Ротационните сонди са предпочитани в най-големите открити рудници заради постиганата най-висока производителност в сравнение с останалите видове сондажна техника. От тяхната надеждна и непрекъсната работа зависят времево останалите процеси в добива и производството, а също и постиганите крайни икономически резултати.
Ротационните сонди за пробивно-взривни работи, наричани понякога роторни сонди, са големи и тежки машини. Тяхната значителна маса (между 60 t и
100 t) се използва за получаване на необходимия осов натиск, като за въртенето на работния инструмент се разчита на ротационна глава с хидромотор или електромотор. Натискът и въртящият момент се предават чрез система от тръби към инструмента – триролково длето, раздробяващо скалата.
За разлика от сондите с долен или горен чук, този вид машини работят с по-големи диаметри на сондиране – от 200 mm до 440 mm, като в България се предпочита 251 mm. Сондажната мрежа е с по-големи разстояния между отделните пробиви. В същото време се постига допълнителна икономическа ефективност от използването на оптимално количество взрив, което е същото или почти същото, както при сондирането с долен чук с по-малък диаметър (примерно 165 mm).
Мачтата е основна част от конструкцията на ротационните сонди, където е монтиран както механизмът за подаване на осов натиск, така и ротационната глава за подаване на въртящ момент. Прилаганият натиск варира от 0,5 t на всеки инч от диаметъра на инструмента при меки скали до 4 t/инч при твърди. Скоростта на въртене обикновено е в диапазона от 50 об./мин до 120 об./мин. Всички производители имат варианти за дооборудване на ротационна сонда и с долен чук, което е рядко срещано приложение (в някои въглищни мини).
Предпочитаните работни дълбочини в България са обикновено от 18 m до 21 m, а за тяхното постигане в нашите условия обикновено се наставя допълнителна тръба от магазина – т. нар. режим Multi Pass. Така обаче скоростта на работа се понижава, тъй като добавянето и премахването на допълнителна тръба става сравнително бавно при този вид машини. Това е така, защото ротационната глава няма толкова голяма сила и за първоначалното отвиване на тръбата се използва специален допълнителен механизъм (ключ).
Върховата производителност с ротационна сонда се постига в режим Single Pass, когато за изпълнението на сондажа не се добавя тръба. Тук за достигане на желаната работна дълбочина би могло да се избере по-голям модел сонда или по-висока мачта. Ето защо производителите предлагат модели с по два варианта мачти – къс и дълъг. Ефективното използване на режим Single Pass може да се постигне и при намаляване на работната дълбочина, примерно на 15 m (за по-ниски стъпала).
За предаването на осовия натиск има няколко варианта. Едни производители предпочитат за целта използване на механизъм със стоманени вериги, други – със стоманени въжета или комбинация от вериги и въжета. Има ротационни сонди, при които такива елементи липсват, а се използва зъбна рейка. Разбира се, всеки вариант има своите предимства и недостатъци от гледна точка на здравина, надеждност, сервизопригодност, време и разходи за поддръжка, предаване на вибрации и др. подобни, които трябва да се оценяват конкретно според условията за работа в рудника и желаната производителност.
Извеждането на шлама от сондажа става с помощта на сгъстен въздух, подаван от мощен компресор към дюзите на триролковото длето. Компресорът е един от най-критичните агрегати в ротационната сонда, тъй като е най-големият консуматор на енергия. При най-модерните ротационни сонди се използват системи, контролиращи необходимия дебит и налягане в зависимост от зададената скорост за извеждане на шлама, условията на работа, монтирания инструмент и геоложките условия в рудника. В крайна сметка целта е да се спести гориво. При някои производители работата на такава система може да доведе до икономии на дизел от 25-30%.
Според задвижването си ротационните сонди се делят на три вида: с дизелов двигател, с дизел-електрическо задвижване (комбинация от дизелов двигател, бордови електрогенератор и електромотор/и) и изцяло електрическо задвижване с кабел от електрическа мрежа. Целта на различните варианти е да се спестят разходи за гориво и енергия.
В днешно време, за повишаване на ефективността, а и предвид глада за оператори на сонди, всички производители се стремят да предложат машини с различни степени на автоматизация на работата. На Запад все повече се поставя акцент върху автономната работа на сондите, без оператор в кабината: чрез дистанционно управление или напълно автономно, чрез самостоятелно роботизирано следване на дигитален план за сондиране.
На следващите страници представяме четири от известните производители с предлаганите от тях ротационни сонди според заявените от компаниите моделни гами и технико-технологични преимущества.
CATERPILLAR
Ротационна сонда Caterpillar MD6250 с диаметър на сондажа 152-251 mm и максимални работни дълбочини 11,2 m/13,7 m (Single Pass) и 53,9 m/37,9 m (Multi Pass)
Caterpillar е водещ световен производител на минна техника, предлагащ разнообразна палитра от видове и модели машини. Гамата на американската компания от ротационни сонди за работа в открити рудници е съставена от четири модела. Те предлагат следните диаметри на сондиране: 127-200 mm, 152-251 mm,
203-311 mm и 244-406 mm. Единичните работни дълбочини (Single Pass) са в диапазона от 11 m до 21,3 m, а с добавяне на допълнителни тръби (Multi Pass) максималните работни дълбочини достигат от 39,6 m до 85,3 m.
Всички компоненти и агрегати, вложени в ротационните сонди на Caterpillar, в т.ч. дизелов двигател (само най-голямата работи на електричество), въздушен компресор, хидравлика и ходова част, са специално подбрани с цел да работят заедно като система, осигуряваща по-голяма ефективност, ниски разходи за сондиране и по-малко престои за сервизиране. Новото електронно управление на компресора повишава производителността и намалява разхода на гориво. Чрез регулиране както на дебита, така и на налягането, системата адаптира подаването на сгъстен въздух според конкретното приложение, използваното триконусно длето и геоложките дадености в мината.
Някои основни агрегати и компоненти като двигателя, ходовата част и скоростната кутия на ротационната глава са произведени така, че да могат в последствие да се рециклират фабрично. Така се удължава значително работния живот на сондата, а разходите за експлоатация и поддръжка се намаляват. Използването на еднакви компоненти и консумативи в различните модели сонди улеснява сервизирането и оптимизира складовите наличности от резервни части.
Новата кабина на ротационните сонди Caterpillar се отличава с големи прозорци – от пода до тавана, подобряващи видимостта към сондажния дек, както и с нови ергономични уреди за управление и дисплей. Видимостта може да бъде допълнително подобрена чрез система от камери, в т.ч. върху мачтата.
В съответствие с най-съвременните тенденции в сондажната техника, Caterpillar предлага различни нива на автоматизация с цел подобряване на прецизността, производителността и ефективността на сондирането. Например системата Drill Assist изпълнява всички основни функции или процеси на сондата и автоматично адаптира мощността на сондиране в зависимост от геоложките условия. Автоматични функции като нивелиране и прибиране на стабилизаторите, издигане на мачтата и позициониране под желания наклон, както и манипулирането с тръбите при автоматично сондиране до зададена дълбочина подобряват производителността и ефективността на оператора.
Ротационните сонди на Caterpillar имат подготовка за платформата Cat MineStar, която дава по-високо ниво на автоматизация и безопасност на сондирането. Например системата Terrain for Drilling използва изключително прецизно GPS-насочване на сондата до сантиметър, като гарантира, че сондажните пробиви следват зададения план и са на правилното място с правилната дълбочина.
От своя страна, Command for drilling предлага технологии без оператор в кабината с различен мащаб, започващи от дистанционна работа със сондата с пряка видимост към нея до напълно автономна работа. Дистанционната работа с управление, разположено в стая далеч от забоя, премества оператора на възможно най-безопасното място и позволява един човек да работи едновременно с до пет машини.
KOMATSU MINING
След като Komatsu придоби американската компания Joy Global през 2017 г., в гамата на японския гранд влязоха три модела ротационни сонди, произвеждани дотогава под марката P&H. Ротационните сонди Komatsu покриват следните диаметри на сондажите: 200-270 mm, 270-349 mm и 270-444 mm. Максималните работни дълбочини при Single Pass са съответно 16,8 m, 19,8 m и 19,8 m/21,3 m, а с добавяне на допълнителни тръби (Multi Pass) – респективно 85 m, 85 m и 39,6 m/59,4 m. Машините имат опция за работа с пневмоударник (без най-големия модел).
За разлика от други производители, които разчитат за задвижването само на дизелов двигател, първият и вторият модел в гамата използват дизел-електрическо задвижване, с възможност за работа само на дизел и само на електричество. Така се оптимизират разходите за гориво според приложението и условията за работа в рудника.
Най-големият модел работи само на електричество и се захранва с кабел. Той се предлага с опцията за “мек старт”, намаляващ пиковото натоварване при стартирането на сондата. Това има щадящо въздействие върху по-слабите електрически мрежи и може да намали разходите за електропреносна инфраструктура. Допълнителни икономии на енергия и гориво се постигат чрез система ICC за регулиране на работата на компресора според работните условия и геоложките дадености в мината.
Ротационните сонди Komatsu се отличават със солидната конструкция на мачтата тип Boxer, която е изключително здрава и надеждна, а и изисква по-малко поддръжка. За минимум престои за сервизиране, предаването на осовия натиск става не чрез верига или стоманени въжета, а чрез зъбна рейка.
Машините предлагат автоматизация на редица функции и процеси. Например, за намаляване на времето за смяна на триролковото длето и рисковете от инциденти, свързани с човешка намеса, производителят предлага най-съвременна автоматична бързосменна система. В този случай, с натискане на само едно копче, цялата операция отнема до 5 минути.
Други по-важни функции и системи, предлагани с автоматизация, са адаптивно нивелиране, позициониране на мачтата, изпълнение на сондирането, добавяне и отнемане на тръби, прахоулавяне, идентифициране на препятствия с избягване на сблъсък и др. За повишаване на производителността и намаляване на човешкия фактор, ротационните сонди Komatsu могат да се поръчат със система за автоматична GPS-навигация с голяма прецизност. Тя позволява позициониране на сондата с голяма точност на мястото следващия сондаж, в т.ч. без оператор в кабината, според предварително изготвен план (схема) на сондирането.
От своя страна, възможността за дистанционно управление на една или няколко сонди едновременно (с директна видимост до 1,5 km) осигурява допълнително увеличаване на производителността и ефективността. И трите модела на Komatsu могат да работят в напълно автономен режим – без оператор в кабината.
Към най-съвременните системи, предлагани от Komatsu, трябва да се отбележи стратиграфическото моделиране. Чрез него може да се направи геоложка карта на слоевете в рудника, а работата с коректни геоложки данни може да помогне за вземане на по-правилни решения при планиране на взривяването. Така стратиграфическия модул Komatsu ProVision Guidance позволява по-прецизно изпълнение на сондирането и взривяването, което в резултат може да намали разходите за експлозиви дори с над 20%.
Ротационна сонда Komatsu ZR77 с диаметър на сондажа 200-270 mm и максимални работни дълбочини 16,8 m (Single Pass) и 85 m (Multi Pass)
SANDVIK
Ротационни сонди Sandvik DR412i и основни технически параметри на ротационни сонди Sandvik от серии KS, KX и i
Ротационните пробивни машини на Sandvik са конструирани за сондиране в едни от най-трудните условия за работа по света. Доказан дизайн, устойчиви мачти, верижно подаване на осовия натиск и дълготрайни агрегати, поставят тези машини в собствен клас.
Ротационните сонди Sandvik се произвеждат в три серии, всяка с по три модела, които се различават по специфики на приложенията и ниво на вложените технологии (виж основните параметри на сериите KS, KX и i на графиката на стр. 27). Големият брой модели на Sandvik осигуряват широк избор от максимални работни дълбочини. При работа в режим Single Pass те започват от 8,66 m и достигат до 21 m, а с добавяне на допълнителни тръби (Multi Pass) се постигат от 32 m до 77,5 m. При интелигентните модели DR410i и DR412i има избор от два варианта на мачтата за сондиране на базова или по-голяма дълбочина при Single Pass – съответно 10 m /14 m и 12 m /17,8 m.
Ротационните сонди Sandvik се отличават с изключително здравата си и издръжлива конструкция и със значително по-ниските си разходи за поддръжка – разликата за доставки на резервни части на годишна база може да достигне до няколко пъти в сравнение с други марки. Ето защо Sandvik е лидер по ниски общи разходи за придобиване, експлоатация и поддръжка (Total Cost of Ownership) в дългосрочен план.
В това отношение от голямо значение е системата CMS за управление на компресора, чрез която клиенти по целия свят постигат дори над 30% икономии на гориво. CMS контролира необходимия дебит и налягане в зависимост от зададената възходяща скорост за изнасяне на шлама, спрямо условията на работа, използвания инструмент и геоложките условия в рудника. Когато не се извършва сондиране, системата намалява натоварването на дизеловия агрегат.
Друга важна отличителна характеристика на тези машини е, че за осигуряването на осовия натиск се използват не въжета, а вериги. Регулирането и поддръжката на веригата са много по-облекчени и в същото време се получава по-равномерен осов натиск, тъй като масата на веригата погасява вибрациите. Освен това, в сравнение с други марки, дековете на ротационните сонди Sandvik са изнесени оптимално напред, така че сондирането в непосредствена близост до стъпалото е много удобно.
Ротационните сонди Sandvik предлагат висока точност на изпълнение на сондажа, което спомага за максимално качествено взривяване. Така се свежда до минимум допълнителната работа по извънгабаритни скални късове. Този вид проблеми се редуцират до минимум, чрез използване на платформата iDrill на Sandvik за автоматизация на работата в различен мащаб и възможности за надграждане. Бордовата автоматизация iDrill Performance например включва редица автоматични функции като нивелиране, наклон на мачтата, забурване, добавяне и премахване на тръби, и др.
На свой ред iDrill Navigation осигурява прецизно GPS преместване и позициониране на сондата (отклонение до сантиметри), контрол на ъгъла и дълбочината на сондиране според предварително изготвен план. Системата дава възможност за проследяване на изпълнението на сондажа и трансфер на всички данни към контролния център на мината.
Моделите с интелигентно управление имат подготовка за платформата AutoMine, която дава най-високо ниво на автоматизация и безопасност на сондирането, в т.ч. дистанционна работа със сонда/сонди с пряка видимост или от диспечерна стая, както и напълно автономна работа. При този модел се задава план за полето и редът, по който да бъде изпълнен, а сондата автоматично го завършва.
SUNWARD
Sunward Intelligent Equipment Group е създадена през 1999 г. и е една от най-динамично развиващите се частни китайски компании в областта на строителната, кариерната и минна техника. Тя се нарежда сред двадесетте най-големи производители на багери и сред петдесетте най-големи производители на строителна техника в света. Основана е от Хи Кинкхуа, професор в Централния Южен Университет в Китай.
Още през 80-те години на 20 в. проф. Кинкхуа започва да се занимава интензивно с изследвания в областта на сондирането. След както основава Sunward, той създава първите изцяло китайски разработки на подземна хидравлична карета и хидравлична сонда с горен чук, както и първия китайски пробивен робот за тунелно строителство. През 2004 г. Sunward въвежда на местно ниво първата китайска сонда с долен чук, която бързо разширява пазарния си дял и постепенно измества вносните марки от високия клас.
Ротационната сонда Sunward е нов продукт на компанията, изцяло собствена разработка. Отличава се с високо осово налягане, въртящ момент и обороти, като може да изпълнява сондажи за пробивно-взривни
работи с големи диаметри. Това допринася за високата производителност и ефективност на работата в рудника.
Моделът се предлага в две версии – SDWRT250С, който е само за ротационно сондиране с триролково длето, и SDWRT250 – с възможност за работа и с пневмоударник. Машината разполага със съвременна конструкция, в която са вложени компоненти и агрегати от водещи световни производители. Ротационната сонда Sunward предлага диаметри на сондажа от 165 mm до 310 mm. Дълбочината на пробиване в режим Single Pass е 19 m, а с добавяне на тръби (Multi Pass) достига 48 m. Използват се тръби с дължина 10 m.
За разлика от други производители, задвижването на Sunward SDWRT250С е дизел-електрическо и представлява комбинация от дизелов двигател Cummins с два електромотора. На тази база китайските инженери са въвели различни режими на работа – дизелов, дизел-електрически и електрически. По този начин компресорът и хидравличната система могат да работят независимо, което води до икономии на енергия и дизел. На свой ред Sunward SDWRT250, предлагащ и работа с долен чук, разчита само на един дизелов двигател Cummins с много по-голяма мощност.
Ротационната сонда на Sunward се отличава и с други високо ефективни технологии, като например двустепенния прахоуловител (до 90% ефективност). За ходовата част се използват универсални багерни шасита с висок просвет от земята, много добра проходимост и отлична стабилност. Веригите се задвижват от хидромотори с висок въртящ момент за постигане на максимален ъгъл на изкачване до 20°. Щедро оразмерената ротационна глава е с проста и надеждна конструкция, а гъвкавият амортисьор ефективно намалява натоварването ѝ. Системата за подаване на осов натиск използва специфична комбинация от вериги и стоманени въжета за по-голяма стабилност и надеждност по време на натиска и изтеглянето на тръбите с инструмента.
В допълнение към съвременното електронно управление на сондата, платформата Sunward Cloud предлага постоянен дистанционен мониторинг на работното и техническото състояние на машините. Телематичната система следи всички основни параметри, в т.ч. местоположение, разход на гориво, алармиране за технически проблеми и др. подобни. Информацията е достъпна чрез приложение за смартфон или онлайн в интернет.
ОбзорA подготви: Данаил Николов
Ротационна сонда Sunward SDWRT 250C с диаметър на сондажа 165-310 mm и максимални работни дълбочини 19 m (Single Pass) и 48 m (Multi Pass)
