Luận án khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ khoan và xác định chế độ làm việc hợp lý của thiết bị khoan xoay đập

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nước ta thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hố, cơng tác xây dựng cơng trình thuỷ điện, hầm giao thông đường bộ, đường hầm quân phòng thủ, đường hầm chứa máy bay,… tiến hành với tốc độ nhanh, quy mô rộng Địa chất khu vực thi cơng cơng trình chủ yếu đá cứng, để thi công thường sử dụng phương pháp chủ yếu khoan lỗ nổ mìn Thực thi cơng phương pháp này, thiết bị khoan đá xoay đập đóng vai trị quan trọng Hiện thiết bị khoan đá xoay đập sử dụng phổ biến ngành xây dựng hầm giao thông ngầm, thủy điện, khai thác mỏ (xây dựng hầm mỏ, khai thác quặng khoáng sản hầm mỏ lộ thiên lịng đất), thăm dị địa chất, khống sản Năng lượng tiêu hao trình khoan tỷ lệ thuận với thơng số hình học lỗ khoan, khoan đá nổ mìn đường kính độ sâu lỗ khoan nhỏ, khoan số lượng lớn lỗ tiêu thụ lượng đáng kể Thiết bị khoan đá xoay đập thực đồng thời ba dẫn động trình làm việc: dẫn động đập, xoay dẫn tiến choòng khoan Với thiết bị khoan xác định hiệu suất hiệu sử dụng lượng trình khoan đá phụ thuộc vào thông số làm việc máy biết trước tính đá Phát triển hồn thiện q trình khoan đá ngày nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Trên giới việc nghiên cứu phương tiện giới phục vụ cơng tác thi cơng cơng trình thu nhiều thành tựu quan trọng, đặc biệt trang thiết bị kỹ thuật phục vụ thi công đường hầm, cơng trình ngầm khu vực địa hình đá cứng, loại máy thi công chuyên dụng nhiều hãng tập đồn máy cơng trình hàng đầu giới như: Caterpillar, Tamrock, Atlas Copco, Furukawa, chế tạo với tính ưu việt, suất cao, đáp ứng u cầu địi hỏi cơng tác thi công xây dựng Một số thiết bị khoan đá xoay đập đại đưa vào sử dụng Quân đội nước ta Đây thiết bị khoan đá tự hành dùng để tiến hành công tác khoan lỗ nổ mìn mơi trường đá theo thiết kế thi cơng cơng trình qn nói riêng cơng trình phục vụ phát triển kinh tế quốc dân nói chung Với tiến khoa học kỹ thuật cơng nghệ có kỹ thuật điều khiển, công tác nghiên cứu để nâng cao suất, chất lượng, hiệu khai thác sử dụng máy móc hồn tồn mang tính khả thi cao Tiến độ thi cơng cơng trình môi trường đá cứng theo phương pháp khoan lỗ nổ mìn phụ thuộc nhiều vào cơng tác khoan, mặt khác phải đảm bảo chất lượng cơng trình giảm thiểu chi phí thi cơng, việc xác định chế độ khoan hợp lý nhằm nâng cao hiệu khoan vấn đề thời cần thiết Để nâng cao hiệu công tác khoan, cần phải nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình khoan, đánh giá ảnh hưởng đồng thời yếu tố đến hệ động lực học trình khoan, sở lựa chọn chế độ khoan hợp lý Vì “Nghiên cứu lựa chọn thông số làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực điều kiện địa chất Việt Nam” vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn nước ta Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án lựa chọn chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập, theo tiêu chí chi phí lượng riêng nhỏ nhất, nhằm nâng cao hiệu khai thác sử dụng thiết bị công tác khoan, thi công công trình mơi trường đá cứng Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực thi công môi trường đá cứng Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình làm việc thiết bị khoan xoay đập bao gồm lực dẫn tiến chng khoan, mơ men quay chịng khoan, lực đập tần số đập pít tơng đập Phương pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm - Phương pháp phân tích tổng hợp để làm rõ mục tiêu, xây dựng nhiệm vụ mơ hình nghiên cứu luận án - Phương pháp tốn học để phân tích xây dựng mơ hình tốn học, xây dựng quan hệ thơng số làm việc giải tốn máy tính - Phương pháp thực nghiệm xác định thông số đầu vào cho mơ hình tốn học kiểm nghiệm đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu, xây dựng mơ hình tính tốn hệ động lực học thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực, mơ tả q trình tương tác cụm búa khoan với môi trường đá Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc thiết bị, như: lực tần số đập búa khoan, lực dẫn tiến cụm choòng, tốc độ xoay cụm chng khoan Trên sở đó, xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị thông qua việc xây dựng hàm mục tiêu chi phí lượng riêng nhỏ - Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án sử dụng cho việc xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan xoay đập cụ thể, với cấp đá khác Có thể áp dụng cho việc thiết kế cải tiến số thiết bị khoan xoay đập, phục vụ thi cơng cơng trình điều kiện địa chất Việt Nam Bố cục luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan môi trường đá Việt Nam thi cơng cơng trình; tổng quan thiết bị khoan đá xoay đập; tổng quan nghiên cứu động lực học thiết bị khoan đá xoay đập thi công môi trường đá cứng; tổng quan phương pháp giải toán tối ưu kỹ thuật Chương 2: Mơ hình động lực học thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực Cơ sở khoa học nghiên cứu động lực học thiết bị khoan đá xoay đập Xây dựng mơ hình động lực học thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực Thiết lập mơ hình tốn học; xây dựng thơng số đầu vào mơ hình; giải toán động lực học thiết bị khoan xoay đập Chương 3: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chế độ khoan xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan xoay đập Khảo sát ảnh hưởng thơng số làm việc đến q trình khoan; xây dựng hàm mục tiêu lựa chọn thông số làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập theo tiêu chi phí lượng riêng nhỏ Xây dựng thuật tốn tính tốn xác định thông số làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Xây dựng phương pháp tiến hành làm thực nghiệm xác định thông số động lực học thiết bị khoan đá xoay đập trường Thu thập số liệu, xử lý, đánh giá so sánh kết thực nghiệm lý thuyết Bộ số liệu thực nghiệm gồm: Bộ số liệu đầu vào phục vụ tính tốn lý thuyết chương 2; Bộ số liệu phục vụ đánh giá, so sánh với kết tính tốn lý thuyết, sở rút kết luận tính sát thực mơ hình động lực học Kết luận chung luận án Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG ĐÁ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Khái quát môi trường đá Việt Nam Đá vật thể vật lý tạo thành vỏ trái đất [14] Theo nguồn gốc chúng, người ta chia làm ba nhóm: đá macma (granit, bazan ), đá trầm tích (đá vơi, cát kết, sét ), đá biến chất (các loại đá phiến, đá hoa, quaczit ) Đá macma xuất nguội khối silicat nóng chảy (dung nham) mặt đất tầng sâu vỏ trái đất Đá trầm tích xuất di chuyển lắng đọng sản phẩm phá hủy đá macma thứ đá khác, lắng đọng chất hữu đáy bề mặt chứa nước Đá biến chất đá macma trầm tích bị biến đổi tác dụng áp suất nhiệt độ cao Kết khảo sát, tìm kiếm, thăm dị khai thác đá Việt Nam cho thấy [5], [14]: Đá macma chủ yếu phân bố Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ Nam Bộ; Đá trầm tích chủ yếu đá vơi có nhiều miền Bắc Bắc Trung bộ, chất lượng tốt, phần lớn lộ thiên, lớp phủ mỏng; Đá biến chất phần lớn phân bố vùng cao phía Bắc miền Trung, địa hình phức tạp Các cơng trình qn phần lớn bố trí vùng rừng núi thuộc tỉnh Bắc Bộ Hịa Bình, Quảng Ninh, Cao Bằng , Bắc Trung Bộ Thanh Hóa, Nghệ An , vùng Tây Nguyên nên q trình thi cơng thường gặp loại đá có độ cứng cao đá macma hay đá trầm tích Chính vậy, để thi cơng thường dùng phương pháp khoan, nổ mìn để phá hủy chúng Hiện nay, công tác khoan, chủ yếu dùng phương pháp phá vỡ đá học dựa tách hạt đá khỏi khối tác dụng lực vào dụng cụ phá đá để gây ứng suất cục Mức độ phá hủy đá, tốc độ khoan phụ thuộc vào hiệu tác dụng dụng cụ phá đá Thông thường độ bền học đá cao tốc độ khoan nhỏ, khơng kể lực phá vỡ đá theo loại tĩnh hay động Độ mài mịn đá tính chất học quan trọng, khả chúng làm cho dụng cụ phá đá (lưỡi khoan) bị hư mòn Độ mài mòn phụ thuộc nhiều vào đặc điểm kiến trúc cấu tạo đá Căn vào độ bền học, độ ổn định độ mài mòn đá mà người ta chọn phương pháp khoan khác để đạt hiệu khoan tốt 1.1.2 Một số tính chất lý đá 1.1.2.1 Tính chất biến dạng đá Biến dạng hình thức thể tổng quát trình học xảy mẫu đá, khối đá tác động công tác khai đào trường ứng suất, trường khí ngầm, nước ngầm Đây biểu loại vật liệu khác dễ dàng quan sát, đo đạc chúng chịu tác đụng ngoại lực Quá trình tác dụng lực lên vật thể làm xuất biến dạng vật thể Sự lan truyền biến dạng từ điểm tới điểm khác đảm bảo cho trình truyền lực toàn vật thể Để đánh giá mật độ lực vật thể, nhà học đưa khái niệm “ứng suất” So với khái niệm “biến dạng”, khái niệm “ứng suất” mang đặc tính trừu tượng Trên thực tế, người ta đo ứng suất, mà xác định chúng phương pháp gián tiếp (thường thông qua giá trị biến dạng biết) Thông thường, sơ đồ mô tả trạng thái học vật thể nghiên cứu (mẫu đá, khối đá) xây dựng nguyên tắc “lực tác dụng-ứng suất-biến dạng” Trạng thái học vật thể xác định mức độ trạng thái biến dạng Từ kết nghiên cứu chế biến dạng phá huỷ mẫu đá nhà địa học xây dựng biểu đồ “ứng suất-biến dạng” tổng quát [1] (Hình 1.1) Hình 1.1: Biểu đồ “ứng suất-biến dạng” tổng quát đá (theo Baklasov I V Kartozia B A) Trên sở biểu đổ “ứng suất - biến dạng” tổng quát, nhà địa học tiến hành nghiên cứu đặc tính biến dạng đá Dưới tác dụng ngoại lực, giá trị biến dạng mẫu đá tăng dần lên tới giá trị I Trong mẫu đá xảy trình khép dần khuyết tật cấu tạo (khe nứt, lỗ rỗng) Quá trình thể thơng qua đặc tính phi tuyến đoạn (oa’) (oa) biểu đồ (Hình 1.1) Giai đoạn biến dạng mẫu đá mang đặc tính đàn hồi trình nén ép đàn hồi khung (cốt) khoáng vật Trong giai đoạn này, đoạn (ab) (a’b’) mang đặc tính tuyến tính Sau đó, phát triển biến dạng dẫn đến trình bắt đầu hình thành nứt nẻ làm gia tăng hệ số biến dạng ngang đá, Trong giai đoạn này, đặc tính tuyến tính mối quan hệ “ứng suất-biến dạng ngang” bị phá huỷ Trong đó, mối quan hệ “ứng suất-biến dạng dọc” giữ nguyên đặc tính tuyến tính Tuy nhiên, với xuất đặc tính khơng tuyến tính biến dạng, hệ số quan hệ “E” biến dạng ứng suất khơng cịn ý nghĩa “mơ đun đàn hồi” Hệ số xem mô đun biến dạng có giá trị nhỏ mơ đun đàn hồi Kết nghiên cứu cho thấy, biến dạng đạt tới giá trị III, mẫu đá bắt đầu trình hình thành hệ thống nứt nẻ Chúng phá huỷ đặc tính tuyến tính mối quan hệ “ứng suất-biến dạng dọc” đặc trưng đoạn (cd) (c’d’) Sau đạt tới giá trị biến dạng giới hạn tương ứng với giới hạn bền đá (điểm d d’), trình biến dạng làm gia tăng mạnh thể tích mẫu đá làm giảm dần khả kháng nén tác dụng ngoại lực Hiện tượng kết trình tạo thành nứt nẻ mạnh mẫu đá Tại điểm “e” xảy q trình phân chia mẫu đá thí nghiệm thành phần nhỏ riêng biệt (hiện tượng vỡ vụn) Chính vậy, tác dụng nén đơn trục, trình biến dạng mẫu đá tiếp tục xảy Ngoài ra, điều kiện trạng thái nén thể tích, q trình biến dạng đá vỡ vụn tiếp tục xảy mà khơng có thay đổi thể tích Đặc điểm đặc trưng biểu đổ “ứng suất-biến dạng” tổng quát đá sau: với phát triển biến dạng, khả chống lại ngoại lực đá ngày tăng khoảng gia tăng đường cong (od) Sau đạt tới giá trị lớn nhất, với gia tăng biến dạng, khả chống lại ngoại lực đá ngày giảm (tại phần xuống đưòng cong “dk”) Như vậy, biểu đồ “ứng suất-biến dạng” tổng quát đá phân chia thành ba vùng đặc trưng tương ứng với giai đoạn biến dạng khác nhau: + Vùng biến dạng trước giới hạn (od); + Vùng biến dạng sau giới hạn (de); + Vùng phá huỷ vỡ vụn (ek) Do khả biến dạng đá chuyển đổi vào trạng thái học khác nhau, thực tế cần phải tiến hành nghiên cứu tính chất học đá trạng thái biến dạng khác Tính chất biến dạng đá đặc trưng hệ số liên hệ “E” ứng suất biến dạng hệ số biến dạng ngang “µ” Ngồi ra, phương trình cơ-lý, nhà địa học cịn thường gặp hệ số “G” xác định thông qua hai hệ số “E”, “µ” Trong giai đoạn biến dạng trước giới hạn (tại vùng biến dạng tuyến tính đàn hồi) hệ số “E” gọi “mô đun đàn hồi” đặc trưng tỷ số ứng suất pháp tuyến giá trị biến dạng tương ứng theo hướng tác dụng Trong trường hợp hệ số “G” đặc trưng “mơ đun trượt” có giá trị khơng đổi, Trong giới hạn biến dạng đàn hồi ta có: G  E 2(1   ) (1.1) Vật liệu đá có khác biệt so với kim loại Giới hạn đàn hồi đá mang tính giả định Bởi vì, tác dụng ứng suất có giá trị khơng lớn, đá xuất biến dạng dư Do đó, nhà địa học thường sử dụng mô đun biến dạng tính tốn địa học thực tế Mơ đun biến dạng xác định tỷ lệ ứng suất “” (tương ứng với giới hạn biến dạng tuyến tính giả định) giá trị tổng biến dạng tương đối “III” Sau giới hạn biến dạng tuyến tính tương đối, hệ số “E” thay đổi Hệ số phụ thuộc vào mức độ biến dạng (theo nguyên tắc) giảm dần với gia tăng biến dạng Trên thực tế xét tới mức độ biến dạng khơng tuyến tính q trình giải toán địa học phương pháp xác định gần đường cong “ứng suất-biến dạng” theo cơng thức:   E..1m (1.2) Trong đó: E = const - mô đun biến dạng; <  1,  m  tham số gần không thứ nguyên a- Đá gabro với =0,116 m = 0,25; b- Đá sét kết với =0,113 m = 0,27; 10 Hình 1.2: Sơ đồ mối quan hệ phi tuyến "n-" Dưới tác dụng ngoại lực, đá bị biến dạng không theo hướng trùng với hướng tác dụng lực mà cịn theo hướng vng góc với hướng tác dụng lực Đặc tính biến dạng vật liệu thể thông qua hệ số biến dạng ngang “” Hệ số giá trị tuyệt đối tỷ số giá trị biến dạng ngang “” giá trị biến dạng dọc “//” nén, kéo đơn trục:   // (1.3) Trong vùng biến dạng tuyến tính, hệ số biến dạng ngang “” có giá trị khơng đổi thường gọi hệ số Poisson Sau vùng biến dạng tuyến tính, hệ số biến dạng ngang “” có giá trị thay đổi Đá loại vật liệu không đồng có sức kháng khác chống lại tác dụng ngoại lực trình nén kéo Do đó, cần phải phân biệt mơ đun biến dạng tuỳ thuộc hướng tác dụng tải trọng Kết nghiên cứu cho thấy, số loại đá phiến có giá trị mô đun biến dạng nén lớn từ 1,2 - 1,5 lần so với giá trị mô đun biến dạng kéo [2] 87 Phương sai (sai lệch trung bình bình phương)  thể độ xác phép đo tính theo cơng thức: nt  (x i  x)  n i1 (3.16) Do cách đo tất tham số thực nghiệm nên phương pháp đánh giá sai số Để đánh giá sai số phép đo đại lượng x đó, ta thực cơng việc theo trình tự sau: - Thực nt lần đo ghi lại kết đo x1 , x , , x n t ; - Tính giá trị kỳ vọng x theo cơng thức (3.15); - Tính giá trị sai lệch trung bình bình phương  theo (3.16) để nhận sai số giá trị thực đại lượng cần đo 4.2 TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM 4.2.1 Chuẩn bị làm thực nghiệm 4.2.1.1 Lựa chọn vị trí, mơi trường đá thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành bãi thử Nhà máy Z49 – Binh chủng Công binh – Bộ Quốc Phịng (Hình 4.12) Hình 4.12: Nghiên cứu sinh nhóm chun gia vị trí làm thực nghiệm 88 Môi trường tiến hành thực nghiệm mơi trường đá vơi chuyển từ mỏ đá Hịa Bình Đá đặt sân bê tơng cứng tương đương với đá liền khối mỏ Do khơng có điều kiện thực đầy đủ thực nghiệm để xác định tính chất lý đá, nghiên cứu sinh lấy mẫu đá xác định tính chất lý đá thông qua tài liệu học đá phân bố đá Việt Nam [5], [6],[9] 4.2.1.2 Bố trí đầu đo thiết bị đo * Lắp đặt đầu đo áp suất OCM-511: Các đầu đo áp suất lưu lượng sử dụng để áp suất, lưu lượng xy lanh dẫn động búa khoan; áp suất, lưu lượng pitong đập; áp suất, lưu lượng mô tơ quay choòng khoan Đầu đo lắp vào đầu nối trích đường vào khoang pít tơng xy lanh Cách lắp đặt đầu đo OCM511 thể Hình 4.13 Hình 4.13: Vị trí lắp đặt đầu đo OCM-511 Kết đo áp suất khoang pít tơng máy ghi thơng qua thiết bị ghi xử lý tín hiệu * Vị trí bố trí camera ghi hình tốc độ cao Camera ghi hình tốc độ cao bố trí độc lập với máy khoan, để camera ghi lại xác vị trí máy khoan làm việc khoảng cách camera với choòng khoan nằm khoảng 030 m Trên Hình 4.14 vị trí đặt camera bãi làm thực nghiệm 89 Hình 4.14: Vị trí đặt camera ghi hình tốc độ cao * Làm dấu choòng khoan Để xác định tốc độ quay choòng khoan, vận tốc dài choòng khoan, trình làm thực nghiệm dùng camera ghi lại hình ảnh chuyển động chng khoan q trình máy tác nghiệp Do phải làm dấu để xác định độ dịch chuyển chng khoan (Hình 4.15) Hình 4.15: Làm dấu choòng khoan 4.2.2 Tiến hành thực nghiệm - Bước 1: Tập kết tồn máy móc thiết bị trường 90 - Bước 2: Sắp đặt mẫu đá để khoan thí nghiệm - Bước 3: Lắp đặt đầu đo lên búa khoan Furukawa HCR1500-ED - Bước 4: Nổ máy, vận hành đưa máy khoan vào vị trí làm việc - Bước 5: Vận hành máy khoan, đo thông số hoạt động búa khoan chế độ không tải Kết nhận ghi bảng đồ thị - Bước 6: Vận hành máy khoan, đo thông số hoạt động búa khoan chế độ khoan đá Hịa Bình, đường kính mũi khoan 115mm Kết nhận ghi bảng đồ thị 4.2.3 Kết thực nghiệm Bảng 4.7: Tần số đập mũi khoan (Hz) Lần đo Giá trị TB Tần số (Hz) 49,67 48,58 49,82 49,86 50,49 49,68 Bảng 4.8: Vận tốc khoan: cm/s Lần đo Giá trị TB Vận tốc (cm/s) 1,02 1,04 1,03 1,07 1,08 1,05 Giá trị TB 132,61 132,02 132,22 Bảng 4.9: Áp suất đập búa khoan (bar) Lần đo Áp suất 132,25 132,38 131,84 đập (bar) - Đồ thị áp suất đập búa khoan Hình 4.16: Áp suất đập búa khoan 91 Bảng 4.10: Áp suất quay choòng khoan (bar) Lần đo Giá trị TB Áp suất đường vào (bar) 32,21 31,85 31,96 32,12 31,78 31,98 Áp suất đường (bar) 6,25 6,19 6,22 6,23 6,16 6,21 pq (bar) 25,96 25,66 25,74 25,89 25,62 25,77 Hình 4.17: Đồ thị áp suất quay choòng khoan Bảng 4.11: Vận tốc quay choòng khoan Lần đo Giá trị TB Vận tốc quay (vòng/phút) 186 184 182 185 187 184.8 Bảng 4.12: Áp suất dầu thuỷ lực làm tịnh tiến búa khoan Lần đo Giá trị TB Áp suất dẫn tiến (bar) 76,83 78,45 79,52 81,47 83,62 79,97 92 + Đồ thị vận tốc búa khoan Hình 4.18: Vận tốc búa khoan + Đồ thị vận tốc Chng khoan Hình 4.19: Vận tốc choòng khoan 4.2.4 So sánh kết lý thuyết với thực nghiệm Từ số liệu thực nghiệm, sử dụng lý thuyết xác suất thống kê toán học để xử lý kết đánh giá sai số ta kết bảng Bảng 4.13 Bảng 4.13: Bảng so sánh kết lý thuyết thực nghiệm Loại đá Đá Vôi Vận tốc khoan (cm/s) Kết lý thuyết Kết thí nghiệm 1,18 1,05 Sai số (%) 11,02 93 Kết luận chương Nghiên cứu thực nghiệm thực với thiết bị đại, lựa chọn thiết bị đo, cảm biến đo, thiết bị ghi xử lý tín hiệu, phần mềm sử dụng thực nghiệm có độ tin cậy cao, đáp ứng mục tiêu thực nghiệm Đã thiết lập sơ đồ đo để xác định thơng số thực nghiệm, gồm: vị trí cảm biến đo máy khoan, vị trí thiết bị đo tốc độ, kết nối đầu đo với thiết bị ghi xử lý tín hiệu để nhận quản lý kết đo Đã xây dựng qui trình tổ chức thực nghiệm chặt chẽ bãi thử Nhà máy Z49 – Binh chủng Công binh – Bộ Quốc Phịng với Máy khoan xoay đập Furukawa HCR1500-ED mơi trường đá vơi khai thác từ Hịa Bình Số liệu thực nghiệm xử lý đánh giá sai số lý thuyết xác suất thống kê toán học Kết thực nghiệm nhận gồm: thông số đầu vào phục vụ tính tốn lý thuyết thông số kiểm chứng, đánh giá độ sai lệch kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm Đã tiến hành đánh giá độ sai lệch kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm, sai số lý thuyết thực nghiệm nhỏ 15% chấp nhận được, mơ hình khảo sát động lực học kết tính tốn lý thuyết hoàn toàn tin cậy 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án giải mục đích nghiên cứu đề ra, kết luận án có ý nghĩa thực tiễn, khoa học đóng góp mới, cụ thể: Đã tổng hợp, phân tích cơng trình nghiên cứu động lực học thiết bị khoan đá xoay đập môi trường đá Việt Nam, như: nghiên cứu hiệu khoan thiết bị khoan đập khoan xoay, mơ hình nghiên cứu động lực học môi trường đá cứng Lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu hiệu khoan đá theo tiêu chí chi phí lượng riêng nhỏ để xác định thông số làm việc hợp lý thiết bị khoan Xây dựng mơ hình động lực học thiết bị khoan đá xoay đập dẫn động thủy lực – môi trường đá trạng thái làm việc sở lý thuyết học hệ nhiều vật, mơ hình kết hợp q trình đập xoay Lựa chọn mơ hình đàn - nhớt, dẻo đá sở nghiên cứu biến đổi đặc trưng đá cứng tác dụng tải trọng động dạng va đập Thiết lập mô hình tốn cách áp dụng phương trình Lagrange loại II Xây dựng thông số đầu vào mơ hình tốn để giải hệ phương trình vi phân hệ phần mềm Matlap Các thông số làm việc như: tần số đập, lực đập, vận tốc quay chng khoan độ cứng đá có ảnh hưởng lớn đến hiệu khoan máy Khi độ cứng đá tăng thơng số làm việc phải tăng tương ứng, với độ cứng đá khác thơng số làm việc khác để nâng cao hiệu khoan Xây dựng hàm mục tiêu chi phí lượng riêng Er theo thông số làm việc tốc độ khoan máy khoan xoay đập Xây dựng thuật tốn để tìm giá trị nhỏ hàm Er , sử dụng lý thuyết tối ưu phương pháp “thử nghiệm độc lập giá trị tham số”, xác định thông số 95 làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập môi trường đá có độ cứng khác Việt Nam Nghiên cứu thực nghiệm thực với thiết bị đại, thiết lập sơ đồ đo để xác định thơng số thực nghiệm, xây dựng qui trình tổ chức thực nghiệm khoa học chặt chẽ Số liệu thực nghiệm xử lý đánh giá sai số lý thuyết xác suất thống kê toán học Kết thực nghiệm nhận gồm: thông số đầu vào phục vụ tính tốn lý thuyết thơng số kiểm chứng, đánh giá độ sai lệch kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm, sai số lý thuyết thực nghiệm nhỏ 15% chấp nhận được, mơ hình khảo sát động lực học kết tính tốn lý thuyết hoàn toàn tin cậy Kết nghiên cứu luận án sử dụng nghiên cứu thiết kế, khai thác thiết bị khoan đá xoay đập làm việc môi trường đá cứng Để lựa chọn thông số làm việc hợp lý thiết bị khoan đá xoay đập xác cần tiến hành thực nghiệm khu vực địa chất đá cứng có thêm thực nghiệm để xác định tính chất lý đá 96 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Lưu Minh Hùng, Chu Văn Đạt, Lê Trọng Cường, “Động lực học lan truyền sóng áp lực q trình khoan xoay-đập”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 5, tr 80-84, tháng 5/2012 Lưu Minh Hùng, Chu Văn Đạt, Lê Trọng Cường, “Xác định lực va đập hợp lý phá hủy đá khoan xoay đập”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ tồn quốc khí lần thứ III, ISBN: 978-604-67-0061-6, tr 1103-1109, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội tháng 4/2013 Lưu Minh Hùng, Lê Trọng Cường, Trần Minh Tuấn, Vũ Văn Luận, “Nghiên cứu tích hợp mô đun búa khoan đá xoay đập lên máy sở máy xúc thủy lực gầu”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 27, tr 152-154, tháng 4/2015 Lưu Minh Hùng, Lê Trọng Cường, “Mơ hình tương tác mũi khoan với đá khoan xoay – đập”, Tạp chí Giao thơng vận tải, số đặc biệt 56, tr 229231, tháng 10/2015 Lưu Minh Hùng, Chu Văn Đạt, “Mơ hình động lực học khoan xoay – đập”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ IV, tập I, tr 782-787, Nxb Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 Lưu Minh Hùng, Lê Trọng Cường, Bùi Văn Hải, “Ảnh hưởng số thông số làm việc đến q trình khoan khoan xoay đập”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 49, tr 91-93, tháng 12/2018 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nhữ Văn Bách, Nguyễn Đình Ấu “Phá vỡ đất đá phương pháp khoan nổ mìn” NXB Giáo dục Hà nội, 1998 [2] Lê Mạnh Chiến, Hoàng Phan Giao “Kỹ thuật khoan thăm dò” Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 1971 [3] Nguyễn Tăng Cường, “Matlab”, Nhà xuất Quân Đội, 2001 [4] Nguyễn Văn Kháng, “Phương pháp qui hoạch thực nghiệm”, NXB Giao thông vận tải, 2008 [5] “Phân loại độ cứng cấp đất, đá Việt Nam” Tạp chí địa chất số 2(10), 1961 [6] Nghiêm Hữu Hạnh, “Cơ học đá”, Nhà xuất giáo dục [7] Đào Công Hiếu, “Nghiên cứu thiết kế thiết bị khoan thi công đường hầm quân độ vừa nhỏ”, Đề tài cấp nhà nước, Viện kỹ thuật công binh – Binh chủng công binh, 2009 [8] B.I Balonhev, “Máy xây dựng làm đường”, NXB Mossco, 2001 [9] Võ Trọng Hùng, Phùng Mạnh Đắc, “Cơ học đá ứng dụng xây dựng khai thác mỏ” Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 2005 [10] Lê Tuấn Lộc, “Cẩm nang công nghệ thiết bị mỏ”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 2006 [11] Nguyễn Sỹ Ngọc, “Cơ học đá”, NXB Giao thông vận tải Hà nội, 2005 [12] Đỗ Sanh, “Động lực học máy”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội, 2003 98 [13] Nguyễn Viết Tân “Thiết kế giá khoan chuyên dụng phục vụ thi công đường hầm độ vừa nhỏ” Học viện kỹ thuật quân sự, 2005 [14] Tống Duy Thanh “Giáo trình địa chất sở” NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2008 [15] Bùi Minh Trí, Bùi Thế Tâm “Giáo trình tối ưu hóa – Cơ sở lý thuyết, thuật tốn, chương trình mẫu Pascan” Nhà xuất Giao thông vận tải Hà nội, 1995 [16] Nguyễn Viết Trung “Thiết kế tối ưu” Nhà xuất xây dựng Hà nội, 2003 [17] Nguyễn Văn Vịnh “Động lực học máy xây dựng” NXB Giao thông vận tải Hà nội, 2008 [18] F A Samsev, Lê Mạnh Chiến “Kỹ thuật khoan thăm dò” NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội, 1971 Tiếng anh [19] A Balkema, Rotierdam, Brookfield (1995) Drilling and blasting of rocks [20] A.D Batako, V.I Babitsky, N.A Halliwell (2004), “Modelling of vibro-impact penetration of self-exciting percussive-rotary drill bit”, Journal of Sound and Vibration 271, pp 209 – 225 [21] Bazaraa M., Shetty C.M., (1982), Nonlinear Programming-Theory and Algorithms, Mir [22] Chiang, E Luciano and Dante A Elias (2007), A 3D FEM methodology for simulating the impact in rock drilling hammers International Journal of Rock 99 [23] Ekaterina Pavlovskaia, Marian Wiercigroch (2003), “Modelling of vibro-impact system driven by beat frequency”, International Journal of Mechanical Sciences 45, pp 623-641 [24] Furukawa rocks drill HCR1500-ED (2007) [25] Gang Han, Mike Bruno (2005), “Dynamically Modeling Rock Failure in Percussion Drilling”, The 40th U.S Symposium on Rock Mechanics [26] Heng Li, Stephen Butt, Katna Munaswamy, Farid Arvani (2010), “Experimental Investigation of Bit Vibration on Rotary Drilling Penetration Rate”, The 44th US Rock Mechanics Symposium [27] K Thuro (1996), “Drillability prediction - geological influences in hard rock drill and blast tunnelling”, Offprint 426 with Contributions to Prediction in geology 86, pp 426-438 [28] Kahraman S (2003), “Performance analysis of drilling machines using rock modulus ratio”, The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, pp 515-522 [29] Keskinen, Karvinen, Montonen (2011), “Dynamics of stress wave propagation during Percussive Drilling Process”, 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, Guanajuato, México [30] Luis E Izquierdo, Luciano E Chiang (2004), “A methodology for estimation of the specific rock energy index using corrected down-thehole drill monitoring data”, Mining Technology 113, pp 225-236 [31] Marian Wiercigroch (2008), “Vibrational energy transfer via modulated impacts for percussive drilling”, Journal of theoretical and applied mechanics 46 (3), pp 715-726 [32] Tucker R (2000), An Integrated Model for Drill-String Dynamics, Department of Physics, Lancaster University UK 100 [33] Sazidy, Rideout, Butt and Arvani (2010), “Modeling Percussive Drilling Performance using Simulated Visco-Elasto- Plastic Rock Medium”, The US Rock Mechanics Symposium 44 [34] Timo Saksala (2010), “Numerical modelling of bit–rock fracture mechanisms in percussive drilling with a continuum approach”, International journal for numerical and analytical methods in geomechanics 35, pp 1483-1505 Tiếng nga [35] Шубный А.И Исследование влияния свойств горных пород на оптимальные параметры вращательного бурения шпуров: Дис канд техн наук М: МГИ, 1973 [36] Шамшев Ф А, Тараканов С Н (1983), Технология и техника разведочного бурения, М Недра [37] Медведев И Ф (1975), Режим бурения и выбор буровых машин, М Недра [38] Л.С Гребнев, Примерная программа дисциплины механическое оборудование карьеров, 2001 [39] В.Г Лукьянов, В.И Комащенко, В.А Шмурыгин Взрывные работы Издательство Томского политехнического университета, 2008 [40] С.О.Леонов, В.Нескоромных Пути повышения эффективности ударно-вращательного бурения Сибирский федеральный университет, 2012 [41] П С Полколзин, А А Попов Машины для бурения шпуров и скважин Госгортехизлат, 1963 101 [42] Даутов Равиль Рожанович Обоснование и выбор рациональных нараметров бурения взрывных скважин станками ударновращательного действия с ногружными нневмоударниками Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва 2006 [43] Н А Филимонов Горные Машины для открытых работ Москва Недра, 1967 [44] Чернявский дмитрий иванович Основы динамики формирователя ударно-вращательного имнульса для ручного строительного инструмента Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва 2005 [45] Ю И Михайлов, Л И Горные Машины и комплексы Москва Недра, 1975 [46] Я.М Додис, В.И Нифадьев Разрушение горных пород При бурении и взрывании Бишкек 2006 ... hình tốn học; xây dựng thơng số đầu vào mơ hình; giải toán động lực học thiết bị khoan xoay đập Chương 3: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chế độ khoan xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan. .. nghiên cứu luận án sử dụng cho việc xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan xoay đập cụ thể, với cấp đá khác Có thể áp dụng cho việc thiết kế cải tiến số thiết bị khoan xoay đập, phục vụ... toán xác định chế độ làm việc hợp lý thiết bị khoan xoay – đập, không xác định hàm đa biến chi phí lượng riêng thơng số ảnh hưởng đến q trình khoan đá, nên sử dụng phương pháp để tính tốn hợp lý