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

Chương 11
VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT TRÊN MỎ LỘ THIÊN
11.1. Khái niệm chung
Nhiệm vụ chủ yếu của công tác vận tải trên mỏ lơ thiên là chuyển đất đá bóc vào bãi thải
và khống sản có ích về trạm tiếp nhận (kho chứa, bến bãi hoặc nhà máy tuyển khống).
Ngồi hai loại hàng cơ bản nói trên cịn có các mặt hàng phụ khác như thuốc nổ và vật liệu
nổ, thiết bị máy móc và phụ tùng thay thế, nguyên nhiên vật liệu cho các khâu cơng tác chính
và phụ trên mỏ,…
Thơng thường ở mỏ lộ thiên có 2 khâu vận tải chính là vận tải trong mỏ và vận tải ngoài
mỏ. Vận tải trong mỏ đảm nhiệm việc chuyên chở khối lượng mỏ từ các gương công các đến
các trạm tiếp nhận và chuyển chở các hàng phụ vào mỏ. Vận tải ngồi mỏ đảm nhiệm chun
chở khống sản có ích từ kho chứa hoặc từ nhà máy sàng tuyển đến nơi tiêu thụ.
Nếu là cơng ty liên hợp thì thêm khâu vận tải ở phân xưởng - đảm nhiệm khâu chun
chở khống sản có ích tới các phân xưởng đập, phân loại hay xưởng tuyển khoáng tuỳ theo sơ
đồ gia công chế biến quặng.
Đặc điếm của công các vận chuyển trên mỏ lộ thiên là:
- Khối lượng vận tải lớn, hàng chủ yếu vận chuyển theo một chiều, mật độ phương tiện
lớn (hàng chục, có khi hàng trăm triệu tấn khối lượng mỏ hàng năm).
- Khoảng cách vận tải tương đối ngắn và thay đổi luôn (từ một vài km đến 1520 km).
- Lượng vận tải hàng hố tính theo đầu phương tiện lớn. Cường độ chịu tải của đường
lớn. Khả năng quay vòng của phương tiện nhanh.
- Hàng có khối lượng riêng lớn (1  5 t/m3 ), có độ cứng và độ mài mịn cao, độ cục của
hàng khơng đồng nhất, có tải trọng động lúc chất và dỡ lớn.
- Có liên quan chặt chẽ tới các khâu khác trong dây truyền công nghệ trên mỏ lộ thiên.
- Giờ ngừng công nghệ chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ vận tải (bốc hàng, dỡ hàng, tránh
nhau, kiểm tra dự phịng,…).
- Địa điểm chất dỡ hàng khơng ổn định, đẫn đến phải làm lại thường xuyên đường vận
tải trên tầng và trên bãi thải.
- Độ chênh cao vận tải (chiều cao nâng tải) lớn. Khi khai thác chọn lọc và trung hồ
quặng thì việc tổ chức vận tải trở nên phức tạp.
- Việc bố trí hệ thống đường trong mỏ có liên quan chặt chẽ tới các yếu tố thành tạo vỉa

quặng và mặt bằng chật hẹp của mỏ.
- Chi phí vận tải chiếm tỷ lệ lớn trong kết cấu giá thành của sản phẩm mỏ (thường chiếm
trên 40 %, có khi tới 65  75 %).
Những dặc điểm trên đã đặt ra những yêu cầu cơ bản đối với khâu vận tải mỏ lộ thiên là:
- Khoảng cách vận tải, đặc biệt đối với đất đá, phải là ngắn nhất nếu có thể.
- Tạo mọi điều kiện để hệ thống đường trong mỏ là cố định, ít phải làm lại trong quá
trình khai thác.
- Trong một mỏ lộ thiên, số lượng hình thức vận tải và chủng loại thiết bị sử dụng nên là
ít nhất để thuận lợi cho việc thay thế, tổ chức làm việc và sửa chữa.
- Dung tích và độ bền của phương tiện vận tải phải phù hợp với công suất của thiết bị
xúc bóc và dỡ hàng cũng như tính chất cơ lý của đất đá vận chuyển mà đặc trưng là mức độ
khó vận chuyển của chúng.
- Thiết bị vận tải phải có độ tin cậy lớn trong làm việc phải tạo điều kiện để thiết bị
chính (máy xúc) có giờ chết là ít nhất.
- Thiết bị vận tải lựa chọn phải an tồn trong cơng tác, phải tạo điều kiện để giá thành
khai thác lộ thiên là nhỏ nhất. Cũng có thể có trường hợp khi tăng giá thành vận tải thì lại tiết
kiệm chi phí ở một số khâu khác, thay đổi khối lượng công tác khai thác và xúc bóc và thay
đổi sự phân bố theo thời gian, kết quả dẫn đến giảm giá thành chung của mỏ.
Theo nguyên tắc tác dụng, người ta phân các hình thức vận tải trên mỏ lộ thiên thành:
liên tục và gián đoạn. Theo phương pháp chuyên chở hàng, kiểu di chuyển của phương tiện

123


và kết cấu của đường, vận tải mỏ được phân thành: đường sắt, ô tô, băng tải, sức nước, trọng
lực,… Hai hình thức đầu là vận tải gián đoạn và ba hình thức sau là vận tải liên tục.

Hình 11.1. Vận tải bằng ô tô điện trên mỏ lộ thiên
Đối với các thiết bị vận tải bằng bánh xe, theo loại đầu kéo người ta phân thành
đường sắt và ô tô. Đầu máy kéo trong vận tải đường sắt bao gồm đầu tầu điện, đầu tầu nhiệt,

đầu tầu điêzen - điện. Đối với ơ tơ có các loại ơ tơ chạy điêzen, điêzen - điện, và ô tô điện
(trolleybus).
Theo đặc trưng công tác chúng được phân thành loại cố định và loại di động. Loại thiết
bị di động là tàu hoả, ô tô,…; loại cố định - trục tải, cáp treo, băng tải,…
Tải lượng là khối lượng hàng hố (tính bằng tấn hoặc mét khối) vận chuyển được trong
một đơn vị thời gian (giờ, ca, ngày-đêm,…).
Luồng hàng là dòng vật liệu chuyên chở có chất lượng nhất định chuyển vận theo một
hướng nào đó trong thời gian tương đối ổn định. Vận chuyển một số lần không thường xuyên
theo một hướng nào đó thì khơng gọi là luồng hàng.
11.2.Tính chất cơ lý của hàng hố mỏ
Những tính chất cơ lý chủ yếu của hàng hoá mỏ – cụ thể là của đất đá và quặng, có ảnh
hưởng tới cơng tác vận tải là độ cục, khối lượng riêng, độ mài mịn, góc trượt tự nhiên, mức
độ bám dính, độ ẩm,…
Độ cục - hay là thành phần cỡ hạt của hàng hoá là sự phân chia từng cỡ hạt theo độ lớn
của chúng. Theo cỡ hạt đồng nhất, hàng mỏ được chia thành cỡ hạt và cấp. Mức độ kích
thước đồng nhất của cỡ hạt được đặc trưng bằng hệ số:
d
Ko = max
(11-1)
d min
Trong đó: dmax- kích thức của hạt lớn nhất: dmim - kích thước của hạt nhỏ nhất. Khi
Ko>2,5 thì hàng hố mỏ được phân chia theo cấp kích thước. Hàng hoá trong một cấp bao
gồm các cục đá và các hạt có giá trị khác nhau, nếu số lượng các cục đá lớn nhất  10 % thì
độ cục của nó đặc trưng bằng các cục có kích thước amax, nếu < 10 % thì độ cục của nó đặc
trưng bằng các cục đá gần với kích thước lớn nhất, các cục đá này có số lượng khơng nhỏ
hơn 10 % so với tồn khối. Hàng hố trong một loại được đặc trưng bằng kích thức trung bình
của cục đá:
d  d min
dtb = max
, mm

(11-2)
2
Theo độ lớn của cục đá, hàng hoá mỏ được phân thành các nhóm sau:
Cỡ hạt rất lớn:
> 320
Cỡ hạt lớn:
161  320
Cỡ hạt trung bình: 61  160
Cỡ hạt nhỏ:
10  60
124


Phần cỡ hạt nhỏ hơn còn lại được phân chia thành đất đá dạng hạt 0,5  9,0 mm), dạng
bột (0,05  0,49 mm) và dạng bụi (<0,05 mm).
Khối lượng riêng của đất đá mỏ trong nguyên khối d (t/m3) thường lớn hơn khi trong
đống đá tơi vụn hay trong phương tiện vận tải ,d (t/m3) và được đặc trưng bằng hệ số nở rời
Kr. Hệ số nở rời Kr của đất đá được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng riêng của chúng ở
trạng thái nguyên khối γnk và ở trạng thái nở rời γr (Kr = γnk/γr >1). Hệ số nở rời Kr đối với đất
đá mền (cát, cát pha, đất mặt, sét) có thể lấy bằng Kr =1,1  1,3; đối với đất đá cứng trung bình
(than, diệp thạch) Kr =1,4  1,6 và đối với đất đá cứng có thể tới Kr =1,6  1,8.
Hàng mỏ theo giá trị của  'd (t/m3) được phân thành các loại:
Rất nặng:
> 2,0
Nặng:
1,1  2,0
Nặng vừa:
0,6  1,1
Nhẹ:
< 0,6

Độ mài mòn của hàng mỏ được xác dịnh bởi khả năng mài mòn của cục đá khi tiếp xúc
và trượt trên bề mặt của phương tiện vận tải như bề mặt máng rót, băng tải... Theo mức độ
mài mịn, hàng mỏ được chia thành 4 loại: khơng mài mịn, mài mịn ít, mài mịn vừa và mài
mịn mạnh. Khi vận tải vật liệu có độ mài mịn lớn phải sử dụng các biện pháp chống mài
mòn cho các chi tiết máy như dùng vật liệu đệm hay phủ lên bề mặt, làm kín ổ bi, bản lề,...
khơng cho các hạt mài mịn rơi vào bề mặt ma sát.
Góc trượt tự nhiên  của đất đá tơi vụn ở trạng thái đứng yên là góc nghiêng của sườn
đống đá tơi vụn khi nó đứng yên, được đặc trưng bởi mức độ di động tương đối giữa các cục
đá trong đống. Tính di động của chúng càng lớn thì góc trượt càng nhỏ, giới hạn cuối cùng
của chúng là bằng 0, tương ứng tính di động lớn nhất của chất lỏng khơng có độ nhớt (thí dụ:
nước). Góc trượt tự nhiên  khi vật liệu nằm trên tấm phẳng nằm ngang đứng yên (tĩnh) có
giá trị lớn hơn so với khi nằm trên tấm phẳng nằm ngang dao động đ, đ ≈ (0,35÷0,7)β. Góc
trượt tự nhiên của vật liệu ở trạng thái động đ là cơ sở để xác định tiết diện của dịng vật liệu
vận chuyển trên băng tải.
Tính bám dính là khả năng bám dính vào vật thể rắn của một số vật liệu rời như đất sét,
đá phấn khi ẩm,... Khi vận chuyển các loại vật liệu này cần có các biện pháp chống bám dính
như dùng lớp phủ chống dính, thay đổi kết cấu thùng xe, thay đổi góc nghiêng dỡ tải,..
11.3. Đánh giá cơng nghệ các phương tiện vận tải
Vận tải đường sắt là hình thức vận tải kinh tế đối với các mỏ có sản lượng trung bình và
lớn, cung độ vận tải xa (trên 2  3 km ).
Ưu điển của vận tải đường có thể sử dụng các dạng năng lượng bất kỳ và các loai đầu
máy khác nhau, chi phí năng lượng nhỏ do sức cản chuyển động riêng của đoàn tàu nhỏ
(2,0  2,5 kg/t khối lượng đồn tàu); có khả năng đáp ứng mọi nhu cầu sản lượng của mỏ lộ
thiên do có thể tăng số lượng đồn tàu hoặc tăng tải trọng của đoàn tàu (tới 1500 t hoặc hơn);
có khả năng tự động hố trong điều khiển tàu chạy và trong các khâu phụ trợ khác; làm việc
chắc chắn trong mọi điều kiện khí hậu và địa chất mỏ bất kỳ; số lượng nhân viên phục vụ
không nhiều; chi phí cho sửa chữa bảo dưỡng và khấu hao khơng lớn do thiết bị có độ bền, độ
chắc chắn và thời gian phục vụ lớn (tới 20  25 năm); chi phí vận tải cho 1 t/km nhỏ (so với ô
tô và băng tải - nhỏ hơn 4  6 lần).
Bên cạnh đó, vận tải đường sắt địi hỏi khắt khe về điều kiện địa hình: chiều dài tuyến

cơng tác phải đủ lớn (không nhỏ hơn 300  500m), bán cong của đường lớn (không nhỏ hơn
100  120 m đối với cỡ đường rộng), độ dốc của đường phải nhỏ (dưới 25  30 %o), từ đó dẫn
đến làm tăng một cách đáng kể chiều dài và số lượng hào dốc, chi phí đầu tư cơ bản cho khâu
vận tải, khối lượng và thời gian xây dựng mỏ; làm cho việc tổ chức vận tải và trao đổi phương
tiện ở gương phức tạp; làm giảm năng suất có thể của thiết bị xúc bóc, nhất là khi khai thác
chọn lọc; công việc vận tải khi đất đá chứa sét, khi điều kiện thời tiết khí hậu khơng thuận lợi
hoặc khi bảo dưỡng rất nặng nhọc. Khi vận tải đường sắt, công nghệ thải đá cũng như việc cơ
giới hoá khâu thải đá khá phức tạp.

125


Vận tải ô tô được áp dụng chủ yếu cho mỏ lộ thiên có sản lượng trung bình và nhỏ với
tải lượng dưới 15 triệu t/năm và phối hợp với các hình thức vận tải khác để áp dụng cho các
mỏ lộ thiên lớn. Với các mỏ cỡ lớn có tải lượng 25  70 triệu t/năm có thể sử dụng có hiệu quả
các ơ tơ cỡ lớn (80  180 t).
Hầu hết các mỏ lộ thiên lớn của nước ta như Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Hà Tu, Núi
Béo (Quảng Ninh), Apatit Lào cai, có tải lượng 20  45 triệu t/năm, sử dụng vận tải ô tô với
tải trọng từ 27  96 t.
Ưu diểm chính của ô tô là cơ động, linh hoạt và độc lập trong cơng tác; khơng có u
cầu cao về điều kiện địa hình do khả năng vượt dốc lớn (80  100 %o), có bán kính vịng nhỏ
(15  25 m). Những ưu điểm đó dẫn đến dễ phối hợp với thiết bị xúc bóc, tạo điều kiện tốt để
tăng cao năng suất máy xúc; giảm được khối lượng làm đường, đào hào; rút ngắn thời gian
xây dựng mỏ và chi phí đầu tư cơ bản cho khâu vận tải; nâng cao mức độ tập trung công tác
mỏ, tạo điều kiện tăng nhanh tốc độ dịch chuyển tuyến công tác và cường độ ăn sâu của đáy
mỏ.
Vận tải ô tô đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng mỏ, khi khai thác khống sàng vỉa có cấu
tạo phức tạp, khi khai trường có kích thước mặt bằng chật hẹp, khi địa hình mặt đất phức tạp,
khi khai thác chọn lọc,… cũng như làm các việc phụ trợ khác trên mỏ.
Nhược điểm cơ bản của vận tải ơ tơ là chỉ có hiệu quả kinh tế khi khoảng cách vận tải

không lớn (2  3 km với ơ tơ có tải trọng  45 tấn và 4  5 km đối với ô tô có tải trọng 65  120
tấn), cường độ dịch chuyển cao trên đường (tới 10  12 ngàn chuyến/ngđ), số lượng phương
tiện thiết bị và phục vụ lớn, tiêu hao dầu mỡ chất đốt tương đối cao, khi đường xấu và dốc thì
các bộ phận cơ khí và động cơ hao mịn nhanh, giá trị vận tải ơ tô lớn, bị ảnh hưởng lớn bởi
các điều kiện thời tiết khí hậu và tình trạng đường sá, gây ơ nhiễm môi trường.
Ngày nay, người ta đã chế tạo được những ơ tơ kéo mc, ơ tơ tự lật có tải trọng
120  180 tấn và lớn hơn để làm việc các máy xúc cỡ đại (dung tích gầu 25  60 m3 và lớn
hơn) làm việc ở những mỏ lộ thiên có sản lượng lớn, cung độ vận tải xa và độ sâu khai thác
không sâu lắm.
Loại ô tô điêzen - điện và điêzen - cần vẹt (tải trọng 60  65 tấn và lớn hơn) sử dụng hợp
lý cho các mỏ lộ thiên có tải lượng hàng hố 10  20 triệu t/năm hoặc lớn hơn với cung độ vận
tải 4  6 km. Ưu điểm chủ yếu của ô tô điện - cần vẹt là khả năng vượt dốc lớn (có thể tới
100  120 %o).
Vận tải băng tải chủ yếu áp dụng để chuyên chở than, đất đá mềm, cát sỏi, sét chịu lửa
và đất đá cứng được đập vỡ tốt trên các mỏ lộ thiên.
Ưu điểm chủ yếu của băng tải là quá trình vận tải nhịp nhàng và liên tục: có điều kiện để
nâng cao được năng suất thiết bị xúc bóc (so với khi vận tải đường sắt - cao hơn 25  30 %) và
năng suất thiết bị thải đá; tổ chức vận hành đơn giản; giảm được đáng kể khối lượng công tác
vận tải và khối lượng xây dựng cơ bản cũng như chiều dài toàn bộ của hệ thống đường sá do
băng tải có khả năng vựơt dốc lớn (18  20o, nếu sử dụng các loại băng đặc biệt thì có thể tới
30  60o); tạo điều kiện để tăng tốc độ của tuyến công tác và đào sâu đáy mỏ; cải thiện điều
kiện làm việc và an toàn lao động; tiêu hao điện năng điều hồ và khơng lớn; có điều kiện để
tự động hố và điểu khiển từ xa quá trình vận tải; năng suất làm việc cao; lắp đặt, di chuyển
và sửa chữa băng đơn giản.
Băng tải sử dụng có hiệu quả cao khi tải lượng hàng từ 20  30 triệu t/năm hoặc hơn trên
các mỏ lộ thiên có chiều dày lớp đất bóc lớn; đất đá mềm, nếu đất đá cứng phải làm tơi tốt
(khi cần, phải qua khâu nghiền đập), chiều sâu mỏ trên 150 m, khoảng cách vận tải 2,5  3 km.
Lĩnh vực sử dụng băng tải bị hạn chế bởi những nhược điểm sau: khi vận tải đất đá có
độ dính kết và ẩm (như sét, phấn thạch,…) thì dính băng, do vậy làm tăng giờ chết (để cậy gỡ)
và giảm tốc độ chuyển động của băng; khi vận tải đất đá cứng, sắc cạnh thì băng chóng mịn

(chỉ được 12  18 tháng); kích thước của cục đá khơng được vượt quá 25  35 % chiều rộng
của băng (đối với băng hẹp, d  150  200 mm và đối với băng cỡ rộng d  300  400 mm); do
chiều dài băng hạn chế nên cần nhiều băng, do vậy phải có nhiều bộ dẫn động và khi vật liệu
rót từ băng này sang băng khác làm tăng độ mài mòn của băng.

126


Điều kiện thời tiết khí hậu có ảnh hưởng lớn tới chế độ làm việc của băng. Khi khai thác
chọn lọc thì việc tổ chức vận tải bằng băng tải ở gương cũng gặp khó khăn. Việc chất thải vào
băng yêu cầu phải liên tục không gây các va đập mạnh.
Các loại băng dùng trên mỏ lộ thiên có thể đặt cố định hay di động, tự di chuyển được;
có thể là loại băng truyền tải, băng cấp liệu, bộ liên hợp thải đá trang bị băng tải, hoặc là cơ
cấu băng tải nằm trong các thiết bị xúc bóc, chất hàng,…
Vận tải liên hợp là hình thức vận tải kết hợp nhiều phương tiện, phù hợp với điều kiện
cụ thể về tự nhiên và kỹ thuật của một khu mỏ cụ thể. Vận tải liên hợp là ô tô - đường sắt (kết
hợp thêm băng tải hoặc trục tải skip), ô tô - trọng lực - đường sắt, băng tải - sức nước, ô tô tời dây trên không,….Với các mỏ lộ thiên sâu thì thường dùng ơtơ vận tải trên tầng, sau đó
dùng băng tải hoặc trục tải skip để chuyển khối lượng mỏ từ các tầng dưới thấp lên mặt đất.
Từ mặt đất ra bãi thải có đường sắt, ô tô hay băng tải tuỳ theo địa hình cụ thể và cung độ vận
tải.
Vận tải liên hợp ô tô - đường sắt có sử dụng hiệu quả trên các mỏ lộ thiên có sản lượng
lớn. Ở các tầng dưới thấp (từ độ sâu 120  150 m) thì dùng vận tải ơ tơ, sau đó chuyển tải cho
đường sắt để kéo ra khỏi mỏ. Ở các tầng phía trên thì có thể dùng vận tải đường sắt vào trực
tiếp tới gương xúc. Khoảng cách vận tải ô tô không nên vượt quá 0,7  0,9 km.
Phối hợp vận tải ô tô và trục tải skip được sử dụng cho những mỏ lộ thiên sâu trên 150
m khi kích thước mặt bằng hạn chế, vỉa cắm dốc, đất đá ở bờ mỏ ổn định. Khoảng cách vận
tải ô tơ khi đó khơng nên lớn hơn 0,5  0,8 km.
11.4. Tính tốn thiết bị vận tải
Năng suất của thiết bị vận tải là số lượng hàng hoá mà thiết bị vận chuyển được trong
một đơn vị thời gian. Trên các mỏ lộ thiên, khối lượng quặng vận chuyển thường được tính

bằng t/h và đất đá vận chuyển được tính bằng m3/h.
Cần phân biệt năng suất lý thuyết (hay năng suất hộ chiếu), năng suất kỹ thuật và năng
suất thực tế (hay năng suất hiệu quả).
- Năng suất lý thuyết là năng suất mà thiết bị đạt được trong điều kiện xúc đầy và hoạt
động liên tục.
- Năng suất kỹ thuật là năng suất đạt được mà trong đó đã kể thời gian ngừng trong quá
trình làm việc do những ngun nhân kỹ thuật khơng tránh khỏi, thí dụ như dịch chuyển
đường, di chuyển bunke, dịch chuyển máy xúc vào vị trí mới ở gương…
- Năng suất thực tế là năng suất ngồi thời gian ngừng khơng tránh khỏi kể trên, cịn tính
đến thời gian ngừng do những ngun nhân cơng nghệ, tổ chức,... thí dụ thời gian giao nhận
ca, kiểm tra, bơm dầu mỡ, thời gian ngừng do chờ máy xúc, tránh mìn, do lái xe chuẩn bị
chưa tốt,… tất nhiên là năng suất kỹ thuật nhỏ hơn năng suất lý thuyết và năng suất thực tế
nhỏ hơn năng suất kỹ thuật.
Thời gian làm việc trong năm của thiết bị vận tải:
N=365 - (nk + nl + ns) , ngày
(11-3)
Trong đó: nk - số ngày nghỉ việc trong năm do điều kiện thời tiết khí hậu: nl - số ngày
nghỉ lễ và chủ nhật trong năm: ns - số ngày nghỉ để sửa chữa theo định kỳ (tiểu tu, trung tu,
đại tu).
Thời gian làm việc thuần tuý của thiết bị vận tải trong ca:
T = T - (tm + th + td ) , h
(11-4)
Trong đó: T - thời gian ca làm việc; tm - thời gian tổn thất chung do trình tự tổ chức và
cơng nghệ theo quy định; td - thời gian giao nhận ca (td = 0,5h); th - thời gian ngừng do sự cố
ngoài dự kiến.
Từ đó, số giờ làm việc thuần tuý trong một măn là:
Tn = N.Tl.nc , h
(11-5)
Trong đó: nc - số ca làm việc trong ngày; N - số ngày làm việc trong năm.
Năng suất giờ tính tốn của khâu vận tải đối với quặng và đất đá là:

A .k
V .k
Ah = q d , t/h và Vh = d d , m3/h
(11-6 )
Tn
Tn
127


Trong đó: Aq , Vd - sản lượng quặng và đất bóc hàng năm của mỏ, t/năm và m3/năm; kd
- hệ số khơng điều hồ của khâu vận tải.
Các thơng số để xác định năng suất làm việc của thiết bị vận tải không liên tục và liên
tục là khác nhau.
Đối với thiết bị vận tải hoạt động theo chu kỳ (khơng liên tục) thì hàng được chất vào
thùng xe (toa xe, thùng ô tô,…) và các thông số để tính năng suất của chúng là khối lượng
hàng q trong thùng xe của đoàn tầu n (khi vận tải đường sắt), thời gian chu kỳ xe chạy tc(s).
Nếu chiều dài đường đi có tải Lc và đường về khơng tải Lk là khác nhau (nhiều trường
hợp bằng nhau ) thì :
L
L
Tc = c  k  t n , s
(11-7)
ve vk
Trong đó: ve , vk - tốc độ xe chạy lúc có tải, m/s; tn - thời gian nhận tải, dỡ tải và chờ đợi
trong một chuyến, s.
11.5. Những đặc trưng công nghệ của đầu máy, toa xe
Toa xe sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là toa hở, chịu được lực va đập mạnh, có khả
năng dỡ hàng nhanh, có độ bền cơ học lớn. Trên mỏ sử dụng rộng rãi loại toa xe tự dỡ hàng
và toa tự lật bằng hệ thống thuỷ lực, thông thường là loại dỡ hàng bên sườn. Tải trọng của toa
xe từ 12180 tấn.

Để chuyên chở quặng với khoảng cách vận tải 2025 km thì sử dụng loại toa xe tải
trọng 63, 94 và 123 tấn. Nếu khoảng cách vận tải nhỏ hơn và khi vận tải than thì sử dụng toa
xe tự hành chuyên dụng, tải trọng 90140 tấn, dung tích 90142 m 3 là có hiệu quả kinh tế
hơn.
Các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên thường là là đầu tầu điện và đầu tầu nhiệt. Các
thông số chủ yếu của đầu tầu là công suất Nd, lực kéo F, trọng lượng tính tốn Pt và trọng
lượng dính Pd , áp lực trục Po và bán kính quay có thể Re .
F
Nd = v  , cv
(11-8)
270
F
Hoặc Nd = v  , kw
(11-9)
360
Trong đó:  - hiệu suất truyền động từ động cơ đến bánh xe chủ động.
Trọng lượng bám dính Pd của đầu máy là phần trọng lượng đặt lên các trục chuyển động
của nó. Lực kéo của đầu máy là ngoại lực cần thiết tiêu hao để khắc phục lực cản chuyển
động. Khi tốc độ càng tăng thì lực kéo càng giảm. Khi vận tốc chuyển động không lớn thì lực
kéo thường bị giới hạn bởi trọng lượng của đầu máy:
Ft > Fd = 1000.  .Pd , kg
(11-10)
Trong đó: Ft, Fd - lực kéo tiếp tuyến và lực bám dính của đầu máy;  - hệ số bám dính
của vành bánh xe dẫn động với đường ray. Khi tầu chuyển động thì:  =0,180,26, cịn khi
bánh xe trượt tại chỗ thì  =0,240,34 (giới hạn dưới dùng cho đầu máy hơi nước, giới hạn
trên cho đầu tàu điện).
Thông số cơ bản của toa xe là tải trọng, dung tích thùng xe, hệ số bì, số trục, áp lực lên
trục, tải trọng lên 1 m đường, bán kính cong cho phép và các kích thước tổng quát của nó.
Ngày nay người ta đã chế tạo được những đầu tầu điện, sử dụng dịng một chiều, có
trọng dính tới 100150 tấn. Ưu điểm của đầu tầu điện là khả năng vượt dốc lớn (tới 40%o),

bán kính cong tương đối nhỏ (6080 m), ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu, làm
việc chắc chắn, vận hành và sửa chữa đơn giản. Nhược điểm chính của các đầu tầu điện là
phải xây dựng các trạm điện kéo trên mỏ lộ thiên, chi phí đầu tư cơ bản ban đầu lớn, phải
thường xuyên di chuyển mạng dây trần tiếp xúc theo tiến độ của gương công tác và bãi thải.
Đầu tầu nhiệt (trên cơ sở truyền động điện) có hiệu suất truyền động cao (tới 28 %), cơ
động trong việc cấp nhiên liệu, tiêu hao năng lượng không lớn lắm, khơng cần phải có mạng
128


điện trần tiếp xúc và các cơng trình đi kèm. Nhược điểm cơ bản của đầu tầu nhiệt là khả năng
vượt dốc nhỏ (dưới 30 %), động cơ và các thiết bị phụ tùng chóng hỏng và sửa chữa phức tạp.
Các đầu tầu nhiệt có trọng lượng đến 150180 tấn, đối với loại đầu tầu nhiệt có trọng
lượng dính dưới 70 tấn thì chỉ được sử dụng ở những mỏ có tải lượng khơng q 5 triệu
t/năm.
11.6. Kết cấu của đường sắt
Đường sắt bao gồm 2 bộ phận: bộ phận phía dưới và bộ phận phía trên. Bộ phận phía
dưới là phần nền đường và các cơng trình xây dựng của nền đường. Bộ phận phía trên là
đường ray, tà vẹt và nền đá dăm.
Nền đường cùng với hệ thống thoát nước là bộ phận rất quan trọng của đường sắt. Phần
nền đường để rải đá răm gọi là mặt bằng cơ bản.
Chiều rộng của mặt bằng cơ bản phụ thuộc vào chiều rộng đường, số lượng đường và
tính chất cơ lý của đất đá (Bảng 14.3).
Nền đường có thể hoàn toàn trên nền đắp, trên nền đào, trên nền đất gốc (không đào,
không đắp) hoặc là trên nền nửa đào nửa đắp. Nền đường phải đảm bảo độ ổn định khơ ráo,
dễ thốt nước.
Khi là nền đắp, nếu chiều cao dưới 10 m thì độ dốc của sườn nền là 1:1,5; nếu trên 10 m
từ 1:1,75 đến 1: 2. Hai bên sườn dốc phải để lại đai dự trữ có chiều rộng  2 m, dốc ra phía
ngồi 24 %. Tiếp đến là hai rãnh thốt nước, có chiều rộng tới 1 m.
Khi là nền đào thì hai bên nền đường phải có rãnh thốt nước, chiều rộng đáy 0,4 m, sâu
0,5 m. Ở phía trên hai bên bờ phải để lại các lề bảo vệ, phía ngồi các lề bảo vệ là các đê chắn

nước đổ xuống nền đường.
Khi nền là nửa đào nửa đắp thì sườn dốc phía đào phụ thuộc tính chất cơ lý của đất đá.
Hào thốt nước được bố trí phía trong đường sắt dưới chân sườn dốc.
Bảng 11.1 . Các thông số của nền đường sắt
Chiều rộng mặt tầng cơ bản
Cỡ đường sắt, mm
1524
750
Trên nền đắp
- Khi một đường
4,6  5,5
2,8  3,4
- Khi hai đường
8,7  9,6
5,8  6,4
Trên nền đào, m (kể cả rãnh thoát nước)
- Khi một đường
7,6  8,0
6,1  6,7
- Khi hai đường
11,7  12,1
9,1  9,7
Ray dùng để định hướng chuyển động cho các bánh xe, tiếp nhận và truyền áp lực xuống
các phần tử nằm phía dưới (tà vẹt, nền đá dăm). Trong quá trình chuyển động, các bánh xe tác
động lên ray lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến. Các lực này gây ra hiện tượng uốn cong ray
trong mặt phẳng thẳng đứng và trong mặt phẳng nằm ngang, cũng như gây ra trên đó hiện
tượng xoắn, nén ép, mài mịn. Vì vậy để chống lại các hiện tượng trên tiết diện của ray có
hình dạng chữ I là tiết diện có các mơmen chống uốn, chống xoắn lớn. Bảng 11.2 giới thiệu
các thông số kỹ thuật của một số loại ray.
Bảng 11.2. Thông số kỹ thuật của một số ray

Loại
ray
P75
P65
P50
P43

Cỡ
đường
(mm)
1524
1524
1524
1524

Trọng
lượng
(kg/m)
75.1
64.98
51.51
44.65

Cao
192
180
152
140

129

Kích thước ray
Rộng
Rộng
của đỉnh của chân
75
160
75
150
70
132
70
114

Dày của
thân
20.0
18.0
15.5
14.5


P38
P24
P18

1524
750
750

38.42
24.04
18.06

135
107
90

68
51
40

114
92
80

13.0
10.5
10.0

Chiều dài tiêu chuẩn của các loại ray đường cỡ rộng là 12,5 và 25 m, đối với đường cỡ
hẹp là 7 và 8 m.
Các chi tiết gá lắp ray dùng để cố định ray với tà vẹt và nối các ray với nhau, bao gồm
tấm đệm và tấm lót dưới tay, bu lông, đinh vấu, nêm, tấm nối ray,…
Số lượng tà vẹt dải trên 1 km đường phụ thuộc vào tải trọng đặt lên trục của đoàn tàu, tải
lượng của luồng hàng, vận tốc chuyển động của đoàn tàu, loại đường ray và loại đá rải mặt
đường, chất lượng của nền đường, bán kính cong và độ dốc của nền đường, thông thường số
lượng tà vẹt rải trên 1 km đường là:
Cỡ đường 1524 mm:
1440 1600 1540 1920 2000

Cỡ đường 750 mm :
1500 1625 1750 1856
Khi tăng số lượng tà vẹt rải trên 1km đường sẽ làm tăng được độ bền và độ ổn định của
đường do giảm áp lực riêng đặt lên lớp đá dăm rải đường và đặt lên nền đường. Tuy nhiên
khoảng cách giữa 2 tà vẹt không được nhỏ hơn 25 cm để không làm ảnh hưởng đến việc gia
cố đá dăm ở nền đường. Tà vẹt phải rải đều, riêng ở đầu và cuối thanh ray thì rải dày hơn.
Chiều dài của tà vẹt là 12,75 m đối với cỡ đường 1524 mm và 1,5 m đối với cỡ đường
750 mm.
Nền đá dăm của đường sắt có tác dụng phân bố đều áp lực lên nền đường, giảm nhẹ va
đập của đoàn tàu xuống nền đường, dễ thoát nước, giữ cho nền khỏi bị xói mịn và làm tăng
sức kháng cắt của các bộ gá ray.
Tiêu phí đá dăm cho 1 km nền đường là 15002000 m 3 đối với đường cố định và
6001000 m 3 đối với đường tạm thời.
Vật liệu để làm đá dăm rải đường có thể là đá vơi, đá granít, đá sa thạch silic với cỡ hạt
2070 mm, cuội sỏi cát hạt lớn. Đối với đường di động ở mỏ có thể dùng ngay đất đá thải
hoặc than có tính chất cơ lý tương đương để làm vật liệu rải nền đường.
Chiều dày của lớp đá dăm phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá nền đường và tải
trọng lên trục của đoàn tàu. Đối với cỡ đường 1524 mm thì chiều dày đó là 2540 cm và cỡ
đường 750 mm là 1525 cm (số liệu dùng cho đường tạm thời). Với các tuyến đường cố định
thì chiều dày lớp đá dăm rải nền là 60 cm.
11.7. Toa xe
Theo tính chất sử dụng người ta phân biệt các loại toa xe thông dụng và toa xe dùng cho
vận tải công nghiệp. Thông thường các toa xe dùng cho vận tải cơng nghiệp có cấu tạo và
kích thước đặc biệt, phù hợp với mục đích sử dụng và chỉ dùng trong hệ thống vận tải công
nghiệp.
Theo kết cấu thùng xe người ta chia thành toa xe kín, toa xe hở, toa sàn, toa chuyên
dụng,…
Theo số trục bao gồm các loại toa hai trục, bốn trục, sáu trục và tám trục.
Các toa xe cịn đườc phân theo kích thước đoàn tàu, chiều rộng của 2 bánh xe và cấu
trúc toa xe. Ở các mỏ lộ thiên thường sử dụng toa xe hở tức là toa xe trần vì nó thuận lợi cho

việc chất dỡ hàng.
Sự khác nhau cơ bản về cấu tạo của toa xe là phương thức dỡ hàng. Hàng hoá trong toa
xe được dỡ xuống nhờ vào trọng lượng bản thân của chúng. Muốn vậy thì toa xe phải có cơ
cấu quay hoặc lật nghiêng, có đáy nghiêng để hàng hố trong toa xe có thể trượt xuống khi
tháo lắp mở chắn. Các toa xe trần dùng trong mỏ lộ thiên bao gồm 2 loại: tự dỡ hàng và dỡ
hàng cưỡng bức. Toa xe tự dỡ hàng có trang bị cơ cấu lật hoặc quay, hoạt động bằng khí nén
hoặc thủy lực. Toa xe dỡ hàng cưỡng bức được trang bị thiết bị nâng hoặc quay lật đặt cố định
ở các điểm nhận hàng.

130


Các toa xe hở dùng trong mỏ lộ thiên để chun chở dất đá và quặng, có thành đứng,
đáy hình mái nhà nghiêng về 2 bên, khi mở thành chắn 2 bên hơng hàng hố tự trượt ra ngồi
theo trọng lượng bản thân. Loại thường dùng ở mỏ có tải trọng 63, 69 và 125 tấn với dung
tích tương ứng 72,5, 106 và 137,5 m 3 và hệ số bì là 0,34, 0,33 và 0,35. Chúng có chiều dài
lớn nhất là 13,9, 16,4 và 20,2 m với chiều rộng tương ứng là 3,1 m.
Các toa xe tự dỡ hàng có 2 hoặc 4 trục, tải trọng 2550 tấn, dùng để vận chuyển than,
quặng hoặc đá dăm, có thành chắn hai đầu nghiêng để hàng hoá tự trượt xuống dưới khi mở
thành chắn
Toa xe sàn trên mỏ lộ thiên được dùng để chuyên chở vật tư kỹ thuật, máy khoan, máy
ủi,… Khi chuyên chở máy xúc và các thiết bị nặng khác thì phải dùng loại toa xe sàn nhiều
trục chuyên dụng, tải trọng tới 300 tấn hoặc lớn hơn.
Các thông số chủ yếu của toa xe là:
- Tải trọng q: khối lượng hàng hố lớn nhất mà toa xe có thể chuyên chở được.
- Trọng lượng bì qb: trọng lượng bản thân của toa xe. Nếu giảm được trọng lượng bì mà
vẫn giữ được độ bền của toa xe thì sẽ tăng được trọng lượng có ích của nó và tiết kiệm được
năng lượng dùng để chuyển động đầu máy.
- Hệ số bì Kb: là tỷ số giữa trọng lượng bì và tải trọng của toa xe, đặc trưng cho mức độ
q

hoàn thiện của kỹ thuật chế tạo toa xe: Kb = b .
q
Tuy nhiên hệ số bì Kb chưa phản ánh được đầy đủ chất lượng sử dụng của toa xe, vì vậy
người ta cịn đưa ra khái niệm hệ số bì thực tế (hệ số bì vận tải) để kể đến sự sử dụng thực tế
tải trọng của toa xe:
q
Kbt = b
(11-11)
V. d
Trong đó: V - khối lượng hàng hoá chứa trong toa xe, m3; d - trọng lượng riêng của
hàng hoá chuyên chở, t/m3.
Trong thực tế sản xuất ở mỏ, toa xe chỉ được sử dụng ở chiều có tải, do vậy trọng lượng
trung bình của toa xe trong một chuyến là:
q c = (Kb +  )q , tấn
(11-12)
Lc
Trong đó:  =
; Lc và Lk là khoảng cách vận tải của lượt đi có tải và lượt về
Lc  L K
khơng tải.
Cho nên người ta cịn sử dụng hệ số bì sản xuất Kbs để kể đến đặc điểm nói trên:
Kbs = Kb + 
(11-13)
- Dung tích hình học của toa xe Vh được xác định theo kích thước hìmh học của thùng
xe và có thể tính theo biểu thức:
q
Vh =
, m3
(11-14)
K v . d

Trong đó: Kv - hệ số sử dụng dung tích của toa xe, có thể đạt từ 0,90 0,95 đến 1,11,2,
tuỳ theo mức độ chất vơi hay đầy của hàng hoá trong thùng xe.
- Số lượng trục n của xe xác định theo tải trọng cho phép p đặt nên mỗi trục:
q  qb
n=
(11-15)
p
Kích thước toa xe cần quan tâm khi lựa chọn và tính tốn thiết bị là chiều rộng lớn
nhất, chiều cao lớn tính từ đỉnh ray và chiều dài lớn nhất kể cả các cơ cấu nối toa của xe.
11.8. Đầu máy
Trên các mỏ lộ thiên có thể dùng các loại đầu máy: hơi nước, điện và nhiệt. Do tính
chất của cơmg tác vận tải mỏ mà các đầu máy sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu: khả năng

131


vượt dốc cao, khắc phục được bán kính cong nhỏ, ít phụ thuộc vào nguồn năng lượng, làm
việc ổn định trong mọi điều kiện thời tiết khí hậu và hiệu quả kinh tế cao. Bởi vậy, đầu máy
điện và đầu máy nhiệt là được dùng nhiều hơn cả.
a. Đầu máy điện
So với các loại đầu máy khác, đầu máy điện có những ưu điểm nổi bật là:
1. Khả năng vượt dốc lớn, có thể đạt tới 4045 ‰
2. Cơng suất riêng của đầu máy lớn.
3. Tính kinh tế tương đối cao.
4. Có khả năng tăng trọng lượng dính của đồn tàu bằng cách nối ghép hai hoặc nhiều
đầu máy với nhau mà chỉ cần điều khiển chuyển động của đoàn tàu bằng một tốp thợ bất kỳ
trong các đầu máy đó.
5. Điều kiện làm việc của thợ lái là tốt nhất.
6. Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết khí hậu.
7. Tiêu hao năng lượng trong thời gian chờ đợi, chất tải là không đáng kể.

Các thông số chủ yếu của đoàn tàu do đầu máy điện kéo là trọng lượng dính, cơng suất
động cơ và cơng suất của nguồn điện cung cấp (Bảng 11.3)
Bảng 11.3. Đặc tính kỹ thuật của một số đầu máy điện cần vẹt
Các chỉ tiêu

Một chiều

a.

c. Xoay chiều

EL-2
100
1000
1500

L-1
150
1500
1500

3E
150
1500
1500

6E D-100M D-94
180
100
94

1800
1000
940
1500 10000 1000

160
30,5

242
30,5

198
28

317
28,7

165
31

200
30

230
200
250

234
200
250

190
148
250

300
260
300

355
255
355

380
340
380

1120

1120

1100

1200

1250

1250

60

60

60

60

75

75

Chiều dài đầu máy, m

13,28

21,32

20,96

21,37

15,46

16,22

Chiều cao lớn nhất, m

4,66
CHLB
Đức

4,60
4,80
4,98
CHLB
CH Séc CH Séc LB Nga LB Nga
Đức

Trọng lượng đầu máy
Trọng lượng dính, kN
Điện áp đặt lên cần vẹt, kW
Cơng suất máy, kW
Tốc độ, km/h
Dịng của động cơ (A) khi ở:
- Chế độ ngắn hạn
- Chế độ lâu dài
Tải trọng lên trục, kN
Đường kính trục
dẫn động, mm
Bán kính cong nhỏ nhất, m

Nước sản xuất

Trong lượng dính của đầu máy được xác định theo thơng số vận tải của mỏ lộ thiên: độ
dốc đường, chiều sâu mỏ và khoảng cách vận tải.
Công suất của động cơ đầu máy được xác định theo chế độ làm việc của nó.Yếu tố ảnh
hưởng chủ yếu tới cơng suất động cơ cần chọn là chiều sâu mỏ, độ dốc đường và tốc độ
chuyển động cần thiết khi lên dốc. Đối với loại đầu máy có trọng lượng dính 1500 kN thì
cơng suất riêng của động cơ phải đạt được 1,11,4 kW/kN, đối với loại có trọng lượng dính
3600 kN thì công suất riêng là 1,41,7 kW/kN.

Theo phương thức cung cấp năng lượng điện, các đầu máy sử dụng trên mỏ lộ thiên
được chia thành đầu máy điện cần vẹt, cần vẹt - ắc quy, cần vẹt - điêzen và ắc quy.
Đầu máy điện cần vẹt là loại được sử dụng phổ biến trên mỏ lộ thiên. Năng lượng sử
dụng cho động cơ hoạt động là dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, cấp qua mạng dây trần

132


(Hình 11.2), do vậy nguồn năng lượng là khơng hạn chế, nhờ thế mà cơng st riêng (tính cho
một kN trọng lượng dính) của đầu máy điện cần vẹt là lớn nhất so với các loại đầu máy điện
khác. Điều đó cho phép đầu máy đạt được vận tốc lớn trong chuyển động và gia tốc lớn khi
khởi động. Nhược điểm của đầu máy cần vẹt là phải sử dụng mạng dây điện trần do vậy
không thuận lợi khi hoạt động trên các đoạn đường di động như trên các tầng công tác, các
tầng thải.
Đầu máy điện cần vẹt - điêzen sử dụng thuận lợi cho các mỏ lộ thiên có khoảng cách
vận tải trên các tầng cơng tác và trên bãi thải lớn. Trên các đoạn đường cố định thì đầu máy
được hoạt động nhờ năng lượng nguồn điện từ mạng điện dây trần. Còn trên các đoạn đường
tạm thời (ở tầng công tác, ở bãi thải) đầu máy hoạt động nhờ năng lượng của động cơ điêzen.
Năng lượng này chỉ đạt 25 35 % năng lượng định mức khi sử dụng nguồn điện.
a)
b)

Hình 11.2- Sơ đồ cung cấp năng lượng cho đầu máy điện
a) Điện một chiều; b) Điện xoay chiều
1. Mạng điện 3 pha; 2. Biến áp hạ thế; 3. Bộ nắn dòng
4. Thanh cấp điện; 5. Cáp trần; 6. Đường ray; 7. Dây tiếp đất
Đầu máy điện cần vẹt - ắc quy được sử dụng trên những mỏ lộ thiên có các đường vận
chuyển tạm thời tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ. Năng lượng điện cung cấp cho đầu máy
hoạt động ở các đoạn đường di động được lấy từ bộ nguồn ắc quy . Khi chạy trên đường cố
định thì đầu máy nhận năng lượng trực tiếp từ nguồn điện của mạng dây trần. Đồng thời, năng

lượng tiêu hao trên đoạn đường di động của bộ ắc qui cũng được nguồn điện này bổ sung
thông qua bộ nạp đặt trên đầu máy.
Tuy nhên việc chế tạo những bộ nguồn ắc quy có điện dung cần thiết và tuổi thọ lớn là
rất khó, do vậy làm hạn chế việc áp dụng những đầu máy điện cần vẹt - ắc quy có cơng suất
lớn trên các mỏ lộ thiên.
b. Đầu máy nhiệt
Đầu máy nhiệt là loại đầu máy có trang bị động cơ đốt trong (Bảng 11.4). Theo phương
thức truyền động mômen quay lên trục chuyển động người ta phân thành 3 nhóm: truyền động
cơ khí, truyền động cơ điện, truyền động cơ thuỷ lực. Loại đầu máy nhiệt có cơ cấu truyền
động điện được sử dụng khá phổ biến trong ngành vận tải đường sắt và trên các mỏ lộ thiên.
Động cơ đốt trong làm quay máy phát một chiều hoặc xoay chiều để tạo ra dòng điện cung
cấp cho động cơ điện và các thiết bị phụ trợ của đầu máy hoạt động.
Bảng 11.4. Đặc tính kỹ thuật của một số đầu máy nhiệt do LB Nga sản xuất
Các chỉ tiêu
Trọng lượng dính
Cơng suất động cơ, kW
Vận tốc định mức, v/ph
Loại truyền động

TRM-3

TЭM-1

TЭM-2

TЭM-3

680
550
1400

Cơ - Thuỷ
lực

1235
736
740

1224
880
750

2520
1470
850

Cơ Điện

Cơ điện

Cơ điện

133


Công suất đặt lên trục
chuyển động, KW
Công suất máy phát, KW

-

550
780

660
700

2430
1350

Trong đầu máy có cơ cấu truyền động thuỷ lực, hệ thống truyền động thuỷ lực thông
thường được nối trực tiếp vào bộ truyền cơ khí của động cơ điêzen và cho phép truyền được
công suất lớn tới 750 kw.
Đặc trưng cơ bản đánh giá tính ưu việt của đầu máy nhiệt là:
- Hiệu suất công tác của đầu máy nhiệt đạt 2426 %.
- Tính cơ động của đầu máy nhiệt cao, không phụ thuộc vào mạng cáp điện, không phải
thường xuyên bổ sung dự trữ nước hay chất đốt.
- Khả năng thay đổi chế độ công tác lớn, phù hợp với điều kiện làm việc đa dạng của mỏ
lộ thiên.
11.9. Tính tốn vận tải đường sắt
a. Xác định trọng lượng đoàn tầu
Trọng lượng của đoàn tàu trong điều kiện làm việc ở mỏ lộ thiên được xác định theo
điều kiện cân bằng chuyển động của đoàn tàu trên độ dốc khống chế với việc sử dụng toàn bộ
trọng lượng của đầu máy.
d
Khi cân bằng chuyển động thì v = 0, lực kéo F k bằng lực cản chuyển động:
dt
F k = Q(o’ + io) + Q(o” + io) , kN
(11-16)
Trong đó: P - trọng lượng tính tốn của đầu máy kN; Q - trọng lượng của các toa xe của
đồn tàu, kN. Từ đó:

'
F  P(o  i o )
Q= k
, kN
(11-17)
"
o  i o
Giá trị lực kéo F k được xác định theo biểu thức:
F k =1000.Pd. , kN
(11-18)
Trong đó: Pd - trọng lượng dính của đầu máy, KN;  - hệ số dính khi chuyển động  =
0,18 ÷ 0,26; io - độ dốc khống chế của đường.
Khi kéo bằng đầu máy điện thì trọng lượng tồn phần của đầu máy bằng trọng lượng
dính (P = Pd) thì:
'
P (1000.  o  i o )
Q= d
, kN
(11-19)
("o  i o )
Trong đó 'o , "o - là sức cản chuyển động của đầu máy toa xe, N/kN.
Khi chuyển động có dịng điện trên đường cố định:
(11-20)
'o = 1,5 +0,0014.v 2
Trong đó: q o - tải trọng từ trục toa xe đặt lên hai ray, kN; v - vận tốc của đoàn tàu, km/h.
Trong trường hợp tổng quát, trọng lượng đoàn tàu được xác định theo biểu thức:
P (1000.k  'o  k  i k  108a )
Q= d
, kN
(11-21)

("o  k  i k  108a )
Trong đó: k - hệ số dính khi khởi động  = 0,24 ÷ 0,34; k - sức cản phụ khi khởi
động; i k - độ dốc dọc của đường tại điểm đoàn tàu khởi động, %o; a = 0,0250,05, m/s2.
Số toa xe trong đoàn tàu:

134


N=

Q
Q

q  q b q (l  K b )

(11-22)

Trong đó: q - tải trọng của toa xe, kN; q b - trọng lượng bì của toa xe, kN; K b - hệ số bì.
c. Khả năng thơng qua của đường sắt:
Khả năng thông qua của đường sắt là số lượng nhiều nhất đồn tàu có thể đi qua trên
một đoạn đường xác định (nằm giữa 2 ga liên tiếp) trong một đơn vị thời gian (thường lấy là
một ngày đêm). Khả năng thông qua của đường sắt bị phụ thuộc bởi:
1. Số lượng đường sắt trên quãng đó.
2. Thời gian tàu chạy trên đoạn đường. Với trọng lượng đoàn tàu xác định và loại đầu
máy sử dụng nhất định thì thời gian tàu chạy phụ thuộc vào chiều dài của chặng đường (giữa
2 ga) và độ dốc của đường.
3. Phương thức thông tin giữa các ga hai đầu chặng đường.
Đối với đường 2 chiều, khả năng thơng qua tính theo chuyến đi về là:
60T
N

, chuyến/ngđ
(11-23)
t c  t k  2
Trong đó:  - thời gian điều chỉnh chuyển động của đoàn tàu ở 2 ga tránh; t c , t k - thời
gian của lượt đi có tải và lượt về khơng tải của đồn tàu trên đoạn đường đó.
60L c
60L c
tc 
; tk 
, ph
(11-24)
vc
vk
Trong đó: L c - chiều dài chặng đường, km; v c , v k - tốc độ đồn tàu khi có tải và khi
khơng có tải, km/h.
Đối với dường một chiều thì khả năng thông qua của đường xác định cho từng chiều:
60T
Nc 
Chiều có tải:
, lượt/ngđ
(11-25)
t c  2
60T
Nk 
Chiều khơng tải:
, lượt/ngđ
(11-26)
t k  2
Khả năng thông qua của đường sắt trên tầng là:
60T

Nt 
, chuyến/ngđ
(11-27)
t ch  t c  t k  
Trong đó: t ch - thời gian chất tải của đoàn tàu; t c , t k - thời gian tàu có tải và khơng tải
trên tầng;  - tổng thời gian chi phí cho móc nối, trao đổi, di chuyển,…tại gương công tác.
Khả năng thông qua của đường sắt trên bãi thải có sơ đồ đường cụt là:
60T
N th 
, chuyến/ngđ
(11-28)
td  tc  tk  
Trong đó: t d - thời gian dỡ tải của đoàn tàu, t d  (1,5  2)n , ph; n - số toa xe trong đoàn tàu.
Khả năng thông qua của đường sắt trong mỏ bị hạn chế bởi khả năng thông qua của từng
chặng giữa các ga. Trong tính tốn thường lấy theo khả năng thơng qua của chặng đường nào
có địa hình khó khăn nhất (độ dốc lớn, bán kính cong nhỏ, đường phức tạp,…) và có chiều dài
lớn nhất.
Năng lực vận tải của đường sắt là khối lượng hàng hố có thể chun chở qua trên tuyến
đường đó trong một đơn vị thời gian. Nếu tải lượng là đièu hồ thì năng lực vận tải của một
tuyến đường sắt xác định theo khả năng thông qua của nó trên chặng đường khó khăn nhất:
N
(11-29)
M  .n.q , t/ngđ
f
Trong đó: N - khả năng thơng qua của đường sắt; n - số toa xe trong đoàn tàu; q - tải
trọng của một toa xe; f - hệ số dự trữ trong tính tốn để kể đến sự làm việc không đều của
đường sắt, f =1,10 1,25.

135

Để tăng năng lực vận tải của đường sắt trên mỏ có thể áp dụng các biện pháp sau:
1. Tăng tốc độ chuyển động các đoàn tàu bằng cách thay thế đầu kéo có cơng suất lớn
hoặc cải thiện chất lượng đường.
2. Rút ngắn khoảng cách của các chặng đường giữa các ga tránh bằng cách tăng thêm
các ga tránh phụ.
3. Hồn thiện hệ thống thơng tin tín hiệu để giảm bớt tiêu phí thời gian do làm việc
khơng điều hoà.
4. Đặt thêm đường phụ để vận tải một chiều, tuy nhiên điều này làm tăng vốn đầu tư cơ
bản lên một cách đáng kể.
d. Năng suất đoàn tàu và số lượng đâù máy cần thiết.
Năng suất của đoàn tàu là khối lượng khống sản có ích hay đất đá mà đoàn tàu chuyên
chở được ra khỏi mỏ trong một đơn vị thời gian.
60T
Qt 
.n.q , t/ngđ
(11-30)
Tc
Trong đó: T - thời gian làm việc trong ngày đêm, h; Tc - thời gian chu kì tàu chạy; n.q tải trọng đồn tàu.
(11-31)
Tc  t ch  t d  t 'c  t"c  t 'k  t 'k  t "k  t o , ph
Trong đó: t ch , t d - thời gian chất tải và dỡ tải của đoàn tàu, ph; t 'c , t 'k - thời gian tàu chạy
có tải và khơng tải trên đoạn đường cố định, ph; t "c , t "k - thời gian tàu chạy có tải và khơng tải
trên đoạn đường tạm thời, ph; t o - thời gian vô ích của đoàn tàu do chờ đợi chất tải và dỡ tải và
do các nguyên nhân khác, t o = 510 ph.
V .nt .K
t ch  t c r , ph
(11-32)
60E.K d
(11-33)

t d  nt'd , ph
60L
t 'c  t 'k  ' c , ph
(11-34)
v tb
60L
t "c  t "k  " t , ph
(11-35)
v tb
Trong đó: Vt - dung tích toa xe, m3; n - số lượng toa xe trong đồn tàu; t c - thời gian chu
kì xúc của máy xúc, s; E - dung tích của gàu xúc, m3; K r - hệ số xúc đầy gàu của máy xúc; t 'd
- thời gian dỡ hàng của một toa xe, t 'd = 1,52 ph về mùa khô và 35 ph về mùa mưa; L c chiều dài đoạn đường cố định, km; L t - chiều dài đoạn đường công tác (đoạn đường tạm
thời), km; v'tb , v"tb - tốc độ trung bình tàu chạy trên đoạn đường cố định và trên đoạn đường
tạm thời, km/h.
Năng suất làm việc ngày đêm của đoàn tàu phụ thuộc vào trọng lượng có ích của đồn
tàu, chất lượng đường sá, tổ chức chỉ huy chạy tàu và công tác chất dỡ hàng ở gương công tác
và ở bãi thải (hoặc kho chứa).
Số lượng đầu máy cần thiết cho mỏ bao gồm các đầu máy làm việc, đầu máy sửa chữa,
đầu máy dự phòng và đầu máy phục vụ cho công việc phụ trợ khác trong mỏ.
Số lượng đầu máy để làm việc được xác định trên cơ sở số chuyến hàng hoá trong mỏ
cần chuyên chở trong ngày đêm:
f .Q hh
R
, chuyến/ngđ
(11-36)
n.q
Trong đó: f - hệ số làm việc khơng điều hồ, f  1,051,15; Q hh - khối lượng hàng hoá
phải chuyên chở trong ngày đêm của mỏ lộ thiên, t; n.q - tải trọng đoàn tàu, t.

136

Với số chuyến của mỗi đoàn tàu trong 1 ngày đêm là r 

T
, ta có số lượng đầu máy
Tc

cần thiết là:
Nd  f .

Q hh Tc
.
, chiếc
n.q T

(11-37)

Theo kinh nghiệm thực tế thì số lượng đầu máy đem sửa chữa N'd  0,12Nd , số lượng
dầu máy dự phòng N"d  (0,05  0,1) Nd và số lượng đầu máy dùng vào các công việc phụ
khác như vận tải đá dăm để sửa chữa bảo dưỡng đường, vật tư kỹ thuật,…là N'd''  1  2 chiếc.
Số lượng toa xe cần thiết cho mỏ (chưa kể dự trữ) là:
Q T
(11-38)
N tx  n.N d  f . hh . c , cái
n.q T
11.10. Tổ chức vận tải đường sắt trên mỏ lộ thiên
a. Biểu đồ vận hành của đoàn tàu
Trên mỏ lộ thiên, các đoàn tàu chuyển động theo chu trình khép kín: gương xúc - điểm
dỡ tải - gương xúc. Tài liệu cơ sở để tổ chức chạy tàu là biểu đồ vận hành của đoàn tàu. Biểu

đồ vận hành của đoàn tàu là biểu đồ biểu thị q trình hoạt động của đồn tàu theo khơng gian
và theo thời gian trên đoạn đường từ gương công tác đến ga dỡ tải. Biểu đồ vận hành cho
phép ta phân tích tỉ mỉ và trực giác các chu kỳ chuyển động của đoàn tàu và mối quan hệ giữa
chúng trong từng thời điểm ở mọi vị trí bất kỳ của tuyến đường vận chuyển, trên cơ sở đó để
tổ chức vận hành (bố trí các địa điểm để tránh nhau, trình tự chuyển động, thời gian bốc dỡ
cần thiết,…) và điều chỉnh các hoạt động, nhất là khi gặp sự cố bất thường, để đảm bảo sự cân
bằng công tác của mọi khâu trong dây chuyền sản suất của mỏ lộ thiên.
Khi đường sắt là hai chiều, thì các đoàn tàu ngược chiều nhau phải tránh nhau ở các ga
(Hình 11.3-a). Tàu đi khơng tải phải dừng để tránh tàu về có tải. Để đáp ứng nhu cầu của mỏ
lộ thiên, có thể tăng số lượng đồn tàu trong mỏ và tổ chức vận hành nối đi (Hình 11.3-b).
Khi đó số lượng đường ở ga tránh phải tăng lên và thời gian tránh của các đồn tàu khơng tải
cũng bị kéo dài, tuỳ theo số lượng đoàn tàu nối đi. Khoảng cách cần thiết giữa 2 đồn tàu
nối đi là:
Lo = 0,6lt + lh + la , m
(11-39)
Trong đó: lt - chiều dài đoàn tàu, m; lh - chiều đoạn đường hãm phanh, m; lo - khoảng
cách đảm bảo theo điều kiện an tồn, m.
Thơng thường, đối với những mỏ lộ thiên lớn người ta sử dụng đường một chiều, trong
trường hợp đó năng lực vận tải của đường sắt tăng lên nhiều, thời gian chu kỳ vận tải của
đồn tàu cũng rút ngắn một cách đáng kể (Hình 11.3-c) do chúng không cần dừng tránh nhau
ở các ga dọc đường.

a)

b)

c)

137

Hình 11.3- Các dạng biểu đồ vận hành của các đoàn tàu:1, 2, 3, 4 - thứ tự các đoàn tàu
b. Các trạm trao đổi đoàn tàu
Để đảm bảo sự vận hành của đoàn tàu trên mỏ lộ thiên được an tồn và có hiệu quả,
người ta tổ chức các ga phụ, trạm trao đổi, trạm tập kết đất đá và quặng, trạm phân phối trên
mặt đất, trên bãi thải, trên bờ mỏ, ở gương công tác, ở các bề mặt tiếp giáp của hào dốc với
mặt tầng,…(Hình 11.4).

Hình 11.4- Sự phân bố các trạm trao đổi
1- ở trên mặt đất; 2- ở mặt bằng tiếp giáp; 3- ở đai vận tải; 4- ở tầng công tác.
Chiều dài của ga tránh phụ thuộc vào cỡ đường và chiều dài của đồn tàu.
Lg = lci + 2lg , m
(11-40)
Trong đó: lg - chiều dài ghi chuyển đường, tính từ đầu ghi đến cột hiệu, phụ thuộc cỡ
đường và loại ghi, lg=25 65 m; lci - chiều dài của ga tránh, m.
Lci = Lt + ld + lh , m
(11-41)
Trong đó: lt - chiều dài đoàn tàu, m; ld - khoảng cách dự trữ, để đề phịng tránh tàu
khơng chính xác, ld = 15 m; lh - khoảng cách từ đầu máy đến cột hiệu, lh=20 m (Hình 11.4).
Với mác ghi 1/7 và 2/9, p = 5,3 m thì lg= 42 và 55 m, khi Lci=180 m thì lg = 265 290
m.
Đối với các sơ đồ khác, dựa vào kết cấu cụ thể của đường nhánh trong ga để tính Lg
theo cách tương tự (Hình 11.4 - b, c):
(11-42)
L'g = Lci + 2lg + d , m

Hình 14.13. Sơ đồ xác định chiều dài của một số ga đơn giản
I, II, III - Các đường nhánh;1, 2, 3,… Ghi chuyển đường

L"g

= Lci + 2lg + dl + lc + T , m

(11-43)

138


Với mác ghi như trên, L'g =340  350 m và L"g = 395  470 m.
Việc trao đổi đoàn tàu ở gương cơng tác có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hoạt động của
máy xúc và làm giảm một cách đáng kể năng suất làm việc của nó, biểu thị qua hệ số đảm
bảo gương xúc:
t
o = ch
(11-44)
t ch  t o
Trong đó: tch , to - thời gian chất
a)
hàng và trao đổi đồn tàu, tính trung bình
theo điều kiện cộng nghệ cụ thể. Với một
loại đất đá nhất định thì thời gian chất hàng
b)
tch phụ thuộc vào dung tích gàu xúc và
dung tích các toa xe của đồn tàu.
Nếu các thơng số trên là cố định thì
hệ số đảm bảo gương xúc chỉ còn phụ
c)
thuộc vào thời gian trao đổi đoàn tàu to, tức
là phụ thuộc vào sơ đồ tổ chức trao đổi
đồn tàu ở gương cơng tác. Hình 11.5 giới
thiệu một số phương án tổ chức trao đổi

d)
đồn tàu ở gương cơng tác trong trường
hợp phổ biến là dùng 1 máy xúc và dùng 2
máy xúc làm việc đồng thời trên tuyến
công tác.
e)
Khi dùng một máy xúc có thể áp dụng sơ
đồ đường cụt, khơng có ga tránh trên tầng
(Hình 11.5 - a, o=0,60,7), có ga tránh
phụ trên tầng (Hình 14.14 - b,
o=0,750,85) và dùng đường đơi (Hình
11.5 - c, o=0,951,0) hoặc áp dụng sơ đồ
f)
đường thơng tầng (Hình 11.5 - d) để nâng
cao hệ số đảm bảo gương xúc
(o=0,91,0).
Tương tự như vậy, khi có hai máy
xúc làm việc trên tầng cùng có thể áp dụng
g)
sơ đồ đường cụt (Hình 11.5 - e, g, h) hoặc
sơ đồ đường thơng tầng (Hình 11.5 - i) với
một đường sắt hoặc hai đường sắt.
Khi sử dụng một máy xúc một gàu
hoặc nhiều gàu có năng suất lý thuyết
400500 m3/h thì thường sử dụng sơ đồ
h)
hình 14.14 - a, e. Nếu cần tăng cường độ
phát triển cơng trình mỏ thì sử dụng sơ đồ
14.14 - b, g, khi đó chiều dài tuyến công
tác tương ứng là Lt=1,21,8 km và Lt2,5

km. Sơ đồ 14.14 - c, h, chỉ sử dụng hợp lý Hình 11.5- Sơ đồ tổ chức trao đổi
đồn tàu ở gương công tác
khi dùng máy xúc cỡ lớn E 12,5 m3).
Công thức xác định thời gian to cho từng sơ đồ cụ thể giới thiệu ở bảng 14.6. Với các ký
hiệu trong công thức là: Lc , Lt - chiều dài của đoạn đường nối và của tuyến công tác, km; L1,
L2 - chiều dài làm việc của máy xúc No1 và của máy xúc No1, km; lk- khoảng cách giữa hai
đồn tàu có tải và khơng có tải khi chuyển động cùng chiều, km; lt - chiều dài đoàn tàu, km;

139


vt , vc - tốc độ đoàn tàu trên tầng và trên đoạn đường nối, km/h;  - thời gian chuyển ghi sang
đường, h.
Bảng 11.5. Thời gian trung bình để trao đổi đồn tàu
Sơ đồ
a

b

Cơng thức xác định t o
Máy xúc N  2



Máy xúc N 1
L
0,5L1
t o  2.( c 
 )
vc

vt
2L
0,5L1
to  c 

vc
vt
to  0

c

to 

d

Lk
vt

e

t o  2.(

L c 0,5L1

 )
vc
vt

t o  2.(

g

t o  2.(

L c 0,5L1

 )
vc
vt

to 

h

to  0

i

to 

L c L1 0,5L 2


 )
vc v t
vt

2(l t  0,015) 0,5L 2



vt
vt
to  0

lk
vt

to 

lk
vt

Câu hỏi ôn tập chương 11
1. Hãy nêu những đặc điếm của công các vận tải trên mỏ lộ thiên!
2. Hãy nêu những đặc điểm của hàng hoá mỏ!
3. Ưu nhược điểm của vận tải đưường sắt và điều kiện sử dụng ?
4. Ưu nhược điểm của vận tải ôtô và điều kiện sử dụng ?
5. Ưu nhược điểm của vận tải băng tải và điều kiện sử dụng ?
6. Ưu nhược điểm của vận tải bằng trục tải và điều kiện sử dụng ?
7. Ưu nhược điểm của vận tải hỗn hợp và điều kiện sử dụng ?
8. Hãy nêu các thông số chủ yếu của đường sắt!

140


Chương 12
VẬN TẢI ÔTÔ TRÊN MỎ LỘ THIÊN
12.1. Đặc điểm của đường ô tô trên mỏ lộ thiên
Đường ô tô ở mỏ lộ thiên phân thành hai loại: đường sản xuất và đường dân dụng.
Đường sản xuất dùng để vận chuyển đất đá, khống sản có ích và các vật tư kỹ thuật của

mỏ. Đường dân dụng để chuyên chở các hàng hoá dân dụng và các hàng hoá khác.
Đường sản xuất ở mỏ bao gồm:
- Mạng đường chính trên mặt bằng mỏ.
- Đường ở hào cơ bản và các hào nối cố định.
- Đường ở tầng công tác và ở bãi thải.
Theo kết cấu bề mặt, đường mỏ được phân chia thành rải nhựa (hoặc bê tông) và đường
cấp phối. Theo thời gian tồn tại, đường mỏ được phân thành đường cố định, đường bán cố
định và đường tạm thời.
Đường tạm thời là đường trên các tầng bóc đất đá và khai thác quặng, trên bãi thải,
đường nối từ đường vận tải chính đến các mặt bằng cơng tác. Thời gian phục vụ của đường
tạm thời thường dưới 1  2 năm, có chất lượng tương đương cấp V hoặc cấp IV, mặt đường
được rải cấp phối hoặc chỉ san gạt và gia cố bằng vật liệu tại chỗ. Đường tạm thời thường
dịch chuyển theo chu kỳ cùng với tuyến công tác hoặc tuyến thải đá trên bãi thải.
Đường cố định có thời gian phục vụ lâu dài, có thể là suốt đời mỏ. Tuỳ theo thời gian
tồn tại của mỏ, mật độ xe chạy và tải trộng ôtô sử dụng mà chất lượng của đường có thể là cấp
II, cấp III hoặc cấp IV, mặt đường được rải bêtông atphan hoặc bê tông xi măng, nếu tải trọng
xe lớn có thể thêm cốt thép.
Đường bán cố định là đường chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn (khoảng 4  8 năm),
thường là đường nối từ hệ thống vận tải chính tới các tầng, đường trên bờ mỏ, đường tới các
bãi thải nhỏ,...Tuỳ theo thời gian phục vụ của đường mà chất lượng của đường có thể là cấp
IV hoặc cấp V.
Những đặc điểm của đường mỏ là:
1. Đường có bán kính vịng nhỏ (có thể tới 15  20 m) và độ dốc dọc lớn (i =
0,10  0,12);
2. Đường thường bị thay đổi chiều dài và vị trí (theo sự dịch chuyển của tuyến cơng tác
và vị trí thải trên bãi thải);
3. Đường thường có chất lượng không tốt;
4. Đường phải chịu tải trọng của thiết bị vận tải lớn, có thể tới 200 tấn hoặc hơn.
5. Đường chỉ vận tải một chiều, hệ số sử dụng đường Kđ = 0,5.
6. Độ cao nâng tải lớn, có thể tới 200  300 m, có khi tới 500 m.

12.2. Các thông số của đường ô tô trên mỏ lộ thiên
a) Chiều rộng phần xe chạy:
Nền đường phải có độ bền, độ ổn định đủ lớn, đảm bảo khơng bị biến dạng dưới tác
dụng của thời tiết khí hậu, của nước hoặc của tải trọng động gây ra trong q trình xe chạy và
để thốt nước. Độ nghiêng của sườn dốc nền đường khi chiều dày phần đắp nhỏ hơn 1 m là
1:1,5.
Hai bên đường phải có rãnh thốt nước có độ dốc dọc 2  4 %o. Nếu là ở sườn núi thì
phía trên phải xây dựng các mương thoát nước để ngăn nước mặt và đất đá trơi làm xói lở mặt
đường.
Ở phần xe chạy, mặt đường phải chịu tải trọng lớn gây ra do xe chuyển động, do vậy
cần phủ một lớp áo đường có độ bền cần thiết. Chiều rộng của phần này phụ thuộc vào kích
thước của xe, tốc độ xe chạy và số lượng vệt xe chạy.
Chiều rộng phần xe chạy khi đường hai chiều (Hình 12.1) là:
B = 2(a + y) + x , m
(12-1)
Hoặc b = 2akv + Bk , m
(12-2)

141


Trong đó: x = 0,5 + 0,005v; v - tốc độ xe chạy, km/h; a - chiều rộng ô tô, kv - hệ số kể
đến tốc độ hai xe gặp nhau, khi v = 20  30 km/h thì kv =1,6  1,9;  Bk - hệ số kể đến kích
thước của ơ tơ.
Với kích thước của các loại ơ tơ chở đất đá ở mỏ thì:
Tải trọng (tấn)
:
 Bk
:

27

40

75

120

1,0

1,3

2,3

3,8

Chiều rộng của đường tạm thời ở tầng công tác và bãi thải xác định theo kích thước ơ tơ,
tương ứng với kích thước các loại xe có tải trọng từ 27  75 tấn là 10,5  13,5 m và có tải trọng
65  120 tấn là 10,5  15,5 m.

Hình 12.1. Sơ đồ xác định chiều rộng phần xe chạy
b) Bán kính đoạn đường cong:
Bán kính nhỏ nhất của đoạn đường cong được xác định theo điều kiện đảm bảo tốc độ
xe chạy cần thiết như sau:
v2
R=
,m
(12-3)
127d  i n 
Trong đó: φd - hệ số bám dính của bánh xe với mặt đường (khi mặt đường ẩm thì

φd=0,16); in - độ dốc ngang của mặt đường, in = 0  06 %. Dấu “+” tương ứng với trường hợp
mặt đường nghiêng về phía tâm cong, dấu “-” tương ứng với trắc ngang 2 mái và xe chạy ở
làn ngoài.
Tương ứng với độ siêu cao lớn nhất in = 0,06 thì bán kính cong sẽ là nhỏ nhất và được
xác định theo biểu thức:
Rmin = 0,0375.v2 , m
(12-4)
Trong thiết kế, thường chọn sao cho đường có bán kính cong lớn, μ ≤ 0,1 và khơng phải
bố trí siêu cao. Bán kính cong khơng cần có siêu cao được xác định theo biểu thức:
v2
Ro =
,m
(12-5)
127(0,08  i n )
c) Siêu cao lưng đường ở đoạn cong:
Ở các đoạn đường cong có bán kính nhỏ hơn 200 m thì cần phải siêu cao lưng đường
nhằm khắc phục lực ly tâm tác động lên ơ tơ do chuyển động quay trịn. Độ dốc ngang (siêu
cao) của mặt đường lấy bằng in = 20  60 %o tuỳ theo bán kính cong hoặc tính theo cơng thức:
v2
  , đvtp
in =
(12-6)
127 R
Trong đó: v - tốc độ xe chạy km/h; R - bán kính cong của đường, m; μ - hệ số lực ngang
tính tốn, thường lấy μ = 0,08  0,10, tối đa là 0,15 (tương ứng với khi R ≈ Rmin). Ở những
sườn núi cao, nếu tâm cong nằm về phía vực thì siêu cao lớn nhất khơng được q i n ≤ 0,04.
142


Trên đoạn nối siêu cao, trắc ngang 2 mái chuyển dần sang trắc ngang một mái. Lề đường ở

đoạn siêu cao có độ dốc giống như độ dốc phần xe chạy, vì thế phải thay đổi độ dốc ngang
của lề đường trước khi vào đoạn nối siêu cao. Chiều dài đoạn nâng siêu cao thường lấy bằng
chiều dài đường cong chuyển tiếp. Ở những đoạn cong khơng bố trí đường cong chuyển tiếp
(đường cấp thấp, đường có R lớn) thì chiều dài đoạn nâng siêu cao thường lấy từ 2050 m.
d) Mở rộng đường ở đoạn cong:
Để tạo sự thông thống khi các xe tránh nhau thì trên đoạn cong phải mở rộng mặt
đường (thường mở rộng phía trong theo hướng tâm cong – Hình 12.2). Kích thước phần mở
rộng phụ thuộc vào bán kính cong của đường và tốc độ xe chạy, xác định theo biểu thức
(Bảng 12.1):
l 2 0,1v
b= 
,m
(12-7)
R
R
Trong đó: 1 - khoảng cách từ thanh chắn trước đến trục sau của ô tô, m; R - bán kính
cong của đường, m; v - tốc độ xe chạy theo tính tốn, km/h.
1
1

a)

A

e

D

b)

D e

A
A

D
R

Hình 12.2. Mở rộng phần xe chạy trên đường cong:
a) Giữ nguyên độ mở rộng trên toàn bộ chiều dài đoạn cong; b) Đường nối mở rộng bố
trí theo tiếp tuyến của đường mở rộng trên đường tròn; 1- đương tròn; AD- đoạn nối
mở rộng; L- đoạn nâng siêu cao; b- độ mở rộng.
Bảng 12.1. Các thông số của đoạn đường cong
 i, %
R, m
b, m
15
5
2,1
20
4
1,7
30
3
1,4
40
2
1,2
50
1

1,1
Mở rộng đoạn đường cong chủ yếu là mở rộng mặt đường chứ không nhất thiết phải mở
rộng nền đường. Chỉ khi nào lề đường không đủ chiều rộng theo quy định thì mới phải mở
rộng nền đường.
Bề rộng tối thiểu của lề đường sau khi mở rộng theo quy định là 1,0 m. Nếu có tường
phịng hộ thì có thể lấy bằng 0,5 m. Thông thường phần mở rộng được bố trí ở phía bụng
đường. Ở vùng rừng núi có thể mở rộng cả về 2 phía.
e) Đoạn cong chuyển tiếp:
Đoạn cong chuyển tiếp nhằm giúp cho bánh trước của ô tô chuyển hướng một cách từ từ
cho tới góc chuyển hướng cần thiết tương ứng với bán kính đường cong tròn, làm cho lực ly
tâm tăng từ từ, đỡ gây ra xóc ngang khi xe đi vào đường cong tròn. Chiều dài của đoạn cong
chuyển tiếp được xác định theo biểu thức:
v
L
,m
(12-8)
47.R.I
Trong đó: v - tốc độ xe chạy theo tính tốn, km/h; R - bán kính đoạn cong tròn, m; I gia tốc ly tâm khi xe chạy trên đoạn cong, I = 0,5 m/s2.

143


Ở những đoạn cong có R lớn thì chiều dài đoạn cong chuyển tiếp sẽ ngắn và quỹ đạo
của nó ít khác với đường thẳng.
Trên những đường cong kề nhau, cho phép làm đường cong chuyển tiếp liền nhau mà
không cần có đoạn thẳng ở giữa.
Chiều dài các đoạn cong chuyển tiếp Lct phụ thuộc vào bán kính cong R của đường, có
thể tham khảo các số liệu sau:
R , m:
Lct , m:

60
10

80
45

100
50

150
60

200
70

250
80

300
90

400
100

500
110

600
120

g) Độ dốc dọc của đường:
Độ dốc dọc của đường là một thông số kinh tế - kỹ thuật quan trọng trong vận tải ô tô.
Độ dốc dọc có ảnh hưởng trực tiếp tới đầu tư xây dựng đường mỏ, năng suất và độ bền thiết
bị,... dẫn đến ảnh hưởng tới giá thành vận tải.
Theo quy phạm đường giao thơng thì độ dốc dọc tối đa của đường phụ thuộc vào loại
đường (%o):
Cấp đường:
Độ dốc dọc tối đa cho
phép:

I

II

III

IV

V

VI

40/-

50/60

60/70

70/80

80/90

90/100

(tử số dùng cho đường đồng bằng, mẫu số dùng cho đường miền núi)
Trên các mỏ lộ thiên, thông thường khi ơ tơ có tải lên dốc, thì độ dốc dọc của đường
không nên vượt quá 60  80 %o. Khi địa hình đặc biệt khó khăn, theo chiều ơ tơ khơng tải
xuống dốc thì có thể lấy imax= 100  120 %o.
Trên những đoạn đường vùng núi, khi tuyến đường có độ dốc liên tục 60 %o trở lên thì
cứ 500 m phải có một đoạn đường thoải có độ dốc không quá 25 %o và chiều dài tối thiểu là
30 m cho đường cấp VI, 70 m cho đường cấp IV và cấp V, 150 m cho đường các cấp khác.
Nhằm giảm bớt lực cản do ô tô phải chuyển động trên đoạn cong, độ dốc dọc của đường
ở đây phải được giảm thấp hơn bình thường một giá trị  i cho trong bảng 14.1, hoặc tính
theo biểu thức:
200  R  , %o
 i = 30
(12-9)
200
Khi đó độ dốc dọc của đoạn cong là: ic = i -  i
12.3. Mặt đường ô tô trên mỏ lộ thiên
a) Yêu cầu cơ bản đối với mặt đường ô tô:
Chất lượng của mặt đường có ảnh hưởng quyết định đến các chỉ tiêu khai thác chủ yếu
của đường. Do đó trong thiết kế, xây dựng cũng như khai thác đường phải hết sức chú ý nâng
cao chất lượng mặt đường. Yêu cầu cơ bản đối với chất lượng mặt đường như sau:
- Phải đủ cường độ, tức là với một quy mô giao thông đã cho, áo đường không được
phát sinh những biến dạng không cho phép (rạn nứt, lún trồi, ổ gà, ...). Cường độ đó phải đảm
bảo duy trì được trong suốt thời gian sử dụng;
- Phải bằng phẳng, đảm bảo cho xe cộ chạy êm thuận với tốc độ thiết kế;
- Có đủ độ bám dính, đảm bảo cho xe chạy an tồn;

- Có sức chịu bào mịn tốt và khơng gây bụi.
Tuỳ theo mục đích sử dụng và cấp độ của đường mà các yêu cầu trên được thoả mãn ở
những mức độ khác nhau.
b) Kết cấu mặt đường ô tô:
Kết cấu mặt đường ô tô gồm nhiều lớp:
144


Lớp mặt (còn gọi là mặt đường) chịu lực thẳng đứng và lực nằm ngang lớn nên phải có
cường độ cao, thường sử dụng chất dính kết, đảm bảo cho vật liệu mặt đường chịu được các
lực nén, uốn và cắt. Lớp mặt gồm có lớp chịu lực chủ yếu và lớp hao mịn, đơi khi cịn có lớp
bảo vệ.
Lớp móng chịu lực thẳng đứng là chính (lực ngang tắt rất nhanh theo chiều sâu), có tác
dụng phân bố ứng suất từ tải trọng xe chạy xuống nền đường. Lớp móng chủ yếu là chịu nén
nên có thể tận dụng vật liệu tại chỗ để làm móng. Móng cũng có thể gồm một hay nhiều lớp.
Tuy nhiên số lớp không nên nhiều quá, gây phức tạp cho quá trình thi công. Yêu cầu về
cường độ chịu lực của các lớp móng giảm dần theo chiều sâu.
Bề dày tối thiểu (đã nén chặt) của lớp mặt đường không được nhỏ hơn 1,5 lần đường
kính hạt lớn nhất của vật liệu trong lớp đó. Ngồi ra, theo điều kiện thi cơng, bề dày mỗi lớp
không được nhỏ hơn các giá trị quy định trong bảng 12.2.
Bảng 12.2. Bề dày tối thiểu đã nén chặt của các lớp cấu tạo mặt đường
Lớp cấu tạo mặt đường
Bêtông nhựa hạt nhỏ, rải nguội
Bêtông nhựa rải nóng, 1 lớp (2 lớp)
Đá dăm, sỏi cuội trộn nhựa trong máy
Đá dăm, sỏi cuội trộn nhựa trên mặt đường
Dá dăm thấm nhập nhựa (tuỳ kích cỡ đá)
Đá dăm rải trên lớp móng cứng
Đá sỏi rải trên lớp móng cứng
Đá dăm, đá sỏi rải trên lớp móng cát

Đất gia cố bằng nhựa lỗng hay nhũ tương
nhựa
Đất gia cố bằng vơi, xi măng

Bề dày tối thiểu, cm
2
4 (7)
4
5
4÷7
8
10
15
6
10

Mặt đường phải được phủ kín bề mặt phần xe chạy, nếu là cấp phối thì có thể phủ kín cả
nền đường. Trên trắc ngang, mặt đường phải được tạo thành 2 mái dốc về 2 phía với độ dốc
ngang cho trong bảng 14.3. Phần giữa tim đường, trong phạm vi 1/3 bề rộng mặt đường
(nhưng không quá 3 m), tạo thành mặt parabol hay mặt trịn nối 2 mái dốc với nhau (Hình
12.3).
io

io

Hình 12.3. Kết cấu trắc ngang mặt đường ô tô
Khi mặt đường là bê tơng xi măng, thì thường đổ thành từng tấm với chiều rộng bằng
chiều rộng vệt xe chạy, còn chiều dài của tấm lấy bằng khoảng cách giữa các khe ngang - khe
co và khe dãn (thường là 6 m). Cứ 3÷6 khe co thì có 1 khe dãn. Đường bê tơng xi măng ở mỏ
thường có chiều dày 300÷350 mm mác 300 hoặc 350, ở các đoạn dốc, đoạn có nền đường yếu

thì cần gia cố thêm cốt thép. Thông thường cốt thép được làm bằng sắt = 12ữ20 mm an ụ
vuụng 15ì15 mm hoc 20ì20 mm tuỳ theo tải trọng ô tô sử dụng.

145


12.4. Khả năng thông qua của đường ô tô
Giả thiết là tất cả các ô tô trên làn xe chạy với tốc độ như nhau và cách nhau một khoảng
đủ để hãm phanh được thì khả năng thơng xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe là:
1000 v
, xe/h
(12-10)
Nx 
d
Trong đó: v - tốc độ xe chạy đều nhau cho cả dòng xe, km/h; d - khoảng cách tối thiểu
giữa 2 xe, còn gọi là khổ động học của dòng xe và được xác định theo biểu thức:
d = a + bv + cv2 , m
(12-11)
Trong đó: a, b, c - các hệ số khoảng cách an toàn, chọn theo phản ứng tâm lý của người
lái xe nhanh hay chậm và điều kiện hãm xe: a = 5  8; b = 0,2  0,3; c = 0,0  0,0065. Trường
hợp c = 0 tương ứng với khi xe có đèn báo hãm ở phía sau, coi như khi xe trước hãm phanh
thì xe sau cũng hãm kịp.
12.5. Tổ chức vận tải ô tô trên mỏ lộ thiên
a) Chọn ô tô theo điều kiện máy xúc
Trên mỏ lộ thiên, thiết bị xúc bốc là thiết bị cơ bản của mỏ, quyết định khối lượng khai
thác hàng ngày, do vậy phải chọn các thiết bị khác, chủ yếu là thiết bị vận tải, sao cho đảm
bảo sự hoạt động nhịp nhàng, có hiệu quả của thiết bị xúc bốc.
Hệ số sử dụng thời gian của máy xúc có quan hệ chặt chẽ khơng chỉ với tổ chức cơng
tác mà cịn với tải trọng của ô tô. Tải trọng của ô tơ càng lớn thì hệ số sử dụng thời gian máy
xúc càng cao, nhưng nếu lớn quá thì đầu tư cơ bản của ô tô sẽ cao hơn của máy xúc và hệ số

sử dụng thời gian của ô tô lại bị giảm xuống, kèm theo đó sự tăng chi phí cho hàng loạt những
cơng trình liên quan như đường đá, trạm bốc dỡ, các cơng trình sửa chữa,...
Những loại ô tô có tải trọng lớn hiện nay trên thế giới là 120 tấn, 145 tấn, 180 tấn và 325
tấn. Loại ơ tơ có kết cấu quay được với thùng xe thì tải trọng cịn lớn hơn, tới 400 tấn. Những
ơ tơ này chỉ phục vụ cho máy xúc có dung tích gàu 15  25 m3. Ở các mỏ lộ thiên dùng máy
xúc 12m3 thì ơ tơ phải có tải trọng 120 tấn. Mỏ Cao Sơn dùng ô tô БелАЗ-540 và БелАЗ-548
có tải trọng 27 và 40 tấn để chở đá cho máy xúc ЭКГ-8 có dung tích gàu 8 m3. Các mỏ Đèo
Nai, Cọc Sáu, Hà Tu dùng ô tô MA3-525, БелАЗ -540 và Komatsu-HD120 có tải trọng 25, 27
và 32 tấn để chở đá cho máy xúc ЭКГ-4,6 có dung tích gàu 45 m3. Kinh nghiệm cho thấy
mối quan hệ giữa máy xúc và ô tô phải chọn sao cho số lần xúc để xúc đầy thùng xe khơng
được nhỏ hơn 3 gàu, trung bình là 46 gàu.
Có thể tham khảo mối quan hệ đó như sau:
Dung tích gàu xúc, m3:
13
45
56
68
Tải trọng ơ tơ, tấn
:
10  18
27
40  45 65  75
Trong điều kiện địa hình và thời tiết khí hậu nước ta, thì phương tiện vận tải trên các mỏ
lộ thiên được sử dụng bằng ô tô là hợp lý. Việc lựa chọn tải trọng ô tơ được căn cứ vào 2 yếu
tố chính là dung tích gàu xúc và cung độ vận tải. Mối quan hệ đó được thể hiện khái quát qua
số gàu xúc đầy thùng xe hợp lý mà GS.TS. Kulesov A.A. đã đề xuất:
q 1  1  4C
N= o =
, gàu
(12-12)

qe
t ex
Trong đó: qo , qe - tải trọng ơ tơ và trọng lượng đất đá thực tế trong gàu xúc, t; tex - thời
gian chu kỳ xúc của máy xúc khi góc quay dỡ hàng là 90 o, ph; C = tt(tex+teo+td+tt); tt - thời
60.2L
gian trao đổi ô tô ở khu vực máy xúc, ph; teo - thời gian chu kỳ xe chạy, teo =
; L - cung
v
độ vận tải trung bình, km; v - tốc độ xe chạy trung bình, km/h; td - thời gian dỡ tải của ơ tơ,
ph.
Sau khi xác định N, căn cứ vào dung tích gàu xúc xác định tải trọng ô tô. Kết quả cho
thấy như sau:

146


- Nhóm ơ tơ tải trọng 817 tấn, dùng cho mỏ lộ thiên nhỏ, sử dụng máy xúc có dung tích
gàu 12,5 m3;
- Nhóm ơ tơ tải trọng 2745 tấn, dùng cho mỏ vừa và lớn, sử dụng máy xúc có dung tích
gàu 3,55 m3;
- Nhóm ơ tơ tải trọng 75150 tấn, dùng cho mỏ vừa và lớn, sử dụng máy xúc có dung
tích gàu 1215 m3.

Hình 12.4. Ơ tơ CAT 777C, tải trọng 96 tấn của hãng Caterpillar trên mỏ Cao Sơn
Khi sử dụng đồng bộ thiết bị có cơng suất lớn, do số lượng thiết bị ít, sản xuất tập trung,
nên có thể vận hành hoạt động ơ tơ vận tải theo chu trình vận tải hở.
Ngồi phương tiện vận tải ô tô (là chủ yếu), kết hợp sử dụng băng tải để vận tải quặng,
than, đá thành phẩm, cát trong những điều kiện cho phép. Vận tải trong mỏ trực tiếp bằng
máy chất tải và máy xúc tải cũng là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao khi cung độ ngắn.
b) Sơ đồ phối hợp xúc bóc và vận tải ở gương cơng tác

Tuỳ theo luồng xúc cụt hay luồng xúc thông tầng, gương xúc rộng hay hẹp mà có những
sơ đồ phối hợp giữa máy xúc và ơ tơ khác nhau. Vị trí nạp ô tô cho máy xúc phải sao cho đảm
bảo góc quay của máy xúc khi dỡ tải là nhỏ nhất để rút ngắn được chu kỳ xúc. Khi dỡ tải gàu
xúc phải vng góc với thùng xe (chất tải bên cạnh) hoặc trùng với trục thùng xe (chất tải
đằng sau) và cần chú ý là gàu xúc không được quay qua nóc buồng lái dù có tải hay khơng.
Khi xúc theo gương dọc tầng với luồng xúc thơng tầng thì có thể nạp xe theo sơ đồ hình
12.5. Sơ đồ hình 12.5-a có trục ơ tơ song song với trục máy xúc ở vị trí chính diện, được áp
dụng khi chiều rộng luồng xúc khơng lớn lắm và có nhược điểm là thời gian trao đổi xe lớn.
Sơ đồ hình 12.5-b có ưu điểm hơn là giảm được vịng quay của máy xúc và rút ngắn chu kỳ
xúc.
Sơ đồ hình 12.5-c nâng cao được hệ số sử dụng thời gian của máy xúc do không mất
thời gian chờ đợi trao đổi xe. Trong sơ đồ 12.5-d, ô tô được bố trí 2 bên máy xúc nên giảm
được vịng quay của máy, trao đổi xe dễ dàng và an toàn, thời gian làm việc có ích cuả máy
xúc là lớn nhất. Sơ đồ này áp dụng khi chiều rộng luồng xúc lớn.

Hình vẽ 12.5. Sơ đồ nạp xe vào máy xúc khi xúc gương dọc

147