Khi coi máy khoan tuần hoàn ngược cấp 600 m như một cấp năng lực, dễ bỏ qua việc nó đồng thời đảm nhận ba nhiệm vụ khác nhau: thứ nhất là khoan lỗ đến cấp 600 m, thứ hai là tạo lỗ trong phạm vi đường kính 105–450 mm, thứ ba là đưa mùn khoan trở lại mặt đất theo độ sâu bằng phương pháp tuần hoàn ngược qua ống trong. Ba nhiệm vụ cùng tồn tại trên một thiết bị, nhưng điều kiện ràng buộc đằng sau mỗi nhiệm vụ lại khác nhau, và giữa chúng không phải là mối quan hệ đơn giản "thông số càng lớn càng tốt". Dưới đây lấy tài liệu công khai của WR600RC làm manh mối để tách riêng ba việc này.
Nhiệm vụ thứ nhất: Năng lực khoan sâu được hỗ trợ bởi những nhóm giá trị nào
Độ sâu khoan tối đa mà tài liệu WR600RC đưa ra là 600 m. Giá trị này được giới hạn trong tài liệu bằng cụm từ "năng lực tham khảo trong cấu hình điển hình", nghĩa là nó không phải giá trị cố định có thể đạt được với mọi đường kính lỗ, mọi tổ hợp cần khoan, mọi địa tầng. Cùng xuất hiện trong tài liệu với độ sâu khoan là các nhóm giá trị hỗ trợ vận hành khoan sâu: lực nâng 29 T, mô-men quay 12000 / 6000 N·m, tốc độ quay tối đa tương ứng 75 / 150 r/min, áp suất khí làm việc 1,6–6 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 16–75 m³/min.
Yêu cầu đầu tiên của khoan sâu đối với thiết bị xuất hiện ở công đoạn nâng hạ cần. Khi độ sâu lỗ tăng, trọng lượng bản thân của cần khoan RC hai thành và ma sát thành lỗ đều tăng, lực nâng 29 T đảm nhận năng lực xử lý cột cần trên đường này. Tài liệu cũng lưu ý rằng nếu lực cản khi rút cần tiếp tục bất thường, nên ưu tiên xử lý bằng cách làm sạch lỗ và đánh giá trạng thái trong lỗ, thay vì dùng lực nâng tối đa để kéo cưỡng bức. Câu này định tính lực nâng là năng lực vận hành, không phải phương tiện xử lý sự cố trong lỗ.
Yêu cầu thứ hai xuất hiện trên đường hồi mẫu. Khoan RC cấp 600 m cần đưa mùn khoan trở lại mặt đất dọc theo ống trong, lỗ càng sâu thì đường này càng dài, nhu cầu về áp suất khí và lưu lượng gió thường cũng càng cao. Tài liệu ghi áp suất khí làm việc là 1,6–6 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ là 16–75 m³/min, và chỉ rõ rằng khi độ sâu lỗ, đường kính lỗ, độ cao so với mực nước biển và độ cứng đá tăng, lưu lượng gió hiệu dụng cần thiết thường cũng tăng. Hai nhóm giá trị này là điều kiện đi kèm liên quan trực tiếp đến độ sâu khoan, không phải lựa chọn có thể giảm bớt độc lập.
Nhiệm vụ khoan sâu không thể chỉ nhìn con số độ sâu
Nếu tách riêng 600 m làm căn cứ so sánh, sẽ mất đi ba tầng tiền đề: kích thước đường kính lỗ, quy cách cần khoan, và việc máy nén khí đi kèm có duy trì được lưu lượng gió hiệu dụng đủ ở độ sâu đó hay không. Bản thân tài liệu không đưa ra mối quan hệ tương ứng "với một đường kính lỗ cụ thể, 600 m cần bao nhiêu lưu lượng gió", phần này cần xác minh thêm với nhà sản xuất hoặc bên dự án theo độ sâu lỗ, đường kính lỗ và độ cao thực tế.
Nhiệm vụ thứ hai: Phạm vi đường kính 105–450 mm nằm ở những điều kiện công tác nào
Phạm vi đường kính 105–450 mm không được tài liệu định nghĩa là dùng cho một mục đích duy nhất. Cùng xuất hiện với phạm vi này có ba loại ứng dụng: lỗ khoan thăm dò khoáng sản, thi công giếng nước sâu, và một số lỗ khoan hạ mực nước ngầm ở khu mỏ. Ba loại mục đích có điểm quan tâm về đường kính khác nhau — lỗ thăm dò quan tâm đến kênh hồi mẫu và tính đại diện của mẫu, giếng nước quan tâm đến kết cấu thành giếng và tầng chứa nước, lỗ hạ mực nước quan tâm đến vị trí giếng, khoảng cách giếng và thiết kế địa chất thủy văn.
Trong công nghệ RC, giữa đường kính lỗ và điều kiện hồi mẫu có một mối quan hệ trực tiếp. Đường kính lỗ càng lớn, lượng mùn khoan cần thải ra trong một đơn vị thời gian càng nhiều; lỗ càng sâu, đường hồi mẫu càng dài. Khi hai hướng này cộng dồn, yêu cầu về áp suất khí và lưu lượng gió sẽ đồng thời tăng. Khoảng lưu lượng khí tiêu thụ mà tài liệu đưa ra (16–75 m³/min) bao phủ một phạm vi khá rộng, thực tế rơi vào đoạn nào phụ thuộc vào tổ hợp cụ thể của đường kính lỗ, độ sâu lỗ và điều kiện địa tầng, tài liệu không đưa ra bảng tương ứng từng mục.
Trong điều kiện không phải RC, phạm vi 105–450 mm còn tương ứng với hai phương pháp: khoan quay bằng dung dịch và khoan búa DTH thông thường. Tài liệu nêu rõ thiết bị hỗ trợ hai phương pháp này và đưa ra hai tình huống sử dụng điển hình: tầng phủ rời rạc (đất, cát, sỏi) có thể dùng khoan quay bằng dung dịch để ổn định lỗ và tạo lỗ trước, sau khi vào đá ổn định thì chuyển sang RC hoặc DTH; đá tương đối nguyên vẹn (granit, đá vôi, cát kết, v.v.) có thể quyết định dùng RC hay DTH thông thường tùy theo nhu cầu mẫu địa chất. Điều này cho thấy bản thân phạm vi đường kính không phải điều kiện chọn công nghệ, việc chọn công nghệ phụ thuộc vào địa tầng và nhu cầu lấy mẫu.
Nhiệm vụ đường kính thay đổi điều gì
Khi điều chỉnh đường kính từ 105 mm lên 450 mm, thứ thay đổi trước tiên là tổng lượng mùn khoan cần xử lý và điều kiện kênh hồi mẫu, sau đó mới là mục đích của bản thân lỗ khoan. Điều này có nghĩa là chọn đường kính không thể chỉ nhìn "lỗ có cần khoan lớn như vậy không", mà còn phải xem máy nén khí, cần khoan và hệ thống hồi mẫu đi kèm có duy trì được hồi mẫu ổn định ở đường kính đó hay không.
Nhiệm vụ thứ ba: Phương pháp lấy mẫu là mục tiêu nhiệm vụ, không chỉ là tên công nghệ
"Tuần hoàn ngược" trong tài liệu WR600RC trước tiên được mô tả là một đường hồi mẫu: sử dụng cần khoan hai thành, khí nén đi xuống theo kênh ngoài của cần khoan, sau khi dẫn động búa RC và mũi khoan ở đáy lỗ, đưa mùn khoan từ kênh trong trở lại mặt đất. Tài liệu so sánh đường này với thải mùn qua vành xuyến ngoài thông thường, chỉ ra rằng đường hồi mẫu qua ống trong tập trung hơn, có lợi cho việc giảm tiếp xúc giữa mẫu và các đoạn lỗ khác nhau, nâng cao khả năng vận hành lấy mẫu phân đoạn theo độ sâu.
Cốt lõi của nhiệm vụ này không nằm ở tốc độ khoan, mà ở mối tương quan giữa mẫu và độ sâu. Phương pháp RC thu được mẫu mùn khoan, không phải mẫu lõi liên tục nguyên vẹn. Tài liệu mô tả tình huống áp dụng của nó là: phù hợp để nhanh chóng thiết lập nhiều điểm kiểm soát lỗ khoan, hồi mẫu đồng thời trong quá trình khoan, thuận tiện cho hiện trường ghi nhận thay đổi thạch học, biến đổi và khoáng hóa theo khoảng tiến độ cố định, sau đó gửi mẫu đại diện đến phòng thí nghiệm phân tích. Do đó chất lượng lấy mẫu phụ thuộc vào hai việc đồng thời đúng — hồi mẫu liên tục và ghi nhận độ sâu đồng bộ.
Các hạng mục quan sát mà tài liệu đưa ra cho bất thường hồi mẫu bao gồm: lượng hồi mẫu, kích thước hạt, màu sắc và thay đổi độ ẩm. Nếu mẫu đột ngột giảm, hồi mẫu chậm hoặc rõ ràng lẫn mẫu, nên kiểm tra độ kín của cần khoan, kênh hồi mẫu, đầu ra máy nén khí và xem trong lỗ có rò khí hay không. Đoạn này thực chất nói rằng: độ tin cậy của phương pháp lấy mẫu tuần hoàn ngược không hoàn toàn nằm ở bản thân máy khoan, độ kín cần khoan, đầu ra máy nén khí và trạng thái trong lỗ đều nằm trên cùng một chuỗi.
Phương pháp lấy mẫu quyết định những thiết bị đi kèm nào phải đồng bộ
Nếu dùng WR600RC để lấy mẫu khoáng sản, thì việc thu mẫu theo khoảng tiến độ cố định, ghi số lỗ khoan và độ sâu bắt đầu – kết thúc, thiết lập mẫu lặp, mẫu chuẩn và mẫu trắng theo chế độ kiểm soát chất lượng dự án là những công việc tách biệt với thông số máy khoan. Tài liệu ghi rõ "máy khoan chịu trách nhiệm lấy mẫu, chất lượng dữ liệu cuối cùng còn phụ thuộc vào quản lý lấy mẫu", đây là giải thích ranh giới của nhiệm vụ phương pháp lấy mẫu.
Mối liên hệ giữa ba nhiệm vụ
Đặt ba nhiệm vụ cạnh nhau, có thể thấy chúng không độc lập với nhau.
| Nhiệm vụ | Giá trị liên quan trong tài liệu | Phần không thể suy đoán riêng |
|---|---|---|
| Lỗ khoan sâu | Độ sâu khoan tối đa 600 m, lực nâng 29 T | Độ sâu thực tế đạt được với đường kính lỗ và địa tầng cụ thể |
| Đường kính lỗ | 105–450 mm | Nhu cầu lưu lượng gió hồi mẫu tương ứng từng đường kính |
| Phương pháp lấy mẫu | Cần khoan hai thành, hồi mẫu qua ống trong | Độ chính xác phân mẫu cụ thể và chỉ tiêu kiểm soát nhiễm mẫu |
Từ bảng có thể thấy: độ sâu khoan 600 m tương ứng với nhóm điều kiện đi kèm là lực nâng và áp suất khí – lưu lượng gió; đường kính lỗ 105–450 mm tương ứng với tổ hợp năng lực hồi mẫu và phương pháp công nghệ; phương pháp lấy mẫu tương ứng với kết cấu cần khoan và quản lý ghi nhận hiện trường. Điểm ràng buộc chung của ba nhiệm vụ là áp suất khí và lưu lượng gió — khi độ sâu lỗ tăng, đường kính lỗ tăng, hoặc yêu cầu liên tục hồi mẫu tăng, nhu cầu về hạng mục này đều tăng.
Hai điều kiện khác xuyên suốt ba nhiệm vụ: thứ nhất là góc làm việc, WR600RC hỗ trợ hai góc 45° và 90°, tài liệu tương ứng với việc xuyên chéo thân quặng nghiêng, mạch quặng và đới đứt gãy, cũng như thăm dò thẳng đứng thông thường và thi công giếng nước; thứ hai là trọng lượng toàn máy khoảng 12,5 T, kích thước ngoài khoảng 7 × 2,1 × 2,9 m, hạng mục này không liên quan trực tiếp đến ba nhiệm vụ nhưng ảnh hưởng đến quy hoạch kích thước sàn khoan, đặc biệt khi dự án RC còn cần máy nén khí, ống mềm hồi mẫu và thiết bị lấy mẫu.
Phần tài liệu chưa đề cập, cần xác nhận thêm
- Với đường kính lỗ cụ thể, độ sâu khoan 600 m cần máy nén khí có lưu lượng xả bao lớn, tài liệu chỉ đưa ra khoảng lưu lượng khí tiêu thụ, không có quan hệ tương ứng từng đường kính.
- Trong phạm vi 105–450 mm, hiệu suất tiến độ thực tế của một đường kính nhất định trong một địa tầng nhất định, tài liệu không đưa ra.
- Trong quá trình hồi mẫu qua ống trong, chỉ tiêu kiểm soát lẫn mẫu giữa các đoạn lỗ khác nhau, tài liệu không đưa ra giá trị cụ thể.
- Yêu cầu kiểm soát độ xiên lỗ của lỗ xiên 45° ở độ sâu 600 m, tài liệu không đưa ra.
- Tốc độ di chuyển 3,5 km/h và góc leo dốc tối đa 21° là giá trị tham khảo, khi chuyển hiện trường thực tế còn cần xác nhận khả năng chịu tải của đường và độ ổn định của mặt bằng.
Sau khi mối quan hệ phân công của ba nhiệm vụ đã rõ ràng, thảo luận về máy khoan tuần hoàn ngược cấp 600 m mới có thể chuyển từ "khoan được sâu bao nhiêu" sang "khoan sâu bao nhiêu với đường kính lỗ nào, yêu cầu hồi mẫu nào". Điều sau mới là vấn đề cần đưa lên giấy trước tiên khi chọn thiết bị.