Perforazione di rocce dure senza inceppamenti: tre segreti per la regolazione dei parametri fondamentali
Le formazioni dure (esempi tipici: granito, basalto) presentano elevata durezza e tenacità, che impongono requisiti rigorosi per l'adattamento dei parametri di perforazione. La corretta regolazione della velocità di rotazione, della spinta di perforazione (pressione della punta) e dei parametri di rimozione dei detriti (lavaggio) è fondamentale per migliorare la velocità di penetrazione e ridurre l'usura dell'utensile. Di seguito è riportata una guida pratica dettagliata alla regolazione dei parametri in queste tre dimensioni del nucleo.
Velocità di rotazione: utilizzare una bassa velocità per garantire una frattura efficace. L'elevata durezza della roccia dura richiede un funzionamento a bassa velocità perché le frese a bottone (inserti a bottone) necessitano di un tempo di contatto sufficiente per fratturare la roccia. La struttura densa e le poche fratture naturali implicano che le frese debbano incunearsi nella roccia con una pressione continua; se la rotazione è troppo rapida, il tempo di contatto si riduce notevolmente e la fresa si disinnesta prima che si verifichi una rottura effettiva. Ciò non solo non migliora l'efficienza, ma causa anche una rettifica a secco che accelera l'usura della punta.
In pratica, la velocità di rotazione nella perforazione di rocce dure è solitamente controllata a 30-60 giri/min. Ad esempio, nel granito, aumentare la velocità a 100 giri/min fa sì che le frese a bottone slittino sulla superficie, producendo solo graffi superficiali senza penetrare l'interno della roccia. Ridurre la velocità a circa 40 giri/min consente alle frese di rimanere in contatto, applicare una pressione costante e incuneare/spaccare la roccia grazie alla loro durezza e alla geometria del cuneo, migliorando l'efficienza di rottura di oltre il 30% e riducendo notevolmente l'usura della punta.
Pressione di perforazione (spinta della punta): applicare una pressione elevata per superare la resistenza della roccia. L'elevata resistenza alla compressione nella roccia dura (spesso 100 MPa) richiede una pressione di perforazione sufficiente a superare la resistenza della formazione e forzare le frese a penetrare. Una pressione insufficiente fa sì che le frese scivolino sulla superficie (slittamento) anziché incastrarsi; un'adeguata pressione elevata consente alle frese di superare le tensioni superficiali, penetrare nelle fessure interne o nei bordi dei cristalli e fratturare la roccia attraverso un'azione combinata di compressione e taglio.
La pressione di perforazione tipica per le operazioni su roccia dura è impostata a 3-5 MPa. Negli esempi di estrazione di roccia dura, questo è chiaro: con una pressione di perforazione di soli 2 MPa, le frese faticano a creare punti di frattura efficaci e la penetrazione può essere inferiore a 0,5 m/h. Aumentare la pressione a 4 MPa consente un inserimento profondo delle frese, cicli di pressione periodici per allargare le fratture e aumenta la penetrazione a circa 1,2-1,5 m/h; la roccia frantumata tende inoltre a mantenere una migliore integrità dei blocchi per una successiva manipolazione.
Rimozione dei detriti (flussaggio): garantire un flusso di lavaggio sufficiente a mantenere pulita la superficie di lavoro. Sebbene i detriti derivanti dalla perforazione di rocce dure siano fini, una penetrazione lenta ne causa l'accumulo sul fondo del foro, creando un circolo vizioso di ripetute rifrazioni: i detriti accumulati bloccano il nuovo contatto tra le frese e la roccia intatta, aumentando l'usura e sprecando energia. L'obiettivo principale della regolazione della rimozione dei detriti è quindi garantire un flusso di lavaggio adeguato per rimuovere tempestivamente i detriti sul fondo.
Per la perforazione di rocce dure, il flusso del liquido di lavaggio dovrebbe essere mantenuto a circa 40-80 L/min. Ad esempio, in un progetto di galleria sotterranea in roccia dura, un flusso di lavaggio iniziale di 30 L/min ha consentito l'accumulo di 5-8 cm di detriti sul fondo; le punte dovevano essere sostituite ogni 2 ore e l'avanzamento giornaliero era inferiore a 8 m. Dopo aver aumentato il flusso a 60 L/min, i detriti residui sono scesi a meno di 1 cm, la durata delle punte è stata estesa a oltre 8 ore, l'avanzamento giornaliero è aumentato 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 dell'interazione a tre vie L'adeguamento dei parametri per la perforazione di rocce dure non è un'ottimizzazione a fattore singolo, ma un abbinamento coordinato dei tre parametri. Punti chiave del coordinamento:
Velocità e pressione di perforazione: quando si aumenta la pressione di perforazione, mantenere una bassa velocità di rotazione per evitare sovraccarichi istantanei e danni alla punta in condizioni di alta velocità/alta pressione.
Pressione di lavaggio e perforazione: quando si aumenta il flusso di lavaggio, regolare di conseguenza la pressione di perforazione per evitare che l'impatto del lavaggio destabilizzi la parete del foro.
Solo abbinando velocità di rotazione, pressione di perforazione e rimozione dei detriti/detriti in un set compatibile, la perforazione di rocce dure può raggiungere un'elevata efficienza con bassi consumi.
