Cracking Kode Hard Rock Drilling: Teknologi DTH Ganti Game.
Miturut kondisi geologi wilayah konstruksi, ana papat cara pengeboran utama sing umum digunakake dening rig pengeboran, kaya sing ditampilake ing Gambar 1.
a. Kepala rotary pneumatik utawa hidrolik sing digabungake karo peralatan impact ngirimake energi rotasi lan impact liwat ndhuwurpipa bor, ngirim energi menyang bit pengeboran liwat gelombang kejut ing pipa pengeboran. Cara iki diwatesi ing dhiameter cilik lan ambane cethek lan umume digunakake ing tambang, situs konstruksi, lan operasi pertambangan ing lemah.
b.Palu Down-The-Hole (DTH). dumunung ing ngisor senar pengeboran. Udhara sing dikompres mlebu ing DTH liwat senar pengeboran, nyopir piston kanthi gerakan bolak-balik sing langsung nyebabake mata bor, nransfer energi impact menyang watu. Sistem iki nduweni mundhut daya minimal lan utamané cocok kanggo bolongan jero, bolongan lurus, lan watu medium-hard.
c.Pengeboran Reverse Circulation (RC).nggunakake DTH kanggo ngumpulake lan transportasi sampel rock saka pasuryan saka dicokot pengeboran. Potongan garing lan ora kontaminasi dikirim liwat pipa tengah DTH menyang piranti koleksi sampel, nyiapake analisis geologi.
d. A gearbox mimpin dening hydraulic utawa motor listrik mbentuk sirah daya puteran, nglamar pasukan feed cekap kanggo dicokot pengeboran telung conthong liwat sistem feed sing gerakane munggah lan mudhun ing rig pengeboran lan pipa bor tembok nglukis. Cara iki digunakake kanggo watu alus utawa watu hard jointed kuwat.
- Prinsip lan Karakteristik DTH
Formasi sing dibor nganggo DTH meh kabeh bisa nyakup kabeh watu beku, watu metamorf, lan watu sedimen sing medium-hard utawa harder. DTH utamané mupangati kanggo ngebur hard rock lan hard strata amarga hard rock cenderung rapuh. Ing beban impact, fraktur ora mung dumadi ing situs impact langsung nanging uga nggawe zona rusak, asil ing pecahan rock luwih gedhe. Mangkono, kacepetan pengeboran luwih cepet dibandhingake karo pengeboran rotary murni. Model mekanik ing Figure 2 nggambarake macem-macem beban sing ditindakake ing watu sajrone pengeboran rotary impact.
Kajaba iku, pengeboran DTH (Down-the-Hole) efektif banget ing formasi sing rawan panyimpangan borehole, kayata strata kanthi sprei lan foliasi sing dikembangake kanthi apik, utawa lapisan watu kanthi kekerasan sing ora rata lan akeh patah. Bisa nyuda panyimpangan borehole kanthi signifikan lan uga ngatasi kesulitan ing pengeboran liwat lapisan kerikil lan kasur boulder.
Pengeboran DTH dikembangake ing pungkasan abad kaping 19 lan nduweni sejarah luwih saka siji abad. Senajan ana akeh jinis DTH penggerek, padha nuduhake fitur umum: loro mekanisme impact lan dicokot bor sing submerged menyang borehole ing, karo rotasi digabungake karo impact kanggo break rock. Peralatan sing digunakake kanggo ngasilake gaya impact bisa dikategorikake miturut metode nyopir dadi jinis pneumatik, hidrolik, tekanan minyak, listrik, lan mekanik.
Wiwit energi impact ngalami mundhut pinunjul nalika transmisi lan bisa nimbulaké karusakan substansial kanggo komponen impact, iku umume dibutuhake ing operasi pengeboran luwih jero sing peralatan lumebu ing borehole karo alat pengeboran, supaya pasukan impact output bisa langsung tumindak ing bit pengeboran utawa laras inti. Iki nyilikake mundhut energi nalika transmisi, nambah efisiensi energi, lan nyuda kemungkinan kegagalan peralatan downhole.
DTH pneumatik, uga dikenal minangka DTH sing didorong udara, kasedhiya ing pirang-pirang jinis struktur lan metode klasifikasi.
- Miturut rating tekanan: jinis tekanan dhuwur, tekanan medium, lan tekanan rendah.
- Miturut struktur sakabèhé: non-liwat lan liwat jinis.
- Miturut prinsip operasi katup: jinis katup kontrol, jinis katup gratis, lan jinis katup hibrida.
- Miturut struktur piston: piston diameteripun padha, piston diameteripun ora padha, lan jinis piston tandem.
- Miturut jinis distribusi udara: valved DTH lan valveless DTH. DTH katup bisa dipérang dadi katup piring, katup cakram, lan jinis katup silinder, dene DTH tanpa katup bisa dipérang dadi jinis exhaust rod tengah, jinis distribusi udara piston, lan distribusi udara gabungan kanthi piston, silinder, lan rod tengah.
- Kanthi cara ngumbah bolongan lan slag: ngumbah bolongan tengah, ngumbah bolongan ngarep, lan ngumbah bolongan sisih.
2. Penentuan Skema Struktural Mekanisme Dampak
2.1 Mekanisme Dampak Non-Valve Piston Self-Gas Supply
Jinis mekanisme impact iki utamané nggunakake peranganing gas ing piston dhewe kanggo sumber gas, asil ing struktur piston Komplek karo akeh saluran gas, kang nyuda kekuatan piston lan umur. Nanging, mekanisme impact iki nggabungake silinder njero lan njaba, nambah area kerja piston sing efektif lan nambah energi impact mekanisme kasebut.
2.2 Piston lan Silinder Gabungan Pasokan Gas Non-Katup Mekanisme Dampak
Jinis iki nduweni struktur prasaja sing gampang digawe, umur piston luwih dawa, lan bolongan gas ana ing silinder lan piston. Struktur iki akeh digunakake ing luar negeri.
2.3 Mekanisme Dampak Non-Valve Pusat Pasokan Gas Pipa
Ing mekanisme iki, saluran intake udara kanggo kamar ndhuwur lan ngisor disusun ing pipa bunder ing ngendi piston minger. Iki mbutuhake presisi manufaktur sing dhuwur lan umure relatif cendhak kanggo pipa tengah.
2.4 Mekanisme impact Exhaust sisih
Sing diarani exhaust sisih tegese jalur gas exhaust metu saka awak silinder tinimbang ngliwati tengah bor menyang ngisor bolongan. Mekanisme impact jinis iki biasane duwe akeh jalur intake lan exhaust ing awak silinder, sing ndadékaké kekuwatan struktural sing kurang, potensial retakan longitudinal longitudinal, lan mundhut tekanan udara sing signifikan, sing nyebabake penghapusan lebu suboptimal lan efek pendinginan kanggo bor.
2.5 Mekanisme Impact Exhaust Tengah
Mekanisme impact jinis iki ngusir lebu lan gas langsung saka tengah bor menyang ngisor bolongan. Aliran udara langsung ora mung nambah efisiensi mbusak puing nanging uga nambah efisiensi pengeboran lan pendinginan, ndawakake umur bor. Jinis struktural iki ngganti akeh alur longitudinal ing silinder njero saka mekanisme impact exhaust sisih karo alur annular, nemen ngurangi konsentrasi kaku ing silinder utama. Wis dadi struktur sing diadopsi sacara wiyar ing taun-taun pungkasan.
2.6 Mekanisme Dampak Piston Series
Mekanisme impact piston seri, uga dikenal minangka impactor dual-piston (sirah), mbagi silinder dadi rong kamar nggunakake dering isolasi. Desain iki ngidini loro pasuryan piston bisa bebarengan ing diameteripun bolongan padha, asil ing daya impact luwih lan frekuensi impact luwih. Kajaba iku, ana sistem knalpot dual sing efektif mbusak wêdakakêna rock saka ngisor bolongan. Nanging, drawback utama sawijining struktur Komplek lan perlu kanggo presisi dhuwur ing bagean mesin; contone,, piston wis nganti limang lumahing kawin karo komponen gadhah, kang matesi aplikasi lan promosi. Mulane, desain iki nganggo pilihan kaloro, yaiku mekanisme impact non-katup kanthi pasokan gas gabungan piston lan silinder. Struktur kasebut ditampilake ing Gambar 3.
3.Analisis Teoritis lan Petungan Relevan kanggo DTH
3.1 Pamilihan Parameter Operasi**
3.1.1 Dawa lan Bobot Pethel: Desain wiwitan nemtokake dawane kurang saka 4500 mm lan bobote kurang saka 2500 kg.
3.1.2 Diameter Pethel: Diameter palu sing cocog ditemtokake adhedhasar diameter pengeboran, disetel ing 540 mm.
3.1.3 Dhiameter Pengeboran: Iki nuduhake diameteripun bolongan tumpukan, umume antarane 550 mm lan 600 mm.
3.1.4 Drilling Depth: Miturut syarat desain tumpukan, iki biasane antarane sawetara rolas meter lan satus meter.
3.1.5 Drill Speed: DTH ngebur umume makaryakke ing kacepetan rotasi kurang, biasane antarane 7 lan 25 r / s.
3.1.6 Torsi rotasi: Torsi maksimum kanggo desain iki disetel ing 150 kN·m.
3.2 Pitungan Parameter Desain
Parameter desain kanggo DTH, khususe paramèter kinerja peralatan impact DTH, dadi basis kanggo desain mesin lan nemtokake kinerja peralatan sing diprodhuksi.
3.2.1 Desain Tekanan P kanggo Peralatan Dampak
Ing China, tekanan 0,49 MPa (kira-kira 5 × 10 ^ 5 Pa) dipilih kanthi akeh minangka standar desain kanggo peralatan impact pneumatik. Amarga DTH kanggo desain iki minangka piranti impact non-katup kanthi diameter pengeboran gedhe lan piston abot, tekanan udara sing luwih dhuwur bakal ningkatake kinerja. Kajaba iku, kompresor udara tekanan dhuwur tambah umum, lan miturut standar internasional ISO 5941-1979, tekanan desain 1.6 MPa dipilih.
3.2.2 Daya Dampak
Kanggo DTH digunakake kanggo pengeboran bolongan diameteripun gedhe, energi impact desain bisa fluctuate Ngartekno. Energi impact kanggo desain iki diitung kaya ing ngisor iki:
3.2.3 Frekuensi Dampak
Umumé, ing energi impact pancet, frekuensi impact sebanding karo daya output impactor. Nanging, nalika diameter silinder tetep, nambah frekuensi impact mbutuhake pangurangan ing stroke piston, kang siji sudo daya impact siji. Sawise daya impact siji tumiba ing ngisor ambang tartamtu, nambah frekuensi ora bakal ngasilake asil rock-bejat puas. Mangkono, pilihan frekuensi impact diwatesi dening daya impact.
Kanggo DTH pneumatik sing operasi ing tekanan desain 0,5 MPa, frekuensi ngirim ora ngluwihi 16,8 Hz. Wiwit DTH beroperasi ing tekanan desain antarane 0,5 lan 2,5 MPa, frekuensi impact bisa beda-beda sacara signifikan. Pilihan awal frekuensi impactor bisa diitung kaya ing ngisor iki:
f = 10,4 + 7,6P
(2) P = tekanan suplai sistem. Kanggo desain iki, P = 1,6 MPa, mulane:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Desain Parameter Struktur
Parameter struktural utama DTH kalebu diameter silinder, langkah piston, lan dimensi piston. Nambah diameter silinder bisa nambah daya impact lan frekuensi, supaya diameteripun kudu maksimal ing watesan saka ukuran struktural. Biasane, prabédan antarane diameter njaba saka DTH lan diameteripun bolongan ngirim ora kurang saka 15 kanggo 20 mm, lan casing njaba saka DTH ngirim ora banget lancip. Mulane, rasio diameter silinder DTH kanggo diameteripun pengeboran umume ndhuwur 0,5.
3.3.1 Dhiameter Kerja Silinder lan Stroke Struktural
Dhiameter kerja D saka silinder bisa diitung kaya ing ngisor iki:
D = K × D(lubang) = (0,57 - 0,68) × D(lubang) (3)
Kanggo desain iki, D (bore) = 600 mm, supaya D dijupuk minangka 360 mm. Stroke struktural S dijupuk sacara empiris minangka S = 500 mm.
3.3.2 Massa piston
Ukuran radial piston diwatesi dening ukuran lan struktur silinder, ngidini piston diameter sing padha utawa beda. Dimensi linear gumantung saka bobot piston, sing uga ana hubungane karo kecepatan nalika ngetokake bor. Mulane, nemtokake dimensi struktural piston minangka aspek kompleks saka desain DTH. Massa piston DTH bisa dikira kaya ing ngisor iki:
m = 0,0205D^2,84 (4)
ngendi m iku massa piston ing kg; D yaiku diameter kerja silinder ing cm.
Ngganti D = 36 ngasilake: m = 540 kg.
DTH utamane kasusun saka struktur transmisi torsi lan mekanisme impact pneumatik. Struktur transmisi torsi nyambungake rod pengeboran lan DTH, ngirimake nglereni rotasi lan narik pasukan; mekanisme impact pneumatik njedulake impact, nyediakake daya aksial kanggo dicokot bor impact. Rincian struktur spesifik ditampilake ing Gambar 3.
Struktur transmisi torsi nyambungake rod pengeboran lan impactor. Sambungan ndhuwur nyambungake karo rod pengeboran lan impactor liwat Utas pipe, utamané kanggo mesthekake tightness gas nalika uga ngirim torsi lan narik pasukan. Katup mriksa nyegah lendhut lan banyu mlebu ing impactor lan rod pengeboran, sing dikontrol dening spring. Kursi intake udhara kanthi rod panyedhiya gas nduweni fungsi kanggo ngenalake hawa sing dikompres menyang silinder, nggampangake tumindak pasokan gas bebarengan karo silinder lan piston, saengga entuk pasokan gas gabungan. Ring safety spring ngalangi piston saka ngusapake metu saka silinder nalika ngganti dicokot pengeboran.
3.4 Analisis Unsur Finite saka DTH Drill Bit
DTH bor bit kena pengaruh pasukan saka piston lan torsi saka sirah drive. Gaya sing ditindakake ing piston dening udara sing dikompres diwenehake dening:
F = P × S (5)
ing ngendi P yaiku tekanan sistem ing Pa; S yaiku area gaya piston ing m².
Dadi, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Mulane, gaya impact ing mata bor yaiku:
F' = kF (6)
ngendi k iku koefisien impact; F yaiku gaya sing ditindakake ing bit pengeboran dening udara sing dikompresi ing N. Dadi, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Torsi sing ditrapake kanggo bor DTH dening kepala drive yaiku N = 150 kN. Nglamar F '= 2688 kN lan N = 150 kN kanggo dicokot pengeboran nalika mbenakake pasuryan mburi ngisor bit pengeboran, lan nggunakake QT500-7 materi karo kekuatan ngasilaken saka 320 MPa, analisis unsur winates dileksanakake. Kondisi loading lan kendala tartamtu lan divisi bolong ditampilake ing Gambar 4 lan 5.
Asil analisis unsur winates ditampilake ing Figure 6, nuduhake yen kaku maksimum punika 144,355 MPa, kang kurang saka kekuatan ngasilaken saka QT500-7 (320 MPa), saéngga nyukupi syarat.