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

Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG
THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
15
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
16
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
hiện nay có khá nhiều loại máy khoan đá khác nhau, của nhiều hãng
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 Φ = 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 Φ = 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 Φ <200 m, khi khoan lỗ
có đường kính Φ > 250 có thể khoan đá cứng hơn lên tới f = 14 ở

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
17
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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 Φ = 251 ÷
380 mm trong đá cứng đến rất cứng, và Φ = 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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
18
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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 Φ = 25 ÷
251 mm và được chia ra làm 3 loại theo đường kính lỗ khoan: Loại
nhỏ có Φ = 45 ÷ 65 mm, loại trung bình có Φ = 65 ÷ 102 mm, loại
nặng có Φ >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 Φ = 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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
19
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
20
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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 Φ = 89 ÷ 127 mm với đường kính cần
khoan 51 mm, khoan được các lỗ nghiêng hoặc nằm ngang có đường
kính Φ = 92 ÷ 150 mm với các cần khoan Sandvik Φ60 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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
21
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
tự động nhờ việc dùng các ống nối đặc biệt với đường kính Φ 76
hoặc Φ 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 Φ 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 . . .

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
22
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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 . . .

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
23
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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
phải đầu tư vào mua sắm các thiết bị khoan đá mới để tăng năng suất

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
24
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
25

Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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
đồ án khảo sát là máy khoan đá mang nhãn hiệu TOKYO RYUKI

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
26
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
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.
1.3 Giới thiệu về máy khoan đập xoay thuỷ lực TOKYO RYUKI
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

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
27
Chương 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ KHOAN KHAI THÁC ĐÁ
nhiều khó khăn khi cần bảo dưỡng thay thế. Do đó cần có những
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.

Văn Việt – Quang Việt CTM4 – K45
Cao Tuấn
28