Tipos de aço para perfuração de rochas: ferramentas integrais, destacáveis ​​e de extensão.

O desempenho da perfuração em rocha depende de mais fatores do que apenas a perfuratriz ou a própria ferramenta de perfuração. O aço da broca, a broca, a conexão da haste e o sistema de acoplamento determinam a eficiência com que a energia de impacto e o torque rotativo chegam à rocha. A seleção da ferramenta de perfuração correta afeta a velocidade de perfuração, a retidão do furo, a carga de manutenção, o consumo da ferramenta e o custo operacional.

As ferramentas de perfuração de rocha usadas com perfuratrizes de martelo de topo convencionais são geralmente divididas em três grupos: haste de perfuração integrada, haste de perfuração destacável e ferramentas de perfuração extensíveis. Cada modelo possui estrutura, alcance operacional e vantagens econômicas diferentes. Compreender essas diferenças ajuda empreiteiras, mineradoras e operadores de pedreiras a adequar o sistema de ferramentas às condições da rocha e à profundidade de perfuração.

Como o aço de perfuração de rochas transfere energia

Uma perfuratriz de rocha convencional com martelo de topo transmite energia de impacto e rotação através da haste de perfuração. O pistão golpeia a extremidade da haste, criando uma onda de tensão que se propaga ao longo da haste até a broca. Simultaneamente, a máquina aplica rotação e força de avanço, de modo que a broca impacta repetidamente novas áreas da rocha.

Isso difere da perfuração com martelo de fundo. Em um sistema DTH, o martelo atua próximo ao fundo do furo, imediatamente atrás da broca DTH. A coluna de perfuração transmite principalmente rotação, força de avanço e ar comprimido; ela não suporta a mesma energia de impacto repetido de um martelo de topo. Por esse motivo, as ferramentas usadas na perfuração com martelo de topo são geralmente chamadas de hastes de perfuração, enquanto as ferramentas DTH são normalmente chamadas de colunas de perfuração, martelos e brocas.

Para aplicações de perfuração com martelo de topo, o principal objetivo do aço da broca é transmitir energia de impacto e torque com perda mínima, mantendo resistência, resistência à fadiga e resistência ao desgaste suficientes.

Aço de perfuração integral para perfuração de furos rasos

O aço integral para perfuração é fabricado como uma peça única. Uma extremidade é forjada em uma haste que se encaixa na broca de perfuração de rocha, enquanto a extremidade oposta é forjada em uma seção de broca com insertos ou pastilhas de carboneto. Os materiais comuns incluem aço hexagonal oco para perfuração, frequentemente com dimensões entre faces de 19 mm, 22 mm e 25 mm.

Como a broca e a haste de aço são permanentemente conectadas, a haste de aço integral não possui nenhuma conexão separada entre a haste e a broca. Isso lhe confere diversas vantagens:

• Não há risco de perder uma broca removível dentro do furo.

• Boa transferência de energia de impacto porque não há junta entre a broca e a haste.

• Alta resistência a impactos e torque para o seu tamanho.

• Retirada fácil de furos de detonação rasos.

• Operação simples para perfuração de furos curtos e de pequeno diâmetro.

A haste de perfuração integral é amplamente utilizada em rochas de dureza média a baixa, furos de pequeno diâmetro, trabalhos em pedreiras, construção civil e mineração leve. É especialmente prática em situações onde a profundidade de perfuração é limitada e a troca rápida de ferramentas é mais importante do que a máxima reutilização.

A forma da broca deve ser selecionada de acordo com o tipo de rocha. Brocas integrais tipo cinzel são fáceis de afiar e podem oferecer boa economia em condições adequadas. Brocas tipo cruz ou com múltiplas arestas podem melhorar a estabilidade em rochas macias, fraturadas ou com muitas juntas, pois reduzem o risco de travamento da broca no furo. Brocas com três arestas também podem proporcionar ranhuras de lavagem generosas, auxiliando na remoção de detritos e reduzindo o desgaste do metal duro.

As lâminas de aço integral com ponta de botão são geralmente mais adequadas para rochas de fácil penetração e baixa abrasividade. Sua vantagem reside na menor necessidade de afiação, mas o corpo de metal duro e aço deve atingir uma vida útil razoavelmente equilibrada para que a ferramenta continue sendo economicamente viável.

A principal limitação das hastes de perfuração integrais é que, uma vez que a ponta da broca esteja seriamente danificada, toda a ferramenta pode precisar ser descartada. Os operadores também precisam manter um estoque de várias hastes de perfuração em diferentes comprimentos, o que pode aumentar as necessidades de transporte, armazenamento e afiação.

Haste de perfuração destacável para substituição flexível de ferramentas.

A haste de perfuração destacável utiliza uma broca removível conectada a uma haste de perfuração separada. A conexão pode ser cônica ou roscada, dependendo do projeto e da aplicação da ferramenta. Ao remover a broca, resta apenas a haste de perfuração, geralmente chamada simplesmente de haste de perfuração ou cabo de aço.

A principal vantagem de um sistema destacável é a flexibilidade de manutenção. Quando a broca se desgasta, ela pode ser substituída sem descartar a haste. Se a haste quebrar perto de uma conexão, às vezes é possível repará-la refazendo o cone ou a rosca, em vez de substituir todo o conjunto.

Um sistema destacável também permite perfurações mais profundas. Uma única broca pode perfurar um furo profundo enquanto hastes de diferentes comprimentos são trocadas à medida que o furo avança. Isso possibilita manter a qualidade do furo, limitando o número de ferramentas completas que precisam ser levadas até a área de trabalho.

Outras vantagens incluem:

• Reduzir o volume de transporte para afiar e fazer manutenção de brocas.

• Seleção separada do material da haste e do material da broca.

• Potencialmente, uma vida útil mais longa para o corpo da haste.

• Armazenamento simplificado de brocas e hastes.

• Menor desperdício quando apenas a broca falha.

No entanto, cada conexão introduz uma possível perda de energia de impacto e um ponto frágil adicional. Conexões cônicas, conexões roscadas de diâmetro igual e conexões roscadas com ressalto podem apresentar diferentes características de perda de energia. Desgaste, baixa qualidade de fabricação, aperto inadequado ou roscas danificadas podem permitir que a broca se solte. Uma conexão frouxa da broca pode acelerar o desgaste, danificar a broca e reduzir a eficiência da perfuração.

Por esse motivo, as hastes de perfuração removíveis são mais eficazes quando a manutenção das conexões é tratada como uma tarefa operacional de rotina. Os operadores devem inspecionar as roscas ou cones, manter as conexões limpas, usar lubrificação adequada quando aplicável e substituir as peças desgastadas antes que causem danos secundários.

Hastes de extensão para perfuração de furos mais profundos

As ferramentas de perfuração extensíveis são projetadas para furos mais longos. Elas consistem em um adaptador ou seção de haste, uma ou mais hastes de extensão, acoplamentos e uma broca. Essa configuração é comumente usada para perfuração em bancada, perfuração de deriva e outras aplicações de furos mais profundos onde o uso de aço de peça única seria impraticável.

As hastes de extensão modernas geralmente utilizam conexões roscadas. Os perfis de rosca mais comuns incluem os tipos ondulado e contraforte invertido, projetados para suportar cargas de impacto, rotação e força de avanço. As hastes de extensão estão disponíveis em diversas dimensões hexagonais e cilíndricas, sendo o tamanho correto determinado pela perfuratriz, pelo diâmetro do furo necessário, pela profundidade de perfuração e pelas condições operacionais esperadas.

Uma área de desgaste importante é a rosca. Em boas condições de perfuração, a vida útil de uma haste de extensão pode ser determinada principalmente pelo desgaste da rosca, e não pela falha do corpo da haste. Uma maneira de aumentar a vida útil é usar uma seção roscada estendida. Quando a primeira seção roscada se desgasta, ela pode ser removida e a segunda seção colocada em serviço.

Essa abordagem pode ser particularmente valiosa para hastes de perfuração cementadas de maior diâmetro. Ela evita a dificuldade de reusinar uma rosca desgastada após a remoção da camada superficial endurecida original. Os acoplamentos usados ​​com seções de rosca mais longas devem incluir um batente interno apropriado para posicionar as hastes corretamente.

Como escolher o sistema de ferramentas de perfuração correto

A melhor ferramenta de perfuração de rochas não é simplesmente o componente mais resistente ou o mais barato. É o sistema que melhor se adapta à profundidade de perfuração, dureza da rocha, abrasividade, presença de juntas, diâmetro do furo, modelo da broca e facilidade de manutenção.

A haste de perfuração integral geralmente é a opção mais prática para furos rasos, de pequeno diâmetro e em condições de perfuração simples. A haste de perfuração removível oferece uma substituição de broca mais econômica e maior flexibilidade quando as condições de perfuração variam. Os sistemas de perfuração extensíveis são a solução preferida para furos mais profundos que exigem múltiplas hastes e conexões controladas.

Os operadores também devem utilizar uma gama planejada de comprimentos de hastes de perfuração e diâmetros de broca. Em um conjunto de hastes de perfuração, cada ferramenta subsequente pode ter comprimento e diâmetro de broca diferentes. A diferença de comprimento apropriada depende da dureza da rocha e do comprimento de avanço, enquanto o diâmetro da broca geralmente diminui à medida que o furo se aprofunda. Isso ajuda a manter a eficiência da perfuração e permite que o tamanho final do furo permaneça compatível com a carga explosiva pretendida ou outros requisitos de uso do furo.