Lựa chọn búa và mũi khoan phù hợp cho khoan DTH: Tại sao các vấn đề khi khoan đá cứng thường là do thiết bị không phù hợp

Nếu bạn từng đứng cạnh một giàn khoan DTH trong đá granit cứng và chứng kiến ​​tốc độ khoan chậm dần đến mức gần như dừng lại trong khi máy nén kêu gào hết công suất, có lẽ bạn đã từng nghe ai đó nói: "Đá này cứng quá." Và đôi khi điều đó đúng. Nhưng thường thì, đá cứng đúng như mong đợi - vấn đề là sự kết hợp giữa búa và mũi khoan được chọn cho một công việc khác.

Khoan giếng là cả một hệ thống. Búa, mũi khoan, áp suất khí và đá đều phải phối hợp nhịp nhàng với nhau. Khi chúng không ăn khớp, bạn sẽ gặp phải những triệu chứng mà mọi người thường đổ lỗi cho mặt đất: tốc độ khoan chậm, mũi khoan bị kẹt, mài mòn quá mức, lỗ khoan lệch hướng. Khắc phục được sự không ăn khớp này, và đá đột nhiên trở nên dễ khoan hơn nhiều.

Tiêu chuẩn 115 milimét: Khi nào búa 4 inch mới là lựa chọn thông minh?

Đối với các lỗ khoan nổ mìn, giếng nước và khoan thăm dò có đường kính trong phạm vi 115 mm xuyên qua các tầng địa chất từ ​​trung bình đến cứng — đá vôi, tầng than và hầu hết các mỏ vàng và molypden — búa khoan DTH 4 inch kết hợp với mũi khoan 115 mm là sự kết hợp cân bằng giữa tốc độ, chi phí và độ tin cậy tốt hơn bất kỳ thiết bị nào khác cùng loại.

Tại sao lại dùng búa 4 inch cho mũi khoan 115 mm? Đường kính pít-tông của búa 4 inch cung cấp đủ diện tích bề mặt tiếp xúc để tạo ra năng lượng va đập tương đương với khả năng hấp thụ hiệu quả của mũi khoan 115 mm. Nếu dùng búa nhỏ hơn — ví dụ, búa 3,5 inch dùng với mũi khoan 115 mm thông qua bộ chuyển đổi — thì năng lượng va đập mỗi lần đập sẽ quá thấp so với đường kính mũi khoan. Bề mặt mũi khoan không nhận đủ mật độ năng lượng để tạo ra các hố thích hợp trong đá cứng, và tốc độ khoan sẽ bị ảnh hưởng mặc dù máy nén khí vẫn hoạt động mạnh.

Nếu dùng búa lớn hơn — búa 5 inch gắn vào mũi khoan 115 mm — bạn sẽ truyền năng lượng vào mũi khoan nhiều hơn mức mà thân mũi khoan và các mảnh cacbua được thiết kế để chịu đựng. Năng lượng dư thừa này không giúp khoan nhanh hơn; mà ngược lại, nó gây ra hiện tượng tải trọng xung kích làm sứt mẻ các mảnh cacbua, làm biến dạng thân mũi khoan và truyền rung động lên dây khoan, làm giảm tuổi thọ của tất cả các bộ phận phía trên búa.

Sự kết hợp 4 inch/115 mm nằm ở vị trí tối ưu. Búa hoạt động đủ nhanh để duy trì tần số đập cao — điều quan trọng trong đá cứng, nơi cần nhiều lần va đập mỗi phút — nhưng mỗi cú đập riêng lẻ đều mang đủ năng lượng để làm vỡ đá chứ không chỉ bật ra. Và vì hệ thống không bị quá áp, lượng khí tiêu thụ vẫn ở mức dễ kiểm soát. Bạn không cần phải vận hành máy nén khí ở mức tối đa suốt ca làm việc chỉ để giữ cho búa hoạt động.

Trên thực tế, sự kết hợp này xử lý đá vôi và đá chứa than một cách dễ dàng với áp suất khí vừa phải. Đối với các loại đá cứng hơn — đá granit, đá bazan, đá thạch anh — bạn sẽ cần tăng áp suất, nhưng búa và mũi khoan được thiết kế để chịu được điều đó. Mặt cắt của đầu mũi khoan DTH 115 mm đạt tiêu chuẩn cho đá cứng sẽ có hình cầu hoặc hình đạn đạo thay vì hình nón, giúp tăng khả năng chống va đập nhưng đổi lại tốc độ khoan sẽ chậm hơn. Sự đánh đổi này là xứng đáng khi mà nếu không sẽ dẫn đến việc đầu mũi khoan bị vỡ và mũi khoan bị tuột giữa chừng.

Thử thách 140 milimét: Khi bạn cần mọi thứ lớn hơn

Khi khoan lỗ đường kính 140 mm trong các tầng đá có độ cứng cao — quặng sắt, đá porphyry đồng đặc, đá bazan chưa phong hóa — thì mọi chuyện hoàn toàn thay đổi. Diện tích bề mặt mũi khoan tăng gần 50% so với đường kính 115 mm, điều này có nghĩa là búa cần phải tạo ra năng lượng va đập lớn hơn tương ứng mỗi nhát đập chỉ để duy trì cùng mật độ năng lượng tại bề mặt đá. Búa 4 inch không thể làm được. Bạn cần búa 5 inch.

Búa khoan DTH 5 inch có pít-tông lớn hơn với hành trình dài hơn, tạo ra những cú đánh sâu hơn, mạnh hơn mà mũi khoan 140 mm cần để phá vỡ đá cứng một cách hiệu quả. Tần suất va đập thấp hơn so với búa 4 inch — đó là sự đánh đổi để có năng lượng mỗi cú đánh cao hơn — nhưng trong đá cứng đường kính lớn, năng lượng va đập quan trọng hơn tần suất va đập. Một trăm cú đánh mạnh thực sự làm vỡ đá sẽ giúp tiến độ khoan nhanh hơn hai trăm cú đánh nhẹ chỉ làm sứt mẻ bề mặt.

Thiết kế mũi khoan cũng thay đổi. Mũi khoan DTH 140 mm dùng cho đá cứng cần thân chắc chắn hơn với các rãnh thoát phế liệu sâu hơn để xử lý lượng phế liệu sinh ra trên mỗi mét lớn hơn. Các lỗ xả lớn hơn và được bố trí để dẫn khí chính xác đến vị trí cần làm mát cho hàng đo – các nút ngoài cùng hoạt động nhiều hơn mỗi vòng quay so với các nút ở giữa vì chúng di chuyển xa hơn, do đó cần được làm mát tích cực hơn. Nếu việc xả khí không được thực hiện đúng tại vị trí đo, các nút ngoài cùng sẽ quá nóng và mòn sớm, và đường kính lỗ bắt đầu giảm trong vòng hai mươi mét đầu tiên.

Việc khoan lỗ sâu 140 mm làm phát sinh thêm một vấn đề phức tạp: việc thoát phoi khoan trên quãng đường dài. Ở độ sâu 50 mét trở lên, vận tốc không khí trong vành đai có thể giảm đủ để các phoi nặng hơn bắt đầu lắng xuống thay vì được thổi ra ngoài. Lượng khí tiêu thụ cao hơn của búa khoan 5 inch — vốn là một yếu tố chi phí cần cân nhắc đối với các lỗ khoan nông — lại trở thành lợi thế trong các lỗ khoan sâu vì lượng khí lớn hơn giúp duy trì vận tốc không khí tốt hơn trong vành đai và giữ cho lỗ khoan sạch hơn.

Làm thế nào để phát hiện sự không phù hợp trước khi nó khiến bạn mất ca làm việc?

Nếu biết cách nhận biết sự không phù hợp giữa búa và mũi khoan, bạn sẽ nhanh chóng nhận ra:

Tốc độ khoan giảm mạnh trong đá cứng nhưng máy nén vẫn hoạt động tốt.Búa có kích thước nhỏ hơn đường kính mũi khoan. Mỗi nhát đập không tạo ra đủ năng lượng để phá vỡ đá, vì vậy mũi khoan về cơ bản chỉ đang đóng chặt vào đá mà thôi.

Các nút cacbua bị sứt mẻ hoặc vỡ vụn ngay trong vài lỗ đầu tiên.Búa có kích thước quá lớn so với mũi khoan. Năng lượng va đập quá cao, và các mảnh cacbua – được thiết kế cho một dải năng lượng cụ thể – đang chịu tải trọng va đập vượt quá giới hạn thiết kế. Giải pháp là sử dụng búa nhỏ hơn hoặc mũi khoan có các mảnh cacbua chịu lực tốt hơn, được đánh giá có khả năng chịu va đập cao hơn.

Lỗ khoan đang dịch chuyển, đặc biệt là ở độ sâu.Đây có thể là vấn đề do búa (piston không tác động chính xác) hoặc do mũi khoan (hàng răng cưa bị mòn không đều), nhưng thường là vấn đề không khớp, trong đó năng lượng va đập của búa không tập trung vào sự phân bố khối lượng của mũi khoan. Hãy đảm bảo chiều dài chuôi mũi khoan và đầu kẹp búa tương thích — mũi khoan quá ngắn hoặc quá dài so với búa sẽ chịu tác động lệch trục.

Lượng khí tiêu thụ quá mức mà không có sự cải thiện tương ứng về khả năng thẩm thấu.Bạn đang vận hành ở áp suất cao hơn mức hệ thống cần, thường là do ai đó đang cố gắng bù đắp sự không phù hợp bằng cách tăng công suất máy nén khí thay vì khắc phục sự không phù hợp giữa búa và mũi khoan. Tăng lượng khí nén không thể khắc phục được kích thước búa không phù hợp.

Tóm lại

Trong khoan DTH, búa và mũi khoan là một cặp ăn khớp. Chúng được thiết kế như một hệ thống, được thử nghiệm như một hệ thống và hoạt động như một hệ thống. Việc trộn lẫn các nhãn hiệu hoặc kích cỡ chỉ vì "nó vừa" hoặc "nó là thứ chúng ta có sẵn trên xe" sẽ biến một chương trình khoan thông thường thành một bài tập khắc phục sự cố. Hãy chọn búa phù hợp với kích thước lỗ khoan, chọn mũi khoan phù hợp với loại đá và đảm bảo chúng được thiết kế để hoạt động cùng nhau. Làm được điều đó, đá cứng sẽ không còn là vấn đề nữa — mà chỉ đơn giản là công việc.