Thyerja e kodit të shpimit të shkëmbit të fortë: Teknologjia DTH që ndryshon lojën.
Sipas kushteve gjeologjike të zonës së ndërtimit, ekzistojnë katër metoda kryesore shpimi që përdoren zakonisht nga pajisjet e shpimit, siç tregohet në figurën 1.
a. Kokat rrotulluese pneumatike ose hidraulike të kombinuara me pajisjet e goditjes transmetojnë energji rrotulluese dhe goditjeje përmes majës sëtub shpimi, duke dhënë energji në pjesën e shpimit nëpërmjet valëve të goditjes në tubin e shpimit. Kjo metodë është e kufizuar në diametra të vegjël dhe thellësi të cekëta dhe përdoret përgjithësisht në gurore, kantiere ndërtimi dhe operacione minerare nëntokësore.
b.Çekinë Down-The-Hole (DTH). janë të vendosura në fund të vargut të stërvitjes. Ajri i kompresuar hyn në DTH përmes kordonit të stërvitjes, duke lëvizur një piston në një lëvizje reciproke që ndikon drejtpërdrejt në pjesën e shpimit, duke transferuar energjinë e goditjes në shkëmb. Ky sistem ka humbje minimale të fuqisë dhe është veçanërisht i përshtatshëm për vrima të thella, vrima të drejta dhe shkëmbinj me fortësi mesatare.
c.Shpimi me qarkullim të kundërt (RC).përdor DTH për të mbledhur dhe transportuar mostra shkëmbi nga faqja e shpimit. Prerjet e thata dhe të pandotura barten përmes tubit qendror të DTH në një pajisje grumbullimi të mostrave, duke u përgatitur për analiza gjeologjike.
d. Një kuti ingranazhi e drejtuar nga motorë hidraulikë ose elektrikë formon një kokë rrotulluese të fuqisë, duke aplikuar forcë të mjaftueshme ushqyese në pjesën e stërvitjes me tre kone përmes një sistemi ushqimor që lëviz lart e poshtë në pajisjen e stërvitjes dhe një tub shpimi me mure të trasha. Kjo metodë përdoret për shkëmbinj më të butë ose shkëmbinj të fortë të lidhur fort.
- Parimet dhe Karakteristikat e DTH
Formacionet e shpuara me DTH janë pothuajse tërësisht të afta të përfshijnë të gjithë shkëmbinjtë magmatikë, shkëmbinjtë metamorfikë dhe shkëmbinjtë sedimentarë që janë me fortësi mesatare ose më të fortë. DTH është veçanërisht i favorshëm për shpimin e shkëmbinjve të fortë dhe shtresave të forta, sepse shkëmbi i fortë ka tendencë të jetë i brishtë. Nën ngarkesat e goditjes, thyerjet ndodhin jo vetëm në vendin e goditjes direkte, por gjithashtu krijojnë një zonë të thyer, duke rezultuar në fragmente më të mëdha shkëmbi. Kështu, shpejtësia e shpimit është dukshëm më e shpejtë në krahasim me shpimin e pastër rrotullues. Modeli mekanik në figurën 2 ilustron ngarkesat e ndryshme që veprojnë në shkëmb gjatë shpimit rrotullues me goditje.
Përveç kësaj, shpimi DTH (Down-the-Hole) është shumë efektiv në formacionet e prirura ndaj devijimit të pusit, të tilla si shtresa me shtrat dhe gjethe të zhvilluara mirë, ose shtresa shkëmbi me fortësi të pabarabartë dhe shumë thyerje. Mund të reduktojë ndjeshëm devijimin e pusit dhe gjithashtu të kapërcejë vështirësitë në shpimin përmes shtresave të zhavorrit dhe shtretërve të gurëve.
Shpimi DTH u zhvillua në fund të shekullit të 19-të dhe ka një histori mbi një shekull. Megjithëse ka shumë lloje të stërvitjeve DTH, ato ndajnë një veçori të përbashkët: si mekanizmi i goditjes ashtu edhe pjesa e shpimit janë zhytur në pus, me rrotullim të kombinuar me goditje për të thyer shkëmbin. Pajisjet e përdorura për të gjeneruar forcën e goditjes mund të kategorizohen sipas metodës së tyre të drejtimit në lloje pneumatike, hidraulike, presioni vaji, elektrike dhe mekanike.
Meqenëse energjia e goditjes përjeton humbje të konsiderueshme gjatë transmetimit dhe mund të shkaktojë dëme të konsiderueshme në komponentët e ndikuar, në operacionet më të thella të shpimit kërkohet përgjithësisht që pajisja të hyjë në pus me mjetin e shpimit, në mënyrë që forca e goditjes në dalje të mund të veprojë drejtpërdrejt në pjesën e shpimit ose në fuçinë e bërthamës. Kjo minimizon humbjen e energjisë gjatë transmetimit, përmirëson efikasitetin e energjisë dhe zvogëlon gjasat e dështimeve të pajisjeve në gropë.
DTH pneumatik, i njohur gjithashtu si DTH i drejtuar nga ajri, vjen në shumë lloje strukturore dhe metoda klasifikimi.
- Sipas vlerësimit të presionit: llojet me presion të lartë, me presion të mesëm dhe me presion të ulët.
- Sipas strukturës së përgjithshme: jo-përmes dhe përmes llojeve.
- Sipas parimit të funksionimit të valvulës: lloji i valvulës së kontrollit, lloji i valvulës së lirë dhe lloji i valvulës hibride.
- Sipas strukturës së pistonit: pistoni me diametër të barabartë, pistoni me diametër të pabarabartë dhe llojet e pistonit tandem.
- Sipas llojit të shpërndarjes së ajrit: DTH me valvul dhe DTH pa valvula. DTH me valvula mund të ndahet në llojet e valvulave të pllakave, valvulave të diskut dhe valvulave cilindrike, ndërsa DTH pa valvula mund të ndahet në llojin e shkarkimit të shufrës qendrore, llojin e shpërndarjes së ajrit të pistonit dhe shpërndarjen e kombinuar të ajrit sipas pistonit, cilindrit dhe shufrës qendrore.
- Me metodën e larjes me vrima dhe shkarkimit të skorjeve: larja e vrimës qendrore, larja e vrimës së përparme dhe larja me vrima anësore.
2. Përcaktimi i Skemave Strukturore të Mekanizmit të Ndikimit
2.1 Mekanizmi i Furnizimit me Vetë-Gaz me Ndikim Jo Valvul
Ky lloj mekanizmi i goditjes përdor kryesisht kalimet e gazit në vetë piston për furnizimin me gaz, duke rezultuar në një strukturë komplekse pistoni me kanale të shumta gazi, gjë që redukton forcën dhe jetëgjatësinë e pistonit. Megjithatë, ky mekanizëm ndikimi integron cilindrat e brendshëm dhe të jashtëm, duke rritur zonën efektive të punës së pistonit dhe duke rritur energjinë e ndikimit të mekanizmit.
2.2 Mekanizmi i Furnizimit me Gaz të Kombinuar pa valvulë të pistonit dhe cilindrit
Ky lloj ka një strukturë të thjeshtë që është e lehtë për t'u prodhuar, ka një jetëgjatësi më të madhe të pistonit dhe vrimat e gazit janë të vendosura si në cilindër ashtu edhe në piston. Kjo strukturë përdoret gjerësisht jashtë vendit.
2.3 Mekanizmi i Ndikimit të Furnizimit me Gaz pa Valvul
Në këtë mekanizëm, kalimet e marrjes së ajrit për dhomën e sipërme dhe të poshtme janë rregulluar në tubin rrethor ku pistoni rrëshqet. Kërkon saktësi të lartë të prodhimit dhe ka një jetëgjatësi relativisht të shkurtër për tubin qendror.
2.4 Mekanizmi i ndikimit të shkarkimit anësor
I ashtuquajturi shkarkim anësor do të thotë që shtegu i gazit të shkarkimit del nga trupi i cilindrit në vend që të kalojë përmes qendrës së shpimit deri në fund të vrimës. Ky lloj mekanizmi i ndikimit zakonisht ka shumë rrugë marrjeje dhe shkarkimi në trupin e cilindrit, duke çuar në forcë të dobët strukturore, potencial për çarje gjatësore gjatë lodhjes dhe humbje të konsiderueshme të presionit të ajrit, duke rezultuar në heqjen e mbeturinave dhe efekte ftohëse jo optimale për pjesën e shpimit.
2.5 Mekanizmi i Ndikimit në Qendrën e shkarkimit
Ky lloj mekanizmi i goditjes largon mbeturinat dhe gazin direkt nga qendra e shpimit në fund të vrimës. Rrjedha e drejtpërdrejtë e ajrit jo vetëm që rrit efikasitetin e heqjes së mbeturinave, por gjithashtu përmirëson efikasitetin e shpimit dhe ftohjen, duke zgjatur jetëgjatësinë e pjesës së shpimit. Ky lloj strukturor zëvendëson brazdat e shumta gjatësore në cilindrin e brendshëm të mekanizmave të goditjes anësore të shkarkimit me një brazdë unazore, duke reduktuar shumë përqendrimin e stresit në cilindrin e brendshëm. Ajo është bërë një strukturë e miratuar gjerësisht vitet e fundit.
Mekanizmi i goditjes së pistonit të serisë 2.6
Mekanizmi i goditjes së pistonit të serisë, i njohur gjithashtu si një ndikim me dy piston (kokë), e ndan cilindrin në dy dhoma duke përdorur një unazë izolimi. Ky dizajn lejon që të dy faqet e pistonit të punojnë njëkohësisht brenda të njëjtit diametër të bojës, duke rezultuar në fuqi më të madhe të goditjes dhe frekuencë më të lartë të goditjes. Në përputhje me rrethanat, ekziston një sistem i dyfishtë shkarkimi që heq në mënyrë efektive pluhurin e gurit nga fundi i vrimës. Megjithatë, pengesa kryesore e tij është struktura komplekse dhe nevoja për saktësi të lartë në përpunimin e pjesëve; për shembull, pistoni ka deri në pesë sipërfaqe të bashkuara me komponentë të lidhur, gjë që kufizon aplikimin dhe promovimin e tij. Prandaj, ky dizajn miraton opsionin e dytë, i cili është mekanizmi i goditjes pa valvula me furnizim të kombinuar të gazit të pistonit dhe cilindrit. Struktura e saj është paraqitur në Figurën 3.
3.Analiza teorike dhe llogaritjet përkatëse për DTH
3.1 Zgjedhja e parametrave të funksionimit**
3.1.1 Gjatësia dhe pesha e çekiçit: Dizajni paraprak specifikon një gjatësi më të vogël se 4500 mm dhe një peshë më të vogël se 2500 kg.
3.1.2 Diametri i çekiçit: Diametri i duhur i çekiçit përcaktohet në bazë të diametrit të shpimit, të vendosur në 540 mm.
3.1.3 Diametri i shpimit: Kjo i referohet diametrit të vrimës së grumbullit, në përgjithësi midis 550 mm dhe 600 mm.
3.1.4 Thellësia e shpimit: Sipas kërkesave të projektimit të shtyllave, kjo zakonisht është midis disa dhjetëra metra dhe njëqind metra.
3.1.5 Shpejtësia e shpimit: Shpimi DTH në përgjithësi funksionon me shpejtësi të ulët rrotullimi, zakonisht midis 7 dhe 25 r/s.
3.1.6 Çift rrotullues: Çift rrotullues maksimal për këtë dizajn është vendosur në 150 kN·m.
3.2 Llogaritja e parametrave të projektimit
Parametrat e projektimit për DTH, veçanërisht parametrat e performancës së pajisjes së ndikimit DTH, shërbejnë si bazë për projektimin e makinës dhe përcaktojnë performancën e pajisjes së prodhuar.
3.2.1 Presioni i projektimit P për pajisjet me ndikim
Në Kinë, një presion prej 0,49 MPa (afërsisht 5 × 10 ^ 5 Pa) është zgjedhur gjerësisht si standardi i projektimit për pajisjet me ndikim pneumatik. Duke pasur parasysh se DTH për këtë dizajn është një pajisje me ndikim pa valvula me një diametër të madh shpimi dhe pistoni të rëndë, presioni më i lartë i ajrit do të rrisë më tej performancën. Për më tepër, kompresorët e ajrit me presion të lartë janë gjithnjë e më të zakonshëm dhe në përputhje me standardin ndërkombëtar ISO 5941-1979, zgjidhet një presion projektimi prej 1.6 MPa.
3.2.2 Fuqia e ndikimit
Për DTH që përdoret për të shpuar vrima me diametër të madh, energjia e ndikimit të projektimit mund të luhatet ndjeshëm. Energjia e ndikimit për këtë dizajn llogaritet si më poshtë:
3.2.3 Frekuenca e ndikimit
Në përgjithësi, nën energjinë e vazhdueshme të goditjes, frekuenca e goditjes është proporcionale me fuqinë dalëse të goditësit. Megjithatë, kur diametri i cilindrit është i fiksuar, rritja e frekuencës së goditjes kërkon një reduktim të goditjes së pistonit, e cila nga ana tjetër zvogëlon fuqinë e goditjes së vetme. Sapo fuqia e vetme e goditjes të bjerë nën një prag të caktuar, rritja e frekuencës nuk do të japë rezultate të kënaqshme të thyerjes së gurëve. Kështu, zgjedhja e frekuencës së ndikimit kufizohet nga fuqia e goditjes.
Për DTH pneumatike që funksionon me një presion të projektuar prej 0,5 MPa, frekuenca nuk duhet të kalojë 16,8 Hz. Meqenëse DTH funksionon në presionet e projektimit midis 0,5 dhe 2,5 MPa, frekuenca e ndikimit mund të ndryshojë ndjeshëm. Zgjedhja fillestare e frekuencës së ndikimit mund të llogaritet si më poshtë:
f = 10,4 + 7,6 P
(2) ku P është presioni i furnizimit të sistemit. Për këtë dizajn, P = 1.6 MPa, pra:
f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.
3.3 Projektimi i parametrave strukturorë
Parametrat kryesorë strukturorë të DTH përfshijnë diametrin e shpimit të cilindrit, goditjen e pistonit dhe dimensionet e pistonit. Rritja e diametrit të cilindrit mund të rrisë fuqinë dhe frekuencën e goditjes, kështu që diametri duhet të maksimizohet brenda kufijve të madhësisë strukturore. Në mënyrë tipike, diferenca midis diametrit të jashtëm të DTH dhe diametrit të shpimit nuk duhet të jetë më pak se 15 deri në 20 mm, dhe shtresa e jashtme e DTH nuk duhet të jetë shumë e hollë. Prandaj, raporti i diametrit të cilindrit DTH me diametrin e shpimit është përgjithësisht mbi 0.5.
3.3.1 Diametri i punës së cilindrit dhe goditja strukturore
Diametri i punës D i cilindrit mund të llogaritet si më poshtë:
D = K × D (bore) = (0,57 - 0,68) × D (bore) (3)
Për këtë dizajn, D(bore) = 600 mm, kështu që D merret si 360 mm. Goditja strukturore S është marrë në mënyrë empirike si S = 500 mm.
3.3.2 Masa e pistonit
Dimensionet radiale të pistonit janë të kufizuara nga madhësia dhe struktura e cilindrit, duke lejuar pistonët me diametër të barabartë ose të ndryshëm. Dimensionet lineare varen nga pesha e pistonit, e cila gjithashtu lidhet me shpejtësinë që ai ka kur godet shpuesin. Prandaj, përcaktimi i dimensioneve strukturore të pistonit është një aspekt kompleks i dizajnit të DTH. Masa e pistonit DTH mund të vlerësohet si më poshtë:
m = 0,0205D^2,84 (4)
ku m është masa e pistonit në kg; D është diametri i punës së cilindrit në cm.
Zëvendësimi i D = 36 jep: m = 540 kg.
DTH përbëhet kryesisht nga një strukturë transmetimi çift rrotullues dhe një mekanizëm ndikimi pneumatik. Struktura e transmetimit të çift rrotullues lidh shufrën e stërvitjes dhe DTH, duke transmetuar forcat e prerjes dhe tërheqjes rrotulluese; mekanizmi i goditjes pneumatike gjeneron goditje, duke siguruar fuqi boshtore për shpimin e goditjes. Detajet specifike të strukturës janë paraqitur në Figurën 3.
Struktura e transmetimit të çift rrotullues lidh shufrën e stërvitjes dhe goditjen. Lidhja e sipërme lidhet me shufrën e stërvitjes dhe goditjen përmes fijeve të tubit, kryesisht për të siguruar ngushtësinë e gazit duke transmetuar gjithashtu çift rrotullues dhe forcë tërheqëse. Valvula e kontrollit parandalon që balta dhe uji të hyjnë në goditjen dhe shufrën e shpimit, të kontrolluara nga një burim. Selia e marrjes së ajrit me shufrën e furnizimit me gaz funksionon për të futur ajër të kompresuar në cilindër, duke lehtësuar veprimin e furnizimit me gaz së bashku me cilindrin dhe pistonin, duke arritur kështu furnizimin e kombinuar të gazit. Unaza e sigurisë së sustave parandalon rrëshqitjen e pistonit nga cilindri kur zëvendëson pjesën e stërvitjes.
3.4 Analiza e elementeve të fundme të shpimit DTH
Pjesa e stërvitjes DTH i nënshtrohet forcave të goditjes nga pistoni dhe çift rrotullues nga koka e makinës. Forca e ushtruar në piston nga ajri i kompresuar jepet nga:
F = P × S (5)
ku P është presioni i sistemit në Pa; S është zona e forcës së pistonit në m².
Kështu, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.
Prandaj, forca e goditjes në pjesën e shpimit është:
F' = kF (6)
ku k është koeficienti i ndikimit; F është forca e ushtruar në shpimin nga ajri i kompresuar në N. Kështu, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Çift rrotullues i aplikuar në shpimin DTH nga koka e makinës është N = 150 kN. Duke aplikuar F' = 2688 kN dhe N = 150 kN në shpimin gjatë fiksimit të faqes së poshtme të skajit të shpimit dhe duke përdorur materialin QT500-7 me një forcë rrjedhëse prej 320 MPa, kryhet analiza e elementeve të fundme. Kushtet specifike të ngarkimit dhe kufizimit dhe ndarja e rrjetës janë paraqitur në figurat 4 dhe 5.
Rezultatet e analizës së elementeve të fundme janë paraqitur në figurën 6, duke treguar se sforcimi maksimal është 144.355 MPa, që është më pak se forca e rrjedhjes së QT500-7 (320 MPa), duke përmbushur kështu kërkesat.