máy xúc ngừng việc

[16]:

, với (2.3)

b. Xác suất tất cả các ôtô đều bận (tức là xác suất máy xúc phải chờ) [16]:

(2.4)

c. Số trung bình xe quặng được máy xúc xúc ra nhưng không được vận

chuyển ngay mà phải chờ trong một ca [16]:

(2.5)

d. Thời gian chờ trung bình của một xe quặng [16]:

(2.6)

e. Số trung bình các ôtô vận tải rỗi [16]:

(2.7)

f. Hệ số rỗi của ôtô [16]:

(2.8)

Áp dụng các chỉ tiêu trên có thể phân tích được tình hình hoạt động của một

dây chuyền bóc đất đá với số lượng máy xúc và số lượng ôtô cụ thể.

2.1.1.4. Tối ưu hóa số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc [16]

Để tính số lượng ôtô tối ưu phục vụ cho một máy xúc, cần đi tìm số kênh

phục vụ sao cho tổng chi phí và tổn thất của dây chuyền xúc bốc vận tải trong một

đơn vị thời gian là nhỏ nhất. Ở đây, một đơn vị thời gian được lấy là một ca làm

việc, khi đó chi phí và tổn thất trong một ca làm việc được tính theo công thức

[16]:

(2.9)

Trong đó: G - tổng chi phí và tổn thất của dây chuyền xúc bốc vận tải trong

một ca làm việc, đ/ca; qc - tổn thất của máy xúc do phải chờ ôtô trong một giờ, đ/h;

qlp - thiệt hại do một ôtô rỗi trong một ca, đ/ca; qk - chi phí cho mỗi ôtô hoạt động

trong một ca, đ/ca.

Xét một ví dụ cụ thể cho loại máy xúc EKG-8I và loại ôtô BelAZ-548 với

các thông số kỹ thuật và kinh tế được cho trong bảng sau (bảng 2.1).

Bảng 2.1. Các thông số kinh tế - kỹ thuật của máy xúc và ôtô [16]

Các thông Đơn Máy xúc Các thông số Đơn Ôtô TT TT số của máy vị EKG-8I của ôtô vị BelAZ-548 xúc

Dung tích Dung tích 1 m3 8 m3 40 1 gàu xúc thùng xe

Hệ số xúc Hệ số chất 2 0,85 0,85 2 đầy gàu đầy

Số lần xúc Cung độ vận

3 trong 1 lần/ph 1,7 3 chuyển bình km 1,5

phút quân

Vận tốc xe 4 Chu kỳ xúc s/gầu 35,3 4 km/h 14 chạy có tải

Hệ số làm Vận tốc xe

5 việc không 0,9 5 chạy không km/h 20

điều hòa tải

Hệ số nở Thời gian 6 rời của đất 1,35 6 s 133 quay, lùi, đổ đá

Tỷ trọng Thời gian đất đá 7 đầu t/m3 2,65 7 quay s 148 nguyên nhận tải khối

Tỷ trọng Năng lực sản

8 đất đá nở t/m3 1,96 8 m3/h 89,95

rời xuất giờ tính theo m3

Năng lực Năng lực sản

9 sản xuất m3/h 462,4 9 xuất giờ tính T.km/h 264,5

theo TKm giờ

Đơn giá đ/m3 25.000 10 đ/T.km 264,5 Đơn giá khoán 1m3 10 khoán vận tải đất đá bóc

Tổn thất

Chi phí tính tính cho 1 15.606.00 11 giờ ngừng đ/h 11 cho 1 ca xe đ/ca 3.888.150 0 của máy ôtô

xúc

Lãng phí do Chế độ không hoạt 12 công tác h/năm 12 đ/ca 1.500.000 động của 1 ca mỏ xe

Từ bảng dữ liệu tính được:

- Thời gian xúc đầy một chuyến xe ph/chuyến, tính được mật độ dòng

yêu cầu là chuyến/h;

- Thời gian phục vụ một yêu cầu

là thời gian của một chuyến ôtô (gồm thời gian chạy có tải + thời gian chạy không tải + thời gian quay đầu nhận tải + thời

gian quay, lùi, đổ), ph/chuyến.

Tính được: .

Để tương thích, hệ thống phải đảm bảo điều kiện , tức là phải

có ít nhất 3 ôtô phục vụ cho 1 máy xúc.

Áp dụng các công thức tính toán các chỉ tiêu phân tích (từ công thức 2.3 đến

công thức 2.9) thu được bảng kết quả sau (bảng 2.2).

Từ bảng kết quả nhận thấy: trong điều kiện cụ thể đặt ra như trên nếu bố trí 4

ôtô phục vụ cho một máy xúc sẽ cho tổng chi phí và tổn thất là nhỏ nhất.

Bảng 2.2. Các chỉ tiêu phân tích tình hình hoạt động của máy xúc và ôtô [16]

Số ôtô Các đặc trưng 3 4 5 6

0,11111 0,13043 0,13433 0,13514 P0

0,4444 0,1739 0,0597 0,0180 Pc

0,889 0,174 0,040 0,009 (chuyến xe)

5,333 1,043 0,239 0,054 (ph.)

1,0 2,0 3,0 4,0 nt

0,33 0,50 0,60 0,66 Hr

G, đ/ca 9.909.367 9.623.502 10.478.772 11.484.108

Nếu tính toán cho từng loại máy xúc, từng loại ôtô trong từng điều kiện cụ

thể về cự ly vận chuyển, đường sá cũng như các điều kiện khác có liên quan, sẽ

xây dựng được bảng mức phục vụ cho từng loại máy xúc theo từng loại ôtô vận

tải.

2.1.2. Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có

tính tới độ tin cậy [20]

Theo [20], một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất máy

xúc và ôtô là những hỏng hóc của chúng mà từ lâu nay ta chưa kể đến. Vì vậy, tính

toán độ tin cậy trong quá trình làm việc của ôtô và máy xúc để xác định năng suất

của tổ hợp một cách chính xác hơn, cũng như có biện pháp tăng cường khâu dự

phòng và sửa chữa những hỏng hóc phát sinh khi làm việc nhằm tăng năng suất

thiết bị xúc bốc - vận tải là vấn đề cần thiết.

Trên các mỏ lộ thiên, sự kết hợp làm việc giữa máy xúc và ôtô theo dạng sau:

một máy xúc và (n1+n2) ôtô phục vụ, trong đó: n1 là số ôtô cần thiết để phục vụ

cho một máy xúc đảm bảo năng suất xúc yêu cầu, n2 là số ôtô dự phòng để bổ sung

khi cần thiết. Biểu đồ chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác của tổ hợp

được biểu thị ở hình 2.2. Tại đó Hi là trạng thái của hệ thống khi có i ôtô hỏng hóc,

còn máy xúc thì làm việc bình thường, là trạng thái của hệ thống khi có i ôtô

hỏng hóc và máy xúc hỏng hóc.

Biểu đồ chuyển biến đó được ghi lại bằng hệ thống các biểu thức vi phân như

sau [20]:

(2.10)

- xác suất của hệ Trong đó: Pi - xác suất của hệ thống ở trạng thái thứ i;

thống ở trạng thái thứ i khi máy xúc bị hỏng hóc; và - tương ứng với cường

độ hỏng hóc và phục hồi của ôtô; và - tương ứng với cường độ hỏng hóc và

phục hồi của máy xúc; m - số đội (trạm) sửa chữa ôtô.

Sau khi lập trình và giải hệ biểu thức trên bằng máy vi tính, tính được giá trị

của Pi(t) (i = 0, 1, 2,..., n1+n2) của hệ thống ở tất cả các trạng thái có thể tại thời

điểm (t) bất kỳ.

Đối với chế độ ổn định của sản xuất khi Pi(t) = Pi = const, tức là vế trái của

các biểu thức bằng 0.

Số lượng ôtô trung bình làm việc trong một thời điểm nào đó được xác định

như sau [20]:

(2.11)

Số ôtô làm việc trong khoảng thời gian T là [20]:

(2.12)

Trong đó: tbd, tkt - thời điểm tính số ôtô từ bắt đầu và kết thúc. Năng suất

trung bình của một tổ hợp máy xúc, ôtô trong khoảng thời gian T là:

(2.13)

Trong đó: Q - năng suất cả 1 ôtô trong khoảng thời gian T.

Hình 2.2. Sơ đồ chuyển đổi từ trạng thái này snag trạng thái khác

của tổ hợp ôtô - máy xúc [20]

Ví dụ: Cho một tổ hợp ôtô - máy xúc, trên mỏ lộ thiên có n1 = 5 ôtô BelAZ-

540 (n2 = 0) phục vụ cho máy xúc EKG-5A. Số vị trí sửa chữa (đội) là m (m = 1,

2, 3) để phục vụ sửa chữa ôtô. Phân tích tài liệu độ tin cậy của ôtô trong điều kiện

khác nhau cho các chỉ tiêu số lượng thể hiện ở bảng 2.3.

Bảng 2.3. Các chỉ tiêu số lượng độ tin cậy của ôtô - máy xúc

trên các mỏ lộ thiên Việt Nam [20]

Chỉ tiêu độ tin cậy BelAZ-540 EKG-5A

Số lượng hỏng hóc trung bình của ôtô trong 1 132 145

năm

Thông số thường hỏng hóc 0,029 0,036

Thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc, h 34,2 27,6

Thời gian trung bình phục hồi hỏng hóc, h 16,2 5,7

Với các chỉ tiêu số lượng có thể xác định được các giá trị tính toán như sau:

và . Thay số liệu vào và giải hệ biểu thức

trên tìm được số lượng ôtô trung bình phục vụ cho một máy xúc. Khi m = 1 (có

một vị trí sửa chữa) thì Ncp = 1,85; khi m = 2, Ncp = 2,74 và khi m = 3, Ncp = 2,95.

Từ tính toán trên cho thấy: khi chỉ có một vị trí sửa chữa (m = 1) thì số lượng

ôtô trung bình phục vụ cho một máy xúc nhỏ hơn rất nhiều so với khi có hai vị trí

sửa chữa (m = 2), còn nếu tăng số vị trí sửa chữa (m = 3) thì số lượng ôtô không

nhiều. Do đó, nâng cao năng suất của tổ hợp ôtô - máy xúc có thể bằng cách hợp

lý hóa số ôtô dự phòng để sẵn sàng thay thế số ôtô hỏng hóc và tăng vị trí sửa chữa

trên mỏ hợp lý nhằm phục hồi nhanh chóng các ôtô hỏng hóc.

2.1.3. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên [21]

Theo [21], số ôtô sử dụng có hiệu quả khi phối hợp với một máy xúc được xác

định theo biểu thức:

, chiếc (2.14)

Trong đó: - thời gian của một chuyến xe, ph; - thời gian xúc đầy xe, ph.

, chiếc (2.15)

Thời gian chất đầy ôtô , ph; - số gàu xúc đầy ôtô; - thời gian

chu kì xúc, ph; tùy thuộc vào mật độ của đất đá , tải trọng của ôtô q0, dung tích

thùng xe Vo ; trong khi số gàu xúc nx bị hạn chế bởi dung tích thùng xe

hay tải trọng ôtô .

Thời gian chất đầy xe ôtô tính theo các biểu thức tương ứng sau:

(2.16) , ph

(2.17) , ph

Trong đó: E - dung tích gàu xúc, m3; Krg - hệ số nở rời đất đá trong gàu; Kxd

- hệ số xúc đầy gàu; 0,9 - hệ số chú ý đến sư thay đổi hệ số nở rời của đất đá trong

thùng xe ôtô; Kv0 - hệ số chú ý đến việc đất đá đổ đầy thành ngọn trên ôtô.

Thời gian xe chạy bằng:

, ph (2.18)

Trong đó: tc và tkt - thời gian chạy có tải và thời gian chạy không tải, ph; Lcit

và Likt - chiều dài khu vực đường có cùng điều kiện khi chạy có tải và không tải,

km; Vict và Vikt - vận tốc xe chạy trên các đoạn đường tương ứng khi có tải và

không tải.

Thời gian dỡ tải đối với xe dưới 40 tấn bằng khoảng 60 s; còn đối với xe có

tải trọng lớn hơn 70÷90 s.Thời gian vào manơ (khi vào nhận tải và khi dỡ tải) tùy

thuộc vào sơ đồ ôtô nhận tải ở máy xúc: 0÷10; 20÷25; 50÷60 s đối với sơ đồ thông

tầng, lượn vòng và quay đảo chiều. Nếu coi thời gian xúc chất, thời gian dỡ và thời

gian manơ là thời gian cố định, thời gian chạy có tải và không tải của xe ôtô là thời

gian thay đổi thì có thể sử dụng biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách xe

chạy với thời gian xe chạy để xác định cụ thể thời gian thay đổi của chu kỳ vận tải.

Số ôtô đảm bảo phục vụ có hiệu quả cho một máy xúc là:

(2.19)

Nếu số ôtô phục vụ cho một máy xúc xác định theo biểu thức (2.15) là lẻ thì

được quy tròn sau đó đưa vào biểu thức (2.19) để tính toán số ôtô phục vụ cho toàn

mỏ. Cách điều hành như vậy gọi là điều độ theo chu trình kín. Khi điều độ ôtô theo

chu trình hở thì tính tổng số ôtô sau đó tiến hành quy tròn.

Số ôtô trong danh sách:

, chiếc (2.20)

Trong đó: - hệ số chuẩn bị kỹ thuật của ôtô.

2.1.4. Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa

trên dung tích gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển [2]

Theo [2], kinh nghiệm rút ra từ hoạt động thực tiễn trong các mỏ lộ thiên trên

thế giới thì tải trọng ôtô sử dụng trên mỏ lộ thiên có thể được chọn trên cơ sở dung

tích gàu xúc của máy xúc và quãng đường vận tải của ôtô. Mối quan hệ đó được

biểu thị qua biểu thức:

(2.21) , tấn

qo = (4,5.E + a). Trong đó: a - hệ số chịu ảnh hưởng bởi dung tích gầu xúc, a = 3 khi E 4m3,

và a = 2 khi E < 4m3.

Số lượng gàu xúc đầy ôtô ( ng ) có mối quan hệ với quãng đường vận tải theo

số liệu kinh nghiệm như sau:

Khoảng cách vận tải L, km 1 ÷ 2 5 7 ÷ 8

Số gàu xúc đầy ôtô, gàu 4 ÷ 6 6 ÷ 8 8 ÷ 12

Một số chuyên gia mỏ khác đã đưa ra số liệu kinh nghiệm giữa các thông số

trên với dung tích gàu xúc như sau (Bảng 2.4).

Bảng 2.4. Số gàu xúc đầy thùng xe ôtô theo kinh nghiệm

Số gàu xúc đầy ôtô khi cung độ vận tải L, km

Dung tích gàu E, m3 1 ÷ 2 3 ÷ 4 5 ÷ 6 7 ÷ 8

6,4 3,2 5,5 8,0 10,0

6,4 4,0 5,5 8,0 10,0

6,2 5,0 5,2 7,6 9,6

6,2 6,3 5,2 7,6 9,6

5,7 8,0 4,7 7,3 9,3

5,7 10,0 4,7 7,3 9,3

Căn cứ vào số gàu xúc đầy ôtô, xác định được tải trọng ôtô cần tìm.

Khi xúc vật liệu nặng (đất đá, quặng,...) thì tải trọng ôtô cần tìm là:

, tấn (2.22)

Khi xúc vật liệu nhẹ (than, đá túp,...) thì dung tích cần xe ôtô cần tìm là:

, m3 (2.23)

Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ôtô lựa chọn theo dung tích gàu xúc E và quãng đường vận tải L; E - dung tích gàu xúc m3, Kđ - hệ số xúc đầy gàu; Kr - hệ số nở rời của đất đá trong gàu xúc; γd - khối lượng riêng của đất đá trong vỉa, t/m3; Kl - hệ số

lèn chặt của đất đá trong thùng xe ôtô do quá trình dỡ tải của máy xúc.

Khi vận tải 1 chu trình kín thì số lượng ôtô phục vụ cho 1 máy xúc được xác

định theo biểu thức:

(2.24) No = 10,56 – 1,13.ng + 1,08.L , chiếc

Ngoài các nghiên cứu trên, còn có một số tác giả khác cũng đã đưa ra cách

xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong các trường hợp khi khai thác các

mỏ quặng sắt có điều kiện phức tạp [15]; khi vận tải liên hợp có sử dụng trạm

chuyển tải trung gian [18], [19] chủ yếu thông qua mối quan hệ giữa dung tích gầu

xúc và tải trọng của ôtô.

Theo [7], các phương pháp lựa chọn đồng bộ xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ

thiên từ trước đến nay đã được tổng kết, phân loại và đánh giá rõ ràng, góp phần

định hướng cho các nghiên cứu theo hướng này tại Việt Nam.

Tóm lại, trong các công trình nghiên cứu trong nước đã nêu ở trên, một số

nghiên cứu đã có tính khái quát cao mang tính nguyên tắc trong việc xác định

đồng bộ máy xúc - ôtô, một số nghiên cứu có tính cụ thể cho những trường hợp

xác định của mỏ, tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu này chưa đánh giá được tổng

quát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô trong điều

kiện thực tế của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh hiện nay như sự thay đổi

cung độ vận tải, nhiều điểm chất - dỡ tải, nhiều chủng loại máy xúc và ôtô, tổ chức

công tác xúc bốc và vận tải phức tạp. Chính vì vậy, cần thiết phải có phương pháp

tính toán, xác định đồng bộ xúc bốc - vận tải khoa học, thuận tiện, chính xác,…

cho các mỏ than lộ thiên của Việt Nam.

2.2. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN NGOÀI NƯỚC TRONG

VIỆC TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ

2.2.1. Thuật toán xếp hàng

2.2.1.1. Tổng quan về thuật toán xếp hàng (Linear Programming - LP)

Các mô hình dựa trên thuật toán xếp hàng LP chủ yếu sử dụng để xác định các

ôtô phối hợp với các máy xúc hoạt động trong mỏ. Hình 2.3 minh họa một tổ hợp

đồng bộ máy xúc - ôtô được xem xét bằng mô hình của thuật toán xếp hàng. Trong

hệ thống này, các xe ôtô được coi như những “khách hàng” di chuyển giữa các

“trung tâm dịch vụ” là các máy xúc, đường vận tải, bãi thải, kho chứa, trạm

nghiền,… Các mô hình sẽ ước tính thời gian chờ đợi tại các máy xúc, bãi thải,…

cũng như việc sử dụng các thiết bị trong quá trình hoạt động này. Các kết quả sẽ

giúp cho nhà quản lý mỏ lựa chọn được máy xúc và ôtô hợp lý cũng như số lượng

ôtô tối ưu.

Hình 2.3. Mô hình thuật toán xếp hàng của đồng bộ máy xúc - ôtô [7]

Thời gian phục vụ tại các dịch vụ trên tuân theo qui luật phân bố hàm mũ. Sau

khi tính toán việc sử dụng thiết bị và thời gian chu kỳ của chúng, nhờ sự hỗ trợ của

thuật toán xếp hàng, số ôtô cần thiết (N) đảm bảo giảm tối đa tổng chi phí sản xuất

đơn vị (C), được Carmichael đề xuất năm 1987, có mối quan hệ sau [25]:

(2.25) C = (C1 +C2N) / (Đơn vị sản xuất x CAP)

Trong đó: CAP - dung tích ôtô; C1 - chi phí sản xuất của máy xúc trên một

đơn vị thời gian; C2 - chi phí sản xuất trung bình của ôtô trên một đơn vị thời gian.

Ứng với mỗi chi phí sản xuất đơn vị, sẽ tìm được một số lượng ôtô tương ứng

khác nhau. Dựa trên việc so sánh các chi phí sản xuất này, có thể tìm được số lượng

ôtô tối ưu phục vụ cho máy xúc hoạt động trên mỏ.

Một phương pháp tối ưu hóa vận tải điển hình được nghiên cứu bởi các tác giả

Lambert C.RJ và Mutmansky J.M năm 1987. Nội dung phương pháp này là việc sử

dụng phương pháp mô phỏng bằng máy tính nhằm mục đích nghiên cứu hệ thống

xúc bốc - vận tải bằng máy xúc trong các mỏ lộ thiên. Mục tiêu chính của nghiên

cứu này là để nâng cao khả năng phân tích và so sánh các chính sách điều phối xe

ôtô theo kinh nghiệm hiện có và tìm kiếm một quy tắc áp dụng phù hợp cho mỏ

[41]. Với mục đích này, một chương trình mô phỏng ngẫu nhiên (GPSS/H) được

phát triển cho một kích thước mỏ lộ thiên vừa bao gồm một số gương xúc và một

bãi thải duy nhất. Tám nguyên tắc cơ bản được mô hình hóa trong các tập tin

chương trình riêng biệt. Chương trình xem xét tất cả các thành phần của chu kỳ vận

tải ôtô và phân phối thông thường được sử dụng để mô hình tất cả các biến này.

Chương trình yêu cầu người dùng nhập vào số lượng ôtô ban đầu được gán cho mỗi

khu vực xúc (gương xúc). Chương trình này có đầy đủ các nhân tố mô phỏng được

thực hiện để tìm hiểu ảnh hưởng của một số yếu tố bao gồm: các quy tắc điều phối

thiết bị, số lượng ôtô hoạt động, số lượng máy xúc hoạt động, sự thay đổi thời gian

chu kỳ vận chuyển, khoảng cách giữa gương xúc và bãi thải, sự sẵn sàng của vật

liệu cho máy xúc và ôtô làm việc. Tình trạng cũ, mới của các máy xúc và ôtô được

mô hình hóa bằng cách sử dụng phân phối hàm mũ. Ba biện pháp hiệu quả được lựa

chọn là năng suất ôtô, thời gian sử dụng máy xúc tổng thể và thời gian sử dụng ôtô

tổng thể. Phân tích thống kê của các mô phỏng được thực hiện bằng cách sử dụng

phương pháp ANOVA với phần mềm Minitab. Phân tích hồi quy cho hệ số giá trị

xác định R2 là 56,7%, 84,1%, và 79,6% trong ba biện pháp thực hiện tương ứng. Từ

kết quả phân tích thống kê, có thể kết luận rằng tác động của quy tắc điều phối ôtô

cơ bản là không đáng kể. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sản xuất mỏ là

số lượng ôtô, số lượng máy xúc, khoảng cách giữa các gương xúc và bãi thải, cuối

cùng là sự sẵn sàng của vật liệu cho máy xúc và ôtô làm việc (điều kiện đất đá và

than để xúc, vận tải).

2.2.1.2. Cơ sở khoa học của thuật toán xếp hàng LP

Thực chất nội dung của thuật toán xếp hàng LP là đi tìm số lượng ôtô cần thiết

phục vụ cho mỏ. Tuy nhiên với điều kiện thực tế trên các mỏ lộ thiên thì việc tìm ra

được số lượng ôtô hợp lý phục vụ cho mỏ là rất khó khăn. Hoạt động xúc bốc và

vận tải trên mỏ được miêu tả cụ thể với sơ đồ vị trí các điểm chất tải và dỡ tải (bao

gồm cả đất đá thải và KSCI) thể hiện trong hình 2.4.

Hình 2.4. Minh hoạt các hoạt động xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ thiên

Để xác định được số ôtô phục vụ cho mỏ bằng phép tính thủ công cần phải liệt

kê tất cả các điểm (dự kiến) chất tải và dỡ tải, sau đó tính toán cho từng trường hợp.

Việc tính toán như vậy sẽ rất phức tạp và khối lượng công việc tính toán rất nhiều

đối với những mỏ có nhiều điểm chất tải và dỡ tải, các vị trí chất tải và dỡ tải

thường xuyên thay đổi.

Với việc tính toán rất phức tạp như vậy thì cần thiết phải có một phương pháp

đơn giản, cho độ chính xác cao để giải quyết vấn đề trên và thuật toán xếp hàng là

thuật toán khả thi trong trường hợp này. Bằng việc ứng dụng kỹ thuật tối ưu hóa của

toán học sẽ cho phép xác định được số ôtô hợp lý phục vụ cho mỏ.

a. Mô hình LP đơn giản với việc phân phối ôtô trên mỏ lộ thiên [6]

Mô hình LP có thể được thiết lập, tìm ra các điểm tối ưu và số lượng ôtô cần

thiết cho hoạt động của mỏ [55]. Trong mô hình LP này, mỗi điểm chất tải và dỡ tải

được gọi là các “nút” (hình 2.5).

Mỗi “điểm” là chỗ kết nối trực tiếp từng nút, đại diện cho một tuyến đường

vận tải. Biến Xij được định nghĩa là điểm “mật độ dòng” (số ôtô vận tải trên một

chặng đường trong một phút) xuyên suốt các điểm từ nút i đến nút j. Mỗi điểm từ

nút i đến nút j tương ứng với thời gian di chuyển Tij trên toàn tuyến đường. Xij là

biến trực tiếp, vì vậy nó không tương đương với Xji, (hình 2.5).

Hình 2.5. Các biến điểm trung chuyển

và thời gian di chuyển qua các điểm [6]

Số lượng ôtô cần thiết trên toàn tuyến đường từ nút i đến nút j được tính bằng

cách nhân số tuyến mật độ dòng Xij (số ôtô trên phút) trên toàn tuyến với thời gian

Tij (phút) cần thiết để di chuyển trên toàn tuyến đường. Hình 2.6 minh họa biến Xij

và thời gian tương ứng Tij trong quy trình hoạt động của một ôtô đơn giản.

Hình 2.6. Minh họa mô hình LP đơn giản xác định Xij và Tij tương ứng

với 2 khu vực chất tải [6]

Mục tiêu của mô hình LP đơn giản là giảm thiểu số lượng ôtô cần thiết cho

dây chuyền sản xuất trên mỏ. Số ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ là tổng số ôtô cần

thiết tại mỗi điểm, từ điểm chất tải đến điểm dỡ tải, có thể được tính như sau [6]:

(2.26)

Trong đó: i, j - các chỉ số cho nút đầu và cuối; Xij - mật độ dòng (ôtô trên phút)

của tất cả các điểm từ nút nguồn i đến nút j; Xji - mật độ dòng (xe ôtô trên phút) của

các điểm từ nút j đến nút i; Tij - thời gian di chuyển trung bình (phút) qua các điểm

từ nút i đến nút j; Tji - thời gian di chuyển trung bình (phút) qua các điểm từ nút j

đến nút i; Si - thời gian chất tải trung bình (phút) tại nút i; Dj - thời gian dỡ tải trung

bình (phút) tại nút j; PS - tổng các điểm (i, j) từ các nút nguồn i đến nút đích j; PD -

tổng các điểm (j, i) từ tất cả các điểm nút j tới điểm nguồn nút i.

Để tận dụng năng lực tối ưu của các điểm chất tải, các ôtô được bố trí đến các

điểm chất tải để không có điểm nào phải trong tình trạng máy xúc chờ ôtô. Mỗi

điểm nhận tải sẽ chất tải lên ôtô theo mật độ dòng hạn chế:

Tốc độ dòng khống chế cho mỗi điểm chất tải xác định như sau [6]:

với (2.27)

Trong đó: Ri - nút mà mật độ dòng ở ngưỡng tốc độ dòng giới hạn tại nút i (ôtô

trên phút); SS - tập hợp tất cả các nút.

Trong quá trình chất tải lên ôtô, các ôtô sẽ di chuyển tới các điểm dỡ tải và đổ

tải. Sau khi dỡ tải các ôtô quay về điểm nhận tải. Vấn đề đặt ra là tại mỗi nút cần

kiểm soát được quá trình chất tải và dỡ tải, tức là phải cân bằng được tốc độ ra vào

khi nhận tải tại mỗi điểm nút.

Giả thiết rằng mật độ dòng tại nút vào sẽ ký hiệu dấu âm (-) và mật độ dòng

lúc ra khỏi nút sẽ mang giá trị dương (+). Như vậy, giá trị cân bằng cho mỗi nút j có

thể được biểu diễn thông qua công thức sau [6]:

với

(2.28)

Mật độ dòng đối với mỗi biến là giá trị không âm, tức là với

Như vậy, mô hình LP đơn giản đã giải quyết được bài toán xác định số lượng

ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ sao cho các thiết bị xúc bốc không phải chờ đợi ôtô

trong trường hợp tổng quát với giả thiết cùng một chủng loại ôtô và máy xúc, cùng

cung độ vận tải và sơ đồ công nghệ như hình 2.6.

b. Mô hình LP mở rộng với việc phân phối ôtô trên mỏ lộ thiên [6]

Hình 2.7 minh họa một chu trình mỏ bao gồm 3 điểm xếp hàng (được coi như

là nút nguồn) và có 3 điểm đích đến, bao gồm trạm nghiền, kho chứa và bãi thải.

Hình 2.7. Minh họa mô hình LP mở rộng với 3 khu vực chất tải

Tất cả các nút đều kết nối với nhau qua các đường đi. Biến Xij được coi là

đoạn “tốc độ dòng” (tấn trên giờ) qua mỗi chặng đường từ nút i đến nút j. Mỗi đoạn

đường từ nút i đến nút j tương ứng với thời gian vận chuyển Tij (tính bằng giờ) trên

toàn tuyến đường đó. Mục tiêu của mô hình LP này là hạn chế tối đa tổng số lượng

xe ôtô cần dùng cho hoạt động mỏ, trong khi vẫn đáp ứng yêu cầu trung hòa quặng

và hạn chế sự tiêu tốn nguyên vật liệu khi đến điểm đích trong khi vẫn đảm bảo tỷ

lệ/tốc độ sản xuất tại điểm nguồn xuất phát [56].

Mục tiêu của mô hình LP mở rộng này là hạn chế tổng số ôtô cần sử dụng cho

mỏ và được thể hiện bằng công thức sau [6]:

(2.29)

Trong đó: i, j - các biến đại diện cho nút đầu và cuối; Xij - tốc độ dòng (t/h) của

chặng đường từ nút i đến nút j; Xji - tốc độ dòng (t/h) của chặng đường từ nút j đến

nút i; Tij - thời gian di chuyển trung bình (giờ) của ôtô trên chặng đường từ nút i đến

nút j; Si - tổng thời gian chất tải (giờ) tại nút i; Dj - thời gian dỡ tải trung bình (giờ)

tại nút j; PS - chuỗi các chặng đường (i, j) từ tất cả các nút đến điểm nút đích j; PD -

chuỗi các chặng đường (j,i) từ tất cả các nút đích j đến nút nguồn i.

Tại mỗi nút, tổng tốc độ dòng (t/h) đi vào và đi ra từ các nút được tính cân

bằng. Điều này có thể đạt được bằng cách dùng biến khống chế cân bằng, được thể

hiện theo công thức sau [6]:

với

(2.30)

Giả thiết mỗi nút nguồn i có năng suất làm việc là Ri (t/h). Tổng tốc độ dòng đi

vào điểm chất tải tại nút i không thể lớn hơn năng suất làm việc tại điểm chất tải Ri.

Giá trị khống chế năng suất làm việc cho mỗi nút nguồn i có thể xác định như sau:

với (2.31)

Trong đó: Ri - năng suất làm việc tại nút nguồn i, t/h; SS - tập hợp tất cả các

nút nguồn.

Tương tự như nút nguồn, mỗi nút điểm đích có thể có giá trị khống chế trọng

tải. Giá trị này hạn chế tổng tốc độ dòng (t/h) có thể đi đến nút đích. Giá trị khống

chế này đặc trưng cho một loại giới hạn tại điểm dỡ tải. Giới hạn trọng tải cho mỗi

điểm đích nút j có thể trình bày như sau [6]:

với (2.32)

Trong đó: Dj - khối lượng dỡ tải tối đa tại điểm đích nút j, t/h; SD - tập hợp tất

cả các nút đích.

Một giới hạn cần tính đến tại trạm nghiền hoặc kho chứa là mục tiêu trung hòa

KSCI. Giới hạn trung hòa có thể có những yêu cầu cụ thể đối với khâu nghiền và dự

trữ. Giới hạn này đảm bảo rằng trong thời gian nhất định cho phép trong khoảng

thời gian hoạt động Tc chất lượng trung bình của KSCI sẽ nằm trong khoảng giới

hạn yêu cầu về chất lượng khi đưa vào trung hòa. Giới hạn trung hòa tại mỗi nút

đích có thể tính như sau [6]:

(2.33)

Trong đó: Aj - giá trị trung bình hiện tại của giá trị KSCI pha trộn tại nút j; Gi -

điểm trung bình của KSCI từ chặng đường Xij; Mj - khối lượng trung hòa tại nút j;

Lj- giới hạn dưới của điểm quặng tại nút j; Uj - giới hạn trên của điểm quặng tại nút

j; Tc- thời gian quy định trong khi hoạt động.

Số lượng ôtô có thể sử dụng được khống chế bằng cách dùng hệ số tổng trọng

tải xe Tact (tấn) và được xác định như sau [6]:

(2.34)

Yêu cầu giá trị không âm:

Như vậy, mô hình LP mở rộng này đã mở rộng tính toán cho việc trung hòa

KSCI cũng như cho việc chất tải vào các kho chứa hoặc đưa ra các trạm nghiền. Mô

hình này cũng đã giải quyết được bài toán xác định số ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ

sao cho các máy xúc không phải chờ đợi ôtô, quá trình sản xuất được hoạt động một

cách nhịp nhàng.

2.2.2. Thuật toán Monte Carlo và ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên

2.2.2.1. Tổng quan về phương pháp Monte Carlo

a. Lịch sử phát triển phương pháp Monte Carlo

Giữa thế kỷ XX, sự phát triển của các lĩnh vực quan trọng như vật lý hạt nhân,

nguyên tử, các nghiên cứu vũ trụ, năng lượng, chế tạo các thiết bị phức tạp đòi hỏi

phải tiến hành các bài toán lớn phức tạp, không thể giải được bằng các kỹ thuật có

vào thời bấy giờ. Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử đã làm xuất hiện khả

năng mô tả định lượng đầy đủ các hiện tượng nghiên cứu và phạm vi giải các bài

toán đã được mở rộng hơn. Những yếu tố trên đã góp phần hình thành nên việc thực

nghiệm máy tính.

Thực nghiệm máy tính thực chất là áp dụng máy tính để giải các bài toán,

nghiên cứu các kết cấu hay các quá trình, thực hiện tính toán dựa trên mô hình toán

học và vật lý bằng các tính toán định lượng đối tượng được nghiên cứu khi thay đổi

các tham số. Phương pháp này được áp dụng cho nhiều lĩnh vực từ vật lý, hóa học

đến sinh học,…

Một trong những phương pháp thực nghiệm máy tính phổ biến nhất trên thế

giới hiện nay là phương pháp Monte Carlo. Đây là một lớp các thuật toán sử dụng

mẫu ngẫu nhiên để thu được kết quả số. Phương pháp này thường được sử dụng để

giải quyết các bài toán có cấu hình phức tạp, liên quan đến nhiều biến số mà không

dễ dàng giải quyết được bằng các thuật toán tất định. Có thể nói hiện nay phần lớn

các sản phẩm của cả khoa học cơ bản lẫn ứng dụng đều dựa vào bộ ba thực nghiệm,

lý thuyết và Monte Carlo [1], [3].

Phương pháp Monte Carlo mô hình hóa các hiện tượng tự nhiên thông qua

việc mô phỏng trực tiếp các lý thuyết dựa theo yêu cầu của hệ thống, chẳng hạn như

mô phỏng sự tương tác của những vật thể này với những vật thể khác hay với môi

trường dựa trên các mối quan hệ vật thể - vật thể và vật thể - môi trường đơn giản.

Lời giải được xác định bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên của các quan hệ này hoặc các

tương tác vĩ mô, cho đến khi kết quả hội tụ. Do vậy, cách thực hiện lời giải này bao

gồm các hành động hay phép tính được lặp đi lặp lại, có thể được thực hiện trên

máy tính.

Do những ưu điểm trên, phương pháp Monte Carlo được ứng dụng trong nhiều

lĩnh vực khác nhau: trong khoa học xã hội - phân luồng giao thông, nghiên cứu sự

phát triển dân số, nghiên cứu thị trường chứng khoán;…; trong khoa học tự nhiên -

nghiên cứu sự vận chuyển bức xạ, thiết kế lò phản ứng hạt nhân, thiết kế vũ khí hạt

nhân, tính liền bức xạ, sắc động học lượng tử, nghiên cứu sự chuyển pha, tính các

tích phân số,…

b. Các phương pháp Monte Carlo

Sau hơn nửa thế kỷ phát triển, phương pháp Monte Carlo gần như đã được

ứng dụng rộng khắp trên mọi lĩnh vực của khoa học, công nghệ. Cùng với đó, rất

nhiều biến thể của phương pháp này được xây dựng nhằm phục vụ cho các nhu cầu

tính toán cụ thể. Dưới đây là một số phương pháp tiêu biểu:

- Assorted random model: là thuật ngữ được dùng trong vật lý để mô tả một hệ

động học có một điểm tới hạn như là một điểm thu hút. Do vậy các hoạt động vĩ mô

của chúng được thực hiện trong không gian và thời gian đặc trưng bất biến của điểm

tới hạn, tuy nhiên các điểm này được chỉ ra mà không cần đưa các thông số vào để

đạt được giá trị chính xác. Nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực khác như địa vật

lý, vũ trụ học, sinh học, sinh thái học, kinh tế, xã hội học,…

- Phương pháp mô phỏng Monte Carlo trực tiếp (DSMC): được đưa ra bởi

GS. Graeme Bird, đây là phương pháp sử dụng kỹ thuật mô phỏng xác suất để giải

các phương trình Boltzman mô tả các dòng khí loãng mà trong đó quãng đường tự

do trung bình của phân tử có cùng bậc (hoặc lớn hơn) thang chiều dài vật lý đặc

trưng của hệ.

- Phương pháp Monte Carlo động lực (DMC): là phương pháp mô phỏng các

trạng thái của phân tử bằng cách so sánh tỷ lệ của các bước riêng lẻ với các số ngẫu

nhiên. Phương pháp DMC thường dùng để khảo sát các hệ thống không cân bằng

chẳng hạn như các phản ứng, khuyếch tán,… Phương pháp này được ứng dụng chủ

yếu để phân tích các hoạt động của các chất bị hút bấm trên các bề mặt.

Có nhiều phương pháp thông dụng sử dụng mô phỏng DMC như: First

Reaction Method (FRM) và Random Seelection Method (RSM). Dù cho RFM và

RSM đều cho ra kết quả giống nhau với cùng một mô hình, nhưng các tài nguyên

máy tính khác nhau lại phụ thuộc vào hệ ứng dụng.

- Phương pháp Monte Carlo động học (KMC): là phương pháp Monte Carlo

dựa trên sự mô phỏng máy tính để mô phỏng sự tiến triển theo thời gian của một vài

quá trình xảy ra trong tự nhiên, điển hình là các quá trình mà chúng xuất hiện với một

tỷ lệ được cho trước. Việc hiểu rõ các tỷ lệ này rất quan trọng vì chúng là dữ liệu đầu

vào cho thuật toán KMC, tự bản thân phương pháp không thể dự đoán chúng.

Phương pháp KMC cũng rất giống với phương pháp DMC, sự khác biệt chính

giữa chúng là thuật ngữ và lĩnh vực sử dụng: KMC được sử dụng chủ yếu trong vật

lý còn DMC thì được sử dụng chủ yếu trong hóa học.

- Phương pháp Monte Carlo lượng tử (QMC): là phương pháp mô phỏng các

hệ thống lượng tử với mục đích giải quyết các bài toán nhiều vật thể. QMC dùng

phương pháp Monte Carlo bằng cách này hay cách khác để tính toán các tích phân

nhiều chiều. QMC cho phép mô tả một cách trực tiếp các hiệu ứng nhiều vật thể

trong hàm song, với độ bất định có thể được giảm với thời gian mô phỏng kéo dài.

- Phương pháp Quasi- Monte Carlo: là phương pháp tính toán tích phân (hay

đôi khi là một bài toán) mà dựa trên cơ sở là các dãy số có sự nhất quán thấp. Nó

trái ngược với phương pháp Monte Carlo thông thường được dựa trên các dãy số

giả ngẫu nhiên.

c. Nền tảng của phương pháp Monte Carlo

Phương pháp Monte Carlo được xây dựng dựa trên các nền tảng sau:

- Các số ngẫu nhiên: đây là nền tảng quan trọng, góp phần hình thành nên

“thương hiệu” của phương pháp. Các số ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng trong

việc mô phỏng lại các hiện tượng ngẫu nhiên xảy ra trong thực tế mà còn được sử

dụng để lấy mẫu ngẫu nhiên của một phân bố nào đó, chẳng hạn như trong tính toán

các tích phân số.

- Luật số lớn: luật này đảm bảo rằng khi ta chọn ngẫu nhiên các giá trị (mẫu

thử) trong một dãy các giá trị (quần thể), kích thước dãy mẫu thử càng lớn thì các

đặc trưng thống kê (trung bình, phương sai,…) của mẫu thử càng” gần” với các đặc

trưng thống kế của quần thể. Luật số lớn nhất quan trọng đối với phương pháp

Monte Carlo vì nó đảm bảo cho sự ổn định của các giá trị trung bình của các biến

ngẫu nhiên khi số phép thử đủ lớn.

- Định lý giới hạn trung tâm: định lý này phát biểu rằng dưới một số điều

kiện cụ thể, trung bình số học của một lượng đủ lớn các phép lặp của các biến ngẫu

nhiên độc lập sẽ được xấp xỉ theo phân bố chuẩn. Do phương pháp Monte Carlo là

một chuỗi các phép thử được lặp lại nên định lý giới hạn trung tâm sẽ giúp dễ dàng

xấp xỉ được trung bình và phương sai của các kết quả thu được từ phương pháp.

Các thành phần chính của phương pháp Monte Carlo bao gồm:

- Hàm mật độ xác suất (PDF): một hệ vật lý (hay toán học) phải được mô tả

bằng một bộ các PDF.

- Nguồn phát số ngẫu nhiên (RNG): một nguồn phát các số ngẫu nhiên đồng

nhất phân bố trong khoảng đơn vị.

- Quy luật lấy mẫu: mô tả việc lấy mẫu từ một hàm phân bố cụ thể.

- Ghi nhận: dữ liệu đầu ra phải được tích lũy trong các khoảng giá trị của đại

lượng cần quan tâm.

- Ước lượng sai số: ước lượng sai số thống kê theo số phép thử và theo đại

lượng quan tâm.

- Các kỹ thuật giảm phương sai: các phương pháp nhằm giảm phương sai của

đáp số được ước lượng để giảm thời gian tính toán của mô phỏng Monte Carlo.

- Song song hóa và vector hóa: các thuật toán cho phép phương pháp Monte

Carlo được thực thi một cách hiệu quả trên một cấu trúc máy tính hiệu năng cao.

Hình 2.8. Nguyên tắc hoạt động của phương pháp Monte Carlo [1]

2.2.2.2. Mô phỏng sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô bằng thuật toán Monte

Carlo

a. Mô hình hoá toán học

Mô hình toán học mô phỏng sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô được dựa trên

sự phân tích các nhân tố điều khiển được và không điều khiển được, trong đó sự kết

hợp các nhân tố điều khiển được sẽ đem lại hiệu quả kinh tế. Mô hình toán học của

sự phối hợp này có thể biểu thị như sau [27]:

(2.35) Hàm tối ưu Z = F( Xi, Yj) với: i = 1, 2…, M; j = 1, 2…, N

Trong đó: Z - đánh giá hiệu quả (chi phí, lợi nhuận, năng suất...); Xi - các biến

điều khiển được; Yj - các biến không điều khiển được; F - hàm điều khiển.

b. Phương pháp mô phỏng

Phương pháp mô phỏng được đưa ra dựa trên việc phân tích dữ liệu trực tiếp

từ hệ thống. Với việc nghiên cứu 1 hệ thống vận tải riêng, giả sử xúc bốc và đổ thải

được gắn với nhau thông qua tỷ lệ về sản lượng, Z được xác định là toàn bộ chi phí

vận tải, Xi là biến điều khiển được (dạng vận tải, số lượng kích thước thiết bị,...), Yj

là các biến không điều khiển được (sản lượng đề ra, các đặc điểm, các vị trí xúc

bốc, đổ thải,...) thì việc lập kế hoạch quan tâm tới việc giảm tới mức tối thiểu chi

phí vận tải với sản lượng xác định thông qua cách lựa chọn một hệ thống vận tải với

kích cỡ và số lượng thiết bị trong hệ thống là tốt nhất.

c. Mẫu Monte Carlo

Mẫu Monte Carlo được xác định dựa trên ứng dụng của xác suất thống kê.

Việc xác định mẫu Monte Carlo được thực hiện theo quy trình sau [41]:

a. Tính xác suất của toàn bộ hàm F(x) của biến x trên miền (hình 2.9).

y = F(x) = (2.36)

Trong đó: f(x) - Hàm tần số của x

b. Chọn một số bất kỳ, r giữa 0 và 1 từ bảng số ngẫu nhiên.

c. Từ xác suất toàn bộ hàm F(x), tìm giá trị x tương ứng với y = r.

Giá trị mô phỏng của x được phân phối theo tần số của hàm biến x. Các số liệu

cho thấy rõ ràng xác suất có giá trị mô phỏng giữa x1 và x1 + dx có theo tỷ lệ f(x1)dx.

P(x1 < giá trị mô phỏng < x1 + dx) = dy1= f(x1)dx

Trong trường hợp biến bị dán đoạn, khi đó F(x) =

Trên hình 2.9 cho thấy: miền biến thiên của mẫu Monte Carlo sẽ tiến gần đến

giá trị trung bình tiêu chuẩn và mẫu Monte Carlo trong nghiên cứu mô phỏng được

xác định như trong bảng 2.4.

Hình 2.9. Miền biến thiên của mẫu Monte Carlo [41]

Bảng 2.4. Các biến số ngẫu nhiên tìm được theo các phân phối cơ bản [41]

Trung Giá trị x theo biến Phân phối Tham số Biến đổi Ghi chú bình ngẫu nhiên r

Phân phối dạng hàm: a, b x = a + (b - a) r 0 ≤ r ≤ 1

f(x) = ai < x < bi

= 0 những số khác

Phân phối dạng hàm mũ: α 0 ≤ r ≤ 1 x = f(x) = αe-αt

α > 0 , x ≥ 0

2 σx

Phân phối chuẩn: μx , σx μx 0 ≤ ri ≤ 1

x =

f(x) =

- < x < 

n , p np np(1 - p) Phân phối kép: ri ≤ pi , xi = xi-1 + 1 0 ≤ ri ≤ 1

ri ≥ pi , xi = xi-1 f(x) = ncxPx(1 - P)n-x

x = 0,1,2…n xo = 0

P ≥ 0, P ≤ 1,0

Phân phối Poisson: λ λ λ 0 ≤ ri ≤ 1 t i =

f(x) = ≤ λ ≤

x = 0,1,2,…: λ ≥ 0

d. Mô phỏng sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô

Gọi M và N là số máy xúc và xe ôtô trong hệ thống, Cs là chi phí trong thời

gian máy xúc chờ (đ/ph), Ct là chi phí thời gian xe ôtô chờ (đ/ph), Wm thời gian chờ

tích lũy của máy xúc, Wn là thời gian chờ của xe ôtô, có các mối quan hệ:

Wm = F1(M, N)

(2.37) Wn = F2(M, N)

CT = Wm*Cs+ Ct

Trong đó: F1, F2 - hàm hệ thống; CT - tổng chi phí thời gian chờ.

Áp dụng thuật toán Monte Carlo tính toán mô phỏng đồng bộ máy xúc - ôtô

cho các mỏ lộ thiên được thực hiện qua các bước như sau [2], [4]:

Bước 1: Gán các thông số đầu vào.

M, N - số máy xúc, số ôtô trong tổ hợp ĐBTB;

Tni - thời gian chất tải của máy xúc thứ i, ph;

ΔTn - độ lệch thời gian nhận tải, ph;

Thj - thời gian vận tải từ khi đi ra khỏi chỗ máy xúc của xe ôtô thứ j, ph;

ΔTh - độ lệch thời gian vận tải, ph;

RNk - số ngẫu nhiên thứ k.

Bước 2: Tính thời gian chất tải cho máy xúc Tn = Tni + RNk*ΔTn

Bước 3: Tính thời gian di chuyển của các ôtô từ khi ra khỏi vị trí nhận tải:

Th =Thj + RNk*ΔTh

Bước 4: Tính toán, phân tích trạng thái phối hợp của máy xúc và ôtô.

M - số máy xúc trong tổ hợp ĐBTB, chiếc;

N - số ôtô trong tổ hợp ĐBTB, chiếc;

Txi - thời gian chạy của máy xúc thứ i, i = 1, 2 …, m;

Toj - thời gian chạy của ôtô thứ j, j = 1, 2, 3…, n;

T - khoảng thời gian để ước lượng (tháng, năm,…).

Quá trình tính toán diễn biến như sau:

Bước 4.a. Chọn ôtô với thời gian hoạt động nhỏ nhất (Tom)

Đặt là ôtô thứ k với: Tom = Tok

Nếu Tok > T thì thực hiện bước 4.h.

Bước 4.b. Chọn máy xúc có thời gian hoạt động Txm nhỏ nhất,

Đặt là máy xúc thứ g với: Txm = Txg

Bước4.c. Đặt w = (Txg - Tok)

- Nếu w < 0, thì thực hiện bước 4.d

- Nếu w > 0, thì thực hiện bước 4.e

- Nếu w = 0, ôtô được ấn định ngay cho máy xúc. Thực hiện bước 4.f.

Bước 4.d. Máy xúc g đang đợi ôtô, thời gian chờ đợi của máy xúc là ws

ws = (Tok - Txg)

Cập nhập trạng thái Txm của máy xúc g

Txg = Txg + ws

Thực hiện bước 4.f

Bước 4.e. Ôtô k đang chờ nhận tải, thời gian chờ của ôtô k là wt

wt = (Txg - Tok)

Cập nhập trạng thái Tok cho ôtô k

Tok = Tok + wt

Bước 4.f. Đưa ra thời gian chất tải cho ôtô k bằng máy xúc thứ g, đặt là Lgk.

Cập nhập trạng thái Txm của máy xúc và ôtô:

Txg = Txg + Lgk

Tok = Tok + Lgk

Bước 4.g. Đưa ra thời gian di chuyển của ôtô thứ k từ nơi nhận tải tk.

Cập nhập trạng thái Tok của ôtô thứ k.

Tok = Tok + Tk

Thực hiện bước 4.a

Bước 4.h. Kết thúc mô phỏng kết thúc, xuất ra kết quả:

- Tổng khối lượng sản phẩm, tấn

- Số lượng chuyến vận chuyển, chuyến

- Thời gian chờ của mỗi ôtô ở từng máy xúc, ph

- Thời gian chờ của máy xúc với từng ôtô, ph.

Quá trình tính toán lựa chọn ĐBTB cho máy xúc và ôtô áp dụng thuật toán

Monte Carlo được mô tả ở hình 2.10.

Hình 2.10. Sơ đồ khối mô phỏng quá trình lựa chọn ôtô [1, 3]

2.2.3. Nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động của

thiết bị trong đồng bộ:

Nhóm các phương pháp này bao gồm:

- Phương pháp qui hoạch tuyến tính [30], [36], [44];

- Phương pháp mô phỏng, [29], [43], [49], [50].

Các nghiên cứu điển hình theo phương pháp này là Rumfelt (1961), Stefako

(1973), Learmont, Morgan (1975), Atkinson (1971, 1992), Singhal (1986), Lizotte,

Maehlmann (1988), Wiemer (1994), Vogt (1996),…

a. Phương pháp qui hoạch tuyến tính

Ứng dụng qui hoạch tuyến tính trong việc lựa chọn thiết bị khai thác mỏ lộ

thiên chủ yếu giải quyết vấn đề ấn định các thiết bị vận tải tới các vị trí xúc bốc trên

mỏ. Nói cách khác, phương pháp này cho phép trả lời câu hỏi vị trí của các máy xúc

nên ở đâu và cần có bao nhiêu ôtô phục vụ cho các máy xúc này để đảm bảo cho

đồng bộ hoạt động hiệu quả và năng suất.

Mục tiêu của mô hình qui hoạch tuyến tính là lựa chọn các thiết bị vận tải cho

các vị trí máy xúc làm việc khác nhau trong mỏ sao cho với cùng một thời gian như

nhau thì đồng bộ đó có chi phí là thấp nhất. Một mô hình tổng quát được Lambert

và Mutmansky đề xuất năm 1973 như sau:

 Min (2.38)

Với các ràng buộc:

Trong đó: i - ký hiệu biểu thị sự phối hợp, i = 1, 2, … , n; j - ký hiệu biểu thị vị

trí máy xúc, j = 1, 2, …, m; k - ký hiệu biểu thị số ràng buộc; Xij - sử dụng sự phối

hợp thứ i tại vị trí máy xúc thứ j (có giá trị bằng 0 hoặc 1); Cij - chi phí một ca khi

sử dụng sự phối hợp thứ i tại vị trí máy xúc thứ j; Aijk - hệ số khi sử dụng sự phối

hợp thứ i tại vị trí máy xúc thứ j trong mối ràng buộc thứ k; Bk - giới hạn của ràng

buộc thứ k.

b. Phương pháp mô phỏng

Các mô hình mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mỏ cho việc

phân tích các HTKT phức tạp với các điều kiện thực tế của mỏ. Đây là một quá

trình, mà thông qua các mô hình, có thể tạo nên hình dáng các thiết bị đồng dạng

hoặc như thật, sau đó sẽ sử dụng chúng thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm để

thu được các thông số trong quá trình hoạt động của cả hệ thống được mô hình này.

Điều này cho phép người sử dụng có thể quan sát mọi hoạt động của hệ thống một

cách tỷ mỷ và sau đó có thể phân tích, đánh giá quá trình đồng bộ của các thiết bị

khi phối hợp làm việc với nhau. Các đặc tính động học của thiết bị trong quá trình

hoạt động đều có thể được mô hình bằng cách mô phỏng như ở trên. Các ngôn ngữ

mô phỏng chuyên dụng thường được sử dụng như GPSS/H, Simscript, SLAM,

DYNAMO,… Ngoài ra, cũng có thể viết các chương trình mô phỏng này bằng các

ngôn ngữ máy tính như Fortran, C, Pascal,…

Để mô phỏng đồng bộ máy xúc - ôtô, trước tiên cần xác định được các dữ liệu

như thời gian chu kỳ của các thiết bị và sự phân bố thống kê các thông số làm việc

của thiết bị. Các phân bố này được thu thập bằng cách quan sát thực tế ngoài thực

địa. Các chương trình máy tính sẽ tạo ra các số ngẫu nhiên được phân bố theo các

số liệu xác định ban đầu. Ví dụ, việc tạo ra các số ngẫu nhiên theo qui luật phân bố

chuẩn có giá trị như sau:

XN = N + RNN (2.39)

Trong đó: XN - biến số phân bố chuẩn với giá trị trung bình là N và phương

sai là 2N; RN - một số ngẫu nhiên không đổi nằm giữa 0 và 1.

Các số ngẫu nhiên này sau đó sẽ được dùng để tạo ra các thời gian có liên

quan tới các sự kiện trong hệ thống. Sự phân bố này cho phép lựa chọn các khoảng

thời gian tương ứng với quá trình hoạt động xác định của các thiết bị trong đồng bộ.

Trong khai thác lộ thiên, thường sử dụng các mô hình mô phỏng rời rạc. Quá trình

mô phỏng này bắt đầu từ một sự kiện này tới một sự kiện khác nối tiếp nhau trong

quá trình hoạt động của hệ thống.

Ngoài hai phương pháp chính là quy hoạch tuyến tính và mô phỏng trên còn

có một số phương pháp và thuật toán nghiên cứu hoạt động của thiết bị xúc bốc, vận

tải như thuật toán vận chuyển với thời gian thực [54], phân tích hoạt động vận tải

dựa trên kinh nghiệm thực tế [42] hoặc sử dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên

để tối ưu hóa công tác vận tải [39], ứng dụng cơ giới hóa trong công tác vận tải tại

các mỏ đá vật liệu xây dựng [68], …

2.2.4. Nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo:

Nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo bao gồm:

- Phương pháp sử dụng hệ thống kiến thức chuyên gia;

- Phương pháp sử dụng các thuật toán di truyền học.

a. Phương pháp sử dụng hệ thống kiến thức chuyên gia

Hệ thống kiến thức chuyên gia là một chương trình máy tính thông minh, sử

dụng kiến thức và các thủ tục suy diễn, kết luận để giải quyết các vấn đề phức tạp

đòi hỏi những ý kiến chuyên môn nổi bật của nhân loại cho các giải pháp đưa ra.

Phần lớn các hệ thống chuyên gia đều dựa trên qui luật tiếp cận cơ bản, có dạng sau:

Nếu (IF) [(sự việc 1),… (sự việc n)] thì (THEN) [(kết quả 1),… (kết quả n)]

Qui luật này có thể đơn giản hoặc phức tạp; có thể chỉ có một cặp câu lệnh

(nếu - thì) nhưng cũng có thể có rất nhiều câu lệnh trên lồng ghép vào nhau. Ngoài

ra, cũng có thể xuất hiện thêm các phép toán logic như: và (AND), hoặc (OR),… để

thuận lợi cho việc diễn giải các vấn đề cần giải quyết.

Hình 2.11 minh họa một sơ đồ hệ thống chuyên gia điển hình, gồm những

thành phần chính sau:

- Cơ sở kiến thức: lưu trữ kiến thức và những ý kiến chuyên gia đã được lập

trình trong hệ thống.

- Bộ nhớ làm việc: lưu trữ các thông tin được người sử dụng cung cấp trong

quá trình tư vấn cùng với những kết luận, tiểu kết luận, lý do,… mà hệ thống sẽ sử

dụng tại bất kỳ thời điểm nào.

- Phương tiện kết luận: nắm các thông tin mà người sử dụng đã định nghĩa,

đồng thời kiểm tra kiến thức lưu trữ trong cơ sở kiến thức để đưa ra các kết luận cho

một vấn đề cụ thể.

- Giao diện với người sử dụng: cung cấp một cơ cấu cho việc nhập và xuất các

thông tin khi sử dụng.

Trong ngành mỏ đã có nhiều hệ chuyên gia, điển hình như: Cơ sở kiến thức

lựa chọn đồng bộ máy xúc thuỷ lực và ôtô [28], chương trình lựa chọn các thiết bị

làm đất [22], hệ thống chuyên gia lựa chọn máy xúc gầu treo (Erdern, 1994),…

Hình 2.11. Sơ đồ của một hệ thống chuyên gia điển hình [1, 7]

b. Phương pháp sử dụng các thuật toán di truyền học

Các thuật toán di truyền học là một kỹ thuật dựa trên kỹ thuật trí tuệ nhân tạo,

được phát triển từ lý thuyết phỏng đoán và thuyết phát sinh sinh vật. Chúng là sự

kết hợp của thuyết sinh tồn với các hoạt động di truyền. Quá trình của thuật toán di

truyền bắt đầu từ một thế hệ đầu tiên được tạo ra một cách ngẫu nhiên. Mỗi cá thể

trong một thế hệ sẽ tách ra với một nhiễm sắc thể có một số lượng gen nhất định.

Lúc đó, mỗi nhiễm sắc thể sẽ có cơ hội sống sót tốt hơn cho thế hệ sau.

Khi sử dụng để lựa chọn đồng bộ thiết bị trên mỏ lộ thiên, có thể khái quát thuật

toán này như sau: thế hệ đầu tiên tạo ra một đám đông ngẫu nhiên cho số lượng mô

hình và số lượng thiết bị có liên quan tới mô hình của mỗi thế hệ. Chi phí sẽ được

tính toán và mỗi nhiễm sắc thể sẽ được ấn định cho một thế hệ dựa trên khả năng của

nó để đáp ứng được các ràng buộc yêu cầu và đạt được chi phí tối thiểu. Thế hệ trải

qua một loạt các quá trình ngẫu nhiên của thuật toán di truyền sẽ tạo ra một thế hệ

mới.

Hình 2.12 minh họa cơ cấu của thuật toán di truyền. Trong đó, A, B,…, N là

các nhiễm sắc thể của thế hệ ban đầu (được hiểu là các mô hình, số lượng thiết bị và

các ràng buộc); a, b, c,…, n là các gen tạo nên các nhiễm sắc thể (các tên mô hình

thiết bị và các số nhị phân được lựa chọn ngẫu nhiên). A và C là các nhiễm sắc thể

của thế hệ sau được tạo nên bằng cách trộn các gen của các nhiễm sắc thể “mạnh

nhất” trong thế hệ đầu tiên. Sau thế hệ đầu tiên, việc kiểm tra ngẫu nhiên cho phần

còn lại của các thế hệ sẽ được thực hiện thông qua các quá trình điều khiển tiến hoá

(thay đổi, thích nghi,…).

Hình 2.12. Minh họa cơ cấu thuật toán di truyền [33]

Năm 1999, Haidar đã đưa ra một mô hình khái niệm của thuật toán di truyền

dựa trên kỹ thuật tối ưu. Mô hình này giải quyết từng vấn đề, lần lượt theo các bước

sau [33]:

- Hệ thống cơ sở kiến thức để lựa chọn thiết bị trong một phạm vi rộng phụ

thuộc vào các thông số của mỏ, các đặc tính của vật liệu và các điều kiện hoạt động

của thiết bị.

- Các thủ tục xử lý để thực hiện các tính toán cần thiết và ấn định sự phối hợp

của các thiết bị.

- Thay đổi các dữ liệu động học để gọi ra các dữ liệu cần thiết có liên quan đến

các thiết bị và các chi phí tương ứng từ một cơ sở dữ liệu đã được chuẩn bị sẵn cho

tất cả các thiết bị xúc bốc và vận tải.

- Thuật toán di truyền sẽ lựa chọn mô hình hoạt động và số lượng thiết bị phối

hợp đảm bảo chi phí sản xuất tối thiểu.

Ngoài ra, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin ngày nay, trí tuệ

nhân tạo đã và đang được nghiên cứu sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực khai thác mỏ

và đã mang những hiệu quả rất tốt trong các lĩnh vực như: dự báo sóng chấn động

sinh ra do nổ mìn [23], [35], [37], [45], [46], dự báo đất đá bay trong quá trình nổ

mìn [48], [47], lập kế hoạch khai thác cho các mỏ lộ thiên [24], tối ưu hóa thiết kế

mỏ lộ thiên bằng mạng nơron nhân tạo [32], [31], các mô hình xác định cường độ

nén dọc trục của đất đá [26], so sánh các phương pháp dự báo chu kỳ vận tải của ôtô

trên mỏ [27], xác định phân bố các lớp đá kẹp trên các mỏ đá vôi [38], dự báo sự ổn

định của các bờ mỏ lộ thiên bằng hệ thống mạng nơron nhân tạo [34], dự báo nồng

độ bụi trên các mỏ than lộ thiên [40],… Tuy nhiên, các nghiên cứu sử dụng mạng

nơron nhân tạo để tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô hầu như chưa được

đề cập đến và còn rất sơ sài.

2.2.5. Nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ Liên

Xô cũ:

Đại diện nhóm các phương pháp nghiên cứu này phải kể đến các nhà khoa học

mỏ nổi tiếng của Liên Xô cũ như: МЕЛЬНИКОВ Н.В. [63], АИ Арсентьев [58], ВВ

Ржевский [65], ПИ Томаков ИК Наумов [64], Н А Чинакал [67], ВВ Хронин

[66], Юрий Иванович Анистратов [57], БА Богатов và НИ Березовский [59].

Ngoài ra còn một số nghiên cứu mới gần đây của các nhà khoa học LB Nga như: sử

dụng hiệu quả các thiết bị vận tải trên mỏ [60], phạm vi và giới hạn của công tác

xúc bốc - vận tải trên các mỏ nhỏ khi giá bán khoáng sản thay đổi [61], giải pháp kỹ

thuật lựa chọn máy xúc [62],…

Khi đề cập đến mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên, các tác giả

trên đã sử dụng chủ yếu mối quan hệ giữa dung tích gầu xúc với tải trọng của ôtô,

có kể đến các hệ số sử dụng dung tích gầu xúc và hệ số sử dụng tải trọng ôtô. Ngoài

mối quan hệ trên, một số tác giả có tính đến các yếu tố khác như cung độ vận tải, số

gầu xúc của máy xúc chất cho ôtô,… Tuy nhiên, các tính toán trên mới chỉ mang

tính định hướng cho việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô và chỉ có thể áp dụng cho

những phương án đồng bộ mà số lượng máy xúc, ôtô sử dụng là không lớn.

2.2.6. Nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương trình phần

mềm tính toán có sẵn

2.2.6.1. Chương trình tính toán Caterpillar's Fleet Production Cost Program

(FPC)

FPC là một chương trình của hãng Caterpillar sử dụng để tính toán thời gian

chu kỳ chuyển động của thiết bị làm đất, kích thước tổ hợp đồng bộ thiết bị và chi

phí trong lĩnh vực khai thác mỏ (Hình 2.13).

Hình 2.13. Giao diện chương trình FPC

Chương trình hoạt động dựa trên phương thức lựa chọn số ôtô và máy xúc

cùng với các thông số của tuyến đường, chương trình sẽ cho biết lượng thời gian

cần thiết để di chuyển và chi phí vận tải là bao nhiêu.

Ưu điểm của chương trình PFC là nó có thể tính toán một cách hoàn chỉnh

đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ và tính toán được chi phí vận tải cũng như nhiên liệu

sử dụng.

Nhược điểm của chương trình này là nó chỉ tính toán được tải trọng cụ thể

trên một cung đường cụ thể với số lượng ôtô cụ thể phục vụ cho mỏ trong khi đó

trên mỏ có thể có nhiều tuyến đường di chuyển với cung độ vận tải khác nhau và

năng lực vận tải khác nhau. Chương trình chỉ tính toán được với một loại máy xúc

và ôtô để tính toán chi phí vận tải cho mỏ. Vì vậy chương trình FPC không có khả

năng mở rộng tìm kiếm và kiểm tra sự đồng bộ của nhiều máy xúc và ôtô để lựa

chọn được đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất. Ngoài ra, một nhược điểm rất lớn của

chương trình FPC là chỉ có thể tính toán khả năng sẵn sàng cho cả một tổ hợp thiết

bị. Nếu như khả năng sẵn sàng của đội xe là 90% thì mỗi ôtô trong số các ôtô đó

đều chỉ được tính toán với khả năng sẵn sàng là 90% và các ôtô bị giảm 10% so với

hiệu năng tối ưu của nó. Các thiết bị xúc bốc cũng được tính toán một cách tương

tự. Như vậy, một cách tổng quát thì tổ hợp đồng bộ máy xúc - ôtô chỉ có khả năng

sẵn sàng là 0,9 x 0,9 = 0,81 (tương đương 81%).

2.2.6.2. Phần mềm lựa chọn đồng bộ thiết bị TALPAC

TALPAC là phần mềm của hãng Runge ra đời năm 2003, được sử dụng để

phân tích hiệu quả làm việc của các đồng bộ thiết bị hiện có hoặc để kiểm tra việc

áp dụng các đồng bộ thiết bị mới cho mỏ. Nó có thể kiểm tra được năng suất của

đồng bộ thiết bị trong mọi trường hợp, hoặc so sánh hai hay nhiều tổ hợp đồng bộ

thiết bị khác nhau để người sử dụng có thể lựa chọn được tổ hợp đồng bộ thiết bị

phù hợp với điều kiện thực tế của mỏ.

Một số tính năng cơ bản của phần mềm TALPAC bao gồm [51]:

- Tính toán thời gian xe chạy để phân tích một cách tương đối các tuyến đường

có khả năng thay thế;

- Ước lượng số ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ trong các kế hoạch khai thác

ngắn hạn và dài hạn;

- Ước lượng và so sánh năng suất khi sử dụng phương pháp vận tải khác nhau

để lựa chọn dung tích gàu xúc hợp lý và tối ưu hóa công tác xúc bốc;

- Phân tích độ nhạy trong tiêu chuẩn thiết kế đường để đánh giá tầm quan

trọng của công tác bảo dưỡng tuyến đường;

- Ước lượng tiêu hao nhiên liệu;

- Xác định chi phí và giá trị của hợp đồng vận chuyển (sử dụng phương pháp

chiết khấu dòng tiền);

- Tối ưu hóa số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ để xác định số lượng ôtô

dư thừa hoặc còn thiếu cho mỏ;

- Phân tích sự thay đổi chiều dài tuyến đường, có thể tự động mô phỏng cho

một số biến. Ví dụ, khi cung độ vận tải thay đổi, ôtô thay đổi, máy xúc thay đổi,…;

- Tối ưu hóa dung tích gàu xúc, năng suất của máy xúc, ôtô và số lượng thiết bị;

- So sánh kết quả tính toán để kiểm tra mối quan hệ giữa các biến trong việc

tính toán như các cự ly vận chuyển so với năng suất, cự ly vận chuyển so với số

lượng ôtô phục vụ cho mỏ.

Hình 2.14 minh họa cấu trúc dữ liệu của phần mềm TALPAC bao gồm 5 thành

phần chính: loại vật liệu, số ca làm việc và số giờ làm việc trong 1 ca, loại máy xúc,

loại ôtô, chu kỳ vận tải. Việc thay đổi một hoặc nhiều thành phần trong số năm

thành phần này sẽ tạo ra các tổ hợp đồng bộ thiết bị và kết quả tính toán khác nhau.

Về cơ bản, các thuật toán sử dụng trong tính toán của phần mềm TALPAC đều dựa

trên cách tính toán số lượng ôtô, máy xúc phục vụ cho mỏ của các nhà khoa học

Liên Xô (cũ) và được thực hiện bởi các phép lặp khi thay đổi các biến thành phần

để tính toán và cho các giá trị khác nhau trong từng trường hợp cụ thể.

Ngoài hai phần mềm trên còn một số chương trình được phát triển phục vụ

công tác tính toán vận tải và xúc bốc trên các mỏ lộ thiên như phần mềm tính toán

công tác vận tải trên mỏ dựa trên sự phối hợp của các thiết bị xúc bốc [52], phần

mềm điều khiển các thiết bị vận tải trên mỏ sử dụng trên IBM-PC [53],… cũng đã

đóng góp vào nhóm các phương pháp tính toán dựa trên các phần mềm có sẵn nhằm

giảm bớt khối lượng tính toán trong quá trình tính toán các khâu xúc bốc, vận tải và

lựa chọn thiết bị cho mỏ.

Hình 2.14. Cấu trúc dữ liệu của TALPAC [51]

Hình 2.15. Giao diện phần mềm TALPAC [51]

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Từ các phân tích dựa trên cơ sở khoa học của một số thuật toán trong nước và

quốc tế có thể áp dụng để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô, NCS rút ra các kết luận

2.3.1. Đối với nhóm các phương pháp, thuật toán trong nước sử dụng để

tính toán sự phối hợp giữa máy xúc – ôtô:

a. Bài toán cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các

mỏ lộ thiên: các tác giả đã đưa ra được mô hình bài toán phục vụ đám đông chờ,

đánh giá được các trạng thái hoạt động của thiết bị và tối ưu hóa số lượng ôtô phục

vụ cho một máy xúc có tính tới yếu tố hiệu quả về mặt kinh tế. Tuy nhiên, bài toán

mới chỉ dừng lại ở việc phân tích theo chu trình vận tải kín mà chưa phân tích cho

trường hợp vận tải hở. Ngoài ra, trình tự lựa chọn ĐBTB và cách chọn ĐBTB tối ưu

cũng chưa được tác giả đề cập và tính toán. Nếu như bài toán đưa được ra trình tự

lựa chọn thiết bị, kết hợp với các yếu tố thực tế như: sự thay đổi cung độ vận tải,

chu trình vận tải hở hay kín và các yếu tố ảnh hưởng khác thì kết quả nghiên cứu sẽ

toàn diện hơn.

b. Bài toán xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trên các mỏ lộ thiên có

tính tới độ tin cậy: các tác giả đã đề cập tới cách tính toán số lượng ôtô và máy xúc

có kể tới yếu tố hỏng hóc, thay thế và sửa chữa. Tuy nhiên, các thông số cụ thể liên

quan tới bài toán chưa được giải thích một cách rõ ràng, các tính toán trong bài toán

này mới chỉ bổ sung thêm vào phương pháp xác định máy xúc - ôtô phục vụ cho mỏ

bằng cách tính toán số lượng thiết bị có kể tới yếu tố rủi ro, hỏng hóc và sửa chữa.

Bài toán chưa đưa ra được cách tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ

thiên.

c. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên: các tác giả

đã đưa ra cách xác định số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho một máy xúc có tính tới

thời gian chu kỳ vận tải của một chuyến xe (thời gian xe chạy có tải và thời gian xe

chạy không tải), thời gian nhận tải với sự ảnh hưởng của các yếu tố như trọng lượng

riêng của loại vật liệu, các hệ số ảnh hưởng tới công tác xúc bốc, các hệ số ảnh

hưởng bởi tải trọng và dung tích thùng xe,… Nghiên cứu này cũng là một trong

những cơ sở khoa học để NCS sử dụng và phát triển nhằm tối ưu hóa sự phối hợp

máy xúc - ôtô trong luận án này.

d. Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa trên dung

tích gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển: phương pháp này được

xác định chủ yếu dựa trên các kinh nghiệm thực tế của các mỏ lộ thiên trên thế giới

có tính tới sự ảnh hưởng của dung tích gàu xúc, tải trọng của ôtô và cung độ vận tải.

Từ kinh nghiệm thực tế xác định số gàu cần thiết xúc đầy ôtô theo cung độ vận tải,

cho phép lựa chọn ôtô và máy xúc một cách hợp lý có tính tới cung độ vận tải và

các hệ số khác. Tuy nhiên, với mỗi cung độ vận tải khác nhau thì loại ôtô, số lượng

ôtô cũng như dung tích gàu xúc sẽ thay đổi. Điều này sẽ gây khó khăn trong việc

lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô trong khi thực tế trên mỏ có nhiều tuyến đường vận

tải khác nhau với cung độ vận tải khác nhau. Nghiên cứu này cũng là một trong các

cơ sở khoa học để NCS sử dụng và phát triển trong luận án này.

2.3.2. Đối với thuật toán xếp hàng:

a. Mô hình LP đơn giản: mới chỉ xem xét đến thời gian di chuyển của ôtô, thời

gian dỡ tải, thời gian quay trở về và thời gian chất tải bằng cách giả định rằng tất cả

các ôtô đều cùng loại. Với giả thiết này, thời gian di chuyển của các loại ôtô là như

nhau và việc phân phối tại mỗi khu vực chất tải cũng cũng mất khoảng thời gian

như nhau cho tất cả các loại ôtô. Mô hình LP này không tính đến điều kiện xúc bốc

và các loại ôtô khác nhau. Sự khác biệt này sẽ ảnh hưởng đến thời gian di chuyển

khác nhau đối với các loại ôtô khác nhau và thời gian chất tải khác nhau tại cùng

một khu vực chất tải mặc dù trên cùng một cung độ vận tải. Giả thiết đồng nhất các

loại ôtô và các khu vực chất tải là không phù hợp với thực tế hoạt động của mỏ do

trên mỏ thường sử dụng nhiều loại ôtô với nhiều sơ đồ xúc bốc khác nhau, cung độ

vận tải thường xuyên thay đổi.

Mô hình LP đơn giản này giúp hạn chế số lượng ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ

bằng cách xác định rõ số ôtô cần thiết ở mức tối thiểu cho từng hoạt động và từng

điểm làm việc, cân bằng về tốc độ giữa các xe ôtô đi vào và đi ra từ tất cả các nút.

Với sự đơn giản hoá này, mô hình LP cho thấy nó thiếu tính thực tế, không thể sử

dụng để lựa chọn một cách hiệu quả số lượng ôtô cần thiết cho hoạt động mỏ trên

thực tế.

Mô hình LP cần được mở rộng và tính toán thêm các đặc tính quan trọng chi

phối hoạt động trên mỏ lộ thiên như: sự khác nhau về chủng loại, kích thước, tải

trọng của xe, năng lực vận tải của từng loại xe ôtô,…

b. Mô hình LP mở rộng: cho phép tìm ra số lượng ôtô tối thiểu cần thiết nằm

trong giới hạn số lượng ôtô thực tế có sẵn phục vụ cho mỏ đáp ứng được năng suất

làm việc của thiết bị.

Tuy nhiên, mô hình LP mở rộng này chỉ cố gắng tăng tối đa tốc độ dòng (t/h)

với số lượng tối thiểu ôtô mà chưa xét đến giá trị kinh tế của hoạt động, ví dụ như

lợi nhuận và chi phí cho việc vận chuyển nguyên vật liệu. Ngoài ra, mô hình LP mở

rộng chỉ xét đến quy trình tổng quát của một mỏ mà chưa xét tới các yếu tố hoạt

động cụ thể sản xuất khác và các thay đổi có thể có trong quá trình sản xuất.

Mô hình LP mở rộng này lấy giá trị trung bình của khâu chất tải và thời gian di

chuyển của ôtô để đưa vào mô hình LP. Do đó việc sử dụng giá trị trung bình trong

LP là hiệu quả và có thể chấp nhận được khi giải quyết nhiều bài toán về tối ưu khi

mà yêu cầu đặt ra tuân theo đúng lý thuyết giả định. Độ không chắc chắn về thời

gian ôtô di chuyển, thời gian dỡ tải, thời gian xe quay lại (không tải) và thời gian

cần để chất tải hiển nhiên xảy ra trong suốt quá trình hoạt động thực tế trên các mỏ

khai thác lộ thiên.

2.3.3. Đối với thuật toán Monte Carlo

Thuật toán này đã ra đời từ rất lâu và được ứng dụng rất nhiều trong nhiều lĩnh

vực khác nhau. Ưu điểm của thuật toán Monte Carlo trong việc tính toán ĐBTB cho

các mỏ lộ thiên bao gồm:

- Đưa ra 1 giá trị lớn của mẫu ngẫu nhiên do vậy trung bình các mẫu sẽ tới gần

đến giá trị tiêu chuẩn.

- Tính toán thời gian chu kỳ vận tải, cho phép phân tích các giải pháp thay đổi

tuyến vận tải;

- Ước tính số lượng ôtô với các thiết bị chất tải bất kỳ nên thuận tiện dùng để

lập kế hoạch ngắn hạn;

- Lựa chọn các thiết bị có kích thước phù hợp nhất;

- Tối ưu số lượng xe cần thiết phục vụ cho mỏ.

Với các ưu điểm và khả năng ứng dụng của thuật toán Monte Carlo đã phân

tích ở trên, có thể thấy rằng: thuật toán Monte Carlo có thể ứng dụng để tính toán

lựa chọn ĐBTB trên mỏ lộ thiên và tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc - ôtô trên

mỏ lộ thiên trong một số điều kiện cụ thể.

Ngoài ra còn có các thuật toán nghiên cứu về khả năng áp dụng và tính toán

đồng bộ máy xúc và ôtô cho các mỏ lộ thiên, tuy nghiên các nghiên cứu này hiện

vẫn chưa áp dụng được trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

2.3.4. Đối với nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt

động của thiết bị trong đồng bộ

Nhóm này chủ yếu sử dụng các phương pháp quy hoạch tuyến tính và phương

pháp mô phỏng để tính toán số lượng máy xúc và ôtô phục vụ cho mỏ, số ôtô phục

vụ cho một máy xúc để từ đó mô phỏng quá trình phối hợp giữa máy xúc và ôtô.

Ứng dụng quy hoạch tuyến tính trong việc lựa chọn thiết bị khai thác mỏ lộ thiên

chủ yếu giải quyết vấn đề ấn định các thiết bị vận tải tới các vị trí xúc bốc trên mỏ,

phương pháp này cho phép trả lời câu hỏi vị trí của các máy xúc nên ở đâu và cần

có bao nhiêu ôtô phục vụ cho các máy xúc này để đảm bảo cho đồng bộ hoạt động

hiệu quả và năng suất. Quá trình mô phỏng được thực hiện sau khi ứng dụng quy

hoạch tuyến tính vào lựa chọn đồng bộ thiết bị nhằm trực quan hơn công tác phối

hợp giữa máy xúc và ôtô để xác định hiệu quả làm việc của chúng. Các phương

pháp quy hoạch tuyến tính và mô phỏng cũng là những phương pháp nền tảng mang

tính định hướng cho các nghiên cứu sau này của các nhà khoa học trên thế giới về

vấn đề tối ưu hóa sự phối hợp máy xúc - ôtô.

2.3.5. Đối với nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo

Các nghiên cứu theo thuật toán di truyền và các phương pháp chuyên gia là

những thuật toán logic dựa trên các thông số của mỏ, các đặc tính của vật liệu và

các điều kiện hoạt động của thiết bị để xác định đồng bộ thiết bị cho mỏ. Tuy nhiên

các phương pháp này chỉ xác định cho số lượng thiết bị hữu hạn nếu không có sự hỗ

trợ của công nghệ thông tin do khối lượng tính toán lớn. Ngày nay, với sự phát triển

vượt bậc của công nghệ thông tin thì nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân

tạo đã tiến rất xa với rất nhiều các nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng nơron nhân

tạo để dự báo cũng như xác định các ảnh hưởng của sóng chấn động sinh ra do nổ

mìn, đất đá bay, kiểm soát ô nhiễm môi trường, dự báo sự ổn định bờ mỏ, tối ưu

hóa thiết kế mỏ lộ thiên, lập lịch kế hoạch khai thác cho mỏ,… Tuy nhiên các

nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng nơron nhân tạo trong lựa chọn và tối ưu hóa

đồng bộ máy xúc - ôtô vẫn còn sơ sài và hầu như chưa được đề cập tới.

2.3.6. Đối với nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học

mỏ Liên Xô cũ

Việc xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trên mỏ lộ thiên chủ yếu sử

dụng mối quan hệ giữa dung tích gàu xúc, dung tích thùng xe và tải trọng của ôtô,

có kể đến các hệ số sử dụng dung tích gầu xúc và hệ số sử dụng tải trọng ôtô và hệ

số sử dụng dung tích thùng xe. Ngoài ra, một số tác giả khác khi đề cập tới mối

quan hệ giữa máy xúc và ôtô cũng đã có tính đến các yếu tố khác như cung độ vận

tải, số gầu xúc đầy ôtô,… Tuy nhiên, các tính toán trên mới chỉ mang tính định

hướng cho việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô và chỉ có thể áp dụng cho những

phương án đồng bộ mà số lượng máy xúc, ôtô sử dụng là hạn chế.

2.3.7. Đối với nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương

trình phần mềm tính toán có sẵn

Các phần mềm như TALPAC hay chương trình FPC bước đầu cũng đã đưa ra

được công cụ để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô. Tuy nhiên các phần mềm và

chương trình này đều có những nhược điểm riêng và hầu hết đều chưa đưa ra được

phương pháp xác định tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trong các trường hợp mỏ

có nhiều thiết bị có sẵn hoặc chọn mới hoàn toàn các thiết bị cho mỏ. Chương trình

FPC chỉ dừng lại ở việc tính toán cụ thể cho một đồng bộ máy xúc - ôtô với một

cung độ vận tải nhất định. Chương trình không thể tính toán cho nhiều loại ôtô và

máy xúc khác nhau cũng như nhiều tuyến đường vận tải với năng lực vận tải khác

nhau. Hơn nữa, chương trình FPC không linh hoạt trong quá trình tính toán khả

năng sẵn sàng của thiết bị mà đưa khả năng sẵn sàng của tất cả các thiết bị về giá trị

theo khả năng sẵn sàng của cả đồng bộ thiết bị. Tiên tiến hơn chương trình FPC,

phần mềm TALPAC có những ưu điểm vượt trội hơn FPC nhưng vẫn chỉ dừng lại ở

việc áp dụng các công thức và phương pháp tính toán số máy xúc, ôtô cho mỏ mà

chưa tối ưu hóa được hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô, đặc biệt là trong

những trường hợp cần phải thay thế, bổ sung thiết bị khi mỏ có nhiều chủng loại

thiết bị khác nhau đang hoạt động hoặc thay mới hoàn toàn đồng bộ máy xúc - ôtô

khi thị trường các thiết bị máy xúc và ôtô trên thế giới ngày càng phong phú.

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY

XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN

3.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHỐI HỢP GIỮA

MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG

NINH

Lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên là một trong những vấn đề

quan trọng khi tiến hành khai thác khoáng sản rắn bằng phương pháp lộ thiên. Khi

lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ, trước hết cần phải căn cứ vào loại khoáng

sản khai thác, quy mô sản xuất của mỏ, công nghệ khai thác, tuổi thọ mỏ,… sao cho

khi đưa các thiết bị vào sản xuất sẽ đem lại hiệu quả cao nhất cho mỏ.

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học - kỹ thuật, các thiết bị

phục vụ cho khai thác mỏ lộ thiên ngày càng nhiều lên về số lượng và phong phú về

chủng loại. Điều này gây khó khăn cho các doanh nghiệp mỏ trong quá trình lựa

chọn đồng bộ thiết bị, ảnh hưởng lớn tới hiệu quả sản xuất của mỏ, đặc biệt là các

khâu xúc bốc và vận tải.

Thực tế sản xuất tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, mà điển hình là

các mỏ than lộ thiên lớn, đã và đang gặp phải tình trạng không đồng bộ máy xúc -

ôtô trong quá trình khai thác, hoặc các thiết bị xúc bốc, vận tải phối hợp với nhau

chưa nhịp nhàng, gây ảnh hưởng lớn tới hiệu quả sản xuất và kinh doanh của mỏ.

Các yếu tố gây ảnh hưởng tới hiệu quả phối hợp giữa ôtô và máy xúc trên mỏ lộ

thiên bao gồm:

3.1.1. Sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau

Qua số liệu điều tra, khảo sát tại một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

cho thấy hầu hết các mỏ đều đang sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau bao

gồm cả ôtô và máy xúc. Công tác xúc bốc và vận tải trên mỏ bao gồm cả xúc bốc,

vận tải đất đá thải và xúc bốc, vận tải than.

Lấy ví dụ tại mỏ than Đèo Nai, với khối lượng đất đá bóc theo kế hoạch sản xuất năm 2016 của mỏ là 17.400.000 m3, khối lượng xúc bốc than theo kế hoạch là

1.450.000 tấn, khối lượng than khai thác lại là 350.000 tấn thì hiện tại mỏ đang sử

dụng 19 thiết bị xúc bốc các loại trong đó gồm 11 máy xúc tay gàu EKG-4,6; EKG-

5A tay gầu có dung tích gầu E = 4,65 m3 (trong đó để xúc than sử dụng 02 chiếc),

07 MXTLGN PC1250 có dung tích gàu E = 5,26,7 m3 và 01 MXTLGN PC750 loại dung tích gàu E = 2,2÷3,5 m3.

Nhu cầu sử dụng máy xúc và các loại máy xúc đang được sử dụng tại mỏ

than Đèo Nai được thể hiện trong các bảng 1.4 và 1.5.

Đối với ôtô sử dụng trên mỏ, theo số liệu thống kê năm 2016 của mỏ Đèo

Nai, tổng số ôtô làm việc trên mỏ (không tính các xe đang trong quá trình duy tu,

bảo dưỡng) là 73 xe/ca. Trong đó xe 90 tấn là 18 xe/ca; xe 96 tấn là 5 xe/ca; HD-

765 (55 tấn) là 21 xe/ca; Caterpiler (55 tấn) là 21 xe/ca và Volvo-HM (34 tấn) là 8

xe/ca.

Như vậy, có thể thấy thiết bị xúc bốc và vận tải trên mỏ than Đèo Nai nói

riêng và các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh nói chung rất đa dạng về chủng loại

và phong phú về số lượng.

Trong khi đó, ứng với mỗi loại máy xúc sẽ chỉ lựa chọn được một loại ôtô

vận tải cho hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là cao nhất về cả về kỹ thuật, kinh tế và

bảo vệ môi trường. Việc sử dụng nhiều chủng loại thiết bị như các mỏ than lộ thiên

vùng Quảng Ninh hiện nay dẫn tới hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô chưa được phát

huy tối đa và gây ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất kinh doanh của mỏ. Ngoài ra,

việc sử dụng nhiều chủng loại thiết bị như hiện nay cũng dẫn tới tình trạng khó

khăn trong công tác quản lý thiết bị, công tác sửa chữa và thay thế.

3.1.2. Cung độ vận tải chưa được cập nhật theo bước dịch chuyển của

gương khai thác

Vận tải là một trong những khâu dây chuyền công nghệ quan trọng trong

khai thác mỏ lộ thiên, chiếm từ 40÷60% tổng chi phí khai thác. Đối với các mỏ than

100

lộ thiên vùng Quảng Ninh, do đặc điểm khai thác ngày càng xuống sâu, khối lượng

đất đá bóc ngày càng nhiều, cho nên công tác vận tải ngày càng khó khăn và chi phí

vận tải ngày càng cao.

Hầu hết, quá trình tính toán khi thiết kế và lựa chọn thiết bị phục vụ cho mỏ

đều chỉ tính toán cung độ vận tải cố định mà chưa đề cập tới sự thay đổi cung độ

vận tải khi gương khai thác dịch chuyển. Một ví dụ điển hình tại mỏ than Đèo Nai

cho thấy: cung độ vận tải bình quân trên mỏ đối với đất đá là 5,5 km và đối với than

là 4,8 km. Theo thiết kế ban đầu, do điều kiện đổ thải khó khăn, khó bố trí vị trí đổ

thải cũng như diện tích bãi thải thì mỗi năm cung độ vận tải tại mỏ than Đèo Nai

tăng bình quân 0,3 km. Điều này sẽ làm thay đổi toàn bộ chu kỳ của chuyến xe, dẫn

tới làm thay đổi năng suất của máy xúc và ảnh hưởng tới hiệu quả đồng bộ máy xúc

- ôtô của mỏ cũng như năng suất của toàn mỏ [12].

3.1.3. Sử dụng các thiết bị đã cũ, năng suất thấp

Hiện tại, hầu hết các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đều đang sử dụng

nhiều chủng loại thiết bị, máy móc khác nhau, trong số đó có nhiều loại đã cũ và hết

khấu hao. Sự không đồng bộ giữa các loại máy xúc và ôtô khác nhau, đặc biệt đối

với các thiết bị cũ, năng suất thấp đã làm cho năng suất của cả đồng bộ máy xúc -

ôtô giảm nhanh. Lấy ví dụ tại mỏ than Đèo Nai, trong số 19 máy xúc các loại mỏ

đang sử dụng bao gồm 11 máy xúc tay gàu EKG-4,6 và EKG-5A có dung tích gầu

4,65 m3 (trong đó để xúc than sử dụng 02 chiếc), 07 MXTLGN PC1250 có dung

tích gàu 5,26,7 m3 và 01 MXTLGN PC750 có dung tích gàu 2,2÷3,5 m3, thì hầu

hết các máy xúc tay gầu của mỏ đều có tuổi thọ trên 10 năm do vậy nên tình trạng

kỹ thuật chỉ đạt loại B và C, một số đang chờ tháo dỡ và chỉ có thể sử dụng xúc ở

các bãi than [12].

3.1.4. Sơ đồ xúc bốc, nhận tải chưa hợp lý

Hiện nay, trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công tác xúc bốc và

vận tải vẫn đang là những khâu công nghệ quan trọng chiếm phần lớn tổng giá

thành khai thác của mỏ.

Đối với khâu xúc bốc, hầu hết các mỏ đều đang sử dụng nhiều loại máy xúc

101

khác nhau bao gồm cả máy xúc tay gàu chạy bằng điện và máy xúc thủy lực. Sơ đồ

xúc bốc tại các mỏ than than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh chủ yếu sử dụng gương

bên hông đối với đất đá và gương dốc dọc tầng đối với than để tăng khả năng xúc

chọn lọc.

Hầu hết các mỏ đều đang sử dụng phương pháp vận tải ôtô đơn thuần, chỉ

riêng mỏ than Cao Sơn đã tiến hành sử dụng vận tải liên hợp ôtô - băng tải kết hợp

với máy nghiền để vận tải đất đá.

Quá trình vận tải bằng ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh chủ yếu

sử dụng chu trình vận tải kín với sơ đồ nhận tải quay đảo chiều và nạp xe một bên.

Với sơ đồ này thì đơn giản hơn trong quá trình vận hành, tuy nhiên năng suất và

hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô chưa phát huy được tối đa.

Hình 3.1. Sơ đồ nhận tải quay đảo chiều, nạp xe 1 bên

Từ hình 3.1 và 3.2 cho thấy, hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô còn phụ

thuộc rất nhiều vào sơ đồ nhận tải của ôtô và sơ đồ dỡ tải của máy xúc cũng như tay

102

nghề của người công nhân điều khiển máy xúc.

Hình 3.2. Sơ đồ dỡ tải của máy xúc [11]

3.1.5. Ảnh hưởng của vận tốc xe chạy đến chu kỳ vận tải

Hiệu quả của sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi

chu kỳ vận tải. Thời gian chu kỳ của một chuyến xe trên mỏ bao gồm cả thời gian

xe nhận tải, thời gian xe chạy có tải, không tải và thời gian chờ đợi, trao đổi xe.

, ph

Trong đó: tnt - thời gian nhận tải của xe, ph; tct - thời gian xe chạy có tải, ph;

tkt - thời gian xe chạy không tải, ph; tm - thời gian chờ đợi và trao đổi xe, ph.

Hơn thế, các mỏ hiện tại đều đang sử dụng chu trình vận tải kín, tức là số ôtô

được tính phục vụ cho một máy xúc là cố định. Do vậy, nếu ôtô chạy chậm hơn so

với tính toán thì máy xúc phải chờ đợi và ngược lại, nếu ôtô chạy nhanh hơn so với

tính toán thì sẽ xảy ra hiện tượng dồn ứ ôtô và thời gian chờ đợi của xe sẽ lớn hơn

103

rất nhiều.

3.1.6. Ảnh hưởng của chất lượng đường vận tải

Chất lượng đường vận tải được thể hiện chủ yếu qua loại tuyến đường, nền

đường và áo đường. Tác dụng của nền đường là khắc phục địa hình tự nhiên nhằm

tạo nên một dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường có các tiêu chuẩn về bình đồ, trắc

dọc, trắc ngang,… đáp ứng điều kiện xe chạy an toàn, đảm bảo tốc độ tính toán.

Nền đường và áo đường chịu tác dụng của tải trọng xe chạy, đặc biệt là khi

xe chạy có tải. Do vậy, nó ảnh hưởng rất lớn tới cường độ và kết cấu của cả tuyến

đường.

Ngoài các tác dụng kể trên, bất kỳ tuyến đường nào cũng có thể gặp hiện

tượng mất ổn định như: trượt taluy, trượt do nền đất yếu, trượt sườn dốc,…

Các nguyên nhân dẫn tới hiện tượng mất ổn định và gây phá hủy nền đường

có thể do:

- Tác dụng của nước mặt, nước ngầm, hơi nước làm giảm cường độ của đất ở

taluy nền đường và bên trong nền đường gây mất ổn định toàn khối và cường độ

không ổn định;

- Do điều kiện địa chất thủy văn;

- Do tác dụng của tải trọng xe chạy;

- Do tác dụng tải trọng của bản thân nền đường;

- Thi công không đảm bảo chất lượng.

Tất cả các nguyên nhân trên đều gây ảnh hưởng tới chất lượng của tuyến

đường vận tải và tác động trực tiếp tới công tác vận tải trên mỏ.

3.1.7. Ảnh hưởng của loại vật liệu xúc bốc, vận tải

Trong khai thác mỏ lộ thiên, loại vật liệu (đất đá và KSCI) là một trong

những yếu tố gây ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả làm việc của thiết bị xúc bốc và

vận tải. Tùy theo tính chất cơ lý của đất đá hay KSCI mà công nghệ xúc bốc và vận

tải khác nhau.

Đối với khâu xúc bốc, hiệu quả làm việc của các thiết bị xúc bốc phụ thuộc

rất nhiều vào loại vật liệu xúc bốc và được thể hiện thông qua mức độ khó xúc của

104

đất đá và hệ số xúc đầy gàu.

Mức độ khó xúc của đất đá phụ thuộc chủ yếu vào các thông số sau: ứng suất

kháng cắt ( ), cỡ hạt (dtb), hệ số nở rời (kr),...

Quá trình xúc (bóc) đất đá bao gồm: cắt (làm vỡ) và dịch chuyển đất đá theo

bề mặt của bộ phân công tác thiết bị xúc bốc (Hình 3.3).

Diện tích tiết diện ngang tính toán của luồng xúc Fx= t.b, m2 (t - chiều dày

luồng xúc, m; b - chiều rộng luồng xúc, m).

Lực xúc và lực cản xúc tính cho một đơn vị Kx phụ thuộc vào chỉ tiêu ứng

suất kháng nén , kéo và cắt của đất đá. Trị số Kx không chỉ phụ thuộc

vào độ bền của đất đá mà còn phụ thuộc vào độ bền của đất đá mà còn phụ thuộc

vào độ nứt nẻ của khối đất đá xúc.

Hình 3.3. Sơ đồ quá trình xúc đất đá [21]

Đối với khâu vận tải, hiệu quả của công tác vận tải phụ thuộc rất nhiều vào

tính chất cơ lý của vật liệu cần vận tải như: tỉ trọng, độ nở rời, độ dính kết,… và

được thể hiện thông qua mức độ khó vận tải của đất đá. Thông thường khi chở

những loại vật liệu nặng thì người ta quan tâm tới tải trọng của xe và khi chở những

vật liệu nhẹ thì quan tâm tới dung tích của thùng xe.

Mật độ, độ bền và cỡ đá được vận chuyển có ảnh hưởng chủ yếu đến việc

chọn phương tiện vận tải, mức độ sử dụng dung tích hình học của thùng vận tải và

độ mòn của nó.

Hàm lượng thành phần sét và độ ẩm của đất đá làm khó khăn khi dỡ hàng do

105

sự dính bám của chúng vào bề mặt làm việc của thiết bị vận tải. Mức độ dính bám,

việc chọn phương tiện ngăn ngừa hoặc làm sạch đất đá dính bám, hoặc giảm dung

tích thực tế của thùng xe phụ thuộc vào thời gian vận tải và nhiệt độ của không khí.

3.1.8. Ảnh hưởng của chu trình vận tải trên mỏ

Công tác vận tải đất đá và than trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

có thể sử dụng một trong hai chu trình vận tải sau: chu trình vận tải kín (Hình 3.4)

và chu trình vận tải hở (Hình 3.5).

Chu trình vận tải kín trên các mỏ lộ thiên là chu trình được tính toán cụ thể

số lượng máy xúc và số lượng ôtô phục vụ cố định cho một máy xúc. Các ôtô được

tính toán phục vụ cho máy xúc theo một chu trình khép kín và hoạt động theo chu

kỳ cố định.

Hình 3.4. Minh họa chu trình vận tải kín

Chu trình vận tải hở trên mỏ lộ thiên là chu trình linh hoạt hơn, cho phép các

ôtô chọn các máy xúc gần nhất mà không phải chờ đợi thiết bị. Hay nói cách khác,

chu trình vận tải hở trên mỏ lộ thiên không giới hạn số lượng thiết bị ôtô phục vụ

cho một máy xúc, số ôtô phục vụ cho một máy xúc là không cố định.

Tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công tác vận tải đất đá và than

chủ yếu sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô với chu trình vận tải kín. Số lượng ôtô

được tính toán cụ thể cho một máy xúc và được thực hiện theo chu trình khép kín.

Các ôtô khi chạy không tải về sẽ nhận tải tại máy xúc đã được xác định trước đó.

106

Nếu có ôtô khác đang đứng nhận tải thì ôtô đến sau phải đứng chờ. Việc chờ đợi và

trao đổi xe như vậy làm tăng thời gian chết của thiết bị, ảnh hưởng trực tiếp đến

hiệu quả làm việc của ôtô cũng như hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô.

Hình 3.5. Minh họa chu trình vận tải hở

3.2. CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC

VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN

3.2.1. Sử dụng ít chủng loại thiết bị khác nhau

Với thực trạng sử dụng thiết bị như hiện nay hầu như tại các mỏ than lộ thiên

vùng Quảng Ninh đã xảy ra tình trạng không đồng bộ giữa các thiết bị trên mỏ làm

giảm năng suất của thiết bị cũng như năng suất của toàn mỏ.

Để khắc phục nhược điểm trên và phát huy tối đa hiệu quả đồng bộ máy xúc

- ôtô trên mỏ, nên sử dụng ít chủng loại thiết bị phục vụ trên mỏ. Ngoài ra, việc sử

dụng ít chủng loại thiết bị cũng thuận lợi hơn trong công tác quản lý, điều hành,

thay thế và sửa chữa.

3.2.2. Cập nhật cung độ vận tải định kỳ theo bước dịch chuyển của

gương khai thác

Từ những ví dụ điển hình như tại mỏ than Đèo Nai cho thấy: do điều kiện đổ

thải khó khăn, khó bố trí vị trí đổ thải cũng như diện tích bãi thải nên mỗi năm cung

107

độ vận tải của mỏ tăng bình quân 0,3 km. Điều này sẽ làm thay đổi toàn bộ chu kỳ

của chuyến xe, dẫn tới làm thay đổi năng suất của máy xúc và ảnh hưởng tới hiệu

quả đồng bộ máy xúc - ôtô của mỏ cũng như năng suất của toàn mỏ.

Do vậy, để nâng cao năng suất làm việc của các thiết bị vận tải cũng như các

thiết bị xúc bốc và hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô, cần thiết phải tính toán và cập

nhật cung độ vận tải định kỳ 1 tháng, 3 tháng hoặc 6 tháng/lần theo tiến độ dịch

chuyển của gương công tác và xác định lại các thông số làm việc của các thiết bị

xúc bốc, vận tải, số lượng thiết bị phối hợp và hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô.

3.2.3. Không sử dụng những thiết bị quá cũ

Sự không đồng bộ giữa các loại thiết bị máy móc có tình trạng kỹ thuật khác

nhau và năng suất làm việc của các thiết bị đã quá cũ đã gây ảnh hưởng lớn tới hiệu

quả làm việc của các thiết bị. Điển hình phải kể tới là thực trạng tại các mỏ than

Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu và một số mỏ than khác.

Để nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị cũng như nâng cao năng suất

đồng bộ máy xúc - ôtô, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh không nên tiếp tục

sử dụng những thiết bị đã quá cũ, hết khấu hao và có tình trạng kỹ thuật không đảm

bảo yêu cầu về đồng bộ cũng như năng suất. Đối với những thiết bị đang sử dụng,

vẫn còn khấu hao và tình trạng kỹ thuật tốt, cần tính toán phù hợp với các thiết bị

khác sao cho hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là cao nhất, phát huy tối đa các thông

số làm việc của thiết bị.

3.2.4. Tối ưu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải

Để khắc phục những tồn tại hiện nay trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh, cần thiết phải tối ưu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải cả khi xúc bốc đất đá

và xúc bốc than.

Việc sử dụng các luồng xúc hợp lý cho phép làm tăng hiệu quả làm việc của

thiết bị xúc bốc và vận tải. Luồng xúc bình thường cho năng suất và hiệu quả cao

hơn so với luồng xúc rộng và luồng xúc hẹp vì cho phép phát huy được hết các

thông số làm việc của máy xúc, tăng năng suất làm việc của thiết bị và giảm được

108

thời gian chết của thiết bị.

Đối với các vỉa than mỏng và các vỉa than có lẫn đất đá kẹp, cần phải sử

dụng các sơ đồ xúc bốc chọn lọc trong từng điều kiện cụ thể để tối ưu hóa quá trình

xúc bốc, nâng cao hiệu quả làm việc của máy xúc và tăng hiệu quả xúc bốc chọn

lọc, giảm tỷ lệ làm nghèo khoáng sản [4].

Các sơ đồ xúc bốc và nhận tải của máy xúc và ôtô sử dụng trên các mỏ than

lộ thiên vùng Quảng Ninh được thể hiện như trong hình 3.6.

Hình 3.6. Các sơ đồ nạp xe trên mỏ [3]

Sơ đồ a, b, d: nạp xe 1 bên ; Sơ đồ c: nạp xe 2 bên.

- Sơ đồ a có trục ôtô song song với trục máy xúc ở vị trí chính diện, sơ đồ

này áp dụng khi chiều rộng luồng xúc hẹp. Nhược điểm của sơ đồ này là thời gian

trao đổi xe lớn.

- Sơ đồ b có trục ôtô lệch so với phương thẳng đứng một góc 35o, ở sơ đồ

này thời gian xúc của máy xúc giảm do giảm thời gian vòng quay.

- Sơ đồ c ôtô được bố trí ở hai bên máy xúc nên giảm được thời gian vòng

quay của máy, thời gian làm việc của máy xúc là lớn nhất, sơ đồ trao đổi xe an toàn

và đơn giản.

- Sơ đồ d nâng cao thời gian của máy xúc do không mất thời gian chờ đợi

trao đổi xe, sơ đồ này chỉ áp dụng khi ôtô có tải trọng không lớn vì việc lùi xe theo

109

sơ đồ này phức tạp.

Ngoài ra, như đã phân tích ở trên, hiệu quả làm việc của thiết bị xúc bốc và

vận tải còn chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi tay nghề của người lái máy xúc và người

điều khiển ôtô. Như vậy, để nâng cao năng suất của máy xúc, ôtô và đồng bộ máy

xúc - ôtô, ngoài việc sử dụng các sơ đồ xúc bốc hợp lý cần phải nâng cao tay nghề

công nhân lái máy xúc và ôtô.

3.2.5. Tối ưu hóa vận tốc xe chạy (có tải và không tải)

Như đã trình bày ở trên, hiệu quả của sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô chịu

ảnh hưởng rất nhiều bởi chu kỳ vận tải. Thời gian chu kỳ của một chuyến xe trên

mỏ bao gồm cả thời gian nhận tải, thời gian xe chạy có tải, không tải và thời gian

chờ đợi, trao đổi xe.

Như vậy, thời gian xe chạy có tải và không tải chịu ảnh hưởng trực tiếp từ

vận tốc của xe (khi có tải và khi không tải). Để giảm thời gian chu kỳ của một

chuyến xe có thể giảm một trong ba thời gian thành phần trên hoặc giảm cả ba nếu

có thể.

Trên các mỏ lộ thiên, thông thường các tuyến đường vận tải được chia ra làm

hai loại là tuyến đường vận tải trong mỏ và tuyến đường vận tải ngoài mỏ. Trong

trường hợp xe chạy có tải, các thông số của tuyến đường vận tải trong mỏ đã được

tính toán và thiết kế tối ưu cho xe chạy sao cho đảm bảo được an toàn, do vậy khó

có thể nâng vận tốc xe chạy trên đoạn đường này. Đối với tuyến đường vận tải

ngoài mỏ, tùy thuộc vào từng loại tuyến đường mà vận tốc xe chạy có thể thay đổi.

Thông thường vận tốc xe chạy bình quân từ 20÷25 km/h. Tuy nhiên, với các tuyến

đường vận tải ngoài mỏ, vận tốc cho phép thường đạt tới 40 km/h. Điều này làm

giảm thời gian chạy của chuyến xe và tăng hiệu quả làm việc của thiết bị cũng như

của toàn mỏ. Bên cạnh đó, việc tăng vận tốc từ 20÷25 km/h lên đến 40 km/h cũng

làm gia tăng tỷ lệ rủi ro và mất an toàn trong công tác vận tải. Do vậy, cần thiết phải

đảm bảo an toàn trong quá trình vận tải, thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng các

phương tiện vận tải; tập huấn an toàn lái xe cho công nhân lái xe trên mỏ; thường

110

xuyên duy tu, bảo dưỡng các tuyến đường để đảm bảo cho xe chạy an toàn.

3.2.6. Nâng cao chất lượng đường vận tải

Như đã phân tích ở trên, chất lượng đường vận tải mà cụ thể là loại tuyến

đường và nền đường cũng gây ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu quả của công tác vận tải

trên mỏ. Để nâng cao hiệu quả của công tác vận tải do ảnh hưởng của loại tuyến

đường, nền đường vận tải, cần phải thực hiện các yêu cầu sau để nâng cao chất

lượng đường:

- Nền đường phải luôn luôn ổn định trên toàn khối; kích thước hình học và

hình dạng của nền đường không bị phá hủy hoặc biến dạng trong mọi trường hợp.

- Phải đảm bảo nền đường có đủ cường độ, đủ độ bền khi chịu cắt trượt và

không bị biến dạng quá nhiều (hay tích lũy biến dạng) dưới tác dụng của tải trọng

xe chạy.

- Phải đảm bảo cường độ nền đường không được thay đổi theo thời gian, thời

tiết, khí hậu.

- Phải thường xuyên duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa tuyến đường.

3.2.7. Sử dụng chu trình vận tải hở thay cho chu trình vận tải kín

Việc sử dụng chu trình vận tải kín trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh như hiện nay có ưu điểm là mô hình phối hợp máy xúc - ôtô đơn giản, dễ quản

lý nhưng lại khiến cho các thiết bị xúc bốc và vận tải trở nên bị động và dễ xảy ra

tình trạng ùn tắc ôtô hoặc máy xúc phải chờ đợi ôtô, làm tăng thời gian chờ đợi và

trao đổi xe, gây ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả làm việc của thiết bị cũng như

năng suất của mỏ.

Ngoài ra, việc thay đổi cung độ vận tải do bước dịch chuyển của gương công

tác cũng dẫn đến hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô theo chu trình vận tải kín

giảm dần khi cung độ vận tải tăng dần, máy xúc có thể phải chờ đợi ôtô nhiều hơn.

Như vậy, để tối ưu hóa hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên mỏ, cần

thiết phải sử dụng chu trình vận tải hở thay vì chu trình vận tải kín như đang sử

dụng trên các mỏ hiện nay. Chu trình vận tải hở cho phép các ôtô và máy xúc làm

việc một cách linh hoạt hơn, chủ động hơn, giảm được tối đa thời gian chờ đợi và

111

trao đổi xe, làm tăng năng suất của các thiết bị vận tải, máy xúc hoạt động liên tục

mà không phải chờ đợi thiết bị vận tải. Lúc này, thời gian chờ đợi và trao đổi xe là

bằng không (tm = 0), dẫn tới thời gian chu kỳ của một chuyến xe giảm đi. Tuy

nhiên, việc sử dụng chu trình vận tải hở cũng sẽ phức tạp hơn, khó khăn hơn trong

công tác quản lý và cần phải sắp xếp bố trí một cách phù hợp.

3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA VÀ CHƯƠNG

TRÌNH PHẦN MỀM LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ CHO CÁC

MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

Phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ

thiên vùng Quảng Ninh được xây dựng dựa trên việc kết hợp các các ưu điểm của

các phương pháp trước đó, có tính đến điều kiên thực tế hiện nay của các mỏ.

Phương pháp tối ưu hóa của NCS đề xuất được cụ thể hóa bằng trình tự tính toán

kèm theo một chương trình phần mềm tương ứng do NCS phát triển để tối ưu hóa

việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Các dữ liệu đầu vào sẽ được nhập cho chương trình phần mềm như: sản

lượng của mỏ, số ngày làm việc trong một năm, số ca làm việc trong một ngày, số

giờ làm việc trong một ca, loại vật liệu cần xúc bốc, vận chuyển, cung độ vận tải,

chu trình vận tải, các hệ số khác,…

Để xác định được đồng bộ tối ưu, phần mềm sẽ tính toán, sử dụng phép lặp

để tính toán năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô của từng cặp thiết bị trong số các thiết

bị đã được liệt kê ban đầu. Danh mục các thiết bị này được cập nhật và bổ sung vào

cơ sở dữ liệu (Database) của phần mềm trước đó với các thông số làm việc của thiết

bị do nhà sản xuất đưa ra. Chương trình sẽ thực hiện tính toán số máy xúc và ôtô

phục vụ cho mỏ, cũng như năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô.

Trình tự tính toán, tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ

khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh như sau:

3.3.1. Xác định năng suất của máy xúc

Số máy xúc phục vụ cho mỏ [2], [21]:

112

, chiếc (3.1)

Trong đó: Am - khối lượng mỏ cần xúc bốc trong 1 năm, m3; Qnx - năng suất làm việc của máy xúc trong 1 năm, m3/năm; Kdt - hệ số dự trữ thiết bị, Kdt=1,1÷1,2.

Năng suất làm việc của máy xúc trong 1 năm được xác định như sau [2],

[21]:

, m3/năm (3.2)

Với: n - số ca làm việc trong 1 ngày, ca; N - số ngày làm việc trong 1 năm, ngày; Qca - năng suất làm việc trong 1 ca của máy xúc, m3/ca và được xác định như sau [2], [21]:

, m3/ca (3.3)

- hệ số sử dụng thời Trong đó: Tca - thời gian làm việc trong 1 ca, giờ;

gian; Qx - năng suất kỹ thuật của máy xúc trong một giờ, m3/h và được xác định như

sau [2], [21]:

, m3/h (3.4)

Trong đó: E - dung tích gàu xúc, m3; Tc - thời gian chu kỳ xúc của máy xúc,

s; Kx - hệ số xúc của máy xúc; Kcn - hệ số sử dụng công nghệ của máy xúc.

(3.5) Tc = tx + tq + tdx, s

Với: tx - thời gian xúc của máy xúc được xác định như sau [21]:

(3.6) , s

d - kích thước trung bình của cục đá trong đống, m; tq - thời gian quay của

máy xúc [21]:

(3.7) , s

- góc quay của máy xúc, độ; tdx - thời gian dỡ tải của máy xúc, s.

(3.8)

Trong đó: Kxđ - hệ số xúc đầy gàu; Krg - hệ số nở rời của đất đá trong gàu

113

xúc.

Bảng 3.1. Xác định giá trị Krg theo E và dtb [9]

E, m3 Krg khi kích thước trung bình cục đá dtb, m

0,1 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05

1,35 1,40 1,53 1,65 1,82 1,95 2,00 2,05 - - - < 4

1,34 1,38 1,48 1,60 1,75 1,86 1,95 2,00 2,03 - - 4÷6

1,33 1,36 1,43 1,53 1,65 1,78 1,90 1,96 2,01 2,05 - 6÷8

1,32 1,35 1,42 1,50 1,60 1,72 1,83 1,91 1,99 2,02 2,05 8÷10

10÷12,5 1,31 1,34 1,40 1,46 1,55 1,66 1,77 1,86 1,95 2,00 2,03

12,5÷15 1,31 1,33 1,39 1,44 1,52 1,63 1,74 1,82 1,92 1,99 2,02

15÷20 1,30 1,32 1,37 1,42 1,49 1,58 1,68 1,78 1,86 1,93 1,99

20÷25 1,30 1,32 1,35 1,40 1,46 1,54 1,64 1,74 1,82 1,89 1,95

Bảng 3.2. Xác định giá trị Kxđ theo E và dtb [9]

E, m3 Kxđ khi kích thước trung bình cục đá dtb, m

0,1 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05

1,18 1,15 1,08 0,93 0,72 0,45 0,22 0,10 - - - < 4

1,19 1,17 1,12 1,00 0,82 0,60 0,40 0,25 0,15 - - 4÷6

1,21 1,18 1,15 1,08 0,92 0,73 0,53 0,37 0,25 0,16 - 6÷8

1,21 1,18 1,15 1,08 0,98 0,82 0,63 0,47 0,32 0,22 0,12 8÷10

10÷12,5 1,21 1,18 1,16 1,09 1,00 0,88 0,72 0,55 0,38 0,27 0,16

3.3.2. Xác định năng suất của ôtô

a. Trường hợp 1 (TH1): Nếu thì năng suất ôtô được tính theo dung

tích thùng xe [2], [8], [21]:

114

Số gàu xúc đầy ôtô (được làm tròn) như sau [2], [8], [21]:

, gàu (3.9)

và , m3/ca (3.10)

Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ôtô, gàu; Vo - dung tích thùng xe, m3 ; Kl - hệ số lèn chặt của đất đá trong thùng xe do tải trọng động của đất đá khi gàu xúc rơi

vào thùng và được xác định như sau [14]:

(3.11)

Trong đó: Kr thùng xe - hệ số nở rời của đất đá trong thùng xe; Kr gàu xúc - hệ số

nở rời của đất đá trong gàu xúc.

Kxđ - hệ số xúc đầy gầu của máy xúc; E - dung tích gàu xúc, m3; Kv - hệ số

sử dụng dung tích thùng xe và được xác định [5]:

(3.12)

Với: ng - số gàu xúc đầy ôtô; Tca - thời gian làm việc trong 1 ca, giờ, - hệ

số sử dụng thời gian; Tco - thời gian chu kỳ của một chuyến xe, ph:

(3.13) Tco = tnt + tct + tkt + tdô + tm + tg, ph

Trong đó: tnt - thời gian nhận tải được tính theo công thức sau:

, ph (3.14)

Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ôtô, gàu; Tc - thời gian chu kỳ xúc của máy

xúc, s; tct - thời gian xe chạy có tải, ph:

, ph (3.15)

Với: S - cung độ vận tải, km; vct - vận tốc xe chạy có tải, km/h; tkt - thời gian

xe chạy không tải, ph:

115

, ph (3.16)

Với: S - cung độ vận tải, km; vkt - vận tốc xe chạy không tải, km/h; tdô - thời

gian dỡ tải của ôtô, ph; tm - thời gian chờ đợi và trao đổi xe, ph; tg - thời gian trao

đổi xe ở gương, ph.

b. Trường hợp 2 (TH2): Nếu thì năng suất ôtô được tính theo tải

trọng của xe [2] , [8], [21]:

Số gàu xúc đầy ôtô (được làm tròn) như sau [2] , [8], [21]:

, gàu (3.17)

và , m3/ca (3.18)

xúc; Trong đó: ng - số gàu xúc đầy ôtô, gàu; qo - tải trọng của xe, tấn ; Krg - hệ số nở rời trong gàu xúc; E - dung tích gàu xúc, m3; Kxđ - hệ số xúc đầy gầu của máy - trọng lượng riêng của vật liệu xúc bốc, vận tải, t/m3; Kq - hệ số sử dụng tải

trọng của ôtô và được xác định [5]:

(3.19)

Với: ng - số gàu xúc đầy ôtô; Tca - thời gian làm việc trong 1 ca, giờ, - hệ

số sử dụng thời gian; Tco - thời gian chu kỳ của một chuyến xe (tính theo 3.13).

3.3.3. Tính toán năng suất đồng bộ

3.3.3.1. Sử dụng chu trình vận tải kín

Chu trình vận tải kín là chu trình vận tải có số ôtô phục vụ cho 1 máy xúc là

cố định. Như vậy năng suất đồng bộ lớn nhất trong trường hợp này khi năng suất

của máy xúc làm việc trong 1 ca sẽ cân bằng năng suất của tổng số ôtô phục vụ cho

1 máy xúc đó trong 1 ca.

a. Nếu xảy ra TH1 thì năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô lớn nhất sẽ là:

116

(3.20)

Trong đó: Nô - số ôtô cần thiết phục vụ cho 1 máy xúc để đạt năng suất đồng

bộ tối đa, Nô = 1…n; i - số loại máy xúc có trong danh mục (database), i = 1…m; j -

số loại ôtô có trong database, j = 1…k.

Vế trái của đẳng thức (3.20) được xác định theo công thức (3.3) và (3.4);

Vế phải của đẳng thức (3.20) có biến Nô chạy từ 1 đến n. Khi nào giá trị vế

phải của đẳng thức (3.20) lớn hơn giá trị của vế trái thì biến Nô dừng lại và giá trị

Nô được chọn là giá trị trước đó 1 đơn vị và đó chính là số ôtô thứ j cần thiết phục

vụ cho 1 máy xúc.

Sau khi xác định được giá trị Nô và tính giá trị vế phải đẳng thức (3.23), xác

định hệ số đồng bộ năng suất máy xúc thứ i với ôtô thứ j:

(3.21)

Với điều kiện Ađbij tiệm cận 1 thì hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là tối ưu.

Sau khi xác định hệ số đồng bộ Ađbij, có 1 ma trận Xij với i là số loại máy xúc

có trong database, j là số loại ôtô có trong database.

Năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất là năng suất đồng bộ có hệ số

đồng bộ Ađbij tiệm cận với 1 (Ađbij >1 hoặc Ađbij <1). Bài toán được đưa về dạng tìm

giá trị tiệm cận tối ưu của ma trận Xij:

Kết quả trả về cặp máy xúc - ôtô có Ađbij có giá trị tiệm cận với 1 nhất, tương

ứng với số máy xúc phục vụ cho mỏ Nx, và số ôtô phục vụ cho mỏ là Nô. Nếu có

nhiều cặp máy xúc - ôtô có giá trị Ađbij có giá trị tiệm cận bằng nhau thì hiển thị tất

117

cả những cặp đó lên bảng kết quả.

Đồ thị biểu diễn các kết quả của vế trái đẳng thức (3.20) sau khi tính được Nô

khi j = 1…k.

b. Nếu xảy ra TH2 thì năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô lớn nhất sẽ là:

(3.22)

Trong đó: Nô - số ôtô cần thiết phục vụ cho 1 máy xúc để đạt năng suất đồng

bộ tối đa, Nô = 1…n; i - số loại máy xúc có trong database, i = 1…m; j - số loại ôtô

có trong danh mục database, j = 1…k.

Vế trái của đẳng thức (3.22) được xác định theo công thức (3.3) và (3.4);

Vế phải của đẳng thức (3.22) có biến Nô chạy từ 1 đến n. Khi nào giá trị vế

phải của đẳng thức (3.22) lớn hơn giá trị của vế trái thì biến Nô dừng lại và giá trị

Nô được chọn là giá trị trước đó 1 đơn vị. Đó chính là số ôtô thứ j cần thiết phục vụ

cho 1 máy xúc. Đồ thị xuất ra chính là giá trị của vế phải đẳng thức (3.22).

Sau khi xác định được giá trị Nô và tính giá trị vế phải đẳng thức (3.22), xác

định hệ số đồng bộ máy xúc thứ i với ôtô thứ j:

(3.23)

Với điều kiện Ađbij tiệm cận 1 thì hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là tối ưu.

Sau khi xác định hệ số đồng bộ Ađbij, có 1 ma trận Xij với i là số loại máy xúc

có trong database, j là số loại ôtô có trong database.

Năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất là năng suất đồng bộ có hệ số

đồng bộ Ađbij tiệm cận với 1 (Ađbij >1 hoặc Ađbij <1). Bài toán được đưa về dạng tìm

118

giá trị tiệm cận tối ưu của ma trận Xij:

Để giải bài toán trên, NCS sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net và phần lập trình

được thực hiện như trong Phụ lục 1.

Kết quả trả về cặp máy xúc - ôtô có Ađbij có giá trị tiệm cận với 1 nhất, tương

ứng với số máy xúc phục vụ cho mỏ Nx, và số ôtô phục vụ cho mỏ là Nô. Nếu có

nhiều cặp máy xúc - ôtô có giá trị Ađbij tiệm cận với 1 và bằng nhau thì hiển thị tất

cả những cặp đó lên bảng kết quả.

Đồ thị biểu diễn các kết quả của vế trái đẳng thức (3.22) sau khi tính được Nô

khi j = 1…k.

3.3.3.2. Sử dụng chu trình vận tải hở (tm = 0):

- Tính số máy xúc phục vụ cho mỏ theo công thức (3.1).

- Tính tổng năng suất của máy xúc trong 1 năm:

, m3/năm (3.24)

Trong đó: Qnx - năng suất trong 1 năm của một máy xúc, được tính theo công

thức (3.2), m3/năm; Nx - Số máy xúc phục vụ cho mỏ, chiếc.

- Tính số ôtô phục vụ cho mỏ:

a. Nếu xảy ra TH1:

Số ôtô phục vụ cho mỏ là:

, chiếc (3.25)

Tính tổng năng suất của ôtô trong 1 năm:

, m3/năm (3.26)

Tỉ số đồng bộ máy xúc - ôtô Ađbij:

(3.27)

Với: i - số loại máy xúc có trong database, i =1…m; j - số loại ôtô có trong

database, j = 1…k.

119

Kết quả tính toán Ađbij cho 1 ma trận Xij:

Bài toán được đưa về dạng tìm giá trị tiệm cận của ma trận Xij.

Tức là: trong số tất cả những phần tử thuộc ma trận Xij, chỉ xét những phần

tử lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1 và tiệm cận với 1 nhất trong số những phần tử đó.

Kết quả trả về cặp máy xúc - ôtô có giá trị Ađbij tiệm cận với 1 nhất. Nếu có

nhiều cặp máy xúc - ôtô có giá trị Ađbij có giá trị tiệm cận bằng nhau thì hiển thị tất

cả những cặp đó lên bảng kết quả.

Đồ thị biểu diễn các giá trị tổng năng suất của ôtô trong 1 năm.

b. Nếu xảy ra TH2:

Số ôtô phục vụ cho mỏ là:

, chiếc (3.28)

Tính tổng năng suất của ôtô trong 1 năm:

, m3/năm (3.29)

Tỉ số đồng bộ máy xúc - ôtô Ađbij:

(3.30)

Với: i - số loại máy xúc có trong database, i =1…m; j - số loại ôtô có trong

database, j = 1…k.

120

Kết quả tính toán Ađbij cho 1 ma trận Xij:

Bài toán được đưa về dạng tìm giá trị tiệm cận tối ưu của ma trận Xij với giá

trị 1.

Hình 3.7. Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô

cho các mỏ lộ thiên

Để giải bài toán này, NCS sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net tương tự như trên

đối với chu trình vận tải kín, được thể hiện trong Phụ lục 2.

Khi sử dụng thuật toán tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên, bài toán có thể

giải quyết được trong 4 trường hợp thực tế sau:

1. Lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô hoàn toàn mới (Hình 3.8)

Lúc này chương trình sẽ tiến hành giải một ma trận Xij với i là số loại máy

121

xúc có trong database của chương trình, j là số loại ôtô có trong database của

chương trình và chọn ra được đồng bộ tối ưu có giá trị năng suất đồng bộ là lớn

nhất. Đồng thời chương trình cũng tính toán ra số máy xúc và số ôtô cần thiết phục

vụ cho mỏ.

Để giải bài toán trong tường hợp 1, sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net như

NCS đã trình bày ở trên để tìm ra giá trị tiệm cận với 1 nhất của ma trận Xij.

2. Lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu trong số các thiết bị đã có sẵn

của mỏ (Hình 3.9)

Lúc này, danh sách checklist của máy xúc và của ôtô sẽ hiện ra cho phép

người sử dụng chọn những thiết bị mà mỏ đã có sẵn. Sau khi chọn xong, chương

trình sẽ tiến hành giải một ma trận Xab với a là số loại máy xúc có sẵn của mỏ đã

được chọn, b là số loại ôtô có sẵn của mỏ đã được chọn.

Để giải bài toán này, NCS sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net thực hiện tương

122

tự như trong trường hợp 1 cho ma trận Xab như trong Phụ lục 3.

123

Hình 3.8. Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô hoàn toàn mới

Hình 3.9. Minh họa quá trình lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô tối ưu

124

trong số các thiết bị đã có sẵn của mỏ

Kết quả tính toán của chương trình sẽ là giá trị tiệm cận với 1 nhất của ma

trận Xij tương ứng với đồng bộ máy xúc - ôtô được chọn. Trong trường hợp này,

chương trình cũng giải quyết một ma trận tương tự như trường hợp 1 nhưng với số

lượng phần tử ít hơn và số vòng lặp nhỏ hơn so với trường hợp 1.

3. Lựa chọn ôtô mới phù hợp với máy xúc đã có của mỏ (Hình 3.10)

Trong trường hợp này, một danh sách kiểm tra (checklist) các máy xúc của

chương trình sẽ được thể hiện cho phép người sử dụng chọn những loại máy xúc có

sẵn của mỏ, chương trình sẽ mặc định giải bài toán tìm giá trị tiệm cận với 1 của

một ma trận Xam với a là số loại máy xúc có sẵn của mỏ và m là số loại ôtô có trong

database của chương trình. Kết quả của bài toán là giá trị đồng bộ lớn nhất của ma

trận Xam.

Trường hợp này, bài toán có dạng tương tự như trường hợp 2, tuy nhiên số

ôtô được chọn mới hoàn toàn trong database của chương trình, do vậy chương trình

phải xử lý một khối lượng công việc tính toán nhiều hơn trường hợp 2 với số vòng

lặp lớn hơn.

Bài toán được giải tương tự như trường hợp 2 với ngôn ngữ lập trình .Net và

được thể hiện trong Phụ lục 4.

4. Lựa chọn máy xúc mới phù hợp với ôtô đã có của mỏ (Hình 3.11)

Trường hợp này ngược lại so với trường hợp 3. Chương trình cũng sẽ giải

quyết một bài toán tương tự với checklist ôtô được hiện ra và người sử dụng sẽ chọn

những ôtô sẵn có của mỏ, chương trình sẽ tiến hành tìm giá trị tiệm cận với 1 của

ma trận Xnb với n là số loại máy xúc có trong database của chương trình, b là số loại

125

ôtô được chọn trong checklist.

Hình 3.10. Minh họa quá trình lựa chọn ôtô mới

126

phù hợp với máy xúc đã có của mỏ

Hình 3.11. Minh họa quá trình lựa chọn máy xúc mới

127

phù hợp với ôtô đã có của mỏ

Bài toán được giải tương tự trường hợp 3 bằng ngôn ngữ lập trình .Net và

được thể hiện trong Phụ lục 5.

Bằng phép lặp để tìm ra giá trị năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô của tất cả

các loại máy xúc và ôtô có trong database hoặc máy xúc, ôtô có sẵn của mỏ, kết hợp

với giải bài toán tìm giá trị tối ưu của ma trận bằng ngôn ngữ lập trình .Net, NCS đã

xây dựng chương trình phần mềm tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ

thiên một cách tối ưu nhất về mặt kỹ thuật dựa trên các thông số đầu vào thực tế của

mỏ và các thông số làm việc của thiết bị do nhà sản xuất đưa ra (các hình từ 3.12 -

3.16). Phần mềm này có tên là Opimization of Shovel and Truck (OST).

128

Hình 3.12. Phần mềm tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên (OST)

Hình 3.13. Cơ sở dữ liệu máy xúc của phần mềm OST

129

Hình 3.14. Cơ sở dữ liệu ôtô của phần mềm OST

130

Hình 3.15. Đồ thị xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ

Hình 3.16. Các giá trị tính toán theo từng cặp máy xúc - ôtô

131

trên phần mềm OST

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Với các kết quả đã nghiên cứu và tính toán trong chương 3, NCS rút ra một

số kết luận sau:

- Hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi các yếu tố như: sự thay đổi cung độ vận

tải do bước dịch chuyển của gương trong quá trình khai thác; chu trình vận tải (kín

hoặc hở) trên các mỏ; các sơ đồ xúc bốc, nhận tải sử dụng; chất lượng của tuyến

đường vận tải,…;

- Trình tự lựa chọn đồng bộ thiết bị có thể là lựa chọn máy xúc trước, có thể

là lựa chọn ôtô trước. Tuy nhiên để tối ưu hóa sự đồng bộ của máy xúc và ôtô trong

trường hợp có nhiều máy xúc, ôtô cần thiết phải lựa chọn đồng thời cả hai thiết bị

và tính toán năng suất đồng bộ cũng như số lượng thiết bị cần thiết phục vụ cho mỏ.

Quá trình tính toán được lặp vô hạn với tất cả các thiết bị theo các trường hợp 1, 2,

3, 4 mà NCS đã trình bày ở trên để tìm ra giá trị năng suất đồng bộ lớn nhất, đồng

thời sẽ là cặp thiết bị máy xúc - ôtô có khả năng phối hợp tối ưu nhất cho mỏ.

- Chương trình phần mềm tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ lộ

thiên (OST) do NCS xây dựng nên có thể áp dụng để tính toán lựa chọn đồng bộ

máy xúc ôtô không chỉ cho các mỏ than lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh, mà còn sử

dụng được cho các mỏ lô thiện khai thác quặng, đá VLXD,… của Việt Nam.

Kết quả tính toán bằng chương trình được hiển thị một cách tường minh, rõ

ràng, kèm theo các modul xuất ra bảng dữ liệu excel và đồ thị để làm cơ sở dữ liệu

132

phục vụ cho công tác khảo sát, đầu tư.

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO MỘT SỐ MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG

QUẢNG NINH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM OST

4.1. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI THAN

CHO MỎ THAN CAO SƠN

Mỏ than Cao Sơn là một trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh có các

thông số làm việc như sau:

- Công suất khai thác: 3.500.000 tấn than/năm, tương đương với 2.500.000

m3/năm (với trọng lượng riêng của than là 1,4 t/m3);

- Kích thước trung bình của than khi xúc bốc, vận tải là 6 cm;

- Thời gian làm việc trong 1 ca là 8 giờ;

- Số ca làm việc trong 1 ngày là 2 ca;

- Số ngày làm việc trong 1 năm của mỏ là 260 ngày;

- Cung độ vận tải than của mỏ là 3,6 km;

- Vận tốc xe chạy có tải bình quân trên mỏ là 20 km/h;

- Vận tốc xe chạy không tải bình quân trên mỏ là 30 km/h;

- Mỏ sử dụng chu trình vận tải kín.

* Lưu ý: Các thông số trên có thể thay đổi theo điều kiện thực tế.

4.1.1. Trường hợp 1

Trong trường hợp 1, NCS tiến hành tính toán thử nghiệm khi chọn mới hoàn

toàn đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Cao Sơn khi xúc bốc và vận tải than với cơ

sở dữ liệu các thiết bị xúc bốc, vận tải đã có sẵn trong phần mềm.

Với hệ thống cơ sở dữ liệu đã có của phần mềm, sau khi tính toán, phần mềm

cho kết quả đồng bộ tối ưu nhất là sử dụng MXTLGN PC 750-7 với số lượng là 7

chiếc và ôtô có thể là BelAZ 7555B, HD 325-7R, HD 465-5, Volvo A40 và Volvo

A40E với số lượng đều là 14 chiếc, tương đương 2 ô tô sẽ phục vụ cho 1 máy xúc.

Năng suất đồng bộ của cặp thiết bị 1 máy xúc - 2 ôtô này là năng suất đồng bộ tối ưu nhất trong tổng số các đồng bộ có trong cơ sở dữ liệu và bằng 125,22 m3/h (tương đương 851,49 m3/ca). Tổng năng suất của 7 máy xúc PC 750-7 và 14 ô tô

133

BelAZ 7555B hoặc HD 325-7R, HD 465-5, Volvo A40 và Volvo A40E trong 1

năm là 3.099.423 m3/năm (> 2.500.000 m3/năm), đảm bảo được yêu cầu sản lượng

của mỏ.

Có thể thấy, khi lựa chọn mới hoàn toàn thiết bị máy xúc - ô tô để xúc bốc,

vận tải than cho mỏ than Cao Sơn thì có rất nhiều lựa chọn cho đồng bộ máy xúc - ô

134

tô tối ưu với cơ sở dữ liệu có sẵn trong phần mềm.

135

Hình 4.1. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Cao Sơn

Hình 4.2. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

136

cho mỏ than Cao Sơn khi chọn mới máy xúc và ôtô

Hình 4.3. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

137

cho mỏ than Cao Sơn khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô

Như vậy, với số liệu thực tế như trên và chu trình vận tải kín mỏ đang sử dụng sẽ cho năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu là 3.099.423 m3/năm. Tuy

nhiên, nếu mỏ sử dụng chu trình vận tải hở, phần mềm OST sẽ cho ra kết quả đồng bộ máy xúc - ôtô là 3.156.752 m3/năm, với số lượng thiết bị sử dụng vẫn bao gồm 7

chiếc máy xúc thủy lực mã hiệu PC 750-7 và 14 xe ôtô BelAZ 7555B hoặc HD 325-

7R, HD 465-5, Volvo A40 và Volvo A40E. Có thể thấy, khi sử dụng chu trình vận

tải hở trong trường hợp này số lượng thiết bị không giảm nhưng năng suất đồng bộ của thiết bị cao hơn 57.329 m3/năm.

4.1.2. Trường hợp 2

Trường hợp 2, NCS tiến hành xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho

các thiết bị có sẵn của mỏ để chọn ra đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất.

Các thiết bị xúc bốc và vận tải hiện đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn được

trình bày trong các bảng 4.1 và 4.2.

Bảng 4.1. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Cao Sơn

Ghi chú

Chủng loại TT 1 Máy xúc EKG-4,6+5A 2 Máy xúc EKG-8I 3 Máy xúc EKG-10 4 MXTLGN PC 1800-6 5 MXTLGN PC 750-7 6 MXTLGN PC 1250 7 MXTLGN Hitachi 670 8 MXTLGN CAT-365BL Số lượng 11 8 1 1 2 4 2 2

Bảng 4.2. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng

tại mỏ than Cao Sơn năm 2016

Số lượng, cái

Loại máy, thiết bị, mã hiệu Số TT Hiện có Huy động Tỷ lệ huy động, %

138

1 CAT 773E (58 tấn) (loại B) 2 CAT 773F (55 tấn) (loại B) 22 10 18 9 82 90

20 42 30 14 10 8 15 10 10 3 CAT 777D (96 tấn) (loại B) 4 HD 465-7 (58 tấn) (loại C) 5 HD 465-7R (58 tấn) (loại B) 6 HD 785 (91 tấn) (loại C) 7 Volvo A35D (32.5 tấn) (loại C) 8 Volvo A40E (38 tấn) (loại B) 9 HM 400-2R (36.5 tấn) (loại C) 10 Kamaz 6520 (20 tấn) (loại C) 11 Scania P340 (28 tấn) (loại A) 16 38 28 12 7 7 13 7 9 80 90 93 86 70 88 87 70 90

Từ các số liệu máy xúc và ôtô hiện có của mỏ trong các bảng 4.1 và 4.2, tiến

hành lựa chọn các thiết bị xúc bốc và vận tải trong phần mềm OST (Hình 4.4) và

tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô khi xúc than cho mỏ.

Sau khi tính toán, phần mềm cho kết quả đồng bộ tối ưu nhất là sử dụng

MXTLGN PC 750-7 với số lượng là 7 chiếc và ôtô là Volvo A40E với số lượng là

14 chiếc, tương đương 2 ô tô sẽ phục vụ cho 1 máy xúc. Năng suất đồng bộ của cặp

thiết bị 1 máy xúc - 2 ôtô này là năng suất đồng bộ tối ưu nhất trong tổng số các đồng bộ có trong cơ sở dữ liệu và bằng 125,22 m3/h (tương đương 851,49 m3/ca).

Tổng năng suất của 7 máy xúc PC 1250-7 và 14 ô tô Volvo A40E trong 1 năm là 3.099.423 m3/năm (> 2.500.000 m3/năm) và đảm bảo được yêu cầu sản lượng cho

139

mỏ.

Hình 4.4. Tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô

140

đối với thiết bị có sẵn của mỏ than Cao Sơn sử dụng chu trình vận tải kín

Hình 4.5. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

141

cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị có sẵn của mỏ

Hình 4.6. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

142

cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị sẵn có của mỏ

Như vậy, với số liệu thực tế như trên và chu trình vận tải kín mỏ đang sử dụng sẽ cho năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu là 3.099.423 m3/năm. Tuy

chiếc máy xúc thủy lực mã hiệu PC 750-7 và 14 xe ôtô Volvo A40E. Có thể thấy,

khi sử dụng chu trình vận tải hở trong trường hợp này số lượng thiết bị không giảm nhưng năng suất đồng bộ của thiết bị cao hơn 57.329 m3/năm.

Có thể thấy, trong số các thiết bị có sẵn của mỏ than Cao Sơn, cặp thiết bị

máy xúc - ô tô cho năng suất đồng bộ tối ưu nhất khi xúc bốc, vận tải than là máy

xúc PC 750-7 và ôtô Volvo A40E. Kết quả này phù hợp với kết quả khi lựa chọn

mới hoàn toàn thiết bị cho mỏ trong trường hợp 1. Điều này cho thấy các thiết bị có

sẵn của mỏ than Cao Sơn đã có phần tối ưu (đối với máy xúc PC 750-7 và ôtô

Volvo A40E). Tuy nhiên, số lượng thiết bị và một số chủng loại thiết bị khác lại

chưa phải là tối ưu trong số các thiết bị có sẵn của mỏ.

4.1.3. Trường hợp 3 Trường hợp 3, với điều kiện mỏ than Cao Sơn đã có sẵn đồng bộ máy xúc và

cần phải chọn mới đồng bộ ôtô, NCS tiến hành lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối

ưu nhất cho mỏ dựa trên thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ và ôtô có trong database của

phần mềm. Các thiết bị xúc bốc đang được sử dụng tại mỏ than Cao Sơn được trình

bày trong bảng 4.1.

Từ các số liệu máy xúc hiện có của mỏ trong bảng 4.1, tiến hành lựa chọn

các thiết bị xúc bốc và vận tải trong phần mềm OST (Hình 4.7) và tính chọn đồng

bộ ôtô khi xúc than cho mỏ.

Với hệ thống thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ, sau khi tính toán bằng phần mềm OST để chọn ra đồng bộ ôtô phù hợp, kết quả cho các cặp đồng bộ máy xúc - ô tô tối ưu tương tự như trường hợp 1. Với các dữ kiện đầu vào của mỏ than Cao Sơn, máy xúc PC 750-7 dường như là máy xúc có khả năng làm việc tối ưu nhất

(với cơ sở dữ liệu và kết quả tính toán của phần mềm OST) khi xúc bốc than trong trường hợp 1 và 2. Do vậy, nếu mỏ đã có máy xúc PC 750-7 và chọn mới ô tô thì kết quả tương tự như trường hợp 1 (chọn mới hoàn toàn máy xúc - ô tô) là điều phù

143

hợp. Các hình 4.7, 4.8 và 4.9 sẽ minh họa kết quả này.

Hình 4.7. Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ than Cao Sơn,

144

sử dụng chu trình vận tải kín

145

Hình 4.8. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ

146

Hình 4.9. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị xúc bốc sẵn có của mỏ

4.1.4. Trường hợp 4

Trường hợp 4, với điều kiện mỏ than Cao Sơn đã có sẵn đồng bộ ôtô và cần

phải chọn mới đồng bộ máy xúc, NCS tiến hành lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối

ưu nhất cho mỏ dựa trên thiết bị ôtô có sẵn của mỏ và máy xúc có trong database

của phần mềm.

Các thiết bị ôtô đang được sử dụng tại mỏ than Cao Sơn được trình bày trong

bảng 4.2.

Từ các số liệu máy xúc và ôtô hiện có của mỏ than Cao Sơn, tiến hành lựa

chọn ôtô trong phần mềm (Hình 4.10) và tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô khi xúc

than cho mỏ.

Từ các kết quả tính toán trong trường hợp 1 và trường hợp 2, có thể thấy các

loại ô tô BelAZ 7555B, HD 325-7R, HD 465-5, Volvo A40 và Volvo A40E là

những loại ô tô tối ưu nhất có trong cơ sở dữ liệu của phần mềm OST sử dụng để

vận tải than cho mỏ than Cao Sơn với các dữ kiện đầu vào như đã cho. Trong số 5

loại ô tô trên, Volvo A40E là loại ô tô duy nhất có sẵn trong hệ thống ô tô vận tải

của mỏ than Cao Sơn. Kết hợp với các kết quả tính toán trong trường hợp 1,2 và 3

thì cặp máy xúc - ô tô tối ưu nhất là PC 750-7 và Volvo A40E, tương tự kết quả

trong trường hợp 2.

Để chứng minh kết quả này, phần mềm OST sẽ được chạy với cơ sở dữ liệu

ô tô có sẵn của mỏ và chọn mới hoàn toàn máy xúc. Các kết quả được thể hiện

147

trong các hình 4.10, 4.11 và 4.12.

148

Hình 4.10. Tính chọn đồng bộ máy xúc – ôtô đối với thiết bị ô tô có sẵn của mỏ than Cao Sơn, sử dụng chu trình vận tải kín

149

Hình 4.11. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ

150

Hình 4.12. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Cao Sơn với các thiết bị ô tô sẵn có của mỏ

4.2. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ BÓC

CHO MỎ THAN ĐÈO NAI

Mỏ than Đèo Nai cũng là một trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh,

có các thông số làm việc như sau:

- Khối lượng đất đá bóc: 18.000.000 m3/năm, (với trọng lượng riêng của than

là 2,6 t/m3);

- Kích thước trung bình của đất đá khi xúc bốc, vận tải là 35 cm;

- Thời gian làm việc trong 1 ca là 8 giờ;

- Số ca làm việc trong 1 ngày đối với công tác bóc đất đá là 3 ca;

- Số ngày làm việc trong 1 năm của thiết bị là 250 ngày;

- Cung độ vận tải đất đá của mỏ là 4,6 km;

- Vận tốc xe chạy có tải bình quân trên mỏ là 20 km/h;

- Vận tốc xe chạy không tải bình quân trên mỏ là 30 km/h;

- Mỏ sử dụng chu trình vận tải kín.

* Chú ý: Các thông số trên có thể thay đổi theo điều kiện thực tế.

4.2.1. Trường hợp 1

Trong trường hợp 1, NCS tiến hành tính toán thử nghiệm khi chọn mới hoàn

toàn đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai khi xúc bốc và vận tải đất đá với

cơ sở dữ liệu về thiết bị máy xúc, ôtô có trong phần mềm và số liệu của mỏ như

trên.

Với hệ thống cơ sở dữ liệu đã có của phần mềm, sau khi tính toán, phần mềm

cho kết quả đồng bộ tối ưu nhất là sử dụng MXTLGN PC 1250-7 với số lượng là 38

chiếc và ôtô là CAT 777D với số lượng đều là 76 chiếc, tương đương 2 ô tô sẽ phục

vụ cho 1 máy xúc. Năng suất đồng bộ của cặp thiết bị 1 máy xúc - 2 ôtô này là năng

suất đồng bộ tối ưu nhất trong tổng số các đồng bộ có trong cơ sở dữ liệu và bằng 111,66 m3/h (tương đương 759,26 m3/ca). Tổng năng suất của 38 máy xúc PC 1250- 7 và 76 ô tô CAT 777D trong 1 năm là 21.638.910 m3/năm (>18.000.000 m3/năm)

151

và đảm bảo yêu cầu về sản lượng cho mỏ.

152

Hình 4.13. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô mới cho mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín

Hình 4.14. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

153

cho mỏ than Đèo Nai khi chọn mới máy xúc và ôtô với chu trình vận tải kín

Hình 4.15. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

154

cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn mới máy xúc - ôtô với chu trình vận tải kín

Như vậy, với số liệu thực tế như trên và chu trình vận tải kín mỏ đang sử dụng sẽ cho năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu là 21.638.910 m3/năm. Tuy

nhiên, nếu mỏ sử dụng chu trình vận tải hở, phần mềm OST sẽ cho ra kết quả đồng bộ máy xúc - ôtô là 21.727.167 m3/năm, với số lượng thiết bị sử dụng vẫn bao gồm

38 chiếc máy xúc thủy lực mã hiệu PC 1250-7 và 76 xe ôtô CAT 777D. Có thể

thấy, khi sử dụng chu trình vận tải hở trong trường hợp này số lượng thiết bị không giảm nhưng năng suất đồng bộ của thiết bị cao hơn 88.257 m3/năm.

4.2.2. Trường hợp 2 Trường hợp 2, NCS xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết

bị có sẵn của mỏ để chọn ra cặp đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất.

Các thiết bị xúc bốc và vận tải hiện đang được sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

được trình bày trong bảng 4.3 và 4.4.

Bảng 4.3. Tổng hợp số lượng máy xúc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Năng suất Số Số định mức Loại máy lượng, Ghi chú TT Dung tích gàu xúc, m3 cái của ngành than, m3/ca

Máy xúc tay gầu, 1 EKG-4,6B (5A) 15 1.500 4,65 xúc đất đá

MXTLGN, 2 PC 1250SP-7 1.800 6,7 4 xúc đất đá

MXTLGN, 3 PC 1250-7 1.500 5,2 1 xúc đất đá và than

MXTLGN,

4 PC 750-6 1.200 xúc đất đá và 4,0 2

than

155

MXTLGN, 5 CAT 320 500 1,5 3 xúc than

Bảng 4.4. Số lượng và tình trạng của các ôtô đang sử dụng

tại mỏ than Đèo Nai năm 2016

STT Loại xe Tải trọng Số lượng

90 tấn 1 CAT 773 18

96 tấn 2 CAT777 5

55 tấn 3 HD-785 21

55 tấn 4 CAT 773F 21

34 tấn 5 Volvo-HM400 8

Từ các số liệu máy xúc và ôtô hiện có của mỏ trong các bảng 4.3 và 4.4, tiến

hành lựa chọn các thiết bị xúc bốc và vận tải trong phần mềm (Hình 4.16) và tính

chọn đồng bộ máy xúc - ôtô khi xúc đất đá cho mỏ.

Với hệ thống cơ sở dữ liệu đã có của phần mềm OST, sau khi tính toán cho

kết quả đồng bộ tối ưu nhất là sử dụng MXTLGN PC 1250-7 với số lượng là 38

chiếc và ôtô là CAT 777 với số lượng đều là 76 chiếc, tương đương 2 ô tô sẽ phục

vụ cho 1 máy xúc. Năng suất đồng bộ của cặp thiết bị 1 máy xúc - 2 ôtô này là năng

suất đồng bộ tối ưu nhất trong tổng số các đồng bộ có trong cơ sở dữ liệu và bằng 111,66 m3/h (tương đương 759,26 m3/ca). Tổng năng suất của 38 máy xúc PC 1250- 7 và 76 ô tô CAT 777 trong 1 năm là 21.638.910 m3/năm (>18.000.000 m3/năm) và

đảm bảo yêu cầu về năng suất cho mỏ.

Có thể thấy kết quả tính toán bằng phần mềm OST trong trường hợp này

tương tự như trường hợp 1 do ô tô CAT777D và CAT 777 có cùng thông số về tải

156

trọng và dung tích.

157

Hình 4.16. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô có sẵn cho mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín

Hình 4.17. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

158

cho mỏ than Đèo Nai khi chọn máy xúc và ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín

Hình 4.18. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô

cho mỏ than Đèo Nai khi lựa chọn máy xúc – ôtô có sẵn với chu trình vận tải kín

Như vậy, với số liệu thực tế như trên và chu trình vận tải kín mỏ đang sử dụng sẽ cho năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu là 21.638.910 m3/năm. Tuy

nhiên, nếu mỏ sử dụng chu trình vận tải hở với số lượng thiết bị sử dụng vẫn bao

gồm 38 chiếc máy xúc thủy lực mã hiệu PC 1250-7 và 76 xe ôtô CAT 777, phần mềm OST sẽ cho ra kết quả đồng bộ máy xúc - ôtô là 21.727.167 m3/năm. Có thể

thấy, khi sử dụng chu trình vận tải hở trong trường hợp này số lượng thiết bị không giảm nhưng năng suất đồng bộ của thiết bị sẽ cao hơn 88.257 m3/năm.

4.2.3. Trường hợp 3

Trường hợp 3, với điều kiện mỏ than Đèo Nai đã có sẵn đồng bộ máy xúc và

cần phải chọn mới đồng bộ ôtô, NCS tiến hành lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối

ưu nhất cho mỏ dựa trên thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ và ôtô có trong database của

phần mềm.

Các thiết bị xúc bốc đang được sử dụng tại mỏ than Đèo Nai được trình bày

trong bảng 4.3.

Từ các số liệu máy xúc hiện có của mỏ trong bảng 4.3, tiến hành lựa chọn

các thiết bị xúc bốc và vận tải trong phần mềm (Hình 4.19) và tính chọn đồng bộ

ôtô cho mỏ khi xúc đất đá cho mỏ.

Với hệ thống thiết bị xúc bốc có sẵn của mỏ, sau khi tính toán bằng phần

159

mềm OST để chọn ra đồng bộ ôtô phù hợp, kết quả cho các cặp đồng bộ máy xúc -

ô tô tối ưu tương tự như trường hợp 1. Với các dữ kiện đầu vào của mỏ than Đèo

Nai, máy xúc PC 1250-7 dường như là máy xúc có khả năng làm việc tối ưu nhất

(với cơ sở dữ liệu và kết quả tính toán của phần mềm OST) khi xúc bốc đất đá trong

trường hợp 1 và 2. Do vậy, nếu mỏ đã có máy xúc PC 1250-7 và chọn mới ô tô thì

kết quả tương tự như trường hợp 1 (chọn mới hoàn toàn máy xúc - ô tô) là điều phù

160

hợp. Các hình 4.19, 4.20 và 4.21 sẽ minh họa kết quả này.

Hình 4.19. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị máy xúc có sẵn của mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín

161

khi vận tải đất đá trên mỏ

Hình 4.20. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

162

khi chọn đồng bộ ô tô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín

Hình 4.21. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo Nai

163

khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín

4.2.4. Trường hợp 4

Trường hợp 4, với điều kiện mỏ than Đèo Nai đã có sẵn đồng bộ ôtô và cần

phải chọn mới đồng bộ máy xúc, NCS tiến hành lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối

ưu nhất cho mỏ dựa trên thiết bị ôtô có sẵn của mỏ và máy xúc có trong database

của phần mềm.

Các thiết bị ôtô đang được sử dụng tại mỏ than Đèo Nai được trình bày trong

bảng 4.4.

Từ các số liệu máy xúc và ôtô hiện có của mỏ trong bảng 4.4, tiến hành lựa

chọn ôtô trong phần mềm (Hình 4.22) và tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô khi xúc

đất đá cho mỏ.

Từ các kết quả tính toán trong trường hợp 1 và trường hợp 2, có thể thấy

CAT 777 hoặc CAT 777D là những loại ô tô tối ưu nhất có trong cơ sở dữ liệu của

phần mềm OST sử dụng để vận tải đất đá cho mỏ than Đèo Nai với các dữ kiện đầu

vào như đã cho. Trong đó, CAT 777 là loại ô tô duy nhất có sẵn trong hệ thống ô tô

vận tải của mỏ than Đèo Nai. Kết hợp với các kết quả tính toán trong trường hợp

1,2 và 3 thì cặp máy xúc - ô tô tối ưu nhất là PC 1250-7 và CAT 777, tương tự kết

quả trong trường hợp 2.

Để chứng minh kết quả này, phần mềm OST sẽ được chạy với cơ sở dữ liệu

ô tô có sẵn của mỏ và chọn mới hoàn toàn máy xúc. Các kết quả được thể hiện

164

trong các hình 4.22, 4.23 và 4.24.

Hình 4.22. Tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô cho các thiết bị ô tô có sẵn của mỏ than Đèo Nai với chu trình vận tải kín

165

khi vận tải đất đá trên mỏ

Hình 4.23. Đồ thị xác định các giá trị đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ than Đèo Nai

166

khi chọn đồng bộ máy xúc dựa trên cơ sở dữ liệu ô tô có sẵn của mỏ với chu trình vận tải kín

Hình 4.24. Kết quả tính toán các giá trị đồng bộ máy xúc – ôtô cho mỏ than Đèo

Nai khi lựa chọn mới ôtô dựa trên cơ sở dữ liệu máy xúc có sẵn của mỏ

với chu trình vận tải kín

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Qua tính toán thử nghiệm khi xúc bốc, vận tải than cho mỏ than Cao Sơn và

xúc bốc, vận tải đất đá cho mỏ than Đèo Nai bằng chương trình phần mềm OST với

4 trường hợp xảy ra cho thấy: năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô của cả hai mỏ tối ưu

nhất khi tiến hành lựa chọn mới hoàn toàn thiết bị cho mỏ. Với cơ sở dữ liệu hiện

có của phần mềm OST thì thiết bị sử dụng tại thì cả mỏ than Cao Sơn và Đèo Nai

đều có thể tối ưu hóa đồng bộ máy xúc – ô tô được theo tính toán của phần mềm

OST, tuy nhiên số lượng thiết bị tại mỏ chưa đáp ứng được đồng bộ trên.

Trong trường hợp mỏ đã có sẵn máy xúc và ôtô, chương trình phần mềm

167

OST cũng đã tìm ra được cặp máy xúc - ôtô phối hợp cho hiệu quả cao nhất tương

ứng với năng suất đồng bộ của chúng. Qua so sánh với sự phối hợp hiện tại trên hai

mỏ than Cao Sơn và Đèo Nai cho thấy các mỏ chỉ đáp ứng được một phần nhỏ đồng

bộ máy xúc – ô tô, phần lớn là chưa đồng bộ cả về chủng loại và số lượng.

Ngoài ra, như NCS đã phân tích thì một trong những nguyên nhân làm giảm

năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cũng như hiệu quả sản xuất của mỏ là các mỏ đều

sử dụng nhiều thiết bị quá cũ, chỉ đạt loại C và B và đã hết khấu hao khi sử dụng.

Do vậy, các thiết bị này cần phải được thay mới. Để tiến hành thay mới, có thể sử

dụng chương trình phần mềm OST để tính toán và chọn loại ôtô hoặc máy xúc phù

hợp nhất với thiết bị đang có của mỏ sao cho năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô là

cao nhất như trường hợp 3 và trường hợp 4 mà NCS đã tính toán thử nghiệm ở trên.

Chương trình phần mềm OST cho phép sử dụng trong mọi trường hợp để

tính toán và lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu cho mỏ. Ngoài ra, kết quả tính

toán cho phép đối chiếu, so sánh giữa các phương án đồng bộ máy xúc - ôtô khác

168

nhau, giúp cho người sử dụng đưa ra quyết định chính xác trước khi đầu tư.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Qua 4 chương đã nghiên cứu trong luận án, kết hợp với các kết quả tính toán

thử nghiệm thực tế tại các mỏ than Đèo Nai và Cao Sơn, NCS rút ra một số kết luận

- Hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng

Quảng Ninh còn chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi các yếu tố như: sự thay đổi cung độ

vận tải do bước dịch chuyển của gương trong quá trình khai thác; chu trình vận tải

(kín hoặc hở) trên các mỏ; các sơ đồ xúc bốc, nhận tải mỏ đang sử dụng; chất lượng

của tuyến đường vận tải… Để nâng cao được năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho

các mỏ cần phải giải quyết được các vấn đề trên.

- Một số nghiên cứu trong nước và quốc tế có thể áp dụng để tính toán, lựa

chọn đồng bộ máy xúc - ôtô, tuy nhiên, chúng vẫn có những hạn chế nhất định và vì

vậy vẫn chưa có một công trình nào có thể giải quyết tổng quát được bài toán lựa

chọn đồng bộ máy xúc - ôtô trong trường hợp số lượng các thiết bị nhiều và phù

hợp với điều kiện thực tế của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh của Việt Nam.

- Trình tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô có thể là lựa chọn máy xúc trước

hoặc ôtô trước. Tuy nhiên để tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô một cách toàn diện,

cần thiết phải lựa chọn đồng thời cả hai thiết bị và tính toán năng suất đồng bộ cũng

như số lượng thiết bị cần thiết phục vụ cho mỏ. Các thiết bị xúc bốc, vận tải khi lựa

chọn được thử lần lượt với nhau theo từng cặp và tính toán năng suất đồng bộ để

tìm ra giá trị năng suất đồng bộ tối ưu nhất. Đồng bộ máy xúc - ôtô tối ưu nhất của

các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là đồng bộ có tỷ số đồng bộ giữa năng suất

máy xúc và ôtô tiệm cận với 1.

- Chương trình phần mềm tính toán toán tối ưu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô

(OST) mà NCS đưa ra có thể khắc phục được một cách tổng thể các khó khăn đang

gặp phải của một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Thuật toán sử dụng phép

169

lặp vô hạn để tính toán lần lượt cho tất cả các loại máy xúc và các loại ôtô được liệt

kê và đưa ra ma trận với các giá trị đã tính toán và tìm giá trị đồng bộ hợp lý nhất

trong ma trận đó. Do đó, giới hạn tìm kiếm của thuật toán sẽ rộng hơn rất nhiều,

phụ thuộc vào số lượng thiết bị được liệt kê và thuật toán sẽ chọn ra được cặp đồng

bộ máy xúc - ôtô hợp lý nhất. Ngoài ra, chương trình tính toán đồng bộ OST còn

cho phép người dùng cập nhật liên tục các thiết bị máy xúc, ôtô khi mà thị trường

thiết bị trên thế giới luôn phát triển và thay đổi liên tục.

- Năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng

Ninh tối ưu nhất khi tiến hành lựa chọn mới hoàn toàn thiết bị cho mỏ do chủng loại

thiết bị phong phú, các thông số làm việc của thiết bị đa dạng, nhiều kích cỡ khác

nhau. Trong trường hợp mỏ đã có sẵn máy xúc và ôtô, phần mềm OST đã tìm ra

được cặp máy xúc - ôtô phối hợp cho hiệu quả cao nhất tương ứng với năng suất

đồng bộ của chúng. Trong trường hợp mỏ đã có sẵn máy xúc, cần chọn đồng bộ ôtô

và ngược lại hoặc khi cần thay thế các thiết bị mới, phần OST sẽ tính toán và chọn

ra loại thiết bị có năng suất phù hợp nhất với thiết bị sẵn có của mỏ để làm cơ sở

tham khảo cho các mỏ khi mua sắm, thay thế các thiết bị mới.

2. KIẾN NGHỊ

Với những tồn tại của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh hiện nay và

những vấn đề chưa giải quyết hết được trong luận án, NCS đề xuất một số kiến nghị

và hướng nghiên cứu để tiếp tục phát triển:

- Nghiên cứu thuật toán điều hành thiết bị với chu trình vận tải kín trên các

mỏ lộ thiên.

- Tính toán và so sánh hiệu quả kinh tế của các phương án phối hợp giữa

170

máy xúc và ôtô để xác định hiệu quả sản xuất, kinh doanh của mỏ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1. Tạ Khải Đại (2010), "Nghiên cứu khả năng ứng dụng một số thuật toán phù hợp trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị cho một số mỏ lộ thiên lớn vùng Quảng Ninh", Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

2. Hồ Sĩ Giao (2011), "Khai thác khoáng sản rắn bằng phương pháp lộ thiên", Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

3. Vũ Đình Hiếu (2016), "Thuật toán Monte Carlo và khả năng ứng dụng của nó trong lựa chọn đồng bộ máy xúc - ô tô trên các mỏ lộ thiên ở Việt Nam", Tạp chí Công nghiệp Mỏ, (Số 2/2016), tr. 53-58.

4. Lê Thị Thu Hoa (2012), "Nghiên cứu xây dựng các sơ đồ xúc bằng máy xúc thuỷ lực gầu ngược nhằm nâng cao hiệu quả khai thác chọn lọc trên một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

5. Nguyễn Văn Kháng (2005), Máy và tổ hợp thiết bị vận tải, Nhà xuất bản Khoa

học và Kỹ thuật.

6. Đoàn Trọng Luật, Bùi Xuân Nam,Nguyễn Hoàng (2016), "Nghiên cứu thuật toán xếp hàng và khả năng ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên ở Việt Nam", Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 25, Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam, Cửa Lò - Việt Nam, tr. 288-294.

7. Bùi Xuân Nam (2006), "Về các phương pháp lựa chọn đồng bộ xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ thiên", Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHKT mỏ toàn quốc lần thứ 17, Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam, Đà Nẵng - Việt Nam, tr. 201- 205.

8. Bùi Xuân Nam, Nguyễn Văn Sáng, Trần Văn Dũng, Trần Khắc Hùng,Phạm Thái Hợp (2015), Nâng cao hiệu quả khai thác các mỏ đá xây dựng khu vực Nam Bộ, Nhà xuất bản Xây dựng.

9. Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (2009), Cẩm nang công nghệ và thiết bị mỏ, Quyển I - Khai thác mỏ lộ thiên, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

10. Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (2016), Tài liệu kỹ thuật

mỏ than Cao Sơn.

11. Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (2016), Tài liệu kỹ thuật

171

mỏ than Cọc Sáu.

12. Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (2016), Tài liệu kỹ thuật

mỏ than Đèo Nai.

13. Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (2016), Báo cáo tổng kết

hoạt động sản xuất kinh doanh.

14. Lê Văn Quyển (2009), "Nghiên cứu mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn và xác định mức độ đập vỡ đất đá hợp lý cho một số mỏ lộ thiên Việt Nam", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

15. Lưu Văn Thực (2014), "Nghiên cứu công nghệ khai thác mỏ quặng sắt lộ thiên dưới mức thoát nước tự chảy trong điều kiện địa chất và địa chất thủy văn phức tạp ở Việt Nam", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

16. Nhâm Văn Toán (2004), "Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh tế", Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất. Số 6, 04-2004, tr. 49-53.

17. Đỗ Ngọc Tước, Bùi Duy Nam, Lê Bá Phước,Đàm Công Khoa (2012), "Nghiên cứu lựa chọn phương án vận tải đất đá thải hợp lý cho mỏ than Đèo Nai", Thông tin Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin, (Số 5/2012).

18. Đỗ Ngọc Tước (2014), "Nghiên cứu công nghệ vận tải đất đá hợp lý cho các mỏ than lộ thiên sâu ở Việt Nam", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

19. Đặng Trần Việt (2007), "Nghiên cứu đồng bộ hoá thiết bị cơ giới hoá trạm tải liên hiệp trên mỏ lộ thiên và mặt bằng công nghiệp mỏ Việt Nam", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

20. Nguyễn Phụ Vụ,Phan Xuân Bình (2000), "Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính độ tin cậy", Tạp chí Công nghiệp Mỏ, (Số 5), tr. 7.

21. Trần Mạnh Xuân (2011), Các Quá trình sản xuất trên mỏ lộ thiên, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

TIẾNG ANH

22. Serji N Amirkhanian,Nancy J Baker (1992), "Expert system for equipment selection for earth-moving operations", Journal of Construction Engineering and Management. 118(2), p. 318-331.

23. H Bakhshandeh Amnieh, MR Mozdianfard,A Siamaki (2010), "Predicting of blasting vibrations in Sarcheshmeh copper mine by neural network", Safety Science. 48(3), p. 319-325.

172

24. Louis Caccetta,Stephen P Hill (2003), "An application of branch and cut to open pit mine scheduling", Journal of global optimization. 27(2), p. 349-365.

25. David Gordon Carmichael (1987), Engineering queues in construction and mining, 5633212, John Wiley and Sons Inc.,New York, NY, United States.

26. Abdulkadir Cevik, Ebru Akcapinar Sezer, Ali Firat Cabalar,Candan Gokceoglu (2011), "Modeling of the uniaxial compressive strength of some clay-bearing rocks using neural network", Applied Soft Computing. 11(2), p. 2587-2594.

27. Emmanuel K Chanda,Steven Gardiner (2010), "A comparative study of truck cycle time prediction methods in open-pit mining", Engineering, construction and architectural management. 17(5), p. 446-460.

28. MP Clarke, B Denby,D Schofield (1990), "Decision making tools for surface mine equipment selection", Mining Science and Technology. 10(3), p. 323-335.

29. Roussos Dimitrakopoulos (1998), "Conditional simulation algorithms for modelling orebody uncertainty in open pit optimisation", International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment. 12(4), p. 173-179.

30. H Eivazy,H Askari-Nasab (2012), "A mixed integer linear programming model for short-term open pit mine production scheduling", Mining Technology. 121(2), p. 97-108.

31. Samuel Frimpong, Jerry M Whiting,Jozef Szymanski (1998), "Stochastic- optimization annealing of an intelligent open pit mine design", Mineral Resources Engineering. 7(01), p. 15-27.

32. Samuel Frimpong, E Asa,J Szymanski (2002), "Intelligent modeling: Advances in open pit mine design and optimization research", International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment. 16(2), p. 134-143.

33. A Haidar, S Naoum, R Howes,J Tah (1999), "Genetic algorithms application and testing for equipment selection", Journal of Construction Engineering and Management. 125(1), p. 32-38.

34. Ke-qiang HE,Jian-he LEI (2001), "A predication of the slope stability based on

neural network [J]", Geology and Prospecting. 6, p. 019.

35. Melih Iphar, Mahmut Yavuz,Hakan Ak (2008), "Prediction of ground vibrations resulting from the blasting operations in an open-pit mine by adaptive neuro-fuzzy inference system", Environmental Geology. 56(1), p. 97- 107.

36. Thys B Johnson (1968), Optimum open pit mine production scheduling, CALIFORNIA UNIV BERKELEY OPERATIONS RESEARCH CENTER.

173

37. Manoj Khandelwal,TN Singh (2009), "Prediction of blast-induced ground vibration using artificial neural network", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 46(7), p. 1214-1222.

38. Katsuaki Koike,Setsuro Matsuda (2003), "Characterizing content distributions of impurities in a limestone mine using a feedforward neural network", Natural resources research. 12(3), p. 209-222.

39. Bozo Kolonja, David R Kalasky,Jan M Mutmansky (1993), Optimization of dispatching criteria for open-pit truck haulage system design using multiple comparisons with the best and common random numbers, Proceedings of the 25th conference on Winter simulation, ACM, p. 393-401.

40. Bindhu Lal,Sanjaya Shankar Tripathy (2012), "Prediction of dust concentration in open cast coal mine using artificial neural network", Atmospheric Pollution Research. 3(2), p. 211-218.

41. Chris Lambert (1972), Application of integer programming to effect optimum truck and shovel selection in open pit mines, Department of Mining, Metallurgical and Fuels Engineering, University of Utah.

42. Y Lizotte, E Bonates,A Leclerc (1989), "Analysis of truck dispatching with dynamic heuristic procedures", Proceeding of off-highway haulage in Surface mines, Balkema, p. 47-55.

43. Rodrigo Mena, Enrico Zio, Fredy Kristjanpoller,Adolfo Arata (2013), "Availability-based simulation and optimization modeling framework for open- pit mine truck allocation under dynamic constraints", International Journal of Mining Science and Technology. 23(1), p. 113-119.

44. Manfred Meyer (1969), "Applying linear programming to the design of ultimate

pit limits", Management Science. 16(2), p. B-121-B-135.

45. Mostafa Tantawy Mohamed (2009), "Artificial neural network for prediction and control of blasting vibrations in Assiut (Egypt) limestone quarry", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 46(2), p. 426- 431.

46. M Monjezi, TN Singh, Manoj Khandelwal, Shivam Sinha, Vishal Singh,I Hosseini (2006), "Prediction and analysis of blast parameters using artificial neural network", Noise & Vibration Worldwide. 37(5), p. 8-16.

47. M Monjezi, A Bahrami,A Yazdian Varjani (2010), "Simultaneous prediction of fragmentation and flyrock in blasting operation using artificial neural networks", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 47(3), p. 476-480.

174

48. M Monjezi, H Amini Khoshalan,A Yazdian Varjani (2012), "Prediction of flyrock and backbreak in open pit blasting operation: a neuro-genetic approach", Arabian Journal of Geosciences. 5(3), p. 441-448.

49. Thomas J O'Neil,CB Manula (1966), Computer simulation of materials handling in open pit mining, Pennsylvania State Univ., University Park (USA). Dept. of Mining.

50. Milton T Pana (1965), The simulation approach to open pit design, APCOM

SYMPOSIUM.

51. Runge Ltd. (2003), Talpac Tutorial

52. A Sadri, M Ataeepour,S Gargari (2007), Development of an open pit transportation software based on combined model of truck-shovel assignment, 7th International Scientific Conference-SGEM2007, SGEM Scientific GeoConference.

53. François Soumis,Jorgen Elbrond (1990), "Truck dispatching software using mathematical programming implemented on IBM-PC", Cahiers du GERAD.

54. Victor A Temeng, Francis O Otuonye,James O Frendewey Jr (1997), "Real- time truck dispatching using a transportation algorithm", International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment. 11(4), p. 203-207.

55. J Wm White, MJ Arnold,JG Clevenger (1982), "Automated open-pit truck dispatching at Tyrone", E&MJ-ENGINEERING AND MINING JOURNAL. 183(6), p. 76-84.

56. J Wm White, JP Olson,SI Vohnout (1993), "On improving truck/shovel

productivity in open pit mines", CIM bulletin. 86, p. 43-43.

TIẾNG NGA

57. Юрий Иванович Анистратов (1995), Технологические процессы открытых

горных работ, Недра М.

58. АИ Арсентьев,ГА Холодняков (1994), "Проектирование горных работ при

открытой разработке месторождений", Недра. 3.

59. БА Богатов,НИ Березовский (2005), "Добыча и переработка горных пород.

Осадочные горные породы".

60. АД Кольга, ВД Горячих,НП Меченко (2014), "Повышение эффективности использования карьерного транспорта", Добыча, обработка и применение природного камня, 93-97.

175

61. ЕВ Курехин (2011), "Область и границы применения экскаваторно- автомобильно-отвальных комплексов для разработки малых угольных разрезов", Вестник Кузбасского государственного технического университета(1).

62. ДВ ЛИТВИНОВ, МИТИН,ДВ ШУТИЛОВ МВ

(2014), ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ЭКСКАВАТОРОВ, Инновации в технологиях и образовании, 41-45.

63. Николай Васильевич Мельников, АИ Арсентьев, МС Газизов, МФ Гирко, ГП Демидюк, АМ Демин, ИС Копань, ВИ Костенко, ЕР Леонов,НН Мельников (1973), "Теория и практика открытых разработок".

64. ПИ Томаков ИК Наумов (1986), "Технология, механизация и организация

открытых горных работ".

65. ВВ Ржевский (1985), "Открытые горные работы. Ч. 2. Технология и

комплексная механизация/М", Недра, 549.

66. ВВ Хронин (1993), "Проектирование карьеров", М.: Недра.

67. Н А Чинакал (1971), Технология и механизация открытых горных работ,

Наука. Сиб. отд-ние.

работы", Сборник открытые

176

68. Чан Мань Шуан (1986), "Опытные добычи строительных материалов на карьере с помощью взрывных работ и транспортируют с помощью средств научных горные механизации на трудов(Московский горный университет (МГУ)), 54-59.

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

I. Tiếng việt

1. Bùi Xuân Nam, Nguyễn Lệ Thu, Đoàn Trọng Luật (2010), “Một phương pháp lựa chọn loại ôtô vận tải đất đá cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, (số 5), tr. 7-9.

2. Đoàn Trọng Luật, Bùi Xuân Nam, Tạ Khải Đại (2010), “Phương pháp điều khiển hoạt động của ôtô khi phối hợp với máy xúc trong khai thác lộ thiên”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, (số 5), tr. 3-4.

3. Nguyễn Đức Khoát, Bùi Xuân Nam, Đoàn Trọng Luật (2011), “Giải thuật Genetic trong điều hành vận tải trên mỏ lộ thiên”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, (số 2), tr. 22-23.

4. Nguyễn Hoàng, Đỗ Ngọc Hoàn, Lê Thị Minh Hạnh, Đoàn Trọng Luật (2014), “Nghiên cứu mối quan hệ giữa kích thước của cục đá nổ mìn với các khâu xúc bốc và vận tải trên mỏ lộ thiên”, Báo cáo Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ 24 - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, tr. 107-114.

5. Đoàn Trọng Luật, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Hoàng (2016), “Nghiên cứu thuật toán xếp hàng và khả năng ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên ở Việt Nam”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ 25 - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, Cửa Lò - Việt Nam, tr.288-294.

6. Đoàn Trọng Luật, Nguyễn Hoàng (2016), “Sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại một số mỏ than lộ thiên lớn vùng Cẩm Phả - Những bất cập và hướng khắc phục”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, (số 2), tr. 6-10.

7. Đoàn Trọng Luật, Bùi Xuân Nam (2017), “Ứng dụng phương pháp góc Tây Bắc để giải bài toán vận tải hở trên các mỏ lộ thiên Việt Nam”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ - Hội Khoa học và Công nghệ mỏ Việt Nam, (số 1), tr. 6-10.

II. Tiếng anh

177

1. Nguyen Hoang, Doan Trong Luat, Le Qui Thao, Do Ngoc Hoan, Pham Van Viet (2014), “Determination of shovel-truck productivities in open-pit mines”, The 3rd International Conference on Advances in Mining and Tunneling, Vung Tau, 21-22 October 2014, Publishing House for Science and Technology, P. 103-108.

PHỤ LỤC

178

PHỤ LỤC 1

(Mã code tính toán đồng bộ tối ưu với chu trình vận tải kín)

Tct = S * 60 / Vct;

Tkt = S * 60 / Vkt;

for (int i = 0; i < arrRowMayxuc.Count(); i++)

{

DataRow drMayxuc = arrRowMayxuc[i];

E = (decimal)drMayxuc["DungtichGauxuc"];

Krg = getKrgKxdByE("krg", E);

Kxd = getKrgKxdByE("kxd", E);

if (Krg == 0 || Kxd == 0)

{

continue;

}

Kcn = (decimal)drMayxuc["HesoSudungCongnghe"];

Kx = Kxd / Krg;

Tq = (decimal)Math.Pow(

((Math.Pow((double)((decimal)3.5 * (decimal)E +

(decimal)0.42 * (decimal)Math.Pow((double)E, 2)), (double)5 / 3)

* Math.Pow((double)B, 2))

/ (double)E),

(double)1 / 3);

Tx = ((194 * Dm * Dm) / E) + (E / ((decimal)0.11 * E + (decimal)0.6));

Tc = Tx + Tq + Tdx;

Qkt = (3600 * E * Kx * Kcn) / Tc;

Qca = Qkt * Tca * Nt;

179

Qnx = Qca * n * N;

Nx = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qnx));

DataRow drKetqua = _dtKetqua.NewRow();

for (int j = 0; j < arrRowOto.Count(); j++)

{

DataRow drOto = arrRowOto[j];

q0 = (decimal) drOto["TaitrongXe"];

V0 = (decimal) drOto["DungtichThungXe"];

if (Y < q0/V0)

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((V0 * Kl) / (Kxd * E)));

Kvo = ng * E * Kxd * Kl / V0;

}

else

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((q0 * Krg) / (Kxd * E *

Y)));

Kq = (ng * E * Kxd * Y) / (q0 * Krg);

}

Tnt = ng * Tc / 3600;

Tnt = Tnt * 60;

Tco = Tnt + Tct + Tkt + Tdo + Tm + Tg;

if (Y < q0/V0)

{

Qo = (60*V0*Kvo*Tca*Nt) / Tco;

180

}

else

{

Qo = (60*q0*Kq*Tca*Nt) / (Y * Tco);

}

if (isChuTrinhKin)

{

No = 0;

{

No++;

}

while (Qca >= Qo * No);

No--;

if (No == 0)

{

No = 1;

}

Nom = No*Nx;

Adb = Qca / (Qo * No);

Qdb = Qo * No;

}

else

{

Qx = Qnx * Nx;

if (Y < q0 / V0)

{

Qon = Qo * n * N;

181

}

else

{

Qon = Y * Qo * n * N;

}

No = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qon));

Qot = Qon * No;

Adb = Qx / Qot;

Qdb = Qot;

}

countSoCap++;

if (Adb >= 1 && (countSoCapMax == 0 || Adb < AdbMin))

{

countSoCapMax++;

AdbMin = Adb;

QdbMin = Qdb;

NxMax = Nx;

if (isChuTrinhKin)

{

NoMax = Nom;

}

else

{

NoMax = No;

}

_idMayxucMax = drMayxuc["ID"].ToString();

_idOtoMax = drOto["ID"].ToString();

mahieuMayxucMax = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

mahieuOtoMax = drOto["Mahieu"].ToString();

182

sttCapMax = countSoCap.ToString();

}

drKetqua["ID"] = drMayxuc["ID"].ToString();

drKetqua["title"] = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

drKetqua[drOto["ID"].ToString()] = Math.Round(Adb, 6);

}

_dtKetqua.Rows.Add(drKetqua);

183

}

PHỤC LỤC 2

(Mã code tính toán đồng bộ tối ưu với chu trình vận tải hở)

Tct = S * 60 / Vct;

Tkt = S * 60 / Vkt;

for (int i = 0; i < arrRowMayxuc.Count(); i++)

{

DataRow drMayxuc = arrRowMayxuc[i];

E = (decimal)drMayxuc["DungtichGauxuc"];

Krg = getKrgKxdByE("krg", E);

Kxd = getKrgKxdByE("kxd", E);

if (Krg == 0 || Kxd == 0)

{

continue;

}

Kcn = (decimal)drMayxuc["HesoSudungCongnghe"];

Kx = Kxd / Krg;

Tq = (decimal)Math.Pow(

((Math.Pow((double)((decimal)3.5 * (decimal)E +

(decimal)0.42 * (decimal)Math.Pow((double)E, 2)), (double)5 / 3)

* Math.Pow((double)B, 2))

/ (double)E),

(double)1 / 3);

Tx = ((194 * Dm * Dm) / E) + (E / ((decimal)0.11 * E +

(decimal)0.6));

Tc = Tx + Tq + Tdx;

184

Qkt = (3600 * E * Kx * Kcn) / Tc;

Qca = Qkt * Tca * Nt;

Qnx = Qca * n * N;

Nx = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qnx));

DataRow drKetqua = _dtKetqua.NewRow();

for (int j = 0; j < arrRowOto.Count(); j++)

{

DataRow drOto = arrRowOto[j];

q0 = (decimal) drOto["TaitrongXe"];

V0 = (decimal) drOto["DungtichThungXe"];

if (Y < q0/V0)

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((V0 * Kl) / (Kxd *

E)));

Kvo = ng * E * Kxd * Kl / V0;

}

else

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((q0 * Krg) / (Kxd *

E * Y)));

Kq = (ng * E * Kxd * Y) / (q0 * Krg);

}

Tnt = ng * Tc / 3600;

Tnt = Tnt * 60;

Tco = Tnt + Tct + Tkt + Tdo + Tm + Tg;

185

if (Y < q0/V0)

{

Qo = (60*V0*Kvo*Tca*Nt) / Tco;

}

else

{

Qo = (60*q0*Kq*Tca*Nt) / (Y * Tco);

}

if (isChuTrinhKin)

{

No = 0;

{

No++;

}

while (Qca >= Qo * No);

No--;

if (No == 0)

{

No = 1;

}

Nom = No*Nx;

Adb = Qca / (Qo * No);

Qdb = Qo * No;

}

else

{

Qx = Qnx * Nx;

186

if (Y < q0 / V0)

{

Qon = Qo * n * N;

}

else

{

Qon = Y * Qo * n * N;

}

No = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) /

Qon));

Qot = Qon * No;

Adb = Qx / Qot;

Qdb = Qot;

}

countSoCap++;

if (Adb >= 1 && (countSoCapMax == 0 || Adb < AdbMin))

{

countSoCapMax++;

AdbMin = Adb;

QdbMin = Qdb;

NxMax = Nx;

if (isChuTrinhKin)

{

NoMax = Nom;

}

else

{

NoMax = No;

187

}

_idMayxucMax = drMayxuc["ID"].ToString();

_idOtoMax = drOto["ID"].ToString();

mahieuMayxucMax = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

mahieuOtoMax = drOto["Mahieu"].ToString();

sttCapMax = countSoCap.ToString();

}

drKetqua["ID"] = drMayxuc["ID"].ToString();

drKetqua["title"] = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

drKetqua[drOto["ID"].ToString()] = Math.Round(Adb, 6);

}

_dtKetqua.Rows.Add(drKetqua);

188

}

PHỤ LỤC 3

(Mã code lập trình phần mềm OST trong trường hợp 2)

Tct = S * 60 / Vct;

Tkt = S * 60 / Vkt;

for (int i = 0; i < arrRowMayxuc.Count(); i++)

{

DataRow drMayxuc = arrRowMayxuc[i];

E = (decimal)drMayxuc["DungtichGauxuc"];

Krg = getKrgKxdByE("krg", E);

Kxd = getKrgKxdByE("kxd", E);

if (Krg == 0 || Kxd == 0)

{

continue;

}

Kcn = (decimal)drMayxuc["HesoSudungCongnghe"];

Kx = Kxd / Krg;

Tq = (decimal)Math.Pow(

((Math.Pow((double)((decimal)3.5 * (decimal)E +

(decimal)0.42 * (decimal)Math.Pow((double)E, 2)), (double)5 / 3)

* Math.Pow((double)B, 2))

/ (double)E),

(double)1 / 3);

Tx = ((194 * Dm * Dm) / E) + (E / ((decimal)0.11 * E + (decimal)0.6));

Tc = Tx + Tq + Tdx;

189

Qkt = (3600 * E * Kx * Kcn) / Tc;

Qca = Qkt * Tca * Nt;

Qnx = Qca * n * N;

Nx = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qnx));

DataRow drKetqua = _dtKetqua.NewRow();

for (int j = 0; j < arrRowOto.Count(); j++)

{

DataRow drOto = arrRowOto[j];

q0 = (decimal) drOto["TaitrongXe"];

V0 = (decimal) drOto["DungtichThungXe"];

if (Y < q0/V0)

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((V0 * Kl) / (Kxd * E)));

Kvo = ng * E * Kxd * Kl / V0;

}

else

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((q0 * Krg) / (Kxd * E *

Y)));

Kq = (ng * E * Kxd * Y) / (q0 * Krg);

}

Tnt = ng * Tc / 3600;

Tnt = Tnt * 60;

Tco = Tnt + Tct + Tkt + Tdo + Tm + Tg;

if (Y < q0/V0)

190

{

Qo = (60*V0*Kvo*Tca*Nt) / Tco;

}

else

{

Qo = (60*q0*Kq*Tca*Nt) / (Y * Tco);

}

if (isChuTrinhKin)

{

No = 0;

{

No++;

}

while (Qca >= Qo * No);

No--;

if (No == 0)

{

No = 1;

}

Nom = No*Nx;

Adb = Qca / (Qo * No);

Qdb = Qo * No;

}

else

{

Qx = Qnx * Nx;

if (Y < q0 / V0)

191

{

Qon = Qo * n * N;

}

else

{

Qon = Y * Qo * n * N;

}

No = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qon));

Qot = Qon * No;

Adb = Qx / Qot;

Qdb = Qot;

}

countSoCap++;

if (Adb >= 1 && (countSoCapMax == 0 || Adb < AdbMin))

{

countSoCapMax++;

AdbMin = Adb;

QdbMin = Qdb;

NxMax = Nx;

if (isChuTrinhKin)

{

NoMax = Nom;

}

else

{

NoMax = No;

}

_idMayxucMax = drMayxuc["ID"].ToString();

192

_idOtoMax = drOto["ID"].ToString();

mahieuMayxucMax = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

mahieuOtoMax = drOto["Mahieu"].ToString();

sttCapMax = countSoCap.ToString();

}

drKetqua["ID"] = drMayxuc["ID"].ToString();

drKetqua["title"] = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

drKetqua[drOto["ID"].ToString()] = Math.Round(Adb, 6);

}

_dtKetqua.Rows.Add(drKetqua);

193

}

PHỤ LỤC 4

(Mã code lập trình phần mềm OST trong trường hợp 3)

Tct = S * 60 / Vct;

Tkt = S * 60 / Vkt;

for (int i = 0; i < arrRowMayxuc.Count(); i++)

{

DataRow drMayxuc = arrRowMayxuc[i];

E = (decimal)drMayxuc["DungtichGauxuc"];

Krg = getKrgKxdByE("krg", E);

Kxd = getKrgKxdByE("kxd", E);

if (Krg == 0 || Kxd == 0)

{

continue;

}

Kcn = (decimal)drMayxuc["HesoSudungCongnghe"];

Kx = Kxd / Krg;

Tq = (decimal)Math.Pow(

((Math.Pow((double)((decimal)3.5 * (decimal)E +

(decimal)0.42 * (decimal)Math.Pow((double)E, 2)), (double)5 / 3)

* Math.Pow((double)B, 2))

/ (double)E),

(double)1 / 3);

Tx = ((194 * Dm * Dm) / E) + (E / ((decimal)0.11 * E +

(decimal)0.6));

194

Tc = Tx + Tq + Tdx;

Qkt = (3600 * E * Kx * Kcn) / Tc;

Qca = Qkt * Tca * Nt;

Qnx = Qca * n * N;

Nx = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qnx));

DataRow drKetqua = _dtKetqua.NewRow();

for (int j = 0; j < arrRowOto.Count(); j++)

{

DataRow drOto = arrRowOto[j];

q0 = (decimal) drOto["TaitrongXe"];

V0 = (decimal) drOto["DungtichThungXe"];

if (Y < q0/V0)

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((V0 * Kl) / (Kxd *

E)));

Kvo = ng * E * Kxd * Kl / V0;

}

else

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((q0 * Krg) / (Kxd *

E * Y)));

Kq = (ng * E * Kxd * Y) / (q0 * Krg);

}

Tnt = ng * Tc / 3600;

Tnt = Tnt * 60;

195

Tco = Tnt + Tct + Tkt + Tdo + Tm + Tg;

if (Y < q0/V0)

{

Qo = (60*V0*Kvo*Tca*Nt) / Tco;

}

else

{

Qo = (60*q0*Kq*Tca*Nt) / (Y * Tco);

}

if (isChuTrinhKin)

{

No = 0;

{

No++;

}

while (Qca >= Qo * No);

No--;

if (No == 0)

{

No = 1;

}

Nom = No*Nx;

Adb = Qca / (Qo * No);

Qdb = Qo * No;

}

else

{

196

Qx = Qnx * Nx;

if (Y < q0 / V0)

{

Qon = Qo * n * N;

}

else

{

Qon = Y * Qo * n * N;

}

No = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) /

Qon));

Qot = Qon * No;

Adb = Qx / Qot;

Qdb = Qot;

}

countSoCap++;

if (Adb >= 1 && (countSoCapMax == 0 || Adb < AdbMin))

{

countSoCapMax++;

AdbMin = Adb;

QdbMin = Qdb;

NxMax = Nx;

if (isChuTrinhKin)

{

NoMax = Nom;

}

else

{

197

NoMax = No;

}

_idMayxucMax = drMayxuc["ID"].ToString();

_idOtoMax = drOto["ID"].ToString();

mahieuMayxucMax = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

mahieuOtoMax = drOto["Mahieu"].ToString();

sttCapMax = countSoCap.ToString();

}

drKetqua["ID"] = drMayxuc["ID"].ToString();

drKetqua["title"] = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

drKetqua[drOto["ID"].ToString()] = Math.Round(Adb, 6);

}

_dtKetqua.Rows.Add(drKetqua);

198

}

PHỤ LỤC 5

(Mã code lập trình phần mềm OST trong trường hợp 4)

Tct = S * 60 / Vct;

Tkt = S * 60 / Vkt;

for (int i = 0; i < arrRowMayxuc.Count(); i++)

{

DataRow drMayxuc = arrRowMayxuc[i];

E = (decimal)drMayxuc["DungtichGauxuc"];

Krg = getKrgKxdByE("krg", E);

Kxd = getKrgKxdByE("kxd", E);

if (Krg == 0 || Kxd == 0)

{

continue;

}

Kcn = (decimal)drMayxuc["HesoSudungCongnghe"];

Kx = Kxd / Krg;

Tq = (decimal)Math.Pow(

((Math.Pow((double)((decimal)3.5 * (decimal)E +

(decimal)0.42 * (decimal)Math.Pow((double)E, 2)), (double)5 / 3)

* Math.Pow((double)B, 2))

/ (double)E),

(double)1 / 3);

Tx = ((194 * Dm * Dm) / E) + (E / ((decimal)0.11 * E +

(decimal)0.6));

Tc = Tx + Tq + Tdx;

199

Qkt = (3600 * E * Kx * Kcn) / Tc;

Qca = Qkt * Tca * Nt;

Qnx = Qca * n * N;

Nx = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) / Qnx));

DataRow drKetqua = _dtKetqua.NewRow();

for (int j = 0; j < arrRowOto.Count(); j++)

{

DataRow drOto = arrRowOto[j];

q0 = (decimal) drOto["TaitrongXe"];

V0 = (decimal) drOto["DungtichThungXe"];

if (Y < q0/V0)

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((V0 * Kl) / (Kxd *

E)));

Kvo = ng * E * Kxd * Kl / V0;

}

else

{

ng = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((q0 * Krg) / (Kxd *

E * Y)));

Kq = (ng * E * Kxd * Y) / (q0 * Krg);

}

Tnt = ng * Tc / 3600;

Tnt = Tnt * 60;

Tco = Tnt + Tct + Tkt + Tdo + Tm + Tg;

200

if (Y < q0/V0)

{

Qo = (60*V0*Kvo*Tca*Nt) / Tco;

}

else

{

Qo = (60*q0*Kq*Tca*Nt) / (Y * Tco);

}

if (isChuTrinhKin)

{

No = 0;

{

No++;

}

while (Qca >= Qo * No);

No--;

if (No == 0)

{

No = 1;

}

Nom = No*Nx;

Adb = Qca / (Qo * No);

Qdb = Qo * No;

}

else

{

Qx = Qnx * Nx;

201

if (Y < q0 / V0)

{

Qon = Qo * n * N;

}

else

{

Qon = Y * Qo * n * N;

}

No = Convert.ToInt32(Math.Ceiling((Am * Kdt) /

Qon));

Qot = Qon * No;

Adb = Qx / Qot;

Qdb = Qot;

}

countSoCap++;

if (Adb >= 1 && (countSoCapMax == 0 || Adb < AdbMin))

{

countSoCapMax++;

AdbMin = Adb;

QdbMin = Qdb;

NxMax = Nx;

if (isChuTrinhKin)

{

NoMax = Nom;

}

else

{

NoMax = No;

202

}

_idMayxucMax = drMayxuc["ID"].ToString();

_idOtoMax = drOto["ID"].ToString();

mahieuMayxucMax = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

mahieuOtoMax = drOto["Mahieu"].ToString();

sttCapMax = countSoCap.ToString();

}

drKetqua["ID"] = drMayxuc["ID"].ToString();

drKetqua["title"] = drMayxuc["Mahieu"].ToString();

drKetqua[drOto["ID"].ToString()] = Math.Round(Adb, 6);

}

_dtKetqua.Rows.Add(drKetqua);

203

}

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh khi lựa chọn thiết bị cho mỏ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG 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

Ngành: Khai thác mỏ

Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS BÙI XUÂN NAM

2: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

HÀ NỘI - 2018

Hình 1.2. Công tác xúc bốc đất đá tại mỏ than Đèo Nai

Thực tế làm việc 639.629 721.995

Bình quân 1 máy Theo danh sách 3.065 1.198 2.445 2.906 2.620 3.301 2.829 3.087 2.833 2.613 2.888 3.205 2.560 2.987 2.751 639.629 2.788 721.995 1.526.973 1.526.973 4.802 4.678 4.412 4.729 4.514 5.357 4.956 1.443.212 1.443.212 4.803

EKG 6 8 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 Cộng EKG Cộng PC-750 PC4 (PC 5,2 m3) PC5 PC6 PC8 PC9 PC10 PC11 Cộng PC 6,7 m3 PC-315DL PC-200W7 Cộng PC-CT gạt XL-2 XL-3 XL-4 Cộng máy bốc TỔNG TOÀN CÔNG TY

Theo danh sách 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 1 1 1 3 27

Làm việc thực tế 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 1 1 1 3 27

839.699 340.303 200.513 793.469 694.348 927.508 500.810 419.766 835.829 407.591 600.632 874.844 757.880 761.613 8.954.805 721.995 1.526.973 1.515.757 952.891 1.205.850 1.489.604 1.800.108 1.695.063 8.659.273 141.560 37.492 179.052 281.749 359.634 730.123 1.371.506 21.413.604

834.102 - 200.437 786.558 692.300 926.155 500.810 419.675 818.552 405.149 596.731 869.930 752.183 744.244 8.546.826 659.471 1.321.980 1.412.074 905.138 1.185.107 1.326.782 1.751.102 1.568.064 8.148.267 122.127 30.814 152.941 32.413 26.812 29.308 88.533 18.918.018

274 284 82 273 265 281 177 136 295 156 208 273 296 255 3.255 259 318 324 216 255 330 336 342 1.803 270 350 620 276 306 301 883 7.138

722 403 200 717 665 737 447 353 749 396 531 724 740 644 8.028 691 863 879 565 711 884 934 941 4.914 676 1.024 1.700 533 604 763 1.900 18.096

3.736 1.815 - 3.328 3.590 3.877 1.894 3.549 3.827 466 4.090 2.670 3.899 3.420 40.161 4.158 3.988 4.767 2.326 4.379 3.762 5.053 4.883 25.170 3.044 4.346 7.390 2.250 2.665 3.195 8.110 88.977

457.169

457.169

1.021 1.175 2.426 1.553

1.163 844 1.003 1.107 1.044 1.258 1.120 1.189 1.116 1.029 1.131 1.208 1.024 1.183 1.115 1.045 1.769 1.724 1.687 1.696 1.685 1.927 1.801 1.762 529 595 957 722

225 187 238 193 239 264 118 218 875 147 328 194 223 223 174 383 318 410 275 396 356 347 344 125 135 229 169

5.597 340.303 76 6.911 2.048 1.353 - 91 17.277 2.442 3.901 4.914 5.697 17.369 407.979 62.524 204.993 103.683 47.753 20.743 162.822 49.006 126.999 511.006 19.433 6.678 26.111 249.336 332.822 700.815 1.282.973 2.495.586 18

Giờ ngừng

Giờ hoạt động

Giờ ngừng do tổ chức sản xuất

Năng suất bình quân

chế độ

Sản

Số

Số

lượng

Tên thiết bị

Ra

S/C

Bàn

Hư

Chờ

Nguyên

Sản

TT

lượng

Tổng

Mất

bình

sản

định

giao

hỏng

vật

nhân

m3/ngày m3/ca

m3/h

số

điện

quân/máy

phẩm

kỳ

ca

máy

tư

khác

lượng (m3, tấn)

I Máy xúc đất - than

22,169,881

31

Hình 1.9. Gương xúc bên hông sử dụng tại mỏ than Cọc Sáu

Năng suất

Số lượng, cái

Giờ hoạt động

(bình quân)

Ca