Hard Rock-ren zulaketaren kodea cracking: Game-Changing DTH Technology.
Eraikuntza-eremuaren baldintza geologikoen arabera, zulagailuek erabili ohi dituzten lau zulaketa-metodo nagusi daude, 1. irudian ikusten den moduan.
a. Inpaktu-ekipoekin konbinatutako buru birakari pneumatikoek edo hidraulikoek errotazio- eta inpaktu-energia transmititzen dute goialdetik.zulatzeko hodia, zulagailuari energia emanez zulagailuko talka-uhinen bidez. Metodo hau diametro txikietara eta sakonera txikietara mugatzen da eta, oro har, harrobietan, eraikuntza-lanetan eta lurpeko meatze-lanetan erabiltzen da.
b.Down-The-Hole (DTH) mailuak zulagailuaren behealdean kokatzen dira. Aire konprimitua DTH-ra sartzen da zulagailuaren bidez, eta pistoi bat mugitzen du zulagailuan zuzenean eragiten dion mugimendu birakarian, eta inpaktu-energia arroka transferitzen du. Sistema honek potentzia-galera minimoa du eta bereziki egokia da zulo sakonetarako, zulo zuzenetarako eta arroka ertain-gogorretarako.
c.Alderantzizko zirkulazioa (RC) zulaketaDTH erabiltzen du zulagailuaren aurpegiko arroka laginak jaso eta garraiatzeko. Ebaki lehorrak eta kutsatu gabekoak DTHren erdiko hoditik laginak biltzeko gailu batera eramaten dira, analisi geologikorako prestatzen.
d. Motor hidrauliko edo elektrikoek bultzatutako engranaje-kutxa batek potentzia birakaria osatzen du, eta hiru konoko zulagailuari elikadura-indar nahikoa aplikatuz, zulagailuan gora eta behera mugitzen den elikadura-sistema baten bidez eta horma lodiko zulagailu baten bidez. Metodo hau arroka bigunagoetarako edo gogor loturiko arroka gogoretarako erabiltzen da.
- DTHren printzipioak eta ezaugarriak
DTHrekin zulatutako formazioak ia guztiz gai dira harri igneo, metamorfiko eta ertain-gogor edo gogorragoak diren arroka sedimentario guztiak barne hartzeko. DTH bereziki abantailatsua da arroka gogorra eta estratu gogorrak zulatzeko, arroka gogorra hauskorra izaten delako. Talkaren kargapean, hausturak eragin zuzeneko gunean gertatzen ez ezik, hautsitako zona bat ere sortzen dute, eta ondorioz arroka zati handiagoak sortzen dira. Horrela, zulatzeko abiadura nabarmen azkarragoa da zulaketa birakari hutsarekin alderatuta. 2. irudiko eredu mekanikoak harriaren gainean eragiten duten karga desberdinak erakusten ditu talka-zulaketa birakarietan.
Horrez gain, DTH (Down-the-Hole) zulaketa oso eraginkorra da zundaketaren desbiderapenerako joera duten formazioetan, hala nola, ondo garatutako ohe eta foliazioa duten geruzetan, edo gogortasun irregularra eta haustura asko dituzten harkaitz-geruzetan. Zundaketaren desbideratzea nabarmen murrizten du eta hartxintxa geruzetan eta harrizko oheetan zulatzeko zailtasunak ere gaindi ditzake.
DTH zulaketa XIX. mendearen amaieran garatu zen eta mende bat baino gehiagoko historia du. DTH zulagailu mota asko dauden arren, ezaugarri komun bat dute: bai talka-mekanismoa, bai zulagailu-zuloan murgiltzen dira, errotazioa eta kolpearekin konbinatuta arroka hausteko. Talka-indarra sortzeko erabiltzen diren ekipoak beren gidatzeko metodoaren arabera sailka daitezke pneumatiko, hidrauliko, olio-presioa, elektriko eta mekaniko motatan.
Inpaktu-energiak transmisioan zehar galera handiak izaten dituenez eta kaltetutako osagaietan kalte handiak eragin ditzakeenez, orokorrean zulaketa-eragiketa sakonagoetan beharrezkoa da ekipamendua zulaketa-erremintarekin sartzea, irteerako inpaktuaren indarrak zulagailuaren edo nukleoaren gainean zuzenean eragin dezan. Horrek energia-galera murrizten du transmisioan zehar, energia-eraginkortasuna hobetzen du eta hobiko ekipamenduen hutsegiteen probabilitatea murrizten du.
DTH pneumatikoa, airez bultzatutako DTH izenez ere ezaguna, egitura mota eta sailkapen metodo askotan dago.
- Presio-mailaren arabera: presio handiko, presio ertaineko eta presio baxuko motak.
- Egitura orokorraren arabera: ez-pasoak eta bidezkoak.
- Balbula funtzionamendu printzipioaren arabera: kontrol balbula mota, balbula libre mota eta balbula hibrido mota.
- Pistoi-egituraren arabera: diametro bereko pistoia, diametro desberdineko pistoia eta tandem pistoi motak.
- Aire banaketa motaren arabera: balbuladun DTH eta balbularik gabeko DTH. Balbula DTH plaka balbula, disko balbula eta balbula zilindriko motatan bana daiteke, eta balbularik gabeko DTH erdiko hagaxka ihes mota, pistoi aire banaketa mota eta aire banaketa konbinatua pistoi, zilindro eta erdiko hagatan bana daiteke.
- Zuloak garbitzeko eta zepak isurtzeko metodoaren bidez: erdiko zuloen garbiketa, aurrealdeko zuloen garbiketa eta alboko zuloen garbiketa.
2. Eragin-mekanismoaren egitura-eskemak zehaztea
2.1 Pistoi Autogas Hornidura Balbula Ez-Inpaktu Mekanismoa
Inpaktu-mekanismo honek, batez ere, pistoian bertan dauden gas-pasoak erabiltzen ditu gas-hornikuntzarako, eta ondorioz, gas-kanal ugari dituen pistoi-egitura konplexua da, eta horrek pistoiaren indarra eta bizi-iraupena murrizten ditu. Hala ere, eragin-mekanismo honek barneko eta kanpoko zilindroak integratzen ditu, pistoiaren lan-eremu eraginkorra handituz eta mekanismoaren inpaktu-energia hobetuz.
2.2 Pistoia eta zilindroa gas hornidura konbinatuta balbularik gabeko eragin-mekanismoa
Mota honek fabrikatzeko erraza den egitura sinplea du, pistoiaren iraupen luzeagoa du eta gas-zuloak zilindroan zein pistoian kokatzen dira. Egitura hau atzerrian oso erabilia da.
2.3 Erdiko Hodiaren Gas Hornidura Balbula Ez-Inpaktuaren Mekanismoa
Mekanismo honetan, goiko eta beheko ganberetarako airea hartzeko pasabideak pistoia irristatzen duen hodi zirkularrean antolatzen dira. Fabrikazio-zehaztasun handia behar du eta erdiko hodiaren iraupen nahiko laburra du.
2.4 Alboko Ihesketaren Eragin Mekanismoa
Alboko ihesa deritzonak esan nahi du ihes-gasen bidea zilindroaren gorputzetik irteten dela, zulagailuaren erdigunetik zuloaren behealdera igaro beharrean. Inpaktu-mekanismo honek normalean sarrera- eta ihes-bide asko ditu zilindroaren gorputzean, eta egitura-erresistentzia eskasa, luzetarako neke-pitzadurak izateko potentziala eta aire-presioaren galera nabarmena dakar, eta ondorioz, zulagailurako hondakinak kentzeko eta hozteko efektu ezin hobeak eragiten ditu.
2.5 Zentroko Ihesaren Eragin Mekanismoa
Inpaktu-mekanismo honek hondakinak eta gasa kanporatzen ditu zuzenean zulagailuaren erdigunetik zuloaren behealdera. Aire-fluxu zuzenak hondakinak kentzeko eraginkortasuna hobetzeaz gain, zulaketaren eraginkortasuna eta hoztea ere hobetzen ditu, zulagailuaren iraupena luzatuz. Egitura-mota honek alboko ihes-inpaktuaren mekanismoen barneko zilindroko luzetarako zirrikitu ugari zilindro anular batekin ordezkatzen ditu, barneko zilindroko tentsio-kontzentrazioa asko murrizten du. Azken urteotan oso onartutako egitura bihurtu da.
2.6 Serie Pistoi Eragin Mekanismoa
Serieko pistoi-inpaktu mekanismoak, pistoi bikoitzeko (burua) inpaktagailu gisa ere ezagutzen dena, zilindroa bi ganberatan banatzen du isolamendu-eraztun bat erabiliz. Diseinu honi esker, bi pistoi aurpegiek aldi berean lan egiten dute zuloaren diametro berdinean, eta ondorioz, talka-potentzia handiagoa eta inpaktu maiztasun handiagoa dute. Horren arabera, zuloaren behealdetik harri-hautsa modu eraginkorrean kentzen duen ihes-sistema bikoitza dago. Hala ere, bere eragozpen nagusia egitura konplexua eta piezak mekanizatzeko doitasun handiko beharra da; esate baterako, pistoiak bost bat-azalera ditu osagai elkartuekin, eta horrek aplikazioa eta sustapena mugatzen ditu. Hori dela eta, diseinu honek bigarren aukera hartzen du, hau da, balbularik gabeko inpaktu mekanismoa, pistoi eta zilindro gas hornidura konbinatuta dituena. Bere egitura 3. irudian ageri da.
3.DTHrako analisi teorikoa eta kalkulu garrantzitsuak
3.1 Funtzionamendu-parametroen hautaketa**
3.1.1 Mailuaren luzera eta pisua: aurreproiektuak 4500 mm-tik beherako luzera eta 2500 kg-tik beherako pisua zehazten ditu.
3.1.2 Mailuaren diametroa: mailuaren diametro egokia zehazten da zulaketaren diametroaren arabera, 540 mm-tan ezarrita.
3.1.3 Zulatze-diametroa: Pila-zuloaren diametroari dagokio, oro har 550 mm eta 600 mm artekoa.
3.1.4 Zulaketa-sakonera: Piloen diseinu-baldintzen arabera, normalean dozena bat metro eta ehun metro artekoa izaten da.
3.1.5 Zulatzeko abiadura: DTH zulaketak, oro har, biraketa-abiadura baxuetan funtzionatzen du, normalean 7 eta 25 r/s artean.
3.1.6 Biraketa-momentua: Diseinu honen gehienezko momentua 150 kN·m-tan ezartzen da.
3.2 Diseinu-parametroen kalkulua
DTHren diseinu-parametroak, zehazki, DTH inpaktu-ekipoaren errendimendu-parametroak, makinen diseinurako oinarri gisa balio dute eta fabrikatutako ekipoen errendimendua definitzen dute.
3.2.1 Eragin-ekipoetarako P diseinatzeko presioa
Txinan, 0,49 MPa-ko presioa (gutxi gorabehera 5 × 10^5 Pa) aukeratzen da inpaktu pneumatikoko ekipoen diseinu estandar gisa. Diseinu honen DTH-a zulaketa-diametro handia eta pistoi astuna dituen balbularik gabeko inpaktu-gailu bat dela kontuan hartuta, aire-presioa handiagoak errendimendua areagotuko du. Gainera, presio handiko aire-konpresoreak gero eta ohikoagoak dira, eta ISO 5941-1979 nazioarteko arauaren arabera, 1,6 MPa-ko diseinu-presioa hautatzen da.
3.2.2 Eragin-indarra
Diametro handiko zuloak zulatzeko erabiltzen den DTH-rako, diseinuaren eragin-energia nabarmen alda daiteke. Diseinu honen eragin-energia honela kalkulatzen da:
3.2.3 Eragin-maiztasuna
Orokorrean, inpaktu energia konstantean, inpaktuaren maiztasuna inpaktagailuaren irteera-potentziarekiko proportzionala da. Hala ere, zilindroaren diametroa finkoa denean, talkaren maiztasuna handitzeak pistoiaren trazua murriztea eskatzen du, eta horrek, aldi berean, inpaktu potentzia bakarra murrizten du. Talkaren potentzia bakarra atalase batetik behera jaisten denean, maiztasuna handitzeak ez du arroka hausteko emaitza onak emango. Beraz, inpaktuaren maiztasunaren hautaketa inpaktuaren potentziaren arabera mugatzen da.
0,5 MPa-ko diseinu-presioan funtzionatzen duen DTH pneumatikorako, maiztasunak ez du 16,8 Hz baino handiagoa izan behar. DTHk 0,5 eta 2,5 MPa arteko diseinuko presioetan funtzionatzen duenez, inpaktuaren maiztasuna nabarmen alda daiteke. Talkagailuaren maiztasunaren hasierako aukeraketa honela kalkula daiteke:
f = 10,4 + 7,6P
(2) non P sistemaren hornikuntza-presioa den. Diseinu honetarako, P = 1,6 MPa, beraz:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Egitura-parametroen diseinua
DTHren egitura-parametro nagusiak zilindroaren zuloaren diametroa, pistoiaren ibilbidea eta pistoiaren dimentsioak dira. Zilindroaren diametroa handitzeak inpaktuaren potentzia eta maiztasuna hobetu ditzake, beraz, diametroa egitura-tamainaren mugen barruan maximizatu behar da. Normalean, DTHren kanpoko diametroaren eta zuloaren diametroaren arteko aldea ez da 15 eta 20 mm baino txikiagoa izan behar, eta DTHren kanpoko karkasa ez da meheegia izan behar. Hori dela eta, DTH zilindroaren diametroaren eta zulaketaren diametroaren arteko erlazioa 0,5etik gorakoa da, oro har.
3.3.1 Zilindroaren lan-diametroa eta egitura-ibilbidea
Zilindroaren D lan-diametroa honela kalkula daiteke:
D = K × D (zuzendura) = (0,57 - 0,68) × D (zuzendura) (3)
Diseinu honetarako, D(zuzendura) = 600 mm, beraz, D 360 mm gisa hartzen da. S egitura-ibilbidea enpirikoki S = 500 mm gisa hartzen da.
3.3.2 Pistoiaren masa
Pistoiaren dimentsio erradialak zilindroaren tamainak eta egiturak mugatzen ditu, diametro berdineko edo desberdineko pistoiak ahalbidetuz. Dimentsio linealak pistoiaren pisuaren araberakoak dira, hau da, zulagailuaren kolpean duen abiadurari ere lotuta dago. Hori dela eta, pistoiaren egitura-dimentsioak zehaztea DTH diseinuaren alderdi konplexua da. DTH pistoiaren masa honela kalkula daiteke:
m = 0,0205D^2,84 (4)
non m pistoiaren masa den kg-tan; D zilindroaren lan-diametroa da cm-tan.
D = 36 ordezkatuz, etekinak ematen ditu: m = 540 kg.
DTH, batez ere, momentua transmisioko egituraz eta inpaktu pneumatikoko mekanismo batez osatuta dago. Momentuaren transmisio-egiturak zulagailuaren hagaxka eta DTH lotzen ditu, biraketa-ebaketa- eta tira-indarrak transmitituz; inpaktu pneumatikoak talka-mekanismoak inpaktua sortzen du, potentzia axiala emanez inpaktu-zulagailuari. Egituraren xehetasun zehatzak 3. irudian ageri dira.
Momentuaren transmisio-egiturak zulagailua eta inpaktua lotzen ditu. Goiko juntura zulagailuarekin eta inpaktagailuarekin tutu-harien bidez konektatzen da, batez ere gasaren estankotasuna bermatzeko, momentua eta tira-indarra transmititzen dituen bitartean. Errete-balbulak lokatza eta ura inpaktagailuan eta zulagailuaren hagatxoan sartzea eragozten du, malguki batek kontrolatuta. Gasa hornitzeko haga duen aire sarrerako eserlekuak aire konprimitua zilindroan sartzeko funtzionatzen du, eta gas horniduraren ekintza errazten du zilindroarekin eta pistoiarekin batera, eta horrela gas hornidura konbinatua lortzen da. Malgukiaren segurtasun-eraztunak pistoia zilindrotik ateratzea eragozten du zulagailuaren ordez.
3.4 DTH zulagailuaren elementu finituen analisia
DTH zulagailuak pistoiaren inpaktu-indarrak jasaten ditu eta gidatzeko buruaren momentua. Aire konprimituak pistoiari eragiten dion indarra honako hau da:
F = P × S (5)
non P sistemaren presioa Pa-n den; S pistoiaren indar-azalera m²-tan da.
Horrela, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Beraz, zulagailuaren inpaktu-indarra hau da:
F' = kF (6)
non k eragin-koefizientea den; F aire konprimituak N-tan zulagailuan egiten duen indarra da. Horrela, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Drive-buruak DTH zulagailuari aplikatutako momentua N = 150 kN da. Zulagailuari F' = 2688 kN eta N = 150 kN aplikatuz, zulagailuaren beheko muturreko aurpegia finkatzen den bitartean, eta 320 MPa-ko erresistentzia duen QT500-7 materiala erabiliz, elementu finituen analisia egiten da. Karga- eta murrizketa-baldintza espezifikoak eta sarearen zatiketa 4. eta 5. irudietan agertzen dira.
Elementu finituen analisiaren emaitzak 6. irudian ageri dira, eta tentsio maximoa 144,355 MPa-koa dela adierazten du, hau da, QT500-7-ren etsi-erresistentzia baino txikiagoa (320 MPa), horrela baldintzak betez.