Thiết kế thi công lỗ khoan thăm dò than MK 1146 , mỏ Mạo KhêĐông Triều Quảng Ninh

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………….7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………………………………………......8 LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………...9 CHƢƠNG I. KHÁI QUÁT KHU VỰC THĂM DÒ……………….…………….10 1.1.Nhiệm vụ và yêu cầu của lỗ khoan MK 1146………………….……………..10 1.1.1.Nhiệm vụ……………………………………………………..……………..10 1.1.2.Yêu cầu……………………………………………….………….………….10 1.2. Điều kiện tự nhiên và xã hội ……………………………….………………..10 1.2.1.Vị trí địa lý:………………………………....………………………………10 1.2.2. Điều kiện khí hậu…………………………………………………………...11 1.2.3.Đặc điểm địa hình sông suối ………………………………………………..11 1.2.4.Cơ sở hạ tầng, giao thông:…………………………………………………..12 1.2.5.Tình hình xã hội……………………………………………………………..12 1.3. Đặc điểm địa chất…………………………………………………………….12 1.4.Ảnh hƣởng của các điều kiện địa chất đến công tác khoan…………………..13 1.4.1.Đất đá bở rời, liên kết yếu…………………………………………………..13 1.4.2. Đất đá dễ trƣơng nở………………………………………………………..13 1.4.3.Đứt gãy……………………………………………………………………..13 CHƢƠNG II .THIẾT KẾ THI CÔNG……………………………….14 2.1. Cơ sở lựa chọn và mục đích cấu trúc lỗ khoan………………………………14 2.1.1.Dựa vào mục đích, yêu cầu của lỗ khoan…………………………………..14 2 2.1.2.Yếu tố địa chất………………………………………………………………14 2.1.3. Yếu tố kĩ thuật và công nghệ……………………………………………….14 2.1.4.Yếu tố kinh tế……………………………………………………………….15 2.1.5.Yếu tố an toàn……………………….………………………………………15 2.2 Thiết kế cấu trúc lỗ khoan………………………………………………...…..15 2.2.1.Lựa chọn sơ bộ cấu trúc lỗ khoan………………………………………..…15 2.2.2.Cấu trúc lỗ khoan MK 1146 ………………………………………………..16 CHƢƠNG III.LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN ……17 3.1.Lựa chọn thiết bị khoan………………………………………….……………17 3.1.1.Lựa chọn máy khoan………………………………………………………..17 3.1.2.Lựa chọn máy bơm……………………………………………….…………20 3.1.3.Máy trộn dung dịch …………………………………………………………21 3.1.4.Máy phát điện……………………………………………………………….22 3.2.Lựa chọn dụng cụ khoan………………………………………………………23 3.2.1.Lựa chọn dụng cụ phá hủy đất đá…………………………………………...23 3.2.2.Lựa chọn cần khoan…………………………………………………………25 3.2.3: Dụng cụ phụ trợ……………………………………………………….……26 3.2.4.Dụng cụ cứu chữa sự cố…………………………………………………….29 CHƢƠNG IV: DUNG DỊCH KHOAN………………………………..33 4.1.Các loại dung dịch khoan đã và đang dùng tại vùng mỏ……………….……..33 4.1.1.Dung dịch sét Bentonite…………………………………………………….33 4.1.2.Dung dịch polymer………………………………………………………….33 3 4.2. Lựa chọn và tính toàn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan…………….….34 4.2.1. Cơ sở phân chia khoản khoan để lựa chọn dung dịch……………………...34 4.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan………………………….…....34 4.2.2.1.Yêu cầu……………………………………………………………….…...34 4.2.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan……………………….…….35 4.2.3.Tính toán định lƣợng nguyên liệu để điều chế dung dịch khoan……….…38 4.3.Gia công hóa học dung dịch sét……………………………………..……….40 4.3.1.Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan………………………………40 4.3.2.Tác dụng của hóa phẩm……………………………………………………40 4.3.3.Cách điều chế dung dịch đang sử dụng…………………………………….41 4.3.3.1:Cách thức………………………………………………………………….41 4.3.3.2:Công thức……………………………………………………………..…..41 CHƢƠNG V:THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ KHOAN…………42 5.1.Cơ sở lựa chọn, phân chia khoảng khoan ………………………………….…42 5.1.2. Phân chia khoảng khoan và phƣơng pháo khoan cho lỗ khoan MK 1146…42 5.2.Tính toán thông số chế độ khoan cho từng khoảng khoan…………………....43 5.2.1.Cơ sở tính toán và lựa chọn chế độ khoan…………………………………..43 5.2.2.Tính toán các thông số chế độ khoan……………………………………….43 5.2.3.Lựa chọn các thông số cho từng khoảng khoan…………………………….45 5.3.Công nghệ kỹ thuật khoan…………………………………………………….46 5.3.1.Kỹ thuật khoan mở lỗ……………………………………………………….46 5.3.2.Kỹ thuật khoan qua than và lấy mẫu khí……………………………………47 5.3.3. Đặc tính công nghệ khoan ống mẫu nòng đơn……………………………..48 4 5.3.3.1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động của bộ ống mẫu đơn………………………..48 5.3.3.1.2.Nguyên lý hoạt động…………………………………………………….49 5.3.3.1.3.Ƣu nhƣợc điểm của bộ ống mẫu nòng đơn……………………………...50 5.4.Công tác kết thúc lỗ khoan……………………………………………………50 5.4.1.Công tác lấy mẫu bổ sung…………………………………………………..50 5.4.1.1.Phƣơng pháp lấy mẫu bổ sung:…………………………………………...51 5.4.1.2.Trình tự thực hiện ………………………………………………….…….51 5.4.2.Công tác bơm rửa…………………………………………………………..51 5.4.3.Công tác đo địa vật lý ……………………………………………………...51 5.4.4.Công tác lấp lỗ khoan và xây lắp lỗ khoan…………………………………51 5.5.Công tác hạ tháp, bốc dỡ thiết bị……………………………………………..52 CHƢƠNG VI:CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG……………….53 6.1.Công tác chống ống…………………………………………………………..53 6.1.1.Mục đích của quá trình chống ống………………………………………….53 6.1.2. Yêu cầu chống ống…………………………………………………………53 6.1.3.Phƣơng thức chống ống…………………………………………………….53 6.2.Công tác trám xi măng………………………………………………………..53 6.2.1.Mục đích quá trình trám xi măng…………………………………………...54 6.2.2.Tính toán lƣợng xi măng trám lỗ……………………………………………54 6.2.3.Quy trình trám xi măng……………………………………………………..56 6.3.Quy trình lấp lỗ khoan khi đã hoàn thành……………………………………57 CHƢƠNG VII: KIỂM TOÁN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN…58 5 7.1.Kiểm toán tháp khoan…………………………………………………….…..58 7.2.Kiểm toán tời khoan……………………………………………………….….59 7.3.Kiểm toán công suất động cơ…………………………………………………59 7.3.1.Trong quá trình khoan………………………………………………………59 7.3.2.Quá trình nâng thả…………………………………………………………..61 7.3.4.Kiểm toán cột cần khoan……………………………………………………62 7.4.1.Kiểm toán ở phần trên của cột cần khoan…………………………………..62 7.4.2.Kiểm toán phần dƣới của cột cần khoan……………………………………63 7.5. Kiểm toán công suất máy bơm………………………………………………64 7.5.1.Kiểm toán tổn thất áp suất trong quá trình khoan…………………………..64 7.5.2.Kiểm toán công suất máy bơm. …………………………………………….67 Chƣơng VIII:ĐỂ PHÒNG PHỨC TẠP VÀ SỰ CỐ KHI KHOAN…..68 8.1. Đề phòng phức tạp trong khoan………………………………………………68 8.1.1. Khái niệm phức tạp…………………………………………………………68 8.1.2. Nguyên nhân gây ra các phức tạp và biện pháp phòng ngừa………………68 8.2.1.Khái niệm sự cố……………………………………………………………..73 8.2.2. Nguyên nhân gây ra sự cố………………………………………………….73 8.2.3. Những biện pháp phòng ngừa sự cố………………………………………..73 8.2.4. Biện pháp cứu chữa sự cố……………………………………………..……74 CHƢƠNG IX: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG …………………………………………………………….76 9.1.An toàn lao động……………………………………………………………... 76 9.1.1.An toàn lao động cho ngƣời………………………………………………...77 6 9.1.2.An toàn cho máy móc thiết bị……………………………………………....77 9.1.3.An toàn cho công trình……………………………………………………...78 9.1.4.Những biện pháp đảm bảo an toàn của Liên đoàn………………………….78 9.2.Bảo vệ môi trƣờng…………………………………………………………….79 CHƢƠNG X:TỔ CHỨC SẢN XUẤT VÀ THỜI GIAN THI CÔNG LỖ KHOAN ………………………………………………………………80 10.1. Cơ cấu tổ chức xí nghiệp thi công……………………………….……….…80 10.2. Chức năng của mỗi bộ phận………………………………………………...81 10.3.Tổ chức tổ khoan ……………………………………………………………81 10.4.Tổ chức khoan trƣờng………………………………………………………..84 10.5. Tổ chức cung cấp vật tƣ……………………………………………………..85 10.6.Tổ chức thi công đƣờng, nền………………………………………………...86 10.7.Tổ chức cận chuyển, xây lắp thiết bị và lán trại……………………………..86 10.8.Công tác khoan………………………………………………………………87 10.9. Tổ chức tháo dỡ thiết bị khoan và lấp lỗ khoan…………………………….87 10.10.Thời gian thi công………………………………………………………….87 CHƢƠNG XI: TÍNH TOÁN VẬT TƢ VÀ DỰ TOÁN KINH TẾ……89 11.1.Tính toán vật tƣ………………………………………………………………89 11.2.Dự toán kinh tế………………………………………………………………90 KẾT LUẬN…………………………………………………...92

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU……….7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ……… 8

LỜI MỞ ĐẦU……… 9

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT KHU VỰC THĂM DÒ……….……….10

1.1.Nhiệm vụ và yêu cầu của lỗ khoan MK 1146……….……… 10

1.1.1.Nhiệm vụ……… ……… 10

1.1.2.Yêu cầu……….………….………….10

1.2 Điều kiện tự nhiên và xã hội ……….……… 10

1.2.1.Vị trí địa lý:……… ………10

1.2.2 Điều kiện khí hậu……… 11

1.2.3.Đặc điểm địa hình sông suối ……… 11

1.2.4.Cơ sở hạ tầng, giao thông:……… 12

1.2.5.Tình hình xã hội……… 12

1.3 Đặc điểm địa chất……….12

1.4.Ảnh hưởng của các điều kiện địa chất đến công tác khoan……… 13

1.4.1.Đất đá bở rời, liên kết yếu……… 13

1.4.2 Đất đá dễ trương nở……… 13

1.4.3.Đứt gãy……… 13

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THI CÔNG……….14

2.1 Cơ sở lựa chọn và mục đích cấu trúc lỗ khoan………14

2.1.1.Dựa vào mục đích, yêu cầu của lỗ khoan……… 14

2.1.2.Yếu tố địa chất………14

2.1.3 Yếu tố kĩ thuật và công nghệ……….14

2.1.4.Yếu tố kinh tế……….15

2.1.5.Yếu tố an toàn……….………15

2.2 Thiết kế cấu trúc lỗ khoan……… … 15

2.2.1.Lựa chọn sơ bộ cấu trúc lỗ khoan……… …15

2.2.2.Cấu trúc lỗ khoan MK 1146 ……… 16

CHƯƠNG III.LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN ……17

3.1.Lựa chọn thiết bị khoan……….………17

3.1.1.Lựa chọn máy khoan……… 17

3.1.2.Lựa chọn máy bơm……….…………20

3.1.3.Máy trộn dung dịch ………21

3.1.4.Máy phát điện……….22

3.2.Lựa chọn dụng cụ khoan………23

3.2.1.Lựa chọn dụng cụ phá hủy đất đá……… 23

3.2.2.Lựa chọn cần khoan………25

3.2.3: Dụng cụ phụ trợ……….……26

3.2.4.Dụng cụ cứu chữa sự cố……….29

CHƯƠNG IV: DUNG DỊCH KHOAN……… 33

4.1.Các loại dung dịch khoan đã và đang dùng tại vùng mỏ……….…… 33

4.1.1.Dung dịch sét Bentonite……….33

4.1.2.Dung dịch polymer……….33

4.2 Lựa chọn và tính toàn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan……….….34

4.2.1 Cơ sở phân chia khoản khoan để lựa chọn dung dịch……… 34

4.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan……….… 34

4.2.2.1.Yêu cầu……….… 34

4.2.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan……….…….35

4.2.3.Tính toán định lượng nguyên liệu để điều chế dung dịch khoan……….…38

4.3.Gia công hóa học dung dịch sét……… ……….40

4.3.1.Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan………40

4.3.2.Tác dụng của hóa phẩm………40

4.3.3.Cách điều chế dung dịch đang sử dụng……….41

4.3.3.1:Cách thức……….41

4.3.3.2:Công thức……… … 41

CHƯƠNG V:THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ KHOAN…………42

5.1.Cơ sở lựa chọn, phân chia khoảng khoan ……….…42

5.1.2 Phân chia khoảng khoan và phương pháo khoan cho lỗ khoan MK 1146…42 5.2.Tính toán thông số chế độ khoan cho từng khoảng khoan……… 43

5.2.1.Cơ sở tính toán và lựa chọn chế độ khoan……… 43

5.2.2.Tính toán các thông số chế độ khoan……….43

5.2.3.Lựa chọn các thông số cho từng khoảng khoan……….45

5.3.Công nghệ kỹ thuật khoan……….46

5.3.1.Kỹ thuật khoan mở lỗ……….46

5.3.2.Kỹ thuật khoan qua than và lấy mẫu khí………47

5.3.3 Đặc tính công nghệ khoan ống mẫu nòng đơn……… 48

5.3.3.1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động của bộ ống mẫu đơn……… 48

5.3.3.1.2.Nguyên lý hoạt động……….49

5.3.3.1.3.Ưu nhược điểm của bộ ống mẫu nòng đơn……… 50

5.4.Công tác kết thúc lỗ khoan………50

5.4.1.Công tác lấy mẫu bổ sung……… 50

5.4.1.1.Phương pháp lấy mẫu bổ sung:……… 51

5.4.1.2.Trình tự thực hiện ……….…….51

5.4.2.Công tác bơm rửa……… 51

5.4.3.Công tác đo địa vật lý ……… 51

5.4.4.Công tác lấp lỗ khoan và xây lắp lỗ khoan………51

5.5.Công tác hạ tháp, bốc dỡ thiết bị……… 52

CHƯƠNG VI:CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG……….53

6.1.Công tác chống ống……… 53

6.1.1.Mục đích của quá trình chống ống……….53

6.1.2 Yêu cầu chống ống………53

6.1.3.Phương thức chống ống……….53

6.2.Công tác trám xi măng……… 53

6.2.1.Mục đích quá trình trám xi măng……… 54

6.2.2.Tính toán lượng xi măng trám lỗ………54

6.2.3.Quy trình trám xi măng……… 56

6.3.Quy trình lấp lỗ khoan khi đã hoàn thành………57 CHƯƠNG VII: KIỂM TOÁN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN…58

7.1.Kiểm toán tháp khoan……….… 58

7.2.Kiểm toán tời khoan……….….59

7.3.Kiểm toán công suất động cơ………59

7.3.1.Trong quá trình khoan………59

7.3.2.Quá trình nâng thả……… 61

7.3.4.Kiểm toán cột cần khoan………62

7.4.1.Kiểm toán ở phần trên của cột cần khoan……… 62

7.4.2.Kiểm toán phần dưới của cột cần khoan………63

7.5 Kiểm toán công suất máy bơm………64

7.5.1.Kiểm toán tổn thất áp suất trong quá trình khoan……… 64

7.5.2.Kiểm toán công suất máy bơm ……….67

Chương VIII:ĐỂ PHÒNG PHỨC TẠP VÀ SỰ CỐ KHI KHOAN… 68

8.1 Đề phòng phức tạp trong khoan………68

8.1.1 Khái niệm phức tạp………68

8.1.2 Nguyên nhân gây ra các phức tạp và biện pháp phòng ngừa………68

8.2.1.Khái niệm sự cố……… 73

8.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố……….73

8.2.3 Những biện pháp phòng ngừa sự cố……… 73

8.2.4 Biện pháp cứu chữa sự cố……… ……74

CHƯƠNG IX: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI

TRƯỜNG ……….76

9.1.An toàn lao động……… 76

9.1.1.An toàn lao động cho người……… 77

9.1.2.An toàn cho máy móc thiết bị……… 77

9.1.3.An toàn cho công trình……… 78

9.1.4.Những biện pháp đảm bảo an toàn của Liên đoàn……….78

9.2.Bảo vệ môi trường……….79

CHƯƠNG X:TỔ CHỨC SẢN XUẤT VÀ THỜI GIAN THI CÔNG LỖ KHOAN ………80

10.1 Cơ cấu tổ chức xí nghiệp thi công……….……….…80

10.2 Chức năng của mỗi bộ phận……… 81

10.3.Tổ chức tổ khoan ………81

10.4.Tổ chức khoan trường……… 84

10.5 Tổ chức cung cấp vật tư……… 85

10.6.Tổ chức thi công đường, nền……… 86

10.7.Tổ chức cận chuyển, xây lắp thiết bị và lán trại……… 86

10.8.Công tác khoan………87

10.9 Tổ chức tháo dỡ thiết bị khoan và lấp lỗ khoan……….87

10.10.Thời gian thi công……….87

CHƯƠNG XI: TÍNH TOÁN VẬT TƯ VÀ DỰ TOÁN KINH TẾ……89

11.1.Tính toán vật tư………89

11.2.Dự toán kinh tế………90

KẾT LUẬN……… 92

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1.Bảng thống kê cấu trúc lỗ khoan……… 16

Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật máy khoan XY- 44A ……….…19

Bảng 3.2.Thông số kỹ thuật báy bơm BW – 250……… 21

Bảng 3.3 Thông số máy trộn dung dịch ……… 22

Bảng 3.4.Thông số kỹ thuật máy phát điện R4100……… 22

Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật của sét Betonite ……….34

Bảng 4.2 Thống số dung dịch khoan qua tầng phủ ……… …36

Bảng 4.3.Thông số dung dịch khoan qua tầng bở rời, liên kết yếu ……… 37

Bảng 4.4.Thông số dung dịch khi khoan qua tầng sét ……….….38

Bảng 4.5.Thông số dung dịch khi khoan qua các tầng đất đá ………38

Bảng 5.1.Thông số chế độ khoan ……….………… 46

Bảng 5.2.Cấu tạo và chức năng của bộ ống mẫu nòng đơn ……… 49

Bảng 8.1.Các dạng phức tạp và các biện pháp phòng ngừa ……… ….72

Bảng 10.1.Vị trí của trường khoan ……….… 86

Bảng 11.2 Vật tư khoan……… … 90

Bảng 11.2.Dự toán kinh tế cho lỗ khoan ……… 92

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1.Cấu trúc lỗ khoan MK1146 ……….16

Hình 3.1.Máy khoan XY-44A ……….18

Hình 3.2.Máy bơm BW 250 ………20

Hình 3.3.Máy trộn dung dịch O X-7A ……….21

Hình 3.4.Lưỡi khoan kim cương HRC ……….…… 24

Hình 3.5 Cần khoan ………25

Hình 3.6.Vòng kẹp ống chống ………26

Hình 3.7.Khóa bản lề… ……… 27

Hình 3.8.Khóa gọng ô……… ………28

Hình 3.9.Chạc đỡ vica……… 28

Hình 3.10.Bàn kẹp………29

Hình 3.11.Khóa cá sấu……….29

Hình 3.12.Metric………30

Hình 3.13.Côlôcôn……… 31

Hình 3.14.Đầu chụp vớt……… ………32

Hình 3.15.Doa nam châm………32

Hình 3.16.Móc……… 33

Hình 5.1 Cấu tạo bộ ống mẫu nòng đơn ………49

Hình 5.2.Nguyên lý hoạt động của bộ ống mẫu nòng đơn……… 50

Hình 6.1.Sơ đồ trám xi măng của lỗ khoan MK1146 ……… 56

Hình 6.2.Quy trình trám xi măng……… 57

Hình 10.1.Cơ cấu tổ chức của xí nghiệp khoan……… ….….82

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, nước ta đang đẩy mạnh công tác tìm kiếm và thăm dò khoáng sản rắn ở sâu trong lòng đất, những khoáng sản có ích vốn là tiền đề và là nguồn năng lượng hữu ích để làm giàu cho Đất nước Để chú trọng vào công tác tìm kiếm này thì một trong những phương pháp thăm dò đạt hiểu quả và cung cấp thông tin một cách chính xác nhất đó là phương pháp khoan thăm dò lấy mẫu

Chuyên nghành đào tạo kỹ sư Công nghệ và kỹ thuật khoan bắt đầu từ những năm 1962, cho đến nay công tác khoan thăm dò lấy mẫu đã có những thành tựu rất lơn và đã không ngừng cải tiến công nghệ cũng như máy móc trong quá trình làm việc Trong thời gian vừa qua em rất may mắn đã được thực tập ở Công ty cổ phần khoan dịch vụ và kỹ thuật khai thác mỏ, trong thời gian đó em đã được tiếp cận với máy móc, được thực hành qua thực tế và tiếp cận với phương pháp lấy mẫu nòng đơn cùng với những kiến thực thực tế vô cùng hữu ích khác cùng với đó em cũng đã thu thập được tài liệu thực tế khoan Bằng những kiến thức đã học ở trên trường suốt 5 năm qua, cùng với sự mày mò tìm hiểu qua sách vở, kết hợp với tài liệu thực tế và qua sự giúp đỡ tận tình của các anh các chú trong công ty và sự hộ trợ đắc lực từ các thầy cô giáo trong bộ môn Em đã tiến hành làm đồ án tốt nghiệp

của mình với tên đề tài: “ Thiết kế thi công lỗ khoan thăm dò than MK 1146 ,

mỏ Mạo Khê-Đông Triều- Quảng Ninh ”

Qua đây, em xin chân thành cám ơn các chú,các anh trong công ty đã tạo điều kiện tốt nhất có thể cho em, các thầy cô giáo trong bộ môn – những người đã theo

em, giảng dạy và soi đường chỉ lối cho em suốt những năm qua Đặc biệt em xin

bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy TS Nguyễn Trần Tuân ,

người đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đồ án này

Mặc dù vậy, cuốn đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót và hạn chế do kiến thức còn hạn chế, thời gian tiếp cận thực tế không được nhiều.Em hi vọng sẽ được đón nhận những sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa và bạn bè để cuốn đồ án được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày tháng, năm 2017

CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT KHU VỰC THĂM DÒ

1.1: Nhiệm vụ và yêu cầu của lỗ khoan MK 1146:

1.1.1.Nhiệmvụ:

Lỗ khoan MK 1146 nhằm tìm kiếm thăm dò than ở độ sâu 660m được công ty CP Địa chất Việt Bắc giao cho Tổ khoan 11( ông Nguyễn) thực hiện với nhiệm vụ:

Xác định địa tầng, chiều sâu vách trụ và cấu tạo chi tiết các vỉa than

Lấy mẫu phân tích hóa than và đá kẹp các vỉa than

Lấy mẫu định lượng vỉa than

Quan trắc đơn giản ĐCCT-ĐCTV

Lấy mẫu khí định tính

Đo địa vật lý lỗ khoan

Nghiên cứu địa tầng, kiến tạo

Qua cột địa tầng của lỗ khoan MK1146 có thể so sánh sự liên hệ địa tầng giữa các

lỗ khoan trong khu vực thăm dò

1.2: Điều kiện tự nhiên và xã hội

1.2.1.Vị trí địa lý:

Lỗ khoan MK 1146 là lỗ khoan nằm trong quyết đinh của giám đốc Công ty Cổ phần Điạ chất Việt Bắc – TKV, về việc giao nhiệm vụ cho phòng Kỹ thuật thi công: Tổ chức Thi công Khoan thăm dò bổ sung mỏ than Mạo Khê – Công ty than Mạo Khê – Đông Triều – Quảng Ninh

Tọa độ của lỗ khoan: X= 2333455, Y= 356964

Chiều sâu: 660m

1.2.2 Điều kiện khí hậu:

Khí hậu nơi đây tương đối ôn hòa Nhiệt độ trung bình năm là 230C, độ ẩm 81%, lượng mưa trong năm là 1809mm, thấp hơn nhiều huyện trong tỉnh

Có hai hướng gió mùa chính:

Gió Đông Nam: Xuất hiện vào mùa mưa thổi từ biển vào mang theo hơi nước và gây ra mưa lớn

Gió mùa Đông Bắc: Xuất hiện vào mùa khô từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau, gió Đông Bắc trang về thường lạnh và mang theo gió rét Bão: Hàng năm, thường chịu ảnh hưởng trực tiếp của 3-5 cơn bão với cấp gió đến cấp 10 giật cấp 11

Lượng mưa: Lượng mưa tương đối thấp chỉ đạt 1444 mm

Chế độ gió: Tốc độ gió trung bình năm đạt 3m/s, tốc độ gió lớn nhất 45m/s

Sương muối: thường xuất hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12 năm trước đến tháng 3 năm sau, tập trung ở các vùng núi An Sinh, Bình Khê, Tràng Lương, khi

đó nhiệt độ có nơi xuống tới 30

C

1.2.3: Đặc điểm địa hình sông suối:

o Sông Kinh Thầy chẩy từ địa phận tỉnh Bắc Ninh, Hải Dương qua Đông Triều, Hải Phòng rồi đổ ra biển, đoạn qua Đồng Triều dài 26,2 km

o Sông Vàng chảy theo hướng bắc- nam đổ vào sông Kinh Thầy dài 8 km

o Sông Cầm bắt nguồn từ vùng núi phía bắc chảy quanh co qua xã Xuân Sơn Hưng Đạo rồi đổ ra sông Kinh Thầy dài 20,1 km

o Sông Đạm bắt nguồn từ vùng núi phía bắc chảy theo hướng bắc- nam rồi đổ vào sông Kinh Thầy dài 12,1 km

o Ngoài ra còn có các sông suối nhỏ bắt nguồn từ các dãy núi phía bắc thuộc cánh cung Đông Triều chảy theo hướng bắc –nam Các sông suối này đều nhỏ, ngắn và dốc, quanh co uốn khúc, diện tích lưu vực nhỏ và ít bồi tụ

1.2.4:Cơ sở hạ tầng, giao thông:

Hệ thống cơ sở vật chất và đường đi rất tốt , thuận tiện cho việc đi lại, vận chuyện thiết bị dụng cụ khoan và cung cấp vật tư cho quá trình khoan

1.2.5:Tình hình xã hội:

Tình hình xã hội và an ninh tốt, dù vùng khoan thăm dò có nằm ở trên núi địa hình

đi lại tương đối phức tạp nhưng các bước xây dựng đường nền và xây dựng lều trại phần nào cũng làm thuận lợi hơn trong quá trình đi lại và thi công lỗ khoan

1.3 Đặc điểm địa chất:

Khu vực lỗ khoan MK 1146 có đặc điểm địa chất dựa vào “Báo cáo trung gian thăm dò địa chất đến mức -150 khu Mạo Khê – Đông Triều-Quảng Ninh” của tác giả Phí Chí Thiện xác định: Địa tầng khu mỏ Mạo Khê có các trầm tích giới Paleozoi, Mêzôzôi, Cenozoi

 Giới Paleozoi:Phân bố phía Tây Nam sông Đá Bạch chiều dày khoảng 2000m Phần dưới thành phần chủ yếu là sét, cát kết thạch anh silic chiều dày khoảng 1200-1300m Phần trên gồm đá mac nơ màu sẫm

 Giới Mezozoi: Là một địa tầng khá phức tạp có nhiều đứt gãy chia cắt nên quan hệ tiếp xúc với địa tầng dưới nó không rõ ràng.Các vỉa than có chiều dày trung bình đến mỏng , một số phần vỉa thuộc loại dày Các vỉa than duy trì khá liên tục nhưng mức độ ổn đinh kém

 Giới Cennozoi: Thành phần thạch học chủ yếu là sét, sét chứa cát và cát mịn Xuất hiện thêm các nếp uốn như nếp lồi Mạo Khê- Tràng Bạch các vỉa than thì bị uốn cong và chia cắt bới các đứt gãy nhỏ theo những phương khác nhau làm cho cấu trúc địa chất của khối cấu tạo trở nên phức tạp Cùng với đó là các đứt gãy thuận điển hình như đứt gãy Cao Bằng có mặt trượt cắm Bắc, Đông bắc, góc dốc mặt trượt thay đổi từ 600-750.Các đứt gãy nghịch như đứt gãy A-A là đứt gãy có tính chất phân khối lớn.Đớt phá hủy của đứt gãy thay đổi từ 50m-100m Mặt cắt quan sát rõ nhất là thành lò khu Tràng Khê I, thế nằm các lớp đất đá bị xáo trộn liên tục, nhiều mặt trượt và đứt gãy nhỏ đi kèm, nhưng không có dăm kết kiến tạo

1.4.Ảnh hưởng của các điều kiện địa chất đến công tác khoan:

1.4.1.Đất đá bở rời, liên kết yếu:

Đặc trưng cho loại đất đá này là tầng bãi thải và than cám nó có thể làm dộ nhớt của dung dịch tang cao dễ gâu kẹt mút bộ dụng cụ và tổn hao năng lượng bơm dung dịch

Do đất đá liên kết bở yếu, chứa nhiều khe nứt và lỗ hổng, đất đá không đồng nhất Nên khoan qua các tầng này gặp các hiện tượng sau:

Đặc trưng cho tính chất của tầng này là tầng sét và sét than

Tính chất trương nở khi gặp nước của các tầng sét là nguyên nhân trực tiếp gây ra kẹt mút bộ dụng cụ, làm tăng momen quay cột cần khoan Hiện tượng kẹt mút còn

là nguyên nhân gián tiếp dẫn đến hiện tượng lắng đọng mùn khoan khi không tuần hoàn được dòng dung dịch, gây quá tải cho động cơ, để rồi có thể gây ra sự cố : kẹt

bộ dụng cụ, đứt gãy cần khoan.Cho nên người thợ khoan cần có phương án khắc phục cứu chữa kịp thời để tránh hiện tượng nà có thể kéo theo sự cố khác, nhiều khi phải hủy bỏ lỗ khoan

1.4.3.Đứt gãy:

Khi khoan qua các tầng đất đá có đứt gãy thì phải thật cẩn thận, tránh hiện tượng như mất dung dịch, khoan qua các địa tầng đất đá xen kẹp gây kẹt cố bộ cụng cụ khoan, dẫn đến gẫy cần khoan.Cần điều chỉnh các thông số dung dich hợp lý khi khoan qua các tầng này.Đặc biết lưu ý đến các hang động kart tránh hiện tượng mất dung dịch, lưu ý đến việc chống ống, trám xi măng

Như vậy: Với những thông tin địa chất quý giá trên sẽ là cơ sở đầu tiên để lựa

chọn và tính toán cấu trúc lỗ khoan, phương pháp khoan, loại lưỡi khoan và chế độ khoan ở chương sau

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THI CÔNG

2.1 Cơ sở lựa chọn và mục đích cấu trúc lỗ khoan

2.1.1.Dựa vào mục đích, yêu cầu của lỗ khoan

Thiết kế lỗ khoan tuân theo nguyên tắc: Từ dưới lên trên, từ trong ra ngoài Nên đường kính kết thúc lỗ khoan được dựa trên đường kính mẫu yêu cầu

Căn cứ vào tỷ lệ mẫu yêu cầu, ta xác định dụng cụ lấy mẫu hợp lý như: ống mẫu nòng đơn, nòng đôi hay ống mẫu luồn Do vậy đường kính lỗ khoan còn phụ thuộc

sự lựa chọn ống mẫu hay tỷ lệ mẫu yêu cầu

Xét về lợi ích kinh tế, đường kính lỗ khoan càng nhỏ càng tốt Khoan kim cương

có thể khoan được lỗ khoan có đường kính 59mm,46mm.Nhưng hiện nay hầu hết các dụng cụ đo địa vật lí hay các dụng cụ phân tích mẫu có đưuọc kính lớn hơn 59mm Nên đường kính lỗ khoan còn bị ảnh hưởng của đường kính dụng cụ đo địa vật lý

Việc xác định đường kính cuối cùng của lỗ khoan cần được kết hợp chặt chẽ từ các yếu tố trên Đây là cơ sở đầu tiên để lựa chọn cấu trúc lỗ khoan

2.1.2.Yếu tố địa chất

Các yếu tố địa chất có ảnh hưởng lớn đến số cấp đường kính lỗ khoan Mỗi khi có phức tạp địa chất mà không thể khắc phục được thì phải chống ống và hạ cấp đường kính Do đó cần phải phân tihcs đánh giá kỹ lướng yếu tố địa chất để có biện pháp khắc phục sự phức tạp, tránh sự cố, đồng thời đưa ra quyết định lựa chọn cấu trúc lỗ khoan hợp lý Do vậy đây là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới số lượng cấp đường kính và đường kính lỗ khoan

2.1.3 Yếu tố kĩ thuật và công nghệ

Đường kính lỗ khoan phụ thuộc và chủng loại máy móc thiết bị khoan Ví dụ, nếu

áp dụng công nghệ khoan ống mẫu luồn: loại đường kính lưỡi khoan rất hạn chế Hiện nay Liên đoàn chỉ có 3 loại: đường kính bé nhất 75,7mm(NQ) và đường kính tiếp giáp là 95,6 mm(HQ), đường kính lớn nhất là 123mm (PQ)

Với máy móc thiết bị khoan tốt, công nghệ khoan hiện đại….khắc phục hạn chế được nhiều hiện tượng phức tạp Khi đó, cấp đường kính cũng ít đi, cấu trúc lỗ khoan sẽ đơn giản hơn

2.1.4.Yếu tố kinh tế

Đây là yếu tố xuyên suốt cả quá trình thiết kế cấu trúc lỗ khoan Một cấu trúc lỗ khoan vừa phải tiết kiệm tối đa ống chống, dụng cụ phá hủy đất đá, thời gian thi công lại vừa phải đảm bảo yếu tố kỹ thuật Do vậy, lỗ khoan cần phải có cấu trúc đơn giản nhất nếu có thể Đây là yếu tố khách quan đòi hỏi người thiết kế phải quán triệt trong mọi khâu thiết kế

2.1.5.Yếu tố an toàn

Lỗ khoan là công trình tốn kém, việc cứu chữa sự cố hay phải hủy bỏ lỗ khoan gây thiệt hại rất lớn về kinh tế Cho nên, ngoài có những biện pháp khắc phục sự phức tạp còn cần phải có một cấp được kính dự phòng để đề phòng trường hợp xấu nhất

có thể xảy ra

2.2 Thiết kế cấu trúc lỗ khoan

2.2.1.Lựa chọn sơ bộ cấu trúc lỗ khoan

Do khoan qua lớp phủ bề mặt dễ sập lở, mất nước nên ta hạ cấp đường kính và chống ống ở độ sâu 40m.Từ độ sâu 40m trở đi đất đá chủ yếu là cát, bột, sạn kết,than hơn nữa độ sâu khoan rất lớn rất dễ xẩy ra sự cố kẹt cần khoan và để giảm ma sát giữa thành lỗ khoan và bộ khoan cụ đồng thời để giảm công suất quay của cột cần khoan và tăng năng suất khoan em hạ cấp đường kính ở độ sâu 120m, 250m.Như vậy theo dự kiến cấu trúc lỗ khoan có 4 cấp đường kính trong đó có 3 lần hạ cấp đường kính

Bảng 2.1 Bảng thống kê cấu trúc lỗ khoan

Thông số

Đoạn

Chiều dày (m)

Ø lỗ khoan (mm)

Ø ống chống (mm)

Bộ khoan cụ (loại)

CHƯƠNG III.LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN

3.1.Lựa chọn thiết bị khoan

Trong khoan thăm dò, khi mà thông tin về cột địa tầng có độ tin cậy không cao và chỉ được cugn cấp rất ngắn gọn như mất tuần hoàn, sét trương nở, dễ sập lở, tầng chứa nước…thì việc lựa chọn thông số của thiết bị khoan cần phải có một hệ số an toàn nào đó Vừa phải đảm bảo giải pháp kỹ thuật tối ưu vừa đảm bảo cho phí kinh

Máy trộn dung dịch: O X-7A

3.1.1.Lựa chọn máy khoan

Lỗ khoan MK1146 có chiều sâu dự kiến 660m Do đó để đảm bảo an toàn máy khoan có thể khoan được đến độ sâu lớn hơn 660m Việc lựa chọn máy khoan vừa phải đảm bảo yếu tố kỹ thuật vừa phải đảm bảo yếu tố kinh tế

- Yếu tố kỹ thuật:

Máy khoan phải có tốc độ quay phù hợp, vì tốc độ quay là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ cơ học khoan đặc biệt là trong khoan kim cương

Lực nâng và lực ép của máy khoan phải đủ để khắc phục các hiện tượng phúc tạp cũng như cứu chữa sự cố lỗ khoan

Các loại máy khoan thế hệ cũ được thiết kế cho công nghệ khaon xoay truyền thống, kho áp dụng vào công nghệ khoan luốn cần phải tính toán lại công suất cho hợp lý

Hiện nay trong khoan thăm dò lấy mẫu có rất nhiều loại máy khoan khác nhau

như: XY-1, XY-2, XY-2P, XY44, XY-44A, ZIP 1200, longyear

NL-55WT…Dựa vào yêu cầu lỗ khoan và các thông số kỹ thuật thì máy khoan

XY-44A đáp ứng được đủ các yêu cầu Dưới đây là một số hình ảnh của máy

khoan.:

Hình 3.1.Máy khoan XY-44A

Máy khoan XY-44A là một sản phẩm có khả năng tương đối lớn được thiết kế

trên cơ sở máy kiểu 4, ngoài có các tính năng kỹ thuật của máy khoan

XY-4, thiết kế bộ phận đã có cải tiến thích hợp, mở rông phạm vi sử dụng của máy

khaon XY-4, trong đó đa số các linh kiện đều thông dụng với máy khoan và còn

tăng bộ phận phanh nước Máy khoan này chủ yếu thích hợp khoan hợp kim và

khoan kim cương để khoan thăm dò lấy mẫu, cũng thích hợp với khoan thăm dò

địa chất công trình,địa chất thủy văn và thi công cọc móng đường kính lỗ lớn

- Thông số kỹ thuật:

Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật máy khoan XY-44A

Độ sâu khoan Khoan lấy mẫu

Khoan cọc móng

Khoan giếng nước thủy văn

Lực cẩu lớn nhất của trục đứng

Momen hổi quay lớn

45KN

Bộ phận động lực Động cơ điện

Y225S-4 37Kw/1480v.ph

Trọng lượng máy khoan

2300Kg

Động cơ diezen YC4108ZD 50Kw/1500 v.ph

3.1.2.Lựa chọn máy bơm

Chiều sâu khoan: Máy bơm phải có áp suất đủ lớn để đẩy dung dịch khoan từ đáy

lỗ khoan lên tới miệng lỗ khoan và khắc phục các hiện tượng phức tạp và sự cố

Tính chất đất đá và khoảng không vành xuyến: Hai yếu tố này quyết định tốc độ

đi lên của dung dịch khoan Cho nên máy bơm cần có lưu lượng phù hợp để mang được mìn khoan lên mặt đất

Yếu tố kinh tế: Máy bơm được lựa chọn cần phải đảm bảo hoạt động ổn định,dễ điều chỉnh lưu lượng, tiết kiệm năng lượng

Căn cứ vào cơ sở trên em lựa chọn máy bơm piston BW-250 loại máy bơm có

3 xi lanh tác dụng đơn và đang được sử dụng khá phổ biến

Hình 3.2.Máy bơm BW-250

Bảng 3.2.Thông số kỹ thuật máy bơm BW-250

3.1.3.Máy trộn dung dịch

Hình 3.3.Máy trộn dung dịch O X-7A

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật máy trộn dung dịch

phục vụ cho công tác ăn uống sinh hoạt của công nhân Dựa vào các thiết bị của công ty em chọn máy phát điện R4100

Vị trí lỗ khoan nằm ở vùng núi địa hình đi lại hiểm trở và xa khu dân cư, nên

em chọn máy phát điện R4100 để cung cấp điện cho công tác phụ trợ và sinh hoạt của tổ khoan

Bảng 3.4.Thông số kỹ thuật máy phát điện R4100

a Cơ sở lựa chọn dụng cụ phá hủy đất đá

Để lựa chọn đúng dụng cụ phá hủy đất đá, cần phải dựa vào các cơ sở dưới đây:

- Tính chất cơ lý của đất đá: Đây là cơ sở quan trọng nhất, ảnh hưởng đến tốc độ khoan trong suốt quá trình thi công Việc lựa chọn dụng cụ phá hủy đất đá phù hợp với đất đá sẽ mang lại năng suất cao

- Dựa vào mục đích của lỗ khoan:Lấy mẫu hay phá hủy đất đá

- Dựa vào kinh nghiệm thi công của lỗ khoan có tính chất đất đá trong khu vực

- Dựa vào cấu trúc lỗ khoan: Chọn được đường kính của lỗ khoan

- Chiều dày và sự phân bố của các tầng đất đá

Trong phương án thi công khoan lỗ khoan MK1146 chủ yếu là cát kết, sét kết và sạn kết chính vì vậy việc lựa chọn dụng cụ phá hủy là rất quan trọng Để thuận tiện cho quá trình khoan em lựa chọn lưỡi khoan kim cương nhiều lớp có độ cứng từ 35÷55RHC

b Lựa chọn lưỡi khoan cho từng khoảng khoan

1 Khoảng khoan từ 0÷120m: Khoan đường kính Ø151,Ø 132 với địa tầng là sét kết, bột kết, cát và sạn có độ cứng đất đá từ IX÷XI nên ta

lựa chọn lưỡi khoan kim cương nhiều lớp có độ cứng 35÷ 55 HRC khoan với chế độ khoan như sau:

Tải trọng chiều trục lên lưỡi khoan:P=740÷1400 (KG) Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n = 200÷700 (v/p) Lưu lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 60÷90 (l/p) Khi gặp tầng sét kết, sét dẻo nên chuyển sang dùng lười khoan hợp kim để khoan với chế độ như sau:

Tải trọng chiều trục lên lưỡi khoan: P = 400÷480 (KG) Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 160÷ 350(v/p) Lưu lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 70÷90(l/p)

2 Khoan từ 120m-660m: Khoan đường kính Ø 112 và Ø 93 với địa tầng sét kết và sạn kết có lẫn than và độ cứng đất đá từ IX÷XI nên ta lựa chọn lưỡi khoan kim cương nhiều lớp có độ cứng 35÷ 55 HRC khoan với chế độ khoan như sau:

Tải trọng chiều trục lên lưỡi khoan: P = 740÷1400 (KG) Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 207÷ 700(v/p) Lưu lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 60÷90(l/p) Khi gặp tầng sét kết, sét dẻo nên chuyển sang dùng lưỡi khoan hợp kim để khoan với chế độ khoan như sau:

Tải trọng chiều trục lên lưỡi khoan: P = 400÷480 (KG) Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 160÷ 350(v/p) Lưu lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 70÷90(l/p)

Hình 3.4.Lưỡi khoan kim cương HRC

3.2.2.Lựa chọn cần khoan

Cơ sở lựa chọn cần khoan:

Việc lựa chọn cần khoan phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp khoan

và công nghệ khoan Công nghệ khoan truyền thống thì dùng cần thường công nghệ khoan ống mẫu luồn thì dùng cần chuyên dụng Lựa chọn cần khoan phụ thuộc vào chiều sâu khoan và đường kính lỗ khoan

Một số trường hợp cần thiết để tăng chiều sâu lỗ khoan tối đa, ta có thể phải giảm đường kính cột cần khoan, đường kính lỗ khoan

Ngoài ra, cần khoan được lựa chọn phải thoải mãi yêu cầu kỹ thuật sau: không cong, vênh, đầu nối ren không hỏng, các cần khoan có độ mòn tương đương, và mòn đều để tránh tập trung ứng suất tại một điểm gây gãy cột cần khoan

Hình 3.5 Cần khoan

Dựa vào những yêu cầu bên trên em chọn cần khoan là cần khoan thường với Ø 50mm.cần chủ đạo có đường kính Ø 63mm

- Khóa gọng ô: Dùng để tháo lắp cần khoan

Hình 3.8.Khóa gọng ô

- Chạc đỡ vinca: Dùng để tháo lắp cần khoan 50mm

Hình 3.9.Khóa đỡ vinca

- Bàn kẹp:Dùng để kẹp giữ cần khoan trong quá tình nâng thả Có 2 loại:

Metric là dụng cụ dùng để cứu chữa sự cố trong khoan nó được sử dụng

khi cần khoan có hiện tượng tự tháo ren Khi đó đầu cần khaon hoặc đầu

nối vẫn còn ren.Người ta đưa cần Metric xuống lỗ khoan bắn ren phía

trong cần khoan, đầu nối và kéo cột cần khoan lên.Nếu như gãy cần mà

phía trong không có ren thì metric có nhiệm vụ tạo ren trong cột cần

khoan và kéo cột cần khoan lên

Hình 3.12.Metric

2 Cô lô côn

Tương tự như metric thì coolocon có tác dụng trục vớt cột cần khoan nhưng metric thì tạo ren trong thì cô lô côn tạo ren ngoài

Trong trường hợp lưỡi khoan bị đứt hay tụt ở đầu nối Nếu vị trí của nó ở thế thẳng đứng người ta dùng metric đặc biệt để cứu Nếu như không thể cứu được bằng phương pháp này thì người ta dùng các phay đặc biệt để phá Sau đó các phoi bị phá được lấu lên nhờ đầu chụp vớt hay doa nam châm

5 Doa nam châm

Bên trong có môt nam châm rất mạnh, phía dưới có doa để doa sạch mùn khoan đọng ở trong Khi quay và tuần hoàn dung dịch các vật bằng kim loại sẽ được nam châm hút vào và dính chặt vào đó

Chúng ta cũng có thể dùng đầu chụp hay doa nam châm để lấy lên các vật kim loại rơi xuống lỗ khoan hay chóp xoay hoặc ổ bi của choong nằm ở đáy

Hình 3.15 Doa nam châm

6 Móc

Trong trường hợp đưa vào lỗ khoan bằng dây cáp mà bị đứt thì người ta dùng móc để cứ Móc được lắp ở phần dưới của cần khoan Dưới tác dụng của cần khoan, cáp sẽ quấn xung quanh móc và được kéo lên

Hình 3.16 Móc

CHƯƠNG IV: DUNG DỊCH KHOAN

4.1.Các loại dung dịch khoan đã và đang dùng tại vùng mỏ

4.1.1.Dung dịch sét Bentonite

Hiện tại ở công ty trong các phương pháp khoan thăm dò đều sử dụng phương pháp rửa thuận để rửa lỗ khoan Nước rửa chủ yếu là dung dịch sét bentonit có gia công hóa học Chất lượng của dung dịch khoan được đánh giá bởi các thông số nếu tại bảng sau:

Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật của sét Betonite

Thôngsố

Khoan

Các thống số dung dịch (G/m3)

B (cm3/30‟) mG/cm3

T (s)

K

mm

pH

Kim cương 1,07÷1.1 10÷15 25÷35 22÷24 ≤1 ≤4 8÷10 Mất nước rửa 1,05÷1,07 8÷10 40÷60 30÷40 ≤1 ≤4 8÷10

4.1.2.Dung dịch polymer

Trong trường hợp bình thường, địa tầng ổn định, không phức tạp, sau khi khoan hết tầng đất trồng, chống ống xong, sử dụng dung dịch polymer loại Liquypon để khoan với công nghệ khoan kim cương lấy mẫu bằng công nghệ ống mẫu đơn Sử dụng Topfree trong quá trình thi công lỗ khoan có tác dụng giảm được ma sát giữa

bộ dụng cụ khoan và thành lỗ khoan, tăng được tốc độ khoan, tăng được vòng quay tạo điều kiện nâng cao năng suất, chất lượng mẫu

Trong trường hợp lỗ khoan bị mất nước, sập lở thành lỗ khoan, sử dụng dung dịch polymer loại Ressdril để chống những hiện tượng phức tạp trên

Trong quá trình khoan, thường xuyên kiểm tra độ nhớt của dung dịch để bổ xung cho phù hợp

4.2 Lựa chọn và tính toàn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan

4.2.1 Cơ sở phân chia khoản khoan để lựa chọn dung dịch

Trong quá trình khoan, có nhiều lý do để người ta thay đổi thông số dung dịch khoan Nhưng chủ yếu là thay đổi thông số dung dịch khoan để phù hợp với điều

kiện địa chất của tầng đất đá đang khoan qua Như vậy, các tầng đất đá phức tạp chia cột địa tầng thành các khoảng khoan Trong quá trình khoan liên tục, mỗi khi sang một khoảng khoan mới người ta lại phải thay đổi thông số dung dịch Để tiện lợi cho việc điều chế và sử dụng dụng dung dịch em chia cột địa tầng thành các khoảng khoan dựa theo các tầng đất đá có thể xảy ra các hiện tượng phức tạp, việc thay đổi thông số dung dịch cũng nhằm ngăn ngừa và khắc phục các hiện tượng phức tạp đó Khoan hết tầng phức tạp, thông số dung dịch lại được điều chỉnh để nhằm nâng cao hiệu quả công tác khoan Các khoảng khoan sử dụng dung dịch có thông số giống nhau thuộc một nhóm khoảng khoan

Khoan qua tầng đất trồng bề mặt

Khoan qua tầng cát, cát kết

Khoan qua tầng sét, sét kết, sét lẫn cát, bột kết, sét lẫn than và vỉa than

4.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan

4.2.2.1.Yêu cầu

Căn cứ vào điều kiện địa chất đặt ra, ta tiến hành lựa chọn hệ dung dịch sao cho:

1 Khắc phục được những phức tạp mà điều kiện địa chất mang lại như: mất nước rửa do nứt nẻ, lỗ hổng, sập lở thành lỗ khoan khi khoan qua tầng đất đá

bở rời

2 Chứa ít pha rắn

3 Dung dịch có tính bôi trơn cao, các thông số chất lượng ổn định trong quá trình khoan

4 Có khả năng làm sạch lỗ khoan cao

5 Hệ số dung dịch phải đơn giản, dễ điều chế và giá thành thấp

Dựa vào tất cả những yêu cầu đặt ra em chọn sử dụng dung dịch sét bentonit được gia công hóa học để có thông số phù hợp

Xuất phát từ các yêu cầu cộng với những phân tích thành phần đất đá, đặc điểm địa chất của từng khoảng khoan em chọn hệ dung dịch tương ứng với các khoảng khoan

4.2.2.2.Lựa chọn dung dịch cho từng khoảng khoan

 Khoan qua tầng đất trồng bề mặt:

Khoan qua tầng đất trồng bề mặt với nhiều đặc điểm phức tạp như: sập lở, mất nước,…Để hạn chất được sự phực tạp trên trước hết ta thả sét tươi và đánh dạt vào thành trước để tránh hiện tượng mất dung dịch

Sau đó sử dụng dung dịch có đặc điểm sau: Trọng lượng riêng lớn, đọ nhớt lớn,dộ thải nước nhỏ đồng thời dung dịch cần có ứng suất cắt tĩnh lớn để có thể dễ dàng vận chuyển hạt mìn lên mặt đát kho phải hạn chế tối đa lưu lượng nước rửa tránh xói mòn thành lỗ khoan

Căn cứ vào những đặc điểm trên, em chọn hệ dung dịch có thông số như sau:

Bảng 4.2 Thống số dung dịch khoan qua tầng phủ

Thông số

Khoan qua

Các thông số dung dịch (G/m3)

B (cm3/30‟)

Bảng 4.3.Thông số dung dịch khoan qua tầng bở rời, liên kết yếu

Thông số

Khoan qua

Các thông số dung dịch (G/m3)

là nguyên nhân của sự cố này kéo theo cái hệ lụy như lắng đọng mùn

khoan, gẫy cần khoan

2 Khoan qua than,

Độ cứng thấp,mềm , khi gặp nước dễ tan vào dung dịch làm tăng độ nhớt của dung dịch và mài mòn dụng cụ khoan

Để khắc phục được những hiện tượng phức tạp trên, dung dịch khoan có những đặc điểm: Trọng lượng riêng nhỏ, độ nhớt lớn, độ thải nước rất nhỏ.Ngoài ra để khắc phục hiện tượng trương nở ta cần tạo ra dung dịch

Dưới đây là bảng tổng hợp thông số dung dịch khoan cho các khoảng khoan: Bảng 4.5.Thông số dung dịch khi khoan qua các tầng đất đá

4.2.3.Tính toán định lượng nguyên liệu để điều chế dung dịch khoan:

a Lượng dung dịch sét phục vụ cho thi công:

Lượng dung dịch cần thiết cho quá trình khoan là:

D1, l1 là đường kính và chiều dài lỗ khoan ở cấp đường kính thứ nhất

D2, l2 là đường kính và chiều dài lỗ khoan ở cấp đường kính thứ hai

D3, l3 là đường kính và chiều dài lỗ khoan ở cấp đường kính thứ ba

D4, l4 là đường kính và chiều dài lỗ khoan ở cấp đường kính thứ tư

Vml là thể tích máng lắng

Vml= a.b.h= 10.0,3.0,2= 0,6 (m3)

a,b,h lần lượt là chiều dài, chiều rộng và chiều cao của máng lắng

s là khối lượng riêng của sét khô: s=2,4( g/cm3)

d là tỷ trọng của dung dịch trong lỗ khoan, lấy tỷ trọng dung dịch của lỗ khoan : d = 1,15 (g/cm3)

n là tỷ trọng của nước : n =1 (g/cm3)

Vậy Qs= =0,26 (g/cm3)= 260000 (g/m3)

Lượng sét cần thiết để điều chế dung dịch:

Trong thực tế thì tùy thuộc vào đất đá các khoảng khoan mà ta phải thay đổi s

phù hợp Dựa vào d ta có thể tính toán được lượng nước và sét trong từng khoảng khoan nào đó

4.3.Gia công hóa học dung dịch sét

4.3.1.Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan

Đôi khi dung dịch sét-nước lã không thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra hoặc hệ dung dịch thay đổi tính chất trong quá trình khoan Vì vậy, cần phải nâng cao chất lượng của dung dịch bằng cách gia công hóa học Việc sử dụng các hóa phẩm khác nhau và bằng các tỷ lệ thích hợp khi gia công mà có thể đạt được các thông số công nghệ của dung dịch yêu cầu

4.3.2.Tác dụng của hóa phẩm

Sau đây là một số tính năng và tác dụng của một số hóa phẩm phụ gia được sử dụng:

1 Hóa phẩm BaSO4: làm tăng trọng lượng riêng của dung dịch sét

2 Hóa phẩm CMC-HV: làm giảm độ thoát nước của dung dịch khoan đồng thời làm tăng độ nhớt của dung dịch

3 Xô đa(NaCO3): Có chức năng làm kết tủa Ca2+ và Mg2+ nhằm tăng khả năng phân tán sét Bentonit.Khi có mặt Na2CO3 vào dung dịch cũng làm thay đổi ứng suất cắt tĩnh và giảm độ thoát nước, tăng độ pH của dung dịch

4 NaOH, KOH: Dùng để tăng độ pH của dung dịch, ngoài ra nó còn có tác dụng kết tủa CaCO3 tăng hiệu quả phân tán sét

5 Polyme Torq Free: giảm ma sát

6 Kiềm than nâu: Kiềm than có tác dụng như giảm độ thoát nước, độ nhớt, tạo nhũ tương, điều chỉnh pH, tạo kết tủa keo

7 Kiềm than bùn: Có tác dụng tương tự như kiềm than nâu nhưng do chất phụ gia này nhớt và chứa sản phẩm dạng sợi, từ bùn nên có độ nhớt của dung dich rất mạnh và dùng khi chống mất nước

8 K2SO4 : Có tác dụng ức chế sét thành hệ giúp cho thành lỗ khoan vững chắc

9 KCL: Có tác dụng ức chế sét thành hệ

4.3.3.Cách điều chế dung dịch đang sử dụng

4.3.3.1:Cách thức:

1 Cho nước vào thùng trộn, cho chất làm mềm nước vào thùng trộn

2 Cho máy trộn làm việc và đổ dần đất sét đã tính toán cho quay 40-60 phút, sau đó cho hóa phẩm và nước vào thùng trộn, cho quay tiếp 10-20 phút, rồi cho kiểm tra thông số dung dịch.Nếu các thông số thỏa mãn thì xả về bể chứa

CHƯƠNG V:THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ KHOAN 5.1.Cơ sở lựa chọn, phân chia khoảng khoan

Điều kiện địa chất:

Cột địa tầng được phân chia thành nhiều đoạn với điều kiện địa chất khác nhau như: độ cứng, nứt nẻ, trương nở, sập lở…Với mỗi điều kiện địa chất khác nhau như vậy cần có một thông số khoan phù hợp để đạt được năng suất cao hơn

Yêu cầu tỷ lệ mẫu:

Một số đoạn lỗ khoan nếu áp dụng thông số chế độ khoan thông thường thì cho tỷ lệ mẫu thấp Nên do yêu cầu tỷ lệ mẫu mà người ta phải khoan với phương pháp và chế độ khoan phù hợp với loại đất đá cần nâng cao tỷ lệ mẫu

Dụng cụ phá hủy đất đá:

Trong quá trình khoan phải liên tục thay dụng cụ phá hủy đất đá Sự khác nhau về nguyên lý phá hủy đất đá, loại, đường kính, mới hay cũ…của các dụng cụ phá hủy đất đá đều ảnh hưởng đến thông số chế độ khoan

Dựa vào những cơ sở trên, mỗi đoạn lỗ khoan được khoan với thông số chế độ khoan khác nhau, tạo nên khoảng khoan

5.1.2 Phân chia khoảng khoan và phương pháo khoan cho lỗ khoan MK

5.2.Tính toán thông số chế độ khoan cho từng khoảng khoan

5.2.1.Cơ sở tính toán và lựa chọn chế độ khoan

Như đã trình bày ở trên cơ sở điều kiện địa chất, yêu cầu tỷ lệ mẫu và loại dụng

cụ phá hủy đất đá đều ảnh hưởng đến thông số chế độ khoan Đó là sơ sở để phân chia các khoảng khoan và cũng là cơ sở để tính toán chế độ khoan Ngoài

ra còn phải tính đến khả năng làm việc ổn định của thiết bị khoan

Trong mỗi khoảng khaon, thông số chế độ khoan cần được lựa chọn hợp lý nhằm đem lại tiến độ khoan cao, an toàn, mang lại hiệu quả kinh tế cao Điều này có nghĩa thông số chế độ khoan đảm bảo:

1 Tốc độ cơ học khoan cao

2 Tiết kiệm vật liệu phá hủy đất đá và dung dịch khoan

3 Tiết kiệm thời gian thi công; An toàn, có biện pháp khắc phục sự cố hiểu quả

Đôi khi vận tốc cơ học khoan lớn đem lại tiến độ khoan lớn, thông thường vận tốc cơ học khoan tỷ lệ với áp lực đáy P, vận tốc vòng quay n và lưu lượng nước rửa.Nhưng với P,n,Q quá lớn sẽ gây ra gãy cột cần khoan, sập lở thành lỗ khoan… dẫn đến sự hao hụt vật tư, thời gian thi công bị kéo dài nên thiệt hại đôi khi còn lớn hơn nhiều so với năng suất do nó mang lại Do

đó yếu tố an toàn đóng vai trò hết sức quan trọng Khi tính toán và lựa chọn thông số chế độ khoan cần phải kết hợp mọi yếu tố nhằm đạt được hiểu quả kinh tế cao

5.2.2.Tính toán các thông số chế độ khoan

a Tính tải trọng đáy P.(kG)

Ta có:P=p.S

Trong đó: p- tải trọng đơn vị (kG/cm3),thường là từ 40÷120(kG/cm2

) S-diện tích mặt đáy lưỡi khoan(cm2)

 Lưỡi khoan HRC Ø132: S1= (D21- d21)= (13,22-11,22)=38,3 (cm2)

P=(40÷120).38,3=1532÷4596 (kG)

 Lưỡi khoan HRC Ø112 : S2= (D22- d22)= (11,22-9,22) = 32,02(cm2)

Với D,d lần lượt là đường kính ngoài và trong của lưỡi khoan P=p.S2= (40÷120).32,02=1280÷3842(Kg)

 Lưỡi khoan HRC Ø93: S3= (D23- d23)= (9,32-7,22)=27,21 (cm2)

P=(40÷120).27,21=1088÷3265 (kG)

b Tính toán tốc độ vòng quay:n (v/ph)

n=

Trong đó:v:vận tốc dài v=2÷4

D là đường kính ngoài của lưỡi khoan

 Lưỡi khoan kim cương HRC: D=132mm= 0,132m n= = 289÷ 578(v/ph)

 Lưỡi khoan kim cương HRC: D=112mm= 0,112m n= = 341÷ 682(v/ph)

 Lưỡi khoan kim cương HRC: D=93mm= 0,093m n= = 410÷ 821(v/ph)

c Tính toán lưu lượng nước rửa: Q (l/ph)

ổn định của thành lỗ khoan

 Với lưỡi khoan HRC Ø132

Q= p.S = q.[(kD)2-d2]= (1,7÷3,5).[(1,3.13,2)2-11,22] = 226÷465 (l/ph)

 Với lưỡi khoan HRC Ø112