Tipuri de oțel pentru burghie de rocă: scule integrale, detașabile și extensibile

Performanța forajului de rocă depinde de mai mult decât instalația de foraj sau de forajul de rocă în sine. Oțelul de foraj, sapa, conexiunea tijei și sistemul de cuplare determină cât de eficient ajung energia de impact și cuplul de rotație la rocă. Alegerea sculei de foraj potrivite afectează viteza de foraj, rectilinietatea găurii, volumul de muncă de întreținere, consumul de scule și costul de operare.

Uneltele de foraj utilizate cu burghiele convenționale cu ciocan vertical sunt împărțite în mod obișnuit în trei grupe: oțel de foraj integral, oțel de foraj detașabil și unelte de foraj cu extensie. Fiecare model are o structură, un domeniu de operare și un avantaj economic diferit. Înțelegerea acestor diferențe îi ajută pe contractori, minele și operatorii de cariere să adapteze sistemul de unelte la condițiile rocilor și la adâncimea de foraj.

Cum transferă energia oțelul la forajul de rocă

O foreză convențională cu ciocan vertical transmite atât energia de impact, cât și rotația prin oțelul foratului. Pistonul lovește capătul tijei, creând o undă de tensiune care se deplasează de-a lungul oțelului către burghiu. În același timp, mașina aplică forță de rotație și de avans, astfel încât burghiul lovește în mod repetat noi zone de rocă.

Aceasta metodă diferă de forajul în fundul găurii. Într-un sistem DTH (Direct Drive Through - Foraj Dual Through), ciocanul lucrează în apropierea fundului găurii, imediat în spatele sapei DTH. Țeava de foraj transferă în principal rotația, forța de alimentare și aerul de spălare; nu transportă aceeași energie de impact repetată de la un ciocan superior. Din acest motiv, uneltele utilizate în forajul cu ciocan superior sunt în general descrise ca oțeluri de foraj, în timp ce uneltele DTH sunt descrise în mod normal ca țevi de foraj, ciocane și sape.

Pentru aplicațiile cu ciocan superior, scopul principal al oțelului de burghiu este de a transmite energia de impact și cuplul cu pierderi minime, menținând în același timp suficiente rezistență, rezistență la oboseală și rezistență la uzură.

Oțel integral pentru găurire în găuri superficiale

Oțelul integral pentru burghiu este fabricat ca o singură unitate. Un capăt este forjat într-o tijă care se potrivește burghiului de rocă, în timp ce capătul opus este forjat într-o secțiune de burghiu prevăzută cu inserții sau butoni din carbură. Materialele comune includ oțelul pentru burghiu hexagonal gol, adesea cu dimensiuni transversale, cum ar fi 19 mm, 22 mm și 25 mm.

Deoarece burghiul și oțelul sunt conectate permanent, oțelul integral pentru burghiu nu are o conexiune separată între tijă și burghiu. Acest lucru îi oferă mai multe avantaje:

• Niciun risc de a pierde un bit detașabil în gaură.

• Transfer bun al energiei de impact deoarece nu există îmbinare între bie și tijă.

• Rezistență ridicată la impact și cuplu pentru dimensiunile sale.

• Retragere ușoară din găurile de explozie puțin adânci.

• Operare simplă pentru găurire scurtă, cu diametru mic.

Oțelul integral pentru foraj este utilizat pe scară largă în roci moi până la medii, găuri cu diametru mic, lucrări în cariere, construcții și aplicații miniere ușoare. Este deosebit de practic acolo unde adâncimile de foraj sunt limitate, iar schimbarea rapidă a sculelor este mai importantă decât reutilizarea maximă.

Forma burghiului trebuie aleasă în funcție de rocă. Burghiele integrale de tip daltă sunt ușor de reascuțit și pot oferi o rentabilitate bună în condiții adecvate. Burghiele de tip cruce sau cu muchii multiple pot îmbunătăți stabilitatea în roci moi, fracturate sau puternic îmbinate, deoarece reduc riscul ca burghiul să se blocheze în gaură. Designurile cu trei muchii pot oferi, de asemenea, caneluri generoase, ajutând la îndepărtarea așchiilor și la reducerea uzurii carburilor.

Oțelurile integrale cu vârf button-bit sunt, în general, mai potrivite pentru roci ușor penetrabile cu abrazivitate redusă. Valoarea lor provine din nevoile reduse de reascuțire, dar corpul din carbură și oțel ar trebui să atingă o durată de viață rezonabil de echilibrată pentru ca scula să rămână economică.

Principala limitare a oțelului de burghiu integral este că, odată ce capătul burghiului este grav deteriorat, întreaga unealtă poate necesita scoaterea din uz. De asemenea, operatorii trebuie să mențină un inventar de mai multe oțeluri de burghiu de diferite lungimi, ceea ce poate crește cerințele de transport, depozitare și ascuțire.

Oțel de burghiu detașabil pentru înlocuirea flexibilă a sculelor

Oțelul de burghiu detașabil folosește un burghiu detașabil conectat la o tijă de burghiu separată. Conexiunea poate utiliza o conicitate sau o îmbinare filetată, în funcție de designul și aplicația sculei. La îndepărtarea burghiului se lasă tija de burghiu, adesea denumită pur și simplu oțel de burghiu sau tijă de burghiu.

Principalul avantaj al unui sistem detașabil este flexibilitatea în service. Când burghiul se uzează, acesta poate fi înlocuit fără a fi nevoie să se arunce tija. Dacă tija se rupe în apropierea unei conexiuni, uneori poate fi reparată prin refacerea conului sau a filetului, în loc să se înlocuiască întregul ansamblu.

Un sistem detașabil poate permite și găurirea mai adâncă. Un singur burghiu poate găuri o gaură adâncă, în timp ce tije de lungimi diferite sunt schimbate pe măsură ce gaura avansează. Acest lucru face posibilă menținerea calității găurii, limitând în același timp numărul de scule complete care trebuie transportate la fața de lucru.

Alte avantaje includ:

• Volum de transport mai mic pentru ascuțire și întreținere a burghielor.

• Selectarea separată a materialului tijei și a materialului burghiului.

• Durată de viață utilă potențial mai lungă pentru corpul tijei.

• Depozitare simplificată a biților și tijelor.

• Reduceți pierderile atunci când doar burghiul s-a deteriorat.

Totuși, fiecare conexiune introduce o posibilă pierdere de energie la impact și un punct slab suplimentar. Conexiunile conice, conexiunile filetate cu diametru egal și conexiunile filetate deformate pot avea caracteristici diferite de pierdere de energie. Uzura, calitatea slabă a fabricației, strângerea inadecvată sau filetul deteriorat pot permite slăbirea burghiului. O conexiune slăbită a burghiului poate accelera uzura, deteriora burghiul și reduce eficiența găuririi.

Din acest motiv, oțelul detașabil pentru burghiu este cel mai eficient atunci când întreținerea conexiunilor este tratată ca o sarcină operațională de rutină. Operatorii ar trebui să inspecteze filetele sau conurile, să mențină conexiunile curate, să utilizeze o lubrifiere adecvată, acolo unde este cazul, și să înlocuiască piesele uzate înainte ca acestea să provoace deteriorări secundare.

Tije de burghiu extensibile pentru găuri mai adânci

Sculele de găurit cu extensie sunt concepute pentru găuri mai lungi. Acestea constau dintr-un adaptor de coadă sau o secțiune de coadă, una sau mai multe tije de extensie, cuplaje și un burghiu. Această configurație este utilizată în mod obișnuit pentru găurirea la banc, drifting și alte aplicații de găuri mai adânci, unde oțelul dintr-o singură bucată ar fi impracticabil.

Tijele de extensie moderne utilizează adesea conexiuni filetate. Profilurile filetate comune includ forme de tip ondulat și de tip contrafort inversat, concepute pentru a suporta sarcini de impact, rotație și forță de avans. Tijele de extensie sunt disponibile în diverse dimensiuni hexagonale și rotunde, dimensiunea corectă fiind determinată de forajul de rocă, diametrul necesar al găurii, adâncimea de găurire și condițiile de funcționare preconizate.

O zonă importantă de uzură este filetul. În condiții bune de găurire, durata de viață utilă a unei tije de extensie poate fi determinată în mare măsură de uzura filetului, mai degrabă decât de defectarea corpului tijei. O modalitate de a îmbunătăți durata de viață economică este utilizarea unei secțiuni filetate extinse. Când prima secțiune filetată se uzează, aceasta poate fi îndepărtată, iar a doua secțiune poate fi pusă în funcțiune.

Această abordare poate fi deosebit de valoroasă pentru tije de foraj carburate mai mari. Evită dificultatea reprocesării unui filet uzat după îndepărtarea stratului superficial întărit original. Cuplajele utilizate cu secțiuni de filet mai lungi trebuie să includă un opritor intern adecvat pentru a poziționa corect tijele.

Alegerea sistemului corect de scule de găurire

Cea mai bună unealtă de foraj pentru rocă nu este pur și simplu cea mai puternică sau cea mai puțin costisitoare componentă. Este sistemul care potrivește cel mai bine adâncimea de foraj, duritatea rocii, abrazivitatea, îmbinările, diametrul găurii, modelul burghiului și capacitatea de întreținere.

Oțelul de foraj integral este de obicei alegerea practică pentru găuri superficiale, cu diametru mic și condiții de foraj simple. Oțelul de foraj detașabil oferă o înlocuire mai economică a burghiului și o flexibilitate mai mare atunci când condițiile de foraj variază. Sistemele de foraj cu extensie sunt soluția preferată pentru găuri mai adânci care necesită tije multiple și conexiuni controlate.

Operatorii ar trebui să utilizeze, de asemenea, o gamă planificată de lungimi ale oțelului de foraj și diametre ale sapei. Într-un set de oțel de foraj, fiecare sculă succesivă poate diferi în lungime și diametru al sapei. Diferența de lungime corespunzătoare depinde de duritatea rocii și de lungimea de alimentare, în timp ce diametrul sapei este de obicei redus pe măsură ce gaura se adâncește. Acest lucru ajută la menținerea eficienței forajului și permite ca dimensiunea finală a găurii să rămână compatibilă cu încărcătura explozivă intenționată sau cu alte cerințe de utilizare a găurii.