Cnagadh an Chóid Druileála Crua Carraige: An Teicneolaíocht DTH atá ag Athrú Cluiche.
De réir choinníollacha geolaíochta an limistéir tógála, tá ceithre phríomh-mhodh druileála a úsáidtear go coitianta ag rigí druileála, mar a thaispeántar i bhFíor 1.
a. Tarchuireann cinnirí rothlacha aeroibrithe nó hiodrálacha in éineacht le trealamh tionchair fuinneamh rothlach agus fuinneamh tionchair trí bharr anpíopa druileála, ag seachadadh fuinnimh don ghiotán druileála trí thonnta turrainge sa phíobán druileála. Tá an modh seo teoranta do thrastomhais bheaga agus doimhneacht éadomhain agus úsáidtear é go ginearálta i gcairéil, láithreáin tógála, agus oibríochtaí mianadóireachta faoi thalamh.
b.casúir Síos-An-Poll (DTH). lonnaithe ag bun an teaghrán druil. Téann aer comhbhrúite isteach sa DTH tríd an sreang druileála, ag tiomáint loine i tairiscint chómhalartach a mbíonn tionchar díreach aige ar an ngiotán druileála, ag aistriú fuinneamh tionchair go dtí an charraig. Tá caillteanas cumhachta íosta ag an gcóras seo agus tá sé oiriúnach go háirithe do phoill dhomhain, poill dhíreacha, agus carraigeacha meánacha crua.
c.Druileáil cúrsaíochta droim ar ais (RC).úsáideann DTH chun samplaí carraige a bhailiú agus a iompar ó aghaidh an ghiotán druileála. Déantar gearrthóga tirim agus neamhéillithe a iompar trí phíobán lár an DTH isteach i bhfeiste bailiúcháin samplach, ag ullmhú le haghaidh anailíse geolaíochta.
d. Cruthaíonn giarbhosca tiomáinte ag mótair hiodrálacha nó leictreacha ceann cumhachta rothlach, ag cur dóthain fórsa beatha i bhfeidhm ar an giotán druileála trí chón trí chóras beatha a ghluaiseann suas agus síos ar an rig druileála agus píopa druileála le ballaí tiubh. Úsáidtear an modh seo le haghaidh carraigeacha níos boige nó carraigeacha crua atá ceangailte go láidir.
- Prionsabail agus Tréithe DTH
Tá na foirmíochtaí atá druileáilte le DTH beagnach go hiomlán in ann gach carraig chrainnteach, carraigeacha meiteamorfacha, agus carraigeacha dríodair atá meánach nó níos deacra a áireamh. Tá buntáiste ar leith ag baint le DTH chun carraige crua agus strata diana a dhruileáil mar is gnách go mbíonn carraige crua brittle. Faoi ualaí tionchair, ní hamháin go dtarlaíonn bristeacha ag an suíomh tionchar díreach ach cruthaíonn siad crios briste freisin, rud a fhágann go mbíonn blúirí carraige níos mó ann. Mar sin, tá an luas druileála i bhfad níos tapúla i gcomparáid le druileáil rothlach íon. Léiríonn an tsamhail mheicniúil i bhFíor 2 na hualaí éagsúla atá ag gníomhú ar an gcarraig le linn druileála rothlacha tionchair.
Ina theannta sin, tá druileáil DTH (Down-the-Hole) an-éifeachtach i bhfoirmíochtaí atá seans maith do chlaonadh tollpholl, mar strata le leapachas agus duilliúr dea-fhorbartha, nó sraitheanna carraige le cruas míchothrom agus go leor bristeacha. Is féidir leis diall tollpholl a laghdú go suntasach agus freisin deacrachtaí a shárú maidir le druileáil trí shraitheanna gairbhéil agus leapacha bolláin.
Forbraíodh druileáil DTH ag deireadh an 19ú haois agus tá stair níos mó ná céad bliain aige. Cé go bhfuil go leor cineálacha druileanna DTH ann, tá gné coitianta acu: tá an mheicníocht iarmharta agus an giotán druileála araon báite isteach sa tollpholl, agus rothlú in éineacht le tionchar chun an charraig a bhriseadh. Is féidir an trealamh a úsáidtear chun an fórsa tionchair a ghiniúint a chatagóiriú de réir a mhodh tiomána i gcineálacha aeroibrithe, hiodrálacha, brú ola, leictreacha agus meicniúla.
Ós rud é go dtarlaíonn caillteanas suntasach ar fhuinneamh iarmharta le linn tarchuir agus go bhféadfadh sé damáiste mór a dhéanamh do na comhpháirteanna a bhfuil tionchar orthu, is gá go ginearálta in oibríochtaí druileála níos doimhne go dtéann an trealamh isteach sa tollpholl leis an uirlis druileála, ionas gur féidir leis an bhfórsa tionchair aschuir gníomhú go díreach ar an giotán druileála nó ar an gcroí-bairille. Laghdaíonn sé seo caillteanas fuinnimh le linn tarchurtha, feabhsaíonn sé éifeachtúlacht fuinnimh, agus laghdaítear an dóchúlacht go dtarlóidh teipeanna trealaimh síos.
Tagann aeroibrithe DTH, ar a dtugtar DTH aer-tiomáinte freisin, i go leor cineálacha struchtúracha agus modhanna aicmithe.
- De réir rátáil brú: cineálacha ardbhrú, meánbhrú, agus íseal-bhrú.
- De réir an struchtúir fhoriomláin: cineálacha neamh tríd agus tríd.
- De réir prionsabal oibríochta comhla: cineál comhla rialaithe, cineál comhla saor in aisce, agus cineál comhla hibrideach.
- De réir struchtúr loine: loine trastomhas comhionann, loine trastomhas míchothrom, agus cineálacha loine tandem.
- De réir an chineáil dáilte aeir: DTH le comhla agus DTH gan chomhla. Is féidir DTH comhla a fhoroinnt i gcineálacha comhla pláta, comhla diosca, agus comhla sorcóireach, agus is féidir DTH gan comhla a roinnt ina chineál sceite slat lár, cineál dáileadh aer loine, agus dáileadh aeir comhcheangailte ag loine, sorcóir, agus slat lár.
- Trí mhodh níocháin poll agus urscaoilte slaig: níochán poll sa lár, níochán poll tosaigh, agus níocháin poll taobh.
2. Scéimeanna Struchtúrtha Meicníocht Tionchair a Chinneadh
2.1 Meicníocht Tionchair Neamh- Chomhla Féin-Soláthair Gháis Loine
Úsáideann an cineál meicníochta tionchair seo go príomha na pasáistí gáis sa loine féin le haghaidh soláthar gáis, rud a fhágann go bhfuil struchtúr loine casta le go leor bealaí gáis, rud a laghdaíonn neart agus saolré loine. Mar sin féin, comhtháthaíonn an meicníocht tionchair seo na sorcóirí istigh agus seachtracha, ag méadú limistéar oibre éifeachtach an loine agus ag cur le fuinneamh tionchair na meicníochta.
2.2 Meicníocht Tionchair Neamh-chomhla Soláthair Gháis Comhcheangailte Loiní agus Sorcóir
Tá struchtúr simplí ag an gcineál seo atá éasca le monarú, tá saolré loine níos faide aige, agus tá na poill gháis suite ar an sorcóir agus ar an loine araon. Úsáidtear an struchtúr seo go forleathan thar lear.
2.3 Meicníocht Tionchair Neamhchomhla Soláthair Gháis an Phíopa Lárnaigh
Sa mheicníocht seo, socraítear na pasáistí iontógáil aeir do na seomraí uachtaracha agus íochtaracha ar an bpíopa ciorclach ina sleamhnaíonn an loine. Éilíonn sé cruinneas déantúsaíochta ard agus tá saolré réasúnta gearr aige don phíobán ionaid.
2.4 Meicníocht Tionchair Sceite Taobh
Ciallaíonn an taobh sceite mar a thugtar air go n-imíonn an cosán gáis sceite an comhlacht sorcóra seachas dul trí lár an ghiotán druileála go bun an poll. De ghnáth bíonn go leor bealaí ionghabhála agus sceite ag an gcineál seo de mheicníocht tionchair ar an gcomhlacht sorcóra, rud a fhágann go bhfuil droch-neart struchtúrach ann, go bhféadfadh scoilteanna tuirse fadaimseartha, agus go gcailltear brú an aeir go suntasach, rud a fhágann go mbaintear smionagar suboptimal agus éifeachtaí fuaraithe don ghiotán druileála.
2.5 Lár Mheicníocht Tionchair Sceite
Déanann an cineál meicníochta tionchair seo smionagar agus gás a dhíbirt go díreach ó lár an ghiotán druileála go bun an poll. Ní hamháin go bhfeabhsaíonn sreabhadh aer díreach an éifeachtúlacht a bhaint smionagar ach freisin feabhsaíonn sé éifeachtúlacht druileála agus fuaraithe, ag leathnú saolré an ghiotán druileála. Tagann an cineál struchtúrach seo in ionad na n-grooves fadaimseartha iomadúla sa sorcóir inmheánach meicníochtaí tionchair sceite taobh le groove annular, ag laghdú go mór an tiúchan strus sa sorcóir istigh. Tá glactha go forleathan leis an struchtúr le blianta beaga anuas.
2.6 Meicníocht Tionchair Loine Sraith
Roinneann meicníocht imbhuailte loine an tsraith, ar a dtugtar imbhuailteor dé-loine (ceann), an sorcóir ina dhá sheomra ag baint úsáide as fáinne leithlisithe. Ligeann an dearadh seo go n-oibreoidh an dá aghaidh loine ag an am céanna laistigh den trastomhas tollta céanna, rud a fhágann go mbeidh cumhacht tionchair níos mó agus minicíocht tionchair níos airde. Dá réir sin, tá córas sceite dé a bhaint go héifeachtach púdar carraig ó bun an poll. Mar sin féin, is é an míbhuntáiste is mó atá aige ná a struchtúr casta agus an gá atá le cruinneas ard i gcodanna meaisínithe; mar shampla, tá suas le cúig dhromchla cúplála ag an loine le comhpháirteanna gaolmhara, rud a chuireann teorainn lena chur i bhfeidhm agus a chur chun cinn. Dá bhrí sin, glacann an dearadh seo an dara rogha, is é sin an meicníocht tionchair neamh-chomhla le soláthar gáis comhcheangailte loine agus sorcóir. Léirítear a struchtúr i bhFíor 3.
3. Anailís Teoiriciúil agus Ríomhaireachtaí Ábhartha le haghaidh DTH
3.1 Roghnú Paraiméadair Oibriúcháin**
3.1.1 Fad agus Meáchan casúr: Sonraíonn an réamhdhearadh fad atá níos lú ná 4500 mm agus meáchan níos lú ná 2500 kg.
3.1.2 Trastomhas casúr: Déantar an trastomhas casúr cuí a chinneadh bunaithe ar an trastomhas druileála, socraithe ag 540 mm.
3.1.3 Trastomhas Druileála: Tagraíonn sé seo do thrastomhas an poll carn, go ginearálta idir 550 mm agus 600 mm.
3.1.4 Doimhneacht Druileála: De réir riachtanais dearadh carn, is gnách go mbíonn sé seo idir roinnt dosaen méadar agus céad méadar.
3.1.5 Luas Druileála: Go ginearálta oibríonn druileáil DTH ar luasanna ísle rothlaithe, go hiondúil idir 7 agus 25 r/s.
3.1.6 Casmhóiminte Rothlach: Tá an t-uaschasmhóimint don dearadh seo socraithe ag 150 kN·m.
3.2 Paraiméadair Dearaidh a Ríomh
Feidhmíonn na paraiméadair dearaidh le haghaidh DTH, go sonrach paraiméadair feidhmíochta an trealaimh tionchair DTH, mar bhunús do dhearadh an mheaisín agus sainíonn siad feidhmíocht an trealaimh mhonaraithe.
3.2.1 Brú Dearaidh P do Threalamh Tionchair
Sa tSín, roghnaítear brú de 0.49 MPa (thart ar 5 × 10^5 Pa) go forleathan mar an caighdeán dearaidh do threalamh aeroibrithe. Ós rud é gur gléas tionchair neamh-chomhla é an DTH don dearadh seo le trastomhas druileála mór agus loine trom, cuirfidh brú aeir níos airde feabhas breise ar fheidhmíocht. Ina theannta sin, tá comhbhrúiteoirí aeir ardbhrú ag éirí níos coitianta, agus de réir caighdeán idirnáisiúnta ISO 5941-1979, roghnaítear brú deartha de 1.6 MPa.
3.2.2 Cumhacht Tionchair
I gcás DTH a úsáidtear chun poill trastomhais mhóra a dhruileáil, féadann an fuinneamh tionchair dearaidh luainiú go mór. Ríomhtar an fuinneamh tionchair don dearadh seo mar seo a leanas:
3.2.3 Minicíocht Tionchair
Go ginearálta, faoi fhuinneamh tionchair leanúnach, tá an minicíocht tionchair comhréireach le cumhacht aschuir an imbhuailteora. Mar sin féin, nuair a bhíonn trastomhas an sorcóra socraithe, tá gá le laghdú ar an stróc loine chun an minicíocht tionchair a mhéadú, rud a laghdaíonn an chumhacht tionchair aonair. Nuair a thiteann an chumhacht tionchair aonair faoi thairseach áirithe, ní thabharfaidh méadú ar an minicíocht torthaí sásúla ar bhriseadh carraige. Mar sin, tá rogha na minicíochta tionchair srianta ag an gcumhacht tionchair.
I gcás DTH aeroibrithe ag feidhmiú ag brú deartha de 0.5 MPa, níor chóir go mbeadh an minicíocht níos mó ná 16.8 Hz. Ós rud é go n-oibríonn an DTH ag brúnna dearaidh idir 0.5 agus 2.5 MPa, is féidir leis an minicíocht tionchair a athrú go mór. Is féidir roghnú tosaigh minicíocht an imbhuailteora a ríomh mar seo a leanas:
f = 10.4 + 7.6P
(2) nuair is é P brú soláthair an chórais. Don dearadh seo, P = 1.6 MPa, mar sin:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Dearadh Paraiméadar Struchtúrtha
Áirítear ar phríomhpharaiméadair struchtúracha DTH trastomhas tollta sorcóra, stróc loine, agus toisí loine. Is féidir leis an trastomhas sorcóra a mhéadú an dá chumhacht tionchair agus an minicíocht a fheabhsú, mar sin ba cheart an trastomhas a uasmhéadú laistigh de theorainneacha an mhéid struchtúrach. De ghnáth, níor chóir go mbeadh an difríocht idir trastomhas seachtrach an DTH agus an trastomhas tollta níos lú ná 15 go 20 mm, agus níor chóir go mbeadh cásáil seachtrach an DTH ró-tanaí. Mar sin, tá an cóimheas idir trastomhas sorcóir DTH agus trastomhas druileála go ginearálta os cionn 0.5.
3.3.1 Trastomhas Oibre an tSorcóra agus Stróc Struchtúrtha
Is féidir trastomhas oibre D an tsorcóra a ríomh mar seo a leanas:
D = K × D(leamh) = (0.57 - 0.68) × D(leamh) (3)
Don dearadh seo, tá D(toirte) = 600 mm, agus mar sin glactar le D mar 360 mm. Glactar go heimpíreach an stróc struchtúrach S mar S = 500 mm.
3.3.2 Aifreann loine
Tá toisí gathacha an loine srianta ag méid agus struchtúr an tsorcóra, rud a ligeann do loiní trastomhas comhionann nó difriúil. Braitheann na toisí líneacha ar mheáchan an loine, a bhaineann freisin leis an treoluas a bhíonn aige nuair a bhuailtear an giotán druileála. Dá bhrí sin, is gné chasta de dhearadh DTH é toisí struchtúracha an loine a chinneadh. Is féidir mais an loine DTH a mheas mar seo a leanas:
m = 0.0205D^ 2.84 (4)
áit a bhfuil m an mhais loine ina kg; Is é D trastomhas oibre an tsorcóra ina cm.
D = 36 táirgeacht a chur in ionad: m = 540 kg.
Is éard atá sa DTH go príomha struchtúr tarchurtha chasmhóiminte agus meicníocht tionchair aeroibrithe. Ceanglaíonn an struchtúr tarchurtha chasmhóiminte an slat druileála agus DTH, ag tarchur fórsaí gearrtha agus tarraingthe rothlacha; gineann an meicníocht tionchair aeroibrithe tionchar, ag soláthar cumhacht aiseach don ghiotán druileála tionchair. Taispeántar sonraí struchtúir ar leith i bhFíor 3.
Ceanglaíonn an struchtúr tarchurtha chasmhóiminte an slat druileála agus an imbhuailteor. Ceanglaíonn an comhpháirteach uachtarach leis an slat druileála agus an imbhuailteor trí snáitheanna píopa, go príomha chun tightness gáis a chinntiú agus an chasmhóimint agus an fórsa tarraingthe a tharchur freisin. Coscann an comhla seiceála láib agus uisce ó dhul isteach sa tslat tionchair agus druileála, arna rialú ag earrach. Feidhmíonn an suíochán ionghabhála aeir leis an tslat soláthair gáis aer comhbhrúite a thabhairt isteach sa sorcóir, ag éascú gníomh an tsoláthair gáis mar aon leis an sorcóir agus an loine, agus ar an gcaoi sin comhsholáthar gáis a bhaint amach. Coscann fáinne sábhála an earraigh an loine ó shleamhnú amach as an sorcóir nuair a chuirtear an giotán druileála in ionad.
3.4 Anailís Eilimint Chríochnaithe ar Ghiotán Druileála DTH
Tá an giotán druileála DTH faoi réir fórsaí imbhuailte ón loine agus an chasmhóimint ón gceann tiomána. Seo a leanas an fórsa a fheidhmíonn an t-aer comhbhrúite ar an loine:
F = P × S (5)
áit a bhfuil P an brú córais i Pa; Is é S achar fórsa an loine ina m².
Mar sin, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Mar sin, is é an fórsa tionchair ar an giotán druileála ná:
F' = kF (6)
áit a bhfuil k an chomhéifeacht imbhuailte; Is é F an fórsa a fheidhmíonn an t-aer comhbhrúite i N ar an ngiotán druileála. Mar sin, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Is é N = 150 kN an chasmhóimint a chuireann an ceann tiomána i bhfeidhm ar an ngiotán druileála DTH. Agus F' = 2688 kN agus N = 150 kN á gcur i bhfeidhm ar an ngiotán druileála agus aghaidh foirceann íochtair an ghiotán druileála á shocrú, agus ag baint úsáide as ábhar QT500-7 le neart toraidh 320 MPa, déantar anailís eilimint chríochnaithe. Léirítear na coinníollacha luchtaithe agus srianta sonracha agus an rannán mogalra i bhFíoracha 4 agus 5.
Taispeántar torthaí na hanailíse eiliminte críochta i bhFíor 6, rud a léiríonn go bhfuil an strus uasta 144.355 MPa, atá níos lú ná an neart toraidh QT500-7 (320 MPa), rud a chomhlíonann na ceanglais.