Orsaker till sänkborrhammarfel vid borrning i hårt berg – fyra huvudsakliga felkategorier förklarade

Vid borrning i hårt berg med sänkborrhammare (DTH-hammare) ökar hög formationshårdhet, tunga borrbelastningar och tuffa arbetsmiljöer sannolikheten för en rad olika fel. Dessa fel påverkar direkt borrningshastigheten, hålkvaliteten och utrustningens livslängd. Baserat på de viktigaste förhållandena vid borrning i hårt berg delas vanliga fel in i fyra grupper: försämrad slagprestanda, mekaniskt slitage/fastklibbning, avvikelser i systemet för borttagning av borrkax och fel i kraftöverföringen. Följande analyserar varje grupps symtom och bakomliggande orsaker.

1. Försämrad slagprestanda Symtom och effekt: en plötslig minskning av bergbrytningseffektiviteten. Typiska tecken är minskad slagkraft och lägre slagfrekvens; borren kan inte längre effektivt bryta hårt berg och inträngningen saktar dramatiskt ner eller avbryts. De viktigaste orsakerna inkluderar:

1.1 Problem med strömförsörjningen

• För pneumatiska (luftdrivna) hammare minskar otillräckligt kompressortryck (under det intervall på 0,6–1,2 MPa som vanligtvis krävs för borrning i hårt berg), instabilt luftflöde eller luftläckor/blockeringar i matarledningen det tillgängliga trycket för att driva kolven.

• För hydraulhammare minskar otillräckligt pumptryck eller förorening av hydraulolja och igensatta passager hammarens drivkraft.

• Föroreningar i drivmediet (fukt eller damm i tryckluft; metallpartiklar i hydraulolja) accelererar tätningsslitage och minskar ytterligare mediets verkningsgrad.

1.2 Interna fel i luft-/flödesfördelningen

• Ventilhammare drabbas ofta av slitage, deformation eller kärv på ventilplattan, vilket stör snabb ventilväxling och förhindrar att kolven uppnår högfrekvent fram- och återgående rörelse.

• Ventillösa konstruktioner kan påverkas av slitage eller igensättning av kolvens/cylinderns flödesspår; ansamling av borrspån fördröjer flödesomkastningen, stör slagcykeln och minskar slagkraften avsevärt.

1.3 Problem med gränssnittet mellan kolv och bit

• Högfrekventa stötar mot borren orsakar kraftigt slitage på kolvytan och borrens ände; ökat spelrum vid kontaktytan leder till energiförlust under överföringen.

• Installation av excentriskt borr eller lösa styrstift kan orsaka excentriska slag ("missslag"), vilket sänker slageffektiviteten och accelererar lokalt slitage.

2. Mekaniskt slitage, fastkärvning och strukturfel Symtom och effekt: orsaker till stilleståndstid. Vid högfrekventa stötar och rotationsmoment slits mekaniska delar överdrivet mycket, fastnar eller går sönder. Vanliga manifestationer inkluderar kolvkärvning, skador på borrsträngen och slitage på främre/bakre underdelar, med dessa bakomliggande orsaker:

2.1 Kolvkärvning och slitage

• Tunga belastningar intensifierar friktionen mellan kolv och cylindervägg. Otillräcklig smörjning (t.ex. bristande regelbunden smörjning i pneumatiska hammare eller försämrad smörjförmåga i åldrad hydraulolja) och inträngande bergborrningar kan minska spelrummet och orsaka att kolven kärvar. Långvarig högfrekvent drift sliter också på kolvytan och kan orsaka sprickor; i allvarliga fall kan kolven spricka.

2.2 Skador på borrsträngen

• Borrsträngen måste överföra vridmoment och bära hammarens vikt. Om borrsträngens materialstyrka är otillräcklig, gängorna är lösa eller hålavvikelser uppstår, kan strängen uppleva ytterligare böjmoment som leder till buckling, deformation eller gängbrott. Nötning från bergskärningar på ytterväggen accelererar också slitage och förkortar livslängden.

2.3 Skador på skarvar och tätningar

• Främre och bakre underdelar är kritiska anslutningskomponenter; under intensiv vibration och vridmoment kan deras gängor slitas eller deformeras. Tätningar (O-ringar, tätningsringar) utsätts för slipande kraftmedier och förhöjda temperaturer (värme som genereras vid borret kan ledas till hammaren); tätningarna åldras och spricker, vilket orsakar läckage av kraftmediet och gör att borrspån kan tränga in i de inre enheterna, vilket accelererar slitage.

3. Avvikelser i systemet för borttagning av borrkax Symtom och effekt: avbrott i kontinuerlig borrning. Borrkax i hårt berg är vanligtvis hårt och grovt; när systemet för borttagning av borrkax inte fungerar som det ska uppstår problem som igensättning av hålet och dålig borttagning av borrkax. Symtom inkluderar ansamling av borrkax i hålet, nedgrävd borrkrona, plötslig ökning av borrmotståndet och i allvarliga fall fastkört rör. Viktiga orsaker:

3.1 Otillräckligt transportmedium för sticklingar

• Pneumatiska hammare kan sakna tillräcklig spolluftvolym; hydrauliska hammare kan ha otillräckligt spolvätskeflöde; båda tillstånden förhindrar snabb borttagning av borrkax från botten av hålet. Slitage eller deformation av transportkanaler (t.ex. borrhålets mitthål, kolvens mitthål) från långvarig transport av slipande borrkax kan begränsa kanalerna och ytterligare minska evakueringseffektiviteten.

3.2 Avvikelse mellan borrparametrar och borttagning av borrkax

• Om borrningen är för hög överstiger det genererade borrkaxet borttagningssystemets kapacitet. Felaktig rotationshastighet eller inställningar för borrkraft kan producera alltför grovt borrkax som inte kan passera genom flödeskanalerna, vilket orsakar ansamling och blockering.

3.3 Hålavvikelse och borrkaxavsättning

• Hålavvikelse under borrning skapar låga punkter på borrhålsväggen där borrkax samlas och inte effektivt transporteras bort av spolmediet. Med tiden bildar dessa avlagringar ett packat borrkaxbädd som hindrar hammarens frammatning och borrkronans funktion.

4. Fel i kraftöverföringen Symtom och effekt: borrningsavbrott på grund av trasig momentöverföring eller misslyckad leverans av slagenergi till borrkronan. Dessa fel uppstår vanligtvis vid gränssnitten mellan borrsträng/hammare och hammare/borrkrona. Huvudorsaker:

4.1 Lösa eller skadade anslutningar

• Lossade eller avskalade gängor mellan borrsträngen och hammarens bakre del, eller slitage på styrstift/splines, förhindrar tillförlitlig momentöverföring och hindrar hammaren från att rotera med strängen.

• Slitage eller deformation av hammarens främre sub-/borrkopplingskomponenter (låsmuttrar, snäppringar etc.) kan göra att borrfästet lossnar, vilket producerar "torra slag" där slagenergin inte levereras till berget och synkron rotation går förlorad, vilket producerar ojämnt slitage på borrkuggarna.

4.2 Bitskada orsakar överföringsfel

• Borrkronor (volframkarbidknappar, polykristallina diamantborrar) vid borrning i hårt berg är benägna att slitas, flisas eller lossna. Ett skadat borrkrona kan inte effektivt gripa in i formationen, så slagenergin överförs inte genom borrkronorna till berget utan överförs istället tillbaka till hammarens inre struktur, vilket ökar de inre stötbelastningarna och orsakar sekundära fel.

5. Sammanfattning och centrala påverkande faktorer Sammantaget beror vanliga sänkhammarfel vid borrning i hårt berg på de övergripande egenskaperna hos arbetsförhållandena: höga belastningar och tuffa miljöer. De primära påverkande faktorerna kan grupperas i tre kategorier:

• Otillräcklig utrustningskompatibilitet: hammarmodell, borrtyp eller komponentmaterial är inte anpassade till hårda bergförhållanden.

• Felaktig drift och underhåll: orealistiska borrparameterinställningar, underlåtenhet att regelbundet rengöra och smörja, och försenat utbyte av slitna delar.

• Dålig samordning av hjälpsystem: instabil kraft- och mediumförsörjning och obalans mellan borrningsförmågan och borrcykeln.

Att identifiera grundorsakerna till dessa feltyper ger en grund för felsökning och förebyggande åtgärder för att säkerställa kontinuerlig och effektiv borrning i hårt berg.