La perforazione di rocce dure non "si blocca"! Tre consigli per la regolazione dei parametri del nucleo
Le formazioni rocciose dure (tipiche di granito, basalto, ecc.) presentano elevata durezza e tenacità, il che impone requisiti rigorosi per quanto riguarda la corrispondenza dei parametri di perforazione. La corretta regolazione della velocità di rotazione, della pressione di perforazione (pressione di perforazione/punta) e della rimozione dei detriti (flushing) è fondamentale per migliorare la velocità di penetrazione e ridurre l'usura delle attrezzature. Di seguito vengono illustrate la logica di regolazione e le regole pratiche per la perforazione di rocce dure in base a questi tre parametri.
Velocità di rotazione: bassa velocità per una rottura efficace. A causa dell'elevata durezza della roccia dura, la perforazione viene normalmente eseguita a basse velocità di rotazione in modo che i denti della punta abbiano un tempo di contatto sufficiente per rompere la roccia. La roccia dura è densa e presenta poche fratture naturali; le punte coniche a rullo con denti devono premere e incunearsi nella formazione nel tempo. Se la velocità è troppo elevata, il tempo di contatto dei denti si riduce drasticamente e questi scivoleranno via dalla superficie prima che si verifichi una rottura effettiva. Questa "fresatura ad aria" non solo non migliora la penetrazione, ma accelera anche l'usura della punta.
In pratica, le velocità di rotazione per la perforazione di rocce dure sono in genere controllate nell'intervallo 30-60 giri/min. Ad esempio, durante la perforazione del granito, l'aumento della velocità a 100 giri/min fa sì che i denti scorrano rapidamente sulla superficie e producano solo graffi superficiali senza penetrare la massa rocciosa. Riducendo la velocità a circa 40 giri/min, i denti rimangono a contatto con la superficie e applicano una pressione costante; l'azione del cuneo e la durezza dei denti spaccano progressivamente la roccia, aumentando l'efficienza di rottura di oltre il 30% e riducendo significativamente l'usura della punta.
Pressione di perforazione: applicare una pressione sufficiente a superare la resistenza della roccia. La roccia dura ha spesso un'elevata resistenza alla compressione (comunemente 100 MPa), quindi è necessaria una pressione di perforazione adeguata per superare la resistenza e spingere i denti della punta nella formazione. Una pressione insufficiente fa sì che i denti scivolino sulla superficie e producano un effetto "slittamento"; una pressione adeguata e più elevata consente ai denti di penetrare le tensioni superficiali, raggiungere fessure interne o spazi intercristallini e rompere la roccia mediante un'azione combinata di estrusione e taglio.
Nella pratica ingegneristica, la pressione di perforazione nelle operazioni su roccia dura è comunemente impostata intorno a 3-5 MPa. Ad esempio, nell'estrazione di minerali duri, se la pressione della punta è di soli 2 MPa, i denti non riescono a stabilire punti di rottura efficaci e la velocità di penetrazione può essere inferiore a 0,5 m³/h; aumentare la pressione a 4 MPa consente un impegno più profondo dei denti, cicli di sollecitazione periodici per allargare le fratture e velocità di penetrazione di 1,2-1,5 m³/h, con una migliore integrità della roccia frantumata per la successiva manipolazione.
Rimozione dei detriti (lavaggio): lavaggio sufficiente per mantenere una superficie di lavoro pulita. Sebbene i detriti di roccia derivanti dalla perforazione di rocce dure siano relativamente fini, una penetrazione lenta facilita l'accumulo dei detriti sul fondo del foro, creando un circolo vizioso di "ri-rottura": i detriti compattati impediscono alla punta di entrare in contatto con la roccia fresca, aumentano l'usura e sprecano energia nella ri-frantumazione dei detriti, riducendo l'efficienza complessiva. L'obiettivo principale della regolazione della rimozione dei detriti è garantire un flusso adeguato di fluido di lavaggio in modo che i detriti vengano evacuati tempestivamente.
Per la perforazione di rocce dure, le portate di lavaggio sono in genere controllate a 40-80 L/min. Ad esempio, in un progetto di galleria sotterranea in roccia dura, una portata di lavaggio iniziale di 30 L/min ha portato a un accumulo di detriti di 5-8 cm sul fondo; le punte dovevano essere sostituite ogni 2 ore e la lunghezza giornaliera era inferiore a 8 m. Dopo aver aumentato la portata a 60 L/min, il residuo sul fondo è stato mantenuto al di sotto di 1 cm, la durata della punta è stata estesa oltre le 8 ore, la lunghezza giornaliera è aumentata a 15-18 m e i costi di approvvigionamento delle punte sono diminuiti di circa il 40% grazie alla ridotta usura.
Coordinamento dei parametri: la logica fondamentale dei tre insieme La regolazione dei parametri per la perforazione di rocce dure non è un'ottimizzazione isolata dei singoli valori, ma un abbinamento coordinato di tutti e tre:
Velocità di rotazione e pressione di perforazione: quando si aumenta la pressione di perforazione, mantenere una bassa velocità per evitare sovraccarichi immediati e guasti improvvisi della punta in condizioni di alta velocità/alta pressione.
Pressione di lavaggio e perforazione: quando si aumenta il flusso di lavaggio, coordinarlo con la pressione di perforazione per evitare che un impatto eccessivo del lavaggio comprometta la stabilità della parete del foro.
Solo combinando in modo ottimale velocità, pressione e lavaggio è possibile ottenere una perforazione di rocce dure ad alta efficienza e a basso consumo.
