Avenços en la tecnologia de perforació DTH hidràulica i d'aigua.

1. Avantatges dels trepants hidràulics de roca

① Alta pressió hidràulica: normalment oscil·la entre 10 i 25 MPa, amb una tendència cap a límits més alts. Això és de diverses a desenes de vegades superior a la pressió pneumàtica.

② Alta potència de sortida: generalment entre 5 i 20 kW. Alguns models, com el COP4050 d'ATLAS i el HL2000 de TAMROCK, arriben als 40 kW, mentre que el HL4000 aconsegueix fins a 70 kW.

③ Velocitat de perforació ràpida: normalment aconsegueix una velocitat de perforació d'1 a 3 m/min.

④ Alta eficiència: l'eficiència de les mateixes perforacions hidràuliques de roca pot arribar al 50% i les bombes hidràuliques són més eficients que els compressors d'aire. En conseqüència, la utilització global d'energia és significativament superior a la dels sistemes de perforació pneumàtica de roca.

2. Inconvenients dels trepants hidràulics de roca

① Pèrdues de transmissió d'energia: atès que el trepant de roca es troba a la part superior de la vareta de perforació, les pèrdues de transmissió d'energia augmenten amb una major profunditat del forat, donant lloc a una disminució de la velocitat de perforació.

② Desgast elevat de la vareta de perforació: a mesura que augmenta la potència dels trepants hidràulics, també augmenta la tensió de la vareta de perforació, donant lloc a majors taxes de dany. Tot i que tecnologies com la perforació de carcassa d'Atlas Copco ajuden a reduir l'estrès, augmenten els costos i no resolen completament el problema, limitant així la potència de sortida del trepant. Per exemple, mentre que la potència del COP4050 és de 40 kW, només s'utilitzen 30 kW per a la perforació de forats profunds per minimitzar l'estrès sobre l'equip.

③ Desviació del forat: les barres de perforació suporten tant les forces d'impacte com el parell, donant lloc a flexió i deformació, cosa que redueix la precisió del forat.

3. Avantatges deAvall del forat (DTH)Trepans

① Sense pèrdua de transmissió d'energia: el martell impacta directamentbroca, eliminant la necessitat de transferir l'energia d'impacte mitjançant la vareta de perforació, assegurant una velocitat de perforació constant independentment de la profunditat.

② Forats rectes: la barra de perforació té una gran rigidesa, no està sotmesa a forces d'impacte i només transmet un parell amb una pressió axial mínima. Això evita la flexió i la deformació, assegurant forats rectes i llisos. Els trepants DTH funcionen millor en formacions fracturades, estrats inclinats o duresa variable de la roca.

③ Eliminació eficient de residus: el medi de potència es duplica com a mitjà de rentat, netejant a fons el forat i evitant la perforació excessiva.

④ Baix soroll: com que l'impacte es produeix a la part inferior del forat, el soroll és significativament inferiorbroques de martell superior.

⑤ Amplia aplicabilitat: tret de formacions molt suaus, els trepants DTH funcionen de manera òptima en tots els tipus de roques, superant els trepants de roca de martell superior en el diàmetre i la profunditat possibles del forat.

Tenint en compte aquests avantatges, la perforació DTH és àmpliament considerada com la millor opció, amb el 90% de les pedreres britàniques que adopten aquest mètode.

4. Inconvenients dels trepants pneumàtics DTH

① Baixa pressió i potència: l'inconvenient principal dels trepants pneumàtics DTH és la seva baixa pressió d'aire i potència de sortida, cosa que condueix a velocitats de perforació més lentes. Tot i que els avenços han augmentat la pressió de l'aire a 2,5 MPa, encara està molt per sota de la pressió hidràulica de les perforadores de roca. A més, els compressors d'aire d'alta pressió són cars, requereixen accionaments d'alta potència, produeixen més soroll i perden eficiència significativament a les zones d'altitud.

② Baixa eficiència energètica: els trepants pneumàtics DTH consumeixen tres vegades més energia per metre perforat que les perforadores hidràuliques.

5. Aplicacions de la hidràulicaMartells DTH

Per integrar els avantatges de les perforadores hidràuliques de roca (alta pressió i eficiència) i les perforacions DTH (forats rectes), Hausherr d'Alemanya va desenvolupar el "Rapid Hydraulic DTH Drill" a principis de la dècada de 1990. Tant els seus mecanismes de rotació com d'impacte són accionats hidràulicament. El martell compta amb dues línies d'oli per a subministrament i retorn. Les broques ràpides estan disponibles en tres diàmetres: 90 mm, 115 mm i 150 mm, adequades per a forats amb diàmetres de 100-125 mm, 127-156 mm i 168-230 mm, respectivament.

Una prova comparativa entre el trepant pneumàtic DTH Rapid i HBM80S de Hausherr va mostrar que, per a diàmetres de forats idèntics (125 mm) i profunditats (36 m), el Rapid presentava avantatges econòmics significatius amb una potència del motor, consum de combustible i índexs de consum d'oli de lubricació més baixos de 0,46, 0,46, 0,46 i 0,47, respectivament, respectivament.

6. Aplicacions dels martells hidràulics d'aigua

LKAB de Suècia i la seva filial G-Drill van desenvolupar el "Wassara Water-Powered DTH Hammer" a finals de la dècada de 1980. Utilitzant aigua de mina filtrada com a mitjà, funciona a una pressió de 18-20 MPa i cabals de 200-300 L/min. Amb velocitats mitjanes de perforació de 850 mm/min, supera els martells pneumàtics (normalment 320 mm/min).

El martell Wassara ha demostrat un rendiment excepcional, com ara reduir a la meitat la desviació del forat i augmentar la productivitat en un 86% a les mines LKAB. Les aplicacions inclouen el grouting del metro a Nova York i la perforació geotèrmica a Suïssa, on va completar un forat de 599,8 m en 5 dies, en comparació amb les 3 setmanes amb les perforadores rotatives tradicionals.

7. Comparació: martells hidràulics impulsats per aigua i martells hidràulics impulsats per fluids

Martells accionats per aigua: utilitzeu pressió estàtica d'aigua, aconseguint una major eficiència i velocitats de perforació, adequades per a aplicacions mineres.

Martells impulsats per fluids: Utilitzeu pressió d'aigua dinàmica i generalment es limiten a perforacions geològiques amb pressions més baixes (0,5-4 MPa) i eficiència (

8. Conclusió

Hidràulica i aiguaMartells DTHcombinen els avantatges dels trepants hidràulics de martell superior i els martells pneumàtics DTH, oferint un baix consum d'energia, velocitats de perforació ràpides i forats rectes. El mitjà unificat per a la potència i el rentat fa que els martells accionats per aigua siguin més prometedors per al desenvolupament futur.