Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐOÀN TRỌNG LUẬT

TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ

CHO CÁC MỎ KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 9520603

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS BÙI XUÂN NAM

2: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận án này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo cho việc thực hiện luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Khai thác mỏ với đề tài “Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh” là kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian qua với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các nhà khoa học trong ngành mỏ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Mỏ, Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Khai thác lộ thiên cùng các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình.

NCS xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Tiểu ban hướng dẫn: PGS.TS Bùi Xuân Nam và PGS.TS Nguyễn Đức Khoát đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và các thông tin cần thiết cho NCS cũng như thường xuyên đôn đốc NCS làm việc và hoàn thành luận án tiến sĩ của mình đúng thời hạn.

Cuối cùng, NCS xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp; các nhà khoa học trong ngành mỏ và các ngành khác có liên quan đã tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong suốt thời gian học tập và làm luận án. Qua đây, NCS cũng xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt thời gian qua để NCS hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.

Nghiên cứu sinh

Đoàn Trọng Luật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 5

1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 5

1.1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh 5

1.1.2. Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 6

1.1.3. Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 7

1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 13

1.2.1. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai 13

1.2.2. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cao Sơn 20

1.2.3. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Cọc Sáu 25

1.2.4. Đánh giá chung về hiện trạng sử dụng máy xúc tại 3 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 29

1.3. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 30

1.3.1. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Đèo Nai 30

1.3.2. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cao Sơn 35

1.3.3. Hiện trạng sử dụng ôtô tại mỏ than Cọc Sáu 39

1.4. HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 44

1.4.1. Hiện trạng đồng bộ thiết bị tại các mỏ than Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 44

1.4.2. Hiện trạng phối hợp máy xúc - ôtô trên các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu 46

1.4.3. Một số bất cập trong sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 48

1.4.4. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả đồng bộ máy xúc - ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 49

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 49

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN 51

2.1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 51

2.1.1. Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh tế 51

2.1.2. Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính tới độ tin cậy 57

2.1.3. Xác định số ôtô phục vụ cho một máy xúc trong các mỏ lộ thiên 60

2.1.4. Xác định mối quan hệ giữa máy xúc và ôtô trong mỏ lộ thiên dựa trên dung tích gầu máy xúc, tải trọng ôtô và quãng đường vận chuyển 62

2.2. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN NGOÀI NƯỚC TRONG VIỆC TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ 64

2.2.1. Thuật toán xếp hàng 64

2.2.2. Thuật toán Monte Carlo và ứng dụng của nó trên các mỏ lộ thiên 71

2.2.3. Nhóm các phương pháp dựa trên việc nghiên cứu các hoạt động của thiết bị trong đồng bộ 82

2.2.4. Nhóm các phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo: 85

2.2.5. Nhóm các phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học mỏ Liên Xô cũ 88

2.2.6. Nhóm các phương pháp nghiên cứu dựa trên các chương trình phần mềm tính toán có sẵn 89

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 93

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN 99

3.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 99

3.1.1. Sử dụng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau 99

3.1.2. Cung độ vận tải chưa được cập nhật theo bước dịch chuyển của gương khai thác 100

3.1.3. Sử dụng các thiết bị đã cũ, năng suất thấp 101

3.1.4. Sơ đồ xúc bốc, nhận tải chưa hợp lý 101

3.1.5. Ảnh hưởng của vận tốc xe chạy đến chu kỳ vận tải 103

3.1.6. Ảnh hưởng của chất lượng đường vận tải 104

3.1.7. Ảnh hưởng của loại vật liệu xúc bốc, vận tải 104

3.1.8. Ảnh hưởng của chu trình vận tải trên mỏ 106

3.2. CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA SỰ PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN 107

3.2.1. Sử dụng ít chủng loại thiết bị khác nhau 107

3.2.2. Cập nhật cung độ vận tải định kỳ theo bước dịch chuyển của gương khai thác 107

3.2.3. Không sử dụng những thiết bị quá cũ 108

3.2.4. Tối ưu hóa các sơ đồ xúc bốc và nhận tải 108

3.2.5. Tối ưu hóa vận tốc xe chạy (có tải và không tải) 110

3.2.6. Nâng cao chất lượng đường vận tải 111

3.2.7. Sử dụng chu trình vận tải hở thay cho chu trình vận tải kín 111

3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM LỰA CHỌN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ CHO CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 112

3.3.1. Xác định năng suất của máy xúc 112

3.3.2. Xác định năng suất của ôtô 114

3.3.3. Tính toán năng suất đồng bộ 116

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 132

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO MỘT SỐ MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM OST 133

4.1. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI THAN CHO MỎ THAN CAO SƠN 133

4.1.1. Trường hợp 1 133

4.1.2. Trường hợp 2 138

4.1.3. Trường hợp 3 143

4.1.4. Trường hợp 4 147

4.2. TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM KHI XÚC BỐC, VẬN TẢI ĐẤT ĐÁ BÓC CHO MỎ THAN ĐÈO NAI 151

4.2.1. Trường hợp 1 151

4.2.2. Trường hợp 2 155

4.2.3. Trường hợp 3 159

4.2.4. Trường hợp 4 164

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 167

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 169

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS .....

TÀI LIỆU THAM KHẢO 171

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

ĐBTB

Đồng bộ thiết bị
DMC	Phương pháp Monte Carlo động lực
DSMC	Phương pháp mô phỏng Monte Carlo trực tiếp
FRM	First Reaction Method
HTKT	HTKT
KMC	Phương pháp Monte Carlo động học
KSCI	Khoáng sản có ích
LATS	Luận án Tiến sĩ
LP	Linear Programming
MXTLGN	Máy xúc thủy lực gàu ngược
NCS	Nghiên cứu sinh
NPV	Giá trị hiện tại thực
OST	Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô
PDF	Hàm mật độ xác suất
QMC	Phương pháp Monte Carlo lượng tử
RNG	Nguồn phát số ngẫu nhiên
RSM	Phương pháp lựa chọn ngẫu nhiên
TH	Trường hợp
THĐ	Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi bóc đất đá
THT	Tổ hợp đồng bộ thiết bị khi khai thác than
TKV	Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam
VLXD	Vật liệu xây dựng