Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG ĐẦU MŨI KHOAN CỦA MÁY KHOAN ĐẬP DÙNG ĐỂ KHOAN TẠO LỖ NỔ MÌN TRONG KHAI THÁC MỎ VÙNG QUẢNG NINH A METHOD FOR DETERMINING THE PERCUSSION DRILL BIT’S STRESS AND DEFORMATION IN CREATING BLASTHOLES AT QUANGNINH COAL MINES TS Lê Quý Chiến1,a, PGS.TS Đinh Văn Chiến2,b Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội a chienkhaothicnqn@gmail.com; bvanchien.dinh@gmail.com TÓM TẮT Có nhiều phương pháp xác định ứng suất, biến dạng chi tiết máy Trong báo cáo này, nhóm tác giả trình bày phương pháp xác định ứng suất, biến dạng đầu mũi khoan máy khoan đập dùng để khoan tạo lỗ nổ mìn thi công đường lò khai thác than vùng Quảng Ninh phần mềm Ansys [1], Inventor [2], Matlab [3] Kết nghiên cứu dùng để tính toán mũi khoan, chi tiết, cụm chi tiết giá khoan tính ứng suất, biến dạng số cụm chi tiết thiết bị khoan Từ khoá: giá khoan, tạo lỗ, nổ mìn, khai thác than, đầu mũi khoan ABSTRACT At present, many methods are employed to determine the stress and deformation of manchine and its components Using Matlab, Inventor, Ansys softwares, this paper will present a method to determine the percussion drill bit’s stress and deformation in creating the development sharfs at Quang Ninh undergound coal mines This research result can be used for designing and analysis of drilling tools, components as well as checking for strength of drilling components Keywords: drilling tripod, create blastholes, blasting, coal mining, drill bit ĐẶT VẤN ĐỀ Theo chiến lược phát triển ngành Than, tầm nhìn đến năm 2020; sản lượng than khai thác hầm lò khoảng 50 triệu tấn/năm, chiếm tỉ lệ ngày lớn ngành khai thác khoáng sản Để đạt mục tiêu đó, ngành Than phải đẩy mạnh việc xây dựng đường lò phục vụ cho công tác khai thác Hiện nay, thi công đường lò ngành Than chủ yếu dùng công nghệ khoan nổ mìn Để tăng suất, tăng tuổi thọ chi tiết máy khoan cần thiết phải nghiên cứu, thiết kế chi tiết máy, tính toán số thông số chi tiết, xác định ứng suất, biến dạng số cụm chi tiết máy khoan, đặc biệt đầu mũi khoan dùng để khoan tạo lỗ nổ mìn thi công đường lò dùng khai thác than hầm lò vùng Quảng Ninh Trong giới hạn báo cáo này, nhóm tác giả nêu phương pháp xác định ứng suất, biến dạng đầu mũi khoan đập để khoan tạo lỗ nổ mìn khai thác than hầm lò NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cấu tạo đầu mũi khoan đập [4] Dụng cụ khoan đập đầu mũi khoan choòng khoan chế tạo từ loại thép đặc biệt, đầu dùng để phá vỡ đất đá gọi đầu mũi khoan, đầu lắp với máy gọi 884 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV đuôi choòng Thân choòng có lỗ để dẫn khí nén nước tới đầu khoan để thổi phoi Thân choòng làm nhiệm vụ truyền lực dọc trục gồm lực đẩy lực đập tới đầu khoan; định hướng cho lỗ khoan; thoát phoi Có hai dạng choòng khoan: Choòng khoan liền Choòng khoan có đầu mũi khoan tháo lắp 2.1.1 Đầu mũi khoan [4] Đầu mũi khoan dùng để phá vỡ đất đá tạo thành lỗ khoan gồm nhiều loại Hình loại khoan đập kiểu chữ thập [9] Mũi khoan chế tạo thép bon dụng cụ có hàm lượng bon từ 0.7% đến 1% phương pháp rèn sau mài sắc [8] Khi phần lưỡi cắt có gắn hợp kim cứng mũi khoan chế tạo phương pháp đúc Khi khoan, mũi khoan bị mòn lưỡi đường kính ma sát với đất đá khoan, đường kính nhỏ dần, góc sắc trở thành tù, không mài thay mũi khoan tiếp tục khoan Sự mòn mũi khoan phụ thuộc vào nhiều thông số như: độ kiên cố đất đá khoan f, xung lực đập (lực dọc trục Pk), góc sắc lưỡi cắt α, vật liệu làm mũi khoan, tần số đập… Tuỳ thuộc vào độ kiên cố cấu tạo đất đá, chọn đầu mũi khoan đập có góc sắc sau: để khoan đất đá mềm, góc sắc lưỡi α = 900, đất đá cứng trung bình α = 1000  1100 đất đá cứng α = 1200 Đầu mũi khoan có lưỡi dạng chữ thập dùng để khoan đất đá nứt nẻ mạnh Đầu khoan rời bao gồm loại có đường kính sau: 28, 32, 36, 40, 42, 44, 46, 52, 60, 65, 75, 85 mm, [4] Trong trình khoan, đầu mũi khoan dễ bị mòn lưỡi mòn đường kính, phục hồi cách mài phải đảm bảo giữ thông số hình học phải tạo trước diện tích mòn thích hợp khoảng 0,2 mm Hình Hình dáng đầu mũi khoan đập có lưỡi dạng chữ thập [9] 2.1.2 Nguyên lý khoan đập [4] Khi đập, đầu mũi khoan tác dụng vào đất đá với độ sâu h tạo thành rãnh có chiều rộng a, (hình 2) Sau lần đập, dụng cụ khoan nâng lên khỏi gương lỗ khoan quay góc  định lại đập tiếp tạo thành rãnh Khi lực đập Pk chiều sâu phá vỡ h đủ lớn khối đất đá giới hạn góc ω bị đẩy trượt phá vỡ thời điểm tạo thành rãnh Đá bị phá vỡ lấy khỏi lỗ khoan nhờ nước khí nén Dụng cụ khoan tiến sâu vào lỗ khoan thời điểm đập tác dụng xung lực dọc trục Khi dụng cụ khoan quay trước lần đập đất đá không bị phá vỡ Trên gương lỗ khoan, phần đáng kể diện tích (gần trung tâm) chịu tải trọng đập lặp lại nên đất đá bị nghiền nát nhiều 885 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Trong công nghệ khoan đập, việc xác định góc quay ω hợp lý quan trọng vì: Nếu góc quay  nhỏ phần diện tích đất đá gần trung tâm chịu tác dụng đập lại nhiều lần làm tốn công vô ích; góc quay  lớn phần diện tích đất đá hai lần đập không bị phá hủy Hình Sơ đồ phá vỡ đất đá khoan đập 1-Vùng đập vỡ; 2- Lớp phá vỡ; 3- Vùng nứt nẻ; 4- Vùng vỡ lở Góc quay ω phụ thuộc vào góc sắc đầu mũi khoan α, lực đập Pk, độ bền nén đất đá… Khi chế tạo máy khoan, góc quay ω xác định theo kinh nghiệm (máy khoan đập dùng lượng khí nén cầm tay có giá) Cơ chế phá vỡ đất đá khoan đập gồm vùng: Vùng vùng đập vỡ, lượng đập đủ lớn biên vùng có dạng tròn; Vùng vùng đất đá bị phá vỡ vết nứt hướng tâm; Vùng vùng nứt nẻ, đất đá không bị phá huỷ mà bị nứt vết nứt vùng kéo dài; Vùng vùng vỡ lở, đất đá bị phá vỡ vết nứt cong lộ mặt tự do, vùng bị phá vỡ thắng độ bền cắt đất đá 2.1.3 Xác định thông số khoan đập [4] Có nhiều phương pháp tính toán khoan đập Để xác định thông số khoan đập, thường xác định thông số cách tương đối, phương pháp xác định thông số sau [4] Từ hình 2, tác dụng lực dọc trục Pk, đất đá bị phá vỡ diện tích có chiều rộng là: a  2h.tg  (1) ;m đó, α- góc sắc đầu khoan, độ; Khi diện tích đất đá bị phá vỡ sau lần đập là: S1  a.d  2d h.tg  (2) ; Để phá vỡ đất đá tiến sâu vào đất đá dụng cụ khoan phải cần lực là: Pk = Fn + Fm; (3) đó, Fn lực để thắng độ bền nén đất đá: Fn = S1.σn = 2d  n h.tg  ; (4) Fm lực để khắc phục lực ma sát dụng cụ khoan tiến sâu vào đất đá [4]: Fm = 2.d.h.σn.fms; fms hệ số ma sát thép đất đá = 0,3 ÷ 0,5 886 (5) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Từ (3),(4),(5) ta có:    Pk  2.d  n h  tg  f ms    (6) Công đập cần thiết cho lần đập xác định theo công thức:    Ad  Pk h  2.d.h n  tg  f ms  ;   (7) Khi đó, công đập phút là:    At  2.d.h n  tg  f ms  n;   (8) đó, n - số lần đập phút Mặt khác thể tích đất đá bị phá vỡ sau lần đập là: V1  a.d h  2d h tg  ; (9) Như vậy, thể tích đất đá bị phá vỡ phút là: V f  V1 n  2d n.h tg  ; (10) Khi tốc độ khoan xác định: v 4.V f .d  8.h n.tg .d  2; (11) Cũng xác định tốc độ khoan theo công đập máy khoan cách thay thay h từ công thức (9) vào (11), đó: v 4.Ad n.tg     .d n  tg  f ms    ; (12) Tuy nhiên, tính toán với máy khoan cụ thể, tốc độ khoan thực tế phụ thuộc vào hiệu suất đập Khi đó: vt  .v; (13) đây,  hiệu suất đập máy khoan xác định theo công thức:  m1 m2 1  k   m1  m2  2 ; (14) đó, m1, m2 - khối lượng phận đập dụng cụ khoan; k - hệ số hồi phục, k = 0,55  0,56 Từ công thức (12) (13) cho thấy, thông số máy khoan đầu khoan ảnh hưởng đến tốc độ khoan đá bao gồm: lượng lần đập Ad , tần số đập n , đường kính lỗ khoan d góc sắc đầu mũi khoan  Còn thông số đất đá độ bền nén đất đá  n hay hệ số kiên cố đất đá f hệ số ma sát 887 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Quá trình khoan đá thực chất tương tác đầu mũi khoan đất đá, lực cắt sinh từ đầu mũi khoan làm phá vỡ kết cấu đá dẫn đến đá xung quanh đầu mũi khoan bị tách khỏi tạo thành lỗ khoan Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến hiệu suất khoan độ bền đầu mũi khoan cần phải giải toán tương tác đầu mũi khoan đất đá Hiện nay, mặt lý thuyết, công cụ hiệu để giải toán công cụ mô phần mềm FEA Ansys, Abaqus hay MSC Nastran Trong giới hạn báo cáo này, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Ansys kết hợp phần mềm Matlab, Inventor để mô xác định ứng suất biến dạng đầu mũi khoan đập khoan đá tạo lỗ nổ mìn vùng than Quảng Ninh 2.2 Phương pháp xác định độ bền đầu mũi khoan thông qua ứng suất biến dạng Việc xác định ứng suất biến dạng dụng cụ khoan đập nhằm đánh giá ảnh hưởng yếu tố tới độ bền đầu mũi khoan Ở đây, nghiên cứu máy dụng cụ khoan sử dụng để khoan lỗ gương đào đường lò Kết khảo sát cho thấy lỗ khoan gương đào đường lò dùng khai thác than hầm lò có đường kính Ø ≤ 52mm; chiều sâu lỗ khoan L ≤ 1,2 ÷ 3m Chọn đường kính lỗ khoan tính toán Ø = 42mm; L ≤ 3m;; Sử dụng loại đầu khoan đập khí nén ПР-30 Liên Xô sản xuất khoan đất đá có độ nứt nẻ mạnh; có độ kiên cố f = ÷ 12 Các thông số kỹ thuật máy đầu mũi khoan sau [9]: số cần khoan 01; độ sâu lỗ khoan ≤ 3m; đường kính lỗ khoan < 45mm; độ kiên cố đất đá thích hợp f = ÷ 12; tần số đập 1880÷ 2000 lần/phút; lưu lượng khí tiêu hao 3,5 m3/phút; áp lực khí sử dụng 0,5 Mpa; trọng lượng khoan 30 kG Áp dụng phương pháp tính toán thông số khoan đập trình bày mục 2.1.3 với tham số đầu mũi khoan là: chiều rộng mặt đầu a tương ứng với mép mép lưỡi cắt (a = 0,01m; với lưỡi cắt a = 0,04m); Đường kính lỗ khoan xác định thông qua khoảng bán kính tương ứng với mép mép lưỡi cắt r khoảng cách c hai mép lưỡi cắt đường kính theo công thức [4]: d  2.r  c (15) Đối với mũi khoan nghiên cứu hình 1, r = 0,014m; c = 0,014m, d  0,042m Thay thông số vào công thức (1) (6) xác định lực cắt Pk theo góc sắc và độ kiên cố f Kết tính toán lập bảng Bảng Giá trị lực cắt tương ứng góc sắc và độ kiên cố f Góc sắc  (độ) Pk (kN) fkp 90 95 100 105 110 115 120 125 130 85,72 84,06 82,53 81,11 79,79 78,54 77,36 76,23 75,16 107,14 105,08 103,17 101,39 99,73 98,17 96,69 95,29 93,95 128,57 126,09 123,80 121,67 119,68 117,80 116,03 114,35 112,74 150,00 147,11 144,43 141,95 139,62 137,44 135,37 133,41 131,53 171,43 168,12 165,07 162,23 159,57 157,07 154,71 152,46 150,32 192,86 189,14 185,70 182,50 179,52 176,71 174,05 171,52 169,11 10 214,29 210,15 206,33 202,78 199,46 196,34 193,39 190,58 187,90 11 235,72 231,17 226,97 223,06 219,41 215,98 212,73 209,64 206,69 12 257,15 252,18 247,60 243,34 239,36 235,61 232,07 228,70 225,48 888 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Sử dụng mô hình tương tác đầu mũi khoan đất đá hình 2, với kết cấu đầu mũi khoan mô hình hóa 3D hình Ở đây, thân mũi khoan chế tạo thép hợp kim 40Cr, lưỡi cắt làm hợp kim cứng BK8 [9] Với giả thiết phản lực tác dụng lên đầu mũi khoan phân bố diện tích lưỡi cắt lực cắt tính bảng 1, có chiều ngược lại Sử dụng phần mềm Ansys 15 mô trường hợp góc sắc =110o, độ kiên cố f = thu kết trường ứng suất đầu mũi khoan hình 4, trường biến dạng hình Từ ảnh đồ phân bố ứng suất, biến dạng đầu mũi khoan trường hợp góc sắc  = 110o độ kiên cố f = thấy: khoan, phản lực đất đá tác dụng lên đầu mũi khoan chủ yếu theo phương dọc trục, trực tiếp lên bề mặt phần lưỡi cắt ép vào đất đá Ảnh đồ ứng suất (hình 4) biến dạng (hình 5) cho thấy, phần lưỡi cắt chịu ứng suất lớn Hình Mô hình 3D đầu mũi khoan đập dạng chữ thập với góc sắc α = 1100 (thiết kế Inventor [2]) hơn, phân bố tương đối toàn lưỡi cắt, lớn mép phía giá trị lên tới 379,29 MPa, ứng suất trung bình lưỡi cắt 321 MPa Hình Ảnh đồ phân bố ứng suất đầu mũi khoan với α = 1100 f=4 Hình Ảnh đồ phân bố biến dạng đầu mũi khoan với α = 1100 f=4 Kiểm tra điều kiện bền lưỡi cắt làm hợp kim cứng BK8 cho thấy [5]: max  379,3  ch 1600   533,3(MPa) n.kd 1,5.2 (16) đó, ch- giới hạn chảy vật liệu làm lưỡi cắt (với hợp kim cứng BK8, ch  1600 (MPa) [6]; n - hệ số an toàn, với dụng cụ cắt thường lấy n  1,4 1,6 ; kd - hệ số tải trọng động làm việc, chọn kd  Như vậy, lưỡi cắt trường hợp làm việc với đất đá có độ kiên cố f = α = 1100 đủ bền Cũng ảnh đồ cho thấy, ứng suất lớn thân mũi khoan mép tiếp xúc với lưỡi cắt Trong trường hợp giá trị ứng suất lớn thân mũi khoan 197,89 MPa Kiểm tra điều kiện bền thân mũi khoan làm hợp kim 40Cr cho thấy: max  197 ,89  ch 1080   360(MPa) n.kd 1,5.2 đây, ch- giới hạn chảy vật liệu làm thân mũi khoan (thép dụng cụ 40Cr, ch  1080 (MPa) [6]; 889 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Như vậy, trường hợp làm việc với đất đá có độ kiên cố f = α = 1100 thân mũi khoan có độ dự bền cao lưỡi cắt Điều cho thấy, khoan lưỡi cắt có nguy bị mài mòn phá hủy cao thân mũi khoan Để đánh giá độ bền đầu mũi khoan tìm quy luật ảnh hưởng thông số đầu mũi khoan đá, chủ yếu góc sắc  độ kiên cố f đất đá, mô hình phương pháp tương tự, nhóm tác giả thực mô trình khoan trường hợp góc sắc  khác độ kiên cố đất đá khác Kết thu giá trị ứng suất lớn lưỡi cắt thể bảng 2, ứng suất trung bình bề mặt lưỡi cắt bảng ứng suất lớn thân mũi khoan bảng Các số liệu tính toán sở để xác định thông số hợp lý đầu mũi khoan theo tiêu chuẩn bền Bảng Giá trị ứng suất lớn lưỡi cắt max (MPa) Góc sắc  (độ) f 90 95 100 105 110 115 120 125 130 425,6 411,5 390,1 382,8 379,3 380,5 349,3 343,5 344,1 532,0 514,3 487,5 478,5 477,9 475,6 436,5 429,5 430,2 638,0 617,3 584,9 574,2 565,1 570,7 523,6 515,5 516,3 744,7 720,2 682,4 669,9 660,6 665,8 610,7 601,5 602,5 850,6 823,2 779,8 765,6 756,2 761,0 697,9 687,4 688,6 956,4 926,1 877,3 861,3 851,7 856,1 785,0 773,4 774,7 10 1062,3 1029,1 974,7 957,0 947,3 951,2 872,2 859,4 860,9 11 1168,1 1132,0 1072,1 1052,7 1042,8 1046,3 959,3 945,4 947,0 12 1274,0 1235,0 1169,6 1148,4 1138,4 1141,4 1046,5 1031,4 1033,1 Bảng Giá trị ứng suất trung bình lưỡi cắt tb (MPa) Góc sắc  (độ) f 90 95 100 105 110 115 120 125 130 368,7 359,0 343,5 335,0 321,0 310,7 304,4 285,7 273,2 461,0 448,6 429,5 418,6 402,2 388,3 378,6 357,0 341,5 553,2 538,4 515,3 502,3 482,7 465,9 452,8 428,3 409,8 645,4 628,0 601,3 585,9 563,2 543,5 527,1 499,7 478,1 737,6 717,6 687,3 669,6 643,7 621,0 601,3 571,0 546,4 829,8 807,2 773,3 753,3 724,1 698,6 675,6 642,4 614,7 10 922,1 896,8 859,3 836,9 804,6 776,2 749,8 713,7 683,0 11 1014,3 986,4 945,3 920,6 885,1 853,8 824,0 785,0 751,2 12 1106,5 1076,0 1031,2 1004,3 965,6 931,3 898,3 856,4 819,5 890 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Giá trị ứng suất lớn thân mũi khoan m (MPa) Góc sắc  (độ) f 90 95 100 105 241,1 235,9 210,0 301,5 294,9 361,8 110 115 120 125 130 200,1 197,89 189,1 184,9 178,2 194,4 262,3 250,3 242,3 236,4 231,1 222,9 243,0 353,9 314,8 300,4 290,9 283,6 277,4 267,5 291,6 422,1 413,0 367,1 350,6 339,4 330,9 323,6 312,2 310,2 482,4 472,0 419,5 400,8 388,0 378,2 369,9 356,8 328,7 542,7 531,0 471,8 451,0 436,6 425,4 416,2 401,5 437,3 10 603,1 590,0 524,2 501,1 485,2 472,7 462,4 446,2 485,9 11 663,4 649,0 576,5 551,3 533,7 520,0 508,7 490,8 534,5 12 723,7 708,0 628,9 601,5 582,3 567,2 554,9 535,5 583,0 Trên sở số liệu tính toán từ mô bảng 2, 4, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ [7] phần mềm Matlab, xây dựng hàm hồi quy quan hệ ứng suất lớn lưỡi cắt max , ứng suất trung bình lưỡi cắt tb ứng suất lớn thân mũi khoan  m theo góc sắc  độ kiên cố f , tương ứng hàm (17), (18) (19) max  386,1+150,1.f  7,078.+0,01.f  0,5055.f   0,032.2 (17) tb  82,57+146,5.f  1,482.  0,0025.f  0,6004.f   0,0065.2 (18) m  1486+89,37.f  27,4.  0,00059.f  0,5305.f   0,125.2 (19) Trên sở số liệu tính toán hàm hồi quy (17), (18) (19) vẽ đồ thị phản ánh phụ thuộc vào góc sắc  độ kiên cố f giá trị ứng suất lớn lưỡi cắt hình 6, ứng suất trung bình lưỡi cắt hình ứng suất lớn thân mũi khoan hình Hình Ứng suất lớn lưỡi cắt với góc sắc  độ kiên cố f Hình Ứng suất trung bình lưỡi cắt với góc sắc  độ kiên cố f Hình Ứng suất lớn thân mũi khoan với góc sắc  độ kiên cố f NHẬN XÉT Trong bảng 2, 4, vùng đánh dấu giá trị ứng suất vượt giá trị cho phép theo giới hạn bền vật liệu chế tạo lưỡi cắt thân mũi khoan Có nghĩa là, khoan với góc sắc đất đá có độ kiên cố tương ứng với giá trị ứng suất vùng đánh dấu, điều kiện bền lưỡi cắt thân mũi khoan không bảo đảm Như vậy, với loại mũi khoan tính toán sử dụng để khoan loại đất đá có độ kiên cố cao Cụ thể: 891 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV - Nếu xét độ bền ứng với ứng suất lớn lưỡi cắt, với độ kiên cố f = 5, lưỡi cắt đủ bền với tất góc sắc , khoan đất đá có độ kiên cố f = góc sắc > 115o Không đủ bền với f > - Nếu xét độ bền ứng với ứng suất trung bình lưỡi cắt, với đất đá có độ kiên cố f = 5, lưỡi cắt đủ bền với tất góc sắc , khoan đất đá có độ kiên cố f = góc sắc > 90o, khoan đất đá có độ kiên cố f =7 góc sắc >115o Không đủ bền với f > - Nếu xét độ bền ứng với ứng suất lớn thân mũi khoan, thân mũi khoan đủ bền với đất đá có độ kiên cố f = tất góc sắc tính toán, f = góc sắc > 90o, f = > 100o, f = > 120o, f = > 125o Tiếp tục phân tích hàm hồi quy (17), (18) (19) đồ thị hình cho thấy, ứng suất lớn ứng suất trung bình lưỡi cắt có xu hướng tăng lên nhanh, gần tuyến tính theo độ kiên cố f, có xu hướng giảm chậm tuyến tính tăng góc sắc Còn đồ thị hình cho thấy, ứng suất lớn thân đầu mũi khoan có xu hướng tăng lên nhanh tuyến tính theo độ kiên cố f, lại có xu hướng giảm góc sắc  < 110 o có xu hướng tăng  > 110 o, vùng lân cận với vùng có góc sắc =110 o, ứng suất lớn thân đầu mũi khoan có giá trị cực tiểu Như vậy, thân đầu mũi khoan tính toán, góc sắc  hợp lý giá trị chọn khoảng (105115) độ Sự phá hủy đá khoan tác động lực va đập trực tiếp từ đầu mũi khoan đến bề mặt đá Như vậy, có hai vấn đề liên quan lực va đập đầu mũi khoan ứng xử học đá tác dụng lực va đập Nghiên cứu trường ứng suất biến dạng đá tác dụng lực, phá hủy đá có độ kiên cố trung bình tương đối cứng, tương đương đá Quảng Ninh, phá hủy dòn dẻo, tuân theo chế phá hủy Hoek - Brown [9] Mô số công cụ hữu hiệu để tìm mối quan hệ biến số Bằng cách xây dựng mô hình hình học, đưa điều kiện ban đầu điều kiện biên, tác dụng ngoại lực vào tính toán, quan sát trường biến dạng ứng suất khoan đá Bằng mô xác định lực cắt đá, trường biến dạng phá hủy đá Dựa kết mô hình dung, dự báo, kiểm tra kết thực nghiệm, cho phép phân tích mối quan hệ độ kiên cố đá khoan với thông số công nghệ tuổi thọ đầu mũi khoan Sử dụng phương pháp mô hình hóa mô tương tác trình khoan lỗ nổ mìn sơ xác định ảnh hưởng số thông số công nghệ khoan đập Kết tính toán mô cho thấy, lực đập góc sắc hai thông số ảnh hưởng lớn đến chất lượng khoan lỗ độ bền dụng cụ khoan Các kết cho thấy, công nghệ khoan đập phù hợp để khoan lỗ nổ mìn vùng than Quảng Ninh với độ kiên cố đá khoảng từ 48 Khi đó, vùng góc sắc mũi khoan hợp lý chọn khoảng từ (90120) độ, khoảng này, góc sắc tăng, độ bền lưỡi cắt tăng Tuy nhiên, độ bền thân đầu mũi khoan lại tốt góc sắc khoảng từ (100120) độ Do đó, giá trị góc sắc hợp lý chọn vùng lân cận với góc sắc =110 độ (trong khoảng (105115) độ) Khi thân đầu mũi khoan lưỡi cắt có độ bền cao KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu nêu phân tích ứng suất biến dạng đầu mũi khoan dùng phần mềm Ansys 15 để kiểm tra bền cho đầu mũi khoan Trên sở số liệu tính toán từ mô phỏng, sử dụng phương pháp số bình phương nhỏ [7] phần mềm Matlab, xây dựng hàm hồi quy quan hệ ứng suất lưỡi cắt 892 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV thân mũi khoan theo góc sắc độ kiên cố đất đá f Kết nghiên cứu làm sở cho việc thực nghiệm xác định thông số hợp lý như: góc sắc , lực đập tốc độ quay choòng khoan Những thông số phụ thuộc vào độ kiên cố f đất đá vùng Quảng Ninh theo tiêu chí tăng tuổi thọ đầu mũi khoan tăng hiệu suất khoan Như vậy, phương pháp mô tương tác đầu mũi khoan đất đá khoan đập, xác định giá trị hợp lý thông số góc sắc đầu mũi khoan để khoan lỗ nổ mìn vùng than Quảng Ninh theo điều kiện bền lưỡi cắt thân mũi khoan Tuy nhiên, nghiên cứu xác định giá trị hợp lý góc sắc theo điều kiện bền Để xác định thông số góc sắc, lực đập, tốc độ khoan chiều sâu đập theo tuổi thọ đầu mũi khoan hiệu suất khoan cần phải sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Hệ thống đo thử nghiệm phương pháp xác định thông số nhóm tác giả đề cập đến công trình nghiên cứu Với kết nghiên cứu nêu cho phép tính toán, lựa chọn xác định độ bền đầu mũi khoan theo hướng tăng tuổi bền, đảm bảo cho thiết bị khoan làm việc theo yêu cầu đặt khoan lỗ nổ mìn phục vụ việc đào đường lò xây dựng, khai thác mỏ vùng Quảng Ninh Điều giúp tăng suất, hạ giá thành góp phần chủ động việc lập kế hoạch sản xuất, sửa chữa thiết bị khoan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi, Hướng dẫn sử dụng Ansys Học Viện Kỹ thuật Quân sự, 2003 [2] Bộ môn Máy Robot, Inventor - Thiết kế khí theo tham số hướng đối tượng Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2009 [3] Đào Văn Tân, Hướng dẫn sử dụng Matlab kỹ thuật Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2008 [4] Nguyễn Đình Ấu, Nhữ Văn Bách, Phá vỡ đất đá phương pháp khoan-nổ mìn NXB Giáo dục, 1998 [5] Lê Quang Minh, Nguyễn Văn Vương, Sức bền vật liệu NXB Giáo dục, Hà Nội, 2009 [6] Trần Bá Bảo, Sổ tay thiết kế khí Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1997 [7] Nguyễn Văn Kháng, Phương pháp quy hoạch thực nghiệm NXB Giao thông-Vận tải, 2008 [8] Lê Quý Chiến, Đinh Văn Chiến, Nguyễn Duy Trinh, Về phương pháp xác định độ mòn đầu mũi khoan đập xoay kiểu chữ thập dùng để tạo lỗ nổ mìn xây dựng khai thác mỏ vùng Quảng Ninh, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, năm 2014, Số 1+2, trang 40-44 [9] Lê Quý Chiến, Nghiên cứu xác định số thông số hợp lý đầu mũi khoan dùng để khoan tạo lỗ nổ mìn khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh (Luận án tiến sĩ kỹ thuật), Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2015 THÔNG TIN TÁC GIẢ TS Lê Quý Chiến, giảng viên trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh; Email: chienkhaothicnqn@gmail.com 0912.231.491 PGS TS Đinh Văn Chiến, giảng viên trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội; Email: vanchien.dinh@gmail.com 0913.214.028 (Địa liên lạc: Lê Quý Chiến - Phòng Thanh tra & kiểm định chất lượng, trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh - Yên Thọ - Đông Triều - Quảng Ninh)./ 893 ... Inventor để mô xác định ứng suất biến dạng đầu mũi khoan đập khoan đá tạo lỗ nổ mìn vùng than Quảng Ninh 2.2 Phương pháp xác định độ bền đầu mũi khoan thông qua ứng suất biến dạng Việc xác định ứng. .. Choòng khoan liền Choòng khoan có đầu mũi khoan tháo lắp 2.1.1 Đầu mũi khoan [4] Đầu mũi khoan dùng để phá vỡ đất đá tạo thành lỗ khoan gồm nhiều loại Hình loại khoan đập kiểu chữ thập [9] Mũi khoan. .. mô tương tác đầu mũi khoan đất đá khoan đập, xác định giá trị hợp lý thông số góc sắc đầu mũi khoan để khoan lỗ nổ mìn vùng than Quảng Ninh theo điều kiện bền lưỡi cắt thân mũi khoan Tuy nhiên,