Ütvefúrás magyarázata: Miért változtatott meg mindent a szikla forgatása közbeni ütése?

Ha valaha is fúrtál kemény gránitot tisztán forgó fúróberendezéssel, ismered az érzést. A fúró forog, a súly lefelé nyomódik, és nem sok történik. A behatolási sebesség milliméter/percre csökken. A fúró üvegesedik. A csapat elkezdi nézegetni a telefonjait.

Most képzeljük el ugyanazt a sziklát, de ezúttal egy kalapács van a lyuk alján, ami másodpercenként ötvenszer veri a fúrófejet a képződménybe, miközben a zsinór forog felette. Ez ütvefúrás. És kemény kőzeteknél nem csak a sebesség a lényeg – gyakran ez a különbség egy életképes projekt és egy olyan között, ami a méteráru miatt költi el a pénzt.

Honnan jött

A forgás és az ütvefúrás kombinálásának ötlete nem új keletű. Az európai fúrók már az 1800-as évek elején kísérleteztek vele. Kína Földtani Minisztériuma 1958-ban komoly kutatásokat kezdett, és a technológia az 1970-es években terjedt el, ahogy a hidraulikus és pneumatikus rendszerek érlelődtek. A vonzereje egyértelmű volt: kemény képződményekben már a forgás önmagában is súrol. Adj hozzá ütést, és máris széttöredez.

A három erő – a kalapács ütési impulzusa, a fúróra ható axiális súly és a fúrófej forgatónyomatéka – egyszerre éri a fúrót. Az ütés mikrorepedéseket hoz létre a kőzetben a fúrófelület előtt. A forgás minden ütéssel a fúrót a friss kőzethez mozdítja. Az előtolási nyomás bekapcsolva tartja a fúrót, így az ütési energia valójában a kőzetbe jut, ahelyett, hogy visszaverődne a zsinór mentén.

Az eredmény: magasabb penetrációs sebesség, hosszabb fúrófej-cserék között eltelt idő, egyenesebb furatok (mivel az ütőhatás jobban ellenáll az eltérésnek, mint a tiszta forgás), és jelentősen alacsonyabb méterenkénti költség kemény formációkban.

Kétféleképpen lehet beütni a kalapácsot

Az ütő-forgó rendszerek két családba sorolhatók a kalapács teljesítménye alapján:

Hidraulikus (folyadékkal hajtott) rendszerekFúrófolyadékot – iszapot vagy vizet – használnak a fúrórúdon keresztül pumpálva, hogy meghajtsák a magcső vagy -fúrófej fölé szerelt dugattyús kalapácsot. Ugyanaz a folyadék, amely a kalapácsot működteti, a fúróanyagot is átmossa. Ezek a rendszerek gyakoriak az ásványkincsek feltárásában és a geotechnikai fúrásokban, különösen akkor, ha a furatnak tisztának kell maradnia a mag kinyeréséhez. Kombinálhatók drótos magfúrással is, ahol a kalapácsot és a belső cső szerelvényt a rúdrúdba ejtik, és egy dróton lévő ráütéssel húzzák vissza – nem kell az egész rúdat kioldani minden egyes magfúrásnál.

Pneumatikus hajtású rendszerek– amire a legtöbb ember a DTH (Down-The-Hole) kifejezés alatt gondol – sűrített levegőt használ. A kalapács közvetlenül a fúrófej mögött, a furat alján helyezkedik el. A levegő hajtja a dugattyút, a kilépő levegő pedig a fúrt darabokat a gyűrű alakú térbe fúrja. A DTH rendszerek dominálnak a robbantott lyukak fúrásában, a vízkútfúrásban és az építőipari fúrásban, ahol a furatátmérők nagyobbak, és a levegő praktikus. Nagyobb ütési energiát biztosítanak ütésenként, mint a legtöbb hidraulikus kalapács, és kivételesen jól teljesítenek kemény, abrazív képződményekben.

Frekvenciaosztályok: Gyors kopogtatás vs. Erős ütés

Nem minden ütőkalapács működik ugyanúgy. Két frekvenciaosztályba sorolhatók, és a használt kalapács típusa határozza meg a használt fúrófej típusát:

Nagyfrekvenciás kalapácsok (40 Hz felett — másodpercenként több mint 40 ütés)a gyors menetfúrók. Alacsonyabb energiát szolgáltatnak ütésenként, de sokkal nagyobb sebességgel. Nagyfrekvenciás módban az elsődleges kőzettörő mechanizmus továbbra is a forgás – az ütés segíti a fúrófelület frissen tartását és a fúróüvegesedés megakadályozását kemény képződményekben. Ezek a kalapácsok gyémántfúrókkal párosulnak, ahol a vágóhatást a kőzeten átsúródó gyémántok biztosítják, és az ütés megakadályozza a mátrix átfényeződését.

Alacsony frekvenciájú kalapácsok (40 Hz alatt)ők a nehéz ütők. Másodpercenként kevesebb ütés, de minden ütés lényegesen több energiát biztosít. Ebben a módban az ütés az elsődleges kőzettörő mechanizmus, és a forgás főként indexálja a fúrófejet. Ezek a kalapácsok volfrám-karbid betétes fúrófejekkel párosulnak – a nagy keményfém gombok képesek elnyelni és továbbítani a nagy ütési energiát törés nélkül, amire a gyémántszegmensek általában nem képesek.

A frekvenciaválasztást a formáció keménysége, a bit típusa és az optimalizált érték határozza meg: penetrációs sebesség vagy bit élettartam.

Miért fontos mindez a szerszámvásárlásoknál?

Ha DTH kalapácsokat vagy biteket vásárol egy projekthez, az ütvefúró-forgó elv számít, mert ez határozza meg, hogy mi kopik és hogyan.

A DTH kalapács egy precíziós eszköz. A dugattyú egy hengerben fut, amelynek hézagja ezredhüvelykben van megadva. A szennyezett levegő, a nem megfelelő kenés vagy a rossz nyomáson való működés nemcsak a teljesítményt csökkenti, hanem belül is tönkreteszi a kalapácsot. A dugattyú kiüti a hengert. A visszacsapó szelep beragad. A fúrószár kiütődik a tűréshatáron. Ezek elkerülhető hibák, amelyek valódi pénzbe kerülnek.

A fúrófejnek még rosszabb a helyzete. Egy DTH fúrófej egyszerre kap ütést, forgatást és abrazív öblítő levegőt. A keményfém gomboknak elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy ellenálljanak a repedésnek nagy egyszeri ütési energia alatt, és elég keménynek ahhoz, hogy ellenálljanak a nagy sebességgel elszáguldó forgácsok abrazív kopásának. Ez egy ellentmondásos követelményrendszer, és ezért drágák a jó DTH fúrófejek, az olcsók pedig látványosan meghibásodnak.

Az Elvitel

Az ütvefúrás az alapértelmezett megoldás kemény kőzetek fúrására, és évtizedek óta az is. A fizika nem sokat változott az 1970-es évek óta – ami javult, az a kohászat, a gyártási pontosság és a kalapácsok megbízhatósága. A hidraulikus és pneumatikus, a nagyfrekvenciás és az alacsony frekvenciás fúrás közötti választás a furat átmérőjétől, a formációtól és attól függ, hogy magfúrást végez-e vagy csak furatot készít.

Tudd, milyen típusú kalapácsot használsz, igazítsd a biteket a frekvenciatartományhoz, és tartsd karban a kalapácsot precíziós szerszámként. Tedd ezt, és a kemény kőzet megszűnik problémát jelenteni, és csak egy újabb napi munka lesz belőle.