Från mjuk till hård bergart: Att välja runda tänder eller spetsiga tänder för DTH-borrkronor — Allt handlar om bergarten
Vid DTH-borrning är bergtypen den avgörande faktorn vid val av tandprofil för borrkronan. Skillnader i hårdhet och tryckhållfasthet påverkar direkt krossningseffektiviteten, slitagehastigheten och driftskostnaden för runda (rundade) tänder kontra spetsiga tänder. Endast genom att exakt matcha tandgeometrin med bergets egenskaper kan borrning vara effektiv och ekonomisk; fel val leder till dåliga borrhålsinträngningshastigheter och snabbt borrslitage.
Mjuk bergart: runda tänder är idealiska – ”mild krossning” för effektiv borrning. Mjuka bergarter kännetecknas av låg hårdhet och låg tryckhållfasthet (vanligtvis < 30 MPa), såsom skiffer, lersten, märgel och spröd sandsten. Dessa bergarter bryts utan aggressiv punktering; rundtandskrossningsmekanismen ”kompression + slipning” matchar detta beteende och är det föredragna valet för borrning i mjuk bergart.
Varför runda tänder passar mjuk bergart Mjuk bergart är relativt lösa och svaga i kompression. Rundkuggsdesignen ger ytkontakt som skapar en större kontaktyta under stöten, vilket fördelar kraften jämnare över bergytan. Denna kompression orsakar plastisk deformation och fragmentering – en process som liknar en vägvält som komprimerar material – så tunga, lokala stötar är onödiga. Det sparar både energi och minimerar överdriven förstörelse av bergstrukturen. Under rotation maler runda tänder också tidigare brutet borrkax till finare partiklar, som är lättare att evakuera med spolmedia och mindre benägna att täppa till hålet. Enhetlig fragmentering hjälper också till att upprätthålla borrhålsstabiliteten, vilket undviker oregelbundna hålprofiler och väggkollaps.
Problem när spetsiga tänder används i mjukt berg Spetsiga tänder fokuserar kraften på ett mycket litet område (punktkontakt), vilket överfragmenterar mjukt berg till fint pulver. Detta slösar energi (kraft omvandlas inte till effektiv penetration) och kan leda till igensättning av spol- och borrskärskanalerna när fint pulver fastnar på kanalväggarna, vilket minskar borreffektiviteten. De spetsiga spetsarna i en miljö med lågt motstånd kan deformeras (böjas eller trubbas av), vilket förkortar borrkronans livslängd och ökar ersättningskostnaderna.
Hård bergart: spetsiga tänder föredras — "kraftfull penetration" för att övervinna hög hållfasthet. Hårda bergarter har hög hårdhet och hög tryckhållfasthet (vanligtvis 60 MPa), såsom granit, kvartsit, basalt och diabas. Dessa täta, starka bergarter kan inte brytas effektivt genom enbart kompression; de kräver den punkterings- och klyvningsverkan hos spetsiga tänder för effektiv penetration. Därför är spetsiga tänder det självklara valet för borrning i hårt berg.
Varför spetsiga tänder passar hårt berg Tätt hårt berg har stark intern bindning; ytkontaktkompression ensamt kan inte bryta den. Spetsiga tänder koncentrerar slagkraften på ett litet spetsområde (kontaktytan är endast cirka 1/5–1/10 av runda tänder), vilket producerar mycket högre lokalt tryck (flera gånger så mycket som runda tänder). Detta koncentrerade tryck punkterar bergytan och initierar sprickor. Med fortsatt rotation och stöt växer dessa initiala sprickor, länkas samman och sprider sig längs sprickplan, vilket effektivt klyver berget – som en kil som klyver trä. Detta angriper direkt bergets interna struktur och ökar snabbt penetrationshastigheterna. Vid granitborrning kan till exempel penetrationen med spetsiga tänder vara 2–3 gånger snabbare än med runda tänder och undviker problemet med "slipning utan penetration" som runda tänder uppvisar på hårda ytor.
Problem när runda tänder används i hårt berg Runda tänder fördelar kraften över en större yta, vilket förhindrar det höga lokala tryck som behövs för att spräcka hårt berg. Slag orsakar endast ytliga repor eller nötning snarare än verkligt brott, så penetrationshastigheterna kan bara vara 1/5–1/10 av de som uppnås med spetsiga tänder, vilket slösar energi vid tomgångsrotation. Den kraftiga friktionen mot höghård bergart nöter snabbt runda tänder (vilket ofta kräver utbyte efter 1–2 timmar), medan spetsiga tänder under samma förhållanden kan hålla i 4–6 timmar. Frekventa borrbyten ökar stilleståndstiden och den totala kostnaden.
Medelhård bergart: besluta baserat på detaljerad litologi — var flexibel eller använd hybridmönster. Mellan ren mjuk och ren hård bergart ligger medelhård bergart (tryckhållfasthet 30–60 MPa), såsom täta sandstenar, kristallina kalkstenar och vissa gnejser. Vid val av tand för dessa bergarter måste detaljerad litologi beaktas (t.ex. förekomst av kvartskorn, heterogenitet). I många fall är ett blandat eller hybridtandmönster (rund + spetsig) lämpligt.
Kriterier för att välja tänder i medelhård bergart
Om det medelhårda berget är enhetligt och saknar hårda mellanlager (t.ex. homogen tät sandsten), föredra "förstärkta runda tänder" (högre hårdhet och optimerad kontaktbåge) för att förbättra kompressionsbaserat brott; runda tänder kan ge balanserad effektivitet och minskat slitage jämfört med spetsiga tänder.
Om den medelhårda bergarten innehåller kvartspartiklar eller lokala hårda fläckar (t.ex. kristallin kalksten eller sandsten med flintlager), välj "korta, kraftiga spetsiga tänder" (tjockare, hårdare spetsar) för att genomborra lokala hårda spetsar och undvika snabbt lokalt slitage av runda tänder.
Om litologin är skiktad (t.ex. mjuka lager ovanpå hårda lager), använd en blandtandad borrdesign – runda tänder på ytterringen och spetsiga tänder på innerringen – för att hantera olika lager utan frekventa borrbyten.
Kärnprincip för medelhårt berg Undvik ett absolut "mjukt kontra hårt"-tänkesätt; regeln är att ta hänsyn till den dominerande bergartens karaktäristik. Om den övergripande litologin tenderar att bli mjukare med endast lokala hårda fläckar, prioritera runda tänder med spetsiga tänder som backup. Om den övergripande litologin tenderar hårdare med lokala mjuka skarvar, prioritera spetsiga tänder med runda tänder som backup. Validera valet genom provborrning (t.ex. borra 10–20 minuter, inspektera sedan tandslitage och penetration) och justera för att optimera prestandan.
Sammanfattning: tre kärnfaktorer som avgör tandval Bergartens inverkan på valet av runda kontra spetsiga tänder kan kokas ner till tre kärnfaktorer: hårdhet, tryckhållfasthet och strukturell enhetlighet. Vallogiken kan sammanfattas som:
Hårdhet + tryckhållfasthet: låg hårdhet/låg tryckhållfasthet → välj runda tänder; hög hårdhet/hög tryckhållfasthet → välj spetsiga tänder.
Strukturell enhetlighet: homogen litologi (inga mellanlagringar eller hårda fläckar) → en enda tandprofil som matchar den dominerande bergarten är acceptabel; heterogen litologi (med mellanlagringar eller hårda fläckar) → kräver flexibel parning eller ett hybridtandmönster.
Matchande operativa mål: om du söker "hög effektivitet + lång livslängd" → välj tandgeometrin exakt för berget; om du behöver "bred anpassningsförmåga till flera litologier" → överväg hybridtandkonstruktioner eller utbytbara skärhuvuden.
Bergarten är avgörande för tandvalet för sänkborrkronor. Endast genom att förstå bergets egenskaper kan man utnyttja styrkorna hos runda och spetsiga tänder och uppnå maximal borreffektivitet till minimal kostnad.
