A három szám, amely minden DTH furatot vezérel: forgatás, előtolás és nyomaték

Minden DTH fúrási művelet három paraméteren múlik. Forgási sebességen, előtolási nyomáson és forgatónyomatékon. Ha mindhármat jól állítjuk be, a furat magától elkészül. Bármelyik paramétert rosszul állítjuk be, és vagy elpazaroljuk a fúró élettartamát, meghajlítjuk a zsinórt, vagy nem haladunk előre.

A probléma az, hogy ez a három szám egymástól függ és folyamatosan változik – a mélységgel, a kőzetkeménységgel és a fúrófej kopásával. Íme, hogyan kell mindegyiket átgondolni, a tapasztalt fúrók által használt terepi képletek és ökölszabályok segítségével.

Forgási sebesség: Igazítsa az indexelést az ütéshez

A forgás feladata, hogy a fúróbetéteket a dugattyúütések között friss kőzethez mozgassa. A fúrónak nem szabad kétszer ugyanarra a pontra ütődnie, de nem szabad annyira elfordulnia, hogy megszakítás nélküli bordákat hagyjon a becsapódási kráterek között.

Az optimális szög, kemény kőzetben végzett terepi vizsgálatok alapján: minden ütésnek a külső mérőlapkákat a lapka átmérőjének egyharmadával vagy felével kell elmozdítania. Ennél kevesebb esetén ugyanabba a kőzetbe ütközik újra. Ennél több esetén gerincek maradnak.

Van erre egy képlet: a forgási sebesség egyenlő az ütési frekvencia szorozva a lapka átmérőjével, osztva a π-vel szorozva a furat átmérőjével.

n = f × d / (π × D)

Ahol n a forgási sebesség rpm-ben, f az ütési frekvencia percenkénti ütésekben, d a mérőbetét átmérője, D pedig a furat átmérője.

A logika egyszerű: a lapkának ütésenként egy lapkaátmérőnyit kell elmozdulnia, és a furat kerülete határozza meg, hogy hány lapkaátmérő fér el egy fordulat alatt. A képlet ezt a geometriát fordulatszámmá alakítja.

A gyakorlatban vízkútfúrásnál a munkatartomány általában 10-30 fordulat/perc. Lassabb kemény kőzetben, ahol minden ütéshez teljes érintkezési idő szükséges a repedéshez, gyorsabb puha kőzetben, ahol a behatolás mély, és a fúró az ütések között tovább tud forogni.

Előtolási nyomás: A tartomány szélesebb, mint gondolná

Az előtoló nyomás feladata, hogy a fúrófejet a kőzethez szorítsa, így a dugattyú energiája a repesztésre, a visszapattanás helyett irányul. A megfelelő érték a kalapács típusától, a kőzet keménységétől és a légnyomástól függ.

A működési tartomány 6–14,6 kilogramm milliméterenként a fúróátmérőre vonatkoztatva. Az alsó tartomány puha kőzethez és alacsony légnyomáshoz, a felső tartomány kemény kőzethez és magas légnyomáshoz.

Egy konkrét példa: egy 152 mm-es fúró, amely kevesebb mint 1,7 MPa légnyomással működik, körülbelül 6 × 152 = 912 kilogramm előtolóerőt igényel. Keményebb kőzetben a tartomány felső vége felé kell nyomni – 10, 12, sőt 14 kg milliméterenként –, miközben a fúró viselkedését menet közben figyeljük.

Az előző cikkben tárgyalt mélyfúrási korrekció itt is érvényes: a tényleges fúróerő egyenlő az elméleti értékkel, levonva a fúrószál, a kalapács és a fúrófej súlyát. Ahogy a furat mélyül, vonjuk le a függősúlyt a mérőeszközön leolvasott értékből, hogy a tényleges fúróerő állandó maradjon.

És ugyanaz a figyelmeztetés: a nagyobb előtolás nem jelent nagyobb behatolást. A dugattyú végzi a törést. Az előtolás csak érintkezési karbantartás. A túladagolás lapkák kopását, bordák terhelését és a húr meghajlítását okozza nulla erősítés mellett.

Nyomaték: A szám, amit senki sem számít ki

A nyomaték kapja a legkevesebb figyelmet, mivel általában az, amit a forgómotor lead. De számít, különösen mély furatokban és kemény kőzetekben.

Az elméleti követelmény körülbelül 1,06 newtonméter milliméterenként a fúróátmérőre vonatkoztatva. A terepen ennél többet – körülbelül 2,7 N·m-t milliméterenként – kell figyelembe venni a furatban keletkező súrlódás, a gyűrű alakú térben keletkező bevágások és a hosszú húr növekvő ellenállása miatt.

Egy 152 mm-es fúrónak nagyjából 2,7 × 152 = 410 N·m forgatónyomatékra van szüksége. Ez a működési érték, nem az elméleti minimum. Mély furatokban adjunk hozzá többet. Kemény, abrazív kőzetben adjunk hozzá többet. A nyomatékigény növekszik, ahogy a húr hosszabb és a kőzet keményebb lesz.

Ha a forgómotor erőlködik – lüktet, leáll vagy túlmelegszik –, akkor a nyomatékigény meghaladta a nyomatékellátást. Ez annak a jele, hogy ellenőrizni kell a furatot: forgácsok tömörödnek, a fal beomlik, vagy a fúrófej beszorul. Ne csak úgy gázt adj neki.

A három paraméter együtt

Íme a keretrendszer, ami mindhármat összeköti:

• Forgási sebességszabályozza, hogy a fúró milyen messzire mozdul el az ütések között. A túl lassú forgás a már megtört kőzetbe pazarolja az ütési energiát. A túl gyors forgás pedig bordákat hagy és koptatja a lapkákat.

• Előtolási nyomásszabályozza, hogy a fúrófej a helyén marad-e. A túl kevés nyomás pattogtatja a kalapácsot, és vaktüzet okoz a dugattyúban. A túl sok nyomás köszörüli a lapkákat és terheli a bordákat.

• Nyomatékszabályozza, hogy a fúrófej egyáltalán elforoghat-e. Az elégtelen nyomaték elakadja a szálat a furatban. A túlzott nyomatékigény furati problémát jelez.

Kölcsönhatásba lépnek. A nagy előtolási nyomás növeli a nyomatékigényt. A nagy forgási sebesség növeli a lapkák kopását. A puha kőzetben a nagy nyomaték azt jelenti, hogy a fúró beragad. A három szám egy rendszert alkot, nem egy ellenőrzőlistát.

A fúrónak, aki érti ezt a rendszert, nincs szüksége kézikönyvre. Leolvassa a furatot – a behatolási sebességet, a visszatérő levegőt, a forgómotor hangját, a vezérlőkön keresztüli rezgést –, és mindhárom paramétert együtt, folyamatosan, kis lépésekben állítja be. Ez a különbség a könyv szerinti fúrás és a furatonkénti fúrás között.