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

Từ cuối năm 2011 Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ đã tạo điều kiện cho nhóm đề tài nghiên cứu cải tiến để đi đến chế tạo bộ Tháp khoan MPYrY cải tiến với mục đích s

BỘ CÔNG THƯƠNG

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp khoan MPYrY

sử dụng cho các máy khoan địa chất

CƠ QUAN CHỦ TRÌ CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

KS Phạm Văn Nhâm

Hà Nội 2012

Mục lục

Trang

+Mở đầu 4

+Chương I: Mục tiêu nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 11

+ Chương II: Kết quả nghiên cứu đề tài: o Thu thập tài liệu khảo sát các bộ tháp khoan: .13

o Kết quả nghiên cứu mẫu, phân tích vật liệu, gia công chế tạo: 13

Kết quả nghiên cứu mẫu 13

Kết quả tính toán kết cấu và công nghệ chế tạo: 16

Kết quả gia công chế tạo 29

+ Chương III: Tổ chức thực hiện 30

Tổng hợp nội dung kết quả và thời gian thực hiện 31

+ Chương IV: Kinh phí đề tài .33

+ Chương V: Sản phẩm đạt được 34

+ Chương VI: Đánh giá kết quả 34

+ Chương VII: Kết luận và đề nghị 37

+ QUY TRÌNH LẮP VÀ DỰNG HẠ THÁP .39

+ QUY PHẠM AN TOÀN KHI LÀM VIỆC VỚI THÁP MPYrY CẢI TIẾN 40

+ Quyết định thành lập Hội đồng nghiệm thu đề tài cấp cơ sở 47

+ Biên bản thử tải tháp khoan .49

+ Biên bản xét duyệt đề tài cấp cơ sở 51

+Nhận xét cấp cơ sở .54

+ Bản vẽ các chi tiết của tháp 55

+ Biên bản nghiệm thu đề tài .64

+ Tài liệu tham khảo 47

Trong khi đó ở các nước có nền công nghiệp phát triển trên thế giới như: Nhật, Nga, Trung quốc Đã sản xuất các loại máy khoan cố định khoan sâu hơn 600m có tháp khoan đi kèm như B18, B24 của Nga, HCX 13, HCX18 của Trung Quốc… Ưu điểm của tháp là kéo được cần đôi, cần ba, cho năng xuất khoan cao, nhưng nhược điểm là cồng kềnh, vận chuyển xây lắp phức tạp – tốn

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

Tháp MPYrY-2

Hướng cải tiến:

Với tháp MPYrY-2 tháp dạng khối cột, gắn trên sàn xe Ưu điểm kích thước tháp nhỏ gọn Nhược điểm là tháp dài, toàn bộ tháp gắn trên sàn xe không sử dụng được cho các máy cố định Tháp HCX 13 có nhược điểm cồng kềnh, nhiều chi tiết tháo rời tháo lắp lâu, ưu điểm cần tận dụng là mối ghép giữa các cột chính có cốt lồng đảm bảo chắc chắn và có 4 chân đứng trên giá sàn tháp đảm bảo ổn định và chắc chắn Để cải tiến thiết kế một tháp có đủ tính năng sử dụng chúng tôi đã tận dụng các ưu điểm của hai loại tháp này để thiết kế chế tạo một tháp cải tiến có các tính chất sau:

- Tháp dạng khung cột cho phép có kích thước nhỏ vẫn đảm bảo độ chắc chắn của tháp MPYrY-2 Tháp được cấu tạo thành 4 phần dạng khối, lắp ghép với nhau để đảm bảo kích thước đủ ngắn khi vận chuyển bằng ô tô phổ thông Các thanh giằng tháp được ghép cứng theo từng khối tháp giảm tối đa các thao tác tháo, lắp và tăng tính cứng vững trong quá trình làm việc Các mối nối giữa các

phần của tháp được ghép theo cách ghép của các cột tháp HCX-13 đảm bảo độ

ổn định, an toàn và chắc chắn

- Tháp có 4 chân nối với sàn tháp theo kiểu HCX – 13 giữ ổn định và chắc chắn cho tháp, máy khoan cố định được lắp đặt chắc chắn với sàn tháp tạo khối

ổn định chung trong suốt quá trình thi công

Ưu điểm của tháp cải tiến này hơn hẳn tháp cố định khác do những yếu tố sau: Tháo lắp, dựng hạ đơn giản, nhanh chóng bởi các mô đun tháo rời và gọn nhẹ Vận chuyển gọn nhẹ bởi kích thước cơ sở của từng mô đun tối đa là 4m rất phù hợp với chiều dài của thùng xe vận chuyển Sử dụng thuận tiện và tiết kiệm được thời gian kéo thả do dựng được cần đôi, phù hợp cho cả khoan mẫu luồn

và khoan kéo cần truyền thống Giá thành hạ vì sản xuất trong nước và tận dụng được các ống thép cần NQ đã qua sử dụng để làm khung – cột tháp

Từ cuối năm 2011 Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác

mỏ đã tạo điều kiện cho nhóm đề tài nghiên cứu cải tiến để đi đến chế tạo bộ Tháp khoan MPYrY cải tiến với mục đích sử dụng cho các máy khoan địa chất

để tạo tính chủ động trong công việc, vận chuyển, tháo dỡ và lắp đặt nhanh, giảm giá thành công trình do tiết kiệm thời gian và nhân công cũng như hạ giá thành tháp và không phải nhập ngoại

Tính cấp thiết của đề tài

Qua khảo sát tìm hiểu chúng tôi thấy rằng với gần 20 đơn vị thăm dò của Tổng cục Địa chất trải rộng trên cả nước gồm Liên đoàn Địa chất bắc Trung Bộ, Liên đoàn Địa chất trung Trung Bộ, Liên đoàn Địa chất xạ hiếm, Liên đoàn Intergeo, Liên đoàn Vật lý Địa chất, Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao Công nghệ Địa chất – Khoáng sản với hàng trăm thiết bị khoan đang hoạt động, chưa

kể đến còn rất nhiều các đơn vị doanh nghiệp khác cùng tham gia khoan thăm

dò khoáng sản Ở đây các tác giả chú tâm khảo sát số lượng thiết bị và sản lượng khoan thăm dò của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam:

Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam sau khi quy hoạch lại các đơn vị tháng 10 năm 2010 có 5 đơn vị chính chuyên thăm dò khoáng sản

là Tổng công ty Khoáng sản, Tổng công ty Đông Bắc, Công ty Địa chất mỏ, Công ty Địa chất Việt Bắc, Công ty Geosimco Nếu đơn cử lấy theo số lượng thiết bị khoan hay số tổ khoan của 5 đơn vị này thì có giai đoạn trên 300 máy, tính đơn giản 30% số máy có nhu cầu trang bị hoặc thay thế tháp thì cả Tập đoàn đã lên tới trên trăm nhu cầu

Để thấy rõ hơn chúng ta cùng xem lại quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, năm 2012 và những năm tới, Vinacomin đưa nhiệm vụ thăm dò bổ sung nâng cấp tài nguyên là một nhiệm vụ quan trọng mang tính quyết định Với sản lượng than và khoáng sản khác ngày càng tăng, trong khi khoáng sản là tài nguyên không tái tạo, các mỏ ngày càng cần mở rộng và xuống sâu, việc khoan thăm dò bổ sung cho các dự án mới cũng như mở rộng các mỏ

đã trở thành chủ đề nóng tại nhiều hội nghị …

Những năm gần đây, Vinacomin đã đẩy mạnh khoan thăm dò bổ sung để đảm bảo yêu cầu nâng cấp tài nguyên phục vụ các dự án đầu tư, cải tạo, mở rộng, nâng công suất các mỏ hiện có và đầu tư xây dựng các mỏ mới Khối lượng thăm dò bổ sung nhằm mục tiêu nâng cấp tài nguyên, trữ lượng từ 333 lên

222 và một phần cấp 334a lên 333 đã hoàn thành cho các dự án như: Dự án khai thác mỏ Mạo Khê dưới mức -150 thuộc Công ty than Mạo Khê; Dự án khai thác hầm lò mỏ Khánh Hòa thuộc Công ty Công nghiệp Mỏ Việt Bắc; Dự án khai thác hầm lò mỏ Núi Béo thuộc Công ty Cổ phần than Núi Béo; Dự án khai thác hầm lò mỏ Tràng bạch mức +30/-150; Dự án khai thác mỏ Ngã Hai dưới mức -

50 thuộc Công ty than Quang Hanh; Dự án khai thác hầm lò mỏ Khe Chàm

II-IV thuộc Công ty than Hạ Long v.v

Nhiều dự án qua thăm dò đã cho hiệu quả thiết thực, giúp lãnh đạo Tập đoàn có phương án mới trong chỉ đạo điều hành Tại mỏ Khánh Hòa, theo báo cáo địa chất trước đây đánh giá một số tuyến không có vỉa than, kết quả thi công khoan thăm dò bổ sung đã xác định chiều sâu tồn tại của vỉa than đến -1.100m

Đối với các loại khoáng sản khác, đặc biệt là Tổng công ty Khoáng sản, kết quả thăm dò thời gian qua đã tháo gỡ được khó khăn về tài nguyên và triển khai đầu tư xây dựng được một số mỏ mới và thiết kế khai thác mở rộng các khoáng sản trọng tâm như đồng, chì, kẽm, thiếc, titan Các dự án ở Lào, Campuchia đã khẳng định được những khu vực không có triển vọng để đóng Dự án; những khu vực có triển vọng tiếp tục các dự án đầu tư khai thác, chế biến sâu…

Nhìn lại kế hoạch khoan thăm dò của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng

sản Việt Nam những năm gần đây để đánh giá chúng ta thấy:

(do-khoan-tham-do-tai-nguyen-1076.html)

http://www.vinacomin.vn/vi/news/Tieu-diem/Lam-gi-de-day-nhanh-tien-Riêng đối với than, theo kế hoạch đề ra, năm 2011, toàn Tập đoàn dự kiến khoan 242 ngàn mét khoan Trong đó, khối lượng tự khoan là 182 ngàn mét Tuy nhiên kết thúc năm, toàn Tập đoàn chỉ thực hiện đạt 208 ngàn mét và chủ yếu nằm trong kế hoạch tự khoan của các đơn vị Đối với khoáng sản khác kế hoạch trong năm 2011 có tổng số 43 ngàn mét khoan thăm dò bổ sung các loại khoáng sản khác nhau

Năm 2012, toàn Tập đoàn đề ra kế hoạch khoan thăm dò 360 ngàn mét, tương đương chiều dài đường bộ từ Hà Nội đi Hà Tĩnh Trong đó, riêng thăm dò

bổ sung nâng cấp tài nguyên than, phục vụ các lò chợ cơ giới hoá đồng bộ… là

318 ngàn mét Còn lại 42 ngàn mét khoan thăm dò bổ sung các loại khoáng sản khác Với mục tiêu thăm dò bổ sung nâng cấp tài nguyên, trữ lượng, phát hiện thêm nhiều tài nguyên để xây dựng nhiều dự án mỏ mới cũng như cải tạo mở rộng các mỏ hiện tại, đáp ứng yêu cầu gia tăng sản lượng than - khoáng sản Trong những năm tới mức độ gia tăng khối lượng khoan thăm dò đã và sẽ còn tăng cao

Nhìn vào khối lượng kế hoạch chúng ta đặt phép tính: Năng suất trung bình của 1 tổ máy/năm là 2000 mét, để thi công 360 ngàn mét thì Tập đoàn cần

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

chuyển đổi tháp cho phù hợp thì riêng Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam cần gần một trăm tháp Đây là con số rất lớn khích lệ nhóm đề tài xúc tiến nghiên cứu cải tiến để tìm ra loại tháp phù hợp đáp ứng với nhu cầu sản xuất của các đơn vị trong Tập đoàn, đóng góp chung trong việc hoàn thành kế hoạch thăm dò của Tập đoàn nói riêng, hạ giá thành sản phẩm và kinh phí nhập ngoại nói chung cho các đơn vị trên cả nước

Về khả năng chế tạo cơ khí, nhóm đề tài nhận thấy với khả năng phát triển vượt bậc của ngành cơ khí Việt Nam trong những năm gần đây như Công nghiệp cơ khí Việt Nam đóng vai trò lớn, chiếm 30 - 40% kim ngạch xuất nhập khẩu công nghiệp, Các doanh nghiệp hàng đầu trong ngành cơ khí chế tạo như Tổng công ty Công nghiệp tàu thủy Việt Nam (Vinashin), Tổng công ty Lắp máy (Lilama), Tổng công ty Máy và Thiết bị công nghiệp Trên đây chỉ là một vài cái tên được ông Đỗ Hữu Hào, Thứ trưởng Công nghiệp, nhắc đến để minh họa cho sự vươn lên của ngành cơ khí, với tốc độ phát triển bình quân trên 30% mỗi năm và hiện chiếm hơn một phần năm giá trị tổng sản lượng của ngành công nghiệp

Theo Bộ Công nghiệp, nhập khẩu thiết bị trong hai năm qua không tăng tương ứng với tốc độ tăng đầu tư không phải vì các doanh nghiệp hạn chế mua sắm thiết bị, công nghệ và mở rộng sản xuất, mà do tác động của ngành cơ khí chế tạo trong nước Nó chứng tỏ thiết bị trong nước chế tạo đã dần thay thế được hàng nhập khẩu, đồng thời khả năng cạnh tranh cũng tăng lên Ngoài những đơn

vị đầu tàu kể trên, nhiều doanh nghiệp cơ khí khác cũng đang đóng góp tích cực vào triển vọng xuất khẩu chung của ngành này, với các sản phẩm như: máy móc gia công cơ khí, thiết bị giàn khoan dầu khí, động cơ diesel, máy phát điện, thiết

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

Cùng với sự phát triển chung của ngành cơ khí Việt Nam, xưởng cơ khí của Công ty với đội ngũ công nhân lành nghề, có kỹ sư cơ khí trực tiếp chỉ đạo sản xuất, được Công ty trang bị đầy đủ thiết bị, máy móc gia công chế tạo như tiện, bào, cắt, hàn, khoan … đã chế tạo lắp ráp thành công nhiều thiết bị, máy móc, giàn khoan và đắc biệt đã chế tạo thành công nhiều bộ tháp khoan các loại phục vụ cho Công ty và đơn vị bạn

Từ khảo sát nhu cầu và khả năng chế tạo cơ khí, từ yêu cầu bức thiết của sản xuất, cùng với việc chế tạo thành công nhiều bộ tháp cột từ năm 2008 đến năm 2011và kết quả nghiên cứu khả quan của nhóm đề tài từ năm 2011 tác giả mạnh dạn đề xuất Bộ Công thương và được chấp nhận kí hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 162.12RD/HĐ-KHCN ngày 11 tháng 4 năm 2012 với nhiệm vụ:

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

Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ, các giáo sư, tiến sỹ và đồng nghiệp đã nhiệt tình hỗ trợ và giúp đỡ để nhóm đề tài hoàn thành nhiệm vụ./

Tập thể tác giả

II-Nhiệm vụ:

- Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu, khảo sát các bộ tháp khoan của Liên Xô

cũ MPYrY-2, HCX13 của Trung Quốc và các máy khoan XY-44A, HXY-5 cho yêu cầu thiết kế

- Lập, trình duyệt, đăng ký và thuyết minh đề tài, ký hợp đồng

- Tính toán, thiết kế các chi tiết của bộ tháp khoan phù hợp với khả năng mang tải của máy khoan

- Phân tích vật liệu của các chi tiết: độ cứng, thành phần nguyên tố xác định mức thép cho phù hợp

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

III- Phương pháp nghiên cứu:

- Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu bộ tháp khoan MPYrY-2, tháp khoan HCX- 13 và tính năng kết cấu của các máy khoan XY – 42, XY-44, HXY- 5 …

- Phương pháp tiến hành như sau:

Trên cơ sở tài liệu của tháp MPYrY-2, tháp khoan HCX- 13 và tính năng kết cấu của các máy khoan XY – 42, XY-44, HXY- 5, chiều dài cần dựng, kích thước của các thiết bị và dụng cụ dùng khi thao tác nâng hạ và khoảng dư an toàn tính toán để xác định các kích thước của tháp lập bản vẽ thiết kế Đồng thời căn cứ vào kết quả phân tích vật liệu và độ cứng để chọn thép đúng đảm bảo khả năng mang tải của tháp

Vật liệu sử dụng chế tạo tháp dùng thép ống và thép tấm, dựa vào tính năng tác dụng của từng bộ phận để chọn kích thước cho phù hợp

Thử nghiệm khả năng mang tải của tháp được gia công trong nước để đánh giá khả năng làm việc và độ tin cậy của chúng

CHƯƠNG II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

I Thu thập tài liệu khảo sát các bộ tháp khoan:

Những bộ tháp khoan nhập về giá thành rất cao và chỉ phù hợp với chủng loại máy đi kèm Trong khi đó, để đáp ứng được tiến độ thi công phải sử dụng nhiều máy với các chủng loại khác nhau nhập từ Liên Xô cũ hoặc Trung Quốc Được sự quan tâm của Bộ Công thương, Công ty cổ phần Khoan và Dịch vụ kỹ thuật khai thác mỏ đã tiến hành nghiên cứu thiết kế và chế tạo tháp khoan dạng cột sử dụng thuỷ lực đã đạt dược kết quả khả quan Đề tài tiếp theo này chúng tôi đã đặt ra yêu cầu thiết kế và chế tạo được một bộ tháp khoan dạng cột hình khối sử dụng cơ khí đáp ứng được các điều kiện:

- Đáp ứng được các yêu cầu: khả năng nâng hạ bộ cần khoan nhất là khi cứu kẹt khoan tháp khoan phải chịu tải trọng lớn Vật liệu gia công tháp phải có

độ bền cao và không có khuyết tật vật lý Các mối lắp ghép các cụm và chi tiết chắc chắn, chất lượng mối hàn phải đảm bảo

- Kéo thả được cần dựng Φ50 chiều dài 9.60m;

- Sử dụng thuận tiện, tháo lắp tháp dễ dàng;

- Vận chuyển thuận tiện trên các địa bàn công trình bằng xe ô tô thông thường;

- Kết cấu gọn đủ bền, đẹp

II- Kết quả nghiên cứu mẫu, phân tích vật liệu, gia công chế tạo:

1 Kết quả nghiên cứu mẫu:

Sau khi nghiên cứu tài liệu của các loại tháp khoan nhằm nắm vững tính năng tác dụng và đặc tính kỹ thuật của từng loại Chúng tôi tham khảo tháp khoan liền khối dạng cột của tháp MPYrY – 2 của Liên Xô cũ và tháp bốn chân HCX – 13 của Trung Quốc

- Góc nghiêng của lỗ khoan, độ

- Kích thước của nhà khoan

2- Kết quả tính toán kết cấu và công nghệ chế tạo:

Để nâng hạ bộ cần khoan, ống chống có trọng lượng vượt quá sức nâng của tời máy khoan chúng ta dùng hệ thống pa lăng gồm ròng rọc tĩnh ở cầu đỉnh tháp, ròng rọc động và móc treo

Để tính toán ta lấy cụ thể máy khoan XY – 44A với chiều sâu khoan theo thiết kế của nhà chế tạo dùng để khoan xoay những lỗ khoan thăm dò sâu đến

1000 mét Sức nâng của tời khoan đạt 5500 kg

Tháp khoan và cột khoan được tính toán phải chịu được trọng tải tương ứng tải trọng của bộ dụng cụ khoan tác động lên cầu đỉnh tháp lắp ròng rọc tĩnh

Độ bền vững của tháp được kiểm tra theo tải trọng tối đa tác động lên nó khi dùng hết công suất của động cơ có kể đến khả năng quá tải

Tải trọng trên cầu đỉnh tháp lắp ròng rọc tĩnh của tháp và cột khoan được xác định tương ứng với việc chọn cách mắc hệ thống palăng Trong phạm vi tính toán cho tháp là sản phẩm của đề tài này chúng tôi dùng cách mắc hệ thống pa lăng 1 x 2, tức là ròng rọc động được treo trên hai sợi cáp, đầu tự do của cáp được mắc vào đông hồ tải trọng lắp tại chân tháp

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

Qkp = β x Q

Trong đó:

β = 1,2 – 1,4 là hệ số tính đến lực ma sát của cột cần khoan vào vách lỗ khoan và khả năng kẹt cần khoan

Q là trọng lượng của bộ cần trong lỗ khoan có bị giảm đi do lực đẩy Acsimét của cột nước rửa, được xác định bởi công thức:

Q = α q L ( γ0/γt)

- α là hệ số tăng trọng lượng ở chỗ nối cần khoan Với cần khoan HQ và

NQ thì α = 1, với cần Φ50 nối bằng da mốc thì α = 1,1

- q là trọng lượng của một mét cần khoan tính bằng Kg

- L là tổng chiều dài của cột cần khoan, m

- γ0 là trọng lượng riêng của nước rửa, dung dịch khoan

- γt là trọng lượng riêng của thép cần khoan

Tải trọng trên cầu đỉnh tháp lắp ròng rọc tĩnh của tháp và cột khoan Q0 khi lắp đầu cáp tự do trên ròng rọc tĩnh là:

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cột tháp khoan (làm tròn) Q0 = 9.820 kg Theo quy phạm an toàn, sức chịu tải (tính toán) của tháp ít nhất phải bằng

2 lần Q0

Qtt = a Q0 = 2 x 9.820 = 19.600 kG

Tải trọng tính toán cho một chân tháp:

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

n

Q

β cos 4

1 =

n là hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đều cho 4 chân tháp,

- Diện tích tiết diện chân tháp: S = π(D 2 – d 2 )/4 = 2.351 mm 2

- Thép ống có giới hạn chảy σc = 38 kG/mm2; vì vậy ứng suất cho phép của vật

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

Kiểm tra độ bền nén của chân tháp:

Với tải trọng tính toán cực đại cho một chân tháp (Q1), ứng suất xuất hiện trong chân tháp sẽ là:

σ n = Q 1 / S = 6.190 / 2.351 = 2.63 như vậy: σn < [σ]

Kiểm tra độ ổn định của chân tháp

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

2 2

L

EI m

F th = π , trong đó:

m là hệ số điều kiện; trong trường hợp này m = 2 (hai đầu bản lề)

E là môđun đàn hồi của vật liệu; E = 20.000 kG/mm2

I là mômen quán tính của tiết diện, I = π(D4 – d4) / 64 = 338.021 mm4

L là chiều dài một đoạn chân tháp, L = 2.000 mm

Thay các số liệu vào, tính được F th = 33.327 kG

Theo tính toán trên đây, tải trọng tính toán lớn nhất cho một chân tháp Q1 = 6.190 kG, nhỏ hơn rất nhiều so với tải trọng có thể gây mất ôn định

Căn cứ vào tải trọng tính toán tháp được thiết kế gồm bốn chân tháp sử dụng ống thép đúc Φ100 có chiều dày 6 mm với chiều dài mỗi chân 2,0mét có thêm 02 chân phụ bằng ống Φ70 hàn giằng tạo độ cứng vững Để kéo được cần dựng nhất là cần Φ50 nối zamốc tháp cần có chiều cao 13 mét Phần cột tháp nối vào chân tháp thông qua một mặt bích trung gian bằng thép H100 và được chế tạo bằng thép ống Φ70 hàn thành hộp với các giằng bằng thép ống Φ34 Để tiện lắp ráp và vận chuyển theo yêu cầu của đề tài cột tháp được chia thành 03 đoạn

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

Mỗi đoạn cột nối đều có cốt dẫn tạo cứng vững và dễ dàng lắp ráp

Cầu đỉnh tháp được chế tạo bằng thép góc V100 hàn thành khung chữ

nhật với kích thước 1100 x 500 có các gân tăng cứng để lắp 04 pu ly Φ400

Chân tháp được bắt chặt trên thuyền tháp gia công bằng 02 đoạn thép ống

Φ273 x 7 dài 4 mét Hai ống thép Φ273 được giằng chặt với nhau thông qua 04

chữ I200 và đặt máy khoan trên 04 chữ I đó

Sau khi tính toán, phân tích chọn vật liệu việc nghiên cứu chọn phương án

công nghệ gia công đạt tính chính xác cao nhất chúng tôi xin được trình bày tiến

trình công nghệ gia công các cụm chi tiết của tháp khoan

A Cột tháp: Gồm có 03 cột

a Bước thứ nhất:

+ Dùng ống thép tròn đường kính Φ70 dày 5 mm cắt tổng số 16 ống với

chiều dài 3350 mm và 04 ống chiều dài 3900mm Tiện sang phanh hai đầu để

hàn mặt bích Gia công 16 mặt bích Φ180 x 16 khoan 06 lỗ Φ19 cách nhau

600 tâm các lỗ trên đường kính Φ150 để bắt bu lông M18 Láng các bích trên

máy tiện phẳng hai mặt và tiện lỗ trong của bích Φ71 để hàn vào ống cột

+ Gia công 08 miếng thép tấm với kích thước 200 x 200 x 16, mỗi miếng

khoan 04 lỗ Φ29 để nối cột thứ nhất với bốn chân tháp

+ Cắt các ống thép Φ34 làm giằng cho 02 cột dưới với các kích thước:

- Giằng ngang dài: 1030 mm và 630 mm

- Giằng chéo dài: 1304 mm và 1018 mm

b) Bước thứ hai:

+ Tạo mặt phẳng để dóng các mặt của hai cột tháp Trước tiên dóng mặt

cột có chiều rộng 1100mm tính từ tâm hai ống thép Φ70 Để tránh hiện tượng

cột tháp bị cong uốn xoắn do hàn cần phải dùng thép I200 dài 2 mét và ê ke định

vị mặt phẳng dưới, dùng tăng đơ định vị vị trí giữa và trên của mặt cột Tiến

hành hàn các giằng thép Φ34 với chiều dài 1030 mm nối hai cột vào nhau, mỗi

giằng cách nhau 800 mm Sau đó hàn giằng chéo dài 1304 mm nối các vị trí hàn

của giằng ngang Để có mối hàn chắc chắn các đầu của giằng dùng hàn hơi sửa tạo góc ôm với ống Φ70 Đóng 02 cốt bằng thép ống Φ60 x 5 dài 150 mm vào phần trên của 02 ống thép Φ70 hàn chặt và khoan hàn chốt

+ Tiếp tục nối hai chân của cột thứ hai cùng bốn bích Φ180 x 16 bắt đầy

đủ bu lông M18 xiết chặt, chuyển tăng đơ lên gông như cột thứ nhất Hàn các giằng ngang và giằng chéo chặt chẽ Sau khi hàn các giằng xong mới tiến hành hàn chặt bích Φ180 x 16 vào các ống Φ70 cột tháp

c) Bước thứ ba:

+ Nối hai chân cột thứ ba có chiều dài 3900 mm cùng 04 bích Φ180 x 16 bắt đủ bu lông Chân cột thứ ba một chân thẳng hàng cùng hai chân 1 và 2 Chân cột còn lại thu khoảng cách trên đầu còn 500 mm Dùng tăng đơ ghìm để hàn các thanh giằng ngang và giằng chéo của chân cột thứ ba Khoảng cách các giằng ngang cũng đều là 800mm Kích thước các giằng ngang gồm: 470mm, 570mm, 690mm, 800mm, 920mm 1002mm Kích thước các giằng chéo tương ứng với giằng ngang là: 860mm, 890mm, 1004mm, 1100, 1103mm Sau đó hàn chặt 02 bích Φ180 x 16 vào chân cột thứ hai Riêng hai bích của chân cột thứ ba chưa hàn để xử lý kích thước thu gọn của ngọn tháp

d) Bước thứ tư:

+ Dóng tiếp hai mặt cột thứ nhất và thứ hai có chiều rộng 1100mm cùng các giằng ngang 1030mm và giằng chéo 1018 mm Lưu ý: Các giằng chéo sẽ hàn ngược hướng với giằng chéo của hai mặt đã hoàn thiện Các trình tự gia công cũng như hai mặt trước để tránh cong vênh xoắn

+ Tiếp tục dóng tiếp mặt của cột tháp thứ ba Trình tự như đã thực hiện ở bước ba

+ Tiến hành hàn các giằng ngang và giằng chéo của hai mặt cột tháp Kích thước các giằng ngang: 630mm, giằng chéo: 1018mm

+ Riêng cột tháp thứ ba do thu kích thước ngọn tháp còn 500 x 500 nên phải dùng tăng đơ tại vị trí trên cùng và dưới cùng của cột tháp để hiệu chỉnh cho cân tháp Kích thước các giằng bằng ống thép Φ34 cụ thể:

+ Bộ khung cầu tháp được chế tạo bằng thép V100 x 100 x 10 thành hình chữ nhật có kích thước 570 x 1100 gân tăng cứng dọc và ngang bằng thép tấm 12mm

+ Hệ thống ròng rọc kéo cần được bố trí gồm 04 pu ly Φ400, mỗi pu ly lắp 02 vòng bi 6214 để quay nhẹ nhàng Trục pu ly chế tạo bằng thép đặc Φ70

có bậc chặn vòng bi và khoan lỗ hai đầu để lắp chốt chặn dịch chuyển

+ Pu ly cùng trục được lắp đặt trên 02 gối đỡ bằng thép chế tạo kích thước

150 x 200 x 30 hàn với bích tháp 100 x 250 x 16 có khoan 04 lỗ Φ20 để bắt vào khung cầu tháp bằng bu lông M18

Khung cầu đỉnh tháp sau khi gia công hoàn thiện được hàn chặt vào cột tháp thứ ba cùng hệ thống gân tăng cứng vững bằng ống thép Φ70

Hình 5:

Cầu đỉnh tháp

b) Khung nối thân tháp và chân tháp:

+ Là bộ phận trung gian để nối 04 chân tháp với bộ cột tháp do yêu cầu đặt ra tháp phải được tháo rời để tiện cho vận chuyển và lắp ráp Khung nối cột tháp và chân tháp được chế tạo bằng thép H100 x100, có kích thước 700 x 1800 được chế tạo như sau:

- Cắt 02 đoạn thép H100 dài 1800 mm

- Cắt 02 đoạn thép H100 dài 690mm cắt mặt trên và dưới hai đầu một đoạn 50mm để lọt vào trong H100 dài trên

- Dùng Ê ke định vị góc vuông hàn thành khung có kích thước 1100 x

700 Sau khi hàn chặt dùng thép tấm 16mm hàn gân tăng cứng tại vị trí bốn góc của khung nối

- Hàn chấm 16 bích có kích thước 200 x 200 x 16 tại 4 góc khung cả hai mặt để nối cột tháp 1 + khung nối và 04 chân tháp Φ114 + khung nối

- Hàn chấm 08 bích có kích thước 100 x 200 x 16 vào các vị trí như bản

vẽ để bắt các gân cứng vững cho chân tháp

- Khoan trên các bích 04 lỗ Φ20 tại bốn góc để bắt bu lông M18

- Dùng cột tháp thứ nhất dựng đứng trên khung nối, dùng quả dọi và ê

c) Chân tháp:

+ Là bộ phận quan trọng nhất của bộ tháp quyết định độ thẳng của tháp, lắp ráp dựng hạ tháp dễ dàng phụ thuộc vào độ chính xác của chân tháp Vì vậy với kích thước 1100 x 700 để bắt vào khung, kích thước 2300 x 2160 bắt vào thuyền tháp với góc lệch chân tháp 730 phải tạo trước một khung dưỡng bằng thép ống Φ34 có 01 ống thẳng đặt tại tâm dưỡng để kiểm tra kích thước đường chéo chân tháp khi gia công

+ Cắt các đầu ống Φ114 với góc nghiêng 730 mài nhẵn, đặt cả 04 ống làm chân lên 04 bích 200 x 200 x 16 của khung I100 theo dưỡng Dùng 06 bộ tăng

đơ hàn vào 04 chân tại 04 góc và đường chéo Để hiệu chỉnh các chân theo dưỡng và hàn chặt các chân với bích trên khung nối

+ Do quá trình hàn các chân sẽ có hiện tượng co ngót do nhiệt hàn nên trong quá trình hàn từng chân phải kiểm tra liên tục để hiệu chỉnh bằng tăng đơ đảm bảo độ thẳng vuông cân

+ Mỗi chân ống 114 được tăng cứng bằng một ống thép Φ70 dài 1200mm hàn tạo khung, phía trên ống thép Φ70 hàn vào bích 100 x 200 x 16 trên khung nối

Hình 7: Chân tháp

+ Bốn đầu còn lại của chân tháp: 02 chân mặt trước tháp hàn với 02 bích

300 x 300 x 20, 02 chân sau hàn với khớp xoay gia công bằng thép chế tạo có kích thước 150 x 100 x 50 Để đảm bảo cân bằng và chính xác sau khi gia công xong thuyền tháp sẽ hàn chặt

d) Thuyền, bệ tháp:

Hình 8: Thuyền tháp + Bệ tháp được chế tạo bằng 02 ống thép tròn Φ273 bịt kín hai đầu Trên mặt ống tại vị trí đầu máy khoan hàn 02 bích 300 x 300 x 20 có khoan 04 lỗ Φ24

để bắt chặt hai chân tháp Tâm hàn bích cách đầu ống 900 mm

+ Cách tâm hàn bích 300 x300 x20 kích thước 2300mm hàn 02 bích có kích thước 250 x 250 x 20 để hàn trên đó 04 tấm thép có kích thước 150 x 150 x

20 có tiện lỗ Φ50 để lắp hai chân tháp gắn khớp xoay

+ Các bích sau khi hàn vào ống đều dùng các tấm thép dày 10 mm hàn gân tạo độ cứng vững

+ Tiếp theo lấy mặt phẳng và dùng ê ke tạo độ vuông góc hàn định vị hai ống với nhau đảm bảo khoảng cách tâm 02 ống là 2160 mm

+ Tâm lỗ khoan nằm trên đường thẳng nối tâm hai bích 300 x 300 x 20 Cắt 08 bích có kích thước 180 x 100 x 16, một mặt phẳng, một mặt cắt tạo cung của ống Φ273 và khoan 02 lỗ Φ20 để hàn vào bên thành ống dùng để bắt chặt thanh thép I200 vừa là giá máy khoan vừa tăng cứng cho bệ tháp Hàn 02 tấm từ phía lỗ khoan cách tâm bích 300 là 250mm Các bích còn lại hàn theo kích thước của giá máy khoan XY – 44 do Trung Quốc chế tạo cụ thể kích thước hàn các tấm còn lại cách đều nhau 700mm

+ Cắt 04 thanh thép I200 dài 1886 mm trên mỗi thanh khoan 02 lỗ Φ20 để bắt máy khoan Tâm của các lỗ cách điểm giữa của thanh I200 là 530mm Mặt tđứng của thanh I200 khoan 04 lỗ hai đầu để bắt với miếng ốp của ống 273

+ Sau khi định vị chuẩn toàn bộ bệ tiến hành hàn chặt các gối và ốp của

bệ tháp Trên hai ống 273 hai đầu hàn bốn miếng thép 100 x 100 x 12 khoan lỗ Φ26 để bắt chặt bệ với gu giông M24 của nền bê tông

e) Hoàn thiện chân bệ tháp:

Hình 9:

Chân tháp + Bệ sau khi hoàn thiện chắc chắn, đưa chân tháp và khung nối vào lắp ráp và dựng ở vị trí làm việc Dùng Livô, quả dọi kiểm tra độ thăng bằng, bắt

chặt toàn bộ bu lông giữa bệ và chân tháp tiến hành hàn chặt các bích 300 x 300

x 20 vào hai chân tháp trước và hai khớp xoay vào hai chân tháp sau

+ Sàn thợ phụ được gia công thành hình hộp với kích thước 800 x 500 x

800 có cửa ra vào, sàn đứng thao tác hàn bằng thép vuông 12 x 12 cách nhau 50

mm Sàn được bắt chặt vào cột tháp thứ hai bằng bu lông qua các tai bằng thép tấm cách bệ máy 8500mm để công nhân thao tác thuận tiện

Hình 10:

Sàn thợ phụ

+ Để dựng hạ thuận tiện và an toàn tại cột tháp thứ nhất cách bích bắt vào khung nối 800 mm có gia công một chữ A bằng thép ống Φ70 với kích thước 2300mm, hai mặt gắn trụ xoay Mục đích giảm lực nâng ban đầu khi dựng tháp

và khi qua góc 450 tháp được ghìm

3- Kết quả gia công chế tạo:

Sau khi hoàn thành bước thiết kế chi tiết được Hội đồng khoa học cơ sở duyệt Các sản phẩm của đề tài được tiến hành chế tạo theo quyết định giao nhiệm vụ số 342/QĐ-DMTC ngày 25 tháng 8 năm 2012 của Giám đốc Công ty

Cổ phần Khoan và Dịch vụ Kỹ thuật Khai thác mỏ cho Xưởng cơ khí của Công

ty tại Chi nhánh Bắc Ninh Trong quá trình chế tạo chúng tôi đã thường xuyên đến nơi gia công cùng bàn bạc thống nhất các vấn đề công nghệ chế tạo cho từng chi tiết Sau khi gia công chế tạo hoàn thiện bộ tháp chúng tôi đã tiến hành thử tải tháp tại Chi nhánh Bắc Ninh Ngày 25 tháng 8 năm 2012 Ban nghiệm thu sản phẩm đề tài của Công ty Cổ phần Khoan và Dịch vụ Kỹ thuật Khai thác

mỏ sau khi xem xét sản phẩm của đề tài được chế tạo đã kết luận các sản phẩm đều được chế tạo đạt yêu cầu kỹ thuật đề tài đặt ra

Hình 11: Bộ tháp lắp

và phát triển công nghệ, đề tài: “Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp khoan MPYrY sử dụng cho các máy khoan địa chất” với nội dung cụ thể là:

- Tổng quan tài liệu và tham khảo lựa chọn thiết bị mẫu tương tự

- Thiết kế và chế tạo các bộ phận tháp khoan

2012 c ủa Gi ám đ ốc Công ty Cổ phần Khoan và Dịch vụ Kỹ thuật Khai thác

mỏ cho Xưởng cơ khí của Công ty tại Chi nhánh Bắc Ninh Nhóm tác giả gồm:

1- Phạm Văn Nhâm Kỹ sư khoan

Đã tích cực cùng cơ quan chủ trì đề tài tổ chức thực hiện đề tài này Các sản phẩm được chế tạo ra có chất lượng tốt, đạt yêu cầu đề tài đặt ra

Tổng hợp nội dung kết quả và thời gian thực hiện

ST

T

Nội dung công việc Kết quả đạt được

Thời gian bắt đầu, kết thúc

Người,

Cơ quan thực hiện

1 Lập đề cương và

thuyết minh đề tài Được duyệt

Từ 1/1/2012 đến 15/2/2012

Nhóm

ĐT Công ty

Bộ CT

2

- Khảo sát đánh giá

nhu cầu và yêu cầu

trong nước về nhu cầu

cơ khí trong nước

Từ 15/2/2012 Đến 31/5/2012

Nhóm

ĐT

3

Báo cáo giữa kỳ về kết

quả triển khai với Bên

A

Báo cáo tổng quan về khả năng và phương pháp sản xuất tháp khoan

Tháng 6 năm 2012

Nhóm

ĐT Công ty

Bộ CT

4 - Nghiên cứu lựa chọn,

cải tiến, chế tạo tháp

- Kết quả thử nghiệm tại công trường

- Quy trình hướng dẫn vận chuyển, xây lắp và

sử dụng

Từ 01/7/2012 đến 30/9/2012

Nhóm

ĐT

5 Viết báo cáo tổng kết

Xong trước ngày 30/10/2012

Chủ nhiệm đề tài

6 Nghiệm thu cấp cơ sở

Công ty DMTC

- Biên bản nghiệm thu cấp Bộ và thanh lý hợp đồng;

- Hoàn tất thủ tục thanh quyết toán tài chính

Xong trước ngày 25/01/2013

Chủ nhiệm đề tài và Công ty DMTC

Bộ CT

CHƯƠNG IV KINH PHÍ ĐỀ TÀI

Đơn vị tính : nghìn đồng

Thành tiền (triệu đồng) Ngân sách nhà nước

Đơn giá

(triệu đồng) Tổng

Không khoán

Nguồn khác

1.1 Chi phí xây dựng đề cương thuyết

1.2 Chuyên đề 1: Tổng quan các dạng

tháp khoan đang sử dụng tại Việt Nam C.đề 01 5 5 5

1.3 Chuyên đề 2: Khảo sát đánh giá nhu

cầu và yêu cầu trong nước về tháp

khoan cho các máy khoan địa chất

phục vụ các lỗ khoan sâu

C.đề 01 20 20 20

1.4 Chuyên đề 3: Đánh gía khả năng sản

xuất những mặt hàng cơ khí của các

đơn vị trong nước phục vụ cho công

tác chế tạo tháp khoan

C.đề 01 20 20 20

1.5 Chuyên đề 4: Nghiên cứu chế tạo

trong nước tháp khoan cho máy khoan

địa chất phục vụ các lỗ khoan sâu

C.đề 01 30 30 30

1.6 Chuyên đề 5: Nghiên cứu xây lắp và

thử nghiệm tháp khoan trong khoan

thăm dò, hiệu chỉnh sửa đổi

1.7 Chuyên đề 6: Nghiên cứu xây dựng

quy trình xây lắp tháp khoan và sử

dụng trong khoan thăm dò

2 Chi mua vật tư, nguyên, nhiên, vật

liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ

nghiên cứu

3 Các khoản chi khác bao gồm: 37 37

3.1 Thù lao trách nhiệm điều hành chung

của chủ nhiệm đề tài, dự án tháng 12 1 12 12

3.2 Hội nghị, hội thảo, nghiệm thu cấp cơ

3.3 Văn phòng phẩm, in ấn, dịch tài liệu 3 3

CHƯƠNG V SẢN PHẨM ĐẠT ĐƯỢC

Hoàn thành các công việc:

1- Thiết kế chi tiết các bộ phận của bộ tháp khoan theo nội dung của đề

tài ( tập bản vẽ thiết kế và chế tạo );

2- Chế tạo hoàn thiện các chi tiết của đề tài;

3- Thử tải trọng của tháp được chế tạo và thử nghiệm tại hiện trường;

4- Báo cáo đã hoàn thiện bao gồm cả quy trình hướng dẫn lắp ráp sử

dụng tháp khoan

CHƯƠNG VI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Trong thời gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu cải tiến và chế tạo tháp

khoan MPYrY sử dụng cho các máy khoan địa chất” đã đạt được:

- Các cán bộ tham gia vào thực hiện đề tài đã đi sâu nghiên cứu, làm quen với việc gia công hiệu chỉnh tháp khoan cho phù hợp với từng chủng loại máy khoan sản xuất từ những nước khác nhau

- Nắm bắt được qui trình công nghệ để chế tạo được các sản phẩm của

đề tài

- Thiết kế hoàn thiện bản vẽ chi tiết

- Chế tạo được thành công các chi tiết theo các yêu cầu kĩ thuật của đề tài Sản phẩm của đề tài khi lắp ráp và thử tải đã được các cán bộ kỹ thuật và công nhân khoan đánh giá rất thuận tiện cho công tác khoan thăm dò khoáng sản hiện nay

- Sản phẩm của đề tài đã được sử dụng tại công trình khoan: Phương án

Hà Lầm, lỗ khoan CGH46 chiều sâu khoan 660 mét kết quả tốt

Hình ảnh tháp khoan tại công trường CGH 46 Phương án Hà Lầm- Quảng Ninh