Đối với một giếng cấp nước có độ sâu quy hoạch ba bốn trăm mét, khi hỏi giá thiết bị thường được hỏi lực nâng có đủ không. Khó khăn của câu hỏi này nằm ở chỗ lực nâng không phải là chỉ tiêu độc lập: cùng một lực nâng 22T, nhưng lắp cần khoan 6m và cần khoan 3m thì nhịp độ nâng hạ cần thực tế khác nhau; trong tầng đá nguyên vẹn và đới phá hủy, tình huống dụng cụ khoan bị kẹt cũng khác nhau. Để đánh giá lực nâng có đủ hay không, trước tiên phải đặt nó trở lại các công đoạn cụ thể trong thi công giếng nước lỗ khoan trung sâu.
Lực nâng chủ yếu đảm nhận ba việc trong khoan giếng nước
Lực nâng của máy khoan giếng nước, về bản chất là lực kéo hướng lên mà móc chính hoặc đầu động lực có thể tác dụng lên cột cần khoan. Trong thi công lỗ khoan trung sâu cấp 400m, lực kéo này chủ yếu dùng vào ba việc: nâng hạ cần khoan, xử lý ống chống và xử lý sự cố trong lỗ. Ba việc này có yêu cầu về lực nâng không giống nhau, không thể đơn giản dùng câu "tấn càng lớn càng an toàn" để khái quát.
Nâng hạ cần: trọng lượng cột cần tăng tuyến tính theo độ sâu
Khi độ sâu lỗ khoan tăng lên, trọng lượng của cần khoan, khớp nối và dụng cụ đáy lỗ sẽ liên tục cộng dồn. Ước tính với cần khoan 6m, đường kính khuyến nghị 89/102 mm, ở độ sâu 400m trọng lượng cột cần đã là một tải trọng không thể bỏ qua. Lực nâng trước tiên phải bao phủ được phần trọng lượng bản thân này, đồng thời để lại một lượng dự trữ nhất định để ứng phó với ma sát thành lỗ. Nếu lực nâng chỉ vừa đủ bằng trọng lượng cột cần, khi nâng cần một khi gặp co thắt đường kính hoặc đá rơi, không gian thao tác sẽ rất hạn chế.
Xử lý ống chống: trọng lượng tập trung và quá trình hạ xuống không thể đảo ngược
Giai đoạn hoàn thành giếng nước cần hạ ống chống, trọng lượng ống chống tập trung trong một lần nâng hạ, và sau khi hạ xuống nếu có vấn đề, độ khó xử lý cao hơn nhiều so với cần khoan. Lực nâng cần bao phủ trọng lượng của một cây hoặc một đoạn ống chống, đồng thời phối hợp với tời phụ để hoàn thành việc vận chuyển và kết nối dụng cụ ống chống. Lực nâng của tời phụ WR400QS là 1.5 T, có thể dùng để vận chuyển các phụ kiện hiện trường như búa khoan ngầm, cần khoan, dụng cụ ống chống, nhưng việc kéo thân ống chống vẫn phụ thuộc vào hệ thống nâng chính.
Sự cố trong lỗ: lực nâng là phương tiện, không phải giải pháp
Khi kẹt cần, co thắt đường kính, đá rơi thành lỗ, lực nâng thường được coi là phương tiện để "kéo ra". Nhưng tài liệu đã chỉ rõ, khi gặp các trường hợp này vẫn nên ưu tiên giải quyết thông qua làm sạch lỗ và điều chỉnh quy trình, chứ không chỉ dựa vào lực nâng tối đa để kéo mạnh. Điểm này dễ bị bỏ qua khi lựa chọn thiết bị: lực nâng càng lớn, càng phải rõ ràng rằng nó tương ứng với dự trữ cho nâng hạ cần bình thường, chứ không phải khả năng xử lý sự cố trong lỗ.
Lực nâng 22T tương ứng với gì trong thi công giếng nước cấp 400m
Tài liệu WR400QS cho thấy, model này có độ sâu khoan tối đa 400 m, đường kính khoan 105–325 mm, lực nâng 22 T, hỗ trợ cần khoan 6 m. Đặt các giá trị này cạnh nhau, có thể thấy lực nâng 22T tương ứng với một tổ hợp công đoạn thông thường của giếng nước lỗ khoan trung sâu.
- Mối quan hệ phù hợp giữa độ sâu khoan và lực nâng: Ở độ sâu cấp 400m, lực nâng 22T để lại dự trữ cho trọng lượng cột cần và ma sát thành lỗ, thuộc cấu hình năng lực nâng khá cao trong các thiết bị cùng cấp.
- Ảnh hưởng của cần khoan 6m: Cần khoan dài giảm số lần nối cần, chiều dài cột cần trong một lần nâng hạ dài hơn, yêu cầu về độ ổn định đầu ra liên tục của lực nâng cũng tăng theo.
- Phối hợp quay hai chế độ: Quay hai chế độ 8000/4000 N·m tương ứng tốc độ quay tối đa 75/150 r/min, tốc độ thấp mô-men cao phù hợp với đường kính lớn và đá cứng, lúc này tải trọng cột cần cũng lớn hơn, lực nâng cần được đánh giá phối hợp với chế độ quay.
Lực nâng có đủ hay không còn phụ thuộc vào các điều kiện phối hợp này
Lực nâng là một phần năng lực của toàn máy, chỉ nhìn vào giá trị này không thể trả lời "có đủ hay không". Các điều kiện sau đây sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc phát huy lực nâng trong thi công thực tế.
Sự phù hợp giữa tháp khoan và chiều dài cần khoan
Cần khoan 6m yêu cầu tháp khoan có đủ không gian nâng hạ cần. Nếu hành trình hiệu dụng của tháp khoan không khớp với chiều dài cần khoan, ưu thế nối cần của cần khoan dài không phát huy được, nhịp độ sử dụng lực nâng cũng bị xáo trộn. Khi lựa chọn thiết bị cần kiểm tra đồng thời chiều dài cần khoan, hình thức tháp khoan và lực nâng.
Đường kính khoan và tổ hợp dụng cụ khoan
Phạm vi đường kính khoan 105–325 mm khá rộng, khi khoan đường kính lớn tổ hợp dụng cụ khoan nặng hơn, ma sát thành lỗ cũng có thể lớn hơn. Nếu đường kính kết thúc lỗ của dự án nghiêng về giới hạn trên của phạm vi, dự trữ lực nâng cần được đánh giá lại, không thể trực tiếp áp dụng kinh nghiệm đường kính nhỏ và trung bình.
Điều kiện địa tầng và độ ổn định thành lỗ
Đới phá hủy, địa tầng nứt nẻ có thể gây đá rơi và kẹt cần, lúc này lực nâng đối mặt không phải trọng lượng cột cần bình thường mà là lực cản bổ sung. Tài liệu khuyến nghị trong các địa tầng này giảm tốc độ đẩy, duy trì làm sạch lỗ, và tùy tình hình sử dụng các biện pháp hỗ trợ như bọt, ống chống. Độ lớn của lực nâng không thể thay thế các điều chỉnh quy trình này.
Độ ổn định chân chống và khả năng chịu tải mặt đất
WR400QS được trang bị chân chống thủy lực hành trình 1.6 m, trọng lượng toàn máy 8.6 T. Khi lực nâng phát huy tác dụng, sự hỗ trợ ổn định của toàn máy là tiền đề. Mặt đất mềm cần sử dụng tấm lót, đảm bảo chân chống chịu lực đều, tránh lún lâu dài dẫn đến tháp khoan nghiêng. Nếu điều kiện hiện trường không đủ để hỗ trợ ổn định, giá trị khả dụng thực tế của lực nâng sẽ bị giảm.
Trường hợp nào lực nâng 22T có thể không đủ
Tài liệu không đưa ra kết luận "lực nâng 22T phù hợp với mọi giếng nước cấp 400m", các trường hợp sau cần xác nhận riêng:
- Đường kính kết thúc lỗ lâu dài gần giới hạn trên 325 mm, trọng lượng tổ hợp dụng cụ khoan và ma sát tăng rõ rệt;
- Trong lỗ co thắt đường kính, đá rơi thường xuyên, cần nhiều lần xử lý cột cần bị kẹt;
- Đoạn ống chống dài hoặc thành ống chống dày, tải trọng kéo một lần vượt quá ước tính thông thường;
- Góc khoan không thẳng đứng, phân bố ma sát thành lỗ khác với lỗ thẳng đứng.
Trong các trường hợp này, lực nâng có đủ hay không không thể chỉ dựa vào con số 22T để đánh giá, cần tính toán cụ thể kết hợp với tổ hợp dụng cụ khoan, thông số ống chống và điều kiện địa tầng.
Những điều cần xác nhận trước khi lựa chọn thiết bị
Việc đánh giá lực nâng cuối cùng phải quay về điều kiện dự án. Sau khi sàng lọc sơ bộ theo tài liệu WR400QS, các mục sau vẫn cần xác nhận với nhà sản xuất hoặc bên dự án:
- Tổng trọng lượng tổ hợp cột cần tương ứng với độ sâu giếng mục tiêu, bao gồm cần khoan, khớp nối và dụng cụ đáy lỗ;
- Thông số ống chống hoàn thành giếng, chiều dài một đoạn và tổng trọng lượng dự kiến;
- Đường kính kết thúc lỗ dự kiến có gần giới hạn trên 325 mm hay không, và tình hình ma sát của địa tầng tương ứng;
- Kích thước phối hợp giữa hành trình hiệu dụng của tháp khoan và cần khoan 6m;
- Khả năng chịu tải mặt đất hiện trường có đáp ứng yêu cầu hỗ trợ của toàn máy 8.6 T cộng chân chống hay không.
Lực nâng có đủ hay không, không phải là câu hỏi có thể trả lời tách rời khỏi độ sâu lỗ, đường kính lỗ, dụng cụ khoan và địa tầng. Lực nâng 22T trong cấu hình cấp 400m của WR400QS có phạm vi công đoạn tương ứng, nhưng phạm vi này cần được kiểm tra từng mục theo các điều kiện trên mới có thể xác nhận.