Những tiến bộ trong công nghệ khoan DTH bằng thủy lực và nước.

1. Ưu điểm của máy khoan đá thủy lực

① Áp suất thủy lực cao: Thường dao động từ 10 đến 25 MPa, có xu hướng tăng dần lên. Cao hơn áp suất khí nén từ vài đến hàng chục lần.

② Công suất đầu ra cao: Thường nằm trong khoảng từ 5 đến 20 kW. Một số mẫu, chẳng hạn như COP4050 của ATLAS và HL2000 của TAMROCK, đạt 40 kW, trong khi HL4000 đạt tới 70 kW.

③ Tốc độ khoan nhanh: Thường đạt tốc độ khoan 1–3 m/phút.

④ Hiệu suất cao: Hiệu suất của máy khoan đá thủy lực có thể đạt tới 50%, máy bơm thủy lực hiệu quả hơn máy nén khí. Do đó, tổng mức sử dụng năng lượng cao hơn đáng kể so với hệ thống máy khoan đá khí nén.

2. Nhược điểm của máy khoan đá thủy lực

① Mất mát truyền năng lượng: Vì mũi khoan đá nằm ở đầu cần khoan nên mất mát truyền năng lượng tăng theo độ sâu lỗ khoan, dẫn đến tốc độ khoan giảm.

② Độ mài mòn thanh khoan cao: Khi công suất của máy khoan đá thủy lực tăng lên, ứng suất trên thanh khoan cũng tăng lên, dẫn đến tỷ lệ hư hỏng cao hơn. Mặc dù các công nghệ như khoan vỏ của Atlas Copco giúp giảm ứng suất, nhưng chúng làm tăng chi phí và không giải quyết được hoàn toàn vấn đề, do đó hạn chế công suất đầu ra của máy khoan. Ví dụ, trong khi công suất của COP4050 được định mức là 40 kW, chỉ sử dụng 30 kW để khoan lỗ sâu để giảm thiểu ứng suất trên thiết bị.

③Độ lệch lỗ khoan: Thanh khoan phải chịu cả lực tác động và mô men xoắn, dẫn đến uốn cong và biến dạng, làm giảm độ chính xác của lỗ khoan.

3. Ưu điểm củaXuống lỗ (DTH)Máy khoan

① Không mất năng lượng truyền tải: Búa tác động trực tiếp vàomũi khoan, loại bỏ nhu cầu truyền năng lượng tác động qua thanh khoan, đảm bảo tốc độ khoan nhất quán bất kể độ sâu.

② Lỗ khoan thẳng: Thanh khoan có độ cứng cao, không chịu lực tác động và chỉ truyền mô men xoắn với áp lực dọc trục tối thiểu. Điều này ngăn ngừa uốn cong và biến dạng, đảm bảo lỗ khoan thẳng và nhẵn. Mũi khoan DTH hoạt động tốt hơn trong các thành tạo nứt nẻ, tầng nghiêng hoặc độ cứng đá thay đổi.

③ Loại bỏ mảnh vụn hiệu quả: Môi trường năng lượng cũng đóng vai trò như môi trường xả, làm sạch hoàn toàn lỗ khoan và tránh khoan quá mức.

④ Độ ồn thấp: Do tác động xảy ra ở đáy lỗ khoan nên độ ồn thấp hơn đáng kể so vớimáy khoan búa trên cùng.

⑤ Khả năng ứng dụng rộng rãi: Ngoại trừ các thành tạo rất mềm, máy khoan DTH hoạt động tối ưu trong mọi loại đá, vượt trội hơn máy khoan đá búa trên về đường kính và độ sâu lỗ khoan có thể đạt được.

Với những ưu điểm này, khoan DTH được coi rộng rãi là lựa chọn tốt nhất, với 90% mỏ đá ở Anh áp dụng phương pháp này.

4. Nhược điểm của máy khoan DTH khí nén

① Áp suất và công suất thấp: Nhược điểm chính của máy khoan DTH khí nén là áp suất khí và công suất đầu ra thấp, dẫn đến tốc độ khoan chậm hơn. Mặc dù những tiến bộ đã nâng áp suất khí lên 2,5 MPa, nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với áp suất thủy lực của máy khoan đá. Hơn nữa, máy nén khí áp suất cao đắt tiền, đòi hỏi ổ đĩa công suất cao, tạo ra nhiều tiếng ồn hơn và mất hiệu quả đáng kể ở những khu vực có độ cao lớn.

② Hiệu suất sử dụng năng lượng thấp: Máy khoan DTH khí nén tiêu thụ năng lượng nhiều hơn ba lần cho mỗi mét khoan so với máy khoan đá thủy lực.

5. Ứng dụng của thủy lựcBúa DTH

Để tích hợp các ưu điểm của máy khoan đá thủy lực (áp suất cao và hiệu quả) và máy khoan DTH (lỗ khoan thẳng), Hausherr của Đức đã phát triển “Máy khoan DTH thủy lực nhanh” vào đầu những năm 1990. Cả cơ chế quay và va đập của máy đều được dẫn động bằng thủy lực. Búa có hai đường ống dẫn dầu để cung cấp và trả về. Máy khoan nhanh có ba đường kính: 90 mm, 115 mm và 150 mm, phù hợp với các lỗ khoan có đường kính lần lượt là 100–125 mm, 127–156 mm và 168–230 mm.

Một thử nghiệm so sánh giữa máy khoan khí nén DTH Rapid và HBM80S của Hausherr cho thấy, đối với đường kính lỗ khoan giống hệt nhau (125 mm) và độ sâu (36 m), Rapid thể hiện những lợi thế kinh tế đáng kể với công suất động cơ, mức tiêu thụ nhiên liệu và tỷ lệ tiêu thụ dầu bôi trơn thấp hơn lần lượt là 0,46, 0,46 và 0,47.

6. Ứng dụng của búa thủy lực chạy bằng nước

LKAB của Thụy Điển và công ty con G-Drill đã phát triển “Búa DTH chạy bằng nước Wassara” vào cuối những năm 1980. Sử dụng nước mỏ đã lọc làm môi trường, nó hoạt động ở áp suất 18–20 MPa và lưu lượng 200–300 L/phút. Với tốc độ khoan trung bình là 850 mm/phút, nó hoạt động tốt hơn búa khí nén (thường là 320 mm/phút).

Búa Wassara đã chứng minh hiệu suất vượt trội, chẳng hạn như giảm độ lệch lỗ khoan xuống một nửa và tăng năng suất lên 86% tại các mỏ LKAB. Các ứng dụng bao gồm bơm vữa tàu điện ngầm ở New York và khoan địa nhiệt ở Thụy Sĩ, nơi nó đã hoàn thành một lỗ khoan 599,8 m trong 5 ngày, so với 3 tuần với máy khoan quay truyền thống.

7. So sánh: Búa thủy lực chạy bằng nước so với búa thủy lực chạy bằng chất lỏng

Búa chạy bằng nước: Sử dụng áp suất nước tĩnh, đạt hiệu suất và tốc độ khoan cao hơn, phù hợp cho các ứng dụng khai thác.

Búa dẫn động bằng chất lỏng: Sử dụng áp suất nước động và thường chỉ giới hạn trong khoan địa chất với áp suất thấp hơn (0,5–4 MPa) và hiệu suất (

8. Kết luận

Thủy lực và năng lượng nướcBúa DTHkết hợp các ưu điểm của máy khoan thủy lực top-hammer và búa DTH khí nén, mang lại mức tiêu thụ năng lượng thấp, tốc độ khoan nhanh và lỗ khoan thẳng. Môi trường thống nhất cho năng lượng và xả làm cho búa chạy bằng nước hứa hẹn hơn cho sự phát triển trong tương lai.