لقد مرّ قرابة قرن على اختراع مطرقة DTH. استُخدمت في الأصل للحفر والتفجير في المحاجر والتعدين السطحي.
1. ولادة مطارق DTH
في عام ١٨٥٧، اخترع المهندس الإيطالي بارتريت أول مثقاب صخور هوائي في العالم يعمل بالهواء المضغوط، مُبشّرًا بذلك حقبة جديدة في مجال الحفر المباشر عبر الأنفاق (DTH). وفي عام ١٩٣٢، اخترعت شركة إنجرسول-راند الأمريكية مطرقة الحفر المباشر عبر الأنفاق (DTH)، التي تتميز بتوصيل آلة الحفر إلى قاع الحفرة، مما يُقلل من هدر الطاقة، وبدأ استخدامها في التعدين السطحي في أواخر أربعينيات القرن العشرين. وفي عام ١٩٥١، صمم المهندس البلجيكي أندريه ستينويك وصنع مطرقة حفر مباشر عبر الأنفاق (DTH)، والتي كانت تُشبه في بنيتها مطارق الحفر المباشر عبر الأنفاق الحديثة.
2. التطور السريع لمطارق DTH
لعبت شركة إنجرسول-راند دورًا رائدًا عالميًا في تطوير مجالات وأنواع جديدة من مطارق الحفر العميق الهوائية. في عام ١٩٥٥، طرحت الشركة تصميمًا جديدًا لحفر الآبار، وبدأت في تسويقه تجاريًا. شهدت هذه التقنية تغييرات سريعة في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي. طورت إنجرسول-راند بسرعة مطرقة الحفر العميق DHD 1955 (أول مطرقة حفر عميق بقطر ٦ بوصات)، وطرازات DHD 1960A، وDHD 1970، وDHD 325، وDHD 6 A وB، وDHD 325، والطرازات الأكبر والأصغر المقابلة، وصولًا إلى سلسلة DHD الحالية.
كان إدخال مطارق DTH بدون صمامات تغييرًا هامًا في تقنية الحفر العميق. كانت مطارق DTH المبكرة مزودة بصمامات، وقد أثبتت التجربة أن سرعة حفرها تعتمد بشكل كبير على ضغط الهواء المضغوط، فكلما زاد الضغط، زادت سرعة الحفر. كان الهدف من استخدام مطارق DTH بدون صمامات تقليل استهلاك الهواء المضغوط عند استخدام هواء مضغوط عالي الضغط. تستهلك مطارق DTH بدون صمامات هواءً أقل لأنها لا تحتاج إلى ملء الفراغ بين الأسطوانة الداخلية والغلاف المقاوم للتآكل بالهواء المضغوط لتنشيط صمام عدم الرجوع عند كل تأثير. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد مطارق DTH بدون صمامات على حركة المكبس لتوزيع الهواء تلقائيًا، والجزء المتحرك الوحيد هو المكبس، الذي يتميز بهيكل بسيط وسهولة صيانة وأداء جيد.
تم اختبار مطارق DTH بدون صمام على نطاق واسع في المملكة المتحدة ودول أخرى، وبالمقارنة مع مطارق DTH ذات الصمامات، تظل سرعة الحفر الميكانيكية عالية، وتمتد مدة الخدمة.
3. تطوير مطارق DTH عالية الضغط
مع التوسع المستمر في مجال استخدام مطارق الحفر المباشر (DTH)، بهدف حل مشاكل كفاءة الحفر في الصخور شديدة الصلابة والتآكل، ارتفع ضغط الهواء المستخدم فيها بشكل متزايد. يبلغ ضغط الهواء في مطارق الحفر المباشر (DTH) العامة أقل من 1.4 ميجا باسكال تقريبًا، بينما يتراوح ضغط مطارق الحفر المباشر (DTH) عالية الضغط بين 1.7 و2.47 ميجا باسكال.
في عام ١٩٨٦، طرحت شركة هاليفاكس في المملكة المتحدة مطرقة DTH التوربينية عالية الضغط بدون صمامات بسرعة ٤٠٠ ماخ، والتي يمكنها العمل بضغوط هواء تصل إلى ٣.٥ ميجا باسكال. وقد تم اختبارها واستخدامها على نطاق واسع في الدول الاسكندنافية لحفر التكوينات الصخرية شديدة الصلابة والتآكل، مما أثبت أداءً موثوقًا وسرعات حفر ميكانيكية عالية.
أثبتت التجربة أن سرعة الحفر مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بضغط الهواء المضغوط. ومع تطور تكنولوجيا ضواغط الهواء، يزداد ضغط الهواء الذي تستخدمه مطارق DTH باستمرار.
4. تطوير مطارق DTH تعمل بالطاقة المائية
إلى جانب الهواء المضغوط، استمر استكشاف وسائط أخرى لتشغيل مطارق الحفر المباشر. في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، بدأت شركة أطلس كوبكو السويدية بتطوير مطارق حفر مباشر تعمل بالماء، وواصلت شركة جي-دريل هذا البحث بالتعاون مع شركة LKAB السويدية عام ١٩٨٨. وبعد عامين، طورتا أخيرًا مطرقة الحفر المباشر التي تعمل بالماء من شركة واسارا. خلال أول اختبار لها في منجم خام حديد مملوك لشركة LKAB في ربيع عام ١٩٩٠، تم حفر ما يقرب من ٥٠٠ ألف متر، مما أظهر العديد من المزايا: إمكانية الحفر بأي زاوية، واستهلاك طاقة أقل بنسبة ١٠٪، وزيادة معدلات الاختراق بمقدار ٢.٥ إلى ٣ مرات، وتحسين ظروف العمل، مما يُظهر آفاقًا واعدة للتطوير في تطبيقات معينة.
تُستخدم مطارق DTH اليوم على نطاق واسع في المناجم السطحية والجوفية، والمحاجر، ومشاريع الطاقة الكهرومائية، وحفر آبار المياه، واستكشاف المعادن، واستخراج الطاقة الحرارية الأرضية، وبناء مترو الأنفاق، وغيرها من المشاريع. وقد حظيت باهتمام واسع في مجال حفر الصخور بفضل دقة الحفر العالية، وجدران الآبار الملساء، وعمق الحفر غير المحدود، وسهولة الصيانة.
تُنتج شركة سينودريلز مجموعة واسعة من مطارق DTH، وتتميز ببنية داخلية بسيطة، واستهلاك منخفض للهواء، ومعدل اختراق عالٍ. تُستخدم هذه المطارق حاليًا على نطاق واسع في آبار المياه، وآبار الطاقة الحرارية الأرضية، والمحاجر، والتعدين، وأكوام الأساسات، وغيرها من المشاريع في أوروبا وأستراليا.
