Introduzione dell'asta di perforazione a percussione

Quando si seleziona un'asta di perforazione per una perforatrice da roccia a percussione, gli ingegneri minerari devono considerare molti fattori, tra cui il diametro dell'asta, 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 dalla disponibilità del mercato.

Esistono due tipi fondamentali di aste di perforazione attualmente prodotte: il primo è con una coda di perforazione forgiata e il secondo è con filettature su ciascuna estremità. Il primo è adatto per teste di perforazione integrali, coniche o filettate. Il secondo viene utilizzato nel caso di una coda di perforazione, come un'asta di perforazione singola per una perforatrice da roccia del tipo a rotaia, o un'asta di perforazione con gruppo asta collegata a un manicotto dell'asta filettata.

Tipi di acciaio da trapano

L'acciaio per perforazione cava è laminato a caldo da una billetta d'acciaio con un'anima interamente metallica al centro rotondo in una sezione trasversale rotonda o esagonale e di diverse lunghezze. La composizione chimica dell'acciaio deve essere ben selezionata e accuratamente controllata per renderlo adatto al tipo di asta di perforazione richiesta e al metodo di trattamento termico utilizzato. Dopo essere stato laminato alla dimensione richiesta, viene stirato per ridurre il diametro e quindi viene rimossa l'anima metallica.

L'acciaio ad alto tenore di carbonio contenente l'1% di carbonio e l'1% di cromo e una piccola quantità di manganese e molibdeno ha una forte resistenza alla fatica e può essere trattato termicamente e saldato localmente. Sono utilizzati per realizzare aste di perforazione con code di perforazione, comprese aste di perforazione integrali.

Il processo di tempra ad alta frequenza prevede il rapido riscaldamento del pezzo fino a 900°C e quindi il rapido raffreddamento in acqua. Ciò modifica la struttura metallica e provoca anche sollecitazioni di compressione sulla superficie. Il metodo ad alta frequenza può essere utilizzato per trattare termicamente localmente il cono, la coda di perforazione e la filettatura, rendendo l'asta di perforazione flessibile e in grado di resistere a grandi flessioni e operazioni gravose. La sabbiatura è un processo di indurimento a freddo che rimuove i difetti superficiali e prolunga la durata.

L'acciaio a basso e medio tenore di carbonio contenente 0,2~0,27% di carbonio, 2~3% di cromo o nichel e manganese o molibdeno viene utilizzato per realizzare aste di prolunga, code di aste di prolunga, manicotti di aste di prolunga e corpi di punte da trapano. Generalmente sono completamente carburati. Durante la carburazione, 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 carburazione, la composizione chimica di base e le proprietà dello strato esterno cambiano, causando aumento di volume e stress da compressione. Questo processo avviene su tutta la 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 sua resistenza all'usura e alla corrosione. Nella foratura a umido è naturalmente importante migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione per proteggere i fori di lavaggio. È stato riferito che circa il 95% delle parti della biella utilizzate per la perforazione a umido nei pozzi sotterranei sono interamente carburate, compreso il manicotto della biella e la filettatura della punta del trapano. Quando questo tipo di acciaio è parzialmente carburato, è difficile eseguire la ricottura locale perché"ricottura"si formeranno delle zone

Saldare fogli di metallo duro nell'acciaio cementato per realizzare punte integrali è un processo tecnicamente difficile, ma alcuni produttori hanno ottenuto risultati positivi. Le aste di perforazione integrali per carichi pesanti che producono vengono utilizzate nelle perforatrici da roccia ad alta potenza per la perforazione della roccia meccanizzata. È stato riferito che la loro durata è tre volte quella dell'acciaio ad alto tenore di carbonio, ad esempio 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 viene carburato nel suo insieme. L'acciaio al carbonio-cromo-nichel a medio tenore di carbonio (0,42%) viene utilizzato da alcune fabbriche per produrre aste di perforazione integrali lunghe e pesanti.

La superficie esterna e i fori di lavaggio possono essere fosfatati per prevenire la ruggine. Durante lo stoccaggio è possibile applicare anche un rivestimento protettivo in cera. La corrosione e la ruggine possono causare cricche premature da fatica.

Quando si perfora roccia dura abrasiva con una perforatrice da roccia a umido, sono generalmente preferite aste di perforazione completamente carburate. Tuttavia, quando si perfora roccia su scalini 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 per tempra ad alta frequenza possono adattarsi meglio a questa situazione. Poiché le aste di perforazione per tempra ad alta frequenza hanno una maggiore tenacità, non vengono facilmente danneggiate da impatti accidentali o intenzionali e non vengono facilmente danneggiate da filettature allentate causate da una forza di propulsione insufficiente, che provoca riscaldamento e danni locali. Lo spurgo dell'aria compressa può anche causare riscaldamento locale ed erosione superficiale. Le aste di perforazione con tempra ad alta frequenza non sono soggette a questo fenomeno, ma sono soggette all'usura della filettatura.

Quando il pozzo è poco profondo, diciamo sotto i 6 metri, o quando il pozzo si approfondisce, viene utilizzata una serie di aste di perforazione di diverse lunghezze, oppure viene utilizzata una singola trivella uguale alla profondità del pozzo, che è ampiamente utilizzata oggi. Questo tipo di asta di perforazione è forgiata con una coda di perforazione. La testa di perforazione è solidale all'asta di perforazione o ad una testa di perforazione mobile collegata tramite un cono o una filettatura. Le aste di perforazione con coda di perforazione sono realizzate in acciaio di perforazione esagonale con dimensioni dei lati opposti di 19 mm, 22 mm o 25 mm e vengono utilizzate per perforatrici da roccia manuali, perforatrici da roccia con gamba pneumatica e veicoli di perforazione meccanizzati per praticare fori su superfici di lavoro o rocce bulloni. 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 della coda della perforatrice (se l'asta di perforazione non è completamente carburata) viene raffreddata separatamente per resistere alle sollecitazioni d'impatto causate dal pistone e dalla coppia rotante. Se la testa del trapano è collegata da un cono, può anche essere trattata termicamente separatamente. La struttura complessiva dell'asta di perforazione dovrebbe rendere la durata totale dell'usura del carburo di tungsteno uguale alla durata a fatica dell'asta di perforazione. Tuttavia, questo approccio non è realistico nelle rocce altamente abrasive ed è meglio utilizzare una testa di perforazione attiva.

Per la perforazione da roccia meccanizzata che utilizza acqua ad alta pressione per lavare i detriti rocciosi, l'asta di perforazione deve essere dotata di una guarnizione sulla coda della perforazione per impedire all'acqua di lavaggio di entrare nella perforatrice da roccia, poiché per le perforatrici da roccia pneumatiche questa situazione può influire sulla lubrificazione e causare ghiaccio.

Almeno un produttore fornisce un'asta di perforazione complessiva con una testa di perforazione con denti sferici invece di una testa di perforazione con fessura. Un'asta di perforazione completa con testa di perforazione a croce è adatta per rocce rotte o fratturate, poiché esiste il rischio di pizzicamento della punta del trapano durante la perforazione in queste rocce. La testa a fessura presenta tuttavia il notevole vantaggio di essere facilmente affilabile.

Coda del trapano del connettore

Quando si utilizza una biella per praticare fori profondi, la coda di perforazione della biella viene inserita nel manicotto della coda di perforazione della perforatrice da roccia e il manicotto della biella è collegato alla prima asta di perforazione nel gruppo di aste di perforazione. Poiché le perforatrici da roccia prodotte dal produttore di perforatrici hanno manicotti di perforazione di varie strutture, esistono molti tipi di code di perforazione della biella. Il più semplice è il gambo con spalla esagonale, altri variano in complessità, con borchie o scanalature.

Il gambo deve trasferire l'energia d'impatto, la coppia di rotazione e la spinta all'asta di perforazione, e la sua faccia posteriore, le filettature e le scanalature o il gambo 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 con una frequenza di 60 volte/s. Si verificano piccoli spostamenti sulla connessione filettata e l'usura causata deve essere ridotta al minimo dall'acciaio resistente all'usura, che ha la caratteristica 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 comune è la carburazione completa.

Quando si eseguono fori poco profondi, è meglio collegare una punta a gambo e una punta da trapano per una perforatrice da roccia su rotaia dopo il gambo piuttosto che utilizzare un gambo singolo con un gambo, soprattutto quando si perforano fori di mina di grande diametro in roccia dura e si utilizza perforatrici da roccia ad alta potenza. Questo metodo consente la sostituzione dell'adattatore, del manicotto adattatore, dell'asta di perforazione e della testa di perforazione quando necessario. Poiché però la boccola dell'adattatore passa attraverso un portapunta aperto, c'è lo svantaggio che si perde la lunghezza di estensione, che corrisponde alla lunghezza dell'adattatore.

Quando si perfora un foro da mina con gradino discendente, la prima sezione dell'asta di perforazione deve essere scollegata dall'adattatore prima di aggiungere l'adattatore. La manica dell'adattatore può cadere, quindi a volte è preferibile utilizzare un adattatore con filettatura interna. A meno che non vengano utilizzate tutte le filettature femmina, il manicotto adattatore è collegato all'estremità inferiore dell'asta di perforazione. Rispetto all'uso della bussola dell'adattatore, tra l'adattatore di perforazione e la prima asta di perforazione si forma un collegamento più rigido. Se nell'adattatore del trapano vengono causate grandi sollecitazioni di flessione a causa della deflessione del foro di mina, è più probabile che la connessione rigida venga danneggiata.

C'è un"snello"sezione di transizione tra la coda dell'adattatore per trapano e la parte filettata, che dovrebbe rendere l'adattatore per trapano elastico e in grado di sopportare sollecitazioni di flessione.

Il mezzo di lavaggio (acqua o aria compressa) entra nel foro di mina attraverso l'ago dell'acqua della perforatrice da roccia o un dispositivo rotante indipendente. In caso di lavaggio con acqua ad alta pressione (superiore a 8 bar) è necessario utilizzare un dispositivo rotante indipendente. Le moderne perforatrici da roccia idrauliche sono dotate di un sistema di spurgo integrato all'estremità del manicotto della coda della perforatrice.

Bielle

Le aste per perforazione di roccia 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 deflessione del foro di mina a causa della ridotta rigidità, è più conveniente utilizzare aste di perforazione leggere quando si perfora verso l’alto. Le aste di perforazione leggere richiedono processi di forgiatura complessi e la cementazione 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 eseguire fori profondi su veicoli di perforazione pesanti. Quando si collegano e scaricano aste di perforazione pesanti per fori profondi, utilizzare dispositivi ausiliari efficaci per meccanizzare la connessione e lo scarico delle aste di perforazione.

Discussioni

Esistono quattro costruzioni base di filettature per aste di perforazione da roccia:"R"o filo ondulato,"T"o filo trapezoidale,"C"o thread a doppio inizio e"Ciao Leed"o filettatura a seghettatura inversa (Figura 1). IL"T"Il filo è stato sviluppato da Sandvik e può essere prodotto da altri produttori su licenza di Sandvik, ma nella maggior parte dei casi è contrassegnato con altri simboli. L'intera filettatura deve essere prodotta con tolleranze di alta precisione e avere un'elevata finitura superficiale.

Immagine

IL"R"la filettatura ha un angolo di filettatura costante di 20° misurato dall'asse dell'asta e un passo costante di 0,5 pollici. Viene utilizzato per aste di piccole dimensioni con diametro da 22 mm a 28 mm. Per le perforatrici da roccia ad alta potenza è possibile serrare eccessivamente il"R"filettatura, il grado di serraggio dipende dall'energia d'impatto, dalla coppia di rotazione e dalla resistenza generata dalla roccia e dalla spinta.

Rispetto al"R"filo, il"T"la filettatura ha un angolo di filettatura maggiore e il suo passo aumenta con l'aumentare del diametro. Ha le caratteristiche di tenuta equilibrata e viene utilizzato per aste di perforazione con diametro di 38 mm e 45 mm."C"la filettatura è adatta per attrezzature più grandi, come aste di perforazione con diametro di 51 mm o 57 mm. Ha una filettatura a doppio inizio e il suo angolo del profilo della filettatura è simile a quello di"T"filo."Ciao Leed"il profilo del dente del filo è a forma di dente di sega e le sue prestazioni di connessione e smontaggio sono intermedie"R"E"T*"discussioni. Viene utilizzato per aste di perforazione con diametro compreso tra 25 mm e 57 mm e la dimensione dell'angolo di filettatura è compresa tra"R"E"T"discussioni.

Quando la perforazione della roccia è più semplice, la sezione filettata sulla biella può essere lunga il doppio, 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 locali riscaldamento e rinvenimento dell'asta di perforazione. In alcuni casi, l'asta di perforazione ha raggiunto la sua durata a fatica dopo che la filettatura si è usurata. La scelta della filettatura a principio singolo o doppio principio è determinata dalla prova di ispezione della perforatrice da roccia e dalle condizioni della roccia, ma la spinta è un parametro importante.

Ingersoll-Rand ( Ingersoll-Rand ha realizzato una filettatura speciale che viene filettata lungo l'intera lunghezza dell'asta di perforazione, quindi quando un'estremità della filettatura è usurata, può essere tagliata, quindi smussata e riutilizzata. È stato riferito che la sua la durata è aumentata di 5 volte rispetto alle aste di perforazione con filettatura solo alle estremità. Le filettature sono rullate, che hanno un'elevata resistenza al taglio e la superficie è indurita, quindi è dura e resistente all'usura. Utilizza un angolo dell'elica abbastanza ripido in modo che possa essere allentato con una coppia minima. Le sue specifiche sono 32 mm, 38 mm e 44 mm.

Miglioramento dell'asta di perforazione

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Una nuova generazione di perforatrici da roccia a percussione, speciali Perforatrici da roccia ad azionamento idraulico, che possono vincere in molti aspetti della perforazione di roccia a cielo aperto in concorrenza con le perforatrici rotanti e le perforatrici fondo foro. Questi progressi si sono verificati contemporaneamente al miglioramento delle aste di perforazione e delle punte di perforazione. All'aumentare della velocità di perforazione, l'asta di perforazione deve avere maggiore tenacità e solitamente è più pesante. Ovviamente, il dispositivo di movimentazione e il controllo automatico delle aste di perforazione pesanti sono molto importanti e sono attrezzature ausiliarie necessarie.

La durata dell'asta di perforazione è influenzata principalmente dall'ampiezza dell'onda di sollecitazione, pertanto le onde di sollecitazione lunghe con ampiezza ridotta e distribuzione uniforme sono le più favorevoli. Le perforatrici da roccia idrauliche a percussione producono questo tipo di onda. Rispetto al pistone corto e spesso della perforatrice da roccia pneumatica, il suo diametro del pistone è piccolo e lungo. Si stima che sia possibile risparmiare il 15% sul costo del consumo delle aste di perforazione utilizzando perforatrici da roccia idrauliche. Un altro fattore favorevole è che la potenza della perforatrice da roccia può essere regolata in modo relativamente semplice in base alla corrispondenza tra la velocità di perforazione della roccia e il costo dell'asta di perforazione. Inoltre, l'uso di dispositivi automatici di apertura degli occhi e anti-inceppamento può anche prevenire o almeno ridurre al minimo il verificarsi di inceppamenti della punta.

Si stima che l'investimento di base rappresenti il ​​25~30% dei costi di perforazione della roccia, i pezzi di ricambio e la manutenzione rappresentino il 22~33%, i salari rappresentino il 12~25%, il consumo di energia rappresenti il ​​2~6% e le aste di perforazione e le punte da trapano rappresentano il 20~22%. Tra le spese di cui sopra, le differenze tra le miniere sono La differenza è molto grande. Tuttavia, se il costo totale della trivellazione del minerale è di 2 $/tonnellata, il costo dell’asta di perforazione e della punta di perforazione sarà di 0,4 $/tonnellata. Se la punta si rompe spesso durante la perforazione, ciò aumenterà i costi e i tempi di esecuzione. Nelle grandi miniere, anche un piccolo risparmio nel consumo di punte e aste di perforazione può comportare vantaggi considerevoli. Per ridurre al minimo i costi, è molto importante discutere con il produttore dell'asta di perforazione e selezionare attentamente l'asta di perforazione in base alle condizioni di produzione e utilizzo.

Manutenzione delle aste di perforazione

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La perforatrice garantisce che il manicotto della coda della punta sia intatto e che la testa della punta sia affilata.

Girare la biella e utilizzare a turno le aste di perforazione nel gruppo di aste di perforazione per far usurare uniformemente le filettature nel gruppo di aste di perforazione. Utilizzare il manicotto della biella in base alla durata corrispondente della filettatura dell'asta di perforazione: nuovo manicotto della biella con la nuova asta di perforazione.

Durante la perforazione a secco, pulire e lubrificare le filettature con grasso speciale e utilizzare solo aste di perforazione diritte. Il riscaldamento dell'asta di perforazione prima di iniziare in condizioni climatiche fredde ne prolungherà la durata.

Perforare con attenzione e utilizzare 1/4~1/2 della potenza della perforatrice da roccia durante la perforazione. Se l'asta di perforazione non è allineata, è necessario forarla nuovamente.

Usa la spinta migliore. Una spinta eccessiva causerà la flessione dell'asta riducendone la durata e può anche bloccare il foro di spurgo della testa del trapano e causare l'usura o il danneggiamento della piastra in carburo della testa del trapano; Una spinta insufficiente causerà il riscaldamento della connessione, il danneggiamento della connessione, un'usura eccessiva o l'allentamento della piastra in carburo della testa del trapano.

Il manicotto dell'asta"scatta"contro il portapunta, danneggiando così il manicotto dell'asta.

Garantire il lavaggio significa che c'è sempre abbastanza acqua di lavaggio per rimuovere rapidamente i frammenti di roccia.

Fare attenzione a ritirare la punta: utilizzare 1/4 della velocità di spinta quando si ritira la punta per evitare che si blocchi.

Utilizzare una buona chiave per rimuovere l'asta di perforazione. Martellare o utilizzare una fascetta stringitubo danneggerà la superficie indurita. Le insidie ​​​​possono causare fratture da fatica. Utilizzare un calibro speciale per misurare l'usura delle filettature sul manicotto dell'asta e sull'asta di perforazione. Quando l'usura supera il limite specificato, deve essere rottamato.

Stoccaggio Se deve essere immagazzinato dopo l'uso, deve essere trattato con un antiruggine e non ammucchiato vicino ad acqua o polvere. La corrosione è un grosso problema nelle miniere sotterranee.