Potrivirea ciocanului DTH și a burghiului: De ce problemele legate de forajul în rocă dură sunt de obicei o nepotrivire a echipamentului

Dacă ați stat vreodată lângă o platformă de foraj DTH în granit dur și ați urmărit cum rata de penetrare se oprește în timp ce compresorul urlă la putere maximă, probabil ați auzit pe cineva spunând: "Piatra asta e pur și simplu prea dură." Și uneori asta e adevărat. Dar mult mai des, roca este exact atât de dură pe cât ar trebui să fie - problema este că combinația de ciocan și burghiu a fost aleasă pentru o altă sarcină.

Forajul în fundul găurii este un sistem. Ciocanul, burghiul, presiunea aerului și roca trebuie să fie de acord. Când nu sunt de acord, apar simptomele pe care toată lumea le pune pe seama terenului: penetrare lentă, burghie blocate, uzură excesivă, găuri care deviază de la curs. Dacă rezolvi problema, roca devine brusc mult mai cooperantă.

Standardul de 115 milimetri: Când un ciocan de 4 inci este banii inteligenți

Pentru găuri de explozie, puțuri de apă și foraje de explorare cu diametrul de 115 milimetri, prin formațiuni de la medii la dure - calcar, zăcăminte de cărbune și majoritatea zăcămintelor de aur și molibden - ciocanul DTH de 4 inci, asociat cu o sapă de 115 mm, este combinația care echilibrează viteza, costul și fiabilitatea mai bine decât orice altceva din clasa sa.

De ce 4 inci pentru 115 mm? Diametrul pistonului unui ciocan de 4 inci oferă suficientă suprafață a feței de impact pentru a furniza o energie de percuție egală cu cea pe care o față a sapei de 115 mm o poate absorbi în mod util. Dacă alegeți un diametru mai mic - să zicem, un ciocan de 3,5 inci care împinge un sapeu de 115 mm printr-un adaptor - energia de impact per lovitură este prea mică pentru diametrul sapei. Fața sapei nu primește suficientă densitate de energie pentru a crea cratere adecvate în roca dură, iar rata de penetrare are de suferit, chiar dacă compresorul funcționează la fel de intens.

Dacă alegeți un ciocan mai mare — un ciocan de 5 inci pe un burghiu de 115 mm — veți injecta mai multă energie în burghiu decât sunt proiectate să suporte corpul burghiului și plăcuțele din carbură. Surplusul de energie nu se traduce într-o găurire mai rapidă; se traduce printr-o sarcină de șoc care ciobește plăcuțele din carbură, ciobește tija burghiului și trimite vibrații în sus pe garnitura de burghiu, scurtând durata de viață a tuturor elementelor de deasupra ciocanului.

Perechea de 4 inch/115 mm se situează în punctul ideal. Ciocnitorul funcționează suficient de rapid pentru a menține o frecvență ridicată de lovire - importantă în roca dură, unde este nevoie de multe evenimente de impact pe minut - dar fiecare lovitură individuală transportă suficientă energie pentru a fractura roca, în loc să ricoșeze pur și simplu de ea. Și pentru că sistemul nu este suprapresiunat, consumul de aer rămâne gestionabil. Nu rulați compresorul la limita roșie în toate turele doar pentru a menține ciclurile ciocanului.

În practică, această combinație preia confortabil calcarul și roca de cărbune la o presiune moderată a aerului. În formațiuni mai dure - granit, bazalt, cuarțit - va trebui să creșteți presiunea, dar ciocanul și burghiul sunt proiectate să o suporte. Profilul butonului din carbură de pe un burghiu DTH de 115 mm pentru rocă dură, cu specificații corecte, va fi sferic sau balistic, mai degrabă decât conic, oferindu-vă rezistență la impact în detrimentul unei anumite viteze de penetrare. Acest compromis merită făcut atunci când alternativa este butonii ciobiți și o desprindere a burghiului la mijlocul găurii.

Provocarea de 140 de milimetri: Când ai nevoie de ceva mai mare

Executați găuri cu diametrul de până la 140 mm în formațiuni cu duritate ridicată - minereu de fier, porfir dens de cupru, bazalt nealterat - și jocul se schimbă complet. Suprafața feței de perforare crește cu aproape 50% față de 115 mm, ceea ce înseamnă că ciocanul trebuie să furnizeze proporțional mai multă energie de impact per lovitură doar pentru a menține aceeași densitate de energie pe fața rocii. Un ciocan de 4 inci nu poate face asta. Aveți nevoie de unul de 5 inci.

Ciocanul DTH de 5 inci are un piston mai mare cu o cursă mai lungă, oferind loviturile mai profunde și mai puternice de care are nevoie o față de sapă de 140 mm pentru a fractura eficient roca dură. Frecvența de lovire este mai mică decât la un ciocan de 4 inci - acesta este compromisul pentru o energie mai mare per lovitură - dar în roca dură cu diametru mare, energia de lovire contează mai mult decât frecvența de lovire. O sută de lovituri puternice care fracturează efectiv roca vor avansa gaura mai repede decât două sute de lovituri ușoare care doar ciobesc suprafața.

Și designul sapei se schimbă. O sapă DTH de 140 mm pentru rocă dură are nevoie de un corp mai robust, cu fante mai adânci pentru deșeuri, pentru a gestiona volumul mai mare de deșeuri produse pe metru. Găurile de spălare sunt mai mari și poziționate pentru a direcționa aerul exact acolo unde rândul de calibru are nevoie de răcire - butoanele exterioare depun mai mult efort pe rotație decât butoanele centrale, deoarece acestea se deplasează mai departe, deci au nevoie de o răcire mai activă. Dacă spălarea nu este corectă la calibru, butoanele exterioare se supraîncălzesc și se uzează prematur, iar diametrul găurii începe să se micșoreze în primii douăzeci de metri.

Găurirea la adâncime de 140 mm adaugă o altă complicație: evacuarea așchiilor pe distanțe lungi. La 50 de metri și peste, viteza aerului în inelul perforator poate scădea suficient încât așchiile mai grele să înceapă să se așeze în loc să curgă afară. Consumul mai mare de aer al ciocanului de 5 inch - care este un aspect de cost în găurile superficiale - devine un avantaj în găurile adânci, deoarece volumul mai mare de aer menține o viteză inelară mai bună și menține gaura mai curată.

Cum să identifici o nepotrivire înainte să te coste o tură

Semnele unei potriviri nepotrivite ciocan-bit apar rapid dacă știi la ce să te uiți:

Rata de penetrare scade de pe o stâncă dură, dar compresorul funcționează bine.Ciocanul este subdimensionat pentru diametrul sapei. Nu primești suficientă energie de impact per lovitură pentru a fractura roca, așa că sapa practic apasă pe loc.

Butoanele din carbură se ciobesc sau se sparg în primele găuri.Ciocanul este supradimensionat pentru burghiu. Energia de impact este prea mare, iar plăcuțele din carbură - care sunt specificate pentru un anumit interval de energie - preiau sarcini de impact dincolo de limitele lor de proiectare. Soluția este fie un ciocan mai mic, fie un burghiu cu butuci din carbură mai puternici, evaluați pentru impacturi mai mari.

Gaura este în derivă, mai ales la adâncime.Aceasta poate fi o problemă cu ciocanul (pistonul nu lovește corect) sau o problemă cu burghiul (rândul de calibre se uzează neuniform), dar este adesea o problemă de potrivire în care energia de lovire a ciocanului nu este centrată pe distribuția masei burghiului. Asigurați-vă că lungimea tijei burghiului și mandrina ciocanului sunt compatibile - un burghiu prea scurt sau prea lung pentru ciocan va primi un impact în afara axei.

Consum excesiv de aer fără o îmbunătățire corespunzătoare a penetrării.Folosești o presiune mai mare decât cea necesară sistemului, de obicei pentru că cineva încearcă să compenseze o nepotrivire prin creșterea compresorului în loc să repare perechea ciocan-bit. Mai mult aer nu corectează o dimensiune fundamental greșită a ciocanului.

Concluzia

În forajul DTH, ciocanul și sapa formează o pereche potrivită. Sunt proiectate ca un sistem, testate ca un sistem și funcționează ca un sistem. Amestecarea mărcilor sau dimensiunilor pentru că „"it se potrivește” sau „"it” era ceea ce aveam în camion „"h” este modul în care transformi un program de foraj de rutină într-un exercițiu de depanare. Alegeți ciocanul pentru dimensiunea găurii, alegeți sapa pentru rocă și asigurați-vă că sunt proiectate să funcționeze împreună. Fă asta, și roca dură nu mai este problema - devine pur și simplu lucrarea.