Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng bộ điều khiển PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------LÊ QUANG THINH

“ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng bộ
điều khiển PLC”.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Trần Thị Thanh Hải

Hà Nội – Năm 2011


MỤC LỤC
Lời cam đoan.....................................................................................................................4
Lời cảm ơn ........................................................................................................................5
Danh mục các bảng biểu ...................................................................................................6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị............................................................................................7
Phần mở đầu......................................................................................................................9
1. Lý do chọn đề tài. .....................................................................................................9
2. Mục đích nghiên cứu. .............................................................................................10
3. Đối tượng nghiên cứu. ............................................................................................11
4. Nhiệm vụ nghiên cứu..............................................................................................11
5. Giới hạn của đề tài ..................................................................................................11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................11
7. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................11
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận.....................................................................11
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn..................................................................11
8. Bố cục của luận văn. ...............................................................................................11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VỀ MÁY KHẤU THAN VÀ TÌNH HÌNH SỬ
DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN CỦA VIỆT NAM........................13
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU THAN ...............................................13
1.1.1.Lịch sử phát triển máy khấu than ( COMBAI ). ...........................................13
1.1.2. Hình ảnh minh hoạ một số loại máy khấu than............................................14
1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN Ở
VIỆT NAM. ................................................................................................................17
1.2.1. Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả năng cơ giới hoá khai thác hầm lò
vùng Quảng Ninh. ..................................................................................................17
1.2.2. Mục tiêu, một số kết quả và phương hướng phát triển của công nghệ cơ
giới hoá khai thác than ở Việt Nam........................................................................18
1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU LOẠI HAI TAY KHẤU VÀ QUY
TRÌNH KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG MÁY KHẤU. ..........................................21

1


1.3.1. Kết cấu hình dáng sơ bộ của máy khấu loại hai tay khấu. ...........................21
1.3.2. Quy trình khai thác của máy khấu (trình tự khấu gương) . ..........................21
KẾT LUẬN CHƯƠNG I:.........................................................................................266
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THAN CƠ GIỚI HOÁ SỬ DỤNG
MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO ..............................................27
2.1. CÔNG NGHỆ KHAI THÁC. ..............................................................................27
2.1.1. Bản chất của công nghệ khai thác . ..............................................................27
2.1.2. Tổ hợp thiết bị sử dụng trong quá trình khai thác. .......................................27
2.2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ
LỰC CỦA MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO. ......................27
2.2.1. Đặc tính kỹ thuật và phân tích hệ thống điều khiển thuỷ lực của Máy khấu
MG 200 – W1. ............................................................................................................27
2.2.2. Dàn chống tự hành VINAALTA 2.0/3.15 (longwall roof) . ........................44

2.2.3. Máng cào DSS 260 – 2 x 132kw – 120m.....................................................47
2.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC .......................................................53
KẾT LUẬN CHƯƠNG II...........................................................................................56
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC
S7 - 200 ...........................................................................................................................57
3.1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG. ..............................................................................57
3.1.1. Các đặc điểm nổi bật của PLC. ....................................................................57
3.2. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC. ...............................................................62
3.2.1. Lược đồ hình thang LAD. .............................................................................62
3.2.2. Liệt kê câu lệnh STL (Statement List)..........................................................65
3.2.3. Sơ đồ khối chức năng FBD (Function Block Diagram). .............................65
3.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS ...............................................666
3.3.1. Định nghĩa S7-200 CPU...............................................................................66
3.3.2. Các khái niệm cơ bản về PLC S7-200..........................................................67
3.3.3. Giới thiệu về các vùng nhớ: .........................................................................71
KẾT LUẬN CHƯƠNG III .........................................................................................74

2


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7-200
THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU THAN..........................75
4.1. ĐẶT CÁC ĐẦU VÀO RA CỦA PLC VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU ......................................................................................75
4.1.1. Đặt các đầu vào ra cho PLC .........................................................................75
4.1.2.Thuyết minh qui trình điều khiển máy khấu. ................................................76
4.2. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU..............................................767
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV .........................................................................................86
KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ........................................................................88
1. Kết luận...................................................................................................................88

2. Một số kiến nghị .....................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................90

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu
và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác
giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ
luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin
nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên
đây.
Hà Nội, tháng 03 năm 2011.
Học viên

Lê Quang Thinh

4


Lêi c¶m ¬n
Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Viện khoa học công nghệ Mỏ - TKV,
Viện Cơ Khí - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, Bộ môn Kỹ
Thuật Cơ Khí - Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, Bộ môn Máy - Thiết bị Mỏ - Đại
Học Mỏ - Địa Chất, Công Ty Than Vàng Danh - TKV, đã tạo điều kiện để tác giả
hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị

Thanh Hải, người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn này.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu và các đồng nghiệp trường Đại Học Mỏ - Điạ Chất Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ, cộng tác, động viên,
chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của Hội đồng chấm luận
văn tốt nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn

Lê Quang Thinh

5


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của dàn tự hành VINAALTA.
Bảng 2.2: Các nút chức năng điều khiển dàn chống.
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật Máng cào DSS 260 – 2 x 132kw – 120m.
Bảng 3.1: Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 214.
Bảng 3.2: Các loại PLC S7-200 hiện đang bán trên thị trường.

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Máy khấu một tay khấu.
Hình 1.2. Máy khấu hai tay khấu MB 320E.
Hình 1.3. Máy khấu hai tay khấu MG200-W1.
Hình 1.4. Máy khấu MG375-AW.
Hình 1.5. Máy khấu MG150-376 W.

Hình 1.6. Máy khấu SL 750.
Hình 1.7. Hình dáng sơ bộ của loại máy khấu hai tay khấu.
Hình 1.8. Trạng thái đầu chu kỳ khai thác của máy khấu.
Hình 1.9. Trạng thái bắt đầu khai thác của máy khấu.
Hình 1.10. Quá trình máy khấu khai thác hết gương bên phải.
Hình 1.11. Quá trình máy khấu khai thác quay trở lại.
Hình 1.12. Quá trình máy khấu khai thác phía bên trái.
Hình 1.13. Máy khấu kết thúc khai thác.
Hình 2.1. Máy khấu MG200-W1.
Hình 2.2. Sơ đồ thủy lực của máy khấu MG200-w1.
Hình 2.3. Sơ đồ đường tuần hoàn dầu chính.
Hình 2.4. Sơ đồ đường bổ sung dầu và trao đổi nhiệt.
Hình 2.5. Sơ đồ thuỷ lực điều khiển nâng hạ hai tay khấu.
Hình 2.6. Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh tốc độ, chiều quay của bơm.
Hình 2.7. Sơ đồ bảo vệ quá tải.
Hình 2.8. Sơ đồ bảo vệ thấp áp.
Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống bảo vệ công suất.
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống bảo vệ trượt máy.
Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống phun sương dập bụi và làm mát.
Hình 2.12. Dàn chống tự hành.
Hình 2.13. Kết cấu dàn chống VINAALTA.
Hình 2.14. Hộp điều khiển dàn chống.

7


Hình 2.15. Kết cấu máng cào.
Hình 2.16. Trạm truyền động.
Hình 2.17. Máng giữa.
Hình 2.18. Máng kiểm tra.

Hình 2.19. Máng quay đặc biệt.
Hình 2.20. Máng tháo dịch chuyển.
Hình 2.21. Máng nhận dịch chuyển.
Hình 2.22. Xích máng cào.
Hình3.1. Cấu trúc của PLC.
Hình 3.2. Modul mở rộng EM 222 của PLC.
Hình 3.3. CPU 214 với các modul mở rộng.
Hình 3.4. Minh hoạ sự quét do PLC thực hiện.
Hình 3.5. Các ký hiệu tiêu chuẩn được sử dụng cho thiết bị nhập và xuất.
Hình 3.6. Ví dụ một số phần tử sơ đồ khối
Hình 3.7. Hình ảnh bên ngoài của một PLC.
Hình 3.8. PLC và các thiết bị ngoại vi.
Hình 3.9. Vòng quét chương trình.
Hình 3.10. Cách truy nhập theo bit.
Hình 3.11. Cách truy nhập theo Byte, Word hay Double Word.
Hình 3.12. Truy nhập Timer Bit và giá trị tức thời của biến thời gian.
Hình 3.13. Kích thước của dữ liệu phụ thuộc vào cấu trúc lệnh.
Hình 3.14. Các kiểu dữ liệu.
Hình 4.1. Sơ đồ khối PLC.

8


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Qua nhiều quá trình phát triển với sự ứng dụng của các thành tựu khoa học công
nghệ hiện đại, máy khấu (combai) khai đào đã trở thành một thiết bị khai đào rất
phổ biến trên toàn thế giới. Từ một thiết bị chỉ dùng khai đào lộ thiên đến việc áp
dụng chúng dưới ngầm; từ các máy khấu có kết cấu đơn giản kiểu cổ điển đến việc
phát triển chúng thành một thiết bị đa năng tích hợp nhiều thiết bị khác đi kèm; từ

một thiết bị chuyên để khai đào trong than và đá mềm có độ cứng nhỏ, trong một
hai thập kỷ gần đây combai đã được áp dụng cả vào trong khai đào đá rắng cứng
đến rất cứng đến 140 MPa thậm chí ở một vài máy còn lên tới trên 200 MPa. Đây
quả là một bước ngoặt của công nghệ, việc áp dụng chúng trong ngành mỏ đã đem
lại rất nhiều lợi ích về mặt kinh tế, môi trường, con người được thay thế bằng máy
móc ở nhiều công đoạn làm việc nguy hiểm và độc hại ở một số công trình có tính
chất đặc biệt như: công trình hầm dưới thành phố nơi có đông dân cư, công trình
hầm ở những nơi có khu di tích lịch sử hoặc danh lam thắng cảnh, các công trình
hầm gần nơi nhạy cảm về chấn động, công trình hầm bí mật quân sự...thì combai tỏ
ra được ưu thế tuyệt đối của mình so với đào hầm bằng công nghệ khoan – nổ mìn
truyền thống [17].
Hiện nay một số mỏ than ở Việt Nam đang áp dụng công nghệ cơ giới hoá trong
khai thác than và đang sử dụng một số loại máy khấu như MG200-W1,
MG150/375-W tại mỏ than Khe Chàm, MB450E tại mỏ than Vàng Danh... kết hợp
đồng bộ với một số loại dàn chống tự hành như Vinaalta -2.0/3.15.. và một số loại
máng cào như máng cào DSS 260-2x132kw-120m ...cho hiệu quả khai thác và độ
an toàn cao. Việc ứng dụng công nghệ khai thác hiện đại này đối với nền công
nghiệp than Việt Nam sẽ còn tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa trong thời gian
tới [17,18].
Hệ thống khai thác than cơ giới hoá đồng bộ sử dụng máy khấu kết hợp với dàn
chống tự hành và máng cào được điều khiển bằng hệ thống điện và thủy lực cho

9


việc di chuyển máy khấu trên máng cào, khấu than (cắt than), nâng hạ tay khấu, vận
hành các động cơ điện, các bơm thủy lực, di chuyển máng cào, vận hành các xi lanh
thuỷ lực của dàn chống tự hành để nâng tấm chắn gương, chất tải, di chuyển dàn
chống...
Việc lập trình điều khiển PLC cho hoạt động của hệ thống ba thiết bị trên gồm

máy khấu, dàn chống tự hành, máng cào sẽ giúp trực tiếp giảm bớt số công nhân
cần thiết để vận hành hệ thống trên trong một ca làm việc từ 20 công nhân xuống
còn khoảng 5 công nhân. Từ đó, một mặt vẫn đảm bảo độ ổn định khi làm việc
trong điều kiện khắc nghiệt nơi hầm lò, đảm bảo hoạt động, năng suất làm việc của
máy, song mặt khác nâng cao được mức độ an toàn cho công nhân khai thác trực
tiếp tại hầm lò, điều này có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn cao.
Là một kỹ sư chế tạo máy tốt nghiệp Đại Học Bách Khoa Hà Nội đồng thời là
một cán bộ hiện đang công tác tại Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, một ngôi truờng
đang đóng góp công sức rất lớn về công nghệ và nhân lực cho ngành công nghiệp
Mỏ - Địa Chất của đất nước, tôi nhận thấy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ
về máy khấu có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến sự phát triển của ngành công
nghiệp khai thác cho đất nước. Đồng thời là một cán bộ công tác tại Đại Học Mỏ Địa Chất, việc nắm bắt công nghệ và thiết bị hiện đại sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình công tác cũng như đào tạo các kỹ sư Mỏ - Điạ Chất có năng lực cho đất
nước. Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của cô giáo TS. Trần Thị Thanh Hải,
tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than
dùng bộ điều khiển PLC” làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoa
học chuyên ngành chế tạo máy với mong muốn đóng góp một phần sức lực nhỏ bé
của mình vào sự phát triển chung đất nước và của nhà trường.
2. Mục đích nghiên cứu.
Nâng cao khả năng tự động hoá của máy khấu trong khai thác than hầm lò.
3. Đối tượng nghiên cứu.
Hệ thống điều khiển thủy lực của máy khấu than MG 200 –W1.

10


4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan về máy khấu than, dàn chống tự hành, máng cào và điều khiển
các thiết bị trên.
- Hệ thống thủy lực ứng dụng cho máy khấu than.

- Thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu dùng PLC.
5. Giới hạn của đề tài
Xây dựng nội dung về hệ thống điều khiển thủy lực của máy khấu than MG 200W1. Lập chương trình điều khiển PLC cho quy trình khai thác than tự động sử dụng
máy khấu, chạy mô phỏng chương trình điều khiển.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nâng cao khả năng nắm bắt và làm chủ công nghệ về máy khấu, nâng cao tính
năng làm việc của máy khấu, dàn chống và máng cào trong điều kiện mỏ than ở
Việt Nam tạo cơ sở cho việc phát triển và ứng dụng rộng rãi máy khấu trong công
nghiệp khai thác than của Việt Nam.
7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận.
Phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu để xây
dựng cơ sở lý luận của đề tài.
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn.
Khảo sát hiện trường làm việc và khai thác than, tìm hiểu hoạt động, nguyên lý,
lấy số liệu thực tiễn và tài liệu kỹ thuật của một số loại máy khấu.
Trao đổi lấy ý kiến của những người có kinh nghiệm trong nghiên cứu và sử
dụng máy khấu .
8. Bố cục của luận văn.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và các danh mục tài liệu tham khảo,
các phụ lục của luận văn, nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:
- Chương 1: Tổng quan về máy khấu than và tình hình sử dụng máy khấu
than tại các mỏ than của Việt Nam.

11


- Chương 2: Công nghệ khai thác than cơ giới hoá sử dụng máy khấu, dàn
chống và máng cào.
- Chương 3: Giới thiệu về bộ điều khiển khả lập trình PLC S7- 200.

- Chương 4: Ứng dụng bộ điều khiển khả lập trình PLC S7 – 200 thiết lập
chương trình điều khiển máy khấu than.

12


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VỀ MÁY KHẤU THAN VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY
KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN CỦA VIỆT NAM
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU THAN
1.1.1. Lịch sử phát triển máy khấu than ( COMBAI ).
Phát minh về máy khấu (combai) khai đào (từ nguyên gốc tiếng Anh là “boom
type roadheader”, trong tiếng Nga là “проходческие комбайны”, trong tiếng Ba
Lan là “kombajn”, trong tiếng Đức là “Teilschnittmaschinen”, trong tiếng Pháp là
“Machine a attaque Ponctuelle”, trong tiếng Italy là “Fresa Puntuale”, trong tiếng
Tây Ban Nha là “Máquina rozadora” tạm dịch sang tiếng Việt là: máy khấu
(combai) khai đào. Trong ngành mỏ hiện nay thuật ngữ này còn tồn tại dưới cái tên
như: combai đào lò, máy liên hợp đào lò hay combai RH...) đầu tiên được đưa ra
bởi Tiến sỹ. Z. Ajtay tại Hungary vào năm 1949. Qua nhiều quá trình phát triển với
sự ứng dụng của các thành tựu khoa học công nghệ hiện đại combai khai đào đã trở
thành một thiết bị khai đào rất phổ biến trên toàn thế giới. Từ một thiết bị chỉ dùng
khai đào lộ thiên đến việc áp dụng chúng dưới ngầm; từ các máy khấu có kết cấu
đơn giản kiểu cổ điển đến việc phát triển chúng thành một thiết bị đa năng tích hợp
nhiều thiết bị khác đi kèm; từ một thiết bị chuyên để khai đào trong than và đá mềm
có độ cứng nhỏ trong một hai thập kỷ gần máy khấu đã được áp dụng cả vào trong
khai đào đá rắng cứng đến rất cứng đến 140 MPa thậm chí ở một vài máy còn lên
tới trên 200 MPa. Đây quả là một bước ngoặt của công nghệ, việc áp dụng chúng
trong ngành mỏ đã đem lại rất nhiều lợi ích về mặt kinh tế, môi trường, con người
được thay thế bằng máy móc ở nhiều công đoạn làm việc nguy hiểm và độc hại. ở
một số công trình có tính chất đặc biệt như: công trình hầm dưới thành phố nơi có

đông dân cư, công trình hầm ở những nơi có khu di tích lịch sử hoặc danh lam
thắng cảnh, các công trình hầm gần nơi nhạy cảm về chấn động, công trình hầm bí
mật quân sự...thì máy khấu tỏ ra được ưu thế tuyệt đối của mình so với đào hầm
bằng công nghệ khoan – nổ mìn truyền thống. Và với nhiều ưu điểm như vậy nên

13


trong thi công hầm dân dụng, công trình hầm mỏ... bằng combai được rất nhiều
người quan tâm [14].
Ứng dụng máy khấu khai đào trong đá cứng đến rất cứng không còn là mới mẻ đối
với thế giới, nhưng ở Việt Nam hiện nay nó hoàn toàn là một lĩnh vực còn rất mới
mẻ.
1.1.2. Hình ảnh minh hoạ một số loại máy khấu than.
1.1.2.1. Máy khấu một tay khấu.

14


Hình 1.1: Máy khấu một tay khấu
1.1.2.2 Máy khấu hai tay khấu.
a. Máy khấu do Balan sản xuất.

Hình 1.2: Máy khấu hai tay khấu MB 320E

15


b. Máy khấu do Trung Quốc sản xuất.

Hình 1.3: Máy khấu hai tay khấu MG200-W1

Hình 1.4: Máy khấu MG375-AW

Hình 1.5: Máy khấu MG150-376 W

16


c. Máy khấu do Đức sản xuất.

Hình 1.6: Máy Khấu SL 750
1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN Ở
VIỆT NAM.
1.2.1. Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả năng cơ giới hoá khai thác hầm lò
vùng Quảng Ninh.
Từ năm 1978 các chuyên gia Việt Nam và Liên Xô cũ đã tiến hành đánh giá khả
năng cơ giới hoá một số mỏ than Việt Nam, theo đánh giá với trình độ bây giờ thì
trữ lượng than hầm lò một số mỏ của ta cơ giới hoá được không đáng kể. Năm 1986
- 1990, đề tài cấp Bộ mã số 12A – 02 - 05 đánh giá tại các mỏ Mạo Khê, Vàng
Danh, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy có 295 khu vực có thể áp
dụng sơ đồ công nghệ cơ giới hoá với tổng trữ lượng địa chất dự kiến là 116,33
triệu tấn, theo các báo cáo địa chất hiện có trước năm 1990.
Năm 1978 - 1979 tại Vàng Danh đã tiến hành thử nghiệm máy khấu than tay
ngắn 2K - 52 và cột chống thuỷ lực đơn nạp trong loại GXUM - 6 tại vỉa 8 khu
Cánh Gà II. Do điều kiện địa chất lò chợ thử nghiệm thay đổi lớn và ách tắc hệ
thống vận tải cho nên việc thử nghiệm không thành công.

17

Trong giai đoạn 1990 - 1995 trong đề tài cấp Nhà nước KC - 03 - 03 “Nghiên
cứu lựa chọn công nghệ khai thác hầm lò trong điều kiện địa chất phức tạp” và đề
tài cấp Bộ: “Nghiên cứu đổi mới công nghệ và thiết bị nhằm đáp ứng nhu cầu tăng
sản lượng các mỏ than hầm lò” đã chỉ ra khả năng áp dụng các sơ đồ công nghệ
khai thác tại một số mỏ hầm lò có điều kiện địa chất thuận lợi cho công nghệ cơ
giới hoá cũng gồm các khoáng sàng Khe Chàm, Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu,
Hà Lầm…[15].
1.2.2. Mục tiêu, một số kết quả và phương hướng phát triển của công nghệ cơ
giới hoá khai thác than ở Việt Nam.
Theo quy hoạch phát triển ngành than, tới năm 2015, Tập đoàn Công nghiệp
Than-Khoáng sản Việt Nam sẽ chấm dứt khai thác than lộ thiên tại khu vực Hòn
Gai. Cụ thể, các mỏ Núi Béo, Hà Tu, Xí nghiệp 917...sẽ chuyển sang khai thác bằng
phương pháp hầm lò. Trong khi đó, cũng theo quy hoạch sản xuất than, đến giai
đoạn 2020-2025, để đáp ứng nhu cầu về than ngày càng tăng cao, Tập đoàn sẽ phải
phấn đấu để đáp ứng sản lượng lên tới 100 triệu tấn than (thay vì 80 triệu như chỉ
đạo trước đây). Có nghĩa, cứ sau chu kỳ 5-6 năm, sản lượng than so với hiện thực
khai thác phải tăng lên gấp đôi, hoặc gần gấp ba [20].
Tuy nhiên, có một thực tế là, hiện nay, các mỏ than hầm lò chủ yếu áp dụng công
nghệ khai thác bằng phương pháp khoan nổ mìn thủ công, chống giữ bằng cột thuỷ
lực đơn, giá thuỷ lực di động và gần đây là giá khung di động. Các công nghệ này
tuy đã cải thiện hơn so với công nghệ chống gỗ hoặc cột ma sát nhưng vẫn tiềm ẩn
nguy cơ mất an toàn lao động mà đặc biệt trong khấu gương, di chuyển cột, chuyển
máng cào... Hơn nữa, việc khai thác than hiện nay vẫn dựa chủ yếu vào sức người.
Để sản xuất than bằng hầm lò hiệu quả, tiến tới nâng cao sản lượng theo đúng
quy hoạch phát triển của Tập đoàn, bài toán đặt ra là phải giải quyết tốt 4 điều kiện:
giảm tổn thất tài nguyên, nguồn nhân lực, tăng năng suất, sản lượng và quan trọng
nhất là yếu tố an toàn - mục tiêu hàng đầu của ngành than. Vì thế, việc đổi mới công
nghệ là yếu tố quan trọng trong những năm tới, đặc biệt là công nghệ khai thác. Và,
cơ giới hoá trong khai thác là con đường tất yếu, mở ra triển vọng mới cho ngành

18


khai thác than Việt Nam, góp phần nâng cao mức độ tập trung hoá sản xuất trong
các hầm lò, giảm tổn thất tài nguyên và đặc biệt đảm bảo an toàn cho người lao
động.
Khai thác than hầm lò cũng như các ngành công nghiệp khác để tăng năng suất,
giảm lao động nặng nhọc cho công nhân thì phải cơ giới hoá. Tuy nhiên khai thác
hầm lò có đặc thù riêng, trang bị con người làm việc trong lòng đất, phụ thuộc rất
nhiều vào điều kiện địa chất như cấu tạo các vỉa than, tính chất đất đá bao quanh
vỉa, khí và nước…
Từ lâu, ngành than cũng ý thức được sự cần thiết phải cơ giới hoá, trước hết đã
tiến hành chống giữ các lò chợ bằng cột ma sát thay cột gỗ, rồi tiến tới áp dụng cột
thuỷ lực đơn và đưa combai khấu than vào khai thác than và đã đạt được những
hiệu quả lớn [17].
Năm 2002 tại Công ty Than Khe Chàm đã đưa lò chợ khai thác bằng máy khấu
tay ngắn MG - 200W1 cùng với giá thuỷ lực di động XDY - JF/ LI/ 120J2 tại lò chợ
mức +32 ÷ -10 vỉa 14 - 4 và đã cho kết quả tương đối khả quan đạt công suất thiết
kế 200.000 tấn/ năm.
Năm 2008, công ty than Nam Mẫu đã đầu tư một hệ thống cơ giới đưa vào hầm
lò trong đó chiếc máy khấu than được nhập công nghệ từ Ba Lan làm chức năng
chính khai thác than, máy khấu này có thể cho ra đời 1.500 tấn than/ ngày đêm,
bằng năng suất làm việc của cả ngàn công nhân nếu phải làm thủ công.
Ngày 6-8-2010, tại khu vực vỉa 6, khu Than Thùng, Công ty than Nam Mẫu
(Tập đoàn Than Khoáng sản Việt Nam) đã khánh thành và đưa lò chợ cơ giới hóa
khai thác than trị giá 260 tỉ VNĐ vào vận hành với chiều dài lò chợ 105 m, gồm 66
dàn chống, 66 máng cào, ba tuyến băng tải và một máy khấu than, dự kiến công
suất từ 350 đến 500.000 tấn/năm.
Năm 2005, công ty than Vàng Danh đưa Máy Khấu AM-50Z cùng với máy

khoan Tamrôk vào sử dụng, nâng cao công suất đào lò và sản lượng khai thác.
Từ năm 2008 Công ty Cổ phần than Vàng Danh liên doanh hợp tác chuyển giao
công nghệ với Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ áp dụng công nghệ khai thác

19


than sử dụng thiết bị dàn chống VINAALTa do Việt Nam sản xuất kết hợp với máy
khấu MB 450E nhập khẩu từ CH Sec đã cho năng suất khai thác đạt 300.000
T/năm.
Trong tương lai gần mô hình công nghệ này sẽ được ứng dụng mạnh mẽ tại các
khu vực có điều kiện áp dụng ở vùng Quảng Ninh với qui mô công suất khai thác
trung bình đạt 300.000 - 450.000 T/năm như tại Công ty khai thác than hầm lò:
Thống Nhất, Hà Lầm, Vàng Danh, Nam Mẫu,Mạo Khê, Uông Bí, Dương Huy…
Gần đây, trước nhu cầu phải xuống sâu của các mỏ than hầm lò đồng nghĩa với
khối lượng đường lò đào trong đá có độ cứng trung bình đến cứng và rất cứng (UCS
> 60 MPa) tăng lên. Tập đoàn Công Nghiệp Than – Khoáng Sản Việt Nam có chủ
trương đầu tư một dây chuyền công nghệ đào lò trong đá cứng đến rất cứng bằng
máy khấu. Dự án này đã được Phòng Xây dựng Công Trình Ngầm và Mỏ - Viện
Khoa học Công nghệ Mỏ viết xong vào tháng 7 năm 2007. Hiện nay, dự án đang
trong quá trình chuẩn bị đầu tư. Và rất có thể một máy khấu hạng nặng hiện đại của
Voest Alpine Bergtechnik là AM 105IC sẽ có mặt lần đầu tiên tại các mỏ than hầm
lò Việt Nam. Tuy nhiên không loại trừ khả năng một số loại máy khấu
khai đào khác như: T series của Wirth, ET series của Eickhoff GmbH, SM series
của ISB GmbH (Đức), MK series của Dosco Overseas Engineering (Anh), KSP
series của Yasinovatsky, P series của NKMZ (Ukraine), S series của Mitsui Miike
(Nhật Bản)...cũng sẽ xuất hiện tại Việt Nam trong thời gian sắp tới.

20

1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU LOẠI HAI TAY KHẤU VÀ QUY
TRÌNH KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG MÁY KHẤU.
1.3.1. Kết cấu hình dáng sơ bộ của máy khấu loại hai tay khấu.

1

2

3

4

5

7

6

8

9

11

10

Hình 1.7: Hình dáng sơ bộ của loại máy khấu hai tay khấu
1,7: Tang khấu trái, phải; 2,8: Tay khấu trái, phải; 3,9: Xilanh nâng hạ tay khấu trái,
phải.

4,6: Động cơ tang khấu trái, phải; 5: Động cơ điện kéo dắt máy; 10: Máng cào; 11:
Bộ phận di chuyển.
1.3.2. Quy trình khai thác của máy khấu (trình tự khấu gương) [8, 2].
a. Trạng thái đầu chu kỳ.

4

3

1

2

Hình 1.8: Trạng thái đầu chu kỳ khai thác của máy khấu
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải

21


Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Vị trí bên dưới

Tang khấu phải

Vị trí bên trên

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Vị trí phía gương

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Vị trí kết thúc luồng khai thác trước

Máng cào phần quá độ

Chuyển tiếp giữa hai luồng khấu

b. Bắt đầu khai thác.
Máy khấu di chuyển về bên phải

4

3

1

2

Hình 1.9: Trạng thái bắt đầu khai thác của máy khấu
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Khấu bên dưới

Tang khấu phải

Khấu bên trên

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Vị trí phía gương

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Di chuyển về phía gương

Máng cào phần quá độ

Chuyển tiếp giữa hai luồng khấu

c. Quá trình khai thác
Khai thác hết gương bên phải

22


4

3

1

2

Hình 1.10: Quá trình máy khấu khai thác hết gương bên phải
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Chuyển dần sang khấu bên trên

Tang khấu phải

Chuyển dần sang khấu bên trái

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Vị trí phía gương

Máng cào phần quá độ

Thẳng luồng bên trái với bên phải

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Thẳng luồng với phần quá độ

d. Quá trình khai thác quay trở lại.
Kết thúc khai thác phía bên phải, tiến hành khai thác quay trở lại bên trái.

4

3

2

1

Hình 1.11: Quá trình máy khấu khai thác quay trở lại
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải

23


Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Khấu bên trên

Tang khấu phải

Khấu bên dưới

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Thẳng luồng

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Thẳng luồng

Máng cào phần quá độ

Thẳng luồng

e. Quá trình khai thác
Khai thác phía bên trái

4

3

1

2

Hình 1.12: Quá trình máy khấu khai thác phía bên trái
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Khấu bên trên

Tang khấu phải

Khấu bên dưới

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Di chuyển về phía gương

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Vị trí sát gương

Máng cào phần quá độ

Chuyển tiếp giữa hai luồng khấu

f. Quá trình khai thác
Kết thúc chu kỳ khai thác

24