A kemény kőzet fúrása nem fog „akadni”! Három alapvető paraméter-beállítási tipp
A keménykőzet-képződmények (jellemzően gránit, bazalt stb.) nagy keménységgel és szívóssággal rendelkeznek, ami szigorú követelményeket támaszt a fúrási paraméterek összehangolásával kapcsolatban. A forgási sebesség, a fúrási nyomás (WOB/fúrónyomás) és a forgácseltávolítás (öblítés) megfelelő beállítása kulcsfontosságú a behatolási sebesség javításához és a berendezések kopásának csökkentéséhez. A következőkben a keménykőzet-fúrás beállítási logikáját és gyakorlati szabályait ismertetjük e három fő paraméter tekintetében.
Forgási sebesség: alacsony sebesség a hatékony törés érdekében A kemény kőzet nagy keménysége miatt a fúrást általában alacsony forgási sebességgel végzik, hogy a fúrófogaknak elegendő érintkezési idejük legyen a kőzet széttöréséhez. A kemény kőzet sűrű, kevés természetes repedéssel; a fogazott görgős kúpos fúróknak idővel be kell nyomódniuk és beékelniük kell a képződménybe. Ha a sebesség túl magas, a fogak érintkezési ideje drasztikusan lerövidül, és lecsúsznak a felületről, mielőtt a tényleges törés bekövetkezne. Ez a „levegőmarás” nemcsak a behatolást nem javítja, hanem felgyorsítja a fúró kopását is.
A gyakorlatban a kemény kőzetek fúrásakor a forgási sebességet jellemzően 30–60 fordulat/perc tartományban szabályozzák. Például gránit fúrásakor a fordulatszám 100 fordulat/percre emelése azt eredményezi, hogy a fogak gyorsan csúsznak a felületen, és csak sekély karcolásokat hoznak létre anélkül, hogy behatolnának a kőzettömegbe. A fordulatszám körülbelül 40 fordulat/percre csökkentése lehetővé teszi, hogy a fogak érintkezésben maradjanak a felülettel, és tartós nyomást fejtsenek ki; az ékhatás és a fogkeménység fokozatosan hasítja a kőzetet, több mint 30%-kal növelve a törési hatékonyságot, miközben jelentősen csökkenti a fúró kopását.
Fúrási nyomás: elegendő nyomást kell alkalmazni a kőzet ellenállásának leküzdéséhez. A kemény kőzetek nyomószilárdsága gyakran nagy (általában s>100 MPa), ezért megfelelő fúrási nyomásra van szükség az ellenállás leküzdéséhez és a fúrófogak formációba való benyomásához. Az elégtelen nyomás a fogak megcsúszását okozza a felületen, és „csúszós” hatást hoz létre; a megfelelően nagyobb nyomás lehetővé teszi a fogak számára, hogy áthatoljanak a felületi feszültségeken, elérjék a belső repedéseket vagy a kristályok közötti réseken, és a kőzetet a kombinált extrudálási és nyíróhatás révén széttörjék.
A mérnöki gyakorlatban a kemény kőzetű műveletek során a fúrási nyomást általában 3–5 MPa körüli értékre állítják be. Például keményérc bányászatánál, ha a fúrónyomás csak 2 MPa, a fogak nem tudnak hatékony törési pontokat kialakítani, és a behatolási sebesség 0,5 m/h alatt lehet; a nyomás 4 MPa-ra való növelése mélyebb fogbefogást, periodikus feszültségciklusokat eredményez a repedések növelése érdekében, és 1,2–1,5 m/h behatolási sebességet tesz lehetővé, a tört kőzet jobb integritásával a későbbi kezelés során.
Forgácseltávolítás (öblítés): elegendő öblítés a tiszta munkafelület fenntartásához. Bár a kemény kőzet fúrásából származó kőzetforgács viszonylag finom, a lassú behatolás miatt a forgács könnyen felhalmozódik a furat alján, ami egy ördögi kört hoz létre, amelyben „újratörik” – az összetömörödött forgács megakadályozza, hogy a fúró érintkezzen a friss kőzettel, növeli a kopást, és energiát pazarol a forgács újbóli aprítására, csökkentve az összhatékonyságot. A forgácseltávolítás beállításának fő célja a megfelelő öblítőfolyadék-áramlás biztosítása, hogy a forgács gyorsan eltávolítható legyen.
Kemény kőzetű fúrásoknál az öblítési áramlási sebességet jellemzően 40–80 l/perc között szabályozzák. Például egy földalatti kemény kőzetű alagútfúrási projektnél a kezdeti 30 l/perc öblítési áramlás 5–8 cm fúróanyag-lerakódást eredményezett az alján; a fúrófejeket 2 óránként cserélni kellett, és a napi fúróhossz 8 m alatt volt. Miután az áramlást 60 l/percre növelték, az alján lévő maradék 1 cm alatt maradt, a fúró élettartama 8 órán túlra nőtt, a napi fúróhossz 15–18 méterre nőtt, és a fúróbeszerzési költségek körülbelül 40%-kal csökkentek a csökkent kopás miatt.
Paraméter-koordináció: a három alapvető logikája együtt A kemény kőzetfúrás paramétereinek beállítása nem az egyes értékek elszigetelt optimalizálása, hanem mindhárom összehangolt illesztése:
Forgási sebesség és fúrónyomás: a fúrónyomás növelésekor tartsa alacsony sebességet, hogy elkerülje az azonnali túlterhelést és a hirtelen fúrófej-meghibásodást nagy sebesség/nagy nyomás esetén.
Öblítési és fúrási nyomás: az öblítési áramlás növelésekor a növelést a fúrási nyomással kell összehangolni, hogy elkerüljük a túlzott öblítési ütés okozta veszélyt a furatfal stabilitására.
Csak a sebesség, a nyomás és az öblítés összehangolt kombinációjával érhető el nagy hatékonyságú, alacsony fogyasztású keménykőzet-fúrás.
