Giải pháp tăng hành trình khoan làm cơ sở cho việc cải tiến máy khoan xoay cầu CBW - 250 MH sử dụng trong công tác khoan lỗ mìn tại mỏ khai thác than Cao Sơn, Cọc Sáu

32 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 1 (2018) 32-36 
Giải pháp tăng hành trình khoan làm cơ sở cho việc cải tiến 
máy khoan xoay cầu CBW - 250 MH sử dụng trong công tác 
khoan lỗ mìn tại mỏ khai thác than Cao Sơn, Cọc Sáu 
Nguyễn Sơn Tùng, *, Phạm Thị Thủy 
Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2017 
Chấp nhận 20/7/2017 
Đăng online 28/2/2018 
 Máy khoan xoay cầu là một thiết bị khoan được sử dụng phổ biến trong 
công tác khoan lỗ mìn trên các mỏ khai thác than lộ thiên tại vùng mỏ 
Quảng Ninh. Nghiên cứu loại máy này cho thấy hành trình khoan cho 
phép của máy khoan chủ yếu phụ thuộc vào độ cứng vững của xy lanh và 
tính kiên cố của đất đá khoan. Khi khoan lỗ mìn trong một loại đất đá có 
độ cứng nhất định, hành trình khoan cho phép của máy có thể lớn hơn 
thông số đã thiết kế. Để tận dụng công năng của máy có sẵn cũng như 
nâng cao năng suất khoan cần xác định hành trình khoan cho phép của 
máy đối với một nhóm đất đá cụ thể. Bài báo này trình bày phương pháp 
nâng cao năng suất khoan của máy khoan xoay cầu CBW-250MH sử dụng 
để khoan lỗ mìn tại mỏ than Cọc Sáu và Cao Sơn, Quảng Ninh. Kết quả 
tính toán lý thuyết cho thấy khi tăng thêm số nhánh cáp động của cơ cấu 
dẫn tiến choòng khoan từ nguyên trạng 4 nhánh lên 6 nhánh thì hành 
trình khoan hữu ích của máy được tăng thêm 50%. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Máy khoan xoay cầu 
Khoan lỗ mìn 
Hệ thống dẫn tiến chòong 
thủy lực 
1. Mở đầu 
Máy khoan xoay cầu là một thiết bị khoan 
được sử dụng phổ biến trong công tác khoan lỗ 
mìn bóc dỡ đất đá tại các mỏ khai thác than lộ 
thiên như Cọc Sáu và Cao Sơn thuộc vùng mỏ 
Quảng Ninh. Hiện nay, các công ty khai thác than 
đang sử dụng một số lượng lớn máy khoan xoay 
cầu do Nga sản xuất. Các máy khoan này có công 
năng phù hợp với điều kiện môi trường khai thác 
mỏ ở Việt Nam và có phạm vi sử dụng rộng (khoan
 lỗ có đường kính 200 ÷ 400 mm, chiều sâu lỗ 
khoan tới 40 m bao gồm đất đá khoan có độ kiên 
cố cao) nên các công ty khai thác than đã trang bị 
một số lượng lớn các máy khoan này. Tuy nhiên, 
trong quá trình sử dụng loại máy khoan này cũng 
bộc lộ một số hạn chế. Cụ thể là, đối với một nhóm 
đối tượng đất đá khoan nhất định việc sử dụng 
máy như hiện nay là chưa khai thác hết công năng 
của máy. 
Mặt khác, các mỏ khai thác than trên địa bàn 
tỉnh Quảng Ninh có xu hướng chuyển từ phương 
pháp khai thác lộ thiên sang phương pháp khai 
thác hầm lò chỉ còn một số mỏ như Hà Tu, Cao Sơn, 
Cọc Sáu vẫn duy trì phương pháp khai thác 
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: nguyensontung@humg. edu. vn 
 Nguyễn Sơn Tùng và Phạm Thị Thủy/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 32-36 33 
lộ thiên trong thời gian tới. Để tận dụng nguồn 
thiết bị khoan sẵn có cần phải nghiên cứu và có 
những cải tiến phù hợp nhằm nâng cao năng suất 
khoan và hiệu quả sử dụng thiết bị nói chung. 
2. Xác định áp lực khoan của máy khoan xoay 
cầu CBW - 250 MH 
Máy khoan xoay cầu sử dụng choòng khoan 
với chi tiết trực tiếp phá hủy đất đá khoan là các 
răng choòng lắp trên các chóp hình nón. Cơ chế 
phá hủy đất đá khoan của choòng là đập - cắt. 
Khả năng phá hủy đất đá và tuổi thọ làm việc 
của chòng khoan chủ yếu được quyết định bởi đặc 
điểm kĩ thuật của răng choòng (hình dáng và vật 
liệu chế tạo). Mỗi loại răng chòong thích hợp với 
một nhóm đất đá khoan nên việc sử dụng các 
chòng khoan khác nhau cho phép mở rộng phạm 
vi sử dụng của máy khoan xoay cầu so với các máy 
khoan xoay, máy khoan đập cáp. Các răng hình 
nêm chế tạo bằng thép thích hợp với các loại đất 
đá khoan có độ cứng nhỏ và trung bình, đất đá xốp, 
bở rời. Các răng hình trứng, hình đầu đạn chế tạo 
bằng hợp kim cứng thích hợp với các loại đất đá 
khoan có độ cứng trung bình và cao như đá vôi, đô 
lô mít, than nâu 
Năng suất khoan phụ thuộc vào rất nhiều yếu 
tố kĩ thuật. Trong đó, chế độ khoan và thời gian chi 
phí cho các thao tác phụ trợ ảnh hưởng rất lớn tới 
năng suất khoan. Chế độ khoan là sự kết hợp hợp 
lý giữa ba thông số: tải trọng đáy P (lực nén dọc 
trục cần thiết lên chòong khoan), tốc độ quay của 
cần khoan và lưu lượng dòng khí làm sạch đáy lỗ 
khoan. Các thao tác phụ trợ bao gồm: tháo tác kéo 
thả, tiếp cần khoan, thao tác hiệu chỉnh máy 
khoan Các máy khoan xoay cầu hiện nay được 
trang bị hệ thống thủy lực dẫn tiến chòong và tạo 
tải trọng đáy. So với các phương pháp dẫn tiến 
chòong khoan sử dụng cơ cấu thanh răng - bánh 
răng, vít - đai ốc, hệ thống thủy lực có ưu điểm: nhỏ 
gọn, tạo được lực nén lớn và dễ dàng điều chỉnh 
vô cấp tải trọng đáy, vận tốc nâng lớn (Đoàn Văn 
Ký và nnk, 2003). 
Với phương pháp khoan xoay cầu, tải trọng 
đáy P có thể xác định theo công thức sau (Lê Tuấn 
Lộc và nnk, 2006): 
310 . . .nP k D
  
Trong đó: P - tải trọng đáy, kN; k - hệ số điều 
chỉnh tải trọng đáy (k = 6 ÷ 8); σn - giới hạn bền 
nén một trục của đất đá khoan, MPa; D - đường 
kính chòong khoan, mm. 
Hành trình khoan của máy khoan (Đoàn Văn 
Ký và nnk, 2003): 
.L n S 
Trong đó: L - hành trình khoan của máy; n - số 
nhánh cáp động; S - hành trình làm việc của xy 
lanh thủy lực. 
Với sơ đồ dẫn tiến chòong trên Hình 1 (Đoàn 
Văn Ký và nnk, 2003), hành trình khoan bằng 4 lần 
hành trình làm việc của xy lanh thủy lực, vận tốc 
chuyển động tịnh tiến của đầu quay gấp 4 lần vận 
tốc dịch chuyển của pít tông. Như vậy, với hành 
trình thiết kế của xy lanh thủy lực là 2, 35 m thì 
hành trình khoan tối đa của máy là 9, 4 m. 
Lực kéo căng trên nhánh cáp nén: 
2
P G
T
Trong đó: T - lực kéo căng trên nhánh cáp nén, 
kN; P - tải trọng đáy, kN; G - trọng lượng hiệu dụng 
của đầu quay và cần khoan, kN. 
Lực đẩy trên cần pít tông của các xy lanh thủy 
lực: 
4.dP T 
Trong đó: Pd - lực đẩy trên cần pít tông của xy 
lanh thủy lực, kN; T - lực kéo căng trên nhánh cáp 
nén, kN. 
3. Công thức Ơ-le (Euler) xác định lực nén dọc 
trục/chiều dài tính toán tương đương cho 
phép của xy lanh thủy lực 
Trong quá trình làm việc các xy lanh thủy lực 
làm việc giống như một thanh chịu nén đúng tâm. 
Khi cần pít tông duỗi ra, chiều dài tính toán tương 
đương tăng lên làm tăng độ mảnh của xy lanh. Để 
đảm bảo các xy lanh làm việc an toàn - tin cậy cần 
giới hạn hành trình làm việc của xy lanh. Hành 
trình làm việc cho phép của xy lanh phụ thuộc vào 
tải tác dụng lên cán pít tông và liên kết của xy lanh. 
Chiều dài tính toán tương đương của xy lanh được 
suy ra từ công thức Ơ-le (Euler) dành cho trường 
hợp nén đúng tâm (Basic Principles and 
Component of Fluid Technology - Rexroth): 
2. .
[L ]
.
k
d
E J
n P
Trong đó: [Lk] - chiều dài tính toán tương 
đương cho phép của xy lanh, m; E - mô đun đàn 
hồi của vật liệu chế tạo xy lanh N/m2, cần pít tông; 
J - mô men quán tính của cần pít tông, m4; n - hệ số 
an toàn (n = 2, 5 ÷ 3, 5); Pd - lực đẩy trên cần pít 
tông của xy lanh, N. 
(1) 
(2) 
(3) 
(4) 
(5) 
34 Nguyễn Sơn Tùng và Phạm Thị Thủy/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 32-36 
Chiều dài tính toán tương đương của xy lanh 
phụ thuộc vào đặc điểm liên kết của xy lanh. Với 
xy lanh có liên kết bản lề (đuôi xy lanh và đầu cần 
pít tông liên kết khớp bản lề kết hợp rãnh dẫn 
hướng) thì chiều dài tính toán tương đương được 
xác định như Hình 2: 
 kL L 
Hành trình cho phép của xy lanh (Marutov V. 
A và Pavlovxki S. A, 1966): 
3 1 2[ ] 0,5.( )[ ]
2
kL L L LS
Trong đó: [S] - hành trình cho phép của xy 
lanh; [Lk] - chiều dài tính toán tương đương
 cho phép của xy lanh; L3 - chiều dài nắp xy lanh và 
hộp đệm làm kín xy lanh; L1, L2 - lần lượt là chiều 
dài khớp bản lề liên kết xy lanh. 
4. Xác định hành trình khoan hữu ích trên máy 
khoan xoay cầu CBW - 250 MH sử dụng khoan 
lỗ mìn tại mỏ Cao Sơn và Cọc Sáu, Quảng Ninh 
Cơ tính đất đá khoan tại vùng mỏ Cao Sơn và 
Cọc Sáu, Quảng Ninh (Lê Tuấn Lộc và nnk, 2006): 
Mỏ Loại đất đá σn (kG/cm2) 
Cọc Sáu 
Cát kết 990 
Sạn - cuội 1100 
Bội kết 410 
Cao Sơn 
Cát kết 1284 
Sạn - cuội 1405 
Bội kết 791 
Máy khoan xoay cầu CBW - 250 MH sử dụng 
xy lanh thủy lực tạo lực nén lên chòong khoan có 
thông số kĩ thuật như sau (Hướng dẫn sử dụng 
máy khoan xoay cầu CBW-250MH, Công ty CP 
Than Hà Tu): 
- Đường kính nòng xy lanh: 280 mm; 
- Đường kính cán pít tông: 180 mm; 
- Hành trình làm việc lớn nhất: 2350 mm; 
- Áp suất làm việc lớn nhất: 12, 5 MPa; 
- Vật liệu chế tạo bằng thép hợp kim. 
Giữ nguyên kết cấu hệ thống dẫn tiến chòong 
khoan hiện có trên máy khoan xoay cầu CBW - 250 
MH. Khi áp dụng các công thức (1) và (5) các hệ số 
lấy giá trị như sau: k = 7, 2; n = 3, 2; E = 2, 1·1011 
N/m2. Kết quả tính toán được trình bày trên Bảng 
2 và 3. 
Kết quả tính toán cho thấy việc sử dụng máy 
khoan xoay cầu CBW - 250 MH trên mỏ Cao Sơn 
và Cọc Sáu là chưa khai thác hết công năng của 
máy. Hành trình khoan thực tế nhỏ hơn hành trình 
cho phép từ 1, 5 tới 3, 0 lần. Nếu cải tiến kết cấu hệ 
dẫn tiến chòong từ 4 nhánh cáp động tăng lên 6 
nhánh cáp động (lực đẩy trên cần pít tông tăng 1, 
5 lần) và tăng chiều cao của tháp khoan nhằm mục 
đích tăng hành trình khoan hữu ích của máy. Việc 
tăng hành trình khoan của máy cho phép sử dụng 
cần khoan có chiều dài lớn hơn và tiết kiệm thời 
gian chi phí thao tác phụ trợ từ đó nâng cao năng 
suất khoan. 
Với phương án cải tiến kết cấu máy khoan 
như đã nêu ở trên. Kết quả tính toán được
(6) 
(7) 
7
8
9
10
11
5
6
1 2
3 4
Hình 1. Sơ đồ dẫn tiến chòng khoan trên máy khoan 
xoay cầu CBW - 250 MH. (1- Động cơ; 2- Hộp giảm 
tốc; 3- Khớp nối; 4- Xà ngang; 5- Thanh dẫn hướng; 
6- Cần khoan; 7- Nhánh cáp nén; 8- Xy lanh thủy 
lực; 9- Pit tông; 10- Ròng rọc động; 11- Ròng rọc cố 
định). 
Hình 2. Sơ đồ xác định chiều dài tính toán tương 
đương của xy lanh. 
Bảng 1. Tính chất cơ lý của đất đá khoan. 
 Nguyễn Sơn Tùng và Phạm Thị Thủy/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 32-36 35 
Mỏ Loại đất đá Pd, kN 
[Lk], 
m 
[S], m Smax, m 
Hành trình khoan 
hữu ích, m 
Hành trình khoan lớn 
nhất của máy, m 
Cọc Sáu 
Cát kết 357. 60 9. 66 4. 57 2. 35 9. 40 9. 40 
Sạn -cuội 417. 04 8. 94 4. 21 2. 35 9. 40 9. 40 
Bội kết 154. 40 14. 7 7. 09 2. 35 9. 40 9. 40 
Mỏ Loại đất đá Pd, kN [Lk], m [S], m Smax, m 
Hành trình 
khoan hữu ích, m 
Hành trình khoan lớn 
nhất của máy, m 
Cao Sơn 
Cát kết 448. 12 8. 63 4. 06 2. 35 9. 40 9. 40 
Sạn - cuội 538. 20 7. 87 3. 68 2. 35 9. 40 9. 40 
Bội kết 281. 70 10. 88 5. 18 2. 35 9. 40 9. 40 
Mỏ Loại đất đá Pd, kN [Lk], m [S], m Smax, m 
Hành trình 
khoan hữu ích, m 
Hành trình khoan lớn 
nhất của máy, m 
Cọc Sáu 
Cát kết 536. 40 7. 88 3. 68 2. 35 14. 10 14. 10 
Sạn - cuội 625. 56 7. 30 3. 39 2. 35 14. 10 14. 10 
Bội kết 231. 60 12. 00 5. 74 2. 35 14. 10 14. 10 
Mỏ Loại đất đá Pd, kN [Lk], m [S], m Smax, m 
Hành trình khoan 
hữu ích, m 
Hành trình khoan lớn 
nhất của máy, m 
Cao Sơn 
Cát kết 672. 18 7. 04 3. 26 2. 35 14. 10 14. 10 
Sạn - cuội 807. 30 6. 42 2. 95 2. 35 14. 10 14. 10 
Bội kết 422. 55 8. 88 4. 18 2. 35 14. 10 14. 10 
trình bày trên Bảng 4 và Bảng 5. 
Kết quả tính toán cho thấy khi tăng nhánh cáp 
động lên 6 nhánh hành trình khoan hữu ích của 
máy khoan tăng từ 9, 40 lên 14, 10 m. 
Với hành trình này cho phép khoan với các 
cần khoan có chiều dài lên tới 12, 14 m. 
5. Kết luận 
Qua nghiên cứu và kết quả tính toán lý thuyết 
cho thấy việc cải tiến cơ cấu dẫn tiến choòng của 
máy khoan xoay cầu CBW - 250 MH nhằm nâng 
cao năng suất và hiệu quả sử dụng loại máy này tại 
vùng mỏ Cọc Sáu và Cao Sơn là có thể thực hiện 
được. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm, cụ thể là 
khảo sát về kết cấu và sự ổn định của tháp khoan 
khi chiều cao của tháp được tăng lên so với kết cấu 
ban đầu. 
Tài liệu tham khảo 
Basic Principles and Component of Fluid 
Technology - Rexroth. 
Đoàn Văn Ký, Vũ Thế Sự, Nguyễn Phạm Thức, 
2003. Giáo trình Máy và Thiết bị khai thác mỏ 
- Nhà xuất bản Giao thông vận tải. 
Hướng dẫn sử dụng máy khoan xoay cầu CBW-
250MH, Công ty CP Than Hà Tu. 
Lê Tuấn Lộc, Hồ Sỹ Giao, Nguyễn Anh, Nhữ Văn 
Bách, Lê Minh Châu, Trần Bá Đề, Lê Đăng 
Hoan, Nguyễn Văn Kháng, Phạm Công Khanh, 
Trần Văn Lùng, Nguyễn Ngọc Phú, Nguyễn 
Thanh Tuân, Trần Minh Đản, Trần Mạnh 
Xuân, 2006. Cẩm nang Công nghệ và Thiết bị 
mỏ. (Quyển 1 Khai thác mỏ lộ thiên) - Nhà 
xuất bản Khoa học kỹ thuật. 
Marutov V. A và Pavlovxki S. A, 1966. Hydraulic 
Cylinders Constructure and Design - 
Masinostroienie - Moskva. 
Bảng 2. Kết quả tính toán tại mỏ Cọc Sáu khi chưa cải tiến kết cấu dẫn tiến chòong máy khoan. 
Bảng 3. Kết quả tính toán tại mỏ Cao Sơn khi chưa cải tiến kết cấu dẫn tiến chòong máy khoan. 
Bảng 4. Kết quả tính toán tại mỏ Cọc Sáu khi cải tiến kết cấu dẫn tiến chòong máy khoan. 
Bảng 5. Kết quả tính toán tại mỏ Cao Sơn khi cải tiến kết cấu dẫn tiến chòong máy khoan. 
36 Nguyễn Sơn Tùng và Phạm Thị Thủy/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 32-36 
ABSTRACT 
Determining the effective stroke length of CBW-250 MH blast-hole 
drilling machines are applied at Cao Son coal mine and Coc Sau coal 
mine 
Son Tung Nguyen, Thuy Thi Pham 
Faculty of Electro - Mechanics, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam. 
Rotary bit drilling rigs play an important role for blast - hole drilling in several open - pit mining fields 
at Quang Ninh, Vietnam. It is evident that the stability of hydraulic cylinders and rock resistance 
essentially influence on effective drilling - stroke length. At a certain hard rock the length of effective 
drilling - stroke could be expanded. It is considerably greater than fixed stroke. This paper presents the 
calcualtion method to determine the effective drilling - stroke of rotary bit drilling rigs CBW - 250 MH 
which are used to drill blast - hole at Cao Son coal mine and Coc Sau coal mine. As the obtained result, the 
machine productivity is grown up approximately a half by adding 2 more travelling ropes.