მყარი კლდის ბურღვის კოდის გატეხვა: თამაშის შეცვლის DTH ტექნოლოგია.
სამშენებლო ტერიტორიის გეოლოგიური პირობების მიხედვით, არსებობს ბურღვის ოთხი ძირითადი მეთოდი, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება საბურღი დანადგარების მიერ, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1.
ა. პნევმატური ან ჰიდრავლიკური მბრუნავი თავები შერწყმული დარტყმის მოწყობილობებთან ერთად გადასცემს ბრუნვისა და დარტყმის ენერგიას ზემოდან.საბურღი მილი, საბურღი მილში დარტყმითი ტალღების საშუალებით ენერგიის მიწოდება ბურღისთვის. ეს მეთოდი შემოიფარგლება მცირე დიამეტრით და არაღრმა სიღრმეებით და ძირითადად გამოიყენება კარიერებში, სამშენებლო ობიექტებში და მიწისქვეშა სამთო სამუშაოებში.
ბ.Down-The-Hole (DTH) ჩაქუჩები განლაგებულია საბურღი სიმის ბოლოში. შეკუმშული ჰაერი შემოდის DTH-ში საბურღი სიმის მეშვეობით, მოძრაობს დგუში ორმხრივი მოძრაობით, რომელიც პირდაპირ ზემოქმედებს საბურღი ბიტზე, გადააქვს დარტყმის ენერგია კლდეზე. ამ სისტემას აქვს მინიმალური სიმძლავრის დანაკარგი და განსაკუთრებით შესაფერისია ღრმა ხვრელების, სწორი ხვრელების და საშუალო სიმკვრივის ქანებისთვის.
გ.საპირისპირო ცირკულაციის (RC) ბურღვაიყენებს DTH-ს ბურღულის ზედაპირიდან ქანების ნიმუშების შესაგროვებლად და ტრანსპორტირებისთვის. მშრალი და დაუბინძურებელი კალმები გადაეცემა DTH-ის ცენტრალური მილით ნიმუშების შეგროვების მოწყობილობაში, ემზადება გეოლოგიური ანალიზისთვის.
დ. ჰიდრავლიკური ან ელექტროძრავით ამოძრავებული გადაცემათა კოლოფი ქმნის მბრუნავ დენის თავსახურს, რომელიც აწვდის საკმარის საკვებ ძალას სამკონუსიანი საბურღი ღვეზელისთვის კვების სისტემის მეშვეობით, რომელიც მოძრაობს მაღლა და ქვევით საბურღი მოწყობილობაზე და სქელკედლიან საბურღი მილზე. ეს მეთოდი გამოიყენება რბილი ქანებისთვის ან ძლიერად შეკრული მყარი ქანებისთვის.
- DTH-ის პრინციპები და მახასიათებლები
DTH-ით გაბურღული წარმონაქმნები თითქმის მთლიანად შეიცავენ ყველა ცეცხლოვან ქანებს, მეტამორფულ ქანებს და საშუალო სიმკვრივის ან უფრო მძიმე დანალექი ქანებს. DTH განსაკუთრებით ხელსაყრელია მყარი ქანების და ხისტი ფენების ბურღვისთვის, რადგან მყარი ქანები მყიფეა. ზემოქმედების დატვირთვის დროს, მოტეხილობები არა მხოლოდ ხდება უშუალო დარტყმის ადგილზე, არამედ ქმნის გატეხილ ზონას, რის შედეგადაც ხდება უფრო დიდი კლდის ფრაგმენტები. ამრიგად, ბურღვის სიჩქარე მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფია სუფთა მბრუნავ ბურღვასთან შედარებით. მექანიკური მოდელი სურათზე 2 ასახავს სხვადასხვა დატვირთვას, რომელიც მოქმედებს კლდეზე დარტყმითი მბრუნავი ბურღვის დროს.
გარდა ამისა, DTH (Down-the-Hole) ბურღვა ძალზე ეფექტურია ჭაბურღილის გადახრისკენ მიდრეკილ წარმონაქმნებში, როგორიცაა კარგად განვითარებული საწოლებით და ფოთლოვანი ფენები, ან ქანების ფენები არათანაბარი სიმტკიცით და მრავალი მოტეხილობით. მას შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს ჭაბურღილის გადახრა და ასევე გადალახოს სირთულეები ხრეშის ფენებსა და ლოდების საწოლებში ბურღვისას.
DTH ბურღვა შეიქმნა მე -19 საუკუნის ბოლოს და აქვს საუკუნეზე მეტი ხნის ისტორია. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს მრავალი სახის DTH საბურღი, მათ აქვთ საერთო მახასიათებელი: დარტყმის მექანიზმიც და საბურღიც ჩაძირულია ჭაბურღილში, როტაციით შერწყმულია დარტყმით კლდის გატეხვის მიზნით. დარტყმის ძალის წარმოქმნისთვის გამოყენებული აღჭურვილობა შეიძლება დაიყოს მათი მამოძრავებელი მეთოდით პნევმატური, ჰიდრავლიკური, ზეთის წნევის, ელექტრო და მექანიკური ტიპებად.
ვინაიდან დარტყმის ენერგია განიცდის მნიშვნელოვან დანაკარგს გადაცემის დროს და შეიძლება გამოიწვიოს ზემოქმედების ქვეშ მოქცეული კომპონენტების მნიშვნელოვანი დაზიანება, ზოგადად, უფრო ღრმა ბურღვის ოპერაციებისას საჭიროა, რომ მოწყობილობა შევიდეს ჭაბურღილში საბურღი ხელსაწყოთი, რათა გამომავალი დარტყმის ძალა იმოქმედოს უშუალოდ საბურღი ბიტზე ან ბირთვის ლულაზე. ეს ამცირებს ენერგიის დანაკარგს გადაცემის დროს, აუმჯობესებს ენერგოეფექტურობას და ამცირებს ხვრელში არსებული მოწყობილობების გაფუჭების ალბათობას.
პნევმატური DTH, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ჰაერზე ორიენტირებული DTH, მოდის მრავალი სტრუქტურული ტიპისა და კლასიფიკაციის მეთოდში.
- წნევის რეიტინგის მიხედვით: მაღალი წნევის, საშუალო წნევის და დაბალი წნევის ტიპები.
- მთლიანი სტრუქტურის მიხედვით: არა-გამტარი და მეშვეობით ტიპები.
- სარქვლის მუშაობის პრინციპით: საკონტროლო სარქვლის ტიპი, თავისუფალი სარქვლის ტიპი და ჰიბრიდული სარქვლის ტიპი.
- დგუშის სტრუქტურის მიხედვით: თანაბარი დიამეტრის დგუში, არათანაბარი დიამეტრის დგუში და ტანდემი დგუში.
- ჰაერის განაწილების ტიპის მიხედვით: სარქველიანი DTH და უსარქველი DTH. სარქველიანი DTH შეიძლება დაიყოს ფირფიტის სარქველად, დისკის სარქველად და ცილინდრული სარქველების ტიპებად, ხოლო უსარქველად DTH შეიძლება დაიყოს ცენტრალური ღეროების გამონაბოლქვის ტიპად, დგუშის ჰაერის განაწილების ტიპად და ჰაერის კომბინირებულ განაწილებად დგუშის, ცილინდრისა და ცენტრალური ღეროების მიხედვით.
- ხვრელით გარეცხვისა და წიდის გამონადენის მეთოდით: ცენტრალური ხვრელების რეცხვა, წინა ხვრელის რეცხვა და გვერდითი ხვრელის გამორეცხვა.
2. ზემოქმედების მექანიზმის სტრუქტურული სქემების განსაზღვრა
2.1 დგუშის თვითმმართველობის გაზის მიწოდება არასარქველი ზემოქმედების მექანიზმი
ამ ტიპის ზემოქმედების მექანიზმი ძირითადად იყენებს დგუშის გაზის გადასასვლელებს გაზის მიწოდებისთვის, რის შედეგადაც ხდება დგუშის რთული სტრუქტურა მრავალი გაზის არხით, რაც ამცირებს დგუშის სიმტკიცეს და სიცოცხლის ხანგრძლივობას. თუმცა, ეს ზემოქმედების მექანიზმი აერთიანებს შიდა და გარე ცილინდრებს, ზრდის დგუშის ეფექტურ სამუშაო არეალს და ზრდის მექანიზმის დარტყმის ენერგიას.
2.2 დგუშისა და ცილინდრის კომბინირებული გაზის მიწოდება არასარქველიანი ზემოქმედების მექანიზმი
ამ ტიპს აქვს მარტივი სტრუქტურა, რომლის დამზადებაც მარტივია, აქვს დგუშის სიცოცხლის ხანგრძლივობა და გაზის ხვრელები განლაგებულია როგორც ცილინდრზე, ასევე დგუშზე. ეს სტრუქტურა ფართოდ გამოიყენება საზღვარგარეთ.
2.3 ცენტრალური მილის გაზმომარაგების არასარქველი ზემოქმედების მექანიზმი
ამ მექანიზმში ზედა და ქვედა კამერებისთვის ჰაერის მიმღები გადასასვლელები განლაგებულია წრიულ მილზე, სადაც დგუში სრიალებს. ის მოითხოვს მაღალი წარმოების სიზუსტეს და აქვს შედარებით მოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობა ცენტრალური მილისთვის.
2.4 გვერდითი გამონაბოლქვი ზემოქმედების მექანიზმი
ეგრეთ წოდებული გვერდითი გამონაბოლქვი ნიშნავს, რომ გამონაბოლქვი აირის გზა გადის ცილინდრის კორპუსიდან, ვიდრე გადის საბურღი ბიტის ცენტრიდან ხვრელის ძირამდე. ამ ტიპის ზემოქმედების მექანიზმს, როგორც წესი, აქვს მრავალი მიმღები და გამონაბოლქვი ბილიკი ცილინდრის სხეულზე, რაც იწვევს ცუდ სტრუქტურულ სიმტკიცეს, გრძივი დაღლილობის ბზარების პოტენციალს და ჰაერის წნევის მნიშვნელოვან დაკარგვას, რაც იწვევს ნამსხვრევების არაოპტიმალურ მოცილებას და ბურღის გამაგრილებელ ეფექტს.
2.5 ცენტრის გამონაბოლქვი ზემოქმედების მექანიზმი
ამ ტიპის ზემოქმედების მექანიზმი გამოდევნის ნამსხვრევებს და გაზს საბურღი ბიტის ცენტრიდან ხვრელის ძირამდე. პირდაპირი ჰაერის ნაკადი არა მხოლოდ აძლიერებს ნამსხვრევების მოცილების ეფექტურობას, არამედ აუმჯობესებს ბურღვის ეფექტურობას და გაგრილებას, ახანგრძლივებს საბურღი ბიტის სიცოცხლეს. ეს სტრუქტურული ტიპი ცვლის გვერდითი გამონაბოლქვის მექანიზმების შიდა ცილინდრში არსებულ მრავალრიცხოვან გრძივი ღარებს რგოლოვანი ღარით, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს სტრესის კონცენტრაციას შიდა ცილინდრში. ბოლო წლებში იგი ფართოდ მიღებული სტრუქტურა გახდა.
2.6 სერიის დგუშის ზემოქმედების მექანიზმი
სერიული დგუშის ზემოქმედების მექანიზმი, რომელიც ასევე ცნობილია, როგორც ორდგუშიანი (თავის) დარტყმა, ყოფს ცილინდრს ორ კამერად საიზოლაციო რგოლის გამოყენებით. ეს დიზაინი საშუალებას აძლევს დგუშის ორივე ნაწილს ერთდროულად იმუშაოს იმავე დიამეტრის ფარგლებში, რაც გამოიწვევს დარტყმის უფრო დიდ ძალას და უფრო მაღალ დარტყმის სიხშირეს. შესაბამისად, არსებობს ორმაგი გამონაბოლქვი სისტემა, რომელიც ეფექტურად აშორებს ქვის ფხვნილს ხვრელის ძირიდან. თუმცა, მისი მთავარი ნაკლი არის რთული სტრუქტურა და დამუშავების ნაწილების მაღალი სიზუსტის საჭიროება; მაგალითად, დგუშის აქვს ხუთამდე შეჯვარებადი ზედაპირი ასოცირებულ კომპონენტებთან, რაც ზღუდავს მის გამოყენებას და პოპულარიზაციას. აქედან გამომდინარე, ეს დიზაინი იღებს მეორე ვარიანტს, რომელიც არის დგუშისა და ცილინდრის კომბინირებული გაზის მიწოდებით არასარქველიანი ზემოქმედების მექანიზმი. მისი სტრუქტურა ნაჩვენებია სურათზე 3.
3.თეორიული ანალიზი და შესაბამისი გამოთვლები DTH-სთვის
3.1 ოპერაციული პარამეტრების შერჩევა**
3.1.1 ჩაქუჩის სიგრძე და წონა: წინასწარი დიზაინი განსაზღვრავს 4500 მმ-ზე ნაკლებ სიგრძეს და 2500 კგ-ზე ნაკლებ წონას.
3.1.2 ჩაქუჩის დიამეტრი: ჩაქუჩის შესაბამისი დიამეტრი განისაზღვრება ბურღვის დიამეტრის საფუძველზე, დაყენებული 540 მმ.
3.1.3 ბურღვის დიამეტრი: ეს ეხება წყობის ხვრელის დიამეტრს, ზოგადად 550 მმ-დან 600 მმ-მდე.
3.1.4 ბურღვის სიღრმე: წყობის დიზაინის მოთხოვნების მიხედვით, ეს ჩვეულებრივ არის რამდენიმე ათეული მეტრიდან ას მეტრამდე.
3.1.5 ბურღვის სიჩქარე: DTH ბურღვა ჩვეულებრივ მუშაობს დაბალი ბრუნვის სიჩქარით, როგორც წესი, 7-დან 25 რ/წმ-მდე.
3.1.6 ბრუნვის მომენტი: მაქსიმალური ბრუნი ამ დიზაინისთვის დაყენებულია 150 კნ·მ.
3.2 დიზაინის პარამეტრების გაანგარიშება
DTH-ის დიზაინის პარამეტრები, კონკრეტულად DTH ზემოქმედების აღჭურვილობის შესრულების პარამეტრები, ემსახურება მანქანის დიზაინის საფუძველს და განსაზღვრავს წარმოებული აღჭურვილობის მუშაობას.
3.2.1 საპროექტო წნევა P ზემოქმედების აღჭურვილობისთვის
ჩინეთში 0,49 მპა (დაახლოებით 5 × 10^5 პა) წნევა ფართოდ არის არჩეული პნევმატური ზემოქმედების აღჭურვილობის დიზაინის სტანდარტად. იმის გათვალისწინებით, რომ ამ დიზაინისთვის DTH არის არასარქვლის დარტყმის მოწყობილობა დიდი საბურღი დიამეტრით და მძიმე დგუშით, ჰაერის მაღალი წნევა კიდევ უფრო გაზრდის მუშაობას. გარდა ამისა, მაღალი წნევის ჰაერის კომპრესორები სულ უფრო ხშირია და საერთაშორისო სტანდარტის ISO 5941-1979 შესაბამისად, არჩეულია დიზაინის წნევა 1.6 მპა.
3.2.2 ზემოქმედების ძალა
DTH-სთვის, რომელიც გამოიყენება დიდი დიამეტრის ხვრელების გასაბურღად, დიზაინის ზემოქმედების ენერგია შეიძლება მნიშვნელოვნად მერყეობდეს. ამ დიზაინისთვის ზემოქმედების ენერგია გამოითვლება შემდეგნაირად:
3.2.3 ზემოქმედების სიხშირე
ზოგადად, მუდმივი დარტყმის ენერგიის პირობებში, ზემოქმედების სიხშირე პროპორციულია იმპულსის გამომავალი სიმძლავრისა. თუმცა, როდესაც ცილინდრის დიამეტრი ფიქსირდება, დარტყმის სიხშირის გაზრდა მოითხოვს დგუშის დარტყმის შემცირებას, რაც თავის მხრივ ამცირებს ერთჯერადი დარტყმის ძალას. მას შემდეგ, რაც ერთჯერადი ზემოქმედების სიმძლავრე დაეცემა გარკვეულ ზღურბლს ქვემოთ, სიხშირის გაზრდა არ იძლევა დამაკმაყოფილებელ შედეგებს კლდის მსხვრევაზე. ამრიგად, დარტყმის სიხშირის შერჩევა შეზღუდულია ზემოქმედების სიმძლავრით.
პნევმატური DTH-სთვის, რომელიც მუშაობს 0,5 მპა საპროექტო წნევით, სიხშირე არ უნდა აღემატებოდეს 16,8 ჰც-ს. ვინაიდან DTH მუშაობს საპროექტო წნევით 0,5-დან 2,5 მპა-მდე, ზემოქმედების სიხშირე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. დარტყმის სიხშირის საწყისი არჩევანი შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:
f = 10.4 + 7.6P
(2) სადაც P არის სისტემის მიწოდების წნევა. ამ დიზაინისთვის, P = 1.6 მპა, შესაბამისად:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 ჰც.
3.3 სტრუქტურული პარამეტრის დიზაინი
DTH-ის ძირითადი სტრუქტურული პარამეტრები მოიცავს ცილინდრის ნახვრეტის დიამეტრს, დგუშის დარტყმას და დგუშის ზომებს. ცილინდრის დიამეტრის გაზრდამ შეიძლება გაზარდოს დარტყმის ძალა და სიხშირე, ამიტომ დიამეტრი მაქსიმალურად უნდა იყოს სტრუქტურული ზომის ფარგლებში. როგორც წესი, DTH-ის გარე დიამეტრსა და ჭაბურღილის დიამეტრს შორის სხვაობა არ უნდა იყოს 15-დან 20 მმ-ზე ნაკლები, ხოლო DTH-ის გარე გარსაცმები არ უნდა იყოს ძალიან თხელი. ამიტომ, DTH ცილინდრის დიამეტრის შეფარდება ბურღვის დიამეტრთან ზოგადად 0,5-ზე მეტია.
3.3.1 ცილინდრის სამუშაო დიამეტრი და სტრუქტურული დარტყმა
ცილინდრის სამუშაო დიამეტრი D შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:
D = K × D(ბური) = (0.57 - 0.68) × D(ჭურვი) (3)
ამ დიზაინისთვის, D(ჭურვი) = 600 მმ, ამიტომ D აღებულია 360 მმ. სტრუქტურული დარტყმა S ემპირიულად აღებულია როგორც S = 500 მმ.
3.3.2 დგუშის მასა
დგუშის რადიალური ზომები შეზღუდულია ცილინდრის ზომითა და სტრუქტურით, რაც იძლევა თანაბარი ან განსხვავებული დიამეტრის დგუშების არსებობის საშუალებას. წრფივი ზომები დამოკიდებულია დგუშის წონაზე, რომელიც ასევე ეხება სიჩქარეს, რომელიც მას აქვს საბურღი ბიტზე დარტყმისას. აქედან გამომდინარე, დგუშის სტრუქტურული ზომების განსაზღვრა არის DTH დიზაინის რთული ასპექტი. DTH დგუშის მასა შეიძლება შეფასდეს შემდეგნაირად:
მ = 0.0205D^2.84 (4)
სადაც m არის დგუშის მასა კგ-ში; D არის ცილინდრის სამუშაო დიამეტრი სმ-ში.
ჩანაცვლება D = 36 იძლევა: m = 540 კგ.
DTH ძირითადად შედგება ბრუნვის გადაცემის სტრუქტურისა და პნევმატური ზემოქმედების მექანიზმისგან. ბრუნვის გადაცემის სტრუქტურა აკავშირებს საბურღი ღეროსა და DTH-ს, გადასცემს ბრუნვის ჭრის და გამწევ ძალებს; პნევმატური ზემოქმედების მექანიზმი წარმოქმნის ზემოქმედებას, რაც უზრუნველყოფს ღერძულ ძალას დარტყმის ბურღვისთვის. კონკრეტული სტრუქტურის დეტალები ნაჩვენებია სურათზე 3.
ბრუნვის გადამცემი სტრუქტურა აკავშირებს საბურღი ღეროსა და იმპექტორს. ზედა სახსარი უერთდება საბურღი ღეროს და იმპულსს მილის ძაფებით, უპირველეს ყოვლისა, რათა უზრუნველყოს გაზის შებოჭილობა და ასევე გადასცეს ბრუნი და გამწევი ძალა. გამშვები სარქველი ხელს უშლის ტალახისა და წყლის შეღწევას იმპულსსა და საბურღი ღეროში, რომელსაც აკონტროლებს ზამბარა. ჰაერის მიმღები სავარძელი გაზის მიწოდების ღეროთი ფუნქციონირებს შეკუმშული ჰაერის შეყვანაში ცილინდრში, რაც ხელს უწყობს გაზის მიწოდების მოქმედებას ცილინდრთან და დგუშთან ერთად, რითაც მიიღწევა გაზის კომბინირებული მიწოდება. ზამბარის დამცავი რგოლი ხელს უშლის დგუშის ცილინდრიდან გაცურვას საბურღი ბიტის შეცვლისას.
3.4 DTH საბურღი ბიტის სასრულ ელემენტების ანალიზი
DTH საბურღი ბიტი ექვემდებარება დარტყმის ძალებს დგუშიდან და ბრუნვის მომენტს ამძრავის თავიდან. შეკუმშული ჰაერის მიერ დგუშზე მოქმედი ძალა მოცემულია:
F = P × S (5)
სადაც P არის სისტემის წნევა Pa-ში; S არის დგუშის ძალის ფართობი m²-ში.
ამრიგად, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
მაშასადამე, საბურღი ბიტზე დარტყმის ძალა არის:
F' = kF (6)
სადაც k არის ზემოქმედების კოეფიციენტი; F არის ძალა, რომელსაც ახორციელებს საბურღი ბიტზე შეკუმშული ჰაერი N-ში. ამრიგად, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
ბრუნვის მომენტი, რომელიც გამოიყენება DTH საბურღი ბიტზე წამყვანის მიერ არის N = 150 kN. F' = 2688 kN და N = 150 kN საბურღი ბიტზე დაყენებისას საბურღი ბიტის ქვედა ბოლო სახის დამაგრებისას და QT500-7 მასალის გამოყენებით 320 მპა სიმტკიცით, სასრული ელემენტების ანალიზი ხორციელდება. დატვირთვისა და შეზღუდვის სპეციფიკური პირობები და ბადის გაყოფა ნაჩვენებია სურათებში 4 და 5.
სასრული ელემენტების ანალიზის შედეგები ნაჩვენებია ნახაზ 6-ზე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მაქსიმალური დაძაბულობა არის 144,355 მპა, რაც ნაკლებია QT500-7-ის (320 მპა) გამტარუნარიანობაზე, რაც აკმაყოფილებს მოთხოვნებს.