حفاری معادن و حفاری تونل‌ها: راهنمای جامع کاربرد دریل‌های سنگ هیدرولیکی

حفاری معادن و حفاری تونل‌ها از تجهیزات هیدرولیکی مشابهی استفاده می‌کنند، اما این تجهیزات را در محیط‌های عملیاتی اساساً متفاوتی قرار می‌دهند؛ و این تفاوت‌های محیطی بر تمام تصمیمات مربوط به نگهداری و انتخاب تأثیر می‌گذارند. در حفاری سطحی معادن، دستگاه حفاری در فضای باز کار می‌کند، دسترسی مستقیم برای تعمیر و نگهداری دارد، شرایط زمین نسبتاً پایدار است و الگوی چاله‌ها در هر بنچ تکرار می‌شود. در حفاری تونل‌ها، دستگاه جامبو در فضای محدودی کار می‌کند، در هوایی که ممکن است دوده و غبار ریز سنگ را حمل کند، در برابر صورت حفاری که ژئولوژی آن در هر دور تغییر می‌کند و هیچ امکانی برای خارج کردن دستگاه از تونل وجود ندارد مگر در مواردی که خرابی اساسی رخ داده باشد.

درک اینکه کدام پارامترها در هر محیط اهمیت دارند و کدام ویژگی‌های دریفتر (دستگاه حفاری) به‌منظور مقابله با آن‌ها طراحی شده‌اند، تفاوت اصلی بین انتخاب تجهیزات بر اساس برگه مشخصات فنی و انتخاب آن‌ها بر اساس دانش کاربردی است.

حفاری سطحی معادن: نرخ تولید به‌عنوان متغیر اصلی

دریل‌کاری سطحی در معدن‌های روباز و سنگ‌شکن‌ها از نظر عملکرد، بر اساس یک شاخص اصلی ارزیابی می‌شود: تعداد مترهای حفاری‌شده در هر ساعت کاری در طول چرخهٔ کامل شیفت، شامل جابه‌جایی دستگاه، تعویض میله‌ها و نگهداری از ابزار حفاری. سایر معیارها — از جمله مصرف سوخت، فواصل زمانی نگهداری و صرفه‌جویی در زنجیرهٔ حفاری — نیز در مقایسه با این خروجی اصلی ارزیابی می‌شوند.

The Sandvik دریل تولیدی DL422i بلندسوراخ، با بهره‌گیری از سیستم پایدارکنندهٔ دریفتِر HF1560ST که جلوی نوسان مته را می‌گیرد و حلقۀ کنترل خودکار پارامترها که فشار ضربه‌ای را در زمان واقعی بر اساس تغییرات سختی لایه‌ها در طول صفحه تنظیم می‌کند، تا ۱۰ درصد بیشتر متراژ حفاری‌شده در هر شیفت را در حفاری خودکار تولیدی گزارش می‌دهد. برای کار روی صفحات سطحی با قطر ۱۴۰ تا ۱۷۸ میلی‌متر، شکل موج ضربه‌ای پیستون بلند در RD1840C امواج تنشی تولید می‌کند که با طول میله و اندازهٔ مته هماهنگ‌تر است تا امواج ضربه‌ای کوتاه‌تر و پرفرکانس‌ترِ طراحی‌های دریفتِر زیرزمینی.

انتخاب سیستم رزوه برای کار روی سطح بر اساس سختی تشکیلات زمین‌شناسی انجام می‌شود: R25/T38 برای کار سبک در تشکیلات نرم، T45 برای سنگ آهک و ماسه‌سنگ با سختی متوسط، و T51/GT60 برای تولید گرانیت و بازالت سخت. عدم تطابق سیستم رزوه — مانند استفاده از میله‌های سبک T38 در گرانیت سخت — منجر به سایش شتاب‌دار رزوه‌ها می‌شود که از مزیت تولیدی ناشی از وزن کمتر رشته میله‌ها فراتر می‌رود.

حفاری در معادن زیرزمینی: زمان چرخه و محدودیت‌های فضایی

در توسعه معادن زیرزمینی — ایجاد راهروها، برش‌های عرضی و شیب‌های عمودی — چرخه حفاری تنها یکی از مراحل دنباله‌ای است که شامل بارگذاری، انفجار، تهویه، بارگیری مواد حفرشده و صاف‌سازی سقف و دیواره‌ها نیز می‌شود. سرعت دریفتر توسط این چرخه محدود می‌شود و نه اینکه به‌صورت مستقل بهینه‌سازی شود. آنچه اهمیت دارد، قابلیت اطمینان دستگاه در طول کل شیفت و توانایی جابه‌جایی سریع بین چاه‌های حفاری بدون آسیب‌رساندن به ماژول ضربه‌ای است.

اپیروک مدل COP MD20 شرکت 'سی‌او‌پی' به‌طور خاص برای این الگوی کار طراحی شده است: مقاومت بهبودیافتهٔ آن در برابر ضربه‌زنی آزاد در حین بازآرایی—یعنی زمانی که ضربه‌زنی در حال اجراست اما نوک مته هنوز با سنگ تماس نداشته است—باعث کاهش شکست‌های ناشی از تنش در پوسته می‌شود که نسل‌های قبلی در دنبالهٔ دفعات مکرر روشن و خاموش شدن در حین بازآرایی با آن مواجه بودند. جامبوهای توسعهٔ زیرزمینی معمولاً در هر شیفت ۶ تا ۸ ساعت ضربه‌زنی واقعی انجام می‌دهند؛ سایر زمان، صرف بازآرایی، شارژ کردن و نگهداری می‌شود. یک دریفتر که فاز بازآرایی را به‌خوبی مدیریت می‌کند، حتی در شیفت‌های با بهره‌برداری بالا نیز عمر خدمات ضربه‌زنی خود را حفظ می‌کند.

حفاری در ساخت تونل: دقت در هندسه و طراحی انفجار

ساخت تونل برای جاده‌ها، راه‌آهن و زیرساخت‌های زیرزمینی محدودیتی ایجاد می‌کند که نه استخراج سطحی و نه استخراج سنگ‌آهن در عمق به همان شدت بر آن تأکید دارند: دقت الگوی چاله‌ها تعیین‌کنندهٔ هندسه انفجار است، هندسه انفجار تعیین‌کنندهٔ پروفیل تونل است و پروفیل تونل تعیین‌کنندهٔ میزان بیش‌شکستگی (overbreak) است که نیازمند پرکردن با بتن یا بتن پاشی (shotcrete) دارد. الگوی حفاری‌ای که در آن هر چاله به میزان ۱۵۰ میلی‌متر از موقعیت طراحی‌شده منحرف شود، می‌تواند حجم قابل‌اندازه‌گیری‌ای از بیش‌شکستگی را در هر دوره حفاری اضافه کند — و با توجه به هزینه‌های ساخت تونل، این بیش‌شکستگی بسیار پرهزینه است.

ترازبندی قاب تغذیه در حفاری تونل بسیار حیاتی است، زیرا همان دستگاه جامبو (Jumbo) در هر دور، الگوی کامل صورت حفاری را با ایجاد ۵۰ تا ۱۵۰ سوراخ اجرا می‌کند و هر خطای سیستماتیک در موقعیت‌یابی بازوی حفاری در تمامی سوراخ‌ها تشدید می‌شود. فناوری «اندازه‌گیری در حین حفاری» (MWD)، که در دستگاه‌های جامبوی مدرن از سوی چندین سازنده در دسترس است، فشار ضربه‌ای، فشار تغذیه و فشار چرخش را در طول هر سوراخ ثبت می‌کند و سوابقی تولید می‌نماید که تغییرات در لایه‌های زمین را شناسایی کرده و سوراخ‌هایی را که انحراف پارامترها در آن‌ها نشان‌دهندهٔ مشکلی است، علامت‌گذاری می‌کند. پلتفرم iSure از شرکت سندویک از این داده‌ها برای ناوبری تونل با عنوان «SHAPE PERFECT» استفاده می‌کند و پیش از هر دور، نمایش گرافیکی صورت حفاری و تأیید برنامهٔ حفاری را فراهم می‌سازد.

مقایسهٔ کاربردها: پارامترهای کلیدی انتخاب بر اساس زمینه

سیستم‌های شستشو: جایی که معدن‌کاوی سطحی و حفاری تونل بیشترین تفاوت را دارند

شستشوی چاه—یعنی حذف براده‌های سنگی و خنک‌کردن نوک حفاری—در سه نوع کاربرد متفاوت انجام می‌شود. در معدن‌کاوی سطحی از هواي فشرده یا اَسپری آب-هوا استفاده می‌شود؛ در حالی که در معدن‌کاوی زیرزمینی و حفاری تونل معمولاً از آب شستشو در فشار ۱۰ تا ۲۵ بار استفاده می‌شود. فشار شستشو و کیفیت آب برای نگهداری از درفتر اهمیت بیشتری دارد تا آنچه بیشتر اپراتورها متوجه آن هستند.

شست‌وشوی آب در حفاری تونل، ذرات ریز سنگ و گاهی مواد معدنی با غلظت بالاتر از سازند را همراه دارد. اگر شیر بررسی مدار شست‌وشو خراب شود یا آب‌بندی‌های جعبهٔ شست‌وشو فرسوده گردند، این آب به‌سمت عقب در مدار ضربه‌ای حرکت کرده و روغن هیدرولیک را آلوده می‌کند و در نتیجه آب‌بندی‌های ضربه‌ای را بسیار سریع‌تر از سایش سایندهٔ معمولی از بین می‌برد. فواصل بازرسی آب‌بندی‌ها در کاربردهای تونل‌سازی باید ۳۵۰ تا ۴۰۰ ساعت ضربه‌ای تنظیم شود، نه ۴۵۰ تا ۵۰۰ ساعت که در حفاری سطحی خشک رایج است. هووو عرضه می‌کند بسته‌های تراکم برای مدل‌های دریفتر مورد استفاده در هر سه نوع کاربرد — سطحی، زیرزمینی و تونلی — با انتخاب ترکیب مناسب بر اساس دمای کار و محیط سیال. ارجاعات کامل در hovooseal.com.