Pokroky v technológii vŕtania DTH s hydraulickým a vodným pohonom.

1. Výhody hydraulických skalných vŕtačiek

① Vysoký hydraulický tlak: Typicky v rozsahu od 10 do 25 MPa, s trendom smerom k vyšším limitom. To je niekoľko až desaťkrát vyššie ako pneumatický tlak.

② Vysoký výstupný výkon: Všeobecne medzi 5 až 20 kW. Niektoré modely, ako napríklad COP4050 od ATLAS a HL2000 od TAMROCK, dosahujú 40 kW, zatiaľ čo HL4000 dosahuje až 70 kW.

③ Vysoká rýchlosť vŕtania: Zvyčajne dosahuje rýchlosť vŕtania 1–3 m/min.

④ Vysoká účinnosť: Účinnosť samotných hydraulických vrtákov môže dosiahnuť 50% a hydraulické čerpadlá sú efektívnejšie ako vzduchové kompresory. V dôsledku toho je celkové využitie energie výrazne vyššie ako pri systémoch pneumatických vrtákov.

2. Nevýhody hydraulických skalných vŕtačiek

① Strata prenosu energie: Keďže vrták je umiestnený v hornej časti vrtnej tyče, straty prenosom energie sa zvyšujú s väčšou hĺbkou otvoru, čo vedie k zníženiu rýchlosti vŕtania.

② Vysoké opotrebenie vrtnej tyče: So zvyšujúcim sa výkonom hydraulických vrtákov do kameňa sa zvyšuje aj namáhanie vrtnej tyče, čo vedie k vyššej miere poškodenia. Hoci technológie, ako je vŕtanie plášťov spoločnosti Atlas Copco, pomáhajú znižovať napätie, zvyšujú náklady a nedokážu problém úplne vyriešiť, čím sa obmedzuje výstupný výkon vŕtačky. Napríklad, zatiaľ čo výkon COP4050 je dimenzovaný na 40 kW, na vŕtanie hlbokých dier sa používa iba 30 kW, aby sa minimalizovalo namáhanie zariadenia.

③ Odchýlka vrtu: Vŕtacie tyče znášajú nárazové sily aj krútiaci moment, čo vedie k ohýbaniu a deformácii, čo znižuje presnosť vrtu.

3. VýhodyDown-the-Hole (DTH)Vŕtačky

① Žiadna strata prenosu energie: Kladivo priamo zasahujevrták, eliminuje potrebu prenosu energie príklepu cez vrtnú tyč, čím sa zaisťuje konzistentná rýchlosť vŕtania bez ohľadu na hĺbku.

② Priame vrty: Vrtná tyč má vysokú tuhosť, nie je vystavená nárazovým silám a prenáša iba krútiaci moment s minimálnym axiálnym tlakom. Tým sa zabráni ohýbaniu a deformácii, čím sa zaisťujú rovné a hladké vrty. DTH vrtáky fungujú lepšie v puklinových formáciách, naklonených vrstvách alebo premenlivej tvrdosti hornín.

③ Efektívne odstraňovanie nečistôt: Výkonové médium slúži ako preplachovacie médium, dôkladne vyčistí vrt a zabráni nadmernému vŕtaniu.

④ Nízky hluk: Keďže k nárazu dochádza na dne vrtu, hluk je výrazne nižší akopríklepové vŕtačky.

⑤ Široká použiteľnosť: S výnimkou veľmi mäkkých útvarov fungujú vrtáky DTH optimálne vo všetkých typoch hornín, čím prekonávajú vrtáky s príklepom do hornín v dosiahnuteľnom priemere a hĺbke vrtu.

Vzhľadom na tieto výhody je vŕtanie DTH všeobecne považované za najlepšiu voľbu, pričom 90 % britských lomov používa túto metódu.

4. Nevýhody pneumatických vŕtačiek DTH

① Nízky tlak a výkon: Hlavnou nevýhodou pneumatických vŕtačiek DTH je ich nízky tlak vzduchu a výstupný výkon, čo vedie k nižším rýchlostiam vŕtania. Zatiaľ čo pokroky zvýšili tlak vzduchu na 2,5 MPa, je to stále ďaleko pod hydraulickým tlakom vrtákov. Okrem toho sú vysokotlakové vzduchové kompresory drahé, vyžadujú vysokovýkonné pohony, produkujú viac hluku a výrazne strácajú účinnosť vo vysokohorských oblastiach.

② Nízka účinnosť využitia energie: Pneumatické vŕtačky DTH spotrebujú trikrát viac energie na vŕtaný meter ako hydraulické vŕtačky do hornín.

5. Aplikácie hydraulikyKladivá DTH

Na integráciu výhod hydraulických vrtákov do hornín (vysoký tlak a účinnosť) a DTH vrtákov (priame vrty) vyvinul nemecký Hausherr začiatkom 90. rokov 20. storočia „Rýchly hydraulický vrták DTH“. Jeho rotačný aj nárazový mechanizmus sú poháňané hydraulicky. Kladivo má dve olejové vedenia pre prívod a odvod. Rapid vrtáky sú dostupné v troch priemeroch: 90 mm, 115 mm a 150 mm, vhodné pre vrty s priemerom 100–125 mm, 127–156 mm a 168–230 mm.

Porovnávací test medzi pneumatickou DTH vŕtačkou Rapid a Hausherr HBM80S ukázal, že pri identických priemeroch vrtov (125 mm) a hĺbkach (36 m) vykazoval Rapid významné ekonomické výhody s nižším výkonom motora, spotrebou paliva a spotrebou mazacieho oleja 0,46, 0,46 a 0,47.

6. Aplikácie hydraulických kladív poháňaných vodou

Švédska spoločnosť LKAB a jej dcérska spoločnosť G-Drill vyvinuli koncom osemdesiatych rokov 20. storočia „Wassara Water-Powered DTH Hammer“. Pri použití filtrovanej banskej vody ako média pracuje pri tlaku 18–20 MPa a prietokoch 200–300 l/min. S priemernou rýchlosťou vŕtania 850 mm/min prekonáva pneumatické kladivá (typicky 320 mm/min).

Kladivo Wassara preukázalo výnimočný výkon, ako napríklad zníženie odchýlky vrtu o polovicu a zvýšenie produktivity o 86 % v baniach LKAB. Aplikácie zahŕňajú injektáž metra v New Yorku a geotermálne vrty vo Švajčiarsku, kde dokončili vrt s dĺžkou 599,8 m za 5 dní, v porovnaní s 3 týždňami s tradičnými rotačnými vrtákmi.

7. Porovnanie: Hydraulické kladivá poháňané vodou vs.

Kladivá poháňané vodou: Využívajte statický tlak vody, dosahujte vyššiu účinnosť a rýchlosť vŕtania, vhodné pre banské aplikácie.

Kvapalinou poháňané kladivá: Používajú dynamický tlak vody a sú všeobecne obmedzené na geologické vŕtanie s nižším tlakom (0,5–4 MPa) a účinnosťou (

8. Záver

Hydraulický a vodný pohonDTH kladivákombinujú výhody hydraulických vŕtačiek s horným príklepom a pneumatických DTH kladív, ponúkajú nízku spotrebu energie, vysoké rýchlosti vŕtania a priame vrty. Zjednotené médium pre napájanie a splachovanie robí kladivá poháňané vodou perspektívnejšie pre budúci vývoj.