Tóm tắt 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

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung đề tài là 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐOÀN TRỌNG LUẬT TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2018
Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác lộ thiên Khoa Mỏ, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Bùi Xuân Nam, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất 2. PGS.TS Nguyễn Đức Khoát, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: GS.TS Nhữ V n ách – Hội K thuật n m n Việt Nam Phản biện 2: TS. M i Th To n – Bộ T i nguyên v Môi trƣờng Phản biện 3: TS. Ph m V n H – Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án cấp Trƣờng họp tại………………………………………………………………….. v o hồi……..giờ……….ng y……….tháng………năm 2018. Có thể tìm hiểu luận án t i: - Thƣ viện Quốc gia - Thƣ viện Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất.
1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Theo kế hoạch phát triển ng nh than, nhu cầu về sản lƣợng than ng y c ng tăng. Các mỏ than lộ thiên vẫn đang đảm nhiệm một sản lƣợng lớn trong t ng sản lƣợng than của to n ng nh. Tuy nhiên, các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh - nơi cung cấp than chủ yếu cho đất nƣớc đang phải tiến h nh khai thác trong những điều kiện khó khăn hơn: các mỏ dần khai thác xuống sâu, khối lƣợng đất bóc lớn, thiếu diện tích v không gian đ thải, chiều cao nâng tải v cung độ vận tải tăng, sự đồng bộ v phối hợp giữa các thiết bị chính trong mỏ chƣa phù hợp,… Trên các mỏ than lộ thiên Việt Nam hiện nay, công tác xúc bốc v vận tải chủ yếu vẫn sử dụng máy xúc một g u v ôtô. Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ vƣợt bậc của khoa học k thuật, các thiết bị máy móc nhƣ máy xúc, ôtô, máy khoan,… đang ng y c ng đa dạng về chủng loại v phong phú về số lƣợng. Nhƣ đã nói ở trên, các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung v khu vực Quảng Ninh nói riêng (nơi tập trung các mỏ than lộ thiên lớn v đặc trƣng nhất của ng nh Than Việt Nam) đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn đồng bộ thiết bị, tối ƣu hóa sự phối hợp giữa các thiết bị xúc bốc v vận tải,… đặc biệt l đối với các mỏ lộ thiên lớn khi khai thác xuống sâu, điều kiện khai thác khó khăn hơn, tính chất cơ lý đất đá kém n định hơn, cung độ vận tải lớn hơn,… Điều n y dẫn tới hiệu quả l m việc của các thiết bị không cao, ảnh hƣởng tới hiệu quả sản xuất v kinh doanh của mỏ. Bên cạnh đó, việc ứng dụng những tiến bộ khoa học công nghệ của ng nh công nghệ thông tin v o ng nh mỏ nói chung v khai thác lộ thiên nói riêng l vấn đề đƣợc cả thế giới quan tâm v cần đƣợc nghiên cứu, ứng dụng trong ng nh mỏ của Việt Nam. Trƣớc thực trạng đó, đề t i “Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” m NCS lựa chọn nghiên cứu là vấn đề cấp thiết đối với các mỏ than lộ thiên Việt Nam nói chung v vùng Quảng Ninh nói riêng. Nó không chỉ mang ý nghĩa khoa học trong lĩnh vực mỏ mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong quá tr nh sản xuất trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cũng nhƣ các mỏ lộ thiên khác có điều kiện tƣơng tự. 2. MỤC TIÊU Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh khi lựa chọn thiết bị cho mỏ. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tƣợng nghiên cứu: năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô. - Phạm vi nghiên cứu: các mô h nh tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (gồm 3 mỏ lớn, điển h nh nhất tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh l Đèo Nai, Cao Sơn v Cọc Sáu). 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc v ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. - T ng quan về một số thuật toán trong v ngo i nƣớc dùng để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ lộ thiên. - Tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. - Tính toán thử nghiệm cho một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh bằng chƣơng tr nh phần mềm OST. 5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN Để đạt đƣợc các kết quả theo định hƣớng trên, NCS sử dụng một số các phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp thống kê: Thống kê, đánh giá, xử lý các số liệu thu thập đƣợc từ các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh; - Phƣơng pháp tra cứu: Tra cứu t i liệu từ giáo tr nh, sách báo, các văn bản pháp quy, các website để thu thập số liệu, t i liệu có liên quan;
2 - Phƣơng pháp chuyên gia: Trao đ i với các nh khoa học, các chuyên gia về công tác quản lý, thiết kế, điều h nh sản xuất v thực tiễn hoạt động trong các lĩnh vực có liên quan để có cái nh n t ng quát về vấn đề nghiên cứu; - Phƣơng pháp toán học: Sử dụng phƣơng pháp xác suất thống kê để phân tích xử lý số liệu; xây dựng mối quan hệ toán học giữa các khâu công nghệ xúc bốc - vận tải; xây dựng mô h nh toán học xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tối ƣu về mặt k thuật,…; - Phƣơng pháp tin học: Lập tr nh xây dựng chƣơng tr nh phần mềm tin học tính toán sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô. Hƣớng tiếp cận của luận án l xuất phát từ các số liệu thực tế, kết hợp với các công tr nh khoa học trong v ngo i nƣớc có liên quan để đƣa ra định hƣớng nghiên cứu. Trên cơ sở phân tích, tính toán các số liệu thực tế về năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ than lộ thiên lớn điển h nh vùng Quảng Ninh trong các trƣờng hợp khác nhau, đề xuất đƣợc phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô về mặt k thuật. Dựa trên phƣơng pháp tối ƣu xây dựng đƣợc chƣơng tr nh phần mềm tính toán cho các trƣờng hợp cụ thể. Dùng chƣơng tr nh phần mềm n y tính toán thử nghiệm v kiểm tra lại các kết quả đã đạt đƣợc theo mô h nh đã đƣa ra. Từ đó rút ra các kết luận v kiến nghị cần thiết. 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 6.1. Ý nghĩ kho học - B sung cơ sở khoa học v phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho mỏ lộ thiên dựa trên việc xác định năng suất đồng bộ tối ƣu giữa máy xúc v ôtô theo điều kiện k thuật trong cả 2 trƣờng hợp vận tải kín v vận tải hở. 6.2. Ý nghĩ thực tiễn - Góp phần nâng cao hiệu quả phối hợp giữa máy xúc v ôtô cũng nhƣ nâng cao năng suất cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh với các phƣơng án máy xúc v ôtô khác nhau; - Xây dựng đƣợc phần mềm tính chọn đồng bộ máy xúc - ôtô tối ƣu cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. 7. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN - Đã đánh giá to n diện về các phƣơng pháp tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên mỏ lộ thiên; - Đã xây dựng đƣợc phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh; - Đã xây dựng đƣợc chƣơng tr nh phần mềm OST dùng để lựa chọn các đồng bộ máy xúc - ôtô tối ƣu về mặt k thuật cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh. 8. LUẬN ĐIỂM ẢO VỆ - Luận điểm 1: Cung độ vận tải v chu tr nh vận tải (kín - hở) có ảnh hƣởng trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô trên các mỏ than lộ thiên. - Luận điểm 2: Tr nh tự lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô không còn phụ thuộc v o việc chọn máy xúc trƣớc hay ôtô trƣớc m phải chọn đồng thời cả máy xúc v ôtô để cân đối năng suất l m việc giữa các thiết bị xúc bốc v vận tải một cách hợp lý; - Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc v năng suất của ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 l giá trị tối ƣu nhất về mặt k thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô trên các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh. 9. CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án đƣợc cấu trúc gồm: mở đầu, 4 chƣơng, kết luận - kiến nghị, t i liệu tham khảo v phụ lục. Nội dung luận án đƣợc trình bày trong 206 trang đánh máy kh A4 với 31 bảng biểu, 56 hình minh họa v 68 t i liệu tham khảo. 10. CÁC ẤN PHẨM ĐÃ CÔNG Ố Theo hƣớng nghiên cứu của luận án, NCS đã công bố 8 công tr nh đang trong các tạp chí chuyên ng nh mỏ, hội nghị khoa học k thuật mỏ trong nƣớc v quốc tế.
3 CHƢƠNG 1: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1.1.1. Dây chuyền công nghệ Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đƣợc thể hiện trong h nh 1.1. Ở sơ đồ n y, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm các khâu: bóc đất đá v khai thác than. Công nghệ khai thác của mỏ theo quy tr nh khép kín với các công đoạn khai thác liên ho n. Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - n m n - xúc bốc - vận chuyển - đ thải; dây chuyền khai thác than gồm: xúc bốc - vận chuyển - s ng, tuyển - tiêu thụ. Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 1.1.2. Công nghệ kh i thác Hệ thống khai thác khấu theo lớp dốc đứng đã đƣợc nghiên cứu v áp dụng th nh công ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, cho phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ công tác, đẩy lùi một khối lƣợng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau. Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực g u ngƣợc nhƣ hiện nay cho phép tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than v đá kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Hiện nay v trong tƣơng lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công nghệ xúc bốc v vận tải bằng máy xúc một g u v ôtô vẫn tiếp tục l những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ thiết bị chính của mỏ. 1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1.2.1. Hiện tr ng sử dụng máy xúc t i 3 mỏ Đèo N i, C o Sơn và Cọc Sáu Nhìn chung, cả 3 mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn v Cọc Sáu đều có những đặc điểm chung giống nhau, đó l các mỏ đều khai thác xuống sâu dƣới mức thoát nƣớc tự chảy, sử dụng đồng thời cả máy xúc thủy lực v máy xúc tay g u; khối lƣợng mỏ cần xúc bốc h ng năm lớn, số lƣợng máy xúc không đủ để xúc bốc hết khối lƣợng mỏ theo thiết kế ban đầu; các máy xúc tay gàu đã quá 10 năm nên không còn đảm bảo các yêu cầu về k thuật,… Sự đa dạng về chủng loại đã l m giảm tính đồng bộ của hệ thống thiết bị hiện có của các mỏ than n y. Đặc biệt, mỏ than Cao Sơn sử dụng 8 loại máy xúc, mỏ than Đèo Nai v Cọc Sáu sử dụng 5 loại máy xúc, bao gồm cả máy xúc tay g u v máy xúc thủy lực với các loại dung tích g u khác nhau để xúc bốc đất đá v than, khai thác chọn lọc các vỉa mỏng v dọn vách vỉa, trụ vỉa. Chính sự đa dạng về chủng loại v khác nhau về số lƣợng các máy xúc sử dụng tại các mỏ này dẫn tới nhu cầu về số lƣợng ôtô phục vụ cho mỗi máy xúc cũng khác nhau. Điều n y dẫn tới năng suất l m việc của các thiết bị xúc bốc v vận tải không đồng đều, hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô thấp.
4 1.3. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1.3.1. Hiện tr ng sử dụng ôtô t i mỏ th n Đèo N i Tại mỏ than Đèo Nai hiện nay vẫn đang sử dụng h nh thức vận tải bằng ôtô, với số lƣợng 73 xe gồm nhiều loại tải trọng khác nhau. Về cơ bản các xe đều đƣợc tính toán theo số lƣợng máy xúc đang sử dụng tại mỏ. Tuy nhiên, do điều kiện khai thác than trên các tầng phức tạp, điều kiện đ thải khó khăn, phƣơng pháp vận tải theo chu tr nh kín nên đôi khi xảy ra hiện tƣợng dồn xe, đôi khi thiếu xe. Nguyên nhân chủ yếu l do quá tr nh vận tải đất đá để đ v o bãi thải tạm, trên tầng chứa bãi thải tạm lại đồng thời tiến h nh khai thác than. Do vậy trong một số trƣờng hợp khi đi th ôtô chở đất đá thải v khi về chở than. Chính điều đó đã phá vỡ sự đồng bộ giữa máy xúc v ôtô theo tính toán ban đầu, dẫn tới t nh trạng dồn xe hoặc thiếu xe khi sử dụng chu tr nh vận tải kín. 1.3.2. Hiện tr ng sử dụng ôtô t i mỏ th n C o Sơn Công tác vận tải trên mỏ than Cao Sơn cũng tƣơng tự nhƣ các mỏ than lộ thiên khác vùng Quảng Ninh. H nh thức vận tải chủ yếu vẫn l ôtô với các loại ôtô có tự đ có tải trọng từ 5896 tấn. Tuy nhiên, t ng số ôtô hiện có của mỏ so với t ng số ôtô huy động v o sản xuất thực tế lại lớn hơn (chiếm 85÷86%). Nhƣ vậy, một số xe ở trạng thái sẵn s ng, hoặc duy tu sửa chữa còn khá lớn (chiếm khoảng 14÷15%). Ngo i ra, mỏ than Cao Sơn đang tiến h nh khai thác xuống sâu, đặc biệt l khu Đông Cao Sơn. Hiện tại cung độ vận tải đất đá của mỏ l 5,8 km nhƣng đến năm 2018 khi khai thác xuống sâu, đ thải lên trên th cung độ vận tải lên tới 6,8 km theo tính toán của mỏ. Điều n y ảnh hƣởng trực tiếp đến công tác vận tải cũng nhƣ số lƣợng ôtô huy động v o 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 nhƣ diện đ thải chật hẹp; đƣờng vận tải qua địa phận đơn vị bạn, nảy sinh nhiều bất cập,… 1.3.3. Hiện tr ng sử dụng ôtô t i mỏ th n Cọc Sáu Công tác vận tải tại mỏ than Cọc Sáu về cơ bản cũng giống các mỏ Đèo Nai v Cao Sơn trong vận tải đất đá bằng ôtô đơn thuần. Điểm khác với 2 mỏ than Đèo Nai v Cao Sơn l mỏ than Cọc Sáu đã tiến h nh sớm hơn khi sử dụng vận tải liên hợp ôtô - băng tải để vận tải than. Ngoài ra, trong số xe mỏ hiện có hầu hết đã đƣợc sử dụng trên 12 ng n giờ máy, t nh trạng k thuật xe hầu hết l loại B v C v không đảm bảo các yêu cầu về k thuật trong quá tr nh 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 l m tăng chi phí vận tải, tăng giá th nh sản xuất của mỏ. Để khắc phục hiện tƣợng đó, hiện tại mỏ than Cọc Sáu đã đầu tƣ thêm 10 xe có tải trọng 96 tấn để nâng cao hiệu quả công tác vận tải trên mỏ, giảm giá th nh sản xuất. 1.4. HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Máy xúc và ôtô chiếm phần chủ yếu cả về số lƣợng thiết bị v giá trị đầu tƣ trong hệ thống thiết bị của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô trong đồng bộ thiết bị mỏ thể hiện qua hoạt động trong khâu xúc bốc, vận tải đất đá v than. Trong các mỏ than lộ thiên n y, khối lƣợng đất đá bóc rất lớn so với khối lƣợng than khai thác. Với hệ số bóc trung b nh h ng năm của các mỏ 10÷13 m3/t, tƣơng ứng với khối lƣợng xúc bóc, vận chuyển đất đá bóc chiếm 95÷97% khối lƣợng xúc bốc, vận tải chung của mỏ. ng 1.1. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi bóc đất đá Tên đồng bộ Máy xúc Ôtô TT máy xúc - ôtô (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
5 ng 1.2. Các đồng bộ máy xúc - ôtô khi khai thác than Tên đồng bộ Máy xúc Ôtô TT máy xúc - ôtô (dung tích, m3) (tải trọng, tấn) 1 ĐB 1 1,82,5 1527 2 ĐB 2 2,53,5 2737 1.4.1. Một số bất cập trong sự phối hợp giữ máy xúc và ôtô t i các mỏ lộ thiên vùng Qu ng Ninh Thực tế sản xuất tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cho thấy sự phù hợp về các tính năng k thuật giữa máy xúc v ôtô trong bốc xúc, vận chuyển đất đá, than còn chƣa đƣợc đảm bảo, thậm chí trong nhiều t nh huống còn tiềm ẩn nguy cơ về mất an to n lao động. Do thiếu đồng bộ về thiết bị, nhất l thiết bị vận tải dẫn đến t nh trạng trong mỏ tồn tại nhiều chủng loại xe ôtô cùng vận tải trên một tuyến đƣờng v đ thải chung tại cùng một bãi thải. Điều n y gây khó khăn trong việc đảm bảo an to n cho các hoạt động của mỏ nhất l trong công tác điều h nh sản xuất v đẫn đến việc giảm năng suất của từng thiết bị v của cả đồng bộ máy xúc - ôtô. 1.4.2. Một số gi i pháp nâng c o hiệu qu đồng bộ máy xúc - ôtô t i các mỏ th n lộ thiên vùng Qu ng 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 l cần 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 th nh sản xuất. Phƣơng pháp lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ nói trên phải đƣợc 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, k thuật cụ thể hiện tại của các mỏ n y, đồng thời cho phép đối chiếu, so sánh với phƣơng pháp lựa chọn truyền thống. Việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên lớn nói riêng v các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh nói chung còn cần tính đến việc kế thừa, phát huy đƣợc khả năng của hệ thống các thiết bị hiện có của các mỏ đã đƣợc đầu tƣ từ trƣớc, đồng thời có tính định hƣơng đầu tƣ, nhằm tạo điều thuận lợi cho việc điều động thiết bị trong quá tr nh điều h nh sản xuất mỏ, nâng cao đƣợc năng suất thiết bị hiệu quả khai thác mỏ. 1.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG Nhƣ vậy, với công nghệ khai thác hiện nay tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, điển h nh l các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn v Cọc Sáu, th hầu hết các mỏ đều sử dụng máy xúc tay g u kết hợp với MXTLGN trong công tác xúc bốc v vận tải trực tiếp bằng ôtô. Đối với khâu xúc bốc, các mỏ n y đều có sự tƣơng đồng về khối lƣợng mỏ cần xúc bốc h ng năm, tính chất cơ lý đất đá v 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 n y l ôtô tự đ tải trọng từ 30÷96 tấn, vận tải theo chu tr nh kín. Sự phối hợp giữa máy xúc v ôtô tại các mỏ n y về cơ bản cũng đã dần đi v o qu đạo. Tuy nhiên, với thực trạng khai thác xuống sâu nhƣ hiện nay, bƣớc tiến của gƣơng luôn dịch chuyển, vị trí đ thải ng y c ng xa v thƣờng xuyên thay đ i dẫn tới khoảng cách vận tải cũng thay đ i. Chính điều n y đã ảnh hƣởng không nhỏ tới năng suất l m việc của các thiết bị xúc bốc, vận tải cũng nhƣ hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô.
6 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 NƢỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 2.1.1. Cân đối số lƣợng thi t bị trong dây chuyền xúc bốc, vận t i trên các mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh t TheoPGS. TS Nhâm Văn Toán, sự phối hợp hoạt động của máy xúc v ôtô có thể đƣợc xem l một hệ thống phục vụ đám đông. Dòng đất đá, than hay quặng do máy xúc xúc ra có thể đƣợc coi l “dòng yêu cầu”, một yêu cầu có thể đƣợc hiểu l một chuyến xe đất đá, xe than hay xe quặng cần vận chuyển. Dòng n y theo kiểm định bằng tiêu chuẩn  2 đó l dòng Poát-xông dừng, mật độ của dòng chính l năng suất của máy xúc (tính ra số chuyến xe cần vận chuyển). Các xe ôtô vận tải đƣợc xem l các “kênh phục vụ”. Thời gian vận chuyển một chuyến xe từ máy xúc ra vị trí đ , dỡ tải v quay trở về vị trí xúc l thời gian phục vụ một yêu cầu. Theo tính chất của hoạt động n y có thể coi đây l hệ thống phục vụ đám đông chờ. 2.1.2. Xác định n ng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính tới độ tin cậy Theo TS Nguyễn Phụ Vụ v Phan Xuân B nh, một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến năng suất máy xúc v ôtô l những hỏng hóc của chúng m từ lâu nay ta chƣa kể đến. Vì vậy, tính toán độ tin cậy trong quá tr nh l m việc của ôtô v máy xúc để xác định năng suất của t hợp một cách chính xác hơn, cũng nhƣ có biện pháp tăng cƣờng khâu dự phòng v sửa chữa những hỏng hóc phát sinh khi l m việc nhằm tăng năng suất thiết bị xúc bốc - vận tải l vấn đề cần thiết. 2.1.3. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên Theo GS. TS Trần Mạnh Xuân, số ôtô sử dụng có hiệu quả khi phối hợp với một máy xúc đƣợc xác định theo biểu thức: Tch N0  , chiếc (2.1) t xd Trong đó: Tch - thời gian của một chuyến xe, ph; t xd - thời gian xúc đầy xe, ph. 2.1.4. Xác định mối qu n hệ giữ máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dự trên dung tích gầu máy xúc, t i trọng ôtô và quãng đƣờng vận chuyển Theo PGS. TS Hồ Sĩ Giao, kinh nghiệm rút ra từ hoạt động thực tiễn trong các mỏ lộ thiên trên thế giới th tải trọng ôtô sử dụng trên mỏ lộ thiên có thể đƣợc chọn trên cơ sở dung tích g u xúc của máy xúc v quãng đƣờng vận tải của ôtô. 2.2. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN NGOÀI NƢỚC TRONG VIỆC TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 2.2.1. Thuật toán x p hàng Trong thuật toán xếp hàng, các xe ôtô đƣợc coi nhƣ những “khách h ng” di chuyển giữa các “trung tâm dịch vụ” l các máy xúc, đƣờng vận tải, bãi thải, kho chứa, trạm nghiền,… Các mô h nh sẽ ƣớc tính thời gian chờ đợi tại các máy xúc, bãi thải,… cũng nhƣ việc sử dụng các thiết bị trong quá trình hoạt động n y. Các kết quả sẽ giúp cho nh quản lý mỏ lựa chọn đƣợc máy xúc v ôtô hợp lý cũng nhƣ số lƣợng ôtô tối ƣu.
7 Hình 2.1. Minh hoạt các hoạt động xúc bốc - vận tải trên mỏ lộ thiên 2.2.2. Thuật toán Monte C rlo và ứng dụng củ nó trên các mỏ lộ thiên Một trong những phƣơng pháp thực nghiệm máy tính ph biến nhất trên thế giới hiện nay l phƣơng pháp Monte Carlo. Đây l một lớp các thuật toán sử dụng mẫu ngẫu nhiên để thu đƣợc kết quả số. Mô hình toán học mô phỏng sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô đƣợc dựa trên sự phân tích các nhân tố điều khiển đƣợc v không điều khiển đƣợc, trong đó sự kết hợp các nhân tố điều khiển đƣợc sẽ đem lại hiệu quả kinh tế. Mô hình toán học của sự phối hợp này có thể biểu thị nhƣ sau: Hàm tối ƣu Z = F( Xi, Yj) với: i = 1, 2…, M; j = 1, 2…, N (2.2) Trong đó: Z - đánh giá hiệu quả (chi phí, lợi nhuận, năng suất...); Xi - các biến điều khiển đƣợc; Yj - các biến không điều khiển đƣợc; F - h m điều khiển. Quá trình tính toán lựa chọn ĐBTB cho máy xúc v ôtô áp dụng thuật toán Monte Carlo đƣợc mô tả ở hình 2.2. Hình 2.2. Sơ đồ khối mô phỏng quá trình lựa chọn ôtô
8 2.2.3. Nhóm các phƣơng pháp dựa trên việc nghiên cứu các ho t động của thi t bị trong đồng bộ: Nhóm các phƣơng pháp n y bao gồm: Phƣơng pháp qui hoạch tuyến tính; Phƣơng pháp mô phỏng. Các nghiên cứu điển hình theo phƣơng pháp n y l Rumfelt (1961), Stefako (1973), Learmont, Morgan (1975), Atkinson (1971, 1992), Singhal (1986), Lizotte, Maehlmann (1988), Wiemer (1994), Vogt (1996),… 2.2.4. Nhóm các phƣơng pháp sử dụng trí tuệ nhân t o: Nhóm các phƣơng pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo bao gồm: phƣơng pháp sử dụng hệ thống kiến thức chuyên gia; phƣơng pháp sử dụng các thuật toán di truyền học. Hình 2.3. Sơ đồ của một hệ thống chuyên gia điển hình Hình 2.3. Minh họa cơ cấu thuật toán di truyền 2.2.5. Nhóm các phƣơng 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., АИ Арсентьев, ВВ Ржевский, ПИ Томаков ИК Наумов, Н А Чинакал, ВВ Хронин, Юрий Иванович Анистратов, БА Богатов và НИ Березовский. 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, phạm vi và giới hạn của công tác xúc bốc -
9 vận tải trên các mỏ nhỏ khi giá bán khoáng sản thay đổi, giải pháp kỹ thuật lựa chọn máy xúc,… 2.2.6. Nhóm các phƣơng pháp nghiên cứu dựa trên các chƣơng trình phần mềm tính toán có sẵn FPC là một chƣơng trình của hãng Caterpillar sử dụng để tính toán thời gian chu kỳ chuyển động của thiết bị làm đất, kích thƣớc t hợp đồng bộ thiết bị và chi phí trong lĩnh vực khai thác mỏ. TALPAC là phần mềm của hãng Runge ra đời năm 2003, đƣợc 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. 2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ các phân tích dựa trên cơ sở khoa học của một số thuật toán trong nƣớc v quốc tế có thể áp dụng để tính toán đồng bộ máy xúc - ôtô, NCS rút ra các kết luận sau: - Các thuật toán trên hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc phân tích chu tr nh vận tải kín m chƣa tính tới chu tr nh vận tải hở; - Chƣa tính tới sự ảnh hƣởng của nhiều yếu tố khác nhƣ: chủng loại thiết bị, mức độ cũ mới của thiết bị, sự dịch chuyển của cung độ vận tải,… CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN 3.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 3.1.1. Sử dụng nhiều chủng lo i thi t 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. 3.1.2. Cung độ vận t i chƣa đƣợc cập nhật theo bƣớc dịch chuyển của gƣơng 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% t ng chi phí khai thác. Đối với các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, do đặc điểm khai thác ngày càng xuống sâu, khối lƣợng 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 chƣa đề cập tới sự thay đ i cung độ vận tải khi gƣơng khai thác dịch chuyển. 3.1.3. Sử dụng các thi t bị đã cũ, n ng 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. 3.1.4. Sơ đồ xúc bốc, nhận t i chƣa hợp lý Thực tế tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 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 nhƣ tay nghề của ngƣời công nhân điều khiển máy xúc. 3.1.5. Ảnh hƣởng của vận tốc xe ch y đ n chu kỳ vận t i Hiệu quả của sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô chịu ảnh hƣởng rất nhiều bởi chu kỳ vận tải. Hơn thế, các mỏ hiện tại đều đang sử dụng chu trình vận tải kín, tức là số ôtô đƣợc 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 ngƣợc lại, nếu ôtô chạy nhanh hơn so với tính toán thì sẽ xảy ra hiện tƣợng dồn ứ ôtô và thời gian chờ đợi của xe sẽ lớn hơn rất nhiều.
10 3.1.6. Ảnh hƣởng của chất lƣợng đƣờng vận t i Chất lƣợng đƣờng vận tải đƣợc thể hiện chủ yếu qua loại tuyến đƣờng, nền đƣờng và áo đƣờng và nó có tác động trực tiếp tới hiệu quả công tác vận tải trên mỏ. 3.1.7. Ảnh hƣởng của lo i vật liệu xúc bốc, vận t i Trong khai thác mỏ lộ thiên, loại vật liệu (đất đá và than, quặng,…) là một trong những yếu tố gây ảnh hƣởng trực tiếp tới hiệu quả làm việc của thiết bị xúc bốc và vận tải. 3.1.8. Ảnh hƣởng của chu trình vận t i trên mỏ Công tác vận tải đất đá v 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 3.1) và chu trình vận tải hở (Hình 3.2). Chu trình vận tải kín trên các mỏ lộ thiên l chu tr nh đƣợc tính toán cụ thể số lƣợng máy xúc và số lƣợng ôtô phục vụ cố định cho một máy xúc. Các ôtô đƣợc tính toán phục vụ cho máy xúc theo một chu trình khép kín và hoạt động theo chu kỳ cố định. Hình 3.1. 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 lƣợng 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 v than chủ yếu sử dụng hình thức vận tải bằng ôtô với chu trình vận tải kín. Số lƣợng ôtô đƣợc tính toán cụ thể cho một máy xúc v đƣợc thực hiện theo chu trình khép kín. Hình 3.2. Minh họa chu trình vận tải hở 3.2. CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN 3.2.1. Sử dụng ít chủng lo i thi t bị khác nhau Để 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.
11 3.2.2. Cập nhật cung độ vận t i định kỳ theo bƣớc dịch chuyển củ gƣơng kh i thác Để nâng cao năng suất làm việc của các thiết bị vận tải cũng nhƣ 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 gƣơng công tác v xác định lại các thông số làm việc của các thiết bị xúc bốc, vận tải, số lƣợng thiết bị phối hợp và hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô. 3.2.3. Không sử dụng những thi t bị quá cũ Để nâng cao hiệu quả l m việc của thiết bị cũng nhƣ 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 v có t nh trạng k thuật không đảm bảo yêu cầu về đồng bộ cũng nhƣ năng suất. 3.2.4. Tối ƣu hó các sơ đồ xúc bốc và nhận t i Để khắc phục những tồn tại hiện nay trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, cần thiết phải tối ƣu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải cả khi xúc bốc đất đá v xúc bốc than. 3.2.5. Tối ƣu hó vận tốc xe ch y (có t i và không t i) Nhƣ đã trình bày ở trên, hiệu quả của sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô chịu ảnh hƣởng 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 đ i xe. Nhƣ vậy, thời gian xe chạy có tải và không tải chịu ảnh hƣởng 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. 3.2.6. Nâng cao chất lƣợng đƣờng vận t i Để nâng cao hiệu quả của công tác vận tải do ảnh hƣởng của loại tuyến đƣờng, nền đƣờng vận tải, cần phải thực hiện các giải pháp để nâng cao chất lƣợng đƣờng. 3.2.7. Sử dụng chu trình vận t i hở thay cho chu trình vận t i kín Để tối ƣu hóa hiệu quả phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, cần thiết phải sử dụng chu trình vận tải hở thay vì chu trình vận tải kín nhƣ đang sử dụng 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 đƣợc tối đa thời gian chờ đợi v trao đ i xe, l m 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 v trao đ i 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 PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA VÀ CHƢƠNG TRÌNH PHẦN MỀM LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Phƣơng pháp tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đƣợc xây dựng dựa trên việc kết hợp các các ƣu điểm của các phƣơng pháp trƣớc đó, có tính đến điều kiên thực tế hiện nay của các mỏ. Phƣơng pháp tối ƣu hóa của NCS đề xuất đƣợc cụ thể hóa bằng trình tự tính toán kèm theo một chƣơng trình phần mềm tƣơng ứng do NCS phát triển để tối ƣu hóa việc lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Các dữ liệu đầu vào sẽ đƣợc nhập cho chƣơng tr nh phần mềm nhƣ: sản lƣợng 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 đƣợc đồng bộ tối ƣu, 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 đƣợc liệt kê ban đầu. Danh mục các thiết bị n y đƣợc cập nhật và b sung vào cơ sở dữ liệu (Database) của phần mềm trƣớc đó với các thông số làm việc của thiết bị do nhà sản xuất đƣa ra. Chƣơng tr nh sẽ thực hiện tính toán số máy xúc và ôtô phục vụ cho mỏ, cũng nhƣ năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô.
12 Trình tự tính toán, tối ƣu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh nhƣ sau: 3.3.1. Xác định n ng suất của máy xúc - Số máy xúc phục vụ cho mỏ: Am Nx  .K dt , chiếc (3.1) Qnx Trong đó: Am - khối lƣợng 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 đƣợc xác định nhƣ sau: Qnx  Qca .n.N , m3/năm (3.2) Với: n - số ca làm việc trong 1 ngày, ca; N - số ngày làm việc trong 1 năm, ng y; Qca - năng suất làm việc trong 1 ca của máy xúc, m3/ca. 3.3.2. Xác định n ng suất của ôtô q a. Trƣờng hợp 1 (TH1): Nếu   0 th năng suất ôtô đƣợc tính theo dung tích thùng xe. V0 Số g u xúc đầy ôtô (đƣợc l m tròn) nhƣ sau: V .K n g  0 l , gàu (3.3) K xđ .E 60.Tca . 3 và Qô  Vo .K v . , m /ca (3.4) Tco Trong đó: ng - số g u 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 g u xúc rơi v o thùng, đƣợc xác định nhƣ sau: K r thùngxe Kl  (3.5) K r gàuxúc 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 v đƣợc xác định: ng .E.K xđ .K l Kv  (3.6) v0 Với: ng - số g u 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: Tco = tnt + tct + tkt + tdô + tm + tg, ph (3.7) Trong đó: tnt - thời gian nhận tải đƣợc tính theo công thức sau: Tc t nt  ng . , ph (3.8) 3600 Trong đó: ng - số g u xúc đầy ôtô, gàu; Tc - thời gian chu kỳ xúc của máy xúc, s; tct - thời gian xe chạy có tải, ph: S t ct  , ph (3.9) vct Với: S - cung độ vận tải, km; vct - vận tốc xe chạy có tải, km/h; tkt - thời gian xe chạy không tải, ph: S tkt  , ph (3.10) vkt
13 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 v trao đ i xe, ph; tg - thời gian trao đ i xe ở gƣơng, ph. q0 b. Trƣờng hợp 2 (TH2): Nếu   th năng suất ôtô đƣợc tính theo tải trọng của xe: V0 Số g u xúc đầy ôtô (đƣợc l m tròn) nhƣ sau: q0 .K rg ng  , gàu (3.11) E.K xđ . 60.Tca . và Qô  qo .K q . , m3/ca (3.12)  .Tco Trong đó: ng - số g u 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 xúc;  - trọng lƣợng riêng của vật liệu xúc bốc, vận tải, t/m3; Kq - hệ số sử dụng tải trọng của ôtô v đƣợc xác định: n g .E.K xđ . Kq  (3.13) q0 .K rg Với: ng - số g u 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. 3.3.3. Tính toán n ng 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. Nhƣ vậy năng suất đồng bộ lớn nhất trong trƣờng hợp này khi năng suất của máy xúc làm việc trong 1 ca sẽ cân bằng năng suất của t ng 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:  3600.E   60.Tca .   .K x .K cn .Tca .   Vo .K v . .N ô  (3.14)  Tc i  Tco j 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. Xác định đƣợc hệ số đồng bộ năng suất máy xúc thứ i với ôtô thứ j:  3600.E   .K x .K cn .Tca .   Tc i Ađbij  (3.15)  60.Tca .  Vo .K v . .N ô   Tco j Với điều kiện Ađbij tiệm cận 1 thì hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là tối ƣu. 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 ƣu nhất l năng suất đồng bộ có hệ số đồng bộ Ađbij tiệm cận với 1 (Ađbij >1 hoặc Ađbij
14 Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1 j Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2 j X ij  ... ... Ađbn1 Ađbn2 Ađbn3 ... Ađbij b. Nếu xảy ra TH2 thì năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô lớn nhất sẽ là:  3600.E   60.Tca .   .K x .K cn .Tca .    qo .K q . .N ô  (3.16)  Tc i   .Tco j 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. Xác định đƣợc hệ số đồng bộ máy xúc thứ i với ôtô thứ j:  3600.E   .K x .K cn .Tca .   Tc i Ađbij  (3.17)  60.Tca .   qo .K q . .N ô    .Tco j Với điều kiện Ađbij tiệm cận 1 thì hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô là tối ƣu. 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 ƣu nhất l năng suất đồng bộ có hệ số đồng bộ Ađbij tiệm cận với 1 (Ađbij >1 hoặc Ađbij
15 60.Tca . Q ôt  Vo .K v . Tco .n.N .N ôt , m3/năm (3.20) - Tỉ số đồng bộ máy xúc - ôtô Ađbij:  Q  Ađbij  x i  Q  (3.21) ôt j Với i - số loại máy xúc có trong database, i =1…m; j - số loại ôtô có trong database, j = 1…k. Kết quả tính toán Ađbij cho 1 ma trận Xij: Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1 j Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2 j X ij  ... ... Ađbn1 Ađbn2 Ađbn3 ... Ađbij B i toán đƣợc đƣa 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. b. Nếu xảy ra TH2: - Số ôtô phục vụ cho mỏ l : Am N ôt  .K dt , chiếc (3.22) 60.Tca . qo .K q . .n.N Tco - Tính t ng năng suất của ôtô trong 1 năm: 60.Tca . Q ôt  qo .K q . Tco .n.N .N ôt , m3/năm (3.23) - Tỉ số đồng bộ máy xúc - ôtô Ađbij:  Q  Ađbij  x i  Q  (3.24) ôt j Với i - số loại máy xúc có trong database, i =1…m; j - số loại ôtô có trong database, j = 1…k. Kết quả tính toán Ađbij cho 1 ma trận Xij: Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1 j Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2 j X ij  ... ... Ađbn1 Ađbn2 Ađbn3 ... Ađbij B i toán đƣợc đƣa về dạng tìm giá trị tiệm cận tối ƣu của ma trận Xij với giá trị 1.
16 Hình 3.3. Sơ đồ khối thuật toán tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc – ôtô cho các mỏ lộ thiên Khi sử dụng thuật toán tối ƣu hóa đồng bộ máy xúc - ôtô trên, bài toán có thể giải quyết đƣợc trong 4 trƣờng hợp thực tế sau: 1. Lựa chọn đồng bộ máy xúc - ôtô hoàn toàn mới (Hình 3.4) Lúc n y chƣơng tr nh sẽ tiến hành giải một ma trận Xij với i là số loại máy xúc có trong database của chƣơng tr nh, j là số loại ôtô có trong database của chƣơng tr nh v chọn ra đƣợc đồng bộ tối ƣu có giá trị năng suất đồng bộ là lớn nhất. Đồng thời chƣơng tr nh cũng tính toán ra số máy xúc và số ôtô cần thiết phục vụ cho mỏ. Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1 j Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2 j X ij  ... ... Ađbn1 Ađbn2 Ađbn3 ... Ađbij Để giải b i toán trong tƣờng hợp 1, sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net nhƣ NCS đã tr nh b y 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 3.5) Lúc này, danh sách checklist của máy xúc và của ôtô sẽ hiện ra cho phép ngƣời sử dụng chọn những thiết bị mà mỏ đã có sẵn. Sau khi chọn xong, chƣơng tr nh sẽ tiến hành giải một ma trận
17 Xab với a là số loại máy xúc có sẵn của mỏ đã đƣợc chọn, b là số loại ôtô có sẵn của mỏ đã đƣợc chọn. Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1b Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2b X ab  ... ... Ađba1 Ađba2 Ađba3 ... Ađbab Để giải bài toán này, NCS sử dụng ngôn ngữ lập trình .Net thực hiện tƣơng tự nhƣ trong trƣờng hợp 1 cho ma trận Xab. Kết quả tính toán của chƣơng tr nh sẽ là giá trị tiệm cận với 1 nhất của ma trận Xij tƣơng ứng với đồng bộ máy xúc - ôtô đƣợc chọn. Trong trƣờng hợp n y, chƣơng tr nh cũng giải quyết một ma trận tƣơng tự trƣờng hợp 1 nhƣng với số lƣợng phần tử ít hơn v số vòng lặp nhỏ hơn so với trƣờng hợp 1. 3. Lựa chọn ôtô mới phù hợp với máy xúc đã có của mỏ (Hình 3.6) Trong trƣờng hợp này, một danh sách kiểm tra (checklist) các máy xúc của chƣơng tr nh sẽ đƣợc thể hiện cho phép ngƣời sử dụng chọn những loại máy xúc có sẵn của mỏ, chƣơng tr nh 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 chƣơng tr nh. Kết quả của bài toán là giá trị đồng bộ lớn nhất của ma trận Xam. Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1m Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2 m X am  ... ... Ađba1 Ađba2 Ađba3 ... Ađbam Trƣờng hợp này, bài toán có dạng tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp 2, tuy nhiên số ôtô đƣợc chọn mới hoàn toàn trong database của chƣơng tr nh, do vậy chƣơng tr nh phải xử lý một khối lƣợng công việc tính toán nhiều hơn trƣờng hợp 2 với số vòng lặp lớn hơn. 4. Lựa chọn máy xúc mới phù hợp với ôtô đã có của mỏ (Hình 3.7) Trƣờng hợp n y ngƣợc lại so với trƣờng hợp 3. Chƣơng tr nh cũng sẽ giải quyết một bài toán tƣơng tự với checklist ôtô đƣợc hiện ra v ngƣời sử dụng sẽ chọn những ôtô sẵn có của mỏ, chƣơng tr nh 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 chƣơng tr nh, b l số loại ôtô đƣợc chọn trong checklist. B i toán đƣợc giải tƣơng tự trƣờng hợp 3 bằng ngôn ngữ lập trình .Net. Ađb11 Ađb12 Ađb13 ... Ađb1b Ađb21 Ađb22 Ađb23 ... Ađb2b X nb  ... ... Ađbn1 Ađbn2 Ađbn3 ... Ađbnb 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 ƣu của ma trận bằng ngôn ngữ lập trình .Net, NCS đã xây dựng chƣơng tr nh phần mềm tính toán
18 đồng bộ máy xúc - ôtô cho các mỏ lộ thiên một cách tối ƣu nhất về mặt k 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 đƣa ra. Phần mềm này có tên là Opimization of Shovel and Truck (OST). Hình 3.4. Đồ thị xác định năng suất đồng bộ máy xúc - ôtô cho mỏ 3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG Với các kết quả đã nghiên cứu v tính toán trong chƣơng 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 hƣởng rất nhiều bởi các yếu tố nhƣ: sự thay đ i cung độ vận tải do bƣớc dịch chuyển của gƣơng 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 lƣợng của tuyến đƣờng vận tải,…; - Trình tự lựa chọn đồng bộ thiết bị có thể là lựa chọn máy xúc trƣớc, có thể là lựa chọn ôtô trƣớc. Tuy nhiên để tối ƣu hóa sự đồng bộ của máy xúc và ôtô trong trƣờng hợp có nhiều máy xúc, ôtô cần thiết phải lựa chọn đồng thời cả hai thiết bị v tính toán năng suất đồng bộ cũng nhƣ số lƣợng thiết bị cần thiết phục vụ cho mỏ. Quá tr nh tính toán đƣợc lặp vô hạn với tất cả các thiết bị theo các trƣờng hợp 1, 2, 3, 4 m NCS đã tr nh b y 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 ƣu nhất cho mỏ. - Chƣơng tr nh 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 đƣợc cho các mỏ lô thiện khai thác quặng, đá VLXD,… của Việt Nam. Kết quả tính toán bằng chƣơng tr nh đƣợc hiển thị một cách tƣờng minh, rõ ràng, kèm theo các modul xuất ra bảng dữ liệu excel v đồ thị để l m cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác khảo sát, đầu tƣ. CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO MỘT SỐ MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH BẰNG CHƢƠNG 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 vùng Quảng Ninh có các thông số làm việc nhƣ sau: