46 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRỤC TẢI GIẾNG ĐỨNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM

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. 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

Hệ 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

hóa 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 Đơn

vị đo Thông số kỹ thuật

đạt được Thời gian

Lắp đặt

1

Tháp giếng chính

2017 - 2020

- Số lượng tháp 01

- Chiều cao m 58

- Số sàn sàn 4

- Sàn đỡ puly skip. m +51,9; +45,9

- Sàn dịch vụ bảo trì m +41,1; +36.5

- Khối lượng tấn 396,9

2

Tháp giếng phụ

2016 - 2019

- Số lượng tháp 01

- Chiều cao m 47

- Số sàn sàn 5

- 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

- Khối lượng tấn 286,2

3

Bộ cốt giếng lắp đặt trong giếng

đứng chính. 01 bộ

2016 - 2019

Đường kính giếng m 6,0

Độ sâu m 386

Dạng kết cấu khoang 3

Khối lượng Tấn 386

4

Bộ cốt giếng lắp đặt trong

giếng đứng phụ. 01 bộ

2016 - 2019

Đường kính giếng m 6,0

Độ sâu m 416

Dạng kết cấu khoang 3

Khối lượng Tấn 559

5 Hệ thống cấp dỡ tải tự động. 01 bộ

2017 - 2020

Công suất thông qua Tấn/năm 2.000.000

chế 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.

5. 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.