De la rocă moale la rocă dură: Alegerea dinților rotunzi sau ascuțiți pentru burghiele DTH — Totul se reduce la rocă
În forajul în gaură (DTH), tipul de rocă este factorul decisiv atunci când se selectează profilul dinților saibei. Diferențele de duritate și rezistență la compresiune afectează direct eficiența de concasare, rata de uzură și costul de operare al dinților rotunzi (rotunzi) față de dinții ascuțiți. Numai prin potrivirea precisă a geometriei dinților cu proprietățile rocii poate fi forajul eficient și economic; alegerea greșită duce la rate de penetrare slabe și la uzură rapidă a saibei.
Rocă moale: dinții rotunzi sunt ideali — „zdrobire ușoară” pentru foraj eficient. Rocile moi sunt caracterizate prin duritate scăzută și rezistență la compresiune scăzută (de obicei < 30 MPa), cum ar fi șistul argilos, argila, marna și gresia friabilă. Aceste roci se sparg fără perforare agresivă; mecanismul de concasare cu dinți rotunzi de „compresie + măcinare” se potrivește acestui comportament și este alegerea preferată pentru forajul în roci moi.
De ce dinții rotunzi sunt potriviți pentru rocile moi Rocile moi sunt relativ libere și slabe la compresie. Designul dinților rotunzi asigură un contact la suprafață care creează o suprafață de contact mai mare în timpul impactului, distribuind forța mai uniform pe suprafața rocii. Această compresie provoacă deformare plastică și fragmentare - un proces similar cu compactarea materialului de către un cilindru compresor - astfel încât impacturile puternice și localizate sunt inutile. Acest lucru economisește energie și minimizează distrugerea excesivă a structurii rocii. În timpul rotației, dinții rotunzi macină, de asemenea, deșeurile sparte anterior în particule mai fine, care sunt mai ușor de evacuat cu medii de spălare și sunt mai puțin susceptibile de a bloca gaura. Fragmentarea uniformă ajută, de asemenea, la menținerea stabilității găurii de sondă, evitând profilele neregulate ale găurii și prăbușirea pereților.
Probleme la utilizarea dinților ascuțiți în rocă moale Dinții ascuțiți concentrează forța pe o suprafață foarte mică (contact punctual), care fragmentează excesiv roca moale în pulbere fină. Acest lucru risipește energie (puterea nu este convertită în penetrare eficientă) și poate duce la colmatarea canalelor de purjare și de deșeuri atunci când pulberea fină aderă la pereții canalului, reducând eficiența forajului. Vârfurile ascuțite într-un mediu cu rezistență scăzută se pot deforma (îndoi sau toci), scurtând durata de viață a burghiului și crescând costurile de înlocuire.
Rocă dură: se preferă dinții ascuțiți — „penetrare puternică” pentru a depăși rezistența ridicată. Rocile dure, cum ar fi granitul, cuarțitul, bazaltul și diabazul, au o duritate ridicată și o rezistență la compresiune mare (de obicei 60 MPa). Aceste roci dense și puternice nu pot fi sparte eficient doar prin compresie; ele necesită acțiunea de perforare și despicare a dinților ascuțiți pentru o penetrare eficientă. Prin urmare, dinții ascuțiți sunt alegerea clară pentru forarea în rocă dură.
De ce dinții ascuțiți sunt potriviți rocii dure Roca dură densă are legături interne puternice; compresia la contactul cu suprafața singură nu o poate rupe. Dinții ascuțiți concentrează forța de impact pe o suprafață mică a vârfului (suprafața de contact este de doar aproximativ 1/5–1/10 din cea a dinților rotunzi), producând o presiune locală mult mai mare (de câteva ori mai mare decât cea a dinților rotunzi). Această presiune concentrată perforează suprafața rocii și inițiază fisuri. Cu rotația și impactul continuu, aceste fisuri inițiale cresc, se leagă și se propagă de-a lungul planurilor de fractură, despicând efectiv roca - ca o pană care despică lemn. Acest lucru atacă direct structura internă a rocii și crește rapid ratele de penetrare. În forajul pentru granit, de exemplu, penetrarea cu dinți ascuțiți poate fi de 2-3 ori mai rapidă decât cu dinți rotunzi și evită problema „șlefuirii fără penetrare” pe care o prezintă dinții rotunzi pe suprafețe dure.
Probleme când se utilizează dinți rotunzi în rocă dură Dinții rotunzi distribuie forța pe o suprafață mai mare, prevenind presiunea locală ridicată necesară pentru fracturarea rocii dure. Impacturile produc doar zgârieturi sau abraziune superficială, mai degrabă decât rupere reală, astfel încât ratele de penetrare pot fi doar 1/5-1/10 din cele obținute cu dinții ascuțiți, risipind energie în rotația în gol. Fricțiunea puternică împotriva rocii cu duritate ridicată abrazează rapid dinții rotunzi (adesea necesitând înlocuirea după 1-2 ore), în timp ce dinții ascuțiți, în aceleași condiții, pot dura 4-6 ore. Schimbările frecvente ale burghiului cresc timpul de nefuncționare și costul total.
Rocă mediu-dură: alegeți în funcție de litologia detaliată — fiți flexibili sau utilizați modele hibride. Între roca pură moale și roca pură dură se află roca mediu-dură (rezistență la compresiune 30–60 MPa), cum ar fi gresiile dense, calcarele cristaline și unele gnaise. Alegerea dinților pentru aceste roci trebuie să ia în considerare litologia detaliată (de exemplu, prezența granulelor de cuarț, eterogenitatea). În multe cazuri, este adecvat un model de dinți mixt sau hibrid (rotund + ascuțit).
Criterii pentru alegerea dinților în rocă medie-dură
Dacă roca de dură medie este uniformă și nu are straturi intermediare dure (de exemplu, gresie densă omogenă), se preferă „dinți rotunzi ranforsați” (duritate mai mare și arc de contact optimizat) pentru a îmbunătăți ruperea prin compresie; dinții rotunzi pot oferi o eficiență echilibrată și o uzură redusă în comparație cu dinții ascuțiți.
Dacă roca de dură medie conține particule de cuarț sau puncte dure locale (de exemplu, calcar cristalin sau gresie cu straturi de silex), alegeți „dinți scurți și ascuțiți” (vârfuri mai groase și mai dure) pentru a perfora punctele dure locale și a evita uzura locală rapidă a dinților rotunzi.
Dacă litologia este stratificată (de exemplu, straturi moi peste straturi dure), utilizați un design de sapă cu dinți mixți - dinți rotunzi pe inelul exterior și dinți ascuțiți pe inelul interior - pentru a manipula diferite straturi fără schimbări frecvente ale sapei.
Principiu de bază pentru roca mediu-dură Evitați o mentalitate absolută de „moale vs. dură”; regula este să abordați caracteristica dominantă a rocii. Dacă litologia generală tinde spre mai moale, cu doar puncte dure locale, prioritizați dinții rotunzi cu dinți ascuțiți ca rezervă. Dacă litologia generală tinde spre mai dură, cu legături moi locale, prioritizați dinții ascuțiți cu dinți rotunzi ca rezervă. Validați alegerea printr-o forare de probă (de exemplu, forați 10-20 de minute, apoi inspectați uzura și penetrarea dinților) și ajustați pentru a optimiza performanța.
Rezumat: trei factori principali care determină selecția dinților Influența tipului de rocă asupra alegerii dinților rotunzi față de cei ascuțiți se reduce la trei factori principali: duritatea, rezistența la compresiune și uniformitatea structurală. Logica selecției poate fi rezumată astfel:
Duritate + rezistență la compresiune: duritate scăzută/rezistență scăzută la compresiune → alegeți dinți rotunzi; duritate ridicată/rezistență ridicată la compresiune → alegeți dinți ascuțiți.
Uniformitate structurală: litologie omogenă (fără straturi intermediare sau puncte dure) → un profil al unui singur dinte care se potrivește cu roca dominantă este acceptabil; litologie eterogenă (cu straturi intermediare sau puncte dure) → necesită o împerechere flexibilă sau un model hibrid de dinți.
Corelarea obiectivelor operaționale: dacă doriți „eficiență ridicată + durată lungă de viață” → selectați geometria dintelui precis pentru rocă; dacă aveți nevoie de „adaptabilitate largă la litologii multiple” → luați în considerare modele hibride de dinți sau capete de freză înlocuibile.
Tipul de rocă este factorul determinant în alegerea dinților pentru burghiele DTH. Numai înțelegând caracteristicile rocii puteți exploata punctele forte ale dinților rotunzi și ascuțiți și puteți obține o eficiență maximă a forajului cu un cost minim.
