Xe ben siêu trọng tải: Những cuộc thử nghiệm đáng nhớ

Do yêu cầu về phát triển kinh tế trong 10 năm tới, Việt Nam có nhu cầu tăng trưởng về điện rất cao, dự báo sản lượng điện năm 2030 sẽ cao gần gấp 2 lần so với năm 2020.

Trong việc sản xuất điện, các nhà máy nhiệt điện chạy than vẫn giữ vai trò quan trọng nhất, chiếm tới hơn 40% tổng công suất, vì công suất của thủy điện đã được khai thác gần như hết mức và bị ảnh hưởng bởi thời tiết với diễn biến thất thường, còn các loại nguồn điện khác cũng chỉ có khả năng hữu hạn về công suất, ngay cả trong trường hợp được tạo điều kiện phát triển thuận lợi nhất.

Do nhu cầu nhiệt điện tăng cao như vậy nên bên cạnh việc nhập khẩu than, tự khai thác than trong nước là một bài toán quan trọng của an ninh năng lượng quốc gia. Hiện khai thác than ở nước ta chủ yếu theo hai cách - từ các mỏ hầm lò hoặc lộ thiên, trong đó khai thác than lộ thiên chiếm khoảng 30% theo dự báo cho năm 2025. Với khoảng gần 20 triệu tấn than được khai thác từ các mỏ lộ thiên, việc giữ vững sản lượng và bình ổn giá thành khai thác của các mỏ đang là một thách thức lớn trong giai đoạn 10 năm tới bởi càng khai thác càng phải xuống sâu và cung độ vận chuyển phải tăng thêm, có nghĩa là giá thành khai thác phải tăng lên.

Điều kiện khai thác ở các mỏ lộ thiên lớn ở Quảng Ninh đang tạo nên thách thức lớn với độ sâu khai thác ở mỏ Cọc Sáu đã chạm mức -300m so với mặt nước biển. Cung độ vận tải của các mỏ đã trên 5km và hệ số bóc đất đá đã ở mức hơn 10 m3 đất đá mới thu được một tấn than, khó khăn hơn nhiều so với trước kia.

Làm thế nào để vẫn đảm bảo khai thác đủ than theo kế hoạch đề ra ở các mỏ lộ thiên lớn khi mà ngày càng phải xuống sâu, quãng đường vận tải lớn mà không được tăng giá than cao vì còn phải cạnh tranh với than nhập khẩu đang là bài toán lớn của ngành than.

Bài toán này càng khó hơn khi yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng cao do chính sách chuyển đổi kinh tế theo hướng từ Nâu sang Xanh của tỉnh Quảng Ninh. Nói dễ hiểu, khai thác than phải đảm bảo việc bảo vệ môi trường để khai thác tài nguyên du lịch, một thế mạnh của Quảng Ninh và cả nước ta.

Khoa học khai thác mỏ trên thế giới cho thấy, việc tăng trọng tải của các xe ben vận tải đất đá ở mỏ và dung tích của gầu máy xúc cùng các thiết bị đồng bộ là giải pháp cốt lõi trong khai thác than lộ thiên.

Biểu đồ dưới đây từ một luận án tiến sỹ về khai thác mỏ lộ thiên đã chỉ ra mối liên hệ giữa trọng tải của xe ben và chi phí vận chuyển một m3 đất đá trong khai thác lộ thiên hiện nay.

Nhìn vào Hình 1, chúng ta thấy, nếu lấy chi phí sản xuất trong trường hợp dùng xe 49 tấn là 100% thì dùng xe 91 tấn,chi phí hạ xuống mức hơn 60% và dùng xe 146 tấn phí chỉ còn khoảng 50%. Xu hướng tăng trọng tải để giảm giá thành đang có vẻ như dừng lại ở mức khoảng 350 tấn, mức trọng tải lớn nhất hiện nay của hầu hết các nhà sản xuất xe ben vận tải mỏ hàng đầu thế giới như Caterpillar, Komatsu, Belaz.

Hiện nay duy nhất có hãng Belaz của CH Belarus đang giữ kỷ lục thế giới với loại xe trọng tải 450 tấn. Xe Belaz loại 450 tấn đã được đưa vào sử dụng ở LB Nga nên các chuyên gia mỏ của phương tây chưa có đủ số liệu để đánh giá hiệu quả kinh tế so với các loại xe 350-360 tấn, mặc dù tính toán mô phỏng trên lý thuyết khi thiết kế là ưu việt hơn các loại xe bé hơn.

Đồng bộ với mỗi loại trọng tải xe ben của mỏ lộ thiên là các loại máy xúc có dung tích gầu tối ưu tương ứng, tức là dung tích gầu đảm bảo từ 4 gầu xúc đến 6 gầu xúc là đầy tải cho xe ben; bởi vì nếu gầu xúc bé quá, phải xúc nhiều gầu mới đầy tải thì xe ben phải đợi lâu, còn nếu gầu xúc lớn quá thì dễ làm hỏng xe.

Đồng bộ thiết bị còn thể hiện ở chỗ các máy ủi, máy san, máy khoan và nhiều thiết bị khác để hỗ trợ cho nhóm chủ lực gồm máy xúc và xe ben làm việc hiệu quả.

Biểu đồ ở trên cho ta tầm nhìn bao quát nhưng từ lý thuyết đến thực tế luôn có khoảng cách nhất định nên cần được kiểm chứng.

Có thể nói, Liên Xô trước kia đã có công rất lớn để giúp Việt Nam xây dựng ngành khai thác mỏ lộ thiên; từ những năm 1960 đã có xe ben Maz, Kraz, Zil, KaMaz, Belaz hoạt động ở vùng than.

Đặc biệt, Liên Xô đã chuyển giao cho ngành than Việt Nam hệ thống thiết bị đồng bộ bao gồm các xe Belaz có trọng tải 27-30 tấn, 35-40 tấn, 40-45 tấn cùng với các máy xúc EKG- 4, EKG-5 và EKG-8 với các dung tích gầu 4m3, 5m3 và 8m3.

Có một điều thú vị là lãnh đạo Chính phủ Việt Nam luôn quan tâm và có tầm nhìn rất thoáng, vượt ra khỏi hướng dẫn của Liên Xô để hiện đại hoá ngành khai thác lộ thiên từ cách đây gần 50 năm. Ngay sau khi Việt Nam và Nhật Bản bình thường hóa quan hệ ngoại giao từ năm 1973, các chuyên gia Việt Nam đã chú ý đến việc thử nghiệm các thiết bị xây dựng và thiết bị mỏ của hãng Komatsu. Ông Nguyễn Thế Khải, một chuyên gia kỳ cựu từng làm việc lâu năm trong hệ thống Komatsu thường kể lại với các kỹ sư trẻ ngành than câu chuyện, ngay từ năm 1978, Chính phủ Việt Nam đã cho ngành than thử nhập 40 xe ben Komatsu loại 32-36 tấn để chạy thử ở mỏ than Cọc Sáu (Cẩm Phả, Quảng Ninh), nơi luôn là khai trường khắc nghiệt nhất Việt Nam. Ông Nguyễn Thế Khải cũng là người được chứng kiến tinh thần ham học hỏi và sáng tạo của các kỹ sư và công nhân ngành than trong việc tiếp nhận và làm chủ công nghệ mới của những chiếc xe ben Komatsu.

Sau khi Việt Nam và Mỹ bình thường hóa quan hệ ngoại giao vào giữa những năm 1990, một trong những hợp đồng thương mại lớn nhất được ký kết đầu tiên giữa hai nước liên quan đến việc mua cho Mỏ than Cọc Sáu 15 xe ben trọng tải 36 tấn của hãng Caterpillar.

Việc cùng một lúc thử nghiệm thiết bị và khả năng cung ứng hậu cần của ba nhà sản xuất xe ben vận tải mỏ hàng đầu của Mỹ, Nhật và châu Âu đã cho thấy Chính phủ luôn tạo điều kiện để ngành than tiếp cận các công nghệ mới, kể cả trong những thời điểm khan hiếm ngoại tệ và khó khăn kinh tế của đất nước.

Chỉ có thực sự thông qua thử nghiệm, chúng ta mới hiểu rõ các quy trình, các tiêu chuẩn kỹ thuật và tổng kết được các định mức trong giá thành sản xuất.

Các cuộc thử nghiệm của ngành than trong thế kỷ 20 đã cho Việt Nam một kinh nghiệm quý báu để tạo tiền đề cho việc nâng trọng tải xe ben lên 55-60 tấn và 90-100 tấn trong ngay những năm đầu của thế kỷ 21.

Trong năm 2001, cả ba loại xe ben 55-58 tấn của Belaz, Caterpillar và Komatsu đã được thử nghiệm với kết quả khả quan, mở ra căn cứ chắc chắn để trong 20 năm tiếp theo, ngành than đầu tư hiệu quả hàng trăm chiếc xe cỡ này cho tất cả các mỏ lớn. Hiện nay, những chiếc xe cỡ 55-60 tấn đã được ngành than ghi nhận trong các tài liệu về định mức sản xuất, an toàn lao động và trong cả tiêu chuẩn thiết kế mỏ lộ thiên.

Kết quả của thử nghiệm xe 55-60 tấn cách đây 20 năm đã cho ra đời cả những kỷ lục về khai thác vận hành thiết bị theo phong cách hiện đại. Ví dụ như lần đầu tiên có xe ben chạy được trên 7.000 giờ máy/năm, lập kỷ lục về số giờ máy trong một năm và năng suất năm trên hai triệu tấn km.

Các định mức về tiêu hao lốp, tiêu hao nhiên liệu, tiêu hao dầu mỡ và phin lọc, thời gian và chi phí đại tu cùng các chi phí khác cũng dần được làm rõ để biến thành tri thức quản lý mỏ theo cách mới. Ngay như việc dùng khí ni-tơ để bơm vào lốp của các xe ben siêu trọng này cũng đã được cập nhật rất nhanh, cho dù đây là việc mới lạ.

Việc đào tạo cán bộ quản lý, kỹ sư, lái xe và thợ cơ khí để có thể đại tu các xe ben này cũng đã được thực hiện thành công trước sự ngạc nhiên của người Mỹ vì họ không ngờ các kỹ sư của ngành than Việt Nam lúc đầu chưa biết tiếng Anh nhưng đã cố gắng học và làm chủ các quy trình sử dụng máy tính xách tay (giao diện trên màn hình bằng tiếng Anh) để khám bệnh cho xe.

Nhờ có cuộc thử nghiệm này mà ngành than đã thấy việc thiếu các máy xúc thủy lực có dung tích gầu 7m3 và lớn hơn, nếu muốn các xe ben phát huy tối đa khả năng vận tải của xe ben 55-60 tấn.

Sau đó vài năm, ngành than nhận ra, những chiếc xe 55-60 tấn này có thể chạy được khoảng 20 vạn km thì mới phải đưa đi đại tu.

Tiếp theo chương trình xe 55-60 tấn, ngành than cho thử nghiệm 4 xe ben trọng tải 96-100 tấn của hãng Caterpillar vào tháng 5/2005 ở Mỏ than Cao Sơn (Cẩm Phả, Quảng Ninh). Cuộc thử nghiệm này là một trong số những nội dung thảo luận hợp tác của hai bên trong chuyến thăm Mỹ chính thức lần đầu tiên của Thủ tướng Phan Văn Khải vào cuối tháng 6/2005.

Cùng thời gian đó, các xe ben Komatsu cỡ trọng tải 90-100 tấn của Nhật Bản được mua và chạy thử nghiệm thành công.

Như vậy là chỉ sau 3 năm thử nghiệm thành công xe 90-100 tấn, ngành than đã đưa thêm các xe này vào tiêu chuẩn thiết kế mỏ TCVN 5326 : 2008 (năm 2008) và cho đầu tư hàng loạt các loại xe kể trên cùng với máy xúc tương ứng để đảm bảo đồng bộ thiết bị.

Việc tiếp tục thử nghiệm để nâng cao trọng tải xe ben trong mỏ lộ thiên luôn được lãnh đạo cấp cao của Việt Nam quan tâm và tìm các giải pháp thông qua hợp tác.

Trong chuyến thăm chính thức CH Belarus của Chủ tịch nước Trần Đại Quang năm 2017, hai bên đã bàn bạc và nhất trí cao về việc đưa các xe ben vận tải mỏ Belaz 75131 với trọng tải 136 tấn vào thử nghiệm ở mỏ lộ thiên của Vinacomin (TKV). Sau khi làm các thủ tục thương mại, sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và đào tạo, đến tháng 5/2019, cả 4 xe ben 136 tấn của Belaz đã chính thức bắt đầu cuộc thử nghiệm ở Công ty Cổ phần than Hà Tu thuộc Vinacomin trên địa bàn thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.

Theo như thông tin của lãnh đạo Công ty Cổ phần Than Hà Tu thì thử nghiệm cho thấy các kết quả khả quan, ví dụ như: Các xe chạy an toàn, không gây nguy hiểm cho các xe bé hơn. Các xe cũng không bị hỏng vặt, dễ bảo dưỡng sử dụng, dễ lái.

Trong bài trả lời phỏng vấn báo Lao Động vào cuối năm 2020, lãnh đạo Công ty Cổ phần Than Hà Tu cho biết, năng suất và trọng tải của xe rất cao, chi phí nhiên liệu so với các định mức hiện nay tiết kiệm hơn.

Điều này cũng phù hợp với dự báo mang tính lý thuyết ở phần trên của bài báo là khi nâng trọng tải của xe ben lên khoảng 140 tấn thì giá thành vận chuyển có thể giảm khoảng 15-25% so với xe ben có trọng tải 91 tấn.

Cũng nói thêm là những chiếc xe ben 136 tấn của Belaz được thiết kế theo nguyên lý dẫn động bằng các động cơ điện được cấp điện bởi máy phát điện chạy động cơ diesel. Một điểm đáng kể là các xe Belaz này lại dùng động cơ diesel do hãng Cummins nổi tiếng của Mỹ sản xuất nên khá quen thuộc với các kỹ sư Việt Nam.

Cuộc thử nghiệm xe Belaz 136 tấn thành công cho chúng ta thấy tầm nhìn khoa học và công nghệ của lãnh đạo cấp cao hai nước và sự cẩn trọng trong việc định hướng nâng cấp công nghệ sao cho phù hợp với điều kiện đặc thù của nước ta.

Qua dự án hợp tác cụ thể này với CH Belarus, các kỹ sư của Vinacomin đã học hỏi được những kinh nghiệm thực tế quý giá như đo được năng suất ca, năng suất năm, tiêu hao nhiên liệu, tiêu hao lốp, các hao mòn khác. Bên cạnh đó, chúng ta có thêmkinh nghiệm thiết kế mặt tầng, đường mỏ đảm bảo an toàn cho siêu xe chạy, cũng như biết được rằng, áp suất của lốp và lực cản lăn của các xe ben 136 tấn là phù hợp với đường mỏ hiện nay.

Cuộc thử nghiệm còn cho thấy cần đầu tư máy xúc có dung tích gầu lớn hơn loại 12m3 hiện có, tức là Vinacomin cần mua thêm máy xúc có dung tích gầu 15m3 để đảm bảo đồng bộ thiết bị hơn nữa, khi đó năng suất của xe sẽ vào khoảng 4,5-5 triệu tấn km trong một năm. Đó sẽ là những kỷ lục tuyệt vời!

Cuộc thử nghiệm những chiếc xe Belaz đã khởi động cuộc cạnh tranh công nghệ khai thác lộ thiên trên thị trường Việt Nam giữa các nhà sản xuất nổi tiếng ở phân khúc của các xe ben 136 -142 tấn. Hy vọng là cuộc cạnh tranh lành mạnh này sẽ giúp giảm chi phí sản xuất của ngành than và gián tiếp làm bình ổn giá điện.

Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 (điều chỉnh) được phê duyệt tại Quyết định số 403/QĐ-TTg ngày 14/3/2016.