Îmbunătățirea burghielor de daltă pentru o forare mai rapidă a rocilor și o durată de viață mai lungă

Burghiele de daltă, numite și burghie cu lamă sau burghie plate, rămân utilizate pe scară largă în săparea de tuneluri în rocă și în minerit datorită structurii lor simple, fabricării ușoare și rectificării convenabile. O burghiă de daltă convențională folosește o muchie tăietoare lungă și dreaptă pentru a sparge roca sub impact și rotație.

Totuși, această geometrie simplă de așchiere are și limitări. Colțurile exterioare ale muchiei așchietoare se uzează adesea mai repede decât centrul. În roca dură sau fracturată, aceste colțuri se pot ciobi, bloca sau își pot pierde capacitatea de a menține o gaură rotundă. Uzura neuniformă reduce rata de penetrare, crește lucrările de reascuțire și poate scurta durata de viață utilă a burghiului.

Îmbunătățirea geometriei unui burghiu de daltă poate ajuta la distribuirea mai eficientă a sarcinii așchietoare, la protejarea colțurilor vulnerabile, la îmbunătățirea nivelării și la reducerea costului total per metru găurit. O abordare utilă este înlocuirea muchiei așchietoare lungi unice cu un aranjament cu mai multe muchii care combină muchii așchietoare exterioare înclinate și caneluri pentru spargerea așchiilor.

De ce se uzează neuniform burghiele convenționale pentru daltă

În timpul forajului, fiecare punct de pe muchia tăietoare intră în contact cu roca în mod diferit. Secțiunea centrală a muchiei parcurge, în general, o traiectorie circulară mai mică decât secțiunile exterioare. Cu cât un punct este mai aproape de diametrul exterior, cu atât este mai mare suprafața de rocă pe care trebuie să o spargă în timpul fiecărei rotații.

Prin urmare, colțurile exterioare ale unei dalte convenționale suportă adesea o sarcină de tăiere și abraziune mai mare decât centrul. Aceste colțuri pot, de asemenea, să intre în contact cu peretele lateral al găurii, creând frecare și uzură laterală suplimentare.

Când colțurile se uzează rapid, pot apărea mai multe probleme:

• Capacitate redusă de a menține diametrul complet al găurii

• Risc mai mare de blocare a biților

• Rotunjime slabă a găurii

• Rectificare mai frecventă

• Rezistență mai mare la tăiere

• Risc mai mare de ciobire a marginilor

• Eficiență redusă a forajului

Scopul unui design modificat al sapei cu daltă este de a reduce sarcina concentrată pe aceste zone exterioare vulnerabile, îmbunătățind în același timp acțiunea de spargere a rocilor pe întreaga față a sapei.

De la o latură lungă la mai multe laturi scurte

Articolul sursă descrie o abordare experimentală în care cele două colțuri ușor uzabile ale unei dalte au fost șlefuite în muchii tăietoare unghiulare. Apoi au fost adăugate mici caneluri pe fiecare parte a feței tăietoare. Aceasta a transformat o singură muchie tăietoare lungă în mai multe muchii mai scurte cu direcții de tăiere diferite.

În proiectul prezentat, o muchie primară lungă a fost transformată într-un sistem de tăiere cu muchii multiple. Lungimea totală efectivă a muchiei de tăiere a crescut, în timp ce sarcina suportată de fiecare segment individual de muchie a fost redusă.

Această geometrie poate îmbunătăți performanța în mai multe moduri.

În primul rând, marginile exterioare înclinate ajută la protejarea colțurilor originale. În loc să permită colțului exterior să preia toată abraziunea laterală, suprafețele înclinate ghidează contactul și ajută la distribuirea forței pe o suprafață mai mare.

În al doilea rând, muchiile scurte multiple pot crea mai multe puncte de rupere a rocilor în timpul fiecărui impact. În loc să producă o singură adâncitură liniară lungă, sapa poate crea mai multe adâncituri care se intersectează sau se decalează. Acest lucru poate încuraja roca să se fractureze mai ușor sub presiunea combinată a compresiei, forfecării și a impactului.

În al treilea rând, canelurile pot îmbunătăți evacuarea așchiilor. Dacă geometria canelurilor se aliniază cu găurile de spălare, aerul sau apa pot îndepărta așchiile de pe fața burghiului mai eficient. O spălare mai bună reduce reascuțirea așchiilor, scade temperatura și încetinește uzura.

Beneficii potențiale ale unui burghiu de daltă cu mai multe muchii

O daltă modificată bine proiectată poate oferi mai multe beneficii practice.

Durată de viață mai lungă

Prin îndepărtarea sau remodelarea secțiunilor de colț exterior cele mai încărcate, geometria modificată poate reduce uzura concentrată. Articolul sursă prezintă teste istorice în care o modificare a muchiei înclinate a îmbunătățit durata de viață după rectificare. Aceste rezultate trebuie tratate ca referințe specifice fiecărui caz. Îmbunătățirea reală a duratei de viață va depinde de tipul de rocă, puterea de foraj, spălarea, materialul burghiului, calitatea rectificării și condițiile de funcționare.

Principiul ingineresc de bază este solid: atunci când sarcina de tăiere este distribuită mai uniform, uzura și deteriorarea localizată pot fi reduse.

Eficiență de penetrare mai mare

O sapă cu muchii multiple poate sparge roca prin mai multe zone de contact, în loc să se bazeze doar pe o singură muchie dreaptă. Direcții diferite de tăiere pot crea o fundă a găurii mai neregulată și fracturată, ceea ce poate îmbunătăți fragmentarea rocii sub aceeași energie de impact.

Articolul raportează o îmbunătățire semnificativă a eficienței medii a forajului în testele comparative pe teren. Antreprenorii ar trebui să verifice aceste câștiguri prin teste controlate folosind aceeași instalație de foraj, oțel de foraj, presiune a aerului, diametru al găurii și formațiune de rocă.

Ghidare și formă a găurii mai bune

O freză plată convențională poate avea dificultăți în menținerea unei găuri centrate și rotunde dacă muchia așchietoare se uzează neuniform. O freză modificată care produce un profil mai stabil, conic al fundului găurii, poate îmbunătăți comportamentul de autoghidare.

O centrare mai bună a găurii poate fi valoroasă în săparea de tuneluri și explozii, deoarece deviația găurii afectează precizia forajului, sarcina, spațierea, plasarea încărcăturii, fragmentarea și supra-ruperea.

Mai puține blocaje și colțuri ciobite

În roca dură, fracturată, o daltă convențională poate atinge fundul găurii de-a lungul unei linii înguste. Acest lucru poate face colțurile exterioare vulnerabile la blocare sau ciobire.

O configurație cu muchii multiple poate crește suprafața de contact și poate distribui sarcina mai larg. Atunci când este combinată cu o curățare eficientă, aceasta poate reduce incidentele cu burghiul blocat și deteriorarea muchiilor.

Îmbunătățirea spălării

Micile caneluri descrise în articolul sursă pot deveni parte a traseului de spălare. Atunci când sunt conectate corespunzător cu orificiile de aer sau apă ale burghiului, acestea ajută la ghidarea deșeurilor de foraj spre exterior, dinspre fața de tăiere.

O curățare bună este esențială în forajul de rocă. Dacă deșeurile rămân la fundul găurii, sapa concasează din nou materialul spart în loc să spargă roca proaspătă. Acest lucru crește consumul de energie, căldura, abraziunea și uzura sculelor.

Avantajele reascuțirii

Rectificarea este esențială pentru burghiele de daltă cu vârf de carbură. Provocarea cu un burghiu convențional este că colțurile exterioare puternic uzate pot necesita îndepărtarea substanțială de material pentru a restabili profilul original. Acest lucru poate consuma carbură, poate crește timpul de rectificare și poate face dificilă menținerea unei geometrii consistente fără calibre adecvate.

Un burghiu modificat poate simplifica reascuțirea deoarece uzura poate rămâne mai localizată la muchiile exterioare înclinate. În unele cazuri, porțiunea centrală poate necesita o îndepărtare mai mică de material. Acest lucru poate reduce volumul de muncă de șlefuire și poate conserva carbura utilizabilă.

Totuși, rectificarea trebuie efectuată cu atenție. Căldura excesivă poate deteriora carbura sau poate slăbi legătura dintre carbură și corpul burghiului. Pietrele abrazive grosiere pot lăsa zgârieturi adânci care devin puncte de inițiere a fisurilor. Călirea rapidă în apă după supraîncălzire poate crea, de asemenea, șoc termic și trebuie evitată, cu excepția cazului în care producătorul burghiului specifică un proces controlat.

Rectificarea trebuie efectuată de personal instruit, utilizând echipamentul corect, practicile de răcire, standardele de inspecție și geometria recomandată de furnizorul burghiului.

Considerații practice înainte de adopție

Un design modificat al burghiului de daltă trebuie testat înainte de utilizarea pe scară largă. Trebuie evaluați următorii factori:

• Duritatea rocilor, abrazivitatea și condițiile de fractură

• Energia de impact și viteza de rotație a instalației de foraj

• Diametrul găurii și rectilinietatea necesară a găurii

• Capacitate de spălare cu aer sau apă

• Oțel și carbură pentru biți

• Capacitatea existentă de rectificare

• Costul pe metru forat, inclusiv timpul de nefuncționare și manoperă

• Rata de penetrare comparativă și durata de viață a burghiului

Datele testelor istorice descrise în articolul sursă oferă idei utile, însă instalațiile de foraj moderne, clasele de carburi și condițiile de operare variază. Testele pe teren ar trebui planificate, măsurate și revizuite de personal calificat în foraj.

Concluzie

Daltele sunt unelte simple, dar mici modificări ale geometriei tăieturii pot avea un efect semnificativ asupra performanței de găurire. Prin introducerea muchiilor exterioare înclinate, a mai multor muchii tăietoare scurte și a unor caneluri de nivelare plasate corect, producătorii și antreprenorii pot reduce uzura colțurilor, pot îmbunătăți fragmentarea rocilor, pot susține o calitate mai bună a găurilor și pot reduce cererea de reascuțire.

Cel mai bun design al sapei este întotdeauna specific aplicației. O modificare reușită trebuie să corespundă formațiunii rocilor, instalației de foraj, sistemului de spălare, materialului sapei și practicilor de întreținere. Atunci când este validată prin teste controlate pe teren, geometria îmbunătățită a sapei daltă poate deveni o cale practică către o durată de viață mai lungă și costuri de foraj mai mici.