Kemény kőzet fúrása elakadás nélkül: három alapvető paraméterbeállítási titok
A kemény képződmények (tipikus példák: gránit, bazalt) nagy keménységgel és szívóssággal rendelkeznek, ami szigorú követelményeket támaszt a fúrási paraméterek egyeztetésével kapcsolatban. A forgási sebesség, a fúró tolóereje (fúróerő) és a forgácseltávolítási (öblítési) paraméterek megfelelő beállítása kulcsfontosságú a behatolási sebesség javításához és a szerszámkopás csökkentéséhez. Az alábbiakban részletes gyakorlati útmutatót talál a paraméterek beállításához e három fő dimenzió mentén.
Forgási sebesség: alacsony sebességet használjon a hatékony törés biztosításához. A kemény kőzet nagy keménysége alacsony sebességű működést igényel, mivel a gombos vágóknak (gomb típusú betéteknek) elegendő érintkezési időre van szükségük a kőzet repesztéséhez. A sűrű szerkezet és a kevés természetes repedés azt jelenti, hogy a vágóknak tartós nyomással kell beékelődniük a kőzetbe; ha a forgás túl gyors, az érintkezési idő jelentősen lerövidül, és a vágó kioldódik, mielőtt a tényleges törés bekövetkezne. Ez nemcsak hogy nem javítja a hatékonyságot, hanem száraz köszörülést is okoz, ami felgyorsítja a fúrófej kopását.
A gyakorlatban a kemény kőzetek fúrásakor a forgási sebességet általában 30–60 fordulat/perc között szabályozzák. Például gránitnál a fordulatszám 100 fordulat/percre emelése azt eredményezi, hogy a gombos vágók a felületen csúsznak, csak sekély karcolásokat hozva létre anélkül, hogy behatolnának a kőzet belsejébe. A fordulatszám körülbelül 40 fordulat/percre csökkentése lehetővé teszi, hogy a vágók érintkezésben maradjanak, tartós nyomást fejtsenek ki, és keménységük, valamint ékgeometriájuk alapján ékeljék/hasítsák a kőzetet – ez több mint 30%-kal javítja a törési hatékonyságot, és jelentősen csökkenti a fúrófej kopását.
Fúrónyomás (fúrótolódás): nagy nyomást alkalmazzon a kőzet ellenállásának leküzdésére. A kemény kőzetben a nagy nyomószilárdság (gyakran s>100 MPa) elegendő fúrónyomást igényel a képződési ellenállás leküzdéséhez és a vágók behatolásához. Az elégtelen nyomás miatt a vágók a felületen csúsznak (csúsznak), ahelyett, hogy beágyazódnának; a megfelelő nagy nyomás lehetővé teszi a vágók számára, hogy leküzdjék a felületi feszültségeket, behatoljanak a belső repedésekbe vagy kristályhatárokba, és a kőzetet kombinált nyomó-nyíró hatás révén repesszék.
A kemény kőzetű műveletekhez használt tipikus fúrási nyomás 3–5 MPa. A kemény kőzetű bányászat példáiban ez egyértelmű: már 2 MPa fúrási nyomáson is a vágógépek nehezen tudnak hatékony törési pontokat létrehozni, és a behatolási sebesség 0,5 m/h alatt lehet. A nyomás 4 MPa-ra való növelése lehetővé teszi a vágógép mélyebb bevonását, a repedések kiszélesítésére szolgáló periodikus nyomásciklusokat, és a behatolási sebességet körülbelül 1,2–1,5 m/h-ra növeli; a tört kőzet a későbbi kezeléshez is jobban megőrzi a tömbintegritást.
Forgácseltávolítás (öblítés): biztosítson elegendő öblítést a tiszta munkafelület fenntartásához. Bár a kemény kőzetfúrásból származó forgács finom, a lassú behatolás miatt felhalmozódik a furat alján, ami az ismételt újratörés ördögi körét hozza létre: a felhalmozódott forgács elzárja a fúrófejek és az ép kőzet közötti új érintkezést, növelve a kopást és pazarolva az energiát. A forgácseltávolítás beállításának fő célja ezért a megfelelő öblítési áramlás garantálása a fenékforgács gyors eltávolításához.
Kemény kőzetű fúrásoknál az öblítőfolyadék áramlását körülbelül 40–80 l/perc értéken kell tartani. Például egy földalatti kemény kőzetű alagútfúrási projektnél a kezdeti 30 l/perc öblítőfolyadék 5–8 cm fúróanyag felhalmozódását tette lehetővé az alján; a fúrófejeket 2 óránként cserélni kellett, és a napi előtolás 8 m alatt volt. Miután az áramlást 60 l/percre növelték, a maradék fúróanyag 1 cm alá csökkent, a fúró élettartama 8 órán túlra nőtt, a napi előtolás 15–18 méterre emelkedett, és a fúrófejek beszerzési költségei körülbelül 40%-kal csökkentek a csökkent kopás miatt.
Paraméterkoordináció: a háromutas interakció logikája A kemény kőzetfúrás paramétereinek beállítása nem egyetlen tényezős optimalizálás, hanem a három paraméter összehangolt illesztése. Főbb koordinációs pontok:
Sebesség és fúrónyomás: a fúrónyomás növelésekor tartsa alacsony forgási sebességet, hogy elkerülje a pillanatnyi túlterhelést és a fúrófej károsodását nagy sebesség/nagy nyomás esetén.
Öblítés és fúrónyomás: az öblítési áramlás növelésekor a fúrónyomást ennek megfelelően kell beállítani, hogy az öblítési ütés ne destabilizálja a furat falát.
A keménykőzet-fúrás csak a forgási sebesség, a fúrónyomás és az öblítés/forgácseltávolítás kompatibilis készletbe való összehangolásával érhető el magas hatásfok alacsony fogyasztás mellett.
