Progressi nella tecnologia di perforazione DTH idraulica e ad acqua.

1. Vantaggi delle perforatrici idrauliche per rocce

① Alta pressione idraulica: in genere compresa tra 10 e 25 MPa, con una tendenza verso limiti più elevati. Questa è da diverse a decine di volte superiore alla pressione pneumatica.

② Elevata potenza di uscita: generalmente tra 5 e 20 kW. Alcuni modelli, come il COP4050 di ATLAS e l'HL2000 di TAMROCK, raggiungono i 40 kW, mentre l'HL4000 raggiunge fino a 70 kW.

③ Velocità di perforazione elevata: solitamente si raggiunge una velocità di perforazione di 1–3 m/min.

④ Elevata efficienza: l'efficienza delle perforatrici idrauliche può raggiungere il 50% e le pompe idrauliche sono più efficienti dei compressori d'aria. Di conseguenza, l'utilizzo complessivo di energia è significativamente più elevato rispetto a quello dei sistemi di perforazione pneumatica.

2. Svantaggi delle perforatrici idrauliche

① Perdita di trasmissione di energia: poiché la perforatrice è posizionata nella parte superiore dell'asta di perforazione, le perdite di trasmissione di energia aumentano con l'aumentare della profondità del foro, con conseguente riduzione della velocità di perforazione.

② Elevata usura dell'asta di perforazione: con l'aumentare della potenza delle perforatrici idrauliche, aumenta anche lo stress sull'asta di perforazione, con conseguenti maggiori tassi di danneggiamento. Sebbene tecnologie come la perforazione del rivestimento di Atlas Copco aiutino a ridurre lo stress, aumentano i costi e non risolvono completamente il problema, limitando così la potenza di uscita della perforatrice. Ad esempio, mentre la potenza della COP4050 è stimata a 40 kW, solo 30 kW vengono utilizzati per la perforazione di fori profondi per ridurre al minimo lo stress sull'attrezzatura.

③Deviazione del foro di perforazione: le aste di perforazione sopportano sia forze d'impatto che coppie, causando flessioni e deformazioni, che riducono la precisione del foro di perforazione.

3. Vantaggi diIn fondo al foro (DTH)Esercizi

① Nessuna perdita di trasmissione di energia: il martello colpisce direttamente ilpunta da trapano, eliminando la necessità di trasferire l'energia d'impatto tramite l'asta di perforazione, garantendo una velocità di perforazione costante indipendentemente dalla profondità.

② Fori di perforazione dritti: la barra di perforazione ha un'elevata rigidità, non è soggetta a forze di impatto e trasmette solo coppia con una pressione assiale minima. Ciò impedisce flessioni e deformazioni, garantendo fori di perforazione dritti e lisci. Le trivelle DTH funzionano meglio in formazioni fratturate, strati inclinati o durezza variabile della roccia.

③ Rimozione efficiente dei detriti: il mezzo di potenza funge anche da mezzo di lavaggio, pulendo a fondo il foro ed evitando di perforare eccessivamente.

④ Basso rumore: poiché l'impatto avviene sul fondo del foro, il rumore è significativamente inferiore rispettotrapani a percussione superiore.

⑤ Ampia applicabilità: fatta eccezione per le formazioni molto tenere, le trivelle DTH funzionano in modo ottimale in tutti i tipi di roccia, superando le trivelle da roccia a martello superiore in termini di diametro e profondità del foro raggiungibili.

Considerati questi vantaggi, la perforazione DTH è ampiamente considerata la scelta migliore: il 90% delle cave britanniche adotta questo metodo.

4. Svantaggi dei trapani pneumatici DTH

① Bassa pressione e potenza: lo svantaggio principale delle trivelle pneumatiche DTH è la loro bassa pressione dell'aria e potenza di uscita, che comporta velocità di perforazione più lente. Sebbene i progressi abbiano aumentato la pressione dell'aria a 2,5 MPa, questa è ancora ben al di sotto della pressione idraulica delle trivelle da roccia. Inoltre, i compressori d'aria ad alta pressione sono costosi, richiedono azionamenti ad alta potenza, producono più rumore e perdono efficienza in modo significativo nelle aree ad alta quota.

② Bassa efficienza nell'utilizzo dell'energia: le perforatrici pneumatiche DTH consumano tre volte più energia per metro perforato rispetto alle perforatrici idrauliche.

5. Applicazioni dell'idraulicaMartelli DTH

Per integrare i vantaggi delle perforatrici idrauliche (alta pressione ed efficienza) e delle perforatrici DTH (fori di trivellazione dritti), la tedesca Hausherr ha sviluppato la "Rapid Hydraulic DTH Drill" nei primi anni '90. Sia i suoi meccanismi di rotazione che quelli di impatto sono azionati idraulicamente. Il martello è dotato di due linee di olio per l'alimentazione e il ritorno. Le perforatrici Rapid sono disponibili in tre diametri: 90 mm, 115 mm e 150 mm, adatti per fori di trivellazione con diametri rispettivamente di 100-125 mm, 127-156 mm e 168-230 mm.

Un test comparativo tra la Rapid e la perforatrice pneumatica DTH HBM80S di Hausherr ha dimostrato che, per diametri di foro identici (125 mm) e profondità (36 m), la Rapid ha mostrato notevoli vantaggi economici con rapporti di potenza del motore, consumo di carburante e consumo di olio lubrificante inferiori, rispettivamente pari a 0,46, 0,46 e 0,47.

6. Applicazioni dei martelli idraulici alimentati ad acqua

La svedese LKAB e la sua sussidiaria G-Drill hanno sviluppato il "Wassara Water-Powered DTH Hammer" alla fine degli anni '80. Utilizzando acqua di miniera filtrata come mezzo, funziona a una pressione di 18-20 MPa e portate di 200-300 L/min. Con velocità di perforazione medie di 850 mm/min, supera i martelli pneumatici (tipicamente 320 mm/min).

Il martello Wassara ha dimostrato prestazioni eccezionali, come la riduzione della deviazione del foro di trivellazione della metà e l'aumento della produttività dell'86% nelle miniere LKAB. Le applicazioni includono la cementazione della metropolitana a New York e la perforazione geotermica in Svizzera, dove ha completato un foro di trivellazione di 599,8 m in 5 giorni, rispetto alle 3 settimane delle tradizionali trivelle rotanti.

7. Confronto: martelli idraulici azionati ad acqua e martelli idraulici azionati a fluido

Martelli idraulici: sfruttano la pressione statica dell'acqua, ottenendo maggiore efficienza e velocità di perforazione, adatti per applicazioni minerarie.

Martelli azionati da fluido: sfruttano la pressione dinamica dell'acqua e sono generalmente limitati alla perforazione geologica con pressioni inferiori (0,5–4 MPa) ed efficienza (

8. Conclusion

Idraulico e ad acquaMartelli DTHcombinano i vantaggi dei martelli idraulici top-hammer e dei martelli pneumatici DTH, offrendo bassi consumi energetici, elevate velocità di perforazione e fori dritti. Il mezzo unificato per potenza e lavaggio rende i martelli ad acqua più promettenti per lo sviluppo futuro.