Forajul rotativ percusiv explicat: De ce lovirea rocilor în timp ce se rotește a schimbat totul

Dacă ați găurit vreodată granit dur cu o foreză rotativă pură, cunoașteți senzația. Burapa se rotește, greutatea apasă în jos și nu se întâmplă mare lucru. Rata de penetrare scade la milimetri pe minut. Burapa se glazurește. Echipa începe să-și verifice telefoanele.

Acum imaginați-vă aceeași rocă, dar de data aceasta există un ciocan în fundul găurii, care lovește sapa în formațiune de cincizeci de ori pe secundă, în timp ce garnitura se rotește deasupra ei. Aceasta este foraj rotativ-percutiv. Și în roca dură, nu este doar mai rapid - este adesea diferența dintre un proiect viabil și unul care cheltuiește bani pe metru.

De unde a venit

Ideea de a combina rotația cu percuția nu este nouă. Foratorii europeni experimentau cu aceasta la începutul anilor 1800. Ministerul Geologiei din China a început cercetări serioase în 1958, iar tehnologia a luat avânt în anii 1970, odată cu maturizarea sistemelor hidraulice și pneumatice. Atractivitatea era simplă: în formațiunile dure, doar rotația zgârie. Adaugă impact și te faci spulberat.

Cele trei forțe — impulsul de impact de la ciocan, greutatea axială pe sapă și cuplul de rotație de la capul de foraj — ajung simultan la sapă. Impactul creează microfracturi în rocă, în fața feței sapei. Rotația indexează sapa către roca proaspătă cu fiecare lovitură. Presiunea de alimentare menține sapa angajată, astfel încât energia de impact intră efectiv în rocă, în loc să se revarse pe garnitură.

Rezultatul: rate de penetrare mai mari, intervale mai lungi între schimbările de burghiu, găuri mai drepte (deoarece acțiunea de percuție rezistă deviației mai bine decât rotația pură) și un cost pe metru semnificativ mai mic în formațiuni dure.

Două moduri de a lovi ciocanul

Sistemele percusiv-rotative se împart în două familii în funcție de ce alimentează ciocanul:

Sisteme acționate hidraulic (cu lichid)se utilizează fluid de foraj — noroi sau apă — pompat în garnitura de foraj pentru a acționa un ciocan cu piston montat deasupra carotei sau a sapei. Același fluid care alimentează ciocanul curăță și detritusul. Aceste sisteme sunt comune în explorarea mineralelor și forajul geotehnic, în special atunci când gaura trebuie să rămână curată pentru recuperarea carotei. Ele pot fi chiar combinate cu carotarea cu fir, unde ansamblul ciocanului și tubului interior este introdus în garnitura de prăjini și recuperat cu o suprapunere pe un fir — nefiind nevoie să se declanșeze întreaga garnitură pentru fiecare carotă.

Sisteme acționate pneumatic— ceea ce majoritatea oamenilor își dau seama când spun DTH (Down-The-Hole - În gaură) — utilizează aer comprimat. Ciocanul se află direct în spatele burghiului, în partea de jos a găurii. Aerul acționează pistonul, iar aerul evacuat elimină deșeurile în sus pe inelul perforator. Sistemele DTH sunt dominante în forajul de explozie, forajul de puțuri de apă și forajul de construcții, unde diametrele găurilor sunt mai mari și aerul este practic. Acestea oferă o energie de impact mai mare per lovitură decât majoritatea ciocanelor hidraulice și funcționează excepțional de bine în formațiuni dure și abrazive.

Clase de frecvență: Lovire rapidă vs. Lovire puternică

Nu toate ciocanele percutive funcționează la fel. Acestea se împart în două clase de frecvență, iar cea pe care o utilizați determină ce tip de burghiu utilizați:

Ciocane de înaltă frecvență (peste 40 Hz — mai mult de 40 de lovituri pe secundă)sunt ciocanele rapide. Acestea furnizează o energie mai mică per lovitură, dar la o rată mult mai mare. În modul de înaltă frecvență, mecanismul principal de spargere a rocilor este tot rotația - impactul ajută la menținerea proaspătă a feței sapei și la prevenirea glazurării sapei în formațiuni dure. Aceste ciocane se combină cu sape diamantate, unde acțiunea de tăiere provine de la diamantele care străpung roca, iar impactul previne lustruirea matricei.

Ciocane de joasă frecvență (sub 40 Hz)sunt cele mai puternice. Mai puține lovituri pe secundă, dar fiecare lovitură oferă substanțial mai multă energie. În acest mod, impactul este principalul mecanism de spargere a rocilor, iar rotația indexează în principal burghiul. Aceste ciocane se împerechează cu burghie cu inserție din carbură de tungsten - butoanele mari din carbură pot absorbi și transmite o energie ridicată la o singură lovitură fără a se fractura, ceea ce segmentele de diamant, în general, nu pot face.

Alegerea frecvenței este determinată de duritatea formațiunii, tipul de sapă și ceea ce optimizați: rata de penetrare sau durata de viață a sapei.

De ce contează oricare dintre acestea pentru achiziționarea de scule

Dacă cumpărați ciocane sau burghie DTH pentru un proiect, principiul percutiv-rotativ contează deoarece determină ce și cum se uzează.

Un ciocan perforator DTH este un dispozitiv de precizie. Pistonul funcționează într-un cilindru cu jocuri măsurate în miimi de inch. Aerul contaminat, lubrifierea insuficientă sau funcționarea la o presiune greșită nu numai că reduc performanța - ci distrug ciocanul intern. Pistonul uzează cilindrul. Supapa de sens se blochează. Tija burghiului este lovită în afara toleranței. Acestea sunt defecțiuni evitabile care costă bani reali.

Burghiul are o situație și mai rea. Un burghiu DTH preia simultan impactul, rotația și aerul abraziv de spălare. Butoanele din carbură trebuie să fie suficient de rezistente pentru a rezista fracturării sub o energie mare de lovire unică și suficient de rezistente pentru a rezista uzurii abrazive cauzate de așchiile care trec în viteză mare. Acesta este un set de cerințe contradictorii și de aceea burghiele DTH bune sunt scumpe, iar cele ieftine se defectează spectaculos.

Aperitivul la pachet

Forajul rotativ-percusiv este răspunsul implicit pentru roca dură, și așa a fost timp de decenii. Fizica nu s-a schimbat prea mult din anii 1970 - ceea ce s-a îmbunătățit este metalurgia, precizia de fabricație și fiabilitatea ciocanelor. Alegerea între hidraulic și pneumatic, de înaltă frecvență și de joasă frecvență, se reduce la diametrul găurii, la formațiunea de forare și dacă excavați sau doar faceți o gaură.

Știți ce clasă de ciocan folosiți, potriviți-vă biții la regimul de frecvență și întrețineți ciocanul ca o unealtă de precizie. Fă asta și hard rock-ul nu va mai fi problema și va începe să fie doar o altă muncă zilnică.