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Apr 18, 2023

Entwicklungen in der Bohr- und Sprengtechnik

Das Center for Applied Dynamics Research (CADR) an der University of Aberdeen ist

Das Centre for Applied Dynamics Research (CADR) an der University of Aberdeen ist dabei, die ursprünglichen Forschungsergebnisse aus dem Jahr 1999 zu nutzen. Ein neues Spin-out-Unternehmen, iVDrill, wurde gegründet, um die Technologie des resonanzverstärkten Bohrens (RED) zu kommerzialisieren.

RED, eine Transformationsbohrtechnologie, übt eine kontrollierbare hochfrequente dynamische Belastung auf eine Bohrformation aus, die durch axiale Schwingungen eines Bohrmeißels bei der Resonanzfrequenz induziert wird. Die Resonanz wird bei unterschiedlichen Bohrbedingungen aufrechterhalten, indem die Frequenz und Amplitude der dynamischen Belastung angepasst werden, um eine sich stetig ausbreitende Bruchzone zu erzeugen. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Bohrkosten und einem geringeren ökologischen Fußabdruck. Die RED-Technologie eignet sich besonders gut für hartes Gestein.

Professor Marian Wiercigroch, der RED-Erfinder der Universität, erklärt: „Der wichtigste Unterschied zwischen RED und Schlagbohren besteht darin, dass RED eine dynamische Belastung mit niedriger Amplitude und hoher Frequenz erzeugt, was im Gegensatz zum Schlagbohren mit hoher Amplitude und niedriger Frequenz steht.“ RED wurde in den CADR-Laboren ausgiebig entwickelt und getestet und nun streben wir die Kommerzialisierung an. Diese Technologie kann in vielen Bereichen eingesetzt werden, wie zum Beispiel beim Bohren in Bohrlöchern, bei Bohreingriffen, im Bergbau, beim Bohren in Geothermiebrunnen, bei Kernbohrungen und anderen. Das haben wir entwickelte und testete zwei verschiedene Arten von RED-Modulen: einen vollständig steuerbaren, aber teuren magnetostriktiven und einen einfachen, aber kostengünstigen mechanischen Erreger.“

Kürzlich hat das CADR in Zusammenarbeit mit Volcanic Basin Petroleum Research (VBPR) und dem Oil & Gas Innovation Center (OGIC) die RED-Technologie für Bohranwendungen getestet. Dr. John Millett, VBPR-Direktor, sagt: „Die Ergebnisse sind sehr positiv und bilden eine solide Grundlage, um potenziell große Fortschritte bei zukünftigen Kernbohrungskapazitäten zu machen, Kosten zu senken und die Gewinnung zu verbessern. Das Projekt ist besonders relevant für Kernszenarien in Hartgestein, wie z B. durch vulkanische Sequenzen, und kann bei der Beantwortung von Fragen helfen, die sich aus einer begrenzten oder schlechten Kerngewinnung in solchen Szenarien ergeben.“

Darüber hinaus gibt es weitere laufende Forschungsprojekte, darunter eine Zusammenarbeit mit Varel International, die darauf abzielt, ein besseres Verständnis der Mechanik der Krafterzeugung und ihres Zusammenhangs mit den Bohrparametern zu erlangen. Darüber hinaus entwickelt und testet das Team den neuen hybriden polykristallinen Diamant-Kompaktbohrer (PDC) mit Schneidelementen, die Scher- und Fugenhobeln kombinieren. Im Rahmen dieses Projekts werden neue Modelle der Wechselwirkung zwischen Gestein und Gestein eines einzelnen Schneid-/Blatt-PDC entwickelt. Professor Wiercigroch führt aus: „Diese Modelle werden durch umfangreiche experimentelle Tests kalibriert und validiert, um das Design des neuen Hybridbohrers mit Schneidstruktur zu optimieren, die Scher- und Fugenhobelwirkungen kombiniert und eine viel längere Lebensdauer und Effizienz beim Bohren durch Kieselstein und gebrochenen Granit bietet.“ ."

Das neueste rotierende Sprenglochbohrgerät von Caterpillar, MD6200, ging Anfang des Jahres in Produktion.

Das Unternehmen bezeichnet es als sein „bisher transportabelstes Bohrgerät“ mit einem Unterwagen im Baggerstil des Modells 336 und einem kleinen Versandraum. Angetrieben wird er von einem Cat-Motor C18, der der US-amerikanischen EPA Tier 4 Final oder US-EPA Tier 2-Äquivalent entspricht, abhängig von den örtlichen Vorschriften, in denen er verkauft wird. Es ist für Löcher mit einem Durchmesser von 127 bis 200 mm ausgelegt.

Es ergänzt die MD6250 und MD6310, die letztes Jahr in Produktion gingen, und ergänzt die beiden größeren Bohrmaschinen, die dieselbetriebene MD6540C und die elektrische (Netzbetrieb) MD6640 zum Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von bis zu 406 mm. Dies wird am häufigsten in Bergwerken mit Stromverteilungssystemen für Elektrobagger und/oder Schleppleinen verwendet.

Hinter den Kulissen hat sich das Unternehmen neue Technologien für die Entwicklung zu eigen gemacht und verfügt über umfangreiche 3D-Druckanlagen zur schnellen Herstellung von Teilen während der Produktentwicklung und zum Testen von Designkonzepten, zur Entwicklung kostengünstiger Fertigungswerkzeuge und zum Drucken von Ersatzteilen, Präzisionsmodellen und Schulungshilfen in kleinen Stückzahlen und sogar Verkaufstools. In der Instandhaltung wird zunehmend die virtuelle Realität eingesetzt.

Beginnend mit dem Bohrmeißel stellte Caterpillar 2018 seine neueste Reihe von Drehbohrern vor und kündigte kürzlich eine neue Reihe von Imlochhämmern und -meißeln an. Es werden mehrere Optionen angeboten, mit Konfigurationen von 171 mm mit verschiedenen Hartmetallformen (sphärisch, ballistisch) und Schlagflächenformen (konkav, flach, konvex).

Greg Scott, Produktberater für Drehbohrmaschinen bei Cat, erklärt, wie die Schmierung funktioniert: „Der Antriebsstrang der Bohrmaschine wird mithilfe von Cat-Kühlern mit Lüftern mit variabler Geschwindigkeit gekühlt, die die Lüftergeschwindigkeit an die Betriebstemperaturen anpassen. Dies trägt dazu bei, das Hydrauliksystem so effizient wie möglich zu machen.“ senkt die Gesamtbelastung des Motors und steigert so die Kraftstoffeffizienz.

„Die Gesteinswerkzeuge, zum Beispiel Tricone-Meißel, werden mit Cat Auto Drill/Drill-Assist effizienter betrieben, da Vorschubkraft, Drehmoment und Drehzahl moduliert werden, sodass das Schneidwerkzeug nicht überbeansprucht wird und dennoch je nach Bodenbeschaffenheit ein optimaler Vorschub pro Umdrehung beibehalten wird.“ es funktioniert durch.“

Sicherheit ist bei der Konstruktion von Bohrmaschinen immer ein wichtiger Aspekt. Scott fährt fort: „Unsere neue Generation rotierender Sprenglochbohrgeräte verfügt über mehr als 40 feste und bedingte Verriegelungen, um die Sicherheit der Bohrer zu gewährleisten und die Maschine vor Schäden zu schützen. Bedingte Verriegelungen gewährleisten einen sicheren und effizienten Betrieb und die Einhaltung empfohlener Best Practices. Unser Fokus.“ Die Schwerpunkte Ergonomie, Sicherheit und „intelligentes Design“ stellen sicher, dass Cat-Bohrmaschinen für den Einsatz geeignet sind, und schaffen Synergien zwischen Bohrer, Bohrgerät und Schneidwerkzeugen.

„Darüber hinaus entlastet der Bediener durch Fernsteuerung potenziell gefährliche Bedingungen. Caterpillar bietet diese Funktionen über Command for Drilling an, Teil von Cat MineStar Solutions.“

Die Entwicklung von MineStar ist noch nicht abgeschlossen. Das System basiert auf automatisierten Funktionen – Auto Mast, Auto Level und Auto Drill – und ist darauf ausgelegt, die Bohrvariabilität zwischen den Bedienern zu verringern und für mehr Konsistenz zu sorgen. Für die Bohrführung baut das System auf Cat Terrain for Drill auf, das Satellitenpositionierungstechnologie beinhaltet, um dem Bediener die Standorte der zu bohrenden Löcher anzuzeigen. Durch die präzise Positionierung hilft es, ein präzises Muster zu bohren.

Der nächste Schritt in der Bohrautomatisierung ist das halbautonome System. Dies ermöglicht es dem Bediener, den Bohrer am Anfang einer Lochreihe zu positionieren und die Maschine dann so einzurichten, dass die gesamte Reihe autonom gebohrt wird. Dabei kann sich der Bediener um andere Aufgaben kümmern oder eine andere Sämaschine einrichten, um eine Reihe autonom zu bohren.

Eine optionale Anordnung umfasst eine Fernbedienstation, die in der Nähe der Werkbank oder an einem entfernten Standort aufgestellt werden kann. Dadurch kann der Bediener die Bohrmaschine am Anfang der nächsten Reihe positionieren und erneut einen neuen Zyklus starten oder von einem entfernten Standort aus manuell Löcher bohren. Die autonome Technologie wird weiterentwickelt und bietet nun Auto-Multi-Pass-Drillen und mehrreihige Autonomie.

In Zusammenarbeit mit dem örtlichen Händler WesTrac testet das Unternehmen vier autonome Sprengbohrgeräte in der Koodaideri-Eisenerzmine von Rio Tinto in Pilbara, Westaustralien. Es ist Teil einer Studie zur Untersuchung der Möglichkeit einer stärkeren Automatisierung, und eine Flotte von 20 autonomen 793F-Lkw ist ebenfalls vor Ort.

Es ist Teil des „Mine of the Future“-Programms von Rio Tinto, das darauf abzielt, alle Aspekte des Bergbaus digital zu vernetzen.

Es handelt sich um ein ehrgeiziges Projekt mit Plänen, im Grunde alles zu automatisieren, sogar die Werkstatt, sowie die Erstellung eines digitalen Modells der Verarbeitungsanlage, auf das die Mitarbeiter in Echtzeit zugreifen können.

Die Eigentümer hoffen auf eine Produktion von 43 Millionen Tonnen pro Jahr und sollen Ende 2021 in Betrieb gehen.

Scott kommt zu dem Schluss: „Moderne rotierende Sprenglochbohrgeräte sind auf Präzision ausgelegt und nutzen modernste Technologie wie hochpräzises GNSS, um die Maschine genau über dem Zielloch zu positionieren und den Bohrervorschub während des Bohrens zu überwachen, damit Löcher gebohrt werden.“ die erforderliche Tiefe. Computergestützte Funktionen wie Auto Drill/Drill-Assist steuern den Vorschub, die Rotation sowie die Luft- und Wassereinspritzung des Bohrgeräts, um die Leistung des Bedieners zu verbessern, die Produktionseffizienz zu maximieren und die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs zu maximieren.“