46 KHCNM SỐ 5/2022 * MÁY VÀ THIẾT BỊ MỎ THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRỤC TẢI GIẾNG ĐỨNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM ThS Đoàn Ngọc Cảnh, ThS[.]
Trang 1NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRỤC TẢI GIẾNG ĐỨNG,
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM
ThS Đoàn Ngọc Cảnh, ThS Nguyễn Đình Thống ThS Nguyễn Văn Đức, ThS Chu Quang Định
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
TS Trần Tú Ba
Hội khoa học Công nghệ mỏ
Biên tập: TS Lưu Văn Thực
Tóm tắt:
Bài báo giới thiệu tổng quát nhu cầu, tổng hợp kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị trục tải giếng đứng theo nội dung đề tài nghiên cứu cũng như phân tích đánh giá một ảnh hưởng, tác động của dự án KHCN “Nghiên cứu chế tạo thiết bị, công nghệ thi công đào giếng và trục tải giếng đứng ứng dụng cho mỏ than hầm lò Núi Béo” do Viện KHCN Mỏ chủ trì.
1 Đặt vấn đề
Cùng với điện và dầu khí, than là một trong các
nguồn năng lượng quan trọng nhất cho sự phát
triển kinh tế của đất nước Với yêu cầu phát triển
nhu cầu tiêu thụ than của các ngành công nghiệp
chủ lực trong nước như điện lực, xi măng, phân
bón, hóa chất… sẽ ngày càng tăng mạnh Theo
chiến lược phát triển ngành than Việt Nam đến
năm 2020, định hướng đến năm 2030 đã được
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt (Quyết định số
403/QĐ-TTg ngày 16/3/2016) sản lượng than
thương phẩm sản xuất toàn ngành sẽ tăng nhanh
trong các giai đoạn: 51 - 54 triệu tấn vào năm
2025 và 55 - 57 triệu tấn vào năm 2030
Đáp ứng mục tiêu trên, trong điều kiện sản
lượng khai thác lộ thiên ngày càng giảm, các mỏ
hầm lò phải tiến hành theo hai hướng chính để
đảm bảo phát triển ổn định và nâng cao sản lượng
là tập trung khai thác xuống sâu tại các mỏ đang
hoạt động và tiếp tục mở các mỏ mới đưa vào sản
xuất
Trong những năm gần đây một số mỏ hầm lò
đã, đang triển khai mở vỉa bằng giếng đứng như
mỏ than Mông Dương, Hà Lầm, Núi Béo, Hạ
Long và Mạo Khê Với giếng đứng hệ thống trục
tải có vai trò rất quan trọng trong toàn bộ hoạt
động vận hành của giếng Đó chính là là hệ thống
phục vụ vận tải than, nguyên nhiên vật liệu, thiết
bị và người lao động từ mặt bằng sân công nghiệp
xuống các mức khai thác và ngược lại Do vậy,
việc làm chủ kỹ thuật công nghệ và công tác thiết
kế, chế tạo nội địa hoá thiết bị trong hệ thống trục
tải giếng đứng là hết sức cần thiết, vừa kiểm soát
làm chủ thiết bị, vừa tạo sự chủ động cho ngành
công nghiệp chế tạo trong nước sản xuất chế tạo
được thiết bị trục tải, đem lại hiệu quả kinh tế và
phát triển, nâng cao trình độ cơ khí trong nước
2 Nhu cầu thiết bị của hệ thống trục tải mỏ giếng đứng
Hệ thống trục tải mỏ giếng đứng là một khâu quan trọng, đảm bảo nối liền vận tải trong mỏ và trên mặt bằng của mỏ than và khoáng sản hầm
lò được khai thông bằng giếng đứng Với nhiệm
vụ như vậy, hệ thống trục tải giếng đứng có một vai trò rất quan trọng cả về mặt đảm bảo duy trì sản xuất cũng như an toàn lao động Đây cũng là thiết bị tiêu thụ điện năng lớn, tới hàng nghìn kW
và cũng là thiết bị loại siêu trường siêu trọng., do vậy việc quản lý vận hành, làm chủ thiết bị cũng là thách thức lớn với nhiều đơn vị sử dụng
Hình 1 Hệ thống trục tải giếng đứng chính
1 Máy trục; 2- Puly; 3-Tháp giếng; 4,5,6-Thiết bị
hệ thống dỡ tải;7- Dây cáp 8,9,10,11- Thiết bị hệ
thống cấp tải; 12-Cốt giếng
Trang 2Hệ trục tải giếng đứng thường bao gồm các
thiết bị điển hình sau (xem hình 1):
- Máy trục: Thiết bị quan trọng nhất của hệ
thống trục tải giếng đứng, có chức năng tạo lực
nâng, hạ thùng trục thông qua hệ cáp kéo để vận
chuyển người, vật liệu, vật tư, thiết bị và khoáng
sản;
- Thùng trục: Là các thùng kết cấu thép có hai
loại là skip và thùng cũi; Trong đó Skip - dùng để
vận chuyển khoáng sản, vật liệu Thùng cũi - dùng
để vận chuyển vật tư, thiết bị, người trong quá
trình vận chuyển bằng trục tải;
- Tháp giếng: Là một thiết bị không thể tách
rời của hệ thống trục tải giếng đứng, dùng để lắp
đặt các puly dẫn hướng trục tải, hệ dỡ tải và thiết
bị phụ trợ khác Chiều cao tháp giếng phải đảm
bảo nâng, dỡ tải cho các skip vận chuyển vật liệu,
thùng cũi vận chuyển người, thiết bị và phục vụ
công tác bảo dưỡng, sửa chữa puly, thay cáp,
thùng cũi, skip;
- Hệ thống cấp dỡ tải: Là hệ thống thiết bị tiếp
nhận vận chuyển, cấp liệu vào skip và dỡ tải từ
skip lên bunke chứa ngoài mặt bằng;
- Cốt giếng: Là hệ thống khung kết cấu lắp
đặt trong giếng đứng để dẫn hướng đảm bảo sự
chuyển động của thùng trục dọc theo giếng cũng
như lắp đặt các công trình kỹ thuật trong giếng
3 Kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết
bị trục tải giếng đứng
Dự án KHCN “Nghiên cứu chế tạo thiết bị, công
nghệ thi công đào giếng và trục tải giếng đứng ứng
dụng cho mỏ than hầm lò Núi Béo” là một công
trình nghiên cứu khoa học, tổng hợp nhiều lĩnh
vực nghiên cứu khác nhau như: Kết cấu chống,
thi công đào giếng và Thiết kế, chế tạo thiết bị
trục tải Trong đó thiết bị trục tải tập trung nghiên
cứu về tháp giếng, thùng cũi, cốt giếng và hệ cấp
dỡ tải Đây là những thiết bị chính trong hệ thống trục tải giếng đứng và có khả năng cao về chế tạo nội địa hóa, phù hợp với năng lực công nghệ sản xuất trong nước Sau hơn 4 năm triển khai thục hiện (2013-2017), cán bộ nghiên cứu Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã làm chủ thiết
kế, hoàn thành và đạt được nhiều kết quả nổi bật trong nghiên cứu thiết kế và chế tạo nội địa hóa thiết bị trục tải giến đứng, cụ thể như:
- Đã làm chủ thiết kế kiến trúc, kết cấu của tháp giếng, cốt giếng, thùng cũi và hệ thống cấp dỡ tải của hệ thống trục tải giếng đứng Sản phẩm thiết
kế tuân thủ tiêu chuẩn khắt khe về thiết bị trục tải giếng đứng (QCVN 02: 2016/BCT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về An toàn tời trục mỏ), phù hợp điều kiện cụ thể của giếng đứng mỏ hầm lò Núi Béo
- Xây dựng hoàn chỉnh bộ hồ sơ thiết kế chế tạo tháp giếng và hệ puly dẫn cáp, thùng cũi hai sàn, cốt giếng và hệ thống cấp dỡ tải cho cặp giếng đứng chính, phụ mỏ than hầm lò Núi Béo, bao gồm: Bộ bản vẽ thiết kế chế tạo, thuyết minh tính toán thiết kế, các qui trình công nghệ chế tạo, vận chuyển, lắp dựng và kiểm tra an toàn thiết bị Sản phẩm được nghiệm thu đảm bảo chất lượng, hàm lượng khoa học và tính thực tiễn cao
- Lần đầu tiên đơn vị sản xuất cơ khí trong nước (Công ty CP Cơ khí Lilama 69-3, Công ty CP
Cơ khí Yên Thọ) đã chủ động tham gia sản xuất chế tạo, thi công lắp dựng thành công tháp giếng, cốt giếng và hệ thống cấp dỡ tải cho 2 giếng đứng với độ sâu hơn 400m, đáp ứng tiêu chí kỹ thuật khắt khe trong xây dựng giếng đứng mỏ hầm lò Sản phẩm nghiên cứu của các đề tài thuộc Dự
án Khoa học Công nghệ đã được chế tạo nội địa
Hình 2 Hình ảnh tháp giếng và bunke trong hệ thống cấp tải
Trang 3hóa và lắp đặt sử dụng thực tế tại công trình giếng
đứng mỏ than hầm lò Núi Béo (hình 2)
Tổng hợp chi tiết các sản phẩm nghiên cứu đã
được áp dụng trong thực tế sản xuất xem bảng 1
4 Đánh giá kết quả đạt được
4.1 Hiệu quả về khoa học và công nghệ
Thông qua công tác nghiên cứu, thiết kế, chế
tạo nội địa hóa thiết bị hệ thống trục tải giếng
đứng, đã mang lại nhiều lợi ích:
- Đội ngũ cán bộ nghiên cứu trong nước đã
làm chủ thiết kế, công nghệ chế tạo thiết bị trục tải
giếng đứng, đáp ứng được nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp khai khoáng và chế tạo cơ khí trong nước
- Nâng cao năng lực, kinh nghiệm sản xuất chế tạo, thi công lắp đặt và vận hành máy, thiết bị cơ khí dạng siêu trường, siêu trọng, có độ phức tạp cao như hệ thống trục tải giếng đứng cho các đơn
vị thi công xây lắp trong nước
- Xây dựng được công nghệ chế tạo sản phẩm
cơ khí thuộc hệ thống trục tải giếng đứng phù hợp phù hợp năng lực, điều kiện sản xuất các đơn vị
Bảng 1 Tổng hợp sản phẩm sản phẩm đã được ứng dụng vào thực tế
TT Sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng vị đo Đơn Thông số kỹ thuật đạt được Thời gian Lắp đặt
1
Tháp giếng chính
2017 - 2020
- Sàn đỡ puly skip m +51,9; +45,9
- Sàn dịch vụ bảo trì m +41,1; +36.5
2
Tháp giếng phụ
2016 - 2019
- Sàn puly thùng cũi m +41,0; +35,0
- Sàn puly thùng cũi 2 tầng m +30,8
- Sàn dịch vụ bảo trì m +21,68; +12,55
3
Bộ cốt giếng lắp đặt trong giếng
đứng chính 01 bộ
2016 - 2019
4
Bộ cốt giếng lắp đặt trong
giếng đứng phụ 01 bộ
2016 - 2019
5 Hệ thống cấp dỡ tải tự động. 01 bộ 2017 - 2020 Công suất thông qua Tấn/năm 2.000.000
Trang 4chế tạo trong nước, tạo điều kiện thúc đẩy sản
xuất, chế tạo nội địa hoá thiết bị trục tải giếng
đứng
- Xây dựng được các tiêu chuẩn, làm cơ sở
tiến tới xây dựng tiêu chuẩn Việt Nam phục vụ
công tác thiết kế, thi công giếng đứng và chế tạo
hệ thống trục tải giếng đứng
- Hỗ trợ phối hợp cùng các trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
hướng dẫn, đào tạo thành công 03 thạc sỹ kỹ thuật
về chuyên ngành nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết
bị hệ thống trục tải giếng đứng
4.2 Hiệu quả về kinh tế xã hội
Việc thực hiện thành công đề tài chế tạo nội địa
hóa thiết bị trục tải giếng đứng đã có tác động tích
cực cụ thể về kinh tế xã hội:
- Thông qua công tác nghiên cứu, thiết kế đã
giúp đội ngũ cán bộ nghiên cứu trong nước được
đào tạo tiếp cận công nghệ mới trong thiết kế chế
tạo thiết bị đặc thù của ngành khai thác mỏ, tạo
thêm công ăn việc làm cho người lao động, góp
phần đảm bảo an sinh xã hội
- Việc tự thiết kế, chế tạo lắp đặt thiết bị trong
nước giúp giảm chi phí ngoại tệ nhập khẩu Riêng
công tác chế tạo nội địa hóa thiết bị trục tải giếng
đứng đã góp phần giảm chi phí đầu tư 30% so với
phương án nhập khẩu (830/1150 tỷ đồng) Bên
cạnh đó cũng tạo điều kiện cho các đơn vị sản
xuất cơ khí trong nước sản xuất chế tạo kết cấu,
thiết bị cơ khí tổng trọng lượng hơn 3.000 tấn thép
(bao gồm cả các hạng mục nội địa hóa của hệ
thống trục tải thuộc dự án), giá trị hơn 200 tỉ đồng
Tạo công ăn việc làm cho hàng trăm công nhân
làm việc trong 2 năm thực hiện sản xuất chế tạo,
lắp dựng thiết bị
- Các thiết bị trục tải giếng đứng có giá trị kinh
tế rất lớn Thông qua Dự án giúp các đơn vị trong
nước nắm rõ, làm chủ về thiết bị, chủ động thiết
chế tạo nội địa hóa trong nước, chủ động trong
việc sửa chữa, thay thế thiết bị, tiết kiệm được
một nguồn lớn ngoại tệ lớn không phải nhập khẩu
Hơn nữa, thành công trong việc thiết kế, chế tạo
thiết bị trục tải sẽ tạo thế chủ động trong thực hiện
các dự án giếng đứng tương tự và các công việc
liên quan tới sản xuất chế tạo, thi công lắp dựng
các kết cấu lớn siêu trường, siêu trọng Gơp phần
giảm giá thành thiết kế, chế tạo và nâng cao tỷ
lệ nội địa hoá cho dự án tiếp theo, góp phần đẩy
nhanh tiến độ các dự án khai thác mỏ hầm lò bằng
giếng đứng trong TKV, tiết kiệm thời gian, bớt phụ
thuộc vào tư vấn nước ngoài
4.3 Hiệu quả về mặt mở rộng dự án
- Thông qua các đề tài thuộc dự án, đã xây
dựng hoàn chỉnh bộ hồ sơ thiết kế, qui trình công
nghệ sản xuất chế tạo một số thiết bị chính trong
hệ thống trục tải giếng đứng Các kết quả nghiên cứu, tính toán, qui trình công nghệ chế tạo, bản vẽ thiết kế có thể sử dụng tham khảo cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị trong các điều kiện cụ thể khác theo yêu cầu
- Trong giai đoạn tới khi ngành than đầu tư xây dựng các mỏ hầm lò (Bảo Đài 1,2 và 3), khai thác xuống sâu tại các mỏ đang khai thác (Mạo Khê, Vàng Danh, Dương Huy, Thống Nhất…), việc chủ động bằng nội lực trong nước công tác thiết kế thi công giếng đứng, thiết kế chế tạo hệ thống trục tải giếng đứng sẽ tiết kiệm được một lượng ngoại tệ lớn, mang lại việc làm và thúc đẩy ngành Than, ngành cơ khí mỏ phát triển bền vững
4.4 Bài học kinh nghiệm
- Xây dựng giếng đứng và áp dụng hệ thống trục tải giếng đứng là yêu cầu cấp thiết và là hướng phát triển ứng dụng tương lai trong ngành công nghệ khai khoáng Việt Nam Việc triển khai
dự án Khoa học Công nghệ gắn liền dự án đầu tư
đã giúp cho đơn vị nghiên cứu khoa học, đơn vị thi công, sản xuất chế tạo trong nước nâng cao năng lực thiết kế, kinh nghiệm thi công, sản xuất có thể chủ động thực hiện cho các dự án lớn tương tự trong tương lai Tuy nhiên do dự án nghiên cứu gắn liền cùng dự án đầu tư nên tiến độ triển khai
dự án Khoa học Công nghệ ít nhiều bị ảnh hưởng phụ thuộc vào tiến độ dự án đầu tư
- Trong công tác nghiên cứu về giếng đứng và
hệ thống trục tải, các tính toán chuyên sâu về kết cấu chống giếng, kết cấu thiết bị lớn dạng siêu trường siêu trọng thì việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng hỗ trợ mô phỏng thiết kế, kiểm tra là phương án phù hợp, hiệu quả, khoa học và thực tế
- Việc hợp tác với nước ngoài trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo, áp dụng công nghệ mới là cần thiết cho giai đoạn khởi đầu, sẽ giúp cho đơn vị
tư vấn trong nước nắm bắt nhanh, đúng hướng nghiên cứu, tiết kiệm được thời gian, đảm bảo chất lượng sản phẩm từ đó nhanh chóng làm chủ thiết kế, công nghệ trong xây dựng, chế tạo thiết bị hệ thống trục tải giếng đứng tại Việt Nam
- Việc nghiên cứu, hoàn thiện thiết kế trong điều kiện ứng dụng cụ thể cần được duy trì phát huy để ngày càng hoàn thiện sản phẩm thiết kế chế tạo, đáp ứng phù hợp với điều kiện áp dụng
cụ thể của sản phẩm
- Sự hợp tác, phối hợp, hội thảo, trao đổi ý kiến rộng rãi với các chuyên gia, tổ chức nghiên cứu chuyên ngành giúp triển khai hiệu quả hơn công tác nghiên cứu, đặc biệt trong các lĩnh vực kỹ thuật, thiết bị, công nghệ mới chưa có nhiều tài liệu, chuyên gia, đơn vị chuyên môn trong nước nghiên cứu
Trang 55 Kết luận
- Dự án KHCN“Nghiên cứu chế tạo thiết bị,
công nghệ thi công đào giếng và trục tải giếng
đứng ứng dụng cho mỏ than hầm lò Núi Béo” do
Viện KHCN Mỏ chủ trì thực hiện đã hoàn thành
tốt, đầy đủ các mục tiêu đặt ra Thông qua thực
hiện các đề tài thuộc dự án đã giúp đơn vị nghiên
cứu trong nước tiếp cận, nắm bắt và làm chủ
được thiết kế, công nghệ chế tạo thiết bị chính
hệ thống trục tải giếng đứng Các đơn vị sản xuất
trong nước có thêm kinh nghiệm sản xuất chế tạo
sản phẩm cơ khí, phát triển và nâng cao năng lực,
trình độ chế tạo thiết bị mỏ Lần đầu tiên trong
nước tự thiết kế, sản xuất chế tạo thiết bị trục tải
giếng đứng dạng siêu trường siêu trọng, lắp dựng
kết cấu tháp giếng cao hơn 50m, hệ thống cốt
giếng đường kính 6m với độ sâu hơn 350m với
khối lượng rất lớn hàng ngàn tấn kết cấu thép cho
mỗi giếng đứng
- Kết quả nghiên cứu của dự án KHCN cho
thấy khả năng từng bước làm chủ tính toán thiết
kế, chế tạo nội địa hóa thiết bị của hệ thống trục
tải giếng đứng, dần thay thế tư vấn nước ngoài và
chủ động về thiết bị trục tải giếng đứng tại các mỏ
than hầm lò
Tài liệu tham khảo:
[1] Trần Tú Ba và nnk (2018) Báo cáo tổng
hợp kết quả khoa học và công nghệ dự án khoa
học công nghệ cấp nhà nước “Nghiên cứu chế
tạo thiết bị, công nghệ thi công đào giếng và trục
tải giếng đứng ứng dụng cho mỏ than hầm lò Núi
Béo” Viện KHCN Mỏ.
[2] Đoàn Ngọc Cảnh và nnk (2018) Báo cáo
tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tháp
giếng và hệ puly dẫn cáp của hệ thống trục tải giếng đứng mỏ than hầm lò Núi Béo” Viện KHCN
Mỏ
[3] Chu Quang Định và nnk (2018) Báo cáo
tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thùng
cũi 2 sàn của hệ thống trục tải giếng đứng mỏ than hầm lò Núi Béo” Viện KHCN Mỏ.
[4] Nguyễn Văn Đức và nnk (2018) Báo cáo
tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cốt
giếng của hệ thống trục tải giếng đứng mỏ than hầm lò Núi Béo” Viện KHCN Mỏ.
[5] Nguyễn Đình Thống và nnk (2018) Báo
cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo
hệ thống cấp dỡ tải tự động của hệ thống trục tải giếng chính mỏ than hầm lò Núi Béo” Viện KHCN
Mỏ
[6] Nguyễn Đình Thống, Đoàn Ngọc Cảnh, Tạ
Ngọc Hải (2014) Một số vấn đề về nghiên cứu
thiết kế, chế tạo thiết bị trục tải giếng đứng Thông
tin KHCN Mỏ
[7] Tạ Ngọc Hải, Nguyễn Đình Thống, Đoàn
Ngọc Cảnh (2014) Một số vấn đề về thiết kế chế
tạo cốt giếng đứng mỏ than hầm lò Tuyển tập Hội
nghị KHKT Mỏ toàn quốc lần thứ XXIV
[8] Ngô Quốc Trung, Nguyễn Đình Thống,
Trần Thế Anh (2016) Nghiên cứu các thông số
cụm phân phối liệu vào bunke định lượng cho skip của hệ thống cấp dỡ tải Thông tin KHCN Mỏ
[9] QCVN01:2011/BCT Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về an toàn trong khai thác than hầm lò.
[10] QCVN 02:2016/BCT Kỹ thuật quốc gia về
An toàn tời trục mỏ.
Research on, design and manufacture of vertical shaft winding equipment,
achieved results and lessons learned
MSc Doan Ngoc Canh, MSc Nguyen Dinh Thong, MSc Nguyen Van Duc
MSc Chu Quang Dinh
Vinacomin - Institute of Mining Science and Technology
Dr Tran Tu Ba - Mining Science and Technology Association
Abstract:
The article introduces the general needs, summarizes the results of research on, design and manufacture of vertical shaft winding equipment according to the content of the research topic as well as analyzing and evaluating the influence and impact of the science and technology project “Research on and manufacture of equipment, construction technology for shaft shearing and vertical shafts winding applied to Nui Beo underground coal mine” chaired by Vinacomin - Institute of Mining Science and Technology.
