Hard Rock Qazma Kodunu Kırmaq: Oyunu Dəyişən DTH Texnologiyası.
Tikinti sahəsinin geoloji şəraitinə görə, Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, qazma qurğuları tərəfindən ümumi istifadə edilən dörd əsas qazma üsulu mövcuddur.
a. Pnevmatik və ya hidravlik idarə olunan fırlanan başlıqlar zərbə avadanlığı ilə birlikdə fırlanma və zərbə enerjisini üst hissədən ötürür.qazma borusu, qazma borusundakı zərbə dalğaları vasitəsilə qazma ucuna enerjinin çatdırılması. Bu üsul kiçik diametrlər və dayaz dərinliklərlə məhdudlaşır və ümumiyyətlə karxanalarda, tikinti sahələrində və yeraltı mədən işlərində istifadə olunur.
b.Down-The-Hole (DTH) çəkicləri qazma siminin alt hissəsində yerləşir. Sıxılmış hava qazma simi vasitəsilə DTH-yə daxil olur, pistonu qarşılıqlı hərəkətlə idarə edir və bu birbaşa qazma ucuna təsir edir və zərbə enerjisini qayaya ötürür. Bu sistem minimum güc itkisinə malikdir və xüsusilə dərin çuxurlar, düz çuxurlar və orta sərt qayalar üçün uyğundur.
c.Əks dövriyyəli (RC) qazmaqazma ucunun səthindən qaya nümunələrini toplamaq və daşımaq üçün DTH istifadə edir. Quru və çirklənməmiş şlamlar DTH-nin mərkəzi borusu vasitəsilə nümunə toplama qurğusuna daşınaraq geoloji analizə hazırlanır.
d. Hidravlik və ya elektrik mühərrikləri ilə idarə olunan sürət qutusu, qazma qurğusu və qalın divarlı qazma borusu üzərində yuxarı və aşağı hərəkət edən qidalanma sistemi vasitəsilə üç konuslu qazma bitinə kifayət qədər qidalanma qüvvəsi tətbiq edərək, fırlanan güc başlığı təşkil edir. Bu üsul daha yumşaq süxurlar və ya güclü birləşməli bərk süxurlar üçün istifadə olunur.
- DTH-nin Prinsipləri və Xüsusiyyətləri
DTH ilə qazılmış formasiyalar demək olar ki, bütün maqmatik süxurları, metamorfik süxurları və orta və ya daha sərt olan çöküntü süxurlarını daxil etmək qabiliyyətinə malikdir. DTH xüsusilə sərt qayaların və sərt təbəqələrin qazılması üçün əlverişlidir, çünki bərk qaya kövrək olur. Zərbə yükləri altında sınıqlar təkcə birbaşa təsir yerində baş vermir, həm də qırıq zona yaradır və nəticədə daha böyük qaya parçaları yaranır. Beləliklə, qazma sürəti təmiz fırlanan qazma ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə sürətlidir. Şəkil 2-dəki mexaniki model zərbəli fırlanan qazma zamanı süxura təsir edən müxtəlif yükləri təsvir edir.
Bundan əlavə, DTH (Down-the-Hole) qazması quyuların kənarlaşmasına meyilli olan təbəqələrdə, məsələn, yaxşı inkişaf etmiş yataq və yarpaqlı təbəqələrdə və ya qeyri-bərabər sərtliyə və çoxlu qırılmalara malik qaya laylarında yüksək effektivdir. Bu, quyuların kənarlaşmasını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər və həmçinin çınqıl təbəqələri və daş yataqları vasitəsilə qazma zamanı çətinlikləri aradan qaldıra bilər.
DTH qazma 19-cu əsrin sonlarında hazırlanmışdır və bir əsrdən çox tarixə malikdir. DTH qazmalarının bir çox növləri olmasına baxmayaraq, onların ümumi xüsusiyyəti var: həm zərbə mexanizmi, həm də qazma biti quyuya batırılır, fırlanma ilə süxuru sındırmaq üçün zərbə ilə birləşir. Zərbə qüvvəsini yaratmaq üçün istifadə olunan avadanlıqları sürmə üsuluna görə pnevmatik, hidravlik, yağ təzyiqi, elektrik və mexaniki növlərə bölmək olar.
Zərbə enerjisi ötürmə zamanı əhəmiyyətli itkilərə məruz qaldığından və təsirə məruz qalan komponentlərə ciddi ziyan vura bildiyindən, ümumiyyətlə daha dərin qazma əməliyyatlarında avadanlığın qazma aləti ilə quyuya daxil olması tələb olunur ki, çıxış zərbə qüvvəsi birbaşa qazma bitinə və ya karot barrelinə təsir göstərə bilsin. Bu, ötürmə zamanı enerji itkisini minimuma endirir, enerji səmərəliliyini artırır və quyu avadanlığının sıradan çıxma ehtimalını azaldır.
Hava ilə idarə olunan DTH kimi də tanınan pnevmatik DTH, bir çox struktur tipləri və təsnifat üsulları ilə gəlir.
- Təzyiq reytinqinə görə: yüksək təzyiqli, orta təzyiqli və aşağı təzyiqli tiplər.
- Ümumi struktura görə: qeyri-vasitəsilə və vasitəsilə növlər.
- Klapanın işləmə prinsipinə görə: idarəetmə klapan növü, sərbəst klapan növü və hibrid klapan növü.
- Piston quruluşuna görə: bərabər diametrli piston, qeyri-bərabər diametrli piston və tandem piston növləri.
- Hava paylama növünə görə: klapanlı DTH və klapansız DTH. Qapaqlı DTH boşqab klapan, disk klapan və silindrik klapan növlərinə bölünə bilər, klapansız DTH isə mərkəzi çubuq egzoz tipinə, pistonlu hava paylama növünə və piston, silindr və mərkəzi çubuqla birləşdirilmiş hava paylanmasına bölünə bilər.
- Çuxurların yuyulması və şlakların boşaldılması üsulu ilə: mərkəzi çuxurların yuyulması, ön çuxurların yuyulması və yan çuxurların yuyulması.
2. Təsir mexanizminin struktur sxemlərinin təyini
2.1 Pistonun Özü Qaz Təchizatı Klapanı olmayan Zərbə Mexanizmi
Bu tip təsir mexanizmi ilk növbədə qaz tədarükü üçün pistonun özündə olan qaz keçidlərindən istifadə edir, nəticədə çoxsaylı qaz kanalları olan mürəkkəb piston strukturu yaranır ki, bu da pistonun gücünü və ömrünü azaldır. Bununla belə, bu təsir mexanizmi daxili və xarici silindrləri birləşdirir, pistonun effektiv iş sahəsini artırır və mexanizmin təsir enerjisini artırır.
2.2 Porşen və Silindr Qarışıq Qaz Təchizatı Klapanı olmayan Zərbə Mexanizmi
Bu tip istehsalı asan olan sadə struktura malikdir, daha uzun porşen ömrünə malikdir və qaz dəlikləri həm silindrdə, həm də pistonda yerləşir. Bu struktur xaricdə geniş istifadə olunur.
2.3 Mərkəz Boru Qaz Təchizatı Klapanı Olmayan Zərbə Mexanizmi
Bu mexanizmdə yuxarı və aşağı kameralar üçün hava qəbulu keçidləri pistonun sürüşdüyü dairəvi boru üzərində təşkil edilir. Yüksək istehsal dəqiqliyi tələb edir və mərkəzi boru üçün nisbətən qısa müddətə malikdir.
2.4 Yan Egzoz Təsir Mexanizmi
Yan egzoz deyilən şey, işlənmiş qaz yolunun qazma bitinin mərkəzindən çuxurun dibinə keçmək əvəzinə silindr gövdəsindən çıxması deməkdir. Bu tip təsir mexanizmi adətən silindr gövdəsində çoxlu suqəbuledici və egzoz yollarına malikdir, bu da zəif struktur gücünə, uzununa yorğunluq çatları potensialına və hava təzyiqinin əhəmiyyətli itkisinə səbəb olur ki, bu da qazma biti üçün optimal olmayan dağıntıların çıxarılması və soyuducu təsirlərlə nəticələnir.
2.5 Mərkəz Egzoz Təsir Mexanizmi
Bu tip təsir mexanizmi zibil və qazı qazma bitinin mərkəzindən birbaşa çuxurun dibinə çıxarır. Birbaşa hava axını nəinki zibilin təmizlənməsinin səmərəliliyini artırır, həm də qazma işinin səmərəliliyini və soyudulmasını yaxşılaşdırır, qazma bitinin ömrünü uzadır. Bu konstruktiv tip yan egzoz təsir mexanizmlərinin daxili silindrindəki çoxsaylı uzununa yivləri həlqəvari yivlə əvəz edir və daxili silindrdə gərginliyin konsentrasiyasını xeyli azaldır. Son illərdə geniş şəkildə qəbul edilən bir struktura çevrildi.
2.6 Seriya Pistonlu Zərbə Mexanizmi
İki porşenli (başlıqlı) zərbə mexanizmi kimi də tanınan seriyalı pistonlu təsir mexanizmi, izolyasiya halqasından istifadə edərək silindri iki kameraya bölür. Bu dizayn hər iki porşen üzünün eyni çuxur diametrində eyni vaxtda işləməsinə imkan verir, nəticədə daha çox təsir gücü və daha yüksək təsir tezliyi əldə edilir. Müvafiq olaraq, çuxurun dibindən qaya tozunu effektiv şəkildə çıxaran ikili egzoz sistemi mövcuddur. Bununla belə, onun əsas çatışmazlığı onun mürəkkəb quruluşu və hissələrin emalında yüksək dəqiqliyə ehtiyacdır; məsələn, pistonun əlaqəli komponentləri olan beşə qədər cütləşən səthi var ki, bu da onun tətbiqini və təşviqini məhdudlaşdırır. Buna görə də, bu dizayn piston və silindr birləşdirilmiş qaz təchizatı ilə klapan olmayan təsir mexanizmi olan ikinci variantı qəbul edir. Onun strukturu Şəkil 3-də göstərilmişdir.
3.DTH üçün nəzəri təhlil və müvafiq hesablamalar
3.1 Əməliyyat Parametrlərinin Seçilməsi**
3.1.1 Çəkicin uzunluğu və çəkisi: İlkin layihə uzunluğu 4500 mm-dən az və çəkisi 2500 kq-dan azdır.
3.1.2 Çəkic diametri: Müvafiq çəkic diametri 540 mm olaraq təyin edilmiş qazma diametrinə əsasən müəyyən edilir.
3.1.3 Qazma diametri: Bu, svay çuxurunun diametrinə aiddir, ümumiyyətlə 550 mm ilə 600 mm arasındadır.
3.1.4 Qazma Dərinliyi: Svay dizayn tələblərinə əsasən, bu, adətən bir neçə onlarla metrdən yüz metrə qədərdir.
3.1.5 Qazma sürəti: DTH qazması ümumiyyətlə aşağı fırlanma sürətlərində, adətən 7 ilə 25 r/s arasında işləyir.
3.1.6 Fırlanma anı: Bu dizayn üçün maksimum fırlanma momenti 150 kN·m müəyyən edilmişdir.
3.2 Layihə parametrlərinin hesablanması
DTH üçün dizayn parametrləri, xüsusən də DTH zərbə avadanlığının performans parametrləri maşının dizaynı üçün əsas kimi xidmət edir və istehsal olunan avadanlığın məhsuldarlığını müəyyən edir.
3.2.1 Zərbə vuran avadanlıq üçün dizayn təzyiqi P
Çində 0,49 MPa təzyiq (təxminən 5 × 10 ^ 5 Pa) pnevmatik təsir avadanlıqları üçün dizayn standartı kimi geniş şəkildə seçilir. Bu dizayn üçün DTH-nin böyük bir qazma diametri və ağır porşenli klapan olmayan zərbə cihazı olduğunu nəzərə alsaq, daha yüksək hava təzyiqi performansı daha da artıracaq. Bundan əlavə, yüksək təzyiqli hava kompressorları getdikcə daha çox yayılmışdır və ISO 5941-1979 beynəlxalq standartına uyğun olaraq 1,6 MPa dizayn təzyiqi seçilir.
3.2.2 Təsir Gücü
Böyük diametrli delikləri qazmaq üçün istifadə edilən DTH üçün dizayn təsir enerjisi əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Bu dizayn üçün təsir enerjisi aşağıdakı kimi hesablanır:
3.2.3 Təsir Tezliyi
Ümumiyyətlə, sabit təsir enerjisi altında, təsir tezliyi zərbənin çıxış gücünə mütənasibdir. Bununla belə, silindr diametri sabit olduqda, təsir tezliyinin artırılması piston vuruşunun azaldılmasını tələb edir, bu da tək zərbə gücünü azaldır. Tək zərbə gücü müəyyən həddən aşağı düşdükdən sonra tezliyin artırılması qaya sındırmaq üçün qənaətbəxş nəticələr verməyəcək. Beləliklə, təsir tezliyinin seçimi təsir gücü ilə məhdudlaşır.
0,5 MPa dizayn təzyiqində işləyən pnevmatik DTH üçün tezlik 16,8 Hz-dən çox olmamalıdır. DTH 0,5 və 2,5 MPa arasında dizayn təzyiqlərində işlədiyi üçün təsir tezliyi əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Zərbə tezliyinin ilkin seçimi aşağıdakı kimi hesablana bilər:
f = 10.4 + 7.6P
(2) burada P sistemin təchizatı təzyiqidir. Bu dizayn üçün P = 1,6 MPa, buna görə də:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Struktur Parametrlərin Layihələndirilməsi
DTH-nin əsas struktur parametrlərinə silindr çuxurunun diametri, piston vuruşu və porşen ölçüləri daxildir. Silindr diametrinin artırılması həm təsir gücünü, həm də tezliyini artıra bilər, ona görə də diametr struktur ölçüləri daxilində maksimuma çatdırılmalıdır. Tipik olaraq, DTH-nin xarici diametri ilə buruq diametri arasındakı fərq 15-20 mm-dən az olmamalıdır və DTH-nin xarici korpusu çox nazik olmamalıdır. Buna görə də, DTH silindrinin diametrinin qazma diametrinə nisbəti ümumiyyətlə 0,5-dən yuxarıdır.
3.3.1 Silindr və konstruktiv vuruşun iş diametri
Silindrlərin iş diametri D aşağıdakı kimi hesablana bilər:
D = K × D(delik) = (0,57 - 0,68) × D(delik) (3)
Bu dizayn üçün D (delik) = 600 mm, buna görə D 360 mm olaraq qəbul edilir. Struktur vuruş S empirik olaraq S = 500 mm olaraq qəbul edilir.
3.3.2 Porşen kütləsi
Pistonun radial ölçüləri silindrin ölçüsü və quruluşu ilə məhdudlaşır, bu da ya bərabər, ya da fərqli diametrli pistonlara imkan verir. Xətti ölçülər pistonun çəkisindən asılıdır ki, bu da qazma ucuna vurarkən əldə etdiyi sürətə aiddir. Buna görə də, pistonun struktur ölçülərinin müəyyən edilməsi DTH dizaynının mürəkkəb bir cəhətidir. DTH pistonunun kütləsi aşağıdakı kimi qiymətləndirilə bilər:
m = 0,0205D^2,84 (4)
burada m kq-da porşen kütləsidir; D - sm-də silindrin işləmə diametri.
D = 36-nı əvəz etməklə: m = 540 kq.
DTH əsasən fırlanma anı ötürmə strukturundan və pnevmatik təsir mexanizmindən ibarətdir. Torkun ötürülməsi strukturu fırlanma kəsici və çəkmə qüvvələrini ötürərək, qazma çubuğunu və DTH-ni birləşdirir; pnevmatik təsir mexanizmi zərbə yaradır, zərbə qazma ucuna eksenel güc verir. Xüsusi struktur təfərrüatları Şəkil 3-də göstərilmişdir.
Torkun ötürülməsi strukturu qazma çubuğunu və zərbəni birləşdirir. Üst birləşmə, qazma çubuqları və zərbə qurğusu ilə boru yivləri vasitəsilə birləşir, ilk növbədə qazın sızdırmazlığını təmin edir, eyni zamanda fırlanma anı və çəkmə qüvvəsini ötürür. Yoxlama klapan, bir yay tərəfindən idarə olunan zərbə və qazma çubuğuna palçıq və suyun daxil olmasının qarşısını alır. Qaz təchizatı çubuğu olan hava qəbuledici oturacaq silindrə sıxılmış hava daxil etmək funksiyasını yerinə yetirir, silindr və pistonla birlikdə qaz tədarükü hərəkətini asanlaşdırır və bununla da birləşmiş qaz təchizatına nail olur. Yay təhlükəsizlik halqası, qazma ucunu dəyişdirərkən pistonun silindrdən sürüşməsinin qarşısını alır.
3.4 DTH Drill Bitinin Sonlu Elementlərin Təhlili
DTH qazma biti pistondan təsir qüvvələrinə və sürücü başlığından gələn fırlanma momentinə məruz qalır. Sıxılmış havanın pistona tətbiq etdiyi qüvvə aşağıdakı kimi verilir:
F = P × S (5)
burada P sistem təzyiqidir Pa; S m²-də pistonun qüvvə sahəsidir.
Beləliklə, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Beləliklə, qazma ucuna təsir qüvvəsi:
F' = kF (6)
burada k - təsir əmsalı; F N-də sıxılmış havanın qazma ucuna tətbiq etdiyi qüvvədir. Beləliklə, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Sürücü başlığı tərəfindən DTH qazma bitinə tətbiq olunan fırlanma momenti N = 150 kN-dir. F' = 2688 kN və N = 150 kN qazma bitinin aşağı uc hissəsini sabitləyərkən qazma bitinə tətbiq edilərək və 320 MPa çıxma gücü olan QT500-7 materialından istifadə edərək sonlu elementlərin təhlili aparılır. Xüsusi yükləmə və məhdudiyyət şərtləri və mesh bölgüsü Şəkil 4 və 5-də göstərilmişdir.
Sonlu elementlərin təhlilinin nəticələri Şəkil 6-da göstərilmişdir ki, maksimum gərginlik 144,355 MPa təşkil edir ki, bu da QT500-7 (320 MPa) məhsuldarlığından azdır və bununla da tələblərə cavab verir.