如何根据岩石硬度调整冲击潜孔钻头的冲击频率和压力？

Klassifizierung und Eigenschaften der Gesteinshärte:

Weiches Gestein (z. B. Schiefer, Tonstein): Weiches Gestein hat eine geringe Härte und eine Druckfestigkeit im Allgemeinen zwischen 10 und 50 MPa. Diese Gesteinsart ist leichter zu brechen und die Bindungskraft zwischen den Partikeln ist schwach.

Mittelhartes Gestein (z. B. Kalkstein, Sandstein): Mittelhartes Gestein hat eine mäßige Härte und eine Druckfestigkeit im Bereich von etwa 50 bis 150 MPa. Seine Struktur ist relativ dicht, die Bindungskraft zwischen den Partikeln ist stark und es ist eine gewisse Aufprallkraft erforderlich, um es effektiv zu brechen.

Hartgestein (wie Granit, Quarzit): Hartgestein hat eine hohe Härte und eine Druckfestigkeit von normalerweise über 150 MPa. Es hat eine dichte Kristallstruktur und eine hohe Härte und ist schwieriger zu brechen.

Einstellung der Schlagfrequenz

Weichgestein: Da Weichgestein leicht bricht, kann die Schlagfrequenz des Bohrers relativ niedrig sein. Im Allgemeinen kann die Schlagfrequenz auf 30 bis 50 Schläge pro Minute eingestellt werden. Eine solche Frequenz reicht aus, damit der Bohrer das Gestein bricht, ohne dass der Bohrer und die Bohrlochwand durch übermäßige Schläge unnötig abgenutzt werden. Beispielsweise kann bei Schieferformationen eine niedrigere Schlagfrequenz dazu führen, dass der Bohrer den Schiefer allmählich bricht, und die Bohrgeschwindigkeit kann effektiv gesteuert werden, um zu verhindern, dass übermäßiges Bohren zu Instabilitäten in der Bohrlochwand führt.

Mittelhartes Gestein: Bei mittelhartem Gestein muss die Schlagfrequenz entsprechend erhöht werden. Die Schlagfrequenz kann normalerweise auf 50-80 Mal pro Minute eingestellt werden. Eine höhere Frequenz kann genügend Schlagkraft erzeugen, damit der Bohrer die Bindung zwischen Mineralpartikeln im Gestein schnell aufbrechen und so effektiv bohren kann. Am Beispiel von Kalkstein kann eine entsprechende Erhöhung der Schlagfrequenz dazu führen, dass der Bohrer die mittlere Härte und die relativ dichte Struktur von Kalkstein besser bewältigen kann.

Hartgestein: Um in einer Umgebung mit hartem Gestein hartes Gestein brechen zu können, muss die Schlagfrequenz höher sein. Im Allgemeinen kann die Schlagfrequenz auf etwa 80–120 Schläge pro Minute eingestellt werden. In Granitformationen beispielsweise können hochfrequente Schläge die Kraft konzentrieren, um die harte Kristallstruktur des Granits zu brechen, sodass der Bohrer allmählich in das Gestein eindringen kann. Eine zu hohe Schlagfrequenz kann jedoch zu Überhitzung und übermäßigem Verschleiß des Bohrers führen, und andere Faktoren müssen umfassend berücksichtigt werden, um dies auszugleichen.

Druckeinstellung

Weichgestein: Weichgestein erfordert aufgrund seiner geringen Druckfestigkeit weniger Bohrdruck. Im Allgemeinen kann der Bohrdruck zwischen 1000 und 3000 N geregelt werden. Ein geringerer Druck kann dafür sorgen, dass der Bohrer in Weichgestein stabil einschlägt und zerbricht, während gleichzeitig der Verschleiß des Bohrers verringert wird. Beispielsweise kann bei Tonstein ein geringerer Druck dafür sorgen, dass der Bohrer sanft in das Gestein schneidet und einen guten Bohrzustand aufrechterhält.

Mittelhartes Gestein: Mittelhartes Gestein erfordert einen höheren Druck, um eine effektive Schlagzerkleinerung zu gewährleisten. Der Druckbereich kann auf 3000 - 8000 N eingestellt werden. Ausreichender Druck kann die Aufprallenergie des Bohrers vollständig auf das Gestein übertragen, die Druckfestigkeit des Gesteins überwinden und eine Bohrung durchführen. In Sandsteinformationen kann der entsprechende Druck dem Bohrer helfen, harte Bestandteile wie Quarzpartikel in Sandstein zu zerkleinern.

Hartgestein: Bei Hartgestein muss ein höherer Druck angewendet werden. Der Druck beträgt normalerweise 8000 - 15000N oder mehr. Aufgrund der hohen Härte und Druckfestigkeit von Hartgestein kann nur ausreichend Druck dafür sorgen, dass der Bohrer genügend Schlagkraft erzeugt, um das Gestein zu zerkleinern. Am Beispiel von Quarz kann ein höherer Druck den Aufprall des Bohrers effektiver machen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Druck die Tragfähigkeit des Bohrers und der Bohranlage nicht überschreiten sollte, um Schäden an der Ausrüstung zu vermeiden.

Bei der tatsächlichen Konstruktion muss die Einstellung der Schlagfrequenz und des Drucks auch Faktoren wie die Spezifikationen des Bohrers, die Leistung der Bohranlage, die Tiefe und den Durchmesser des Lochs berücksichtigen und muss entsprechend der tatsächlichen Situation während des Bohrvorgangs (wie Schlackenausstoß, Bohrerverschleiß usw.) dynamisch angepasst werden, um die beste Bohrwirkung zu erzielen.