Bài Giảng Máy Xây Dựng Full

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

1- Mũi khoan 2- Nón công tác 3- Răng (chốt ) cắt

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

1- Động cơ 2- Hộp giảm tốc

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 vít đai ốc d,e- Cơ cấu đẩy dùng xi lanh - pít tông

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

Hình 1-22 Sơ đồ nguyên lý kết cấu búa khoan cầm tay Hoạt động đập của máy khoan như sau: khi mở van khí ép trên đường dẫn khí từ máy ép tới máy khoan, khí ép vào khoảng không gian D giữa nắp và thân búa rồi qua lỗ dẫn a vào khoang A Ở đầu hành trình đập nắp van 7 ở vị trí tận cùng bên trái Nắp van giống một vành đệm hình vành khăn mỏng, mặt lỗ lắp trượt trơn với trục 9 và lấy mặt trục làm mặt trượt dẫn hướng Khí ép từ khoang A qua khe hở vành d giữa đĩa ngăn 6 và trục 9 vào khoang B tác dụng lực đẩy vào mặt sau piston 2, đẩy nó chuyển động sang phải thực hiện hành trình đập Không khí trong khoang C đầu tiên do thể tích giảm nên thoát ra ngoài theo lỗ xả e Khi mặt trượt piston bắt đầu che kín lỗ e, không khí trong khoang C bị ép ép Piston càng sang phải thể tích khoang C càng giảm, khí bị ép ép áp suất càng tăng Khi mặt sau piston chạy qua lỗ e, khí ép trong khoang B lập tức thoát ra ngoài qua lỗ này Áp suất trong khoang B giảm nhanh Cũng lúc này áp suất khí bị ép trong C đạt tới trị số lớn nhất

và theo đường dẫn b tới tác dụng vào mặt vành van 7 đẩy nó sang phải che kín lỗ dẫn d giữa A và B Piston chuyển động theo quán tính và đập vào đuôi dụng cụ khoan 5, qua dụng cụ tác dụng lực đập vào đất đá Đuôi dụng cụ lắp với bạc nối 4 qua mặt trượt sáu cạnh nên khi chịu tác dụng lực đập nó có khả năng trượt đi lại Cán piston lắp trượt với mặt trong bạc nối bằng liên kết then hoa, cho phép piston trượt đi lại chính xác

Khi kết thúc đập, piston - búa nẩy lùi lại, cùng lúc này khí ép từ khoang A theo đường dẫn b tới khoang C, tác dụng vào mặt trước piston đẩy nó chuyển động thực hiện hành trình lùi chạy không Đầu tiên không khí từ B thoát ra ngoài theo lỗ e Khi mặt sau piston che kín lỗ e, không khí trong B bắt đầu bị ép và áp suất càng tăng khi piston càng lùi sang trái Khi mặt trước piston chạy qua lỗ e, khí ép từ C thoát ra ngoài, áp suất giảm nhanh, không có tác dụng đẩy piston nữa Piston lùi theo quán tính Cuối hành trình lùi, áp suất trong B tăng cao, đẩy vành van 7 lùi về vị trí ban đầu, che kín đường dẫn b và mở đường dẫn d Quá trình lại được lặp lại như cũ

Tần số đập của piston phụ thuộc vào kết cấu của máy có thể từ 1500  2600 lần/phút Hành trình chuyển động của piston với máy khoan cầm tay từ 40  65mm Khối lượng piston của máy khoan cầm tay khoảng 22,5kg

Ngoài việc thực hiện quá trình đập, búa khoan phải đảm bảo xoay dụng cụ khoan một góc nhất định sau mỗi nhát đập Quá trình xoay dụng cụ khoan do cơ cấu xoay thực hiện vào hành trình lùi của piston Nguyên lý kết cấu và làm việc như sau (hình 3-8):

Bánh cóc 8 có răng trong hướng theo một chiều ăn khớp với các con cóc có thân lắp với trục 9 Đầu phải của trục có ren (hoặc các đường xoắn) bước lớn ăn khớp với đai ốc

3 gắn chặt với mặt trong piston Trục xoắn và cán piston lắp trượt trơn

Khi piston chạy lui, trên mặt ren giữa đai ốc và trục xoắn tạo nên thành phần lực có

xu hướng xoay trục xoắn Nhưng phải bố trí con cóc, bánh cóc và trục xoắn sao cho lúc này con cóc bị giữ lại không quay được Kết quả là trục xoắn cũng bị giữ lại cố định Piston chạy lùi và bắt buộc phải xoay đi một góc Do bạc nối 4 lắp lỏng với thân búa, lắp then hoa với cán piston và liên kết qua mặt sáu cạnh với đuôi dụng cụ khoan nên khi piston xoay, qua bạc nối làm dụng cụ khoan xoay theo

Góc xoay  của dụng cụ khoan được xác định như sau:

 = 360 L  d tg , độ Trong đó:

L- chiều dài hành trình piston, mm d- đường kính trung bình của trục xoắn, mm

- góc nghiêng của đường xoắn, độ

Như vậy, muốn thay đổi góc xoay  phải thay đổi trục xoắn có góc nghiêng ren  khác nhau

Ở hành trình tiến của piston, con cóc không giữ trục xoắn nên piston sẽ chuyển động thẳng, còn trục xoắn xoay, kết quả là dụng cụ khoan không xoay Cơ cấu xoay dạng bánh cóc - con cóc lắp ở đuôi máy làm thân máy khoan dài Để thân máy khoan ngắn hơn người ta lắp đặt cơ cấu này phía trước piston

* Các bộ phận chính của máy khoan đập khí ép

Kết cấu máy khoan đập khí ép gồm các bộ phận chính sau:

Các loại van phân phối: van tự phân phối, đẩy, lật, trượt, phối hợp

- Van tự phân phối dựa trên nguyên lý chuyển động của piston để đóng mở van

- Van đẩy, lật: làm việc theo nguyên lý dựa trên sự chênh áp giữa hai bề mặt van để đóng

mở van cuối mỗi hành trình

- Van trượt: khí ép không bị dồn lại do vậy không tổn hao khí ép trong các chu kỳ làm việc

- Van phối hợp: là sự kết hợp giữa van trượt và van chên áp Ở hành trình công tác làm việc theo van trượt Ở hành trình không tải làm việc theo van chênh áp

- Piston: có nhiệm vụ truyền lực đập đến đuôi choòng khoan trong hành trình công tác và xoay choòng khoan đi một góc trong hành trình không tải Kết cấu piston có hai loại: piston rãnh xoắn ngoài và piston đai ốc xoắn trong

 Bộ phận xoay choòng khoan

Cơ cấu xoay choòng trong máy khoan đập có hai kiểu sau:

- Cơ cấu xoay choòng cóc trong: đi với piston đai ốc xoắn trong;

- Cơ cấu xoay choòng cóc ngoài: đi với piston rãnh xoắn ngoài

Ở hành trình công tác: piston chuyển động về phía trước, do piston có rãnh xoắn nên cóc lắp trên trục xoắn (trong cơ cấu xoay choòng cóc trong) hoặc bánh cóc (trong cơ cấu xoay choòng cóc ngoài) quay theo chiều thuận của cơ cấu cóc Kết quả là piston chỉ chuyển động tịnh tiến về phía trước đập vào đuôi choòng khoan truyền lực đập tới mũi khoan để phá hủy đất đá

Ở hành trình không tải: piston chuyển động lùi lại, do piston có rãnh xoắn và cơ cấu cóc khi này không quay được theo chiều ngược lại vì vậy piston vừa chuyển động tịnh tiến lùi lại vừa phải xoay đi một góc Góc xoay này phụ thuộc vào hành trình chuyển động của piston và bước xoắn của ren trên piston Do piston được liên kết với đuôi choòng khoan thông qua ống xoay choòng nên khi piston xoay kéo theo choòng khoan cùng quay

1.3.5 Bôi trơn búa khoan

Hình 1-23 Sơ đồ bôi trơn búa khoan Trong thân búa khoan, khi hoạt động có nhiều chi tiết chuyển động tương đối với nhau như: van và mặt dẫn hướng, mặt ren ăn khớp của trục xoắn, bạc nối với piston và thân búa Để giảm ma sát và giảm mài mòn, các bề mặt đó phải được bôi trơn bằng dầu

Phương pháp bôi trơn thường là cho dòng khí ép đi qua bộ phận chứa dầu bên trong hoặc ngoài thân búa, khí ép sẽ hút dầu tạo ra hỗn hợp dạng sương mù, đi qua các bộ phận chuyển động và tự động bôi trơn cho chúng

Trên hình 1-23 giới thiệu một cách thực hiện bôi trơn Trên đường ống dẫn khí ép 2 gần thân búa khoan có lắp đặt một bầu chứa dầu 1 có dung tích khoảng 0,10,5 lít đủ cho búa khoan làm việc trong thời gian 68 giờ Dầu được định kỳ đổ vào bầu Bầu dầu được treo ở vị trí đứng như hình vẽ Khi khí ép vào đầu a, qua lỗ 4 sẽ ép lên mặt dầu tạp áp suất cao, rồi được hút theo lỗ 3 trộn với khí ép ra đầu b vào búa để bôi trơn

- Hút phoi: phương pháp này chỉ dùng khi bắt buộc để tránh độc hại do bụi phoi

- Dùng nước: nước từ bơm có áp suất cao được đưa vào lỗ rỗng của dụng cụ khoan

để tới đáy lỗ khoan đẩy phoi dạng bùn ra ngoài Có hai cách dẫn nước: dùng ống dẫn xuyên tâm và dẫn vào bên sườn

Dùng ống dẫn xuyên tâm như hình 1-24a Một ống dẫn nhỏ bằng thép 1 xuyên qua tất cả các bộ phận của búa khoan như trục xoắn, piston, cắm vào lỗ rỗng của đuôi dụng cụ khoan 2 ống xuyên tâm không ảnh hưởng gì đến hoạt động của búa khoan Tuy nhiên, ống này chỉ có thể có đường kính nhỏ cung cấp một lượng nước ít, do đó chỉ thích hợp với búa khoan cầm tay

Hình 1-24 Sơ đồ dẫn nước làm sạch của búa khoan Với các búa khoan lớn, cần lượng nước cung cấp nhiều, nước được dẫn vào bên sườn như hình 1-24b Nước được đưa vào bao kín 1 rồi theo lỗ dẫn a ở phần đuôi ở dụng

cụ 2 tới đầu mũi khoan để đẩy phoi Lỗ dẫn lớn tương ứng với dụng cụ khoan lớn và đáp ứng được lượng nước nhiều

1.3.7 Dụng cụ của máy khoan đập khí ép

Hình 1-25 Dụng cụ khoan đập khí ép

Dụng cụ khoan đập gồm hai phần: choòng khoan và mũi khoan

a Choòng khoan

Choòng khoan làm nhiệm vụ truyền lực đập chiều trục từ quả piston đến mũi khoan Choòng khoan có tiết diện ngang là hình lục giác, hình tròn giữa tâm có lỗ

d = 0,75D (D- đường kính lỗ khoan yêu cầu)

Một bộ dụng cụ khoan thông thường có ba đoạn hoặc nhiều đoạn được nối lại với nhau qua ống nối Các đoạn nối có chiều dài bằng chiều dài hành trình đẩy để thuận tiện cho việc tháo nối choòng khoan

Vật liệu chế tạo choòng khoan: thép chuyên dùng cho ngành khoan (thép khoan)

Mũi khoan khi làm việc bị mòn dần, lưỡi sắc trở thành mặt cong, tù Với mũi khoan không gắn hợp kim cứng có thể làm sắc lại bằng rèn lại, sau đó mài Mũi khoan có gắn hợp kim cứng chỉ có thể mài lại một số lần Góc sắc của lưỡi trong khoảng  = 900  1200, đất

đá càng kiên cố, góc  càng phải lớn

c Phương pháp lắp nối choòng - choòng, choòng - mũi khoan

Có hai phương pháp lắp nối:

Lắp nối theo mặt côn,

Lắp nối bằng ren

Nếu nối bằng ren thì yêu cầu ren không chịu lực cắt, tức là vai của choòng khoan phải tỳ vào vai của ống nối hoặc mũi khoan

1.4 Máy khoan đập xoay và máy khoan xoay đập

Máy khoan xoay-đập và máy khoan đập-xoay là những máy khoan kết hợp nguyên lý làm việc của máy khoan xoay và máy khoan đập, trong đó máy đồng thời có cả bộ phận xoay choòng và bộ phận đập, hai bộ phận này hoạt động độc lập nhau Trong quá trình làm việc, mũi khoan đồng thời chịu tác dụng của ba lực: Mô men xoay choòng khoan Mx, lực đập của mũi khoan Pđ và lực đẩy dọc trục Pct Kết cấu của mỗi loại máy rất khác nhau và lĩnh vực ứng dụng cũng riêng biệt Năng lượng sử dụng của máy khá đa dạng, có thể dùng năng lượng khí nén, năng lượng thuỷ lực, năng lượng điện, năng lượng đi-ê-zen Máy khoan xoay đập và máy khoan đập xoay có năng suất khoan cao, khoan được các loại đất

đá cứng, chiều sâu lỗ khoan đáng kể Hiện nay các loại máy khoan này đang có xu hướng

sử dụng nhiều, nhất là các máy chạy bằng đi-ê-zen, vì nó có lĩnh vực hoạt động rộng, khả năng cơ động cao và đáp ứng được các yêu cầu công nghệ của quá trình khai thác mỏ cũng như xây dựng công trình ngầm

Ta sẽ nghiên cứu nguyên lý làm việc, sơ đồ kết cấu và lĩnh vực sử dụng, của một số máy điển hình, đặc trưng của mỗi loại

1.4.1- Máy khoan xoay-đập:

a Khái niệm:

Máy khoan xoay-đập được dùng để khoan các loại đất đá có độ cứng f = 6 - 14, đường kính lỗ khoan D = (42 - 127) mm, chiều sâu lỗ khoan l = (3 - 24) m Máy có thể dùng năng lượng khí nén, năng lượng thuỷ lực hoặc năng lượng điện Máy có khả năng khoan các lỗ khoan có đường kính và chiều sâu trung bình, các máy sử dụng năng lượng khí ép có chiều sâu lõ khoan thấp hơn các loại máy khác

Hình 1-26 Máy khoan xoay đập Boomer 322, hãng Atlas Copco Thuỵ Điển

Máy khoan xoay-đập dùng chủ yếu ở các mỏ khai thác hầm lò hoặc các công trình ngầm, khi dào các đường lò, đường hầm trong đá bằng phương pháp khoan nổ mìn Ngoài

ra máy cũng được dùng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân khác như: xây dựng, giao thông, quốc phòng, khi thi công các công trình ngầm: đào các đường hầm, buồng hầm trong lòng núi Đường kính lỗ khoan thường dùng nhỏ hơn 60 mm và chiều sâu lỗ khoan thường từ hơn hai mét đến hơn bốn mét

Máy khoan xoay-đập cũng có thể dùng để khoan các gương tầng, trên các mỏ khai thác bằng phương pháp lộ thiên, nhưng không phổ biến, chỉ dùng cho các mỏ công suất nhỏ, như trong các mỏ khai thác đá ở các công ty xi măng Hoàng Thạch, Bỉm Sơn , khi này đường kính lỗ khoan thường dùng từ 90  127 mm và chiều sâu khoan từ 14  24 m Máy khoan xoay-đập được đặt trên khung xe di động, di chuyển bằng bánh sắt-ray, bánh hơi hoặc bánh xích dạng xích tấm vô cực Bộ phận di chuyển của máy có thể có động

cơ dẫn động hoặc cũng có thể là kiểu xe kéo (rơ-moóc) Trên sàn máy lắp đặt một, hoặc nhiều cần máy, mỗi cần máy lắp một cần phụ (dầm định hướng), trên đó đặt máy khoan và

cơ cấu đẩy của máy Các máy khoan được đẩy trượt tịnh tiến trên xà định hướng, tiến vào gương lỗ trong quá trình khoan và rút ra khỏi lỗ khi đã khoan xong Máy thường dùng cơ cấu đẩy kiểu vít đai ốc, xích kéo, hay kích đẩy Hình 1-26 giới thiệu máy khoan xoay đập Boomer 322 của hãng Atlass-Copco Thuỵ Điển Trên máy có ba dàn khoan, mỗi dàn hoạt động độc lập nhau và có thể nâng, hạ, quay theo các hướng cần thiết, mở rộng tầm hoạt động của mỗi máy khoan

b Các bộ phận chính của máy khoan xoay-đập:

Bộ phận xoay đập:

Đây là bộ phận chính của máy, tạo nên mô men xoay choòng và lực đập trên mũi khoan Điều đặc biệt của loại máy khoan này là cơ cấu xoay choòng khoan và cơ cấu đập luôn bố trí cạnh nhau và đặt ở phía đầu mút phía cuối đuôi choòng khoan Có lẽ vì lý do đó mà máy không có khả năng khoan sâu và khoan với đường kính lớn Có hai loại cơ cấu xoay đập khí nén và cơ cấu xoay đập thuỷ lực, lọai thuỷ lực ngày nay dùng nhiều hơn, ta sẽ nghiên cứu cụ thể từng loại như sau:

- Bộ phận xoay đập khí nén:

Sơ đồ bộ phận xoay đập sử dụng năng lượng khí nén như hình 1-27 Để xoay choòng khoan dùng động cơ khí nén 1 Mô men do động cơ 1 tạo ra, làm quay các bánh răng hộp giảm tốc 2, qua khớp ly hợp ma sát 9 làm quay trục 3, quay bánh răng 6 và qua bánh răng trung gian trên trục 7, làm bánh răng rô to 4 quay May-ơ của bánh răng 4 lắp với đuôi choòng khoan 5 bằng lỗ định hình hoặc bằng then trượt, do đó khi bánh răng 4 quay, choòng khoan 5 sẽ quay theo Với kết cấu trượt như thế, dù bánh răng 4 quay hay đứng yên, đuôi choòng khoan 5 vẫn có thể trượt tịnh tiến dọc trục may-ơ của bánh răng 4, vì thế chuyển động xoay của bánh răng 4 hoàn toàn độc lập với chuyển động tịnh tiến của choòng khoan 5

Hình 1-27 Bộ phận xoay đập máy khoan xoay đập khí ép

1- Động cơ xoay choòng khoan 2- Bánh răng hộp giảm tốc 3- Trục ren cơ cấu đẩy 4- Bánh răng rô to 5-

Choòng khoan 6- Đai ốc cơ cấu đẩy 7- Trục trung gian

8- Pít tông đập 9- Khớp ly hợp ma sát

Để tạo lực đập, khí nén được đưa tới xi lanh 8, làm pít-tông 8 chuyển động tịnh tiến tói, lui Mỗi lần chuyển động tiến lại đập vào đuôi choòng khoan 5, tạo nên lực đập vào đuôi choòng và qua choòng khoan truyền đến mũi khoan, tạo nên lực đập của mũi khoan vào đất đá

Trên sơ đồ, nếu chỉ đóng khớp ly hợp của trục 7, mà không đóng khớp ly hợp của trục

3 thì chỉ có trục ren 7 quay, làm máy khoan chuyển động tịnh tiến nhưng không quay, còn ngược lại nếu chỉ đóng ly hợp của trục 3 mà không đóng ly hợp của trục 7 thì máy khoan chỉ quay tại chỗ mà không tiến cũng không lùi

Điều chú ý nữa ở bộ phận đập máy khoan xoay đập là trong cả hai hành trình chuyển động của pít-tông, pít-tông chỉ chuyển động tịnh tiến chứ không quay như máy khoan đập khí ép, nói một cách khác là máy không có cơ cấu xoay choòng như máy khoan đập khí ép,

mà có động cơ dẫn động quay, có thể tạo ra lực cắt đất đá lớn hơn máy khoan đập rất nhiều

- Bộ phận xoay đập thuỷ lực:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những năm gần đây máy khoan xoay đập thuỷ lực phát triển khá nhiều Bộ phận xoay đập thuỷ lực có thể sử dụng năng lượng điện hoặc năng lượng đi-ê-zen Khi dùng động cơ Diezen thì máy có khả năng cơ động cao, không phụ thuộc vào nguồn điện lưới, lúc di chuyển có thể dùng động cơ điezen, lúc làm việc động cơ đi-ê-zen dùng để chạỵ máy bơm và máy nén khí Công suất động cơ dẫn động bằng thuỷ lực có thể thay đổi, do có thể thay đổi áp suất và lưu lượng của dầu trong hệ thống, vì vậy việc thay đổi lực đập và mô men xoay khi khoan các loại đất đá có độ cứng khác nhau thực hiện một cách dễ dàng So với máy khoan xoay đập khí ép, máy khoan xoay đập thuỷ lực có thể khoan các lỗ có đường kính lớn hơn, chiều sâu lỗ khoan cũng sâu hơn Các loại bộ phận xoay đập thuỷ lực được làm thành các mô đun riêng như COP 1032HB, -HD, -HL, LE hoặc COP 1838, 1840, 1850… Sơ đồ kết cấu của bộ phận xoay đập sử dụng năng lượng thuỷ lực như hình 1-28, nguyên lý làm việc của nó như sau:

Để tạo nên mô men xoay choòng, dầu cao áp được đưa vào động cơ 18, làm rô to động

cơ quay, qua khớp nối 16 dẫn động quay bánh răng 14 và bánh răng mâm kẹp 6, làm ống nối choòng khoan 1 quay và choòng khoan quay

Để tạo nên lực đập, dầu cao áp được đưa vào van con trượt 19 làm pít tông 17 chuyển động qua lại, tạo lực đập lên ống nối choòng khoan 1 hay đuôi của choòng khoan Ta có thể xem xét nguyên lý làm việc của cơ cấu đập thuỷ lực như sau (hình 1-29):

Ỏ đầu chu kỳ đập, dầu cao áp vào van phân phối con trượt theo đường dẫn P, đi qua bên trái thân giữa con trượt, tới lỗ 1 của xi lanh, tác dụng lên mặt sau vai phải pít-tông B, đẩy pít-tông B chuyển động về bên trái tạo lực đập lên đuôi choòng khoan Một phần dầu cao áp trong hộp van đi theo đường lỗ 9 trên vai trái thân con trượt, có xu hướng đẩy con trượt về bên phải, giữ cho dầu có áp tiếp tục vào đường lỗ 1

Hình 1-28 Bộ phận xoay đập máy khoan xoay đập thuỷ lực

1- Ống nối choòng khoan 2- Bạc lót 3- Vòng kẹp dẫn nướclàm sạch lỗ khoan 4- Vòng chặn 5- Chi tiết dẫn động 6- Bánh răng có may ơ mâm kẹp 7- Ống lót mâm kẹp 8- Giảm chấn Pít-tông 9- Ống dẫn áp lực 10- Vòng bịt kín 11- Đường lỗ điều chỉnh áp lực 12- Nút bộ điều chỉnh áp lực 13- Lỗ thoát 14- Bánh răng dẫn động 15- Ắc qui thuỷ lực 16- Khớp nối trục 17- Pít-tông đập 18- Động cơ dẫn động quay 19- Van con trượt của bộ phận đập 20- Đường dầu chính

Dầu ở ngăn giữa pít-tông (giữa hai vai trục) bị đẩy theo đường lỗ 4 về van con trượt rồi theo đường lỗ R trở về thùng Một phần dầu cũng từ ngăn đó, đi theo đường lỗ 3 để về khoang 8 bên phải hộp van, tạo ra một lớp đệm dầu cân bằng với dầu có áp bên trái thân van Mặt khác, dầu bên vai trái pít tông B bị đẩy, đi theo đường lỗ 5 về van con trượt và theo lỗ R trở về thùng chứa, một phần theo lỗ 6 vào bộ cân bằng áp lực A, cân bằng áp lực dầu trong khoang 8 bên trái Khi mặt sau vai phải pít tông B mở lỗ 2, dầu có áp từ phía sau pít-tông B sẽ theo lỗ 2 vào khoang 8 bên phải con trượt, làm áp lực dầu trong khoang này tăng dần, kết quả là do chênh áp, thân van con trượt bị đẩy chuyển động về bên trái, dầu trong hộp van phân phối không theo đường lỗ 1 vào mặt sau vai phải pít-tông được nữa,

mà sẽ đi theo đường lỗ 5, tới mặt trước vai trái của pít tông B, để bắt đầu hành trình trở lui của pít-tông B và hành trình đập kết thúc

Hình 1-29 Cơ cấu đập máy khoan xoay đập thuỷ lực

A- Bộ điều chỉnh áp lực B- Pít-tông đập C- Van con trượt D- Ắc qui thuỷ lực

P- Đường dầu có áp R- Đường dầu hồi

1- Đường ống đến khoang phải xi lanh 2- Đường ống điều chỉnh từ khoang phải xi lanh 3- Đường ống xả

để đảo chiều van 4- Đường ống xả 5- Đường ống đến khoang trái xi lanh 6- Đường ống điều chỉnh ở khoang trước xi lanh 7- Đường ống xả để đảo chiều van 8- Khoang đảo chiều van 9- Đường rãnh trên thân

về thùng chứa, một phần theo lỗ 3 và lỗ 2 về khoang 8 bên phải con trượt, làm áp lực dầu trong khoang này tăng dần, cân bằng với áp lực dầu bên trái con trựơt Khi lỗ 6 mở, dầu có

áp đi qua lỗ 6, qua bộ cân bằng áp lực A trở về khoang 8 bên trái con trượt, làm áp suất dầu

ở khoang này tăng dần, kết quả là do chênh áp, con trượt bị đẩy chạy về bên phải, lỗ 5 bị đóng lại, lỗ 1 lại được mở ra, hành trình trở lui của pít tông B kết thúc và hành trình đập của pít-tông B lại tiếp tục bắt đầu

Cơ cấu đập thuỷ lực tác động nhanh, nhạy, lực đập lớn và đặc biệt có thể điều chỉnh được lực đập (do điều chỉnh được áp lực làm việc của dầu), nên rất phù hợp khi khoan các loại đất đá có độ cứng khác nhau

Điểm cần chú ý về kết cấu của máy khoan xoay đập là cơ cấu xoay và cơ cấu đập luôn đặt cạnh nhau và nằm phía cuối của choòng khoan, vì thế chúng luôn ở bên ngoài lỗ khoan trong quá trình khoan và gây xoắn, uốn dọc trục đối với dụng cụ khoan Vì lý do đó mà máy khoan xoay đập ít khi khoan những lỗ có chiều sâu lớn, tối đa khoảng trên dưới 20m

Cần dẫn hướng: hay còn gọi là cần phụ hoặc xà dẫn hướng, nó có nhiệm vụ đỡ máy

khoan và bộ dụng cụ khoan, định hướng lỗ khoan khi máy khoan làm việc Ở máy khoan xoay đập xà dẫn hướng chính là bề mặt trượt của bộ phận xoay đập, chiều dài của xà dẫn hướng thường bằng chiều dài của mỗi hành trình khoan, (vì bộ phận xoay đập bao giờ cũng đặt ở mút cuối của choòng khoan)

Xà định hướng được nối với cần máy bằng giá kẹp, hoặc bằng bản lề và pít tông, để có thể giữ xà ở một hướng nhất định (theo hướng của lỗ khoan)

Trên xà dẫn hướng có các giá đỡ choòng khoan, và có cơ cấu đẩy choòng khoan

Bộ phận đẩy choòng:

Để tạo lực đẩy chiều trục cho mũi khoan, trên xà dẫn hướng của máy có cơ cấu đẩy choòng khoan Cơ cấu đẩy có thể dùng vít đai ốc, dùng xích kéo hoặc dùng kích Thân máy trượt trên xà định hướng và gắn cứng với đai ốc hoặc vấu tỳ của cơ cấu đẩy Do đó khi dẫn động trục vít, xích hoặc pít tông, máy bị đẩy trượt, chuyển động tịnh tiến, tạo nên lực đẩy hoặc rút choòng khoan Lực đẩy choòng khoan (hay mũi khoan) thực hiện khi khoan đất

đá, còn lực rút choòng khoan thực hiện khi đã khoan xong

Nếu dùng cơ cấu đẩy kiểu vít - dai ốc, thì đai ốc gắn cứng trên thân máy và ăn khớp với trục ren gắn trên xà định hướng Trục ren được dẫn động và quay tại chỗ nhờ động cơ (thường là động cơ khí ép), do đó đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến, làm máy chuyển động, trượt trên bề mặt xà định hướng, tạo nên lực đẩy choòng khoan

Nếu dùng cơ cấu đẩy kiểu xích kéo, hai đầu của xích được nối cứng với vấu gắn trên thân máy Khi bánh xích chủ động được dẫn động quay, nhờ có bánh xích dẫn hướng mà đoạn xích nối với vấu của thân máy sẽ chuyển động tịnh tiến, tạo nên sự trượt tịnh tiến của máy, hay tạo nên lực đẩy choòng khoan Động cơ truyền động cho bánh xích thường dùng động cơ thuỷ lực

Nếu dùng kích thì tai pít tông của cơ cấu đẩy được nối cứng với thân máy, dẫn động pít tông của xi lanh đẩy là dầu cao áp từ đường ống của hệ thống truyền động thuỷ lực, nhờ

đó pít tông sẽ chuyển động tịnh tiến, kéo theo cơ cấu xoay đập chuyển động tịnh tiến

Cần máy khoan: Cần máy khoan xoay đập dùng để đỡ, nâng, hạ hoặc quay cần dẫn

hướng Cần máy nối với trụ máy bằng bản lề, các xi lanh cơ cấu nâng, hạ cũng lắp bằng bản lề trên trụ máy nên có thể nâng hạ một cách dễ dàng Còn trụ máy lắp với thân máy bằng trục quay thẳng đứng, các xi lanh thuỷ lực cơ cấu quay cần máy cũng lắp với thân máy bằng bản lề có trục thẳng đứng, nên có thể quay cần máy sang hai phía để mở rộng tầm hoạt động của cần hay của máy khoan Cần máy của các máy khoan xoay đập hiện nay

có thể làm rời thành hai đoạn, nối với nhau bằng bản lề hoặc khớp trượt, do đó có khả năng

mở rộng phạm vi hoạt động của máy hơn

Bộ phận nâng hạ cần máy khoan: Cần máy khoan được nâng hạ ở những độ cao khác

nhau, nhờ các xi lanh thuỷ lực, vì vậy mà xà định hướng và máy khoan đặt trên xà, cũng được nâng hạ ở các độ cao khác nhau, để khoan các lỗ theo hộ chiếu khoan Thân xi lanh của kích nâng hạ cần máy gắn với trụ máy, còn tai pít tông của xi lanh gắn với cần máy bằng các bản lề

Bộ phận quay cần máy khoan: Trong quá trình làm việc, cần máy khoan còn có thể quay

sang hai phía để mở rộng tầm hoạt động, nhờ trụ máy lồng trong một trục thẳng đứng gắn

cố định với bàn máy Dẫn động cho việc quay này là hai xi lanh thuỷ lực bố trí ở hai bên cần máy khoan Thân xi lanh cố định với thân máy bằng bản lề trục thẳng đứng, còn cán pít-tông cố định với cần máy bằng bản lề trục nằm ngang Muốn quay về bên phải thì cho

xi lanh bên trái đẩy ra, muốn quay về bên trái thì làm ngược lại

Bộ phận di chuyển máy: Dùng để cơ động máy trong quá trình khoan, tiến theo gương

khoan Bộ phận di chuyển máy có thể là bánh hơi (săm lốp cao su) như các máy Boomer

322 của hãng Atlas Copco (Thuỵ Điển) Có thể là bánh sắt chạy trên ray, như máy Áể-1 của Nga, hoặc cũng có thể là xích tấm vô cực như máy XL-635 của hãng Ingersoll – Rand (Mỹ) Bộ phận di chuyển có thể chỉ có bánh xe, không có động cơ dẫn động, khi cần di chuyển được thiết bị khác kéo đi, hoặc cũng có thể có động cơ dẫn động riêng sử dụng năng lượng điện hoặc năng lượng Điezen

Ngoài các bộ phận kể trên, máy khoan xoay đập còn có các hệ thống hút lọc bụi, hệ thồng truyền động khí ép, hệ thống truyền động thuỷ lực, hệ thống điện điều khiển, chiếu sáng, v.v tuỳ theo kết cấu của từng loại máy

Bộ dụng cụ khoan:

Bộ dụng cụ khoan của máy bao gồm choòng khoan và mũi khoan

- Choòng khoan của máy khoan xoay đập dùng để truyền lực đẩy dọc trục, lực đập và mô men xoay choòng, ngoài ra cũng giống như choòng khoan của máy khoan đập choòng khoan của máy khoan xoay đập cũng có lỗ rỗng dọc trục choòng khoan để thổi khí nén làm sạch phoi khoan Tuy nhiên choòng khoan của máy khoan xoay đập dài hơn, có tiết diện hình tròn và lớn hơn choòng khoan máy khoan đập Tuỳ theo từng kiểu lắp ráp mà choòng khoan có kết cấu khác nhau Tuy nhiên có thể chia nó ra làm ba phần (hình 4-5):

Hình 1-30 Choòng khoan của máy khoan xoay đập, loại lắp bằng ren

1- Đuôi choòng 2- Thân choòng 3- Đầu choòng 4- Lỗ rỗng dọc choòng khoan

+ Đuôi choòng khoan 1 có thể là hình trụ tròn, được gia công tạo ren ngoài để lắp với đầu choòng khoan khác hoặc lắp với ống nối của bộ phận xoay đập Đuôi choòng thường có

đường kính nhỏ hơn so với thân choòng, đường kính đuôi choòng Dđ = (0,8  0,9) đường kính thân choòng Dtc, và có lỗ rỗng dọc trục, lỗ nhỏ nhất  = 4  5 mm

Cũng có loại đuôi choòng mặt ngoài là hình đa giác đều (hình lục lăng), ăn khớp với bánh răng rô to và có vai ngăn cách với thân choòng,để giữ cho choòng khoan không thể vào sâu trong máy Loại này thường chỉ dùng một choòng, không lắp nối thêm

+ Thân choòng khoan 2 thường có dạng hình trụ, có đường kính Dtc = (0,7  0,8) đường kính lỗ khoan, nó là phần chủ yếu của choòng khoan và có chiều dài lớn nhất Giữa thân choòng, đuôi choòng và đầu choòng có rãnh thoát dao, dọc trục cũng có lỗ rỗng  = 4  5

+ Loại mũi khoan bi (hình 1-31), kết cấu của mũi khoan bi gồm hai phần:

Đầu mũi khoan 4 là phần lớn nhất của mũi khoan, có đường kính gần bằng đường kính lỗ khoan Mặt đầu mũi khoan hơi vồng, chính xác hơn là hình nón cụt, có chiều cao thấp, mặt đầu của nón gắn các chốt hợp kim cứng 1, có đường kính như nhau Chốt 1 được gắn chặt vào thân mũi bằng phần hình trụ, còn chỏm cầu nhô ra ngoài, giống như mũi khoan xoay cầu Các chốt hợp kim cứng 1 được bố trí thành những vòng tròn đồng tâm Trên đầu mũi khoan có các lỗ 3, nối thông lỗ rỗng dọc trục với gương khoan, dùng để thổi phoi làm sạch

lỗ khoan

Đuôi mũi khoan 2, có lỗ ren để lắp với ống nối của bộ dụng cụ khoan và có lỗ rỗng dọc trục thông tới tận mặt đầu mũi khoan

Hình 1-31 Mũi khoan xoay đập kiểu bi cắt

1- Chốt hợp kim cứng 2- Đuôi mũi khoan 3- Lỗ thổi phoi khoan 4- Đầu mũi khoan

c Các loại máy khoan xoay-đập:

Trước đây, máy khoan xoay-đập dùng ở nước ta, chủ yếu là máy của Nga, sản xuất từ những năm 60 của thế kỷ trước, như máy Máy sử dụng năng lượng khí ép nên khả năng khoan có nhiều hạn chế Hiện nay ta cũng đã nhập và đưa vào sử dụng trong một số công trình lớn như thuỷ điện Ialy, thuỷ điện Hàm Thuận, thuỷ điện Đa My, đường hầm dèo Hải Vân, Công ty xi măng Hoàng Thạch, Công ty xi măng Bỉm Sơn, Công ty xi măng Nghi Sơn một số máy của Tây Âu, Nhật sử dụng năng lượng thuỷ lực, như máy khoan Simba-

300, Boomer 322, Boomer 352, Boltec 335H, Roc 642, Roc 742 của hãng Atlas Copco (Thụy Điển) Máy Pantera 900, Pantera 1500, Minimatic H205D, Paramatic HS205T của hãng Tamrock (Phần Lan), Máy PCR 160, PCR 200 của hãng Furukawa (Nhật Bản) Máy XL-635 của hãng Ingersoll-Rand (Mỹ) Các máy khoan này được sản xuất trong những

năm gần đây, ứng dụng được các tiến bộ của khoa học kỹ thuật, kết cấu máy nhỏ gọn, bền, lực khoan lớn, sử dụng thuận tiện, nhưng giá thành còn đắt, nên còn có hạn chế về số lượng và chủng loại

Chúng ta sẽ xem xét các máy khoan, của Nga và máy XL-635 của Mỹ sản xuất Các loại máy khác của Phần Lan, Thuỵ Điển hay Nhật cũng có kết cấu tương tự

Máy khoan БУ-1:

Máy khoan БУ-1 được sản xuất từ những năm 1960, có một cần khoan, trên đầu cần lắp giá kẹp, đỡ một xà dẫn hướng trên có một máy khoan xoay đập Máy được dùng để khoan các lỗ mìn khi đào các đường hầm, đường lò trong đá có độ cứng f = 6  14, đường kính 

 45 mm, chiều sâu lỗ khoan l  3 m, máy di chuyển bằng bánh sắt trên ray (hình 5-7), cỡ đường 600 mm, hoặc di chuyển bằng xích, kiểu xích tấm vô cực (như máy dùng ở thuỷ điện Hoà Bình) Nếu di chuyển bằng bánh sắt trên đường ray, khi làm việc máy có kích cơ,

dễ dàng gập ra để cố định bánh xe di chuyển và đảm bảo sự thăng bằng khi khoan Máy sử dụng năng lượng khí ép có sẵn từ hệ thống cung cấp bên ngoài (trạm khí ép trung tâm của mỏ) Kết cấu máy gồm các phần chính như sau:

- Bệ máy: Là bộ phận cơ sở để lắp đặt thân máy và cơ cấu di chuyển Bệ máy được làm từ các thanh thép định hình, hàn lại với nhau Bên dưới là các trục lắp bánh xe goòng, hoặc bánh xích của bộ phận di chuyển, bên trên là mặt trượt của thân máy Dọc đường tâm trục của bệ máy có trục ren (trục vít me) cố định, lắp với đai ốc của thân máy, do đó khi trục vít

me được dẫn động quay tại chỗ, đai ốc (hay thân máy) sẽ chuyển động trượt tịnh tiến, đẩy thân máy tiến vào gương khoan hoặc lùi lại

- Thân máy: Là bộ phận lắp bên trên và có thể trượt được so với bệ máy Thân máy được dùng để lắp đặt trụ đỡ cần máy, thiết bị bơm dầu cao áp của hệ thống truyền động thuỷ lực, tay điều khiển của van hệ thống truyền động khí ép, hệ thống truyền động thuỷ lực, hệ thống chiếu sáng … Các tay gạt này được lắp đặt trên bảng điều khiển và người công nhân vận hành đi bên cạnh để điều khiển Việc điều khiển máy khi khoan bao gồm:

Hình 1-32 Máy khoan xoay-đập БУ-1

1- Máy khoan 2- Xà định hướng 3- Cần máy 4- Bộ phận điều khiển 5- Móc kéo máy di chuyển + Điều khiển việc cố định phần di chuyển và khung bệ máy (đối với máy di chuyển bằng bánh sắt chạy trên ray)

+ Điều khiển việc nâng, hạ, quay cần máy và chuyển động thân máy để đưa xà dẫn hướng đúng hướng với vị trí lỗ khoan

+ Điều khiển kích của các mũi tỳ, tỳ vào gương khoan, giữ cho dầm dẫn hướng không thay đổi vị trí

+ Điều khiển cơ cấu xoay đập, cơ cấu đẩy, cũng như khí nén thổi phoi khoan

Điểm đặc biệt của máy khoan БУ-1 là bên trong cần máy (cần là một ống tròn rỗng)

có lắp đặt các bánh răng hành tinh đồng trục, trục dẫn động nối với động cơ thuỷ lực, trục

bị dẫn nối với giá kẹp xà dẫn hướng Khi động cơ quay, nó làm cho giá kẹp đỡ cần dẫn hướng, trên đó là máy khoan, quay tròn quanh tâm của cần máy, vì thế máy khoan bị lật ngược xuống phía dưới Thao tác này thực hiện khi tiến hành khoan các lỗ khoan sát nền đường lò, đường hầm

- Bộ phận khoan: bao gồm cần máy, xà định hướng và máy khoan

Cần máy một đầu lắp bản lề (có trục nằm ngang) với trụ đỡ của thân máy, một đầu lắp giá kẹp để đỡ xà định hướng Cần máy là một ống hình trụ rỗng, bên trong có trục và bánh răng dẫn động giá kẹp, do đó giá kẹp có thể quay tròn quanh cần máy

Xà định hướng(hình 5-8), dùng để dẫn hướng chuyển động cho máy khoan, có kết cấu định hình, và được giữ trên cần máy bằng giá kẹp, kiểu công xôn Bề mặt bên trên của xà chính là bề mặt trượt của máy khoan Bề mặt bên dưới của xà đặt một trục vít me, có thể quay tại chỗ nhờ động cơ khí ép dẫn động

Máy khoan, chủ yếu là cơ cấu xoay đập, đặt và trượt trên xà định hướng nhờ cơ cấu đẩy kiểu vít đai ốc, dẫn động bằng động cơ khí nén Choòng khoan dài khoảng (2,5  3) m, được đỡ bằng hai ổ trượt, để không bị cong Khi tiến hành khoan, hai mũi tỳ gắn bên dưới,

ở phía đầu xà định hướng, được hai xi lanh khí nén, đẩy vào bề mặt đất đá trên lỗ khoan, tạo lực tỳ vào bề mặt gương lỗ, nhằm tạo sự ổn định cho xà định hướng và cho mũi khoan Các ống vải cao su dẫn khí nén lần lựơt được đưa vào bộ phận đập, bộ phận quay, bộ phận đẩy và xi lanh của hai kích tỳ

Hình 1-33 Xà dẫn hướng máy khoan xoay-đập БУ-1

1- Mũi khoan 2- Choòng khoan 3- Mặt trượt của xà dẫn hướng 4- Ống lót đuôi choòng 5- Ổ đỡ 6- Đuôi choòng 7- Pít tông đập 8- Bánh răng xoay choòng 9- Động cơ xoay choòng 10- Động cơ đẩy choòng 11- Trục ren (vít me) 12- Đai

ốc 13- Giá kẹp 14- Mũi tỳ

Máy khoan БУ-1 có tầm hoạt động (bề mặt gương khoan) khá rộng, từ 15 -20 m2

- Bộ phận di chuyển: Máy có hai kiểu bộ phận di chuyển, nếu dùng cơ cấu di chuyển bằng bánh sắt chạy trên đường ray (cỡ đường 600 hoặc 900 mm) thì có móc kéo để các máy khác kéo đi Trên khung bệ di chuyển có các càng gập được và có kích ren để cân bằng máy khi làm việc Nếu di chuyển bằng bánh xích, máy ổn định hơn khi làm việc và có động cơ dẫn động riêng, dễ dàng cơ động khi tiến theo gương khoan

Máy khoan СБУ-2M:

Máy khoan СБУ-2M về cơ bản giống như máy khoan БУ-1, chỉ khác là trên thân máy có hai cần khoan, gắn với hai xà dẫn hướng, trên đó đặt hai máy khoan Bộ phận di chuyển của máy dùng bánh xích giống như ở máy ủi đất (hình 1-34)

Vì máy có hai dàn khoan nên phạm vi khoan được mở rộng hơn, thích hợp với các đường hầm có tiết diện lớn hơn so với máy khoan БУ-1 Bộ phận di chuyển kiểu xích tấm

vô cực, dẫn động bằng động cơ điện nên khả năng cơ động của máy cao hơn

Ngoài hai loại máy trên còn có máy СБУ-4M, loại máy này có tới 4 dàn khoan, các máy khoan trên các dàn có thể làm việc đồng thời, nên năng suất khoan cao, diện tích gương khoan rộng, thích hợp với việc khoan trong các đường hầm có tiết diện ngang lớn, ở nước ta chưa dùng loại máy này

Hình 1-34 Máy khoan xoay-đập СБУ-2M

1- Giá kẹp 2- Cần máy 3- Cần phụ 4- Hệ thống van điều khiển 5- Khung bệ

6- Bộ phận di chuyển 7- Bộ phận phân phối khí nén 8- Bộ phận xoay-đập

9- Bộ phận đẩy 10- Đường óng dẫn khí nén đến cơ cấu đẩy 11- Xà định hướng

12- Xi lanh của mũi tỳ 13- Cữ chặn 14- Gối đỡ 15- Mũi khoan 16- Choòng khoan

Máy khoan XL-635:

Hình 1-35 Máy khoan xoay-đập XL-635

1- Động cơ cơ cấu đẩy 2- ống mềm 3- Đầu khoan xoay đập 4- Giá đỡ và bộ thay choòng khoan tự động 5-

Xà dẫn hướng khoan 6- Bộ định tâm thuỷ lực 7- Chụp trượt 8- Giá kẹp 9- Cần máy khoan 10- Ca bin 11-

Thân máy 12- Thang 13- Xích di chuyển

Máy khoan XL-635 do hãng Ingersoll – Rand (Mỹ) sản xuất Máy sử dụng truyền động thuỷ lực nhờ một động cơ Diezen để dẫn động trạm bơm dầu cao áp Máy di chuyển bằng bánh xích, mỗi bên bánh có một động cơ thủy lực dẫn động riêng Trên thân máy có

ca bin điều khiển và các thiết bị động lực dể dẫn động cho các bộ phận Máy có thể khoan được các loại đất đá cứng, f = 12  14, đường kính lỗ khoan D = 60  127 mm, chiều sâu

lỗ khoan dến l = 25 m Cần máy là những ống hình hộp lồng vào nhau nên dễ dàng thay đổi được chiều dài của cần khi làm việc Để nâng, hạ và quay cần máy sang hai phía dùng các kích thuỷ lực Xà định hướng nối với cần máy bằng bản lề, có hai kích thuỷ lực gắn trên cần máy để đỡ xà Nhờ kết cấu như vậy nên xà định hướng quay được theo hai trục, một trục vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và một trục nằm ngang, vì vậy dù máy khoan đứng yên nhưng vẫn có thể khoan được các lỗ ở những hướng bất kỳ Máy dùng bộ phận xoay đập kiểu thuỷ lực và cơ cấu đẩy kiểu xích thuỷ lực Ngoài ra máy còn có giá đỡ cần khoan và có cơ cấu tự động thay choòng khi cần nối thêm choòng khoan, hoặc khi tháo dần choòng khoan Máy sử dụng bộ phận thổi hút lọc bụi bằng khí nén nên đảm bảo vệ sịnh môi trường xung quanh máy Máy khoan XL-635 đang dùng ở mỏ khai thác đá, công ty xi măng Bỉm Sơn

1.4.2- Máy khoan đập - xoay:

a Khái niệm:

Máy khoan đập - xoay là loại máy khoan kết hợp nguyên lý làm việc của máy khoan đập

và máy khoan xoay Máy có thể khoan các loại đất đá có độ cứng f = 14 - 20, đường kính

lỗ khoan D = (85 - 250) mm, chiều sâu khoan đến 40 m Máy được dùng trong các xí nghiệp khai thác mỏ lộ thiên khi khoan các lỗ khoan phục vụ công tác nổ mìn bóc đất đá phủ, hoặc khi khai thác vật liệu xây dựng Trong các mỏ hầm lò máy chỉ dùng để khoan các lỗ công nghệ, ít khi dùng để khoan khi đào các đường lò trong đá bằng phương pháp

nổ mìn

Hình 1-36 Máy khoan đập-xoay CM-695D của hãng Ingersoll-Rand (Mỹ)

Về kết cấu, bộ phận đập và bộ phận xoay của máy khoan đập xoay cũng hoạt động hoàn toàn độc lập như khoan xoay đập nhưng chúng được bố trí cách xa nhau Bộ phận đập đặt ở giữa choòng khoan và mũi khoan, bộ phận xoay bố trí ở xà định hướng và được gắn với cơ cấu đẩy Để tạo nên lực đập, tốt nhất là dùng cơ cấu xi lanh pít tông, do đó suốt quá trình khoan, pít-tông cơ cấu đập, sẽ đập trực tiếp lên đuôi mũi khoan, và xi lanh đập sẽ chui hẳn vào trong lỗ khoan, (vì vậy nó còn được gọi là đầu đập chìm và ngoài thực tế sản xuất máy còn có tên gọi là khoan đập đáy) Chiều sâu lỗ khoan càng tăng, bộ phận đập và

bộ phân xoay càng xa nhau Về lý thuyết, máy khoan đập xoay khác hẳn các loại máy khoan khác là hiệu suất đập hầu như không thay đổi trong suốt quá trình khoan và lực đập của mũi khoan không phụ thuộc vào chiều sâu lỗ khoan

Máy khoan đập xoay có thể dùng cả ở điều kiện lộ thiên cũng như ở điều kiện ngầm Trên hình 4-11 chỉ rõ một loại máy khoan đập-xoay dùng ở mỏ lộ thiên CM-695D của hãng Ingersoll-Rand (Mỹ) Máy có bộ phận di chuyển kiểu xích, thân máy, ca bin điều khiển, cần máy và xà định hướng giống như ở máy khoan xoay đập, nhưng trên xà định hướng chỉ có bộ phận xoay choòng và cơ cấu đẩy Bộ phận thổi hút lọc bụi bố trí ngay trên miệng lỗ khoan và thân máy, giúp cho môi trường quanh máy trong sạch hơn

b Các bộ phận chính của máy:

Cũng giống như máy khoan xoay đập, máy bao gồm các bộ phận như bộ phận di chuyển, thân máy, cần máy, xà dẫn hướng (cần phụ), bộ phận dẫn động, ca bin, hệ thống động lực, hệ thống điều khiển Điều đặc biệt khác hẳn với các loại máy khoan khác là bộ phận đập đặt ngay sau mũi khoan, trước choòng khoan, trong quá trình khoan bộ phận đập chui dần vào lỗ khoan Bộ phận xoay và đẩy đặt trên xà dẫn hướng (hoặc cần phụ) nên nằm ngoài lỗ khoan Do đó ta sẽ chỉ nghiên cứu những điều khác biệt

Bộ phận đập:

Là bộ phận tạo ra lực đập Pđ Bộ phận đập thường dùng năng lượng khí ép, bao gồm

xi lanh, pít tông và hộp van phân phối khí nén, được bố trí ngay sau mũi khoan, phía trước của choòng khoan Khi khoan, bộ phận đập chui vào trong lỗ khoan cùng với mũi khoan Kết cấu, nguyên lý làm việc bộ phận đập của máy cũng giống như bộ phận đập của máy khoan xoay đập và giống như bộ phận đập của búa chèn Hình 1-37 mô tả sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của nó

Hình 1-37 Sơ đồ nguyên lý bộ phận đập máy khoan đập-xoay

1- Lỗ dẫn khí nén (nối với đuôi choòng) 2- Xi lanh 3- Hộp van phân phối khí nén

4- Khoang sau xi lanh 5- Lỗ xả khí 6- Pít tông đập 7- Khoang trước xi lanh

8- Then 9- Đuôi mũi khoan 10- Nắp đầu xi lanh; 11- Đường dẫn khí trong xi lanh

Không khí nén từ đường ống dẫn, qua van cung cấp, đi theo lỗ rỗng dọc thân choòng khoan tới hộp van phân phối 3 của bộ phận đập Giả sử ban đầu khí nén đi qua mặt trước của van phân phối khí ép, vào khoang sau của xi lanh 4, tác dụng lên mặt sau pít tông 6

Áp lực khí nén tạo nên lực đẩy pít tông 6 chuyển động về phía trước Không khí có trong khoang trước của xi lanh bị đẩy ra ngoài qua hàng lỗ 5 (Hướng thoát khí của lỗ 5 có thể được đưa về phía gương lỗ khoan, để có tác dụng thổi phoi, làm sạch lỗ khoan) Khi pít tông bịt hàng lỗ 5, không khí trong khoang trước xi lanh không có lối thoát sẽ bị nén lại, áp suất tăng dần Khi pít tông đi qua hàng lỗ 5, không khí nén trong khoang sau sẽ thổi qua lỗ

5 ra ngoài, làm áp lực ở khoang này giảm dần, nhưng pít tông 6 vẫn chuyển động về phía trước theo quán tính đập lên đuôi mũi khoan 9 tạo ra lực đập Pđ Đồng thời khi đó không khí ở khoang trước của xi lanh không có lối thoát, bị nén lại, áp suất tăng cao, bị dồn đẩy vào đường ống 11 quay về mặt sau của van phân phối khí ép Đến cuối hành trình đập, áp suất ở mặt sau van lớn hơn áp suất ở mặt trước của van, làm van bị đẩy về phía trước, bịt kín lối vào khoang sau 4 của xi lanh, kết thúc hành trình đập

Khi này khí nén trong hộp van phân phối lại đi theo mặt sau của van, vào đường ống

11 để tới khoang trước của xi lanh, tác dụng lên mặt trước của pít tông 6, đẩy pít tông 6 chuyển động trở lui Không khí trong khoang sau lại bị đẩy ra ngoài theo hàng lỗ 5 Khi pít tông bịt hàng lỗ 5, không khí trong khoang sau không có lối thoát bị nén lại, áp suất tăng dần Khi pít tông đi qua hàng lỗ 5, không khí nén trong khoang trước xi lanh sẽ thoát ra ngoài theo hàng lỗ 5, làm áp suất trong khoang giảm dần Pít tông 6 vẫn tiếp tục chuyển động, không khí trong khoang sau không có lối thoát, bị nén lại, áp suất tăng cao, đến một lúc khi áp suất mặt trước của van lớn hơn áp suất mặt sau của nó, van bị đẩy trở lui sang bên trái, bịt kín đường dẫn khí nén nối với đường ống 11, hành trình không tải kết thúc và một chu kỳ đập mới lại bắt đầu

Hình 1-38 Nguyên lý kết cấu bộ phận đập máy khoan đập xoay

1- Xi lanh 2- Pít tông đập 3- Van phân phối 4- Ống nối với choòng khoan

5- Đuôi mũi khoan 6- Then 7- Lỗ thoát khí 8- Rãnh khí thổi phoi khoan

Các loại đầu đập chìm của Nga bao gồm M-32K, MП-3, П-125, П-160, П-200 Trên hình 5-14 là kết cấu cụ thể của một loại đầu đập khí ép do Nga sản xuất Pít tông 2 được làm thêm phần kéo phía sau, để tăng lực đập (tăng khối lượng chuyển động), giảm được hành trình pít tông và tăng số lần đập của máy Phần đầu pít tông có lỗ thông với lỗ rỗng bên trong để tăng diện tích tiếp xúc trong hành trình trở lui của pít tông và trong cả hai hành trình làm việc áp suất khí nén thổi vào gương lỗ không bị thay đổi

Đầu đập chìm QL do hãng Intersoll-Rand (Mỹ) sản xuất Các loại đầu đập chìm này bao gồm QL50, QL60, QL80, QL550M, QL650M, QL350R, DHD35, SH6M Ngoài ra cũng còn gặp các loại đầu đập chìm DTH (Sinverdril) của hãng Sandvik (Phần Lan) như SD-4, SD-5, SD-6, SD-6LV, SD-6SE, SD-8, SD-10, SD-12, SD-15, SD-18, XL-4, XL-5,5, XL-6, XL-24 Các loại đầu đập chìm này đều sử dụng năng lượng khí nén và có nguyên lý làm việc tương tự như trên đã trình bày, đuôi đầu đập có ren lắp với choòng khoan

Kết cấu của đầu đập chìm QL thể hiện trên hình vẽ 1-39 Phần đuôi 1 của đầu đập chìm lắp với choòng khoan bằng ren ngoài và có lỗ dẫn khí vào hộp van phân phối 2 Phần đuôi mũi khoan 11, lắp ren với ống giữ mũi khoan 8 và lắp bằng then trượt với ống định hướng 10 Khi chịu lực đập, cả ống 9 và mũi khoan 11 trượt theo rãnh của ống định hướng

10 Còn khi ống 10 quay do mô men xoắn Mx thì mũi khoan quay theo

Nếu bỏ qua tổn thất khí nén khi truyền đến đầu đập, thì công và hiệu suất đập không phụ thuộc vào chiều sâu lỗ khoan Vì vậy máy khoan đập-xoay có thể khoan được đất đá cứng hơn, và chiều sâu lỗ khoan sâu hơn so với máy khoan đập và máy khoan xoay-đập

Hình 1-39 Kết cấu đầu đập chìm

1- Đuôi đầu đập (lắp với choòng khoan) 2- Hộp van phân phối 3- Van phân phối 4- Lò xo 5- Phớt 6- Lỗ dẫn khí nén 7- Thân (xi lanh) 8- Ống giữ mũi khoan 9- Ống định hướng mũi khoan 10- Mũi khoan

Bộ phận xoay choòng khoan:

Trong quá trình máy làm việc, choòng khoan được truyền mô men xoắn Mx nên nó quay liên tục và do choòng khoan được lắp nối với đầu đập bằng mối nối ren, nên đầu đập cũng quay theo Bộ phận xoay choòng khoan được bố trí ngay trên xà định hướng của máy, động cơ dẫn động có thể dùng động cơ điện, động cơ thuỷ lực hoặc động cơ khí ép, thuỳ theo kết cấu máy Các máy hiện đại dùng động cơ thuỷ lực nhiều hơn, vì kết cấu của nó nhỏ gọn, làm việc êm dịu, dễ thay đổi được mô men dẫn động

Nguyên lý kết cấu bộ phận xoay choòng của máy cũng giống như bộ phận xoay choòng của máy khoan xoay Chuyển động quay từ động cơ truyền đến choòng khoan qua hộp giảm tốc Mô men và tốc độ xoay choòng của máy không cần lớn lắm vì lực phá vỡ đất đá chủ yếu là lực đập Tuỳ theo đường kính lỗ khoan, độ cứng của đất đá mà ta chọn tốc độ quay choòng sao cho phù hợp

Với kết cấu như trên, khi máy khoan làm việc bộ phận đập và bộ phận xoay choòng ngày càng xa nhau

Bộ phận đẩy choòng khoan:

Để tạo lực chiều trục ép nén đầu mũi khoan vào

gương khoan, máy khoan đập-xoay thường dùng cơ

cấu đẩy kiểu kích hay cơ cấu đẩy kiểu xích kéo dẫn

động bằng khí nén hoặc thuỷ lực Kết cấu và nguyên

lý làm việc của bộ phận đẩy như sau: tai kích hoặc

đầu cố định của xích kéo gắn cứng với cơ cấu xoay

choòng, khi cơ cấu xoay choòng được dẫn động

quay nhờ động cơ, thì nó cũng bị đẩy trượt trên xà

dẫn hướng cũng giống như ở máy khoan xoay đập,

khi đẩy và rút choòng khoan, máy trượt trên xà dẫn

hướng

Bộ dụng cụ khoan:

- Mũi khoan: Mũi khoan đập xoay có thể dùng hai

loại: loại lưỡi cắt và loại chốt hợp kim cứng

+ Loại lưỡi cắt (hình 1-40), gồm có hai phần: đầu

cắt và đuôi mũi khoan Đầu cắt có bốn lưỡi cắt, lưỡi

cắt 1 ở tâm, vượt cao hơn các lưỡi cắt 2, nằm phía

+ Loại gắn hợp kim cứng (hình 1-41) có hình dáng gần giống như mũi khoan xoay đập, dọc trục mũi khoan có lỗ rỗng và được chia làm hai phần: đầu mũi khoan và đuôi mũi khoan

Phần đầu mũi có đường kính lớn nhất, trên mặt đầu gắn các chốt hợp kim cứng và các lỗ thổi phoi khoan Để giảm nhẹ trọng lượng của mũi khoan, giảm ma sát với thành lỗ khoan, thân của đầu mũi khoan được làm thành bậc, có đường kính nhỏ dần và có phần định hình lắp với ống định hướng của bộ phận đập, và phần đuôi mũi có ren lắp với ống để có thể đồng thời nhận chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của đầu đập chìm

Phần đuôi mũi khoan có đường kính nhỏ nhất, là phần chịu lực đập

Hình 1-41 Mũi khoan đập xoay kiểu gắn hợp kim cứng

- Choòng khoan: Choòng khoan của máy khoan đập xoay dùng để truyền lực đập, mô men xoay và lực đẩy chiều trục, do đó nó cần đảm bảo bền khi làm việc Ngoài ra choòng khoan còn có nhiệm vụ dẫn khí nén để làm sạch phoi khoan nên phải có lỗ rống dọc trục Choòng khoan gồm nhiều đoạn, có thể lắp nối lại với nhau khi cần khoan những lỗ sâu, chiều dài mỗi đoạn thường từ (1,2  4,0) m Mối nối giữa các đoạn choòng là mối nối ren, nên choòng khoan thường có một đầu ren lỗ, một đầu ren ngoài Choòng được chế tạo liền một khối bằng phương pháp đúc

c Các loại máy khoan đập-xoay thường dùng

Máy khoan đập xoay dùng ở điều kiện hầm lò:

Thường các loại máy khoan xoay đập dùng trong điều kiện ngầm có đường kính lỗ khoan

D không lớn hơn 160 mm Một số loại máy khoan dùng ở mỏ hầm lò của Nga như:

БMK-4, HKP-100M, БMK-5A, ЛПС-3, БП-160, БA-100K Đây là loại máy khoan cột, kết cấu của máy (trừ phần cột đỡ) thể hiện trên hình 4-18

Toàn bộ máy được lắp trên xà định hướng 5 và có thể trượt trên bề mặt của xà 5 để tiến về phía trước hoặc lùi về phía sau nhờ cơ cấu đẩy kiểu vít đai ốc Đai ốc được gắn với thân máy và lắp ghép bằng ren với trục vít của cơ cấu xoay choòng khoan Xà 5 được giữ ở một vị trí xác định trên cột nhờ giá kẹp 6 Khí nén được đưa đến đầu đập chìm qua lỗ rỗng dọc trục của choòng khoan 3 Động cơ xoay choòng và động cơ đẩy choòng đều sử dụng năng lượng khí nén Choòng khoan 3 gồm nhiều đoạn, được lắp nối lại với nhau Khi chiều sâu lỗ khoan tăng, các đoạn choòng được nối thêm để tăng chiều dài, còn khi kết thúc quá trình khoan, chúng được tháo dần

Đường kính lỗ khoan các loại máy khoan đập xoay dùng ở mỏ hầm lò thường không lớn hơn 105 mm Một số loại máy khoan khác cũng dùng ở mỏ hầm lò như: HKP-100M, БA-100K cũng đều là các loại máy khoan cột

Hình 1-42 Sơ đồ bộ phận công tác máy khoan đập-xoay БA-100K

1 Mũi khoan; 2 Bộ phận đập; 3 Choòng khoan; 4 Bộ phận xoay choòng;

5 Xà định hướng; 6 Giá kẹp đỡ xà định hướng; 7 Động cơ khí ép dẫn động cơ cấu đẩy choòng khoan

Các loại máy khoan đập xoay dùng ở hầm lò thường dùng nước làm sạch phoi khoan, vì dùng phương pháp thổi khô, bụi khoan sẽ đi theo luồng khí thông gió đến các nơi khác trong đường lò, gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của các công nhân khac không trực tiếp làm công tác khoan nổ Thường người ta dùng phương pháp rửa trực tiếp: luồn ống vải cao su mềm vào lỗ khoan, giữa thành lỗ và choòng khoan, để đưa nước vào làm sạch lỗ (Cần phải đẩy sâu ống vải cao su vào lỗ, gần sát đầu đập chìm, phù hợp với chiều sâu lỗ khoan)

Máy khoan đập-xoay dùng ở điều kiện lộ thiên:

Các máy khoan đập xoay dùng ở mỏ lộ thiên thường được trang bị bộ phận di chuyển, nhằm nâng cao khả năng cơ động của máy trên bãi khoan Các kiểu bộ phận di chuyển có nhiều loại, tuỳ theo công suất của máy, có thể là: kiểu bước, kiểu bánh hơi hoặc kiểu xích tấm vô cực Trước đây Liên Xô đã chế tạo hàng loạt các loại máy khoan đập xoay có mã hiệu: БKH-4M, CБMK-5, CБУ-100, CБУ-125, CБУ-160, CБУ-200, CБУ-250, chạy bằng bánh xích, đường kính lỗ khoan từ (100 - 250) mm Máy có thể khoan thẳng đứng hoặc khoan nghiêng so với phương đứng một góc nhất định, nhờ khả năng thay đổi góc nghiêng của cần máy Hình 76 là sơ đồ máy khoan đập xoay CБУ-125, sử dụng năng lượng điện, di chuyển kiểu bánh xích, có thể khoan sâu 24 m, với đường kính lỗ khoan 125 mm

Hình 1-43 Sơ đồ bộ phận công tác máy khoan đập-xoay

dùng ở mỏ lộ thiên CБУ-125

1- Xích di chuyển 2- Khoá thuỷ lực 3- Động cơ khí nén 4- Choòng khoan 5- Ca bin 6- Tủ điện 7- Xích đẩy choòng 8- Đầu gá 9- Động cơ dẫn động quay 10- Xà dẫn hướng (cần máy) 11- Tay điều khiển thuỷ

lực 12- Động cơ di chuyển 13- Bánh xích dẫn động

Động cơ dẫn động quay choòng khoan của máy 9 đặt trên xà định hướng 10 (còn gọi

là cần máy hoặc tháp khoan) và được gắn với đầu gá xích 9 của cơ cấu đẩy choòng kiểu xích thuỷ lực 7 Do đó khi xích chuyển động sẽ kéo trượt máy trên xà dẫn hướng về phía trước (khi khoan) hoặc về phía sau (khi rút mũi khoan khỏi lỗ khoan) Xà định hướng 10 nối với thân máy bằng bản lề và được nâng hạ nhờ kích Máy có các kích cân bằng 13 đảm bảo cho máy nằm ngang khi làm việc, và dễ dàng nâng cần máy đến một góc nghiêng định trước hoặc thẳng đứng Máy dùng trên các mỏ khai thác vật liệu xây dựng bằng phương pháp lộ thiên và chỉ cơ động trên phạm vi mỏ Khi di chuyển đi xa cần có các xe chuyên dùng

Xu hướng hiện nay máy khoan đập xoay ngày càng được sử dụng nhiều hơn, vì nó cho năng suất khoan cao, giá thành khoan rẻ, chi phí mũi khoan thấp