Alagút-specifikus hidraulikus kőfúró: alacsony zajszint, magas stabilitás, hatékony keskeny helyeken

A kaminiko-i útalagút Hiroshima prefektúrában granitban haladt át, amelynek nyomószilárdsága 200 MPa feletti volt, és a törzsfelett 70 méterrel lakóépületek álltak. Hosszabb szakaszokon nem jöhetett szóba robbantás. A építési csapatnak egy olyan hidraulikus kőfúró gépre volt szüksége, amely képes volt óránként 3,5 m² szabad felületet kialakítani kemény kőzetben, egy olyan előbányászati szekcióban, ahol nem volt hely nagyobb berendezések manőverezésére, és ahol a felső rétegben a rezgés okozta talajkárosodásra sem volt tűrés.

Ez az a korlátozó feltételrendszer, amely meghatározza az alagút-specifikus fúrást – nemcsak szűkebb terek, hanem teljesen más mérnöki feladat is. A zaj, a korlátozott rezgés melletti stabilitás, a korlátozott légáramlás melletti hatékony fúróléfúvás és a karom geometriája, amely teljes keresztmetszeti lefedettséget biztosít anélkül, hogy a gép túl nagy lenne ahhoz, hogy átférjen azon a keresztmetszeten, amelyet éppen fúrni kell. Ezek a követelmények egymás ellen hatnak, és egy nyílt bányászati szintfúrási munkára tervezett fúró több szempontból is nem felel meg.

A geometriai korlátozás: Miért nem jelent a kompaktság gyengeséget

A tunneljumbo fúróberendezéseket a lefedhető keresztmetszet alapján osztályozzák, nem pedig a hordozó méretei szerint. Egy olyan berendezés, amely 7–35 m²-es keresztmetszetekre van méretezve, olyan karos geometriát igényel, amely eléri a teljes szakaszprofil – a boltozat, az aljzat és az oldalfalak – minden részét újrapozicionálás nélkül. Ehhez artikulált karos kialakításra és párhuzamos rögzítési képességre van szükség, így a fúrókar mindig merőleges marad a fúrási mintára, függetlenül attól, hogy a kar hol helyezkedik el.

Ez mit jelent magára a kőfúrógépre nézve: egy kompakt drifter testben 12–20 kW-os ütőteljesítményt kell szolgáltatnia. A lépcsőzött dugattyús kialakítás, amelyet egyes alagút-specifikus drifterekben alkalmaznak, pontosan azért javítja az ütőenergia-átvitel hatékonyságát, mert a teljesítménysűrűségre optimalizál, nem pedig a csúcsteljesítményre. Egy 15 kW-os lépcsőzött dugattyús drifter egy 3,5 m × 1,8 m-es szakaszon 2 m/perc behatolási sebességet tud fenntartani 80–120 MPa-os kőzetben, miközben olyan hordozóba illeszkedik, amely áthaladhat egy 2,5 m × 1,5 m-es hozzáférési alagúton.

A kis magasságú konfigurációk – például a KJ212 osztály, amelyet 3,5 m × 1,8 m-es, szűk fejtési szakaszokra terveztek – kifejezetten hajtható karokat használnak, hogy a gép át tudjon haladni egy 2,5 m × 1,5 m-es nyíláson, majd a fejtési felületnél teljes munkamagasságra kibontódhasson. Ez nem utólagos gondolat; hanem alapvető tervezési követelmény a keskeny rétegű bányák fejtési szakaszaihoz.

Zaj egy alagútban: Amikor a szabványos specifikáció megfelelőségi kérdéssé válik

A szabad térben végzett kőfúrás az operátor helyén 95–115 dB zajszintet eredményez egy nyílt udvaron. Egy 5 m × 5 m-es alagúti fejtési szakaszon ugyanez a ütőenergia nem tud eloszlani – a beton- vagy lövöldözött beton falakról visszaverődő hang 10–15 dB-os visszhangot ad hozzá. A 85 dB fölötti tartós kitettség a legtöbb bányászati hatóság szabályozása szerint hallásvédő használatát írja elő; zárt térben a 100 dB fölötti érték esetén pedig a műszak időtartamára vonatkozó korlátozások lépnek életbe.

A zajcsökkentő drifter tervezés két szinten működik: rezgéselválasztás a percussziós modul és a hordozó szerkezet között (csökkentve a rezgés átvitelét a karomra és a vázra), valamint zajcsendesített fúvókás levegőellátás, amikor a fúvókázás levegővel történik. A vízzel történő fúvókázás természetes módon csökkenti a percussziós zajt, és egyidejűleg porcsendesítést biztosít – mindkét tényező különösen fontos a rosszul szellőző, gyorsan porfelhalmozódó alagútfejben való működés során.

A városi alagútépítési projektek – az épített területek alatt haladó út- és vasúti projektek – szabályozásai gyakran nemcsak a fejben mért maximális zajszintet, hanem a felszínen megengedett maximális rezgéssébességet is előírják. A robbantás helyett hidraulikus percussziót alkalmazó szabadfelületű fúrási módszerek 3,5 m²/h-os fejalakítási teljesítményt érnek el granitban 200 MPa feletti szilárdságnál, miközben a felszíni rezgés a megengedett határokon belül marad, ellentétben a robbantásos módszerekkel.

Alagútfúró gépek műszaki adatai: Keresztmetszet, karbeállítás és drifter osztály

Egy kétkaros jumbo, amely egy 50 fúrásos arcvizsgálati mintát fed le 3,5 m-es előrehaladással körülbelül 2,5–3 óra alatt fejezi be a fúrási ciklust szilárd kőzetben. A ciklusidő jelentősen megnő repedezett vagy agyagbehatolásos kőzetekben, ahol az elakadás-ellenes funkciók gyakran aktiválódnak – éppen itt csökkenti az automatizált paramétervezérlés az emberi reakciókésleltetést, amely máskülönben a fúrószárat megkötné.

Stabilitás nagy ciklusú terhelés alatt korlátozott térben

Egy jumbo karra szerelt szikáró gép rezgést továbbít a hordozóvázba a táplemez, a tartókonzolok és a hidraulikus csövek útján. Egy alagútban a váz alatt nincs puha talaj, amely elnyelhetné ezt a rezgést – a váz betonra vagy tömörített kőtöltésre támaszkodik, amely minden rezgést továbbít. A modern alagúti jumbókon szabványosan szerepelnek a nedves, többtárcsás üzemeltetési fékek és a rugóerővel működő, hidraulikusan feloldható állófékek, kifejezetten annak megelőzésére, hogy a hordozó ne mozduljon el a fúrás ütőműködése közben, mivel az a fúrási hely elmozdulásához vezetne a tervezett pozíciótól.

Az automatikus párhuzamos tartási rendszerek és a lézeres igazítás segítségével ±2 cm-es karpozícionálási pontosság érhető el, de csak akkor, ha a hordozó stabil állapotban van a fúrás kezdetekor. Ha a hordozó az első méter fúrás során 5 mm-t elmozdul, akkor a fúrási irány eltérése 4 méteres mélységnél 50–80 mm-re nő – ez elegendő ahhoz, hogy megbontsa a robbantási mintát, és túlfúrást okozzon, ami minden egyes robbantási ciklusnál növeli a frissbeton (shotcrete) költségeit.

Záró- és öblítőkör karbantartása alagút körülmények között

Az alagút-fúróberendezések ütésóráit gyorsabban gyűjtik, mint a felszíni berendezések, mert a gép gyakran nem tud mozogni a fúrási helyek között úgy, ahogy egy felszíni fúróberendezés képes. A kevesebb vontatási idő több fúrási időt jelent műszakonként. Az öblítőkör különösen nagyobb terhelésnek van kitéve: az öblítővíz használata korlátozott fejszakaszban azt jelenti, hogy a visszafolyó víz folyamatosan finom forgácsot szállít át az öblítődoboz tömítési felületén, ellentétben a felszíni nyitott fúrás esetével, ahol a forgács lehullhat tisztán.

A HOVOO tömítési készleteket szállít alagút-fúróberendezésekhez, amelyek főbb jumbo-platformokon üzemelnek – beleértve az Epiroc, a Sandvik és a Montabert fúróberendezések specifikációihoz illeszkedő modelleket. Az alagsoros alkalmazásokban a mosódoboz kopásának gyorsabb üteme miatt a mosókészlet és a percussziós készlet külön cserélhető alkatrészként történő megvalósítása – egyetlen kombinált készlet helyett – lehetővé teszi a célzott cserét a tényleges kopás alapján, nem pedig mindkét alkatrész egyszerre történő cseréjét azonos időközönként. A modell-specifikus készletek a hovooseal.com weboldalon érhetők el.