“Cú đúp” của những nhà sáng tạo

Với vóc dáng nhỏ bé, anh Minh đã từng khiêng mũi khoan nặng 70kg.

Họ là Thạc sĩ Hồ Xuân Minh, đại tá - kỹ sư Nguyễn Công Xuất và Thượng tá - thạc sĩ Vũ Kiến Thiết và các cộng sự thuộc Nhà máy Z113 (còn gọi là Công ty Cơ khí hóa chất 13, Tuyên Quang), Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, với công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo mũi khoan xoay cầu đường kính 246 để bảo đảm tính năng cắt gọt các loại đất đá.

Hành trình tìm ra công nghệ

Đã từ lâu, những nhà máy quân đội như Z113 đã không chỉ sản xuất phục vụ yêu cầu quân đội mà phải xoay xở bằng mọi cách để có đủ công ăn việc làm cho hàng trăm công nhân. Những kỹ sư, lãnh đạo của nhà máy đã phải tìm hiểu thị trường cần gì và mình có đủ sức đáp ứng hay không. Và mũi khoan xoay cầu đã được thai nghén từ thập kỷ 90 sau những chuyến tìm hiểu như thế.

Anh Hồ Xuân Quế, kỹ thuật viên của phòng Kỹ thuật công nghệ giải thích, mũi khoan xoay cầu được sử dụng trong khai thác mỏ than lộ thiên, thăm dò địa chất... Mũi khoan này có kết cấu phức tạp, làm việc trong môi trường khắc nghiệt, với tần suất, cường độ cao theo nguyên lý vừa xoay tròn vừa đập để nghiền nát, khoan sâu hàng chục mét đất đá, xuyên qua các địa tầng có độ cứng (được đo bằng đơn vị F).

Qua khảo sát các công ty khai thác than lộ thiên ở Quảng Ninh, các anh thấy nhu cầu về mũi khoan xoay cầu rất lớn. Trên thị trường có nhiều loại với nhiều kích cỡ khác nhau của Nga, Nhật Bản, Thụy Điển, Trung Quốc… Nhưng đa phần những máy khoan này là máy vạn năng, không phải máy chuyên dụng. Người sử dụng lại phải chờ đợi nhiều tháng máy mới được nhập về khiến họ bị động trong sản xuất.

Ở Việt Nam, vào thập kỷ 80, mũi khoan xoay cầu cũng đã được nhiều cơ sở nghiên cứu, thiết kế chế tạo như Viện Máy mỏ, Công ty Cơ khí Yên Viên, Viện Công nghệ (Tổng cục Công nghiệp quốc phòng)…nhưng không thành công.

Quyết định nghiên cứu thì phải tìm hiểu công nghệ, nhưng các anh thì chưa một lần ra nước ngoài, làm sao biết công nghệ sản xuất mũi khoan xoay cầu ra sao? Cuối cùng, họ lại phải tìm đến các công ty than, mượn những mũi khoan hỏng về nghiên cứu. Nghiên cứu một vài mẫu không đủ, họ sưu tập tất cả những mẫu mũi khoan ngoại tại Việt Nam để tìm ra công nghệ. Cái khó của những nhà sáng tạo là mũi khoan rất cứng, họ chỉ biết quan sát, đoán chừng, chứ không thể mổ xẻ để xem bên trong có những gì. Và khâu bí nhất của họ cũng chính là tìm ra vật liệu cứng để sản xuất mũi khoan xoay cầu.

Mũi khoan xoay cầu đoạt giải.

Từ đầu những năm 2000, họ bắt đầu chế tạo thử mũi khoan xoay cầu. Chế tạo xong, các kỹ sư lại phải đưa sản phẩm của mình xuống tận các mỏ than để khoan thử. Sau mấy lần thất bại, có lúc họ đã bi quan định bỏ cuộc, thạc sĩ Hồ Xuân Minh, người trực tiếp nghiên cứu và chế tạo mũi khoan tâm sự.

Anh kể, có lần anh cùng một đồng nghiệp khênh một mũi khoan nặng 70 kg đi bộ 3-4 km để đến máy khoan của Công ty than Cọc Sáu vì xe ô tô phải để ở ngoài, không được vào khu vực khai thác. Trời mưa tầm tã, đường xuống mỏ rất trơn, anh bị trượt chân ngã. Trong lúc các anh đang bất lực bên chiếc mũi khoan quá nặng, Giám đốc mỏ Nguyễn Văn Kiệm tình cờ đi qua. Ông đã dùng ô-tô của mình chở các anh đến tận nơi khoan thử.

Có đến sáu, bảy lần khoan thử thất bại, đến tháng 10-2000, mũi khoan Φ246 đầu tiên đã khoan thử thành công trong niềm vui sướng của không chỉ các kỹ sư thiết kế mà cả các công nhân vận hành máy tại mỏ than Cọc Sáu. Từ đây, đã có một đơn vị trong nước sản xuất thành công mũi khoan xoay cầu.

Giá thành chỉ xấp xỉ 1/3 sản phẩm nước ngoài

Sau khi nghiên cứu thành công, các anh đã không ngừng cải tiến để làm sao cho sản phẩm của mình đạt chất lượng cao hơn. Trọng lượng ban đầu của mũi khoan là 70 kg, nhưng sau đó được rút xuống chỉ còn 57 kg. Trong khi đó, mũi khoan của Nhật Bản nặng 69 kg, của Trung Quốc là 68 kg. Bài toán giúp họ có được ưu điểm vượt trội này là họ đã chọn được vật liệu hợp kim tối ưu. Đó là nhóm vật liệu Cacbit vonfram.

Anh Minh nói, để sản xuất mũi khoan này, các nước đã phải sử dụng dây chuyền sản xuất chuyên dụng và hiện đại. Chúng ta không có được những thứ đó, chỉ bằng cách chọn được hợp kim đúng và chế độ luyện kim tốt để sản xuất ra những sản phẩm ngang bằng thậm chí có những ưu điểm vượt trội.

Cũng trên cơ sở nghiên cứu nguyên lý cắt, địa tầng đất đá tại Việt Nam và thiết bị hiện có tại các công ty than, các anh đã tìm ra kết cấu mũi khoan hợp lý. Đặc biệt, các nhà sáng tạo đã chia nhỏ mũi khoan thành 6 modul thay vì 3 modul như của nước ngoài. Với đường kính Φ246, mũi khoan đã khoan được đất đá có độ cứng F14 với năng suất cắt gọt cao hơn 1,3 lần so với mũi khoan do Trung Quốc sản xuất.

Một số mũi khoan khác của Nhà máy Z113.

Giá thành của mũi khoan chưa đến 10 triệu đồng, xấp xỉ 1/3 sản phẩm nhập khẩu. Độ bền của khoan có thể sử dụng để khoan sâu được 350-450m, thấp hơn độ bền hơn 800m của nước ngoài, nhưng sau khi tính toán hiệu quả kinh tế, nhiều đơn vị vẫn sử dụng mũi khoan của Việt Nam.

Sau khi thành công với mũi khoan Φ246, năm 2003, Nhà máy tiếp tục đưa vào nghiên cứu chế tạo mũi khoan Φ200 và Φ100. Đây là những loại mũi khoan có đường kính nhỏ nhưng chế độ làm việc trong môi trường khắc nghiệt, cường độ làm việc cao hơn, vì vậy đòi hỏi độ bền chi tiết cao hơn mũi khoan Φ246. Năm 2004, lần lượt các mũi khoan đa dạng về kích thước đã được đưa ra thị trường và được thị trường chấp nhận.

Đến nay, mỗi năm nhà máy cung cấp hơn 2.000 mũi khoan khai thác các loại cho các đơn vị khai thác khoáng sản trên cả nước. Anh Minh cho biết, sản phẩm của các anh đã được sử dụng tốt ở các mỏ và các công ty than tại Quảng Ninh như: Hà Tu, Cọc Sáu, Đèo Nai, Cao Sơn, Núi Béo. Thành công này của nhóm nghiên cứu đã giúp cho nhà máy tạo công ăn việc làm cho 400 công nhân với thu nhập đầu người từ 2,2 đến 2,4 triệu đồng/tháng.

Không ngừng tìm tòi sáng tạo

Với thị phần mũi khoan trong nước chiếm 7%, những nhà sáng tạo vẫn chưa hài lòng. Trước khi nhận giải hai ngày, họ đã tiến hành một đợt cải tiến mũi khoan cơ bản nhất từ trước đến nay. Một nhóm sáu người được giao nhiệm vụ thay đổi một số kết cấu bên trong mũi khoan để tìm ra giải pháp tối ưu hơn. Hiện tại, mười mũi khoan cải tiến đang được thử nghiệm tại các mỏ than.

Bắt đầu từ việc sản xuất thuốc pháo, các sản phẩm về cơ khí, rồi đến các loại mũi khoan, nhưng dường như tham vọng của những nhà khoa học nhà máy Z113 vẫn chưa dừng lại. Tháng 8 tới, một dây chuyền sản xuất hợp kim cứng sẽ đi vào hoạt động. Lúc đó, họ có “quyền” mơ tới những sản phẩm khác đòi hỏi chất xám cao hơn.

Mà không chỉ là mơ, trong kế hoạch của mình, sắp tới, các anh dự định sẽ có những chuyến đi vào Vũng Tàu để nghiên cứu tìm hiểu mũi khoan khai thác dầu khí. Họ biết trước những thách thức đang chờ đón mình, bởi mũi khoan dầu khí không chỉ phải hoạt động ở tầng địa chất sâu hơn, phức tạp hơn mà còn trong môi trường nước biển với độ ăn mòn cao. Nhưng họ tin mình sẽ giải được bài toán phức tạp này.

Đứng bên ngoài hành lang chờ đến lượt mình nhận giải, anh Minh tâm sự: “Tôi đã phục vụ quân đội hơn 20 năm nay và không nhớ hết đã nghiên cứu bao nhiêu đề tài, nhưng đây là lần đầu tiên được nhận giải thưởng. Tôi xin cảm ơn ban giám khảo quỹ VIFOTEC đã bình chọn chính xác, đặc biệt là Tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới (WIPO) đã thưởng đúng người đúng việc”.

Hiện nay Tổng Công ty Than có gần 30 mỏ và các điểm khai thác bằng phương pháp lộ thiên; trong đó có sáu mỏ lớn có công suất thiết kế từ 800.000 - 1.500.000 tấn/năm, các mỏ nhỏ và các điểm khai thác còn lại có công suất dưới 400.000 tấn/năm. Hiện tại và trong giai đoạn đến năm 2010 sản lượng than khai thác từ các mỏ lộ thiên chiếm trên 60% sản lượng than khai thác, sau đó sẽ giảm dần xuống 40 - 50% sau năm 2010. (Theo tư liệu của Tổng Công ty Than)

Bài liên quan:

* Chủ tịch QH Nguyễn Văn An:
Xóa bỏ nghèo nàn lạc hậu bằng công nghệ của người Việt Nam (12-4)

* Công trình thiết kế mũi khoan xoay cầu đoạt giải WIPO 2005 (6-4)