Kovien kivien porausratkaisut: Tehokkaat käyttötaitotaidot hydraulisille kallionporakoneille

Kovaa kiveä, jonka puristuslujuus ylittää 150 MPa, ei voida porata samalla tavalla kuin pehmeitä ja keskimittaisia muodostumia. Porakärjen karbidiosa on kosketuksissa pinnan kanssa, jota ei voida helposti painaa sisään – siksi jokaisen iskun on tuotettava riittävästi energiaa halkeaman synnyttämiseksi, ei ainoastaan kiven kimmoisaa muodonmuutosta. Jos iskun energiamäärä ei riitä kyseisen kiven halkeamiseen, isku lisää lämpöä ja kulumaa porakärkeen ilman poraustuloksen edistämistä. Siksi kovan kiven poraus epäonnistuu ei ainoastaan väärän laitteiston valinnan takia, vaan myös oikean laitteiston käytön väärillä parametreilla.

Taidot, jotka erottavat tuottavan kovan kiven porauksen kalliista kovan kiven porauksesta, liittyvät pääasiassa siihen, osaako tunnistaa, kun järjestelmä toimii kiveä vastaan oikealla tavalla – ja milloin se vain kuluttaa polttoainetta.

Energian kynnysongelma kovassa kivessä

Jokaisella kalliotyypillä on kynnysvaikutusenergia, jota pienemmillä iskuilla syntyy ainoastaan kimmoista muodonmuutosta—kallio palautuu alkuperäiseen muotoonsa ilman pysyvää murtumaa. Kynnystason yläpuolella halkeamat syntyvät ja etenevät, ja porakärki etenee. Kynnys kasvaa yhteenpuristuslujuuden (UCS) mukana: graniitilla, jonka yhteenpuristuslujuus on 200 MPa, on paljon korkeampi kynnys kuin kalkkikivellä, jonka yhteenpuristuslujuus on 80 MPa. Drifter, joka tuottaa 150 J:n iskunenergiaa kussakin iskussa, voi porata kalkkikiveä tehokkaasti, kun taas graniitin murtaminen on vasta alussa—ei siksi, että 150 J olisi 'alhainen' arvo, vaan siksi, että 150 J on alle kyseisen kallioperän kynnysarvon.

Käytännön seuraamus: kovassa kivilajissa älä säännötele iskupainetta alaspäin. Iskupaineen käyttö 80 %:ssa nimellisarvosta 'laitteiston säilyttämiseksi' kovassa graniitissa on vastatuotonta – porakone toimii pidempiä aikoja jokaista porattua metriä kohden, porakärki ja poratangot kokevat enemmän kumulatiivisia iskukertoja jokaista etenemismetriä kohden (koska jokainen isku on vähemmän tehokas) ja kokonaismäinen porateräksen kulutus kasvaa. Kovassa kivilajissa tarvitaan maksimaalinen energia jokaista iskua kohden sekä oikea työntövoima, jotta yhteys voidaan pitää yllä jokaisen iskun aikana.

Porakärjen valinta: napageometria on tärkeämpi kuin koko

Koville muodostumille yli 150 MPa napaporakärjen geometria määrittää sen, kuinka tehokkaasti iskuenergia muuttuu rakoamisen etenemiseksi. Ballistiset (kartiomaiset) napat tunkeutuvat syvemmälle jokaista iskua kohden ja ne soveltuvat homogeeniseen kovaan kivilajiin. Palloformaat napat jakavat kosketuspinnan laajemmin ja ne ovat kestävämpiä halkeilevassa tai vaihtelevassa kovassa kivilajissa, jossa saumojen aiheuttama epäsymmetrinen kuormitus voisi sirouttaa terävämmän geometrian.

Painikkeen halkaisija – jokaisen kovametallitulpan halkaisija – tulisi vastata muodostuman kovuutta. Suuremmat painikkeet jakavat kuorman laajemmalle pinnalle, mikä vähentää yksittäisen painikkeen rasitusta erityisen kovassa kivessä. Pienempien painikkeiden energia keskittyy kosketuspisteeseen, mikä parantaa läpäisyä keskimittaisessa kovuudessa olevassa muodostumassa. Pehmeän muodostuman porakärjen geometrian käyttö kovassa graniitissa aiheuttaa nopeaa kovametallikulumaa, koska jokainen painike on liian pieni kestämään korkean UCS:n kiven rajapinnasta aiheutuvaa takaisinhyppäyskuormaa.

Kovien kivien parametriasetukset ja säätöindikaattorit

Porakärjen kulumisen tunnistaminen ennen katastrofaalista vaurioitumista

Kovakivissä porakärjen kuluminen on nopeampaa ja vähemmän siedettävää kuin pehmeissä muodostumissa. Kolme merkkiä, jotka kertovat porakärjen kunnon ennen täydellistä tarkastusta: etenemisnopeuden lasku ilman mitään prosessiparametrin muutosta (kulunut karbidi tuottaa vähemmän rikkoutumisenergiaa kullekin iskulle), pyörityspaineen nousu ilman geologista muutosta (lisääntyvä vääntömomentti tarvitaan, kun mittakarbidi kuluu ja porakärjen ulkohalkaisija pienenee, mikä lisää kosketuspintaa) sekä iskujen äänen koventuminen (kuluneet painikkeet mahdollistavat porakärjen pinnan suoran kosketuksen kiveen, mikä muuttaa sauvaan leviävän jännitysaallon muotoa).

Kovassa graniitissa porakärkien vaihtovälit tulisi määrittää tunkeutumisnopeuden perusteella, ei kiinteän tuntivälin perusteella – nopeus laskee ennustettavasti karbidin kulumisen myötä, ja sen havaitseminen 15–20 %:n laskun kohdalla sen sijaan, että odottaisi 35–40 %:n laskua, tarkoittaa, että kulunut porakärki oli porannut hitaasti huomattavasti vähemmän metriä ennen vaihtoa. Porakärjen kautta porattujen metrien seuraaminen sen sijaan, että seurattaisiin porakärjen käyttöaikaa tunteina, antaa muodostuman normalisoitua mittaria, joka on yhtenäinen eri porauskampanjoissa.

Tangon kierreliitosten hallinta kovassa kalliossa

Tangon kierreelämä kovassa kivessä on lyhyempi kuin pehmeissä muodostumissa, koska suurimman iskunenergian, korkean pyörimisvääntömomentin ja kovan kiven taipumus aiheuttaa porakärjen lukkiutumisen aiheuttavat toistuvat korkean jännityksen vaiheet jokaisessa kierreliitoksessa. Kierteen juuri on väsymisen alkupaikka. Karbonoidut liitokset kestävät 3–4 kertaa pidempään kuin tavallisesti lämpökäsittelytetyt tyypit kovien kivien sovelluksissa. Kierrevoidaan käyttö oikealla kierteiden tarttumisen estävällä aineella – ei pelkällä rasvalla – estää adhesiivista metallinsiirtymää kierrepinnoilla iskukuormituksen aikana.

Kierrekontrolli jokaisen kierroksen jälkeen kovakiviporauksen tuotannossa on yleinen käytäntö korkean käyttöasteen paikoissa. Kierteen juuren halkeamat ovat näkyvissä kirkkaassa valaistuksessa päähalkaisijalla; juuresta havaittu halkeama tarkoittaa lähitulevaisuudessa tapahtuvaa murtumaa iskukuormituksen alaisena. Halkeavan sauvaan vaihtaminen ennen murtumaa säästää poraketjun pelastustoimenpiteet, joita keskellä porausta tapahtuva murtuma edellyttää. HOVOO tarjoaa tiivistyspakkaukset yleisimpiin kovakiviporaukseen käytettyihin drifter-malleihin – Epiroc COP 1838+, Sandvik HL/RD-sarja, Furukawa HD700 – PU- ja HNBR-materiaaleissa, jotka sopivat käyttölämpötilaan. Viitteet osoitteessa hovooseal.com.