Cerințe de proiectare, fabricație și întreținere a sculelor de foraj pentru roci
O unealtă de foraj pentru rocă este un sistem complet de transfer de energie. Foreza pentru rocă creează impact și rotație, adaptorul tijei și oțelul de foraj transmit această energie, iar burghiul o aplică rocii. Dacă vreo parte a acestui lanț devine o verigă slabă, eficiența forajului, precizia găurii, durata de viață a sculei și costul de operare sunt afectate.
Pentru lucrări miniere, de excavare a tunelurilor, de exploatare a carierelor și de infrastructură, performanța bună a forajului nu provine dintr-o singură componentă. Aceasta necesită echipamente compatibile, o proiectare corectă a sculelor, o calitate stabilă a fabricației, materiale adecvate, un tratament termic adecvat și o utilizare atentă pe teren.
Scopul este simplu: transferul eficient al energiei, spargerea eficientă a rocilor, menținerea conexiunilor fiabile, reducerea timpilor de nefuncționare și atingerea celui mai mic cost practic per metru forat.
Cerințe de bază pentru uneltele de foraj pentru roci
Un sistem de scule de găurire fiabil ar trebui să îndeplinească câteva cerințe generale:
Transfer eficient al energiei de impact și rotație
Capacitate eficientă de spargere a rocilor
Compatibilitatea cu forajul de rocă și formațiunea de rocă
Structură simplă, durabilă și fabricabilă
Proceduri practice de întreținere și reascuțire
Durată de viață stabilă și funcționare economică
Rezistență la oboseală, abraziune, coroziune și uzură a conexiunilor
Fiecare componentă are condiții de funcționare diferite. O tijă de foraj trebuie să reziste impactului, îndoirii, torsiunii și coroziunii. Corpul unui burghiu trebuie să susțină inserțiile din carbură, rezistând în același timp la uzură și fisuri. O conexiune filetată trebuie să transmită energia fără a se slăbi sau a se uza prin frecare. Aceste cerințe diferite trebuie luate în considerare în timpul proiectării și fabricației.
Proiectare integrală a oțelului de găurit
Oțelul integral pentru burghiu combină coada, corpul tijei și burghiul într-o singură componentă. Deoarece nu poate fi separat în piese înlocuibile, designul său ar trebui să vizeze o durată de viață echilibrată în toate secțiunile.
Dacă o secțiune se defectează mult mai devreme decât celelalte, valoarea economică a sculei complete este redusă. De exemplu, un burghiu puternic are o valoare redusă dacă capătul tijei obosește devreme, iar un corp de tijă durabil nu compensează uzura rapidă a burghiului.
Tratamentul termic este deosebit de important. Diferite zone ale unui oțel integral de găurit pot necesita niveluri diferite de duritate și tenacitate. O zonă înmuiată creată în timpul fabricației poate afecta semnificativ durata de viață la oboseală. Dacă această zonă este situată într-o zonă cu solicitări mari, unde se combină undele de impact, riscul de fractură poate crește.
Capătul tijei necesită o duritate superficială bună pentru rezistență la uzură și o tenacitate internă suficientă pentru a absorbi impactul repetat. Tranziția dintre zonele dure și cele tenace trebuie să fie graduală. Schimbările bruște ale durității sau microstructurii pot crea concentrații de stres și pot reduce fiabilitatea.
Rectangularitate, starea suprafeței și durata de viață la oboseală
Calitatea suprafeței oțelului de foraj are un efect direct asupra performanței la oboseală. Defectele mici pot deveni puncte de inițiere a fisurilor sub impact repetat.
Defectele potențial dăunătoare includ:
Zgârieturi și lovituri
Gropi de coroziune
Straturi de suprafață decarburate
Crusta de oxid
Semne de identificare ascuțite
Urme de prelucrare brută
Raze de tranziție mici la umeri
Capătul tijei nu este liniar
Fețe de tijă neperpendiculare
Un capăt al tijei care nu este perpendicular pe axa tijei poate crea o sarcină excentrică la impact. Aceasta poate accelera oboseala tijei de foraj, deteriora suprafața pistonului forajului de rocă, crește uzura canelurilor și poate crea vibrații și zgomot inutile.
Producătorii ar trebui să utilizeze proceduri controlate de prelucrare, tratament termic, îndreptare și inspecție. Antreprenorii ar trebui să scoată din funcțiune tijele deteriorate înainte ca defectele de suprafață să se transforme în fisuri de oboseală.
Protecție împotriva coroziunii și cioplire cu alice
Uneltele de foraj pentru roci funcționează adesea în medii umede și corozive. Apa de mină, fluidele de foraj și umiditatea din depozitare pot crea gropi de coroziune care reduc rezistența la oboseală.
Protecția împotriva coroziunii trebuie să acopere atât suprafața exterioară a tijei, cât și orificiul de spălare intern, acolo unde este cazul. Se pot utiliza acoperiri pe bază de fosfați, uleiuri protectoare, ceruri sau alte sisteme aprobate de prevenire a coroziunii, în conformitate cu procesul producătorului și cu cerințele locale de mediu.
De asemenea, ciocănirea cu alice poate îmbunătăți performanța la oboseală. Introduce tensiune de compresiune în stratul superficial, ajutând la rezistența la inițierea fisurilor. Dimensiunea exactă a alicei, viteza, acoperirea și controlul procesului trebuie validate pentru oțelul și geometria specifică a burghiului. Valorile istorice ale procesului sunt referințe utile, dar nu ar trebui adoptate fără confirmare inginerească.
Proiectarea burghiului și selecția carburii
Burghiul trebuie să corespundă tipului de rocă, metodei de foraj, diametrului găurii și puterii instalației de foraj. Burghiele cu lamă, cele în cruce, cele cu buton și alte modele au puncte forte și limitări diferite.
Burghiele cu lamă sunt simple și pot fi utile în forajul superficial sau în găuri mai mici. Cu toate acestea, muchiile lor tăietoare se pot uza neuniform și pot fi mai limitate în diametre mari sau în condiții dificile de rocă.
Frezele cu buton oferă amplasamente flexibile ale butonilor și spargerea rocilor în mai multe puncte. Acestea pot oferi o eficiență mai mare, o retenție mai bună a calibrului și intervale de reascuțire mai lungi în aplicații adecvate. Numărul butonului, diametrul, proiecția, distanțarea, înclinarea și designul de ascuțire trebuie selectate ca sistem.
Selecția carburii necesită un echilibru între rezistența la uzură și tenacitate. O calitate mai dură de carbură poate rezista mai bine la abraziune, dar poate fi mai sensibilă la suprasarcină, șoc termic și rectificare deficitară. O calitate mai dură poate supraviețui mai bine impactului și rocilor variabile, dar se poate uza mai repede în formațiuni foarte abrazive.
Prin urmare, gradul corect de carbură trebuie confirmat prin teste pe teren, luând în considerare abrazivitatea rocii, duritatea, starea de fractură, energia de găurire, spălarea și durata de viață dorită.
Retenția butonului și rezistența corpului bitului
Burghiele pentru nasturi pot fi fixate prin inserție la cald sau prin presare la rece. În cazul inserției la cald, corpul burghiului încălzit se extinde, permițând instalarea nasturilor înainte ca oțelul să se contracte în timpul răcirii. În presarea la rece, nasturii sunt forțați în găuri printr-o potrivire controlată cu interferență.
Ambele metode necesită dimensiuni precise ale găurii și o interferență adecvată. Interferența excesivă poate fisura carbura sau deforma plastic corpul burghiului. Interferența insuficientă poate permite mișcarea sau pierderea butonului.
Corpul burghiului trebuie să rămână suficient de rezistent pentru a susține butonii în timpul găuririi, în special la nivelul ecartamentului. Butonii ecartamentului sunt supuși unui contact semnificativ cu pereții laterali și abraziunii. Dacă găurile butonilor se deformează, butonii ecartamentului se pot slăbi, iar burghiul își poate pierde rapid diametrul.
Un design bun al bitului buton necesită și un spațiu de curățare adecvat. Îndepărtarea deficitară a așchiilor crește riscul de rectificare, căldură, abraziune și consumul de energie. Canalele frontale și găurile de curățare bine proiectate ajută la îndepărtarea așchiilor de la fundul găurii.
Utilizarea și întreținerea corectă pe teren
Chiar și uneltele de găurit premium se pot defecta devreme atunci când sunt utilizate incorect. O rutină de operare disciplinată este esențială.
În timpul forjării colierei, aplicați un impact controlat și reduceți forța de avans până când gaura este stabilită. Odată ce burghiul este ghidat corect, găurirea poate continua la setările de funcționare recomandate. Avansul excesiv poate crește tensiunea de încovoiere și poate accelera uzura burghiului. Avansul insuficient poate crea tensiuni de tracțiune dăunătoare și o găurire ineficientă.
Evitați lovirea uneltelor de găurit cu ciocanele în timpul instalării sau demontării. Folosiți unelte dedicate pentru îndepărtare. Deteriorarea externă cauzată de ciocane, pietre sau manipularea necorespunzătoare poate reduce semnificativ durata de viață la oboseală.
Mențineți conexiunile filetate curate și lubrifiate cu unsoare adecvată pentru filete. Un manșon de cuplare sau o zonă filetată fierbinte pot indica frecare excesivă, potrivire necorespunzătoare, contaminare sau uzură. Cuplajele și tijele deteriorate trebuie reparate sau înlocuite înainte de a deteriora alte componente.
Nu permiteți niciodată tragerea prelungită cu cartușul gol, în care pistonul burghiului lovește oțelul burghiului fără ca burghiul să fie sprijinit pe rocă. Acest lucru poate crea o tensiune de tracțiune reflectată severă și poate deteriora plăcuțele din carbură, elementele de fixare a butonului, capetele tijei și tijele de burghiu.
Rectificați din nou burghiele înainte ca uzura să devină excesivă. Muchiile așchietoare uzate excesiv sunt dificil de restaurat fără a irosi carbură și este posibil să fi creat deja deteriorări care reduc performanța sculei. Rectificarea trebuie efectuată folosind discuri adecvate, presiune moderată și metode de răcire adecvate pentru a preveni supraîncălzirea și fisurarea.
Concluzie
Performanța sculelor de foraj depinde de un sistem complet de proiectare, materiale, fabricație, operare și întreținere. Oțelul rezistent pentru foraj nu este suficient. O geometrie bună a sapei nu este suficientă. Întreaga garnitură de foraj trebuie să fie compatibilă cu instalația de foraj, formațiunea de rocă și obiectivul de foraj.
Prin controlul calității suprafeței, tratamentului termic, protecției împotriva coroziunii, selecției carburilor, retenției butonului, designului de spălare și practicii operatorului, contractorii de foraj pot îmbunătăți consecvența penetrării, pot reduce timpii de nefuncționare neplanificați și pot prelungi durata de viață utilă a sculelor de foraj.
