Máy khoan đá thủy lực trong mỏ than: Quy tắc an toàn và lựa chọn

Một máy khoan đá thủy lực hoạt động trong mỏ than đối mặt với một loại nguy hiểm mà hoàn toàn không áp dụng cho khai thác kim loại hoặc xây dựng đường hầm: nguy cơ cháy nổ khí metan. Cơ cấu va đập sinh nhiệt tại bề mặt đầu piston và tại giao diện giữa thân khoan và bạc lót dẫn hướng; mạch thủy lực vận hành ở áp suất 160–220 bar với nhiệt độ dầu hồi ấm; và nếu một tia phun dầu do hỏng khớp nối tiếp xúc với vùng tích tụ khí, nguy cơ cháy sẽ xảy ra ngay lập tức. Mỗi lựa chọn linh kiện và quy trình vận hành trong ứng dụng máy khoan thủy lực tại mỏ than đều phải được đánh giá dựa trên bối cảnh này, chứ không chỉ dựa trên các tiêu chí hiệu năng và tuổi thọ thông thường.

Các mỏ than cũng được phân loại theo mức độ nguy hiểm do khí gây ra—từ không có khí đến có khí cao—với các yêu cầu quy định tương ứng về đặc điểm kỹ thuật thiết bị, tùy thuộc vào từng khu vực pháp lý. Các quy tắc lựa chọn trong bài viết này áp dụng cụ thể cho các máy khoan đá thủy lực kiểu trượt (hydraulic rock drill drifters) và các mạch chất lỏng liên quan của chúng, trong phạm vi danh mục thiết bị chứ không thay thế cho việc tuân thủ các quy định cụ thể tại hiện trường.

Yêu cầu về Thiết kế Chống Nổ

Dầu thủy lực chống cháy là yêu cầu cơ bản đối với mọi mạch thủy lực trong mỏ than dưới lòng đất. Dầu thủy lực gốc khoáng tiêu chuẩn dễ cháy; việc vỡ ống dẫn khiến dầu gốc khoáng phun lên các bề mặt nóng hoặc tia hồ quang điện sẽ tạo thành một con đường thực tế để phát sinh cháy. Nhũ tương nước-trong-dầu (HFA-E, thường chứa 95–97% nước và phần còn lại là chất cô đặc dạng dầu) hoặc dung dịch glycol trong nước (HFC) là những lựa chọn thay thế chống cháy tiêu chuẩn dành cho các mạch thủy lực va đập trong mỏ than dưới lòng đất. Sự đánh đổi: cả hai loại này đều có khả năng bôi trơn thấp hơn so với dầu gốc khoáng, do đó đặt ra yêu cầu cao hơn đối với vật liệu làm kín và gói phụ gia chống mài mòn trong dầu.

Các phớt đệm bằng PU hoạt động chấp nhận được với các nhũ tương nước-trong-dầu ở nồng độ được duy trì trong giới hạn quy định. Khi nồng độ nhũ tương giảm xuống dưới 5% chất cô đặc dầu (giới hạn tối thiểu điển hình), khả năng bôi trơn giảm mạnh và các phớt PU mòn nhanh hơn tuổi thọ thiết kế. Các phớt HNBR chịu được sự biến đổi nồng độ tốt hơn và được ưu tiên sử dụng trong các quy trình vận hành mà việc duy trì chính xác nồng độ nhũ tương là khó khăn. Dung dịch glycol-nước có nồng độ glycol không phù hợp có thể tấn công các phớt tĩnh tiêu chuẩn bằng NBR (vòng chữ O) thông qua hiện tượng trương nở — các loại vật liệu vòng chữ O bằng FKM hoặc HNBR được yêu cầu sử dụng cho các mạch thủy lực dùng dung dịch glycol-nước thay vì loại NBR tiêu chuẩn.

Thông số kỹ thuật thiết bị cho môi trường có khí cháy

An toàn vận hành: Ba quy trình quan trọng nhất

Việc kiểm tra mạch chất lỏng trước mỗi ca làm việc là bắt buộc trong môi trường mỏ than, nơi một sự cố vỡ ống dẫn trong quá trình vận hành sẽ tạo ra nguy cơ cháy nổ ngay lập tức. Việc kiểm tra bao gồm: tình trạng ống dẫn (không có vết cắt, mài mòn xuyên qua lớp vỏ ngoài hoặc phình ra — dấu hiệu cho thấy hư hỏng bên trong), kết nối đầu nối (không rò rỉ tại các mối nối ren, không dịch chuyển đầu nối khi tác dụng lực bằng tay), và mức chất lỏng trong bồn kèm theo kiểm tra nồng độ nhũ tương hoặc glycol. Một hỗn hợp nhũ tương bị suy giảm — dù vẫn giữ màu bình thường nhưng kết quả kiểm tra cho thấy nồng độ dầu dưới 5% — đồng thời gây nguy cơ hư hại gioăng và nguy cơ phát lửa.

Việc ngăn ngừa hiện tượng bắn không tải (blank-fire) quan trọng hơn trong các mỏ than so với các ứng dụng khác. Khi mũi khoan mất tiếp xúc với đá và cơ chế đóng mở (percussion) hoạt động trong môi trường không khí, van xả mạch đóng mở sẽ liên tục vận hành, sinh nhiệt tại thân van. Trong khai thác mỏ và xây dựng thông thường, đây là vấn đề liên quan đến bảo trì; còn trong môi trường có khí metan, thân van nóng trở thành một nguy cơ phát lửa bổ sung. Các hệ thống tự động ngắt chức năng đóng mở khi phát hiện hiện tượng bắn không tải—tức là ngừng hoạt động của cơ chế đóng mở trong vòng 200–500 mili giây sau khi phát hiện hiện tượng đóng mở không tải thông qua phân tích mẫu áp suất—là yêu cầu tiêu chuẩn trong các cấu hình máy khoan (drifter) được quản lý tốt tại các mỏ than.

Việc xả áp và giải nén mạch khoan va đập sau ca làm việc, trước khi tháo rời máy khoan, giúp loại bỏ chất lỏng chống cháy có áp suất khỏi các đoạn ống mềm — những phần có khả năng bị xáo trộn cao nhất trong quá trình đổi ca. Việc tháo rời một ống mềm đang chịu áp suất tại khu vực đào lò có khí mỏ là cả một rủi ro gây nhiễm bẩn lẫn rủi ro cháy do phun chất lỏng. Quy trình này yêu cầu giải nén thông qua đường xả áp được thiết kế sẵn của hệ thống, chứ không được thực hiện bằng cách nới lỏng các mối nối trong khi vẫn còn chịu áp lực.

Tiêu chí lựa chọn đặc thù cho môi trường mỏ than

Các tính năng thiết kế Drifter giúp giảm rủi ro vận hành trong mỏ than: mạch va đập kín (dầu hồi chảy trở lại bể chứa mà không tiếp xúc với khí quyển, giảm thiểu sương mù dầu trong bầu khí quyển tại mặt cắt đào); vỏ động cơ quay kín có rào cản áp suất dương để ngăn bụi than xâm nhập vào vùng ổ bi; mạch nước xả sạch đầu kẹp phía trước có van một chiều nhằm ngăn dầu va đập chảy ngược vào mạch xả sạch (nước xả sạch bị nhiễm bẩn trong mặt cắt đào than là một mối nguy thứ cấp); và lớp bọc ống chống tĩnh điện trên tất cả các ống dẫn dùng cho va đập và quay.

Thông số kỹ thuật bộ phớt làm kín cho máy khoan đá mỏ than: bộ phớt va đập bằng vật liệu HNBR để tương thích với chất lỏng HFA-E hoặc HFC, phớt làm kín phía trước có khả năng xả rửa bằng vật liệu nền PTFE (trơ về mặt hóa học đối với sự biến đổi độ pH của nước mỏ), và tất cả các gioăng chữ O tĩnh đều làm bằng vật liệu HNBR hoặc FKM để tương thích với mạch thủy lực glycol-nước. Các thông số kỹ thuật vật liệu này cần được nêu rõ ràng trong tài liệu mua hàng thay vì mặc định là 'bộ phớt tiêu chuẩn.' HOVOO cung cấp các bộ phớt làm kín phù hợp cho mỏ than dành cho tất cả các thương hiệu máy khoan đá chủ lực, với các lựa chọn vật liệu đã được xác minh về tính tương thích với HFA-E và HFC. Tham khảo đầy đủ các mã mẫu tại hovooseal.com.