Chương 1 Máy Khoan.pdf

Máy xây dựng  Trang 12  Chương 1 MÁY KHOAN 1 1 Những khái niệm cơ bản 1 1 1 Công dụng và phân loại Công dụng Máy khoan dùng để khoan lỗ trong đất đá Lỗ khoan có dạng hình trụ thẳng với đường kính và[.]

Chương 1 MÁY KHOAN 1.1 Những khái niệm cơ bản

1.1.1- Công dụng và phân loại

Có nhiều phương pháp phá huỷ đất đá để thực hiện quá trình khoan, có thể xếp chúng thành hai loại chính sau: khoan vật lý và khoan cơ học

Khoan vật lý: là dùng tác dụng của các hiện tượng hay hiệu ứng vật lý gây ra ứng

suất trong đất đá vượt quá giới hạn bền làm nó bị phá huỷ Trong nhóm này có các phương pháp như khoan nhiệt, khoan dùng siêu âm, khoan bằng sức nổ, khoan bằng tia lửa điện

Ở các dạng khoan này, lực cơ học không tham gia vào quá trình phá huỷ đất đá mà chỉ có tác dụng làm cho dụng cụ hay đầu khoan chuyển động

Trong công nghiệp mỏ, phương pháp khoan vật lý ít dùng vì thiết bị phức tạp, năng suất thấp và giá thành cao Riêng khoan nhiệt đã được dùng trong khai thác ở các mỏ quặng rắn, có hệ số f cao (f  20); hoặc dùng để khoan lớp đất đá cứng mà phương pháp khoan cơ học không khoan được

Nguyên lý hoạt động của khoan nhiệt: khoan nhiệt được thực hiện bằng cách dùng chùm ngọn lửa có nhiệt độ và áp suất cao để phá huỷ đất đá Mỏ đốt được gắn vào đầu dụng cụ khoan và được đưa sâu dần vào lỗ Ngọn lửa đốt nóng nhanh bề mắt đất đá, gây ra ứng suất nhiệt trên lớp mặt đáy lỗ làm đất đá bong rộp ra Quá trình này tiến sâu dần và hình thành lỗ khoan Khoan nhiệt chỉ thích ứng với lộ thiên vì điều kiện ngầm thường có

nguy hiểm về cháy nổ Mặt khác, khoan nhiệt có giá thành cao và gây ô nhiễm môi trường

do sản phẩm cháy

Khoan cơ học: đây là phương pháp khoan phổ biến để khoan đất đá Phương pháp

này được thực hiện bằng cách dùng lực cơ học do dụng cụ khoan bằng kim loại tác dụng trực tiếp vào đất đá, gây ra trong nó ứng suất vượt quá giới hạn bền và tách khỏi khối nguyên

Tuỳ theo dạng ngoại lực và cơ chế phá huỷ đất đá, khoan cơ học chia thành các loại: khoan xoay, khoan đập, khoan xoay - đập, khoan đập - xoay và khoan xoay cầu Nguyên

lý phá vỡ đất đá của các loại máy khoan như sau:

a Khoan xoay



Hình 1-1 Sơ đồ phương pháp khoan xoay Hình 1-2 Sơ đồ phương pháp khoan đập

1- Đầu mũi khoan 2,3- Nhánh khoan 1- Dụng cụ khoan 2,3- Các lần đập

Đầu mũi khoan có thể có hai hoặc nhiều nhánh (hình 1-1), trên mỗi nhánh có lưỡi cắt nằm theo hướng kính Khi mũi khoan quay và tịnh tiến, lưỡi cắt sẽ chuyển động theo mặt xoắn và phá huỷ đất đá ở đáy lỗ bằng cách ép đẩy trượt vỡ

Trong quá trình khoan lưỡi cắt phá huỷ đất đá liên tục, do vậy khoan xoay có năng suất cao Tuy nhiên khoan xoay chỉ có hiệu quả khi khoan đất đá có f  6 Khi hệ số f cao hơn thì chiều dày lớp cắt sẽ nhỏ, mũi khoan như bị mài trượt trên đáy lỗ nên mau mòn, năng suất khoan thấp

Với những mũi khoan mà lưỡi cắt có gắn kim cương có thể dùng khoan đất đá có f đến 14 Tuy nhiên giá thành cao nên không phổ biến

Đối với máy khoan xoay, trong quá trình khoan dụng cụ khoan chịu tác dụng đồng thời của hai dạng ngoại lực: Lực chiều trục: có tác dụng ép sát mũi khoan vào đáy lỗ và

Mô men xoắn: là thành phần chủ yếu để phá huỷ đất đá

Như vậy, máy khoan xoay là máy khoan trong đó dụng cụ khoan vừa quay quanh trục của mình dưới tác dụng của mô men xoắn Mx vừa tịnh tiến theo hướng dọc trục do lực đẩy chiều trục Pct

nêm vát về hai phía Sau mỗi nhát đập của dụng cụ, lưỡi cắt ăn sâu vào đất đá và phá huỷ đất đá thành dạng vết dài

Để phá huỷ trên cả mặt đáy lỗ và có được lỗ khoan tròn thì sau mỗi lần đập, vào lúc dụng cụ khoan được nâng lên hay nẩy lên do đàn hồi, dụng cụ khoan được xoay đi một góc nhất định theo một chiều để nhát đập sau không trùng vào nhát đập trước Góc xoay này nằm trong khoảng 1030 độ, với mỗi loại đất đá có độ cứng khác nhau, dùng một góc xoay khác nhau (đất đá kiên cố xoay góc nhỏ, đất đá mềm xoay góc lớn)

Trong quá trình khoan dụng cụ khoan chịu tác dụng đồng thời hai dạng ngoại lực: Xung lực đập: là thành phần chủ yếu phá huỷ đất đá; Lực chiều trục: không có tác dụng phá huỷ đất đá mà chỉ nhằm đẩy mũi khoan luôn áp sát đáy lỗ khoan để tăng hiệu quả của công đập

Khoan đập dùng khoan đất đá có f = 6  20 Đất đá có f < 6 cũng có thể dùng khoan đập được nhưng hiệu quả không cao Năng suất máy khoan đập thấp do quá trình phá huỷ đất đá không liên tục bởi lực đập gián đoạn Thông thường lực đập của mũi khoan lên đất

đá là do chuyển động của pít tông trong xi lanh đập lên dụng cụ khoan

Máy thực hiện quá trình khoan đập là các loại búa khoan Búa khoan có thể dùng trong cả điều kiện ngầm và lộ thiên

c Khoan xoay - đập

Khoan xoay - đập thực hiện như khoan xoay nhưng dụng cụ khoan chịu thêm tác dụng của xung lực đập

Trong quá trình làm việc dụng cụ khoan chịu tác dụng đồng thời ba dạng ngoại lực:

 Mô men xoắn Mx;

 Lực đập Pđ;

 Lực chiều trục Pct

Trong đó: vai trò phá huỷ đất đá chính là do mô men xoắn, còn lực đập chỉ có tác dụng làm tăng chiều sâu cắt tại vị trí của các nhát đập Do vậy, máy khoan xoay - đập có thể dùng khoan đất đá có hệ số f cao hơn so với máy khoan xoay Dùng khoan đất đá có f

= 6  14, làm việc năng suất nhất ở đất đá có f = 8 12

Do có lực đập nên lưỡi cắt thường có dạng nêm vát về cả hai phía nhằm đảm bảo cho lưỡi cắt được bền

Trong đó xung lực đập đóng vai trò chính để phá huỷ đất đá, còn lực hướng trục và

mô men xoắn chỉ có tác dụng đẩy trượt vỡ những mảnh hay phần đất đá giữa các nhát đập

do đó năng suất cao hơn khoan đập thuần tuý

Máy khoan đập  xoay có thể dùng khoan đất đá có f = 6  18 Đất đá có f  6 nên dùng máy khoan xoay

e Khoan xoay cầu

Khoan xoay cầu về hình thức cũng giống máy khoan xoay, tức là dụng cụ khoan vừa xoay vừa chuyển động tịnh tiến dọc trục do tác dụng của mô men xoắn và lực chiều trục, trong đó mô men xoắn và lực nén dọc trục đều có giá trị rất lớn

Phần cắt của mũi khoan có dạng nón lắp quay trơn trên trục Khi mũi khoan quay, các nón sẽ lăn trên mặt đáy lỗ khoan và các răng cắt trên mặt nón sẽ phá huỷ đất đá

Nguyên lý phá vỡ đất đá của máy khoan xoay cầu là phay cắt

Hình 1-3 Sơ đồ phương pháp khoan xoay cầu

Trong quá trình khoan dụng cụ khoan chịu tác dụng đồng thời hai dạng ngoại lực:

 Lực chiều trục Pn

 Mô men xoắn Mx

Khi mũi khoan quay với tốc độ không cao, các răng trên nón phá huỷ đất đá tương tự như khoan xoay

Khi mũi khoan quay với tốc độ cao, các nón càng lăn nhanh hơn, thời gian tiếp xúc giữa các răng cắt và đất đá rất ngắn Trường hợp này cơ chế phá huỷ đất đá giống như khoan đập

Khi mũi khoan quay với tốc độ cao, các nón càng lăn nhanh hơn, thời gian tiếp xúc giữa các răng cắt và đất đá rất ngắn Trường hợp này cơ chế phá huỷ đất đá giống như khoan đập

Sự phá vỡ đất đá của mỗi răng cắt máy khoan xoay cầu theo chu kỳ mạch đập (mạch động), khả năng khoan đất đá với f = 818

Do có nhiều răng cắt nên khoan xoay cầu có năng suất cao

1.1.3 Máy khoan và các dạng cơ cấu sinh lực khoan

Máy khoan được phân loại dựa theo các phương pháp khoan, bao gồm: khoan xoay, khoan đập, khoan xoay - đập, khoan đập - xoay, khoan xoay cầu, máy khoan nhiệt, v v Các máy cùng loại tức là có cơ chế phá huỷ đất đá như nhau đều có thể dùng trong điều kiện ngầm và lộ thiên

Do các máy khoan theo phương pháp khoan vật lý ít sử dụng nên trong khuôn khổ môn học này chỉ đề cập đến các máy khoan theo phương pháp khoan cơ học

Các máy khoan cơ học đều phải tạo ra một, hai hay cả ba dạng ngoại lực: lực đập,

mô men xoắn, lực đẩy hướng trục Các cơ cấu (hay còn gọi là các bộ phận) cùng chức năng tạo ra một dạng ngoại lực có thể được dùng trên nhiều máy khác nhau

a Cơ cấu đập

Cơ cấu đập tạo ra xung lực đập để dụng cụ khoan phá huỷ đất đá

Dạng cơ cấu đập thường sử dụng là cơ cấu đập kiểu búa Ngoài ra còn có cơ cấu đập kiểu rơi tự do

Đập kiểu búa: búa đập là pít tông chuyển động trong xy lanh, có chu kỳ chuyển động gồm hai hành trình: từ trái qua phải để tác dụng lực đập vào đuôi dụng cụ khoan, rồi qua

nó tác dụng vào đất đá; từ phải qua trái sau khi đập là lùi về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho lần đập của chu kỳ sau Búa đập (pit tông) chuyển động nhờ khí nén hoặc thuỷ lực

Búa đập chuyển động nhờ khí nén có đặc điểm là tác dụng nhanh, kết cấu đơn giản, không cần tuần hoàn không khí

Hình 1-4 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu đập kiểu búa

1- Búa đập 2- Đuôi dụng cụ khoan

Búa đập chuyển động nhờ thủy lực có đặc điểm là điều chỉnh được lực đập nhưng đòi hỏi phải có bộ phận truyền động thủy lực phức tạp, cần phải tuần hoàn dầu thủy lực

Cơ cấu đập kiểu búa được dùng cho các máy khoan đập, đập - xoay, xoay - đập vớicác hướng khoan bất kỳ

b Cơ cấu quay

Cơ cấu quay để truyền chuyển động quay và mô men xoắn cho dụng cụ khoan Cơ cấu quay gồm hai bộ phận chính là: động cơ và hộp giảm tốc Động cơ và hộp giảm tốc kết hợp được gọi là bộ phận dẫn động

Hình 1-5 Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu quay dụng cụ khoan

Động cơ 1 là nguồn động lực Hộp giảm tốc 2 có thể là hộp số có khă năng tạo cho dụng cụ khoan một số tốc độ quay khác nhau Trục ra của động cơ được nối với trục vào của hộp giảm tốc bằng khớp nối trục

 Động cơ: động cơ được dùng có thể là động cơ điện xoay chiều, động cơ điện một chiều, động cơ thuỷ lực, động cơ khí nén

Động cơ điện được dùng phổ biến nhất do loại này đơn giản, thuận tiện, có thể dùng cho cả công suất lớn và nhỏ

Động cơ thuỷ lực có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, nhẹ, dễ thay đổi tốc độ quay nhưng đòi hỏi phải có hệ thống truyền động thuỷ lực phức tạp và đòi hỏi chế tạo chính xác

Động cơ khí nén có kết cấu nhỏ, nhẹ hơn nhiều so với động cơ điện cùng công suất Loại này thường có công suất nhỏ, dễ thay đổi tốc độ quay, được dùng cho các máy khoan trong điều kiện ngầm

Động cơ điện một chiều được dùng khi cần công suất lớn, loại động cơ này dễ thay đổi tốc độ quay Dòng một chiều có thể do máy phát một chiều cung cấp hoặc chỉnh lưu từ dòng xoay chiều

 Hộp giảm tốc: hộp giảm tốc thường là hộp giảm tốc bánh răng vì tốc độ quay của dụng cụ khoan nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của động cơ

Khi dùng với động cơ có thể thay đổi tốc độ quay thì hộp giảm tốc là một hộp giảm tốc đơn thuần có một tỷ số truyền

Khi dùng với động cơ chỉ có một tốc độ quay cố định thì hộp giảm tốc vừa làm giảm tốc vừa có khả năng đảm bảo cho trục ra một số cấp tốc độ khác nhau tức là hộp số

Liên kết giữa trục ra của hộp giảm tốc và đầu mút dụng cụ khoan thường là mối nối ren Trong trường hợp này khi khoan bộ phận quay phải tịnh tiến theo dụng cụ khoan Muốn cho động cơ và hộp số cố định thì chuyển động quay và mô men xoắn từ trục

ra hộp số truyền tới dụng cụ khoan phải thông qua mâm cặp hoặc các khớp nối trượt

c Cơ cấu đẩy

Để thực hiện quá trình khoan đất đá bằng phương pháp cơ học cần tác dụng vào dụng

cụ khoan một lực theo hướng trục (tức lực đẩy) Đối với phương pháp khoan đập, lực hướng trục chỉ có tác dụng ép sát mũi khoan vào đáy lỗ, còn ở các phương pháp khoan khác lực hướng trục tham gia vào các quá trình phá huỷ đất đá

Với những máy khoan cỡ nhỏ, dùng khoan lỗ nhỏ và nông, chỉ cần lực hướng trục nhỏ Trường hợp này lực được tạo ra bằng sức đẩy của bản thân người thợ khoan Khi khoan đất đá mềm theo hướng thẳng đứng xuống, lực hướng trục có thể tạo ra bằng trọng lượng bản thân của dụng cụ khoan và những bộ phận tịnh tiến theo nó

Trong các trường hợp còn lại, để tạo lực hướng trục trên máy phải dùng cơ cấu đẩy

Có hai cách truyền lực hướng trục cho dụng cụ khoan: lực đẩy đặt vào đầu mút của dụng

cụ và lực đẩy truyền cho dụng cụ bằng mâm cặp (bộ phận kẹp)

Trong phần lớn các trường hợp cơ cấu đẩy còn làm nhiệm vụ đưa dụng cụ khoan vào

và kéo dụng cụ khoan ra khỏi lỗ khi nối, tháo dụng cụ khoan và khi kết thúc lỗ khoan Khi khoan lỗ sâu và hành trình đẩy ngắn nhất là khi khoan lỗ thẳng đứng mà cơ cấu đẩy dùng mâm cặp thì việc nâng hạ dụng cụ dùng tời riêng

Một số dạng cơ cấu đẩy thường dùng như: thanh răng - bánh răng, cáp hoặc xích, vít

- đai ốc, xi lanh - pít tông, …

Hình 1-8 Các dạng cơ cấu đẩy dụng cụ khoan

a- Cơ cấu đẩy dùng bánh răng - thanh răng b- Cơ cấu đẩy dùng cáp hay xích

c)

Cơ cấu đẩy dùng thanh răng - bánh răng:

Bộ phận dẫn động quay (hoặc quay và đập trong khoan xoay-đập) 1 nối với dụng cụ khoan 2 Bánh răng chủ động 4 nhận chuyển động quay từ 1, ăn khớp với thanh răng cố định 3 Do vậy khi bánh răng quay nó lăn trên thanh răng 3 và làm cả khối 1, 2 tịnh tiến tạo nên lực đẩy mũi khoan và đáy lỗ

Chuyển động tịnh tiến được đảm bảo chính xác nhờ thanh dẫn hướng 5 lắp song song với thanh răng cố định 3

Khi chiều sâu khoan lớn hơn hành trình đẩy thì phải nối thêm choòng khoan và cơ cấu đẩy phải thực hiện nhiều hành trình

Hướng khoan được xác định bởi phương của thanh răng và thanh dẫn hướng

Khi cần lực đẩy lớn thì có thể bố trí cơ cấu đẩy có hai cặp thanh răng - bánh răng đối xứng qua đường trục, hợp lực đẩy đặt vào đường tâm dụng cụ khoan

Ưu điểm: truyền động chắc chắn, ít rung động

Nhược điểm: yêu cầu chế tạo, lắp đặt chính xác, hành trình đẩy ngắn, khi cần lực đẩy lớn thì kết cấu của cơ cấu nặng nề

Cơ cấu đẩy kiểu thanh răng - bánh răng hiện nay ít dùng

Cơ cấu đẩy dùng cáp hoặc xích

Thân bộ phận dẫn động quay (hoặc quay đập) 1 gắn với dây cáp 4 Cáp cuốn vào tang 3 một số vòng ma sát và vòng qua ròng rọc 5 Khi tang 3 được dẫn động riêng bằng động cơ và hộp giảm tốc quay thì cáp kéo cả khối dẫn động 1 và dụng cụ khoan 2 tịnh tiến theo đường dẫn 6 tạo nên lực đẩy dụng cụ Hết hành trình tang quay ngược lại và cáp kéo khối 1, 2 ra khỏi lỗ

Khi cần tạo lực đẩy lớn dùng hai cơ cấu bố trí đối xứng với đường trục của dụng cụ khoan

Ưu điểm: đơn giản, gọn nhẹ, có hành trình đẩy lớn tới 20 m, giảm bớt số hành trình đẩy nên giảm thời gian phụ dùng cho việc nối tháo dụng cụ khoan, nâng cao năng suất Nhược điểm: do liên kết giữa dụng cụ khoan và khối máy là liên kết mềm, do đó khi lực khoan luôn thay đổi gây ra rung động, dẫn đén dao động cộng hưởng làm ảnh hưởng đến quá trình khoan

Đối với các máy khoan cần lực đẩy lớn, để giảm kích thước cáp, tang và ròng rọc thì

hệ thống cáp kéo phải có bội suất pa lăng lớn hơn 1

Cơ cấu đẩy dùng vít - đai ốc

Nguyên lý làm việc của cơ cấu là biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

Khối dẫn động quay (hay quay-đập) 1 và dụng cụ 2 gắn liền với đai ốc 4 Đai ốc ăn khớp với vít me 3 Vít me quay nhờ khối dẫn động 5 Khi vít quay, đai ốc sẽ tịnh tiến và làm cả khối 1, 2 chuyển động theo đường dẫn hướng 6 tạo nên lực đẩy Khi vít quay ngược lại, đai ốc và khối 1, 2 lùi ra

Cơ cấu loại này rất gọn nhẹ nhưng hiệu suất thấp do tổn thất ma sát trên mặt ren ăn khớp, độ cứng vững không cao, tốc độ tịnh tiến của đai ốc thấp

Cơ cấu này thường dùng cho các máy khoan nhỏ, khoan nông và khoan bằng một hành trình đẩy

Cơ cấu đẩy dùng xi lanh - pít tông

Pít tông 3 chuyển động qua lại trong xi lanh khí nén hay xi lanh thuỷ lực 4 Cán pít tông nối với bộ phận dẫn động quay hoặc mâm cặp 1 để kẹp dụng cụ khoan 2 Khi pít tông chuyển động do tác dụng của khí nén hay dầu cao áp trong xi lanh, dụng cụ khoan sẽ chuyển động theo hướng đẩy hoặc lùi

Ưu điểm: nhỏ gọn, nguồn cung cấp khí nén hoặc dầu có thể đặt xa, có thể tạo lực đẩy lớn bằng cách dùng nhiều xi lanh làm việc đồng thời, dễ thay đổi lực đẩy bằng cách thay đổi áp suất khí nén hoặc dầu trong xi lanh, khả năng chống quá tải cao

Nhược điểm: hành trình đẩy không lớn (< 2m)

1.1.4 Các phương pháp làm sạch lỗ khoan

Khi khoan đất đá bị phá huỷ nằm trên mặt đáy lỗ gọi là phoi khoan Phoi có dạng viên, bột, hạt hoặc bùn nhão, nếu không kịp thời lấy phoi ra khỏi lỗ khoan thì hiệu quả khoan sẽ giảm do tiêu tốn nhiều công nghiền đập lại phoi, mòn mũi khoan Do vậy song song với quá trình phá huỷ đất đá phải liên tục làm phoi thoát ra khỏi lỗ Quá trình này được gọi là làm sạch lỗ khoan Làm sạch lỗ khoan càng triệt để thì năng suất khoan càng cao

Làm sạch lỗ khoan có thể xẩy ra tự nhiên khi khoan lỗ hướng lên với góc nghiêng đủ lớn, khi thành phần trọng lực của phoi thắng được lực ma sát, phoi sẽ tự chảy xuống (khoan xiên góc lớn hơn 45 độ) Trường hợp này có thể gặp trong khoan ngầm, những trường hợp khác khi khoan đều phải dùng các phương pháp cưỡng bức để lấy phoi Dưới đây giới thiệu các phương pháp lấy phoi thường dùng

a Thoát phoi bằng cánh xoắn của choòng khoan

Trên thân dụng cụ khoan dạng trụ 1 được hàn các cánh xoắn 2 theo đường xoắn Khi dụng cụ khoan quay và tịnh tiến, mũi khoan phá huỷ đất đá tạo thành phoi, phoi sẽ bị đẩy ngược lên theo cánh xoắn

Do cánh xoắn của choòng khoan khi khai triển phẳng có dạng hình nêm, khi choòng khoan quay nó đóng vai trò như đẩy cho phần nêm côn đi vào đống đất đá vì vậy đất đá sẽ trượt theo mặt côn lên trên

Phương pháp này rất đơn giản, dụng cụ khoan kiêm nhiệm vụ thoát phoi, không phải dẫn động riêng cho bộ phận lấy phoi nhưng chỉ thích hợp cho máy khoan xoay

b Thoát phoi bằng nước

Trong phương pháp này thân dụng cụ khoan 1 là một ống rỗng, nước được bơm với

áp suất cao và dẫn theo ống dẫn tới mũi khoan, kết hợp với phoi khoan tạo thành bùn và được đẩy ra ngoài miệng lỗ qua khoảng hở giữa thân dụng cụ khoan và thành lỗ

Hình 1-9 Các phương pháp làm sạch lỗ khoan

a- Thoát phoi bằng cánh xoắn b- Thoát phoi bằng nước

Phương pháp này dùng phổ biến cho các búa khoan đập, máy khoan xoay - đập để khoan các lỗ nhỏ, có góc nghiêng của lỗ so với phương ngang khi khoan xiên xuống nhỏ

Ưu điểm: không gây bụi, làm nguội được mũi khoan

Nhược điểm: chỉ dùng cho các lỗ khoan nhỏ và nông, gây lầy lội quanh lỗ khoan Đặc biệt khi trong đất đá có khe nứt, phoi bùn dễ chui vào các khe đó, sau khi khoan bùn

từ các khe nứt lại chảy xuống đáy lỗ làm lỗ khoan trở thành nông do vậy trước khi nạp thuốc mìn lại phải khoan lại hoặc phải khoan sâu hơn chiều sâu cần thiết

c Thoát phoi bằng khí nén

Thổi phoi

Có hai phương pháp thổi phoi: thổi khô và thổi ướt

Đối với thổi khô: thì dụng cụ khoan 1 là ống rỗng Khí nén với áp suất cao từ máy

nén khí được dẫn theo ống rỗng này tới đáy lỗ khoan tác dụng vào các hạt phoi tạo thành dòng hỗn hợp khí - phoi, dòng hỗn hợp này theo khe hở giữa thân dụng cụ và thành lỗ khoan đi ra ngoài miệng lỗ Để tránh bụi trên miệng lỗ có chụp đậy kín 2 Hỗn hợp khí - phoi theo đường dẫn tới thiết bị lọc 3, ở đây phoi đi qua các buồng xoáy lốc và ngăn lọc bằng vải, phoi hạt được giữa lại và rơi xuống Để tránh phoi bụi bám vào thành các ngăn lọc, trên thiết bị này phải dùng máy gây rung động

Thổi khô được dùng cho máy khoan đập - xoay và khoan xoay cầu

Đối với thổi ướt: sơ đồ có dạng như làm sạch bằng nước Một luồng hỗn hợp khí nén

và nước áp suất cao được dẫn tới đáy lỗ Phoi bùn bị đẩy lên theo khoảng hở giữa dụng cụ khoan và thành lỗ khoan phun vào không khí Để tránh bùn phun cao người ta chắn một bên và dùng quạt thổi tạt về một phía Trong máy khoan đập  xoay nếu dùng thoát phoi theo phương pháp thổi ướt thì phải kết cấu thêm ống dẫn phụ

Thổi ướt dùng cho máy khoan đập - xoay và máy khoan xoay cầu

Ngoài ra còn sử dụng phương pháp thổi kết hợp hút: Phương pháp này dùng nhiều

trong máy khoan xoay cầu, máy khoan xoay-đập, máy khoan đập-xoay

Khí được thổi qua ống rỗng của choòng khoan, phoi được đẩy lên qua chụp đậy tới lọc thô 3  Lọc bán tinh 4  Lọc tinh 5 và được quạt hút 6 hút ra ngoài

Lọc tinh 5 có thể là lọc kiểu túi hoặc tĩnh điện

Hình 1-8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp thổi hút kết hợp

1- Choòng khoan 2- Chụp đậy 3- Lọc thô 4- Lọc bán tinh 5- Lọc tinh 6- Quạt hút

Hút phoi

Dụng cụ khoan được nối với thiết bị hút, phoi được hút theo lỗ rỗng trong thân dụng

cụ khoan và được đưa tới thiết bị lọc, không khí ngoài vào đáy lỗ qua khoảng hở giữa dụng

Trong khai thác máy khoan xoay được dùng để khoan đất đá có độ kiên cố f < 8 Với những mũi khoan lưỡi cắt có gắn kim cương thì có thể dùng khoan đất đá có độc kiên

cố f đến 14

Theo đặc tính sử dụng máy khoan xoay có các loại sau:

- Máy khoan xoay cầm tay,

- Máy khoan xoay lắp trên giá kiểu cột,

- Máy khoan xoay lộ thiên,

- Máy khoan xuyên vỉa

1.2.1- Máy khoan xoay cầm tay

Máy khoan xoay cầm tay là loại máy khoan nhỏ, dùng khoan lỗ có đường kính D 

32 mm, chiều sâu khoan L  2 m trong đất đá có độ kiên cố f  2 Khi khoan máy được nâng, giữ và tạo lực đẩy hướng trục bằng sức của người thợ khoan Động cơ của máy chỉ tạo ra mô men xoắn và chuyển động quay cho dụng cụ khoan Do tiến hành khoan bằng tay

và được mang vác khi di chuyển nên trọng lượng máy khoan xoay cầm tay thường tối đa không quá 30 kg và theo đó công suất động cơ chỉ đến 1,5 kW

Máy khoan xoay cầm tay được dùng ở lò chợ khi khoan mở vỉa, khoan hầm khấu ban đầu, khoan đường lò trong than

Hình 1-9 Máy khoan xoay cầm tay

1 Tay cầm; 2 Động cơ; 3 Hộp giảm tốc; 4 Móc kéo

Kết cấu và hoạt động

a) Kết cấu

Sơ đồ kết cấu máy khoan xoay cầm tay như trong hình 1-10

Máy gồm hai phần chính: động cơ 1 và hộp giảm tốc 3 Để có kết cấu gọn nhẹ động

cơ và hộp giảm tốc thường được chế tạo liền thành một khối Vật liệu chế tạo chúng bằng gang hoặc hợp kim nhôm Trên thân động cơ có hai tay cầm 2 để thợ khoan nâng và giữ máy khi làm việc Đầu kẹp 4 để kẹp dụng cụ khoan 5 Đầu kẹp này gắn liền với trục và nhận chuyển động từ động cơ

Động cơ của máy thông dụng nhất là động cơ điện ba pha vì đơn giản, thuận tiện

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng chỉ dùng điện áp thấp (127V), các phần vỏ dễ tiếp xúc với tay người được bọc bằng cao su cách điện, công tắc đóng, ngắt phải được kết cấu kín Nhược điểm của động cơ điện là nặng nên thường hạn chế công suất cho khoan cầm tay không quá 1,5kW Ngoài ra, dùng động cơ điện dễ sinh ra tia lửa điện khi đóng ngắt, điều này nguy hiểm khi dùng trong các mỏ ngầm có khí và bụi nổ

Trong trường hợp này người ta dùng động cơ chạy bằng khí nén Động cơ khí nén

có ưu điểm là nhỏ, nhẹ hơn động cơ điện, thay đổi tốc độ quay vô cấp nhưng đòi hỏi phải

có hệ thống cung cấp khí nén Do vậy, thường chỉ dùng cho các mỏ ngầm cần đảm bảo an toàn về nổ vì không sinh tia lửa điện khi làm việc

Ngoài ra cũng còn dùng động cơ thuỷ lực nhưng không thông dụng vì hệ thống đi kèm nặng nề, phức tạp

Hộp giảm tốc dùng để giảm tốc độ quay từ động cơ tới dụng cụ khoan, yêu cầu kết cấu nhỏ gọn Thông thường dùng hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng hoặc loại bánh răng hành tinh, có một hoặc hai cấp tốc độ Hình 1-10 (phần b) nêu thí dụ một hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng: chuyển động quay từ động cơ 1, qua các bánh răng Z1, Z2, Z3,

Z4 truyền tới đầu kẹp 2 và qua đó tới dụng cụ khoan 3

Nhìn chung, khi làm việc thợ khoan phải nâng, giữ và đẩy bằng tay Có thể làm giảm nhẹ bớt việc nâng giữ trong một số trường hợp bằng cách dùng dây treo máy hoặc đặt máy lên chân chống phụ Với loại có công suất tương đối lớn có thể dùng cơ cấu đơn giản

để tạo lực đẩy như trong hình 1-10 (phần c) Máy gồm động cơ 1 và hộp giảm tốc 2 Trên

thân hộp giảm tốc lắp đặt tang 3 để cuốn dây cáp 4 Tang được dẫn động quay từ hộp giảm tốc Một đầu cáp 4 nối với móc 5, móc vào một điểm cố định trên gương khoan Khi tang được dẫn động quay theo chiều cuốn cáp thì cả khối máy được kéo dần vào gương khoan

và tạo nên lực đẩy (tức là lực hướng trục) có thể tới 2500  3500N

Hình 1-10 Sơ đồ kết cấu của máy khoan xoay cầm tay

a- Sơ đồ kết cấu b- Hộp giảm tốc c- Cơ cấu đẩy

b) Hoạt động

Hoạt động của máy khoan xoay cầm tay gồm các thao tác sau:

- Vận chuyển máy khoan đến vị trí khoan,

- Lắp choòng khoan vào máy khoan,

- Đóng điện hoặc khí nén và thực hiện khoan

1.2.2- Máy khoan lắp trên giá kiểu cột

Máy khoan lắp trên giá kiểu cột gọi tắt là máy khoan cột Máy khoan cột về kết cấu cũng tương tự như máy khoan xoay cầm tay nhưng toàn bộ khối máy được lắp trên giá đỡ hoặc cột đỡ và có cơ cấu đẩy để tạo lực đẩy hướng trục

Do lắp trên giá đỡ và có cơ cấu đẩy nên máy khoan cột có khả năng khoan tốt hơn

so với máy khoan tay, cụ thể là:

- Đường kính lỗ khoan đến 80 mm,

- Chiều sâu khoan đến 10 m,

- Khoan được đất đá có độ kiên cố f <7

Công suất động cơ có thể đến 5kW, lực đẩy đến 15000N, khối lượng máy từ 75150 kg

a) Kết cấu

Hình 1-11 Sơ đồ lắp đặt máy khoan xoay trên giá đỡ kiểu cột

Theo sơ đồ hình 1-11a, khối thân máy 1 (bao gồm động cơ, hộp giảm tốc và cơ cấu đẩy) gắn với bản lề 2 có trục ngang, nhờ đó có thể xoay thân máy trong mặt phẳng thẳng đứng để thực hiện khoan lỗ với những góc nghiêng khác nhau, kể cả hướng lên hay hướng xuống Cả khối trên gắn liền với hai khớp trượt 3, có thể trượt lên xuống theo hai thanh cột

4 Nhờ đó, có thể điều chỉnh máy lên xuống cho phù hợp với chiều cao lỗ khoan

Cột được lắp đặt cố định giữa nền và nóc lò và có thể xoay quanh trục thẳng đứng

để thay đổi hướng khoan trong mặt phẳng ngang

Theo sơ đồ hình 1-11b, khối máy 1 (gồm động cơ, hộp giảm tốc và cả cơ cấu đẩy) lắp trên các giá nghiêng 2 và 3 bằng bản lề Giá nghiêng 3 có thể thay đổi độ dài Các giá nghiêng có thể xoay quanh giá đứng 4 Nhờ vậy, có thể thay đổi độ cao và hướng khoan trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng Giá đứng 4 có thể có dạng cột, đặt giữa nền và nóc lò hoặc gắn với các thiết bị tự hành như xe khoan, máy xúc v.v…

Hình 1-12 Máy khoa cột Theo các sơ đồ trên với mỗi vị trí cột hoặc xe khoan cố định có thể dễ dàng thay đổi vị trí và hướng khoan trên gương khoan

Cơ cấu đẩy dùng cho máy khoan cột có thể là loại thanh răng - bánh răng hoặc xi lanh- pittông Chuyển động tịnh tiến (đẩy) có thể tạo cho cả khối thân máy hoặc chỉ riêng cho trục chính có mang theo dụng cụ khoan

Ngoài ra, còn dùng cơ cấu đẩy kiểu vít vi sai Sơ đồ nguyên lý thực hiện truyền cả hai chuyển động nêu trên hình 2-13 Trục vít 7 đồng thời là trục chính của máy

Trên thân trục 7 có ren chữ nhật chạy suốt chiều dài và có hai rãnh then ở hai phía đối diện Một đầu trục có bộ phận kẹp dụng cụ khoan 11 Bánh răng 2 có may ơ dài lắp trợt trên trục 7, mặt trong có hai then ăn khớp với hai rãnh then trên trục Do vậy khi bánh răng

2 quay tại chỗ, trục 7 quay theo và đồng thời vẫn có thể trợt tịnh tiến Bánh răng 9 có may

ơ đồng thời là đai ốc có ren trong ăn khớp với trục vít và đợc giữ không trượt bởi ổ bi chặn

10 Bánh răng 1 lắp lồng không trên trục 12, phía trái gắn với nửa ly hợp vấu một chiều 3 Nửa ly hợp khác 4 gắn với khớp ma sát 5, khớp này lắp bằng then trượt với trục 12

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy khoan cột có cơ cấu đẩy kiểu vít vi sai

Cơ cấu vít vi sai có ba chế độ hoạt động:

Khi động cơ làm việc, cặp bánh răng 1-2 quay làm trục vít 7 (tức trục chính) quay theo Nếu gạt nửa ly hợp 4 ăn khớp với nửa 3 thì chuyển động quay sẽ từ bánh răng 1 qua

ly hợp và khớp ma sát 5 truyền tới trục 12 rồi qua cặp bánh răng 8-9 làm đai ốc quay nhanh hơn (do cặp bánh răng 8-9 có tỷ số truyền cao hơn cặp 1-2) nên trục sẽ vừa quay vừa tịnh tiến thực hiện quá trình khoan Tốc độ tiến của trục và dụng cụ khoan đợc xác định:

v = (nd - nv) s , mm/ph

Trong đó: nd , nv - tốc độ quay đai ốc và trục, v/ph

s - bước ren, mm Nhờ khớp ma sát có thể điều chỉnh lực đẩy theo yêu cầu

Nếu kéo nửa ly hợp 4 ra khỏi nửa 3, cặp bánh răng 1 - 2 và trục vít vẫn quay Do sát trên mặt ren, cặp bánh răng 8 - 9 sẽ quay theo trục, vít không tiến

Nếu kéo nửa ly hợp 4 sang tận cùng bên trái sao cho nó bị giữ bởi vấu hãm 6 thì khớp ma sát 5 và trục 12 làm cặp bánh răng 8-9 không quay được Vít quay còn đai ốc đứng yên nên vít - trục chính vừa quay vừa tịnh tiến theo chiều lùi, dùng để thực hiện hành trình kéo dụng cụ khoan ra khỏi lỗ khoan

Cơ cấu này có kết cấu rất nhỏ nhưng chỉ dùng được cho máy khoan xoay

Các máy khoan lắp trên các giá đỡ kiểu cột cố định dùng trong khai thác và xây dựng ngầm, sau khi khoan một loạt lỗ phải tháo cột và di chuyển đến vị trí mới Các máy lắp trên các giá đỡ đặt trên xe tự hành hay máy xúc có thể dùng cho cả điều kiện ngầm và

lộ thiên Trong trường hợp này trên thân xe có thể lắp đặt nhiều máy khoan để khoan đồng thời nhiều lỗ khoan cùng một lúc

Nguồn động lực của máy khoan cột phổ biến là động cơ điện ba pha có một hay hai cấp tốc độ Đối với trường hợp cần đảm bảo an toàn chống nổ người ta sử dụng động cơ khí nén Loại này có thể thay đổi vô cấp tốc độ quay, nhưng đòi hỏi phải có hệ thống cấp khí nén, do đó không thuận tiện

1.2.3 Máy khoan xoay lộ thiên

Khái niệm

Hình 1-13 Cơ cấu đẩy kiểu vít vi sai của máy khoan cột

Máy khoan xoay lộ thiên là một dạng của thiết bị khoan tự hành, nó có khối lượng lớn, dùng để khoan lỗ có đường kính từ 85 đến 200 mm, chiều sâu khoan được 25 m

Kết cấu và hoạt động

Sơ đồ bố trí máy phổ biến như hình 1-14

Máy gồm thân máy 1 dạng khoang thùng, bên trong bố trí các thiết bị như nguồn động lực, hệ thống điều khiển, trạm bơm, ca bin…

Bộ phận di chuyển 2 để di chuyển máy theo vị trí lỗ khoan Có thể dùng di chuyển bằng xích bản, bằng bánh hơi hay cơ cấu bước Di chuyển bằng xích bản thông dụng hơn trên các mỏ mặt tầng không phẳng Cơ cấu bước thường được dùng cho các máy nhỏ

Tháp khoan 3 được bố trí ở một đầu của thân máy Có loại đợc giữ cố định thẳng đứng, có loại lắp bản lề với thân để có thể lệch nghiêng một góc  khi muốn khoan lỗ nghiêng

Do khoảng không gian hạn chế nên tháp khoan thường có chiều cao tương đối lớn nhằm nâng cao chiều dài hành trình đẩy để rút ngắn thời gian phụ Với các máy nhỏ, tháp khoan có thể có dạng đơn giản là một khung gồm hai thanh thẳng tiết diện tròn hay chữ U Với các máy lớn thờng làm tháp khoan có dạng giàn rỗng gồm các thanh thép hàn lại với nhau Tháp có một hoặc hai thanh dẫn hướng 10 để dẫn hướng tịnh tiến cho khối dẫn động quay và dụng cụ khoan

Cơ cấu dẫn động quay gồm động cơ điện 5, hộp giảm tốc 6 có trục thẳng đứng Trục

ra hộp giảm tốc nối với đầu mút dụng cụ khoan 7 Thân hộp giảm tốc gắn với con trượt (hay ống trượt) 9 qua xà 8 Xà nối với cơ cấu dẫn động đẩy Khi khoan và khi nâng hạ dụng cụ khoan cả khối dẫn động quay và dụng cụ trượt tịnh tiến theo thanh dẫn hướng

Hình 1-14a Máy khoan xoay lộ thiên Trên các máy khoan lớn dùng khoan lỗ sâu thường dùng cơ cấu đẩy dạng tời cáp hay xích vì nó có hành trình đẩy lớn Trên các máy nhỏ thường dùng cơ cấu đẩy dạng xi lanh - píttông

Khi làm việc, thân máy được giữ thăng bằng nhờ các kích 4 (thường dùng ba kích) Sau khi khoan, máy được hạ xuống để di chuyển sang vị trí mới

Các máy khoan xoay lộ thiên hiện nay có nhiều loại phù hợp với khả năng và yêu cầu khoan lỗ với đường kính mũi khoan từ 85 ữ 200 mm và sâu đến 25 m dùng trên các mỏ khai thác than, quặng và vật liệu xây dựng

Hình 1-14b Sơ đồ kết cấu máy khoan xoay lộ thiên

1.2.4- Máy khoan xuyên vỉa

Khái niệm

Máy khoan xuyên vỉa dùng trong khai thác ngầm để khoan lỗ lớn và sâu có hướng nằm ngang, hướng lên hay xuống Đường kính lỗ khoan có thể từ 100  500 mm, chiều sâu có thể đến 150m Các lỗ khoan này không dùng nổ mìn mà phục vụ các mục đích khác như vận chuyển than hay vật liệu, thông gió, thoát nước, thoát khí…

Kết cấu và hoạt động

Sơ đồ bố trí các bộ phận của máy trên hình 1-15 Do lỗ khoan lớn nên mũi thờng có phần nhỏ vợt trớc và phần mở rộng phía sau Thân dụng cụ khoan 3 (còn gọi là cần khoan hay ty khoan) gồm nhiều đoạn nối lại với nhau Chúng được nối dài dần theo chiều sâu của

lỗ và được tháo rời sau khi khoan Khi khoan các lỗ hướng lên có góc dốc lớn, phoi khoan

tự chảy xuống được thì cần khoan chỉ gồm các ống trơn nối với nhau Trong các trường hợp khác cần khoan gồm nhiều ống nối và trên thân ống có cánh xoắn để thoát phoi Trên phần đầu cần khoan gần mũi và trên những khoảng cách nhất định, cần khoan được tỳ vào thành lỗ bởi các guốc đỡ 2

Hình 1-15 Sơ đồ kết cấu của máy khoan xuyên vỉa Lực đẩy cần khoan được truyền từ cơ cấu đẩy dạng xi lanh - píttông 6 qua mâm cặp

5 Bộ phận máy được đặt trên giá cố định Khi khoan được giữ chặt bởi các thanh giằng và cột chống Khi di chuyển máy phải dùng thiết bị kéo

Phoi khoan ra khỏi lỗ rơi vào phễu 4 và tới thùng chứa

Máy khoan xuyên vỉa còn có thể dùng khoan mở rộng lỗ đã có sẵn theo hướng đi hay hướng ngược lại Khi khoan lỗ rất lớn, đường kính đến 1.000 mm có thể dùng máy mà bộ phận quay đi sâu dần vào lỗ khoan, bộ phận đẩy đặt ở ngoài Như vậy cần khoan chỉ thực hiện chuyển động tịnh tiến

1.2.5- Bộ dụng cụ khoan xoay

Dụng cụ khoan là phần công tác để tạo thành lỗ khoan và thoát phoi Phần đầu dụng

cụ là mũi khoan, phần thân dạng thanh dài gọi là choòng khoan hay ty khoan

a Mũi khoan xoay

Mũi khoan xoay là dụng cụ trực tiếp phá huỷ đất đá bằng cách cắt Trên hình 2.6 giới thiệu một số dạng chính

Khi khoan các lỗ nhỏ dùng mũi khoan có dạng như hình 1-16a, 1-16b Mũi khoan

có dạng như hình 1-16b có lỗ rỗng ở giữa để dẫn nước sạch lỗ khoan Để khoan lỗ lớn dùng mũi như hình 1-16c

Nói chung kết cấu của mũi khoan đều gồm ba phần: đuôi, thân và các nhánh cắt Đuôi mũi 1 để lắp với ty khoan, thường bằng chốt xuyên qua, thân mũi 2 và các nhánh cắt

3 Trên các nhánh cắt có các lưỡi cắt thẳng hay gẫy khúc 4 Góc độ quan trọng nhất của mũi khoan là góc trớc  và góc sau  Góc  phụ thuộc vào loại đất đá và có giá trị trong khoảng 15o Góc sau  có tác dụng làm giảm ma sát, thường lấy  = 10o  25o Góc côn

 chỉ chừng 2o  3o có tác dụng làm giảm ma sát giữa mũi với thành lỗ khoan

Ở các mũi khoan có đường kính lớn (> 150 mm) lưỡi cắt có thể không phải là đường thẳng liên tục mà là được tạo thành bởi nhiều răng (dao) cắt lắp chặt với các nhánh cắt của mũi khoan Trường hợp này có thể thay thế từng răng khi mòn hoặc gãy

Hình 1-16 Kết cấu mũi khoan xoay Mũi khoan được chế tạo bằng thép các bon dụng cụ có hàm lợng các bon 0,7  1%, bằng phương pháp rèn rồi mài sắc Khi phần lỡi cắt có gắn hợp kim cứng thì mũi khoan có thể đợc chế tạo bằng phương pháp đúc Khi khoan, mũi bị mòn có thể phục hồi lại bằng phơng pháp mài

b Choòng khoan

Cần khoan là phần dài của dụng cụ theo chiều sâu lỗ khoan Cần khoan làm nhiệm

vụ định hướng cho mũi khoan, truyền lực hướng trục và mô men cho mũi Ngoài ra, cần khoan còn có chức năng làm sạch lỗ khoan

Hình 1-17 Kết cấu choòng khoan máy khoan xoay Khi khoan lỗ nhỏ và nông thường dùng cần khoan dạng thân liền Trường hợp làm sạch bằng nước, thân có tiết diện ngang tròn, giữa có lỗ rỗng dẫn nước Trường hợp làm sạch bằng rãnh xoắn thì thân có tiết diện ngang hình thoi hay chữ nhật và xoắn theo chiều dọc để tạo thành các rãnh xoắn thoát phoi (hình 1-17a)

Trên các máy khoan lộ thiên để khoan lỗ lớn và sâu, cần khoan được nối bởi nhiều đoạn Cần khoan được nối dài dần khi khoan xuống sâu và tháo rời khi kết thúc lỗ khoan Trong trường hợp này, mỗi đoạn cần là một ống rỗng 1, mặt ngoài được hàn các cánh xoắn

2 (hình 1-17b) Nối các đoạn với nhau bằng một trong hai cách: dùng mối nối ren hay chốt

Mối nối ren thường dùng là ren côn: đuôi của đoạn trước có ren côn ngoài vặn vào đầu của đoạn sau có ren côn trong lỗ Nối ren đảm bảo chắc chắn, kín, được dùng khi kết hợp dẫn nước bằng lỗ rỗng của thân ống để làm sạch lỗ

Nối bằng chốt đơn giản và thông dụng hơn : đuôi của đoạn trước có tiết diện ngang hình chữ nhật, lắp khít vào lỗ chữ nhật của đầu đoạn sau và dùng chốt 3 xuyên qua

Việc lắp nối đuôi mũi khoan với đầu cần khoan cũng được thực hiện tương tự

1.3 Máy khoan đập

Máy khoan đập là loại máy khoan thực hiện phá vỡ đất đá theo chu kỳ do vậy năng suất khoan không cao Đối với máy khoan đập thành phần ngoại lực chủ yếu đóng vai trò phá vỡ đất đá là xung lực đập Trong quá trình khoan dụng cụ khoan tác dụng vào đất đá từng nhát đập gián đoạn

Khả năng làm việc của máy khoan đập:

- Khoan được đất đá có f  6 (6  20);

- Đường kính lỗ khoan: D  250 mm với máy khoan đập cáp,

D  60 mm, với máy khoan đập khí ép;

- Chiều sâu khoan: L  25 m

Máy khoan đập gồm hai loại: khoan đập cáp và khoan đập khí ép

- Máy khoan đập cáp: lực đập được tạo nên do bộ dụng cụ khoan rơi tự do trong buồng khoan khi được nâng lên ở độ cao h Do biến dạng đàn hồi của cáp (cáp bện) nên mỗi khi nâng bộ dụng cụ khoan lên bằng cáp thì bộ dụng cụ khoan sẽ quay đi một góc, đặc điểm này phù hợp với nguyên lý của khoan đập Máy khoan đập cáp đòi hỏi bộ dụng cụ phải có khối lượng lớn và chỉ khoan được các lỗ lớn theo hướng thẳng đứng Hiện nay loại máy khoan này ít được sử dụng

- Máy khoan đập khí ép: lực đập do khí ép tạo ra, quả piston chuyển động trong xi lanh sẽ truyền đến đuôi choòng khoan và truyền đến mũi khoan, đập vào đất đá Máy khoan đập khí ép có các dạng sau:

 Máy khoan đập khí ép cầm tay,

 Máy khoan đập khí ép kiểu cột,

 Máy khoan đập khí ép kiểu ống lồng

1.3.1 Máy khoan đập khí ép cầm tay

Máy khoan cầm tay là loại trong quá trình

làm việc thợ khoan phải nâng, giữ và đẩy

hoàn toàn bằng tay hoặc bằng tay là chủ

yếu Máy có kết cấu nhỏ, khối lượng dưới

30 kg, dùng khoan lỗ đường kính đến

45mm và sâu đến 2,5m Máy khoan cầm

tay được sử dụng trong khai thác hay xây

dựng ngầm, hoặc khoan lỗ trên các vách đá

để nổ mìn trên các mỏ lộ thiên nhỏ khai

Hình 1-18a Búa khoan cầm tay

thác than, quặng, vật liệu xây dựng Ngoài ra, cũng còn dùng máy khoan cầm tay để khoan

lỗ nổ mìn phá đá quá cỡ trên mỏ

Hình 1-18b- Sơ đồ kết cấu búa khoan cầm tay a- Búa khoan cầm tay b - Búa khoan cầm tay với chân chống phụ

1.3.2 Máy khoan đập khí ép kiểu cột (máy khoan cột)

Máy khoan cột về nguyên lý kết cấu và hoạt động đập cũng giống như máy khoan cầm tay Kết cấu máy khoan cột lớn hơn, khối lượng máy khoan cột có thể đến 60 kg, do vậy khi khoan phải lắp đặt trên giá Máy khoan cột dùng để khoan lỗ có đường kính đến 85mm và sâu có thể đến 25m Vì máy nặng, cần lực đẩy lớn nên búa khoan cột phải có cơ cấu đẩy

Giá đỡ máy khoan có thể có dạng cột hoặc dạng khung Giá đỡ dạng cột cũng tương tự như trường hợp khoan xoay, bao gồm cột 1 lắp đặt giữa trần và nền lò (hình 4.4)

Xà 2 được kẹp cố định trên cột bằng bộ phận kẹp 3, có thể xoay quanh cột, lệch hướng lên hay xuống so với phương ngang một góc đến 450 và trượt lên xuống theo thân cột Máy khoan 4 lắp đặt trên xà và được định hướng bằng xà Với kết cấu như vậy, mỗi lần lắp đặt

cột có thể tiến hành khoan liên tục nhiều lỗ ở độ cao và hướng khoan khác nhau bằng cách thay đổi vị trí của xà Cơ cấu đẩy 5 dùng để đẩy máy khoan

Hình 3-3 Kết cấu búa

khoan cầm tay

Giá đỡ dạng khung nêu trên hình 1-19 Máy khoan 1 đặt trên xà dẫn hướng 2 Lực đẩy máy tạo nên do cơ cấu đẩy 3 Cả khối có thể xoay quanh khớp quay 4 để thay đổi hướng khoan trong mặt phẳng ngang Giá nghiêng 5 có thể thay đổi độ nghiêng nhờ xi lanh khí ép 6 nhằm thay đổi độ cao lỗ khoan Toàn bộ hệ thống trên có thể xoay quanh giá đứng

7 nhờ cơ cấu 8 Giá có thể lắp đặt trên thân các máy xúc hoặc trên xe tự hành Do vậy, tại mỗi vị trí của máy xúc hay xe khoan có thể thay đổi vị trí và hướng khoan theo yêu cầu của mạng lỗ khoan Trường hợp này có thể dùng trong cả điều kiện khoan ngầm và lộ thiên để khoan lỗ trên các vách rộng và cao Để tăng năng suất có thể lắp đặt nhiều máy khoan trên nhiều giá của xe khoan hay thân máy xúc

Hình 1-19 Sơ đồ kết cấu búa khoan cột

Để tạo lực đẩy máy khoan, thường dùng hai dạng cơ cấu đẩy: xi lanh khí ép và vít đai - ốc Hai cơ cấu này nhỏ gọn thích hợp với máy khoan (vì máy khoan cũng có kết cấu nhỏ) Xi lanh đẩy, động cơ quay vít và các xi lanh điều khiển khác thường là loại chạy bằng khí ép vì dùng chung nguồn cung cấp cho máy khoan từ trạm ép khí

Hình 1-20a Búa khoan cột

1.3.2 Máy khoan đập khí ép kiểu ống

lồng

Sơ đồ kết cấu và lắp đặt máy

khoan kiểu ống lồng nêu trên hình 1-21

Thân máy 1 có dạng mặt ngoài như một

ống đơn giản, ống 2 lồng trượt bên trong

Thân máy 1 thực chất là hai xi lanh khí

ép: phía trước là xi lanh của búa đập để

tạo lực đập vào đuôi dụng cụ khoan 3,

phía sau kéo dài thành xi lanh của cơ cấu

đẩy Ống 2 thực chất là cán piston của cơ

cấu đẩy và cũng đồng thời là chân chống

giữ máy khi khoan Khi không khoan,

dụng cụ khoan được tháo ra và ống 2

được đẩy tụt vào, máy trở thành hai ống

lồng vào nhau rất đơn giản

Máy khoan ống lồng có khối

lượng đến 50 kg, dùng khoan lỗ có

đường kính đến 85mm, sâu đến 12m

theo phương thẳng đứng hoặc lệch so với

phương đứng góc 350  450 theo hướng

khoan từ dưới lên

Hình 1-20b: Dạng khác búa khoan cột

Hình 1-21a- Máy khoan đập kiểu ống lồng

Hình 1-21b Búa khoan ống lồng

1.3.4 Nguyên lý kết cấu và hoạt động của búa khoan đập khí ép

Các loại búa khoan cầm tay, búa khoan cột và búa khoan ống lồng đều có cấu tạo

và nguyên lý làm việc tương tự như nhau Do đó ở đây chỉ giới thiệu kết cấu một loại điển hình là búa khoan cầm tay như hình vẽ 3-8

Máy khoan gồm thân máy 1 với vai trò là xi lanh công tác, phía sau có nắp 10 Piston 2 có cán dài phía trước chuyển động đi lại trong xi lanh đóng vai trò búa đập