Wiertło do skał Sandvik: specjalnie zaprojektowane do ciężkich robót tunelowych, wysoka trwałość i wydajność

Wiercenie tuneli poddaje elementy wiertnicze działaniu naprężeń, których nie da się nawet w przybliżeniu odtworzyć w warunkach powierzchniowej pracy na stanowisku. Maszyna pracuje w głowicy, gdzie drgania nie mają możliwości rozproszenia się, drążki wiertnicze pozostają w kontakcie z powierzchnią czołową przez dłuższy czas obrotów w każdej zmianie, a nawet niewielkie odchylenie w ustawieniu otworu kumuluje się w nadwierceniu, które wiąże się z rzeczywistymi kosztami związанныmi z betonowaniem obudowy.

Sandvik opracowała znaczną część strategii produktowej swoich serii HL i RD właśnie w celu rozwiązania tego konkretnego problemu — nie tylko szybszego, ale przede wszystkim prostszego i dłuższego wiercenia pomiędzy przerwami serwisowymi. Stabilizator jest najbardziej widocznym elementem tej filozofii projektowej, jednak architektura stojąca za nim sięga głębiej niż pojedynczy komponent.

Stabilizator: więcej niż tłumik drgań

Sandvik wyposażył większość swoich ciężkich modeli wiertnic do skał w hydrauliczny stabilizator — jest on standardowym wyposażeniem modeli HL1060T, HL1560T, HL1560ST, RD1635CF oraz RD1840C. Jego funkcją jest utrzymanie stałej geometrii kontaktu pomiędzy trzpieniem a tłokiem przez cały cykl wiercenia, co pozwala kontrolować kontakt między wiertłem a powierzchnią skały.

Dlaczego to ma znaczenie? Skok wiertła — czyli chwilowe oderwanie się wiertła od powierzchni skały pomiędzy uderzeniami — prowadzi do marnowania energii uderzeniowej oraz przyspiesza nieregularny zużycie spieków węglikowych. W granicie o wytrzymałości na ściskanie 250 MPa przy długości zestawu prętów wynoszącej 30 metrów skok wiertła może obniżyć skuteczną transmisję energii o 15–20% w porównaniu do stałego kontaktu. Stabilizator stosuje siłę hydrauliczną w celu utrzymania stałej geometrii trzpienia, dzięki czemu fale naprężeń rozchodzą się w skałach bez zakłóceń, zamiast odbijać się z powrotem do korpusu wiertnicy.

Sandvik DL422i, który wykorzystuje wiertnicę do skał HF1560ST, osiąga nawet o 10% więcej wywierconych metrów na zmianę w zautomatyzowanym wierceniu produkcyjnym – przede wszystkim dlatego, że stabilizator i zautomatyzowana kontrola parametrów działają razem: wiertnica nie traci cykli na odbijanie się wierteł ani na ręczne korekty.

Seria HL i RD: porównanie architektury modeli

Projekt modułu uderzeniowego HL1560ST zasługuje na osobne podkreślenie. Tłoczek i tuleja rozdzielacza działają bez kontaktu z obudową korpusu wiertła. Mniejsza liczba powierzchni połączenia oznacza mniej ścieżek przecieków, a montaż boczny za pomocą śrub utrzymujący poszczególne moduły korpusu zmniejsza liczbę powierzchni uszczelniających, które muszą wytrzymać cykliczne obciążenie hydrauliczne.

Technologia długiego tłoczka i to, co rzeczywiście zmienia

RD1840C firmy Sandvik wykorzystuje pakiet uderzeniowy z długim tłoczkiem, który generuje wyższą energię uderzeniową przy innej formie impulsu niż konstrukcja z krótkim tłoczkiem. Badania nad mechaniką wiercenia uderzeniowego wykazują, że krótki tłoczek wytwarza wyższą szczytową energię uderzeniową, podczas gdy długий tłoczek zapewnia bardziej zoptymalizowany kształt impulsu – lepsze przekazywanie energii do skały przy każdym uderzeniu oraz mniejsze szczytowe naprężenia działające na pręt wiertniczy.

W zastosowaniach długich otworów powierzchniowych o średnicach otworów od 140 do 178 mm długopistoletowa konstrukcja RD1840C utrzymuje naprężenia pręta w granicach, które znacząco wydłużają żywotność prętów T51 i GT60. Jest to istotny czynnik kosztów eksploatacyjnych: wymiana zestawów prętów w otworach o głębokości przekraczającej 30 metrów jest kosztowna, a forma impulsu zmniejszająca liczbę cykli zmęczeniowych w połączeniach prętów sumuje się w całym sezonie produkcyjnym.

RockPulse — dostępna jako integracja technologiczna w nowszych urządzeniach Sandvik — monitoruje falę naprężeń w czasie rzeczywistym, dostarczając operatorowi danych umożliwiających dostosowanie parametrów wiercenia do rzeczywistych warunków kontaktu z skałą. Przenosi optymalizację parametrów z domysłów na podstawie pomiarów.

Smarowanie trzpienia: krok konserwacyjny, który często pomija się

System cyrkulacyjnej smarowania trzpienia (CSL) w modelach RD1635CF i HL1560T zmniejsza zużycie oleju smarującego trzpienia o do 70% w porównaniu z konwencjonalnymi systemami. To nie tylko wartość wpływająca na koszty eksploatacji — oznacza to również mniejsze zanieczyszczenie obwodu płuczącego przez przetłaczanie oleju, co ma istotne znaczenie przy ciśnieniu wody płuczącej wynoszącym 10–15 bar oraz konieczności utrzymania czystych warunków w otworze wiertniczym.

W modelach Sandvik bez systemu CSL częstotliwość smarowania trzpienia oraz dobór klasy oleju mają bezpośredni wpływ na zużycie rękawa prowadzącego oraz żywotność adaptera trzpienia. Zbyt rzadkie wtryskiwanie tłoczonego smaru powoduje kontakt metal–metal między trzpieniem a tuleją prowadzącą w fazie obrotu. Zbyt częste wtryskiwanie powoduje natomiast migrację nadmiaru smaru do uszczelek komory uderzeniowej — co przyspiesza degradację uszczelek poliuretanowych w porównaniu z normalnym zużyciem cyklicznym.

HOVOO dostarcza zestawów uszczelek do wiertnic skalnych zgodnych z seriami Sandvik HL i RD, w tym uszczelek tulei prowadzących oraz pierścieni O-ringów adaptera trzpienia, które najczęściej ulegają uszkodzeniom spowodowanym zużyciem związanym z smarowaniem. Modelowe oznaczenia dla zastosowań Sandvik znajdują się na stronie hovooseal.com.

Wiertnica zautomatyzowana i przejście do pracy ciągłej

Długość otworów wiertniczych z serii i firmy Sandvik – obecnie produkowany model DL422i – zaprojektowano do bezobsługowej pracy przez zmiany. Zautomatyzowane wiercenie wentylatorowe, automatyczne ponowne pozycjonowanie ramy oraz zdalna obsługa z jednej konsoli umożliwiają utrzymanie wiertnicy w ruchu przez 30–45 minut trwającej zmiany załogi, które w przeciwnym razie pozostawałyby nieużytkowane.

Na poziomie komponentów oznacza to, że wiertnica skalna działa bliżej swojego teoretycznego cyklu roboczego. Czas uderzeń gromadzi się szybciej. Zestawy uszczelek, które w sprzęcie obsługiwанym ręcznie mogą wytrzymać 400 godzin, w konfiguracjach zautomatyzowanych są obciążane przez 500+ godzin. Dobór materiałów uszczelek — poliuretanu (PU) do standardowych cykli pracy oraz wodorowanego kauczuku akrylowego (HNBR) do stref o podwyższonej temperaturze — z uwzględnieniem rzeczywistego czasu pracy jest ważniejszy w przypadku flot zautomatyzowanych niż w przypadku flot obsługiwanych tradycyjnie.