Khoan đá cứng sẽ không bị "kẹt"! Ba mẹo điều chỉnh thông số cốt lõi
Các thành tạo đá cứng (đặc trưng là đá granit, đá bazan, v.v.) có độ cứng và độ dẻo dai cao, đòi hỏi những yêu cầu nghiêm ngặt về việc kết hợp các thông số khoan. Việc điều chỉnh tốc độ quay, áp suất khoan (áp suất WOB/mũi khoan) và loại bỏ mùn khoan (xả rửa) một cách hợp lý là chìa khóa để cải thiện tốc độ thâm nhập và giảm hao mòn thiết bị. Phần sau đây giải thích logic điều chỉnh và các quy tắc thực tế cho việc khoan đá cứng trên ba thông số cốt lõi này.
Tốc độ quay: tốc độ thấp để phá vỡ hiệu quả Do đá cứng có độ cứng cao, việc khoan thường được thực hiện ở tốc độ quay thấp để răng mũi khoan có đủ thời gian tiếp xúc để phá vỡ đá. Đá cứng có đặc tính với ít vết nứt tự nhiên; mũi khoan hình nón lăn dạng răng phải ép và chèn vào thành tạo theo thời gian. Nếu tốc độ quá cao, thời gian tiếp xúc của răng sẽ bị rút ngắn đáng kể và chúng sẽ trượt khỏi bề mặt trước khi xảy ra hiện tượng phá vỡ hiệu quả. Quá trình "phay khí" này không chỉ không cải thiện khả năng xuyên thấu mà còn làm tăng tốc độ mòn của mũi khoan.
Trên thực tế, tốc độ quay để khoan đá cứng thường được kiểm soát trong khoảng 30–60 vòng/phút. Ví dụ, khi khoan đá granit, việc tăng tốc độ lên 100 vòng/phút khiến răng trượt nhanh trên bề mặt và chỉ tạo ra các vết xước nông mà không xuyên thủng khối đá. Việc giảm tốc độ xuống khoảng 40 vòng/phút cho phép răng tiếp xúc với bề mặt và tạo áp lực liên tục; tác động của nêm và độ cứng của răng sẽ dần dần tách đá, tăng hiệu suất phá vỡ hơn 30% đồng thời giảm đáng kể độ mài mòn của mũi khoan.
Áp lực khoan: tạo áp lực đủ lớn để vượt qua sức cản của đá. Đá cứng thường có cường độ nén cao (thường là 100 MPa), do đó cần áp lực khoan đủ lớn để vượt qua sức cản và đẩy răng mũi khoan vào thành hệ. Áp lực không đủ sẽ khiến răng trượt trên bề mặt và tạo ra hiệu ứng "trượt"; áp lực cao hơn phù hợp cho phép răng khoan xuyên qua ứng suất bề mặt, tiếp cận các khe nứt bên trong hoặc khe hở giữa các tinh thể, và phá vỡ đá bằng tác động kết hợp đùn và cắt.
Trong thực hành kỹ thuật, áp suất khoan trong khai thác đá cứng thường được thiết lập ở mức 3–5 MPa. Ví dụ, trong khai thác quặng cứng, nếu áp suất mũi khoan chỉ 2 MPa, răng không thể tạo ra điểm gãy hiệu quả và tốc độ xuyên thủng có thể dưới 0,5 m/h; tăng áp suất lên 4 MPa cho phép răng ăn khớp sâu hơn, tạo ra các chu kỳ ứng suất định kỳ để mở rộng các vết nứt, và tốc độ xuyên thủng đạt 1,2–1,5 m/h, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn của đá vỡ để xử lý sau này.
Loại bỏ vụn gỗ (xả): xả đủ để duy trì bề mặt làm việc sạch sẽ. Mặc dù vụn gỗ từ quá trình khoan đá cứng tương đối mịn, nhưng tốc độ xuyên sâu chậm khiến vụn gỗ dễ tích tụ ở đáy lỗ, tạo ra một vòng luẩn quẩn "tái phá" — vụn gỗ đóng cục sẽ ngăn mũi khoan tiếp xúc với đá tươi, làm tăng độ mài mòn và lãng phí năng lượng vào việc nghiền vụn lại, làm giảm hiệu suất tổng thể. Mục tiêu cốt lõi của việc điều chỉnh loại bỏ vụn gỗ là đảm bảo lưu lượng chất lỏng xả đủ để vụn gỗ được thoát ra nhanh chóng.
Đối với khoan đá cứng, lưu lượng xả rửa thường được kiểm soát ở mức 40–80 L/phút. Ví dụ, trong một dự án đường hầm đá cứng ngầm, lưu lượng xả rửa ban đầu là 30 L/phút dẫn đến 5–8 cm mùn cưa tích tụ ở đáy; mũi khoan cần được thay thế sau mỗi 2 giờ và lưu lượng xả rửa hàng ngày dưới 8 m. Sau khi tăng lưu lượng lên 60 L/phút, lượng cặn dưới đáy được giữ dưới 1 cm, tuổi thọ mũi khoan được kéo dài hơn 8 giờ, lưu lượng xả rửa hàng ngày tăng lên 15–18 m, và chi phí mua mũi khoan giảm khoảng 40% do giảm độ mài mòn.
Phối hợp tham số: logic cốt lõi của ba yếu tố này Việc điều chỉnh tham số khi khoan đá cứng không phải là tối ưu hóa riêng lẻ từng giá trị mà là phối hợp cả ba yếu tố:
Tốc độ quay và áp suất khoan: khi tăng áp suất khoan, hãy duy trì tốc độ thấp để tránh quá tải tức thời và hỏng mũi khoan đột ngột trong điều kiện tốc độ cao/áp suất cao.
Áp suất xả và khoan: khi tăng lưu lượng xả, phải phối hợp với áp suất khoan để tránh tác động xả quá mức làm ảnh hưởng đến độ ổn định của lỗ khoan và thành lỗ.
Chỉ bằng cách tạo ra sự kết hợp phù hợp giữa tốc độ, áp suất và xả nước thì mới có thể đạt được hiệu suất khoan đá cứng cao, tiêu thụ ít năng lượng.
