خلاصه
در این مطلب، سه روش اصلی حفاری سنگ بررسی شده‌اند: حفاری روتاری، حفاری دان د هول و حفاری تاپ هامر. هرکدام از این روش‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند و برای شرایط و سنگ‌های متفاوت مناسب هستند. انتخاب نادرست روش حفاری میتواند منجر به هدررفت منابع و کاهش بازدهی شود.
حفاری روتاری: مناسب حفاری چال‌های بزرگ و عمیق، بیشتر برای سنگ‌های نرم و با سختی متوسط.
حفاری دان د هول (DTH): کارآمد در سنگ‌های سخت‌تر، با دقت و عمق بالا.
حفاری تاپ هامر: مناسب حفاری‌های کم‌عمق و سنگ‌های سخت پایدار، اما با انحراف بیشتر.
هر روش با مکانیزم خاص خود عمل می‌کند و مزایا و محدودیت‌های متفاوتی دارد. در این مطلب، اصول عملکردی، کاربردها و مزایای هر روش به تفصیل بررسی شده است.
حفاری و انفجار از بخش‌های مهم فعالیت‌های معدنی هستند. در این مطلب به معرفی سه روش حفاری سنگ خواهیم پرداخت: حفاری دورانی، حفاری داخل چال و حفاری چکش بالا. این واژگان تا حدی ناآشنا به نظر می آیند، این از آن روست که ما عموما اصطلاحات لاتین آنها را به کار می بریم و به ترتیب عبارتند از: حفاری روتاری، حفاری Down The Hole یا به اختصار DTH و حفاری تاپ همر. هرکدام از این روش‌ها برای عملیات حفاری متفاوتی مناسب هستند و انتخاب غلط به هدررفت منابع خواهد انجامید.
در ابتدا اصول عملکردی آنها را خواهیم گفت:
حفاری روتاری
در حفاری روتاری، دکل خود فشار محوری و گشتاور دورانی کافی را برای عملیات فرآهم میسازد. در این عملیات مته بر روی سنگ چرخش و حفاری را توامان پیش می برد که این به اعمال فشار دینامیک و استاتیک بر سنگ می انجامد. مته‌ها به طور پیوسته در کف چال دوران کرده و می سابند تا سنگ ترک برداشته و بشکافد. نازل نیز در فشار و دبی معینی هوای فشرده را به داخل حفره می دمد تا براده‌های حفاری شده را به طور پیوسته از کف چال، در مسیر دورانی هول راد و دیواره به بالا بفرستد.
حفاری دان د هول
در حفاری دان د هول چکش پشت مته‌ی حفاری قرار گرفته و با حرکت راد حفاری به حرکت واداشته می شود. به واقع در حفاری دان د هول به ترتیب بر روی دکل روتیشن، راد، چکش و مته را خواهیم داشت. این ترتیب در حفاری تاپ هامر متفاوت بوده و به ترتیب چکش، راد و مته را خواهیم داشت. در حفاری دان د هول (پایین چال) پیستون یا چکش مستقیما بر مته ضربه وارد می کند، همزمان سیلندر خارجی چکش نیز جهت مته‌ی حفاری را تنظیم می کند. در نتیجه‌ی این نوع عملکرد مقدار کمتری از انرژی کوبشی در اتصالات هدر می رود و امکان حفاری کوبشی عمیق‌تر وجود خواهد داشت.
علاوه بر این‌ها، اثر نیروی ضربه مستقیما بر روی سنگ، در کف چال، وارد می شود که بازدهی را بالاتر می برد و ضربه نیز دقیقتر از سایر روش‌های حفاری خواهد بود. همچنین DTH برای چال‌های بزرگ حفاری‌های سنگ سخت، بالاخص سنگ‌هایی با سختی بیش از ۲۰۰ مگاپاسکال، مناسب است. لیکن باید در نظر داشت که برای سنگ‌هایی با سختی کمتر از ۲۰۰ مگاپاسکال، بهره‌گیری از حفاری دان د هول نه تنها به هدررفت انرژی خواهد انجامید، بلکه به بازدهی پایین حفاری و خوردگی مته‌ها خواهد انجامید؛ این رخداد از آن روست که سنگ نرم قابلیت جذب ضربات چکش را ندارد.
حفاری تاپ هامر
در ماشین‌آلات حفاری تاپ هامر نیروی کوبشی توسط پیستون پنوماتیک یا هیدرولیک نصب شده بر روی دکل تولید شده و از طریق اداپتور راد و لوله‌ی مته به مته منتقل می شود. در همین حال، سیستم کوبشی سیستم روتیشن (چرخشی) حفاری را نیز به حرکت وامیدارد. به محض ارسال موج تنش به مته‌ی حفاری، این انرژی به شکل نفوذ مته در سنگ نمایان می شود. در حفاری تاپ همر کمپرسور هوا نقش پاکسازی مسیر با دمیدن و تخلیه‌ی براده‌ها را دارد.
در ماشین‌آلات دریفتر، انرژی ضربه با فرکانس ضربه تلفیق شده و خروجی کوبشی دستگاه را تشکیل می دهد. می بایست مدنظر قرار گیرد که روش تاپ هامر عموما برای حفاری با قطر ماکسیمم ۱۲۷ میلیمتر و بیشینه‌ی حفاری عمقی ۲۰ متر مورد استفاده قرار میگیرد.
برای حفاری غیراکتشافی به چند چیز نیاز دارید، از جعبه ابزار ما برای دسترسی سریعتر به آنها استفاده کنید:
برای بروشورهای تجهیزات تاپ هامر و دان د هول اطلس کوپکو صفحه کتب راهنمای اطلس کوپکو سری بزنید.
برای آشنایی با کمپرسور مناسب حفاری سری به مطلب کوتاه ما در اینجا بزنید.
برای آشنایی با مدل‌های موجود کمپرسور دیزلی هم، بهترین جا برای شروع صفحه کمپرسور دیزلی در قسمت ماشین آلات ماست.
نتیجه‌گیری
حفاری روتاری
- معمولا مناسب برای حفاری چال‌های بزرگ (زغالسنگ و سنگ آهک) – معمولا قطر حفاری بیشتر از ۲۰۰ میلیمتر
- عمق حفاری تا چندین هزار متر و حتی ده‌ها کیلومتر
- مناسب سنگ‌های نرم و با سختی متوسط
- تخلیه‌ی براده میتواند با هوای فشرده، ایرفوم، گل و لای و غیره باشد.
- نامناسب برای سنگ‌های سخت‌تر
- انحراف از محور حفاری در حفاری روتاری از حفاری پایین چال (داندهول) بیشتر است.
حفاری دان د هول (DTH)
- قطر حفاری مناسب ۱۰۰تا۲۵۴ میلیمتر می باشد. در موارد خاص تا حداکثر۲ متر و حداقل ۵۰ میلیمتر.
- بر روی کاغذ و در تئوری، محدودیت عمقی حفاری به محدودیت فشار پشت دستگاه بستگی دارد (تا کیلومترها)
- مناسبتر برای سنگ‌های سخت‌تر (در قیاس با تاپ همر)
- تخلیه برادره عموما با هوای فشرده و بعضا در کاربردهای خاص با ایرفوم (فوم هوا).
- در حفاری سنگ‌های سخت بسیار بهره‌ور می باشد (در قیاس با حفاری روتاری)
- در میان سه روش معرفی شده، کمترین انحراف از محور حفاری (حفاری صافتر و مستقیم‌تر می باشد).
حفاری تاپ هامر
- مناسبترین قطر حفاری : ۲۵ تا ۱۲۷ میلیمتر.
- عمق چال به طور معمول کمتر از ۲۵ متر.
- برای سنگ‌های سخت پایدار و همگن مناسب است.
- تخلیه براده به وسیله هوای فشرده یا آب.
- در چال‌های کم‌عمق بالاترین بازدهی را دارد؛ هرچه عمق بیشتر، بازدهی کمتر.
- راحت‌تر از دو روش دیگر از محور حفاری انحراف می یابد (حفاری اریب یا کج می شود).
پرسش و پاسخ
۱. حفاری روتاری برای چه نوع سنگ‌هایی مناسب است؟ حفاری روتاری معمولاً برای سنگ‌های نرم و با سختی متوسط مناسب است و در حفاری چال‌های بزرگ و عمیق مانند معادن زغالسنگ و سنگ آهک به کار می‌رود.
۲. تفاوت اصلی حفاری DTH و تاپ هامر چیست؟ در حفاری DTH، چکش در پشت مته قرار دارد و مستقیماً ضربه را به مته منتقل می‌کند، که باعث کاهش هدررفت انرژی و حفاری دقیقتر و عمیق‌تر می‌شود. اما در حفاری تاپ هامر، چکش در بالای راد حفاری قرار دارد و از طریق راد انرژی را منتقل می‌کند، که منجر به انحراف بیشتر و محدودیت عمق حفاری می‌شود.
۳. کدام روش برای سنگ‌های بسیار سخت مناسبتر است؟ حفاری دان د هول (DTH) به دلیل انتقال مستقیم ضربه به مته و کاهش هدررفت انرژی، بالاترین بازدهی را در سنگ‌های سخت با سختی بیش از ۲۰۰ مگاپاسکال دارد.
۴. حفاری تاپ هامر تا چه عمقی بازدهی مناسب دارد؟ حفاری تاپ هامر معمولاً برای چال‌های کم‌عمق تا حداکثر ۲۵ متر مناسب است و با افزایش عمق، بازدهی آن کاهش پیدا می‌کند.
۵. چرا انتخاب روش حفاری مناسب اهمیت دارد؟ انتخاب نادرست روش حفاری میتواند منجر به هدررفت انرژی، افزایش هزینه‌ها، کاهش سرعت حفاری و کاهش عمر تجهیزات شود. هر روش باید بر اساس نوع سنگ، عمق چال و شرایط عملیاتی انتخاب شود.
