Potrivirea vitezei de foraj cu roca: De ce „Roca dură lentă, roca moale rapidă” contează mai mult decât credeți

Fiecare burghiu pneumatic are o clapetă de accelerație. Și fiecare forator are un instinct despre unde să o seteze. Dar iată care e chestia cu instinctul: de obicei se bazează pe ceea ce se simte la nivelul gulerului, nu pe ceea ce se întâmplă de fapt în fundul găurii, unde burghiul întâlnește roca.

Regula pare destul de simplă - rocă dură, viteză mică; rocă moale, viteză mare. Dar majoritatea fororilor care înțeleg regula tot greșesc aplicarea pentru că nu înțeleg de ce funcționează. Și când nu înțelegi de ce, nu te poți adapta atunci când condițiile se schimbă. Iată fizica din spatele accelerației și de ce greșeala acesteia distruge burghiele și prăjinile de foraj mai repede decât orice altceva de pe instalație.

Ce se întâmplă la capătul biței când viteza este greșită

O foreză pneumatică furnizează două lucruri către burghiu prin intermediul tijei de foraj: energie de impact percutivă - pistonul lovește tija - și rotație. Impactul sparge roca. Rotația indexează plăcuțele de carbură la roca proaspătă între fiecare lovitură, astfel încât să nu fie nevoie să lovești același loc de două ori.

Relația dintre frecvența de impact și viteza de rotație determină dacă burghiul taie eficient sau pur și simplu se autolovește până la moarte.

Dacă se rotește prea repede în rocă dură, sapa se rotește prea mult între impacturi. Plăcuțele de carbură aterizează pe crestele nezdrobite lăsate de lovitura anterioară, nu în craterele pe care tocmai le-au creat. În loc ca sapa să se indexeze în roca deja fracturată și să extindă fisurile, aceasta lovește roca intactă la un unghi mic la fiecare lovitură. Plăcuțele ricoșează. Rata de penetrare scade. Și pentru că sapa nu se fixează corect în rocă, energia de impact se reflectă înapoi pe tija de foraj în loc să fie absorbită de rocă. Această energie reflectată se manifestă sub formă de vibrații - genul pe care îl simți în mâini și genul care aplică sarcini ciclice de oboseală în fiecare conexiune filetată din garnitură.

Dacă rotiți prea încet în rocă moale, aveți problema opusă. Plăcuțele se suprapun prea mult între lovituri, zdrobind din nou materialul deja spart în loc să taie rocă proaspătă. Burghiul măcină deșeurile în pulbere, generează exces de căldură, iar rata de penetrare scade deoarece burghiul consumă energie pe material care a fost deja redus la praf. Între timp, rotația lentă înseamnă că deșeurile nu sunt îndepărtate suficient de repede, așa că fața burghiului începe să se taseze. O față tasată a burghiului în teren moale este preludiul unei găuri de apă blocate și al unui set de plăcuțe de carbură arse.

Broșe cu diametru mare în rocă dură: De ce procesul lent este singura opțiune

Un burghiu conic cu diametrul de 45 de milimetri care găurește granitul reprezintă o problemă mecanică complet diferită față de un burghiu de 32 de milimetri în calcar. Cu cât diametrul burghiului este mai mare, cu atât este mai mare suprafața de contact dintre fața burghiului și rocă. O suprafață de contact mai mare înseamnă o rezistență mai mare la rotație - burghiul trebuie să depășească frecarea pe un cerc de calibrare mai larg - și o rezistență mai mare la penetrare, deoarece energia de impact este distribuită pe mai multe plăcuțe de carbură.

În rocă dură, densă și abrazivă, acea suprafață de contact mare este împotriva ta. Dacă rotești un burghiu de 45 mm la aceeași turație pe minut pe care ai folosi-o pe un burghiu de 32 mm în aceeași formațiune, viteza periferică la rândul de calibre este proporțional mai mare - plăcuțele exterioare se deplasează mai repede, lovesc mai puternic și se uzează mai repede decât plăcuțele centrale. Rândul de calibre se uzează primul, diametrul burghiului se micșorează și, dintr-o dată, nu mai poți menține dimensiunea găurii pentru restul programului de găurire.

Soluția constă în reducerea atât a frecvenței de impact, cât și a vitezei de rotație. O frecvență de impact mai mică înseamnă că fiecare lovitură are mai mult timp pentru a transfera energie în rocă și a crea un crater adecvat înainte de a sosi următoarea lovitură. O viteză de rotație mai mică înseamnă că burghiul indexează o distanță mai scurtă între lovituri, asigurându-se că plăcuțele aterizează pe material deja fracturat, mai degrabă decât pe creste intacte. Această combinație oferă un transfer de energie mai curat, o uzură mai uniformă a plăcuțelor pe fața burghiului și o gaură care rămâne pe calibru.

În practică, pentru un burghiu conic tipic de 36 până la 45 mm în granit dur sau cuarțit, aveți nevoie de viteze de rotație cuprinse între 150 și 250 RPM - spre limita inferioară pentru diametrele mai mari. Frecvența de impact trebuie redusă pentru a menține energia de suflare ridicată și distanța de indexare adecvată. Compromisul este o penetrare mai lentă, dar un burghiu care termină gaura la diametrul corect valorează mai mult decât un burghiu care găurește rapid zece metri și apoi nu poate ține calibrul.

Bucăți cu diametru mic în rocă moale: Viteza este prietena ta

O sapă de foraj cu diametrul de 32 sau 34 mm în gresie alterată, argilă sau calcar moale prezintă problema opusă. Suprafața de contact este mică, roca este fragilă, iar sapa poate pătrunde rapid cu o energie de impact relativ scăzută. Dacă utilizați această configurație la viteze de impact de tip rocă dură, sapa petrece prea mult timp în contact cu aceeași porțiune de rocă, măcinând din nou în loc să taie, acumulând căldură în loc să avanseze.

Măriți viteza de rotație — 300 până la 400 RPM, uneori mai mult, în funcție de rocă — iar sapa se indexează mai mult între lovituri. Fiecare plăcuță lovește rocă proaspătă, nefracturată, la fiecare lovitură, forțând așchii curate în loc să pulverizeze praful. Viteza de rotație mai mare ajută, de asemenea, la evacuarea deșeurilor: rotația sapei mătură mecanic resturile din fantele de deșeuri și le introduce în fluxul inelar, unde apa de spălare le transportă în sus și în afară.

Zona de risc în roca moale nu este ruperea plăcuței - ci supraîncălzirea cauzată de răcirea insuficientă și compactarea burghiului din cauza fluxului slab de așchii. Turațiile mai mari la minut rezolvă ambele probleme prin reducerea timpului de staționare și îmbunătățirea jocului mecanic. Nu mergeți atât de repede încât burghiul să înceapă să sară - în teren foarte moale și friabil, viteza excesivă poate face ca burghiul să alunece pe suprafață în loc să se angajeze, mai ales dacă presiunea de alimentare este prea mică.

Verificarea înainte de schimb care previne majoritatea problemelor

Înainte de a introduce o bucată de material în gaură, acordați-vă două minute pentru a verifica configurația:

Verificați dacă frecvența de impact și viteza de rotație a burghiului sunt setate pentru diametrul burghiului și tipul de rocă pe care urmează să o forați - nu pentru ceea ce făcea ultimul operator. Setările care au funcționat bine pe gresia de ieri vor afecta puțin granitul de astăzi.

Asigurați-vă că tija de burghiu este dreaptă și că burghiul este așezat corect pe con sau pe filet. Un burghiu ușor nealiniat va oscila la viteză, iar oscilația se va agrava pe măsură ce turația crește. Ceea ce începe ca o vibrație subtilă la nivelul gulerului se transformă într-o gaură de formă ovală la adâncime, uzură neuniformă a plăcuței și oboseală accelerată a filetului la conexiunea tijei.

Verificați dacă apa de spălare curge curată și constantă înainte ca burghiul să atingă piatra. Începerea unei găuri cu un canal de apă parțial blocat este cea mai rapidă modalitate de a supraîncălzi un burghiu nou.

Nimic din toate acestea nu este complicat. Însă diferența dintre un program de foraj care se desfășoară fără probleme și unul care arde burghiele și prăjinile de foraj la o viteză dublă față de cea așteptată se reduce, de obicei, la faptul dacă cineva și-a dedicat acele două minute la începutul turei.