Krakante la Kodon de Malmola Roka Borado: La Ludo-Ŝanĝa DTH-Teknologio.
Laŭ la geologiaj kondiĉoj de la konstruareo, ekzistas kvar ĉefaj boraj metodoj kutime uzataj de borplatformoj, kiel montrite en Figuro 1.
a. Pneŭmatikaj aŭ hidraŭlik-movitaj rotaciaj kapoj kombinitaj kun efikekipaĵo transdonas rotacian kaj efikenergion tra la supro de laborilo tubo, liverante energion al la borilo per ŝokondoj en la boriltubo. Tiu metodo estas limigita al malgrandaj diametroj kaj malprofundaj profundoj kaj estas ĝenerale uzita en ŝtonminejoj, konstruejoj, kaj subteraj minadoperacioj.
b.Down-The-Hole (DTH) marteloj situas ĉe la fundo de la borilŝnuro. Kunpremita aero eniras la DTH tra la borilŝnuro, movante piŝton en reciproka moviĝo kiu rekte trafas la borilpecon, transdonante efikenergion al la roko. Ĉi tiu sistemo havas minimuman perdon de potenco kaj estas precipe taŭga por profundaj truoj, rektaj truoj kaj mez-malmolaj ŝtonoj.
c.Inversa cirkulado (RC) boradouzas DTH por kolekti kaj transporti rokprovaĵojn de la vizaĝo de la borilo. Sekaj kaj nepoluitaj tranĉaĵoj estas transportitaj tra la centra tubo de la DTH en provaĵokolektaparaton, preparante por geologia analizo.
d. Rapidumujo movita per hidraŭlikaj aŭ elektraj motoroj formas rotacian potenckapon, aplikante sufiĉan furaĝforton al la tri-konusa borilo tra furaĝsistemo kiu moviĝas supren kaj malsupren sur la borplatformo kaj dikmura boriltubo. Ĉi tiu metodo estas uzata por pli molaj ŝtonoj aŭ forte kunigitaj malmolaj rokoj.
- Principoj kaj Karakterizaĵoj de DTH
La formacioj boritaj kun DTH estas preskaŭ tute kapablaj je inkluzivado de ĉiuj magmaj rokoj, metamorfaj rokoj, kaj sedimentaj rokoj kiuj estas mez-malmolaj aŭ pli malmolaj. DTH estas precipe avantaĝa por borado de ŝtonroko kaj malmolaj tavoloj ĉar malmola roko tendencas esti fragila. Sub efikŝarĝoj, frakturoj ne nur okazas ĉe la rekta efikloko sed ankaŭ kreas rompitan zonon, rezultigante pli grandajn rokfragmentojn. Tiel, la boradrapideco estas signife pli rapida kompare kun pura rotacia borado. La mekanika modelo en Figuro 2 ilustras la diversajn ŝarĝojn agantajn sur la roko dum trafa rotacia borado.
Krome, DTH (Down-the-Hole) borado estas tre efika en formacioj inklinaj al bortruodevio, kiel ekzemple tavoloj kun bonevoluinta lito kaj foliado, aŭ roktavoloj kun neegala malmoleco kaj multaj frakturoj. Ĝi povas signife redukti bortruodevio kaj ankaŭ venki malfacilaĵojn en borado tra gruztavoloj kaj rokaj litoj.
DTH-borado estis evoluigita en la malfrua 19-a jarcento kaj havas historion de pli ol jarcento. Kvankam ekzistas multaj specoj de DTH-boriloj, ili havas komunan trajton: kaj la efikmekanismo kaj la borilo estas subakvigitaj en la bortruon, kun rotacio kombinita kun efiko por rompi la rokon. La ekipaĵo uzata por generi la efikforton povas esti klasifikita per sia veturmetodo en pneŭmatikajn, hidraŭlikajn, olepremon, elektrajn kaj mekanikajn tipojn.
Ĉar efikenergio spertas signifan perdon dum transdono kaj povas kaŭzi grandan damaĝon al la trafitaj komponentoj, estas ĝenerale postulate en pli profundaj boradoperacioj ke la ekipaĵo eniru la bortruon per la borilo, tiel ke la produktaĵefforto povas agi rekte sur la borilo aŭ kernbarelo. Tio minimumigas energiperdon dum dissendo, plibonigas energiefikecon, kaj reduktas la verŝajnecon de subtrua ekipaĵfiaskoj.
Pneŭmatika DTH, ankaŭ konata kiel aermovita DTH, venas en multaj strukturaj tipoj kaj klasifikmetodoj.
- Laŭ prema taksado: altpremaj, mezpremaj kaj malaltpremaj tipoj.
- Laŭ ĝenerala strukturo: ne-tra kaj tra tipoj.
- Laŭ valva funkcia principo: kontrol-valva tipo, senpaga valva tipo kaj hibrida valva tipo.
- Laŭ piŝta strukturo: samdiametra piŝto, neegala diametra piŝto, kaj tandempiŝtotipoj.
- Laŭ aera distribua tipo: valva DTH kaj valveless DTH. Valva DTH povas esti subdividita en platvalvon, diskvalvon kaj cilindrajn valvajn tipojn, dum senvalva DTH povas esti dividita en centran bastonan ellasan tipon, piŝtan aerdistribuan tipon kaj kombinitan aerdistribuon per piŝto, cilindro kaj centra bastono.
- Per trua lavado kaj elflua metodo: centra trua lavado, antaŭtrua lavado kaj flanka trua lavado.
2. Determino de Efika Mekanismo Strukturaj Skemoj
2.1 Piŝta Mem-Gasa Provizo Ne-Valva Efika Mekanismo
Tiu speco de efikmekanismo ĉefe uzas la gaspasejojn en la piŝto mem por gasprovizo, rezultigante kompleksan piŝtstrukturon kun multaj gaskanaloj, kiu reduktas piŝtforton kaj vivotempon. Tamen, ĉi tiu efikmekanismo integras la internajn kaj eksterajn cilindrojn, pliigante la efikan laborareon de la piŝto kaj plibonigante la efikan energion de la mekanismo.
2.2 Piŝto kaj Cilindro Kombinita Gasa Provizo Ne-Valva Efika Mekanismo
Ĉi tiu tipo havas simplan strukturon, kiu estas facile fabrikebla, havas pli longan vivdaŭron de piŝto, kaj la gastruoj situas kaj sur la cilindro kaj la piŝto. Ĉi tiu strukturo estas vaste uzata eksterlande.
2.3 Centra Pipa Gasa Provizo Ne-Valva Efika Mekanismo
En ĉi tiu mekanismo, la aerenprenoj por la supraj kaj malsupraj kameroj estas aranĝitaj sur la cirkla tubo kie la piŝto glitas. Ĝi postulas altan fabrikadan precizecon kaj havas relative mallongan vivdaŭron por la centra tubo.
2.4 Flanka Eluza Efiko-Mekanismo
La tielnomita flankdegaso signifas ke la ellasgaspado forlasas la cilindrokorpon prefere ol pasado tra la centro de la borilo al la fundo de la truo. Tiu speco de efikmekanismo tipe havas multajn konsumadon kaj degaspadojn sur la cilindrokorpo, kondukante al malbona struktura forto, potencialo por longitudaj lacecfendetoj, kaj signifa perdo de aerpremo, rezultigante suboptimumajn derompaĵforigon kaj malvarmigantajn efikojn por la borilo.
2.5 Centra Eluza Efika Mekanismo
Tiu speco de efikmekanismo forpelas derompaĵojn kaj gason rekte de la centro de la borilo ĝis la fundo de la truo. Rekta aerfluo ne nur plibonigas la efikecon de forigo de derompaĵoj, sed ankaŭ plibonigas boradon kaj malvarmigon, plilongigante la vivdaŭron de la borilo. Ĉi tiu struktura tipo anstataŭigas la multnombrajn longitudajn kanelojn en la interna cilindro de flankaj ellasaj efikmekanismoj kun ringoforma kanelo, tre reduktante streĉan koncentriĝon en la interna cilindro. Ĝi fariĝis vaste adoptita strukturo en la lastaj jaroj.
2.6 Serio Piŝta Efiko-Mekanismo
La serio-piŝta efikmekanismo, ankaŭ konata kiel du-piŝta (kapo) trafikilo, dividas la cilindron en du kamerojn uzante izolan ringon. Tiu dezajno permesas al ambaŭ piŝtvizaĝoj labori samtempe ene de la sama kalibrodiametro, rezultigante pli grandan efikpotencon kaj pli altan efikfrekvencon. Ekvivalente, ekzistas duobla ellassistemo kiu efike forigas rokan pulvoron de la fundo de la truo. Tamen, ĝia ĉefa malavantaĝo estas ĝia kompleksa strukturo kaj la bezono de alta precizeco en maŝinpripartoj; ekzemple, la piŝto havas ĝis kvin sekspariĝajn surfacojn kun rilataj komponentoj, kiu limigas sian aplikon kaj reklamadon. Tial ĉi tiu dezajno adoptas la duan opcion, kiu estas la ne-valva efikmekanismo kun piŝto kaj cilindro kombinita gasprovizo. Ĝia strukturo estas montrita en Figuro 3.
3.Teoria Analizo kaj Rilataj Kalkuloj por DTH
3.1 Elekto de Funkciaj Parametroj**
3.1.1 Longo kaj Pezo de Martelo: La antaŭdezajno specifas longon de malpli ol 4500 mm kaj pezon de malpli ol 2500 kg.
3.1.2 Martela Diametro: La taŭga martelo-diametro estas determinita surbaze de la bora diametro, fiksita je 540 mm.
3.1.3 Borado-Diametro: Ĉi tio rilatas al la diametro de la staka truo, ĝenerale inter 550 mm kaj 600 mm.
3.1.4 Borado-Profundo: Laŭ stakdezajnaj postuloj, tio estas tipe inter kelkaj dekoj da metroj kaj cent metroj.
3.1.5 Borado-Rapideco: DTH-borado ĝenerale funkcias kun malaltaj rotaciaj rapidoj, tipe inter 7 kaj 25 r/s.
3.1.6 Rotacia Momanto: La maksimuma tordmomanto por ĉi tiu dezajno estas fiksita je 150 kN·m.
3.2 Kalkulo de Dezajnaj Parametroj
La dezajnaj parametroj por DTH, specife la agado-parametroj de la DTH-efekipaĵo, funkcias kiel la bazo por maŝindezajno kaj difinas la agadon de la fabrikita ekipaĵo.
3.2.1 Dezajna Premo P por Efika Ekipaĵo
En Ĉinio, premo de 0.49 MPa (ĉirkaŭ 5 × 10^5 Pa) estas vaste elektita kiel la projektnormo por pneŭmatika efikekipaĵo. Konsiderante ke la DTH por ĉi tiu dezajno estas ne-valva efika aparato kun granda bora diametro kaj peza piŝto, pli alta aerpremo plu plibonigos rendimenton. Aldone, altpremaj aerkompresoroj estas ĉiam pli oftaj, kaj laŭ internacia normo ISO 5941-1979, desegna premo de 1.6 MPa estas elektita.
3.2.2 Efika potenco
Por DTH uzata por bori grandajn diametrajn truojn, la dezajna efiko-energio povas ŝanĝiĝi signife. La efikenergio por ĉi tiu dezajno estas kalkulita jene:
3.2.3 Efika Ofteco
Ĝenerale, sub konstanta efikenergio, la efikfrekvenco estas proporcia al la eliga potenco de la frapilo. Tamen, kiam la cilindra diametro estas fiksita, pliigi la efikfrekvencon necesigas redukton en piŝtstreko, kiu en victurno malpliigas la ununuran efikpotencon. Post kiam la ununura efikpotenco falas sub certa sojlo, pliigi la frekvencon ne donos kontentigajn rokrompajn rezultojn. Tiel, la elekto de efikfrekvenco estas limigita per la efikpotenco.
Por pneŭmatika DTH funkcianta ĉe dezajna premo de 0.5 MPa, la frekvenco ne devus superi 16.8 Hz. Ĉar la DTH funkcias ĉe dezajnopremoj inter 0.5 kaj 2.5 MPa, la efikfrekvenco povas varii signife. La komenca elekto de la frekvenco de la frapilo povas esti kalkulita jene:
f = 10,4 + 7,6P
(2) kie P estas la sistema provizopremo. Por tiu dezajno, P = 1.6 MPa, tial:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Struktura Parametro-Dezajno
La ĉefaj strukturaj parametroj de DTH inkluzivas cilindran kalibrodiametron, piŝtstrekon, kaj piŝtajn dimensiojn. Pliigi la cilindran diametron povas plibonigi kaj efikpotencon kaj frekvencon, do la diametro devus esti maksimumigita ene de la limoj de struktura grandeco. Tipe, la diferenco inter la ekstera diametro de la DTH kaj la kalibrodiametro ne devus esti malpli ol 15 ĝis 20 mm, kaj la ekstera enfermaĵo de la DTH ne devus esti tro maldika. Tial, la proporcio de DTH-cilindrodiametro al bora diametro estas ĝenerale super 0.5.
3.3.1 Labora Diametro de la Cilindro kaj Struktura Bato
La labordiametro D de la cilindro povas esti kalkulita jene:
D = K × D (kalibro) = (0,57 - 0,68) × D (kalibro) (3)
Por ĉi tiu dezajno, D(bore) = 600 mm, do D estas prenita kiel 360 mm. La struktura streko S estas empirie prenita kiel S = 500 mm.
3.3.2 Piŝta Maso
La radiala grandeco de la piŝto estas limigitaj per la grandeco kaj strukturo de la cilindro, enkalkulante aŭ egalajn aŭ malsamajn diametropiŝtojn. La liniaj dimensioj dependas de la pezo de la piŝto, kiu ankaŭ rilatas al la rapideco kiun ĝi havas dum frapado de la borilo. Tial, determini la strukturajn grandecojn de la piŝto estas kompleksa aspekto de DTH-dezajno. La maso de la DTH-piŝto povas esti taksita jene:
m = 0,0205D^2,84 (4)
kie m estas la piŝta maso en kg; D estas la labordiametro de la cilindro en cm.
Anstataŭante D = 36 donas: m = 540 kg.
La DTH plejparte konsistas el tordmomanta dissenda strukturo kaj pneŭmatika efikmekanismo. La strukturo de transdono de tordmomanto konektas la borilstangon kaj DTH, transdonante rotaciajn tranĉajn kaj tirajn fortojn; la pneŭmatika efikmekanismo generas efikon, provizante aksan potencon al la efikborilo. Specifaj strukturdetaloj estas montritaj en Figuro 3.
La tord-transdona strukturo ligas la borilstangon kaj la frapilon. La supra artiko konektas kun la borilstango kaj la trafikilo tra tubfadenoj, ĉefe por certigi gasan hermetikecon dum ankaŭ elsendante tordmomanton kaj tiran forton. La kontrolklapo malhelpas koton kaj akvon eniri la frapilon kaj borilstangon, kontrolitajn per fonto. La aera eniro kun la gasa proviza vergo funkcias por enkonduki kunpremitan aeron en la cilindron, faciligante la gasan liveran agon kune kun la cilindro kaj piŝto, tiel atingante kombinitan gasan provizon. La printempa sekureca ringo malhelpas la piŝton gliti el la cilindro kiam oni anstataŭigas la borilon.
3.4 Fina Elementa Analizo de DTH Drill Bit
La DTH-borilo estas submetita al efikfortoj de la piŝto kaj tordmomanto de la veturkapo. La forto penita al la piŝto per la kunpremita aero estas donita per:
F = P × S (5)
kie P estas la sistema premo en Pa; S estas la forta areo de la piŝto en m².
Tiel, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Tial, la efikforto sur la borilo estas:
F' = kF (6)
kie k estas la efikkoeficiento; F estas la forto penita al la borilo de la kunpremita aero en N. Tiel, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
La tordmomanto aplikita al la DTH-borilo de la veturkapo estas N = 150 kN. Aplikante F' = 2688 kN kaj N = 150 kN al la borilo dum fiksado de la malsupra fina vizaĝo de la borilo, kaj uzante QT500-7-materialon kun rendimento-forto de 320 MPa, finia elementanalizo estas farita. La specifaj ŝarĝaj kaj limkondiĉoj kaj maŝdivido estas montritaj en Figuroj 4 kaj 5.
La rezultoj de la finhava elementanalizo estas montritaj en Figuro 6, indikante ke la maksimuma streĉo estas 144.355 MPa, kiu estas malpli ol la rendimento-forto de QT500-7 (320 MPa), tiel plenumante la postulojn.