Nguyên nhân gây hỏng búa khoan DTH trong khoan đá cứng — giải thích bốn loại đứt gãy chính.
Trong khoan đá cứng bằng búa khoan xuống lỗ (DTH), độ cứng cao của tầng đá, tải trọng khoan nặng và môi trường làm việc khắc nghiệt làm tăng khả năng xảy ra nhiều loại sự cố. Những sự cố này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ khoan, chất lượng lỗ khoan và tuổi thọ thiết bị. Dựa trên các điều kiện chính của khoan đá cứng, các sự cố thường gặp được chia thành bốn nhóm: suy giảm hiệu suất va đập, mài mòn/kẹt cơ học, bất thường hệ thống loại bỏ mùn khoan và lỗi truyền động. Phần sau sẽ phân tích các triệu chứng và nguyên nhân gốc rễ của từng nhóm.
Suy giảm hiệu suất va đập Triệu chứng và ảnh hưởng: hiệu quả phá đá giảm đột ngột. Các dấu hiệu điển hình là lực va đập giảm và tần số va đập thấp hơn; mũi khoan không còn có thể phá vỡ đá cứng một cách hiệu quả và tốc độ xuyên thấu giảm mạnh hoặc dừng lại. Các nguyên nhân chính bao gồm:
1.1 Các vấn đề về nguồn cung cấp điện
Đối với búa khí nén (búa chạy bằng khí), áp suất máy nén không đủ (dưới mức 0,6–1,2 MPa thường cần thiết cho khoan đá cứng), luồng khí không ổn định hoặc rò rỉ/tắc nghẽn khí trong đường ống dẫn khí sẽ làm giảm áp suất cần thiết để đẩy pít-tông.
Đối với búa thủy lực, áp suất bơm không đủ hoặc dầu thủy lực bị nhiễm bẩn và các đường dẫn bị tắc nghẽn sẽ làm giảm lực truyền động của búa.
Các chất gây ô nhiễm trong môi chất truyền động (hơi ẩm hoặc bụi trong khí nén; các hạt kim loại trong dầu thủy lực) làm tăng tốc độ mài mòn gioăng và làm giảm hiệu suất của môi chất hơn nữa.
1.2 Sự cố phân phối luồng khí/không khí bên trong
Các loại búa đóng mở van thường bị mòn, biến dạng hoặc kẹt tấm van, làm gián đoạn việc đóng mở van kịp thời và ngăn cản pít-tông đạt được chuyển động tịnh tiến tần số cao.
Các thiết kế không van có thể bị ảnh hưởng bởi sự mài mòn hoặc tắc nghẽn các rãnh dẫn dòng của piston/xi lanh; sự tích tụ các mảnh vụn làm chậm quá trình đảo chiều dòng chảy, làm gián đoạn chu kỳ va đập và làm giảm đáng kể công suất va đập.
1.3 Các vấn đề về giao diện giữa Piston và bit
Các va đập tần số cao vào mũi khoan gây mài mòn nghiêm trọng mặt piston và đuôi mũi khoan; khe hở lớn hơn tại giao diện tiếp xúc dẫn đến mất năng lượng trong quá trình truyền tải.
Việc lắp đặt mũi khoan lệch tâm hoặc các chốt định vị bị lỏng có thể gây ra hiện tượng va đập không chính tâm ("misstrikes"), làm giảm hiệu quả va đập và đẩy nhanh quá trình mài mòn cục bộ.
Mài mòn cơ học, kẹt cứng và hỏng hóc cấu trúc Triệu chứng và tác động: nguyên nhân gây ra thời gian ngừng hoạt động. Dưới tác động tần số cao và mô-men xoắn quay, các bộ phận cơ khí bị mài mòn quá mức, kẹt cứng hoặc gãy. Các biểu hiện thường gặp bao gồm kẹt piston, hư hỏng cần khoan và mài mòn các bộ phận phụ phía trước/sau, với các nguyên nhân gốc rễ sau:
2.1 Hiện tượng kẹt và mài mòn pít-tông
Tải trọng nặng làm tăng ma sát giữa pít-tông và thành xi-lanh. Bôi trơn không đầy đủ (ví dụ: thiếu bôi trơn thường xuyên trong búa khí nén hoặc khả năng bôi trơn bị suy giảm trong dầu thủy lực cũ) và sự xâm nhập của vụn đá có thể làm giảm khe hở và gây kẹt pít-tông. Hoạt động ở tần số cao trong thời gian dài cũng làm mòn bề mặt pít-tông và có thể tạo ra các vết nứt; trong trường hợp nghiêm trọng, pít-tông có thể bị vỡ.
2.2 Hư hỏng chuỗi khoan
Cần khoan phải truyền mô-men xoắn và chịu được trọng lượng của búa. Nếu độ bền vật liệu của cần khoan không đủ, các ren bị lỏng hoặc xảy ra hiện tượng lệch lỗ, cần khoan có thể chịu thêm mô-men uốn dẫn đến cong vênh, biến dạng hoặc hỏng ren. Sự mài mòn do vụn đá trên thành ngoài cũng làm tăng tốc độ mài mòn và rút ngắn tuổi thọ.
2.3 Hư hỏng mối nối và gioăng
Các khớp nối trước và sau là những bộ phận kết nối quan trọng; dưới tác động của rung động và mô-men xoắn mạnh, ren của chúng có thể bị mòn hoặc biến dạng. Các vòng đệm (vòng chữ O, vòng bịt kín) tiếp xúc với môi chất mài mòn và nhiệt độ cao (nhiệt lượng sinh ra ở mũi khoan có thể truyền đến búa); các vòng đệm bị lão hóa và nứt, gây rò rỉ môi chất và cho phép các mảnh vụn xâm nhập vào các bộ phận bên trong, làm tăng tốc độ mài mòn.
Các bất thường trong hệ thống loại bỏ mùn khoan Triệu chứng và ảnh hưởng: gián đoạn quá trình khoan liên tục. Mùn khoan đá cứng thường cứng và thô; khi hệ thống loại bỏ mùn khoan hoạt động kém hiệu quả, các vấn đề như tắc nghẽn lỗ khoan và khả năng thoát mùn khoan kém sẽ xảy ra. Các triệu chứng bao gồm tích tụ mùn khoan trong lỗ, mũi khoan bị vùi lấp, lực cản khoan tăng đột ngột, và trong trường hợp nghiêm trọng là kẹt ống. Nguyên nhân chính:
3.1 Phương tiện vận chuyển cành giâm không đủ
Búa khí nén có thể thiếu lượng khí xả cần thiết; búa thủy lực có thể có lưu lượng chất lỏng xả không đủ; cả hai trường hợp đều cản trở việc loại bỏ kịp thời các mảnh vụn đáy giếng. Sự mài mòn hoặc biến dạng của các đường dẫn vận chuyển (ví dụ: lỗ tâm mũi khoan, lỗ tâm piston) do vận chuyển mảnh vụn mài mòn kéo dài có thể làm hẹp các kênh và làm giảm hiệu quả thoát liệu hơn nữa.
3.2 Sự không phù hợp giữa các thông số khoan và lượng mùn khoan được loại bỏ
Nếu tốc độ khoan quá cao, lượng phôi vụn tạo ra sẽ vượt quá khả năng xử lý của hệ thống. Tốc độ quay hoặc lực đẩy mũi khoan không chính xác có thể tạo ra phôi vụn quá thô, không thể đi qua các đường dẫn dòng chảy, gây tích tụ và tắc nghẽn.
3.3 Độ lệch lỗ khoan và sự lắng đọng mùn khoan
Sự lệch hướng lỗ khoan trong quá trình khoan tạo ra các điểm trũng trên thành lỗ khoan, nơi các mảnh vụn tích tụ và không được dung dịch rửa trôi hiệu quả. Theo thời gian, những lớp tích tụ này tạo thành một lớp mảnh vụn nén chặt, cản trở sự tiến lên của búa và hoạt động của mũi khoan.
Lỗi truyền động lực Triệu chứng và ảnh hưởng: gián đoạn quá trình khoan do lỗi truyền mô-men xoắn hoặc không truyền đủ năng lượng va đập đến mũi khoan. Những lỗi này thường xảy ra tại các giao diện giữa cần khoan/búa và búa/mũi khoan. Nguyên nhân chính:
4.1 Các mối nối bị lỏng hoặc hư hỏng
Các ren bị lỏng hoặc bị hỏng giữa cần khoan và bộ phận phụ phía sau của búa, hoặc sự mòn của các chốt/rãnh định vị, sẽ ngăn cản việc truyền mô-men xoắn một cách đáng tin cậy và khiến búa không thể quay cùng với cần khoan.
Sự mài mòn hoặc biến dạng của các bộ phận kết nối giữa đầu búa và mũi khoan (đai ốc khóa, vòng hãm, v.v.) có thể làm lỏng khớp nối mũi khoan, gây ra hiện tượng "đập khô" (dry struck) khiến năng lượng va đập không được truyền đến đá và mất đi sự quay đồng bộ, dẫn đến mòn răng mũi khoan không đều.
4.2 Hư hỏng bit gây ra lỗi truyền tải
Các mũi khoan (mũi khoan cacbua vonfram, mũi khoan kim cương đa tinh thể) trong khoan đá cứng dễ bị mòn, sứt mẻ hoặc bong tróc. Mũi khoan bị hư hỏng không thể tiếp xúc hiệu quả với tầng đá, do đó năng lượng va đập không được truyền qua các mũi khoan đến đá mà thay vào đó truyền ngược trở lại cấu trúc bên trong của búa khoan, làm tăng tải trọng va đập bên trong và gây ra các hư hỏng thứ cấp.
Tóm tắt và các yếu tố ảnh hưởng chính Nhìn chung, các sự cố thường gặp của búa khoan DTH trong khoan đá cứng bắt nguồn từ đặc điểm chủ yếu của điều kiện làm việc: tải trọng cao và môi trường khắc nghiệt. Các yếu tố ảnh hưởng chính có thể được nhóm thành ba loại:
Sự không tương thích của thiết bị: kiểu búa, loại mũi khoan hoặc vật liệu cấu thành không phù hợp với điều kiện đá cứng.
Vận hành và bảo trì không đúng cách: cài đặt thông số khoan không thực tế, không vệ sinh và bôi trơn thường xuyên, và trì hoãn việc thay thế các bộ phận bị mòn.
Sự phối hợp kém giữa các hệ thống phụ trợ: nguồn cung cấp điện không ổn định và sự không phù hợp giữa khả năng loại bỏ mùn khoan và chu kỳ khoan.
Việc xác định nguyên nhân gốc rễ của các loại sự cố này sẽ tạo cơ sở cho việc khắc phục sự cố và các biện pháp phòng ngừa nhằm đảm bảo hoạt động khoan đá cứng diễn ra liên tục và hiệu quả.
