Introdução da haste de perfuração de impacto

Ao selecionar uma haste de perfuração para uma perfuratriz de impacto, os engenheiros de mineração enfrentam muitos fatores a serem considerados, incluindo o diâmetro da haste, o formato da seção transversal, o tipo de aço da broca e o processo de tratamento térmico. A seleção não é afetada apenas pelas condições técnicas, mas também pelas preferências regionais e pela disponibilidade do mercado.

Existem dois tipos básicos de hastes de perfuração produzidas atualmente: a primeira é com cauda de broca forjada e a segunda é com roscas em cada extremidade. O primeiro é adequado para cabeças de perfuração integrais, cônicas ou roscadas. O segundo é usado no caso de uma cauda de perfuração, como uma única haste de perfuração para uma perfuratriz tipo trilho ou uma haste de perfuração de conjunto de haste conectada a uma luva de haste roscada.

Tipos de aço de perfuração

O aço para perfuração oca é laminado a quente a partir de um tarugo de aço com um núcleo totalmente metálico de centro redondo em uma seção transversal redonda ou hexagonal e comprimentos diferentes. A composição química do aço deve ser bem selecionada e controlada com precisão para torná-lo adequado ao tipo de haste de perfuração necessária e ao método de tratamento térmico utilizado. Depois de rolar até o tamanho desejado, ele é esticado para reduzir o diâmetro e então o núcleo de metal é removido.

O aço de alto carbono contendo 1% de carbono e 1% de cromo e uma pequena quantidade de manganês e molibdênio tem forte resistência à fadiga e pode ser tratado termicamente e soldado localmente. Eles são usados ​​para fazer hastes de perfuração com pontas de perfuração, incluindo hastes de perfuração integrais.

O processo de têmpera de alta frequência envolve aquecer rapidamente a peça a 900°C e depois resfriá-la rapidamente em água. Isso altera a estrutura metálica e também causa tensões de compressão na superfície. O método de alta frequência pode ser usado para tratar termicamente localmente o cone, a ponta da broca e a rosca, tornando a haste de perfuração flexível e capaz de suportar grandes flexões e operações ásperas. O jato de areia é um processo de endurecimento por trabalho a frio que remove defeitos superficiais e prolonga a vida útil.

Aço de baixo e médio carbono contendo 0,2 ~ 0,27% de carbono, 2 ~ 3% de cromo ou níquel e manganês ou molibdênio é usado para fazer hastes de extensão, caudas de haste de extensão, mangas de haste de extensão e corpos de broca. Geralmente são totalmente carburados. Durante a carburação, um feixe de 200 a 300 hastes de perfuração é suspenso em uma gaiola e tratado em uma atmosfera rica em carbono a 925°C em um forno de poço por cerca de 6 horas. Devido à carburação, a composição química básica e as propriedades da camada externa mudam, causando aumento de volume e tensão de compressão. Esse processo ocorre em toda a superfície, inclusive nos furos de lavagem internos, melhorando a durabilidade, resistência à fadiga, dureza e rigidez da haste de perfuração, bem como sua resistência ao desgaste e à corrosão. Na perfuração úmida, é naturalmente importante melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão para proteger os furos de lavagem. É relatado que cerca de 95% das peças da biela usadas para perfuração úmida em poços subterrâneos são carburadas como um todo, incluindo a luva da biela e a rosca da broca. Quando este tipo de aço é parcialmente cementado, é difícil realizar o recozimento local porque"anelamento"zonas serão formadas.

É um processo tecnicamente difícil soldar chapas de metal duro em aço carburizado para fazer brocas integrais, mas alguns fabricantes obtiveram sucesso. As hastes de perfuração integrais resistentes que eles produzem são usadas em perfuratrizes de alta potência para perfuração mecanizada de rochas. É relatado que sua vida útil é três vezes maior que a do aço com alto teor de carbono, como 900 metros versus 300 metros.

Outro aço de liga com baixo teor de carbono apresenta usinabilidade particularmente boa. Contém níquel e cromo. Geralmente, este aço também é cementado como um todo. O aço carbono-níquel de médio carbono (0,42%) é usado por algumas fábricas para fazer hastes de perfuração integrais longas e resistentes.

A superfície externa e os orifícios de lavagem podem ser fosfatados para evitar ferrugem. Um revestimento protetor de cera também pode ser aplicado durante o armazenamento. A corrosão e a ferrugem podem causar rachaduras prematuras por fadiga.

Ao perfurar rocha dura abrasiva com uma perfuratriz úmida, geralmente são preferidas hastes de perfuração totalmente carburadas. No entanto, ao perfurar rocha em degraus de mina a céu aberto com juntas ou formações rochosas quebradas, a haste de perfuração corre o risco de dobrar gravemente e a haste de perfuração carburizada pode quebrar. As hastes de perfuração de têmpera de alta frequência podem se adaptar melhor a esta situação. Como as hastes de perfuração de têmpera de alta frequência têm maior tenacidade, elas não são facilmente danificadas por impactos causados ​​por impactos acidentais ou intencionais, e também não são facilmente danificadas por roscas soltas causadas por força de propulsão insuficiente, o que causa aquecimento local e danos. A purga de ar comprimido também pode causar aquecimento local e erosão superficial. As hastes de perfuração de têmpera de alta frequência não são propensas a esse fenômeno, mas são propensas ao desgaste da rosca.

Quando o furo é raso, digamos abaixo de 6 metros, ou à medida que o furo se aprofunda, é utilizado um conjunto de hastes de perfuração de diferentes comprimentos, ou é utilizada uma única broca igual à profundidade do furo, que é amplamente utilizada hoje em dia. Este tipo de haste de perfuração é forjada com uma cauda de perfuração. A cabeça de perfuração é integral à haste de perfuração ou é uma cabeça de perfuração móvel conectada por um cone ou rosca. As hastes de perfuração com cauda de perfuração são feitas de aço de perfuração hexagonal com dimensões laterais opostas de 19 mm, 22 mm ou 25 mm e são usadas para perfuratrizes manuais, perfuratrizes pneumáticas e veículos de perfuração mecanizados para fazer furos em faces de trabalho ou rochas. parafusos. Como mencionado acima, este tipo de haste de perfuração é geralmente feito de liga de aço com alto teor de carbono e cromo. Esta liga de aço pode resistir à flexão sem quebrar ou deformar permanentemente.

A extremidade da ponta da broca (se a haste de perfuração não estiver totalmente cementada) é temperada separadamente para suportar as tensões de impacto causadas pelo pistão e pelo torque giratório. Se a cabeça da broca estiver conectada por um cone, ela também poderá ser tratada termicamente separadamente. A estrutura geral da haste de perfuração deve tornar a vida útil total do carboneto de tungstênio igual à vida útil em fadiga da haste de perfuração. No entanto, esta abordagem não é realista em rochas altamente abrasivas e é melhor usar uma cabeça de perfuração viva.

Para perfuração mecanizada que utiliza água de alta pressão para lavar cascalhos de rocha, a haste de perfuração deve ser equipada com uma vedação da cauda da broca para evitar que a água de lavagem entre na perfuratriz, porque para perfuratrizes pneumáticas, esta situação pode afetar a lubrificação e causar gelo.

Pelo menos um fabricante fornece uma haste de perfuração geral com uma cabeça de broca de dente esférico em vez de uma cabeça de broca com fenda. Uma haste de perfuração geral com cabeça de perfuração cruzada é adequada para rochas quebradas ou fraturadas, porque há risco de esmagamento da broca ao perfurar nessas rochas. No entanto, a cabeça de perfuração com fenda tem a excelente vantagem de ser fácil de retificar.

Cauda de perfuração do conector

Ao usar uma biela para fazer furos profundos, a cauda da broca da biela é inserida na manga da cauda da perfuratriz e a bucha da biela é conectada à primeira haste de perfuração no grupo de hastes de perfuração. Como as perfuratrizes fabricadas pelo fabricante da perfuratriz possuem mangas de perfuração de várias estruturas, existem muitos tipos de caudas de perfuração de biela. A mais simples é a haste hexagonal com ombros, outras variam em complexidade, com saliências ou estrias.

A haste deve transferir a energia de impacto, torque rotacional e empuxo para a haste de perfuração, e sua face traseira, roscas e estrias ou haste devem ter alta resistência ao desgaste. A onda de choque gerada pelo pistão se propaga à velocidade do som no aço (cerca de 5.000 m/s) e a uma frequência de 60 vezes/s. Pequenos deslocamentos ocorrem na conexão roscada e o desgaste causado deve ser minimizado por aço resistente ao desgaste, que tem a característica de se tornar frágil, mas não perder a resistência à fadiga. O aço mais adequado é o aço cromo com baixo teor de carbono ou o aço níquel-cromo, e o tratamento térmico comum é a carburação total.

Ao perfurar furos rasos, é melhor conectar uma broca de haste e uma broca ativa para uma perfuratriz tipo trilho após a haste do que usar uma única haste com haste, especialmente ao perfurar furos de grande diâmetro em rocha dura e usando perfuratrizes de alta potência. Este método permite a substituição do adaptador, da bucha adaptadora, da haste de perfuração e da cabeça de perfuração quando necessário. No entanto, como a bucha adaptadora passa através de um suporte de broca aberto, existe a desvantagem de que o comprimento da extensão seja perdido, o que é equivalente ao comprimento do adaptador.

Ao perfurar um furo abaixador, a primeira seção da haste de perfuração deve ser desconectada do adaptador antes de adicionar o adaptador. Com a bucha adaptadora é possível que ela caia, por isso às vezes é preferível usar um adaptador com rosca interna. A menos que todas as roscas fêmeas sejam usadas, a bucha adaptadora é conectada à extremidade inferior da haste de perfuração. Comparado com o uso da bucha adaptadora, uma conexão mais rígida é formada entre o adaptador de broca e a primeira haste de perfuração. Se grandes tensões de flexão forem causadas no adaptador de perfuração devido à deflexão do furo, a conexão rígida terá maior probabilidade de ser danificada.

Existe um"delgado"seção de transição entre a cauda do adaptador de broca e a parte roscada, que torna o adaptador de broca elástico e capaz de suportar tensões de flexão.

O meio de lavagem (água ou ar comprimido) entra no furo através da agulha de água da perfuratriz ou de um dispositivo rotativo independente. Ao lavar com água de alta pressão (mais de 8 bar), deve ser utilizado um dispositivo rotativo independente. As modernas perfuratrizes hidráulicas possuem um sistema de purga integral na extremidade da manga da cauda da perfuratriz.

Bielas

As hastes de perfuração profunda são feitas de aço cromo-molibdênio contendo 2-3% de cromo ou níquel e podem ser hexagonais ou redondas. O diâmetro do corpo da haste e da parte roscada da haste de perfuração de seção grande é o mesmo, enquanto o diâmetro da extremidade roscada da haste de perfuração leve é ​​maior. Embora a haste de perfuração mais leve apresente o risco de deflexão do furo devido à rigidez reduzida, é mais conveniente usar hastes de perfuração leves ao perfurar para cima. As hastes de perfuração leves requerem processos de forjamento complexos e a cementação é o método básico para obter maior resistência à fadiga.

Hastes de perfuração redondas com diâmetro superior a 32 mm são usadas para fazer furos profundos em veículos de perfuração pesados. Ao conectar e descarregar hastes de perfuração pesadas para furos profundos, use dispositivos auxiliares eficazes para mecanizar a conexão e descarregamento das hastes de perfuração.

Tópicos

Existem quatro construções básicas de roscas para hastes de perfuração:"R"ou fio de onda,"T"ou fio trapezoidal,"C"ou rosca de início duplo, e"Olá-Leed"ou rosca serrilhada reversa (Figura 1). O"T"O fio foi desenvolvido pela Sandvik e pode ser produzido por outros fabricantes sob licença da Sandvik, mas na maioria dos casos é marcado com outros símbolos. Toda a rosca deve ser fabricada com tolerâncias de alta precisão e ter um alto acabamento superficial.

Imagem

O"R"a rosca tem um ângulo de rosca constante de 20° medido a partir do eixo da haste e um passo constante de 0,5 polegadas. É utilizado para hastes de pequeno porte com diâmetros de 22 mm a 28 mm. Para perfuratrizes de alta potência, é possível apertar demais o"R"rosca, o grau de aperto depende da energia de impacto, do torque rotacional e da resistência gerada pela rocha e pelo impulso.

Comparado com o"R"fio, o"T"a rosca tem um ângulo de rosca maior e seu passo aumenta com o aumento do diâmetro. Possui características de estanqueidade balanceada e é utilizado para hastes de perfuração com diâmetros de 38mm e 45mm."C"a rosca é adequada para equipamentos maiores, como hastes de perfuração com diâmetros de 51 mm ou 57 mm. Possui roscas de início duplo e seu ângulo de perfil de rosca é semelhante ao do"T"fio."Olá-Leed"o perfil do dente da rosca tem formato de dente de serra e seu desempenho de conexão e desmontagem está entre"R"e"T*"tópicos. É utilizado para hastes de perfuração com diâmetros entre 25mm e 57mm, e seu ângulo de rosca está entre"R"e"T"tópicos.

Quando a perfuração de rocha é mais fácil, a seção roscada na biela pode ter o dobro do comprimento, de modo que quando a primeira seção da rosca estiver desgastada, ela possa ser cortada, mas atenção especial deve ser dada ao cortar para evitar locais aquecimento e têmpera da haste de perfuração. Em alguns casos, a haste de perfuração atingiu sua vida útil após o desgaste da rosca. A escolha da rosca de início único ou duplo é determinada pelo teste de inspeção da perfuratriz e das condições da rocha, mas o impulso é um parâmetro importante.

Ingersoll-Rand (A Ingersoll-Rand fez uma rosca especial que é rosqueada ao longo de todo o comprimento da haste de perfuração, de modo que, quando uma extremidade da rosca estiver desgastada, ela possa ser cortada e depois chanfrada e reutilizada. É relatado que é a vida útil é aumentada em 5 vezes em comparação com hastes de perfuração com roscas apenas nas extremidades. As roscas são laminadas, o que tem alta resistência ao cisalhamento, e a superfície é endurecida, por isso é resistente e resistente ao desgaste. para que possa ser afrouxado com torque mínimo. Suas especificações são 32mm, 38mm e 44mm.

Melhoria da haste de perfuração

05

Uma nova geração de perfuratrizes de impacto, perfuratrizes especiais especialmente acionadas hidraulicamente, que podem vencer em muitos aspectos da perfuração de rocha a céu aberto na competição com perfuratrizes rotativas e perfuratrizes de fundo de poço. Esses avanços ocorreram simultaneamente ao aprimoramento das hastes e brocas. À medida que a velocidade de perfuração aumenta, a haste de perfuração deve ter maior tenacidade e geralmente é mais pesada. Obviamente, o dispositivo de manuseio e o controle automático de hastes de perfuração pesadas são muito importantes e são equipamentos auxiliares necessários.

A vida útil da haste de perfuração é afetada principalmente pela amplitude da onda de tensão, portanto ondas de tensão longas com pequena amplitude e distribuição uniforme são as mais favoráveis. As perfuratrizes de impacto hidráulico produzem esse tipo de onda. Comparado com o pistão curto e grosso da perfuratriz pneumática, o diâmetro do pistão é pequeno e longo. Estima-se que é possível economizar 15% no custo do consumo de hastes de perfuração com o uso de perfuratrizes hidráulicas. Outro fator favorável é que a potência da perfuratriz pode ser ajustada com relativa facilidade de acordo com a correspondência entre a velocidade de perfuração e o custo da haste de perfuração. Além disso, o uso de abertura automática dos olhos e dispositivos anti-bloqueio também pode prevenir ou pelo menos minimizar a ocorrência de bloqueio da broca.

Estima-se que o investimento básico represente 25 a 30% do custo de perfuração de rocha, as peças sobressalentes e a manutenção representem 22 a 33%, os salários representem 12 a 25%, o consumo de energia represente 2 a 6% e as hastes de perfuração e as brocas representam 20 a 22%. Entre as despesas acima, as diferenças entre as minas são A diferença é muito grande. No entanto, se o custo total de perfuração do minério for de US$ 2/tonelada, o custo da haste e da broca será de US$ 0,4/tonelada. Se a broca quebrar frequentemente durante a perfuração, isso aumentará os custos e atrasará o tempo. Em grandes minas, mesmo uma pequena economia no consumo de brocas e hastes de perfuração pode trazer benefícios consideráveis. Para minimizar custos, é muito importante discutir com o fabricante da haste de perfuração e selecionar cuidadosamente a haste de perfuração de acordo com as condições de produção e uso.

Manutenção de hastes de perfuração

06

A máquina de perfuração garante que a manga da cauda da broca esteja intacta e que a cabeça da broca esteja afiada.

Gire a biela e use as hastes de perfuração do grupo de hastes de perfuração para fazer com que as roscas do grupo de hastes de perfuração se desgastem uniformemente. Use a luva da biela de acordo com a vida útil correspondente da rosca da haste de perfuração - a nova luva da biela com a nova haste de perfuração.

Ao perfurar a seco, limpe e lubrifique as roscas com graxa especial e use apenas hastes de perfuração retas. Aquecer a haste de perfuração antes de iniciar em condições de clima frio prolongará sua vida útil.

Perfure com cuidado e use 1/4 ~ 1/2 da potência da perfuratriz ao perfurar. Se a haste de perfuração não estiver alinhada, ela precisará ser perfurada novamente.

Use o melhor impulso. Muito impulso fará com que a haste dobre e encurte sua vida útil, e também pode bloquear o orifício de purga da cabeça da broca e causar desgaste ou danos à placa de metal duro da cabeça da broca; impulso insuficiente causará aquecimento na conexão, danificará a conexão, desgaste excessivo ou afrouxamento da placa de metal duro da cabeça da broca.

A manga da haste"snaps"contra o suporte da broca, o que danificará a manga da haste.

Garantir que a lavagem significa que há sempre água de lavagem suficiente para remover rapidamente as lascas de rocha.

Tenha cuidado ao retirar a broca - use 1/4 da velocidade de impulso ao retirar a broca para evitar que ela fique presa.

Use uma boa chave inglesa para remover a haste de perfuração. Martelar ou usar uma braçadeira para tubos danificará a superfície endurecida. Armadilhas podem causar fraturas por fadiga. Use um medidor especial para medir o desgaste das roscas na bucha da haste e na haste de perfuração. Quando o desgaste exceder o limite especificado, ele deverá ser descartado.

Armazenamento Se for armazenado após o uso, deve ser tratado com um inibidor de ferrugem e não empilhado perto de água ou poeira. A corrosão é um grande problema em minas subterrâneas.