Các loại máy khai thác đá nào phù hợp nhất để khai thác đá cứng?

Đá cứng không chỉ là loại đá có độ bền cao hơn

Việc khai thác đá cứng bắt đầu từ một thực tế đơn giản: đá không quan tâm đến bảng thông số kỹ thuật tiếp thị của máy. Đá hoa cương, đá bazan, đá thạch anh và một số loại đá vôi đặc chắc có thể đạt cường độ nén một trục từ 150 MPa đến 300 MPa. Độ bền này ảnh hưởng gần như mọi quyết định — từ khoảng cách lỗ khoan, tốc độ cắt cho đến thiết kế bậc khai thác. Một máy khai thác đá có hiệu suất tốt khi làm việc với đá cẩm thạch mềm có thể gặp khó khăn khi xử lý đá hoa cương có cấu trúc hạt chặt. Độ cứng chỉ là một trong những yếu tố. Tính mài mòn, mật độ nứt, hướng các khe nứt và hàm lượng silica đều tác động đến mức độ mài mòn dụng cụ cũng như độ ổn định của máy. Tại một mỏ có các khe nứt cách xa nhau, một búa thủy lực có thể nhanh chóng mở mặt đá. Còn tại vùng đá nguyên khối, không nứt, cùng chiếc búa đó lại có thể hoạt động kém hiệu quả dù vẫn gõ liên tục. Việc khai thác đá cứng thường mang lại kết quả tốt nhất khi kết hợp khoan, tách nứt có kiểm soát và cắt bằng lưỡi cưa — thay vì chỉ dựa vào một công cụ duy nhất dùng lực mạnh.

Các máy khoan mở mặt đá mà không gây lãng phí mỏ

Đối với đá cứng, khoan xác định nhịp độ công việc. Các máy khoan đầu trên phổ biến tại các bệ khoan nhỏ hơn và các bố trí lỗ khoan dày đặc hơn, thường có đường kính lỗ từ 64 mm đến 102 mm. Các máy khoan va đập đáy lỗ (DTH) phát huy hiệu quả tối ưu khi đá rất cứng và bệ khoan sâu. Búa va đập trực tiếp vào mũi khoan, do đó tổn thất năng lượng qua cần khoan được giảm thiểu. Một máy DTH có thể duy trì năng suất ổn định khi khoan bazan và thạch anh, trong khi máy khoan đầu trên có thể phải thay mũi khoan thường xuyên hơn. Đổi lại, máy DTH đòi hỏi lưu lượng khí nén cao hơn, kiểm soát bụi khó khăn hơn và chi phí trên mỗi mét khoan cao hơn. Trong một bệ đá hoa cương cao 12 m, một mỏ đá có thể sử dụng lỗ khoan đường kính 76 mm đến 89 mm theo lưới khoảng cách 2,5 m đến 3,0 m để tách khối đá. Việc chọn sai bố trí lỗ khoan sẽ gây nứt vỡ quá mức hoặc tạo mặt đá không thể tách rời. Máy khoan đá được lựa chọn cho mỏ đá phải phù hợp với độ bền, độ mài mòn và khoảng cách giữa các khe nứt của đá, chứ không chỉ dựa vào đường kính lỗ khoan được nhà sản xuất quảng cáo.

Máy cưa dây, máy cưa xích và máy tách đá trong điều kiện đá cứng

Các máy cưa dây kim cương thường là lựa chọn chính xác nhất để khai thác khối đá cứng. Một máy đá mỏ hoạt động bằng cưa dây có thể cắt đá granit và đá bazan với độ kiểm soát tốt, đặc biệt khi các lỗ dẫn hướng được khoan chính xác. Hạn chế chủ yếu là thời gian thiết lập. Máy cưa dây yêu cầu một đường đi thông suốt, nước làm mát và bề mặt đá cho phép dây di chuyển mà không xoắn vặn. Máy cưa xích cắt đá mềm đến trung bình cứng một cách hiệu quả, nhưng đối với đá rất cứng và mài mòn cao, mức độ mài mòn xích và lực cắt tăng nhanh. Các máy tách thủy lực hoạt động giữa các lỗ khoan và có thể tạo ra các vết nứt sạch nếu đường lỗ khoan tuân theo mặt phẳng tự nhiên của đá. Chúng không phải là công cụ khai thác sơ cấp có năng suất cao, song lại rất xuất sắc trong việc phá vỡ thứ cấp và gia công định hình. Một bộ máy thực tế dành cho đá cứng thường bao gồm máy khoan DTH, máy cưa dây kim cương và máy tách thủy lực. Sự kết hợp này đáp ứng đầy đủ nhu cầu khoan lỗ dẫn hướng, cắt sơ cấp và giảm kích thước khối đá quá lớn.

Bảng so sánh lựa chọn máy cho đá cứng

Điều kiện khai thác thực tế mới là yếu tố quyết định người chiến thắng

Loại máy chỉ là một nửa câu chuyện. Hình học của mặt bằng, khả năng tiếp cận nguồn nước, đường vận chuyển và xử lý ở khâu sau cũng quan trọng không kém. Máy cưa dây kim cương có thể là lựa chọn tối ưu trong mỏ đá granit có mặt vách đứng và sạch, nhưng lại trở nên bất tiện nếu mặt bằng bị đứt gãy và mặt vách thiếu đường viền ổn định. Máy khoan DTH có thể khoan nhanh, song mỏ đá vẫn cần phương án vận chuyển các khối đá lớn mà không làm nứt vỡ chúng. Hướng của các khe nứt chủ đạo cũng là một yếu tố khác. Khi hệ khe nứt chủ đạo chạy song song với đường cắt dự kiến, việc tách và cưa sẽ dễ dàng hơn. Ngược lại, khi khe nứt chạy ngang qua khối đá, nguy cơ nứt vỡ ngoài kiểm soát sẽ gia tăng. Ở những vùng nóng và nhiều bụi, việc làm mát và lọc cho hệ thống thủy lực trở thành vấn đề phải giải quyết hàng ngày. Máy khai thác đá phù hợp nhất là máy phù hợp với đặc điểm mỏ, chủng loại sản phẩm và trình độ bảo trì của đội ngũ vận hành.

Một ví dụ thực tế tại hiện trường và chiến lược đội xe thực tiễn

Một mỏ đá granite ở miền nam Trung Quốc mang lại một ví dụ hữu ích. Mặt vách có cường độ nén đơn trục (UCS) khoảng 180 MPa và các khe nứt khít. Kế hoạch ban đầu sử dụng máy đập thủy lực làm công cụ khai thác chính. Năng suất khai thác không ổn định, và nhiều khối đá bị nứt dọc theo các mặt phẳng không mong muốn. Sau một đợt thử nghiệm, đội thi công chuyển sang sử dụng lỗ khoan DTH đường kính 89 mm, cưa dây kim cương để cắt sơ cấp và máy tách thủy lực để xử lý các khối quá cỡ. Máy đập vẫn được giữ tại hiện trường, nhưng vai trò của nó chuyển sang phá đá thứ cấp. Tỷ lệ thu hồi khối đá cải thiện vì cưa dây tuân theo đúng mặt phẳng đã lập kế hoạch, còn máy tách mở đá với mức chấn động thấp hơn. Thay đổi này không loại bỏ hoàn toàn mọi vấn đề: việc lắp đặt cưa dây tốn thời gian, và đội thi công phải nâng cao độ chính xác khi khoan lỗ. Dẫu vậy, phương pháp kết hợp phù hợp hơn với đặc tính đá so với cách tiếp cận chỉ dùng một loại máy. Các tiêu chuẩn ngành như ISRM đề xuất các phương pháp đặc tả đá nhằm giúp các đội thi công so sánh độ bền và cấu trúc một cách nhất quán. Jingyang, một máy khai thác đá nhà sản xuất, hỗ trợ người mua về năng lực sản xuất, kiểm soát chất lượng và điều phối chuỗi cung ứng. Việc thử nghiệm tại hiện trường cụ thể nên làm cơ sở để ra quyết định mua cuối cùng, chứ không chỉ dựa vào danh mục sản phẩm.