Chiều dài cần khoan và thiết bị phù hợp: Cách phòng ngừa lệch lỗ khoan và kẹt cần khoan

Trong khai thác mỏ và đào hầm dưới lòng đất, cần khoan thường được coi là bộ phận truyền lực đơn giản. Quan điểm đó chưa đầy đủ. Chiều dài của cần khoan ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định khi khoan, độ chính xác của lỗ khoan, độ rung của thiết bị, an toàn vận hành và năng suất tổng thể. Nhiều vấn đề dường như do cấu tạo đá hoặc máy khoan gây ra thực chất lại bắt nguồn từ sự không phù hợp giữa cần khoan, thiết bị và điều kiện làm việc.

Việc lựa chọn cần khoan dài nhất hiện có không tự động cải thiện hiệu suất khoan. Lựa chọn đúng đắn là cần khoan phù hợp với kích thước đường hầm, thiết kế lỗ khoan, chu kỳ khoan, hệ thống cấp liệu và cấu trúc giàn khoan.

Tại sao chiều dài cần khoan lại quan trọng?

Khi chiều dài cần khoan tăng lên, cần khoan sẽ phải chịu tải trọng va đập, mô-men xoắn quay và lực ngược lớn hơn trong quá trình khoan. Cần khoan dài hơn dễ bị uốn cong và rung động hơn, đặc biệt khi lỗ khoan không được căn chỉnh hoàn hảo hoặc khi khối đá chứa các tạp chất cứng và các vùng bị nứt nẻ.

Cần khoan dài hơn cũng đặt ra nhiều yêu cầu hơn đối với giàn khoan. Dầm dẫn phải cung cấp đủ lực đỡ, cần khoan phải duy trì độ cứng cần thiết, và hệ thống đẩy phải cung cấp lực ổn định trong suốt quá trình khoan. Nếu chiều dài cần khoan vượt quá khả năng điều khiển hiệu quả của máy, độ rung sẽ tăng lên và độ chính xác khi khoan bắt đầu giảm sút.

Điều này có thể dẫn đến:

• Độ lệch lỗ khoan và độ chính xác lỗ khoan nổ kém

• Tiếng ồn và rung động bất thường của thiết bị

• Sự mài mòn thanh truyền và ren tăng tốc

• Nguy cơ kẹt cần câu cao hơn

• Tốc độ khoan thấp hơn

• Tăng thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì.

Vì lý do này, hiệu suất khoan cần được đánh giá như một hệ thống hoàn chỉnh chứ không chỉ dựa vào công suất máy hoặc chiều dài cần khoan.

Rủi ro của việc lựa chọn tham số không phù hợp

Khi chiều dài cần khoan không phù hợp với thiết bị và địa điểm thi công, nhiều vấn đề có thể phát sinh cùng lúc.

Thanh piston quá dài so với hệ thống cấp liệu có thể bị uốn cong quá mức. Điều này làm giảm độ thẳng của lỗ khoan và có thể tạo ra sự tiếp xúc không đều giữa thanh piston và thành lỗ. Ma sát phát sinh làm tăng tổn thất năng lượng và có thể đẩy nhanh quá trình mài mòn thanh piston, các bộ phận khớp nối và mũi khoan.

Việc không khớp đúng cách cũng có thể làm tăng khả năng kẹt cần khoan. Khi cần khoan chịu tác động của lực ngang không ổn định, đá nứt hoặc áp suất cấp liệu quá cao, hệ thống khoan có thể bị lệch hướng. Trong công tác dưới lòng đất, điều này có thể nhanh chóng dẫn đến cần khoan bị kẹt, làm chậm quá trình chuẩn bị nổ mìn hoặc bảo trì thiết bị ngoài kế hoạch.

Do đó, một hoạt động khoan đáng tin cậy phụ thuộc vào sự phối hợp giữa máy khoan đá, hệ thống cấp liệu, cấu trúc cần khoan, cần chính, bộ chuyển đổi chuôi, mũi khoan và các thông số vận hành. Việc tăng công suất của một bộ phận không thể bù đắp cho sự không tương thích trên toàn bộ hệ thống khoan.

Tích hợp khả năng bảo vệ cho điều kiện đá cứng.

Các thiết bị khoan ngầm hiện đại ngày càng tích hợp nhiều chức năng bảo vệ được thiết kế để giảm thiểu hậu quả của các điều kiện khoan bất thường.

Chức năng chống kẹt có thể phát hiện sự thay đổi về lực cản khi khoan và giúp ngăn cần khoan bị kẹt trong lỗ. Chức năng dừng khoan tự động có thể giảm thiểu hư hỏng khi hệ thống phát hiện tình trạng bất thường. Hệ thống cảnh báo mức dầu và nhiệt độ dầu cung cấp thêm lớp bảo vệ cho các bộ phận thủy lực và cơ khí trong các chu kỳ vận hành dài.

Các chức năng này đặc biệt hữu ích trong môi trường đá cứng phức tạp, nơi điều kiện khoan có thể thay đổi nhanh chóng. Chúng không thay thế việc lựa chọn thiết bị chính xác, nhưng có thể giảm mức độ nghiêm trọng của các lỗi vận hành, hạn chế hư hỏng thiết bị và rút ngắn thời gian ngừng hoạt động do kẹt cần khoan, lệch lỗ khoan hoặc rung động bất thường.

Ba yếu tố quan trọng để lựa chọn cần khoan chính xác

1. Đánh giá tình trạng đường sá và khả năng tiếp cận

Trước khi chọn cần khoan, hãy kiểm tra kỹ khu vực làm việc. Các yếu tố quan trọng bao gồm chiều rộng và chiều cao đường, bán kính quay đầu, đường tiếp cận máy móc, yêu cầu di dời thiết bị và không gian hoạt động sẵn có.

Một cần khoan hoạt động tốt trong hầm ngầm rộng lớn có thể gây bất tiện hoặc không an toàn trong đường hầm hẹp. Máy phải có khả năng định vị cần khoan, căn chỉnh dầm cấp liệu và hoàn thành hành trình khoan mà không bị cản trở bởi cấu trúc xung quanh.

2. Xác nhận thiết kế lỗ nổ

Chiều dài cần khoan phải dựa trên kế hoạch khoan thực tế. Cần xem xét lại độ sâu lỗ khoan, đường kính lỗ khoan, góc khoan, tải trọng, khoảng cách giữa các điểm đặt thuốc nổ và chu kỳ nổ mìn.

Cần khoan phải đủ tầm với để tạo lỗ khoan theo thiết kế, đồng thời vẫn duy trì độ cứng vững và khả năng điều khiển. Đối với một số ứng dụng, cần khoan ngắn hơn có thể mang lại sự căn chỉnh và tính linh hoạt tốt hơn. Trong các ứng dụng khác, cần khoan dài hơn có thể cải thiện hiệu suất chu kỳ khi giàn khoan và đường hầm cung cấp sự hỗ trợ đầy đủ.

3. Phù hợp với khả năng cơ khí của giàn khoan

Việc lựa chọn cuối cùng phải xem xét đến phạm vi hoạt động của cần cẩu, khả năng cấp liệu, độ cứng vững của kết cấu, lực đẩy và độ ổn định tổng thể của máy.

Cần khoan, máy khoan và hệ thống cấp liệu phải hoạt động trong phạm vi cân bằng. Nếu tăng chiều dài cần khoan mà không kiểm tra khả năng của hệ thống đẩy và hỗ trợ, kết quả có thể là rung động nhiều hơn thay vì năng suất cao hơn.

Cần câu tốt nhất là cần câu phù hợp với công việc.

Cần khoan dài 2,5 mét có thể mang lại sự linh hoạt tốt hơn và dễ dàng định vị hơn trong không gian hạn chế. Cần khoan dài 3 mét có thể cải thiện hiệu quả khoan khi thiết bị có đủ công suất cấp liệu và đường hầm cho phép hoạt động ổn định. Không có lựa chọn nào vượt trội hơn hẳn trong mọi trường hợp.

Mục tiêu thực tiễn không phải là theo đuổi thông số kỹ thuật tối ưu nhất, mà là đạt được sự phù hợp tốt nhất giữa cần khoan và điều kiện làm việc. Cần khoan được lựa chọn đúng cách có thể cải thiện chất lượng lỗ khoan, giảm mài mòn, giảm nguy cơ kẹt mũi khoan và giúp duy trì chu kỳ khoan ổn định.

Đối với các nhà thầu khai thác mỏ và đào hầm, phương pháp đáng tin cậy nhất là đánh giá đồng thời đường hầm, thiết kế lỗ khoan, khả năng thiết bị và điều kiện đá dự kiến. Khi máy khoan, cần khoan, mũi khoan, hệ thống cấp liệu và phương pháp vận hành được phối hợp chính xác, khoan cơ giới có thể mang lại hiệu suất ổn định hơn và kiểm soát chi phí tốt hơn về lâu dài.

Đối với các dự án yêu cầu đào bới có kiểm soát hoặc phá đá với độ rung thấp, Hệ thống phá đá bằng năng lượng khí O2 của Gaea Rock cũng có thể được xem xét như một giải pháp bổ sung trong trường hợp không muốn sử dụng phương pháp nổ mìn thông thường hoặc gây ra sự xáo trộn quá mức khi khoan.