Nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò vùng than quảng ninh tkv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO NGỌC HIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN DÙNG ĐỂ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG Q TRÌNH KHAI THÁC HẦM LỊ VÙNG THAN QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO NGỌC HIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN DÙNG ĐỂ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG THAN QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị mỏ, dầu khí Mã số: 60.52.12 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đinh Văn Chiến -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà nội, ngày 26 tháng năm 2010 Tác giả luận văn KS.Đào Ngọc Hiệp -3MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương 1.1 …………………………………………………………………… TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC KHOAN TRONG KHAI THÁC HẦM LỊ…………………………………………… Đặc điểm, điều kiện địa chất mỏ, sản lượng than khai thác vùng than Quảng Ninh – TKV………………………………… 1.1.1 Đặc điểm địa chất mỏ than hầm lò Quảng Ninh…….… 1.1.2 Tính chất đất đá ảnh hưởng tới trình khoan 1.1.3 1.1.4 1.2 Địa chất mỏ than hầm lò Quảng Ninh ảnh hưởng tới trình khoan Sản lượng than khai thác vùng than Quảng Ninh – TKV Hiện trạng công tác khoan kiểm tra túi nước trình khai thác hầm lò vùng than Quảng Ninh – TKV 12 12 12 19 28 31 34 Chương GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ KHOAN 36 2.1 Phân loại thiết bị khoan 36 2.1.1 Phân loại thiết bị khoan theo phương pháp khoan 36 2.1.2 Phân loại thiết bị khoan theo động dẫn động 38 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 Chương 3.1 Phân loại động thiết bị khoan theo kích thước, trọng lượng tính động vận chuyển 52 Giới thiệu thiết bị khoan kiểm tra túi nước nước nước 54 Tình hình nghiên cứu thiết bị khoan kiểm tra túi nước nước 54 Tình hình nghiên cứu thiết bị khoan kiểm tra túi nước nước TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG Q TRÌNH KHAI THÁC HẦM LỊ Tiêu chí lựa chọn thiết bị khoan 64 66 66 -43.1.1 Yêu cầu chung thiết bị khoan kiểm tra 66 3.1.2 Đặc điểm lỗ khoan……………………………………… 67 3.2 Tính tốn số thông số thiết bị khoan 68 3.2.1 Phân tích lựa chọn thơng số tính tốn thiết bị khoan 68 3.2.2 Cấu tạo xe khoan 71 3.2.3 Tính tốn đầu khoan 80 3.2.4 Lựa chọn lưu lượng tính chất nước rửa mùn khoan 83 3.2.5 Nguyên lý hoạt động máy khoan 88 3.3 Lựa chọn mô để kiểm tra số thông số 91 3.3.1 Cơ sở lý thuyết dao động 91 3.3.2 Hiện tượng cộng hưởng 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC: NHỮNG HÌNH ẢNH VỀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BỀN BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 100 -5DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hình Hình 1-1: Hình 1-2: Hình 1-3: Tên hình vẽ đồ thị Trang Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng san kết cuội kết…………………………………………………………………… 28 Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng sau nổ mìn……… 29 Quan hệ ứng suất biến dạng đá tác dụng lực nén (Giới hạn bền nén 63MPa)……………………………………… 30 Đất đá biến dạng (om) sau nổ mìn……………………………… 30 Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo khoan khí nén…………… 38 Hình 2-2 Máy khoan cột đỡ khí nén ZQJ-150/2…………… 43 Hình 1-4: Hình 2-3 Đầu khoan xoay chạy điện KHYD140AB Trung Quốc………………………………………………………… 47 Hình 2-4 Đầu khoan xoay thủy lực………………………………… 49 Hình 2-5 Một số loại đầu khoan thuỷ lực…………………………… 51 Hình 2-6 Một số loại máy khoan thuỷ lực………………………… 51 Hình 2-7 Máy khoan thuỷ lực Atlas Copco roll…………………… 60 Hình 2-8 Máy khoan thuỷ lực Diamec 232………………………… 61 Hình 2-9 Máy khoan УБШ-308A…………………………………… 62 Hình 2-10 Máy khoan ZDJ-280……………………………………… 62 Hình 2-11 Máy khoan xúc БПМ -1………………………………… 63 Hình 2-12 Máy khoan cần KSC………………………………… 63 Hình 3-1 Bố trí lỗ khoan……………………………………………… 68 Hình 3-2 Cấu tạo Máy khoan………………………………………… 71 Hình 3-3 Sơ đồ phân cấp………………………………………… 74 Hình 3-4 Sơ đồ bố trí chung thiết bị khoan…………………… 79 Hình 3-5 Máy khoan KD - 150 – SM……………………………… 85 Hình 3-6 -6Hình ảnh cần khoan……………………………………… 87 Hình 3-7 Hình ảnh mũi khoan……………………………………… 87 Hình 3-8 Hình 3-9 Sơ đồ lực tính tốn dao động mô làm việc máy khoan………………………………………… … 91 Mơ hình phân tích lực…………………………………… 93 Hình 3-10 Mơ hình mơ dao động… ………………………… 93 -7DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1-1 Tên bảng Trang Tính chất lý đặc trưng cho loại nham thach 15 mỏ than hầm lò Quảng Ninh………………… Bảng 1-2 Bảng 1-3 Phân loại đất đá dùng cho khoan thăm dò hầm lò………………………………………………… 17 Độ cứng đất đá phân loại theo phương pháp 19 Sreinher L.A…………………………………………… Bảng 1-4 Phân loại đất đá theo hệ số bền động……………… 20 Bảng 1-5 Phân loại đá theo hệ số mài mòn…………………… 21 Bảng 1-6 Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ khoan xoay lấy mẫu………………………………………………… 22 Bảng 1-7 Phân loại đất đá theo mức độ ổn định khoan 22 Bảng 1-8 Phân loại đất đá theo mức độ tiêu hao dung dịch khoan…………………………………………… Bảng 1-9 23 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan khoan xoay…………………………………………………… 24 Bảng 1-10 Bảng phân loại cấp đất đá theo hệ số liên hợp ρm 26 Bảng 1-11 So sánh cấp độ khoan khoan xoay độ kiên cố f đất đá………………………………………… 26 Bảng 1-12 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan đập – xoay… 27 Bảng 1-13 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan guồng xoắn… 27 Bảng 1-14 Phân loại đá theo độ cứng đơn trục………………… 28 Bảng 1-15 Sản lượng than khai thác mỏ ngành than Việt Nam……………………………………………………… Bảng 2-1 So sánh máy khoan đá: máy khoan đạp, máy khoan xoay…………………………………………… Bảng 2-2 33 38 Bảng thông số kỹ thuật máy khoan khí nén cầm tay Liên Xơ…………………………………………… 41 Bảng 2-3 -8Bảng thơng số kỹ thuật máy khoan đá có giá nâng Trung Quốc……………………………………… Bảng 2-4 Bảng thông số kỹ thuật máy khoan khí nén cầm tay Nhật Bản………………………………………… Bảng 2-5 46 Bảng thông số kỹ thuật số đầu khoan xoay chạy điện Trung quốc…………………………… Bảng 2-8 44 Bảng thông số kỹ thuật số đầu khoan xoay chạy điện Nga…………………………………… Bảng 2-7 42 Tham số kỹ thuật Máy khoan cột đỡ khí nén………………………………………………… Bảng 2-6 42 48 Bảng thông số kỹ thuật số búa khoan thuỷ lực……………………………………………………… 50 Bảng 2-9 Bảng phân loại thiết bị khoan hầm lò…… 54 Bảng 2-10 Đặc điểm kích thước, trọng lượng nhóm thiết bị khoan hầm lị………………………………… 55 Bảng 3-1 Các tiết diện mẫu……………………………………… 69 Bảng 3-2 Đặc tính kỹ thuật máy khoan KD - 150 – SM 85 Bảng 3-3 Kết tính tốn lực momen phản kháng……… 95 Bảng 3-4 Kết tính tốn tổng hợp………………………… 95 -9MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt nam giai đoạn 2006 – 2015, xét triển vọng đến năm 2025 Bộ Cơng thương trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt việc khai thác than cần gắn liền với bảo vệ, cải thiện môi trường, cảnh quan vùng than; đóng góp tích cực vào nghiệp phát triển kinh tế - xã hội củng cố an ninh quốc phòng địa bàn, đặc biệt vùng than Quảng Ninh Trong trình khai thác sản xuất cần đảm bảo vấn đề an toàn phấn đấu đạt sản lượng than (không kể than đồng Sông Hồng) khoảng: + 48 - 50 triệu vào năm 2010 + 60 - 67 triệu vào năm 2015 + 70 - 95 triệu vào năm 2020 + > 100 triệu vào năm 2025 Với sản lượng than tăng nhanh vậy, việc tăng công suất mỏ xây dựng đầu tư mỏ cần thiết Trong q trình đào lị xây dựng mỏ hầm lò, với hàng chục nghìn mét lị đào năm năm sau khai thác xuống sâu cần mở rộng diện nguy bục nước lớn Vì vậy, để đảm bảo an tồn cho người thiết bị cần phải ngăn ngừa xử lý bục nước đặc biệt khai thác xuống sâu Hiện giới nước ta, nhiều Mỏ áp dụng nhiều biện pháp công nghệ khác để ngăn ngừa bục nước nhằm nâng cao độ an toàn, sản lượng khai thác Một biện pháp ngăn ngừa bục nước đạt hiệu biện pháp khoan kiểm tra túi nước q trình khai thác hầm lị (tháo nước tiến trước) Biện pháp làm giảm trực tiếp áp lực nước vách vỉa than, vỉa than, giảm thiểu nguy bục nước mỏ khai thác hầm lò -96- Z Displacement -0.00000871087 mm 0.00000857685 mm Equivalent Strain 0.00000000000528347 ul 0.00000000451283 ul 1st Principal Strain 0.00000000000250623 ul 0.00000000323834 ul 3rd Principal Strain -0.00000000547932 ul -0.00000000000490808 ul Strain XX -0.00000000534571 ul 0.000000001686 ul Strain XY -0.00000000198812 ul 0.00000000148841 ul Strain XZ -0.00000000140193 ul 0.00000000264619 ul Strain YY -0.00000000154675 ul 0.000000000616926 ul Strain YZ -0.000000000414766 ul 0.000000000836237 ul Strain ZZ -0.00000000183792 ul 0.00000000105094 ul -97KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau xác định mục tiêu nghiên cứu tiến hành tính tốn lựa chọn, kết nghiên cứu thực nội dung, nhiệm vụ đề cương nghiên cứu: Căn theo điều kiện địa chất, kỹ thuật trữ lượng than tăng nhanh vùng Quảng Ninh cho thấy việc sử dụng biện pháp khoan tiến trước kiểm tra túi nước trình khai thác cần thiết hợp lý Căn vào điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, tài liệu nghiên cứu thiết kế chế tạo thử việc ứng dụng thiết bị khoan khai thác xây dựng ngầm, nghiên cứu tính tốn lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước q trình khai thác hầm lị vùng than Quảng Ninh-TKV; Trong q trình tính tốn lựa chọn, tác giả phân tích đặc điểm kết cấu nguyên lý hoạt động số thiết bị khoan có, sử dụng phần mềm Ansys…với chức tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn nhằm nâng cao chất lượng, hiệu độ xác lựa chọn Các tiêu kinh tế kỹ thuật đề thiết bị khoan mà đề tài nghiên cứu tính tốn nêu phù hợp với phương pháp thi cơng xây dựng đường lị Cơng ty than hầm lị vùng Quảng Ninh Kiến nghị Cần tiếp tục nghiên cứu tính tốn, chế tạo cụm, phận, tiến tới chế tạo toàn máy khoan nước để phục vụ cho ngành xây dựng mỏ khai thác hầm lò Việt Nam lĩnh vực có liên quan -98TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Bộ Công Thương (4/2007) TCN-14-06-2006 – Quy phạm kỹ thuật an toàn hầm lị than diệp thạch- Hà Nội - Cơng ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ công nghiệp (2006), Quy hoạch phát triển Ngành than giai đoạn 2006 – 2015 có xét triển vọng đến năm 2025, Hà Nội 3- Tập đồn Cơng nghiệp than khống sản Việt Nam (2006), Quyết định số 2044/QDD-MT ngày 15 tháng năm 2006 , Hà nội 4- TCVN 6780-1:2000 – u cầu an tồn khai thác hầm lị mỏ quặng phi quặng – Phần 1: Yêu cầu chung công tác khai thác mỏ – Hà Nội – 2000 5- Đỗ Thụy Đằng – Xác định chi phí thuốc nổ phân bố chúng gương toàn diện đường hầm vùng đá liên kết rắn –Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Kỹ thuật Mỏ toàn quốc lần thứ 13 -Đà Nẵng - 2001 - Trần Văn Địch (2002), Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 7- Lê Như Hùng (2007), Công nghệ cao khai thác mỏ hầm lò, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội - Hoàng Thị Hồng, Nguyễn Văn Cận, Lê Quang Tôn(1997), Sức bền vật liệu Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội - Nguyễn Trọng Hiệp (1999), Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất giáo dục 10 - Đoàn Văn Ký, Vũ Thế Sự, Nguyễn Phạm Thức (1997), Máy thiết bị mỏ, Nhà xuất Giao thơng vận tải, Hà Nội 11 - Đồn Văn Ký (2008), Máy khai thác đại (dùng cho cao học ngành Máy TBM), Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 12 - Nguyễn Văn Kháng (2000), Cơ khí hố cơng tác mỏ, Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội -99- 13 - Vũ Nam Ngạn (2007), Truyền động thuỷ lực khí nén Trường Đại học mỏ - Địa chất, Hà Nội – Hà Nội 14 - Nguyễn Ngọc Nghìn, Bùi Nhu (2009), Máy khai thác hầm lị, Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh 15 - Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi (2003), Hướng dẫn sử dụng Ansys HVKTQS 16 - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật (2006), Cẩm nang Công nghệ Thiết bị mỏ 17- Viện kỹ thuật công binh, Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu thiết kế thiết bị khoan thi công đường hầm quân khâu độ vừa nhỏ – mã số ĐTĐL – 05G/03 18 - Một số báo cáo đề tài, dự án nhà khoa học máy khoan dùng xây dựng mỏ khai thác mỏ hầm lò -100PHỤ LỤC NHỮNG HÌNH ẢNH VỀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM Stress Analysis Report Project Info Project Designer Dao Ngoc Hiep Cost $500 Date Created 9/12/2010 Status Design Status WorkInProgress Physical Mass 1144.36 kg Area 3863850 mm^2 Volume 145779000 mm^3 x=4022.84 mm Center of Gravity y=0 mm z=0 mm Simulation:1 General objective and settings: Design Objective Single Point Simulation Type Static Analysis Last Modification Date 9/12/2010, 4:08 PM Detect and Eliminate Rigid Body Modes No -101Advanced settings: Avg Element Size (fraction of model diameter) 0.1 Min Element Size (fraction of avg size) 0.2 Grading Factor 1.5 Max Turn Angle 60 deg Create Curved Mesh Elements No Ignore Small Geometry No Material(s) Name Alloy Steel General Mass Density 7.85 g/cm^3 Yield Strength 250 MPa Ultimate Tensile Strength MPa Stress Young's Modulus 205 GPa Poisson's Ratio 0.3 ul Shear Modulus 78.8462 GPa Expansion Coefficient 0.00000000012 ul/c Stress Thermal Thermal Conductivity Specific Heat Part Name(s) Part2.ipt Operating conditions Force:1 Load Type Force Vector X -12.000 N Vector Y -0.000 N Vector Z 0.000 N 44.5 W/( m K ) 475 J/( kg c ) -102- Selected Face(s) Force:2 Load Type Force Vector X 11.642 N Vector Y 1.551 N Vector Z -2.462 N Selected Face(s) -103- Moment:1 Load Type Moment Magnitude 45.000 N mm Fixed Constraint:1 Constraint Type Fixed Constraint Selected Face(s) -104- Pin Constraint:1 Constraint Type Pin Constraint Fix Radial Direction Yes Fix Axial Direction Yes Fix Tangential Direction No Selected Face(s) Results Reaction Force and Moment on Constraints Constraint Name Reaction Force Reaction Moment Magnitude Component (X,Y,Z) Magnitude 11.9906 N Fixed Constraint:1 11.9906 N Pin Constraint:1 11.9907 N 0.0000754402 N Component (X,Y,Z) 0.00154877 N m 0.00155727 N m -0.000156224 N m -0.000380823 N -0.0000448413 N m -11.6321 N 0.0000181983 N m -1.55107 N 2.46274 N 0.161621 N m 0.136695 N m 0.0862309 N m -105- Result Summary Name Minimum Volume 145751000 mm^3 Mass 1144.15 kg Von Mises Stress 0.00000124317 MPa Maximum 0.000903706 MPa 1st Principal Stress -0.000497376 MPa 0.000719793 MPa 3rd Principal Stress -0.00146665 MPa 0.000164044 MPa Displacement mm 0.00000871087 mm Safety Factor 15 ul 15 ul Stress XX -0.00144558 MPa 0.000532682 MPa Stress XY -0.00031351 MPa 0.000234711 MPa Stress XZ -0.000221073 MPa 0.000417283 MPa Stress YY -0.000665739 MPa 0.000302633 MPa Stress YZ -0.0000654053 MPa 0.000131868 MPa Stress ZZ -0.000736337 MPa 0.00032479 MPa X Displacement -0.00000000969582 mm 0.000000285544 mm Y Displacement -0.00000858207 mm 0.00000869999 mm Z Displacement -0.00000871087 mm 0.00000857685 mm Equivalent Strain 0.00000000000528347 ul 0.00000000451283 ul 1st Principal Strain 0.00000000000250623 ul 0.00000000323834 ul 3rd Principal Strain -0.00000000547932 ul -0.00000000000490808 ul Strain XX -0.00000000534571 ul 0.000000001686 ul Strain XY -0.00000000198812 ul 0.00000000148841 ul Strain XZ -0.00000000140193 ul 0.00000000264619 ul Strain YY -0.00000000154675 ul 0.000000000616926 ul Strain YZ -0.000000000414766 ul 0.000000000836237 ul Strain ZZ -0.00000000183792 ul 0.00000000105094 ul -106- Figures Von Mises Stress -107- 1st Principal Stress -108- 3rd Principal Stress -109- Safety Factor PHỤ LỤC ... vùng Quảng Ninh trình khai thác hầm lò - Nghiên cứu loại máy khoan dùng xây dựng mỏ khai thác mỏ hầm lị vùng Quảng Ninh - Nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi. .. ? ?Nghiên cứu tính tốn lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước trình khai thác hầm lò vùng than Quảng Ninh- TKV? ?? cấp thiết Mục đích đề tài: Căn vào điều kiện địa chất mỏ hầm lò vùng. .. kiểm tra túi nước nước nước 54 Tình hình nghiên cứu thiết bị khoan kiểm tra túi nước nước 54 Tình hình nghiên cứu thiết bị khoan kiểm tra túi nước nước TÍNH TOÁN LỰA