Napredek v tehnologiji hidravličnega in vodnega vrtanja DTH.

1. Prednosti hidravličnih vrtalnih strojev

① Visok hidravlični tlak: običajno v razponu od 10 do 25 MPa, s trendom k višjim mejam. To je nekaj do desetkrat večje od pnevmatskega tlaka.

② Visoka izhodna moč: običajno med 5 in 20 kW. Nekateri modeli, kot sta COP4050 proizvajalca ATLAS in HL2000 proizvajalca TAMROCK, dosežejo 40 kW, HL4000 pa do 70 kW.

③ Velika hitrost vrtanja: Običajno doseže hitrost vrtanja 1–3 m/min.

④ Visoka učinkovitost: učinkovitost samih hidravličnih vrtalnikov za skale lahko doseže 50 %, hidravlične črpalke pa so učinkovitejše od zračnih kompresorjev. Posledično je skupna poraba energije znatno višja kot pri pnevmatskih vrtalnih sistemih.

2. Slabosti hidravličnih vrtalnih strojev

① Izguba prenosa energije: Ker je sveder za skale nameščen na vrhu vrtalne palice, se izgube prenosa energije povečajo z večjo globino vrtanja, kar povzroči zmanjšano hitrost vrtanja.

② Visoka obraba vrtalne palice: Ko se moč hidravličnih vrtalnih palic poveča, se poveča tudi obremenitev na svedralni palici, kar povzroči višje stopnje poškodb. Čeprav tehnologije, kot je Atlas Copcovo vrtanje v ohišje, pomagajo zmanjšati obremenitev, povečujejo stroške in ne uspejo popolnoma rešiti problema, s čimer omejujejo izhodno moč vrtalnika. Na primer, medtem ko je moč COP4050 ocenjena na 40 kW, se za globoko vrtanje porabi le 30 kW, da se zmanjša obremenitev opreme.

③Odstopanje vrtine: vrtalne palice prenesejo udarne sile in navor, kar povzroči upogibanje in deformacijo, kar zmanjša natančnost vrtine.

3. PrednostiDown the Hole (DTH)Svedri

① Brez izgube pri prenosu energije: Kladivo neposredno vpliva nasveder, ki odpravlja potrebo po prenosu energije udarca preko vrtalne palice, kar zagotavlja enakomerno hitrost vrtanja ne glede na globino.

② Ravne vrtine: vrtalna palica ima visoko togost, ni izpostavljena udarnim silam in prenaša samo navor z minimalnim aksialnim pritiskom. To preprečuje upogibanje in deformacijo ter zagotavlja ravne in gladke vrtine. Svedri DTH delujejo bolje v razpokanih formacijah, nagnjenih plasteh ali spremenljivi trdoti kamnin.

③ Učinkovito odstranjevanje ostankov: močni medij deluje tudi kot izpiralni medij, ki temeljito očisti vrtino in prepreči prekomerno vrtanje.

④ Nizka raven hrupa: Ker pride do udarca na dnu vrtine, je hrup znatno nižji odudarni vrtalni stroji.

⑤ Široka uporabnost: razen pri zelo mehkih formacijah, vrtalniki DTH optimalno delujejo v vseh vrstah kamnin, saj presegajo vrtalnike z vrhnjim kladivom v dosegljivem premeru in globini izvrtine.

Glede na te prednosti se DTH vrtanje na splošno šteje za najboljšo izbiro, saj 90 % britanskih kamnolomov uporablja to metodo.

4. Slabosti pnevmatskih DTH vrtalnikov

① Nizek tlak in moč: Glavna pomanjkljivost pnevmatskih DTH vrtalnikov je njihov nizek zračni tlak in izhodna moč, kar vodi do nižjih hitrosti vrtanja. Medtem ko je napredek dvignil zračni tlak na 2,5 MPa, je to še vedno daleč pod hidravličnim tlakom vrtalcev za kamen. Poleg tega so visokotlačni zračni kompresorji dragi, zahtevajo visokozmogljive pogone, proizvajajo več hrupa in znatno izgubijo učinkovitost na območjih z visoko nadmorsko višino.

② Nizka učinkovitost izrabe energije: Pnevmatski DTH vrtalniki porabijo trikrat več energije na izvrtan meter kot hidravlični vrtalniki za kamenje.

5. Uporaba hidravlikeDTH kladiva

Da bi združil prednosti hidravličnih vrtalnikov za kamen (visok tlak in učinkovitost) in DTH vrtalnikov (ravne vrtine), je nemški Hausherr v zgodnjih 1990-ih razvil »Hitri hidravlični DTH vrtalnik«. Mehanizem vrtenja in udarca sta hidravlično gnana. Kladivo ima dva oljna voda za dovod in povratek. Svedri Rapid so na voljo v treh premerih: 90 mm, 115 mm in 150 mm, primerni za izvrtine s premerom 100–125 mm, 127–156 mm oziroma 168–230 mm.

Primerjalni test med Rapidom in Hausherrjevim pnevmatskim DTH vrtalnikom HBM80S je pokazal, da je Rapid pri enakih premerih vrtin (125 mm) in globinah (36 m) izkazal znatne ekonomske prednosti z nižjo močjo motorja, porabo goriva in razmerji porabe mazalnega olja 0,46, 0,46 oziroma 0,47.

6. Uporaba hidravličnih kladiv na vodni pogon

Švedski LKAB in njegova hčerinska družba G-Drill sta v poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja razvila »Wassara Water-Powered DTH Hammer«. Kot medij uporablja filtrirano rudniško vodo, deluje pri tlaku 18–20 MPa in pretokih 200–300 L/min. S povprečno hitrostjo vrtanja 850 mm/min prekaša pnevmatska kladiva (običajno 320 mm/min).

Kladivo Wassara je pokazalo izjemno zmogljivost, kot je zmanjšanje odstopanja vrtine za polovico in povečanje produktivnosti za 86 % v rudnikih LKAB. Aplikacije vključujejo injektiranje podzemne železnice v New Yorku in geotermalno vrtanje v Švici, kjer je v 5 dneh dokončal vrtino 599,8 m v primerjavi s 3 tedni s tradicionalnimi rotacijskimi vrtalniki.

7. Primerjava: hidravlična kladiva na vodni pogon in hidravlična kladiva na tekočinski pogon

Kladiva na vodni pogon: izkoriščajo statični pritisk vode, dosegajo večjo učinkovitost in hitrost vrtanja, primerna za uporabo v rudarstvu.

Kladiva, ki jih poganja tekočina: uporabljajo dinamični pritisk vode in so na splošno omejena na geološko vrtanje z nižjimi tlaki (0,5–4 MPa) in učinkovitostjo (

8. Zaključek

Hidravlični in vodni pogonDTH kladivazdružujejo prednosti hidravličnih vrtalnih kladiv z vrhom in pnevmatskih kladiv DTH, ki ponujajo nizko porabo energije, visoke hitrosti vrtanja in ravne vrtine. Enoten medij za moč in izpiranje naredi kladiva na vodni pogon bolj obetavna za prihodnji razvoj.