Cracking Code of Hard Rock Drilling: The Game-Hloov DTH Technology.
Raws li geological tej yam kev mob ntawm thaj chaw tsim kho, muaj plaub lub ntsiab drilling txoj kev uas feem ntau siv los ntawm kev xyaum rigs, raws li qhia nyob rau hauv daim duab 1.
ib. Pneumatic lossis hydraulic-tsav lub taub hau ua ke nrog cov khoom siv cuam tshuam xa cov kev sib hloov thiab cuam tshuam lub zog los ntawm sab saum toj ntawmlaum cev, xa lub zog rau lub laum me ntsis ntawm kev poob siab tsis muaj zog hauv cov yeeb nkab laum. Txoj kev no tsuas yog siv rau cov kab me me thiab qhov tob tob thiab feem ntau yog siv rau hauv quarries, kev tsim kho, thiab kev ua haujlwm hauv av.
b.Down-The-Hole (DTH) rauj yog nyob rau hauv qab ntawm txoj hlua xyaum. Compressed cua nkag mus rau hauv DTH los ntawm txoj hlua xyaum, tsav lub piston nyob rau hauv ib tug reciprocating tsab ntawv tsa suab uas ncaj qha cuam tshuam rau lub laum ntsis, hloov lub zog cuam tshuam rau lub pob zeb. Cov txheej txheem no muaj tsawg zog poob thiab tshwj xeeb tshaj yog haum rau qhov sib sib zog nqus qhov, qhov ncaj, thiab nruab nrab-nyuaj pob zeb.
c.Rov qab ncig (RC) drillingsiv DTH los sau thiab thauj cov qauv pob zeb los ntawm lub ntsej muag ntawm lub laum me ntsis. Cov cuttings qhuav thiab tsis muaj kab mob raug xa mus los ntawm cov yeeb nkab hauv nruab nrab ntawm DTH rau hauv cov khoom siv coj mus kuaj, npaj rau kev tshuaj ntsuam geological.
d. Lub gearbox uas tau tsav los ntawm hydraulic lossis hluav taws xob lub cev muaj zog ua lub taub hau tig lub zog, siv lub zog pub txaus rau peb-cone laum me ntsis los ntawm cov khoom noj uas txav mus los ntawm cov khoom siv laum thiab cov yeeb nkab tuab tuab. Txoj kev no yog siv rau cov pob zeb softer los yog cov pob zeb uas muaj zog sib koom ua ke.
- Cov ntsiab lus thiab cov yam ntxwv ntawm DTH
Cov txheej txheem drilled nrog DTH yuav luag tag nrho muaj peev xwm suav nrog tag nrho cov pob zeb tsis muaj zog, cov pob zeb metamorphic, thiab cov pob zeb sedimentary uas yog nruab nrab-nyuaj lossis nyuaj dua. DTH yog tshwj xeeb tshaj yog zoo rau drilling hard pob zeb thiab tawv strata vim hais tias cov pob zeb nyuaj yuav nkig. Nyob rau hauv kev cuam tshuam cov loads, pob txha tawg tsis tsuas yog tshwm sim ntawm qhov chaw cuam tshuam ncaj qha tab sis kuj tsim ib qho chaw tawg, ua rau cov pob zeb loj dua. Yog li, qhov drilling ceev yog qhov nrawm dua piv rau cov dej ntshiab rotary drilling. Cov qauv siv tshuab hauv daim duab 2 qhia txog ntau yam kev thauj khoom ua haujlwm ntawm lub pob zeb thaum muaj kev cuam tshuam rotary drilling.
Tsis tas li ntawd, DTH (Down-the-Hole) drilling yog qhov ua tau zoo hauv cov txheej txheem ua rau muaj qhov sib txawv ntawm qhov borehole, xws li strata nrog cov ntaub pua tsev zoo thiab foliation, los yog pob zeb txheej uas tsis sib xws thiab ntau qhov tawg. Nws tuaj yeem txo qhov sib txawv ntawm qhov borehole thiab tseem kov yeej cov teeb meem hauv drilling los ntawm gravel txheej thiab pob zeb txaj.
DTH drilling yog tsim nyob rau hauv lub xyoo pua puv 19 thiab muaj keeb kwm ntawm ntau tshaj ib puas xyoo. Txawm hais tias muaj ntau hom kev xyaum DTH, lawv sib koom ua ke: ob qho tib si kev cuam tshuam thiab cov laum me ntsis yog submerged rau hauv lub borehole, nrog kev sib hloov ua ke nrog kev cuam tshuam rau kev tawg pob zeb. Cov cuab yeej siv los tsim kom muaj kev cuam tshuam quab yuam tuaj yeem raug cais los ntawm lawv txoj kev tsav tsheb mus rau hauv pneumatic, hydraulic, roj siab, hluav taws xob, thiab hom tshuab.
Txij li thaum muaj kev cuam tshuam lub zog muaj kev poob qis thaum lub sij hawm sib kis thiab tuaj yeem ua rau muaj kev puas tsuaj loj rau cov khoom cuam tshuam, feem ntau yuav tsum tau ua hauv kev ua haujlwm tob tob uas cov cuab yeej nkag mus rau hauv qhov borehole nrog cov cuab yeej laum, kom cov khoom siv hluav taws xob tuaj yeem ua ncaj qha rau ntawm lub laum me ntsis lossis cov tub ntxhais chim. Qhov no txo qis zog poob thaum lub sij hawm kis tau tus mob, txhim kho lub zog efficiency, thiab txo qhov zoo ntawm cov khoom downhole tsis ua hauj lwm.
Pneumatic DTH, tseem hu ua huab cua-tsav DTH, tuaj nyob rau hauv ntau yam qauv thiab kev faib tawm txoj kev.
- Los ntawm kev ntsuas siab: siab-siab, nruab nrab-siab, thiab qis-siab hom.
- Los ntawm tag nrho cov qauv: tsis yog los ntawm thiab los ntawm hom.
- Los ntawm txoj haujlwm valve: tswj hom valve, hom valve dawb, thiab hom valve hom.
- Los ntawm cov qauv piston: sib npaug ntawm txoj kab uas hla piston, tsis sib xws txoj kab uas hla piston, thiab tandem piston hom.
- Los ntawm huab cua faib hom: valved DTH thiab valveless DTH. Valved DTH tuaj yeem muab faib ua phaj valve, disc valve, thiab cylindrical valve hom, thaum lub valve tsis muaj DTH tuaj yeem muab faib ua cov pas nrig hauv nruab nrab, piston cua faib hom, thiab sib xyaw cua faib los ntawm piston, lub tog raj kheej, thiab nruab nrab pas nrig.
- Los ntawm kev ntxuav lub qhov thiab slag tawm txoj kev: ntxuav qhov nruab nrab ntawm lub qhov, ntxuav lub hauv ntej, thiab sab qhov ntxuav.
2. Kev txiav txim siab ntawm Impact Mechanism Structural Schemes
2.1 Piston Self-Gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Hom kev cuam tshuam no feem ntau yog siv cov pa roj hauv lub piston nws tus kheej rau cov khoom siv roj, uas ua rau muaj cov qauv piston nyuaj nrog ntau cov pa roj, uas txo cov piston lub zog thiab lub neej ntev. Txawm li cas los xij, qhov kev cuam tshuam no cuam tshuam nrog lub tog raj kheej sab hauv thiab sab nrauv, ua rau thaj chaw ua haujlwm zoo ntawm lub piston thiab txhim kho qhov cuam tshuam lub zog ntawm lub tshuab.
2.2 Piston thiab Lub tog raj kheej ua ke Gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Hom no muaj cov qauv yooj yim uas yooj yim rau kev tsim khoom, muaj lub neej ntev piston, thiab cov roj qhov nyob ntawm ob lub tog raj kheej thiab lub piston. Cov qauv no yog dav siv txawv teb chaws.
2.3 Center Pipe Gas Supply Non-Valve Impact Mechanism
Nyob rau hauv cov txheej txheem no, cov cua nkag mus rau sab sauv thiab sab hauv yog teem rau ntawm cov yeeb nkab ncig qhov twg cov piston swb. Nws yuav tsum tau high manufacturing precision thiab muaj ib tug luv luv lifespan rau qhov chaw cov yeeb nkab.
2.4 Sab Exhaust Impact Mechanism
Qhov hu ua sab sab txhais tau hais tias cov pa pa tawm tawm ntawm lub tog raj kheej lub cev es tsis dhau los ntawm qhov nruab nrab ntawm lub laum me ntsis mus rau hauv qab ntawm lub qhov. Hom kev cuam tshuam no feem ntau muaj ntau txoj hauv kev noj thiab tso tawm ntawm lub tog raj kheej lub cev, ua rau lub cev muaj zog tsis zoo, muaj peev xwm ua rau lub cev qaug zog ntev, thiab poob siab ntawm huab cua, uas ua rau cov khib nyiab tshem tawm tsis zoo thiab ua kom txias rau cov laum me ntsis.
2.5 Center Exhaust Impact Mechanism
Hom kev cuam tshuam no tshem tawm cov khib nyiab thiab roj ncaj qha los ntawm qhov nruab nrab ntawm lub laum me ntsis mus rau hauv qab ntawm lub qhov. Direct airflow tsis tsuas yog txhim kho cov khib nyiab tshem tawm kev ua haujlwm tab sis kuj tseem txhim kho kev ua haujlwm zoo thiab ua kom txias, ua kom lub neej ntev ntawm lub laum me ntsis. Hom qauv no hloov ntau qhov ntev grooves nyob rau hauv lub puab lub tog raj kheej ntawm sab tso pa tawm mechanisms nrog ib tug annular zawj, zoo heev txo kev ntxhov siab nyob rau hauv lub puab lub tog raj kheej. Nws tau dhau los ua cov qauv siv dav hauv xyoo tas los no.
2.6 Series Piston Impact Mechanism
Lub piston feem cuam tshuam mechanism, tseem hu ua dual-piston (lub taub hau) impactor, faib lub tog raj kheej rau hauv ob chav uas siv lub nplhaib sib cais. Qhov kev tsim no tso cai rau ob lub piston ntsej muag ua haujlwm ib txhij nyob rau hauv tib txoj kab uas hla, ua rau muaj kev cuam tshuam ntau dua thiab muaj kev cuam tshuam ntau dua. Raws li txoj cai, muaj ob lub tso pa tawm uas muaj txiaj ntsig zoo tshem tawm cov hmoov pob zeb hauv qab ntawm lub qhov. Txawm li cas los xij, nws lub ntsiab drawback yog nws cov qauv complex thiab xav tau rau siab precision nyob rau hauv machining qhov chaw; Piv txwv li, lub piston muaj txog li tsib qhov chaw mating nrog cov khoom sib txuas, uas txwv tsis pub nws daim ntawv thov thiab nce qib. Yog li ntawd, qhov kev tsim no siv qhov kev xaiv thib ob, uas yog qhov tsis muaj qhov cuam tshuam nrog lub piston thiab lub tog raj kheej sib xyaw ua ke roj. Nws cov qauv yog qhia hauv daim duab 3.
3.Theoretical Analysis thiab xam cov xam rau DTH
3.1 Xaiv Cov Kev Ua Haujlwm **
3.1.1 Rauj Ntev thiab Nyhav: Cov qauv tsim ua ntej qhia txog qhov ntev ntawm tsawg dua 4500 mm thiab qhov hnyav tsawg dua 2500 kg.
3.1.2 Rauj txoj kab uas hla: qhov tsim nyog rauj txoj kab uas hla yog txiav txim siab raws li qhov drilling txoj kab uas hla, teem rau ntawm 540 hli.
3.1.3 Drilling Diameter: Qhov no yog hais txog txoj kab uas hla ntawm pawg pawg, feem ntau ntawm 550 mm thiab 600 mm.
3.1.4 Drilling Depth: Raws li kev tsim cov pawg tsim, qhov no feem ntau yog nyob nruab nrab ntawm ntau lub kaum os thiab ib puas meters.
3.1.5 Drill Speed: DTH drilling feem ntau ua haujlwm ntawm kev sib hloov ceev, feem ntau ntawm 7 thiab 25 r / s.
3.1.6 Rotational Torque: Qhov siab tshaj plaws torque rau qhov tsim no yog teem rau ntawm 150 kN·m.
3.2 Kev suav cov qauv tsim
Cov qauv tsim rau DTH, tshwj xeeb tshaj yog cov kev ua haujlwm tsis zoo ntawm DTH cov cuab yeej cuam tshuam, ua lub hauv paus rau kev tsim tshuab thiab txheeb xyuas qhov ua tau zoo ntawm cov khoom tsim.
3.2.1 Tsim Siab P rau cov cuab yeej cuam tshuam
Hauv Suav teb, lub siab ntawm 0.49 MPa (kwv yees li 5 × 10 ^ 5 Pa) yog dav xaiv raws li tus qauv tsim rau cov khoom siv pneumatic. Muab hais tias DTH rau qhov kev tsim no yog cov khoom siv tsis muaj qhov cuam tshuam nrog lub taub loj drilling thiab hnyav piston, siab dua huab cua yuav ntxiv dag zog rau kev ua haujlwm. Tsis tas li ntawd, cov tshuab cua compressors muaj ntau zuj zus, thiab raws li tus txheej txheem thoob ntiaj teb ISO 5941-1979, kev tsim siab ntawm 1.6 MPa raug xaiv.
3.2.2 Impact Power
Rau DTH siv los laum qhov loj txoj kab uas hla, qhov kev tsim cuam tshuam lub zog tuaj yeem hloov pauv tau. Lub zog cuam tshuam rau qhov kev tsim no yog xam raws li hauv qab no:
3.2.3 Impact zaus
Feem ntau, nyob rau hauv qhov kev cuam tshuam lub zog tas li, qhov cuam tshuam zaus yog proportional rau lub zog tso zis ntawm tus impactor. Txawm li cas los xij, thaum lub cylinder txoj kab uas hla yog tsau, nce qhov cuam tshuam zaus yuav tsum tau txo qis hauv piston stroke, uas nyob rau hauv lem txo qis ib qho kev cuam tshuam lub zog. Thaum ib qho kev cuam tshuam lub zog poob qis dua ib qho chaw pib, nce qhov zaus yuav tsis tau txais txiaj ntsig zoo ntawm pob zeb tawg. Yog li, kev xaiv ntawm qhov cuam tshuam zaus yog txwv los ntawm lub zog cuam tshuam.
Rau pneumatic DTH kev khiav hauj lwm ntawm qhov tsim siab ntawm 0.5 MPa, zaus yuav tsum tsis pub tshaj 16.8 Hz. Txij li thaum DTH ua haujlwm ntawm kev tsim kev kub siab ntawm 0.5 thiab 2.5 MPa, qhov cuam tshuam zaus tuaj yeem sib txawv. Kev xaiv thawj zaug ntawm tus impactor zaus tuaj yeem xam raws li hauv qab no:
f = 10.4 + 7.6p
(2) qhov twg P yog qhov system mov siab. Rau qhov tsim, P = 1.6 MPa, yog li:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Tus Qauv Parameter Tsim
Cov yam ntxwv tseem ceeb ntawm DTH muaj xws li lub tog raj kheej bore inch, piston stroke, thiab piston qhov ntev. Kev nce lub tog raj kheej txoj kab uas hla tuaj yeem txhim kho ob qho tib si cuam tshuam lub zog thiab zaus, yog li txoj kab uas hla yuav tsum tau ua kom siab tshaj plaws nyob rau hauv qhov txwv ntawm cov qauv loj. Feem ntau, qhov sib txawv ntawm sab nraud ntawm DTH thiab lub qhov taub yuav tsum tsis pub tsawg tshaj 15 mus rau 20 hli, thiab cov txheej txheej ntawm DTH yuav tsum tsis txhob nyias dhau. Yog li ntawd, qhov piv ntawm DTH lub tog raj kheej txoj kab uas hla mus rau drilling txoj kab uas hla yog feem ntau saum toj no 0.5.
3.3.1 Txoj kab uas hla ua haujlwm ntawm lub tog raj kheej thiab cov qauv kev ua haujlwm
Kev ua haujlwm txoj kab uas hla D ntawm lub tog raj kheej tuaj yeem xam raws li hauv qab no:
D = K × D (dhau) = (0.57 - 0.68) × D (bore) (3)
Rau qhov tsim no, D (bore) = 600 mm, yog li D yog coj li 360 mm. Tus qauv stroke S yog empirically coj li S = 500 mm.
3.3.2 Piston Loj
Cov radial qhov ntev ntawm lub piston yog txwv los ntawm qhov loj thiab cov qauv ntawm lub tog raj kheej, tso cai rau ob qho tib si los yog sib txawv txoj kab uas hla piston. Cov linear qhov ntev yog nyob ntawm qhov hnyav ntawm lub piston, uas tseem cuam tshuam rau qhov nrawm nws muaj thaum ntaus lub laum me ntsis. Yog li ntawd, kev txiav txim siab qhov ntev ntawm lub piston yog ib qho nyuaj ntawm DTH tsim. Qhov loj ntawm DTH piston tuaj yeem kwv yees li hauv qab no:
m = 0.0205D^2.84 (4)
qhov twg m yog lub piston loj hauv kg; D yog txoj kab uas hla ua haujlwm ntawm lub tog raj kheej hauv cm.
Hloov D = 36 yields: m = 540 kg.
DTH feem ntau muaj cov qauv sib kis ntawm lub zog thiab lub tshuab pneumatic. Cov qauv kev sib kis torque txuas nrog lub laum pas nrig thiab DTH, xa cov kev sib hloov txiav thiab rub tawm; lub pneumatic cuam tshuam mechanism tsim kev cuam tshuam, muab lub zog axial rau qhov cuam tshuam laum me ntsis. Cov ntsiab lus tshwj xeeb muaj nyob hauv daim duab 3.
Lub torque kis tau tus mob txuas lub laum pas nrig thiab lub impactor. Lub sab sauv sib txuas nrog lub laum pas nrig thiab lub impactor los ntawm cov yeeb nkab threads, feem ntau los xyuas kom meej roj nruj thaum tseem kis torque thiab rub quab yuam. Lub check valve tiv thaiv cov av nkos thiab dej los ntawm kev nkag mus rau lub impactor thiab laum pas nrig, tswj los ntawm lub caij nplooj ntoos hlav. Lub rooj zaum cua nkag nrog cov pa roj pas ua haujlwm los qhia cov cua compressed rau hauv lub tog raj kheej, ua kom yooj yim rau cov khoom siv roj ua ke nrog lub tog raj kheej thiab lub piston, yog li ua tiav cov khoom siv roj sib xyaw. Lub nplhaib kev nyab xeeb lub caij nplooj ntoos hlav tiv thaiv lub piston los ntawm zawv zawg tawm ntawm lub tog raj kheej thaum hloov lub laum me ntsis.
3.4 Finite Element Analysis ntawm DTH Drill Bit
DTH laum me ntsis yog raug cuam tshuam los ntawm lub piston thiab lub zog ntawm lub taub hau tsav. Lub zog quab yuam ntawm lub piston los ntawm cov cua compressed yog muab los ntawm:
F = P × S (5)
qhov twg P yog qhov system siab hauv Pa; S yog qhov quab yuam ntawm lub piston hauv m².
Yog li, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Yog li ntawd, lub zog cuam tshuam rau lub laum me ntsis yog:
F = kF (6)
qhov twg k yog qhov cuam tshuam coefficient; F yog lub zog quab yuam ntawm lub laum me ntsis los ntawm compressed cua hauv N. Yog li, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Lub torque siv rau DTH laum me ntsis los ntawm lub taub hau tsav yog N = 150 kN. Siv F ' = 2688 kN thiab N = 150 kN rau lub laum me ntsis thaum kho lub ntsej muag qis kawg ntawm lub laum me ntsis, thiab siv cov khoom siv QT500-7 nrog lub zog tawm los ntawm 320 MPa, finite element tsom xam yog ua. Cov kev thauj khoom tshwj xeeb thiab kev txwv thiab kev faib mesh tau qhia hauv daim duab 4 thiab 5.
Cov txiaj ntsig ntawm kev txheeb xyuas cov ntsiab lus finite tau pom nyob rau hauv daim duab 6, qhia tias qhov siab tshaj plaws kev ntxhov siab yog 144.355 MPa, uas yog tsawg dua qhov kev tawm dag zog ntawm QT500-7 (320 MPa), yog li ua tau raws li qhov yuav tsum tau ua.