Nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò vùng than quảng ninh tkv

ĐÀO NGỌC HIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN DÙNG ĐỂ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG THAN QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị

ĐÀO NGỌC HIỆP

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN DÙNG

ĐỂ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH KHAI

THÁC HẦM LÒ VÙNG THAN QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010

ĐÀO NGỌC HIỆP

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN DÙNG ĐỂ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH

KHAI THÁC HẦM LÒ VÙNG THAN QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị mỏ, dầu khí

Mã số: 60.52.12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Đinh Văn Chiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà nội, ngày 26 tháng 8 năm 2010

Tác giả luận văn

KS.Đào Ngọc Hiệp

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU ……… 9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC KHOAN TRONG KHAI THÁC HẦM LÒ……… 12

1.1 Đặc điểm, điều kiện địa chất mỏ, sản lượng than khai thác ở vùng than Quảng Ninh – TKV……… 12

1.1.1 Đặc điểm địa chất các mỏ than hầm lò Quảng Ninh…….… 12

1.1.2 Tính chất cơ bản của đất đá đã ảnh hưởng tới quá trình khoan 19

1.1.3 Địa chất các mỏ than hầm lò Quảng Ninh ảnh hưởng tới quá trình khoan 28

1.1.4 Sản lượng than khai thác ở vùng than Quảng Ninh – TKV 31

1.2 Hiện trạng công tác khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò ở vùng than Quảng Ninh – TKV 34

Chương 2 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ KHOAN 36

2.1 Phân loại thiết bị khoan 36

2.1.1 Phân loại thiết bị khoan theo phương pháp khoan 36

2.1.2 Phân loại thiết bị khoan theo động cơ dẫn động 38

2.1.3 Phân loại động cơ thiết bị khoan theo kích thước, trọng lượng và tính cơ động trong vận chuyển 52

2.2 Giới thiệu các thiết bị khoan kiểm tra túi nước ở trong nước và nước ngoài 54

2.2.1 Tình hình nghiên cứu các thiết bị khoan kiểm tra túi nước ở nước ngoài 54

2.2.2 Tình hình nghiên cứu các thiết bị khoan kiểm tra túi nước ở trong nước 64

Chương 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC HẦM LÒ 66 3.1 Tiêu chí lựa chọn thiết bị khoan 66

3.1.2 Đặc điểm lỗ khoan……… 67

3.2 Tính toán một số thông số thiết bị khoan 68

3.2.1 Phân tích lựa chọn thông số tính toán của thiết bị khoan 68 3.2.2 Cấu tạo xe khoan 71

3.2.3 Tính toán đầu khoan 80

3.2.4 Lựa chọn lưu lượng và tính chất nước rửa mùn khoan 83

3.2.5 Nguyên lý hoạt động của máy khoan 88

3.3 Lựa chọn và mô phỏng để kiểm tra một số thông số 91 3.3.1 Cơ sở lý thuyết dao động 91 3.3.2 Hiện tượng cộng hưởng 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC: NHỮNG HÌNH ẢNH VỀ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM BỀN BẰNG PHẦN MỀM ANSYS

97

98

100

Số hình Tên hình vẽ và đồ thị Trang

Hình 1-1: Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng san kết và cuội

kết……… 28

Hình 1-2: Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng sau nổ mìn……… 29

Hình 1-3: Quan hệ ứng suất và biến dạng của đá dưới tác dụng của lực nén (Giới hạn bền nén 63MPa)……… 30

Hình 1-4: Đất đá biến dạng (om) sau khi nổ mìn……… 30

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của khoan khí nén……… 38

Hình 2-2 Máy khoan cột đỡ bằng khí nén ZQJ-150/2……… 43

Hình 2-3 Đầu khoan xoay chạy điện KHYD140AB của Trung Quốc……… 47

Hình 2-4 Đầu khoan xoay thủy lực……… 49

Hình 2-5 Một số loại đầu khoan thuỷ lực……… 51

Hình 2-6 Một số loại máy khoan thuỷ lực……… 51

Hình 2-7 Máy khoan thuỷ lực Atlas Copco roll……… 60

Hình 2-8 Máy khoan thuỷ lực Diamec 232……… 61

Hình 2-9 Máy khoan УБШ-308A……… 62

Hình 2-10 Máy khoan ZDJ-280……… 62

Hình 2-11 Máy khoan xúc БПМ -1……… 63

Hình 2-12 Máy khoan một cần KSC……… 63

Hình 3-1 Bố trí lỗ khoan……… 68

Hình 3-2 Cấu tạo Máy khoan……… 71

Hình 3-3 Sơ đồ phân cấp……… 74

Hình 3-4 Sơ đồ bố trí chung của thiết bị khoan……… 79

Hình 3-5 Máy khoan KD - 150 – SM……… 85

Hình 3-7 Hình ảnh mũi khoan……… 87

Hình 3-8 Sơ đồ lực tính toán dao động và mô phỏng sự làm việc

Hình 3-9 Mô hình phân tích lực……… 93 Hình 3-10 Mô hình mô phỏng dao động… ……… 93

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 1-1 Tính chất cơ lý đặc trưng cho các loại nham thach

ở các mỏ than hầm lò Quảng Ninh………

Bảng 1-4 Phân loại đất đá theo hệ số bền động……… 20

Bảng 1-5 Phân loại đá theo hệ số mài mòn……… 21

Bảng 1-6 Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ trong khoan xoay

lấy mẫu……… 22 Bảng 1-7 Phân loại đất đá theo mức độ ổn định trong khoan 22

Bảng 1-8 Phân loại đất đá theo mức độ tiêu hao dung dịch

Bảng 1-9 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan trong khoan

xoay……… 24 Bảng 1-10 Bảng phân loại cấp đất đá theo hệ số liên hợp ρm 26

Bảng 1-11 So sánh cấp độ khoan trong khoan xoay và độ kiên

cố f của đất đá……… 26 Bảng 1-12 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan đập – xoay… 27

Bảng 1-13 Phân loại đất đá theo cấp độ khoan guồng xoắn… 27

Bảng 1-14 Phân loại đá theo độ cứng đơn trục……… 28

Bảng 1-15 Sản lượng than khai thác các mỏ ngành than Việt

Nam……… 33 Bảng 2-1 So sánh các máy khoan đá: máy khoan đạp, máy

khoan xoay………

38 Bảng 2-2 Bảng thông số kỹ thuật máy khoan khí nén cầm tay

của Trung Quốc……… 42 Bảng 2-4 Bảng thông số kỹ thuật máy khoan khí nén cầm tay

Bảng 2-5 Tham số kỹ thuật chính Máy khoan cột đỡ bằng

Bảng 2-6 Bảng thông số kỹ thuật một số đầu khoan xoay

chạy điện của Nga……… 46 Bảng 2-7 Bảng thông số kỹ thuật một số đầu khoan xoay

chạy điện của Trung quốc……… 48 Bảng 2-8 Bảng thông số kỹ thuật một số búa khoan thuỷ

lực……… 50 Bảng 2-9 Bảng phân loại thiết bị khoan trong hầm lò…… 54 Bảng 2-10 Đặc điểm kích thước, trọng lượng các nhóm thiết

bị khoan trong hầm lò……… 55 Bảng 3-1 Các tiết diện mẫu………

69 Bảng 3-2 Đặc tính kỹ thuật của máy khoan KD - 150 – SM 85 Bảng 3-3 Kết quả tính toán lực và momen phản kháng……… 95 Bảng 3-4 Kết quả tính toán tổng hợp……… 95

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo Quy hoạch phát triển ngành than Việt nam giai đoạn 2006 – 2015, xét triển vọng đến năm 2025 đã được Bộ Công thương trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt thì việc khai thác than cần gắn liền với bảo vệ, cải thiện môi trường, cảnh quan vùng than; đóng góp tích cực vào sự nghiệp phát triển kinh

tế - xã hội và củng cố an ninh quốc phòng trên địa bàn, đặc biệt là vùng than Quảng Ninh Trong quá trình khai thác sản xuất cần đảm bảo vấn đề an toàn

và phấn đấu đạt sản lượng than sạch (không kể than đồng bằng Sông Hồng) khoảng:

+ 48 - 50 triệu tấn vào năm 2010

+ 60 - 67 triệu tấn vào năm 2015

+ 70 - 95 triệu tấn vào năm 2020

+ > 100 triệu tấn vào năm 2025

Với sản lượng than tăng nhanh như vậy, việc tăng công suất các mỏ cũng như xây dựng đầu tư các mỏ mới là hết sức cần thiết Trong quá trình đào lò xây dựng cơ bản các mỏ hầm lò, với hàng chục nghìn mét lò được đào mới trong một năm và các năm về sau sẽ khai thác xuống sâu và cần mở rộng diện thì nguy cơ bục nước càng lớn Vì vậy, để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị cần phải ngăn ngừa và xử lý bục nước đặc biệt là khai thác xuống sâu Hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta, nhiều Mỏ đã và đang áp dụng nhiều biện pháp công nghệ khác nhau để ngăn ngừa bục nước nhằm nâng cao

độ an toàn, sản lượng khai thác Một trong những biện pháp ngăn ngừa bục nước đạt hiệu quả nhất là biện pháp khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò (tháo nước tiến trước) Biện pháp này làm giảm trực tiếp áp lực nước trong các vách vỉa than, vỉa than, vì thế sẽ giảm thiểu nguy cơ bục nước trong các mỏ khai thác hầm lò

Xuất phát từ những đặc điểm nói trên, việc “Nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò vùng than Quảng Ninh-TKV“ là cấp thiết

2 Mục đích của đề tài:

Căn cứ vào điều kiện địa chất ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, các tài liệu về nghiên cứu thiết kế chế tạo thử và việc ứng dụng các thiết bị khoan trong khai thác và xây dựng ngầm, nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan để kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò vùng than Quảng Ninh-TKV

3 Đối tượng nghiên cứu:

Thiết bị khoan có các thông số hợp lý để khoan kiểm tra túi nước

4 Phạm vi nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu đặc điểm, điều kiện địa chất công tác xây dựng mỏ vùng Quảng Ninh trong quá trình khai thác hầm lò

- Nghiên cứu về các loại máy khoan dùng trong xây dựng mỏ và khai thác

mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Nghiên cứu tính toán lựa chọn thiết bị khoan dùng để khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác hầm lò vùng than Quảng Ninh-TKV

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp bao gồm: thống kê, phân tích, đánh giá, nghiên cứu tài liệu, kết quả áp dụng trong thực tế sản xuất

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Tạo cơ sở vững chắc cho việc tính toán lựa chọn và áp dụng thiết bị khoan hợp lý để kiểm tra túi nước trong quá trình sản xuất nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong khai thác và sản xuất than khu vực Quảng Ninh Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị khoan trong

nước để khoan kiểm tra túi nước trong quá trình khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh

7 Cơ sở dữ liệu

- Các tài liệu về Máy và Thiết bị mỏ dùng trong nước và trên thế giới

- Các tài liệu về Máy và Thiết bị mỏ đang dùng trong xây dựng mỏ và khai thác than ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Một số báo cáo đề tài, dự án của các nhà khoa học về máy khoan dùng trong xây dựng mỏ và khai thác mỏ hầm lò

- Yêu cầu thực tế sản xuất than, khả năng áp dụng cơ giới hoá xây dựng mỏ và khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh

8 Cấu trúc của luận văn

Toàn bộ luận văn được trình bày trong hai chương, phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo gồm: 99 trang, 26 hình vẽ và đồ thị, 29 bảng, 18 tài liệu tham khảo

Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Máy và Thiết bị Mỏ – Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Đinh Văn Chiến Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả nhận được

sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong Bộ môn Máy và Thiết bị mỏ, Khoa Cơ Điện, Phòng Đại học và sau đại học, các học viên trong lớp Cao học kỹ thuật máy thiết bị mỏ, dầu khí khóa 7

Nhân dịp này, học viên xin chân thành cảm ơn Phòng Đại học và sau đại học, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các thầy trong bộ môn Máy thiết bị mỏ, các đồng nghiệp và đặc biệt là người hướng dẫn khoa học TS.Đinh Văn Chiến về những đóng góp quý báu và sự giúp đỡ nhiệt tình Xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của các mỏ than khai thác hầm lò trong quá trình thực hiện đề tài Tuy nhiên, đề tài không tránh khỏi sai sót, học viên xin tiếp thu để hoàn thiện sau này

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC KHOAN TRONG KHAI THÁC

HẦM LÒ 1.1 ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT MỎ, SẢN LƯỢNG THAN KHAI THÁC Ở VÙNG THAN QUẢNG NINH-TKV

1.1.1 Đặc điểm địa chất các mỏ than hầm lò Quảng Ninh

Phương pháp khoan, lựa chọn thiết bị khoan và công nghệ khoan trên

cơ sở điều kiện địa chất mỏ như: cấu tạo địa chất, điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, tính chất cơ lý, vật lý đá, thành phần khoáng vật v.v Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp tới tiến độ, chất lượng và hiệu quả khoan

1.1.1.1 Đặc điểm cấu tạo địa tầng

Địa tầng vùng Quảng Ninh là địa tầng trầm tích: sự phân bố và chuyển tiếp của các lớp nham thạch theo quy luật chung của quá trình trầm tích Các lớp nham thạch phân bố thường là các tập hạt thô đến hạt nhỏ như cuội kết, sạn kết, đến cát kết

Đặc điểm cấu trúc địa tầng các mỏ than vùng Quảng Ninh gồm các nhóm sau:

a Sét kết và sét than

Sét kết và sét than màu xám đến xám đen, chiếm tỷ lệ thấp trong cột địa tầng Thành phần sét và xêrixit chiếm từ 60% ÷ 70%, còn lại là silic, than Giới hạn bền nén của sét kết dao động từ 10 ÷ 40MPa; độ cứng theo Protodiakonov f = 1÷4 Đá phân lớp mỏng, dễ phá huỷ khi có tác động ngoại lực; khi bão hoà nước trở nên dẻo, giới hạn bền nén không lớn hơn 15MPa Sét kết và sét than thường nằm sát vỉa than và tạo thành vách, trụ vỉa than hoặc nằm kẹp giữa vỉa than, đôi khi còn gặp ở các mặt phân lớp giữa các lớp đất đá

b Đá bột kết

Đá bột kết chiếm từ 25 ÷ 35%, trong cột địa tầng trầm tích than Đá bột kết màu xám, xám nâu hoặc xám đen Bột kết thường nằm xen kẽ với đá khác

và gần sát vách và trụ vỉa than, thành phần thạch anh chiến 50% Ngoài ra còn

có silic, quăcxit, muscovite và vật chất than Đá bột kết trong trầm tích than phân lớp không đều; phân lớp mỏng, độ bền nén từ 15 ÷ 120MPa

c Đá cát kết

Đá cát kết là loại đá phổ biến chiếm tới 50% Theo cỡ hạt đá cát kết chia thành ba loại: cát hạt mịn, cát kết hạt trung bình và cát kết hạt thô Đá màu xám nâu đến xám tráng, thành phần thạch anh chiếm từ 50 ÷ 80%, còn lại là quăczit, silic và các thành phần khác Thành phần xi măng gắn kết chủ yếu là sét xêrixit, sét silic và cácbônát v.v hoặc các vật chất hữu cơ kiểu ximăng cơ sở lấp đầy hoặc tiếp xúc Cấu tạo dạng khối bền vững Độ bền nén trung bình dao động từ 80 ÷ 130 MPa

d Đá cuội - sạn kết

Đá cuội - sạn kết màu xám tro, xám nâu hoặc xám trắng chiếm từ 3÷15% trong cột địa tầng Thành phần chủ yếu là cuội thạch anh, kích thước

từ 0,4 ÷ 4cm; phân lớp dày hoặc không phân lớp Thành phần ximăng gắn kết

là sét silic, hoặc ximăng gắn kết cácbônát Giới hạn bền nén của đá cuội - sạn kết dao động từ 80 MPa ÷ 200MPa

1.1.1.2 Đặc điểm tính chất cơ lý đá

Các lớp địa tầng vùng Quảng Ninh chỉ khác nhau về chiều dày, góc dốc

và thành phần khoáng vật, do đó một số chỉ tiêu cơ lý đá như: độ bền kháng nén σn; độ bền kháng kéo σk; trọng lượng thể tích v.v khác nhau, dẫn tới độ bền kiên cố theo Protodiakonov cũng khác nhau Kết quả nghiên cứu độ bền kháng nén (σn) và hệ số kiên cố f của các lớp nham thạch ở các mỏ trong

mỏ khác nhau Ở các mỏ hầm lò, sét kết có giá trị σn và f lớn nhất ở mỏ than Giáp Khẩu; cát kết có giá trị σn và f lớn nhất ở mỏ Hà Lầm, Mông Dương, Mạo Khê; cuội - sạn kết có giá trị lớn nhất ở các mỏ hầm lò Mạo Khê, Giáp Khẩu, Hà Lầm; v.v

Tính chất cơ lý đá đặc trưng cho các mỏ hầm lò xem bảng 1-1

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý đá các mỏ than hầm

lò và tiêu chuẩn phân cấp đất đá đang được sử dụng trong và ngoài nước tác

giả đã phân loại đất đá dùng cho công tác khoan trong hầm lò (xem bảng 1-2)

Bảng 1-1: Tính chất cơ lý đặc trưng cho các loại nham thach ở các mỏ than hầm lò Quảng Ninh

Độ bền nén, MPa

Độ bền kéo, MPa

Hệ số kiên cố,

f

Mô đun đàn hồi E.10 5 , MPa

Hệ số poat xông, m

Trọng lượng thể tích g/cm 3

Góc

ma sát trong,

ϕ độ

Lực dính kết e, MPa

3 Sét kết màu xám

0,01 - 0,09

0,02 - 0,09

2,23 - 2,58 25 - 33 2 - 7 0,5 - 2,6

5 Bột kết phân lớp

0,07 - 0,12 0,1 - 0,26

2,51 - 2,62 25 - 33

2,53 - 2,67 31 - 35

0,12 - 0,19

0,07 - 0,18

2,55 - 2,67 33 - 36 21 - 26 0,2 - 0,4

8 Cát kết hạt trung 100 -

172

8,2 - 15,8 10 - 17

0,13 - 0,27

0,07 - 0,18

2,54 - 2,62 33 - 36 22 - 28 0,29 - 0,18

0,02 - 0,13

0,02 - 0,13

2,53 - 2,66 31 - 39 25 - 32 0,16 - 0,25

156

5,5 - 12,6 11 - 15

0,09 - 0,29

0,06 - 0,24

2,59 - 2,60 38 - 39 26 - 36 0,10 - 0,18

Bảng 1-2: Phân loại đất đá dùng cho khoan thăm dò trong hầm lò

II Sét chặt xít lẫn sỏi, sỏi, cuội than đá yếu; than nâu; bột kết

Bột kết xám sẫm, xi măng sét đá voi; đá phiến silíc; acgilít

silíc hoá; cuội xi măng sét cát, cát kết thạch anh, cát kết hạt

mịn rắn chắc

2000 - 3000 103 - 238 7,7 - 12,4

10 - 24

VII

Acgilit chứa silic; bột kết xám tro hạt lớn gắn kết ximăng

silíc, cuội, sạn kết thạch anh hạt nhỏ vụn gắn kết ximăng sét

Cát kết rắn chắc hạt trung

3000 - 4000 100 - 172 8,2 - 15,8

10 - 17

VIII

Cát kết silic, cát kết thạch anh hạt trung bình màu xám - đen

xêrixit, cácbon ít silíc Cuội thạch anh hạt không đầu gắn kết

ximăng silíc yếu

4000 - 5000

IX Cát kết hạt mịn - trung bình có thành phần thạch anh tương

đối đều - rắn chắc; ximăng gắn kết silic màu xám nâu 5000 - 6000

X Cát kết hạt thô, sạn kết thành phần gắn kết silic hoặc ximăng

1.1.2 Tính chất cơ bản của đất đá đã ảnh hưởng tới quá trình khoan

Trong quá trình khoan thì các yếu tố: Độ cứng, độ bền cơ học, độ mài mòn, độ ổn định, độ nứt nẻ, độ rỗng, độ ngậm nước và độ dẻo sẽ ảnh hưởng

trực tiếp đến sự phá huỷ đá

Độ cứng của đất đá là khả năng chống lại sự cắm sâu của mũi khoan

mà không để lại biến dạng dư Cần phân biệt độ cứng tổng thể của đá với độ

cứng khoáng vật tạo thành đá Độ cứng khoáng vật của đá phân loại theo thang Mohs và thang Knoop Theo thang Mohs kim cương là khoáng vật có

độ cứng lớn nhất bằng 10 Theo thang Knoop, độ cứng kim cương cao nhất

nằm trong khoảng 8000 ÷ 8300 đơn vị

Trong khoan thăm dò địa chất thường sử dụng độ cứng tổng thể của đất

đá (PS) xác định theo phương pháp Sreinher L.A Theo phương pháp này, độ

Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá huỷ khi có ngoại lực tác dụng Độ bền cơ học của đất đá được xác định bằng các chỉ tiêu: hệ số bền động Fđ; hệ số độ bền tĩnh Ft; độ bền nén σn; độ bền kéo σk; độ bền uốn σu Trong khoan thường sử dụng hệ số bền động Fđ của đá kết hợp với một số tính chất khác như hệ số mài mòn và độ cứng PS để tính toán tốc độ cơ học khoan, định mức thời gian và tiêu hao vật tư khoan Theo kết quả nghiên cứu của Baron L.I; Luibimov N.I hệ số bền động của đất đá được chia thành 6 nhóm với mức độ bền động từ nhỏ đến rất bền vững (Bảng 1-4)

Bảng 1-4: Phân loại đất đá theo hệ số bền động

Độ mài mòn của đất đá ảnh hưởng tới lượng tiêu hao dụng cụ khoan như ống lấy mẫu, cần khoan, v.v Vì vậy, lựa chọn loại dụng cụ phá huỷ đá phù hợp với tính chất mài mòn của đá không những tăng được tiến độ khoan

mà còn có ý nghĩa kinh tế rất lớn trong việc tiết kiệm vật tư phá huỷ đá

Tính chất mài mòn cũng như độ bền động của đất đá là các chỉ tiêu cơ bản xác định các chỉ tiêu khoan như: tốc độ khoan, định mức tiêu hao vật tư,

hiệu quả khoan và xây dựng phương án lựa chọn thiết bị, chế độ công nghệ khoan Tính chất mài mòn của đất đá được xác định bằng hệ số mài mòn Ka

và trên cơ sở đó chuyên gia đá chia thành 6 nhóm theo hệ số Ka (Bảng 1-5)

Bảng 1-5: Phân loại đá theo hệ số mài mòn

Nhóm đất đá

Hệ số mài mòn; K a

Mức độ mài mòn

Giá trị định lượng của mức độ nứt nẻ được xác định bằng các chỉ tiêu phản ảnh mật độ phân bố và kích thước khe nứt trong khối đá Các chỉ tiêu định lượng bao gồm: chỉ tiêu tuyến tính như số lượng và tổng chiều dài giao nhau của khe nứt trên một đơn vị chiều dài lỗ khoan; chỉ tiêu theo diện tích bao gồm: số lượng, diện tích khe nứt trên 1 đơn vị diện tích thành lỗ khoan và thể tích khe nứt trên một đơn vị thể tích không gian gần lỗ khoan

Độ nứt nẻ có liên quan và ảnh hưởng tới mức độ phá huỷ, mức độ cục của mẫu khoan Chỉ tiêu phá huỷ của mẫu khoan được đánh giá bằng hệ số

KY: đặc trưng cho số lượng cục trong một mét mẫu khoan Số lượng cục trong một mét mẫu càng ít chứng tỏ đá càng bền vững ít nứt nẻ Trong thực tế cho thấy: số lượng cục mẫu trong một mét khoan không những phụ thuộc vào tính chất cơ lý đá, mà còn phụ thuộc vào dụng cụ phá huỷ đá và chế độ công nghệ khoan hợp lý thì số lượng cục trong một mét mẫu giảm và chiều dài cục mẫu

sẽ tăng

Trên cơ sở các chỉ tiêu trên, Viện VITR Liên bang Nga đã phân loại mức độ nứt nẻ của đất đá trong khoan xoay thăm dò thành 5 nhóm như mô tả

ở bảng 1-6 Mức độ nứt nẻ liên quan chặt chẽ với mức độ khó lấy mẫu Bk và mức độ ổn định thành lỗ khoan Mức độ ổn định thành lỗ khoan là khả năng

tự bảo vệ khi bị tác động của áp lực mỏ và các yếu tố phá huỷ trong khoan Mức độ ổn định thành lỗ khoan ảnh hưởng tới việc lựa chọn cấu trúc lỗ khoan, phương pháp gia cố bảo vệ lỗ khoan và các biện pháp phòng cứu sự cố khi thành lỗ khoan bị sập lở

Bảng 1-6:Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ trong khoan xoay lấy mẫu

Tiêu chuẩn đánh giá mức độ nứt nẻ của

III Ổn định ít Đá giòn nứt nẻ mạnh, hoặc các

loại đá có tính liên kết dẻo cao

IV Không bền vững Đá bở rời, liên kết yếu

Mức độ nứt nẻ và mức độ ổn định của đất đá còn liên quan tới sự tổn thất (tiêu hao) dung dịch (nước rửa) trong quá trình khoan Mức độ tiêu hao dung dịch trong khoan phụ thuộc vào kích thước, mật độ khe nứt và lỗ hổng trong đất đá Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm, Raphienko I.I đã phân loại đất đá theo mức độ tiêu hao dung dịch trong khoan thành bốn nhóm như mô

Khối lượng dung dịch tiêu hao,

Sử dụng dung dịch sét

II

Mạnh

5 - 10

Cát kết nứt nẻ, hạt trung bình đến to

Sử dụng dung dịch sét cùng với các chất bịt nhét

III

Tiêu hao hoàn toàn 10 -15

Cát kết nứt nẻ mạnh, hạt thô to

Sử dụng các hợp chất dung dịch đông nhanh

IV

Tiêu hao

do hang động các tơ > 15

Các hang động các tơ đá vôi;

các hang động

do lò khai thác

cũ còn lại

Chống ống ngăn cách

* Độ khoan và phân cấp đất đá trong khoan thăm dò

Độ khoan của đất đá là một chỉ tiêu quan trọng đặc trưng cho mức độ

khó khoan và được xác định bằng đại lượng tốc độ cơ học khoan trong điều

kiện áp dụng chế độ khoan chuẩn, hợp lý cho từng loại đá

Độ khoan phụ thuộc vào các tính chất cơ lý đá; cấu trúc và loại kiểu

dụng cụ phá huỷ đá; các thông số chế độ công nghệ khoan và quy trình công

nghệ khoan

Như vậy, độ khoan là một chỉ tiêu quan trọng không những dùng đánh

giá hiệu quả khoan trong loại đá này hay loại đá khác, mà còn phản ánh mức

độ hoàn thiện kỹ thuật - công nghệ khoan

Hiện nay đang tồn tại hai khuynh hướng phân loại đất đá Khuynh

hướng thứ nhất: Phân loại đất đá theo các chỉ tiêu sản xuất Theo các chỉ tiêu

sản xuất đất đá được phân loại theo độ khoan; độ nổ; độ bở rời, v.v Mỗi

dạng phân loại được xác định trong điều kiện sản xuất cụ thể; điều kiện áp

dụng thiết bị kỹ thuật - công nghệ nhất định Chính vì vậy, bảng phân loại đất

đá theo các chỉ tiêu sản xuất chỉ áp dụng cho từng loại đất đá, từng loại mỏ cụ

thể và trong điều kiện kỹ thuật công nghệ nhất định

Khuynh hướng thứ hai: phân loại theo tính chất cơ lý đá như: Độ cứng,

độ nứt nẻ, độ bền cơ học, độ mài mòn, độ bền vững v.v

Trong công tác khoan, đất đá được phân loại theo phương pháp khoan:

- Trong khoan xoay lấy mẫu, đất đá được chia thành 12 cấp theo độ

khoan (xem bảng 1-9)

Bảng 1-9: Phân loại đất đá theo cấp độ khoan trong khoan xoay

Cấp độ khoan Tốc độ khoan (mức độ/h)

Độ cứng đất đá xác định theo phương pháp Srâynher L.A; MPa (1) (2) (3)

- Trong khoan đập - xoay (bằng búa đập thuỷ lực và búa đập khí nén),

đất đá được chia thành 7 cấp theo độ khoan

Trong khoan xoay lấy mẫu, ngoài việc sử dụng bảng phân loại đất đá

theo cấp độ khoan còn sử dụng thêm một số chỉ tiêu khác của đất đá như hệ

số bền động; hệ số mài mòn; độ nứt nẻ để lựa chọn dụng cụ phá đá; cấu trúc

lỗ khoan; thiết bị khoan và chế độ công nghệ khoan

Viên nghiên cứu thăm dò địa chất (SNIGRI) của Nga đã phân loại đất

đá theo hệ số liên hợp ρm xác định từ biểu thức sau

Trong đó: ρm - Hệ số liên hợp của đất đá;

Fđ - Hệ số bền động của đất đá

sánh và dự kiến tốc độ khoan như mô tả ở bảng 1-11

Bảng 1-11: So sánh cấp độ khoan trong khoan xoay và độ kiên cố f của đất đá

Cấp độ

khoan

Độ cứng đất đá theo Sreinher L.A; P S , MPa

Hệ số kiên cố theo Protodiaconov, f

Tốc độ khoan, m/h

Trong khoan đập - xoay đất đá được chia thành bảy cấp theo độ khoan

và mỗi cấp tương ứng với giá trị hệ số liên hợp ρm xác định theo công thức:

theo độ khoan Hệ số liên hợp ρm

Các nước Tây Âu, Mỹ, Canađa, Nam Phi phân loại đá theo độ cứng nén

đơn trục như mô tả ở bảng

Bảng 1-14:Phân loại đá theo độ cứng đơn trục

- Địa tầng chứa than vùng Quảng Ninh là địa tầng trầm tích bao gồm

các vỉa khoáng sàng than, các lớp sét kết, sét than, bột kết, cát kết, sạn kết và

cuội kết Các lớp nham thạc được phân bổ theo quy luật thứ tự: khoáng sàng

than tiếp theo là các lớp sét kết, bột kết, cát kết, sạn kết và cuội Thứ tự như

vậy được lặp đi lặp lại trong địa tầng chứa than

Hình 1-1: Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng san kết và cuội kết

- Chiều dày, độ dốc các lớp nham thạch, tính chất cơ lý, điều kiện kiến tạo địa chất ở các mỏ hầm lò khác nhau; các yếu tố này đã ảnh hưởng trực

tiếp tới lựa chọn đặc tính kỹ thuật thiết bị khoan, dụng cụ khoan và công nghệ khoan cũng như hiệu quả và chất lượng khoan

Hình 1-2: Hình ảnh mũi khoan làm việc ứng với địa tầng sau nổ mìn

- Các tác động khai thác hầm lò đã tạo nên thế mất thăng bằng của cấu tạo địa chất bao quanh khu vực khai thác; gây nên các hiện tượng dịch chuyển phá vỡ trạng thái tự nhiên của khối đá làm tăng hệ thống khe nứt thứ sinh phá huỷ cấu trúc và làm giảm sự đồng nhất trong khối đá, v.v Các yếu tố đó đã ảnh hưởng trực tiếp tới việc lựa chọn phương pháp khoan, thiết bị và công nghệ cũng như hiệu quả và chất lượng khoan

Hình 1-3: Quan hệ ứng suất và biến dạng của đá dưới tác dụng của lực nén (Giới hạn bền

nén 63MPa)

Hình 1-4: Đất đá biến dạng (om) sau khi nổ mìn

- Điều kiện và kích thước lò khai thác là một trong các yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn thiết bị, công nghệ và dụng cụ khoan Thuỳ theo điều kiện cụ thể của từng mỏ và mục đích yêu cầu, có thể lựa chọn các dạng thiết

bị khoan phù hợp với kích thước chuẩn của đường lò hoặc làm các buồng khoan phù hợp với kích thước thiết bị khoan và điều kiện thi công

1.1.4 Sản lượng than khai thác ở vùng than Quảng Ninh – TKV

Định hướng chung:

* Phần Lộ thiên:

- Mở rộng tối đa biên giới khai thác lộ thiên theo cả chiều sâu và chu vi ruộng mỏ tại các khu vực cho phép, đặc biệt là các mỏ lộ thiên Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn, Khe Chàm II v.v

- Duy trì Nâng công suất khai thác các mỏ lộ thiên Đèo Nai, Cọc Sáu, Cao Sơn, Khe Chàm II, Đông và Tây Nam Đá Mài, Đông và Tây Khe Sim, Bắc Quảng Lợi v.v

- Sớm đầu tư và khai thác xuống sâu các mỏ lộ thiên

- Tổ chức khai thác hợp lý các mỏ, các khu để sớm hình thành các bãi thải trong với khối lượng đổ thải trong lớn nhất nhằm giảm chi phí sản xuất

và bảo vệ môi sinh, môi trường (sớm kết thúc khai thác các khu vực Moong

Lộ Trí, Đông và Tây Nam Đá Mài, Đông và Tây Khe Sim, Bàng Nâu, Bắc Quảng Lợi…

- Tiếp tục đổi mới đồng bộ và hiện đại hoá thiết bị của dây chuyền khai thác hiện nay theo hướng đưa vào sử dụng các loại thiết bị cơ động có công suất lớn, phù hợp với điều kiện và quy mô của từng mỏ, từng khu vực

* Phần Hầm lò:

- Mở rộng nâng công suất tối đa các mỏ hiện có, tích cực đầu tư các mỏ hầm lò có công suất lớn để đảm bảo sản lượng than khai thác hầm lò tăng trưởng với tốc độ cao, bền vững trên cơ sở tài nguyên, trữ lượng và công nghệ khai thác

- Đẩy mạnh việc ứng dụng cơ giới hóa trong công tác đào lò xây dựng

cơ bản cũng như các đường lò chuẩn bị sản xuất bằng các thiết bị hiện đại: Xe

với công tác đào lò, công tác chống lò cũng cần được tăng cường tối đa việc

áp dụng các vật liệu và công nghệ chống giữ tiên tiến: chống lò bằng vì neo,

vì neo kết hợp bê tông phun tại các khu vực có điều kiện địa chất thích hợp

- Hoàn thiện các thông số hệ thống khai thác lò chợ theo hướng tăng chiều dài lò chợ, tăng chiều dày lớp khấu hoặc khấu hết chiều dày vỉa

- Nghiên cứu và áp dụng cơ giới hoá đồng bộ cho các khu vỉa dốc và cơ giới hoá hạ trần để có những lò chợ sản lượng đến 2,0 triệu tấn/năm, thay thế các lò chợ chống gỗ bằng cột thuỷ lực đơn thân thiện với môi trường (không dùng dầu nhũ hoá mà dùng 100% nước) để chống giữ cho các lò chợ có chiều dày vỉa đến 0,8m nhằm tiết kiệm triệt để tài nguyên

- Đồng bộ hoá thiết bị trong vận tải lò chợ, lò dọc vỉa, các lò xuyên vỉa,… nhằm nâng cao năng lực vận tải đặc biệt đối với các lò chợ cơ giới hoá cho sản lượng cao

- Tìm giải pháp kỹ thuật và công nghệ hợp lý để đề xuất các cấp, các ngành cho phép khai thác trong các vùng cấm, vùng hạn chế nhằm tận dụng triệt để tài nguyên than trên cơ sở đảm bảo an toàn cho cảnh quan, môi trường, khu di tích, và các công trình

- Tìm giải pháp kỹ thuật để tiến hành khai thác triệt để than trong các khu vực khó khai thác như trụ bảo vệ các công trình mặt bằng mỏ, đường ô

tô, dưới các lòng hồ và vùng dân cư nhằm tận dung và tiết kiệm tài nguyên

- Đẩy mạnh công tác khoan thăm dò để mở các mỏ mới trong những vùng tài nguyên tiềm năng như: Nếp lõm Bảo Đài, khu vực Đông Triều - Phả Lại, Đông Tràng Bạch, Nam Tràng Bạch, Quảng La, Vịnh Cuốc Bê, Đông Quảng Lợi - Mông Dương…

- Giai đoạn từ nay đến năm 2015, tích cực thăm dò, thử nghiệm công nghệ khai thác (công nghệ khai thác than hầm lò hoặc công nghệ khí than hoá…) để có thể đưa khoáng sàng Bình Minh - Khoái Châu (tỉnh Hưng Yên) nói riêng và bể than Đồng bằng Sông Hồng nói chung vào khai thác từ sau năm 2015

Chi tiết sản lượng than khai thác các mỏ ngành than Việt Nam như sau:

Bảng 1-15: Sản lượng than khai thác các mỏ ngành than Việt Nam [1]

Sản lượng theo năm khai thác (ĐVT: 1000 tấn)

TT Mỏ/công

trường 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2020 2025 2030 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)

* Theo phương án huy động sản lượng trên sẽ có tổng số mỏ, điểm mỏ

hoạt động và tham gia sản lượng của toàn ngành than (theo đơn vị kỹ thuật)

được dự kiến trong thời kỳ 2010-2030 là 136 mỏ, điểm mỏ, trong đó:

- Các mỏ do TKV quản lý - 54 mỏ, điểm mỏ hiện đang hoạt động năm

2010;

- 9 mỏ dự kiến sẽ được xây dựng ở bể than Quảng Ninh và 5 mỏ dự

kiến sẽ được xây dựng ở bể than ĐBSH (chưa giao quản lý);

- Các mỏ ngoài TKV (của các địa phương và các ngành) quản lý 68

mỏ, điểm mỏ gồm: 46 điểm mỏ than bùn sẽ đưa vào khai thác; 19 điểm mỏ

than đá dự kiến sẽ được các địa phương xây dựng và quản lý; 1 mỏ Vietmindo

100% vốn nước ngoài hiện có; 2 mỏ than mỡ hiện có (Làng Cẩm và Khe Bố)

1.2 HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC KHOAN KIỂM TRA TÚI NƯỚC TRONG

QUÁ TRÌNH KHAI THÁC HẦM LÒ Ở VÙNG THAN QUẢNG NINH-TKV

Hiện nay, các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh đều sử dụng các thiết

bị khoan điện, búa đập khí nén cầm tay kiểu PR, búa đập khí nén dạng cột PT

của Nga và Trung Quốc để khoan các lỗ khoan nổ mìn dài 1m đến 4m, đường

kính 28mm đến 42mm phục vụ cho công tác đào lò đá và khai thác than

Từ năm 1997, do nhu cầu sản xuất và thăm dò bổ sung các dữ liệu

thông tin địa chất mỏ Mỏ than Mạo Khe đã được trang bị thiết bị khoan HR -

1500 do Úc chế tạo

Hiện trạng:

Một số mỏ than khai thác hầm lò ở Quảng Ninh đã áp dụng phương pháp khoan tháo nước trong hầm lò như Công ty than Thống Nhất đã khoan xiên xuống một góc 450 rồi dùng thiết bị bơm chìm tháo khô nước; Công ty than Hà Lầm đã khoan xiên thượng để nước tự chảy; Công ty than Mạo Khê

đã khoan tại khu vực lò dọc vỉa 9 mức -80 Tại công ty than Hà Lầm trong quá trình thi công đường lò xuyên vỉa mức -41 đã gặp sự cố bục nước, để đảm bảo độ an toàn cho việc thi công tại khu vực bục nước ở lò xuyên vỉa –41 đã

bố trí 3 lỗ khoan xiên thượng lên nóc lò nhằm mục đích trực tiếp làm giảm áp lực nước tại khu vực đang thi công

Với kết quả như vậy chứng tỏ phương pháp khoan tháo nước đã mang lại hiệu quả rất cao với chi phí kinh tế không lớn Các lỗ khoan thăm dò và tháo nước trong các mỏ than hầm lò thường là các lỗ khoan ngang, xiên thượng, xiên xuống và có chiều sâu lỗ khoan (khoảng 20-50mét) cao hơn nhiều so với các lỗ khoan nổ mìn (từ 1 đến 4 mét) Tuy nhiên, hầu hết các Công ty than khai thác hầm lò thuộc Tập đoàn CN than khoáng sản Việt Nam-TKV đều chưa được trang bị thiết bị, công nghệ và công nhân khoan thăm dò trong hầm lò hoặc đầu tư máy khoan mới xem xét cụ thể riêngtheo đặc thù cho mỏ của mình Đây là một trong các nguyên nhân làm hạn chế tới phạm vi áp dụng các phương pháp khoan trong hầm lò Do vậy việc nghiên cứu lựa chọn thiết bị khoan hợp lý cho việc khai thác trong khu vực than Quảng Ninh là hết sức cần thiết và đúng đắn

Chương 2 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ KHOAN

2.1 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ KHOAN

Do đặc điểm kích thước không gian và môi trường làm việc trong hầm

lò khai thác bị hạn chế, các thiết bị, dụng cụ dùng khoan trong lò đòi hỏi phải

có những đặc điểm tính năng kỹ thuật khác các thiết bị, dụng cụ khoan trên mặt đất và được phân loại theo các tiêu chí sau:

2.1.1 Phân loại thiết bị khoan theo phương pháp khoan

Hiện nay trên thế giới đang áp dụng rộng rãi các phương pháp khoan xoay; khoan xoay - đập; khoan đập - xoay và khoan xoay cầu trong các mỏ hầm lò với các mục đích khác nhau như: khoan nổ mìn; phá hỏa điều khiển đá vách; khoan thăm dò địa chất; khoan nghiên cứu địa chất thuỷ văn và thoát nước mỏ; tháo khí và thu hồi khí mê tan phục vụ công tác an toàn mỏ; khoan các lỗ khoan phục vụ cho đặt cáp điện, đường ống dẫn nước, dẫn khí; các lỗ khoan thông gió, v.v

a Phương pháp khoan xoay

Bản chất của phương pháp khoan xoay là phá huỷ đất đá ở đáy lỗ khoan xảy ra liên tục nhờ có áp lực và tốc độ vòng quay truyền từ đầu máy cho mũi khoan; mùn khoan do quá trình phá huỷ đá tạo ra ở đáy lỗ khoan được đưa lên miệng lỗ khoan bằng nước rửa hoặc khí nén

Phương pháp khoan xoay lấy mẫu cung cấp khá đầy đủ và chính xác các thông tin địa chất như cấu trúc địa tầng, kiến tạo địa chất; các mẫu khoan phục vụ cho nghiên cứu tính chất cơ lý đá, thành phần khoáng vật và cho các mục đích nghiên cứu khác

Căn cứ vào dạng và đặc tính kỹ thuật của dụng cụ phá đá, phương pháp khoan xoay lấy mẫu được chia thành các dạng sau:

- Khoan bằng mũi khoan hợp kim: dụng cụ pháp huỷ đá được chế tạo

từ các hạt hợp kim cứng BK8 với các hình dạng kích thước khác nhau tuỳ thuộc vào độ cứng của đá Khoan hợp kim dùng khoan than, đất đá mềm cấp I

÷ VI có lẫn đất đá cấp VII theo độ khoan

- Khoan bằng mũi khoan kim cương: dụng cụ pháp huỷ đá được chế tạo

từ các hạt kim cương nhân tạo hoặc kim cương thiên nhiên Khoan kim cương dùng khoan đá mài mòn từ trung bình cứng đến cứng cấp VI ÷ XII theo độ khoan

Khoan xoay phá mẫu bằng các mũi khoan 2 hoặc 3 chóp xoay; mũi khoan dạng đuôi cá Phương pháp khoan xoay phá mẫu thường là các lỗ khoan đặt ống duy chì tháo nước, tháo khí và các lỗ khoan kỹ thuật phục vụ cho các mục đích khác ở trong các lò khai thác than

Khoan xoay guồng xoắn áp dụng khoan trong các vỉa than với mục đích thăm dò khu vực trước gương lò khai thác có nghi ngờ tích tụ nước ngầm, khí độc hoặc khoan kiểm tra chiều dầy vỉa than Khoan các lỗ khoan duy trì tháo nước, tháo khí trong các vỉa than Mùn khoan tạo thành trong quá trình khoan được vận chuyển lên miệng lỗ khoan bằng chính các cánh cửa guồng xoắn

b Khoan xoay - đập

Phá huỷ đất đá trong khoan xoay - đập chủ yếu là do áp lực và tốc độ vòng quay kết hợp với lực đập của cơ cấu đập truyền cho dụng cụ phá hủy đáy Khoan xoay - đập áp dụng khoan đất đá cấp I ÷ VI Phương pháp khoan xoay - đập áp dụng khoan các lỗ khoan với các thiết bị và cơ cấu đập cầm tay

dụng khoan đất đá từ cấp VII ÷ XII theo độ khoan Khoan đập - xoay thường

sử dụng các búa đập thuỷ lực, búa đập khí nén với tần số đập cao

Mùn khoan tạo thành trong quá trình khoan xoay - đập, khoan đập - xoay được đưa lên miệng lỗ khoan bằng nước rửa hoặc khí nén

Bảng 2-1: So sánh các dạng máy khoan đá:- Máy khoan đập; Máy khoan quay

2.1.2 Phân loại thiết bị khoan theo động cơ dẫn động

Theo kiểu động cơ dẫn động, thiết bị khoan trong hầm lò có thể chia thành ba loại: dẫn động bằng động cơ khí nén, động cơ điện và động cơ thuỷ lực

a Thiết bị khoan dẫn động bằng động cơ khí nén

Là các thiết bị kích thước nhỏ, trọng lượng đồng bộ thiết bị từ 100 kg ÷ 300kg, dùng khoan xoay các lỗ khoan đường kính từ 36 đến 120mm, chiều dài tương ứng từ 100m ÷ 300m trong đất đá mềm và trung bình cứng áp suất khí nén dùng cho động cơ từ 0,4MPa ÷ 1,5MPa Công suất động cơ dao động

từ 3kw ÷ 22kW phụ thuộc vào lưu lượng và áp suất khí nén cấp cho động cơ Tốc độ vòng quay của đầu máy khoan và áp lực truyền cho mũi khoan điều khiển bằng cách thay đổi lưu lượng, áp suất khí nén cấp cho động cơ

Truyền áp lực cho dụng cụ phá huỷ đá bằng pistông khí nén có tính năng kỹ thuật và cấu tạo tương tự như hệ thống pistông thuỷ lực Hệ thống pistông khí nén làm việc trong điều kiện áp suất từ 0,5MPa đến 1,5 MPa và lực truyền tối đa cho dụng cụ phá đá 10.000N Vì vậy, chỉ dùng khoan các lỗ khoan đường kính đến 50mm với chiều sâu tương ứng 1000mm trong các loại

đá mềm và trung bình cứng như sét kết, than, bột kết

Nhược điểm của thiết bị truyền áp lực bằng pistông khí nén là áp lực không ổn định và không tạo đủ lực cho dụng cụ phá huỷ đá trong trường hợp khoan đá cứng, rắn chắc như bột kết rắn chắc, sạn kết, cát kết

Hiện nay, thiết bị khoan dẫn động bằng động cơ khí nén được sử dụng rộng rãi trong các mỏ than hầm lò vì độ an toàn cao, đặc biệt đối với các mỏ nguy hiểm về khí mê tan và ở các khu vực có nguy cơ bục khí Bên cạnh đó, thiết bị khoan dẫn động bằng động cơ khí nén cũng có nhược điểm là hệ số có ích thấp, yêu cầu lưu lượng khí ổn định và áp suất khí cao; vì vậy chỉ phù hợp với các mỏ than hầm lò có trung tâm cung cấp khí nén, không phù hợp với các mỏ sử dụng máy nén khí đặt trong lò với lưu lượng từ 5 ÷ 6m3/ph

Ở đầu khoan hoạt động bằng khí nén, công để phá huỷ đất đá là do búa đập Theo đặc tính sử dụng gồm các loại: búa khoan cầm tay, búa khoan cột, búa khoan kiểu ống lồng Các loại búa này có nguyên lý kết cấu và hoạt động giống nhau

Do vậy ở đây tác giả chỉ trình bày về búa khoan cầm tay Hoạt động

của búa đập như sau: (Hình 2 - 1)