Các biện pháp phòng ngừa khi sử dụng dụng cụ khoan đá
Thép dùng cho mũi khoan trong các hoạt động khoan và nổ mìn bị giới hạn bởi đường kính lỗ, do đó diện tích mặt cắt ngang của chúng tương đối nhỏ. Các bộ phận mảnh mai này phải chịu được sự mài mòn nghiêm trọng, môi trường ăn mòn và tải trọng chu kỳ tần số cao—kéo, nén, uốn và xoắn—truyền bởi các mũi khoan đá có lực tác động mạnh. Tùy thuộc vào điều kiện tải trọng và đặc tính của đá, tuổi thọ có thể dao động từ chỉ vài chục giờ đến hơn một trăm giờ. Dụng cụ khoan đá là một trong những dụng cụ kỹ thuật tiêu hao chịu tải nặng nhất trong công nghiệp: tuổi thọ ngắn, đòi hỏi kỹ thuật cao và không thể thiếu với số lượng lớn.
Người sử dụng công cụ nào cũng mong muốn đạt được hiệu quả tối đa với chi phí tối thiểu, điều đó có nghĩa là giảm thiểu việc tiêu hao công cụ. Vì lý do đó, các nhà sản xuất và người sử dụng công cụ nên hợp tác chặt chẽ để cải thiện tuổi thọ sử dụng thông qua việc tối ưu hóa kỹ thuật chung.
1. Từ góc nhìn của người dùng: Những điều cần lưu ý khi lựa chọn dụng cụ khai thác đá
(1) Chất lượng sản phẩm cao
Các đầu nối cán khoan chất lượng cao dự kiến sẽ có tuổi thọ cao hơn, giảm thời gian ngừng hoạt động để tháo lắp và thay thế. Cần khoan và mũi khoan cũng quan trọng không kém: nếu cần khoan bị gãy, cả cần khoan và mũi khoan đều có thể bị mất, và lỗ khoan có thể bị bỏ đi.
Trên các giàn khoan thủy lực hiện đại, quá trình khoan thông thường được tự động hóa cao và ít đòi hỏi sức lao động hơn, nhưng việc thay thế khớp nối chuôi khoan, gỡ cần khoan bị gãy hoặc mài lại mũi khoan lại lãng phí thời gian lao động, làm tăng cường độ lao động và chi phí vận hành. Do đó, người dùng không chỉ quan tâm đến giá cả mà còn quan tâm hơn đến chất lượng sản phẩm.
(2) Tỷ lệ thâm nhập tốt nhất có thể
Trong các hoạt động khoan giếng cỡ lớn, ngoài chi phí nhân công và mua sắm dụng cụ, nhiều chi phí khác tính theo thời gian cũng được cố định. Vì chi phí dụng cụ chiếm một phần lớn chi phí khoan, việc khoan nhanh hơn sẽ trực tiếp làm giảm tổng chi phí xây dựng. Đó là lý do tại sao người sử dụng rất coi trọng tốc độ khoan.
(3) Độ lệch lỗ nổ tối thiểu
Trong việc nổ mìn tạo lỗ trung bình và sâu, độ lệch lỗ làm giảm hiệu quả sử dụng thuốc nổ và khoảng cách giữa các lỗ, dẫn đến giảm sản lượng. Do đó, người sử dụng yêu cầu độ thẳng của lỗ cao, thường nằm trong phạm vi dung sai rất nhỏ.
Các nguyên nhân chính gây ra sai lệch bao gồm:
Lỗi lắp cổ lỗ khi bắt đầu khoan.
Lỗi đánh dấu/căn chỉnh lỗ,
Sai số về độ thẳng phát sinh trong quá trình khoan do hoạt động của dụng cụ.
Với các giàn khoan thủy lực hoàn toàn hoặc điều khiển bằng máy tính, hai lỗi đầu tiên có thể được giảm thiểu đáng kể, khiến độ lệch do cấu trúc dụng cụ gây ra trở thành yếu tố chính còn lại. Độ lệch thường tăng theo độ sâu và cuối cùng có thể dẫn đến việc phải loại bỏ các lỗ khoan. Một cách rất hiệu quả để giảm hoặc loại bỏ độ lệch là sử dụng các dụng cụ khoan đá có dẫn hướng.
2. Phân tích sự mài mòn và nguyên nhân gây hỏng dụng cụ khai thác đá
(1) Sự lệch trục trong chuỗi khoan
Nếu bộ chuyển đổi chuôi, ống nối và cần khoan không đồng tâm, hiện tượng biến dạng uốn sẽ xảy ra, tạo ra ứng suất và sự ăn khớp kém tại các mối nối, dẫn đến bị lỏng.
(2) Áp suất cấp liệu
Áp suất quá thấp: hiệu suất xuyên thấu giảm; cụm lắp ráp bị lỏng; tổn thất truyền năng lượng tăng; hiện tượng tách/va đập vi mô lặp đi lặp lại tại các bề mặt tiếp xúc tạo ra ứng suất cao. Dấu hiệu điển hình: quá nhiệt và tiếng lách cách/rung động tại các mối nối. Quá nhiệt làm tăng tốc độ mài mòn ren và có thể gây ra các vết rỗ do ăn mòn.
Quá cao: tốc độ quay của mũi khoan giảm, nguy cơ kẹt tăng và ứng suất uốn cong của cần khoan tăng lên.
(3) Áp lực va đập
Việc thiết lập áp suất va đập không chính xác ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi quay, hiệu quả xuyên thấu và tuổi thọ của dụng cụ.
(4) Tốc độ quay
Tốc độ quay phải phù hợp với đường kính mũi khoan và tần số va đập của máy khoan. Mũi khoan lớn hơn yêu cầu tốc độ quay thấp hơn. Tốc độ quay quá cao sẽ làm hỏng cấu trúc cắt ở rìa.
(5) Cài đặt áp suất/mô-men xoắn quay
Áp lực xoay phù hợp là rất quan trọng. Nó giúp ngăn ngừa hiện tượng kẹt và cần thiết cho sự xoay ổn định. Áp lực xoay tăng dần cũng là chìa khóa để duy trì độ căng của dây. Độ căng không đủ thường gây ra hiện tượng mối nối nóng, bong tróc ren, mòn ren sớm và thậm chí là đứt dây.
(6) Thực hành vận hành không đúng cách
Việc trộn lẫn các bộ phận dụng cụ đã qua sử dụng nhiều với các bộ phận mới có thể làm giảm tuổi thọ tổng thể của dụng cụ. Các thao tác gây hại khác bao gồm căn chỉnh kém khi lắp ráp thanh, bụi bẩn/cát trong ren và việc lắp ráp ren mà không có chất bôi trơn.
"Đục lỗ không có tiếp xúc" (đục mà không có sự tiếp xúc hiệu quả giữa mũi khoan và đá) đặc biệt gây hư hại và cần phải tránh.
3. Mối quan hệ giữa các thông số khoan và hiệu suất khoan
Áp lực tác động
Áp suất va đập cao hơn làm tăng vận tốc pít-tông và năng lượng va đập. Khi mũi khoan tiếp xúc tốt với đá cứng nguyên vẹn, năng lượng sóng xung kích được sử dụng hiệu quả nhất. Nếu sự tiếp xúc giữa mũi khoan và đá kém, năng lượng sẽ bị phản xạ ngược trở lại chuỗi khoan dưới dạng sóng kéo thay vì truyền vào đá.
Năng lượng va đập tối đa mỗi cú đánh chỉ có thể được tận dụng tối đa trong đá đủ cứng. Trong đá mềm hơn, áp lực/năng lượng va đập cần được giảm xuống để hạn chế sự phản xạ có hại.
Với bất kỳ thiết lập va đập nào, áp suất càng cao thì ứng suất trong tiết diện thép khoan càng lớn. Để tối đa hóa tuổi thọ của cần khoan và khớp nối chuôi, áp suất vận hành phải luôn phù hợp với khả năng chịu tải của chuỗi dụng cụ.
Áp suất cấp liệu
Lực cấp liệu giữ cho mũi khoan tiếp xúc chắc chắn với đá đồng thời cho phép quay. Lực cấp liệu phải phù hợp với áp lực va đập.
Lực đẩy phù hợp sẽ mang lại hiệu quả khoan tiết kiệm nhất.
Lực đẩy quá thấp làm giảm tốc độ khoan và làm lỏng các khớp ren. Các khớp nối bị quá nhiệt và phát ra tiếng kêu lạch cạch cho thấy tốc độ đẩy quá thấp. Nếu tiếp tục khoan với các khớp lỏng lẻo, tổn thất năng lượng và nhiệt độ sẽ tăng lên, dẫn đến cháy ren và gãy ren.
Lực đẩy quá cao làm giảm tốc độ quay và độ xuyên thấu, tăng nguy cơ kẹt dây, và có thể làm tăng độ lệch lỗ do xu hướng uốn cong của dây.
Tốc độ quay
Chuyển động quay giúp định vị mũi khoan đến vị trí mới cho lần va đập tiếp theo. Với mũi khoan dạng nút, việc định vị chu vi giữa các lần va đập thường vào khoảng 10 mm. Do đó, tốc độ quay (RPM) phải được điều chỉnh theo tần số va đập và đường kính mũi khoan. Đường kính lớn hơn yêu cầu tốc độ quay thấp hơn. Tốc độ quay quá cao sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của các nút/cấu trúc cạnh của thước đo.
4. Các biện pháp phòng ngừa thực tế khi vận hành
Trước khi thêm thanh, hãy thiết lập áp suất va đập, áp suất cấp liệu, tốc độ quay và áp suất giảm chấn/đệm phù hợp với địa chất thực tế. Đảm bảo các thông số phù hợp với độ cứng của đá và loại hình địa tầng.
Trong quá trình khoan, giữ cho cụm dụng cụ luôn đồng tâm để tránh biến dạng uốn cong của bộ chuyển đổi chuôi, cần khoan và mũi khoan.
Ngăn ngừa việc bắn trượt. Nếu điều này xảy ra, hãy dừng khoan ngay lập tức để tránh làm hỏng dụng cụ nghiêm trọng.
Sau khi rút mỗi thanh piston ra, hãy bôi chất bôi trơn làm mát vào đầu ren của thanh piston và khớp nối nhanh.
Sau khi khoan lỗ nổ mìn, các mối nối ren sẽ nóng và có thể chứa mảnh vụn đá và nước mỏ. Chất bôi trơn làm mát giúp bôi trơn, giảm nhiệt độ, chống ăn mòn và cải thiện khả năng chống mài mòn của ren.Trong quá trình rút cần khoan, cần tránh rung lắc cần khoan liên tục, vì đây là một trong những tác động gây hư hại nhất cho cần khoan.
Nếu khớp nối ren khó nới lỏng, trước tiên hãy bơm chất bôi trơn vào vùng ren, sau đó tiến hành nới lỏng hoặc rung nhẹ. Điều này giúp giảm thiểu hư hại trực tiếp cho ren.
Trong quá trình rung cần khoan, máy khoan đá có thể truyền áp suất va đập gần 200 bar. Các va đập tần số cao kéo dài gây ra sự tập trung ứng suất; rung động lặp đi lặp lại cộng với nhiệt có thể tạo ra các vết mài mòn dính/cháy hàn nguội và các vết rỗ ăn mòn trên đầu ren, và trong trường hợp nghiêm trọng là các vết rỗ nóng chảy cục bộ. Những khuyết tật này trở thành nguồn gốc gây mỏi và có thể dẫn đến hỏng cần khoan sớm.
