“Giếng của tôi khoảng hai trăm mét, chọn một máy khoan 200 m là được phải không” — đây là cách đặt câu hỏi phổ biến nhất trong các dự án giếng nước cấp 200 m. Nó nén việc lựa chọn thành một phép so sánh con số, nhưng thiết bị cấp 200 m có khoan được giếng này hay không phụ thuộc vào một nhóm điều kiện chứ không phải một điều kiện: giếng sâu bao nhiêu, cần hạ ống giếng lớn cỡ nào, tầng phủ phía trên dày bao nhiêu, tầng chứa nước nằm ở vị trí nào, tầng đá được khoan bằng phương pháp nào, thiết bị có thể vào tới vị trí giếng và đứng vững hay không. Bài viết này lấy tài liệu công khai của WR200SE trên trang này làm tham chiếu, tách từng điều kiện thi công thực sự cần tập trung phía sau con số hai trăm mét, giải thích thông số nào tương ứng với nhu cầu nào, nội dung nào bắt buộc phải được thực hiện riêng tại hiện trường.
Thứ tự phân tách điều kiện thi công
Trước tiên cần nêu rõ tiền đề: mọi thảo luận dưới đây đều dựa trên thông số công khai của WR200SE, giá trị của các model khác không thể áp dụng trực tiếp. Thiết bị này là máy khoan giếng nước bánh xích cấp 200 m, sử dụng tháp khoan co duỗi, động cơ Yuchai 58 kW, đường kính khoan 140–254 mm, đường kính cần khoan 76/89 mm, chiều dài cần khoan 1,5/2,0/3,0 m, mô-men quay 3400–4700 N·m, tốc độ quay 45–70 r/min, lực nâng 13 T, tốc độ nâng nhanh 30 m/min, tốc độ đẩy nhanh 60 m/min, chiều dài một lần đẩy 3,3 m, hành trình chân chống cao 1,4 m, áp suất khí làm việc tham chiếu 1,7–2,5 MPa, lưu lượng tiêu thụ khí 17–31 m³/min, trọng lượng toàn máy khoảng 4,7 T, tốc độ di chuyển khoảng 2,5 km/h, khả năng leo dốc tối đa tham chiếu 30°.
Những giá trị này không cần học thuộc, vai trò của chúng là trả lời sáu câu hỏi tiếp theo. Cần lưu ý, thông số thiết bị chỉ có thể trả lời câu hỏi ở phía thiết bị, câu hỏi ở phía địa chất bắt buộc phải do tài liệu khảo sát của chính dự án trả lời.
Mục 1: Dư lượng mà con số 200 mét để lại
200 m là độ sâu khoan tối đa. Một giếng có độ sâu thành giếng gần 200 m và một giếng dự kiến gặp nước ở 150 m đặt ra yêu cầu không giống nhau đối với cùng một thiết bị. Tài liệu ghi rất rõ: độ sâu thành giếng thực tế vẫn cần được xác định kết hợp với điều kiện địa chất thủy văn địa phương, vị trí tầng chứa nước, đường kính lỗ khoan, dụng cụ khoan và quy trình thi công. Nói cách khác, 200 m là giới hạn năng lực thiết bị, không phải độ sâu tìm nước.
Tài liệu còn một câu có thể trích dẫn trực tiếp: đối với khu vực nông thôn có mực nước ngầm tương đối sâu, khu tưới tiêu nông nghiệp và vùng đồi núi, thiết bị cấp 200 m có dư lượng độ sâu tìm nước lớn hơn so với model cấp 120 m. Ý của câu này là khi việc phán đoán mực nước còn bất định, cấp 200 m để lại không gian điều chỉnh lớn hơn cấp 120 m, chứ không phải nói 200 m chắc chắn khoan tốt hơn 150 m. Nếu tài liệu thủy văn khu vực đã xác định vị trí tầng chứa nước ở một đoạn nào đó, thì việc phán đoán cấp thiết bị theo độ sâu giếng mục tiêu cộng thêm một đoạn dư lượng hợp lý sẽ thận trọng hơn so với phán đoán theo giá trị danh nghĩa tối đa.
Còn một cách hiểu sai cần tránh: tài liệu cũng ghi rõ, khi thi công nên xác định vị trí giếng hợp lý dựa trên tài liệu nước ngầm địa phương, tránh chỉ dựa vào việc mở rộng độ sâu khoan để bù sai số chọn vị trí. Độ sâu lỗ khoan không thay thế phán đoán chọn vị trí.
Mục 2: Ống giếng và máy bơm tương ứng với phạm vi đường kính lỗ khoan
Phạm vi đường kính khoan của WR200SE là 140–254 mm. Khoảng này bao phủ nhu cầu kích thước của cấu hình ống giếng và máy bơm chìm thường gặp của giếng nước, nhưng chọn đường kính nào cụ thể không phụ thuộc vào giá trị thiết bị ưu tiên, mà phụ thuộc vào kết cấu thành giếng: đường kính ngoài ống giếng, chiều dài ống lọc, độ dày lớp vật liệu lấp, đường kính ngoài máy bơm chìm và mục tiêu lưu lượng nước ra.
Tài liệu có một phán đoán có thể dùng trực tiếp làm căn cứ lựa chọn: đối với giếng nông nghiệp cần bơm nước lâu dài, nên xác định đường kính giếng, ống lọc và loại bơm dựa trên lưu lượng nước dự kiến trước khi thi công, chứ không nên chỉ theo đuổi đường kính lỗ khoan lớn hơn. Đường kính càng lớn, nhu cầu về quay, xả mùn và lượng khí càng cao. Trên thiết bị cấp 200 m, đặt đường kính lỗ khoan ở giá trị hợp lý nhỏ nhất đáp ứng nhu cầu ống giếng và loại bơm sẽ có lợi hơn cho việc kiểm soát tải trọng trong quá trình khoan. Điểm này không có trường tương ứng trong bảng thông số, cần xác nhận ở giai đoạn thiết kế dự án.
Mục 3: Lực nâng và mô-men quay tương ứng với quy trình
Giá trị lực nâng 13 T quản lý việc nâng hạ cần khoan, xử lý cần khoan và một phần thao tác ống chống, không phải chỉ số độ sâu lỗ khoan. Lỗ khoan càng sâu, cột cần khoan càng dài, ma sát trong lỗ càng lớn thì tải trọng mà lực nâng phải gánh càng rõ rệt. 13 T của WR200SE thuộc cấu hình bình thường trong cấp 200 m, nhưng tài liệu cũng ghi rõ: khi gặp kẹt cần, thành lỗ co hẹp hoặc nước trào bất thường, nên phán đoán trạng thái địa tầng và trong lỗ trước, rồi giải quyết vấn đề thông qua làm sạch lỗ, nâng cần kiểm tra hoặc xử lý ống chống, tránh chỉ dựa vào lực nâng lớn để kéo mạnh dụng cụ khoan. Câu này có ý nghĩa đối với phương pháp phán đoán nhiều hơn là đối với thông số.
Mô-men quay 3400–4700 N·m, kết hợp tốc độ quay 45–70 r/min, phạm vi áp dụng tương ứng trong tài liệu là đá phong hóa và tầng đá nguyên vẹn, có thể phối hợp với búa khoan lỗ thường gặp để khoan khí động. Tài liệu đồng thời lưu ý, trong quá trình khoan nên điều chỉnh quay và đẩy theo độ cứng địa tầng và tình hình xả mùn, không khuyến nghị sử dụng một thông số cố định để thi công cứng nhắc lâu dài. Vì vậy trước khi mua sắm hoặc khởi công, nội dung cần xác nhận là: địa tầng mục tiêu chủ yếu là tầng đất, tầng sỏi cát hay tầng đá, phần tầng đá dự định dùng loại búa khoan lỗ và mũi khoan nào, đường kính lỗ khoan lớn nhất là bao nhiêu. Ba nội dung này chưa xác nhận rõ thì bản thân giá trị mô-men không thể đưa ra kết luận riêng.
Mục 4: Phối hợp máy nén khí là mục dễ sai nhất
Áp suất khí làm việc tham chiếu 1,7–2,5 MPa, lưu lượng tiêu thụ khí 17–31 m³/min. Hai giá trị này là nhu cầu của toàn máy đối với máy nén khí, không phải năng lực của bản thân máy nén khí. Tài liệu có một câu điều kiện đáng được trích dẫn riêng: các đường kính lỗ khoan, búa khoan lỗ và địa tầng khác nhau có yêu cầu rất khác nhau đối với máy nén khí, ví dụ khi đường kính lỗ khoan tăng, địa tầng cứng hơn hoặc độ cao tăng, thường cần lưu lượng đầy đủ hơn. Phối hợp máy nén khí không đủ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tần số va đập, xả mùn và hiệu quả khoan.
Cách mục này phát sinh vấn đề trong mua sắm thực tế rất cụ thể: đường kính lỗ khoan tăng từ 140 mm lên 254 mm, hoặc đi vào tầng đá cứng hơn như granite, hoặc thi công ở độ cao lớn hơn, ba trường hợp này đều đẩy nhu cầu lên đầu trên của khoảng 17–31 m³/min thậm chí vượt ra ngoài. Vì vậy khi đối chiếu cấu hình máy nén khí với nhà sản xuất, nên nêu rõ đồng thời đường kính lỗ khoan, model búa khoan lỗ, độ cứng địa tầng và độ cao thi công, chứ không chỉ báo một độ sâu khoan.
Mục 5: Phân đoạn địa tầng quyết định quy trình đi như thế nào
Tài liệu công khai của WR200SE đưa ra phương hướng xử lý tương đối rõ ràng theo loại địa tầng, phần nội dung này quan trọng hơn thông số đối với việc phán đoán thiết bị có phù hợp hay không:
- Tầng đất, đất sét, sỏi cát và tầng phủ tơi xốp: tài liệu ghi rõ dùng trực tiếp búa khoan lỗ không nhất định là phương án tốt nhất. Tầng phủ tơi xốp dễ xảy ra sập lỗ, chôn cần và mở rộng đường kính lỗ, nên kết hợp ống chống, dung dịch khoan hoặc phương thức ổn định lỗ khác để xử lý đoạn lỗ phía trên trước, rồi mới vào tầng đá ổn định để tiếp tục khoan.
- Tầng đá phong hóa: thường tiến độ khoan nhanh, nhưng độ ổn định thành lỗ có thể kém, nên quyết định có theo ống chống hay không dựa trên tình hình rơi khối và co hẹp.
- Tầng đá tương đối nguyên vẹn như đá vôi, đá cát, granite: có thể dùng búa khoan lỗ và mũi khoan phù hợp để khoan khí động, trọng tâm là kiểm soát phối hợp lưu lượng gió, quay và đẩy.
- Đới đứt gãy và địa tầng nứt nẻ: có thể gây rò gió, rơi khối và kẹt cần, nên giảm đẩy quá nhanh, duy trì làm sạch lỗ liên tục, quan sát thay đổi áp suất gió và xả mùn trong lỗ; nếu đới đứt gãy dày, có thể cân nhắc phương thức theo ống hoặc ống chống.
- Tầng chứa nước và điều kiện nước phun mạnh: nước phun sẽ thay đổi trạng thái xả mùn trong lỗ và điều kiện làm việc của búa khoan lỗ, nên điều chỉnh cấp khí máy nén và phương thức làm sạch lỗ theo lưu lượng nước thực tế, ghi lại kịp thời độ sâu tầng chứa nước, và bố trí hợp lý ống giếng, ống lọc và kết cấu chắn nước trước khi thành giếng.
Đối chiếu đoạn nội dung này với các thông số phía trước: một thiết bị cấp 200 m có dùng được hay không phụ thuộc phần lớn vào tầng tơi xốp phía trên dày bao nhiêu, đới đứt gãy chiếm bao nhiêu. Nếu tầng phủ rất sâu, đới đứt gãy rất dày, quy trình ống chống và ổn định lỗ sẽ chiếm khá nhiều khối lượng thi công, phần khối lượng này cần được chuẩn bị riêng về tiến độ và vật tư phối hợp, chứ không thể dùng thông số độ sâu khoan để bao trùm.
Mục 6: Điều kiện mặt bằng vào công trường và đứng vững
Khung gầm bánh xích, tốc độ di chuyển khoảng 2,5 km/h, khả năng leo dốc tối đa tham chiếu 30°, trọng lượng toàn máy khoảng 4,7 T, kích thước ngoài khoảng 3950 × 1750 × 2250 mm, hành trình chân chống cao 1,4 m. Những mục này cùng ràng buộc việc thiết bị có tới được vị trí lỗ khoan hay không, tới rồi có đứng vững hay không.
Tài liệu ghi rõ kết cấu bánh xích phù hợp với đường nông thôn, ruộng nông nghiệp, mặt bằng sỏi đá và mặt đất gồ ghề nhẹ; khi di chuyển trên dốc nên hạ thấp trọng tâm, thu hồi tháp khoan và xác nhận điều kiện bám của mặt đất, khả năng leo dốc an toàn thực tế nên được phán đoán theo tình trạng mặt bằng. Chân chống cao 1,4 m dùng để chống đỡ và cân bằng trên mặt bằng không phẳng, trước khi bắt đầu khoan nên đảm bảo khung gầm và chân chống chịu lực ổn định, khi cần thiết tăng tấm đệm, tránh mặt đất mềm lún xuống làm tháp khoan nghiêng và vị trí lỗ khoan lệch.
Đoạn này tương ứng với những việc cần xác nhận trước khi vào công trường: khoảng cách giữa vị trí lỗ khoan và đường đi, chiều rộng mặt đường có đủ cho toàn máy đi qua hay không, mặt bằng có đủ không gian để chống chân chống 1,4 m hay không. Tài liệu có đưa ra trường chiều rộng xếp xe nhưng đoạn chính văn chưa triển khai, vì vậy việc phối hợp xe vận chuyển cần xác nhận riêng với nhà sản xuất khi mua sắm, bài viết này không suy đoán.
Tháp khoan co duỗi và chiều dài cần khoan thay đổi đoạn thi công nào
Tháp khoan co duỗi có chiều dài một lần đẩy 3,3 m, có thể lắp cần khoan 1,5 m, 2,0 m và 3,0 m. Hai nhóm giá trị này phối hợp quyết định tần suất nối cần: khi một lần đẩy 3,3 m, dùng cần khoan 3,0 m cơ bản có thể đẩy liên tục một cần, dùng cần khoan 1,5 m thì cần nhiều lần tháo lắp hơn. Tài liệu mô tả giá trị của tháp khoan co duỗi là linh hoạt hơn trong vận chuyển và thích ứng mặt bằng, đồng thời trong trạng thái thi công bình thường có thể cung cấp không gian làm việc tốt hơn cho xử lý cần khoan và khoan liên tục. Đây là mô tả kết cấu phía thiết bị, cụ thể tiết kiệm được bao nhiêu thời gian phụ trợ phụ thuộc vào lựa chọn cần khoan và thao tác hiện trường, tài liệu không đưa ra dữ liệu tương ứng, bài viết này không tính toán.
Về lựa chọn phối hợp, tài liệu liệt kê cần khoan 76 mm hoặc 89 mm, búa khoan lỗ, mũi khoan, dụng cụ ống chống, máy nén khí, ống gió, bộ phun dầu và thiết bị bọt, đồng thời ghi rõ thiết bị phối hợp nên được tổ hợp theo độ sâu lỗ mục tiêu, đường kính lỗ khoan, địa tầng và phương thức thi công, không khuyến nghị chỉ cấu hình tất cả hạng mục theo thông số tối đa.
Những việc cần thực hiện riêng trước và sau khi khởi công
Các hạng mục kiểm tra hàng ngày mà tài liệu đưa ra bao gồm: đường ống thủy lực, đầu quay, tời, bánh xích, tháp khoan và kết nối cần khoan; máy nén khí và ống gió áp suất cao cần kiểm tra đầu nối và thiết bị an toàn; trong thi công liên tục quan sát áp suất gió, xả mùn, nước trào và nhiệt độ thiết bị; sau khi kết thúc làm sạch dung dịch khoan và bụi, kiểm tra dụng cụ khoan dễ hỏng. Đây là các mục bảo dưỡng phía thiết bị, không thể thay thế phán đoán địa chất tại hiện trường.
Cuối tài liệu ghi rõ giới hạn: do điều kiện địa chất thực tế, dụng cụ trong lỗ, góc khoan và phương thức thao tác có khác biệt, hiệu quả khoan, độ sâu khoan và kết quả thành giếng cuối cùng nên lấy điều kiện hiện trường làm chuẩn. Khoảng hiệu quả khoan tham chiếu 10–35 m/h cũng được xây dựng trên tiền đề này, đây là giá trị khoảng, không thể dùng một con số đơn lẻ để lập tiến độ.
Gom sáu điều kiện thành một thứ tự phán đoán
Việc lựa chọn máy khoan giếng nước cấp 200 m có thể được tiến hành theo thứ tự sau: trước tiên xác định độ sâu giếng mục tiêu và dư lượng tìm nước, sau đó xác định ống giếng và đường kính lỗ khoan, tiếp theo xác định quy trình và nhu cầu ống chống theo phân đoạn địa tầng, dùng đường kính lỗ khoan, địa tầng, độ cao để đối chiếu lưu lượng máy nén khí, cuối cùng đối chiếu đường vào công trường, không gian vị trí lỗ khoan và điều kiện chống đỡ chân chống. Sau khi xác nhận xong sáu mục này, mới đối chiếu với thông số công khai của WR200SE để xem điều kiện nào nằm trong phạm vi thiết bị, điều kiện nào cần cấu hình thêm hoặc chọn model khác.
Nếu một điều kiện nào đó hiện tại chưa thể xác định — ví dụ vị trí tầng chứa nước, độ dày tầng phủ, đường kính lỗ khoan lớn nhất chưa định — thì ở giai đoạn này có thể làm phán đoán có điều kiện: trước tiên ước tính đường kính lỗ khoan và lượng khí cần thiết theo phương án thận trọng, rồi xác nhận cấu hình tương ứng với nhà sản xuất. Trước khi làm rõ các điều kiện này, chỉ dựa vào con số “200 mét” để quyết định lựa chọn là chưa đủ để phán đoán thiết bị này có phù hợp hay không.