Tkissir tal-Kodiċi tat-Tħaffir Hard Rock: It-Teknoloġija DTH li tibdel il-logħba.
Skont il-kundizzjonijiet ġeoloġiċi taż-żona tal-kostruzzjoni, hemm erba 'metodi ewlenin ta' tħaffir użati komunement minn pjattaformi tat-tħaffir, kif muri fil-Figura 1.
a. Irjus rotatorji pnewmatiċi jew idrawliċi flimkien ma 'tagħmir ta' impatt jittrasmettu enerġija rotazzjonali u ta 'impatt permezz tal-parti ta' fuq tal-pajp tat-tħaffir, Twassil ta 'enerġija lill-drill bit permezz ta' mewġ ta 'xokk fil-pajp tat-drill. Dan il-metodu huwa limitat għal dijametri żgħar u fond baxx u ġeneralment jintuża f'barrieri, siti ta 'kostruzzjoni, u operazzjonijiet ta' minjieri taħt l-art.
b.Imrietel Down-The-Hole (DTH). jinsabu fil-qiegħ tas-sekwenza tat-trapan. L-arja kkompressata tidħol fid-DTH permezz tas-sekwenza tat-tħaffir, issuq pistun f'moviment reċiproku li jolqot direttament it-drill bit, u jittrasferixxi l-enerġija tal-impatt fuq il-blat. Din is-sistema għandha telf ta 'enerġija minimu u hija partikolarment adattata għal toqob fondi, toqob dritti, u blat iebes medju.
c.Tħaffir taċ-ċirkolazzjoni inversa (RC).juża DTH biex jiġbor u jittrasporta kampjuni tal-blat mill-wiċċ tat-drill bit. Qtugħ niexef u mhux ikkontaminat jitwassal permezz tal-pajp taċ-ċentru tad-DTH f'apparat għall-ġbir tal-kampjuni, li jipprepara għall-analiżi ġeoloġika.
d. Gearbox misjuqa minn muturi idrawliċi jew elettriċi tifforma ras ta 'qawwa li ddur, li tapplika forza ta' għalf suffiċjenti għat-drill bit bi tliet koni permezz ta 'sistema ta' għalf li timxi 'l fuq u' l isfel fuq it-drill rig u pajp ta 'drill b'ħitan ħoxnin. Dan il-metodu jintuża għal blat aktar artab jew blat iebes magħqud b'mod qawwi.
- Prinċipji u Karatteristiċi tad-DTH
Il-formazzjonijiet imtaqqbin bid-DTH huma kważi għal kollox kapaċi jinkludu l-blat igneous, il-blat metamorfiku u l-blat sedimentarju li huwa medju-iebes jew aktar iebes. DTH huwa partikolarment vantaġġuż għat-tħaffir ta 'blat iebes u strati iebsa minħabba li l-blat iebes għandu tendenza li jkun fraġli. Taħt tagħbijiet tal-impatt, ksur mhux biss iseħħ fis-sit tal-impatt dirett iżda wkoll joħloq żona miksura, li tirriżulta fi frammenti akbar ta 'blat. Għalhekk, il-veloċità tat-tħaffir hija sinifikament aktar mgħaġġla meta mqabbla ma 'tħaffir rotatorju pur. Il-mudell mekkaniku fil-Figura 2 juri t-tagħbijiet varji li jaġixxu fuq il-blat waqt it-tħaffir li jdur bl-impatt.
Barra minn hekk, it-tħaffir DTH (Down-the-Hole) huwa effettiv ħafna f'formazzjonijiet suxxettibbli għal devjazzjoni tal-borehole, bħal strati b'friex u foliation żviluppati sew, jew saffi tal-blat b'ebusija irregolari u ħafna ksur. Jista 'jnaqqas b'mod sinifikanti d-devjazzjoni tal-borehole u jegħleb ukoll id-diffikultajiet fit-tħaffir permezz ta' saffi taż-żrar u sodod tal-boulder.
It-tħaffir DTH ġie żviluppat fl-aħħar tas-seklu 19 u għandu storja ta 'aktar minn seklu. Għalkemm hemm ħafna tipi ta 'drills DTH, dawn jaqsmu karatteristika komuni: kemm il-mekkaniżmu tal-impatt kif ukoll il-bit drill huma mgħaddsa fil-borehole, b'rotazzjoni flimkien ma' impatt biex tkisser il-blat. It-tagħmir użat biex jiġġenera l-forza tal-impatt jista 'jiġi kategorizzat bil-metodu ta' sewqan tagħhom f'tipi pnewmatiċi, idrawliċi, pressjoni taż-żejt, elettriċi u mekkaniċi.
Peress li l-enerġija tal-impatt tesperjenza telf sinifikanti waqt it-trażmissjoni u tista 'tikkawża ħsara sostanzjali lill-komponenti milquta, ġeneralment huwa meħtieġ f'operazzjonijiet ta' tħaffir aktar fil-fond li t-tagħmir jidħol fil-borehole bl-għodda tat-tħaffir, sabiex il-forza tal-impatt tal-output tista 'taġixxi direttament fuq il-bit drill jew il-kanna tal-qalba. Dan jimminimizza t-telf ta 'enerġija waqt it-trażmissjoni, itejjeb l-effiċjenza enerġetika, u jnaqqas il-probabbiltà ta' ħsarat fit-tagħmir ta 'downhole.
DTH pnewmatiku, magħruf ukoll bħala DTH mmexxi mill-arja, jiġi f'ħafna tipi strutturali u metodi ta 'klassifikazzjoni.
- Skont il-klassifikazzjoni tal-pressjoni: tipi ta 'pressjoni għolja, pressjoni medja u pressjoni baxxa.
- Skond l-istruttura ġenerali: non-through u through types.
- Permezz tal-prinċipju tat-tħaddim tal-valv: tip ta 'valv ta' kontroll, tip ta 'valv ħieles, u tip ta' valv ibridu.
- Skond l-istruttura tal-pistun: pistun ta 'dijametru ugwali, pistun ta' dijametru mhux ugwali, u tipi ta 'pistun tandem.
- Skont it-tip tad-distribuzzjoni tal-arja: DTH valved u DTH mingħajr valv. Valved DTH jista 'jiġi suddiviż f'valv tal-pjanċa, valv diska, u tipi ta' valv ċilindriku, filwaqt li DTH mingħajr valv jista 'jinqasam f'tip ta' exhaust tal-virga taċ-ċentru, tip ta 'distribuzzjoni tal-arja tal-pistun, u distribuzzjoni tal-arja magħquda b'pistun, ċilindru u virga taċ-ċentru.
- Permezz ta 'ħasil ta' toqba u metodu ta 'skariku tal-gagazza: ħasil ta' toqba taċ-ċentru, ħasil ta 'toqba ta' quddiem, u ħasil ta 'toqba tal-ġenb.
2. Determinazzjoni ta' Skemi Strutturali tal-Mekkaniżmu ta' Impatt
2.1 Mekkaniżmu ta 'Impatt Mhux Valv ta' Provvista ta 'Gass Awto-Piston
Dan it-tip ta 'mekkaniżmu ta' impatt juża primarjament il-passaġġi tal-gass fil-pistun innifsu għall-provvista tal-gass, li jirriżulta fi struttura kumplessa tal-pistun b'bosta kanali tal-gass, li tnaqqas is-saħħa u l-ħajja tal-pistun. Madankollu, dan il-mekkaniżmu tal-impatt jintegra ċ-ċilindri ta 'ġewwa u ta' barra, iżid iż-żona effettiva tax-xogħol tal-pistun u jtejjeb l-enerġija tal-impatt tal-mekkaniżmu.
2.2 Mekkaniżmu ta 'Impatt Mhux Valv tal-Provvista tal-Gass Magħquda tal-Piston u taċ-Ċilindru
Dan it-tip għandu struttura sempliċi li hija faċli biex timmanifattura, għandha ħajja itwal tal-pistun, u t-toqob tal-gass jinsabu kemm fuq iċ-ċilindru kif ukoll fuq il-pistun. Din l-istruttura tintuża ħafna barra.
2.3 Mekkaniżmu ta 'Impatt Mhux Valv tal-Provvista tal-Gass tal-Pajp taċ-Ċentru
F'dan il-mekkaniżmu, il-passaġġi tad-dħul tal-arja għall-kmamar ta 'fuq u t'isfel huma rranġati fuq il-pajp ċirkolari fejn jiżżerżaq il-pistun. Jeħtieġ preċiżjoni għolja tal-manifattura u għandu ħajja relattivament qasira għall-pajp taċ-ċentru.
2.4 Mekkaniżmu tal-Impatt tal-Exhaust tal-Ġnub
L-hekk imsejjaħ exhaust tal-ġenb ifisser li l-mogħdija tal-gass tal-egżost toħroġ mill-korp taċ-ċilindru aktar milli tgħaddi miċ-ċentru tat-drill bit sal-qiegħ tat-toqba. Dan it-tip ta 'mekkaniżmu ta' impatt tipikament ikollu ħafna mogħdijiet ta 'dħul u exhaust fuq il-korp taċ-ċilindru, li jwassal għal saħħa strutturali fqira, potenzjal għal xquq ta' għeja lonġitudinali, u telf sinifikanti ta 'pressjoni ta' l-arja, li jirriżulta f'tneħħija ta 'debris subottimali u effetti ta' tkessiħ għall-drill bit.
2.5 Mekkaniżmu tal-Impatt tal-Exhaust taċ-Ċentru
Dan it-tip ta 'mekkaniżmu ta' impatt ikeċċi debris u gass direttament miċ-ċentru tat-drill bit sal-qiegħ tat-toqba. Il-fluss tal-arja dirett mhux biss itejjeb l-effiċjenza tat-tneħħija tad-debris iżda jtejjeb ukoll l-effiċjenza tat-tħaffir u t-tkessiħ, u jestendi l-ħajja tat-drill bit. Dan it-tip strutturali jissostitwixxi l-bosta skanalaturi lonġitudinali fiċ-ċilindru ta 'ġewwa tal-mekkaniżmi tal-impatt tal-egżost tal-ġenb b'kanal annulari, li jnaqqas ħafna l-konċentrazzjoni tal-istress fiċ-ċilindru ta' ġewwa. Saret struttura adottata b'mod wiesa 'f'dawn l-aħħar snin.
2.6 Mekkaniżmu ta 'Impatt tal-Piston tas-Serje
Il-mekkaniżmu tal-impatt tal-pistun tas-serje, magħruf ukoll bħala impakter b'pistin doppju (ras), jaqsam iċ-ċilindru f'żewġ kmamar bl-użu ta 'ċirku ta' iżolament. Dan id-disinn jippermetti li ż-żewġ uċuħ tal-pistun jaħdmu simultanjament fl-istess dijametru tat-toqba, li jirriżulta f'qawwa ta 'impatt akbar u frekwenza ta' impatt ogħla. B'mod korrispondenti, hemm sistema ta 'egżost doppju li effettivament tneħħi t-trab tal-blat mill-qiegħ tat-toqba. Madankollu, l-iżvantaġġ ewlieni tiegħu huwa l-istruttura kumplessa tiegħu u l-ħtieġa għal preċiżjoni għolja fil-partijiet tal-magni; pereżempju, il-pistun għandu sa ħames uċuħ tat-tgħammir b'komponenti assoċjati, li jillimitaw l-applikazzjoni u l-promozzjoni tiegħu. Għalhekk, dan id-disinn jadotta t-tieni għażla, li hija l-mekkaniżmu tal-impatt mhux tal-valv bil-provvista tal-gass magħquda bil-pistun u ċ-ċilindru. L-istruttura tiegħu tidher fil-Figura 3.
3.Analiżi Teoretika u Kalkoli Rilevanti għad-DTH
3.1 Għażla tal-Parametri Operattivi**
3.1.1 Tul u Piż tal-Martell: Id-disinn preliminari jispeċifika tul ta 'inqas minn 4500 mm u piż ta' inqas minn 2500 kg.
3.1.2 Dijametru tal-martell: Id-dijametru tal-martell xieraq huwa determinat ibbażat fuq id-dijametru tat-tħaffir, issettjat għal 540 mm.
3.1.3 Dijametru tat-Tħaffir: Dan jirreferi għad-dijametru tat-toqba tal-pile, ġeneralment bejn 550 mm u 600 mm.
3.1.4 Fond tat-tħaffir: Skont ir-rekwiżiti tad-disinn tal-pil, dan huwa tipikament bejn diversi għexieren ta 'metru u mitt metru.
3.1.5 Veloċità tat-Tħaffir: It-tħaffir DTH ġeneralment jopera b'veloċitajiet rotazzjonali baxxi, tipikament bejn 7 u 25 r/s.
3.1.6 Torque rotazzjonali: It-torque massimu għal dan id-disinn huwa stabbilit għal 150 kN·m.
3.2 Kalkolu tal-Parametri tad-Disinn
Il-parametri tad-disinn għad-DTH, speċifikament il-parametri tal-prestazzjoni tat-tagħmir tal-impatt DTH, iservu bħala l-bażi għad-disinn tal-magni u jiddefinixxu l-prestazzjoni tat-tagħmir manifatturat.
3.2.1 Pressjoni tad-Disinn P għat-Tagħmir tal-Impatt
Fiċ-Ċina, pressjoni ta '0.49 MPa (madwar 5 × 10 ^ 5 Pa) hija magħżula b'mod wiesa' bħala l-istandard tad-disinn għal tagħmir ta 'impatt pnewmatiku. Minħabba li d-DTH għal dan id-disinn huwa apparat ta 'impatt mhux valv b'dijametru kbir ta' tħaffir u pistun tqil, pressjoni ta 'arja ogħla tkompli ttejjeb il-prestazzjoni. Barra minn hekk, kompressuri tal-arja bi pressjoni għolja huma dejjem aktar komuni, u skont l-istandard internazzjonali ISO 5941-1979, tintgħażel pressjoni tad-disinn ta '1.6 MPa.
3.2.2 Qawwa tal-Impatt
Għal DTH użat biex iħaffer toqob b'dijametru kbir, l-enerġija tal-impatt tad-disinn tista 'tvarja b'mod sinifikanti. L-enerġija tal-impatt għal dan id-disinn hija kkalkulata kif ġej:
3.2.3 Frekwenza tal-Impatt
Ġeneralment, taħt enerġija ta 'impatt kostanti, il-frekwenza ta' l-impatt hija proporzjonali għall-qawwa tal-ħruġ ta 'l-impakter. Madankollu, meta d-dijametru taċ-ċilindru jiġi ffissat, iż-żieda tal-frekwenza tal-impatt teħtieġ tnaqqis fil-puplesija tal-pistun, li mbagħad inaqqas il-qawwa tal-impatt uniku. Ladarba l-qawwa tal-impatt waħdieni taqa 'taħt ċertu limitu, iż-żieda tal-frekwenza mhux se tagħti riżultati sodisfaċenti ta' tkissir tal-blat. Għalhekk, l-għażla tal-frekwenza tal-impatt hija ristretta mill-qawwa tal-impatt.
Għal DTH pnewmatiku li jaħdem bi pressjoni tad-disinn ta '0.5 MPa, il-frekwenza m'għandhiex teċċedi 16.8 Hz. Peress li d-DTH jaħdem fi pressjonijiet tad-disinn bejn 0.5 u 2.5 MPa, il-frekwenza tal-impatt tista 'tvarja b'mod sinifikanti. L-għażla inizjali tal-frekwenza tal-impakter tista' tiġi kkalkulata kif ġej:
f = 10.4 + 7.6P
(2) fejn P hija l-pressjoni tal-provvista tas-sistema. Għal dan id-disinn, P = 1.6 MPa, għalhekk:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Disinn tal-Parametri Strutturali
Il-parametri strutturali ewlenin tad-DTH jinkludu dijametru tat-toqba taċ-ċilindru, stroke tal-pistun, u dimensjonijiet tal-pistun. Iż-żieda tad-dijametru taċ-ċilindru tista 'ttejjeb kemm il-qawwa tal-impatt kif ukoll il-frekwenza, għalhekk id-dijametru għandu jiġi massimizzat fil-limiti tad-daqs strutturali. Tipikament, id-differenza bejn id-dijametru ta 'barra tad-DTH u d-dijametru tat-toqba m'għandhiex tkun inqas minn 15 sa 20 mm, u l-kisi ta' barra tad-DTH m'għandux ikun irqiq wisq. Għalhekk, il-proporzjon tad-dijametru taċ-ċilindru DTH għad-dijametru tat-tħaffir huwa ġeneralment 'il fuq minn 0.5.
3.3.1 Dijametru tax-Xogħol taċ-Ċilindru u Stroke Strutturali
Id-dijametru tax-xogħol D taċ-ċilindru jista 'jiġi kkalkulat kif ġej:
D = K × D(toqba) = (0.57 - 0.68) × D (toqba) (3)
Għal dan id-disinn, D(bore) = 600 mm, għalhekk D jittieħed bħala 360 mm. Il-puplesija strutturali S hija meħuda empirikament bħala S = 500 mm.
3.3.2 Massa tal-pistun
Id-dimensjonijiet radjali tal-pistun huma ristretti mid-daqs u l-istruttura taċ-ċilindru, li jippermettu jew pistuni ta 'dijametru ugwali jew differenti. Id-dimensjonijiet lineari jiddependu fuq il-piż tal-pistun, li għandu x'jaqsam ukoll mal-veloċità li jkollu meta jolqot it-drill bit. Għalhekk, id-determinazzjoni tad-dimensjonijiet strutturali tal-pistun huwa aspett kumpless tad-disinn DTH. Il-massa tal-pistun DTH tista' tiġi stmata kif ġej:
m = 0.0205D^2.84 (4)
fejn m hija l-massa tal-pistun f'kg; D huwa d-dijametru tax-xogħol taċ-ċilindru f'ċm.
Is-sostituzzjoni ta 'D = 36 tagħti: m = 540 kg.
Id-DTH jikkonsisti prinċipalment fi struttura ta 'trażmissjoni tat-torque u mekkaniżmu ta' impatt pnewmatiku. L-istruttura tat-trażmissjoni tat-torque tgħaqqad il-virga tat-tħaffir u d-DTH, tittrasmetti forzi ta 'qtugħ u ġbid rotazzjonali; il-mekkaniżmu tal-impatt pnewmatiku jiġġenera impatt, li jipprovdi qawwa assjali lill-bit drill tal-impatt. Dettalji speċifiċi tal-istruttura huma murija fil-Figura 3.
L-istruttura tat-trasmissjoni tat-torque tgħaqqad il-virga tat-tħaffir u l-impakter. Il-ġonta ta 'fuq tgħaqqad mal-virga tat-tħaffir u l-impakter permezz ta' ħjut tal-pajpijiet, primarjament biex tiżgura l-issikkar tal-gass filwaqt li tittrasmetti wkoll it-torque u l-forza tal-ġbid. Il-valv ta 'kontroll jipprevjeni t-tajn u l-ilma milli jidħlu fl-impakter u l-virga tat-tħaffir, ikkontrollati minn rebbiegħa. Is-sedil tad-dħul ta 'l-arja bil-virga tal-provvista tal-gass jiffunzjona biex jintroduċi arja kkompressata fiċ-ċilindru, jiffaċilita l-azzjoni tal-provvista tal-gass flimkien maċ-ċilindru u l-pistun, u b'hekk tinkiseb provvista ta' gass magħquda. Iċ-ċirku tas-sigurtà tar-rebbiegħa jipprevjeni li l-pistun jiżżerżaq 'il barra miċ-ċilindru meta tissostitwixxi t-drill bit.
3.4 Analiżi ta 'Element Finit ta' DTH Drill Bit
Id-drill bit DTH huwa soġġett għal forzi ta 'impatt mill-pistun u t-torque mir-ras tas-sewqan. Il-forza eżerċitata fuq il-pistun mill-arja kkompressata hija mogħtija minn:
F = P × S (5)
fejn P hija l-pressjoni tas-sistema f'Pa; S hija l-erja tal-forza tal-pistun f'm².
Għalhekk, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Għalhekk, il-forza tal-impatt fuq it-drill bit hija:
F' = kF (6)
fejn k huwa l-koeffiċjent tal-impatt; F hija l-forza eżerċitata fuq it-drill bit mill-arja kkompressata f'N. Għalhekk, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
It-torque applikat għad-drill bit DTH mir-ras tas-sewqan huwa N = 150 kN. L-applikazzjoni ta 'F' = 2688 kN u N = 150 kN mat-drill bit waqt li tiffissa l-wiċċ tat-tarf t'isfel tat-drill bit, u bl-użu ta' materjal QT500-7 b'qawwa ta 'rendiment ta' 320 MPa, titwettaq analiżi ta 'elementi finiti. Il-kundizzjonijiet speċifiċi tat-tagħbija u tar-restrizzjoni u d-diviżjoni tal-malji huma murija fil-Figuri 4 u 5.
Ir-riżultati tal-analiżi tal-element finit huma murija fil-Figura 6, li tindika li l-istress massimu huwa 144.355 MPa, li huwa inqas mill-qawwa ta 'rendiment ta' QT500-7 (320 MPa), u b'hekk tissodisfa r-rekwiżiti.