حفر الصخور الصلبة لن يعلق! ثلاث نصائح لضبط معلمات الأساس
تتميز التكوينات الصخرية الصلبة (مثل الجرانيت والبازلت، إلخ) بصلابة ومتانة عاليتين، مما يفرض متطلبات صارمة على مطابقة معايير الحفر. يُعدّ الضبط السليم لسرعة الدوران، وضغط الحفر (ووب/ضغط المثقاب)، وإزالة القطع (التنظيف) أمرًا أساسيًا لتحسين معدل الاختراق وتقليل تآكل المعدات. فيما يلي شرح لمنطق الضبط والقواعد العملية لحفر الصخور الصلبة عبر هذه المعايير الثلاثة.
سرعة الدوران: سرعة منخفضة لكسر فعال. نظرًا لصلابة الصخور الصلبة العالية، يُجرى الحفر عادةً بسرعات دوران منخفضة، مما يتيح لأسنان المثقاب وقت تلامس كافٍ لكسر الصخور. الصخور الصلبة كثيفة وقليلة الكسور الطبيعية؛ لذا، يجب أن تضغط رؤوس المثقاب المخروطية الدوارة ذات الأسنان وتنغرس في التكوين مع مرور الوقت. إذا كانت السرعة عالية جدًا، فإن وقت تلامس الأسنان يقصر بشكل كبير، وستتزحزح عن السطح قبل حدوث كسر فعال. هذا "الطحن الهوائي" لا يفشل فقط في تحسين الاختراق، بل يُسرّع أيضًا من تآكل رؤوس المثقاب.
عمليًا، تتراوح سرعات الدوران لحفر الصخور الصلبة عادةً بين 30 و60 دورة في الدقيقة. على سبيل المثال، عند حفر الجرانيت، يؤدي رفع السرعة إلى 100 دورة في الدقيقة إلى انزلاق الأسنان بسرعة على السطح، مما يُحدث خدوشًا سطحية فقط دون اختراق كتلة الصخور. أما خفض السرعة إلى حوالي 40 دورة في الدقيقة، فيسمح للأسنان بالبقاء على اتصال مع سطح الصخور وتطبيق ضغط مستمر؛ حيث تعمل حركة الإسفين وصلابة الأسنان على تقسيم الصخور تدريجيًا، مما يزيد من كفاءة الكسر بأكثر من 30% مع تقليل تآكل المثقاب بشكل ملحوظ.
ضغط الحفر: يُطبّق ضغط كافٍ للتغلب على مقاومة الصخور. عادةً ما تتميز الصخور الصلبة بقوة ضغط عالية (عادةً 100 ميجا باسكال)، لذا يلزم ضغط حفر كافٍ للتغلب على المقاومة ودفع أسنان المثقاب إلى داخل التكوين. يؤدي الضغط غير الكافي إلى انزلاق الأسنان على السطح، مما يُنتج تأثير "الانزلاق"؛ بينما يُمكّن الضغط العالي المناسب الأسنان من اختراق إجهادات السطح، والوصول إلى الشقوق الداخلية أو الفجوات بين البلورات، وكسر الصخور من خلال عملية البثق والقص المُشتركة.
في الممارسة الهندسية، يُضبط ضغط الحفر في عمليات الصخور الصلبة عادةً بين 3 و5 ميجا باسكال. على سبيل المثال، في تعدين الخام الصلب، إذا كان ضغط لقمة الحفر 2 ميجا باسكال فقط، فلن تتمكن الأسنان من تحديد نقاط كسر فعالة، وقد يكون معدل الاختراق أقل من 0.5 متر مكعب/ساعة؛ أما زيادة الضغط إلى 4 ميجا باسكال فتسمح باختراق أعمق للأسنان، ودورات إجهاد دورية لتوسيع الكسور، ومعدلات اختراق تتراوح بين 1.2 و1.5 متر مكعب/ساعة، مع تحسين سلامة الصخور المكسورة للتعامل معها لاحقًا.
إزالة القطع (الشطف): شطف كافٍ للحفاظ على سطح عمل نظيف. على الرغم من أن قطع الصخور الناتجة عن حفر الصخور الصلبة دقيقة نسبيًا، إلا أن بطء اختراقها يُسهّل تراكمها في قاع الحفرة، مما يُؤدي إلى حلقة مفرغة من "إعادة التكسير" - فالقطع المُكدّسة تمنع ملامسة المثقاب للصخور الجديدة، وتزيد من التآكل، وتُهدر الطاقة عند إعادة سحق القطع، مما يُخفّض الكفاءة الإجمالية. الهدف الأساسي من تعديل إزالة القطع هو ضمان تدفق كافٍ لسائل الشطف، بحيث يتم تفريغ القطع بسرعة.
بالنسبة لحفر الصخور الصلبة، عادةً ما يتم التحكم في معدلات تدفق الشطف عند 40-80 لترًا/دقيقة. على سبيل المثال، في مشروع نفق صخري صلب تحت الأرض، أدى تدفق الشطف الأولي البالغ 30 لترًا/دقيقة إلى تراكم 5-8 سم من القطع في القاع؛ واحتاجت رؤوس الحفر إلى الاستبدال كل ساعتين، وكان طول الحفر اليومي أقل من 8 أمتار. بعد زيادة التدفق إلى 60 لترًا/دقيقة، ظلّ مستوى الرواسب في القاع أقل من 1 سم، وامتدّ عمر رؤوس الحفر لأكثر من 8 ساعات، وارتفع طول الحفر اليومي إلى 15-18 مترًا، وانخفضت تكاليف شراء رؤوس الحفر بنحو 40% نتيجةً لانخفاض التآكل.
تنسيق المعلمات: المنطق الأساسي للثلاثة معًا إن تعديل المعلمات للحفر في الصخور الصلبة ليس تحسينًا معزولًا للقيم الفردية، بل هو مطابقة منسقة لجميع الثلاثة:
سرعة الدوران وضغط الحفر: عند زيادة ضغط الحفر، حافظ على سرعة منخفضة لتجنب التحميل الزائد الفوري وفشل المثقاب المفاجئ في ظل ظروف السرعة العالية/الضغط العالي.
ضغط التنظيف والحفر: عند زيادة تدفق التنظيف، يجب التنسيق مع ضغط الحفر لمنع تأثير التنظيف المفرط من المساس باستقرار جدار الحفرة.
لا يمكن تحقيق الحفر في الصخور الصلبة بكفاءة عالية واستهلاك منخفض إلا من خلال تشكيل مزيج متطابق من السرعة والضغط والتنظيف.
