Ứng dụng và hướng dẫn lựa chọn thiết bị khoan trong ngành khai thác mỏ

Các loại hình khoan phổ biến trong khai thác mỏ

Khi ngành khai thác mỏ tiếp tục phát triển, các phương pháp khoan ngày càng trở nên đa dạng nhằm đáp ứng nhiều yêu cầu khai thác khác nhau, từ thăm dò, sản xuất đến cải tạo hiện trường. Phân loại cơ bản trong khoan khai thác mỏ phân biệt giữa khoan thăm dò và khoan sản xuất (khoan lỗ nổ mìn). Dựa trên nền tảng này, cùng với sự khác biệt về kỹ thuật khoan, thiết bị và mục đích, nhiều loại hình khoan cụ thể đã được phát triển. Mỗi loại có quy trình vận hành, phạm vi áp dụng và chức năng chính riêng biệt, được trình bày chi tiết trong phần phân loại dưới đây:

Phân loại cốt lõi: Khoan thăm dò và khoan sản xuất (khoan lỗ nổ mìn)

Khoan thăm dò: Chủ yếu tập trung vào việc sử dụng các kỹ thuật như khoan lõi để phát hiện và xác định các thông tin quan trọng về sự phân bố, độ dày và hàm lượng của tài nguyên khoáng sản. Nó cung cấp dữ liệu thiết yếu cho việc đánh giá tính khả thi của các dự án khai thác tiếp theo và là phương pháp khoan chủ yếu trong giai đoạn thăm dò khoáng sản.

Khoan sản xuất (khoan lỗ nổ mìn): Chủ yếu được sử dụng để khoan các lỗ nổ mìn nhằm chuẩn bị cho hoạt động nổ mìn trong quá trình khai thác, từ đó hỗ trợ việc bóc đất đá phủ và khai thác quặng một cách hiệu quả. So với lỗ khoan thăm dò, các lỗ khoan sản xuất (nổ mìn) thường có đường kính lớn hơn và độ sâu nông hơn; phương pháp này là một trong những kỹ thuật khoan được sử dụng rộng rãi nhất trong cả khai thác lộ thiên và hầm lò.

Các phương pháp khoan cụ thể

1. Khoan xoắn (Auger Drilling): Là phương pháp khoan đơn giản nhất, có thể thực hiện thủ công bằng cách xoay mũi khoan xoắn dạng trục vít hoặc bằng cơ giới với giàn khoan nhỏ gắn trên phương tiện; phương pháp này sử dụng các cánh xoắn để đưa vật liệu đất lên phía trên. Nó chủ yếu được sử dụng cho thăm dò địa hóa sơ bộ và phù hợp với các loại đất tương đối mềm; chức năng chính là xác định vị trí lắp đặt tối ưu cho các giàn khoan lớn hơn.

2. Khoan đập xoay bằng khí (Rotary Air Blasting): Hiện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất cho khoan lỗ nông. Phương pháp này sử dụng cơ chế búa piston để phá vỡ lớp đá, sau đó dùng khí nén để đưa mùn khoan lên bề mặt. Ưu điểm của nó là có thể khoan nhiều lỗ trong thời gian ngắn; tuy nhiên, nhược điểm là không phù hợp để thu thập mẫu địa chất, do quá trình này làm giảm tính toàn vẹn và chất lượng của vật liệu đá.

3. Khoan Aircore: Phương pháp này sử dụng cần khoan rỗng và mũi khoan ba cánh để xuyên qua đất rời và các mảnh vụn đá. Sau khi hoàn thành quá trình khoan, khí nén được sử dụng để vận chuyển mùn khoan lên bề mặt. So với phương pháp khoan đập xoay bằng khí (Rotary Air Blasting), Aircore chậm hơn nhưng có độ chính xác cao hơn và các mẫu thu thập được ít bị nhiễm bẩn hơn.

4. Khoan tuần hoàn ngược (Reverse Circulation Drilling): Là phương pháp thường được sử dụng trong thăm dò khoáng sản. Tương tự như khoan đập xoay bằng khí và các kỹ thuật khoan khí nén, phương pháp này sử dụng búa piston để khoan vào các tầng đá; tuy nhiên, nó yêu cầu triển khai các giàn khoan quy mô lớn có khả năng đưa mũi khoan xuống độ sâu lớn hơn nhiều.

Việc sử dụng khí nén để đẩy vật liệu bị phá vỡ ra ngoài giúp thu được các mẫu tương đối ít bị nhiễm bẩn. Hơn nữa, phương pháp này tạo ra lượng mùn khoan cần xử lý tương đối nhỏ, từ đó giảm chi phí, rút ngắn thời gian xử lý và đáp ứng hiệu quả các yêu cầu cụ thể của thăm dò địa chất.

5. Khoan lõi kim cương (Diamond Core Drilling): Là một trong những phương pháp khoan tốn kém nhất, sử dụng mũi khoan gắn kim cương công nghiệp và cần khoan rỗng để lấy lõi đá liên tục từ độ sâu có thể lên tới vài kilomet dưới lòng đất. Ưu điểm chính của phương pháp này là thu được các mẫu đá có độ chính xác rất cao, cụ thể là lõi khoáng nguyên vẹn thay vì vật liệu bị phá vỡ, từ đó giúp thu thập các dữ liệu quan trọng về độ bền, thành phần và độ rỗng của khoáng sản. Vì vậy, phương pháp này đặc biệt phù hợp cho thăm dò địa chất độ chính xác cao.

6. Khoan lỗ nổ mìn (Blast Hole Drilling): Là phương pháp chuyên dụng được thiết kế để loại bỏ khối lượng lớn đất đá phủ nhằm tạo điều kiện khai thác các mỏ khoáng sản bên dưới. Quy trình bao gồm khoan các lỗ, nạp thuốc nổ (hoặc sử dụng kỹ thuật nổ bằng áp suất khí), kích nổ, sau đó loại bỏ đất đá bị phá vỡ. Khi thực hiện trong môi trường hầm lò, cần gia cố các đường lò được tạo ra sau khi nổ mìn để đảm bảo an toàn cho việc đi lại của con người.

So sánh các phương pháp khoan

ROI = (Lợi nhuận ròng / Chi phí đầu tư) x 100%