A’ sgàineadh a’ Chòd Drileadh Creige Cruaidh: An Teicneòlas DTH ag atharrachadh geama.
A rèir suidheachadh geòlais an raon togail, tha ceithir prìomh dhòighean drile air an cleachdadh gu cumanta le feannagan drile, mar a chithear ann am Figear 1.
a. Bidh cinn rothlach giuthais no uisgeach còmhla ri uidheamachd buaidh a’ sgaoileadh lùth cuairteachaidh agus buaidh tro mhullach anpìob drile, a’ lìbhrigeadh lùth don phìos drile tro thonnan clisgeadh anns a’ phìob drile. Tha an dòigh seo cuingealaichte ri trast-thomhas beag agus doimhneachd eu-domhainn agus mar as trice tha e air a chleachdadh ann an cuaraidhean, làraich togail, agus obair mèinnearachd fon talamh.
b.ùird Down-The-Hole (DTH). suidhichte aig bonn an t-sreath drile. Bidh èadhar teann a 'dol a-steach don DTH tron t-sreang drile, a' draibheadh piston ann an gluasad ath-chuairteachaidh a bheir buaidh dhìreach air a 'phìos drile, a' gluasad lùth buaidh chun na creige. Tha glè bheag de chall cumhachd aig an t-siostam seo agus tha e gu sònraichte freagarrach airson tuill dhomhainn, tuill dhìreach, agus creagan meadhanach cruaidh.
c.Drileadh cuairteachadh cùil (RC).a’ cleachdadh DTH gus sampallan creige a chruinneachadh agus a ghiùlan bho aghaidh a’ phìos drile. Bidh gearraidhean tioram agus neo-thruaillidh air an giùlan tro phìob meadhan an DTH gu inneal cruinneachadh sampall, ag ullachadh airson mion-sgrùdadh geòlais.
d. Bidh bogsa gèar air a stiùireadh le motaran uisgeachaidh no dealain a’ cruthachadh ceann cumhachd rothlach, a ’cur neart beathachaidh gu leòr ris a’ phìos drile trì-còn tro shiostam biadhaidh a ghluaiseas suas is sìos air a ’chrann drile agus pìob drile le ballachan tiugh. Tha an dòigh seo air a chleachdadh airson creagan nas buige no creagan cruaidh le ceangal làidir.
- Prionnsabalan agus feartan DTH
Tha na cumaidhean air an drileadh le DTH cha mhòr gu tur comasach air a bhith a’ toirt a-steach a h-uile creag igneous, creagan metamorphic, agus creagan grùideach a tha meadhanach cruaidh no nas cruaidhe. Tha DTH gu sònraichte buannachdail airson a bhith a’ drileadh creag chruaidh agus strata cruaidh leis gu bheil creag chruaidh buailteach a bhith brisg. Fo luchdan buaidh, chan ann a-mhàin air an làrach buaidh dhìreach a bhios bristeadh ach bidh iad cuideachd a’ cruthachadh sòn briste, a’ leantainn gu pìosan creige nas motha. Mar sin, tha an astar drileadh gu math nas luaithe an taca ri drileadh rothlach fìor. Tha am modail meacanaigeach ann am Figear 2 a’ sealltainn na diofar luchdan a tha ag obair air a’ chreig aig àm drileadh rothlach buaidh.
A bharrachd air an sin, tha drileadh DTH (Down-the-Hole) gu math èifeachdach ann an cumaidhean a tha buailteach do chlaonadh toll-cladhaich, leithid strata le leapannan agus foliation adhartach, no sreathan creige le cruas neo-chòmhnard agus mòran bhriseadh. Faodaidh e lùghdachadh mòr a thoirt air claonadh toll-cladhaich agus cuideachd faighinn thairis air duilgheadasan ann a bhith a’ drileadh tro shreathan greabhail agus leapannan ulbhagan.
Chaidh drileadh DTH a leasachadh aig deireadh an 19mh linn agus tha eachdraidh còrr air ceud bliadhna aige. Ged a tha iomadh seòrsa drile DTH ann, tha feart cumanta aca: tha an dà chuid an uidheamachd buaidh agus am pìos drile fon uisge a-steach don toll-cladhaich, le cuairteachadh còmhla ri buaidh gus a’ chreig a bhriseadh. Faodar an uidheamachd a thathas a’ cleachdadh gus feachd buaidh a ghineadh a sheòrsachadh a rèir an dòigh dràibhidh aca gu seòrsachan giuthais, uisgeach, cuideam ola, dealan agus meacanaigeach.
Leis gu bheil lùth buaidh a’ faighinn call mòr aig àm tar-chuir agus gum faod e milleadh mòr a dhèanamh air na pàirtean air a bheil buaidh, mar as trice feumar ann an obair drileadh nas doimhne gum bi an uidheamachd a’ dol a-steach don toll-cladhaich leis an inneal drile, gus an urrainn don fheachd buaidh toraidh obrachadh gu dìreach air a’ phìos drile no am baraille bunaiteach. Bidh seo a’ lughdachadh call lùtha aig àm tar-chuir, a’ leasachadh èifeachdas lùtha, agus a’ lughdachadh an coltas gum bi uidheamachd ann an toll sìos.
Tha Pneumatic DTH, ris an canar cuideachd DTH air a stiùireadh le èadhar, a’ tighinn ann an iomadh seòrsa structarail agus dòighean seòrsachaidh.
- A rèir ìre cuideam: seòrsaichean le cuideam àrd, cuideam meadhanach agus cuideam ìosal.
- A rèir structar iomlan: neo-tro agus tro sheòrsan.
- A rèir prionnsapal obrachadh bhalbhaichean: seòrsa bhalbhaichean smachd, seòrsa bhalbhaichean an-asgaidh, agus seòrsa bhalbhaichean tar-chinealach.
- Le structar piston: piston trast-thomhas co-ionann, piston trast-thomhas neo-ionann, agus seòrsachan piston tandem.
- A rèir seòrsa cuairteachaidh adhair: DTH bhalbhaichean agus DTH gun bhalbhaichean. Faodar DTH Valved a roinneadh a-steach do bhalbhaichean truinnsear, bhalbhaichean diosc, agus seòrsachan bhalbhaichean siolandair, agus faodar DTH gun bhalbhaichean a roinn ann an seòrsa sgaoilidh slat sa mheadhan, seòrsa cuairteachaidh èadhair piston, agus cuairteachadh èadhair còmhla le piston, siolandair, agus slat sa mheadhan.
- Le bhith a’ nighe tholl agus dòigh sgaoilidh slag: nighe tuill sa mheadhan, nighe tuill aghaidh, agus nighe tuill taobh.
2. Co-dhùnadh Sgeamaichean Structarail Mechanism Buaidh
2.1 Inneal Buaidh Neo-bhalbhaichean airson Solarachadh Fèin-Gas Piston
Bidh an seòrsa inneal buaidh seo gu sònraichte a’ cleachdadh na trannsaichean gas anns a ’phiston fhèin airson solar gas, a’ leantainn gu structar piston iom-fhillte le grunn shianalan gas, a lughdaicheas neart piston agus fad-beatha. Ach, tha an uidheamachd buaidh seo a’ fighe a-steach na siolandairean a-staigh agus a-muigh, ag àrdachadh raon obrach èifeachdach an piston agus ag àrdachadh lùth buaidh an uidheamachd.
2.2 Inneal Buaidh Neo-bhalbhaichean Solarachadh Gas Co-cheangailte ri Piston agus Siolandair
Tha structar sìmplidh aig an t-seòrsa seo a tha furasta a dhèanamh, le beatha piston nas fhaide, agus tha na tuill gas suidhichte air an dà chuid an siolandair agus an piston. Tha an structar seo air a chleachdadh gu farsaing thall thairis.
2.3 Inneal Buaidh Neo-bhalbh airson Solarachadh Gas Pìoba sa mheadhan
Anns an uidheamachd seo, tha na trannsaichean èadhair airson na seòmraichean àrda is ìosal air an rèiteachadh air a ’phìob chruinn far a bheil am piston a’ sleamhnachadh. Tha feum air mionaideachd saothrachaidh àrd agus tha beatha gu math goirid aige airson pìob an ionaid.
2.4 Uidheam Buaidh Toirmeasg Taobh
Tha an taobh-taobh ris an canar a 'ciallachadh gu bheil an t-slighe gas fuadain a' dol a-mach às a 'chorp siolandair seach a bhith a' dol tro mheadhan a 'phìos drile gu bonn an tuill. Mar as trice bidh an seòrsa seo de dh’ inneal buaidh a ’toirt a-steach mòran shlighean in-ghabhail agus falmhachaidh air bodhaig an t-siolandair, a’ leantainn gu droch neart structarail, comas airson sgàinidhean sgìths fad-ùine, agus call mòr air cuideam èadhair, a bheir air falbh sprùilleach suboptimal agus buaidhean fuarachaidh airson a ’phìos drile.
2.5 Inneal Buaidh Toirmeasg an Ionaid
Bidh an seòrsa inneal buaidh seo a’ cuir a-mach sprùilleach agus gas gu dìreach bho mheadhan a’ phìos drile gu bonn an tuill. Chan e a-mhàin gu bheil sruth-adhair dìreach ag àrdachadh èifeachdas toirt air falbh sprùilleach ach cuideachd a’ leasachadh èifeachdas drileadh agus fuarachadh, a’ leudachadh beatha a’ phìos drile. Bidh an seòrsa structarail seo a’ dol an àite nan claisean fad-ùine anns an t-siolandair a-staigh de dh’ uidheamachdan buaidh taobh a-muigh le claisean cearcallach, a’ lughdachadh cuideam cuideam anns an t-siolandair a-staigh gu mòr. Tha e air a thighinn gu bhith na structar ris an deach gabhail gu farsaing anns na bliadhnachan mu dheireadh.
2.6 Sreath Inneal Buaidh Piston
Bidh an inneal buaidh piston sreath, ris an canar cuideachd neach-buaidh piston dùbailte (ceann), a’ roinn an siolandair ann an dà sheòmar a’ cleachdadh fàinne aonaranachd. Tha an dealbhadh seo a’ leigeil leis an dà aghaidh piston obrachadh aig an aon àm taobh a-staigh an aon trast-thomhas tollaidh, a’ leantainn gu cumhachd buaidh nas motha agus tricead buaidh nas àirde. A rèir sin, tha siostam teasachaidh dùbailte ann a bheir air falbh pùdar creige gu h-èifeachdach bho bhonn an toll. Ach, is e a phrìomh eas-bhuannachd an structar iom-fhillte aige agus an fheum air mionaideachd àrd ann am pàirtean innealachaidh; mar eisimpleir, tha suas ri còig uachdar suirghe aig an piston le co-phàirtean co-cheangailte ris, a tha a’ cuingealachadh a chuir an sàs agus a bhrosnachadh. Mar sin, tha an dealbhadh seo a’ gabhail ris an dàrna roghainn, is e sin an uidheamachd buaidh neo-bhalbhaiche le solar gas còmhla piston agus siolandair. Tha an structar aige air a shealltainn ann am Figear 3.
Mion-sgrùdadh 3.Theoretical agus àireamhachadh buntainneach airson DTH
3.1 Taghadh de pharamadairean obrachaidh**
3.1.1 Fad agus Cuideam an ùird: Tha an dealbhadh tòiseachaidh a’ sònrachadh fad nas lugha na 4500 mm agus cuideam nas lugha na 2500 kg.
3.1.2 Trast-thomhas an ùird: Tha an trast-thomhas ùird iomchaidh air a dhearbhadh stèidhichte air trast-thomhas an drileadh, suidhichte aig 540 mm.
3.1.3 Trast-thomhas drileadh: Tha seo a’ toirt iomradh air trast-thomhas an toll-pìoba, sa chumantas eadar 550 mm agus 600 mm.
3.1.4 Doimhneachd drileadh: A rèir riatanasan dealbhadh pile, tha seo mar as trice eadar grunn dhusan meatair agus ceud meatair.
3.1.5 Astar drile: Mar as trice bidh drileadh DTH ag obair aig astaran cuairteachaidh ìosal, mar as trice eadar 7 agus 25 r / s.
3.1.6 Torc cuairteachaidh: Tha an torque as àirde airson an dealbhadh seo air a shuidheachadh aig 150 kN·m.
3.2 Obraich a-mach paramadairean dealbhaidh
Tha na crìochan dealbhaidh airson DTH, gu sònraichte crìochan coileanaidh uidheamachd buaidh DTH, nam bunait airson dealbhadh innealan agus a’ mìneachadh coileanadh an uidheamachd saothraichte.
3.2.1 Dealbhadh Brùthadh P airson Uidheam Buaidh
Ann an Sìona, tha cuideam de 0.49 MPa (timcheall air 5 × 10 ^ 5 Pa) air a thaghadh gu farsaing mar an ìre dealbhaidh airson uidheamachd buaidh giuthais. Leis gu bheil an DTH airson an dealbhadh seo na inneal buaidh neo-bhalbhaiche le trast-thomhas drileadh mòr agus piston trom, cuiridh cuideam èadhair nas àirde tuilleadh ri coileanadh. A bharrachd air an sin, tha compressors èadhair àrd-bhruthadh a ’sìor fhàs cumanta, agus a rèir inbhe eadar-nàiseanta ISO 5941-1979, tha cuideam dealbhaidh de 1.6 MPa air a thaghadh.
3.2.2 Cumhachd Buaidh
Airson DTH air a chleachdadh airson tuill mòra le trast-thomhas a dhrileadh, faodaidh lùth buaidh dealbhaidh atharrachadh gu mòr. Tha an lùth buaidh airson an dealbhadh seo air a thomhas mar a leanas:
3.2.3 Tricead Buaidh
San fharsaingeachd, fo lùth buaidh seasmhach, tha tricead buaidh a rèir cumhachd toraidh an neach-buaidh. Ach, nuair a tha trast-thomhas an t-siolandair air a shuidheachadh, tha àrdachadh ann an tricead buaidh a 'feumachdainn lùghdachadh ann an stròc piston, a tha an uair sin a' lùghdachadh cumhachd aon bhuaidh. Cho luath ‘s a thuiteas an cumhachd buaidh shingilte fo ìre shònraichte, cha toir àrdachadh tricead toraidhean riarachail briseadh-creige. Mar sin, tha taghadh tricead buaidh air a chuingealachadh leis a’ chumhachd buaidh.
Airson giuthais DTH ag obair aig cuideam dealbhaidh 0.5 MPa, cha bu chòir an tricead a bhith nas àirde na 16.8 Hz. Leis gu bheil an DTH ag obair aig cuideaman dealbhaidh eadar 0.5 agus 2.5 MPa, faodaidh tricead buaidh atharrachadh gu mòr. Faodar a’ chiad taghadh de tricead an neach-buaidh a thomhas mar a leanas:
f = 10.4 + 7.6P
(2) far a bheil P na chuideam solarachaidh siostam. Airson an dealbhadh seo, P = 1.6 MPa, mar sin:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Dealbhadh paramadair structarail
Tha prìomh chrìochan structarail DTH a’ toirt a-steach trast-thomhas tolladh siolandair, stròc piston, agus tomhasan piston. Faodaidh àrdachadh trast-thomhas an t-siolandair an dà chuid cumhachd buaidh agus tricead àrdachadh, agus mar sin bu chòir an trast-thomhas a mheudachadh taobh a-staigh crìochan meud structarail. Mar as trice, cha bu chòir an eadar-dhealachadh eadar trast-thomhas a-muigh an DTH agus trast-thomhas an tollaidh a bhith nas lugha na 15 gu 20 mm, agus cha bu chòir còmhdach a-muigh an DTH a bhith ro tana. Mar sin, tha an co-mheas de thrast-thomhas siolandair DTH gu trast-thomhas drileadh sa chumantas os cionn 0.5.
3.3.1 Trast-thomhas obrach an t-siolandair agus an stròc structarail
Faodar trast-thomhas obrach D an t-siolandair a thomhas mar a leanas:
D = K × D (tollach) = (0.57 - 0.68) × D (tollach) (3)
Airson an dealbhadh seo, tha D (bore) = 600 mm, agus mar sin tha D air a ghabhail mar 360 mm. Tha an stròc structarail S air a ghabhail gu empirigeach mar S = 500 mm.
3.3.2 Aifreann piston
Tha tomhasan radial an piston air am bacadh le meud agus structar an t-siolandair, a 'ceadachadh pistons le trast-thomhas co-ionann no eadar-dhealaichte. Tha na tomhasan sreathach an urra ri cuideam an piston, a tha cuideachd co-cheangailte ris an astar a th’ aige nuair a bhuaileas e am pìos drile. Mar sin, tha a bhith a’ dearbhadh meudan structarail an piston na phàirt iom-fhillte de dhealbhadh DTH. Faodar tomad an piston DTH a thomhas mar a leanas:
m = 0.0205D^ 2.84 (4)
far a bheil m am meud piston ann an kg; Is e D trast-thomhas obrach an t-siolandair ann an cm.
A’ cur an àite D = 36 toradh: m = 540 kg.
Tha an DTH gu ìre mhòr a’ toirt a-steach structar tar-chuir torque agus inneal buaidh giuthais. Bidh an structar tar-chuir torque a ’ceangal an t-slat drile agus DTH, a’ tar-chuir feachdan gearraidh is tarraing rothlach; bidh an uidheamachd buaidh giuthais a’ gineadh buaidh, a’ toirt cumhachd aiseach don phìos drile buaidh. Tha mion-fhiosrachadh mun structar sònraichte air a shealltainn ann am Figear 3.
Bidh an structar tar-chuir torque a’ ceangal an t-slat drile agus an neach-buaidh. Bidh an co-bhanntachd àrd a’ ceangal ris an t-slat drile agus an neach-buaidh tro snàithleanan pìoba, gu sònraichte gus dèanamh cinnteach à teann gas fhad ‘s a tha e cuideachd a’ tar-chuir torque agus feachd tarraing. Bidh a 'bhalbhaid sgrùdaidh a' cur casg air eabar agus uisge bho bhith a 'dol a-steach don neach-buaidh agus an t-slat drile, fo smachd fuaran. Bidh an cathair toirt a-steach èadhair leis an t-slat solair gas ag obair gus èadhar teann a thoirt a-steach don t-siolandair, a’ comasachadh gnìomh solar gas còmhla ris an t-siolandair agus an piston, agus mar sin a’ coileanadh solar gas aonaichte. Bidh fàinne sàbhailteachd an earraich a’ cur casg air an piston bho bhith a’ sleamhnachadh a-mach às an t-siolandair nuair a thèid am pìos drile a chuir an àite.
3.4 Mion-sgrùdadh eileamaid chrìochnaichte air DTH Drill Bit
Tha am pìos drile DTH fo smachd feachdan buaidh bhon piston agus torque bho cheann an dràibhidh. Tha an fheachd a tha air a chuir air an piston leis an èadhar teann air a thoirt seachad le:
F = P × S (5)
far a bheil P na chuideam siostam ann am Pa; Is e S an raon feachd den loine ann am m².
Mar sin, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Mar sin, is e am feachd buaidh air a’ phìos drile:
F' = kF (6)
far a bheil k co-èifeachd na buaidh; 'S e F am feachd a tha an t-èadhar teannaichte ann an N a' cur air a' bhiota drile. Mar sin, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Is e an torque a chuirear air a’ phìos drile DTH leis a’ cheann dràibhidh N = 150 kN. A’ cur F’ = 2688 kN agus N = 150 kN ris a’ phìos drile fhad ‘s a tha iad a’ càradh aghaidh ceann ìosal a’ phìos drile, agus a’ cleachdadh stuth QT500-7 le neart toraidh de 320 MPa, thèid mion-sgrùdadh eileamaid chrìochnaichte a dhèanamh. Tha na cumhaichean luchdachadh is cuibhreachaidh sònraichte agus roinneadh mogal air an sealltainn ann am Figearan 4 agus 5.
Tha toraidhean mion-sgrùdadh eileamaid chrìochnaichte air an sealltainn ann am Figear 6, a’ sealltainn gur e 144.355 MPa an cuideam as àirde, a tha nas lugha na neart toraidh QT500-7 (320 MPa), agus mar sin a’ coinneachadh ris na riatanasan.