Precauzioni per l'utilizzo di utensili per la perforazione della roccia
Le punte in acciaio utilizzate nelle operazioni di perforazione e brillamento sono limitate dal diametro del foro, pertanto la loro sezione trasversale è relativamente piccola. Questi componenti sottili devono resistere a un'usura severa, ad agenti corrosivi e a carichi ciclici ad alta frequenza (trazione, compressione, flessione e torsione) trasmessi dalle perforatrici ad alto impatto. A seconda delle condizioni di carico e delle proprietà della roccia, la durata utile può variare da poche decine di ore a poco più di cento ore. Gli utensili per la perforazione della roccia sono tra gli strumenti di consumo più sollecitati nell'industria: hanno una durata limitata, sono tecnicamente complessi e indispensabili in grandi quantità.
Ogni utilizzatore di utensili desidera ottenere il massimo rendimento al minimo costo, il che significa ridurre il consumo di utensili. Per questo motivo, produttori e utilizzatori di utensili dovrebbero collaborare strettamente per migliorare la durata utile attraverso un'ottimizzazione tecnica congiunta.
1. Dal punto di vista dell'utente: cosa considerare nella scelta degli attrezzi da roccia
(1) Alta qualità del prodotto
Gli adattatori per aste di alta qualità dovrebbero durare più a lungo, riducendo i tempi di inattività per lo smontaggio e la sostituzione. Anche le aste e le punte di perforazione sono altrettanto critiche: se un'asta si rompe, sia l'asta che la punta potrebbero andare perse e il foro potrebbe risultare inutilizzabile.
Nelle moderne perforatrici idrauliche, la perforazione ordinaria è altamente automatizzata e fisicamente meno impegnativa, ma la sostituzione degli adattatori del gambo, il recupero delle aste rotte o la riaffilatura delle punte comportano uno spreco di ore di lavoro e aumentano l'intensità della manodopera e i costi operativi. Pertanto, gli utenti non si preoccupano solo del prezzo, ma soprattutto della qualità del prodotto.
(2) Il miglior tasso di penetrazione possibile
Nelle operazioni di perforazione di grandi dimensioni, oltre ai costi di manodopera e di acquisto degli utensili, molti altri costi basati sul tempo sono di fatto fissi. Poiché il costo degli utensili rappresenta una quota considerevole del costo di perforazione, una maggiore velocità di penetrazione riduce direttamente il costo totale di costruzione. Per questo motivo, gli utenti attribuiscono grande importanza alla velocità di perforazione.
(3) Deviazione minima del foro di esplosione
Nelle operazioni di brillamento con fori di media e profonda profondità, la deviazione del foro riduce il caricamento dell'esplosivo e l'efficienza della spaziatura dei fori, diminuendo di conseguenza la produttività. Gli utenti richiedono pertanto un'elevata rettilineità dei fori, in genere entro tolleranze molto ristrette.
Le principali cause di deviazione includono:
errore di collare all'inizio del foro,
errore di marcatura/allineamento dei fori,
Errore di rettilineità generato durante la foratura dal comportamento dell'utensile.
Con impianti di perforazione completamente idraulici o controllati da computer, i primi due errori possono essere notevolmente ridotti, rendendo la deviazione indotta dalla struttura dell'utensile il principale fattore rimanente. La deviazione di solito aumenta con la profondità e può eventualmente produrre fori non perforati. Un metodo molto efficace per ridurre o eliminare la deviazione è l'utilizzo di utensili di perforazione guidati per roccia.
2. Analisi dell'usura e delle cause di guasto degli utensili da roccia
(1) Disallineamento nella colonna di perforazione
Se l'adattatore del gambo, il manicotto di accoppiamento e l'asta di perforazione non sono concentrici, si verifica una deformazione per flessione che genera stress e un accoppiamento non corretto nei collegamenti, con conseguente allentamento.
(2) Pressione di alimentazione
Pressione troppo bassa: l'efficienza di penetrazione diminuisce; l'assemblaggio si allenta; aumentano le perdite di trasferimento di energia; la ripetuta micro-separazione/impatto sulle superfici di contatto crea forti sollecitazioni. Segni tipici: surriscaldamento e ticchettii/rumori di vibrazione nelle giunzioni. Il surriscaldamento accelera l'usura della filettatura e può causare vaiolature erosive.
Se il valore è troppo alto, la velocità di rotazione della punta diminuisce, aumenta il rischio di inceppamento e la sollecitazione di flessione dell'asta si intensifica.
(3) Pressione d'impatto
Una regolazione errata della pressione d'impatto influisce direttamente sul comportamento di rotazione, sull'efficienza di penetrazione e sulla durata dell'utensile.
(4) Velocità di rotazione
La velocità di rotazione deve essere adeguata al diametro della punta e alla frequenza di impatto del trapano. Le punte più grandi richiedono un numero di giri inferiore. Un numero di giri eccessivo danneggia le strutture di taglio periferiche.
(5) Impostazione della pressione/coppia di rotazione
Una corretta pressione di rotazione è essenziale. Aiuta a prevenire l'inceppamento ed è necessaria per una rotazione stabile. Una pressione di rotazione incrementale è inoltre fondamentale per mantenere la tensione della corda. Una tensione insufficiente spesso causa giunzioni surriscaldate, scheggiatura della filettatura, usura prematura della stessa e persino rotture.
(6) Pratica operativa impropria
Mescolare componenti di utensili molto usurati con componenti nuovi può ridurne la durata complessiva. Altre pratiche dannose includono un allineamento errato durante l'assemblaggio delle barre, la presenza di sporco/sabbia nelle filettature e l'assemblaggio delle filettature senza lubrificante.
La "percussione a vuoto" (martellamento senza un effettivo contatto tra la punta e la roccia) è particolarmente distruttiva e deve essere evitata.
3. Relazione tra parametri di perforazione e prestazioni di perforazione
pressione d'impatto
Una maggiore pressione d'impatto aumenta la velocità del pistone e l'energia d'impatto. Quando la punta è a stretto contatto con roccia dura e intatta, l'energia dell'onda d'urto viene sfruttata in modo più efficace. Se il contatto tra la punta e la roccia è scarso, l'energia viene riflessa nella colonna di perforazione sotto forma di onde di trazione anziché penetrare nella roccia.
L'energia d'impatto massima per colpo può essere sfruttata appieno solo in rocce sufficientemente dure. In rocce più tenere, la pressione/energia d'impatto deve essere ridotta per limitare i riflessi dannosi.
A parità di impostazione dell'impatto, una pressione maggiore comporta una maggiore sollecitazione nella sezione trasversale dell'acciaio di perforazione. Per massimizzare la durata utile delle aste e degli adattatori del gambo, la pressione di esercizio deve sempre corrispondere alla capacità della batteria di perforazione.
Pressione di alimentazione
La forza di avanzamento mantiene la punta a stretto contatto con la roccia, consentendone al contempo la rotazione. La forza di avanzamento deve essere adeguatamente bilanciata con la pressione d'impatto.
Una corretta forza di avanzamento garantisce la foratura più economica.
Una forza di avanzamento troppo bassa riduce la velocità di penetrazione e allenta i giunti filettati. Giunti surriscaldati e rumori di sferragliamento indicano che l'impostazione dell'avanzamento è troppo bassa. Se la foratura continua con giunti allentati, la perdita di energia e l'aumento di temperatura aumentano, provocando la bruciatura e la rottura della filettatura.
Una forza di avanzamento eccessiva riduce i giri al minuto e la penetrazione, aumenta il rischio di inceppamento e può incrementare la deviazione del foro a causa della tendenza alla flessione della colonna di perforazione.
velocità di rotazione
La rotazione sposta la punta in una nuova posizione per l'impatto successivo. Con le punte a bottone, lo spostamento periferico tra i colpi è in genere di circa 10 mm. Pertanto, i giri al minuto (RPM) devono essere regolati in base alla frequenza di impatto e al diametro della punta. Diametri maggiori richiedono un numero di giri inferiore. Un numero di giri eccessivo provoca un'usura accelerata dei perni di riscontro/della struttura del tagliente.
4. Precauzioni pratiche per l'uso
Prima di aggiungere le aste, impostare la pressione d'impatto, la pressione di avanzamento, la velocità di rotazione e la pressione di smorzamento/ammortizzazione in base alla geologia effettiva. Assicurarsi che i parametri siano compatibili con la durezza della roccia e il tipo di formazione.
Durante la foratura, mantenere il gruppo utensile concentrico per evitare deformazioni per flessione dell'adattatore del gambo, dell'asta e della punta.
Evitare spari a vuoto. Se ciò si verifica, interrompere immediatamente la foratura per evitare gravi danni all'utensile.
Dopo aver estratto ciascuna asta, applicare un lubrificante di raffreddamento all'estremità filettata dell'asta e all'interfaccia di accoppiamento rapido.
Dopo la perforazione per brillamento, le filettature sono calde e possono contenere detriti di roccia e acqua di miniera. Il lubrificante di raffreddamento fornisce lubrificazione, riduce la temperatura, protegge dalla corrosione e migliora la resistenza all'usura delle filettature.Durante la rimozione delle aste, evitare vibrazioni/scuotimenti ripetuti, che rappresentano una delle azioni più dannose per le aste di perforazione.
Se un giunto filettato è difficile da allentare, iniettare prima del lubrificante nella zona della filettatura, quindi procedere con lo svitamento o con una vibrazione controllata. Questo riduce al minimo i danni diretti alla filettatura.
Durante le vibrazioni dell'asta, la perforatrice può trasmettere una pressione d'impatto di circa 200 bar. Impatti prolungati ad alta frequenza causano concentrazione di stress; le vibrazioni ripetute, unite al calore, possono generare usura adesiva/bruciature da saldatura a freddo e vaiolature erosive sulle estremità della filettatura, e nei casi più gravi anche vaiolature di fusione localizzate. Questi difetti diventano cause di fatica e possono provocare la rottura prematura dell'asta.
