Khoan mỏ và khoan hầm: Hướng dẫn ứng dụng toàn diện cho máy khoan đá thủy lực

Khoan mỏ và khoan hầm sử dụng các thiết bị thủy lực tương tự nhau, nhưng lại được đặt trong các môi trường vận hành cơ bản khác biệt — và những khác biệt về môi trường này ảnh hưởng lan tỏa đến mọi quyết định bảo trì và lựa chọn thiết bị. Trong khai thác mỏ lộ thiên, giàn khoan hoạt động ngoài trời, có thể tiếp cận trực tiếp để bảo dưỡng, điều kiện mặt đất tương đối ổn định, và mẫu bố trí lỗ khoan lặp lại trên từng tầng khai thác. Trong khoan hầm, máy khoan kiểu jumbo hoạt động trong không gian hạn chế, trong không khí có thể chứa khí thải và bụi đá mịn, trên mặt vách đào mà đặc điểm địa chất thay đổi sau mỗi vòng đào, và không có khả năng đưa máy ra ngoài trừ khi xảy ra sự cố nghiêm trọng.

Việc hiểu rõ các thông số nào là quan trọng trong từng môi trường — cũng như những đặc tính nào của máy khoan (drifter) được thiết kế nhằm giải quyết các yêu cầu đó — chính là yếu tố phân biệt giữa việc lựa chọn thiết bị dựa trên bảng thông số kỹ thuật với việc lựa chọn dựa trên kiến thức thực tiễn ứng dụng.

Khoan mỏ lộ thiên: Tốc độ sản xuất là biến số hàng đầu

Máy khoan bàn mặt đất dành cho khai thác mỏ lộ thiên và khai thác đá đánh giá hiệu suất dựa trên một chỉ số chủ đạo: số mét đã khoan được mỗi giờ vận hành trong suốt ca làm việc đầy đủ, bao gồm cả việc di chuyển lại vị trí, thay thanh khoan và bảo trì dụng cụ khoan. Mọi yếu tố khác — như mức tiêu thụ nhiên liệu, khoảng thời gian giữa các lần bảo trì, hiệu quả sử dụng cột khoan — đều được đánh giá dựa trên đầu ra chính này.

Máy khoan sản xuất dài lỗ Sandvik DL422i báo cáo tăng tới 10% số mét đã khoan được mỗi ca trong chế độ khoan sản xuất tự động, nhờ hệ thống ổn định của bộ khoan va đập HF1560ST giúp loại bỏ hiện tượng rung lắc mũi khoan và vòng điều khiển thông số tự động điều chỉnh áp lực va đập theo thời gian thực khi độ cứng của lớp đất đá thay đổi dọc theo mặt bench. Đối với công việc khoan mặt đất ở đường kính 140–178 mm, dạng xung va đập piston dài của bộ khoan RD1840C tạo ra sóng ứng suất phù hợp hơn với chiều dài thanh khoan và kích thước mũi khoan so với các xung va đập ngắn hơn, tần số cao hơn từ các thiết kế bộ khoan va đập dùng trong hầm lò.

Việc lựa chọn hệ thống ren cho công việc khoan bề mặt phụ thuộc vào độ cứng của tầng đá: ren R25/T38 dành cho công việc nhẹ trong các tầng đá mềm, ren T45 dành cho đá vôi và đá sa thạch có độ cứng trung bình, ren T51/GT60 dành cho khai thác đá granit và đá bazan cứng. Việc sử dụng sai hệ thống ren—ví dụ như dùng thanh ren nhẹ T38 trong đá granit cứng—sẽ gây mài mòn ren nhanh hơn mức bình thường, làm mất đi lợi ích về năng suất do trọng lượng chuỗi khoan nhẹ hơn.

Khoan mỏ ngầm: Thời gian chu kỳ và giới hạn không gian

Trong phát triển mỏ ngầm—khoan tiến đầu đường lò, đường lò ngang và đường lò đứng—chu kỳ khoan chỉ là một phần trong chuỗi công việc bao gồm cả nạp thuốc, nổ mìn, thông gió, xúc đá và xử lý mái lò. Tốc độ của máy khoan (drifter) bị ràng buộc bởi toàn bộ chu kỳ này chứ không được tối ưu hóa độc lập. Điều quan trọng là độ tin cậy của thiết bị trong suốt ca làm việc và khả năng di chuyển nhanh chóng giữa các lỗ khoan mà không làm hư hại mô-đun va đập.

COP MD20 của Epiroc được thiết kế đặc biệt cho chế độ vận hành này: khả năng chống chịu tốt hơn đối với hiện tượng búa tự do trong quá trình định vị lại—khi cơ cấu khoan đang hoạt động nhưng mũi khoan chưa tiếp xúc với đá—giúp giảm thiểu các sự cố nứt vỡ vỏ máy mà các thế hệ trước thường gặp phải trong chuỗi thao tác định vị lại lặp đi lặp lại (bắt đầu/dừng). Các giàn khoan phát triển hầm thường hoạt động khoan va đập thực tế từ 6–8 giờ mỗi ca; phần thời gian còn lại dành cho việc định vị lại, nạp thuốc nổ và bảo trì. Một thiết bị khoan va đập xử lý tốt giai đoạn định vị lại sẽ duy trì được tuổi thọ khoan va đập ngay cả khi mức độ sử dụng cao.

Khoan xây dựng hầm: Độ chính xác về hình học và thiết kế nổ mìn

Việc xây dựng hầm cho đường bộ, đường sắt và cơ sở hạ tầng ngầm đặt ra một ràng buộc mà cả khai thác mỏ lộ thiên lẫn khai thác quặng dưới lòng đất đều không nhấn mạnh mạnh mẽ như vậy: độ chính xác của bố trí lỗ khoan quyết định hình học vụ nổ, từ đó quyết định mặt cắt ngang của hầm, và cuối cùng là lượng đá bị vỡ quá mức (overbreak) cần được đổ bê tông hoặc phun bê tông (shotcrete) để lấp đầy. Một sơ đồ khoan trong đó các lỗ khoan cá biệt lệch khỏi vị trí thiết kế tới 150 mm có thể làm tăng đáng kể thể tích đá bị vỡ quá mức trên mỗi chu kỳ khoan – và với chi phí xây dựng hầm hiện nay, lượng đá bị vỡ quá mức này rất tốn kém.

Việc căn chỉnh khung đẩy (feed frame) là yếu tố then chốt trong đào hầm vì cùng một máy khoan jumbo thực hiện toàn bộ mẫu khoan mặt cắt với 50–150 lỗ mỗi chu kỳ, và bất kỳ sai số hệ thống nào trong vị trí cần trục đều tích lũy trên toàn bộ các lỗ. Công nghệ Đo trong khi Khoan (MWD), có sẵn trên các máy khoan jumbo hiện đại của nhiều nhà sản xuất, ghi lại áp suất khoan va đập, áp suất đẩy và áp suất xoay trong suốt quá trình khoan từng lỗ—tạo ra nhật ký giúp xác định sự thay đổi của lớp đất đá và đánh dấu những lỗ có sự lệch giá trị thông số cho thấy vấn đề phát sinh. Nền tảng iSure của Sandvik sử dụng dữ liệu này để điều hướng đào hầm theo phương pháp PERFECT SHAPE, cung cấp biểu diễn đồ họa mặt cắt và xác minh kế hoạch khoan trước mỗi chu kỳ.

So sánh ứng dụng: Các thông số lựa chọn chủ chốt theo bối cảnh

Hệ thống xả: Điểm khác biệt lớn nhất giữa khai thác mỏ và khoan đào hầm

Việc xả lỗ—loại bỏ vụn đá và làm mát mũi khoan—được thực hiện theo các cách khác nhau tùy theo ba loại ứng dụng. Khai thác mặt đất sử dụng không khí nén hoặc sương mù hỗn hợp nước–không khí; khai thác dưới lòng đất và khoan đào hầm thường sử dụng nước xả ở áp suất 10–25 bar. Áp suất xả và chất lượng nước ảnh hưởng đến việc bảo trì máy khoan đập (drifter) nhiều hơn mức mà phần lớn người vận hành nhận thức.

Việc xả nước trong quá trình khoan hầm mang theo bụi đá mịn và đôi khi cả hàm lượng khoáng chất cao hơn bình thường từ lớp đất đá. Khi van kiểm tra mạch xả nước bị hỏng—hoặc các gioăng làm kín hộp xả nước bị mài mòn—dòng nước này sẽ chảy ngược trở lại vào mạch va đập, gây nhiễm bẩn dầu thủy lực và làm suy giảm nhanh hơn nhiều so với mức mài mòn thông thường do tác động của các hạt mài mòn đối với các gioăng va đập. Khoảng thời gian kiểm tra gioăng trong các ứng dụng khoan hầm nên được thiết lập ở mức 350–400 giờ va đập, thay vì mức 450–500 giờ thường áp dụng trong khoan mặt đất khô. HOVOO cung cấp bộ gioăng cho các mẫu máy khoan va đập (drifter) được sử dụng trong cả ba loại hình ứng dụng—khoan mặt đất, khoan dưới lòng đất và khoan hầm—with lựa chọn vật liệu gioăng được hướng dẫn dựa trên nhiệt độ vận hành và môi trường chất lỏng. Tham khảo đầy đủ tại hovooseal.com.