توضیح حفاری ضربهای-چرخشی: چرا ضربه زدن به سنگ هنگام چرخاندن آن همه چیز را تغییر داد
اگر تا به حال گرانیت سخت را با یک دستگاه حفاری چرخشی سوراخ کرده باشید، این حس را میشناسید. مته میچرخد، وزنه به پایین فشار میآورد و هیچ اتفاق خاصی نمیافتد. سرعت نفوذ به میلیمتر در دقیقه کاهش مییابد. مته لعاب میخورد. خدمه شروع به چک کردن تلفنهایشان میکنند.
حالا همان سنگ را تصور کنید، اما این بار یک چکش در ته سوراخ وجود دارد که مته را پنجاه بار در ثانیه به سازند میکوبد در حالی که نخ حفاری بالای آن میچرخد. به این حفاری ضربهای-چرخشی میگویند. و در سنگ سخت، این فقط سریعتر نیست - اغلب تفاوت بین یک پروژه عملی و پروژهای است که پول را صرف متراژ میکند.
از کجا آمده است؟
ایده ترکیب چرخش با ضربه چیز جدیدی نیست. حفاران اروپایی در اوایل دهه ۱۸۰۰ میلادی در حال آزمایش آن بودند. وزارت زمینشناسی چین تحقیقات جدی خود را در سال ۱۹۵۸ آغاز کرد و این فناوری در دهه ۱۹۷۰ با بلوغ سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک به اوج خود رسید. جذابیت آن سرراست بود: در سازندهای سخت، چرخش به تنهایی خراش ایجاد میکند. اگر ضربه اضافه شود، خرد میشود.
سه نیرو - پالس ضربه از چکش، وزن محوری روی مته و گشتاور چرخشی از سر مته - به طور همزمان به مته وارد میشوند. ضربه باعث ایجاد شکستگیهای ریز در سنگ جلوی سطح مته میشود. چرخش با هر ضربه، مته را به سمت سنگ تازه هدایت میکند. فشار تغذیه، مته را درگیر نگه میدارد، بنابراین انرژی ضربه به جای اینکه در رشته حفاری به بالا برگردد، در واقع به سنگ وارد میشود.
نتیجه: نرخ نفوذ بالاتر، فاصله زمانی بیشتر بین تعویض مته، سوراخهای مستقیمتر (زیرا عمل ضربهای در برابر انحراف بهتر از چرخش خالص مقاومت میکند) و هزینه به ازای هر متر در سازندهای سخت به طور قابل توجهی کمتر است.
دو راه برای کوبیدن چکش
سیستمهای ضربهای-چرخشی بر اساس نیرویی که چکش به آن وارد میشود به دو خانواده تقسیم میشوند:
سیستمهای هیدرولیکی (مایعمحور)از سیال حفاری - گل یا آب - که به پایین رشته حفاری پمپ میشود تا یک چکش پیستونی که بالای بشکه یا مته مغزهگیری نصب شده است را به حرکت درآورد. همان سیالی که به چکش نیرو میدهد، خردههای حفاری را نیز شستشو میدهد. این سیستمها در اکتشاف مواد معدنی و حفاری ژئوتکنیکی رایج هستند، به خصوص زمانی که سوراخ برای بازیابی مغزه نیاز به تمیز ماندن دارد. آنها حتی میتوانند با مغزهگیری سیمی ترکیب شوند، جایی که چکش و مجموعه لوله داخلی به داخل رشته میلهای انداخته شده و با یک ضربه بیش از حد روی یک سیم بازیابی میشوند - نیازی به قطع کردن کل رشته برای هر بار مغزهگیری نیست.
سیستمهای پنوماتیکیمنظور اکثر مردم از دی تی اچ (پایین--سوراخ) این است که از هوای فشرده استفاده میکنند. چکش مستقیماً پشت مته در پایین سوراخ قرار میگیرد. هوا پیستون را به حرکت در میآورد و هوای خروجی، خردههای سنگ را از حلقه سوراخ به بالا میراند. سیستمهای دی تی اچ در حفاری چاه انفجاری، حفاری چاه آب و حفاری ساختمانی که قطر سوراخها بزرگتر است و استفاده از هوا عملی است، کاربرد دارند. آنها انرژی ضربه بیشتری در هر ضربه نسبت به اکثر چکشهای هیدرولیکی ارائه میدهند و در سازندهای سخت و ساینده عملکرد فوقالعادهای دارند.
کلاسهای فرکانسی: ضربه سریع در مقابل ضربه محکم
همه چکشهای کوبهای به یک شکل کار نمیکنند. آنها به دو کلاس فرکانسی تقسیم میشوند و اینکه از کدام یک استفاده میکنید، نوع ضربهای که باید اجرا کنید را تعیین میکند:
چکشهای فرکانس بالا (بالای ۴۰ هرتز - بیش از ۴۰ ضربه در ثانیه)چکشهای ضربهای سریع هستند. آنها انرژی کمتری در هر ضربه اما با نرخ بسیار بالاتری ارائه میدهند. در حالت فرکانس بالا، مکانیسم اصلی شکستن سنگ همچنان چرخش است - ضربه با تازه نگه داشتن سطح مته و جلوگیری از لعابکاری مته در سازندهای سخت، به این امر کمک میکند. این چکشها با متههای الماس جفت میشوند، جایی که عمل برش از طریق شخم زدن الماسها در سنگ انجام میشود و ضربه مانع از صیقل دادن ماتریس میشود.
چکشهای فرکانس پایین (زیر ۴۰ هرتز)ضربههای سنگین هستند. تعداد ضربات کمتر در ثانیه، اما هر ضربه انرژی قابل توجهی بیشتری تولید میکند. در این حالت، ضربه مکانیسم اصلی شکستن سنگ است و چرخش عمدتاً مته را شاخص میکند. این چکشها با متههای کاربید تنگستن جفت میشوند - دکمههای بزرگ کاربید میتوانند انرژی تک ضربه بالا را بدون شکستگی جذب و منتقل کنند، کاری که قطعات الماس معمولاً نمیتوانند.
انتخاب فرکانس به سختی سازند، نوع مته و آنچه که برای آن بهینه شدهاید بستگی دارد: نرخ نفوذ یا عمر مته.
چرا هر یک از این موارد برای خرید ابزارآلات اهمیت دارد؟
اگر در حال خرید چکش یا مته دی تی اچ برای یک پروژه هستید، اصل ضربهای-چرخشی اهمیت دارد زیرا تعیین میکند چه چیزی و چگونه فرسوده میشود.
چکش دی تی اچ یک دستگاه دقیق است. پیستون در یک سیلندر با فواصل اندازهگیری شده در هزارم اینچ حرکت میکند. هوای آلوده، روغنکاری ناکافی یا کار با فشار نامناسب نه تنها عملکرد را کاهش میدهد، بلکه چکش را از داخل خراب میکند. پیستون به سیلندر آسیب میرساند. شیر یکطرفه گیر میکند. ساقه مته از تلرانس خارج میشود. اینها خرابیهای قابل اجتنابی هستند که هزینه زیادی دارند.
مته حتی وضعیت بدتری هم دارد. یک مته دی تی اچ همزمان ضربه، چرخش و جریان هوای ساینده را تحمل میکند. دکمههای کاربیدی باید به اندازه کافی محکم باشند تا در برابر شکستگی تحت انرژی تک ضربه بالا مقاومت کنند و به اندازه کافی سخت باشند تا در برابر سایش ناشی از برشهای ناگهانی با سرعت بالا مقاومت کنند. این مجموعهای از خواستههای متناقض است و به همین دلیل است که متههای دی تی اچ خوب گران هستند و متههای ارزان به طرز چشمگیری شکست میخورند.
غذای بیرونبر
حفاری ضربهای-چرخشی پاسخ پیشفرض برای سنگ سخت است و دهههاست که همینطور بوده است. فیزیک از دهه ۱۹۷۰ تغییر زیادی نکرده است - آنچه بهبود یافته است متالورژی، دقت تولید و قابلیت اطمینان چکشها است. انتخاب بین هیدرولیک و پنوماتیک، فرکانس بالا و فرکانس پایین، به قطر سوراخ، سازند و اینکه آیا در حال مغزهگیری هستید یا فقط سوراخ ایجاد میکنید، بستگی دارد.
بدانید از چه کلاس چکشی استفاده میکنید، قطعات خود را با فرکانس دستگاه تطبیق دهید و از چکش مانند یک ابزار دقیق نگهداری کنید. این کار را انجام دهید، و دیگر مشکل هارد راک نخواهید داشت و فقط به یک کار روزمره تبدیل خواهید شد.
