Cracking Code of Hard Rock pangeboran: The Game-ngarobah Téhnologi DTH.

Numutkeun kaayaan géologis wewengkon konstruksi, aya opat métode pangeboran utama ilahar dipaké ku rigs bor, ditémbongkeun saperti dina Gambar 1.

a. Pneumatic atanapi hydraulic-driven rotary heads digabungkeun sareng alat dampak ngirimkeun énergi rotasi sareng dampak ngaliwatan luhureunpipa bor, delivering énergi ka bit bor via gelombang shock dina pipa bor. Metoda ieu dugi ka diaméter leutik sareng jero deet sareng umumna dianggo dina tambang, situs konstruksi, sareng operasi pertambangan bawah tanah.

b.Palu Down-The-Hole (DTH). lokasina di handapeun senar bor. Hawa komprési asup kana DTH ngaliwatan senar bor, ngajalankeun piston dina gerak reciprocating nu langsung tabrakan bit bor, mindahkeun énergi dampak kana batu. Sistim ieu boga leungitna kakuatan minimal tur utamana cocog pikeun liang jero, liang lempeng, sarta batu sedeng-teuas.

c.Ngabalikeun sirkulasi (RC) pangeboranngagunakeun DTH pikeun ngumpulkeun jeung ngangkut sampel batu tina beungeut bor. Pemotongan anu garing sareng teu kacemar dikirimkeun ngaliwatan pipa tengah DTH kana alat pangumpulan sampel, nyiapkeun pikeun analisa géologis.

d. Kotak gear anu didorong ku motor hidrolik atanapi listrik ngabentuk sirah kakuatan anu puteran, nerapkeun kakuatan pakan anu cukup kana bit bor tilu-congcot ngaliwatan sistem feed anu ngalih ka luhur sareng ka handap dina rig bor sareng pipa bor tembok kandel. Metoda ieu dipaké pikeun batu lemes atawa kuat jointed batu teuas.

 

1. Prinsip jeung Karakteristik DTH

Formasi nu dibor ku DTH ampir sakabéhna bisa ngawengku sakabéh batuan beku, batu métamorf, jeung batu sédimén anu sedeng-teuas atawa leuwih teuas. DTH utamana nguntungkeun pikeun pangeboran hard rock jeung strata tangguh sabab hard rock condong jadi regas. Dina beban dampak, fractures teu ngan lumangsung di situs dampak langsung tapi ogé nyieun zone rusak, hasilna fragmen batu nu leuwih gede. Ku kituna, laju pangeboran nyata leuwih gancang dibandingkeun pangeboran usaha Rotary murni. Model mékanis dina Gambar 2 illustrates rupa beban nimpah dina batu salila dampak pangeboran Rotary.

                                                             

Salaku tambahan, pangeboran DTH (Down-the-Hole) efektif pisan dina formasi anu rawan panyimpangan borehole, sapertos strata kalayan ranjang sareng foliation anu dikembangkeun saé, atanapi lapisan batu anu karasa henteu rata sareng seueur narekahan. Éta sacara signifikan tiasa ngirangan panyimpangan borehole sareng ogé ngatasi kasusah dina pangeboran ngaliwatan lapisan gravel sareng ranjang batu.

 

Pangeboran DTH dikembangkeun dina ahir abad ka-19 sareng gaduh sajarah langkung ti hiji abad. Sanajan aya loba jenis drills DTH, aranjeunna babagi hiji fitur umum: duanana mékanisme dampak na bit bor anu submerged kana borehole nu, kalawan rotasi digabungkeun jeung dampak pikeun megatkeun batu. Alat-alat anu dianggo pikeun ngahasilkeun gaya dampak tiasa digolongkeun ku cara nyetirna kana pneumatic, hidrolik, tekanan minyak, listrik, sareng jinis mékanis.

 

Kusabab énergi dampak ngalaman rugi signifikan salila transmisi sarta bisa ngabalukarkeun karuksakan badag kana komponén impacted, éta umumna diperlukeun dina operasi pangeboran deeper yén alat-alat asup kana borehole jeung alat bor, ku kituna gaya dampak kaluaran bisa meta langsung dina bor atawa laras inti. Ieu ngaminimalkeun leungitna énergi nalika pangiriman, ningkatkeun efisiensi énergi, sareng ngirangan kamungkinan gagalna alat-alat downhole.

Pneumatic DTH, ogé katelah DTH hawa-disetir, asalna di loba tipe struktural jeung métode klasifikasi.

- Ku rating tekanan: tekanan tinggi, tekanan sedeng, sareng jinis tekanan rendah.

- Ku struktur sakabéh: non-liwat jeung ngaliwatan jenis.

- Ku prinsip operasi klep: tipe klep kontrol, tipe klep bébas, sarta tipe klep hibrid.

- Ku struktur piston: piston diaméterna sarua, piston diaméterna teu sarua, sarta jenis piston tandem.

- Ku tipe distribusi hawa: valved DTH na valveless DTH. DTH Valved bisa dibagi kana klep plat, klep disc, sarta jenis klep cylindrical, bari valveless DTH bisa dibagi kana tipe knalpot rod puseur, tipe distribution hawa piston, sarta gabungan distribusi hawa ku piston, silinder, sarta rod puseur.

- Ku cara ngumbah liang sareng ngaleupaskeun slag: cuci liang tengah, cuci liang hareup, sareng cuci liang samping.

2. Nangtukeun Skéma Struktural Mékanisme Dampak

2.1 Piston Self-Gas Supply Non-klep mékanisme Dampak

Jenis mékanisme dampak ieu utamana ngagunakeun jalur gas dina piston sorangan pikeun suplai gas, hasilna struktur piston kompléks nu mibanda sababaraha saluran gas, nu ngurangan kakuatan piston jeung umur. Tapi, mékanisme dampak ieu ngahijikeun silinder jero sareng luar, ningkatkeun daérah kerja piston anu épéktip sareng ningkatkeun énergi dampak mékanisme.

2.2 Piston jeung Silinder Gabungan Pasokan Gas Non-klep Mékanisme Dampak

Jinis ieu ngagaduhan struktur saderhana anu gampang didamel, gaduh umur piston anu langkung panjang, sareng liang gas aya dina silinder sareng piston. Struktur ieu loba dipaké di mancanagara.

2.3 Puseur pipe Gas Supply Non-klep mékanisme Dampak

Dina mékanisme ieu, saluran asupan hawa pikeun kamar luhur sareng handap disusun dina pipa sirkular dimana piston ngageser. Merlukeun precision manufaktur tinggi sarta ngabogaan lifespan rélatif pondok pikeun pipe puseur.

2.4 Mékanisme dampak knalpot samping

Nu disebut knalpot samping hartina jalur gas knalpot kaluar awak silinder tinimbang ngaliwatan puseur bor ka handap liang. Jenis mékanisme dampak ieu biasana ngagaduhan seueur jalur asupan sareng knalpot dina awak silinder, ngarah kana kakuatan struktural anu goréng, poténsi retakan kacapean longitudinal, sareng leungitna tekanan hawa anu signifikan, nyababkeun panyabutan lebu suboptimal sareng épék pendinginan pikeun bor.

2.5 Mékanisme Dampak knalpot puseur

Mékanisme dampak jenis ieu ngaluarkeun lebu sareng gas langsung tina pusat bor ka handapeun liang. Aliran hawa langsung henteu ngan ukur ningkatkeun efisiensi panyabutan lebu tapi ogé ningkatkeun efisiensi pangeboran sareng penyejukan, manjangkeun umur bor. Jinis struktural ieu ngagantikeun loba alur longitudinal dina silinder jero mékanisme dampak knalpot samping kalawan alur annular, greatly ngurangan konsentrasi stress dina silinder jero. Eta geus jadi struktur lega diadopsi dina taun panganyarna.

2.6 Runtuyan Piston Dampak Mékanisme

Mékanisme dampak piston runtuyan, ogé katelah impactor dual-piston (sirah), ngabagi silinder kana dua kamar ngagunakeun cingcin isolasi. Desain ieu ngamungkinkeun duanana beungeut piston pikeun digawé sakaligus dina diaméter bore sarua, hasilna kakuatan dampak gede jeung frékuénsi dampak leuwih luhur. Sasuai, aya sistem knalpot ganda anu sacara efektif ngaleungitkeun bubuk batu tina handapeun liang. Sanajan kitu, aral utamana nyaéta struktur kompléks sarta kabutuhan precision tinggi di bagian machining; contona,, piston ngabogaan nepi ka lima surfaces jalangan jeung komponén pakait, nu ngawatesan aplikasi sarta promosi. Ku alatan éta, desain ieu adopts pilihan kadua, nu mékanisme dampak non-klep jeung piston jeung silinder suplai gas digabungkeun. Strukturna dipidangkeun dina Gambar 3.

3.Analisis Téoritis jeung Itungan Relevan pikeun DTH

3.1 Pamilihan Parameter Operasi**

3.1.1 Panjang Palu jeung Beurat: Desain awal nangtukeun panjang kirang ti 4500 mm sarta beurat kirang ti 2500 kg.

3.1.2 Diaméter palu: Diaméter palu luyu ditangtukeun dumasar kana diaméter pangeboran, disetel dina 540 mm.

3.1.3 Diaméter pangeboran: Ieu nujul kana diaméter liang tihang, umumna antara 550 mm sarta 600 mm.

3.1.4 Pangeboran Jerona: Numutkeun sarat design tihang, ieu ilaharna antara sababaraha belasan méter sarta saratus méter.

3.1.5 Bor Speed: DTH pangeboran umumna beroperasi dina speeds rotational low, ilaharna antara 7 jeung 25 r / s.

3.1.6 Torsi Rotational: The torsi maksimum pikeun desain ieu diatur dina 150 kN · m.

 

3.2 Itungan Parameter Desain

Parameter desain pikeun DTH, khususna parameter kinerja alat dampak DTH, janten dasar pikeun desain mesin sareng nangtukeun kinerja alat anu diproduksi.

3.2.1 Desain tekanan P pikeun Equipment Dampak

Di Cina, tekanan 0,49 MPa (kira-kira 5 × 10 ^ 5 Pa) loba dipilih salaku standar desain pikeun alat-alat dampak pneumatic. Nunjukkeun yén DTH pikeun desain ieu mangrupikeun alat dampak non-klep kalayan diaméter pangeboran ageung sareng piston beurat, tekanan hawa anu langkung luhur bakal ningkatkeun kinerja. Salaku tambahan, kompresor hawa tekanan tinggi beuki umum, sareng luyu sareng standar internasional ISO 5941-1979, tekanan desain 1.6 MPa dipilih.

3.2.2 Daya Dampak

Pikeun DTH dipaké pikeun bor liang diaméterna badag, énergi dampak desain bisa turun naek nyata. Énergi dampak pikeun desain ieu diitung kieu:

                                                 

3.2.3 Frékuénsi Dampak

Sacara umum, dina énergi dampak konstan, frékuénsi dampak sabanding jeung kakuatan kaluaran impactor nu. Sanajan kitu, lamun diaméter silinder geus dibereskeun, ngaronjatna frékuénsi dampak merlukeun pangurangan stroke piston, anu dina gilirannana ngurangan kakuatan dampak tunggal. Sakali kakuatan dampak tunggal ragrag handap ambang nu tangtu, ngaronjatna frékuénsi moal ngahasilkeun hasil nyugemakeun batu-pegatna. Ku kituna, pilihan frékuénsi dampak diwatesan ku kakuatan dampak.

Pikeun pneumatic DTH operasi dina tekanan desain 0,5 MPa, frékuénsi teu kudu ngaleuwihan 16,8 Hz. Kusabab DTH beroperasi dina tekanan desain antara 0,5 sareng 2,5 MPa, frékuénsi dampak tiasa béda-béda sacara signifikan. Pilihan awal frékuénsi impactor urang bisa diitung saperti kieu:

f = 10,4 + 7,6P

(2) dimana P nyaéta tekanan suplai sistem. Pikeun desain ieu, P = 1,6 MPa, ku kituna:

f = 10,4 + 7,6 × 1,6 = 22,5 Hz.

 

3.3 Desain Parameter Struktural

Parameter struktural utama DTH ngawengku diameter silinder bore, stroke piston, sarta dimensi piston. Ngaronjatkeun diaméter silinder bisa ningkatkeun duanana kakuatan dampak jeung frékuénsi, jadi diaméterna kudu maksimal dina wates ukuran struktural. Ilaharna, bédana antara diaméter luar DTH jeung diaméter bore teu kudu kirang ti 15 nepi ka 20 mm, sarta casing luar DTH teu kudu teuing ipis. Ku alatan éta, babandingan diaméter silinder DTH jeung diaméter pangeboran umumna luhur 0,5.

3.3.1 Diaméterna Gawé tina Silinder jeung Stroke Struktural

Diaméter gawé D silinder bisa diitung saperti kieu:

D = K × D (bore) = (0,57 - 0,68) × D (bore) (3)

Pikeun desain ieu, D (bore) = 600 mm, jadi D dicokot salaku 360 mm. Stroke struktural S sacara émpiris dicandak salaku S = 500 mm.

3.3.2 Massa piston

Ukuran radial piston diwatesan ku ukuran sareng struktur silinder, ngamungkinkeun piston diaméterna sami atanapi béda. Diménsi liniér gumantung kana beurat piston, anu ogé aya hubunganana sareng laju anu aya nalika ngahalangan bor. Ku alatan éta, nangtukeun dimensi struktural piston mangrupa aspék kompléks desain DTH. Massa piston DTH tiasa ditaksir sapertos kieu:

m = 0,0205D^2,84 (4)

dimana m nyaéta massa piston dina kg; D nyaéta diaméter gawé silinder dina cm.

Ngaganti D = 36 ngahasilkeun: m = 540 kg.

DTH utamana diwangun ku struktur transmisi torsi sarta mékanisme dampak pneumatic. Struktur transmisi torsi nyambungkeun rod bor na DTH, ngalirkeun motong rotational sarta gaya narik; mékanisme dampak pneumatic dibangkitkeun dampak, nyadiakeun kakuatan axial ka bit bor dampak. Rincian struktur spésifik dipidangkeun dina Gambar 3.

Struktur transmisi torsi nyambungkeun rod bor na impactor nu. The gabungan luhur nyambungkeun jeung rod bor jeung impactor ngaliwatan threads pipe, utamana pikeun mastikeun tightness gas bari ogé ngalirkeun torsi sarta gaya tarikan. Klep cek nyegah leutak sareng cai asup kana impactor sareng rod bor, dikawasa ku cinyusu. Korsi asupan hawa jeung rod suplai gas fungsi pikeun ngawanohkeun hawa dikomprés kana silinder, facilitating aksi suplai gas bareng jeung silinder jeung piston, kukituna achieving suplai gas digabungkeun. Cingcin kaamanan spring nyegah piston ti ngageser kaluar tina silinder nalika ngaganti bit bor.

3.4 Analisis Unsur Terhingga DTH Bor Bit

DTH bor bit ieu subjected kana gaya dampak ti piston jeung torsi ti sirah drive. Gaya anu dilakukeun dina piston ku hawa anu dikomprés dirumuskeun ku:

F = P × S (5)

dimana P nyaéta tekanan sistem dina Pa; S nyaéta luas gaya piston dina m².

Ku kituna, F = 1,6 × 10^6 × 0,084 = 134400 N.

Ku alatan éta, gaya dampak dina bit bor nyaéta:

F' = kF (6)

dimana k nyaéta koefisien dampak; F nyaéta gaya exerted on bor bit ku hawa dikomprés dina N. Ku kituna, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.

Torsi dilarapkeun ka bit bor DTH ku sirah drive nyaeta N = 150 kN. Nerapkeun F' = 2688 kN jeung N = 150 kN kana bor bari ngalereskeun beungeut tungtung handap tina bor bit, sarta ngagunakeun bahan QT500-7 kalawan kakuatan ngahasilkeun 320 MPa, analisis unsur terhingga dipigawé. Kaayaan beban sareng konstrain khusus sareng pembagian bolong dipidangkeun dina Gambar 4 sareng 5.

Hasil analisis unsur terhingga ditémbongkeun dina Gambar 6, nunjukkeun yén tegangan maksimum nyaéta 144,355 MPa, nu kirang ti kakuatan ngahasilkeun QT500-7 (320 MPa), sahingga minuhan sarat.