حفر الصخور الصلبة دون تشويش: ثلاثة أسرار لضبط معلمات النواة
تتميز التكوينات الصلبة (مثل الجرانيت والبازلت) بصلابة ومتانة عاليتين، مما يفرض متطلبات صارمة لمطابقة معايير الحفر. يُعدّ الضبط الصحيح لسرعة الدوران، ودفع الحفر (ضغط المثقاب)، ومعايير إزالة القطع (التنظيف) أمرًا أساسيًا لتحسين معدل الاختراق وتقليل تآكل الأدوات. فيما يلي دليل عملي مفصل لضبط المعايير عبر هذه الأبعاد الأساسية الثلاثة.
سرعة الدوران: استخدم سرعة منخفضة لضمان كسر فعال. تتطلب صلابة الصخور الصلبة العالية تشغيلًا منخفض السرعة لأن قواطع الأزرار (الحشوات على شكل أزرار) تحتاج إلى وقت تلامس كافٍ لكسر الصخور. البنية الكثيفة وقلة الكسور الطبيعية تعني أن القواطع يجب أن تنغرس في الصخور تحت ضغط مستمر؛ فإذا كانت السرعة كبيرة جدًا، يقل وقت التلامس بشكل كبير ويفصل القاطع قبل حدوث كسر فعال. هذا لا يُحسّن الكفاءة فحسب، بل يُسبب أيضًا طحنًا جافًا يُسرّع تآكل المثقاب.
عمليًا، عادةً ما يتم التحكم بسرعة الدوران في حفر الصخور الصلبة عند 30-60 دورة في الدقيقة. على سبيل المثال، في الجرانيت، يؤدي رفع السرعة إلى 100 دورة في الدقيقة إلى انزلاق قواطع الأزرار على السطح، مما يُحدث خدوشًا سطحية فقط دون اختراق باطن الصخور. أما خفض السرعة إلى حوالي 40 دورة في الدقيقة، فيسمح للقواطع بالبقاء على اتصال، وتطبيق ضغط مستمر، وشق/تقسيم الصخور بفضل صلابتها وهندسة الإسفين، مما يُحسّن كفاءة الكسر بأكثر من 30% ويُقلل بشكل ملحوظ من تآكل رؤوس الحفر.
ضغط الحفر (دفع المثقاب): يُطبّق ضغط عالٍ للتغلب على مقاومة الصخور. تتطلب قوة الضغط العالية في الصخور الصلبة (غالبًا 100 ميجا باسكال) ضغط حفر كافٍ للتغلب على مقاومة التكوين وإجبار القواطع على الاختراق. يؤدي الضغط غير الكافي إلى انزلاق القواطع على السطح بدلًا من انغراسها فيه؛ بينما يُمكّن الضغط العالي المناسب القواطع من التغلب على إجهادات السطح، ودخول الشقوق الداخلية أو حدود البلورات، وكسر الصخور من خلال عملية ضغط وقص مُشتركة.
يتراوح ضغط الحفر النموذجي لعمليات تعدين الصخور الصلبة بين 3 و5 ميجا باسكال. ويتضح هذا جليًا في أمثلة تعدين الصخور الصلبة: فعند ضغط حفر يبلغ 2 ميجا باسكال فقط، تُواجه القواطع صعوبة في إنشاء نقاط كسر فعّالة، وقد يكون معدل الاختراق أقل من 0.5 متر مكعب/ساعة. أما زيادة الضغط إلى 4 ميجا باسكال فتتيح للقاطع اختراقًا عميقًا، ودورات ضغط دورية لتوسيع الكسور، وترفع معدل الاختراق إلى حوالي 1.2-1.5 متر مكعب/ساعة؛ كما أن الصخور المكسورة تميل إلى الحفاظ على سلامة الكتلة بشكل أفضل للتعامل معها لاحقًا.
إزالة القطع (الشطف): ضمان شطف كافٍ للحفاظ على سطح عمل نظيف. على الرغم من أن قطع الصخور الصلبة الناتجة عن الحفر سليمة، إلا أن بطء اختراقها يؤدي إلى تراكمها في قاع الحفرة، مما يخلق حلقة مفرغة من إعادة الكسر المتكرر: فالقطع المتراكمة تعيق التلامس الجديد بين القواطع والصخور السليمة، مما يزيد من التآكل وهدر الطاقة. لذا، فإن الهدف الأساسي من تعديل إزالة القطع هو ضمان تدفق كافٍ للشطف لإزالة قطع القاع بسرعة.
في حالة حفر الصخور الصلبة، يجب الحفاظ على تدفق سائل التنظيف عند حوالي 40-80 لترًا/دقيقة. على سبيل المثال، في مشروع نفق صخور صلبة تحت الأرض، سمح تدفق تنظيف أولي قدره 30 لترًا/دقيقة بتراكم 5-8 سم من القطع في القاع؛ وكانت لقم الحفر بحاجة إلى استبدال كل ساعتين، وكان التقدم اليومي أقل من 8 أمتار. بعد زيادة التدفق إلى 60 لترًا/دقيقة، انخفض حجم القطع المتبقية إلى أقل من 1 سم، وامتد عمر لقم الحفر لأكثر من 8 ساعات، وارتفع التقدم اليومي إلى 15-18 مترًا، وانخفضت تكاليف شراء لقم الحفر بنحو 40% بسبب انخفاض التآكل.
تنسيق المعاملات: منطق التفاعل الثلاثي. لا يُعدّ تعديل معاملات حفر الصخور الصلبة تحسينًا أحادي العامل، بل هو مطابقة منسقة للمعايير الثلاثة. نقاط التنسيق الرئيسية:
السرعة وضغط الحفر: عند زيادة ضغط الحفر، حافظ على سرعة دوران منخفضة لتجنب التحميل الزائد الفوري وتلف المثقاب في ظل ظروف السرعة العالية/الضغط العالي.
التنظيف وضغط الحفر: عند زيادة تدفق التنظيف، اضبط ضغط الحفر وفقًا لذلك لمنع تأثير التنظيف من زعزعة استقرار جدار الحفرة.
لا يمكن تحقيق كفاءة عالية مع استهلاك منخفض إلا من خلال مطابقة سرعة الدوران وضغط الحفر والتنظيف/إزالة القطع في مجموعة متوافقة.
