Introducción de la varilla de perforación de impacto
Al seleccionar una varilla de perforación para un taladro de impacto, los ingenieros de minas enfrentan muchos factores a considerar, incluido el diámetro de la varilla, la forma de la sección transversal, el tipo de acero de perforación y el proceso de tratamiento térmico. La selección no sólo se ve afectada por las condiciones técnicas, sino también por las preferencias regionales y la disponibilidad del mercado.
Actualmente se producen dos tipos básicos de varillas de perforación: la primera tiene una cola de perforación forjada y la segunda tiene roscas en cada extremo. El primero es adecuado para cabezales de perforación integrales, cónicos o roscados. El segundo se utiliza en el caso de una cola de perforación, como una varilla de perforación única para un taladro de roca de tipo riel, o una varilla de perforación de conjunto de varilla conectada a un manguito de varilla roscada.
Tipos de acero para taladrar
El acero de perforación hueco se lamina en caliente a partir de una palanquilla de acero con un núcleo metálico completo en el centro redondo en una sección transversal redonda o hexagonal y de diferentes longitudes. La composición química del acero debe seleccionarse bien y controlarse con precisión para que sea adecuada para el tipo de varilla de perforación requerida y el método de tratamiento térmico utilizado. Después de enrollarlo hasta alcanzar el tamaño requerido, se estira para reducir el diámetro y luego se retira el núcleo metálico.
El acero con alto contenido de carbono que contiene 1% de carbono y 1% de cromo, y una pequeña cantidad de manganeso y molibdeno, tiene una fuerte resistencia a la fatiga y puede tratarse térmicamente y soldarse localmente. Se utilizan para fabricar barras de perforación con colas de perforación, incluidas barras de perforación integrales.
El proceso de enfriamiento 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 provoca tensiones de compresión en la superficie. El método de alta frecuencia se puede utilizar para tratar térmicamente localmente el cono, la cola de perforación y la rosca, haciendo que la varilla de perforación sea flexible y capaz de soportar grandes flexiones y operaciones bruscas. El pulido con chorro de arena es un proceso de endurecimiento por trabajo en frío que elimina los defectos de la superficie y prolonga la vida útil.
El acero de bajo y medio carbono que contiene 0,2~0,27% de carbono, 2~3% de cromo o níquel y manganeso o molibdeno se utiliza para fabricar varillas de extensión, colas de varillas de extensión, manguitos de varillas de extensión y cuerpos de brocas. Generalmente están completamente carburados. Durante la carburación, se suspende un haz de 200 a 300 barras de perforación en una jaula y se trata en una atmósfera rica en carbono a 925°C en un horno de mina durante aproximadamente 6 horas. Debido a la carburación, la composición química básica y las propiedades de la capa exterior cambian, provocando un aumento de volumen y tensión de compresión. Este proceso ocurre en toda la superficie, incluidos los orificios de lavado internos, mejorando la durabilidad, resistencia a la fatiga, dureza y rigidez de la varilla de perforación, así como su resistencia al desgaste y la corrosión. Al perforar en húmedo, naturalmente es importante mejorar la resistencia al desgaste y a la corrosión para proteger los orificios de lavado. Se informa que alrededor del 95% de las piezas de biela utilizadas para la perforación húmeda en pozos subterráneos están carburizadas en su totalidad, incluido el manguito de la biela y la rosca de la broca. Cuando este tipo de acero está parcialmente cementado, es difícil realizar un recocido local porque"recocido"Se formarán zonas.
Es un proceso técnicamente difícil soldar láminas de carburo en acero cementado para fabricar brocas integrales, pero algunos fabricantes han logrado el éxito. Las barras de perforación integrales de alta resistencia que producen se utilizan en perforadoras de roca de alta potencia para 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 se cementa en su totalidad. Algunas fábricas utilizan acero al cromo-níquel con contenido medio de carbono (0,42%) para fabricar varillas de perforación integrales largas y resistentes.
La superficie exterior y los orificios de descarga se pueden fosfatar para evitar la oxidación. También se puede aplicar una capa protectora de cera durante el almacenamiento. La corrosión y el óxido pueden provocar grietas por fatiga prematuras.
Al perforar roca dura abrasiva con una perforadora de roca húmeda, generalmente se prefieren barras de perforación completamente carburadas. Sin embargo, al perforar roca en escalones a cielo abierto con juntas o formaciones rocosas rotas, la varilla de perforación corre el riesgo de doblarse gravemente y la varilla de perforación carburizada puede romperse. Las barras de perforación con enfriamiento de alta frecuencia pueden adaptarse mejor a esta situación. Debido a que las varillas de perforación de enfriamiento de alta frecuencia tienen mayor tenacidad, no se dañan fácilmente por impactos accidentales o intencionales, y tampoco se dañan fácilmente por roscas sueltas causadas por una fuerza de propulsión insuficiente, lo que provoca calentamiento local y daños. La purga de aire comprimido también puede provocar calentamiento local y erosión de la superficie. Las barras de perforación con enfriamiento de alta frecuencia no son propensas a este fenómeno, pero sí al desgaste de las roscas.
Cuando el pozo es poco profundo, digamos por debajo de los 6 metros, o a medida que el pozo se profundiza, se utiliza un conjunto de barras de perforación de diferentes longitudes, o se utiliza una sola broca igual a la profundidad del pozo, que se usa ampliamente en la actualidad. Este tipo de varilla de perforación está forjada con una cola de perforación. El cabezal de perforación es integral con la varilla de perforación o es un cabezal de perforación móvil conectado por un cono o rosca. Las barras de perforación con cola de perforación están hechas de acero de perforación hexagonal con dimensiones laterales opuestas de 19 mm, 22 mm o 25 mm, y se utilizan para perforadoras de roca portátiles, perforadoras de roca con patas neumáticas y vehículos de perforación mecanizados para perforar orificios en superficies de trabajo o roca. pernos. Como se mencionó anteriormente, este tipo de varilla de perforación generalmente está hecha de acero de aleación que contiene cromo con alto contenido de carbono. Este acero de aleación puede resistir la flexión sin romperse ni deformarse permanentemente.
El extremo de la cola de perforación (si la varilla de perforación no está completamente carburada) se templa por separado para resistir las tensiones de impacto causadas por el pistón y el par de rotación. Si el cabezal de perforación está conectado mediante un cono, también se puede tratar térmicamente por separado. La estructura general de la barra de perforación debe hacer que la vida útil total del carburo de tungsteno sea igual a la vida de fatiga de la barra de perforación. Sin embargo, este enfoque no es realista en rocas altamente abrasivas y es mejor utilizar un cabezal de perforación dinámico.
Para la perforación de roca mecanizada que utiliza agua a alta presión para eliminar los recortes de roca, la varilla de perforación debe estar equipada con un sello de cola de perforación para evitar que el agua de lavado entre en la perforadora, ya que en el caso de las perforadoras neumáticas, esta situación puede afectar la lubricación y causar hielo.
Al menos un fabricante proporciona una barra de perforación general con un cabezal de perforación con dientes de bola en lugar de un cabezal de perforación ranurado. Una barra de perforación general con cabeza de perforación transversal es adecuada para rocas rotas o fracturadas, porque existe el riesgo de que la broca se apriete al perforar en estas rocas. Sin embargo, la cabeza de broca ranurada tiene la ventaja destacada de ser fácil de rectificar.
Conector de cola de taladro
Cuando se utiliza una biela para perforar agujeros profundos, la cola de perforación de la biela se inserta en el manguito de la cola de perforación del taladro de roca, y el manguito de la biela se conecta a la primera varilla de perforación del grupo de varillas de perforación. Dado que los perforadores de roca fabricados por el fabricante de perforadores de roca tienen camisas de perforación de varias estructuras, existen muchos tipos de colas de perforación de biela. El más simple es el vástago con hombros hexagonales, otros varían en complejidad, con protuberancias o estrías.
El vástago debe transferir la energía del impacto, el par de rotación y el empuje a la varilla de perforación, y su cara posterior, roscas y estrías o vástago 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 con una frecuencia de 60 veces/s. Se producen pequeños desplazamientos en la conexión roscada, y el desgaste causado debe minimizarse mediante acero resistente al desgaste, que tiene la característica de volverse quebradizo 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 común es la carburación completa.
Al perforar agujeros poco profundos, es mejor conectar un taladro de vástago y una broca viva para un taladro de roca tipo riel después del vástago que usar un solo vástago con un vástago, especialmente al perforar barrenos de gran diámetro en roca dura y usar perforadoras de roca de alta potencia. Este método permite reemplazar el adaptador, el manguito adaptador, la varilla de perforación y el cabezal de perforación cuando sea necesario. Sin embargo, dado que el casquillo adaptador pasa a través de un portabrocas abierto, existe el inconveniente de que se pierde la longitud de extensión, que equivale a la longitud del adaptador.
Al perforar un barreno reductor, la primera sección de la varilla de perforación debe desconectarse del adaptador antes de agregar el adaptador. Con el manguito adaptador, es posible que se caiga, por lo que a veces se prefiere utilizar un adaptador con rosca interna. A menos que se utilicen todas las roscas hembra, el manguito adaptador está conectado al extremo inferior de la barra de perforación. En comparación con el uso del manguito adaptador, se forma una unión más rígida entre el adaptador de broca y la primera barra de perforación. Si se producen grandes tensiones de flexión en el adaptador de perforación debido a la deflexión del barreno, es más probable que se dañe la conexión rígida.
Hay un"esbelto"sección de transición entre la cola del adaptador de broca y la parte roscada, que se dice que hace que el adaptador de broca sea elástico y capaz de soportar tensiones de flexión.
El medio de lavado (agua o aire comprimido) ingresa al barreno a través de la aguja de agua del martillo perforador o de un dispositivo giratorio independiente. Al lavar con agua a alta presión (más de 8 bar), se debe utilizar un dispositivo giratorio independiente. Los perforadores de roca hidráulicos modernos tienen un sistema de purga integral al final de la camisa de cola de perforación.
bielas
Las varillas de perforación de roca para agujeros profundos están hechas de acero al cromo-molibdeno que contiene entre un 2% y un 3% de cromo o níquel y pueden ser hexagonales o redondas. El diámetro del cuerpo de la varilla y la parte roscada de la varilla de perforación de sección grande es el mismo, mientras que el diámetro del extremo roscado de la varilla de perforación ligera es mayor. Aunque la varilla de perforación más liviana tiene el riesgo de deflexión del barreno debido a la rigidez reducida, es más conveniente usar varillas de perforación livianas cuando se perfora hacia arriba. Las barras de perforación ligeras requieren procesos de forjado complejos y la cementación es el método básico para obtener una mayor resistencia a la fatiga.
Las barras de perforación redondas con un diámetro superior a 32 mm se utilizan para perforar agujeros profundos en vehículos de perforación pesados. Al conectar y descargar barras de perforación pesadas para agujeros profundos, utilice dispositivos auxiliares eficaces para mecanizar la conexión y descarga de las barras de perforación.
Hilos
Hay cuatro construcciones básicas de roscas para barras de perforación de roca:"R"o hilo ondulado,"t"o hilo trapezoidal,"C"o hilo de doble inicio, y"Hola-Leed"o hilo dentado inverso (Figura 1). El"t"El hilo fue desarrollado por Sandvik y puede ser producido por otros fabricantes bajo licencia de Sandvik, pero en la mayoría de los casos está marcado con otros símbolos. Toda la rosca debe fabricarse con tolerancias de alta precisión y tener un alto acabado superficial.
Imagen
El"R"La rosca tiene un ángulo de rosca constante de 20° medido desde el eje de la varilla y un paso constante de 0,5 pulgadas. Se utiliza para varillas de pequeño tamaño con diámetros de 22 mm a 28 mm. Para perforadores de roca de alta potencia, es posible apretar demasiado el"R"rosca, el grado de apriete depende de la energía del impacto, el par de rotación y la resistencia generada por la roca y el empuje.
Comparado con el"R"hilo, el"t"La rosca tiene un ángulo de rosca mayor y su paso aumenta al aumentar el diámetro. Tiene las características de estanqueidad equilibrada y se utiliza para barras de perforación con diámetros de 38 mm y 45 mm."C"La rosca es adecuada para equipos más grandes, como barras de perforación con diámetros de 51 mm o 57 mm. Tiene roscas de doble inicio y su ángulo de perfil de rosca es similar al de"t"hilo."Hola-Leed"El perfil del diente de rosca tiene forma de diente de sierra y su rendimiento de conexión y desmontaje está entre"R"y"T*"hilos. Se utiliza para varillas de perforación con diámetros entre 25 mm y 57 mm, y su tamaño de ángulo de rosca está entre"R"y"t"hilos.
Cuando la perforación de roca es más fácil, la sección roscada de la biela se puede hacer el doble de larga, de modo que cuando la primera sección de la rosca se desgaste, se pueda cortar, pero se debe prestar especial atención al cortar para evitar localizaciones. Calentamiento y templado de la varilla de perforación. En algunos casos, la varilla de perforación ha alcanzado su vida de fatiga después de que se desgasta la rosca. La elección de una rosca de inicio simple o doble está determinada por la prueba de inspección del taladro y las condiciones de la roca, pero el empuje es un parámetro importante.
Ingersoll-Rand ( Ingersoll-Rand ha fabricado una rosca especial que se rosca a lo largo de toda la varilla de perforación, de modo que cuando un extremo de la rosca se desgasta, se puede cortar y luego achaflanar y reutilizar. Se informa que su La vida útil aumenta 5 veces en comparación con las varillas de perforación con roscas solo en los extremos. Las roscas están laminadas, lo que tiene una alta resistencia al corte y la superficie está endurecida, por lo que es dura y resistente al desgaste. Utiliza un ángulo de hélice bastante pronunciado. para que se pueda aflojar con un torque mínimo. Sus especificaciones son 32mm, 38mm y 44mm.
Mejora de la varilla de perforación
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Una nueva generación de perforadoras de impacto, perforadoras especiales de propulsión hidráulica, que pueden ganar en muchos aspectos de la perforación de rocas a cielo abierto en competencia con las perforadoras rotativas y las perforadoras de fondo. Estos avances se produjeron simultáneamente con la mejora de las barras y brocas de perforación. A medida que aumenta la velocidad de perforación, la varilla de perforación debe tener mayor tenacidad y suele ser más pesada. Obviamente, el dispositivo de manipulación y el control automático de barras de perforación pesadas son muy importantes y son equipos auxiliares necesarios.
La vida útil de la varilla 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. Los perforadores de impacto hidráulico producen este tipo de olas. En comparación con el pistón corto y grueso de la perforadora neumática, su diámetro de pistón es pequeño y largo. Se estima que es posible ahorrar un 15% en el costo del consumo de varillas de perforación mediante el uso de perforadoras hidráulicas. Otro factor favorable es que la potencia del perforador de roca se puede ajustar con relativa facilidad de acuerdo con la velocidad de perforación de roca y el costo de la varilla de perforación. Además, el uso de dispositivos antiatasco y de apertura automática de los ojos también puede prevenir o al menos minimizar la aparición de atascos de la broca.
Se estima que la inversión básica representa del 25 al 30% del costo de perforación de roca, las piezas de repuesto y el mantenimiento representan del 22 al 33%, los salarios representan del 12 al 25%, el consumo de energía representa del 2 al 6% y las barras de perforación representan del 25 al 30% del costo de perforación de roca. y las brocas representan entre el 20% y el 22%. Entre los gastos anteriores, las diferencias entre minas son La diferencia es muy grande. Sin embargo, si el costo total de perforar el mineral es de $2/tonelada, el costo de la varilla de perforación y la broca es de $0,4/tonelada. Si la broca se rompe con frecuencia durante la perforación, aumentará los costos y retrasará el tiempo. En las grandes minas, incluso un pequeño ahorro en el consumo de brocas y barras de perforación puede suponer beneficios considerables. Para minimizar costos, es muy importante hablar con el fabricante de la varilla de perforación y seleccionar cuidadosamente la varilla de perforación de acuerdo con las condiciones de producción y uso.
Mantenimiento de barras de perforación.
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La máquina perforadora garantiza que la camisa de la cola de la broca esté intacta y que el cabezal de la broca esté afilado.
Gire la biela y utilice las varillas de perforación del grupo de varillas de perforación para que las roscas del grupo de varillas de perforación se desgasten uniformemente. Utilice el manguito de biela de acuerdo con la vida útil correspondiente de la rosca de la varilla de perforación: nuevo manguito de biela con nueva varilla de perforación.
Al perforar en seco, limpie y lubrique las roscas con grasa especial y utilice únicamente varillas de perforación rectas. Calentar la varilla de perforación antes de comenzar en condiciones de clima frío prolongará su vida útil.
Perfore con cuidado y utilice 1/4 ~ 1/2 de la potencia del taladro de roca al perforar. Si la varilla de perforación no está alineada, es necesario volver a perforarla.
Utilice el mejor empuje. Demasiado empuje hará que la varilla se doble y acorte su vida útil, y también puede bloquear el orificio de purga del cabezal de perforación y provocar que la placa de carburo del cabezal de perforación se desgaste o dañe; Un empuje insuficiente provocará calentamiento en la conexión, dañará la conexión, desgastará excesivamente o aflojará la placa de carburo del cabezal de perforación.
La manga de la varilla"broches de presión"contra el portabrocas, lo que dañará el casquillo de la varilla.
Garantizar el lavado significa que siempre hay suficiente agua de lavado para eliminar rápidamente las astillas de roca.
Tenga cuidado al retirar el taladro; utilice 1/4 de la velocidad de empuje al retirar el taladro para evitar que se atasque.
Utilice una buena llave para quitar la varilla de perforación. Martillar o usar una abrazadera para tubos dañará la superficie endurecida. Los obstáculos pueden provocar fracturas por fatiga. Utilice un calibre especial para medir el desgaste de las roscas del manguito de la varilla y de la varilla de perforación. Cuando el desgaste excede el límite especificado, se debe desechar.
Almacenamiento Si se va a almacenar después de su uso, se debe tratar con un inhibidor de óxido y no se debe apilar cerca de agua o polvo. La corrosión es un gran problema en las minas subterráneas.
