Conoscenza dell'asta di perforazione a impatto (asta di perforazione di estensione)

Quando si seleziona un'asta di perforazione per una perforatrice da roccia a impatto, gli ingegneri minerari si trovano di fronte a molti fattori che possono essere considerati in modo esaustivo, tra cui il diametro dell'asta di perforazione, la forma della sezione trasversale, il tipo di acciaio di perforazione e il processo di trattamento termico. La selezione non è influenzata solo dalle condizioni tecniche, ma anche dalle preferenze regionali e dall'offerta di mercato. Esistono due tipi base di aste di perforazione attualmente prodotte: la prima è con un adattatore per gambo forgiato e la seconda è con filettature su ciascuna estremità. La prima è adatta per teste di perforazione integrali, coniche o filettate. La seconda è utilizzata nel caso di un adattatore per gambo, come una sola asta di perforazione per una perforatrice da roccia di tipo ferroviario o un'asta di perforazione con gruppo di aste collegata a un manicotto per asta filettata.

Tipi di aste di perforazione:

L'acciaio per trapano cavo è laminato a caldo da una billetta con un nucleo metallico pieno al centro rotondo in sezioni trasversali rotonde o esagonali e diverse lunghezze. La composizione chimica dell'acciaio deve essere ben selezionata e accuratamente controllata per adattarsi al tipo di asta di perforazione richiesta e al metodo di trattamento termico utilizzato. Dopo la laminazione alla dimensione richiesta, viene allungato per ridurne il diametro e quindi il nucleo metallico viene rimosso. L'acciaio ad alto tenore di carbonio contenente l'1% di carbonio e l'1% di cromo, con piccole quantità di manganese e molibdeno, ha una forte resistenza alla fatica e può essere trattato termicamente e saldato localmente. Sono utilizzati per produrre aste di perforazione con adattatori per gambo, comprese aste di perforazione integrali. Il processo di tempra ad alta frequenza comporta il rapido riscaldamento del pezzo in lavorazione a 900 °C e il successivo rapido raffreddamento in acqua. Ciò modifica la struttura del metallo e provoca anche sollecitazioni compressive nello strato superficiale. Il metodo ad alta frequenza può essere utilizzato per trattare termicamente localmente il cono, l'adattatore per gambo e la filettatura, rendendo l'asta di perforazione flessibile e in grado di resistere a grandi flessioni e a una manipolazione approssimativa. La sabbiatura è un processo di tempra a freddo che rimuove i difetti superficiali e ne prolunga la durata. Gli acciai a basso e medio tenore di carbonio contenenti 0,2-0,27% di carbonio, 2-3% di cromo o nichel e manganese o molibdeno vengono utilizzati per realizzare aste adattatrici, code adattatrici, manicotti adattatori e corpi di punte da trapano. Sono generalmente completamente cementati. Durante la cementazione, un fascio di 200-300 aste di perforazione viene sospeso in una gabbia e trattato in un'atmosfera ricca di carbonio a 925 °C in un forno a pozzo per circa 6 ore. A causa della cementazione, la composizione chimica di base e le proprietà dello strato esterno cambiano, causando un aumento di volume e uno stress compressivo. Questo processo si verifica sull'intera superficie, compresi i fori di lavaggio interni, migliorando la durata, la resistenza alla fatica, la durezza e la rigidità dell'asta di perforazione, nonché la resistenza all'usura e alla corrosione. Durante la perforazione a umido, è naturalmente importante migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione per proteggere i fori di lavaggio. Si dice che circa il 95% delle parti dell'adattatore utilizzate per la perforazione sotterranea a umido siano cementate nel loro insieme, compresi il manicotto dell'adattatore e le filettature della punta del trapano. Quando questo tipo di acciaio è parzialmente cementato, è difficile eseguire la ricottura locale perché si formeranno zone "annealing". È un processo tecnicamente difficile saldare fogli di carburo in acciaio cementato per realizzare un'asta di perforazione integrale, ma alcuni produttori ci sono riusciti. Le aste di perforazione integrali per impieghi gravosi che producono sono utilizzate in perforatrici da roccia ad alta potenza per la perforazione meccanizzata delle rocce. Si dice che la loro durata sia tre volte superiore a quella dell'acciaio ad alto tenore di carbonio, come 900 metri contro 300 metri. Un altro acciaio legato a basso tenore di carbonio ha una lavorabilità particolarmente buona. Contiene nichel e cromo. Generalmente, anche questo acciaio è cementato nel suo insieme. L'acciaio al cromo-nichel a medio tenore di carbonio (0,42%) è utilizzato da alcune fabbriche per realizzare barre lunghe,aste di perforazione integrali per impieghi gravosi. La superficie esterna e i fori di lavaggio possono essere fosfatati per prevenire la ruggine. È possibile applicare anche cera protettiva durante lo stoccaggio. Corrosione e ruggine possono causare cricche da fatica premature. Quando si perforano rocce dure abrasive con perforatrici per roccia bagnate, sono generalmente preferite aste di perforazione completamente cementate. Tuttavia, quando si perforano gradini a cielo aperto con giunti o formazioni rocciose rotte, l'asta di perforazione rischia di piegarsi gravemente e l'asta di perforazione cementata potrebbe rompersi. Le aste di perforazione temprate ad alta frequenza possono adattarsi meglio a questa situazione. Poiché l'asta di perforazione temprata ad alta frequenza ha una maggiore tenacità, non viene facilmente danneggiata da impatti accidentali o intenzionali. Allo stesso tempo, non è facile allentare la filettatura a causa di una forza di propulsione insufficiente, causando riscaldamento locale e danni. Anche il soffiaggio di aria compressa può causare riscaldamento locale ed erosione superficiale. Le aste di perforazione temprate ad alta frequenza non sono soggette a questo fenomeno, ma è soggetta a usura della filettatura. Aste di perforazione con adattatori per gambo Quando il foro di mina è molto superficiale, ad esempio, sotto i 6 metri, o quando il foro di mina si approfondisce, viene utilizzato un gruppo di aste di perforazione di diverse lunghezze, oppure è ampiamente utilizzato un singolo trapano pari alla profondità del foro di mina. Questo tipo di asta di perforazione è forgiato con un adattatore per gambo. La testa di perforazione è integrata con l'asta di perforazione o una testa di perforazione mobile collegata da un cono o una filettatura. L'asta di perforazione con un adattatore per gambo è realizzata in acciaio per perforazione esagonale con dimensioni laterali opposte di 19 mm, 22 mm o 25 mm ed è utilizzata per perforatrici da roccia portatili, perforatrici da roccia con gamba pneumatica e veicoli di perforazione meccanizzati per la perforazione di fori in superfici di lavoro o bulloni da roccia. Come accennato in precedenza, questo tipo di asta di perforazione è generalmente realizzato in acciaio legato ad alto tenore di carbonio contenente cromo. Questo acciaio legato può resistere alla flessione senza rompersi o deformarsi permanentemente. L'estremità dell'adattatore del gambo (se l'asta di perforazione non è completamente cementata) viene temprata separatamente per resistere alle sollecitazioni d'impatto causate dal pistone e dalla coppia rotante. Se la testa di perforazione è collegata da un cono, può anche essere trattata termicamente separatamente. La struttura integrale dell'asta di perforazione è quella di rendere la durata totale dell'usura del carburo di tungsteno equivalente alla durata a fatica dell'asta di perforazione. Tuttavia, in rocce molto abrasive, questo approccio non è pratico ed è meglio utilizzare una testa di perforazione mobile. La perforazione meccanizzata delle rocce con detriti di lavaggio ad alta pressione dell'acqua dovrebbe essere dotata di una guarnizione dell'adattatore del gambo per impedire all'acqua di lavaggio di entrare nella perforatrice, perché per le perforatrici pneumatiche, questa situazione può influire sulla lubrificazione e causare ghiaccio. Almeno un produttore offre un'asta di perforazione integrale con una testa di perforazione a denti sferici anziché una testa di perforazione scanalata. In rocce rotte o fratturate, è opportuno utilizzare un'asta di perforazione integrale con una testa di perforazione trasversale perché c'è il rischio di inceppamento durante la perforazione in queste rocce. Tuttavia, la testa del trapano scanalata ha il notevole vantaggio di essere facile da affilare.

Collegamento dell'adattatore del gambo:

 Quando si perforano fori profondi con un'asta, la coda dell'asta viene inserita nel manicotto dell'adattatore del gambo della perforatrice da roccia e il manicotto dell'asta è collegato alla prima asta di perforazione nel gruppo aste di perforazione. Poiché i produttori di perforatrici da roccia realizzano perforatrici da roccia con varie strutture di manicotti di perforazione, esistono molti tipi di code di asta. La più semplice è la coda esagonale con spallamento e le altre variano in complessità, con bossoli o scanalature. La coda dell'asta deve trasmettere l'energia d'impatto, la coppia rotatoria e la forza di propulsione all'asta di perforazione e la sua faccia posteriore, filettatura e scanalatura o spalla devono avere un'elevata resistenza all'usura. L'onda d'urto generata dal pistone si propaga alla velocità del suono nell'acciaio (circa 5000 m/s) e una frequenza di 60 volte/s. Si verificherà un piccolo spostamento nella connessione filettata e l'usura causata deve essere ridotta al minimo dall'acciaio resistente all'usura. L'acciaio resistente all'usura utilizzato deve avere le caratteristiche di diventare fragile ma non perdere resistenza alla fatica. L'acciaio più adatto è l'acciaio al cromo a basso tenore di carbonio o l'acciaio al nichel-cromo e il trattamento termico comunemente utilizzato è la carburazione completa. Quando si forano fori poco profondi, è meglio collegare una perforatrice da roccia di tipo ferroviario e una punta da trapano alla coda dell'asta adattatrice piuttosto che utilizzare una singola asta di perforazione con un adattatore per gambo, in particolare quando si forano fori di grande diametro in roccia dura e si utilizzano perforatrici da roccia ad alta potenza. Questo metodo consente di sostituire la coda dell'asta adattatrice, il manicotto dell'adattatore, l'asta di perforazione e la punta da trapano quando necessario. Tuttavia, poiché il manicotto dell'adattatore passa attraverso un supporto per trapano aperto, c'è uno svantaggio che la lunghezza di spinta viene persa pari alla lunghezza della coda dell'asta adattatrice. Quando si forano fori a gradini verso il basso, la prima asta di perforazione deve essere scollegata dall'adattatore per gambo prima di aggiungere l'adattatore. Quando si utilizza un manicotto dell'adattatore, potrebbe cadere, quindi a volte è preferibile utilizzare un adattatore per gambo con filettature interne. A meno che non vengano utilizzate tutte le filettature femmina, il manicotto dell'adattatore deve essere collegato all'estremità inferiore dell'asta di perforazione. Rispetto all'uso di un manicotto dell'adattatore, si forma una connessione più rigida tra l'adattatore per gambo e la prima asta di perforazione. Se si verificano grandi sollecitazioni di flessione nell'adattatore del gambo a causa della deflessione del foro di esplosione, è più probabile che la connessione rigida venga danneggiata. C'è una sezione di transizione "slender" tra la coda della punta del trapano e la parte filettata, che si dice renda la punta del trapano elastica e in grado di resistere alle sollecitazioni di flessione. Il mezzo di lavaggio (acqua o aria compressa) entra nel foro di esplosione attraverso l'ago dell'acqua del trapano da roccia o un dispositivo rotante indipendente. Quando si utilizza acqua ad alta pressione (oltre 8 bar) per il lavaggio, è necessario utilizzare un dispositivo rotante indipendente. Le moderne punte idrauliche per roccia hanno un sistema di lavaggio integrato all'estremità del manicotto della punta del trapano.

Collegamento delle aste di perforazione:

Le aste di perforazione per fori profondi sono realizzate in acciaio al cromo-molibdeno contenente il 2~3% di cromo o nichel e possono essere esagonali o rotonde. Il diametro del corpo dell'asta e della parte filettata dell'asta di perforazione di grande sezione è lo stesso, mentre il diametro dell'estremità filettata dell'asta di perforazione leggera è maggiore. Sebbene l'asta di perforazione più leggera presenti il ​​rischio di flessione del foro di esplosione a causa della ridotta rigidità, è più comodo utilizzare aste di perforazione leggere quando si perfora verso l'alto. Le aste di perforazione leggere richiedono complessi processi di foratura e la carburazione è il metodo di base per ottenere una maggiore resistenza alla fatica. Le aste di perforazione rotonde con un diametro superiore a 32 mm vengono utilizzate per la perforazione di fori profondi su veicoli di perforazione pesanti. Quando si collegano e si scaricano aste di perforazione pesanti per la perforazione di fori profondi, utilizzare efficaci dispositivi ausiliari per meccanizzare la connessione e lo scarico delle aste di perforazione.

Discussioni:

La filettatura "R" ha un angolo di filettatura costante di 20° e un passo costante di 0,5 pollici misurato dall'asse dell'asta di perforazione. Viene utilizzata per aste di perforazione di piccole dimensioni con diametri da 22 mm a 28 mm. Per perforatrici da roccia ad alta potenza, è possibile serrare eccessivamente la filettatura "R"h e il grado di serraggio dipende dall'energia di impatto, dalla coppia di rotazione e dalla resistenza creata dalla roccia e dalla spinta. Rispetto alla filettatura "R", la filettatura "T" ha un angolo di filettatura maggiore e il suo passo aumenta con l'aumento del diametro. Ha le caratteristiche di tenuta bilanciata e viene utilizzata per aste di perforazione con diametri di 38 mm e 45 mm. La filettatura "C" è adatta per attrezzature più grandi, come aste di perforazione con diametri di 51 mm o 57 mm. Ha una filettatura a doppio principio e il suo angolo di profilo della filettatura è simile a quello della filettatura "T". Il profilo della filettatura di "Hi-Leed" è a forma di dente di sega e le sue prestazioni di collegamento e smontaggio sono comprese tra le filettature "R" e "T". Viene utilizzato per aste di perforazione con diametri compresi tra 25 mm e 57 mm e il suo angolo di filettatura è compreso tra le filettature "R" e "T". Quando la perforazione della roccia è più facile, la parte filettata sulla biella può essere realizzata due volte più lunga, in modo che quando la prima sezione della filettatura è usurata, può essere tagliata, ma è necessario prestare particolare attenzione durante il taglio per evitare il riscaldamento locale e la tempra della barra di perforazione. In alcuni casi, la barra di perforazione ha raggiunto la sua durata di fatica dopo l'usura della filettatura. La selezione della filettatura a estremità singola o doppia è determinata dall'ispezione e dalla prova della perforatrice e delle condizioni della roccia. per determinare, ma la spinta è un parametro importante. Ingersoll-Rand realizza una filettatura speciale che è filettata lungo l'intera lunghezza dell'asta in modo che quando un'estremità è usurata, può essere tagliata e quindi smussata e riutilizzata. Si dice che abbia una durata cinque volte maggiore di quella di un'asta filettata solo all'estremità. Le filettature sono rullate, il che conferisce loro un'elevata resistenza al taglio, e la superficie è indurita per la tenacità e la resistenza all'usura. Viene utilizzato un angolo di elica piuttosto ripido in modo che possano essere allentate con una coppia minima. Disponibile in 32 mm, 38 mm e 44 mm.

Miglioramenti nelle aste di perforazione:

La nuova generazione di perforatrici a percussione, in particolare quelle azionate da energia idraulica, è in grado di competere con successo con le perforatrici rotanti e a fondo foro in molti aspetti della perforazione a cielo aperto. Questi progressi sono avvenuti parallelamente ai miglioramenti nelle aste di perforazione e nelle punte di perforazione. Con l'aumento della velocità di perforazione, le aste di perforazione devono essere più resistenti e solitamente più pesanti. Ovviamente, i dispositivi di movimentazione e il controllo automatico delle aste di perforazione pesanti sono importanti e necessarie attrezzature ausiliarie. La durata delle aste di perforazione è influenzata principalmente dall'ampiezza dell'onda di stress, quindi le onde di stress lunghe con piccola ampiezza e distribuzione uniforme sono le più favorevoli. Le perforatrici a percussione idrauliche producono tali onde. I loro pistoni sono piccoli e lunghi di diametro rispetto ai pistoni corti e spessi delle perforatrici pneumatiche. Si stima che sia possibile un risparmio del 15% nei costi di consumo delle aste di perforazione utilizzando perforatrici idrauliche. Altri fattori favorevoli sono che la potenza della perforatrice può essere regolata relativamente facilmente in base alla corrispondenza tra velocità di perforazione e costo delle aste di perforazione. Inoltre, l'uso di dispositivi di apertura automatica degli occhi e anti-inceppamento può anche prevenire o almeno ridurre al minimo il verificarsi di inceppamenti. Si stima che l'investimento di base rappresenti il ​​25-30% del costo di perforazione della roccia, i pezzi di ricambio e la manutenzione rappresentino il 22-33%, i salari rappresentino il 12-25%, il consumo energetico rappresenti il ​​2-6% e le aste di perforazione e le punte di perforazione rappresentino il 20-22%. Nelle spese sopra menzionate, ci sono grandi differenze tra le miniere. Tuttavia, se il costo totale di perforazione della roccia del minerale è di $ 2/tonnellata, il costo delle aste di perforazione e delle punte di perforazione è di $ 0,4/tonnellata. Se le rotture della trivella si verificano spesso durante la perforazione della roccia, ciò aumenterà i costi e i ritardi. Nelle grandi miniere, anche un piccolo risparmio nel consumo di punte e aste di perforazione può portare notevoli vantaggi. Per ridurre al minimo i costi, è molto importante discutere con il produttore delle aste di perforazione della roccia e selezionare attentamente l'asta di perforazione in base alle condizioni di produzione e utilizzo.

Manutenzione dell'asta di perforazione:

Trapano: assicurarsi che il manicotto di coda del trapano sia intatto e che la punta del trapano sia affilata. Girare l'asta e utilizzare le aste nel gruppo aste a turno per far sì che le filettature nel gruppo aste si usurino uniformemente. Utilizzare il manicotto dell'asta in base alla corrispondente durata della filettatura dell'asta: un nuovo manicotto dell'asta è abbinato a una nuova asta. Durante la perforazione a secco, pulire e lubrificare le filettature con grasso speciale e utilizzare solo aste di perforazione dritte. Riscaldare l'asta di perforazione prima dell'uso in condizioni climatiche fredde ne prolungherà la durata. Forare con attenzione e utilizzare 1/4~1/2 della potenza del trapano da roccia durante la perforazione. Se l'asta di perforazione non è allineata, deve essere nuovamente forata. Utilizzare la spinta ottimale. Una spinta eccessiva causerà la flessione dell'asta di perforazione e ne ridurrà la durata e può anche bloccare il foro di spurgo della testa di perforazione e causare usura o danni alla piastra in carburo della testa di perforazione; una spinta insufficiente causerà il riscaldamento della connessione, danneggerà la connessione, eccessiva usura o allentamento della piastra in carburo della testa di perforazione. Il manicotto dell'asta "snaps" rispetto al supporto del trapano, che danneggerà il manicotto dell'asta. Assicurarsi che il lavaggio significhi che ci sia sempre abbastanza acqua di lavaggio per rimuovere rapidamente i frammenti di roccia. Fare attenzione quando si sgancia: utilizzare 1/4 della velocità di spinta quando si sgancia per evitare che si incastri. Utilizzare una buona chiave per sganciare l'asta. Martellare o utilizzare una chiave per tubi danneggerà la superficie indurita. Le insidie ​​possono causare fratture da fatica. Utilizzare un calibro speciale per misurare l'usura delle filettature sul manicotto di estensione e sull'asta. Quando l'usura supera il limite specificato, deve essere rottamato. Conservazione Se deve essere conservato dopo l'uso, deve essere trattato con un inibitore di ruggine e non conservato vicino all'acqua o alla polvere. La corrosione è un grosso problema nelle miniere sotterranee.