Tài liệu Hướng dẫn thực tập khoan - khai thác

  • Số trang: 250 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 681 |
  • Lượt tải: 2
hoangdieu

Đã đăng 252 tài liệu

Mô tả:

Bài giảng Hướng dẫn thực tập khoan - khai thác của Đại học Bách Khoa
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ ---------------oOo--------------- BÀI GIẢNG TP. HCM, Tháng 11/2006 MỤC LỤC BÀI GIẢNG STT NỘI DUNG Trang 1. Giới thiệu môn học 1 2. Bài 1: Làm quen với thiết bị và dụng cụ khoan 14 3. Bài 2: Khoan khảo sát địa chất công trình 127 4. Bài 3: Khoan thăm dò và khai thác nước 189 BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC GIỚI THIỆU MÔN HỌC CBGD : ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG ThS. BÙI TỬ AN Bộ môn : Khoan và Khai thác Tel : 84-8-8654086 Mục lục ‰ Mục tiêu môn học ‰ Nội dung môn học ‰ Nội qui và kỹ thuật an toàn cơ bản ‰ Giới thiệu công tác khoan – khai thác (video) ‰ Hình thức đánh giá ‰ Tài liệu tham khảo Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 2 BM. KHOAN & KHAI THÁC MỤC TIÊU MÔN HỌC ‰ Giúp cho sinh viên có điều kiện tiếp xúc và làm quen với nghề nghiệp. ‰ Tạo điều kiện cho sinh viên được quan sát, thực hành một số công việc khoan địa chất công trình, địa chất thủy văn tại hiện trường. ‰ Tổng kết, làm báo cáo thực tập khoan – khai thác. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 3 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG MÔN HỌC Bài 1: LÀM QUEN VỚI THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Thiết bị khoan 2.2. Dụng cụ khoan 2.3. Các dụng cụ trong bộ kéo thả 2.4. Các dụng cụ cứu sự cố và tháo mở cần III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 4 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG MÔN HỌC Bài 2: KHOAN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Giới thiệu 2.2. Các phương pháp khoan 2.3. Lấy mẫu đất 2.4. Bảo quản và ghi nhãn mẫu 2.5. Các thí nghiệm trong hố khoan III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 5 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG MÔN HỌC Bài 3: KHOAN THĂM DÒ KHAI THÁC NƯỚC I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Phân loại giếng và các phương pháp khoan 2.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với giếng khoan 2.3. Công nghệ khoan 2.4. Tính toán sơ bộ về ống lọc 2.5. Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước 2.6 Trám giếng khoan III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 6 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI QUI VÀ KỸ THUẬT AN TOÀN CƠ BẢN 1. Những qui định chung • Đội nón, mang giày bảo hộ, mang găng tay khi khoan. • Không làm việc khi có giông, mưa to hoặc bảo • Có biển cảnh báo thi công • Chú ý đến công tác bảo vệ môi trường ƒ Không vứt rác phế thải ƒ Không để dung dịch khoan tràn ra ngoài ƒ San lấp và phục hồi mặt bằng khi di dời Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 7 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI QUI VÀ KỸ THUẬT AN TOÀN CƠ BẢN 2. An toàn khi lắp đặt các thiết bị • Chuẩn bị nền và khu vực khoan. • Không đặt thiết bị khoan ở sườn dốc. • Đảm bảo khoảng cách nhỏ nhất từ máy khoan đến nhà ở, nhà xưởng, đường dây điện bằng 1,5 lần chiều cao tháp khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 8 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI QUI VÀ KỸ THUẬT AN TOÀN CƠ BẢN • Không lắp đặt thiết bị trong khu vực cấm của mạng điện cao thế. • Đảm bảo chiều rộng tối thiểu các lối đi trên khoan trường • 0,7m : máy khoan tự hành • 1m: máy khoan cố định • Lắp đặt hệ thống chống sét Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 9 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI QUI VÀ KỸ THUẬT AN TOÀN CƠ BẢN 3. Một số điều nghiêm cấm • Thay đổi chuyển động khi máy chưa dừng hẳn. • Dùng roto để mở hoặc vặn choòng khoan và bộ khoan cụ. • Khoá chặt các tay điều khiển của máy khoan, máy bơm, máy phát lực. • Dùng ống công có vết nứt, vỡ, vết hàn ngang hoặc dài quá 2 m để công khi tháo cần khoan, vặn ống chống. • Sử dụng ống công để mở hoặc tháo dụng cụ khoan mà đoạn ống lồng vào khoá dưới 0,2m Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 10 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI QUI VÀ KỸ THUẬT AN TOÀN CƠ BẢN 4. Một số chú ý • Khi có việc cần leo lên tháp khoan, cần đảm bảo: ƒ Dụng cụ, đồ đạc nặng phải đưa lên bằng tời ƒ Cho phép mang theo người những dụng cụ gọn nhẹ (kìm, mỏ lết, tuốt nơ vít, ...) nhưng không được ầm tay mà phải bỏ vào túi xách có quai đeo. ƒ Mang thắt lưng khi làm việc trên cao • Khi có sự cố hoặc do nguyên nhân nào đó mà phải dừng khoan thì phải kéo bộ khoan cụ đến vị trí an toàn trong lỗ khoan Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 11 BM. KHOAN & KHAI THÁC HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ - Nộp báo cáo thực tập: 50% - Thi vấn đáp hoặc viết: 50% Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 12 BM. KHOAN & KHAI THÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO - Kỹ thuật khoan địa chất, NXB Công nhân kỹ thuật, Hà Nội, 1980. - Công nghệ và kỹ thuật khoan thăm dò (tiếng Nga), NXB Matxcơva, 1983. - Kỹ thuật thăm dò và khai thác dầu khí (Video), 2001. - Hướng dẫn Thực hành khoan – khai thác (Video), 2004. - http://cee.engr.ucdavis.edu - http://www.lifewater.ca/ Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 13 BM. KHOAN & KHAI THÁC BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC BÀI 1: LÀM QUEN VỚI THIẾT BỊ & DỤNG CỤ KHOAN CBGD : ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG ThS. BÙI TỬ AN Bộ môn : Khoan và Khai thác Tel : 84-8-8654086 Mục lục I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Thiết bị khoan 2.2. Dụng cụ khoan 2.3. Các dụng cụ trong bộ kéo thả 2.4. Các dụng cụ cứu sự cố và tháo mở cần III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 15 BM. KHOAN & KHAI THÁC I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Nội dung: ™ Tìm hiểu công dụng, cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và cách sử dụng: ƒ Thiết bị khoan ƒ Dụng cụ khoan ƒ Các dụng cụ trong bộ kéo thả ƒ Các dụng cụ cứu sự cố và tháo mở cần ™ Tìm hiểu sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ phục vụ công tác: ƒ Khoan khảo sát địa chất công trình ƒ Khoan khai thác nước ngầm Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 16 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Yêu cầu thực tập: ™ Theo công tác thực tập tại xưởng và công trường, yêu cầu sinh viên ƒ Nhận dạng, mô tả cấu tạo, công dụng, đặc tính kỹ thuật và cách sử dụng các thiết bị và dụng cụ khoan. ƒ Tham gia vào việc vận hành và sử dụng các thiết bị và dụng cụ khoan. ƒ Mô tả cấu tạo, công dụng, đặc tính kỹ thuật của máy khoan XJ-100. ™ Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ trong công tác khoan - khai thác tại xưởng và ngoài hiện trường. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 17 BM. KHOAN & KHAI THÁC II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Thiết bị khoan 2.2. Dụng cụ khoan 2.3. Các dụng cụ trong bộ kéo thả 2.4. Các dụng cụ cứu sự cố và tháo mở cần Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 18 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.1. Thiết bị khoan 1. Máy khoan 2. Máy bơm dung dịch 3. Tháp khoan Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 19 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. MÁY KHOAN ‰ Bộ máy khoan trong khoan xoay lấy mẫu gồm có: máy khoan, động cơ kéo (điện hoặc diesel), máy bơm dung dịch và tháp khoan. ‰ Các dụng cụ chính của máy khoan gồm có: ™ Côn ma sát để đóng mở máy ™ Hộp số nhiều cấp để điều chỉnh tốc độ quay khi khoan và kéo thả cần ™ Tời, sức kéo của tời phải tương ứng với tải trọng lớn nhất của cột cần khoan hay ống chống của lỗ khoan và hệ thống ròng rọc được dùng Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 20 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY KHOAN ‰ Bộ phận điều chỉnh áp lực lên đáy lỗ khoan tùy thuộc vào hệ thống điều chỉnh áp lực, có thể phân loại ra các máy khoan như sau: 1. Máy khoan có hệ thống điều chỉnh áp lực bằng tay đòn bẩy 2. Máy khoan có hệ thống điều chỉnh áp lực bằng thủy lực 3. Máy khoan có hệ thống điều chỉnh áp lực bằng vít vi sai 4. Máy khoan có hệ thống điều chỉnh áp lực bằng đòn bẩy vit vi sai 5. Điều chỉnh áp lực bằng cần chủ đạo và bộ phanh tời (khoan rôto) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 21 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY KHOAN ‰ Loại 1÷ 4 thì sự truyền chuyển động quay cho cần khoan được truyền qua trục chính. Các máy có thể khoan đứng và khoan nghiêng. ‰ Loại 5 không có trục chính mà dùng cần chủ đạo kiểu lục lăng hay vuông 4 cạnh để quay cột cần khoan. Máy khoan rôto chỉ để khoan các lỗ khoan thẳng đứng ở các đất đá cứng trung bình và mềm (cấp I ÷ VII). Trong đất đá mềm bở rời khoan rôto rất có lợi về tốc độ khoan thương mại so với khoan điều áp thủy lực và vít vi sai vì không cần phải tháo mở mâm cặp. Để rút ngắn thời gian di chuyển từ nơi này sang nơi khác người ta thiết kế đặt máy khoan lên rơ móc hoặc xe ôtô tự hành, chủ yếu áp dụng cho phương phàp khoan rôto. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 22 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY KHOAN ‰ Hiện nay các kiểu máy khoan từ 1÷ 4 được dùng chủ yếu cho khoan khảo sát địa chất công trình và khoan thăm dò khoáng sản cứng nhưng loại thứ 2 (điều chỉnh bằng thủy lực ) ứng dụng rộng rãi nhất. ‰ Tùy theo nhiệm vụ mà kích thước và qui mô của máy có thể khác nhau, có thể giới thiệu các máy khoan họ ЗИф của Liên Xô cũ như ЗИф 1200 A,M,MP; ЗИф 650 A,M; ЗИф 300; ЗИф 150; ЗИф 75 … Các máy khoan của hãng Longer (USA): Longer 300, 800, 100 … Các máy khoan của hãng Koken (Japan). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 23 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY KHOAN ‰ Hình 1.1a giới thiệu các loại máy khoan ЗИф 1200MR, ЗИф 650, ЗИф 150; đây là các kiểu máy khoan điều khiển áp lực lên đáy bằng đầu thủy lực và truyền chuyển động thông qua hệ thống mâm cặp và trục Spindel chủ yếu dùng cho thăm dò khoán sản cứng và loại nhỏ dùng cho khoan khảo sát địa chất công trình. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác Hình 1.1a Các loại máy khoan hoạt động theo nguyên lý thủy lực 24 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hình 1.1b. Thieát bò khoan tự hành YΓb - 50M 1. Khung maùy 2. Ñoäng cô diesel 48 HP 3. Xylanh thuyû löïc naâng vaø haï thaùp 4. Cô caáu ñaäp 5. Hoäp soá truyeàn ñoäng 6. Boä phanh 7. Ñieàu khieån 8. Tôøi 9. Thaùp daïng coät 10. Ñaàu quay 11. Ñeøn pha 12. Khung baûo veä 13. Löôõi khoan guoàng xoaén 14. Xylanh thuyû löïc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 25 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY KHOAN Hình 1.2. Giới thiệu về thiết bị khoan thăm dò và khai thác nước YPb-3AM (kiểu điện áp lên đáy bằng hệ thông cần khoan và thanh hãm, truyền chuyển động quay thông qua bàn roto) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 26 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ‰ Một số chú ý khi thao tác máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Muốn sử dụng máy tốt cần phải nắm vững nguyên lí hoạt động của các bộ phận máy và mối liên hệ giữa chúng với nhau. ™ Khi điều khiển máy khoan kiểu ÇΦ, nhất thiết phải theo những quy định sau: ƒ Không đóng ly hợp của máy bơm nước rửa và bơm dầu khi chưa ngắt côn diezel. ƒ Muốn đóng ly hợp cho tời và cho đầu quay làm việc phải ngắt ly hợp nước của máy khoan. ƒ Khi nâng hạ bộ dụng cụ khoan có trọng lượng lớn hơn 500kg cấm không được kéo thả với vận tốc lớn và phanh đột ngột để tránh quá tải cho cáp và tháp khoan, tốc độ thả cho phép là 5 – 6 m/s. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 27 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ƒ Không được để ly hợp ma sát làm việc qúa tải, các lá ma sát bộ trượt sẽ bị hư hỏng. ‰ Dưới đây là phương pháp sử dụng trong từng trường hợp cụ thể. 1. Chuẩn bị cho máy khoan làm việc ™ Trước khi cho máy khoan chạy phải quan sát tình hình chạy của máy diesel hoặc động cơ kéo xem có dấu hiệu gì nghi là hỏng hóc không. Sau đó tiến hành kiểm tra ™ Kiểm tra các mối nối giữa các cơ cấu và các chi tiết, sự bắt chặt chúng với khung máy và giữa giá để máy với móng máy. Trường hợp cần thiết, phải xiết chặt các bulông lại. ™ Kiểm tra độ căng của các dây đai, xích truyền,đóng mở thử các khớp ly hợp, kiểm tra sự làm việc của hệ thống phanh tời, trường hợp cần thiết phải điều chỉnh cho thích hợp. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 28 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Tra dầu mỡ vào các bộ phận chi tiết theo sơ đồ hướng dẫn của từng máy. ™ Kiểm tra dầu bôi trơn của hộp số, đầu quay, dầu áp lực trong thùng chứa, tiến hành kiểm tra lưới lọc của gió hút, tiến hành kiểm tra mối nối của các ống dẫn dầu nếu thấy cần thiết. ™ Mắc cáp vào trong tời, chú ý chiều dài cáp phải đảm bảo khi đặt Elevatơ hay ròng rọc động xuống sàn tháp, thì trong tời phải còn ít nhất 3 vòng cáp. ™ Kiểm tra khả năng dễ quay của các trục truyền động của máy, bằng cách quay trục Spinden bằng tay, khi đã đặt các tay điều khiển về vị trí truyền lực với tốc độ quay khác nhau. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 29 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Đặt các tay điều khiển về vị trí trung gian hoặc vị trí ngắt truyền động. ™ Kiểm tra chiều quay của động cơ điện, trường hợp không đúng phải đấu lại đầu dây điện. 2. Cho máy chạy ™ Nếu máy phát lực là động cơ đốt trong thì đầu tiên là phải khởi động máy phát lực, chờ cho đồng hồ nhiệt báo 70o mới đóng côn diezel cho hộp phân lực hoạt động. Lúc này ly hợp ma sát của máy khoan và máy bơm dung dịch phải ở trạng thái ngắt lực. Khi hộp phân lực đã làm việc ổn định mới đóng ly hợp của máy khoan và điều khiển các cơ cấu của máy làm việc với các tốc độ khác nhau. Thử lại hệ thống lực và có thể bắt đầu khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 30 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Nếu máy phát lực là động cơ điện ( trường hợp máy khoan và máy bơm có động cơ riêng ). Trước hết khởi động cho động cơ máy khoan làm việc và tiến hành kiểm tra máy khoan theo các bước trên rồi mới khởi động cho động cơ máy bơm làm việc, kiểm tra khả năng làm việc của máy rồi khoan. 3. Chăm sóc máy trong thời gian làm việc ™ Mục đích là phát hiện các hỏng hóc của máy. ™ Luôn kiểm tra độ căng của các đai truyền lực, không được quá căng hay quá chùng. ™ Luôn chú ý đến nhiệt độ của dầu bôi trơn ở hộp số, hệ thống thủy lực các chi tiết, các ổ bi, kiểm tra bằng cách đặt tay vào các chỗ nghi ngờ, nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tay có thể chịu được. ™ Không đổ dầu mỡ, dung dịch nhầy vào các má phanh của tời, các đĩa ma sát của ly hợp ma sát. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 31 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Không để giá trượt của máy khoan bẩn. ™ Khi máy làm việc, các bàn kẹp chân máy phải được bắt chặt, không để máy rung, lắc gây ra hư hỏng. ™ Luôn theo dõi chỉ số áp suất trên đồng hồ của máy bơm, trên đồng hồ của máy khoan, không để áp suất vượt quá giới hạn cho phép. 4. Dừng máy ‰ Thủ tục gồm các bước: ™ Tháo tải khỏi đầu quay hoặc tời ™ Để tay điều khiển hộp số về vị trí trung gian ™ Ngắt ly hợp ma sát của máy khoan ™ Ngắt ly hợp của máy bơm dầu Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 32 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Ngắt ly hợp ma sát của máy bơm dung dịch ™ Ngắt ly hợp ma sát của diezel ™ Dừng diezel hoặc động cơ có điện ™ Làm vệ sinh và tra dầu mỡ cho các cơ cấu của máy 5. Chuẩn bị cho hệ thống thủy lực làm việc ™ Kiểm tra các đầu nối của hệ thống ống dẫn dầu, đặc biệt chú ý các mối nối ở ống hút, không khí lọt vào thì máy bơm sẽ không hút được dầu hoặc áp suất dầu trong hệ thống thủy lực sẽ giảm. ™ Đổ đầy dầu vào thùng. ™ Đổ đầy dầu vào máy bơm dầu. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 33 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thao tác vận hành máy khoan truyền áp bằng thủy lực ™ Bơm đầy dầu vào các xilanh đầu máy và hệ thống ống dẫn bằng cách hạ hai pittong xuống vị trí thấp nhất, để tay van phân phối về vị trí “spinden đi lên”, vặn van lưu lượng để nâng pittông lên vị trí cao nhất, sau đó gạt tay van phân phối về vị trí “Spinden đi xuống”, điều chỉnh van lưu lượng để bơm dầu vào phần trên xilanh, đẩy pittông đi xuống vị trí thấp nhất. ™ Làm như vậy từ 3 – 5 lần để nén hết bọt khí ra khỏi hệ thống thủy lực. ™ Sau khi bơm đầy dầu vào các xilanh và đường ống dẫn, cần đổ thêm dầu vào thùng chứa cho đủ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 34 BM. KHOAN & KHAI THÁC Giới thiệu tổng quát về máy khoan YPb – 3AM ‰ Đặc tính kỹ thuật ‰ Các cơ cấu chính ‰ Qui trình sử dụng, vận hành Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 35 BM. KHOAN & KHAI THÁC Đặc tính kỹ thuật ‰ Đây là máy khoan đặt trên xe tải tự hành, sử dụng phương pháp khoan roto và dùng cần chủ đạo. ‰ Máy khoan này không có trục spinđen lên xuống trong qúa trình khoan mà thay vào đó là 1 bàn rôto có lỗ định hình quay tại chổ để truyền lực quay cho bộ khoan cụ thông qua cần chủ đạo. ‰ Cần chủ đạo trong quá trình quay có thể trượt dọc trong lỗ rôto. Nhờ cấu tạo như vậy nên máy khoan này có thể khoan liên tục từ 5-6m (bằng chiều dài cần chủ đạo) mới phải dừng lại để tiếp cần, không dừng lại để xiết chấu mâm cặp và nâng trục chính như các khoan có trục spinden, do đó năng suất của máy khoan này rất cao trong đất đá mềm. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 36 BM. KHOAN & KHAI THÁC Đặc tính kỹ thuật ‰ Bộ máy khoan kiểu này được thiết kế theo kiểu tự hành, toàn bộ các thiết bị tới, bàn rôto, hộp tốc độ, tháp khoan, máy phát lực hoặc máy phát điện (8,5kw) để cung cấp điện cho động cơ máy trộn dung dịch và hệ thống chiếu sáng, đều được đặt gọn trên xe ôtô. Do vậy nó có tính cơ động cao. ‰ Máy khoan này được dùng để khoan các giếng thủy văn, địa chất công trình… với chiều sâu lớn nhất là 300m hoặc 500m tùy theo đường kính mở lỗ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 37 BM. KHOAN & KHAI THÁC Máy khoan thăm dò và khai thác nước YPb – 3AM HÌNH 1.3: THIẾT BỊ KHOAN YPb-3AM 1. ôtô MA3-500A 2. Động cơ diesel 3. Thùng nhiên liệu 4. Ben thủy lực nâng hạ tháp 5. Tháp khoan 6. Ròng rọc động 7. Móc 8. Roto 9. Kích 10.Máy bơm khoan 11.Ly hợp 12.Thùng dầu thủy lực 13. Tay điều khiển 14. Tời 15. Hộp số 16. Bảng điện 17. Máy phát điện 18.Bộ truyền dẫn máy phát điện 19.Khung Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 38 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các cơ cấu chính 1. Hộp biến tốc cấu tạo gồm: ™ Vỏ 1, trong vỏ này bố trí một trục chủ động I, trục bị động II, trục đổi chiều quay III, mỗi trục đều đỡ trên hai ổ bi. ™ Trên trục I có vấu ly hợp 2 lắp then hoa với trục; bánh đai thang 3 lắp quay trơn bằng ổ bi với trục, bánh răng Z1 và nhóm hai bánh răng Z2, Z3 lắp then hoa với trục nhờ hai tay gạt thông ra ngoài vỏ hộp để thay đổi sự ăn khớp với các trục bánh răng II. ™ Trên trục II có các bánh răng trụ Z4, Z5, Z6 và bánh răng côn Z7 lắp cố định với trục; vấu ly hợp 5 lắp then hoa với trục; trục truyền động cho bàn roto qua trục 6 lắp quay trơn bằng ổ bi với trục. ™ Trên trục III có các bánh răng Z8 và Z9 lắp cố định, bánh răng Z8 luôn luôn ăn khớp với bánh răng Z4 của trục II và bánh răng Z9 có khả năng ăn khớp với bánh răng Z1. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 39 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các cơ cấu chính ™ Việc thay đổi tốc độ diễn ra như sau: ƒ Số 1: Gạt cho bánh răng Z1 ăn nkhơ1p với bánh răng Z4. ƒ Số 2: Gạt cho bánh răng Z3 ăn khớp với Z6. ƒ Số 3: Gạt cho bánh răng Z2 ăn khớp với Z5. ƒ Đổi chiều quay: Gạt bánh răng Z1 cho ăn khớp với Z9. 2. Bàn rôto: Dùng để truyền lực quay cho bộ dụng cụ khoan, để làm giá đỡ trong quá trình kéo, thả hoặc chống ống. 3. Tời ™ Cấu tạo: Thuộc loại tời ma sát cấu tạo gồm trục tời, tang tời, ổ bi, bộ ly hợp ma sát (moayơ, đĩa chủ động, đòn bẩy ép, đai ốc, vòng ép, chốt hãm), lò xo, đĩa bị động, côn đội. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 40 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các cơ cấu chính ™ Nguyên lý truyền động: Khi con đội chuyển động sang phải, cánh tay đòn bên trái của đòn bẩy bị nâng lên làm cho cánh tay đòn bên phải tỳ mạnh vào đĩa ma sát chủ động, ép toàn bị các đĩa của ly hợp thành một khối, lực được chuyển từ trục tời sang tang tời, đồng thời lúc này lò xo bị ép. Khi con đội chuyển sang trái, cánh tay đòn bên trái của đòn bẩy hạ xuống, cánh tay đòn bên phải nâng lên, lò xo sẽ đẩy cho các đĩa ly hợp tách rời sau ra, lực sẽ bị ngắt, trục tời cùng các đĩa chủ đạo tiếp tục quay còn đĩa bị động và tăng tời cùng các đĩa chủ đạo tiếp tục quay còn đĩa bị động và tang tời thì không quay. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 41 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các cơ cấu chính 4. Hệ thống thủy lực ™ Trên máy khoan YPb – 3AM có trang bị một hệ thống thủy lực với nhiệm vụ dừng, hạ thấp và kích nhổ ống chống hoặc cứu sự cố. ™ Nguyên lý làm việc như sau: Khi dựng tháp thì dùng van điều tiết và van lưu lượng để mở cho dầu vào kích dựng tháp, van điều chỉnh lưu lượng xả dầu về thùng qua đó để điều chỉnh tốc độ dựng tháp, khi hạ thấp van lưu lượng mở hoàn toàn và dùng van điều chỉnh để điều chỉnh tốc độ hạ dưới lực nén của trọng lượng tháp, dầu sẽ qua van lưu lượng và van điều tiết để về thùng. Van an toàn có tác dụng khống chế áp lực làm việc của hệ thống thủy lực. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 42 BM. KHOAN & KHAI THÁC Qui trình sử dụng và vận hành 1. Kê đặt xe khoan ™ Xe khoan phải được đặt trên một nền đất bằng phẳng, vững chắc. Các bánh xe ô tô phải được chèn chặt. Không được phép dịch chuyển trong quá trình khoan. 2. Chuẩn bị dựng tháp ™ Tháo móc giằng, nối hai nửa của tầng trên lại với nhau. ™ Lắp sàn thợ phụ, thang, lan can bảo vệ. ™ Tháo khối ròng rọc động từ giá giữ xe, đặt nó xuống ngang cạnh bàn rôto. ™ Bơm mở vào ổ của ròng rọc định tháp, ròng rọc động. ™ Kiểm tra lại các mối nối tháp Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 43 BM. KHOAN & KHAI THÁC Qui trình sử dụng và vận hành 3. Dựng tháp ™ Kiểm tra lượng dầu áp lực trong thùng, nếu thiếu phải đổ thêm vào (dầu trước khi đổ vào thùng phải được lọc sạch) ™ Khởi động máy phát lực. ™ Mở hòan toàn van thủy lực điều tiết và van lưu lượng. ™ Nới vít hãm trục điều khiển li hợp máy bơm dầu, ngắt ly hợp diezel, đóng ly hợp máy bơm dầu, vặn chắc vít hãm trục điều khiển ly hợp máy bơm dầu vào. ™ Vặn đóng dần van lưu lượng vào, tăng dần áp lực dầu trong hệ thống đến (45 - 60 at) lúc này tháp sẽ bắt đầu được dựng lên. Nếu áp suất đạt đến 60 at mà tháp vẫn chưa dựng được, thì phải nới van lưu lượng xả hết dầu về thùng, tìm nguyên nhân rồi mới tiếp tục dựng lại. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 44 BM. KHOAN & KHAI THÁC Qui trình sử dụng và vận hành ™ Khi hai chân tháp đã chạm đất, mở hoàn toàn van lưu lượng, đóng chặt van điều tiết. Cho máy bơm dầu ngừng làm việc. ™ Bắt chặt thân tháp vào sàn xe, văn các kích chịu lực xuống vị trí làm việc, kéo cần chủ đạo lên, kéo căng các dây chằng và điều chỉnh cho cần chủ đạo phù hợp với lỗ rôto. 4. Hạ tháp được tiến hành như sau: ™ Kiểm tra lại mức dầu áp lực trong thùng. ™ Hạ cần chủ đạo xuống mặt đất. ™ Tháo xirêga ra khỏi xanhich, nới phanh tời, đặt hệ thống ròng rọc động lên tang tời ™ Tháo các dây chằng tháp, tháo móc giữ chân tháp ở sàn xe. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 45 BM. KHOAN & KHAI THÁC Qui trình sử dụng và vận hành ™ Cho máy phát lực làm việc, mở van điều tiết và van lưu lượng cho máy bơm dầu làm việc. ™ Đóng dần van lưu lượng, nâng áp suất dầu của hệ thống thủy lực lên (20 - 25at) giữ như thế trong vòng 2 phút. ™ Mở hoàn toàn van lưu lượng, đóng chặt van điều tiết, sau đó nới van điều tiết ra khoảng 1 vòng ren, bắt đầu hạ tháp xuống, đầu tiên phải dùng dây cáp chằng tại đỉnh tháp kéo cho tháp rơi khỏi vị trí cân bằng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 46 BM. KHOAN & KHAI THÁC MÁY BƠM DUNG DỊCH Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 47 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khái niệm ‰ Dòng dung dịch làm sạch mùn khoan ở đây là dung dịch tuần hoàn liên tục trong lỗ khoan, nhằm thực hiệc các chức năng sau: ™ Làm mát và bôi trơn dụng cụ ™ Tách và mang mùn khoan ra khỏi đáy lỗ khoan. ™ Ổn định thành giếng khoan ™ Truyền dẫn thông tin từ đáy lên miệng giếng Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 48 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khái niệm ‰ Trong khoan địa chất người ta dùng máy bơm chuyên dùng thường là bơm pittông, vì máy bơm này có khả năng bơm được dung dịch, nó có sức đẩy lớn thắng được sức cản trong lòng cột cần khoan, có thể bơm dung dịch nước và cát nhưng tuổi thọ vẫn cao. ‰ Một ưu điểm nổi bật của máy bơm pittông là hầu như lưu lượng bơm không đổi khi áp suất bơm tăng trong chừng mực cho phép. ‰ Ngược lại ở bơm ly tâm, lưu lượng bơm giảm liên tục và có khả năng bằng không khi áp suất bơm tăng (điều đó không cho phép sử dụng bơm ly tâm trong tác khoan). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 49 BM. KHOAN & KHAI THÁC Cấu tạo máy bơm dung dịch 1-Cửa đẩy; 2a, 2a-Van đẩy; 3a,3b-Van hút; 4-Quả Piston; 5-Xilanh; 6-Ống hút; 7-Bộ phận bịt kín cần Piston; 8-Con trượt; 9-Cần Piston; 10-Tay biên; 11-Tay quay; 12-Bánh đá truyền lực; 13-Bình khí; 14-Đầu nối tuy ô xa nhích Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 50 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công dụng yêu cầu đối với máy bơm Piston 1. Công dụng: Trong bộ thiết bị khoan, máy bơm là thiết bị quan trọng để đảm bảo việc vận chuyển mùn khoan ra khỏi lỗ khoan, đưa dung dịch xuống đáy, nếu máy bơm có áp suất nén đủ lớn tránh được sự lắng mùn khoan hoặc sập lở thành và sẽ hạn chế được kẹt bộ khoan cụ, góp phần nâng cao năng suất khoan. 2. Yêu cầu: Dung dịch trong khoan thường chứa một hàm lượng các chất gây ăn mòn. các chi tiết của máy bơm hoặc là phải có tỷ trọng và độ nhớt lớn, do đó yêu cầu máy bơm phải có các tính chất sau: ™ Có khả năng bơm được dung dịch có độ nhớt cao tỷ trọng lớn như dung dịch nặng hoặc dung dịch ximăng. ™ Các chi tiết như xilanh, pittông và các van phải có khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao. Khi hư hỏng dễ thay thế. ™ Có khả năng cung cấp đầy đủ áp suất lưu lượng của dung dịch, duy trì dòng tuần hoàn bình thường và liên tục để tránh lắng đọng mùn khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 51 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng máy bơm ‰ Phân loại máy bơm pitton ™ Tuỳ theo tác dụng của một hành trình có thể phân ra bơm tác dụng đơn và tác dụng kép. ƒ Tác dụng đơn là với một hành trình kép (đi và về) của pitton thì chí có môt lần hút và một lần đẩy. ƒ Tác dụng kép là với một hành trình kép đi và về của pitton sẽ có 2 lần hút và 2 lần đẩy. ™ Tùy theo số xy lanh của bơm người ta có thể có các bơm 1, 2, 3, 4 xylanh… ™ Hiện nay phổ biền nhất là bơm pitton tác dụng kép 2 hoặc 3 xy lanh Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 52 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng máy bơm ‰ Chuẩn bị cho máy làm việc 1. Kiểm tra van 1 chiều, lưới lọc của giỏ hút (Krepin), chỗ nối của giỏ hút và ống hút. 2. Kiểm tra kỹ ống hút, ống đẩy, xem có bị thủng, hẹp, tắc, rò rỉ tại các đầu nối không, kiểm tra các mối nối cơ khí các máy bơm. 3. Kiểm tra hệ thống các van. 4. Kiểm tra dầu bôi trơn, bơm mỡ vào các vú mỡ ở ly hợp ma sát vào các chỗ khác. 5. Kiểm tra dầu trong ống cong của các đồng hồ áp suất. 6. Để độ căng của đai truyền lực đúng quy định. 7. Kiểm tra kỹ các bộ phận chuyển động. Không để bất cứ vật gì trên chúng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 53 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng máy bơm ‰ Cho máy bơm làm việc 1. Khi cho máy bơm làm việc chú ý mấy điểm sau: 2. Trước khi khởi động máy diezel cần ngắt ly hợp bơm. 3. Sau khi khởi động máy diezel, nếu puli truyền lực của máy bơm đã quay thì nhẹ nhàng đóng ly hợp của máy bơm. Cần chú ý không để bánh đai truyền lực quay không tải lâu, vì sẽ làm hỏng hệ thống ly hợp. 4. Qua van ba ngã xem xét sự làm việc của máy bơm để khắc phục những hiện tượng bình thường không có. 5. Khi máy bơm làm việc bình thường dùng van ba ngã để điều chỉnh luợng nước vào lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 54 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng máy bơm 6. Quay thử bằng tay xem có vấn đề gì không. 7. Mồi đầy nước vào phần hút qua van đẩy. Vặn van ba ngã cho nước xả hoàn toàn. Phân loại mày bơm pitton ‰ Chăm sóc máy bơm trong quá trình làm việc 1. Để đảm bảo máy bơm làm việc lâu dài, không bị hỏng vặt, tạo điều kiện tăng năng suất khoan và tránh sự cố kẹt, cần phải chú ý kiểm tra chăm sóc máy bơm trong lúc làm việc theo một số yêu cầu chính sau đây: 2. Theo dõi sự làm việc của máy bơm. Theo dõi đồng hồ áp suất, không được để máy bơm làm việc vượt quá áp suất tối đa và vượt qúa số vòng quay quy định. 3. Theo dõi mức dầu bôi trơn trong cácte, sau thời gian làm việc 600 giờ phải thay dầu mới. Theo dõi các ổ bi không để chúng làm việc quá nóng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 55 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng máy bơm 4. Kiểm tra van an toàn, van máy bơm. Kiểm tra giỏ hút, không để tắc. 5. Không để nước phụt ra ở cần pittông. Không để dầu mỡ dính vào dây đai và bánh đai. Không để ly hợp ma sát trượt hoặc dầu mỡ dính váo đĩa ma sát. 6. Khi điều chỉnh van ba ngã phải theo dõi đồng hồ áp suất phòng ngừa tắc nước, bể nước. ‰ Dừng máy 1. Khi dừng máy cần phải giảm tải bằng cách xả hoàn toàn dung dịch, sau đó ngắt van ly hợp ở hộp phân lực nếu có. Không nên ngắt lâu dài ly hợp ma sát. 2. Khi ngừng làm việc lâu dài cần phải rửa sạch bên trong cũng như bên ngoài máy, sau đó bơm mỡ bảo quản các chi tiết của cơ cấu thủy lực như van, xilanh, cần pittông và các bộ phận khác. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 56 BM. KHOAN & KHAI THÁC 3. Tháp khoan ‰ Tháp khoan là một bộ phận của cụm thiết bị khoan, nó là một công trình gồm tháp khoan và nhà khoan. Tháp khoan dùng để kéo thả cần khoan, ống chống và dựng cần khoan. Nhà khoan để đặt thiết bị khoan và che mứa nắng cho công nhân khi làm việc. ‰ Tùy theo hình dáng có thể gặp các loại tháp như sau: 1. Tháp 3 chân: Dùng chủ yếu cho khoan tay và khoan khảo sát địa chất công trình. 2. Tháp 4 chân: Thường dùng cho khoan khoáng sản cứng, khoan dầu khí và giếng khoan sâu trên đất liền, sử dụng các giàn khoan cố định. 3. Tháp chữ A: Sử dụng cho các giếng khoan sâu như khoan dầu khí. 4. Tháp dạng cột: Thường dùng cho các giàn khoan tự hành để khoan thăm dò và khai thác nước, khoan thăm dò về bản đồ, địa chất, có chiều sâu dưới 500M. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 57 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tháp khoan Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 58 BM. KHOAN & KHAI THÁC Chiều cao tháp ‰ Tùy theo chiều dài cần dựng mà chọn chiều cao tháp. Chiều dài cần dựng được chọn theo chiều sâu giếng khoan. Chiều cao tháp khi khoan giếng thẳng đứng được xác định như sau: H = h1+h2+h3+h4 (m) H: chiều cao của tháp h1: chiều dài cần dựng h2: chiều dài bộ ròng rọc động (ròng rọc động, móc treo, chụp nâng cần) h3: chiều cao nhô lên của ống định hướng hoặc của máy tháo mở cần. h4: khoảng cách nhỏ nhất cho phép giữa trục ròng rọc động và ròng rọc tĩnh khi nâng để tháo cần khỏi vinca. ‰ Chọn thiết kế H còn có khi phải tuân theo chiều dài ống chống hoặc bộ ống mẩu và bộ cần dự định sử dụng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 59 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hệ ròng rọc ‰ Cấu tạo ròng rọc ™ Khối ròng rọc tĩnh: Gồm các ròng rọc đặt treo cố định trên tháp ™ Khối ròng rọc động: Gồm các ròng rọc chuyển động lên xuống trong quá trình làm việc, chúng được treo bởi các nhánh cáp, và đồng thời cũng là nơi móc nối với tải trọng cần phải nâng. ™ Dây cáp: được mắc từ tời luồn qua các ròng rọc tĩnh và ròng rọc động, kể cả phần cáp động có chiều dài thay đổi trong quá trình kéo thả bộ khoan cụ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 60 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hệ ròng rọc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 61 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hệ ròng rọc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 62 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hệ ròng rọc ‰ Xác định tải trọng lên tháp ™ Tuỳ theo cấu tạo của hệ thống ròng rọc mà tải trọng tác dụng lên tháp được xác định như sau: ƒ Mắc ròng rọc theo kiểu không có ròng rọc động: QT = 2Qm (kg) QT: tải trọng lên tháp (kg), Qm: tải trọng trên mốc (kg) ƒ Mắc ròng rọc đầu cuối cáp buộc vào đỉnh tháp hay khối ròng rọc động Q = Q T m + Q m m .η trong đó: η: Hiệu suất của hệ thống ròng rọc ƒ Mắc ròng rọc có đầu cáp chết buộc xuống sàn Q T = Q Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác m + 2 .Q m m .η 63 BM. KHOAN & KHAI THÁC Sơ đồ một số hệ thống ròng rọc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 64 BM. KHOAN & KHAI THÁC Xác định lực căng của cáp và điều chỉnh áp lực ‰ Xác định lực căng của cáp ™ Thông thường người ta sử dụng hệ thống ròng rọc kiểu 1×2, 2×3 thì lực căng trên mỗi nhánh cáp là: P = Q m m .η ™ Theo kiểu 1×2 thì có số nhánh cáp động m=2 thì Qm P = (kg) (với η = 1) 2 ‰ Các bước tiến hành để điều chỉnh áp lực ™ Khi khoan các lỗ khoan bằng máy khoan họ ÇΦ hay YPb −3AM sử dụng đầu quay rôto với cần chủ động. Việc điều chỉnh áp lực lên choòng ở đáy sẽ được tiến hành bằng tời thông qua hệ thống ròng rọc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 65 BM. KHOAN & KHAI THÁC Xác định lực căng của cáp và điều chỉnh áp lực ‰ Các bước tiến hành như sau: 1. Cân Bộ khoan cụ: Thả toàn bộ dụng cụ vào lỗ khoan, cần chủ đạo đã được luồn qua lỗ roto hoặc đầu quay, dùng tời treo toàn bộ dụng cụ cách đáy 0,5m. Cho đầu roto quay, đồng thời bơm dung dịch vào lỗ khoan với các trị số như khi khoan. Đọc trị số đối diện với kim trên mặt kế được trị số P, đem với số nhành cáp động, sẽ nhận được trị số trọng lượng bộ dụng cụ khoan treo trên mốc. Cụ thể trong trường hợp này trọng lượng bộ dụng cụ khoan Qm = 2P 2. Điều chỉnh áp lực khi khoan trong trường hợp tiến hành khoan theo chế độ giảm tải. 3. Nếu gọi áp lực lên đáy lỗ khoan là C, thì tời nâng bớt lên một lực là P = Qm – C trên móc treo. Muốn vậy sau khi cân xong người ta thả toàn bộ dụng cụ lên đáy lỗ khoan, sau đó dùng tay tời bớt tải sao sao kim áp kế chỉ vào trị số là có thể bắt đầu khoan được. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 66 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.2. Dụng cụ khoan 1. Giới thiệu chung 2. Bộ ống mẫu khoan 3. Lưỡi khoan và choòng khoan 4. Các đầu nối chuyển tiếp 5. Ống slam (ống Slam) 6. Cần khoan 7. Cần nặng Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 67 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Giới thiệu chung ‰ Bộ dụng cụ khoan hoàn chỉnh nhất để thể hiện ở hình bên. ‰ Các dụng cụ kéo thả và tháo lắp ™ 1- lưỡi khoan, 2- ống mẫu, 3- Pêrêkhôt slam, 4ống slam, 5- cần khoan, 6- nhippen,7- nửa nhippen, ™ 8- đầu nối chuyển tiếp cột cần khoan với đầu xanhích, 9- đầu xa nhích, 10- elevatơ nửa tự động, 11- đầu nối dùng khi kéo thả bộ dụng cụ bằng elêvatơ nửa tự động, 12- elêvatơ đơn giản, ™ 13- khoá bản lề cho cần, 14- khơmút bản lề cho cần, 15- vinca đỡ cần, 16- vinca tháo cần, 17kiềm cặp lưỡi khoan, 18- khoá bản lề cho ống mẫu, ống chống, ™ 19- ống nén từ máy bơm lên, 20- khơmút bắt chặt ống nén với vòi dẫn của đầu xanhích Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 68 BM. KHOAN & KHAI THÁC Giới thiệu chung ‰ Thông thường tùy theo mục đích của công tác khoan hay phương pháp khoan sử dụng mà người ta có thay đổi từng dụng cụ trong bộ khoan cụ đầy đủ: ™ Với phương pháp khoan roto phá toàn đáy người ta thay lưỡi khoan 1 bằng chòng 3 chóp xoay hoặc choòng 3 cánh, không sử dụng ống mẩu 2 và ống slam 4, đầu nối 3. Trong khoan dầu khí bắt buộc phải sử dụng cần định tâm. ™ Khoan khảo sát địa chất công trình: nếu lấy mẫu lõi sử dụng lưỡi khoan 1, nếu lấy mẩu nguyên dạng thay 1 bằng bộ ống mẩu nguyên dạng; bỏ ống slam 4, thay đầu nối 3 bằng pêrêkhốt phay, bỏ cần nặng và cần định tâm. ™ Khoan khoáng sản cứng: Sử dụng bộ dụng cụ hoàn chỉnh như hình vẽ, nếu khi khoan bi thay lưỡi khoan hợp kim cứng 1 bằng lưỡi khoan bi, nếu khoan lấy mẩu bở rời có thể thay ống mẩu 2 bằng các loại ống mẩu nồng đôi chuyên dụng Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 69 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Bộ ống mẫu khoan ™ Bộ ống mẫu bao gồm: lưỡi khoan, ống bẻ mẫu, ống mẫu và Pêrêkhốt ™ Bộ ống mẫu có nhiệm vụ chứa mẫu đất đá ở đáy lỗ khoan, bảo vệ mẫu và định huớng cho lỗ khoan. ™ Trong khoan hợp kim cứng, bộ ống mẫu gồm: lưỡi khoan, ống bẻ mẩu, lò xo bẻ mẫu, ống mẫu. ™ Trong khoan bi bộ ống mầu gồm: lưỡi khoan bi, ống mẫu, pêrêkhốt Slam, ống đựng mùn khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 70 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống mẫu 1. Công dụng: ống mẫu là chi tiết nối giữa lưỡi khoan và pêrêkhốt nó có tác dụng để đón chứa mẫu và định hướng cho lỗ khoan trong quá trình khoan. 2. Cấu tạo: ống mẫu làm bằng thép, có dạng hình trụ với chiều dài thông thường l = 1,5, 3, 4,5 và 6m. Hai đầu ống mẫu được tiện ren thang, bước ren 4mm đoạn tiện ren 40mm để nối với lưỡi khoan và pêrêkhốt. Trường hợp cần tăng khả năng định hướng của ống mẫu thì các ống mẫu được nối lại với nhau để tăng chiều dài. l d OÁng maãu a D Ñaàu noái oáng maãu (nhíp pen) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 71 D d OÁng maãu thaønh daøy BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống mẫu 3. Cách sử dụng và bảo quản ống mẫu: Chất lượng ống mẫu sử dụng phải đạt được các yêu cầu sau: ™ Hình dạng không méo, thành ống không dày mỏng khác nhau quá giới hạn cho phép. ™ Độ cong của ống mẫu không được vượt quá giới hạn sau: ƒ Các ống có đường kính từ 34 ÷ 89mm được phép cong 1mm/1m chiều dài. ƒ Các ống có đường kính từ 108 ÷ 146mm được phép cong 1mm/1m chiều dài. ƒ Các ống có đường kính từ 168 ÷ 219mm được phép cong 1,3mm/1m chiều dài. ƒ Các nhippen được phép cong tới 1,5mm/1m chiều dài Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 72 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống mẫu ‰ Ren của ống mẫu và nhippen phải nhẵn, không được sứt hoặc có những biến dạng khác. Khi lắp vào lưới khoan hay pêrêkhốt, lúc đầu có thể vặn bằng tay nhẹ dàng nhưng không có độ rơ, sau đó phải dùng khóa vặn để siết chặt. ‰ Trong quá trình khoan, thấy mặt ngoài của ống chỗ cắt ren bị mòn nhiều thì phải kiểm tra để loại bỏ hoặc cắt ren lại. ‰ Khi khoan bi bằng ống mẫu thành mỏng, sau hai hiệp khoan phải đổi đầu ống ngược lại. ‰ Kinh nghiệm cho thấy ống mẫu thành dầy được sử dụng rộng rãi. ‰ Khi di chuyển, không được quăng, quật để đảm bảo ống mẫu không bị méo cong. Các ống mẫu phải để nơi khô ráo có bôi mỡ vào ren và lắp vòng để bảo vệ ren. ‰ Trường hợp muốn tăng chiều dài ống mẫu để chống khả năng cong lệch lỗ khoan có thể nối các ống mẫu với nhau bằng nhíppen, nhưng phải chú ý sự đồng trục của chúng chống sự rung đảo khi khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 73 BM. KHOAN & KHAI THÁC 3. Lưỡi khoan và choòng khoan Các lưỡi khoan phá Các lọai chòong khoan ba chóp xoay Choòng khoan lấy mẫu Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 74 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu ‰ Lưỡi khoan hợp kim: dùng để khoan đất đá mềm, cứng trung bình và cứng (cấp I đến VII theo độ khoan). ‰ Lưỡi khoan bi: dùng để khoan các loại đất đá từ trung bình đến kiên cố (cấp V đến X theo độ khoan). 1. Lưỡi khoan hợp kim ™ Những hạt cắt hợp kim cứng đem gắn vào lưỡi khoan có dạng hình khối chữ nhật, hình thoi, hình tám mặt, hình thoi vát đầu, hình kim và hình tấm các hạt cắt được chia làm hai nhóm: ƒ Hạt cắt hợp kim cứng để gắn vào lưỡi khoan bình thường. ƒ Hạt cắt hợp kim cứng để gắn vào lưỡi khoan tự mài. ™ Tùy theo tính chất của đất đá khoan qua mà người ta chọn hạt cắt, số lượng hạt cắt và cách bố trí chúng trên vành lưỡi khoan cho phù hợp Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 75 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu 2. Lưõi khoan bi ™ Là 1 ống thép hình trụ rỗng, có chiều dài (500 ± 10mm), đầu trên được cắt ren thang trong để nối với ống mẫu, đầu dưới được xẻ 1 rãnh xoắn lập với đáy 1 góc 70÷750, chiều rộng bằng 1/5÷1/6 chu vi, chiều dài 150÷180mm. Rãnh này có tác dụng để thóat dung dịch và dẫn bi từ trên xuống bề mặt làm việc của lưỡi khoan trong quá trình khoan. Maët caét b- Daïng toång quaùt cuûa vaønh löôõi khoan coù theå xeû caùc raõnh thoaùt nöôùc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác a- Vaønh löôõi 76 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu 3. Lưỡi khoan kim cương ‰ Lưỡi khoan kim cương hạt nhỏ một lớp ƒ Dùng để khoan trong các lọai đất đá có độ mài mòn nhỏ, không nức nẻ, đồng nhất độ cứng trung bình (Cấp VII – IX). ƒ Các hạt kim cương có độ hạt từ 20 ÷ 50 hạt/cara được phân bố thành một lớp trên bề mặt làm việc của đầu mút. Có 2 đến 6 rảnh thoát nước. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 77 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu ™ Sự phá hủy đất đá do tác dụng cắt gọt của các hạt cấu thành một lớp trên đầu mút của lưỡi khoan nên các hạt bị mất dần làm giảm tốc độ khoan. ™ Tuy nhiên nó cũng có những ưu điểm sau: ƒ Gần 50% kim cương có thể được lấy ra để dùng lại ƒ Các lưỡi khoan ít bị mòn theo đường kính ngòai đường, kính trong. ƒ Ngoài ra nó cũng có nhược điểm rất lớn là các hạt dễ bị vỡ ra dưới ảnh hưởng của những va động mạnh khi khoan trong tầng đất đá rắn chắc, nứt nẻ cấu trúc không đồng nhất. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 78 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu ‰ Lưỡi khoan kim cương hạt nhỏ nhiều lớp ™ Dùng để khoan trong đất đá có độ cứng cấp IX đến XI, có độ mài mòn, nứt nẻ không đồng nhất và phân bố thành các lớp song song. ™ Ưu điểm ƒ Tỏa nhiệt tốt, vì cho phép khoan với tốc độ vòng quay lớn để tăng tốc độ cơ học khoan. ƒ Tăng thời gian làm việc của lưỡi khoan. ™ Nhược điểm ƒ ƒ ƒ Khối lượng của kim cương trong một lớp giảm nên dễ dàng bị quá tải làm hỏng lưỡi khoan, tăng mức độ hao mòn kim cương. Sự bong ra của các hạt kim cương không còn khả năng làm việc, sẽ làm hỏng lớp kim cương và ảnh hưởng tới những hạt kim cương còn lại. Thực tế cho thấy sử dụng lưỡi khoan kim cương lọai này không kinh tế. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 79 BM. KHOAN & KHAI THÁC A. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay - lấy mẫu ‰ Lưỡi khoan kim cương thấm nhiễm ™ Dùng để khoan trong đất đá nứt nẻ, không đồng nhất, có độ mài mòn cao và kiên cố cấp IX đến XII theo độ khoan. Ơ lưỡi khoan này các hạt kim cương với cở hạt từ 120 ÷ 200 hạt/cara được phân bố điều đặn trong khối hợp kim, các hạt kim cương phụ bên sường có kích thước lớn (độ hạt từ 30 ÷ 60 hạt/cara). Phá hủy đất đá theo nguyên tắc tự mài và cắt gọt. Đây là loại lưỡi khoan sử dụng rất kinh tế và có những ưu nhược điểm sau: ™ Ưu điểm ƒ Tải trọng nén lên hạt cắt ổn định trong suốt quá trình khoan, nên bảo đảm hạt kim cương không bị qúa tải với tốc độ khoan ổn định. ƒ Điều kiện nhiệt tốt, lưỡi khoan ít bị hỏng và cho khoan với sộ vòng quay lớn (800 ÷ 1000 vòng/phút). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 80 BM. KHOAN & KHAI THÁC B. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay phá toàn đáy 1. Các kiểu choòng làm việc theo nguyên lý cắt ‰ Choòng lưới cắt loại PX (choòng đuôi cá): ™ trong choòng có 02 rãnh thoát nước và được đắp 2 đến 3 lớp hợp kim cương có độ dày từ 0,5 đến 1mm. ™ Đường kính của choòng này là 92, 111,131, 181, 195, 284mm. Choòng được sử dụng trong tầng đất đá mềm bở cấp I đến III. Luỡi khoan phá Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 81 BM. KHOAN & KHAI THÁC B. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay phá toàn đáy ‰ Choòng nhọn Vôrônốp ™ Thân choòng là một phôi chưa xẻ rãnh của lưỡi khoan bi, đầu trên được tiện ren, thang ngoài để nối với ống định hướng, đầu dưới được xẻ 4 rãnh lệch nhau 900. ™ Một tấm thép nguyên đặt vào 2 rãnh, hai nửa tấm thép khác đặt vào 2 rãnh còn lại và chúng được hàn liền với thân choòng, còn ở dưới thì hàn nối với nhau. ™ Các gờ của các tấm thép nhô ra khỏi mặt ngoài của thân choòng 10mm và tấm thép cũng nhô cao hơn hai nửa tấm thép về phía dưới 10mm. Điều này tạo điều kiện để dung dịch khoan lưu thông dễ dàng và làm sạch mùn khoan dưới đáy lỗ khoan. ™ Loại choòng Vorônốp có thể khoan trong tầng đất đá từ mềm đến trung bình cứng (cấp III ÷IV) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 82 BM. KHOAN & KHAI THÁC B. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay phá toàn đáy 2. Các kiểu choòng làm việc theo nguyên lý đập cắt ™ Choòng làm việc theo nguyên lý đập cắt là các loại choòng chóp xoay sử dụng trong công tác khoan phá mẫu rất đa dạng. ™ Choòng chớp xoay có thể là 1 chóp xoay, 2 chóp xoay, 3 chóp hay 4 chóp xoay phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá, phạm vi sử dụng, chức năng của từng loại choòng mà chúng có cấu tạo khác nhau về số chóp xoay, hình dáng, số lượng, cách sắp xếp và độ cao của các răng choòng trên chóp xoay. ™ Trong khoan phá mẫu, thường sử dụng những loại choòng chóp xoay chủ yếu như: ƒ Loại M: Để khoan đất đá mềm, bở rời ƒ Loại C: Để khoan trong các tầng đất đá dẻo, mềm có xen kẻ các lớp có độ cứng trung bình Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 83 BM. KHOAN & KHAI THÁC B. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay phá toàn đáy ƒ Loại T: Đất đá chặt, dẻo, cứng và rắn chắc có độ mài mòn nho ƒ Lọai K: Để khoan các đất đá rắn chắc có tính mài mòn cao như: đá sừng, đolomit, thạch anh… ƒ Loại OK: Để khoan trong các đất đá kiên cố, mài mòn rất cao. ‰ Sự phá hủy đất đá ở đáy lỗ khoan bằng choòng chóp xoay là một quá trình phức tạp, ta chỉ xét sơ lược sự phá hủy đất đá ở đáy theo tác dụng đập. Nguyên lý làm việc của nó tại đáy lỗ khoan các chóp xoay thực hiện cùng một lúc hai chuyển động: Quay xung quanh trục của choòng và xung quang trục của chóp Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 84 BM. KHOAN & KHAI THÁC C. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay & xoay đập tay ‰ Tùy theo phương pháp khoan tay xoay hay đập mà dụng cụ khoan có cấu tạo và đặc điểm khác biệt nhau: ™ Trong khoan tay xoay gồm hai loại, lưỡi khoan thìa và lưỡi khoan xoắn ƒ Lưỡi khoan thìa: dùng để khoan trong đất đá mềm, bở. ƒ Lưỡi khoan xoắn: dùng để khoan đất đá mềm dẻo như thạch cao. ™ Trong khoan tay đập, có nhiều loại dùng khác nhau. ƒ Choòng hai cánh: Khoan trong đất đá trung bình và cứng, loại choòng này có hai cánh, lưỡi choòng mở rộng về hai bên sườn vì vậy nó có khả năng mở rộng thành lổ khoan tốt. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 85 BM. KHOAN & KHAI THÁC C. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay & xoay đập tay Khoan tay Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 86 BM. KHOAN & KHAI THÁC C. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay & xoay đập tay ƒ Chòong chữ thập: Khoan trong đất đá cứng, nứt nẻ, không đồng nhất hoặc để phá những tầng đá gặp phải khi khoan. ƒ Choòng lệch tâm: Có tác dụng mở rộng thành lỗ khoan và để khoan khi phải tiến hành vừa khoan vừa chống ống. ƒ Choòng pích: Dùng để khoan khi cần đánh dạt những tảng đá hay cuội vào thành lỗ khoan trong đất đá mềm. ‰ Chú ý: Rãnh nước rửa ta thấy trong các lọai choòng có hai tác dụng chính sau: ™ Tăng lực động của bộ dụng cụ khoan xuống đáy lỗ khoan và khi bơm nước vào trong cột cần khoan sẽ giảm được lực đẩy thủy lực đối với bộ dụng cụ khoan; ™ Tăng khả năng tạo cho các hạt mùn khoan lơ lững dưới đáy lỗ khoan do tác động lên xuống của dòng nước rửa trong lòng cột cần khoan khi kéo lên đập xuống. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 87 BM. KHOAN & KHAI THÁC C. Lưỡi khoan dùng cho khoan xoay & xoay đập tay Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 88 BM. KHOAN & KHAI THÁC D. Lưỡi khoan dùng cho khoan đập cáp ‰ Choòng dẹt: dùng để khoan đất đá mềm, góc sắc ban đầu của choòng từ 70-90o ‰ Choòng hai cách: dùng để khoan trong đất đá dinh kết và đất đá có độ cứng trung bình. Do cấu tạo phần giữa thân choòng có dạng hình nêm, hai bên rìa tạo thành hai gờ nên choòng có khả năng mở thành lỗ khoan tốt, góc sắc ban đầu của choong khoan từ 80o -100o. ‰ Choòng móng ngựa và choòng chữ thập: dùng để khoan đất đá cứng rắn, nứt nẻ, những tầng đá tảng lẫn cuội, sỏi. ‰ Choòng pích: Được sử dụng khi gặp đá tảng trong lỗ khoan hoặc để đánh dạt những tảng đá vào thành lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 89 BM. KHOAN & KHAI THÁC D. Lưỡi khoan dùng cho khoan đập cáp Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 90 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Các đầu nối chuyển tiếp ‰ Đầu nối chuyển tiếp Perêkhôt 1. Công dụng: Pêrêkhốt là chi tiết nối ống mẫu với cần khoan, nối ống mẫu, cần khoan với ống slam khi sử dụng ống slam, nối cột cần khoan vối ống chống khi phải dùng ống chống trong lỗ khoan. 2. Cấu tạo: Có 3 loại chính: pêrêkhốt phay, pêrêkhốt slam, pêrêkhốt nòng đôi a. Pêrêkhốt phay đầu dưới tiện ren thang ngoài để nối với ống mẫu tương ứng, đầu trên mặt trong phần vát côn được tiện ren tam giác để nối với giamốc cột cần khoan. • Mặt ngoài được tiện côn và phay các lưới cắt nhằm việc kéo bộ dụng cụ khoan lên dễ dàng, hoặc gặp trường hợp bị vướng đá rơi hay sập lỡ, bao bùn vẫn có thể vừa quay bộ khoan cụ cho các lưỡi cắt của pêrêkhốt phá các nút vướng, vừa kéo bộ dụng cụ lên. • Đường kính ngoài của pêrêkhốt phải bằng đường kính ngoài của ống mẫu và ống chống tương ứng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 91 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Các đầu nối chuyển tiếp b. Pêrêkhốt slam: dùng để nối cần khoan ống mẫu và ống slam lại với nhau. Phần mặt ngoài tiện ren thang trái để nối với ống slam nhằm chống hiện tượng ống slam tự tháo trong quá trình khoan, mặt trong phần vát côn được tiện ren tam giác để nối với giá mốc cần. c. Pêrêkhốt nòng đôi: Dùng cho ống mẫu nòng đôi. 90o Raõnh ghi kí hieäu β B 40o Pêrêkhốt phay, slam Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 92 BM. KHOAN & KHAI THÁC 5. Ống slam ‰ Công dụng ™ Dùng để đựng các hạt mùn khoan nặng và vụn bi mà dùng dung dịch không đủ khả năng mang lên miệng lỗ khoan hoặc đất đá rơi từ thành lỗ khoan xuống trong qúa trình khoan. ‰ Cấu tạo ™ Chế tạo bằng thép có dạng hình trụ rỗng, đầu trên vát đi 1 góc 300 và uốn cong vào phía trục. ™ Chiều dài: tùy thuộc lượng mùn khoan sinh ra trong 1 hiệp khoan, nhưng không nhỏ hơn 1,5m ™ Đường kính ngoài băng đường kính ngoài của Pêrêkhốt và ống mẫu tương ứng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 93 BM. KHOAN & KHAI THÁC 5. Ống slam ‰ Phương pháp sử dụng ™ Khi lắp vào ống mẫu, cần siết 45o chặt và đảm bảo sự đồng trục. ™ Sau khi lấy bộ ống mẫu lên ở Do cuối hiệp khoan, mùn khoan được lấy ra bằng cách treo L ngược bộ ống mẫu rồi dùng vòi nước cho bơm ngược vào hoặc vừa đập vừa xoay nhưng tránh làm móp méo ống. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 94 BM. KHOAN & KHAI THÁC 6. Cần khoan ‰ Dựa vào cách nối các cần lẻ với nhau thành cột cần khoan, người ta chia ra làm hai loại cần: Cần khoan nối bằng múpta – damốc và cần khoan nối bằng nhippen. ‰ Cần khoan nối bằng múpta – damốc ™ Được sử dụng chủ yếu trong phương pháp khoan hợp kim và khoan bi. ™ Cấu tạo: Là một ống thép hình trụ, hai đầu cần, phía ngoài được tiện ren tam giác trên đoạn vát côn để nối với múpta hoặc damốc; phía trong được chồn dầy để tăng độ cứng cho chỗ nối. Chiều dài ứng với đường kính 42mm và 50mm là 1,5; 3 và 4,5m, đường kính 63,5mm là 3; 4,5 và 6m. ™ Các cần đơn được nối với nhau thành cần dựng (gồm 2, 3 và 4 cần lẻ) bằng đầu nối mupta. ™ Các cần dựng được nối với nhau bằng damốc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 95 BM. KHOAN & KHAI THÁC 6. Cần khoan ™ Mupta: là chi tiết để nối các cần lẻ thành cột cần dựng, hai đầu được tiện ren tam giác, có độ côn và bước ren tương ứng với cần khoan. ™ Bộ damốc: dùng để nối các cần dựng thành cột cần khoan có cấu tạo gồm có damốc dương và damốc âm. Damốc dương được nối vào đầu dưới, damốc âm được nối vào đầu trên của cột cần khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 96 BM. KHOAN & KHAI THÁC 6. Cần khoan ‰ Cần khoan nối bằng nhippen ™ Phạm vi sử dụng: Thường dùng để khoan những lỗ khoan nông, các lỗ khoan đường kính nhỏ. ™ Cấu tạo: Là một ống thép hình trụ được chế tạo theo ba cỡ đường kính ngoài: 33,5; 42 và 50mm, gồm có hai loại. ™ Loại A có một rãnh khấc để nối các đoạn cần lẻ thành cần dựng. ™ Loại B có hai rãnh khấc dùng để nối các cần dựng thành cột cần khoan với nhippen loại A. Nhippen loại B có rãnh khấc dưới dùng để treo cột cần khoan trên miệng lỗ khoan bằng vinca đỡ cần, rãnh khấc trên dùng để nâng, hạ cột cột cần khoan bằng elevatơ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 97 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ưu nhược điểm của hai loại cần khoan 1. Cần khoan nối bằng mupta – damốc ‰ Ưu điểm ™ Đường kính ngoài của đầu nối mupta-damốc lớn hơn. Đường kính ngoài của cần khoan, vì vậy mối nối phải đảm bảo chắc, kín, giảm được độ mòn của cột cần khoan. ™ Do tiết diện lỗ bên trong cần lớn nên tổn thất thủy lực ít. ™ Tháo ráp nhanh, quá trình nâng, hạ bộ dụng cụ chỉ sử dụng ren của damốc nên bảo vệ được ren của cần. ™ Cho phép sử dụng elevatrơ bán tự động trong quá trình nâng hạ bộ dụng cụ. ‰ Nhược điểm ™ Vì đường kính ngoài của mupta-damốc và cần khoan chênh lệch nhau nên tạo ra các gờ, do đó khi kéo, tháo bộ dụng cụ có thể gây ra hiện tượng vướng mắc vào miệng hoặc chân ống chống. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 98 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ưu nhược điểm của hai loại cần khoan ™ Sự lưu thông dung dịch ở khoảng hở giữa cột cần khoan và thành lỗ khoan bị cản trở, không thích hợp khi phải khoan các lỗ có đường kính nhỏ. 2. Cần khoan nối bằng nhippen ‰ Ưu điểm ™ Đường kính ngoài không thay đổi trên toàn bộ cột cần khoan, nên cho phép khoan với số vòng quay lớn và có thể dùng lưỡi khoan có đường kính ngoài gần bằng đường kính cần khoan. ™ Khoảng hở giữa cột cần khoan và thành lỗ khoan. Có thể giảm xuống nhỏ nhất. Do đó giảm được ứng suất uốn và sử dụng của cột cần trong khi khoan. ™ Khi cần thiết, có thể kéo cột cần khoan qua lỗ trục Spinden của đầu máy một đoạn dài. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 99 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ưu nhược điểm của hai loại cần khoan ‰ Nhược điểm ™ Tiết diện bên trong của các đầu nối nhỏ hơn nhiều so với tiết diện trong của cần, nên tổn thất thủy lực của dòng nước rữa lớn. ™ Các mối nối không đảm bảo độ cứng vững vi chiều dài đoạn ống nối cắt ren mỏng. ™ Ren nối của cần là ren thang, nên không bảo đảm được độ kín khít tuyệt đối, thời gian thao lắp lâu. ™ Cần chóng bị mòn do va chạm trực tiếp với thành lỗ khoan, đặc biệt khi khoan những lỗ khoan xiên. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 100 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng và bảo dưỡng cần khoan 1. Phương pháp sử dụng ™ Để tránh xảy ra sự cố đứt, gãy khi cần khoan, yêu cầu cần khoan phải đạt các chỉ tiêu sau: ™ Mặt trong và ngoài cần phải nhẵn: không rạn nứt và rỉ sét. ™ Cần không được cong quá 1mm/1m. ™ Độ mòn của cần khoan phải trong giới hạn cho phép. ™ Mupta, damốc không được mòn quá 3,5mm so với đường kính ngoài. ™ Trong quá trình khoan phải phân nhóm cần ra để sử dụng, số cần trong một nhóm yêu cầu chất lượng phải như nhau, cần càng tốt thì sử dụng ở chiều sâu càng lớn của lỗ khoan. ™ Mỗi cần dựng nên lắp từ 2 đến 3 vòng cao su bảo vệ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 101 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng và bảo dưỡng cần khoan ™ Để giảm độ rung cần khoan nên bôi mỡ chống rung. ™ Nếu có thể nên sử dụng cần nặng thay thế cần thường ở phần sát lỗ khoan. ™ Các ren nối của damốc phải đảm bảo tốt. Nếu vặn còn từ 1,2 đến 2 ren để chặt là ren đó quá mòn, Các damốc đó phải loại bỏ. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 102 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp sử dụng và bảo dưỡng cần khoan 2. Bão dưỡng cần khoan ™ Để tăng khả năng, thời hạn làm việc của cột cần khoan phải chú ý bảo dưỡng, cụ thể là: ™ Khi di chuyển không được quăng, quật làm cong cần khan và hỏng ren. ™ Các cần khoan chưa dùng phải bôi mỡ vào ren nối, các đầu ren phải được lắp vòng bảo vệ ren. ™ Không được để lẫn lộn các cần khoan có chất lượng khác nhau. ™ Khi cần bảo quản lâu dài, phải tháo cần ra khỏi cần dựng, sắp xếp chúng trên đà kê có 3 đà trở lên. Để cần khoan không bị võng sinh ra cong cần. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 103 BM. KHOAN & KHAI THÁC 7. Cần nặng ‰ Sử dụng cần nặng để tạo ra áp lực cần thiết lên đáy lỗ khoan và tăng độ cứng vững của phần cuối cốt cần khoan, giảm khả năng làm cong cần khoan, giảm độ mòn của cột cần khoan. ‰ Kinh nghiệm cho thấy đa số các trường hợp gãy cần đều nằm ở gần đoạn ống mẫu. ‰ Phần cột cần khoan hay bị gãy sẽ được thay bằng cần nặng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 104 BM. KHOAN & KHAI THÁC Cần nặng ‰ Do đặc điểm cấu tạo của cần nặng, cách nối các cần với nhau có thể thực hiện theo hai cách: bằng damốc hoặc nối trực tiếp với cần, giữa cần nặng và cần thường được nối với nhau bằng damốc chuyển tiếp. ‰ Khi sử dụng cần nặng cần chú ý tới những yêu cầu cơ bản sau: ™ Cột cần nặng được nối ngay vào phần cuối cột cần khoan và phải kiểm tra thật kỹ khi lắp ghép vì đây là đoạn dễ đứt gãy. ™ Đường kính cần nặng phải phù hợp với đường kính lỗ khoan (thường chọn lớn hơn từ 1 đến 2 cấp đường kính) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 105 BM. KHOAN & KHAI THÁC Cần nặng ‰ Chiều dài cột cần nặng được tính theo công thức K .C L = (m ) q trong đó: L: Chiều dài cột cân nặng, (m) C: Tải trọng chiều trục yêu cầu lên đáy lỗ khoan, (kg) K: Hệ số, thường lấy từ 1,25 đến 1,5 Q: Trọng lượng 1m cần nặng Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 106 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.3. Các dụng cụ trong bộ kéo thả 1. Đầu xa nhích 2. Quang treo 3. Xirêga 4. Móc treo giảm xóc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 107 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Đầu xa nhích 1. Công dụng ™ Đầu xanhích là 1 chi tiết dùng để nối giữa bộ phận quay (cột cần khoan) với bộ không quay (ống dẫn dung dịch từ máy bơm lên). ™ Ngoài ra còn là nơi để thả hạt chèn khi bẻ mẫu, hoặc tiếp bi vào lỗ khoan bi. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 108 BM. KHOAN & KHAI THÁC Đầu xa nhích 2. Cấu tạo ‰ Trong khoan xoay sử dụng phổ biến hai loại xanhích không có quang treo (đơn giản) và có quang treo. a. Loại xanhích đơn giản: ƒ Thường được dùng cho các lỗ khoan nông, chiều sâu dưới 300m. Vỏ của xanhích được nối với cột cần khoan nên các chi tiết nối hoặc lắp chặt với vỏ đều quay trong khi khoan, riêng ty xanhích nối với đầu nối ba ngả rồi với nối với ống dẫn nước là các chi tiết không quay. ƒ Để làm kín giữa phần quay và không quay của đầu xanhích có bố trí các vòng đệm kín và chúng được siết chặt lại bằng vòng êcu hãm. Phốt đệm kín có tác dụng chắn giữ dầu bôi trơn trong các ổ bi của đầu xanhích. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 109 BM. KHOAN & KHAI THÁC Đầu xa nhích b. Loại xanhích có quang treo: ƒ Thường dùng khi khoan các lỗ khoan sâu, ngoài nhiệm vụ làm chi tiết nối giữa bộ phận quay và không quay, loại có quang treo được móc với móc của ròng rọc động để tời điều chỉnh áp lực chiều trục và dao động của bộ dụng cụ khoan lên xuống khi cần thiết. ƒ Tùy theo phạm vi sử dụng mà loại Xanhích có quang treo được chọn với các tải trọng nâng của quang treo là 2,5; 5; 10 và 25 tấn. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 110 BM. KHOAN & KHAI THÁC Đầu xa nhích 3. Cách sử dụng ™ Chọn loại phù hợp với tải trọng nâng cho phép và chiều sâu của lỗ khoan. ™ Thường xuyên phải chăm sóc để thay dầu, bơm mỡ đúng định kỳ theo dõi các bộ phận làm kín chống rò rĩ. Trường hợp các vòng đệm kín, ty xanhích quá mòn phải thay mới để bảo đảm độ kín chắc. ™ Đề phòng trong quá trình làm việc đầu xanhích có thể bị tuột ra. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 111 BM. KHOAN & KHAI THÁC Xa nhích có quang treo 1-Đầu nối; 2-Trục Spinden; 3Vòng phớt chắn dầu; 4-Nắp dưới; 5-Ổ bi đíp; 6-Ổ bi chặn; 7-Vỏ; 8-Ổ bi đỡ; 9-Nắp an toàn; 10-Quang treo; 11-Vòng đệm kín; 12-Nút để đổ hạt chèn; 13-Khơ mát kẹp; 14Ty xa nhích; 15-Ống dẫn nước Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 112 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Elevatơ ‰ Elêvatơ dùng để móc rãnh đầu trên của damốc âm (hay nhippen loại B) ở đầu cột cần dựng trong quá trình kéo, thả bộ dụng cụ khoan, nhằm giúp cho việc lắp vào và tháo ra cột cần được nhanh chóng. Vòng chốt của elêvatơ có chốt giữ có thể trượt lên, trượt xuống theo thân của nó. ‰ Do đó khi móc elêvatơ vào cột cần khoan phải nâng nó lên trên cùng để “mở cửa” cho cột cần bắt vào, còn khi đã móc xong phải bật vòng chốt xuống, xoay cho chốt vào vị trí rãnh khóa giữ không cho cột cần khoan tuột ra trong quá trình kéo thả. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 113 BM. KHOAN & KHAI THÁC Elevatơ ‰ Khi sử dụng elêvatơ, cần chú ý tới quy định về tải trọng nâng, kích thước loại đầu nối của cột cần khoan để chọn cho phù hợp, tránh nhầm lẫn, ví dụ trên mặt ngoài của elêvatơ ghi ký hiệu 2,5H – 42, nghĩa là tải trọng nâng 2,5tấn, dùng cho đầu nối nhippen đường kính 42mm. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 114 BM. KHOAN & KHAI THÁC 3. Quang treo ‰ Dùng để móc vào dưới xanhích đơn giản khi khoan, hoặc móc vào dưới mupta khi kéo, thả bộ dụng cụ khoan ở những lỗ khoan nông. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 115 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Xirêga ‰ Dùng để nối giữa ròng rọc động với tải trọng nâng thông qua elêvatơ hoặc quang treo. Các xirêga ( quai treo nâng) thường có sức nâng 4, 5,10 tấn. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 116 BM. KHOAN & KHAI THÁC 5. Móc treo giảm xóc ‰ Móc treo giảm xóc là chi tiết nối giữa ròng rọc động với xanhích. ‰ Có quang treo khi khoan, hoặc giữa ròng rọc động với elêvatơ khi nâng, hạ bộ dụng cụ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 117 BM. KHOAN & KHAI THÁC Móc treo giảm xóc ‰ Tác dụng của mốc treo giảm xóc; ™ Giảm chấn động trong quá trình nâng bộ dụng cụ khoan ra khỏi lỗ khoan ™ Đảm bảo cho mẫu không bị tụt ra khỏi ống mẫu ™ Mặt khác nhờ có cơ cấu lò xo và bạc quay nên móc treo giảm xóc loại trừ được khả năng xoắn cáp trong quá trình kéo thả dụng cụ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 118 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.4. Các dụng cụ cứu sự cố và tháo mở cần ống 1. Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan 2. Một số dụng cụ cứu chữa sự cố khác Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 119 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan ‰ Dụng cụ để tháo, lắp cần khoan 1. Vinca chạc đỡ cần: dùng để đỡ vào khấc của nhippen trong damốc treo cột cần khoan ngay trên miệng lỗ khoan khi kéo thả bộ khoan cụ. Vinca được chế tạo theo kích thước phù hợp với từng loại cần khoan nối bằng đầu nối nhippen hay mupta-damốc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 120 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan 2. Khóa bản lề 2 cột: Dùng để thả hoặc lắp cần khoan. Kích thước của khóa cũng được chế tạo phù hợp với đường kính của cần khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 121 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan 3. Khóa gọng ô: • Để trực tiếp vào rãnh khấc của nhippen hoặc damốc rồi vặn chặt lại bằng cách đập mạnh vài cái sau khi đã dùng khóa bản lề vặn, hoặc trước khi tháo cần khoan bằng khóa bản lề, phải dùng khóa này để “công” đầu nối ra trước. • Kích thước của khóa được chế tạo phù hợp với kích thước của từng loại nhippen hay damốc nối cột cần. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 122 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan 4. Khơmút kẹp cần: Dùng để giữ, treo cột cần, hay khi cứu sự cố có thể lắp vào bất cứ vị trí nào của cột cần trên miệng lỗ khoan. Kích thước của khơmut cũng được chế tạo phù hợp với đường kính của cần khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 123 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các dụng cụ tháo, lắp, kẹp, cần ống khoan ‰ Dụng cụ để tháo lấp ống mẫu, ống chống Pêrêkhốt, ống đựng mùn khoan ™ Khóa bản lề: khóa này có thể lắp ở bất cứ vị trí nào trên thân ống. Mỗi loại khóa dùng để tháo lắp được cho hai loại ống chống, ống đựng mùn khoan, perekhốt, ống mẫu có đường kính tương ứng nối tiếp nhau. Khi tháo lắp bao giờ cũng phải dùng 2 khóa, một giữ và một để vặn. ™ Khơmút kẹp ống: khơ mút kẹp ống dùng để kẹp chặt theo cột ống chống trên miệng lỗ khoan, đôi khi cũng dùng trong công tác kéo hoặc thả cột ống. Kích thước của khơmút phụ thuộc vào đường kính ống chống. ™ Khóa xích: loại khóa này có khả năng dùng treo bất cứ cần ống nào cũng được. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 124 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Một số dụng cụ cứu chữa sự cố khác ‰ Gồm có các loại ta rô để câu ống và cần khoan rơi trong giếng: ™ Loại không có chuông gọi là met trích ™ Loại có chuông còn gọi là ta rô chuông hay colocon. ™ Ngoài ra toàn bộ các ta rô còn phân loại ra ta rô trái (có răng trái) và ta rô phải (có răng phải). ™ Các kích thước của ta rô được cho trong sổ tay của tổ trưởng khoan. ‰ Ngoài các ta rô còn có các dụng cụ cứu sự cố khác như: búa rung, tạ đập, kích thủy lực, kích cơ khí... Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 125 BM. KHOAN & KHAI THÁC III. ĐIỀU KIỆN THỰC TẬP VÀ CÁCH THỨC TỔ CHỨC ‰ Điều kiện thực tập ƒ Trang thiết bị hiện có tại xưởng thí nghiệm khoan – khai thác. ƒ Máy khoan tay và máy khoan XJ tại xưởng ƒ Hiện trường tại các công trình khoan – khai thác ƒ Xem video hướng dẫn thực tập khoan – khai thác ‰ Cách thức tổ chức ƒ Tổ chức theo nhóm tại xưởng ƒ Tổ chức theo nhóm tại hiện trường Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 126 BM. KHOAN & KHAI THÁC BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC BÀI 2: KHOAN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CBGD : ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG ThS. BÙI TỬ AN Bộ môn : Khoan và Khai thác Tel : 84-8-8654086 Mục lục I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Giới thiệu 2.2. Các phương pháp khoan 2.3. Lấy mẫu đất 2.4. Bảo quản và ghi nhãn mẫu 2.5. Các thí nghiệm trong hố khoan III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 128 BM. KHOAN & KHAI THÁC I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Nội dung: ™ Tổ chức đội khoan khảo sát địa chất công trình. ™ Công tác chuẩn bị. ™ Thực hiện quy trình thi công lỗ khoan ™ Qui trình lấy mẫu nguyên dạng ™ Cách bảo quản và ghi nhãn mẫu ™ Các thí nghiệm tại hiện trường ™ Ghi chép số liệu tại hiện trường ™ Lấp lỗ khoan và thu dọn hiện trường Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 129 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Yêu cầu thực tập: ™ Ghi chép chung về buổi thực tập (ngày thực tập, địa điểm, đặc điểm công trình...). ™ Ghi chép về tổ chức đội khoan. ™ Tham gia thực hiện công tác chuẩn bị trước khi khoan: (Chuẩn bị mặt bằng, đưa máy khoan vào vị trí, dựng tháp... ). ™ Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ khoan khảo sát địa chất công trình. ™ Tham gia vận hành và thao tác khoan khảo sát ĐCCT. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 130 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ™ Tham gia thực hiện và báo cáo về quy trình lấy mẫu, mô tả và đánh giá chất lượng mẫu. ™ Tham gia thực hiện và báo cáo về công tác bảo quản và ghi nhãn mẫu. ™ Tham gia thực hiện và báo cáo về công tác thí nghiệm tại hiện trường thực tập. ™ Vẽ, mô tả cột địa tầng tại vị trí thực tập khoan khảo sát ĐCCT. ™ Tham gia công tác lấp lỗ khoan và thu dọn hiện trường. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 131 BM. KHOAN & KHAI THÁC II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu 2.2. Các phương pháp khoan 2.3. Lấy mẫu đất 2.4. Bảo quản và ghi nhãn mẫu 2.5. Các thí nghiệm trong hố khoan Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 132 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.1 Giới thiệu ‰ Có nhiều phương pháp khảo sát địa chất công trình và có thể là tổ hợp các phương pháp được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật. ‰ Việc lựa chọn phương pháp khảo sát cần phải được nghiên cứu, xem xét của cán bộ khảo sát địa chất công trình. Các phương pháp này có thể là xem các điểm lộ, các hố thử nông, sâu, các giếng khoan, các lò dọc vỉa . ‰ Trong phạm vi tài liệu này sẽ quan tâm đến phương pháp khoan khảo sát địa chất công trình bao gồm các kiểu khoan tay, khoan đập cáp nhẹ, khoan guồng xoắn và khoan xoay máy. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 133 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.2 Các phương pháp khoan 1. KHOAN TAY 2. KHOAN ĐẬP CÁP NHẸ 3. KHOAN GUỒNG XOẮN 4. KHOAN XOAY MÁY Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 134 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Khoan tay • Phương pháp khoan tay dùng thiết bị nhẹ thao tác bằng tay, cần khoan thường dùng loại nhỏ và mỏng Φ34, Φ42mm, lưỡi khoan có đường kính từ 75-132mm gồm có các kiểu lưỡi khoan: xoắn ruột gà, lưỡi khoan thìa, lưỡi khoan hợp kim, choòng đập, ống múc mùn khoan và các ống mẫu theo các quy phạm khác nhau. • Ví dụ ống mẫu thành mỏng Φ75 theo quy phạm ASTM, ống mẫu đường kính Φ110 gồm hai mảnh tháo rời theo quy phạm Liên xô cũ. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 135 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan tay ƒ Khoan xoay tay có thể kết hợp với khoan đập tay khi phải khoan qua khối đất cứng như sạn laterite, đá lăn . . . khi đó phải dùng hệ đòn bẩy vuông góc với cần khoan. Kéo cần khoan bằng tay và thả với bộ dụng cụ rơi tự do bằng sợi dây mềm. ƒ Trong khoan xoay tay, khi cần tăng tải trọng lên đáy người ta có thể gia tải lên đầu cần bằng các vật liệu như đá hoặc gang, thép . . . ƒ Tùy theo loại đất khoan xoay, xoay-đập tay có thể đạt được chiều sâu tới 30m đối với đất đá cấp I-II, đất cấp III có thể đạt được chiều sâu từ 15-20m. ƒ Tháp khoan dùng loại ba chân ống thép mỏng hoặc bằng gỗ, nếu trường hợp khoan độ sâu dưới 6m có thể không cần dùng tháp. Khoan tay rất thuận lợi trong vùng chật hẹp, lầy lội, khó thi công. Tuy nhiên nó có nhiều hạn chế về phạm vi sử dụng. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 136 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Khoan đập cáp nhẹ ‰ Khoan đập cáp nhẹ là một biến tướng của các phương pháp khoan giếng tiêu chuẩn, nói chung, sử dụng một giàn khoan di động được thiết kế riêng cho công tác khảo sát đất nền. ‰ Đối với hầu hết công tác khảo sát, đó là giàn khoan có tời với sức nâng từ 1 đến 2 tấn, được vận hành bằng động cơ diezen và tháp khoan có chiều cao khoảng 6m. ‰ Với nhiều loại giàn khoan, các chân tháp gấp lại được tạo nên một rơmoóc đơn giản, có thể kéo đi bằng một xe nhẹ. Mũi khoan cắt sét được dùng trong lỗ khoan khô. ‰ Ống khoan chỉ được sử dụng khi nước ở đáy lỗ khoan đủ ngập phần dưới của ống. Do đó cần đổ thêm nước vào lỗ khoan khi khoan qua lớp đất khô không dính nếu dùng ống khoan. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 137 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan đập cáp nhẹ ‰ Các phương pháp nêu trên có thể không phù hợp với các đối tượng khảo sát địa kỹ thuật đòi hỏi lỗ khoan phải được khoan trong điều kiện khô, hoặc với mực nước trong hố khoan được giữ ở mực nước dưới đất tự nhiên. ‰ Trong những trường hợp đó, cần chấp nhận một pượng pháp khoan kém hiệu quả hơn với bộ khoan đập cáp. ‰ Chẳng hạn, khi khoan qua sét quánh dưới nước có thể phải sử dụng choòng khoan và ống khoan hay là chấp nhận một phương pháp khác như khoan cơ khí. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 138 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan đập cáp nhẹ ‰ Khoan đập cáp nhẹ thích hợp với đất đá yếu. ‰ Kích thước ống chống lỗ khoan và mũi khoan thường là 150mm, 200mm, 250mm và 300mm, khoan được tới độ sâu lớn nhất chừng 60m trong địa tầng thích hợp. ‰ Bộ khoan này có thể có một cơ cấu thủy lực để điều khiển một bộ gá khi cần khoan xoay dùng cho việc lấy lõi đá. ‰ Mũi khoan đập nhờ cáp tời để thực hiện động tác đập và gồm có choòng cắt sét dùng cho đất dính, mũi khoan thìa hoặc ống đóng dùng cho đất không dính, choòng để đập vỡ đá và những lớp cứng. ‰ Choòng cắt và ống múc lấy lên vật liệu đã bị phá huỷ nói chung là đủ đại diện, cho phép nhận biết địa tầng. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 139 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan đập cáp nhẹ ‰ Hiện nay ở nước ta còn có một số trường hợp cải tiến khoan đập cáp nhẹ trên thành một giàn khoan cơ động và gọn nhẹ hơn. ‰ Sợi cáp đập được chuyển đổi thành một sợi chắc mềm, phanh hãm và thả bộ dụng cụ qua một cơ cấu tang tời phụ. ‰ Bộ dụng cụ được nâng lên khỏi đáy giếng khoảng từ 15-25mm tùy theo độ cứng của đất và tần số đập thay đổi 60-80 lần/phút. ‰ Mỗi lần đập cần khoan được xoay đi một góc từ 100 -150 nhờ xoay tay kha mút kẹp cần. Làm sạch mùn khoan trên đáy bằng bơm dung dịch kiểu piston tác dụng kép. ‰ Phương pháp này có thể khoan tới độ sâu 50m trong đất đá cấp III và năng suất khoan đạt 2-3m/giờ trong đất đá này. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 140 BM. KHOAN & KHAI THÁC 3. Khoan guồng xoắn ‰ Khoan guồng xoắn thường sử dụng lưỡi khoan cánh xoắn liên tục có chuôi rỗng (lưỡi khoan ruột gà). Chúng thích hợp để khoan xoắn vào đất dính. ‰ Khi khoan, đoạn chuôi rỗng được nút lại tại đầu dưới. Nút này có thể tháo ra để hạ ống lấy mẫu xuống qua lòng chuôi và ấn vào đất bên dưới mũi khoan. ‰ Việc sử dụng lưỡi khoan có chuôi rỗng trong đất không dính thường gặp khó khăn là làm thế nào ngăn cản vật liệu chui vào đoạn chuôi rỗng khi tháo nút ra. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 141 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan guồng xoắn ‰ Khi gặp đá, nó có thể trở thành khoan lấy lõi cũng nhờ đoạn chuôi rỗng đó. Thông thường, lưỡi khoan xoắn có chuôi rỗng đường kính khoảng 75mm và 125mm sẽ tạo ra lỗ khoan đường kính chừng 150mm và 250mm tương ứng, tới độ sâu 30m đến 50m. ‰ Khoan cánh xoắn liên tục (khoan xoắn) đòi hỏi năng lượng cơ học và trọng lượng khá lớn, do đó thường được đặt trên một xe tải nặng. ‰ Những mảnh vụn khoan được đưa lên mặt đất nhờ cánh xoắn của lưỡi khoan, chỉ cho một hướng dẫn rất sơ bộ về độ sâu và đặc tính của địa tầng. ‰ Có thể giám định chính xác từng khoảng địa tầng không liên tục từ các mẫu khoan lấy được qua thân rỗng của lưỡi khoan. ‰ Ở địa tầng tự chống đỡ được, có thể dùng cần đặc và mũi khoan thích hợp. Mũi khoan được kéo lên mặt đất mỗi khi cần moi đất đá ra. Có thể tiến hành lấy mẫu đóng và thí nghiệm trong lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 142 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Khoan xoay máy ‰ Các máy khoan xoay sử dụng trong khoan khảo sát công trình thường là cỡ nhỏ với sức nâng của tời từ 1-2 tấn, độ sâu lỗ khoan tối đa là 100m. ‰ Về cơ bản, thiết bị và dụng cụ ở phương pháp khoan xoay này giống các phương pháp khoan xoay thăm dò khoáng sản cứng và khoan thăm dò-khai thác nước nhưng kích thước và qui mô nhỏ hơn. ‰ Một điều đặc biệt nữa là các thiết bị khoan khảo sát địa chất công trình chỉ sử dụng loại điều áp thủy lực và mâm cặp, trục spindel. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 143 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Khoan xoay máy ‰ Các thiết bị loại này thường gặp ở Việt nam là XJ-100 (Trung quốc), ZuΦ 75, 150 (Liên xô), CANO (Japan), Longer (USA) . . ‰ Lưỡi khoan trong phương pháp khoan xoay máy sử dụng giống như khoan thăm dò khoáng sản. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 144 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan xoay máy ‰ Trong đất đá mềm, bở rời sử dụng các loại choòng để phá toàn đáy như các choòng 2 cánh kiểu đuôi cá, choòng 2 cánh có gắn hợp kim chống mài mòn. ‰ Dung dịch khoan được sử dụng là dung dịch nước thiên nhiên trộn với đất sét khi khoan qua các địa tầng còn gọi là dung dịch sét tự nhiên. Nó ít làm biến đổi tính chất của mẫu đất và các địa tầng khoan. ‰ Những trường hợp đặc biệt khi khoan qua các địa tầng bở rời, cát chảy có thể cho phép khoan xoay bằng dung dịch sét nhân tạo để khống chế sập lỡ thành lỗ khoan, nhưng sử dụng dung dịch loãng có độ nhớt và tỷ trọng càng nhỏ càng tốt. ‰ Khi cần đóng mẫu nguyên dạng cũng dùng các bộ ống mẫu theo quy phạm sẽ trình bày ở các phần dưới. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 145 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.3 Lấy mẫu đất ‰ Các nguyên tắc chung ‰ Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu ‰ Chất lượng mẫu ‰ Các mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào ‰ Ống lấy mẫu hở ‰ Ống lấy mẫu thành mỏng ‰ Ống lấy mẫu hở đường kính 100mm ‰ Ống mẫu tách dùng cho thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ‰ Mẫu lõi khoan xoay Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 146 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các nguyên tắc chung ‰ Việc chọn kĩ thuật lấy mẫu phụ thuộc vào chất lượng mẫu yêu cầu và đặc điểm của đất, đặt biệt là mức độ đất bị phá hoại do quá trình lấy mẫu. ‰ Cần nhớ rằng tính chất của đất nguyên trạng tại hiện trường thường bị chi phối bởi sự hiện diện bởi những chổ yếu và những gián đoạn. ‰ Do đó có thể có những mẫu tốt nhưng không đại diện cho đất nguyên trạng. Trong việc chọn phương pháp lấy mẫu phải xác định rõ đó là để xác định tính chất của đất nguyên trạng (trong khối) hay là các tính chất của vật liệu đất nguyên vẹn. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 147 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu a. Lấy mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào trong quá trình khoan b. Lấy mẫu đóng, trong đó một ống hoặc ống mẫu tách đôi có mép cắt sắt ở mút dưới được ấn vào đất bằng lực ép tĩnh hoặc bằng va đập động. c. Lấy mẫu xoay – trong đó ống với bộ phận cắt ở mút dưới sẽ xoay vào đất, do đó tạo ra mẫu lõi. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 148 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu ‰ Các mẫu lấy được bằng kĩ thuật b, c thường là đủ nguyện vẹn để có thể xem xét kiến trúc của đất nền bên trong mẫu. ‰ Chất lượng của những mẫu như vậy có thể thay đổi nhiều, tùy theo kĩ thuật và những điều kiện đất và thường cho thấy một mức độ phá hoại nhất định. ‰ Các mẫu nguyên vẹn bằng kĩ thuật b, c thường được lấy theo hướng thẳng đứng, nhưng có thể lấy theo hướng đặc biệt để khảo sát những đặc điểm riêng. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 149 BM. KHOAN & KHAI THÁC Chất lượng mẫu ‰ Quy trình lấy mẫu phải được lựa chọn trên cơ sở chất lượng mẫu được yêu cầu và sẽ được đánh giá phần lớn theo mức độ thích hợp của mẫu cho các thí nghiệm trong phòng tương ứng. ‰ Một phân loại mẫu đất đề xuất ở Đức đã cung cấp một cơ sở hữu ích cho phân loại các mẫu theo chất lượng. Chất lượng Các tính chất có thể xác định được đủ độ tin cậy Loại 1 Phân loại, độ ẩm, dung trọng, độ bền, biến dạng và các đặc trưng cố kết Loại 2 Phân loại, độ ẩm, dung trọng Loại 3 Phân loại, độ ẩm Loại 4 Phân loại Loại 5 Không (trừ thứ tự các tầng) Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 150 BM. KHOAN & KHAI THÁC Chất lượng mẫu ‰ Những thí nghiệm phân loại trong phòng chỉ phù hợp với đất còn phân loại chất lượng có thể áp dụng cho các mẫu đá khi xét về các tính chất khác. ‰ Trong một số trường hợp dù sử dụng phương pháp nào để lấy mẫu cũng chỉ có thể lấy được mẫu bị phá hoại ít nhiều. Tức là tốt nhất chỉ là loại 2. ‰ Kết quả thí nghiệm về độ bền và tính nén lún tiến hành trên những mẫu đó phải được xử lí thận trọng. Các mẫu thuộc các loại 3, 4 và 5 nói chung được coi như “mẫu phá hoại”. ‰ Điều này cần xem xét tiếp trong việc lựa chọn các qui trình để lấy mẫu loại 1 là kích thước của mẫu. Điều này được xác định phần lớn bởi kiến trúc của đất đá mà đối với riêng đất, thường hay gọi là “kết cấu”. ‰ Khi đất có những gián đoạn định hướng bất kỳ, chẳng hạn như trong đất là sét thì đường kính mẫu hoặc bề rộng mẫu càng lớn so với khoảng cách giữa các gián đoạn càng tốt. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 151 BM. KHOAN & KHAI THÁC Chất lượng mẫu ‰ Nói cách khác khi đất đá chứa những gián đoạn có định hướng rõ rệt, chẳng hạn như các nứt nẽ trong đá, có thể cần lấy các mẫu có định hướng đặc biệt. ‰ Đối với đất mịn đồng nhất và đẳng hướng, có thể sử dụng mẫu có đường kính nhỏ tới 35mm. Tuy nhiên thường thì các mẫu đường kính 100mm hay được sử dụng hơn, ví kết quả thí nghiệm trong phòng lúc đó có thể đại diện cho khối đất. Trong những trường hợp đặc biệt, các mẫu có đường kinh 150mm và 200mm cũng được sử dụng. ‰ BS 1377 và BS 1924 đưa ra những chi tiết chính xác về khối lượng mẫu cho mỗi mẫu thí nghiệm. Khi biết số lượng áng chừng các thí nghiệm, thật dể ước lượng tổng lượng đất cần lấy. ‰ Khi chưa biết chương trình thí nghiệm trong phòng, bảng 1 đưa ra chỉ dẫn về tổng lượng đất phải lấy cho mỗi loạt thí nghiệm. Nơi cần nghiên cứu vật liệu tại chỗ, những chi tiết về kích thước mẫu cần thiết được nêu ở BS 812: phần 1. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 152 BM. KHOAN & KHAI THÁC Chất lượng mẫu ‰ Bảng 1: Khối lượng mẫu đất cần thiết cho một số thí nghiệm trong phòng Mục đích của mẫu Loại đất Giám định đất kể cả các giới Sét, bụi, cát hạn Atterberg; phân tích rây; Sỏi nhỏ và vừa các thí nghiệm độ ẩm và Sỏi to hàm lượng sunfat Tất cả các loại đất Thí nghiệm đầm chặt Nghiên cứu toàn diện vật liệu xây dựng, kể cả gia cố đất Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác Khối lượng mẫu cần thiết 1kg 5kg 30kg 25kg đến 60kg Sét, bụi, cát 100kg Sỏi nhỏ và vừa 130kg Sỏi to 160kg 153 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào ‰ Chất lượng mẫu phụ thuộc vào kĩ thuật khoan. Khi các mẫu phá hoại đươc lấy từ dưới nước trong lỗ khoan thì có nguy cơ là các mẫu có thể không đại diện thực sự cho loại trầm tích. ‰ Đặc biệt là trường hợp đất không dính, chứa những hạt mịn có khuynh hướng bị nước rửa làm trôi mất khỏi dụng cụ. Điều này có thể khắc phục được một phần bằng cách đặt toàn bộ những gì chứa trong dụng cụ vào trong một thùng nước và để các hạt mịn lắng xuống trước khi gạn nước. ‰ Các loại mẫu sau đây nói chung có thể mong đợi từ một số phương pháp khoan: ™ Các mẫu phá hoại từ các lỗ khoan thô dùng thiết bị đập cáp hoặc bằng mũi khoan xoay. ™ Các mẫu phá hoại lấy được từ lỗ khoan dùng thiết bị đập cáp hoặc bằng mũi xoay trong điều kiện có nước. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 154 BM. KHOAN & KHAI THÁC Các mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào ™ Các mẫu phá hoại trong đất không dính từ một lỗ khoan bất kì, bằng phương pháp khoan mà trong đó vật liệu vụn (mùn khoan) do khoan được bơm rửa ra ngoài lỗ khoan, chẳng hạn như khoan xoay, khoan rửa. ‰ Khối lượng mẫu cần thiết cho các mục đích được xác định bởi đặc điểm của đất và các thí nghiệm phải làm Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 155 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu hở ‰ Dụng cụ lấy mẫu ống hở gồm chủ yếu một ống hở tại một đầu và đầu kia lắp các phương tiện để gá cần khoan. Một van chống hồi lưu cho phép thoát không khí hoặc nước khi mẫu lọt vào trong ống và giúp cho việc giữ mẫu khi nâng dụng cụ lên khỏi đất. ‰ Hình 2.1 giới thiệu những chi tiết cơ bản của dụng cụ lấy mẫu thích hợp cho sử dụng chung – gồm một ống mẫu đơn và một đế cắt đơn giản. Việc sử dụng ổ cắm (khớp nối) và bộ phận giữ mẫu được đề cập ở phần sau. Một loại ống mẫu khác thì có kèm theo một ống lót bên trong tháo lắp được. ‰ Yêu cầu cơ bản của một dụng cụ lấy mẫu là khi được ấn vào đất, nó nhào nặn và phá hoại đất càng ít càng tốt. ‰ Mức độ phá hoại được kiểm soát bởi ba đặc điểm của thiết kế:để cắt, ma sát thành bên trong và van chống hồi lưu (van một chiều). Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 156 BM. KHOAN & KHAI THÁC Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 157 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu hở ‰ Quy trình lấy mẫu theo những bước sau: 1. Trước khi lấy mẫu, đáy lỗ khoan hoặc bề mặt hố đào mặt lò phải được dọn thật sạch vật liệu đã trở nên kém chặt hay bị phá hoại. 2. Một phần hoặc toàn bộ vật liệu bị tơi xốp hoặc bị phá hoại sẽ đi vào khoảng không ở bên trên của ống đóng mẫu. 3. Ở dưới mực nước ngầm thì một số loại đất bị phân phiến, phân bố ở dưới lỗ khoan hoặc hố đào có thể bị phá hoại, nếu áp lực nước tự nhiên trong đất phân phiến vượt quá áp lực của nước trong lỗ khoan hoặc hố đào. 4. Để ngăn ngừa hiệu ứng này, cần phải giữ mực nước trong lỗ khoan cao hơn mực nước dưới đất tương ứng tại vị trí của mẫu. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 158 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu hở 5. Ống mẫu có thể được đóng vào trong đất bằng phương thúc động – dùng quả tạ rơi hoặc búa trượt, hoặc bằng lực ép tĩnh liên tục – dùng kích thủy lực, khối ròng rọc và dây. 6. Một số bằng chứng đã công bố cho thấy các quy trình đóng động hay tĩnh sẽ gây ra phá hoại mẫu ít hơn; và đối với phần lớn điều kiện đất có lẽ không có sự khác nhau đáng kể. Lực đóng cho mỗi mẫu có thể được ghi lại để làm chứng chỉ về độ sệt của đất. 7. Khoảng tiến sâu của dụng cụ khi đóng phải được kiểm soát và ghi lại, vì tiến xa thì đất sẽ bị nén trong ống mẫu. Một dụng cụ lấy mẫu khoảng không “đóng quá” – xem hình, cho phép ống mẫu đựng đầy mà không nguy cơ làm hư hỏng mẫu. 8. Sau khi đóng phải kéo đều ống mẫu lên. Ghi chiều dài của mẫu đã lấy được, so sánh với chiều dài của mẫu trong dụng cụ và lượng chênh lệch phát hiện. Chẳng hạn nếu chiều dài của mẫu nhỏ hơn so với chiều dài đã đóng, thì mẫu đã bị nén ít nhiều hoặc dụng cụ lấy mẫu đã để cho mẫu trượt ra ngoài khi dụng cụ được kéo lên. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 159 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu thành mỏng ‰ Các ống mẫu thành mỏng được sử dụng cho các loại đất đặc biệt nhạy với sự phá hoại do lấy mẫu; nó gồm một ống thép thành mỏng và ở phía dưới được tiện thành lưỡi cắt với khoảng hở trong nhỏ. ‰ Tỉ số diện tích khoảng 10%. Những ống mẫu như vậy chỉ thích hợp từ đất mịn cho đến độ sệt quánh và không có các hạt lớn. Chúng thường cho mẫu loại 1 trong tất cả các đất dính mịn, kể cả sét nhảy, miễn là đất không bị phá hoại do việc khoan lỗ. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 160 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu thành mỏng ‰ Thường nhận được càc mẫu có đường kính giữa 75mm và 100mm; các mẫu có đường kính tới 250mm được lấy cho các mục đích riêng. ‰ Cần nhận xét rằng sẽ xảy ra sự phá hoại ở đáy lỗ khoan trong đất yếu, dưới một độ sâu nào đó, do sự giải phóng ứng suất. Vì vậy người ta thích lấy mẫu pittông thâm nhập thật sâu xuống bên dưới đáy lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 161 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu hở đường kính 100mm ‰ Dùng cho mục đích chung. Ống mẫu hở đường kính 100mm là dụng cụ lấy mẫu hay dùng với khoan đập cáp và có thể dùng trong các loại đất dính, trong đá yếu. Chẳng hạn như đá phấn và đá macnơ Keuper đã bị phong hóa. ‰ Trong đất dính hạt mịn, không nhạy có độ sệt quánh hoặc thấp hơn, thiết bị có thể cung cấp được mẫu loại 1, hoặc có nhiều khả năng hơn – mẫu loại 2. ‰ Trong sét chảy, có thể lấy được mẫu loại 2. ‰ Trong vật liệu dòn hoặc nứt nẻ dày, như mốt số đá yếu và sét cứng, cũng như vật liệu đá thì ống mẫu lấy được mẫu loại 3; vì việc lấy mẫu gây ra phá hoại trong những vật liệu này, nên chất lượng mẫu sẽ giảm từ loại 3 đến loại 4, nếu có đổ nước vào lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 162 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống lấy mẫu hở đường kính 100mm ‰ Thiết bị lấy mẫu minh họa gồm có một ống mẫu, dài khoảng 450mm, với một mũi cắt vát vào bằng ren và một đầu đóng. Tỉ số diện tích khoảng 30%. Các ống mẫu có thể nối với nhau bằng các vòng nối để tạo nên một dụng cụ lấy mẫu dài hơn. ‰ Hai ống mẫu tiêu chuẩn sẽ tạo nên một ống mẫu khoảng 1m, thường được sử dụng để lấy mẫu sét yếu; tuy nhiên sự tăng chiều dài có thể gây ra phá hoại mẫu ít nhiều. ‰ Trong những đất có lực dính thấp như bụi hoặc cát mịn lẫn bụi, mẫu có thể bị rơi ra khi kéo dụng cụ từ đất lên. Việc thu mẫu có thể được cải thiện bằng cách thêm vào một lượng chi tiết giữ lõi giữ mép cắt và ống mẫu như nêu ở hình 2.1. Khi dùng chi tiết giữ lõi, chất lượng mẫu không tốt hơn loại 3. ‰ Các ống mẫu nhỏ hơn (khoảng 50mm hoặc 75mm) có thể được dùng, nếu việc sử dung ống mẫu 100mm gặp trở ngại, hoặc do kích thước lỗ khoan. Các ống mẫu nhỏ hơn cũng được thiết kế tương tự, ngoại trừ chân cắt không tháo ra được. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 163 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ống mẫu tách dùng cho thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ‰ Ống mẫu tách được dùng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn và được mô tả trong thí nghiệm 19 của BS 1377. ‰ Lấy mẫu đường kính 35mm và có tỉ số diện tích khoảng 100%. ‰ Được sử dụng để lấy các mẫu nhỏ, nhất là dưới những điều kiện cản trở việc sử dụng ống mẫu 100mm phổ thông và cho phép lấy được các mẫu loại 3 hhoặc loại 4. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 164 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu lõi khoan xoay ‰ Các mẫu có được bằng cách khoan lấy lõi theo quy trình nêu trên. Chất lượng mẫu có thể biến đổi đáng kể theo các đặc trưng của đất nền và kiểu thiết bị lấy lõi đã dùng. Kích thước ống lõi và kích thước lõi được liệt kê thành bảng. ‰ Trong hầu hết các đá, lõi thích hợp sẽ nhận được bằng cách dùng ống lõi kép có khớp khuyên, với lõi có kích thước không nhỏ hơn khoảng 70mm đướng kính. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 165 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu lõi khoan xoay ‰ Việc giảm cỡ lõi tới 55mm đường kính, có thể thích hợp trong đá nguyên trạng và sự tăng lõi tới khoảng từ 100mm và 150mm đường kính, bao giờ cùng mang lại kết quả tốt hơn trong đá yếu, bị phong hóa hoặc nứt nẻ. ‰ Trong đá yếu, phong hóa hoặc nứt nẻ lõi tốt nhất có thể nhận được bằng cách dùng ống lõi ba, trong đó ống trong sẽ chứa một ống mẫu tháo lắp được hoặc ống lót. ‰ Ống lót có thể làm bằng nhiều loại vật liệu. Các loại hình ống lót bao gồm: ống tách, ống kim loại không có đường nối và ống lót bằng chất dẻo, cả cứng và mềm. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 166 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.4 Bảo quản và ghi nhãn mẫu ‰ Khái quát ‰ Ghi nhãn ‰ Mẫu đất không nguyên trạng và mẫu thử nhỏ từ đá ‰ Mẫu lấy bằng ống ‰ Lấy lõi khoan xoay và bảo quản Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 167 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khái quát ‰ Các mẫu đã tốn kém một số tiền đáng kể mới lấy dược nên phải xử lý thật thận trọng. Tính hữu ích của kết quả thí nghiệm trong phòng phụ thuộc vào chất lượng mẫu ở thời điểm thí nghiệm. ‰ Do vậy điều quan trọng là thiết lập một quy trình thuận tiện để bảo quản và ghi nhãn cho mẫu, cũng như để bảo quản vả chuyên chở sao cho chúng không bị hư hỏng và có thể dể nhận biết, để lấy ra từ kho mẫu khi cần. ‰ Các mẫu phải được che chở khỏi sương giá làm hỏng chúng, khỏi bị nung nóng và chịu biến thiên nhiệt độ quá mức – có thể làm hỏng vật liệu bọc mẫu, đựng mẫu và làm hư hỏng thêm mẫu. ‰ Nhiệt độ nơi cất mẫu sẽ chịu ảnh hưởng của khí hậu, nhưng có kiến nghị rằng mẫu phải được cất giữ ở nhiệt độ thấp nhất thực tế có thể được, là trong khoảng 2oC đến 45oC. Dao động nhiệt độ trong kho không vượt quá 20oC. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 168 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ghi nhãn ‰ Tất cả các mẫu phải được ghi nhãn ngay sau khi lấy khỏi lỗ khoan hoặc hố đào. ‰ Nếu chúng được bảo quản ở độ ẩm tự nhiên, chúng cần đồng thời, được giữ trong hộp kín khí, hoặc được bọc trong sáp. ‰ Nhãn phải được nêu tất cả những thông tin cần thiết về mẫu, và vần có một bản sao thêm được lưu giữ riêng tách khỏi mẫu; bản này được kèm và báo cáo hiện trường hằng ngày. ‰ Nhãn được làm dấu bằng mực không tẩy được và đủ bền khi ảnh hưởng của môi trường và vận chuyển mẫu. ‰ Bản thân mẫu phải có hơn 1 nhãn hoặc những phương tiện khác để xác định, sao cho có thể nhận ra mẫu nếu 1 nhãn bị hỏng. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 169 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ghi nhãn ‰ Nhãn mẫu điển hình thích hợp cho những mẫu không định hướng được nêu ở hình sau. ‰ Các tờ được đánh số theo từng loạt và đóng thành quyển có 2 liên. ‰ Mỗi tờ có một phần có thể xé được theo một đường đục lỗ và được dùng làm nhãn, phần còn lại củng xé ra được, mang số loạt của nhãn và có thể được đính vào như một phương tiện riêng để nhận biết. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 170 BM. KHOAN & KHAI THÁC Ghi nhãn GHI CHÉP MẪU No 1234 Vị trí…………………………ngày………tháng……..năm………. Lỗ khoan……………………..đường kính ngoài tại mặt đất Vị trí lấy mẫu, từ No 1234 …………………………………………………………đến ………………………………………………………….dưới mặt đất Hộp đựng số……………………………Kiểu loại mẫu Nhận xét No 1234 Kí tên Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 171 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu đất không nguyên trạng và mẫu thử nhỏ từ đá ‰ Những nơi cần có mẫu thử nhỏ để thí nghiệm, hoặc nơi cần bảo quản mẫu một thời gian dài trong điều kiện tốt cần xử lí mẫu như sau: ™ Ngay sau khi lấy từ hố khoan hoặc hố đào, mẫu phải được để trong hộp không bị ăn mòn, bền, có khối lượng ít nhất 0,5kg, trong đó mẫu choán gần hết chỉ còn khoảng trống tối thiểu chứa không khí. ™ Hộp đựng phải có nắp đóng kín hoặc gắn kín, sao cho độ ẩm tự nhiên của mẫu vẫn giữ được hoặc đến khi thí nghiệm trong phòng. ™ Đối với mẫu đá có một cách thay thế là bọc mẫu trong một lớp sáp. Loại parafin vi tinh thể hay được dùng, vì nó ít bị khô ngót và nứt. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 172 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu đất không nguyên trạng và mẫu thử nhỏ từ đá ™ Các mẫu không nguyên dạng lớn hơn, cần cho một số thí nghiệm trong phòng thì có kệ đựng trong các hộp hoặc túi chất đẽo chắc chắn. ™ Hộp đựng mẫu được đánh số và tờ phiếu mẫu nhỏ xé ra hoặc nhãn mẫu phải được cho ngay vào hộp, ngay dưới nắp. Một nhãn giống hệt phải được dán cẩn thận bên ngoài hộp dưới lớp bọc cách nước (sáp hoặc chất dẻo). ™ Các hộp đựng phải được đóng gói cẩn thận để đề phòng hư hỏng trong quá trình chuyên chở. ™ Trong khoảng thời gian mẫu để ở hiện trường hoạc trên đường vận chuyển đến kho, chúng phải được cách li chống sương và chống bị nung nóng quá mức. ™ Đối với mẫu đá nhỏ, số hiệu mẫu phải ghi bằng sơn ngay trên bề mặt mẫu hoặc gắn một nhãn. Sau đó mẫu phải được bọc trong vài tờ giấy và đựng trong một hòm gỗ. Nên đặt trong giấy bọc một nhãn. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 173 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu lấy bằng ống ‰ Những khiến nghị sau đây có thể áp dụng cho tất cả các mẫu lấy bằng ống trừ những loại được lấy bằng ống thành dày. ‰ Những điều cần thận trọng về giữ và bảo quản mẫu phải được tuân thủ như những yêu cầu tối thiểu đồi với các mẫu được lấy bằng các phương pháp thông thường. ‰ Trong những trường hợp đặt biệt có thể cần phải có biện pháp phòng ngừa tỉ mỉ hơn. ‰ Đối với những mẫu được giữ trong ống hoặc ống lót phải tuân theo qui trình: ngay sau khi mẫu khoan hoặc đào được lấy ra phải gọt bỏ các đầu mút (chừng 25mm) và mọi phần đất bị phá hoại ở đầu ống mẫu. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 174 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu lấy bằng ống ‰ Sau đó phải bọc vài lớp sáp nóng chảy, tốt nhất là sáp vi tinh, đặt ở mỗi đầu một mút dày khoảng 25mm. Sáp nung chảy càng nguội càng tốt. Điều chủ yếu là thành ống phải sạch và không dính đất. ‰ Nếu mẫu rất xốp, nên đặt trước một tờ giấy sáp lên các đầu mẫu. Mọi khoảng trống còn lại giữa đầu mút ống, hoặc ống lót và sáp phải được nhét chặt bằng vật liệu ít bị nén lún hơn mẫu và không có khả năng hút nước từ mẫu; rồi đậy một tám nắp kín khít hoặc vặn chặt mũ có ren tại mỗi đầu ống đựng hoặc ống lót. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 175 BM. KHOAN & KHAI THÁC Mẫu lấy bằng ống ‰ Đối với những mẫu khác phải tuân theo quy trình sau: các mẫu không được giữ trong ống – phải được bọc toàn bộ bằng một số lớp parafin nóng chảy, tốt nhất là loại sáp vi tinh, ngay sau khi gỡ khỏi dụng cụ lấy mẫu; rồi sau đó phải nhét chặt bằng vật liệu thích hợp vào hộp đựng bằng kim loại hoặc chất dẽo. ‰ Nắp hộp đựng phải được giữ chặt bằng băng dính. Nếu mẫu rất xốp cần phủ nó bằng giấy sáp trước khi dùng sáp chảy. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 176 BM. KHOAN & KHAI THÁC Lấy lõi khoan xoay và bảo quản ‰ Sau khi ống đựng lõi mẫu kéo lên mặt đất phải cố gắng giữ gìn lõi. Đảm bảo sao cho chất lượng lõi được giữ càng gần giống trạng thái tự nhiên càng tốt, cho đến khi mẫu được đi lưu kho chính thức. ‰ Ngoại trừ những trường hợp đá nguyên khối và tương đối bền chắc, còn thì lõi hầu như không thể tránh khỏi bị phá hoại khi được tháo ra từ ống mẫu đã giữ ở vị trí thẳng đứng, rồi đem đặt vào hộp. ‰ Ống mẫu phải được giữ ở vị trí nằm ngang rồi đùn lõi ra, vào một khay, theo cách nào để nó vẫn tiếp tục có chỗ tựa. Khi đẩy lõi ra tốt nhất là theo cùng hướng như khi nó đã chui vào ống. ‰ Thiết bị đẩy lõi ra nên là kiểu pittông, tốt nhất là kiểu vận hành bằng cơ khí, bởi vì kiểu đẩy bằng áp lực nước có thể làm cho nước tiếp xúc với lõi và làm hỏng nó do ứng suất đột biến. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 177 BM. KHOAN & KHAI THÁC Lấy lõi khoan xoay và bảo quản ‰ Cần nhận xét rằng trong những đá yếu, bị phong hóa hoặc nứt nẻ, việc đẩy lõi ra có thể dẫn tới phá vỡ lõi dù có làm cẩn thận đi chăng nữa. ‰ Khi lấy lõi ra khỏi ống và sắp xếp vào hộp, phải thận trọng đặc biệt là phải đảm bảo cho mẫu không bị đảo lộn đầu này thành đầu kia, mà nằm đúng như trong vị trí đầu tiên. ‰ Các độ sâu từ dưới mặt đất phải được ghi bằng dấu không tẩy xóa được, trên các tấm ngăn nhỏ có kích thước bằng đường kính lõi, và được xen vào giữa các đoạn lõi lấy từ các hiệp liên tiếp. ‰ Ở chổ không lấy được lõi hoặc đã lấy đi các mẫu thử nhỏ từ lõi để dùng cho mục đích khác thì phải được chỉ rõ bằng những khối gián cách có chiều dài thích hợp. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 178 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.5 Các thí nghiệm trong hố khoan 1. Thí nghiệm cắt cánh (Van shear test) 2. Thí nghiệm SPT (Standard Penetration Test) 3. Thí nghiệm nén ngang (pressuremeter) Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 179 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Thí nghiệm cắt cánh (Van shear test) ‰ Chủ yếu áp dụng để xác định sức chống cắt của các đất loại sét mềm có độ sệt không ổn định (bùn, than bùn, sét mềm...) và đất loại cát hạt mịn bão hòa nước, kết cấu xốp, bằng cách đo moment xoắn tối đa cần thiết để làm xoay một dụng cụ 4 cánh được ấn ngập trong đất. ‰ Trình tự tiến hành ™ Đưa dụng cụ cắt tới điểm cần thí nghiệm trong hố khoan, cách cắt được ấn xuống khoảng 0,5m. Cho cần chuyển động quay với tốc độ 0,1 °/s. Đo moment xoắn. Khi cánh cắt quay được tiến hành quan trắc số đọc góc quay của cánh và moment xoắn. Đầu tiên giá trị moment xoắn tăng lên, cứ qua 1 - 2° ta tiến hành quan trắc. ™ Giá trị moment xoắn đạt giá trị cực đại ứng với lúc đất ở thế nằm tự nhiên. Sau khi đất bị cắt theo mặt trục thì moment xoắn giảm xuống. Điều này tương ứng với giá trị cực tiểu của sức chống cắt. Tiếp tục quay cho đến khi số đọc moment xoắn ấn định. Ghi kết quả quan trắc và biểu diễn dưới dạng đồ thị. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 180 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thí nghiệm cắt cánh (Van shear test) ‰ Ứng dụng ™ Nó cho một khái niệm chính xác về lực dính không thoát nước ở áp lực tự nhiên của các loại đất sét mềm cần thiết trong việc tính toán ổn định bờ dốc và đất đắp trên nền chịu lún. ™ Tuy nhiên, nếu các lớp đất không đồng nhất chỉ cần chứa một lớp mỏng cát hoặc bụi chặt thì moment xoắn không chính xác. ™ Ngoài ra sự hiện diện của rễ cây trong các lớp đất hữu cơ, hoặc các mảnh vụn cũng có thể dẫn tới sự sai lệch kết quả. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 181 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Thí nghiệm SPT (Standard Penetration Test) ‰ Là một phương pháp được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên toàn thế giới để xác định các tính chất cơ lý của đất đá. ‰ Thí nghiệm SPT đã được tiêu chuẩn hóa bởi ASTM (D1586) "American Society for Testing and Materials". 1. Ống mẫu chuẩn. 2. Búa: trọng lượng búa là 63,5 1 ± 1 kg 3. Cần dẫn búa: được sử dụng để định hướng cho búa khi nâng lên và hạ xuống. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 182 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thí nghiệm SPT ‰ Tiến hành thí nghiệm: ™ Thí nghiệm SPT thường được tiến hành trong hố khoan ngay sau khi thực hiện các thao tác lấy mẫu hoặc làm sạch lỗ khoan. ‰ Trình tự thí nghiệm như sau : ™ Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm ™ Đánh dấu trên cần khoan ba đoạn liên tục với chiều dài mỗi đoạn là 15cm. ™ Búa nặng 63,5 kg được thả rơi tự do với khoảng cách 75cm. ™ Đếm số búa đóng được sau khi xuyên ngập mỗi hiệp 15cm. ™ Số búa của hai hiệp sau được gọi là sức kháng xuyên tiêu chuẩn hoặc "Nvalue". Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 183 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thí nghiệm SPT ‰ Thí nghiệm SPT sẽ được dừng lại khi một trong những điều kiện sau xảy ra : ™ Tổng số búa đóng trong một hiệp > 50 búa. ™ Đã đóng được 100 búa. ™ Ống mẫu không dịch chuyển khi đã đóng 10 búa liên tục. ™ Ống mẫu xuyên đủ 45 cm và không vi phạm một trong các điều khoản trên. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 184 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thí nghiệm SPT ‰ Các nhân tố có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm SPT : ™ Lỗ khoan chưa được làm sạch hoàn toàn, các mùn khoan có thể bị giữ trong ống mẫu và bị nén khi đóng mẫu làm tăng số búa. ™ Không đặt mũi xuyên trên mẫu nguyên dạng. ™ Kết cấu tự nhiên của đất đá đã bị phá hủy do áp lực đáng kể của cột nước trong lỗ khoan hoặc do sử dụng bơm quá mạnh. ™ Búa không rơi tự do hoặc không sử dụng cần dẫn búa. ™ Sử dụng các đầu mũi không đúng tiêu chuẩn. ™ Sử dụng cần khoan nặng hơn tiêu chuẩn hoặc cần khoan quá dài. ™ Sử dụng các lỗ khoan đường kính quá lớn (D > 10cm). Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 185 BM. KHOAN & KHAI THÁC Thí nghiệm nén ngang (pressuremeter) ‰ Trong thí nghiệm nén ngang một thiết bị thăm dò dược đưa vào một buồng đo dưới đáy lỗ khoan, hoặc đưa trực tiếp vào lỗ khoan có kích thước thích hợp, rồi cho làm phình ra theo chiều ngang bằng không khí hoặc khí nén. ‰ Đo áp lực tác dụng và biến dạng tổng hợp, từ đó có thể biết được các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất nền. Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác 186 BM. KHOAN & KHAI THÁC III. ĐIỀU KIỆN THỰC TẬP VÀ CÁCH THỨC TỔ CHỨC ‰ Điều kiện thực tập: ƒ Máy khoan tay và máy khoan XJ ƒ Công trình khoan khảo sát địa chất công trình ƒ Xem video hướng dẫn thực tập khoan – khai thác ‰ Cách thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm thực tập khoan khảo sát ĐCCT ở: ƒ Mặt bằng khu C6 - Bách khoa TP.HCM ƒ Hoặc mặt bằng khu Linh trung - Đại học Quốc gia Tp. HCM ƒ Hoặc hiện trường khoan khảo sát địa chất công trình thực tế tại TP. HCM hay các tỉnh lân cận... Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 187 BM. KHOAN & KHAI THÁC BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC BÀI 3: KHOAN THĂM DÒ KHAI THÁC NƯỚC CBGD : ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG ThS. BÙI TỬ AN Bộ môn : Khoan và Khai thác Tel : 84-8-8654086 NỘI DUNG MÔN HỌC Bài 3: KHOAN THĂM DÒ KHAI THÁC NƯỚC I. Nội dung và yêu cầu thực tập II. Cơ sở lý thuyết 2.1. Phân loại giếng 2.2. Các phương pháp khoan 2.3. Các yêu cầu của giếng khoan thăm dò - khai thác nước 2.4. Công nghệ khoan, kết cấu giếng, mở vỉa, gọi dòng và bơm thí nghiệm III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 189 BM. KHOAN & KHAI THÁC I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Nội dung: ™ Tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước ™ Công tác chuẩn bị thi công giếng khoan ™ Địa tầng và cấu trúc giếng ™ Quy trình công nghệ thi công giếng khoan ™ Các phương pháp hoàn thiện giếng và gọi dòng sản phẩm ™ Các phương pháp bơm thí nghiệm và khai thác sản phẩm ™ Ghi chép số liệu tại hiện trường Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 190 BM. KHOAN & KHAI THÁC NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP ‰ Yêu cầu thực tập: ™ Ghi chép chung về buổi thực tập (ngày thực tập, địa điểm, đặc điểm công trình...) ™ Ghi chép về tổ chức đội khoan thăm dò khai thác nước ™ Tham gia, tìm hiểu công tác chuẩn bị trước khi khoan ™ Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ khoan thăm dò khai thác nước ™ Tham gia, tìm hiểu và báo cáo quy trình thi công giếng khoan ™ Tham gia, tìm hiểu và báo cáo về các công tác bơm thí nghiệm và khai thác sản phẩm ™ Mô tả cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan tại vị trí thực tập khoan thăm dò khai thác nước. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 191 BM. KHOAN & KHAI THÁC II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Phân loại giếng và các phương pháp khoan 2.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với giếng khoan 2.3. Công nghệ khoan 2.4. Tính toán sơ bộ về ống lọc 2.5 Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước 2.6 Trám giếng khoan Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 192 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.1. Phân loại giếng và các phương pháp khoan 1. Phân loại giếng khoan 2. Phương pháp khoan xoay - rửa thuận 3. Khoan xoay thổi khí 4. Khoan xoay rửa nghịch 5. Khoan đập cáp Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 193 BM. KHOAN & KHAI THÁC 1. Phân loại giếng khoan ‰ Tùy theo mục đích sử dụng có thể phân thành các kiểu giếng khoan thăm dò khai thác nước như sau: TT KIỂU GIẾNG ỨNG DỤNG 1 Tìm kiếm-đo vẽ bản đồ Tìm kiếm phục vụ cho công tác bản đồ tỉ lệ nhỏ 2 Thăm dò Dùng cho mục đích thăm dò nước 3 Thăm dò - khai thác Dùng cho việc thăm dò chi tiết và có thể chuyển sang mục đích khai thác được 4 Khai thác Khai thác nước 5 Tháo khô hoặc hạ thấp mực nước Sử dụng để tháo khô hoặc hạ thấp mực nước theo từng cấp phục vụ cho các công trình xây dựng hoặc khai khoáng 6 Quan trắc Dùng cho giai đoạn thăm dò và thăm dò- khai thác để đánh giá chất lượng và trữ lượng nước 7 Tăng áp Bơm ép tạo kho chứa ngầm hoặc các dòng chảy ngầm Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 194 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phân loại giếng khoan Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 195 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phân loại giếng khoan ‰ Tuy có nhiều khả năng ứng dụng trong nền kinh tế Quốc dân nhưng tất cả các giếng khoan địa chất thủy văn trên áp dụng các phương pháp khoan sau: ™ Khoan xoay - rửa thuận ™ Khoan xoay - thổi khí ™ Khoan xoay - rửa nghịch ™ Khoan đập cáp ‰ Ngoài ra người ta còn phân loại giếng khoan theo đường kính và theo độ sâu … Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 196 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2. Phương pháp khoan xoay - rửa thuận ‰ Bộ dụng cụ khoan tuần tự từ dưới lên bao gồm: ™ Lưỡi choòng khoan khoan hoặc (13) đến ống mẫu (nếu có) (12) ™ Đầu chuyển tiếp (11) ™ Cần khoan (9) (10) (có thể có cần nặng) ™ Và trên cùng là cần chủ đạo (7) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 197 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp khoan xoay - rửa thuận ‰ Rửa thuận: đây là một phương pháp rửa mùn khoan ở đáy lỗ khoan, đem mùn từ đáy lên khỏi mặt đất thông qua khoảng không vành xuyến giữa bên ngoài cần khoan và thành trong lỗ khoan. ‰ Như vậy đường đi của dung dịch như sau: nước rửa từ hố dung dịch hút qua ống (5) nhờ máy bơm piston sau đó đẩy qua ống cao áp (4), qua đầu xanhich (6), qua cần chủ đạo (7) và các cần khoan (9) qua ống mẫu (12) và lưỡi khoan (13) làm sạch mùn khoan ở đáy sinh trong khi khoan đem qua khoảng không vành xuyến và đi lên mặt đất qua các máng dẫn, hố lắng mùn và tràn về hố chứa dung dịch. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 198 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp khoan xoay - rửa thuận ‰ Phương pháp khoan xoay có rửa thường được sử dụng hai kiểu máy khoan là máy khoan có đầu mâm cặp điều khiển áp lực lên đáy bằng thủy lực (áp lực dầu ép) và quay cần chủ đạo nhờ mâm cặp này, kiểu máy khoan này thường là kiểu tĩnh tại đặt trên sắt xi và di chuyển nhờ vào cẩu và xe tải. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 199 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp khoan xoay - rửa thuận ‰ Loại máy khoan khác là kiểu roto, loại này không có mâm cặp mà thay bằng bàn roto, cần chủ đạo quay nhờ bàn roto này và điều khiển áp lực lên đáy lỗ khoan nhờ bộ phanh tời, hệ thống cáp và toàn bộ hệ cần. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 200 BM. KHOAN & KHAI THÁC Phương pháp khoan xoay - rửa thuận ‰ Như vậy trong khoan địa chất thủy văn thì phương pháp khoan xoay rửa thuận sử dụng các thiết bị khoan tĩnh tại và tự hành còn điều áp lên đáy giếng bằng hai kiểu: thủy lực (mâm cặp - trục spinden) và phanh tời - hệ cột cần khoan (khoan roto). ‰ Phương pháp khoan roto sử dụng trong khoan địa chất thủy văn phổ biến hơn vì có tốc độ khoan rất cao, có thể đạt tới 30m/h thuận lợi cho công đoạn mở vỉa và gọi dòng tránh được các sự cố sập lờ. ‰ Phương pháp điều áp thủy lực chỉ sử dụng cho các giếng có địa tầng đá cứng và rắn chắc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 201 BM. KHOAN & KHAI THÁC 3. Khoan xoay thổi khí ‰ Phương pháp này chỉ ứng dụng trong những vùng đất đá mềm, bở rời nhưng khô, bởi vậy phương pháp này tại Việt nam rất ít phổ biến cho khai thác nước mà chỉ phổ biến trong các vùng mỏ khoáng sản cứng. ‰ Về cơ bản, đường đi của khí nén cũng tuần tự như phương pháp khoan xoay rửa thuận nhưng có một điểm khác cơ bản là:không sử dụng dung dịch mà dùng khí nén áp suất cao nhờ máy nén khí. ‰ Kiểu cấu trúc choòng khoan cũng có phần khác để phù hợp với phương pháp khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 202 BM. KHOAN & KHAI THÁC 4. Khoan xoay rửa nghịch ‰ Khoan rửa nghịch hoàn toàn có ưu điểm đặc biệt khi khoan những giếng nước có đường kính lớn hơn 350-400mm. ‰ Trong khoan rửa nghịch, bộ dụng cụ khoan hoàn toàn tương tự như khoan rửa thuận nhưng thông thường cần khoan sử dụng kích thước lớn hơn, cụ thể đường kính thay đổi từ 114-219mm. ‰ Bơm dung dịch cũng sử dụng loại lưu lượng lớn hơn tùy thuộc vào đường kính và độ sâu giếng khoan thi công. ‰ Nước rửa được bơm nhờ bơm dung dịch đi từ máy bơm đến khoảng không vành xuyến tới đáy giếng làm sạch mùn khoan và đáy giếng, sau đó đi vào trong cột cần khoan và đi qua sàn rung tới hố chứa dung dịch. ‰ Như vậy chu trình đi của nước rửa nghịch ngược với trong trường hợp rửa thuận. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 203 BM. KHOAN & KHAI THÁC 5. Khoan đập cáp ‰ Khoan đập cáp hiện nay rất ít sử dụng vì nó đạt được tốc độ khoan thấp, hao tốn năng lượng, hay bị sự cố và chiều sâu giếng khoan bị hạn chế. ‰ Choòng khoan hoàn toàn khác với các phương pháp khoan xoay, tiết diện ngang của choòng có các hình chữ I, chữ thập, hình móng ngựa và mũi nhọn (pick). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 204 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan đập cáp ‰ Sự đập trong lỗ khoan được tạo ra nhờ máy khoan có các cơ cấu tay quay, thanh truyền chuyển động lệch tâm tạo ra các cú đập của choòng lên đáy (hình vẽ). ‰ Sau mỗi cú đập thì choòng tự xoay đi một góc cố định (khoảng 15 độ) theo chiều tùy theo chiều bện của cáp (cáp thuận và cáp nghịch). ‰ Như vậy tải trọng lên đáy nhờ vào sự rơi tự do của choòng từ trên độ cao nhất định cách đáy lỗ khoan (thường độ cao này trong khoảng 0,8-1,2m). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 205 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khoan đập cáp ‰ Tần số đập cũng quyết định đến tốc độ khoan, nếu đập nhanh quá sẽ dễ xảy ra hiện tượng rối cáp và nếu chậm quá sẽ không đạt năng suất cao. ‰ Khi đáy giếng khoan nhiều mùn thì tốc độ khoan sẽ chậm lại, người ta dùng tời kéo choòng lên và dùng tời khác thả ống múc xuống đáy múc mùn khoan cho sạch đáy. ‰ Như vậy tốc độ khoan được quyết định bởi trọng lượng choòng, chiều cao nâng choòng, tầng số đập và khả năng làm sạch đáy. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 206 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.2 Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước 1. Số lượng cột ống chống trong lỗ khoan cần giảm tới mức ít nhất, song phải bảo đảm cách ly tốt những tầng chứa nước không khai thác và gia cố tốt thành lỗ khoan. 2. Gia cố thành lỗ khoan thủy văn không cho phép ít hơn hai cột ống chống, trừ những lỗ khoan ống chống được trám xi măng suốt từ đáy lên tới miệng lỗ khoan. 3. Cần đặt đế của cột ống chống lên tầng đất đá không thấm nước, đế của cột ống khai thác trên tầng đất đá chứa nước. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 207 BM. KHOAN & KHAI THÁC Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước 4. Hiệu hai đường kính ống chống trong và ngoài liên tiếp nhau phải lớn hơn 100mm để bảo đảm trám xi măng quanh cột ống chống có chất lượng tốt. 5. Cột ống chống có thể lấy bớt khi trong lỗ khoan có gia cố lớn hơn 3 cột ống chống và kết quả sau khi lấy bớt cột ống chống không gây ảnh hưởng gì tới tầng chứa nước và thành lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 208 BM. KHOAN & KHAI THÁC Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước 6. Cột ống chống chỉ cho phép cắt bớt hoặc tháo bớt khi bảo đảm các tầng nước không được khai thác không chảy vào lỗ khoan, đất đá không rơi hoặc sập lở xuống lỗ khoan. Đầu trên đoạn cắt hoặc tháo của cột ống chống phải để lại cao hơn đế của cột ống chống tiếp nó một đoạn lớn hơn 5m. 7. Cấu trúc của loại ống lọc sử dụng phải phù hợp với tính chất của tầng đất đá chứa nước. Trong tầng chứa nước có tính ăn mòn, gây rỉ ống lọc phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn, chống rỉ v.v... Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 209 BM. KHOAN & KHAI THÁC Một số yêu cầu đối với giếng khoan khai thác nước 8. Đầu trên của đoạn ống nối phần chính ống lọc khi ống lọc đặt chìm trong lỗ khoan phải cao hơn đế ống chống một đoạn lớn hơn 3m; giữa ống chống và đoạn ống nối này phải nắp vòng đệm bịt kín (xem hình cơ cấu ống lọc) để tránh hiện tượng cát sỏi bị lọt vào làm ảnh hưởng tới độ phóng thích nước của tầng. Phần lắng của ống lọc phải có chiều dài lớn hơn 3m. 9. Chú ý khi ống lọc được nối với cột ống chống kéo suốt tới miệng lỗ khoan hay khi tầng đất đá chứa nước có độ nứt nẻ lớn thì không đòi hỏi phải có vòng đệm bịt kín. 10. Đường kính trong của ống khai thác phải lớn hơn đường kính ngoài của máy bơm khai thác ít nhất 40mm nếu máy bơm đặt chìm ở chiều sâu nhỏ hơn 30 - 100m nếu máy bơm đặt chìm ở độ sâu hơn 20m. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 210 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.3. Công nghệ khoan ‰ Khi khoan xoay rửa thuận hoặc nghịch thì tốc độ cơ học khoan được quyết định trực tiếp và gián tiếp bởi 3 thống số chế độ khoan như sau: 1. Tải trọng lên đáy P: thường tính bằng tấn hoặc kg, tải trọng lên đáy phụ thuộc vào đường kính giếng, độ cứng của đất đá, loại choòng, độ cứng vững của cột cần khoan. Thường tải trọng này được tính toán theo công thức sau: P = p.D P = p.k P: Tải trọng tác dụng lên đáy lỗ khoan(kg, tấn) p: Tải trọng đơn vị tính cho 1cm đường kính choòng hoặc một răng chính hoặc một cụm răng khi khoan lấy mẫu D: Đường kính choòng danh nghĩa (cm) k: Số răng chính hay số cụm răng của lưỡi khoan lấy mẫu Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 211 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ™ Khi tải trọng lên đáy tăng lên thì tốc độ cơ học khoan tăng lên nhưng phải đảm bảo điều kiện: P<[P], [P] là tải trọng cho phép của choòng trước khoan hoặc tải trọng cho phép của cột cần khoan. 2. Tốc độ quay n: tốc độ quay cột cần thường tính bằng vòng/phút, cũng tùy thuộc vào loại đất đá, đường kính lưỡi khoan, phương pháp khoan . . . có thể được tính toán theo công thức gần đúng hoặc tra bảng. 3. Lưu lượng nước rửa Q: lưu lượng nước rửa trong khoan rửa thuận thường tính bằng lit/phút hoặ m3/h được tính toán theo công thức sau: Q = F .V = π 4 .( D 2 − d 2 ).V ≈ 0,8.( D 2 − d 2 ).V (m3 / h) ™ Q: Lưu lượng bơm (m3/h), F: Diện tích vành khăn giữa thành giếng khoan D(m) và đường kính ngoài cột cần khoan d(m), Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 212 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ™ V: Tốc độ đi lên của dung dịch ờ khoảng không vành xuyến (m/s) • Khi khoan hợp kim cứng V = 0,25 - 0,5 • Khi khoan kim cương V = 0,5 -1,0 • Khi khoan phá mẫu V = 0,6 -1,0 4. Một số thông số khác khi khoan xoay rửa thuận phải nói đến thông số chất lượng dung dịch như: • γ: Tỷ trong dung dịch sét (g/cm3) • B: Độ thải nước của dung dịch sét (cm3/30’) • T: Độ nhớt qui ước của dung dịch (s) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 213 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Có nhiều loại giếng khoan nước cho nên sẽ có nhiều kiểu kết cấu giếng khác nhau, ở đây chỉ tìm hiểu về giếng khoan thăm dò - khai thác nước. ‰ Với đặc thù giếng này ban đầu người ta phải khoan thăm dò, nếu những giếng thăm dò không sâu hơn 150 - 200m thì khi khoan thăm dò sẽ không chống ống, thông thường đường kính giếng khoan từ 91 - 132m, có khi phải sử dụng ống mẫu đơn hoặc ống mẫu nòng đôi để lấy mẫu cát nguyên dạng. ‰ Sau khi khoan lấy mẫu đất đến hết độ sâu yêu cần thăm dò, lỗ khoan cần được bơm sạch đáy. Pha loãng bớt dung dịch, làm sạch bớt mùn khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 214 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Khi tuần hoàn dung dịch khoảng một vài giờ sẽ tiến hành đo carota giếng khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 215 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Tùy theo mục đích thăm dò, có thể đo nhiều phương pháp, thông thường nhất cũng phải đo gama tự nhiên và điện trở suất dọc theo thành giếng. ‰ Dựa theo hai đường cong này, người ta có thể bổ túc được các đoạn khoan không lấy mẫu được hoặc mất mẫu, kết hợp với kết quả thí nghiệm mẫu khoan lấy lên để khẳng định được cốt địa tầng chính xác từ mặt đất đến đáy thăm dò. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 216 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Từ cột địa tầng này có thể tính được các thông số khác như hệ số thấm, thành phần độ hạt, độ lỗ rỗng, độ mặn … của tầng chứa và địa tầng cách ly. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 217 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Với các đề án quan trọng, cần phải thả ống chống và ống lọc tạm để bơm thử kết hợp với các giếng quan trắc tạo thành một chùm giếng bơm thí nghiệm. Tính toán được các cấp lưu lượng theo các độ hạ thấp mực nước của giếng chính. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 218 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Với các đề án nhỏ hoặc các tài liệu đã biết, chấp nhận sai số tính toán lưu lượng khai thác khi chuẩn bị kết cấu giếng người ta khoan mở rộng lỗ khoan với đường kính lớn hơn đường kính ngoài của ống chống từ 120-180mm. ‰ Sau đó bơm sạch đáy, lấy bớt mùn khoan trong dung dịch tuần hoàn, pha loãng bớt dung dịch trong vòng một vài giờ thì bắt đầu chống ống. ‰ Ống chống được sắp xếp theo thứ tự trên mặt đất: ống lắng, ống lọc và các ống chống. Công việc thả ống chống xuống giếng cũng tuần tự như vậy. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 219 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Sau khi thả ống chống xuống giếng xong cần tiến hành thả cột cần khoan đến đáy giếng để bơm rửa mùn khoan qua van đáy (hình 3.3). ‰ Đồng thời với quá trình thả sạn lọc và bơm rửa đến khi nước tuần hoàn loãng hoàn toàn và xuất hiện cát của tầng chứa nước là có thể được. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 220 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Quá trình kế tiếp có thể dùng hai biện pháp: thả ống dẫn khí và bộ ống airlift xuống giếng để làm sạch giếng (thả đồng tâm hoặc song song). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 221 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Nếu việc gọi dòng khó khăn thì dùng piston kết hợp bơm tia kéo và nén mạnh trong ống chống hoặc ống lọc để phá vỡ kết cấu vỏ sét ngăn các không cho nước xâm nhập vào giếng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 222 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Sau khi bơm thổi rửa cho nước đạt được độ trong, lưu lượng và độ hạ thấp mực nước ổn định sẽ ngưng thổi rửa và tiến hành bơm thí nghiệm bằng bơm điện chìm (submersible pump) hoặc bơm li tâm trục đứng (vertical turbine pump). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 223 BM. KHOAN & KHAI THÁC Công nghệ khoan ‰ Giếng quan trắc thường bố trí theo một dãy hai đến ba giếng có đường kính nhỏ hơn và có thể thi công từ một đến ba dãy. ‰ Dựa vào việc bơm thí nghiệm này và kết hợp với các thông số của giếng và tầng chứa có thể tính toán được các thông số khác về địa chất thủy văn tầng chứa. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 224 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.4. Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Ống lọc là một dụng cụ đặc biệt được đặt trong lỗ khoan ở tầng chứa nước; nó bảo đảm cho nước đi vào lỗ khoan dễ dàng và lọc sạch nước khỏi các tạp chất cơ học. Mặt khác ống lọc còn giữ cho thành lỗ khoan không bị sập lở. ‰ Cơ cấu ống lọc gồm 3 phần: phần trên, phần giữa là phần lọc nước, phần dưới là ống lắng có hút. Ống lắng có tác dụng để hứng các bụi đất đá lọc qua phần lọc của ống ‰ Ống lọc có thể chia ra các loại chính sau: ™ Ống lọc đục lỗ hoặc đục rãnh. ™ Ống lọc lưới ™ Ống lọc cuội, sỏi ™ Ống lọc trọng lực Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 225 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Cơ cấu chung của ống lọc có vòng bít đệm kín được đặt chìm dưới lỗ khoan trong ống chống có thể xét sơ đồ đơn giản dưới đây. Khóa móc hình chữ T để thả ống lọc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 226 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Đường kính của ống lọc được xác định theo công thức: D = 117,58 Q I K1 trong đó: D: Đường kính ngoài của ống lọc (mm) Q: Lưu lượng khai thác nước của lỗ khoan theo đề án (m3/h). I: Chiều dài phần lọc nước của ống lọc (m) K1: Hệ số lọc Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 227 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Khi chiều dầy tầng chứa nước nhỏ hơn 5m, chiều dài phần lọc nước lấy bằng chiều dày tầng chứa nước. ‰ Khi chiều dày tầng chứa nước lớn hơn 5m, chiều dài phần lọc nước của ống lọc được xác định theo : I= α .Q D trong đó I: Chiều dài phần lọc nước (m) Q: Lưu lượng khai thác nước của lỗ khoan theo đề án (m3/h) D: Đường kính ngoài ống lọc (mm) α : Hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào tính chất của đất đá tầng chứa nước (bảng 3.1) Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 228 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc Bảng 3-1 Đặc tính của đất đá tầng chứa nước Hệ số α Cát hạt nhỏ có hệ số K1 = 2÷5 90 Cát hạt vừa có hệ số K1 = 1÷5 60 Cát hạt thô có hệ số K1 = 15÷30 50 Sỏi có hệ số K1 = 30÷70 30 ‰ Đường kính cuối cùng của lỗ khoan phụ thuộc vào loại và kích thước của ống lọc. Các lỗ khoan dùng ống lọc đục lỗ hoặc lưới không đổ sỏi sẽ có đường kính kết thúc nhỏ nhất. Khi dùng các ống lọc có đổ sỏi, đường kính kết thúc tăng lên 50 đến 100mm so với lỗ khoan đặt các ống lọc khác. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 229 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Cấu trúc lỗ khoan được xác định bởi kiểu, kích thước và vị trí đặt thiết bị bơm. Khi đặt bơm trong ống lọc, đường kính ống lọc (và đường kính kết thúc của lỗ khoan) sẽ phụ thuộc vào kích thước của bơm. ‰ Nếu cần đặt bơm có năng suất lớn thì người ta đưa bơm lên trên ống lọc, trong ống khai thác. Trường hợp này, đường kính ống khai thác được xác định bởi kích thước của bơm. ‰ Để tạo điều kiện dễ dàng trong lắp ráp bơm, sửa chữa và quan sát vị trí mực thủy động trong lỗ khoan nên lấy khoảng hở giữa thành ngoài của bơm và đường kính trong của ống khai thác khoảng 50mm. ‰ Ống lọc được thả vào lỗ khoan có thể bằng cột cần khoan hoặc ống cột chống. ‰ Khi dùng cột cần khoan để thả ống lọc thì lắp thêm khóa móc vào cuối cột cần rồi lắp với với đầu đoạn ống nối trên ống lọc. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 230 BM. KHOAN & KHAI THÁC Tính toán sơ bộ về ống lọc ‰ Nếu thành lỗ khoan không ổn định, khi thả ống lọc vào lỗ khoan phải dùng ống chống tạm thời để bảo vệ (cắm ống chống với tầng không thấm nước phía dưới tầng chứa nước). ‰ Sau khi khoan thêm một đoạn để lắng cát bằng chiều dài phần ống lắng thì thả ống lọc vào lỗ khoan. Ống chống tạm thời này được nâng lên một đoạn khỏi phần lọc của ống lọc hoặc rút hoàn toàn ra khỏi lỗ khoan. ‰ Khi khai thác 2, 3 tầng chứa nước trong cùng một lỗ khoan, người ta dùng nhiều ống lọc tương ứng với các tầng chứa nước. Giữa các tầng không chứa nước được đặt ống liền để nối các ống lọc với nhau. ‰ Để tránh cát và các mảnh vụn đất đá rơi vào khoảng hở giữa ống lọc và ống chống, hoặc thành lỗ khoan, người ta dùng các vòng bít đệm kín để bịt các khoảng hở giữa đầu nối trên ống lọc và ống chống. Cấu tạo của các vòng này phụ thuộc vào vật liệu sản xuất chúng, có thể làm bằng gỗ, sợi gai, cao su, chì v.v... Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 231 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.5. Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ‰ Một trong những nhược điểm chủ yếu của phương pháp khoan xoay có rửa bằng dung dịch sét là sự tạo thành vỏ sét trên thành lỗ khoan và tầng đất đá chứa nước, hoặc khi khoan dùng nước lã để rửa lỗ khoan trong tầng đất đá cứng rắn, nứt nẻ lại thường xảy ra hiện tượng mất nước (đặc biệt trong tầng đá vôi, đá phấn đôlômít). ‰ Cả hai hiện tượng trên đều gây cản trở độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước trong lỗ khoan. ‰ Khôi phục độ phóng thích nước nghĩa là phá vỡ lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan lấy sạch những hạt sét nhỏ ra khỏi tầng đất đá tơi bở, hoặc rắn chắc nứt nẻ để tăng lưu lượng nước chảy vào lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 232 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ‰ Muốn khôi phục độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước có kết quả tốt cần phải : ™ Trong quá trình khoan sử dụng dung dịch sét có chất lượng tốt về độ nhớt và độ thải nước). ™ Khoan trong tầng đất đá chứa nước tiến hành thật khẩn trương, tạo mọi điều kiện để đạt tốc độ cơ học khoan cao nhất. ™ Sau khi kết thúc công tác khoan, tiến hành đặt ống lọc ngay, rửa sơ bộ lỗ khoan bằng dung dịch sét có tỷ trọng và độ nhớt nhỏ. ™ Làm sạch vỏ sét ngay sau khi đặt xong ống lọc và công việc tiến hành liên tục Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 233 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ‰ Hiện nay có rất nhiều phương pháp khử sét (làm sạch vỏ sét) ở trên thành lỗ khoan và làm sạch ống lọc. Trong phạm vi của giáo trình này chỉ đề cập tới một số phương pháp chủ yếu sau: ™ Trong tầng đất đá chứa nước có áp suất lớn: ƒ Sau khi hạ xong ống lọc vào lỗ khoan, dùng máy bơm bơm rửa bằng nước lã qua cột cần khoan từ phần trên ống lọc xuống tới đáy. Công tác rửa được tiến hành cho tới khi trong nước rửa có xuất hiện các slam của tầng chứa nước vừa khoan qua. ƒ Trường hợp không có nước để rửa lỗ khoan, ta dùng ống múc múc dung dịch sét dưới lỗ khoan. Cứ múc như vậy cho tới khi xuất hiện nước của tầng chứa nước và mực nước thủy tính của tầng chứa nước ổn định là được. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 234 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Nếu tầng chứa nước là đất đá rắn chắc nứt nẻ, thì sau khi rửa lỗ khoan bằng nước lã qua cột cần khoan hoặc múc bằng ống múc xong, cần tiến hành dùng thiết bị bơm airslift (thiết bị bơm dâng bằng khí nén) để rửa lỗ khoan. ƒ Ống dâng nước được hạ xuống cách đáy lỗ khoan khoảng 0,5 mét. Máy bơm cho làm việc với công suất lớn nhất và tiến hành đóng, ngắt đột ngột tạo điều kiện thay đổi áp suất lớn trong lỗ khoan, làm cho các hạt sét và slam bị hút theo ra khỏi các kẽ nứt trong tầng đất đá quanh ống lọc. ƒ Nếu khi khoan trong tầng đất đá cứng, nứt nẻ mà dùng nước lã để rửa lỗ khoan, thì tiến hành dùng máy bơm éclíp ngay để khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 235 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Trường hợp tầng đất đá chứa nước là các hạt nhỏ và vừa, cần tiến hành dùng ống múc múc đều đặn ở vùng ống lọc (phần lọc) trước khi dùng thiết bị bơm éclíp để khôi phục độ phóng thích nước. ƒ Trong tất cả các trường hợp dùng thiết bị bơm éclíp cần bơm cho tới khi nước trong hoàn toàn, cát không dâng lên theo dòng nước, mực thủy động và lưu lượng nước của lỗ khoan ổn định (lúc này độ phóng thích nước của tầng chứa nước đã được khôi phục). Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 236 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ™ Trong tầng đất đá chứa nước có áp suất yếu phương pháp khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước phức tạp hơn so với trường hợp trên, cụ thể là : ƒ Dùng máy bơm bơm nước rửa qua cột cần khoan được hạ tới vùng ống lọc. ƒ Dung dịch sét quanh vùng ống lọc ở phía ngoài sẽ chảy vào lỗ khoan qua ống lọc và các lỗ nhỏ đặc biệt được đục ở ống lắng cao hơn đế khoảng 0,5 mét. ƒ Cứ tiến hành rửa như vậy cho tới khi đưa hoàn toàn dung dịch sét ra khỏi lỗ khoan và xuất hiện cát dâng theo lên miệng lỗ khoan. ƒ Công việc tiếp theo có thể dùng thiết bị bơm éclíp hoặc dùng ống múc. Tùy theo lưu lượng của tầng chứa nước để khôi phục hoàn toàn độ phóng thích nước của nó. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 237 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Cuối cùng, trước khi tiến hành bơm khai thác, đổ xuống phần ống lắng có đục lỗ một lượng đá dăm và trên nó trám một nút xi măng để tăng khả năng phóng thích nước của tầng chứa nước, đồng thời đề phòng cát tràn vào lỗ khoan. ƒ Trong tầng cát hạt nhỏ và vừa sẽ dùng nước bơm rửa qua phần đế của ống lọc. Khi ống lọc đặt chìm dùng cần khoan nối ren trái với đế và đầu trên ống lọc, rồi qua đó để rửa lỗ khoan. Đế của ống lắng cần dừng lại cách đáy khoảng 0,5 mét. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 238 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Quá trình khôi phục độ phóng thích nước bằng phương pháp nhờ máy bơm, bơm nước rửa qua cột cần khoan xuống đáy, qua đế ống lắng dâng lên miệng lỗ khoan qua khoảng hở giữa phần ngoài ống lọc và thành lỗ khoan, rửa dung dịch sét và phá vỡ lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan. Đồng thời nước rửa còn lấy ra theo những hạt sét và slam nhỏ từ tầng đất đá chứa nước. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 239 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Công tác rửa dừng lại khi thấy mất nước mạnh hoặc trong nước rửa dâng lên miệng lỗ khoan thấy lẫn cát. ƒ Sau khi rửa xong, ống lọc được đặt vào vị trí đã định, cột cần khoan được tháo ra và lấy lên còn đế ống lắng được đổ một ít đá dăm hoặc cuội sỏi nhỏ rồi cùng trám một nút xi măng đề phòng cát bị xô vào lỗ khoan trong quá trình khai thác sau này. ƒ Khoảng hở giữa đầu ống lọc và ống chống cần phải làm đệm nút bịt kín để tránh hiện tượng cát hoặc đất đá rơi vào khoảng hở giữa ống lọc và tầng đất đá chứa nước, đồng thời tăng khả năng phóng thích nước của tầng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 240 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Khi cần khử sét trong tầng cát hạt vừa hoặc đặt ống lọc nhiều tầng trong lỗ khoan, người ta rửa bằng nước lã bơm qua ống lọc đục lỗ. ƒ Ống đục lỗ có hai vòng lót kín bằng cao su ở hai đầu để làm nút. Nó được thả vào lỗ khoan nhờ cột cần khoan và đặt trong ống lọc. Nhờ cần khoan mà có thể dịch chuyển lên trên hoặc xuống dưới để rửa từng đoạn, khi nước rửa dâng lên mang theo cát chứng tỏ độ phóng thích nước đã được khôi phục. ƒ Trong đất đá có hạt nhỏ, mịn, đồng đều khử sét trên thành lỗ khoan bằng phương pháp đánh sập cho kết quả rất tốt. sau khi đánh sập ở vùng gần ống lọc, người ta dùng ống múc để lấy vụn đất đá bị lắng xuống phần ống lắng, hoặc dùng bơm bơm thật mạnh, lợi dụng dòng nước xói rửa sạch và mang lên miệng lỗ khoan. Cuối cùng phần đế ống lắng cũng được trám xi măng. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 241 BM. KHOAN & KHAI THÁC Khôi phục độ nhả nước của tầng chứa nước ƒ Để khôi phục độ phóng thích nước của tầng chứa nước mà các phương pháp trên không có hiệu quả, ta dùng dây nổ trong lỗ khoan đầy nước. ƒ Phương pháp này lợi dụng của các sóng va chạm truyền đi theo phương các đường kính. Sóng nổ sẽ phá vỡ lớp vỏ sét để khôi phục độ phóng thích nước của tầng đất đá chứa nước. ƒ Sau khi sử dụng dây nổ, nhất thiết phải rửa lỗ khoan hết sức cẩn thận bằng nước lã. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 242 BM. KHOAN & KHAI THÁC 2.6. Trám giếng khoan ‰ Người ta thường dùng những vật liệu có tính dẻo hoặc chặt xít, không thấm nước để trám cột ống chống, tức là để làm chắc và kín khoảng hở giữa ống chống với thành lỗ khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 243 BM. KHOAN & KHAI THÁC Trám giếng khoan ‰ Tác dụng chủ yếu của việc trám lỗ khoan là : ™ Phân cách các tầng khoáng sản lỏng (dầu, nước...), khí (khí đốt...) hoặc cứng (muối mỏ...) với các tầng lân cận ở trong lỗ khoan để tránh sự xâm nhập lẫn nhau làm mất tính chất bản thân khoáng sản. ™ Làm kín toàn bộ lỗ khoan để bảo vệ các tầng khoáng sản khỏi bị các tác dụng phong hóa, mặt khác ngăn ngừa nước ở phía trên có thể theo lỗ khoan mà xâm nhập vào các công trình khai thác sau này. ™ Gia cố thành lỗ khoan chống lại các hiện tượng phức tạp về địa chất như sập lở, mất nước, nước xâm nhập... mà không cần phải chống ống. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 244 BM. KHOAN & KHAI THÁC Trám giếng khoan ™ Từ các tác dụng đó, ta thấy lỗ khoan có thể chỉ cần trám từng tầng hoặc cũng có thể được trám toàn bộ từ đáy lên tới miệng. Khi trám bịt từng tầng, các vật liệu trám sẽ tạo nên một lớp vỏ bảo vệ che kín lên tầng đó và có thể "bắt rễ" sâu vào đất đá ở thành vách. ™ Còn khi trám toàn bộ (hay thường gọi là trám lấp) các vật liệu trám sẽ làm đầy lỗ khoan theo suốt chiều sâu của nó. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 245 BM. KHOAN & KHAI THÁC Trám giếng khoan ‰ Hiện nay để trám lỗ khoan người ta thường dùng hai vật liệu cơ bản là đất sét và xi măng: 1. Đất sét: cần sử dụng loại sét quánh, dẻo, không chứa các phần tử cứng. Hỗn hợp với nước nó sẽ tạo ra hai loại vật liệu trám là đất sét nhão và dung dịch sét. 2. Xi măng: cần sử dụng loại xi măng pooclăng có chất lượng cao (mac 500 và 600), còn tươi, tức là không để quá hai tháng sau khi sản xuất. Người ta dùng xi măng để trám dưới dạng dung dịch, với tỉ lệ giữa nước và xi măng khô (theo trọng lượng) thường là 0,4 - 0,5. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 246 BM. KHOAN & KHAI THÁC Trám giếng khoan 3. Gel xi măng: là loại vật liệu trám trung gian giữa hai loại trên. Nó là hỗn hợp của xi măng với dung dịch sét, tỉ lệ giữa chúng được xác định trong phòng thí nghiệm theo các điều kiện sử dụng cụ thể. (thí dụ: để trám chống mất nước, có thể trộn 1 m3 dung dịch sét có tỷ trọng δ = 1,1 đến 1,2 g/cm3 1600 đến 800 kg xi măng). Tuy nó có thời gian đông cứng lâu hơn và có độ bền sau khi đông cứng kém hơn, nhưng nó lại ưu điểm so với dung dịch xi măng là có tính linh động cao, nên dễ bơm và dễ xâm nhập vào các khe nứt của đất đá. ‰ Có 3 loại trám trong khai thác nước là: a. Trám cách ly nhiễm bẩn và nhiễm mặn b. Trám cách ly các địa tầng đặc biệt c. Trám lấp giếng khoan. Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 247 BM. KHOAN & KHAI THÁC III. ĐIỀU KIỆN THỰC TẬP VÀ CÁCH THỨC TỔ CHỨC ‰ Điều kiện thực tập ƒ Xe khoan thăm dò khai thác nước ƒ Công trình khoan thăm dò khai thác nước ƒ Xem video hướng dẫn thực tập khoan – khai thác ‰ Cách thức tổ chức Tổ chức theo nhóm thực tập khoan thăm dò khai thác nước ở ƒ Khu Linh trung Đại học Quốc gia Tp. HCM ƒ Hoặc công trình khoan khảo sát địa chất công trình thực tế tại TP. HCM hoặc các tỉnh thành lân cận ... Hướng dẫn thực tập khoan – khai thác 248 BM. KHOAN & KHAI THÁC
- Xem thêm -