Řešení pro vrtání tvrdé horniny: efektivní provozní dovednosti pro hydraulické kamenolomové vrtáky

Tvrdá hornina s pevností nad 150 MPa odolává vrtání způsoby, kterými to nečiní měkké a středně tvrdé vrstvy. Karbidový vrták je v kontaktu s povrchem, který se snadno nedá vtlačit – každý úder proto musí přenést dostatek energie k vytvoření trhliny, nikoli jen k elastické deformaci horniny. Pokud energie úderu při percusním vrtání klesne pod úroveň potřebnou k rozbití dané horniny, úder pouze generuje teplo a způsobuje opotřebení vrtáku, aniž by postupoval vrtaný otvor. Právě proto selhává vrtání tvrdých hornin nejen kvůli nesprávné volbě vybavení, ale i kvůli správnému vybavení provozovanému při nesprávných parametrech.

Dovednosti, které oddělují produktivní vrtání tvrdých hornin od nákladného vrtání tvrdých hornin, se týkají především schopnosti rozpoznat, zda systém působí na horninu správně – nebo zda prostě jen plýtvá palivem.

Problém energetického prahu u tvrdých hornin

Každý typ horniny má prahovou energii nárazu, pod kterou každý úder způsobí pouze elastickou deformaci – hornina se vrátí do původního stavu bez trvalého zlomení. Nad tímto prahem se začínají vytvářet a šířit trhliny a vrták postupuje vpřed. Tento práh roste s UCS: granit s UCS 200 MPa má mnohem vyšší práh než vápenec s UCS 80 MPa. Vrták typu drifter, který dodává 150 J na každý úder, může vápenec efektivně vrtat, zatímco u granitu téměř žádné praskliny nevytvoří – ne proto, že 150 J je „nízká“ hodnota, ale proto, že 150 J je pod prahovou hodnotou pro daný geologický útvar.

Praktický dopad: v tvrdé hornině nešetřete tlakem rázového mechanismu. Provoz při 80 % jmenovitého tlaku rázového mechanismu za účelem „šetření vybavení“ v tvrdém žulovém prostředí je kontraproduktivní – vrtný stroj pracuje déle na každý vrtaný metr, vrták a vrtací tyč jsou vystaveny vyššímu počtu kumulativních rázových cyklů na každý metr pokročení (protože každý ráz je méně účinný) a celková spotřeba vrtacího ocelového materiálu stoupá. Tvrdá hornina vyžaduje maximální energii na každý ráz spolu s vhodnou tlačnou silou, aby byl během každého rázu udržován kontakt.

Výběr vrtáku: geometrie výstupků je důležitější než jejich velikost

U tvrdých hornin s pevností nad 150 MPa určuje geometrie výstupkového vrtáku účinnost přeměny rázové energie na šíření trhlin. Kulovité (kuželové) výstupky pronikají hlouběji při každém rázu a jsou vhodné pro homogenní tvrdou horninu. Kulové výstupky rozšiřují kontaktní plochu širšími oblastmi a jsou odolnější ve zlomené nebo proměnlivé tvrdé hornině, kde by asymetrické zatížení z trhlin poškodilo ostřejší geometrii.

Průměr tlačítek – průměr každého karbidového vložku – by měl odpovídat tvrdosti horninového prostředí. Vložky s větším průměrem rozdělují zatížení na větší povrchovou plochu, čímž snižují napětí působící na jednotlivá tlačítka v extrémně tvrdých horninách. Vložky s menším průměrem koncentrují energii v bodě kontaktu, což zajišťuje lepší pronikání do středně tvrdých hornin. Použití geometrie vrtáku určeného pro měkké horniny v tvrdém žulovém prostředí způsobuje rychlé opotřebení karbidu, protože každé tlačítko je příliš malé na to, aby odolalo odrazovému zatížení vznikajícímu na rozhraní s horninou o vysoké pevnosti v tlaku (UCS).

Nastavení parametrů a indikátory úpravy pro tvrdé horniny

Rozpoznání opotřebení vrtáku ještě před tím, než se stane katastrofálním

U tvrdé horniny je opotřebení vrtáku rychlejší a méně prominutelné než u měkkých vrstev. Tři ukazatele, které vám napoví stav vrtáku ještě před plnou kontrolou: pokles rychlosti pronikání bez jakékoli změny provozních parametrů (opotřebený karbid dodává méně energie na prasknutí při každém úderu), nárůst tlaku rotace bez geologické změny (vyšší točivý moment je potřebný, protože se opotřebuje karbid na kalibrační části vrtáku a jeho vnější průměr se zmenšuje, čímž se zvětší obvod kontaktu), a zesílení hlasitosti a drsnosti zvuku při rázovém vrtání (opotřebené karbidové kuličky umožňují přímější kontakt čela vrtáku s horninou, čímž se mění tvar tenzijní vlny v vrtací tyči).

Výměna vrtáků v tvrdém žulovém prostředí by měla být řízena údaji o rychlosti pronikání, nikoli pevným časovým intervalem – rychlost klesá předvídatelně s opotřebením karbidu a zaznamenání poklesu o 15–20 % místo čekání na pokles o 35–40 % znamená, že opotřebený vrták vrtal pomaleji po mnohem kratší vzdálenost před výměnou. Sledování počtu vrtaných metrů na jeden vrták místo počtu hodin na jeden vrták poskytuje normalizovanou metriku podle geologického prostředí, která je konzistentní napříč celými vrtacími kampaněmi.

Správa závitů vrtacích tyčí v tvrdé hornině

Životnost závitů vrtací tyče v tvrdé hornině je kratší než v měkkých vrstvách, protože kombinace maximální rázové energie, vysokého točivého momentu a sklonu tvrdé horniny k ucpání vrtáku způsobuje opakované cykly vysokého namáhání v každém závitovém spoji. Místo vzniku únavového poškození je závitový základ. Karburizované spojky vydrží v aplikacích v tvrdé hornině 3 až 4krát déle než standardní tepelně zpracované typy. Mazání závitů správným protizadíracím prostředkem – nikoli pouze libovolným tukem – brání přenosu kovového materiálu mezi závitovými plochami při rázovém zatížení.

Kontrola závitu po každém průchodu při vrtání v tvrdé hornině je standardní praxí na lokalitách s vysokou výkonností. Praskliny v kořenu závitu jsou viditelné za jasného osvětlení na hlavním průměru; prasklina pozorovaná v kořenu závitu znamená nevyhnutelný lom pod úderovým zatížením. Výměna prasklé tyče ještě před jejím lomem umožňuje vyhnout se operaci záchrany vrtacího řetězce, kterou by způsobil lom uprostřed vrtu. Společnost HOVOO dodává těsnicí sady pro nejrozšířenější modely drifterů používané při vrtání v tvrdé hornině – Epiroc COP 1838+, Sandvik HL/RD řada, Furukawa HD700 – v materiálech PU a HNBR vhodných pro provozní teplotu. Odkazy na stránce hovooseal.com.