Conhecimento sobre haste de perfuração de impacto (haste de perfuração de extensão)

Ao selecionar uma haste de perfuração para uma perfuratriz de impacto, os engenheiros de mineração se deparam com muitos fatores que podem ser considerados de forma abrangente, incluindo o diâmetro da haste de perfuração, 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 pelo fornecimento do mercado. Existem dois tipos básicos de hastes de perfuração atualmente produzidos: o primeiro é com um adaptador de haste forjado e o segundo é com roscas em cada extremidade. O primeiro é adequado para cabeças de perfuração integrais, cônicas ou rosqueadas. O segundo é usado no caso de um adaptador de haste, como apenas uma haste de perfuração para uma perfuratriz de rocha do tipo trilho ou uma haste de perfuração de conjunto de haste conectada a uma luva de haste rosqueada.

Tipos de hastes de perfuração:

O aço de perfuração oco é laminado a quente a partir de um tarugo com um núcleo de metal completo central redondo em seções transversais redondas ou hexagonais e comprimentos diferentes. A composição química do aço deve ser bem selecionada e controlada com precisão para se adequar ao tipo de haste de perfuração necessária e ao método de tratamento térmico usado. Após a laminação até o tamanho necessário, ele é esticado para reduzir o diâmetro e, em seguida, o núcleo de metal é removido. O aço de alto carbono contendo 1% de carbono e 1% de cromo, com pequenas quantidades de manganês e molibdênio, tem forte resistência à fadiga e pode ser tratado termicamente e soldado localmente. Eles são usados ​​para fabricar hastes de perfuração com adaptadores de haste, incluindo hastes de perfuração integrais. O processo de têmpera de alta frequência envolve o aquecimento rápido da peça de trabalho a 900 °C e, em seguida, o resfriamento rápido em água. Isso altera a estrutura do metal e também causa tensões compressivas na camada superficial. O método de alta frequência pode ser usado para tratar termicamente localmente o cone, o adaptador de haste e a rosca, tornando a haste de perfuração flexível e capaz de suportar grandes flexões e manuseio brusco. O jateamento de areia é um processo de endurecimento por trabalho a frio que remove defeitos de superfície e prolonga a vida útil. Aços de baixo e médio carbono contendo 0,2-0,27% de carbono, 2-3% de cromo ou níquel e manganês ou molibdênio são usados ​​para fazer hastes adaptadoras, caudas adaptadoras, luvas adaptadoras e corpos de brocas. Eles são geralmente totalmente cementados. Durante a cementação, um feixe de 200-300 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 cementação, a composição química básica e as propriedades da camada externa mudam, causando aumento de volume e estresse compressivo. Este processo ocorre em toda a superfície, incluindo os furos de descarga internos, melhorando a durabilidade, resistência à fadiga, dureza e rigidez da haste de perfuração, bem como resistência ao desgaste e à corrosão. Ao perfurar com água, é naturalmente importante melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão para proteger os furos de descarga. É relatado que cerca de 95% das peças do adaptador usadas para perfuração subterrânea úmida são cementadas como um todo, incluindo a luva do adaptador e as roscas da broca. Quando esse tipo de aço é parcialmente cementado, é difícil realizar o recozimento local porque zonas "annealing" serão formadas. É um processo tecnicamente difícil soldar chapas de carboneto em aço cementado para fazer uma haste de perfuração integral, mas alguns fabricantes tiveram sucesso. As hastes de perfuração integrais de alta resistência que eles produzem são usadas em perfuratrizes de rocha de alta potência para perfuração mecanizada de rocha. É relatado que sua vida útil é três vezes maior que a do aço de alto carbono, como 900 metros versus 300 metros. Outro aço de liga de baixo carbono tem usinabilidade particularmente boa. Ele contém níquel e cromo. Geralmente, esse aço também é cementado como um todo. O aço de cromo-níquel de carbono médio (0,42%) é usado por algumas fábricas para fazer aço longo,hastes de perfuração integrais de alta resistência. A superfície externa e os furos de descarga podem ser fosfatados para evitar ferrugem. Cera protetora também pode ser aplicada durante o armazenamento. Corrosão e ferrugem podem causar rachaduras prematuras por fadiga. Ao perfurar rochas duras abrasivas com brocas de rocha úmida, hastes de perfuração totalmente cementadas são geralmente preferidas. No entanto, ao perfurar em degraus de poço aberto com juntas ou formações rochosas quebradas, a haste de perfuração corre o risco de flexão severa, e a haste de perfuração cementada pode ser quebrada. As hastes de perfuração de têmpera de alta frequência podem se adaptar melhor a essa situação. Como a haste de perfuração temperada de alta frequência tem maior tenacidade, ela não é facilmente danificada por impacto acidental ou intencional. Ao mesmo tempo, não é fácil afrouxar a rosca devido à força de propulsão insuficiente, causando aquecimento local e danos. O sopro de ar comprimido também pode causar aquecimento local e erosão da superfície. As hastes de perfuração temperadas de alta frequência não são propensas a esse fenômeno, mas o desgaste da rosca é propenso a ocorrer. Hastes de perfuração com adaptadores de haste Quando o furo de detonação é muito raso, por exemplo, abaixo de 6 metros, ou conforme o furo de detonação se aprofunda, um grupo de hastes de perfuração de diferentes comprimentos é usado, ou uma única broca igual à profundidade do furo de detonação é amplamente usada. Este tipo de haste de perfuração é forjada com um adaptador de haste. A cabeça da broca é integral com a haste de perfuração ou uma cabeça de perfuração móvel conectada por um cone ou rosca. A haste de perfuração com um adaptador de haste é feita de aço de perfuração hexagonal com dimensões laterais opostas de 19 mm, 22 mm ou 25 mm, e é usada para perfuratrizes de rocha portáteis, perfuratrizes de rocha de perna de ar e veículos de perfuração mecanizados para perfuração de furos em faces de trabalho ou parafusos de rocha. Como mencionado acima, este tipo de haste de perfuração é geralmente feito de aço de liga contendo alto teor de cromo e carbono. Este aço de liga pode suportar flexão sem quebrar ou deformação permanente. A extremidade do adaptador de haste (se a haste de perfuração não estiver totalmente cementada) é temperada separadamente para suportar as tensões de impacto causadas pelo pistão e o torque de rotação. Se a cabeça de perfuração estiver conectada por um cone, ela também pode ser tratada termicamente separadamente. A estrutura integral da haste de perfuração é para tornar a vida útil total do carboneto de tungstênio equivalente à vida útil da haste de perfuração. No entanto, em rochas muito abrasivas, essa abordagem não é prática e é melhor usar uma cabeça de perfuração móvel. A perfuração mecanizada de rochas com cortes de lavagem de água de alta pressão deve ser equipada com uma vedação do adaptador de haste para evitar que a água de lavagem entre na perfuratriz de rochas, porque para perfuratrizes de rochas pneumáticas, essa situação pode afetar a lubrificação e causar gelo. Pelo menos um fabricante oferece uma haste de perfuração integral com uma cabeça de perfuração de dente esférico em vez de uma cabeça de perfuração ranhurada. Em rochas quebradas ou fraturadas, é adequado usar uma haste de perfuração integral com uma cabeça de perfuração cruzada porque há risco de emperramento ao perfurar nessas rochas. No entanto, a cabeça de perfuração ranhurada tem a vantagem notável de ser fácil de afiar.

Conectando o adaptador de haste:

 Ao perfurar furos profundos com uma haste, a cauda da haste é inserida na luva adaptadora da haste da perfuratriz, e a luva da haste é conectada à primeira haste de perfuração no grupo de hastes de perfuração. Como os fabricantes de perfuratrizes fabricam perfuratrizes com várias estruturas de luvas de perfuração, há muitos tipos de caudas de haste. A mais simples é a cauda com ombro hexagonal, e as outras variam em complexidade, com saliências ou estrias. A cauda da haste deve transmitir a energia de impacto, torque rotativo e força de propulsão para a haste de perfuração, e sua face traseira, rosca e estria ou ombro devem ter alta resistência ao desgaste. A onda de choque gerada pelo pistão se propaga na velocidade do som no aço (cerca de 5000 m/s) e uma frequência de 60 vezes/s. Um pequeno deslocamento ocorrerá na conexão roscada, e o desgaste causado deve ser minimizado pelo aço resistente ao desgaste. O aço resistente ao desgaste usado deve ter as características de se tornar quebradiço, mas não perder a resistência à fadiga. O aço mais adequado é o aço cromo de baixo carbono ou aço níquel-cromo, e o tratamento térmico comumente usado é a cementação completa. Ao perfurar furos rasos, é melhor conectar uma perfuratriz de rocha do tipo trilho e uma broca viva à cauda da haste adaptadora do que usar uma única haste de perfuração com um adaptador de haste, especialmente ao perfurar furos de grande diâmetro em rocha dura e usar perfuratrizes de rocha de alta potência. Este método permite que a cauda da haste adaptadora, a luva do adaptador, a haste de perfuração e a broca sejam substituídas quando necessário. No entanto, como a luva do adaptador passa por um suporte de broca aberto, há uma desvantagem de que o comprimento de pressão é perdido igual ao comprimento da cauda da haste do adaptador. Ao perfurar furos de degrau descendente, a primeira haste de perfuração deve ser desconectada do adaptador de haste antes de adicionar o adaptador. Ao usar uma luva do adaptador, ela pode cair, então às vezes é preferível usar um adaptador de haste com roscas internas. A menos que todas as roscas fêmeas sejam usadas, a luva do adaptador deve ser conectada à extremidade inferior da haste de perfuração. Comparado com o uso de uma luva do adaptador, uma conexão mais rígida é formada entre o adaptador de haste e a primeira haste de perfuração. Se grandes tensões de flexão forem causadas no adaptador da haste devido à deflexão do furo de explosão, a conexão rígida tem mais probabilidade de ser danificada. Há uma seção de transição "slender" entre a cauda da broca e a parte rosqueada, que supostamente torna a broca elástica e capaz de suportar a tensão de flexão. O meio de descarga (água ou ar comprimido) entra no furo de explosão através da agulha de água da perfuratriz de rocha ou de um dispositivo rotativo independente. Quando água de alta pressão (mais de 8 bar) é usada para descarga, um dispositivo rotativo independente deve ser usado. As perfuratrizes de rocha hidráulicas modernas têm um sistema de descarga integrado na extremidade da luva da broca.

Conexão de hastes de perfuração:

As hastes de perfuração de furos profundos são feitas de aço cromo-molibdênio contendo 2 a 3% de cromo ou níquel e podem ser hexagonais ou redondas. O diâmetro do corpo da haste e da parte rosqueada da haste de perfuração de seção grande é o mesmo, enquanto o diâmetro da extremidade rosqueada da haste de perfuração leve é ​​maior. Embora a haste de perfuração mais leve tenha o risco de deflexão do furo de explosão devido à rigidez reduzida, é mais conveniente usar hastes de perfuração leves ao perfurar para cima. As hastes de perfuração leves exigem processos complexos de forjamento, 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 perfurar furos profundos em veículos de perfuração pesados. Ao conectar e descarregar hastes de perfuração pesadas para perfurar furos profundos, use dispositivos auxiliares eficazes para mecanizar a conexão e o descarregamento das hastes de perfuração.

Tópicos:

A rosca "R" tem um ângulo de rosca constante de 20° e um passo constante de 0,5 polegadas medido a partir do eixo da haste de perfuração. É usada para hastes de perfuração de pequeno porte com diâmetros de 22 mm a 28 mm. Para perfuratrizes de rocha de alta potência, é possível apertar demais a rosca "R", e o grau de aperto depende da energia de impacto, torque rotacional e resistência criada pela rocha e pelo impulso. Comparada com a rosca "R", a rosca "T" tem um ângulo de rosca maior e seu passo aumenta com o aumento do diâmetro. Ela tem as características de aperto balanceado e é usada para hastes de perfuração com diâmetros de 38 mm e 45 mm. A rosca "C" é adequada para equipamentos maiores, como hastes de perfuração com diâmetros de 51 mm ou 57 mm. Ele tem uma rosca de início duplo e seu ângulo de perfil de rosca é semelhante ao da rosca "T". O perfil de rosca do "Hi-Leed" é em forma de dente de serra, e seu desempenho de conexão e desmontagem está entre as roscas "R" e "T". É usado para hastes de perfuração com diâmetros entre 25 mm e 57 mm, e seu ângulo de rosca está entre as roscas "R" e "T". Quando a perfuração de rocha é mais fácil, a parte rosqueada na biela pode ser feita duas vezes mais longa, de modo que quando a primeira seção da rosca estiver desgastada, ela pode ser cortada, mas atenção especial deve ser dada ao cortar para evitar aquecimento local e têmpera da haste de perfuração. Em alguns casos, a haste de perfuração atingiu sua vida útil de fadiga após o desgaste da rosca. A seleção de rosca de ponta única ou dupla é determinada pela inspeção e teste da broca de rocha e das condições da rocha. para determinar, mas o empuxo é um parâmetro importante. A Ingersoll-Rand faz uma rosca especial que é rosqueada ao longo de todo o comprimento da haste para que, quando uma extremidade estiver gasta, ela possa ser cortada e chanfrada e reutilizada. É relatado que ela tem uma vida útil cinco vezes maior do que a de uma haste rosqueada apenas na extremidade. As roscas são laminadas, o que lhes dá uma alta resistência ao cisalhamento, e a superfície é endurecida para maior tenacidade e resistência ao desgaste. Um ângulo de hélice bastante íngreme é usado para que elas possam ser afrouxadas com torque mínimo. Disponível em 32 mm, 38 mm e 44 mm.

Melhorias nas hastes de perfuração:

A nova geração de perfuratrizes de rocha percussiva, especialmente aquelas movidas por energia hidráulica, são capazes de competir com sucesso com perfuratrizes rotativas e de fundo de poço em muitos aspectos da perfuração a céu aberto. Esses avanços ocorreram em paralelo com melhorias em hastes de perfuração e brocas. À medida que as velocidades de perfuração aumentam, as hastes de perfuração devem ser mais resilientes e geralmente mais pesadas. Obviamente, dispositivos de manuseio e controle automático de hastes de perfuração pesadas são equipamentos auxiliares importantes e necessários. A vida útil das hastes de perfuração é afetada principalmente pela amplitude da onda de estresse, portanto, ondas de estresse longas com pequena amplitude e distribuição uniforme são mais favoráveis. As perfuratrizes de rocha percussivas hidráulicas produzem essas ondas. Seus pistões são pequenos e longos em diâmetro em comparação com os pistões curtos e grossos das perfuratrizes de rocha pneumáticas. Estima-se que uma economia de 15% nos custos de consumo de hastes de perfuração seja possível usando perfuratrizes de rocha hidráulicas. Outros fatores favoráveis ​​são que a potência da perfuratriz de rocha pode ser ajustada com relativa facilidade de acordo com a correspondência da velocidade de perfuração e do custo da haste de perfuração. Além disso, o uso de dispositivos automáticos de abertura de olhal e antibloqueio também pode evitar ou pelo menos minimizar a ocorrência de bloqueio. Estima-se que o investimento básico seja responsável por 25-30% do custo de perfuração de rocha, peças de reposição e manutenção sejam responsáveis ​​por 22-33%, salários sejam responsáveis ​​por 12-25%, consumo de energia seja responsável por 2-6% e hastes de perfuração e brocas sejam responsáveis ​​por 20-22%. Nas despesas acima mencionadas, há grandes diferenças entre as minas. No entanto, se o custo total de perfuração de rocha do minério for de US$ 2/tonelada, o custo das hastes de perfuração e brocas é de US$ 0,4/tonelada. Se as quebras da broca ocorrerem frequentemente durante a perfuração de rocha, isso aumentará os custos e os atrasos. Em grandes minas, mesmo uma pequena economia no consumo de brocas e hastes de perfuração pode trazer benefícios consideráveis. Para minimizar os custos, é muito importante discutir com o fabricante da haste de perfuração de rocha e selecionar cuidadosamente a haste de perfuração de acordo com as condições de produção e uso.

Manutenção da haste de perfuração:

Máquina de perfuração: Certifique-se de que a manga da cauda da broca esteja intacta e a broca esteja afiada. Gire a haste e use as hastes no grupo de hastes por vez para fazer com que as roscas no grupo de hastes se desgastem uniformemente. Use a manga da haste de acordo com a vida útil correspondente da rosca da haste - uma nova manga da haste é combinada com uma nova haste. 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 do uso em condições climáticas frias aumentará sua vida útil. Perfure com cuidado e use 1/4 a 1/2 da potência da perfuratriz de rocha ao perfurar. Se a haste de perfuração não estiver alinhada, ela deve ser perfurada novamente. Use o empuxo ideal. O empuxo excessivo fará com que a haste de perfuração dobre e encurte sua vida útil, e também pode bloquear o furo de purga da cabeça de perfuração e causar desgaste ou danos à placa de carboneto da cabeça de perfuração; o empuxo insuficiente causará aquecimento na conexão, danificará a conexão, desgaste excessivo ou afrouxamento da placa de carboneto da cabeça de perfuração. A luva da haste "snaps" em relação ao suporte da broca, o que danificará a luva da haste. Garanta que a descarga significa que sempre há água de descarga suficiente para remover rapidamente os fragmentos de rocha. Tenha cuidado ao desencaixar - use 1/4 da velocidade de empurrão ao desencaixar para evitar que grude. Use uma boa chave para desfazer a haste. Martelar ou usar uma chave de tubo danificará a superfície endurecida. As armadilhas podem causar fraturas por fadiga. Use um medidor especial para medir o desgaste das roscas na luva de extensão e na haste. Quando o desgaste exceder o limite especificado, ele deve ser descartado. Armazenamento Se for armazenado após o uso, deve ser tratado com um inibidor de ferrugem e não armazenado perto de água ou poeira. A corrosão é um grande problema em minas subterrâneas.