اقدامات احتیاطی برای استفاده از ابزارهای حفاری سنگ
فولادهای مته مورد استفاده در عملیات حفاری و انفجار، به قطر سوراخ محدود میشوند، بنابراین سطح مقطع عرضی آنها نسبتاً کوچک است. این اجزای باریک باید در برابر سایش شدید، محیطهای خورنده و بارهای چرخهای با فرکانس بالا - کشش، فشار، خمش و پیچش - که توسط متههای سنگ با ضربه بالا منتقل میشوند، مقاومت کنند. بسته به شرایط بارگذاری و خواص سنگ، عمر مفید ممکن است از تنها چند ده ساعت تا کمی بیش از صد ساعت متغیر باشد. ابزارهای حفاری سنگ از جمله ابزارهای مهندسی مصرفی با بیشترین فشار در صنعت هستند: عمر کوتاه، از نظر فنی طاقتفرسا و در مقادیر زیاد ضروری.
هر کاربر ابزار، حداکثر بازدهی را با حداقل هزینه میخواهد، که به معنای کاهش مصرف ابزار است. به همین دلیل، تولیدکنندگان و کاربران ابزار باید از طریق بهینهسازی فنی مشترک، برای بهبود عمر مفید ابزار، با یکدیگر همکاری نزدیکی داشته باشند.
۱. از دیدگاه کاربر: هنگام انتخاب ابزارهای سنگی به چه نکاتی باید توجه کرد
(1) کیفیت بالای محصول
انتظار میرود آداپتورهای ساق با کیفیت بالا دوام بیشتری داشته باشند و زمان از کارافتادگی برای جداسازی و تعویض را کاهش دهند. میلهها و متههای حفاری نیز به همان اندازه حیاتی هستند: اگر یک میله بشکند، میله و مته ممکن است هر دو از بین بروند و سوراخ ممکن است اوراق شود.
در دستگاههای حفاری هیدرولیکی مدرن، حفاری معمولی بسیار خودکار و از نظر فیزیکی آسانتر است، اما تعویض آداپتورهای ساق، میلههای شکسته ماهیگیری یا متههای سنگزنی مجدد، ساعات کار را هدر میدهد و شدت کار و هزینه عملیاتی را افزایش میدهد. بنابراین، کاربران نه تنها به قیمت، بلکه بیشتر به کیفیت محصول اهمیت میدهند.
(2) بهترین نرخ نفوذ ممکن
در عملیات حفاری جامبو، جدا از هزینه نیروی کار و خرید ابزار، بسیاری از هزینههای دیگر مبتنی بر زمان عملاً ثابت هستند. از آنجایی که هزینه ابزار سهم بزرگی از هزینه حفاری را تشکیل میدهد، نفوذ سریعتر مستقیماً هزینه کل ساخت را کاهش میدهد. به همین دلیل است که کاربران اولویت بالایی برای سرعت حفاری قائل هستند.
(3) حداقل انحراف چال انفجاری
در انفجار چالهای متوسط و عمیق، انحراف چال، بارگذاری مواد منفجره و راندمان فاصلهگذاری چالها را کاهش میدهد که منجر به کاهش خروجی تولید میشود. بنابراین، کاربران به چالهایی با صافی بالا، معمولاً در محدوده تلرانسهای بسیار کم، نیاز دارند.
علل اصلی انحراف عبارتند از:
خطای قلاده گذاری در شروع سوراخ،
خطای علامتگذاری/همترازی سوراخ،
خطای راستی ایجاد شده در حین سوراخکاری توسط رفتار ابزار.
با دکلهای تمام هیدرولیک یا کنترلشده توسط کامپیوتر، دو خطای اول را میتوان تا حد زیادی کاهش داد، و انحراف ناشی از ابزار-سازه را به عامل اصلی باقیمانده تبدیل کرد. انحراف معمولاً با عمق افزایش مییابد و در نهایت میتواند سوراخهای تراشیده شده ایجاد کند. یک راه بسیار مؤثر برای کاهش یا حذف انحراف، استفاده از ابزارهای حفاری هدایتشده در سنگ است.
۲. تحلیل سایش و علل شکست ابزار سنگی
(1) ناهمراستایی در رشته حفاری
اگر آداپتور ساق، غلاف کوپلینگ و میله مته متحدالمرکز نباشند، تغییر شکل خمشی رخ میدهد و باعث ایجاد تنش و تطابق ضعیف در اتصالات میشود که منجر به شل شدن میشود.
(2) فشار خوراک
خیلی کم: راندمان نفوذ کاهش مییابد؛ مجموعه شل میشود؛ تلفات انتقال انرژی افزایش مییابد؛ جدایش/ضربه مکرر در سطوح تماس، تنش بالایی ایجاد میکند. علائم معمول: گرمای بیش از حد و صدای کلیک/تقتق در اتصالات. گرمای بیش از حد، سایش رزوه را تسریع میکند و ممکن است باعث ایجاد حفرههای فرسایشی شود.
خیلی زیاد: سرعت چرخش مته کاهش مییابد، خطر گیر کردن افزایش مییابد و تنش خمشی میله افزایش مییابد.
(3) فشار ضربه
تنظیم نامناسب فشار ضربه مستقیماً بر رفتار چرخش، راندمان نفوذ و عمر ابزار تأثیر میگذارد.
(4) سرعت چرخش
سرعت چرخش باید با قطر مته و فرکانس ضربه مته مطابقت داشته باشد. متههای بزرگتر به دور در دقیقه کمتری نیاز دارند. دور در دقیقه بیش از حد به ساختار برش محیطی آسیب میرساند.
(5) تنظیم فشار/گشتاور چرخش
فشار چرخش مناسب ضروری است. این فشار به جلوگیری از چسبندگی کمک میکند و برای چرخش پایدار ضروری است. فشار چرخش افزایشی نیز برای حفظ سفتی زهها کلیدی است. سفتی ناکافی اغلب باعث ایجاد اتصالات داغ، پوسته پوسته شدن رزوه، سایش زودرس رزوه و حتی شکستگی میشود.
(6) شیوه عملیاتی نامناسب
مخلوط کردن اجزای ابزار بسیار استفاده شده با قطعات نو میتواند عمر کلی ابزار را کاهش دهد. از دیگر اقدامات مخرب میتوان به تراز نامناسب هنگام ساخت میلهها، کثیفی/شن در رزوهها و ساخت رزوه بدون روانکننده اشاره کرد.
«چکشکاری بدون تماس مؤثر با سنگ» (Blank Fire) بسیار مخرب است و باید از آن اجتناب شود.
۳. رابطه بین پارامترهای حفاری و عملکرد حفاری
فشار ضربه
فشار ضربه بالاتر، سرعت پیستون و انرژی ضربه را افزایش میدهد. وقتی مته در تماس خوبی با سنگ سخت دستنخورده باشد، انرژی موج ضربه به طور مؤثرتری مورد استفاده قرار میگیرد. اگر تماس مته با سنگ ضعیف باشد، انرژی به جای ورود به سنگ، به صورت امواج کششی به رشته حفاری منعکس میشود.
حداکثر انرژی ضربه در هر ضربه فقط در سنگهای به اندازه کافی سخت قابل استفاده است. در سنگهای نرمتر، فشار/انرژی ضربه باید کاهش یابد تا بازتاب مضر محدود شود.
برای هر تنظیم ضربهای مشخص، فشار بالاتر به معنای تنش بالاتر در سطح مقطع فولاد مته است. برای به حداکثر رساندن عمر مفید میلهها و آداپتورهای ساق، فشار عملیاتی باید همیشه با ظرفیت رشته ابزار مطابقت داشته باشد.
فشار خوراک
نیروی پیشران، مته را در تماس محکم با سنگ نگه میدارد و در عین حال امکان چرخش را فراهم میکند. نیروی پیشران باید به درستی با فشار ضربه هماهنگ باشد.
نیروی تغذیه صحیح، اقتصادیترین حفاری را ارائه میدهد.
نیروی پیشروی خیلی کم، نرخ نفوذ را کاهش داده و اتصالات رزوهدار را شل میکند. کوپلینگهای بیش از حد گرم شده و صدای تقتق نشان میدهد که تنظیم پیشروی خیلی کم است. اگر حفاری با اتصالات شل ادامه یابد، اتلاف انرژی و افزایش دما افزایش مییابد و منجر به سوختن و شکستگی رزوه میشود.
نیروی تغذیه بیش از حد بالا، دور در دقیقه و نفوذ را کاهش میدهد، خطر گیر کردن را افزایش میدهد و میتواند به دلیل تمایل به خم شدن زه، انحراف سوراخ را افزایش دهد.
سرعت چرخش
چرخش، مته را برای ضربه بعدی به موقعیت جدید هدایت میکند. در متههای دکمهای، میزان جابجایی محیطی بین ضربات معمولاً حدود 10 میلیمتر است. بنابراین، دور در دقیقه باید با توجه به فرکانس ضربه و قطر مته تنظیم شود. قطرهای بزرگتر به دور در دقیقه کمتری نیاز دارند. دور در دقیقه بیش از حد باعث سایش سریع دکمهها/ساختار لبه گیج میشود.
۴. اقدامات احتیاطی عملیاتی عملی
قبل از اضافه کردن میلهها، فشار ضربه، فشار تغذیه، سرعت چرخش و فشار میرایی/بافر مناسب را بر اساس زمینشناسی واقعی تنظیم کنید. از تطابق پارامترها با سختی سنگ و نوع سازند اطمینان حاصل کنید.
در حین سوراخکاری، مجموعه ابزار را متحدالمرکز نگه دارید تا از تغییر شکل خمشی آداپتور ساق، میله و مته جلوگیری شود.
از آتش زدن مته به صورت خالی خودداری کنید. در صورت بروز، فوراً دریل کاری را متوقف کنید تا از آسیب شدید ابزار جلوگیری شود.
پس از بیرون کشیدن هر میله، روانکننده خنککننده را به انتهای رزوه میله و رابط اتصال سریع بمالید.
پس از حفاری چاه انفجاری، اتصالات رزوه داغ هستند و ممکن است حاوی خرده سنگ و آب معدن باشند. روانکننده خنککننده، روانکاری، کاهش دما، محافظت در برابر خوردگی و بهبود مقاومت در برابر سایش رزوه را فراهم میکند.در حین برداشتن میله، از لرزش/تکان دادن مکرر میله خودداری کنید، که یکی از مخربترین اقدامات برای میلههای حفاری است.
اگر شل کردن یک اتصال رزوهدار دشوار است، ابتدا روانکننده را به ناحیه رزوه تزریق کنید، سپس با بریک اوت یا ویبره کنترلشده ادامه دهید. این کار آسیب مستقیم به رزوه را به حداقل میرساند.
در طول ارتعاش میله، مته سنگ ممکن است فشار ضربهای نزدیک به ۲۰۰ بار را منتقل کند. ضربات پایدار با فرکانس بالا باعث تمرکز تنش میشوند؛ ارتعاش مکرر به همراه گرما میتواند باعث ایجاد سایش چسبنده/لکههای سوختگی جوش سرد و حفرههای فرسایشی در انتهای رزوهها و در موارد شدید، حفرههای ذوب موضعی شود. این عیوب به منشأ خستگی تبدیل میشوند و میتوانند باعث خرابی زودرس میله شوند.
