Försiktighetsåtgärder vid användning av bergborrverktyg

Borrstål som används vid borrning och sprängning begränsas av håldiametern, så deras tvärsnittsarea är relativt liten. Dessa smala komponenter måste motstå hårt slitage, korrosiva medier och högfrekventa cykliska belastningar – drag, kompression, böjning och vridning – som överförs av högslagiga bergborrar. Beroende på belastningsförhållanden och bergegenskaper kan livslängden variera från bara några dussin timmar till drygt hundra timmar. Bergborrverktyg är bland de mest belastade förbrukningsbara ingenjörsverktygen i industrin: kortlivade, tekniskt krävande och oumbärliga i stora mängder.

Varje verktygsanvändare vill ha maximal avkastning till minimal kostnad, vilket innebär minskad verktygsförbrukning. Av den anledningen bör verktygstillverkare och användare arbeta nära tillsammans för att förbättra livslängden genom gemensam teknisk optimering.

1. Ur användarens perspektiv: Vad man ska leta efter när man väljer bergverktyg

(1) Hög produktkvalitet

Högkvalitativa skaftadaptrar förväntas hålla längre, vilket minskar stilleståndstiden för demontering och utbyte. Borrstänger och borrkronor är lika viktiga: om en stång går sönder kan både stången och borrkronan gå förlorade och hålet kan skrapas.
På moderna hydrauliska borriggar är normal borrning i hög grad automatiserad och fysiskt mindre krävande, men att byta ut skaftadaptrar, åtgärda trasiga stänger eller slipa om borr slösar bort arbetstimmar och ökar arbetsintensiteten och driftskostnaderna. Därför bryr sig användarna inte bara om priset, utan ännu mer om produktkvaliteten.

(2) Bästa möjliga penetrationsgrad

Vid jumboborrning är många andra tidsbaserade kostnader, förutom arbetskrafts- och verktygsinköpskostnader, i praktiken fasta. Eftersom verktygskostnaden utgör en stor andel av borrkostnaden sänker snabbare borrning direkt den totala byggkostnaden. Det är därför användare prioriterar borrhastighet högt.

(3) Minsta avvikelse från spränghålet

Vid sprängning av medel- och djupa hål minskar hålavvikelsen sprängladdningen och hålavståndets effektivitet, vilket sänker produktionskapaciteten. Användare kräver därför hög hålrakhet, vanligtvis inom mycket snäva toleranser.
De främsta orsakerna till avvikelse inkluderar:

• kragefel vid hålets början,

• hålmarkerings-/uppriktningsfel,

• rakhetsfel genererat under borrning av verktygsbeteende.

Med helhydrauliska eller datorstyrda riggar kan de två första felen minskas kraftigt, vilket gör verktygsstrukturinducerad avvikelse till den huvudsakliga återstående faktorn. Avvikelsen ökar vanligtvis med djupet och kan så småningom producera skraphål. Ett mycket effektivt sätt att minska eller eliminera avvikelse är att använda guidade bergborrverktyg.

2. Analys av orsaker till slitage och fel på bergverktyg

(1) Feljustering i borrsträngen

Om skaftadaptern, kopplingshylsan och borrstången inte är koncentriska uppstår böjdeformation, vilket genererar spänningar och dålig passform vid anslutningarna, vilket leder till lossning.

(2) Matningstryck

• För låg: penetrationseffektiviteten minskar; aggregatet lossnar; energiförlusterna ökar; upprepad mikroseparation/stöt vid kontaktytor skapar hög spänning. Typiska tecken: överhettning och klickande/klapprande vid skarvar. Överhettning accelererar gängslitage och kan orsaka erosiva gropar.

• För högt: borrrotationshastigheten minskar, risken för fastklämning ökar och böjspänningen vid stång ökar.

(3) Slagtryck

Felaktig inställning av slagtryck påverkar direkt rotationsbeteende, inträngningseffektivitet och verktygslivslängd.

(4) Rotationshastighet

Rotationshastigheten måste matcha borrdiametern och borrs slagfrekvens. Större borr kräver lägre varvtal. För högt varvtal skadar den perifera skärstrukturen.

(5) Inställning av rotationstryck/moment

Korrekt rotationstryck är viktigt. Det hjälper till att förhindra fastklistring och är nödvändigt för stabil rotation. Stegvis rotationstryck är också nyckeln till att bibehålla strängens spännhet. Otillräcklig spännhet orsakar ofta varma skarvar, gängsplittring, för tidigt gängslitage och till och med brott.

(6) Felaktig driftpraxis

Att blanda mycket använda verktygskomponenter med nya kan förkorta den totala livslängden. Andra skadliga metoder inkluderar dålig uppriktning vid tillverkning av stänger, smuts/sand i gängorna och gängtillsats utan smörjmedel.
”Blankbränning” (hamring utan effektiv kontakt mellan borkrona och berg) är särskilt destruktivt och måste undvikas.

3. Sambandet mellan borrparametrar och borrprestanda

Slagtryck

Högre slagtryck ökar kolvhastigheten och slagenergin. När borrkronan har god kontakt med intakt hårt berg utnyttjas stötvågsenergin mest effektivt. Om kontakten mellan borrkronan och berget är dålig reflekteras energin tillbaka in i borrsträngen som dragvågor istället för att tränga in i berget.
Maximal anslagsenergi per slag kan endast utnyttjas fullt ut i tillräckligt hårt berg. I mjukare berg bör anslagstrycket/-energin minskas för att begränsa skadlig reflektion.
För varje given slaginställning innebär högre tryck högre spänning i borrstålets tvärsnitt. För att maximera livslängden för stänger och skaftadaptrar måste driftstrycket alltid matcha verktygssträngens kapacitet.

Matningstryck

Matningskraften håller borret i fast kontakt med berget samtidigt som det tillåter rotation. Matningskraften måste vara korrekt anpassad till slagtrycket.

• Rätt matningskraft ger den mest ekonomiska borrningen.

• För låg matningskraft sänker inträngningshastigheten och lossar gängade skarvar. Överhettade kopplingar och skrammel indikerar att matningsinställningen är för låg. Om borrningen fortsätter med lösa skarvar ökar energiförlusten och temperaturökningen, vilket leder till gängavbränning och brott.

• För hög matningskraft minskar varvtal och penetration, ökar risken för fastklämning och kan öka hålavvikelsen på grund av tendens till strängböjning.

Rotationshastighet

Rotation indexerar borret till en ny position för nästa slag. Med knappborr är den perifera indexeringen mellan slag vanligtvis runt 10 mm. Därför måste varvtalet justeras efter slagfrekvens och borrdiameter. Större diametrar kräver lägre varvtal. För högt varvtal orsakar accelererat slitage på mätknappar/eggstruktur.

4. Praktiska försiktighetsåtgärder vid användning

1. Innan stänger läggs till, ställ in lämpligt slagtryck, matningstryck, rotationshastighet och dämpnings-/bufferttryck enligt den faktiska geologin. Säkerställ att parametrarna matchar bergets hårdhet och formationstyp.

2. Håll verktygsaggregatet koncentriskt under borrning för att undvika böjningsdeformation av skaftadaptern, stång och borr.

3. Förhindra tomgångsavfyrning. Om det inträffar, sluta borra omedelbart för att undvika allvarliga skador på verktyget.

4. Efter att varje stång har dragits ut, applicera kylande smörjmedel på stångens gängände och snabbkopplingens gränssnitt.
   Efter spränghålsborrning är gängförbanden varma och kan innehålla bergskräp och gruvvatten. Kylande smörjmedel ger smörjning, temperatursänkning, korrosionsskydd och förbättrad gängmotståndskraft.

5. Undvik upprepade vibrationer/skakningar under borttagning av borrstänger, vilket är en av de mest skadliga handlingarna för borrstänger.
   Om en gängad koppling är svår att lossa, spruta först smörjmedel i gängområdet och fortsätt sedan med brytning eller kontrollerad vibration. Detta minimerar direkta gängskador.
   Under stångvibrationer kan bergborren överföra slagtryck på nära 200 bar. Ihållande högfrekventa stötar orsakar spänningskoncentration; upprepad vibration plus värme kan skapa adhesivt slitage/kallsvetsbränna och erosiva gropar på gängändarna, och i allvarliga fall lokala smältgropar. Dessa defekter blir utmattningsorsaker och kan orsaka för tidigt stångbrott.