Đối với các thiết bị khoan, những chỉ tiêu quan trọng nhất đó là năng suất của máy, độ chính xác khi thực hiện các chức năng và cuối cùng là trình độ lắp đặt các mũi khoan đáp ứng được công nghệ hiện đại, cho phép các nhà thầu nâng cao năng suất và an toàn lao động cho những người vận hành, giảm các chi phí vận hành và số lần dừng máy.
Theo Cty Boart Longyear, thì năng suất lao động và sự an toàn vẫn là những chỉ tiêu mang tính quyết định của các thiết bị khoan. Nếu thiết bị khoan được thiết kế chế tạo đạt các tiêu chuẩn và những yêu cầu kỹ thuật cao nhất, thì các thiết bị đó cần đáp ứng được những yêu cầu riêng của công việc trên công trường xây dựng, còn những người trực tiếp sử dụng thiết bị đó cần được thoả mãn bởi sự cơ động và độ khoan chính xác của nó.
Hình 1. Thiết bị khoan D1550 của Cty Sandvik để khoan các giếng khoan thu dần kết hợp cân bằng công suất và các kích thước của búa khoan, cho phép các nhà thầu nâng cao năng suất và giảm các chi phí vận hành.
Cty Boart Longyear cho ra đời thiết bị khoan hiện đại nhất model DB95GT đáp ứng được những yêu cầu nâng cao khác. Thiết bị này chuyên sử dụng cho khu vực nước ngầm nóng, nhờ nó có thể sử dụng được các phương pháp khoan khác nhau và hoạt động trong những điều kiện phức tạp nhất của công trường, trong đó một yếu tố không kém quan trọng đó đạt tốc độ khoan cao.
Ưu điểm của model này đó là tính vạn năng của máy. Bởi vì các chủ đầu tư thường tìm kiếm các thiết bị khoan trên thị trường sao cho có thể khoan được ở bất kỳ điều kiện nào kể cả điều kiện đất bão hoà dư nước. Với tính đa năng cao, các máy khoan này cần phải linh động và gọn nhẹ ở mức tối đa mà không làm giảm công suất của chúng.
Model DB95GTcó lực tay cần nghịch lên tới 9,8 tấn, momen xoay lên tới 24 kN, khiến cho máy trở thành lý tưởng hoạt động ở các điều kiện đất khác nhau. Ngoài ra, hệ thống thuỷ lực hiệu suất cao tạo ra được công suất bổ sung lớn cho đầu mũi khoan quay. Kích thước gọn của máy đảm bảo cho nó có tính cơ động khi sử dụng ở các khu vực chật hẹp của công trường.
Thiết bị khoan D1550 của Cty Sandvik dùng để khoan các giếng khoan thu dần(DTH), bởi vậy nó đã được thiết kế chế tạo có tính đến đảm bảo sự cân bằng giữa công suất và các kích thước của mũi khoan để đảm bảo có năng suất cao khi mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất và giảm các chi phí vận hành khác tới mức thấp nhất.
Hình 2. Các mũi khoan đa năng của Cty Sandvik bảo đảm độ xâm nhập sâu vào đất đá, tăng độ bền vững và giảm tiêu hao năng lượng.
Model D1550 được trang bị động cơ điêzen công suất 324 KW và đảm bảo đạt được lượng khí nén 24,4 m3/phút dưới áp suất 24 atm. Điều đó được kết hợp tốt với đầu khoan đường kính 127 mm.
Cabin điều khiển của thiết bị này được bảo vệ chống các vật rơi và có kính thông gió. Tất cả các điểm cung cấp dịch vụ kỹ thuật được bố trí ở gần mặt đất để đảm bảo cho quá trình khoan và tăng độ an toàn, còn bình chứa nhiên liệu lớn và hệ thống nhiên liệu được cung cấp nhanh cho phép giảm sự dừng máy.
Cty Atlas Copco kết hợp những phẩm chất tốt nhất của model mới ROCL8 DTH với hệ thống tự động hoá và điều khiển hiện đại nhất vào xeri máy khoan SmartRig khi thiết kế chế tạo thiết bị khoan mới công suất cao SmartRig ROCD65s.
Loại máy khoan mới này được trang bị hệ thống điều khiển RCS dùng để khoan các giếng khoan đường kính 110 - 203 mm. Sử dụng các đầu khoan kiểu Secoroc COP 44, 54 hay 64 DTH ở độ sâu khoan tới 54 m, không khí nén dưới áp suất 30 atm được cấp từ máy nén khí lắp trên thiết bị. Máy nén khí được dẫn động từ động cơ điêzen Caterpillar C15 công suất 402 KW.
Hệ thống RCS điều khiển toàn bộ thiết bị khoan, kể cả quá trình khoan và các tay cần tự động với các ống khoan. Hệ thống này cũng cho phép thay đổi các dữ liệu thiết kế và hoạt động giữa thiết bị và văn phòng trên công trường.
Đặc điểm chính của SmartRig ROCD65 đó là nó có thể bổ sung thêm hoặc rút bỏ bớt các ống khoan một cách tự động, khiến cho người vận hành có đủ thời gian để chuẩn bị các vật liệu, trong khi đó thiết bị lại tự hoàn thành việc khoan giếng.
Hình 3. Thiết bị khoan SmartRig ROCD65s của Cty Atlas Copco để khoan các giếng thu dần có hệ thống máy tính điều khiển nâng cao năng suất.
Ngoài ra, một nguyên lý tương tự cũng có ở thiết bị DB95GT của Cty Boart Longyear.
Sau 12 tháng thử nghiệm, Cty FRD đã chào hàng thiết bị khoan DCR 20 DTH, cho phép khoan các giếng khoan đường kính 89 - 165 mm, sâu tới 40 m. Khối lượng của máy lên tới 21 tấn, dẫn động thực hiện từ động cơ điêzen Caterpillar công suất 328 KW. Trên máy sử dụng máy nén khí mác Airman công suất 24 m3/phút để cấp khí nén dưới áp suất 25 atm.
Kích thước gọn và tính đa năng đặc trưng cho thiết bị khoan thuỷ lực bốn bánh ROC T20 của Cty Atlas Copco, để khoan các giếng đường kính 38 - 64 mm. Thiết bị này dùng để khoan trong các điều kiện đô thị, có động cơ điêzen Cummins công suất 82 KW, khoan được thực hiện nhờ máy nén khí công suất 50 lít/s.
Model ROC T20 được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại quá trình khoan, cho phép kiểm soát quá trình này bằng áp lực quay. Trong hệ thống cũng có chức năng phòng ngừa tắc nghẽn, bảo đảm cho việc theo dõi liên tục mũi khoan để tránh kẹt cột ống.
Sự đa năng, mức độ khoan xâm nhập vào các giếng trực tiếp nhanh hơn và chi phí năng lượng ít hơn đó không chỉ là những yêu cầu duy nhất đối với thiết bị khoan này. Tất cả các chỉ tiêu trên đều phụ thuộc vào các mũi khoan, và nhằm mục đích đó Công ty Sandvik đã chế tạo một loạt các mũi khoan RT300 - Uniface. Tuy nhiên, Công ty cũng giảm số lượng chúng trong xeri mới, nhưng lại mở rộng các lĩnh vực sử dụng chúng. Điều đó đã đạt được nhờ sử dụng nguyên liệu mới Cacbid XT48 tôi cứng và bền hơn để làm mũi khoan.
Xeri mới bao gồm 3 dạng mũi khoan để khoan các giếng đường kính 51 - 64, 70 - 96 và 102 - 152 mm. Trong kết cấu của chúng hội tụ 3 đặc điểm khác nhau mà trước đây có ở trong 2 hay nhiều model. Điều này giúp cho việc lựa chọn mũi khoan RT300 - Uniface một cách đơn giản. Các mũi khoan có đầu đặc biệt dùng để khoan các loại đá phiến rất chắc, các đầu kiểu tròn - để khoan các loại đá phiến kém chắc hơn. Còn các mũi khoan có gờ bình thường phù hợp để khoan các loại đá đồng nhất. Mũi khoan hóp đầu để đảm bảo độ bằng cho giếng khoan trong các điều kiện đất đá hỗn tạp và nhiều vết nứt.
Cty Boart Longyear cũng sản xuất một xeri mới các mũi khoan Surface SetXP, nhằm đảm bảo độ xâm nhập lớn nhất vào trong đất đá. Độ bền vững của các mũi khoan mới cao hơn gấp 3 lần so với các mũi khoan thường dùng lâu nay. Trong đó không cần phải dùng các mũi khoan thay thế khi khoan trong các loại đất không liên kết(tơi rời).
Trong các mũi khoan mới sử dụng loại đầu thò ra, được gia cường bằng một số lớp kim cương để tăng thêm độ bền. Đầu Ultramix cấu tạo từ một số hạt kim cương nhân tạo lớn hơn so với các mũi có bề mặt theo truyền thống, ở đó chỉ dùng một lớp kim cương. Các nhà thầu có thể dùng các mũi khoan này để đạt được các chỉ số khoan sâu ổn định hơn và chi phí ít hơn cho 1 m giếng khoan.
Tương lai của ngành thiết kế chế tạo sẽ quyết định những đặc tính của các thiết bị khoan. Sự phát triển của ngành điện tử trong tương lai cũng sẽ làm thay đổi bộ mặt của thiết bị khoan. Bởi vì công nghiệp điện tử đảm bảo sự điều khiển tốt hơn các thông số khoan, cũng như sự điều khiển và theo dõi toàn bộ hoạt động của thiết bị. Việc ứng dụng điện tử có tính chiến lược cũng có thể nâng cao sự an toàn cho người vận hành và hiệu quả của công việc, khiến cho người vận hành không phải tiếp xúc trực tiếp với khu vực khoan.
Đinh Bá Lô - Theo Báo Xây dựng Nga N9/2011
