Pokroky v technologii hydraulického a vodního vrtání DTH.

1. Výhody hydraulických skalních vrtaček

① Vysoký hydraulický tlak: Typicky se pohybuje od 10 do 25 MPa, s trendem k vyšším limitům. To je několik až desítekkrát vyšší než pneumatický tlak.

② Vysoký výstupní výkon: Obecně mezi 5 až 20 kW. Některé modely, jako je COP4050 od ATLAS a HL2000 od TAMROCK, dosahují 40 kW, zatímco HL4000 dosahuje až 70 kW.

③ Vysoká rychlost vrtání: Obvykle dosahuje rychlosti vrtání 1–3 m/min.

④ Vysoká účinnost: Účinnost samotných hydraulických vrtáků může dosáhnout 50 % a hydraulická čerpadla jsou účinnější než vzduchové kompresory. V důsledku toho je celkové využití energie výrazně vyšší než u pneumatických vrtacích systémů.

2. Nevýhody hydraulických skalních vrtaček

① Ztráta přenosu energie: Vzhledem k tomu, že vrták je umístěn v horní části vrtací tyče, ztráty přenosu energie se zvyšují s větší hloubkou otvoru, což vede ke snížení rychlosti vrtání.

② Vysoké opotřebení vrtací tyče: Se zvyšujícím se výkonem hydraulických vrtáků do hornin se také zvyšuje namáhání vrtací tyče, což vede k vyššímu poškození. Přestože technologie jako vrtání pláště společnosti Atlas Copco pomáhají snižovat napětí, zvyšují náklady a problém zcela nevyřeší, čímž omezují výstupní výkon vrtačky. Například zatímco výkon COP4050 je dimenzován na 40 kW, pro vrtání hlubokých děr se používá pouze 30 kW, aby se minimalizovalo namáhání zařízení.

③Odchylka vrtu: Vrtací tyče snášejí jak rázové síly, tak krouticí moment, což vede k ohybu a deformaci, což snižuje přesnost vrtu.

3. VýhodyDown-the-Hole (DTH)Vrtáky

① Žádná ztráta přenosu energie: Kladivo přímo dopadá navrták, eliminuje potřebu přenosu energie nárazu přes vrtací tyč a zajišťuje konzistentní rychlost vrtání bez ohledu na hloubku.

② Přímé vrty: Vrtací tyč má vysokou tuhost, není vystavena rázovým silám a přenáší pouze krouticí moment s minimálním axiálním tlakem. To zabraňuje ohýbání a deformaci a zajišťuje rovné a hladké vrty. Vrtáky DTH fungují lépe v členitých formacích, nakloněných vrstvách nebo proměnlivé tvrdosti horniny.

③ Efektivní odstraňování nečistot: Energetické médium slouží zároveň jako proplachovací médium, důkladně čistí vrt a zabraňuje nadměrnému vrtání.

④ Nízký hluk: Vzhledem k tomu, že k nárazu dochází na dně vrtu, je hluk výrazně nižší nežpříklepové vrtačky.

⑤ Široká použitelnost: S výjimkou velmi měkkých útvarů pracují vrtáky DTH optimálně ve všech typech hornin a překonávají vrtáky s horním kladivem v dosažitelném průměru a hloubce vrtu.

Vzhledem k těmto výhodám je vrtání DTH široce považováno za nejlepší volbu, přičemž tuto metodu používá 90 % britských lomů.

4. Nevýhody pneumatických vrtaček DTH

① Nízký tlak a výkon: Primární nevýhodou pneumatických vrtaček DTH je jejich nízký tlak vzduchu a výstupní výkon, což vede k nižší rychlosti vrtání. Zatímco pokroky zvýšily tlak vzduchu na 2,5 MPa, je to stále daleko pod hydraulickým tlakem vrtáků. Kromě toho jsou vysokotlaké vzduchové kompresory drahé, vyžadují vysoce výkonné pohony, produkují více hluku a výrazně ztrácejí účinnost ve vysokých nadmořských výškách.

② Nízká účinnost využití energie: Pneumatické vrtačky DTH spotřebují třikrát více energie na metr vyvrtání než hydraulické vrtačky.

5. Aplikace hydraulikyKladiva DTH

Pro integraci výhod hydraulických vrtáků do hornin (vysoký tlak a účinnost) a vrtáků DTH (přímé vrty) vyvinul německý Hausherr na počátku 90. let „Rapid Hydraulic DTH Drill“. Jeho rotační i nárazové mechanismy jsou poháněny hydraulicky. Kladivo má dvě olejová vedení pro přívod a odvod. Rychlovrtáky jsou k dispozici ve třech průměrech: 90 mm, 115 mm a 150 mm, vhodné pro vrty o průměru 100–125 mm, 127–156 mm a 168–230 mm.

Srovnávací test mezi Rapidem a pneumatickou DTH vrtačkou Hausherr HBM80S ukázal, že pro identické průměry vrtu (125 mm) a hloubku (36 m) vykazoval Rapid významné ekonomické výhody s nižším výkonem motoru, spotřebou paliva a spotřebou mazacího oleje 0,46, 0,46 a 0,47.

6. Aplikace hydraulických kladiv poháněných vodou

Švédská společnost LKAB a její dceřiná společnost G-Drill vyvinuly koncem 80. let 20. století „Wassara Water-Powered DTH Hammer“. Při použití filtrované důlní vody jako média pracuje při tlaku 18–20 MPa a průtokech 200–300 l/min. S průměrnou rychlostí vrtání 850 mm/min překonává pneumatická kladiva (typicky 320 mm/min).

Kladivo Wassara prokázalo výjimečný výkon, jako je snížení odchylky vrtu na polovinu a zvýšení produktivity o 86 % v dolech LKAB. Aplikace zahrnují injektáž metra v New Yorku a geotermální vrty ve Švýcarsku, kde byl dokončen vrt o délce 599,8 m za 5 dní, ve srovnání se 3 týdny s tradičními rotačními vrtáky.

7. Srovnání: Hydraulická kladiva poháněná vodou vs.

Vodou poháněná kladiva: Využití statického tlaku vody, dosažení vyšší účinnosti a rychlosti vrtání, vhodné pro důlní aplikace.

Fluidní kladiva: Používají dynamický tlak vody a jsou obecně omezena na geologické vrtání s nižšími tlaky (0,5–4 MPa) a účinností (

8. Závěr

Hydraulický a vodní pohonDTH kladivakombinují výhody hydraulických vrtaček s příklepem a pneumatických kladiv DTH, nabízí nízkou spotřebu energie, vysoké rychlosti vrtání a rovné vrty. Díky jednotnému médiu pro napájení a splachování jsou kladiva na vodní pohon slibnější pro budoucí vývoj.