Giáo trình Thiết bị mỏ hầm lò: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Ch-ơng 8. máy bốc xúc
8.1. Cụng dng, cu to v c tớnh k thut
8.1.1. Cụng dng
Máy xúc càn gầu quay là loại máy cỡ lớn sử dụng trong hầm lò. Máy có càn
gầu thẳng khi làm việc quay quanh một bản lề đ-a gầu xúc nâng lên đổ quặng. Vì
vậy thời gian thực hiện một chu kỳ xúc ngắn nên năng suất lớn hơn máy xúc cán
gầu lăn.
8.1.2. Cấu tạo chung
Cấu tạo chung của máy xúc 1 H - 5 thể hiện trên hình 8 - 1:

Hình 8 - 1: Cấu tạo chung máy xúc 1 H - 5
1- Khung di chuyển
2- Gầu xúc
3- Cán gầu
4- Hệ thống tải trung gian
5- Xích nâng hạ gàu và xích làm cữ cho cán gầu
6- Hệ thống truyền động chính
7- Hai tay điều khiển nâng hạ gầu
8- Bàn đạp điều khiển di chuyển
9- Bánh goòng
10- Động cơ chính
11- Bản lề quay
12- Trục điều goòng
13- Hộp đấu cáp phòng nổ
Kích th-ớc cơ bản của loai máy 1 H - 5 đ-ợc ghi trong h×nh 8 - 1
91


8.2. Sơ đồ động học
8.2.1 Bé phËn bèc xóc ( Hình 8 - 1)
- Gầu xúc có dung tích (0,5 - 0,8) m3 tuỳ theo công suất từng loại máy. Gầu

đ-ợc bắt giữ với cán gầu nhờ bản lề quay 11, phía trên hàn 2 tai để cố định xích
kéo gầu.
- Cán gàu có dạng hình thang đáy lớn bắt giữ với gầu xúc bằng bản lề 11. Đáy
nhỏ bắt giữ với bệ máy bằng 1 khớp kép có 2 bản lề để cho phép cán gầu quay nâng
hạ và më réng tiÕt diƯn xóc.
+ B¶n lỊ ngang cho phÐp cán gầu quay trong mặt phẳng đứng
+ Bản lề đứng cho phép cán gầu quay trong mặt phẳng ngang
- Các lò xo giảm chấn gồm có:
+ Lò xo giảm chấn cho đáy gầu
+ Lò xo giảm chấn cho cán gầu
+ Lò xo cữ cho gầu xúc.
3.2.2 Bộ phận nâng hạ gầu.( Hình 8-2)
Để truyền chuyển động tới 2 tang quấn xích 13, 13 bộ phận gồm:
- Xích kéo gầu: là loại xích vòng gồm hai sợi, mỗi sợi một đầu cố định tang
quấn xích đầu kia cố định với tai gầu.
- Xích làm cữ cho gầu xúc: Xích này cũng là loại xích vòng. Đầu trên cố
địng với bệ máy bằng chốt. Đầu d-ới cố định với cán gầu bằng vít tăng.
Ng-ời ta điều chỉnh khi gầu ở vị trí xúc xích căng ra hết để làm cữ.
- Hệ thống dẫn động: Nhận truyền động từ động cơ M1, truyền qua hộp giảm
tốc bánh răng trung gian tới trục IV tới bánh xích chủ động 24 đ-ợc lắp ở đầu phÝa
ngoµi cđa trơc trun qua hƯ thèng xÝch lai 25 ở s-ờn máy tới trục V để truyền tới
hai hộp giảm tốc hành tinh có cấu tạo hoàn toàn giống nhau Gồm:
Bánh răng chủ động 10 và 10, các bánh hành tinh 11 và 11, bánh ngoại luân
12 và 12 được cố định với hai bánh xe phanh, khung hành tinh K và K cố định với
tang quấn xích 13 và 13.
Hai phanh F1 và F2 làm việc độc lập với nhau.
a. Điều khiển nâng gầu: Tr-ớc khi nâng gầu phải điều chỉnh cho tâm gầu và
cán gầu về trùng với tâm của máy. Đồng thời xiết hai phanh F1, F2 bánh
12,12 trở thành bánh định tinh.Truyền động từ bánh chủ động 10 và 10 làm
các bánh 11,11 có truyền ®éng hµnh tinh ®­a khung hµnh tinh K vµ K’ tang

quấn xích 13,13 quay cùng chiều bánh chủ động quấn 2 dây xích để đưa gầu
từ vị trí xúc lên vị trí đổ quặng.
b. Điều khiển hạ gầu: Khi gầu xúc đổ hết quặng vào hộc chứa thì buông cả 2
phanh ra. Hai hộp giảm tốc ở trạng thái tự do. Nhờ sức bật của lò xo giảm chấn đẩy
92


gầu và cán gầu quay ng-ợc trở lại để hạ gầu , khi đó xích đ-ợc dài ra. Nhờ xích làm
cữ mà gầu xúc không bị nện xuống nền lò.
8.2.3.Bộ phận di chuyển ( Hình 8 - 2)
Để máy làm việc ổn định cấu tạo bộ phận di chuyển thấp. Để tăng lực bám
dính giữa bánh xe và đ-ờng ray dùng bộ truyền động tới cả hai trục của bốn bánh
xe.
Hệ thống truyền động cũng đ-ợc nhận truyền động của động cơ chính M1
truyền qua hộp giảm tốc bánh răng trung gian tíi trơc IV, tõ trơc IV trun chun
®éng tới hai bộ giảm tốc hành tinh điều khiển di chuyển, thể hiện trên hình 8-5.
Theo h-ớng bản vẽ, hộp trên điều khiển máy di chuyển tiến. Hộp hành tinh d-ới
điều khiển máy di chuyển lùi.
- Hộp giảm tốc hành tinh điều khiển máy di chuyển tiến B.
Gồm:
Bánh răng chủ động 6, các bánh xe hành tinh 7, bánh ngoại luận 8, khung
hành tinh K cố định với trục rỗng, bánh ngoại luân 8 cố định với bánh xe
phanh.
- Hộp giảm tốc hành tinh điều khiển máy di chuyển lùi A:
Gồm:
Bánh răng chủ động 6; Bánh răng hành tinh 7; Bánh răng ngoài luân 8,
Khung hành tinh K cố đinh với bánh xe phanh. Bánh ngoại luân 8 cố định
với trục rỗng 22.
- Trục rỗng 22 nằm giữa hai hộp giảm tốc bánh xe hành tinh điều khiển di
chuyển, trục rỗng quay tựa trên trục IV nhờ 4 vòng bi cầu. Bên ngoài trục rỗng cố

định với 2 bánh xích chủ động 23 nhờ sự ăn khớp của xích để truyền động tới 2
bánh xích bị động 9 và 9 từ đó truyền chuyển động đến hai trục bốn bánh goòng.
- Hai phanh F và F làm việc ngược chiều nhau đ-ợc thực hiện bằng 1 bàn
đạp.
a. Điều khiển máy di chuyển tiến:
- Đạp bàn đạp 21 về phía tr-ớc phanh F xiết lại, phanh F nới ra. Truyền động
từ trục IV qua hộp giảm tốc hành tinh điều khiển máy tiến khi đó bánh 8 trở thành
bánh định tinh làm cho các bánh 7 có chuyển động hành tinh đ-a khung hành tinh
K mang trục rỗng quay cùng chuyển với bánh chủ động 6 qua 2 bánh xích chủ
động 23, hệ thống xích, bánh xích bị động 9,9 truyền tới 2 trục của 4 bánh goòng
đ-a máy di chuyển tiến.
b. Điều khiển máy di chuyển lùi:
- Đạp bàn đạp 21 vỊ phÝa sau phanh F’ xiÕt l¹i, phanh F níi ra.
93


Truyền động từ trục IV qua hộp giảm tốc hành tinh di chuyển lùi khi đó K
đứng im, các bánh 7 có chuyển động trung gian , đẩy bánh 8 quay ngoại luân
ng-ợc chiều với bánh chủ động qua trục rỗng, 2 bánh xích chủ động 23, hệ thống
xích, bánh xích bị động 9,9 truyền tới 2 trục của 4 bánh goòng quay ngược chiều
với khi máy tiến đ-a máy di chuyển lùi.
8.2.4. Bộ phận tải trung gian (Hình 8 - 2)
Bộ phận này gồm một băng tải khung băng kéo dài từ hộc chứa quặng do gầu
xúc đổ vào kéo dài về phía sau để đổ vào goòng kéo sau máy. Khung băng có thể
nâng lên hạ xuống để phù hợp với các cỡ goòng khác nhau nhờ một kích đặt d-ới
gầm máy.
Hệ thống truyền động của băng tải thể hiện trên hình 8-5.
Dẫn động bằng động cơ M2 truyền qua hộp giảm tốc bánh răng gồm có Z 14,
Z15, Z16, Z17 qua khíp nèi trun tíi tang chđ động 18. Nhờ lực ma sát giữa băng
cao su và tang quay mà băng chuyển động đ-a quặng về phía sau đổ xuống goòng

kéo sau máy.

94


95

Hình 8 2: Sơ đồ động học máy bốc xúc cán gầu quay


8.2.5. Bộ phận điều goòng

Hình 8 - 3: Cấu tạo bộ phận điều goòng
Trục đẩy 1 nằm trong rÃnh dẫn h-ớng d-ới gầm máy. Trên thân có 2 rÃnh cữ
để kìm cữ có thể lọt xuống cố định trục đẩy với vỏ máy kìm cữ 2. Lò xo 3. Thanh
truyền 4. Bàn đạp điều goòng 7. RÃnh dấn h-ớng 8 khi kìm cữ lọt xuống rÃnh cữ 1
goòng nhận tải một ở phía ngoài đúng điểm rót quặng goòng trong ở gầm khung
băng dự trữ khi đạp bàn đạp 5 trục đẩy 1 đ-ợc giải phóng điều khiển cho máy tiến.
Nhờ trọng l-ợng của đoàn goòng giữ trục đẩy lại máy tiến lên đem theo kìm 2 tr-ợt
trên mặt trên trục đẩy 1 và đến rÃnh cữ 2 rơi xuống để cố định trục với vỏ máy
thông qua kìm số 2.
8.2.6. HƯ thèng ®iỊu khiĨn
HƯ thèng ®iƯn ®Ĩ ®iỊu khiĨn 2 động cơ, hệ thống tín hiệu và ánh sáng. Hệ
thống điều khiển đ-ợc thể hiện trên hình 8 - 4.
Khởi động từ đặt ở s-ờn lò khi làm việc sẽ đ-a điện vào các tiếp điểm trong
hộp điện từ đ-ợc cố định ở sờn máy. Đồng thời hệ thống đèn chiếu sáng hoạt động
và các tìn hiệu làm việc khác bằng hộp nút bấm KY2 để đóng ngắt điện cho 2 động
cơ M1 và M2. Trong hệ thống điện còn có thể truyền tới các thiết bị phục vụ khác
nh- máy bơm, quạt gió, dập bụi cho máy khi lµm viƯc.

96


Hình 8 - 4: Hệ thống điều khiển máy xúc 1  H - 5

97


8.2.7. Tính toán một số thông số cơ bản của máy xúc
8.2.7.1. Xác định lực đẩy gầu
Trong quá trình xúc, gầu đ-ợc đẩy sâu dần vào đất đá nhờ sức đẩy của bộ phận
di chuyển. Lực đẩy gầu phải thắng đ-ợc các lực cản sau: lực cản cắt (xúc) tác dụng
lên cạnh tr-ớc của gầu, lực ma sát đáy giữa gầu với nền xúc và thành bên gầu với
đất đá tơi, lực ma sát giữa thành trong của gầu với đất đá đ-ợc đẩy vào gầu. Lực
cản lớn nhất ở cuối quá trình xúc.

Hình 8 -5- a: Sơ đồ xác định lực đẩy gầu

Lực đẩy lớn nhất để thắng các lực cản trên có thể đ-ợc xác định bằng công
thức thùc nghiÖm sau:
Pd  L1d, 25.B.K c .K h .K d .a

,N

(8-1)

trong đó: - Ld - chiều sâu đoạn đẩy gầu (xem hình II 10 - a) , cm.
B - chiều rộng gầu (hình 3 -10 - b) , cm.
Kc - hƯ sè thùc nghiƯm kĨ ®Õn ®é cơc của đất đá xúc, có thể tra bảng;
Kd - hệ số ảnh h-ởng của dạng gầu, có thể lấy Kd = 1,2  2.

Kh - hƯ sè ¶nh h-ëng cđa chiều cao đống đất đá xúc, h.
a - hệ số phụ thuộc vào đất đá xúc: trung bình với đất ®¸ lÊy a = 0,15.

98


Hình 8-5 - b: Sơ đồ xác định lực đẩy gầu
Với quặng lấy a = 0,2. Hệ số Kh có thể xác định bằng:
K h (1,16 1,57).I g .h

(8-2)

Khi ch-a có gầu cụ thể, dạng gầu và kích th-ớc của gầu có thể theo hình 8-9b. Với máy xúc tay gầu lăn các kích th-ớc gầu có thể xác định:

trong đó:

H = 1,2.S

(8-3)

B = Ig

(8-4)

H = 0,4.S

(8-5)

S = 11,4.3 V , cm.

(8-6)

víi V - thĨ tÝch gÇu, m3.
ThĨ tích gầu V có thể đ-ợc xác định từ yêu cầu năng suất kỹ thuật cần đạt Q kt
của máy quan hƯ:
Qkt= 60.n.V.Kd.Kct.Kt

,m3/h.

(8-7)

Víi: n- sè chu kú xóc trong mét phót, th-êng n = 5  6
Kd- hƯ sè xóc đầy gầu, có thể tra bảng;
Kct- hệ số thay đổi thêi gian chu kú, khi trun ®éng khÝ nÐn Kct = 0,92  1.
99


Khi trun ®éng ®iƯn Kct = 0,85  0,95.
Kt- hƯ số tơi xốp, lấy Kt = 0,92 0,96.
Chiều sâu đoạn đẩy gầu Ld có thể lấy gần đúng: Ld = 0,7.S.
Lực đẩy tĩnh tạo nên bởi bộ phận di chuyển đ-ợc xác định:
Pd' 1000.Gm . (Gm Gg ).(0 i) ,N.

(8-8)

ở đây: Gm, Gg- trọng l-ợng máy và goòng, KN.
- hệ số bám dính, với ray kh«  = 0,25, víi ray -ít < 0,25.
0- trë lực chuyển động của máy và goòng, N/KN;
i- độ dốc đ-ờng 0/00.
Khi bỏ qua chuyển động của máy và goòng thì:

Pd' 1000.Gm .

,N.

(8-8)

Yêu cầu phải đảm bảo Pd = Pd. Tức là cần có:
Gm

Pd
1000.

,KN.

(8-10)

Nh- vậy, trọng l-ợng của máy phụ thuộc vào lực đẩy cần có. Để có lực đẩy
lớn, máy phải có trọng l-ợng lớn. Vì vậy các máy xúc loại này đều phải có trọng
l-ợng từ 3 6 tấn.
8.2.7.2. Xác địng lực nâng gầu
Lực nâng gầu là lực mà xích kéo cần tạo ra để kéo gầu lên. Lực này có giá trị
khác nhau tại những vị trí khác nhau của gầu.
- Với máy xúc cán gầu lăn:
Lực nâng mà xích kéo tác dụng vào gầu xúc thay đổi từ lúc từ lúc bắt đầu nâng
đến lúc đổ. Do vậy trong quá trình nâng gầu chỉ có thể xác định lực nâng ở một vị
trí của gầu. Số vị trí có thể từ 6 10. Để xác định vị trí của gầu ng-ời ta chia đoạn
do tay gầu lăn trên đ-ờng dẫn h-ớng từ khi bắt đầu nâng lên đến lúc đổ ra thành
một số phần bằng nhau t-ơng ứng với số vị trí muốn có của gầu. Bằng ph-ơng pháp
vẽ tỉ lệ, vẽ gầu tại các vị trí đà định.

100


Tại mỗi vị trí đặt các lực tác dụng lên gầu (nh- hình 8-6 - a). Các lực tác dụng gồm
có

Hình 8-6 - a: Sơ đồ xác định lực nâng gầu
Ggtd- trọng l-ợng gầu, tay gầu và đất đá trong gầu tại trọng tâm của gầu và tay
gầu, kể cả đất đá trong gầu.
N- phản lực tại điểm tiếp xúc O.
T- lực kéo của cáp ổn định, tức là cáp nhằm làm tay gầu lăn không tr-ợt, lực N và
T đà biết ph-ơng và chiều.
Pn- lực kéo của xích, biết ph-ơng, chiều và tại mỗi vị trí của gầu h-ớng của
xích kéo đà đ-ợc xác định tr-ớc;
Pqt- lực quán tính đặt tại tâm gầu, biết chiều và trị số. Lực quán tính có thể xác
định đ-ợc vì đà biết kích th-ớc gầu, trọng l-ợng gầu và quy luật chuyển động của
nó (phần này cần xem thêm giáo trình Cơ học lý thuyết).
Lập ph-ơng trình mô men đối với điểm O:

M

0

Gg  d .x  Pn .z  Pqt . y  0

(8.11)

Tõ ®ã ta cã:
Pn 

Pqt . y  Gg  d .x

(8.12)

z

101


Cần chú ý là trong công thức trên, điểm đặt trọng lực Gg+d luôn thay đổi. Khi
điểm đặt này nằm bên phải điểm O ứng với từng vị trí xác định của gầu xúc thì
tr-ớc đại l-ợng Gg+d.x có dấu +.
Còn các lực N và T xác định bằng cách vẽ hoạ đồ lực (hình 8-6 - b) vì đà biết
ph-ơng tác dụng.

Hình 8-6 - b: Sơ đồ xác định lực nâng gầu
Riêng ở vị trí bắt đầu nâng gầu, ngoài lực tác dụng lên gầu còn cần phải kể
đến lực cản bằng cách đặt lực cản xúc Pd vào cạnh gầu theo ph-ơng nằm ngang.
Việc nghiên cứu động học gầu và tay gầu phải xác định đ-ợc kết cấu và xác
định các thông số ban đầu nh-: kích th-ớc gầu, tốc độ nâng ban đầu, tang cuốn
xích...
Có thể xác định sơ bộ công suất của máy nh- sau:
Công suất di chuyển:
N dc dc .Gm

(8.13)

Công suất nâng gầu:
N n n .V

(8.14)

Trong đó: dc và n- công suất đơn vị có thể lấy giá trị gần đúng trong các b¶ng tra
víi dc tÝnh theo: (m· lùc/tÊn), n tÝnh theo: (mà lực/m3).
- Với máy xúc cán gầu quay:
Lực nâng gầu đ-ợc xác định ở ba giai đoạn đặc tr-ng: bắt đầu nâng, gầu xắp ra
khỏi đất đá xúc và từ khi ra khỏi đất đá xúc đến lúc đổ tải (h×nh 8-7).

102


Trong các giai đoạn đó, lực nâng luôn thay đổi, nhất là giai đoạn thứ ba với
quÃng đ-ờng chuyển động của gầu dài hơn. Để có thể thấy giá trị lực nâng thay đổi
rõ ràng hơn ở giai đoạn thứ ba có thể xét gầu ở một số vị trí với các góc quay khác
nhau.
Tại thời điểm đầu, khi vừa kết thúc đẩy gầu, d-ới tác dụng của lực kéo xích Pnl
(hình 8-7 - a), gầu bắt đầu quay quanh bản lề A. Lúc này mô men cản quay gầu do
đất đá xúc Mc có thể đ-ợc xác định:


1 
M c  1,1.Pd .0,4. x  .Ld   y
3



,Nm

(8-15)

trong đó: Pd- lực đẩy gầu ,N. Ld- chiều sâu đẩy ,m. x, y- nh- trên hình vẽ.
Lực nâng Pnl đ-ợc tính: Pnl M c Gg .Lg .

K do .K x
lp

, N,

trong ®ã: Gg- träng l-ợng gầu ,N,
Kdo- hệ số kể đến lực cản động, Kdo = 1,2 1,3;
Kx- hệ số cản chuyển động cđa xÝch, Kx = 1,05  1,1;
Lg, lp- nh- h×nh vẽ.

Hình 8-7 - a: Sơ đồ xác định lực nâng gầu máy xúc cán gầu quay

103

(8.16)


Tại thời điểm khi cạnh gầu bắt đầu ra khỏi đất đá, gầu chịu mô men cản M c
(hình 8-7 - b) có thể lấy giá trị Mc = 0,5.Mc.
Lực nâng Pn2 đ-ợc tính:
Pn 2 ( M c' Gg .lg'  Gd .ld' ).

K do .K x
l p'

trong đó: Gd- trọng l-ợng đất đá trong gầu,

,N,

(8.17)

N,

lg' , ld' , l p' - xác định nh- hình vẽ.

Hình 8-7 - b: Sơ đồ xác định lực nâng gầu máy xúc cán gầu quay

Tại thời điểm khi bản lề A nằm trên đ-ờng thẳng của xích kéo, gầu và tay gầu cùng
quay quanh bản lề B (hình 8-7 - c) lực nâng đ-ợc tính:
Pn3 (Gt .lt Gg .lg''  Gd .ld'' ).

K do .K x
l p''

,N,

(8.18)

trong ®ã: Gt- trọng l-ợng tay gầu ,N,

lg'' , ld'' , l p'' - xác định nh- hình vẽ.
Xác định các lực nâng nh- trên chỉ là gần đúng vì ch-a kể đến lực quán tính.
Khi cần chính xác hơn phải xác định lực quán tính. Muốn vậy, tr-ớc hết phải
nghiên cứu động học gầu và tay gầu, xác định vận tốc, gia tốc, sau đó xác định lực
quán tính tại các vị trí cần tính toán lực nâng.
104

ở mỗi giai đoạn, tr-ớc hết xác định công suất cần thiết N i, sau đó xác định
công suất t-ơng đ-ơng N:
N

N .t
t

2
t i

,

(8.19)

i

trong đó: Ni- công suất cần thiết ở giai đoạn thứ i.
ti- thời gian của các giai đoạn t-ơng ứng thứ i.
Trong tr-ờng hợp dùng một động cơ chung để dẫn động cho cả hai bộ phận di
chuyển và cơ cấu nâng thì giá trị công suất cần thiết phải tính bằng tổng công suất
cần cho hai bộ phận này.

Hình 8-7 - c: Sơ đồ xác định lực nâng gầu máy xúc cán gầu quay

8.2.8. Năng st cđa m¸y xóc
C¸c m¸y xóc theo chu kú nh- các loại máy xúc cán gầu lăn, xúc cán gầu quay
và máy bốc lò giếng đều đ-ợc tính năng suất thực tế của máy bằng công thức:
Q = T.V. KtgKbd(T/h)
Trong ®ã:

T: Sè chu kú xóc cđa m¸y trong 1 giê
V: Dung tÝch cđa gÇu xóc m3
Ktg: HƯ sè sư dơng thời gian phụ thuộc vào trình độ tổ chức sản xuất, điều kiện
chống giữ lò, cỡ quặng, cung cấp năng l-ợng.
Kbđ: Hệ số bốc đầy gầu phụ thuộc vào trình độ thao tác của công nhân.
: tỷ trọng của quặng T/m3
Năng suất của máy xúc ngoài yếu tố và hệ sè sư dơng thêi gian K tg ra phơ
thc vµo quá trình kỹ thuật vận hành ng-ời công nhân lái máy phải thực hiện. Tuỳ
105


theo tính chất làm việc của từng máy mà có qui trình kỹ thuật vận hành riêng nhằm
làm tăng số chu kỳ xúc đ-ợc trong 1giờ và tăng hệ số bốc đầy Kbđ.
Qui trình kỹ thuật vận hành để nâng cao năng suất cho máy.
- Đ-a máy cách đống quặng từ (1,5 - 2) m.
- Cho máy tiến để gầu xúc tiến vào đống quặng làm tăng động năng cho gầu.
- Khi gầu xúc ngập sâu vào đống quặng điều khiển gầu nâng lên hạ xuống từ
(1 - 2) lần để tăng hệ số bốc đầy gầu.
- Điều khiển nâng gầu đồng thời cho máy lùi lại sao cho khi máy cách đống
quặng từ (1,5 - 2) m là lúc gầu đổ hết quặng vào goòng.
- Điều khiển hạ gầu đồng thời cho máy tiến sao cho khi gầu xúc hạ xuống vừa
tiếp xúc với đống quặng, để giảm thời gian một chu kỳ xúc nhằm tăng số chu kỳ
xúc trong một giờ T.
Câu hỏi bài tập ch-ơng 8
1- Đặc điểm, công dụng, phạm vi sử dụng của máy xúc theo chu kỳ?
2- Cấu tạo, nguyên lý làm việc các bộ phận chính của máy xúc cán gầu lăn?
3- Cấu tạo, nguyên lý làm việc các bộ phận chính của máy xúc cán gầu quay?
4- Năng suất của máy xúc theo chu kỳ. Nêu biên pháp nâng cao năng suất bốc
xúc cho máy?
5- Nêu những ph-ơng pháp kiểm tra và điều chỉnh phanh. Kỹ thuật thay phanh

ở máy xúc càn gÇu quay?

106


ch-ơng 9. Công tác cơ giới hóa trong khai thác ngầm
9.1. Khái niệm chung
9.1.1. Khỏi nim v cụng tỏc khai thác ngầm
Khai thác ngầm là quá trình khai thác được thực hiện dưới mặt đất. Do vậy
muốn khai thác được khốn sản, than trong lịng đất thì ta phải đào các đường lị
đến các vỉa than, khống sản và lấy chúng từ vỉa ra ngồi.
Các ngun cơng cơ bản của q trình cơng nghệ khai thác ngầm bao gồm:
- Phá hủy (đào tách) than, quặng ra khỏi khối nguyên của vỉa.
- Vận chuyển than, quặng đã được đào tách ra khỏi khu vực khai thác.
- Sửa sơ bộ nền, vách lò và thực hiện việc chèn chống, chuyển luồng.
Phá huỷ là khâu đầu tiên của quá trình khai thác, thực chất là đào, cắt hay nổ
vỡ để tách khoáng sản ra khỏi trạng thái liên kết nguyên khối thành sản phẩm khai
thác dạng hỗn hợp cục, hạt, bột. Với những khống sản có độ kiên cố cao (thường f
> 4), để phá huỷ chúng phải dùng phương pháp khoan nổ mìn. Với những khống
sản có độ kiên cố thấp, để tách chúng ra khỏi khối nguyên, có thể đào cắt trực tiếp
bằng tác dụng cơ học của các dụng cụ lắp trên bộ phận công tác của máy gọi là
máy khấu.
Sản phẩm phá huỷ chính là sản phẩm khai thác phải được xúc bốc lên
phương tiện vận tải để vận chuyển ra khỏi khu vực khai thác. Quá trình xúc bốc
càng nhanh và triệt để thì năng suất khai thác càng cao và tốt. Nhất là thực hiện
xúc bốc song song với quá trình phá huỷ. Khi khâu phá huỷ được thực hiện bằng
khoan nổ mìn thì khâu xúc bốc một phần lợi dụng khoáng sản tự đổ sập xuống
phương tiện vận tải, phần còn lại được xúc bằng tay hoặc dùng các thiết bị xúc
bốc. Khi khâu phá huỷ được tiến hành bằng máy khấu trực tiếp thì quá trình xúc
bốc thường được thực hiện bằng bộ phận chất tải của máy khấu, nghĩa là máy khấu

thực hiện đồng thời hai chức năng: phá huỷ và chất tải.
Vận chuyển khống sản ra khỏi khu vực khai thác có thể dùng các phương
tiện vận tải như: băng tải, máng cào, máng tự chảy.
Một trong những khâu quan trọng khác trong cơng nghệ khai thác ngầm đó
là chống lị, tức là chống giữ khoảng khơng gian khai thác (khơng gian lị chợ) và
phục vụ công việc phá hoả. Để phục vụ công việc này, trong thực tế dùng nhiều
loại thiết bị chống khác nhau.
Như vậy phụ thuộc vào tính chất cơ lý của khoáng sản khai thác, cấu trúc địa
chất của vỉa, khả năng trang thiết bị có được mà phương pháp khai thác ngầm có
thể được thực hiện bằng một trong hai q trình cơng nghệ cơ bản phổ biến là:
- 1: Khoan nổ mìn - xúc bốc - vận tải
107


- 2: Khấu trực tiếp - xúc bốc - vận tải.
Q trình cơng nghệ thứ hai dễ áp dụng cơ giới hố và tự động hố cho q
trình sản xuất, do đó năng suất cao, nhưng điều kiện áp dụng hạn chế do đòi hỏi
yêu cầu: độ kiên cố của khoáng sản thấp, cấu trúc địa chất đơn giản v.v...
Quá trình cơng nghệ dùng khoan nổ mìn áp dụng được cho mọi trường hợp
nhưng năng suất thấp, nhiều công việc phải làm bằng tay.
Công việc khai thác được tiến hành sau khi đã hồn thành xây dựng các loại
lị và giếng dùng để vận tải, thơng gió v.v...
9.1.2. Tình hình khai thác ngầm ở Việt Nam
Hiện nay việc cơ giới hóa các cơng đoạn trong khai thác ngầm ở Việt Nam
bao gồm:
- Công đoạn đào tách than, đất đá khỏi khối ngun: dùng khoan nổ mìn.
- Cơng đoạn xúc bốc than, khoáng sản đã được làm tơi lên thiết bị vận tải (
vận chuyển than, khoáng sản ra khỏi khu vực khai thác): dùng máng trượt, máng
cào.
- Công đoạn chống lò và chuyển luồng: chuyển máy và thiết bị vận tải đến sát

gương lò mới chuyển cột chống lên vị trí khai thác mới. Việc chèn chống lị dùng
cột chống đơn chiếc kim loại, cột chống thủy lực đơn, giá chống thủy lực tự di
chuyển, giữa các đoạn vì có các thanh lăn chèn.
9.1.3. Tình hình khai thác ngầm trên thế giới
Việc cơ giới hóa cơng tác khai thác ngầm trên thế giới diễn ra theo các giai
đoạn sau:
- Giai đoạn 1: giai đoạn cơ khí hóa từng phần q trình khai thác. Trong giai
đoạn này việc cơ giới hóa dùng các máy và thiết bị như: đánh rạch, máy liên hợp
khấu khấu than, cột chống thủy lực đơn, cột chống ma sát.
- Giai đoạn 2: giai đoạn cơ khí tồn phần q trình khai thác. Trong giai đoạn
này đã bắt đầu dùng máy com bai khấu hẹp, giá đơ thủy lực, máng cào cứng. Tất
cả các khâu từ khai thác đến chuyển luồng đều thực hiện bằng máy.
- Giai đoạn 3: giai đoạn tự động hóa từng phần và cơ khí tồn phần q trình
khai thác.
- Giai đoạn 4: giai đoạn tự động hóa tồn bộ q trình khai thác. Trong giai
đoạn này các khâu, các công đoạn của quá trình khai thác được điều khiển bằng hệ
thống tự động đặt trên mặt đất.
9.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc cơ giới hóa khai thác ngầm
a) Nguyên nhân khách quan
108


- Trạng thái của vỉa
o Chiều dày của vỉa:
 Loại rất mỏng: chiều dày 0,5  0,8 m
 Loại mỏng: chiều dày 0,8  1,5 m
 Loại trung bình: chiều dày 1,5  3,5 m
 Loại dày: chiều dày lơn hơn 3,5 m
o Góc dốc của vỉa:
 Loại dốc thoải: độ dốc 0  25 độ

 Loại dốc đứng: độ dốc 25  45 độ
 Loại dốc đứng: độ dốc 45  90 độ
o Độ cứng của than và đất đá:
 Than mềm: hệ số f < 1
 Than Antraxit: hệ số 1 < f < 2 ( than đá)
 Than cứng: hệ số f >2
- Tính chất cơ lý của đất đá:
o Độ vững chắc của đất đá: điều này được đặc trưng bằng độ bền cắt,
nếu độ cứng càng lớn thì độ bền cắt càng cao dẫn đến khi làm việc
lưỡi cắt nhanh mòn.
o Thành phần thạch học: chính là lớp đất đá kẹp.
o Độ chứa khí và ngậm nước: chủ yếu chứa khí metal.
- Các phay phá địa chất
b) Yếu tố chủ quan
Yếu tố chủ quan được đánh giá dựa trên góc độ kỹ thuật, bao gồm:
- Phương pháp khai thác.
- Các giải pháp kỹ thuật cụ thể.
9.2. Các phương pháp cơ giới hoá khai thác than trong lị chợ
Cơ giới hố là dùng máy thực hiện các chức năng cơng nghệ. Q trình này
được thực hiện từ thấp đến cao, từ cơ giới hoá một phần đến tồn bộ.
Cơ giới hố khai thác ngầm có thể thực hiện cho nhiều loại khoáng sản,
nhưng phổ biến nhất là cho khai thác than.
9.2.1. Cơ giới hoá khai thác than trong lò chợ bằng máy đánh rạch
a) Sơ đồ làm việc

109


Hình 9-1. Sơ đồ khấu than dùng máy đánh rạch
1,2- Các lỗ mìn

3- Máng cào
4- Cột chống
Khi khai thác vỉa bằng và nghiêng có thể dùng máy đánh rạch kết hợp với
khoan nổ mìn, quá trình này chỉ cơ giới hoá một phần.
Để phá huỷ khối than trong tiết diện luồng khai thác có chiều cao H và chiều
rộng L, dùng khoan nổ mìn. Các lỗ mìn 1, 2, ... được khoan sâu vào mặt gương và
trên đoạn chiều dài lị nhất định rồi nạp thuốc nổ mìn để phá huỷ than. Để giúp quá
trình phá huỷ bằng nổ mìn dễ dàng thì trước đó dùng máy đánh rạch cắt, phá trực
tiếp than tạo thành một rạch rộng dưới chân luồng khai thác có dạng hình chữ nhật
hẹp; chiều cao rạch: h = 0,09  0,25 m, chiều sâu rạch bằng chiều rộng khấu L.
Sau khi máy đánh rạch đi qua, tiến hành khoan nổ mìn từng phần để phá huỷ
khối than phía trên rạch. Vận tải than ra khỏi khu vực khai thác thường dùng máng
cào 3, khi độ dốc lớn có thể dùng máng tự chảy. Với các lị nghiêng, máy đánh
rạch chỉ cắt rạch trong hành trình chuyển động theo hướng lên dốc, cịn vận tải
ln theo hướng xuống dốc.
Các cột chống 4 gồm hai hay ba hàng mục đích để chống giữ khoảng khơng
gian giữ nóc và nền lò. Các hàng cột chạy suốt chiều dài lò và theo các bước lắp
đặt nhất định.
Than phá huỷ bằng nổ mìn được chất lên máng cào bằng nhiều cách: xúc
bằng tay; dùng máy đánh rạch thứ hai có bộ phận chất tải tiến sau để gạt than lên
máng cáo hoặc bộ phận chất tải của chính máy đánh rạch đó ở hành trình lùi; dùng
máng cào có thân có khả năng uốn cong, sau khi máy đánh rạch đi qua, tiến hành
đẩy sát máng cào vào gương rồi khoan nổ mìn, phần lớn than bị phá huỷ sập lên
máng cào và được tải đi, phần còn lại được xúc bằng tay.
b) Nguyên lý làm việc
110


Hình 9-2. Cơ giới hóa khai thác than bằng máy đánh rạch
1- Động cơ; 2- Hộp giảm tốc bộ phận cắt; 3- Tay rạch; 4- Bộ phận gạt than cám;5- Hộp

giảm tốc bộ phận di chuyển máy;6- Cáp di chuyển máy ; 7- Cáp điện; 8- Cột neo cáp di
chuyển

Máy nằm trên nền lò, việc di chuyển nhờ cáp kéo. Một đầu cáp cố định trên
cột neo 8, một đầu cáp được cuốn vào tang 5. Khi tang quay, máy di chuyển lết
trên đường lò. Bộ phận cắt của máy là tay rạch 3, gồm khung định hướng, xích cắt
và đĩa dẫn. Khi xích chuyển động cácc răng cắt sẽ cắt than và tạo thành một khe
rạch.
Máy đánh rạch từ chân lò chợ đến đầu lò chợ theo hướng lên dốc. Vị trí của
khe rạch có thể ở vị trí bất kỳ: trên, dưới, hay giữa gương lò. Nếu tại các vị trí đó
có đất đá kẹp thì máy di chuyển với tốc độ đập mạch: tiến, lùi, dừng.
c) Ưu nhược điểm
- Do tạo thêm được một mặt thoáng thứ hai nên nâng cao hiệu quả nổ mìn,
nâng cao độ cục, chất lượng sản phẩm, giảm bớt chi phí khoan nổ, ổn định lớp đất
đá vách và trụ.
- Do còn nhiều công việc phải làm bằng tay như xúc bốc, di chuyển luồng,
v.v… nên thời gian chu kỳ dài, năng suất thấp, tính an tồn khơng cao.

111


9.2.2. Cơ giới hố khai thác than trong lị chợ bằng máy liên hợp khấu rộng
a) Sơ đồ làm việc

L

1

2

4
5

3

Hình 9-3. Sơ đồ khấu than dùng máy liên hợp khấu
1- Máy khấu 2- Bộ phận khấu 3- Bộ phận chất tải 4- Máng cào
chống

5- Cột

Máy liên hợp là máy khấu trực tiếp: cắt than trực tiếp trên toàn bộ tiết diện
ngang luồng khấu có chiều cao H và chiều rộng L >1m. Máy liên hợp thực hiện
đồng thời hai công việc:
- Phá huỷ (đào tách than khỏi khối nguyên) và
- Xúc bốc lên thiết bị vận tải gương lò.
Sơ đồ khai thác dùng máy liên hợp khấu rộng nêu trên hình 9-3. Máy liên hợp 1 di
chuyển dọc theo gương lị. Bộ phận cơng tác 2 cắt than trên tồn bộ tiết diện ngang
luồng khấu. Than đã phá huỷ được bộ phận chất tải 3 của máy chất lên máng cào 4.
Máy di chuyển liên tục và dòng than được khai thác vận tải ra liên tục. Các cột
chống 5 dùng để chống giữ khoảng không gian khai thác.
b) Nguyên lý làm việc
Máy thực hiện khấu từ chân đến đầu lò chợ theo hướng lên dốc. Máy di
chuyển trên nền lò theo tốc độ đập mạch. Bộ phận di chuyển là cáp kéo, cột neo,
khoảng dịch chuyển khoảng 25 m.

112


Hình 9-4. Cơ giới hóa khai thác than bằng máy com-bai khấu rộng

1- Động cơ dẫn động máy
3- Hộp giảm tốc bộ phận khấu
trục đập
6- Bộ phận chuyển than

2- Hộp giảm tốc di chuyển máy
4- Khung tay rạch vịng
5- Xích cắt và
7- Đường ống dẫn nước dập bụi

Sau khi cắt hết chiều dài lò chợ máy di chuyển về chân lò chợ và thực hiện
việc chuyển luồng.
Máy liên hợp khấu rộng có nhiều loại có bộ phận cắt và sơ đồ làm việc khác
nhau: loại làm việc một chiều (nếu là vỉa nghiêng thì theo chiều hướng lên) và loại
làm việc hai chiều.
c) Ưu nhược điểm
Dùng máy liên hợp khấu rộng đã cơ giới hóa được khâu đập và chuyển than
lên máng cào. Thực hiện việc phá huỷ (cắt) và chất tải đồng thời nên tránh được
tác dụng xấu của nổ mìn, than khai thác được có độ cục lớn. Độ ổn định của đất đá
và vách trụ lớn.
Tuy nhiên dùng máy liên hợp khấu rộng cịn nhiều cơng việc phải làm bằng
tay như: di chuyển máng cào, cột chống. Vì khoảng khơng gian hở của luồng khấu
sau khi máy đi qua lớn do chiều rộng khấu lớn đòi hỏi phải được chống tạm thời
trước khi đẩy máng cào đến vị trí mới, do đó tốn cơng sức, thời gian, năng suất
khơng cao, khó thực hiện cơ giới hố và tự động hố tồn bộ q trình. Ngồi ra bộ
phận khấu: xích cắt , trục đập khi làm việc gây bụi và than cám.
9.2.3. Cơ giới hoá khai thác than trong lò chợ bằng máy liên hợp khấu hẹp
113

a) Sơ đồ làm việc
Máy liên hợp khấu hẹp tương tự như máy liên hợp khấu rộng nhưng chỉ khác
là máy liên hợp khấu hẹp chiều rộng khấu L nhỏ hơn (L  1m).
Trong sơ đồ dùng máy liên hợp khấu hẹp:
- Máy có thể khấu theo hai chiều (sơ đồ con thoi).
- Thiết bị vận tải là máng cào, loại có thể uốn cong dần theo gương lị.
- Thiết bị chống lị là loại tự di chuyển.
Do khoảng khơng gian hở sau khi máy khấu đi qua là hẹp nên khơng cần
chống tạm thời, có thể thực hiện nhiều công việc song song như: khấu, di chuyển
máng cào, thiết bị chống do đó rút ngắn thời gian chu kỳ, năng suất cao và an toàn.
Các thiết bị nêu trên cịn có thể cấu thành tổ hợp thiết bị làm việc vì vậy có
khả năng áp dụng tự động hố điều khiển. Đây là thiết bị được dùng phổ biến hiện
nay trong khai thác ngầm.
c) Nguyên lý làm việc
Máy di chuyển trên máng cào từ chân đến đầu lò chợ theo hướng lên dốc.
Việc di chuyển thực hiện nhờ thiết bị kéo bên ngoài hoặc nhờ động cơ của máy.
Khi máy di chuyển bộ phận cắt thực hiện việc cắt tách than. Đặc điểm của máy
liện hợp khấu hẹp là di chuyển liện tục nhưng tốc độ di chuyển chậm. Khi di
chuyển đến đầu lị chợ máy có thể chuyển luồng và khấu lại. Nếu sử dụng giá đỡ
thủy lực tự di chuyển và máng cào cong thì máy có thể thực hiện khấu theo sơ đồ
con thoi.

114


a)

b)

Hình 9-5. Cơ giới hóa khai thác than bằng máy khấu hẹp và máy bào than

a) Bằng máy com-bai khấu hẹp
1- Máy khấu
2- Dàn chống cơ khí hóa tự di chuyển
3- Cột thủy lực
4- Đường ống dẫn dầu cao áp
5- Máng cào
6- Trạm bơm cao áp
7- Đế dàn
chống
8- Tấm chắn 9- Tấm đỡ nóc
10,11- Thanh giằng
12- Kích thủy lực di
chuyển
b) Bằng máy bào than
1- Bộ phận điều khiển thủy lực
2- Thiết bị dẫn động máy bào than
3- Thiết bị dẫn động máng cào
4- Thiết bị vận tải gương lò
5- Máy bào than
6- Dàn chống thủy lực tự di chuyển
7Máng cào

c) Ưu nhược điểm
Do máy khơng di chuyển trên nền lị mà di chuyển trên máng cào nên than
khai thác được có độ cục lớn, chất lượng than tốt.
Tuy chiều rộng khấu nhỏ (L  1m) nhưng do di chuyển liên tục nên vẫn cho
năng suất khấu cao.
115