Asta e punta per perforazione rocciosa: resistenti all'usura, prolungano notevolmente la durata di servizio

La perforatrice rocciosa idraulica in sé raramente causa perdite finanziarie su un cantiere. Sono invece i consumabili a causarle. Le aste e le punte vengono sostituite molto più frequentemente rispetto alla perforatrice a cui sono collegate; nella perforazione produttiva — dove un singolo jumbo per fori lunghi può impiegare dozzine di serie di aste al mese — un’errata scelta del materiale si traduce rapidamente in costi significativi al metro, spesso prima ancora che qualcuno se ne accorga.

La fatica del filetto, l’usura dei bottoni e la deformazione delle aste dovuta a una velocità di rotazione non adeguata sono tre modalità di guasto che ricorrono ripetutamente nei cantieri in cui i consumabili vengono acquistati esclusivamente in base al prezzo. Questo articolo analizza i fattori che determinano effettivamente la durata di servizio e illustra come abbinare correttamente le specifiche di aste e punte alla perforatrice e alla formazione geologica in cui verranno utilizzate.

Perché le aste per perforazione rocciosa si rompono prima del previsto

Le aste di perforazione sopportano contemporaneamente due tipi di carico: l'onda di sollecitazione d'urto che viaggia dalla testa all'utensile e la coppia rotazionale che torce l'asta mentre l'utensile raschia la superficie. Queste sollecitazioni non sono compatibili tra loro. I carichi d'urto sono di compressione e si propagano ad alta frequenza; la coppia è torsionale e continua. L'asta deve sopportare entrambi i carichi senza subire fenomeni di fatica nei giunti filettati, dove in effetti si originano la maggior parte dei guasti.

I profili filettati asimmetrici — nei quali il fianco di carico e il fianco di accoppiamento presentano geometrie diverse — aumentano la rigidità del giunto sotto carico d'urto, pur consentendo un avvitamento e uno svitamento agevoli. I produttori di aste di qualità elevata progettano specificamente il profilo filettato per questa condizione di carico combinato. L'utilizzo di acciaio legato 23CrNiMo o di un acciaio simile fornisce una tenacità sufficiente per assorbire i cicli d'urto, resistendo al contempo alla fatica superficiale che ha inizio come grippaggio sulle superfici di contatto filettate.

Una pressione di propulsione inadeguata è un acceleratore nascosto del cedimento delle aste. Se la forza di avanzamento è troppo bassa, la colonna di perforazione perde contatto con la roccia tra un colpo e l’altro: il conseguente movimento oscillatorio dell’asta (a 40–60 Hz) genera sollecitazioni flessionali che il trattamento termico da solo non riesce a compensare. Se invece la pressione è troppo elevata, la punta si incastra, l’asta subisce il carico completo di blocco torsionale e lo strappo filettato avviene rapidamente.

Punta a bottoni in carburo: la durezza della formazione determina la classe corretta

Tre forme di bottone coprono la maggior parte delle applicazioni per martelli in testa: sferica, semibalistica e conica. I bottoni sferici sono la scelta predefinita per formazioni di media durezza o dure; offrono buona resistenza all’usura e un intervallo di ri-rettifica prevedibile. I bottoni semibalistici garantiscono una penetrazione più rapida in rocce più tenere o fratturate. La geometria conica concentra le sollecitazioni nelle formazioni più dure e abrasive, dove la massima forza di rottura della roccia per singolo colpo è più importante della durata del bottone.

La qualità del carburo è l'altro fattore variabile. Le qualità di carburo a gradiente (come la GC81 di Sandvik) utilizzano una composizione che passa da un nucleo più tenace a uno strato superficiale più duro, in modo che il bottone resista sia alla frattura per impatto dall'interno sia all'abrasione superficiale dall'esterno. Le qualità autoindurenti vanno oltre: il carburo si indurisce progressivamente sotto carico d'impatto, prolungando significativamente l'intervallo prima della prima rettifica in granito o quarzite duri.

In termini pratici, le punte per uso gravoso realizzate con carburo di alta qualità offrono una durata fino al doppio rispetto alle punte standard, nelle condizioni di roccia appropriate. Questo moltiplicatore è valido soltanto quando il diametro della punta è adeguato alla velocità di rotazione della perforatrice: se il carburo ruota a una velocità superiore a quella necessaria per il riposizionamento angolare ad ogni colpo, finirà per colpire nuovamente la stessa zona usurata invece che roccia fresca.

Selezione di aste e punte in base all'applicazione

I valori di durata indicati sopra sono riferimenti di campo per condizioni di roccia competente con parametri di perforazione corretti. Formazioni fratturate o intruse da argilla possono ridurre questi intervalli del 30–50% a causa di un contatto irregolare tra bit e roccia e dell’ingresso di particelle abrasive sulla faccia del bit.

Adattatori di attacco: il punto di trasferimento che nessuno sostituisce abbastanza presto

L’adattatore di attacco è posizionato tra il pistone e la prima asta di perforazione. Assorbe l’urto diretto del pistone sulla superficie di contatto, trasmettendo contemporaneamente la coppia rotazionale alla catena di aste tramite le scanalature. L’usura delle scanalature dell’adattatore non produce sintomi evidenti: l’adattatore continua a inserirsi correttamente e la perforatrice funziona regolarmente; tuttavia, l’usura delle scanalature aumenta il gioco laterale, causando una deviazione delle aste e accelerando la fatica al primo giunto.

Nei trapani sotterranei per produzione ad alto ciclo, gli adattatori del gambo richiedono generalmente un'ispezione ogni 500 ore di percussione e devono essere sostituiti prima delle 1.000 ore, indipendentemente dal loro stato visivo. Utilizzare un gambo usurato su un COP 2238+ o su un Sandvik HL1560T equivale essenzialmente a sostenere costi di manutenzione premium per il drifter, mentre si riduce drasticamente la durata utile delle aste all’altro capo della catena.

Perdita di energia nella catena di perforazione e relativo costo al metro

Ogni giunto nella catena di perforazione rappresenta un potenziale punto di perdita di energia. Un collegamento filettato pulito e ben abbinato trasferisce le onde di sollecitazione d’urto con minima riflessione. Un collegamento usurato o non compatibile riflette parte dell’onda di sollecitazione verso il drifter, riducendo la penetrazione per colpo e aumentando il ciclo termico nei sigilli della carcassa del drifter.

HOVOO fornisce kit di tenute per perforatrici a roccia realizzati secondo le tolleranze OEM per i principali marchi di drifter che utilizzano aste a percussione con testa superiore—tra cui modelli Epiroc COP, Sandvik HL/RD e Furukawa. Quando è prevista la manutenzione delle aste a percussione, è consigliabile eseguire l’ispezione delle tenute del drifter nello stesso intervallo: infatti, la stessa riflessione energetica che riduce la durata delle aste aumenta anche lo stress ciclico sulle tenute della camera di percussione. Tutti i riferimenti completi dei modelli sono disponibili su hovooseal.com.