Postęp w technologii wierceń hydraulicznych i wodnych DTH.
1. Zalety hydraulicznych wiertarek do skał
① Wysokie ciśnienie hydrauliczne: Zwykle w zakresie od 10 do 25 MPa, z tendencją do wyższych limitów. Jest to kilka do kilkudziesięciu razy wyższe ciśnienie niż ciśnienie pneumatyczne.
② Wysoka moc wyjściowa: Zwykle od 5 do 20 kW. Niektóre modele, takie jak COP4050 firmy ATLAS i HL2000 firmy TAMROCK, osiągają 40 kW, podczas gdy HL4000 osiąga do 70 kW.
③ Duża prędkość wiercenia: Zwykle osiągana jest szybkość wiercenia wynosząca 1–3 m/min.
④ Wysoka wydajność: Wydajność samych hydraulicznych wiertarek do skał może osiągnąć 50%, a pompy hydrauliczne są bardziej wydajne niż sprężarki powietrza. W rezultacie ogólne wykorzystanie energii jest znacznie wyższe niż w przypadku pneumatycznych systemów wiertniczych.
2. Wady wiertarek hydraulicznych
① Strata przesyłu energii: Ponieważ wiertło do skał znajduje się na górze żerdzi wiertniczej, straty przesyłu energii rosną wraz ze wzrostem głębokości otworu, co skutkuje zmniejszeniem prędkości wiercenia.
② Wysokie zużycie żerdzi wiertniczej: Wraz ze wzrostem mocy hydraulicznych wiertarek do skał wzrasta również naprężenie żerdzi wiertniczej, co prowadzi do wyższych wskaźników uszkodzeń. Chociaż technologie takie jak wiercenie obudowy Atlas Copco pomagają zmniejszyć naprężenie, zwiększają koszty i nie rozwiązują całkowicie problemu, ograniczając tym samym moc wyjściową wiertarki. Na przykład, podczas gdy moc COP4050 jest oceniana na 40 kW, tylko 30 kW jest używane do wiercenia głębokich otworów, aby zminimalizować naprężenie sprzętu.
③Odchylenie otworu wiertniczego: Rury wiertnicze wytrzymują zarówno siły uderzeniowe, jak i moment obrotowy, co powoduje ich zginanie i odkształcenie, co zmniejsza dokładność otworu wiertniczego.
3. ZaletyW dół (DTH)Ćwiczenia
① Brak utraty transmisji energii: Młot uderza bezpośrednio wwiertłoeliminując potrzebę przekazywania energii uderzenia poprzez żerdź wiertniczą i zapewniając stałą prędkość wiercenia niezależnie od głębokości.
② Proste otwory wiertnicze: Pręt wiertniczy ma wysoką sztywność, nie jest poddawany siłom uderzeniowym i przenosi tylko moment obrotowy przy minimalnym nacisku osiowym. Zapobiega to zginaniu i deformacji, zapewniając proste i gładkie otwory wiertnicze. Wiertła DTH lepiej sprawdzają się w formacjach spękanych, pochyłych warstwach lub o zmiennej twardości skał.
③ Skuteczne usuwanie zanieczyszczeń: Medium czyszczące pełni również funkcję środka płuczącego, dokładnie czyszcząc otwór wiertniczy i zapobiegając nadmiernemu wierceniu.
④ Niski poziom hałasu: Ponieważ uderzenie następuje na dnie otworu wiertniczego, hałas jest znacznie niższy niżwiertarki udarowe.
⑤ Szerokie zastosowanie: Z wyjątkiem bardzo miękkich formacji, wiertnice DTH działają optymalnie we wszystkich rodzajach skał, przewyższając wiertarki z górnym młotkiem pod względem osiągalnej średnicy i głębokości otworu wiertniczego.
Biorąc pod uwagę te zalety, wiercenie DTH jest powszechnie uważane za najlepszy wybór. Metodę tę stosuje 90% brytyjskich kamieniołomów.
4. Wady wiertarek pneumatycznych DTH
① Niskie ciśnienie i moc: Główną wadą pneumatycznych wiertarek DTH jest niskie ciśnienie powietrza i moc wyjściowa, co prowadzi do wolniejszych prędkości wiercenia. Chociaż postęp technologiczny podniósł ciśnienie powietrza do 2,5 MPa, jest to nadal znacznie poniżej ciśnienia hydraulicznego wiertarek do skał. Ponadto sprężarki powietrza wysokociśnieniowego są drogie, wymagają napędów o dużej mocy, wytwarzają więcej hałasu i znacznie tracą wydajność na dużych wysokościach.
② Niska efektywność wykorzystania energii: Pneumatyczne wiertarki DTH zużywają trzy razy więcej energii na metr wiercenia niż hydrauliczne wiertarki udarowe.
5. Zastosowania hydraulikiMłoty DTH
Aby zintegrować zalety hydraulicznych wiertarek do skał (wysokie ciśnienie i wydajność) i wiertarek DTH (proste otwory wiertnicze), niemiecka firma Hausherr opracowała na początku lat 90. „Szybką hydrauliczną wiertarkę DTH”. Zarówno mechanizm obrotowy, jak i udarowy są napędzane hydraulicznie. Młot posiada dwa przewody olejowe do zasilania i powrotu. Szybkie wiertarki są dostępne w trzech średnicach: 90 mm, 115 mm i 150 mm, odpowiednich do otworów wiertniczych o średnicach odpowiednio 100–125 mm, 127–156 mm i 168–230 mm.
Test porównawczy wiertnicy Rapid i pneumatycznej wiertnicy DTH HBM80S firmy Hausherr wykazał, że przy identycznej średnicy otworu (125 mm) i głębokości (36 m) wiertnica Rapid wykazała znaczące korzyści ekonomiczne dzięki niższym wskaźnikom mocy silnika, zużycia paliwa i zużycia oleju smarującego, wynoszącym odpowiednio 0,46, 0,46 i 0,47.
6. Zastosowania hydraulicznych młotów napędzanych wodą
Szwedzka firma LKAB i jej spółka zależna G-Drill opracowały „Wassara Water-Powered DTH Hammer” pod koniec lat 80. Używając filtrowanej wody kopalnianej jako medium, działa przy ciśnieniu 18–20 MPa i przepływie 200–300 l/min. Przy średniej prędkości wiercenia 850 mm/min przewyższa młoty pneumatyczne (zwykle 320 mm/min).
Młot Wassara wykazał się wyjątkową wydajnością, np. zmniejszeniem odchylenia otworu wiertniczego o połowę i zwiększeniem produktywności o 86% w kopalniach LKAB. Zastosowania obejmują iniekcję metra w Nowym Jorku i wiercenie geotermalne w Szwajcarii, gdzie wykonano otwór wiertniczy o długości 599,8 m w ciągu 5 dni, w porównaniu do 3 tygodni w przypadku tradycyjnych wiertarek obrotowych.
7. Porównanie: młoty hydrauliczne napędzane wodą i młoty napędzane płynem hydraulicznym
Młoty napędzane wodą: wykorzystują statyczne ciśnienie wody, co pozwala osiągnąć wyższą wydajność i prędkość wiercenia, nadają się do zastosowań górniczych.
Młoty napędzane cieczą: wykorzystują dynamiczne ciśnienie wody i są na ogół stosowane wyłącznie w wierceniach geologicznych przy niższym ciśnieniu (0,5–4 MPa) i wydajności (
8. Wnioski
Hydrauliczne i napędzane wodąMłoty DTHłączą zalety wiertarek hydraulicznych z górnym młotkiem i pneumatycznych młotów DTH, oferując niskie zużycie energii, szybkie prędkości wiercenia i proste otwory wiertnicze. Zunifikowane medium do zasilania i płukania sprawia, że młoty wodne są bardziej obiecujące dla przyszłego rozwoju.
