Достижения в области технологий гидравлического и гидроприводного бурения с погружным пневмоударником.
1. Преимущества гидравлических перфораторов
① Высокое гидравлическое давление: Обычно в диапазоне от 10 до 25 МПа с тенденцией к более высоким пределам. Это в несколько десятков раз выше, чем пневматическое давление.
② Высокая выходная мощность: обычно от 5 до 20 кВт. Некоторые модели, такие как COP4050 от ATLAS и HL2000 от TAMROCK, достигают 40 кВт, а HL4000 достигает 70 кВт.
③ Высокая скорость бурения: обычно достигает скорости бурения 1–3 м/мин.
④ Высокая эффективность: эффективность самих гидравлических буровых установок может достигать 50%, а гидравлические насосы эффективнее воздушных компрессоров. Следовательно, общее использование энергии значительно выше, чем у пневматических буровых установок.
2. Недостатки гидравлических перфораторов
① Потери при передаче энергии: поскольку перфоратор расположен в верхней части буровой штанги, потери при передаче энергии увеличиваются с увеличением глубины скважины, что приводит к снижению скорости бурения.
② Высокий износ буровой штанги: с ростом мощности гидравлических буровых установок нагрузка на буровую штангу также увеличивается, что приводит к более высоким показателям повреждений. Хотя такие технологии, как обсадное бурение Atlas Copco, помогают снизить нагрузку, они увеличивают затраты и не решают проблему полностью, тем самым ограничивая выходную мощность бура. Например, в то время как мощность COP4050 составляет 40 кВт, для глубокого бурения используется только 30 кВт, чтобы минимизировать нагрузку на оборудование.
③Отклонение ствола скважины: буровые штанги подвергаются как ударным нагрузкам, так и крутящему моменту, что приводит к изгибу и деформации, что снижает точность бурения скважины.
3. ПреимуществаВниз по скважине (DTH)Сверла
① Отсутствие потерь при передаче энергии: молоток воздействует непосредственно насверло, что исключает необходимость передачи энергии удара через буровую штангу, обеспечивая постоянную скорость бурения независимо от глубины.
② Прямые скважины: буровая штанга имеет высокую жесткость, не подвергается ударным нагрузкам и передает только крутящий момент с минимальным осевым давлением. Это предотвращает изгиб и деформацию, обеспечивая прямые и гладкие скважины. Буры DTH лучше работают в трещиноватых пластах, наклонных пластах или породах с переменной твердостью.
③ Эффективное удаление мусора: рабочая среда также выполняет функцию промывочной среды, тщательно очищая скважину и предотвращая чрезмерное бурение.
④ Низкий уровень шума: поскольку удар происходит на дне скважины, уровень шума значительно ниже, чемперфораторы.
⑤ Широкая применимость: за исключением очень мягких пород, буровые установки DTH оптимально работают во всех типах пород, превосходя перфораторы по достижимому диаметру и глубине скважин.
Учитывая эти преимущества, бурение с погружным пневмоударником считается наилучшим выбором: 90% британских карьеров применяют этот метод.
4. Недостатки пневматических буровых установок DTH
① Низкое давление и мощность: Основным недостатком пневматических буров DTH является их низкое давление воздуха и выходная мощность, что приводит к снижению скорости бурения. Хотя достижения подняли давление воздуха до 2,5 МПа, это все еще намного ниже гидравлического давления буров. Кроме того, воздушные компрессоры высокого давления дороги, требуют высокомощных приводов, производят больше шума и значительно теряют эффективность в высокогорных районах.
② Низкая эффективность использования энергии: пневматические буровые установки DTH потребляют в три раза больше энергии на каждый пробуренный метр, чем гидравлические буровые установки.
5. Применение гидравликиПневмоударники DTH
Чтобы объединить преимущества гидравлических перфораторов (высокое давление и эффективность) и буров DTH (прямые скважины), немецкая компания Hausherr в начале 1990-х годов разработала «Rapid Hydraulic DTH Drill». Как его вращательный, так и ударный механизмы имеют гидравлический привод. Молот оснащен двумя масляными линиями для подачи и возврата. Буры Rapid доступны в трех диаметрах: 90 мм, 115 мм и 150 мм, подходящих для скважин диаметром 100–125 мм, 127–156 мм и 168–230 мм соответственно.
Сравнительные испытания Rapid и пневматического погружного бурового станка HBM80S компании Hausherr показали, что при идентичных диаметрах скважин (125 мм) и глубинах (36 м) Rapid демонстрирует значительные экономические преимущества за счет более низкой мощности двигателя, расхода топлива и коэффициентов расхода смазочного масла 0,46, 0,46 и 0,47 соответственно.
6. Применение гидравлических молотов с водяным приводом
Шведская компания LKAB и ее дочерняя компания G-Drill разработали «Wassara Water-Powered DTH Hammer» в конце 1980-х годов. Используя в качестве среды отфильтрованную шахтную воду, он работает при давлении 18–20 МПа и расходе 200–300 л/мин. При средней скорости бурения 850 мм/мин он превосходит пневматические молоты (обычно 320 мм/мин).
Молот Wassara продемонстрировал исключительные эксплуатационные характеристики, например, сократил отклонение скважины вдвое и увеличил производительность на 86% в шахтах LKAB. Применения включают цементацию подземных сооружений в Нью-Йорке и геотермальное бурение в Швейцарии, где он завершил бурение скважины глубиной 599,8 м за 5 дней по сравнению с 3 неделями с традиционными роторными бурами.
7. Сравнение: гидравлические молоты с водяным приводом и гидравлические молоты с жидкостным приводом
Гидравлические молоты: используют статическое давление воды, достигая более высокой эффективности и скорости бурения, подходят для горнодобывающей промышленности.
Гидроударники: используют динамическое давление воды и, как правило, ограничиваются геологическим бурением с более низким давлением (0,5–4 МПа) и эффективностью (
8. Заключение
Гидравлические и водяныеПневмоударники DTHобъединяют преимущества гидравлических буров с верхним ударником и пневматических погружных пневмоударников, предлагая низкое потребление энергии, высокую скорость бурения и прямые скважины. Унифицированная среда для питания и промывки делает гидроударники более перспективными для будущего развития.
