Progrese în tehnologia de foraj DTH hidraulic și alimentat cu apă.
1. Avantajele forajelor hidraulice pentru roci
① Presiune hidraulică ridicată: De obicei, variază de la 10 la 25 MPa, cu o tendință către limite mai mari. Aceasta este de câteva până la zeci de ori mai mare decât presiunea pneumatică.
② Putere mare de ieșire: În general, între 5 și 20 kW. Unele modele, precum COP4050 de la ATLAS și HL2000 de la TAMROCK, ajung la 40 kW, în timp ce HL4000 atinge până la 70 kW.
③ Viteza de foraj rapidă: de obicei atinge o viteză de foraj de 1–3 m/min.
④ Eficiență ridicată: eficiența forajelor hidraulice pentru rocă în sine poate ajunge la 50%, iar pompele hidraulice sunt mai eficiente decât compresoarele de aer. În consecință, utilizarea totală a energiei este semnificativ mai mare decât cea a sistemelor pneumatice de foraj pentru rocă.
2. Dezavantajele forajelor hidraulice pentru roci
① Pierderi de transmisie de energie: Deoarece perforatorul de rocă este situat în partea de sus a tijei de foraj, pierderile de transmisie de energie cresc odată cu adâncimea mai mare a găurii, ducând la scăderea vitezei de foraj.
② Uzură mare a tijei de foraj: Pe măsură ce puterea forajelor hidraulice pentru rocă crește, crește și efortul asupra tijei de foraj, ceea ce duce la rate mai mari de deteriorare. Deși tehnologii precum forarea carcasei de la Atlas Copco ajută la reducerea stresului, ele cresc costurile și nu reușesc să rezolve complet problema, limitând astfel puterea de ieșire a burghiului. De exemplu, în timp ce puterea lui COP4050 este evaluată la 40 kW, doar 30 kW sunt utilizați pentru forarea adâncimii pentru a minimiza stresul asupra echipamentului.
③Abaterea găurii: tijele de foraj suportă atât forțele de impact, cât și cuplul, ceea ce duce la îndoire și deformare, ceea ce reduce precizia găurii.
3. AvantajeleÎn josul găurii (DTH)Burghie
① Fără pierderi de transmisie de energie: ciocanul afectează directburghiu, eliminând necesitatea transferului de energie de impact prin tija de foraj, asigurând o viteză constantă de foraj indiferent de adâncime.
② Foraje drepte: tija de foraj are o rigiditate ridicată, nu este supusă forțelor de impact și transmite doar cuplu cu o presiune axială minimă. Acest lucru previne îndoirea și deformarea, asigurând foraje drepte și netede. Forajele DTH au rezultate mai bune în formațiunile fracturate, straturile înclinate sau duritatea variabilă a rocii.
③ Îndepărtarea eficientă a resturilor: Mediul de putere se dublează ca mediu de spălare, curățând bine gaura de foraj și evitând supraforarea.
④ Zgomot redus: Deoarece impactul are loc la fundul găurii, zgomotul este semnificativ mai mic decâtburghie cu ciocan de sus.
⑤ Aplicabilitate largă: Cu excepția formațiunilor foarte moi, forajele DTH funcționează optim în toate tipurile de roci, depășind forajele cu ciocan de vârf în diametrul și adâncimea găurii de foraj realizabile.
Având în vedere aceste avantaje, forarea DTH este considerată în general cea mai bună alegere, 90% dintre carierele britanice adoptând această metodă.
4. Dezavantajele burghiilor pneumatice DTH
① Presiune și putere scăzute: Principalul dezavantaj al burghiilor pneumatice DTH este presiunea scăzută a aerului și puterea de ieșire, ceea ce duce la viteze mai mici de foraj. În timp ce progresele au crescut presiunea aerului la 2,5 MPa, aceasta este încă mult sub presiunea hidraulică a forajelor de rocă. Mai mult decât atât, compresoarele de aer de înaltă presiune sunt scumpe, necesită motorizări de mare putere, produc mai mult zgomot și își pierd eficiența semnificativ în zonele de mare altitudine.
② Eficiență redusă a utilizării energiei: Burghiile pneumatice DTH consumă de trei ori mai multă energie pe metru forat decât burghiile hidraulice.
5. Aplicații ale hidrauliceiCiocane DTH
Pentru a integra avantajele forajelor hidraulice pentru rocă (presiune ridicată și eficiență) și forajelor DTH (foraj drepte), Hausherr din Germania a dezvoltat „Rapid Hydraulic DTH Drill” la începutul anilor 1990. Atât mecanismele sale de rotație, cât și cele de impact sunt acționate hidraulic. Ciocanul are două conducte de ulei pentru alimentare și retur. Burghiile rapide sunt disponibile în trei diametre: 90 mm, 115 mm și 150 mm, potrivite pentru foraje cu diametre de 100–125 mm, 127–156 mm și, respectiv, 168–230 mm.
Un test comparativ între semănătoarea pneumatică DTH Rapid și HBM80S de la Hausherr a arătat că, pentru diametre identice de foraj (125 mm) și adâncimi (36 m), Rapid a prezentat avantaje economice semnificative, cu o putere mai mică a motorului, un consum de combustibil și un consum de ulei de lubrifiere de 0,46, 0,46, respectiv 0,46, respectiv 0,46, respectiv 0,47.
6. Aplicații ale ciocanelor hidraulice cu apă
LKAB din Suedia și filiala sa G-Drill au dezvoltat „ciocanul DTH alimentat cu apă Wassara” la sfârșitul anilor 1980. Folosind apa de mină filtrată ca mediu, funcționează la o presiune de 18–20 MPa și debite de 200–300 L/min. Cu viteze medii de găurire de 850 mm/min, depășește ciocanele pneumatice (de obicei 320 mm/min).
Ciocanul Wassara a demonstrat performanțe excepționale, cum ar fi reducerea abaterii forajului la jumătate și creșterea productivității cu 86% în minele LKAB. Aplicațiile includ chituirea metroului în New York și forajul geotermal în Elveția, unde a finalizat un foraj de 599,8 m în 5 zile, comparativ cu 3 săptămâni cu forajele rotative tradiționale.
7. Comparație: Ciocane hidraulice acționate cu apă vs. Ciocane hidraulice cu fluid
Ciocane cu apă: Utilizați presiunea statică a apei, obținând o eficiență mai mare și viteze de foraj, potrivite pentru aplicații miniere.
Ciocane acționate de fluid: Folosiți presiunea dinamică a apei și sunt în general limitate la foraj geologic cu presiuni mai mici (0,5–4 MPa) și eficiență (
8. Concluzie
Hidraulic și cu apăCiocane DTHcombină avantajele mașinilor de găurit hidraulice cu ciocan de sus și ale ciocanelor DTH pneumatice, oferind un consum redus de energie, viteze rapide de foraj și foraje drepte. Mediul unificat pentru putere și spălare face ca ciocanele cu apă să fie mai promițătoare pentru dezvoltarea viitoare.
