Ưu điểm và nhược điểm của máy khoan cỡ lớn trong việc phát triển đường hầm dưới lòng đất
Máy khoan khổng lồ ngày càng trở nên phổ biến trong việc phát triển đường hầm, nhưng chúng cũng có những hạn chế rõ ràng trong khai thác mỏ dưới lòng đất. Tóm lại, trong điều kiện dài, rộng, cứng và có hàm lượng quặng cao, máy khoan khổng lồ có thể tăng hiệu quả gấp nhiều lần; trong các điều kiện khác, nó có thể chỉ làm tăng chi phí.
Ưu điểm khi điều kiện phù hợp
Tốc độ khoan: máy khoan ba cần có thể đạt tốc độ tiến độ một chu kỳ nhanh hơn 3-6 lần so với máy khoan khí nén chân chống; tốc độ tiến độ hàng tháng có thể được duy trì ổn định ở mức khoảng 130 m trong điều kiện thuận lợi.
Chất lượng lỗ khoan: Máy khoan cỡ lớn tạo ra độ lệch vị trí lỗ rất nhỏ (thường dưới ~2 cm trong nhiều báo cáo), giảm hiện tượng vỡ vụn quá mức khoảng 10% và tạo ra bề mặt nổ đồng đều hơn. Điều này làm giảm nhu cầu về hệ thống bê tông phun hỗ trợ và chi phí xử lý/vận chuyển tiếp theo.
An toàn được cải thiện: người vận hành làm việc từ cabin, giảm số lượng nhân viên tại khu vực khai thác xuống còn khoảng hai người. Bụi và tiếng ồn giảm đáng kể, cải thiện cả an toàn tại khu vực khai thác và bảo vệ người lao động.
Hiệu quả kinh tế đối với các đoạn ống dài: sau khi trừ khấu hao, tiết kiệm chi phí nhân công, điện năng, vật tư tiêu hao, kíp nổ và thuốc nổ có thể đạt khoảng 15% đối với các đoạn ống dài.
Những bất lợi khi điều kiện không thuận lợi
Chi phí đầu tư ban đầu cao: vốn đầu tư lớn. Máy khoan cần đôi thường có giá từ 3 đến 6 triệu nhân dân tệ/chiếc, với chi phí dự trữ phụ tùng thường chiếm khoảng 5% giá trị tài sản – khiến chúng đắt hơn so với máy khoan chân vịt.
Yêu cầu về mặt cắt ngang: hầu hết các loại giàn khoan đa dụng yêu cầu chiều rộng đầu giàn khoảng 4,0 m và chiều cao khoảng 3,8 m. Các mặt cắt nhỏ hơn, đặc biệt là dưới khoảng 2,0 m, không phù hợp với các giàn khoan tiêu chuẩn và cần các thiết bị chuyên dụng nhỏ, làm giảm tính đa dụng.
Độ nhạy cảm với địa chất: máy khoan cỡ lớn hoạt động tốt trong đá cứng chắc, nhưng trong đất mềm, các vùng nứt nẻ hoặc các tầng chứa nước, chúng dễ bị kẹt mũi khoan và các sự cố khác thường xuyên; trong điều kiện như vậy, năng suất thực tế của chúng có thể thấp hơn so với máy khoan chân vịt.
Yêu cầu bảo trì: Máy khoan cỡ lớn là hệ thống thủy lực-điện tích hợp (thủy lực, điều khiển, bôi trơn) đòi hỏi nhân viên bảo trì lành nghề. Hỏng hóc các bộ phận cốt lõi (bơm, van) thường khiến chi phí sửa chữa lên tới cả một ca làm việc trong giai đoạn đầu sử dụng, điều này có thể làm nản lòng người vận hành.
Di dời chậm: máy khoan khổng lồ rất nặng và thường được vận chuyển theo từng phần để đưa xuống giếng và lắp ráp lại; việc di chuyển giữa các khu vực khai thác hoặc trong quá trình tiến hành khoan nhiều đoạn có thể tốn nhiều thời gian trong không gian ngầm chật hẹp.
Các điều kiện áp dụng điển hình và khuyến nghị vận hành: Máy khoan Jumbo phù hợp nhất khi tiết diện đầu khoan vượt quá ~16 m², chiều dài tiến độ khoan một đầu vượt quá ~300 m, độ cứng của đá ở mức trung bình hoặc cao hơn (được mô tả ở đây là “độ cứng >6”), và có đủ vốn đầu tư cùng đội ngũ bảo trì chuyên nghiệp. Khi các điều kiện đó không được đáp ứng, nên sử dụng các phương pháp kết hợp hoặc các phương pháp thay thế khác:
Sử dụng quy trình kết hợp "máy xúc cỡ lớn + máy xúc cỡ nhỏ" hoặc tiếp tục với các hoạt động chỉ sử dụng máy xúc cỡ nhỏ để tránh tình trạng hiệu quả ngược (trong đó máy xúc cỡ lớn hoạt động chậm hơn hoặc tốn kém hơn).
Gợi ý triển khai theo từng kịch bản:
Các đường hầm vận chuyển lớn hoặc đường hầm dài: máy khoan thủy lực ba cần.
Mỏ cỡ trung bình với các đường hầm trung gian: máy đào cỡ lớn dạng mô-đun nhẹ, một hoặc hai cần (chiều dài đường hầm vẫn nên ở mức khoảng 300 m để hợp lý hóa việc sử dụng).
Các hầm mỏ nhỏ (khoảng 2,5 × 2,5 m trở xuống): nên sử dụng máy khoan khí nén chân chống; máy khoan cỡ lớn không thể phát huy hiệu quả trong các khu vực này.
Đối với các đoạn khai thác đá mềm bị nứt nẻ nhiều hoặc có cấu trúc xen kẽ: sử dụng máy khoan cỡ lớn cho các lỗ khoan chính và máy khoan cầm tay để bổ sung cho các lỗ khoan gặp vấn đề, chuyển đổi máy khoan theo thời gian thực tùy thuộc vào điều kiện mặt cắt để giảm thiểu tình trạng kẹt máy.
Nhìn chung, máy khoan khổng lồ vẫn là một xu hướng phát triển. Giá dự kiến sẽ giảm dần trong khi thiết kế trở nên nhỏ gọn hơn, điện khí hóa, dạng mô-đun và phù hợp cho sản xuất hàng loạt. Với sự tiến bộ của số hóa và hệ thống thông minh, điều khiển từ xa 5G và tối ưu hóa thông số khoan thích ứng dựa trên trí tuệ nhân tạo là những hướng đi khả thi trong tương lai, sẽ mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng của máy khoan khổng lồ.
