A DTH kalapács meghibásodásának okai kemény kőzetfúráskor – négy fő hibakategória ismertetése
A DTH (down-the-hole) kalapácsokkal végzett keménykőzet-fúrások során a nagy formációkeménység, a nagy fúrási terhelések és a zord munkakörnyezet számos hibát valószínűsít. Ezek a hibák közvetlenül befolyásolják a behatolási sebességet, a furatminőséget és a berendezés élettartamát. A keménykőzet-fúrás főbb feltételei alapján a gyakori hibák négy csoportba sorolhatók: ütésteljesítmény-romlás, mechanikai kopás/ragadás, forgácseltávolító rendszer rendellenességei és erőátviteli hibák. A következőkben elemezzük az egyes csoportok tüneteit és kiváltó okait.
Ütésteljesítmény romlása Tünet és hatás: a kőzettörési hatékonyság hirtelen csökkenése. Tipikus jelek a csökkent ütőerő és az alacsonyabb ütési frekvencia; a fúró már nem tudja hatékonyan törni a kemény kőzetet, és a behatolás drámaian lelassul vagy leáll. A fő okok a következők:
1.1 Energiaellátási problémák
Pneumatikus (levegős) kalapácsok esetén az elégtelen kompresszornyomás (a kemény kőzetfúráshoz jellemzően szükséges 0,6–1,2 MPa tartomány alatt), az instabil légáramlás vagy a légszivárgások/elzáródások a tápvezetékben csökkentik a dugattyú meghajtásához rendelkezésre álló nyomást.
Hidraulikus kalapácsok esetén a nem megfelelő szivattyúnyomás vagy a hidraulikaolaj szennyeződése és az eltömődött járatok csökkentik a kalapács hajtóerejét.
A tápközegben lévő szennyeződések (nedvesség vagy por a sűrített levegőben; fémrészecskék a hidraulikaolajban) felgyorsítják a tömítések kopását és tovább csökkentik a közeg hatásfokát.
1.2 Belső levegő-/áramláselosztási hibák
A szelepemelő kalapácsok gyakran szenvednek szeleptányér kopástól, deformációtól vagy beragadástól, ami megzavarja az időben történő szelepkapcsolást, és megakadályozza, hogy a dugattyú nagyfrekvenciás alternálást végezzen.
A szelep nélküli kialakításokat befolyásolhatja a dugattyú/henger áramlási hornyainak kopása vagy eltömődése; a forgácsok felhalmozódása késlelteti az áramlás megfordulását, megzavarja az ütési ciklust, és jelentősen csökkenti az ütési teljesítményt.
1.3 Dugattyú-bit illesztési problémák
A fúrófejet érő nagyfrekvenciás ütések súlyos kopást okoznak a dugattyú felületén és a fúrófej farkán; a megnövekedett hézag az érintkezési felületen energiaveszteséghez vezet az átvitel során.
Az excentrikus fúrófej beszerelése vagy a laza pozicionálócsapok középponton kívüli ütéseket ("misstrikes") okozhatnak, csökkentve az ütés hatékonyságát és felgyorsítva a helyi kopást.
Mechanikai kopás, beragadás és szerkezeti meghibásodás Tünet és hatás: a leállás okai. Nagyfrekvenciás ütések és forgó nyomaték hatására a mechanikus alkatrészek túlzottan kopnak, beragadnak vagy eltörnek. Gyakori tünetek közé tartozik a dugattyú berágása, a fúrószár sérülése, valamint az első/hátsó mélyedések kopása, a következő kiváltó okokkal:
2.1 Dugattyú beszorulása és kopása
A nagy terhelés fokozza a dugattyú és a hengerfal közötti súrlódást. A nem megfelelő kenés (pl. a pneumatikus kalapácsok rendszeres kenésének hiánya vagy az elöregedett hidraulikaolaj csökkent kenőképessége) és a kőzetforgács bejutása csökkentheti a hézagot és a dugattyú beszorulását okozhatja. A hosszú távú nagyfrekvenciás működés szintén koptatja a dugattyú felületét, és repedéseket okozhat; súlyos esetekben a dugattyú eltörhet.
2.2 Fúrószál okozta kár
A fúrószálnak nyomatékot kell továbbítania és el kell viselnie a kalapács súlyát. Ha a fúrószál anyagának szilárdsága nem elegendő, a menetek lazák, vagy furateltérés lép fel, a szál további hajlítónyomatékokat tapasztalhat, ami kihajláshoz, deformációhoz vagy menetszakadáshoz vezethet. A kőzetforgács kopása a külső falon szintén felgyorsítja a kopást és lerövidíti az élettartamot.
2.3 Illesztési és tömítési sérülések
Az első és hátsó alsó tömítések kritikus csatlakozóelemek; intenzív rezgés és nyomaték hatására meneteik megkophatnak vagy deformálódhatnak. A tömítések (O-gyűrűk, tömítőgyűrűk) koptató tápközegnek és magas hőmérsékletnek vannak kitéve (a fúrófejnél keletkező hő elvezethet a kalapácshoz); a tömítések öregednek és megrepednek, ami tápközeg-szivárgást okoz, és lehetővé teszi, hogy a forgácsok bejussanak a belső részegységekbe, ami felgyorsítja a kopást.
Forgácseltávolító rendszer rendellenességei Tünet és hatás: a folyamatos fúrás megszakítása. A kemény kőzetből származó forgács jellemzően kemény és durvább; amikor a forgácseltávolító rendszer nem teljesít megfelelően, olyan problémák lépnek fel, mint a furat eltömődése és a forgács rossz eltávolítása. A tünetek közé tartozik a forgács felhalmozódása a furatban, a fúró elásott része, a fúrási ellenállás hirtelen növekedése, és súlyos esetekben a cső elakadása. Fő okok:
3.1 Nem elegendő a dugványszállító közeg
A pneumatikus kalapácsoknak nem biztos, hogy elegendő az öblítő levegő mennyisége; a hidraulikus kalapácsoknak pedig elégtelen az öblítőfolyadék áramlása; mindkét állapot megakadályozza a furattal kapcsolatos forgács időben történő eltávolítását. A szállítójáratok (pl. a fúró középső furata, a dugattyú középső furata) kopása vagy deformációja a csiszolóforgács hosszan tartó szállítása miatt szűkítheti a csatornákat és tovább csökkentheti az elszállítás hatékonyságát.
3.2 Eltérés a fúrási paraméterek és a forgácseltávolítás között
Ha a behatolási sebesség túl magas, a keletkező forgács meghaladja az eltávolító rendszer kapacitását. A helytelen forgácssebesség vagy a fúrófej-tolóerő beállításai túl durva forgácsot eredményezhetnek, amely nem tud áthaladni az áramlási járatokon, felhalmozódáshoz és eltömődéshez vezetve.
3.3 Furateltérés és forgácslerakódás
A fúrás közbeni furateltérés mélyedéseket hoz létre a fúrólyuk falán, ahol a forgács összegyűlik, és az öblítőközeg nem szállítja el hatékonyan. Idővel ezek a lerakódások tömörödött forgácságyat képeznek, ami akadályozza a kalapács előrehaladását és a fúró működését.
Erőátviteli hibák Tünet és hatás: fúrási megszakítások a nyomatékátvitel hibája vagy az ütési energia fúrófejhez való eljuttatásának elmulasztása miatt. Ezek a hibák általában a fúrórúd/kalapács és a kalapács/fúrófej csatlakozásánál fordulnak elő. Fő okok:
4.1 Laza vagy sérült csatlakozások
A fúrószár és a kalapács hátsó alsó része közötti meglazult vagy leszakadt menet, illetve a rögzítőcsapok/bordák kopása megakadályozza a megbízható nyomatékátvitelt, és megakadályozza, hogy a kalapács a szárral együtt forogjon.
A kalapács elülső alsó része/fúrófej összekötő alkatrészeinek (rögzítőanyák, rögzítőgyűrűk stb.) kopása vagy deformációja miatt a fúrófej rögzítése meglazulhat, ami száraz ütéseket eredményez, ahol az ütési energia nem jut el a kőzethez, és a szinkron forgás elvész, ami egyenetlen fúrófog-kopást eredményez.
4.2 Átviteli hibát okozó bitkárosodás
A kemény kőzetfúrásban használt vágófúrók (volfrám-karbid gombok, polikristályos gyémántvágók) hajlamosak a kopásra, lepattogzásra vagy leválásra. A sérült fúrófej nem tud hatékonyan beleütközni a formációba, így az ütési energia nem jut át a vágófúrókon keresztül a kőzetbe, hanem visszajut a kalapács belső szerkezetébe, növelve a belső lökésterhelést és másodlagos meghibásodásokat okozva.
Összefoglalás és a fő befolyásoló tényezők Összességében a kemény kőzetfúrás során a DTH-kalapácsok gyakori meghibásodásai a munkakörülmények elsődleges jellemzőiből fakadnak: nagy terhelésekből és zord környezetből. Az elsődleges befolyásoló tényezők három kategóriába sorolhatók:
Nem megfelelő berendezéskompatibilitás: a kalapács modellje, a fúró típusa vagy az alkatrészanyagok nem illeszkednek a kemény kőzethez.
Nem megfelelő üzemeltetés és karbantartás: irreális fúrási paraméterek beállításai, a rendszeres tisztítás és kenés elmulasztása, valamint a kopott alkatrészek késedelmes cseréje.
A segédrendszerek rossz koordinációja: instabil energiaellátás, valamint eltérés a forgácseltávolítási képesség és a fúrási ciklus között.
Ezen meghibásodási típusok kiváltó okainak azonosítása alapot nyújt a hibaelhárításhoz és a megelőző intézkedésekhez, amelyek biztosítják a folyamatos és hatékony keménykőzet-fúrást.
