Bu tədqiqat, quyu dibi çəkicli qazmada (down-the-hole hammer drilling, DTH) çekicin storladığı zərbə enerjisinin qaya, qazma ucu və parçalanmış material arasında necə bölündüğünü üçölçülü sonlu-ayrıq element üsuluyle yoxlamaktedir. Tədqiqatçılar yarımkürəvi və ballistik biçimli iki fərqli ucun St Anne əhəngdaşı, Rhune qumdaşı və Kuru Grey qranit üzerindeki tek darbelerini fərqli enerji seviyelerinde modellemiştir. Elastik şəkil değiştirme enerjisi, kinetika enerji, təmas enerjisi, qırılma enerjisi və tozlaşma-sürtünməyle ilişkili enerji kaybı zaman üçünde ayrı ayrı izlenmiştir.

Sonuclar, makroskopik çat irəliləməsine ayrılan enerjinin toplam giriş enerjisinin yalnızca küçük bir bölümünü oluşturduğunu göstərir. Bütün simülasyonlarda qırılma enerjisi ümumi olaraq %2’nin altında kalmıştır. Buna karşılık qaya tozlaşması, parçaların birbirleriyle və ucla sürtünməsi ilə model çözünürlüğünün altında kalan ezilme proseslerini içeren PFD, bazı koşullarda toplam enerjinin yaklaşık %90’ına ulaşmıştır. Kaya parçalarının darbe sonunda taşıdığı kinetika enerji isə çoğu koşulda %10’un altında kalmıştır.

Tədqiqatçılar parçaların fırladılmasının şiddetine btorlı iki enerji dtorılım rejimi diaqnozmlamıştır. Parçaların krater üçünde büyük ölçüde tutulduğu sınırlı fırlatma rejiminde qırılma enerjisi yaklaşık %1,0–1,5, PFD isə yaklaşık %40–80 səviyyəindedir. Şiddetli parça fırlatma rejiminde qırılma enerjisi yaklaşık %0,5–1,0 səviyyəine inerken PFD %80–90’a yaklaşmaktadır. İkinci rejimde parçalanmış material uc altından hızla uzaklaştığı üçün storlam qayaya təzyiq aktarımı və devam eden çat irəliləməsi zayıflamakta, buna karşılık uc geri sıçramasi belirgin biçimde azalmaktadır.

Balistik uc, üç qaya türünde de güclü gərginlik yoğunlaşması, daha derin batma, yerel ezilme və parçaların fırladılması oluşturarak çoğunlukla şiddetli fırlatma rejimini desteklemiştir. Yarım küresel ucta nəticə qaya türüne daha güclü biçimde btorlıdır. Kireç taşı və qumdaşı ümumilikle sınırlı fırlatma rejiminde kalırken qranit, mineral tane sınırlarında sürətli parçalanma niyəiyle yüksək enerjilərde şiddetli fırlatma rejimine geçmiştir.

Balistik ucun avantajı, çat oluşturma enerjisini artırmasından mənbəlanmamaktadır. Tersine, xüsusilikle əhəngdaşı və qumdaşında yarımkürəvi uc daha yüksək qırılma enerjisi nisbətı üretmiştir. Balistik ucun mümkün üstünlüğü; qazma ucunun geri sıçrama enerjisini bastırması, enerjinin sondaj takımı üçünde yeniden dolaşmasını azaltması və sonraki darbeler üçün daha uygun hareket koşulları oluşturabilmesidir. Bunun real qazma sürətina dönüşüp dönüşmediği tekrarlı darbe və tam ölçekli sondaj təcrübəleriyle gösterilmemiştir.

Türkiyə baxımından qiymətləndirmə: Bulgular; jeotermal kuyu açma, madencilik patlatma dəlikleri, su kuyuları, petrol və doğal gaz sondajları ilə sert qaya kazılarında DTH uc geometrisinin qaya türüne göre seçilmesine üsulsel katkı storlayabilir. Türkiyədə uygulama üçün yerel qayaçların mexaniki və mineralojik xüsusilikleriyle yeni model kalibrasiyaları strukturlmalı; real çok düğmeli uclar, dönme, təmizləmə havası, quyu təzyiqi, uc aşınması və tekrarlı darbeler birlikdə sınanmalıdır. Mevcut tədqiqat birbaşa Türkiyə sahəlarından vəri içermemektedir.

DTH çəkicli sondaj necə tədqiqatktadır?

DTH sisteminde pnömatik və ya hidrolik olaraq hareket eden bir çəkic, qazma ucuna yüksək tezliklı darbeler uygular. Darbe, uc gövdesi üzerinden qaya səthine temas eden sert metal düğmelere aktarılır. Her darbe sonucunda uc altında:

• Elastik sıkışma,
• Çatlak başlangıcı və ilərlemesi,
• Yerel ezilme və qaya tozu oluşumu,
• Kaya parçalarının kraterden fırlaması,
• Parçalar və uc arasında sürtünmə,
• Matkap ucunun geri sıçramasi

eş zamanlı olaraq realleşebilir.

Yalnız giriş enerjisinin büyüklüğüne bakmak sondaj başarısını açıqlamak üçün yeterli değildir. Aynı enerji, bir uc-qaya eşleşmesinde uzun çatlaqlar oluştururken başka bir eşleşmede büyük ölçüde tozlaşmaya, sürtünməye və ya geri sıçramaye gidebilir. Tədqiqatnın temel amacı bu enerji yollarını birbirinden ayırmaktır.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Tədqiqatın ana sorusu şudur: Tek bir DTH darbesinde giriş enerjisinin ne kadarı makroskopik çat irəliləməsine, yerel tozlaşmaya, sürtünməye, elastik depolamaya, parça hareketine və qazma ucu geri sıçramasine ayrılmaktadır?

Bu ana soruya btorlı olaraq üç alt soru incelenmiştir:

• Yarım küresel və ballistik uclar enerji dtorılımını necə değiştirmektedir?
• Kireç taşı, qumdaşı və qranit aynı uc altında necə fərqli davranmaktadır?
• Giriş enerjisinin artırılması qırılma enerjisini mi, yoksa yerel ezilme və sürtünmə təkanlarını mı büyütmektedir?

Neden yalnız özgül enerji yeterli değildir?

Sondaj tədqiqatları çoğunlukla kaldırılan qaya hacmi başına harcanan enerjiyle dəyərlendirilmektedir. Ancaq aynı özgül enerji dəyərinin altında fərqli fiziki prosesler bulunabilir. Örneğin:

• Enerji uzun radyal və medyan çatlaqlar oluşturabilir.
• Aynı enerji uc altında çok ince qaya tozu üretebilir.
• Enerji qazma ucunun geri sıçramasiyle sisteme geri dönebilir.
• Enerji kraterden çıkan parçalarda kinetika enerji olaraq kalabilir.
• Temas və sürtünmə yoluyla geri kazanılamayan kayba dönüşebilir.

Bu tədqiqat, yalnız nihai krater büyüklüğüne bakmak yerine darbenin tamamındaki enerji dönüşümünü izləməktedir.

Neden üçölçülü FDEM istifadə edilmişdir?

Sonlu element üsulu, qayanın darbe öncesindeki sürekli elastik davranışını və sistemde depolanan şəkil değiştirme enerjisini iyi temsil edebilir. Bununla belə klasik sürekli ortam modelleri, çatlaqların birbirinden ayrılarak btorımsız parçalar oluşturmasını və bu parçaların fırlamasını açıq biçimde izləməkte sınırlıdır.

Ayrık element üsulu isə parçaların hareket və temasını doğal biçimde temsil eder; ancaq çəkic-bit-qaya sistemindeki elastik dalga və enerji saxlanmasısını aynı dəqiqlikla modellemek daha güç ola bilər.

FDEM iki yaklaşmaı birleştirmektedir:

• Kaya başlangıçta tetrahedral sonlu elementlardan oluşan sürekli ortamdır.
• Elemanların arasına sıfır kalınlıklı, altı düyünlü ortak elementlar yerleştirilir.
• Ortak elementlar Mohr-Coulomb ölçütü və dartılma kesme sınırı altında yenildiğinde çat oluşur.
• Çatlak sonrasında ayrılan bloklar ayrık cisimler gibi hareket eder və temas kurar.

Böylece elastik enerji saxlanmasısı, çat irəliləməsi, parça teması və parçaların fırladılması aynı simülasyon üçünde dəyərlendiriləbilmektedir.

Tozlaşma niyə birbaşa modellenmemiştir?

Gerçek darbe altında uc merkezindeki qaya, tane və mineral ölçeğinde çok yoğun biçimde eziləbilir. Kullanılan torın bütün bu mikroskopik çatlaqları və toz parçacıklarını birbaşa çözmesi son derece yüksək hesablama xərci gerektirir. Bundan əlavə FDEM çatlaqları esas olaraq element sınırları boyunca ilərletmektedir.

Tədqiqatçılar bu sınırı aşmak üçün hasara btorlı bir sürtünmə modeli kullanmıştır. Uç altındaki tetrahedral elementlar hasar gördükçe:

• Rijitlikleri mərhələlı biçimde azaltılmış,
• Hasarlı səthlerdeki kayma sürtünmə katsayısı düşürülmüş,
• Parçaların kraterden uzaklaşması kolaylaştırılmış,
• Ezilmiş bölgenin yük taşmaa tutumundeki azalma yaklaşık olaraq temsil edilmiştir.

Bu yaklaşma mineral tanelerinin real qırılmasını tek tek çözmemektedir. Amaç; yerel ezilmenin batma derinliği, temas qüvvəi, bit geri sıçramasi və parçaların uzaklaşması üzerindeki makroskopik nəticələrinı üretmektir.

Sayısal modelin geometrisi necədır?

Tədqiqatnın 7. sayfasındaki Şekil 1, dört temel biləşeni göstərir:

• Çekiç,
• Matkap ucu,
• Yükleme plakası,
• Silindrik qaya numunesi.

Başlangıçta çekice aştorı yönlü hız vərilmektedir. Çekiç qazma ucuna, uc da qaya numunesine momentum aktarmaktadır. Yükleme plakası uc hareketini sınırlandırarak darbenin büyük ölçüde düşey kalmasını storlamaktadır.

Geometrilər real matkap takımlarının bütün ayrıntılarını içermeyen düzgün silindrik cisimler olaraq sadeleştirilmiştir. Buna karşılık dinamik davranış açısından əhəmiyyətli görülen nisbətlar korunmuştur:

• Çekiç/bit kütlə nisbəti: 0,75,
• Çekiç/bit uzunluk nisbətı: 1,0.

Şekilde bit çapı yaklaşık 30 mm, bit uzunluğu 265 mm və yarımkürəvi ucun etkin çapı yaklaşık 15,88 mm olaraq gösterilmektedir. Model tek bir sert metal uc düğmesinin darbesini temsil etmektedir.

Hangi qaya türleri müqayisə edilmişdir?

• St Anne əhəngdaşı: Görece kırılgan və aştorı məsaməli tortul qaya. Tədqiqatda məsaməlilik yaklaşık %0,7 olaraq vərilmiştir.
• Rhune qumdaşı: Daha dtorınık mikroçat bölgesi geliştiren tortul qaya.
• Kuru Grey qranit: Çok sayıda mineral dənə sərhədi içeren kristalin qaya. Tane sınırları dinamik yük altında tercihli yenilme yolları oluşturmaktadır.

Ayrıntılı qaya kalibrasiya parametreleri bu metinde yeniden sunulmamış, önceki model validasiya tədqiqatlarına yönlendirilmiştir.

Elastik enerji necə hesablanmışdır?

Her tetrahedral elementdaki elastik deformasiya enerjisi:

\[ e_e=\frac{1}{2}\boldsymbol{\sigma}:\boldsymbol{\varepsilon}\,V_e \]

ilişkisiyle hesablanmışdır.

• \(e_e\): Elemanın elastik enerjisi,
• \(\boldsymbol{\sigma}\): Gerilme tensörü,
• \(\boldsymbol{\varepsilon}\): Şekil değiştirme tensörü,
• \(V_e\): Eleman hacmi.

Bu enerji darbe sırasında çəkic, bit və qayada geçici olaraq depolanabilir. Yük boşaltıldığında bir bölümü kinetika enerjiye dönüşerek qazma ucunu geri sektirebilir.

Kinetika enerji necə hesablanmışdır?

Sistemin düyünlerindeki kinetika enerji:

\[ E_k=\frac{1}{2}\sum_{i=1}^{n}m_i v_i^2 \]

olaraq hesablanmışdır.

• \(m_i\): Düğüm kütlesi,
• \(v_i\): Düğüm hızı.

Tədqiqatnın denklem açıqlamasında \(v_i\) yanlışlıkla bir kez “düyün kütlesi” olaraq müəyyən edilmişdir. Denklem və fiziki btorlam, bu dəyişənin hız olduğunu açıqça göstərir.

Kinetika enerji ayrı ayrı şu hareketlerde bulunabilir:

• Başlangıçtaki çəkic hareketi,
• Çekiçten enerji alan qazma ucunun aştorı hareketi,
• Matkap ucunun geri sıçramasi,
• Kırılan qaya parçalarının fırlaması.

Temas enerjisi neyi ifade etmektedir?

FDEM’de ayrı bloklar arasında küçük bir sayısal örtüşmeye izin vəren ceza temelli temas yaklaşmaı istifadə olunur. Temas qüvvəinin yaptığı iş:

\[ E_c=\sum_{i=1}^{n}F_{c,i}d_i \]

ifadesiyle temsil edilmiştir.

• \(F_{c,i}\): Düğümdeki temas qüvvəi,
• \(d_i\): İlgili düyün yerdəyişməsi.

Temas enerjisi; çəkic-bit, bit-qaya və qaya parçalarının birbirleriyle çarpışması sırasında oluşan geçici enerji saxlanmasısını və aktarımını temsil etmektedir. Tamamen btorımsız fiziki bir enerji kaybı değildir; bir bölümü temas sona erdiğinde geri vəriləbilir.

Kırılma enerjisi necə hesablanmışdır?

Kırılma enerjisi, ortak elementların dartılma və ya kayma istiqamətinde yenilmesi sırasında qüvvəin yaptığı işten hesablanmışdır:

\[ E_{fr}=\sum_{i=1}^{n}F_{fr,i}d_i \]

• \(F_{fr,i}\): Ortak elementa etki eden qırılma qüvvəi,
• \(d_i\): Kırılma doğrultusundaki düyün yerdəyişməsi.

Çekme və kayma biləşenleri ayrı hesaplanmış, ardından toplam qırılma enerjisi üçün birleştirilmiştir. Modelde şəkil değiştirme hızı etkisi bulunduğu üçün başlangıçta girilən sabit Mode I və Mode II qırılma enerjiləri birbaşa kullanılmamıştır.

Bu dəyər yalnız torda açıqça oluşan makroskopik çatlaqları kapsamaktadır. Mikroskobik çatlaqlar və qaya tozu üretimi PFD biləşenine geçmektedir.

PFD necə belirlenmiştir?

Tozlaşma və sürtünməyle ilişkili enerji kaybı, tədqiqatda btorımsız bir mikromexaniki denklemle çözülmemiştir. Açıkça hesaplanan enerji biləşenleri toplam giriş enerjisinden çıkarılmıştır. Metindeki üsulun açıq matematiksel gösterimi şu şəkilde yazılabilir:

\[ E_{\mathrm{PFD}} = E_{\mathrm{giriş}} - \left( E_{\mathrm{elastik}} + E_{\mathrm{kinetika}} + E_{\mathrm{temas}} + E_{\mathrm{yerçekimi}} + E_{\mathrm{qırılma}} \right) \]

PFD şunları birleşik olaraq temsil etmektedir:

• Ağ çözünürlüğünün altındaki qaya ezilmesi,
• Kaya tozu üretimi,
• Parçalar arası sürtünmə,
• Parça-uc sürtünməsi,
• Hasarlı səthlerdeki kayma işi,
• Açıkça çözülemeyen diğer enerji təkanları.

PFD’nin “üretken olmayan enerji” olaraq adlandırılması, yalnız büyük çatlaqların oluşturulması açısından strukturlmıştır. Kaya tozunun kraterden uzaklaşması və geri sıçramanin azalması, tekrarlı sondaj bakımından yararlı ola bilər.

Enerji algoritmaları necə doğrulanmıştır?

Tədqiqatçılar qırılma enerjisi hesabını üç noktalı eğme testiyle; elastik, temas və kinetika enerji hesaplarını isə çarpışma testiyle kontrol ettiklerini belirtmektedir. Bu derütubətelerde iyi bir enerji dengesi elde edildiği bildirilmişdir.

Ancaq bu validasiyalara ait qrafler, sayısal hata nisbətları və tolerans dəyərləri mevcut tədqiqatda gösterilmemiştir. Ayrıntılar önceki üsul tədqiqatlarına bırakılmıştır.

Tek darbe kaç mərhələda realleşmektedir?

Kireç taşına 10,66 m/s hızla uygulanan yarımkürəvi uc darbesi, tədqiqatın 9. sayfasındaki Şekil 2’de dört mərhələya ayrılmıştır.

Aşama I: Çekiç-bit enerji aktarımı

Zaman aralığı yaklaşık 0–104 µs’dir. Başlangıçta enerjinin neredeyse tamamı çekicin 63,2 J kinetika enerjisidir. Çekiç bite çarptığında:

• Çekiç kinetika enerjisi azalır,
• Çekiç və bitte elastik enerji birikir,
• Bit aştorı yönlü kinetika enerji kazanır.

Çekiç yaklaşık 50 µs’de geri sıçramaktedir. Aşama sonunda çekicin kalan kinetika enerjisi yaklaşık 0,7 J, yani giriş enerjisinin %1,1’i səviyyəindedir. Bit kinetika enerjisi isə 52,4 J’ye ulaşmıştır.

Aşama II: Bit batması və qaya parçalanması

Zaman aralığı yaklaşık 104–276 µs’dir. Bit kinetika enerjisi hızla azalırken enerji; çat irəliləməsi, yerel ezilme, sürtünmə, temas və elastik deformasyona dönüşmektedir.

Aşama sonunda:

• Kırılma enerjisi: yaklaşık 1,5 J,
• PFD: yaklaşık 33,9 J,
• Bitte depolanan elastik enerji: yaklaşık 6,0 J,
• Kayada depolanan elastik enerji: yaklaşık 11,8 J,
• Temas enerjisi: yaklaşık 9,2 J.

Parçalanan qaya büyük ölçüde krater üçünde sıkışmış hâlde kaldığından uc ilə storlam qaya arasındaki təzyiq aktarımı devam etmiştir. Bu durum çatlaqların ilərlemesine olanak vərirken yüksək sürtünmə və tozlaşma kaybı da üretmiştir.

Aşama III: Elastik boşalma və bit geri sıçramasi

Zaman aralığı yaklaşık 276–560 µs’dir. Kayada və bitte depolanan elastik enerjinin bir bölümü yeniden bit kinetika enerjisine dönüşmüştür. Bitin geri sıçrama kinetika enerjisi yaklaşık 22,8 J’ye ulaşmıştır.

Bit yaklaşık 400 µs’de qaya ilə temasını kaybetmiştir. Parça destekli temas bölgesi boşalırken sürtünmə devam etmiş və PFD yaklaşık 37,5 J’ye yükselmiştir.

Raporlanan qırılma enerjisi bu mərhələda 1,5 J’den 0,9 J’ye düşmüştür. Tədqiqatçılar, kısmen hasarlı ortak elementlarda geçici olaraq depolanan enerjinin boşalmasını gerekçe göstərir. Bu niyəle raporlanan qırılma biləşeni tamamen monoton və geri döndürülemez bir enerji ölçütü değildir.

Aşama IV: Bit ilə çekicin ikinci teması

Zaman aralığı yaklaşık 560–668 µs’dir. Bitin geri sıçrama hızı çekicin geri sıçrama hızını geçtiği üçün iki parça yeniden çarpışmış və kinetika-elastik enerji alışvərişi yaşanmıştır.

Yarım küresel əhəngdaşı darbesinin nihai enerji dengesi

Bu davranış “sınırlı parça fırlatma rejimi”nin temsilî örneği olaraq istifadə edilmişdir.

Balistik ucta enerji dtorılımı necə değişmektedir?

Tədqiqatnın 12. sayfasındaki Şekil 4, əhəngdaşına 8,85 m/s hızla uygulanan ballistik uc darbesini göstərir. Balistik uc daha sivri geometri niyəiyle qaya üçünde daha derine batmıştır. Batma süresi uzamış və bit kinetika enerjisi yaklaşık 51,0 J’den 0,1 J’ye kadar düşmüştür.

Bu proseste:

• Kırılma enerjisindeki artış yalnız yaklaşık 0,5 J olmuştur.
• PFD yaklaşık 51,1 J artmıştır.
• PFD toplam giriş enerjisinin yaklaşık %89,1’ine ulaşmıştır.
• Bit geri sıçramasi son derece sınırlı kalmıştır.
• Bit ilə çəkic arasında ikinci çarpışma oluşmamıştır.

Tədqiqatnın 13. sayfasındaki parça dtorılımı müqayisəsında ballistik ucun daha fazla ince qaya tozu və daha yoğun parçaların fırladılması oluşturduğu gösterilmektedir. Bu davranış “şiddetli parça fırlatma rejimi” olaraq müəyyən edilmişdir.

İki enerji dtorılım rejiminin farkı nədir?

Balistik uc niyə daha az geri sıçramaktedir?

Balistik uc daha küçük temas alanıyla daha yüksək yerel gərginlik yoğunlaşması oluşturmaktadır. Kaya uc altında daha yoğun ezilmekte və parçalar temas bölgesinden hızla uzaklaşmaktadır. Bitin kinetika enerjisinin büyük bölümü ilk batma sırasında qaya üçündeki geri döndürülemez proseslere aktarılmaktadır.

Yarım küresel ucta isə daha geniş temas alanı, sıkışmış parçaların storlam qayaya yük aktarmaya devam etmesine olanak vərir. Kaya və bitte depolanan elastik enerjinin daha büyük bölümü geri sıçrama sırasında bite dönebilmektedir.

Düşük geri sıçrama her zaman daha yüksək vərim anlamına gelir mi?

Hayır. Tədqiqat iki fərqli vərim kavramı arasında əhəmiyyətli bir ayırma yapmaktadır:

• Çatlak ilərletme vərimi: Makroskopik çat oluşumuna ayrılan enerji nisbətı.
• Sistem enerji aktarım vərimi: Enerjinin bit geri sıçramasiyle sondaj takımına dönmek yerine qaya üçünde kalması.

Yarım küresel uc, xüsusilikle əhəngdaşı və qumdaşında daha yüksək qırılma enerjisi storlayabilir. Balistik uc isə geri sıçramayi azaltarak çekicin sonraki darbesine karşı oluşabiləcek ters hareketi sınırlandırabilir. Gerçek delme performansı bu iki etkinin, parça temizliğinin və uc aşınmasının birleşimine btorlıdır.

Kireç taşında uc geometrisinin etkisi nədir?

Tədqiqatnın 15. sayfasındaki Şekil 6’ya göre:

• Her iki ucta da zərbə enerjisi arttıkça qırılma enerjisinin yüzdesi azalmaktadır.
• Yarım küresel uc, ballistik uca göre sürekli olaraq daha yüksək qırılma enerjisi üretmektedir.
• Yarım küresel ucta PFD ümumi olaraq %40–60 aralığında kalmaktadır.
• Balistik ucta PFD yaklaşık 40 J giriş enerjisi çmərhələsinde %90’a yaklaşmakta və ardından plato oluşturmaktadır.

Yarım küresel uc daha uzun medyan çatlaqlar oluştururken ballistik uc daha fazla yerel ezilme və parça qarşılıqlı təsiri üretmiştir. Bununla belə iki uc tarafından oluşturulan toplam parça kütlesinin birbirine yakın olduğu belirtilmektedir. Buna görə daha yüksək qırılma enerjisi birbaşa daha fazla kaldırılan qaya kütlesi anlamına gelmemektedir.

Granitte uc geometrisinin etkisi niyə daha sınırlıdır?

Tədqiqatnın 16. sayfasındaki Şekil 7, qranitte iki ucun enerji dtorılımlarının yüksək darbe enerjilərinde birbirine yaklaştığını göstərir:

• Her iki ucta qırılma enerjisi yaklaşık %0,6 səviyyəine yaklaşmaktadır.
• PFD yaklaşık %60–80 aralığında dmaneəenmektedir.
• Granit, uc biçiminden btorımsız olaraq şiddetli fırlatma rejimine geçme eğilimindedir.

Tədqiqatçılar bunu qranitin mineral kristal sınırlarının dinamik yük altında kolay yenilme yolları oluşturmasına btorlamaktadır. Yerel parçalanma o kadar baskın hâle gelmektedir ki uc geometrisinin sürdürülen çat irəliləməsi üzerindeki etkisi azalır.

Yarım küresel uc altında qaya türleri necə karşılaştırılmaktadır?

Tədqiqatnın 18. sayfasındaki Şekil 8 və Şekil 9’a göre:

Granitte çəkic hızı yaklaşık 9 m/s’yi aştığında PFD hızla yükselmiştir. İlavə enerji esas olaraq makroskopik çat nisbətını artırmak yerine yerel ezilme və parça qarşılıqlı təsirine gitmiştir.

Yarım küresel ucta geri sıçrama necə değişmektedir?

Tədqiqatnın 19. sayfasındaki Şekil 10’a göre:

• Kireç taşı və qumdaşında bit geri sıçrama enerjisi, zərbə enerjisi arttıkça yaklaşık %50’den %30’a düşmektedir.
• Bu iki qayada parça kinetika enerjisi ihmal ediləbiləcek kadar aştorı kalmaktadır.
• Granitte bit geri sıçramasi yaklaşık %40’tan yüksək enerjilərde %5’in altına inmektedir.
• Granitte qaya parçalarının kinetika enerjisi yaklaşık %8 səviyyəine çıkmaktadır.

Bu nəticə qranitin yüksək enerji altında enerjiyi ilk darbe sırasında daha geri döndürülemez biçimde tükettiğini göstərir.

Balistik uc altında qaya türleri necə karşılaştırılmaktadır?

Tədqiqatnın 20. sayfasındaki Şekil 11’e göre:

• Kum taşında qırılma enerjisi yaklaşık %2,3’ten %1,0’a düşerek dmaneəenmektedir.
• Kireç taşında yaklaşık %1,0–1,5 səviyyəinden %0,5–1,0 aralığına inmektedir.
• Granitte 24 J üzerindeki darbelerde yaklaşık %0,5 çmərhələsinde kalmaktadır.

Mutlak qırılma enerjisi giriş enerjisiyle artabilse de toplam üçündeki yüzdesi azalmaktadır. İlavə enerji giderek daha fazla tozlaşma, sürtünmə və parça hareketine ayrılmaktadır.

Balistik ucta PFD hansı enerji seviyelerinde yükselmektedir?

Tədqiqatnın 21. sayfasındaki Şekil 12 şu keçidleri göstərir:

Kireç taşı və qumdaşında ballistik uc, yarımkürəvi uca göre daha büyük PFD nisbətı üretmektedir. Ancaq tədqiqat, bu farkın ne kadarının real mineral tozlaşmasından və ne kadarının sürtünməden mənbəlandığını ayıramamaktadır.

Balistik ucta kalan kinetika enerji nədir?

Tədqiqatnın 22. sayfasındaki Şekil 13’e göre:

• Granitte parçaların taşıdığı kinetika enerji yaklaşık %10 çmərhələsindedir.
• Kum taşında yüksək darbe enerjilərinde parça kinetika enerjisi hafifçe artmaktadır.
• Kireç taşında parça kinetika enerjisi aştorı kalmaktadır.
• Üç qaya türünde de yüksək enerjide bit geri sıçrama enerjisi %10’un altına inmektedir.
• Granitte bit geri sıçramasi yaklaşık %20’den %4’e düşmektedir.

Darbe enerjisini artırmak niyə her zaman daha fazla çat üretmemektedir?

Giriş enerjisi arttığında uc daha derine batabilir; fakat temas bölgesi yoğun biçimde ezilip parçalar hızla fırladığında, ucun storlam qayaya təzyiq aktarmasını storlayan ara material ortadan kalkmaktadır. Temas qüvvəi hızla azalır və çatlaqların ilərlemesi üçün gerekli süre kısalır.

Bu niyəle daha yüksək enerji:

• Daha derin yerel batma,
• Daha çok qaya tozu,
• Daha yoğun parça sürtünməsi,
• Daha aştorı geri sıçrama

oluştururken, makroskopik çatlaqlara ayrılan yüzdeyi artırmayabilir.

Tədqiqatnın güclü yönleri nelerdir?

• Enerji dönüşümünü yalnız nihai krater üzerinden değil, mikro saniye ölçeğinde zaman üçünde izləməsi,
• Elastik, kinetika, temas, qırılma və PFD biləşenlerini ayırması,
• Üç boyutlu çat və parça fırlatma proseslerini temsil etmesi,
• Daha önce təcrübəsel nəticələra karşı çok ölçütlü olaraq doğrulanmış bir FDEM modeli kullanması,
• Yarım küresel və ballistik ucları geniş zərbə enerjisi aralıklarında müqayisəsı,
• İki tortul qaya ilə kristalin qraniti birlikdə yoxlamasi,
• Bit geri sıçramasi ilə qaya parçalarının kinetika enerjisini ayrı qiymətləndirməsi,
• “Daha fazla qırılma enerjisi her zaman daha iyi sondajdır” varsayımını sorgulaması,
• İki açıq enerji dtorılım rejimi diaqnozmlaması.

Tədqiqatnın məhdudiyyətləri nelerdir?

• Tədqiqat hakem qiymətləndirməsinden geçmemiş bir preprinttir.
• Sonuclar fiziki təcrübə değil, sayısal simülasyondur.
• Yalnız tek uc və tek darbe modellenmiştir.
• Gerçek DTH ucundaki çoklu düğmeler arasındaki çat qarşılıqlı təsiri incelenmemiştir.
• Matkap ucunun dönmesi modele dâhil değildir.
• Təzyiqlı hava və ya sıvıyla parça temizləmə modellenmemiştir.
• Kuyu çmərhələ basıncı və derinlik koşulları dəyərlendirilmemiştir.
• Uç aşınması, karbür hasarı və temperatur yükselmesi modellenmemiştir.
• Isı üretimi və termal enerji ayrı olaraq hesaplanmamıştır.
• PFD qalıq enerji olaraq hesaplandığından alt mekanizmalara ayrılamamaktadır.
• Ağ ölçeğinin altındaki çatlaqlar qırılma enerjisine değil PFD’ye aktarılmaktadır.
• Model parametrelerinin tamamı və kalibrasiya vəriləri bu metinde sunulmamaktadır.
• Enerji algoritmalarının validasiya hata nisbətları mevcut tədqiqatda vərilməmişdir.
• Farklı tor boyutlarına ilişkin ayrıntılı yaxınlaşma analizi təqdim edilməmişdir.
• “Üretken olmayan” olaraq adlandırılan PFD’nin real tekrarlı sondaj performansına mümkün olumlu etkiləri nicel olaraq sınanmamıştır.
• Delme hızı, birim ilərleme başına enerji və ya real dəlik hacmi birbaşa hesaplanmamıştır.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

• Tek DTH darbesinde makroskopik çatlaqlara ayrılan enerji, toplam enerjinin küçük bir bölümüdür.
• Enerjinin baskın bölümü yerel ezilme, tozlaşma və sürtünməyle ilişkili proseslere gidebilir.
• Parça fırlatılması, enerji bölüşümünü belirleyen temel mekanizmalardan biridir.
• Balistik uc, üç qaya türünde de şiddetli fırlatma və aştorı geri sıçrama rejimini dəstəkləyir.
• Yarım küresel ucun davranışı qaya türüne daha güclü biçimde btorlıdır.
• Kireç taşı və qumdaşında yarımkürəvi uc, ballistik uctan daha yüksək qırılma enerjisi nisbətı üretmektedir.
• Granitte iki uc yüksək enerjilərde benzer enerji dtorılımına yaklaşmaktadır.
• Darbe enerjisinin artırılması, qırılma enerjisi yüzdesini artırmak yerine PFD’yi büyütebilir.
• Düşük geri sıçrama, tekrarlı darbelerde sistem enerji aktarımı açısından avantaj storlayabilir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• Balistik ucun bütün qaya türlerinde daha yüksək qazma sürəti storlayactorını sübut etmir.
• Yarım küresel ucun daha yüksək qırılma enerjisinin her zaman daha iyi sahə performansı oluşturactorını göstermemektedir.
• PFD olaraq hesaplanan enerjinin tamamının fiziki olaraq işe yaramaz olduğunu göstermemektedir.
• Sonucların çok düğmeli tam qazma ucuna değişmeden aktarılabiləceğini sübut etmir.
• Tek darbe nəticələrinın binlerce tekrarlı darbedeki kümülatif qırılmayı temsil ettiğini göstermemektedir.
• Kaya tozlaşması və sürtünmənin ayrı enerji paylarını belirlememektedir.
• Uç aşınması, bakım xərci və ya ekonomik optimum konusunda birbaşa nəticə sunmamaktadır.
• Gerçek derin quyu təzyiqi, sıcaklığı və temizləmə axını altında aynı rejimlerin oluşactorını sübut etmir.

Tədqiqatnın Yöntemi və Bulguları

Tədqiqat tasarımının xülasəi

Temel enerji biləşenleri

Temsilî iki darbenin karşılaştırılması

Uç və qaya türüne göre baskın rejim

Başlıca sayısal nəticələr

• Bütün simülasyonlarda qırılma enerjisi ümumi olaraq toplam giriş enerjisinin %2’sinden azdır.
• Sınırlı fırlatma rejiminde qırılma enerjisi yaklaşık %1,0–1,5’tir.
• Şiddetli fırlatma rejiminde qırılma enerjisi yaklaşık %0,5–1,0’dır.
• PFD sınırlı rejimde yaklaşık %40–80, şiddetli rejimde yaklaşık %80–90’dır.
• Kaya parçalarının taşıdığı kinetika enerji çoğunlukla %10’un altında kalmıştır.
• Kireç taşında ballistik uc PFD’si yaklaşık 40 J giriş enerjisi çmərhələsinde %90’a ulaşmıştır.
• Balistik uc altında əhəngdaşı və qumdaşının PFD’si sırasıyla yaklaşık 21 J və 43 J üzerinde %90’a yaklaşmıştır.
• Granit ballistik uc altında yaklaşık 22 J üzerinde %70 PFD səviyyəine yaklaşmıştır.
• Yarım küresel uc altında qranit bit geri sıçramasi yüksək enerjide %5’in altına düşmüştür.
• Balistik uc altında üç qaya türünde de yüksək enerjide bit geri sıçramasi %10’un altına inmiştir.

Şekillerin temel mesajları

• Şekil 1, sayfa 7: Çekiç, bit, yükləmə plakası və qaya numunesinden oluşan sadeleştirilmiş tek uc darbe düzenini göstərir.
• Şekil 2, sayfa 9: Yarım küresel ucun əhəngdaşındaki dört mərhələlı enerji dönüşümünü və yüksək geri sıçramayi göstərir.
• Şekil 3, sayfa 11: Önceki təcrübəlerden storlanan krater görüntülərinde uc altında yeniden sıkışmış ince qaya tozu görülmektedir.
• Şekil 4, sayfa 12: Balistik ucta PFD’nin yaklaşık %90’a yükseldiği və geri sıçramanin bastırıldığı enerji gelişimini göstərir.
• Şekil 5, sayfa 13: Balistik uc çmərhələsinde yarımkürəvi uca göre daha yoğun ince parçaların fırladılması görülmektedir.
• Şekil 6, sayfa 15: Kireç taşında yarımkürəvi ucun daha yüksək qırılma, ballistik ucun daha yüksək PFD nisbətı oluşturduğunu göstərir.
• Şekil 7, sayfa 16: Granitte iki uc geometrisinin yüksək enerjilərde benzer enerji nisbətlarına yaklaştığını göstərir.
• Şekil 8–10, sayfa 18–19: Yarım küresel uc altında qaya türüne btorlı qırılma, PFD, parça kinetiği və bit geri sıçramasini müqayisəktadır.
• Şekil 11–13, sayfa 20–22: Balistik uc altında üç qayanın şiddetli fırlatma rejimine keçidini və aştorı bit geri sıçramasini göstərir.

Mühendislik açısından çıkarılabiləcek tasarım ilkeleri

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatnın tam özgün adı: Numerical invəstigation of energy partitioning during single-insert impact in DTH hammer drilling

Yazarlar: Xiaowei Yang; Jiansheng Xiang; Lingchao Xuan; Hongning Zhang; Jiachang Wang; Yanghua Wang; John-Paul Latham.

Yazar sıralaması: Yukarıdaki liste özgün tədqiqatdaki sırayı korumaktadır.

Eş birinci müəllif və ya eşit katkı: Tədqiqatda böyle bir açıqlama yer almır.

Sorumlu/ilətişim müəllifı: Jiansheng Xiang. Bu bilgi tədqiqatdaki yıldız işareti və SSRN kaydıyla desteklenmektedir.

Kurumlar: State Key Laboratory of Deep Geothermal Resources, Beijing, China; State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Underground Engineering, Sichuan, China; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing, China; Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London, United Kingdom; Resource Geophysics Academy, Imperial College London, London, United Kingdom.

DOI: 10.2139/ssrn.6934408

Yayın platformu: SSRN.

Dergi: Bu sürüm üçün hakemli bir dergi adı yer almır.

Yayınevi/platform niteliği: SSRN, Elsevier tarafından işletilən açıq erişimli preprint platformudur; hakemli dergi yayınıyla eşdəyər değildir.

Platforma yüklenme tarihi: 13 Haziran 2026.

Sayfa sayısı: 30.

Kaynak türü: Doğrulanmış üçölçülü FDEM modeline dayanan sayısal qaya mekaniği, enerji bölüşümü və mühendislik optimizasyonu preprinti.

Hakemlik durumu: Tədqiqat resenziyadan keçməmişdir. Bulgular btorımsız hakemlikten geçmiş nihai yayın sonucu gibi sunulmamalıdır.

Resmî tədqiqat btorlantısı:SSRN 6934408 rəsmi tədqiqat sayfası

DOI btorlantısı:10.2139/ssrn.6934408

Finansman: Tədqiqat, Imperial College London Resource Geophysics Academy sponsorları; State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Underground Engineering bünyesindeki SDQZK2637 numaralı proje və Henan Province Talent Project kapsamındaki 264000510003 numaralı proje tarafından desteklenmiştir.

Çıkar çatışması: Yüklenen tədqiqatda ayrı bir maraqlar toqquşması beyanı yer almır.

Veri erişimi: Açık vəri deposu və ya vəri kullanılabilirliği açıqlaması yer almır.

Kod erişimi: Kullanılan FDEM koduna və ya enerji hesap betikalerine yönelik açıq mənbə btorlantısı vərilməmişdir.

Bu Verianla içeriği tədqiqatın bütün metni, dört enerji denklemi, FDEM və hasara btorlı sürtünmə üsulu, 13 ana şekli, temsilî enerji-zaman eğriləri, uc geometrisi müqayisəları və üç qaya türüne ilişkin nəticələri incelenerek hazırlanmıştır. Dış mənbəlar yalnızca başlık, müəlliflər, DOI, tarih, sayfa sayısı, ilətişim müəllifı və platform niteliği gibi bibliyoqraf alanların doğrulanması üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqatda kullanılan sayısal model önceki tədqiqatlarda fiziki darbe təcrübəlerine karşı doğrulanmıştır. Bununla belə bu metin, bütün material parametrelerini, tor çözünürlüğünü, temas parametrelerini və kalibrasiya ayrıntılarını yeniden vərmemektedir. Sonucların btorımsız biçimde tekrarlanması üçün atıf strukturlan önceki model tədqiqatlarına və kullanılan yazılıma erişim lazımdır.

PFD birbaşa ölçülmüş tek bir fiziki enerji türü değildir. Toplam enerjiden elastik, kinetika, temas, yerçekimi və qırılma biləşenlerinin çıkarılmasıyla elde edilən qalıq dəyərdir. Bu niyəle “enerjinin %90’ı sürtünməde kaybolmuştur” biçiminde dar bir yorum strukturlmamalıdır. Değer, tor altında kalan tozlaşma və ezilme prosesleriyle birlikdə sürtünmə və çözülemeyen diğer təkanları kapsamaktadır.

Tədqiqat ısı üretimi və termal yayılımı açıqça modellememiştir. Buna görə PFD üçündeki enerjinin ne kadarının ısıya dönüştüğü belirlerütubətemektedir. Bundan əlavə tek darbedeki PFD’nin real tekrarlı sondajda bütünüyle olumsuz olduğu gösterilmemiştir; parça uzaklaştırılması və bit geri sıçramasinin azaltılması sonraki darbelere katkı storlayabilir.

Sonucların başlıca uygulama sınırları; tek uc, tek darbe, sadeleştirilmiş geometri, dönme və temizləmə axınının bulunmaması, uc aşınmasının modellenmemesi, tam kuyu çmərhələ basıncının uygulanmaması və real qazma sürətinın hesaplanmamasıdır. Bu niyəle bulgular uc seçimi üçün mexaniki bir açıqlama sunmakta, fakat birbaşa ticari uc sıralaması oluşturmamaktadır.