¡La perforación en roca dura no se atascará! Tres consejos clave para ajustar los parámetros principales.
Las formaciones de roca dura (como el granito y el basalto) presentan una elevada dureza y tenacidad, lo que impone requisitos estrictos en la selección de los parámetros de perforación. El ajuste preciso de la velocidad de rotación, la presión de perforación (peso sobre la broca/presión de la broca) y la eliminación de recortes (lavado) es fundamental para mejorar la velocidad de penetración y reducir el desgaste del equipo. A continuación, se explica la lógica de ajuste y las reglas prácticas para la perforación en roca dura en función de estos tres parámetros clave.
Velocidad de rotación: baja velocidad para una fractura efectiva. Debido a la alta dureza de la roca dura, la perforación se realiza normalmente a bajas velocidades de rotación para que los dientes de la broca tengan suficiente tiempo de contacto para fracturar la roca. La roca dura es densa y presenta pocas fracturas naturales; las brocas de rodillos cónicos dentadas deben presionar y acuñarse en la formación con el tiempo. Si la velocidad es demasiado alta, el tiempo de contacto de los dientes se reduce drásticamente y estos se deslizarán antes de que se produzca una fractura efectiva. Este "fresado por aire" no solo no mejora la penetración, sino que también acelera el desgaste de la broca.
En la práctica, las velocidades de rotación para la perforación de roca dura se controlan normalmente entre 30 y 60 rpm. Por ejemplo, al perforar granito, aumentar la velocidad a 100 rpm provoca que los dientes se deslicen rápidamente sobre la superficie y solo produzcan rayaduras superficiales sin penetrar la roca. Reducir la velocidad a unas 40 rpm permite que los dientes permanezcan en contacto con la pared de la roca y apliquen una presión constante; el efecto de cuña y la dureza de los dientes fracturan progresivamente la roca, aumentando la eficacia de perforación en más de un 30 % y reduciendo significativamente el desgaste de la broca.
Presión de perforación: aplicar la presión suficiente para vencer la resistencia de la roca. La roca dura suele tener una alta resistencia a la compresión (normalmente ≥100 MPa), por lo que se requiere una presión de perforación adecuada para vencer dicha resistencia e introducir los dientes de la broca en la formación. Una presión insuficiente provoca que los dientes resbalen en la superficie y produzcan un efecto de deslizamiento; una presión mayor y apropiada permite que los dientes penetren las tensiones superficiales, alcancen fisuras internas o espacios intercristalinos y rompan la roca mediante una acción combinada de extrusión y cizallamiento.
En la práctica de la ingeniería, la presión de perforación en operaciones de roca dura se suele establecer entre 3 y 5 MPa. Por ejemplo, en la minería de mineral duro, si la presión de la broca es de solo 2 MPa, los dientes no pueden establecer puntos de ruptura efectivos y la velocidad de penetración puede ser inferior a 0,5 m/h; al aumentar la presión a 4 MPa se logra una mayor penetración de los dientes, ciclos de tensión periódicos que amplían las fracturas y velocidades de penetración de 1,2 a 1,5 m/h, con una mejor integridad de la roca fracturada para su posterior manipulación.
Eliminación de recortes (lavado): lavado suficiente para mantener limpia la superficie de trabajo. Aunque los recortes de roca procedentes de la perforación en roca dura son relativamente finos, la penetración lenta facilita su acumulación en el fondo del pozo, creando un círculo vicioso de refragmentación: los recortes compactados impiden que la broca entre en contacto con roca fresca, aumentan el desgaste y desperdician energía al triturarlos nuevamente, lo que reduce la eficiencia general. El objetivo principal del ajuste de la eliminación de recortes es garantizar un flujo adecuado de fluido de lavado para que los recortes se evacuen rápidamente.
Para la perforación en roca dura, el caudal de lavado se suele controlar entre 40 y 80 L/min. Por ejemplo, en un proyecto de túnel subterráneo en roca dura, un caudal inicial de 30 L/min provocó una acumulación de detritos de 5 a 8 cm en el fondo; las brocas requerían reemplazo cada 2 horas y el avance diario era inferior a 8 m. Tras aumentar el caudal a 60 L/min, los residuos en el fondo se mantuvieron por debajo de 1 cm, la vida útil de las brocas superó las 8 horas, el avance diario aumentó a entre 15 y 18 m y los costes de adquisición de brocas se redujeron en aproximadamente un 40 % debido a la menor abrasión.
Coordinación de parámetros: la lógica central de los tres en conjunto. El ajuste de parámetros para la perforación en roca dura no es una optimización aislada de valores individuales, sino una combinación coordinada de los tres:
Velocidad de rotación y presión de perforación: al aumentar la presión de perforación, mantenga una velocidad baja para evitar una sobrecarga instantánea y una falla repentina de la broca en condiciones de alta velocidad/alta presión.
Presión de lavado y perforación: al aumentar el caudal de lavado, coordine con la presión de perforación para evitar que un impacto excesivo del lavado comprometa la estabilidad de la pared del pozo.
Solo mediante una combinación adecuada de velocidad, presión y flujo de agua se puede lograr una perforación en roca dura de alta eficiencia y bajo consumo.
