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

1

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


7

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 trƣờng khoan ……………………………………….…..86
Bảng 11.2 .Vật tƣ khoan…………………………………………………..….. 90
Bảng 11.2.Dự toán kinh tế cho lỗ khoan ……………………………………..92

8
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.Lƣỡi khoan kim cƣơng 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


9

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, nƣớc 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
lƣợng hữu ích để làm giàu cho Đất nƣớc. Để chú trọng vào công tác tìm kiếm này
thì một trong những phƣơng pháp thăm dò đạt hiểu quả và cung cấp thông tin một
cách chính xác nhất đó là phƣơng pháp khoan thăm dò lấy mẫu.
Chuyên nghành đào tạo kỹ sƣ 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 nhƣ máy móc trong quá trình làm
việc. Trong thời gian vừa qua. em rất may mắn đã đƣợc thực tập ở Công ty cổ
phần khoan dịch vụ và kỹ thuật khai thác mỏ, trong thời gian đó em đã đƣợc tiếp
cận với máy móc, đƣợc thực hành qua thực tế và tiếp cận với phƣơng 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 đƣợc tài liệu thực tế khoan. Bằng những kiến thức đã học ở trên
trƣờng 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 ngƣời đã theo
em, giảng dạy và soi đƣờng 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 ,
ngƣời đã tận tình hƣớng 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 đƣợc nhiều.Em hi vọng sẽ đƣợc đón nhận
những sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa và bạn bè để cuốn đồ án đƣợc
hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày tháng, năm 2017

10

CHƢƠNG 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 đƣợc 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 lƣợng 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.
1.1.2:Yêu cầu:
Lấy mẫu toàn bộ chiều sâu khoan
Tỷ lệ mẫu khoan ≥ 95%
Tỷ lệ mẫu đá ≥ 80%
Độ cong trung bình giới hạn: 10 ÷ 1.50/100m khoan
Không có hiệp khoan nào mất mẫu
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


11
1.2.2. Điều kiện khí hậu:
Khí hậu nơi đây tƣơng đối ôn hòa. Nhiệt độ trung bình năm là 230C, độ ẩm 81%,
lƣợng mƣa trong năm là 1809mm, thấp hơn nhiều huyện trong tỉnh.
Có hai hƣớng gió mùa chính:
Gió Đông Nam: Xuất hiện vào mùa mƣa thổi từ biển vào mang theo hơi
nƣớc và gây ra mƣa lớn.
Gió mùa Đông Bắc: Xuất hiện vào mùa khô từ tháng 10 năm trƣớc đến
tháng 4 năm sau, gió Đông Bắc trang về thƣờng lạnh và mang theo gió rét.
Bão: Hàng năm, thƣờng chịu ảnh hƣởng trực tiếp của 3-5 cơn bão với cấp gió đến
cấp 10 giật cấp 11.
Lƣợng mƣa: Lƣợng mƣa tƣơng 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
Sƣơng muối: thƣờng xuất hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12 năm trƣớc đến
tháng 3 năm sau, tập trung ở các vùng núi An Sinh, Bình Khê, Tràng Lƣơng, khi
đó nhiệt độ có nơi xuống tới 30C.
1.2.3: Đặc điểm địa hình sông suối:
o Sông Kinh Thầy chẩy từ địa phận tỉnh Bắc Ninh, Hải Dƣơng qua Đông
Triều, Hải Phòng rồi đổ ra biển, đoạn qua Đồng Triều dài 26,2 km.
o Sông Vàng chảy theo hƣớng 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
Hƣng Đạo rồi đổ ra sông Kinh Thầy dài 20,1 km.
o Sông Đạm bắt nguồn từ vùng núi phía bắc chảy theo hƣớng 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 hƣớng bắc –nam. Các sông suối này đều

nhỏ, ngắn và dốc, quanh co uốn khúc, diện tích lƣu vực nhỏ và ít bồi tụ.
1.2.4:Cơ sở hạ tầng, giao thông:
Hệ thống cơ sở vật chất và đƣờng đi rất tốt , thuận tiện cho việc đi lại, vận chuyện
thiết bị dụng cụ khoan và cung cấp vật tƣ cho quá trình khoan.


12
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 tƣơng đối phức tạp nhƣng các bƣớc xây dựng đƣờng 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 dƣới 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 dƣới 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 nhƣng 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 nhƣ nếp lồi Mạo Khê- Tràng Bạch . các
vỉa than thì bị uốn cong và chia cắt bới các đứt gãy nhỏ theo những phƣơng
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 nhƣ đứt gãy Cao Bằng có mặt trƣợt
cắm Bắc, Đông bắc, góc dốc mặt trƣợt thay đổi từ 600-750.Các đứt gãy
nghịch nhƣ 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 trƣợt và
đứt gãy nhỏ đi kèm, nhƣng không có dăm kết kiến tạo.
1.4.Ảnh hƣởng của các điều kiện địa chất đến công tác khoan:
1.4.1.Đất đá bở rời, liên kết yếu:
Đặc trƣng 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 lƣợng bơm
dung dịch .


13
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 tƣợng sau:





Mất nƣớc từ ít đến nghiêm trọng
Sập lở thành lỗ khoan
Đá chìa, đá nhỏ
Rơi mẫu

1.4.2. Đất đá dễ trương nở
Đặc trƣng cho tính chất của tầng này là tầng sét và sét than
Tính chất trƣơng nở khi gặp nƣớc của các tầng sét là nguyên nhân trực tiếp gây ra
kẹt mút bộ dụng cụ, làm tăng momen quay cột cần khoan. Hiện tƣợng kẹt mút còn
là nguyên nhân gián tiếp dẫn đến hiện tƣợng lắng đọng mùn khoan khi không tuần
hoàn đƣợc 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 ngƣời thợ khoan cần có phƣơng án khắc

phục cứu chữa kịp thời để tránh hiện tƣợng 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 tƣợng
nhƣ 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 lƣu ý đến các hang động. kart tránh hiện tƣợng
mất dung dịch, lƣu ý đến việc chống ống, trám xi măng.
Nhƣ 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, phƣơng pháp khoan, loại lƣỡi khoan và chế độ
khoan ở chƣơng sau.


14

CHƢƠNG 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 dƣới lên trên, từ trong ra ngoài. Nên
đƣờng kính kết thúc lỗ khoan đƣợc dựa trên đƣờng kính mẫu yêu cầu.
Căn cứ vào tỷ lệ mẫu yêu cầu, ta xác định dụng cụ lấy mẫu hợp lý nhƣ: ống mẫu
nòng đơn, nòng đôi hay ống mẫu luồn. Do vậy đƣờng kính lỗ khoan còn phụ thuộc
sự lựa chọn ống mẫu hay tỷ lệ mẫu yêu cầu.
Xét về lợi ích kinh tế, đƣờng kính lỗ khoan càng nhỏ càng tốt. Khoan kim cƣơng
có thể khoan đƣợc lỗ khoan có đƣờng kính 59mm,46mm.Nhƣng hiện nay hầu hết
các dụng cụ đo địa vật lí hay các dụng cụ phân tích mẫu có đƣuọc kính lớn hơn
59mm. Nên đƣờng kính lỗ khoan còn bị ảnh hƣởng của đƣờng kính dụng cụ đo địa
vật lý.
Việc xác định đƣờng kính cuối cùng của lỗ khoan cần đƣợc 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 hƣởng lớn đến số cấp đƣờng kính lỗ khoan. Mỗi khi có
phức tạp địa chất mà không thể khắc phục đƣợc thì phải chống ống và hạ cấp
đƣờng kính. Do đó cần phải phân tihcs đánh giá kỹ lƣớng yếu tố địa chất để có
biện pháp khắc phục sự phức tạp, tránh sự cố, đồng thời đƣa ra quyết định lựa chọn
cấu trúc lỗ khoan hợp lý. Do vậy đây là yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng tới số
lƣợng cấp đƣờng kính và đƣờng kính lỗ khoan.
2.1.3. Yếu tố kĩ thuật và công nghệ
Đƣờng 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 đƣờng kính lƣỡi khoan rất hạn chế.
Hiện nay Liên đoàn chỉ có 3 loại: đƣờng kính bé nhất 75,7mm(NQ) và đƣờng kính
tiếp giáp là 95,6 mm(HQ), đƣờng kính lớn nhất là 123mm (PQ).


15
Với máy móc thiết bị khoan tốt, công nghệ khoan hiện đại….khắc phục hạn chế
đƣợc nhiều hiện tƣợng phức tạp. Khi đó, cấp đƣờng 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 ngƣời 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 đƣợc kính dự phòng để đề phòng trƣờng 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 nƣớc nên ta hạ cấp đƣờng 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 đƣờng kính ở độ sâu 120m,
250m.Nhƣ vậy theo dự kiến cấu trúc lỗ khoan có 4 cấp đƣờng kính trong đó có 3
lần hạ cấp đƣờng kính.
Bảng 2.1. Bảng thống kê cấu trúc lỗ khoan
Thông số
Đoạn
0÷40
40÷120
120÷250
250÷660

Chiều dày
(m)
40
80
130
410

Ø lỗ khoan
(mm)
151
132
112
93

Ø ống chống
(mm)
146
127
107
…

Bộ khoan cụ
(loại)
Chòm 3 chóp xoay
HRC
HRC
HRC


16

CHƢƠNG 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 đƣợc cugn cấp rất ngắn gọn nhƣ mất tuần hoàn, sét trƣơng nở, dễ sập lở, tầng
chứa nƣớc…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 ƣu vừa đảm bảo cho phí kinh
tế là nhỏ nhất.
Lỗ khoan MK 1146 có chiều sâu dự kiến là 660 m, cùng với những trang thiết bị
khoan diện có của công ty em dự kiến lựa chọn những thiết bị sau:
Máy khoan: XY44A
Máy bơm: BW 250
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 đƣợc 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 hƣởng đến tốc độ cơ học khoan đặc biệt là trong
khoan kim cƣơng.
Lực nâng và lực ép của máy khoan phải đủ để khắc phục các hiện tƣợng
phúc tạp cũng nhƣ cứu chữa sự cố lỗ khoan.
Các loại máy khoan thế hệ cũ đƣợc 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.
- Yếu tố kinh tế:
Máy khoan cần có công suất vừa phải để tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời đảm
bảo tiến độ khoan. Ngoài ra việc phân bố hợp lý các máy khoan trong một đơn
vị thi công cũng nâng cao hiệu quả kinh tế. Nên việc lựa chọn máy khoan cũng
phải xét đến điều kiện trang thiết bị hiện có của đơn vị thi công.


17
Hiện nay trong khoan thăm dò lấy mẫu có rất nhiều loại máy khoan khác nhau
nhƣ: XY-1, XY-2, XY-2P, XY44, XY-44A, ZIP 1200, longyear NL55WT…Dựa vào yêu cầu lỗ khoan và các thông số kỹ thuật thì máy khoan XY44A đáp ứng đƣợc đủ các yêu cầu. Dƣới 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 tƣơng đối lớn đƣợc thiết kế
trên cơ sở máy kiểu XY-4, ngoài có các tính năng kỹ thuật của máy khoan XY4, 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 nƣớc. Máy khoan này chủ yếu thích hợp khoan hợp kim và
khoan kim cƣơng 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 đƣờng kính lỗ lớn.
- Thông số kỹ thuật:


18
Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật máy khoan XY-44A
Độ sâu khoan

Khoan lấy mẫu
Khoan
cọc
móng
Khoan
giếng
nƣớc thủy văn
Góc độ hồi quay của 0-3600
trục đứng

Lực cẩu lớn 120KN
nhất của trục
đứng

Lực tăng áp 90KN
lớn nhất của
trục đứng
83,152,217,316 Kích
thƣớc 3042×1100×1920
254,468,667,970 ngoài(D×R×C)

Tốc

độ Quay phải
quay trục Quay trái
đứng
Momen hổi quay lớn 3200N.m
nhất của trục đứng
Hành trình đẩy của trục 600mm
đứng
Đƣớng kính thông lỗ 93mm
của trục đứng
Bộ phận động lực

Đƣờng kính
tời cáp thép
Dung lƣợng
tời của ống tời
Sức nâng lớn
nhất của máy
tời
Động cơ điện Trọng lƣợng
Y225S-4
máy khoan
37Kw/1480v.ph
Động cơ diezen
YC4108ZD
50Kw/1500 v.ph

17.5
110M
45KN

2300Kg

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 tƣợng 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 lƣu lƣợng phù hợp để
mang đƣợc mìn khoan lên mặt đất.
Yếu tố kinh tế: Máy bơm đƣợc lựa chọn cần phải đảm bảo hoạt động ổn định,dễ
điều chỉnh lƣu lƣợng, tiết kiệm năng lƣợng.
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 đƣợc sử dụng khá phổ biến.


19

Hình 3.2.Máy bơm BW-250
Bảng 3.2.Thông số kỹ thuật máy bơm BW-250
Chỉ tiêu
Động cơ
Công suất
Áp suất
Đƣờng kính hút xả
Kích thƣớc
Trọng lƣợng
Thành phần

Máy bơm BW 250
15 kw-380V
15m3/h

7Mpa
Ø75mm-Ø50mm
1100×995×650
760kg
Xi măng+phụ gia+nƣớc


20
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
Thông số
Dung tích
Vị trí trục
Số lƣợng trục
Tốc độ quay
-Puli
-Trục
Công suất động cơ
Kích thƣớc máy
Trọng lƣợng

Đơn vị
M3
Cái

Máy bơm
0,75
Thẳng đứng

1

Kw
Mm
N

235
95
4,5
1255×1220×1685
385

3.1.4.Máy phát điện
Do hệ thống thiết bị khoan đều chạy bằng động cơ Diezel nên máy phát điện
chủ yếu dùng để thắp sang, phục vụ các công tác nhƣ hàn, xì, cho máy khoan và


21
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 cƣ, 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
STT
Thông số
1
Công suất
2
Tốc độ quay

3
Trọng lƣợng
3.2.Lựa chọn dụng cụ khoan.

Đơn vị
kW
v/ph
N

R4100
25
1500
27000

3.2.1.Lựa chọn dụng cụ phá hủy đất đá
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 dƣới
đây:
Tính chất cơ lý của đất đá: Đây là cơ sở quan trọng nhất, ảnh hƣởng
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 đƣợc đƣờng kính của lỗ khoan.
Chiều dày và sự phân bố của các tầng đất đá
Trong phƣơng 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 lƣỡi khoan kim cƣơng nhiều
lớp có độ cứng từ 35÷55RHC.

b. Lựa chọn lưỡi khoan cho từng khoảng khoan.
1. Khoảng khoan từ 0÷120m: Khoan đƣờng 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


22
lựa chọn lƣỡi khoan kim cƣơng nhiều lớp có độ cứng 35÷ 55 HRC
khoan với chế độ khoan nhƣ sau:
Tải trọng chiều trục lên lƣỡi khoan:P=740÷1400 (KG)
Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n = 200÷700 (v/p)
Lƣu lƣợng nƣớc rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 60÷90 (l/p)
Khi gặp tầng sét kết, sét dẻo nên chuyển sang dùng lƣời khoan hợp
kim để khoan với chế độ nhƣ sau:
Tải trọng chiều trục lên lƣỡi khoan: P = 400÷480 (KG)
Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 160÷ 350(v/p)
Lƣu lƣợng nƣớc rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 70÷90(l/p)
2. Khoan từ 120m-660m: Khoan đƣờng 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 lƣỡi khoan kim cƣơng nhiều lớp có độ cứng 35÷ 55 HRC khoan
với chế độ khoan nhƣ sau:
Tải trọng chiều trục lên lƣỡi khoan: P = 740÷1400 (KG)
Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 207÷ 700(v/p)
Lƣu lƣợng nƣớc rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 60÷90(l/p)
Khi gặp tầng sét kết, sét dẻo nên chuyển sang dùng lƣỡi khoan hợp
kim để khoan với chế độ khoan nhƣ sau:
Tải trọng chiều trục lên lƣỡi khoan: P = 400÷480 (KG)
Tốc độ vòng quay bộ dụng cụ khoan:n= 160÷ 350(v/p)
Lƣu lƣợng nƣớc rửa bơm vào lỗ khoan:Q = 70÷90(l/p)

Hình 3.4.Lƣỡi khoan kim cƣơng HRC

23
3.2.2.Lựa chọn cần khoan
Cơ sở lựa chọn cần khoan:
Việc lựa chọn cần khoan phụ thuộc chủ yếu vào phƣơng pháp khoan
và công nghệ khoan. Công nghệ khoan truyền thống thì dùng cần
thƣờng công nghệ khoan ống mẫu luồn thì dùng cần chuyên dụng .
Lựa chọn cần khoan phụ thuộc vào chiều sâu khoan và đƣờng kính lỗ
khoan.
Một số trƣờng hợp cần thiết để tăng chiều sâu lỗ khoan tối đa, ta có
thể phải giảm đƣờng kính cột cần khoan, đƣờng kính lỗ khoan.
Ngoài ra, cần khoan đƣợc lựa chọn phải thoải mãi yêu cầu kỹ thuật
sau: không cong, vênh, đầu nối ren không hỏng, các cần khoan có độ
mòn tƣơng đƣơng, và mòn đều để tránh tập trung ứng suất tại một
điểm gây gãy cột cần khoan.

Hình 3.5. Cần khoan


24
Dựa vào những yêu cầu bên trên em chọn cần khoan là cần khoan
thƣờng với Ø 50mm.cần chủ đạo có đƣờng kính Ø 63mm
3.2.3: Dụng cụ phụ trợ
- Vòng kẹp có chấu đặt ở miệng lỗ khoan. Dùng để kẹp ống chống có
đƣờng kính khác nhau.
- Vòng kẹp ống chống. Dùng để kẹp và giữ chặt ống chống trong quá trình
chống ống.

Hình 3.6.Vòng kẹp ống chống

- Khóa bản lề: Dùng để tháo lắp cần khoan

Hình 3.7.Khóa bản lề


25
- 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