Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp khoan MPYRY sử dụng cho các máy khoan địa chất

BỘ CÔNG THƯƠNG
CÔNG TY CỔ PHẦN KHOAN VÀ
DỊCH VỤ KỸ THUẬT KHAI THÁC MỎ







BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp khoan MPYrY
sử dụng cho các máy khoan địa chất









CƠ QUAN CHỦ TRÌ CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
KS. Phạm Văn Nhâm









Hà Nội 2012

3
Mục lục

Trang
+Mở đầu 4
+Chương I: Mục tiêu nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 11
+ Chương II: Kết quả nghiên cứu đề tài:
o Thu thập tài liệu khảo sát các bộ tháp khoan: 13
o Kết quả nghiên cứu mẫu, phân tích vật liệu, gia công chế tạo: 13
Kết quả nghiên cứu mẫu 13
Kết quả tính toán kết cấu và công nghệ chế tạo: 16
Kết quả gia công chế tạo 29
+ Chương III: Tổ chức thực hiện 30
Tổng hợp nội dung kết quả và thời gian thực hiện 31
+ Chương IV: Kinh phí đề tài 33
+ Chương V: Sản phẩm đạt được 34

+ Chương VI: Đánh giá kết quả 34
+ Chương VII: Kết luận và đề nghị 37
+ QUY TRÌNH LẮ
P VÀ DỰNG HẠ THÁP 39
+ QUY PHẠM AN TOÀN
KHI LÀM VIỆC VỚI THÁP MPY
rY CẢI TIẾN 40
+ Quyết định thành lập Hội đồng nghiệm thu đề tài cấp cơ sở 47
+ Biên bản thử tải tháp khoan 49
+ Biên bản xét duyệt đề tài cấp cơ sở 51
+Nhận xét cấp cơ sở 54
+ Bản vẽ các chi tiết của tháp 55
+ Biên bản nghiệm thu đề tài 64
+ Tài liệu tham khảo 47

4
MỞ ĐẦU

Hiện nay ở nước ta do ảnh hưởng lâu dài của các thiết bị khoan xuất xứ từ
Liên Xô cũ vốn sử dụng tháp khoan theo phân dạng sau:
- Tháp khoan cho các máy cố định cỡ lớn: Tháp cột dạng khung dựng hạ và
tháo lắp cơ khí.
- Tháp khoan cho các máy tự hành: Tháp dạng khung có sử dụng cơ cấu nâng
hạ thuỷ lực.
- Tháp khoan cho các máy khoan cố định trung bình và nhỏ: Tháp 3 chân hoặc
4 chân dựng hạ cơ khí.
Năm 2008 Công ty Cổ phần khoan và dị
ch vụ kỹ thật khai thác mỏ đã nghiên
cứu và chế tạo thành công Bộ tháp dạng cột có chiều cao nhỏ gọn ( cao 8m ) và
sử dụng cho hiệu quả trong khoan mẫu luồn, đặc biệt là những lỗ khoan thăm dò

khoáng sản như Đồng, vàng, thiếc… Tuy nhiên khi áp dụng vào khoan thăm dò
than, đặc biệt là thăm dò than vùng Quảng Ninh thì bộc lộ một số nhược điểm,
hạn chế đến năng xuất khoan và hiệ
u quả thi công đó là: Trong quá trình thi
công thường gặp các tầng bãi thải, lò khai thác hoặc các đứt gãy có địa tầng
khoan qua bị vò nhàu, uốn nếp mạnh, khi đó thường xẩy ra các hiện tượng mất
nước, trương nở và xập lở không thể tiếp tục khoan mẫu luồn được nữa, vì vậy
phải chuyển qua khoan bằng công nghệ kéo cần truyền thống, khi đó với chiều
cao của bộ tháp cột bị hạ
n chế chỉ kéo được cần đơn và không thể dựng cần nên
thao tác vất vả, năng xuất kéo thả chậm, sức nâng của tời thấp ( vì chỉ kéo được
cáp 1), dẫn đến hiệu quả thi công không cao.
Trong khi đó ở các nước có nền công nghiệp phát triển trên thế giới như: Nhật,
Nga, Trung quốc Đã sản xuất các loại máy khoan cố định khoan sâu hơn
600m có tháp khoan đi kèm như B18, B24 của Nga, HCX 13, HCX18 của
Trung Quốc….
Ưu điểm của tháp là kéo được cần đôi, cần ba, cho năng xuất
khoan cao, nhưng nhược điểm là cồng kềnh, vận chuyển xây lắp phức tạp – tốn

5
kém và cần phải có mặt bằng rộng để thi công, đặc biệt là giá thành nhập khẩu
tương đối cao.







Tháp MPY

rY-2
Hướng cải tiến:
Với tháp MPY
rY-2 tháp dạng khối cột, gắn trên sàn xe. Ưu điểm kích thước
tháp nhỏ gọn. Nhược điểm là tháp dài, toàn bộ tháp gắn trên sàn xe không sử
dụng được cho các máy cố định. Tháp HCX 13 có nhược điểm cồng kềnh, nhiều
chi tiết tháo rời tháo lắp lâu, ưu điểm cần tận dụng là mối ghép giữa các cột
chính có cốt lồng đảm bảo chắc chắn và có 4 chân đứng trên giá sàn tháp đảm
bảo ổ
n định và chắc chắn. Để cải tiến thiết kế một tháp có đủ tính năng sử dụng
chúng tôi đã tận dụng các ưu điểm của hai loại tháp này để thiết kế chế tạo một
tháp cải tiến có các tính chất sau:
- Tháp dạng khung cột cho phép có kích thước nhỏ vẫn đảm bảo độ chắc chắn
của tháp MPY
rY-2. Tháp được cấu tạo thành 4 phần dạng khối, lắp ghép với
nhau để đảm bảo kích thước đủ ngắn khi vận chuyển bằng ô tô phổ thông. Các
thanh giằng tháp được ghép cứng theo từng khối tháp giảm tối đa các thao tác
tháo, lắp và tăng tính cứng vững trong quá trình làm việc. Các mối nối giữa các

6
phần của tháp được ghép theo cách ghép của các cột tháp HCX-13 đảm bảo độ
ổn định, an toàn và chắc chắn.
- Tháp có 4 chân nối với sàn tháp theo kiểu HCX – 13 giữ ổn định và chắc
chắn cho tháp, máy khoan cố định được lắp đặt chắc chắn với sàn tháp tạo khối
ổn định chung trong suốt quá trình thi công.
Ưu điểm của tháp cải tiến này hơn hẳn tháp cố định khác do những yếu tố sau:
Tháo lắ
p, dựng hạ đơn giản, nhanh chóng bởi các mô đun tháo rời và gọn nhẹ.
Vận chuyển gọn nhẹ bởi kích thước cơ sở của từng mô đun tối đa là 4m rất phù
hợp với chiều dài của thùng xe vận chuyển. Sử dụng thuận tiện và tiết kiệm

được thời gian kéo thả do dựng được cần đôi, phù hợp cho cả khoan mẫu luồn
và khoan kéo cần truyền thố
ng. Giá thành hạ vì sản xuất trong nước và tận dụng
được các ống thép cần NQ đã qua sử dụng để làm khung – cột tháp.
Từ cuối năm 2011 Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác
mỏ đã tạo điều kiện cho nhóm đề tài nghiên cứu cải tiến để đi đến chế tạo bộ
Tháp khoan MPY
rY cải tiến với mục đích sử dụng cho các máy khoan địa chất
để tạo tính chủ động trong công việc, vận chuyển, tháo dỡ và lắp đặt nhanh,
giảm giá thành công trình do tiết kiệm thời gian và nhân công cũng như hạ giá
thành tháp và không phải nhập ngoại.
Tính cấp thiết của đề tài
Qua khảo sát tìm hiểu chúng tôi thấy rằng với gần 20 đơn vị thăm dò của
Tổng cục Đị
a chất trải rộng trên cả nước gồm Liên đoàn Địa chất bắc Trung Bộ,
Liên đoàn Địa chất trung Trung Bộ, Liên đoàn Địa chất xạ hiếm, Liên đoàn
Intergeo, Liên đoàn Vật lý Địa chất, Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao Công
nghệ Địa chất – Khoáng sản với hàng trăm thiết bị khoan đang hoạt động, chưa
kể đến còn rất nhiều các đơn vị doanh nghiệp khác cùng tham gia khoan thăm
dò khoáng sả
n. Ở đây các tác giả chú tâm khảo sát số lượng thiết bị và sản lượng
khoan thăm dò của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam:

7
Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam sau khi quy hoạch
lại các đơn vị tháng 10 năm 2010 có 5 đơn vị chính chuyên thăm dò khoáng sản
là Tổng công ty Khoáng sản, Tổng công ty Đông Bắc, Công ty Địa chất mỏ,
Công ty Địa chất Việt Bắc, Công ty Geosimco. Nếu đơn cử lấy theo số lượng
thiết bị khoan hay số tổ khoan của 5 đơn vị này thì có giai đoạn trên 300 máy,
tính đơn giản 30% số máy có nhu cầu trang bị hoặ

c thay thế tháp thì cả Tập
đoàn đã lên tới trên trăm nhu cầu.
Để thấy rõ hơn chúng ta cùng xem lại quy hoạch phát triển ngành than
Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt, năm 2012 và những năm tới, Vinacomin đưa nhiệm vụ
thăm dò bổ sung nâng cấp tài nguyên là một nhiệm vụ quan trọng mang tính
quyết định. Với sản lượng than và khoáng sản khác ngày càng tăng, trong khi
khoáng sản là tài nguyên không tái tạo, các mỏ ngày càng cần mở rộng và xuống
sâu, việc khoan thăm dò bổ sung cho các dự án mới cũng như mở rộng các mỏ
đã trở thành chủ đề nóng tại nhiều hội nghị …
Những năm gần đây, Vinacomin đã đẩy mạnh khoan thăm dò bổ sung để
đảm bảo yêu cầu nâng cấp tài nguyên phục vụ các dự án đầu tư, cải tạo, mở
rộng, nâng công su
ất các mỏ hiện có và đầu tư xây dựng các mỏ mới. Khối
lượng thăm dò bổ sung nhằm mục tiêu nâng cấp tài nguyên, trữ lượng từ 333 lên
222 và một phần cấp 334a lên 333 đã hoàn thành cho các dự án như: Dự án khai
thác mỏ Mạo Khê dưới mức -150 thuộc Công ty than Mạo Khê; Dự án khai thác
hầm lò mỏ Khánh Hòa thuộc Công ty Công nghiệp Mỏ Việt Bắc; Dự án khai
thác hầm lò mỏ Núi Béo thuộc Công ty Cổ phần than Núi Béo; Dự án khai thác
hầm lò mỏ
Tràng bạch mức +30/-150; Dự án khai thác mỏ Ngã Hai dưới mức -
50 thuộc Công ty than Quang Hanh; Dự án khai thác hầm lò mỏ Khe Chàm II-
IV thuộc Công ty than Hạ Long v.v.
Nhiều dự án qua thăm dò đã cho hiệu quả thiết thực, giúp lãnh đạo Tập
đoàn có phương án mới trong chỉ đạo điều hành. Tại mỏ Khánh Hòa, theo báo
cáo địa chất trước đây đánh giá một số tuyến không có vỉa than, kết quả thi công
khoan thăm dò bổ sung đã xác định chiều sâu tồ
n tại của vỉa than đến -1.100m.

8

Đối với các loại khoáng sản khác, đặc biệt là Tổng công ty Khoáng sản,
kết quả thăm dò thời gian qua đã tháo gỡ được khó khăn về tài nguyên và triển
khai đầu tư xây dựng được một số mỏ mới và thiết kế khai thác mở rộng các
khoáng sản trọng tâm như đồng, chì, kẽm, thiếc, titan. Các dự án ở Lào,
Campuchia đã khẳng định được những khu vực không có triển vọng để đ
óng Dự
án; những khu vực có triển vọng tiếp tục các dự án đầu tư khai thác, chế biến
sâu…
Nhìn lại kế hoạch khoan thăm dò của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng
sản Việt Nam những năm gần đây để đánh giá chúng ta thấy:
( />do-khoan-tham-do-tai-nguyen-1076.html)
Riêng đối với than, theo kế hoạch đề ra, năm 2011, toàn Tập đoàn dự kiến
khoan 242 ngàn mét khoan. Trong đó, khối lượng tự khoan là 182 ngàn mét.
Tuy nhiên kết thúc năm, toàn Tập đoàn chỉ thực hiện đạt 208 ngàn mét và chủ
yếu nằm trong kế hoạch tự khoan của các đơn vị. Đối với khoáng sản khác kế
hoạch trong năm 2011 có tổng số 43 ngàn mét khoan thăm dò bổ sung các loại
khoáng sản khác nhau.
Năm 2012, toàn Tập đoàn đề
ra kế hoạch khoan thăm dò 360 ngàn mét,
tương đương chiều dài đường bộ từ Hà Nội đi Hà Tĩnh. Trong đó, riêng thăm dò
bổ sung nâng cấp tài nguyên than, phục vụ các lò chợ cơ giới hoá đồng bộ… là
318 ngàn mét. Còn lại 42 ngàn mét khoan thăm dò bổ sung các loại khoáng sản
khác. Với mục tiêu thăm dò bổ sung nâng cấp tài nguyên, trữ lượng, phát hiện
thêm nhiều tài nguyên để xây dựng nhiều dự án mỏ mới cũng như cải tạo mở

rộng các mỏ hiện tại, đáp ứng yêu cầu gia tăng sản lượng than - khoáng sản.
Trong những năm tới mức độ gia tăng khối lượng khoan thăm dò đã và sẽ còn
tăng cao.
Nhìn vào khối lượng kế hoạch chúng ta đặt phép tính: Năng suất trung
bình của 1 tổ máy/năm là 2000 mét, để thi công 360 ngàn mét thì Tập đoàn cần

180 máy khoan hoạt động liên tục. Một nửa số máy này cần trang bị hoặc

9
chuyển đổi tháp cho phù hợp thì riêng Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng
sản Việt Nam cần gần một trăm tháp. Đây là con số rất lớn khích lệ nhóm đề tài
xúc tiến nghiên cứu cải tiến để tìm ra loại tháp phù hợp đáp ứng với nhu cầu sản
xuất của các đơn vị trong Tập đoàn, đóng góp chung trong việc hoàn thành kế
hoạch thăm dò của Tập đoàn nói riêng, hạ giá thành sản phẩm và kinh phí nh
ập
ngoại nói chung cho các đơn vị trên cả nước.
Về khả năng chế tạo cơ khí, nhóm đề tài nhận thấy với khả năng phát triển
vượt bậc của ngành cơ khí Việt Nam trong những năm gần đây như Công
nghiệp cơ khí Việt Nam đóng vai trò lớn, chiếm 30 - 40% kim ngạch xuất nhập
khẩu công nghiệp, Các doanh nghiệp hàng đầu trong ngành cơ khí chế tạo như
Tổng công ty Công nghiệ
p tàu thủy Việt Nam (Vinashin), Tổng công ty Lắp
máy (Lilama), Tổng công ty Máy và Thiết bị công nghiệp. Trên đây chỉ là một
vài cái tên được ông Đỗ Hữu Hào, Thứ trưởng Công nghiệp, nhắc đến để minh
họa cho sự vươn lên của ngành cơ khí, với tốc độ phát triển bình quân trên 30%
mỗi năm và hiện chiếm hơn một phần năm giá trị tổng sản lượng của ngành
công nghiệp.
Theo Bộ Công nghiệp, nhập khẩu thi
ết bị trong hai năm qua không tăng
tương ứng với tốc độ tăng đầu tư không phải vì các doanh nghiệp hạn chế mua
sắm thiết bị, công nghệ và mở rộng sản xuất, mà do tác động của ngành cơ khí
chế tạo trong nước. Nó chứng tỏ thiết bị trong nước chế tạo đã dần thay thế được
hàng nhập khẩu, đồng thời khả năng cạnh tranh cũ
ng tăng lên. Ngoài những đơn
vị đầu tàu kể trên, nhiều doanh nghiệp cơ khí khác cũng đang đóng góp tích cực
vào triển vọng xuất khẩu chung của ngành này, với các sản phẩm như: máy móc

gia công cơ khí, thiết bị giàn khoan dầu khí, động cơ diesel, máy phát điện, thiết
bị sản xuất xi măng và nhà máy điện, dây chuyền cán thép và các loại dây
chuyền chế biến trong ngành lương thực - thực phẩm, xe gắn máy và phụ
tùng
Hàng cơ khí Việt Nam đã có mặt ở hơn 20 nước, trong đó có những khách hàng
lớn đến từ Nhật Bản, Mỹ, châu Âu và Nga.

10
Cùng với sự phát triển chung của ngành cơ khí Việt Nam, xưởng cơ khí
của Công ty với đội ngũ công nhân lành nghề, có kỹ sư cơ khí trực tiếp chỉ đạo
sản xuất, được Công ty trang bị đầy đủ thiết bị, máy móc gia công chế tạo như
tiện, bào, cắt, hàn, khoan … đã chế tạo lắp ráp thành công nhiều thiết bị, máy
móc, giàn khoan và đắc biệt đã chế tạo thành công nhiều bộ tháp khoan các lo
ại
phục vụ cho Công ty và đơn vị bạn.
Từ khảo sát nhu cầu và khả năng chế tạo cơ khí, từ yêu cầu bức thiết của
sản xuất, cùng với việc chế tạo thành công nhiều bộ tháp cột từ năm 2008 đến
năm 2011và kết quả nghiên cứu khả quan của nhóm đề tài từ năm 2011 tác giả
mạnh dạn đề xuất Bộ Công thương và được ch
ấp nhận kí hợp đồng đặt hàng sản
xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công
nghệ số 162.12RD/HĐ-KHCN ngày 11 tháng 4 năm 2012 với nhiệm vụ:
“Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp khoan MPY
rY sử dụng cho các máy
khoan địa chất „.
Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, Công ty cổ phần
Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ, các giáo sư, tiến sỹ và đồng nghiệp đã
nhiệt tình hỗ trợ và giúp đỡ để nhóm đề tài hoàn thành nhiệm vụ./.
Tập thể tác giả.

11
CHƯƠNG I


MỤC TIÊU NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I- Mục tiêu:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một bộ tháp khoan
dùng chung cho các máy khoan địa chất có công suất khoan sâu từ 700 – 900m
phục vụ khoan cần luồn hoặc khoan cần Φ50 trong công tác thăm dò địa chất.
Cụ thể là:
- Tháp khoan liền khối dạng cột trong đó chân tháp và các thanh giằng hàn chắc
chắn với nhau, các chân tháp được nối nhau qua bích và cốt chịu lực.
- Hệ thống dựng hạ bằng cơ
khí.
- Hệ thồng thang và sàn thợ phụ.
- Lắp ráp hoàn chỉnh tháp khoan trên máy khoan XY – 44 A hoặc các máy
khoan HXY-5.
Chế tạo thành công tháp khoan liền khối dạng cột cho phép trang bị cho
toàn bộ các máy khoan có chiều sâu khoan ≤ 900m ở vùng khoan Quảng Ninh
tạo ra một bước tiến mới cho năng suất các công trình khoan và an toàn lao
động.

II-Nhiệm vụ:
- Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu, khảo sát các bộ tháp khoan của Liên Xô
cũ MPY
rY-2, HCX13 của Trung Quốc và các máy khoan XY-44A,
HXY-5 cho yêu cầu thiết kế.
-

Lập, trình duyệt, đăng ký và thuyết minh đề tài, ký hợp đồng.
- Tính toán, thiết kế các chi tiết của bộ tháp khoan phù hợp với khả năng
mang tải của máy khoan.
- Phân tích vật liệu của các chi tiết: độ cứng, thành phần nguyên tố xác
định mức thép cho phù hợp.

12
- Mua sắm nguyên vật liệu, chế tạo hoàn thiện bộ tháp khoan và thử
nghiệm công nghiệp.

III- Phương pháp nghiên cứu:
- Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu bộ tháp khoan MPY
rY-2, tháp khoan
HCX- 13 và tính năng kết cấu của các máy khoan XY – 42, XY-44,
HXY- 5 … .
- Phương pháp tiến hành như sau:
Trên cơ sở tài liệu của tháp MPY
rY-2, tháp khoan HCX- 13 và tính năng
kết cấu của các máy khoan XY – 42, XY-44, HXY- 5, chiều dài cần dựng, kích
thước của các thiết bị và dụng cụ dùng khi thao tác nâng hạ và khoảng dư an
toàn tính toán để xác định các kích thước của tháp lập bản vẽ thiết kế. Đồng thời
căn cứ vào kết quả phân tích vật liệu và độ cứng để chọn thép đúng đảm bảo
khả năng mang tải của tháp.
Vật liệu sử d
ụng chế tạo tháp dùng thép ống và thép tấm, dựa vào tính
năng tác dụng của từng bộ phận để chọn kích thước cho phù hợp.
Thử nghiệm khả năng mang tải của tháp được gia công trong nước để
đánh giá khả năng làm việc và độ tin cậy của chúng.

13

CHƯƠNG II

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
I. Thu thập tài liệu khảo sát các bộ tháp khoan:
Những bộ tháp khoan nhập về giá thành rất cao và chỉ phù hợp với chủng
loại máy đi kèm. Trong khi đó, để đáp ứng được tiến độ thi công phải sử dụng
nhiều máy với các chủng loại khác nhau nhập từ Liên Xô cũ hoặc Trung Quốc.
Được sự quan tâm của Bộ Công thương, Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ

thuật khai thác mỏ đã tiến hành nghiên cứu thiết kế và chế tạo tháp khoan dạng
cột sử dụng thuỷ lực đã đạt dược kết quả khả quan. Đề tài tiếp theo này chúng
tôi đã đặt ra yêu cầu thiết kế và chế tạo được một bộ tháp khoan dạng cột hình
khối sử dụng cơ khí đáp ứng được các điều kiện:
- Đáp ứng
được các yêu cầu: khả năng nâng hạ bộ cần khoan nhất là khi
cứu kẹt khoan tháp khoan phải chịu tải trọng lớn. Vật liệu gia công tháp phải có
độ bền cao và không có khuyết tật vật lý. Các mối lắp ghép các cụm và chi tiết
chắc chắn, chất lượng mối hàn phải đảm bảo.
- Kéo thả được cần dựng Φ50 chiều dài 9.60m;
- Sử dụng thuận tiện, tháo lắp tháp dễ
dàng;
- Vận chuyển thuận tiện trên các địa bàn công trình bằng xe ô tô thông
thường;
- Kết cấu gọn đủ bền, đẹp.
II- Kết quả nghiên cứu mẫu, phân tích vật liệu, gia công chế tạo:
1. Kết quả nghiên cứu mẫu:
Sau khi nghiên cứu tài liệu của các loại tháp khoan nhằm nắm vững tính
năng tác dụng và đặc tính kỹ thuật của từng loại. Chúng tôi tham khảo tháp
khoan liền khối dạng c
ột của tháp MPYrY – 2 của Liên Xô cũ và tháp bốn chân

HCX – 13 của Trung Quốc.

14







г

















Hình 1: Sơ đồ tháp MPY
rY-2 (H.1.1),

khung cột 2 chân (H1.2), khung cột 4 chân (H.1.3)


H 1.1 Thá
p
MPY
r
Y-2
H 1.2 Tháp khung cột 2 chân
H 1.3 Tháp khung cột 4 chân


H 1.2 Tháp khung cột 2 chân
H 1.3 Tháp khung cột 4 chân
H 1.1 Tháp MPYгY-2

15

(a) (b) (d) (c)
Hình 2 : Tháp HCX-13 (a,b,c)

Đặc tính kỹ thuật của các bộ tháp khoan.
Các thông số HCX-13
MPY
rY – 2
- Chiều cao kể từ sàn khoan đến
trục ròng rọc tĩnh, m
- Sức nâng trên móc, tấn
- Sức nâng trên ròng rọc tĩnh, tấn
- Chiều dài cần dựng, m

- Góc nghiêng của lỗ khoan, độ
- Kích thước của nhà khoan
+ Dài
+ Rộng
- Chiều rộng của tháp khoan trong
vị trí vận chuyển, m
- Chiều dài của tháp khoan trong vị
trí vận chuyển, m
- Trọng lượng của tháp khoan, tấn


13
5
10
9.5
80 – 90

6
6

6

13
4

12
7
14
9.5
65 – 90

6
4

4

16
6.5

16
2- Kết quả tính toán kết cấu và công nghệ chế tạo:
Để nâng hạ bộ cần khoan, ống chống có trọng lượng vượt quá sức nâng
của tời máy khoan chúng ta dùng hệ thống pa lăng gồm ròng rọc tĩnh ở cầu đỉnh
tháp, ròng rọc động và móc treo.
Để tính toán ta lấy cụ thể máy khoan XY – 44A với chiều sâu khoan theo
thiết kế của nhà chế tạo dùng để khoan xoay những lỗ khoan thăm dò sâu đến
1000 mét. Sức nâng của tời khoan đạt 5500 kg.
Tháp khoan và cột khoan được tính toán phải chịu được trọng tải tương
ứng tải trọng của bộ dụng cụ khoan tác động lên cầu đỉnh tháp lắp ròng rọc tĩnh.
Độ bền vững của tháp được kiểm tra theo tải trọng tối đa tác động lên nó khi
dùng hết công suất của động cơ có kể đến khả năng quá tải.
Tải trọng trên cầu đỉ
nh tháp lắp ròng rọc tĩnh của tháp và cột khoan được
xác định tương ứng với việc chọn cách mắc hệ thống palăng. Trong phạm vi tính
toán cho tháp là sản phẩm của đề tài này chúng tôi dùng cách mắc hệ thống pa
lăng 1 x 2, tức là ròng rọc động được treo trên hai sợi cáp, đầu tự do của cáp
được mắc vào đông hồ tải trọng lắp tại chân tháp.

Tải trọng định mức trên móc treo khi nâng cần ống là:
Q

kp
= β x Q
Trong đó:


17
β = 1,2 – 1,4 là hệ số tính đến lực ma sát của cột cần khoan vào vách lỗ
khoan và khả năng kẹt cần khoan.
Q là trọng lượng của bộ cần trong lỗ khoan có bị giảm đi do lực đẩy
Acsimét của cột nước rửa, được xác định bởi công thức:
Q = α . q . L ( γ
0
/γ
t
)
- α là hệ số tăng trọng lượng ở chỗ nối cần khoan. Với cần khoan HQ và
NQ thì α = 1, với cần Φ50 nối bằng da mốc thì α = 1,1.
- q là trọng lượng của một mét cần khoan tính bằng Kg.
- L là tổng chiều dài của cột cần khoan, m.
- γ
0
là trọng lượng riêng của nước rửa, dung dịch khoan.
- γ
t
là trọng lượng riêng của thép cần khoan.
Tải trọng trên cầu đỉnh tháp lắp ròng rọc tĩnh của tháp và cột khoan Q
0
khi
lắp đầu cáp tự do trên ròng rọc tĩnh là:
Q

0
= Q
kp
. ( 1 + 1/ m . δ )
- m là số nhánh cáp treo ròng rọc động, m = 2.
- δ là hệ số sử dụng của hệ thống pa lăng. Trị số gần đúng của δ trong
trường hợp này là 0,95 – 0,93.
Theo công thức tính trên với cần Φ 50 có trọng lượng 6,5 Kg/m, khoan
chiều sâu 900 m ta có tải trọng định mức được tính với những khả năng chịu tải
lớn nhất Q
kp
= 6435 kg.
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cột tháp khoan (làm tròn) Q
0
= 9.820 kg.
Theo quy phạm an toàn, sức chịu tải (tính toán) của tháp ít nhất phải bằng
2 lần Q
0

Q
tt
= a. Q
0
= 2 x 9.820 = 19.600 kG

Tải trọng tính toán cho một chân tháp:

Đây là tháp 4 chân, tải trọng lên một chân tháp được tính theo công thức sau:

n

Q
Q
tt
β
cos4
1
=


18
n là hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đều cho 4 chân tháp,
n = 1,2
β là góc nghiêng của chân tháp so với mặt đáy tháp; β = 73°
Q
1
= (19.600/4.cos 73°) x 1,2 = 6.190 kG
- Chân tháp làm bằng thép ống có đường kính ngoài D = 100 mm, đường kính
trong d = 88 mm, với chiều dài mỗi đoạn chân là L = 2000 mm.
- Diện tích tiết diện chân tháp: S = π(D
2
– d
2
)/4 = 2.351 mm
2

- Thép ống có giới hạn chảy σ
c
= 38 kG/mm
2
; vì vậy ứng suất cho phép của vật

liệu này là : [σ] = σ
c
/2 = 18 kG/mm
2

Kiểm tra độ bền nén của chân tháp:
Với tải trọng tính toán cực đại cho một chân tháp (Q
1
), ứng suất xuất hiện trong
chân tháp sẽ là:
σ
n
= Q
1
/ S = 6.190 / 2.351 = 2.63 như vậy: σ
n
< [σ]
Kiểm tra độ ổn định của chân tháp

Theo công thức Ơ-le, tải trọng tới hạn gây mất ổn định cho chân tháp được xác
định như sau:

2
2
L
EIm
F
th
π
= , trong đó:

m là hệ số điều kiện; trong trường hợp này m = 2 (hai đầu bản lề)
E là môđun đàn hồi của vật liệu; E = 20.000 kG/mm
2

I là mômen quán tính của tiết diện, I = π(D
4
– d
4
) / 64 = 338.021 mm
4

L là chiều dài một đoạn chân tháp, L = 2.000 mm
Thay các số liệu vào, tính được F
th
= 33.327 kG
Theo tính toán trên đây, tải trọng tính toán lớn nhất cho một chân tháp Q
1
=
6.190 kG, nhỏ hơn rất nhiều so với tải trọng có thể gây mất ôn định.
Căn cứ vào tải trọng tính toán tháp được thiết kế gồm bốn chân tháp sử
dụng ống thép đúc Φ100 có chiều dày 6 mm với chiều dài mỗi chân 2,0mét có
thêm 02 chân phụ bằng ống Φ70 hàn giằng tạo độ cứng vững. Để kéo được cần
dựng nhất là cần Φ50 nối zamốc tháp cần có chiề
u cao 13 mét. Phần cột tháp nối
vào chân tháp thông qua một mặt bích trung gian bằng thép H100 và được chế
tạo bằng thép ống Φ70 hàn thành hộp với các giằng bằng thép ống Φ34. Để tiện
lắp ráp và vận chuyển theo yêu cầu của đề tài cột tháp được chia thành 03 đoạn

19
đủ chiều dài 11 mét nối với nhau thông qua bích thép tròn bắt chặt bằng bu lông.

Mỗi đoạn cột nối đều có cốt dẫn tạo cứng vững và dễ dàng lắp ráp.
Cầu đỉnh tháp được chế tạo bằng thép góc V100 hàn thành khung chữ
nhật với kích thước 1100 x 500 có các gân tăng cứng để lắp 04 pu ly Φ400.
Chân tháp được bắt chặt trên thuyền tháp gia công bằng 02 đoạn thép ống
Φ273 x 7 dài 4 mét. Hai ống thép Φ273 được gi
ằng chặt với nhau thông qua 04
chữ I200 và đặt máy khoan trên 04 chữ I đó.
Sau khi tính toán, phân tích chọn vật liệu việc nghiên cứu chọn phương án
công nghệ gia công đạt tính chính xác cao nhất chúng tôi xin được trình bày tiến
trình công nghệ gia công các cụm chi tiết của tháp khoan.
A. Cột tháp: Gồm có 03 cột.
a. Bước thứ nhất:
+ Dùng ống thép tròn đường kính Φ70 dày 5 mm cắt tổng số 16 ống với
chiều dài 3350 mm và 04 ống chiều dài 3900mm . Tiện sang phanh hai đầ
u để
hàn mặt bích. Gia công 16 mặt bích Φ180 x 16 khoan 06 lỗ Φ19 cách nhau
60
0
tâm các lỗ trên đường kính Φ150 để bắt bu lông M18. Láng các bích trên
máy tiện phẳng hai mặt và tiện lỗ trong của bích Φ71 để hàn vào ống cột.
+ Gia công 08 miếng thép tấm với kích thước 200 x 200 x 16, mỗi miếng
khoan 04 lỗ Φ29 để nối cột thứ nhất với bốn chân tháp.
+ Cắt các ống thép Φ34 làm giằng cho 02 cột dưới với các kích thước:
- Giằng ngang dài: 1030 mm và 630 mm.
- Giằng chéo dài: 1304 mm và 1018 mm.
b) Bước thứ hai:
+ Tạo m
ặt phẳng để dóng các mặt của hai cột tháp. Trước tiên dóng mặt
cột có chiều rộng 1100mm tính từ tâm hai ống thép Φ70. Để tránh hiện tượng
cột tháp bị cong uốn xoắn do hàn cần phải dùng thép I200 dài 2 mét và ê ke định

vị mặt phẳng dưới, dùng tăng đơ định vị vị trí giữa và trên của mặt cột. Tiến
hành hàn các giằng thép Φ34 với chiều dài 1030 mm nối hai cột vào nhau, mỗi
giằng cách nhau 800 mm. Sau đó hàn giằ
ng chéo dài 1304 mm nối các vị trí hàn

20
của giằng ngang. Để có mối hàn chắc chắn các đầu của giằng dùng hàn hơi sửa
tạo góc ôm với ống Φ70. Đóng 02 cốt bằng thép ống Φ60 x 5 dài 150 mm vào
phần trên của 02 ống thép Φ70 hàn chặt và khoan hàn chốt.
+ Tiếp tục nối hai chân của cột thứ hai cùng bốn bích Φ180 x 16 bắt đầy
đủ bu lông M18 xiết chặt, chuyển tăng đơ lên gông như cột thứ nhất. Hàn các
giằng ngang và gi
ằng chéo chặt chẽ. Sau khi hàn các giằng xong mới tiến hành
hàn chặt bích Φ180 x 16 vào các ống Φ70 cột tháp.
c) Bước thứ ba:
+ Nối hai chân cột thứ ba có chiều dài 3900 mm cùng 04 bích Φ180 x 16
bắt đủ bu lông. Chân cột thứ ba một chân thẳng hàng cùng hai chân 1 và 2.
Chân cột còn lại thu khoảng cách trên đầu còn 500 mm. Dùng tăng đơ ghìm để
hàn các thanh giằng ngang và giằng chéo của chân cột thứ ba. Khoảng cách các
giằng ngang cũng đều là 800mm. Kích thước các giằng ngang gồm: 470mm,
570mm, 690mm, 800mm, 920mm. 1002mm. Kích thước các giằng chéo tươ
ng
ứng với giằng ngang là: 860mm, 890mm, 1004mm, 1100, 1103mm. Sau đó hàn
chặt 02 bích Φ180 x 16 vào chân cột thứ hai. Riêng hai bích của chân cột thứ ba
chưa hàn để xử lý kích thước thu gọn của ngọn tháp.
d) Bước thứ tư:
+ Dóng tiếp hai mặt cột thứ nhất và thứ hai có chiều rộng 1100mm cùng
các giằng ngang 1030mm và giằng chéo 1018 mm. Lưu ý: Các giằng chéo sẽ
hàn ngược hướng với giằng chéo của hai mặt đã hoàn thiện. Các trình tự gia
công cũng như hai mặt trướ

c để tránh cong vênh xoắn.
+ Tiếp tục dóng tiếp mặt của cột tháp thứ ba. Trình tự như đã thực hiện ở
bước ba.
e) Bước thứ năm:
+ Trên cơ sở mặt phẳng đã tạo, dựng các mặt cột tháp đã gia công dùng
tăng đơ chỉnh để hàn hai mặt còn lại của cột tháp.
+ Mặt bên cột tháp được thiết kế rộng 700mm tính từ tâm 02 cột ống Φ70
nên khi dùng tăng đơ và êke căn chỉnh đảm bảo độ vuông của cột tháp.

21
+ Tiến hành hàn các giằng ngang và giằng chéo của hai mặt cột tháp.
Kích thước các giằng ngang: 630mm, giằng chéo: 1018mm.
+ Riêng cột tháp thứ ba do thu kích thước ngọn tháp còn 500 x 500 nên
phải dùng tăng đơ tại vị trí trên cùng và dưới cùng của cột tháp để hiệu chỉnh
cho cân tháp. Kích thước các giằng bằng ống thép Φ34 cụ thể:
- Giằng ngang: 390mm, 440mm, 490mm, 540mm, 580mm, 630mm.
- Giằng chéo: 760mm, 780mm, 820mm, 850mm, 880mm.
+ Sau khi định vị toàn bộ cả ba cột tháp hàn chặt các bích Φ180 x 16 tại
chân cột tháp th
ứ ba vào ống cột Φ70.
+ Sau khi hàn kiểm tra bằng livô, êke và dây chỉ để kiểm tra độ phẳng,
vuông, thẳng của toàn bộ cột tháp.
Sau khi gia công các cột tháp như sau:

Hình 2: Chân tháp 1

22












Hình 3: Chân tháp 2

Hình 4: Ngọn đỉnh tháp (chân 3)
B.Cầu đỉnh tháp:
a) Cầu đỉnh tháp gồm khung cầu tháp và bộ ròng rọc Φ400 cùng gối đỡ.

23
+ Bộ khung cầu tháp được chế tạo bằng thép V100 x 100 x 10 thành hình
chữ nhật có kích thước 570 x 1100 gân tăng cứng dọc và ngang bằng thép tấm
12mm.
+ Hệ thống ròng rọc kéo cần được bố trí gồm 04 pu ly Φ400, mỗi pu ly
lắp 02 vòng bi 6214 để quay nhẹ nhàng. Trục pu ly chế tạo bằng thép đặc Φ70
có bậc chặn vòng bi và khoan lỗ hai đầu để lắp chốt chặn dịch chuyển.
+ Pu ly cùng trục được lắp đặt trên 02 g
ối đỡ bằng thép chế tạo kích thước
150 x 200 x 30 hàn với bích tháp 100 x 250 x 16 có khoan 04 lỗ Φ20 để bắt vào
khung cầu tháp bằng bu lông M18.
Khung cầu đỉnh tháp sau khi gia công hoàn thiện được hàn chặt vào cột tháp
thứ ba cùng hệ thống gân tăng cứng vững bằng ống thép Φ70.

Hình 5:
Cầu đỉnh tháp

24
b) Khung nối thân tháp và chân tháp:
+ Là bộ phận trung gian để nối 04 chân tháp với bộ cột tháp do yêu cầu
đặt ra tháp phải được tháo rời để tiện cho vận chuyển và lắp ráp. Khung nối cột
tháp và chân tháp được chế tạo bằng thép H100 x100, có kích thước 700 x 1800
được chế tạo như sau:
- Cắt 02 đoạn thép H100 dài 1800 mm.
- Cắt 02 đoạn thép H100 dài 690mm cắt mặt trên và dưới hai đầu một
đoạn 50mm để lọ
t vào trong H100 dài trên.
- Dùng Ê ke định vị góc vuông hàn thành khung có kích thước 1100 x
700. Sau khi hàn chặt dùng thép tấm 16mm hàn gân tăng cứng tại vị trí
bốn góc của khung nối.
- Hàn chấm 16 bích có kích thước 200 x 200 x 16 tại 4 góc khung cả hai
mặt để nối cột tháp 1 + khung nối và 04 chân tháp Φ114 + khung nối.
- Hàn chấm 08 bích có kích thước 100 x 200 x 16 vào các vị trí như bản
vẽ để bắt các gân cứng vững cho chân tháp.
- Khoan trên các bích 04 lỗ Φ20 tại bốn góc để bắt bu lông M18.
- Dùng cột tháp thứ
nhất dựng đứng trên khung nối, dùng quả dọi và ê
ke căn chỉnh độ thẳng đứng để hàn cột thứ nhất với 04 bích 200 x 200
x 16 có các gân tăng cứng. Sau khi hoàn thiện tháo bu lông tách rời cột
khỏi khung.

Hình 6:
Khung nối thân tháp với
chân tháp

25
c) Chân tháp:
+ Là bộ phận quan trọng nhất của bộ tháp quyết định độ thẳng của tháp,
lắp ráp dựng hạ tháp dễ dàng phụ thuộc vào độ chính xác của chân tháp. Vì vậy
với kích thước 1100 x 700 để bắt vào khung, kích thước 2300 x 2160 bắt vào
thuyền tháp với góc lệch chân tháp 73
0
phải tạo trước một khung dưỡng bằng
thép ống Φ34 có 01 ống thẳng đặt tại tâm dưỡng để kiểm tra kích thước đường
chéo chân tháp khi gia công.
+ Cắt các đầu ống Φ114 với góc nghiêng 73
0
mài nhẵn, đặt cả 04 ống làm
chân lên 04 bích 200 x 200 x 16 của khung I100 theo dưỡng. Dùng 06 bộ tăng
đơ hàn vào 04 chân tại 04 góc và đường chéo. Để hiệu chỉnh các chân theo
dưỡng và hàn chặt các chân với bích trên khung nối.
+ Do quá trình hàn các chân sẽ có hiện tượng co ngót do nhiệt hàn nên
trong quá trình hàn từng chân phải kiểm tra liên tục để hiệu chỉnh bằng tăng đơ
đảm bảo độ thẳng vuông cân.
+ Mỗi chân ống 114 được tăng cứng bằng một ống thép Φ70 dài 1200mm
hàn tạo khung, phía trên ống thép
Φ70 hàn vào bích 100 x 200 x 16 trên khung
nối.

Hình 7: Chân tháp

26
+ Bốn đầu còn lại của chân tháp: 02 chân mặt trước tháp hàn với 02 bích
300 x 300 x 20, 02 chân sau hàn với khớp xoay gia công bằng thép chế tạo có
kích thước 150 x 100 x 50. Để đảm bảo cân bằng và chính xác sau khi gia công
xong thuyền tháp sẽ hàn chặt.
d) Thuyền, bệ tháp:













Hình 8: Thuyền tháp

+ Bệ tháp được chế tạo bằng 02 ống thép tròn Φ273 bịt kín hai đầu. Trên
mặt ống tại vị trí đầu máy khoan hàn 02 bích 300 x 300 x 20 có khoan 04 lỗ Φ24
để bắt ch
ặt hai chân tháp. Tâm hàn bích cách đầu ống 900 mm.
+ Cách tâm hàn bích 300 x300 x20 kích thước 2300mm hàn 02 bích có
kích thước 250 x 250 x 20 để hàn trên đó 04 tấm thép có kích thước 150 x 150 x
20 có tiện lỗ Φ50 để lắp hai chân tháp gắn khớp xoay.
+ Các bích sau khi hàn vào ống đều dùng các tấm thép dày 10 mm hàn
gân tạo độ cứng vững.
+ Tiếp theo lấy mặt phẳng và dùng ê ke tạo độ vuông góc hàn định vị hai
ống với nhau đảm bảo khoảng cách tâm 02 ống là 2160 mm.