Borrning i hårt berg utan att fastna: tre viktiga hemligheter för parameterjustering
Hårda formationer (typiska exempel: granit, basalt) har hög hårdhet och seghet, vilket ställer strikta krav på matchande borrparametrar. Korrekt justering av rotationshastighet, borrtryck (krontryck) och parametrar för borttagning av borrkax (spolning) är nyckeln till att förbättra borrningshastigheten och minska verktygsslitage. Nedan följer en detaljerad praktisk guide till parameterjustering över dessa tre kärndimensioner.
Rotationshastighet: använd låg hastighet för att säkerställa effektiv sprickbildning. Den höga hårdheten hos hårt berg kräver låg hastighet eftersom knappskär (knappliknande insatser) behöver tillräcklig kontakttid för att spräcka berget. Tät struktur och få naturliga sprickor innebär att skären måste kila fast sig i berget med ihållande tryck; om rotationen är för snabb förkortas kontakttiden kraftigt och skäret lossnar innan effektivt brott inträffar. Det förbättrar inte bara effektiviteten utan orsakar också torrslipning som accelererar borrkronans slitage.
I praktiken styrs rotationshastigheten vid borrning i hårt berg vanligtvis till 30–60 rpm. Till exempel, i granit, orsakar en ökning av hastigheten till 100 rpm att knappskären glider över ytan, vilket endast producerar grunda repor utan att penetrera bergets inre. Att minska hastigheten till cirka 40 rpm gör att skären kan förbli i kontakt, applicera ihållande tryck och kila/klyva berget med sin hårdhet och kilgeometri – vilket förbättrar brotteffektiviteten med över 30 % och minskar borrslitningen markant.
Borrtryck (borrkronans axlar): applicera högt tryck för att övervinna bergets motstånd. Hög tryckhållfasthet i hårt berg (ofta 100 MPa) kräver tillräckligt borrtryck för att övervinna formationsmotståndet och tvinga skären att penetrera. Otillräckligt tryck gör att skären glider på ytan snarare än att bäddas in; lämpligt högt tryck låter skären övervinna ytspänningar, tränga in i interna sprickor eller kristallgränser och spräcka berget genom en kombinerad kläm- och skjuvverkan.
Typiskt borrtryck för berggruvdrift är satt till 3–5 MPa. I exempel på berggruvbrytning är detta tydligt: vid ett borrtryck på endast 2 MPa kämpar borrarna för att skapa effektiva sprickpunkter och penetrationen kan vara under 0,5 m/h. Att öka trycket till 4 MPa möjliggör djupgående borringrepp, periodiska tryckcykler för att vidga sprickor och ökar penetrationen till cirka 1,2–1,5 m/h; det brutna berget tenderar också att behålla bättre blockintegritet för senare hantering.
Borttagning av borrkax (spolning): säkerställ tillräcklig spolning för att bibehålla en ren arbetsyta. Även om borrkax från borrning i hårt berg är fint, gör långsam penetration att det ansamlas på hålets botten, vilket skapar en ond cirkel av upprepad återbrytning: ansamlat borrkax blockerar ny kontakt mellan borrkax och intakt berg, vilket ökar slitaget och slösar energi. Huvudmålet med justering av borttagning av borrkax är därför att garantera tillräckligt spolflöde för att snabbt avlägsna bottenborrning.
Vid borrning i hårt berg bör spolvätskeflödet bibehållas på cirka 40–80 l/min. Till exempel, i ett underjordiskt tunnelprojekt i hårt berg, tillät ett initialt spolflöde på 30 l/min att 5–8 cm borrkax ansamlades i botten; borrkronor behövde bytas ut varannan timme och den dagliga frammatningen var under 8 m. Efter att ha ökat flödet till 60 l/min minskade resterande borrkax till under 1 cm, borrkronans livslängd förlängdes utöver 8 timmar, den dagliga frammatningen ökade till 15–18 m och borrkronans anskaffningskostnader minskade med cirka 40 % på grund av minskat slitage.
Parameterkoordinering: logiken bakom trevägsinteraktionen Parameterjustering för bergborrning är inte en enfaktoroptimering utan en koordinerad matchning av de tre parametrarna. Viktiga koordineringspunkter:
Hastighet och borrtryck: när borrtrycket ökas, bibehåll låg rotationshastighet för att undvika omedelbar överbelastning och borrskador under höga hastigheter/högt tryck.
Spolning och borrtryck: när spolflödet ökas, justera borrtrycket därefter för att förhindra att spolningsstöten destabiliserar hålväggen.
Endast genom att matcha rotationshastighet, borrtryck och spolning/borttagning av borrspån till en kompatibel uppsättning kan borrning i hårt berg uppnå hög effektivitet med låg förbrukning.
