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
+ Chương VI: Đánh giá kết quả 34
+ Chương VII: Kết luận và đề nghị 37
+ QUY TRÌNH LẮ
P VÀ DỰNG HẠ THÁP 39
+ QUY PHẠM AN TOÀN
KHI LÀM VIỆC VỚI THÁP MPY
rY 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

4
MỞ ĐẦU

Hiện nay ở nước ta do ảnh hưởng lâu dài của các thiết bị khoan xuất xứ từ
Liên Xô cũ vốn sử dụng tháp khoan theo phân dạng sau:
- Tháp khoan cho các máy cố định cỡ lớn: Tháp cột dạng khung dựng hạ và
tháo lắp cơ khí.
- Tháp khoan cho các máy tự hành: Tháp dạng khung có sử dụng cơ cấu nâng
hạ thuỷ lực.
- Tháp khoan cho các máy khoan cố định trung bình và nhỏ: Tháp 3 chân hoặc
4 chân dựng hạ cơ khí.
Năm 2008 Công ty Cổ phần khoan và dị
ch vụ kỹ thật khai thác mỏ đã nghiên
cứu và chế tạo thành công Bộ tháp dạng cột có chiều cao nhỏ gọn ( cao 8m ) và
sử dụng cho hiệu quả trong khoan mẫu luồn, đặc biệt là những lỗ khoan thăm dò

rY-2
Hướng cải tiến:
Với tháp MPY
rY-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 ổ
n 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 MPY
rY-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

6
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 lắ
p, 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

c 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 su
ất 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 tồ
n tại của vỉa than đến -1.100m.

8

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

9
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 nh
ập
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 nghiệ
p 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 thi
ết 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 cũ
ng 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
11
CHƯƠNG IMỤC TIÊU NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I- Mục tiêu:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một bộ tháp khoan
dùng chung cho các máy khoan địa chất có công suất khoan sâu từ 700 – 900m
phục vụ khoan cần luồn hoặc khoan cần Φ50 trong công tác thăm dò địa chất.
Cụ thể là:
- Tháp khoan liền khối dạng cột trong đó chân tháp và các thanh giằng hàn chắc
chắn với nhau, các chân tháp được nối nhau qua bích và cốt chịu lực.
- Hệ thống dựng hạ bằng cơ
khí.
- Hệ thồng thang và sàn thợ phụ.
- Lắp ráp hoàn chỉnh tháp khoan trên máy khoan XY – 44 A hoặc các máy
khoan HXY-5.
Chế tạo thành công tháp khoan liền khối dạng cột cho phép trang bị cho
toàn bộ các máy khoan có chiều sâu khoan ≤ 900m ở vùng khoan Quảng Ninh
tạo ra một bước tiến mới cho năng suất các công trình khoan và an toàn lao
động.

II-Nhiệm vụ:
- Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu, khảo sát các bộ tháp khoan của Liên Xô
cũ MPY
rY-2, HCX13 của Trung Quốc và các máy khoan XY-44A,
HXY-5 cho yêu cầu thiết kế.
-

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 c
ột của tháp MPYrY – 2 của Liên Xô cũ và tháp bốn chân

khung cột 2 chân (H1.2), khung cột 4 chân (H.1.3)H 1.1 Thá
p
MPY
r
Y-2
H 1.2 Tháp khung cột 2 chân
H 1.3 Tháp khung cột 4 chân H 1.2 Tháp khung cột 2 chân
H 1.3 Tháp khung cột 4 chân
H 1.1 Tháp MPYгY-2

15

(a) (b) (d) (c)
Hình 2 : Tháp HCX-13 (a,b,c)

Đặc tính kỹ thuật của các bộ tháp khoan.
Các thông số HCX-13
MPY
rY – 2
- Chiều cao kể từ sàn khoan đến
trục ròng rọc tĩnh, m
- Sức nâng trên móc, tấn
- Sức nâng trên ròng rọc tĩnh, tấn
- Chiều dài cần dựng, m


6
4

4

16
6.5

16
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 đỉ
nh 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:
Q

0
= Q
kp
. ( 1 + 1/ m . δ )
- m là số nhánh cáp treo ròng rọc động, m = 2.
- δ là hệ số sử dụng của hệ thống pa lăng. Trị số gần đúng của δ trong
trường hợp này là 0,95 – 0,93.
Theo công thức tính trên với cần Φ 50 có trọng lượng 6,5 Kg/m, khoan
chiều sâu 900 m ta có tải trọng định mức được tính với những khả năng chịu tải
lớn nhất Q
kp
= 6435 kg.
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cột tháp khoan (làm tròn) Q
0
= 9.820 kg.
Theo quy phạm an toàn, sức chịu tải (tính toán) của tháp ít nhất phải bằng
2 lần Q
0

Q
tt
= a. Q
0
= 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

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 (Q
1
), ứng suất xuất hiện trong
chân tháp sẽ là:
σ
n
= Q
1
/ S = 6.190 / 2.351 = 2.63 như vậy: σ
n
< [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
EIm
F
th
π
= , trong đó:

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 gi
ằng 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 đầ
u để
hàn mặt bích. Gia công 16 mặt bích Φ180 x 16 khoan 06 lỗ Φ19 cách nhau
60
0
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 m
ặt 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

c để tránh cong vênh xoắn.
+ Tiếp tục dóng tiếp mặt của cột tháp thứ ba. Trình tự như đã thực hiện ở
bước ba.
e) Bước thứ năm:
+ Trên cơ sở mặt phẳng đã tạo, dựng các mặt cột tháp đã gia công dùng
tăng đơ chỉnh để hàn hai mặt còn lại của cột tháp.
+ Mặt bên cột tháp được thiết kế rộng 700mm tính từ tâm 02 cột ống Φ70
nên khi dùng tăng đơ và êke căn chỉnh đảm bảo độ vuông của cột tháp.

21
+ 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:
- Giằng ngang: 390mm, 440mm, 490mm, 540mm, 580mm, 630mm.
- Giằng chéo: 760mm, 780mm, 820mm, 850mm, 880mm.
+ Sau khi định vị toàn bộ cả ba cột tháp hàn chặt các bích Φ180 x 16 tại
chân cột tháp th
ứ ba vào ống cột Φ70.
+ Sau khi hàn kiểm tra bằng livô, êke và dây chỉ để kiểm tra độ phẳng,
vuông, thẳng của toàn bộ cột tháp.
Sau khi gia công các cột tháp như sau:

Hình 4: Ngọn đỉnh tháp (chân 3)
B.Cầu đỉnh tháp:
a) Cầu đỉnh tháp gồm khung cầu tháp và bộ ròng rọc Φ400 cùng gối đỡ.

23
+ 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 g
ối 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 6:
Khung nối thân tháp với
chân tháp

25
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 73
0
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 73
0
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.
+ 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 ch
ặt 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.