Luận án Nghiên cứu công nghệ khoan ngang hợp lý để tháo khí mê tan ở mỏ than hầm lò vùng Mạo Khê

 HR-1500. Kết 
quả quan trắc lƣợng khí thoát ra từ lỗ khoan cho thấy, trong thời gian 10 ngày 
đầu lƣợng khí thoát ra từ lỗ khoan dao động từ 0,15 m3/ph. đến 0,35 m3/ph.; 
sau đó qua 15 ngày lƣu lƣợng khí chỉ còn 0,001m3/ph đến 0,0012m3/ph. Nhƣ 
vậy, lƣu lƣợng khí thoát ra từ lỗ khoan đã giảm dần theo thời gian. Sau 30 
ngày quan trắc thì không còn thấy khí thoát ra từ lỗ khoan. 
Tiếp theo, năm 2004 đã khoan thử nghiệm lỗ khoan ngang dài 150m 
tháo khí ở vỉa 9T mức -80 bằng thiết bị khoan xoay ZIF -300m. Nhƣng không 
đạt đƣợc tới chiều sâu thiết kế mà phải dừng khoan tại chiều sâu 107 m. 
Nguyên nhân chủ yếu là do thiết bị khoan không đủ công suất khoan, không 
đủ tải trọng chiều trục truyền cho mũi khoan để phá huỷ đá. 
Các lỗ khoan tháo khí nhƣ đã trình bày ở trên chỉ có tính giải quyết tức 
thời phục vụ cho công tác an toàn trong khai thác, đồng thời cũng là các lỗ 
khoan thí nghiệm. Phƣơng pháp khoan chủ yếu là phƣơng pháp khoan xoay 
bằng các thiết bị sẵn có. Do nhu cầu khai thác và tháo khí Mêtan đòi hỏi phải 
khoan các lỗ khoan ngang dài từ 300m - 500m, để tháo khí lâu dài trong các 
67 
vỉa than ở các khu vực chuẩn bị khai thác lò chợ cơ giới hoá và chèn lò thuỷ 
lực. 
 Kết quả nghiên cứu và quan trắc thực tế khí Mêtan thoát ra từ các 
đƣờng lò cho thấy: khí Mêtan chủ yếu thoát ra từ các gƣơng lò chợ,từ các khu 
vực không gian sau khi khai thác và phá hoả hạ đá vách. Trong các khoảng 
không gian này, do hệ số thu hồi than không cao dẫn đến trên nóc và ở nền lò 
vẫn còn tồn tại các lớp than. Các lớp than thƣờng bị nứt nẻ, dập vỡ do tác 
động của khai thác và phá huỷ khi phá hoả hạ đá vách; vì vậy khí Mêtan và 
các loại khí khác dễ dàng thoát ra khỏi bề mặt các cục than bị vỡ. Lƣợng khí 
Mêtan đƣợc tạo thành sẽ tích tụ và đi vào các đƣờng lò, vào các khu vực đang 
khai thác qua các khe nứt, làm tăng hàm lƣợng khí Mêtan trong các đƣờng lò, 
trong các khu vực khai thác. 
Từ các kết quả quan trắc thực tế khí Mêtan thoát ra từ lò chợ trong quá 
trình khai thác và công nghệ khai thác ở mỏ Mạo Khê đã lựa chọn phƣơng 
pháp tháo khí Mêtan bằng các lỗ khoan ngang ở trên nóc lò chợ. Các cụm 
khoan đƣợc bố trí ở các khám khoan dọc đƣờng lò gió thải. 
Căn cứ vào nhiệm vụ kế hoạch khai thác vỉa than 9Đ và tiềm năng khí 
Mêtan trong vỉa than sẽ bố trí các lỗ khoan ngang dài trên vách lò chợ để tháo 
khí trƣớc khi khai thác. Lỗ khoan đƣợc bố trí tại khám khoan cách gƣơng lò 
chợ sẽ khai thác 350m (hình 3.12). Trong khám khoan sẽ bố trí các lỗ khoan 
hình dải quạt hƣớng về phía gƣơng lò chợ. Lỗ khoan thứ nhất hợp với trục lò 
gió thải một góc 300; lỗ khoan thứ hai hợp với lỗ khoan thứ nhất một góc 150. 
Các lỗ khoan bố trí nhƣ vậy sẽ thu hồi khí ở vỉa than và đá vách trƣớc khi 
khai thác và ở khoảng không gian lò chợ đã phá hoả đánh sập sau khi khai 
thác. Vị trí và cấu trúc lỗ khoan ngang tháo khí ở than 9Đ mức -80 xem hình 
3.12 và hình 3.13. 
68 
Hình 3.12. Vị trí lỗ khoan tháo khí ở khu vực lò chợ vỉa 9Đ chuẩn bị khai thác 
Hình 3.13. Cấu trúc lỗ khoan ngang thu hồi khí tại vỉa 9Đ 
1. van tháo khí; 2. ống PVC; 3. ống thu khí; 4. xi măng trám; 5. khe hở thu 
khí; 6. đầu bịt; 7. nút bịt kín; 8. lỗ khoan; 9. van tháo nƣớc; 10. thành lò 
 Với phƣơng pháp bố trí các lỗ khoan tháo khí nhƣ đã mô tả ở trên sẽ 
cho phép tháo khí ở khu vực chuẩn bị khai thác, ở gƣơng lò chợ và ở khu vực 
sau khi khai thác đã phá hỏa đánh sập. 
Với cách bố trí các lỗ khoan nhƣ vậy sẽ không ảnh hƣởng tới hoạt động 
của lò chợ. 
Lƣợng khí Mêtan thoát ra từ lỗ khoan có thể xác định theo công thức 
sau [35, 36]: 
0
R
2
m
2
0
m
0
R
e
PP
TR
MK
H2Q
0


ln
)( (3.15) 
69 
trong đó: Qo- lƣợng khí Mêtan thoát ra từ lỗ khoan, kg/s; H- chiều dài lỗ 
khoan, m; K- độ thẩm thấu của khí Mêtan, m2; - Độ nhớt động của khí 
Mêtan, Pa.s; Mm- trọng lƣợng phân tử của khí Mêtan, kg/mol; Ro= 8,31 
J/(mol.
0
K) - hằng số khí ; T- nhiệt độ tuyệt đối, 0K; P - áp suất vỉa , Pa; Pm- 
áp suất miệng lỗ khoan, Pa; = 1,781 - hằng số Eiler. 
 Do trữ lƣợng khí Mêtan có hạn và giảm dần theo thời gian thu hồi. Vì 
vậy, khi tính khối lƣợng khí Mêtan thu hồi từ lỗ khoan cần xác định hệ số thu 
hồi theo công thức [35, 36]: 
T
tb dttK
T
K
0
00 )(
1
 (3.16) 
trong đó: T - thời gian thu hồi khí Mêtan, tháng; 0K - hệ số thu hồi khí Mêtan 
ban đầu, giá trị 0K xác định theo thực tế khí Mêtan thoát ra từ lỗ khoan. 
 Khi đó, khối lƣợng khí Mêtan QM thu hồi từ lỗ khoan đƣợc xác theo 
công thức: 
 QM = Qo.m.Kotb (3.17) 
và khối lƣợng khí Mêtan thu hồi tại khu vực khai thác QMT: 
 QMT = n.Qo.m.Kotb (3.18) 
Qo - khối lƣợng khí Mêtan thu hồi từ lỗ khoan, m
3/tháng; m- số lƣợng tháng 
thu hồi khí Mêtan, tháng; Kotb- hệ số trung bình thu hồi khí Mêtan trong lỗ 
khoan; QMT - khối lƣợng khí Mêtan thu hồi tại khu vực khai thác, m
3/tháng; 
n - số lƣợng lỗ khoan tại khu vực khai thác. 
Số lƣợng lỗ khoan n tại khu vực khai thác xác định theo công thức: 
MTQ
Q
n (3.19) 
Q - Trữ lƣợng khí trong khu vực khai thác lò chợ; 
3.2.2. Cơ sở lựa chọn công nghệ khoan ngang tháo khí ở mỏ Mạo Khê 
3.2.2.1. Các quan điểm về lựa chọn công nghệ khoan hợp lý 
70 
Công nghệ khoan là tổ hợp các phƣơng pháp và chế độ thực hiện các 
quá trình liên quan tới tiến độ lỗ khoan trong điều kiện nhất định nào đó để 
đạt đƣợc mục đích và hiệu quả đặt ra. Chính vì vậy mà hiện nay đang tồn tại 
các quan điểm khác nhau về lựa chọn công nghệ khoan hợp lý. Một số tác giả 
[31, 32, 33, 37] cho rằng, khi lựa chọn công nghệ khoan hợp lý cho một điều 
kiện khoan cụ thể không những phải căn cứ vào đặc điểm cấu trúc địa tầng, 
tính chất cơ lý đá; tính năng kỹ thuật của thiết bị, dụng cụ phá đá mà còn phải 
xét tới các yếu tố khác nhƣ trình độ quản lý kỹ thuật công nghệ; tay nghề của 
ngƣời thợ khoan,v.v... Một số chuyên gia khác [37, 38] lại cho rằng ngoài các 
ý kiến nêu trên cần phải lựa chọn các thông số chế độ công nghệ khoan hợp 
lý, đặc biệt là sự phối hợp giữa các thông số tải trọng chiều trục và tốc độ 
quay cột cần khoan để đảm bảo tốc độ cơ học đạt giá trị cao nhất [31]. 
Trong những năm gần đây,trên cơ sở các kết quả nghiên cứu lý thuyết 
và thực nghiệm, các chuyên gia [30, 31, 37] khi tính toán chế độ công nghệ 
khoan đã tính tới các yếu tố nhiệt và mòn mũi khoan trong quá trình phá huỷ 
đá. 
3.2.2.2. Quan điểm nâng cao tốc độ cơ học khoan trên cơ sở tiêu hao năng 
lượng phá huỷ đá 
Theo quan điểm này, tốc độ cơ học đƣợc xác định phụ thuộc vào năng 
lƣợng của quá trình phá hủy đá. Tốc độ cơ học xác định theo công thức : 
 Vm = 
SE
Np
.
 (3.20) 
trong đó: Vm - tốc độ cơ học, m/s; Np - năng lƣợng tiêu hao cho phá hủy đá 
trong một đơn vị thời gian, N.m/s; E - năng lƣợng của quá trình phá hủy, 
N.m/m
3
; S - diện tích đáy lỗ khoan, m2. Năng lƣợng tiêu hao cho phá huỷ đá 
trong một đơn vị thời gian đƣợc xác định theo công thức: 
 Np = 2 R n (Po + T) (3.21) 
71 
trong đó: R - bán kính trung bình mũi khoan kim cƣơng, m; n - tốc độ quay 
cột cần khoan của bộ dụng cụ khoan, vòng/s;  - hệ số ma sát của mũi khoan 
với đá; Po - tải trọng chiều trục lên mũi khoan, N; T - lực kháng phá hủy đá, 
N. 
Từ đó, ta thấy muốn tăng tốc độ cơ học cần: 
- Tăng năng lƣợng phá huỷ đá bằng cách tăng tốc độ quay cột cần 
khoan và tải trọng chiều trục lên mũi khoan. 
- Giảm năng lƣợng phá huỷ đá bằng cách sử dụng cấu trúc mũi khoan 
hợp lý và chế độ công nghệ khoan phù hợp với tính chất cơ lý đá. 
- Giảm diện tích tiết diện đáy lỗ khoan bằng cách khoan các lỗ khoan 
đƣờng kính nhỏ. 
3.2.2.3. Quan điểm nâng cao tốc độ cơ học trên cơ sở cơ lựa chọn các thông 
số chế độ khoan hợp lý . 
Theo quan điểm này, tốc độ cơ học khoan đƣợc xác định bởi các thông 
số chế độ khoan: tải trọng chiều trục, tốc độ quay cột cần khoan; lƣu lƣợng 
nƣớc rửa; tính chất cơ lý đá và đặc tính kỹ thuật của mũi khoan. 
 Mối quan hệ giữa tốc độ cơ học và các thông số chế độ khoan, độ cứng 
của đá xác định theo công thức: 
2
s
o
m
P.b
n.P.6
V (3.22) 
trong đó: Po - tải trọng chiều trục, N; n – tốc độ quay cột cần khoan, vòng/s; b 
- chiều rộng tiết diện đế mũi khoan, mm 
 b = R - r 
R - bán kính ngoài mũi khoan, mm; r - bán kính trong mũi khoan, mm; Ps - 
độ cứng của đá, N/mm2 
 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, các tác giả đều nhận thấy rằng tốc 
độ cơ học tăng tỷ lệ thuận với tải trọng chiều trục, tốc độ quay cột cần khoan; 
72 
song chỉ đến một giá trị nào đó, nếu vƣợt qua giá trị đó thì mối quan hệ này 
không tồn tại. 
 Mối quan hệ giữa tốc độ cơ học và tốc độ quay cột cần khoan, tiến độ 
của mũi khoan sau một vòng phút có thể xác định theo công thức: 
16,67 /
m
v v n ( 3.23) 
trong đó: v - tiến độ mũi khoan sau một vòng quay, mm/vòng; mv - tốc độ cơ 
học khoan, m/h; n - tốc độ quay cột cần khoan, ph
-1
. 
Mặc dù có các quan điểm khác nhau, song các tác giả đều thống nhất 
chế độ công nghệ khoan cần lựa chọn phù hợp với phƣơng pháp khoan, điều 
kiện kỹ thuật thực tế, điều kiện địa chất cụ thể để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất. 
3.2.3. Lựa chọn phƣơng pháp và chế độ công nghệ khoan ngang tháo khí 
Mêtan ở mỏ Mạo Khê 
3.2.3.1. Lựa chọn phương pháp khoan 
Từ các kết quả nghiên cứu ở các chƣơng trƣớc cho thấy lựa chọn công 
nghệ khoan ngang hợp lý tháo khí Mêtan ở mỏ Mạo Khê cần dựa vào các yếu 
tố cơ bản sau: 
1. Đặc điểm cấu trúc địa tầng và tính chất cơ lý đá ở mỏ than Mạo Khê; 
2. Đặc điểm tồn tại và đặc tính thẩm thấu, phân tán khí Mêtan ở các vỉa 
than; trữ lƣợng khí Mêtan ở vỉa than và đá bao quanh ở các mức khai thác mỏ 
than Mạo Khê; 
3. Đặc điểm công nghệ khoan ngang; 
4. Đặc điểm công nghệ khai thác, sơ đồ công nghệ khai thác và kích 
thƣớc lò chợ khai thác ở mỏ than Mạo Khê; 
5. Mục đích lỗ khoan tháo khí Mêtan. 
Trong thời gian hiện nay, mỏ Mạo Khê đang tập trung khai thác ở mức 
-80 bằng lò chợ dài cơ giới hóa, năng suất khai thác lò chợ bình quân đạt 350 
– 380 TKT ngày-đêm. Theo kết quả nghiên cứu [1, 4] thì lƣu lƣợng khí thoát 
73 
ra từ khối lƣợng than khai thác sẽ đạt từ 300 m3/ ngày-đêm đến 450 m3/ ngày-
đêm. Để giảm lƣợng khí xâm nhập vào lò, đảm bảo an toàn trong khai thác và 
kế hoạch khai thác, mỏ có nhu cầu tháo và thu gom khí trong các vỉa than 
khai thác lò chợ trƣớc khí tiến hành khai thác. Để đạt đƣợc mục đích đó, mỏ 
đã thiết kế các lỗ khoan ngang dài 300m- 400m ở trên nóc lò chợ nhƣ đã trình 
bày ở trên. 
Căn cứ vào đặc điểm công nghệ khoan ngang và yêu cầu tháo khí hiện 
tại ở mỏ Mạo Khê; đề tài đã lựa chọn phƣơng pháp khoan xoay - đập để 
khoan các lỗ khoan ngang tháo khí Mêtan ở mỏ Mạo Khê. Thiết bị khoan là 
thiết bị khoan xoay - đập RPD-130SL-F2W do hãng Koken Nhật Bản sản 
xuất; dụng cụ khoan là bộ dụng cụ khoan ống mẫu luồn PS-89. Thiết bị khoan 
RPD-130SL-F2W đƣợc trang bị hai hệ thống truyền áp lực cho dụng cụ phá 
hủy đá: truyền áp lực bằng hệ thống thủy lực kết hợp với xích truyền lực và 
lực đập (năng lƣợng đập) bằng cơ cấu đập lắp đặt ở đầu máy khoan (cơ cấu 
đập đỉnh). Vì vậy, trong quá trình khoan, thiết bị khoan RPD-130SL-F2W có 
thể sử dụng nhƣ thiết bị khoan xoay khi khoan đá mềm và trung bình cứng và 
khoan xoay - đập khi khoan đá trung bình cứng và cứng. 
Đặc điểm cơ bản của công nghệ khoan xoay - đập là công suất phá huỷ 
đá ở đáy lỗ khoan đƣợc hình thành từ ba thành phần: tải trọng chiều trục, mô 
men xoắn (tốc độ quay cột cần khoan); lực đập hoặc xung lực đập đƣợc tạo 
thành từ cơ cấu đập. Các thông số chế độ khoan xoay - đập gồm: tải trọng 
chiều trục và tốc độ quay cột cần khoan truyền cho dụng cụ phá huỷ đá; lực 
đập do tần số đập của cơ cấu đập tạo thành. 
Lý thuyết khoan xoay - đập và thử nghiệm các cơ cấu đập đã đƣợc E. 
Ph. Epstein; A.P. Ostrovski; A. Kh. Sidorenko và các chuyên gia khác nghiên 
cứu từ năm 1939 [27, 31, 37, 39]. 
74 
Giai đoạn từ năm 1953 đến 1957 các chuyên gia Fish B.G (Anh); Jnet 
E. V; Lacabane W. D và Fleider (Mỹ); Makoto Jhara, Macao Tanaca, Cesso 
Aco (Nhật) đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm công nghệ 
khoan xoay - đập. Các kết quả nghiên cứu đã khảng định: trong các điều kiện 
nhƣ nhau, nếu sử dụng chế độ công nghệ hợp lý khoan đá trung bình cứng thì 
năng suất khoan xoay - đập tăng từ 2 - 3 lần và năng lƣợng phá huỷ đá cũng 
giảm tới 1,5 lần so với các phƣơng pháp khoan khác [27, 37]. 
Khoan xoay - đập là một dạng đặc biệt của khoan xoay. Nếu khoan 
xoay phá huỷ đất đá do tác dụng của tải trọng chiều trục và tốc độ quay cột 
cần khoan thì khoan xoay - đập, ngoài tốc độ quay cột cần khoan, lực phá huỷ 
đá gồm hai thành phần tải trọng chiều trục và lực đập hay năng lƣợng đập của 
cơ cấu đập. Khi nghiên cứu đặc tính phá huỷ đá bằng các phƣơng pháp khác 
nhau, các tác Ivanov K.I; Varich M.S và những ngƣời khác [27] đã mô tả cơ 
chế phá huỷ đá nhƣ hình 3.14 và các trị số thành phần lực tham gia phá huỷ 
đá nhƣ sau: 
NB = f M(Po) Khoan xoay 
 Ny = 0 
 NB Ny Khoan xoay - đập 
 Ny NB Khoan đập - xoay 
Trong đó NB - Công suất tiêu hao cho phá hủy đá, kW; M - Momen 
xoắn, N.m; Po - tải trọng chiều trục truyền cho mũi khoan, N; Ny - Công suất 
tiêu hao cho năng lƣợng đập phá hủy đá, kW. 
Từ hình 3.14 ta thấy lực tác dụng lên mũi khoan trong quá trình phá huỷ đá 
bằng phƣơng pháp khoan xoay - đập: 
đPPP 0 (3.24) 
Trong đó P - tổng hợp lực tác dụng lên mũi khoan, N; 0P - tải trọng chiều trục 
truyền cho mũi khoan, N; đP - lực đập hay xung lực sinh ra do cơ cấu đập, N. 
75 
Hình 3.14. Mô hình phá huỷ đá trong các phƣơng pháp khoan 
a. Khoan xoay; b. Khoan xoay - đập; 
A- lực đập ; Po - tải trọngc chiều trục tác dụng lên hạt cắt ; T - lực pháp tuyến. 
1. phá huỷ đất đá do cắt; 2. phá huỷ đất đá do năng lƣợng đập. 
Tốc độ cơ học trong khoan xoay - đập xác định theo công thức sau: 
vm enhV (3.25) 
Trong đó: e - số lƣợng hạt cắt trong mũi khoan; n - tốc độ quay cột cần khoan 
của mũi khoan, vòng/phút; vh - chiều sâu xâm nhập của mũi khoan vào đá sau 
một vòng quay; mm/vòng. 
Chiều sâu xâm nhập vh trong khoan xoay - đập xác định theo công thức: 
đv hhh 0 (3.26) 
Trong đó: ho - chiều sâu xâm nhập dƣới tác dụng của tải trọng chiều trục, mm; 
hđ - chiều sâu xâm nhập dƣới tác dụng của lực đập, mm. 
Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tế [31, 39] cho thấy vh là hàm phụ 
thuộc vào các yếu tố: 
)P,S,P,P(BFh stđov (3.27) 
B- cấu trúc mũi khoan;Po- tải trọng chiều trục truyền cho mũi khoan; Pđ- lực 
đập; St- diện tích tiếp xúc của hạt cắt trong mũi khoan với đá; Ps- độ cứng của 
đá theo Sreinher; 
a) b) 
76 
Theo I.Ph. Medvedev [31] chiều sâu xâm nhập vh của mũi khoan vào đá 
trong khoan xoay - đập xá định theo công thức: 
st
m
đ0
0v
PS
)P(P
Ch
 (3.28) 
thay giá trị vh vào biểu thức (3.25) ta có: 
st
m
đ00
m
PS
)P(PenC
V
 (3.29) 
trong đó 0C -hệ số đặc trƣng cho sức kháng xâm nhập của mũi khoan vào đá; 
m - hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý đá. 
Từ các kết quả thực nghiệm khi khoan trong các loại đá khác nhau, các 
tác giả [31] đã xác định giá trị m cho từng loại đá: m =0,7563 đối với đá cấp 
IV-VI; m = 0,7460 đối với đá cấp VII –VIII; m =0,697 đối với đá cấp VIII –
IX; m = 0,682 đối với đá cấp IX –XI; m =0,668 đối với đá cấp XI –XII và lớn 
hơn; Co = 1,1 -1,15. 
3.2.3.2. Lựa chọn chế độ công nghệ khoan 
 Trong khoan xoay - đập, tốc độ cơ học không chỉ phụ thuộc vào tải 
trọng chiều trục, tốc độ quay cột cần khoan truyền cho dụng cụ phá hủy đá mà 
còn phụ thuộc vào lực đập (năng lƣợng đập) của búa đập truyền cho dụng cụ 
phá hủy đá. Tải trọng chiều trục và lực đập truyền cho mũi khoan đƣợc lựa 
chọn phụ thuộc vào tính chất cơ lý đá, đặc tính kỹ thuật của thiết bị khoan và 
cơ cấu đập, đặc tính kỹ thuật của mũi khoan. 
Nhƣ phần trên đã phân tích, lực đập đP của cơ cấu đập (búa đập) sẽ tạo 
nên các vi khe nứt trong quá trình phá hủy đá. Sự hình thành hệ thống vi khe 
nứt hay vùng phá hủy sơ bộ sẽ làm giảm độ bền của khối đá và tăng hiệu quả 
phá hủy đá. Tính chất phá hủy đá trong khoan xoay- đập phụ thuộc vào tính 
chất cơ lý đá. Nếu đá rắn có tính đàn hồi giòn thì quá trình phá hủy đá có tính 
77 
nghiền - đập vỡ dƣới tác dụng chủ yếu của lực đập. Nếu đất đá có tính đàn hồi 
dẻo thì qúa trình phá hủy có tính ép nén và cắt chủ yếu do tác dụng của tải 
trọng chiều trục truyền cho mũi khoan và momen xoắn. 
Tải trọng chiều trục truyền cho mũi khoan trong khoan ngang xoay – 
đập đƣợc xác định theo công thức [31, 33, 39] : 
sto .PS.k.P (3.30) 
trong đó: k - hệ số ma sát của mũi khoan với đá. Hệ số k thay đổi phụ thuộc 
vào tính chất của đá, tính chất nƣớc rửa và cấu trúc mũi khoan. Trong cùng 
một loại đá, cùng loại mũi khoan khi rửa bằng dung dịch sét, hệ số 
3,05,0 k ; khi rửa bằng nƣớc lã 2,035,0 k ; 23,017,0 ; hệ số đặc trƣng 
cho sự thay đổi diện tích tiếp xúc của các hạt cắt trong mũi khoan với đá; tS - 
diện tích của các hạt cắt trong mũi khoan, cm2; đ - ứng suất kháng nén của 
đá, N/cm2. 
Tốc độ vòng lựa chọn theo công thức thực nghiệm của O. V. Ivanov 
[33] nhƣ sau: 
 n = 
D
Ps )0038,064,3(1,19 (3.31) 
trong đó: n - tốc độ quay cột cần, v/ph; D - đƣờng kính lƣỡi khoan, mm. 
 Lực đập đP hoặc năng lƣợng đập yA , tần số đập đn là các đại lƣợng đặc 
trƣng cho cơ cấu đập (búa đập). Khi lựa chọn cần căn cứ vào đặc tính của cơ 
cấu đập và tính chất đất đá, nếu tải trọng chiều trục và năng lƣợng đập truyền 
cho mũi khoan một cách hợp lý thì sẽ tăng hiệu quả phá huỷ đá trong quá 
trình khoan xoay - đập. 
Năng lƣợng của cơ cấu đập truyền cho mũi khoan xác định theo công 
thức: 

n
i
yiy alA
1
 (3.32) 
78 
yA - năng lƣợng đập, N.m; 
n
i
il
1
- tổng chiều dài bề mặt của hạt cắt tiếp 
xúc với đá, cm; ya -tỷ chi phí năng lƣợng đập cho 1cm hạt cắt, N.m/cm 
Giá trị ya phụ thuộc vào cấp đá theo độ khoan: VI-VII: 10; VIII-IX: 10-
15; X- 15-20; XI- 22-25. 
Mối liên hệ giữa tốc độ quay cột cần khoan và tần số đập xác định theo 
công thức [27, 31]: 
tb
y
D
n
n

 (3.33) 
n - tốc độ quay cột cần khoan, v/ph; yn - số lần đập trong một phút;  - 
khoảng cách dịch chuyển của hạt cắt giữa hai lần đập, mm; 
Khoảng dịch chuyển  đƣợc lựa chọn phụ thuộc vào tính chất cơ lý đá 
và tần số đập của cơ cấu đập [27, 39]. Đối với đá cấp VI-VII theo độ khoan,  
= 70mm - 90mm; đá cấp VIII-IX theo độ khoan,  = 60mm - 80mm; đá cấp 
IX-XI theo độ khoan,  = 40mm - 60mm. 
Dung dịch dùng trong khoan xoay - đập bằng bộ ống mẫu luồn PS-89 
là nƣớc lã; lƣu lƣợng nƣớc rửa đƣợc lựa chọn theo kinh nghiệm thực tế khi 
khoan ống mẫu luồn: 40-60 l/ph. 
Theo kinh nghiệm của các chuyên gia [27, 31, 39], chế độ khoan xoay - 
đập đƣợc lựa chọn theo hƣớng dẫn ở bảng 3.1. 
Bảng 3.1. Các thông số chế độ khoan xoay - đập 
Loại đá P0 , N n, v/ph. Q, l/ph. nđ, lần/ph 
Bột kết hạt nhỏ mịn, cấp VI-VII 
theo độ khoan, 
3000-5000 200-250 40-50 800 - 900 
Bột kết, cát kết hạt nhỏ mịn,ít mài 
mòn, cấp VIII-IX theo độ khoan, 
7000-9000 200-300 40-50 1000 - 1200 
Bột kết, cát kết, sạn kết, mài mòn, 
nứt nẻ, cấp IX-XI theo độ khoan 
7000-13000 200-300 40-50 1000 - 1600 
79 
Từ các kết quả nghiên cứu của chƣơng 3, ta có thể rút ra một số kết 
luận sau: 
 1. Một trong các nguyên nhân cơ bản dẫn tới tổn thất tải trọng chiều 
trục truyền cho mũi khoan trong khoan ngang khi tăng chiều sâu khoan là do 
tăng trọng lƣợng cột cần khoan (tăng chiều dài cột cần khoan), lực ma sát và 
momen xoắn trong quá trình khoan; từ đó dẫn tới giảm tốc độ cơ học khoan 
khi tăng chiều dài lỗ khoan. Khi tăng tốc độ quay cột cần khoan, tổn thất tải 
trọng chiều trục giảm, nếu tăng tốc độ quay cột cần khoan gấp 3 lần thì tổn 
thất tải trọng chiều trục giảm từ 1,8-2 lần đối với các lỗ khoan sâu từ 300m-
500m. 
 2. Áp dụng công nghệ khoan xoay - đập bằng thiết bị khoan xoay - đập 
RPD-130SL-F2W và bộ ống mẫu luồn PS-89 là hợp lý phù hợp với điều kiện 
địa chất, điều kiện khai thác mỏ và nhu cầu tháo khí hiện nay ở mỏ Mạo Khê. 
 3. Chế độ công nghệ khoan xoay - đập đƣợc lựa chọn căn cứ vào tính 
chất cơ lý của đá và đặc tính kỹ thuật của thiết bị khoan, đặc tính kỹ thuật của 
đầu đập. Khoan trong