Tối ưu hóa cấu trúc tổ chức sản xuất cho một số lò chợ cơ giới hóa vùng Quảng Ninh

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 8 Tối ưu hóa cấu trúc tổ chức sản xuất cho một số lò chợ cơ giới hóa vùng Quảng Ninh Nguyễn Phi Hùng1,*, Hoàng Hùng Thắng2, Tạ Văn Kiên2, Phạm Đức Thang2 1Bộ môn Khai thác hầm lò, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất 2Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh * Email: hunguni@gmail.com Mobile: 0988095918 Tóm tắt Từ khóa: Cơ giới hóa; Tối ưu hóa; Tổ chức sản xuất; Công nghệ. Cơ giới hóa khai thác than là bước tiến dài trong việc nâng cao mức độ tập trung hóa, tính liên tục của dây chuyền sản xuất dẫn đến hiệu quả trong khai thác vượt trội so với công nghệ thủ công. Tuy nhiên công tác cơ giới hóa (CGH) khai thác mới chỉ đạt được một số thành tựu nhất định và sản lượng than khai thác bằng CGH hàng năm vẫn chưa cao. Những khó khăn và chưa thành công khi triển khai công nghệ cơ giới hóa trong điều kiện vùng mỏ Quảng Ninh đã chỉ ra quá trình nghiên cứu, thiết kế cấu trúc tổ chức sản xuất đã không lưu ý giải quyết những yếu tố tiềm ẩn là nguy cơ gây gián đoạn, ngừng trệ sản xuất. Mặt khác, các thiết kế tổ chức sản xuất thường thiếu tính áp dụng và cần được bổ sung chỉnh sửa cho phù hợp với điều kiện của lò chợ cụ thể. Bài báo đưa ra những đề xuất nhằm tối ưu hóa cấu trúc tổ chức sản xuất cho lò chợ cơ giới hóa vùng Quảng Nình để đạt được hiệu quả cao hơn. Abstract Keywords: Longwall; Mechanized longwall; Methods; Technology Mechanized longwall active status depending by mining geology, technical and technology elements. Longwall mines experience a variety of instability problems related to roof, floor and rib failures. The design methods in Viet Nam developed are not always fully applicable to designing with proactive characteristics. Also, due to the complexities involved in the geometry, mining sequence, and material properties, technical limited In present paper the importance of “auditing” for optimization structure of production in several underground mechanized longwall coal mines is discussed. Various kinds of audit are shown and possibilities of its application for workplaces are indicated. Within frame of the paper a mathematical model of audit and its solution are presented. 1. TỔNG QUAN Cơ giới hóa trong khai thác than hầm lò sẽ giúp nâng cao năng suất, nâng cao độ an toàn, giảm tổn thất tài nguyên trong khai thác than, đồng thời cải thiện môi trường, điều kiện làm việc, giải phóng sức lao động cho công nhân. Ngoài ra cơ giới hóa khai thác than là bước tiến dài trong việc nâng cao mức độ tập trung hóa, tính liên tục của dây chuyền sản xuất dẫn đến hiệu quả trong khai thác vượt trội so với công nghệ thủ công. Mặc dù công tác CGH khai thác đã đạt được một số thành tựu, nhưng sản lượng than khai thác bằng CGH hàng năm vẫn chưa cao: năm 2013 đạt 73,8% kế hoạch; năm 2014 đạt 51,3%; năm 2015 đạt 61,4%. Tổng số có 11 dây chuyền CGH đã được đầu tư áp dụng trong Tập đoàn than khoáng sản, tuy nhiên đến thời điểm hiện nay chỉ còn 06 dây chuyền hoạt động. Đa số các biểu đồ tổ chức sản xuất hiện nay vẫn dựa trên các thiết kế mẫu, tuy nhiên, phần lớn các mẫu này không áp dụng được trong thực tế. Mặt khác, tại các công ty than cũng không thể xây dựng được biểu đồ tổ chức sản xuất trước và trong khi vận hành khai thác mà chỉ có được sau khi thực hiện một thời gian dài (có nơi biểu đồ này chỉ được lập sau khi khấu từ 30 - 60 ngày). Các biểu đồ này thường mang tính thụ động và tổng kết những kết quả đã trải qua trong quá trình sản xuất trong lò chợ. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 9 Từ thực tế áp dụng công nghệ cơ giới hóa tại Việt Nam từ năm 1978 đến nay, đa số các công trình nghiên cứu mới đánh giá về mặt kỹ thuật, điều kiện áp dụng và một phần hiệu quả kinh tế Những khó khăn và chưa thành công khi triển khai công nghệ cơ giới hóa trong điều kiện vùng mỏ Quảng Ninh đã chỉ ra quá trình nghiên cứu, thiết kế cấu trúc tổ chức sản xuất đã không lưu ý giải quyết những yếu tố tiềm ẩn là nguy cơ gây gián đoạn, ngừng trệ sản xuất. Mặt khác, các thiết kế tổ chức sản xuất thường thiếu tính áp dụng và cần được bổ sung chỉnh sửa cho phù hợp với điều kiện của lò chợ cụ thể. Do đó không thể phát huy hiệu quả từ tính liên tục của dây chuyền sản xuất có hàm lượng công nghệ cao này. Vì vậy rất cần thiết phải có những nghiên cứu về tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa vùng Quảng Ninh theo hướng chủ động, linh hoạt và nâng cao tính liên tục của dây chuyền sản xuất. Cấu trúc tổ chức sản xuất là mối quan hệ đa chiều của các mối quan hệ sản xuất, đối với lò chợ cơ giới hóa, cấu trúc tổ chức chịu tác động của các điều kiện địa chất mỏ, kỹ thuật, công nghệ, trình độ nhân lực... 2.PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG TRONG CƠ GIỚI HÓA Quá trình vận hành của lò chợ cơ giới hóa thuận lợi hay khó khăn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất - kỹ thuật - công nghệ và các tác động khác. Trạng thái của các yếu tố dù trực tiếp hay gián tiếp theo hướng bất lợi có thể gây ra gián đoạn hoặc làm giảm năng suất lò chợ. Những điều kiện bất lợi do điều kiện địa chất gây ra như vỉa than xuất hiện đá kẹp, nền lò yếu, nền lò có đá trụ nổi lên, lở gương, tụt nóc mà tổ hợp thiết bị không thể vượt qua được thì buộc phải dừng máy để xử lý [1]. Những vấn đề liên quan đến kỹ thuật, công nghệ, phụ trợ tiêu biểu có thể kể đến là: máng cào bị đứt xích, hỏng giàn chống, mất điện Nếu coi mỗi yếu tố tác động lên cấu trúc là một bộ phận, thì n yếu tố tác động lên cấu trúc tổ chức sản xuất sẽ có một hệ thống N! trạng thái tác động [3];[4]. Coi trạng thái 0 là tất cả n yếu tố tác động lên lò chợ cơ giới hóa không ảnh hưởng tiêu cực, cấu trúc tổ chức hoạt động bình thường. Trạng thái j là bộ phận thứ j đang trong tình trạng tác động gây bất lợi cho cấu trúc, các bộ phận còn lại bình thường j = 1,2,,n; nếu tại thời điểm t, X(t) = j biểu hiện hệ thống đang trong trạng thái j, do đó X(t), t ≥ 0 là thời gian thực hiện quá trình [5]. Nếu như bộ phận thứ j xảy ra ảnh hưởng tiêu cực, thì trạng thái cấu trúc tổ chức được chuyển sang trạng thái j (j = 1,2,n). Khi đó xác suất chuyển đổi trạng thái aₒj thì λj chính là tần suất sự cố của bộ phận thứ j. Để cấu trúc tổ chức sản xuất đưa về trạng thái hoạt động bình thường là trạng thái 0 thì hướng chuyển tiếp j phải được kích hoạt sửa chữa. Sau khi sửa chữa từ trạng thái j sang trạng thái 0 thì xác suất sửa chữa, phục hồi là µj (Hình 1).[3];[5] Hình 1. Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của cấu trúc tổ chức sản xuất Ma trận xác suất chuyển đổi trạng thái như sau: (1) Trong đó: 0 – trạng thái làm việc bình thường; λj – sự cố của bộ phận thứ j; µj – khả năng sửa chữa, phục hồi lỗi thứ j về trạng thái 0; Trong công thức trên có tổng hợp tác động tiêu cực: (2) Xác suất để chuyển tiếp từ trạng thái j đến trạng thái 0 phụ thuộc vào thông số định hướng trạng thái cố định π=(πₒ,π1,πn), khi chuyển các trạng thái tiêu cực về trạng thái hoạt động bình thường nghĩa là: (3) Thông qua hình 1 cho thấy, thời gian gián đoạn chính là thời gian phục hồi sự cố từ các trạng thái lỗi về trạng thái hoạt động bình thường. Thời gian làm việc với năng suất < 100% là thời gian xuất hiện ảnh hưởng tiêu cực nhưng không gây gián đoạn sản xuất. Khi tác động tiêu cực đến từ điều kiện địa chất mỏ, kỹ thuật công nghệ tác động lên cấu trúc tổ chức sản xuất không đủ lớn thì không làm thay đổi trạng thái hoạt động tổng thể[1];[4]. Khi tác động tiêu cực đủ lớn gây gián đoạn, giảm năng suất của cấu trúc tổ chức thì cần ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 10 kích hoạt hệ thống sửa chữa, khắc phục đưa về trạng thái hoạt động bình thường (trạng thái 0). Mô hình điểm nút tuần hoàn xây dựng cho vùng Quảng Ninh như hình 2 [1]. Từ hình 2 cho thấy mọi thời điểm và không gian làm việc đều ẩn chứa nguy cơ tiềm ẩn phát sinh tiêu cực đến tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa. Hình 2. Mô hình cấu trúc tổ chức sản xuất tổng hợp (Khi lò chợ cơ giới hóa không hạ trần thì bỏ khâu này trong mô hình) 3. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ BIỂU ĐỒ TỔ CHỨC SẢN XUẤT TRONG ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT ĐẶC THÙ ĐỐI VỚI LÒ CHỢ CƠ GIỚI HÓA VÙNG QUẢNG NINH 3.1. Ứng dụng giải pháp địa kỹ thuật dự báo yếu tố tiềm ẩn địa chất mỏ Các hình ảnh phải có định dạng JPG/TIFF chất lượng tốt với chất lượng ít nhất 150DPI. Để lại một dòng trống (hoặc khoảng cách tương đương) ở phía trên hình ảnh. Điều kiện địa chất mỏ tại khu vực Quảng Ninh thường có sự đặc thù nhất định, tính ổn định của các vỉa than và đất đá xung quanh không cao, dẫn đến thường xuyên có những phát sinh về địa chất chưa được làm sáng tỏ. Sóng kênh là một giải pháp đơn giản, hiệu quả cho phép dự báo trước những phát sinh cục bộ trong sản xuất (Hình 3) [2]. Trên hình 4 thể hiện các hiện tượng địa chất thay đổi thường gặp trong quá trình khai thác lò chợ cơ giới hóa tiêu biểu là hiện tượng đá kẹp, trụ nổi và hiện tượng nền yếu gây ra lún nền. Ví dụ thể hiện trên hình cho thấy vị trí xuất hiện sự thay đổi và thời gian dự kiến sẽ gặp hiện tượng trên được tính toán dựa trên tốc độ tiến gương thực tế của lò chợ. Từ đó, cần thiết phải có những biện pháp điều chỉnh tổ chức sản xuất kịp thời để quá trình sản xuất không bị gián đoạn, hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của thay đổi địa chất đến hiệu quả hoạt động thực tế của lò chợ. Hình 3. Mô hình truyền sóng phản xạ trong lớp than Thông qua hình 4, cho phép người điều hành có thể linh hoạt và chủ động điều tiết các hoạt động trong lò chợ cơ giới hóa. Trong đó, có thể đưa ra các giải pháp kỹ thuật xử lý trước những tình huống sẽ phát sinh trong tương lai. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 11 T im l ò n ? i V C V L 7 0 0 7 0 0 T A N G P H ? I T A N G T R Á I Hình 4. Sử dụng sóng kênh để xác định vị trí, loại hình yếu tố tiềm ẩn kết hợp với lịch khai thác 3.2 Đề xuất biểu đồ tổ chức sản xuất khi gặp một số điều kiện bất lợi đặc thù a. Biểu đồ tổ chức sản xuất mẫu khi gương lò chợ gặp trụ nổi, đá kẹp Đối với trường hợp lò chợ xuất hiện trụ đá nổi, việc cắt đá được thực hiện bằng khoan nổ mìn trước khi máy khấu khấu đến vị trí này để đảm bảo độ bền cho răng cắt của máy khấu. Hình 5. Biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ CGH trong trường hợp trụ nổi tại 1 vị trí (chiếm khoảng 20% tổng chiều dài lò chợ) b. Biểu đồ tổ chức sản xuất trong điều kiện bị lún nền, trụ nổi Trong trường hợp lò chợ bị lún nền, sau khi khấu gương bằng máy khấu sẽ có hiện tượng ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 12 tổ hợp thiết bị bị lún xuống, xuất hiện phần gương nổi lên. Để xử lý hiện tượng này cần di chuyển máy khấu vét nền, đồng thời tiến hành đẩy máng cào trước ở khu vực giàn bị lún và tiến hành kè vẹt gỗ, chỉnh cột thủy lực đơn. Sau khi lò chợ ổn định rồi mới tiến hành thu hồi than nóc tại khu vực bị lún nền. Biểu đồ tổ chức sản xuất như hình 6. Hình 6. Biểu đồ tổ chức sản xuất cho lò chợ CGH trong trường hợp bị lún nền khu vực phía chân lò chợ 4. KẾT QUẢ TÍNH TỐI ƯU MỘT SỐ LÒ CHỢ CGH VÙNG QUẢNG NINH Các nghiên cứu lý thuyết được thực hiện cho lò chợ CGH mỏ Dương Huy và mỏ Hà Lầm. Khi thực hiện tối ưu theo hướng đồng bộ tốc độ làm việc theo khâu sản xuất chậm nhất, kết hợp áp dụng công nghệ địa kỹ thuật nhằm có các giải pháp xử lý trước các nguy cơ tiềm ẩn địa chất mỏ gây tổn hại đến sản xuất, đã tăng được thời gian hoạt động liên tục của dây chuyền sản xuất. 4.1. Đối với lò chợ CGH 11-7, Công ty than Dương Huy - Số lượng luồng khấu/chu kỳ: 01; - Thời gian kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t15 = 120 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t16 = 90 phút; - Hệ số sử dụng thời gian trong ca (sử dụng để tính toán): ηTG = 7/8 = 0,88; - Hệ số hoàn thành chu kỳ (sử dụng để tính toán): kCK = 0,95; - Hệ số có tính đến khả năng chuyển diện (sử dụng để tính toán): kCD = 0,9; - Thời gian thực tế hoạt động của các thiết bị trong 01 chu kỳ: TLV = 203 phút; - Thời gian bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ: t15 = 360 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ: t16 = 180 phút; - Hệ số thời gian làm việc lệch chuẩn: KtLC = 0,87; - Cường độ khấu: fK = 2,28 T/phút; - Sản lượng năm theo tính toán: AN = 666.634 T / 600.000 T = 1,11. 4.2 Đối với lò chợ CGH 11-1.16, Công ty than Hà Lầm - Số lượng luồng khấu/chu kỳ: 02 (khấu 02 luồng → thu hồi than hạ trần) - Thời gian kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t15 = 360 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t16 = 180 phút; - Hệ số sử dụng thời gian trong ca (sử dụng để tính toán): ηTG = 7/8 = 0,88; - Hệ số hoàn thành chu kỳ (sử dụng để tính toán): kCK = 0,95; - Hệ số có tính đến khả năng chuyển diện (sử dụng để tính toán): kCD = 0,9; ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 13 - Thời gian thực tế hoạt động của các thiết bị trong 01 chu kỳ: TLV = 803 phút; - Thời gian bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ: t15 = 360 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ: t16 = 180 phút; - Hệ số thời gian làm việc lệch chuẩn: KtLC = 0,88; - Cường độ khấu: fK = 3,93 T/phút; - Sản lượng năm theo tính toán: AN = 737.482 T / 600.000, T = 1,23. 4.3. Đối với lò chợ CGH 7.3.1, Công ty than Hà Lầm - Số lượng luồng khấu/chu kỳ: 02 (khấu 02 luồng → thu hồi than hạ trần) - Thời gian kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t15 = 360 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ (sử dụng để tính toán): t16 = 180 phút; - Hệ số sử dụng thời gian trong ca (sử dụng để tính toán): ηTG = 7/8 = 0,88; - Hệ số hoàn thành chu kỳ (sử dụng để tính toán): kCK = 0,95; - Hệ số có tính đến khả năng chuyển diện (sử dụng để tính toán): kCD = 0,9; - Thời gian thực tế hoạt động của các thiết bị trong 01 chu kỳ: TLV = 1.018 phút; - Thời gian bảo dưỡng thiết bị và các công việc phụ trợ trong chu kỳ: t15 = 120 phút; - Thời gian xử lý sự cố phát sinh trong chu kỳ: t16 = 90 phút; - Hệ số thời gian làm việc lệch chuẩn: KtLC = 0,78; - Cường độ khấu: fK = 2,06 T/phút; - Sản lượng năm theo tính toán: AN = 1.269.412 T / 1.200.000, T = 1,06 5.KẾT LUẬN Cấu trúc tổ chức sản xuất là mối quan hệ đa chiều của các mối quan hệ sản xuất, đối với lò chợ cơ giới hóa, cấu trúc tổ chức chịu tác động của các điều kiện địa chất mỏ, kỹ thuật, công nghệ, trình độ nhân lực... Trong mỗi yếu tố, tùy theo trạng thái mà có mức độ ảnh hưởng khác nhau. Trong trường hợp sản xuất rơi vào trạng thái dừng sản xuất phải kích hoạt chế độ phục hồi sửa chữa đưa về trạng thái hoạt động bình thường. Ứng dụng các giải pháp địa kỹ thuật nhằm dự báo trước vị trí loại hình các yếu tố địa chất tiềm ẩn có nguy cơ ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất lò chợ CGH sẽ cho phép nâng cao tính liên tục trong sản xuất. Kết hợp với đồng bộ tốc độ hoạt động của các tổ hợp thiết bị đã cho các kết quả khả quan khi tính toán. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Phi Hùng, Đào Văn Chi, Bùi Mạnh Tùng. Sử dụng mô hình hệ thống liên kết phân tích xác định trạng thái làm việc của quá trình tổ chức sản xuất trong lò chợ cơ giới hóa. Tạp chí Công nghiệp mỏ số 3, 2019. Tr 35 - 40; [2]. Phạm Năng Vũ và nnk. Nghiên cứu áp dụng phương pháp địa chấn sóng kênh trong dự báo các hiểm họa dọc đường lò khai thác than ở mỏ Vàng Danh Quảng Ninh. Tạp chí Địa chất, loạt A số 322, 12/2010. Tr 66-74. [3]. Zhang Dongsheng, etc. The ANN inserted ES for the pattern selection of coal mining technology. Proceeding of the’96 internationl, symposinm on mining science and technogoly, Xuzhou, Jiangsu, CHINA, 1996. 10 [4]. Edyta Brzychczy*, Piotr Lipinski knowledge- based modeling and multi-objective optimization of production in underground coal mines, GH Journal of Mining and Geoengineering • Vol. 37 • No. 1 • 2013 [5]. Cai zhuangyang, Zhou Wei - Reliability assessment method in underground mining systerm, China technology of mining university, 2014.