Cracio'r Cod Drilio Roc Caled: Y Technoleg DTH sy'n Newid Gêm.
Yn ôl amodau daearegol yr ardal adeiladu, mae pedwar prif ddull drilio a ddefnyddir yn gyffredin gan rigiau drilio, fel y dangosir yn Ffigur 1.
a. Mae pennau cylchdro niwmatig neu hydrolig ynghyd ag offer trawiad yn trosglwyddo egni cylchdro ac effaith trwy ben ypibell drilio, gan gyflenwi egni i'r darn dril trwy donnau sioc yn y bibell drilio. Mae'r dull hwn wedi'i gyfyngu i ddiamedrau bach a dyfnder bas ac fe'i defnyddir yn gyffredinol mewn chwareli, safleoedd adeiladu, a gweithrediadau mwyngloddio tanddaearol.
b.Morthwylion Down-The-Hole (DTH). wedi'u lleoli ar waelod y llinyn dril. Mae aer cywasgedig yn mynd i mewn i'r DTH trwy'r llinyn drilio, gan yrru piston mewn mudiant cilyddol sy'n effeithio'n uniongyrchol ar y darn drilio, gan drosglwyddo egni trawiad i'r graig. Ychydig iawn o golled pŵer sydd gan y system hon ac mae'n arbennig o addas ar gyfer tyllau dwfn, tyllau syth, a chreigiau caled canolig.
c.Drilio cylchrediad gwrthdro (RC).yn defnyddio DTH i gasglu a chludo samplau o graig o wyneb y darn dril. Mae toriadau sych a heb eu halogi yn cael eu cludo trwy bibell ganol y DTH i ddyfais casglu sampl, gan baratoi ar gyfer dadansoddiad daearegol.
d. Mae blwch gêr sy'n cael ei yrru gan foduron hydrolig neu drydan yn ffurfio pen pŵer cylchdroi, gan gymhwyso digon o rym bwydo i'r darn dril tri chôn trwy system fwydo sy'n symud i fyny ac i lawr ar y rig drilio a phibell ddrilio â waliau trwchus. Defnyddir y dull hwn ar gyfer creigiau meddalach neu greigiau caled uniad cryf.
- Egwyddorion a Nodweddion DTH
Mae'r ffurfiannau sydd wedi'u drilio â DTH bron yn gyfan gwbl yn gallu cynnwys pob craig igneaidd, creigiau metamorffig, a chreigiau gwaddodol sy'n ganolig-galed neu'n galetach. Mae DTH yn arbennig o fanteisiol ar gyfer drilio craig galed a strata caled oherwydd bod craig galed yn tueddu i fod yn frau. O dan lwythi trawiad, mae holltau nid yn unig yn digwydd ar y safle effaith uniongyrchol ond hefyd yn creu parth toredig, gan arwain at ddarnau mwy o graig. Felly, mae'r cyflymder drilio yn sylweddol gyflymach o'i gymharu â drilio cylchdro pur. Mae'r model mecanyddol yn Ffigur 2 yn dangos y llwythi amrywiol sy'n gweithredu ar y graig yn ystod drilio cylchdro trawiad.
Yn ogystal, mae drilio DTH (Down-the-Hole) yn hynod effeithiol mewn ffurfiannau sy'n dueddol o wyro twll turio, megis strata gyda gwasarn a deiliant datblygedig, neu haenau creigiau gyda chaledwch anwastad a llawer o doriadau. Gall leihau gwyriad tyllau turio yn sylweddol a hefyd goresgyn anawsterau wrth ddrilio trwy haenau graean a gwelyau clogfeini.
Datblygwyd drilio DTH ar ddiwedd y 19eg ganrif ac mae ganddo hanes o dros ganrif. Er bod llawer o fathau o ddriliau DTH, maent yn rhannu nodwedd gyffredin: mae'r mecanwaith ardrawiad a'r darn drilio yn cael eu boddi i'r twll turio, gyda chylchdroi ynghyd ag effaith i dorri'r graig. Gellir categoreiddio'r offer a ddefnyddir i gynhyrchu'r grym effaith yn ôl eu dull gyrru yn fathau niwmatig, hydrolig, pwysedd olew, trydan a mecanyddol.
Gan fod ynni trawiad yn profi colled sylweddol yn ystod y trawsyrru a gall achosi difrod sylweddol i'r cydrannau yr effeithir arnynt, yn gyffredinol mae'n ofynnol mewn gweithrediadau drilio dyfnach bod yr offer yn mynd i mewn i'r twll turio gyda'r offeryn drilio, fel y gall y grym effaith allbwn weithredu'n uniongyrchol ar y darn drilio neu'r gasgen graidd. Mae hyn yn lleihau colled ynni wrth drosglwyddo, yn gwella effeithlonrwydd ynni, ac yn lleihau'r tebygolrwydd o fethiannau offer twll i lawr.
Mae DTH niwmatig, a elwir hefyd yn DTH sy'n cael ei yrru gan aer, yn dod mewn llawer o fathau strwythurol a dulliau dosbarthu.
- Yn ôl gradd pwysau: mathau pwysedd uchel, pwysedd canolig a gwasgedd isel.
- Yn ôl strwythur cyffredinol: mathau nad ydynt yn drwodd a thrwy.
- Yn ôl egwyddor gweithredu falf: math falf rheoli, math falf am ddim, a math falf hybrid.
- Yn ôl strwythur piston: piston diamedr cyfartal, piston diamedr anghyfartal, a mathau piston tandem.
- Yn ôl math o ddosbarthiad aer: DTH â falf a DTH heb falf. Gellir rhannu DTH â falf yn falf plât, falf ddisg, a mathau falf silindrog, tra gellir rhannu DTH heb falf yn fath gwacáu gwialen ganol, math dosbarthu aer piston, a dosbarthiad aer cyfun gan piston, silindr, a gwialen ganol.
- Trwy olchi twll a dull rhyddhau slag: golchi twll canol, golchi twll blaen, a golchi twll ochr.
2. Penderfynu ar Gynlluniau Strwythurol Mecanwaith Effaith
2.1 Mecanwaith Effaith Di-Falf ar gyfer Hunan Gyflenwi Nwy Piston
Mae'r math hwn o fecanwaith effaith yn bennaf yn defnyddio'r darnau nwy yn y piston ei hun ar gyfer cyflenwad nwy, gan arwain at strwythur piston cymhleth gyda nifer o sianeli nwy, sy'n lleihau cryfder a hyd oes piston. Fodd bynnag, mae'r mecanwaith effaith hwn yn integreiddio'r silindrau mewnol ac allanol, gan gynyddu ardal waith effeithiol y piston a gwella egni effaith y mecanwaith.
2.2 Mecanwaith Effaith Heb Falfiau Cyflenwi Nwy Cyfunol Piston a Silindr
Mae'r math hwn yn cynnwys strwythur syml sy'n hawdd ei gynhyrchu, mae ganddo oes piston hirach, ac mae'r tyllau nwy wedi'u lleoli ar y silindr a'r piston. Defnyddir y strwythur hwn yn eang dramor.
2.3 Mecanwaith Effaith Di-Falf Cyflenwi Nwy Pibell Ganol
Yn y mecanwaith hwn, trefnir y darnau cymeriant aer ar gyfer y siambrau uchaf ac isaf ar y bibell gylchol lle mae'r piston yn llithro. Mae angen manwl gywirdeb gweithgynhyrchu uchel ac mae ganddo oes gymharol fyr ar gyfer pibell y ganolfan.
2.4 Mecanwaith Effaith Ochr wacáu
Mae'r gwacáu ochr fel y'i gelwir yn golygu bod y llwybr nwy gwacáu yn gadael y corff silindr yn hytrach na mynd trwy ganol y darn drilio i waelod y twll. Yn nodweddiadol mae gan y math hwn o fecanwaith effaith lawer o lwybrau derbyn a gwacáu ar y corff silindr, gan arwain at gryfder strwythurol gwael, potensial ar gyfer craciau blinder hydredol, a cholli pwysau aer yn sylweddol, gan arwain at effeithiau tynnu malurion ac oeri is-optimaidd ar gyfer y darn dril.
2.5 Mecanwaith Effaith Gwacáu'r Ganolfan
Mae'r math hwn o fecanwaith effaith yn diarddel malurion a nwy yn uniongyrchol o ganol y darn drilio i waelod y twll. Mae llif aer uniongyrchol nid yn unig yn gwella effeithlonrwydd symud malurion ond hefyd yn gwella effeithlonrwydd drilio ac oeri, gan ymestyn oes y darn drilio. Mae'r math hwn o strwythur yn disodli'r rhigolau hydredol niferus yn y silindr mewnol o fecanweithiau effaith gwacáu ochr â rhigol annular, gan leihau crynhoad straen yn y silindr mewnol yn fawr. Mae wedi dod yn strwythur a fabwysiadwyd yn eang yn y blynyddoedd diwethaf.
2.6 Mecanwaith Effaith Piston Cyfres
Mae'r mecanwaith effaith piston cyfres, a elwir hefyd yn impactor piston deuol (pen), yn rhannu'r silindr yn ddwy siambr gan ddefnyddio cylch ynysu. Mae'r dyluniad hwn yn caniatáu i'r ddau wyneb piston weithio ar yr un pryd o fewn yr un diamedr turio, gan arwain at fwy o bŵer effaith ac amlder effaith uwch. Yn gyfatebol, mae yna system wacáu ddeuol sy'n tynnu powdr craig o waelod y twll yn effeithiol. Fodd bynnag, ei brif anfantais yw ei strwythur cymhleth a'r angen am gywirdeb uchel mewn rhannau peiriannu; er enghraifft, mae gan y piston hyd at bum arwyneb paru gyda chydrannau cysylltiedig, sy'n cyfyngu ar ei gymhwyso a'i hyrwyddo. Felly, mae'r dyluniad hwn yn mabwysiadu'r ail opsiwn, sef y mecanwaith effaith di-falf gyda chyflenwad nwy cyfun piston a silindr. Dangosir ei strwythur yn Ffigur 3.
3. Dadansoddiad Damcaniaethol a Chyfrifiadau Perthnasol ar gyfer DTH
3.1 Dewis Paramedrau Gweithredu**
3.1.1 Hyd a Phwysau Morthwyl: Mae'r dyluniad rhagarweiniol yn nodi hyd sy'n llai na 4500 mm a phwysau o lai na 2500 kg.
3.1.2 Diamedr Morthwyl: Pennir y diamedr morthwyl priodol yn seiliedig ar y diamedr drilio, wedi'i osod ar 540 mm.
3.1.3 Diamedr Drilio: Mae hyn yn cyfeirio at ddiamedr y twll pentwr, yn gyffredinol rhwng 550 mm a 600 mm.
3.1.4 Dyfnder Drilio: Yn ôl gofynion dylunio pentwr, mae hyn fel arfer rhwng sawl dwsin o fetrau a chan metr.
3.1.5 Cyflymder Drilio: Yn gyffredinol, mae drilio DTH yn gweithredu ar gyflymder cylchdro isel, fel arfer rhwng 7 a 25 r/s.
3.1.6 Torque Cylchdro: Y trorym mwyaf ar gyfer y dyluniad hwn yw 150 kN·m.
3.2 Cyfrifo Paramedrau Dylunio
Mae'r paramedrau dylunio ar gyfer DTH, yn benodol paramedrau perfformiad yr offer effaith DTH, yn sail ar gyfer dylunio peiriannau ac yn diffinio perfformiad yr offer a weithgynhyrchir.
3.2.1 Pwysedd Dylunio ar gyfer Offer Trawiad
Yn Tsieina, mae pwysedd o 0.49 MPa (tua 5 × 10 ^ 5 Pa) yn cael ei ddewis yn eang fel y safon ddylunio ar gyfer offer effaith niwmatig. O ystyried bod y DTH ar gyfer y dyluniad hwn yn ddyfais effaith di-falf gyda diamedr drilio mawr a piston trwm, bydd pwysedd aer uwch yn gwella perfformiad ymhellach. Yn ogystal, mae cywasgwyr aer pwysedd uchel yn fwyfwy cyffredin, ac yn unol â safon ryngwladol ISO 5941-1979, dewisir pwysau dylunio o 1.6 MPa.
3.2.2 Pŵer Effaith
Ar gyfer DTH a ddefnyddir i ddrilio tyllau diamedr mawr, gall yr egni effaith dylunio amrywio'n sylweddol. Cyfrifir yr egni effaith ar gyfer y dyluniad hwn fel a ganlyn:
3.2.3 Amlder Effaith
Yn gyffredinol, o dan egni effaith gyson, mae'r amlder effaith yn gymesur â phŵer allbwn yr impactor. Fodd bynnag, pan fydd diamedr y silindr yn sefydlog, mae cynyddu'r amlder effaith yn golygu bod angen lleihau'r strôc piston, sydd yn ei dro yn lleihau'r pŵer effaith sengl. Unwaith y bydd y pŵer effaith sengl yn disgyn o dan drothwy penodol, ni fydd cynyddu'r amlder yn arwain at ganlyniadau torri creigiau boddhaol. Felly, mae'r dewis o amlder effaith yn cael ei gyfyngu gan y pŵer effaith.
Ar gyfer DTH niwmatig sy'n gweithredu ar bwysedd dylunio o 0.5 MPa, ni ddylai'r amlder fod yn fwy na 16.8 Hz. Gan fod y DTH yn gweithredu ar bwysau dylunio rhwng 0.5 a 2.5 MPa, gall amlder yr effaith amrywio'n sylweddol. Gellir cyfrifo'r dewis cychwynnol o amledd yr impactor fel a ganlyn:
f = 10.4 + 7.6P
(2) lle P yw'r pwysau cyflenwad system. Ar gyfer y dyluniad hwn, P = 1.6 MPa, felly:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Dyluniad Paramedr Strwythurol
Mae prif baramedrau strwythurol DTH yn cynnwys diamedr turio silindr, strôc piston, a dimensiynau piston. Gall cynyddu diamedr y silindr wella pŵer effaith ac amlder, felly dylid cynyddu'r diamedr i'r eithaf o fewn terfynau maint strwythurol. Yn nodweddiadol, ni ddylai'r gwahaniaeth rhwng diamedr allanol y DTH a'r diamedr turio fod yn llai na 15 i 20 mm, ac ni ddylai casin allanol y DTH fod yn rhy denau. Felly, mae cymhareb diamedr silindr DTH i ddiamedr drilio yn gyffredinol uwch na 0.5.
3.3.1 Diamedr Gweithio'r Silindr a'r Strôc Strwythurol
Gellir cyfrifo diamedr gweithio D y silindr fel a ganlyn:
D = K × D(tyllu) = (0.57 - 0.68) × D(bore) (3)
Ar gyfer y dyluniad hwn, mae D(bore) = 600 mm, felly mae D yn cael ei gymryd fel 360 mm. Mae'r strôc strwythurol S yn cael ei gymryd yn empirig fel S = 500 mm.
3.3.2 Offeren Piston
Mae dimensiynau rheiddiol y piston yn cael eu cyfyngu gan faint a strwythur y silindr, gan ganiatáu ar gyfer pistons diamedr cyfartal neu wahanol. Mae'r dimensiynau llinellol yn dibynnu ar bwysau'r piston, sydd hefyd yn ymwneud â'r cyflymder sydd ganddo wrth daro'r darn dril. Felly, mae pennu dimensiynau strwythurol y piston yn agwedd gymhleth ar ddyluniad DTH. Gellir amcangyfrif màs y piston DTH fel a ganlyn:
m = 0.0205D^ 2.84 (4)
lle m yw màs y piston mewn kg; D yw diamedr gweithio'r silindr mewn cm.
Amnewid D = 36 cynnyrch: m = 540 kg.
Mae'r DTH yn bennaf yn cynnwys strwythur trawsyrru torque a mecanwaith effaith niwmatig. Mae'r strwythur trosglwyddo torque yn cysylltu'r gwialen drilio a DTH, gan drosglwyddo grymoedd torri a thynnu cylchdro; mae'r mecanwaith effaith niwmatig yn cynhyrchu effaith, gan ddarparu pŵer echelinol i'r darn dril effaith. Dangosir manylion strwythur penodol yn Ffigur 3.
Mae'r strwythur trosglwyddo torque yn cysylltu'r gwialen drilio a'r impactor. Mae'r cymal uchaf yn cysylltu â'r gwialen drilio a'r impactor trwy edafedd pibell, yn bennaf i sicrhau tyndra nwy tra hefyd yn trosglwyddo torque a grym tynnu. Mae'r falf wirio yn atal mwd a dŵr rhag mynd i mewn i'r impactor a gwialen drilio, a reolir gan sbring. Mae'r sedd cymeriant aer gyda'r gwialen cyflenwad nwy yn gweithredu i gyflwyno aer cywasgedig i'r silindr, gan hwyluso'r weithred cyflenwad nwy ynghyd â'r silindr a'r piston, a thrwy hynny gyflawni cyflenwad nwy cyfun. Mae cylch diogelwch y gwanwyn yn atal y piston rhag llithro allan o'r silindr wrth ailosod y darn dril.
3.4 Dadansoddiad Elfennau Terfynol o DTH Drill Bit
Mae'r bit dril DTH yn destun grymoedd effaith o'r piston a'r trorym o'r pen gyriant. Rhoddir y grym a roddir ar y piston gan yr aer cywasgedig gan:
F = P × S (5)
lle P yw'r pwysedd system yn Pa; S yw arwynebedd grym y piston mewn m².
Felly, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Felly, y grym effaith ar y darn drilio yw:
F' = kF (6)
lle k yw'r cyfernod effaith; F yw'r grym a roddir ar y did drilio gan yr aer cywasgedig yn N. Felly, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Y trorym a roddir ar y bit dril DTH gan y pen gyriant yw N = 150 kN. Gan gymhwyso F' = 2688 kN ac N = 150 kN i'r bit dril wrth osod wyneb pen isaf y bit dril, a defnyddio deunydd QT500-7 gyda chryfder cynnyrch o 320 MPa, cynhelir dadansoddiad elfen gyfyngedig. Dangosir yr amodau llwytho a chyfyngu penodol a'r rhaniad rhwyll yn Ffigurau 4 a 5.
Dangosir canlyniadau'r dadansoddiad o elfennau meidraidd yn Ffigur 6, sy'n nodi mai'r straen uchaf yw 144.355 MPa, sy'n llai na chryfder cynnyrch QT500-7 (320 MPa), gan fodloni'r gofynion.