Perforación en roca dura sin atascos: tres secretos clave para el ajuste de parámetros
Las formaciones duras (por ejemplo, granito y basalto) presentan una alta dureza y tenacidad, lo que impone requisitos estrictos en cuanto a la precisión de los parámetros de perforación. Ajustar correctamente la velocidad de rotación, la presión de la broca y los parámetros de extracción de recortes (lavado) es fundamental para mejorar la velocidad de penetración y reducir el desgaste de la herramienta. A continuación, se presenta una guía práctica detallada para el ajuste de parámetros en estas tres dimensiones clave.
Velocidad de rotación: utilice baja velocidad para asegurar una fractura efectiva. La alta dureza de la roca dura requiere una operación a baja velocidad, ya que las brocas de botón (insertos tipo botón) necesitan suficiente tiempo de contacto para fracturar la roca. La estructura densa y las escasas fracturas naturales implican que las brocas deben introducirse en la roca mediante una presión sostenida; si la rotación es demasiado rápida, el tiempo de contacto se reduce considerablemente y la broca se desengancha antes de que se produzca la fractura efectiva. Esto no solo no mejora la eficiencia, sino que también provoca un desgaste excesivo que acelera el desgaste de la broca.
En la práctica, la velocidad de rotación en la perforación de roca dura se suele controlar entre 30 y 60 rpm. Por ejemplo, en granito, al aumentar la velocidad a 100 rpm, las brocas de corte patinan sobre la superficie, produciendo solo arañazos superficiales sin penetrar en el interior de la roca. Al reducir la velocidad a unas 40 rpm, las brocas mantienen el contacto, aplican una presión constante y fracturan la roca gracias a su dureza y geometría, lo que mejora la eficiencia de fractura en más de un 30 % y reduce notablemente el desgaste de la broca.
Presión de perforación (empuje de la broca): aplicar alta presión para vencer la resistencia de la roca. La alta resistencia a la compresión de la roca dura (a menudo ≈100 MPa) requiere una presión de perforación suficiente para vencer la resistencia de la formación y forzar la penetración de las brocas. Una presión insuficiente provoca que las brocas se deslicen sobre la superficie en lugar de penetrar; una presión alta adecuada permite que las brocas venzan las tensiones superficiales, entren en fisuras internas o límites de cristales y fracturen la roca mediante una acción combinada de compresión y cizallamiento.
La presión de perforación típica para operaciones en roca dura se sitúa entre 3 y 5 MPa. En la minería de roca dura, esto resulta evidente: con una presión de tan solo 2 MPa, las brocas tienen dificultades para crear puntos de fractura efectivos y la penetración puede ser inferior a 0,5 m/h. Al aumentar la presión a 4 MPa, se logra una mayor penetración de las brocas, ciclos de presión periódicos que ensanchan las fracturas y se incrementa la penetración hasta aproximadamente 1,2-1,5 m/h; además, la roca fracturada tiende a conservar una mejor integridad de los bloques para su posterior manipulación.
Eliminación de recortes (lavado): garantizar un lavado suficiente para mantener limpia la superficie de trabajo. Aunque los recortes de la perforación en roca dura son finos, la penetración lenta provoca su acumulación en el fondo del pozo, creando un círculo vicioso de fragmentación repetida: los recortes acumulados impiden el contacto entre las brocas y la roca intacta, aumentando el desgaste y desperdiciando energía. Por lo tanto, el objetivo principal del ajuste de la eliminación de recortes es garantizar un flujo de lavado adecuado para eliminar rápidamente los recortes del fondo.
Para la perforación en roca dura, el caudal de fluido de lavado debe mantenerse 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 la acumulación de 5 a 8 cm de detritos en el fondo; era necesario reemplazar las brocas cada 2 horas y el avance diario era inferior a 8 m. Tras aumentar el caudal a 60 L/min, los detritos residuales se redujeron a menos 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 disminuyeron aproximadamente un 40 % debido a la reducción del desgaste.
Coordinación de parámetros: la lógica de la interacción tripartita. El ajuste de parámetros para la perforación en roca dura no es una optimización de un solo factor, sino una coordinación de los tres parámetros. Puntos clave de coordinación:
Velocidad y presión de perforación: al aumentar la presión de perforación, mantenga una velocidad de rotación baja para evitar sobrecargas instantáneas y daños en la broca en condiciones de alta velocidad/alta presión.
Presión de lavado y perforación: al aumentar el caudal de lavado, ajuste la presión de perforación en consecuencia para evitar que el impacto del lavado desestabilice la pared del agujero.
Solo mediante la combinación de velocidad de rotación, presión de perforación y lavado/eliminación de recortes en un conjunto compatible, la perforación de roca dura puede lograr una alta eficiencia con un bajo consumo.
