Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn

1 B ộ c ô n g t h ơ n g Công ty cổ phần khoan và dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ Báo cáo tổng kết đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn 8420 Hà Nội 12 - 2010 2 B ộ c ô n g t h ơ n g Công ty cổ phần khoan và dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ Báo cáo tổng kết đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn Cơ quan chủ trì cơ quan quản lý đề tài Chủ nhiệm đề tài KS Phạm Văn Nhâm Hà Nội 12 - 2010 3 Mục lục Mở đầu 1 Phần I: Mục tiêu nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu 1 - Đặc điểm và tính u việt của công nghệ khoan mẫu luồn 2- Mục tiêu và nhiệm vụ 3- Phơng pháp nghiên cứu 2 3 4 Phần II: Kết quả nghiên cứu và công nghệ chế tạo 1- Kết quả nghiên cứu 2- Công nghệ chế tạo 5 11 Phần III: Tổ chức thực hiện 1- Nội dung và thời gian thực hiện 2- Sản phẩm chế tạo và đánh giá kết quả 29 30 Phần IV: Hớng dẫn sử dụng các dụng cụ 32 Tập bản vẽ chế tạo 34 Biên bản nghiệm thu thử nghiệm tại công trình 36 Biên bản nghiệm thu đề tài cấp cơ sở 40 Các văn bản pháp lý 4 Mở đầu Công tác khoan thăm dò khoáng sản ngày càng gia tăng, chiều sâu thăm dò ngày càng lớn. Mức độ phức tạp của địa chất ngày càng cao, nhất là công tác khoan thăm dò than dới sâu ( từ 700 m đến 1200 m ) đặc điểm địa chất là trầm tích không ổn định. Do những phức tạp của địa chất nh vậy, nhiều trờng hợp đã vợt quá khả năng kiểm soát của một ngời thợ khoan bình thờng dẫn đến sự cố là không thể tránh khỏi, ở Việt Nam các dụng cụ cứu sự cố nh ta rô đang sử dụng chủ yếu theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ và Trung Quốc, đờng kính ngoài của dụng cụ lớn bằng đờng kính ngoài của cần ống dẫn đến phá hỏng bộ cần khoan trong quá trình cứu. Với công nghệ khoan mẫu luồn thì giá trị của bộ cần ống rất lớn, việc phá hỏng bộ cần khoan gây tổn thất kinh tế nghiêm trọng. Việc có những bộ dụng cụ cứu sự cố phù hợp, ít tổn thất nhất là điều cần thiết. Với các nớc có nền công nghiệp phát triển trên thế giới nh: Canađa. Australia, Nhật bảnđã có các dụng cụ cứu sự cố nh ta rô, dao cắt cần phù hợp với các loại cần ống khoan riêng biệt nh BQ NQ - HQ PQ. Tuy nhiên ngay cả các nớc trên cũng cha đáp ứng đủ yêu cầu về chủng loại với nhu cầu của công tác cứu sự cố nh hiện nay. Hiện nay cha có các bộ ta rô trái tháo các bộ cầnNgoài ra các dụng cụ cứu sự cố trên nhập vào Việt Nam với giá thành rất cao nên trong giai đoạn này không phù hợp với giá thành khoan trong nớc. Qua tham khảo một số dụng cụ cứu sự cố của Nhật, Australia chúng tôi thấy tính u việt của các dụng cụ này là: Các ta rô có đờng kính rất phù hợp với cần ống khoan chỉ bắt vào đờng kính trong của ống mà không gây h hỏng ren cần. Bộ dụng cụ cắt cần khoan sử dụng áp lực của bơm để hiệu chỉnh độ mở của dao cắt nên có thể đa bộ dao xuống tới vị trí cần cắt mới tiến hành cắt. Trong quá trình cắt có thể biết đợc khả năng cắt thông qua chỉ số báo của đồng hồ bơm. 5 Đây là những cơ sở và đợc sự tạo điều kiện giúp đỡ kinh phí của Bộ Công thơng Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ đã triển khai nghiên cứu và gia công thành công các dụng cụ cứu sự cố trong khoan mẫu luồn. Phần I Mục tiêu nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu I- Đặc điểm và tính u việt của công nghệ khoan ống mấu luồn Đặc điểm khoan ống mẫu luồn khác các phơng pháp khoan khác là khoan kim cơng tốc độ lớn: - Cột cần khoan nối trực tiếp cần với cần, tạo cột cần phẳng cả bề mặt trong và mặt ngoài. - Bộ ống lấy mẫu gồm hai ống: ống ngoài lắp trực tiếp với mũi khoan, đồng thời tiếp nhận áp lực chiều trục và tốc độ vòng quay truyền cho mũi khoan phá đá; ống trong đứng yên đón mẫu. - Kéo ống chứa mẫu luồn bên trong cột cần khoan bằng bằng cáp và hệ thống thiết bị, dụng cụ chuyên dụng . So với phơng pháp khoan kim cơng và các phơng pháp khoan truyền thống khác, công nghệ khoan ống mẫu luồn có những đặc điểm sau: 1. Nhờ kéo bộ ống trong chứa mẫu bằng cáp, cho nên có thể khoan liên tục cho đến khi mòn hỏng mũi khoan mới kéo toàn bộ cột cần khoan lên mặt đất để thay mũi khoan. Đây là đặc điểm cơ bản khác các phơng pháp khoan khác. 2. Năng suất cao nhờ tăng thời gian khoan thuần tuý giảm thời gian thời gian phụ trợ nh kéo thả cột cần, thao tác tháo lắp cần khoan, thay mũi khoan vì chiều dài hiệp khoan đợc tính bằng tuổi thọ mũi khoan, vv 3. Bộ ống mẫu luồn có cấu trúc dạng bộ ống mẫu nòng đôi, vì vậy cho phép tăng chất lợng và tỷ lệ mẫu khoan. 4. Chế độ công nghệ khoan với áp lực lớn, tốc độ vòng quay lớn; do đó tăng tốc độ cơ học khoan. 6 5. Khe hở không gian vành xuyến giữa thành lỗ khoan và cần khoan nhỏ cho phép giảm cờng độ cong lỗ khoan, nhng đồng thời cũng tăng tổn thất áp lực thủy lực trong hệ tuần hoàn lỗ khoan. Khoan mẫu luồn có những u việt nh trên nên trong khoan thăm dò khoáng sản đạt hiệu quả cao từ tỷ lệ mẫu xấp xỉ 100% đến tốc độ thi công cao. Nhng trong những vùng địa chất là trầm tích không ổn định nh thăm dò than trong thi công việc bị kẹt cố xảy ra thờng xuyên. II- Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan lấy mẫu luồn. Cụ thể là: - 02 bộ dao cắt cần NQ. - 02 bộ dao cắt cần HQ. - 02 bộ ta rô cứu cần NQ ( 01 ren phải, 01 ren trái). - 02 bộ ta rô cứu cần NQ ( 01 ren phải, 01 ren trái). - Tập bản vẽ và quy trình công nghệ chế tạo. - Quy trình hớng dẫn sử dụng các bộ dụng cụ. 3- Nhiệm vụ: - Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu. Khảo sát các dụng cụ phụ tùng phục vụ cho yêu cầu thiết kế. - Lập, trình duyệt, đăng ký và thuyết minh đề tài, ký hợp đồng. - Phân tích vật liệu của các chi tiết của bộ dụng cụ: độ cứng, thành phần nguyên tố xác định mức thép cho phù hợp. - Thiết kế các dụng cụ dựa trên bộ dao cắt NQ và ta rô NQ phải trong tài liệu. - Mua sắm nguyên vật liệu. Chế tạo hoàn thiện các dụng cụ và thử nghiệm công nghiệp. 7 3. Phơng pháp nghiên cứu: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và chế tạo các dụng cụ cứu sự cố cho cần NQ và HQ nên dựa trên kích thớc cơ bản của cần để tính toán kích thớc cụ thể. Kích thớc của cần khoan nh sau: Cần HQ: - Đờng kính ngoài: 88,90 mm. - Đờng kính trong: 77,80 mm. Cần NQ: - Đờng kính ngoài: 69,90 mm. - Đờng kính trong: 60,30 mm. Dựa trên tính năng tác dụng của từng dụng cụ và tham khảo các dụng cụ cứu kẹt của Liên Xô cũ để chọn vật liệu gia công cho phù hợp. Với cấu tạo các bộ dao cắt cần khoan dựa trên catalô về dụng cụ khoan của Hãng BoartLongyear. Thử nghiệm các dụng cụ để đánh giá khả năng làm việc và độ tin cậy của chúng. Các dụng cụ cứu sự cố đợc chế tạo phải đạt đợc: - Kết cấu bền, đẹp. - Sử dụng thuận tiện. - Đáp ứng đợc yêu cầu theo tính năng công dụng của từng dụng cụ. 8 Phần II Kết quả nghiên cứu và công nghệ chế tạo 1- Kết quả nghiên cứu: Ta rô dùng để ren vào đầu các bộ cần khoan bị rơi hoặc kẹt trong lỗ khoan. Cần khoan bề mặt bên ngoài đợc nhiệt luyện để chống mài mòn bên trong vẫn có độ dẻo để chịu lực uốn xoắn trong quá trình khoan. Mặt ngoài của ta rô đợc xêmentít hoá, sau đó đợc nhiệt luyện tôi và ram. Chiều sâu lớp xêmentít hoá là 0,2 0,7 mm. Độ cứng bề mặt đạt 62 65 HRC. Để đạt đợc yêu cầu trên theo nguyên tắc chọn vật liệu của nghành cơ khí chế tạo, ta rô đợc chế tạo từ thép có độ thấm tôi sâu. Cụ thể gia công các bộ ta rô NQ, HQ trái và phải sử dụng thép 9XC. + Bộ ta rô NQ: Cần khoan NQ sử dụng trong khoan lấy mẫu luồn sử dụng cần nối với cần bằng ren đầu cần không qua zamốc nh cần khoan kéo thả 42, 50Do chiều dày của cần khoan chỉ có 4,8 mm, chính vì thế các đầu ren của cần khoan đợc nhiệt luyện tới 30 35 HRC. Khi ren bị hỏng việc tiện lại ren cần và nhiệt luyện tại Việt Nam không đáp ứng đợc yêu cầu nên khi hỏng ren là bỏ cần. Vì vậy yêu cầu của bộ ta rô là bắt chặt vào cần khoan và không làm hỏng ren của cần khoan. Từ những yêu cầu trên nên với đờng kính đỉnh ren cần NQ là 66 chúng tôi chọn đờng kính lăn răng của ta rô lớn nhất là 63,5 +0,05 mm, chiều dài lăn răng đạt từ 120 125 mm, độ côn 1: 8 theo quy chuẩn ta rô cứu ống chống của Liên Xô cũ. Ta rô phải lăn răng phải ( chạy răng theo chiều kim đồng hồ ), phay 04 rãnh thoát phoi sâu 3 +0,1 mm, bớc răng Z = 4. 9 Ta rô trái lăn răng trái ( chạy răng theo chiều ngợc chiều kim đồng hồ ), phay 04 rãnh thoát phoi sâu 3 +0,1 mm, bớc răng Z = 4. Với ta rô NQ phải đầu không lăn răng tiện ren cần NQ để sử dụng cần NQ, với ta rô NQ trái tiện ren của Zamốc 50 trái của cần trái 50. Giữa phần lăn răng và phần lắp cần khoan kích thớc của ta rô phải nhỏ hơn đờng kính trong của cần và dài hơn chiều dài ren cần. Tổng chiều dài của ta rô không quá 210 mm. Sau khi hoàn thiện phần gia công tinh, tiến hành nhiệt luyện ta rô đạt độ cứng 62 65 HRC. + Bộ ta rô HQ: Giữa cần NQ và HQ tính năng nh nhau, chỉ khác nhau về đờng kính. Với cần HQ đờng kính đỉnh ren cần là 84 chúng tôi chọn đờng kính lăn răng của ta rô lớn nhất là 82,5 +0,05 mm, chiều dài lăn răng đạt từ 120 125 mm, độ côn 1: 8 theo quy chuẩn ta rô cứu ống chống của Liên Xô cũ. Ta rô phải lăn răng phải ( chạy răng theo chiều kim đồng hồ ), phay 04 rãnh thoát phoi sâu 3 +0,1 mm, bớc răng Z = 4. Ta rô trái lăn răng trái ( chạy răng theo chiều ngợc chiều kim đồng hồ ), phay 04 rãnh thoát phoi sâu 3 +0,1 mm, bớc răng Z = 4. Với ta rô HQ phải đầu không lăn răng tiện ren cần HQ để sử dụng cần HQ, với ta rô HQ trái tiện ren của Zamốc 50 trái của cần trái 50. Giữa phần lăn răng và phần lắp cần khoan kích thớc của ta rô phải nhỏ hơn đờng kính trong của cần và dài hơn chiều dài ren cần. Tổng chiều dài của ta rô không quá 210 mm. Sau khi hoàn thiện phần gia công tinh, tiến hành nhiệt luyện ta rô đạt độ cứng 62 65 HRC. + Bộ dao cắt cần NQ: 10 Nguyên lý làm việc của bộ dao cắt cần là sử dụng áp lực của nớc hoặc dung dịch khoan thông qua bơm để mở lỡi cắt cần. Khi thả bộ dao cắt tới vị trí cần tiến hành cắt, toàn bộ các lỡi cắt đều nằm trong vỏ đầu cắt của bộ dao. Lỡi cắt đợc lắp trong đầu cắt quay xung quanh một trục. Khi tăng áp lực của bơm, trục dẫn tịnh tiến trong ống đẫn. Đầu trục dẫn tiện côn sẽ đẩy lỡi cắt vào thành cần khoan để cắt. Máy khoan vừa quay và tăng dần áp lực bơm để lỡi cắt sẽ cắt cần khoan. Khi cần bị cắt đứt cũng là lúc trục dẫn tịnh tiến qua lỗ thoát nớc trên ống trụ dẫn, toàn bộ nớc sẽ thoát ra ngoài vách lỗ khoan, ngừng bơm nớc dới tác dụng của lò xo nén đa trục dẫn về vị trí ban đầu, lỡi cắt trở lại nằm trong đầu cắt. Với các bộ cần NQ và HQ chiều dày của cần từ 4,8 5,6 mm nên để cắt đợc cần khoan, độ mở của lỡi cắt phải đạt từ 8 10 mm. Lỡi cắt đợc chế tạo bằng thép gió hoặc thép có độ thấm tôi sâu là thép 45. Vỏ dao và trục dẫn mở dao bằng thép 40X. Dựa trên catalô giới thiệu sản phẩm của Hãng Boartlongyear và kích thớc của cần khoan chúng tôi cùng thống nhất lựa chọn: * Bộ dao cắt NQ : Bộ dao cắt gồm có các bộ phận: đầu cắt, lỡi cắt, trục dẫn dao, lò xo nén và ống trụ chứa trục dẫn, đầu ống trụ nối trục dẫn tiện ren nối với đầu nối lắp vào cần khoan. + Lỡi cắt: Công dụng của lỡi cắt để cắt đứt cần khoan khi bị kẹt, cấu tạo của dao cũng nh dao tiện thông thờng. Do điều kiện làm việc của lỡi cắt khác với máy tiện tại nơi ngời thợ không nhìn bằng mắt thờng đợc để tránh hiện tợng vấp dao dẫn đến mẻ sứt dao, sử dụng loại dao liền ( đợc làm bằng một loại vật liệu ). Vật liệu để chế tạo lỡi cắt phải có độ cứng, tính chịu nhiệt ( khả năng giữ đợc độ cứng ở nhiệt độ cao ), tính chịu mài mòn ( khả năng chống lại sự mài mòn ), và độ dai cao ( chịu đợc tải trọng va đập ). Vì vậy lỡi cắt dùng chung cho cả hai loại [...]... các công nhân khoan làm quen và sử dụng một cách thuần thục 3- Kết luận và hiệu quả kinh tế: Đề tài : Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn là một đề tài nghiên cứu áp dụng thực tiễn Các sản phẩm của đề tài giúp cho Công ty giải quyết đợc nhu cầu về vật t trang bị cho các đội khoan thi công không phải nhập ngoại, giá thành hợp lý với đơn giá khoan của Tập... hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ năm 2010 Nhóm tác giả đã hoàn thành các công việc: 1- Thiết kế chi tiết các dụng cụ cứu sự cố bộ cần, ống khoan mẫu luồn ( Bộ bản vẽ chế tạo và công nghệ gia công ) 2- Chế tạo hoàn thiện toàn bộ các dụng cụ của đề tài 3- Thử nghiệm công nghiệp, đánh giá chất lợng sản phẩm gia công 4- Lập quy trình hớng dẫn sử dụng các dụng cụ 5- Báo cáo tổng kết việc thực hiện Các sản... cần HQ - 02 ta rô cứu cần NQ ( 01 bộ phải, 01 bộ trái ) - 02 ta rô cứu cần HQ ( 01 bộ phải, 01 bộ trái ) 2- Tổ chức thử nghiệm công nghiệp 3- Xác lập quy trình công nghệ sử dụng các dụng cụ trên Căn cứ Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 163.10.RD/HĐ - KHCN ngày 2 tháng 3 năm 2010 giữa Bộ Công thơng và Công ty CP Khoan và Dịch vụ... HQ đợc chế tạo theo hợp đồng của đề tài theo yêu cầu thực tế thi công của Công ty, các bộ ta rô trên không đợc các Hãng giới thiệu 35 Phần IV Hớng dẫn sử dụng các dụng cụ cứu sự cố I Bộ ta rô NQ và HQ: Trong quá trình thi công ngoài việc bị kẹt bộ dụng cụ khoan còn xảy ra nhiều trờng hợp nh rơi bộ cần khoan trong quá trình kéo thả, cháy ren các cần nối với nhau Trong những trờng hợp này sử dụng ta... kích thớc 101 mm cho phép từ 0,5 - 1mm 13 + Vòng đệm phẳng: Đợc chế tạo từ thép 40X có tác dụng đỡ chặn lò xo 2- Công nghệ chế tạo: 14 STT Ta rô NQ phải - Sơ đồ nguyên công - Yêu cầu kỹ thuật 1 Cắt phôi: ỉ = 72 L= 208 Thép 9XC 2 Trang bị công nghệ Tiện khoả mặt, tiện ỉ65, L = 134, khoan lỗ, móc lỗ ỉ28,5 suốt: Độ đồng tâm ỉ ngoài và ỉ trong = 0,1 - Máy tiện - Máy khoan - Thu ớc cặp - Mũi khoan 3 Tiện đầu... kết quả đã đợc cán bộ kỹ thuật và công nhân khoan đánh giá đạt hiệu quả tốt Các dụng cụ cứu sự cố gia công trong nớc rất phù hợp với cần khoan NQ và HQ đang sử dụng Những yêu cầu đặt ra cho các bộ ta rô rất phù hợp, ren bắt vào cần chặt không ảnh hởng đến ren của cần Đặc biệt với các bộ dao cắt cần khi đa thử nghiệm cũng đồng thời hớng dẫn cả về lý thuyết cũng nh thực hành cho cán bộ, cũng nh các công. .. thành hợp lý với đơn giá khoan của Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam và chủ động trong sản xuất Thông qua việc thực hiện đề tài cán bộ kỹ thuật và công nhân khoan nắm bắt đợc sâu rộng hơn về công nghệ khoan mẫu luồn, các công nghệ cứu sự cố trong quá trình khoan 34 * So sánh về hiệu quả kinh tế của các sản phẩm của đề tài TT Tên sản phẩm Đề tài thực hiện Giá nhập ( VND ) ( USD ) 1 Ta rô NQ phải 4.200.000... Sơ đồ nguyên công - Yêu cầu kỹ thuật Trang bị công nghệ Khoan lỗ ỉ5,5 - Máy khoan - Thu ớc cặp - Mũi khoan ỉ5,5 - é?u chia d? 4 lỗ cách đều 90 6 Nhiệt luyện: HRC = 45-48 31 STT Trục dao NQ - Sơ đồ nguyên công - Yêu cầu kỹ thuật 1 Cắt phôi: ỉ67, L= 267 2 Trang bị công nghệ Tiện ỉ65,7, khoan lỗ ỉ15, tiện ỉ16,5, tiện ren M 16,5 x 1,25 Tiện rãnh lắp gioăng cao su - Máy tiện - Thuớc cặp - Mũi khoan 3 Tiện... tra: thuớc cặp, dụng cụ kiểm ren 5 Nhiệt luyện: HRC=45ữ48 - Máy tiện - Thuớc cặp - Dao tiện 32 Phần III Tổ chức thực hiện 1- Nội dung và thời gian thực hiện Căn cứ Quyết định số 6228/QĐ - BCT ngày 10 tháng 12 năm 2009 của Bộ trởng Bộ Công thơng về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010 với nội dung cụ thể là: 1- Tính toán, thiết kế, lựa chọn vật liệu và chế tạo hoàn thiện:... Tiện ren (M 67,5x3,2); khoan lỗ ỉ39, tiện móc lỗ ỉ47: (prôfin ren theo mẫu) 0,5x45 - Máy tiện - Thuớc cặp - Dao tiện - Mũi khoan ỉ39 0,5x45 28 STT 4 Đàu cắt HQ - Sơ đồ nguyên công - Yêu cầu kỹ thuật Trang bị công nghệ Khoan 3 lỗ ỉ6,5 cách đều 120: - Máy khoan - Thuớc cặp - Mũi khoan ỉ6,5 5 Phay 3 rãnh then 8 cách đều 120: - Máy phay - Thuớc cặp - Dao phay ỉ8 - Đầu chia độ 6 Khoan 3 lỗ ỉ4,5 cách đều . n g Công ty cổ phần khoan và dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ Báo cáo tổng kết đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn . n g Công ty cổ phần khoan và dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ Báo cáo tổng kết đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan mẫu luồn . than trong thi công việc bị kẹt cố xảy ra thờng xuyên. II- Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số dụng cụ cứu sự cố cho công nghệ khoan lấy mẫu luồn. Cụ thể là: - 02 bộ dao cắt cần