آیا مته دکمهای با مرکز برجسته میتواند بدون کاهش نفوذ، گیج را برای مدت طولانیتری نگه دارد؟
وقتی یک مته دکمهای رزوهدار از رده خارج میشود، اغلب به این دلیل نیست که تمام دکمههای کاربیدی از کار افتادهاند.
به این دلیل است که مته گیج (gauge) خود را از دست داده است.
وقتی قطر خارجی کمتر از حد قابل قبول ساییده شود، سوراخ حفر شده کوچکتر از اندازه واقعی خود میشود. این امر مشکلاتی را در مراحل بعدی ایجاد میکند: دقت پایین سوراخ، شارژ دشوار، کیفیت غیرقابل اعتماد سوراخ پیچ و نتایج انفجاری کمتر قابل پیشبینی. در معدنکاری و توسعه تونل، متهای که دیگر گیج را نگه نمیدارد، میتواند تأثیر بسیار بیشتری از هزینه خود در هر متر داشته باشد.
پاسخ واضح به نظر ساده میرسد: دکمههای گیج بیشتری اضافه کنید.
اما طراحی دکمهای هیچوقت به این سادگی نیست.
فضای محدودی روی سطح مته وجود دارد. اضافه کردن دکمههای کاربیدی بیشتر یا بزرگتر میتواند نیروی ضربه موجود در هر دکمه را کاهش دهد. طرحبندی نامناسب سطح مته همچنین میتواند شستشو را محدود کرده و تخلیه قلمهها را دشوارتر کند. نتیجه ممکن است نفوذ کندتر، خرد شدن مجدد بیشتر یا سایش سریع در قسمت دیگری از مته باشد.
یک وجه برجسته در مرکز، یکی از رویکردهای حل این مشکل طراحی است.
چرا تلفات گیج اینقدر اهمیت دارد؟
دکمههای گیج در اطراف لبه بیرونی مته قرار گرفتهاند. وظیفه آنها حفظ قطر سوراخ در حین حفاری و چرخش مته است. آنها در معرض سایش شدید از دیواره گمانه، به ویژه در سنگهای سخت یا ساینده، قرار دارند.
وقتی دکمههای گیج ساییده میشوند، مته شروع به ایجاد سوراخ کوچکتری میکند. این ممکن است در ابتدا جزئی به نظر برسد، اما اثرات آن میتواند جمع شود:
قطر سوراخ کمتر ثابت میشود.
ممکن است تراز سوراخ مته دچار مشکل شود.
عملیات انفجار یا پیچ و مهره بعدی کمتر قابل پیش بینی می شوند.
فواصل زمانی سنگ زنی مجدد ممکن است کوتاه شود.
مته زودتر به قطر دور انداختنی خود میرسد.
برای یک پیمانکار حفاری، عمر گیج اغلب عامل اصلی در هزینه واقعی یک مته دکمهای رزوهدار است. متهای با نفوذ عالی اما عمر گیج کوتاه ممکن است اقتصادیترین ابزار برای کار نباشد.
چالش این است که بدون ایجاد سطحی که به خوبی سوراخکاری نمیشود، محافظت از گیج را بهبود بخشیم.
بده بستان در سطوح مته مرسوم
در یک صفحه دکمهای معمولی، فضا محدود است. دکمههای گیج، دکمههای جلویی، سوراخهای شستشو و شیارها، همگی برای یک فضای یکسان رقابت میکنند.
افزایش تعداد دکمههای گیج میتواند به توزیع سایش و حفظ قطر کمک کند. اما همچنین ممکن است فضای موجود برای شستشوی سوراخها را کاهش دهد. اگر خردهها نتوانند به طور موثر سوراخ را ترک کنند، میتوانند دوباره زیر مته خرد شوند. این کار انرژی ضربه را هدر میدهد و میتواند نفوذ را کند کند.
اضافه کردن دکمههای کاربیدی بزرگتر، یک بدهبستان دیگر هم ایجاد میکند. انرژی ضربه موجود بین نقاط تماس بیشتری تقسیم میشود. اگر طرحبندی با دقت طراحی نشود، نیروی خردکنندهای که به هر دکمه اعمال میشود، میتواند کاهش یابد. در سنگ سخت، این میتواند کارایی فرآیند شکست را کاهش دهد.
به همین دلیل است که یک مته دکمهای نباید فقط بر اساس تعداد دکمهها انتخاب شود. موقعیت، ارتفاع، زاویه، طرح همسطح شدن و مشخصات سطح، همگی بر عملکرد تأثیر میگذارند.
چه چیزی باعث تغییر چهره برجسته میشود؟
طراحی مرکز برجسته، بخشی از صفحه جلویی را بالاتر از سطح دکمههای گیج قرار میدهد. تعداد کمی از دکمههای مرکزی یا جلویی کمی بالاتر از دکمههای بیرونی قرار گرفتهاند و پلهای عمدیتر در نمای صفحه ایجاد میکنند.
این بعد عمودی اضافی به طراح فضای بیشتری برای کار میدهد.
این مته میتواند دکمههای گیج اضافی را در خود جای دهد و در عین حال فضای قابل استفادهای برای سوراخهای شستشوی بزرگتر و شیارهای زهکشی باقی بگذارد. مرکز برجسته همچنین میتواند در حین حفاری، یک پروفیل کمی فرورفته در پایین سوراخ ایجاد کند. این امر نحوه برخورد دکمههای جلویی با سنگ و نحوه دور شدن خردهها از ناحیه خردایش را تغییر میدهد.
هدف صرفاً پیچیدهتر کردن چهره نیست، بلکه بهبود رابطه بین سه نیاز متضاد است:
محافظت از گیج
راندمان سنگ شکنی
تخلیه قلمهها
وقتی این سه عنصر متعادل باشند، مته میتواند قطر بیشتری را حفظ کند و در عین حال چرخه حفاری پرباری را حفظ کند.
شستشوی بهتر میتواند خرد کردن مجدد غیرضروری را کاهش دهد.
گرگرفتگی به راحتی دست کم گرفته میشود تا زمانی که به یک مشکل تبدیل شود.
وقتی سنگ خرد شده در ته چاه باقی میماند، مته انرژی خود را صرف شکستن موادی میکند که قبلاً شکسته شدهاند. این عمل اغلب خرد کردن مجدد نامیده میشود. این کار باعث پیشروی موثر چاه نمیشود و میتواند گرما و سایش را در سطح مته افزایش دهد.
طراحی مته با مرکز برجسته میتواند فضای بیشتری برای مجاری شستشوی بزرگتر یا با موقعیت بهتر ایجاد کند. اگر طرح شستشوی مته، حرکت آب و خردههای سنگ را بهبود بخشد، خرده سنگها میتوانند سریعتر از سطح سنگ خارج شوند. این امر به دکمههای کاربیدی اجازه میدهد تا به طور مداومتر با سنگ تازه برخورد کنند.
نتیجه ممکن است عمل حفاری تمیزتر، کاهش شکستگی ثانویه و عملکرد نفوذ پایدارتر باشد.
مزیت واقعی به نوع سنگ، پارامترهای حفاری، شرایط شستشوی هوا یا آب و بقیه رشته حفاری بستگی دارد. اما اصل کار ثابت است: سطحی از مته که به طور موثر خردههای حفاری را تخلیه میکند، به دکمههای کاربیدی آن شانس بهتری برای عملکرد کارآمد میدهد.
دکمههای بیشتر به طور خودکار به معنای سوراخکاری کندتر نیستند
منطقی است که نگران باشیم اضافه کردن دکمههای گیج، انرژی ضربه را کاهش میدهد.
با این حال، یک صفحه با طراحی خوب و مرکز برجسته میتواند با کنترل ارتفاع و میزان درگیری دکمههای جلویی، این نگرانی را برطرف کند. به جای اینکه هر دکمه را مجبور کند دقیقاً به یک شکل با سنگ تماس پیدا کند، نمای پلهای میتواند نحوه شکستن سنگ توسط صفحه را هدایت کند.
دکمههای برجسته جلویی، الگوی شکست را آغاز میکنند. دکمههای گیج، دیواره سوراخ را حفظ میکنند. سوراخهای بزرگترِ شستشو به حمل خردهها کمک میکنند. سطح به عنوان یک سیستم طراحی شده است، نه به عنوان مجموعهای از اینسرتهای کاربیدیِ جداگانه.
این تمایز اهمیت دارد.
یک مته با طراحی ضعیف و دکمههای بیشتر ممکن است کندتر حفاری کند. یک مته با طراحی مناسب و سطح مقطع بهبود یافته میتواند با کاهش خرد شدن مجدد و بهبود حذف برادهها، نفوذ را حفظ کند.
به همین دلیل است که آزمایش میدانی همچنان ضروری است. یک مته میتواند در گرانیت ساینده، سنگ شکسته، زمین مرطوب یا یک تونل با زمینشناسی متغیر، رفتار متفاوتی داشته باشد.
جایی که دکمههای مرکزی برجسته میتوانند مفید باشند
متههای دکمهای با رزوه مرکزی برجسته ممکن است برای کاربردهایی مناسب باشند که کیفیت سوراخ و طول عمر گیج از اهمیت ویژهای برخوردار هستند، از جمله:
توسعه معادن زیرزمینی
حفاری جبهه تونل
حفاری تولیدی در سازندهای ساینده
سوراخهای پیچ و مهره سقف و تکیهگاه زمین
پروژههایی که در آنها طوقهبندی دقیق و قطر سوراخ بر کار پاییندستی تأثیر میگذارد
آنها یک پاسخ جهانی برای هر مشکل حفاری نیستند. انتخاب مته همچنان باید سختی سنگ، میزان سایندگی، نوع مته، قطر سوراخ، شرایط شستشو و الگوی حفاری مورد نیاز را در نظر بگیرد.
یک صفحه معمولی با تطابق خوب، هنوز هم میتواند در بسیاری از موقعیتها انتخاب مناسبی باشد. ارزش طراحی با مرکز برجسته زمانی آشکار میشود که ساییدگی گیج، شستشوی ضعیف یا سنگزنی مجدد بیش از حد، به یک هزینه مکرر تبدیل شده باشد.
قبل از تغییر طراحی مته چه مواردی را باید ارزیابی کرد؟
قبل از تغییر به هر نوع پروفیل مته دکمهای رزوهدار جدید، نتایج حفاری فعلی را زیر نظر داشته باشید.
به سایش گیج، نرخ نفوذ، شکستگی دکمه، سایش بدنه مته، دقت سوراخ، رفتار شستشو و فواصل سنگزنی مجدد توجه کنید. این مشاهدات به شناسایی اینکه آیا مشکل واقعی طراحی مته، پارامترهای حفاری، شستشوی ناکافی، همترازی ضعیف یا عدم تطابق بین مته و شرایط سنگ است، کمک میکند.
سپس طرحهای پیشنهادی را از طریق آزمایشهای میدانی کنترلشده مقایسه کنید.
بهترین مته دکمهای همیشه آن متهای نیست که بیشترین کاربید، بزرگترین سوراخ شستشو یا خشنترین ظاهر را داشته باشد. بلکه متهای است که گیج را حفظ میکند، به طور کارآمد حفاری میکند و هزینه حفاری قابل پیشبینی به ازای هر متر در زمین واقعی ایجاد میکند.
یک وجه برجسته در مرکز، یکی دیگر از ابزارهای مهندسی برای دستیابی به آن تعادل است.
