Chương V. Máy bốc xúc và vận chuyển đất đá trong tuyến tunnel ngầm

Chương V. Máy bốc xúc và vận chuyển đất đá trong tuyến
tunnel ngầm.
§ 5.1. Công tác bố xúc đất đá trong tuyến ngầm
Một trong những công tác cơ bản của thi công đường hầm là vận chuyển đất
đá ra khỏi tuyến thi công. Công tác vận chuyển đất đá ra ngoài chiếm 40 ÷ 60%
thời gian một chu kỳ thi công tuần hoàn, vì thế năng lực đưa đất đá ra ngoài
ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ thi công.
Khi lựa chọn phương thức vận chuyển đất đá ra cần phân tích tổng hợp
các yếu tố có liên quan đến hầm hoặc mặt cắt đường hầm: đào to hay đào nhỏ,
điều kiện địa chất của đất đá, lượng đất đá sinh ra trong một lần nổ mìn, tốc độ
đào đất của máy chính, năng lực vận chuyển của các máy móc trong dây
chuyền đồng bộ, các yêu cầu về tính kinh tế như hiệu quả đầu tư, thời hạn thi
công v.v…
Công tác vận chuyển đất đá ra khỏi tuyến thi công có thể phân chia thành
ba khâu: bốc, vận chuyển, đổ đất đá.
Phương thức bốc đất đá
Có hai phương thức bốc đất đá: cơ giới và thủ công. Phương pháp thủ
công đòi hỏi tốn nhiều nhân lực và có năng suất thấp nên chỉ dùng trong các
trường hợp: a) tại các hầm ngắn; b) thiếu máy móc chuyên dụng; c) mặt cắt
nhỏ không cho phép sử dụng máy móc. Phương pháp cơ giới (dùng máy móc
bốc đất đá) có năng suất cao, vì vậy có thể đẩy nhanh tiến độ và rút ngắn thời
gian thi công. Hiện nay phương pháp cơ giới được áp dụng rộng rãi trong thi
công đường hầm, tuy nhiên vẫn cần bố trí thêm một số nhân công hỗ trợ.
§ 5.2. Máy và thiết bị bốc xúc đất đá trong tuyến ngầm
Để cơ giới hoá công tác bốc xúc đất đá sau khi đánh mìn và đã được đào
xới bằng các phương pháp khác, người ta sử dụng các loại máy bốc xúc đặc
chủng có kích thước không lớn lắm nhằm thích nghi với điều kiện làm việc chật
hẹp trong các tuyến tunnel dưới đất.
Máy móc bốc đất đá trong tuyến ngầm rất đa dạng. Theo hình thức cơ cấu
bốc có thể chia làm: kiểu gầu xúc, kiểu càng cua, kiểu vuốt đứng, kiểu gầu đào.
Máy bốc đá kiểu gầu xúc là loại máy bốc đá không liên tục, có 3 loại: thùng lật

đổ sau, đổ trước và đổ bên. Máy bốc đất đá kiểu càng cua, kiểu vuốt đứng và
kiểu gầu đào là các loại máy bốc đất đá liên tục, thường kết hợp với băng tải.
I. Phân loại:
103


Các máy bốc xúc đất đá hầm lò được phân loại theo các dấu hiệu dưới
đây:
- Theo công dụng: Máy bốc xúc đất đá được chia làm các nhóm: nhóm
máy dùng cho các tuyến tunnel ngang; nhóm máy dùng cho các tuyến tunnel
nghiêng; nhóm máy dùng để bốc đá thải; nhóm máy dùng để bốc khoáng vật
sau khai thác.
- Theo kiểu (dạng) của cơ cấu công tác: Máy bốc xúc đất đá được chia
làm các nhóm: nhóm máy có cơ cấu công tác dạng gầu đào; nhóm máy có cơ
cấu công tác dạng cần cào vơ.
- Theo chế độ làm việc: Máy bốc xúc đất đá được chia làm các nhóm:
nhóm máy làm việc theo chu kỳ (máy có cơ cấu công tác dạng gầu xúc); nhóm
máy hoạt động liên tục (cơ cấu công tác dạng cào vơ hoạt động tự động và liên
tục);
- Theo cơ cấu di chuyển: Máy bốc xúc đất đá được chia làm 3 nhóm:
nhóm máy di chuyển trên bánh lốp; nhóm máy di chuyển trên bánh xích và
nhóm máy di chuyển trên bánh sắt - đường ray.

Hình 5.1. Máy bốc xúc đất đá di chuyển trên bánh sắt - đường ray
Các máy di chuyển trên bánh lốp có khả năng cơ động cao nhưng khả
năng thông qua thấp và năng suất không cao. Các máy di chuyển trên đường
ray có năng suất khá cao nhưng đòi hỏi phải có đường ray để hoạt động. Các
máy di chuyển trên bánh xích có tính cơ động thấp nhưng độ ổn định lớn cho
phép tăng thể tích gầu xúc nên có năng suất cao.
- Theo tính chất hệ thống dẫn động: Máy bốc xúc đất đá được chia thành

các nhóm: nhóm máy dẫn động cơ khí; nhóm máy dẫn động cơ khí - thuỷ lực;
nhóm máy dẫn động điện - thuỷ lực, điện – cơ khí.
Các máy bốc xúc đất đá hoạt động theo chu kỳ lại được chia làm hai
nhóm nhỏ: nhóm máy bốc xúc và đổ thẳng vào phương tiện vận tải (đổ vào
104


goòng, đổ vào xe tải , đổ vào xe tự lật…) và nhóm đổ thành nhiều nấc (đổ vào
cầu băng tải sau đó mới đổ vào phương tiện vận tải).
Đối với các tunnel có mặt cắt nhỏ người ta thường dùng các loại máy bốc
xúc nhóm đổ thẳng vào phương tiện vận tải. Trong các máy này chỉ dùng 2
dạng dẫn động là dẫn động điện và dẫn động khí nén để đảm bảo không gây ô
nhiễm không khí do mặt cắt tunnel nhỏ. Các máy này có thể bốc đá có kích
thước tối đa 200-350 mm.
Máy xúc lật cũng có thể được phân loại theo dung tích gầu hoặc theo
công suất động cơ. Các loại máy xúc lật của hãng Caterpillar có dung tích gầu
xúc tới 8-10 m3, trang bị động cơ tới 500-900 kW. Đã có loại máy xúc lật có
dung tích gầu xúc 20 m3 với công suất động cơ 1500 kW.
II. Máy bốc đất đá kiểu gầu lật đổ sau
Loại máy này thường dùng cơ cấu di chuyển trên ray. Máy dùng gầu xúc
đất đá ở phía trước, sau đó lùi lại và đổ đất đá ra phía sau vào trong xe vận tải
hoặc đổ vào xích tải, sau đó đổ vào goòng hoặc băng tải (hình 5.2) .

Hình 5.2. sơ đồ cấu tạo máy bốc đất đá kiểu gầu lật sau:
1 - gầu; 2 - vỏ máy; 3- móc ghép vào máy vận chuyển; 4- cơ cấu di chuyển; 5- băng tải

Máy bốc đất đá kiểu gầu lật có cấu tạo đơn giản, thao tác tiện lợi, dùng
khí nén hay điện, không gây ô nhiễm trong hầm. Bên cạnh đó máy bốc đất đá
kiểu gầu lật có khá nhiều hạn chế: bề rộng công tác chỉ có 1,7 m ÷ 3,5 m, chiều
dài công tác ngắn, yêu cầu nối dài đường sắt đến sát đống đất đá, tiến lên và

lùi lại bốc đất đá không liên tục, dung tích gầu nhỏ, năng suất kỹ thuật khá thấp
(30–120 m3/h). Loại máy này chỉ thích hợp với loại đường hầm mặt cắt nhỏ
hoặc quy mô không lớn.
Máy bốc xúc đất đá dẫn động khí nén (hình 5.2, а) có hai động cơ (một
động cơ dẫn động cơ cấu bốc xúc, một động cơ dẫn động cơ cấu di chuyển
theo đường ray bằng bánh sắt). Máy có gầu xúc 1, cơ cấu lật gầu xúc qua
khung máy cơ sở 2 vào goòng vận tải và cơ cấu 3 dùng để móc chốt với các
goòng vận tải phía sau. Khung máy cơ sở được lắp trên cơ cấu quay, điều này
cho phép toa quay của máy xúc cùng với gầu xúc quay quanh đường tâm ray
105


di chuyển tới 300 về mỗi phía nhằm tăng không gian xả đất đá. Máy này có kết
cấu đơn giản, làm việc ổn định và dễ điều khiển. Một chu kỳ làm việc của máy
xúc đất đá kết hợp với các goòng vận chuyển liên hoàn bao gồm các thao tác:
bốc xúc đất đá đổ vào goòng, đổi vị trí các goòng, di chuyển vận tải đất sau bốc
xúc tới bãi thải và cuối cùng là quay lại hầm lò vào vị trí bốc xúc.
Máy bốc xúc đất đá dẫn động điện (hình 5.2, b) di chuyển và làm việc
trên ray. Cấu tạo của máy gồm hai phần chính: khung máy cơ sở với băng tải
dọc máy và cơ cấu gầu xúc có tay gầu. Gầu của máy cùng với tay gầu 1 có thể
quay trong mặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nằm ngang. Phía dưới và sau
đuôi của băng tải có các goòng chở đất đá ghép với khung máy qua cơ cấu
móc chốt thụt-thò 3. Đuôi băng tải có thể nâng hạ một góc 25 0 cho phép xả tải
vào các goòng có chiều cao và kích thước khác nhau. Để xử lý bụi trong quá
trình bốc xúc đất đá người ta trang bị cho máy hệ thống tưới làm ẩm đất.
Một chu kỳ làm việc của máy bốc xúc đất đá đổ sau bao gồm các thao tác:
di chuyển về phía trước tiếp cận đất đá, đưa gầu xúc sâu vào khối đất đá, sau
đó nâng gầu lên và đổ đất đá về phía sau – đây là những máy đổ thẳng. Một số
máy khác đổ đất đá vào bun-ke (bunker), và từ bun- ke đất đá được đưa vào
phương tiện vận tải nhờ băng chuyển tải – đây là những máy bốc xúc đất đá

gián tiếp.
Cơ cấu công tác chính của máy là gầu xúc để bốc xúc đất đá rời như cát,
đá sỏi và đất cấp I và II. Thông số chủ yếu của máy xúc lật là sức nâng của
máy: hạng nhẹ (0,6 - 2,0 t), hạng trung bình (2,0 - 4,0 t), hạng nặng (4,0 – 10 t
và hơn nữa).
III. Máy xúc lật, đổ phía trước
Đây là máy bốc xúc trong tuyến ngầm hoạt động theo chu kỳ. Nó thường
dùng bốc xúc đất đá cứng do đánh mìn trong các tuyến tunnel có mặt cắt
gương đào cỡ 35– 70 m2, tức là mặt bằng thi công đủ lớn. Người ta dùng máy
xúc lật đổ trước để đổ thẳng vào phương tiện vận tải - thường là ô tô tự đổ.
Loại máy này chỉ cho phép xúc và đổ vật liệu ở phía trước máy. Thiết bị
xúc gắn với khung máy 6 bằng khớp bản lề (hình 5.3) bao gồm gầu, cần, cơ
cấu tay đòn và các xilanh thuỷ lực hoạt động hai chiều. Gầu 1 lắp trên cần 4,
các cặp đòn gánh 3 và thanh quay 2 được điều khiển bằng hai xilanh thuỷ lực
lật gầu 5. Các xilanh thủy lực 7 thực hiện thao tác nâng-hạ cần. Hệ thống dẫn
động thuỷ lực cho phép thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng một cách êm dịu và
ngăn ngừa quá tải. Quy trình làm việc của máy xúc lật gồm các nguyên công
sau: di chuyển xe tới nơi xúc vật liệu và đồng thời hạ gầu, nhờ lực đẩy của xe
106


(tới hàng chục tấn) gầu ăn sâu vào đống vật liệu, nâng cần và gầu, lùi và vận
chuyển vật liệu tới nơi đổ và lật gầu thực hiện đổ vật liệu lên xe hay chất thành
đống. Trên các loại máy xúc lật hiện đại (ví dụ như máy xúc lật 992D của hãng
Caterpillar) thường bố trí động cơ có công suất lớn, khớp nối thuỷ lực, bánh xe
bố trí hộp thay đổi tốc độ bằng bộ truyền hành tinh có thể làm tăng lực kéo khi
cần thiết và hệ thống phanh kiểu nhiều đĩa hoạt động tự động và có thể điều
khiển bằng tay.

Hình 5.3. Máy xúc lật đổ phía trước:

a) sơ đồ kết cấu; b) sơ đồ động học

H×nh 5.4. Máy xúc lật phía trước bốn bánh lốp chủ động của hãng Caterpillar
Scooptram ST2G
Các loại máy xúc lật hiện nay thường có cơ cấu di chuyển bánh lốp đảm
bảo tốc độ và tính cơ động cao. Máy cơ sở của máy xúc lật là satxi bánh lốp
107


chuyên dùng gồm hai bán khung nối với nhau bằng khớp bản lề nên rất linh
hoạt khi quay vòng (có thể quay 40 0 về hai phía). Các loại máy xúc lật bánh
xích tuy có khả năng thông qua lớn nhưng kém linh hoạt ngày càng ít sử dụng.
Kiểu truyền động của máy xúc lật thường là thuỷ lực, hộp số có nhiều số (3 số
tiến + 3 số lùi) vì máy xúc lật thay đổi hướng liên tục trong khi làm việc. Hiện
nay thường sử dụng các loại máy xúc lật đổ phía trước và quay bán vòng.
IV. Máy xúc lật quay nửa vòng
Máy xúc lật quay nửa vòng có thể dỡ tải ở phía trước và cả về hai bên
một góc 900 nên cho phép rút ngắn thời gian quay vòng và làm việc ở địa bàn
chật hẹp. Kết cấu của loại này khác với kiểu nêu trên ở chỗ thiết bị xúc lắp trên
bệ quay 1, bệ này lại tỳ lên khung di chuyển 3 qua cơ cấu đỡ-quay 2 (hình
5.5,a). Bệ quay hoạt động nhờ các xilanh nằm ngang 4 có cần đẩy nối với nhau
bằng xích 5 vòng qua đĩa xích 6 (hình 5.5, b).

Hình 5.5. Máy xúc lật quay nửa vòng:
a) sơ đồ kết cấu; b) sơ đồ cơ cấu quay bệ máy

V. Máy bốc đất đá kiểu càng cua
Loại máy này chủ yếu di chuyển bằng bánh xích và điều khiển bằng điện.
Máy kiểu càng cua bốc đất đá liên tục, trên mâm nhận vật liệu nằm
nghiêng trước mặt của máy có lắp một đôi càng cua gom đất đá. Khi làm việc

thì mâm nhận vật liệu được cắm vào đống đất đá, đồng thời hai càng cua gạt
đất đá vào mâm, xích gạt sẽ đưa đất đá vào băng tải đã được lắp sẵn đằng sau
để xả vào các phương tiện vận tải (hình 5.6).
Máy bốc xúc đất đá (hình 5.6 và 5.7 ) là loại máy hoạt động liên tục đặt
108


trên cơ cấu di chuyển tự hành bánh xích. Máy này có hệ thống dẫn động bằng
điện, cơ cấu công tác dạng cào vơ, máy được cơ cấu chất tải, máng cào, các
cơ cấu điện, thuỷ lực và hệ thống dập bụi bằng tưới nước.

Hình 5.6. Máy bốc đất đá kiểu càng cua:
1 - cơ cấu di chuyển bánh xích ; 2 - băng tải gạt (xích gạt);
3 - càng cua gom đất đá (cào vơ); 4 - mâm nhận vật liệu nằm nghiêng

Hình 5.7. Sơ đồ cấu tạo máy bốc đất đá kiểu càng cua:
1-càng cua; 2- mâm nhận vật liệu; 3-thân máy; 4- xích gạt; 5-băng tải

Cơ cấu công tác của máy là hai tay cào vơ, hai tay này được lắp trên hai
đĩa lệch tâm, khi các đĩa lệch tâm quay thì các tay cào này thực hiện chuyển
động cào vơ để cào đất đá từ mâm nhận vật liệu nằm nghiêng lên băng tải kiểu
máng cào. Máy có các hệ thống dẫn động độc lập cho cơ cấu di chuyển bánh
xích, cơ cấu cào vơ, băng tải kiểu máng cào và bơm nước. Để điều chỉnh chiều
cao xả đất đá, phần đuôi của băng tải có thể chuyển động nâng hạ trong mặt
phẳng thẳng đứng. Chiều cao xả đất đá tối thiểu (min) m, chiều cao xả đất đá
tối đa (max) m được ghi trong hộ chiếu máy. Phần đuôi của băng tải có thể
chuyển động quay trong mặt phẳng nằm ngang tới 45 0 so với đường tâm của
109

máy về cả hai phía. Để bốc đất đá nằm thấp hơn mặt bằng đường ray di
chuyển, lưỡi cắt đầu sàn nghiêng có thể hạ thấp hơn so với mặt bằng di
chuyển của máy.
Do bị càng cua gạt đất đá hạn chế nên máy chỉ dùng ở chỗ có đá cục nhỏ
hoặc đất rời, chỗ đá cục lớn máy không hoạt động được.
Máy có năng suất kỹ thuật trong khoảng 60 – 80 m3/h.

Hình 5.8. Sơ đồ bố trí các thiết bị trong công trường tuyến ngầm với máy bốc
xúc đất đá kiểu cào vơ hoạt động liên tục:
1- máy cào vơ; 2- băng chuyển tải, 3 - đường ray di chuyển; 4 – goòng vận tải

VI. Máy bốc đất đá kiểu vuốt đứng

Hình 5.9. Máy bốc đất đá kiểu vuốt đứng:
1- vuốt đứng; 2,6- máy băng tải; 3- thân máy; 4- vuốt đứng (vị trí trái phải);
5- giá máy; 7- vuốt đứng (vị trí phía trước)

Loại máy này có thể di chuyển trên ray, bằng bánh lốp hay bánh xích.
Dùng điện khởi động, điều khiển bằng thủy lực. Trước máy này có lắp một đôi
110


vuốt đứng, có thể gom đất đá ở phía trước, bên trái, bên phải vào trong mâm
nhận vật liệu (hình 5.9).
Khả năng gom đất đá của máy này tốt hơn nhiều so với máy kiểu càng
cua, đất đá cục to hay nhỏ dùng máy này đều thích hợp. Chiều rộng công tác
của máy có thể đến 3,8m, chiều dài công tác đến 3,0m.
Năng suất kỹ thuật của máy bốc đất đá kiểu vuốt đứng: 120 – 180 m 3/h.
VII. Máy bốc xúc đất đá kiểu gầu ngoàm dành cho các tuyến ngầm nằm
nghiêng

Để cơ giới hoá công tác bốc xúc đất đá trong các tuyến tunnel nằm
nghiêng trên máy lắp ráp vỏ lò người ta lắp thêm máy bốc xúc dạng treo. Máy
bốc xúc đất đá dạng treo (hình 5.10) có cấu tạo là một kết cấu kim loại ghép cố
định trên máy lắp ráp vỏ lò. Để cho khung di chuyển có thể di chuyển trên
khung cố định người ta dùng tời dẫn động. Trên khung di động có bố trí giá
trượt có dẫn động cho phép khung này chuyển động theo phương vuông góc.
Phần trước của giá trượt có một tay máy dạng ống lồng thụt thò với gầu ngoàm
với dẫn động bằng xilanh thuỷ lực ở đầu tay máy. Bên phải, khung hình chữ U
của máy lắp ráp có bố trí ca bin cho thợ lái máy số 4. Gầu ngoàm với dẫn động
bằng xilanh thuỷ lực nhờ tay máy kiểu ống lồng có thể tiếp cận tới những vị trí
cao nhất, xa nhất để xúc đất đá, sau đó thụt lại với chiều dài thích hợp để đổ
đất vào xe kíp.

Hình 5.10. Sơ đồ lắp đặt máy bốc đất kiểu gầu ngoàm trên máy lắp ráp vỏ
tunnel dùng để thi công tuyến ngầm nằm nghiêng:
1 — máy lắp ráp; 2 — khung cố định; 3 — khung di động với giá trượt; 4 — ca bin; 5 — tay máy
kiểu ống lồng ; 6 — xe goòng; 7 — gầu ngoàm.

111


VIII. Máy bốc đất đá kiểu gầu đào
Đây là loại máy bốc đất đá trong đường hầm vào loại tiên tiến nhất hiện
nay. Cơ cấu bốc đá của máy là xúc theo kiểu đào gầu nghịch, xoay tròn xung
quanh vị trí máy bằng cánh tay vươn dài; dùng điện khởi động và điều khiển
hoàn toàn bằng thủy lực, máy chạy trên ray hoặc bằng bánh xích. Khi đứng một
chỗ, bề rộng công tác của máy có thể đạt 3,5 m, chiều dài công tác có thể đạt
7,11 m trước đường ray và cũng có thể đào xuống phía dưới 2,8 m và với lên
chiều cao 8,34 m để làm công tác gọt mặt đỉnh hầm.
Năng suất kỹ thuật máy bốc đất đá kiểu gầu đào có thể tới 250 m 3/h.

§ 5.3. Máy và thiết bị vận chuyển trong tuyến ngầm
Công tác vận chuyển (xuất đất đá ra và đưa vật liệu vào) trong hầm khi thi
công tuyến ngầm có thể thực hiện theo hai phương thức: vận chuyển bằng
đường ray hay vận chuyển không dùng ray.
Khi vận chuyển bằng đường ray người ta thường dùng loại ray bé cho
đầu máy và thùng xe xuất đất đá ra và đưa vật liệu vào. Đầu máy lai dắt là loại
chạy bằng bình ắc qui hoặc diesel, toa xe là loại thùng thường dùng trong các
mỏ. Loại xe goòng này thích hợp với đường hầm có mặt cắt nhỏ và tương đối
dài (3 km trở lên). Vận chuyển bằng đường ray là phương thức vận chuyển rất
kinh tế và có tính thích nghi cao.
Xe vận chuyển không dùng đường ray có ưu điểm cơ động, linh hoạt,
không cần đặt ray, có thể thích nghi với việc đổ đất đá ở các bãi cách xa cửa
hầm và trường hợp độ dốc đường đi tương đối lớn. Nhược điểm của phương
thức không dùng ray là phần lớn các loại vận chuyển chạy bằng động cơ diesel
gây ô nhiễm không khí trong hầm, do đó chỉ nên dùng trong loại đường hầm có
mặt cắt lớn và chiều dài trung bình, đặc biệt cần chú ý tăng cường thông gió.
Khi lựa chọn phương thức vận chuyển cần cân nhắc đầy đủ việc phối hợp
với máy bốc đất đá và tổ chức vận chuyển, tốc độ đào và lượng vận chuyển để
rút ngắn thời gian vận chuyển và đổ đất đá. Trong trường hợp công trình có
quy mô lớn phải tiến hành phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để
tìm ra phương án tốt nhất.
I. Vận chuyển bằng đường ray
1. Toa xe vận chuyển
Toa xe vận chuyển gồm có toa thùng và toa xe mỏ.
112


a) Toa thùng: Toa thùng kết cấu đơn giản, sử dụng tiện lợi, tính thích ứng
cao. Vận chuyển bằng toa thùng là phương thức vận chuyển tương đối kinh tế.

Theo dung lượng lớn hay nhỏ có thể chia ra làm hai loại: loại thùng nhỏ (dung
lượng dưới 3 m3) và loại thùng lớn (tới 20 m3).
Loại thùng nhỏ được sử dụng rộng rãi nhờ các ưu điểm: gọn nhẹ, linh
hoạt, hiệu suất cao, điều thùng tiện lợi, có thể dùng sức người đẩy và lật thùng
đổ đất đá khi không có máy móc lai dắt. Loại toa thùng lớn có thể đạt đến 20m 3
(có cơ cấu giúp xe đổ một bên hoặc lật để đổ đất đá), phải dùng đầu máy kéo
kết hợp với máy bốc đất đá loại lớn mới bảo đảm tốc độ thi công. Đường sắt để
vận chuyển loại toa thùng lớn đặt ra những yêu cầu cao hơn về chất lượng,
nhưng khi dùng toa thùng lớn có thể giảm thiểu số lần thao tác điều xe, do đó
rút ngắn được thời gian bốc đất đá.
b) Toa xe mỏ: Toa xe mỏ dùng thân xe toàn khối, phía dưới bố trí hai giá
chuyển hướng, đáy thùng xe có bố trí bản gạt hoặc cơ cấu chuyển tải kiểu xích,
tiện cho việc bốc đầy thùng xe và chuyển tải hoặc giúp cho việc đổ đất đá ra
phía sau (hình 5.11). Loại toa xe này không yêu cầu điều kiện cao khi bốc đất
đá, có thể bảo đảm vận chuyển tốc độ lớn, nhưng cấu tạo phức tạp, chi phí sử
dụng cao.
Toa xe mỏ có dung lượng 6 – 18 m 3 có thể sử dụng từng toa một, cũng có
thể sử dụng kết hợp 2-4 toa để giảm thiểu số lần điều xe. Cơ cấu tự động đổ
đất đá nhờ vào bản móc, có thể đổ ra đằng sau, cũng có thể làm cho giá
chuyển hướng trước và sau lần lượt đặt lên hai đường gần nhau, thực hiện đổ
đất đá ra mặt bên của đường ray, sử dụng phạm vi đổ đất đá. Khổ đường ray là
2,0 ÷ 2,5 m.

Hình 5.11. Toa xe mỏ (kích thước bằng mm):
1- bộ giảm tốc bánh xoắn; 2- thân xe đằng trước; 3- giá đỡ máy điện và bộ phận chuyển động
bằng xích; 4- thân xe phía sau; 5- trục truyền động vạn hướng; 6- thanh lai dắt;
7- thanh nối để lai dắt

2. Đầu máy lai dắt vận chuyển bằng ray
Đầu máy lai dắt chạy trên đường ray có các loại: đầu máy chạy bằng ắc

113


qui, đầu máy chạy diesel, chủ yếu dùng để lai dắt vận chuyển trong đường hầm
với độ dốc không lớn lắm. Khi dùng toa xe loại nhỏ và ở độ dốc thoải, đường
hầm ngắn có thể dùng sức người đẩy.
Đầu máy dùng ắc quy tuy không gây ô nhiễm song phải nạp ắc-quy, năng
lượng có hạn. Khi cần thiết có thể tăng số ắc-quy lên để bảo đảm tốc độ và
năng lượng vận chuyển của đầu máy.
Đầu máy diesel có năng lực lai dắt khá lớn, nhưng gây tiếng ồn và ô
nhiễm không khí. Khi sử dụng đầu máy diesel thường phải lắp thiết bị lọc khí và
tăng cường thông gió.
3. Vận chuyển một tuyến
Năng lực vận chuyển một tuyến tương đối thấp, thường dùng cho vùng có
điều kiện địa chất tương đối kém hoặc tại các đường hầm có mặt cắt nhỏ.
Khi dùng vận chuyển một tuyến, để điều xe thuận lợi và nâng cao năng
lực vận chuyển, trên toàn bộ tuyến nên bố trí hợp lý các ga tránh. Khoảng cách
giữa các ga tránh cần căn cứ vào thời gian thao tác bốc đất đá và tốc độ chạy
tàu để tính toán xác định biểu đồ chạy tàu tối ưu nhằm giảm thiểu thời gian chờ
đợi tránh tàu. Chiều dài tuyến ga tránh phải đảm bảo tránh nhau an toàn và bố
trí được cả đoàn tàu (hình 5.12).

Hình 5.12. Bố trí đường ray vận chuyển một tuyến:
1- máy bốc đất đá kiểu gầu lật; 2- xe thùng; 3- đầu máy lai dắt chạy bằng điện ắc-quy;

4. Vận chuyển hai tuyến
Khi tổ chức vận chuyển hai tuyến thì tàu vào - ra đều chạy đường riêng,
không cần đợi tránh nhau, năng lực thông qua nâng lên rõ rệt so với một tuyến.
Để điều xe được tiện lợi cần bố trí đường ngang giữa hai tuyến một cách hợp
lý.

Khoảng cách đường ngang cần căn cứ vào việc sắp đặt trật tự thi công và
nhu cầu điều xe vận chuyển để xác định, nói chung khoảng cách là 100–200 m
hoặc dài hơn, và cứ cách 2 ÷ 3 nhóm đường ngang thì bố trí một nhóm đường
ngang ngược chiều.
114


5. Kéo dài đường ray đến mặt công tác và biện pháp điều xe
Kéo dài đường ray đến mặt công tác: cần thỏa mãn kịp thời yêu cầu đi lại
và thao tác khoan lỗ, bốc đất đá, cơ giới vận chuyển và tránh làm cản trở nhau
giữa việc kéo dài đường ray và các công tác khác, có khi cần kéo dài đến tận
mặt đào. Biện pháp kéo dài là dùng ray ngắn lắp nối, đợi khi mặt đào tiến lên
phía trước xong sẽ nối các thanh ray ngắn thành ray dài.
II. Máy vận chuyển liên tục
Máy vận chuyển liên tục thường dùng để vận chuyển vật liệu rời, vật liệu
có kích thước nhỏ, trung bình hoặc ở dạng khối, kể cả vật liệu dẻo như bê tông,
vữa. Máy vận chuyển liên tục có thể chia ra thành nhiều loại như băng tải, gầu
tải vít tải, xích tải tấm, băng gạt, máy vận chuyển nhờ rung động.
1. Băng tải
Băng tải được sử dụng rộng rãi để vận chuyển liên tục vật liệu theo
phương ngang hoặc nghiêng. Chúng cho năng suất cao (tới vài nghìn t/h) và có
thể vận chuyển đi xa tới hàng cây số. Trong xây dựng thường dùng loại băng
tải di động và băng tải cố định.
Băng tải di động vận chuyển vật liệu ở cự ly 10 – 15 m và dỡ vật liệu ở độ
cao 2 – 4 m.
Băng tải cố định có khung bệ làm thành từng đoạn 2 – 3 m lắp ráp với
nhau. Băng tải này thường dài 50 – 100 m và có thể tăng-giảm chiều dài bằng
cách thêm-bớt các đoạn khung theo tính toán. Băng tải còn được sử dụng như
một cơ cấu vận chuyển của máy đào nhiều gầu, máy rải bê tông...
Băng tải (hình 5.13, a) gồm băng 4 tựa trên các con lăn đỡ 5 ở nhánh có

tải và 8 ở nhánh không tải, vòng qua tang dẫn động 6 và tang căng 2. Chuyển
động của băng truyền từ tang dẫn qua băng nhờ lực ma sát. Trục tang dẫn
động nối với động cơ 10 qua hộp giảm tốc 9. Tăng lực kéo bằng cách lắp thêm
tang 7 cạnh tang dẫn làm tăng góc ôm α . Để băng không bị chùng và tăng lực
kéo thường dùng bộ căng băng kiểu vít hay đối trọng 1.
Băng vừa là bộ phận mang vật liệu vừa là bộ phận kéo. Thường dùng
nhất là loại băng vải cao su hay dệt bằng sợi tổng hợp. Lớp vải bền là loại
chuyên dùng làm đai. Lớp cao su phía trên dày hơn phía dưới vì chịu mài mòn
nhiều hơn. Số lớp và chiều rộng băng là những số liệu đã được tiêu chuẩn hóa
B = 0,4 ÷ 1,6m.
Băng được chọn theo lực kéo lớn nhất Smax. Tải trọng kéo do các lớp vải
chịu, do đó tải trọng càng lớn thì phải chọn băng có lớp vải càng nhiều.
Số lớp vải được xác định theo công thức:
i=

S max
B.K

[5.1]
115


trong đó B - chiều rộng băng, m;
K - tải trọng phá hỏng cho phép của một lớp vải có chiều rộng 1m, N;
Smax - lực kéo băng lớn nhất ở nhánh cuốn vào tang dẫn động, N.
Đối với phần lớn băng tải K = 460 ÷ 550 daN. Băng tải chuyên dùng có tải
trọng phá hỏng băng lớn gấp hai lần so với băng tải thường. Con lăn ở nhánh
có tải có thể dùng loại con lăn thẳng hoặc con lăn đỡ hình lòng máng, còn ở
nhánh không tải thường dùng loại con lăn đỡ thẳng (hình 5.13, b). Nhánh có tải
thường dùng loại lòng máng vì chứa được nhiều vật liệu làm tăng năng suất

của băng tải. Con lăn đỡ hình lòng máng thường là tổng hợp của hai hoặc ba
con lăn đỡ thẳng. Đối với băng tải dùng loại băng bình thường (mặt nhẵn), góc
nghiêng tải vận chuyển vật liệu rời không quá 18 - 29 0, vận chuyển gạch không
quá 25 - 300. Để tăng độ nghiêng vận chuyển của băng tải đến 60 0, băng tải di
động không có con lăn đỡ ở nhánh không tải, có thể dùng băng chuyên dùng
có gờ.
Khi lắp ráp băng tải, cần phải nối bằng cách dán hai đầu lại bằng nhựa
cao su, ép lại rồi đốt nóng, nối bằng khớp thép, vòng thép chuyên dùng và các
vòng thép nối với nhau bằng cáp thép (hình 5.14).

Hình 5.13. Băng tải:
a) Sơ đồ kết cấu; b) Con lăn đỡ; c) Sơ đồ lực ở tang dẫn động; d) Diện tích mặt cắt vật liệu
trên băng phẳng; e) Diện tích mặt cắt vật liệu trên băng lòng máng

116


Hình 5.14. Các phương pháp nối đầu băng:
a) dán; b) nối bằng khớp bản lề; c) nối bằng các vòng thép

Từ hình 5.13, c ta thấy lực kéo của tang dẫn P được xác định như sau:
P=T–t

[5.2]

trong đó T - lực căng băng trên nhánh cuốn, daN;
t - lực căng băng trên nhánh nhả, daN.
Lực dẫn động trong băng tải được truyền từ tang dẫn qua băng nhờ ma
sát. Vì vậy để băng khỏi bị trượt trên tang dẫn phải đảm bảo thoả mãn công
thức Ơle:

T = t.efα,

[5.3]

trong đó f - hệ số ma sát giữa băng và tang dẫn;
α - góc ôm của băng trên tang, độ.
Từ đó suy ra:
1 

P = T  1 − fα  .
 e 

[5.4]

Từ công thức trên ta thấy lực kéo P có thể truyền từ tang qua băng tỷ lệ
thuận với hệ số ma sát giữa băng và tang dẫn f, với góc ôm của băng trên tang
α, với lực căng của băng trên nhánh cuốn.
Để đảm bảo cho băng tải làm việc bình thường phải: thường xuyên theo
dõi, kiểm tra các con lăn đỡ băng và định kỳ tra dầu mỡ các ổ của con lăn đỡ,
kịp thời thay các con lăn hỏng. Thường xuyên điều chỉnh cho băng chuyển
động đúng hướng, theo dõi, kiểm tra trạm căng băng, phễu nạp liệu, dỡ liệu và
các thiết bị làm sạch băng.
117


Cấm không được: cọ rửa, sửa chữa băng tải khi băng đang làm việc, mở
máy mà không có tín hiệu báo trước.
Năng suất của băng tải xác định theo công thức:
Q = 3600F.v.γ

(t/h)

[5.5]

trong đó F - diện tích mặt cắt của vật liệu trên băng, m 2;
v - tốc độ vận chuyển vật liệu, m/s;
γ - khối lượng riêng của vật liệu, t/m6.
Đối với băng phẳng, mặt cắt của dòng vật liệu có hình tam giác cân. Để
vật liệu không bị rơi vãi ra khỏi băng, thì đáy của tam giác cân phải bằng 0,8
chiều rộng của băng B và góc đáy ϕ1 bằng 35% góc trượt tự nhiên của vật liệu
ở trạng thái tĩnh ϕ0. Với vật liệu xây dựng vụn thì góc trượt tự nhiên ϕ0 ≈ 450 và
khi đó ϕ1 ≈ 160.
Trong tính toán người ta đưa thêm hệ số c phụ thuộc vào góc nghiêng của
băng tải.
Diện tích mặt cắt dòng vật liệu trên băng phẳng (hình 5.13, d):
F1 =

b.h1
0,8 B.0,4 B.tgϕ1
⋅c =
⋅ c = 0,45B 2 .c
2
2

[5.6]

Đối với băng lòng máng (h.5.13) diện tích mặt cắt dòng vật liệu bằng tổng
diện tích hình thang F2 và tam giác F1. Khi tính diện tích F2 ta lấy góc nghiêng
của con lăn theo tiêu chuẩn 200, chiều dài con lăn dưới a ≈ 0,39B.
F1 =

b+a
b+a b−a
b2 − a2
⋅ h2 =
⋅
tg 20 0 =
tg 20 0 ; [5.7]
2
2
2
2
F2 =

0,8 2 B 2 − 0,39 2 B 2
tg 20 0 = 0,045B 2 .
4

[5.8]

Do đó công thức tính năng suất của băng tải lòng máng là:
Q = 3,6(F1 + F2).v.γ = 0,16.B2.v.γ.(c + 1)

t/h. [5.9]

Trị số của hệ số c tính theo góc nghiêng β của băng tải như sau:
β = 0 ÷ 100, c = 1; β = 10 ÷ 150, c = 0,95;
β = 15 ÷ 200, c = 0,9; β > 200, c = 0,85.
Từ công thức có thể xác định được chiều rộng băng B, m khi cho trước
năng suất Q, t/h. Theo kinh nghiệm chiều rộng băng tương ứng với kích thước

của vật liệu:
- Với vật liệu chưa gia công B ≥ 2DP + 0,2 m;
- Vật liệu có chọn lọc B ≥ 2,3 DC + 0,2 m.
trong đó DP - kích thước cục vật liệu lớn nhất, m;
DC - kích thước cục vật liệu trung bình, m.
Trong xây dựng thường sử dụng băng tải có năng suất 60 - 140 t/h với
118


chiều rộng băng 0,4 - 0,5 m và vận tốc 1 – 16 m/s.
Đối với vật liệu thể khối thì năng suất băng tải được tính theo công thức:
Q=

3600.v
chiếc/h.
l

[5.10]

trong đó l - khoảng cách giữa các khối, m.
2. Xích tải tấm
Khi cần vận chuyển vật liệu có cạnh sắc, thí dụ khi chuyển đá cục lớn sau
đánh mìn thường dùng xích tải tấm (hình 5.15 a). Thiết bị này có xích 3, bánh
dẫn động 4 và xích kéo 2. Trên xích kéo lắp các tấm kim loại 1 phủ mép lên
nhau để vật liệu không bị rơi. Xích tải tấm còn để vận chuyển các chi tiết và sản
phẩm từ vật liệu nóng ở các nhà máy kết cấu xây dựng.
3. Băng tải gạt
Một dạng của băng tải có xích tải kéo là băng gạt (hình 5.15, b). Nó khác
với xích tải tấm là trên xích 3 lắp các tấm gạt 5, còn các nhánh dưới khi làm
việc sẽ gạt vật liệu di chuyển trong lòng máng cố định.

Hình 5.15. Băng tải gạt có cơ cấu kéo bằng xích:
a) xích tải tấm; b) băng gạt

4. Gầu tải
Gầu tải được sử dụng rộng rãi để vận chuyển các loại vật liệu tơi như xi
măng, cát, đá, sỏi… Vật liệu chứa trong gầu vận chuyển theo phương thẳng
đứng hay phương nghiêng một góc không nhỏ hơn 60 0 so với phương ngang.
Gầu tải (hình 5.16) gồm tang hoặc đĩa xích dẫn động 6, và đĩa kéo căng 1, bộ
phận kéo thường là hai dải xích, trên có gắn gầu 3 với bước gầu T. Bộ phận
kéo và gầu được đặt trong vỏ che bằng kim loại 5. Chất tải vật liệu qua cửa nạp
2 và xả qua cửa ra 7.
Gầu tải có tốc độ cao (1,25 - 2,0 m/s) thường để vận chuyển vật liệu ở
dạng bột, và cục nhỏ, còn tốc độ thấp (0,4 - 1,0 m/s) khi vận chuyển vật liệu ở
dạng cục lớn. Hình dáng gầu cũng tuỳ thuộc vào loại vật liệu vận chuyển và
119


được lắp trên cơ cấu kéo với bước gầu T = 300 – 600 mm.
Gầu tải có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, có thể nâng vật liệu lên độ cao
tương đối lớn (đến 50 m). Năng suất các loại gầu tải nằm trong khoảng rộng (từ
5 đến 140m3/h). Nhược điểm của gầu tải là chịu quá tải rất kém, cần phải nạp
liệu đều trong quá trình làm việc. Năng suất của gầu tải được tính theo công
thức:
Q = 3,6

q
v ⋅γ ⋅ k ,
T

t/h

[5.11]

trong đó q - dung tích gầu, m3;
T - bước gầu, m;
v - tốc độ vận chuyển vật liệu, m/s;
γ - khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3;
k - hệ số đầy gầu, k = 0,6 ÷ 0,85.

Hình 5.16. Gàu tải:
a) sơ đồ cấu tạo; b) gầu nông đáy tròn cho vật liệu tơi kém linh động; c) gầu sâu đáy tròn cho
vật liệu linh động; d) gầu đáy nhọn cho vật liệu dạng cục

5. Vít tải
Vít tải dùng để vận chuyển đất cát rời, tơi, xốp, dẻo như sét, pha sát, cát,
bột,… theo phương ngang hoặc nghiêng (tới 20 0) với cự ly vận chuyển tới 30 –
40 m và có năng suất đến 20 – 40 m 3/h. Vít tải được sử dụng nhiều trong các tổ
120


hợp máy thông tunnel tấm phẳng với khoang cân bằng áp lực gương đào bằng
đất. Vít tải(hình 5.17, a) gồm vỏ thép 4, trục dẫn động có gắn vít vận chuyển 3,
các ổ đỡ 5, phễu nạp 6 và cửa dỡ liệu 7. Trục vít quay nhờ động cơ điện 1 qua
hộp giảm tốc 2. Khi vít quay thì vật liệu bị cuốn theo đường xoắn trôn ốc và do
đó có chuyển động tương đối giữa vật liệu và vít tải. Khối vật liệu coi như ở vị
trí đai ốc. Nhờ ma sát và trọng lượng vật liệu, vật liệu được chuyển trong
đường ống theo chiều quay của vít từ cửa nạp tới cửa xả.
Vít tải có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vật liệu được
che kín nên không thất thoát và gây ô nhiễm môi trường. Tuỳ theo tính chất và

kích thước của vật liệu mà sử dụng các loại cánh vít có hình dáng khác nhau.
Năng suất kỹ thuật của vít tải được xác định theo công thức:
Q = 3600 F . v,

m3/h

[5.12]

trong đó v - vận tốc chuyển vật liệu, m/s;
F – diện tích mặt cắt dòng vật liệu, m2,
F=

πD 2
S .n
⋅ψ ⋅ c , v =
4
60

[5.13]

ở đây D - đường kính vít, m;
S - bước vít, m;
n – vận tốc quay của vít, vg/ph;
ψ - hệ số làm đầy, thường lấy không lớn hơn 0,15 - 0,4 để tránh vật liệu
lấp kín vào các ổ đỡ;
c - hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nghiêng β của đường vận chuyển
β

c

1,0

0,9

0

0,8

5

0,7

10

15

20

0,65

Hình 5.17. Vít tải:
a) cấu tạo chung; b) vít liền vận chuyển vật liệu rời; c,e) vít không liên tục và vít cánh vận
chuyển vật liệu ẩm; d) vít có mặt bằng thép dải vận chuyển vật liệu cục nhỏ
121


122