đồ án kỹ thuật luyện kim Tình hình nghiên cứu và sử dụng thiết bị khoan khai thác đá

+ Giới thiệu sơ lược về máy khoan đá đập xoay dẫn động bằng thuỷ lực mang nhãn hiệu TOKYO RYUKI 1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng các loại thiết bị khoan trên thế giới: Hiện nay chính

Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG

Nội dung:

+Trình bày về tình hình nghiên cứu và sự phát triển các loại thiết bị khoan đá hiện nay trên thế giới

+ Tình hình nghiên cứu và nhu cầu sử dụng các loại thiết bị khoan đá ở Việt Nam

+ Giới thiệu sơ lược về máy khoan đá đập xoay dẫn động bằng thuỷ lực mang nhãn hiệu TOKYO RYUKI

1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng các loại thiết bị khoan trên thế giới:

Hiện nay chính nhờ sự phát triển vượt bậc của các ngành khoa học kỹ thuật đã kéo theo sự phát triển hết sức mạnh mẽ của các ngành công nghiệp khác Cụ thể như ngành công nghiệp cơ khí

truyền thống, nhờ được ứng dụng những công nghệ mới của các ngành như điện, điện tử, công nghệ thông tin , mà nó đã và đang dần được cơ giới hoá, tự động hoá Bên cạnh các ứng dụng của các ngành mới vào cơ khí như trên thì những ứng dụng quan trọng của thuỷ lực trong các cơ cấu cơ khí vẫn không thể bỏ qua vì nó có rất nhiều tính năng vượt trội như đem lại năng suất và hiệu quả cao, Ýt gây tiếng ồn, điều khiển dễ dàng và chính xác Hiện nay, hầu như trong tất cả các cơ cấu cơ khí cần công suất cao, làm việc trong những môi trường khắc nghiệt đều có sự tham gia của các thiết bị thuỷ lực như các loại máy xúc, máy ủi, máy cẩu thậm chí cả một số loại ô tô cũng đều hoạt động một phần nhờ vào các hệ thống thuỷ lực

Các loại máy khoan đá hiện nay đa phần cũng được điều khiển bởi hệ thống thuỷ lực bởi nó đòi hỏi công suất cao, điều khiển chính xác, dễ dàng với độ tin cậy cao và đặc biệt là nó phải làm việc được trong những môi trường khắc nghiệt nhất Chính nhờ vậy đã góp phần tăng được năng suất và hiệu quả khoan Mặc dù trên thị trường

khác nhau nhưng chúng hoạt động vẫn chỉ dựa trên ba phương pháp khoan cơ bản đang được dùng phổ biến hiện nay Sau đây chúng em xin giới thiệu ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của ba phương pháp khoan đó:

1.1.1 Phương pháp khoan xoắn:

Phương pháp này Ýt được dùng vì hiệu suất không cao, nó chỉ khoan được các loại đất đá có độ cứng trung bình trở xuống với đường kính lỗ khoan  = 76  225 mm

1.1.2 Khoan xoay

Phương pháp này có ưu điểm là chi phí thấp trong đá mềm và

đá có độ cứng trung bình, khoan được lỗ khoan có đường kính thường là  = 178  381 mm với các thông số quan trọng như : công suất khoan ( tốc độ quay choòng), lực nén trục và lượng khí nén, các yếu tố này ảnh hưởng rất lớn tới chu kỳ khoan

Các loại máy khoan xoay cầu chỉ khoan tốt trong các loại đất đá có

độ cứng trung bình với f < 12 khoan lỗ có  <200 m, khi khoan lỗ

có đường kính  > 250 có thể khoan đá cứng hơn lên tới f = 14 ở các mỏ có quy mô khai thác lớn để đồng bộ với các máy xúc có gầu

xúc lớn thì mới đạt được hiệu quả Còn ở trong các vùng mỏ có quy

mô khai thác không lớn lắm, đá rắn chắc độ cứng f >14, độ mài mòn cao, mặt tầng chật hẹp thì tốc độ khoan giảm mạnh dẫn đến năng suất có thể giảm đi tới 2 lần, hiệu quả không cao, không đáp ứng được yêu cầu khai thác, khi đó phải chọn loại máy khoan và phương pháp khoan khác để thay thế hoặc hỗ trợ cho phương pháp khoan này thì hiệu quả kinh tế mới cao

Hiện nay khoan xoay cầu chiếm khoảng 7% trong tổng số các thiết

bị khoan trên thế giới được áp dụng để khoan các lỗ có  = 251 

380 mm trong đá cứng đến rất cứng, và  = 127  250 mm trong đá cứng trung bình trở xuống Các loại máy khoan hoạt động theo phương pháp này chủ yếu do các nước XHCN cũ sản xuất như máy SBSA-250 của Liên Xô và hiện vẫn còn đang được sử dụng do chi phí đầu tư ban đầu thấp

1.1.3 Khoan đập xoay

Máy khoan đập xoay là loại máy khoan có kết cấu gọn nhẹ nên linh hoạt, có tốc độ khoan cao, có thể khoan trên mọi địa hình, bao

gồm khoan đập đỉnh và khoan đập đáy, dùng hệ thống dẫn động bằng khí nén hoặc thuỷ lực

Các máy khoan đập đỉnh được áp dụng để khoan các loại đá có

độ cứng trung bình đến rất cứng với đường kính lỗ khoan  = 25 

251 mm và được chia ra làm 3 loại theo đường kính lỗ khoan: Loại nhỏ có  = 45  65 mm, loại trung bình có  = 65  102 mm, loại nặng có  >105 mm Loại máy khoan dẫn động bằng thuỷ lực có năng suất cao gấp 2 lần các loại máy khoan dùng khí nén

Các máy khoan đập đáy là một trong những tiến bộ trong ngành công nghệ chế tạo máy khoan Đường kính khoan  = 89 

251 mm trong đá có độ cứng trung bình đến rất cứng điển hình là loại máy khoan CM- 695D của Mỹ Với tần suất và năng lượng cao chúng có thể khoan với năng suất cao tới 60m/ph nhất là loại đầu đập thuỷ lực Sở dĩ các loại máy khoan đập xoay dẫn động bằng thuỷ lực chiếm được ưu thế hơn các loại máy khác bởi vì nó có nhiều

ưu điểm hơn các phương pháp khác như việc thay thế đầu đập khí nén bằng đầu đập thuỷ lực ở các máy khoan đập xoay khí nén tự hành đã cho phép tăng áp lực khoan nhờ đó tăng năng lượng quả đập

pittông và tăng tần số đập Điều khiển bằng van thuỷ lực đơn giản hơn, chính xác hơn, quá trình khoan làm việc Ýt tiếng ồn hơn Việc dùng khoan thuỷ lực đảm bảo mức cơ động, cơ giới hoá trong quá trình khoan phá đá do không phải kèm theo máy nén khí Vì vậy mà giảm thời gian cho các thao tác phụ Một lợi thế quan trọng nữa của khoan thuỷ lực so với các phương pháp khoan khác là tốc độ khoan cao dẫn đến năng suất khoan cao hơn, có thể khoan được trong các điều kiện địa hình và đất đá khó khăn với các góc khoan khác nhau

Do có ưu thế đặc biệt so với các phương pháp khác nên trên thế giới hiện nay có nhiều hãng sản xuất máy xây dựng nghiên cứu và đưa ra thị trường nhiều loại máy khoan đập xoay dẫn động bằng thuỷ lực như TAMROCK của Phần Lan, FURUKAWA của Nhật Bản, Rock More, BRUNNER AND LAY, INGERSOLL-RAND Dưới đây chúng em xin giới thiệu một số hãng chế tạo máy khoan hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam

1.1.4 Hãng TAMROCK

TAMROCK là hãng chế tạo máy xây dựng bao gồm máy khoan, máy xúc, xe vận chuyển Máy khoan đá thuỷ lực của TAMROCK gồm có hai loại: Loại dùng để khoan trên mặt đất, và loại dùng để khoan dưới hầm lò Thiết bị khoan trên mặt đất của hãng bao gồm các máy mang nhãn hiệu Pantera, Ranger, RangerK, Commando, CHA, Scout

Máy Pantera bao gồm có Pantera800, Pantera900, Pantera1100, Pantera1500 Hiện nay ở Việt Nam có 3 máy Pantera1500 đang được

sử dụng tại công ty xây dựng Quảng Ninh Máy khoan TAMROCK Pantera1500 là máy khoan thuỷ lực tự động điều chỉnh các quá trình tiến lùi của đầu đập, tự động dừng, tự động thay cần khoan, được trang bị thêm Cabin trong đó có hệ thống các công tắc điều khiển hệ thống thuỷ lực TAMROCK Pantera1500 có thể khoan được các lỗ thẳng đứng có đường kính  = 89  127 mm với đường kính cần khoan 51 mm, khoan được các lỗ nghiêng hoặc nằm ngang có đường kính  = 92  150 mm với các cần khoan Sandvik 60 mm Đặc biệt nó có thể làm việc trong các vùng đất có điều kiện làm việc khó khăn, nhất là đối với việc thay cần khoan Nó có thể thay cần khoan

tự động nhờ việc dùng các ống nối đặc biệt với đường kính  76 hoặc  87 để thay cần khoan Các máy khoan Pantera 1500 phù hợp với đầu đập thuỷ lực HL1500

Máy khoan Ranger bao gồm Ranger500, Ranger600, Ranger700, Ranger800 Các máy này hiện chưa thấy dùng ở Việt Nam Máy RangerK bao gồm RangerK5, RangerK6, RangerK7

Máy khoan đá Commando là máy khoan các lỗ nhỏ có thể khoan được các lỗ có đường kính lớn nhất  45 mm, với chiều dài 9

m, bao gồm nhiều loại Commando120H, Commando120E, Commando120R, Commando120RF, Commando300

Máy CHA là loại máy khoan tương đối linh hoạt, nó khoan được trên nhiều địa hình khác nhau Các máy khoan CHA khoan được các lỗ có đường kính từ 41 mm đến 102 mm Các máy CHA bao bồm Dino560, CHA560, CHA 660, CHA700, CHA1100 Hiện nay máy CHA560, CHA1100 đang được dùng ở Việt Nam tại các công ty như VINACOAL, tổng công ty xây dựng Sông Đà, tổng công ty xây dựng VINACONEX

Máy khoan TAMROCK Scout có thể khoan các lỗ nhanh hơn và chính xác hơn Chúng có thể khoan các lỗ có đường kính trong khoảng từ 51 mm đến 115 mm bao gồm các máy Scout500-2, Scout600-2, Scout700-2

1.1.4 Hãng FURUKAWA ROCK DRILL

FURUKAWA ROCK DRILL là một hãng sản xuất máy xây dựng của Nhật Bản Các máy khoan FURUKAWA ROCK DRILL

có đặc điểm là đầu ra của các máy nén khí có áp lực cao cung cấp cho quá trình khoan nhanh hơn, động cơ tiêu thụ Ýt nhiên liệu, Khả năng điều khiển của hệ thống hút bụi tốt, đáng tin cậy Các máy khoan đá FURUKAWA ROCK DRILL hiện cũng đang được dùng nhiều ở Việt Nam như: HD700, HRC900, HRC1200, HRC1500, DRC23, HRC-12ED Ngoài ra còn rất nhiều loại máy khoan đập xoay đang được dùng ở trên thế giới và Việt Nam như: Rock More, BRUNNER AND LAY, INGERSOLL-RAND

1.2 Nhu cầu sử dụng và tình hình nghiên cứu các thiết bị khoan hiện nay

ở Việt Nam:

Việt Nam là một nước đang phát triển.Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, chúng ta cần phải đầu tư xây dựng và phát triển các cơ sở hạ tầng, giao thông, xây dựng các công trình thuỷ điện, thuỷ lợi cần một khối lượng lớn đá xây dựng cũng như cần phải san lấp một khối lượng rất lớn đất đá do vậy cần một số lượng lớn các thiết bị khoan nổ mìn

Bên cạnh đó việc khai thác các nguồn tài nguyên khoáng sản cũng cần được đầu tư một cách hợp lý các thiết bị khoan nổ mìn

Với nhu cầu rất lớn về việc khoan nổ mìn và khai thác đá hiện nay ở Việt Nam như vậy nếu như các công ty khai thác mỏ, các công

ty xây dựng chỉ áp dụng và sử dụng các phương pháp khoan và các loại máy khoan cổ điển thì không thể đáp ứng về cả số lượng, chất lượng và hiệu quả kinh tế Do vậy đòi hỏi các công ty khai thác mỏ

và hiệu quả sản xuất Hầu nh toàn bộ các thiết bị này đều phải nhập khẩu từ các công ty nước ngoài Còn các công ty cơ khí của Việt Nam gần nh chưa sản xuất được các thiết bị này cũng nh các phụ tùng thay thế của chúng

Một số công ty nhập thiết bị khoan đá mới hoàn toàn, một số còn lại nhập các thiết bị khoan đá đã qua sử dụng của các công ty nước ngoài do giá thành các thiết bị mới rất cao Nhưng dù có nhập thiết bị khoan đá mới hay nhập thiết bị khoan đá đã qua sử dụng thì các thiết bị đó đều được sản xuất từ các nước có điều kiện khí hậu khác xa ở Việt Nam do đó nó không thích hợp với điều kiện hậu và điều kiện sản xuất ở Việt Nam dẫn đến các thiết bị đó xuống cấp một cách nhanh chóng

Mặt khác do các thiết bị khoan đá hầu hết khi sản xuất được các hãng bảo mật về các điều kiện kỹ thuật và công nghệ sản xuất do

đó khi có sai hỏng và cần thay thế hoặc bảo trì, bảo dưỡng lại phải mời chuyên gia của hãng đến sửa chữa và thay thế Điều đó gây rất nhiều tốn kém và phiền phức cho các công ty xây dựng và khai thác

mỏ Việt Nam khi sử dụng các thiết bị này Vấn đề đặt ra là cần có

các nghiên cứu, cải tiến các loại máy nhập về sao cho phù hợp với điều kiện thời tiết, khí hậu và điều kiện sản xuất Việt Nam để nhằm nâng cao tuổi thọ của các máy đó, từ đó có thể tìm ra phương pháp

và công nghệ chế tạo các chi tiết phụ tùng thay thế dần dần tiến tới chế tạo toàn bộ máy trong nước Nh vậy có thể giảm giá thành đầu tư ban đầu, nâng cao tỷ lệ dùng hàng nội địa, giảm được chi phí bảo trì, bảo dưỡng Nhưng trên thực tế ở Việt Nam hiện nay hầu nh chưa có công trình nghiên cứu nào đi sâu vào nghiên cứu các thiết bị này

Nhiệm vụ đặt ra cho chóng em trong bản đồ án tốt nghiệp này

là bước đầu khảo sát, nghiên cứu, thiết kế nguyên lý hoạt động một cách tổng thể của những thiết bị khoan đá này, từ đó đặt nền móng cho các công trình nghiên cứu và ứng dụng vào việc cải tiến, dần dần tiến tới sản xuất các thiết bị khoan sao cho phù hợp với điều kiện khí hậu và điều kiện sản xuất ở Việt Nam Cụ thể bản đồ án này khảo sát nghiên cứu một số máy khoan hiện đang hoạt động ở Việt Nam, từ

đó khảo sát và lập quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết thay thế dựa trên điều kiện sản xuất thực tế ở Việt Nam Mẫu máy mà bản

hiện đang hoạt động tại mỏ khai thác đá Xuân Hoà của công ty xây dựng VINACONEX II thuộc tổng công ty xây dựng VINACONEX

Máy khoan TOKYO RYUKI là một máy khoan đập xoay thủy lực được sản xuất năm 1994 Máy được tổng công ty xây dựng VINACONEX nhập từ Nhật Bản năm 2002 Tuy máy TOKYO RYUKI được sản xuất năm 1994 và khi nhập về Việt Nam nó đã qua

sử dụng của công ty nước ngoài xong nó là máy khoan đá tương đối hiện đại so với các loại máy khoan đá đang được sử dụng ở Việt Nam hiện nay Với việc áp dụng phương pháp khoan hiện đại, phương pháp khoan đập xoay dẫn động và điều khiển bằng thủy lực Máy TOKYO RYUKI có năng suất khoan khá cao, khả năng cơ động nhanh và có thể khoan được trên nhiều địa hình phức tạp Tuy nhiên đây là loại máy đặc chủng được sản xuất theo đơn đặt hàng nên các cơ cấu, các chi tiết có kết cấu, kích thước khá đặc biệt so với các loại máy khác, rất khó có thể tìm mua trên thị trường dẫn đến rất

nghiên cứu cụ thể các loại máy này để từ đó đưa ra các phương án tối ưu cho việc sản xuất các chi tiết thay thế và bảo trì bảo dưỡng toàn bộ máy Bước đầu chúng em đã có những khảo sát và nghiên cứu máy một cách tổng thể Các nghiên cứu này được trình bày chi tiết ở các chương sau của bản đồ án