Framsteg inom hydraulisk och vattendriven DTH-borrteknik.

1. Fördelar med hydrauliska bergborrar

① Högt hydrauliskt tryck: Vanligtvis från 10 till 25 MPa, med en trend mot högre gränser. Detta är flera till dussintals gånger högre än det pneumatiska trycket.

② Hög uteffekt: Generellt mellan 5 till 20 kW. Vissa modeller, som COP4050 från ATLAS och HL2000 från TAMROCK, når 40 kW, medan HL4000 uppnår upp till 70 kW.

③ Snabb borrhastighet: uppnår vanligtvis en borrhastighet på 1–3 m/min.

④ Hög effektivitet: Verkningsgraden hos hydrauliska bergborrar själva kan nå 50 %, och hydraulpumpar är effektivare än luftkompressorer. Följaktligen är det totala energiutnyttjandet betydligt högre än för pneumatiska bergborrsystem.

2. Nackdelar med hydrauliska bergborrar

① Energiöverföringsförlust: Eftersom bergborren är placerad på toppen av borrstången, ökar energiöverföringsförlusterna med större håldjup, vilket resulterar i minskad borrhastighet.

② Högt slitage på borrstången: När kraften hos hydrauliska bergborrar ökar, ökar också belastningen på borrstången, vilket leder till högre skadefrekvens. Även om tekniker som Atlas Copcos höljesborrning hjälper till att minska stressen, ökar de kostnaderna och lyckas inte helt lösa problemet, vilket begränsar borrens uteffekt. Till exempel, medan COP4050:s effekt är märkt till 40 kW, används endast 30 kW för djuphålsborrning för att minimera belastningen på utrustningen.

③ Borrhålsavvikelse: Borrstänger tål både slagkrafter och vridmoment, vilket leder till böjning och deformation, vilket minskar borrhålsnoggrannheten.

3. Fördelar medDown-the-hole (DTH)Borrar

① Ingen energiöverföringsförlust: Hammaren påverkar direktborr, vilket eliminerar behovet av slagenergiöverföring via borrstången, vilket säkerställer konsekvent borrhastighet oavsett djup.

② Raka borrhål: Borrstången har hög styvhet, utsätts inte för stötkrafter och överför endast vridmoment med minimalt axiellt tryck. Detta förhindrar böjning och deformation, vilket säkerställer raka och jämna borrhål. DTH-borrar presterar bättre i spruckna formationer, lutande skikt eller varierande stenhårdhet.

③ Effektiv borttagning av skräp: Kraftmediet fungerar också som ett spolmedium, rengör borrhålet noggrant och undviker överborrning.

④ Lågt buller: Eftersom stöten inträffar vid borrhålets botten är bullret betydligt lägre äntopphammare.

⑤ Bred tillämplighet: Med undantag för mycket mjuka formationer fungerar DTH-borrar optimalt i alla bergtyper och överträffar topphammare i borrhålsdiameter och -djup.

Med tanke på dessa fördelar anses DTH-borrning allmänt vara det bästa valet, med 90 % av brittiska stenbrott som använder denna metod.

4. Nackdelar med pneumatiska DTH-borrar

① Lågt tryck och effekt: Den primära nackdelen med pneumatiska DTH-borrar är deras låga lufttryck och uteffekt, vilket leder till lägre borrhastigheter. Medan framsteg har höjt lufttrycket till 2,5 MPa, är detta fortfarande långt under det hydrauliska trycket för bergborrar. Dessutom är högtrycksluftkompressorer dyra, kräver högeffektdrivningar, producerar mer buller och tappar effektivitet avsevärt i höghöjdsområden.

② Låg energiutnyttjandeeffektivitet: Pneumatiska DTH-borrar förbrukar tre gånger mer energi per borrad meter än hydrauliska bergborrar.

5. Tillämpningar av hydraulikDTH hammare

För att integrera fördelarna med hydrauliska bergborrar (högt tryck och effektivitet) och DTH-borrar (raka borrhål), utvecklade Tysklands Hausherr "Rapid Hydraulic DTH Drill" i början av 1990-talet. Både dess rotations- och slagmekanismer är hydrauliskt drivna. Hammaren har två oljeledningar för tillförsel och retur. Snabbborrar finns i tre diametrar: 90 mm, 115 mm och 150 mm, lämpliga för borrhål med diametrar på 100–125 mm, 127–156 mm respektive 168–230 mm.

Ett jämförande test mellan Rapid och Hausherrs pneumatiska DTH-borr HBM80S visade att för identiska borrhålsdiametrar (125 mm) och djup (36 m), uppvisade Rapid betydande ekonomiska fördelar med lägre motoreffekt, bränsleförbrukning och smörjoljeförbrukningsförhållanden på 0,46 resp. 0,46 respektive 0,46.

6. Användning av hydrauliska vattendrivna hammare

Sveriges LKAB och dess dotterbolag G-Drill utvecklade "Wassara Water-Powered DTH Hammer" i slutet av 1980-talet. Med filtrerat gruvvatten som medium arbetar den med ett tryck på 18–20 MPa och flödeshastigheter på 200–300 l/min. Med genomsnittliga borrhastigheter på 850 mm/min överträffar den pneumatiska hammare (vanligtvis 320 mm/min).

Wassara-hammaren har visat enastående prestanda, som att halvera borrhålsavvikelsen och öka produktiviteten med 86 % i LKAB-gruvor. Tillämpningarna inkluderar injektering av tunnelbanor i New York och geotermisk borrning i Schweiz, där man färdigställde ett 599,8 m borrhål på 5 dagar, jämfört med 3 veckor med traditionella roterande borrar.

7. Jämförelse: Hydrauliska vattendrivna vs. hydrauliska vätskedrivna hammare

Vattendrivna hammare: Använd statiskt vattentryck för att uppnå högre effektivitet och borrhastigheter, lämpliga för gruvtillämpningar.

Vätskedrivna hammare: Använd dynamiskt vattentryck och är i allmänhet begränsade till geologisk borrning med lägre tryck (0,5–4 MPa) och effektivitet (

8. Slutsats

Hydraulisk och vattendrivenDTH hammarekombinera fördelarna med topphammare hydrauliska borrar och pneumatiska DTH-hammare, vilket ger låg energiförbrukning, snabba borrhastigheter och raka borrhål. Det enhetliga mediet för kraft och spolning gör vattendrivna hammare mer lovande för framtida utveckling.