Các điều kiện năng lực mà dự án giếng nước cấp 500 m đặt ra đối với máy khoan

Viết "dự án giếng nước cấp 500 m" vào cột thiết bị, thường chỉ để lại một dòng: độ sâu khoan tối đa 500 m. Nhưng trong cùng một bản yêu cầu thường còn kèm theo phạm vi đường kính giếng, kích thước ống giếng, thông số bơm chìm, độ sâu tầng chứa nước, phương thức vào công trường và ai cung cấp máy nén khí. Những nội dung này không tự chuyển thành điều kiện thiết bị, cần tách từng mục mới có thể đối chiếu với thông số cụ thể. Dưới đây lấy các giá trị công bố của RC500E trên trang này làm tham chiếu, chia nhu cầu của dự án giếng nước cấp 500 m thành các nhóm điều kiện năng lực có thể đối chiếu.

Trước tiên tách độ sâu giếng mục tiêu: 500 m là đoạn nào trên thiết bị này

Độ sâu khoan tối đa ghi trong tài liệu RC500E là 500 m, phạm vi đường kính lỗ 140–400 mm. Hai giá trị này là điều kiện phân cấp, không phải mỗi giếng đều phải dùng đồng thời đến mức tối đa. Trong dự án thực tế, độ sâu giếng do tài liệu địa chất thủy văn và vị trí tầng xuất nước quyết định, đường kính giếng do kích thước ống giếng, ống lọc và bơm chìm quyết định. Lấy đồng thời hai giới hạn trên làm giá trị mục tiêu sẽ đánh giá quá cao gánh nặng thiết bị, đồng thời khiến cấu hình máy nén khí và dụng cụ khoan đi kèm lệch hướng.

Cách thực dụng hơn là cố định trước hai đại lượng đã biết: độ sâu thành giếng và đường kính giếng thiết kế. Sau khi xác định hai giá trị này, chiều dài cần khoan, trọng lượng cột khoan và lượng mùn xả trong vành xuyến mới có cơ sở so sánh. Các điều kiện còn lại mới triển khai xoay quanh hai con số này.

Lực nâng ràng buộc công đoạn nào

Lực nâng của RC500E là 300 kN, lực cấp tiến là 150 kN. Trong lỗ khoan cấp 500 m, trọng lượng bản thân cần khoan, ma sát thành lỗ và trọng lượng ống chống đều tích lũy theo độ sâu lỗ. Lực nâng ở đây ràng buộc việc nâng hạ cần, hạ ống chống và thu hồi dụng cụ trong lỗ, chứ không trực tiếp quyết định tốc độ khoan.

Cần phân biệt: lực nâng có dư lượng giá trị không có nghĩa là gặp lực cản bất thường thì có thể trực tiếp dùng lực nâng tối đa để kéo mạnh. Hướng xử lý lực cản bất thường trong lỗ theo tài liệu là làm sạch lỗ trước, phán đoán tình trạng rơi khối và cặn lắng trong lỗ, rồi mới quyết định cách xử lý. Lực nâng trong trường hợp này cung cấp dư lượng thao tác, không phải cách giải quyết vấn đề.

Mô-men quay và tốc độ quay phải xem theo cặp

Mô-men quay của thiết bị này là 8000–12000 N·m, tốc độ quay 40–160 r/min, sử dụng điều tốc biến tần. Tổ hợp đường kính lớn, đá cứng, ma sát cao phù hợp với tốc độ thấp mô-men cao; đoạn lỗ ổn định có lực cản trong lỗ nhỏ hơn có thể chọn tốc độ quay cao hơn. Hai yếu tố này là hai hướng của cùng một hệ thống quay thủy lực, không thể chỉ nhìn giá trị mô-men để phán đoán một tầng địa chất nên dùng cấp nào.

Các tầng đá áp dụng được liệt kê trong tài liệu gồm đá hoa cương, đá bazan, đá vôi và đá cát, đồng thời nêu rõ các tầng đá tương đối hoàn chỉnh này sử dụng khoan DTH búa lỗ. Khi thi công đá cứng, búa lỗ, tốc độ quay, lực cấp tiến và lưu lượng gió cần phối hợp nhịp nhàng. Nếu xả mùn đáy lỗ không thông, tiếp tục tăng đẩy tới có thể làm tăng mài mòn mũi khoan và nguy cơ kẹt cần.

Tuần hoàn ngược khí nâng thay đổi đường xả mùn, cũng mang đến một điều kiện cứng đi kèm

RC500E sử dụng công nghệ tuần hoàn ngược khí nâng. Khí nén tạo dòng hồi lưu trong ống trong, mang mảnh đá và mùn khoan ở đáy lỗ theo bên trong cần khoan trở về mặt đất, thay vì đi đường vành xuyến dài lên trên. Đối với giếng nước đá cứng lỗ sâu, đường này có lợi cho việc giữ đáy lỗ sạch, giảm mảnh đá bị nghiền lặp và vấn đề cặn lắng. Nhưng tài liệu đồng thời nêu rõ, hiệu quả thực tế phụ thuộc vào lưu lượng máy nén khí, đường kính lỗ, độ kín cần khoan và điều kiện địa tầng.

Vì vậy, tuần hoàn ngược khí nâng không chỉ thể hiện trên máy khoan, nó chuyển một điều kiện cứng sang hệ thống đi kèm: máy nén khí. Khí áp làm việc khuyến nghị trong tài liệu là 1,7–3,5 MPa, lưu lượng tiêu thụ khí là 17–42 m³/min. Khi độ sâu lỗ tăng, đường kính lỗ lớn hơn, tầng đá cứng hơn hoặc độ cao thi công tăng, lưu lượng cần thiết sẽ tăng. Khi chọn cấu hình cần đồng thời xem xét nhu cầu dùng khí của cả búa lỗ và xả mùn tuần hoàn ngược.

Điều kiện địa tầng sẽ chia cùng một nhóm thông số thành các yêu cầu khác nhau

Tài liệu nêu riêng lưu ý cho một số loại địa tầng: đứt gãy, đới phá hủy dễ xuất hiện rơi khối, co đường kính, rò gió và kẹt cần, sau khi vào đoạn lỗ này nên giảm tốc độ đẩy tới, duy trì làm sạch lỗ liên tục, và căn cứ tình trạng ổn định thành lỗ để sử dụng ống chống hoặc bọt hỗ trợ; khó khăn của đá phong hóa và tầng phủ lỏng phía trên là thành lỗ không ổn định, có thể dùng ống chống, dung dịch khoan hoặc cách ổn định lỗ khác để tạo đoạn lỗ ổn định trước, rồi vào tầng đá hoàn chỉnh hơn để tuần hoàn ngược khí động; sau khi vào tầng chứa nước chính, nước ngầm sẽ thay đổi trạng thái xả mùn trong lỗ và làm việc của búa lỗ, cần ghi lại độ sâu tầng xuất nước chính, từ đó điều chỉnh cấp khí, làm sạch lỗ và phương thức ống chống.

Địa tầng khe nứt hở, hang karst và thấm cao có thể xuất hiện rò gió nghiêm trọng. Tài liệu nêu rõ, nếu chỉ tăng áp suất mà lưu lượng không đủ, đáy lỗ vẫn có thể không nhận được dòng khí hiệu quả, có thể căn cứ mức độ để tăng lưu lượng máy nén khí, dùng bọt, ống chống hoặc điều chỉnh phương pháp khoan. Các trường hợp này cùng chỉ về một điểm: trong điều kiện thiết bị của dự án cấp 500 m, mối quan hệ giữa phán đoán địa tầng và lưu lượng máy nén khí trực tiếp hơn bản thân con số độ sâu khoan.

Hành trình cấp tiến và quy cách cần khoan ảnh hưởng tổ chức thi công

RC500E có thể cấu hình hành trình cấp tiến 3,3 m hoặc 6,6 m, hỗ trợ cần khoan 1,5 / 2 / 3 / 6 m. Hành trình dài 6,6 m phù hợp với dự án muốn giảm số lần nối cần, nâng cao hiệu quả khoan liên tục; cấu hình 3,3 m có lợi hơn cho việc kiểm soát chiều cao làm việc toàn máy và khả năng thích ứng công trường. Lựa chọn bước này không chỉ ảnh hưởng hiệu quả, mà còn ảnh hưởng phương án vận chuyển và bố trí không gian vị trí lỗ.

Kích thước vận chuyển khoảng 6300 × 2100 × 2500 mm, kích thước làm việc khoảng 4000 × 2900 × 6800 mm, trọng lượng toàn máy khoảng 12 T. Trước khi chuyển trường cần xác nhận tải trọng xe, điểm cố định lên xe và giới hạn chiều cao đường; sau khi đến vị trí còn phải dự phòng không gian dựng tháp và phạm vi làm việc an toàn. Tốc độ di chuyển bánh xích khoảng 2,5 km/h, khả năng leo dốc tham khảo 30°, phù hợp hơn với đường sỏi khu mỏ, đường nông thôn và mặt đất không bằng phẳng thông thường, khu vực đất mềm và trơn ướt nên di chuyển thận trọng.

Ngoài các điều kiện này, dự án còn phải xác nhận riêng những mục sau

• Độ sâu cuối cùng của vị trí giếng và vị trí tầng xuất nước cần căn cứ tài liệu địa chất thủy văn và tình hình khoan thực tế, độ sâu khoan của thiết bị không cấu thành bảo đảm xuất nước.
• Ai cung cấp máy nén khí, công trường có nguồn điện ổn định hay không sẽ trực tiếp ảnh hưởng phương án động lực và chi phí đi kèm.
• Vị trí lỗ, đường kính giếng, ống lọc, lưu lượng bơm và khoảng cách của dự án loại giếng hạ mực nước cần xác định theo tính toán địa chất thủy văn, thiết bị chỉ đảm nhận công việc khoan.
• Hệ thống thi công hoàn chỉnh có thể chọn cấu hình theo dự án gồm búa DTH tuần hoàn ngược, mũi khoan, cần khoan quy cách khác nhau, dụng cụ ống chống, máy nén khí, ống gió áp cao, bộ phun dầu, bơm bọt và máy phát điện, v.v., các địa tầng khác nhau không cần cấu hình toàn bộ.

Sau khi chia dự án giếng nước cấp 500 m thành các nhóm điều kiện trên, có thể thấy rõ hơn, độ sâu khoan chỉ là điểm vào. Lực nâng, mô-men quay, đường xả mùn tuần hoàn ngược khí nâng và lưu lượng khí áp đi kèm, hành trình cấp tiến và điều kiện chuyển trường, mỗi yếu tố ràng buộc công đoạn khác nhau, cần đối chiếu cùng nhau mới coi là đưa nhu cầu vào thiết bị.