Găuri pentru șuruburi de rocă: De ce forajul determină dacă șurubul se ține

Un șurub de foraj este la fel de bun ca gaura în care intră. Puteți folosi cel mai înalt grad de oțel, cea mai bună cartușă de rășină și îl puteți strânge perfect conform specificațiilor - și tot se va defecta dacă gaura a fost forată la un unghi greșit, printr-un plan de fractură sau la diametrul greșit. Șurubul depinde de gaură. Iar gaura depinde de burghiul și de tija de foraj care au fost folosite pentru a o forma.

Fixarea cu șuruburi pentru acoperiș este cea mai comună metodă de susținere a terenului în mineritul subteran și săparea de tuneluri, și pe bună dreptate: este rapidă, flexibilă și costă mult mai puțin decât seturile de oțel sau căptușelile din beton torcretat. Dar viteza și costul redus funcționează doar dacă fixarea cu șuruburi este făcută corect. Iată ce înseamnă „"done right"” din perspectiva forajului - înainte ca șurubul să fie introdus.

Unghiul găurii: Geometria care determină totul

Un șurub de ancorare funcționează prin ancorarea în rocă competentă dincolo de zona fracturată sau de cedare, apoi aplicarea unei tensiuni pentru a comprima roca liberă pe roca stabilă din spatele ei. Pentru ca acest lucru să funcționeze, șurubul trebuie să intersecteze straturile de rocă la unghiul drept.

Regula fundamentală este ca șuruburile să fie instalate perpendicular pe suprafața rocii, ori de câte ori este posibil. Un șurub instalat la un unghi față de suprafață creează o distribuție asimetrică a tensiunii - o parte a șurubului este încărcată mai puternic decât cealaltă, placa de sprijin nu stă plată, iar forța efectivă de strângere a șurubului este redusă.

În roca stratificată sau laminată, unghiul ideal al șurubului este perpendicular pe planurile stratului de alunecare, nu neapărat perpendicular pe suprafața excavației. Un șurub care este paralel cu stratul de alunecare nu face aproape nimic - este ca și cum ai încerca să bați cuie prin paginile unei cărți de pe cotor. Paginile pot totuși aluneca una pe lângă alta deoarece cuiul este orientat în direcția de alunecare, nu transversal pe aceasta.

Găurirea unei găuri la un unghi precis, într-un spațiu subteran restrâns, cu un burghiu manual, este mai dificilă decât pare. Burghiul vrea să se miște când atinge prima dată roca. Operatorul se luptă cu greutatea burghiului. Terenul ar putea fi neregulat în locul marcat cu gulerul. Și dacă primii câțiva centimetri ai găurii nu sunt înclinați, restul găurii va fi la fel - nu poți ghida o tijă de foraj conică odată ce este în rocă.

Soluția constă în configurare: marcați clar locația găurii, poziționați burghiul astfel încât tija să fie la unghiul țintă înainte ca burghiul să atingă roca și începeți gaura cu o presiune de alimentare ușoară și o viteză de rotație redusă până când burghiul a stabilit un guler curat. Primele câteva secunde de găurire determină dacă șurubul care intră în acea gaură își va face treaba.

Adâncimea găurii: Nu vă opriți la fractură

O gaură de șurub prea superficială — care se oprește în interiorul zonei fracturate sau alterate în loc să ajungă la roca solidă — este un șurub ancorat în material care nu îl poate susține. Prima dată când solul se mișcă, punctul de ancorare se mișcă odată cu acesta, iar șurubul pierde tensiune.

Adâncimea necesară a găurii este determinată de lungimea șurubului, care este determinată de geologie. Șurubul trebuie să se extindă cu cel puțin 0,3 până la 0,5 metri dincolo de zona de fractură estimată, în roca competentă. Dacă zona de fractură are o grosime de 2 metri, aveți nevoie de un șurub de cel puțin 2,5 metri - iar gaura trebuie să fie suficient de adâncă pentru a acomoda întreaga lungime a șurubului plus cartușul de rășină.

Acest lucru pare evident. Ceea ce este mai puțin evident este că cerința privind adâncimea găurii are implicații asupra alegerii burghiului și a prăjinii de foraj. O gaură adâncă pentru șuruburi - 3 metri sau mai mult, ceea ce este comun în minele cu deschideri mari - necesită o prăjină de foraj suficient de lungă pentru a atinge acea adâncime fără a adăuga extensii la mijlocul găurii. Este nevoie de un burghiu care poate găuri drept la acea adâncime fără a se mișca. Și are nevoie de un flux fluid suficient de puternic pentru a elimina deșeurile dintr-o gaură care este mai lungă decât înălțimea operatorului.

Zone de fractură: Gaura pe care nu o poți vedea

Cea mai proastă gaură pentru șurub este cea găurită direct într-un plan de fractură și care iese pe cealaltă parte în pământ afânat. Șurubul intră, rășina se întărește, totul arată bine - iar prima dată când pământul se încarcă, șurubul se scoate pentru că era ancorat într-un bloc care nu era atașat de nimic solid.

Responsabilitatea fororului este să fie atent la ceea ce spune burghiul. Când sapa atinge o zonă de fractură, rata de penetrare se schimbă - de obicei, se accelerează pe măsură ce sapa pătrunde în teren deschis sau crăpat. Sunetul burghiului se schimbă - impactul devine mai puțin ascuțit, mai gol. Returul la nivel cu apă ar putea scădea pe măsură ce apa sau aerul la nivel cu apă se scurg în fractură în loc să se întoarcă în gaură.

Oricare dintre aceste semnale înseamnă că gaura a intersectat o fractură semnificativă. Dacă se întâmplă în apropierea adâncimii țintă, șurubul ar putea fi încă viabil - fractura ar putea fi deasupra zonei de ancorare. Dacă se întâmplă mai devreme, gaura trebuie abandonată și găurită din nou într-o altă locație sau unghi. Continuarea forării într-o zonă de fractură și instalarea unui șurub acolo înseamnă instalarea unui șurub care este deja compromis.

Îmbinarea cu șuruburi din rășină: chimia care necesită găuri curate

Șuruburile ancorate cu rășină — cel mai comun tip în mineritul modern — se bazează pe un cartuș de rășină din două componente care este introdus în gaura din fața șurubului. Când șurubul este rotit în gaură, acesta rupe cartușul, amestecă rășina și întăritorul, iar amestecul se fixează în jurul șurubului pentru a forma o ancoră chimică.

Pentru ca rășina să se lipească corect, peretele găurii trebuie să fie curat. Praful de rocă, deșeurile de foraj sau noroiul rămas în gaură în urma forajului vor împiedica rășina să intre în contact complet cu roca, reducând rezistența legăturii. O gaură plină de deșeuri va împiedica, de asemenea, rășina să curgă în spațiul inelar dintre șurub și peretele găurii - rășina este împinsă afară din gaură, în loc să intre în spațiu.

Soluția constă într-un debit de spălare adecvat în timpul forajului și o purjare finală după ce gaura atinge adâncimea. Lăsați apa sau aerul de spălare să curgă încă câteva secunde după ce burghiul se oprește din avans pentru a îndepărta orice deșeuri rămase din gaură. Durează câteva secunde și îmbunătățește semnificativ fiabilitatea legăturii cu rășină.

Conexiunea găurire-șurubare

Instalarea și forarea rocilor cu șuruburi sunt de obicei gestionate de echipe diferite - forajerii fac găurile, iar forajerii instalează șuruburile. Însă calitatea instalării este determinată în etapa de foraj. Un șurub instalat într-o gaură forată prost - unghi greșit, adâncime greșită, pereți murdari ai găurii - se va deteriora indiferent de cât de atent este instalat.

Pentru forator, aceasta înseamnă să înțeleagă că acele găuri pentru șuruburi nu sunt doar găuri. Ele reprezintă fundația sistemului de susținere a solului, iar burghiul și tija de foraj care le-au format sunt prima verigă din lanțul de siguranță.