4.2. Lựa chọn l−ỡi khoan kim c−ơng
4.2.3. Lựa chọn chế độ công nghệ khoan kim cương
Tốc độ khoan và hiệu quả phá huỷ đá trong khoan kim cương phụ thuộc nhiều vào chế độ khoan; vì vậy, lựa chọn chế độ công nghệ khoan phù hợp với tính chất cơ lý đá, điều kiện thi công không những tăng tốc độ khoan, tăng độ bền lưỡi khoan, còn hạn chế tới mức độ tối đa tiêu hao kim cương cho một mét
khoan.
Kết quả nghiên cứu của các chuyên gia nước ngoài cho thấy độ cứng của
đế, hàm lượng hạt kim cương ảnh hưởng tới các chỉ tiêu làm việc của lưỡi khoan nh− sau:
- ảnh hưởng đến tốc độ cơ học khoan:
+ Độ cứng của đế l−ỡi khoan chiếm 16,2%.
+ Hàm lượng kim cương trong đế lưỡi khoan chiếm 13,8%.
- ảnh hưởng đến tiến độ của lưỡi khoan:
+ Độ hạt của hạt kim c−ơng chính chiếm 11%
+ Hàm lượng kim cương trong đế lưỡi khoan chiếm 9,0%.
- ảnh hưởng đến độ mòn của lưỡi khoan: Chất lượng kim cương chiếm 73%.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khoan cho thấy: ảnh hưởng
đến tốc độ cơ học khoan thì tốc độ vòng quay của l−ỡi khoan chiếm 22%, và
ảnh hưởng đến độ mòn của lưỡi khoan thì tải trọng lên đáy lỗ khoan chiếm 21%.
Từ những kết quả trên cho ta thấy để nâng cao hiệu quả sử dụng l−ỡi khoan kim c−ơng trong khoan ống mẫu luồn thì song song với việc chọn l−ỡi khoan việc chọn thông số chế độ khoan hợp lý là rất cần thiết: Theo G.A Blinov và A.A. Anđriev bị phụ thuộc giữa tốc độ có học khoan với tốc độ vòng quay và cấu tạo l−ỡi khoan có dạng:
42 , 0
23 , 0 44 , 0
A K
vch = n (4.1) Trong đó: K - Hàm lượng kim cương trong đế lưỡi khoan (%); A- Kích
th−ớc hạt kim c−ơng (mm)
Theo X.H Tarakamov thì mối quan hệ Vch = f(n) có dạng:
T
ch bxP
V = 6xCxn (4.2)
Trong đó: C – tải trọng lên l−ỡi khoan (daN); b – chiều rộng đế l−ỡi khoan (mm); PT - độ cứng của đất đá (daN/mm2);
Chọn tải trọng lên l−ỡi khoan theo R.M.Xkrianbin:
P ≥ 0,48 Py.C3 K2 (4.3) Trong đó: P – tải trọng lên l−ỡi khoan;
Py Pd
÷
= 30
1 20
1 (4.4)
C – l−ợng kim c−ơng ở mặt đầu l−ỡi khoan, K’ - Độ hạt Kim c−ơng; Pd - Độ cứng của đất đá theo ấn đột.
Theo X.H tarakanov thì đối với lưỡi khoan Kim cương một lớp tải trọng chiều trục lên đế l−ỡi khoan P0 xác định theo công thức:
d P
P Q.
55 ,
0=0 × (4.5) Trong đó: Q - Lượng hạt kim cương chính; P- Độ cướng của đất đá; d- Đường kính chung của hạt kim cương chính và đối với lưỡi khoan kim cương thấm nhiÔm th×:
h P Pi Q.
55 ,
0 ×
= (4.6)
Trong đó: h- Là chiều cao phần làm việc của l−ỡi khoan;
Theo quan điểm của các chuyên gia khoan, chế độ công nghệ hợp lý khoan kim cương được lựa chọn phù hợp với tính chất cơ lý đá, cấu trúc lưỡi khoan, chất lượng và kích thước hạt kim cương gắn trong lưỡi khoan; đồng thời tính toán tới các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phá huỷ đá ở đáy lỗ khoan và khả năng cho phép của thiết bị, dụng cụ khoan.
áp lực đáy lên l−ỡi khoan xác định theo công thức sau:
P = K.ϕ.PS .fa (4-7)
Trong đó: P - áp lực đáy lên l−ỡi khoan, N; K - Hệ số ma sát của kim cương với đá; Hệ số K thay đổi phụ thuộc vào loại và tính chất nước rửa dùng trong khoan; K = 0,5 - 0,3 khi rửa bằng dung dịch sét; K = 0,35 - 0,2 khi rửa bằng nước l]; ϕ = 0,17 - 0,23, hệ số đặc trưng cho sự thay đổi diện tích tiếp xúc của các hạt kim cương trong lưỡi khoan với đá. PS - Độ cứng của đá, N/m2; fa - Tổng diện tích các hạt Kim cương tiếp xúc với đá, m2. fa xác định theo công thức:
fa = π.r2 .z (4-8) Trong đó: z - số lượng hạt kim cương tiếp xúc với đá, hạt; r - Bán kính tiếp xúc của hạt Kim cương với đá, m.
Theo V.G.Gorskov, bán kính tiếp xúc của hạt kim c−ơng phụ thuộc vào
đường kính hạt và xác định theo công thức:
r = d ha. (4-9)
Trong đó: da - Đương kính trung bình của hạt kim cương, m; h - Độ ngập sâu của hạt kim cương vào đá, m; h = 0,002da - 0,02 da và phụ thuộc Vào tính chất cơ lý đá.
Thay (4-9) vào (4-8) ta có: Fa = π.da.z.h (4-10) Theo kết quả nghiên cứu số lượng hạt kim cương tiếp xúc với đá đối với l−ìi khoan kiÓu mét líp z = 2
3 z0; đối với l−ỡi khoan thấm nhiễm z = 0,5z0; z0 - Tổng số hạt kim cương gắn trong lưỡi khoan và xác định theo công thức :
z0 = Q.m (4-11)
Trong đó: Q - Lượng kim cương gắn trong lưỡi khoan, cam; m - Kích th−ớc hạt kim c−ơng gắn trong l−ỡi khoan, hạt/cara.
Ví dụ: L−ỡi khoan kim c−ơng kiểu một lớp; đ−ờng kính ngoài 76.10-3m;
đ−ờng kính trong 58.10-3m; đ−ờng kính trung bình 67.10-3m. Kim c−ơng gắn trong l−ỡi khoan: Kích th−ớc hạt, 50 hạt/cara; L−ợng Kim c−ơng trong l−ỡi khoan, 10,5 cara. Khoan đá cấp VII ữ VIII theo độ khoan, độ cứng Ps = 400.
107N/m2. Đ−ờng kính trung bình hạt Kim c−ơng da = 1,2. 10-3m. N−ớc rửa là dung dịch sét.
Xác định fa theo công thức (4-10):
fa = 3,14.l,2.10-3.0,01.1,2.10-3.2/3.10,5.50 = 15,8.10-6 m2 fa = 15,83.10-6 m2
áp lực đáy tác dụng lên l−ỡi khoan xác định theo công thức (4-1):
P = 0,5×0,2×400×107×15,83×10-6 P = 6332N
áp lực tác dụng lên l−ỡi khoan xác định theo công thức (4-7) là áp lực
tối thiểu cần thiết để hạt kim cương phá huỷ đá. Trong quá trình khoan, hạt kim cương bị mòn, diện tích tiếp xúc tăng; vì vậy cần phải tăng dần áp lực đáy Trong thực tế, khi tăng áp lực bị hạn chế bởi nhiều yếu tố ; trong đó: Khả năng công suất thiết bị, độ bền của cần là các yếu tố cơ bản. Theo kinh nghiệm thực tế, áp lực cho phép tăng từ 1,5 - 2 lần so với áp lực ban đầu tùy theo từng điều kiện khoan thực tế.
Tốc độ vòng quay là một yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới hiệu quả khoan và
độ bền l−ỡi khoan. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn đều khẳng định:
Khi tăng tốc độ vòng quay, tốc độ cơ học tăng theo và tiêu hao kim cương cho một mét khoan hầu nh− không tăng. Trong thực tế khi tăng tốc độ vòng quay cần phối hợp với tăng áp lực đến giá trị tối −u phù hợp với khả năng thiết bị, dụng cụ khoan, tính chất cơ lý đá và điều kiện khoan để đạt đ−ợc giá trị tốc độ cơ học, tiến độ lưỡi khoan lớn nhất nhưng tiêu hao kim cương cho một mét khoan nhá nhÊt.
Chế độ khoan kim cương đường kính 76mm được lựa chọn hợp lý trên cơ sở các kết quả nghiên cứu từ thực tế ở các mỏ than Đông Bắc (Bảng 4.7).
Chế độ khoan kim cương quy định ở bảng 4.7 áp dụng cho khoan các
địa tầng đá đồng nhất, không nứt nẻ. Khi khoan các địa tầng đá nét nẻ, cứng mềm xen kẽ nên lựa chọn chế độ khoan phù hợp với điều kiện thực tế hoặc nếu
áp dụng chế độ khoan quy định thì cần giảm áp lực và tốc độ vòng quay từ 30% đến 50% giá trị quy định.
Bảng 4.6. Chế độ khoan kim cương cho các nhóm đá ở mỏ than Đông Bắc – Quảng Ninh
Chế độ khoan KiÓu
l−ìi khoan
kim c−ơng
§−êng kÝnh,
l−ìi khoan
mm
Độ cứng của đế,
HRC
KÝch th−íc hạt kim
c−ơng, hạt/cara
Nhãm
đá
áp lùc, KN
Tốc độ vòng quay, v/ph
Lưu l−ợng
n−íc rửa, l/ph
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
KiÓu
mét líp 76
30-35 30-35 35-40
40-60 40-60 60-120
Nhãm 1 Nhãm 2 Nhãm 3
3-5 5-8 6-10
300-500 400-700 500-800
40-50 40-50 30-50
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
KiÓu thÊm nhiÔm
76
30-35 40-45 40-45 45-50
80-120 80-120 120-200 150-400
Nhãm 1 Nhãm 2 Nhãm 3 Nhãm 4
8-10 10-13 13-15 15-20
500-800 600-800
700- 1000 800- 1200
40-60 30-50 30-50 30-50