تطبیق سرعت مته با سنگ: چرا «سنگ سخت آهسته، سنگ نرم سریع» بیش از آنچه فکر میکنید اهمیت دارد
هر مته پنوماتیکی یک دریچه گاز دارد. و هر حفار غریزهای در مورد محل تنظیم آن دارد. اما نکتهای در مورد غریزه وجود دارد: معمولاً بر اساس چیزی است که درست در محل اتصال مته به سنگ حس میشود، نه آنچه واقعاً در ته سوراخ، جایی که مته به سنگ میرسد، اتفاق میافتد.
این قانون به اندازه کافی ساده به نظر میرسد - سنگ سخت، سرعت کم؛ سنگ نرم، سرعت زیاد. اما اکثر حفارانی که این قانون را درک میکنند، هنوز در کاربرد آن اشتباه میکنند زیرا دلیل کارکرد آن را نمیفهمند. و وقتی دلیل آن را نمیفهمید، نمیتوانید با تغییر شرایط خود را وفق دهید. در اینجا فیزیک پشت دریچه گاز و اینکه چرا اشتباه کردن در آن، متهها و میلههای حفاری را سریعتر از هر چیز دیگری در دکل از بین میبرد، آورده شده است.
وقتی سرعت نامناسب باشد، در ابتدای کار چه اتفاقی میافتد؟
یک مته بادی سنگ دو چیز را از طریق میله مته به مته منتقل میکند: انرژی ضربهای - پیستونی که ساقه را میکوبد - و چرخش. ضربه سنگ را میشکند. چرخش، کاربیدها را بین هر ضربه به سنگ تازه هدایت میکند، بنابراین شما دو بار به یک نقطه ضربه نمیزنید.
رابطه بین فرکانس ضربه و سرعت چرخش تعیین میکند که آیا مته به طور مؤثر برش میدهد یا فقط خودش را تا سر حد مرگ میزند.
چرخش خیلی سریع در سنگ سخت، مته را بین هر ضربه بیش از حد میچرخاند. قطعات کاربیدی روی برآمدگیهای خرد نشدهای که از ضربه قبلی به جا ماندهاند، فرود میآیند، نه در دهانههایی که تازه ایجاد شدهاند. به جای اینکه مته به سنگ از قبل شکسته شده برخورد کند و ترکها را گسترش دهد، در هر ضربه با زاویه کم به سنگ سالم برخورد میکند. قطعات بالا و پایین میپرند. نرخ نفوذ کاهش مییابد. و از آنجایی که مته به درستی در سنگ فرو نمیرود، انرژی ضربه به جای جذب شدن توسط سنگ، دوباره به میله مته منعکس میشود. این انرژی منعکس شده به صورت ارتعاش ظاهر میشود - نوعی که در دستان خود احساس میکنید و نوعی که بارهای خستگی چرخهای را به هر اتصال رزوهدار در رشته وارد میکند.
چرخش خیلی آهسته در سنگ نرم، مشکل برعکس را به همراه دارد. قطعات مته بین ضربات بیش از حد روی هم قرار میگیرند و به جای برش سنگ تازه، مواد از قبل شکسته شده را دوباره خرد میکنند. مته، خردهها را دوباره به پودر تبدیل میکند، گرمای اضافی تولید میکند و نرخ نفوذ کاهش مییابد زیرا مته انرژی خود را صرف موادی میکند که قبلاً به گرد و غبار تبدیل شدهاند. در همین حال، چرخش آهسته به این معنی است که خردهها به اندازه کافی سریع از سر راه کنار نمیروند، بنابراین سطح مته شروع به جمع شدن میکند. یک سطح مته جمع شده در زمین نرم، مقدمهای برای گرفتگی سوراخ آب و سوختن قطعات کاربیدی است.
متههای با قطر بزرگ در سنگ سخت: چرا کند بودن تنها گزینه است؟
یک مته دکمهای مخروطی ۴۵ میلیمتری که گرانیت را سوراخ میکند، مشکل مکانیکی کاملاً متفاوتی نسبت به یک مته ۳۲ میلیمتری در سنگ آهک دارد. هرچه قطر مته بزرگتر باشد، سطح تماس بین سطح مته و سنگ بیشتر است. سطح تماس بیشتر به معنای مقاومت بیشتر در برابر چرخش است - مته باید بر اصطکاک در یک دایره گیج وسیعتر غلبه کند - و مقاومت بیشتر در برابر نفوذ به این دلیل است که انرژی ضربه در تعداد بیشتری از قطعات کاربیدی توزیع میشود.
در سنگ سخت، متراکم و ساینده، آن سطح تماس بزرگ به ضرر شماست. اگر یک مته ۴۵ میلیمتری را با همان دور در دقیقهای که برای مته ۳۲ میلیمتری در همان سازند استفاده میکنید، بچرخانید، سرعت محیطی در ردیف گیج به طور متناسب بیشتر است - اینسرتهای بیرونی سریعتر حرکت میکنند، محکمتر ضربه میزنند و سریعتر از اینسرتهای مرکزی ساییده میشوند. ردیف گیج ابتدا فرسوده میشود، قطر مته کاهش مییابد و ناگهان نمیتوانید اندازه سوراخ را برای بقیه برنامه حفاری نگه دارید.
راه حل، کاهش فرکانس ضربه و سرعت چرخش است. فرکانس ضربه کمتر به این معنی است که هر ضربه زمان بیشتری برای انتقال انرژی به سنگ و ایجاد یک دهانه مناسب قبل از رسیدن ضربه بعدی دارد. سرعت چرخش کمتر به این معنی است که مته فاصله کمتری بین ضربات ایجاد میکند و تضمین میکند که اینسرتها به جای برآمدگیهای سالم، روی مواد از قبل شکسته شده فرود میآیند. این ترکیب به شما انتقال انرژی تمیزتر، سایش یکنواختتر اینسرت در سراسر سطح مته و سوراخی که روی گیج باقی میماند را میدهد.
در عمل، برای یک مته دکمهای مخروطی معمولی ۳۶ تا ۴۵ میلیمتری در گرانیت سخت یا کوارتزیت، سرعت چرخش در محدوده ۱۵۰ تا ۲۵۰ دور در دقیقه است - به سمت انتهای پایینی برای قطرهای بزرگتر. فرکانس ضربه باید کاهش یابد تا انرژی ضربه بالا و فاصله شاخصگذاری مناسب نگه داشته شود. مزیت این کار نفوذ کندتر است، اما متهای که سوراخ را با قطر مناسب تمام میکند، ارزش بیشتری نسبت به متهای دارد که ده متر سریع حفاری میکند و سپس نمیتواند گیج را نگه دارد.
متههای با قطر کوچک در سنگ نرم: سرعت دوست شماست
یک مته دکمهای ۳۲ یا ۳۴ میلیمتری در ماسهسنگ، گلسنگ یا سنگ آهک نرمِ هوازده، مشکل کاملاً برعکسی دارد. سطح تماس کوچک است، سنگ ضعیف است و مته میتواند با انرژی ضربه نسبتاً کم به سرعت نفوذ کند. اگر این دستگاه را با سرعت سنگ سخت راهاندازی کنید، مته زمان زیادی را در تماس با همان نقطه از سنگ میگذراند، به جای برش، دوباره سنگزنی میکند و به جای پیشرفت، گرما تولید میکند.
سرعت چرخش را افزایش دهید - ۳۰۰ تا ۴۰۰ دور در دقیقه، که گاهی اوقات بسته به نوع سنگ بیشتر هم میشود - و مته بین ضربات، فاصله بیشتری را نشان میدهد. هر قطعه در هر ضربه به سنگ تازه و بدون شکستگی برخورد میکند و به جای پودر کردن گرد و غبار، تراشههای تمیز را جدا میکند. سرعت چرخش بالاتر همچنین به تخلیه قلمهها کمک میکند: چرخش مته به صورت مکانیکی خردهها را از شیارهای آشغال بیرون میکشد و به جریان حلقوی تبدیل میکند، جایی که آب شستشو آنها را به بالا و خارج حمل میکند.
منطقه خطر در سنگ نرم، شکستگی اینسرت نیست - بلکه گرمای بیش از حد ناشی از خنکسازی ناکافی و فشرده شدن مته به دلیل جریان ضعیف قلمهها است. دور در دقیقه بالاتر با کاهش زمان توقف و بهبود فاصله مکانیکی، هر دو مشکل را برطرف میکند. فقط آنقدر سریع حرکت نکنید که مته شروع به بالا و پایین رفتن کند - در زمین بسیار نرم و شکننده، سرعت بیش از حد میتواند باعث شود که مته به جای درگیر شدن، روی سطح سر بخورد، به خصوص اگر فشار تغذیه خیلی کم باشد.
بررسی قبل از شیفت که از بیشتر مشکلات جلوگیری میکند
قبل از اینکه مته را داخل سوراخ قرار دهید، دو دقیقه وقت بگذارید و تنظیمات خود را بررسی کنید:
بررسی کنید که فرکانس ضربه و سرعت چرخش مته برای قطر مته و نوع سنگی که میخواهید دریل کنید تنظیم شده باشد - نه برای کاری که دفعه قبل انجام میداد. تنظیماتی که دیروز روی ماسهسنگ خوب کار میکردند، امروز روی گرانیت کمی مشکلساز خواهند بود.
مطمئن شوید که میله مته صاف است و مته به درستی روی مخروط یا رزوه قرار گرفته است. متهای که کمی ناهمتراز باشد، در سرعت بالا لق میزند و این لق زدن با افزایش دور در دقیقه بدتر میشود. چیزی که با لرزش خفیف در یقه شروع میشود، در عمق به یک سوراخ بیضی شکل، سایش ناهموار مته و خستگی سریع رزوه در محل اتصال میله تبدیل میشود.
قبل از اینکه مته به سنگ برخورد کند، مطمئن شوید که آب تمیز و یکنواخت جریان دارد. ایجاد سوراخ با یک مسیر آب تا حدی مسدود شده، سریعترین راه برای گرم شدن بیش از حد مته جدید است.
هیچکدام از اینها پیچیده نیست. اما تفاوت بین یک برنامه حفاری که به راحتی اجرا میشود و برنامهای که متههای حفاری سنگی و میلههای حفاری را با دو برابر سرعت مورد انتظار میسوزاند، معمولاً به این بستگی دارد که آیا کسی آن دو دقیقه را در شروع شیفت صرف کرده است یا خیر.
