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液压潜孔冲击器与水压潜孔冲击器的比较

2015-12-15  浏览次数:1902

液压潜孔冲击器与水压潜孔冲击器的比较。

1 液压凿岩机与气动潜孔钻机的优缺点

这里所说的液压凿岩机是指顶锤式凿岩机

1.1 液压凿岩机的优点

(1)油压高,一般为10-25 MPa,并有向上限靠拢的趋势, 比气压高出几倍至几十倍。

(2)输出功率大,一般为5-20 kW ,少数机型, 如ATLAS公司的COP4050型,TAMR0CK公司的HL2000型达到了40kW ,更有HL4Ooo型达到了70 kW。

(3)凿速快, 一般可以达到1~3 m/Min 。

(4)效率高,一般液压凿岩机本身的效率可达到50% ,油泵的效率也高于空气压缩机,因此总的能量利用率远高于气动凿岩机系统

1.2 液压凿岩机的缺点

(1)能量传递损失大,因为凿岩机置于钻杆顶部,随着孔深增加,能量传递损失增大,凿速下降

(2)钻杆消耗大,随着液压凿岩机功率的增大,钻杆的应力也增大,钻杆容易损坏,虽然ATLAS COPCO 公司发展了套管凿岩技术,对减少钻杆应力有一定作用,但增加了成本,也不能从根本上解决问题,仍

然限制了液压凿岩机的输出功率,ATLAS公司的COP4050凿岩机的输出功率为40kW ,但考虑到深孔钻进时钻具的应力,正常只使用30 kW 的功率。

(3)炮孔易偏斜,钻杆既承受冲击力,又传递扭矩,易弯曲变形,造成炮孔精度不高。

1.3 潜孔钻机的优点

(1)无能量传递损失,冲击器直接作用于钻头,无需钻杆传递冲击能量,钻孔速度不受孔深的影响。

(2)成孔直,钻杆刚性大,不承受冲击力,只传递扭矩,所传递的轴压力很小,在减压钻进时,根本就不需传递轴压力,因此钻杆不易弯曲变形,炮孔直而光滑,特别是在凿岩存在裂隙,层面倾斜或岩石硬度改变的情况下,更是优于其他钻孔方式。

(3)排渣干净,动力介质在做功后,还可以冲洗炮孔,比其他钻孔方式冲洗干净,避免了超钻。

(4)噪声小,因冲击在孔底进行,比顶锤式噪声小。

(5)适应性好,除了很软的地层外,在所有的岩石组织中潜孔钻机都处于zui佳工作状态,所钻的孔径与孔深都超过顶锤式凿岩机由于以上优点,潜孔钻进被认为是zui佳选择,英国90% 的采石场采用潜孔凿岩:

1.4 气动潜孔钻机的缺点

(1)气压低,输出功率小,钻孔速度低,这是气动潜孔钻机的主要缺点,近来人们一直企图增加气压, 现在已能达到2.5 MPa,尽管如此,也远远达不到液压凿岩机的油压水平。而且高气压空压机价格昂贵,要大功率驱动,噪声也增加,随着海拔的增加,高原地区空压机效率还大大降低

(2)能量利用效率低,远达不到液压凿岩机的水平 每米钻孔能耗为液压凿岩机的3倍。

2 液压潜孔冲击器的应用

为了集中液压凿岩机压力高、效率高与潜孑L钻机炮孔直的优点,德国Hausherr公司于20世纪90年代初,研制了Rapid液压潜孔钻机,其回转机构、冲击机构均由液压驱动, 冲击器有进回油两条管子,新的液压冲击器(hydraulic DTH hammer)有三种规格直径9O mm、1 15 mm、150 mm,可钻炮孔直径分别为100~125 mm,127~156 mm,l68-230 mm。Hausherr公司将Rapid钻机与另一台配有高气压(2.04MPa)冲击器的HBM80S潜孔钻机进行对比试验,孔径同为125 mm,孔深同为36m,进尺l000m,试验结果为:发动机功率Rapid为l40 kW,HBM80S为305 kW,比值为0.46;燃料消耗Rapid为27 L/h,HBM80S为59 L/h,比值为0.46;润滑油消耗Rapid为0.33 L/h,HBM80S为0.70L/h,比值为0.47,经济效益十分显著。

3 水压潜孔冲击器的应用

据文献[4]报道,瑞典LKAB(卢基)公司与下属的G—Drill公司开发研制了名为Wassara(瓦萨拉)水压潜孔冲击器,1988年开始研究,1990年进行样机试验,使用普通矿井水,滤去100 m 的微粒,水压为18

MPa,流量为200~300 L/rain,孔径105~115 mm,孑L深20-40m,孔斜为0.08~0.75m,平均为O.34 m,凿岩速度平均为850mm/min,是气动冲击器的2~3倍,一般气动潜孔凿岩为320 mm/min。据文献[5]报道,直径为101.6 mm 的Wassara水压冲击器,压力为18 MPa,流量为363.68 L/min,水过滤精度为50 m,回转速度为0~90 r/min, 扭矩zui大为2500Nm,推进力zui大为22 kN,冲击能为400 J,在18MPa时冲击频率为60 Hz,冲击器输出功率为24 kW。水压冲击器与同样直径、同样输出功率的气动冲击器相比较,水泵的输入功率只相当于空压机的0.26倍,LKAB公司基律纳矿和马尔姆贝里耶矿采用Wassara冲击器钻凿向上扇形孔,炮孔偏斜减少一半,孔距与排距加大29%,工时总凿岩崩矿量净增86% ,并在平巷掘进中使用直径152.4 mm 的Wassara水压冲击器钻254 mm直径的水平掏槽孔。据文献[6]报道,Wassara水压冲击器水压为20 MPa,流量为180~280 L/min,凿速为0。6~1m/min。LKAB公司所属的两座地下矿山钻进200万m炮孔后, 已证实了这种水压冲击器的性能。

根据文献[6] [7]报道,使用Wassara水压冲击器的Simba469型钻车, 每天钻孔300 m,zui高达500 m,平均无故障运行时间为104 h,向上扇形孔,孔径115 mm,孔深55m,偏斜zui大不超过1.5%。在基律纳矿将反光镜放入孔中30 m处,可以看到反射回来的光线。

据文献[8]报道,Wassara水压冲击器凿岩时岩渣移动速度仅为气动凿岩时的1/1O,对钻杆磨损很小。

据文献[5] [8]介绍,已在加拿大安大略鹰桥公司基得克里克矿和魁北克劳维康特矿也试验过直径为101。6 mm 的水压冲击器钻直径为114。3 mm的向下炮孔,其中劳维康特矿钻凿6 000 m 炮孔,试验仍在进

行。直径为101.6 mm的Wassara水压冲击器还用于钻直径127mm 的纽约地铁注浆孔:直径152.4 mm 的Wassara水压冲击器还用于在瑞士苏黎世附近钻了一个直径为165.1 mm,深599.8 m 的地热井。只用了5天时间, 而用普通旋转钻机则需要3个星期。Sandvik公司负责在世界范围内推广Wassara水压潜孔凿岩设备。

4 水压冲击器与液动冲击器的区别

应当指出,我们需要将上述的水压冲击器与液动冲击器区分开来,所谓液动冲击器,早在19世纪60年代,法、俄、美等国即开始研究。20世纪50年代以后,苏、美、中等国研制了类型繁多的液动冲击

器,有正作用、反作用、双作用、射流式、射吸式等等类型, 基本原理是利用水击效应,主要利用水或泥浆的动压力来推动活塞作功,泵压较低,效率较低,一般小于30% ,而我们现在讨论的水压冲击器,主要利用液体静压力推动活塞作功,泵压高得多,效率也比较高。

4.1 水压冲击器与液动冲击器的区别

(1)水压冲击器主要用于采矿业,而液动冲击器主要用于地质钻探。

(2)水压冲击器可以钻向上孔、向下孔等各个方向孔,而液动冲击器一般只能钻向下孔。

(3)水压冲击器压力很高,高达l8~20MPa,而液动锤工作压力很低,一般为0.5~4 MPa。

(4)水压冲击器的凿速很高,而液动冲击器凿速很低,可以相差十倍或十几倍。

(5)水压冲击器能量利用率高于液动冲击器,达到了普通重型液压凿岩机的水平,而液动冲击器能量利用率一般不超过30%。

(6)水压冲击器主要依靠水的静压力推动活塞做功,故称为水压冲击器较为妥帖,而现在有人称之为水力冲击器,易和主要依靠动压力做功的液动冲击器概念相混,也有人称之为液压冲击器,则易和以油为介质的液压冲击器概念相混。

(7)水压冲击器的介质为水,且要滤去杂质,而液动冲击器介质可以是水,也可以是泥浆。

(8)水压冲击器结构与工作原理比较简单,即由滑阀控制活塞作往复运动,而液动冲击器则有正作用、反作用、双作用、射流式、射吸式等多种类型。

4.2 水压冲击器与液动冲击器的相同点

(1)都是置于孔底,潜孔凿岩(DTH或ITH);

(2)都可以以水为介质;

(3)都使用开路压力水,即废水(低压水)排出,水压冲击器在地下矿的应用中,废水冲洗岩渣后排到矿山集水池,沉淀后通过井下配流系统泵回,再输送到凿岩现场。在用水不方便的地方可使用移动式再循环系统。

5 结语

(1)液压潜孔冲击器与水压潜孔冲击器结合了顶锤式液压凿岩机与气动潜孔冲击器的优点,能耗小,凿速快,炮孔直。

(2)水压潜孔冲击器的动力介质与冲洗介质统一, 比液压潜孔冲击器更具有发展前途。

(3)水压潜孔冲击器主要利用水的静压力,而液动潜孔冲击锤主要利用水的动压力,这是两者的主要区别。

(4)我国水压潜孔冲击器的开发研究方面的报道还很少见,我们应当注意研究国外先进经验,发展水压潜孔凿岩技术。

 

 

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