Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chỉ tiêu làm việc của mũi khoan kim cương ở bể than cẩm phả quảng ninh

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -o0o - ĐÀO VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA MŨI KHOAN KIM CƯƠNG Ở BỂ THAN CẨM PHẢ - QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN THẢO HÀ NỘI - 2011 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn thu thập từ thực tế kết nghiên cứu lý thuyết Tên đề tài luận văn kết nghiên cứu không trùng lập với cơng trình khoa học công bố Tác giả Đào Văn Tuấn MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KHOAN KIM CƯƠNG Ở NƯỚC NGOÀI VÀ TRONG NƯỚC 10 1.1 Tình hình chung khoan kim cương nước ngồi Việt Nam 10 1.2 Tình hình nghiên cứu mịn mũi khoan kim cương nước ngồi Việt Nam 12 1.2.1 Các quan điểm q trình mịn vật thể rắn mũi khoan kim cương trình phá hủy đá 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu mòn mũi khoan kim cương giới 15 1.2.2.1 Nghiên cứu đặc tính mịn hạt kim cương trình khoan 15 1.2.2.2 Nghiên cứu đặc tính mịn đế mũi khoan kim cương 18 1.2.3 Tình hình nghiên cứu mịn mũi khoan kim cương Việt Nam 19 Chương - NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ BẰNG MŨI KHOAN KIM CƯƠNG 21 2.1 Đặc tính mũi khoan kim cương 21 2.1.1 Cấu tạo mũi khoan kim cương 21 2.1.2 Tính chất lý kim cương dùng chế tạo mũi khoan 22 2.1.2.1 Kim cương thiên nhiên 22 2.1.2.2 Kim cương nhân tạo 26 2.1.3 Đế mũi khoan kim cương 27 2.2 Cơ chế phá hủy đá 28 2.2.1 Một số quan điểm phá hủy đá mũi khoan kim cương 28 2.2.2 Quá trình phá hủy đá mũi khoan kim cương 29 2.3 Quy luật mòn đế mũi khoan kim cương 35 2.4 Các dạng mòn phương pháp xác định mòn 36 2.4.1 Các dạng mòn mũi khoan kim cương 36 2.4.2 Phương pháp xác định mòn để đánh giá mức độ hợp lý sử dụng mũi khoan kim cương 39 Chương - NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA MŨI KHOAN KIM CƯƠNG 44 3.1 Tác dụng tương hỗ mũi khoan kim cương đá 44 3.2 Các tiêu đánh giá hiệu khoan kim cương 46 3.3 Ảnh hưởng tính chất lý đất đá đến q trình làm việc mũi khoan kim cương 47 3.4 Ảnh hưởng yếu tố kỹ thuật đến khả làm việc mũi khoan kim cương 48 3.4.1 Cấu trúc mũi khoan 48 3.4.2 Cấu trúc dụng cụ khoan 54 3.5 Ảnh hưởng chế độ công nghệ khoan đến hiệu làm việc mũi khoan kim cương 55 3.5.1 Ảnh hưởng tải trọng chiều trục (P) 55 3.5.2 Ảnh hưởng tốc độ vòng quay 61 3.5.3 Ảnh hưởng tính chất lưu lượng nước rửa 62 Chương - NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA MŨI KHOAN KIM CƯƠNG TẠI BỂ THAN CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 64 4.1 Đặc điểm địa chất bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh 64 4.1.1 Sét kết sét than 64 4.1.2 Đá bột kết 64 4.1.3 Đá cát kết 65 4.1.4 Đá cuội – sạn kết 65 4.2 Các giải pháp nâng cao tiêu làm việc mũi khoan kim cương vùng nghiên cứu 65 4.2.1 Xác định thông số chế độ khoan 65 4.2.1.1 Tốc độ vòng quay n 65 4.2.1.2 Áp lực lên mũi khoan 66 4.2.1.3 Lưu lượng nước rửa 69 4.2.1.4 Kết đạt điều chỉnh p, n, Q 71 4.2.2 Biện pháp chống rung vùng nghiên cứu 77 4.2.2.1 Ảnh hưởng rung dụng cụ khoan đến hiệu khoan kim cương giải pháp khắc phục 77 4.2.2.2 Kết thử nghiệm biện pháp chống rung bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 Kết luận 84 Kiến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số bảng Tên bảng biểu Bảng 1.1 Hiệu khoan kim cương loại đất đá Bảng 2.1 Tính chất lý kim cương thiên nhiên vật liệu khác dùng chế tạo mũi khoan Trang 11 23 Bảng 2.2 Phân loại kích thước kim cương dùng để chế tạo mũi khoan 25 Bảng 2.3 Kích thước hạt kim cương phụ thuộc vào độ cứng đá 26 Bảng 2.4 Tính chất – lý kim cương nhân tạo 46 Bảng 2.5 Thành phần % đế mũi khoan chế tạo theo phương thấm 27 Bảng 2.6 Phân loại đế mũi khoan theo độ cứng 28 Bảng 2.7 Giá trị giới hạn mòn đế mũi khoan kiểu lớp 41 Bảng 3.1 Kích thước mật độ hạt kim cương theo độ cứng đá 50 Bảng 3.2 Độ nhô hợp lý hạt kim cương 53 Bảng 3.3 Chiều cao mòn cho phép hạt kim cương 53 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 4.1 Ảnh hưởng tải trọng P đến Vch độ mòn mũi khoan kim cương khoan qua đá cát kết cấp IX – X Ảnh hưởng tải trọng P đến Vch độ mòn mũi khoan kim cương khoan qua đá bột kết cấp VII – VIII Diện tích tiếp xúc hạt kim cương gắn bề mặt theo đường kính hạt 59 60 67 Bảng 4.2 Chế độ công nghệ kết thu đá cát kết 72 Bảng 4.3 Chế độ công nghệ kết thu đá cát kết 72 Bảng 4.4 Chế độ công nghệ kết thu đá cuội – sạn kết 74 Bảng 4.5 Chế độ công nghệ kết thu đá cuội – sạn kết 75 Bảng 4.6 Kết thử nghiệm chống rung đá cát kết 81 Bảng 4.7 Kết thử nghiệm chống rung đá cuội – sạn kết 82 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hình Tên hình vẽ, đồ thị Hình 2.1 Sơ đồ tính mịn hạt kim cương Hình 2.2 Sự phụ thuộc cường độ mịn hạt kim cương vào thời gian khoan Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn mịn đế mũi khoan kim cương Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Sự phụ thuộc tốc độ học khoan Vch vào đường kính mũi khoan D Ảnh hưởng độ hạt kim cương đến tiêu làm việc mũi khoan kim cương đá cát kết Ảnh hưởng độ hạt kim cương đến tiêu làm việc mũi khoan kim cương đá bột kết Ảnh hưởng độ hạt kim cương đến tiêu làm việc mũi khoan kim cương đá cuội – sạn kết Hình 3.5 Mối quan hệ tốc độ học khoan Vch tải trọng P Hình 3.6 Ảnh hưởng áp lực đáy P đến độ mòn chiều cao đế mũi khoan Trang 30 33 36 49 50 51 51 57 60 Hình 4.1 Sơ đồ dụng cụ khoan có lắp định tâm 80 Hình 4.2 Sơ đồ dụng cụ khoan có lắp định tâm 82 LỜI MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Khoan kim cương phương pháp khoan tiên tiến áp dụng rộng rãi cơng tác khoan thăm dị khống sản rắn Ở Việt Nam năm gần phương pháp khoan kim cương ngày áp dụng rộng rãi Việc áp dụng khoan kim cương khoan thăm dị khống sản rắn có độ cứng cao góp phần tăng suất khoan, nâng cao tỷ lệ mẫu, giảm tượng cong xiên lỗ khoan Tuy vậy, thiết bị khoan kim cương chưa đồng bộ, mũi khoan kim cương chưa phù hợp với loại đất đá khác nhau, nên hiệu khoan kim cương chưa cao, tốc độ học khoan thời gian làm việc mũi khoan thấp Việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu khoan kim cương, để nâng cao tốc độ học khoan thời gian làm việc mũi khoan việc làm quan trọng Nó góp phần nâng cao hiệu khoan kim cương nói chung cho bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh nói riêng Chính việc “Nghiên cứu giải pháp nâng cao tiêu làm việc mũi khoan kim cương” vùng mỏ Cẩm Phả Quảng Ninh có tính khoa học có ý nghĩa thực tiễn, đáp ứng yêu cầu cấp thiết thực tế sản xuất MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Ở Việt Nam điều kiện địa chất phức tạp, phương pháp khoan kim cương đạt suất thấp, tỷ lệ mẫu chưa cao, tuổi thọ mũi khoan thấp Do vậy, từ tài liệu thực tế khoan kim cương nhiều năm qua bể than Cẩm Phả Quảng Ninh tác giả phân tích đề xuất biện pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm tăng suất khoan tuổi thọ mũi khoan kim cương khoan vùng nghiên cứu NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Để đạt mục đích trên, đề tài nghiên cứu cần thực nhiệm vụ sau: Nghiên cứu quy luật mòn hạt kim cương đế mũi khoan kim cương Nghiên cứu nguyên nhân yếu tố công nghệ, kỹ thuật ảnh hưởng đến tốc độ học khoan tuổi thọ mũi khoan kim cương trình khoan Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm hạn chế, khắc phục nguyên nhân làm hư hỏng mũi khoan kim cương nâng cao tuổi thọ mũi khoan, góp phần nâng cao hiệu khoan kim cương vùng nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tài liệu ngồi nước liên quan đến q trình mịn hư hỏng mũi khoan kim cương Tổng hợp, phân tích tài liệu thực tế vùng nghiên cứu để tìm nguyên nhân làm giảm hiệu khoan Nghiên cứu lý thuyết thử nghiệm thực tế sản xuất, để đề xuất giải pháp kỹ thuật cơng nghệ thích ứng nhằm tăng tuổi thọ mũi khoan tốc độ khoan Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN Luận văn hoàn thành sở gắn liền nghiên cứu khoa học với thực tế sản xuất Những vấn đề trình bày giải luận văn xuất phát từ yêu cầu cần thiết thực tế sản xuất, góp phần nâng cao hiệu khoan kim cương vùng nghiên cứu nói riêng tồn quốc nói chung CÁC ĐIỂM MỚI VÀ LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ Hiệu làm việc mũi khoan kim cương phụ thuộc vào mức độ làm việc ổn định dụng cụ đáy, thông số chế độ khoan chất lượng dung dịch Tốc độ học khoan phụ thuộc vào thông số chế độ khoan, đặc biệt tải trọng chiều trục tốc độ vòng quay Tải trọng chiều trục tốc độ vòng quay tăng dẫn đến tốc độ học khoan tăng đồng thời giảm tuổi thọ mũi khoan TÀI LIỆU CƠ SỞ CỦA LUẬN VĂN Khi thực luận văn, tác giả sử dụng nguồn tài liệu sau đây: Các tài liệu sách, báo cơng bố ngồi nước có liên quan đến mục đích, nhiệm vụ nội dung đề tài Các kết quả, tài liệu thu từ thực tế sản xuất bể than Cẩm Phả Quảng Ninh CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Toàn nội dung luận văn trình bày 86 trang khổ giấy A4 với 20 bảng biểu 11 hình vẽ Bố cục gồm phần là: - Phần mở đầu - Bốn chương - Kết luận kiến nghị Ngồi cịn có: - Mục lục - Danh mục bảng biểu - Danh mục hình vẽ - Tài liệu tham khảo Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Bộ môn Khoan – Khai thác, Trường ĐH Mỏ - Địa chất, thầy hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Xuân Thảo, quan đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thu thập tài liệu, nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sỹ 72 Bảng 4.2 Chế độ cơng nghệ kết thu đá cát kết Lỗ khoan Lỗ khoan Lỗ khoan CP18 CP17 CP7 Tải trọng chiều trục P (N) 10.500 10.500 10.500 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 390 390 390 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 100 100 100 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 3,0 2,0 2,3 Chiều dài hiệp khoan (m) 1,5 1,4 1,3 Chiều dài khoan mũi khoan (m) 26,1 23,4 25,5 Chiều cao mòn đế Δh (mm) 0,6 0,5 0,5 Các thông số Khi khoan với chế độ khoan này, mẫu thường bị dập vỡ xẩy tượng chèn mẫu tự nhiên Cũng có chèn mẫu mà hiệp khoan thường ngắn (1,3 – 1,5 m) tỷ lệ thấp (90 – 92%) Để hạn chế tượng chèn mẫu, để tăng tỷ lệ mẫu, tổ khoan dần thay đổi chế độ khoan Cũng lỗ khoan CP18, CP17, CP7 điều kiện khoan trên, thay đổi giá trị thông số chế độ khoan sau: P = 7.000N, n = 250n/ph, Q = 90l/ph Khi khoan với chế độ khoan thấp ta nhận kết trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 Chế độ công nghệ kết thu đá cát kết Các thông số Lỗ khoan Lỗ khoan Lỗ khoan CP18 CP17 CP7 Tải trọng chiều trục P (N) 7.000 7.000 7.000 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 250 250 250 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 90 90 90 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 2,5 1,8 1,9 Chiều dài hiệp khoan (m) 1,8 1,8 2,0 Chiều cao mòn đế Δh (mm) 0,5 0,4 0,4 Chiều dài khoan mũi khoan (m) 30,0 28,6 29,0 73 Qua kết bảng 4.2 4.3 ta có nhận xét sau: - Khi khoan với chế độ khoan cao (P = 10.500N, n = 390v/ph, Q = 100l/ph) tốc độ học khoan cao khoan với chế độ khoan thấp (P = 7.000N, n = 250v/ph, Q = 90l/ph) Tuy xuất khoan ngày lại giảm, chiều dài hiệp khoan ngắn Mặt khác khoan với chế độ khoan cao, thường làm tăng tượng rung động dụng cụ khoan, mũi khoan kim cương chóng hư hỏng, làm giảm số mét khoan cho mũi khoan - Ngược lại, khoan với chế độ khoan thấp (P = 7.000N, n = 250 v/ph, Q = 90 l/ph) tốc độ học khoan nhiên có thấp khoan với chế độ khoan cao (P = 10.500N, n = 390 v/ph, Q = 100 l/ph) song dụng cụ khoan làm việc ổn định hơn, tránh tượng va đập, chèn mẫu chiều dài hiệp khoan tăng lên Thêm vào đó, khoan với chế độ khoan thấp, giảm rung động đập dụng cụ khoan, điều làm tăng tỷ lệ lấy mẫu ( 94 – 97%) mà làm giảm mài mòn mũi khoan, tránh tượng mẻ vỡ hạt kim cương đế mũi khoan Chính vậy, khoan với chế độ khoan thấp, số mét khoan mũi khoan kim cương tăng lên so với trường hợp khoan chế độ cao (xem bảng 4.2 4.3) Kết thử nghiệm với đá cuội – sạn kết: Có độ cứng cao hơn, có chứa silic thạch anh Người ta tiến hành thử nghiệm chế độ khoan đá qua lỗ khoan (CP20, CP50, CP51) với điều kiện sau: - Sử dụng máy khoan Long Year - Khoan cần Wire line  70mm - Mũi khoan Long Year seri thấm nhiễm - Sử dụng dung dịch sét có thơng số sau: Trọng lượng riêng:  = 1,05 - 1,05 g/cm3 Độ thải nước B = 10 - 14 cm/30 phút Độ nhớt: T = 20 - 22 sec 74 Trước hết, tiến hành thử nghiệm khoan với chế độ khoan cao (P = 12.000N, n = 420 v/ph, Q = 110 l/ph) lỗ khoan (số CP20, CP50, CP51), kết thu trình bày bảng 4.4 Bảng 4.4 Chế độ công nghệ kết thu đá cuội – sạn kết Các thông số Lỗ khoan Lỗ khoan Lỗ khoan CP20 CP50 CP51 Tải trọng chiều trục P (N) 12.000 12.000 12.000 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 420 420 420 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 110 110 110 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 5,0 6,0 4,5 Chiều dài hiệp khoan (m) 1,7 1,3 1,9 Chiều cao mòn đế Δh (mm) 0,6 0,6 0,5 Chiều dài khoan mũi khoan (m) 36,1 38,7 40,0 Nhận xét: Khi khoan với chế độ khoan cao này, dụng cụ khoan làm việc không ổn định, gây nên tượng va đập học làm cho mẫu bị vỡ chèn Điều làm cho tỷ lệ mẫu giảm buộc phải khoan hiệp ngắn dẫn đến suất khoan ngày giảm Để khắc phục tượng rung động dụng cụ khoan, người ta tiến hành thay đổi chế độ khoan cao chế độ khoan thấp (P = 10.000N, n = 250v/ph, Q = 100l/ph) Việc thử nghiệm chế độ khoan thấp tiến hành lỗ khoan (CP20, CP50, CP51) với điều kiện tiến hành thử nghiệm chế độ khoan cao lỗ khoan Kết thử nghiệm trình bày bảng 4.5 75 Bảng 4.5 Chế độ công nghệ kết thu đá cuội – sạn kết Lỗ khoan Lỗ khoan Lỗ khoan CP20 CP50 CP51 Tải trọng chiều trục P (N) 10.000 10.000 10.000 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 350 350 350 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 100 100 100 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 4,0 3,2 3,8 Chiều dài hiệp khoan (m) 2,6 1,7 2,4 Chiều cao mòn đế Δh (mm) 0,5 0,5 0,5 Chiều dài khoan mũi khoan (m) 42,3 39,3 44,0 Các thông số Nhận xét kết thử nghiệm đá cuội – sạn kết: - Khi khoan với chế độ khoan cao (P = 12.000N, n = 420v/ph, Q = 110l/ph) tương tự kết thử nghiệm nhóm A, tốc độ học khoan cao khoan với chế độ khoan thấp (P = 10.000N, n = 250v/ph, Q = 100l/ph) Tuy nhiên khoan với chế độ khoan cao, thường làm tăng mức độ rung động dụng cụ khoan, gây nên tượng vỡ chèn mẫu, làm giảm chiều dài khoan hiệp - Khi khoan với chế độ khoan thấp (P = 10.00N, n = 250v/ph, Q = 100l/ph) tốc độ học khoan có thấp khoan với chế độ khoan cao (P = 12.000N, n = 420v/ph, Q = 110l/ph) song suất khoan ngày lại cao độ mòn chiều cao đế mũi khoan giảm Thêm vào đó, khoan với chế độ khoan thấp, tượng rung động dụng cụ khoan giảm, điều mặt làm tăng tỷ lệ lấy mẫu, mặt khác làm tăng độ bền mũi khoan góp phần làm tăng chiều dài khoan mũi khoan khim cương (xem bảng 4.4 4.5) Nhận xét chung: Từ kết thử nghiêm đá cát kết cuội – sạn kết rút kết luận sau đây: - Tải trọng chiều trục P, tốc độ vòng quay n lưu lượng nước rửa Q tăng dẫn đến: * Tốc độ cho học khoan Vch tăng 76 * Mức độ rung động dụng cụ khoan tăng Điều dẫn đến hậu sau: * Chiều dài hiệp khoan bị giảm, dẫn đến suất khoan ngày giảm * Làm tăng mức độ mài mòn, mẻ, vỡ… hạt kim cương đế mũi khoan Điều làm giảm tuổi thọ mũi khoan, nghĩa làm giảm số mét khoan mũi khoan kim cương * Khi khoan với chế độ khoan thấp hơn, tốc độ học khoan có giảm, song mức độ rung động dụng cụ khoan giảm Điều mặt dẫn đến tăng chiều dài hiệp khoan góp phần tăng suất khoan ngày, mặt khác làm tăng độ bền mũi khoan, tăng tỷ lệ lấy mẫu * Chế độ khoan thấp nói chế độ khoan hợp lý cho nhóm đá khoan qua Việc xác định chế độ khoan hợp lý phức tạp Ngồi việc tính tốn, lựa chọn thơng số hợp lý ta cịn phải thử nghiệm ngồi thực tế sản xuất Khi tính tốn, lựa chọn điều chỉnh chế độ khoan hợp lý ta cần phải dựa vào yếu tố sau: + Loại dụng cụ thiết bị khoan + Tính chất lý đá + Đặc tính mũi khoan + Chế độ khoan, lựa chọn phải đảm bảo yêu cẩu vể: Năng xuất khoan Tỷ lệ mẫu Mức độ cong xiên lỗ khoan Mức độ tiêu hao kim cương Dựa nguyên tắc , khoan kim cương bể than Cẩm Phả Quảng Ninh nên lựa chọn chế độ khoan thấp (bảng 4.3 4.5) cho loại đá khoan qua 77 4.2.2 Biện pháp chống rung vùng nghiên cứu 4.2.2.1 Ảnh hưởng rung dụng cụ khoan đến hiệu khoan kim cương giải pháp khắc phục Trong trình khoan, mũi tác dụng tải trọng chiều trục P tốc độ vòng quay n, dụng cụ khoan bị rung động theo phương thẳng đứng phương nằm ngang Tải trọng chiều trục yếu tố sinh rung theo phương thẳng đứng, vùng nghiên cứu, sử dụng loại máy khoan truyền tải trọng chiều trục hệ thống thủy lực, nên rung động theo phương thẳng đứng hạn chế nhiều Tốc độ vòng quay n khe hở thành lỗ khoan dụng cụ khoan nguyên nhân chủ yếu gây rung động theo phương nằm ngang Nói chung, rung theo phương thẳng đứng hay phương ngang có ảnh hưởng xấu đến hiệu khoan kim cương vào đá thành lỗ khoan mẫu khoan Mũi khoan kim cương va đập vào thành lỗ khoan mẫu khoan gây tượng sau: - Mẫu khoan bị đập vỡ, gây chèn mẫu, mặt làm giảm tỷ lệ mẫu, mặt khác làm giảm chiều dài hiệp khoan ngắn, thời gian phụ trợ tăng lên đáng kể, làm giảm suất khoan ngày - Mũi khoan kim cương bị hư hỏng Khi bị va đập, đặc biệt khoan đá nứt nẻ, lực va đập mạnh làm mẻ, vỡ đế mũi khoan, rạn nứt hạt kim cương chí làm bong hạt kim cương khỏi đế - Tăng mức độ cong xiên lỗ khoan Khi tăng tốc độ vòng quay, độ cứng vững dụng cụ khoan nhỏ, chiều dài cung uốn giảm, biên độ cung uốn tăng làm cho mũi khoan phá rộng thành lỗ khoan Khe hở thành lỗ khoan dụng cụ đáy tăng dẫn đến độ lệch lỗ khoan tăng lên - Mức độ tiêu hao kim cương cho mét khoan tăng Khi quan sát thu thập tài liệu thực tế lỗ khoan bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh thấy rằng: Khi tăng tốc độ vòng quay n, dao động rung tăng lên làm tăng đột ngột lượng kim cương tiêu hao cho mét khoan 78 Để nâng cao hiệu khoan kim cương, cần thiết phải nghiên cứu biện pháp chống rung Hiện nay, để chống rung khoan kim cương thường sử dụng biện pháp sau: - Giảm tải trọng chiều trục P tốc độ vịng quay n Đây giải pháp khơng tích cực Bởi giảm P n góp phần giảm dao động rung mũi khoan song tốc độ khoan lại giảm Biện pháp tích cực tìm giải pháp để chống rung, sở tăng P n để tăng hiệu suất khoan - Sử dụng dụng cụ chống rung ZA – Bộ dụng cụ chống rung thường lắp vào cột cần khoan ống mẫu Nhờ hệ thống lò so dụng cụ giảm rung mà dao động theo chiều dọc trục theo tiêu chuẩn ngang bị dập tắt Chống rung dụng cụ giảm rung mang lại hiệu cao mà thường gặp khó khăn xảy cố cột cần khoan cố ống mẫu - Sử dụng dung dịch chống rung khoan kim cương người ta thường sử dụng dung dịch mỡ bôi trơn để giảm rung cột cần khoan + Mỡ bôi trơn để giảm rung thường mỡ KABC Mỡ KABC dùng để bôi trơn cột cần khoan sử dụng rộng rãi cho lỗ khoan bị nước đến trung bình có nước ngầm xâm nhập Khi sử dụng mỡ KABC, ta sử dụng nước lã, dung dịch sét dung dịch emulxi để khoan Mặt khác sử dụng mỡ KABC, mỡ dính vào thành lỗ khoan, ảnh hưởng đến q trình nghiên cứu địa vật lý công việc nghiên cứu thủy văn khác + Dung dịch để giảm rung khoan kim cương dung dịch emulxi Trong dung dịch emulxi người ta thường sử dụng loại mỡ kỹ thuật thực vật Để phân tán hạt dầu mỡ nói môi trường nước, người ta thường dùng phản ứng xà phịng hóa (cho axit béo tác dụng với sút) với chất hoạt tính bề măt cồn vv…Các chất hoạt tính bề mặt giúp cho dung dịch emulxi ổn định nước có độ khống cao Căn vào điều kiện thực tế lỗ khoan, người ta chế tạo loại dung dịch emulxi có thành phần khác Đối với vùng nghiên cứu (Bể than Cẩm 79 Phả - Quảng Ninh), Liên đồn Intergeo sử dụng có kết tốt dung dịch emulxi Trung tâm kỹ thuật công nghệ khoan sản xuất Loại dung dịch emulxi có thành phần sau: * Dầu cám tho: 15kg * Dung dịch sút 20%: 4lít * Cồn cơng nghiệp 900: 0,5lít * Dầu thải: 65,5 kg Đối với địa tầng phức tạp (sập lở, nước) người ta sử dụng dung dịch sét – emulxi để khoan - Sử dụng cột cần khoan ống mẫu có đường kính lớn Như biết, khe hở cột cần khoan, ống mẫu thành lỗ khoan có ảnh hưởng đến rung dụng cụ khoan Khe hở nhỏ, tượng rung dụng cụ giảm Chính để chống rung khoan kim cương, người ta thường sử dụng cột cần khoan có đường kính lớn - Sử dụng định tâm lắp ống mẫu cột cần khoan Biện pháp sử dụng vùng nghiên cứu cho kết tốt, chúng tơi trình bày kỹ mục 4.2.2.2 Kết thử nghiệm biện pháp chống rung bể than Cẩm Phả Quảng Ninh Như biết, tăng tải trọng chiều trục P tốc độ vịng quay n hiệu phá hủy đá tăng, nghĩa tốc độ học khoan tăng Tuy vậy, tăng thông số học (P, n) dụng cụ khoan làm việc không ổn định Sự rung động dụng cụ làm giảm tỷ lệ mẫu, giảm chiều dài khoan hiệp, đặc biệt làm giảm tuổi thọ mũi khoan kim cương Chính vậy, để tăng hiệu khoan kim cương, chưa có biện pháp chống rung, biện pháp hữu hiệu giảm bớt tải trọng chiều trục P tốc độ vòng quay n, trình bày phần Đây giải pháp tình thế, thiếu thuyết phục mà nhiều nhà nghiên cứu hài lòng, bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh, khơng có điều kiện để thực giải pháp chống rung nói mục Tuy vậy, người ta áp dụng số biện pháp chống rung 80 mặt để tăng độ bền (tăng thời gian làm việc) mũi khoan kim cương, mặt khác để tăng tải trọng chiều trục P tốc độ quay n nhằm tăng tốc độ khoan (bao gồm tốc độ học khoan tăng suất khoan ngày) Trong mục tác giả tập trung nghiên cứu loại đá đá cát kết đá cuội – sạn kết Biện pháp chống rung chủ yếu sử dụng vòng định tâm lắp ống mẫu phần cột cần khoan Tùy theo độ cứng vững cột cần khoan dụng cụ đáy mà người ta lắp 1, 2, nhiều định tâm Lắp vòng định tâm nhằm mục đích hạn chế dao động ngang mũi khoan, tránh va đập mũi khoan vào thành lỗ khoan mẫu lõi Hiệu mặt tránh tượng phá mẫu, làm tăng tỷ lệ mẫu, tăng chiều dài hiệp khoan, mặt khác tránh tượng vỡ mẻ đế mũi khoan tránh tượng rạn nứt, mòn bong hạt kim cương bề mặt đế mũi khoan, phá hủy đồng hơn, khơng có tượng mũi khoan làm việc phía Nghĩa có số hạt kim cương làm việc mịn hỏng nhanh, cịn số khác làm việc khơng làm việc Kết quả, mặt hiệu suất phá hủy giảm, mặt khác tốc độ mòn hỏng mũi khoan tăng nhanh Đối với đá cát kết, người ta tiến hành thí nghiệm máy khoan CKB – Liên Xô với điều kiện sau: - Cần khoan  50 mm có nối gia mốc - Mũi khoan thấm nhiễm có đường kính  75,5 mm - Ống mẫu  73 mm dài 2,5 m nối dài thêm đoạn ống  73 mm dài 3m - Lắp định tâm có đường kính  75 mm phía đối diện với thành lỗ khoan có gắn hợp kim chống mịn Hình 4.1 Sơ đồ dụng cụ khoan có lắp định tâm - Cần khoan  50 mm; 81 - Định tâm  75 mm; - Ống nối  73 mm; - Ống mẫu  73 mm; - Mũi khoan kim cương  75,5 mm Kết thử nghiệm trình bày bảng 4.6 Bảng 4.6 Kết thử nghiệm chống rung đá cát kết Lỗ khoan Lỗ khoan CP20 CP50 Tải trọng chiều trục P (N) 7.000 8.000 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 200 200 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 80 90 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 1,8 2,3 Chiều dài hiệp khoan (m) 1,8 2,0 Chiều cao mòn đế Δh(mm) 0,3 0,35 Chiều dài khoan mũi khoan (m) 23,4 28,5 Các thông số Từ bảng 4.6 ta có nhận xét sau: - Khi lắp định tâm khoan cụ, dao động ngang giảm, lực va đập đá thành lỗ khoan mẫu lên mũi khoan giảm, làm tăng độ bền mũi khoan, nghĩa tăng số mét khoan mũi khoan từ 23,4 m/mũi lên 28,5 m/mũi - Khi lắp định tâm, lực va đập khoan cụ lên mẫu giảm Mẫu khoan không bị vỡ lực học nên mặt tỷ lệ mẫu tăng, mặt khác chiều dài hiệp khoan tăng từ 1,8 m lên 2,0 m giảm thời gian kéo thả (thời gian phụ trợ) nên suất khoan ngày tăng từ 11,3 m lên 14 m - Khi lắp định tâm, khoan cụ làm việc ổn định hơn, vậy, cho phép ta tăng giá trị thông số chế độ khoan Điều góp phần quan trọng làm tăng hiệu phá hủy đá, dẫn đến tốc độ học khoan tăng từ 1,8 cm/ph lên 2,3 cm/ph 82 Đối với đá cuội – sạn kết, người ta thử nghiệm máy khoan Long year 38 với điều kiện sau: - Cần khoan trơn  70 mm - Mũi khoan thấm nhiễm Long year có đường kính  75,5 mm - Lắp định tâm  75 mm, khoảng cách định tâm 3,5m Mặt định tâm đối diện với thành lỗ khoan có gắn hợp kim chống mịn (xem hình 4.2) Hình 4.2 Sơ đồ dụng cụ khoan có lắp định tâm - Cần khoan trơn  72 mm - Định tâm  75 mm - Ống lắp định tâm - Mũi khoan Wieline  75,5 mm Kết thí nghiệm trình bày bảng 4.7 Bảng 4.7 Kết thử nghiệm chống rung đá cuội – sạn kết Lỗ khoan Lỗ khoan CP20 CP50 Tải trọng chiều trục P (kg) 1000 1000 Tốc độ vòng quay n (v/ph) 350 420 Lưu lượng nước rửa Q (l/ph) 100 110 Tốc độ học khoan Vch (cm/ph) 4,0 4,5 Chiều dài hiệp khoan (m) 2,4 2,6 Chiều cao mòn đế Δh (mm) 0,3 0,3 Tiêu hao mũi khoan kim cương (m/mũi) 32,5 37,9 Các thông số 83 Từ kết thử nghiệm trình bày bảng 4.7 ta có nhận xét sau: - Tương tự kết thử nghiệm trình bày bảng 4.6 Nghĩa là, lắp vòng định tâm, dụng cụ khoan làm việc ổn định Do lực va đập mũi khoan lên đá thành lỗ khoan mẫu lõi giảm đáng kể, nên dẫn đến hiệu quả: * Tăng tỷ lệ mẫu * Tăng chiều dài hiệp khoan, dẫn đến tăng suất khoan ngày * Giảm tượng dập vỡ, mòn, bong hạt kim cương đế mũi khoan Điều góp phần tăng số mét khoan mũi khoan * Do giảm rung động, người ta tăng giá trị thông số chế độ khoan P, n, Q Kết hiệu phá hủy đá tăng, nghĩa làm tăng tốc độ học khoan nói riêng tăng thời gian sử dụng mũi khoan - Do cột cần khoan dụng cụ đáy nhóm B có đường kính lớn hơn, cứng vững hơn, làm việc ổn định hơn, nên mặt ta cần lắp số định tâm (2 định tâm), mặt khác giá trị thông số chế độ khoan lựa chọn lớn Cho nên hiệu phá hủy đá cao hơn, vận tốc học khoan lớn Mức độ làm việc ổn định hiệu phá hủy đá mũi khoan kim cương khơng thể bỏ qua vai trị làm việc chuẩn xác ổn định thiết bị khoan dụng cụ khoan kèm theo 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Nghiên cứu, đánh giá hiệu làm việc mũi khoan kim cương trình phức tạp Hiệu khoan kim cương chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: Tính chất lý đất đá, cấu trúc mũi khoan, kích thước, chất lượng hạt kim cương, chế độ công nghệ khoan, thiết bị dụng cụ khoan.v.v… Tải trọng chiều trục P tốc độ vòng quay n yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ học khoan tiêu làm việc mũi khoan kim cương Tuy vậy, mức độ ảnh hưởng chúng có khác Khi tăng tốc độ vịng quay n tốc độ học khoan tăng, cịn độ mòn mũi khoan lượng tiêu hao kim cương cho mét khoan không tăng Khi tăng tải trọng P tốc độ học khoan tăng đến giá trị cực đại sau giảm, cịn độ mòn mũi khoan, lượng tiêu hao kim cương cho mét khoan lúc đầu giảm, sau lại tăng với tăng tải trọng P Độ bền mũi khoan kim cương xác định số mét khoan mũi khoan phụ thuộc lớn vào độ rung dụng cụ khoan Độ rung động tăng dẫn đến độ bền mũi khoan giảm Khi tăng tải trọng P tốc độ vòng quay n, độ rung động dụng cụ khoan tăng lên, làm giảm độ bền mũi khoan Do vậy, muốn tăng tải trọng P tốc độ vòng quay n để tăng tốc độ học khoan phải áp dụng biện pháp chống rung Một biện pháp chống rung có hiệu vùng nghiên cứu dùng vòng định tâm Khi khoan đá cứng cấp IX – X vùng nghiên cứu, việc sử dụng thiết bị khoan Longer với cần trơn có đường kính 72mm đem lại hiệu khoan cao tính xác độ ổn định dụng cụ khoan khoan Quy luật mòn, hỏng mũi khoan kim cương bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, độ cứng đá, chế độ cơng nghệ ổn định dụng cụ khoan trình khoan yếu tố Các 85 dạng mòn, hỏng mũi khoan kim cương vùng nghiên cứu : Bong hạt kim cương, mòn lệch mũi khoan, mài bóng hạt kim cương, mịn hết matrix KIẾN NGHỊ: Phương pháp khoan kim cương phương pháp khoan tiên tiến, áp dụng rộng rãi khoan thăm dị khống sản rắn Viêt Nam Để nâng cao hiệu sử dụng mũi khoan kim cương, nâng cao suất khoan đề tài kiến nghị: Song song với việc mua nhập thiết bị khoan tốc độ cao, cần phải cải tiến thiết bị khoan thăm dị vốn có Việt Nam cho phù hợp với điều kiện kỹ thuật – công nghệ khoan kim cương vùng nghiên cứu Lựa chọn cấu trúc lỗ khoan hợp lý, mở rộng phạm vi áp dụng loại cần trơn đường kính lớn kiểu nối nhippen, sử dụng dụng cụ có định tâm chống rung Hiệu khoan kim cương phụ thuộc vào dung dịch khoan Chính cần phải mở rộng phạm vi áp dụng loại dung dịch dung dịch emulxi, dung dịch polime kết hợp với việc sử dụng mỡ chống rung để nâng cao tốc độ khoan tuổi thọ mũi khoan kim cương 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thành, Nguyễn Xuân Thảo (1990) “Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật công nghệ khoan kim cương tốc độ cao điều kiện Việt Nam” Báo cáo nghiên cứu khoa học – Cục Địa chất Việt Nam Phan Xuân Dương (2001) “Nghiên cứu dạng mòn mũi khoan kim cương khoan thăm dị mỏ than vùng Đơng Bắc biện pháp nâng cao hiệu sử dụng” Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Mã số: 01.06.15 Trường ĐH Mỏ Địa chất – Hà Nội Lê Văn Kiều (2001) “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật công nghệ để nâng cao tỷ lệ chất lượng mẫu khoan thăm dị khống sản q hiếm” Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mã số 01.06.15 Trường ĐH Mỏ - Địa chất – Hà Nội Nguyễn Xuân Thảo, Trần Đình Kiên (1997) “Quy luật mòn mũi khoan kim cương q trình phá hủy đất đá” Tuyển tập Cơng trình khoa học hội nghị học toàn quốc lần thứ 6, Hà Nội Nguyễn Xuân Thảo, Trần Đình Kiên (1998) “Quá trình làm việc mũi khoan kim cương tốc độ lớn” Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ 13, Hà Nội Nguyễn Đức Thành (1996) “Nghiên cứu phương pháp xác định hiệu khoan kim cương tìm kiếm thăm dị khống sản rắn Việt Nam” Luận án tiến sỹ kỹ thuật Mã số 01.06.15 Trường ĐH Mỏ - Địa chất – Hà Nội Nguyễn Đình Cảnh, Trương Biên (1995) “Kết áp dụng công nghệ công tác khoan địa chất Liên đoàn Intergeo” Báo cáo HNKH Địa chất Việt Nam lần thừ III – Hà Nội Tổng cục địa chất (1990) “Báo cáo kiểm điểm tình hình suất khoan máy phương pháp nghiên cứu tác dụng tiến kỹ thuật giai đoạn 1986 – 1990” ... NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA MŨI KHOAN KIM CƯƠNG TẠI BỂ THAN CẨM PHẢ - QUẢNG NINH 64 4.1 Đặc điểm địa chất bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh 64 4.1.1 Sét kết sét than. .. hướng giải Trong khuôn khổ luận văn tác giả tập trung nghiên cứu giải pháp nâng cao tiêu làm việc mũi khoan kim cương thông qua việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu làm việc mũi khoan kim cương. .. để nâng cao tốc độ học khoan thời gian làm việc mũi khoan việc làm quan trọng Nó góp phần nâng cao hiệu khoan kim cương nói chung cho bể than Cẩm Phả - Quảng Ninh nói riêng Chính việc ? ?Nghiên cứu