30 NĂM - CHẶNG ĐƯỜNG ĐỔI MỚI
CỦA CÔNG NGHỆ KHOAN THĂM DÒ KHOÁNG SẢN
Công nghệ khoan thăm dò khoáng sản luôn luôn gắn liền với công tác tìm kiếm thăm dò địa chất. Có thể nói đâu cần tìm kiếm, thăm dò khoáng sản thì ở đấy có khoan. Ngay từ ngày đầu thành lập sở Địa chất Đông Dương (1954-1955) để lập bản đồ khoáng sản, đánh giá trữ lượng và triển vọng khai thác; công tác tìm kiếm, thăm dò địa chất đòi hỏi phải áp dụng các phương pháp khác nhau.Trong đó công tác khoan thăm dò là phuơng pháp đặc biệt quan trọng, vì đây là phương pháp duy nhất khoan sâu vào lòng đất, lấy mẫu khoáng sản để nghiên cứu thành phần khoáng vật và tính chất cơ lý, v.v..do đó đòi hỏi phải có thiết bị, kỹ thuật và công nghệ.
Trước những năm 1960, thiết bị khoan chủ yếu là thiết bị khoan tay, công nghệ khoan nông, không đòi hỏi kỹ thuật cao, việc lắp rắp và di chuyển thiết bị cũng đơn giản. Trình độ công nhân khoan cũng thấp kém, hầu hết không qua trường lớp đào tao.
Sau năm 1960, do nhu cầu phát triển của các ngành kinh tế quốc dân đặc biệt là công tác thăm dò địa chất; các thiết bị khoan thăm dò đã được đầu tư vào Việt Nam để khoan các lỗ khoan sâu tới 100 m, 300 m, 500 m. Các loại thiết bị khoan kiểu KAM- 300, KAM-500, XJ-100; hoặc thiết bị khoan ZIB -150, ZIF -300 của Liên Xô, v.v. Khi sử dụng các thiết bị này thường thao tác phức tạp và không an toàn. Công nghệ khoan chủ yếu là công nghệ khoan bi và khoan hợp kim với đường kính khoan lớn từ 91 mm – 110 mm. Chính vì vậy, năng suất khoan rất thấp chỉ đạt 50 -60 m/tháng-máy; tỷ lệ mẫu thường đạt 50 -55%; lỗ khoan thường xảy ra sự cố kẹt bó, kẹt mút bộ dụng cụ khoan. Thời gian khoan thuần túy chỉ đạt 15% -20%; thời sự cố chiếm tới 50%.
Dung dịch khoan chủ yếu là dung dịch sét điều chế từ sét địa phương và gia công bằng xút, bồ tạt; vì vậy không đảm bảo chất lượng khi khoan qua các địa tầng địa chất phức tạp.
Từ năm 1965, một số thiết bị khoan tiên tiến như ZIF-650 A, XBA-500 của Nga đã được nhập vào Việt Nam thay thế dần các thiết bị khoan của thế hệ trước để đáp ứng nhu cầu thăm dò sâu phụ vụ công tác nghiên cứu địa chất.
Cũng thời gian này,các thiết bị khoan URB 2A, URB-3AM phục vụ cho khoan thăm dò khai thác nước ngầm; các máy khoan đập cáp kiểu UKC-22M, UKC-30m để khoan các lỗ khoan đường kính lớn khai thác nước ngầm; các thiết bị khoan UGB -50A ZIB -150 phục vụ cho khoan khảo sát địa chất công trình cũng được nhập vào Việt Nam.
Vào đầu những năm 1970-1972,mặc dù chiến tranh ác liệt xẩy ra ở Miền Bắc, song công tác thăm dò vẫn không ngừng phát triển và mở rộng. Khối lượng thi công khoan máy ở Tổng cục Địa chất ngày càng gia tăng. Khối lượng khoan máy ở Tổng cục Địa chất vào những năm 1972, 1973 đã đạt tới 150 - 170 nghìn mét khoan thăm dò; riêng Liên đoàn Địa chất 9, năm 1972 đã thực hiện hơn 80 nghìn mét khoan máy. Khối lượng khoan máy được thực hiện chủ yếu bằng các thiết bị khoan sâu ZIF -650M; ZIF- 1200A, ZIF- 1200M của Liên Xô trước đây.
Từ năm 1970- 1980, khối lượng khoan sâu từ 400 -1200 m đã chiếm tới 35% -40% , đặc biệt có những năm tới 60%. Công nghệ khoan vẫn chủ yếu là công nghệ khoan bi và công nghệ khoan hợp kim. Một số đơn vị địa chất thăm dò khoáng sản kim loại đã áp dụng phương pháp khoan đập thủy lực. Mặc dù khoan sâu, song năng suất, chất lượng khoan vẫn được tăng lên rõ rệt so với trước những năm 1970. Năng suất khoan bình quân toàn ngành vào những năm 1970- 1980 đã đạt 90 m/ tháng đến 115 m/tháng-máy; tỷ lệ mẫu đá đạt 50 -55%; mẫu khoáng sản đạt 60% -65%. Đặc biệt một số Liên đoàn thăm dò trong Tổng cục Địa chất đã đạt năng suất khoan máy tới 120-135 m/tháng.
Từ năm 1980 – 1990, đã có sự thay đổi đáng kể về thiết bị và công nghệ khoan thăm dò khoáng sản. Các thiết bị có tính chất hiện đại, có nhiều tốc độ; một số bộ phận đã được tự động hóa trong quá trình khoan như: ZIF-650MR, ZIF-1200 M, ZIF-1200 MR; các thiết bị khoan UKB-4; CBA-500, v.v.của Liên Xô đã được nhập vào Việt Nam không chỉ thay thế các thiết bị khoan thô sơ mà còn đáp ứng được yêu cầu thăm dò địa chất. Công nghệ khoan bi cũng được thay thế dần bằng công nghệ khoan kim cương đường kính nhỏ.Vì vậy năng suất khoan bình quân đã đạt 135 m/tháng; có tổ máy như tổ máy UKB-500 ở Liên đoàn địa chất 9 đã đạt năng suất 250-280 m/tháng. Vào những năm 1987-1989, Đoàn Địa chất 906 – Đơn vị Anh hùng thuộc Liên đoàn Địa chất 9 đã đạt năng suất khoan bình quân 145 m/tháng-máy. Mặc dù năng suất khoan kim cương còn thấp, song việc áp dụng công nghệ khoan kim cương ở Việt Nam lại có giá trị lớn, đánh giá bước ngoặc trong lịch sử công nghệ khoan thăm dò khoáng sản.Sự tiến bộ và trưởng thành của công tác khoan thăm dò ngoài sự đổi mới thiết bị và công nghệ khoan, thì yếu tố đào tạo nhân lực, đội ngũ kỹ sư công nghệ, công nhân kỹ thuật khoan cũng đóng một vai trò quan trong. Nhiều đơn vị khoan thăm dò đã cử kỹ sư, công nhân tay nghề cao ra nước ngoài thăm quan, thực tập và học tập kỹ thuật công nghệ khoan mới như khoan kim cương tốc độ vòng quay cao, khoan ống mẫu luồn. Bên cạnh các doanh nghiệp thăm dò là các cơ quan nghiên cứu khoa học, nghiên cứu đổi mới và áp dụng tiến bộ kỹ thuật công nghệ khoan vào ngành. Kết quả nghiên cứu của các đề tài khoa học trong các lĩnh vực dung dịch khoan, công nghệ khoan kim cương tốc độ vòng quay lớn đã được áp dụng trong sản xuất. Đặc biệt là công nghệ khoan ống mẫu luồn. Kết quả đề tài “ Nghiên cứu thử nghiệm khoan ống mẫu luồn KCCK-76” và sau khi thử nghiệm thành công ở lỗ khoan sâu 450 m thăm dò than khu Bình Minh- Hà Lầm, Quảng Ninh; các công ty thăm dò khoáng sản của Cục Địa chất Việt Nam đã tiếp nhận công nghệ và đầu tư mua sắm thiết bị, dụng cụ khoan ống mẫu luồn. Có thể nói vào những năm đầu của những năm 1990 đã đánh dấu một bước chuyển biến mạnh mẽ về công nghệ khoan thăm dò khoáng sản rắn ở Việt Nam. Đó là Công nghệ khoan kim cương và khoan ống mẫu luồn. Nhờ đổi mới thiết bị, công nghệ khoan mà năng suất khoan kim cương vào những năm 2005-2007 đã đạt tới 200-250 m/tháng-máy; khoan ống mẫu luồn đã đạt 350- 400m/tháng-máy.
Đến thời gian hiện nay, các doanh nghiệp thăm dò địa chất của Tổng Cục Địa chất, của các Tập đoàn khai khoáng đã không ngừng đổi mới kỹ thuật công nghệ khoan thăm dò. Các doanh nghiệp đã nhập thiết bị khoan Longyear-38, Longyear- 44 của hãng Boart Longyear; thiết bị khoan tự hành YSD-300, YSD-500 của Nhật Bản; các thiết bị khoan sâu tới 1200m -2000 m như XY- 42, XY-44; HXY-5 của Trung Quốc; CS -3001 của Thụy Sỹ. Các thiết bị kể trên đều phù hợp với công nghệ khoan kim ương tốc độ vòng quay lớn và công nghệ khoan ống mẫu luồn. Năng suất khoan ống mẫu luồn vào những năm gần đây đã đạt năng suất 450 -500 m/ tháng, tăng từ 25% đến 28% so với những năm 200502007; tỷ lệ mẫu khoan bằng ống mẫu luồn đạt hơn 80%; mẫu khoáng sản đạt trên 90% - 95%. Trong điều kiện địa chất thuận lợi, không phức tạp, năng suất khoan ống mẫu luồn đạt tới 650m/ tháng-máy.
Do yêu cầu của công tác điều tra thăm dò khoáng sản, công tác khoan không chỉ triển khai trên diện rộng mà còn triển khai cả về chiều sâu thăm dò. Do đó gặp nhiều khu vực địa chất phức tạp, phay phá đứt gẫy, nước phun; bãi thải, hầm lò khai thác cũ; vì vậy công tác khoan càng trở lên phức tạp và khó khăn; đòi hỏi người thợ khoan càng phải có kiến thức hiểu biết sâu để sử lý công nghệ khi khoan qua các địa tầng phức tạp như đã nêu trên. Điển hình là các thợ khoan ở vùng Quảng Ninh, khi khoan sâu từ 750 m-1200 m thăm dò than ở mức -300 đã gặp không ít những khó khăn phức tạp; nhưng với tinh thần lao động sáng tạo, nhiều tổ khoan đã kết thúc lỗ khoan sâu tới 1200 m với năng suất khoan trung bình đạt 500m/ tháng. Để giải quyết các khó khăn phức tạp do nguyên nhân địa chất, nhiều đơn vị đã sử dụng dung dịch sét, ít sét điều chế từ bột sét betonit chất lượng cao; dung dịch sét –polime, v.v..
.bmp)
Trong công tác khoan thăm dò khai thác nước ngầm, các kỹ sư khoan của Liên đoàn Địa chất thủy, địa chất công trình Miền Nam đã có sáng kiến cải tiến thiết bị URB-3AM và các dụng cụ khoan để khoan các lỗ khoan khai thác nước ngầm ở Đồng bằng Cửu Long, thành phố Hồ Chí minh, vùng Tây Ninh bằng phương pháp tuần hoàn ngược. So với phương pháp khoan tuần hoàn thuận, phương pháp khoan tuần hoàn ngược đã đem lại các lợi ích: giảm thời gian thi công do không phải súc rửa giêng, thành lỗ ít xẩy ra sập lở.. ; hiệu suất khai thác giêng đạt tới 80%. Chiều sâu các giêng khai thác nước ngầm khoan bằng phương pháp rửa ngược đạt tới 400 m (Tp. Hồ Chí Minh), 450 m (ở Vĩnh Long); 495 m ở tiền Giang; đường kính ống khai thác 245 mm, đường kính ống lọc 114 mm. Đây là sự chuyển đổi sáng tạo trong công nghệ khoan thăm dò và khai thác nước ngầm ở Việt Nam.Trong công khoan khảo sát nền móng, khoan cọc nhồi đường kính lớn phục vụ cho các công trình thi công nhà ở cao tầng, móng hố cầu cũng có tiến bộ rõ rệt. Ngoài việc trang bị các thiết bị mới thay dần cho các loại thiết bị cũ, đã áp dụng công nghệ khoan mới như công nghệ phối hợp giữa khoan xoay thổi rửa với khoan cần đập. Công nghệ này cho phép đạt được năng suất cao và chất lượng lỗ khoan tốt khi khoan trong các tầng đá cứng mềm xen kẽ, trong các điều kiện phức tạp.
Nói chung, trong khoảng thời gian 20 năm gần đây, công nghệ khoan đã không ngừng phát triển và mở rộng phạm vi áp dụng trong các lĩnh vực khoan tìm kiếm thăm dò khoáng sản; khoan khảo sát nền móng xây dựng các máy máy thủy điện; các công trình công nghiệp, các công trình giao thông, cầu cảng. Đặc biệt trong khai thác mỏ khoáng sản.
Từ năm 2000, công nghệ khoan thăm dò đã được áp dụng vào các mỏ than khai thác hầm lò ở vùng Quảng Ninh để giải quyết các khó khăn phức tạp mà mỏ thường gặp trong quá trình khai thác. Khi khai thác xuống sâu, các mỏ than hầm lò thường gặp các sự cố về bục nước và bục khí mỏ (khí mêtan). Các sự cố bục nước và khí mêtan đều gây thiệt hại lớn về người và tài sản cho mỏ. Phương pháp khoan thăm dò trong hầm lò đã giúp các mỏ kiểm tra chuẩn xác lại các dữ liệu địa chất; cung cấp thêm thông tin về cấu trúc vỉa khoáng sản, điều kiện địa chất tự nhiên ở khu vực đang khai thác hoặc sẽ khai thác; xác định vị trí lò cũ, các khu vực nghi ngờ tích tụ nước, tích tụ khí; khoan các lỗ khoan quan trắc dịch động đá vách trong hầm lò, khoan các lỗ khoan phá hoả tiến trước, v..v. Đây là vấn đề rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đánh dấu một bước chuyển biến lớn về việc mở rộng phạm vi áp dụng công nghệ khoan để giải quyết các vấn đề khó khăn phức tạp ở các mỏ khai thác hầm lò. Đến nay, hầu hết các mỏ than hầm lò của Tập đoàn Than – khoáng sản Việt Nam đã làm chủ được công nghệ khoan trong hầm lò, kịp thời xử lý và giải quyết các khó khăn như mất vỉa, tháo nước và tháo khí mêtan bằng công nghệ khoan. Kết quả khoan tháo nước đá vách vỉa 9 ở mỏ than Mạo Khê, kết quả khoan tháo khí mêtan ở mỏ than Khe Chàm đã đạt kết quả tốt và khẳng định tính ưu việt của công nghệ khoan tháo khí, tháo nước trong hầm lò.
Công nghệ khoan không chỉ áp dụng trong các mỏ khai thác hầm lò mà còn được áp dụng ở các mỏ khai thác lộ thiên để khoan các lỗ khoan tháo nước giữ ổn định bờ mỏ; các lỗ khoan giảm áp và các lỗ khoan ngang tháo khô nước bờ mỏ không chỉ làm giảm áp lực nước tác động lên bờ mỏ mà còn ngăn ngừa sự biến dạng và làm tăng khả năng ổn định của bờ mỏ.
Nói chung, sự phát triển và hoàn thiện kỹ thuât công nghệ khoan thăm dò, khoan- khai thác khoáng sản luôn luôn gắn liền với sự hoạt động của Hội, của các chuyên gia trong lĩnh vực khoan khai thác đang công tác trong các ngành công nghiệp. Các thành tựu đạt được của Hội của các chuyên gia trong ngành không chỉ thúc đẩy sự phát triển của ngành mà còn góp phần vào sự nghiệp phát triển nền công nghệp của đất nước.
Tiến sĩ Nguyễn Xuân Thảo
