التطورات في تكنولوجيا الحفر DTH الهيدروليكية والمائية.
1. مزايا مثقاب الصخور الهيدروليكي
① ضغط هيدروليكي مرتفع: يتراوح عادةً بين ١٠ و٢٥ ميجا باسكال، مع ميل نحو حدود أعلى. هذا الضغط أعلى بعدة أضعاف أو عشرات المرات من الضغط الهوائي.
② طاقة خرج عالية: تتراوح عادةً بين 5 و20 كيلوواط. بعض الطُرز، مثل COP4050 من ATLAS وHL2000 من TAMROCK، تصل إلى 40 كيلوواط، بينما يصل HL4000 إلى 70 كيلوواط.
③ سرعة الحفر السريعة: عادة ما يتم تحقيق معدل حفر يتراوح بين 1 إلى 3 متر/دقيقة.
④ كفاءة عالية: تصل كفاءة حفارات الصخور الهيدروليكية نفسها إلى 50%، وتتفوق المضخات الهيدروليكية على ضواغط الهواء في الكفاءة. وبالتالي، فإن استهلاك الطاقة الإجمالي أعلى بكثير من أنظمة حفارات الصخور الهوائية.
2. عيوب حفارات الصخور الهيدروليكية
① فقدان نقل الطاقة: نظرًا لأن أداة حفر الصخور تقع في الجزء العلوي من قضيب الحفر، فإن خسائر نقل الطاقة تزداد مع زيادة عمق الحفرة، مما يؤدي إلى انخفاض سرعة الحفر.
② تآكل قضيب الحفر العالي: مع زيادة قوة حفارات الصخور الهيدروليكية، يزداد الضغط على قضيب الحفر، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات التلف. على الرغم من أن تقنيات مثل حفر الغلاف من أطلس كوبكو تساعد على تقليل الضغط، إلا أنها تزيد التكاليف ولا تحل المشكلة تمامًا، مما يحد من قدرة خرج الحفار. على سبيل المثال، بينما تبلغ قدرة COP4050 40 كيلوواط، يُستخدم 30 كيلوواط فقط لحفر الآبار العميقة لتقليل الضغط على المعدات.
③انحراف البئر: تتحمل قضبان الحفر قوى التأثير وعزم الدوران، مما يؤدي إلى الانحناء والتشوه، مما يقلل من دقة البئر.
3. مزاياأسفل الحفرة (DTH)التدريبات
① لا يوجد فقدان في نقل الطاقة: تؤثر المطرقة بشكل مباشر علىمثقاب، مما يزيل الحاجة إلى نقل طاقة التأثير عبر قضيب الحفر، مما يضمن سرعة حفر ثابتة بغض النظر عن العمق.
② الآبار المستقيمة: يتميز قضيب الحفر بصلابة عالية، ولا يتعرض لقوى تصادم، وينقل عزم الدوران فقط بأقل ضغط محوري. هذا يمنع الانحناء والتشوه، مما يضمن حفر آبار مستقيمة وناعمة. تعمل حفارات DTH بشكل أفضل في التكوينات المتشققة، والطبقات المائلة، أو في الصخور ذات الصلابة المتغيرة.
③ إزالة الحطام بكفاءة: يعمل وسيط الطاقة أيضًا كوسط تنظيف، حيث يقوم بتنظيف البئر جيدًا وتجنب الإفراط في الحفر.
④ ضوضاء منخفضة: نظرًا لأن الاصطدام يحدث في قاع البئر، فإن الضوضاء أقل بكثير منمثقاب المطرقة العلوية.
⑤ قابلية تطبيق واسعة: باستثناء التكوينات الناعمة للغاية، تعمل حفارات DTH بشكل مثالي في جميع أنواع الصخور، متجاوزة حفارات الصخور ذات المطرقة العلوية في قطر وعمق البئر القابل للتحقيق.
ونظراً لهذه المزايا، فإن الحفر بطريقة DTH يعتبر على نطاق واسع الخيار الأفضل، حيث يتبنى 90% من المحاجر البريطانية هذه الطريقة.
4. عيوب المثاقب الهوائية DTH
① انخفاض الضغط والطاقة: يتمثل العيب الرئيسي في حفارات DTH الهوائية في انخفاض ضغط الهواء وطاقة الإنتاج، مما يؤدي إلى بطء سرعات الحفر. ورغم أن التطورات رفعت ضغط الهواء إلى 2.5 ميجا باسكال، إلا أن هذا لا يزال أقل بكثير من الضغط الهيدروليكي لحفارات الصخور. علاوة على ذلك، فإن ضواغط الهواء عالية الضغط باهظة الثمن، وتتطلب محركات عالية الطاقة، وتُصدر ضوضاء أعلى، وتفقد كفاءتها بشكل ملحوظ في المناطق المرتفعة.
② كفاءة منخفضة في استخدام الطاقة: تستهلك المثاقب الهوائية DTH طاقة أكبر بثلاث مرات لكل متر يتم حفره مقارنة بالمثاقب الهيدروليكية للصخور.
5. تطبيقات الهيدروليكيةمطارق DTH
لدمج مزايا حفارات الصخور الهيدروليكية (الضغط العالي والكفاءة) وحفارات DTH (الآبار المستقيمة)، طورت شركة Hausherr الألمانية "حفارة DTH الهيدروليكية السريعة" في أوائل التسعينيات. تعمل آليات الدوران والصدمات هيدروليكيًا. تتميز المطرقة بخطي زيت للإمداد والإرجاع. تتوفر الحفارات السريعة بثلاثة أقطار: 90 مم، و115 مم، و150 مم، وهي مناسبة للآبار التي تتراوح أقطارها بين 100 و125 مم، و127 و156 مم، و168 و230 مم على التوالي.
أظهر اختبار مقارن بين جهاز الحفر الهوائي DTH من Rapid وجهاز الحفر HBM80S من Hausherr أنه بالنسبة لأقطار الآبار المتطابقة (125 ملم) والأعماق (36 مترًا)، أظهر جهاز Rapid مزايا اقتصادية كبيرة مع انخفاض قوة المحرك واستهلاك الوقود ونسبة استهلاك زيت التشحيم بمقدار 0.46 و0.46 و0.47 على التوالي.
6. تطبيقات المطارق الهيدروليكية التي تعمل بالطاقة المائية
طورت شركة LKAB السويدية وشركتها التابعة G-Drill في أواخر ثمانينيات القرن الماضي "مطرقة Wassara DTH التي تعمل بالماء". تستخدم هذه المطرقة مياه المناجم المفلترة، وتعمل بضغط يتراوح بين 18 و20 ميجا باسكال، وبمعدلات تدفق تتراوح بين 200 و300 لتر/دقيقة. بمتوسط سرعة حفر يبلغ 850 مم/دقيقة، تتفوق هذه المطرقة على المطارق الهوائية (التي عادةً ما تكون سرعتها 320 مم/دقيقة).
أظهرت مطرقة واسارا أداءً استثنائيًا، حيث قللت انحرافات الآبار إلى النصف، وزادت الإنتاجية بنسبة 86% في مناجم LKAB. وتشمل التطبيقات حقن أنابيب المترو في نيويورك، والحفر باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية في سويسرا، حيث أنجزت حفر بئر بعمق 599.8 متر في 5 أيام، مقارنةً بثلاثة أسابيع باستخدام الحفارات الدوارة التقليدية.
7. مقارنة: المطارق الهيدروليكية التي تعمل بالماء مقابل المطارق الهيدروليكية التي تعمل بالسوائل
المطارق التي تعمل بالطاقة المائية: تستخدم ضغط الماء الثابت، مما يحقق كفاءة أعلى وسرعات حفر، وهي مناسبة لتطبيقات التعدين.
المطارق التي تعمل بالسوائل: تستخدم ضغط الماء الديناميكي وتقتصر عمومًا على الحفر الجيولوجي بضغوط أقل (0.5-4 ميجا باسكال) وكفاءة (
8. الخاتمة
هيدروليكية ومائيةمطارق DTHيجمع هذا المنتج بين مزايا المثاقب الهيدروليكية ذات المطرقة العلوية ومطارق DTH الهوائية، مما يوفر استهلاكًا منخفضًا للطاقة، وسرعات حفر عالية، وحفرًا مستقيمًا للآبار. إن الوسيط الموحد للطاقة والتنظيف يجعل المطارق المائية أكثر واعدة للتطوير المستقبلي.
