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:

شماتیک سه روش حفاری سنگ
شماتیک سه روش حفاری سنگ – دان د هول، تاپ هامر و روتاری

حفاری روتاری

شماتیک فعالیت حفاری دورانی
شماتیک عملکرد 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

دان د هول
شماتیک حفاری دان‌دهول (DTH) یا پایین چال

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

حفاری در روش "چکش بر روی دکل"
شماتیک 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.

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).