Knacken de Code vun Hard Rock Bueraarbechten: D'Spill-Änneren DTH Technology.
No de geologesche Bedéngungen vum Baugebitt ginn et véier Haaptbuermethoden déi allgemeng vun Buergeräte benotzt ginn, wéi an der Figur 1.
a. Pneumatesch oder hydraulesch ugedriwwe Rotary Heads kombinéiert mat Impaktausrüstung iwwerdroen Rotatiouns- an Impaktenergie duerch d'Spëtzt vumBohrpäif, d'Energie un d'Bohrbit iwwer Schockwellen an der Buerleitung liwweren. Dës Method ass limitéiert op kleng Duerchmiesser a flaach Déiften a gëtt allgemeng a Steebroch, Bauplazen an ënnerierdesche Biergoperatiounen benotzt.
b.Down-The-Hole (DTH) Hammers sinn um ënnen vun der Bueraarbechten String etabléiert. Kompriméiert Loft trëtt an d'DTH duerch d'Bohrstreng an, dreift e Kolben an enger Réckbewegung, déi direkt d'Bohrbit beaflosst, an d'Schlagenergie op de Fiels iwwerdroen. Dëse System huet minimale Kraaftverloscht an ass besonnesch gëeegent fir déif Lächer, riicht Lächer a mëttel-haard Fielsen.
c.Ëmgedréint Circulatioun (RC) Bueraarbechtenbenotzt DTH fir Fielsproben aus dem Gesiicht vum Buer ze sammelen an ze transportéieren. Dréchen an onkontaminéiert Ausschnëtter ginn duerch d'Mëtt Päif vun der DTH an e Probe Sammelapparat vermëttelt, fir d'geologesch Analyse virzebereeden.
d. Eng Gearbox, déi duerch hydraulesch oder Elektromotoren ugedriwwe gëtt, bildt e rotéierende Kraaftkopf, deen genuch Fudderkraaft op den Dräi-Kegelbohrbitt duerch e Fuddersystem applizéiert deen op an erof op den Bohrrig an en déckwandegt Buerpipe beweegt. Dës Method gëtt benotzt fir méi mëll Fielsen oder staark verbonnen haart Fielsen.
- Prinzipien an Charakteristiken vun DTH
D'Formatiounen, déi mat DTH gebohrt sinn, si bal ganz fäeg all igneous Fielsen, metamorphesche Fielsen a sedimentäre Fielsen ze enthalen déi mëttel- oder méi haart sinn. DTH ass besonnesch avantagéis fir schwéier Fiels an haart Schichten ze bueren, well Hard Rock tendéiert brécheg ze sinn. Ënner Impaktlasten entstinn Frakturen net nëmmen um direkten Impaktplaz, mee entstinn och eng gebrach Zone, wat zu méi grouss Fielsfragmenter resultéiert. Sou ass d'Buergeschwindegkeet wesentlech méi séier am Verglach mat purem Rotatiounsbueren. De mechanesche Modell an der Figur 2 illustréiert déi verschidde Lasten, déi op de Fiels wärend dem Impakt Rotatiounsbueren handelen.
Zousätzlech ass DTH (Down-the-Hole) Buerungen héich effektiv a Formatiounen, déi ufälleg sinn fir Borehole-Deviatioun, sou wéi Schichten mat gutt entwéckelt Bettwäsch a Foliatioun, oder Fielsschichten mat ongläiche Hardness a vill Frakturen. Et kann däitlech Ofwäichung vun der Borehole reduzéieren an och Schwieregkeeten iwwerwannen beim Buer duerch Kiesschichten a Boulderbetter.
DTH Bueraarbechten gouf am spéiden 19. Joerhonnert entwéckelt an huet eng Geschicht vun iwwer engem Joerhonnert. Obwuel et vill Zorte vun DTH Bueraarbechten sinn, deelen se eng gemeinsam Fonktioun: souwuel den Impakt Mechanismus an der Bueraarbechten sinn ënnergeet an der borehole, mat Rotatioun kombinéiert mat Impakt de Fiels ze briechen. D'Ausrüstung, déi benotzt gëtt fir d'Schlagkraaft ze generéieren, kann duerch hir Fahrmethod a pneumatesch, hydraulesch, Uelegdrock, elektresch a mechanesch Typen kategoriséiert ginn.
Zënter Impaktenergie erliewt e wesentleche Verloscht wärend der Iwwerdroung a kann e wesentleche Schued un déi beaflosst Komponente verursaachen, ass et allgemeng bei méi déif Bueraarbechten erfuerderlech datt d'Ausrüstung an d'Borhole mam Buerinstrument erakënnt, sou datt d'Ausgangsschlagkraaft direkt op d'Bohrbit oder de Kärfass handele kann. Dëst miniméiert den Energieverloscht wärend der Iwwerdroung, verbessert d'Energieeffizienz, a reduzéiert d'Wahrscheinlechkeet vun Downhole Ausrüstungsfehler.
Pneumatesch DTH, och bekannt als Loftgedriwwen DTH, kënnt a ville strukturellen Aarten a Klassifikatiounsmethoden.
- Duerch Drockbewäertung: Héichdrock-, Mëtteldrock- a Low-Drock-Typen.
- Duerch allgemeng Struktur: Net-duerch an duerch Typen.
- Duerch Ventiloperatiounsprinzip: Kontrollventil Typ, fräi Ventil Typ, an Hybrid Ventil Typ.
- Duerch Piston Struktur: gläichen Duerchmiesser Piston, ongläich Duerchmiesser Piston, an Tandem Piston Zorte.
- Duerch Loftverdeelungstyp: Ventil DTH a Ventillos DTH. Valved DTH kann a Plackventil, Disc Ventil, an zylindresch Ventiltypen ënnerdeelt ginn, wärend valveless DTH kann an den Zentrumstabe Auspufftyp, Kolbenluftverdeelungstyp a kombinéiert Loftverdeelung duerch Kolben, Zylinder, an Zentrumstab opgedeelt ginn.
- Duerch Lachwäschen a Schlackentladungsmethod: Zentrum Lachwäschen, Front Lachwäschen a Säit Lachwäschen.
2. Bestëmmung vun Impakt Mechanismus strukturell Schemaen
2.1 Piston Self-Gas Fourniture Non-Ventil Impakt Mechanismus
Dës Zort Impaktmechanismus benotzt haaptsächlech d'Gaspassagen am Kolben selwer fir d'Gasversuergung, wat zu enger komplexer Kolbenstruktur mat villen Gaskanäl resultéiert, wat d'Kolbenkraaft an d'Liewensdauer reduzéiert. Wéi och ëmmer, dësen Impaktmechanismus integréiert déi banneschten an äusseren Zylinder, erhéicht den effektiven Aarbechtsberäich vum Kolben an verbessert d'Schlagenergie vum Mechanismus.
2.2 Piston an Zylinder kombinéiert Gas Fourniture Non-Ventil Impakt Mechanismus
Dësen Typ huet eng einfach Struktur déi einfach ass ze fabrizéieren, huet eng méi laang Kolbensdauer, an d'Gaslächer sinn souwuel um Zylinder wéi och um Kolben. Dës Struktur ass wäit am Ausland benotzt.
2.3 Center Pipe Gas Fourniture Non-Ventil Impakt Mechanismus
An dësem Mechanismus sinn d'Loftaufnahmepassagen fir déi iewescht an déi ënnescht Kammer op der kreesfërmeger Päif arrangéiert, wou de Kolben rutscht. Et verlaangt héich Fabrikatioun Präzisioun an huet eng relativ kuerz Liewensdauer fir den Zentrum Päif.
2.4 Säit Auspuff Impakt Mechanismus
De sougenannte Säit Auspuff bedeit datt den Auspuffgaswee aus dem Zylinderkierper erausgeet anstatt duerch d'Mëtt vum Buer bis zum Enn vum Lach ze goen. Dës Aart vun Impaktmechanismus huet typesch vill Intake- an Auspuffweeër um Zylinderkierper, wat zu enger schlechter struktureller Kraaft féiert, Potenzial fir Längsmüdegkeetsrëss, a bedeitende Verloscht vum Loftdrock, wat zu suboptimaler Offallentfernung an Ofkillungseffekter fir den Bohrbit resultéiert.
2.5 Center Auswee Impakt Mechanismus
Dës Zort vun Impakt Mechanismus verdreiwen Dreck a Gas direkt aus dem Zentrum vun der Bueraarbechten bis ënnen vum Lach. Direkte Loftfloss verbessert net nëmmen d'Effizienz vun der Ofschnëttertfernung, awer verbessert och d'Bohreffizienz an d'Ofkillung, verlängert d'Liewensdauer vum Buer. Dëse strukturellen Typ ersetzt déi vill Längsrillen am banneschten Zylinder vu Säitenauspuff-Schlagmechanismus mat enger annularer Groove, wat d'Stresskonzentratioun am banneschten Zylinder staark reduzéiert. Et ass an de leschte Joeren eng wäit adoptéiert Struktur ginn.
2.6 Serie Piston Impakt Mechanismus
De Serie Piston Impakt Mechanismus, och als Dual-Piston (Kapp) Impaktor bekannt, trennt den Zylinder an zwou Chambers mat engem Isoléierungsring. Dësen Design erlaabt béid Piston Gesiichter gläichzäiteg am selwechten Duerchmiesser ze schaffen, wat zu enger méi grousser Impaktkraaft a méi héijer Impaktfrequenz resultéiert. Entspriechend gëtt et en duebelen Auspuffsystem deen effektiv Fielspudder aus dem Buedem vum Lach läscht. Wéi och ëmmer, säin Haapt Nodeel ass seng komplex Struktur an de Besoin fir héich Präzisioun bei der Bearbeitungsdeeler; zum Beispill, de Piston huet bis zu fënnef mating Fläch mat verbonne Komponente, déi limitéiert seng Applikatioun an Promotioun. Dofir adoptéiert dësen Design déi zweet Optioun, déi den Net-Ventil-Schlagmechanismus mat Kolben an Zylinder kombinéiert Gasversuergung ass. Seng Struktur ass an der Figur 3 gewisen.
3.Theoretesch Analyse a relevant Berechnungen fir DTH
3.1 Selektioun vun Operatiounsparameter**
3.1.1 Hammer Längt a Gewiicht: De virleefegen Design spezifizéiert eng Längt vu manner wéi 4500 mm an e Gewiicht vu manner wéi 2500 kg.
3.1.2 Hammer Duerchmiesser: De passenden Hammer Duerchmiesser gëtt op Basis vum Buerduerchmiesser bestëmmt, op 540 mm gesat.
3.1.3 Buer Duerchmiesser: Dëst bezitt sech op den Duerchmiesser vum Koup Lach, allgemeng tëscht 550 mm an 600 mm.
3.1.4 Buerdéift: Geméiss d'Ufuerderunge vum Koup Design ass dëst typesch tëscht e puer Dosende Meter an honnert Meter.
3.1.5 Buergeschwindegkeet: DTH Bueraarbecht funktionéiert allgemeng bei nidderegen Rotatiounsgeschwindegkeet, typesch tëscht 7 an 25 r / s.
3.1.6 Rotatiounsmoment: Déi maximal Dréimoment fir dësen Design ass op 150 kN·m gesat.
3.2 Berechnung vun Design Parameteren
D'Designparameter fir DTH, speziell d'Performanceparameter vun der DTH Impaktausrüstung, déngen als Basis fir Maschinndesign an definéieren d'Leeschtung vun der fabrizéierter Ausrüstung.
3.2.1 Design Drock P fir Impakt Equipement
A China ass en Drock vun 0,49 MPa (ongeféier 5 × 10^5 Pa) wäit gewielt als Designstandard fir pneumatesch Impaktausrüstung. Virausgesat datt d'DTH fir dësen Design en net-Ventil Impakt-Apparat mat engem groussen Buerduerchmiesser a schwéiere Piston ass, wäert méi héije Loftdrock d'Performance weider verbesseren. Zousätzlech sinn Héichdrockluftkompressoren ëmmer méi heefeg, an am Aklang mam internationale Standard ISO 5941-1979 gëtt en Designdrock vun 1,6 MPa ausgewielt.
3.2.2 Impakt Muecht
Fir DTH benotzt fir grouss Duerchmiesser Lächer ze bueren, kann d'Design Impakt Energie wesentlech schwanken. D'Schlagenergie fir dësen Design gëtt wéi follegt berechent:
3.2.3 Impakt Frequenz
Allgemeng, ënner konstanter Impaktenergie, ass d'Schlagfrequenz proportional zu der Ausgangskraaft vum Impaktor. Wéi och ëmmer, wann den Zylinderduerchmiesser fixéiert ass, erfuerdert d'Erhéijung vun der Impaktfrequenz eng Reduktioun vum Kolbenschlag, wat am Tour déi eenzeg Impaktkraaft reduzéiert. Wann déi eenzeg Impaktkraaft ënner engem bestëmmte Schwell fällt, wäert d'Erhéijung vun der Frequenz keng zefriddestellend Fielsbriechungsresultater bréngen. Also ass d'Auswiel vun der Impaktfrequenz vun der Impaktkraaft limitéiert.
Fir pneumatesch DTH, déi bei engem Designdrock vun 0,5 MPa funktionnéiert, däerf d'Frequenz net méi wéi 16,8 Hz sinn. Zënter datt den DTH bei Designdrock tëscht 0,5 an 2,5 MPa funktionnéiert, kann d'Auswierkungsfrequenz wesentlech variéieren. Déi initial Auswiel vun der Frequenz vum Impaktor kann wéi follegt berechent ginn:
f = 10,4 + 7,6P
(2) wou P ass de System Versuergung Drock. Fir dësen Design, P = 1,6 MPa, dofir:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Strukturell Parameter Design
D'Haaptstrukturparameter vun DTH enthalen Zylinderbohrduerchmiesser, Kolbenschlag, a Kolbendimensiounen. D'Erhéijung vum Zylinderduerchmiesser kann souwuel Impaktkraaft wéi och Frequenz verbesseren, sou datt den Duerchmiesser bannent de Grenze vun der struktureller Gréisst maximéiert soll ginn. Typesch soll den Ënnerscheed tëscht dem baussenzegen Duerchmiesser vun der DTH an dem Buerduerchmiesser net manner wéi 15 bis 20 mm sinn, an de baussenzege Gehäuse vun der DTH sollt net ze dënn sinn. Dofir ass d'Verhältnis vum DTH Zylinder Duerchmiesser zum Buerduerchmiesser allgemeng iwwer 0,5.
3.3.1 Aarbecht Duerchmiesser vun der Zylinder a strukturell Schlag
Den Aarbechtsdurchmiesser D vum Zylinder kann esou berechent ginn:
D = K × D(Bor) = (0,57 - 0,68) × D(Bor) (3)
Fir dësen Design ass D (Bohr) = 600 mm, sou datt D als 360 mm geholl gëtt. De strukturelle Schlag S gëtt empiresch als S = 500 mm geholl.
3.3.2 Piston Mass
Déi radial Dimensioune vum Kolben sinn duerch d'Gréisst an d'Struktur vum Zylinder beschränkt, wat fir entweder gläich oder verschidden Duerchmiesser Kolben erlaabt. D'linear Dimensiounen hänke vum Gewiicht vum Kolben of, wat och mat der Geschwindegkeet bezunn ass, déi se huet beim Schlag vun der Buer. Dofir ass d'Bestëmmung vun de strukturellen Dimensiounen vum Piston e komplexen Aspekt vum DTH Design. D'Mass vum DTH Piston kann wéi follegt geschat ginn:
m = 0,0205D^2,84 (4)
wou m d'Kolbenmass a kg ass; D ass den Aarbechtsduerchmiesser vum Zylinder a cm.
Ersetzen D = 36 Ausbezuelen: m = 540 kg.
D'DTH besteet haaptsächlech aus enger Dréimomentiwwerdroungsstruktur an engem pneumateschen Impaktmechanismus. D'Dréimomenttransmissionsstruktur verbënnt d'Bohrstab an d'DTH, iwwerdréit d'Rotatiounsschneid- a Zuchkräften; de pneumatesch Impaktmechanismus generéiert Impakt, déi axial Kraaft un den Impaktbohrer bitt. Spezifesch Struktur Detailer ginn an der Figur 3 gewisen.
D'Dréimomenttransmissionsstruktur verbënnt d'Bohrstab an den Impaktor. Déi iewescht Gelenk verbënnt mat der Buerstaaf an dem Impaktor duerch Päiffäegkeeten, haaptsächlech fir Gasdichtheet ze garantéieren, wärend och Dréimoment a Zuchkraaft iwwerdroen. D'Kontrollventil verhënnert datt Schlamm a Waasser an den Impaktor an d'Bohrstang erakommen, kontrolléiert vun engem Fréijoer. D'Loftaufnahme Sëtz mat der Gasversuergungsstab funktionnéiert fir kompriméiert Loft an den Zylinder anzeféieren, d'Gasversuergungsaktioun zesumme mam Zylinder a Kolben erliichtert, doduerch eng kombinéiert Gasversuergung z'erreechen. De Fréijoerssécherheetsring verhënnert datt de Kolben aus dem Zylinder rutscht beim Ersatz vum Buer.
3.4 Finite Element Analyse vun DTH Drill Bit
D'DTH Bohrbit ass ënner Impaktkräfte vum Kolben an Dréimoment vum Drive Kapp ausgesat. D'Kraaft, déi duerch d'kompriméiert Loft op de Kolben ausgeübt gëtt, gëtt duerch:
F = P × S (5)
wou P ass de System Drock am Pa; S ass d'Kraaftfläch vum Kolben a m².
Also, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Dofir ass d'Schlagkraaft op den Bohrbit:
F' = kF (6)
wou k den Impaktkoeffizient ass; F ass d'Kraaft, déi vun der kompriméierter Loft am N op den Bohrer ausgeübt gëtt. Also F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
D'Dréimoment applizéiert op den DTH Bohrbit vum Drive Head ass N = 150 kN. Anwendung F' = 2688 kN an N = 150 kN op der Bueraarbechten iwwerdeems déi ënnescht Enn Gesiicht vun der Bueraarbechten befestegt, a benotzt QT500-7 Material mat enger nozeginn Kraaft vun 320 MPa, gëtt endlech Element Analyse gemaach. Déi spezifesch Belaaschtungs- a Beschränkungsbedéngungen an d'Mesh Divisioun ginn an de Figuren 4 a 5 gewisen.
D'Resultater vun der endgülteg Elementanalyse ginn an der Figur 6 gewisen, wat beweist datt de maximale Stress 144.355 MPa ass, wat manner ass wéi d'Ausbezuelkraaft vu QT500-7 (320 MPa), also den Ufuerderunge entsprécht.