Conocimiento de la varilla de perforación de impacto (varilla de perforación de extensión)
Al seleccionar una varilla de perforación para una perforadora de impacto, los ingenieros de minas se enfrentan a muchos factores que se pueden considerar de manera integral, incluido el diámetro de la varilla de perforación, la forma de la sección transversal, el tipo de acero de perforación y el proceso de tratamiento térmico. La selección no solo se ve afectada por las condiciones técnicas, sino también por las preferencias regionales y la oferta del mercado. Existen dos tipos básicos de varillas de perforación que se producen actualmente: la primera es con un adaptador de vástago forjado y la segunda es con roscas en cada extremo. La primera es adecuada para cabezales de perforación integrales, cónicos o roscados. La segunda se utiliza en el caso de un adaptador de vástago, como solo una varilla de perforación para una perforadora de roca tipo riel, o una varilla de perforación de conjunto de varilla conectada a un manguito de varilla roscada.
Tipos de barras de perforación:
El acero para perforación hueca se lamina en caliente a partir de una palanquilla con un núcleo de metal completo en el centro redondo en secciones transversales redondas o hexagonales y diferentes longitudes. La composición química del acero debe seleccionarse bien y controlarse con precisión para adaptarse al tipo de varilla de perforación requerida y al método de tratamiento térmico utilizado. Después de laminarlo al tamaño requerido, se estira para reducir el diámetro y luego se retira el núcleo de metal. El acero con alto contenido de carbono que contiene 1% de carbono y 1% de cromo, con pequeñas cantidades de manganeso y molibdeno, tiene una fuerte resistencia a la fatiga y se puede tratar térmicamente y soldar localmente. Se utilizan para fabricar varillas de perforación con adaptadores de vástago, incluidas las varillas de perforación integrales. El proceso de temple de alta frecuencia implica calentar rápidamente la pieza de trabajo a 900 °C y luego enfriarla rápidamente en agua. Esto cambia la estructura del metal y también causa tensiones de compresión en la capa superficial. El método de alta frecuencia se puede utilizar para tratar térmicamente localmente el cono, el adaptador de vástago y la rosca, lo que hace que la varilla de perforación sea flexible y capaz de soportar grandes flexiones y manipulación brusca. El chorro de arena es un proceso de endurecimiento por deformación en frío que elimina los defectos de la superficie y prolonga la vida útil. Los aceros de bajo y medio contenido de carbono que contienen entre 0,2 y 0,27 % de carbono, entre 2 y 3 % de cromo o níquel y manganeso o molibdeno se utilizan para fabricar varillas adaptadoras, colas de adaptadores, manguitos adaptadores y cuerpos de brocas. Por lo general, están completamente carburados. Durante la carburación, un paquete de 200 a 300 varillas de perforación se suspende en una jaula y se trata en una atmósfera rica en carbono a 925 °C en un horno de pozo durante aproximadamente 6 horas. Debido a la carburación, la composición química básica y las propiedades de la capa exterior cambian, lo que provoca un aumento de volumen y tensión de compresión. Este proceso ocurre en toda la superficie, incluidos los orificios de descarga internos, lo que mejora la durabilidad, la resistencia a la fatiga, la dureza y la rigidez de la varilla de perforación, así como la resistencia al desgaste y la corrosión. Cuando se perfora en húmedo, es naturalmente importante mejorar la resistencia al desgaste y la corrosión para proteger los orificios de descarga. Se informa que aproximadamente el 95% de las piezas del adaptador utilizadas para la perforación húmeda subterránea están carburadas en su totalidad, incluido el manguito del adaptador y las roscas de la broca. Cuando este tipo de acero está parcialmente carburado, es difícil realizar un recocido local porque se formarán zonas de recocido. Es un proceso técnicamente difícil soldar láminas de carburo en acero carburado para hacer una varilla de perforación integral, pero algunos fabricantes lo han logrado. Las varillas de perforación integrales de alta resistencia que producen se utilizan en perforadoras de roca de alta potencia para la perforación mecanizada de roca. Se informa que su vida útil es tres veces mayor que la del acero con alto contenido de carbono, como 900 metros frente a 300 metros. Otro acero de aleación con bajo contenido de carbono tiene una maquinabilidad particularmente buena. Contiene níquel y cromo. Generalmente, este acero también está carburado en su totalidad. Algunas fábricas utilizan acero al cromo-níquel de carbono medio (0,42 %) para hacer aceros largos,Barras de perforación integrales de alta resistencia. La superficie exterior y los orificios de descarga se pueden fosfatar para evitar la oxidación. También se puede aplicar cera protectora durante el almacenamiento. La corrosión y el óxido pueden provocar grietas por fatiga prematuras. Al perforar rocas duras abrasivas con perforadoras de roca húmeda, generalmente se prefieren las barras de perforación completamente carburadas. Sin embargo, al perforar en pasos a cielo abierto con juntas o formaciones rocosas rotas, la barra de perforación corre el riesgo de doblarse severamente y la barra de perforación carburada puede romperse. Las barras de perforación templadas por alta frecuencia pueden adaptarse mejor a esta situación. Debido a que la barra de perforación templada por alta frecuencia tiene mayor tenacidad, no se daña fácilmente por impacto accidental o intencional. Al mismo tiempo, no es fácil aflojar la rosca debido a una fuerza de propulsión insuficiente, lo que provoca calentamiento local y daños. El soplado de aire comprimido también puede provocar calentamiento local y erosión de la superficie. Las barras de perforación templadas por alta frecuencia no son propensas a este fenómeno, pero el desgaste de la rosca es propenso a ocurrir. Barras de perforación con adaptadores de vástago Cuando el pozo de voladura es muy superficial, por ejemplo, por debajo de los 6 metros, o a medida que el pozo de voladura se profundiza, se utiliza un grupo de barras de perforación de diferentes longitudes, o se utiliza ampliamente una sola broca igual a la profundidad del pozo de voladura. Este tipo de barra de perforación está forjada con un adaptador de vástago. El cabezal de perforación es integral con la barra de perforación o un cabezal de perforación móvil conectado por un cono o rosca. La barra de perforación con un adaptador de vástago está hecha de acero de perforación hexagonal con dimensiones de lado opuesto de 19 mm, 22 mm o 25 mm, y se utiliza para perforadoras de roca portátiles, perforadoras de roca de patas neumáticas y vehículos de perforación mecanizados para perforar agujeros en frentes de trabajo o pernos de roca. Como se mencionó anteriormente, este tipo de barra de perforación generalmente está hecha de acero de aleación que contiene cromo con alto contenido de carbono. Este acero de aleación puede soportar la flexión sin romperse o deformarse permanentemente. El extremo del adaptador de vástago (si la varilla de perforación no está completamente carburizada) se templa por separado para soportar las tensiones de impacto causadas por el pistón y el par de rotación. Si el cabezal de perforación está conectado por un cono, también se puede tratar térmicamente por separado. La estructura de la varilla de perforación integral es para hacer que la vida útil total del carburo de tungsteno sea equivalente a la vida útil por fatiga de la varilla de perforación. Sin embargo, en rocas muy abrasivas, este enfoque no es práctico y es mejor utilizar un cabezal de perforación móvil. La perforación de roca mecanizada con recortes de lavado con agua a alta presión debe estar equipada con un sello de adaptador de vástago para evitar que el agua de lavado ingrese al taladro de roca, porque para los taladros de roca neumáticos, esta situación puede afectar la lubricación y causar hielo. Al menos un fabricante ofrece una varilla de perforación integral con un cabezal de perforación de dientes esféricos en lugar de un cabezal de perforación ranurado. En rocas rotas o fracturadas, es adecuado utilizar una varilla de perforación integral con un cabezal de perforación transversal porque existe el riesgo de atascos al perforar en estas rocas. Sin embargo, el cabezal de perforación ranurado tiene la ventaja sobresaliente de ser fácil de afilar.
Conexión del adaptador de vástago:
Al perforar agujeros profundos con una varilla, la cola de la varilla se inserta en el manguito adaptador del vástago del taladro de roca, y el manguito de la varilla se conecta a la primera varilla de perforación en el grupo de varillas de perforación. Dado que los fabricantes de perforadoras de roca fabrican perforadoras de roca con varias estructuras de manguitos de perforación, existen muchos tipos de colas de varilla. La más simple es la cola con hombro hexagonal, y las otras varían en complejidad, con protuberancias o estrías. La cola de la varilla debe transmitir la energía del impacto, el par rotatorio y la fuerza de propulsión a la varilla de perforación, y su cara del extremo trasero, la rosca y la estría o el hombro deben tener una alta resistencia al desgaste. La onda de choque generada por el pistón se propaga a la velocidad del sonido en el acero (aproximadamente 5000 m/s) y una frecuencia de 60 veces/s. Se producirá un pequeño desplazamiento en la conexión roscada, y el desgaste causado debe minimizarse con acero resistente al desgaste. El acero resistente al desgaste utilizado debe tener las características de volverse frágil pero no perder resistencia a la fatiga. El acero más adecuado es el acero al cromo con bajo contenido de carbono o el acero al níquel-cromo, y el tratamiento térmico que se utiliza habitualmente es la carburación completa. Al perforar agujeros poco profundos, es mejor conectar un taladro de roca tipo riel y una broca viva a la cola de la varilla adaptadora que utilizar una sola varilla de perforación con un adaptador de vástago, especialmente cuando se perforan agujeros de gran diámetro en roca dura y se utilizan taladros de roca de alta potencia. Este método permite reemplazar la cola de la varilla adaptadora, el manguito adaptador, la varilla de perforación y la broca cuando sea necesario. Sin embargo, dado que el manguito adaptador pasa a través de un portabrocas abierto, existe la desventaja de que la longitud de empuje se pierde igual a la longitud de la cola de la varilla adaptadora. Al perforar agujeros escalonados hacia abajo, la primera varilla de perforación debe desconectarse del adaptador de vástago antes de agregar el adaptador. Cuando se utiliza un manguito adaptador, puede caerse, por lo que a veces se prefiere utilizar un adaptador de vástago con roscas internas. A menos que se utilicen todas las roscas hembra, el manguito adaptador debe conectarse al extremo inferior de la varilla de perforación. En comparación con el uso de un manguito adaptador, se forma una conexión más rígida entre el adaptador del vástago y la primera varilla de perforación. Si se producen grandes tensiones de flexión en el adaptador del vástago debido a la deflexión del barreno, es más probable que la conexión rígida se dañe. Hay una sección de transición "slenderdhhh entre la cola de la broca y la parte roscada, que se dice que hace que la broca sea elástica y capaz de soportar la tensión de flexión. El medio de lavado (agua o aire comprimido) ingresa al barreno a través de la aguja de agua del taladro de roca o un dispositivo giratorio independiente. Cuando se utiliza agua a alta presión (más de 8 bar) para el lavado, se debe utilizar un dispositivo giratorio independiente. Los taladros de roca hidráulicos modernos tienen un sistema de lavado integrado en el extremo del manguito de la broca.
Conexión de varillas de perforación:
Las barras de perforación para perforación de pozos profundos están hechas de acero al cromo-molibdeno que contiene 2~3% de cromo o níquel, y pueden ser hexagonales o redondas. El diámetro del cuerpo de la barra y la parte roscada de la barra de perforación de sección grande es el mismo, mientras que el diámetro del extremo roscado de la barra de perforación ligera es mayor. Aunque la barra de perforación más ligera tiene el riesgo de deflexión del barreno de voladura debido a la rigidez reducida, es más conveniente utilizar barras de perforación ligeras cuando se perfora hacia arriba. Las barras de perforación ligeras requieren procesos de forjado complejos, y la carburación es el método básico para obtener una mayor resistencia a la fatiga. Las barras de perforación redondas con un diámetro de más de 32 mm se utilizan para perforar pozos profundos en vehículos de perforación pesados. Al conectar y descargar barras de perforación pesadas para perforar pozos profundos, utilice dispositivos auxiliares efectivos para mecanizar la conexión y descarga de las barras de perforación.
Trapos:
La rosca "R" tiene un ángulo de rosca constante de 20° y un paso constante de 0,5 pulgadas medido desde el eje de la varilla de perforación. Se utiliza para varillas de perforación de tamaño pequeño con diámetros de 22 mm a 28 mm. Para perforadoras de roca de alta potencia, es posible apretar demasiado la rosca "R", y el grado de apriete depende de la energía de impacto, el par de rotación y la resistencia creada por la roca y el empuje. En comparación con la rosca "R", la rosca "T" tiene un ángulo de rosca mayor y su paso aumenta con el aumento del diámetro. Tiene las características de apriete equilibrado y se utiliza para varillas de perforación con diámetros de 38 mm y 45 mm. La rosca "C" es adecuada para equipos más grandes, como varillas de perforación con diámetros de 51 mm o 57 mm. Tiene una rosca de doble entrada y su ángulo de perfil de rosca es similar al de la rosca "T". El perfil de rosca de "Hi-Leed" tiene forma de diente de sierra y su rendimiento de conexión y desmontaje está entre las roscas "R" y "T". Se utiliza para varillas de perforación con diámetros entre 25 mm y 57 mm, y su ángulo de rosca está entre las roscas "R" y "T". Cuando la perforación de roca es más fácil, la parte roscada de la biela se puede hacer el doble de larga, de modo que cuando la primera sección de la rosca se desgasta, se puede cortar, pero se debe prestar especial atención al cortar para evitar el calentamiento local y el templado de la varilla de perforación. En algunos casos, la varilla de perforación ha alcanzado su vida útil por fatiga después del desgaste de la rosca. La selección de rosca de un solo extremo o de doble extremo se determina mediante la inspección y prueba del taladro de roca y las condiciones de la roca. para determinar, pero el empuje es un parámetro importante. Ingersoll-Rand fabrica una rosca especial que se enrosca a lo largo de toda la longitud de la varilla de modo que cuando se desgasta un extremo, se puede cortar y luego biselar y reutilizar. Se informa que tiene una vida útil cinco veces mayor que la de una varilla roscada solo en el extremo. Las roscas están laminadas, lo que les da una alta resistencia al corte, y la superficie está endurecida para lograr dureza y resistencia al desgaste. Se utiliza un ángulo de hélice bastante pronunciado para que se puedan aflojar con un par mínimo. Disponible en 32 mm, 38 mm y 44 mm.
Mejoras en las barras de perforación:
La nueva generación de perforadoras de roca de percusión, especialmente las impulsadas por energía hidráulica, pueden competir con éxito con las perforadoras rotativas y de fondo en muchos aspectos de la perforación a cielo abierto. Estos avances se han producido en paralelo con las mejoras en las barras de perforación y las brocas. A medida que aumenta la velocidad de perforación, las barras de perforación deben ser más resistentes y, por lo general, más pesadas. Obviamente, los dispositivos de manipulación y el control automático de las barras de perforación pesadas son equipos auxiliares importantes y necesarios. La vida útil de las barras de perforación se ve afectada principalmente por la amplitud de la onda de tensión, por lo que las ondas de tensión largas con pequeña amplitud y distribución uniforme son las más favorables. Las perforadoras de roca de percusión hidráulicas producen tales ondas. Sus pistones son pequeños y de largo diámetro en comparación con los pistones cortos y gruesos de las perforadoras de roca neumáticas. Se estima que es posible un ahorro del 15% en los costos de consumo de barras de perforación mediante el uso de perforadoras de roca hidráulicas. Otros factores favorables son que la potencia de la perforadora de roca se puede ajustar con relativa facilidad de acuerdo con la coincidencia de la velocidad de perforación y el costo de la barra de perforación. Además, el uso de dispositivos automáticos de apertura de ojos y antiatasco también puede prevenir o al menos minimizar la aparición de atascos. Se estima que la inversión básica representa el 25-30% del costo de perforación de roca, las piezas de repuesto y el mantenimiento representan el 22-33%, los salarios representan el 12-25%, el consumo de energía representa el 2-6% y las barras de perforación y las brocas representan el 20-22%. En los gastos mencionados anteriormente, existen grandes diferencias entre minas. Sin embargo, si el costo total de perforación de roca del mineral es de $ 2 / tonelada, el costo de las barras de perforación y las brocas es de $ 0,4 / tonelada. Si las brocas se rompen a menudo durante la perforación de roca, aumentarán los costos y las demoras. En minas grandes, incluso un pequeño ahorro en el consumo de brocas y varillas de perforación puede traer beneficios considerables. Para minimizar los costos, es muy importante discutir con el fabricante de varillas de perforación de roca y seleccionar cuidadosamente la varilla de perforación de acuerdo con las condiciones de producción y uso.
Mantenimiento de la varilla de perforación:
Máquina perforadora: Asegúrese de que el manguito de la cola de la broca esté intacto y que la broca esté afilada. Gire la varilla y use las varillas en el grupo de varillas por turno para hacer que las roscas en el grupo de varillas se desgasten de manera uniforme. Use el manguito de la varilla de acuerdo con la vida útil correspondiente de la rosca de la varilla: un manguito de varilla nuevo se combina con una varilla nueva. Cuando taladre en seco, limpie y lubrique las roscas con grasa especial y use solo varillas de perforación rectas. Calentar la varilla de perforación antes de usarla en condiciones climáticas frías prolongará su vida útil. Taladre con cuidado y use 1/4 ~ 1/2 de la potencia del taladro de roca al perforar. Si la varilla de perforación no está alineada, debe volver a perforarse. Use el empuje óptimo. Un empuje excesivo hará que la varilla de perforación se doble y acorte su vida útil, y también puede bloquear el orificio de purga del cabezal de perforación y causar desgaste o daño a la placa de carburo del cabezal de perforación; un empuje insuficiente causará calentamiento en la conexión, dañará la conexión, desgaste excesivo o aflojamiento de la placa de carburo del cabezal de perforación. El manguito de la varilla se rompe "d" en relación con el portabrocas, lo que dañará el manguito de la varilla. Asegúrese de que el lavado significa que siempre hay suficiente agua de lavado para eliminar rápidamente las virutas de roca. Tenga cuidado al desacoplar: use 1/4 de la velocidad de empuje al desacoplar para evitar que se atasque. Use una buena llave para aflojar la varilla. Martillar o usar una llave para tubos dañará la superficie endurecida. Las trampas pueden causar fracturas por fatiga. Use un calibre especial para medir el desgaste de las roscas en el manguito de extensión y la varilla. Cuando el desgaste exceda el límite especificado, debe desecharse. Almacenamiento Si se va a almacenar después de su uso, debe tratarse con un inhibidor de óxido y no almacenarse cerca del agua o el polvo. La corrosión es un gran problema en las minas subterráneas.
