Těžební vrtání a tunelové vrtání: komplexní aplikační příručka pro hydraulické kamenolomní vrtáky

Těžební vrtání a tunelové vrtání využívají hydraulicky podobné vybavení, avšak umísťují jej do provozních prostředí, která se zásadně liší – a tyto rozdíly v prostředí se promítají do každého rozhodnutí týkajícího se údržby a výběru zařízení. Při povrchové těžbě pracuje vrtná souprava ve volném vzduchu, kde je přímý přístup pro servis, poměrně stabilní podmínky terénu a vrtné vzory se opakují po celé terase. Při tunelovém vrtání pracuje jumbo v omezeném prostoru, ve vzduchu, který může obsahovat výfukové plyny a jemný horninový prach, proti stěně, jejíž geologie se mění při každém kole, a není možné zařízení vyvést ven jinak než v případě vážné poruchy.

Pochopení toho, které parametry jsou v každém prostředí rozhodující – a které vlastnosti drifteru byly navrženy právě pro jejich řešení – je to, co odlišuje výběr vybavení na základě technické specifikace od výběru založeného na aplikovaných znalostech.

Vrtání při povrchové těžbě: rychlost těžby jako hlavní proměnná

Vrtání na povrchových pracovištích pro povrchové těžební a lomové činnosti hodnotí svůj výkon podle jednoho dominantního ukazatele: počtu vrtaných metrů za provozní hodinu během celé směny, včetně přemisťování stroje, výměny tyčí a údržby vrtacího nářadí. Všechny ostatní parametry – spotřeba paliva, intervaly údržby, hospodárnost vrtacího řetězce – se posuzují ve vztahu k tomuto hlavnímu výstupu.

Dlouhovrtací výrobní vrták Sandvik DL422i v režimu automatického vrtání dosahuje až o 10 % vyššího počtu vrtaných metrů za směnu, což je způsobeno stabilizačním systémem drifteru HF1560ST, který eliminuje odraz vrtáku, a automatickou smyčkou řízení parametrů, která v reálném čase upravuje tlak rázového mechanismu v závislosti na měnící se tvrdosti horniny v rámci povrchového pracoviště. Pro povrchové vrtání v průměru 140–178 mm generuje dlouhovrtací rázový puls v zařízení RD1840C napěťové vlny, které jsou lépe přizpůsobeny délce tyče a velikosti vrtáku než kratší, vyšší frekvence pulzů používaných u podzemních drifterů.

Výběr závitového systému pro povrchovou práci se řídí tvrdostí horniny: R25/T38 pro lehkou práci v měkkých horninách, T45 pro středně tvrdý vápenec a pískovec, T51/GT60 pro těžkou produkci žuly a čediče. Nesoulad závitového systému – použití lehkých tyčí T38 v tvrdé žulě – způsobuje urychlené opotřebení závitů, které převyšuje výrobní výhodu nižší hmotnosti tyčové sady.

Vrtání v podzemním dobývání: Doba cyklu a prostorová omezení

Při podzemním rozvoji – průzkumu hlavních chodeb, příčných chodeb a šachet – je vrtací cyklus pouze jednou součástí postupu, který zahrnuje také nabití vrtů, odstřel, větrání, odvoz vybité horniny (mucking) a odstraňování nebezpečných úlomků z horninového masivu (scaling). Rychlost drifteru je omezena celkovým cyklem, nikoli optimalizována samostatně. Rozhodující je spolehlivost během celé směny a schopnost rychle znovu umístit vrták mezi jednotlivé vrtové otvory, aniž by došlo k poškození rázového modulu.

Drifter COP MD20 od společnosti Epiroc byl navržen speciálně pro tento režim provozu: jeho zlepšená odolnost vůči volnému kladení úderů při přemisťování – tedy v případě, kdy je úderný mechanismus v provozu, ale vrták ještě není v kontaktu s horninou – snižuje poruchy pouzdra způsobené napětím, kterým trpěly předchozí generace během opakovaných cyklů startu a zastavení při přemisťování. Podzemní razicí kombajny pro vývoj drah obvykle provozují úderné vrtání po dobu 6–8 hodin na směnu; zbývající čas je věnován přemisťování, nabití a údržbě. Drifter, který dobře zvládá fázi přemisťování, udržuje svou životnost při úderném vrtání i při vysoké vytíženosti směn.

Vrtání pro tunelovou výstavbu: přesnost geometrie a návrhu ražby

Stavba tunelů pro silnice, železnice a podzemní infrastrukturu přináší omezení, které není tak výrazně zdůrazňováno ani při povrchové těžbě, ani při podzemní těžbě rud: přesnost uspořádání vrtů určuje geometrii výbuchu, která zase určuje profil tunelu a tím i množství přešlapu vyžadujícího vyplnění betonem nebo stříkaným betonem. Vrtací schéma, u něhož se jednotlivé vrty odchylují o 150 mm od navržené polohy, může za každé vrtání přidat měřitelný objem přešlapu – a při nákladech spojených se stavbou tunelů je tento přešlap drahý.

Zarovnání zásobníku pro podávání je kritické při ražbě tunelů, protože stejný jumbo vrtá kompletní vzor čela s 50–150 otvory za jedno kolo a jakákoli systematická chyba polohování ramene se projeví u všech otvorů. Technologie měření během vrtání (MWD), která je dostupná na moderních jumbotech od několika výrobců, zaznamenává tlak rázového mechanismu, tlak podávacího mechanismu a tlak otáčení po celou dobu vrtání každého otvoru – tím vzniká záznam, který identifikuje změny horninového prostředí a upozorňuje na otvory, u nichž odchylky parametrů naznačují problém. Platforma iSure od společnosti Sandvik využívá tato data pro navigaci tunelu pomocí technologie PERFECT SHAPE, poskytující grafické znázornění čela a ověření plánu vrtání před každým kolem.

Srovnání aplikací: klíčové parametry pro výběr podle kontextu

Systémy promývání: místo, kde se těžba na povrchu a vrtání tunelů nejvíce liší

Promývání vrtu – odstraňování horninových třísek a chlazení vrtáku – se provádí různým způsobem v závislosti na typu aplikace. Při povrchové těžbě se používá stlačený vzduch nebo vodní mlha; při podzemní těžbě a vrtání tunelů se obvykle používá vodní promývání za tlaku 10–25 bar. Tlak promývání a kvalita vody mají větší vliv na údržbu drifteru, než si uvědomují většina provozovatelů.

Voda používaná k čištění při ražbě tunelů odvádí jemný skalní prach a někdy i zvýšený obsah minerálů z horninového prostředí. Pokud selže zpětný uzavírací ventil v obvodu pro čištění nebo jsou opotřebená těsnění v čistící skříňce, dochází k zpětnému pronikání této vody do rázového obvodu, čímž se kontaminuje hydraulický olej a těsnění rázového mechanismu se opotřebují mnohem rychleji než při běžném abrazivním opotřebení. Interval pro kontrolu těsnění v aplikacích v tunelu by měl být nastaven na 350–400 hodin rázové činnosti namísto běžných 450–500 hodin u suchého povrchového vrtání. Společnost HOVOO dodává sady těsnění pro vrtací kladiva používaná ve všech třech typech aplikací – povrchových, podzemních a tunelových – přičemž výběr materiálu těsnění je řízen provozní teplotou a prostředím, ve kterém pracují. Úplné odkazy na stránce hovooseal.com.