Đánh bại sự bất ổn lỗ khoan trong quá trình khoan: Giải pháp cấu trúc cho việc lắp đặt đống pin mặt trời PV ổn định

Việc mở rộng nhanh chóng việc lắp đặt cọc năng lượng mặt trời PV quy mô tiện ích trên khắp Trung Âu ngày càng đòi hỏi các nhà phát triển phải tận dụng tối đa quỹ đất. Một trong những địa chất thách thức nhất gặp phải ở các khu vực như miền bắc nước Đức, Ba Lan và Cộng hòa Séc là vùng đất băng giá.

Những thành tạo này bao gồm một hỗn hợp trầm tích chưa được phân loại, chưa phân tầng, từ đất sét và bùn mịn có độ mài mòn cao đến sỏi dày đặc và những tảng đá cứng khổng lồ.

Khi thực hiện các dự án cọc xoắn ốc năng lượng mặt trời quang điện gắn trên mặt đất tiêu chuẩn trên các loại đất này, các nhà thầu thường xuyên gặp phải sự mất ổn định nghiêm trọng của lỗ khoan trong quá trình khoan.

Nếu không có thiết kế kết cấu và can thiệp công nghệ phù hợp, các lớp cát lỏng lẻo bên trong máy xới sẽ sụp đổ, các phần sỏi bị lõm vào trong và đá cứng bất ngờ làm lệch dụng cụ khoan, dẫn đến nền móng bị lệch hoặc lỗi lắp đặt hoàn toàn.

Cơ chế mất ổn định của lỗ khoan trong quá trình khoan

Sự mất ổn định của lỗ khoan trong quá trình khoan trong vùng băng hà chủ yếu xuất phát từ sự thiếu gắn kết trong các thấu kính cát không dính và độ rung cơ học cao được tạo ra khi va vào các tảng đá nhúng.

Khi đầu khoan quay tiêu chuẩn gặp phải sự chuyển đổi địa chất đột ngột, sự dịch chuyển mô-men xoắn đột ngột sẽ gây ra rung động nặng. Những rung động này làm tan rã các bức tường mỏng manh của lỗ khoan không có lót.

Hơn nữa, nếu đất bị xáo trộn do mô-men xoắn không đủ hoặc lựa chọn công cụ không phù hợp, nền đất xung quanh sẽ mất đi tính toàn vẹn về cấu trúc. Điều này dẫn đến hiện tượng "bỏ trống", trong đó thể tích thực tế của hố đào vượt quá đáng kể đường kính dự kiến.

Để lắp đặt cọc năng lượng mặt trời PV ổn định, lỗ bị sập có nghĩa là cọc vít hoặc cọc khoan không thể đạt được ma sát bề mặt tới hạn và khả năng chịu tải ngang cần thiết để chịu được tải trọng gió và tuyết của Châu Âu.

Giải pháp kết cấu: Phương pháp khoan đa chức năng

Để giảm thiểu sự mất ổn định của lỗ khoan trong quá trình khoan, các nhà thầu phải tránh xa các thiết bị tác động đơn mục đích và sử dụng thiết bị thủy lực đa chức năng, mô-men xoắn cao có khả năng thích ứng với các địa tầng chuyển dịch trong thời gian thực.

Máy khoan quay và bơm bùn DTH tích hợp không khí

Khi xử lý sỏi dày đặc và các tảng đá cứng được nhúng vào máy xới, giàn khoan phải hỗ trợ xử lý chế độ kép. Đối với các tầng trên lỏng lẻo, ẩm ướt, máy khoan quay bơm bùn sẽ tuần hoàn dung dịch khoan để tạo thành một “bánh lọc” tạm thời dọc theo thành lỗ khoan, liên kết các hạt lỏng lẻo lại với nhau để tránh bị sập.

Khi gặp vật cản bằng đá cứng có hệ số độ cứng Protodyakonov $F=6-20$, hệ thống phải chuyển liền mạch sang khoan lỗ khí (DTH).

Sử dụng khí nén áp suất trung bình (0,7–1,6 Mpa) hoặc áp suất cao (1,6–2,46 Mpa) với tốc độ tiêu thụ không khí là 10–26 m³/phút, búa DTH phá vỡ các tảng đá cứng ngay lập tức mà không truyền các rung động ngang có tính hủy diệt sang ma trận đất không phân tầng xung quanh, bảo toàn tính toàn vẹn của thành lỗ khoan.

Phương pháp khoan đường kính lớn

Đối với các biên dạng xới băng khô hơn, việc thi công móng cọc khoan sử dụng ống vít có đường kính lớn sẽ có hiệu quả cao. Việc sử dụng máy khoan bay liên tục có đường kính trục vít tối đa 400 mm và độ sâu hoạt động lên tới 30 mét cho phép khai thác đất liên tục đồng thời duy trì sự hỗ trợ cấu trúc ngang thông qua chính các chuyến bay khoan.

Phương pháp này giúp loại bỏ khoảng thời gian giữa quá trình khoan và đóng cọc, thường xảy ra khi phần lớn các hố khoan xảy ra.

Hướng dẫn lựa chọn thiết bị: Các thông số kỹ thuật quan trọng

Để vượt qua những điều kiện đất đai đầy thách thức này ở Châu Âu đòi hỏi phải lựa chọn máy móc gắn trên đường ray được thiết kế dựa trên hiệu suất được tham số hóa. Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính cần thiết để đảm bảo cài đặt ổn định.

Kiến trúc nguồn chủ và mô-men xoắn quay

Để ngăn chặn dây khoan bị ràng buộc khi điều hướng quá trình chuyển đổi đất sét-sỏi của máy xới băng, bắt buộc phải có thủy lực nặng. Các giàn khoan được triển khai ở những khu vực này phải có công suất chủ ít nhất là 56 Kw.

Tiêu chuẩn công suất này đảm bảo rằng hệ thống thủy lực duy trì tốc độ quay tối ưu từ 0–70 vòng/phút trong điều kiện lực cản cực lớn. Công suất máy chủ cao đảm bảo công suất mô-men xoắn ổn định, cho phép cắt quay liên tục qua các lớp đất sét dính mà không bị dừng, đây là nguyên nhân chính gây xuống cấp lỗ khoan.

Bồi thường cột và ổn định hỗ trợ mặt đất

Ổn định vật lý của máy móc trong quá trình vận hành là rất quan trọng để ngăn ngừa biến dạng lỗ khoan. Thiết bị phải có chức năng bù cột có thể điều chỉnh được. Trong quá trình khoan, cột phải kéo dài xuống dưới để khóa và đỡ trực tiếp trên mặt đất.

Cấu hình neo trên mặt đất này truyền trực tiếp các phản lực của tổng trọng lượng máy 4360 Kg xuống trái đất, làm giảm các rung động hài hòa tần số cao nguy hiểm có thể làm nứt và vỡ các thành lỗ khoan mỏng manh.

Tính linh hoạt hình học đa trục

Địa hình Trung Âu thường kết hợp trầm tích băng hà với địa hình không bằng phẳng hoặc dốc. Giàn khoan phải được trang bị cơ chế điều chỉnh cơ học chính xác để đảm bảo sự liên kết theo chiều dọc bất chấp sự khác biệt về bề mặt.

Khả năng trượt hạng nặng lên tới 100 độ, kết hợp với góc xoay tổng cộng 40 độ (trái và phải), cho phép người vận hành bù chính xác độ lệch bề mặt. Kết hợp với khả năng leo dốc và địa hình 35 độ, các bệ gắn trên đường ray có thể di chuyển đến vị trí tối ưu trên các độ dốc lớn mà không làm ảnh hưởng đến độ chính xác căn chỉnh của nền năng lượng mặt trời.

Thực tiễn tốt nhất cho các nhà thầu năng lượng mặt trời ở Châu Âu

Khi thực hiện dự án cọc xoắn ốc năng lượng mặt trời quang điện trong các vùng băng giá đã được xác minh, việc lắp đặt không có khuyết tật phụ thuộc vào việc tuân thủ một quy trình vận hành nghiêm ngặt:

1. Lập bản đồ thạch học trước khi xây dựng: Tiến hành lấy mẫu lõi liên tục hoặc kiểm tra độ xuyên tiêu chuẩn (SPT) cứ sau 50 mét trên toàn bộ khu vực để xác định các khu vực đá tảng ẩn và thấu kính cát.

2. Kết hợp dụng cụ động: Trang bị cho máy móc hiện trường các ống khoan có độ bền kéo cao φ 76 mm hoặc φ 89 mm tiêu chuẩn, giữ cho cả dụng cụ ống vít 130–410 mm và búa DTH luôn sẵn sàng trong gói thầu dịch vụ.

3. Chu kỳ xúc tiến đơn được kiểm soát: Giới hạn hành trình nạp ở các bước xúc tiến đơn được quản lý là 2000 mm. Lực thủy lực đi xuống chậm và có chủ ý ngăn cản việc đào quá mức và sốc tường kết cấu, mang lại các lỗ khoan sạch sẽ, ổn định sẵn sàng cho việc neo cọc ngay lập tức.