با مردم مینویسد: در این مطلب قصد داریم حفاری را بشکافیم و در کنار معرفی ابزار آلات، انواع روشهای حفاری اکتشافی و غیراکتشافی را معرفی کنیم. پس با ما باشید. حفاری ترکیبی از زمین‌شناسی، فناوری، مهندسی و مدیریت ریسک‌هاست. نزدیک‌ترین مفهومی که به هنگام صحبت از حفاری به ذهن متبادر خواهد شد،‌ ایجاد چاهی عمیق است. چاه میتواند برای آب، یا استخراج نفت، گاز و مواد معدنی باشد؛ همچنین برای عملیات ژئوتکنیک نیز حفر چاه و ایجاد فضای مناسب ضروری است. در حفاری اکتشافی به دنبال شناسایی و تبیین مواد و کانی‌های زیر سطح هستیم، اما در حفاری غیراکتشافی کار از شناسایی گذشته و با انفجار مواد را استخراج کرده، تونل میزنیم و معدن میسازیم.

حفاری چگونه آغاز میشود؟

پیش از آغاز هر عملیات حفاری، زمین شناسان به این می اندیشند که کدام روش حفاری موثرترین و در عین حال ارزانترین روش، برای دستیابی به اهداف تعریف شده، است. نخستین گام تصمیم گیری و انتخاب از میان حفاری‌های مغزه‌گیری(الماسی) و چرخش معکوس، و یا ترکیبی از هر دو است.

برای دستیابی به هدف حفاری، یعنی ورود از سطح زمین یا دریا به لایه‌های عمیق‌تر و کشف و استخراج مواد، نیازمند ابزار، سیستم مناسب و تکنیک‌های مختلف متناسب با نیازهای مختلف هستیم. دکل حفاری در تمامی این مصادیق حرف اول و آخر را خواهد زد. راستی تمامی ماشین‌آلاتی که این کار را پیش میگیرند دریل و دکل حفاری هستند، برخی ثابت و برخی متحرک که اصطلاحا دریل واگن خوانده میشوند و برخی دیگر دریل‌های دور از خشکی هستند: نصب شده بر سکوی دریایی یا حتی به شکل کشتی حفاری شناور بر آب.

حفاری اکتشافی

حفاری مغزه‌گیری، شکلی از حفاری چرخشی با سرعت بالا است که نتیجه‌ی آن تخریب حلقوی خاک می باشد، تخریبی که استوانه‌ای داخل آن دست نخورده باقی می ماند و در بازه‌های زمانی مشخص قفل شده و به بالا کشیده می شود. این مغزه‌ها در جعبه‌های موردنظر قرار میگیرند.

در روش دوم، حفاری RC یا چرخش معکوس، با بهره‌گیری از هوای فشرده‌ی جاری در داخل رادها و پیستونی متحرک، که چکش پنوماتیک نیز نامیده می شود، مته‌ی حفاری ساخته شده از فولاد تنگستن را در دل خاک فرو می رود. به هنگام اعمال فشار بر راد، بالابری ایرودینامیک شکل میگیرد که آب و لجن را به بالا فوت می کند. ایده‌آل آن است که در این عملیات حفاری خشک به پیش رود، چرا که هوای فشرده‌ی کمپرسور هوا راه پیش روی مته را خشک می کند. برش‌های استخراج شده به ریفلکتور و در نهایت سمپلر انتقال می یابند. پس از آن و با عبور از تله‌های نمونه‌گیری به سایکلون می رسند و پس از فرآوری در کیسه‌ی نمونه‌گیری ذخیره می شوند.

مته‌های معمول حفاری با روش RC قطری برابر با ۱۲۴ تا ۱۳۰ میلیمتر دارند، این در حالیست که در روش مغزه‌گیری این قطر به متوسط ۹۵ میلیمتر کاهش می یابد و متعاقبا قطر مغزه‌ی گرفته شده تا ۶۳ میلیمتر خواهد بود. این قیاس برتری روش RC را رای نمونه‌گیری از زمین عیان می کند. از دیگر سو، در روش مغزه‌گیری الماسی هسته‌ای دست‌نخورده در اختیار متخصصان خواهد بود که بررسی چشمی آن مزایایی نسبت به روش RC خواهد داشت.

نسخه‌ی کامل این متن را در وبسایت «بامردم» بخوانید

برای حفاری در عمق‌های گوناگون و بسته به نیاز تعریف شده می توان از حفاری RC یا مغزه‌گیری به طور مجزا و یا ترکیبی بهره برد. تا به امروز حفاری سطحی امکان دستیابی به مغزه، پودر و یا هردو را برای کارشناسان فراهم آورده است. حفاری زیر زمین نیز اگرچه مقدور می باشد، لیکن تا به امروز بسیار محدود صورت میپذیرد.

حفاری غیراکتشافی

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 – دان د هول، تاپ هامر و روتاری

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.

ماشین آلات کاربردی - دریل واگن، جامبو، بولتر، لودر، دامپ تراک و پیکور

اقسام مختلفی از تجهیزات حفاری برای نفوذ بر سطوح سخت استفاده می شود. در عمل، دو روش پرکاربرد از پنوماتیک و هیدرولیک بهره می برند؛ کدام بهترین است؟ روش‌های حفاری سنگ هیدرولیک یا پنوماتیک؟ برای شکل دادن یک تصمیم آگاهانه نیاز به این است که نگاهی به عملکرد هرکدام بیندازیم:

دریل واگن پنوماتیک

تجهیزات پنوماتیک با بهره‌گیری از هوای فشرده و تبدیل انرژی آن به انرژی مکانیکی کار می کنند. در صنایع گازهای فشرده به طور گسترده‌ای کاربرد دارند و در کارخانجات نیز هوای فشرده برای مدیریت دستگاه‌های ابزار دقیق استفاده می شود.

پنوماتیک در راهسازی، ساخت و ساز، حفاری معدن و بخش‌های مختلف دیگری از زندگی بشر، حتی دندانپزشکی حضور داشته و امکانات مختلفی را فراهم آورده است. برای تامین هوای فشرده تجهیزات پنوماتیک به کمپرسورهای هوا نیازمندیم و در پستی به معرفی کمپرسور مورد استفاده در مصارف حفاری پرداخته ایم. علاوه بر آن در جای جای وبسایت امکان مطالعه در مورد کمپرسورهای پرتابل دیزلی را دارید.

دریل واگن هیدرولیک

تجهیزات هیدرولیک با بهره‌گیری از انرژی سیالات فشرده کار می کنند. زمانی که شما پا بر روی پدال ترمز خودروی خود میفشارید، میله‌ای(رادی) را حرکت میدهید و این حرکت به پیستون‌های سیلندر اصلی منتقل می شود، این اتفاق سیال را به سوی کالیپرهای ترمز فرستاده و کالیپرها لنت‌ها را بر روی روتور‌ (محور) چفت می کند که به چرخ‌های خودرو متصل است. این اصطکاک افزوده چرخ‌ها را از حرکت بازمیدارد. دریل‌های هیدرولیک جدیدتر و قدرتمندتر هستند. البته مزایای آنها توام با معایبی چون قیمت بالاتر است.

جامبو دریل یا بومر

جامبو دریل ماشین پیشرو در معدن است. دریلهای جامبو تونل را باز میکند، مسیر جدید میسازد و راه را برای باقی تجهیزات برقرار میکند. چندین دریل سنگین بر بازوهای متعدد جامبوها نصب شده و با دقت میلی‌متری سوراخ‌هایی در سنگ ایجاد میکند. این سوراخ‌ها قطر و عمق مشخصی داشته و بعدتر با مواد انفجاری پر میشود. با انفجار جبهه یا پیشانی کار معدن شکسته شده و پیشروی ادامه پیدا میکند.

جامبوها در مدلهای تک‌بازو، دو باز و سه بازو تولید میشود. به موجب همین بازوها جامبو دریل را اصطلاحا بومر نیز مینامند. تعداد بازوهای جامبو به نوع معدن و همچنین عرض تونلها بستگی دارد. اپراتور بر هرکدام از بازو یا بوم‌های جامبو دریل کنترل کامل داشته و زاویه، جهت، ارتفاع و عمق آن را تنظیم میکند. دستگاه‌های جدیدتر از کنترلرهای دیجیتالی یا اتوماتیک نیز بهره میبرد.

در مدلهای پیشرفته، نرم افزار الگوی حفاری را مشخص کرده و جامبو دریل طبق نقشه حفاری را با دقت بالا پیاده میکند. الگوی حفاری یعنی الگوی انفجار و اگر انفجار دقت کافی نداشته باشد خطر ریزش وجود خواهد داشت. برخی مواقع نیز انفجار نامناسب سنگ را به شکل مناسب و کافی نمیشکند.

محکم‌کاری و استحکام سقف و دیواره‌ی تونل معدنی با بولتر

بولتر ماشینی است که سقف را محکم‌کاری کرده و از ریزش معدن ممانعت به عمل میاورد. بولتر یا ماشین راک بولتینگ سنگ‌های سقف و دیواره‌ی تونل معدنی را با پیچ‌های فولادی، صفحات مهار و رزین یا دوغاب فیکس و محکم‌کاری میکند. بولترهای زیرزمینی از لودر و جامبو دریلها کوچکتر اند و این مسئله نیز بی دلیل نیست. بولتر دکل حفاری کوچکی برای حفر سوراخ‌های کم‌عمق دارد. پس از حفر سوراخ‌های کم‌عمق پیچ یا بولت سنگ را داخل زده و با ملات تقویت میکند. توده‌ی سنگی بالای تونل در اثر بولتینگ پایدار میشود و از ریزش جلوگیری میشود.

هرچه دستگاه‌ها پیشرفته‌تر شده، میزان اتوماسیون آنها افزایش یافته است. برای مثال بولترهای جدیدتر مجهز به سیستم تزریق رزین خودکار هستند. برخی از آنها برای کار با سقف‌های ناهموار بازوهای انعطاف پذیر داشته و برخی دیگر مانند تی بی ام عمل کرده و هم حفاری و هم بولت‌گذاری میکنند. در معادن بزرگ از بولترهای کارامد و سریع مستقل استفاده میشود.

لودر یا LHD

لودرها در زیر زمین و کار معدنی اندازه‌ی کوچک و قدرت خوبی دارند. شاسی آنها کوتاه و مناسب عبور از فضاهای تنگ و تاریک معادن است و فرمان آنها در وسط بدنه قرار گرفته است. فرمان در وسط بدنه‌ی ماشین یعنی ماشین از وسط، نه از چرخ‌های جلو، خم شده و میچرخد. این ویژگی امکان مانور بسیار خوب در زیر زمین را برای آنها فراهم آورده است.

لودرهای معمولی برای کار در زیر زمین ایرادات متعددی دارد: بزرگ است و امکان جابجایی بار در فضای محدود را اصلا ندارد. اما ال اچ دیها با جام یا باکتی در جلو سنگهای حاصل از انفجار و حفاری را بار میزنند و به محل تخلیه منتقل میکنند. در محل تخلیه خردکننده‌های اولیه یا دامپ تراک‌های زیرزمینی منتظر دریافت از لودرهاست.

اکسیژن در معادن حائز ارزش بسیار زیادی بوده و تهویه‌ بسیار دشوار و گران است. برای همین لودرهای زیرزمینی با سوخت دیزلی کار نمیکنند. لودرهای جدید با برق باتری یعنی برق DC کار کرده یا هیبریدی است. در حال حاضر بسیاری از شرکتها به دنبال جایگزینی لودرهای دیزلی با برقی هستند.

چکش یا پیکور هیدرولیکی

چکش‌های هیدرولیکی که با عناوین مختلفی از جمله راک برکر هیدرولیک، پیکور هیدرولیکی و جک هامر هم در بازار شناخته میشود ابزار سنگین برای شکستن و خرد کردن سنگ، بتن و سازه‌های سخت است. این قطعات برای ماشین آلات سنگین حکم تجهیزات جانبی دارد که به بیل مکانیکی، بولدوزر یا لودرها متصل میشود. توان هیدرولیک دستگاه به چکش منتقل شده و خروجی آن ضربه‌های قدرتمندی است که سنگ را خرد میکند.

HB 7000 DP چکش اپیراک

در پیکور هیدرولیکی روغن پرفشار هیدرولیک وارد محفظه شده و پیستون را به جلو پرتاب میکند. در نتیجه‌ی پرتاب پیستون، انرژی ضربه به قلم منتقل شده و هدف را میکوبد. برخلاف چکش‌های بادی یا دستی، پیکورهای هیدرولیکی توان و کنترل بالاتری داشته و بازدهی بیشتری ارائه میدهند. همچنین از این تجهیزات میتوان برای شرایط کاری سنگینتر استفاده کرد. برتری تکنولوژیکی تجهیزات هیدرولیک بر تجهیزات پنوماتیک حفاری نیز در دریل واگن‌ها پیشتر گفته شده است.