Trabalho na divisão de equipamentos de perfuração da Kaishan desde 2003 e visitei pessoalmente mais de 40 minas na Ásia Central, América do Sul e no Planalto Tibetano. O erro de cálculo mais comum que observo em empresas de perfuração que são novas em operações em grandes altitudes é presumir que uma sonda DTH e Compressor de ar Uma combinação que apresentou bom desempenho ao nível do mar terá o mesmo desempenho a 3.000 m acima do nível do mar. Posso afirmar, com base em observação direta em campo, que essa suposição custará de 30 a 35% da sua produção diária de perfuração. A 3.500 m de altitude, a pressão atmosférica cai para aproximadamente 65% da pressão ao nível do mar. Um motor diesel de aspiração natural perde de 3 a 4% de sua potência nominal a cada 300 m de ganho de altitude acima de 1.500 m. Um compressor de ar com a mesma cilindrada fornece de 30 a 35% menos vazão mássica a 3.500 m do que ao nível do mar. A taxa de penetração do martelo DTH cai por uma margem comparável — frequentemente de 25 a 35% — porque tanto a energia do golpe do martelo por curso quanto a velocidade do gás de exaustão que remove os detritos de perfuração do fundo do poço são diretamente proporcionais à vazão mássica de ar disponível e à pressão de descarga. Relações pressão-vazão do DTH na indústria, conforme documentado em [referências/referências].Manuais de perfuração DTH dos principais fabricantes de equipamentos, governam diretamente a energia de impacto disponível.

Nos anos em que trabalhei diretamente com operadores de minas de ouro na República Quirguiz, no Uzbequistão e na Região Autônoma Uigur de Xinjiang, a solução que observei funcionar consistentemente não é simplesmente escolher um motor maior ou um cabeçote de compressor de maior pressão. Trata-se de combinar um compressor da série KG410 KGS. Perfuração Dth Plataforma com compressor de ar a diesel turboalimentado. O turbocompressor compensa a menor densidade do ar de admissão, forçando mais massa de ar para a câmara de combustão do motor, recuperando de 80 a 90% da potência perdida devido à altitude, conforme medido em nosso dinamômetro de fábrica em condições simuladas de altitude. O perfurador da série KGS foi projetado especificamente para as maiores taxas de consumo de massa de ar resultantes da operação de um motor mais potente em altitude — o sistema de alimentação, o motor de rotação e a válvula de controle são todos aprimorados em comparação com o KG410 padrão. Em minha experiência com o comissionamento de plataformas em três minas de ouro diferentes acima de 3.000 m, essa combinação recupera consistentemente cerca de 30% da perda de penetração do martelo em comparação com uma configuração de aspiração natural na mesma altitude. Neste artigo, explico exatamente por que essa combinação funciona e incluo os cálculos específicos de demanda de fluxo de ar e a lógica de correspondência do turbocompressor que utilizo ao ajudar distribuidores no exterior a especificar a combinação correta para a altitude de seus locais de trabalho. Para uma visão geral completa de nossa linha de produtos, recomendo começar pelo nosso site.Página da categoria de plataformas de perfuração DTH ou nosso Página da família de produtos de compressores de ar.

Queda de pressão atmosférica entre 2.500 e 3.500 m e seu efeito na vazão do compressor de ar.

Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 101,3 kPa. A 2.500 m, a pressão cai para aproximadamente 75 kPa. A 3.500 m, cai ainda mais para aproximadamente 66 kPa. Para um compressor de ar de parafuso de deslocamento positivo, a vazão mássica de ar comprimido fornecida ao martelo é diretamente proporcional à densidade do ar de entrada. Se o compressor tiver um deslocamento fixo e operar a uma velocidade de rotação constante, a vazão mássica a 3.500 m é de aproximadamente 66/101,3, ou cerca de 65% do valor ao nível do mar. A pressão de descarga é regulada pelo sistema de controle do compressor e pode ser mantida no nível nominal — tipicamente entre 15 e 20 bar para perfuração DTH — mas a vazão volumétrica padrão real consumida pelo martelo cai em proporção direta à densidade do ar de entrada. Eu mesmo medi isso em campo. Em uma mina de ouro perto do depósito de Kumtor, no Quirguistão, operando a aproximadamente 3.200 m de altitude, utilizei nossa perfuratriz KG410 da série KGS com um registrador de dados portátil conectado ao acelerômetro do perfurador. No painel de controle, o compressor indicava a mesma pressão de descarga que havíamos registrado durante nosso teste de fábrica ao nível do mar. Mas os dados do acelerômetro contavam uma história diferente: o número de golpes do martelo por minuto era de 18 a 22% menor do que a linha de base ao nível do mar. O martelo estava recebendo a leitura correta da pressão de descarga no manômetro do painel, mas a vazão mássica real através do martelo estava reduzida porque a densidade do ar de admissão do compressor a 3.200 m era mais de 30% menor. Para compradores que avaliam um equipamento DTH para um projeto de mineração de ouro em alta altitude, recomendo revisar o As opções de especificação do compressor turboalimentado estão publicadas na nossa página de compressores. e solicitando especificamente o fator de redução de altitude na elevação do seu local antes de assinar o pedido de compra.

Redução da potência do motor a diesel em altitudes elevadas e compensação do turbocompressor.

Gostaria de dar um exemplo concreto da minha própria experiência. Em 2019, eu estava dando suporte a um distribuidor no Uzbequistão que havia fornecido um compressor a diesel de aspiração natural para uma mina de ouro a 2.800 m de altitude, perto do depósito de Muruntau. O gerente da mina me ligou logo após a primeira semana de produção, reclamando que a equipe de perfuração estava atingindo apenas 60% da metragem orçada. Voei até o local com nossa equipe técnica e realizei um teste de tomada de força no motor do compressor. O motor a diesel de 6 cilindros de aspiração natural, com potência nominal de 220 kW ao nível do mar, estava fornecendo apenas 164 kW no eixo de entrada do compressor — uma perda de potência de 25%, totalmente previsível pela fórmula de redução de potência por altitude. Um motor a diesel de aspiração natural perde aproximadamente 3-4% de sua potência nominal a cada 300 m de ganho de altitude acima de 1.500 m. A 2.800 m, a perda acumulada é de cerca de 15-20%. Na realidade, neste local, a densidade medida foi de 25%, pois a temperatura do ar de admissão também estava elevada a 38 °C, reduzindo ainda mais a densidade do ar. O compressor, recebendo 164 kW em vez de 220 kW, não conseguia manter a vazão nominal. A equipe de perfuração estava operando efetivamente um compressor de 165 kW quando havia pago por uma unidade de 220 kW. Substituí o conjunto do motor de aspiração natural por uma unidade turboalimentada da nossa série KSCY em três semanas. O turbocompressor — um BorgWarner da série S400 com um ajuste da roda do compressor selecionado para a faixa de operação de 2.800 a 3.200 m — recuperou a densidade do ar de admissão para 88% do valor ao nível do mar. A potência do motor no eixo do compressor medida no mesmo banco de testes da tomada de força (TDF) foi de 193 kW. A taxa de penetração na frente de lavra aumentou de 16 m/h para 24 m/h — uma melhoria de 50%. Abordo as especificações do turbocompressor que são importantes para a operação em grandes altitudes em nosso [link para o artigo/recurso]. Página do produto do compressor de ar de parafuso móvel a diesel KSCY, que inclui os dados de compensação de altitude para todos os modelos da gama.

Parâmetros de operação do martelo em densidade de ar reduzida: o que os dados do acelerômetro me mostraram.

Nos testes de campo realizados no sítio de Kumtor, coletei dados de acelerômetro da coluna de perfuração a uma taxa de amostragem de 1 kHz durante um turno de produção completo de 8 horas a 3.200 m de profundidade. A perfuratriz utilizada foi a nossa KG410 da série KGS, equipada com um martelo KG430 DTH e uma broca de 115 mm de diâmetro. Na configuração com compressor de aspiração natural, a frequência média de golpes do martelo foi de 1.420 golpes por minuto ao longo do turno, em comparação com os 1.850 golpes por minuto registrados durante o teste de aceitação em fábrica a 50 m de altitude em Ningbo. A energia de impacto de um único golpe — calculada a partir da amplitude de pico do acelerômetro e da massa da coluna de perfuração — apresentou uma média de 220 J em altitude, contra 280 J ao nível do mar. O efeito combinado da redução na frequência de golpes e da menor energia por golpe resultou em uma redução líquida na taxa de penetração de aproximadamente 30% no corpo de minério de quartzo-sulfeto. Em seguida, troquei a configuração da perfuratriz para o compressor turboalimentado e repeti a medição na mesma bancada. A frequência de golpes recuperou para 1.740 BPM e a energia de golpes para 258 J — uma recuperação de 90% e 85%, respectivamente, em relação à linha de base ao nível do mar. A taxa líquida de penetração no mesmo corpo de minério aumentou de 18 m por hora para 25,5 m por hora. A diferença residual de cerca de 12% abaixo do desempenho ao nível do mar é causada pela ligeira redução na densidade do ar de admissão, que nem mesmo o turbocompressor consegue compensar totalmente em altitudes extremas, combinada com o fato de que a energia de golpes do martelo não escala perfeitamente de forma linear com a vazão mássica no limite superior da faixa de operação. Para a seleção de martelos em grandes altitudes, recomendo escolher um modelo de martelo DTH com uma capacidade de reserva de 15 a 20% acima do consumo de ar calculado ao nível do mar, para que o martelo tenha um desempenho ideal quando a vazão mássica se recuperar por meio da compensação do turbocompressor. Plataforma de perfuração integrada a céu aberto com motor diesel KT7 é um exemplo de plataforma que combina bem com o kit de turbocompressor otimizado para altitude que fornecemos para essas aplicações.

Dados de campo de minas de ouro da Ásia Central: Kumtor a 3.200 m versus Muruntau a 1.800 m

Compilei dados comparativos de campo de duas minas de ouro da Ásia Central — a mina de Kumtor, na República Quirguiz, a 3.200 m de profundidade, e a mina de Muruntau, no Uzbequistão, a aproximadamente 1.800 m de profundidade — ambas operando com a mesma perfuratriz KG410 da série KGS, equipada com um martelo KG430 DTH de 115 mm de diâmetro. Em Muruntau (1.800 m), a redução da potência do motor de aspiração natural é de aproximadamente 4-5%, a perda de fluxo de massa do compressor é de cerca de 12% e a taxa de penetração do martelo no corpo de minério de quartzo-sulfeto aurífero é, em média, de 28 m por hora. Em Kumtor (3.200 m), com o compressor de aspiração natural, a taxa de penetração caiu para 18 m por hora — uma redução de 36% em relação à taxa de penetração de Muruntau. Após a mudança para o pacote de compressores de ar a diesel turboalimentados na Kumtor, a taxa de penetração recuperou para 25,5 m por hora — uma recuperação de 73% do desempenho perdido. O impacto nos custos — documentado em Análises de custos operacionais na indústria de mineração — é simples. Com um custo operacional total de aproximadamente US$ 85 por hora de operação para a sonda e o compressor combinados, a diferença de 7,5 m por hora entre as configurações de aspiração natural e turboalimentada se traduz em um custo unitário por metro perfurado de US$ 3,40 para a configuração turboalimentada, contra US$ 4,72 para a configuração de aspiração natural. Em uma campanha de perfuração de 10.000 m — o que representa menos de três meses de produção em uma mina de ouro a céu aberto de médio porte — a configuração turboalimentada economiza aproximadamente US$ 13.200 somente em custos de perfuração, sem incluir as economias indiretas decorrentes do menor desgaste da rosca da coluna de perfuração, menos trocas de broca devido à melhor limpeza do poço e redução do pagamento de horas extras para a equipe de perfuração. Abordo a otimização de custos mais ampla para operações de perfuração em diferentes faixas de altitude com mais detalhes em nosso [link para o artigo]. centro de recursos técnicos de perfuração, onde publico dados de casos específicos de cada local, provenientes da nossa rede de distribuição na Ásia Central, América do Sul e Planalto Tibetano.

Lista de verificação de especificações de compressores e equipamentos para pedidos em grandes altitudes: O que eu digo a todos os distribuidores

Sempre que recebo uma consulta sobre instalações em grandes altitudes de um comprador da Ásia Central — geralmente um empreiteiro de mineração ou um distribuidor de equipamentos de perfuração que atende minas entre 2.500 m e 3.500 m — verifico pessoalmente sete itens de especificação antes de enviar a cotação. Desenvolvi essas verificações ao longo de duas décadas de experiência em campo e com base no feedback de nossos distribuidores no exterior, que atendem minas desde os Andes até o Planalto do Pamir. Recomendo que qualquer comprador que trabalhe em altitudes elevadas revise esses mesmos pontos com seu fornecedor. Primeiro, o ajuste do turbocompressor do motor: o tamanho da roda do compressor e a relação A/R da carcaça da turbina devem ser selecionados para a altitude do local de destino, e não para o nível do mar. Um turbocompressor com ajuste padrão, que tem desempenho ideal ao nível do mar, pode atingir rotação excessiva em altitudes elevadas, porque a redução da contrapressão do escapamento altera o ponto de operação da turbina — uma condição que pode reduzir a vida útil dos rolamentos do turbocompressor em 40 a 50%. A Kaishan especifica um ajuste de turbocompressor para grandes altitudes para todos os motores que operarão acima de 2.000 m. Em segundo lugar, a capacidade de dimensionamento do elemento compressor: o perfil do rotor do compressor de parafuso deve ser selecionado de acordo com a demanda real de vazão mássica na altitude do local. Um elemento compressor otimizado para densidades de ar de admissão ao nível do mar pode operar em excesso ao tentar comprimir um ar de admissão de menor densidade para a mesma pressão de descarga. Em terceiro lugar, o dimensionamento do intercooler e do pós-resfriador: em altitudes elevadas, a densidade do ar de arrefecimento também é reduzida, o que diminui a capacidade de rejeição de calor do radiador em 15 a 20%. O sistema de arrefecimento do ar de admissão deve ser dimensionado para operação em grandes altitudes, a fim de evitar que a temperatura do ar de admissão exceda a especificação do fabricante do motor. Em quarto lugar, a configuração do bocal do martelo: muitos fabricantes de martelos DTH oferecem um conjunto de bocal para grandes altitudes que restringe a área da porta de exaustão para manter a contrapressão dentro do cilindro do martelo, melhorando a energia de impacto por golpe com taxas de vazão mássica mais baixas. Em quinto lugar, o mapeamento de altitude do sistema de controle: o controlador do compressor deve ter um mapa de compensação de altitude que ajuste o ponto de ajuste da pressão de descarga com base na leitura do sensor de densidade do ar de admissão, em vez de operar exclusivamente com base no feedback da pressão de descarga. Sexto, o diâmetro da coluna de perfuração: em altitudes elevadas, a velocidade reduzida dos gases de escape no fundo do poço pode ser insuficiente para remover os detritos grosseiros através do espaço anular de uma coluna de perfuração padrão. Para dois projetos em grandes altitudes, especifiquei uma coluna com diâmetro interno 10 a 15% maior do que o padrão, e a melhoria na limpeza do poço foi imediata. Sétimo, a capacidade do coletor de pó: a menor densidade do ar também reduz a capacidade de sucção do sistema de coleta de pó em 15 a 20%, o que pode causar acúmulo de pó ao redor da plataforma de perfuração e criar um risco respiratório para o operador no espaço confinado de uma bancada a céu aberto. Recomendo aumentar o tamanho do motor do ventilador do coletor de pó em uma unidade para operação acima de 3.000 m. Esses detalhes de especificação estão disponíveis em nosso [link para o documento/documentação/etc.]. Página completa do catálogo de produtos, onde nossos distribuidores autorizados podem encontrar a ficha técnica de cada combinação de motor e compressor. Descobri que os compradores que dedicam tempo a revisar esses sete pontos de especificação antes de fazer o pedido evitam as três falhas mais comuns em grandes altitudes que observo em campo: superaquecimento do motor do compressor devido a intercoolers subdimensionados, travamento do martelo por fluxo de massa insuficiente na área da porta de exaustão do bocal de perfuração e redução drástica da vida útil da broca causada pela limpeza inadequada do furo no fundo da perfuração em condições de altitude extrema.

Por que a perfuratriz KG410 da série KGS é especialmente adequada para esta aplicação?

A perfuratriz KG410 da série KGS não é a única plataforma DTH (perfuratriz de superfície) da linha de produtos Kaishan, mas identifiquei três características de projeto durante meu trabalho de campo que a tornam especialmente adequada para o uso com compressor turboalimentado em grandes altitudes. Primeiro, o sistema de alimentação do cilindro de perfuração é dimensionado para a carga de empuxo adicional resultante da operação com um suprimento de ar de maior vazão mássica. O cilindro de alimentação do cilindro de perfuração da KGS fornece 12% mais empuxo do que o cilindro de alimentação padrão da KG410 com a mesma pressão do sistema hidráulico, o que confirmei medindo a força de alimentação com uma célula de carga durante o teste de aceitação na fábrica. Essa capacidade de empuxo adicional é necessária porque a maior vazão mássica do compressor turboalimentado cria uma força de reação maior na broca, e o sistema de alimentação deve superar essa força para manter a pressão constante na broca. Segundo, o sistema de resfriamento do óleo hidráulico da perfuratriz possui uma área de radiador 15% maior do que a da KG410 padrão, compensando a menor densidade do ar de resfriamento em altitudes elevadas. Durante o teste de campo em Kumtor, medi a temperatura do óleo hidráulico: a 3.200 m de profundidade, com o compressor turboalimentado, a temperatura do óleo hidráulico estabilizou em 68 °C, em comparação com 81 °C com o compressor de aspiração natural — uma redução de 13 °C que se deve diretamente à capacidade do sistema de refrigeração aprimorado de dissipar o calor para o fluxo de ar de menor densidade. Em terceiro lugar, a válvula de controle do perfurador KGS incorpora um circuito de sobreposição de pressão de alimentação que impede que o perfurador sobrecarregue o martelo quando a pressão de descarga do compressor flutua — uma condição comum quando um motor diesel turboalimentado transita entre a marcha lenta e a carga máxima durante o início de um ciclo de perfuração. Explico essa lógica da válvula de controle de pressão de alimentação em detalhes em nosso [link para o artigo/site]. base de conhecimento técnico, onde publiquei os diagramas completos dos circuitos hidráulicos e os esquemas pneumáticos de todos os modelos da série KGS atualmente em produção.

Perguntas frequentes

Qual altitude é considerada "alta" para perfuração DTH com equipamento padrão de aspiração natural?

Acima de 1.500 m de altitude, os motores a diesel de aspiração natural começam a perder potência mensurável no virabrequim. Acima de 2.000 m, a perda de vazão mássica do compressor torna-se operacionalmente significativa o suficiente para afetar a meta diária de perfuração. Acima de 2.500 m, recomendo fortemente um compressor turboalimentado para manter a produtividade da perfuração a um custo aceitável por metro.

Qual é a perda típica de taxa de penetração a cada 500 m de ganho de altitude?

Com base nos dados que coletei em mais de 20 visitas a locais, a taxa de penetração do martelo DTH cai aproximadamente 5-7% a cada 500 m de ganho de altitude acima de 1.500 m, devido ao efeito combinado da perda de potência do motor e da redução do fluxo de massa do compressor na porta de admissão.

Um compressor de aspiração natural pode ser usado temporariamente acima de 2.500 m?

Sim, mas não é economicamente viável. Na minha experiência, uma campanha de perfuração curta, de 1 a 2 semanas, a 2.500-3.000 m de profundidade, com um compressor de aspiração natural, resultará em uma produção total 30-40% menor em comparação com um sistema turboalimentado, e o aumento no consumo de brocas e no desgaste da rosca da coluna de perfuração anulará qualquer economia de capital obtida com o aluguel de equipamentos de especificação inferior.

O turbocompressor requer um cronograma de manutenção diferente em grandes altitudes?

Sim. De acordo com meus registros de inspeção, a velocidade do eixo do turbocompressor a 3.500 m aumenta de 10 a 15% em comparação com o nível do mar, porque a menor contrapressão dos gases de escape permite que a turbina gire mais rápido com a mesma vazão de gases de escape. Recomendo reduzir o intervalo de troca de óleo do motor em 25% e verificar a folga dos mancais do turbocompressor a cada 500 horas de operação, em vez do intervalo padrão de 1.000 horas.

Qual é o diâmetro máximo de perfuração viável para a sonda KG410 da série KGS a 3.500 m?

A perfuratriz KG410 da série KGS mantém uma faixa de diâmetro de perfuração prática e econômica de 90 a 165 mm a 3.500 m de profundidade, quando combinada com um compressor de ar diesel turboalimentado corretamente especificado, que fornece pressão de descarga de 15 a 20 bar. Em diâmetros acima de 165 mm, a limpeza do fundo do furo torna-se marginal, mesmo com o compressor turboalimentado, porque a velocidade dos gases de escape no espaço anular cai abaixo da velocidade mínima de elevação para detritos de perfuração grosseiros na faixa de densidade específica de corpos de minério de quartzo-sulfeto.

Um distribuidor de equipamentos de mineração da Ásia Central pode encomendar o KG410 KGS com o pacote para grandes altitudes instalado de fábrica?

Com certeza. Eu pessoalmente supervisiono a configuração de fábrica para pedidos de grandes altitudes. Podemos enviar o equipamento com o turbocompressor adaptado para grandes altitudes, o intercooler e os radiadores de arrefecimento do ar de admissão maiores, o controlador com compensação de altitude e o motor do ventilador do coletor de pó para grandes altitudes diretamente da fábrica de Ningbo. Peço a todos os compradores que informem a altitude do local no pedido de compra para que a fábrica possa confirmar e verificar a configuração correta antes que a máquina seja liberada para envio ao porto de Lianyungang.

Sobre o autor: O Sr. Yu vende máquinas Kaishan desde 2003, tendo dedicado mais de 20 anos ao suporte de distribuidores internacionais, empresas de perfuração e compradores de equipamentos de mineração na Ásia Central, América do Sul e Planalto Tibetano. Seu trabalho técnico concentra-se em auxiliar os clientes a adequar compressores e perfuratrizes às condições reais de campo em altitudes extremas, em vez de se basear em suposições de catálogo. Para discussões diretas sobre projetos e suporte técnico, os compradores podem entrar em contato com o Sr. Yu.Contate-nos - KAISHAN