Các kỹ thuật khoan trong khai thác vàng dưới lòng đất
Khai thác vàng dưới lòng đất là việc khai thác khoáng sản ở độ sâu cụ thể dưới bề mặt trái đất, thường là do các mỏ vàng nằm trong các mạch hẹp, thân quặng dốc hoặc điều kiện địa chất khiến việc khai thác lộ thiên không hiệu quả về mặt kinh tế. Trong các hệ thống khai thác dưới lòng đất, khoan là một phần quan trọng của quá trình sản xuất, quyết định sự thành công của việc nổ mìn, sự ổn định của cửa hầm và năng suất khai thác quặng. Bài viết này thảo luận về các kỹ thuật khoan thường được sử dụng trong khai thác vàng dưới lòng đất, thiết bị, các giai đoạn công việc, các yếu tố địa chất, và các khía cạnh về an toàn và hiệu quả.
1. Vai trò của khoan trong chu trình khai thác mỏ dưới lòng đất
Trong khai thác vàng dưới lòng đất, khoan tham gia vào một số mục đích chính: (1) khoan sản xuất để tạo lỗ nổ mìn, (2) khoan phát triển để tạo đường hầm, đường ngang, đường hầm ngang và giếng thông gió, (3) khoan chống đỡ mặt đất để lắp đặt bu lông đá, bu lông cáp và bê tông phun, và (4) khoan thăm dò trong mỏ để theo dõi sự tiếp nối của các mạch vàng và ranh giới quặng. Chất lượng khoan ảnh hưởng trực tiếp đến sự vỡ vụn của đá sau khi nổ mìn, độ pha loãng quặng, tỷ lệ thu hồi, lượng thuốc nổ tiêu thụ và thời gian chu kỳ vận chuyển.
2. Đặc điểm địa chất của các mỏ vàng và ý nghĩa của chúng
Các mỏ vàng ngầm thường liên quan đến các mạch thạch anh, vùng đứt gãy, cấu trúc đứt gãy hoặc hệ thống thủy nhiệt. Quặng có thể hẹp và không đều, đòi hỏi khoan chính xác để tránh việc nổ mìn làm hư hại vách treo hoặc vách đáy và tránh lẫn tạp chất. Điều kiện khối đá, chẳng hạn như các khe nứt, vùng yếu, sự biến đổi sét và vùng nước xâm nhập, sẽ quyết định phương pháp khoan , chiều dài cần khoan, đường kính lỗ khoan và chiến lược kiểm soát độ lệch lỗ khoan. Đá càng dễ vỡ và nứt nẻ, nguy cơ vỡ quá mức càng cao, đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ hình dạng lỗ khoan và lượng thuốc nổ.
3. Các loại kỹ thuật khoan trong mỏ vàng ngầm
a. Khoan bằng búa (Búa trên)
Phương pháp khoan búa từ trên xuống sử dụng năng lượng va đập từ đầu khoan, được truyền qua cần khoan đến mũi khoan. Hệ thống này phổ biến trong việc đào hầm và khoan lỗ nổ mìn ở độ sâu trung bình. Ưu điểm của nó bao gồm tính linh hoạt trong không gian hẹp, chi phí tương đối thấp trên mỗi mét và dễ dàng điều chỉnh kiểu khoan. Tuy nhiên, đối với các lỗ khoan rất dài, hiệu suất giảm do mất năng lượng trong cần khoan và tăng khả năng lệch hướng.
b. Khoan xuống lòng đất (DTH)
Trong phương pháp khoan DTH, búa được đặt gần mũi khoan, do đó năng lượng va đập tác động trực tiếp vào đầu lỗ. Kỹ thuật này phù hợp với các lỗ lớn hơn, sâu hơn và có chất lượng lỗ thẳng hơn. DTH thường được sử dụng trong sản xuất một số loại hầm lò hoặc tạo ra các giếng và rãnh. Nhược điểm là cần khí nén áp suất cao và thiết bị lớn hơn, do đó không phải lúc nào cũng lý tưởng cho các khe hở hẹp.
c. Khoan xoay
Khoan xoay dựa vào sự quay của mũi khoan dưới áp lực. Trong khai thác mỏ dưới lòng đất, khoan xoay thường được sử dụng hơn cho khoan thăm dò (ví dụ: khoan kim cương) vì nó tạo ra các mẫu lõi cần thiết cho việc lập bản đồ địa chất, xác định hàm lượng và đặc trưng khối đá. Đối với các lỗ khoan nổ mìn sản xuất, khoan xoay thuần túy ít được sử dụng hơn so với khoan va đập hoặc khoan DTH, ngoại trừ trong một số loại đá nhất định và với cấu hình dụng cụ phù hợp.
d. Khoan kim cương (Khoan lõi)
Khoan kim cương là một kỹ thuật khoan tạo ra các mẫu lõi đá. Ưu điểm của nó bao gồm dữ liệu địa chất chi tiết cao, bao gồm cấu trúc, sự biến đổi và khoáng hóa. Kỹ thuật này rất hữu ích cho việc lập kế hoạch khai thác, kiểm soát chất lượng và đảm bảo ranh giới quặng để giảm thiểu sự pha loãng. Thách thức bao gồm chi phí cao hơn, tốc độ khoan chậm hơn và cần có các biện pháp đặc biệt. quản lý nước tuần hoàn và bùn khoan.
4. Thiết bị chính cho khoan ngầm
Thiết bị khoan trong các mỏ ngầm thường bao gồm máy khoan cỡ lớn (để khai thác), giàn khoan lỗ dài (để khai thác theo phương pháp hầm lò mở) và các giàn khoan chuyên dụng để đóng bu lông đá. Máy khoan cỡ lớn thường có một hoặc hai cần trục và được trang bị hệ thống điều khiển vị trí để đảm bảo độ chính xác. Giàn khoan lỗ dài được sử dụng để khoan các lỗ dài trong các phương pháp khai thác như khai thác hầm lò mở bằng lỗ dài. Trong khi đó, máy đóng bu lông đá có các cơ chế để khoan và lắp đặt bu lông đá.
Các bộ phận quan trọng khác bao gồm máy nén khí, hệ thống nước để kiểm soát bụi và làm mát mũi khoan, cần khoan và khớp nối, và mũi khoan, được lựa chọn dựa trên độ cứng của đá. Việc lựa chọn mũi khoan (ví dụ: mũi khoan nút cacbua) và bảo dưỡng chúng ảnh hưởng đến tốc độ khoan, mức tiêu thụ năng lượng và chất lượng lỗ khoan.
5. Các giai đoạn khoan để nổ mìn đào hầm (Giai đoạn phát triển)
Trong công tác khoan hầm, mục tiêu chính là đưa lỗ khoan tiến đến kích thước thiết kế. Các bước chung bao gồm:
1. Đánh dấu và khảo sát: Các điểm khoan được đánh dấu dựa trên mẫu đã lên kế hoạch. Sai sót trong việc đánh dấu có thể dẫn đến khoan thừa hoặc khoan thiếu.
2. Chuẩn bị giàn khoan: Đặt máy khoan Jumbo ở vị trí ổn định, điều chỉnh góc cần cẩu sao cho lỗ khoan hướng đúng hướng.
3. Tạo viền lỗ: Giai đoạn đầu tiên của việc tạo lỗ phải được thực hiện cẩn thận để lỗ không bị "xê dịch".
4. Khoan: Quá trình khoan được thực hiện theo độ sâu đã lên kế hoạch, với sự kiểm soát áp suất, tốc độ quay và lượng khí/nước cung cấp.
5. Làm sạch lỗ khoan: Các mảnh vụn khoan được làm sạch để chuẩn bị lỗ khoan cho việc lấp đầy bằng thuốc nổ.
6. Kiểm tra chất lượng: Độ sâu, hướng và các sai lệch có thể xảy ra được kiểm tra để đảm bảo họa tiết sẽ "nở ra" như thiết kế.
Sơ đồ khoan hầm thường bao gồm các lỗ cắt (để tạo khoảng trống), lỗ chặn, lỗ nâng và lỗ chu vi. Các phương pháp kiểm soát chu vi như nổ mìn làm mịn hoặc tách đá trước có thể được sử dụng để giảm thiểu thiệt hại cho thành hầm.
6. Kỹ thuật khoan sản xuất: Khoan lỗ dài
Trong khai thác vàng hầm lò hiện đại , phương pháp khoan lỗ dài được ưa chuộng nhờ năng suất cao và phù hợp với các thân quặng tương đối cứng. Trong phương pháp này, một lỗ khoan dài được khoan từ tầng sản xuất hướng lên khu vực khai thác, bằng cách khoan hình quạt hoặc khoan song song. Thách thức chính là duy trì độ chính xác để tránh sai lệch có thể làm mở rộng khu vực khai thác, tăng độ pha loãng, hoặc thậm chí gây ra những sự cố ngoài ý muốn khi khai thác các khu vực khác.
Kiểm soát chất lượng khoan giếng dài bao gồm việc sử dụng hệ thống định vị giàn khoan, kiểm tra độ lệch bằng các dụng cụ đo lường (ví dụ: dụng cụ khảo sát lỗ khoan) và lựa chọn đường kính lỗ khoan và khoảng cách tải trọng phù hợp. Đối với các loại đá khác nhau, thiết kế mẫu khoan có thể được điều chỉnh để duy trì độ vụn vỡ và tránh các tảng đá khó vận chuyển.
7. Khoan để tăng cường độ vững chắc và ổn định
Sự ổn định của các công trình ngầm là vô cùng quan trọng do nguy cơ sạt lở đá có thể gây chết người. Việc khoan để lắp đặt bu lông đá hoặc bu lông cáp thường có các thông số kỹ thuật khác nhau: đường kính lỗ khoan phù hợp với bu lông, độ sâu được lựa chọn dựa trên các vùng đá yếu, và hướng khoan được thiết kế để "khóa" khối đá. Sau khi khoan xong, bu lông được lắp đặt bằng nhựa hoặc vữa. Trong các mỏ vàng có đá biến chất, chất lượng của vữa và độ sạch của lỗ khoan là rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định thành công.
8. An toàn lao động trong khoan ngầm
Khoan ngầm tiềm ẩn nhiều rủi ro: tiếp xúc với bụi silic, tiếng ồn, rung động, khí thải từ thiết bị chạy bằng động cơ diesel và nguy cơ đá rơi. Các biện pháp an toàn quan trọng bao gồm thông gió đầy đủ, sử dụng nước để kiểm soát bụi, kiểm tra bề mặt làm việc trước khi lắp đặt giàn khoan và sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân như mặt nạ phòng độc, thiết bị bảo vệ tai và kính bảo hộ. Ngoài ra, việc khóa/gắn thẻ an toàn trong quá trình bảo dưỡng thiết bị, kiểm tra áp suất khí và ống dẫn, và các quy trình liên lạc trong quá trình làm việc trong không gian hạn chế là bắt buộc.
Một khía cạnh quan trọng khác là “kỷ luật khoan”: người vận hành phải tuân thủ các thông số khoan, không được ép mũi khoan quá sâu hoặc sử dụng áp lực không phù hợp, vì điều này có thể gây hỏng thiết bị và tai nạn.
9. Tối ưu hóa: Độ chính xác, chi phí và năng suất
Việc tối ưu hóa khoan thường tập trung vào việc tăng tốc độ khoan, tuổi thọ mũi khoan, giảm độ lệch và cải thiện sự phù hợp của hồ sơ nổ mìn. Các phương pháp phổ biến bao gồm đào tạo người vận hành, bảo trì phòng ngừa, lựa chọn vật tư tiêu hao phù hợp và triển khai các hệ thống kỹ thuật số như khoan tự động, ghi nhật ký thông số khoan và lập bản đồ lỗ khoan dựa trên laser hoặc định vị quán tính. Với dữ liệu chính xác, các đội khai thác có thể điều chỉnh thiết kế mẫu khoan và các thông số nổ mìn để giảm sự pha loãng và tăng khả năng thu hồi vàng.
10. Kết thúc
Kỹ thuật khoan trong khai thác vàng dưới lòng đất không chỉ đơn thuần là khoan lỗ; chúng là một phần chiến lược của toàn bộ hệ thống sản xuất mỏ. Việc lựa chọn phương pháp – khoan búa trên đỉnh, khoan DTH, khoan quay hoặc khoan kim cương – phải tính đến địa chất, mục tiêu công việc, không gian làm việc và tiêu chuẩn an toàn . Khoan chính xác giúp kiểm soát được các vụ nổ, tạo mảnh vỡ tốt và các lỗ mở ổn định, làm cho hoạt động an toàn hơn và tiết kiệm hơn. Khi công nghệ giàn khoan và hệ thống giám sát kỹ thuật số phát triển, khai thác vàng dưới lòng đất mang lại những cơ hội đáng kể để tăng hiệu quả đồng thời giảm rủi ro, với điều kiện là kỷ luật kỹ thuật và quản lý an toàn được thực hiện nhất quán.
