Cauzele defectului ciocanului DTH în forajul în rocă dură — explicarea a patru categorii principale de defecte
În forajul în rocă dură cu ciocane în gaură (DTH), duritatea ridicată a formațiunii, sarcinile mari de foraj și mediile de lucru dure cresc probabilitatea apariției unei game de defecte. Aceste defecte afectează direct rata de penetrare, calitatea găurii și durata de viață a echipamentului. Pe baza condițiilor cheie ale forajului în rocă dură, defecțiunile comune se împart în patru grupe: degradarea performanței la impact, uzură/lipire mecanică, anomalii ale sistemului de îndepărtare a deșeurilor și defecțiuni de transmisie a puterii. Următoarea analizează simptomele și cauzele principale ale fiecărui grup.
Degradarea performanței la impact Simptom și efect: o scădere bruscă a eficienței de spargere a rocilor. Semnele tipice sunt reducerea forței de impact și a frecvenței de impact mai scăzute; sapa nu mai poate fractura eficient roca dură, iar penetrarea încetinește dramatic sau se oprește. Principalele cauze includ:
1.1 Probleme de alimentare cu energie electrică
În cazul ciocanelor pneumatice (acționate cu aer), presiunea insuficientă a compresorului (sub intervalul 0,6–1,2 MPa necesar de obicei pentru forarea în rocă dură), fluxul de aer instabil sau scurgerile/blocajele de aer din conducta de alimentare reduc presiunea disponibilă pentru acționarea pistonului.
În cazul ciocanelor hidraulice, presiunea insuficientă a pompei sau contaminarea cu ulei hidraulic și pasajele înfundate reduc forța de acționare a ciocanului.
Contaminanții din mediul de alimentare (umezeala sau praful din aerul comprimat; particulele metalice din uleiul hidraulic) accelerează uzura etanșărilor și reduc și mai mult eficiența mediului.
1.2 Defecțiuni interne ale distribuției aerului/fluxului
Ciocanele de tip supapă prezintă în mod obișnuit uzură, deformare sau blocare a plăcii supapei, ceea ce perturbă comutarea la timp a supapei și împiedică pistonul să realizeze o mișcare alternativă de înaltă frecvență.
Proiectele fără supape pot fi afectate de uzura sau înfundarea canalelor de curgere ale pistonului/cilindrului; acumularea de resturi întârzie inversarea curgerii, perturbă ciclul de impact și reduce considerabil puterea de impact.
1.3 Probleme ale interfeței piston-bit
Impacturile de înaltă frecvență asupra burghiului provoacă uzură severă a feței pistonului și a cozii burghiului; jocul crescut la interfața de contact duce la pierderi de energie în timpul transferului.
Instalarea excentrică a burghiului sau știfturile de fixare slăbite pot provoca lovituri descentrate ("misstrikesddhhh), reducând eficiența impactului și accelerând uzura localizată.
Uzură mecanică, blocare și defecțiuni structurale Simptome și efecte: cauze ale timpilor de nefuncționare. Sub impacturi de înaltă frecvență și cuplu de rotație, piesele mecanice se uzează excesiv, se blochează sau se rup. Manifestările comune includ blocarea pistonului, deteriorarea garniturii de foraj și uzura subansamblurilor față/spate, cu următoarele cauze principale:
2.1 Blocarea și uzura pistonului
Sarcinile mari intensifică frecarea dintre piston și peretele cilindrului. Lubrifierea inadecvată (de exemplu, lipsa lubrifierii regulate la ciocanele pneumatice sau lubrifierea degradată a uleiului hidraulic învechit) și pătrunderea deșeurilor de rocă pot reduce jocurile și pot provoca blocarea pistonului. Funcționarea pe termen lung și de înaltă frecvență uzează, de asemenea, suprafața pistonului și poate produce fisuri; în cazuri grave, pistonul se poate fractura.
2.2 Deteriorarea garniturii de foraj
Garnitura de foraj trebuie să transmită cuplul și să susțină greutatea ciocanului. Dacă rezistența materialului garniturii de foraj este insuficientă, filetul este slăbit sau are loc o deviere a găurii, garnitura poate experimenta momente de încovoiere suplimentare, ceea ce duce la flambaj, deformare sau rupere a filetului. Abraziunea cauzată de deșeurile de rocă de pe peretele exterior accelerează, de asemenea, uzura și scurtează durata de viață.
2.3 Deteriorarea îmbinărilor și a garniturilor
Subansamblurile față și spate sunt componente de conectare critice; sub vibrații și cuplu intens, filetul acestora se poate deforma sau strica. Garniturile (inele O, inelele de etanșare) sunt expuse la medii abrazive și temperaturi ridicate (căldura generată la burghiu poate fi transmisă către ciocan); garniturile îmbătrânesc și se crapă, provocând scurgeri ale mediului abraziv și permițând pătrunderea deșeurilor în ansamblurile interne, ceea ce accelerează uzura.
Anomalii ale sistemului de îndepărtare a detritusurilor Simptom și efect: întreruperi ale forajului continuu. Detritusurile din rocă dură sunt de obicei dure și grosiere; atunci când sistemul de îndepărtare a detritusurilor nu funcționează corespunzător, apar probleme precum colmatarea găurii și evacuarea deficitară a detritusurilor. Simptomele includ acumularea de detritusuri în gaură, sapa îngropată, creșterea bruscă a rezistenței la foraj și, în cazuri grave, blocarea țevii. Cauze principale:
3.1 Mediu de transport insuficient pentru butași
Ciocanele pneumatice pot avea un volum insuficient de aer de spălare; ciocanele hidraulice pot avea un debit insuficient de fluid de spălare; oricare dintre aceste condiții împiedică îndepărtarea la timp a deșeurilor de la fundul găurii. Uzura sau deformarea pasajelor de transport (de exemplu, gaura centrală a burghiului, alezajul central al pistonului) din cauza transportului prelungit al deșeurilor abrazive poate îngusta canalele și poate reduce și mai mult eficiența evacuării.
3.2 Neconcordanță între parametrii de foraj și îndepărtarea deșeurilor
Dacă rata de penetrare este prea mare, deșeurile generate depășesc capacitatea sistemului de îndepărtare. Setările incorecte ale vitezei de rotație sau ale forței de împingere a burghiului pot produce deșeuri prea grosiere care nu pot trece prin pasajele de curgere, provocând acumulare și blocaje.
3.3 Devierea găurii și depunerea deșeurilor
Devierea găurii în timpul forajului creează puncte adânci pe peretele găurii unde se acumulează deșeuri care nu sunt transportate eficient de mediul de spălare. În timp, aceste depuneri formează un pat compactat de deșeuri care obstrucționează avansul ciocanului și acțiunea sapei.
Defecțiuni la transmisia puterii Simptome și efecte: întreruperi ale forajului din cauza transmisiei de cuplu întrerupte sau a netransmiterii energiei de impact către sapă. Aceste defecțiuni apar frecvent la interfețele garnitură de foraj/ciocan și ciocan/sapă. Cauze principale:
4.1 Conexiuni slăbite sau deteriorate
Filetele slăbite sau decojite dintre garnitura de foraj și partea inferioară a ciocanului sau uzura știfturilor/canelurilor de fixare împiedică transferul fiabil al cuplului și opresc rotirea ciocanului odată cu garnitura de foraj.
Uzura sau deformarea componentelor de conectare frontală a subcapătului/axului ciocanului (piulițe de blocare, inele de siguranță etc.) poate face ca suportul capului să se slăbească, producând lovituri uscate în care energia de impact nu este transmisă rocii, iar rotația sincronă se pierde, producând o uzură neuniformă a dinților capului.
4.2 Deteriorarea bitului provoacă defecțiuni ale transmisiei
Frezele de foraj (butoane din carbură de tungsten, freze cu diamant policristalin) utilizate în forajul pentru rocă dură sunt predispuse la uzură, ciobire sau desprindere. O freză deteriorată nu poate angaja eficient formațiunea, astfel încât energia de impact nu se transferă prin freze în rocă și, în schimb, se transmite înapoi în structura internă a ciocanului, crescând încărcările interne de șoc și provocând defecțiuni secundare.
Rezumat și factori principali de influență În general, defecțiunile frecvente ale ciocanelor DTH în forajul în rocă dură provin din caracteristicile predominante ale condițiilor de lucru: sarcini mari și medii dure. Factorii principali de influență pot fi grupați în trei categorii:
Compatibilitate inadecvată a echipamentelor: modelul ciocanului, tipul sapei sau materialele componentelor nepotrivite pentru condițiile de rocă dură.
Funcționare și întreținere necorespunzătoare: setări nerealiste ale parametrilor de găurire, necurățare și lubrifiere regulată necorespunzătoare și înlocuire cu întârziere a pieselor uzate.
Coordonare deficitară a sistemelor auxiliare: alimentare instabilă cu energie electrică și mediu și neconcordanță între capacitatea de îndepărtare a deșeurilor și ciclul de foraj.
Identificarea cauzelor principale ale acestor tipuri de defecțiuni oferă o bază pentru depanare și măsuri preventive pentru a asigura foraj continuu și eficient în rocă dură.
