Średniej klasy hydrauliczna wiertnica skalna: uniwersalna do zastosowań inżynieryjnych i górniczych

Eksploatacja 25 kW ciężkoobciążonej wiertnicy na wykopie drogowym w wapieniu o wytrzymałości maksymalnej 100 MPa nie zwiększa produktywności. Zwiększa koszty inwestycyjne, podnosi zapotrzebowanie na przepływ oleju hydraulicznego przez nośnik, zwiększa zużycie paliwa na metr przebicia oraz przyspiesza zużycie materiałów eksploatacyjnych w porównaniu z wymaganiami geologicznymi formacji. Specyfikacja ciężkoobciążona została zaprojektowana do pracy w granicie o wytrzymałości 200 MPa oraz w głębokich, długich otworach górniczych — jej stosowanie w wapieniu nie jest efektywne, a jedynie kosztowne.

Średniej klasy wiertniki o mocy 12–18 kW są prawidłowo dopasowane do większości komercyjnych prac wiertniczych: wiercenia poziomów kamieniołomowych, kotwienia fundamentów obiektów budowlanych, wiercenia skał przy budowie autostrad, robót podziemnych w formacjach miękkich i średnio twardych oraz badań geotechnicznych. Systemy gwintów T45 i T51, które obsługują, obejmują średnice otworów od 51 do 89 mm — dokładnie zakres wymagany przez większość schematów odpalania, instalacji kotew oraz otworów badawczych. Poprawny dobór klasy mocy od samego początku jest tańszy niż nadmierny dobór urządzenia i późniejsze zarządzanie nadmiernym zużyciem materiałów eksploatacyjnych.

Na czym tak naprawdę polega zakres mocy 12–18 kW

Drifter o mocy 15 kW pracujący z częstotliwością uderzeń 1800–2200 na minutę i energią uderzenia 150–250 J zapewnia prędkość wiercenia wynoszącą 1,0–1,8 m/min w wapieniu o wytrzymałości na ściskanie 80–120 MPa. Jest to wystarczająco szybko, aby ukończyć układ odstrzałowy składający się z 10 otworów o głębokości 5 metrów w czasie jednej zmiany roboczej, pozostawiając dodatkowy czas na przygotowanie i sprzątanie. Wymaga przepływu oleju hydraulicznego w zakresie 80–140 L/min przy ciśnieniu 160–190 bar — co mieści się w zakresie wydajności obwodu młota koparki o masie 12–22 ton, na której większość tych urządzeń jest montowana.

Specyfikacja momentu obrotowego ma takie samo znaczenie jak moc uderzeniowa w zastosowaniach średniej intensywności. Piaskowiec i pęknięty wapienie mogą zakleszczać wiertło podczas obrotu, jeśli moment obrotowy nie jest wystarczający do szybkiego usuwania odpadów z kołnierza przy każdej zmianie kierunku obrotu. Średniowojskowy wiertnik obrotowo-udarowy o momencie obrotowym 500–800 Nm radzi sobie z większością skał w klasie mocy 12–18 kW bez zakleszczania. Przy przejściu na pręty T51 w twardszych materiałach należy zweryfikować, czy silnik obrotowy jest w stanie utrzymać wymagany moment obrotowy na całej długości 15-metrowej brygady — niektóre jednostki średniej intensywności nie są do tego zdolne, a ta kontrola powinna zostać przeprowadzona już na etapie doboru sprzętu, a nie dopiero na budowie.

Zastosowania średniej intensywności: rzeczywiste przypadki użycia oraz wymagania dotyczące nośników

Warto zwrócić uwagę na wierceń badawczy gruntów. Średnio obciążone osprzęty montowane na ekscawatorach z magazynkami prętów umożliwiają wiercenie na głębokość do 29 m w zakresie średnic 45–64 mm przy współczynniku czasu udarowego do godziny pracy silnika przekraczającym 60% — wartość znacznie wyższa niż w przypadku tradycyjnych, dedykowanych wiertnic, w których znaczna część czasu jest zużywana na przemieszczanie i przygotowanie do pracy. Dla firm geotechnicznych prowadzących wiele małoskalowych programów badań gruntu wiertnica montowana na ekscawatorze o mocy 14–16 kW jest zarówno bardziej opłacalna, jak i bardziej wydajna w przeliczeniu na jedną zmianę pracy niż samodzielna wiertnica badawcza.

Dobór do rodzaju skały: gdzie sprzęt średniego obciążenia nadaje się do zastosowania, a gdzie nie

Formacje o wytrzymałości na ściskanie (UCS) w zakresie od 40 do 150 MPa stanowią naturalny obszar zastosowania. Poniżej 40 MPa — miękki piaskowiec, słaby mułowiec, materiały nieskonsolidowane — każdy wiertnik udarowy jest nadmiernie mocny; wiertniki obrotowe z wiertłem ślimakowym zapewniają szybsze wiercenie przy mniejszym zużyciu. Powyżej 150 MPa w zastosowaniach produkcyjnych o stałej intensywności tempo wiercenia zaczyna spadać poniżej poziomu rentowności komercyjnej; odpowiednim rozwiązaniem jest mocny wiertnik o mocy 20 kW lub wyższej.

Praktyczny test: jeśli na budowie wierci się granit, kwarcyt lub twardy bazalt w skali produkcyjnej, nie jest to obszar zastosowania wiertników średniej klasy. Jeśli natomiast wierci się wapienie, piaskowce, kredę, umiarkowanie scementowane gruzowce lub dowolne formacje, które raport inżynierski określa jako «odporne, ale nie twarde», wiertnik o mocy 12–18 kW jest poprawnie dobrany. Koszt przypadający na jeden metr wiercenia w całym okresie trwania projektu będzie niższy niż w przypadku albo nadmiernie mocnego wiertnika pracującego nieefektywnie, albo zbyt słabo wydajnego wiertnika przedłużającego czas zmiany.

Wymagania dotyczące momentu obrotowego w zależności od rodzaju formacji i średnicy pręta

Specyfikacja silnika obrotowego to szczegół wyboru, który powoduje najwięcej nieoczekiwanych awarii w terenie w zastosowaniach średniej klasy. Pręty T38 w wapieniu o wytrzymałości 60–90 MPa pracują bez problemów przy momencie obrotowym wynoszącym 500 Nm. Ten sam wiertnik z prętami T51 w piaskowcu o wytrzymałości 120–150 MPa z połączeniami wypełnionymi gliną zakleszczy silnik obrotowy pod wpływem jednoczesnego obciążenia momentem blokującym i uderzeniowym, chyba że silnik jest zaprojektowany do wytrzymania co najmniej 800–900 Nm momentu ciągłego.

Wiertnice podziemne do robót rozwojowych wykorzystują ramy przegubowe z możliwością równoległego utrzymywania wiertła, zapewniając tym samym prawidłową współosiowość otworów — wiertnica z zakresem obrotu o 180 stopni i nachylenia o 30 stopni obejmuje pojedynczą ramą ścianę o wymiarach 4,5 m × 4,5 m. Średnioklasowe wiertniki udarowo-obrotowe montowane na takich platformach wymagają momentu obrotowego wystarczającego do pokonania łącznego obciążenia systemu T45 oraz dodatkowego tarcia pochodzącego od rury wiertniczej pracującej pod kątem. Dlatego specyfikacja momentu obrotowego powinna znaleźć się w liście kontrolnej wyboru obok mocy uderzeniowej, a nie jako pozycja wtórna.

Konserwacja uszczelek w warunkach pracy w różnorodnych formacjach geologicznych

Wiertniki średniej klasy nośności stosowane na budowach i obiektach inżynierii lądowej zwykle zmieniają typ formacji geologicznej szybciej niż sprzęt górniczy. Pewnego dnia wykonuje się wiercenia kotwiące w wapieniu przy umiarkowanym ciśnieniu uderzeniowym; w kolejnym tygodniu przeprowadza się cięcie fundamentów w granicie, wymagające pełnego nominalnego ciśnienia. Taka zmienność powoduje zmienny cykl termiczny i mechaniczny uszczelek uderzeniowych – cykle obciążeń maksymalnych są główną przyczyną zmęczenia materiału, nawet jeśli średnia liczba godzin pracy jest niewielka.

HOVOO dostarcza zestawów uszczelek do wiertników średniej klasy nośności z serii Epiroc RD, modeli Sandvik RD520 oraz podobnych urządzeń, a także jednostek średniej klasy Furukawa i Montabert; standardowo stosowany jest poliuretan (PU), natomiast dla zastosowań w podwyższonej temperaturze dostępne są uszczelki z kauczuku HNBR. Odniesienia do konkretnych modeli znajdują się na stronie hovooseal.com.