Forajul în rocă dură nu se va „bloca”! Trei sfaturi esențiale pentru ajustarea parametrilor
Formațiunile de rocă dură (tipificate de granit, bazalt etc.) au o duritate și o tenacitate ridicate, impunând cerințe stricte privind potrivirea parametrilor de foraj. Reglarea corectă a vitezei de rotație, a presiunii de foraj (WOB/presiunea sapei) și a îndepărtării deșeurilor (spălare) este esențială pentru îmbunătățirea ratei de penetrare și reducerea uzurii echipamentelor. În continuare se explică logica de ajustare și regulile practice pentru forajul în rocă dură în funcție de acești trei parametri principali.
Viteză de rotație: viteză redusă pentru o rupere eficientă. Datorită durității ridicate a rocii dure, forajul se efectuează în mod normal la viteze mici de rotație, astfel încât dinții sapei să aibă suficient timp de contact pentru a sparge roca. Roca dură este densă, cu puține fracturi naturale; sapele conice de tip dințat trebuie să preseze și să se fixeze în formațiune în timp. Dacă viteza este prea mare, timpul de contact al dinților este scurtat drastic, iar aceștia vor aluneca de pe față înainte de a se produce ruperea eficientă. Această „frezare cu aer” nu numai că nu reușește să îmbunătățească penetrarea, dar accelerează și uzura sapei.
În practică, vitezele de rotație pentru forarea rocii dure sunt de obicei controlate în intervalul 30-60 rpm. De exemplu, la forarea granitului, creșterea vitezei la 100 rpm face ca dinții să alunece rapid pe suprafață și să producă doar zgârieturi superficiale, fără a penetra masa rocii. Reducerea vitezei la aproximativ 40 rpm permite dinților să rămână în contact cu fața și să aplice o presiune susținută; acțiunea de pană și duritatea dintelui despică progresiv roca, crescând eficiența de rupere cu peste 30%, reducând în același timp semnificativ uzura burghiului.
Presiunea de foraj: se aplică o presiune suficientă pentru a depăși rezistența rocii. Roca dură are adesea o rezistență la compresiune ridicată (de obicei 100 MPa), așadar este necesară o presiune de foraj adecvată pentru a depăși rezistența și a introduce dinții sapei în formațiune. O presiune insuficientă face ca dinții să alunece pe suprafață și să producă un efect de „derapare”; o presiune mai mare adecvată permite dinților să pătrundă în tensiunile de la suprafață, să ajungă la fisuri interne sau goluri intercristaline și să spargă roca prin acțiune combinată de extrudare și forfecare.
În practica inginerească, presiunea de foraj în operațiunile de exploatare a rocii dure este de obicei stabilită în jurul a 3-5 MPa. De exemplu, în mineritul minereului dur, dacă presiunea burghiului este de numai 2 MPa, dinții nu pot stabili puncte de rupere eficiente, iar rata de penetrare poate fi sub 0,5 m/h; creșterea presiunii la 4 MPa permite o angrenare mai profundă a dinților, cicluri periodice de solicitare pentru mărirea fracturilor și rate de penetrare de 1,2-1,5 m/h, cu o integritate mai bună a rocii sparte pentru manipularea ulterioară.
Îndepărtarea deșeurilor (spălare): spălare suficientă pentru a menține o față de lucru curată. Deși deșeurile de rocă rezultate din forajul în rocă dură sunt relativ fine, penetrarea lentă facilitează acumularea deșeurilor în partea de jos a găurii, creând un cerc vicios de „re-spărgere” - deșeurile compactate împiedică sapa să intre în contact cu roca proaspătă, cresc uzura și irosesc energie pentru re-concasarea deșeurilor, reducând eficiența generală. Scopul principal al ajustării îndepărtării deșeurilor este de a asigura un debit adecvat de fluid de spălare, astfel încât deșeurile să fie evacuate prompt.
Pentru forajul în rocă dură, debitele de spălare sunt de obicei controlate la 40–80 l/min. De exemplu, într-un proiect de tunel subteran în rocă dură, un debit inițial de spălare de 30 l/min a dus la acumularea de 5–8 cm de detritus la fund; sapa trebuia înlocuită la fiecare 2 ore, iar înălțimea zilnică a fost sub 8 m. După creșterea debitului la 60 l/min, reziduurile de la fund au fost menținute sub 1 cm, durata de viață a sapei s-a prelungit peste 8 ore, înălțimea zilnică a crescut la 15–18 m, iar costurile de achiziție a sapei au scăzut cu aproximativ 40% datorită uzurii reduse.
Coordonarea parametrilor: logica centrală a celor trei împreună. Ajustarea parametrilor pentru forajul în rocă dură nu este optimizarea izolată a valorilor individuale, ci o potrivire coordonată a tuturor celor trei:
Viteza de rotație și presiunea de găurire: atunci când creșteți presiunea de găurire, mențineți o viteză redusă pentru a evita supraîncărcarea instantanee și defectarea bruscă a burghiului în condiții de viteză mare/presiune mare.
Presiunea de spălare și de găurire: atunci când creșteți debitul de spălare, coordonați-l cu presiunea de găurire pentru a preveni ca impactul excesiv al spălării să compromită stabilitatea peretelui găurii.
Numai prin formarea unei combinații potrivite de viteză, presiune și spălare se poate obține o forare în rocă dură cu eficiență ridicată și consum redus.
