Precauções para o uso de ferramentas de perfuração de rochas

As hastes de aço para perfuração utilizadas em operações de perfuração e detonação são limitadas pelo diâmetro do furo, portanto, sua área de seção transversal é relativamente pequena. Esses componentes esbeltos devem suportar desgaste severo, meios corrosivos e cargas cíclicas de alta frequência — tração, compressão, flexão e torção — transmitidas por perfuratrizes de rocha de alto impacto. Dependendo das condições de carga e das propriedades da rocha, a vida útil pode variar de apenas algumas dezenas de horas a pouco mais de cem horas. As ferramentas de perfuração de rocha estão entre as ferramentas de engenharia consumíveis mais exigidas na indústria: têm vida útil curta, são tecnicamente complexas e indispensáveis ​​em grandes quantidades.

Todo usuário de ferramentas busca o máximo retorno com o mínimo custo, o que significa reduzir o consumo de ferramentas. Por essa razão, fabricantes e usuários de ferramentas devem trabalhar em estreita colaboração para melhorar a vida útil por meio da otimização técnica conjunta.

1. Da perspectiva do usuário: o que observar ao selecionar ferramentas para escalada em rocha.

(1) Alta qualidade do produto

Adaptadores de haste de alta qualidade tendem a durar mais, reduzindo o tempo de inatividade para desmontagem e substituição. Hastes e brocas de perfuração são igualmente críticas: se uma haste quebrar, tanto a haste quanto a broca podem ser perdidas, e o furo pode ser inutilizado.
Em perfuratrizes hidráulicas modernas, a perfuração normal é altamente automatizada e exige menos esforço físico, mas a substituição de adaptadores de haste, a remoção de hastes quebradas ou a reafiação de brocas desperdiçam horas de trabalho, aumentam a intensidade do trabalho e o custo operacional. Portanto, os usuários se preocupam não apenas com o preço, mas ainda mais com a qualidade do produto.

(2) Melhor taxa de penetração possível

Em operações de perfuração de grande porte, além dos custos de mão de obra e aquisição de ferramentas, muitos outros custos relacionados ao tempo são praticamente fixos. Como o custo das ferramentas representa uma grande parcela do custo total da perfuração, uma penetração mais rápida reduz diretamente o custo total da construção. É por isso que os usuários priorizam a velocidade de perfuração.

(3) Desvio mínimo do furo de detonação

Em detonações de furos médios e profundos, o desvio dos furos reduz a eficiência da carga explosiva e do espaçamento entre furos, o que diminui a produção. Por isso, os usuários exigem alta retidão dos furos, geralmente dentro de tolerâncias muito rigorosas.
As principais causas de desvio incluem:

• Erro de posicionamento da gola no início do buraco,

• erro de marcação/alinhamento de furos,

• Erro de retilineidade gerado durante a perfuração pelo comportamento da ferramenta.

Com equipamentos totalmente hidráulicos ou controlados por computador, os dois primeiros erros podem ser bastante reduzidos, tornando o desvio induzido pela estrutura da ferramenta o principal fator restante. O desvio geralmente aumenta com a profundidade e pode eventualmente resultar em furos descartados. Uma maneira altamente eficaz de reduzir ou eliminar o desvio é usar ferramentas de perfuração guiada em rocha.

2. Análise do desgaste e das causas de falha de ferramentas de perfuração em rocha

(1) Desalinhamento na coluna de perfuração

Se o adaptador da haste, a luva de acoplamento e a haste de perfuração não forem concêntricos, ocorrerá deformação por flexão, gerando tensão e encaixe inadequado nas conexões, o que leva ao afrouxamento.

(2) Pressão de alimentação

• Muito baixa: a eficiência de penetração diminui; a montagem se solta; as perdas na transferência de energia aumentam; microseparações/impactos repetidos nas superfícies de contato criam alta tensão. Sinais típicos: superaquecimento e estalos/ruídos nas juntas. O superaquecimento acelera o desgaste da rosca e pode causar corrosão por pite.

• Nível muito alto: a velocidade de rotação da broca diminui, o risco de travamento aumenta e a tensão de flexão da haste aumenta.

(3) Pressão de impacto

Uma configuração inadequada da pressão de impacto afeta diretamente o comportamento de rotação, a eficiência de penetração e a vida útil da ferramenta.

(4) Velocidade de rotação

A velocidade de rotação deve ser compatível com o diâmetro da broca e a frequência de impacto da perfuração. Brocas maiores exigem rotações por minuto (RPM) mais baixas. RPM excessivas danificam a estrutura de corte periférica.

(5) Ajuste de pressão/torque de rotação

A pressão de rotação adequada é essencial. Ela ajuda a evitar que a corda fique presa e é necessária para uma rotação estável. O aumento gradual da pressão de rotação também é fundamental para manter a tensão correta da corda. Uma tensão insuficiente geralmente causa superaquecimento das juntas, desprendimento da linha, desgaste prematuro da linha e até mesmo fraturas.

(6) Prática operacional inadequada

Misturar componentes de ferramentas muito usados ​​com componentes novos pode reduzir a vida útil geral. Outras práticas prejudiciais incluem alinhamento inadequado na montagem de hastes, sujeira/areia nas roscas e montagem de roscas sem lubrificante.
O disparo em falso (martelar sem contato efetivo entre a broca e a rocha) é especialmente destrutivo e deve ser evitado.

3. Relação entre parâmetros de perfuração e desempenho da perfuração

pressão de impacto

Uma maior pressão de impacto aumenta a velocidade do pistão e a energia de impacto. Quando a broca está em bom contato com a rocha dura intacta, a energia da onda de choque é utilizada com maior eficácia. Se o contato entre a broca e a rocha for deficiente, a energia é refletida de volta para a coluna de perfuração como ondas de tração, em vez de penetrar na rocha.
A energia máxima de impacto por golpe só pode ser totalmente aproveitada em rochas suficientemente duras. Em rochas mais macias, a pressão/energia do impacto deve ser reduzida para limitar reflexões prejudiciais.
Para qualquer configuração de impacto, maior pressão significa maior tensão na seção transversal do aço da broca. Para maximizar a vida útil das hastes e adaptadores de encaixe, a pressão de operação deve sempre corresponder à capacidade da coluna de ferramentas.

Pressão de alimentação

A força de avanço mantém a broca em contato firme com a rocha, permitindo a rotação. A força de avanço deve ser adequadamente compatível com a pressão de impacto.

• A força de avanço correta proporciona a perfuração mais econômica.

• Uma força de avanço muito baixa reduz a taxa de penetração e afrouxa as juntas roscadas. Acoplamentos superaquecidos e ruídos de vibração indicam que a configuração de avanço está muito baixa. Se a perfuração continuar com juntas soltas, a perda de energia e o aumento da temperatura aumentam, levando à queima e fratura da rosca.

• Uma força de avanço excessiva reduz a rotação por minuto (RPM) e a penetração, aumenta o risco de entupimento e pode aumentar o desvio do furo devido à tendência de flexão da coluna de perfuração.

Velocidade de rotação

A rotação posiciona a broca em uma nova posição para o próximo impacto. Com brocas de botão, a indexação periférica entre golpes é tipicamente de cerca de 10 mm. Portanto, a RPM deve ser ajustada de acordo com a frequência de impacto e o diâmetro da broca. Diâmetros maiores exigem RPM mais baixas. RPM excessiva causa desgaste acelerado dos botões de medição/estrutura da borda.

4. Precauções práticas de operação

1. Antes de adicionar as hastes, defina a pressão de impacto, a pressão de alimentação, a velocidade de rotação e a pressão de amortecimento/proteção adequadas à geologia real. Certifique-se de que os parâmetros sejam compatíveis com a dureza da rocha e o tipo de formação.

2. Durante a perfuração, mantenha o conjunto da ferramenta concêntrico para evitar a deformação por flexão do adaptador da haste, da broca e da própria haste.

3. Evite disparos em falso. Caso ocorram, interrompa a perfuração imediatamente para evitar danos graves à ferramenta.

4. Após a remoção de cada haste, aplique lubrificante refrigerante na extremidade da rosca da haste e na interface de engate rápido.
   Após a perfuração de furos de detonação, as juntas roscadas ficam quentes e podem conter detritos de rocha e água da mina. O lubrificante refrigerante proporciona lubrificação, redução da temperatura, proteção contra corrosão e maior resistência ao desgaste da rosca.

5. Durante a remoção da haste, evite vibrações/agitações repetidas, pois essa é uma das ações mais prejudiciais para as hastes de perfuração.
   Se uma junta roscada estiver difícil de soltar, injete lubrificante na área da rosca primeiro e, em seguida, tente soltá-la com força ou utilizando vibração controlada. Isso minimiza danos diretos à rosca.
   Durante a vibração da haste, a perfuratriz pode transmitir uma pressão de impacto próxima a 200 bar. Impactos contínuos de alta frequência causam concentração de tensão; a vibração repetida, somada ao calor, pode criar pontos de desgaste adesivo/queimadura por solda a frio e corrosão nas extremidades da rosca e, em casos graves, pontos de fusão localizada. Esses defeitos tornam-se pontos de origem da fadiga e podem causar falha prematura da haste.