Tổng quan luận án

Công tác xúc bốc và vận tải đất đá, khoáng sản tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đóng vai trò then chốt trong việc duy trì sản lượng khai thác của toàn ngành Than Việt Nam. Trong cơ cấu khai thác, than lộ thiên vùng Quảng Ninh (đặc biệt tại khu vực Cẩm Phả) chiếm khoảng 50% tổng sản lượng than khai thác cả nước năm 2016 và dự kiến duy trì mức 45–50% từ sau năm 2020 theo quy hoạch ngành. Tuy nhiên, các mỏ đang bước vào giai đoạn khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, làm gia tăng chiều cao nâng tải, tăng cung độ vận chuyển và nâng cao khối lượng đất đá bóc thải. Hệ thống thiết bị xúc bốc và vận tải hiện hữu tồn tại nhiều chủng loại, tình trạng kỹ thuật không đồng đều, dẫn đến tình trạng mất cân đối năng suất giữa máy xúc và ôtô, gây ứ đọng hoặc thiếu hụt phương tiện tại các gương khai thác.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là phương pháp tính toán và quy trình lựa chọn đồng bộ thiết bị xúc bốc – vận tải truyền thống thường tiến hành đơn lẻ, lựa chọn tuần tự (chọn máy xúc trước rồi chọn ôtô hoặc ngược lại), chưa giải quyết bài toán tính chọn đồng thời cả hai loại thiết bị trong điều kiện khai thác xuống sâu và chưa tích hợp đầy đủ các chế độ chu trình vận tải kín cũng như chu trình vận tải hở.

  • Mục tiêu nghiên cứu: Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh khi lựa chọn thiết bị cho mỏ.
  • Đối tượng nghiên cứu: Năng suất đồng bộ giữa máy xúc và ôtô.
  • Phạm vi nghiên cứu: Các mô hình tối ưu hóa đồng bộ máy xúc – ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, tập trung khảo sát tại 03 mỏ lộ thiên điển hình khu vực Cẩm Phả gồm: Mỏ than Đèo Nai, Mỏ than Cao Sơn và Mỏ than Cọc Sáu.
  • Các luận điểm bảo vệ của luận án:
    1. Luận điểm 1: Cung độ vận tải và chu trình vận tải (kín – hở) có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc – ôtô trên các mỏ than lộ thiên.
    2. Luận điểm 2: Trình tự lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô không còn phụ thuộc vào việc chọn máy xúc trước hay ôtô trước mà phải chọn đồng thời cả máy xúc và ôtô để cân đối năng suất làm việc giữa các thiết bị xúc bốc và vận tải một cách hợp lý.
    3. Luận điểm 3: Tỉ số giữa năng suất của máy xúc và năng suất của ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 là giá trị tối ưu nhất về mặt kỹ thuật cho sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô trên các mỏ khai thác than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tiến hành tổng hợp, phân loại các công trình khoa học trong và ngoài nước liên quan đến bài toán tính toán và tối ưu hóa hệ thống thiết bị xúc bốc – vận tải mỏ lộ thiên:

Các hướng nghiên cứu trong nước

Các tác giả trong nước tập trung vào các hướng tiếp cận chính:

  • Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên mỏ lộ thiên bằng phương pháp kinh tế kỹ thuật.
  • Xác định năng suất tổ hợp ôtô – máy xúc có tính đến các chỉ tiêu độ tin cậy và hệ số sẵn sàng của thiết bị trong điều kiện Việt Nam.
  • Xác định số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc dựa trên thời gian chu kỳ công nghệ.
  • Xác định mối quan hệ tương quan giữa dung tích gầu xúc ($E$), tải trọng thùng xe ôtô ($Q$) và cung độ vận chuyển ($L_{vt}$).

Các hướng nghiên cứu ngoài nước

Các công trình quốc tế được phân chia thành các nhóm phương pháp:

  • Lý thuyết xếp hàng (Queueing Theory): Mô hình hóa trạng thái chờ đợi, xếp hàng của đoàn ôtô tại máy xúc và bãi thải nhằm giảm thiểu thời gian tổn thất.
  • Phương pháp mô phỏng Monte Carlo: Bao gồm phương pháp Monte Carlo động lực (DMC), mô phỏng Monte Carlo trực tiếp (DSMC), Monte Carlo động học (KMC), Monte Carlo lượng tử (QMC), phương pháp phản ứng đầu tiên (FRM) và phương pháp lựa chọn ngẫu nhiên (RSM) để xử lý các biến ngẫu nhiên về thời gian xúc, thời gian chạy xe và thời gian đổ dỡ.
  • Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming - LP): Tối ưu hóa điều phối luồng xe tại các khu vực chất tải và các điểm trung chuyển.
  • Trí tuệ nhân tạo và hệ chuyên gia: Ứng dụng hệ thống chuyên gia, mạng nơ-ron và thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) trong phân bổ thiết bị.
  • Phương pháp nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô cũ: Thiết lập hệ phương trình giải tích cân bằng năng suất dây chuyền công nghệ mỏ.
  • Chương trình phần mềm thương mại: Đánh giá các bộ công cụ tính toán mô phỏng chuyên dụng như FPC (Fleet Production & Cost) và TALPAC.

Vị trí và đóng góp của luận án

Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã đề xuất nhiều thuật toán, các phần mềm quốc tế như TALPAC hay FPC có cơ sở dữ liệu và cấu trúc tham số chưa thích ứng hoàn toàn với điều kiện biến động gương tầng, cơ cấu thiết bị cũ – mới đan xen tại vùng than Quảng Ninh. Luận án định vị trọng tâm vào việc thiết lập mô hình tính toán chọn đồng thời máy xúc và ôtô, xét đến hai hình thức chu trình vận tải kín và chu trình vận tải hở, từ đó xây dựng phần mềm chuyên dụng OST phù hợp với thực tế sản xuất tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án vận dụng tổng hợp các cơ sở lý thuyết kỹ thuật mỏ và toán học ứng dụng:

  • Lý thuyết chu kỳ công nghệ xúc bốc – vận tải: Phân tích thời gian một chu kỳ xúc ($t_{ck}$), thời gian quay vòng của ôtô ($T_{ck}$), hệ số xúc đầy gầu ($K_đ$), hệ số nở rời của đất đá ($K_n$), hệ số sử dụng thời gian ($K_{sd}$), hệ số sẵn sàng kỹ thuật của máy xúc ($K_{ss.mx}$) và ôtô ($K_{ss.oto}$).
  • Lý thuyết xác suất thống kê và hàm mật độ xác suất (PDF) kết hợp nguồn phát số ngẫu nhiên (RNG) trong phân tích các biến động ngẫu nhiên của thời gian nạp tải, di chuyển và xả tải.
  • Lý thuyết cân bằng năng suất đồng bộ: Năng suất kỹ thuật của máy xúc ($Q_{mx}$) và năng suất kỹ thuật của đoàn ôtô ($Q_{oto}$) được xác định qua các biểu thức giải tích. Tiêu chuẩn tối ưu hóa kỹ thuật được xác lập khi tỉ số tương quan đạt giá trị: $$\frac{Q_{mx}}{Q_{oto}} \to 1$$
Thông số ký hiệu Diễn giải thuật ngữ kỹ thuật
$E$ Dung tích gầu máy xúc ($\text{m}^3$)
$q$ Tải trọng định mức của ôtô (tấn)
$V_{th}$ Dung tích thùng xe ôtô ($\text{m}^3$)
$L_{vt}$ Cung độ vận chuyển than hoặc đất đá ($\text{km}$)
$K_{rg}, K_{xđ}$ Hệ số độ rải gầu và hệ số xúc đầy gầu
$Q_{mx}, Q_{oto}, Q_{db}$ Năng suất giờ/ca/năm của máy xúc, ôtô và tổ hợp đồng bộ
ĐBTB Đồng bộ thiết bị
THĐ, THT Tổ hợp đồng bộ thiết bị bóc đất đá, khai thác than

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thống kê: Thu thập, phân loại và xử lý dữ liệu vận hành kỹ thuật của toàn bộ hệ thống máy xúc, ôtô tại 3 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu năm 2016.
  • Phương pháp tra cứu tài liệu: Rà soát hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn ngành Than – Khoáng sản, thông số kỹ thuật xuất xưởng của các nhà sản xuất máy mỏ.
  • Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, phỏng vấn các nhà khoa học, cán bộ quản lý và kỹ sư điều hành khai thác mỏ tại vùng Quảng Ninh.
  • Phương pháp mô hình hóa toán học: Xây dựng mô hình cân bằng năng suất và thuật toán tìm kiếm phương án ghép cặp tối ưu giữa máy xúc và ôtô.
  • Phương pháp tin học: Lập trình phần mềm OST (Optimizing Shovel-Truck) để tự động hóa quá trình tính toán đồng bộ thiết bị cho các bài toán biên khác nhau.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh

Chương 1 trình bày bức tranh tổng thể về điều kiện địa chất, hệ thống khai thác và hiện trạng trang thiết bị tại 3 mỏ than lộ thiên lớn nhất khu vực Cẩm Phả:

Địa chất và thông số hệ thống khai thác:
- Trữ lượng địa chất: Cẩm Phả đạt trên 2,2 tỷ tấn than; trữ lượng khai thác: Đèo Nai (42,5 triệu tấn), Cao Sơn (48,13 triệu tấn), Cọc Sáu (51,947 triệu tấn).
- Đất đá vây quanh: Cuội kết, cát kết, bột kết, sét kết với dung trọng thể tự nhiên 2,50 - 2,67 g/cm3; hệ số kiên cố f = 4,0 - 14,0.
- Thông số hệ thống khai thác: Chiều cao tầng khai thác H_t = 12 - 15 m; chiều rộng mặt tầng công tác B_ct = 30 - 45 m; chiều rộng dải khấu A_k = 14 - 21 m; góc bờ công tác gamma = 23 - 30 độ; độ dốc dọc đường vận tải i = 8 - 10%.
Mỏ than Số lượng máy xúc đang dùng Chủng loại máy xúc tiêu biểu Số lượng ôtô đang dùng Chủng loại ôtô tiêu biểu
Đèo Nai 19 chiếc (kế hoạch cần 30 chiếc) EKG-4.6, EKG-5A (11 chiếc), PC1250 ($E=5,2\div6,7,\text{m}^3$), PC750 73 xe/ca CAT 773 (90t, 55t), CAT 777 (96t), HD-785 (55t), Volvo-HM400 (34t)
Cao Sơn 31 chiếc (20 máy tay gàu, 11 máy thủy lực) EKG-4.6, EKG-5A, EKG-8I, EKG-10, PC1800-6, PC1250, Hitachi 670, CAT-365BL 191 xe hiện có (164 xe huy động) CAT 773E/F (55-58t), CAT 777D (96t), HD 465-7/7R (58t), HD 785 (91t), Volvo A35D (32t)
Cọc Sáu Trên 20 chiếc EKG-4.6, EKG-5A, EKG-10, PC1250, PC750-7, CAT-385B, CAT-5090 Đội xe đa tải trọng HD325 (32t), CAT-773D (58t), CAT-777D (96,7t)

Khảo sát hiện trạng chỉ ra các bất cập lớn:

  • Tồn tại quá nhiều chủng loại thiết bị (Cao Sơn sử dụng 8 loại máy xúc; Đèo Nai và Cọc Sáu sử dụng 5 loại máy xúc), gây phân tán công tác bảo dưỡng và đồng bộ tải trọng.
  • Phần lớn máy xúc tay gàu EKG có thời gian vận hành trên 10 năm, tình trạng kỹ thuật xếp loại B và C, chỉ số sẵn sàng thấp, tiêu hao nhiều thời gian dừng sửa chữa đột xuất.
  • Đa số các mỏ áp dụng chu trình vận tải kín (gán cố định số ôtô cho từng máy xúc), dẫn đến hiện tượng ùn tắc xe khi cung độ vận tải tăng (bình quân tăng 0,3 km/năm tại Đèo Nai) hoặc gây thiếu hụt phương tiện khi kết hợp vận chuyển than và đất đá thải xen kẽ.
  • Năng suất thực tế trung bình năm của các thiết bị xúc bốc và vận tải đạt thấp hơn so với định mức kinh tế kỹ thuật của ngành Than.

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

Chương này phân tích bản chất toán học, ưu điểm và phạm vi áp dụng của các thuật toán tính chọn đồng bộ thiết bị:

  • Các thuật toán trong nước: Khái quát các phương pháp cân đối kinh tế kỹ thuật của các nhà khoa học mỏ Việt Nam, đánh giá sự suy giảm năng suất theo độ tin cậy cơ khí và sự phụ thuộc của số xe vào hệ số bám dính, cự ly và góc dốc tuyến đường.
  • Các thuật toán ngoài nước:
    • Thuật toán lý thuyết xếp hàng: Xây dựng mô hình hàng chờ Markov nhiều kênh phục vụ ($M/M/c$), thiết lập sơ đồ chuyển đổi trạng thái của tổ hợp máy xúc – ôtô nhằm tìm điểm cân bằng giữa chi phí chờ đợi của máy xúc và chi phí chờ đợi của ôtô.
    • Thuật toán mô phỏng Monte Carlo: Phân tích nguyên tắc lấy mẫu ngẫu nhiên từ miền biến thiên thực nghiệm để mô phỏng sự biến thiên của chu kỳ xúc, thời gian di chuyển qua các cung đường dốc và thời gian dỡ tải tại bãi thải.
    • Thuật toán quy hoạch tuyến tính (LP): Thiết lập hàm mục tiêu tối thiểu hóa chi phí hoặc tối đa hóa khối lượng vận chuyển với các ràng buộc về lưu lượng tại các nút giao thông và trạm chất tải ($X_{ij}, T_{ij}$).
    • Thuật toán di truyền và hệ chuyên gia: Cơ chế tái tổ hợp, đột biến để tìm kiếm lời giải tối ưu toàn cục trong không gian nhiều biến số thiết bị.
    • Phân tích phần mềm TALPAC và FPC: Đánh giá cấu trúc dữ liệu, giao diện mô phỏng và các hạn chế khi áp dụng trực tiếp vào điều kiện mỏ Việt Nam.

CHƯƠNG 3: Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên

Chương 3 xây dựng khung phương pháp luận tối ưu hóa kỹ thuật và kiến trúc phần mềm OST:

Các yếu tố ảnh hưởng chính:
1. Đa dạng chủng loại thiết bị xúc bốc và vận tải.
2. Cung độ vận tải biến đổi liên tục theo bước dịch chuyển gương tầng.
3. Mức độ suy giảm kỹ thuật của thiết bị cũ.
4. Sơ đồ công nghệ xúc bốc và nhận tải (nạp xe 1 bên, nạp xe 2 bên, nạp xe quay đảo chiều).
5. Vận tốc xe chạy có tải/không tải và chất lượng mặt đường mỏ.
6. Tính chất cơ lý đất đá (dung trọng, hệ số nở rời, độ kiên cố f).
7. Chế độ chu trình vận tải (chu trình kín vs chu trình hở).

Giải pháp và quy trình tính toán:

  • Đề xuất chuyển đổi linh hoạt sang chu trình vận tải hở (không gán xe cố định cho một máy xúc) tại các khu vực có nhiều máy xúc làm việc tập trung để điều tiết xe tự động, triệt tiêu thời gian chờ đợi.
  • Xây dựng hệ thống công thức giải tích chuẩn xác hóa việc tính toán thời gian chu kỳ máy xúc ($t_{ck}$), số gầu nạp đầy thùng xe ($n_g = \frac{V_{th}}{E \cdot K_đ}$), thời gian một chuyến xe ($T_{ck} = t_{xúc} + t_{chạy.tải} + t_{xả} + t_{chạy.không.tải} + t_{quay.chờ}$), từ đó tính ra năng suất $Q_{mx}$, $Q_{oto}$ và năng suất đồng bộ $Q_{db}$.
  • Thiết lập thuật toán tổng quát và xây dựng chương trình phần mềm OST (Optimizing Shovel-Truck):
    • Xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa các thông số kỹ thuật của các dòng máy xúc (EKG, Komatsu PC, Caterpillar, Hitachi) và các dòng xe ôtô tải mỏ (Caterpillar CAT, Komatsu HD, Volvo, BelAZ).
    • Phần mềm hỗ trợ giải quyết 4 bài toán biên lựa chọn thiết bị:
      • Trường hợp 1 (TH1): Lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô hoàn toàn mới cho dự án đầu tư mở rộng.
      • Trường hợp 2 (TH2): Lựa chọn đồng bộ máy xúc – ôtô tối ưu từ danh mục các thiết bị sẵn có của mỏ.
      • Trường hợp 3 (TH3): Lựa chọn dòng ôtô mới phù hợp nhất với hệ thống máy xúc sẵn có của mỏ.
      • Trường hợp 4 (TH4): Lựa chọn dòng máy xúc mới phù hợp nhất với đoàn xe ôtô sẵn có của mỏ.

CHƯƠNG 4: Tính toán thử nghiệm cho một số mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh bằng chương trình phần mềm OST

Chương 4 thực hiện tính toán thử nghiệm, kiểm chứng mô hình và phần mềm OST trên dữ liệu thực tế của 2 mỏ:

  • Tính toán thử nghiệm cho công tác xúc bốc, vận tải than tại Mỏ than Cao Sơn:
    • Nhập thông số than nguyên khai: dung trọng thể tự nhiên, hệ số nở rời, cung độ vận chuyển than $L_{vt} = 4,2,\text{km}$.
    • Chạy mô phỏng cho cả 4 trường hợp lựa chọn thiết bị (TH1, TH2, TH3, TH4) với chế độ chu trình vận tải kín.
    • Kết xuất đồ thị và bảng ma trận năng suất đồng bộ, xác định chính xác số lượng ôtô yêu cầu cho từng loại máy xúc thủy lực gàu ngược PC và máy xúc tay gàu EKG để đạt hệ số tiệm cận $\frac{Q_{mx}}{Q_{oto}} \approx 1$.
  • Tính toán thử nghiệm cho công tác xúc bốc, vận tải đất đá bóc tại Mỏ than Đèo Nai:
    • Nhập thông số đất đá thải: thể trọng, hệ số nở rời, cung độ vận chuyển đất đá ra bãi thải Đông Khe Sim ($L_{vt} = 4,5 \div 6,3,\text{km}$).
    • Chạy mô phỏng thử nghiệm qua 4 trường hợp (TH1: Chọn mới hoàn toàn; TH2: Thiết bị có sẵn; TH3: Ôtô mới kết hợp máy xúc có sẵn; TH4: Máy xúc mới kết hợp ôtô có sẵn) dưới chu trình vận tải kín và đối sánh với chu trình vận tải hở.
    • Kết quả phân tích đồ thị năng suất của phần mềm OST chỉ rõ các tổ hợp đồng bộ tối ưu giúp triệt tiêu thời gian ứ đọng xe ở gương xúc và tăng năng suất chung của toàn dây chuyền mỏ.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận

  • Đã hệ thống hóa và đánh giá toàn diện cơ sở lý thuyết của các thuật toán tối ưu hóa đồng bộ thiết bị xúc bốc – vận tải trên mỏ lộ thiên trong và ngoài nước.
  • Bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp xác định năng suất đồng bộ tối ưu giữa máy xúc và ôtô dựa trên điều kiện kỹ thuật, áp dụng nhất quán cho cả hai chế độ công nghệ: Chu trình vận tải kín và chu trình vận tải hở.
  • Làm rõ bản chất của việc lựa chọn đồng thời máy xúc và ôtô (thay thế cho quy trình lựa chọn tuần tự truyền thống), chứng minh rằng sự phối hợp đạt hiệu quả kỹ thuật cao nhất khi tỉ số giữa năng suất máy xúc và năng suất ôtô đạt giá trị tiệm cận 1.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn ứng dụng

  • Cung cấp bức tranh số liệu phân tích kỹ thuật chi tiết về hiện trạng vận hành, mức độ hao mòn và sự mất cân đối của hệ thống máy xúc – ôtô tại 3 mỏ than lộ thiên tiêu biểu vùng Quảng Ninh (Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu).
  • Xây dựng thành công bộ chương trình phần mềm OST chạy trên máy tính với cơ sở dữ liệu thiết bị mỏ được chuẩn hóa, cho phép các đơn vị khai thác mỏ và tư vấn thiết kế nhanh chóng tính chọn các cặp thiết bị tối ưu trong 4 tình huống đầu tư thực tế.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Các mỏ than lộ thiên cần rà soát, loại bỏ dần các dòng máy xúc tay gàu cũ kỹ (>10 năm), thay thế từng bước bằng máy xúc thủy lực gàu ngược có dung tích gàu phù hợp với tải trọng thùng xe.
  • Định kỳ cập nhật lại cung độ vận tải thực tế theo từng bước dịch chuyển gương tầng để điều chỉnh số lượng ôtô phục vụ cho máy xúc.
  • Áp dụng các sơ đồ nạp tải hợp lý (ưu tiên nạp xe hai bên hoặc nạp xe quay đảo chiều để giảm góc quay và thời gian chu kỳ máy xúc) và nghiên cứu chuyển đổi sang chu trình vận tải hở tại các khai trường tập trung nhiều thiết bị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung sâu vào bài toán tối ưu hóa về mặt kỹ thuật công nghệ xúc bốc – vận tải giữa máy xúc một gàu và ôtô. Bài toán tối ưu hóa tổng thể chi phí kinh tế (bao gồm chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng vòng đời thiết bị LCC và chỉ tiêu giá trị hiện tại thuần NPV) mới dừng ở mức đặt vấn đề bổ trợ. Mặt khác, luận án chưa tích hợp bài toán đồng bộ cho hệ thống vận tải liên hợp ôtô – băng tải dốc kết hợp trạm đập nghiền di động.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Phát triển mở rộng phần mềm OST, tích hợp thêm mô-đun phân tích kinh tế tài chính chi tiết (tính toán đơn giá vận chuyển than, đất đá và NPV của từng phương án đồng bộ).
    • Mở rộng thuật toán cho hệ thống công nghệ vận tải liên hợp ôtô – băng tải dốc đang được TKV triển khai thí điểm.
    • Nghiên cứu tích hợp mô-đun điều phối xe tự động thời gian thực (Real-time Truck Dispatching) dựa trên hệ thống định vị GPS và truyền thông không dây trên khai trường mỏ lộ thiên.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu kỹ thuật chuyên khảo có giá trị ứng dụng và tham khảo đối với nhiều đối tượng trong lĩnh vực mỏ:

  • Cán bộ quản lý, kỹ sư điều hành sản xuất tại các mỏ than lộ thiên: Trực tiếp sử dụng phương pháp tính toán và phần mềm OST để phân bổ đoàn xe ôtô cho các máy xúc theo từng ca sản xuất, tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu thời gian chờ đợi tại gương xúc.
  • Các viện nghiên cứu, đơn vị tư vấn thiết kế mỏ (Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, các công ty tư vấn mỏ): Sử dụng phương pháp luận chọn đồng thời máy xúc – ôtô để lập dự án đầu tư thiết bị mới cho các mỏ khai thác xuống sâu.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Khai thác mỏ, Máy và Thiết bị mỏ: Tham khảo khung lý thuyết xếp hàng, mô phỏng Monte Carlo, thuật toán tối ưu hóa đồng bộ thiết bị và phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm mỏ than lộ thiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Ba luận điểm bảo vệ then chốt của luận án là gì?
Trả lời: Ba luận điểm gồm: (1) Cung độ vận tải và chu trình vận tải (kín – hở) có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất đồng bộ máy xúc – ôtô trên mỏ lộ thiên; (2) Trình tự lựa chọn đồng bộ thiết bị phải tiến hành đồng thời cả máy xúc và ôtô để cân đối năng suất, không phụ thuộc vào việc chọn thiết bị nào trước; (3) Tỉ số giữa năng suất máy xúc và năng suất ôtô đạt giá trị tiệm cận 1 ($\frac{Q_{mx}}{Q_{oto}} \to 1$) là giá trị tối ưu nhất về mặt kỹ thuật.

2. Bất cập lớn nhất trong sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại 3 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu được luận án chỉ ra là gì?
Trả lời: Bất cập lớn nhất là sự đa dạng quá mức về chủng loại thiết bị (Cao Sơn dùng 8 loại máy xúc, Đèo Nai và Cọc Sáu dùng 5 loại máy xúc), nhiều máy xúc tay gàu cũ kỹ có tuổi thọ trên 10 năm làm giảm tính đồng bộ. Đồng thời, việc áp dụng chu trình vận tải kín cố định số xe trong khi cung độ vận tải tăng liên tục đã gây ra tình trạng dồn ứ hoặc thiếu xe tại các gương khai thác.

3. Phần mềm OST do tác giả xây dựng giải quyết được những trường hợp tính chọn thiết bị cụ thể nào?
Trả lời: Phần mềm OST giải quyết 4 trường hợp (TH):

  • TH1: Lựa chọn đồng bộ máy xúc và ôtô hoàn toàn mới.
  • TH2: Lựa chọn đồng bộ máy xúc và ôtô tối ưu từ các thiết bị sẵn có của mỏ.
  • TH3: Lựa chọn ôtô mới phù hợp với hệ thống máy xúc sẵn có của mỏ.
  • TH4: Lựa chọn máy xúc mới phù hợp với đoàn ôtô sẵn có của mỏ.

4. Dữ liệu thực nghiệm của luận án được thu thập tại các mỏ nào và vào thời gian nào?
Trả lời: Dữ liệu thực nghiệm được tác giả khảo sát và thu thập chi tiết tại 03 mỏ than lộ thiên lớn và điển hình nhất vùng than Quảng Ninh gồm: Mỏ than Đèo Nai, Mỏ than Cao Sơn và Mỏ than Cọc Sáu, với các mốc số liệu thống kê kỹ thuật thực tế cập nhật năm 2016.

5. Luận án đề xuất giải pháp công nghệ gì để thay thế chu trình vận tải kín truyền thống?
Trả lời: Luận án đề xuất áp dụng chu trình vận tải hở thay cho chu trình vận tải kín tại các khu vực tập trung nhiều thiết bị xúc bốc, đồng thời tối ưu hóa các sơ đồ nhận tải (sơ đồ nạp xe 2 bên hoặc nạp xe quay đảo chiều) và định kỳ cập nhật cung độ vận chuyển theo bước dịch chuyển gương tầng.

Kết luận

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của NCS Đoàn Trọng Luật đã giải quyết trọn vẹn bài toán tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh trong bối cảnh khai thác ngày càng xuống sâu. Thông qua việc phân tích thực trạng tại 3 mỏ lớn Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu và tổng quan hệ thống thuật toán trong, ngoài nước, luận án đã xác lập phương pháp lựa chọn đồng thời thiết bị với tiêu chí tỉ số năng suất kỹ thuật tiệm cận 1 cho cả chu trình vận tải kín và hở. Sản phẩm phần mềm OST do tác giả xây dựng là công cụ tính toán tin học hóa trực quan, hỗ trợ hiệu quả cho công tác thiết kế và điều hành sản xuất khai thác mỏ lộ thiên.