Cracking the Code of Hard Rock Drilling: The Game-Changing DTH Technology.
Neffens de geologyske omstannichheden fan it bougebiet binne d'r fjouwer haadboarmetoaden dy't gewoanlik brûkt wurde troch drill rigs, lykas werjûn yn figuer 1.
in. Pneumatyske as hydraulysk oandreaune rotearjende koppen kombineare mei ynfloedapparatuer stjoere rotaasje- en ynfloedenerzjy troch de top fan 'edrill pipe, It leverjen fan enerzjy oan 'e drill bit fia skokwellen yn' e drillpipe. Dizze metoade is beheind ta lytse diameters en ûndjippe djipten en wurdt algemien brûkt yn steengroeven, bouplakken en ûndergrûnske mynbou.
b.Down-The-Hole (DTH) hammers lizze oan 'e boaiem fan' e drill string. Komprimearre lucht komt yn 'e DTH troch de drill string, driuwt in piston yn in reciprocating beweging dy't direkt ynfloed op de drill bit, oerdracht fan ynfloed enerzjy oan 'e rots. Dit systeem hat minimaal macht ferlies en is benammen geskikt foar djippe gatten, rjochte gatten, en medium-hurde rotsen.
c.Omkearde sirkulaasje (RC) boarjenbrûkt DTH om rockmonsters te sammeljen en te ferfieren fan it gesicht fan 'e drillbit. Droege en ûnbesmette stekken wurde troch de sintrale piip fan 'e DTH oerbrocht nei in apparaat foar samplesammeling, taret op geologyske analyze.
d. In Fersnellingsbak oandreaun troch hydraulyske of elektryske motors foarmet in draaiende macht holle, it tapassen fan genôch feed krêft oan de trije-cone drill bit troch in feed systeem dat beweecht op en del op 'e drill rig en in dikke muorre drill piip. Dizze metoade wurdt brûkt foar sêftere rotsen of sterk gearfoege hurde rotsen.
- Prinsipes en skaaimerken fan DTH
De formaasjes boarre mei DTH binne hast folslein yn steat om alle stollingsstiennen, metamorfe rotsen en sedimintêre rotsen op te nimmen dy't medium-hurd of hurder binne. DTH is benammen foardielich foar it boarjen fan hurde rots en taaie lagen, om't hurde rots de neiging hat om bros te wêzen. Under ynfloed loads, brekken net allinnich foarkomme op de direkte impact site, mar ek meitsje in brutsen sône, resultearret yn gruttere rotsfragminten. Sa is de boarsnelheid signifikant flugger yn ferliking mei suver rotearjend boarjen. It meganyske model yn figuer 2 yllustrearret de ferskate loads dy't hannelje op 'e rots by ynfloed rotearjende boarring.
Dêrnjonken is DTH (Down-the-Hole) boarjen tige effektyf yn formaasjes dy't gevoelig binne foar ôfwiking fan boorgat, lykas strata mei goed ûntwikkele bedding en foliaasje, of rocklagen mei unjildige hurdens en in protte breuken. It kin de ôfwiking fan boorgat signifikant ferminderje en ek swierrichheden oerwinne by it boarjen troch grintlagen en boulderbêden.
DTH-boarjen waard ûntwikkele yn 'e lette 19e ieu en hat in skiednis fan mear as in ieu. Hoewol d'r in protte soarten DTH-boren binne, diele se in mienskiplik skaaimerk: sawol it ynfloedmeganisme as de drill bit wurde ûnderdompele yn 'e boarring, mei rotaasje kombineare mei ynfloed om de rots te brekken. De apparatuer dy't brûkt wurdt om de ynfloedkrêft te generearjen, kin wurde kategorisearre troch har rydmetoade yn pneumatyske, hydraulyske, oaljedruk, elektryske en meganyske soarten.
Sûnt ynfloedenerzjy ûnderfynt signifikant ferlies by oerdracht en kin substansjele skea oan 'e beynfloede komponinten feroarsaakje, is it oer it generaal ferplicht yn djipper boarringsoperaasjes dat de apparatuer yn' e boarring komt mei it drill-ark, sadat de útfierkrêftkrêft direkt kin hannelje op 'e drillbit of kearnfat. Dit minimalisearret enerzjyferlies tidens oerdracht, ferbetteret enerzjy-effisjinsje en ferleget de kâns op flaters yn 'e boorgat-apparatuer.
Pneumatyske DTH, ek wol bekend as lucht-oandreaune DTH, komt yn in protte strukturele soarten en klassifikaasjemetoaden.
- Troch druk wurdearring: hege-druk, medium-druk, en lege-druk types.
- Troch algemiene struktuer: net-troch en troch typen.
- Troch fentyloperaasjeprinsipe: kontrôle fentyltype, frije fentyltype, en hybride fentyltype.
- Troch pistonstruktuer: piston mei deselde diameter, piston mei ûngelikense diameter en tandem pistontypen.
- By lucht distribúsje type: kleppen DTH en valveless DTH. Valved DTH kin wurde ûnderferdield yn plaat fentyl, disc fentyl, en silindryske fentyl typen, wylst klepless DTH kin wurde ferdield yn sintrum rod exhaust type, zuiger lucht distribúsje type, en kombinearre lucht distribúsje troch piston, silinder, en sintrum rod.
- Troch gatwaskjen en slaaflossingsmetoade: waskjen fan sintrumgatten, waskje foar gatten, en waskjen fan sydgaten.
2. Bepaling fan Impact Mechanism Struktuerplannen
2.1 Piston Self-Gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Dit soarte fan ynfloedmeganisme brûkt primêr de gaspassaazjes yn 'e piston sels foar gasfoarsjenning, wat resulteart yn in komplekse pistonstruktuer mei in protte gaskanalen, dy't de sterkte en de libbensduur fan' e piston fermindert. Dit ynfloedmeganisme yntegreart lykwols de ynderlike en bûtenste silinders, wêrtroch it effektive wurkgebiet fan 'e piston fergruttet en de ynfloedenerzjy fan it meganisme ferbettert.
2.2 Piston en silinder kombinearre gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Dit type hat in ienfâldige struktuer dy't maklik te meitsjen is, hat in langere pistonlibben, en de gasgaten lizze op sawol de silinder as de piston. Dizze struktuer wurdt in soad brûkt yn it bûtenlân.
2.3 Center Pipe Gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Yn dit meganisme, de lucht intake passaazjes foar de boppeste en legere keamers wurde regele op de sirkulêre piip dêr't de piston slides. It fereasket hege manufacturing presyzje en hat in relatyf koarte libbensdoer foar it sintrum piip.
2.4 Side Exhaust Impact Mechanism
De saneamde kant exhaust betsjut dat de exhaust gas paad út it silinder lichem leaver as troch it sintrum fan 'e drill bit nei de boaiem fan it gat. Dit soarte fan ynfloedmeganisme hat typysk in protte yn- en útlaatpaden op it silinderlichem, wat liedt ta minne strukturele sterkte, potinsjeel foar longitudinale wurgens, en signifikant ferlies fan luchtdruk, wat resulteart yn suboptimale ôffalferwidering en koeleffekten foar de drillbit.
2.5 Center Exhaust Impact Mechanism
Dit soarte fan ynfloedmeganisme ferdriuwt pún en gas direkt út it sintrum fan 'e drill nei de boaiem fan it gat. Direkte luchtstream ferbettert net allinich de effisjinsje fan ôffalferwidering, mar ferbetteret ek boareffisjinsje en koeling, en ferlingt de libbensdoer fan 'e drillbit. Dit strukturele type ferfangt de tal fan longitudinale grooves yn 'e binnenste silinder fan kant exhaust impact meganismen mei in annular Groove, sterk ferminderjen stress konsintraasje yn de binnenste silinder. It is de lêste jierren in breed oannommen struktuer wurden.
2.6 Series Piston Impact Mechanism
De rige piston impact meganisme, ek bekend as in dual-piston (kop) impactor, dielt de silinder yn twa keamers mei help fan in isolemint ring. Dit ûntwerp lit beide pistongesichten tagelyk wurkje binnen deselde borediameter, wat resulteart yn gruttere ynfloedkrêft en hegere ynfloedfrekwinsje. Oerienkommende is der in dûbele exhaust systeem dat effektyf verwijdert rock poeder út de boaiem fan it gat. Lykwols, syn wichtichste nadeel is syn komplekse struktuer en de needsaak foar hege presyzje yn Machtigingsformulier dielen; bygelyks,, de piston hat maksimaal fiif mating oerflakken mei assosjearre komponinten, dy't limitearret syn tapassing en promoasje. Dêrom, dit ûntwerp oannimt de twadde opsje, dat is in net-klep impact meganisme mei piston en silinder kombinearre gas oanbod. De struktuer dêrfan wurdt werjûn yn figuer 3.
3.Teoretyske analyze en relevante berekkeningen foar DTH
3.1 Seleksje fan bestjoeringsparameters**
3.1.1 Hammer Lingte en Gewicht: It foarriedige ûntwerp spesifisearret in lingte fan minder as 4500 mm en in gewicht fan minder as 2500 kg.
3.1.2 Hammer Diameter: De passende hammer diameter wurdt bepaald basearre op de boarring diameter, set op 540 mm.
3.1.3 Drilling Diameter: Dit ferwiist nei de diameter fan de peal gat, algemien tusken 550 mm en 600 mm.
3.1.4 Boardjipte: Neffens easken foar pealûntwerp is dit typysk tusken inkele tsientallen meter en hûndert meter.
3.1.5 Drill Speed: DTH boarjen wurket algemien op lege rotational faasjes, typysk tusken 7 en 25 r / s.
3.1.6 Rotational Torque: De maksimale koppel foar dit ûntwerp is ynsteld op 150 kN·m.
3.2 Berekkening fan Design Parameters
De ûntwerpparameters foar DTH, spesifyk de prestaasjesparameters fan 'e DTH-ynfloedapparatuer, tsjinje as basis foar masineûntwerp en definiearje de prestaasjes fan' e produsearre apparatuer.
3.2.1 Design Pressure P foar Impact Equipment
Yn Sina wurdt in druk fan 0,49 MPa (likernôch 5 × 10 ^ 5 Pa) wiid keazen as de ûntwerpstandert foar pneumatyske ynfloedapparatuer. Jûn dat de DTH foar dit ûntwerp in net-klep-ynfloedapparaat is mei in grutte boardiameter en swiere piston, sil hegere luchtdruk de prestaasjes fierder ferbetterje. Derneist binne hege druk loftkompressors hieltyd faker, en yn oerienstimming mei ynternasjonale standert ISO 5941-1979 wurdt in ûntwerpdruk fan 1,6 MPa selektearre.
3.2.2 Impact Power
Foar DTH brûkt om gatten mei grutte diameter te boarjen, kin de ûntwerpynfloedenerzjy signifikant fluktuearje. De ynfloed enerzjy foar dit ûntwerp wurdt as folget berekkene:
3.2.3 Impact Frequency
Yn 't algemien, ûnder konstante ynfloedenerzjy, is de ynfloedfrekwinsje evenredich mei de útfierkrêft fan' e impactor. Wannear't de silinderdiameter lykwols fêst is, fereasket it fergrutsjen fan de ynfloedfrekwinsje in reduksje fan pistonslag, wat op syn beurt de ienige ynfloedkrêft fermindert. Sadree't de ienige ynfloedkrêft ûnder in bepaalde drompel falt, sil it fergrutsjen fan de frekwinsje gjin befredigjende rotsbrekkende resultaten opleverje. Sa wurdt de seleksje fan ynfloedfrekwinsje beheind troch de ynfloedkrêft.
Foar pneumatyske DTH dy't wurket by in ûntwerpdruk fan 0,5 MPa, moat de frekwinsje net mear wêze as 16,8 Hz. Sûnt de DTH wurket by ûntwerpdrukken tusken 0,5 en 2,5 MPa, kin de ynfloedfrekwinsje signifikant ferskille. De earste seleksje fan 'e frekwinsje fan' e impactor kin as folget wurde berekkene:
f = 10,4 + 7,6P
(2) dêr't P is it systeem oanbod druk. Foar dit ûntwerp, P = 1.6 MPa, dus:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Struktureel Parameter Design
De wichtichste strukturele parameters fan DTH omfetsje silinderboringsdiameter, zuigerslag, en pistondimensjes. It fergrutsjen fan de silinderdiameter kin sawol ynfloedkrêft as frekwinsje ferbetterje, sadat de diameter moat wurde maksimalisearre binnen de grinzen fan strukturele grutte. Typysk moat it ferskil tusken de bûtendiameter fan 'e DTH en de borediameter net minder wêze as 15 oant 20 mm, en de bûtenkant fan' e DTH moat net te dun wêze. Dêrom is de ferhâlding fan DTH-silinderdiameter oant boardiameter oer it algemien boppe 0,5.
3.3.1 Working Diameter fan de silinder en strukturele Stroke
De wurkdiameter D fan 'e silinder kin as folget wurde berekkene:
D = K × D(boring) = (0.57 - 0.68) × D(boring) (3)
Foar dit ûntwerp, D (boring) = 600 mm, dus D wurdt nommen as 360 mm. De strukturele stroke S wurdt empirysk nommen as S = 500 mm.
3.3.2 Piston Mass
De radiale ôfmjittings fan 'e piston wurde beheind troch de grutte en struktuer fan' e silinder, wêrtroch't pistons fan gelikense of ferskillende diameter kinne wurde. De lineêre ôfmjittings binne ôfhinklik fan it gewicht fan 'e piston, dy't ek relatearret oan' e snelheid dy't it hat by it slaan fan 'e drill. Dêrom is it bepalen fan de strukturele ôfmjittings fan 'e piston in kompleks aspekt fan DTH-ûntwerp. De massa fan 'e DTH-piston kin as folget wurde beoardiele:
m = 0,0205D^2,84 (4)
dêr't m is de piston massa yn kg; D is de wurkdiameter fan 'e silinder yn cm.
Substituting D = 36 opbringst: m = 540 kg.
De DTH bestiet benammen út in koppeltransmissionstruktuer en in pneumatyske ynfloedmeganisme. De koppel oerdracht struktuer ferbynt de drill stang en DTH, transmitting rotational cutting en pull krêften; de pneumatyske ynfloed meganisme genereart ynfloed, it jaan fan axial macht oan de impact drill bit. Spesifike struktuerdetails wurde werjûn yn figuer 3.
De struktuer fan koppeltransmission ferbynt de boarstaaf en de impactor. De boppeste ferbining ferbynt mei de boarstaaf en de impactor fia pipethraden, yn it foarste plak om gasdichtheid te garandearjen, wylst ek koppel en lûkkrêft trochjaan. De kontrôleklep foarkomt dat modder en wetter yn 'e impactor en boarstaaf komme, regele troch in boarne. De loftintakstoel mei de gasfoarsjenningsstaaf funksjonearret om komprimearre lucht yn 'e silinder yn te fieren, en fasilitearret de aksje fan' e gasfoarsjenning tegearre mei de silinder en de piston, wêrtroch kombineare gasfoarsjenning wurdt berikt. De springfeiligensring foarkomt dat de piston út 'e silinder glide by it ferfangen fan de drillbit.
3.4 Finite Element Analysis fan DTH Drill Bit
De DTH-boar is ûnderwurpen oan ynfloedkrêften fan 'e piston en koppel fan' e oandriuwkop. De krêft útoefene op 'e piston troch de komprimearre loft wurdt jûn troch:
F = P × S (5)
wêr P is de systeem druk yn Pa; S is it krêftgebiet fan 'e piston yn m².
Sa, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Dêrom is de ynfloedkrêft op 'e drillbit:
F' = kF (6)
dêr't k de ynfloedkoëffisjint is; F is de krêft útoefene op 'e drill bit troch de gearparse lucht yn N. Sa, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
It koppel tapast op de DTH-boar troch de oandriuwkop is N = 150 kN. It tapassen fan F' = 2688 kN en N = 150 kN oan de drill bit wylst fixing de legere ein gesicht fan 'e drill bit, en mei help fan QT500-7 materiaal mei in opbringst sterkte fan 320 MPa, wurdt einige elemint analyze útfierd. De spesifike laden- en beheiningbetingsten en mesh-ferdieling wurde werjûn yn figueren 4 en 5.
De resultaten fan de finite elemint analyze wurde werjûn yn figuer 6, wat oanjout dat de maksimale stress is 144.355 MPa, dat is minder as de opbringst sterkte fan QT500-7 (320 MPa), dus foldwaan oan de easken.