CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP KHOAN ĐẬP - XOAY, XOAY - ĐẬP
4.1. PHƯƠNG PHÁP KHOAN ĐẬP – XOAY
1. Cơ chế và quy luật phá vỡ đất đá:
Cơ chế và quy kuật phá vỡ đất đá khi khoan bằng máy khoan đập xoay kết hợp hai nguyên tắc phá vỡ của khoan đập và khoan xoay nhưng cơ bản theo khoan đập. Ở máy khoan đập-xoay dụng cụ khoan được xoay liện tục theo một chiều. Dụng cụ khoan nhận và tác dụng vào đất đá đồng thời ba ngoại lực: Xung lực đập, lực hướng trục và mô men xoắn. Lực đập có vai trò chính phá huỷ đất đá, còn lực hướng trục và mô men xoắn có tác dụng thứ yếu. Do đó máy có năng suất cao hơn máy khoan đập và khoan xoay thuần tuý.
2. Phân loại:
a. Theo đường kính lỗ khoan:
- Máy khoan loại nhẹ : D = 85 – 160 mm.
- Máy khoan loại trung bình : D = 160 mm.
- Máy khoan loại nặng : D ≥ 200 mm.
b. Theo kiểu búa đập:
- Máy khoan có đầu đập chìm(đập đáy): Búa khoan có dạng hình ống luôn luôn đi sát vào gương khoan, búa dùng năng lượng khí nén
- Máy có đầu đập đỉnh : Búa khoan được bố trí ở đỉnh choòng, nên có hiệu suất đập nhỏ hơn vì vậy cần năng lượng đập lớn. Nhưng do bố trí ở ngoài lên cho phép tăng khối lượng bộ phận đập, búa đập thường dùng năng lượng thuỷ lực.
3. Công dụng:
Máy khoan đập xoay được sử dụng rộng rãi ở các mỏ lộ thiên có sản lượng nhỏ, vừa và các công trình ngầm, để khoan các lỗ khoan có đường kính D = 75- 200 mm trong đất đá có f = 4- 20, chiều sâu lỗ khoan có thể đạt tới 50 m.
4. Năng suất của máy khoan đập xoay:
Đối với máy khoan đập xoay tốc độ khoan chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng đập, tần số đập theo công thức sau:
s K m D Z P K A
D N P V
h k
h k
n ; /
. . . 1 . . 10 . 5 , . 1 . . 1 . 10 . 5 ,
1 7 2 7 2
(4-1)
Trong đó:
Nn- Công suất đập của búa hơi ép, W A- Năng lượng đập đơn vị, J
Z- Tần số đập, lần/s
Pk- Mức độ khó khoan của đất đá D- Đường kính đầu khoan, m
Kh- Hệ số tính đến hình dạng của răng choòng Với choòng chữ thập thì Kh = 1
Với choòng có vấu Kh = 0,9
4.1.2. Cấu tạo nguyên lý hoạt động của đầu đập chìm:
Máy khoan đập xoay sử dụng đầu đập chìm có sơ đồ kết cấu như hình 4.1 và đầu đập chìm có sơ đồ nguyên lý hoạt động như hình 4.2.
1- Đầu khoan 2- Búa đập chìm
3- Choòng khoan 4- Cơ cấu quay(động cơ + hộp giảm tốc) Hình 4.1. Sơ đồ kết cấu máy khoan đập xoay.
Trên máy khoan đập xoay có đủ 3 cơ cấu : Đập, xoay, đẩy.
Cơ cấu đẩy thường sử dụng piston khí nén hay thuỷ lực. Cơ cấu quay được tạo ra từ động cơ điện hay khí nén dẫn truyền trực tiếp tới đuôi choòng hoặc qua hệ thống mâm cặp thuỷ lực. Cơ cấu đập có thể là đầu đập chìm hay đập đỉnh.
1- Xi lanh 2- Van
3- Piston 4- Dụng cụ khoan Hình 4.2. Sơ đồ cấu tạo đầu đập chìm.
Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của đầu đập chìm tương tự như máy khoan đập:
Khí nén từ choòng khoan vào buồng A qua lỗ dẫn vào khoang B tác động lên piston chuyển động sang phải đập vào đuôi choòng. Khi qua lỗ a khí nén thoát ra ngoài để thổi phoi, không khí ở khoang C bị nén lại theo đường b tác động vào van đóng cửa khí nén vào khoang B, mở cửa khí nén vào khoang C làm piston thực hiện hành trình lùi. Đầu khoan chỉ đóng kín buồng C khi lực đẩy dụng cụ khoan vào gương, do vậy để tăng cường thổi phoi, kéo dụng cụ khoan ra khí nén khi đó sẽ thổi trực tiếp vào gương và búa sẽ không đập. Vì búa đập luôn luôn đi sát vào gương lên hiệu suất đập ít thay đổi theo chiều sâu lỗ khoan vì khối lượng dụng cụ khoan không đổi, cho lên máy có thể khoan được các lỗ khoan sâu.
4.1.3. Ưu nhược điểm của máy khoan đập xoay:
1. Ưu điểm:
a
A B C
1 2 3 4
b
4 3 2
1
- Máy có kết cấu nhỏ gọn, tính cơ động cao, khoan được trong đất đá có độ cứng tương đối lớn.
- Máy có khả năng tự động hoá cao và cơ khí hoá toàn bộ các công việc khi khoan, giảm thời gian phụ trợ để tăng năng suất.
2. Nhược điểm:
Khi khoan các lỗ khoan lớn > 200 mm thì hiệu quả không bằng máy khoan xoay cầu. Phát sinh bụi lớn do đó cần phải có hệ thống chống bụi đi kèm.
Bảng 4.1. Đặc tính kỹ thuật của đầu đập chìm hơi ép của Nga.
(Áp lực khí nén làm việc 5.105N/m)
TT Thông số M-1900K П-105 П-125 П-160 П-200
1 Đường kính lỗ khoan, mm 105 105 125 160 200
2 Năng lượng đập, J 7,5 9,8 15,5 32 42
3 Tần số đập, lần/ph 1750 1620 1250 1275 1150
4 Tốc độ di chuyển của Píton, m/s
9,3 7,9 7,4 7,9 6,6
5 Khối lượng Piston, kg 1,7 3,1 5,6 10 19
6 Chi phí khí nén, m3/ph 5,7 5,7 7 12 16
7 Đường kính vỏ(xi lanh), mm 92 92 110 140 176
8 Chiều dài cơ cấu, mm 380 605 652 760 900
9 Khối lượng cơ câu, mm 11,7 20 31 58 110
10 Choòng khoan БK-105 K-105 K-125 K-165 K-205
11 Khối lượng choòng khoan, kg 3,4 3,5 5,6 13 23 Bảng 4.2. Đặc tính kỹ thuật máy khoan đập xoay đầu đập chìm của Nga.
T
T Thông số
Sử dụng trên mỏ lộ thiên Sử dụng trong hầm lò
СБУ12 5 Xích
СБУ12 5 lốp
СБУ 100 Г
СБУ 100П
СБ M K-5
П- 31
БMK -4
HKP- 100M
ЛП С-3 1 Đường kính lỗ khoan, mm 105,
125
105, 125
100, 125
100, 125
105 85- 105
105 105 155
2 Chiều sâu lỗ khoan, m 22 22 35 35 35 25 35 50 35
3 Hướng khoan so với phương nằm ngang, độ
14, 30 0, 30 0,15,4 5
0,15,4 5
34,5 5
0,7, 55
rẻ quạt hoàn toàn 4 Tần số xoay, v/ph 27,40,8
0
0-60 0-60 0-60 41 68 41 76 30-
40
5 Lực truyền cực đại, KN 15 24 7,6 7,6 7 6 75 6 9
6 Bước truyền, mm 2500 600 1000 1000 100
0
380 1000 360 100 0
7 Đường kính choòng khoan, mm 89 114 89 89 89 50 89 63,5 50
8 Chiều dài cần khoan, mm 2500 900 900 900 960 260 0
960 1200 960
9 Chi phí khí nén, m3/ph 5 14,4 5-6 5-6 7 7 6 7 10
10 Khối lượng máy, T 5 9 5 4 3,2 1,15 0,3 0,63 0,36
Bảng 4.3. Đặc tính kỹ thuật của máy khoan đập xoay- búa đập thuỷ lực của hãng TAMROCK.
TT Kiểu
Đường kính, mm Bộ phận đập thuỷ lực Mũi
khoan
Cần khoan
Áp lực làm việc, Mpa
Tần số đập Vòng/ph
Công suất đập KW
Mô men Nm
1 DHA-550C 51-89 32-45 7,5-17 62 15,5 630
2 DHA-600C 64-102 38-51 11-16 54 16 670
3 CHA-600C 64-102 38-51 11-16 54 16 670
4 CHA-1100 89-152 76-102 9-13 34 22 1340
5 CHA-1100 + 20 89-152 76-102 9-13 35 22 1340
6 TEPMIT 600 85-250 178 - - - 4400