Vooruitgang in hydraulische en wateraangedreven DTH-boortechnologie.

1. Voordelen van hydraulische rotsboren

① Hoge hydraulische druk: Meestal variërend van 10 tot 25 MPa, met een trend naar hogere limieten. Dit is meerdere tot tientallen keren hoger dan pneumatische druk.

② Hoog uitgangsvermogen: Over het algemeen tussen 5 en 20 kW. Sommige modellen, zoals de COP4050 van ATLAS en de HL2000 van TAMROCK, bereiken 40 kW, terwijl de HL4000 tot 70 kW haalt.

③ Hoge boorsnelheid: Meestal wordt een boorsnelheid van 1–3 m/min bereikt.

④ Hoge efficiëntie: De efficiëntie van hydraulische rotsboormachines zelf kan 50% bereiken, en hydraulische pompen zijn efficiënter dan luchtcompressoren. Bijgevolg is het totale energieverbruik aanzienlijk hoger dan dat van pneumatische rotsboorsystemen.

2. Nadelen van hydraulische rotsboren

① Energieoverdrachtsverlies: Omdat de boor zich bovenaan de boorstang bevindt, nemen de energieoverdrachtsverliezen toe naarmate de boordiepte groter wordt, wat resulteert in een lagere boorsnelheid.

② Hoge boorstangslijtage: Naarmate het vermogen van hydraulische rotsboren toeneemt, neemt ook de spanning op de boorstang toe, wat leidt tot hogere schadepercentages. Hoewel technologieën zoals Atlas Copco's casing drilling helpen om de spanning te verminderen, verhogen ze de kosten en lossen ze het probleem niet volledig op, waardoor het uitgangsvermogen van de boor beperkt wordt. Terwijl het vermogen van de COP4050 bijvoorbeeld is beoordeeld op 40 kW, wordt er slechts 30 kW gebruikt voor diepgatboren om de spanning op de apparatuur te minimaliseren.

③Boorgatafwijking: Boorstangen ondergaan zowel slagkrachten als koppel, wat leidt tot buiging en vervorming, waardoor de boorgatnauwkeurigheid afneemt.

3. Voordelen vanOnder het gat (DTH)Boren

① Geen verlies van energieoverdracht: de hamer raakt deboortjewaardoor er geen overdracht van slagenergie via de boorstang nodig is en een constante boorsnelheid wordt gegarandeerd, ongeacht de diepte.

② Rechte boorgaten: De boorstang heeft een hoge stijfheid, wordt niet blootgesteld aan impactkrachten en brengt alleen koppel over met minimale axiale druk. Dit voorkomt buigen en vervormen, wat zorgt voor rechte en gladde boorgaten. DTH-boren presteren beter in gebroken formaties, hellende lagen of variabele hardheid van gesteente.

③ Efficiënte verwijdering van vuil: het krachtmedium fungeert tevens als spoelmedium, waardoor het boorgat grondig wordt gereinigd en overboren wordt voorkomen.

④ Laag geluidsniveau: Omdat de impact plaatsvindt op de bodem van het boorgat, is het geluidsniveau aanzienlijk lager danboormachines met bovenhamer.

⑤ Brede toepasbaarheid: Behalve in zeer zachte formaties werken DTH-boren optimaal in alle soorten gesteente. Ze overtreffen tophammer-rotsboren wat betreft de haalbare boorgatdiameter en -diepte.

Gezien deze voordelen wordt DTH-boren algemeen beschouwd als de beste keuze. 90% van de Britse steengroeven past deze methode toe.

4. Nadelen van pneumatische DTH-boren

① Lage druk en vermogen: Het belangrijkste nadeel van pneumatische DTH-boren is hun lage luchtdruk en uitgangsvermogen, wat leidt tot lagere boorsnelheden. Hoewel vooruitgang de luchtdruk heeft verhoogd tot 2,5 MPa, ligt dit nog steeds ver onder de hydraulische druk van rotsboren. Bovendien zijn hogedrukluchtcompressoren duur, vereisen ze aandrijvingen met een hoog vermogen, produceren ze meer lawaai en verliezen ze aanzienlijk aan efficiëntie in gebieden op grote hoogte.

② Laag energieverbruik: pneumatische DTH-boren verbruiken drie keer meer energie per geboorde meter dan hydraulische rotsboren.

5. Toepassingen van hydraulischDTH-hamers

Om de voordelen van hydraulische rotsboren (hoge druk en efficiëntie) en DTH-boren (rechte boringen) te integreren, ontwikkelde het Duitse Hausherr begin jaren 90 de “Rapid Hydraulic DTH Drill”. Zowel het rotatie- als het slagmechanisme worden hydraulisch aangedreven. De hamer heeft twee olieleidingen voor aanvoer en retour. Rapid-boren zijn verkrijgbaar in drie diameters: 90 mm, 115 mm en 150 mm, geschikt voor boringen met diameters van respectievelijk 100–125 mm, 127–156 mm en 168–230 mm.

Uit een vergelijkende test tussen de Rapid en de HBM80S pneumatische DTH-boor van Hausherr bleek dat de Rapid, bij identieke boorgatdiameters (125 mm) en -dieptes (36 m), aanzienlijke economische voordelen bood met een lager motorvermogen, brandstofverbruik en smeerolieverbruik van respectievelijk 0,46, 0,46 en 0,47.

6. Toepassingen van hydraulische wateraangedreven hamers

Het Zweedse LKAB en haar dochteronderneming G-Drill ontwikkelden eind jaren 80 de “Wassara Water-Powered DTH Hammer”. Met gefilterd mijnwater als medium werkt het met een druk van 18–20 MPa en stroomsnelheden van 200–300 L/min. Met gemiddelde boorsnelheden van 850 mm/min presteert het beter dan pneumatische hamers (meestal 320 mm/min).

De Wassara-hamer heeft uitzonderlijke prestaties laten zien, zoals het halveren van de boorgatafwijking en het verhogen van de productiviteit met 86% in LKAB-mijnen. Toepassingen zijn onder meer metrogrouting in New York en geothermisch boren in Zwitserland, waar het een boorgat van 599,8 m voltooide in 5 dagen, vergeleken met 3 weken met traditionele roterende boren.

7. Vergelijking: hydraulische wateraangedreven versus hydraulische vloeistofaangedreven hamers

Wateraangedreven hamers: maken gebruik van statische waterdruk, bereiken een hogere efficiëntie en boorsnelheden, geschikt voor toepassingen in de mijnbouw.

Vloeistofgedreven hamers: maken gebruik van dynamische waterdruk en zijn over het algemeen beperkt tot geologisch boren met lagere drukken (0,5–4 MPa) en efficiëntie (

8. Conclusie

Hydraulisch en wateraangedrevenDTH-hamerscombineren de voordelen van hydraulische boormachines met een tophamer en pneumatische DTH-hamers, en bieden een laag energieverbruik, hoge boorsnelheden en rechte boorgaten. Het uniforme medium voor kracht en spoelen maakt wateraangedreven hamers veelbelovender voor toekomstige ontwikkeling.