Tại sao cần khoan lại thường xuyên bị gãy? Tìm hiểu các nguyên nhân gây ra sự cố.
Cần khoan ren, còn được gọi là cần khoan cỡ lớn hoặc cần khoan thép chịu lực, dùng để kết nối máy khoan đá, bộ chuyển đổi chuôi và mũi khoan. Nhiệm vụ của chúng là truyền năng lượng va đập và mô-men xoắn quay để mũi khoan có thể phá vỡ đá và tạo ra lỗ khoan.
Do quá trình khoan diễn ra trong điều kiện phức tạp và thay đổi liên tục, cần khoan phải chịu tải trọng cơ học lặp đi lặp lại, mài mòn do đá và vụn khoan, ăn mòn do nước và ứng suất bổ sung từ các điều kiện vận hành bất thường. Hiểu rõ các tải trọng này là điều cần thiết để lựa chọn đúng dụng cụ khoan đá, cải thiện công tác bảo trì và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.
1. Sự nén và kéo dọc trục xen kẽ
Trong quá trình khoan, năng lượng va đập tần số cao truyền từ máy khoan đá qua khớp nối cán và cần khoan đến mũi khoan. Khi mũi khoan va vào đá, khối lượng đá tạo ra lực cản truyền ngược trở lại qua chuỗi khoan.
Chu kỳ lặp đi lặp lại này tạo ra ứng suất nén và kéo xen kẽ trong cần khoan. Theo thời gian, việc tải và dỡ tải liên tục có thể dẫn đến mỏi vật liệu, nứt vỡ, giảm độ bền cấu trúc và cuối cùng là hỏng cần khoan. Chất lượng vật liệu, xử lý nhiệt, tình trạng ren và quy trình vận hành chính xác đều ảnh hưởng đến khả năng chịu đựng các chu kỳ này của cần khoan.
2. Ứng suất uốn xuyên tâm
Cần khoan là một bộ phận dài và mảnh, do đó dễ bị uốn cong hơn so với dụng cụ ngắn và cứng. Trọng lượng cần khoan, sự lệch hướng nhỏ, độ lệch trong lỗ khoan, áp lực cấp liệu và va đập lệch tâm đều có thể tạo ra lực ngang.
Ngay cả sự uốn cong nhẹ cũng ảnh hưởng đến việc truyền năng lượng. Thay vì truyền năng lượng va đập trực tiếp đến mũi khoan, chuỗi khoan sẽ mất hiệu quả do lệch trục và rung động. Ứng suất uốn cong liên tục có thể gây biến dạng vĩnh viễn, giảm độ chính xác khi khoan, hư hỏng ren và tăng nguy cơ gãy vỡ bất ngờ.
3. Ứng suất xoắn quay
Khoan đá đòi hỏi sự quay liên tục để hỗ trợ việc phá vỡ đá và loại bỏ mùn khoan. Khi cần khoan quay, nó phải vượt qua ma sát với thành giếng khoan, lực cản từ mùn khoan và điều kiện đá thay đổi.
Điều này khiến cần khoan chịu ứng suất xoắn. Cần khoan có độ bền hoặc độ dẻo dai xoắn không đủ có thể bị xoắn, nứt hoặc gãy trong điều kiện khắc nghiệt. Do đó, việc khoan đáng tin cậy phụ thuộc vào việc lựa chọn thông số kỹ thuật cần khoan phù hợp với loại đá, thiết bị khoan, đường kính lỗ khoan và điều kiện hoạt động.
4. Sự mài mòn và ăn mòn bên trong giếng khoan
Ứng suất cơ học chỉ là một phần của vấn đề. Trong quá trình khoan, bề mặt cần khoan liên tục tiếp xúc với các mảnh đá mài mòn, ma sát với thành giếng khoan, dung dịch rửa trôi và tạp chất trong nước.
Các mảnh vụn đá có thể làm mòn bề mặt thanh, trong khi nước và các chất gây ô nhiễm có thể dần dần ăn mòn kim loại. Theo thời gian, sự mài mòn và ăn mòn có thể làm giảm độ dày thành, làm yếu ren, tạo ra các khuyết tật bề mặt và rút ngắn tuổi thọ sử dụng. Việc làm sạch đúng cách, kiểm tra, bôi trơn khi cần thiết và bảo quản có kiểm soát là những bước thiết thực giúp giảm thiểu hư hỏng này.
5. Tải trọng kết hợp trong quá trình vận hành bất thường
Các điều kiện đặc biệt hoặc bất thường có thể tạo ra tải trọng tổng hợp cao hơn nhiều so với hoạt động khoan thông thường. Ví dụ bao gồm kẹt dụng cụ, khó thu hồi, áp lực cấp liệu quá mức, va đập không đúng cách khi không có mũi khoan, công tác hỗ trợ mặt đất và các hoạt động không tiêu chuẩn khác.
Những điều kiện này có thể kết hợp đồng thời uốn cong, kéo căng, nén và xoắn. Ví dụ, một chuỗi khoan bị kẹt có thể phải chịu lực kéo quá mức trong quá trình thu hồi, trong khi việc khoan không có mũi khoan có thể tạo ra năng lượng va đập mà không tạo ra đường phá vỡ đá hiệu quả. Những điều kiện như vậy làm tăng tốc độ mỏi và làm tăng khả năng hỏng hóc của các bộ phận.
Nâng cao độ tin cậy thông qua quản lý công cụ tốt hơn
Một chương trình chế tạo cần khoan đáng tin cậy cần bao gồm:
Lựa chọn các thanh có độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống xoắn và khả năng chống ăn mòn phù hợp.
Lựa chọn dụng cụ khoan phù hợp với địa chất khu vực và khả năng của thiết bị.
Kiểm tra độ thẳng của thanh, tình trạng ren và độ mài mòn có thể nhìn thấy.
Tránh sử dụng lực quá mức và các thao tác vận hành không đúng cách.
Thay thế các bộ phận bị hư hỏng hoặc mòn nhiều trước khi xảy ra sự cố.
Đào tạo người vận hành nhận biết sớm các điều kiện khoan bất thường.
Đối với các dự án liên quan đến khai thác đá, khai thác mỏ, đào hầm hoặc làm móng, tình trạng của dụng cụ khoan có tác động trực tiếp đến năng suất, chất lượng lỗ khoan và an toàn tại công trường.
Những cân nhắc khác về việc phá vỡ đá
Khi các phương pháp khoan và nổ mìn truyền thống gặp phải giới hạn về độ rung, các công trình gần đó, các quy định pháp lý hoặc điều kiện vận hành nhạy cảm, một giải pháp thay thế được thiết kế kỹ thuật có thể đáng để xem xét. Hệ thống phá đá bằng năng lượng khí O2 Gaea Rock sử dụng năng lượng chuyển pha oxy lỏng nhanh để phá đá có kiểm soát thay vì các công thức thuốc nổ thông thường.
Việc lựa chọn luôn phải dựa trên địa chất khu vực, yêu cầu dự án, quy định địa phương, đánh giá kỹ thuật của các chuyên gia và đội ngũ vận hành được đào tạo bài bản.
