Thân khoan hình nón lăn

Các ống khoan lõi hình nón lăn là các công cụ khoan xoay chuyên dụng được thiết kế để thu thập mẫu lõi đá đại diện từ các ứng dụng nền móng sâu, chủ yếu để đánh giá khả năng cắm đá và đặc trưng dưới lòng đất trong các dự án khai thác sâu và cải thiện đất. Các công cụ này bao gồm một ống hình trụ với một ống lõi bên trong và một cụm đầu xoay được trang bị các mũi khoan hình nón lăn—thông thường là ba nón bằng thép cứng hoặc đầu hợp kim tungsten được gắn với các chèn tungsten hoặc kim cương. Ống khoan lõi tạo thành giao diện cấu trúc giữa dây khoan và đầu cắt, cho phép vật liệu đá được khai thác được thu thập và lấy ra nguyên vẹn để phân tích địa chất và địa kỹ thuật. Các ống khoan lõi hình nón lăn được áp dụng trong nhiều phương pháp nền móng sâu: trong xây dựng tường vây, nơi độ sâu và chất lượng đá nền quyết định hỗ trợ khai thác và khả năng cắm cọc; trong tường cọc cắt và cọc tiếp tuyến, để xác minh độ sâu cắm đá và đặc điểm lớp chịu tải; trong các bức màn cắt và cấu trúc kiểm soát thấm, để đánh giá tính thấm và vùng tiếp nhận vữa trong các chân trời vữa tiềm năng; và trong khoan khảo sát địa điểm sơ bộ trước khi thực hiện các công việc khai thác lớn hoặc gia cố. Chức năng chính của chúng là cung cấp việc thu hồi lõi có kiểm soát với tài liệu ghi nhận Chỉ số Chất lượng Đá (RQD), thử nghiệm sức nén đơn trục, và đặc trưng hóa vết nứt cần thiết cho việc xác minh thiết kế và đảm bảo chất lượng xây dựng. Nguyên tắc hoạt động dựa trên mô-men xoắn quay được áp dụng cho dây khoan, khiến các nón lăn quay quanh trục của ống khoan lõi trong khi bị đẩy vào mặt đá. Hành động cắt chủ yếu là mài và nghiền—các răng của từng nón từ từ phá vỡ vật liệu đá bên dưới mũi khoan hình nón lăn, cho phép vật liệu bị nứt rơi vào ống lõi bên trong. Khi khoan tiến triển, phần ống tiến lên từng đoạn sẽ thu giữ cột đá, được giữ lại bởi một bộ bắt lõi hoạt động bằng trọng lực (loại bóng hoặc giỏ) được đặt ở đáy ống. Khi chiều dài lõi mong muốn đạt được (thông thường từ 3–10 mét mỗi lần khoan), toàn bộ cụm được thu hồi và lõi được lấy ra cẩn thận, đo đạc, ghi chép và chuẩn bị cho thử nghiệm trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISRM (Hội Quốc tế về Cơ học Đá). Cấu hình thiết bị bao gồm các hệ thống dây tiêu chuẩn (kích thước NQ, HQ, PQ tương ứng với đường kính lõi 47.6, 63.5 và 85 mm) và các ống khoan treo bằng thanh truyền thống. Thiết kế mũi khoan hình nón lăn thay đổi theo phân loại độ cứng của đá: các thành tạo mềm hơn sử dụng các chèn hợp kim với khoảng cách nón lớn hơn, trong khi đá cực kỳ cứng hoặc mài mòn yêu cầu các mũi khoan hợp kim tungsten với mật độ nút gần nhau hơn. Các ống dài mở rộng cho các lớp dày, các ống khoan chia đôi để bảo tồn mẫu tốt hơn, và các hệ thống lõi định hướng chuyên dụng cho đánh giá địa chất cấu trúc là những biến thể phổ biến. Việc chọn lựa cấu hình ống khoan lõi hình nón lăn phụ thuộc vào sức mạnh đá dự kiến (phạm vi UCS), yêu cầu thu hồi lõi được chỉ định trong phạm vi khảo sát địa kỹ thuật, hạn chế ngân sách khoan, và khả năng tương thích với công suất của giàn khoan. Các thợ khoan phải cân bằng chất lượng thu hồi với tốc độ khoan—việc cho ăn mạnh mẽ tăng tốc độ thâm nhập nhưng có nguy cơ làm rối mẫu lõi và giảm thiểu; kỹ thuật bảo thủ giảm thiểu nứt nhưng kéo dài thời gian dự án. Các tiêu chuẩn áp dụng bao gồm ISO 13311-1 (đặc trưng lõi định hướng và khối đá), DIN 4095 (tiêu chuẩn của Đức cho khoan và khoan lõi), và các hướng dẫn API (Viện Dầu khí Hoa Kỳ) được điều chỉnh cho các ứng dụng kỹ thuật dân dụng. Đánh giá RQD theo khuyến nghị của ISRM, với việc chụp ảnh lõi và bảo tồn hộp lõi được ghi chép theo tiêu chuẩn ISO 14689.