چگونه از چکش ها و مته های DTH به صورت علمی برای دستیابی به عملیات حفاری کارآمد استفاده کنیم؟
1. سرعت چکش DTH در حین حفاری
سرعت چکش DTH، در طول فرآیند حفاری، عملکرد اصلی چرخش چکش DTH این است که آلیاژ مته را با زاویه خاصی بچرخاند تا دفعه بعد بر سنگ ضربه بزند. توضیحات زیادی در مورد سرعت چکش DTH در برخی از مواد داخلی وجود دارد. اما طبق تجربه ما، هنگام ضربه زدن به سنگ سخت، منطقی تر است که چکش DTH برای هر ضربه چکش DTH 1/3~1/2 بچرخد. تعداد زیادی آزمایش نیز تأثیر سرعت چکش DTH بر سرعت حفاری سنگ را ثابت کرده است. خیلی سریع یا خیلی کند بر راندمان حفاری تأثیر می گذارد.
فرمول سرعت حفاری چکشی DTH: n=fd/πD
n------- سرعت چکش DTH (r/دقیقه)
f-------- فرکانس ضربه چکش DTH (بار در دقیقه)
d-------- قطر آلیاژ دندان کناری مته مته (میلی متر)
π----- پی (3.14)
D-------- قطر سوراخ مته (میلی متر)
سرعت چکش DTH نه تنها به فرکانس چکش، قطر سوراخ مته، قطر آلیاژ دندان جانبی مته مربوط می شود، بلکه ارتباط زیادی با خواص سنگ دارد.
پیشنهادات بهینه سازی سرعت برای انواع مختلف سنگ به شرح زیر است:
سنگ نرم (مانند شیل، گل سنگ و ...): این نوع سنگ سختی کمی دارد و می توان سرعت را به طور مناسب افزایش داد. به طور کلی توصیه می شود 20-40r/دقیقه باشد. سرعت بالاتر می تواند راندمان خرد کردن را افزایش داده و از اکستروژن بیش از حد مته در سنگ نرم جلوگیری کند و در نتیجه مته چسبنده شود.
سنگ متوسط سخت (مانند سنگ آهک، ماسه سنگ و غیره): سرعت معمولی در 10-30r/دقیقه مناسب تر است، که می تواند اطمینان حاصل کند که مته می تواند به طور موثر بر سنگ ضربه بزند و خرد شود و باعث سایش زودرس مته به دلیل سرعت زیاد نشود.
سنگ سخت (مانند گرانیت، بازالت و غیره): هنگام ضربه زدن به سنگ سخت، سرعت نباید خیلی زیاد باشد. توصیه می شود 5-15r/دقیقه باشد. سرعت پایین تر به مته اجازه می دهد تا از انرژی ضربه به طور کامل استفاده کند و از سایش بیش از حد یا حتی ترک خوردن دندانه های آلیاژی به دلیل چرخش با سرعت بالا جلوگیری کند.
در عملیات حفاری، عمر و هزینه مته برای هر کاربر بسیار مورد توجه است، بنابراین چگونگی بهبود طول عمر مته نیاز به بررسی دارد. انتخاب سرعت معقول نه تنها می تواند سرعت حفاری را افزایش دهد، بلکه عمر مفید ابزار مته را افزایش داده و هزینه استفاده را کاهش می دهد. از آنجایی که سرعت حفاری به عوامل زیادی بستگی دارد، خواه فشار، سختی سنگ، فرکانس چکش پایین سوراخ، یا شکل و اندازه دندانه های آلیاژی مته، ما باید مطابق شرایط واقعی هنگام حفاری سنگ اصلاحاتی را انجام دهیم. برای ساخت چاه آب، سرعت کلی 10 تا 30 دور در دقیقه معقول تر است.
2. فشار محوری در حین حفاری
هدف اصلی از فشار محوری (فشار حفاری) چکش پایین سوراخ در حین حفاری، غلبه بر نیروی واکنش در هنگام ضربه و ایجاد آلیاژ مته در تماس نزدیک با سنگ در پایین سوراخ است. این مربوط به نوع چکش پایین سوراخ، سختی سنگ و فشار وارد شده به چکش پایین سوراخ توسط کمپرسور هوا است. هر چکش پایین سوراخ دارای محدوده فشار محوری خاص خود است. با افزایش قطر سوراخ، فشار محوری افزایش می یابد. با افزایش فشار، فشار محوری افزایش می یابد. با افزایش سختی سنگ، فشار محوری افزایش می یابد. اما به طور کلی توصیه می کنیم 6 کیلوگرم تا 14.6 کیلوگرم فشار محوری در هر میلی متر از قطر سوراخ اعمال کنید.
به عنوان مثال، هنگام استفاده از چکش پایین سوراخ SPM360 با مته SPM360-152 برای سوراخ کردن یک سوراخ به قطر 152 میلی متر با فشار کمتر از 1.7 مگاپاسکال، فشار محوری مورد نیاز 6Kg×152 = 912Kg است. اما زمانی که سنگ سخت تر است، باید فشار محوری را به طور مناسب افزایش دهیم که با مشاهده استفاده در محل از ابزار حفاری می توان آن را تعیین کرد.
پیشنهادات بهینه سازی فشار محوری تحت انواع مختلف سنگ:
سنگ نرم: فشار محوری نباید خیلی زیاد باشد. اعمال فشار محوری 4 تا 8 کیلوگرم بر میلی متر قطر حفاری توصیه می شود. فشار بیش از حد محوری می تواند به راحتی باعث فرورفتن مته در سنگ نرم و ایجاد گیر کردن مته شود.
سنگ متوسط سخت: طبق توصیه های مرسوم، فشار محوری 6 تا 12 کیلوگرم در هر میلی متر قطر حفاری برای خرد کردن موثر سنگ اعمال می شود.
سنگ سخت: فشار محوری باید به طور مناسب افزایش یابد. فشار محوری 8-14.6 کیلوگرم در هر میلی متر قطر حفاری اعمال می شود تا اطمینان حاصل شود که مته می تواند به طور موثر بر سنگ سخت ضربه بزند.
اما هنگامی که ما ساخت سوراخ عمیق را انجام می دهیم، باید وزن ابزار حفاری را در نظر بگیریم، بنابراین فشار محوری واقعی که دریافت می کنیم باید باشد:
فشار محوری واقعی = فشار محوری نظری - وزن مرده میله مته - وزن مرده چکش پایین سوراخ - وزن مرده مته مته
آزمایش‌ها نشان داده‌اند که فشار محوری معقول می‌تواند کارایی حفاری را بهبود بخشد. افزایش کورکورانه فشار محوری نه تنها باعث بهبود راندمان ضربه نمی شود، بلکه سایش مته را نیز تشدید می کند. بنابراین، انتخاب معقول فشار محوری باید عوامل زیر را در نظر بگیرد: نوع چکش DTH و قطر سوراخ. خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ، به طور عمده سختی سنگ. فشار و حجم گاز ارائه شده توسط کمپرسور هوا به چکش DTH.
3. گشتاور در حین حفاری
گشتاور مورد نیاز چکش DTH برای سوراخ کردن سوراخ ها عمدتاً توسط دکل حفاری تامین می شود، که عمدتاً برای فعال کردن چکش DTH برای دستیابی به چرخش مورد نیاز در حین ساخت است. به طور کلی، گشتاور چرخش مورد نیاز برای هر میلی‌متر از قطر سوراخ 1.06 N・M است که منطقی‌تر است، اما با توجه به سایر عوامل در سوراخ، توصیه می‌کنیم که گشتاور برای هر میلی‌متر (میلی‌متر) از قطر سوراخ حدود 2.7 N・M باشد. در همان زمان، با افزایش عمق سوراخ، گشتاور نیز باید افزایش یابد. سختی سنگ سخت تر می شود و گشتاور نیز باید افزایش یابد. بنابراین، هنگام حفاری، باید در نظر بگیریم: قطر سوراخ; عمق سوراخ؛ تشکیل سنگ
▷ پیشنهادات بهینه سازی گشتاور برای انواع مختلف سنگ:
سنگ نرم: تقاضای گشتاور نسبتاً کم است، در حدود 1.5-2.2N・M در هر میلی متر از قطر سوراخ. گشتاور کوچکتر می تواند نیازهای حفاری سنگ نرم را برآورده کند و از فروپاشی سوراخ به دلیل گشتاور بیش از حد جلوگیری کند.
سنگ با سختی متوسط: گشتاور توصیه شده در هر میلی متر قطر حفاری 2 تا 2.5N・M است تا اطمینان حاصل شود که چکش به طور پایدار در سنگ با سختی متوسط می چرخد.
سنگ سخت: گشتاور در هر میلی متر قطر حفاری را می توان به 2.5 - 3N・M افزایش داد تا توانایی خرد کردن سنگ سخت افزایش یابد.
تجزیه و تحلیل فوق سه عنصر دددخخ چکش پایین سوراخ و مته را در حین حفاری، یعنی سرعت، فشار محوری و گشتاور به نتیجه رساند. انتخاب معقول سه عنصر حفاری در حین حفاری می تواند به طور موثری راندمان حفاری را بهبود بخشد و هزینه های استفاده را کاهش دهد.
