Hydraulisen ja vesikäyttöisen DTH-poraustekniikan edistysaskel.

1. Hydraulisten kallioporien edut

① Korkea hydraulipaine: Tyypillisesti 10 - 25 MPa, suuntaus kohti korkeampia rajoja. Tämä on useista kymmeniin kertoja korkeampi kuin pneumaattinen paine.

② Suuri lähtöteho: Yleensä 5 - 20 kW. Jotkut mallit, kuten ATLASin COP4050 ja TAMROCKin HL2000, saavuttavat 40 kW, kun taas HL4000 saavuttaa jopa 70 kW.

③ Nopea porausnopeus: Saavuttaa yleensä porausnopeuden 1–3 m/min.

④ Korkea hyötysuhde: Hydraulisten kiviporien tehokkuus voi olla 50%, ja hydraulipumput ovat tehokkaampia kuin ilmakompressorit. Näin ollen kokonaisenergiankäyttö on huomattavasti korkeampi kuin pneumaattisten kallioporausjärjestelmien.

2. Hydraulisten kallioporien haitat

① Energiansiirtohäviö: Koska kalliopora sijaitsee poratangon yläosassa, energiansiirtohäviöt kasvavat reiän syvyyden kasvaessa, mikä pienentää porausnopeutta.

② Poratangon suuri kuluminen: Kun hydraulisten kallioporien teho kasvaa, myös poratankoon kohdistuva rasitus kasvaa, mikä lisää vaurioiden määrää. Vaikka Atlas Copcon koteloporauksen kaltaiset tekniikat auttavat vähentämään stressiä, ne lisäävät kustannuksia eivätkä pysty ratkaisemaan ongelmaa kokonaan, mikä rajoittaa poran lähtötehoa. Esimerkiksi vaikka COP4050:n teho on 40 kW, vain 30 kW:a käytetään syvään poraukseen laitteiston rasituksen minimoimiseksi.

③ Reiän poikkeama: Poratangot kestävät sekä iskuvoimia että vääntömomenttia, mikä johtaa taipumiseen ja muodonmuutokseen, mikä vähentää porausreiän tarkkuutta.

3. EdutDown-the-Hole (DTH)Porat

① Ei energiansiirtohäviötä: Vasara vaikuttaa suoraanporanterä, eliminoi tarpeen siirtää iskuenergiaa poratangon kautta ja varmistaa tasaisen porausnopeuden syvyydestä riippumatta.

② Suorat porausreiät: Poratanko on erittäin jäykkä, se ei ole alttiina iskuvoimille ja siirtää vain vääntömomentin minimaalisella aksiaalisella paineella. Tämä estää taipumista ja muodonmuutoksia varmistaen suorat ja sileät porausreiät. DTH-porat toimivat paremmin murtuneissa muodostelmissa, kaltevissa kerroksissa tai vaihtelevan kiven kovuuden kanssa.

③ Tehokas roskien poisto: Tehoaine toimii huuhteluaineena puhdistaen porauksen perusteellisesti ja välttäen yliporausta.

④ Matala melu: Koska isku tapahtuu porausreiän pohjassa, melu on huomattavasti pienempi kuinylävasaraporat.

⑤ Laaja sovellettavuus: Erittäin pehmeitä muodostelmia lukuun ottamatta DTH-porat toimivat optimaalisesti kaikissa kivityypeissä ja ylittävät ylävasaraporat saavutettavissa olevan porausreiän halkaisijan ja syvyyden suhteen.

Nämä edut huomioon ottaen DTH-porausta pidetään laajalti parhaana valintana, ja 90 % brittiläisistä louhoksista käyttää tätä menetelmää.

4. Pneumaattisten DTH-porien haitat

① Matala paine ja teho: Pneumaattisten DTH-porien ensisijainen haittapuoli on niiden alhainen ilmanpaine ja lähtöteho, mikä johtaa hitaampiin porausnopeuksiin. Vaikka edistysaskeleet ovat nostaneet ilmanpaineen 2,5 MPa:iin, tämä on edelleen paljon kallioporien hydraulisen paineen alapuolella. Lisäksi korkeapaineiset ilmakompressorit ovat kalliita, vaativat suuritehoisia käyttölaitteita, tuottavat enemmän melua ja menettävät tehokkuutta merkittävästi korkealla.

② Matala energiankäyttötehokkuus: Pneumaattiset DTH-porat kuluttavat kolme kertaa enemmän energiaa porattua metriä kohti kuin hydrauliset kallioporat.

5. Hydrauliikan sovelluksetDTH vasarat

Integroidakseen hydraulisten kallioporien (korkea paine ja tehokkuus) ja DTH-porien (suorat porausreiät) edut saksalainen Hausherr kehitti "Rapid Hydraulic DTH Drill" -poran 1990-luvun alussa. Sekä sen pyörimis- että iskumekanismit ovat hydraulisesti ohjattuja. Vasarassa on kaksi öljylinjaa syöttöä ja palautusta varten. Rapid-poreja on saatavana kolmella halkaisijalla: 90 mm, 115 mm ja 150 mm, sopivat halkaisijaltaan 100-125 mm, 127-156 mm ja 168-230 mm porauksiin.

Rapidin ja Hausherrin HBM80S-pneumaattisen DTH-poran vertaileva testi osoitti, että identtisillä porausreiän halkaisijoilla (125 mm) ja syvyyksillä (36 m) Rapidilla oli merkittäviä taloudellisia etuja pienemmällä moottorin teholla, polttoaineenkulutuksella ja voiteluöljyn kulutussuhteilla 0,46 ja 0,46, 0,46.

6. Hydraulisten vesikäyttöisten vasaroiden sovellukset

Ruotsalainen LKAB ja sen tytäryhtiö G-Drill kehittivät Wassara Water-Powered DTH Hammerin 1980-luvun lopulla. Suodatettua kaivosvettä käyttäen se toimii 18–20 MPa paineella ja 200–300 l/min virtausnopeuksilla. Keskimääräisellä 850 mm/min porausnopeudella se ylittää paineilmavasarat (tyypillisesti 320 mm/min).

Wassara-vasara on osoittanut poikkeuksellista suorituskykyä, kuten puolittunut porausreiän poikkeama ja lisännyt tuottavuutta 86 % LKAB:n kaivoksissa. Käyttökohteita ovat muun muassa metroinjektointi New Yorkissa ja geoterminen poraus Sveitsissä, jossa se valmistui 599,8 m:n porausreiän viidessä päivässä verrattuna kolmeen viikkoon perinteisillä pyörivällä poralla.

7. Vertailu: Hydrauliset vesikäyttöiset vs. hydrauliset nestekäyttöiset vasarat

Vesikäyttöiset vasarat: Hyödynnä staattista vedenpainetta, mikä parantaa tehokkuutta ja porausnopeuksia, sopii kaivossovelluksiin.

Nestekäyttöiset vasarat: Käytä dynaamista vedenpainetta ja rajoittuu yleensä geologiseen poraukseen pienemmillä paineilla (0,5–4 MPa) ja tehokkuudella (

8. Johtopäätös

Hydraulinen ja vesikäyttöinenDTH vasaratYhdistä ylävasaraisten hydrauliporien ja pneumaattisten DTH-vasaroiden edut, jotka tarjoavat alhaisen energiankulutuksen, nopeat porausnopeudet ja suorat porausreiät. Tehon ja huuhtelun yhtenäinen väliaine tekee vesikäyttöisistä vasaroista lupaavampia tulevaa kehitystä varten.