Πρόοδος στην υδραυλική και υδροκίνητη τεχνολογία διάτρησης DTH.
1. Πλεονεκτήματα των υδραυλικών τρυπανιών βράχου
① Υψηλή Υδραυλική Πίεση: Συνήθως κυμαίνεται από 10 έως 25 MPa, με τάση προς υψηλότερα όρια. Αυτό είναι αρκετές έως δεκάδες φορές υψηλότερο από την πνευματική πίεση.
② Υψηλή ισχύς εξόδου: Γενικά μεταξύ 5 και 20 kW. Ορισμένα μοντέλα, όπως το COP4050 της ATLAS και το HL2000 της TAMROCK, φτάνουν τα 40 kW, ενώ το HL4000 έως και 70 kW.
③ Γρήγορη ταχύτητα διάτρησης: Συνήθως επιτυγχάνει ρυθμό διάτρησης 1–3 m/min.
④ Υψηλή απόδοση: Η απόδοση των ίδιων των υδραυλικών τρυπανιών βράχου μπορεί να φτάσει το 50%, και οι υδραυλικές αντλίες είναι πιο αποδοτικές από τους αεροσυμπιεστές. Κατά συνέπεια, η συνολική ενεργειακή χρήση είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή των πνευματικών συστημάτων γεωτρήσεων.
2. Μειονεκτήματα των υδραυλικών τρυπανιών βράχου
① Απώλεια μετάδοσης ενέργειας: Δεδομένου ότι το τρυπάνι βράχου βρίσκεται στην κορυφή της ράβδου του τρυπανιού, οι απώλειες μετάδοσης ενέργειας αυξάνονται με μεγαλύτερο βάθος οπής, με αποτέλεσμα τη μείωση της ταχύτητας διάτρησης.
② Υψηλή φθορά ράβδου διάτρησης: Καθώς αυξάνεται η ισχύς των υδραυλικών τρυπανιών, αυξάνεται και η πίεση στη ράβδο διάτρησης, οδηγώντας σε υψηλότερα ποσοστά ζημιάς. Αν και τεχνολογίες όπως η διάτρηση περιβλήματος της Atlas Copco συμβάλλουν στη μείωση της πίεσης, αυξάνουν το κόστος και αποτυγχάνουν να λύσουν πλήρως το πρόβλημα, περιορίζοντας έτσι την ισχύ εξόδου του τρυπανιού. Για παράδειγμα, ενώ η ισχύς του COP4050 εκτιμάται στα 40 kW, μόνο 30 kW χρησιμοποιούνται για διάτρηση βαθιάς οπής για να ελαχιστοποιηθεί η πίεση στον εξοπλισμό.
③ Απόκλιση γεώτρησης: Οι ράβδοι διάτρησης αντέχουν τόσο τις δυνάμεις κρούσης όσο και τη ροπή, οδηγώντας σε κάμψη και παραμόρφωση, γεγονός που μειώνει την ακρίβεια της γεώτρησης.
3. Πλεονεκτήματα τουDown-the-Hole (DTH)Τρυπάνια
① Χωρίς Απώλειες Μετάδοσης Ενέργειας: Το σφυρί προσκρούει άμεσα στοτρυπάνι, εξαλείφοντας την ανάγκη μεταφοράς ενέργειας κρούσης μέσω της ράβδου διάτρησης, εξασφαλίζοντας σταθερή ταχύτητα διάτρησης ανεξαρτήτως βάθους.
② Ευθείες γεωτρήσεις: Η ράβδος διάτρησης έχει υψηλή ακαμψία, δεν υπόκειται σε δυνάμεις κρούσης και μεταδίδει μόνο ροπή με ελάχιστη αξονική πίεση. Αυτό αποτρέπει την κάμψη και την παραμόρφωση, εξασφαλίζοντας ίσιες και ομαλές γεωτρήσεις. Τα τρυπάνια DTH αποδίδουν καλύτερα σε σπασμένους σχηματισμούς, κεκλιμένα στρώματα ή μεταβλητή σκληρότητα βράχου.
③ Αποτελεσματική απομάκρυνση υπολειμμάτων: Το ηλεκτρικό μέσο διπλασιάζει ως μέσο έκπλυσης, καθαρίζοντας σχολαστικά τη γεώτρηση και αποφεύγοντας την υπερβολική διάτρηση.
④ Χαμηλός θόρυβος: Εφόσον η πρόσκρουση συμβαίνει στο κάτω μέρος της γεώτρησης, ο θόρυβος είναι σημαντικά χαμηλότερος απότρυπάνια πάνω-σφυρί.
⑤ Ευρεία Εφαρμογή: Εκτός από πολύ μαλακούς σχηματισμούς, τα τρυπάνια DTH λειτουργούν βέλτιστα σε όλους τους τύπους βράχου, ξεπερνώντας τα τρυπάνια βράχου πάνω από σφύρα σε εφικτή διάμετρο και βάθος γεώτρησης.
Δεδομένων αυτών των πλεονεκτημάτων, η γεώτρηση DTH θεωρείται ευρέως ως η καλύτερη επιλογή, με το 90% των βρετανικών λατομείων να υιοθετούν αυτή τη μέθοδο.
4. Μειονεκτήματα Πνευματικών Τρυπανιών DTH
① Χαμηλή πίεση και ισχύς: Το κύριο μειονέκτημα των πνευματικών τρυπανιών DTH είναι η χαμηλή πίεση αέρα και η ισχύς εξόδου τους, που οδηγεί σε χαμηλότερες ταχύτητες διάτρησης. Ενώ οι εξελίξεις έχουν αυξήσει την πίεση του αέρα στα 2,5 MPa, αυτή εξακολουθεί να είναι πολύ κάτω από την υδραυλική πίεση των τρυπανιών βράχου. Επιπλέον, οι αεροσυμπιεστές υψηλής πίεσης είναι ακριβοί, απαιτούν ηλεκτροκινητήρες υψηλής ισχύος, παράγουν περισσότερο θόρυβο και χάνουν σημαντικά την απόδοση τους σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο.
② Χαμηλή απόδοση χρήσης ενέργειας: Τα πνευματικά τρυπάνια DTH καταναλώνουν τρεις φορές περισσότερη ενέργεια ανά μέτρο που τρυπιέται από τα υδραυλικά τρυπάνια βράχου.
5. Εφαρμογές ΥδραυλικώνDTH Hammers
Για να ενσωματώσει τα πλεονεκτήματα των υδραυλικών γεωτρήσεων βράχου (υψηλής πίεσης και απόδοσης) και των τρυπανιών DTH (ευθείες γεωτρήσεις), η γερμανική Hausherr ανέπτυξε το "Rapid Hydraulic DTH Drill" στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Τόσο οι μηχανισμοί περιστροφής όσο και οι μηχανισμοί κρούσης κινούνται υδραυλικά. Το σφυρί διαθέτει δύο γραμμές λαδιού για τροφοδοσία και επιστροφή. Τα γρήγορα τρυπάνια διατίθενται σε τρεις διαμέτρους: 90 mm, 115 mm και 150 mm, κατάλληλα για γεωτρήσεις με διάμετρο 100–125 mm, 127–156 mm και 168–230 mm, αντίστοιχα.
Μια συγκριτική δοκιμή μεταξύ του πνευματικού τρυπανιού DTH του Rapid και του Hausherr HBM80S έδειξε ότι, για πανομοιότυπες διαμέτρους γεώτρησης (125 mm) και βάθη (36 m), το Rapid παρουσίασε σημαντικά οικονομικά πλεονεκτήματα με χαμηλότερη ισχύ κινητήρα, κατανάλωση καυσίμου και αναλογίες κατανάλωσης λαδιού λίπανσης 0,4,4, 0,4,4, αντίστοιχα, 0,4,46, αντίστοιχα, 0,4,46 και αντίστοιχα 0,4,46, αντιστοίχως.
6. Εφαρμογές Υδραυλικών υδροκίνητων σφυριών
Η σουηδική LKAB και η θυγατρική της G-Drill ανέπτυξαν το «Wassara Water-Powered DTH Hammer» στα τέλη της δεκαετίας του 1980. Χρησιμοποιώντας φιλτραρισμένο νερό ορυχείου ως μέσο, λειτουργεί σε πίεση 18–20 MPa και ρυθμούς ροής 200–300 L/min. Με μέσες ταχύτητες διάτρησης 850 mm/min, ξεπερνά τα πνευματικά σφυριά (συνήθως 320 mm/min).
Το σφυρί Wassara έχει επιδείξει εξαιρετικές επιδόσεις, όπως η μείωση της απόκλισης της γεώτρησης στο μισό και η αύξηση της παραγωγικότητας κατά 86% στα ορυχεία LKAB. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν αρμολόγηση μετρό στη Νέα Υόρκη και γεωθερμική γεώτρηση στην Ελβετία, όπου ολοκλήρωσε μια γεώτρηση 599,8 m σε 5 ημέρες, σε σύγκριση με 3 εβδομάδες με τα παραδοσιακά περιστροφικά τρυπάνια.
7. Σύγκριση: Υδραυλικά υδραυλικά σφυριά με υδραυλικά υγρά
Σφυριά που κινούνται με νερό: Χρησιμοποιήστε στατική πίεση νερού, επιτυγχάνοντας υψηλότερη απόδοση και ταχύτητες διάτρησης, κατάλληλα για εφαρμογές εξόρυξης.
Σφυριά που κινούνται με υγρά: Χρησιμοποιούν δυναμική πίεση νερού και γενικά περιορίζονται σε γεωλογικές γεωτρήσεις με χαμηλότερες πιέσεις (0,5–4 MPa) και απόδοση (
8. Συμπέρασμα
Υδραυλικό και υδροκίνητοσφυριά DTHσυνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των υδραυλικών τρυπανιών κορυφής και των πνευματικών σφυριών DTH, προσφέροντας χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, γρήγορες ταχύτητες διάτρησης και ευθείες γεωτρήσεις. Το ενοποιημένο μέσο για τροφοδοσία και έκπλυση κάνει τα υδροκίνητα σφυριά πιο ελπιδοφόρα για μελλοντική ανάπτυξη.
