Kuvunja Kanuni ya Uchimbaji Miamba Ngumu: Teknolojia ya Kubadilisha Mchezo ya DTH.
Kulingana na hali ya kijiolojia ya eneo la ujenzi, kuna njia kuu nne za kuchimba visima zinazotumiwa na vifaa vya kuchimba visima, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.
a. Vichwa vya mzunguko vinavyoendeshwa na nyumatiki au majimaji pamoja na vifaa vya athari husambaza nishati inayozunguka na yenye athari kupitia sehemu ya juu yabomba la kuchimba, kutoa nishati kwenye sehemu ya kuchimba visima kupitia mawimbi ya mshtuko kwenye bomba la kuchimba visima. Njia hii ni ya kipenyo kidogo na kina kifupi na hutumiwa kwa ujumla katika machimbo, maeneo ya ujenzi, na shughuli za uchimbaji chini ya ardhi.
b.Nyundo za Down-The-Hole (DTH). ziko chini ya kamba ya kuchimba visima. Hewa iliyobanwa huingia kwenye DTH kupitia kamba ya kuchimba visima, ikiendesha bastola kwa mwendo wa kurudiana ambao huathiri moja kwa moja sehemu ya kuchimba visima, na kuhamisha nishati ya athari kwenye mwamba. Mfumo huu una upotevu mdogo wa nguvu na unafaa hasa kwa mashimo ya kina kirefu, mashimo yaliyonyooka, na miamba migumu ya wastani.
c.Uchimbaji wa mzunguko wa nyuma (RC).hutumia DTH kukusanya na kusafirisha sampuli za miamba kutoka kwenye uso wa sehemu ya kuchimba visima. Vipandikizi vikavu na visivyochafuliwa hupitishwa kupitia bomba la katikati la DTH hadi kwenye kifaa cha kukusanya sampuli, kikijiandaa kwa uchambuzi wa kijiolojia.
d. Kisanduku cha gia kinachoendeshwa na injini za majimaji au umeme huunda kichwa cha nguvu kinachozunguka, kikitumia nguvu ya kutosha ya kulisha kwenye sehemu ya kuchimba visima vya koni tatu kupitia mfumo wa mlisho unaosogea juu na chini kwenye kichimba na bomba la kuchimba visima. Njia hii hutumiwa kwa miamba laini au miamba ngumu iliyounganishwa kwa nguvu.
- Kanuni na Sifa za DTH
Miundo iliyochimbwa na DTH inakaribia kabisa uwezo wa kujumuisha miamba yote inayowaka moto, miamba ya metamorphic, na miamba ya sedimentary ambayo ni ngumu ya wastani au ngumu zaidi. DTH ni faida hasa kwa kuchimba miamba migumu na tabaka ngumu kwa sababu mwamba mgumu huwa na brittle. Chini ya mizigo ya athari, fractures hutokea sio tu kwenye tovuti ya athari ya moja kwa moja lakini pia huunda eneo lililovunjika, na kusababisha vipande vikubwa vya miamba. Kwa hivyo, kasi ya kuchimba visima ni haraka sana ikilinganishwa na kuchimba visima safi vya kuzunguka. Mfano wa mitambo katika Mchoro 2 unaonyesha mizigo mbalimbali inayofanya kazi kwenye mwamba wakati wa kuchimba visima kwa mzunguko.
Zaidi ya hayo, uchimbaji wa DTH (Down-the-Hole) ni mzuri sana katika miundo inayokabiliwa na mchepuko wa visima, kama vile tabaka zilizo na matandiko yaliyostawi vizuri na yenye majani, au tabaka za miamba yenye ugumu usio sawa na mivunjiko mingi. Inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa kupotoka kwa kisima na pia kushinda ugumu wa kuchimba visima kupitia tabaka za changarawe na vitanda vya mawe.
Uchimbaji wa DTH ulianzishwa mwishoni mwa karne ya 19 na una historia ya zaidi ya karne moja. Ingawa kuna aina nyingi za visima vya DTH, vinashiriki kipengele kimoja: utaratibu wa athari na sehemu ya kuchimba visima huzamishwa ndani ya kisima, na mzunguko pamoja na athari ya kuvunja mwamba. Vifaa vinavyotumiwa kuzalisha nguvu ya athari vinaweza kuainishwa kulingana na njia yao ya uendeshaji katika nyumatiki, majimaji, shinikizo la mafuta, umeme na aina za mitambo.
Kwa kuwa nishati ya athari hupata hasara kubwa wakati wa upokezaji na inaweza kusababisha uharibifu mkubwa kwa vipengele vilivyoathiriwa, kwa ujumla inahitajika katika shughuli za kuchimba visima kwa kina zaidi kwamba vifaa viingie kwenye kisima kwa kutumia zana ya kuchimba visima, ili nguvu ya athari ya pato iweze kutenda moja kwa moja kwenye sehemu ya kuchimba visima au pipa la msingi. Hii inapunguza upotevu wa nishati wakati wa usambazaji, inaboresha ufanisi wa nishati, na inapunguza uwezekano wa kushindwa kwa vifaa vya chini.
Pneumatic DTH, pia inajulikana kama DTH inayoendeshwa na hewa, huja katika aina nyingi za kimuundo na njia za uainishaji.
- Kwa ukadiriaji wa shinikizo: shinikizo la juu, shinikizo la kati na aina za shinikizo la chini.
- Kwa muundo wa jumla: isiyo ya kupitia na kupitia aina.
- Kwa kanuni ya uendeshaji wa valve: aina ya valve ya kudhibiti, aina ya valve ya bure, na aina ya valve ya mseto.
- Kwa muundo wa bastola: pistoni ya kipenyo sawa, pistoni ya kipenyo isiyo sawa, na aina za pistoni za tandem.
- Kwa aina ya usambazaji wa hewa: DTH iliyofungwa na DTH isiyo na valves. DTH yenye vali inaweza kugawanywa katika valvu ya sahani, vali ya diski, na aina za vali za silinda, wakati DTH isiyo na valvu inaweza kugawanywa katika aina ya moshi wa fimbo ya katikati, aina ya usambazaji wa hewa ya pistoni, na usambazaji wa hewa uliounganishwa kwa pistoni, silinda, na fimbo ya katikati.
- Kwa kuosha mashimo na njia ya kutokwa kwa slag: kuosha shimo la katikati, kuosha shimo la mbele, na kuosha shimo la upande.
2. Uamuzi wa Miradi ya Miundo ya Utaratibu wa Athari
2.1 Mbinu ya Usambazaji wa Gesi Self-Gesi Isiyo na Valve
Aina hii ya utaratibu wa athari kimsingi hutumia vifungu vya gesi kwenye pistoni yenyewe kwa usambazaji wa gesi, na kusababisha muundo tata wa bastola na njia nyingi za gesi, ambayo hupunguza nguvu na maisha ya pistoni. Hata hivyo, utaratibu huu wa athari huunganisha mitungi ya ndani na ya nje, kuongeza eneo la kazi la ufanisi la pistoni na kuimarisha nishati ya athari ya utaratibu.
2.2 Mbinu ya Athari ya Usambazaji wa Gesi Isiyo na Valve ya Pistoni na Silinda
Aina hii ina muundo rahisi ambao ni rahisi kutengeneza, una muda mrefu wa maisha ya pistoni, na mashimo ya gesi iko kwenye silinda na pistoni. Muundo huu unatumika sana nje ya nchi.
2.3 Utaratibu wa Athari wa Usambazaji wa Bomba la Kituo Usio na Valve
Katika utaratibu huu, vifungu vya uingizaji hewa kwa vyumba vya juu na vya chini vinapangwa kwenye bomba la mviringo ambapo pistoni hupiga slides. Inahitaji usahihi wa juu wa utengenezaji na ina muda mfupi wa kuishi kwa bomba la katikati.
2.4 Utaratibu wa Athari za Kutolea nje kwa Upande
Kinachojulikana kama kutolea nje kwa upande kunamaanisha kuwa njia ya gesi ya kutolea nje hutoka kwenye mwili wa silinda badala ya kupita katikati ya sehemu ya kuchimba hadi chini ya shimo. Aina hii ya utaratibu wa athari kwa kawaida huwa na njia nyingi za ulaji na moshi kwenye mwili wa silinda, na kusababisha uimara duni wa muundo, uwezekano wa nyufa za uchovu wa muda mrefu, na upotezaji mkubwa wa shinikizo la hewa, na kusababisha uondoaji wa uchafu na athari za kupoeza kwa sehemu ya kuchimba visima.
2.5 Utaratibu wa Athari za Kutolea nje kwa Kituo
Aina hii ya utaratibu wa athari hufukuza uchafu na gesi moja kwa moja kutoka katikati ya sehemu ya kuchimba hadi chini ya shimo. Mtiririko wa hewa wa moja kwa moja hauongezei tu ufanisi wa uondoaji wa uchafu lakini pia inaboresha ufanisi wa kuchimba visima na ubaridi, na kuongeza muda wa maisha wa sehemu ya kuchimba visima. Aina hii ya kimuundo inachukua nafasi ya vijiti vingi vya longitudinal kwenye silinda ya ndani ya mifumo ya athari ya moshi wa upande na mkondo wa annular, na hivyo kupunguza sana mkusanyiko wa dhiki kwenye silinda ya ndani. Imekuwa muundo uliopitishwa sana katika miaka ya hivi karibuni.
2.6 Utaratibu wa Athari za Pistoni
Utaratibu wa kuathiri pistoni mfululizo, unaojulikana pia kama kiathiri cha pistoni mbili (kichwa), hugawanya silinda katika vyumba viwili kwa kutumia pete ya kutengwa. Muundo huu huruhusu nyuso zote mbili za bastola kufanya kazi kwa wakati mmoja ndani ya kipenyo sawa cha shimo, na kusababisha nguvu kubwa ya athari na masafa ya juu ya athari. Sambamba, kuna mfumo wa kutolea nje mbili ambao huondoa kwa ufanisi poda ya mwamba kutoka chini ya shimo. Hata hivyo, drawback yake kuu ni muundo wake tata na haja ya usahihi wa juu katika sehemu za machining; kwa mfano, bastola ina hadi nyuso tano za kupandisha na vipengele vinavyohusika, ambayo inazuia utumiaji na ukuzaji wake. Kwa hiyo, kubuni hii inachukua chaguo la pili, ambayo ni utaratibu wa athari isiyo ya valve na pistoni na silinda pamoja na usambazaji wa gesi. Muundo wake umeonyeshwa kwenye Mchoro 3.
3.Uchambuzi wa Kinadharia na Hesabu Husika za DTH
3.1 Uteuzi wa Vigezo vya Uendeshaji**
3.1.1 Urefu na Uzito wa Nyundo: Muundo wa awali unabainisha urefu wa chini ya 4500 mm na uzito wa chini ya kilo 2500.
3.1.2 Kipenyo cha Nyundo: Kipenyo cha nyundo kinachofaa kinatambuliwa kulingana na kipenyo cha kuchimba visima, kilichowekwa kwa 540 mm.
3.1.3 Kipenyo cha Kuchimba: Hii inarejelea kipenyo cha shimo la rundo, kwa ujumla kati ya 550 mm na 600 mm.
3.1.4 Kina cha Kuchimba: Kulingana na mahitaji ya muundo wa rundo, hii kwa kawaida ni kati ya mita kadhaa na mita mia moja.
3.1.5 Kasi ya Uchimbaji: Uchimbaji wa DTH kwa ujumla hufanya kazi kwa kasi ya chini ya mzunguko, kwa kawaida kati ya 7 na 25 r/s.
3.1.6 Torque ya Mzunguko: Torque ya juu zaidi ya muundo huu imewekwa 150 kN·m.
3.2 Uhesabuji wa Vigezo vya Kubuni
Vigezo vya muundo wa DTH, haswa vigezo vya utendaji wa kifaa cha athari cha DTH, hutumika kama msingi wa muundo wa mashine na kufafanua utendakazi wa vifaa vilivyotengenezwa.
3.2.1 Shinikizo la Kubuni P kwa Vifaa vya Athari
Huko Uchina, shinikizo la 0.49 MPa (takriban 5 × 10^5 Pa) huchaguliwa sana kama kiwango cha muundo wa vifaa vya athari ya nyumatiki. Kwa kuzingatia kwamba DTH ya muundo huu ni kifaa cha athari isiyo na valve na kipenyo kikubwa cha kuchimba visima na pistoni nzito, shinikizo la juu la hewa litaimarisha zaidi utendaji. Zaidi ya hayo, compressors ya hewa ya shinikizo la juu inazidi kuwa ya kawaida, na kwa mujibu wa kiwango cha kimataifa cha ISO 5941-1979, shinikizo la kubuni la 1.6 MPa linachaguliwa.
3.2.2 Nguvu ya Athari
Kwa DTH inayotumika kutoboa mashimo makubwa ya kipenyo, nishati ya athari ya muundo inaweza kubadilika kwa kiasi kikubwa. Nishati ya athari kwa muundo huu imehesabiwa kama ifuatavyo:
3.2.3 Mzunguko wa Athari
Kwa ujumla, chini ya nishati ya athari ya mara kwa mara, mzunguko wa athari ni sawia na nguvu ya pato ya kishawishi. Hata hivyo, wakati kipenyo cha silinda kimewekwa, kuongeza kasi ya athari kunahitaji kupunguzwa kwa pistoni, ambayo kwa upande wake hupunguza nguvu moja ya athari. Nguvu ya athari moja inapoanguka chini ya kizingiti fulani, kuongeza kasi hakutatoa matokeo ya kuridhisha ya uvunjaji mwamba. Kwa hivyo, uteuzi wa mzunguko wa athari unazuiwa na nguvu ya athari.
Kwa DTH ya nyumatiki inayofanya kazi kwa shinikizo la kubuni la 0.5 MPa, mzunguko haupaswi kuzidi 16.8 Hz. Kwa kuwa DTH hufanya kazi kwa shinikizo la muundo kati ya 0.5 na 2.5 MPa, frequency ya athari inaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa. Uchaguzi wa awali wa mzunguko wa athari unaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo:
f = 10.4 + 7.6P
(2) ambapo P ni shinikizo la usambazaji wa mfumo. Kwa muundo huu, P = 1.6 MPa, kwa hivyo:
f = 10.4 + 7.6 × 1.6 = 22.5 Hz.
3.3 Muundo wa Parameta ya Muundo
Vigezo kuu vya kimuundo vya DTH ni pamoja na kipenyo cha silinda, kiharusi cha pistoni, na vipimo vya pistoni. Kuongeza kipenyo cha silinda kunaweza kuongeza nguvu ya athari na marudio, kwa hivyo kipenyo kinapaswa kuongezwa ndani ya mipaka ya ukubwa wa muundo. Kwa kawaida, tofauti kati ya kipenyo cha nje cha DTH na kipenyo cha kuzaa haipaswi kuwa chini ya 15 hadi 20 mm, na casing ya nje ya DTH haipaswi kuwa nyembamba sana. Kwa hiyo, uwiano wa kipenyo cha silinda ya DTH kwa kipenyo cha kuchimba kwa ujumla ni zaidi ya 0.5.
3.3.1 Kipenyo cha Kufanya kazi cha Silinda na Stroke ya Kimuundo
Kipenyo cha kufanya kazi D cha silinda kinaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo:
D = K × D(bore) = (0.57 - 0.68) × D(bore) (3)
Kwa muundo huu, D (bore) = 600 mm, hivyo D inachukuliwa kama 360 mm. Kiharusi cha muundo S kinachukuliwa kwa nguvu kama S = 500 mm.
3.3.2 Misa ya Pistoni
Vipimo vya radial vya pistoni vinakabiliwa na ukubwa na muundo wa silinda, kuruhusu pistoni za kipenyo sawa au tofauti. Vipimo vya mstari hutegemea uzito wa pistoni, ambayo pia inahusiana na kasi ambayo ina wakati wa kupiga kidogo ya kuchimba. Kwa hiyo, kuamua vipimo vya miundo ya pistoni ni kipengele ngumu cha kubuni DTH. Uzito wa pistoni ya DTH inaweza kukadiriwa kama ifuatavyo:
m = 0.0205D^2.84 (4)
ambapo m ni wingi wa pistoni katika kilo; D ni kipenyo cha kufanya kazi cha silinda katika cm.
Kubadilisha D = mavuno 36: m = 540 kg.
DTH hasa ina muundo wa maambukizi ya torque na utaratibu wa athari ya nyumatiki. Muundo wa maambukizi ya torque huunganisha fimbo ya kuchimba visima na DTH, kupeleka nguvu za kukata na kuvuta za mzunguko; utaratibu wa athari ya nyumatiki huzalisha athari, kutoa nguvu ya axial kwa kidogo ya kuchimba visima. Maelezo mahususi ya muundo yanaonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Muundo wa maambukizi ya torque huunganisha fimbo ya kuchimba visima na athari. Uunganisho wa juu unaunganishwa na fimbo ya kuchimba visima na kiathiri kupitia nyuzi za bomba, kimsingi ili kuhakikisha ugumu wa gesi wakati pia kusambaza torque na nguvu ya kuvuta. Valve ya hundi huzuia matope na maji kuingia kwenye kishawishi na fimbo ya kuchimba, inayodhibitiwa na chemchemi. Kiti cha kuingiza hewa chenye fimbo ya usambazaji wa gesi hufanya kazi ya kuingiza hewa iliyoshinikizwa kwenye silinda, kuwezesha hatua ya usambazaji wa gesi pamoja na silinda na bastola, na hivyo kupata usambazaji wa gesi pamoja. Pete ya usalama ya chemchemi huzuia bastola kuteleza kutoka kwenye silinda wakati wa kubadilisha sehemu ya kuchimba visima.
3.4 Uchambuzi wa Kipengele Kikamilifu cha Kidogo cha DTH Drill
Sehemu ya kuchimba visima ya DTH inakabiliwa na nguvu za athari kutoka kwa pistoni na torque kutoka kwa kichwa cha gari. Nguvu inayotolewa kwenye pistoni na hewa iliyoshinikizwa hutolewa na:
F = P × S (5)
ambapo P ni shinikizo la mfumo katika Pa; S ni eneo la nguvu la bastola katika m².
Hivyo, F = 1.6 × 10^6 × 0.084 = 134400 N.
Kwa hivyo, nguvu ya athari kwenye sehemu ya kuchimba visima ni:
F' = kF (6)
ambapo k ni mgawo wa athari; F ni nguvu inayotolewa kwenye sehemu ya kuchimba visima na hewa iliyoshinikizwa katika N. Hivyo, F' = 20 × 134400 = 2688 kN.
Torque inayotumika kwa drill ya DTH na kichwa cha gari ni N = 150 kN. Kuomba F' = 2688 kN na N = 150 kN kwenye sehemu ya kuchimba visima huku ukitengeneza uso wa mwisho wa sehemu ya chini ya kuchimba visima, na kutumia nyenzo za QT500-7 na nguvu ya mavuno ya 320 MPa, uchambuzi wa kipengele cha mwisho unafanywa. Masharti mahususi ya upakiaji na vizuizi na mgawanyiko wa matundu yanaonyeshwa kwenye Mchoro 4 na 5.
Matokeo ya uchambuzi wa kipengele cha mwisho yanaonyeshwa kwenye Mchoro wa 6, unaonyesha kuwa dhiki ya juu ni 144.355 MPa, ambayo ni chini ya nguvu ya mavuno ya QT500-7 (320 MPa), hivyo kukidhi mahitaji.